JP2012082794A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】可動スクロールの背面に潤滑油路の一部をなす高圧室と中間圧室とのシール性を向上することにより背圧を適正に保持し、流体機械の性能を向上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】ハウジング内に設けられ、回転軸の軸心側において作動流体の吐出圧が作用する高圧室から外方側にあるフレームと可動スクロールの側面との間に形成される低圧室へ潤滑油を供給し、高圧室を減圧して中間圧室を形成するシールリング６２が配置された油路とを備え、シールリングは連続した環状であり、所定位置に所定の深さの切込み６２ｃを有している。
【選択図】図３

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ユニットが容器内に備えられている。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各スクロールを備えており、可動スクロールはフレーム上を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、各スクロールの渦巻きラップ同士を確実に噛み合わせ、渦巻きラップ間に形成される空間を密閉して冷媒の漏れを防止することが重要である。

しかしながら、上記空間を減少することにより形成される圧縮ガスにより固定スクロールと可動スクロールとを引き離そうとする力が発生するため、上記空間の密閉状態を維持することができないという問題がある。

そこで、良好な密閉状態を形成するために、可動スクロールの背面側とフレームとの間に油路を形成することにより高圧室よりも圧力が減圧された中間圧室を形成し、可動スクロールと摺接して高圧室と中間圧室とを仕切り、適切な背圧を形成するためのシールリングを設けた構成が知られている（特許文献１〜３参照）。

特開２００２−１６１８８０号公報 特開平９−１１２４５８号公報 特開２００８−１５０９９１号公報

しかしながら、上記特許文献１では、中間圧室を形成するために可動スクロールの側面とフレームの間に形成される空間へ潤滑油を漏出させるためにシールリング上面に溝や切欠きを設けているため、圧が掛かることでシールリングが変形し、想定以上に潤滑油が漏出するという問題がある。また、同じように上記特許文献３では、シールリングに潤滑油を流出させる連通孔が設けられているため、上記と同様の問題が生じる。
また、上記特許文献２では、熱膨張によるシールリングの変形を防ぐために斜めまたは階段状のカットを設けているため、上記と同様の問題が発生する。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、可動スクロールの背面に潤滑油路の一部をなす高圧室と中間圧室とのシール性を向上することにより背圧を適正に保持し、流体機械の性能を向上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べく、請求項１のスクロール型流体機械は、ハウジング内を延び、該ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、前記ハウジング内に設けられ、固定スクロール及び前記回転軸により駆動されて該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールと前記固定スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、前記ハウジング内に収容され、前記可動スクロールを公転旋回運動可能に支持する主軸フレームと、前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸の軸心側において作動流体の吐出圧が作用する高圧室から外方側にある前記フレームと前記可動スクロールの側面との間に形成される低圧室へ潤滑油を供給し、前記高圧室を減圧して中間圧室を形成するシールリングが配置された油路とを備え、該シールリングは連続した環状であり、所定位置に所定の深さの切込みを有していることを特徴とする。

請求項２のスクロール型流体機械では、請求項１において、前記シールリングは、前記主軸フレームの上面に回転軸と同心円状に形成された環状溝に遊嵌されることを特徴とする。
請求項３のスクロール型流体機械では、請求項１または２において、前記シールリングに形成される切込みは、内周側の所定位置に形成されることを特徴とする。

請求項４のスクロール型流体機械では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記シールリングに形成される切込みは、均等な間隔で形成されることを特徴とする。
請求項５のスクロール型流体機械では、請求項１乃至４のいずれかにおいて、前記シールリングに形成された切込み面と、該切込みが形成される該シールリングの周面とのなす角度は９０度以上であることを特徴とする。

請求項１のスクロール型流体機械によれば、高圧室を減圧して中間圧室を形成する連続した環状のシールリングに所定の深さの切込みが形成されている。これにより、高温に曝されることによる熱膨張や高圧に曝されることに対してもシールリングの変形が切込みにより許容されることになり、また、シールリングには溝が形成されておらず切断されてもいないので、高圧室から中間圧室への潤滑油の漏出量はシールリングの変形による影響を受けることがないため、シールリングのシール性が向上し、背圧を適正に保持して流体機械の性能を向上させることができる。

また、シールリングは切断されていないので、熱膨張や高圧によりシールリングが変形しても切込みが可動スクロールの背面に切欠部が形成されていても、当該切欠部に引っ掛かることによる摺動抵抗は発生しないため、シールリングの摩耗を防ぐことができる。
そして、シールリングに切込みを形成することにより熱膨張や高圧による変形を許容することができるので、変形によるシールリングの破断を防止することができる。

請求項２のスクロール型流体機械によれば、シールリングは主軸フレームの上面に形成された環状溝に遊嵌されるので、熱膨張や高圧による変形量は環状溝の大きさに制限されることとなり、切込みを形成することによるシールリングの破断を防止することができる。

請求項３のスクロール型流体機械によれば、シールリングの内周側の所定位置に切込みが形成されるので、シールリングの内周側に遊びが入ることになり、シールリングが高温に曝されることによる熱膨張や、高圧な吐出圧により周方向外側へ押圧しようとする変形を許容することができるので、シールリングの破断を防止することができる。

請求項４のスクロール型流体機械によれば、切込みは均等な間隔で形成されるので、熱膨張や高圧によるシールリングの変形を許容し、且つ掛かる力を分散することができるので、変形による破断を防止することができる。

請求項５のスクロール型流体機械によれば、シールリングに形成された切込み面と、切込みが形成されるシールリングの表面とのなす角は９０度以上であるので、可動スクロールの背面に切欠部が形成されていても、当該切欠部に引っ掛かりにくくなり、摺動抵抗が発生することを防止することができ、シールリングの摩耗を防止することができるので、シール性が向上し、適正な背圧を保ち流体機械の性能を向上させることができる。

本発明の実施形態に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 図１の可動スクロール及びフレーム部分を拡大して示す図である。 図１、２のシールリングを示した斜視図である。 図２の要部拡大図に潤滑油の流路を示した図である。 図２の要部拡大図に潤滑油の流路を示した図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明に係るスクロール型流体機械の１つであるスクロール圧縮機の縦断面図を示す。
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機などの冷凍回路に組み込まれている。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）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２を備えており、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の上端側には軸受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、すなわちハウジング２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は、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。このとき、冷媒の吐出圧が潤滑油の油面に作用しており、この冷媒の吐出圧が潤滑油の油面に作用することも給油路２８における潤滑油の上昇に寄与する。これにより、給油路２８の出口において、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から構成されており、可動スクロール３４は鏡板３８を備え、この鏡板３８には固定スクロール３６の鏡板４０に向けて延びた渦巻きラップが一体形成されている。これに対し、固定スクロール３６の鏡板４０にも可動スクロール３４の鏡板３８に向けて延びる渦巻きラップが一体形成されている。

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、各渦巻きラップが互いに噛み合い、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（低圧室）４２から吸入管１０を介して冷媒を吸入して、圧縮室を形成する。この圧縮室では、固定スクロール３６に対する可動スクロール３４の旋回運動により、渦巻きラップ中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。

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３４ａにはボス４４が凸設して形成され、このボス４４は軸受４６を介してクランクピン４８に連結されている。このクランクピン４８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。また、可動スクロール３４の背面３４ａには径方向に切欠部３４ｂが設けられており、後述するように可動スクロール３４の公転旋回運動により潤滑油を漏出させる。なお、可動スクロール３４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。

一方、固定スクロール３６は主軸フレーム１８に固定され、鏡板４０が圧縮室側と吐出室５４側とを仕切っている。
さらに、固定スクロール３６の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔５６が鏡板４０を貫通して穿設されており、この吐出孔５６は、固定スクロール３６の背面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６０で覆われており、この吐出ヘッド６０により、吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。

上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３４が旋回運動する。この可動スクロール３４の旋回運動は、吸入室４２の冷媒をスクロールユニット３０の内部に向けて吸入させ、圧縮室の容積が減少することにより冷媒を圧縮し、当該圧縮した高圧の冷媒を吐出孔５６へ吐出してハウジング２内を循環させた後、吐出室５４から吐出管１２を通じて圧縮機外へ送出する。

一方、冷媒の吐出圧の作用に伴い、ポンプ２４で汲み上げられた高圧となる潤滑油は、回転軸１６の上端からスクロールユニット３０や軸受１７、２０、４６等に、ハウジング２内を流下し、導入口３２を通じて貯油室２６に貯留される。

詳しくは、図２に拡大図を示すように、給油路２８から流出して軸受４６を循環した後の潤滑油は、矢印で示すように、軸受１７を循環しながら回転軸１６に沿って流下する一方、可動スクロール３４の背面３４ａと主軸フレーム１８との間の空隙（中間圧室）５２に流入した後、吸入室４２を経てスクロールユニット３０に供給される。すなわち、空隙５２は、給油路２８からの潤滑油をスクロールユニット３０まで導入する導油路として使用され、空隙５２を流動した潤滑油は吸入室（低圧室）４２において供給される低圧冷媒と共にスクロールユニット３０に吸入、圧縮され、高圧冷媒に含まれて吐出孔５６から吐出される。

上述した空隙５２は、シールリング６２により区画されている。このシールリング６２は、主軸フレーム１８の上面１８ａに、回転軸１６の同心円状に凹設される環状溝６４に遊嵌される。シールリング６２の下面６２ｂと環状溝６４との間に形成される空隙には、板バネや波形ワッシャ等の弾性体６６が配設される。この弾性体６６の付勢力により、シールリング６２は環状溝６４からわずかに突出し、上端面６２ａが可動スクロール３４の背面３４ａと摺接する。

シールリング６２は、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やカーボン等から形成されるシールリングである。なお、運転に必要なシール性を得られるものであれば、これに限られない。

図３にシールリング６２の斜視図を示すように、シールリング６２の内周側へ均等な位置に切込み６２ｃが形成されている。この切込み６２ｃは、当該切込み６２ｃと内周面６２ｄとの角度Ｄが９０度以上となるように形成する。このように、シールリング６２の均等な位置に切込み６２ｃを形成することにより、シールリング６２を変形しようとする力を吸収する。

詳しくは、図４に示すように、シールリング６２が高温に曝されると周方向外側に向かって熱膨張し、シールリングの周端面６２ｅが環状溝６４の溝外壁６４ａに押接し、シールリング６２の下面６２ｂに配設された弾性体の付勢力により上端面６２ａが可動スクロール３４の背面３４ａと摺接して、高圧となる空間（高圧室）７０と中間圧となる空隙５２とがシールリング６２により仕切られる。この際、シールリング６２に形成された切込み６２ｃにより、熱膨張によるシールリング６２の変形が許容される。そして、可動スクロール３４の公転旋回運動に伴い、図５に示すように切欠部３４ｂがシールリング６２を跨ぐようにして空間７０と空隙５２とを往復運動する。

切欠部３４ｂが高圧側の空間７０にあるとき、高圧の潤滑油が切欠部３４ｂに充填される。そして、可動スクロール３４の公転旋回運動に伴い切欠部３４ｂが中間圧側の空隙５２へ移動することにより、切欠部３４ｂに充填された高圧の潤滑油が空隙５２へ漏出する。このように、潤滑油の漏出量は切欠部３４ｂの大きさにより調整される。

また、シールリング６２には高圧の吐出圧が周方向外側に向かって掛かり、シールリング６２の周端面６２ｅが環状溝６４の溝外壁６４ａに押圧されて当接する。この場合も、シールリング６２の内周側に形成された切込み６２ｃによりシールリング６２の変形が許容される。

このように、本発明に係るスクロール型流体機械によれば、切込み６２ｃを形成したシールリング６２の上端面６２ａが可動スクロール３４の背面３４ａと摺接することにより、高圧側の空間７０と中間圧側の空隙５２とがシールリング６２により仕切られる。そして、可動スクロール３４の背面３４ａの径方向に設けられた切欠部３４ｂが可動スクロール３４の公転旋回運動に伴い高圧側である空間７０と中間圧側である空隙５２とを往復運動し、切欠部３４ｂが空間７０側にあるとき高圧の潤滑油が切欠部３４ｂに充填され、切欠部３４ｂが空隙５２へ移動することにより高圧の潤滑油が空隙５２へ漏出する。

これにより、シールリング６２が変形することによる高圧側の空間７０から中間圧側の空隙５２への潤滑油の想定以上の漏出が防止されることになり、シール性が向上するので背圧を適正に保つことができ、圧縮機１の性能を向上させることができる。
また、シールリング６２が高温に曝されることによる熱膨張や高圧な吐出圧によって変形しても、切込み６２ｃにより変形が許容されるので、シールリング６２の破断を防止することができる。

そして、シールリング６２に形成された切込み６２ｃは、熱膨張等による変形により可動スクロール３４の背面３４ａに設けられた切欠部３４ｂに引っ掛かることがないので、切込み６２ｃが切欠部３４ｂに引っ掛かることによる摺動抵抗は発生せず、シールリング６２の摩耗を防ぐことができ、従ってシール性を向上することができる。

さらに、主軸フレーム１８の上面１８ａに回転軸１６と同心円状に凹設された環状溝６４に切込み６２ｃを形成したシールリング６２が遊嵌されるので、熱膨張や高圧な吐出圧により周方向外側へ押圧しようとする変形量が環状溝６４の大きさに制限されることになり、切込み６２ｃを設けたことによるシールリング６２の破断を防ぐことができる。

また、切込み６２ｃはシールリング６２の内周面に形成されるので、シールリング６２に遊びが入り、シールリング６２が高温に曝されることによる熱膨張や、高圧な吐出圧によって周方向外側に力が掛かり溝外壁６４ａに押接される場合でも変形を許容することができ、シールリング６２の破断を防止することができる。

さらに、切込み６２ｃは均等な間隔で形成されるので、熱膨張や高圧な吐出圧による変形を許容することができ、且つシールリング６２に掛かる力を分散することができるので、シールリング６２の破断を防止することができる。

そして、シールリング６２の切込み６２ｃと内周面６２ｄとのなす角度Ｄは９０度以上であるので、切込み６２ｃが可動スクロール３４の背面３４ａに形成された切欠部３４ｂに引っ掛かることを防止することができるので、切込み６２ｃが切欠部３４ｂに引っ掛かることによる摺動抵抗が発生しないのでシールリング６２の摩耗を防ぐことができ、それによりシール性を向上させ、背圧を適正に保つことができ、圧縮機１の性能を向上させることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、切込み６２ｃはシールリング６２の外周側に形成してもよく、内周側及び外周側の両方に形成してもよい。
また、上記実施形態では切込み６２ｃをスリットとして図示したが、熱膨張及び高圧を許容する深さであれば、切込み６２ｃはＶ字型でも凹型でもよい。

１ スクロール圧縮機
２ ハウジング
１８ 主軸フレーム
１８ａ 上面
３４ 可動スクロール
３４ａ 背面
５２ 空隙（中間圧室）
６２ シールリング
６４ 環状溝
６２ｃ 切込み
６２ｅ 周端面
６４ａ 溝外壁
７０ 空間（高圧室）
Ｄ 角度

Claims (5)

1. ハウジング内を延び、該ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、
   前記ハウジング内に設けられ、固定スクロール及び前記回転軸により駆動されて該固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動される可動スクロールを有し、該可動スクロールと前記固定スクロールの渦巻きラップ間に形成される圧縮室の容積を減少させながら作動流体の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するスクロールユニットと、
   前記ハウジング内に収容され、前記可動スクロールを公転旋回運動可能に支持する主軸フレームと、
   前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸の軸心側において作動流体の吐出圧が作用する高圧室から外方側にある前記フレームと前記可動スクロールの側面との間に形成される低圧室へ潤滑油を供給し、前記高圧室を減圧して中間圧室を形成するシールリングが配置された油路とを備え、
   該シールリングは連続した環状であり、所定位置に所定の深さの切込みを有していることを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記シールリングは、前記主軸フレームの上面に回転軸と同心円状に形成された環状溝に遊嵌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. 前記シールリングに形成される切込みは、内周側の所定位置に形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記シールリングに形成される切込みは、均等な間隔で形成されることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール型流体機械。
5. 前記シールリングに形成された切込み面と、前記切込みが形成される前記シールリングの周面とのなす角度は９０度以上であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載のスクロール型流体機械。

Images