(57)【要約】【課題】クランク軸と軸受部内が接触し、カジリや磨耗等を防ぎ信頼性を高める。【解決手段】電動機部と、電動機部によって駆動される圧縮機構部２と、電動機部と圧縮機構部とを収容するとともに、オイルの貯留部を有する密閉容器１とを備え、圧縮機構部は、クランク軸４と、クランク軸を軸支する軸受部とを備え、クランク軸にオイルの貯留部と軸受部とを連通する通路と、通路と連通する複数の螺旋溝を、軸受部のクランク軸の外周面に形成したものである。この構成によれば、軸受部のオイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機部と、前記電動機部によって駆動される圧縮機構部と、前記電動機部と前記圧縮機構部とを収容するとともに、オイルの貯留部を有する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は、クランク軸と、前記クランク軸を軸支する軸受部とを備え、前記クランク軸に前記オイルの貯留部と前記軸受部とを連通する通路と、前記通路と連通する複数の螺旋溝を、前記軸受部の前記クランク軸の外周面に形成した密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記複数の螺旋溝を、重なることなく独立に形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記螺旋溝同士の間隔を、前記螺旋溝の幅よりも小さく形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機構部を、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により前記旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、前記圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、前記固定スクロールに形成された吸入室から作動流体を吸入し、圧縮、吐出の一連の動作を行うスクロール圧縮機構部とした請求項１から３のいずれか１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、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍空調機や冷凍機に用いられる密閉型圧縮機として、レシプロコンプレッサを採用した場合を考える。レシプロコンプレッサは、密閉容器内にステータとロータからなる電動機部と、その上部に圧縮機構部を配置している。
【０００３】
圧縮機構部を構成するブロックの軸受部内にはクランク軸が貫挿され、クランク軸の外径部にはロータが固着され、偏芯軸を介してピストンのスライダーと係合している。クランク軸の内部には、下端でオイルに開口した遠心ポンプが形成されている。
【０００４】
図４に、従来の技術における、軸受部の詳細図を示す。クランク軸の軸受部内に位置する部分には、クランク軸が正回転することによりオイルを上方へ導く方向にリードを有する螺旋溝が刻印されている。
【０００５】
また、冷媒を圧縮することによって発生する負荷は、軸受上部及び軸受下部で発生する油膜圧力によって支えられ、且つ、クランク軸と軸受部内を非接触に保っている。軸受中央部においては、油膜圧力が発生しないために、クランク軸の軸受部内の中央部のクランク軸径を細くすることによって軸受隙間を広く形成し、オイルの粘性によるせん断抵抗を低減し、高効率化を図る手法が一般的に知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】伊藤安孝、外２名、“レシプロコンプレッサ用軸受の潤滑解析（給油溝の影響）”、２００５年５月１９−２２日、日本機械学会２００５年度年次大会講演論文集
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、軸受内の中央部の軸受隙間を広く形成しているために、螺旋溝を流れるオイルは一旦滞留する。特に、運転条件が激しく変化する運転起動時において、軸受内の滞留したオイルに溶け込んだ冷媒が発泡してオイル粘度が低下する場合があるが、その際に軸受上部及び軸受下部で発生する油膜圧力が低下する。結果、クランク軸と軸受部内が接触し、カジリや磨耗等の信頼性上の問題を有していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、軸受部のオイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、電動機部と、前記電動機部によって駆動される圧縮機構部と、前記電動機部と前記圧縮機構部とを収容するとともに、オイルの貯留部を有する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は、クランク軸と、前記クランク軸を軸支する軸受部とを備え、前記クランク軸に前記オイルの貯留部と前記軸受部とを連通する通路と、前記通路と連通する複数の螺旋溝を、前記軸受部の前記クランク
軸の外周面に形成したものである。これによって、軸受部のオイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な密閉型圧縮機となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の密閉型圧縮機は、特に、圧縮機構部を、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、固定スクロールに形成された吸入室から作動流体を吸入し、圧縮、吐出の一連の動作を行うスクロール圧縮機構部としたときに、高効率を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の断面図
【図２】本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態における密閉型圧縮機のクランク軸の要部を拡大した外観図
【図４】従来の技術における、軸受部の詳細図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、電動機部と、前記電動機部によって駆動される圧縮機構部と、前記電動機部と前記圧縮機構部とを収容するとともに、オイルの貯留部を有する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は、クランク軸と、前記クランク軸を軸支する軸受部とを備え、前記クランク軸に前記オイルの貯留部と前記軸受部とを連通する通路と、前記通路と連通する複数の螺旋溝を、前記軸受部の前記クランク軸の外周面に形成したものである。
【００１３】
これによって、複数の螺旋溝を形成することによって軸受隙間が広い領域を拡大して、オイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、且つ、運転条件が激しく変化する運転起動時において、リードによってオイルを滞留させることなくスムーズに排出することができるので、溶け込んだ冷媒が発泡してオイル粘度が低下することによる油膜圧力の低下を最小限に防ぐことが出来る。
【００１４】
結果、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の、複数の螺旋溝を、重なることなく独立に形成したものである。この構成によれば、よりスムーズにオイルを排出することができるので、より高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の、螺旋溝同士の間隔を、前記螺旋溝の幅よりも小さく形成したものである。これによって、軸受隙間が広い領域をより拡大することができるので、より高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の、圧縮機構部を、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、自転拘束機構による規制により旋回スクロールが円軌道に沿って所定の旋回半径で旋回することで、前記圧縮室が容積を変えながら中心に向かって移動し、前記固定スクロールに形成された吸入室から作動流体を吸入し、圧縮、吐出の一連の動作を行うスクロール圧縮機構部としたものである。
【００１８】
これによって、スクロール圧縮機構部の特徴である、低騒音・低振動を実現しながら、軸受部が２箇所以上あるので、それぞれの軸受部に対して複数の螺旋溝を形成することによって、軸受部のオイルの粘性によるせん断抵抗を低減し、且つ、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだより高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図である。
【００２１】
以下、密閉型圧縮機について、その動作、作用を説明する。
【００２２】
図１、図２に示すように、本発明の密閉型圧縮機としてスクロール圧縮機を例にとり、圧縮機構部２にスクロール圧縮機構部を採用し、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したクランク軸４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構部２を構成し、旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間に旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設けて、クランク軸４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより旋回スクロール１３を円軌道運動させ、これにより固定スクロール１２と旋回スクロール１３との間に形成している圧縮室１５が外周側から中央部に移動しながら小さくなるのを利用して、密閉容器１外に通じた吸入管１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入室１７から冷媒ガスを吸入して圧縮していき、所定圧以上になった冷媒ガスは固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて密閉容器１内に吐出させることを繰り返す。
【００２３】
また、旋回スクロール１３の背面１３ｅには、高圧領域３０と、高圧と低圧の中間圧に設定された背圧室２９が形成されている。この背面１３ｅの圧力付加により旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押しつけられ、漏れを低減するとともに安定して円軌道運動を行うことができる。
【００２４】
圧縮機運転中は、クランク軸４の下端にはポンプ２５が設けられ、スクロール圧縮機と同時に駆動される。これによりポンプ２５は密閉容器１の底部に設けられたオイル溜め２０にあるオイル６を吸い上げて、オイルフィルタ等で異物を除去した後、クランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構部２に供給する。
【００２５】
このときの供給圧は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。
【００２６】
このように供給されたオイル６の一部は、供給圧や自重によって、偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部、クランク軸４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。
【００２７】
また、旋回スクロール１３には、背圧室２９に一開口端５５ａ、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃ  に他方の開口端５５ｂを有する経路５５が形成されている。経路５５の他方の開口端５５ｂを、固定スクロール１２のラップ底面１２ｃに形成された２つの凹
部１２ｄ、１２ｅに周期的に開口させることによって、第１及び第２の経路の間欠的な連通を実現している。
【００２８】
つまり、旋回スクロール１３のラップ外側に形成される外側圧縮室１５ａと背圧室２９が連通する第１の経路が形成され、第１の経路を通って、背圧室２９から外側圧縮室１５ａへとオイルが供給される。
【００２９】
また、旋回スクロール１３のラップ内側に形成される内側圧縮室１５ｂと背圧室２９が連通する第２の経路が形成され、第２の経路を通って、背圧室２９から内側圧縮室１５ｂへとオイルが供給される。
【００３０】
以上のことから、背圧室２９内のオイル６は、第１及び第２の経路を通って圧縮室１５へと導かれ、圧縮途中の漏れを防ぐことができる。
【００３１】
また、旋回スクロール１３には、高圧領域３０に一開口端５６ａ、旋回スクロール１３のラップ上面１３ｃ  に他方の開口端５６ｂを有する第３の経路５６が形成されている。他方の開口端５６ｂは吸入室１７に連続的に開口しており、高圧領域３０から吸入室１７へとオイル６が供給される。
【００３２】
供給されたオイル６は、旋回スクロール１３のラップ外側に形成される外側圧縮室１５ａとラップ内側に形成される内側圧縮室１５ｂの両方に、ほぼ均等に冷媒ガスと一緒に吸入され、シールによる圧縮途中の漏れを防いでいる。
【００３３】
一方、本実施の形態において、高圧領域３０と背圧室２９を連通させる第４の経路５４について説明する。高圧領域３０に供給されたオイル６の一部は、旋回スクロール１３に形成され、且つ高圧領域３０に一開口端を有する第４の経路５４を通って、自転拘束機構１４が位置している背圧室２９に進入し、スラスト摺動部及び自転拘束機構１４の摺動部を潤滑するのに併せ、背圧室２９にて旋回スクロール１３の背圧を印加する。
【００３４】
背圧室２９におけるオイル量については、第４の経路５４を介して高圧領域３０から背圧室２９へと進入するオイル６と、第１及び第２の経路を介して背圧室２９から圧縮室１５へと進入するオイル６に関して、前者のオイル量が多い場合、背圧室２９には過剰なオイル６が供給されるため、背圧室２９の圧力が上昇してしまう。
【００３５】
その結果、旋回スクロール１３に過剰な背圧が印加される。過剰な背圧が印加された場合には、スラスト荷重が増大するため、性能悪化や信頼性悪化を引き起こすという課題がある。
【００３６】
そこで、本実施の形態におけるスクロール圧縮機においては、背圧室２９へと流入するオイル６をコントロールするために、第４の経路５４を設けている。また、旋回スクロール１３の背面１３ｅにシール部材７８を配置することで、高圧領域３０と背圧室２９に仕切る。
【００３７】
これにより、高圧領域３０から背圧室２９への圧力の漏れ込みを防止できるので、背圧室２９へのオイル流入は第４の経路５４のみで制御することができる。
【００３８】
なお、背圧室２９内を一定の中間圧に維持する方法として、背圧調整機構を用いても同等の効果を有する（図示せず）。背圧調整機構とは、背圧室２９から固定スクロール１２の内部を通って吸入口１７へと連通している通路に、バルブを設けたもので、背圧室２９の圧力が設定圧力より高くなるとバルブが開き、背圧室２９のオイルが吸入口１７へと供
給され、背圧室内を一定の中間圧に維持する機構である。
【００３９】
図３にクランク軸４の要部を拡大した外観図を示す。クランク軸４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて、クランク軸４上部に到達したオイル６は、圧縮機構部２に供給されるものと、軸受部６６に供給されるものに分かれる。偏心軸部４ａ及び主軸受部４ｂには、それぞれ複数の螺旋溝１００ａ及び１００ｂが形成されている。
【００４０】
偏心軸部４ａに施された複数の螺旋溝１００ａによって、オイル６が偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部に形成された軸受部６６を潤滑した後、高圧領域３０へとオイル６が供給される。
【００４１】
その後、主軸受部４ｂに施された複数の螺旋溝１００ｂによって、オイル６が主軸受部４ｂと主軸受部材１１との間の軸受部６６にを潤滑した後落下し、オイル溜め２０へ戻る。
【００４２】
次に、螺旋溝１００ａ及び１００ｂを複数形成した理由について説明する。軸受隙間を広く形成し、オイルの粘性によるせん断抵抗を低減し、高効率化を図る手法が一般的に知られている。そのため、複数の螺旋溝１００ａ及び１００ｂを形成することによって、軸受隙間が広い領域を拡大して、オイルの粘性によるせん断抵抗を低減することができる。
【００４３】
一方、１本の螺旋溝でも、溝幅を広げることによって軸受隙間が広い領域を拡大することができる。しかしながら、１本の螺旋溝で溝幅を広げると、溝内でオイル６の２次流れ（溝に沿った流れとは垂直方向の流れ）が発生し、オイル６が軸受部６６よりスムーズに排出されない。
【００４４】
オイル６をスムーズに排出するためには、螺旋溝の巻き数（或いは、リードの角度）を大きくする必要があるが、その場合には、クランク軸４の負荷が作用する領域にまで螺旋溝が延伸し、結果軸受上部及び軸受下部で発生する油膜圧力を低下させて、クランク軸４と軸受部６６の接触を招く。
【００４５】
しかしながら、複数の螺旋溝１００ａ及び１００ｂを形成することによって軸受隙間が広い領域を拡大して、オイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、且つ、運転条件が激しく変化する運転起動時において、リードによってオイル６を滞留させることなくスムーズに排出することができるので、溶け込んだ冷媒が発泡してオイル粘度が低下することによる油膜圧力の低下を最小限に防ぐことが出来る。
【００４６】
結果、クランク軸４と軸受部６６内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態においては、２本の螺旋溝としたが、２本以上の螺旋溝を形成しても同等の効果を有する（図示せず）。
【００４８】
なお、本発明の実施の形態において、複数の螺旋溝１００ａ及び１００ｂを、重なることなく独立に形成している。この構成によって、螺旋溝内を流れるオイル６がぶつかり合うことがないので、よりスムーズにオイル６を排出することができるので、より高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００４９】
なお、螺旋溝同士の間隔を、螺旋溝の幅よりも小さく形成している。この構成によれば、クランク軸４の負荷が作用する領域まで螺旋溝が延伸することを防いで、結果軸受上部及び軸受下部で発生する油膜圧力を低下させることなく、軸受隙間が広い領域をより拡大
することができるので、より高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【００５０】
なお、本発明の実施の形態において、圧縮機構部２をスクロール圧縮機構部としたが、ロータリ圧縮機、レシプロ圧縮機等のその他圧縮機に対しても同様に適応することが可能であるが、特に圧縮機構部２がスクロール圧縮機構部の場合には、軸受部６６が２箇所以上あるので、それぞれの軸受部６６に対して複数の螺旋溝を形成することによって、軸受部６６のオイル６の粘性によるせん断抵抗を低減し、クランク軸４と軸受部６６内が接触することによるカジリや磨耗を防いだより高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は電動機部と、前記電動機部によって駆動される圧縮機構部と、前記電動機部と前記圧縮機構部とを収容するとともに、オイルの貯留部を有する密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は、クランク軸と、前記クランク軸を軸支する軸受部とを備え、前記クランク軸に前記オイルの貯留部と前記軸受部とを連通する通路と、前記通路と連通する複数の螺旋溝を、前記軸受部の前記クランク軸の外周面に形成したものである。この構成によれば、軸受部のオイルの粘性によるせん断抵抗を低減しながら、クランク軸と軸受部内が接触することによるカジリや磨耗を防いだ高効率な密閉型圧縮機を提供することができる。よって、作動流体を冷媒と限ることなく、空気、ヘリウムを作動流体とする密閉型圧縮機や、膨張機も含む流体機械の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５２】
２  圧縮機構部
１１  主軸受部材
１２  固定スクロール
１２ｂ  ラップ溝
１２ｃ  ラップ底面
１３  旋回スクロール
１３ｃ  ラップ上面
１３ｅ  背面
１４  自転拘束機構
１５  圧縮室
１５ａ  外側圧縮室
１５ｂ  内側圧縮室
１６  吸入管
１６ａ  外側管
１６ｂ  断熱層
１６ｃ  内側管
２９  背圧室
３０  高圧領域
６６  軸受部
１００ａ、１００ｂ  螺旋溝
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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