JP2017527731A5 - - Google Patents

Description

スクロール圧縮機

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

知られているように、スクロール圧縮機は、固定スクロールを備えた固定ステータを有するハウジングと、このハウジング内に設けられていて、固定スクロールに係合する可動スクロールを備えた可動ロータと、ハウジング内に設けられた軸受に取り付けられている主シャフトを有するとともに主シャフトの幾何学的軸線に対して偏心的に設けられかつ可動ロータ内に設けられた「中心軸受」の介在によって軸受に取り付けられている副シャフトを有するクランクシャフトとを有し、クランクシャフトの回転により軌道運動が可動ロータに与えられるように可動ロータのその中心回りの回転を阻止する手段が設けられ、換言すると、ロータは、クランクシャフトの幾何学的軸線回りに円形運動を行うことしかできない。

かかる形式のスクロール圧縮機の作動原理が知られており、この作動原理は、ロータがステータの固定スクロールと可動スクロールとの間で運動することによってチャンバが密閉され、可動スクロールが固定スクロールおよび可動スクロールの外周からこれらスクロールの中心まで動き、それにより、この運動中、これらチャンバが次第に小さくなり、その結果、これらチャンバ内に存在するガス、例えば空気もしくは別のガス又はガスの混合物が圧縮されるという事実に基づいている。

スクロールの外周には新鮮なガスを流入させる入口が設けられ、スクロールの中心の存在場所のところに圧縮ガスを供給する出口が設けられている。

ガスの圧縮が熱の発生と結合されることが知られている。

スクロール圧縮機の場合、生じた熱は、比較的高温でスクロール圧縮機を出る圧縮ガスにより部分的に奪われるとともにロータおよびステータにより部分的に奪われ、ロータおよびステータは、この目的のために冷却フィンを備え、ロータおよびステータは、一方において圧縮されるべき新たに引き込まれたガスによって冷却されるとともに他方において低温空気をロータの冷却フィン上に送風する能動的な空冷によって冷却される。

典型的には、ロータの温度は、外周から上述の中心軸受が設けられている中心まで増大する。

この中心軸受の良好な潤滑は、スクロール圧縮機の寿命および性能にとって極めて重要である。

この中心軸受をグリースで潤滑することが知られている。

グリースによる潤滑の欠点は、ロータの制限された速度しか許容されず、その結果、圧縮されるべきガス流の容量が制限されることにある。

別の欠点は、グリースによる潤滑では、スクロール圧縮機を比較的短い間隔で点検整備しなければならず、それによりスクロール圧縮機がその度ごとにある期間にわたって停止されることにある。

また、油を用いて中心軸受を潤滑することが知られており、それにより、油潤滑により高いロータ速度が許容され、かくして高い流量を得ることができ、しかも中心軸受を少ない頻度の点検整備を行うだけで良く、その結果、点検サービスごとの停止を短くすることができるという点でグリースによる潤滑と比較して利点が得られる。

中心軸受の油潤滑が行われるかかるスクロール圧縮機がベルギー国特許第１．００９．４７５号明細書および同第１．０１２．０１６号明細書で知られており、ロータは、部分的に油で満たされた油チャンバを備え、かかる油チャンバは、ロータの下から開口部を介してこの油チャンバに連結されている中心軸受の高さ位置の上まで延び、油は、ロータの運動に起因して上方に跳ね上げられて中心軸受にかけられる。

油潤滑方式の利点に勝って、かかる公知のスクロール圧縮機は、別個の油ポンプおよびパイプを備えた別個の冷却回路が不要であるという別の利点を有する。

ベルギー国特許第１．００９．４７５号明細書 ベルギー国特許第１．０１２．０１６号明細書

しかしながら、実施結果の示すところによれば、かかる公知のスクロール圧縮機の潤滑方式が常に十分であるといえないということが分かっており、その理由は、跳ね上げられた油が効果的に循環せず、それにより潤滑が不十分であることによる損傷が生じる場合があるということにあり、その理由は、ロータそれ自体の高温部分内での中心軸受の配置場所では、油が十分に補給されず、それにより冷却が不十分になる場合があり、それにより油の潤滑性能の時期尚早な劣化が生じる場合があるからである。

本発明の目的は、これらの欠点および他の欠点のうちの１つ又は２つ以上がないスクロール圧縮機を提供することにある。

この目的のため、本発明は、スクロール圧縮機であって、固定スクロールを備えた固定ステータを有するハウジングと、ハウジング内に設けられていて、固定スクロールに係合する可動スクロールを備えた可動ロータと、ハウジング内に設けられた軸受に取り付けられている主シャフトおよび主シャフトの幾何学的軸線に対して偏心的に設けられた状態で「中心軸受」の介在によって可動ロータ内に設けられている軸受に取り付けられている副シャフトを有するクランクシャフトと、クランクシャフトの回転により軌道運動が可動ロータに与えられるように可動ロータのその中心回りの回転を阻止する手段とを有し、可動ロータは、部分的に油で満たされるようになった油チャンバを備え、可動ロータの軌道運動時に油の一部が中心軸受を潤滑するためにはね上げられ、油チャンバは、可動ロータの中心から半径方向距離を置くところに位置した状態で幅の狭い油チャネルによって中心軸受に連結されていることを特徴とするスクロール圧縮機に関する。

幅の狭い油チャネルという表現は、幅が接線方向における油チャンバの幅よりも小さい油チャネルを意味している。

油チャンバを備えたスクロール圧縮機の上述の公知の利点に加えて、本発明の油チャンバ付きのスクロール圧縮機は、油チャンバ内の油の昇温具合が小さいという追加の利点を有し、その理由は、油チャンバがロータの高温中心から見て遠くに位置するとともにロータの低温外周に沿って集められ、このことが中心軸受の良好な潤滑に望ましいということにある。

好ましくは、冷却用空気がファン又はその類似手段によって油チャンバの外部に沿って送風され、このことは、油の温度ならびに中心軸受の潤滑に望ましい。

油チャンバは、油の良好な冷却を行う冷却フィンを備えるのが良い。

好ましい実施形態によれば、油チャネルは、油チャンバの連結壁に連結し、それにより、この連結場所のところでは、ロータによって投げ上げられた油の少なくとも一部を捕捉することができ、そしてこの一部を油チャネルの方向に導くことができる油キャッチャが油チャネルの一方の側に設けられる。

油キャッチャは、中心軸受への十分な油の流れを保証する。

油キャッチャは、例えば、連結場所の一方の側の方が他方の側の距離よりも長い距離のところで油チャンバに連結している油チャネルによって形成された肩によって形成されている。

このように、適当な形態を備えた油チャンバを比較的単純な仕方で実現することができる。

本発明の特徴を良好に示す意図により、以下において、添付の図面を参照してスクロール圧縮機の好ましい実施形態について例示として説明するが、これは、本発明を限定するものではない。

休止状態にある本発明の圧縮機の断面図である。 図１のＩＩ‐ＩＩ線矢視断面図である。 図１のＦ３で示された油チャンバおよび油チャネルの形状の輪郭を示す概略拡大図である。 図３の概略断面図と同様な図であるが、変形実施形態を示す図である。

図１および図２に示されたスクロール圧縮機１は、本質的に、ハウジング２を有し、このハウジングは、ハウジング２のカバー４によって覆われた密閉空間３を画定し、それにより、このカバー４は、内側にカバー４の内側で横断方向に延びる巻回体６を備えた固定スクロール５を備えており、このカバー４は、外側に冷却フィン７を備えている。

固定スクロール５のカバー４は、スクロール圧縮機１のステータ５の一部をなしている。

ロータ８が密閉空間３内に設けられており、このロータは、水平クランクシャフト９によって駆動され、ロータ８は、冷却フィン１２によって互いに連結された２枚の互いに平行なベースプレート１０，１１によって形成され、固定スクロール５に係合する可動スクロール１３がベースプレート１０に取り付けられている。

クランクシャフト９は、主シャフト１４を有し、この主シャフトは、軸線Ｘ‐Ｘ’回りに回転可能な状態で軸受１５、この場合、グリース潤滑式玉軸受けによってハウジング２内に設けられている軸受に取り付けられている。

クランクシャフト９は、その主シャフト１４の端のところに、軸線Ｘ‐Ｘ’に平行であるがこれに対して偏心的に位置決めされた幾何学的軸線Ｙ‐Ｙ’を有する副シャフト１６を備えている。

ロータ８は、ベースプレート１１の側部に沿って、中心軸受１７を備え、この中心軸受は、この場合、ロータ８の中心に対して心出しされ、より具体的に言えば、ロータの可動スクロールの中心に対して心出しされているが、これが必ずしも必要であるわけではなく、ロータ８は、ロータ８の中心が幾何学的軸線Ｙ‐Ｙ’と一致するよう副シャフト１６に設けられている軸受に取り付けられている。

図示の実施例では、この中心軸受１７は、内側リング１９と外側リング２０との間に保持された円筒形ローラ要素１８を備えた軸受であり、外側リング２０は、内方に差し向けられた直立フランジ２１を備え、ローラ要素１７は、これら直立フランジ相互間において軸方向Ｙ‐Ｙ’に保持されている。

クランクシャフト９は、このクランクシャフト９とのバランスを取るよう釣り合い重り２２を更に備えている。

スクロール圧縮機１は、クランクシャフト９の回転により軌道運動が公知の仕方でロータ８に加えられるようにロータ８がその中心を通ってＹ‐Ｙ’軸線回りに回転するのを阻止する手段２３を有している。

この実施例では、これら手段２３は、各々が互いに偏心的に連結された２つの互いに平行なシャフトガジオン又はガジョン２５によって形成された３本のクランクシャフト２４によって形成されており、シャフトガジオン２５は、互いに偏心的に連結され、これらガジオンのうちの一方のシャフトガジオン２５は、軸受２６によってハウジング２内に設けられた軸受に取り付けられ、他方のシャフトガジオン２５は、別の軸受２７によってロータ８内に設けられている軸受に取り付けられ、この場合、軸受２６，２７は、グリース潤滑式玉軸受け２６，２７である。

ハウジング２内には、入口２８が固定スクロール５の外周に沿って設けられ、出口２９が固定スクロール５の中心の存在場所に設けられている。

この実施形態では、スクロール圧縮機は、ロータ３１付きのラジアルファン３０を備え、ロータ３１は、クランクシャフト９に締結されるとともに螺旋ケーシング３２内に回転可能に設けられ、螺旋ケーシング３２は、ハウジング２に締結されるとともに入口３３およびロータ８を冷却するために密閉空間３に通じる出口３４を備えている。

クランクシャフト９を多くの仕方で、例えば図２に示されているプーリ３５によって駆動することができる。

本発明によれば、油チャンバ３６がベースプレート１１に当てて設けられ、この油チャンバは、ロータ８の下に位置するロータ８の中心から半径方向距離Ａのところに位置し、この油チャンバは、この中心軸受１７の油潤滑のために幅の狭い又は細い油チャネル３７を経て、換言すると、幅Ｗがロータ８の螺旋スクロール１３の本質的に接線方向に見て油チャンバ３６の幅Ｗ’よりも小さい油チャネル３７を経て中心軸受１７に連結されている。

油チャンバは、好ましくは、例えばロータ８の外周の半径の１／３よりも長く、好ましくは１／２よりも長い距離Ａのところでロータ８の中心の高温ゾーンからできるだけ遠くに配置される。

必要ならば、油チャンバ３６と油チャネル３７は、１ユニットとして鋳造されることによってベースプレート１１内に組み込まれる。しかしながら、油チャンバ３６と油チャネル３７がロータ８に取り付けられている別々の部品から組み立てられることが排除されるわけではない。

図示の実施形態では、油チャネル３７は、油チャンバ３６から中心軸受１７の開放側に沿って垂直方向上方に延びる直線状の半径方向に延びている油チャネルとして構成されている。

中心軸受１７の他方の開放側は、シール３９によって封止されている。

油チャンバ３６は、２つの互いに反対側に位置する壁３９，４０、すなわち、それぞれ、油チャネル３７に対して横断方向に差し向けられていて油チャネル３７が連結する頂部に設けられている連結壁３９および中心がＹ‐Ｙ’軸線上に位置した状態で本質的に弓形部分に沿って延びるベース４０によって画定されており、これら壁３９，４０は、上述の壁３９，４０に継ぎ目なしで連結されている２つの湾曲した凹状側壁４１，４２によって互いに連結されている。

カバー壁４３が油チャンバ３６を更に閉鎖している。

油チャンバ３６を満たすため、ロータは、直接的にあるいは例えば図１および図２に示されている中心軸受１７および油チャネル３７を経てロータ８の外周の頂部から油チャンバ３６に連結された充填チャネル４８を備えている。

休止状態では、油チャンバ３６は、油４６で５０〜６０パーセント満たされた状態にある。

ゲージグラス４５が油チャンバを適当なレベルまで満たすことができるようカバー壁４３内に設けられるのが良い。

ドレンプラグ４６が油を補給することができるよう底壁４０内に取り付けられている。

図１〜図３に示されているように、油チャンバ３６は、油チャンバ３６への油チャネル３７の連結部を通りかつＩＩ‐ＩＩ線矢視断面の平面と一致した半径方向平面に関して非対称の形状を有し、この平面の一方の側に位置する油チャンバ３６の断面は、この平面の他方の側に位置する断面と同じほど高くはない。

この実施例では、連結壁１３は、連結場所４８のところに段付き形態を有し、油チャネル３７は、連結部４８の一方の側の方が連結部４８の他方の側までの距離Ｂよりも短い距離Ａのところで油チャンバ３６に連結している。

このように、連結場所４８のところに、肩４９が連結壁３９に対して横方向の油チャネル３７と一線をなして連結壁３９に対して横断方向に形成されている。

本発明のスクロール圧縮機１の作動は、単純であり、以下の通りである。

クランクシャフト３９を駆動すると、ロータ８には軌道運動が与えられ、その結果、公知の仕方で、固定スクロール５と可動スクロール１３との係合に起因して、空気もしくは別のガス又はガスの混合物が矢印Ｃによって示されているように入口２８を経て引き込まれ、この空気は、圧縮後、矢印Ｄによって示されているように出口２９を経てスクロール圧縮機を出る。

圧縮時、新たに引き込まれた空気と接触状態にあるロータ８の外周が、ロータ８が高温圧縮空気と接触状態にある中心部内よりも低温であるようにする熱が発生する。

クランクシャフト９の駆動に起因して、ファン３０もまた駆動され、その結果、ベンチレーション空気が矢印Ｅによって示されているように入口３３を経て引き込まれ、そして出口３４を経て冷却フィン１２付きのロータ８および油チャンバ３６上にこれ上に沿って送風される。該当する場合、油チャンバ３６もまた、冷却フィンを備えるのが良い。

矢印Ｇの回転方向におけるロータ８の軌道運動に起因して、油チャンバ内の油４６が油チャンバ３６内で上昇し、そして矢印Ｈによって示されているように弧を描いて動き、それにより肩４９内に流入する。

この肩は、それにより、油チャネル３７への連結部４８のところで一種の油キャッチャとして作用し、油キャッチャは、矢印Ｉによって示されているように油チャネル３７の側部相互間の連続した反射によって捕捉状態の油を油チャネル３７中に更に導く。

実施結果の示すところによれば、このように、中心軸受１７の十分な油潤滑を実現することができ、しかも中心軸受１７から油チャンバ３６への油４６の逆流を同じ油チャネル３７経由で実現することができ、この場合、別個のドレンチャネルを提供する必要はない。

油チャンバ３７は、ロータ８の外周の近くに位置するロータ８の最も低温の区分内に位置するとともに更に、ファン３０から来ている冷却用空気によって冷却される。

油チャンバ３７は、冷却用空気への良好な熱伝達を可能にするために冷却フィンを備えるのが良い。

スクロール圧縮機を停止させると、油４６は、中心軸受から油チャネル３７を経て油チャンバ３６に還流する。それにより、油の一部が油キャビティ内に後で残り、このことは、外側リング２０の直立フランジ２１相互間の底部のところで中心軸受１７の外側リング２０内で起こる。

後に残ったこの油は、スクロール圧縮機を再始動する際、中心軸受には十分な潤滑を行うのに十分な油が提供されるようにし、ついには、スクロール圧縮機は、所定速度に至るようになる。

かかる油キャビティを他の仕方で実現することができるということは明らかである。

油をロータ８の運動に起因して上昇させて弧を描いて動かす強度に応じて、例えば図４に示されている油チャンバ３６の変形実施形態の場合、肩４９は、その必要度が少なく又はそれどころか余剰であり、この場合、連結部４８の両側に位置する油チャンバ３６の区分は、ちょうど同じほど高い。

油チャネルは、必ずしも、直線状であったり半径方向であったりする必要はないということは明らかである。

スクロール圧縮機１は、水平クランクシャフト９を備えた状態で示されているが、異なる向きのクランクシャフト９を備えたスクロール圧縮機１を用いることは、本発明の範囲から排除されない。

しかしながら、好ましくはクランクシャフト９又は主シャフト１４は、垂直ではなく水平であり、又はほぼ水平である。

本発明は、実施例として記載されるとともに図面に示された実施形態には何ら限定されず、かかるスクロール圧縮機を本発明の範囲から逸脱することなく種々の形態で実現することができる。

Claims (16)

1. スクロール圧縮機であって、
   固定スクロール（５）を備えた固定ステータを有するハウジング（２）と、
   前記ハウジング（２）内に設けられていて、前記固定スクロール（５）と協働する可動スクロール（１３）を備えた可動ロータ（８）と、
   前記ハウジング（２）内に設けられた軸受に取り付けられている主シャフト（１４）および前記主シャフト（１４）の幾何学的軸線（Ｘ‐Ｘ’）に対して偏心的に設けられた状態で中心軸受（１７）の介在によって前記可動ロータ（８）の中心に設けられている軸受に取り付けられている副シャフト（１６）を有するクランクシャフト（９）と、
   前記クランクシャフト（９）の回転により軌道運動が前記可動ロータ（８）に与えられるように前記可動ロータ（８）のその中心回りの回転を阻止する手段（２３）と、を有し、
   前記可動ロータ（８）は、部分的に油（４６）で満たされるようになった油チャンバ（３６）を備え、前記可動ロータ（８）の軌道運動時に前記油（４６）の一部が前記中心軸受（１７）を潤滑するために上方に投げ上げられる、スクロール圧縮機において、
   前記油チャンバ（３６）は、前記可動ロータ（８）の中心から半径方向距離（Ａ）を置くところに位置した状態で、接線方向における前記油チャンバ（３６）の幅よりも幅の狭い油チャネル（３７）によって前記中心軸受（１７）に連結されており、
   前記スクロール圧縮機は、冷却用空気を前記油チャンバ（３６）の外側に沿って送風するファン（３０）を有し、
   前記中心軸受（１７）の中心からの前記油チャンバ（３６）の距離（Ａ）は、前記可動ロータ（８）の外周の半径の１／３よりも長く、好ましくは該半径の１／２よりも長い、スクロール圧縮機。
2. 前記油チャネル（３７）は、前記油チャンバ（３６）から前記中心軸受（１７）の開放側に沿って垂直方向上方に延びる直線状の半径方向に延びている油チャネルである、請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記スクロール圧縮機（１）が休止状態にあるとき、前記油チャンバ（３６）内の５０〜６０パーセントは、油（４６）で満たされた状態にある、請求項１〜２のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記油チャンバ（３６）は、この油チャンバ（３６）と前記油チャネル（３７）とを連結する連結壁（３９）を備えており、該連結場所（４８）のところでは、前記可動ロータ（８）によって投げ上げられた前記油（４６）の少なくとも一部を捕捉することができ、そして該一部を前記油チャネル（３７）の方向に導くことができる油キャッチャが前記油チャネル（３７）の一方の側に設けられている、請求項１〜３のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記油キャッチャは、前記油チャンバ（３６）への前記油チャネル（３７）の前記連結場所（４８）を通る半径方向平面に関して前記油チャンバ（３６）の非対称の形状によって形成され、前記半径方向平面の一方の側に位置する前記油チャンバ（３６）の部分は、前記半径方向平面の他方の側に位置する部分と同じほど高くはない、請求項４記載のスクロール圧縮機。
6. 前記油キャッチャは、本質的に前記油チャネル（３７）と一線をなして延びている、請求項４又は５に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記油キャッチャは、前記連結場所の一方の側の方が前記他方の側の距離（Ｂ）よりも短い距離（Ａ）のところで前記油チャンバ（３６）に連結している前記油チャネル（３７）によって形成された肩（４９）によって形成されている、請求項５又は６に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記肩（４９）は、前記油チャンバ（３６）の前記油チャネル（３７）の前記連結場所（４８）のところに段付き形態を有する前記連結壁（３９）によって形成されている、請求項７記載のスクロール圧縮機。
9. 前記油チャネルは、半径方向に延び、前記連結壁は、前記油チャネルに対して横断方向に差し向けられている、請求項４〜７のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記連結壁（３９）と反対側に位置する壁（４０）は、前記連結壁（３９）よりも前記可動ロータ（８）の中心から遠くに位置し、前記反対側の壁（４０）は、その中心が前記ロータ（８）の中心に位置した状態で弓形部分に沿って延びている、請求項４〜９のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記油チャンバ（３６）は、前記連結壁（３９）と前記反対側の壁（４０）を互いに連結するとともに湾曲した凹状の形態をする２つの側壁（４１，４２）によって画定されている、請求項４〜１０のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
12. 前記油チャンバ（３６）の前記壁（３９，４０，４１，４２）は、前記油チャネル（３７）への前記連結場所（４８）のところを除き、互いに継ぎ目なしで連結している、請求項１１記載のスクロール圧縮機。
13. 前記中心軸受の配置場所のところに油キャビティが設けられ、前記スクロール圧縮機の停止後、ある量の油が前記中心軸受の存在場所のところで後に残る、請求項１〜１２のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
14. 前記中心軸受（１７）は、内側リング（１９）と外側リング（２０）との間に保持されたローラ要素（１８）を備えた軸受であり、前記外側リング（２０）は、内部油キャビティを境界付けるフランジ（２１）を備えている、請求項１３記載のスクロール圧縮機。
15. 前記可動ロータ（８）は、前記中心軸受（１７）に連結され又は前記油チャネル（３７）に連結された充填チャネル（４４）を備えている、請求項１〜１４のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。
16. 前記油チャンバ（３６）は、その下に位置するドレンプラグ（４７）を有する、請求項１〜１５のうちいずれか一に記載のスクロール圧縮機。