JP2013249733A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】可動スクロールのスラスト荷重（軸方向支持力）を軽減し、高効率で摩耗の少ないスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】固定・可動両スクロールにて圧縮した高圧の冷媒ガスを前記可動スクロール２背面の環状シール部材６で囲まれた中央背圧部Ｃと、該中央背圧部Ｃから環状シール部材６の外周背圧部Ｄに流出させる流出通路１４とを備え、環状シール部材６の中央背圧部と外周背圧部における冷媒ガスの合成圧力で可動スクロールを固定スクロール１に押しつける圧縮機であって、環状シール部材６外周背圧部Ｄには、吐出ガスを流入させるための開閉手段２０付きの流入通路１６を備え構成としてある。これにより、可動スクロールの摺動損失が小さくなるので高エネルギ効率のスクロール圧縮機となる。
【選択図】図１

Description

本発明は自動車空調用装置等に使用されるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は可動スクロールを固定スクロール側に付勢して旋回運動をさせるにあたり、可動スクロールの背面に隣接した軸受けホルダに環状のシール溝を設け、その中に環状シール部材を軸方向に移動可能に挿入して、環状シール部材の内部にオイルポンプによりオイルを供給するとともに吐出圧力を加圧した高圧を導入している（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来のスクロール圧縮機の断面を示すものである。図に示すように、渦巻き状のハネを有する固定スクロール１０１と、前記固定スクロール１０１と対のハネを有し偏芯して旋回運動する可動スクロール１０２と、可動スクロール１０２を駆動するシャフト１０３と、前記シャフト１０３を軸受け支持し、可動スクロール１０２を背部から旋回可能に閉塞する軸受けホルダ１０４と、前記軸受けホルダ１０４内で可動スクロール１０２の背面に隣接する面に設置された環状軸シール溝１０５と、その中に軸方向に移動可能で外周部と可動スクロール１０２の背面との接触部でシールするように配置された環状シール部材１０６から構成されている。前述シャフト１０３の反メカ側の先端にはオイルポンプ１０７が配置され、シャフト１０３の回転によってコンプケース１０８の下部に貯油されたオイルを吸い上げ、前記シャフト１０３の中のオイル通路を通り前記環状シール部材１０６内に吐出圧より加圧され、冷媒ガスが溶融したオイルが供給される。前述したオイルは前記シャフト１０３を支持するメインベアリング１０９と可動スクロール１０２を駆動支持するドライブベアリング１１０等を潤滑するとともに前記可動スクロール１０２を固定スクロール１０１側に付勢した際の金属同士の接触面の潤滑と微少隙間のシールを行い、確実な圧縮作用を行わせる構造としている。

特開平１−１７８７８５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、図６に示すように可動スクロール１０２に作用する圧縮ガスの接線方向力Ｆｔが可動スクロール１０２を固定スクロール１０１から軸方向支持点が離脱するいわゆる転覆させる方向のモーメントとして作用する。これに抗する、すなわち、前記転覆モーメントによる可動スクロール１０２の固定スクロール１０１からの離脱を防止するために、可動スクロール１０２の背面には前記圧縮ガスの軸方向の内力Ｆｉに加え、環状シール部材１０６に囲まれた中央部に高圧を作用させた軸方向力Ｆｍ１と、前記環状シール部材１０６の外周部に作用させた低中間圧の軸方向力Ｆｍ２を作用させている。そしてこれらの力Ｆｍ１とＦｍ２の合力を環状シール部材１０６の径を大きくする等により大きくして加えている。その結果、固定スクロール１０１と可動スクロール１０２の軸方向支持反力Ｆｔｈ１，Ｆｔｈ２は高負荷運転条件時には過剰に大きな値となり、固定・可動両スクロールの摩擦損失の増加によるエネルギ効率の低下や、摩耗の原因となるという課題を有していた。

本発明は、このような従来の課題を解決したもので、可動スクロールの摺動損失が少なく高効率で磨耗の少ないスクロール圧縮機を提供するものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、圧縮機容器内に配置した固定スクロールおよび可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動するシャフトと、前記シャフトを支持するとともに前記可動スクロールの背面と対向した面に環状シール溝を有する軸受けホルダと、前記環状シール溝内に軸方向に移動可能に配置した環状シール部材と、前記固定・可動両スクロールにて圧縮した高圧の冷媒ガスを前記環状シール部材に囲まれた中央背圧部に供給する流入通路と、前記環状シール部材に囲まれた中央背圧部から環状シール部材の外周部に流出させる流出通路とを備え、前記環状シール部材で囲まれた中央背圧部と環状シール部材外周背圧部における冷媒ガスの合成圧力で前記可動スクロールを固定スクロールに押しつける圧縮機であって、前記環状シール部材外周背圧部には、圧力差を利用して、吐出ガスを流入させるための開閉手段と減圧通路を設けた流入通路を備えた構成としている。

上記構成によって、低圧縮比運転中は、環状シール部材外周背圧部に減圧通路を介した吐出ガスを流入することにより転覆モーメントによる可動スクロールの固定スクロールからの離脱（転覆）現象を抑制でき、減圧通路により最小な圧力で環状シール部材外周背圧部に吐出ガスを供給することにより、圧縮機起動時の急激なトルク上昇を抑制し、起動ショックを緩和することができる。低圧縮比運転中以外は、環状シール部材外周背圧部への吐出ガス流入は、遮断され、環状シール部材外周背圧部は低中間圧となるため、高負荷運転時に、固定スクロールが可動スクロールを支持する軸方向反力を小さくでき、環状シール部材の径を大きくする等によりその合力を大きくして付勢する必要がなく、材料の磨耗防止や摩擦損失が低減できる（高効率化）。

本発明のスクロール圧縮機では、吐出圧力が大きな高負荷運転領域において固定スクロールと可動スクロールのスラスト荷重（軸方向支持反力）を従来に比べ過剰に大きくならないようにすることができる為、摺動損失が少なくなり高効率で摩耗の少ない構造にすることができる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１における低圧縮比運転時の流入通路の開閉手段を示す断面図 本発明の実施の形態１における低圧縮比運転時以外の流入通路の開閉手段を示す断面図 本発明の実施の形態２における流入通路の開閉手段を示す断面図 従来のスクロール圧縮機の断面図 同従来のスクロール圧縮機の可動スクロールに作用する力を説明する説明図

第１の発明は、圧縮機容器内に配置した固定スクロールおよび可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動するシャフトと、前記シャフトを支持するとともに前記可動スクロールの背面と対向した面に環状シール溝を有する軸受けホルダと、前記環状シール溝内に軸方向に移動可能に配置した環状シール部材と、前記固定・可動両スクロールにて圧縮した高圧の冷媒ガスを前記環状シール部材に囲まれた中央背圧部に供給する流入通路と、前記環状シール部材に囲まれた中央部から環状シール部材の外周部に流出させる流出通路とを備え、前記環状シール部材で囲まれた中央背圧部と環状シール部材外周背圧部における冷媒ガスの合成圧力で前記可動スクロールを固定スクロールに押しつける圧縮機であって、前記環状シール部材外周背圧部には、圧力差を利用して、吐出ガスを流入させるための
開閉手段を設けた流入通路を備えた構成としている。

これによって、起動直後や低圧縮比運転中は、環状シール部材外周背圧部に吐出ガスを流入することにより転覆モーメントによる可動スクロールの固定スクロールからの離脱（転覆）現象を抑制でき、低圧縮比運転中以外は、環状シール部材外周背圧部への吐出ガス流入は、遮断され、環状シール部材外周背圧部は低中間圧となるため、高負荷運転時に、固定スクロールが可動スクロールを支持する軸方向反力を小さくでき、環状シール部材の径を大きくする等によりその合力を大きくして付勢する必要がなく、材料の磨耗防止や摩擦損失が低減できる（高効率化）。

第２の発明は、特に第１の発明の前記環状シール部材外周背圧部には、吐出ガスを流入させるための開閉手段を設けた流入通路を鋼球とバネ機構で構成することにより、流入通路を開閉させる圧力設定が容易にでき、安価に構成することができる。
第３の発明は、特に第１の発明の前記環状シール部材外周背圧部には、吐出ガスを流入させるための開閉手段を設けた流入通路に減圧通路を構成することにより、最小な圧力で環状シール部材外周背圧部にガス圧を供給することにより、圧縮機起動時の急激なトルク上昇を抑制し、起動ショックを緩和することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるスクロール圧縮機を示す断面図である。図１において、このスクロール圧縮機は、渦巻き状のハネを有する固定スクロール１と、前記固定スクロール１と対のハネを有し偏芯して旋回運動する可動スクロール２と、前記可動スクロール２を駆動するシャフト３と、前記シャフト３を径方向に軸受け支持し、可動スクロール２を旋回自在に背部から閉塞する軸受けホルダ４と、前記軸受けホルダ４の可動スクロール２の背面と対向する面に設置された環状シール溝５と、前記環状シール溝５の軸方向に移動可能に配置され同環状シール溝５内の外径部及び前記可動スクロール２の背面と接触し漏れを防止するための環状シール部材６から構成されている。

前記軸受けホルダ４には前記シャフト３を軸受支持するメインベアリング７が配備され、ベアリング室８が形成されている。前記可動スクロール２の渦巻き状ハネの反対側にはドライブベアリング９が配置され、前記シャフト３に対し偏芯した偏芯ブッシュを介し前記可動スクロール２を駆動している。また、前記軸受けホルダ４と可動スクロール２の間にはオルダムリングが配備され、前記可動スクロール２の自転を防止し、可動スクロール２を旋回運動させている。

つぎに給油構成について説明する。本実施の形態では固定・可動両スクロールを内蔵した圧縮機容器Ａ内の吐出圧力が作用する高圧室Ｂの下部にオイル溜め部１０を形成した例を示している。この実施の形態では前記シャフト３を駆動するモータ１１は固定・可動両スクロールで圧縮された高圧の冷媒ガスが流れ込む高圧室Ｂに設置されている。すなわち、前記一対の渦巻き状ハネによって吸入・圧縮・吐出された冷媒ガスは図中に示した矢印の方向に流れ、前記モータ１１を冷却しながら図中右端のコンプケース１２の内壁に衝突し、ガスはコンプケース１２の上部に配置された吐出口から流出する。一方、冷媒中のオイルミストは前述したコンプケース１２の内壁への衝突により凝縮され、重力によりコンプケース１２の下方に移動し、前記オイル溜め部１０に溜まる。

前記シャフト３の反メカ側の先端にはオイルポンプ１３が配置され、シャフト３の回転によってコンプケース１２の下部に貯油されたオイルを吸い上げ、前記シャフト３の中のオイル通路を通り前記環状シール部材６内の中央背圧部Ｃに吐出圧のまま冷媒ガス溶融の
オイルが供給される。前述したオイルは前記シャフト３を支持するメインベアリング７と可動スクロール２を駆動支持するドライブベアリング９等を潤滑するとともに、前記可動スクロール２を固定スクロール１側に付勢した際の金属同士の接触面の潤滑と微少隙間のシールを行い、確実な圧縮作用を行わせる構造としている。なお、上記環状シール部材６に囲まれた中央背圧部Ｃが高圧室になる。

一方、前記可動スクロール２に装備されたドライブベアリング９の奥部空間から可動スクロール２の鏡板内で半径方向に流出通路１４が形成され、前記環状シール部材６を旋回運動により横切る位置の鏡板に流出側減圧部１５となる小孔１５ａが前記流出通路１４に直交して形成され、運転中は間欠的に前記環状シール部材６の外側の外周背圧部Ｄに連通しオイルを流出させ低中間圧空間を形成するようになっている。また、前記軸受けホルダ４には、前記高圧室Ｂと前記環状シール部材６外周背圧部Ｄとを、該高圧室Ｂと環状シール部材６外周背圧部Ｄとの圧力差により開閉する開閉手段２０付きの流入通路１６が形成してある。

以上のように構成されたスクロール圧縮機について、以下その動作、作用について説明する。

まず、圧縮機の起動時や低圧縮比の運転時には、従来の発明と同様に、前記環状シール部材６に囲まれた中央背圧部Ｃには吐出圧が導入される。具体的には、オイルポンプ１３が、シャフト３の回転によってコンプケース１２の下部に貯油されたオイルを吸い上げ、前記シャフト３の中のオイル通路を通り吐出圧が導入される。また、前記環状シール部材６外周背圧部Ｄには中間圧が導入される。具体的には、前記環状シール部材６を旋回運動により横切る位置の鏡板に設けた流出側減圧部１５となる小孔１５ａから間欠的に前記環状シール部材６の外側の外周背圧部Ｄにオイルを流出させ中間圧が導入される。

本発明では、さらに前記環状シール部材６外周背圧部Ｄには、前記軸受けホルダ４に設けた圧力差により開閉する開閉手段２０付きの流入通路１６より吐出圧が導入され、前記可動スクロール２の背面全体は、吐出ガスが導入されることとなり、低圧縮比の運転中においても転覆モーメントによる前記可動スクロール２の前記固定スクロール１からの離脱（転覆）現象を抑制できる。

そして、上記低圧縮比運転中以外は、前記環状シール部材６外周背圧部Ｄへの吐出ガス流入は、圧力差により閉じる開閉手段２０によって遮断される。
これにより、高負荷時、前記固定スクロール１が前記可動スクロール２を支持する軸方向反力を小さくでき、前記環状シール部材６の径を大きくする等によりその合力を大きくして付勢する必要がなく、材料の磨耗防止や摩擦損失が低減できる（高効率化）。

図２、図３は、前記流入通路１６に設けた開閉手段の断面図である。

図２、図３において、この開閉手段２０は、本実施の形態では鋼球１７とバネ機構１８で構成してある。

以上のように構成された開閉手段２０は、低圧縮比の運転中は、図２に示すように、設定したバネ荷重によって、前記鋼球１７を座面１９から押し上げ、吐出ガスを高圧室Ｂから前記環状シール部材６外周背圧部Ｄへ導入する。

一方、低圧縮比での運転時以外は、図３に示すように、高圧室Ｂと環状シール部材６外周背圧部Ｄとの圧力差により前記鋼球１７を前記座面１９に着座させ、流入通路１６を遮断し、環状シール部材６外周背圧部Ｄには、吐出ガスを供給せず、従来と同様に、前記環
状シール部材６外周背圧部Ｄには、前記流出側減圧部１５となる小孔１５ａより間欠的に供給される環状シール部材オイルによって中間圧が導入される。これにより、圧力設定が容易にでき、安価に構成することができる。

（実施の形態２）
図４は本発明の第２の実施の形態における流入通路と開閉手段を示す断面図である。

この実施の形態では前記流入通路１６に更に図該流入通路より小径の減圧通路２１を形成したものである。

この様な減圧通路２１を設けたことによって、低圧縮比の運転中は、設定したバネ荷重によって、前記鋼球１７を座面１９から押し上げ、吐出ガスを高圧室Ｂから減圧通路２１を介して、前記環状シール部材６外周背圧部Ｄへ導入する際、そのガス圧力を減圧通路２１によって減圧できる。

これにより、最小な圧力で環状シール部材外周背圧部に中間圧を供給することができ、より効果的に圧縮機起動時の急激なトルク上昇を抑制し、起動ショックを緩和することができる。

なお、上記実施の形態は本発明を実施するうえで最適なものを例示して説明したが、本発明の目的を達成する範囲であれば開閉手段２０や減圧通路２１等はどのように構成してもよいものである。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、可動スクロールに作用する軸方向支持反力が過剰に大きくなるようなことがないようにすることができ、可動スクロールの摺動損失が少なくなり、高エネルギ効率の圧縮機にすることが出来る。よって高圧になりがちな冷媒を用いたルームエアコンや給湯器等の分野の用途にも好適である。

１ 固定スクロール
２ 可動スクロール
３ シャフト
４ 軸受けホルダ
５ 環状シール溝
６ 環状シール部材
７ メインベアリング
８ ベアリング室
９ ドライブベアリング
１０ オイル溜め部
１１ モータ
１２ コンプケース
１３ オイルポンプ
１４ 流出通路
１５ 流出側減圧部
１５ａ小孔
１６ 流入通路
１７ 鋼球
１８ バネ機構
１９ 座面
２０ 開閉手段
２１ 減圧通路
Ａ 圧縮機容器
Ｂ 高圧室
Ｃ 中央背圧部
Ｄ 外周背圧部

Claims (3)

1. 圧縮機容器内に配置した固定スクロールおよび可動スクロールと、前記可動スクロールを駆動するシャフトと、前記シャフトを支持するとともに前記可動スクロールの背面と対向した面に環状シール溝を有する軸受けホルダと、前記環状シール溝内に軸方向に移動可能に配置した環状シール部材と、前記固定・可動両スクロールにて圧縮した高圧の冷媒ガスを前記環状シール部材に囲まれた中央部に供給する流入通路と、前記環状シール部材に囲まれた中央部から環状シール部材の外周部に流出させる流出通路とを備え、前記環状シール部材で囲まれた中央部と環状シール部材外周部における冷媒ガスの合成圧力で前記可動スクロールを固定スクロールに押しつける圧縮機であって、前記環状シール部材外周背圧部には、吐出ガスを流入させるための開閉手段を設けた流入通路を備えたスクロール圧縮機。
2. 環状シール部材外周背圧部には、吐出ガスを流入させるための流入通路にある開閉手段を、鋼球とバネ機構で構成した請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 環状シール部材外周背圧部には、吐出ガスを流入させるための流入通路に減圧通路を設けた請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。