JP2014202133A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、いわゆる横置型の圧縮機のクランク軸と軸受との隙間における油膜切れを防止し、停止していた圧縮機を運転する際に良好に起動することができる圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、チャンバーと、前記チャンバー内に収容される圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、前記圧縮機構部及び前記電動機部を水平方向に連結するクランク軸と、前記クランク軸を受ける軸受と、前記軸受に対応する高さ位置に設けられ、前記軸受が潤滑油に浸漬された状態となるように油を保持する油保持部と、前記チャンバー下部に溜まった潤滑油を前記油保持部に給油する給油経路と、運転停止中に前記軸受が潤滑油に浸漬された状態に維持する軸受浸漬状態維持機構とを備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

従来の圧縮機の例が特許文献１に記載されている。この従来の圧縮機では、絞りと油通路を有する仕切板を設けることで、チャンバー下部の潤滑油を軸受に給油する給油パイプの下端部に常時確保する。これにより、運転中は圧縮機構部及びクランク軸と軸受への潤滑油の供給が途絶えることない横置型密閉式圧縮機を提供している。

特開２０１１−１９２２号公報

ところで、上記の従来技術の圧縮機においては、軸受部に供給される潤滑油を保留する油貯留部の中心に給油パイプが接続されている為、圧縮機の運転を停止すると、位置水頭により油貯留部の油が給油パイプを介しチャンバー下部へと逆流する。

この逆流は、油貯留部との接続部分における給油パイプの下端まで油面が低下するまで発生する。この結果、軸受部の油貯留部の油量は半分以下となる。すると、クランク軸と軸受との隙間はいわば油膜切れ状態となり、次に圧縮機を運転する際に、良好に起動することができないおそれがある。なお、油膜切れ状態であると、場合によっては、クランク軸と軸受の摩耗や焼き付きが発生するおそれもある。

そこで、本発明は、いわゆる横置型の圧縮機のクランク軸と軸受との隙間における油膜切れを防止し、停止していた圧縮機を運転する際に良好に起動することができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、チャンバーと、前記チャンバー内に収容される圧縮機構部と、前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、前記圧縮機構部及び前記電動機部を水平方向に連結するクランク軸と、前記クランク軸を受ける軸受と、前記軸受に対応する高さ位置に設けられ、前記軸受が潤滑油に浸漬された状態となるように油を保持する油保持部と、前記チャンバー下部に溜まった潤滑油を前記油保持部に給油する給油経路と、運転停止中に前記軸受が潤滑油に浸漬された状態に維持する軸受浸漬状態維持機構とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、いわゆる横置型の圧縮機のクランク軸と軸受との隙間における油膜切れを防止し、停止していた圧縮機を運転する際に良好に起動することができる。

実施例１に係る圧縮機の運転中の状態を示す縦断面図。 実施例１に係る圧縮機の停止中の状態を示す縦断面図。 実施例１に係る圧縮機の軸受浸漬状態維持機構を示す拡大縦断面図。 実施例２に係る圧縮機の軸受浸漬状態維持機構を示す拡大縦断面図。 実施例３に係る圧縮機の軸受浸漬状態維持機構を示す拡大縦断面図。 実施例４に係る圧縮機の軸受浸漬状態維持機構を示す拡大縦断面図。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１に、実施例１に係る圧縮機１００の縦断面図を示す。圧縮機１００としては、ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機、レシプロ圧縮機を用いることが可能であるが、以下の説明においては、スクロール圧縮機を例に用いる。また、冷媒としては二酸化炭素が用いられるが、これ以外にも、空気調和装置に通常使用されるＲ４１０Ａ、Ｒ３２等の冷媒であってもよい。

図１に示す圧縮機１００は、チャンバー１内に、圧縮機構部１０１と、圧縮機構部１０１を駆動する電動機部１０２とが収納されている。このように圧縮機構部と電動機部とが同一のチャンバー内に収容される圧縮機は、一般的に密閉式圧縮機と呼ばれる。また、圧縮機１００は、圧縮機構部１０１及び電動機部１０２を水平方向に連結するクランク軸５を有する。このように圧縮機構部と電動機部とが水平方向に配置される圧縮機は、一般的に横置型圧縮機と呼ばれる。

圧縮機構部１０１は、固定スクロール２、旋回スクロール３、フレーム４、オルダムリング６を主要構成要素としている。固定スクロール２の吸込口には外部サイクルに接続する吸込みパイプ７が圧入されている。

電動機部１０２は、固定子８及び回転子９からなり、固定子８はチャンバー１に焼嵌めなどにより固定されており、回転子９はクランク軸５に圧入などにより嵌着されている。

フレーム４の外周部はチャンバー１に固定されており、クランク軸５の回転を受ける主軸受４ａを具備している。主軸受４ａはすべり軸受である。クランク軸５の偏心部には旋回スクロール３が回転自在に取付けられ、旋回スクロール３に設けられたオルダムリング用の溝３ａとフレーム４に設けられたオルダムリング用の溝４ｂにはオルダムリング６が摺動自在に装備され、旋回スクロール３の公転を可能としながら自転を防止している。旋回スクロール３と噛み合って圧縮室を形成する固定スクロール２は、ボルト１０によりフレーム４と締結されている。

クランク軸５の偏心部と反対側の軸端部は、副軸受１１ａによって保持される。副軸受１１ａは副ケース１１に圧入などで固定され副ケースはチャンバー１に固定された仕切板１２に溶接などで取付けられている。

なお、クランク軸５と副軸受１１ａとの隙間や、クランク軸５と主軸受４ａとの隙間は、クランク軸５の軸径に対して１０００分の１（数十μｍ）程度のクリアランスを有する。

このような圧縮機の一般的な作用を説明する。回転子９は固定子８から回転力を受けて回転し、回転子９に嵌着されたクランク軸５も回転する。旋回スクロール３は、クランク軸５の回転とオルダムリング６の作用により、自転することなく偏心回転（公転）する。旋回スクロール３の公転により、吸込みパイプ７を通して固定スクロール２の吸込み口から吸い込まれた低圧の冷媒ガスは、圧縮室で徐々に圧縮され高圧となり、吐出孔２ａからチャンバー１の中に放出される。

放出された高圧の冷媒ガスは、固定スクロール２の外周に設けられたガス流通溝（図示せず）とフレーム４の外周に設けられたガス流通溝（図示せず）を通り、電動機部１０２の固定子８に達する。固定子８に達した冷媒は、ステータ外周溝（図示せず）を通って固定子８を冷却し、この時冷媒に含まれる潤滑油の多くは分離されて電動機部１０２の下方、チャンバー１の底面付近に落下する。

また、圧縮機１００は、旋回スクロール３とフレーム４とで挟まれた空間である背圧室１９を有する。旋回スクロール３はこの背圧室１９の圧力（背圧と称する）によって固定スクロール２に押し付けられている。なお、背圧は、背圧制御弁２０によって吐出圧力と吸込圧力の中間の圧力に制御される。

また、チャンバー１内には、圧縮機１００の各摺動部を潤滑するための潤滑油が貯留されている。潤滑油は、冷凍機油と呼ばれる場合もある。図１の１６は、チャンバー底面に溜まった潤滑油を示している。圧縮機１００は横型圧縮機であるので、クランク軸５の側面に対向するチャンバー１内面が底部（図１の下側）となる。なお、冷媒に二酸化炭素を用いた場合には、潤滑油にポリアルキレングリコール油、ポリオールエステル油、ポリアルファオレフィン油、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油の少なくともいずれかを用いるのが好ましい。

固定子８を通過した冷媒ガスは仕切板１２の上の方に設けられたガス流路１２ａで絞られて、仕切板１２の右側の潤滑油貯溜空間（貯油室）１７を通って吐出パイプ１４の冷媒吐出口より吐出される。この冷媒吐出口は潤滑油貯留空間に形成される。

次に、クランク軸５や主軸受４ａや副軸受１１ａ等の軸受への潤滑油の供給について説明する。クランク軸５の軸方向には孔５ａが貫通されており、クランク軸５が主軸受４ａで支持される部分に、この孔５ａと連通する径方向の孔５ｂが設けられている。副軸受１１ａで受ける部分には同様に孔５ｃが設けられている。

また、圧縮機１００は、副軸受１１ａに対応する高さ位置に設けられ、副軸受１１ａが油で浸漬された状態となるように油を保持する油保持部１８を有する。油保持部１８は、クランク軸５の軸線方向上の位置において副軸受１１ａに隣接して配置され、圧縮機が水平に配置されると副軸受１１ａの鉛直方向高さに対応する位置となる。具体的には、油保持部１８は、副ケース１１に溶着などにより取付けられた給油カバー１３によって構成されている。給油カバー１３は、底部とこの底部の周辺部から立ち上がる筒状部とを有し、底部が高さ方向に沿い、且つ、筒状部がクランク軸５の軸線方向に沿うように取り付けられている。即ち、給油カバー１３は、一端側が開放されたカップ形状を有する部材であり、これがクランク軸５に被せられる状態で配置される。底部は、平坦な円形状を有し、筒状部は円筒状を有する。また、給油カバー１３には、給油経路１５を構成する給油パイプを挿通させるための挿通孔が形成されており、具体的には、挿通孔は筒状部に形成されている。

また、圧縮機１００は、チャンバー１下部に溜まった油を油保持部１８に給油する給油経路１５を有する。給油パイプによって構成される給油経路１５への給油口である給油パイプ開口部１５ａは貯油室１７内に配置され、かつチャンバー１の底部（図１の下側）に面するように開口し、そしてこの給油パイプ開口部１５ａはなるべく底部に近い位置に設けられている。

また、圧縮機１００は、運転停止中に軸受（具体的には、副軸受１１ａ）が潤滑油に浸漬された状態に維持する軸受浸漬状態維持機構を備える。この軸受浸漬状態維持機構は、運転停止中に副軸受１１ａがガスに曝される程度に油保持部１８から潤滑油が流出してしまうのを防止するものである。従って、軸受浸漬状態維持機構は、油流出防止機構と称することもできる。具体的には、給油経路１５は、副軸受１１ａよりも高い位置で油保持部１８に接続するように形成され、これによって軸受浸漬状態維持機構が構成される。より具体的には、給油経路１５は、油保持部１８との接続部よりも高い位置を経由する。なお、給油経路１５を構成する給油パイプの端部に設けられた開口部である流入部１８ａがこの給油経路１５と油保持部１８との接続部となる。

次に、圧縮機１００の運転時の潤滑油の動作を説明する。貯油室１７に貯溜された潤滑油は、給油経路１５を流れ、流入部１８ａから油保持部１８に供給される。油保持部１８に給油された潤滑油は、クランク軸５の孔５ａを通り、孔５ｃから副軸受１１ａに、孔５ｂから主軸受４ａに供給される。更に潤滑油は孔５ａを通ってクランク軸５の端面に達し、そこから旋回軸受３ｂに供給される。よって運転起動中の油保持部１８には潤滑油１６が満たされた状態となる。この潤滑油の流れを発生させる動力は貯油室１６の高圧力と背圧室１９の中間圧力との差圧である。

また、圧縮機１００の運転中は、仕切板１２の両側で圧力が異なっており、吐出孔２ａが設けられる側の空間が貯油室１７よりも高圧となっているため、潤滑油は、吐出孔２ａが設けられる側の空間から貯油室１７側に押し出される状態となって貯油室１７側に多く存在する。このため、圧縮機１００の運転中は、図１に示すように潤滑油の液面高さが吐出孔２ａが設けられる側の空間に比べて高くなっている。

次に、圧縮機１００の運転停止時の潤滑油の状態を図２，３を用いて説明する。圧縮機１００が運転を停止すると、チャンバー１の高圧と低圧とがバランスし、チャンバー１内での圧力差がなくなる。これにより潤滑油１６の動力源となっていた高圧力と中間圧力との差圧がなくなる。圧縮機１００の停止直後は吐出孔２ａが設けられる側の空間が貯油室１７よりも高圧であるため、この圧力によって、クランク軸５と副軸受１１ａとの隙間や、クランク軸５と主軸受４ａとの隙間及びクランク軸５の孔５ａなどを通って油保持部１８にガスが逆流し得る。

このとき、圧縮機１００は、給油経路１５が油保持部との接続部となる油保持部１８の流入部１８ａが副軸受１１ａよりも高い位置を経由する高い位置を経由するため、油保持部１８に逆流したガスは、副軸受１１ａよりも上方に上っていき、図２，３に示すように油保持部１８（若しくは、給油カバー１３）の上部に集まり、ガスの空間が油保持部１８の流入部１８ａの高さにまで至ると給油経路１５から流出する。従って、ガスが副軸受１１ａの高さ位置まで溜まってしまうことが防止される。圧縮機１００の運転停止直後に、油保持部１８から給油経路１５へかけての領域が潤滑油で流体的に繋がっていたことによりこの領域に仮にサイフォン作用が働いていたとしても、潤滑油の流体的な繋がりがガスによって分断されることでサイフォン作用が機能しなくなり、油保持部１８から給油経路１５への潤滑油の流出が抑制される。

また、圧縮機１００の運転停止直後は、仕切板１２の両側での圧力差によりクランク軸５と副軸受１１ａとの隙間や、クランク軸５と主軸受４ａとの隙間及びクランク軸５の孔５ａなどを通って油保持部１８にガスが逆流し得るが、徐々に圧力差が無くなり、また、温度低下により潤滑油の粘度が上がってくるとこのクリアランスをガスが通らなくなり、ガスの逆流はいずれ止まる。

なお、ガスは、クランク軸５と副軸受１１ａや主軸受４ａとの隙間などを通って油保持部１８に流入するもの以外にも、運転中に潤滑油内に溶け込んでいた冷媒ガスが圧力の低下によって発泡する状態で出現することによるものもある。これらの冷媒ガスも出現すると上方に上っていき、流入ガスとともにガスの空間を形成する。

これらの理由により、圧縮機１００の運転停止中であっても、クランク軸５と副軸受１１ａとの隙間における油膜切れを防止し、副軸受１１ａ、延いてはクランク軸５や主軸受４ａや旋回軸受３ｂが潤滑油に浸漬された状態となる。従って、停止していた圧縮機１００を運転する際に、良好に起動することができ、圧縮機１００の信頼性を向上させることができる。

また、給油経路１５が油保持部１８との接続部よりも高い位置（最高点）を経由するため、ガスが油保持部１８との接続部から前記高い位置（最高点）へ向かう部分は上方に立ち上がる状態となる。ここで、この立ち上がりの水平方向断面は油保持部１８の水平方向断面よりも小さいため、ガスの領域の高さを迅速に高めることができる。従って、潤滑油の流体的な繋がりをガスによって迅速に分断することができる。

次に、実施例２に係る圧縮機１００について、図４を用いて説明する。この実施例２は、次に述べる点で実施例１と相違するものであり、その他の点については実施例１と基本的に共通するので、重複する説明を省略する。

本実施例の給油経路１５は、副軸受１１ａよりも高い位置からクランク軸５の軸線方向に延出し、この高さ位置から下方に向かって延びる形状を有する。この給油経路１５を構成する給油パイプは、略Ｌ字型の形状を有し、給油カバー１３の高さ方向を向く平坦な底部に溶接によって固定されている。

本実施例の圧縮機１００によれば、運転停止中であってもクランク軸５と副軸受１１ａとの隙間における油膜切れを防止し、副軸受１１ａ、延いてはクランク軸５や主軸受４ａや旋回軸受３ｂが潤滑油に浸漬された状態となる。従って、次に圧縮機１００を運転する際に、円滑に起動が可能である。また、給油経路１５を構成する給油パイプが溶接される部分が給油カバー１３の高さ方向を向く平坦面であるため、給油カバー１３に形成される挿通孔の形状が二次元的な簡素な形状で済み、溶接作業も容易となる。また、略Ｌ字型の給油パイプは、実施例１の給油パイプに比べて曲がりの数が少ないため、実施例１に比べて安価に製造することができるというメリットも有する。

次に、本発明の実施例３に係る圧縮機１００について、図５を用いて説明する。本実施例の圧縮機１００は、軸受浸漬状態維持機構が給油経路１５に配置される逆止弁によって構成される。

逆止弁は、給油経路１５における給油パイプ流入口１５ａの近傍に設けられる。また、逆止弁は、給油パイプ１５内に圧入などで取付けられた逆止弁バネ２２を有した逆止弁ストッパ２１及び逆止弁シート２４と逆止弁体２３で構成される。

逆止弁は給油経路を機械的に遮断するものである。従って、逆止弁の閉止後は、油保持部１８から給油経路１５へかけての領域が閉じられた領域となり、ガスがクランク軸５と副軸受１１ａや主軸受４ａとの隙間などを通って油保持部１８に流入することが阻止される。また、油保持部１８から給油経路１５へかけての閉じられた領域の圧力が実施例１と比べて比較的高く維持されるため、給油経路に滞在する潤滑油に溶け込んだ冷媒ガスも出現しにくくなる。

さらに、圧縮機１００を車載用に用いた場合には、車両の振動などの外力や傾きの変化により、副軸受１１ａと潤滑油の液面との高低関係が変化する場合があるが、逆止弁を用いれば副軸受１１ａと潤滑油の液面との高低関係に関わらず油保持部１８から給油経路１５へかけての閉じられた領域に潤滑油が閉じ込められる。

従って、本実施例の圧縮機１００によれば、運転停止中であってもクランク軸５と副軸受１１ａとの隙間における油膜切れを防止し、副軸受１１ａ、延いてはクランク軸５や主軸受４ａや旋回軸受３ｂが潤滑油に浸漬された状態となる。従って、停止していた圧縮機１００を運転する際に、良好に起動することができる。また、本実施例の圧縮機１００は、逆止弁バネ２２を有した逆止弁であるため、圧力差が逆止弁バネ２２の付勢力よりも小さくなれば逆止弁が閉止するものであり、圧縮機１００の運転停止時の応答性を高めることができる。

なお、逆止弁は給油経路を機械的に遮断するものであり、油保持部１８から給油経路１５へかけての閉じられた領域に潤滑油が閉じ込められるため、給油経路が前記油保持部と接続する高さ位置は特に限定されず、副軸受１１ａよりも高い位置であってもよく、それより低い位置であってもよい。

次に、本発明の実施例４に係る圧縮機１００について、図６を用いて説明する。本実施例の圧縮機１００は、軸受浸漬状態維持機構が給油経路１５に配置される逆止弁によって構成される点で実施例４の圧縮機１００と共通するが、逆止弁の構造が異なる。本実施例の逆止弁は、給油パイプ内に圧入などで取付けられたボール弁ストッパ２５及びボール弁シート２６とボール２７によって構成される。

このようにすれば、圧縮機１００の運転停止中であってもクランク軸５と副軸受１１ａとの隙間における油膜切れを防止し、副軸受１１ａ、延いてはクランク軸５や主軸受４ａや旋回軸受３ｂが潤滑油に浸漬された状態となる。従って、停止していた圧縮機１００を運転する際に、良好に起動することができる。また、本実施例の圧縮機１００は、ボール２７による逆止弁であるため、圧縮機１００の起動時に形成される圧力差によって容易に持ち上げることができ、圧縮機１００の起動時の応答性を高めることができる。

なお、本発明に係る圧縮機は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、油保持部が副軸受１１ａに対応する位置に設けられるものを例に説明したが、これに限定されるものではなく、例えば主軸受４ａといった他の軸受に対応する位置に設けられるものであってもよい。

また、上記実施形態では、主軸受４ａ及び副軸受１１ａを有するものを例に説明したが、軸受が一つのみ設けられるものであってもよい。

また、上記実施形態では、チャンバー１内に高圧の冷媒が吐出されるいわゆる高圧チャンバー方式の圧縮機について説明したが、チャンバー内の圧力が低いいわゆる低圧チャンバー方式の圧縮機であってもよい。ここで、低圧チャンバー方式の圧縮機は、差圧によってではなく、別途備えられるトロコイドポンプといった給油手段によって潤滑油の給油を行うといった点で、高圧チャンバー方式の圧縮機とは異なる。しかし、このような低圧チャンバー方式の圧縮機であっても、軸受が潤滑油に浸漬された状態となるように油を保持する油保持部を有するものが考えられ、しかも、運転を停止すると上述したような給油手段が停止することとなり、油保持部から潤滑油が流出する状況が発生し得る。このように、高圧チャンバー方式であっても低圧チャンバー方式であっても共通の課題が存在するため、本発明は圧縮機の方式にかかわらず有効である。

１ チャンバー
２ 固定スクロール
２ａ 吐出孔
３ 旋回スクロール
３ａ オルダムリング用溝
３ｂ 旋回軸受
４ フレーム
４ａ 主軸受
４ｂ オルダムリング用溝
５ クランク軸
５ａ 軸方向貫通穴
５ｂ 主軸径方向貫通穴
５ｃ 副軸径方向貫通穴
６ オルダムリング
７ 吸込パイプ
８ 固定子
９ 回転子
１０ ボルト
１１ 副ケース
１１ａ 副軸受
１２ 仕切板
１２ａ ガス流路
１３ 給油カバー
１４ 吐出パイプ
１５ 給油パイプ
１５ａ 給油パイプ開口部
１６ 潤滑油
１７ 貯油室
１８ 油貯留部
１８ａ 油貯留部入口
１９ 背圧室
２０ 背圧制御弁
２１ 逆止弁ストッパ
２２ 逆止弁バネ
２３ 逆止弁バルブ
２４ 逆止弁シート
２５ ボール弁ストッパ
２６ ボール弁シート
２７ ボール

Claims (4)

1. チャンバーと、
   前記チャンバー内に収容される圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部を駆動する電動機部と、
   前記圧縮機構部及び前記電動機部を水平方向に連結するクランク軸と、
   前記クランク軸を受ける軸受と、
   前記軸受に対応する高さ位置に設けられ、前記軸受が潤滑油に浸漬された状態となるように油を保持する油保持部と、
   前記チャンバー下部に溜まった潤滑油を前記油保持部に給油する給油経路と、
   運転停止中に前記軸受が潤滑油に浸漬された状態に維持する軸受浸漬状態維持機構とを備えることを特徴とする圧縮機。
2. 前記軸受浸漬状態維持機構は、前記軸受よりも高い位置で前記油保持部に接続する給油経路によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記給油経路は、前記油保持部との接続部よりも高い位置を経由することを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記軸受浸漬状態維持機構は、前記給油経路に配置される逆止弁によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。