JP2010031672A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールの鏡板面に対する可動スクロールの摺動摩擦抵抗を低減し、スクロールユニットにおける動力ロスの低減、ひいては、その効率の向上を実現することができるスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】可動スクロール(22)の外周側に形成され、圧縮室よりも低圧の潤滑油が供給される外周空間(44)と、固定スクロール(24)の鏡板面(28a)に形成され、外周空間からの潤滑油が供給されるとともに、可動スクロールがその公転旋回運動に伴い摺動する摺動面(46)と、摺動面に形成され、可動スクロールの公転旋回運動に伴い可動スクロールが間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝(50)とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に組み込まれて好適なスクロール型流体機械に関する。

この種のスクロール型流体機械、例えば密閉型スクロール圧縮機は、各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールからなるスクロールユニットを備え、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、これら各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、この圧縮室が各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動する。また、可動スクロールの外周側には、圧縮室よりも低圧の潤滑油が供給される外周空間が形成されている。

そして、固定スクロールの鏡板面に、外周空間からの潤滑油の給油溝を設けたスクロール圧縮機が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００４−２９３５３３号公報 特開２００７−３０３３１８号公報

しかしながら、上記各従来技術では、給油溝、ひいては摺動面へ潤滑油を積極的に供給することができないため、特に圧縮機の高速回転時に摺動面への潤滑油不足を招きかねない。摺動面への潤滑油不足により、固定スクロールの鏡板面に対する可動スクロールの摺動摩擦抵抗、ひいてはスクロールユニットにおける動力ロスが増大し、圧縮機の圧縮効率が低下するとの問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、固定スクロールの鏡板面に対する可動スクロールの摺動摩擦抵抗を低減し、スクロールユニットにおける動力ロスの低減、ひいては、その効率の向上を実現することができるスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールから構成され、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室が各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動するスクロールユニットと、可動スクロールの外周側に形成され、圧縮室よりも低圧の潤滑油が供給される外周空間と、固定スクロールの鏡板面に形成され、外周空間からの潤滑油が供給されるとともに、可動スクロールがその公転旋回運動に伴い摺動する摺動面と、摺動面に形成され、可動スクロールの公転旋回運動に伴い可動スクロールが間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝とを備えることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、請求項１において、給油溝は、可動スクロールが間歇的に跨ぐ際に、給油溝の一端部、及び他端部が可動スクロール側からみて順次露出する範囲に形成されることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、給油溝は、可動スクロールの公転旋回方向に沿って延設されることを特徴としている。

更にまた、請求項４記載の発明では、請求項３において、固定スクロールの鏡板面には、給油溝よりも可動スクロールの外周側に、外周空間の圧力を調整するための円周溝が形成され、一端部及び他端部は円周溝に連通することを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、摺動面に、可動スクロールの公転旋回運動に伴い可動スクロールが間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝を形成する。これにより、外周空間から給油溝に潤滑油を間歇的に送り込み、摺動面へ潤滑油を積極的に供給することができるため、摺動面における潤滑性が向上する。
また、摺動面への給油溝の形成に伴い摺動面の面積が減少するため、これらにより、固定スクロールの鏡板面に対する可動スクロールの摺動摩擦抵抗を低減することができる。従って、スクロールユニットにおける動力ロスを低減することができ、ひいてはスクロール型流体機械の効率を向上することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、給油溝は、可動スクロールが間歇的に跨ぐ際に、給油溝の一端部、及び他端部が可動スクロール側からみて順次露出する範囲に形成される
。これにより、可動スクロールの公転旋回運動に伴い、一端部から給油溝に送り込まれた潤滑油は他端部から給油溝外に順次送り込出され、給油溝における潤滑油の流れを促進することができる。従って、摺動面における潤滑性が向上するとともに、給油溝に滞留する潤滑油自体が可動スクロールの摺動摩擦抵抗となることを防止できるため、スクロールユニットにおける動力ロスを更に低減することができ、ひいてはスクロール型流体機械の効率を更に向上することができる。

更に、請求項３記載の発明によれば、給油溝は、可動スクロールの公転旋回方向に沿って延設される。これにより、可動スクロールの公転旋回運動に伴い、給油溝における潤滑油の流れを更に促進することができるため、スクロールユニットにおける動力ロスを更に低減することができ、ひいてはスクロール型流体機械の効率を更に向上することができる。

更にまた、請求項４記載の発明によれば、摺動面には、給油溝よりも可動スクロールの外周側に、外周空間の圧力を調整するための円周溝が形成され、一端部及び他端部は円周溝に連通する。これにより、可動スクロールの公転旋回運動に伴い、給油溝における潤滑油の流れを円周溝を利用して更に促進することができるため、スクロールユニットにおける動力ロスをより一層低減することができ、ひいてはスクロール型流体機械の効率をより一層向上することができる。

以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型スクロール圧縮機の縦断面図を示している。
この圧縮機１は冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれ、当該回路は作動流体の一例である二酸化炭素冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。

圧縮機１はシェル２を備え、シェル２の円筒胴部をなすセンターシェル４は、その上側及び下側がトップシェル６及びボトムシェル８によってそれぞれ気密に嵌合され、センターシェル４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。センターシェル４に形成される冷媒の吸入室には上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、トップシェル６の適宜位置には、シェル２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。

センターシェル４には、上から順にスクロールユニット１４、電動モータ１６、ポンプユニット１８が収容され、電動モータ１６内には回転軸２０が配置されており、回転軸２０は電動モータ１６への通電によって回転駆動される。
回転軸２０は、その上端側がスクロールユニット１４に、その下端側がポンプユニット１８に連結されており、回転軸２０が電動モータ１６によって回転駆動されることにより、スクロールユニット１４は、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。

詳しくは、スクロールユニット１４は可動スクロール２２及び固定スクロール２４から構成され、可動スクロール２２は鏡板２６を備え、この鏡板２６の鏡板面２６ａには固定スクロール２４の鏡板２８に向けて延びる渦巻き状のラップ３０が立設され、一方、固定スクロール２４の鏡板２８の鏡板面２８ａにも鏡板２６に向けて延びる渦巻き状のラップ３２が立設されている。

そして、これらラップ３０，３２は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、これらを互いに対をなして配置し協働させることにより、吸入管１０を介して冷媒を吸入してラップ３０，３２の間に冷媒の圧縮室を形成する。
吸入室は、固定スクロール２４の鏡板２８に形成され、冷媒の吸入圧が作用し、一方、圧縮室は、固定スクロール２４に対する可動スクロール２２の公転旋回運動により、鏡板２６，２８の径方向中央部側に向けてその容積を減少させながら移動する。

可動スクロール２２に公転旋回運動を付与するため、鏡板２６の背面２６ｂ側にはボス３４が形成され、ボス３４は軸受を介して回転軸２０の上端側に一体形成される偏心軸３６に回転自在に支持されている。なお、可動スクロール２２の自転は図示しない自転阻止ピンにより阻止されている。
これに対し固定スクロール２４は、センターシェル４の内側に固定されるメインフレーム３８に支持、固定されており、固定スクロール２４の中央部分には圧縮室に連通可能な吐出孔４０が穿設されている。

一方、ポンプユニット１８は、ボトムシェル８の内側に貯油された潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸２０内に穿孔された油路４２を経て回転軸２０の上端から電動モータ１６やスクロールユニット１４等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールや潤滑に寄与する。
詳しくは、油路４２を経た潤滑油は回転軸２０の上端から回転軸２０に沿って電動モータ１６側に流下される一方、可動スクロール２２の鏡板２６の背面２６ｂとメインフレーム３８との間に形成される背圧室に供給され、背圧室から鏡板２６の外周面とメインフレーム３８との間の外周空間４４を経た潤滑油は、鏡板面２８ａのうちの可動スクロール２２が固定スクロール２４に対し摺動する領域である摺動面４６に供給される。

ここで、背圧室は、メインフレーム３８に固定された環状のシールリング４８により、鏡板２６，２８の径方向中央部側に位置して油路４６を経た潤滑油の冷媒の吐出圧が作用する高圧室と、鏡板２６，２８の径方向外周部側に位置して高圧室よりも減圧された中間圧室とに仕切られている。そして、このような背圧構造を形成することにより、主として中間圧室の圧力によって可動スクロール２２が固定スクロール２４に対して適切に押圧され、可動スクロール２２の円滑な公転旋回運動が実現される。

上述した圧縮機１によれば、回転軸２０の回転に伴って可動スクロール２２が自転することなく公転旋回運動することにより、吸入管１０を介してスクロールユニット１４に吸入された冷媒は圧縮室を形成し、圧縮室内の冷媒はスクロールユニット１４の中心に向けて移動されながら圧縮された後に吐出孔４０よりシェル２内に吐出され、シェル２内を循環した後に吐出管１２を介して圧縮機１外へ送出される。

ところで、本実施形態では、摺動面４６に、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い可動スクロール２２が間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝５０が形成されている。
詳しくは、図２の固定スクロール２４を摺動面４６側からみた平面図に示されるように、給油溝５０は、摺動面４６のうちの可動スクロール２２の摺動面積や可動スクロール２２の摺動時間が摺動面４６の他の領域と比べて比較的大きくなる領域Ａに、例えば幅約２ｍｍ程度、深さ約１ｍｍ程度の円弧状長溝として形成されている。

また、図３及び４の可動スクロール２２の公転旋回角ごとのスクロールユニット１４の平面図に示されるように、給油溝５０は、可動スクロール２２が間歇的に跨ぐ際に、給油溝５０の一端部５０ａ、及び他端部５０ｂが可動スクロール２２側からみて順次露出する範囲に、可動スクロール２２の公転旋回方向に沿って延設されている。
以上のように、本実施形態では、摺動面４６に、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い可動スクロール２２が間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝５０を形成することにより、外周空間４４から給油溝５０に潤滑油を間歇的に送り込み、摺動面４６へ潤滑油を積極的に供給することができるため、摺動面４６における潤滑性が向上する。

また、摺動面４６への給油溝５０の形成に伴い摺動面４６の面積が減少するため、これらにより、固定スクロール２４の鏡板面２８ａに対する可動スクロール２２の摺動摩擦抵抗を低減することができる。
しかも、給油溝５０は、可動スクロール２２が間歇的に跨ぐ際に、給油溝５０の一端部５０ａ、及び他端部５０ｂが可動スクロール２２側からみて順次露出する範囲に形成されるため、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い、一端部５０ａから給油溝５０に送り込まれた潤滑油は他端部５０ｂから給油溝５０外に順次送り込出され、給油溝５０における潤滑油の流れを促進することができる。従って、摺動面４６における潤滑性が向上するとともに、給油溝５０に滞留する潤滑油自体が可動スクロール２２の摺動摩擦抵抗となることを防止できる。

更には、給油溝５０は、可動スクロール２２の公転旋回方向に沿って円弧状に延設されるため、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い、給油溝５０における潤滑油の流れを更に促進することができるため、これらにより、スクロールユニット１４における動力ロスを大幅に低減することができ、ひいては圧縮機１の圧縮効率を大幅に向上することができる。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、図５の固定スクロール２４を摺動面４６側からみた平面図に示されるように、
固定スクロール２４の鏡板面２８ａには、給油溝５０よりも可動スクロール２２の外周側に外周空間４４の圧力を上記背圧室の図示しない背圧調整弁を介して調整するための円周溝５２が形成されている。円周溝５２は、給油溝５０と略同一の幅及び深さを有しており、一端部５０ａ及び他端部５０ｂは円周溝５２に連通する範囲にまで形成されている。
図６及び７の可動スクロール２２の公転旋回角ごとのスクロールユニット１４の平面図に示されるように、この場合にも上記実施形態と同様に、給油溝５０は、可動スクロール２２が間歇的に跨ぐ際に、給油溝５０の一端部５０ａ、及び他端部５０ｂが可動スクロール２２側からみて順次露出する範囲に、可動スクロール２２の公転旋回方向に沿って延設される。

この変形例の場合には、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い、給油溝５０における潤滑油の流れを円周溝５２を利用して更に促進することができるため、スクロールユニット１４における動力ロスをより一層低減することができ、ひいては圧縮機１の圧縮効率をより一層向上することができて好適である。
最後に、上記実施形態及び変形例では、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる二酸化炭素冷媒を使用した密閉型スクロール圧縮機について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機または膨脹機等のスクロール型流体機械に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。 図１の固定スクロールをその摺動面側からみた平面図である。 図１のスクロールユニットを可動スクロールの所定の公転旋回角度にて可動スクロール側からみた平面図である。 図３の状態から可動スクロールの公転旋回運動が所定の公転旋回角度だけ進んだスクロールユニットを可動スクロール側からみた平面図である。 本発明の変形例に係る固定スクロールをその摺動面側からみた平面図である。 図５のスクロールユニットを可動スクロールの所定の公転旋回角度にて可動スクロール側からみた平面図である。 図６の状態から可動スクロールの公転旋回運動が所定の公転旋回角度だけ進んだスクロールユニットを可動スクロール側からみた平面図である。

符号の説明

１ 密閉型スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
２２ 可動スクロール
２４ 固定スクロール
２６ 可動スクロールの鏡板
２６ａ 可動スクロールの鏡板の鏡板面
２８ 固定スクロールの鏡板
２８ａ 固定スクロールの鏡板の鏡板面
３０ 可動スクロールのラップ
３２ 固定スクロールのラップ
１４ スクロールユニット
４４ 外周空間
４６ 摺動面
５０ 給油溝
５０ａ 一端部
５０ｂ 他端部
５２ 円周溝

Claims (4)

1. 各鏡板の各鏡板面に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される固定スクロール及び可動スクロールから構成され、前記固定スクロールに対し前記可動スクロールが公転旋回運動することにより、前記各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室が前記各鏡板の径方向中央部に向けてその容積を減少させながら移動するスクロールユニットと、
   前記可動スクロールの外周側に形成され、前記圧縮室よりも低圧の潤滑油が供給される外周空間と、
   前記固定スクロールの前記鏡板面に形成され、前記外周空間からの潤滑油が供給されるとともに、前記可動スクロールがその公転旋回運動に伴い摺動する摺動面と、
   前記摺動面に形成され、前記可動スクロールの公転旋回運動に伴い該可動スクロールが間歇的に跨ぐ潤滑油の給油溝とを備えることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記給油溝は、前記可動スクロールが間歇的に跨ぐ際に、前記給油溝の一端部、及び他端部が該可動スクロール側からみて順次露出する範囲に形成され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. 前記給油溝は、前記可動スクロールの公転旋回方向に沿って延設され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. 前記固定スクロールの前記鏡板面には、前記給油溝よりも前記可動スクロールの外周側に、前記外周空間の圧力を調整するための円周溝が形成され、
   前記一端部及び前記他端部は円周溝に連通することを特徴とする請求項３に記載のスクロール型流体機械。

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