JP4593448B2 - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒圧縮機に係り、特に冷凍・空調用の冷媒圧縮機等のように給油ポンプを備える冷媒圧縮機に好適なものである。

従来の密閉型電動圧縮機として、特開平９−３２７７７号公報（特許文献１）に記載されているものが知られている。この密閉型電動圧縮機は、密閉容器内に、圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動するための電動機部と、この電動機部の回転力を圧縮機構部に伝達するための回転軸と、摺動部に潤滑油を供給するための潤滑油ポンプを備えている。この潤滑油ポンプは回転軸の端部に取り付けられている。この潤滑油ポンプの吸込み側にはポンプカバーによる油溜め部が形成され、この油溜め部には潤滑油を導入するための油汲み上げノズルが取り付けられている。これらの油溜め部及び汲み上げノズルは、潤滑油ポンプより潤滑油の油面が下方であっても、潤滑油を潤滑油ポンプに導くことを可能とするポンプポンプガイド部を構成するものである。

特開平９−３２７７７号公報

しかし、上述した特許文献１の密閉型電動圧縮機では、給油ポンプの吸込み側に設けられた油溜め部の流路断面積が油汲み上げノズルの流路断面積より大きくなっているため、給油ポンプが駆動することによって、油汲み上げノズルの流路断面積より広い油溜り部内で減圧が生ずる。このため、潤滑油に溶解している冷媒がこの油溜り部で発泡してしまい、給油量が低下してしまうことが懸念され、圧縮機構部や軸受等の摺動部への潤滑油不足によるかじりや焼付き等が発生するおそれがあった。

本発明の目的は、潤滑油の油面が給油ポンプの吸込ポートより下方に低下しても給油を可能としつつ、ポンプガイド部における冷媒の発泡を防止して給油量を確保することができ、信頼性を向上できる冷媒圧縮機を得ることにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、前記圧縮機構部の下方に配置され前記圧縮機構部の駆動力を発生する電動機部と、前記圧縮機構部と前記電動機部とを連結すると共に前記電動機部より下方に延びる回転軸と、前記回転軸を支持する軸受と、前記回転軸の下端部に取り付けられ、油溜りに貯留された潤滑油を前記圧縮機構部及び前記軸受へ回転軸に上下に貫通して設けられた油通路を介して供給する給油ポンプと、前記圧縮機構部、前記電動機部、前記回転軸、前記軸受及び前記給油ポンプを内部に収納し且つ潤滑油を貯留する前記油溜りを底部に形成した密閉容器とを備え、前記給油ポンプは、前記回転軸の回転に伴って回転されるトロコイド歯型のインナロータ及びアウタロータからなるポンプ機構部と、前記ポンプ機構部を収納して前記密閉容器側に固定されると共に、前記ポンプ機構部への略半円弧状の吸込ポートを有するポンプケース部と、このポンプケース部から下方に延び且つ前記油溜りに貯留された潤滑油を前記吸込ポートの直下の下面に設けられた略半円弧状の導入口から前記吸込ポートに案内する導油穴を有するポンプガイド部とを備えている、冷媒圧縮機であって、前記ポンプケース部と前記ポンプガイド部とをアルミダイキャストの成形材料による一体物で構成し、前記導油穴を前記吸込ポートの下面全体から前記導入口に至る徐々に拡大する流路で形成すると共に、前記導入口の断面積と前記吸込ポートの断面積との比を５以下にしたことにある。

本発明の冷媒圧縮機によれば、潤滑油の油面が給油ポンプの吸込ポートより下方に低下しても給油を可能としつつ、ポンプガイド部における冷媒の発泡を防止して給油量を確保することができ、信頼性を向上できる。

以下、本発明の第１実施形態及び参考例１、２について図を用いて説明する。第１実施形態及び参考例１、２の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

まず、本実施形態の冷媒圧縮機の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の冷媒圧縮機を示す縦断面図である。

冷媒圧縮機は、密閉容器１の内部に、圧縮機構部１６、電動機部５、回転軸７、軸受９、２５、２８及び給油ポンプ５０を内部に収納して構成されている。この密閉容器１の底部には油溜り１３が形成されている。この油溜り１３には潤滑油が貯油されており、図に示す潤滑油の油面は一運転状態を示すものである。

圧縮機構部１６は、冷媒ガスを圧縮するためのものであり、固定スクロール２の渦巻き状ラップと旋回スクロール３の渦巻き状ラップとを互いに噛み合わせて形成している。固定スクロール２の外周部には、外部の冷凍サイクルなどから冷媒ガスを吸込む吸込管１５が設けられている。固定スクロール２の中心部には、圧縮した冷媒ガスを密閉容器１内に吐出する吐出口４１が設けられている。旋回スクロール３の反ラップ側には、下方に突設したボス２７が設けられている。

電動機部５は、圧縮機構部１６の駆動力を発生するためのものであり、圧縮機構部１６の下方に配置されている。この電動機部５は、回転軸６を固定した電動機回転子６を備えている。

回転軸７は、電動機部５で発生する駆動力を圧縮機構部１６に伝えるためのものであり、圧縮機構部１６と電動機部５とを連結している。また、回転軸７は、電動機部５より下方に延びている。

回転軸７は、電動機部５の上方に備えた主軸受９と、電動機部５の下方に備えた副軸受２５とで支持されている。主軸受９はフレーム４に組み付けられ、フレーム４は密閉容器１に固定されている。副軸受２５は副軸受支持部材２１に組み付けられ、副軸受支持部材２１は下フレーム２９を介して密閉容器１に固定されている。主軸受９及び副軸受２５は転がり軸受で構成されている。

回転軸７の上端部にはクランクピン１９が設けられ、このクランクピン１９が旋回スクロール３の下方に突設したボス２７に挿入されている。ボス２７内には旋回軸受２８が設けられており、クランクピン１９と摺動する構造となっている。旋回スクロール３の背面にはオルダム継手８が配設されている。このオルダム継手８は、旋回スクロール３を固定スクロール２に対し自転することなく旋回運動させる自転防止機構としての継手である。

電動機回転子６に連結した回転軸７の回転によりクランクピン１９が偏心回転すると、旋回スクロール３が、オルダム継手８の自転防止機構により、固定スクロール２に対し自転することなく旋回運動を行う。これによって、冷媒ガスは吸込管１５及び吸込口を介して渦巻き状ラップで形成される密閉室１４に吸入される。旋回スクロール３の旋回運動によって密閉室１４が中央部へ移動しながら容積を減少し、密閉室１４内の冷媒ガスは圧縮されて吐出口４１より吐出される。吐出された冷媒ガスは、圧縮機構部１６及び電動機部５の周囲を循環した後、吐出管１７から圧縮機外へ放出される。

給油ポンプ５０は、油溜り１３に貯留された潤滑油を圧縮機構部１６及び軸受９、２５などの摺動部へ供給するためのものであり、回転軸７の下端部に取り付けられている。具体的には、回転軸７の下端にはポンプ継手２３が設けられ、ポンプ継手２３が給油ポンプ５０に係合されている。ポンプ継手２３は、回転軸７の一部を構成するものであり、給油ポンプ５０の種類、寸法変更に容易に対応できるように回転軸７の本体と別体に設けられている。給油ポンプ５０は副軸受支持体２１にボルト等の接合具３２にて接合されている。

次に、給油経路について説明する。回転軸７が回転されると、給油ポンプ５０により油溜り１３の潤滑油が回転軸７内の油通路１０に送られる。油通路１０に送られた潤滑油の一部は、横穴３１を通って副軸受２５に流れた後、油溜り１３に戻る。油通路１０を通ってクランクピン１９の上部に到達した潤滑油は、旋回軸受２８を通り、主軸受９へ流れる。主軸受９を潤滑した油は、排油パイプ２０を通り、油溜り１３に戻る。

また、旋回スクロール３のボス２７の端面には給油ポケット３０が設けられており、旋回スクロール３が旋回運動することにより、給油ポケット３０がシールリング１８の外側と内側を往復し、旋回軸受２８と主軸受９との間にある潤滑油の一部を背圧室１２に搬送する。搬送された潤滑油は、オルダム継手８に給油された後、固定スクロール２と旋回スクロール３の摺動面に給油される。

背圧室１２に搬送された潤滑油は、背圧穴（図示せず）を通って、または渦巻き状ラップの摺動面の微小隙間を通って、圧縮室１４に流入する。圧縮室１４に流入した潤滑油は圧縮された冷媒ガスと共に吐出口４１から吐出され、密閉容器１内で冷媒ガスと分離され油戻り１３に戻る。

次に、図２を参照しながら給油ポンプ５０に関して説明する。図２は図１の給油ポンプ５０の説明図である。図２（ａ）は図１の給油ポンプ５０の拡大図、図２（ｂ）は図２（ａ）における給油ポンプ５０の中央部の底面図である。

給油ポンプ５０は、ポンプ機構部２４、ポンプケース部２２Ａ、及びポンプポンプガイド部２２Ｂを備えて構成されている。

ポンプケース部２２Ａは、ポンプ機構部２４への略半円弧状の吸込ポート２２ａを有するように構成され、副軸受部材２１の下端面にボルト等の結合具３２で組み付けられている。結合具３２は、ポンプケース部２２Ａと副軸受支持部材２１との間に軸方向及び径方向に回転軸の触れ回りを吸収できる隙間を有するように設定されて副軸受支持部材２１に取付られている。

ポンプガイド部２２Ｂは、ポンプケース部２２Ａから下方に延びており、油溜り１３に貯留された潤滑油を下面の導入口２２ｂから吸込ポート２２ａに案内するための導油穴２２ｃを設けている。本実施形態では、ポンプケース部２２Ａとポンプガイド部２２Ｂとがアルミダイキャストの成形材料による一体物で構成されている。これによって、給油ポンプ５０を簡単な構造で安価なものとすることができる。

ポンプ機構部２４は、トロコイド歯型のインナロータ及びアウタロータからなっており、ポンプケース部２２Ａ内に収納されている。ポンプ機構部２４のインナロータは、回転軸７の下端の固定されたポンプ継手２３と嵌合され、回転軸７の回転によるポンプ継手２３の回転に伴って回転される。

油溜り１３の潤滑油は、インナロータの回転によって、ポンプガイド部２２Ｂの導入口２２ｂから導油穴２２ｃ、吸込ポート２２ａを通ってポンプ機構部２４に吸込まれ、ポンプ機構部２４から上部の回転軸７内に形成されている油通路１０へ供給される。

この際に、油溜め１３に滞留する潤滑油の油面は、各種運転条件によって図示よりも上部にあったり、下部にあったりと変動し、吸込ポート２２ａより下方に低下することがあるが、この場合でも、ポンプガイド部２２Ｂがポンプケース部２２Ａより下方に延びているので、給油ポンプ５０による給油が可能である。また、導油穴２２ｃを吸込ポート２２ａから導入口２２ｂに至る徐々に拡大する流路で形成しているので、従来技術のように潤滑油中に溶解した冷媒がポンプガイド部２２Ｂで発泡をして給油量が低下してしまうことがなく、給油ポンプ５０による給油量を確保することができる。これによって、圧縮機構１６や軸受９、２５、２８などへ潤滑油を確実に供給することができ、冷媒圧縮機の信頼性を格段に向上することができる。

給油ポンプ５０において、導入口２２ｂの断面積と吸込みポート２２ａの断面積との比が油面変動及び給油量に顕著に影響することを見出した。換言すれば、給油ポンプ５０による給油量は、導油穴２２ｃの容積に起因するのではなく、導入口２２ｂの断面積と吸込みポート２２ａの断面積との比に大きく起因することが判明した。そこで、本実施形態は、この比を１〜５の範囲内とすることにより、油面変動が生じても必要な給油量を確保できるようにしたものである。

なお、本実施形態のように、ポンプケース部２２Ａをアルミダイキャストなどの成形材にて構成する場合には、吸込みポート２２ａと導入口２２ｂと連通する導油穴２２ｃを成形型の抜き方向に徐々に拡大する勾配を有して形成しなくてはならないが、この抜き勾配を３゜以内に設定することによって、給油ポンプ５０による給油量を確保することができる。

給油ポンプ５０の給油能力について図３を用いて説明する。図３は図１の給油ポンプ５０の給油能力を示す特性図であり、容積形ポンプの給油能力が最も低下する低粘度・低速の運転条件における特性図である。図３では、横軸に、導入口２２ｂの断面積と吸込みポート２２ａの断面積との比をとり、縦軸に、給油量が最大のときを１とする給油量比をとってある。

図３から明らかように、給油ポンプ５０の導入口２２ｂの断面積が吸込みポート２２ａ断面積より大きくなるに連れて給油量は低下する傾向を示すが、吸込みポート２２ａの断面積との比が１から５の範囲では給油量の低下が緩やかであり、回転軸７の上部までの給油が可能で、摺動部へ必要な給油量を確保できる。しかし、その比が５を越えると、給油量の低下が急激となり、回転軸７の上部までの給油ができなくなり、旋回軸受２８にかじりや焼き付きを生じてしまう。なお、このような給油能力の低下傾向は高速時においても同様であるが、高速になると給油能力が高まるために、低速時よりも顕著の傾向とならない。

以上の通り、本実施形態によれば、低粘度・低速の場合においても旋回軸受２８のすべり軸受部に油膜が形成され、圧縮機の信頼性を向上できるものである。
（参考例１）
次に、参考例１について図４を用いて説明する。図４は参考例１の冷媒圧縮機における給油ポンプ５０の説明図である。図４（ａ）は給油ポンプ５０の拡大図、図４（ｂ）は図４（ａ）における給油ポンプ５０の中央部の底面図である。この参考例１は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この参考例１では、ポンプケース部２２Ａをアルミダイキャストなどの成形材料で構成し、ポンプガイド部２２Ｂをポンプケース部２２Ａと別部材で且つ吸込ポート２２ａの形状に略合致した形状の筒状部を有するプレス成形部材で構成している。かかる構成とすることにより、ポンプケース部２２Ａの材料費のコストダウンを達成できると共に、ポンプガイド部２２Ｂをプレス等による加工等で安価に製作できる。

また、ポンプケース部２２Ａとポンプガイド部２２Ｂとを別体にすると、ポンプケース部２２Ａに形成した吸込みポート２２ａと同等な断面積の給油穴２２ｃを導入口２２ｂに至るまで形成できるので、給油ポンプ５０の給油量を最も多く確保できる。
（参考例２）
次に、参考例２について図５を用いて説明する。図５は参考例２の冷媒圧縮機における給油ポンプ５０の説明図である。図５（ａ）は給油ポンプ５０の拡大図、図５（ｂ）は図５（ａ）における給油ポンプ５０の中央部の底面図である。この参考例２は、次に述べる点で参考例１と相違するものであり、その他の点については参考例１と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この参考例２では、ポンプケース部２２Ａを吸込ポートを有するプレス成形部材で構成したものである。ポンプケース部２２Ａをプレス加工にて製作することによって、さらに安価な構造で、しかも給油能力の低下を抑制できるポンプを構成できるものである。

本発明の第１実施形態の冷媒圧縮機を示す縦断面図である。 図１の給油ポンプの説明図である。 図１の給油ポンプの給油能力を示す特性図である。 参考例１の冷媒圧縮機における給油ポンプの説明図である。 参考例２の冷媒圧縮機における給油ポンプの説明図である。

符号の説明

１…密閉容器、２…固定スクロール、３…旋回スクロール、４…フレーム、５…電動機部、６…電動機回転子、７…回転軸、８…オルダム継手、９…主軸受、１０…油通路、１１…バランスウェイト、１２…背圧室、１３…油溜り、１４…密閉空間、１５…吸込管、１６…圧縮機構部、１７…吐出管、１８…シールリング、１９…クランクピン、２０…排油パイプ、２１…副軸受支持部材、２２Ａ…ポンプケース部、２２Ｂ…ポンプガイド部、２２ａ…吸込みポート、２２ｂ…導入口、２２ｃ…導油穴、２３…ポンプ継手、２４…ポンプ機構部、２５…副軸受、２７…ボス、２８…旋回軸受、２９…下フレーム、３０…油ポケット、３１…横穴、３２…接合具、５０…給油ポンプ。

Claims (1)

1. 冷媒ガスを圧縮する圧縮機構部と、
   前記圧縮機構部の下方に配置され前記圧縮機構部の駆動力を発生する電動機部と、
   前記圧縮機構部と前記電動機部とを連結すると共に前記電動機部より下方に延びる回転軸と、
   前記回転軸を支持する軸受と、
   前記回転軸の下端部に取り付けられ、油溜りに貯留された潤滑油を前記圧縮機構部及び前記軸受へ回転軸に上下に貫通して設けられた油通路を介して供給する給油ポンプと、
   前記圧縮機構部、前記電動機部、前記回転軸、前記軸受及び前記給油ポンプを内部に収納し且つ潤滑油を貯留する前記油溜りを底部に形成した密閉容器とを備え、
   前記給油ポンプは、前記回転軸の回転に伴って回転されるトロコイド歯型のインナロータ及びアウタロータからなるポンプ機構部と、前記ポンプ機構部を収納して前記密閉容器側に固定されると共に、前記ポンプ機構部への略半円弧状の吸込ポートを有するポンプケース部と、このポンプケース部から下方に延び且つ前記油溜りに貯留された潤滑油を前記吸込ポートの直下の下面に設けられた略半円弧状の導入口から前記吸込ポートに案内する導油穴を有するポンプガイド部とを備えている、冷媒圧縮機であって、
   前記ポンプケース部と前記ポンプガイド部とをアルミダイキャストの成形材料による一体物で構成し、
   前記導油穴を前記吸込ポートの下面全体から前記導入口に至る徐々に拡大する流路で形成すると共に、前記導入口の断面積と前記吸込ポートの断面積との比を５以下にしたこと、
   を特徴とする冷媒圧縮機。

Images