JP5147489B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍・空調用の冷媒圧縮機，空気やその他の流体用圧縮機などのように密閉容器内に給油ポンプを備える流体圧縮機に好適なものである。

従来のスクロール圧縮機として、特許文献１に記載されているものが知られている。このスクロール圧縮機は、密閉容器内に配置された圧縮機構部を駆動するための電動機の回転軸の端部に、トロコイドポンプなどの給油ポンプを設けたものである。この給油ポンプは軸受ハウジングにボルトで締結されている。

特開２００４−２９３５３０号公報（図１，図２，図３）

特許文献１のスクロール圧縮機では、給油ポンプはハウジング下端に２箇所もしくは３箇所ボルトで締結されるため、回転軸の振れ回りを吸収する隙間の管理が厳しい。例えば、３箇所の何れか１つでも隙間が無い状態となると、全体として適切な隙間を保つことができなくなり、ポンプ継手および給油ポンプへの荷重が増加する虞がある。また、ねじの緩みにより設定以上の隙間が発生した場合も芯ずれにより荷重が増加する虞があった。

従って、回転軸の振れ回りを抑制し、給油ポンプに過大な荷重を発生させることなく、給油ポンプの信頼性に優れた流体圧縮機が望まれる。更に、組み立てが容易で安価な構造であれば尚よい。

本発明の目的は、信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することにある。

上記本発明の目的は、主軸受と副軸受で回転軸を受け、前記副軸受よりも前記回転軸の反圧縮機構部側に、圧縮機構部へ油を強制的に給油する給油ポンプを備えたスクロール圧縮機であって、前記給油ポンプは、給油ポンプ機構を備えたポンプケースと、前記副軸受と前記ポンプケースとを収納するハウジングと、前記ポンプケースの前記回転軸の径方向にポンプ支持部材と、を備え、前記ハウジングは前記スクロール圧縮機に対して、自転が不可能にされており、前記ポンプケースは前記ハウジングに対して、自転が不可能にされており、前記ポンプ支持部材は、内周側面に凹状のキー溝を有し、前記ポンプケースは、外周側面に前記キーに噛み合う凸状のキーを有し、前記ポンポケースと前記ハウジングとの間に、前記回転軸の径方向には第１の隙間を有し、前記回転軸方向には第２の隙間を有し、前記第２の隙間は前記第１の隙間より狭いスクロール圧縮機によって達成される。

本発明によれば、信頼性の高いスクロール圧縮機を実現することができる。

以下図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

以下、本発明の幾つかの実施形態について図を用いて説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されず、また、特に限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらの実施の形態のみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図における同一符号は同一物を示す。

まず、図１を参照しながらスクロール圧縮機の全体構造に関して説明する。スクロール圧縮機１は、圧縮機構部２と駆動部３とを密閉容器７００内に収納して構成されている。本実施例では、上から圧縮機構部２，駆動部３及び油溜り７３０の順に配設されており、回転軸３００を介して圧縮機構部２と駆動部３が連結されている縦型スクロール圧縮機である。

圧縮機構部２は、固定スクロール１００と旋回スクロール２００とフレーム４００を基本要素として構成されている。

フレーム４００は密閉容器７００に固定され、上主軸受４０１および下主軸受４０２を配設する部材を構成している。

固定スクロール１００は、台板１０１と渦巻き状ラップ１０２と吸入口１０３と吐出口１０４と背圧穴１０５とを基本構成部分として構成され、フレーム４００にボルトを介して固定されている。ラップ１０２は台板１０１の一側に垂直に立設されている。

旋回スクロール２００は、台板２０１と渦巻き状ラップ２０２とボス２０３とを基本構成部分として構成されている。ラップ２０２は台板２０１の一側に垂直に立設されている。ボス２０３は台板２０１の他側（反ラップ側）に垂直に突出して形成されている。

固定スクロール１００と旋回スクロール２００とを噛み合わせて構成した圧縮室１３０は、旋回スクロール２００が旋回運動することによりその容積が減少する圧縮動作が行われる。この圧縮動作では、旋回スクロール２００の旋回運動に伴って、作動流体が吸入口１０３を経由して圧縮室１３０へ吸込まれ、吸込まれた作動流体が圧縮工程を経て固定スクロール１００の吐出口１０４から密閉容器７００内に吐出され、さらに吐出管７０１を経由して密閉容器７００から吐出される。これによって、密閉容器７００内の空間は吐出圧力に保たれる。即ち、このスクロール圧縮機は、高圧チャンバ型の圧縮機である。

密閉容器７００は、上フタ７１０および下フタ７２０を有している。密閉容器７００の底面には脚部７２１が取り付けられている。また、密閉容器７００の上面にはハーメ端子７０２が設けられ、電動機６００に電力を供給できるように構成されている。

旋回スクロール２００を旋回駆動する駆動部３は、ステータ６０１およびロータ６０２からなる電動機６００と、回転軸３００と、旋回スクロール２００の自転防止機構の主要部品であるオルダム継手５００と、フレーム４００と、上主軸受４０１，下主軸受４０２および副軸受部８００と、ボス２０３とを基本要素として構成されている。

回転軸３００は主軸部３０２とクランクピン３０１とを一体に備えて構成されている。上主軸４０１，下主軸受４０２および副軸受部８００は、回転軸３００の主軸部３０２を回転自在に支持する主軸支持部を構成する。ボス２０３は、旋回軸受２１０を介して、回転軸３００のクランクピン３０１を回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に支持するように旋回スクロール２００に備えられている。旋回軸受２１０はボス２０３内に設けられている。

上部の主軸支持部である上主軸受４０１および下主軸受４０２は電動機６００の上側に配置され、下部の主軸支持部である副軸受部８００は電動機６００の下側に配置されている。副軸受部８００は圧縮機構部２に対し電動機６００を挟んだ反対側に位置しており、ハウジング８０２に副軸受８０４を備えた構造となっている。副軸受８０４は、ハウジング８０２に挿入されている。ハウジング８０２は、密閉容器７００に固定された下フレーム８０１に溶接して固定されている。つまり、ハウジング８０２は、スクロール圧縮機本体に固定され、スクロール圧縮機本体に対して自転が不可能にされている。

給油ポンプ９００は、副軸受部８００の内側に挿入され、ハウジング８０２とポンプ支持部材８０３とを溶接して納められている。給油ポンプ９００は、回転軸３００の下端に設けられたポンプ継手３１０を介して駆動される。

オルダム継手５００は、旋回スクロール２００の台板２０１の背面に配設されている。オルダム継手５００には、一方の面にキー部分が２つ、他方の面に２つ形成されている。この一方の面に形成されているキー部分を１組、他方の面に形成されているキー部分を１組とすると、これらは互いに直行する位置関係にある。この直交する２組のキー部分のうち１組がフレーム４００に構成したオルダム継手５００の受け部であるキー溝を滑動し、他の１組が旋回スクロールラップ２０２の背面側に構成したキー溝を滑動する。これによって、旋回スクロール２００はスクロールラップ２０２の立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール１００に対して自転せずに旋回運動する。

圧縮機構部２は、電動機６００に連結した回転軸３００の回転によりクランクピン３０１が偏心回転すると、旋回スクロール２００がオルダム継手５００の自転防止機構により固定スクロール１００に対し自転せずに旋回運動を行い、ガスを吸入管７１１および吸入口１０３を介してスクロールラップ１０２および２０２で形成される圧縮室１３０に吸入する。

旋回スクロール２００の旋回運動により、圧縮室１３０は渦の中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを吐出口１０４より吐出室に吐出する。吐出室に吐出されたガスは、圧縮機構部２および電動機６００の周囲を循環したのち吐出管７０１から圧縮機外へ放出される。なお、固定スクロール１００には、圧縮室１３０と旋回スクロール２００背面の背圧室４１１とを連通させる背圧穴１０５が設けられており、背圧室４１１の圧力を吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力（中間圧力）に保っている。旋回スクロール２００の背面側に構成される背圧室４１１は、旋回スクロール２００とフレーム４００と固定スクロール１００とで囲まれて形成される空間である。

フレーム４００に設けられたシールリング４１０は、密閉容器７００内と背圧室４１１との連通を遮断し、背圧室４１１への吐出ガス流入を防いでいる。旋回スクロール２００は前記中間圧力とシールリング４１０の内側に作用する吐出圧力の合力で固定スクロール１００に押し付けられている。

次に、給油経路について説明する。回転軸３００が回転されると、給油ポンプ９００により油溜り７３０の油が回転軸内の油通路３１１に送られる。油通路３１１に送られた油の一部は横穴３１２を通って副軸受８０４に流れた後、油溜り７３０に戻る。また一部は、横穴４２０および４２１を通り上主軸受４０１および下主軸受４０２に流れた後、その一部は吐出室に抜けて油溜り７３０に戻り、残りは上主軸受４０１上部の溝４２２を通り、旋回軸受２１０と上主軸受４０１の間の空間に抜ける。油通路３１１を通ってクランクピン３０１の上部に達した油は旋回軸受２１０を通り、旋回軸受２１０と上主軸受４０１の間に抜ける。旋回軸受２１０と上主軸受４０１の間に抜けた油は、排油パイプ４０８を通り吐出室に抜け、油溜り７３０に戻る。

また、旋回スクロール２００のボス２０３の端面には給油ポケット２０５が設けられており、旋回スクロール２００が旋回運動することにより、給油ポケット２０５がシールリング４１０の外側と内側を往復し、旋回軸受２１０と上主軸受４０１の間にある油の一部を背圧室４１１に搬送する。搬送された油はオルダム継手５００に給油された後、固定スクロールの鏡板面１０６と旋回スクロールの台板２０１の摺動面に給油される。

背圧室４１１に搬送された油は、背圧穴１０５を通って、または鏡板摺動面の微小隙間を通って圧縮室１３０に流入する。圧縮室１３０に流入した油は圧縮された冷媒ガスと共に吐出口１０４から吐出され、密閉容器７００内で冷媒ガスと分離され油溜り７３０に戻る。

次に、図２を参照しながら給油ポンプ９００に関して説明する。給油ポンプ９００は、ハウジング８０２およびポンプ支持部材８０３によって組みつけられており、ポンプケース９０１とハウジング８０２との間に軸方向および径方向に回転軸３００の振れ回りを吸収するだけの隙間を有するように設定されて挿入されている。

便宜的に、径方向の隙間を第１の隙間，軸方向の隙間を第２の隙間と称することとする。これらの隙間は、公差以上のものであり、副軸受８０４に接している部分の回転軸の径に対して、第１の隙間は３％以上、第２の隙間は０.５％以上とすることで回転軸の振れまわりを十分に吸収する。また、第２の隙間は第１の隙間に対して、１０％〜８０％であるように設定する。

給油ポンプ９００は回転軸３００の下端に固定されたポンプ継手３１０と嵌合され、ポンプ支持部材８０３によって軸方向に支持されてポンプ継手３１０との嵌合を維持している。

給油ポンプ９００のポンプ機構部は、トロコイド歯型のインナロータ９０２とアウタロータ９０３で構成されている。インナロータ９０２は回転軸３００に取り付けられたポンプ継手３１０と嵌合され、回転軸３００の回転に伴って回転される。インナロータ９０２とアウタロータ９０３とは適切な偏心量を与えられて噛み合わされている。インナロータ９０２が回転されるとアウタロータ９０３も回転され、これによって密閉容器７００内に形成された油溜り７３０の油は給油ポンプ９００の下面から吸込まれ、上面から回転軸３００内に形成されている油通路３１１へ供給される。

次に、図３を参照しながら給油ポンプ９００に関してさらに具体的に説明する。給油ポンプ９００を挿入したハウジング８０２と、ポンプ支持部材８０３とを、溶接により結合している。これにより、組み立てが容易でかつ安価な構造とすることができる。また給油ポンプ９００は、図４（図２の給油ポンプを下から見た図）に示す如く、ポンプ支持部材８０３に対してポンプケース９０１の自転が不可能にされている。ポンプケース９０１に設定されたキー９０６と、ポンプ支持部材８０３のキー溝とによる作用である。なお、ハウジング８０２とポンプ支持部材８０３とは、溶接により結合しているので、ポンプケース９０１はハウジング８０２に対しての自転が不可能にされていると言える。

ポンプケース９０１およびポンプ支持部材８０３自体に自転防止機構を与えることにより、部品数を増やすことなく簡易な構造で給油ポンプ性能を発揮することが出来る。また給油ポンプ９００は、ハウジング８０２との間に軸方向および径方向に回転軸３００の振れ回りを吸収するだけの隙間を有するように設定されている。この隙間はポンプケース９０１とハウジング８０２との挿入のため管理が容易で、後述する給油ポンプ９００に発生する荷重の軽減を達成することができる。

圧縮機を構成する部品の製作公差，圧縮機組み立て時の組み立て公差、および圧縮機運転時に圧縮機構部内および電動機に発生する荷重が大きい場合などに、回転軸３００は理想の軸心位置に対して傾きおよび振れ回りを生じる。この傾きおよび振れ回りにより回転軸３００に固定されたポンプ継手３１０と給油ポンプ９００の間に荷重が発生する。

図３に模式的に示すように、給油ポンプ９００とハウジング８０２との間に形成される軸方向および径方向の隙間により、給油ポンプ９００に発生する荷重を軽減する方向に給油ポンプ９００が挙動し、ポンプ継手３１０および給油ポンプ９００に発生する荷重を軽減することができる。このように、回転軸３００の振れ回りをハウジング８０２により吸収することができるため、ポンプ機構部内部の隙間は性能を確保するための適切な隙間に設定することが可能となり、給油ポンプ９００の性能を向上させることが可能である。なお、図３では隙間を模式的に強調して図示したが、この隙間は実際には僅かでよいため、図２においては隙間が図示されていない。

図１は高圧チャンバの圧縮機断面図である。高圧チャンバは、密閉容器７００の空間が、吐出口１０４より吐出された圧縮ガスによって満たされている。この圧縮ガスと、背圧室４１１との圧力差により各軸受部や圧縮室１３０に給油する方式を、一般に差圧給油と呼ぶ。

図１は、回転軸３００の下部の給油ポンプ９００によって給油する方式で、一般に強制給油と呼ぶ。強制給油では、例えば暖房運転時の霜取りを目的とした冷凍サイクル制御により、吸込側の圧力と吐出側の圧力が逆転した際にも、給油ポンプを備えているため、給油が可能である。また、吐出室と背圧室４１１を分離するようシールリング４１０を設けているため、油通路３１１から各軸受部への給油経路での減圧により油に溶けた冷媒が発泡することがなく、各軸受部の信頼性を向上させている。

尚、図１では一例として高圧チャンバの断面図を示したが、低圧チャンバ等の方式においても、得られる効果は同一である。

尚、キー９０６および溝は、どちらがポンプケース９０１およびポンプ支持部材８０３に設けられていてもよく、得られる効果は同一である。

また、ハウジング８０２とポンプ支持部材８０３の結合方法は、圧入や焼嵌等でもよく、得られる効果は溶接による結合と同一である。

以上の実施例によれば、給油ポンプに過大な荷重を発生させることなく、ポンプ性能を維持しつつ給油ポンプの信頼性の優れた流体圧縮機を得ることができる。また、組み立てが容易で安価な構造で、これを実現することができる。

本発明の実施例のスクロール圧縮機の縦断面図。 図１のスクロール圧縮機の給油ポンプ周辺の拡大図。 図２の給油ポンプ周辺の可動模式図。 図２の給油ポンプを鉛直下方から見た図。 図３の給油ポンプのＡ−Ａ断面図。

符号の説明

１００ 固定スクロール
１０１，２０１ 台板
１０２，２０２ ラップ
１０３ 吸入口
１０４ 吐出口
１０５ 背圧穴
２００ 旋回スクロール
２０３ ボス
２０５ 油ポケット
２１０ 旋回軸受
３００ 回転軸
３０１ クランクピン
３１０ ポンプ継手
３１１ 油通路
４００ フレーム
４０１ 上主軸受
４０２ 下主軸受
４０６ イタバネ
４０７ バランスウェイト
４０８ 排油パイプ
４１０ シールリング
５００ オルダム継手
６００ 電動機
６０１ ステータ
６０２ ロータ
７００ 密閉容器
７０１ 吐出管
７０２ ハーメ端子
７１０ 上フタ
７１１ 吸入管
７２０ 下フタ
７２１ 脚部
７３０ 油溜り
８００ 副軸受部
８０１ 下フレーム
８０２ ハウジング
８０３ ポンプ支持部材
８０４ 副軸受
９００ 給油ポンプ
９０１ ポンプケース
９０２ インナロータ
９０３ アウタロータ
９０６ キー

Claims (3)

1. 主軸受と副軸受で回転軸を受け、前記副軸受よりも前記回転軸の反圧縮機構部側に、圧縮機構部へ油を強制的に給油する給油ポンプを備えたスクロール圧縮機であって、
   前記給油ポンプは、給油ポンプ機構を備えたポンプケースと、前記副軸受と前記ポンプケースとを収納するハウジングと、前記ポンプケースの前記回転軸の径方向にポンプ支持部材と、を備え、
   前記ハウジングは前記スクロール圧縮機に対して、自転が不可能にされており、
   前記ポンプケースは前記ハウジングに対して、自転が不可能にされており、
   前記ポンプケースと前記ハウジングとの間に、前記回転軸の径方向には第１の隙間を有し、前記回転軸方向には第２の隙間を有し、
   前記第２の隙間は前記第１の隙間より狭く、
   前記ポンプ支持部材は内周側面に凹状のキー溝を有し、前記ポンプケースは外周側面に前記キー溝に噛み合う凸状のキーを有するスクロール圧縮機。
2. 主軸受と副軸受で回転軸を受け、前記副軸受よりも前記回転軸の反圧縮機構部側に、圧縮機構部へ油を強制的に給油する給油ポンプを備えたスクロール圧縮機であって、
   前記給油ポンプは、給油ポンプ機構を備えたポンプケースと、前記副軸受と前記ポンプケースとを収納するハウジングと、前記ポンプケースの前記回転軸の径方向にポンプ支持部材と、を備え、
   前記ハウジングは前記スクロール圧縮機に対して、自転が不可能にされており、
   前記ポンプケースは前記ハウジングに対して、自転が不可能にされており、
   前記ポンプケースと前記ハウジングとの間に、前記回転軸の径方向には第１の隙間を有し、前記回転軸方向には第２の隙間を有し、
   前記第２の隙間は前記第１の隙間より狭く、
   前記ポンプ支持部材は、内周側面に凸状のキーを有し、前記ポンプケースは、外周側面に前記キーに噛み合う凹状のキー溝を有するスクロール圧縮機。
3. 請求項１又は２において、
   前記ハウジングと前記ポンプ支持部材は、溶接によって結合されていることを特徴とするスクロール圧縮機。

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