JP2009114943A - Scroll fluid machine - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール型流体機械に関する。 The present invention relates to a scroll type fluid machine.
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、軸受を介して駆動軸の端部を囲み、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。
The scroll type fluid machine is used, for example, for compressing a refrigerant, and includes a movable scroll disposed in a housing so as to be rotatable with respect to a fixed scroll. The movable scroll forms a pressure chamber with the fixed scroll, and the pressure chamber performs a refrigerant suction, compression, and discharge process as the movable scroll rotates.
In order to turn the movable scroll, a boss is integrally formed on the rear surface of the end plate of the movable scroll. The boss surrounds the end of the drive shaft via a bearing, and the movable scroll is turned by the rotation of the drive shaft.
駆動軸には、その端面に開口した内部流路が形成され、内部流路を通じて、ボスの内側に潤滑油が供給される。潤滑油には、圧力室から吐出された冷媒の圧力(吐出圧力)が作用しており、この潤滑油によって、軸受が潤滑されるのみならず、可動スクロールの鏡板の背面に対して吐出圧力が作用する(例えば、特許文献1参照)。
ただし、可動スクロールの鏡板と当該鏡板に対向するハウジングの部分との間に環状のシール部材が設けられ、吐出圧力が背圧として作用するのは、シール部材よりも内側に位置する鏡板の部分である。
However, an annular seal member is provided between the end plate of the movable scroll and the portion of the housing facing the end plate, and the discharge pressure acts as a back pressure in the end plate portion located inside the seal member. is there.
従来のスクロール型流体機械では、シール部材の直径が大きいため、可動スクロールの鏡板の背面に対し、広範な領域に亘り吐出圧力が背圧として作用する。このため、特にCO2ガスを圧縮する場合、固定スクロールに対して可動スクロールを押し付けるように作用する荷重が過剰になり、可動スクロールの円滑な旋回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、可動スクロールに対して適当な背圧が作用するスクロール型流体機械を提供することにある。
In the conventional scroll type fluid machine, since the diameter of the seal member is large, the discharge pressure acts as a back pressure over a wide range on the back surface of the end plate of the movable scroll. For this reason, especially when compressing CO 2 gas, the load acting to press the movable scroll against the fixed scroll becomes excessive, and smooth turning of the movable scroll may be hindered.
The present invention has been made based on the above-described circumstances, and an object thereof is to provide a scroll type fluid machine in which an appropriate back pressure acts on the movable scroll.
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、前記可動スクロールの鏡板の背面に一体に形成されたボスと、前記ボスに軸受を介して囲まれた端部及び前記ボスの内側の領域に高圧にて潤滑油を供給すべく前記端部の何れかの箇所に開口した内部流路を有する駆動軸と、前記ボスの内側の領域に配置され、前記内部流路の開口と前記ボスの外側の領域との間を区画するシール部材とを備え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、スクロール型流体機械は、前記駆動軸の外面に形成され、前記シール部材によって相互に区画された領域同士を連通する連通溝を更に備える(請求項2)。
好ましくは、スクロール型流体機械は、前記駆動軸の外周面に形成され、前記軸受によって囲まれた前記駆動軸の外周面の領域を縦断する油溝を更に備える(請求項3)。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a movable scroll disposed in a housing and capable of turning with respect to a fixed scroll, a boss integrally formed on a rear surface of a mirror plate of the movable scroll, and the boss A drive shaft having an internal flow path opened at any position of the end to supply lubricating oil at a high pressure to an end surrounded by a bearing and a region inside the boss; and A scroll type fluid machine is provided, comprising: a seal member disposed in an inner region and partitioning between an opening of the inner flow path and an outer region of the boss (Claim 1).
Preferably, the scroll type fluid machine further includes a communication groove that is formed on the outer surface of the drive shaft and communicates with each other the regions partitioned by the seal member.
Preferably, the scroll type fluid machine further includes an oil groove that is formed on an outer peripheral surface of the drive shaft and that vertically cuts a region of the outer peripheral surface of the drive shaft surrounded by the bearing.
好ましくは、スクロール型流体機械は、CO2ガスを圧縮するのに用いられる(請求項4)。 Preferably, the scroll type fluid machine is used for compressing CO 2 gas.
本発明の請求項1のスクロール型流体機械では、シール部材がボスの内側の領域に配置されているため、可動スクロールの鏡板の背面において、潤滑油によって高圧が作用する領域が狭い。このため、当該スクロール型流体機械では、固定スクロールに向けて押し付けるように、可動スクロールに適当な荷重が作用し、可動スクロールの円滑な旋回が確保される。 In the scroll type fluid machine according to the first aspect of the present invention, since the seal member is disposed in the region inside the boss, the region where the high pressure acts by the lubricating oil is narrow on the back surface of the end plate of the movable scroll. For this reason, in the scroll type fluid machine, an appropriate load is applied to the movable scroll so as to be pressed toward the fixed scroll, and smooth turning of the movable scroll is ensured.
また、ボスの内側の領域にシール部材を配置したことによって、シール部材の小型化が図られる。
請求項2のスクロール型流体機械では、連通溝を通じて、潤滑油がボスの外側に供給される。これにより、ボスの外側の領域に、潤滑油が円滑に供給されるとともに、可動スクロールの鏡板の背面に適当な圧力が作用する。
In addition, the seal member can be reduced in size by arranging the seal member in the region inside the boss.
In the scroll type fluid machine according to the second aspect, the lubricating oil is supplied to the outside of the boss through the communication groove. Thereby, the lubricating oil is smoothly supplied to the region outside the boss, and an appropriate pressure acts on the back surface of the end plate of the movable scroll.
請求項3のスクロール型流体機械では、油溝を通じて、駆動軸の端部と軸受との間に潤滑油が十分に供給され、可動スクロールの円滑な旋回が確保される。
請求項4のスクロール型流体機械では、CO2ガスを圧縮しても、固定スクロールに向けて押し付けるように、可動スクロールに適当な荷重が作用し、可動スクロールの円滑な旋回が確保される。
In the scroll type fluid machine according to the third aspect, the lubricating oil is sufficiently supplied between the end portion of the drive shaft and the bearing through the oil groove, and the smooth turning of the movable scroll is ensured.
In the scroll type fluid machine according to the fourth aspect, even when the CO 2 gas is compressed, an appropriate load is applied to the movable scroll so as to press the CO 2 gas toward the fixed scroll, and smooth turning of the movable scroll is ensured.
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。
FIG. 1 shows a scroll type fluid machine according to an embodiment of the present invention. This fluid machine is applied to, for example, a refrigeration system, an air conditioning system, or a hot water supply system, and compresses a refrigerant or the like as a working fluid.
This scroll type fluid machine includes a housing (closed container) 2. The housing 2 includes a
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。
An
The
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との間にニードルベアリング22が介挿されている。
一方、駆動軸16の上端部は、偏心ブッシュ24に成形され、偏心ブッシュ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。
The lower end of the
On the other hand, the upper end portion of the
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、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。
The
More specifically, a recess for receiving the
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。
A
The
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。
As the
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。
A
The
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みには、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。
The
An
アウタロータ58aは凹み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。
The
The inlet of the
駆動軸16には、自身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。
図2に拡大して示したように、内部流路16aの出口は、駆動軸16の上端面にて開口している。なお、内部流路16aの出口は、ボス28の内側の領域にて開口していればよい。
The
As shown in an enlarged manner in FIG. 2, the outlet of the
ボス28の内側の領域には、シール部材として環状のシールリング64が配置され、シールリング64は、内部流路16aの出口と、ボス28の外側の領域との間を区画している。
より詳しくは、ボス28の先端側の内周面には、周溝66が形成され、周溝66にシールリング64の径方向外側の部分が嵌合している。シールリング64の径方向内側の部分は、駆動軸16の上端部、即ち偏心ブッシュ24の外周面に摺接し、これにより、ボス28と偏心ブッシュ24との間の隙間を密封している。
An
More specifically, a
ただし、図3に示したように、偏心ブッシュ24の外周面には螺旋状の油溝68が形成され、油溝68は、シールリング64によって相互に区画された領域同士を連通している。なお、油溝68は、駆動軸16の軸線方向でみて、すべり軸受26よりも上方から、シールリング64よりも下方まで延びており、すべり軸受26と摺接する偏心ブッシュ24の領域を縦断している。
However, as shown in FIG. 3, a
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、偏心ブッシュ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。
In the scroll type fluid machine described above, when electric power is supplied to the
As the
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。
The working fluid containing the lubricating oil discharged from the
The lubricating oil adhering to the
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る。
ここで、駆動軸16とボス28との隙間には、シールリング64が配置されているため、可動スクロール30の鏡板30aの背面において、吐出圧力が背圧として作用する領域は、ボス28の内側に制限される。つまり、このスクロール型流体機械では、ボス28の内側の領域が高圧領域として規定される。
The working fluid pressure (discharge pressure) discharged from the
Here, since the
そして、油溝68を通じてボス28の内側から外側へと潤滑油が漏れ出すため、ボス28の外側においても、可動スクロール30の鏡板30aの背面には、ある程度の圧力(中間圧力)が作用する。このため、センタフレーム34の凹所や中間孔38におけるボス28の外側の領域は、中間圧領域として規定される。なお、漏れ出した潤滑油は、他のすべり軸受40や摺動部の潤滑に供される。
Since the lubricating oil leaks from the inside of the
上述したスクロール型流体機械では、シール部材としてのシールリング64がボス28の内側の領域に配置されているため、可動スクロール30の鏡板30aの背面において、潤滑油によって高圧が作用する領域が狭い。このため、当該スクロール型流体機械では、固定スクロール32に向けて押し付けるように可動スクロール30に適当な荷重が作用し、可動スクロール30の円滑な旋回が確保される。
In the scroll type fluid machine described above, since the
また、ボス28の内側の領域にシールリング64を配置したことによって、シールリング64の小型化が図られる。
上述したスクロール型流体機械では、油溝68の一部が、シールリング64によって相互に区画された領域同士を連通する連通溝を形成し、この連通溝を通じて、潤滑油がボス28の外側に供給される。これにより、ボス28の外側の領域に、潤滑油が円滑に供給されるとともに、可動スクロール30の鏡板30aの背面に適当な圧力が作用する。
Further, since the
In the scroll type fluid machine described above, a part of the
上述したスクロール型流体機械では、油溝68を通じて、すべり軸受26と偏心ブッシュ24との間に潤滑油が十分に供給され、可動スクロール30の円滑な旋回が確保される。
本発明は、上述した一実施形態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、シールリングを保持するための周溝を偏心ブッシュ24に形成し、シールリングをボス28に対して摺接させてもよい。
In the scroll type fluid machine described above, the lubricating oil is sufficiently supplied between the sliding
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
For example, a circumferential groove for holding the seal ring may be formed in the
また、シール部材は、ボス28の内側の領域に配置され、且つ、内部流路16aの出口を囲んでいればよい。例えば、図4に示したように、駆動軸16の端面、即ち偏心ブッシュ24の端面と可動スクロール30の鏡板30aの背面との間にシールリング70を配置してもよい。この場合、図5及び図6に示したように、油溝68とは別に、偏心ブッシュ24の端面に連通溝72が形成され、連通溝72を通じて、シールリング70によって相互に区画された領域同士が連通する。
Moreover, the sealing member should just be arrange | positioned in the area | region inside the boss |
なお、この場合も、シールリングを保持するための周溝を、偏心ブッシュ24の端面及び可動スクロール30の鏡板30aのうちいずれに形成してもよい。
上述した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、CO2ガスの圧縮に用いられる。なぜならば、冷媒としてCO2ガスを用いる場合、吐出圧力が従来のHFC系冷媒を用いた場合に比べて高くなるけれども、このスクロール型流体機械では、高圧領域がボス28の内側に制限されるため、固定スクロール32に向けて押し付けるように、可動スクロール30に適当な荷重が作用するためである。
In this case as well, a circumferential groove for holding the seal ring may be formed on either the end face of the
The above-described scroll type fluid machine can be applied to compression of various working fluids, but is preferably used for CO 2 gas compression as a preferred use example. This is because when CO 2 gas is used as a refrigerant, the discharge pressure is higher than when a conventional HFC refrigerant is used, but in this scroll type fluid machine, the high pressure region is limited to the inside of the
16 駆動軸
16a 内部流路
24 偏心ブッシュ
26 すべり軸受
28 ボス
30 可動スクロール
30a 鏡板
64 シールリング
16
Claims (4)
前記可動スクロールの鏡板の背面に一体に形成されたボスと、
前記ボスに軸受を介して囲まれた端部及び前記ボスの内側の領域に高圧にて潤滑油を供給すべく前記端部の何れかの箇所に開口した内部流路を有する駆動軸と、
前記ボスの内側の領域に配置され、前記内部流路の開口と前記ボスの外側の領域との間を区画するシール部材と
を備えることを特徴とするスクロール型流体機械。 A movable scroll disposed within the housing and pivotable relative to the fixed scroll;
A boss integrally formed on the back surface of the end plate of the movable scroll;
A drive shaft having an internal channel opened to any part of the end to supply lubricating oil at a high pressure to an end surrounded by a bearing on the boss and a region inside the boss;
A scroll type fluid machine, comprising: a seal member disposed in an inner region of the boss and partitioning between an opening of the internal flow path and an outer region of the boss.
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