(57)【要約】【課題】簡易にしてスラスト荷重を効果的に低減し、圧縮機の耐久性が向上できる密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】密閉容器(2)内を延び、電動機(14)の駆動力を圧縮ユニット(34)に伝達するとともに、内部に潤滑油の給油路(32)が穿設され、圧縮ユニット側から貯油室(30)側に向けてスラスト荷重(Fs)を発生する回転軸(16)と、回転軸の下端側に装着され、貯油室の潤滑油を給油路に供給するオイルポンプ(28)と、回転軸の下端側を回転自在に支持するフレーム(26)と、回転軸の外周(16a)側でスラスト荷重を受けるスラスト受機構(54)とを具備する。【選択図】図２
2008121599.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器の内部に、潤滑油を含んで作動流体を圧縮する圧縮ユニット及び該圧縮ユニットを駆動する電動機を収容し、前記密閉容器の底部に潤滑油の貯油室が形成され、潤滑油に作動流体の吐出圧が作用する密閉型圧縮機であって、
前記密閉容器内を延び、前記電動機の駆動力を前記圧縮ユニットに伝達するとともに、内部に潤滑油の給油路が穿設され、前記圧縮ユニット側から前記貯油室側に向けてスラスト荷重を発生する回転軸と、
前記回転軸の下端側に装着され、前記貯油室の潤滑油を前記給油路に供給するオイルポンプと、
前記回転軸の前記下端側を回転自在に支持するフレームと、
前記回転軸の外周側で前記スラスト荷重を受けるスラスト受機構とを具備することを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記スラスト受機構は、該スラスト受機構と前記給油路とを連通する導油路を含み、該スラスト受機構に前記導油路を介して前記オイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油が流入することにより、該高圧潤滑油の圧力に基づいて前記スラスト荷重に対抗する反スラスト荷重を発生することを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記スラスト受機構は、前記回転軸と一体に駆動され、前記フレームと対向して配される環状の鍔部材と、該鍔部材から前記フレームに向けて延び、該フレームに遊嵌されることで前記回転軸を駆動自在に囲繞する仕切環とを含み、前記回転軸の前記外周側が前記鍔部材及び前記フレーム並びに前記仕切環で区画された空間に前記オイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油を流入させて前記反スラスト荷重を発生することを特徴とする請求項２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉型圧縮機に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に好適な密閉型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の密閉型圧縮機は、潤滑油を含んで作動流体を圧縮する圧縮ユニットと、この圧縮ユニットを駆動する電動機とが密閉容器内に収容され、この密閉容器の底部には潤滑油を貯留する貯油室が形成されている。また、密閉容器内には電動機の駆動力を圧縮ユニットに伝達する回転軸が延設され、この回転軸の下端側は、副軸フレームに支持されるとともに、各摺動部や軸受等に潤滑油を供給するオイルポンプが装着されている。
【０００３】
そして、回転軸の下端側と副軸フレームとの間に回転軸のスラスト荷重を受ける軸受面を形成する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３６０６２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、回転軸の下端側にはオイルポンプが装着されるため、軸受面の面積を大きくとることができない。これにより、軸受面の面圧が高まって軸受面、ひいては副軸フレームの磨耗が加速され、圧縮機の耐久性が低下するとの問題がある。特に、圧縮機が高回転域で使用されるとこの問題は顕著なものとなる。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡易にしてスラスト荷重を効果的に低減し、圧縮機の耐久性が向上できる密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の密閉型圧縮機は、密閉容器の内部に、潤滑油を含んで作動流体を圧縮する圧縮ユニット及び該圧縮ユニットを駆動する電動機を収容し、密閉容器の底部に潤滑油の貯油室が形成され、潤滑油に作動流体の吐出圧が作用する密閉型圧縮機であって、密閉容器内を延び、電動機の駆動力を圧縮ユニットに伝達するとともに、内部に潤滑油の給油路が穿設され、圧縮ユニット側から貯油室側に向けてスラスト荷重を発生する回転軸と、回転軸の下端側に装着され、貯油室の潤滑油を給油路に供給するオイルポンプと、回転軸の下端側を回転自在に支持するフレームと、回転軸の外周側でスラスト荷重を受けるスラスト受機構とを具備することを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、スラスト受機構は、該スラスト受機構と給油路とを連通する導油路を含み、該スラスト受機構に導油路を介してオイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油が流入することにより、該高圧潤滑油の圧力に基づいてスラスト荷重に抗する反スラスト荷重を発生することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、スラスト受機構は、回転軸と一体に駆動され、フレームに対向して配される環状の鍔部材と、該鍔部材からフレームに向けて延び、該フレームに遊嵌されることで回転軸を駆動自在に囲繞する仕切環とを含み、回転軸の外周側を鍔部材及びフレーム並びに仕切環で区画された空間に前記オイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油を流入させて反スラスト荷重を発生することを特徴としている。
【０００７】
更にまた、請求項４記載の発明では、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
従って、請求項１記載の本発明の密閉型圧縮機によれば、スラスト受機構は回転軸の外周側に形成され、回転軸の下端側を支持するフレームでスラスト荷重を受ける場合に比して、回転軸の下端側に装着されるオイルポンプに制約を受けることなくスラスト荷重受け面の面積を大きくとることができる。これにより、スラスト荷重に対する面圧が低減されるのに伴い、上記フレームでスラスト荷重を受ける場合に生じるような磨耗が抑制され、スラスト受機構、ひいては圧縮機の耐久性を向上できる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、スラスト受機構には導油路を介してオイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油が流入し、スラスト受機構は高圧潤滑油の圧力に基づいてスラスト荷重に抗する反スラスト荷重を発生する。これにより、スラスト受機構はオイルポンプからの潤滑油の吐出圧力を利用するだけの簡単な構成で反スラスト荷重を高めることができ、簡易にして圧縮機の耐久性を更に向上できる。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、スラスト受機構は、回転軸と一体に駆動され、フレームと対向して配される鍔部材と、フレームに向けて延び、該フレームに遊嵌されることで回転軸を駆動自在に囲繞する仕切環とを含み、回転軸の外周側を鍔部材及びフレーム並びに仕切環で区画される空間にオイルポンプの吐出圧力となる高圧潤滑油を流入させて反スラスト荷重を発生する。
【００１１】
すなわち、スラスト受機構は、回転軸に形成される鍔部材を高圧潤滑油の圧力で直接押し上げるように構成される。これにより、回転軸の下端側を支持するフレームでスラスト荷重を受ける場合に比して、スラスト荷重による磨耗要素が大幅に削減され、スラスト受機構、ひいては圧縮機の耐久性を大幅に向上できる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、作動流体として二酸化炭素冷媒を使用する場合には、圧縮機は高圧で作動するため、スラスト荷重も大きくなるが、上記構成によれば、より効果的にスラスト受機構、ひいては圧縮機の耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機を示す。この圧縮機１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる縦置きタイプのスクロール型圧縮機であって、当該回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。
【００１３】
この圧縮機１はハウジング（密閉容器）２を備え、ハウジング２の胴部４は、その上側及び下側が上蓋６及び下蓋８によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部４の内部が密閉され、吐出圧が作用している。また、胴部４には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置には、ハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。
【００１４】
胴部４内には電動モータ（電動機）１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によってモータ１４を構成するロータ１８と一体に駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受２０を介して主軸フレーム２２に回転自在に支持されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受２４を介して副軸フレーム（フレーム）２６に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２８が装着されており、ポンプ２８は下蓋８の内側、すなわちハウジング２の底部に形成された貯油室３０内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は、回転軸１６の内部に軸線方向に沿って穿設される給油路３２を経て回転軸１６の上端からモータ１４やスクロールユニット（圧縮ユニット）３４等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。更に、このフレーム２６の適宜位置には潤滑油の導入口３６が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油は、導入口３６を介して貯油室３０に貯留される。
【００１５】
上記ユニット３４は胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該ユニット３４は、可動スクロール３８及び固定スクロール４０から構成され、各スクロール３８，４０には、それぞれ対峙する面に渦巻きラップが一体形成されている。そして、これら各渦巻きラップが互いに協働し、吸入管１０から冷媒を吸入して圧縮室を形成し、固定スクロール４０に対する可動スクロール３８の旋回運動により、圧縮室は渦巻きラップ中心に向けて移動しながら、その容積が減少される。
【００１６】
上述した可動スクロール３８に旋回運動を付与するため、可動スクロール３８の下部にはボス４２が形成され、このボス４２は軸受２０を介して偏心軸４４に連結されている。この偏心軸４４は回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転により可動スクロール３８は主軸フレーム２２上で旋回運動する。
一方、固定スクロール４０は主軸フレーム２２に固定され、上蓋６に形成される吐出室４６側と圧縮室側とを仕切っている。固定スクロール４０の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する図示しない吐出孔が貫通して穿設されており、この吐出孔は固定スクロール４０の背面側に配置された吐出弁４８により開閉される。また、吐出弁４８は吐出ヘッド５０で覆われており、この吐出ヘッド５０により、吐出弁４８の開弁時における音が抑制される。
【００１７】
上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３８が旋回運動する。この可動スクロール３８の旋回運動は、吸入管１０からの冷媒をユニット３４の内部に向けて吸入させ、圧縮室の容積が縮小することにより冷媒を圧縮し、当該圧縮した高圧の冷媒がハウジング２内を循環した後、吐出室４６から吐出管１２を通じて圧縮機外へ送出される。
【００１８】
ところで、回転軸１６にはユニット３４側から副軸フレーム２６に向けてスラスト荷重が発生する。このスラスト荷重の発生は、ユニット３４の作動による圧縮反力が可動スクロール３８を介して回転軸１６に作用することに起因している。
より詳しくは、この圧縮反力を抑制して可動スクロール３８の旋回運動を円滑に実施するために、回転軸１６の上端から供給される潤滑油を可動スクロール３８の背面３８ａと主軸フレーム２２との間の空隙５２に流入させて背圧構造を形成している。しかしながら、このような背圧構造の形成により、空隙５２に連通するボス４２の内側にも背圧が作用し、回転軸１６の上端が副軸フレーム２６側に向けて押圧される。この押圧力は、回転軸１６やロータ１８の重量によって更に増大され、副軸フレーム２６に対する回転軸１６のスラスト荷重として作用する。
【００１９】
そこで、このスラスト荷重を受容すべく、回転軸１６の外周面（外周）１６ａ側にはスラスト受機構５４が設けられている。
図２に拡大して示されるように、スラスト受機構５４は、主として、副軸フレーム２６の上端面２６ａと対向する位置において回転軸１６と一体に駆動される環状の鍔部材５６と、鍔部材５６の下端面５６ａに支持され、下方に延びて回転軸１６を駆動自在に囲繞する環状の仕切環５８とを有して構成されている。
【００２０】
鍔部材５６は、その内周面５６ｂが回転軸１６の外周面１６ａに固定され、回転軸１６の径方向に突出して設けられて回転軸１６の一部を実質的に拡径している。そして、仕切環５８は、鍔部材５６の下端面５６ａに上端面５８ａが固定されることで支持されている。
一方、副軸フレーム２６の上端面２６ａには環状溝６０が凹設されており、仕切環５８の下端面５８ｂは、副軸フレーム２６の上端面２６ａに凹設された環状溝６０に回転軸１６の回転を阻害することなく所定のはめあい公差で遊嵌されている。
【００２１】
環状溝６０は、仕切環５８が遊嵌されても所定の溝深さを有する空隙６０ａを残して形成され、好ましくは、この空隙６０ａには図示しない板ばねなどの弾性部材が装着される。
なお、鍔部材５６を回転軸１６と一体に成形してもよく、また、仕切環５８を鍔部材５６と一体に成形してもよい。更には、仕切環５８を副軸フレーム２６の上端面２６ａに固定し、鍔部材５６の下端面５６ａに環状溝６０を形成してもよい。
【００２２】
このように鍔部材５６と仕切環５８とが構成されることで、回転軸１６の外周面１６ａ側には、鍔部材５６の下端面５６ａ、及び副軸フレーム２６の上端面２６ａ、並びに仕切環５８で区画された空間６２が形成される。この空間６２は、回転軸１６と副軸フレーム２６との間の軸受２４の存する空隙を含んでいる。
また、回転軸１６には、回転軸１６をその径方向に穿孔して導油路６４が設けられており、給油路３２と空間６２とを連通している。導油路６４は、給油路３２における潤滑油の上昇を阻害しない所定の流路断面積を有しており、これより潤滑油は図２中の破線で示す流れで流動している。
【００２３】
ここで、給油路３２から導油路６４への潤滑油の流れの分岐点は、ポンプ２８と給油路との接続箇所の比較的近傍となっており、この分岐点にはポンプ２８で吐出された直後の潤滑油が存在している。それ故、この分岐点における潤滑油は、冷媒の吐出圧に加え、ポンプ２８による吐出圧が強く作用し、回転軸１６の上端から流出される潤滑油に比して高圧を呈している。従って、当該高圧の潤滑油が導油路６４を介して空間６２に流入することになり、空間６２には上述した空隙５２に形成される背圧構造に比して高圧の高圧油室が形成される。
【００２４】
空間６２に形成される高圧油室には、鍔部材５６の下端面５６ａに面して油面６６が形成されており、高圧油室の内圧が鍔部材５６、すなわち回転軸１６を押し上げる方向に作用し、スラスト荷重に抗する反スラスト荷重を発生している。
スラスト荷重をＦｓ、反スラスト荷重をＦａとすると、反スラスト荷重Ｆａは、高圧油室の内圧Ｐｈに油面６６の面積Ｓ１を乗じた、Ｆａ＝Ｐｈ×Ｓ１の式で算出される。一方、スラスト荷重Ｆｓは、副軸フレーム２６の内側底部２６ｂに回転軸１６の下端側における段差部１６ｂが当接する部分の面積Ｓ２に、空隙５２における潤滑油の圧力Ｐを乗じ、これに回転軸１６及びロータ１８の重量Ｗを加えた、Ｆｓ＝（Ｐ×Ｓ２）＋Ｗの式で算出される。更に、潤滑油がポンプ２８から吐出された後、給油路３２を上昇して回転軸１６の上端から流出するまでに△Ｐたる揚程圧力損失が生じると仮定すると、Ｐｈ＝Ｐ＋△Ｐの関係式が成立する。
【００２５】
ここで、反スラスト荷重Ｆａからスラスト荷重Ｆｓを減じた荷重の差分は、Ｆａ−Ｆｓ＝△Ｆ＝Ｐ×（Ｓ１−Ｓ２）＋（Ｓ１×△Ｐ−Ｗ）の式で表され、例えば既存の圧縮機１を改良等する場合においては、圧縮機１の固有値である面積Ｓ２、及び圧力損失△Ｐ、並びに重量Ｗが一定である一方、圧縮機１の作動状態に伴い圧力Ｐは変動する。そこで、Ｓ１＞Ｓ２、且つＳ１×△Ｐ＞Ｗの関係式を満たすべく面積Ｓ１を設定することにより、荷重差分△Ｆを正方向の荷重として確実に反スラスト方向に作用させることができる。
【００２６】
特に、Ｓ１×△Ｐ＞Ｗの関係式を満たすことにより、少なくとも回転軸１６及びロータ１８の重量Ｗに抗する荷重差分が反スラスト方向に発生し、回転軸１６が押し上げられる。なお、導油路６４の流路断面積を変更することにより、空間６２内の内圧Ｐｈ、ひいては△Ｐが変更され、荷重差分△Ｆを反スラスト方向に作用させることも可能である。
以上のように、本実施形態では、油面６６でスラスト荷重Ｆｓを受けることにより、スラスト荷重Ｆｓによる磨耗要素が大幅に削減できる。また、この油面６６は回転軸１６の外周面１６ａ側に形成されるため、回転軸１６に対するポンプ２８の装着スペースや副軸フレーム２６などに制約を受けることなく、油面６６の面積Ｓ１を確実且つ容易に大きくとることができ、油面６６で受けるスラスト荷重Ｆｓの単位面積当たりの荷重を小さくできる。
【００２７】
しかも、空間５２においてスラスト荷重Ｆｓを発生させる潤滑油の圧力Ｐと、ポンプ２８吐出直後の高圧潤滑油が流入する空間６２の内圧Ｐｈとの圧力差である△Ｐを利用して反スラスト方向に荷重差分△Ｆを発生させ、この荷重差分△Ｆにより、少なくとも、回転軸１６及びロータ１８の重量Ｗ分は回転軸１６が反スラスト方向に押し上げられる。すなわち、Ｓ１×△Ｐ＞Ｗを満たすようにＳ１を決めておけば、スラスト荷重Ｆｓ＝（Ｐ×Ｓ２）＋ＷのうちのＷは考慮しなくてもよく、実質的なスラスト荷重Ｆｓは、Ｆｓ＝Ｐ×Ｓ２から算出される値に低減できる。
【００２８】
このように、ハウジング２内における潤滑油の圧力差を利用し、油面６６の面積Ｓ１を上述した関係式を満たすべく設定するだけの簡単な構成で、スラスト荷重Ｆｓを単に副軸フレーム２６の内側底部２６ｂで受ける場合に比して、スラスト受機構５４、ひいては圧縮機１の耐久性を簡易にして大幅に向上できる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、鍔部材５６、仕切環５８によって空間５６を形成しているが、これに限定されるものではなく、空間５６は高圧油室となってその油面６６がスラスト荷重を受けるように形成されればよく、この場合であっても上記同様にスラスト受機構５４、ひいては圧縮機１の耐久性が向上するとの効果を奏する。
また、上記実施形態では、冷凍空調機やヒートポンプ給湯機に好適なスクロール型圧縮機に二酸化炭素冷媒を使用しているが、冷媒の種類や圧縮機の用途についてはこれに限定されるものではない。但し、二酸化炭素冷媒を用いる場合には、圧縮機１は高圧で作動し、スラスト荷重Ｆｓも大きくなるため、上記効果がより顕著なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１の要部拡大図に潤滑油の流れと、スラスト荷重及び反スラスト荷重の向きとを示した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      密閉型圧縮機
２      ハウジング（密閉容器）
１４    電動モータ（電動機）
１６    回転軸
１６ａ  外周面（外周）
２６    副軸フレーム（フレーム）
２８    オイルポンプ
３０    貯油室
３２    給油路
３４    スクロールユニット（圧縮ユニット）
５４    スラスト受機構
５６    鍔部材
５８    仕切環
６２    空間
６４    導油路
６６    油面
Ｆｓ    スラスト荷重
Ｆａ    反スラスト荷重
【図１】
2008121599.tif 000003
【図２】
2008121599.tif 000004