(57)【要約】【課題】吸入室へ供給される潤滑油量を安定化し、簡易にして流体機械の体積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】シールリング(64)の周端面(64c,64d)に形成され相補形状をなす段差部(72,72)が周方向に隙間部(76,76)を有して対峙する合口部(74)と、可動スクロール(34)の背面(44)に形成され、可動スクロールの旋回運動に伴い合口部以外の摺接面(64a)上を間歇的に跨いで高圧室(62)と吸入室側とを連通させ、背面と台座面(50)との間の空間に高圧室より低圧且つ吸入室より高圧の中間圧となる背圧室(70)を形成する連通溝(68)と、環状溝(66)におけるシールリングの回動を阻止する回動阻止機構(84)とを備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内で固定スクロールに対し可動スクロールが旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、前記ハウジング内に前記作動流体の吐出圧が作用する高圧室、前記作動流体の吸入圧が作用する吸入室を形成するスクロール型流体機械であって、
前記ハウジングに固定され、前記可動スクロールを台座面において旋回運動可能に支持するフレームと、
前記台座面に形成される環状溝と、
前記環状溝に嵌合され、前記可動スクロールの背面と摺接する摺接面を有するシールリングと、
前記シールリングの周端面に形成されて相補形状をなす段差部が周方向に隙間部を有して対峙する合口部と、
前記背面に形成され、可動スクロールの旋回運動に伴い前記合口部以外の前記摺接面上を間歇的に跨いで前記高圧室と前記吸入室側とを連通させ、前記背面と前記台座面との間の空間に前記高圧室より低圧且つ前記吸入室より高圧の中間圧となる背圧室を形成する連通溝と、
前記環状溝における前記シールリングの回動を阻止する回動阻止機構とを備えることを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記回動阻止機構は、前記シールリングの内周面に形成される凸部と、前記環状溝の内周壁を切り欠いて形成されるとともに前記凸部が係合される切欠部とからな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】
前記凸部は、前記環状溝の溝深さと略同一寸法の高さを有す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】
前記切欠部は、前記凸部に対して前記隙間部と略同一寸法の隙間を有する切欠幅に形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載のスクロール型流体機械。
【請求項５】
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から４のいずれか一項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用いら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、例えば密閉型スクロール圧縮機は、ハウジング内で固定スクロールに対し可動スクロールが旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体（以下、冷媒という）の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施し、ハウジング内に冷媒の吐出圧が作用する高圧室と冷媒の吸入圧が作用する吸入室とを形成している。
ここで、ハウジングには、可動スクロールを台座面において旋回運動可能に支持するフレームが固定され、この台座面には可動スクロールの背面と摺接するシールリングが支持されている。そして、可動スクロールの背面には高圧室と低圧室とを連通する連通溝が形成され、この連通溝が可動スクロールの旋回運動に伴い間歇的にシールリング上に位置づけられることにより、可動スクロールの背面とフレームの台座面との間に高圧室より低圧且つ吸入室より高圧の中間圧となる背圧室を形成する背圧機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３６９６６８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記従来技術にも開示されているように、シールリングには合口部が形成され、合口部はシールリングの熱膨張を許容している。
しかしながら、上記従来技術では、合口部と連通溝との位置関係や、可動スクロールの公転旋回運動に伴いシールリングがその周方向に回動する点について格別な配慮がなされておらず、吸入室へ供給される潤滑油量が増大して圧縮機の体積効率が低下する虞がある。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、吸入室へ供給される潤滑油量を安定化し、簡易にして流体機械の体積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にある。
【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記載のスクロール型流体機械は、ハウジング内で固定スクロールに対し可動スクロールが旋回運動することにより、潤滑油を含む作動流体の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、ハウジング内に作動流体の吐出圧が作用する高圧室、作動流体の吸入圧が作用する吸入室を形成するスクロール型流体機械であって、ハウジングに固定され、可動スクロールを台座面において旋回運動可能に支持するフレームと、台座面に形成される環状溝と、環状溝に嵌合され、可動スクロールの背面と摺接する摺接面を有するシールリングと、シールリングの周端面に形成されて相補形状をなす段差部が周方向に隙間部を有して対峙する合口部と、背面に形成され、可動スクロールの旋回運動に伴い合口部以外の摺接面上を間歇的に跨いで高圧室と吸入室側とを連通させ、背面と台座面との間の空間に高圧室より低圧且つ吸入室より高圧の中間圧となる背圧室を形成する連通溝と、環状溝におけるシールリングの回動を阻止する回動阻止機構とを備える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、回動阻止機構がシールリングの内周面に形成される凸部と、環状溝の内周壁を切り欠いて形成されるとともに凸部が係合される切欠部とからなることを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、凸部が環状溝の溝深さと略同一寸法の高さを有することを特徴としている。
【０００７】
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項２又は３において、切欠部が凸部に対して隙間部と略同一寸法の隙間を有する切欠幅に形成されることを特徴としている。
また、請求項５記載の発明では、請求項１から４のいずれかにおいて、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】
【０００８】
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、回動阻止機構を有することにより、可動スクロールの旋回運動に伴いシールリングが環状溝において回動し、連通溝が合口部における摺接面上に位置づけられることを回避できる。ここで、合口部はシールリングの周端面に相補形状をなす段差部が周方向に隙間部を有して対峙して形成されることから、段差部上に連通溝が位置づけられることにより、隙間部の存在によって実質的に摺接面の面積が小さくなって作動流体に含まれる潤滑油の高圧室から背圧室への跨ぎ量が増大することを防止できる。これにより、高圧室から背圧室、ひいては背圧室から吸入室へ流入する潤滑油量の増大を防止でき、吸入室へ供給される潤滑油量が安定してスクロール型流体機械の体積効率を改善できる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、回動阻止機構がシールリングの内周壁に形成される凸部と環状溝の内周壁を切り欠いて形成される切欠部とから構成され、切欠部は凸部に係合される。これにより、簡単な構成でシールリングの回動を阻止して連通溝が合口部における摺接面上に位置づけられることを回避できるため、スクロール型流体機械の体積効率を簡易にして改善できる。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、凸部が環状溝の溝深さと略同一寸法の高さを有することにより、凸部にシールリングと背面との摺接面が形成されることはない。これにより、連通溝が凸部における摺接面上に位置づけられることにより、実質的に摺接面の面積が大きくなって作動流体に含まれる潤滑油の高圧室から背圧室への跨ぎ量が減少することを防止できる。これにより、高圧室から背圧室、ひいては背圧室から吸入室へ流入する潤滑油量の減少を防止でき、吸入室へ供給される潤滑油量が安定してスクロール型流体機械の体積効率を改善できる。
【００１１】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、切欠部が凸部に対して合口部に形成される隙間部と略同一寸法の隙間を有する切欠幅に形成されることにより、熱膨張によるシールリングの周方向の伸長が阻害されることなく、吸入室への潤滑油の安定供給を更に確実に行うことができる。
また、請求項５記載の発明によれば、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることにより、可動スクロールは高回転域で旋回するため、シールリングの回動もより顕著となるが、上記構成によりシールリングの回動を確実に阻止してスクロール型流体機械の体積効率を確実に改善できる。
【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、本発明の実施形態に係る流体機械の一例としての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、冷媒という）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】
この圧縮機１はハウジング２を備え、ハウジング２の胴部４の上側、下側にはそれぞれ上蓋６、下蓋８が気密に嵌合し、これより胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には、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。
【００１４】
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の上端側は軸受を介して主軸フレーム（フレーム）１８に回転自在に支持され、この主軸フレーム１８はハウジング２に一体に固定されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受を介して副軸フレーム２０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２２が装着されており、ポンプ２２は下蓋８の内側に形成された貯油室２４内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に穿孔される給油路２６を上昇し、回転軸１６の上端からモータ１４やスクロールユニット２８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。このとき、冷媒の吐出圧が貯油室２６の潤滑油の油面に作用することも給油路２６における潤滑油の上昇に寄与する。更に、副軸フレーム２０の適宜位置には潤滑油の導入口３０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導入口３０を介して貯油室２４に貯留される。
【００１５】
上記ユニット２８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、当該ユニット２８は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成されており、可動スクロール３４は鏡板３８を備え、この鏡板３８には固定スクロール３６の鏡板４０に向けて延びた渦巻きラップが一体形成され、固定スクロール３６の鏡板４０にも鏡板３８に向けて延びる渦巻きラップが一体形成されている。
【００１６】
そして、これら各渦巻きラップが互いに協働し、鏡板３８の外周側、及び吸入管１０と連通する吸入室から冷媒を吸入して圧縮室を形成する。この圧縮室は、固定スクロール３６に対する可動スクロール３４の旋回運動により、渦巻きラップ中心に向けて移動しながら、その容積が減少し、上記一連のプロセスを実施する。なお、可動スクロール３４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。
【００１７】
上述した可動スクロール３４に旋回運動を付与するため、鏡板３８の下面側、すなわち可動スクロール３４の背面４４側にはボス４６が形成され、このボス４６は軸受を介して偏心軸４８に回転自在に支持される。この偏心軸４８は回転軸１６の上端側に一体形成され、また、背面４４と主軸フレーム１８の台座面５０との間には可動スクロール３４の旋回を許容する所定の空間５２が形成されており、回転軸１６の回転により可動スクロール３４は台座面５０上で旋回運動する。
【００１８】
一方、固定スクロール３６は主軸フレーム１８に固定され、鏡板４０が圧縮室側と吐出室５４側とを仕切っている。また、鏡板４０には空間５２の圧力を調整可能な図示しない背圧調整弁が内蔵されている。
更に、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が鏡板４０を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６０で覆われており、この吐出ヘッド６０により、吐出弁５８の開弁時における音が抑制される。
【００１９】
上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３４が旋回運動する。この可動スクロール３４の旋回運動は、吸入室の冷媒をユニット２８の内部に向けて吸入し、圧縮室の容積が縮小することにより冷媒を圧縮し、当該圧縮した高圧の冷媒を吐出孔５６へ吐出してハウジング２内を循環させた後、吐出室５４から吐出管１２を通じて圧縮機１外へ送出する。
【００２０】
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となる潤滑油は、回転軸１６の上端において給油路２６から吐出され、ボス４６が収容される主軸フレーム１８のボス収容部１８ａに潤滑油の高圧室６２を形成する。この高圧室６２の潤滑油は、軸受等を潤滑しながら回転軸１６に沿ってハウジング２内を流下する一方、空間５２、鏡板３８の外周側に形成される空間４２を順次経てユニット２８に形成される圧縮室に向けて供給される。すなわち、空間５２、４２は、高圧室６２からユニット２８の内方まで潤滑油を導く導油路として機能している。
【００２１】
ここで、高圧室６２と空間５２とは環状のシールリング６４で区画されている。このリング６４は、プラスティック材料やエンジニアリングプラスティック材料等から射出成形され、台座面５０に回転軸１６の軸心と同心円状に形成された環状溝６６に嵌合されている。リング６４の上面（摺接面）６４ａは背面４４と全周に亘って摺接可能に形成され、好ましくは、背面４４に対してリング６４が押圧付勢され、背面４４に上面６２ａを確実に且つ継続的に摺接させるべく、環状溝６６とリング６４の下面６４ｂとの間に図示しない板ばね等の弾性体が配置される。
【００２２】
一方、図２に示されるように、図１のＡ−Ａ方向から可動スクロール３４をみた平面図を参照すると、背面４４には可動スクロール３４の径方向に延びる長溝６８が凹設されている。長溝６８は、可動スクロール３４の公転旋回運動に伴いリング６４に対して相対移動することにより、高圧室６２の高圧潤滑油がリング６４を間歇的に跨いで空間５２に流入可能に位置づけられている。この際、図示しない背圧調整弁の設定圧力を調整することにより、空間５２には高圧室６２より低圧で且つ吸入室より高圧の中間圧となる背圧室７０が形成される。なお、長溝６８は複数設けても良い。
【００２３】
詳しくは、図３に示されるように、図１のＢ−Ｂ方向からみたリング６４の拡大図を参照すると、リング６４は所定のリング幅Ｗを有して形成され、リング６４の周方向において対峙する周端面６４ｃ，６４ｄを有している。周端面６４ｃ，６４ｄには、それぞれ相補形状となる段差部７２が形成され、リング６４の径方向での各段差部７２の段差幅Ｗ１はリング幅Ｗの略半分程度となっている。こうして、周端面６４ｃ，６４ｄに形成される段差部７２は、リング６４の合口部７４を構成している。
【００２４】
合口部７４は、リング６４が環状溝６６に収容された状態で、周端面６４ｃ，６４ｄ側にそれぞれ合口隙間部（隙間部）７６を有している。合口隙間部７６は、圧縮機１の作動時においてリング６４が高温雰囲気に曝されたとき、リング６４の熱膨張に起因する周方向の伸長を許容すべく所定の隙間長を有しており、これよりリング６４の熱膨張による拡径が許容されている。
【００２５】
一方、圧縮機１の作動時には、高圧室６２の圧力によってリング６４の内周面６４ｅが環状溝６６の外周壁に押圧付勢され、合口部７４において径方向シール部７８を形成し、これより背圧室７０のシール性が確保される。
ところで、リング６４の内周面６４ｅに内方に向けて４つの凸部８０が形成されている。凸部８０は、環状溝６６の溝深さと略同一寸法となる高さを有しており、リング６４の中心から略９０°の間隔で合口部７４とは異なる位置に配置されている。
【００２６】
一方、図４に示されるように、図１のＢ−Ｂ方向からみた主軸フレーム１８の平面図を参照すると、リング６４が収容される環状溝６６には、その内周壁６６ａをボス収容部１８ａに向けて切り欠いた４つの切欠部８２が形成されており、各凸部８０がそれぞれ各切欠部８２に係合されて４つの係合部（回転阻止機構）８４を構成している。
また、図５に示される係合部８４の拡大図を参照すると、切欠部８２は所定の切欠幅Ｗ２を有しており、この切欠幅Ｗ２は合口隙間部７６と同様に、熱膨張に起因するリング６４の周方向の伸長を許容可能に予め設定されている。
【００２７】
以下、図６，７を参照して、高圧室６２から背圧室７０に流入する潤滑油量について説明する。
図６に示されるように、可動スクロール３４が旋回する過程において、図４のＣ−Ｃ方向を長手方向として長溝６８がリング６４上に位置づけられたとき、図中の点線矢印で示すように、高圧室６２の高圧潤滑油がリング６４を跨いで長溝６８を通過し背圧室７０に流入する。このとき流入する潤滑油量Ｑは、リング６４のリング幅Ｗ、長溝６８がリング６４上に位置づけられる時間Ｈ、高圧油室６２の圧力Ｐにより略決定される。
【００２８】
一方、図７に示されるように、上記時間Ｈ及び圧力Ｐを図６の場合と同じ条件として可動スクロール３４が旋回する過程において、上記Ｃ−Ｃの位置から可動スクロール３４の旋回運動が進行し図４のＤ−Ｄ方向を長手方向として長溝６８がリング６４上に位置づけられたと仮定する。このとき、リング幅Ｗは図６の場合と変わらないことから、図６の場合と同様の潤滑油量Ｑとなる潤滑油が背圧室７０に流入することとなる。
【００２９】
このように、本実施形態に係る圧縮機１によれば、リング６４と環状溝６６との係合部８４を有することにより、可動スクロール３４の旋回運動に伴いリング６４が環状溝６６において回動し、長溝６８が合口部７４上に位置づけられることを回避できる。
ここで、仮に図８に示されるように、可動スクロール３４の旋回運動に伴いリング６４が環状溝６６において回動し、図４のＥ−Ｅ方向を長手方向として長溝６８が合口部７６上に位置づけられたとする。この場合には、高圧室６２から背圧室７０に流入する潤滑油は段差部７２を跨いで流入し、その跨ぎ幅はリング幅Ｗの略半分の段差幅Ｗ１となる。すなわち、図６，７の場合と時間Ｈ及び圧力Ｐを同じ条件とすると、リング幅Ｗが実質的に小さくなって潤滑油量Ｑは例えば略２倍程度に増大し、圧縮機１の体積効率が大幅に低下してしまう。
【００３０】
これに対し本実施形態では、凸部８０及び切欠部８２からなる係合部８４を形成するだけの簡単且つ安価な加工で、高圧室６２の高圧潤滑油が合口部７４においてリング６４を跨ぐことを防止できる。従って、高圧室６２から背圧室７０、ひいては背圧室７０から吸入室へ流入する潤滑油量Ｑの増大を防止でき、吸入室へ供給される潤滑油量Ｑが安定して圧縮機１の体積効率を簡易にして改善できる。
【００３１】
しかも、凸部８０を環状溝６６の溝深さと略同じ高さに形成することにより、長溝６８が係合部８４上に位置づけられたとしても、凸部８０によりリング幅Ｗが実質的に大きくなって潤滑油量Ｑが減少することを防止でき、高圧室６２から吸入室への潤滑油の安定供給を確実に実現できる。
更には、切欠部８２の切欠幅Ｗ２が熱膨張に起因するリング６４の周方向の伸長を許容可能に予め設定されることから、リング６４の熱膨張を阻害することなく高圧室６２から吸入室への潤滑油の安定供給を更に確実に行うことができる。
【００３２】
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、上記実施形態では係合部８４はリング６４の中心から略９０°の間隔で合口部７４とは異なる位置に配置されているが、この配置に限定されるものではない。
また、上記実施形態では凸部８０を環状溝６６の溝深さと略同じ高さに形成しているが、長溝６８が合口部７４上のみならず係合部８４上にも位置づけられない位置に確実に形成されるのであれば、凸部８０の高さをリング６４の高さと同一に形成しても良い。
【００３３】
更に、上記実施形態では高圧室６２と背圧室７０との連通溝として長溝６８が形成されているが、可動スクロール３４の旋回運動に伴い高圧室６２と背圧室７０とを間歇的に連通できれば良く、連通溝の形状は長溝形状に限定されるものではない。
更にまた、上記実施形態では係合部８４は４つ形成されているが、４つに限らず少なくとも１つ以上形成されれば良く、また、係合部８４の形態に限らず、リング６４の回動が阻止できれば他の回動阻止機構を用いても良い。
【００３４】
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することにより、可動スクロール３４は高回転域で旋回するため、リング６４の回動もより顕著となるが、上記構成によりリング６４の回動を確実に阻止して圧縮機１の体積効率を確実に改善できる。
更に、上記実施形態で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密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、これに限らず種々の分野における密閉型以外の圧縮機又は膨脹機等のスクロール型の流体機械に適用可能である。
【００３５】
最後に、以上の種々の変形例においても、流体機械の体積効率を簡易にして改善できるとの効果を奏することは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ方向からみた可動スクロールの平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ方向からみたシールリングの平面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ方向からみた主軸フレームの平面図である。
【図５】図４の要部拡大図である。
【図６】図４のＣ−Ｃ方向を長手方向として長溝がシールリング上に位置づけられたときの高圧室から背圧室への潤滑油の流れを示す図である。
【図７】図４のＤ−Ｄ方向を長手方向として長溝がシールリング上に位置づけられたときの高圧室から背圧室への潤滑油の流れを示す図である。
【図８】図４のＥ−Ｅ方向を長手方向として長溝がシールリング上に位置づけられたときの高圧室から背圧室への潤滑油の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      圧縮機（スクロール型流体機械）
２      ハウジング
１８    主軸フレーム（フレーム）
３４    可動スクロール
３６    固定スクロール
４２    空間
４４    背面
５０    台座面
５２    空間
６２    高圧室
６４    シールリング
６４ａ  上面（摺接面）
６４ｃ  周端面
６４ｄ  周端面
６４ｅ  内周面
６６    環状溝
６６ａ  内周壁
６８    長溝（連通溝）
７０    背圧室
７２    段差部
７４    合口部
７６    合口隙間部（隙間部）
８０    凸部
８２    切欠部
８４    係合部（回動阻止機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008297978.tif 000008
【図７】
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【図８】
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