(57)【要約】【課題】  軸受に多量の潤滑油が供給されても圧縮室への潤滑油の流入量を制限して性能低下を抑止する。【解決手段】  本発明に係るスクロール圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロール及び非旋回スクロールを有する圧縮機構部と、潤滑油を蓄える油貯留部と、作動流体を圧縮するための動力を伝達するクランク軸と、クランク軸を支持する主軸受を有するフレームとを、容器内に備え、旋回スクロール背面側とフレームとの間に設けられたシール部によりシール部の内側に高圧の油圧室を形成し、油圧室からの潤滑油の流量に追従して作動する制御バルブをフレームに配置し、制御バルブは、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以上の場合には油貯留部と油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以下の場合には油貯留部と油圧室を連通する通路を遮断するように作動する。【選択図】図１
2009264306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロール及び非旋回スクロールを有する圧縮機構部と、潤滑油を蓄える油貯留部と、前記作動流体を圧縮するための動力を伝達するクランク軸と、前記クランク軸を支持する主軸受を有するフレームとを、容器内に備えたスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロール背面側と前記フレームとの間に設けられたシール部により前記シール部の内側に高圧の油圧室を形成し、
前記油圧室からの前記潤滑油の流量に追従して作動する制御バルブを前記フレームに配置し、
前記制御バルブは、前記油圧室からの前記潤滑油の流量が設定値以上の場合には前記油貯留部と前記油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、前記油圧室からの前記潤滑油の流量が設定値以下の場合には前記油貯留部と前記油圧室を連通する前記通路を遮断するように作動するスクロール圧縮機。
【請求項２】
作動流体を圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロール及び非旋回スクロールを有する圧縮機構部と、潤滑油を蓄える油貯留部と、前記作動流体を圧縮するための動力を伝達するクランク軸と、前記クランク軸を支持する主軸受を有するフレームとを、容器内に備えたスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロール背面側と前記フレームとの間に設けられたシール部により前記シール部の内側に高圧の油圧室を形成し、
前記スクロール圧縮機の回転数に応じて作動する制御バルブを前記フレームに配置し、
前記制御バルブは、前記スクロール圧縮機の回転数が設定値以上の場合には前記油貯留部と前記油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、前記油圧室前記スクロール圧縮機の回転数が設定値以下の場合には前記油貯留部と前記油圧室を連通する前記通路を遮断するように作動するスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記油圧室と前記圧縮室とが前記制御バルブを介して連通されているスクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかにおいて、前記油圧室と前記旋回スクロールの反圧縮室側に形成された背圧室とが前記制御バルブを介して連通され、前記制御バルブは、前記旋回スクロールの反圧縮室側に形成された背圧前記背圧室の圧力が設定値以上になった場合には前記油貯留部と前記油圧室を連通する前記通路を開放するように作動するスクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかにおいて、前記制御バルブは、前記潤滑油の流量を制御する絞り通路を有するピストン部を備えるスクロール圧縮機。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかにおいて、前記油貯留部と前記油圧室を連通する前記通路に逆流防止手段を設けたスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍装置及び空調装置並びに空気，窒素等の気体圧縮用のスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調等に用いられる電動密閉形スクロール圧縮機は、容器内の冷凍機油を貯留する油貯留部の圧力を吐出圧力と等しくし、旋回スクロールとフレームとにより構成される中間圧力室の圧力を吸込圧力と吐出圧力との中間の圧力となるように制御している。油貯留部と中間圧力室及び中間圧力室と圧縮室外周部（吸い込み圧力に等しい）の各々には圧力差が生じるように制御している。
【０００３】
また、クランク軸は冷凍機油の流れる流路を備え、この流路の一旦は密閉容器内の油貯留部に開口するとともに、他端は旋回軸受上部に開口している。冷凍機油が旋回軸受上部から下部へ流れ、さらに中間圧力室へ流れて潤滑する。中間圧力室内では、冷凍機油の一部がオルダムリングの摺動面を潤滑した後、旋回スクロールの台板外周部から、非旋回スクロールと旋回スクロールとの摺動面を潤滑して、中間圧力より低圧である圧縮室の吸込圧力領域へ流入する。
【０００４】
従来の技術として、旋回スクロールの軸受部のクリアランスを調整することにより、背圧室への潤滑油の流入を抑制するものがある（例えば、特許文献１参照）。しかし、軸受の加工は複雑な形状であるためコストがかかる。また、軸受の負荷面が減少するため信頼性に課題がある。
【０００５】
また、他の従来の技術として、旋回スクロールの背面側にオイルポケットを設け、旋回スクロールの旋回運動により間欠的に給油するものがある（例えば、特許文献２参照）。しかし、高速運転では旋回運動が増加し背圧室への給油量が増加する課題がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１７９４８１号公報
【特許文献２】特開２００３−１７６７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、軸受に多量の潤滑油が供給されても圧縮室への潤滑油の流入量を制限して性能低下を抑止し、また、軸受の潤滑を良好に行うことができるスクロール圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロール及び非旋回スクロールを有する圧縮機構部と、潤滑油を蓄える油貯留部と、作動流体を圧縮するための動力を伝達するクランク軸と、クランク軸を支持する主軸受を有するフレームとを、容器内に備え、旋回スクロール背面側とフレームとの間に設けられたシール部によりシール部の内側に高圧の油圧室を形成し、油圧室からの潤滑油の流量に追従して作動する制御バルブをフレームに配置し、制御バルブは、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以上の場合には油貯留部と油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以下の場合には油貯留部と油圧室を連通する通路を遮断するように作動する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係るスクロール圧縮機によれば、軸受に多量の潤滑油が供給されても圧縮室への潤滑油の流入量を制限して性能低下を抑止し、また、軸受の潤滑を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
圧縮運転中における軸受（主軸受及び旋回軸受）の潤滑には、潤滑作用のある冷凍機油の供給が重要である。軸受に冷凍機油が供給されると、楔効果により油圧が発生し、クランク軸は軸受から浮上して、流体潤滑といわれる潤滑形態となる。また、運転条件によっては軸受への荷重が増大し、油膜が薄くなって軸受とクランク軸が接触しやすくなり、境界潤滑といわれる潤滑形態となる。
【００１１】
潤滑状態が流体潤滑から境界潤滑になると摩擦係数が大幅に増加し、軸受とクランク軸との間に摩擦熱が発生する。そのため、冷凍機油の粘度が低下し、さらに油膜が形成されにくくなり、軸受の信頼性が低下する。軸受の潤滑性を確保するには、単に楔状の油膜を形成するのに必要な冷凍機油を供給するだけではなく、軸受で発生する熱を冷凍機油によって奪い去るのに必要な油量を供給することが必要である。
【００１２】
一方、スクロール圧縮機内の圧力分布として、圧縮室の外周部は低圧領域であるため、より高圧な領域の油やガスが流入しやすくなる。それ故、旋回軸受に給油された冷凍機油は、全量が中間圧力室を経由して圧縮室に流入するが、中間圧力室内でオルダムリングを潤滑し、また圧縮室のシール性向上に寄与する。その反面、循環油量が過剰な場合、旋回スクロールのラップ側面と非旋回スクロールのラップ側面とが運転中に接近すると、両者間に設定されたクリアランス以上の冷凍機油が存在することになり、圧縮過程においてこの冷凍機油を押しのける動力を必要とし、圧縮機の入力が増加する。
【００１３】
冷凍サイクルにおいて、圧縮室に供給された冷凍機油中に冷媒が溶け込んでいる。冷凍機油が中間圧力室内で攪拌されると、冷凍機油から冷媒ガスが放出される。また、圧縮室に流入した冷凍機油からも冷媒ガスが放出される。この冷媒ガスは、圧縮室から容器内に吐出されて冷凍機油に再び溶け込み、再度、中間圧力室へ吸い込まれる。すなわち、圧縮機内を循環した冷媒は吸い込みパイプから吸い込まれた冷媒ガスと合流し、その結果、圧縮室が吸い込みパイプから吸い込める冷媒ガス量が減少するので、冷凍サイクルとしての冷媒循環量が減少する。
【００１４】
さらに、冷凍機油は冷媒ガスとともに圧縮室から吐出され、ミスト状になって圧縮機から吐出される。この結果、冷凍機油が冷凍サイクルの熱交換器の内壁に付着して伝熱性を低下させる。特に、熱交換器が蒸発器の場合は、冷凍機油中の冷媒が放出されるのに時間を要し、冷凍サイクルにおいて液化して冷媒の蒸発量が減少し、冷凍能力の低下を引き起こす。
【００１５】
軸受を潤滑し、高負荷時の信頼性を確保するのに必要な油量に比べて、圧縮室の潤滑、シールに必要な油量は大幅に少ない。一般に、軸受の潤滑と高負荷時の信頼性が優先されて油量が供給されるが、信頼性と省電力化とは相反する関係にある。
【００１６】
本発明に係るスクロール圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室を形成する旋回スクロール及び非旋回スクロールを有する圧縮機構部と、潤滑油を蓄える油貯留部と、作動流体を圧縮するための動力を伝達するクランク軸と、クランク軸を支持する主軸受を有するフレームとを、容器内に備え、旋回スクロール背面側とフレームとの間に設けられたシール部によりシール部の内側に高圧の油圧室を形成し、油圧室からの潤滑油の流量に追従して作動する制御バルブをフレームに配置し、制御バルブは、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以上の場合には油貯留部と油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以下の場合には油貯留部と油圧室を連通する通路を遮断するように作動する。
【００１７】
本発明に係るスクロール圧縮機は、上記構成により、旋回軸受及び主軸受へ十分に冷凍機油を供給しつつ、中間圧力室への過剰な冷凍機油の流入を抑制することができる。従って、旋回軸受及び主軸受の潤滑を良好に行い軸受の信頼性を向上させつつ、中間圧力室への流入流量過剰による性能低下を抑制することができる。さらに、圧縮室が吸い込みパイプから吸い込む冷媒ガス量も増加するので、冷凍サイクルの冷媒循環量を増加させることができ、その結果、性能向上を図ることができる。
【実施例１】
【００１８】
以下、本発明におけるスクロール圧縮機の実施例について、図１から図６を用いて説明する。本実施例は、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以上の場合には油貯留部と油圧室とを連通する通路を開放するように作動し、油圧室からの潤滑油の流量が設定値以下の場合には油貯留部と油圧室を連通する通路を遮断するように作動する制御バルブを備えることにより、軸受に多量の潤滑油が供給された場合でも圧縮室への潤滑油の流入量を制限してスクロール圧縮機の性能低下の抑止を図るものである。尚、本実施例においては、空調用の電動密閉形スクロール圧縮機を例に説明する。
【００１９】
図１は、本実施例におけるスクロール圧縮機の縦断面図である。図１において、１は密閉された容器であって、容器１内には、電動機２と電動機２に連結された圧縮機構部３とが収納されている。圧縮機構部３は非旋回スクロール３ａと旋回スクロール３ｂとを備え、非旋回スクロール３ａと旋回スクロール３ｂのそれぞれの台板上に形成された渦巻状のラップを噛み合わせることにより圧縮室４が形成される。また、電動機２は、回転子２ａと固定子２ｂとから構成される。クランク軸６は、電動機２の回転動力を旋回スクロール３ｂへ伝達する。オルダムリング５は、クランク軸６が回転した場合に旋回スクロール３ｂの自転を防止する。旋回軸受７は、クランク軸６と旋回スクロール３ｂとをボス部３ｃで摺動可能に支持している。主軸受８は、クランク軸６とフレーム９とを摺動可能に支持している。フレーム９には、非旋回スクロール３ａがねじ３ｄによって固定されている。
【００２０】
このように構成されたスクロール圧縮機の作用を説明する。スクロール圧縮機の運転が開始されると、電動機２により旋回スクロール３ｂが回転して、吸込管１９から冷凍サイクル中の冷媒ガスが吸い込まれる。吸い込まれた冷媒ガスは、非旋回スクロール３ａと旋回スクロール３ｂとから構成される圧縮機構部３の圧縮室４により圧縮され、吸い込み圧から高温，高圧の圧縮冷媒ガスとなって吐出管２０から吐出される。このとき、冷凍機油貯留部１０内の圧力も、圧縮室４の吐出側と同圧の高圧になっている。一方、中間圧力室１４内は、吸い込み圧と吐出圧とのほぼ中間の圧力（以下「中間圧」という。）になっている。
【００２１】
図２は、図１の制御バルブ３０の拡大図である。図１及び図２を用いて、潤滑油の流れを説明する。容器１の底部にある冷凍機油貯留部１０で蓄えられた潤滑油は、給油ポンプケース１１に設けられた潤滑油吸込口から容積式や遠心式等の給油ポンプ１２によって吸入され、クランク軸６の軸内に設けられた給油孔１３を通って、旋回スクロール軸受部上部に吸上げられる。その後、潤滑油は旋回スクロールの旋回軸受７の隙間を通り、高圧の油圧室２２及びフレームに設けられた通路１６を経由して、中間圧力室１４に給油される。旋回スクロール軸受端面とフレームはシールリング１５によって、シールされているため、通路１６を経由して中間圧力室へ給油される。また、図２に示すように圧縮機低速運転時においては、ピストン３０ａの両端面に作用する流体の差圧力とコイルバネ３０ｂの付勢力とが釣り合った位置でピストン３０ａが静止するため、油を排出する通路１７への開口が制御バルブ３０により塞がれる。
【００２２】
図３は、制御バルブのピストンの拡大図である。ピストン３０ａには流量を制御する絞り通路３１が、流路方向に貫通して設けられている。また、図示していないが、ピストンとピストン挿入穴のクリアランスを調整して絞り通路としてもよい。
【００２３】
図４は、図２に示した制御バルブ周囲の拡大図である。図３及び図４を用いて、制御バルブでの潤滑油の流れを説明する。潤滑油は高圧室である油圧室２２を通過し通路１６ａに流入する。通路１６ａに流入した潤滑油は絞り通路３１を通過して圧力が低減され、通路１６ｂを経由して中間圧力室１４へ供給される。
【００２４】
図５は圧縮機高速運転時の制御バルブの拡大図であり、圧縮機高速運転時（圧縮機高速回転時）における制御バルブ３０の弁体位置と給油通路の開度状態を示している。圧縮機の高速運転時には、ピストン３０ａは左端に押付けられ、通路１７が開口し、軸受に給油された潤滑油の大部分が冷凍機油貯留部１０へ循環する。軸受に給油された潤滑油が冷凍機油貯留部１０へ循環することにより、中間圧力室１４を経由して圧縮室４へ流入する冷凍機油が減少する。その結果、旋回軸受７及び主軸受８への冷凍機油の供給が増加することにより潤滑が良好に行われて信頼性が向上するとともに、中間圧力室１４への流入量が減少することにより冷凍機油を攪拌することに費やされる動力が軽減されるので消費電力の低減を図ることができる。
【００２５】
図６は中間圧異常高圧時の制御バルブの拡大図であり、背圧室が冷媒の発泡等により異常高圧力になった場合の制御バルブ３０の弁体位置と給油通路の開度状態を示している。背圧室が冷媒の発泡等により異常高圧力になった場合、ピストン３０ａは右端に押付けられ、通路１７が開口するので、背圧室の圧力を低減することができる。尚、通路１７の一端には逆流防止弁１８が取り付けられており、冷媒ガスの逆流を防止している。逆流防止弁１８は、板状弁１８ｂと、この弁の開放を制限するリテーナ１８ａとから構成される。逆流防止の手段として、図示していないが、通路１７をふさぐボール及びこのボールを押圧するばねから構成するものであってもよい。
【００２６】
従来のオイルポケットにより給油する場合、給油量は旋回運動の速度上昇に伴って増加する。低速時に給油を確保するようにオイルポケットの給油量を設定すると、高速時には給油過多となる。しかし、本発明によれば、旋回軸受７及び主軸受８へ十分に冷凍機油を供給しつつ、中間圧力室への過剰な冷凍機油の流入を抑制することができる。従って、旋回軸受及び主軸受の潤滑を良好に行い軸受の信頼性を向上させつつ、流量過剰による性能低下を抑制することができる。さらに、圧縮室が吸い込みパイプから吸い込む冷媒ガス量も増加するので、冷凍サイクルの冷媒循環量を増加させることができ、その結果、性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】スクロール圧縮機の縦断面図。
【図２】制御バルブの拡大図。
【図３】制御バルブのピストンの拡大図。
【図４】制御バルブ周囲の拡大図。
【図５】圧縮機高速運転時の制御バルブの拡大図。
【図６】中間圧異常高圧時の制御バルブの拡大図。
【符号の説明】
【００２８】
１  容器
２  電動機
３  圧縮機構部
３ａ  非旋回スクロール
３ｂ  旋回スクロール
３ｃ  ボス部
３ｄ  ねじ
４  圧縮室
５  オルダムリング
６  クランク軸
７  旋回軸受
８  主軸受
９  フレーム
１０  冷凍機油貯留部
１１  給油ポンプケース
１２  給油ポンプ
１３  給油孔
１４  中間圧力室
１５  シールリング
１６，１７  通路
１８  逆流防止弁
１９  吸込管
２０  吐出管
２２  油圧室
３０  制御バルブ
３０ａ  ピストン
３０ｂ  コイルバネ
３１  絞り通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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