JP5058919B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、車両の空調に使用される冷凍回路の圧縮機として好適する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密閉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、固定スクロールは、主軸フレームを介して密閉容器に固定される一方、可動スクロールは、背面にボスが形成され、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。

これにより、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で、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。そして、各スクロールの渦巻きラップ間に形成される空間の容積が減少し、圧縮及び吐出の上記一連のプロセスが行われる。
ところで、主軸フレームは密閉容器内壁に例えば溶接により固定され、通常において、固定スクロールは、外周部に配されたボルト等によって当該主軸フレームと一体に締結されており、主軸フレームと固定スクロールとの間の空間に可動スクロールが潤滑油の供給を受けながら公転旋回可能に収容されている（特許文献１、２参照）。
特開２００５−２０１１６８号公報 特開平１１−８２３２７号公報

スクロール型流体機械が上記の如く構成され、固定スクロールが主軸フレームにボルト等によって締結され固定されている場合、通常において主軸フレームと固定スクロールとの間の空間には潤滑油が充填されていることから、一般に主軸フレームの固定スクロールとの締結面には十分なシール性能（密閉性能）が要求される。
しかしながら、主軸フレームは軸回りの断面形状が完全には一様でないことが多く、主軸フレームの軸方向の厚みに部分的に偏りが生じていることがあり、このように主軸フレームの厚みに部分的に偏りが生じていると、固定スクロールと主軸フレームとをボルト等によって締結した場合に、主軸フレームの全周に亘る締結面の歪み形状が均一にならず、主軸フレームの厚みの偏った部分において締結面の歪み形状が不均一となり、十分なシール性能を確保できないという問題がある。

例えば、この種のスクロール型流体機械では、固定スクロールから主軸フレームを貫通するようにして、吐出した高圧の冷媒を通す冷媒通路が１本または近接して２本形成されており、当該通路の主軸フレームの出口部分に冷媒の円滑な流通を確保すべくザグリ加工が施されていることがあるが、このような場合、当該ザグリ加工の部分において軸方向の厚みに偏りが生じ、当該ザグリ加工の部分において締結面の歪み形状が不均一となり、十分なシール性能を確保することが困難となる。

このように、主軸フレームの固定スクロールとの締結面に十分なシール性能を確保できないことになると、スクロールユニットにおいて十分な圧縮性能を発揮できないおそれがあり好ましいことではない。
本発明は上述の事情に基づいてなされもので、その目的とするところは、主軸フレームの固定スクロールとの締結面の歪み形状を均一にしてシール性能を向上させ、圧縮性能の向上を図ることの可能な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、容器内を延び、該容器に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形成されたクランクピンと、前記容器内に設けられ、固定スクロール、及び、前記クランクピンが連結されて前記回転軸により駆動されることで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、該可動スクロールの該公転旋回運動により該可動スクロールの渦巻きラップを前記固定スクロールの渦巻きラップに互いに噛み合わせ、これら渦巻きラップ間に形成される空間の容積を減少させながら作動流体の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、前記容器に内嵌され、外周部にて前記固定スクロールと締結手段により締結されるとともに中央にて前記回転軸を貫通して支持し、前記固定スクロールとの間に形成される空間に前記クランクピンに連結された前記可動スクロールを前記公転旋回運動可能に収容する主軸フレームと、前記外周部にて前記固定スクロール及び前記主軸フレームを前記軸心方向で貫通して該主軸フレームの背面で開口するよう設けられ、前記スクロールユニットにより圧縮され吐出した高圧の冷媒を前記主軸フレームの背面側に導く冷媒通路と、前記主軸フレームの前記冷媒通路の開口周縁に設けられたザグリ部とを備え、前記軸心を挟んで前記ザグリ部に対称な所定位置に、凹部を設けたことを特徴とする。

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、前記凹部は、前記軸心に対し前記ザグリ部と同心円上に点対称に設けられてい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又は２において、前記冷媒通路と前記ザグリ部とは複数設けられており、前記所定位置は、前記軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置であ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において、前記冷媒通路と前記ザグリ部とは複数設けられており、前記所定位置は、前記軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置間の一定領域に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、軸心を挟んでザグリ部に対称な所定位置に、凹部が設けられるので、主軸フレームと固定スクロールとの締結面の歪み形状は均一になり、当該締結面のシール性能を向上させ、スクロールユニットにおける圧縮性能の向上を図ることができる。
請求項２のスクロール型流体機械によれば、凹部は、軸心に対しザグリ部と同心円上に点対称に設けられているので、凹部の位置を容易に定めつつ、主軸フレームと固定スクロールとの締結面のシール性能を向上させ、スクロールユニットにおける圧縮性能の向上を図ることができる。

請求項３のスクロール型流体機械によれば、冷媒通路とザグリ部とは複数設けられており、凹部の所定位置が軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置であるため、冷媒通路とザグリ部とが複数設けられた場合であっても、主軸フレームと固定スクロールとの締結面の歪み形状は均一になり、当該締結面のシール性能を向上させ、スクロールユニットにおける圧縮性能の向上を図ることができる。

請求項４のスクロール型流体機械によれば、冷媒通路とザグリ部とは複数設けられており、凹部の所定位置は軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置間の一定領域にあるので、冷媒通路とザグリ部とが複数設けられた場合において、凹部の配設の自由度を高めつつ、当該締結面のシール性能を向上させ、スクロールユニットにおける圧縮性能の向上を図ることができる。

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、本発明に係るスクロール型流体機械の縦断面図を示す。
スクロール型流体機械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る縦置きタイプの流体機械であって、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、スクロール型流体機械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、このスクロール型流体機械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内には電気モータ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、すなわちハウジング２の底部に形成された貯蓄室２６内の潤滑油Lを吸引する。この潤滑油Lは、回転軸１６の内部に軸線方向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L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Lの油面に作用することも給油路２８における潤滑油Lの上昇に寄与する。これにより、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Lの導入口３２が形成されており、スクロール型流体機械内の各摺動部分に供給された潤滑油L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、図２にスクロールユニット３０を拡大して示すように、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、それぞれ対峙する鏡板面３４d、３６dに渦巻きラップ３４a、３６aが各々一体立設されており、これら渦巻きラップ３４a、３６a間に圧縮室を形成している。これより、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に吸入され、圧縮室が渦巻きラップ３４a、３６aの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。

より詳しくは、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３４cと固定スクロール３６の鏡板面３６d及び渦巻きラップ３６aの頂面３６cと可動スクロール３４の鏡板面３４dが微少隙間を有して噛み合いながら圧縮室の容積が減少され、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。

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は軸受け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。

一方、可動スクロール３４の自転は自転阻止ピン６２により阻止されている。当該ピン６２は可動スクロール３４の背面３４bに突設され、ピン６２は主軸フレーム１８に形成される有底状のホール（円筒穴）６４に遊嵌されている。すなわち、可動スクロール３４の背面３４bと主軸フレーム１８との間の空隙４５には、いわゆるピンホール式の回転阻止機構６０が形成されている。詳しくは、回転阻止機構６０は、例えば４組のピン６２及びホール６４を有して構成されている。

固定スクロール３６及び主軸フレーム１８には、外周部分に位置してボルト貫通孔７３が軸線方向に複数貫通して穿設されており、固定スクロール３６は、ボルト貫通孔７３を貫通したボルト７４にナット７５を螺合させることで主軸フレーム１８に締結され固定されている（締結手段）。これにより、上蓋６に形成される吐出室５４側と圧縮室側とが固定スクロール３６によって仕切られている。詳しくは、主軸フレーム１８には回転軸１６と同心円状に円筒状の外周壁１９が固定スクロール３６に向けて延びており、固定スクロール３６は当該外周壁１９の上縁にて主軸フレーム１８に接合されている。

このように固定スクロール３６が当該外周壁１９の上縁にて接合されていることにより、可動スクロール３４が当該外周壁１９に囲まれ、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との間には、可動スクロール３４の摺動する旋回摺動領域（空間）４６が形成されている。
また、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、この吐出ヘッド５０により、吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。

そして、固定スクロール３６及び主軸フレーム１８には、外周部分に位置して冷媒通路７０が軸線方向に貫通して穿設されている。冷媒通路７０は、スクロールユニット３０により圧縮され吐出孔５６から吐出した高圧の冷媒を主軸フレーム１８の背面側に導くための通路である。これより、詳細については説明を省略するが、吐出孔５６から吐出された冷媒が当該冷媒通路７０を経てハウジング２内を循環可能である。

図３を参照すると、図２の矢視Ａ方向から視た第１実施例に係る主軸フレーム１８の背面図が示され、図４を参照すると図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、以下、第１実施例について説明する。
これら図３及び４に示すように、主軸フレーム１８の冷媒通路７０の開口周縁には平面視長円形のザグリ部７２が設けられている。このザグリ部７２により、冷媒通路７０により導かれる冷媒の円滑な流通が確保される。

そして、主軸フレーム１８の外周部のうち回転軸１６の軸心を挟んでザグリ部７２と同心円上にして点対称な位置（所定位置）には、凹部７６が設けられている。
凹部７６は、例えばザグリ部７２と同様の平面視長円形をしている。
発明者の実験によれば、このようにザグリ部７２と点対称な位置に凹部７６を設け、固定スクロール３６をボルト７４とナット７５で主軸フレーム１８に締結すると、主軸フレーム１８と固定スクロール３６との締結面の歪み形状が均一になることが確認された。

即ち、凹部７６がなくザグリ部７２だけがある場合、上述したように主軸フレーム１８の全周に亘る締結面の歪み形状が均一にならず、ザグリ部７２において締結面の歪み形状が不均一となり、十分なシール性能を確保できないという問題が生じるのであるが、このように軸心を挟んでザグリ部７２と点対称な位置に凹部７６を形成することで、締結面の歪み形状を均一にすることが可能である。

これにより、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との締結面におけるシール性能の向上を図り、スクロールユニット３０における圧縮性能の向上を図ることができる。
また、この場合、凹部７６は軸心を挟んでザグリ部７２と点対称な位置にあるので、凹部７６の位置を容易に定めることができる。
図５を参照すると、第２実施例に係る主軸フレーム１８の背面図が示されており、以下、第２実施例について説明する。

当該第２実施例では、図５に示すように、冷媒通路７０が複数（ここでは二箇所）設けられ、これに対応して冷媒通路７０の開口周縁に設けられたザグリ部７２が複数（ここでは二箇所）設けられており、凹部７６は、軸心を挟んで各ザグリ部７２と同心円上にして点対称な位置（所定位置）にそれぞれ設けられている。
このように冷媒通路７０、ザグリ部７２が複数設けられ、凹部７６が軸心を挟んで各ザグリ部７２と点対称な位置にそれぞれ設けられていると、上記第１実施例の場合と同様、主軸フレーム１８と固定スクロール３６との締結面の歪み形状は均一になる。これにより、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との締結面におけるシール性能の向上を図り、スクロールユニット３０における圧縮性能の向上を図ることができる。

この場合にも、凹部７６は軸心を挟んでザグリ部７２とそれぞれ点対称な位置にあるので、凹部７６の位置を容易に定めることができる。
また、図６を参照すると、第３実施例に係る主軸フレーム１８の背面図が示されており、以下、第３実施例について説明する。
当該第３実施例では、図６に示すように、上記第２実施例と同様に冷媒通路７０が複数（ここでは二箇所）設けられ、これに対応して冷媒通路７０の開口周縁に設けられたザグリ部７２が複数（ここでは二箇所）設けられている一方、凹部７６’が、軸心を挟んで各ザグリ部７２と同心円上にして点対称な位置間の一定領域（所定位置）に設けられている。

このように凹部７６’が軸心を挟んで各ザグリ部７２と点対称な位置間の一定領域に設けられている場合においても、凹部７６’は軸心を挟んで各ザグリ部７２に対し対称な位置関係にあるため、上記第２実施例の場合と同様、主軸フレーム１８と固定スクロール３６との締結面の歪み形状を均一にすることが可能である。これにより、やはり、固定スクロール３６と主軸フレーム１８との締結面におけるシール性能の向上を図り、スクロールユニット３０における圧縮性能の向上を図ることができる。

また、当該第３実施例によれば、凹部７６の配設の自由度が高いという利点もある。
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る。
例えば、上記実施形態では、第１、２実施例において凹部７６の形状を平面視長円形としているが、凹部７６の平面視形状についてはこれに限られるものではなく、第３実施例における凹部７６’の平面視形状についても図６に示す形状に限定されるものではない。

また、上記実施形態では、凹部７６、７６’の深さについて特に言及していないが、深さについても適宜設定すればよい。
また、上記実施形態では、第１、２実施例において凹部７６を軸心を挟んでザグリ部７２と点対称な位置に設けるようにしているが、凹部７６を設ける所定位置は軸心を挟んで対称であれば厳密に点対称な位置でなくてもよい。同様に、第３実施例において凹部７６’を軸心を挟んで各ザグリ部７２と点対称な位置間に設けるようにしているが、凹部７６’を設ける所定位置は各ザグリ部７２と対称な位置間であればよい。

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のスクロールユニット部分を拡大して示す図である。 図２の矢視Ａ方向から視た第１実施例に係る主軸フレームの背面図である。 図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 第２実施例に係る主軸フレームの背面図である。 第３実施例に係る主軸フレームの背面図である。

符号の説明

１ スクロール型流体機械
２ ハウジング（容器）
１６ 回転軸
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
３６ 固定スクロール
７０ 冷媒通路
７２ ザグリ部
７４ ボルト
７５ ナット
７６、７６’ 凹部

Claims (4)

1. 容器内を延び、該容器に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形成されたクランクピンと、
   前記容器内に設けられ、固定スクロール、及び、前記クランクピンが連結されて前記回転軸により駆動されることで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、該可動スクロールの該公転旋回運動により該可動スクロールの渦巻きラップを前記固定スクロールの渦巻きラップに互いに噛み合わせ、これら渦巻きラップ間に形成される空間の容積を減少させながら作動流体の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、
   前記容器に内嵌され、外周部にて前記固定スクロールと締結手段により締結されるとともに中央にて前記回転軸を貫通して支持し、前記固定スクロールとの間に形成される空間に前記クランクピンに連結された前記可動スクロールを前記公転旋回運動可能に収容する主軸フレームと、
   前記外周部にて前記固定スクロール及び前記主軸フレームを前記軸心方向で貫通して該主軸フレームの背面で開口するよう設けられ、前記スクロールユニットにより圧縮され吐出した高圧の冷媒を前記主軸フレームの背面側に導く冷媒通路と、
   前記主軸フレームの前記冷媒通路の開口周縁に設けられたザグリ部とを備え、
   前記軸心を挟んで前記ザグリ部に対称な所定位置に、凹部を設けたことを特徴とするスクロール型流体機械。
2. 前記凹部は、前記軸心に対し前記ザグリ部と同心円上に点対称に設けられていることを特徴とする、請求項１記載のスクロール型流体機械。
3. 前記冷媒通路と前記ザグリ部とは複数設けられており、
   前記所定位置は、前記軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置であることを特徴とする、請求項１又は２のスクロール型流体機械。
4. 前記冷媒通路と前記ザグリ部とは複数設けられており、
   前記所定位置は、前記軸心を挟んでこれら複数のザグリ部にそれぞれ対称な位置間の一定領域に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。

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