(57)【要約】【課題】スクロールユニットの信頼性を確保しつつ、可動スクロールの背圧の適正化を図って可動スクロールの転覆を効果的に防止し、その圧縮効率を改善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】スクロール型流体機械(1)は、可動スクロール(22)の鏡板(26)の背面(26b)の中央部にスクロールユニット(14)を潤滑する潤滑油により作動流体の吐出圧が作用する高圧が付与された高圧室(48)と、高圧室との間を仕切って可動スクロールの鏡板の背面の外周部に高圧室よりも減圧された背圧室(50)を形成するシールリング(52)とを備え、シールリングは、平面視にて可動スクロールのラップ(30)の外周側に形成される外周側圧縮室(36a)の最外周側の所定範囲に対応する位置に一部が膨らんだ膨成部(58)を有する。【選択図】図２
2010007550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各鏡板に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される非対称の固定スクロール及び可動スクロールから構成され、前記固定スクロールに対し前記可動スクロールが公転旋回運動することにより、前記各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室が鏡板中心部に向けてその容積を減少させながら移動するスクロールユニットと、
前記可動スクロールの前記鏡板の背面の中央部に形成され、前記スクロールユニットを潤滑する潤滑油により作動流体の吐出圧が作用する高圧が付与される高圧室と、
前記高圧室との間を仕切るように配設され、前記可動スクロールの前記鏡板の前記背面の外周部に前記高圧室よりも減圧された背圧室を形成するシールリングとを備え、
前記シールリングは、平面視にて前記可動スクロールの前記ラップの外周側に形成される外周側圧縮室の最外周側の所定範囲に対応する位置に、一部が外方に膨らんだ膨成部を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記膨成部は、作動流体の吸入圧が作用する吸入室近傍の前記可動スクロールの前記ラップの閉じ込み終わりを前記可動スクロールの公転旋回運動の基準点としたとき、この基準点から前記可動スクロールの公転旋回運動の位相が７０°近傍となり、前記固定スクロールの前記ラップと前記可動スクロールの前記ラップとの離間距離が最大となる位置に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。
【請求項３】
前記膨成部は、それぞれ所定の曲率半径を有する複数の円弧部が滑らかに連続してなることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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機に組み込まれて好適なスクロール型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクロール型流体機械は、例えば密閉型スクロール圧縮機は、各鏡板に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される非対称の固定スクロール及び可動スクロールから構成され、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、これら各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、この圧縮室が鏡板中心部に向けてその容積を減少させながら移動するスクロールユニットを備えている。
【０００３】
そして、固定スクロールの鏡板に作動流体の吸入圧が作用する吸入室と、可動スクロールの鏡板の背面の中央部に前記スクロールユニットを潤滑する潤滑油により作動流体の吐出圧が作用する高圧が付与された高圧室と、高圧室との間を仕切って可動スクロールの鏡板の背面の外周部に高圧室よりも減圧された背圧室を形成する環状のシール部とを備え、シール部に吸入室と連通する凹部を設けることにより可動スクロールの背圧力を吸入室の圧力より相対的に高めて可動スクロールの転覆を抑制する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／０３８２５４号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術では、シール部、即ち固定スクロールの鏡板に可動スクロールが摺動する摺動面に凹部たる溝が形成されるため、固定スクロールの鏡板における可動スクロールの摺動面積が減少し、スクロールユニットの円滑な作動にとって好ましくない。
また、吸入室の作動ガスが潤滑油により加熱されてその密度が低下し、スクロールユニットの圧縮効率の低下を招くおそれもある。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、スクロールユニットの信頼性を確保しつつ、可動スクロールの背圧の適正化を図って可動スクロールの転覆を効果的に防止し、その圧縮効率を改善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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、各鏡板に渦巻状のラップが対をなしてそれぞれ立設される非対称の固定スクロール及び可動スクロールから構成され、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、各ラップ間に作動流体の圧縮室を形成し、該圧縮室が鏡板中心部に向けてその容積を減少させながら移動するスクロールユニットと、可動スクロールの鏡板の背面の中央部に形成され、スクロールユニットを潤滑する潤滑油により作動流体の吐出圧が作用する高圧が付与される高圧室と、高圧室との間を仕切るように配設され、可動スクロールの鏡板の背面の外周部に高圧室よりも減圧された背圧室を形成するシールリングとを備え、シールリングは、平面視にて可動スクロールのラップの外周側に形成される外周側圧縮室の最外周側の所定範囲に対応する位置に、一部が外方に膨らんだ膨成部を有することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、膨成部は、作動流体の吸入圧が作用する吸入室近傍の可動スクロールのラップの閉じ込み終わりを可動スクロールの公転旋回運動の基準点としたとき、この基準点から可動スクロールの公転旋回運動の位相が７０°近傍となり、固定スクロールのラップと可動スクロールのラップとの離間距離が最大となる位置に形成されることを特徴としている。
【０００８】
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、膨成部は、それぞれ所定の曲率半径を有する複数の円弧部が滑らかに連続してなることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、シールリングは、平面視にて可動スクロールのラップの外周側に形成される外周側圧縮室の最外周側の所定範囲に対応する位置に、一部が外方に膨らんだ膨成部を有する。これにより、膨成部を形成するだけの簡易な構成で高圧室を拡大し、外周側圧縮室に高圧圧力を背圧として付与することができるため、可動スクロールの摺動面積を減じることなく、また、スクロールユニットの圧縮効率の低下を招くことなく、スクロールユニットの信頼性を確保しつつ、可動スクロールの背圧の適正化を図って可動スクロールの転覆を効果的に防止し、スクロール型流体機械の圧縮効率を改善することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、膨成部は、吸入室近傍の可動スクロールのラップの閉じ込み終わりを可動スクロールの公転旋回運動の基準点としたとき、この基準点から可動スクロールの公転旋回運動の位相が７０°近傍となり、固定スクロールのラップと可動スクロールのラップとの離間距離が最大となる位置に形成される。これにより、平面視にて可動スクロールの最外周側の外周側圧縮室に略合致する位置に膨成部が形成されるため、特に圧縮室と背圧室との圧縮比が低下する、スクロール型流体機械の低圧縮比運転における可動スクロールの転覆を効果的に防止することができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明によれば、膨成部は、それぞれ所定の曲率半径を有する複数の円弧部が滑らかに連続してなることにより、可動スクロールの最外周側の外周側圧縮室にピンポイントに膨成部を位置づけることができるため、可動スクロールの転覆を更に効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
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、本実施形態に係るスクロール型流体機械の一例として、密閉型スクロール圧縮機の縦断面図を示しており、この圧縮機１は冷凍空調機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、冷媒と称する）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。
【００１３】
圧縮機１はシェル２を備え、シェル２の円筒胴部をなすセンターシェル４は、その上側及び下側がトップシェル６及びボトムシェル８によってそれぞれ気密に嵌合され、センターシェル４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。センターシェル４に形成される冷媒の吸入室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、トップシェル６の適宜位置には、シェル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。
【００１４】
センターシェル４には、上から順にスクロールユニット１４、電動モータ１６、ポンプユニット１８が収容され、電動モータ１６内には回転軸２０が配置されており、回転軸２０は電動モータ１６への通電によって回転駆動される。
回転軸２０は、その上端側がスクロールユニット１４に、その下端側がポンプユニット１８に連結されており、回転軸２０が電動モータ１６によって回転駆動されることにより、スクロールユニット１４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。
【００１５】
詳しくは、スクロールユニット１４は非対称となる可動スクロール２２及び固定スクロール２４から構成され、可動スクロール２２は鏡板２６を備え、この鏡板２６の鏡板面２６ａには固定スクロール２４の鏡板２８に向けて延びる渦巻き状のラップ３０が立設され、一方、固定スクロール２４の鏡板２８の鏡板面２８ａにも鏡板２６に向けて延びる渦巻き状のラップ３２が立設されている。
【００１６】
そして、これらラップ３０，３２は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、これらを互いに対をなして配置し協働させることにより、鏡板２８において吸入管１０が接続された冷媒の吸入室３４から冷媒を吸入してラップ３０，３２の間に圧縮室３６を形成する。
吸入室３４は、固定スクロール２４の鏡板２８に鏡板面２６ａに面して形成され、冷媒の吸入圧Ｐｓが作用し、一方、圧縮室３６は、固定スクロール２４に対する可動スクロール２２の公転旋回運動により、鏡板２８，４０の中心部に向けてその容積を減少させながら移動する。
【００１７】
可動スクロール２２に公転旋回運動を付与するため、鏡板２６の背面２６ｂ側にはボス３８が形成され、ボス３８は軸受を介して回転軸２０の上端側に一体形成される偏心軸４０に回転自在に支持されている。なお、可動スクロール２２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。
これに対し固定スクロール２４は、センターシェル４の内側に固定されるメインフレーム４２に支持、固定されており、固定スクロール２４の中央部分には圧縮室３６に連通可能な吐出孔４４が穿設されている。
【００１８】
一方、ポンプユニット１８は、ボトムシェル８の内側に貯油された潤滑油を吸引し、吸引された潤滑油は回転軸２０内に穿孔された油路４６を経て回転軸２０の上端から電動モータ１６やスクロールユニット１４等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールや潤滑に寄与する。
詳しくは、冷媒の吐出圧が作用して高温高圧をなす潤滑油は、油路４６を経て回転軸２０の上端から回転軸２０に沿って電動モータ１６側に流下される一方、可動スクロール２２の鏡板２６の背面２６ｂの中央部に供給されて潤滑油の高圧室４８を形成する。
【００１９】
背面２６ｂとメインフレーム４２との間には、高圧室４８との間を仕切って背面２６ｂの外周部に高圧室４８よりも減圧された背圧室５０を形成するシールリング５２が配置されている。高圧室４８からシールリング５２を跨いで背圧室５０に供給された潤滑油は、鏡板２６の外周面２６ｃとメインフレーム４２との間の間隙５４を経た後に、固定スクロール２４に対し摺動する可動スクロール２２の鏡板２６に形成される摺動面５６に供給される。
【００２０】
上述した圧縮機１によれば、回転軸２０の回転に伴って可動スクロール２２が自転することなく公転旋回運動することにより、吸入管１０を介してスクロールユニット１４に吸入された冷媒は圧縮室３６を形成し、圧縮室３６内の冷媒はスクロールユニット１４の中心に向けて移動されながら圧縮された後に吐出孔４４よりシェル２内に吐出され、シェル２内を循環した後に吐出管１２を介して圧縮機１外へ送出される。
【００２１】
ところで、本実施形態のシールリング５２は完全な円環状ではなく、平面視にて一部が拡径されて膨らんだ膨成部５８を有する異形をなしている。
詳しくは、図２の、図１のＡ−Ａ方向からみたスクロールユニット１４の平面図を参照すると、膨成部５８は、吸入室３４近傍の内周側圧縮室３６ｂの閉じ込み終わりを可動スクロール２２の公転旋回運動の基準点Ｐとしたとき、この基準点Ｐから可動スクロール２２の公転旋回中心Ｃを中心とした公転旋回運動の位相が７０°近傍となり、固定スクロール２４のラップ３２と可動スクロール２２のラップ３０との離間距離が最大となる位置に形成され、この位置は、可動スクロール２２の公転旋回運動に伴い形成される圧縮室３６のうち、平面視にて可動スクロール２２の最外周側に位置する外周側圧縮室３６ａの位置と略合致するように対応している。
【００２２】
図３の、図２のＢ−Ｂ方向からみたスクロールユニット１４の要部断面図に示されるように、シールリング５２は、その膨成部５８によりシールリング５２が円環状である場合（膨成部５８と重なる位置に点線で示す）に比して背圧室５０における高圧室４８の領域が可動スクロール２２の外周側に拡大され、外周側圧縮室３６ａによるスラスト荷重Ｆｓを膨成部５８、及び高圧室４８による可動スクロール２２の背圧力Ｆｂで支持している。
【００２３】
以上のように、本実施形態では、シールリング５２に膨成部５８を形成するだけの簡易な構成で高圧室４８を拡大し、外周側圧縮室３６ａに高圧圧力を背圧として付与することができるため、可動スクロール２２の摺動面５６の面積を減じることなく、また、スクロールユニット１４の圧縮効率の低下を招くことなく、スクロールユニット１４の信頼性を確保しつつ、可動スクロール２２の背圧の適正化を図って可動スクロール２２の転覆を効果的に防止し、圧縮機１の圧縮効率を改善することができる。
【００２４】
特に、平面視にて可動スクロール２２の最外周側の外周側圧縮室３６ａに略合致する位置に膨成部５８が形成されるため、圧縮室３６と背圧室５０との圧縮比が低下する、圧縮機１の低圧縮比運転における可動スクロール２２の転覆を効果的に防止することができる。
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。
【００２５】
例えば、上記実施形態では、図２に示されるように、シールリング５２は平面視にて一部が拡径されて、くびれなく膨らんだ膨成部５８を有する形状をなしているが、この形状に限らず、それぞれ所定の曲率半径を有する複数の円弧部が滑らかに連続するような、例えば、くびれがある突起形状をなすものや、卵形形状から形成しても良い。この場合には、可動スクロール２２の最外周側の外周側圧縮室３６ａにピンポイントに膨成部５８を位置づけることができるため、可動スクロール２２の転覆を更に効果的に防止することができて好ましい。
【００２６】
また、上記実施形態では、冷凍空調機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二酸化炭素冷媒を使用した密閉型スクロールの圧縮機１について説明しているが、本発明はこれに限らず種々の作動流体を使用した、種々の分野における圧縮機又は膨脹機等の流体機械に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみたスクロールユニットの平面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ方向からみたスクロールユニットの要部断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    密閉型スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
１４    スクロールユニット
２２    可動スクロール
２４    固定スクロール
２６    鏡板
２６ｂ    背面
２８    鏡板
３０    ラップ
３２    ラップ
３４    吸入室
３６    圧縮室
３６ａ    外周側圧縮室
３６ｂ    内周側圧縮室
４８    高圧室
５０    背圧室
５２    シールリング
５８    膨成部
【図１】
2010007550.tif 000003
【図２】
2010007550.tif 000004
【図３】
2010007550.tif 000005