JP6766461B2 - 軸受への給油を制限できる圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、軸受への給油を制限できる圧縮機に関する。

空気調和機の圧縮機は、回転するクランク軸を軸支するために軸受を有する。クランク軸と軸受には、焼き付きを防止するために潤滑油、すなわち摺動箇所を潤滑するための油が供給される。油は、圧縮機の下部にある油貯留部から汲み上げられ、まず、上方に設置されたすべり軸受に供給される。すべり軸受を潤滑して流出した油は、次に転がり軸受を潤滑する。最後に、転がり軸受から流出した油は下方に落下する。このとき、油の一部はモータの回転子によって撒き散らされて飛沫となり、ケーシング内を旋回するガス冷媒と混合する。これは、圧縮機から吐出される高圧冷媒と共に油が圧縮機外へ排出される「油上がり」という好ましくない現象の原因となる。そこで、特許文献１（特開２０１３−００２３５０号公報）に開示される圧縮機では、転がり軸受から流出した油を直接的に油貯留部へ降ろすための配管を設けている。

使用済みの油を単に降ろす目的だけのために大掛かりな専用配管を設置するという油上がり防止策は、費用上昇に対する性能への寄与が少ない。

本発明の課題は、軸受の潤滑を終えた油を他の用途に有効利用することにより、費用性能比をさほど低下させることなく油上がりの発生を抑制することである。

本発明の第１観点に係る圧縮機は、ケーシングと、圧縮要素と、クランク軸と、第１軸受と、第２軸受と、油貯留部と、第１給油経路と、第２給油経路と、第３給油経路と、を備える。ケーシングは、低圧流体が収容される低圧空間と、高圧流体が収容される高圧空間とを内部に有する。圧縮要素は、圧縮室を有し、圧縮室内の低圧流体を圧縮することで生じた高圧流体を高圧空間へ吐出する。クランク軸は、高圧空間に設けられ、主軸部および主軸部から偏心した偏心部を有する。第１軸受は、高圧空間に設けられ、主軸部を支持する。第２軸受は、高圧空間に設けられ、偏心部を支持する。油貯留部は、高圧空間に設けられ、油を貯留する。第１給油経路は、油貯留部に貯留されている油を第２軸受へ供給する。第２給油経路は、第２軸受に供給された油の一部を第１軸受に到達させる。第３給油経路は、高圧空間と圧縮室の圧力差を利用して、第１軸受に到達した油の少なくとも一部を圧縮室または圧縮室の近傍へ導く。

この構成によれば、第３給油経路が、第１軸受に到達した油の少なくとも一部を圧縮室または圧縮室の近傍へ導く。したがって、第１軸受の潤滑を終えた油は圧縮要素の潤滑に利用されるので、費用性能比をさほど低下させることなく油上がりの発生を抑制できる。

本発明の第２観点に係る圧縮機は、第１観点に係る圧縮機において、第１軸受の下に設けられた油保持部、をさらに備える。

この構成によれば、第１軸受の下に油保持部が設けられる。したがって、第１軸受の潤滑を終えた油を保持することができる。

本発明の第３観点に係る圧縮機は、第２観点に係る圧縮機において、油保持部が油回収リングを含む。

この構成によれば、油保持部はリング部材を含む。したがって、リング部材の内径を適切に設計することによりにより、油保持部から落下する油の量を制限することができる。

本発明の第４観点に係る圧縮機は、第２観点または第３観点に係る圧縮機において、第３給油経路が、油の少なくとも一部を油保持部から圧縮室または圧縮室の近傍へ導く。

この構成によれば、第３給油経路は、溜まり構造に貯留された油を圧縮要素へ導く。したがって、油保持部に貯留された油を圧縮要素の潤滑に利用できる。

本発明の第５観点に係る圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係る圧縮機において、給油量制限部材と、排油経路と、をさらに備える。給油量制限部材は、第２軸受から第１軸受へ到達する油の量を制限するために第２給油経路に設けられている。排油経路は、第２軸受に供給された油の一部をケーシングの内面へ向かわせる。

この構成によれば、第２軸受から流出する油は、第１軸受へ至る第２給油経路と、ケーシングの内面へ至る排油経路の２つの経路へ分岐する。加えて、第２給油経路の流量は給油量制限部材によって制限される。したがって、第１軸受けから流出する油の量を少なくできる。

本発明の第６観点に係る圧縮機は、第５観点に係る圧縮機において、第３給油経路には、油に抵抗を与える絞部材が設けられている。

この構成によれば、第３給油経路では絞部材が油に抵抗を与える。したがって、絞部材を適切に設計することにより、圧縮要素に供給される油の量を最適化できる。

本発明の第７観点に係る圧縮機は、第１観点から第６観点のいずれか１つに係る圧縮機において、圧縮要素が、固定スクロールと、可動スクロールと、を有する。固定スクロールは、ケーシングに固定されている。可動スクロールは、固定スクロールに対して移動できる。圧縮室は固定スクロールおよび可動スクロールによって規定される。可動スクロールは、スラスト面において、固定スクロールに対して押し付けられるように配置されている。第３給油経路は、スラスト面に油を供給する。

この構成によれば、スラスト面に油が供給される。したがって、固定スクロールと可動スクロールの間の摺動が円滑化されるとともに、それらの密閉性が確保される。

本発明に係る圧縮機によれば、油上がりの発生を抑制できる。

本発明の一実施形態に係る圧縮機１０の断面図である。 圧縮機１０の拡大断面図である。

以下、本発明に係る空気調和装置の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本発明にかかる空気調和装置の具体的な構成は、下記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る圧縮機１０を示す。圧縮機１０は、空気調和機の冷媒回路に搭載されるものであり、流体である低圧冷媒を吸入して圧縮し、高圧冷媒を吐出する。圧縮機１０は、ケーシング１１、モータ２０、クランク軸３０、圧縮要素５０、第１軸受４１、第２軸受４２、第３軸受４３、上側支持部材７０、下側支持部材７９を有する。

（２）詳細構成
（２−１）ケーシング１１
ケーシング１１は、圧縮機１０の構成部品および冷媒を収容するものであり、冷媒の高圧に耐えうる強度を有する。ケーシング１１には、低圧冷媒を吸入する吸入管１５、および高圧冷媒を吐出する吐出管１６が取り付けられている。ケーシング１１の底部には潤滑油、すなわち摺動箇所の潤滑に用いられる油を貯留するための油貯留部１８が設けられている。ケーシング１１の内部空間は、低圧冷媒が充満する低圧空間６１と、高圧冷媒が充満する高圧空間６２とを含む。低圧空間６１と高圧空間６２は隔離部材６３によって隔てられている。

（２−２）モータ２０
モータ２０は、電力の供給を受けて、圧縮要素５０のための動力を発生させるものである。モータ２０は、ステータ２１とロータ２２を有する。ステータ２１は、ケーシング１１に直接的または間接的に固定されている。ロータ２２は、ステータ２１と磁気的な相互作用を行うことによって、回転することができる。

（２−３）クランク軸３０
クランク軸３０は、モータ２０が発生させた動力を伝達して圧縮要素５０を駆動するものである。クランク軸３０はロータ２２に固定されており、ロータ２２と共に回転する。クランク軸３０は、主軸部３１と偏心部３２を有する。主軸部３１は、クランク軸３０の回転軸線を中心とする円柱の形状を有する。偏心部３２は、クランク軸３０の回転軸線に対して偏心している。

クランク軸３０には油リフト機構３４が設けられている。油リフト機構３４は、油を圧縮機１０の各部へ供給するものである。油リフト機構３４は、油汲み上げ機構３５および第１給油経路３６を含む。

油汲み上げ機構３５は、クランク軸３０の下部に設けられている。油汲み上げ機構３５は、油貯留部１８から油を汲み上げるための機構である。油汲み上げ機構３５は、汲み上げ動作のためにクランク軸３０の回転を利用する。

第１給油経路３６は、クランク軸３０の内部に形成された油の通路である。油汲み上げ機構３５によって汲み上げられた油は、第１給油経路３６を通って上昇する。

（２−４）圧縮要素５０
圧縮要素５０は、流体の冷媒を圧縮する機構である。圧縮要素５０は、固定スクロール５１および可動スクロール５２を有する。固定スクロール５１はケーシング１１に固定されている。可動スクロール５２は固定スクロールに対して公転可能である。

固定スクロール５１と可動スクロール５２によって圧縮室５３が規定されている。可動スクロール５２が公転運動をすることによって、圧縮室５３の容積が変動し、冷媒が圧縮される。圧縮工程を経た高圧冷媒は、圧縮要素５０から高圧空間６２へ吐出される。

（２−５）第１軸受４１、上側支持部材７０
第１軸受４１は、主軸部３１を軸支する転がり軸受である。第１軸受４１は、上側支持部材７０に支持されている。上側支持部材７０は金属製であり、ケーシング１１に直接的または間接的に固定されている。上側支持部材７０は、固定スクロール５１を直接的または間接的に支持する。

（２−６）第２軸受４２
第２軸受４２は、偏心部３２を軸支するすべり軸受である。第２軸受４２は、可動スクロール５２に設置されている。偏心部３２が第２軸受４２と摺動しながら偏心回転することによって、可動スクロール５２は公転運動をすることができる。

（２−７）第３軸受４３、下側支持部材７９
第３軸受４３は、第１軸受４１と同様に主軸部３１を軸支する転がり軸受である。第３軸受４３は、下側支持部材７９に支持されている。下側支持部材７９は金属製であり、ケーシング１１に直接的または間接的に固定されている。

（３）給油経路群
図２は、圧縮機１０の拡大断面図であり、給油経路群を示す。給油経路群は、圧縮機１０の各所に存在する機械的摺動箇所を潤滑するものである。給油経路群は、第１給油経路３６、給油量制限部材４６、排油経路９３、第２給油経路４５、第３給油経路９０を含む。

（３−１）第１給油経路３６
第１給油経路３６は、油を油貯留部１８から汲み上げて第２軸受４２へ供給する。

（３−２）給油量制限部材４６
給油量制限部材４６は、第２軸受４２を潤滑し終えた油を受け取り、予め決められた分配比率で油を排油経路９３と第２給油経路４５とに分配する。排油経路９３と第２給油経路４５の分配比率は、例えば９対１である。

給油量制限部材４６は、第２給油経路４５へ向かう油の量を制限するリング状の部材である。リング部材の外径は、実質的に上側支持部材７０と接触している。リング部材の内径は、クランク軸３０との間に油の通過を許す隙間を生じるように設定されている。内径および隙間を適切に設計することによりにより、油保持部から第１軸受４１へ向かう油の量を、油上がりの抑制に効果的である程度に制限することができる。

（３−３）排油経路９３
排油経路９３は給油量制限部材４６から不要な油を排出する。具体的には、排油経路９３は油を給油量制限部材４６からケーシング１１の内面へ送る。その後、油はケーシング１１の内面を伝って油貯留部１８へ降下する。

（３−４）第２給油経路４５
第２給油経路４５は、油を給油量制限部材４６から第１軸受４１まで案内する。

（３−５）第３給油経路９０
第３給油経路９０は、第１軸受４１を潤滑し終えた油を受け取り、圧縮要素５０まで移動させる。第３給油経路９０は、油保持部９１と、それに続く油供給機構８０とを含む。

（３−５−１）油保持部９１
油保持部９１は一定量の油を保持する。油保持部９１は、油保持部９１から落下する油の量を制限する部材である。油保持部９１の油の保持能力は、油上がりの抑制に効果的である程度に十分に大きい。

（３−５−２）油供給機構８０
油供給機構８０は、給油路８１と、絞部材８２とを有する。

給油路８１は、油保持部９１に保持されている油を圧縮要素５０まで移動させるための通路である。給油路８１は、上側支持部材７０に設けられた支持部材通路７５と、固定スクロール５１に設けられた固定スクロール通路５５とを含む。支持部材通路７５と固定スクロール通路５５は連通している。

固定スクロール通路５５には、絞部材８２が設けられている。絞部材８２は、給油路８１を流れる油に作用する抵抗の大きさを決定する部材である。絞部材８２は、例えばスパイラルシャフト、すなわち、概ね細長い円柱の形状を有するとともに表面に螺旋溝が形成されている部材である。螺旋溝の流路断面積が小さいので、螺旋溝を通過する油は抵抗を受ける。絞部材８２の長さ、螺旋溝の太さなどを適切に設計することにより、所望の抵抗を実現できる。

（４）給油動作
各部位への油の供給は下記の動作により行われる。

（４−１）油貯留部１８からの油のリフト
油は、図１に示す油汲み上げ機構３５によって油貯留部１８から汲み上げられ、第１給油経路３６の中を上昇する。油は、図２に示すようにクランク軸３０の上端に達し、偏心部３２の外周へ向かう。

（４−２）第２軸受４２の潤滑
油は第２軸受４２を潤滑しながら降下する。

（４−３）分岐
油は、給油量制限部材４６に一時的に貯留される。その後、油は、第２給油経路４５と排油経路９３の２つの経路に分岐する。排油経路９３に入る油はケーシング１１の内面へ行き、その後、ケーシング１１の内面を伝って油貯留部１８へ降下する。

（４−５）第１軸受４１の潤滑
給油量制限部材４６から第２給油経路４５に入る油は、第１軸受４１へ向かう。その後、油は第１軸受４１を潤滑しながら下降する。

（４−６）保持
第１軸受４１から下降する油は、油保持部９１に一時的に保持され、それから第３給油経路９０の一端である支持部材通路７５へ入る。油保持部９１の油の上限保持量は、油上がりの抑制に効果的となる大きさである。しかしながら、油保持部９１の上限保持量を超過する量の油の流入があった場合には、油は下方へ落下する。

（４−７）圧縮要素５０の潤滑
上側支持部材７０は高圧空間６２に配置されている。圧縮室５３の中の冷媒の圧力は、高圧空間６２の中の冷媒の圧力よりも概して低い。したがって、支持部材通路７５の中に油が存在する場合、高圧空間６２と圧縮室５３の圧力差により、その油は第３給油経路９０を通過して、圧縮室５３およびその近傍にあるスラスト面５４へと到達し、そこで圧縮要素５０を潤滑する。

（５）特徴
（５−１）
第３給油経路９０が、第１軸受４１に到達した油の少なくとも一部を圧縮室５３またはその近傍のスラスト面５４へ導く。したがって、第１軸受４１の潤滑を終えた油は圧縮要素５０の潤滑に利用されるので、費用性能比をさほど低下させることなく油上がりの発生を抑制できる。

（５−２）
第１軸受４１の下に油保持部９１が設けられる。したがって、第１軸受４１の潤滑を終えた油を保持することができる。

（５−３）
油保持部９１はリング部材を含む。したがって、リング部材の内径を適切に設計することによりにより、油保持部９１から落下する油の量を制限することができる。

（５−４）
第３給油経路９０が、油の少なくとも一部を油保持部９１から圧縮室５３またはその近傍のスラスト面５４へ導く。したがって、油保持部９１に貯留された油を圧縮要素５０の潤滑に利用できる。

（５−５）
第２軸受４２から流出する油は、第１軸受４１へ至る第２給油経路４５と、ケーシング１１の内面へ至る排油経路９３の２つの経路へ分岐する。加えて、第２給油経路４５の流量は給油量制限部材４６によって制限される。したがって、第１軸受４１から流出する油の量を少なくできる。

（５−６）
第３給油経路９０では絞部材８２が油に抵抗を与える。したがって、絞部材８２を適切に設計することにより、圧縮要素５０に供給される油の量を最適化できる。

（５−７）
スラスト面５４に油が供給される。したがって、固定スクロール５１と可動スクロール５２の間の摺動が円滑化されるとともに、それらの密閉性が確保される。

１０ 圧縮機
１１ ケーシング
１５ 吸入管
１６ 吐出管
１８ 油貯留部
２０ モータ
２１ ステータ
２２ ロータ
３０ クランク軸
３１ 主軸部
３２ 偏心部
３４ 油リフト機構
３５ 油汲み上げ機構
３６ 第１給油経路
４１ 第１軸受（転がり軸受）
４２ 第２軸受（すべり軸受）
４３ 第３軸受（転がり軸受）
４５ 第２給油経路
４６ 給油量制限部材
５０ 圧縮要素
５１ 固定スクロール
５２ 可動スクロール
５３ 圧縮室
５４ スラスト面
５５ 固定スクロール通路
６１ 低圧空間
６２ 高圧空間
６３ 隔離部材
７０ 上側支持部材
７５ 支持部材通路
７９ 下側支持部材
８０ 給油機構
８１ 第３給油経路
８２ 絞部材
９１ 油保持部
９３ 排油経路

特開２０１３−００２３５０号公報

Claims (6)

1. 低圧流体が収容される低圧空間（６１）と、高圧流体が収容される高圧空間（６２）とを内部に有するケーシング（１１）と、
   圧縮室（５３）を有し、前記圧縮室内の前記低圧流体を圧縮することで生じた前記高圧流体を前記高圧空間へ吐出する圧縮要素（５０）と、
   前記高圧空間に設けられ、主軸部（３１）および前記主軸部から偏心した偏心部（３２）を有するクランク軸（３０）と、
   前記高圧空間に設けられ、前記主軸部を支持する第１軸受（４１）と、
   前記高圧空間に設けられ、前記偏心部を支持する第２軸受（４２）と、
   前記第１軸受を支持し、かつ前記ケーシングに固定される支持部材（７０）と、
   前記第１軸受の下に設けられ、かつ前記支持部材とは分離した油保持部（９１）と、
   前記高圧空間に設けられ、油を貯留する油貯留部（１８）と、
   前記油貯留部に貯留されている前記油を前記第２軸受へ供給する第１給油経路（３６）と、
   前記第２軸受に供給された前記油の一部を前記第１軸受に到達させる第２給油経路（４５）と、
   前記高圧空間と前記圧縮室の圧力差を利用して、前記第１軸受に到達した前記油の少なくとも一部を前記圧縮室または前記圧縮室の近傍（５４）へ導く第３給油経路（８１）と、
   を備える、圧縮機（１０）。
2. 前記油保持部はリング部材を含む、
   請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記第３給油経路は、前記油の前記少なくとも一部を前記油保持部から前記圧縮室または前記圧縮室の前記近傍へ導く、
   請求項１または請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記第２軸受から前記第１軸受へ到達する前記油の量を制限するために前記第２給油経路に設けられた給油量制限部材（４６）と、
   前記第２軸受に供給された前記油の一部を前記ケーシングの内面へ向かわせる排油経路（９３）と、
   をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか１つに記載の圧縮機。
5. 前記第３給油経路には、前記油に抵抗を与える絞部材（８２）が設けられている、
   請求項４に記載の圧縮機。
6. 前記圧縮要素は、
   前記ケーシングに固定された固定スクロール（５１）と、
   前記固定スクロールに対して移動できる可動スクロール（５２）と、
   を有し、
   前記圧縮室は前記固定スクロールおよび前記可動スクロールによって規定され、
   前記可動スクロールは、スラスト面（５４）において、前記固定スクロールに対して押し付けられるように配置されており、
   前記第３給油経路は、前記スラスト面に前記油を供給する、
   請求項１から５のいずれか１つに記載の圧縮機。

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