JPH07286587A - 給油制御手段を備えたスクロール冷媒圧縮機 - Google Patents

給油制御手段を備えたスクロール冷媒圧縮機

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JPH07286587A
JPH07286587A JP10547095A JP10547095A JPH07286587A JP H07286587 A JPH07286587 A JP H07286587A JP 10547095 A JP10547095 A JP 10547095A JP 10547095 A JP10547095 A JP 10547095A JP H07286587 A JPH07286587 A JP H07286587A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧縮機起動初期と圧縮室異常圧力上昇時の負
荷軽減機能を備えたスクロール冷媒圧縮機を提供するこ
とを目的とする。 【構成】 吐出ポートに通じる油溜の潤滑油を旋回スク
ロールの背圧室または背圧室並びに駆動軸の主軸受また
はその近傍の摺動面に供給する給油通路を設けた構成に
おいて、圧縮機起動初期の運転状態で背圧室または摺動
面への給油を行わず、油溜の圧力が吐出ポートに通じな
い領域の圧縮室圧力を超えた運転状態で、給油を行うべ
く制御する手段を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はスクロール冷媒圧縮機に
係り、旋回スクロールの背圧室および摺動部への潤滑油
供給に関するものである。
【0002】
【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、吸入室が渦巻き状の圧縮空間の外周部に有
り、吐出ポートが渦巻きの中心部に設けられ、圧縮流体
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圧縮比が一
定で、吐出脈動も比較的小さくて大きな吐出空間を必要
としないことが一般に知られている。また、圧縮室の軸
方向密封および振動や騒音特性をより一層改善するため
に、瞬時的な圧縮室圧力変化や圧縮機高速運転時などに
おける旋回スクロールのジャンピング現象を少なくする
方策として図7、図8の構成が考えられている。同図は
駆動シャフト1007の先端部の駆動ピン1007aに
連結する旋回スクロール1001の鏡板1001aが固
定スクロール1002の鏡板1002aとフレーム10
08との間に微小隙間で支持され、圧縮機の起動、停止
時、高速運転時など瞬時的な圧縮室圧力変化や回転部材
の慣性力などが変化する際に旋回スクロール1001a
が固定スクロール1002から離反したりジャンピング
するのを阻止し、旋回スクロール1001と固定スクロ
ール1002との軸方向微少隙間を確保して圧縮室の密
封を図り、圧縮効率を高めると共に、部材間の衝突によ
り生じる異常音、振動、摺動部耐久性低下を防止する工
夫がなされている。また、圧縮室の軸方向密封をより一
層確実にするために、(1)自身の吐出ラインからのガ
スを減圧してハウジング室Hに導入することによって、
旋回スクロール1001を固定スクロール1002に押
圧せしめて密閉空間1006の密封を図る手段、(2)
ハウジング室Hに密閉空間の気体を旋回スクロール10
01の鏡板1001aに設けた小孔1011を通じて導
入し、そのガス圧力によって旋回スクロール1001を
固定スクロール1002に付勢し、密閉空間1006を
密封するなどの工夫がなされている(特開昭55−14
2902号公報、米国特許3994633号公報な
ど)。また、圧縮室の密封,摺動部の耐久性,騒音・振
動を一層改善した具体的なスクロール冷媒圧縮機の形態
が特公昭62−37238号公報でも提案されている。
すなわち、同公報の図3では、密閉容器6の底部に溜め
られた潤滑油14に吐出ガス圧力が作用している。この
潤滑油14がシャフト4の偏心孔13を経由して旋回ス
クロール部材2の背圧室9aに減圧流入の後、旋回スク
ロール部材2に設けた小孔2dを通じて圧縮室5bに流
入する差圧給油通路が示されている。旋回スクロール部
材2は、背圧室9aの潤滑油圧力によって固定スクロー
ル部材1に押圧される構成である。この潤滑油14は、
その経路途中でシャフト4を支持する軸受や旋回スクロ
ール部材2の各摺動面に給油される。更に、圧縮室5b
に流入した潤滑油は、その油膜によって圧縮室5bの隙
間を密封する。また、密閉容器6内の圧力があまり高く
なくて、背圧室9aへの差圧給油が生じない圧縮機起動
初期には、圧縮途中ガスが旋回スクロール部材2の小孔
1dを介して圧縮室5bから背圧室9aに流入し、旋回
スクロール部材2を固定スクロール部材1に押圧して圧
縮室5を密封するという構成である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の構成
を空調用冷媒圧縮機として使用する場合は、往復動式圧
縮機やロータリ式圧縮機などのように流体を圧縮するた
めの吐出弁を必要としない構成のために、液圧縮などに
より圧縮室内が異常圧力上昇した場合に圧縮室間隙間を
広げて圧縮流体を漏洩させ、圧縮室圧力を降下させるこ
とができないのみならず、背圧室9aの圧力も高くな
り、旋回スクロール部材2を固定スクロール部材1に過
剰押圧して、圧縮負荷の増大、部品の破損、摺動部耐久
性の低下を生じるという課題がある。また、圧縮機起動
初期は吸入圧力が比較的高いので、背圧室9aの圧力も
高くなり、旋回スクロール部材2を固定スクロール部材
1に過剰押圧するので、起動初期入力が過大になると共
に、潤滑油14の下層に貯溜する液冷媒が潤滑油14よ
りも先に各摺動部に差圧供給され、摺動部の焼き付きが
生じるなどの課題があった。
【0004】
【課題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圧縮機は、吐出ポートに通じる油
溜の潤滑油を旋回スクロールの背圧室または背圧室並び
に駆動軸の主軸受またはその近傍の摺動面に供給する給
油通路を設けた構成において、圧縮機起動初期の運転状
態で背圧室または摺動面への給油を行わず、油溜の圧力
が吐出ポートに通じない領域の圧縮室圧力を超えた運転
状態で、給油を行うべく制御する手段を備えたものであ
る。
【0005】
【作用】本発明は上記構成によって、圧縮機起動初期な
どには、背圧室や各摺動部への液冷媒の供給や給油がな
いので旋回スクロールが固定スクロールの側へ押圧され
ず、圧縮室隙間が生じているので、圧縮室圧力の急激な
上昇がなく、圧縮負荷が徐々に上昇する。圧縮機起動後
の時間経過と共に圧縮機運転速度が低速度から高速度に
移行し、油溜の圧力が吐出ポートに通じない領域の圧縮
室圧力を超えた運転状態となり、油溜の液冷媒が蒸発し
て潤滑油のみが背圧室や各摺動部に給油され、旋回スク
ロールが固定スクロールの側に付勢されて、圧縮室隙間
を密封する。
【0006】
【実施例】以下、本発明の実施例のスクロール冷媒圧縮
機について、図面を参照しながら説明する。図1、図2
において、101a,101bは鉄製の密閉ケース、1
80は鉄製の本体フレーム105をボルト固定した軟鋼
製の仕切り板で、その外周面部で密閉ケース101a,
101bと共に単一の溶接ビード181によって溶接密
封され、密閉ケース101a,101b内を上側の吐出
室102と下側の駆動室106(低圧側)とに仕切って
いる。本体フレーム105に支承され、インバータ電源
(図示せず)によって運転制御されるモータ103によ
り、回転駆動される駆動軸104の上端部の偏心穴13
6には、旋回スクロール118の旋回軸118bがはめ
込まれ、旋回スクロール118の自転阻止用のオルダム
リング124が、本体フレーム105に固定された割ピ
ン形の平行ピン(図示せず)に拘束されて軸方向にのみ
移動が可能なスラスト軸受120と旋回スクロール11
8の各溝に係合し、旋回スクロール118に噛み合う固
定スクロール115が、仕切り板180にボルト固定さ
れ、固定スクロール115の鏡板115bには吐出ポー
ト116が設けられ、鏡板115bの上面には、リード
バルブ形式の給油通路制御弁装置182が取り付けられ
ている。スラスト軸受120は、その背面外側部に配置
されたシールリング170の弾性力で常に旋回スクロー
ル118の方へ付勢され、仕切り板180の片側平面部
に当接して旋回スクロール118の側への軸方向移動を
規制されている。しかし、仕切り板118の板厚さは、
スラスト軸受120を介したシールリング170の弾性
力によって、旋回スクロール118を固定スクロール1
15に押し付けて旋回スクロール118の円滑な旋回運
動を阻害せぬように、固定スクロール115とスラスト
軸受120との間に挟まれた旋回スクロール118の軸
方向微少隙間(約0.020mm)が確保される寸法設
定になっている。吐出室102の底部は吐出室油溜13
4となり、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133が密閉ケース101aに取り付けら
れ、密閉ケース101aとパンチングメタル133との
間には細樹脂線材から成るフィルタ183が詰められて
いる。吐出室102は密閉ケース101aの上面に設け
られた吐出管131、外部の冷凍サイクル配管系をそれ
ぞれ経て密閉ケース101bの側面に設けられた吸入管
147を通じ、低圧側の駆動室106に連通している。
また駆動室106の底部にはモータ室油溜184が設け
られている。吐出室102にも吸入室117にも連通し
ない常時密閉空間となる第2圧縮室151と吐出室油溜
134との間は、鏡板115bの底部に開口して設けら
れた油吸い込み穴185、鏡板115bに薄鋼板製のリ
ード弁186と共に取り付けられた給油通路制御弁装置
182の弁押え187と鏡板115bとの間に形成され
た弁空間188、リード弁186の打ち抜き穴189、
鏡板115bに設けられた極細通路のインジェクション
穴152とから成る絞り通路を有した第1給油通路によ
って連通している。旋回スクロール118の旋回スクロ
ールラップ118aを支持するラップ支持円盤118b
とスラスト軸受120と駆動軸104とで形成された背
圧室139は、第1給油通路の途中から分岐して弁空間
188、リード弁186の打ち抜き穴189a、鏡板1
15bに設けられた油穴A138a、仕切り板180に
設けられた極細通路の油穴B138b、本体フレーム1
05に設けられた油穴C138c、スラスト軸受120
と本体フレーム105との間に設けられ、その外周部を
ゴム製のシールリング170で支持、密封されたレリー
ス隙間127、スラスト軸受120に設けられた油穴D
138dとで構成される給油通路により吐出室油溜13
4に連通している。背圧室139と低圧側の駆動室10
6との間は本体フレーム105の主軸受112の軸受隙
間、偏心軸受114の隙間、駆動軸104に設けられた
偏心油穴190と、横油穴191、駆動軸104を支承
すべく本体フレーム105の下端に設けられた下部軸受
192と主軸受112との間の軸受油溜193、下部軸
受192の軸受隙間とで構成される絞り通路を有した第
1潤滑通路により連通している。また、背圧室139と
吸入室117との間は、スラスト軸受120とラップ支
持円板118bとの摺動面や、オルダムリング124の
摺動面を介して構成される第2潤滑通路によって連通し
ている。図5において、横軸は駆動軸104の回転角
度、縦軸は圧縮室内の冷媒圧力を示し、吸入・圧縮・吐
出過程における冷媒ガスの圧力変化状態を示す。実線6
2は正常圧力で運転時の圧力変化を示し、点線63は異
常圧力上昇運転時の圧力変化を表わす。図6において、
横軸は駆動軸104の回転角度を示し、縦軸は圧縮室内
の冷媒圧力を示し、実線64は吐出室102にも吸入室
117にも連通しない常時密閉空間となる第2圧縮室の
インジェクション穴152の開口位置における圧力変化
を示し、点線65は吸入室117に間欠的に連通する第
1圧縮室161a,161bの定点における圧力変化を
示し、一点鎖線66は吐出室102に間欠的に連通する
第3圧縮室160a,160bの定点における圧力変化
を示し、二点鎖線67は第1圧縮室161a,161b
と第2圧縮室151a,151bとの間の圧縮室の定点
における圧力変化を示し、二重点線68は背圧室139
の圧力変化を示す。以上のように構成されたスクロール
冷媒圧縮機について、その動作を説明する。モータ10
3によって駆動軸104が回転駆動を始めると、旋回ス
クロール118が旋回運動をし、圧縮機に接続した冷凍
サイクル配管系から吸入冷媒ガスが吸入管147を通し
て駆動室106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、吸入通路を経て吸入室117に吸入
される。この吸入冷媒ガスは、旋回スクロール118と
固定スクロール115との間に形成され且つ吸入室11
7に間欠的に通じる第1圧縮室を経て圧縮室内に閉じ込
められ、旋回スクロール118の旋回運動に伴って常時
密閉空間となる第2圧縮室、吐出ポートと間欠的に通じ
る第3圧縮室へと順次移送圧縮され、中央部の吐出ポー
ト116を経て吐出室102へと吐出される。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133の小穴や細樹脂線材から成るフィル
タ183を通過する際にその表面などに付着などして吐
出冷媒ガスから分離し、密閉ケース101aの内壁を伝
って流下し、吐出室油溜134に収集される。残りの潤
滑油は、吐出冷媒ガスと共に吐出管131を経て外部の
冷凍サイクル配管系へ搬出され、吸入冷媒ガスと共に吸
入管147を通って圧縮機内に帰還する。圧縮機の冷時
起動後しばらくの間は、吐出室102の圧力が第2圧縮
室の圧力よりも低いので、吐出室油溜134の潤滑油は
第1給油通路を通じて差圧給油されず、また、逆止弁の
作用によって第2圧縮室から圧縮途中冷媒ガスが吐出室
油溜134に逆流もせず、スラスト軸受120のレリー
ス隙間127や旋回スクロール118の背圧室139に
流入することもなく、各摺動部の残留潤滑油によって各
摺動面が潤滑される。また、背圧室139やレリース隙
間127の圧力が低いので起動初期には旋回スクロール
118に作用する圧縮室冷媒ガス圧力によって、スラス
ト軸受120が微少に後退して圧縮室軸方向隙間を広げ
て圧縮室圧力を急降下させ、起動初期負荷を軽減する。
圧縮機の冷時起動後しばらくの後、吐出室102の圧力
が第2圧縮室の圧力以上に上昇した後、吐出室油溜13
4の潤滑油は、給油通路制御弁装置182のリード弁1
86の付勢力に抗して第1給油通路を経由する。そして
漸次減圧され、第2圧縮室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2給油通路
の油穴138a,138b,138c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
レリース隙間127と背圧室139に差圧給油される。
第2圧縮室に差圧給油された潤滑油は、吸入ガスと共に
圧縮室に流入した潤滑油と合流し、隣接する圧縮空間の
微少隙間を油膜により密封して圧縮冷媒ガス漏れを防
ぎ、圧縮空間の摺動面を潤滑しながら圧縮冷媒ガスと共
に吐出室102に再び吐出される。レリース隙間127
と背圧室1639に給油された中間圧力の潤滑油は、旋
回スクロール118へ背圧力による付勢力を与え、圧縮
室圧力に基づいて固定スクロール115から離反しょう
とする旋回スクロール118に作用する下向きのスラス
ト力を軽減し、旋回スクロール118とスラスト軸受1
20との間の摺動面に作用するスラスト荷重を小さくす
ると共に、スラスト軸受120を付勢して仕切り板18
0に当接させ、固定スクロール115とスラスト軸受1
20との間に旋回スクロール118を微小隙間で挟み、
旋回スクロール118の円滑な旋回運動を可能にする。
また、背圧室139の背圧力は旋回スクロール118が
スラスト軸受120から離反しないように調整されてい
るので、旋回スクロール118とスラスト軸受120と
は常時摺接しており、この摺接部を境として背圧室13
9と吸入室117とはその摺接面を適切潤滑することの
できる潤滑油漏洩を許容する程度に密封されている。し
たがって、背圧室139に供給された潤滑油は、この摺
接面を通過する際に減圧された後、オルダムリング12
4の摺動面を潤滑して吸入冷媒ガスに混入し、再び圧縮
室に流入する。また、残りの潤滑油は、第1潤滑通路を
通じて旋回軸118bと偏心穴136との隙間、偏心穴
136、偏心油穴190、横油穴191を通る給油通路
と主軸受112の隙間とを経て軸受油溜193に流入
し、下部軸受192の微小隙間を通して最終減圧され
る。そして駆動室106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184に収集される。モータ室油溜13
4の潤滑油は、密閉ケース101bを介して自然放熱に
より冷却され、その油面がある程度高くなると、モータ
103の回転子の下端部に拡散されて駆動室106内の
吸入冷媒ガスに混入し、再び圧縮室へ流入して最終的に
は吐出室油溜134に収集される。また、冷時起動初期
や定常運転時に瞬時的な液圧縮が生じて常時密閉空間と
なる第2圧縮室内が異常圧力上昇した場合には、リード
弁186の逆止作用により、圧縮冷媒ガスが吐出室油溜
134へ逆流せず、また、レリース隙間127や背圧室
139への流入もなく、背圧力の上昇もないことから、
スラスト軸受120が後退して継続的な異常圧力上昇を
防ぐ。圧縮機停止後は吸入室117と駆動室106との
間の吸入通路に設けられた逆止弁(図示なし)により、
吸入通路を塞ぎ、吐出室102から吸入室117までの
圧力は圧縮空間の隙間を通じて吐出室102の圧力に等
しくなり、油吸い込み穴185の開口端をリード弁18
6が塞ぐ。その結果、圧縮機停止直後の吐出室油溜13
4の潤滑油は、第2圧縮室と背圧室139へ差圧給油さ
れず、背圧室139の潤滑油は、第1給油通路を通じて
駆動室106にその差圧が一定値以下になるまで僅かづ
つ戻される。なお、上記実施例では、レリース隙間12
7や背圧室139へ吐出室油溜134の潤滑油を中間圧
力にまで減圧したが、スラスト軸受120や背圧室13
9の寸法構成などにより減圧しなくともよい。また、上
記実施例では吐出室油溜134の潤滑油を第2圧縮室に
油注入したが、圧縮機運転速度や圧力などの運転条件に
より吸入室117に通じる第1圧縮室に油注入してもよ
い。以上のように上記実施例によれば、吐出室油溜13
4の潤滑油をレリース隙間127に導く通路の下流側が
旋回スクロール118の背圧室139と通じたことによ
り、圧縮機起動初期の背圧室139の圧力が低いので、
旋回スクロール118が固定スクロール115から軸方
向に離れ易くなり、圧縮室の密封を解除して、起動初期
の入力低減に寄与できると共に、圧縮室の密封が必要な
圧縮機安定運転時には、旋回スクロール118の背面を
吐出圧力と吸入圧力との中間圧力の潤滑油で付勢して、
スラスト軸受120に作用する旋回スクロール118か
らのスラスト力を軽減して入力低減できる。この結果、
圧縮機起動初期から安定運転時までの全運転領域におけ
る入力低減が実現できる。また上記実施例では、冷媒圧
縮機について説明したが、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も同様の作用効果を
期待できる。
【0007】
【発明の効果】以上のように本発明は、吐出ポートに通
じる油溜の潤滑油を旋回スクロールの背圧室または背圧
室並びに駆動軸の主軸受またはその近傍の摺動面に供給
する給油通路を設けた構成において、圧縮機起動初期の
運転状態で背圧室または前述の摺動面への給油を行わ
ず、油溜の圧力が吐出ポートに通じない領域の圧縮室圧
力を超えた運転状態で、給油を行うべく制御する手段を
備えたことにより、圧縮機起動初期などには、油溜から
背圧室や各摺動部への液冷媒の供給や給油がないので、
摺動部の焼き付きを防止できる。また、旋回スクロール
が固定スクロールの側へ付勢されず、圧縮室圧力によっ
て旋回スクロールが固定スクロールから離反して圧縮室
隙間が生じるので、圧縮室圧力の急激な上昇がなく、圧
縮負荷を軽減して起動を容易にできる。また、圧縮室内
へ液圧縮などが生じて圧縮負荷が過大になる場合も、背
圧室への潤滑油供給が停止され、旋回スクロールへの背
圧付勢が小さくなり、それによって旋回スクロールが固
定スクロールから離反し易くなるので、圧縮負荷が軽減
でき、圧縮機破損を防止できる。また本発明は、給油通
路を制御手段が、その給油通路の途中に給油通路を開閉
する弁装置を配置し、その弁装置の上流側を油溜に通
じ、吐出ポートに通じない領域の圧縮室から導入した気
体の付勢力によって給油通路を閉塞すべく弁装置の下流
側通路を構成したことにより、圧縮機運転状態に応じた
給油通路の開閉を簡易手段で実現できる。また、本発明
は背圧室が絞り通路を介して吸入室に通じたことによ
り、油溜から背圧室への給油通路が閉じられた時、背圧
室の潤滑油が吸入室に流出して背圧室圧力が低下するの
で、旋回スクロールが固定スクロールから離反し易くな
り、圧縮負荷軽減速度を早めることができ、それによっ
て摺動部耐久性を一層向上できるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例におけるスクロール冷媒圧縮
機の縦断面図
【図2】同圧縮機における給油通路制御弁装置のリード
弁取り付け外観図
【図3】それぞれ同圧縮機の吐出ポート付近における圧
縮室の移動説明図
【図4】それぞれ同圧縮機の吐出ポート付近における圧
縮室の移動説明図
【図5】同圧縮機の吸入行程から吐出行程までの冷媒ガ
スの圧力変化を示す特性図
【図6】各圧縮室における定点の圧力変化を示す特性図
【図7】従来のスクロール圧縮機の縦断面図
【図8】図7の部分拡大図
【符号の説明】
102 吐出室 103 モータ 104 駆動軸 105 本体フレーム 115 固定スクロール 115a 固定スクロールラップ 115b 鏡板 116 吐出ポート 117 吸入室 118 旋回スクロール 118a 旋回スクロールラップ 118c ラップ支持円板 120 スラスト軸受 134 吐出室油溜 139 背圧室 170 シールリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F04C 29/02 361 A

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定スクロールの一部をなす鏡板の一面に
    形成された渦巻き状の固定スクロールラップに対して旋
    回スクロールの一部をなすラップ支持円板上の旋回スク
    ロールラップ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、前記固定スクロー
    ルラップの中心部には吐出ポートを設け、前記固定スク
    ロールラップの外側には吸入室を設け、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圧縮機構を形成
    し、前記旋回スクロールは駆動軸を支承する本体フレー
    ムと前記固定スクロールとの間に配置されて反圧縮室側
    に設けられた背圧室に隣接し、前記吐出ポートに通じる
    油溜の潤滑油を前記背圧室または前記背圧室並びに前記
    駆動軸の主軸受またはその近傍の摺動面に供給する給油
    通路を設けた構成において、圧縮機起動初期の運転状態
    で前記背圧室または前記摺動面への給油を行わず、前記
    油溜の圧力が前記吐出ポートに通じない領域の圧縮室圧
    力を超えた運転状態で、前記給油を行うべく制御する手
    段を備えたスクロール冷媒圧縮機。
  2. 【請求項2】制御手段は、給油通路の途中に前記給油通
    路を開閉する弁装置を配置し、前記弁装置の上流側を油
    溜に通じ、吐出ポートに通じない領域の圧縮室から導入
    した気体の付勢力によって前記給油通路を閉塞すべく前
    記弁装置の下流側通路を構成した請求項1記載のスクロ
    ール冷媒圧縮機。
  3. 【請求項3】背圧室が絞り通路を介して吸入室に通じた
    請求項2記載のスクロール冷媒圧縮機。
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