WO2016170615A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

密閉容器内での油濃度が低くなった条件下であっても、充分な量の油を揺動軸受へ供給することのできるスクロール圧縮機が望まれている。このスクロール圧縮機（１００）は、密閉容器（１）と、固定スクロール（９）と、揺動スクロール（１０）と、揺動軸受（１３）と、スライダー（１６）と、電動回転機械（７）の主軸（４）と、オイルポンプ（２２）と、偏心軸部（４ａ）と、スライダー（１６）の外周面（１６ｂ）の一部に形成された切り欠き部（１６ｍ）と、を備えて成り、切り欠き部（１６ｍ）は、一端側に形成された第１切り欠き部（１６ｅ）と、第１切り欠き部（１６ｅ）よりも軸心（Ｃ）方向に見た切り欠き断面積を大きくして他端側に形成された第２切り欠き部（１６ｄ）とから構成され、第１切り欠き部（１６ｅ）と第２切り欠き部（１６ｄ）との間に段部（１６ｆ）が設けられている。

Description

スクロール圧縮機

　この発明は、空調機や冷凍機等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、この種のスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内で固定された固定スクロールと、固定スクロールの中心に対して偏心した回転中心を有する揺動スクロールと、電動機を構成 するステータおよびロータと、電動機により回転駆動される主軸と、揺動スクロールを公転運動させるために揺動スクロールを支承するスライダーと、スライダー が主軸に対して偏心するように主軸の上部に設置されたスライダー装着軸である偏心軸部と、外部から密閉容器内に冷媒ガスを導入するための吸入管と、圧縮部で 圧縮された冷媒ガスを外部に吐出するための吐出管と、揺動スクロール、スラストプレート、オルダムリングおよび主軸を支承し固定スクロールに対してボルト等で固定されたフレームと、圧縮部の下部で主軸を回転自在に支えるサブフレームと、密閉容器内の底部に溜まった油を主軸内の給油通路を通してスライダーまで吸い上げる容積形のオイルポンプと、を有している。上記スライダーの外周部には、軸受負荷に対して反対方向で且つ軸方向に油を流すためのスリットが設けられている。これにより、オイルポンプによってスライダーまで吸い上げられた油がスライダー外周部のスリットを通って軸方向上から下に流れることで、スライダー外周部と揺動軸受との摺動部に油が供給されるようになっている。

特開２０１２－１８９００３号公報

前述したように、従来のスクロール圧縮機におけるスライダーの外周部には、軸受負荷に対して反対方向で且つ軸方向に断面形状が一様なスリットが設けられているが、油が多量の冷媒により希釈されて油濃度が低くなったような条件下では、軸受の摺動摩擦が上昇しやすいことから、潤滑性が悪化し電流値が上昇することがある。そのような場合、油の粘性が低いために、スリット内を流れる油の流速が速くなり、揺動軸受の摺動部へ油が供給されにくくなるという問題が生じる。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、密閉容器内での油濃度が低くなった条件下であっても、充分な量の油を揺動軸受へ供給することのできるスクロール圧縮機を得ることを目的としている。

この発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内に固定配備された固定スクロールと、固定スクロールに対し旋回揺動して固定スクロールとの間で圧縮室を形成する揺動スクロールと、揺動スクロールにおいて固定スクロールと対向する面とは反対側の面に立設された円筒状の揺動軸受と、揺動軸受の筒穴内に装入されて摺動自在に支持されるとともに長穴状の軸受穴を有する筒状のスライダーと、密閉容器内に配備された電動機のロータに固定されていて軸心方向に貫通した油穴を有する回転駆動軸と、回転駆動軸の一端面に連結されていて密閉容器内の潤滑油を油穴に汲み上げるオイルポンプと、回転駆動軸の他端面における回転駆動軸の軸心から偏心した位置に形成されていてスライダーの軸受穴に装入されて摺動自在に支持されるとともに回転駆動軸からの油穴を有する偏心軸部と、スライダーの外周面の一部を筒心方向に沿って切り欠いて形成された切り欠き部と、を備えて成り、切り欠き部は、一端側に形成された第１切り欠き部と、第１切り欠き部よりも軸心方向に見た切り欠き断面積を大きくして他端側に形成された第２切り欠き部とから構成され、第１切り欠き部と第２切り欠き部との間に、段部が設けられているものである。

この発明のスクロール圧縮機は、スライダーの切り欠き部が、一端側の第１切り欠き部と、第１切り欠き部より切り欠き断面積が大きな他端側の第２切り欠き部とから構成され、第１切り欠き部と第２切り欠き部との間に段部が設けられているので、油がスライダーの他端側の端面から切り欠き部を通って一端側へ流れる際の流路面積は、段部よりも他端側の第２切り欠き部では広く、段部よりも一端側の第１切り欠き部では狭い。従って、段部の他端側に在る第２切り欠き部内に存在する油の量は、第１切り欠き部内よりも多くなる。因みに、油濃度が低い条件下では油の粘性が低くなっているため、スライダーの切り欠き部を流れる油の流量は、切り欠き断面積（＝流路面積）が小さな第１切り欠き部によって決まる。従って、流路面積が大きい第２切り欠き部は、流路面積が小さい第１切り欠き部よりも油の流速を遅くすることができる。これにより、流速の遅い第２切り欠き部は、揺動軸受等から成る摺動部に油を引き込みやすくすることができる。また、第２切り欠き部内に存在する油の量が多くなるため、摺動部への給油量を増加し得るという効果も有する。

この発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。 この発明の実施の形態１におけるスライダーと揺動軸受を示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。 この発明の実施の形態１における偏心軸部およびスライダーを示す縦断面図である。 この発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機のスライダーの外観図である。 この発明の実施の形態３におけるスクロール圧縮機のスライダーの外観図である。 この発明の実施の形態４におけるスクロール圧縮機のスライダーの外観図である。 この発明の実施の形態５におけるスクロール圧縮機のスライダーを示す図であって、（ａ）は外観図、（ｂ）は側断面図である。

実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の縦断面図を示している。
図において、スクロール圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。このスクロール圧縮機１００は、固定スクロール９および揺動スクロール１０等からなる圧縮部と、電動回転機械７等からなる駆動部と、を備えている。これらの圧縮部および駆動部は密閉容器１内に収納されている。この密閉容器１は、中間部容器１ａの上部および下部に、上部容器１ｃおよび下部容器１ｂが密封状に連結された容器である。下部容器１ｂ内は、潤滑油を貯留する油溜め２３となっている。中間部容器１ａには、冷媒ガスを吸入するための吸入管２４が接続されている。上部容器１ｃには、冷媒ガスを吐出するための吐出管２５が接続されている。

　圧縮部は、密閉容器１内に固定配備された固定スクロール９、固定スクロール９に対し旋回揺動して固定スクロール９との間で圧縮室２６を形成する揺動スクロール１０、およびこれらを支持するフレーム１１等で構成されている。揺動スクロール１０は下側に、固定スクロール９は上側に配置されるようになっている。また、揺動スクロール１０とフレーム１１との間には、揺動スクロール１０を支承するスラストプレート１４が配備されている。すなわち、揺動スクロール１０とスラストプレート１４が潤滑油を介して密着することにより、スラスト軸受を構成している。

　固定スクロール９には、一方の面に立設された渦巻状突起であるラップ部９ａが形成されている。また、揺動スクロール１０にも、一方の面に立設されていてラップ部９ａと実質的に同一形状の渦巻状突起であるラップ部１０ａが形成されている。揺動スクロール１０および固定スクロール９は、ラップ部１０ａとラップ部９ａとが互いに組み合わされた状態で密閉容器１内に配備されている。揺動スクロール１０および固定スクロール９が組み合わされた状態では、ラップ部９ａとラップ部１０ａの巻方向が互いに逆となる。そして、ラップ部１０ａとラップ部９ａとの間に、相対的に容積が変化する圧縮室２６が形成される。固定スクロール９および揺動スクロール１０には、ラップ部９ａおよびラップ部１０ａの先端面からの冷媒漏れを低減するため、ラップ部９ａおよびラップ部１０ａの先端面にシール２７，２８が配設されている。

　固定スクロール９は、フレーム１１に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール９の中央部には、圧縮されて高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート９ｂが形成されている。そして、圧縮されて高圧となった冷媒ガスは、固定スクロール９の上部に設けられている吐出空間３３に排出されるようになっている。揺動スクロール１０は、自転運動を阻止するためのオルダムリング１５により、固定スクロール９に対して自転運動することなく公転旋回運動（揺動運動）を行うようになっている。また、揺動スクロール１０のラップ部１０ａ形成面とは反対側の下面（＝スラスト面）１０ｂの略中心部には、中空円筒形状の揺動軸受１３が形成されている。この揺動軸受１３には、その筒穴１３ａ内に装入されて摺動自在に支持されるとともに長穴状の軸受穴１６ｊを有する筒状のスライダー１６が回転自在に配備されている。このスライダー１６の軸受穴１６ｊ（図３）には、主軸４の他端面４ｅに形成された偏芯軸部４ａが挿入されている。偏心軸部４ａは、主軸４の他端面４ｅにおける主軸４の軸心Ｃから偏心した位置に形成されていて、スライダー１６の軸受穴１６ｊに装入されて摺動自在に支持されるとともに主軸４からつながっている油４ｃ穴を有している。揺動軸受１３の内周部とスライダー１６の外周面１６ｂとが潤滑油を介して密着することにより、揺動軸受部を構成している。

図２はスライダー１６と揺動軸受１３の平面図と側断面図を示している。図３は偏心軸部４ａおよびスライダー１６の縦断面図を示している。スライダー１６の軸受穴１６ｊの内周面と偏心軸部４ａとの間には、スライダープレート１６ａが配備される。そして、偏心軸部４ａの外周面において、スライダープレート１６ａと対向する負荷面には、径方向外向きに膨出してスライダープレート１６ａと接するクラウニング部４ｄが形成されている。このクラウニング部４ｄは、縦断面において円弧状である。

スライダー１６の外周面１６ｂの一部には、軸受負荷に対して反対方向で且つ軸方向に油を流すための切り欠き部１６ｍが形成されている。これにより、容積形のオイルポンプ２２によってスライダー１６まで吸い上げられた油が切り欠き部１６ｍを通って軸方向の上から下に流れることで、スライダー１６の外周面１６ｂと揺動軸受１３等から成る摺動部に油が供給されるようになっている。
特に、スライダー１６の段部１６ｆは、スライダープレート１６ａとクラウニング部４ｄとの接触面３４よりもスライダー１６の他端側の端面１６ｃから遠い位置に形成されている。すなわち、この実施形態では、スライダー１６の段部１６ｆはスライダープレート１６ａとクラウニング部４ｄとの接触面３４よりも低い位置に配置されている。尚、図３中の符号で、１６ｇは第１切り欠き部１６ｅの壁面、１６ｈは第２切り欠き部１６ｄの壁面である。

　既述した駆動部は、回転駆動軸である主軸４、主軸４に固定されたロータ３およびステータ２等で構成されている。ロータ３は、ステータ２への通電が開始することにより回転駆動し、主軸４を回転させるようになっている。すなわち、ステータ２およびロータ３で電動回転機械（＝電動機）７を構成している。

　主軸４は、密閉容器１内に配備された電動回転機械７のロータ３に固定されていて軸心Ｃ方向に貫通した油穴４ｃを有しており、ロータ３の回転に伴なって回転し揺動スクロール１０を旋回させるようになっている。この主軸４の上部（偏芯軸部４ａの近傍）は、フレーム１１に設けられた主軸受１２によって支持されている。この主軸受１２と主軸４との間には、主軸４を円滑に回転運動させるためのスリーブ１７が設けられている。一方、主軸４の下部は、ボールベアリング２１によって回転自在に支持されている。このボールベアリング２１は、密閉容器１の下部に設けられたサブフレーム２０の中央部に形成された軸受収納部２０ａに圧入固定されている。また、サブフレーム２０には、容積型のオイルポンプ２２が設けられている。このオイルポンプ２２に回転力を伝達するポンプ軸４ｂは、主軸４の一端面に一体に形成されている。油溜め２３内からオイルポンプ２２で吸引された潤滑油は、主軸４の内部に形成されている油穴４ｃ等を通って各摺動部に送られるようになっている。尚、図１中の符号で、１１ａは排油パイプ、１８は第１バランサ、１９は第２バランサ、８は第２バランサカバーである。

　続いて、冷媒圧縮機１００の動作について説明する。
上記のように構成されたスクロール圧縮機１００においては、電動回転機械７に電圧が印加されると、ステータ２の電線部に電流が流れ磁界が発生する。この磁界はロータ３を回転させるように働き、ロータ３と共に主軸４が回転駆動される。主軸４が回転すると、偏芯軸部４ａを介してスライダー１６も揺動軸受１３内で回転する。そして、オルダムリング１５により自転を抑制された揺動スクロール１０は揺動運動を行う。これにより、冷媒ガスの一部はフレーム１１の吸入ポート（図示せず）を介して圧縮室２６内へ流れ、吸入過程が開始される。また、冷媒ガスの残りの一部は、ステータ２の鋼板の切り欠きを通って、電動回転機械７と潤滑油を冷却する。

　圧縮室２６は、揺動スクロール１０の揺動運動により揺動スクロール１０の中心へ移動し、さらに体積を縮小される。この工程により、圧縮室２６に吸入された冷媒ガスは圧縮される。このとき、圧縮される冷媒ガスにより固定スクロール９と揺動スクロール１０には軸方向に離れようとする荷重が働くが、この荷重はスラストプレート１４（スラスト軸受）で支持される。圧縮された冷媒は、固定スクロール９の吐出ポート９ｂを通り、吐出ポート９ｂを閉止していた吐出弁２９を押し開けて吐出空間３３に流入する。そして、吐出管２５を介して密閉容器１から吐出される。

以上に説明したスクロール圧縮機１００において、図２と図３にも示すように、スライダー１６の外周面１６ｂに、その外周面１６ｂの一部を筒心Ｃ方向に沿って切り欠いた切り欠き部１６ｍが形成されている。この切り欠き部１６ｍは、一端側に形成された第１切り欠き部１６ｅと、第１切り欠き部１６ｅよりも軸心Ｃ方向に見た切り欠き断面積を大きくして他端側に形成された第２切り欠き部１６ｄと、第１切り欠き部１６ｅと第２切り欠き部１６ｄの間に形成された段部１６ｆと、から構成されている。
すなわち、段部１６ｆよりも上に位置する第２切り欠き部１６ｄでは切り欠き断面積が広く、段部よりも下に位置する第１切り欠き部１６ｅでは切り欠き断面積が狭くなっている。それにより、偏心軸部４ａの油穴４ｃから流れ出てスライダー１６の端面１６ｃに溢れ出た油が切り欠き部１６ｍを通って下へ流れる際の流路面積は、第２切り欠き部１６ｄのほうが広く、段部１６ｆよりも下の第１切り欠き部１６ｅは狭くなっている。

上記した構成のスクロール圧縮機１００において、油濃度が低い条件下では油の粘性が低いため、スライダー１６の切り欠き部１６ｍを流れる油の流量は、切り欠き断面積が小さな第１切り欠き部１６ｅの流路面積によって決まる。よって、段部１６ｆよりも上に位置して流路面積が大きい第２切り欠き部１６ｄでは、段部１６ｆから下に位置して流路面積の狭い第１切り欠き部１６ｅよりも油の流下速度が小さくなる。第１切り欠き部１６ｅに対し第２切り欠き部１６ｄでは油流速が遅いため、流速の遅い第２切り欠き部１６ｄにより揺動軸受１３等の摺動部に多量の油を引き込むことができる。また、第２切り欠き部１６ｄは流路が広いため、第２切り欠き部１６ｄ内に存在する油の量自体が増加することとなり、摺動部への給油量を増加させることができる。

偏心軸部４ａのクラウニング部４ｄとスライダープレート１６ａとは、面接触する接触面３４(図３参照)が存在し、この接触面３４の範囲内で軸受負荷が最も大きくなる。それに対し、スライダー１６の切り欠き部１６ｍの段部１６ｆの高さ方向の位置は、偏心軸部４ａのクラウニング部４ｄがスライダープレート１６ａと面接触する範囲より下にあるので、段部１６ｆよりも上に位置する接触面３４にいっそう多くの油を供給することができる。

ところで、上記の実施形態１では、スライダー１６における第１切り欠き部１６ｅの壁面１６ｈと、第２切り欠き部１６ｄの壁面１６ｇに関して、主軸４の軸心Ｃ方向に見た形状を限定していない。但し、例えば、図４に示すスライダー１６Ａのように、第１切り欠き部１６ｅの壁面１６ｈＡと、第２切り欠き部１６ｄの壁面１６ｇＡを、主軸４の軸心Ｃ方向に見て、外周面１６ｂに対し直線状の弦となる形状にしたものでも構わない。壁面１６ｈＡと壁面１６ｇＡとの間は段部１６ｆＡとなっている。

あるいは、図５に示すスライダー１６Ｂのように、第２切り欠き部１６ｄの壁面１６ｇＢを、主軸４の軸心Ｃ方向に見て、外周面１６ｂに対しＶ字状に形成したものでもよい。壁面１６ｇＢと直線状の壁面１６ｈＢとの間は、三角形状の段部１６ｆＢとなっている。

　更には、図６に示すスライダー１６Ｃのように、第２切り欠き部１６ｄの壁面１６ｇＣを、主軸４の軸心Ｃ方向に見て、外周面１６ｂに対し円弧状に形成したものでもよい。壁面１６ｇＣと直線状の壁面１６ｈＣとの間は、半円形状の段部１６ｆＣとなっている。

以上の図４～６で示した種々の形態のスライダー１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃに関していえば、要は、切り欠き部１６ｍの途中に段部１６ｆＡ，１６ｆＢ，１６ｆＣを設けることにより、これらの段部１６ｆＡ，１６ｆＢ，１６ｆＣの上下において流路面積を変え、流路面積の大きな上側の第２切り欠き部１６ｄで流速を遅くするとともに油を多く存在させて摺動部への給油量を増加させるようにしているのである。

一方、図７に示すスライダー１６Ｄのように、周堤部１６ｋを備えたスクロール圧縮機も本発明に含まれる。このスクロール圧縮機では、スライダー１６Ｄの他端側の端面１６ｃにおける第２切り欠き部１６ｄを除く外周縁に、端面１６ｃから上向きに突出した周堤部１６ｋが形成されている。また、第１切り欠き部４ｅの切り欠き断面積と第２切り欠き部４ｄの切り欠き断面積が、スライダー１６の他端側にある端面１６ｃから一端側にある底面に向かって小さくなるように、第１切り欠き部４ｅの壁面１６ｈＤと第２切り欠き部４ｄの壁面１６ｇＤはそれぞれ傾斜して形成されている。

このスライダー１６Ｄを用いたスクロール圧縮機によれば、スライダー１６Ｄの端面１６ｃに周堤部１６ｋが設けられているので、偏心軸部４ａの油穴４ｃからスライダー１６Ｄの端面１６ｃに流れ出た油は、周堤部１６ｋ内に滞留したのち、第２切り欠き部１６ｄに集中して流れ落ちる。従って、第２切り欠き部１６ｄ内を常に多量の油で満たすことができ、摺動部への給油量を更に増やすことができる。また、第１切り欠き部１６ｅの壁面１６ｈＤと第２切り欠き部１６ｄの壁面１６ｇＤが傾斜しているので、個々の第１切り欠き部１６ｅ内や第２切り欠き部１６ｄ内においても、他端側の端面１６ｃに近づくほど流路面積が大きくなり油流速が緩やかになるので、摺動部への油供給量を漸次的に増やすことができる。

１　密閉容器、１ａ　中間部容器、１ｂ　下部容器、１ｃ　上部容器、２　ステータ、３　ロータ、４　主軸（回転駆動軸）、４ａ　偏心軸部、４ｂ　ポンプ軸、４ｃ　油穴、４ｄ　クラウニング部、４ｅ　他端面、７　電動回転機械（電動機）、８　第２バランサカバー、９　固定スクロール、９ａ　ラップ部、９ｂ　吐出ポート、１０　揺動スクロール、１０ａ　ラップ部、１０ｂ　下面、１１　フレーム、１１ａ　排油パイプ、１２　主軸受、１３　揺動軸受、１３ａ　筒穴、１４　スラストプレート、１５　オルダムリング、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ，１６Ｄ　スライダー、１６ａ　スライダープレート、１６ｂ　外周面、１６ｃ　端面、１６ｄ　第２切り欠き部、１６ｅ　第２切り欠き部、１６ｆ，１６ｆＡ，１６ｆＢ，１６ｆＣ，１６ｆＤ　段部、１６ｇ，１６ｇＡ，１６ｇＢ，１６ｇＣ，１６ｇＤ　壁面、１６ｈ，１６ｈＡ，１６ｈＢ，１６ｈＣ，１６ｈＤ　壁面、１６ｊ　軸受穴、１６ｋ　周堤部、１６ｍ　切り欠き部、１７　スリーブ、１８　第１バランサ、１９　第２バランサ、２０　サブフレーム、２０ａ　軸受収納部、２１　ボールベアリング、２２　オイルポンプ、２３　油溜め、２４　吸入管、２５　吐出管、２６　圧縮室、２７　シール、２８　シール、２９　吐出弁、３３　吐出空間、３４　接触面、１００　スクロール圧縮機、Ｃ　軸心。

Claims (5)

1. 密閉容器と、前記密閉容器内に固定配備された固定スクロールと、前記固定スクロールに対し旋回揺動して前記固定スクロールとの間で圧縮室を形成する揺動スクロールと、前記揺動スクロールにおいて前記固定スクロールと対向する面とは反対側の面に立設された円筒状の揺動軸受と、前記揺動軸受の筒穴内に装入されて摺動自在に支持されるとともに長穴状の軸受穴を有する筒状のスライダーと、前記密閉容器内に配備された電動機のロータに固定されていて軸心方向に貫通した油穴を有する回転駆動軸と、前記回転駆動軸の一端面に連結されていて前記密閉容器内の潤滑油を前記油穴に汲み上げるオイルポンプと、前記回転駆動軸の他端面における前記回転駆動軸の軸心から偏心した位置に形成されていて前記スライダーの軸受穴に装入されて摺動自在に支持されるとともに前記回転駆動軸からの油穴を有する偏心軸部と、前記スライダーの外周面の一部を筒心方向に沿って切り欠いて形成された切り欠き部と、を備えて成り、
   前記切り欠き部は、一端側に形成された第１切り欠き部と、前記第１切り欠き部よりも軸心方向に見た切り欠き断面積を大きくして他端側に形成された第２切り欠き部とから構成され、前記第１切り欠き部と前記第２切り欠き部との間に、段部が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 第１切り欠き部の切り欠き断面積または第２切り欠き部の切り欠き断面積が、スライダーの他端側から一端側に向かって小さくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. スライダーの軸受穴の内周面と偏心軸部の外周面との間に配備されるスライダープレートと、前記スライダープレートと対向する前記偏心軸部の外周面から径方向外向きに膨出して前記スライダープレートと接するクラウニング部と、を備えて成り、
   前記スライダーの段部が、前記スライダープレートと前記クラウニング部との接触面よりも前記スライダーの他端側の端面から遠い位置に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. スライダーの切り欠き部の壁面が、回転駆動軸の軸心方向に見て、直線状、Ｖ字状または円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
5. スライダーの他端側の端面における第２切り欠き部を除く外周縁に、周堤部が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。

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