JP6207828B2

JP6207828B2 - スクロール型圧縮機

Info

Publication number: JP6207828B2
Application number: JP2012240486A
Authority: JP
Inventors: 石川　雅之; 石川　　雅之; 剛士池▲高▼; 友貴一瀬; 貴幸萩田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014088852A

Description

本発明は、スクロール型圧縮機に関するものである。

スクロール型圧縮機において、固定スクロールと、固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールは、互いに噛み合っている。スクロール型圧縮機が流体を圧縮するとき、圧縮反力によって、旋回スクロールにスラスト荷重が作用し、旋回スクロールが固定スクロールから離れようとする。そのため、旋回スクロールの端板に対して流体の圧縮空間とは反対側の面（以下「背面」という。）から、旋回スクロールを支持する必要がある。旋回スクロールを支持する方法として、旋回スクロールの背面側に背圧室を形成し、背圧室の圧力を高めることによって、旋回スクロールを固定スクロール側に押し付ける方法がある（例えば、特許文献１及び２など）。

特許第４２６２９４９号公報（段落［００３２］，［００３３］）特開２０１２−１７６５６号公報

背圧室内は、必要背圧力よりも高く維持される必要がある。但し、背圧室内が高圧になり過ぎると旋回スクロールの公転旋回運動が妨げられてしまう。特許文献１では、背圧室内が高圧になり過ぎないように、背圧室と低圧の吸入室の間に差圧式制御弁を設けることが開示されている。差圧式制御弁は、図８の破線で示すように、圧縮機の圧力比が一定以上を超えて、背圧室内が高圧になった時に、背圧室と吸入室とを連通させることによって、背圧室の圧力を目標圧で安定するように作動する。なお、特許文献２では、背圧室の調圧について、開示されていない。

背圧室の調圧のため、特許文献１のように差圧式制御弁を使用すると、スクロール型圧縮機の内部に一定の設置スペースを確保する必要があるため、装置の小型化が図りにくい。また、差圧式制御弁を使用した場合、背圧室内が目標圧に到達するまでは、必要な背圧力に比べて、背圧室が過度に高くなってしまう（図８参照）。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、別部材を設けることなく、背圧室を供給圧力に応じて、背圧室内の圧力を調整することが可能なスクロール型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、本発明のスクロール型圧縮機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスクロール型圧縮機は、固定スクロール及び前記固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールを有する圧縮部と、前記圧縮部に面する背圧室と、オイルセパレータから油が供給される油溜め部と、前記油溜め部から前記背圧室へ前記油を供給する油供給路と、前記圧縮部に回転力を伝達する回転軸と、前記回転軸に形成され、前記背圧室と低圧室を結び、前記油供給路よりも圧力損失が高い油排出路とを備え、前記油排出路は、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成された溝を有している。

この構成によれば、高圧側の油が、油供給路を経由して、油溜め部から背圧室へ供給され、背圧室内に供給された油が、油排出路を経由して、低圧側の低圧室に排出される。油排出路は、油供給路よりも圧力損失が高いことから、油が背圧室に満たされ、背圧室が高圧に維持される。その結果、背圧室側から旋回スクロールを固定スクロール側へ押し付けることができる。また、背圧室に供給される油の圧力に応じて、背圧室から低圧室に常に油が排出されることから、背圧室内の圧力が過度に高くなることを防止できる。

また、本発明に係るスクロール型圧縮機は、固定スクロール及び前記固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールを有する圧縮部と、前記圧縮部に面する背圧室と、前記旋回スクロールの端板のうち前記圧縮部内側の高圧領域に形成された開口部と前記背圧室側に形成された開口部とを結ぶ第１ガス流路、及び前記端板のうち前記圧縮部内側の中間圧領域に形成された開口部と前記背圧室側に形成された開口部とを結ぶ第２ガス流路と、前記背圧室と低圧室を結ぶ第３ガス流路とを備え、前記第１ガス流路、前記第２ガス流路及び前記第３ガス流路は、それぞれ、同じ前記背圧室に直接接続している。

この構成によれば、圧縮部で高圧に圧縮された高圧ガスと、圧縮部で高圧に達する前の中間圧まで圧縮された中間圧ガスと、低圧室における低圧ガスとが背圧室内でバランスする。そして、背圧室内でバランスした圧力によって、背圧室側から旋回スクロールを固定スクロール側へ押し付けることができる。圧縮部における圧縮比の高低に応じて、背圧室内でバランスする圧力が変化することから、背圧室内の圧力が過度に高くなることを防止できる。

また、本発明の参考例に係るスクロール型圧縮機は、固定スクロール及び前記固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールを有する圧縮部と、前記圧縮部に面する背圧室と、前記旋回スクロールの端板のうち前記圧縮部内側の高圧領域に形成された開口部及び前記旋回スクロールの端板のうち前記圧縮部内側の中間圧領域に形成された開口部と前記背圧室側に形成された開口部とを結ぶ第４ガス流路と、前記背圧室と低圧室を結ぶ第３ガス流路とを備える。

この構成によれば、圧縮部で高圧に圧縮された高圧ガス及び圧縮部で高圧に達する前の中間圧まで圧縮された中間圧ガスが混合したガスの圧力と、低圧室における低圧ガスとが背圧室内でバランスする。そして、背圧室内でバランスした圧力によって、背圧室側から旋回スクロールを固定スクロール側へ押し付けることができる。圧縮部における圧縮比の高低に応じて、背圧室内でバランスする圧力が変化することから、背圧室内の圧力が過度に高くなることを防止できる。

上記発明において、オイルセパレータから油が供給される油溜め部と、前記油溜め部から前記背圧室へ前記油を供給する油供給路と、前記圧縮部に回転力を伝達する回転軸と、前記回転軸に形成され、前記背圧室と低圧室を結び、前記油供給路よりも圧力損失が高い油排出路とを更に備えてもよい。

本発明によれば、別部材を設けることなく、背圧室を供給圧力に応じて、背圧室内の圧力を調整することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール型圧縮機を示す縦断面図である。本発明の第１実施形態の変形例に係るスクロール型圧縮機を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態に係るスクロール型圧縮機を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の変形例に係るスクロール型圧縮機を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の参考変形例に係るスクロール型圧縮機を示す部分拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の参考変形例に係るスクロール型圧縮機を示す部分拡大縦断面図である。背圧室に発生する荷重と圧縮機の圧力比の関係を示すグラフである。背圧室に発生する荷重と圧縮機の圧力比の関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態に係るスクロール型圧縮機１は、図１に示すように、ハウジング３，４からなる密閉容器２を備えている。これらのハウジング３，４は、互いに接合されて一体化されることにより密閉容器２を構成している。

ハウジング３の中央部には、ステータ８及びモータロータ９からなる電動モータ７がハウジング３に対して固定設置されている。回転軸（シャフト）１０は、一端部分がフロント軸受２２に支持され、他端部分が圧縮機３０に連結されるように延設されており、中間部分には、電動モータ７のモータロータ９が焼き嵌めによって結合されている。
フロント軸受２２は、密閉容器２に対する回転軸１０の支持部材であり、ハウジング３に対して固定設置されている。

圧縮機３０は、電動モータ７の他端部分側に設けられる。この圧縮機３０は、主軸受部材２３に固定された主軸受２４と、ハウジング３に対し固定設置される固定スクロール３２と、回転軸１０の他端に設けられているクランクピン１０Ａに嵌合されるとともに、固定スクロール３２に噛合されて圧縮室を形成し、回転軸１０の回転によって固定スクロール３２の周りに公転旋回駆動される旋回スクロール３３等から構成される。旋回スクロール３３は、円板状の端板３７と、端板３７の一面側に立設された渦巻き状ラップ３４と、端板３７の他面側に設けられたボス状のドライブ軸受３８などからなる。

主軸受部材２３は、図１に示すように、ハウジング３に対して固定され、主軸受２４は、密閉容器２に対する回転軸１０の支持部材である。圧縮機３０の固定スクロール３２は、主軸受部材２３を介してハウジング３の他端側にて固定設置されている。圧縮機３０は、低圧室１４から冷媒を吸入し圧縮した後、ハウジング４に形成されている吐出室３６内に冷媒を吐き出し、外部へと送出する。

圧縮機３０は、図１ではピン５Ａとリング５Ｂで形成される自転阻止機構５を有する。ピン５Ａとリング５Ｂによって、旋回スクロール３３は、固定されている固定スクロール３２に対して自転が阻止された状態で公転旋回運動を行う。
バランスウエイト１３は、ドライブブッシュ１２に固定され、回転による遠心力によって、旋回スクロール３３が公転旋回することによって生じる遠心力と均衡を図る。

主軸受部材２３の主軸受２４よりも電動モータ７側には、シャフトシール２５が設けられる。シャフトシール２５は、回転軸１０と主軸受部材２３との間から流体が漏れることを防止する。これにより、旋回スクロール３３の端板３７と主軸受部材２３との間には、背圧室２６が形成される。

圧縮機３０で圧縮された流体（例えば冷媒）は、固定スクロール３２の中心部に設けられた吐出孔３９から、ハウジング４内に形成された吐出室３６内に吐出される。そして、圧縮された流体は、オイルセパレータ４１で冷媒に含まれている潤滑油が分離された後、吐出ポート部４２から外部へ供給される。オイルセパレータ４１で分離された潤滑油は、ハウジング４に形成された油溜め室４３に送られる。油溜め室４３内の潤滑油は、流体の吐出圧によって高圧となっている。潤滑油は、冷媒に含まれて、圧縮機３０内部に供給されたとき、旋回スクロール３３の公転旋回運動を滑らかにさせる。

油供給管４４は、固定スクロール３２の内部に管状に形成される。油供給管４４は、油溜め室４３と背圧室２６を結ぶ。潤滑油は、油溜め室４３から油供給管４４を通過して、背圧室２６に供給される。その結果、背圧室２６内は、高圧の潤滑油で満たされる。

回転軸１０には、油排出管１５が形成される。油排出管１５は、油供給管４４よりも圧力損失が高く、背圧室２６と低圧室１４を結ぶ。これにより、背圧室２６内の潤滑油の圧力に応じて、背圧室２６から低圧室１４へ潤滑油が排出される。油排出管１５は、例えば、背圧室２６側では、例えば、クランクピン１０Ａの軸心と、回転軸１０の軸心とを含むように、クランクピン１０Ａや回転軸１０の内部に管状に形成される。そして、油排出管１５は、低圧室１４側では、モータロータ９が結合されている辺りで、回転軸１０の外周面に螺旋状の溝が形成される。溝が形成されることによって、回転軸１０とモータロータ９との間で潤滑油が通過可能な管路が形成される。このように、油排出管１５の距離を長くすることによって、油排出管１５の圧力損失が高くなる。

上述したとおり、本実施形態によれば、油排出管１５は、油供給管４４よりも圧力損失が高いことから、潤滑油が背圧室２６に満たされ、背圧室２６が高圧に維持される。その結果、背圧室２６側から旋回スクロール３３を固定スクロール３２側へ押し付けることができる。
また、背圧室２６に供給される潤滑油の圧力に応じて、背圧室２６から低圧室１４に常に潤滑油が排出されることから、背圧室２６内の圧力が過度に高くなることを防止できる。すなわち、図７の実線で示すように、圧縮機３０の圧力比が高くなるにつれて、徐々に背圧室２６内の背圧力も高まり、従来（図７の破線）のように、必要背圧力に比べて背圧室２６内の圧力が過度に高くなることがない。

次に、図２を参照して、本実施形態の変形例について説明する。
上述した例では、背圧室２６と低圧室１４を結ぶ油排出管１５は、モータロータ９と回転軸１０が焼き嵌められている部分において、回転軸１０の外周面に溝が形成されるとした。一方、本変形例の油排出管１６は、図２に示すように、クランクピン１０Ａや回転軸１０の軸心を含む部分において、回転軸１０の背圧室２６から低圧室１４側まで貫通して形成される。

油排出管１５において、回転軸１０の一端側の開口部から、螺旋ピン１７が管路内部に挿入される。螺旋ピン１７は、回転軸１０に形成された管路の内径とほぼ同一の外径を有し、外周面に螺旋状の溝が形成されている。これにより、管路の内面と螺旋ピン１７の外面との間で潤滑油が通過可能な管路が形成される。このように、本変形例に係る油排出管１６によっても、油排出管１６の距離を長くすることができ、油排出管１６の圧力損失が高くなる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図３を用いて説明する。
スクロール型圧縮機１の構成は、上述した第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
第２実施形態では、圧縮機３０によって圧縮された高圧及び中間圧の冷媒ガスを背圧室２６に供給することによって、背圧室２６内部の圧力が必要背圧力を超えるようにする。また、背圧室２６の冷媒ガスが低圧室１４へ排出されることによって、背圧室２６内の圧力が過度に高くなることを防止できる。

高圧ガス路５１は、旋回スクロール３３の端板３７の中央付近に貫通して形成され、圧縮機３０の内部と背圧室２６を結ぶ。
中間圧ガス路５２は、一端側の開口部が旋回スクロール３３の端板３７の半径方向中間部分であって、渦巻き状ラップ３４が設けられていない部分に形成され、他端側の開口部が背圧室２６に面して形成される。これにより、中間圧ガス路５２は、圧縮機３０の内部と背圧室２６を結び、圧縮機３０内部で圧縮され中間圧まで上昇した冷媒ガスを背圧室２６へ供給する。
なお、中間圧ガス路５２の製造上、端板３７の側面から管路を形成する必要があり、この場合、端板３７の側面に形成された開口部にイモネジ５９を挿入して、開口部を塞ぐ必要がある。これにより、端板３７内部に複雑な形状の中間圧ガス路５２を形成できる。

低圧ガス路５３は、主軸受部材２３において、一端側の開口部が背圧室２６に面して形成され、他端側の開口部が低圧室１４に面して形成される。これにより、低圧ガス路５３は、背圧室２６と低圧室１４を結び、背圧室２６内の冷媒ガスを低圧室１４へ排出する。低圧ガス路５３についても、製造上、主軸受部材２３の側面に形成された開口部にイモネジ５９を挿入して、開口部を塞ぐ。

上述したとおり、本実施形態によれば、圧縮機３０で高圧に圧縮された高圧ガスと、圧縮機３０で高圧に達する前の中間圧に圧縮された中間圧ガスと、低圧室１４における低圧ガスとが背圧室２６内でバランスする。そして、背圧室２６内でバランスした圧力によって、背圧室２６側から旋回スクロール３３を固定スクロール３２側へ押し付けることができる。圧縮機３０における圧縮比の高低に応じて、背圧室２６内でバランスする圧力が変化することから、背圧室２６内の圧力が過度に高くなることを防止できる。
第２実施形態の場合も、図７の実線で示すように、圧縮機３０の圧力比が高くなるにつれて、徐々に背圧室２６内の背圧力も高まり、従来（図７の破線）のように、必要背圧力に比べて背圧室２６内の圧力が過度に高くなることがない。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
上述した例では、低圧ガス路５３は、主軸受部材２３を貫通して形成されるとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図４に示すように、低圧ガス路５４は、クランクピン１０Ａや回転軸１０の軸心を含む部分において、背圧室２６から回転軸１０の一端側まで貫通して形成される。低圧ガス路５４は、一端側が背圧室２６に面して形成され、他端側が低圧室１４に面して形成される。
この場合も、低圧ガス路５３と同様に、低圧ガス路５４は、背圧室２６と低圧室１４を結び、背圧室２６内の冷媒ガスを低圧室１４へ排出する。本変形例によれば、主軸受部材２３に低圧ガス路５３を形成する場合よりも加工が容易になる。

また、上述した例では、高圧の冷媒ガスと中間圧の冷媒ガスをそれぞれ別の管路を経由して背圧室２６へ供給するとしたが、本発明はこの例に限定されない。例えば、旋回スクロール３３の端板３７において、高圧の冷媒ガスと中間圧の冷媒ガスを合流させ、混合したガスを背圧室２６へ供給してもよい。

例えば、図５及び図６に示すように、混合ガス路５５は、旋回スクロール３３の端板３７に形成され、圧縮機３０の内部と背圧室２６を結ぶ。
混合ガス路５５は、一端側の開口部が旋回スクロール３３の端板３７の中央付近と、端板３７の半径方向中間部分であって、渦巻き状ラップ３４が設けられていない部分にそれぞれ形成される。また、混合ガス路５５は、他端側の開口部が背圧室２６に面して形成される。これにより、混合ガス路５５は、圧縮機３０の内部と背圧室２６を結び、圧縮機３０内部で圧縮され高圧及び中間圧まで上昇した冷媒ガスを混合した後、混合されたガスを背圧室２６へ供給する。

この場合、背圧室２６と低圧室１４を結ぶ管路は、上述したとおり、主軸受部材２３に低圧ガス路５３を形成してもよいし（図５参照）、クランクピン１０Ａや回転軸１０の軸心を含む部分に低圧ガス路５４を形成してもよい（図６参照）。

高圧及び中間圧まで上昇した冷媒ガスを混合した後、混合されたガスを背圧室２６へ供給することによって、高圧の冷媒ガスと中間圧の冷媒ガスをそれぞれ別の管路を経由して背圧室２６へ供給する場合に比べて、背圧室２６内の圧力を均一化しやすくなる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
スクロール型圧縮機１の構成は、上述した第１実施形態と同様であり、重複する説明を省略する。
第１実施形態では、背圧室２６に潤滑油が供給され、潤滑油が有する圧力によって必要背圧力を確保する場合について説明し、第２実施形態では、背圧室２６に冷媒ガスが供給され、冷媒ガスが有する圧力によって必要背圧力を確保する場合について説明した。

本発明は、第１及び第２実施形態の構成に限定されず、両者の構成を組み合わせてもよい。これにより、背圧室２６には、潤滑油と冷媒ガスが混合した状態で満たされる。この場合でも、油供給管４４、油排出管１５、高圧ガス路５１、中間圧ガス路５２、低圧ガス路５３，５４、混合ガス路５５の組み合わせ方や、管路の断面積及び距離を調整することによって、背圧室２６側から旋回スクロール３３を固定スクロール３２側へ押し付けることができる。また、圧縮機３０における圧縮比の高低に応じて、背圧室２６内の圧力が過度に高くなることを防止できる。

１スクロール型圧縮機
２密閉容器
３，４ハウジング
５自転阻止機構
５Ａピン
５Ｂリング
７電動モータ
８ステータ
９モータロータ
１０回転軸
１０Ａクランクピン
１２ドライブブッシュ
１３バランスウエイト
１４低圧室
１５，１６油排出管
２２フロント軸受
２３主軸受部材
２４主軸受
２５シャフトシール
２６背圧室
３０圧縮機
３２固定スクロール
３３旋回スクロール
３４渦巻き状ラップ
３６吐出室
３７端板
３８ドライブ軸受
３９吐出孔
４１オイルセパレータ
４２吐出ポート部
４３油溜め室
４４油供給管
５１高圧ガス路
５２中間圧ガス路
５３，５４低圧ガス路
５５混合ガス路
５９イモネジ

Claims

固定スクロール及び前記固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールを有する圧縮部と、
前記圧縮部に面する背圧室と、
オイルセパレータから油が供給される油溜め部と、
前記油溜め部から前記背圧室へ前記油を供給する油供給路と、
前記圧縮部に回転力を伝達する回転軸と、
前記回転軸に形成され、前記背圧室と低圧室を結び、前記油供給路よりも圧力損失が高い油排出路と、
を備え、
前記油排出路は、前記回転軸の外周面に螺旋状に形成された溝を有しているスクロール型圧縮機。
固定スクロール及び前記固定スクロールに対して公転旋回運動する旋回スクロールを有する圧縮部と、
前記圧縮部に面する背圧室と、
前記旋回スクロールの端板のうち前記圧縮部内側の高圧領域に形成された開口部と前記背圧室側に形成された開口部とを結ぶ第１ガス流路、及び前記端板のうち前記圧縮部内側の中間圧領域に形成された開口部と前記背圧室側に形成された開口部とを結ぶ第２ガス流路と、
前記背圧室と低圧室を結ぶ第３ガス流路と、
を備え、
前記第１ガス流路、前記第２ガス流路及び前記第３ガス流路は、それぞれ、同じ前記背圧室に直接接続しているスクロール型圧縮機。
オイルセパレータから油が供給される油溜め部と、
前記油溜め部から前記背圧室へ前記油を供給する油供給路と、
前記圧縮部に回転力を伝達する回転軸と、
前記回転軸に形成され、前記背圧室と低圧室を結び、前記油供給路よりも圧力損失が高い油排出路と、
を更に備える請求項２に記載のスクロール型圧縮機。