JP2006342722A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 油分離室内を旋回する冷媒ガスの影響が油貯め室に貯溜された潤滑油の油面に及ぶことを防止することができるとともに、油溜め室に貯溜された潤滑油が、この冷媒ガスとともに吐出ポートから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができる圧縮機を提供すること。
【解決手段】 内部に空間ｍを有するハウジング１１と、前記ハウジング１１内に配置され、前記空間ｍ内に取り込まれた流体を圧縮する圧縮機構１２と、前記圧縮機構１２を駆動する回転軸１３と、前記ハウジング１１内に配置され、前記圧縮機構１２から吐出された流体に混入した潤滑油ＬＯを該流体から遠心分離作用により分離する油分離室１７とを備えた圧縮機１０であって、前記油分離室１７の内壁面１７ａが、当該油分離室１７の長手方向軸線と略平行になるように延びていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気調和機等に適用される圧縮機に関するものである。

空気調和機等に適用される圧縮機としては、圧縮機構から吐出された流体に混入した潤滑油を流体から分離するための油分離室が、リアハウジング内に形成されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−３３６５８８号公報（図１）

上記特許文献１に開示された圧縮機には、上方から下方にかけて徐々に縮径する分離室（油分離室）が設けられており、この分離室内で周方向に旋回する冷媒ガスの下向きの速度成分が低下しないように、あるいは増加するようになっている。
そのため、冷媒ガス中から分離されて、分離室の内壁面をつたって下方に流れ落ちる潤滑油が、貯油室（油溜め室）の側からガス排出孔（吐出ポート）の側に向かって進む冷媒ガス（潤滑油が分離された後の冷媒ガス）によって巻き上げられてしまうことがあった。
また、分離室を通過して貯油室に流入した冷媒ガスが、貯油室に溜められた潤滑油の油面に影響して当該油面を荒らし（波立て）、貯油室に溜められた潤滑油の一部が、この冷媒ガスとともにガス排出孔から冷凍サイクル中に流出してしまうといったこともあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、油分離室内を旋回する冷媒ガスの影響が油貯め室に貯溜された潤滑油の油面に及ぶことを防止することができるとともに、油溜め室に貯溜された潤滑油が、この冷媒ガスとともに吐出ポートから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができる圧縮機を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明による圧縮機は、内部に空間を有するハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記空間内に取り込まれた流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する回転軸と、前記ハウジング内に配置され、前記圧縮機構から吐出された流体に混入した潤滑油を該流体から遠心分離作用により分離する油分離室とを備えた圧縮機であって、前記油分離室の内壁面が、当該油分離室の長手方向軸線と略平行になるように延びていることを特徴とする。
すなわち、油分離室の内壁面が、油分離室の長手方向軸線に沿うとともに、その内壁面が長手方向軸線に略平行となるように形成されている。言い換えれば、図２に示す長手方向軸線Ｌと、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線とのなす角が、例えば、＋１．５度となるように構成されている。
なお、ここでいう「＋」とは、内壁面１７ａが図２において上方から下方にかけて徐々に狭まっている状態、すなわち、図２の下方に向かって先細りの状態のことをいう。
このような圧縮機によれば、油分離室の内壁面に沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分が、下方に行くにしたがって徐々に低減することとなる。
これにより、旋回流の影響が油貯め室に貯溜された潤滑油の油面に及ぶことを防止することができ、潤滑油の油面を安定した状態に保つことができるので、油溜め室に貯溜された潤滑油が、冷媒ガスとともに吐出ポートから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができ、分離効率を向上させることができるとともに、各摺動部へ潤滑油を確実に供給することができ、圧縮機の長寿命化を図ることができて、信頼性の向上を図ることができる。

また、上記圧縮機において、前記油分離室の底部が底板により塞がれているとともに、この底板には板厚方向に貫通する貫通孔が設けられているようにすることができる。
このような圧縮機によれば、油分離室と油溜り室とが、底板により仕切られたような状態となるので、油分離室の内壁面に沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分がさらに減少することとなる。

さらに、上記圧縮機において、前記貫通孔の内径が、前記油分離室の内径の１／４以下とされていることとすることもできる。
このような圧縮機によれば、図４に示すように、貫通孔の内径φｄをこのように設定することにより、圧縮機の回転数に関係なく、油溜め室に貯溜された潤滑油の油面高さが略一定に保たれることとなる。
これにより、各摺動部へ潤滑油ＬＯを確実に供給することができ、圧縮機の長寿命化を図ることができるとともに、信頼性の向上を図ることができる。油分離室と油溜り室とが、底板により仕切られたような状態となるので、油分離室の内壁面に沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分がさらに減少することとなる。

さらにまた、上記圧縮機において、前記底板の、前記油分離室の側の表面に、前記貫通孔に向かって縮径するすり鉢状の傾斜面を形成させることもできる。
このような圧縮機によれば、油分離室で分離された潤滑油が、すみやかに油溜り室に戻されることとなり、油貯め室に貯溜された潤滑油の油面高さの減少が、圧縮機運転中にわたって抑制されることとなる。

本発明による圧縮機によれば、ハウジングの成形性を向上させることができ、それにより歩留まりを高めることができるとともに、軸線方向の長さを短縮することができるという効果を奏する。

以下、本発明による圧縮機（以下、「スクロール圧縮機」という）の第１実施形態を、図面を参照しながら説明するが、本発明がこれに限定解釈されるものでないことは勿論である。なお、図１は、本実施形態のスクロール圧縮機１０を示す図であって、その回転軸の軸線を含む断面で見た場合の断面構造図であり、吐出ポート１５ａ、油分離室１７、および吐出室３５を理解しやすい部分で切った図である。また、図２は図１に示す油分離室１７の要部拡大断面図である。

図１に示すように、本実施形態によるスクロール圧縮機１０は、内部に密閉空間ｍを有するハウジング１１と、このハウジング１１内に配置され、密閉空間ｍ内に取り込まれた冷媒ガス（流体）を圧縮するスクロール圧縮機構１２と、このスクロール圧縮機構１２を駆動する回転軸１３とを主たる要素として構成されたものである。

ハウジング１１は、フロントハウジング１４と、リアハウジング１５とを備えてなり、これらを組み合わせてから複数本のボルト（図示せず）で結合することにより、内部に密閉空間ｍが形成されるようになっている。なお、符号１６は、これらフロントハウジング１４およびリアハウジング１５間の接合部分をシールして、密閉空間ｍの密閉状態を保つＯリングである。
リアハウジング１５の側部には、冷媒ガスを吸入する吸入ポート（図示せず）が、密閉空間ｍに連通するように形成されており、リアハウジング１５の上部後側には、スクロール圧縮機構１２で圧縮され、油分離室１７により冷媒ガス中の潤滑油が分離された後の圧縮冷媒ガスを吐出する吐出ポート１５ａが形成されている。また、リアハウジング１５の下部後側に形成された空間は、油分離室１７により分離された潤滑油（すなわち、スクロール圧縮機構１２の潤滑および圧縮室Ｃのシールを行った後の潤滑油）ＬＯを貯留する油貯め室１８となっている。

図２に示すように、油分離室１７は円筒状の空間であり、この円筒状の空間を形成する内壁面１７ａが、油分離室１７の長手方向軸線Ｌに沿うとともに、その内壁面１７ａが長手方向軸線Ｌに略平行となるように形成されている。すなわち、図２に示す長手方向軸線Ｌと、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線とが略平行となるように（本実施形態では、例えば、図２に示す長手方向軸線Ｌと、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線とのなす角が＋１．５度となるように、言い換えれば、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線と、内壁面１７ａの他方を描いた線とのなす角が＋３．０度となるように）構成されている。
ここで、「＋」とは内壁面１７ａが、図において上方から下方にかけて徐々に狭まっている状態、すなわち、図の下方に向かって先細りの状態のことをいう。

また、油分離室１７の一端部（吐出ポート１５ａ側の端部）には、スクロール圧縮機構１２により圧縮された冷媒ガス（流体）を内壁面１７ａの接線方向に導くとともに、この圧縮された冷媒ガス（流体）に吐出ポート１５ａと反対方向の速度成分を与えるように穿設された導入孔１７ｂが設けられている。すなわち、油分離室１７内に導入される冷媒ガスが、内壁面１７ａの接線方向で、かつ吐出ポート１５ａと反対方向の速度成分を有するように、導入孔１７ｂが形成されている。言い換えれば、油分離室１７内に導入された冷媒ガスは、油分離室１７内で周方向に旋回し、旋回による遠心力の働きにより比重の大きい潤滑油ＬＯが内壁面１７ａに接触して冷媒ガスから分離される。そして、分離された潤滑油ＬＯは、内壁面１７ａに沿って下方に移動し、油貯め室１８に貯溜される。

スクロール圧縮機構１２は、固定スクロール１９と、旋回スクロール２０とを備えるものである。
固定スクロール１９は、固定端板１９ａとその内面に立設された渦巻状壁体１９ｂとを備え、固定端板１９ａの中央部には、吐出ポート２１が形成されている。この吐出ポート２１は、ボルト２２を介して固定端板１９ａの後側表面（背面）に取り付けられた吐出弁２３により開閉される。

固定スクロール１９の下端部には、油貯め室１８の底部と密閉空間ｍの吸入側底部とを連通する連通路２４が形成されており、この連通路２４の上流側端部内には、上流側からフィルタおよび流量調整用の螺旋ピン２６が配置されている。

旋回スクロール２０は、旋回端板２０ａとその内面に立設された渦巻状壁体２０ｂとを備えている。旋回端板２０ａの外面に立設されたボス２７内には、偏心ブッシュ２８が、ニードル軸受２９を介して回転自在に嵌合され、この偏心ブッシュ２８に穿設された穴に、回転軸１３の端部から突出した偏心ピン１３ａが嵌合されている。そして、固定スクロール１９と旋回スクロール２０とを相互に所定距離だけ偏心させ、かつ１８０度だけ角度をずらして噛み合わせることにより、複数の圧縮室Ｃが形成されるようになっている。
また、旋回スクロール２０とフロントハウジング１４との間には、オルダムリング（自転防止機構）３０が設けられており、回転軸１３を回転させたときに、旋回スクロール２０が偏心ブッシュ２８回りに自転しないようになっている。したがって、回転軸１３を回転させたとき、旋回スクロール２０は自転せず公転旋回運動のみを行うようになっている。また、偏心ブッシュ２８にはバランスウェイト３１が設けられており、旋回スクロール２０の公転に伴う遠心力を相殺するようになっている。

回転軸１３は、エンジンや電動モータ等の図示しない駆動機構により、その軸線回りに回転するロータシャフトであり、その先端には、偏心した軸線を有する前述した偏心ピン１３ａが突出形成されている。そして、この回転軸１３は、フロントハウジング１４側に設けられた第１軸受３２および第２軸受３３により、その軸線回りに回転可能に支持されている。
また、回転軸１３の一端部（図１において左側の端部）には、例えば、電磁クラッチ（図示せず）が配置されており、これにより図示しないエンジンや電動モータ等からの駆動力が、回転軸１３へ伝達されたりされなかったりするようになっている。
なお、図中の符号３４は、固定スクロール１９およびリアハウジング１５間の接合部分をシールして、密閉空間ｍの密閉状態を保つＯリングである。

このような構造を有するスクロール圧縮機１０では、電磁クラッチが入れられることによりエンジンや電動モータ等からの駆動力が回転軸１３に伝達されるとともに回転軸１３が回転され、この回転が偏心ピン１３ａ、偏心ブッシュ２８、およびボス２７を介してスクロール圧縮機構１２の旋回スクロール２０に伝達される。旋回スクロール２０はオルダムリング３０により自転を阻止されながら公転旋回半径を半径とする円軌道上で公転旋回運動を行うようになっている。

そうすると、冷媒ガスが吸入ポートを介してハウジング１１の密閉空間ｍに入り、図示省略の経路を経てスクロール圧縮機構１２の圧縮室Ｃに吸入される。そして、旋回スクロール２０の公転旋回運動によって圧縮室Ｃの容積が減少するのに伴い冷媒ガスが圧縮されながら中央部に至り、吐出ポート２１から吐出室３５および導入孔１７ｂを通って潤滑油ＬＯを含んだ冷媒が油分離室１７内に導かれるとともに、油分離室１７の内壁面１７ａに沿って旋回させられる。その結果、冷媒中に混入していた潤滑油ＬＯは、遠心分離作用により油分離室１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に落下していって油貯め室１８に貯まり、一方、潤滑油ＬＯが分離された冷媒は、リアハウジング１５の吐出ポート１５ａを経て冷媒がスクロール圧縮機１０の外に吐出されるようになっている。

一方、油貯め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯは、連通路２４を介して密閉空間ｍの吸入側底部に導かれた後、旋回スクロール２０により攪拌されて（掻き上げられて）、圧縮前の冷媒ガス中に混入させられ、これにより、圧縮機構１２の潤滑および密閉空間ｍのシールが行われるようになっている。

本実施形態によるスクロール圧縮機１０によれば、油分離室１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分（吐出ポート１５ａと反対方向の速度成分）を、従来のもの（例えば、特開２００３−３３６５８８号公報に開示されたもの）よりも低減させることができる。
これにより、旋回流の影響が油貯め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯの油面に及ぶことを防止することができ、潤滑油ＬＯの油面を安定した状態に保つことができるので、油溜め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯが、冷媒ガスとともに吐出ポート１５ａから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができ、分離効率を向上させることができるとともに、各摺動部へ潤滑油ＬＯを確実に供給することができ、圧縮機の長寿命化を図ることができて、信頼性の向上を図ることができる。
また、冷媒ガス中から分離されて、油分離室１７の内壁面１７ａをつたって下方に流れ落ちる潤滑油ＬＯが、油溜め室１８の側から吐出ポート１５ａの側に向かって進む冷媒ガスによって巻き上げられ、この冷媒ガスとともに吐出ポート１５ａから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができる。

本発明によるスクロール圧縮機の第２実施形態を、図３および図４を用いて説明する。
本実施形態におけるスクロール圧縮機は、上述した油分離室１７の代わりに油分離室２１７が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図３に示すように、本実施形態に係る油分離室２１７は、前述した油分離室１７の底部に底板１７ｃを有するものであり、この底板１７ｃの中央部には、板厚方向に貫通する貫通孔１７ｄが形成されている。すなわち、遠心分離作用により油分離室２１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に落下していった潤滑油ＬＯは、底板１７ｃの上面で一旦受け止められた後、最終的に貫通孔１７ｄを通って、下方に位置する油貯め室１８に流入し、油貯め室１８に貯溜される。

本実施形態によるスクロール圧縮機によれば、油分離室２１７と油溜り室１８とが、油分離室２１７の底部に設けられた底板１７ｃにより仕切られたような状態となるので、油分離室２１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分（吐出ポート１５ａと反対方向の速度成分）を前述した第１実施形態のものよりも減少させることができる。これにより、旋回流の影響が油貯め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯの油面に及ぶことを防止することができて、潤滑油ＬＯの油面を安定した状態に保つことができるので、油溜め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯが、冷媒ガスとともに吐出ポート１５ａから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができ、分離効率を向上させることができるとともに、各摺動部へ潤滑油ＬＯを確実に供給することができ、圧縮機の長寿命化を図ることができて、信頼性の向上を図ることができる。
また、冷媒ガス中から分離されて、油分離室１７の内壁面１７ａをつたって下方に流れ落ちる潤滑油ＬＯが、油溜め室１８の側から吐出ポート１５ａの側に向かって進む冷媒ガスによって巻き上げられ、この冷媒ガスとともに吐出ポート１５ａから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができる。

さらに、図４に示すように、貫通孔１７ｄの内径φｄが、油分離室２１７の（最大）内径φＤの１／４以下（０．２５倍以下）となるように設定されているとさらに好適である。貫通孔１７ｄの内径φｄをこのように設定することにより、圧縮機の回転数に関係なく、油溜め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯの油面高さを略一定に保つことができて、各摺動部へ潤滑油ＬＯを確実に供給することができ、圧縮機の長寿命化を図ることができるとともに、信頼性の向上を図ることができる。
なお、図４に示す試験結果は、φＤが１２mm、底板１７ｃの厚みが３〜７mmのものを使って得られたものである。

本発明によるスクロール圧縮機の第３実施形態を、図５を用いて説明する。
本実施形態におけるスクロール圧縮機は、上述した油分離室２１７の代わりに油分離室３１７が設けられているという点で前述した第２実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第２実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

図５に示すように、本実施形態に係る油分離室３１７は、前述した底板１７ｃの上面に集油部１７ｅを有するものであり、この集油部１７ｅの中央部に貫通孔１７ｄが形成されている。集油部１７ｅは、貫通孔１７ｄに向かって傾斜するすり鉢状（漏斗状）の部分（傾斜面）であり、遠心分離作用により油分離室２１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に落下しきた潤滑油ＬＯは、集油部１７ｅの上面に沿って貫通孔１７ｄに導かれ、最終的にこの貫通孔１７ｄを通って、下方に位置する油貯め室１８に流入し、油貯め室１８に貯溜される。

本実施形態によるスクロール圧縮機によれば、底板１７ｃの上面に設けられた集油部１７ｅにより、油分離室３１７で分離された潤滑油ＬＯをすみやかに油溜り室１８に戻すことができるので、油貯め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯの油面高さの減少を、圧縮機運転中にわたって抑制することができる。

その他の作用効果は、前述した第２実施形態の作用効果と同じであるので、ここではその説明を省略する。

なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、長手方向軸線Ｌと、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線とのなす角を＋１．５度よりも小さくなるように、好ましくは＋１．０度以下、より好ましくは０度となるように設定することもできる。
これにより、油分離室が、リアハウジングとともに鋳造（例えば、ダイカスト等）により製作される場合、その加工が非常に容易なものとなるので、加工工程の簡略化を図ることができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。

また、本出願人が先に出願した特願２００４−３２４６７１に係る発明を採用した圧縮機においては、長手方向軸線Ｌと、図２において内壁面１７ａの一方を描いた線とのなす角を−１．５度〜０度となるように設定することもできる。すなわち、内壁面１７ａが、図において下方から上方にかけて徐々に狭まっている状態、すなわち、図の上方に向かって先細りの状態とすることも可能である。
これにより、油分離室１７，２１７，３１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に移動する旋回流の下向きの速度成分（吐出ポート１５ａと反対方向の速度成分）をさらに減少させることができ、旋回流の影響が油貯め室１８に貯溜された潤滑油ＬＯの油面に及ぶことをさらに防止することができる。

さらに、第２実施形態のところで説明した貫通孔１７ｄが、内壁面１７ａに接するように設けられているとさらに有利である。
これにより、油分離室２１７の内壁面１７ａに沿って旋回しながら下方に落下してきた潤滑油ＬＯが、底板１７ｃの周縁部によどむ（溜まる）ことなく、油貯め室１８内にすみやかに導かれることになるので、潤滑油ＬＯが冷媒ガスとともに吐出ポート１５ａから冷凍サイクル中に流出してしまうことを防止することができ、分離効率を向上させることができる。

さらにまた、上述したスクロール圧縮機は、上述したような密閉型だけでなく、半密閉型や開放型のスクロール圧縮機とすることもできる。
また、上述したスクロール圧縮機は、上述したような車載用のものだけでなく、定置用のものとすることもできる。
さらに、圧縮機としては上述したようなスクロール圧縮機に限定されるものではなく、斜板式圧縮機や往復動式圧縮機等とすることもできる。
さらにまた、圧縮機としては上述したような横置き型のものに限定されるものではなく、縦置き型のものであっても良い。

本発明による圧縮機の第１実施形態を示す図であって、その回転軸の軸線を含む断面で見た場合の断面構造図である。 図１に示す油分離室の要部拡大断面図である。 本発明による圧縮機の第２実施形態を示す図であって、当該圧縮機が備える油分離室の要部拡大断面図である。 貫通孔の内径φｄと油分離室の（最大）内径φＤとの比が、油溜り室に貯溜された潤滑油の油面に高さに及ぼす影響を説明するための図である。 本発明による圧縮機の第３実施形態を示す図であって、当該圧縮機が備える油分離室の要部拡大断面図である。

符号の説明

１０ スクロール圧縮機
１１ ハウジング
１２ 圧縮機構
１３ 回転軸
１７ 油分離室
１７ａ 内壁面
１７ｃ 底板
１７ｄ 貫通孔
１７ｅ 集油部（傾斜面）
２１７ 油分離室
３１７ 油分離室
Ｌ 長手方向軸線
ＬＯ 潤滑油
ｍ 密閉空間

Claims (4)

1. 内部に空間を有するハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、前記空間内に取り込まれた流体を圧縮する圧縮機構と、
   前記圧縮機構を駆動する回転軸と、
   前記ハウジング内に配置され、前記圧縮機構から吐出された流体に混入した潤滑油を該流体から遠心分離作用により分離する油分離室とを備えた圧縮機であって、
   前記油分離室の内壁面が、当該油分離室の長手方向軸線と略平行になるように延びていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記油分離室の底部が底板により塞がれているとともに、この底板には板厚方向に貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記貫通孔の内径が、前記油分離室の内径の１／４以下とされていることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記底板の、前記油分離室の側の表面には、前記貫通孔に向かって縮径するすり鉢状の傾斜面が形成されていることを特徴とする請求項２または３に記載の圧縮機。

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