(57)【要約】【課題】背圧調整機構を簡素化して流体機械の生産性と圧縮効率との両方を向上することができる流体機械を提供する。【解決手段】油路(24)に配置され、高圧室(86)の圧力よりも低圧且つ低圧室(80)よりも高圧の中間圧となる背圧室(88)を形成し、該低圧室の圧力に応じて該背圧室から該低圧室に向けて潤滑油を供給しつつ該背圧室の圧力を調整する背圧調整機構(96)を備え、背圧調整機構は、可動スクロール(52)の公転旋回運動に伴い背圧室を低圧室と間歇的に連通させるべく、可動スクロールの正面(90)に形成され、該可動スクロールの外周側に開口するとともに低圧室に向けて凹設される連通溝(92)を含む。【選択図】図２
2008196370.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内を延び、該ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、
前記ハウジング内に設けられ、該ハウジングと一体に設けられた固定スクロール及び前記回転軸により駆動されて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、作動流体の吸入、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と、
前記ハウジング内に収容され、前記可動スクロールを公転旋回運動可能に支持するフレームと、
前記ハウジング内に設けられ、前記回転軸の軸心側において作動流体の吐出圧が作用する高圧室から、前記可動スクロールの背面と前記フレームとの間、及び該可動スクロールの外周側を経て作動流体の吸入圧が作用する低圧室に向けて構成される油路と、
前記油路に配置され、前記高圧室の圧力よりも低圧且つ前記低圧室よりも高圧の中間圧となる背圧室を形成し、該低圧室の圧力に応じて該背圧室から該低圧室に向けて潤滑油を供給しつつ該背圧室の圧力を調整する背圧調整機構とを備え、
前記背圧調整機構は、前記可動スクロールの正面に該可動スクロールの外周側に開口するとともに前記低圧室に向け延びて凹設され、前記可動スクロールの公転旋回運動に伴い前記背圧室を前記低圧室と間歇的に連通させる連通溝を含むことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記背圧調整機構は、前記連通溝に連通し、前記可動スクロールの正面に該可動スクロールの略中心と同心円状に凹設される円周溝を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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好適な流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の流体機械、例えばスクロール圧縮機には作動流体の吸入、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ハウジング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、可動スクロールはフレーム上を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、各スクロールで形成される圧縮室の容積が減少し、上記一連のプロセスが行われる。
【０００３】
ここで、可動スクロールの背面とフレームとの間に潤滑油の油路を形成し、更に当該油路の流路を絞る減圧手段を設けることにより、可動スクロールの背面側に減圧された背圧室を形成する技術が公知である。そして、この背圧室を背圧調整弁によって冷媒の吸入室と間歇的に連通することにより、吸入室側に適正量の潤滑油を供給しながら背圧室の圧力を調整し、ユニットのシールや潤滑を好適に実施して圧縮機の圧縮効率を向上する技術が知られている。
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００２／０６１２８５号公報
【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、上記従来技術では背圧調整弁を要することから、圧縮機の生産性が低下するとの問題がある。なぜなら、上記背圧調整弁は鋼球と鋼球を押圧するばねとから構成され、これより部品点数の増加を招き、しかも、上記背圧調整弁は固定スクロールの鏡板に内蔵され、これより固定スクロールの加工が複雑になるからである。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、背圧調整機構を簡素化して流体機械の生産性と圧縮効率との両方を向上することができる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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の流体機械は、ハウジング内を延び、該ハウジングに回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内に設けられ、該ハウジングと一体に設けられた固定スクロール及び回転軸により駆動されて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、作動流体の吸入、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と、ハウジング内に収容され、可動スクロールを公転旋回運動可能に支持するフレームと、ハウジング内に設けられ、回転軸の軸心側において作動流体の吐出圧が作用する高圧室から、可動スクロールの背面とフレームとの間、及び該可動スクロールの外周側を経て作動流体の吸入圧が作用する低圧室に向けて構成される油路と、油路に配置され、高圧室の圧力よりも低圧且つ低圧室よりも高圧の中間圧となる背圧室を形成し、該低圧室の圧力に応じて該背圧室から該低圧室に向けて潤滑油を供給しつつ該背圧室の圧力を調整する背圧調整機構とを備え、背圧調整機構は、可動スクロールの正面に該可動スクロールの外周側に開口するとともに低圧室に向け延びて凹設され、可動スクロールの公転旋回運動に伴い背圧室を低圧室と間歇的に連通させる連通溝を含むことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、背圧調整機構は、連通溝に連通し、可動スクロールの正面に該可動スクロールの略中心と同心円状に凹設される円周溝を更に含むことを特徴とし、更に、請求項３記載の発明では、請求項１又は２において、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の本発明の流体機械によれば、背圧調整機構は、可動スクロールの公転旋回運動に伴い背圧室を低圧室と間歇的に連通させる連通溝を含んで構成される。この連通溝は、可動スクロールの正面において可動スクロールの外周側に開口するとともに低圧室に向け延びて凹設され、これにより、低圧室の圧力に応じて背圧室の潤滑油が低圧室に向けて供給されるため、簡単な機構で背圧室の圧力を調整することができる。従って、流体機械の圧縮効率を向上しながら、背圧調整機構が簡素化されて流体機械の生産性をも向上できる。
【０００８】
また、請求項２記載の発明によれば、連通溝と連通し、可動スクロールの正面において回転軸の略中心と同心円状に凹設される円周溝を更に含むことにより、背圧室からの潤滑油をスクロールユニットの全周に亘ってまんべんなく低圧室側へ供給することができ、背圧調整機構としての精度を向上することができる。
しかも、この円周溝は、背圧室の略全域に亘って潤滑油を滞留させる油溜としても機能し、これらにより、スクロールユニットの潤滑性が向上し、流体機械の圧縮効率を更に向上できる。
【０００９】
更に、請求項３記載の発明によれば、作動流体として二酸化炭素からなる冷媒が用いられると、流体機械は更に高圧・高回転で作動するため、流体機械の生産性及び圧縮効率を維持するためには背圧調整機構の重厚化は避けられない。しかしながら、上記構成によれば、流体機械の生産性及び圧縮効率の両方を向上しながら、簡単な機構で背圧調整機構を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る流体機械の一例である密閉型のスクロール圧縮機を示す。この圧縮機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。
【００１１】
この圧縮機１はハウジング２を備えており、ハウジング２の胴部３は、その上側及び下側が上蓋４及び下蓋５によってそれぞれ気密に嵌合されており、胴部３の内部が密閉され、吐出圧が作用している。
胴部３内には電動モータ６が収容され、このモータ６内には回転軸１２が配置されている。詳しくは、モータ６は、永久磁石を有するロータ７が回転軸１２の外周側に固定され、このロータ７の外周側には電機子巻線９を有するステータ８が配置されている。なお、ステータ８の外周側の一部分が胴部３に圧入固定される。そして、電機子巻線９が通電されると、ロータ７は電機子巻線９で発生した磁界により回転し、回転軸１２と一体的に回転する。また、回転軸１２の上端側は軸受１６を介して主軸フレーム（フレーム）１４に回転自在に支持されている。
【００１２】
一方、回転軸１２の下端側は軸受２０を介して副軸フレーム１８に回転自在に支持されている。また、回転軸１２の下端側にはオイルポンプ２２が装着されており、ポンプ２２は下蓋５の内側に形成された貯油室２３内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は回転軸１２の油路２４を経て回転軸１２の上端からモータ６やスクロールユニット３０等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。更に、このフレーム１８の適宜位置には潤滑油の導入口１９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は、後述の如く導入口１９を介して貯油室２３に貯留される。
【００１３】
上記ユニット３０は胴部３内においてモータ６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、このユニット３０は、可動スクロール５２及び固定スクロール３２から構成されており、可動スクロール５２は鏡板５４を備え、この鏡板５４には固定スクロール３２の鏡板３４に向けて延びた渦巻きラップが一体形成されている。これに対し、固定スクロール３２の鏡板３４にも鏡板５４に向けて延びる渦巻きラップが一体形成されている。そして、これら各渦巻きラップが互いに協働して圧縮室を形成し、この圧縮室は固定スクロール３２に対する可動スクロール５２の公転旋回運動により、渦巻きラップの径方向外周側から中心に向けて移動し、この際、その容積が減少される。
【００１４】
上述した可動スクロール５２に公転旋回運動を付与するため、鏡板５４の下面側にはボス６８が形成され、このボス６８は軸受２８を介して偏心軸２６に回転自在に支持される。この偏心軸２６は回転軸１２の上端側に一体形成されている。なお、可動スクロール５２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。
一方、固定スクロール３２は主軸フレーム１４に固定されており、鏡板３４が圧縮室側と吐出室６０側とを仕切っている。固定スクロール３２の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔６２が鏡板３４を貫通して穿設されており、この吐出孔６２は、固定スクロール３２の反スクロール側に配置された吐出弁６４により開閉される。また、吐出弁６４を含む固定スクロール３２の反スクロール側は吐出ヘッド６６で覆われており、この吐出ヘッド６６により、吐出弁６４の開弁時における音が抑制される。
【００１５】
上述した圧縮機１によれば、回転軸１２の回転に伴い、可動スクロール５２が自転することなく公転旋回運動する。この可動スクロール５２の公転旋回運動は、吸入パイプ７０を介して胴部３内に取り込んだ冷媒をユニット３０の外周側からその内部に向けて吸入させる。
そして、圧縮室の容積が縮小すると、圧縮された高圧冷媒は吐出孔６２から吐出され、ハウジング２内を循環した後に吐出室６０に至り、吐出パイプ７２を通じて圧縮機１外へ送出される。
【００１６】
これに対し、冷媒の吐出圧の作用と相俟ってポンプ２２で汲み上げられた高圧潤滑油は、回転軸１２の上端から軸受２８に供された後、回転軸１６に沿ってハウジング２内を流下する一方、ユニット３０に供給される。
詳しくは、図２に拡大して示されるように、可動スクロール５２の背面７４と主軸フレーム１４との間には空間７６が存在し、高圧潤滑油はこの空間７６、可動スクロール５２の外周側の空間７８、吸入パイプ７０が接続される吸入室（低圧室）８０を順次経てユニット３０における圧縮室に向けて供給される。すなわち、空間７６，７８は、油路２４から供給される潤滑油をユニット３０の内方まで導く導油路として機能している。
【００１７】
空間７６は、環状のシールリング８２で区画されており、このリング８２は主軸フレーム１４に設けられたシールリング溝８４に嵌合支持されている。一方、可動スクロール５２の背面７４には可動スクロール５２の径方向に延びる長溝８５が凹設されている。そして、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い、長溝８５が間歇的にリング８２を跨いで位置づけられることにより、リング８２の内周側と外周側とが間歇的に連通し、リング８２の外周側に潤滑油が供給される。これにより、空間７６のうちのリング８２の内周側には高圧潤滑油からなる高圧室８６が形成され、空間７６のうちのリング８２の外周側と空間７８とには高圧室８６から減圧された可動スクロール５２の背圧室８８が形成される。なお、長溝８５は複数設けても良い。
【００１８】
ところで、可動スクロール５２の正面９０には、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い背圧室８８と吸入室８０とを間歇的に連通させる給油溝（連通溝）９２が凹設されている。
給油溝９２は、空間７８から可動スクロール５２の略中心に向けて吸入室８０まで切り欠かれた長溝であって、空間７８すなわち背圧室８８に開口している。給油溝９２の溝幅及び溝深さは、圧縮機１における冷媒の吸入圧及び吸入圧の変動幅に応じて予め設定され、これより背圧室８８は、圧縮機１の全運転領域において、背圧室８８の圧力、すなわち背圧が高圧室８６の圧力よりも低圧で且つ吸入室８０の圧力、すなわち吸入圧よりも高圧の中間圧となる圧力範囲に維持される。
【００１９】
また、図３に示されるように、給油溝９２は、図２から図３の状態に可動スクロール５２の公転旋回運動が進むと連通が遮断され、更に可動スクロール５２の公転旋回運動が進むと再び図２の状態に戻って連通するようにその溝長さが予め設定されている。これにより、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い背圧室８８と吸入室８０とが間歇的に連通し、給油溝９２はリング８２と協働して可動スクロール５２の背圧を調整する背圧調整機構９６として機能している。
【００２０】
更に、図４の可動スクロール５２の正面図にも示されるように、正面９０には、可動スクロール５２の略中心と同心円状に円周溝９４が凹設されている。円周溝９４は、給油溝９２と略直交して位置づけられ、給油溝９２と連通して背圧調整機構９６の一部として機能しており、好ましくは、円周溝９４の溝深さが給油溝９２の溝深さより深く形成されている。
【００２１】
以上のように、本実施形態によれば、背圧調整機構９６は、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い背圧室８８を吸入室８０と間歇的に連通させる給油溝９２と円周溝９４とを含んで構成される。給油溝９２の溝幅及び溝深さは圧縮機１における冷媒の吸入圧及びその圧変動の幅に応じて予め設定されるため、給油溝９２はユニット３０の作動状態において潤滑油量を調整する、いわばオリフィス孔として機能する。
【００２２】
具体的には、給油溝９２は、吸入室８０の圧力が低下すると、背圧室８８の圧力も低下させるべく、吸入室８０の圧力、すなわち冷媒の吸入圧に応じて背圧室８８の潤滑油を吸入室８０に向けて供給する。これにより、複数の部品からなる背圧調整弁を固定スクロール３２に内蔵する等の加工を要することなく、簡単な機構で背圧室８８の圧力を調整し、背圧室８８を高圧室８６と吸入室８０との間の中間圧に維持することができる。従って、圧縮機１の圧縮効率を向上しながら、背圧調整機構９６が簡素化されて圧縮機１の生産性をも向上できる。
【００２３】
また、背圧調整機構９６が円周溝９４を含んで構成されることにより、背圧室８８からの潤滑油をスクロールユニットの全周に亘ってまんべんなく低圧室８０側へ供給することができ、背圧調整機構９６としての精度を向上することができる。
しかも、この円周溝９４は、背圧室の略全域に亘って潤滑油を滞留させる油溜としても機能し、特に、円周溝９４の溝深さを給油溝９２の溝深さより深く形成することにより、給油溝９２の機能を阻害することなくユニット３０の潤滑性を向上でき、ひいては圧縮機１の圧縮効率を更に向上できる。
【００２４】
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、上記実施形態ではスクロール圧縮機について説明しているが、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施するのであれば膨張機等に用いても良い。
また、上記実施形態では二酸化炭素を冷媒として用いているが、これに限定されない。但し、二酸化炭素を冷媒として用いる場合、圧縮機は更に高圧・高回転で作動するため、圧縮機の生産性及び圧縮効率を維持するためには背圧調整機構の重厚化は避けられない。しかしながら、上記構成によれば、圧縮機１の生産性及び圧縮効率の両方を向上しながら、簡単な機構で背圧調整機構９６を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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の要部拡大図である。
【図３】図２から可動スクロールの公転旋回運動が進んだ状態を示した図である。
【図４】図３の可動スクロールの正面を示した図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  密閉型圧縮機（流体機械）
２  ハウジング
１２  回転軸
１４  主軸フレーム（フレーム）
２４  油路
３０  スクロールユニット
３２  固定スクロール
５２  可動スクロール
７４  背面
８０  吸入室（低圧室）
８６  高圧室
８８  背圧室
９０  正面
９２  給油溝（連通溝）
９４  円周溝
９６  背圧調整機構
【図１】
2008196370.tif 000003
【図２】
2008196370.tif 000004
【図３】
2008196370.tif 000005
【図４】
2008196370.tif 000006