JP2011241748A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、スクロールユニットの耐久性向上及び機械損失低減を効果的に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】固定スクロール及び可動スクロール１０が協働して潤滑油を含む作動流体の圧縮室または膨張室を区画するスクロール型流体機械であって、作動流体が通過するポートと、ポートが開口され、圧縮室または膨張室の区画によって可動スクロールの端板の背面側にスラスト荷重が作用する台座部とを有するハウジング４を備え、台座部はポートの開口部を含む領域に凹設された溝部７２を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の空調に使用される冷凍回路に好適した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は、固定スクロール及び可動スクロールが協働して潤滑油を含む作動流体の圧縮室または膨張室を区画するスクロール型流体機械であって、作動流体が通過するポートと、ポートが開口され、圧縮室または膨張室の区画によって可動スクロールの端板の背面側にスラスト荷重が作用する台座部とを有するハウジングを備えている。
そして上記スクロール型流体機械の一例として、ハウジングに、吸入口（吸入ポート）を両スクロールの外周の吸入室に連通させる主吸入孔を形成するとともに、その主吸入孔とは別に吸入口を吸入室に連通する補助吸入孔を形成したスクロール型圧縮機が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特許第３２２７０７５号公報

特許文献１に開示されている従来の流体機械の場合、主吸入孔の開口部が可動スクロールの端板等で閉塞されても、補助吸入孔によって作動流体の流路を確保することができるため、作動流体としての冷媒ガスに含まれる潤滑油が潤滑を必要とする可動スクロールの背面側等の各部に行き渡ってスクロールユニットの潤滑性を向上することができる。
しかしながら、上記従来技術では、可動スクロールの背面の一部に局所的に異常摩耗が生じるおそれがある点につき格別な配慮がなされておらず、スクロールユニットの更なる潤滑性向上、ひいては効果的な耐久性向上及び機械損失低減を実現することについて依然として課題が残されている。

本発明は上述の事情に基づいてなされ、その目的とするところは、簡単な構成で、スクロールユニットの耐久性向上及び機械損失低減を効果的に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にある。

上記の目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、固定スクロール及び可動スクロールが協働して潤滑油を含む作動流体の圧縮室または膨張室を区画するスクロール型流体機械であって、作動流体が通過するポートと、ポートが開口され、圧縮室または膨張室の区画によって可動スクロールの端板の背面側にスラスト荷重が作用する台座部とを有するハウジングを備え、台座部はポートの開口部を含む領域に凹設された溝部を有する（請求項１）。

好ましくは、溝部はハウジングの内周面に沿って形成され（請求項２）、具体的には、溝部はハウジングの内周面に沿う円環形状をなす（請求項３）。
好ましくは、溝部は開口部から離間するにつれて可動スクロール径方向における断面積が小となる（請求項４）。
好ましくは、溝部は可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に可動スクロールの径方向において開口部の反対側に終端部を有する（請求項５）。

更に具体的には、台座部と端板との間にはスラストプレートが設けられ、スラストプレートは背面が摺接される摺接面によって可動スクロールのスラスト荷重を受ける（請求項６）。
好ましくは、スラストプレートは開口部から離間するにつれて摺接面の面積が大となる
（請求項７）。

好ましくは、スラストプレートは開口部から離間するにつれて溝部を塞ぐ形状をなす（請求項８）。
好ましくは、可動スクロールの渦巻座標原点は可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に可動スクロールの径方向において開口部の反対側に位置づけられる（請求項９）。

また、具体的には、本発明のスクロール型流体機械は可動スクロールの旋回軸線が水平となる横置き型である（請求項１０）。

請求項１記載のスクロール型流体機械によれば、スクロール型流体機械の一例としてのスクロール圧縮機では、ハウジングに設けられた吸入ポートを通過した作動流体が可動スクロールと固定スクロールとによって区画形成された圧縮室内で圧縮される。一方、スクロール型流体機械の一例としてのスクロール膨張機では、可動スクロールと固定スクロールとによって区画形成された膨張室内で膨張された作動流体がハウジングに設けられた吐出ポートを通過し外部に流出する。ここで、台座部がポートの開口部を含む領域に凹設された溝部を有することにより、ポートの開口部を通過する作動流体は、溝部を流れて可動スクロールの端板の背面側の広範囲に亘って行き渡る。この過程において、作動流体に含まれる潤滑油が溝部の壁面に接触することにより結露し溝部から流出して台座部や背面に付着し、或いは、溝部から流出した作動流体自体が台座部や背面に接触することによって台座部及び背面に直接に結露して付着するため、背面側の広範囲に亘って油膜を形成することができる。

特にスクロール圧縮機の場合には、溝部を流れる冷媒は、区画された圧縮室に徐々に取り込まれることから、開口部から離間するにつれて流れが停滞し、開口部からの離間箇所においては油膜も形成され難くなって異常摩耗が生じ易くなるものの、この問題を解決することができる。従って、台座部の開口部を含む領域に溝部を形成するだけの簡単な構成で、スクロールユニットの耐久性向上及び機械損失低減を効果的に実現することができる。

請求項２記載の発明によれば、溝部はハウジングの内周面に沿って形成されることにより、ハウジングがガイドとなって作動流体ひいては潤滑油を背面側の広範囲に亘ってより円滑に行き渡らせることができるため、更に効果的に背面側の広範囲に亘って油膜形成が可能である。
請求項３記載の発明によれば、溝部はハウジングの内周面に沿う円環形状をなすことにより、作動流体を背面側の全範囲に亘って行き渡らせることが可能であり、更に効果的に背面側の広範囲に亘って油膜形成が可能である。

請求項４記載の発明によれば、溝部は開口部から離間するにつれて可動スクロール径方向における断面積が小となることにより、溝部の開口部からの離間箇所においては溝部に溜まった潤滑油を積極的に溢れさせることができるため、更に効果的に背面側の広範囲に亘って油膜形成が可能である。

請求項５記載の発明によれば、溝部は可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に可動スクロールの径方向において開口部の反対側に終端部を有することにより、作動流体を背面側の広範囲に亘って行き渡らせることが可能であり、しかも、終端部の位置を調整することによって溝部に溜まった潤滑油を溢れさせる位置をも調整可能となることから、更に効果的に背面側の広範囲に亘って油膜形成が可能である。

請求項６記載の発明によれば、台座部と端板との間にはスラストプレートが設けられ、スラストプレートは背面が摺接される摺接面によって可動スクロールのスラスト荷重を受ける。この場合には、作動流体が溝部を流れる過程において、作動流体に含まれる潤滑油が溝部から流出して摺接面や背面に付着したり、或いは、溝部から流出した作動流体自体が摺接面や背面に接触することによって摺接面や背面に直接に結露して付着したりされるため、摺接面の広範囲に亘って油膜形成が可能である。

請求項７記載の発明によれば、スラストプレートは開口部から離間するにつれて摺接面の面積が大となることにより、溝部の開口部からの離間箇所においては摺接面に作用する作動流体の圧力、すなわち面圧を積極的に低減することができ、このような面圧低下により摺接面に潤滑油を効果的に付着させることができるため、更に効果的に摺接面に油膜形成が可能である。

請求項８記載の発明によれば、スラストプレートは開口部から離間するにつれて溝部を塞ぐ形状をなすことにより、潤滑油を溝部へ流入させないで摺接面に積極的に導くことができるため、更に効果的に摺接面に油膜形成が可能である。
請求項９記載の発明によれば、可動スクロールの渦巻座標原点は可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に可動スクロールの径方向において開口部の反対側に位置づけられる。一般に可動スクロールのスラスト荷重は可動スクロールの渦巻座標原点近傍で変動することから、変動するスラスト荷重を面圧低下されて油膜が好適に形成されたた摺接面で受けることができるため、スクロールユニットの更なる耐久性向上及び機械損失低減を図ることができる。

請求項１０記載の発明によれば、上記発明を可動スクロールの旋回軸線が水平となる横置き型のスクロール型流体機械に適用するのが好適である。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機を示した断面図である。 図１の圧縮機のフロントハウジング内をII−II方向から示した図である。 図２の可動スクロールの旋回が位相で１８０°進んだ状態を示した図である。 図１の圧縮機のフロントハウジング内をIV−IV方向から示した図である。 本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機を示した断面図である。 図５の圧縮機のフロントハウジング内をVI−VI方向から示した図である。 図６の可動スクロールの旋回が位相で１８０°進んだ状態を示した図である。 図５の圧縮機のフロントハウジング内をVIII−VIII方向から示した図である。

図１は本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機（スクロール型流体機械）１を示し、この圧縮機１は車両を空調するための冷凍回路に組み込まれ、冷凍回路を循環する冷媒（作動流体）の圧縮に使用される。
圧縮機１はリアハウジング２及びフロントハウジング（ハウジング）４を備え、リアハウジング２とフロントハウジング４との間にはスクロールユニット６が挟持されている。スクロールユニット６は各ハウジング２，４に固定された固定スクロール８と、この固定スクロール８に対して噛み合うように組付けられた可動スクロール１０とからなる。

圧縮機１は可動スクロール１０の旋回軸線が水平となる横置き型スクロール圧縮機であって、可動スクロール１０の旋回運動によりスクロールユニット６は冷媒の吸入から圧縮を経て吐出までの一連のプロセスを連続して実行する。
より詳しくは、リアハウジング２内にはその端板とスクロールユニット６の固定スクロール８との間に吐出室１２が形成され、この吐出室１２は固定スクロール８の端板８ａに形成された吐出孔（図示しない）にリードバルブタイプの吐出弁１４を介して接続可能である一方、リアハウジング２に形成した吐出ポート（図示しない）を介して冷凍回路の冷媒循環経路に接続されている。

フロントハウジング４の外周壁４ａには冷媒の吸入ポート（ポート）１６が凹設され、冷媒循環経路から吸入ポート１６経て導入された冷媒はスクロールユニット６内に吸入される。
一方、フロントハウジング４内には駆動軸（軸）１８が配置され、この駆動軸１８は大径端部２０及び小径軸部２２を有する。大径端部２０はニードル軸受２４を介してフロントハウジング４に回転自在に支持され、小径軸部２２はボール軸受２６を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。更に、小径軸部２２とフロントハウジング４との間にはリップシール２８が配置され、このリップシール２８はフロントハウジング４内を気密に区画している。

駆動軸１８の小径軸部２２はフロントハウジング４から突出し、この突出端が電磁クラッチを内蔵した駆動プーリ３０に連結され、この駆動プーリ３０は軸受３２を介してフロントハウジング４に回転自在に支持されている。駆動プーリ３０はベルトを介して車両のエンジン側の出力プーリに接続され、エンジンからの動力を受けて回転される。従って、エンジンの駆動中、駆動プーリ３０内の電磁クラッチがオン作動されていれば、駆動軸１８は駆動プーリ３０とともに回転される。

一方、駆動軸１８の大径端部２０からは可動スクロール１０に向けてクランクピン３４が突出され、このクランクピン３４は偏心ブッシュ３６及びニードル軸受３８を介して可動スクロール１０のボス４０を支持している。従って、駆動軸１８が回転されると、クランクピン３４及び偏心ブッシュ３６を介して可動スクロール１０が旋回運動する。
更に、フロントハウジング４と可動スクロール１０の端板１０ａとの間には自転阻止機構４２（図２参照）が配置されている。

固定スクロール８はその端板８ａと一体成形された固定渦巻体５０を有し、可動スクロール１０もその端板１０ａと一体成形された可動渦巻体５２を有している。固定及び可動渦巻体５０，５２の内外面はその中央端部を除き、インボリュート曲面から形成されている。
なお、上述した吐出孔は、固定渦巻体５０の中央端部５４の近傍に位置付けられ、この中央端部５４の内面との間には一定のクリアランスが確保されている。

固定渦巻体５０の先端部には固定チップシール５６が設けられ、可動渦巻体５２の先端部には可動チップシール５８が設けられている。固定渦巻体５０及び端板１０ａは固定チップシール５６を介して互いに摺接され、可動渦巻体５２及び端板８ａは可動チップシール５８を介して互いに摺接される。固定及び可動スクロール８，１０間でのこれらの摺接により吸入ポート１６から導入された冷媒がスクロールユニット６内に吸入され、固定及び可動スクロール８，１０が協働することにより固定及び可動渦巻体５０，５２間にはミスト状の潤滑油を含む冷媒ガスの圧縮室（圧縮室または膨張室）６０が区画して形成され、上述した一連のプロセスが連続して実行される。

より詳しくは、フロントハウジング４には、外周壁４ａの内側に台座部６２が円環状に形成されている。台座部６２には、可動スクロール１０の端板１０ａの背面６４側にて駆動軸１８の軸線方向、換言すると可動スクロール１０の旋回軸線方向に、圧縮室６０の区画形成に伴い発生する圧縮反力によって生じるスラスト荷重が作用する。また、背面６４と対向する側の台座部６２の台座面６６には、吸入ポート１６に連通する吸入孔６８が開口され、この吸入孔６８の開口部７０を含む領域に溝部７２が凹設されている。

以下、図２〜４を参照して、本実施形態の溝部７２及びスラストプレート７４の形状、及び、冷媒ガス及び冷媒ガスに含まれる潤滑油の流れについて詳しく説明する。なお、これらの図中において冷媒ガス及び潤滑油の流れは、見える流れについては実線で示し、スラストプレートで隠れる流れは破線で示す。

図２〜４から明らかなように、溝部７２はフロントハウジング４の内周面４ｂに沿って可動スクロール１０の径方向における断面積が略同一の円環形状をなして形成されている。また、台座部６２と端板１０ａとの間には環形状のスラストプレート７４が配置され、スラストプレート７４には可動スクロール１０の旋回に伴い背面６４が摺接され、背面６４が摺接されるスラストプレート７４の摺接面７６は可動スクロール１０のスラスト荷重が直接に作用するスラスト受け面として機能している。

図４に示されるように、スラストプレート７４は、自転阻止機構４２を背面６４側に露出させるべく溝部７２の一部を塞ぐようにして可動スクロール１０の径方向でみて凸状となる凸部７８と、可動スクロール１０の径方向でみて溝部７２よりも自転阻止機構４２側に凹状となる凹部８０とが交互に連続した平面視凹凸の環形状をなしている。

吸入ポート１６から導入された冷媒ガスは、吸入孔６８を経て開口部７０から吐出され、流れを遮断されないで溝部７２を流れてフロントハウジング４内の下部まで行き渡る。この過程において、冷媒ガスはスクロールユニット６に適宜吸入されて圧縮室６０が区画される一方、冷媒ガスに含まれるミスト状の潤滑油が溝部７２の壁面に接触することにより結露し、冷媒ガスとともに液状の潤滑油が溝部７２を流下する。

液状の潤滑油の一部は、溝部７２を流下する際にスラストプレート７４を超えて溝部７２から流出して摺接面７６に付着し、フロントハウジング４内の下部においても摺接面７６に油膜が好適に形成される。
また、冷媒ガスが溝部７２を流下する過程において、冷媒ガスの一部はスラストプレート７４を超えて溝部７２から流出する。この流出した冷媒ガス自体が摺接面７６及び背面６４に接触することによってミスト状の潤滑油が摺接面７６及び背面６４に直接に結露して付着されるため、摺接面７６に油膜が好適に形成される。

上述したように、第１実施形態の圧縮機１では、溝部７２を有することにより、吸入ポート１６から導入された冷媒ガスは開口部７０から吐出され、溝部７２を流れて摺接面７６の広範囲に亘って行き渡る。この過程において冷媒ガスに含まれる潤滑油が溝部７２の壁面に接触することにより結露し溝部７２から流出して摺接面７６や背面６４に付着したり、或いは、溝部７２から流出した冷媒ガス自体が摺接面７６や背面６４に接触することによって摺接面７６や背面６４に直接に結露して付着するため、摺接面７６の広範囲に亘って油膜を形成することができる。

これより、溝部７２を流れる冷媒ガスは、区画された圧縮室６０に徐々に取り込まれることから、開口部７０から離間するにつれて流れが停滞し、特にフロントハウジング内の下部においては摺接面７６の油膜も形成され難くなって異常摩耗が生じ易くなるものの、この問題を解決することができる。従って、台座部６２の開口部７０を含む領域に溝部７２を形成するだけの簡単な構成で、スクロールユニット６の耐久性向上及び機械損失低減を効果的に実現することができる。

また、溝部７２はフロントハウジング４の内周面４ｂに沿って形成されることにより、フロントハウジング４がガイドとなって冷媒ひいては潤滑油を摺接面７６の広範囲に亘ってより円滑に行き渡らせることができ、更に溝部７２はフロントハウジング４の内周面４ｂに沿う円環形状をなすことにより、冷媒を摺接面７６の全範囲に亘って行き渡らせることが可能となるため、フロントハウジング４内の下部における摺接面７６に効果的に油膜を形成することができる。

図５は本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機（スクロール型流体機械）８８を示している。なお、第１実施形態に係る圧縮機１と同様の構成については。同じ符号を付して説明を省略するか或いは符号を省略する。
以下、図６〜８を参照して、本実施形態の溝部９０及びスラストプレート９２の形状、及び、冷媒ガス及び冷媒ガスに含まれる潤滑油の流れについて説明する。なお、これらの図中において冷媒ガス及び潤滑油の流れは、見える流れについては実線で示し、スラストプレートで隠れる流れは破線で示す。

図６〜８から明らかなように、溝部９０はフロントハウジング４の内周面４ｂに沿って可動スクロール１０の径方向における断面積が開口部７０から離間するにつれて小さくなる環形状に形成されている。また、スラストプレート９２は開口部７０から離間するにつれてその摺接面９４の面積が大となる拡大摺接部９６を有して形成され、拡大摺接部９６はフロントハウジング４内の下部において溝部９０を塞いでいる。

また、図８に示されるように、可動スクロール１０の渦巻座標原点Ｏは可動スクロール１０と連結される駆動軸１８の軸心Ｃを基準に可動スクロール１０の径方向において開口部７０の反対側、すなわち拡大摺接部９０側に位置づけられる。
上述したように、第２実施形態の圧縮機８８では、溝部９０の断面積を開口部７０から離間するにつれて小さくすることにより、図８に示されるように、溝部９０の開口部７０からの離間箇所、すなわちフロントハウジング４内の下部においては溝部９０に溜まった潤滑油を積極的に溢れさせ、摺接面９４に導くことができるため、フロントハウジング４内の下部における摺接面９４に更に効果的に油膜を形成することができる。

また、拡大摺接部９６を形成することにより、フロントハウジング４内の下部においては摺接面９４に作用する冷媒の圧力、すなわち摺接面９４の面圧を積極的に低減することができ、このような面圧低下により拡大摺接部９６の摺接面９４に潤滑油を効果的に付着させることができるため、フロントハウジング４内の下部における摺接面９４に更に効果的に油膜を形成することができる。

更に、拡大摺接部９６が溝部９０を塞ぐ形状をなすことにより、潤滑油を溝部９０へ流入させないで拡大摺接部９６の摺接面９４に積極的に導くことができるため、フロントハウジング４内の下部における摺接面に更に効果的に油膜を形成することができる。

また、拡大摺接部９６側に可動スクロール１０の渦巻座標原点Ｏを位置づけることにより、一般に可動スクロール１０のスラスト荷重は可動スクロール１０の渦巻座標原点Ｏ近傍で変動することから、変動するスラスト荷重を面圧低下されて油膜が好適に形成されたた拡大摺接部９６の摺接面９４で受けることができるため、スクロールユニット６の更なる耐久性向上及び機械損失低減を図ることができる。

本発明は、上述の実施形態に制約されるものではなく種々の変形が可能である。
例えば、本発明の溝部７２，９０は必ずしも環形状に形成される必要はなく、駆動軸１８の軸心Ｃを基準に可動スクロール１０の径方向において開口部７０の反対側に終端部（図示しない）を形成し、溝部７２，９０をΩ状に形成しても良い。この場合にも冷媒を摺接面７６，９４の広範囲に亘って行き渡らせることが可能であり、しかも、この終端部の位置を調整することによって溝部７２，９０に溜まった潤滑油を溢れさせる位置をも調整可能となることから、更に効果的にフロントハウジング４内の下部における摺接面７６，９４に油膜形成が可能である。

また、本発明のスラストプレート７４，９２の形状は凸部７８や凹部８０、或いは拡大摺接部９６が適宜形成されるのであれば図示した形状に限定されない。
更に、本発明の圧縮機では必ずしもスラストプレート７４，９２を要していなくても良く、少なくとも溝部７２，９０を有する限りは台座部６２の台座面６６が背面６４に摺接する構造としても同様の効果を得ることが可能である。

最後に、本発明は、横置き型のスクロール圧縮機のみならず、縦置き型にも適用可能であり、冷媒の膨張室が区画形成されるスクロール膨張機などのスクロール型流体機械全般に適用できることは勿論である。

１，８８ スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
４ ハウジング
４ｂ 内周面
８ 固定スクロール
１０ 可動スクロール
１０ａ 端板
１６ 吸入ポート（ポート）
１８ 駆動軸（軸）
６０ 圧縮室（圧縮室または膨張室）
６２ 台座部
６４ 背面
７２，９０ 溝部
７４，９２ スラストプレート
７６，９４ 摺接面

Claims (10)

1. 固定スクロール及び可動スクロールが協働して潤滑油を含む作動流体の圧縮室または膨張室を区画するスクロール型流体機械であって、
   前記作動流体が通過するポートと、前記ポートが開口され、前記圧縮室または前記膨張室の区画によって前記可動スクロールの端板の背面側にスラスト荷重が作用する台座部とを有するハウジングを備え、
   前記台座部は前記ポートの開口部を含む領域に凹設された溝部を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記溝部は前記ハウジングの内周面に沿って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. 前記溝部は前記ハウジングの内周面に沿う円環形状をなす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。
4. 前記溝部は前記開口部から離間するにつれて前記可動スクロールの径方向における断面積が小とな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。
5. 前記溝部は前記可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に前記可動スクロールの径方向において前記開口部の反対側に終端部を有す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。
6. 前記台座部と前記端板との間にはスラストプレートが設けられ、前記スラストプレートは前記背面が摺接される摺接面によって前記可動スクロールのスラスト荷重を受け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。
7. 前記スラストプレートは前記開口部から離間するにつれて前記摺接面の面積が大となることを特徴とする請求項６に記載のスクロール型流体機械。
8. 前記スラストプレートは前記開口部から離間するにつれて前記溝部を塞ぐ形状をなすことを特徴とする請求項６に記載のスクロール型流体機械。
9. 前記可動スクロールの渦巻座標原点は前記可動スクロールと連結される軸の軸心を基準に前記可動スクロールの径方向において前記開口部の反対側に位置づけられることを特徴とする請求項７に記載のスクロール型流体機械。
10. 前記可動スクロールの旋回軸線が水平となる横置き型であ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。

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