JP4807332B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は圧縮機に関し、特に種々の構成要素への潤滑油の供給に関する。

圧縮機で用いられている冷媒圧縮用の機構として、種々のものが提案されている。例えば、スクロール型のものや、ロータリー型のものなどがある。

これらの圧縮機構は、筐体などに固定される固定部材と、モータによって回転する可動部材とを有する。可動部材は、クランク軸によってモータの回転子に連結されている。

そして、クランク軸は、その位置ずれや振れを防止すべく、複数の箇所が軸受によって摺動自在に支持されている。例えば、下掲の特許文献１では、軸受にすべり軸受が採用されている。他方、特許文献２では、軸受に転がり軸受が採用されている。
特開２００３−３２８９６３号公報 特開２００４−２９３５３１号公報

しかし、特許文献１のようにすべり軸受を採用すると、軸受及びクランク軸が磨耗しやすく、以って圧縮機の寿命が短くなるおそれがある。よって、特許文献２のように、軸受に転がり軸受を採用するほうが好ましい。

ところが、特許文献２では、クランク軸の上端に導かれた潤滑油はすべて、転がり軸受へと流れている。このため、転がり軸受には、過剰な潤滑油が供給されるおそれがある。

過剰な潤滑油が転がり軸受に供給されると、転がり軸受の下側から、クランク軸とハウジングとの隙間を通って潤滑油が漏れ、圧縮機構で圧縮された冷媒とともに圧縮機外へと流出するおそれがある。潤滑油が圧縮機外へと流出すると、圧縮機内の潤滑油が減少し、延いては圧縮機が故障するおそれがある。

また、特許文献２では、圧縮機構内へと潤滑油を供給するための通路が設けられていないので、可動部材と固定部材との間に摩擦が生じやすい。このため、圧縮機構は磨耗しやすく、延いては圧縮機構が故障するおそれがある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、圧縮機構内へ潤滑油を供給しつつも、転がり軸受への過剰な潤滑油の供給を防止することが目的とされる。

第１の発明にかかる圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機であって、圧縮機構と、クランク軸と、転がり軸受と、筐体とを備える。圧縮機構は、固定部材と、固定部材とともに流体を圧縮する回転部材とを有する。クランク軸は、回転軸を中心として回転する主軸と、回転軸に沿う方向における主軸の一方の端側に位置する偏心部とを有する。偏心部は、回転軸から偏心し、回転部材を摺動自在に支持する。クランク軸には、自身を回転軸に沿って貫く貫通孔が設けられている。転がり軸受は主軸を支持する。筐体の内側には、第１及び第２の空間、並びに通路が設けられている。第１の空間には、圧縮機構で圧縮された流体が流れる。第２の空間は、第１の空間とは異なる空間であって、圧縮機の駆動時において第１の空間の圧力よりも圧力が低い。通路は、主軸の一方の端と同じ側に位置する貫通孔の一方の端から、第２の空間にのみ延びている。しかも、偏心部には、孔が設けられている。この孔は、貫通孔から延びて、偏心部と回転部材との摺動面へと開口している。そして、この孔から摺動面に導かれた油の一部は、摺動面を介して第２の空間側へ流れ、油の残りは、摺動面を介して転がり軸受へ流れる。

第２の発明にかかる圧縮機は、第１の発明にかかる圧縮機であって、第２の空間のみに延びた通路が、らせん状に延びる通路である。

第１の発明にかかる圧縮機によれば、貫通孔の端から、第１の空間の圧力よりも圧力の低い第２の空間にのみ延びた通路が設けられているので、貫通孔の他方の端を第１の空間と連通させることで、貫通孔の両端に差圧が生じる。よって、貫通孔の他方の端から一方の端へと油が導かれる。

貫通孔の一方の端に導かれた油は、第２の空間及び転がり軸受へと導かれる。転がり軸受には少量の油を供給するだけで良いので、第２の空間へと多くの油を供給することができる。

また、貫通孔内を流れる油の一部が孔を通って、偏心部と回転部材との摺動面へと導かれる。よって、偏心部と回転部材との間の摩擦を低減することができる。しかも、摺動面へと導かれた油のうち一部は、摺動面を通って第２の空間側へと流れ、残りは、摺動面を通って転がり軸受へと流れる。よって、多くの油を第２の空間へと導くことができる。

１．スクロール圧縮機の構造
図１は、本発明の実施の形態にかかるスクロール圧縮機１を概念的に示す図である。なお、図１には方向９１が示されており、以下では方向９１の矢印の先側を「上側」、それとは反対側を「下側」という。図２は、図１に示される領域IIを拡大した図である。

スクロール圧縮機１は、筐体１１、ハウジング１２、圧縮機構１５、モータ１６、クランク軸１７、転がり軸受３１及び軸受６０を備える。

筐体１１は、上端が閉塞した筒状であって、方向９１に沿って延びている。筐体１１内には、ハウジング１２、圧縮機構１５、モータ１６、クランク軸１７、転がり軸受３１及び軸受６０が収納されている。

モータ１６は、固定子５１と回転子５２とを有する。固定子５１は環状であって、筐体１１の内壁１１ａに固定されている。回転子５２は、回転軸９０を中心として回転可能であって、固定子５１の内周側に設けられ、固定子５１にエアギャップを介して対向している。なお図１では、回転軸９０に沿う方向と、方向９１とは一致している。

クランク軸１７は、方向９１に沿って延び、主軸１７ａと偏心部１７ｂとを有する。主軸１７ａは、回転軸９０を中心として回転する部分であって、回転子５２に接続されている。主軸１７ａの下側の部分は、軸受６０で摺動自在に支持されている。

偏心部１７ｂは、回転軸９０から偏って配置された部分であって、主軸１７ａの上側（一方の端１７ａ１側）に位置する。

ハウジング１２は、環状部材１２１と固定部材１２２とを有する。環状部材１２１は、主軸１７ａを取り囲んでおり、後述する転がり軸受３１の下側の位置で、固定部材１２２に固定されている。

固定部材１２２は、クランク軸１７によって貫かれており、筐体１１の内壁１１ａに隙間なく嵌められている。例えば圧入や焼ばめ等の方法で、固定部材１２２は内壁１１ａに嵌められる。固定部材１２２は、シールを介して内壁１１ａに嵌められても良い。

固定部材１２２が内壁１１ａに隙間なく嵌められるので、ハウジング１２は、自身の下側に位置する空間２８と、上側に位置する空間２９とを隙間なく仕切る。よって、ハウジング１２は、空間２８と空間２９との間に生じた圧力差を維持することができる。なお、空間２８には、後述するように圧縮機構１５で圧縮された冷媒が流れ込むので、空間２８の圧力は高い。一方、空間２９の圧力は低い。

転がり軸受３１は、内輪３１ａ、転がり部材３１ｂ及び外輪３１ｃを有し、主軸１７ａを回転自在に支持する。具体的には、内輪３１ａは主軸１７ａに嵌め込まれている。外輪３１ｃは、内輪３１ａに対して外周側から対向する位置で、ハウジング１２の固定部材１２２に固定されている。転がり部材３１ｂは、内輪３１ａと外輪３１ｃとで転がり自在に挟まれている。

圧縮機構１５は、固定スクロール２４と可動スクロール２６とを有し、冷媒を圧縮する。冷媒には、例えば二酸化炭素を主成分として含むものが採用できる。もちろん、二酸化炭素以外の流体を圧縮しても良い。

固定スクロール２４は、鏡板２４ａと圧縮部材２４ｂとを含む。鏡板２４ａは、筐体１１の内壁１１ａに固定されており、圧縮部材２４ｂは、鏡板２４ａの下側に連結されている。圧縮部材２４ｂは、渦巻き状に延びており、渦巻きの間に溝２４ｃを形成する。なお、固定スクロール２４は筐体１１に固定されているので、圧縮機構１５を構成する固定部材と把握することができる。

固定スクロール２４の上側の面は凹状を呈する。当該面のうち凹状を呈する部分４２で囲まれた空間４５は、蓋４４で塞がれている。蓋４４は、圧力の異なる二つの空間、すなわち空間４５と、その上側の空間２９とを仕切る。

可動スクロール２６は、鏡板２６ａ、圧縮部材２６ｂ及び軸受２６ｃを有する。圧縮部材２６ｂは、鏡板２６ａの上側に連結されており、渦巻き状に延びる。

圧縮部材２６ｂは、固定スクロール２４の溝２４ｃに収まる。圧縮機構１５では、圧縮部材２４ｂと圧縮部材２６ｂとの間の空間４０が、鏡板２４ａ，２６ａで密閉されることで、圧縮室として用いられる。

圧縮室（空間４０）で圧縮された冷媒は、固定スクロール２４の中心近傍に設けられた吐出口４１から、空間４５へと排出される。空間４５内の冷媒は、固定スクロール２４及びハウジング１２に設けられた通路を通って、空間２８へと流れる。よって、空間４５内の圧力及び空間２８内の圧力は高い。

他方、蓋４４で空間４５とは仕切られた空間２９の圧力は小さいままである。よって、圧縮機構１５においても、可動スクロール２６の圧縮部材２６ｂの最外周よりも外側では、圧力が低い。具体的には、かかる最外周よりも外側の位置での、固定スクロール２４と可動スクロール２６との間の空間２９１において、圧力が低い（図２）。

軸受２６ｃは、鏡板２６ａの下側に連結されており、クランク軸１７の偏心部１７ｂを摺動自在に支持する。この内容は、偏心部１７ｂが、可動スクロール２６を摺動自在に支持すると把握することができる。

偏心部１７ｂが回転軸９０の周りを回転することで、可動スクロール２６は回転軸９０の周りを公転する。なお、可動スクロール２６が公転することに鑑みれば、可動スクロール２６は、圧縮機構１５を構成する回転部材と把握することができる。

２．潤滑油の汲み上げ
上述したスクロール圧縮機１には、内部に発生する機械的な摩擦を低減すべく、潤滑油が用いられる。具体的に図１及び図２を用いて説明する。なお、潤滑油に代えて、他の潤滑剤を用いても良い。

クランク軸１７には、貫通孔１７１が設けられている。貫通孔１７１は、所定の方向９１に沿ってクランク軸１７を下端１７１ｂから上端１７１ａまで貫通している（図１）。

スクロール圧縮機１は、潤滑油を溜める受け皿１８を更に備えており、貫通孔１７１の下端１７１２（図１）は、受け皿１８で囲まれた空間を介して、空間２８に繋がっている。よって、貫通孔１７１の下端１７１２の圧力は高い。

他方、筐体１１内には、貫通孔１７１の上端１７１１から、圧力の低い空間２９１にのみ延びる通路が設けられている（図２）。

具体的には、可動スクロール２６の鏡板２６ａに、通路２６ａ１，２６ａ２が設けられている。通路２６ａ１は、貫通孔１７１の上端１７１１から、鏡板２６ａ内を動径方向へと延びている（図３）。通路２６ａ２は、通路２６ａ１から空間２９１へと貫通している（図２）。なお、図３は、可動スクロール２６を上から見た図である。

よって、貫通孔１７１の上端１７１１の圧力は低く、下端１７１２との間に圧力差を生じる。

かかるスクロール圧縮機１によれば、貫通孔１７１の両端１７１１，１７１２に圧力差が生じるので、その圧力差を利用して潤滑油を、貫通孔１７１の下端１７１２から上端１７１１へと汲み上げることができる。

上端１７１１に汲み上げられた潤滑油は、通路２６ａ１及び通路２６ａ２をこの順に通って、鏡板２６ａの上面２６１（空間２９１）へと導かれ、そして圧縮機構１５内および空間２９へと徐々に流れ込む。

具体的には、鏡板２６ａには、溝２６２が設けられている（図３）。溝２６２は、圧縮部材２６ｂの外側を通路２６ａ２から、圧縮部材２６ｂの外側の端２６ｂ１近傍まで延びている。

上面２６１へと導かれた潤滑油は、溝２６２を通って、圧縮部材２６ｂの端２６ｂ１近傍まで流れる。そして、可動スクロール２６の公転に伴って潤滑油は、渦巻き状に延びた圧縮部材２６ｂの間へと流れ込み、徐々に可動スクロール２６の中心Ｃへと導かれる。なお図３では、潤滑油の流れが実線矢印で示されている。

よって、圧縮機構１５内において、固定スクロール２４と可動スクロール２６との間の摩擦を、潤滑油によって低減することができる。しかも、固定スクロール２４と可動スクロール２６との隙間が潤滑油によって埋まるので、圧縮された冷媒の漏れも低減できる。なお、溝２６２は固定スクロール２４側に設けても良い。

ところで、圧縮機構１５内に潤滑油が多量に流れ込むと、冷媒に潤滑油が混じりやくなる。そこで、通路２６ａ１にらせん状に延びた通路を採用することが好ましい（図２）。らせん状に延びた通路によれば、自身が流路抵抗となって、貫通孔１７１の上端１７１１に導かれた潤滑油が一気に通路２６ａ２へと、延いては圧縮機構１５内へと流れ込むことを防止することができるからである。

３．潤滑油の循環
図２に示されるように、偏心部１７ｂには孔１７４が設けられている。孔１７４は、貫通孔１７１から延びて、偏心部１７ｂと可動スクロール２６との摺動面、具体的には偏心部１７ｂと軸受２６ｃとの摺動面５１１へと開口している。

貫通孔１７１内を流れる潤滑油の一部は孔１７４へと導かれる。孔１７４に導かれた潤滑油は、摺動面５１１へと流れ込む。よって、偏心部１７ｂと軸受２６ｃとの摩擦を低減することができる。なお図２では、潤滑油の流れが実線矢印で示されている。

摺動面５１１へと導かれた潤滑油は、一部が摺動面５１１を通って通路２６ａ１へと流れ、残りは摺動面５１１に通って転がり軸受３１へと流れる。

転がり軸受３１を通って流れた潤滑油は、ハウジング１２に設けられた通路７１を通って、受け皿１８（図１）へと戻る。圧縮機構１５内へと流れた潤滑油も、筐体１１内に設けられた所定の通路を通って、受け皿１８へと戻る。

受け皿１８に戻った潤滑油は再び、貫通孔１７１を通って、上端１７１１及び孔１７４へと汲み上げられる。そして、上述したのと同様に経路を通って、循環する。

ところで、転がり軸受３１の下側に位置する環状部材１２１と、主軸１７ａとの間には隙間がある。そして、かかる隙間は、通路７１の入口に付近に位置する。よって、通路７１に多量の潤滑油が流れ込むと、隙間を通って空間２８へと潤滑油が漏れる。隙間から漏れた潤滑油は、吐出管２０から排出される。このため、スクロール圧縮機１内の潤滑油の量が減少し、延いてはスクロール圧縮機１が故障するおそれがある。

通路７１への多量の潤滑油の流れ込みは、例えば転がり軸受３１に過剰に潤滑油が供給された場合に生じる。理由は次のとおりである。転がり部材３１ｂには円柱状のものや球状のものが採用されるため、隣接する転がり部材３１ｂ同士は点または線でしか接触しない。換言すれば、隣接する転がり部材３１ｂの間には隙間ができる。よって、転がり軸受３１に過剰に潤滑油が流れ込むと、余分な潤滑油は、転がり軸受３１にほとんど滞留することなく、かかる隙間を通って通路７１側へと流れてしまう。すなわち、潤滑油が一気に通路７１へと流れ込む。

しかし、上述したスクロール圧縮機１によれば、貫通孔１７１を用いて汲み上げられた潤滑油の一部だけが、孔１７４へと導かれ、さらにその一部だけが、転がり軸受３１へと導かれる。よって、転がり軸受３１に過剰に潤滑油が流れ込まない。

例えば、孔１７４の断面積を細くすることで、孔１７４へと導く潤滑油の量を調節することができる。よって、転がり軸受３１に、適量の潤滑油を供給することができる。

転がり軸受３１と主軸１７ａとの間に生じる摩擦はもともと小さいので、転がり軸受３１に必要な潤滑油は少量で良い。よって、転がり軸受３１に潤滑油が過剰に流れ込まないようにするということは、言い換えれば圧縮機構１５へと流す潤滑油の量を増やすということになる。

転がり軸受３１よりも圧縮機構１５の方が、摺動面積が大きいので、圧縮機構１５へと流れる潤滑油が増えることは好ましい。

本発明の実施の形態にかかるスクロール圧縮機を概念的に示す図である。 図１に示される領域IIを拡大して示した図である。 可動スクロールを上から見た図である。

１ スクロール圧縮機
１１ 筐体
１５ 圧縮機構
１７ クランク軸
１７ａ 主軸
１７ａ１ 上端（主軸の一方の端）
１７ｂ 偏心部
２４ 固定スクロール（固定部材）
２６ 可動スクロール（回転部材）
２６ａ１，２６ａ２ 通路
２８，４０ 空間（第１の空間）
５１１ 摺動面
１７１ 貫通孔
１７４ 孔
２９１ 空間（第２の空間）
３１ 転がり軸受
９０ 回転軸
１７１１ 上端（貫通孔の一方の端）

Claims (2)

1. 流体を圧縮する圧縮機（１）であって、
   固定部材（２４）と、前記固定部材とともに前記流体を圧縮する回転部材（２６）とを有する圧縮機構（１５）と、
   回転軸（９０）を中心として回転する主軸（１７ａ）と、前記回転軸に沿う方向における前記主軸の一方の端（１７ａ１）側に位置し、前記回転軸から偏心し、前記回転部材を摺動自在に支持する偏心部（１７ｂ）とを有するクランク軸（１７）と、
   前記主軸（１７ａ）を支持する転がり軸受（３１）と、
   前記圧縮機構で圧縮された前記流体が流れる第１の空間（２８，４０）と、前記第１の空間とは異なる空間であって前記圧縮機の駆動時において前記第１の空間の圧力よりも圧力の低い第２の空間（２９１）とが内側に設けられた筐体（１１）と
   を備え、
   前記クランク軸には、自身を回転軸に沿って貫く貫通孔（１７１）が設けられており、
   前記筐体内には、前記主軸の前記一方の端と同じ側に位置する前記貫通孔の一方の端（１７１１）から、前記第２の空間にのみ延びた通路（２６ａ１，２６ａ２）が設けられており、
   前記偏心部（１７ｂ）には、前記貫通孔（１７１）から延びて、前記偏心部と前記回転部材（２６）との摺動面（５１１）へと開口した孔（１７４）が設けられており、
   前記孔（１７４）から摺動面（５１１）に導かれた油の一部は、前記摺動面（５１１）を介して前記第２の空間側へ流れ、前記油の残りは、前記摺動面（５１１）を介して前記転がり軸受（３１）へ流れる、
   圧縮機。
2. 前記第２の空間のみに延びた通路（２６ａ１）は、らせん状に延びる通路である、請求項１に記載の圧縮機。

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