JP4385722B2 - スクロ−ル圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和装置や冷蔵庫など冷凍機器、ヒートポンプ式給湯機器等に使用される、スクロール圧縮機に関するものである。

この種のスクロール圧縮機では、旋回スクロールおよび固定スクロール間の圧縮室で流体を吸入し、圧縮し、吐出するのに、旋回スクロールの背部に背圧室を設け、ここに導いた背圧によって旋回スクロールを固定スクロールの側に押圧し、圧縮室での流体圧により旋回スクロールが固定スクロールから押し離されないようにすることが従来から行われている。

この背圧は圧縮機構の吐出流体圧、圧縮途中の流体圧、旋回スクロールに連動するポンプ機構や圧縮機構の吐出側と吸入側の差圧を利用して圧縮機構各部にオイルを供給するときの供給圧など、種々の方法で得られる。どのような方式で得られる背圧でも変動は抑え切れないため、どんな条件のときでも旋回スクロールが固定スクロールから押し離されない背圧設定が必要である。これにより背圧の変動はときとして過剰になり旋回スクロールが固定スクロールに強く押し付けられて、スラスト摺動部の異常摩耗や入力増加を招く。そのような問題を解消する技術の多くは差圧弁方式によって、背圧が一定値以上であるときに弁が開いてその過剰圧力を吸入側に逃がすようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図３に示す従来のスクロ−ル圧縮機の断面図を用いてその構成を説明する。

旋回スクロール６を固定スクロール５側に押圧する背圧を働かせる背圧室９、旋回スクロール６を固定スクロール５間の圧縮室７への吸入室１０と背圧室９とを固定スクロール５内を通じて連絡する連絡路１２、連絡路１２の途中に各種形態の弁またはボール弁１３を収容した弁室１１、背圧室側連絡路１２ａと弁室１１との間に形成した弁座１５に背圧が一定値以上になるまで各種形態の弁またはボール弁１３を押し付けて常閉にするコイルバネ１４と、バネ押さえ１８で構成されている。

このようにすると、まず、旋回スクロール６が背圧室９での背圧のもとに固定スクロール５に押圧されながら旋回駆動され、相互間の圧縮室７にて冷媒の漏れなく吸入、圧縮、吐出を続けることができ、背圧が所定値以上となったとき、板弁を含む各種形態の弁またはボール弁１３がコイルバネ１４に抗し押し戻されて背圧室側連絡路１２ａが弁室１１に通じ、この弁室１１、吸入室側連絡路１２ｂを介して吸入室１０に逃がし、背圧が所定値を下回ったときにコイルバネ１４によって各種形態の弁またはボール弁１３を閉じるので、背圧を所定値に保つ働きをする。
特開２０００−２９１５７１号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機の起動開始から背圧が所定値に到達するまでの間、弁により連絡路が遮断されている為、オイルが圧縮室内へ供給されない状況が発生する。特に使用冷媒が高圧ガスになると、旋回スクロ−ルが背圧により固定スクロ−ルに強く押圧されながら旋回駆動され、摺動部の摩擦による異常摩耗や入力増加を招くことになる。

本発明はこのような課題を解決するものであり、起動開始より吸入室へオイルを供給する構成とし、信頼性の高いスクロ−ル圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明のスクロ−ル圧縮機は、鏡板からほぼ同じ形状をした羽根が立ち上がった固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの固定スクロールに対する旋回運動により圧縮室が外周側から中心部に移動しながら容積を小さくすることで、流体の吸入、圧縮、吐出を行う圧縮機構を持ったスクロール圧縮機において、旋回スクロールの背部に位置して、旋回スクロールを固定スクロール側に押圧する背圧を働かせる背圧室と、吸入室と背圧室とを開閉連絡して背圧室の圧力を適正に保つと同時に圧縮室にオイルを供給する弁室とを有し、前記弁室内の弁は反対側を弁室内で移動可能なバネ押さえに当接するコイルバネで付勢され、前記バネ押さえは圧縮機起動時にはコイルバネの付勢力を弱くする方向に移動し、圧縮機定常運転時には強くする方向に移動することで、起動時に弁が開いて背圧室のオイルを圧縮室に供給するものである。

本発明のスクロ−ル圧縮機によれば、背圧制御機構において、背圧の変動により開閉する各種形態の弁またはボール弁を規制する可動バネ押さえを配設するもので、この構成によれば、圧縮機の起動開始より吸入室へオイルを供給することが可能となり、異常摩耗や入力増加など摺動部の摩擦損失を少なくでき、信頼性の高いスクロ−ル圧縮機を提供できるという効果を奏する。

以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施の形態は空調、冷凍機器に用いられる密閉型のスクロール圧縮機に本発明を適用した場合の一例である。従って取り扱う流体は冷媒であり、以下冷媒として説明する。しかし、本発明はこれに限られることはない。

図１、図２に示すように、鏡板１、２からほぼ同じ形状をした羽根３、４が立ち上がった固定スクロール５と旋回スクロール６とを噛み合わせて双方間に圧縮室７を形成し、旋回スクロール６の固定スクロール５に対する旋回運動により圧縮室７が外周側から中心部に移動しながら容積を小さくすることで、吸入口３２、吸入室１０を通じた冷媒の吸入、圧縮、吐出口３０を通じた冷媒の吐出を行う圧縮機構８を持ち、旋回スクロール６の背部に位置して、旋回スクロール６を固定スクロール５側に押圧する背圧を働かせる背圧室９と、前記圧縮室７に冷媒の吸入を図る吸入室１０と前記背圧室９とに通じ、各種形態の弁またはボール弁１３とコイルバネ１４を収容した弁室１１と、この弁室１１よりも小径の背圧室側連絡路１２ａと弁室１１との間に形成した弁座１５に、密閉容器内吐出空間圧力と弁室内圧力との差圧により弁室内を可動するバネ押さえ１８とを備えたスクロール圧縮機であれば、他の具体的な構造の違いや、用途の違いに関係なく本発明を適用して有効である。

（実施の形態１）
本実施例の背圧制御機構は図２に拡大して示すように、固定スクロ−ル５には弁室１１を設け、弁室１１内には各種形態の弁またはボール弁１３とコイルバネ１４と、密閉容器内吐出空間圧力と弁室内圧力との差圧により弁室１１内を可動するバネ押さえ１８を収容し、この弁室１１よりも小径の背圧室側連絡路１２ａと弁室１１との間に形成した弁座１５と、弁室１１から側方に分岐して延びる吸入室側連絡路１２ｂがあり、前記バネ押さえ
１８の移動を規制するストッパ１９と位置決め段差面１６、シ−ル面を有する段差部１７とで構成されている。

このようにすると、まず圧縮機起動前は均圧されているので、吐出圧力、背圧及び吸入圧力に差は無く、バネ押さえ１８はコイルバネ１４の弾力によりストッパ１９に付勢されている。また、ボ−ル弁１３もコイルバネ１４の弾力を受け弁座１５を遮断している。

この状態より圧縮機が起動を開始すると、吸入管２１を通して冷媒が吸入室１０に吸入されるとともに、吸入室側連絡路１２ｂを通じ弁室１１の冷媒が吸入され、弁室１１内は圧力が低下していく。吸入された冷媒は旋回スクロ−ル６と固定スクロ−ル５の間に形成された圧縮室７内に閉じ込められ、旋回スクロ−ル６の旋回運動に伴なって圧縮され、吐出口３０より密閉容器内吐出空間２２へ吐出される。密閉容器内吐出空間２２よりストッパ１９の連絡孔１９ａを通じた冷媒は、バネ押さえ１８を押圧する力となる。このときバネ押さえ１８の移動は、吐出圧力とストッパ１９の連絡孔１９ａの面積、背圧とバネ係数及び吸入圧力との関係により行なわれ、吐出圧力がより高くなるとバネ押さえ１８はシ−ル面を有する段差部１７に強く押し付けられ、密閉容器内吐出空間２２と弁室１１とを遮断する。

一方吐出冷媒で満たされた密閉容器２３内の底部のオイル２４は、クランク軸２５に設けられたオイル供給路２６を介して高圧背圧室２７に吐出圧力が作用する状態で導かれ、絞り２８によって減圧され吸入圧力と吐出圧力の中間圧力の状態で背圧室９に供給される。

バネ押さえ１８がシ−ル面を有する段差部１７を遮断するまでの間、背圧設定値より弱いバネ力でボ−ル弁１３を押しているので、背圧が設定値以下の圧力でもボ−ル弁１３を押し上げ、圧縮室７へオイル２４を供給する。

この状態で、密閉容器２３内の圧力上昇に追従してバネ押さえ１８が密閉容器内吐出空間２２と弁室１１を遮断し、背圧設定値のバネ力となり連絡路１２の弁座１５とボ−ル弁１３との間を遮断する。

背圧室９の圧力が上昇するのに伴ない、ボ−ル弁１３がコイルバネ１４に抗して押し上げられ、連絡路１２の弁座１５とボ−ル弁１３との間の開度が徐々に広がる。その結果、背圧室９のオイル２４が連絡路１２で減圧されながら増量して吸入室１０へ給油される。同時に、背圧室９の圧力上昇が抑制され、旋回スクロ−ル６への押圧力を一定に保つ。また吸入室１０に流入したオイル２４は、圧縮室７隙間の油膜密封に供されながら吸入冷媒と共に再び圧縮、吐出される。

ところで、図１に示す実施例は圧縮機構８とそれを駆動する電動機２９とともに密閉容器２３に収容したメンテナンスフリーなスクロール圧縮機の場合の一例であって、底部はオイル２４を貯留するオイル溜とし、このオイル溜のオイル２４を圧縮機構８の各摺動部に供給する供給圧を利用して前記背圧を得ている。吐出口３０は密閉容器２３の一端部３１内に開口し、吐出した冷媒を電動機２９の部分に通してこれを冷却した後、密閉容器２３の吐出管４４に達して外部の冷凍サイクルに供給される。吸入口３２は密閉容器２３の外部からの吸入管２１に通じて、そこに戻ってくる冷凍サイクルでの使用後の冷媒を吸入し前記圧縮に供する。

この実施例では電動機２９の回転子４５に結合されて旋回スクロール６を旋回運動するように自転防止用の例えばオルダムリング３３を介して駆動するクランク軸２５に縦通したオイル供給路２６を通じて、圧縮機構の各部摺動部に供給してある。オイル供給圧はク
ランク軸２５に連動するトロコイドポンプ３４を利用して得た例を示してあり、オイル２４を吸入して高圧にしオイル供給路２６に供給する。オイル供給路２６は圧縮機構８の各摺動部に分岐して至り、必要な潤滑を行う。

電動機２９の固定子３５は密閉容器２３の内周に焼き嵌め、溶接などして固定され、必要に応じて密閉容器２３との間に冷却用の冷媒を通す通路を形成する切り欠きが外周に設けられる。クランク軸２５の主軸３６と、これと反対のトロコイドポンプ３４が連結される副軸３７とが、密閉容器２３内に溶接などして固定された主、副各軸受３８，３９によって軸受を介し軸受され、主軸受３８には固定スクロール５をボルト止めしてあり、主軸受３８と固定スクロール５との間に旋回スクロール６およびオルダムリング３３を挟み込み、固定スクロール５と主軸受３８との間に前記背圧室９を形成している。

オイル供給路２６の一部は絞り２８を介して背圧室９に通じ、トロコイドポンプ３４によって供給される高圧のオイル２４が絞り２８の絞り作用で背圧室９に徐々に達し、背圧室９内でオイル２４の供給圧の変動が絞りにより低減される状態で旋回スクロール６を押圧し、固定スクロール５から押し離されないようにする。

ここで、弁室１１は図２に示すように、固定スクロール５の羽根３の巻き終わり部の近傍に設けてある。これによって、背圧が過剰で弁室１１に入ったオイル２４は吸入室１０の羽根の巻き終わり端直ぐの位置に戻されるので、吸入室側連絡路１２ｂから供給されたオイル２４が圧縮室７にスムーズに供給され、羽根部の摺動を良化させるとともに、圧縮室７のシールもよくなり、圧縮機構の効率が向上する。

図２に示すボール弁１３の外周と弁室１１の内周との間の隙間４１の通路断面積は、背圧室側連絡路１２ａのそれよりも大きく設定する。これにより、背圧室側連絡路１２ａから弁室１１内に入ったオイル２４などの流体は弁室１１の内周とボール弁１３との間の隙間４１を背圧室側連絡路１２ａとほぼ等しいか、それよりも小さい通路抵抗で難なく通り抜けるので、通路抵抗のためにボール弁１３を不安定にして横揺れなどを生じさせることはなく、より静かで、しかも開閉動作も安定し背圧を所定の範囲に安定させることができる。

また、弁座１５は図２に示すように、背圧室側連絡路１２ａから弁室１１の側に広がる鈍角なテーパ面で、このテーパ面と背圧室側連絡路１２ａとがなす陵部２０でボール弁１３を受け止めシールするようにしてある。

これにより、ボール弁１３は球面にて線状の陵部２０と接触するので、面と面との接触の場合よりも異物が噛み込みにくいし、ボール弁１３が開閉に際して弁座１５に対し滑りにくく、横揺れなどしにくくなるので、ボール弁１３の背圧の変動に対する開閉機能および開閉に際する挙動が安定し、背圧を適正範囲によく保ち圧縮機構に過剰摩耗や過剰負荷が生じないようにすることができる。しかも陵部２０は少しの間の使用中にボール弁１３との擦り合わせでその曲面によく馴染むのでシール性が向上する。

コイルバネ１４は図２示すようにコイルバネであるのがボール弁１３の横の動きを規制するのに好適である。

バネ押さえ１８は図２に示すように、弁室１１を移動するためシ−ル孔４０に対し遊びのある隙間４２にし、角部１８ａはシ−ル性を損なわない程度にア−ル面にすることで、弁室１１内をよりスム−ズに移動する。端部１８ｂはシ−ル性能確保から高精度に加工されている。また、コイルバネ１４の基端部１４ａを受け止めるバネ座１８ｃに、コイルバネ１４の基端部１４ａ内に嵌まり合うテーパ部１８ｄを有しているので、テーパ部１８ｄ
のテーパ面をガイドにしてコイルバネ１４の基端部１４ａに容易に挿入してしかもテーパ部１８ｄの基部でコイルバネ１４の基端部１４ａを中心位置など所定位置に位置決めすることができる。

ストッパ１９は図２に示すように、位置決め段差面１６に当接して位置決めされる被位置決め段差面１９ｃを形成し、シール孔４０にそれより大径でＪＩＳ規格のシマリバメ程度で圧入される。またほぼ中心部には連絡孔１９ａが加工されている。

図に示す実施例での弁室１１は、固定スクロール５の鏡板１の背面に弁室１１よりも大きな径のシール孔４０を持って開口するとともに、弁室１１とシール孔４０との間に前記開口に向いたバネ押さえ１８とストッパ１９の位置決め段差面１６を形成している。

これにより、ストッパ１９のガイド部１９ｂは、シール孔４０との間にＪＩＳ規格のトマリバメからスキマバメ程度のほぼ遊びのないガイド隙間４３を有して、抵抗や過度な遊びによるガタツキや心の触れや傾きなくシール孔４０に簡単に嵌め合わせて行くことができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機によれば、圧縮機の起動開始より吸入室へオイルを供給することが可能となり、異常摩耗や入力増加など摺動部の摩擦損失を少なくでき、信頼性の高いスクロ−ル圧縮機を提供することが可能となるので、空気調和装置や冷蔵庫など冷凍機器、ヒートポンプ式給湯機器等の用途に適用できる。

本発明の第１の実施形態を示すスクロ−ル圧縮機の断面図 同一実施形態の背圧制御機構を示す断面図 従来のスクロ−ル圧縮機の背圧制御機構の一例を示す断面図

１、２ 鏡板
３，４ 羽根
５ 固定スクロ−ル
６ 旋回スクロ−ル
７ 圧縮室
８ 圧縮機構
９ 背圧室
１０ 吸入室
１１ 弁室
１２ 連絡路
１２ａ 背圧室側連絡路
１２ｂ 吸入室側連絡路
１３ ボ−ル弁
１４ コイルバネ
１４ａ 基端部
１５ 弁座
１６ 位置決め段差面
１７ シ−ル面を有する段差部
１８ バネ押さえ
１８ａ 角部
１８ｂ 端部
１８ｃ バネ座
１８ｄ テ−パ部
１９ ストッパ
１９ａ 連絡孔
１９ｂ ガイド部
１９ｃ 被位置決め段差面
２０ 陵部
２１ 吸入管
２２ 密閉容器内吐出空間
２３ 密閉容器
２４ オイル
２５ クランク軸
２６ オイル供給路
２７ 高圧背圧室
２８ 絞り
２９ 電動機
３０ 吐出口
３１ 一端部
３２ 吸入口
３３ オルダムリング
３４ トロコイドポンプ
３５ 固定子
３６ 主軸
３７ 副軸
３８ 主軸受
３９ 副軸受
４０ シ−ル孔
４１ 隙間
４２ 遊び隙間
４３ ガイド隙間
４４ 吐出管
４５ 回転子

Claims (2)

1. 密閉容器内に、鏡板からほぼ同じ形状をした羽根が立ち上がった固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールの固定スクロールに対する旋回運動により圧縮室が外周側から中心部に移動しながら容積を小さくすることで吸入室を介して吸い込んだ流体を圧縮して前記密閉容器内に吐出する圧縮機構を収納したスクロール圧縮機であって、
   前記圧縮機構は、
   旋回スクロールの背部に位置して、前記旋回スクロールを前記固定スクロール側に押圧する背圧を働かせる背圧室と、
   前記背圧室と前記固定スクロール鏡板の反羽根側背面に接する密閉容器内吐出空間との間に配置され、密閉容器内吐出空間側で径が大きくなるように中間でシール面を有する段差部を設けた弁室と、
   前記弁室と前記背圧室との間を連絡する背圧室側連絡路と、
   前記弁室のシール面を有する段差部よりも背圧室側で分岐して吸入室との間を連絡する吸入室側連絡路と、
   前記弁室の密閉容器内吐出空間側端部に配置されて密閉容器内吐出空間との間を連通する連絡孔を備えたストッパとを有し、
   前記弁室内には、背圧室側連絡路との間を開閉する弁と、一方の端部が前記弁に当接して背圧室側連絡路側に向かって弁を付勢するコイルバネと、前記コイルバネのもう一方の端部に当接して弁室内長手方向に移動可能なバネ押さえとが収納されてなり、
   前記弁は背圧室の圧力が前記コイルバネの付勢力と弁室内圧力とを合わせたものよりも高くなったときに背圧室側連絡路との間の開口が開放されるように構成され、
   前記バネ押さえはストッパに設けた連絡孔から導入される密閉容器吐出内空間の圧力と弁室内の圧力との差圧によりストッパと前記シール面を有する段差部との間の弁室内を移動することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 使用冷媒が高圧ガスであることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。

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