JPS59110887A - スクロ−ル流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、゛冷凍空調用、冷蔵庫用等の冷媒圧縮機ある
いは空気圧縮機として用いられる給油式スクロール流体
機械に係シ、特に回転バランス体が潤滑油中に浸漬され
た状態にある好適な構造のスクロール流体機械に関する
。

〔従来技術〕

給油式スクロール流体機械を冷凍空調用圧縮機を例に挙
け、第１図から第７図を参照してその基本的構成及び潤
滑方式等について説明する。なお、説明を容易とするた
め、各図には作動ガスの流れ方向を示す実線矢印と、潤
滑油の流れ方向を示す破線矢印をそう人した。第１図は
密閉形でスクロールの圧縮要素部を本体の上部に、電動
機部を本体の下部に配した縦形の圧縮機の構造例を示す
圧縮要素部である固定スクロール部材２と旋回スクロー
ル部材２の両スクロール部材と、旋回スクロール２の自
転を阻止する自転防止部材３及び主軸６、これを支える
三個の軸受部、即ち、旋回軸受１２と主軸１１及び補助
軸受１０と電動機９、固定スクロール１を固定する静止
部材４（以後「フレーム」と称す）などから構成される
。これらの構成部品は、密閉容器２３の内部に収納され
る。なお第１図は、密閉容器２３内が吐出圧力（高圧側
圧力）の雰囲気にある高圧チャンバ方式の構造例である
。

冷媒ガスの流れ及び潤滑油の流れに従って、上記圧縮機
の作用を説明する。

低温低圧の冷媒ガスは、吸入管１９から導かれ固定スク
ロール１内の吸入室１ｆに至る。圧縮要素部に至った冷
媒ガスは、第２図に示すように旋回スクロールの自転を
防止された公転運動により、両スクロールで形成される
密閉空間５ａ、５ｂが漸次縮小し、スクロール中央部に
移動するとともに、該冷媒ガスは、圧力を高め中央の吐
出孔１ｄよシ吐出される。吐出された高温・高圧の冷媒
ガスは、密閉容器１内の上部空間１６、及び通路１３．
１４を介し電動機まわりの空間１７を満たし、吐出管２
０を介して外部へ導ひかれる。（この高圧の吐出圧力を
記号Ｐｄで示す。）他方、旋回スクロール部材２の背面
とフレーム４で囲まれた空間１８（これを「背圧室」と
称する）には、旋回、固定の両スクロールで形成される
複数の密閉空間内のガス圧によるスラスト方向のガス力
（この力は、旋回スクロール部材２を下方に押し下げよ
うとする離反力となる。）に対抗するため吸入圧力（低
圧側圧力）と吐出圧力の中間の圧力（記号ｐｍで示す）
が作用する。この中間圧力の設定は、旋回スクロール２
の鏡板２ａに３− 細孔２Ｃ１２ｄを設け、との細孔を介してスクロール内
部のガスを背圧室に導き、旋回スクロールの背面にガス
力を作用させて行う。この中間圧力のかけ方は、特開昭
５３−１１９４１２及び特開昭５５−３７５２０等にて
開示されているので詳細な説明を省略する。

次に第３図と第４図に自転防止部材３の詳細構造を示す
。自転防止部材３としてオルダムリング３０とオルダム
キ３１．３２で構成された一例が図示されている。この
オルダムリング３０は、旋回スクロール２とフレーム４
（厳密にはフレーム部のキ一台座４ａ）との間にはさま
れ、それぞれに設けられたオルダムキー３１８，３１ｂ
、３２ａ１３２ｂ上を往復運動し、旋回スクロール２の
自転を防止する。３７（３７ａ、３７ｂ）は旋回スクロ
ール２の背部に設けたオルダムキー溝である。従ってオ
ルダムリングは４箇所（３３，３４，３５，３６）で摺
動している。

第５図から第７図を参照して旋回スクロール２の鏡板外
周部２ｆの周りの構造を説明する。旋回４− スクロール２の跳板部２ａの鏡板厚は、鏡板外周部２ｆ
＋鏡板中央部２ｊに関係なく一様な厚さく第６図では、
この鏡板厚をＨｓの寸法で表示した。）をもつ。また旋
回スクロール２の鏡板外周部２ｆは、固定スクロール１
の鏡板外周部１Ｃとフレーム４の台座４ｂとの間に微小
隙間を保ってはさみ込まれている。第６図の場合、微小
隙間は（Ｈｆ　−Ｈｓ　）で表示される。（ここでＨｆ
：フレーム上面４Ｃと台座４ｂの面との間の寸法）　旋
回スクロール２の鏡板部２ａには放射状の給油路４０（
例えば４０８，４０ｂ等）及び給油穴４１（例えば４１
８，４Ｔｏ等）を設けている。これらの給油穴４１は固
定スクロール１の鏡板部１ａに設けた油溝４２と係合し
ている。旋回スクロール２は、該鏡板外周部２ｆを固定
スクロール１の鏡板外周部１Ｃとフレーム４の台座４ｂ
との間にはさまれた状態で、フレーム中心点（あるいは
固定スクロール中心点）Ｏｆの回りを旋回運動を行うも
ので、フレーム４と旋回スクロール２の位置関係は第５
図に示した通りである。第７図はフレーム４の横断面図
を示す。フレーム４にはオルダムキーを取付けるための
キー溝４ｆを備えるキ一台座４ａを２箇所設けられてい
る。４ｅは、固定スクロール１を取付けるボルト穴であ
る。このように、旋回スクロール２の鏡板外周部２ｆの
周りには、旋回スクロール背部の背圧室１８の他に、該
鏡板外周部２ｆとこれに対向する固定スクロールの鏡板
外周部１Ｃ及びフレーム４とで空間４３が形成される。

以後、該空間４３を１フレーム室」と称する。

なお、旋回スクロール２の鏡板外周部２ｆを静止部材で
あるＩＣと４との間で微小隙間を保ってはさみ込む構造
は特開昭５５−１４２９０２号により開示されているの
で、その構造の目的・効果等については説明を省略する
。８と２４は、第１と第２のバランスウェイトで、これ
らは旋回スクロール２に作用する遠心力を相殺するだめ
の平衡部品である。

次に第１図と第５図及び第６図を用いて潤滑油の流れに
ついて説明する。

潤滑油７は密閉容器２３の下部に溜められる。

主軸６の下端は容器底部の油中に浸漬し、主軸上部には
偏心軸部６ａを備え、該偏心軸部６ａが旋回軸受１２を
介して、スクロール圧縮要素部である旋回スクロール部
材２と係合している。主軸６には、各軸受部への給油を
行うための偏心縦孔６ｂが主軸下端から主軸の上端面ま
で形成される。

偏心軸部６ａの下部には、旋回スクロールボス部２ｅの
先端面に対向せる主軸受上部にバランスウェイト８が、
主軸６と係合し一体化して形成されている。潤滑油７内
に浸漬された主軸６下端は高圧の吐出圧力Ｐｄの雰囲気
にあり他方、下流となる旋回軸受１２のまわりは、中間
圧力ｐｍの雰囲気にあるため、（Ｐｄ−Ｐｍ）の圧力差
によって、容器底部の潤滑油７は偏心縦孔６ｂ内を上昇
する。まだ、主軸６の回転により、該偏心縦孔６ｂ内の
油に遠心力が作用し、各軸受部への給油量をさらに増加
させている。このように、各軸受部への給油は、偏心穴
給油法と、差圧給油法によって行っている。偏心縦孔６
ｂ内を上昇した潤滑油７は＝７− １補助軸受１０、主軸受１１へ給油されるとともに、偏
心軸部６ａの上部空間２５（旋回スクロールポス部２ｅ
のボス部底面と偏心軸部６ａの上端面との隙間の部分で
、この空間は油圧室となる。

以後「油圧室」２５と称す。）に至る。該油圧室２５の
潤滑油は、はぼ吐出圧力Ｐｄに等しい圧力であシ、第５
図と第６図に示すように旋回スクロール２の鏡板２ａ内
に設けた放射状の給油路４０及び給油孔４１を介して、
固定スクロールの跳板外周部１Ｃに設けた油溝４２に至
る。油溝４２に至った潤滑油は、フレーム室４３へ、あ
るいは、スクロール内部の吸入室１ｆへ至る。また旋回
軸受して及び主軸受１１に至った潤滑油は、おのおのの
軸受隙間を通って背圧室１８へ排油される。

背圧室１８に至った潤滑油は、オルグムリング部３０な
どを潤滑した後、前記細孔２ｃ、２ｄを介して両スクロ
ール１．２とで形成される作動室に注入され、ひいては
スクロールラップの内部で、前記冷媒ガスと混合される
。次に冷媒ガスとともに潤滑油は昇圧作用を受け、吐出
孔ｌｄ、吐出室８− １６さらに通路１３．１４を経て電動機室１７へと移動
する。電動機室１７に至った潤滑油は、広い空間のため
流速が大きく減少し、自重のため容器底部へ落下する。

すなわち、電動機室１７で冷媒ガスと潤滑油の分離が何
われる。落下した潤滑油は、再び容器底部に溜められ、
各部の潤滑に供される。

次に、第８図から第１４図を用いて従来技術の問題点に
ついて説明する。第１図、第８図にも示すように、第）
バランスウェイト８は、旋回スクロール２の鏡板２ａの
背部の空間である背圧室１８に配し、主軸６と一体化し
ている。他方第２バランスウエイト２４は、電動機９の
ロータエンド部９ａの下部に配し、ポル）２４ａにてロ
ータエンド部９ａと一体化している。該バランスウェイ
ト８．２４は主軸６の回りを振れ回る。背圧室１８には
軸受部ｉｔ、１２から潤滑油が漏洩するため、潤滑油が
該背圧室１８内を充満し、第１バランスウエイト８の回
シは、潤滑油５０の雰囲気となる。また、冷凍装置の低
圧部（蒸発器側を意味し詳細図示せず）から油が戻って
密閉容器２３に溜まシ、潤滑油７の油面５１がロータエ
ンド部９ａまで上昇すると、第２バランスウエイト２４
の回シは、潤滑油７の雰囲気となる。第９図から第１１
図は第１バランスウエイトの形状を示す。また第１２図
から第１４図は第２バランスウエイトの形状を示す。第
１及び第２バランスウエイトは、旋回スクロール２と同
一の材質を使用してお９、扇形に類似した形状である。

第１バランスウエイト８は、重り部８ａの形状は最大幅
がＷｌその厚さがＨ，の大きさを有し、該１９部８ａが
まわシの潤滑油５０と直接衝突する面８ｂと潤滑油５０
の流れ方向５０ａとなす角度（これを「向い角度」と以
後称す）０がほぼ９０度をなす。また第１バランスウエ
イト８のアーム部８ｄも同様に、相対的にまわシの潤滑
油の流れ方向に対して向い角度は９０度をなす。

また第２バランスウエイト２４の大きさは最大幅毘、縦
幅Ｗへ厚さＨ３で扇形をなし、潤滑油７の流れ方向７ａ
に対して向い角度０は第１バランスウエイト８と同様に
９０度をなす。

このように第１及び第２バランスウエイトが潤滑油５０
．７の中に浸漬され回転すると、これらの油をかく拌す
ることによって後流に渦５２、渦７ｂを発生するなどエ
ネルギが消費される。該エネルギを以下かく拌損失と称
し、このかく拌損失は、前記バランスウェイト８．２４
が受ける抗力に比例する。第１及び第２バランスウエイ
トの抗力は概ね次式で与えられる。

九＝ｉ・■８・ＦＢ−Ｃｏ　　・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（１）ＤＫ＝ｉＶＫ
−ＦＫ−ＣＤ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（２）ここで、ＤＢ：第１バラン
スウエイトが受ける抗力ＤＫ＝第２ ρ　；潤滑油の密度 ＶＢ：第１バランスウエイトの平均速度■に：第２ ＦＢ：第１バランスウエイトの表面積 ＦＫ：第２ ＣＤ：抗力係数 １１− また、■８、■えは次式で示される。

Ｖ、　＝　４．・ω　・・・・・・・・・・・・・・・
・・曲・・・・・・・・曲・曲間（３）４＝ｅ２・ω　
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）ここで、　
　１１１．１２：第１０図、第１３図に示した寸法で「
腕の長さ」と称 す。（なお図中の８ｇ１２ ４ｇは重心位置を示す） ω　：回転角変速 従って、物体の受ける抗力は、物の大きさ、腕の長さ、
及び抗力係数によシ影響を受ける。後者の抗力係数は主
に前記向い角度０の大きさに左右する。従来技術による
バランスウェイトの抗力係数はＣＤＩ＝＋１．０〜１．
５の範囲となる。以上説明した従来技術では、第１及び
第２バランスウエイトによる油のかく拌損失の増加によ
り、圧縮機の性能が低下する。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に鑑みてなしたもので、かく拌損失
の小さいバランスウェイトを提供することを目的とする
。

＝１２〒 〔発明の概要〕 上記目的を達成するため本発明は、第１バランスウエイ
トと第２バランスウエイトの材質を、旋回スクロールの
材質よシも比重量の大きい異種金属の材質とする。これ
によ９両バランスウェイトの大きさを小さくすると共に
、該回転体の腕の長さを小さくする。まだ、該バランス
ウェイトの形状を抗力係数ＣＤの小さい形状すなわち流
体の流れ方向に対して向い角度Ｏが少なくとも９０度よ
り小さい形状に形成する特徴を有する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を第１５図から第２２図にわたっ
て示す。第１５図から第１８図は、本発明の第１バラン
スウエイト６０の形状に関する一実施例である。第１９
図と第２０図は第２バランスウエイト６１の形状に関す
る一実施例である。

本発明は、第１及び第２バランスウエイトΩ材質を、前
記旋回スクロール２の材質よシも比重量の大きい異種金
属の材質でできている。たとえば、旋回スクロール２の
材質がアルミニウム合金（それの比重量ｒｓ　＝　２７
００　ＫＱ　／　Ｍ　）の場合は、第１、第２のバラン
スウェイトの材質は炭素鋼（例えば、機械構造用炭素鋼
１’−８２０Ｃｌ等でそれの比重量ｒＢ＝ｑ７８００Ｋ
Ｑ／　”？　）を使用する。また、旋回スクロール２の
材質が、ねずみ鋳鉄品（それの比重量ｒ８ｍ　７３００
Ｋｇ／ｍ）の場合は、該バランスウェイトの材質は、鉛
（ｒｎ　鵬１１３４０　”Ｊ／扉）を使用する。このよ
うに異種金属とすることによシ、従来技術に対して第１
及び第２バランスウエイトの大きさを小さくするととも
に、該回転体の腕の長さを小さくすることができる。第
１５図と第１６図及び第１９図に両バランスウェイトに
関して、従来技術と本発明の大きさの比較を破線と実線
で示す。すなわち、第１バランスウエイト６０は従来技
術に対して、重り部８ａ、６０ａの厚さがＨ，→Ｈ３と
薄くなり、腕の長さが１゜→１．　とそれぞれ小さくな
る。６０ｇは本発明の第１バランスウエイトの重心位置
を示す。他方第２バランスウエイト６１は、従来技術に
対して、厚さがＨ１→Ｈ４と薄くできている。次に、両
バランスウェイトの形状を前記抗力係数ＣＤの小さい形
状すなわち流体の流れ方向に対して向い角度０が９０度
よシ小さい、例えば４５度あるいは３０度付近に設定す
る。さらに、流体と接触する面、すなわち重９部６０ａ
の斜面６０ｅ、６０ｆ及びアーム部６０ｄの斜面６０ｈ
では大きな曲率Ｒを有し、第１バランスウエイト６０の
まわシの流体の流れをスムースにし、後流に渦の発生を
防止する。

第２バランスウエイト６１も同様に、該斜面６１ａに大
きな曲率Ｒを有し、該バランスウェイトのまわりの流れ
をスムースにしている。

上記構造にすることにより、両バランスウェイトの抗力
係数をＣＤ−＝、０．３〜０．５にすることができる。

なお、抗力係数ＣＤは物体の形状のほか、表面粗さにも
影響されるので、両バランスウェイトの表面粗さを極力
小さくすることが望ましい。

第２１図は、本発明のバランスウェイト６０．６１をス
クロール圧縮機に装着した場合の実施例である。また、
第２２図は、第２バランスウェイ１５− トを電動機９のロータエンド部の上部９ｂに配し、該バ
ランスウェイト６２のまわりの雰囲気をつねにガス（吐
出ガス）の状態にした場合の実施例である。第２２図の
実施例によれば、第２バランスウエイト６２による油の
かく拌損失を完全になくすことができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるバランスウェイトを
用いることにより、該バランスウェイトが受ける抗力を
小さくせしめ、従って潤滑油の攪拌によるエネルギ損失
（攪拌損失）を著しく減少するので、圧縮機の効率を高
めることができる。

また、第２バランスウエイトを電動機ロータエンドの上
部に配することにより、該バランスウェイトによる攪拌
損失を皆無にするとともに、性能のバラツキを低減する
効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第８図は従来の密閉形スクロール圧縮機の縦
断面図、第２図はスクロールのかみあい状態を示す横断
面図、第３図と第４図はオルダム１ロー リングとオルダムキーの位置関係を示す平面図と縦断面
図第５図と第６図は従来技術による旋回スクロールの鏡
板外周部局シの構造を示す平面図と縦断面図、第７図は
密閉容器を破断して示したフレームの平面図、第９図は
第１バランスウエイトの平面図、第１０図はそれの横断
面図で第１１図は第９図のＩ−１断面図を示す。第１２
図と第１３図は第２バランスウエイトと電動機ロータと
の位置関係を示す平面図と横断面図である。第１４図は
、第２バランスウエイトまわシの潤滑油の流れの模様を
示す。 第１５図と第１６図は本発明の一実施例を示す第１バラ
ンスウエイトの平面図と横断面図で、第１７図と第１８
図は第１５図のト」断面図と１−■断面図を示す。 第１９図と第２０図は他の実施例を示す第２バランスウ
エイトの縦断面図と横断面図を示す。第２１図と第２２
図は、本実施例の両バランスウェイトを装着した場合を
示すスクロール圧縮機の縦断面図である。 １・・・固定スクロール　　１ａ・・・固定スクロール
の鏡板部　　２・・・旋回スクロール　　２ａ・・・旋
回スクロールの鏡板部　　４・・・フレーム　　６・・
・主軸　　７・・・潤滑油　　８・・・第１バランスウ
エイト９・・・電動機　　９ａ、９ｂ・・・ロータエン
ド部１０．１１、＋２・・・軸受　　１８・・・背圧室
２３・・・密閉容器　　２４・・・第２バランスウエイ
ト３０・・・オルダムリング　　５０・・・潤滑油６０
・・・第１バランスウエイト　　６１．６２・・・第２
バランスウエイト 。 １９− 消（２） （錠凹みｒ５７） 竿１”ｆＡＢ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鏡板とこれに直立した渦巻状のラップからなる固定
   スクロールと旋回スクロールを備え、両スクロール部材
   を互いにラップを内側にしてかみ合せ、一方の旋回スク
   ロールが見かけ上自転しないように旋回運動させ、両ス
   クロール部材によシ形成される。密閉空間を、外側から
   中心へ移動せしめ、容積を減少させて流体を圧縮する装
   置で、旋回スクロールの旋回運動に伴う遠心力を相殺せ
   る第１バランスウエイトと第２バランスウエイトの平衡
   部品を備えたものにおいて、該第１及び第２バランスウ
   エイトの材質を、前記旋回スクロールの材質よりも比重
   量の大きい異極金属の材質とすることを特徴とするスク
   ロール流体機械。 ２、第１バランスウエイトが旋回スクロールの鏡板の背
   部の空間（以後「背圧室」と称す）に、他方第２バラン
   スウエイトは電動機のロータエンド部の下部に配置され
   、上記両バランスウェイトが潤滑油の中に浸漬され、こ
   のバランスウェイトは流体の流れ方向に対して向い角度
   が少なくとも９０度よシ小さい形状からなる特許請求範
   囲第一項記載のスクロール流体機械。 ３、第２バランスウエイトが電動機のロータエンド部の
   上部に配置され、このバランスウェイトのまわりの雰囲
   気はつねにガスの状態である特許請求範囲第１項または
   第２項記載のスクロール流体機械。