JPH0631631B2 - スクロ−ル気体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧縮機の高圧側で圧縮気体から分離した潤滑油
を圧縮室に戻す装置を有するスクロール気体圧縮機に関
するものである。

従来の技術 低振動、低騒音特性を備えたスクロール圧縮機は、吸入
室が外周部にあり、吐出ポートがうず巻きの中心部に設
けられ、圧縮気体の流れが一方向で往復動式圧縮機や回
転式圧縮機のような流体を圧縮するための吐出弁を必要
とせず吐出脈動が比較的小さくて大きな吐出空間を必要
としないことがよく知られている。

しかし、特に気体を圧縮する場合などは圧縮部の漏れ隙
間を小さくするためにうず巻き部の寸法精度を極めて高
くする必要があるが部品形状の複雑さ、寸法のバラツキ
などによりスクロール圧縮機のコストが高く性能バラツ
キも大きいという問題があった。

そこで、この種の問題解決のための方策として、圧縮途
中の圧縮室間隙間の気体漏れ防止のために潤滑油膜を利
用したシール効果により渦巻き部寸法精度の適正化と圧
縮機性能の安定化を期待して第８図に示すように潤滑油
を圧縮途中の圧縮室に直接流入させる構成が知られてい
る。同図に示す構成は、密閉容器７０１内の上部にモー
タ７０３を配置し下部に圧縮部を配置して密閉容器内空
間７０２を吐出室とした構造で、吐出室底部の油溜７１
０の潤滑油を固定スクロール７０５の鏡板７０５ａに挿
入固定した絞り通路を有する油扱い込み管７２２を介し
て圧縮途中の圧縮室７２３に直接流入させる構成であっ
た。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の第８図のような圧縮室７２３と油溜
７１０とが常時連通する構成では、スクロール式圧縮機
構において流体圧縮のための吐出弁を必要とせず圧縮比
が一定なために、閉サイクル配管系に接続して運転する
圧縮機の冷時起動後しばらくの間は圧縮室７２３よりも
密閉容器内空間７０２の油溜７１０の方が低圧力の状態
が続き、圧縮室７２３の圧縮途上気体が油溜７１０に逆
流し、油溜７１０の潤滑油が逆流気体によって拡散され
吐出気体と共に圧縮機の外部配管系に流出して無くな
る。このため、圧縮機起動後しばらくして密閉容器内空
間７０２の圧力が上昇して圧縮室７２３の圧力よりも高
い状態になった場合でも、潤滑油が再び油溜７１０に収
集されるまでは圧縮室７２３への油流入による圧縮室間
隙間の密封効果もなく、逆に密閉容器内空間７０２の圧
縮気体が圧縮室７２３に流入して圧縮効果の著るしい低
下や異常温度上昇による摺動部耐久性の低下を招くなど
の問題があった。

そこで、本発明は給油通路の途中に逆止弁装置を設けて
圧縮室から油溜への圧縮気体の逆流を防止して潤滑油の
有効利用による圧縮効率や耐久性に優れたスクロール気
体圧縮機を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明のスクロール気体圧縮
機は、吐出室の油溜または吐出室に通じる油溜を上流側
とし、油溜よりも圧力が低く吐出室に通じない第１圧縮
室または吸入室に通じる第２圧縮室を下流側とする絞り
通路を有する給油通路を設け、給油通路の途中には逆止
弁装置を備えた構成である。

作用 本発明は上記構成によって、圧縮機が冷時始動し、圧縮
機に流入し吸入通路途中で潤滑油を混入された吸入気体
は吸入室と圧縮室を経て吐出室に吐出され、潤滑油の一
部を分離すると共に吐出室圧力を次第に上昇させる。

しかし、給油通路の開口する圧縮室（第１圧縮室または
第２圧縮室）の圧力が吐出室圧力よりも高い間は、逆止
弁装置の作動によって給油通路が閉じており、圧縮途中
気体が吐出室の油溜へバイパスせずに順次圧縮されて圧
縮完了後に吐出室へ吐出する。

その後、吐出室圧力が給油通路の開口する圧縮室圧力よ
りも高くなると給油通路が開いて吐出室の油溜（または
吐出室に通じる油溜）に溜まった潤滑油が圧縮室に流入
し、圧縮室間の微少隙間を油膜で密封して圧縮気体漏れ
を防ぎ、圧縮効率の向上と圧縮部冷却効果による摺動部
耐久性の向上を図るものである。

実施例 以下本発明の実施例のスクロール気体圧縮機について、
図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明の第１の実施例におけるスクロール気体
圧縮機の縦断面図を示し、第２図は第１図のＡ−Ａ線に
おける圧縮部の横断面図を示し、第３図は吸入行程から
吐出行程までの気体の圧力変化の説明図を示し、第４図
は各圧縮室における定点の圧力変化の説明図を示し、第
５図は第１図における逆止弁装置取り付け部の部分断面
図を示し、第６図は第５図の部分外観図を示す。第７図
は本発明の第２の実施例における逆止弁装置取り付け部
の部分断面図を示す。

第１図において、１、２は鉄製の密閉ケース、３は鉄製
のフレームでその外周面部で密閉ケース１、２と共に単
一の溶接ビード４によって溶接密封され密閉ケース１、
２内を上側の吐出室５と下側の駆動室６（低圧側）とに
仕切っている。

フレーム３に支承されインバータ電源（図示なし）によ
って運転制御されるモータ７により回転駆動される駆動
軸８の上端部の偏心穴９には旋回スクロール１０の旋回
軸１１がはめ込まれ、旋回スクロール１０の自転阻止部
品１２が旋回スクロール１０とフレーム３に係合し、旋
回スクロール１０に噛み合う固定スクロール１３がフレ
ーム３にボルト固定され、固定スクロール１３の鏡板１
４には吐出ポート１５が設けられ、鏡板１４の上面には
吐出ポート１５の開口端を塞ぐリードバルブ型の逆流防
止弁装置１６と逆止弁装置１７が取り付けられている。
吐出室５の底部は吐出室油溜１８で、その上部には多数
の小穴を有した傘状のパンチングメタル１９が密閉ケー
ス１に取り付けられ、密閉ケース１とパンチングメタル
１９との間には細金属線材から成るフィルター２０が詰
められ、吐出室５は密閉ケース１の上面に設けられた吐
出管２１を通じて外部の冷凍サイクル配管系を経て密閉
ケース２の側面に設けられた吸入管２２を通じて低圧側
の駆動室６に連通し、駆動室６の底部にはモータ室油溜
２３が設けられている。

第１図、第２図、第５図、第６図において、吐出室５に
も吸入室３３にも連通しない第１圧縮室３９ｂと吐出室
油溜１８との間は、鏡板１４に設けられた油吸い込み穴
４１、鏡板１４に吐出室仕切り板を兼ねた薄鋼板製の弁
板４２と共に取り付けられた逆止弁装置１７の弁押え４
３と鏡板１４との間に形成された弁空間４４、弁板４２
の打ち抜き溝４５、鏡板１４に設けられた極細通路のイ
ンジェクション穴３０ｂとから成る絞り通路を有した第
１給油通路によって連通し、第１圧縮室３９ａと吐出室
油溜１８との間は、インジェクション穴３０ｂから分岐
して鏡板１４に設けられたインジェクション連通穴５
９、インジェクション穴３０ａとから成る絞り通路を有
する第２給油通路によって連通している。

吐出室油溜１８と低圧側の駆動室６との間は、第１給油
通路の途中から分岐して弁空間４４、弁板４２の打ち抜
き溝４５、鏡板１４に設けられた油穴４６、フレーム３
に設けられた極細通路の油穴４７、駆動軸８を支承しフ
レーム３に設けられた上部軸受４９の軸受隙間、旋回軸
１１と偏心穴９との隙間、駆動軸８に設けられた偏心油
穴２４と横油穴５０、駆動軸８を支承しフレーム３の下
端に設けられた下部軸受５１と上部軸受４９との間の軸
受油溜５２、下部軸受５１の軸受隙間とから成る絞り通
路を有した第３給油通路によって連通している。

逆止弁装置１７のリード弁５３と逆流防止弁装置１６の
リード弁５４とは弁板４２の一部を打ち抜いて構成さ
れ、逆止弁装置１７の弁押え４３はわずかに気体を通過
させ得る多孔質の焼結合金成型品から成り、その一部が
逆流防止弁装置１６の弁押え５５を兼ねており、弁押え
４３の上面には油溜を兼ねた浅穴５６、５７が設けられ
ている。

第３図において、横軸は駆動軸８の回転角度を表し、縦
軸は冷媒圧力を表し、吸入・圧縮・吐出過程における冷
媒ガスの圧力変化状態を表す。

第４図において、横軸は駆動軸８の回転角度を表し、縦
軸は冷媒圧力を表し、実線６０は吐出室５にも吸入室３
３にも連通しない第１圧縮室３９ａ、３９ｂのインジェ
クション穴３０ａ、３０ｂの開口位置における圧力変化
を表し、点線６１は吸入室３３に連通する第２圧縮室４
０ａ、４０ｂ（第２図参照）の定点における圧力変化を
表し、一点鎖線６２は逆流防止弁装置１６を介して吐出
室５に連通する第３圧縮室６３ａ、６３ｂ（第２図参
照）の定点における圧力変化を表し、二点鎖線６４は第
１圧縮室３９ａ、３９ｂと第２圧縮室４０ａ、４０ｂと
の間の定点における圧力変化を表す。

第７図は別の実施例の逆止弁装置１７ａの鏡板１４ａへ
の取り付け状態を示し、鏡板１４ａに設けた油吸い込み
穴４１ａの鏡板上面開口穴７０に鋼球７１を装着し、逆
流防止弁装置１６ａのリード弁５４ａと共に鏡板１４ａ
に逆止弁装置１７ａの弁押え４３をボルト固定し、鋼球
７１と弁押え４３との間にコイルバネ７２を装着してい
る。コイルバネ７２はそれ自身の温度が設定温度（例え
ば１３０℃）を超えた場合に鋼球７１への付勢力を弱
め、それ自身の温度が再び設定温度以下に復帰した場合
に鋼球７１への付勢力が復元するバネ特性を備えた形状
記憶合金材質から成る。

以上のように構成されたスクロール気体圧縮機につい
て、その動作を説明する。

第１図〜第６図において、モータ７によって駆動軸８が
回転駆動を始めると旋回スクロール１０が旋回運動を
し、圧縮機に接続した冷凍サイクルから吸入冷媒ガスが
吸入管２２を通して駆動室６に流入し、その中に含まれ
る潤滑油の一部が分離された後に吸入室３３に吸入さ
れ、この吸入冷媒ガスは旋回スクロール１０と固定スク
ロール１３との間に形成された第２圧縮室４０ａ（４０
ｂ）を経て圧縮室内に閉じ込められ、旋回スクロール１
０の旋回運動に伴って第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）、第
３圧縮室６３ａ（６３ｂ）へと順次移送圧縮され中央部
の吐出ポート１５、逆流防止弁装置１６を経て吐出室５
へ吐出され、吐出冷媒ガス中に含まれる潤滑油の一部は
その自重およびパンチングメタル１９の小穴や細金属線
から成るフィルター２０を通過する際にその表面に付着
などして吐出冷媒ガスから分離して吐出室油溜１８や弁
押え４３の浅穴５６、５７に収集され、残りの潤滑油は
吐出冷媒ガスと共に吐出管２１を経て外部の冷凍サイク
ルへ搬出され、再び吸入冷媒ガスと共に吸入管２２を通
して圧縮機内に帰還する。

圧縮機の冷時始動後しばらくの間は、第３図に示すよう
に吐出室５の圧力が第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）の圧力
よりも低いので、吐出室油溜１８の潤滑油は第１給油通
路を通して差圧給油されず、また、逆止弁装置の効果に
よって第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）から圧縮途中気体が
吐出室油溜１８に逆流することがない。

圧縮機の冷時始動後しばらくの後、吐出室５の圧力が第
１圧縮室３９ａ（３９ｂ）の圧力以上に上昇の後、吐出
室油溜１８の潤滑油は逆止弁装置１７（１７ａ）のリー
ド弁５３（コイルバネ７２）の付勢力に抗して第１給油
通路（第２給油通路）を経て漸次減圧され第１圧縮室３
９ａ（３９ｂ）に差圧給油されると共に、第１給油通路
の途中から分岐して構成される第３給油通路の打ち抜き
穴４５、油穴４６、４７を経て漸次減圧され吐出側圧力
と吸入側圧力との中間圧力に調整されて旋回スクロール
１０の反圧縮室側の上部軸受穴４８にも差圧給油され
る。

第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）に差圧給油された潤滑油
は、吸入冷媒ガスと共に圧縮室に流入した潤滑油と合流
して隣接する圧縮室間の微少隙間を油膜により密封して
圧縮気体漏れを防ぎ、圧縮室間の摺動面を潤滑しながら
圧縮気体と共に吐出室５に再び吐出される。

一方、上部軸受穴４８に差圧給油された潤滑油の一部
は、旋回スクロール１０に作用するスラスト荷重を支持
するフレーム３との摺動面部や自転阻止部品１２の摺動
面を潤滑して吸入冷媒ガスに混入し再び圧縮室へ流入す
る。また、残りの潤滑油は旋回軸１１と偏心穴９との隙
間、偏心穴９、偏心油穴２４、横油穴５０を通る給油通
路と上部軸受４９の隙間とを経て軸受油溜５２に流入
し、下部軸受５１の微少隙間を通して最終減圧されて駆
動室６に流入し、その一部は吸入冷媒ガスに混入して再
び圧縮室へ流入するが残りの潤滑油はモータ室油溜２３
に収集される。

モータ室油溜２３の潤滑油は、その油面がある程度高く
なるとモータ７の回転子の下端部に拡散されて駆動室６
内の吸入冷媒ガスに混入して再び圧縮室へ流入し、最終
的には吐出室油溜１８に収集する。

圧縮機停止後は、逆流防止弁装置１６のリード弁５４
（５４ａ）が吐出ポートを塞ぎ、吐出ポート１５から第
２圧縮室４０ａ（４０ｂ）までの圧縮空間の圧力は圧縮
空間の隙間を通じて吸入室３３の圧力に等しくなる。そ
こで、圧縮機停止直後の吐出室油溜１８の潤滑油は、第
１給油通路、第２給油通路、第３給油通路を通じて第１
圧縮室３９ａ（３９ｂ）や上部軸受穴４８に少し流入す
るが、焼結合金材質から成る弁押え４３の微細粒子間を
通して圧縮気体が弁空間４４に少しずつ流入し、吐出室
５と弁空間４４の圧力差が縮まり潤滑油の流入が停止す
る。また、第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）や上部軸受穴４
８の圧力は、インジェクション穴３０ａ（３０ｂ）の通
路や油穴４７の通路が狭く通路途中の潤滑油の密封効果
により弁空間４４に流入した圧縮気体の流入量が少ない
のであまり昇圧しない。

また、弁板４２は吐出室油溜１８の潤滑油面が吐出気体
により拡散されるのを防ぐ。

第７図において、油吸い込み穴４１ａの開口端を塞ぐ鋼
球７１を付勢するコイルバネ７２は、圧縮機の過負荷運
転などで圧縮部が異常温度上昇しコイルバネ７２自身が
設定温度（例えば１３０℃）を超えると収縮して鋼球７
１への付勢力を弱めて鏡板上面開口穴７０部の通路抵抗
を小さくし、第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）と駆動軸８の
摺動面部への給油量を増加させ、設定温度以下に下がる
と鋼球７１への付勢力を復元させて通常の給油量を供給
するように調整する。

以上のように上記実施例によれば吐出室油溜１８を上流
側とし、吐出室油溜１８よりも圧力が低く吐出室５に通
じない第１圧縮室３９ａ（３９ｂ）を下流側とする油吸
い込み穴４１、弁空間４４、弁板４２の打ち抜き溝４
５、極細通路のインジェクション穴３０ｂで構成される
第１給油通路およびインジェクション穴３０ｂの途中か
ら分岐してインジェクション連通穴５９、極細通路のイ
ンジェクション穴３０ａで構成される第２給油通路を設
け、第１給油通路の途中の油吸い込み穴４１の終端部に
逆止弁装置１７を備えることにより、圧縮機冷時始動後
や暖時再始動後のしばらくの間、吐出室５の圧力よりも
第１給油通路と第２給油通路が開口する第１圧縮室３９
ａ、３９ｂの圧力の方が高くとも圧縮途中の気体は逆止
弁装置１７の逆止弁作用によって吐出室油溜１８に逆流
せず、圧縮完了後に吐出室５に吐出されて吐出室５の圧
力上昇を早めると共に、逆流気体により吐出室油溜１８
の潤滑油が拡散して圧縮機外部の冷凍サイクルへ流出す
るのを防ぐことが出来るので、吐出室圧力上昇後の第１
圧縮室３９ａ、３９ｂへの油インジェクションを早く開
始させて油膜による圧縮室間隙間の密封により圧縮効率
向上の早期効果開始を図ることが出来る。

また上記実施例によれば逆止弁装置１７ａは、油吸い込
み穴４１ａの開口端部を塞ぐ鋼球７１に付勢力を与える
コイルバネ７２の温度が設定値（例えば１３０℃）を超
えるとコイルバネ７２が収縮して付勢力を弱めて油吸い
込み穴４１ａの開口端部の通路を広げ、コイルバネ７２
の温度が設定値以下に戻るとコイルバネ７２が復帰して
油吸い込み穴４１ａの開口端部の通路を復帰させる形状
記憶特性を備えて第１給油通路の通路抵抗を調整させる
機能を有することにより、圧縮機が高回転速度運転や過
負荷運転をして圧縮部や吐出室が以上温度上昇した場合
には、コイルバネ７２の温度が設定値を超えて第１給油
通路の通路抵抗を広げて吐出室油溜１８から第１圧縮室
３９ａ、３９ｂへの給油量を増加させて圧縮室間摺動部
の潤滑良化によって圧縮気体漏れや摺動発熱による温度
上昇を防ぐなど、潤滑油の有効利用を促進して圧縮効率
と耐久性に優れたスクロール気体圧縮機を提供するもの
である。

なお、上記実施例では第１給油通路と第２給油通路の下
流側を第１圧縮室３９ａ、３９ｂとしたが、吸入室３３
に通じる第２圧縮室４０ａ、４０ｂにした場合でもその
作用、効果は同様であり、また吐出室１５内の吐出室油
溜１８の代りに圧縮機外の高圧側に油溜を設けて密閉シ
ェル１を貫通する給油配管によって上記の圧縮室内に給
油させてもよい。

また、上記実施例では冷媒圧縮機について動作を説明し
たが、潤滑油を使用する酸素、窒素、ヘリウムなどの他
の気体圧縮機の場合も同様の作用効果を期待できる。

発明の効果 以上のように本発明は、吐出室の油溜または吐出室に通
じる油溜を上流側とし、油溜よりも圧力が低く吐出室に
通じない第１圧縮室または吸入室に通じる第２圧縮室を
下流側とする絞り通路を有する給油通路を設け、給油通
路の途中に逆止弁装置を備えることにより、スクロール
式圧縮機構の圧縮比が一定で吐出室に連通しない圧縮室
の圧力が吐出室圧力の影響をあまり受けず、圧縮機冷時
始動後や暖時再始動後のしばらくの間、吐出室の圧力よ
りも給油通路が開口する第１圧縮室または第２圧縮室の
圧力の方が高い場合でも圧縮途中の気体は逆止弁装置の
逆止弁作用によって吐出室油溜（または吐出室に通じる
油溜）に逆流せず、圧縮完了後に吐出室に吐出されて吐
出室の圧力上昇を早め、さらには逆流気体により吐出室
油溜（または吐出室に通じる油溜）の潤滑油が拡散して
圧縮機外部の配管系へ流出するのを防ぐことが出来るの
で、吐出室圧力上昇後の第１圧縮室または第２圧縮室へ
の油インジェクションを早く開始させて油膜による圧縮
室間の密封により圧縮効率向上の早期効果開始を図るこ
とが出来るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例におけるスクロール気体
圧縮機の縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線における
圧縮部の横断面図、第３図は吸入行程から吐出行程まで
の気体の圧力変化を示す特性図、第４図は各圧縮室にお
ける定点の圧力変化を示す特性図、第５図は第１図にお
ける逆止弁装置取り付け部の部分断面図、第６図は第５
図の部分外観図、第７図は本発明の第２の実施例におけ
る逆止弁装置取り付け部の部分断面図、第８図は従来の
給油通路を備えたスクロール気体圧縮機の断面図を示
す。 １、２……密閉ケース、５……吐出室、６……駆動室、
７……モータ、１０……旋回スクロール、１３……固定
スクロール、１４……鏡板、１５……吐出ポート、１６
……逆流防止弁装置、１７……逆止弁装置、１８……吐
出室油溜、２１……吐出管、２２……吸入管、２３……
モータ室油溜、３０ａ、３０ｂ……インジェクション
穴、３３……吸入室、３９ａ、３９ｂ……第１圧縮室、
４０ａ、４０ｂ……第２圧縮室、４１……油吸い込み
穴、４３……弁押さえ、４５……打ち抜き穴、５３、５
４……リード弁、５５……弁押さえ、５９……インジェ
クション連通穴、７１……鋼球、７２……コイルバネ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固定スクロールに対して旋回スクロールを
   揺動回転自在に噛み合わせ、両スクロール間に渦巻き形
   の圧縮空間を形成し、前記圧縮空間は吸入側より吐出側
   に向けて連続移行する複数個の圧縮室に区画されて流体
   を圧縮するスクロール式圧縮機構を形成し、吐出室の油
   溜または吐出室に通じる油溜を上流側とし、前記油溜よ
   りも圧力が低く前記吐出室に通じない第１圧縮室または
   吸入室に通じる第２圧縮室を下流側とする絞り通路を有
   する給油通路を設け、前記給油通路の途中に逆止弁装置
   を備えたスクロール気体圧縮機。
2. 【請求項２】逆止弁装置は、その弁部の温度が設定値を
   超えると給油通路を広げ、設定値以下に戻ると元の給油
   通路に復帰させる形状記憶特性を備えて給油通路の調整
   機能を有する特許請求の範囲第１項記載のスクロール気
   体圧縮機。