JP7130133B2 - スクロール圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明は、空調機等の冷媒圧縮用として広く用いられるスクロール圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

空気調和機、冷凍機および給湯機等に搭載されるスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する回転軸とを備えている。固定スクロールおよび揺動スクロールはそれぞれ、台板上に渦巻体が形成された構成を有し、渦巻体同士が組み合わされて圧縮室を形成している。そして、揺動スクロールを揺動運動させることで、圧縮室が容積を縮小しながら移動し、圧縮室にて冷媒の吸入および圧縮が行われるようになっている。

この種のスクロール圧縮機では、圧縮機構を油で潤滑するため、回転軸の下端に容積型のオイルポンプを備え、容器底部の油溜め部に溜まった油をオイルポンプによって汲み上げ、回転軸に形成した給油流路を介して圧縮機構に供給するようにしている。また、揺動スクロールの台板において渦巻体の形成面と反対側の面は、スラスト荷重を支持するスラスト面となっており、揺動スクロールは、揺動運動中、スラスト面で摺動する。このため、スラスト面における焼き付き等を防止するため、スラスト面にも油を供給する必要がある。

そこで、従来、揺動スクロールの揺動台板に、オイルポンプからの油が流通する油流路を設け、油流路内の油を、揺動台板の渦巻体形成側の面と、その反対側のスラスト面との両方に供給するようにした圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、油流路から揺動台板の渦巻体形成側の面に連通する渦巻側給油穴と、油流路からスラスト面に連通するスラスト面側給油穴とを揺動台板に設けることで、渦巻側とスラスト面側との両方への給油を可能としている。

特許第６４２５７４４号公報

特許文献１では、容積型のオイルポンプにて給油を行うため、給油量は回転数に依存する。このため、回転軸が高速で回転する高速運転時に、油溜め部内の油が過剰に圧縮機構に供給されることがある。このような過剰給油となると、圧縮機構で圧縮された冷媒と共に油が圧縮機外に排出される、いわゆる油の持ち出し量が増え、圧縮機内の油量が減少して信頼性が低下する。また、回転軸が低速で回転する低速運転時は、オイルポンプによって汲み上げられる油量自体が少なくなるため、圧縮室内に供給される油量も少なくなる。

特許文献１では、揺動台板に設けた油流路に、渦巻側給油穴およびスラスト面側給油穴の両方が常に連通しているため、低速運転時に圧縮室内に供給される油量は微量である。したがって、渦巻体同士が組み合わされて構成される圧縮室間のシール性が低く、冷媒漏れが増加し、性能低下を招く可能性があった。低速運転時の性能改善を図るには、渦巻側給油穴の流路面積を大きくすればよいが、渦巻側給油穴の流路面積を大きくすると、高速運転時の圧縮室への過剰給油が発生し、油持ち出し量が大幅に増加する恐れがある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、低速運転時の性能向上と高速運転時の摺動部の信頼性向上との両立を図ることが可能なスクロール圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、油を溜める油溜め部を有する容器と、容器に収容され、容器内に流入する冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する軸であって、給油流路が形成された回転軸と、回転軸の回転によって駆動し、油溜め部に溜まった油を回転軸の給油流路に供給するオイルポンプとを備え、圧縮機構は、揺動台板と、揺動台板に形成された揺動渦巻体とを有する揺動スクロールを備え、揺動台板には、給油流路から供給された油を径方向内側から径方向外側に向けて流す油流路と、油流路を、揺動台板の揺動渦巻体の形成側の面である渦巻形成面に連通させる渦巻側給油穴と、油流路を、揺動台板の渦巻形成面とは反対側のスラスト面に連通させるスラスト面側給油穴とが形成されており、油流路には、油流路内の油圧が低いときにスラスト面側給油穴を閉塞し、油圧が高いときにスラスト面側給油穴を開く開閉機構が配置されているものである。

本発明によれば、回転軸の回転数に合わせた渦巻側への給油とスラスト面側への給油とが可能となる。すなわち、低速運転時の油流路内の油圧が低い状態では、スラスト面側給油穴を閉塞して渦巻側給油穴から集中して渦巻側への給油を行うことで、低速運転時の圧縮機構部内におけるシール性が向上して性能改善を行える。また、高速運転時にはスラスト面側給油穴が開き、スラスト面への給油が行われることで、高速運転時の摺動部の信頼性を確保できる。

本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動スクロールの揺動渦巻体と固定スクロールの固定渦巻体とにより形成される圧縮室の断面図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動スクロールの概略断面図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の開閉機構を示す詳細図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における低速運転時の開閉機構の状態を示す図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における中速運転時の開閉機構の状態を示す図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における高速運転時の開閉機構の状態を示す図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における圧縮機回転数－油循環量特性を示す図である。 本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における圧縮機回転数－ＣＯＰ特性を示す図である。 本実施の形態２に係るスクロール圧縮機における要部の概略断面図である。 本実施の形態３に係るスクロール圧縮機の開閉機構の弁体を示す図である。 本実施の形態３に係るスクロール圧縮機における低速運転時の開閉機構の状態を示す図である。 本実施の形態３に係るスクロール圧縮機における高速転時の開閉機構の状態を示す図である。 本実施の形態４に係るスクロール圧縮機の要部の概略断面図である。 本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る圧縮機について図面を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、圧力および圧縮比の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システムまたは装置等における状態または動作等において相対的に定まるものとする。また、回転軸の回転速度の高低についても同様である。また、以下の図面では各構成部品の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。 圧縮機は、圧縮機構３と、回転軸６と、電動機構１１０と、その他の構成部品とを有している。圧縮機はこれらの構成部品が、外郭を構成する容器１００の内部に収容された構成を有している。容器１００内において圧縮機構３が上部、電動機構１１０が下部に配置されている。圧縮機構３と電動機構１１０とは回転軸６を介して連結されており、電動機構１１０の発生する回転力が回転軸６を介して圧縮機構３に伝達され、その回転力によって圧縮機構３で冷媒が圧縮される。実施の形態１の圧縮機は、容器１００内が圧縮機構３で圧縮される前の冷媒で満たされる、いわゆる低圧シェル型の圧縮機である。圧縮機で圧縮される冷媒には、例えば二酸化炭素が用いられる。なお、冷媒は二酸化炭素に限定するものはなく、他の冷媒を用いてもよい。

圧縮機構３はフレーム７によって支持されている。フレーム７は、焼嵌めまたは溶接などによって容器１００の内周面に固着されている。フレーム７は、容器１００内において圧縮機構３と電動機構１１０との間に配置されている。フレーム７の中央部には軸孔７ａが形成されており、この軸孔７ａに回転軸６が通されている。

容器１００内において電動機構１１０の下方には、サブフレーム８が設けられている。サブフレーム８は、焼嵌めまたは溶接などによって容器１００の内周面に固着されている。容器１００内において底部には油溜め部１００ａが形成されている。油溜め部１００ａには、圧縮機構３および軸受等を含む摺動部を潤滑する冷凍機油が貯留される。回転軸６の下端部にはオイルポンプ１７が固着されている。オイルポンプ１７は、例えばトロコイドポンプなどの容積型ポンプである。オイルポンプ１７は、回転軸６の回転に従い、油溜め部１００ａに溜められている油を、回転軸６内部に設けられた給油流路１８を通して汲み上げる。汲み上げられた油は、軸受の潤滑および圧縮室９の隙間のシールを目的として、軸受および圧縮室９に供給される。

容器１００には、冷媒を吸入するための吸入管１０１と、冷媒を吐出するための吐出管１０２と、が設けられている。容器１００内においてフレーム７よりも下側には、吸入管１０１から流入された吸入冷媒で満たされる低圧の吸入空間７０が形成されている。また、容器１００内において圧縮機構３の後述の固定台板１ａより吐出管１０２側には、圧縮機構３から吐出された吐出冷媒で満たされる高圧の吐出空間７１が形成されている。また、容器１００の上方には、外部から導入される冷媒を、後述の渦巻体の外周側の渦巻側吸入空間７４または後述の圧縮室９内にインジェクションするインジェクション機構６０のインジェクション管１０３が接続されている。

圧縮機構３は、固定スクロール１と、固定スクロール１の下側に配置された揺動スクロール２とを有している。固定スクロール１は、フレーム７に対して固定配置されている。揺動スクロール２は、固定スクロール１とフレーム７との間の空間に配置されている。揺動スクロール２とフレーム７の間には、揺動スクロール２の自転を防止するためのオルダムリング１３が配置されている。

固定スクロール１は、固定台板１ａと、固定台板１ａの一方の面に立てて設けられた固定渦巻体１ｂと、を有している。揺動スクロール２は、揺動台板２ａと、揺動台板２ａの一方の面に立てて設けられた揺動渦巻体２ｂと、を有している。固定スクロール１および揺動スクロール２は、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとを回転軸６の回転中心に対して逆位相で噛み合わせた対称渦巻形状の状態で容器１００内に配置されている。そして、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとの間には、回転軸６の回転に伴い、半径方向外側から内側へ向かうにしたがって容積が縮小する圧縮室９が形成されている。

固定スクロール１の固定台板１ａには圧縮室９に連通する吐出ポート１０が貫通形成されている。吐出ポート１０の出口部には、吐出ポート１０を開閉する吐出弁１１と、吐出弁１１の可動範囲を規制する弁押さえ１２とが取り付けられている。

揺動スクロール２の揺動台板２ａにおいて揺動渦巻体２ｂの形成面とは反対側の面（以下、スラスト面という）の略中心部には、円筒状のボス部２ｄが形成されている。ボス部２ｄの内側には揺動軸受５が固定されている。揺動軸受５は、銅鉛合金などの滑り軸受に使用される軸受材料で構成され、軸受材料がボス部２ｄの内側に圧入されて固定されている。

そして、揺動軸受５の内側にはバランサ付スライダ４が回転自在に配置されている。バランサ付スライダ４は、筒状のスライダ部４ａとバランサ部４ｂとを焼嵌め等で接合した構成を有する。スライダ部４ａは、回転軸６の上端部に設けられた後述の偏心軸部６ａに対して相対移動可能に嵌め合わされ、揺動スクロール２の揺動半径を自動的に調整する。スライダ部４ａは、揺動スクロール２の揺動時に常に固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとが互いに接した状態となるように設けられている。バランサ部４ｂは、スライダ部４ａの側方に位置し、揺動スクロール２の遠心力を打ち消して圧縮要素の振動を抑えるために設けられている。

このように揺動スクロール２は回転軸６の偏心軸部６ａにバランサ付スライダ４を介して連結されており、バランサ付スライダ４によって揺動半径が自動的に調整されつつ、回転軸６の回転に伴って揺動運動する。揺動スクロール２の揺動台板２ａのスラスト面２ａｂとフレーム７との間には筒状の軸受動作空間７２が形成されており、揺動スクロール２の揺動運動中、揺動軸受５はバランサ付スライダ４と共に軸受動作空間７２内を回転するようになっている。

回転軸６において偏心軸部６ａよりも下方の主軸部６ｂは、スリーブ１４を介して主軸受１５に嵌入しており、油による油膜を介して主軸受１５に対し摺動する。主軸受１５は、銅鉛合金などの滑り軸受に使用される軸受材料を圧入するなどしてフレーム７に固定されている。回転軸６の上端部には、主軸部６ｂに対して偏心した偏心軸部６ａが設けられている。偏心軸部６ａの上端面と揺動台板２ａとの間には、回転軸６の給油流路１８を通って上端開口から流出した冷凍機油が流入する内部空間７３が形成されている。

サブフレーム８の中央部は、玉軸受からなる副軸受１６を備え、電動機構１１０の下方で回転軸６を半径方向に軸支する。なお、副軸受１６は、玉軸受以外の別の軸受構成としてもよい。回転軸６において電動機構１１０よりも下方の副軸部６ｃは、副軸受１６と嵌め合わされ、油による油膜を介して副軸受１６に対し摺動する。主軸部６ｂおよび副軸部６ｃの軸心は、回転軸６の軸心と一致している。

電動機構１１０は、電動機固定子１１０ａと電動機回転子１１０ｂとを有している。電動機固定子１１０ａは、外部から電力を得るために、フレーム７と電動機固定子１１０ａとの間に存在する図示しないガラス端子に図示しないリード線で接続されている。また、電動機回転子１１０ｂは、回転軸６に焼嵌めなどによって固定されている。

次に、本実施の形態１のスクロール圧縮機の動作について説明する。
電動機部の電動機固定子１１０ａに通電されると、電動機回転子１１０ｂが回転力を受けて回転する。それに伴い、電動機回転子１１０ｂに固定された回転軸６が回転駆動される。回転軸６の回転に伴い、回転軸６の偏心軸部６ａに嵌合された揺動スクロール２がオルダムリング１３により自転を規制されて揺動運動する。吸入管１０１から容器１００内に吸入された冷媒は、渦巻体の外周側の渦巻側吸入空間７４を介して圧縮室９内に取り込まれ、揺動スクロール２の揺動運動に伴い、圧縮室９が中心に向かって容積を減少させながら移動する。これにより圧縮室９内の冷媒が圧縮され、圧縮された冷媒は、吐出ポート１０を通じて吐出空間７１内に吐出された後、吐出管１０２から容器１００外に吐出される。

次に、油の流れについて説明する。
電動機回転子１１０ｂの回転に伴って回転軸６が回転すると、油溜め部１００ａの油は、オイルポンプ１７によって吸い上げられる。オイルポンプ１７によって吸い上げられた油は、回転軸６の給油流路１８を上昇し、途中、径方向に流れて各軸受に供給される。各軸受を潤滑した油は油溜め部１００ａに戻る。

また、回転軸６の給油流路１８の上端開口から流出した油は、内部空間７３を経て、揺動軸受５を潤滑した後、油溜め部１００ａに戻る。揺動軸受５を潤滑した油の一部は、スラスト面２ａｂに供給されてスラスト面２ａｂを潤滑すると共にオルダムリング１３を潤滑後、低圧の冷媒ガスと共に圧縮機構３の圧縮室９へと吸入される。圧縮室９へと吸入された油は、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとの隙間のシールおよび潤滑を行う。

上述のように、オイルポンプ１７が容積式のオイルポンプである場合、回転数が高い高速運転時では、圧縮室９および各摺動部に供給される油量は増加し、低速運転時では減少する。圧縮室９に供給される油量が低下すると、以下に説明するような冷媒漏れが生じて性能低下を招く。

ここで、低速運転時において、圧縮室９への油供給量が十分では無い場合の冷媒漏れについて説明する。

図２は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動スクロールの揺動渦巻体と固定スクロールの固定渦巻体とにより形成される圧縮室の断面図である。
圧縮室９内の圧力は、渦巻中心に近くなるにつれて高くなり、隣り合う圧縮室９間で差圧が発生する。この差圧により、径方向内側の圧縮室９から径方向外側の圧縮室９、例えば最内室９ａから中間室９ｂへ圧縮された冷媒が漏れ、この漏れが性能低下を引き起こす原因となる。

固定渦巻体１ｂおよび揺動渦巻体２ｂのそれぞれの先端には、冷媒漏れを防止するシール材４１が埋め込まれており、渦巻体の先端とその先端に相対する台板との隙間からの冷媒漏れを防止している。しかしながら漏れ流路は、渦巻体の先端のみではなく、渦巻体の側面も漏れ流路となる。つまり、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとは、互いに接触した状態で動作するが、固定渦巻体１ｂの側面と揺動渦巻体２ｂの側面との間には漏れを阻害する部品は搭載されておらず、冷媒と一緒に圧縮室９に取り込まれた油が、シール材として大きな役割を果たす。つまり、冷媒漏れの流路には、図２において矢印で示すように高圧側から低圧側への渦巻径方向漏れ４２と、渦巻体の側面同士の隙間からの渦巻周方向漏れ４３とがある。

油が渦巻体先端および渦巻体側面に付着することで、渦巻体がいずれの位相に位置しても圧縮室９間のシールを行うことができる。漏れによる性能低下は、圧縮機の回転数が低い程、影響が大きい。このため、低速運転時に圧縮室９への油取り込み量を増やすことが低速域での圧縮機性能の向上へ繋がる。

従来技術では、揺動スクロールの揺動台板に、オイルポンプによって吸い上げられた油が流通する油流路を設け、油流路に連通して渦巻側給油穴とスラスト面側給油穴とを設け、スラスト面側と渦巻側との両方に給油を行っている。低速運転時には、渦巻側給油穴から圧縮室に給油することで、渦巻体同士の隙間をシールして、隙間からの冷媒漏れを抑制していた。しかし、油流路がスラスト面側と渦巻側との両方に常時連通する構造であるため、低速運転時の渦巻側給油穴から圧縮室側への油供給量は十分ではなかった。

そこで、本実施の形態１では、揺動スクロール２の揺動台板２ａに以下に示す構造を備え、低速運転時の圧縮室９への油取り込み量を増やすようにしている。

図３は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動スクロールの概略断面図である。図４は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機の開閉機構を示す詳細図である。
揺動スクロール２の揺動台板２ａは、油流路３１と、渦巻側給油穴３４と、スラスト面側給油穴３５と、開閉機構５０とを有する。油流路３１は、揺動台板２ａの内部を径方向に延びる穴で形成されている。油流路３１は、内部空間７３から揺動台板２ａの側面２ｅまで貫通している。油流路３１の径方向外側の端部は、ボルト３６、もしくはシール材にて閉塞されている。

油流路３１は、給油流路１８から供給された油を径方向内側から径方向外側に向けて流す流路であって、揺動台板２ａの径方向内側の第１流路３２と、径方向外側で第１流路３２よりも流路直径が大径の第２流路３３とを有する。

渦巻側給油穴３４は、油流路３１を、揺動台板２ａの渦巻形成面２ａａに連通させる穴であって、第１流路３２から揺動台板２ａの渦巻形成面２ａａに延びる穴で構成されている。スラスト面側給油穴３５は、油流路３１を、揺動台板２ａのスラスト面２ａｂに連通させる穴であって、第２流路３３からスラスト面２ａｂに延びる穴で構成されている。渦巻側給油穴３４の渦巻形成面２ａａ側の開口３４ａは、スラスト面側給油穴３５のスラスト面側の開口３５ａよりも径方向内側に位置している。

ここで、油流路３１、渦巻側給油穴３４およびスラスト面側給油穴３５の寸法について説明する。揺動スクロール２の揺動台板２ａの厚みをＴｏｂ、第１流路３２の径をφＤｂ１、第２流路３３の径をφＤｂ２とする。この場合、例えば（１．８×φＤｂ１）＜（１．５×φＤｂ２）＜Ｔｏｂの関係を有する。

また、渦巻側給油穴３４の穴径をφＤｒとし、スラスト面側給油穴３５の穴径をφＤｔｈとした場合、例えば、φＤｒ×１．５≦φＤｔｈの関係を有する。

開閉機構５０は、オイルポンプ１７で汲み上げられて油流路３１の第１流路３２に供給された油の油圧に応じて、スラスト面側給油穴３５を開閉するものである。開閉機構５０は、油流路３１の第２流路３３内に配置されている。開閉機構５０は、第２流路３３内をスライドすることによってスラスト面側給油穴３５を開閉する弁体５０ａと、スラスト面側給油穴３５を閉じる方向に弁体５０ａを付勢する付勢部材５０ｂとを有する。弁体５０ａは、付勢部材５０ｂの付勢力により径方向内側に付勢され、第１流路３２と第２流路３３との段差４０に係止することで、スラスト面側給油穴３５を第２流路３３に対して閉塞する。付勢部材５０ｂは、弁体５０ａを径方向内側に付勢し、弁体５０ａが径方向外側に移動するときに圧縮される圧縮ばねで構成されている。

次に、開閉機構５０の動作について説明する。

図５は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における低速運転時の開閉機構の状態を示す図である。
圧縮機回転数が所定回転数以下の低速運転時は、オイルポンプ１７で汲み上げられ、内部空間７３を経て油流路３１の第１流路３２内に供給された油の圧力が、付勢部材５０ｂの付勢力よりも低く、弁体５０ａを径方向外側に移動させることができない。このため、弁体５０ａは段差４０に当接してスラスト面側給油穴３５を閉塞しており、第１流路３２に供給された油は、図中矢印に示すように、すべて渦巻側給油穴３４を介して渦巻側吸入空間７４へ供給される。渦巻側吸入空間７４へ供給された油は、冷媒と共に圧縮室９へと取り込まれ、圧縮室９間および渦巻歯先のシール材として機能する。

このように、低速運転時に、開閉機構５０によってスラスト面側給油穴３５を閉塞することで、第１流路３２に供給された油の全てを渦巻側給油穴３４から圧縮室９に供給できる。このため、油流路３１がスラスト面側と渦巻側との両方に常時連通していた従来技術に比べて、低速運転時の圧縮室９のシール性を向上でき、性能向上を図ることができる。

図６は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における中速運転時の開閉機構の状態を示す図である。
圧縮機回転数が所定回転数超の中速運転時は、低速運転時よりも、オイルポンプ１７による単位時間当たりの油搬送量が増加することで、油流路３１の第１流路３２内の油圧が増加する。油流路３１内の油圧が増加して付勢部材５０ｂの付勢力を上回ることで、弁体５０ａは径方向外側へスライドし、スラスト面側給油穴３５が開く。これにより、第１流路３２内へ供給された油は、図中矢印に示すように、渦巻側給油穴３４とスラスト面側給油穴３５の両方に供給される。

ここで、中速運転時は、スラスト面側給油穴３５は開くものの、全開とはならず第２流路側の開口３５ｂの一部が弁体５０ａによって塞がれている。スラスト面側給油穴３５が開口し始める圧縮機回転数は、スラスト面側給油穴３５の径方向の位置に依存する。よって、スラスト面側への給油が開始される回転数を、スラスト面側給油穴３５の径方向の位置に応じて設定することが可能となる。例えば、スラスト面側給油穴３５の設定位置を径方向内側に寄せた場合、低速に近い回転数でスラスト面側への給油が始まり、渦巻側への給油量は低下する。

またスラスト面側給油穴３５の中心軸の径方向の位置を同じとして穴径を大きくした場合、スラスト面側への給油が早まると共に、高速回転時のスラスト側給油量が多くなる。

このように、スラスト面側給油穴３５の位置および穴径に応じて、中速運転時におけるスラスト面側への給油タイミングおよび給油量を調整できる。

図７は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における高速運転時の開閉機構の状態を示す図である。
圧縮機回転数が中速運転時の圧縮機回転数超の高速運転時は、油流路３１内の油圧が付勢部材５０ｂの付勢力を上回り、弁体５０ａが径方向外側へと移動し、スラスト面側給油穴３５が完全に開いた全開状態となる。このため、図中矢印に示すように、渦巻側よりもスラスト面側への給油量が多く支配的となり、スラスト面側への十分な給油が可能となる。したがって、高速運転時における摺動部の信頼性の低下の課題を解決できる。

図８は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における圧縮機回転数－油循環量特性を示す図である。油循環量は、圧縮機から吐出される冷媒量内に含まれる油の量である。図９は、本実施の形態１に係るスクロール圧縮機における圧縮機回転数－ＣＯＰ特性を示す図である。ＣＯＰは成績係数であり、圧縮機性能を示す指標である。図９および図１０には、比較のため、スラスト面側給油穴３５のみ設けられ、渦巻側給油穴が設けられてない従来の特性も併せて示している。

図８に示すように、本実施の形態では、低速運転時において渦巻側への給油量が増加することで、油循環量が増加している。油循環量が増加すると、圧縮室９へと取り込まれる油の量が増加するため、圧縮室９間の漏れを抑制するシール機能が向上する。その結果、図９に示すように、低速運転時におけるＣＯＰを従来に比べて向上することができる。

低速運転時以降は、回転数の増加と共に油循環量が増加し、従来と同様の油循環量およびＣＯＰを確保できる。

以上説明したように、本実施の形態１のスクロール圧縮機は、油を溜める油溜め部１００ａを有する容器１００と、容器１００に収容され、容器１００内に流入する冷媒を圧縮する圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動する軸であって、給油流路１８が形成された回転軸６と、回転軸６の回転によって駆動し、油溜め部１００ａに溜まった油を回転軸６の給油流路１８に供給するオイルポンプ１７とを備える。圧縮機構３は、揺動台板２ａと、揺動台板２ａに形成された揺動渦巻体２ｂとを有する揺動スクロール２を備える。揺動スクロール２の揺動台板２ａには、給油流路１８から供給された油を径方向内側から径方向外側に向けて流す油流路３１と、油流路３１を、揺動台板２ａの揺動渦巻体２ｂの形成側の面である渦巻形成面２ａａに連通させる渦巻側給油穴３４と、油流路３１を、揺動台板２ａの渦巻形成面２ａａとは反対側のスラスト面２ａｂに連通させるスラスト面側給油穴３５とが形成されている。油流路３１には、油流路３１内の油圧が低いときにスラスト面側給油穴３５を閉塞し、油圧が高いときにスラスト面側給油穴３５を開く開閉機構が配置されている。

このように、油流路３１に、回転軸６の回転数に基づく油流路３１内の油圧に応じてスラスト面側給油穴３５を開閉する開閉機構５０が配置されているため、圧縮機回転数に合わせた渦巻側への給油とスラスト面側への給油が可能となる。回転軸６の回転数が低い低速運転時は油流路３１内の油圧が低いため、スラスト面側給油穴３５が開閉機構５０によって閉じられて、渦巻側給油穴３４から集中して渦巻形成面へ給油が行われる。これにより、低速運転時の圧縮室９への油取り込み量が増加し、シール性向上による性能改善を行える。また、回転軸６の回転数が高い高速運転時には、油流路３１内の油圧が高くスラスト面側給油穴３５が開かれてスラスト面２ａｂへの給油が行われるため、高速運転時の摺動部の信頼性を確保できる。

本実施の形態１において開閉機構５０は、油流路３１内でスライドしてスラスト面側給油穴３５を開閉する弁体５０ａと、弁体５０ａをスラスト面側給油穴３５が閉じる方向に付勢する付勢部材５０ｂとを備える。油流路３１内で弁体５０ａに作用する油圧が付勢部材５０ｂの付勢力を上回ることで弁体５０ａが油流路３１内を径方向外側に移動してスラスト面側給油穴３５を開く。

また、本実施の形態１において油流路３１は、径方向内側の第１流路３２と、第１流路３２の径方向外側であって第１流路３２よりも大径の第２流路３３とを有する。渦巻側給油穴３４は、第１流路３２から渦巻形成面２ａａに延びて形成されている。スラスト面側給油穴３５は、第２流路３３からスラスト面２ａｂに延びて形成されている。弁体５０ａは、第２流路３３に配置され、付勢部材５０ｂの付勢力により第１流路３２と第２流路３３との段差４０に係止することでスラスト面側給油穴３５を閉塞している。

また、本実施の形態１において油流路３１は、径方向内側の第１流路３２と、第１流路３２の径方向外側であって第１流路３２よりも大径の第２流路３３とを有する。渦巻側給油穴３４は、第２流路３３から渦巻形成面２ａａに延びて形成されている。スラスト面側給油穴３５は、第２流路３３からスラスト面２ａｂに延びて形成されている。弁体５０ａは、第２流路３３内をスライドする筒状部５１と、筒状部５１の第１流路３２側の開口３５ｂを閉塞し、中央部に貫通穴５２ａが形成された円板部５２とを有する。筒状部５１には、付勢部材５０ｂの付勢力により弁体５０ａが第１流路３２と第２流路３３との段差４０に係止した状態で渦巻側給油穴３４に連通する連通穴５１ａが形成されている。弁体５０ａが段差４０に係止した状態で、弁体５０ａによりスラスト面側給油穴３５が閉塞されている。

以上のように、開閉機構５０は、弁体５０ａと付勢部材５０ｂとで構成できる。このように、本実施の形態１では、給油制御を行うにあたり、追加する部品は弁体５０ａと付勢部材５０ｂだけでよいため、最小限のコストで、性能改善および信頼性向上を達成することが可能である。

本実施の形態１において付勢部材５０ｂは、弁体５０ａが径方向外側に移動するときに圧縮される圧縮ばねである。

このように、付勢部材５０ｂとして圧縮ばねを用いることができる。

本実施の形態１においてスラスト面側給油穴３５の穴径は、渦巻側給油穴３４の穴径よりも大径である。

これにより、高速運転時にスラスト面側給油穴３５が全開となった際に、スラスト面側給油穴３５からスラスト面側への給油が支配的となり、高速運転時の摺動部の信頼性を向上できる。

本実施の形態１において、スクロール圧縮機２１は、容器１００内が圧縮機構３で圧縮される前の冷媒で満たされる低圧シェル型であるとしたが、容器１００内が圧縮機構３で圧縮された後の冷媒で満たされる高圧シェル型としてもよい。

本実施の形態１において、オイルポンプ１７は、トロコイドポンプ等の容積型ポンプで構成できる。

本実施の形態１のスクロール圧縮機は、揺動渦巻体２ｂの外周側の渦巻側吸入空間７４または圧縮中の圧縮機構３の圧縮室９に冷媒をインジェクションするインジェクション機構６０を搭載しているが、インジェクション機構６０を搭載しない構成としてもよい。

本実施の形態１のスクロール圧縮機は、冷媒として二酸化炭素を用いることができる。

また、本実施の形態１では、給油制御を行うにあたり、追加する部品は弁体とばねだけでよいため、最小限のコストで、性能改善および信頼性向上を達成することが可能である。

実施の形態２．
実施の形態２は、スラスト面側給油穴３５を複数設けた点が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

図１０は、本実施の形態２に係るスクロール圧縮機における要部の概略断面図である。
上記実施の形態１では、スラスト面側給油穴３５が揺動台板２ａに対して１つ形成されていたが、実施の形態２では、スラスト面側給油穴３５が複数、形成されている。各スラスト面側給油穴３５は、揺動台板２ａに径方向に間隔を空けて形成されている。

各スラスト面側給油穴３５が、径方向に間隔を開けて複数設けられていることにより、第１流路３２の油圧に応じて、第２流路３３に連通するスラスト面側給油穴３５の数が変わる。つまり、圧縮機回転数に応じてスラスト面側へ供給される油の流路面積が段階的に調整される。したがって、全てのスラスト面側給油穴３５が開口する高速運転よりも圧縮機回転数の低い中速運転時において、圧縮機回転数に応じてスラスト面側へ供給される油の流路面積を段階的に調整できる。

実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、各スラスト面側給油穴３５を径方向に間隔を空けて複数設けたので、中速運転時にスラスト面側へ供給する油量の調整を段階的に行える。

また複数のスラスト面側給油穴３５をスラスト面２ａｂにおいて径方向に間隔を空けて配置することで、スラスト面側給油穴３５が１つの構造と比較して、スラスト面２ａｂに対してスラスト面側給油穴３５から直接給油される径方向の給油範囲を広げることができる。これにより、摺動部の信頼性をさらに向上させることができる。

なお、各スラスト面側給油穴３５の穴径は、渦巻側給油穴３４の穴径以上であればよく、それぞれの大小関係は任意に設定できるものとする。

実施の形態３．
本実施の形態３は、弁体５０ａの構造が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態３で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

図１１は、本実施の形態３に係るスクロール圧縮機の開閉機構の弁体を示す図である。図１１において（ａ）は弁体の側面図、（ｂ）は弁体の縦断面図である。
実施の形態３の弁体５０ａは、第２流路３３内をスライドする筒状部５１と、筒状部５１の第１流路３２側の開口を閉塞し、中央部に貫通穴５２ａが形成された円板部５２とを有する。筒状部５１には、弁体５０ａが段差４０に係止した位置にあるときに渦巻側給油穴３４と連通する連通穴５１ａが形成されている。

図１２は、本実施の形態３に係るスクロール圧縮機における低速運転時の開閉機構の状態を示す図である。図１３は、本実施の形態３に係るスクロール圧縮機における高速転時の開閉機構の状態を示す図である。
第１流路３２内の圧力に応じた弁体５０ａの動作は、実施の形態１と同様であり、低速運転時は、図１２に示すように弁体５０ａが段差４０に当接している。この状態において、第１流路３２は、貫通穴５２ａおよび連通穴５１ａによって渦巻側給油穴３４に連通している。また、スラスト面側給油穴３５は弁体５０ａの筒状部５１の外周面によって塞がれている。したがって、第１流路３２に供給された油は、貫通穴５２ａ、第２流路３３および連通穴５１ａを介して渦巻側給油穴３４のみに供給され、スラスト面側給油穴３５には供給されない。

高速運転時は、図１３に示すように、弁体５０ａが段差４０から離れて径方向外側に移動する。これにより、スラスト面側給油穴３５が開かれ、第１流路３２に供給された油は、第２流路３３を介してスラスト面側給油穴３５に供給される。

以上説明したように、実施の形態３は実施の形態１と同様の効果を得ることができる。なお、この例では、弁体５０ａが径方向外側に移動することによって、弁体５０ａの筒状部５１の外周面によって渦巻側給油穴３４が塞がれる構造としているが、このように塞ぐようにしてもよいし、塞がないようにしてもよい。弁体５０ａで渦巻側給油穴３４を塞ぐようにした場合、第１流路３２の油がすべてスラスト面側給油穴３５からスラスト面２ａｂに供給されるため、高速運転時の摺動部の信頼性をより向上できる。なお、渦巻側給油穴３４が塞がれることで、渦巻側給油穴３４から圧縮室９への油の供給は行われなくなるが、高速運転時は油循環量が多いため、圧縮機構３内における上記の冷媒漏れの問題は生じない。

実施の形態４．
本実施の形態４は、付勢部材５０ｂを引張りばねで構成した点が実施の形態１と異なる。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる点を中心に説明するものとし、本実施の形態４で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

図１４は、本実施の形態４に係るスクロール圧縮機の要部の概略断面図である。
実施の形態４では付勢部材５０ｂが、弁体５０ａを径方向内側に付勢し、弁体５０ａが径方向外側に移動するときに引っ張られる引張ばねで構成されている。付勢部材５０ｂは弁体５０ａと固着されている。付勢部材５０ｂを引張ばねで構成した実施の形態４の動作原理および給油穴設定方法は、上記実施の形態と同様である。

なお、本実施の形態１～４では低圧シェル型の圧縮機の例を説明したが、本発明は、容器１００内が圧縮機構３で圧縮された後の冷媒で満たされる高圧シェル型の圧縮機にも適用可能である。

本実施の形態１～４では、揺動軸受５の内側にバランサ付スライダ４が回転自在に配置されている例を説明したが、本発明はスライダにバランサが付帯していない圧縮機にも適用可能である。

本実施の形態１～４では、油流路３１が一つの例を示したが、複数個形成することも可能である。油流路３１を複数個とした場合、油流路３１毎に、開閉機構５０、渦巻側給油穴３４およびスラスト面側給油穴３５を設ければよい。

以上、各実施の形態１～４においてそれぞれ別の実施の形態として説明したが、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてスクロール圧縮機を構成してもよい。たとえば、実施の形態２と実施の形態３とを組み合わせ、図１０に示した複数のスラスト面側給油穴３５を備えた構成において、弁体５０ａを図１１に示した構成のものとしてもよい。また、実施の形態３と実施の形態４とを組み合わせ、図１２に示した弁体５０ａを有する開閉機構５０において、付勢部材５０ｂを引張ばねとしてもよい。

実施の形態５．
実施の形態５は、以上のように構成されたスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

図１５は、本実施の形態５に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置は、スクロール圧縮機２１と、凝縮器２２と、減圧装置としての膨張弁２３と、蒸発器２４とを備えている。また、冷凍サイクル装置は、凝縮器２２と膨張弁２３との間から分岐し、スクロール圧縮機２１に接続されるインジェクション回路２５を備えている。インジェクション回路２５には、流量調整弁としての膨張弁２５ａが設けられている。スクロール圧縮機２１には、上記実施の形態１～実施の形態４のスクロール圧縮機が用いられている。

このように構成された冷凍サイクル装置において、スクロール圧縮機２１から吐出されたガス冷媒は凝縮器２２に流入し、凝縮器２２を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器２２を流出した高圧液冷媒は膨張弁２３で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器２４に流入する。蒸発器２４に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器２４を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再びスクロール圧縮機２１に吸入される。

また、スクロール圧縮機２１から吐出され、凝縮器２２を通過した冷媒の一部であるインジェクション冷媒は、インジェクション回路２５に流入し、膨張弁２５ａを経てスクロール圧縮機２１のインジェクション管１０３に流入する。インジェクション管１０３に流入した液または二相のインジェクション冷媒は、渦巻側吸入空間７４または圧縮室９にインジェクションされる。

このように構成された冷凍サイクル装置は、上記のスクロール圧縮機を備えることで、低速運転時の性能向上と高速運転時の摺動部の信頼性向上との両立を図ることが可能である。

なお、冷凍サイクル装置は、例えば冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置または給湯機等に適用することができる。

１ 固定スクロール、１ａ 固定台板、１ｂ 固定渦巻体、２ 揺動スクロール、２ａ 揺動台板、２ａａ 渦巻形成面、２ａｂ スラスト面、２ｂ 揺動渦巻体、２ｄ ボス部、２ｅ 側面、３ 圧縮機構、４ バランサ付スライダ、４ａ スライダ部、４ｂ バランサ部、５ 揺動軸受、６ 回転軸、６ａ 偏心軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、７ フレーム、７ａ 軸孔、８ サブフレーム、９ 圧縮室、９ａ 最内室、９ｂ 中間室、１０ 吐出ポート、１１ 吐出弁、１２ 弁押さえ、１３ オルダムリング、１４ スリーブ、１５ 主軸受、１６ 副軸受、１７ オイルポンプ、１８ 給油流路、２１ スクロール圧縮機、２２ 凝縮器、２３ 膨張弁、２４ 蒸発器、３１ 油流路、３２ 第１流路、３３ 第２流路、３４ 渦巻側給油穴、３４ａ 開口、３５ スラスト面側給油穴、３５ａ 開口、３５ｂ 開口、３６ ボルト、４０ 段差、４１ シール材、５０ 開閉機構、５０ａ 弁体、５０ｂ 付勢部材、５１ 筒状部、５１ａ 連通穴、５２ 円板部、５２ａ 貫通穴、６０ インジェクション機構、７０ 吸入空間、７１ 吐出空間、７２ 軸受動作空間、７３ 内部空間、７４ 渦巻側吸入空間、１００ 容器、１００ａ 油溜め部、１０１ 吸入管、１０２ 吐出管、１０３ インジェクション管、１１０ 電動機構、１１０ａ 電動機固定子、１１０ｂ 電動機回転子。

Claims (14)

1. 油を溜める油溜め部を有する容器と、
   前記容器に収容され、前記容器内に流入する冷媒を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する軸であって、給油流路が形成された回転軸と、
   前記回転軸の回転によって駆動し、前記油溜め部に溜まった油を前記回転軸の前記給油流路に供給するオイルポンプとを備え、
   前記圧縮機構は、
   揺動台板と、前記揺動台板に形成された揺動渦巻体とを有する揺動スクロールを備え、
   前記揺動台板には、
   前記給油流路から供給された前記油を径方向内側から径方向外側に向けて流す油流路と、
   前記油流路を、前記揺動台板の前記揺動渦巻体の形成側の面である渦巻形成面に連通させる渦巻側給油穴と、
   前記油流路を、前記揺動台板の前記渦巻形成面とは反対側のスラスト面に連通させるスラスト面側給油穴とが形成されており、
   前記油流路には、前記油流路内の油圧が低いときに前記スラスト面側給油穴を閉塞し、前記油圧が高いときに前記スラスト面側給油穴を開く開閉機構が配置されているスクロール圧縮機。
2. 前記開閉機構は、前記油流路内でスライドして前記スラスト面側給油穴を開閉する弁体と、前記弁体を前記スラスト面側給油穴が閉じる方向に付勢する付勢部材とを備え、前記油流路内で前記弁体に作用する油圧が前記付勢部材の付勢力を上回ることで前記弁体が前記油流路内を径方向外側に移動して前記スラスト面側給油穴を開く請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記油流路は、径方向内側の第１流路と、前記第１流路の径方向外側であって前記第１流路よりも大径の第２流路とを有し、
   前記渦巻側給油穴は、前記第１流路から前記渦巻形成面に延びて形成され、
   前記スラスト面側給油穴は、前記第２流路から前記スラスト面に延びて形成されており、
   前記弁体は、前記第２流路に配置され、前記付勢部材の付勢力により前記第１流路と前記第２流路との段差に係止することで前記スラスト面側給油穴を閉塞している請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記油流路は、径方向内側の第１流路と、前記第１流路の径方向外側であって前記第１流路よりも大径の第２流路とを有し、
   前記渦巻側給油穴は、前記第２流路から前記渦巻形成面に延びて形成され、
   前記スラスト面側給油穴は、前記第２流路から前記スラスト面に延びて形成されており、
   前記弁体は、前記第２流路内をスライドする筒状部と、前記筒状部の前記第１流路側の開口を閉塞し、中央部に貫通穴が形成された円板部とを有し、
   前記筒状部には、前記付勢部材の付勢力により前記弁体が前記第１流路と前記第２流路との段差に係止した状態で前記渦巻側給油穴に連通する連通穴が形成されており、
   前記弁体が前記段差に係止した状態で、前記第１流路が前記貫通穴、前記第２流路および前記連通穴を介して前記渦巻側給油穴に連通する一方、前記弁体により前記スラスト面側給油穴が閉塞されている請求項２記載のスクロール圧縮機。
5. 前記スラスト面側給油穴が、前記揺動台板に径方向に間隔を空けて複数形成されている請求項２～請求項４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記付勢部材は、前記弁体が径方向外側に移動するときに圧縮される圧縮ばねである請求項２～請求項５のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記付勢部材は、前記弁体が径方向外側に移動するときに引っ張られる引張ばねである請求項２～請求項５のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記スラスト面側給油穴の穴径は、前記渦巻側給油穴の穴径よりも大径である請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記スクロール圧縮機は、前記容器内が前記圧縮機構で圧縮される前の冷媒で満たされる低圧シェル型である請求項１～請求項８のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記オイルポンプは、容積型ポンプである請求項１～請求項９のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記オイルポンプは、トロコイドポンプである請求項１０記載のスクロール圧縮機。
12. 前記揺動渦巻体の外周側の渦巻側吸入空間または圧縮中の前記圧縮機構の圧縮室に冷媒をインジェクションするインジェクション機構を搭載した請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
13. 前記冷媒は二酸化炭素である請求項１～請求項１２のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
14. 請求項１～請求項１３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機を備えた冷凍サイクル装置。

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