JP2009092031A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】始動直後から駆動軸が円滑に回転するスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】スクロール型流体機械は、ハウジングにすべり軸受(40)を介して回転可能に支持された駆動軸(16)を備える。すべり軸受(40)と摺接する駆動軸(16)の外周面の摺接領域に給油溝(64)及び周方向溝(66)が形成され、給油溝(64)は、摺接領域内を延びるとともに、摺接領域とすべり軸受(40)との隙間を除くハウジング内の領域と連通し、周方向溝(66)は、摺接領域内に位置し、且つ、給油溝(64)とは離間している。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械は、例えば冷媒の圧縮に使用され、ハウジング内に固定スクロールに対し旋回可能に配置された可動スクロールを備える。可動スクロールは固定スクロールとの間に圧力室を形成し、可動スクロールの旋回運動に伴い、圧力室は、冷媒の吸入、圧縮及び吐出工程を実行する。
可動スクロールを旋回させるべく、可動スクロールの鏡板の背面には、ボスが一体に形成される。ボスは、すべり軸受を介して駆動軸と一体に回転可能な偏心軸を囲み、駆動軸の回転によって可動スクロールは旋回させられる。

駆動軸及び偏心軸は内部流路によって貫通され、この内部流路を通じて、圧力室から吐出された冷媒の圧力（吐出圧力）を利用することにより、ボスの内側に潤滑油が供給される。そして、潤滑油は、偏心軸の外周面に形成された給油溝を通じて、すべり軸受との隙間に供給される。また、潤滑油は、駆動軸に形成された給油孔を通じて、駆動軸と駆動軸を支持するすべり軸受との隙間にも供給される（例えば、特許文献１参照）。
特開平8-200263号公報

特許文献１のスクロール型流体機械では、給油溝によって、偏心軸（クランク部）とすべり軸受（旋回軸受）との隙間に潤滑油が供給されるものの、その停止後は、隙間内の潤滑油が徐々に流下してしまう。このため、次にスクロール型流体機械を始動させたときに、給油溝を通じて潤滑油が再び供給されるまで、偏心軸とすべり軸受との間は油切れ状態となる。また、駆動軸を支持するすべり軸受においても、同様に油切れ状態が生じる。

この結果として、特許文献１のスクロール型流体機械では、その始動直後、各すべり軸受の潤滑が十分であるとはいえず、特に高速で回転しようとする場合、駆動軸の円滑な回転が阻害される虞がある。
本発明は上述した事情に基づいてなされ、その目的とするところは、始動直後から駆動軸が円滑に回転するスクロール型流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明によれば、ハウジング内に配置され、固定スクロールに対して旋回可能な可動スクロールと、前記ハウジングに少なくとも２つのすべり軸受を介して回転可能に支持された駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転可能な偏心軸及び当該偏心軸と摺接するすべり軸受を有し、前記駆動軸と前記可動スクロールとの間で動力を伝達する伝達機構とを備えるスクロール型流体機械において、前記すべり軸受の何れか１つと摺接する前記偏心軸若しくは前記駆動軸の外周面の摺接領域に給油溝及び凹みが形成され、前記給油溝は、前記摺接領域内を延びるとともに、前記摺接領域と当該摺接領域に摺接するすべり軸受との隙間を除く前記ハウジング内の領域と連通し、前記凹みは、前記摺接領域内に位置し、且つ、前記給油溝とは離間していることを特徴とするスクロール型流体機械が提供される（請求項１）。

好ましくは、前記摺接領域に、前記凹みとして、それぞれ水平方向に延び且つ互いに上下方向に離間した複数の周方向溝が形成されている（請求項２）。
好ましくは、前記複数の周方向溝のうち少なくとも１つの周方向溝は、前記摺接領域における周方向での位置において、他の周方向溝とは異なる（請求項３）。
好ましくは、スクロール型流体機械は、ＣＯ_２ガスを圧縮するのに用いられる（請求項４）。

本発明の請求項１のスクロール型流体機械では、その始動直後、凹みに貯えられていた潤滑油によってすべり軸受が潤滑される。このため、このスクロール型流体機械では、始動直後から駆動軸が円滑に回転する。
請求項２のスクロール型流体機械では、周方向溝が水平に延びているため、各周方向溝に貯えられた潤滑油が凹みから流出し難い。このため、このスクロール型流体機械では、始動直後から駆動軸が確実に円滑に回転する。

請求項３のスクロール型流体機械では、少なくとも１つの周方向溝の周方向位置が他の周方向溝の周方向位置と異なることによって、各周方向溝の長さを短くしても、周方向溝が偏心軸若しくは駆動軸の外周面において分散する。従って、このスクロール型流体機械によれば、各周方向溝の長さを短くして偏心軸若しくは駆動軸の強度低下を抑制しても、始動直後から駆動軸が円滑に回転する。

請求項４のスクロール型流体機械は、ＣＯ_２ガスを圧縮するのに用いられ、環境に優しい。

図１は、本発明の一実施形態のスクロール型流体機械を示す。この流体機械は、例えば冷凍システム、空調システム、又は給湯システム等に適用され、作動流体としての冷媒等を圧縮する。
このスクロール型流体機械は、ハウジング（密閉容器）２を備えている。ハウジング２は、円筒部４と、円筒部４の上端及び下端に気密にそれぞれ嵌合された上蓋６及び下蓋８とからなる。円筒部４にはハウジング２内に作動流体を導入するための吸入管１０が接続され、上蓋６には、ハウジング２内で圧縮された作動流体を吐出するための吐出管１２が接続されている。なお、ハウジング２は、図の上下方向が鉛直方向に一致するように設置される。

円筒部４内には電動モータ１４が収容され、電動モータ１４は円筒状のステータ１４ａを有する。ステータ１４ａは円筒部４に固定され、ステータ１４ａの内側には円柱状のロータ１４ｂが回転可能に同心上に配置されている。
ロータ１４ｂは駆動軸１６によって軸線方向に貫通され、駆動軸１６はロータ１４ｂと一体に回転可能である。従って、駆動軸１６は電動モータ１４への通電によって回転駆動される。

駆動軸１６の下端は、仕切り壁１８の中央孔まで達している。仕切り壁１８の中央孔には、駆動軸１６の下端を囲む鍔付きのスリーブ２０が固定され、スリーブ２０と駆動軸１６との間にすべり軸受２２が介挿されている。
一方、駆動軸１６の上端部は、偏心軸２４に成形され、偏心軸２４は、すべり軸受２６を介してボス２８に囲まれている。ボス２８は、可動スクロール３０の鏡板（基板）３０ａの背面に一体に形成されている。偏心軸２４、すべり軸受２６、及びボス２８は、駆動軸１６と可動スクロール３０との間で動力を伝達する伝達機構を構成している。

可動スクロール３０は、上ブロック３２と下ブロック（センタフレーム）３４との間に形成されたスペース内に旋回可能に配置され、上ブロック３２及びセンタフレーム３４は、それぞれ円筒部４に溶接により固定されている。
より詳しくは、センタフレーム３４の上端部には、可動スクロール３０の鏡板３０ａを旋回可能に収容する凹所が形成され、当該凹所の底面３６の中央には、ボス２８を受け入れる中間孔３８が開口している。中間孔３８の底面とセンタフレーム３４の下端との間にはシャフト孔が延び、シャフト孔と駆動軸１６との間には、すべり軸受４０が介挿されている。従って、駆動軸１６は、ハウジング２によって、すべり軸受２２及びすべり軸受４０を介して回転可能に支持されている。

上ブロック３２の下端部には、可動スクロール３０の渦巻き壁３０ｂと噛み合う渦巻き壁４２が形成されており、上ブロック３２と可動スクロール３０との間には圧力室４４が形成される。つまり上ブロック３２は、固定スクロールとしての機能を有する。このため以下では、上ブロック３２を固定スクロール３２とも称する。
可動スクロール３０の鏡板３０ａと凹所の底面３６とは、駆動軸１６の軸線方向にて所定の隙間を存して対向しており、これらの間には、可動スクロール３０の旋回中、可動スクロール３０の自転を阻止する自転阻止装置が設けられる。自転阻止装置は、例えば、複数のピン４６を有し、各ピン４６の根元は、鏡板３０ａの背面に開口したピン穴に圧入されている。各ピン４６の先端部は、凹所の底面３６に開口した有底穴４８に受け入れられている。

可動スクロール３０の旋回に伴って、圧力室４４の位置は、可動スクロール３０の径方向外側から渦巻き壁３０ｂに沿って径方向内側に移動し、且つ、圧力室４４の容積は減少する。つまり、圧力室４４は、径方向外側にて吸入した作動流体を圧縮することができ、圧力室４４に作動流体を供給するべく、固定スクロール３２には、径方向外側の圧力室４４と吸入管１０の内端とを繋ぐ連通路（図示せず）が形成されている。

そして、固定スクロール３２には吐出孔５０が形成され、吐出孔５０は固定スクロール３２の略中央部を軸線方向に貫通している。圧力室４４で圧縮された作動流体は、吐出孔５０を通じて圧力室４４から吐出される。
吐出孔５０は、吐出弁５２としてのリード弁によって開閉され、吐出弁５２はカバー５４によって覆われている。カバー５４内の空間は、固定スクロール３２、センタフレーム３４及びロータ１４ｂにそれぞれ形成された、作動流体及び作動流体に含まれる潤滑油のための下降流路（図示せず）や、ステータ１４ａにおけるスロット間の隙間を通じて仕切り壁１８まで繋がっている。そして、ステータ１４ａ、センタフレーム３４及び固定スクロール３２の外周には、仕切り壁１８から上蓋６、即ち吐出管１２まで達する作動流体のための上昇流路が形成されている。

仕切り壁１８は、ハウジング２内を上下に区画し、仕切り壁１８と下蓋８との間には、潤滑油を貯留する貯油室５５が区画される。仕切り壁１８には潤滑油の導入孔１８ａが形成され、仕切り壁１８の上面に付着した潤滑油は、導入孔１８ａを通じて貯油室５５に流入する。
仕切り壁１８には、スリーブ２０の下端を閉塞するようにエンドプレート５６も固定され、スリーブ２０の鍔に形成された凹所には、内歯を有するアウタロータ５８ａと外歯を有するインナロータ５８ｂとが収容されている。

アウタロータ５８ａは凹所の外周面に固定され、インナロータ５８ｂは駆動軸１６の下端に一体的に回転可能に嵌合している。すなわち、スリーブ２０、エンドプレート５６、アウタロータ５８ａ、及びインナロータ５８ｂはトロコイドポンプ６０を構成し、スリーブ２０、エンドプレート５６は、トロコイドポンプ６０のケーシングを構成している。
エンドプレート５６の下面に開口したトロコイドポンプ６０の入口は、貯油室５５を望み、仕切り壁１８に固定されたノズル６２を通じて、貯油室５５の底近傍と連通している。一方、エンドプレート５６の上面に開口したトロコイドポンプ６０の出口には、駆動軸１６の下端面が面している。

駆動軸１６及び偏心軸２４には、これらを軸線方向に貫通する内部流路１６ａが形成され、内部流路１６ａの入口は、駆動軸１６の下端面に開口している。このため内部流路１６ａは、トロコイドポンプ６０の出口と連通している。内部流路１６ａの出口は、偏心軸２４の上端面にて開口している。
図２は、図１中の一点鎖線で囲まれた領域ＩＩを拡大して示しているけれども、駆動軸１６については、断面ではなく外周面が示されている。

駆動軸１６の外周面には、螺旋形状の給油溝６４が形成されており、給油溝６４は、例えば、駆動軸１６の略半周に渡っている。給油溝６２は、すべり軸受４０と摺接する駆動軸１６の領域（摺接領域）を延び、給油溝６２の上端部及び下端部は、摺接領域よりも上側の領域及び下側の領域までそれぞれ延びている。
また、駆動軸１６の外周面には、摺接領域に凹みが形成されている。具体的には、駆動軸１６の摺接領域には、凹みとして、複数の周方向溝（油保持溝）６６が形成されている。周方向溝６６は、それぞれ駆動軸１６の周方向、換言すれば、重力と直交する水平方向に延び、相互に上下に離間している。ただし、各周方向溝６６は、給油溝６４には繋がっておらず、且つ、駆動軸１６とすべり軸受４０との隙間以外の領域とも連通していない。

また、図３は、図２の状態から駆動軸１６が半周回転した状態を示しており、複数の周方向溝６６の周方向位置については、全てに渡っては同一ではない。図３においては、周方向溝６６の周方向位置は、上下に隣り合う周方向溝６６同士では異なっており、１つ置きに交互に同一となっている。
なお、図示しないけれども、駆動軸１６には、すべり軸受２２と摺接する摺接領域にも、すべり軸受４０と摺接する摺接領域と同様に、螺旋形状の給油溝が形成され、且つ、凹みとしての複数の周方向溝が形成されている。また、偏心軸２４にも、すべり軸受２６と摺接する摺接領域に、螺旋形状の給油溝が形成され、且つ、凹みとしての複数の周方向溝が形成されている。

上述したスクロール型流体機械にあっては、電動モータ１４に電力を供給すると、ロータ１４ｂ及び駆動軸１６が回転駆動され、駆動軸１６の回転は、偏心軸２４及びすべり軸受２６により、可動スクロール３０の旋回運動に変換される。可動スクロール３０が旋回している間、可動スクロール３０の自転運動は自転阻止装置によって阻止される。
可動スクロール３０が固定スクロール３２に対して旋回するのに伴い、圧力室４４は、吸入管１０を通じて、潤滑油を含む作動流体を吸入し、吸入した作動流体を圧縮し、そして、吐出孔５０を通じて吐出する一連のプロセスを実行する。

圧力室４４から吐出された潤滑油を含む作動流体は、下降流路を通じて仕切り壁１８まで下降し、潤滑油は仕切り壁１８に対し衝突して付着する。これにより潤滑油が分離された作動流体は、上昇流路を通じて上昇し、吐出管１２を通じて吐出される。
仕切り壁１８に付着した潤滑油は、導入孔１８ａを通じて貯油室５５内に流入する。貯油室５５内の潤滑油は、駆動軸１６の回転に伴いトロコイドポンプ６０が作動するため、駆動軸１６の内部流路１６ａ内を上昇し、内部流路１６ａの出口から流出する。

貯油室５５の潤滑油には、圧力室４４から吐出された作動流体の圧力（吐出圧力）が作用している。このため、内部流路１６ａの出口から流出した潤滑油の圧力は吐出圧力に略等しく高圧であり、上から下に向けて順に、偏心軸２４用のすべり軸受２６、駆動軸１６用のすべり軸受４０及びすべり軸受２２の潤滑に供される。
具体的には、すべり軸受４０の場合を例に説明すると、給油溝６４の上端から、潤滑油が給油溝６４内に流入し、そして、給油溝６４内に流入した潤滑油は、駆動軸１６の回転に伴い、すべり軸受４０と、駆動軸１６の外周面との隙間の全域に供給される。供給された潤滑油は、隙間において潤滑膜を形成し、これにより、駆動軸１６がすべり軸受４０に対して円滑に回転する。

また、このスクロール型流体機械では、潤滑油が給油溝６４を通じて駆動軸１６とすべり軸受４０との隙間に供給されている間、駆動軸１６の回転に伴い、各周方向溝６６内に潤滑油が貯えられる。周方向溝６６に貯えられた潤滑油は、スクロール型流体機械が停止された後も周方向溝６６内に保持され、スクロール型流体機械の再始動直後、潤滑油が駆動軸１６とすべり軸受４０との隙間内に流出し、流出した潤滑油が隙間において潤滑膜を形成する。

このため、このスクロール型流体機械では、始動直後から給油溝６４を通じて潤滑油が供給されるまでの間も、駆動軸１６がすべり軸受４０に対して円滑に回転する。
本発明は、上述した一実施例に限定されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、一実施例のスクロール型流体機械では、駆動軸１６に、凹みとして、水平方向にそれぞれ延びる周方向溝６６が形成されていたけれども、凹みの形状は特には限定されない。例えば、凹みとして、図４に示したように、水平方向に対して傾いた螺旋形状の螺旋溝６８を形成してもよい。

ただし凹みが溝の場合、始動直後から駆動軸１６が確実に円滑に回転するように、各溝は、周方向溝６６のように水平に延びているのが好ましい。これは以下の理由による。
凹みとしての溝が上下に斜めに延びている場合、溝の上側に貯えられた潤滑油から、その質量に応じて、溝の下側に貯えられた潤滑油に圧力が作用し、溝から潤滑油が流出し易くなる。これに対し、凹みとしての溝が水平方向に延びている場合、溝内の潤滑油には上側と下側の区別はなく、上側の潤滑油から下側の潤滑油に対して圧力が作用することはない。このため、水平方向に延びている溝からは、スクロール型流体機械が停止している間に潤滑油が流出し難く、始動直後から駆動軸１６が確実に円滑に回転する。

また、凹みが溝の場合、各溝の長さは特には限定されないけれども、駆動軸１６の強度を確保する観点からは、なるべく短い方が良い。なお、図３に示したように、周方向溝６６の長さが短いときには、駆動軸１６とすべり軸受４０との摺接領域に均一に潤滑油が供給されるよう、複数の周方向溝６６が摺接領域の全体に分散しているのが好ましい。換言すれば、周方向溝６６のうち少なくとも１つの周方向位置は、他の周方向溝６６の周方向位置と異なっているのが好ましい。

更に、凹みが溝の場合、各溝の深さや数は特に限定されないけれども、駆動軸１６の強度を確保する観点からは、深さはなるべく浅く、数はなるべく少ない方が良い。
あるいは図５に示したように、駆動軸１６若しくは偏心軸２４の摺接領域に、凹みとして、平面形状が円形状又は長円形状の複数のディンプル７０を形成してよい。
一実施例のスクロール型流体機械では、すべり軸受４０に摺接する駆動軸１６の摺接領域、すべり軸受２２に摺接する駆動軸１６の摺接領域、及びすべり軸受２６に摺接する偏心軸２４の摺接領域の全てに、給油溝６４とともに凹みとしての周方向溝６６が形成されていたけれども、これらの摺接領域のうち少なくとも1つに、給油溝６４とともに凹みが形成されていればよい。ただし、始動直後の駆動軸１６の回転をより円滑にするためには、すべての摺接領域に給油溝６４とともに凹みを形成するのが好ましい。

一実施例のスクロール型流体機械では、給油溝６４は、摺接領域の外まで延びていたが、これは、給油溝６４内に潤滑油を流入させるためである。従来技術のように、給油溝６４と内部流路１６ａとを連通する給油孔を駆動軸１６に形成すれば、給油溝６４は、摺接流域の外まで延びている必要はない。つまり、給油溝は、摺接領域を延び、且つ、摺接領域とすべり軸受との隙間以外のハウジング内の部分と連通していればよい。

一実施例のスクロール型流体機械では、駆動軸１６の回転数は、好ましくは、５０００回転／分以上８０００回転／分以下の範囲に設定される。このスクロール型流体機械では、駆動軸１６が、転がり軸受ではなく、すべり軸受２２，４０によって回転可能に支持されているけれども、凹みに保持された潤滑油がすべり軸受２２，４０の潤滑に供されることで、５０００回転／分以上８０００回転／分以下の範囲で駆動軸１６が高回転しても、駆動軸１６の焼き付きが防止される。

一実施例のスクロール型流体機械は、種々の作動流体の圧縮に適用可能であるが、好ましい使用例として、ＨＦＣ系に比べて環境に優しいＣＯ_２ガスの圧縮に用いられる。
最後に、一実施例のスクロール型流体機械は、膨張機として用いることも可能である。

本発明の一実施形態のスクロール型流体機械を示す縦断面図である。 図１中の一点鎖線で囲まれた領域ＩＩの拡大図である。 図２から、駆動軸を１８０度回転させた状態を示す図である。 変形例のスクロール型流体機械における領域ＩＩの拡大図である。 他の変形例のスクロール型流体機械における領域ＩＩの拡大図である。

符号の説明

１６ 駆動軸
４０ すべり軸受
６４ 給油溝
６６ 周方向溝（凹み）

Claims (4)

1. ハウジング内に配置され、固定スクロールに対して旋回可能な可動スクロールと、
   前記ハウジングに少なくとも２つのすべり軸受を介して回転可能に支持された駆動軸と、
   前記駆動軸と一体に回転可能な偏心軸及び当該偏心軸と摺接するすべり軸受を有し、前記駆動軸と前記可動スクロールとの間で動力を伝達する伝達機構と
   を備えるスクロール型流体機械において、
   前記すべり軸受の何れか１つと摺接する前記偏心軸若しくは前記駆動軸の外周面の摺接領域に給油溝及び凹みが形成され、
   前記給油溝は、前記摺接領域内を延びるとともに、前記摺接領域と当該摺接領域に摺接するすべり軸受との隙間を除く前記ハウジング内の領域と連通し、
   前記凹みは、前記摺接領域内に位置し、且つ、前記給油溝とは離間している
   ことを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記摺接領域に、前記凹みとして、それぞれ水平方向に延び且つ互いに上下方向に離間した複数の周方向溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記複数の周方向溝のうち少なくとも１つの周方向溝は、前記摺接領域における周方向での位置において、他の周方向溝とは異なることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
4. ＣＯ_２ガスを圧縮するのに用いられることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のスクロール型流体機械。

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