JPWO2015059833A1

JPWO2015059833A1 - スクロール流体機械

Info

Publication number: JPWO2015059833A1
Application number: JP2015543680A
Authority: JP
Inventors: 祐司 ▲高▼村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2017-03-09
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: WO2015059833A1; JP6120982B2

Abstract

スクロール流体機械は、密閉容器６０内に設けられた固定スクロール４及び揺動スクロール５と、揺動スクロール５を揺動自在に支持するフレーム６と、フレーム６と揺動スクロール５との間に形成されたフレーム内空間６ｃと、揺動スクロール５に駆動力を伝達する主軸１４と、フレーム６を貫通して設けられ、フレーム内空間６ｃの余剰の油をフレーム６外に排出する排油孔６ｂと、排油孔６ｂに設けられ、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐに基づいて排油孔６ｂを開閉する排油弁２８と、を有することを特徴とするものである。

Description

本発明は、スクロール圧縮機及びスクロールポンプなどのスクロール流体機械に関するものである。

スクロール圧縮機には、主軸の回転により作動し、シェル底部の油溜めに貯留された油を汲み上げるオイルポンプが設けられている。オイルポンプによって汲み上げられた油は、主軸を長手方向に貫通する給油縦孔を通って、揺動軸受、主軸受、副軸受等の各摺動部に給油される。また、揺動軸受を潤滑し終えた油は、フレーム内部に蓄えられ、オルダム継手及び揺動スクロールのスラスト面等の潤滑、揺動軸受及び主軸受の冷却等に用いられる。

フレーム内部には排油パイプが接続されている。フレーム内部の余剰の油は、排油パイプを通ってシェル底部の油溜めに戻される。高速運転時には、フレーム内部に供給される油量が多くなるため、排油パイプ入口での絞りや排油パイプ内部の壁面摩擦等による圧力損失の影響で排油能力が不足し、フレーム内部の油圧が上昇する。フレーム内部の油圧が上昇すると、オイルポンプの駆動入力の上昇や、排油パイプを通過せずにシェル底部に垂れ落ちる油量の増加等が生じる。シェル底部に垂れ落ちる油量が増加すると、大量の油が冷媒によって巻き上げられ、冷媒と共に圧縮室に吸入されて外部に吐出されてしまい、スクロール圧縮機の油上がりが増加してしまう。

特許文献１には、主軸の給油孔から分岐して主軸外に開口するバイパス孔と、このバイパス孔を所定油圧で開閉する弁と、を設けたスクロール圧縮機が開示されている。このスクロール圧縮機では、主軸の回転数が増加して遠心力が増加すると、所定圧力を越えた油圧で弁が開き、余分の油はバイパス孔から排出されて油溜めに戻るようになっている。

特開平２−５７８７号公報

従来のスクロール圧縮機では、吸入管からシェル内に取り込まれた流体は、吸入ポートを通じてフレーム内に取り込まれる。フレーム内の空間には、互い違いに組み合わされた固定渦巻と揺動渦巻とが設けられており、揺動渦巻は、固定渦巻に対して揺動運動している。フレーム内に取り込まれた流体は、固定渦巻及び揺動渦巻により形成される圧縮室で圧縮され、吐出チャンバ、マフラー及び吐出管を通ってスクロール圧縮機の外部に吐出される。

流体を圧縮するための駆動力は、電動機のロータと一体化した主軸の回転によって揺動渦巻に与えられる。主軸と揺動渦巻は揺動軸受を介して接続されており、揺動渦巻の自転はオルダム継手によって規制されている。これにより、主軸の回転運動が揺動渦巻の揺動運動に変換されている。主軸は、主軸受と副軸受によって支持されている。フレームは、固定渦巻と揺動渦巻を格納するハウジングであり、揺動渦巻に作用する軸方向の荷重を支持するスラスト軸受と主軸受とを持っている。主軸受、揺動軸受、副軸受、スラスト軸受及びオルダム継手は、油で潤滑されている。油は、主軸の回転を駆動力としたオイルポンプでシェル底部から汲み上げられる。オイルポンプは、主軸の下端に接続されており、シェル底部から汲み上げた油を、主軸内に形成された給油縦孔を通じて各摺動部に供給する。オイルポンプが汲み上げる油量は、圧縮機の回転数が大きくなるにつれて大きくなる。

ここで、油の流路について説明を行う。揺動軸受への給油は、主軸内の給油縦孔によって行われる。主軸受及び副軸受への給油は、給油縦孔と、主軸内で給油縦孔から直交方向に分岐した給油横孔とによって行われる。主軸受及び副軸受を潤滑した油は下に垂れ落ち、シェル底部の油溜めに戻る。揺動軸受を潤滑した油は、フレーム内空間に溜められる。フレーム内空間に溜められた油は、スラスト軸受への給油、オルダム継手への給油、渦巻摺動部（固定渦巻と揺動渦巻との摺動部）への給油、主軸受への給油、揺動軸受及び主軸受の冷却などの役割を果たす。フレーム内空間には、排油パイプが接続されている。フレーム内空間の余剰の油は、この排油パイプを通ってフレーム内空間からシェル底部の油溜めに戻される。

高速運転時には、オイルポンプによって汲み上げられる油量が非常に多くなり、それに従ってフレーム内に供給される油の量も多くなる。その場合、排油パイプを通って排油される油の流量も大きくなる。しかしながら、排油される油の流量が増加すると、排油パイプ入口での絞りの影響や排油パイプ内部の管摩擦の影響により、排油パイプで圧力損失が発生し、フレーム内の油圧が上昇する。フレーム内の油圧が過度に上昇すると、オイルポンプで汲み上げられる油は、比較的流路抵抗の低い給油横孔から出ようとするため、主軸受又は副軸受からシェル底部に垂れ落ちる油の量が増える。この主軸受又は副軸受から垂れ落ちる油が冷媒によって巻き上げられることにより、上述のような油上がりの増加が起こる。また、給油流路における下流側の圧力が高くなるため、オイルポンプの駆動入力の増加が生じる。

特許文献１のスクロール圧縮機では、油圧が上昇するとバイパス孔の弁が開かれるため、余分の油はバイパス孔から排出される。これにより、高速運転時における各軸受及びフレーム内空間への過度な給油を防止している。しかしながら、特許文献１のスクロール圧縮機における弁は、回転する主軸の外周面に取り付けられているため、弁に遠心力が作用する。このため、弁の強度や信頼性の確保が困難になる。また、弁自身及び流体に働く遠心力が弁の開度特性に影響を与えるため、弁の開度特性を調整するのが困難になる。したがって、フレーム内の余剰の油を適度に排出するのが困難であるという問題点があった。

さらに、特許文献１のスクロール圧縮機では、バイパス孔から油を排出する際に、回転する主軸の外周面からシェル内の空間にスプリンクラーのように油を撒き散らすことになる。このため、油が冷媒によって巻き上げられやすくなり、油上がりの増加を招くおそれがあるという問題点があった。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、フレーム内の余剰の油を適度に排出できるとともに、油上がりの増加を抑えることができるスクロール流体機械を提供することを目的とする。

本発明に係るスクロール流体機械は、容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールを揺動自在に支持するフレームと、前記フレームと前記揺動スクロールとの間に形成されたフレーム内空間と、前記揺動スクロールに駆動力を伝達する主軸と、前記フレームを貫通して設けられ、前記フレーム内空間の余剰の油を前記フレーム外に排出する排油孔と、前記排油孔に設けられ、前記フレーム内空間の油圧に基づいて前記排油孔を開閉する排油弁と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、フレーム内空間の油圧が上昇したときに排油弁が開くため、フレーム内の余剰の油を排油孔からフレーム外に排出することができる。したがって、主軸の回転数が増加し、汲み上げられる油量が増加したとしても、フレーム内空間の油圧の過度の上昇を防止することができる。

排油弁は、フレームの排油孔に設けられているため、主軸等の回転部品に排油弁を設けた構成とは異なり、排油弁には遠心力が作用しない。これにより、排油弁に作用する荷重として遠心力を考慮する必要がないため、排油弁の開度特性を容易に調整することができる。また、排油弁には遠心力が作用しないため、排油弁の強度や信頼性を確保することができる。したがって、本発明によれば、フレーム内の余剰の油を適度にフレーム外に排出することができる。

また、排油孔は容器に対して固定して設けられているため、回転する主軸の外周面から油を排出する構成と比較して、油が撒き散らされるのを防ぐことができる。したがって、油が冷媒によって巻き上げられるのを抑制することができ、油上がりの増加を抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体構成を示す概略の断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機内の油の流れを示す図である。本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機内のフレーム内空間６ｃ近傍での油の流れを示す図である。本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施の形態２の変形例に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機（スクロール流体機械の一例）について説明する。図１は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の全体構成を示す概略の断面図である。図２は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。スクロール圧縮機は、流体（例えば、冷媒）を吸入し、その流体を圧縮して高温高圧の状態として吐出するものである。スクロール圧縮機は、例えば、冷蔵庫、冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、又は給湯器等の各種産業機械に用いられる冷凍サイクル装置の構成要素の１つとなる。なお、図１及び図２を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

図１及び図２に示すように、スクロール圧縮機は、流体を圧縮する圧縮機構部４０と、圧縮機構部４０を駆動する電動機部５０とが、密閉容器６０（シェル）内に収容された構成を有している。密閉容器６０は、アッパーシェル２４、ミドルシェル２５及びロアーシェル２６が溶接等により気密に接合された構成を有している。ロアーシェル２６の底部には、スクロール圧縮機内の各摺動部を潤滑する油（冷凍機油）を貯留する油溜め１８が形成されている。ミドルシェル２５には、低圧冷媒を密閉容器６０内に吸入する吸入口として吸入管７が接続されている。またミドルシェル２５のうち、上部にはフレーム６が固定支持されており、その下方には電動機部５０のステータ１１が固定支持されており、その下方の下部にはサブフレーム１５が固定支持されている。アッパーシェル２４には、圧縮した冷媒を密閉容器６０の外部に吐き出す吐出口として吐出管１が接続されている。

電動機部５０は、圧縮機構部４０で冷媒ガスを圧縮するために、主軸１４を介して圧縮機構部４０の揺動スクロール５を駆動するようになっている。電動機部５０は、密閉容器６０の内周面に固定されたステータ１１と、主軸１４に固定されたロータ１２とを有している。ロータ１２は、ステータ１１に通電されることによって回転駆動し、揺動スクロール５に駆動力を伝達する主軸１４を回転させるようになっている。ステータ１１に電力を供給する電源としては、例えば、冷媒循環量を可変とするために所定範囲で駆動回転数を変化させることができるインバータ電源が使用されている。主軸１４の上端部には、揺動スクロール５の揺動軸受２１に回転自在に嵌合する偏心軸部２９が形成されている。主軸１４の内部には、油溜め１８に貯留されている油の供給流路となる給油縦孔１４ａが、主軸１４の長手方向（軸方向）に沿って下端から上端まで貫通して設けられている。また、主軸１４の内部には、給油縦孔１４ａから直交方向に分岐し、主軸１４の径方向に沿って当該主軸１４の外周面まで延伸した給油横孔１４ｂ、１４ｃが設けられている。給油横孔１４ｂは、後述する主軸受１９の近傍又はそれより上方に設けられており、給油横孔１４ｃは、後述するボールベアリング１６（副軸受）の近傍又はそれより上方に設けられている。

主軸１４の下端部には、オイルポンプ１７が設けられている。オイルポンプ１７は、主軸１４の回転を駆動力として油溜め１８内の油を汲み上げるようになっている。オイルポンプ１７によって汲み上げられる油量は、主軸１４の回転数が大きくなるほど多くなる。汲み上げられた油は、給油縦孔１４ａ及び給油横孔１４ｂ、１４ｃを介して、スクロール圧縮機内の各摺動部及び後述するフレーム内空間６ｃに供給される。

主軸１４の上部には、第１バランサ１０が設けられている。ロータ１２の下部には、第２バランサ１３が設けられている。第１バランサ１０及び第２バランサ１３は、主軸１４及びロータ１２と共に回転し、主軸１４の回転中心に対して揺動スクロール５とバランスをとる機能を有している。第１バランサ１０は、フレーム６の下部に取り付けられたバランサカバー９によって覆われている。

圧縮機構部４０は、固定スクロール４と揺動スクロール５とを有している。固定スクロール４は、ミドルシェル２５に固定支持されたフレーム６に対して固定されている。固定スクロール４は、鏡板４ａと、鏡板４ａの下面に立設されたインボリュート曲線状の突起である渦巻部４ｂと、を有している。固定スクロール４の中央部には、圧縮されて高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート３０が形成されている。吐出ポート３０の出口側には、吐出チャンバ３及びマフラー２が設けられている。

揺動スクロール５は、固定スクロール４に対して自転運動することなく揺動運動（公転旋回運動）を行うようになっている。揺動スクロール５は、鏡板５ａと、鏡板５ａの上面に立設されたインボリュート曲線状の突起である渦巻部５ｂと、を有している。揺動スクロール５の渦巻部５ｂ形成面とは反対側（反圧縮室側）の面には、スラスト軸受３１が設けられている。揺動スクロール５は、スラスト軸受３１を介して、フレーム６のスラスト面によって軸方向に支承されるようになっている。揺動スクロール５の反圧縮室側の面の略中央部には、有底円筒状の揺動軸受２１が形成されている。揺動軸受２１には、揺動スクロール５を公転旋回運動させるために揺動スクロール５を支承するスライダ２２が回転自在に収められている。スライダ２２には、主軸１４の上端に設けられた偏心軸部２９が挿入されている。

固定スクロール４と揺動スクロール５とは、巻き方向が互いに逆になる渦巻部４ｂと渦巻部５ｂとを噛み合わせた状態で密閉容器６０内に装着されている。固定スクロール４の渦巻部４ｂと揺動スクロール５の渦巻部５ｂとが組み合わされることにより、渦巻部４ｂと渦巻部５ｂとの間には、揺動スクロール５の揺動運動に伴って容積が変化する圧縮室が形成される。揺動スクロール５とフレーム６との間には、揺動スクロール５の揺動運動中における自転運動を阻止するためのオルダム継手２３が配設されている。オルダム継手２３の上面に形成されたキー部は、揺動スクロール５に設けられたオルダム溝内に摺動自在に収容されており、下面に形成されたキー部は、フレーム６に設けられたオルダム溝内に摺動自在に収容されている。

フレーム６は、密閉容器６０の内周面に固定されている。フレーム６は、固定スクロール４を固定支持するとともに、揺動スクロール５をスラスト軸受３１を介して揺動自在に支持している。フレーム６と揺動スクロール５との間には、フレーム内空間６ｃが形成されている。フレーム内空間６ｃには、給油縦孔１４ａを介して供給された油のうち所定量の油を溜めることができるようになっている。

フレーム６のスラスト面には、フレーム内空間６ｃの余剰の油を排出する排油孔６ａが形成されている。排油孔６ａには、油を油溜め１８に戻すための排油パイプ８ａの一端が接続されている。排油パイプ８ａの他端側は、ステータ１１を貫通して油溜め１８の上方まで延びている。排油孔６ａ及び排油パイプ８ａには、後述する排油孔６ｂとは異なり、排油弁が設けられていない。すなわち、排油孔６ａ及び排油パイプ８ａは、常時開放された排油流路を構成する。

フレーム６の外側には、油受２７が取り付けられている。フレーム内空間６ｃと油受２７内の空間とは、排油孔６ａとは別箇所でフレーム６を貫通して形成された排油孔６ｂを介して連通している。排油孔６ｂは、フレーム内空間６ｃの余剰の油をフレーム６外の油受２７に排出するようになっている。油受２７は、排油孔６ｂから排出された油を、密閉容器６０内の流体（冷媒）の流れに晒さずに一時的に受けるようになっている。排油孔６ｂの油受２７側の出口は、フレーム６の外側の鉛直な面に形成されている。排油孔６ｂの油受２７側の出口には、剛性を持った板ばね部の一端を固定したリード弁構造を有する排油弁２８が設けられている。排油孔６ｂは、リード弁構造の排油弁２８によって油受２７側から閉じられている。排油弁２８は、例えば板ばね部を所定の変形量で変形させておくことにより、フレーム内空間６ｃにおける油圧Ｐが上昇して所定の圧力Ｐ’に達したときに開き始めるように調節されている。油受２７の底部には、油溜め１８に油を戻すための排油パイプ８ｂの一端が接続されている。排油パイプ８ｂは、油受２７と油溜め１８との間に設けられており、排油パイプ８ｂの他端側は、ステータ１１を貫通して油溜め１８の上方まで延びている。排油孔６ｂ及び排油パイプ８ｂは、フレーム内空間６ｃにおける油圧Ｐが圧力Ｐ’以上に上昇した際にのみ開放される排油流路を構成する。

また、フレーム６は、中心部の貫通孔に設けられた主軸受１９を介して、偏心軸部２９の近傍にある主軸１４の上方部分を回転自在に支持している。主軸受１９には、当該主軸受１９を貫通する主軸１４を円滑に回転させるためのスリーブ２０が回転自在に収められている。

サブフレーム１５は、フレーム６よりも下方に設けられており、密閉容器６０の内周面に固定されている。サブフレーム１５は、中心部に形成された貫通孔を介して、主軸１４の下方部分を回転自在に支持するものである。サブフレーム１５の貫通孔には、主軸１４を回転自在に支持するためのボールベアリング１６の外輪が圧入固定されている。

次に、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の動作について説明する。まず、スクロール圧縮機の基本動作について説明する。インバータ電源等によりステータ１１に電力が供給されると、ロータ１２により主軸１４が回転駆動される。主軸１４が回転駆動されると、主軸１４の上端に設けられた偏心軸部２９がスライダ２２を介して揺動軸受２１内で回転し、駆動力が揺動スクロール５に伝達される。このとき、オルダム継手２３の各キー部は、揺動スクロール５のオルダム溝内及びフレーム６のオルダム溝内でそれぞれ往復運動する。これにより、揺動スクロール５は自転を規制されて揺動運動（公転旋回運動）を行う。すなわち、偏心軸部２９から揺動スクロール５へは、揺動運動のみが伝達される。

冷媒回路中の低圧のガス冷媒は、吸入管７を介して密閉容器６０内に吸入され、フレーム６に設けられた吸入ポート（図示せず）を介して圧縮室内に流入する。圧縮室内に流入した冷媒は、揺動スクロール５の揺動に伴って圧縮されて高温高圧状態となり、吐出ポート３０を通って圧縮室から流出し、吐出チャンバ３に流入する。吐出チャンバ３に流入した高圧のガス冷媒は、吐出チャンバ３に設けられた吐出弁を圧力差によって押し開けて、マフラー２、及び密閉容器６０内の吐出空間を通り、吐出管１から密閉容器６０外に吐出される。吐出された冷媒は、冷凍サイクル装置の冷媒回路内を循環して、低圧のガス冷媒としてスクロール圧縮機の吸入管７に戻る。

次に、スクロール圧縮機内の油の流れについて図３及び図４を用いて説明する。図３は、スクロール圧縮機内の油の流れを示す図である。図４は、フレーム内空間６ｃ近傍での油の流れを示す図である。図３及び図４中の矢印は、油の流れの例を表している。図３及び図４に示すように、油溜め１８内の油は、主軸１４の回転を駆動力としてオイルポンプ１７によって汲み上げられる。汲み上げられた油は、給油縦孔１４ａを通って上方に向かって流れる。給油縦孔１４ａを流れる油の一部は、給油横孔１４ｂを通って主軸受１９を潤滑し、他の一部は、給油横孔１４ｃを通ってボールベアリング１６を潤滑する。主軸受１９及びボールベアリング１６を潤滑した後の油は、下方に垂れて油溜め１８に戻る。給油横孔１４ｂ、１４ｃに流入しなかった残りの油は、給油縦孔１４ａ内を上端まで上昇し、揺動軸受２１を潤滑する。給油縦孔１４ａの途中で給油横孔１４ｂ、１４ｃに流入する油の流量と、給油縦孔１４ａの上端まで上昇する油の流量との比率は、それぞれの下流側の圧力状態の影響を受け、下流側の圧力の低い方に流れる流量が相対的に大きくなる。揺動軸受２１を潤滑した後の油は、フレーム内空間６ｃに溜められる。フレーム内空間６ｃに溜められた油は、オルダム継手２３及びスラスト軸受３１の潤滑、揺動軸受２１及び主軸受１９の冷却等の役割を果たす。フレーム内空間６ｃに溜められた油のうち余剰分は、常時開放されている排油孔６ａ及び排油パイプ８ａを介してフレーム内空間６ｃの外側（フレーム６外）に排出され、油溜め１８に戻る。

給油縦孔１４ａを通ってフレーム内空間６ｃに供給される給油量は、主軸１４の回転数が高くなるほど増加する。また、この給油量の増加に伴い、排油孔６ａ及び排油パイプ８ａを介して排出される油の流量も増加する。排油孔６ａ及び排油パイプ８ａを介して排出される油の流量が大きくなると、排油孔６ａ及び排油パイプ８ａの入口付近での絞り、及び排油パイプ８ａ内部の壁面摩擦等による圧力損失の影響で、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇する。すなわち、スクロール圧縮機の高速運転時には、主軸１４の回転数が増加するため、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇する。油圧Ｐが上昇して圧力Ｐ’に達すると、排油孔６ｂの排油弁２８が油圧Ｐにより押し開けられる。これにより、フレーム内空間６ｃの油は、排油孔６ａ（排油パイプ８ａ）に加えて、排油孔６ｂを通ってフレーム６外に排出され始める。排油孔６ｂを通ってフレーム６外に排出された油は、油受２７で受けられた後、排油パイプ８ｂを通って密閉容器６０底部の油溜め１８に戻る。フレーム内空間６ｃの油圧Ｐがさらに上昇すると、排油弁２８の開度がより大きくなり、排油孔６ｂからより多くの油が排出される。これにより、フレーム内空間６ｃに油を蓄えた状態を維持しつつ、フレーム内空間６ｃの油圧の上昇を防止することができる。

排油弁２８が開き始める圧力Ｐ’、及びフレーム内空間６ｃの油圧上昇に対する排油弁２８の開度変化等を含む排油弁２８の開度特性は、排油弁２８の板ばね部の剛性や初期変形量によって、任意に調整することが可能である。この際、排油弁２８に作用する荷重としては例えば油圧Ｐのみを考慮すればよいため、回転部品である主軸１４等に排油弁を取り付けた構成と比較すると、排油弁２８の開度特性を容易に調整することができる。排油孔６ａ及び排油弁２８の取付け位置及び取付け方向は自由に選択できる。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクロール流体機械は、密閉容器６０内に設けられた固定スクロール４及び揺動スクロール５と、揺動スクロール５を揺動自在に支持するフレーム６と、フレーム６と揺動スクロール５との間に形成されたフレーム内空間６ｃと、揺動スクロール５に駆動力を伝達する主軸１４と、主軸１４の回転により油溜め１８内の油をフレーム内空間６ｃに汲み上げるオイルポンプ１７と、フレーム６を貫通して設けられ、フレーム内空間６ｃの余剰の油をフレーム６外に排出する排油孔６ｂと、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐに基づいて排油孔６ｂを開閉する排油弁２８と、を有することを特徴とするものである。

この構成によれば、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇したときに排油弁２８が開くため、フレーム内空間６ｃの余剰の油を排油孔６ｂからフレーム６外に排出することができる。したがって、主軸１４の回転数が増加してオイルポンプ１７が汲み上げる油量が増加しても、フレーム内空間６ｃの油圧の過度の上昇を防止することができる。

排油弁２８の開度特性は、排油弁２８の板ばね部の剛性や初期変形量によって、任意に調整することが可能である。排油弁２８は、密閉容器６０に対して固定されたフレーム６の排油孔６ｂに設けられているため、主軸等の回転部品に排油弁を設けた構成とは異なり、排油弁２８には遠心力が作用しない。これにより、排油弁２８に作用する荷重として遠心力を考慮する必要がなく、例えば油圧Ｐのみを考慮すればよいため、排油弁２８の開度特性を容易に調整することができる。また、主軸１４の回転数によって排油弁２８の開度特性が変化してしまうことを防ぐことができる。さらに、排油弁２８には遠心力が作用しないため、排油弁２８の強度や信頼性を確保することができる。したがって、本実施の形態によれば、フレーム内空間６ｃの余剰の油を適度にフレーム６外に排出することができる。

また、排油孔６ｂは密閉容器６０に対して固定して設けられているため、回転する主軸の外周面から油を排出する構成と比較して油が撒き散らされるのを防ぐことができる。したがって、油が冷媒によって巻き上げられるのを抑制することができ、油上がりの増加を抑えることができる。

また、本実施の形態に係るスクロール流体機械は、排油弁２８は、油圧Ｐにより開閉するリード弁構造を有することを特徴とするものである。この構成によれば、排油弁２８の構成を簡素化することができる。

また、本実施の形態に係るスクロール流体機械は、フレーム６の外側に取り付けられ、排油孔６ｂから排出された油を受ける油受２７と、油受２７と密閉容器６０底部の油溜め１８との間に設けられ、油受２７で受けた油を密閉容器６０底部の油溜め１８に戻す排油パイプ８ｂと、をさらに有することを特徴とするものである。

この構成によれば、排油孔６ｂから排出された油を密閉容器６０内での流体（冷媒）の流れに晒さずに油溜め１８に戻すことができるため、油上がりの増加をさらに抑えることができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機について説明する。図５は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。なお、実施の形態１のスクロール圧縮機と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態の排油弁２８は、弁体２８ａと、弁体２８ａを付勢するコイルばね２８ｂとを有している。排油孔６ｂは、フレーム内空間６ｃ側（上流側）に設けられて水平方向に延びる上流部６ｄと、油受２７側（下流側）に設けられ、上流部６ｄから曲折して下方に延びる下流部６ｅと、を有している。弁体２８ａは、排油孔６ｂの上流部６ｄと下流部６ｅとの間に設けられている。弁体２８ａは、上流部６ｄと同軸の水平方向にスライド移動が可能となるように設けられている。弁体２８ａは、排油孔６ｂを閉状態にする閉位置と、排油孔６ｂを開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、弁体２８ａの位置によって排油孔６ｂの開度が変化するようになっている。上流部６ｄには、弁体２８ａの閉位置（初期位置）を規制するストッパ３２が設けられている。コイルばね２８ｂは、弁体２８ａを開位置から閉位置に向かう方向に付勢している。また、コイルばね２８ｂは、弁体２８ａが閉位置にあるとき、所定の縮み量で縮み変形している。弁体２８ａには、閉位置から開位置に向かう方向（反付勢方向）に、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが作用する。コイルばね２８ｂの付勢力は、フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇して所定の圧力Ｐ’に達したときに弁体２８ａが反付勢方向へのスライド移動を開始するように調節されている。

弁体２８ａが閉位置にあるとき、上流部６ｄと下流部６ｅとの間は弁体２８ａによって閉塞されており、排油弁２８は閉状態となっている。フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇して圧力Ｐ’に達すると、弁体２８ａに作用する油圧Ｐがコイルばね２８ｂによる付勢力に打ち勝ち、弁体２８ａが閉位置から開位置に向かう方向にスライド移動を開始する。これにより、上流部６ｄと下流部６ｅとが連通し、排油弁２８は開状態となる。油圧Ｐが大きくなるほどコイルばね２８ｂの縮み量が大きくなり、排油弁２８の開度が大きくなる。

図６は、本実施の形態の変形例に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。図５に示した上述の構成では、排油弁２８の弁体２８ａの移動方向が水平方向であるが、図６に示す構成のように弁体２８ａの移動方向は鉛直方向であってもよい。なお、図６に示す構成において、弁体２８ａに対して閉位置から開位置に向かう方向に油圧Ｐが作用しやすいように、弁体２８ａの上面をフレーム内空間６ｃ側に傾斜させるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクロール流体機械は、排油弁２８は、弁体２８ａとコイルばね２８ｂとを有し、弁体２８ａは、排油孔６ｂを閉状態にする閉位置と、排油孔６ｂを開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、コイルばね２８ｂは、開位置から閉位置に向かう方向に弁体２８ａを付勢するものであり、弁体２８ａには、閉位置から開位置に向かう方向に油圧Ｐが作用するものであることを特徴とする。

この構成によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、排油弁２８の構成を簡素化することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機について説明する。図７は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。なお、実施の形態１のスクロール圧縮機と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７に示すように、本実施の形態の排油弁２８は、上下方向にスライド自在な弁体２８ａを有している。排油孔６ｂは全体として水平方向に延伸しており、フレーム内空間６ｃ側に設けられた上流部６ｄと、油受２７側に設けられた下流部６ｅと、を有している。弁体２８ａは、排油孔６ｂの上流部６ｄと下流部６ｅとの間に設けられている。弁体２８ａの上方には、当該弁体２８ａを上下方向（例えば、鉛直上下方向）にスライド移動させることが可能な縦穴２８ｃが形成されている。弁体２８ａは、排油孔６ｂを閉状態にする下方の閉位置と、排油孔６ｂを開状態にする上方の開位置とを少なくともとるものであり、弁体２８ａの位置によって排油孔６ｂの開度が変化するようになっている。縦穴２８ｃ内の空間と、フレーム６の外部（本例では、油受２７内の空間）との間は、均圧孔３３を介して連通している。これにより、縦穴２８ｃ内の空間の圧力Ｐ_０は、フレーム６の外部（例えば、密閉容器６０内の吸入空間）の圧力と均圧されている。

弁体２８ａの断面積をＡとすると、弁体２８ａには、自重Ｆと上面に作用する圧力Ｐ_０とによって、開位置から閉位置に向かう下向きの力（Ｆ＋Ｐ_０×Ａ）が加えられる。また、弁体２８ａには、下面に作用するフレーム内空間６ｃの油圧Ｐによって、閉位置から開位置に向かう上向きの力（Ｐ×Ａ）が加えられるようになっている。フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが低いときには、上向きの力よりも下向きの力の方が大きくなるため、弁体２８ａは下方の閉位置に位置している。この状態では、上流部６ｄと下流部６ｅとの間は弁体２８ａによって閉塞され、排油弁２８は閉状態となっている。フレーム内空間６ｃの油圧Ｐが上昇し、圧力（Ｐ_０＋Ｆ／Ａ）に達すると、下向きの力よりも上向きの力の方が大きくなるため、弁体２８ａが縦穴２８ｃ上方にスライド移動する。これにより、上流部６ｄと下流部６ｅとが連通し、排油弁２８は開状態となる。油圧Ｐが大きいほど弁体２８ａがより上方にスライド移動するため、排油弁２８の開度は、油圧Ｐが大きくなるほど大きくなる。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクロール流体機械は、排油弁２８は、弁体２８ａを有し、弁体２８ａは、排油孔６ｂを閉状態にする閉位置と、閉位置よりも上方に位置し、排油孔６ｂを開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、弁体２８ａには、開位置から閉位置に向かう方向に重力が作用するとともに、閉位置から開位置に向かう方向に油圧Ｐが作用するものであることを特徴とする。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機について説明する。図８は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。なお、実施の形態１のスクロール圧縮機と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図８に示すように、本実施の形態は、常時開放されている排油孔６ａ（及び排油パイプ８ａ）が設けられていない点に特徴を有している。すなわち、本実施の形態では、フレーム内空間６ｃに溜められた油のうちの余剰分は、排油弁２８が設けられた排油孔６ｂからのみフレーム６外に排出されるようになっている。排油孔６ｂから排出された油は、油受２７で受けられ、排油パイプ８ｂを通って油溜め１８に戻る。なお、本例の排油弁２８は、実施の形態１と同様のリード弁構造を有しているが、実施の形態２又は３と同様の構成を有していてもよい。また、排油孔６ｂは複数設けられていてもよく、複数の排油孔６ｂの全てに排油弁２８を設けるようにしてもよい。

実施の形態５．
本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機について説明する。図９は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機の一部を拡大して示す断面図である。なお、実施の形態１のスクロール圧縮機と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図９に示すように、本実施の形態では、排油弁２８が設けられた排油孔６ｂと、常時開放されている排油孔６ａとが設けられており、排油孔６ｂから排出された油だけでなく排油孔６ａから排出された油も油受２７で受けるようになっている。油受２７で受けられた油は、排油パイプ８ｂを通って油溜め１８に戻る。常時開放されている排油孔６ａは、複数設けられていてもよい。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態では、スクロール流体機械としてスクロール圧縮機を例に挙げたが、本発明はスクロールポンプ等の他のスクロール流体機械にも適用可能である。

上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１吐出管、２マフラー、３吐出チャンバ、４固定スクロール、４ａ、５ａ鏡板、４ｂ、５ｂ渦巻部、５揺動スクロール、６フレーム、６ａ、６ｂ排油孔、６ｃフレーム内空間、６ｄ上流部、６ｅ下流部、７吸入管、８ａ、８ｂ排油パイプ、９バランサカバー、１０第１バランサ、１１ステータ、１２ロータ、１３第２バランサ、１４主軸、１４ａ給油縦孔、１４ｂ、１４ｃ給油横孔、１５サブフレーム、１６ボールベアリング、１７オイルポンプ、１８油溜め、１９主軸受、２０スリーブ、２１揺動軸受、２２スライダ、２３オルダム継手、２４アッパーシェル、２５ミドルシェル、２６ロアーシェル、２７油受、２８排油弁、２８ａ弁体、２８ｂコイルばね、２８ｃ縦穴、２９偏心軸部、３０吐出ポート、３１スラスト軸受、３２ストッパ、３３均圧孔、４０圧縮機構部、５０電動機部、６０密閉容器（容器）。

本発明に係るスクロール流体機械は、吸入管が接続された容器と、前記容器内に設けられ、圧縮室を形成する固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールを揺動自在に支持するフレームと、前記フレームと前記揺動スクロールとの間に形成されたフレーム内空間と、前記揺動スクロールに駆動力を伝達する主軸と、前記フレームを貫通して設けられ、前記フレーム内空間の余剰の油を前記吸入管から低圧冷媒が吸入された前記容器内に排出する排油孔と、前記排油孔に設けられ、前記フレーム内空間の油圧に基づいて前記排油孔を開閉する排油弁と、を有することを特徴とするものである。

本発明に係るスクロール流体機械は、吸入管が接続された容器と、前記容器内に設けられ、圧縮室を形成する固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールを揺動自在に支持するフレームと、前記フレームと前記揺動スクロールとの間に形成されたフレーム内空間と、前記揺動スクロールに駆動力を伝達する主軸と、前記フレームを貫通して設けられ、前記フレーム内空間の余剰の油を前記吸入管から低圧冷媒が吸入された前記容器内に排出する排油孔と、前記排油孔に設けられ、前記フレーム内空間の油圧に基づいて前記排油孔を開閉する排油弁と、を有し、前記排油弁は、弁体を有し、前記弁体は、前記排油孔を閉状態にする閉位置と、前記閉位置よりも上方に位置し、前記排油孔を開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、前記弁体には、前記開位置から前記閉位置に向かう方向に重力が作用するとともに、前記閉位置から前記開位置に向かう方向に前記油圧が作用するものであることを特徴とするものである。

Claims

容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを揺動自在に支持するフレームと、
前記フレームと前記揺動スクロールとの間に形成されたフレーム内空間と、
前記揺動スクロールに駆動力を伝達する主軸と、
前記フレームを貫通して設けられ、前記フレーム内空間の余剰の油を前記フレーム外に排出する排油孔と、
前記排油孔に設けられ、前記フレーム内空間の油圧に基づいて前記排油孔を開閉する排油弁と、を有することを特徴とするスクロール流体機械。
前記排油弁は、前記油圧により開閉するリード弁構造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流体機械。
前記排油弁は、弁体とコイルばねとを有し、
前記弁体は、前記排油孔を閉状態にする閉位置と、前記排油孔を開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、
前記コイルばねは、前記開位置から前記閉位置に向かう方向に前記弁体を付勢するものであり、
前記弁体には、前記閉位置から前記開位置に向かう方向に前記油圧が作用するものであることを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
前記排油弁は、弁体を有し、
前記弁体は、前記排油孔を閉状態にする閉位置と、前記閉位置よりも上方に位置し、前記排油孔を開状態にする開位置とを少なくともとるものであり、
前記弁体には、前記開位置から前記閉位置に向かう方向に重力が作用するとともに、前記閉位置から前記開位置に向かう方向に前記油圧が作用するものであることを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
前記フレームの外側に取り付けられ、前記排油孔から排出された油を受ける油受と、
前記油受と前記容器の底部との間に設けられ、前記油受で受けた油を前記容器の底部に戻す排油パイプと、をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクロール流体機械。
前記排油孔とは別に、前記フレーム内空間の余剰の油を前記フレーム外に排出する第２の排油孔をさらに有し、
前記第２の排油孔は、常時開放されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスクロール流体機械。
前記排油孔の全てに前記排油弁が設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスクロール流体機械。