JP4991136B2

JP4991136B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP4991136B2
Application number: JP2005272539A
Authority: JP
Inventors: 和禧杉本; 保則清川; 良明小池; 健二相田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2025-09-20
Also published as: KR101216267B1; KR20070032915A; CN1936330A; EP1764507A3; EP1764507A2; JP2007085202A; US20070065307A1; US7351045B2

Description

本発明は、圧縮機に係るもので、特に潤滑用オイルの供給機構において、オイルカップ内のオイルが回転摩擦力により回転するのを抑制し得る回転抑制手段を設けた圧縮機に関する。

一般に、気体を圧縮する圧縮機としては、レシプロ式、回転式、スクロール式等の圧縮機が知られている。これらの圧縮機は、電動機からなる電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを備え、圧縮要素に導入される冷媒ガス等の気体を圧縮して吐出させ、この圧縮気体を例えば空調機、冷蔵庫、冷凍・冷蔵庫等の冷凍サイクルに供給するようにしている。

この種の圧縮機は、通常圧縮機本体を構成する容器の底部に潤滑用オイルを溜めるオイル溜めが設けられ、電動要素のロータに軸着された駆動軸の端部にオイルポンプが取り付けられ、このオイルポンプによりオイル溜めのオイルを吸い上げると共に、駆動軸の内部に軸線方向に沿って設けられた油通路を介して圧縮要素の摺動部や駆動軸の軸受部にオイルを供給して潤滑する。そして、潤滑後のオイルはオイル溜めに戻して繰り返し使用する構造になっている。

前記オイルポンプは駆動軸の端部に取り付けられており、駆動軸の回転によってオイルポンプが回転し、この回転に伴う遠心力によってオイル溜めからオイルを吸い上げると共に、駆動軸に設けられた油通路の内壁に沿ってオイルを上昇させて前記圧縮要素の摺動部や駆動軸の軸受部にオイルを供給するのであるが、オイル溜めのオイル量が減少し、且つオイルポンプの回転に伴なう回転摩擦力によってオイルが回転されると、オイル溜め内の油面が断面略放物線状に凹み、或いは波立ち状態になることがある。このような状態に陥ると、オイルポンプの吸込口近傍の油面が低下し、或いは不安定になってオイルの吸い上げ量が減少し、又は吸い上げが不能となって摺動部や軸受部に対するオイル供給量が減少することから潤滑機能の低下を招く問題があった。

このような問題を解決する手段として、例えば特許文献１には、オイル溜めの油面の乱れを抑制するオイルプレートを設けたスクロール圧縮機が開示されている。しかしながら、オイルプレートの上面が油面よりも若干低く位置している状態においては、油面の乱れ抑制効果を得るが、油面が下がってオイルプレートの下面より低い状態になると、油面の乱れ抑制効果が十分得られずに波立ち状態となり、更に油面が下がるとオイルポンプの回転に伴って断面略放物線状に凹み、オイルポンプからオイルを吸い上げることが困難又は不能になってしまう。

又、特許文献２には、オイルポンプを囲むようにして攪拌抑制部材が設けられ、この攪拌抑制部材によりオイル溜めにおけるオイルポンプの回転摩擦力の作用範囲を制約するようにしたスクロール圧縮機が開示されている。しかしながら、この場合も油面が下がってオイルポンプの下端近傍位置になると、オイルポンプの回転に伴って油面が断面略放物線状に凹み、オイルポンプからオイルを吸い上げることが困難又は不能になってしまう。更に、特許文献３には、ロータの下部を覆うように且つオイルポンプを囲繞するようにして形成した筒状部を有する攪拌抑制部材を備えたスクロール圧縮機が開示されている。しかしながら、この場合も同様に油面がオイルポンプの下端近傍位置まで下がると、オイルポンプの回転に伴って断面略放物線状に凹み、オイルポンプからオイルを吸い上げることが困難又は不能になってしまう。

特開平６−２６４６９号公報特開平９−３２７６０号公報特開平５−６５８８４号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたもので、オイル溜めの油面が下がっても、オイルポンプの回転に伴って油面が断面略放物線状に凹むのを抑制し、オイルポンプによりオイルを確実に吸い上げられるように構成した圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを備え、前記容器の底部にオイル溜めが設けられると共に、オイル溜めに連通する略円筒形状のオイルカップが前記容器の底部に固定され、前記電動要素のロータに軸着された駆動軸の下端部にオイルポンプが取り付けられ、このオイルポンプの吸込口は前記オイルカップの中心軸上でオイルカップの底部近傍に位置付けられた圧縮機において、前記オイルカップの内壁に一端が固定され他端がオイルカップの中心軸に向くようにしてほぼ鉛直に、かつ、等間隔で、しかも、側端がオイルポンプの外壁近傍に近接して取り付けられている板材と、オイルカップの内壁に等間隔で複数形成され、オイルカップの内底面から板材近傍まで板材の直下に縦方向に大きく開口させた通孔と、を備え、前記オイルカップの内壁に当該オイルカップ内のオイルが回転摩擦力により回転し、オイルポンプの吸込口の油面低下を抑制する回転抑制手段を設けたことを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、容器の底部にオイル溜めが設けられると共にこのオイル溜めに連通するオイルカップが固定され、このオイルカップの中心軸線に沿ってオイルポンプが挿入配置され、オイルポンプの吸込口はオイルカップの底部近傍に位置付けられた圧縮機において、オイルカップの内壁には回転抑制手段が設けられているため、当該オイルカップ内のオイルが回転摩擦力により回転するのを抑制することができる。これにより、オイル溜めの油面が下がっても、オイルポンプの回転に伴ってオイルカップ内の油面が断面略放物線状に凹むのを抑制することができ、オイルポンプの吸込口からオイルを確実に吸い上げて圧縮要素の摺動部や駆動軸の軸受部に充分に供給し、潤滑することができる。

特に、上記請求項１の発明によれば、回転抑制手段は、板材と、オイルカップの内底面から板材近傍まで板材の直下に縦方向に大きく開口させた通孔とを備えている。この板材の一端はオイルカップの内壁に固定され、他端はオイルカップの中心軸に向くようにしてほぼ鉛直に配設されているため、この板材がオイルカップ内のオイルの回転に対して邪魔板としての作用を発揮し、オイルポンプの回転に伴うオイルの回転を抑制することができる。また、この回転抑制手段は、板材の直下のオイルカップ内壁面に通孔を設けており、オイルポンプの回転の際に、オイルカップ内のオイルを板材直下の通孔からカップ外部へ逃がすことでオイルに作用する遠心力を減殺することが可能となる。従って、オイルポンプの回転に伴うオイルの回転を抑制できるのと同時に、液面の平坦化を図ることも可能となる。

次に、本発明に係る圧縮機の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明をスクロール圧縮機に適用した一実施形態を示す概略縦断面図である。図中、１は円筒形の容器本体であり、内部に電動要素２とこの電動要素２により駆動される圧縮要素３とが収納・配設され、容器本体１の上端部には仕切り円盤４を介して上部キャップ５が取り付けられ、容器本体１の下端部には下部キャップ６が取り付けられることにより密閉容器として構成されている。

上記電動要素２は電動機であって、外周部が容器本体１のほぼ中央部の内壁に固定されているステータ２aと、このステータ２aの中央部に回転自在に配設されたロータ２bとから構成され、ロータ２bの中央部には駆動軸７が貫通して軸着されている。

上記圧縮要素３は公知のスクロール形式のものであって、ほぼ円盤状の下面側に渦巻状の凹溝が形成されている固定スクロール３aと、ほぼ円盤状の上面側に渦巻状の突起が形成されている揺動スクロール３bとから構成され、これら一対のスクロールの渦巻状凹溝と突起を組み合わせて圧縮室を形成して圧縮作用を行う。即ち、固定スクロール３aは静止させ、揺動スクロール３bはその中心軸回りには自転しない旋回運動をさせ、前記凹溝と突起により形成される圧縮室が揺動スクロール３bの旋回運動によって回転しながら中央部に移動し、次第にその容積を減じる。そして、圧縮要素３の外側部から吸入された気体は、圧縮室の容積変化により等エントロピー変化等に従って圧力が上昇するのである。

前記容器本体１の上部の内壁には上部支持フレーム８が固定され、この上部支持フレーム８の上面外周部に前記固定スクロール３aが取り付けボルト９(１本しか図示されていないが実際は複数本用いる)を介して固定され、中央部に形成されている軸受部８aには前記駆動軸７の上端部が貫通して軸支されている。又、上部支持フレーム８の上面側中央部には円形の凹部８bが形成されており、軸受部８aを貫通した駆動軸７の偏心カム部７aが凹部８b内に突出し、この偏心カム部７aに前記揺動スクロール３bの下面側突出円筒部がベアリング１０を介して嵌着され、揺動スクロール３bが前記固定スクロール３aに組み合わされている。そして、上部支持フレーム８と揺動スクロール３bは、この揺動スクロールの自転を規制するためにオルダムリング１１によって継ぎ手接続されている。これにより、駆動軸７の軸回転に伴って偏心カム部７aが偏心回転し、この偏心カム部７aにより揺動スクロール３bは自転することなく固定スクロール３aに対して旋回運動をする。

前記仕切り円盤４は中央部に通孔４aが設けられ、この通孔４aは固定スクロール３aの中央部に設けられた吐出ポート３c及びこの吐出ポート３cに続く凹部３dに連通している。これにより、圧縮要素３にて圧縮された気体は、固定スクロール３aの吐出ポート３cから吐出されると共に、凹部３d及び通孔４aを通って仕切り円盤４により仕切られている上部空間領域に流入し、上部キャップ５に取り付けられている吐出管１２から外部に吐出される。仕切り円盤４の中央部と、固定スクロール３aの上面側に形成されている円筒部との取付部にはシール材１３が装着されており、これにより上部空間領域(高圧領域)に流入した高圧の圧縮気体が、仕切り円盤４より下方の下部空間領域(低圧領域)に漏れないようにシールしてある。尚、凹部３dには吐出ポート３cを開閉する圧力開閉弁(図略)が取り付けられる。

前記容器本体１の下部の内壁には下部支持フレーム１４が固定され、この下部支持フレーム１４の中央部に形成されている軸受部１４aにはベアリング１５が装着され、前記駆動軸７の下端部が貫通して軸支されている。これにより、駆動軸７は上下端部が上部支持フレーム８の軸受部８a及び下部支持フレーム１４の軸受部１４aによりそれぞれ軸支されているため、前記ロータ２bの回転に伴う軸回転が安定し、且つステータ２aに対するロータ２bの適正位置を保持することができる。

前記容器本体１の底部には潤滑用オイルを収納したオイル溜め１６が設けられ、前記下部キャップ６の上面中央部にオイルカップ１７が固定され、このオイルカップ１７の側壁下部には円周方向に沿って複数の通孔１７aが等間隔で形成され、これらの通孔１７aを介してオイルカップ１７の内部がオイル溜め１６に連通している。又、オイルカップ１７の内壁には、オイルポンプ１８の回転に伴ってオイルカップ１７内のオイルが回転摩擦力により回転するのを抑制し得る回転抑制手段１９が設けられている。

本実施形態では、回転抑制手段１９はオイルカップ１７の内壁に一端が固定され、他端がオイルカップ１７の中心軸に向くようにしてほぼ鉛直に配設された板材１９aから構成されている。この場合、板材１９aは矩形であって、上端がオイルカップ１７の上縁又は上縁近傍に位置し、下端がオイルカップ１７の底部又は底部近傍に位置し、且つ側端がオイルポンプ１８の外壁近傍に位置して、図３のようにオイルカップ１７の内壁に沿って等間隔に４枚取り付けられている。尚、板材１９aの形状は矩形に限定されず、枚数も４枚に限定されない。又、回転抑制手段１９は板材１９aに限定されず、例えば角材その他オイルカップ１７内のオイルの回転を抑制又は阻止できるものであればよい。

前記オイルポンプ１８は、駆動軸７の下端部に取り付けられており、図２のようにオイルポンプ１８の下端部には吸込口１８aが形成され、この吸込口１８aの近傍にパドル１８bが設けられると共に、内壁に沿って凹部を円環状に又は間隔をあけて複数個所設けることにより異物分離機構１８cを形成してある。これにより、オイルポンプ１８は駆動軸７の回転によってオイルカップ１７内のオイルを吸い上げることができる。

オイルポンプ１８により吸い上げられたオイルは、遠心力によって駆動軸７の内部に軸線方向に沿って形成されている油通路７bの内壁に沿って上昇し、この油通路７の途中に設けられている複数の給油孔７cから圧縮要素３の摺動部や、駆動軸７の軸受部８a、１４a等に供給される。

駆動軸７の油通路７bの上端は、図１のように偏心カム部７aの内部に軸線方向に沿って形成されている油通路７dに連通しており、この油通路７dは揺動スクロール３bの内部に形成されている複数の給油孔３eと連通している。偏心カム部７aの油通路７dから上方に出たオイルは、偏心カム部７aを軸受けしているベアリング１０部分に給油されると共に、揺動スクロール３bの給油孔３eに流入したオイルは、給油孔３eの上端部から揺動スクロール３bの外周面を下降して下面側に回り込み、揺動スクロール３bと上部支持フレーム８との摺動面に給油される。そして、駆動軸７の回転が停止すると、油通路７b、７d内のオイルは内壁に沿って下降し、オイルポンプ１８の下端部からオイルカップ１７内に落下してオイル溜め１６に戻される。

前記揺動スクロール３bの摺動部や、駆動軸７及び偏心カム部７aの軸受部に供給されたオイルの一部も落下してオイル溜め１６に戻るが、この戻りオイル中には摺動部や軸受部で摩擦により生じた金属粉等の微細な異物が混入していることがある。このような微細な異物が混入した戻りオイルは、オイルカップ１７又はオイル溜め１６内で前記駆動軸７からの戻りオイルと混ざり合って繰り返し使用されるため、オイルポンプ１８から吸い上げられるオイル中に異物の混入量が徐々に増大することになる。しかしながら、本実施形態においては、前記のようにオイルポンプ１８の内壁に沿って異物分離機構１８cが設けられているため、オイル戻りの際に駆動軸７の油通路７bから出たオイルがオイルポンプ１８の内壁に沿って下降し、異物分離機構１８c内に流入する。この異物分離機構１８c内に流入した戻りオイルは、比重差によってオイルと異物が分離され、異物は異物分離機構１８cの底部に沈殿し、オイルは異物分離機構１８cから溢れ出てオイルポンプ１８の下端部からオイルカップ１７内に落下してオイル溜め１６に戻される。これにより、戻りオイル中から異物を分離することができる。本発明では、異物分離機構１８cがあるためオイルポンプ１８が大型化し、回転摩擦力が大きくなってオイルが回転し易くなるが、上記のようにオイルカップ１７内に板材１９aを設けることでオイルの回転を防止することができる。

前記容器本体１の側壁上部にはターミナル２０が取り付けられ、その内部側端子と前記電動要素２のステータ２aとが図示しない内部リード線により接続されると共に、外部側端子には図示しない外部電源からのリード線が接続される。これにより、外部電源から給電すると、ターミナル２０を通じて電動要素２を作動させることができる。

又、容器本体１の側壁要所には吸入管２１が取り付けられ、この吸入管２１の内側端部と前記圧縮要素３の図示しない吸入ポートとが連結管を介して接続されると共に、吸入管２１の外側端部には図示しない気体供給源からの配管が接続される。これにより、例えば冷媒ガスを吸入管２１から供給すると、圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室内に吸入され、揺動スクロール３bの旋回運動によって冷媒ガスは圧縮される。そして、圧縮された冷媒ガスは、前記固定スクロール３aの吐出ポート３cから吐出されると共に、吐出管１２から外部に吐出される。

本実施形態に係るスクロール圧縮機は上記のように構成されており、前記外部電源から給電すると電動要素２が作動してロータ２bが回転し、このロータ２bの回転と共に駆動軸７が軸回転し、偏心カム部７aを介して圧縮要素３の揺動スクロール３bが旋回し、吸入管２１から供給される気体例えば冷媒ガスを、吸入ポートから圧縮室に吸入して圧縮運転が開始される。

圧縮運転中に、前記オイルポンプ１８が駆動軸７と共に軸回転し、オイルカップ１７内のオイルを吸込口１８aから吸い上げて駆動軸７の油通路７bに送り込む。オイルカップ１７内のオイルは、オイルポンプ１８の回転に伴ってその回転摩擦力により回転方向と同方向に回転させられる。このため、オイルカップ１７内において、油面は断面略放物線状を呈して油面の中央部は低く落ち込み、外周部に行くに連れて湾曲状に高くなる。

オイル溜め１６の油面は、通常オイルカップ１７の上縁を超えて下部支持フレーム１４の下面近傍に位置しており、このような状態ではオイルカップ１７内でオイルの回転が生じてもオイルポンプ１８によるオイルの吸い上げには何ら支障が生じない。オイル溜め１６の油量が減少して油面の高さがオイルカップ１７の上縁より低くなったとしても、断面略放物線状の油面の中央部がオイルポンプ１８の吸込口１８aより高い位置にあるならば、
オイルを吸い上げることができる。オイル溜め１６の油量が更に減少して、図２に仮想線で示すようにオイルカップ１７内での断面略放物線状の油面の中央部がオイルポンプ１８の吸込口１８aより低い位置になると、オイルを吸い上げることができなくなってしまう。

本発明では、前記のようにオイルカップ１７の内壁に沿って複数の板材１９aから構成された回転抑制手段１９を設けてあるので、オイルカップ１７内でのオイルの回転を抑制することができる。又、オイルの回転が抑制されることから油面の波立ちも抑えることができる。これにより、オイルカップ１７内において、オイルの回転力は著しく減少させられ、油面の中央部をできるだけ高い位置に保持できるためオイルの吸い上げを確実に行うことができる。

回転抑制手段１９の板材１９aは、その下端をオイルカップ１７の底部に近接又は当接させ、側端はオイルポンプ１８の外側壁に極力近接させ、且つ取付枚数はできるだけ多い方がオイルの回転抑制効果を向上させるので好ましい。

オイルポンプ１８により吸い上げられたオイルは、前記のように駆動軸７の油通路７b内に流入し、内壁に沿って上昇しながら下部支持フレーム１４の軸受部１４aに対応する給油孔７cから当該軸受部１４aに給油され、次いで上部支持フレーム８の軸受部８aに対応する給油孔７cから当該軸受部８aに給油される。更に、オイルは上昇を続けて偏心カム部７aの油通路７d内に流入し、この油通路７dの上端から出て偏心カム部７aを軸受けしているベアリング１０部分に給油されると共に、揺動スクロール３bの給油孔３eを経て揺動スクロール３bの外周面を下降し、下面側に回り込んで揺動スクロール３bと上部支持フレーム８との摺動面に給油される。そして、駆動軸７の回転が停止すると、油通路７b、７d内のオイルは内壁に沿って下降し、オイルポンプ１８の下端部からオイルカップ１７内に落下してオイル溜め１６に戻される。

そして、圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室に吸入された冷媒ガスは、前記のように揺動スクロール３bの旋回運動によって圧縮された後、固定スクロール３aの吐出ポート３cから凹部３d及び仕切り円盤４の通孔４aを通って上部空間領域に流入すると共に、吐出管１２から外部に吐出され、吐出管１２に接続された図示しない配管を介して冷凍サイクルに送り込まれる。冷凍サイクルを循環した後、冷媒ガスは図示しない配管を介して吸入管２１から容器本体１に戻され、連絡管を経て圧縮要素３の吸入ポートから圧縮室に吸入されるのである。

尚、上記実施形態はスクロール圧縮機に適用した例で説明したが、本発明はスクロール圧縮機に限定されず、他形式の圧縮機であってオイル溜めにオイルカップを備えた圧縮機に適用することが可能である。

本発明は、オイル溜めにオイルカップを備えている圧縮機に有効利用することができ、オイルカップ内に回転抑制手段を設けることにより、オイルポンプの回転に伴うオイルの回転を抑制することができ、特にオイル溜めのオイル量が減少してもオイルポンプによるオイルの吸い上げを確実に行うことができる。これにより、圧縮要素の摺動部や駆動軸の軸受部を充分に潤滑することで圧縮機の信頼性を向上させることができる。

本発明をスクロール圧縮機に適用した実施形態を示す概略縦断面図である。本発明の実施形態における回転抑制手段を示す一部拡大図である。図２におけるX−X線に沿う概略横断面図である。

１容器本体
２電動要素
２a ステータ
２b ロータ
３圧縮要素
３a 固定スクロール
３b 揺動スクロール
３c 吐出ポート
４仕切り円盤
５上部キャップ
６下部キャップ
７駆動軸
７a 偏心カム部
７b、７d 油通路
７c 給油孔
８上部支持フレーム
８a 軸受部
１１オルダムリング
１２吐出管
１４下部支持フレーム
１４a 軸受部
１５ベアリング
１６オイル溜め
１７オイルカップ
１７ａ通孔
１８オイルポンプ
１９回転抑制手段
１９a 板材
２０ターミナル
２１吸入管

Claims

容器内に電動要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素とを備え、
前記容器の底部にオイル溜めが設けられると共に、オイル溜めに連通する略円筒形状のオイルカップが前記容器の底部に固定され、
前記電動要素のロータに軸着された駆動軸の下端部にオイルポンプが取り付けられ、
このオイルポンプの吸込口は前記オイルカップの中心軸上でオイルカップの底部近傍に位置付けられた圧縮機において、
前記オイルカップの内壁に一端が固定され他端がオイルカップの中心軸に向くようにしてほぼ鉛直に、かつ、等間隔で、しかも、側端がオイルポンプの外壁近傍に近接して取り付けられている板材と、
オイルカップの内壁に等間隔で複数形成され、オイルカップの内底面から板材の下端まで板材の直下にアーチ状に開口させた通孔と、を備え、
前記オイルカップの内壁に当該オイルカップ内のオイルが回転摩擦力により回転し、オイルポンプの吸込口の油面低下を抑制する回転抑制手段を設けた
ことを特徴とする圧縮機。