JPH11247771A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧冷媒に対してもこのスラスト荷重を低減
することによって、信頼性の向上と入力の低減を図った
スクロール型圧縮機を提供する。 【解決手段】 揺動スクロール３０の他方の面の中央部
に突設したボス穴部３１と、回転軸２６の他端部に設け
られ、その中心が回転軸の軸心と偏心して設けられると
共に、ボス穴部３１に挿入されたピン部２９と、回転軸
２６に形成され、給油部から吸い上げた高圧の潤滑油を
ピン部２９の先端からボス穴部３１に供給する油通路４
４とを備えており、軸受部の摺動面を潤滑油によりガス
シールすることにより揺動スクロール３９の背面と支持
フレーム２７の間を密閉容器２１内の圧力より低くする
と共に、ボス穴部３１の内径Ｄ１と回転軸２６の径Ｄ０
の比Ｄ１／Ｄ０を１以上とし、揺動スクロール３０のラ
ップ３２のインボリュート外半径Ｒ２とボス穴部３１の
内径Ｄ１の比Ｒ２／Ｄ１を１．２以上、２．１以下に設
定したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば空調・冷凍
機器などに搭載されるスクロール型圧縮機に関するもの
であり、更に詳しくは、固定スクロールと揺動スクロー
ルとを噛み合わせて形成される複数の圧縮室にて圧縮さ
せた圧縮ガスを密閉容器内へ吐出した後、密閉容器外へ
吐出するようにしたスクロール型圧縮機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より空気調和機などの冷凍サイクル
に使用される横置き型のスクロール型圧縮機は、例えば
特公平７−９９１５０号公報に示されている。係る従来
のスクロール型圧縮機を図８で説明すると、両端が閉鎖
された筒状の密閉容器１の内側には電動要素２とスクロ
ール圧縮要素３とが内蔵されている。電動要素２は密閉
容器１の内壁面側に固定されたステータ４と、このステ
ータ４の内側に回転自在に支持されたロータ５とから成
り、このロータ５には回転軸６が貫通状態に結合されて
いる。

【０００３】この回転軸６の一端は上記スクロール圧縮
要素３の一部を構成する支持フレーム７に回転自在に支
持されている。そして、回転軸６の他端側はロータ５か
ら突出しており、この先端部にはトロコイドポンプなど
の容積型ポンプ８が接続されている。そして、上記容積
型ポンプ８の端部には油導入管９が接続されている。こ
の油導入管９の吸込側の端部は上記密閉容器１内に収容
された潤滑油ｂに没するように下方に延長されている。

【０００４】また、上記回転軸６には容積型ポンプ８に
よって潤滑油ｂを供給する油通路が軸方向に穿設されて
おり、潤滑油が支持フレーム７などの各摺動部に供給さ
れた後、再循環されるように構成されている。

【０００５】そして、上記支持フレーム７に貫通する状
態に支持された回転軸６の一端部は、その中心が回転軸
６の軸心と偏心して設けられたピン部（クランク部）１
０として形成されており、このピン部１０には揺動スク
ロール１１が連接されている。この揺動スクロール１１
は円盤状に形成されており、背面の中央部に上記ピン部
１０が接続されるボス穴部１２が形成されている。この
揺動スクロール１１の表面には渦巻き形状のラップ１３
が一体に形成されている。

【０００６】また、支持フレーム７には固定スクロール
１４が結合されている。この固定スクロール１４には上
記揺動スクロール１１に対面する部分に渦巻き形状のラ
ップ１５が形成されており、上記ラップ１３との間に複
数の圧縮室１６を形成している。これらの圧縮室１６の
外周部で冷媒ガスを吸い込み、漸次中心に移動していく
ことで容積を縮小して冷媒ガスを圧縮するように構成さ
れている。

【０００７】固定スクロール１４の中央部には吐出ポー
ト１７が形成されており、この吐出ポート１７の外側を
包囲する状態で固定スクロール１４には消音器１８が設
けられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、係る従
来の構造では揺動スクロール１１の背面がそれに対向す
る支持フレーム７の面（スラスト面）に押し付けられる
スラスト荷重により、電力消費が多くなる問題が生じて
いた。

【０００９】これを解消するために、揺動スクロール１
１の背面と支持フレーム７のスラスト面間を中間圧力と
したり、揺動スクロール１１の背面をシールリングによ
って高圧部と低圧部に分けて固定スクロール側に揺動ス
クロールを押し付ける方式などが考えられているが、高
圧冷媒に対してはその押し付け力の増大・変動が発生
し、制御が困難となり、揺動スクロールのスラストロス
が増大して、成績係数が悪化する問題があった。

【００１０】そこで、本発明は高圧冷媒に対してもこの
スラスト荷重を低減することによって、信頼性の向上と
入力の低減を図ったスクロール型圧縮機を提供すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のスクロール型圧
縮機は、密閉容器内に設けられた電動要素と、この電動
要素によって駆動されるスクロール圧縮要素と、密閉容
器内に装着されてスクロール圧縮要素を支持すると共
に、中央に電動要素の回転軸を軸支するための軸受部を
設けた支持フレームと、密閉容器内に収容された潤滑油
と、回転軸の一端部に設けられた給油部とを備え、スク
ロール圧縮要素は、中央部に圧縮ガスの吐出ポートを設
けると共に一方の面に渦巻き状のラップを有する固定ス
クロールと、この固定スクロールに対して電動要素の駆
動により公転し、一方の面に渦巻き状のラップを有する
揺動スクロールとから構成され、両ラップを互いに噛み
合わせて複数の圧縮室を形成し、密閉容器外から吸入し
た冷媒ガスをこの圧縮室にて圧縮して吐出ポートから密
閉容器内に吐出した後、密閉容器外に吐出するようにし
たものであって、揺動スクロールの他方の面の中央部に
突設したボス穴部と、回転軸の他端部に設けられ、その
中心が回転軸の軸心と偏心して設けられると共に、ボス
穴部に挿入されたピン部と、回転軸に形成され、給油部
から吸い上げた高圧の潤滑油をピン部の先端からボス穴
部に供給する油通路とを備えており、軸受部の摺動面を
潤滑油によりガスシールすることにより揺動スクロール
の背面と支持フレームの間を密閉容器内の圧力より低く
すると共に、ボス穴部内径Ｄ１と回転軸径Ｄ０の比Ｄ１
／Ｄ０を１以上とし、揺動スクロールのラップのインボ
リュート外半径Ｒ２とボス穴部内径Ｄ１の比Ｒ２／Ｄ１
を１．２以上、２．１以下に設定したものである。

【００１２】本発明によれば、揺動スクロールの他方の
面の中央部に突設したボス穴部と、回転軸の他端部に設
けられ、その中心が回転軸の軸心と偏心して設けられる
と共に、ボス穴部に挿入されたピン部と、回転軸に形成
され、給油部から吸い上げた高圧の潤滑油をピン部の先
端からボス穴部に供給する油通路とを備えたスクロール
型圧縮機において、ボス穴部内径Ｄ１と回転軸径Ｄ０の
比Ｄ１／Ｄ０を１以上とし、揺動スクロールのラップの
インボリュート外半径Ｒ２とボス穴部内径Ｄ１の比Ｒ２
／Ｄ１を１．２以上、２．１以下に設定したので、揺動
スクロールの転覆を抑えつつ、高圧冷媒に対しても揺動
スクロールの背面に加わるスラスト荷重の増大を低減
し、支持フレームのスラスト面の信頼性の向上とスラス
トロスの低減による入力の低減を図ることが可能となる
ものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
基づいて詳述する。図１は本発明に係る横置き型のスク
ロール型圧縮機の全体構成を示す断面図である。

【００１４】図１に示される圧縮機２０はスクロール型
圧縮機であり、両端が閉鎖された筒状の密閉容器２１を
備えている。この密閉容器２１内には電動要素２２と、
この電動要素２２によって駆動されるスクロール圧縮要
素２３とが収容されている。

【００１５】上記電動要素２２は上記密閉容器２１の内
部に固定されたステータ２４と、このステータ２４の中
央部に位置されたロータ２５とを有し、このロータ２５
の中心部には上記密閉容器２１の軸心方向に向けられた
回転軸２６が貫通状態に結合され、その一端側は上記ス
クロール圧縮要素２３を支持する支持フレーム２７の中
央部に貫通され、回転自在に支持されている。上記支持
フレーム２７は上記密閉容器２１の内壁面に結合固定さ
れている。

【００１６】また、上記支持フレーム２７を貫通した回
転軸２６の端部にはその中心が回転軸２６の軸心と偏心
して設けたピン部（クランク部）２９が形成されてい
る。このピン部２９には揺動スクロール３０が連接され
ている。この揺動スクロール３０はアルミニウム或いは
アルミニウム合金から成り、円盤状の鏡板の背面中央部
に上記ピン部２９を挿入して連接するボス穴部３１と、
上記鏡板の表面に形成された渦巻き状のラップ３２とを
備えている。

【００１７】また、上記支持フレーム２７には揺動スク
ロール３０と同様の素材から成る固定スクロール３３が
結合されている。この固定スクロール３３は上記揺動ス
クロール３０のラップ３２に互い違い状態に位置して複
数の圧縮室３４を形成する渦巻き状のラップ３５が形成
されている。

【００１８】そして、上記固定スクロール３３の側壁面
には上記密閉容器２１に貫通された冷媒ガスの吸入管３
６が接続されている。また、上記固定スクロール３３の
中央部には、圧縮された冷媒ガスを密閉容器２１内に吐
出する吐出ポート３７が設けられている。

【００１９】この場合、吸入管３６から吸入される冷媒
ガスのスクロール圧縮要素２３の吸入側と、上記揺動ス
クロール３０の背面（上記鏡板のボス穴部３１のある側
の面）と上記支持フレーム２７との間は上記揺動スクロ
ール３０の鏡板の周縁部（連通路）において連通させて
あるので、この間の圧力は上記冷媒ガス吸入側と略同じ
に低く、前記密閉容器２１内の圧力より低い。

【００２０】回転軸２６のもう一方の端部には差圧式給
油部３８が設けられている。この給油部３８は、密閉容
器２１内に装着されて回転軸２６を軸支すると共に、油
導入管３９を装着した副軸受部４０を備えた副支持フレ
ーム４１を備えている。この副支持フレーム４１と回転
軸２６の間には、ベアリング４２が介在されており、こ
のベアリング４２の受け部４３が前記副軸受部４０に設
けられている。

【００２１】ここで、上記密閉容器２１には所定のレベ
ルまで潤滑油ｂが収容されており、この潤滑油ｂは前述
した差圧によって前記給油部３８から吸い上げられて回
転軸２６の中に設けた油通路４４を経て前記軸受部２８
を含む各摺動部に送られ、循環して使用されるように構
成されている。

【００２２】回転軸２６が軸受部２８により軸支されて
いる部分の中途に前記油通路４４から前記軸受部２８の
摺動面に通じる小孔４５が設けられている。この小孔４
５の出口から始まり前記電動要素２２側に向かって回転
軸２６の表面にこの小孔４５と連絡する螺旋状の溝４６
が、回転軸２６が軸受部２８により軸支されている部分
の外まで設けられている。

【００２３】そして、回転軸２６の一端面から出た潤滑
油は、ボス穴部３１とピン部２９の摺動面をガスシール
し、前記小孔４５を通過した潤滑油は前記溝４６を流れ
て摺動面を循環すると共に、小孔４５より前記スクロー
ル圧縮要素２３側の摺動面をガスシールするように構成
されている。

【００２４】上記のように構成した横置き型スクロール
型圧縮機２０が運転を開始すると、冷媒ガスは吸入管３
６からスクロール圧縮要素２３の外周部に吸入されて、
漸次中心に移動していくことで圧縮され、固定スクロー
ル３３の中央部に設けた吐出ポート３７から密閉容器２
１内に吐出され、この空間で同伴した潤滑油が分離さ
れ、脈動が低減される。

【００２５】吐出されたガスは白矢印で示したように固
定スクロール３３と支持フレーム２７に設けた図示しな
い通路を流れて、電動要素２２側に行き、ロータ２５の
回転による遠心力とステータ２４や副支持フレーム４１
などの邪魔板効果などで冷媒ガス中の潤滑油がさらに分
離される。そして、潤滑油が分離された冷媒ガスは吐出
管４７から密閉容器２１外に吐出される。分離された潤
滑油は黒矢印で示したように流れて密閉容器２１の底部
に溜まり、循環して使用される。

【００２６】冷媒ガス吸入側と、揺動スクロール３０の
背面と支持フレーム２７の間を連通させてあるので、こ
の間の圧力は冷媒ガス吸入側と略同じ位に低く、密閉容
器２１内の圧力より低くなっている。この差圧により、
潤滑油ｂは前記給油部３８の油導入管３９から吸い上げ
られて、黒矢印で示したように回転軸２６の中に設けた
油通路４４を経て高圧下で供給される。

【００２７】供給された高圧の潤滑油の一部は黒矢印で
示したように前記小孔４５を通過し、電動要素２２の方
向に向かって溝４６を流れて摺動面を潤滑し、その後、
密閉容器２１の底部に流れる。回転軸２６と軸受部２８
のクリアランスは非常に小さく、このクリアランスは例
えば約１０〜３０μｍ程度にしてあるので、小孔４５よ
り前記スクロール圧縮要素２３側の回転軸２６と軸受部
２８の摺動部は良くガスシールされる。

【００２８】一方、回転軸２６（ピン部２９）の一端面
から出た高圧の潤滑油はボス穴部３１の内底面から出て
ボス穴部３１内面とピン部２９との摺動面を良くガスシ
ールする。これらの潤滑油はその後黒矢印で示したよう
に揺動スクロール３０と支持フレーム２７の間を流れ、
オルダムリング４８溝部の潤滑を行った後、揺動スクロ
ール３０の鏡板の周縁部を経てスクロール圧縮要素２３
内の冷媒ガス吸入側に供給されて摺動面の潤滑を行い、
その後圧縮ガスと共に吐出ポート３７から密閉容器２１
内へ吐出され、圧縮ガスと分離されて密閉容器２１の底
部に流れる。

【００２９】尚、オルダムリング４８は、支持フレーム
２７と揺動スクロール３０との間に介装されており、電
動要素２２の駆動により固定スクロール３３に対して揺
動スクロール３０が自転しないように円軌道上を公転さ
せるように構成されている。

【００３０】ここで、図２は上記揺動スクロール３０
（断面）と回転軸２６の分解側面図、図３は揺動スクロ
ール３０の平面図を示している。今、回転軸２６の径を
Ｄ０、揺動スクロール３０のボス穴部３１の内径をＤ１
（図２）、揺動スクロール３０のインボリュート外半径
をＲ２、揺動スクロール３０の基礎円半径をＲ１、イン
ボリュート巻角をＮ（図３）とすると、インボリュート
外半径Ｒ２＝Ｒ１×Ｎ×π／１８０となる。

【００３１】そして、例えばインバータエアコン用のあ
る排除容積のスクロール圧縮機Ｃに対して、様々な基本
寸法のラップ３２（インボリュート）とボス穴部３１の
寸法で、暖房定格、暖房中間、冷房定格、冷房中間の各
条件で、揺動スクロール３０に加わるスラスト荷重と転
覆のし易さについて求めたものを図４〜図７に示す。

【００３２】各図の横軸は揺動スクロール３０のインボ
リュート外半径Ｒ２をボス穴部内径Ｄ１で割り（Ｒ２／
Ｄ１）、無次元化したものを表している。縦軸のスラス
ト荷重はオリジナルの寸法でのスラスト荷重を１とした
場合の比で表現している。また、安定した運転が可能か
否かを判断するために、転覆係数（転覆モーメント／ス
ラスト荷重：ｋｇ・ｃｍ／ｋｇ）を定義している。

【００３３】尚、転覆モーメントは圧縮荷重Ｆ２×Ｈ２
（ｋｇ・ｃｍ）、スラスト荷重はＦ１（ｋｇ）であり、
転覆係数はＦ２×Ｈ２／Ｆ１（ｋｇ・ｃｍ／ｋｇ）とな
る。

【００３４】図４〜図７から明らかな如く、何れの運転
条件においてもＲ２／Ｄ１が１に近い程スラスト荷重は
小さくなる。しかしながら、転覆係数はＲ２／Ｄ１が１
に近い程大きくなり、安定した運転が不可能となること
を示している。

【００３５】何れの条件においてもスラスト荷重を低減
し、揺動スクロール３０の転覆を抑えるには、Ｒ２／Ｄ
１は最低１．１が必要となっていることが分かる。

【００３６】そこで、本発明ではＤ１／Ｄ０≧１を満た
すなかで、１．２≦Ｒ２／Ｄ１≦２．１の領域で揺動ス
クロール３０を設計している。これにより、揺動スクロ
ール３０の重圧面積を減らし、背面の高圧部面積を増加
させて、後述するＲ４１０Ａなどの高圧冷媒に対しても
トータル的にスラスト荷重による損失を抑えることが可
能となり、且つ、全運転条件で安定した運転を実現でき
る。

【００３７】前記給油部３８の副支持フレーム４１と回
転軸２６の間にはベアリング４２が介在させてあり、こ
のベアリング４２の受け部４３を前記副軸受部４０に設
けたので、回転軸２６の回転が安定し、スムーズになっ
て圧縮効率が向上すると共に、振動や騒音が少なくなる
効果がある。

【００３８】回転軸２６と前記副軸受部４０の摺動部の
間隙４９を調整することにより、冷媒ガスが潤滑油中に
入らないようにすることができる。間隙４０をあまり大
きくするとガスが潤滑油中に入る恐れがあり、逆に間隙
４９をあまり小さくすると回転軸２６への抵抗が大きく
ある恐れがあるので、間隙４９を適切に調整することが
必要である。

【００３９】尚、本発明で使用する冷媒としては、オゾ
ン層を破壊する危険性の無い若しくは少ない冷媒、具体
的には、例えば、１，１，１，２−テトラフルオロエタ
ン（Ｒ１３４ａ）単体、又は、Ｒ１３４ａとジフルオロ
メタン（Ｒ−３２）とペンタフルオロエタン（Ｒ−１２
５）との混合冷媒（Ｒ４０７Ｃ）、Ｒ−３２とＲ−１２
５との混合冷媒（Ｒ４１０Ａ）などのＨＦＣ系冷媒、ハ
イドロクロロジフルオロメタン（Ｒ２２）単体、又は、
混合冷媒などのＨＣＦＣ系冷媒などを挙げることができ
る。

【００４０】本発明で使用する潤滑油としては、具体的
には、例えば、これらの冷媒と相溶性のあるエステル系
オイル、エーテル系オイル、或いは、これらの冷媒と相
溶性のないアルキルベンゼン系オイル、或いは、これら
の混合物などを挙げることができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、揺動
スクロールの他方の面の中央部に突設したボス穴部と、
回転軸の他端部に設けられ、その中心が回転軸の軸心と
偏心して設けられると共に、ボス穴部に挿入されたピン
部と、回転軸に形成され、給油部から吸い上げた高圧の
潤滑油をピン部の先端からボス穴部に供給する油通路と
を備えたスクロール型圧縮機において、ボス穴部内径Ｄ
１と回転軸径Ｄ０の比Ｄ１／Ｄ０を１以上とし、揺動ス
クロールのラップのインボリュート外半径Ｒ２とボス穴
部内径Ｄ１の比Ｒ２／Ｄ１を１．２以上、２．１以下に
設定したので、揺動スクロールの転覆を抑えつつ、高圧
冷媒に対しても揺動スクロールの背面に加わるスラスト
荷重の増大を低減し、支持フレームのスラスト面の信頼
性の向上とスラストロスの低減による入力の低減を図る
ことが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスクロール型圧縮機の一実施例の全体
構成を示す断面図である。

【図２】図１の揺動スクロールの断面と回転軸の分解図
である。

【図３】図１の揺動スクロールの平面図である。

【図４】インバータエアコンの暖房定格条件におけるス
クロール型圧縮機の揺動スクロールのインボリュート外
半径Ｒ２／ボス穴部内径Ｄ１と揺動スクロールのスラス
ト荷重の関係を示す図である。

【図５】インバータエアコンの暖房中間条件におけるス
クロール型圧縮機の揺動スクロールのインボリュート外
半径Ｒ２／ボス穴部内径Ｄ１と揺動スクロールのスラス
ト荷重の関係を示す図である。

【図６】インバータエアコンの冷房定格条件におけるス
クロール型圧縮機の揺動スクロールのインボリュート外
半径Ｒ２／ボス穴部内径Ｄ１と揺動スクロールのスラス
ト荷重の関係を示す図である。

【図７】インバータエアコンの冷房中間条件におけるス
クロール型圧縮機の揺動スクロールのインボリュート外
半径Ｒ２／ボス穴部内径Ｄ１と揺動スクロールのスラス
ト荷重の関係を示す図である。

【図８】従来の横置き型のスクロール型圧縮機の一実施
例の全体構成を示す断面図である。

【符号の説明】

ｂ 潤滑油 ２０ スクロール型圧縮機 ２１ 密閉容器 ２２ 電動要素 ２３ スクロール圧縮要素 ２５ 回転子 ２６ 回転軸 ２７ 支持フレーム ２８ ピン部 ３０ 揺動スクロール ３１ ボス穴部 ３２、３５ ラップ ３３ 固定スクロール ３４ 圧縮室 ３６ 吸入管 ３７ 吐出ポート ３８ 給油部 ４４ 油通路 ４７ 吐出管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 光永 敏彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 杉本 和▲禧▼ 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 里 和哉 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 藤原 一昭 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉容器内に設けられた電動要素と、こ
   の電動要素によって駆動されるスクロール圧縮要素と、
   前記密閉容器内に装着されて前記スクロール圧縮要素を
   支持すると共に、中央に前記電動要素の回転軸を軸支す
   るための軸受部を設けた支持フレームと、前記密閉容器
   内に収容された潤滑油と、前記回転軸の一端部に設けら
   れた給油部とを備え、前記スクロール圧縮要素は、中央
   部に圧縮ガスの吐出ポートを設けると共に一方の面に渦
   巻き状のラップを有する固定スクロールと、この固定ス
   クロールに対して前記電動要素の駆動により公転し、一
   方の面に渦巻き状のラップを有する揺動スクロールとか
   ら構成され、前記両ラップを互いに噛み合わせて複数の
   圧縮室を形成し、前記密閉容器外から吸入した冷媒ガス
   をこの圧縮室にて圧縮して前記吐出ポートから前記密閉
   容器内に吐出した後、前記密閉容器外に吐出するように
   したスクロール型圧縮機において、 前記揺動スクロールの他方の面の中央部に突設したボス
   穴部と、前記回転軸の他端部に設けられ、その中心が前
   記回転軸の軸心と偏心して設けられると共に、前記ボス
   穴部に挿入されたピン部と、前記回転軸に形成され、前
   記給油部から吸い上げた高圧の潤滑油を前記ピン部の先
   端からボス穴部に供給する油通路とを備え、前記軸受部
   の摺動面を潤滑油によりガスシールすることにより前記
   揺動スクロールの背面と支持フレームの間を密閉容器内
   の圧力より低くすると共に、前記ボス穴部内径Ｄ１と回
   転軸径Ｄ０の比Ｄ１／Ｄ０を１以上とし、前記揺動スク
   ロールのラップのインボリュート外半径Ｒ２とボス穴部
   内径Ｄ１の比Ｒ２／Ｄ１を１．２以上、２．１以下に設
   定したことを特徴とするスクロール型圧縮機。