JPH0742945B2 - スクロール気体圧縮機 - 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などで圧縮気体から分離した潤
滑油を摺動部などに差圧給油する通路を有するスクロー
ル気体圧縮機に関するものである。

従来の技術 周知の如くスクロール圧縮機は、吸入室が外周部にあ
り、吐出ポートが渦巻きの中心部に設けられ、流体が吐
出ポートを合流点とする２つの対称な渦巻き形状の圧縮
空間を外周部の圧縮空間から中心部の圧縮室に向かって
順次圧縮され、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、圧縮負荷変
動も小さいため騒音や振動が極めて小さいことが良く知
られている。

また、往復動式圧縮機よりも騒音や振動の少ない回転式
圧縮機は、圧縮室の一面を形成する回転体を支持・駆動
する駆動軸に作用する圧縮負荷が駆動軸の主軸まわりに
作用するトルクと主軸に直角に作用するラジアル負荷の
みであることも知られている。

しかし、スクロール圧縮機においては、米国特許360011
4号公報で示されているような、渦巻き形状の圧縮空間
を固定スクロールと共に形成して駆動軸によって旋回運
動をする旋回スクロールの両側に同様の圧縮空間を形成
する構成のスクロール圧縮機の場合は別として、旋回ス
クロールの片側に圧縮空間を配置した構成のスクロール
圧縮機の場合の圧縮負荷は、旋回スクロールが圧縮流体
圧力によって固定スクロールから離れようとする主軸方
向のスラスト力が回転式圧縮機の場合よりも余分に作用
する。

そこで第８図、第９図のような旋回スクロールに作用す
るスラスト力とラジアル力を支持するスラスト軸受とラ
ジアル軸受および給油通路の構成が知られている。同図
に示す構成は、固定スクロール601と軸受607との間に配
置された旋回スクロール602の旋回軸655が軸受607の軸
受メタル637に支持されたクランク軸606の偏心穴部の軸
受メタル636に装かんされ、旋回スクロール602に作用す
るスラスト力が軸受607に設けられて多数の放射状の油
溝を有したスラスト軸受635（第９図参照）で支持さ
れ、これら摺動部への給油が上部の吐出チャンバー620
内で吐出気体から分離した潤滑油を固定スクロール602
や軸受607に設けられた油穴633を通して直接にラジアル
軸受用の軸受メタル636,637およびスラスト軸受635へ送
られた後に吸入室645やモータ608が配置された吸入通路
に流入するいわゆる差圧方式によってなされる構成であ
った（特開昭58−103969号公報）。

発明が解決しょうとする問題点 しかしながら上記の第８図のような旋回スクロール602
に作用するスラスト力を多数の貫通した放射状の油溝を
有したスラスト軸受635で支持する構成では、吐出チャ
ンバー620内で分離した潤滑油を油穴633を通してスラス
ト軸受633の内側に供給してもスラスト力を軽減する背
圧力が生ぜず、スラスト軸受633の油溝に生じる油膜形
成圧力によってのみ支持する必要があり、特に低速度で
旋回スクロール602が旋回運動する場合などは油溝での
油膜形成が困難なため特別高価な材料を使用する場合を
除いてスラスト軸受633の焼き付きや摺動部の摩擦損失
が大きいという問題があった。

そこで、その問題解決のために、第10図のように旋回ス
クロールの旋回速度に関係なく一定の背圧力を生じる構
成が考えられ、同図はチャンバー801の内部が高圧空間
で、旋回スクロール803とフレーム810とで中間室（背圧
室）825を形成し、チャンバー801内の底部の潤滑油をク
ランクシャフト809に設けた偏心給油路819、すべり軸受
808,811の微小隙間を通して減圧しながら中間室825に差
圧給油し、旋回スクロール803の自転阻止用のオルダム
リング814や旋回スクロール803の摺動面を潤滑の後、さ
らに図示されていないが旋回スクロール803に設けられ
た細穴を介して圧縮室に流入させる構成であった（特開
昭57−76201号公報）。

しかし、潤滑油がすべり軸受808,811を通過した後に中
間室825に流入する構成では、すべり軸受808,811を通過
する際に温度上昇した潤滑油で中間室825が満たされて
いるので、圧縮空間は吐出ポート側の吐出室と中間室82
5との両側から加熱されて、圧縮気体が異常温度上昇し
て摺動部の耐久性低下を生じるなど中間室（背圧室）へ
の給油通路途中で潤滑油温度を高めるような摺動部を経
由させることによる問題があった。

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から背圧
室と吸入室へと順次経由する給油通路を設けた構成にお
いて、油溜から背圧室への通路途中では駆動軸に係わる
摺動部を経由せず、背圧室と吸入室との間には、駆動軸
に係わる摺動部および駆動軸に連結するモータを収納し
且つ圧縮機外部からの吸入気体通路となるモータ室を順
次経由する潤滑通路で連通させた構成である。

作用 本発明は上記構成によって旋回スクロールが旋回運動を
して潤滑油を含んだ吸入気体が圧縮室で順次圧縮移送さ
れ吐出室へ吐出された後、潤滑油の一部または大部分が
圧縮気体から分離されて油溜に収集された後、給油通路
を通じて旋回スクロールの背圧室に給油される。背圧室
に給油された潤滑油はその圧力によって固定スクロール
から離反する方向に旋回スクロールに作用するスラスト
力を軽減させると共に旋回スクロールが固定スクロール
から離反するのを阻止するなどして摺動や圧縮気体漏れ
などによる発熱および背圧室からの吸熱を抑え、さらに
ラップ支持円板および駆動軸の摺動面を均一に経由する
潤滑油通路を通じてモータ室と吸入室へと順次流入し、
摺動面の潤滑と圧縮室間の微小隙間を油膜密封して圧縮
気体漏れを防ぎ、圧縮効率の向上と摺動部耐久性を向上
する。

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を示す特性図を示し、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を
示し、第５図は第１図における開閉弁装置の弁部取り付
け部分外観図を示し、第６図，第７図はそれぞれ別の実
施例におけるスクロール気体圧縮機の部分断面図を示
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が填め込まれ、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の各溝に係合し、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14には吐出ポ
ート15が設けられ、鏡板14の上面にはリードバルブ型の
給油通路制御弁装置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５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1
4に設けられた油吸い込み穴41、鏡板14に薄鋼板製のリ
ード弁と共に取り付けられた給油通路制御弁装置17の弁
押され43と鏡板14との間に形成された弁空間44、リード
弁53の打ち抜き穴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ている。固定スクロール13とフ
レーム３との間に配置された旋回スクロール10の渦巻き
状の旋回スクロールラップ10aを支持するラップ支持円
板10bとフレーム３と駆動軸８とで形成された背圧室48
と吐出室油溜18との間は第１給油通路の途中から分岐し
て弁空間44、リード弁53の打ち抜き穴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とで構成される給油通路により連通している。

背圧室48と低圧側の駆動室６との間は上部軸受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48と吸入室33との間はフレーム３の上部に
設けたスラスト軸受部108とラップ支持円板10bとの摺動
面や自転阻止部品12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。

駆動室６と吸入室33との間は鏡板14に設けられた吸入通
路A74とフレーム３に設けられた吸入通路B75から成る吸
入通路76により連通され、吸入通路A74の途中の上端部
にはフリーバルブ72とコイルバネ73から成る逆止弁装置
16が配置され、吸入通路B75の終端穴はフリーバルブ72
で塞がれる寸法に設定されている。

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33に
も連通しない第１圧縮室39a,39bのインジェクション穴3
0a,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40a,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。

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５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、吸入通路76の途中に設けられ
た逆止弁装置17に抗して吸入室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（40b）を経て圧縮室内に閉
じ込められ、旋回スクロール10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を経て吐出室５へと吐出
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などに付着などし
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、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給油通路を通じ
て差圧給油されず、また、逆止弁効果によって第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の潤滑油は給油通路制御弁装置17のリード弁53の付勢
力に抗して第１給油通路を経て漸次減圧され第１圧縮室
39a（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２給油通路の油穴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
に調整されて背圧室48に差圧給油される。

第１圧縮室39a（39b）に差圧給油された潤滑油は、吸入
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
圧縮室間の微小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、背圧室48に差圧給油された潤滑油は、その中間圧
力により旋回スクロール10のラップ支持円板10bに作用
する下方向のスラスト荷重を軽減すると共に第２潤滑通
路を通じてスラスト荷重を支持するフレーム３とラップ
支持円板10bとの摺動面部や旋回スクロール10の自転阻
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、残りの潤滑油は第１潤滑通路を通じて旋回軸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の微小隙間を通して最終減圧されて騒
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、密閉ケース２
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、
圧縮冷媒ガスの瞬時逆流と逆止弁装置16のコイルバネ73
の付勢力によってフリーバルブ72を下方向に移動させて
吸入通路72を塞ぎ、吐出室５から吸入室33までの圧力は
圧縮空間の隙間を通じて吐出室５の圧力に等しくなり、
油吸い込み穴41の開口端をリード弁53が塞ぐ。その結
果、圧縮機停止直後の吐出室油溜18の潤滑油は第１圧縮
室39a（39b）と背圧室48へ差圧給油されず、背圧室48の
潤滑油は第１給油通路を通じて駆動室６にその差圧が一
定値以下になるまで僅かずつ戻される。

以上のように上記実施例によれば旋回スクロール10のラ
ップ支持円板10bはラップ支持円板10bに係合する駆動軸
８を支承するフレーム３と固定スクロール13の鏡板14と
の間に配置され、ラップ支持円板10bとフレーム３とで
旋回スクロールの背圧室48を形成し、旋回スクロール10
と固定スクロール13の間に生じる渦巻き形の圧縮空間
（第２圧縮室40a,第１圧縮室39a,第３圧縮室63bなど）
に通じる吐出室油溜18と背圧室48との間を給油通路（油
吸い込み穴41,弁空間44,油穴46,47）で連通し、その給
油通路は途中で摺動部を経由せず、背圧室48とその背圧
室48よりも圧力の低い吸入室33との間を駆動軸８に係わ
る摺動部（上部軸受49,下部軸受51など）を経由する潤
滑通路で連通したことにより、圧縮気体と共に吐出室５
に吐出された以後、温度上昇しない潤滑油を背圧室48に
給油できるので、その油圧力によって旋回スクロール10
とフレーム３との摺動面に作用するスラスト力を軽減し
て、その摺動部の摩擦，摩耗を軽減し耐久性と性能の向
上を図ることは当然ながら、旋回スクロール10のラップ
支持円板10bを通じての背圧室48から圧縮室（第２圧縮
室40a,第１圧縮室39b,第３圧縮室63bなど）への加熱を
少なくして圧縮途中の気体の異常圧力上昇を防止して圧
縮効率の低下を防ぐことができる。また、背圧室48から
上部軸受48,下部軸受51などへの摺動部へ給油されて温
度上昇した潤滑油は吸入室33に流入して冷却されるの
で、吸入室33から圧縮室に流入した潤滑油は異常温度上
昇することなく潤滑油の劣下も生ぜず、その結果、圧縮
室内での潤滑油の密封効果，摺動部の摩擦，摩耗を少な
くして圧縮機の効率，耐久性の向上に寄与できる。

なお、上記実施例では吐出室油溜18の潤滑油を圧縮機内
部の給油通路のみを介して給油したが、第６図のよう
に、吐出室油溜18の潤滑油が密閉ケース１の外周部をら
線状にう廻した細管状のバイパス管110を通り冷却の
後、再び圧縮機内部の給油通路に戻る構成でも良く、摺
動部の耐久性はより一層向上する。

また、上記実施例では吐出室油溜18を固定スクロール13
の外周底部に設け、旋回スクロール10のラップ支持円板
10bをフレーム３でのみ支持したが、第７図のように、
吐出室油溜18cを固定スクロール13cの上部に設けた油パ
ン181に設けると共に、旋回スクロール10cのラップ支持
円板10dを固定スクロール13cの鏡板14cとフレーム3cと
で微少隙間で挾持しても良く、旋回スクロール10cや駆
動軸８のバタツキを抑制して摺動部隙間と潤滑通路抵抗
の安定を図って背圧室48の油圧変動を少なくし摺動部の
耐久性と圧縮効率の向上もできる。

発明の効果 以上のように本発明は、旋回スクロールのラップ支持円
板はラップ支持円板に係合する駆動軸を支承するフレー
ムと固定スクロールの鏡板との間に配置され、ラップ支
持円板と鏡板およびフレームまたはラップ支持円板とフ
レームとで旋回スクロールの背圧室を形成し、圧縮室間
に通じる吐出室の油溜または吐出室に通じる油溜から前
記背圧室と前記吸入室へと順次経由する給油通路を設け
た構成において、前記油溜から前記背圧室への通路途中
では前記駆動軸に係わる摺動部を経由せず、前記背圧室
と前記吸入室との間には、前記駆動軸に係わる摺動部お
よび前記駆動軸に連結するモータを収納し且つ圧縮機外
部からの吸入気体通路となるモータ室を順次経由する潤
滑通路で連通させたことにより、圧縮気体と共に吐出室
に吐出された以後、温度上昇しない潤滑油を背圧室に給
油できるので、その油圧力によって旋回スクロールとフ
レームとの摺動面に作用するスラスト力を軽減したり、
あるいは背圧室を形成する構成によっては圧縮室での気
体圧力により固定スクロールから旋回スクロールが離反
するのを防いで圧縮室の気密を保持するなどして摺動部
の摩擦，摩耗を軽減し摺動部の耐久性と圧縮効率などの
性能向上を図ることは当然ながら、旋回スクロールのラ
ップ支持円板を通じての背圧室から圧縮室内の気体への
加熱を少なくして圧縮途中の気体の異常圧力上昇を防止
して圧縮効率の低下を防ぐことができる。また、背圧室
から駆動軸に係わる各摺動部へ給油されて温度上昇した
潤滑油がモータ室で貯溜・冷却されるので、吸入室から
圧縮室に流入した潤滑油が異常温度上昇することもなく
潤滑油の劣下も生ぜず、その結果、圧縮室内での潤滑油
の密封効果、摺動部の摩擦，摩耗を少なくして圧縮機の
効率、耐久性の向上に寄与できる。

また、同時に背圧室，駆動軸に係わる摺動部を順次経由
して圧縮空間に潤滑油を微少流入させることによって、
油膜効果により気体の吸入効率を下げず、圧縮室の密封
効果を高めて圧縮気体の異常温度上昇を防ぐなど圧縮効
率と耐久性に優れた圧縮機を提供できる効果を奏するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一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
開閉弁装置の弁部取り付け部分外観斜視図、第６図，第
７図は本発明における各々別の実施例におけるスクロー
ル気体圧縮機の部分断面図、第８図，第10図はそれぞれ
異なる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、第９図は第８図におけるスラスト軸受部の平面
図を示す。 1,2……密閉ケース、３……フレーム、５……吐出室、
７……モータ、８……駆動軸、10……旋回スクロール、
10b……ラップ支持円板、13……固定スクロール、14…
…鏡板、17……制御弁装置、18……吐出室油溜、33……
吸入室、48……背圧室、108……スラスト軸受部、110…
…バイパス管、181……油パン。

Claims (1)

【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外側
   には吸入室を形成し、前記圧縮空間は、外側部の吸入側
   より中央部の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、前記ラップ支持円板は前記ラップ支持円板に係合
   する駆動軸を支承するフレームと前記鏡板との間に配置
   され、前記ラップ支持円板と前記鏡板および前記フレー
   ムまたは前記ラップ支持円板と前記フレームとで前記旋
   回スクロールの背圧室を形成し、前記圧縮空間に通じる
   吐出室の油溜または吐出室に通じる油溜から前記背圧室
   と前記吸入室へと順次経由する給油通路を設けた構成に
   おいて、前記油溜から前記背圧室への通路途中では前記
   駆動軸に係わる摺動部を経由せず、前記背圧室と前記吸
   入室との間には、前記駆動軸に係わる摺動部および前記
   駆動軸に連結するモータを収納し且つ圧縮機外部からの
   吸入気体通路となるモータ室を順次経由する潤滑通路で
   連通させたスクロール気体圧縮機。