(57)【要約】【課題】冬季等において吸入室と背圧室の圧力差が大きい場合でも、スムーズな可動スクロールの旋回運動を可能とし、エネルギー的にロスが少なく、運転効率を高め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】可動スクロール３４と、メインフレーム１８と、メインフレーム１８の上端側に一体成形された環状壁５と、固定スクロール３６とを備え、固定スクロール３６に対し可動スクロール３４が公転旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体を圧縮しつつ吸入から吐出の一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械において、可動スクロールの外周面と環状壁との間には潤滑油が充填されており、可動スクロール３４の上端縁が、可動スクロール３４の下端縁より中心寄りに形成されていて、前記可動スクロール側面の上端縁は、下端縁より中心寄りに位置している。【選択図】図２
2010159664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内を延び、該容器に回転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成形されるクランクピンと、
該クランクピンと軸受けを介して連結されて前記回転軸の回転とともに公転旋回運動される可動スクロールと、
前記回転軸と軸受けを介して連結されるメインフレームと、
該メインフレームの上端側に一体成形されて前記可動スクロールの外周面の外側を覆う環状壁と、
該環状壁上に載置して固定される固定スクロールと、
前記可動スクロールと前記固定スクロールとの対向面にそれぞれ突設されて互いに噛み合う可動側渦巻きラップ及び固定側渦巻きラップとを備え、
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、潤滑油を含む作動流体を前記可動側渦巻きラップと前記固定側渦巻きラップとで中心に向けて圧縮しつつ吸入から吐出の一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械において、
前記可動スクロールの外周面と前記環状壁との間には前記潤滑油が充填され、
前記可動スクロールの上端縁が、前記可動スクロールの下端縁より中心寄りに形成されていて、前記可動スクロール側面の上端縁は、下端縁より中心寄りに位置していることを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記環状壁の内側上端縁が、前記環状壁の内側下端縁よりも中心寄りに形成されてい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】
前記可動スクロールの外側面及び前記環状壁の内側面は、断面直線状に傾斜して互いに平行に形成されてい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。
【請求項４】
前記可動スクロールの外側面は、断面凹曲線状に凹んで形成されていることを特徴とする請求項１又は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関し、特に作動流体の高低圧差の影響を低減できるスクロール型流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクロール型流体機械には、作動流体（例えば冷媒）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渦巻きラップが立設されている各スクロールを備えている。可動スクロールの背面にはボスが形成されていて、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。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により、自転することなく、メイン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。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。
【０００３】
ところで、このようなスクロール型流体機械では、可動スクロールが公転旋回運動している際、可動スクロール上面と固定スクロール下面は互いに摺接している（例えば特許文献１参照）。そして、この摺接動作をスムーズに行うために、対向する両面は鏡面仕上げされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１１６４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、冬季等、外気温度が低いときはスクロールユニットに供給する作動流体が低圧になる。スクロール圧縮室内の圧縮反力は、中心部分のみが吐出圧力となることで他の季節よりも小さい。このため、可動スクロールを固定スクロールに押しつける力が過大となる。また、冬季条件では、低圧圧力の低下により冷媒循環量が低下するため、圧縮機の回転数の増加が必要である。
【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、冬季等において吸入室と背圧室の圧力差が大きい場合でも、スムーズな可動スクロールの旋回運動を可能とし、エネルギー的にロスが少なく、運転効率を高め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】
【０００７】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、容器内を延び、該容器に回転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成形されるクランクピンと、該クランクピンと軸受けを介して連結されて前記回転軸の回転とともに公転旋回運動される可動スクロールと、前記回転軸と軸受けを介して連結されるメインフレームと、該メインフレームの上端側に一体成形されて前記可動スクロールの外周面の外側を覆う環状壁と、該環状壁上に載置して固定される固定スクロールと、前記可動スクロールと前記固定スクロールとの対向面にそれぞれ突設されて互いに噛み合う可動側渦巻きラップ及び固定側渦巻きラップとを備え、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、潤滑油を含む作動流体を前記可動側渦巻きラップと前記固定側渦巻きラップとで中心に向けて圧縮しつつ吸入から吐出の一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械において、前記可動スクロールの外周面と前記環状壁との間には前記潤滑油が充填され、前記可動スクロールの上端縁が、前記可動スクロールの下端縁より中心寄りに形成されていて、前記可動スクロール側面の上端縁は、下端縁より中心寄りに位置していることを特徴とするスクロール型流体機械を提供する。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記環状壁の内側上端縁が、前記環状壁の内側下端縁よりも中心寄り内側に形成されていることを特徴としている。
請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記可動スクロールの外側面及び前記環状壁の内側面は、断面直線状に傾斜して互いに平行に形成されていることを特徴としている。
【０００９】
請求項４の発明では、請求項１又は２の発明において、前記可動スクロールの外側面は、断面凹曲線状に凹んで形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、可動スクロールの上端縁が、可動スクロールの下端縁より内側に形成されていて、可動スクロールの側面は、上端縁と下端縁を結ぶ直線より中心寄りに形成されているため、可動スクロールが公転旋回運動中に、可動スクロールの外周に配置しているメインフレームの環状壁と可動スクロールの外側面との間に充填される潤滑油によって、可動スクロールを下側に押し下げる力が発生する。これにより、吸入室と背圧室の圧力差が大きい場合でも、高圧の背圧により可動スクロールが固定スクロールに強く押圧されて摺動抵抗が高まって運転効率が低下することを抑制できる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、環状壁の内側上端縁が、環状壁の内側下端縁よりも中心寄りに形成されているため、可動スクロール上端縁と環状壁との間の空間の一部を剛体からなる環状壁で形成することになり、可動スクロールを下側に押し下げる力をさらに大きくすることができる。
請求項３の発明によれば、可動スクロールの外側面及び環状壁の内側面は、断面直線状に傾斜して互いに平行に形成されているため、可動スクロールが公転旋回運動中に環状壁の内壁面から可動スクロールの外側面への潤滑油を介した押し下げ方向を可動スクロールの外側面に対して略垂直に揃えることができ、効率よく可動スクロールを下側に押圧しながらスクロール運動させることができる。
【００１２】
請求項４の発明によれば、可動スクロールの外側面は、断面凹曲線状に凹んで形成されているため、潤滑油をこの凹曲面内に溜め込むことができ、効率よく可動スクロールを下側に押し下げる押圧力を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係るスクロール型流体機械の概略断面図である。
【図２】図１のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
【図３】本発明に係るスクロール型流体機械の別のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
【図４】本発明に係るスクロール型流体機械のさらに別のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明に係るスクロール型流体機械の概略断面図である。図２は、図１のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
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器等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。
【００１５】
同図に示すように、この圧縮機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。
【００１６】
胴部４内には電動モータ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の上端側は軸受１７を介してメインフレーム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を介してサブフレーム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、すなわちハウジンク２の底部に形成された貯油室２６内の潤滑油３を吸引する。この潤滑油３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。
【００１７】
なお、貯油室２６の潤滑油３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３の油面に作用することも給油路２８における潤滑油３の上昇に寄与する。これより、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、サブフレーム２２の適宜位置には潤滑油３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３は、導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。
【００１８】
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、各スクロール３４、３６には、それぞれ対向する面に可動側渦巻きラップ３４ａ、固定側渦巻きラップ３６ａが各々一体立設されている。これら渦巻きラップ３４ａ、３６ａ間に圧縮室３９を形成している。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、渦巻きラップ３４ａ、３６ａが互いに噛み合い、協働して吸入室３７から吸入管１０を介して冷媒が当該圧縮室３９に吸入され、圧縮室３９が渦巻きラップ３４ａ、３６ａの中心（軸心）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。
【００１９】
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の頂面と固定スクロール３６の対向面及び渦巻きラップ３６ａの頂面と可動スクロール３４の対向面が微少隙間を有して噛み合いながら圧縮室３９の容積が減少し、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。圧縮された冷媒は、固定スクロール３６を貫通する吐出孔５６を通る。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。
【００２０】
そして、固定スクロール３６及びメインフレーム１８には、外周部分に位置して冷媒通路（図示せず）が軸線方向に延びて貫通している。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を経てハウジング２内を循環可能である。
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の回転に伴いメインフレーム１８上にて可動スクロール３４を公転旋回運動させる。なお、可動スクロール３４の自転は回転防止ピン（不図示）により阻止されている。
【００２１】
固定スクロール３６はメインフレーム１８の上端側に一体成形されて可動スクロール３４の外周面の外側を覆う環状壁５に固定され、上蓋６に形成される吐出室５４側と圧縮室３９側とを仕切っている。詳しくは、環状壁５は、回転軸１６と同心円状に円筒状に形成され、固定スクロール３６は当該環状壁５の上縁に接合されている。
このように固定スクロール３６が当該環状壁５の上縁に接合されていることにより、固定スクロール３６とメインフレーム１８で形成される空間は、可動スクロール３４の摺動する旋回摺動領域となる。
【００２２】
可動スクロール３４の下面３４ｂとメインフレーム１８の上面との間に背圧室４６が形成されている。背圧室４６には、オイルシールリング７が備えられている。このオイルシールリング７は、潤滑油３の流れを一定量制限するものである。したがって、このオイルシールリング７より内側の空間には、給油路２８から吐出された高圧の潤滑油３が充填され、オイルシールリング７より外側の空間には、中間圧の潤滑油３が充填される。これにより、背圧室４６は潤滑油３の圧力を背圧として可動スクロール３４を固定スクロール３６側に押圧し、圧縮室３９の密閉性を確保し、圧縮不良を防いでいる。
【００２３】
可動スクロール３４の上端縁は、下端縁より内側（中心寄り）に形成されている。詳しくは、可動スクロール３４の外側面には下端縁から上端縁に向けて内側に直線状に傾斜したテーパ面３４ｃが形成されている。さらに、環状壁５の内側面は、テーパ面３４ｃと平行になるように、下端縁よりも上端縁が内側になるように直線状に傾斜したテーパ面５ａが形成されている。これにより、可動スクロール３４が公転旋回運動中に、可動スクロール３４の外周に配置しているメインフレーム１８の環状壁５と可動スクロール３４の外側面との間に充填される作動流体によって、可動スクロール３４を下側に押し下げる力が発生する。すなわち、テーパ面３４ｃに対して略垂直方向に押し下げる力が発生する。
【００２４】
したがって、冬季等、可動スクロール３４が高速回転を必要とする場合、すなわち吸入室３７と背圧室４６の圧力差が大きい場合でも、高圧の背圧により可動スクロール３４が固定スクロール３６に強く押圧されて摺動抵抗が高まって運転効率が低下することを抑制できる。また、テーパ面３４ｃ及び５ａを平行にすることにより、可動スクロール３４と環状壁５との間の空間が、剛体で占められる割合が大きくなるので、可動スクロール３４を下側に押し下げる力をさらに大きくすることができる。
【００２５】
さらに、可動スクロール３４が公転旋回運動中に環状壁５の内壁面から可動スクロール３４の外側面への作動流体を介した押し下げ方向をテーパ面３４ｃに対して略垂直に揃えることができ、効率よく可動スクロールを下側に押圧しながらスクロール運動させることができる。
図３は、本発明に係るスクロール型流体機械の別のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
【００２６】
図示したように、環状壁５は、従来と同様に断面垂直に立設され、内側面も回転軸１６と平行に形成されている。このような構成によっても、可動スクロール３４の外側面と環状壁５の内側面との間の空間に充填される作動流体により、テーパ面３４ｃは押圧され、可動スクロール３４を下側に押し下げる力を発生させることができる。その他の構成、作用、効果は図２と同様である。
【００２７】
図４は、本発明に係るスクロール型流体機械のさらに別のスクロールユニット近傍の拡大概略断面図である。
図示したように、可動スクロール３４の外側面３４ｄは、断面凹曲線状に凹んで形成されている。これにより、作動流体をこの凹曲面内に溜め込むことができ、効率よく可動スクロール３４を下側に押し下げる押圧力を発生させることができる。その他の構成、作用、効果は図２と同様である。
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１  圧縮機
２  ハウジング
３  潤滑油
５  環状壁
５ａ  環状壁の内側面
７  オイルシールリング
１１  高圧室
１３  中間圧室
１５  連通路
１８  メインフレーム
３０  スクロールユニット
３４  可動スクロール
３４ｂ  可動スクロールの背面（下面）
３４ｃ  テーパ面
３４ｄ  可動スクロールの外側面
３６  固定スクロール
３６ｂ  固定スクロールの背面（上面）
３６ｃ  固定側鏡板面
４６  背圧室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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