JP2010138749A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う際、可動スクロールと固定スクロールとの摺接面を減少させて摺動損失を低減し、したがってモータ負荷への影響を低減させて高効率に運転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】回転軸１６と、公転旋回運動される可動スクロール３４と、主軸フレーム１８と、固定スクロール３６と、互いに噛み合う可動側渦巻きラップ３４ａ及び固定側渦巻きラップ３６ａとを備え、固定スクロール３６の固定側鏡板面３６ｃは、可動スクロール３４の可動側鏡板面３４ｃと非接触であり、可動スクロールの下面３６ｃと主軸フレーム１８上面との間に、加圧された状態の潤滑油の流れを防止するためのオイルシール手段７が備えられていて、可動スクロール３４には、該オイルシール手段７より内側に形成される背圧室４６と可動スクロール３４の上面側の空間とを連通する連通路１５が備えられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、スクロール型流体機械に関し、特に冷凍空調機やヒートポンプ式給湯器に好適なスクロール型流体機械に関するものである。

この種のスクロール型流体機械には、冷媒（作動流体）の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロール型圧縮機が知られている。詳しくは、このユニットは互いに噛み合う固定及び可動の渦巻きラップが立設されている各スクロールを備えている。可動スクロールの背面にはボスが形成されていて、このボスには回転軸と一体形成されたクランクピンが連結されている。可動スクロールは、ボスを介して回転軸により駆動されることにより、自転することなく、主軸フレームに支持されながら固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動する。これにより、各スクロールの渦巻きラップ間に形成される空間の容量が減少し、上記一連のプロセスが行われる。

ところで、このようなスクロール型流体機械では、可動スクロールが公転旋回運動している際、可動スクロールラップ側外周面と固定スクロールラップ側外周面は互いに摺接している（例えば特許文献１参照）。そして、この摺接動作をスムーズに行うために、対向する両面には潤滑油が供給されている。
特開２００４−１１６４５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示される構成では、特に渦巻きラップの外側の鏡板面が摺接する部分の面積が広いこともあり、摩擦による大きな摺動損失が発生し、滑らかに摺接して可動スクロールが公転旋回運動しないおそれがあった。このような機械損失は、回転軸を駆動させるためのモータへの負荷を増大させ、やがては可動スクロールの公転旋回運動を不安定なものとするおそれがある。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを行う際、可動スクロールと固定スクロールとの摺接面を減少させて摺動損失を低減し、したがってモータ負荷への影響を低減させて高効率に運転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。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、容器内を延び、該容器に回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸の上端側に偏心して一体成形されるクランクピンと、該クランクピンと軸受けを介して連結されて前記回転軸の回転とともに公転旋回運動される可動スクロールと、前記回転軸と軸受けを介して連結される主軸フレームと、該主軸フレームの上端側に一体成形されて前記可動スクロールの外周面の外側を覆う環状壁と、該環状壁上に載置して固定される固定スクロールと、前記可動スクロールと前記固定スクロールとの対向面にそれぞれ突設されて互いに噛み合う可動側渦巻きラップ及び固定側渦巻きラップとを備え、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、潤滑油を含む作動流体を圧縮又は膨張させる一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械において、前記固定スクロールの下面であって前記固定側渦巻きラップの外側の固定側鏡板面は、前記可動スクロールの上面であって前記可動側渦巻きラップの外側の可動側鏡板面と非接触であり、前記可動スクロールの下面と前記主軸フレームの上面との間には、容器内に貯留されて前記回転軸を通過した潤滑油が充填される背圧室が形成されるとともに、該背圧室よりも外周側への潤滑油の流れを防止するためのオイルシール手段が設けられており、前記可動スクロールには、前記背圧室と前記可動スクロールの上面側の空間とを連通する連通路が備えられていることを特徴とするスクロール型流体機械を提供する。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記連通路は、前記背圧室から延びて前記可動側鏡板面で開口していることを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、前記連通路には、前記背圧室の圧力を調整可能な背圧調整弁が備えられていることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、固定スクロールの下面であって固定側渦巻きラップの外側の固定側鏡板面と、可動スクロールの上面であって可動側渦巻きラップの外側の可動側鏡板面が非接触であるため、回転軸が回転駆動して可動スクロールが公転旋回運動する際に、当該鏡板面同士が摺接することはない。このため、両鏡板面同士の摩擦による摺動損失を低減させることができる。したがって、可動スクロールの円滑な公転旋回運動を実現でき、高効率に運転することができる。

また、このように固定側鏡板面と可動側鏡板面を非接触とすることで、可動スクロールの側面側まで低圧となるため、背圧室と可動スクロール上面側の空間とを連通する連通路を備えることで、加圧された潤滑油を確実に可動スクロール上面に送ることができ、円滑な運転を実現することができる。
請求項２の発明によれば、連通路は背圧室から延びて可動側鏡板面で開口しているため、作動流体が供給される固定側鏡板面と可動側鏡板面との間の低圧空間に対して、加圧された潤滑油を背圧室から確実に送ることができる。

請求項３の発明によれば、連通路には、背圧室の圧力が所定の圧力となるように、背圧室の圧力を調整可能な背圧調整弁が備えられているため、背圧室の圧力を比較的高く均衡させて保持することができ、背圧室の圧力で可動スクロールを固定スクロール側に圧縮室圧力に抗して押圧することができる。

図１は、本発明に係るスクロール型流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機の概略断面図である。
スクロール圧縮機（以下、圧縮機）１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯器等の冷凍回路に組み込まれている。当該回路は、冷媒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。

同図に示すように、この圧縮機１はハウジング（容器）２を備え、ハウジング２の胴部４は、その上側及び下側が上蓋６及び下蓋８によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部４の内部が密閉され、高圧の吐出圧が作用している。また、胴部４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、上蓋６の適宜位置には、ハウジング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。

胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受１７を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム２２に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２４が装着されており、ポンプ２４は下蓋８の内側、すなわちハウジンク２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油３を吸引する。この潤滑油３は、回転軸１６の内部に軸線に沿って穿設される給油路２８を経て各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。

なお、貯油室２６の潤滑油３の油面には冷媒の吐出圧が作用しており、この冷媒の吐出圧が潤滑油３の油面に作用することも給油路２８における潤滑油３の上昇に寄与する。これより、給油路２８の出口においては冷媒の吐出圧に略等しい高圧環境となる。
また、副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油３の導入口３２が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油３は、導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。

スクロールユニット３０は、胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、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、当該スクロールユニット３０は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成され、各スクロール３４、３６には、それぞれ対向する面に可動側渦巻きラップ３４ａ、固定側渦巻きラップ３６ａが各々一体立設されている。これら渦巻きラップ３４ａ、３６ａ間に圧縮室３９を形成している。これにより、固定スクロール３６に対して可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａが互いに噛み合い、協働して可動スクロール３４の外周側に形成された吸入室３７から吸入管１０を介して冷媒が当該圧縮室３９に吸入され、圧縮室３９が渦巻きラップ３４ａ、３６ａの中心（軸心）に向けて移動しながらその容積が減少され、冷媒の圧縮が行われる。

詳しくは、可動スクロール３４が旋回運動すると、渦巻きラップ３４ａ、３６ａの側面が微少隙間を有して噛み合うとともに渦巻きラップ３４ａの頂面と固定スクロール３６の対向面及び渦巻きラップ３６ａの頂面と可動スクロール３４の対向面が微少隙間を有して噛み合いながら圧縮室３９の容積が減少し、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスが実施される。圧縮された冷媒は、固定スクロール３６を貫通する吐出孔５６を通る。この吐出孔５６は、固定スクロール３６の背面３６ｂ側に配置された吐出弁５８により開閉される。また、吐出弁５８は吐出ヘッド５０で覆われており、吐出ヘッド５０を経由して、モータ１４上部へ導かれた後、容器の外へ吐出される。

上述した可動スクロール３４に旋回運動を付与するため、可動スクロール３４の背面３４ｂにはボス３８が凸設して形成され、このボス３８は軸受４４を介してクランクピン４２に連結されている。このクランクピン４２は、回転軸１６の上端側に一体形成され、回転軸１６の回転に伴い主軸フレーム１８上にて可動スクロール３４を公転旋回運動させる。なお、可動スクロール３４の自転は自転防止構造（例えば回転防止ピン）により阻止されている。

固定スクロール３６の外周部は、主軸フレーム１８の上端部と、可動スクロール３４の外周部の外側を覆う環状壁５と接している。
図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は図２のＢ−Ｂ断面図である。
図３に示すように、固定スクロール３６の下面であって固定側渦巻きラップ３６ａの外側の固定側鏡板面３６ｃは、可動スクロール３４の上面であって可動側渦巻きラップ３４ａの外側の可動側鏡板面３４ｃと非接触である。これにより、回転軸１６が回転駆動して可動スクロール３４が公転旋回運動する際に、当該鏡板面３４ｃ，３６ｃ同士が摺接することはない。このため、両鏡板面３４ｃ，３６ｃ同士の摩擦による摺動損失を低減させることができる。したがって、可動スクロール３４の円滑な公転旋回運動を実現でき、モータ負荷への影響を低減させて高効率に上記冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施することができる。

可動スクロール３４の下面３４ｂと主軸フレーム１８の上面との間には、加圧された状態の潤滑油３の流れを防止するためのオイルシール手段７が備えられている。このオイルシール手段７より内側の空間が、背圧室４６となる。背圧室４６には、上記給油路２８の出口から吐出した高圧の潤滑油３が加圧された状態で充填されている。従って、背圧室４６は潤滑油３の圧力を背圧として可動スクロール３４を固定スクロール３６側に押圧している。これにより、圧縮室３９の密閉性が確保され、圧縮不良を防ぐことが可能である。

背圧室４６のオイルシール手段７の内側には、さらにオイルシール手段９が備えられている。このオイルシール手段９は、前記オイルシール手段７とで区画される領域を前記背圧室４６をさらに２つに分割するための手段である。前記オイルシール手段７，９の間の可動スクロール３４の下面に、連通路１５の開口が設けられている。潤滑油３の流れを一定量制限するものである。オイルシール手段９の上側の可動スクロール３４の下面３４ｂには、所定量潤滑油３がオイルシール手段９を超えるように、溝が形成されている。これにより、給油路２８を通った高圧潤滑油が流れる高圧室１１に対して、オイルシール手段７と９の間の空間に中間圧室１３が形成される。この中間圧室１３と吸入室３７は、可動スクロール３４を貫通して形成されている連通路１５で連通されている。これにより、中間圧の中間圧室１３と低圧の吸入室３７を連通することができるので、加圧された潤滑油３を確実に可動スクロール３４の上面に送ることができ、円滑な運転を実現することができる。

即ち、上述したように、固定側鏡板面３６ｃと可動側鏡板面３４ｃを非接触としたことで、可動スクロール３４の外周部は、低圧圧力領域となる。このため、低圧空間が主軸フレーム１８の上面まで広がるため、加圧された潤滑油３が可動スクロール３４の側面側から上昇することが妨げられる。しかしながら、連通路１５を設けることで、潤滑油のルートが確保されるため、確実な冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実現できる。なお、連通路１５は高圧室１１と圧縮室３９とを連通してもよいし、高圧室１１と吸入室３７を連通してもよい。

図４は本発明に係る別のスクロール型流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機におけるスクロールユニット近傍の概略断面図である。
図示したように、可動スクロール３４には、背圧調整弁７０が内蔵されている。この背圧調整弁７０は、中間圧室１３と吸入室３７を連通する連通路１５の途中に配置している。背圧調整弁７０は、スプリングにより付勢されたボール弁である。

これにより、背圧調整弁７０は、連通路１５を介して中間圧室１３の圧力がスプリングの付勢力よりも小さい状況下では、閉弁状態に保持される。一方、中間圧室１３の方が大きい状況下では、開弁する。これにより、スプリングの付勢力を調整することで、中間圧室１３（背圧室４６）の圧力を適切な所定量均衡させて保持することができ、背圧室４６の圧力で適切に可動スクロールを固定スクロール側に押圧し続けることができる。その他の構成、作用、効果は図１〜図３に示したものと同様である。

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り、また膨張機として運転される際にも有効である。

本発明に係るスクロール型流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機の概略断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係る別のスクロール型流体機械の一つである密閉型のスクロール圧縮機におけるスクロールユニット近傍の概略断面図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ ハウジング
３ 潤滑油
７ オイルシール手段
９ オイルシール手段
１１ 高圧室
１３ 中間圧室
１５ 連通路
１８ 主軸フレーム
３０ スクロールユニット
３４ 可動スクロール
３４ｂ 可動スクロールの背面（下面）
３４ｃ 可動側鏡板面
３６ 固定スクロール
３６ｂ 固定スクロールの背面（上面）
３６ｃ 固定側鏡板面
３７ 吸入室
４６ 背圧室
７０ 背圧調整弁

Claims (3)

1. 容器内を延び、該容器に回転自在に支持される回転軸と、
   前記回転軸の上端側に偏心して一体成形されるクランクピンと、
   該クランクピンと軸受けを介して連結されて前記回転軸の回転とともに公転旋回運動される可動スクロールと、
   前記回転軸と軸受けを介して連結される主軸フレームと、
   該主軸フレームの上端側に一体成形されて前記可動スクロールの外周面の外側を覆う環状壁と、
   該環状壁上に載置して固定される固定スクロールと、
   前記可動スクロールと前記固定スクロールとの対向面にそれぞれ突設されて互いに噛み合う可動側渦巻きラップ及び固定側渦巻きラップとを備え、
   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、潤滑油を含む作動流体を圧縮又は膨張させる一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械において、
   前記固定スクロールの下面であって前記固定側渦巻きラップの外側の固定側鏡板面は、前記可動スクロールの上面であって前記可動側渦巻きラップの外側の可動側鏡板面と非接触であり、
   前記可動スクロールの下面と前記主軸フレームの上面との間には、容器内に貯留されて前記回転軸を通過した潤滑油が充填される背圧室が形成されるとともに、該背圧室よりも外周側への潤滑油の流れを防止するためのオイルシール手段が設けられており、
   前記可動スクロールには、前記背圧室と前記可動スクロールの上面側の空間とを連通する連通路が備えられていることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記連通路は、前記背圧室から延びて前記可動側鏡板面で開口し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. 前記連通路には、前記背圧室の圧力を調整可能な背圧調整弁が備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。

Images