JP2902793B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バランスウェイトの形
状・構造に改良を加えたスクロール圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】密閉形スクロール圧縮機は、特開昭６２
−２７１９８４号で開示されているように、スクロール
圧縮機構部で圧縮された冷媒ガスは、上部の吐出室から
連通路を介して電動機室に至る。次いで冷媒ガスは、電
動機の周囲を通って、圧縮機の吐出管から外部に流出す
る。圧縮機の主軸と一体となって該主軸の一方に突出し
て回転するバランスウェイトは回転方向での端面形状を
くさび形としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のスクロ
ール圧縮機においては、図６の斜線部に示すように、バ
ランスウェイトによる油撹拌する領域が広い角度範囲で
あるために、回転数が１００００ｒｐｍなどと圧縮機の
高速化を達成しようとすると、高速化とともに軸受油量
が増えることと相俟って、バランスウェイトによる油撹
拌損失が非常に大きくなる。この損失は、回転数の三乗
ないし四乗に、またバランスウェイトの外径の四乗に比
例して大きくなり、圧縮機の性能が顕著に低下する。ま
た各軸受に作用する軸受荷重が大きくなってその部分の
機械損失も増大する。また軸受面での温度上昇が異常に
高くなり、焼き付く場合も発生することがある。本発明
では、このような圧縮機の高速化に伴う性能低下と信頼
性の低下を解決することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、バランスウ
ェイトの外径をより小さく（細形化）し、一回転中での
油撹拌する領域を小範囲となし得る形状を開示するもの
である。本発明のスクロール圧縮機は、特許請求の範囲
の各請求項に記載の構成上の特徴を有する。

【０００５】

【作用】本発明におけるバランスウェイトの作用を従来
機の場合と比較して、図５と図６に示す。この比較から
分かるように、バランスウェイトによって一回転中に油
を撹拌する領域、すなわち油の移動を伴う領域（油撹拌
領域）は、図中の斜線部で示すように、本発明の円筒形
バランスウェイトの場合は、従来機のものよりも数分の
１位小さい。円筒形バランスウェイトの中心軸線を主軸
の中心軸線と一致させた場合には、油撹拌領域は実質的
にゼロになる。したがって本発明の構成によれば、従来
機に比べて、バランスウェイトによる油撹拌損失を大き
く軽減することができる。また機械損失の低減による軸
受荷重の低下と相まって旋回軸受部や主軸受部の油温上
昇が抑えられる。これらの作用と効果は、高速化するほ
ど顕著となる。また、高速運転時において、バランスウ
ェイトによる油の移動、飛散作用が極力小さく抑えら
れ、このためバランスウェイトが振れ回る時に生じる余
分な流体力（流体反力）を受けないで済むので、軸振動
の低減、ひいては異音や騒音の低減が図れる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の各実施例を示す図において、
同一もしくは対応する部分は同じ符号で表わす。

【０００７】図３は、本発明の一実施例になる密閉形ス
クロール圧縮機の全体構成を示す縦断面図であり、図４
はその要部の断面図である。上下蓋板２ａ，２ｃと胴部
２ｂとからなる密閉容器１内の上方に圧縮機部１００
が、下方に電動機部３が収納されている。そして、密閉
容器１内は上部室１ａ（吐出室）と電動機室１ｂ，１ｃ
とに区画されている。

【０００８】圧縮機部１００は固定スクロール部材５と
旋回スクロール部材６を互に噛み合せて圧縮室（密閉空
間）７を形成している。固定スクロール部材５は、円板
状の鏡板５ａと、これに直立しインボリュート曲線ある
いはこれに近似の曲線に形成されたラップ５ｂとからな
り、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１６を備
えている。旋回スクロール部材６は円板状の鏡板６ａ
と、これに直立し、固定スクロールのラップと同一形状
に形成されたラップ６ｂと、鏡板６ａの反ラップ面に形
成されたボス６ｃからなっている。フレーム１１は中央
部に主軸受４０および下部軸受９よりなる軸受部を形成
し、この軸受部に主軸１４が支承され、主軸先端の偏心
軸１４ａは、上記ボス６ｃに旋回運動が可能なように挿
入されている。またフレーム１１には固定スクロール部
材５が複数本のボルトによって固定され、旋回スクロー
ル部材６はオルダムリングおよびオルダムキーよりなる
オルダム機構１２によってフレーム１１に係合され、旋
回スクロール部材６は固定スクロール部材５に対して、
自転しないで旋回運動をするように形成されている。主
軸１４には下部に、電動機ロータ３ｂに固定された電動
機軸１４ｂを一体に連設し、電動機部３を直結してい
る。固定スクロール部材５の吸入口１６には密閉容器１
を貫通して垂直方向の吸入管１７が接続され、吐出口１
０が開口している上部室１ａは通路１８ａ，１８ｂを介
して上部電動機室１ｂと連通している。この上部電動機
室１ｂは電動機ステータ３ａと密閉容器１側壁との間の
通路１９を介して下部電動機室１ｃに連通している。ま
た上部電動機室１ｂは密閉容器１を貫通する吐出管２０
に連通している。

【０００９】旋回スクロール部材６の鏡板６ａとフレー
ム１１との間には背圧室４１が形成され、この背圧室４
１には、旋回スクロール部材６を固定スクロール部材５
に押し付けるため中間圧力Ｐｍを旋回スクロール部材の
鏡板６ａの細孔６ｅ（図４参照）を介して圧縮室７から
導く様になっている。潤滑油は、密閉容器１の下部に油
溜り２２として溜められる。主軸１４の上端は偏心軸部
（クランクピン）１４ａを備え、該偏心軸部１４ａが旋
回スクロール部材６の鏡板６ａのボス部６ｃ内の旋回軸
受３９（図４参照）に嵌合している。主軸１４には、各
軸受部への給油を行なうための中心縦孔１３が主軸１４
の下端から上端面まで形成される。１３ａは主軸１４の
下端と底部油溜り２２を連ねる揚油管である。偏心軸部
１４ａの下部には、旋回スクロール部材６のボス部６ｃ
の先端面と対抗する主軸受４０の上部に、後に図１，図
２で詳述するバランスウェイト８が主軸１４と結合し一
体化して形成されている。このバランスウェイト８と、
電動機ロータの下部に設けたバランスウェイト２１とが
旋回スクロール部材６の旋回運動に伴う遠心力を相殺す
るための第一と第二のバランスウェイトを夫々構成して
いる。バランスウェイト８は背圧室４１の中で回転す
る。

【００１０】次に図３と図４を用いて潤滑油の流れにつ
いて説明する。図中実線矢印は冷媒ガスの流れ方向、破
線矢印は油の流れ方向を示す。油溜り２２内に浸漬され
た揚油管１３ａの下端は高圧の吐出圧力Ｐｄを受けてお
り、一方、旋回軸受３９（図４参照）及び主軸受４０の
まわりは、旋回スクロール鏡板６ａに設けた細孔６ｅに
より圧縮途中の圧力である中間圧力Ｐｍを受けているた
め、（Ｐｄ−Ｐｍ）の圧力差によって、容器底部の油溜
り２２中の潤滑油は中心縦孔１３内を上昇し、このよう
にして該軸受部への給油を中心縦孔給油による差圧給油
法によって行なう。中心縦孔１３内を上昇した潤滑油は
主軸受４０及び旋回軸受３９へ給油される。なお、下部
軸受９は遠心ポンプ作用で中心孔１３を上って来る油で
給油される。軸受３９，４０へ給油された油は背圧室４
１に流入し、背圧室４１に流入した油は冷媒ガスと混合
する。なお、図４に示すように、軸受３９に給油された
油は、円筒形状のバランスウェイト８の凹部８ｂの内周
部を通って旋回スクロールのボス部６ｃの外周部に至
り、オルタムリング部１２の摺動部に向かって流れる。
従って本構成とすることによって、オルダムリング部１
２の摺動部の潤滑性が向上される。次に油と冷媒ガスと
の混合体は、背圧孔６ｅを介して圧縮室７に流出する。
圧縮室７に至った油は、冷媒ガスとともに加圧され固定
スクロール５上方の吐出室１ａさらに電動機室１ｂへと
移動する。この電動機室１ｂと下方の空間１ｃで冷媒ガ
スと油は分離され、油は密閉容器１の下部の油溜り２２
に落下し、再び各摺動部に供給される。

【００１１】さて、図１と図２は、背圧室４１に配した
前記バランスウェイト８の形状を示す平面図と縦断面図
である。該バランスウェイト８は円筒形状をしており、
その一部に、旋回スクロール部材６のボス部６ｃが挿入
できる円形凹部８ｂと、主軸１４が圧入嵌合する円形の
取付孔８ｃと、が形成されている。取付孔８ｃは凹部８
ｂに連続している。これら凹部８ｂと取付孔８ｃを除い
た残りの部分８ａでウェイト部が形成されている。旋回
スクロール部材６のボス部６ｃが挿入できる凹部８ｂの
中心Ｏ２は主軸１４の中心（すなわち取付孔８ｃの中
心）Ｏｆの位置に対して旋回半径（主軸１４の中心Ｏｆ
に対する偏心軸１４ａの中心の偏心距離）前後の寸法ｇ
で偏心しており、一方、バランスウェイト８の円筒形外
周部の中心Ｏ１の位置は主軸１４の中心Ｏｆに対して上
記凹部８ｂの中心位置Ｏ２と反対方向に例えば旋回半径
前後の寸法Ｌで偏心している。上記の構成によりバラン
スウェイト全体の偏心質量が形成されている。凹部８ｂ
の内周寸法Ｒ２は旋回スクロールのボス部６ｃの外形寸
法よりも少し大き目に決められている。上記寸法Ｌを大
きくする程、バランスウェイト系の重心距離が伸びて外
形寸法Ｒ１を相対的に小さくできるものの、油撹拌領域
（図５参照）が増えるので、不用意に上記寸法Ｌを大き
くできない。ここでは、前記凹部８ｂの寸法の制約と実
用的な寸法（適正な寸法）の観点から、寸法Ｌは旋回ス
クロールが旋回している旋回半径前後の寸法としてい
る。

【００１２】図５は上記のバランスウェイト８が作用す
る油撹拌の模様を示す説明図で、図６は従来技術のバラ
ンスウェイトが作用する油撹拌の模様を示す説明図であ
る。図中、斜線で示した領域がバランスウェイトの回転
により油の移動を伴う領域（油撹拌領域）である。本発
明実施例ではバランスウェイトによる油撹拌領域が従来
技術におけるよりも遥かに少く、従って、動力損失が少
い。

【００１３】図７は、他の実施例のバランスウェイトの
平面図である。この実施例は図１，図２のバランスウェ
イト８の両端面部に切欠き部８ｅを設けたものである。
これは、フレーム１１のオルダムキー溝受座との干渉を
避けてバランスウェイト８をフレーム中央部に主軸１４
に対して適正位置に容易に組立てができるように幅寸法
Ｌ５を調整したものである。

【００１４】図９，図１０は更に他の実施例のバランス
ウェイトの平面図と縦断面図である。この実施例におい
ては、円筒形状のバランスウェイト本体８ａの材質の比
重よりも比重の大きい異種金属８ｆを環状に形成し、こ
れを上記バランスウェイト本体８ａの外周部に一体的に
嵌着してバランスウェイトを構成したことを特徴として
いる。その他の構成は図１，図２と同様である。

【００１５】図１１，図１２は、更に他の実施例のバラ
ンスウェイトを示す平面図および断面図であり、これ
は、バランスウェイト本体８ａの材質の比重よりも比重
の大きい異種金属８ｆを略扇形状に形成し、上記バラン
スウェイト本体８ａの切欠いた外周部上面に締結手段８
ｇにて一体的に固定してバランスウェイトを構成したも
のである。該異種金属８ｆの上面および周面はバランス
ウェイト本体８ａの上面および周面に夫々ほぼ一致させ
てある。また、バランスウェイト本体８ａの中心Ｏ１と
主軸１４の回転中心Ｏｆとを一致させている。これによ
り、図５で示したような油の移動を伴う領域、すなわち
油撹拌領域をゼロにでき、また、さらにバランスウェイ
トの小形化（細形化）が可能となり、その分、油撹拌損
失を大きく軽減することができる。なお、上記異種金属
８ｆは、旋回スクロール部材６のボス部６ｃが挿入され
る凹部８ｂの偏心方向とは反対側に設けられていること
は云うまでもない。

【００１６】図１３と図１４は、その他の実施例および
そのバランスウェイトの形状を示す。図１３は背圧室内
のバランスウェイト８とその周辺の構造を示す部分断面
図である。図１４はバランスウェイトの縦断面図であ
る。両図に示すように、円筒形状のバランスウェイト８
は、その上端面８ｈが旋回スクロール部材６のボス部６
ｃの根本近傍まで達するように、ボス部６ｃが挿入され
る凹部８ｂの深さを十分長く設定した縦長（Ｚ寸法を図
１の場合に対してより長く設定）でかつ細形形状（Ｒ１
の寸法がより小さくできる）のバランスウェイトとして
いる。本構成により、旋回スクロール６に作用する遠心
力Ｆｃとバランスウェイト８に作用する遠心力Ｆｂとの
距離Ｌｃが他の実施例の場合にくらべて小さくなり、そ
の偶モーメントも小さくなる。従って主軸回りのバラン
スがとりやすくなり、軸振動の低減、ひいては騒音低減
の効果が更に図れる。本実施例で用いるバランスウェイ
ト８は、その円筒形外周の中心Ｏ１を主軸の中心Ｏｆと
一致させたものでよいし、又は偏心させたものでもよい
こと、あるいは、その周部に比重の大きい異種金属を取
付けたものでもよいことは、前述した各実施例と同様で
ある。

【００１７】図８は、本発明によるバランスウェイトを
用いることによって得られる効果を示す説明図である。
この図の如く、本発明の構成によれば、従来機に比べ
て、背圧室内におけるバランスウェイトによる油撹拌損
失を大きく軽減することができる。また機械損失の低減
による軸受荷重の低下と相まって旋回軸受部や主軸受部
の油温上昇が抑えられる効果も派生する。図８の横軸は
圧縮機の電動機をインバータ駆動する場合の駆動周波数
すなわち主軸１４の回転速度を表わしており、上記の作
用と効果は、高速化するほど顕著となることがわかる。

【００１８】なお、旋回スクロール部材６に軽量材質で
あるアルミニウム合金を使用すれば、圧縮機の高速化の
ためには有利となる。すなわち、旋回スクロール部材６
の軽量化にともないバランスウェイトの小形化（細形
化）が可能となり、その分、油撹拌損失を大きく軽減す
ることができ、また旋回軸受部に作用する遠心力の軽減
にともない軸受損失の低下など性能向上や信頼性向上に
さらに一層有効となるためである。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば次の効果がある。 （１）高速運転時の圧縮機の性能を大幅に向上できると
ともに、高速域での運転範囲が広くとれる。 （２）上記（１）項と関連して、軸受荷重が大幅に低減
されること、またオルダムリング周辺部の摺動部の潤滑
性が向上されることなど、高速域での圧縮機の信頼性が
大きく向上する。 （３）高速運転時において、バランスウェイトが振れ回
る時に余分な流体力を受けないので、無駄な動力消費の
低減、軸振動の低減、ひいては騒音低減の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るバランスウェイトの平
面図、

【図２】同バランスウェイトの縦断面図、

【図３】本発明の一実施例に係る密閉形スクロール圧縮
機の全体構成を示す縦断面図、

【図４】上記圧縮機の背圧室内のバランスウェイト周辺
の構造を示す部分断面図、

【図５】上記バランスウェイトが作用する油撹拌の模様
を示す説明図、

【図６】従来技術のバランスウェイトが作用する油撹拌
の模様を示す説明図、

【図７】他の実施例のバランスウェイトの平面図、

【図８】本発明の効果を示す説明図、

【図９】更に他の実施例のバランスウェイトの平面図、

【図１０】同上のバランスウェイトの縦断面図、

【図１１】更に他の実施例のバランスウェイトの平面
図、

【図１２】同上のバランスウェイトの縦断面図、

【図１３】更に他の実施例のバランスウェイト周辺の構
造を示す部分断面図、

【図１４】上記図１３におけるバランスウェイトの縦断
面図。

【符号の説明】

３…電動機 ５…固定スクロール
部材 ６…旋回スクロール部材 ６ｃ…ボス部 ８…バランスウェイト ８ａ…ウェイト部 ８ｂ…凹部 ８ｃ…取付孔 １１…フレーム １２…オルダム機構 １４…主軸 １４ａ…偏心軸部 ４０…主軸受

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡板とそれに直立させた渦巻状ラップと
   から各々なる固定スクロールおよび旋回スクロールを互
   に渦巻状ラップを内側にして噛み合せて圧縮機部を構成
   し、旋回スクロールの鏡板背面に突設したボス内の旋回
   軸受に嵌合する偏心軸部を端部に有する主軸を主軸受で
   支持し、該主軸受と前記ボスとの間の位置にて前記主軸
   にバランスウェイトを固定し、旋回スクロール部材をそ
   の自転なしに前記主軸の回転により固定スクロール部材
   に対して旋回させる様に構成したスクロール圧縮機にお
   いて、前記バランスウェイトは旋回スクロール部材の前
   記ボスが挿入される凹部を一部に有する円筒形状をなし
   ており、該円筒形状のバランスウェイトの重心は前記主
   軸の中心軸線に対して前記偏心軸部の偏心方向とは反対
   方向に偏心しており、前記凹部の中心軸線は前記主軸の
   中心軸線に対して前記偏心軸部の偏心方向と同一方向に
   旋回半径（前記主軸の中心軸線からの前記偏心軸部の中
   心軸線の偏心距離）とほぼ同じ距離だけ偏心しているこ
   とを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 【請求項２】 前記円筒形状のバランスウェイトの中心
   軸線は、前記主軸の中心軸線に対して前記凹部の中心軸
   線とは反対方向に偏心していることを特徴とする請求項
   １記載のスクロール圧縮機。
3. 【請求項３】 前記円筒形状のバランスウェイトの中心
   軸線は前記主軸の中心軸線と一致していることを特徴と
   する請求項１記載のスクロール圧縮機。
4. 【請求項４】 前記円筒形状のバランスウェイトは、そ
   の周部が他の部分よりも比重の大きい材料製のリング状
   部材で形成されていることを特徴とする請求項１，２又
   は３記載のスクロール圧縮機。
5. 【請求項５】 前記円筒形状のバランスウェイトは、前
   記凹部の偏心方向とは反対方向に偏心した略扇形状部分
   が他の部分よりも比重の大きい材料製の部材で形成され
   ていることを特徴とする請求項１，２又は３記載のスク
   ロール圧縮機。
6. 【請求項６】 前記円筒形状のバランスウェイトの旋回
   スクロール部材寄りの端面が旋回スクロール部材の前記
   ボスの根本近傍まで達する様に前記凹部を深く形成し、
   以て、バランスウェイトを縦長で細形の形状にしたこと
   を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のスク
   ロール圧縮機。