JP4394380B2 - スクロール流体機械 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール流体機械に係り、特に流体機械内部の圧力差を利用して軸受に給油する差圧軸受給油方式のスクロール流体機械に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール流体機械としては、特開２００２−３１００７６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このスクロール流体機械は、環状のシール部で内外に分割された旋回スクロール部材背面の空間である背圧室を有し、この背圧室とチャンバ底部との間を繋ぐ油流路を有し、この油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けている。そして、背圧室を分割する環状シール部を貫く油流路の部分は、旋回運動する旋回スクロール部材がある回転位相角範囲にあるときのみ連通する間欠流路となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１００７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に適用されている油流路が間欠連通流路となっている場合の問題点を説明する。
【０００５】
間欠連通流路の油流路において、一定の圧力差がかかる給油路がある時刻に開口した場合の油の質量流速は、図１１に実線で示す間欠連通の特性となる。すなわち、油の非圧縮性から閉口時にほぼ不連続的に流速が０まで落ちるため、開口直後の流速は０であり、開口直後に油には主に一定の圧力差による一定の力がかかることによって、ほぼ二次関数で流速が増大していく。しかし、流速が大きくなるにつれて、流速を低下させる向きの粘性力が大きくなるため、流速が頭うちになり、最終的には一定の流速（Ａ）に収束する。従って、開口してから時間Ｐで閉じるまでの間に給油路を流れる油の流量は、図１１の斜線部分の面積にほぼ等しくなる。つまり、油の流量は時間０から時間ＰまでのＶの定積分で算出される。
【０００６】
そして、給油路の一開口あたりの時間に対する給油路を流れる油量は、図１２の実線で示す間欠連通の特性となる。この間欠連通の特性より、開口時間が短い場合には流量は非常に少なく、流速が頭うちとなる時間まで長くなると流量は急激に増加し、時間が非常に長くなると流量は時間にほぼ比例して増加する関係であることがわかる。
【０００７】
この関係から、シャフト回転周期と単位時間当たりの軸受給油量を求めると、図１３に実線で示す間欠連通の特性となる。ここで、Ｂという値は、シャフトが一回転する間の給油路の連通する時間の割合である。例えば、閉口している時間が０の場合、すなわち閉口した直後に開口するような間欠連通状態の場合はＢ＝１となり、連通時間がシャフト一回転当りの時間（シャフト回転周期）の半分の場合はＢ＝０．５となる。この特性から、シャフト回転周期が短い場合（すなわち、流体機械の回転周波数が大きい場合）には、軸受給油量が極端に少なくなることがわかる。
【０００８】
スクロール流体機械において、一般的に、回転周波数が大きい場合には軸受内の発熱量が増加するので、軸受の温度上昇を抑制して信頼性を確保するために必要な給油量は増加する。しかし、特許文献１のような間欠連通の軸受給油路では、要求される給油特性と正反対の特性を有するため、スクロール流体機械の回転周波数の大きい場合に充分な給油量を確保すると、回転周波数の小さい場合に極端な給油過多となり、最終的に油が流入する圧縮室内の油が極端に増加する。この結果、チャンバ内で分離しきれず流体機械外へ流出する油量が極端に増加し、チャンバの底部内の油を極端に減少させてしまうこととなる。このため、軸受給油が０となる危険性が増大し、軸受信頼性を低下させるという問題があった。
【０００９】
次に、上述した特許文献１に適用されている油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けている場合の問題点を説明する。油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けると、供給された油の温度が上流側の主軸受において上昇し、下流側に配置される軸受へ給油される油の温度が高くなってしまうため、下流側の軸受の信頼性が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、給油ポンプを必要とすることなく主軸受及び旋回軸受に十分に給油できると共に、主軸受及び旋回軸受での油からの冷媒のガス化を抑制でき、しかもシャフトの回転数に依存することなくほぼ一定の給油量を確保できるようにすることによって、安価でエネルギー効率がよく、主軸受及び旋回軸受の信頼性の高いスクロール流体機械を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材を連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部または前記旋回軸受シール部を、前記フレームまたは前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたことにある。
【００１３】
係るスクロール流体機械において、より好ましい構成は次の通りである。
【００１４】
好ましい構成は、前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回駆動源をロ一タとステータとからなるモータで構成し、前記モータによる磁気推力を上向きとし、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と前記シール溝に挿入された円環状のシール材と前記シール材を前記鍔部の一側面に押圧する部材とで前記主軸受シール部を構成し、前記鍔部の他側面を前記旋回軸受保持部に当接して前記旋回軸受シール部を構成したことにある。
【００１５】
また、好ましい構成は、前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の他側面に押圧する部材とで前記旋回軸受シール部を構成し、内外径の幅が前記旋回シール溝の幅より大きく設定された外周拡大部を設けた前記旋回軸受シールを前記旋回シール溝に前記外周拡大部の弾力性を利用して密着させて装着したことにある。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部と前記旋回軸受シール部の大きさ及び形状を同一とし、前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたことにある。
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路の前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部を、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくし、前記主軸受給油路と前記旋回軸受給油路とを前記主軸受及び前記旋回軸受の下流側で合流させる軸受給油路連通穴を前記鍔部に設けたことにある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスクロール流体機械の複数の実施例について図を用いて説明する。
【００２４】
最初に本発明の第１実施例を図１乃至図５を用いて詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例のスクロール流体機械の縦断面図、図２は図１のＭ部拡大図（旋回軸受及び主軸受付近の拡大図）、図３は図２のＮ部拡大図（鍔部付近の拡大図）、図４は図２のＡ−Ａ断面図（シャフトの横断面図）、図５は図２のＢ−Ｂ断面図（シャフトの横断面図）である。本実施例のスクロール流体機械は、縦型のスクロール圧縮機で構成され、インバータにより回転数制御される。
【００２５】
固定スクロール部材１は固定端板１ｂとそれに立設する固定渦巻体１ａよりなる。固定スクロール部材１の歯底面（固定端板１ｂ）にはバイパス穴１ｃが複数設けられ、各々にバイパス弁１１０が設けられている。これらは、過圧縮抑制と液圧縮の回避を行うために設けられている。これらと後述する背圧制御弁とを組み合わせることにより、広範囲な条件下で背圧の適正化を行うことができる。
【００２６】
旋回スクロール部材２は旋回端板２ｂとそれの両側に立設する旋回渦巻体２ａ及び旋回軸受保持部２ｄよりなる。その旋回スクロール部材２は、旋回渦巻体２ａを固定スクロール部材１の固定渦巻体１ａに噛み合わせ、作動流体（本実施例ではＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒）を圧縮するための圧縮室を形成する。旋回スクロール部材２の背面に設けられた旋回軸受保持部２ｄ内にはカーボン製の旋回軸受２ｃが設けられ、この旋回軸受２ｃ内には旋回軸受２ｃよりも熱膨張率の大きい鉄系合金製のシャフト９の偏心部９ａが挿入されている。このように、旋回軸受２ｃはシャフト９よりも熱膨張率が小さい材料が用いられている。カーボン製の軸受は一般に信頼性が高く、鉄系合金製のシャフトは一般に安価である。固定スクロール部材１と旋回スクロール部材２とは圧縮機構部を構成する。
【００２７】
回転駆動源であるモータ１７は、チャンバ２０に固定されたステータ１７ｂと、このステータ１７ｂ内に回転可能に配置されたロータ１７ａとから構成されている。ロータ１７ａにはシャフト９が貫通して固定されている。圧縮機構部とモータ１７とは上下に配置され、シャフト９がこれらを連結するように垂直に設置されている。
【００２８】
シャフト９は、フレーム１５に固定したカーボン製の主軸受１５ａで上部が回転可能に支持されると共に、副軸受７０で下部が回転可能に支持されている。また、旋回スクロール部材２はフレーム１５との間に配置したオルダムリング１６により、自転を阻止されるようになっている。
【００２９】
上述した圧縮機構成要素は、密閉されたチャンバ２０内に配置される。このチャンバ２０の底部が貯油室５となっている。
【００３０】
シャフト９をモータ１７で回転させることにより、偏心部９ａの偏心運動に伴って旋回スクロール部材２がその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動される。旋回スクロール部材これにより、両スクロール部材１、２間に圧縮室２００が形成され、この圧縮室２００が中心方向に容積を縮小して移動され、固定端板１ｂの中央部からチャンバ２０内に圧縮された作動流体が吐出される。従って、チャンバ２０内の貯油室５を含む空間は、吐出圧力（高圧）になっている。
【００３１】
シャフト９の中心には、給油穴９ｂが貫通して設けられている。この給油穴９ｂは、一側が貯油室５内に連通されると共に、他側が偏心部９ａの上面と旋回端板２ｂの下面とで形成される空間に連通されている。
【００３２】
給油穴９ｂの主軸受１５ａに対応する部分から主軸受１５ａに延びる給油分岐穴９ｃが設けられている。この給油分岐穴９ｃに連なるようにシャフト９表面に軸方向に延びる主軸受給油溝９ｄが設けられている。この主軸受給油溝９ｄの他側は、主軸受１５ａの端部より外方に開口して設けられ、鍔部９ｅの一側面（主軸受側の面）の近くまで延びている。主軸受給油溝９ｄは主軸受１５ａの摺動部に給油するためのものである。
【００３３】
また、シャフト９の偏心部９ａの表面に軸方向に延びる旋回軸受給油溝９ｆが設けられている。旋回軸受給油溝９ｆの一側は偏心部９ａの上面と旋回端板２ａの下面とで形成される空間に連通されると共に、他側は鍔部９ｅの他側面（旋回軸受側の面）の近くまで延びている。旋回軸受給油溝９ｆは旋回軸受２ｃの摺動部に給油するためのものである。
【００３４】
シャフト９には、モータ１７を形成するロータ１７ａの磁気中心をステータ１７ｂの磁気中心よりも圧縮機構部側へずらすことにより発生するフレーム側への磁気推力をかけるようになっている。これによって、図３に示すように鍔部９ｅの一側面をフレーム１５の突出面に常時接触させるようになっている。鍔部９ｅとフレーム１５の突出面が接触することにより、図５に示すように主軸受シール部３００が形成され、その内外空間が区切られている。この区切られた外側空間は、貯油室５よりも低圧の油流出空間を構成する。なお、フレーム１５の突出面は断面が円錐台形状となるように形成されている。
【００３５】
また、旋回軸受２ｃを保持する旋回軸受保持部２ｄの端面には、図３に示すように、円環状の旋回シール溝２ｅが設けられている。旋回シール溝２ｅには、波板ばね（図示せず）が挿入された後、旋回円環シール３０が装着されている。この旋回円環シール３０により、図４に示すように旋回軸受シール部３０１が形成され、その内外空間が区切られている。ここで、これらのシール部３００、３０１を貫くように（換言すれば、シール部３００、３０１の両側を常時連通するように）絞り流路３０２、３０３が設けられている。
【００３６】
旋回軸受絞り流路３０３は、図４に示すように、鍔部９ｅの旋回軸受側の面にミクロンオーダで掘り込んだ極めて浅く且つ広い面積の溝が旋回軸受シール部３０１を跨ぐように設けられて実現されている。このような旋回軸受絞り流路３０３は極めて容易に加工できる。図示例では、旋回軸受絞り流路３０３は三日月状に形成されている。
【００３７】
また、主軸受絞り流路３０２は、図５に示すように、鍔部９ｅの主軸受側の面にミクロンオーダで掘り込んだ極めて浅く且つ広い面積の溝を主軸受シール部３０２を跨ぐように設けて実現している。このような主軸受絞り流路３０２は極めて容易に加工できる。図示例では、主軸受絞り流路３０２は三日月状に形成されている。
【００３８】
絞り流路３０２、３０３は、全て鍔部９ｅの段差加工で行っている。これによって、加工性が向上するという効果がある。また、２個所のシール部３００、３０１の大きさと形状を同一としている。これによって、シャフト９にかかる軸方向のガス力はキャンセルされ、それによる摺動損失が無いという効果がある。
【００３９】
それら２個所のシール部３００、３０１の共通した外側空間である油流出外側空間４は、戻し流路４０を介して、圧縮室２００または吸込み室６に繋がれている。戻し流路４０の途中には背圧制御弁１００が設けられている。この背圧制御弁１００は、油流出外側空間４に流入する吐出圧下の油とそこに溶け込んでいた流体がガス化することにより上昇する
圧力を抜く弁である。流出先の圧力に内部の圧縮ばねの圧縮量に対応した一定値を足した圧力に油流出外側空間４の圧力を制御する。この圧力で旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押付けて圧縮室の密閉性を向上させ、高性能を実現する。
【００４０】
次に、スクロール流体機械の運転動作にともなう作動流体の流れを説明する。スクロール流体機械が運転されると、吸込みパイプ１８により作動流体のガスをチャンバ２０の外部から吸込み室６に取り込む。その後、圧縮室２００でガスを圧縮し、高圧の吐出圧にして、チャンバ２０内に一旦吐出する。ここで、ガス中に混入している油を分離した後、吐出パイプ１９からチャンバ２０外に出す。分離された油は貯油室５内に溜められる。
【００４１】
次に、スクロール流体機械の運転動作にともなう油の流れを説明する。スクロール流体機械が運転されると、吐出圧下にある貯油室５の油は、給油穴９ｂ、給油分岐穴９ｃ、主軸受給油溝９ｄ、主軸受絞り流路３０２を経由して、油流出外側空間４に流れ込む。つまり、これが、主軸受給油路である。この主軸受給油路において、主軸受給油溝９ｄの流路抵抗より主軸受絞り流路３０２の流路抵抗を小さくしてある（換言すれば、主軸受絞り流路３０２の流路抵抗より主軸受給油溝９ｄの流路抵抗を大きくしてある。これによって、主軸受給油溝９ｄにおける油からのガスが抑制される。
【００４２】
特に、この主軸受給油路全体の流路抵抗のうちで、主軸受絞り流路３０２の流路抵抗を９割以上の大きさとなるようにしている。これによって、主軸受給油路の両端にかかる差圧の９割以上が主軸受絞り流路３０２の両端にかかり、１割以下のわずかな部分がそれ以外の給油路部にかかる。主軸受１５ａはそれ以外の給油路部の一部であるから、そこにかかる差圧は確実に１割以下となる。すなわち、主軸受１５ａに給油するためにかかる主軸受給油路の両端間の差圧よりも一桁以上小さい差圧しか主軸受１５ａにかからないことになる。この結果、主軸受１５ａにおいて油に溶解していた成分の溶解度はほとんど低下せず、軸受部の油中から泡状にガス化して油膜切れを起こす発泡現象が抑制できるため、主軸受１０５ａの信頼性が格段に向上する効果がある。
【００４３】
また、エネルギー損失が発生する給油ポンプ等を用いず、圧力差を利用して主軸受１５ａへ給油を行うため、エネルギー効率が高くなる効果がある。
【００４４】
旋回軸受２ｃに対しても同様に、吐出圧下にある貯油室５の油は、給油穴９ｂ、旋回軸受給油溝９ｆ、旋回軸受絞り流路３０３を経由して、油流出外側空間４に流れ込む。つまり、これが、旋回軸受給油路である。この旋回軸受給油路は、主軸受給油路と同様の流路抵抗の設定となっているので、主軸受給油路と同様に、旋回軸受２ｃでの発泡現象を抑制でき、旋回軸受２ｃの信頼性を向上でき、エネルギー効率が高くなる効果がある。
【００４５】
主軸受給油路及び旋回軸受給油路は、主軸受給油路の主軸受部分と旋回軸受給油路の旋回軸受部分とを並列に形成している。これによって、貯油室５に貯留された低温の油を、主軸受給油路の主軸受部分と旋回軸受給油路の旋回軸受部分とに、独立して直接供給することができるので、従来の特許文献１におけるように下流側に配置された旋回軸受の信頼性が損なわれることもなく、主軸受１５ａ及び旋回軸受２ｃの軸受信頼性を共に高めることができる。そして、各軸受１５ａ、２ｃの必要給油量に合わせた給油を行うことが可能となるため、両軸受１５ａ、２ｃの信頼性がより一層向上するという効果がある。
【００４６】
また、これらの主軸受給油路及び旋回軸受給油路は、常時連通された状態で形成されている。これによって、図１１乃至図１３に示す従来技術の特性と対比した本実施例の給油路内の流速、給油路の流量及び軸受給油量は、図１１乃至図１３の二点鎖線で示す特性となる。図１３から明らかなように、本実施例では、シャフト回転周期すなわち流体機械の回転周波数によらず軸受給油量が一定となる特性を有する。従って、流体機械の回転周波数の増大とともに軸受給油量が低下する従来技術の問題点を解決し、軸受信頼性が向上する効果がある。特に、必要給油量が増大する高回転周波数の運転時でも給油量が確保され、軸受信頼性を保つことができるという効果がある。
【００４７】
油流出外側空間４に流れ込んだ油は、背圧制御弁１００を途中に配置した戻し流路４０により、吸込み室６または圧縮室２００に流入する。この油は、圧縮室２００のシール性を向上させつつ、ガスとともにチャンバ２０内に吐出される。このチャンバ２０内に吐出されるときにガスの流速が低下するために、油は油滴となって、チャンバ２０底部の貯油室５に戻る。
【００４８】
各軸受１５ａ、２ｃへの給油経路の絞り流路３０２、３０３は、回転する鍔部９ａと回転しないフレーム１５または旋回軸受円環シール３０の相対運動する二面間で油流出側空間４側に開放されるように形成されるため、たとえごみが入っても油流出側空間４側に排出され、詰まる危険性がなく、この給油機構の信頼性を高める効果がある。
【００４９】
信頼性の高いカーボン製の軸受１５ａ、２ｃを用いて信頼性を向上しつつ、熱膨張率が大きい安価なシャフト９を用いるようにした前述の構成では、旋回軸受２ｃと偏心部９ａとの隙間を大きく確保する必要がある。すなわち、軸受１５ａ、１５ｂの熱膨張率がシャフト９のそれよりも小さい組み合わせの場合、軸受１５ａ、２ｃの温度が高温になる厳しい運転条件でも軸受隙間を確保するために、常温での組立時の軸受隙間は非常に大きく設定する必要がある。この結果、高性能が要求される定格運転条件のような軸受温度があまり高温とならない通常運転では、軸受隙間はかなり大きい状態となる。従来は、この軸受部が絞り流路の役割を担っていたために、軸受給油量が多くなってしまっていた。そして、戻し流路によって、軸受へ供給した高温の油はほぼ全て圧縮室や吸込み室に戻るため、圧縮対象ガスの加熱度合いが増大し、その分だけ性能の低下を招いていた。また、油に溶け込んだ高圧の圧縮対象ガスも吸込み室や圧縮室に戻るため、吸込み室に戻った分は体積効率の低下、圧縮室に戻った分は圧縮に要するエネルギーの増大を起こし、いずれも性能の低下を招いていた。本実施例では、シャフト９に深い給油溝９ｄ、９ｆを掘ったりして軸受部の流路抵抗を下げ、その下流側に流路抵抗の大きい絞り流路を設けたため、軸受給油量を増加させることなく、高性能を実現できるという効果がある。
【００５０】
次に、本発明の第２実施例について図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の第２実施例のスクロール流体機械に用いる旋回軸受円環シールの断面拡大図、図７は同スクロール流体機械の旋回軸受シール部付近の断面拡大図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５１】
この第２実施例では、旋回軸受シール３０の外周側に外周拡大部３０ａを設けたものである。この外周拡大部３０ａの内外径の幅は、旋回シール溝２ｅの幅より大きく設定されている。この外周拡大部３０ａを設けることで、旋回軸受シール３０を旋回シール溝２ｅの外周側面に外周拡大部３０ａの弾力性を利用して密着させることができるため、旋回スクロール部材２から脱落する危険性を回避でき、組立性が向上できるという第２実施例特有の効果がある。
【００５２】
なお、図７では、旋回軸受シール３０が旋回シール溝２ｅの側面に接触しない状態で示されているが、これは運転動作における圧力によりこのように変形された状態を示しているからである。また、図７には、波板ばね３１を示してあるが、この波板ばね３１は旋回軸受シール３０を鍔部９ａに確実に押圧するためのものである。
【００５３】
次に、本発明の第３実施例について図８を用いて説明する。図８は本発明の第３実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５４】
この第３実施例では、モータ１７による磁気推力の向きを上向きとし、シール材を旋回スクロール部材側からフレーム側に変更したものであり、上向きのフレームシール溝１５ｘに波板ばね（図示せず）と主軸受円環シール３５を挿入するようにしたものである。第１実施例ではシール３１を挿入する旋回シール溝２ｅが下向きであったのに対し、この第３実施例ではフレームシール溝１５ｘが上向きとなるため、組立時に主軸受円環シール３５がフレームシール溝１５ｘから脱落する危険性は無くなり、組立性が向上できるという第３実施例特有の効果がある。
【００５５】
次に、本発明の第４実施例について図９を用いて説明する。図９は本発明の第４実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。この第４実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００５６】
この第４実施例では、主軸受絞り流路３０２を廃止し、主軸受給油路と旋回軸受給油路とを各軸受の下流側で合流させる軸受給油路連通穴３０４を設け、絞り流路をシール材３５のないシール部３０１における旋回軸受絞り流路３０３の一個所にしたものである。シール材３５は絞り流路を形成する微小な段差でも摩耗する危険性があり、段差を有する絞り流路と組み合わせた場合にシール材３５のシール性が時間の経過とともに低下する危険性があったが、その危険性が無くなるという第４実施例特有の効果がある。
【００５７】
次に、本発明の第５実施例について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第５実施例のスクロール流体機械におけるシャフトの横断面図である。この第５実施例は、次に述べる通り第４実施例と相違するものであり、その他の点については第４実施例と基本的には同一である。
【００５８】
この第５実施例では、旋回軸受シール部３０１の内側と主軸受シール部３０２の内側との双方に共通する部分の鍔部９ａに軸受給油路連通穴を軸方向と平行に設けた軸方向連通穴３０５としたものである。この軸方向連通穴３０５によれば、軸方向に加工すればよいので、その加工性が格段に向上するという第５実施例特有の効果がある。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、給油ポンプを必要とすることなく主軸受及び旋回軸受に十分に給油できると共に、主軸受及び旋回軸受での油からの冷媒のガス化を抑制でき、しかもシャフトの回転数に依存することなくほぼ一定の給油量を確保でき、安価でエネルギー効率がよく信頼性の高いスクロール流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のスクロール流体機械の縦断面図である。
【図２】図１のＭ部拡大図である。
【図３】図２のＮ部拡大図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第２実施例のスクロール流体機械に用いる旋回軸受円環シールの断面拡大図である。
【図７】同スクロール流体機械の旋回軸受シール部付近の断面拡大図である。
【図８】本発明の第３実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。
【図９】本発明の第４実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施例のスクロール流体機械におけるシャフトの横断面図である。
【図１１】給油路開口時刻からの時間と給油路内に発生する油の流れの速度との関係を示す特性図である。
【図１２】給油路が一回だけ開口して閉じる間の時間とその間に流れる油の総量の関係を示す特性図である。
【図１３】スクロール流体機械のシャフト回転周期と軸受給油量の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１…固定スクロール部材、２…旋回スクロール部材、２ｃ…旋回軸受、２ｅ…シール溝、４…油流出外側空間、５…貯油室、６…吸込み室、９…シャフト、９ｂ…給油穴、９ｃ…給油分岐穴、９ｄ…主軸受給油溝、９ｅ…鍔部、９ｆ…旋回軸受給油溝、１５…フレーム、１５ａ…主軸受、１６…オルダムリング、１７…モータ、１８…吸込みパイプ、１９…吐出パイプ、２０…チャンバ、３０…旋回軸受円環シール、３１…波板ばね、３５…主軸受円環シール、１００…背圧制御弁、２００…圧縮室、３００…主軸受シール部、３０１…旋回軸受シール部、３０２…主軸受絞り流路、３０３…旋回軸受絞り流路、３０４…軸受給油路連通穴、３０５…軸方向連通穴。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール流体機械に係り、特に流体機械内部の圧力差を利用して軸受に給油する差圧軸受給油方式のスクロール流体機械に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール流体機械としては、特開２００２−３１００７６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。このスクロール流体機械は、環状のシール部で内外に分割された旋回スクロール部材背面の空間である背圧室を有し、この背圧室とチャンバ底部との間を繋ぐ油流路を有し、この油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けている。そして、背圧室を分割する環状シール部を貫く油流路の部分は、旋回運動する旋回スクロール部材がある回転位相角範囲にあるときのみ連通する間欠流路となっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３１００７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１に適用されている油流路が間欠連通流路となっている場合の問題点を説明する。
【０００５】
間欠連通流路の油流路において、一定の圧力差がかかる給油路がある時刻に開口した場合の油の質量流速は、図１１に実線で示す間欠連通の特性となる。すなわち、油の非圧縮性から閉口時にほぼ不連続的に流速が０まで落ちるため、開口直後の流速は０であり、開口直後に油には主に一定の圧力差による一定の力がかかることによって、ほぼ二次関数で流速が増大していく。しかし、流速が大きくなるにつれて、流速を低下させる向きの粘性力が大きくなるため、流速が頭うちになり、最終的には一定の流速（Ａ）に収束する。従って、開口してから時間Ｐで閉じるまでの間に給油路を流れる油の流量は、図１１の斜線部分の面積にほぼ等しくなる。つまり、油の流量は時間０から時間ＰまでのＶの定積分で算出される。
【０００６】
そして、給油路の一開口あたりの時間に対する給油路を流れる油量は、図１２の実線で示す間欠連通の特性となる。この間欠連通の特性より、開口時間が短い場合には流量は非常に少なく、流速が頭うちとなる時間まで長くなると流量は急激に増加し、時間が非常に長くなると流量は時間にほぼ比例して増加する関係であることがわかる。
【０００７】
この関係から、シャフト回転周期と単位時間当たりの軸受給油量を求めると、図１３に実線で示す間欠連通の特性となる。ここで、Ｂという値は、シャフトが一回転する間の給油路の連通する時間の割合である。例えば、閉口している時間が０の場合、すなわち閉口した直後に開口するような間欠連通状態の場合はＢ＝１となり、連通時間がシャフト一回転当りの時間（シャフト回転周期）の半分の場合はＢ＝０．５となる。この特性から、シャフト回転周期が短い場合（すなわち、流体機械の回転周波数が大きい場合）には、軸受給油量が極端に少なくなることがわかる。
【０００８】
スクロール流体機械において、一般的に、回転周波数が大きい場合には軸受内の発熱量が増加するので、軸受の温度上昇を抑制して信頼性を確保するために必要な給油量は増加する。しかし、特許文献１のような間欠連通の軸受給油路では、要求される給油特性と正反対の特性を有するため、スクロール流体機械の回転周波数の大きい場合に充分な給油量を確保すると、回転周波数の小さい場合に極端な給油過多となり、最終的に油が流入する圧縮室内の油が極端に増加する。この結果、チャンバ内で分離しきれず流体機械外へ流出する油量が極端に増加し、チャンバの底部内の油を極端に減少させてしまうこととなる。このため、軸受給油が０となる危険性が増大し、軸受信頼性を低下させるという問題があった。
【０００９】
次に、上述した特許文献１に適用されている油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けている場合の問題点を説明する。油流路を主軸受及び旋回軸受を直列に経由して繋ぐように設けると、供給された油の温度が上流側の主軸受において上昇し、下流側に配置される軸受へ給油される油の温度が高くなってしまうため、下流側の軸受の信頼性が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明の目的は、給油ポンプを必要とすることなく主軸受及び旋回軸受に十分に給油できると共に、主軸受及び旋回軸受での油からの冷媒のガス化を抑制でき、しかもシャフトの回転数に依存することなくほぼ一定の給油量を確保できるようにすることによって、安価でエネルギー効率がよく、主軸受及び旋回軸受の信頼性の高いスクロール流体機械を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材を連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部または前記旋回軸受シール部を、前記フレームまたは前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたことにある。
【００１３】
係るスクロール流体機械において、より好ましい構成は次の通りである。
【００１４】
好ましい構成は、前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回駆動源をロ一タとステータとからなるモータで構成し、前記モータによる磁気推力を上向きとし、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と前記シール溝に挿入された円環状のシール材と前記シール材を前記鍔部の一側面に押圧する部材とで前記主軸受シール部を構成し、前記鍔部の他側面を前記旋回軸受保持部に当接して前記旋回軸受シール部を構成したことにある。
【００１５】
また、好ましい構成は、前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の他側面に押圧する部材とで前記旋回軸受シール部を構成し、内外径の幅が前記旋回シール溝の幅より大きく設定された外周拡大部を設けた前記旋回軸受シールを前記旋回シール溝に前記外周拡大部の弾力性を利用して密着させて装着したことにある。
【００２０】
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部と前記旋回軸受シール部の大きさ及び形状を同一とし、前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたことにある。
前記目的を達成するために、本発明のスクロール流体機械は、端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、回転駆動源と、前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、前記シャフトの軸受と、これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路の前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、前記主軸受シール部を、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくし、前記主軸受給油路と前記旋回軸受給油路とを前記主軸受及び前記旋回軸受の下流側で合流させる軸受給油路連通穴を前記鍔部に設けたことにある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のスクロール流体機械の複数の実施例について図を用いて説明する。
【００２４】
最初に本発明の第１実施例を図１乃至図５を用いて詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例のスクロール流体機械の縦断面図、図２は図１のＭ部拡大図（旋回軸受及び主軸受付近の拡大図）、図３は図２のＮ部拡大図（鍔部付近の拡大図）、図４は図２のＡ−Ａ断面図（シャフトの横断面図）、図５は図２のＢ−Ｂ断面図（シャフトの横断面図）である。本実施例のスクロール流体機械は、縦型のスクロール圧縮機で構成され、インバータにより回転数制御される。
【００２５】
固定スクロール部材１は固定端板１ｂとそれに立設する固定渦巻体１ａよりなる。固定スクロール部材１の歯底面（固定端板１ｂ）にはバイパス穴１ｃが複数設けられ、各々にバイパス弁１１０が設けられている。これらは、過圧縮抑制と液圧縮の回避を行うために設けられている。これらと後述する背圧制御弁とを組み合わせることにより、広範囲な条件下で背圧の適正化を行うことができる。
【００２６】
旋回スクロール部材２は旋回端板２ｂとそれの両側に立設する旋回渦巻体２ａ及び旋回軸受保持部２ｄよりなる。その旋回スクロール部材２は、旋回渦巻体２ａを固定スクロール部材１の固定渦巻体１ａに噛み合わせ、作動流体（本実施例ではＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒）を圧縮するための圧縮室を形成する。旋回スクロール部材２の背面に設けられた旋回軸受保持部２ｄ内にはカーボン製の旋回軸受２ｃが設けられ、この旋回軸受２ｃ内には旋回軸受２ｃよりも熱膨張率の大きい鉄系合金製のシャフト９の偏心部９ａが挿入されている。このように、旋回軸受２ｃはシャフト９よりも熱膨張率が小さい材料が用いられている。カーボン製の軸受は一般に信頼性が高く、鉄系合金製のシャフトは一般に安価である。固定スクロール部材１と旋回スクロール部材２とは圧縮機構部を構成する。
【００２７】
回転駆動源であるモータ１７は、チャンバ２０に固定されたステータ１７ｂと、このステータ１７ｂ内に回転可能に配置されたロータ１７ａとから構成されている。ロータ１７ａにはシャフト９が貫通して固定されている。圧縮機構部とモータ１７とは上下に配置され、シャフト９がこれらを連結するように垂直に設置されている。
【００２８】
シャフト９は、フレーム１５に固定したカーボン製の主軸受１５ａで上部が回転可能に支持されると共に、副軸受７０で下部が回転可能に支持されている。また、旋回スクロール部材２はフレーム１５との間に配置したオルダムリング１６により、自転を阻止されるようになっている。
【００２９】
上述した圧縮機構成要素は、密閉されたチャンバ２０内に配置される。このチャンバ２０の底部が貯油室５となっている。
【００３０】
シャフト９をモータ１７で回転させることにより、偏心部９ａの偏心運動に伴って旋回スクロール部材２がその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動される。旋回スクロール部材これにより、両スクロール部材１、２間に圧縮室２００が形成され、この圧縮室２００が中心方向に容積を縮小して移動され、固定端板１ｂの中央部からチャンバ２０内に圧縮された作動流体が吐出される。従って、チャンバ２０内の貯油室５を含む空間は、吐出圧力（高圧）になっている。
【００３１】
シャフト９の中心には、給油穴９ｂが貫通して設けられている。この給油穴９ｂは、一側が貯油室５内に連通されると共に、他側が偏心部９ａの上面と旋回端板２ｂの下面とで形成される空間に連通されている。
【００３２】
給油穴９ｂの主軸受１５ａに対応する部分から主軸受１５ａに延びる給油分岐穴９ｃが設けられている。この給油分岐穴９ｃに連なるようにシャフト９表面に軸方向に延びる主軸受給油溝９ｄが設けられている。この主軸受給油溝９ｄの他側は、主軸受１５ａの端部より外方に開口して設けられ、鍔部９ｅの一側面（主軸受側の面）の近くまで延びている。主軸受給油溝９ｄは主軸受１５ａの摺動部に給油するためのものである。
【００３３】
また、シャフト９の偏心部９ａの表面に軸方向に延びる旋回軸受給油溝９ｆが設けられている。旋回軸受給油溝９ｆの一側は偏心部９ａの上面と旋回端板２ａの下面とで形成される空間に連通されると共に、他側は鍔部９ｅの他側面（旋回軸受側の面）の近くまで延びている。旋回軸受給油溝９ｆは旋回軸受２ｃの摺動部に給油するためのものである。
【００３４】
シャフト９には、モータ１７を形成するロータ１７ａの磁気中心をステータ１７ｂの磁気中心よりも圧縮機構部側へずらすことにより発生するフレーム側への磁気推力をかけるようになっている。これによって、図３に示すように鍔部９ｅの一側面をフレーム１５の突出面に常時接触させるようになっている。鍔部９ｅとフレーム１５の突出面が接触することにより、図５に示すように主軸受シール部３００が形成され、その内外空間が区切られている。この区切られた外側空間は、貯油室５よりも低圧の油流出空間を構成する。なお、フレーム１５の突出面は断面が円錐台形状となるように形成されている。
【００３５】
また、旋回軸受２ｃを保持する旋回軸受保持部２ｄの端面には、図３に示すように、円環状の旋回シール溝２ｅが設けられている。旋回シール溝２ｅには、波板ばね（図示せず）が挿入された後、旋回円環シール３０が装着されている。この旋回円環シール３０により、図４に示すように旋回軸受シール部３０１が形成され、その内外空間が区切られている。ここで、これらのシール部３００、３０１を貫くように（換言すれば、シール部３００、３０１の両側を常時連通するように）絞り流路３０２、３０３が設けられている。
【００３６】
旋回軸受絞り流路３０３は、図４に示すように、鍔部９ｅの旋回軸受側の面にミクロンオーダで掘り込んだ極めて浅く且つ広い面積の溝が旋回軸受シール部３０１を跨ぐように設けられて実現されている。このような旋回軸受絞り流路３０３は極めて容易に加工できる。図示例では、旋回軸受絞り流路３０３は三日月状に形成されている。
【００３７】
また、主軸受絞り流路３０２は、図５に示すように、鍔部９ｅの主軸受側の面にミクロンオーダで掘り込んだ極めて浅く且つ広い面積の溝を主軸受シール部３０２を跨ぐように設けて実現している。このような主軸受絞り流路３０２は極めて容易に加工できる。図示例では、主軸受絞り流路３０２は三日月状に形成されている。
【００３８】
絞り流路３０２、３０３は、全て鍔部９ｅの段差加工で行っている。これによって、加工性が向上するという効果がある。また、２個所のシール部３００、３０１の大きさと形状を同一としている。これによって、シャフト９にかかる軸方向のガス力はキャンセルされ、それによる摺動損失が無いという効果がある。
【００３９】
それら２個所のシール部３００、３０１の共通した外側空間である油流出外側空間４は、戻し流路４０を介して、圧縮室２００または吸込み室６に繋がれている。戻し流路４０の途中には背圧制御弁１００が設けられている。この背圧制御弁１００は、油流出外側空間４に流入する吐出圧下の油とそこに溶け込んでいた流体がガス化することにより上昇する
圧力を抜く弁である。流出先の圧力に内部の圧縮ばねの圧縮量に対応した一定値を足した圧力に油流出外側空間４の圧力を制御する。この圧力で旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押付けて圧縮室の密閉性を向上させ、高性能を実現する。
【００４０】
次に、スクロール流体機械の運転動作にともなう作動流体の流れを説明する。スクロール流体機械が運転されると、吸込みパイプ１８により作動流体のガスをチャンバ２０の外部から吸込み室６に取り込む。その後、圧縮室２００でガスを圧縮し、高圧の吐出圧にして、チャンバ２０内に一旦吐出する。ここで、ガス中に混入している油を分離した後、吐出パイプ１９からチャンバ２０外に出す。分離された油は貯油室５内に溜められる。
【００４１】
次に、スクロール流体機械の運転動作にともなう油の流れを説明する。スクロール流体機械が運転されると、吐出圧下にある貯油室５の油は、給油穴９ｂ、給油分岐穴９ｃ、主軸受給油溝９ｄ、主軸受絞り流路３０２を経由して、油流出外側空間４に流れ込む。つまり、これが、主軸受給油路である。この主軸受給油路において、主軸受給油溝９ｄの流路抵抗より主軸受絞り流路３０２の流路抵抗を小さくしてある（換言すれば、主軸受絞り流路３０２の流路抵抗より主軸受給油溝９ｄの流路抵抗を大きくしてある。これによって、主軸受給油溝９ｄにおける油からのガスが抑制される。
【００４２】
特に、この主軸受給油路全体の流路抵抗のうちで、主軸受絞り流路３０２の流路抵抗を９割以上の大きさとなるようにしている。これによって、主軸受給油路の両端にかかる差圧の９割以上が主軸受絞り流路３０２の両端にかかり、１割以下のわずかな部分がそれ以外の給油路部にかかる。主軸受１５ａはそれ以外の給油路部の一部であるから、そこにかかる差圧は確実に１割以下となる。すなわち、主軸受１５ａに給油するためにかかる主軸受給油路の両端間の差圧よりも一桁以上小さい差圧しか主軸受１５ａにかからないことになる。この結果、主軸受１５ａにおいて油に溶解していた成分の溶解度はほとんど低下せず、軸受部の油中から泡状にガス化して油膜切れを起こす発泡現象が抑制できるため、主軸受１０５ａの信頼性が格段に向上する効果がある。
【００４３】
また、エネルギー損失が発生する給油ポンプ等を用いず、圧力差を利用して主軸受１５ａへ給油を行うため、エネルギー効率が高くなる効果がある。
【００４４】
旋回軸受２ｃに対しても同様に、吐出圧下にある貯油室５の油は、給油穴９ｂ、旋回軸受給油溝９ｆ、旋回軸受絞り流路３０３を経由して、油流出外側空間４に流れ込む。つまり、これが、旋回軸受給油路である。この旋回軸受給油路は、主軸受給油路と同様の流路抵抗の設定となっているので、主軸受給油路と同様に、旋回軸受２ｃでの発泡現象を抑制でき、旋回軸受２ｃの信頼性を向上でき、エネルギー効率が高くなる効果がある。
【００４５】
主軸受給油路及び旋回軸受給油路は、主軸受給油路の主軸受部分と旋回軸受給油路の旋回軸受部分とを並列に形成している。これによって、貯油室５に貯留された低温の油を、主軸受給油路の主軸受部分と旋回軸受給油路の旋回軸受部分とに、独立して直接供給することができるので、従来の特許文献１におけるように下流側に配置された旋回軸受の信頼性が損なわれることもなく、主軸受１５ａ及び旋回軸受２ｃの軸受信頼性を共に高めることができる。そして、各軸受１５ａ、２ｃの必要給油量に合わせた給油を行うことが可能となるため、両軸受１５ａ、２ｃの信頼性がより一層向上するという効果がある。
【００４６】
また、これらの主軸受給油路及び旋回軸受給油路は、常時連通された状態で形成されている。これによって、図１１乃至図１３に示す従来技術の特性と対比した本実施例の給油路内の流速、給油路の流量及び軸受給油量は、図１１乃至図１３の二点鎖線で示す特性となる。図１３から明らかなように、本実施例では、シャフト回転周期すなわち流体機械の回転周波数によらず軸受給油量が一定となる特性を有する。従って、流体機械の回転周波数の増大とともに軸受給油量が低下する従来技術の問題点を解決し、軸受信頼性が向上する効果がある。特に、必要給油量が増大する高回転周波数の運転時でも給油量が確保され、軸受信頼性を保つことができるという効果がある。
【００４７】
油流出外側空間４に流れ込んだ油は、背圧制御弁１００を途中に配置した戻し流路４０により、吸込み室６または圧縮室２００に流入する。この油は、圧縮室２００のシール性を向上させつつ、ガスとともにチャンバ２０内に吐出される。このチャンバ２０内に吐出されるときにガスの流速が低下するために、油は油滴となって、チャンバ２０底部の貯油室５に戻る。
【００４８】
各軸受１５ａ、２ｃへの給油経路の絞り流路３０２、３０３は、回転する鍔部９ａと回転しないフレーム１５または旋回軸受円環シール３０の相対運動する二面間で油流出側空間４側に開放されるように形成されるため、たとえごみが入っても油流出側空間４側に排出され、詰まる危険性がなく、この給油機構の信頼性を高める効果がある。
【００４９】
信頼性の高いカーボン製の軸受１５ａ、２ｃを用いて信頼性を向上しつつ、熱膨張率が大きい安価なシャフト９を用いるようにした前述の構成では、旋回軸受２ｃと偏心部９ａとの隙間を大きく確保する必要がある。すなわち、軸受１５ａ、１５ｂの熱膨張率がシャフト９のそれよりも小さい組み合わせの場合、軸受１５ａ、２ｃの温度が高温になる厳しい運転条件でも軸受隙間を確保するために、常温での組立時の軸受隙間は非常に大きく設定する必要がある。この結果、高性能が要求される定格運転条件のような軸受温度があまり高温とならない通常運転では、軸受隙間はかなり大きい状態となる。従来は、この軸受部が絞り流路の役割を担っていたために、軸受給油量が多くなってしまっていた。そして、戻し流路によって、軸受へ供給した高温の油はほぼ全て圧縮室や吸込み室に戻るため、圧縮対象ガスの加熱度合いが増大し、その分だけ性能の低下を招いていた。また、油に溶け込んだ高圧の圧縮対象ガスも吸込み室や圧縮室に戻るため、吸込み室に戻った分は体積効率の低下、圧縮室に戻った分は圧縮に要するエネルギーの増大を起こし、いずれも性能の低下を招いていた。本実施例では、シャフト９に深い給油溝９ｄ、９ｆを掘ったりして軸受部の流路抵抗を下げ、その下流側に流路抵抗の大きい絞り流路を設けたため、軸受給油量を増加させることなく、高性能を実現できるという効果がある。
【００５０】
次に、本発明の第２実施例について図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の第２実施例のスクロール流体機械に用いる旋回軸受円環シールの断面拡大図、図７は同スクロール流体機械の旋回軸受シール部付近の断面拡大図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５１】
この第２実施例では、旋回軸受シール３０の外周側に外周拡大部３０ａを設けたものである。この外周拡大部３０ａの内外径の幅は、旋回シール溝２ｅの幅より大きく設定されている。この外周拡大部３０ａを設けることで、旋回軸受シール３０を旋回シール溝２ｅの外周側面に外周拡大部３０ａの弾力性を利用して密着させることができるため、旋回スクロール部材２から脱落する危険性を回避でき、組立性が向上できるという第２実施例特有の効果がある。
【００５２】
なお、図７では、旋回軸受シール３０が旋回シール溝２ｅの側面に接触しない状態で示されているが、これは運転動作における圧力によりこのように変形された状態を示しているからである。また、図７には、波板ばね３１を示してあるが、この波板ばね３１は旋回軸受シール３０を鍔部９ａに確実に押圧するためのものである。
【００５３】
次に、本発明の第３実施例について図８を用いて説明する。図８は本発明の第３実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。
【００５４】
この第３実施例では、モータ１７による磁気推力の向きを上向きとし、シール材を旋回スクロール部材側からフレーム側に変更したものであり、上向きのフレームシール溝１５ｘに波板ばね（図示せず）と主軸受円環シール３５を挿入するようにしたものである。第１実施例ではシール３１を挿入する旋回シール溝２ｅが下向きであったのに対し、この第３実施例ではフレームシール溝１５ｘが上向きとなるため、組立時に主軸受円環シール３５がフレームシール溝１５ｘから脱落する危険性は無くなり、組立性が向上できるという第３実施例特有の効果がある。
【００５５】
次に、本発明の第４実施例について図９を用いて説明する。図９は本発明の第４実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。この第４実施例は、次に述べる通り第３実施例と相違するものであり、その他の点については第３実施例と基本的には同一である。
【００５６】
この第４実施例では、主軸受絞り流路３０２を廃止し、主軸受給油路と旋回軸受給油路とを各軸受の下流側で合流させる軸受給油路連通穴３０４を設け、絞り流路をシール材３５のないシール部３０１における旋回軸受絞り流路３０３の一個所にしたものである。シール材３５は絞り流路を形成する微小な段差でも摩耗する危険性があり、段差を有する絞り流路と組み合わせた場合にシール材３５のシール性が時間の経過とともに低下する危険性があったが、その危険性が無くなるという第４実施例特有の効果がある。
【００５７】
次に、本発明の第５実施例について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第５実施例のスクロール流体機械におけるシャフトの横断面図である。この第５実施例は、次に述べる通り第４実施例と相違するものであり、その他の点については第４実施例と基本的には同一である。
【００５８】
この第５実施例では、旋回軸受シール部３０１の内側と主軸受シール部３０２の内側との双方に共通する部分の鍔部９ａに軸受給油路連通穴を軸方向と平行に設けた軸方向連通穴３０５としたものである。この軸方向連通穴３０５によれば、軸方向に加工すればよいので、その加工性が格段に向上するという第５実施例特有の効果がある。
【００５９】
【発明の効果】
本発明によれば、給油ポンプを必要とすることなく主軸受及び旋回軸受に十分に給油できると共に、主軸受及び旋回軸受での油からの冷媒のガス化を抑制でき、しかもシャフトの回転数に依存することなくほぼ一定の給油量を確保でき、安価でエネルギー効率がよく信頼性の高いスクロール流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例のスクロール流体機械の縦断面図である。
【図２】図１のＭ部拡大図である。
【図３】図２のＮ部拡大図である。
【図４】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】本発明の第２実施例のスクロール流体機械に用いる旋回軸受円環シールの断面拡大図である。
【図７】同スクロール流体機械の旋回軸受シール部付近の断面拡大図である。
【図８】本発明の第３実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。
【図９】本発明の第４実施例のスクロール流体機械における旋回軸受及び主軸受付近の拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施例のスクロール流体機械におけるシャフトの横断面図である。
【図１１】給油路開口時刻からの時間と給油路内に発生する油の流れの速度との関係を示す特性図である。
【図１２】給油路が一回だけ開口して閉じる間の時間とその間に流れる油の総量の関係を示す特性図である。
【図１３】スクロール流体機械のシャフト回転周期と軸受給油量の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１…固定スクロール部材、２…旋回スクロール部材、２ｃ…旋回軸受、２ｅ…シール溝、４…油流出外側空間、５…貯油室、６…吸込み室、９…シャフト、９ｂ…給油穴、９ｃ…給油分岐穴、９ｄ…主軸受給油溝、９ｅ…鍔部、９ｆ…旋回軸受給油溝、１５…フレーム、１５ａ…主軸受、１６…オルダムリング、１７…モータ、１８…吸込みパイプ、１９…吐出パイプ、２０…チャンバ、３０…旋回軸受円環シール、３１…波板ばね、３５…主軸受円環シール、１００…背圧制御弁、２００…圧縮室、３００…主軸受シール部、３０１…旋回軸受シール部、３０２…主軸受絞り流路、３０３…旋回軸受絞り流路、３０４…軸受給油路連通穴、３０５…軸方向連通穴。
Claims (5)
- 端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、
端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、
回転駆動源と、
前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、
前記シャフトの軸受と、
これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、
前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、
フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、
前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、
前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、
前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、
前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、
前記主軸受シール部または前記旋回軸受シール部を、前記フレームまたは前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、
前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、
前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、
前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、
前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたスクロール流体機械。 - 前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回駆動源をロ一タとステータとからなるモータで構成し、前記モータによる磁気推力を上向きとし、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と前記シール溝に挿入された円環状のシール材と前記シール材を前記鍔部の一側面に押圧する部材とで前記主軸受シール部を構成し、前記鍔部の他側面を前記旋回軸受保持部に当接して前記旋回軸受シール部を構成した請求項１に記載のスクロール流体機械。
- 前記旋回スクロール部材と前記回転駆動源とを上下に配置し、前記シャフトを垂直に設置し、前記旋回軸受保持部に設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の他側面に押圧する部材とで前記旋回軸受シール部を構成し、内外径の幅が前記旋回シール溝の幅より大きく設定された外周拡大部を設けた前記旋回軸受シールを前記旋回シール溝に前記外周拡大部の弾力性を利用して密着させて装着した請求項１に記載のスクロール流体機械。
- 端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、
端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、
回転駆動源と、
前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、
前記シャフトの軸受と、
これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、
前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、
フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、
前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、
前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、
前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路のうちで前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、
前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、
前記主軸受シール部と前記旋回軸受シール部の大きさ及び形状を同一とし、
前記主軸受シール部を貫いて前記主軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である主軸受絞り流路を設け、
前記主軸受絞り流路の流路抵抗を前記主軸受の流路抵抗より大きくし、
前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、
前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくしたスクロール流体機械。 - 端板及びそれに立設する渦巻体から成る固定スクロール部材と、
端板及びそれに立設する渦巻体から成りその渦巻体の立設する軸線方向に概略垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、
回転駆動源と、
前記旋回スクロール部材を旋回運動させるべく前記回転駆動源と前記旋回スクロール部材とを連繋するシャフトと、
前記シャフトの軸受と、
これらを包含するチャンバ内に設けられた油を貯める貯油室と、
前記貯油室に貯まる油を前記軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する軸受給油路と、を備え、
フレームで保持された主軸受及び前記旋回スクロールの旋回軸受保持部で保持された旋回軸受で前記軸受を構成し、
前記貯油室に貯まる油を前記主軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記主軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する主軸受給油路と前記貯油室に貯まる油を前記旋回軸受へ圧力差で給油すべく前記貯油室から前記旋回軸受を経由して前記貯油室よりも低圧の油流出空間に常時連通する旋回軸受給油路とで前記軸受給油路を構成し、
前記シャフトの前記主軸受と前記旋回軸受との間に位置する部分に鍔部を形成し、
前記鍔部の一側面と前記フレームとの間に前記主軸受給油路の前記主軸受側と前記油流出空間側とを区画する主軸受シール部を形成し、
前記鍔部の他側面と前記旋回軸受保持部との間に前記旋回軸受給油路のうちで前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを区画する旋回軸受シール部を形成し、
前記主軸受シール部を、前記フレームに設けられた円環状のシール溝と、前記シール溝に挿入された円環状のシール材と、前記シール材を前記鍔部の一側面または他側面に押圧する部材とで構成し、
前記旋回軸受シール部を貫いて前記旋回軸受側と前記油流出空間側とを常時連通する流路である旋回軸受絞り流路を設け、
前記旋回軸受絞り流路の流路抵抗を前記旋回軸受の流路抵抗より大きくし、
前記主軸受給油路と前記旋回軸受給油路とを前記主軸受及び前記旋回軸受の下流側で合流させる軸受給油路連通穴を前記鍔部に設けたスクロール流体機械。
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