(57)【要約】【課題】可動スクロールの背面空間に供給される潤滑油が膨張室に流入することを防止する。【解決手段】ケーシング（10）と、ケーシング（10）内に設けられたクランク軸（70）と、ケーシング（10）内に設けられ、クランク軸（70）に連結された膨張機構（20）とを備え、膨張機構（20）により作動流体を膨張させるスクロール型膨張機であって、可動スクロール（26）とハウジング（80）との間には、膨張室（33）と気密に区画されると共に潤滑油が供給される背圧空間（39,41）が形成されており、可動スクロール（26）は、背圧空間（39,41）の背圧により固定スクロール（21）に対して圧接された状態で偏心回転するように構成されており、ジャーナル軸受（32）及びオルダム継手（36）は、背圧空間（39,41）に配置されている。【選択図】図１
2008088854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロール（21）及び可動スクロール（26）により形成された膨張室（33）内で作動流体が膨張する膨張機構（20）と、ジャーナル軸受（32）を介して前記可動スクロール（26）に係合するクランク軸（70）と、前記膨張機構（20）及び前記クランク軸（70）を収容するケーシング（10）とを備えたスクロール型膨張機であって、
前記膨張機構（20）は、前記可動スクロール（26）の背面側に配置されるハウジング（80）と、前記可動スクロール（26）の自転を防止する自転防止機構（36）とを有し、前記可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間に形成された背圧空間（39,41）の背圧によって前記可動スクロール（26）を前記固定スクロール（21）側へ押圧するように構成されており、
前記背圧空間（39,41）は、前記膨張室（33）と気密に区画されており、
前記ジャーナル軸受（32）と前記自転防止機構（36）とは、前記背圧空間（39,41）に配設されていると共に潤滑油が供給されていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定スクロール（21）には、前記可動スクロール（26）のスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受（25）が設けられ、
前記可動スクロール（26）には、前記スラスト軸受（25）と摺接するスラスト面（29）が形成される一方、
前記スラスト軸受（25）と前記スラスト面（29）との間には、該スラスト軸受（25）と該スラスト面（29）との間をシールして前記背圧空間（39,41）を前記膨張室（33）から気密に区画する第１シールリング（31）が配設されていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１シールリング（31）は、樹脂製であることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項４】
請求項１において、
前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給された潤滑油を前記背圧空間（39,41）から排出する排油部（88）をさらに備えていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項５】
請求項１において、
前記可動スクロール（26）と前記ハウジング（80）との間には、該可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間をシールする環状の第２シールリング（37）と、該第２シールリング（37）の外周側に位置し且つ該可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間をシールする環状の第３シールリング（38）とが設けられており、
前記可動スクロール（26）、前記ハウジング（80）、前記第２シールリング（37）及び第３シールリング（38）によって、前記背圧空間（39,41）の背圧よりも低圧状態の低圧空間（40）が区画形成されていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項６】
請求項５において、
前記低圧空間（40）は、膨張後の作動流体の圧力が導入されていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項７】
請求項６において、
前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給された潤滑油を前記背圧空間（39,41）から排出する排油部（88）をさらに備え、
前記背圧空間（39,41）は、前記低圧空間（40）と、前記第２シールリング（37）の内側に区画形成されて前記ジャーナル軸受（32）が位置するジャーナル空間（39）と、前記第３シールリング（38）の外側に区画形成されて前記自転防止機構（36）が位置するオルダム空間（41）とで構成されており、
前記クランク軸（70）には、潤滑油を前記ジャーナル軸受（32）に導く給油路（74）が形成されており、
前記可動スクロール（26）には、一端が前記ジャーナル軸受（32）内に開口する一方、他端が前記スラスト面（29）に開口する導油路（42）が形成されており、
前記排油部（88）は、前記ハウジング（80）に形成されて前記ジャーナル空間（39）に流入した潤滑油を排出するための第１排油路（85）と、前記ハウジング（80）に形成されて前記ジャーナル軸受（32）から前記導油路（42）及び前記スラスト軸受（25）を介して前記オルダム空間（41）に流入した潤滑油を排出するための第２排油路（86）とを有していることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項８】
請求項１において、
前記ケーシング（10）内には、前記クランク軸（70）により駆動されて圧縮した作動流体を該ケーシング（10）内に吐出する圧縮機構（50）と、前記クランク軸（70）を回転駆動する電動機（60）とが収容され、
前記ケーシング（10）には、前記圧縮機構（50）から吐出された作動流体を該ケーシング（10）の外部へ導出するための吐出ポート（17）が設けられ、
前記圧縮機構（50）及び前記膨張機構（20）には、前記ケーシング（10）内に貯留された潤滑油が供給されるように構成されていることを特徴とするスクロール膨張機。
【請求項９】
請求項８において、
前記電動機（60）は、外周にコアカット部（63）が形成されたステータ（61）を有すると共に、前記ケーシング（10）内において前記膨張機構（20）と前記圧縮機構（50）との間に配設され、
前記吐出ポート（17）は、前記ケーシング（10）における前記膨張機構（20）と前記電動機（60）との間の部分に配設され、
前記ハウジング（80）には、上流端が前記排油部（88）と連通する一方、下流端が前記コアカット部（63）に位置して、潤滑油を前記背圧空間（39,41）から該コアカット部（63）へ戻すための排油管（87）が設けられていることを特徴とするスクロール型膨張機。
【請求項１０】
請求項１乃至９において、
前記膨張機構（20）へ供給される作動流体は、二酸化炭素であることを特徴とするスクロール型膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定スクロールと可動スクロールとを備えるスクロール型膨張機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固定スクロールと可動スクロールとを備えるスクロール型膨張機として種々のものが知られており、その１つに特許文献１に開示されたスクロール型膨張機がある。
【０００３】
この特許文献１に係るスクロール型膨張機は、ケーシング内に固定された固定スクロールと、固定スクロールに対して偏心回転する可動スクロールとを備えている。これら固定スクロールと可動スクロールとは相対向して配置され、それぞれに設けられた固定側ラップと可動側ラップとが噛合することで固定スクロールと可動スクロールとの間に膨張室が区画形成されている。前記可動スクロールは、ジャーナル軸受を介してクランク軸に対して偏心した状態で取り付けられていて、クランク軸に対して偏心した状態で公転運動を行う。尚、可動スクロールには自転防止機構としてのオルダム継手が設けられており、公転運動中の自転運動が防止されている。
【０００４】
この膨張室に流入口から作動流体としての冷媒が流入すると、流入した冷媒によって可動スクロールが押し動かされて偏心回転する。その結果、膨張室の容積が増大し、それに伴って冷媒が膨張していく。こうして、膨張した冷媒は流出口から流出する。このとき、可動スクロールの回転運動は、クランク軸を介して、該クランク軸に連結された圧縮機構に伝達される。つまり、冷媒を膨張させると共に、その際に冷媒のエネルギを動力として回収し、圧縮機構の駆動に用いている。
【０００５】
かかるスクロール型膨張機においては、膨張室から冷媒が漏れることを防止するために、可動スクロールの背面側に背圧を作用させて、該可動スクロールを固定スクロールに対して圧接して、膨張室を区画形成している。詳しくは、可動スクロールの背面側にはハウジングが設けられており、このハウジングと可動スクロールとの空間は、可動スクロールとハウジングとの間をシールする環状のシールリングによって、該シールリングの内側の背圧空間と、該シールリングの外側の低圧空間とに仕切られている。
【０００６】
前記背圧空間には、前記クランク軸及び前記ジャーナル軸受が位置している。この背圧空間は、クランク軸内部の給油路を介してジャーナル軸受に供給される高圧の潤滑油によって前記低圧空間と比較して相対的に高圧状態となっている。そして、この背圧により可動スクロールは固定スクロールに圧接されている。
【０００７】
一方、前記低圧空間は、膨張室の流出口部分と連通しており、前記背圧空間と比較して相対的に低圧状態となっている。
【特許文献１】特開２００６−４６２２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、前記の構成では、背圧空間内のジャーナル軸受に供給された潤滑油は、背圧空間と低圧空間との差圧により、シールリングの僅かな隙間を介して背圧空間から低圧空間に流入してしまう。従来は、潤滑が必要なオルダム継手が該低圧空間に配置されていたため、背圧空間から低圧空間への潤滑油の流入は許容されていた。
【０００９】
しかしながら、低圧空間は、膨張室と連通しているため、該低圧空間に流入した潤滑油は、さらに膨張室へ流入する。ジャーナル軸受に供給される潤滑油は高圧且つ高温状態となっているため、この潤滑油が膨張室へ流入すると熱損を生じてしまう。
【００１０】
さらに、潤滑油が膨張室へ流入すると、該潤滑油は冷媒と共に外部へ流出してしまう。冷凍システムにおいては、膨張機の下流側に蒸発器が接続されており、膨張機から流出した潤滑油は蒸発器へ流入する。その結果、蒸発器の能力低下を招いてしまう。
【００１１】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、可動スクロールの背面空間に供給される潤滑油が膨張室に流入することを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
第１の発明は、固定スクロール（21）及び可動スクロール（26）により形成された膨張室（33）内で作動流体が膨張する膨張機構（20）と、ジャーナル軸受（32）を介して前記可動スクロール（26）に係合するクランク軸（70）と、前記膨張機構（20）及び前記クランク軸（70）を収容するケーシング（10）とを備えたスクロール型膨張機が対象である。そして、前記膨張機構（20）は、前記可動スクロール（26）の背面側に配置されるハウジング（80）と、前記可動スクロール（26）の自転を防止する自転防止機構（36）とを有し、前記可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間に形成された背圧空間（39,41）の背圧によって前記可動スクロール（26）を前記固定スクロール（21）側へ押圧するように構成されており、前記背圧空間（39,41）は、前記膨張室（33）と気密に区画されており、前記ジャーナル軸受（32）と前記自転防止機構（36）とは、前記背圧空間（39,41）に配設されていると共に潤滑油が供給されているものとする。
【００１３】
前記の構成の場合、前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）を背圧空間（39,41）に配置して潤滑油を供給することによって、ジャーナル軸受（32）及び自転防止機構（36）を潤滑することができる。そして、該背圧空間（39,41）を前記膨張室（33）に対して気密に構成することによって、該ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給した潤滑油が膨張室（33）へ流入することを防止することができる。
【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記固定スクロール（21）には、前記可動スクロール（26）のスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受（25）が設けられ、前記可動スクロール（26）には、前記スラスト軸受（25）と摺接するスラスト面（29）が形成される一方、前記スラスト軸受（25）と前記スラスト面（29）との間には、該スラスト軸受（25）と該スラスト面（29）との間をシールして前記背圧空間（39,41）を前記膨張室（33）から気密に区画する第１シールリング（31）が配設されているものとする。
【００１５】
前記の構成の場合、前記スラスト軸受（25）と前記スラスト面（29）とが摺接しており、基本的には、該スラスト軸受（25）及びスラスト面（29）によって前記膨張室（33）と背圧空間（39,41）とが気密に仕切られている。それに加えて、第２の発明では、前記スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間に第１シールリング（31）を設けることによって、スラスト軸受（25）及びスラスト面（29）における膨張室（33）と背圧空間（39,41）との気密性を向上させることができる。
【００１６】
第３の発明は、第２の発明において、前記第１シールリング（31）は、樹脂製であるものとする。
【００１７】
前記の構成の場合、前記第１シールリング（31）を樹脂製とすることによって、該第１シールリング（31）は弾性変形可能となり、スラスト軸受（25）及びスラスト面（29）における膨張室（33）と背圧空間（39,41）との気密性をより一層向上させることができる。
【００１８】
第４の発明は、第１の発明において、前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給された潤滑油を前記背圧空間（39,41）から排出する排油部（88）をさらに備えているものとする。
【００１９】
前記の構成の場合、前記排油部（88）を設けることによって、前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給された潤滑油が該排油部（88）を介して背圧空間（39,41）外部へ排出される。つまり、潤滑油が背圧空間（39,41）内で行き詰まった結果、膨張室（33）内へ流入してしまうことを防止することができる。
【００２０】
第５の発明は、第１の発明において、前記可動スクロール（26）と前記ハウジング（80）との間には、該可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間をシールする環状の第２シールリング（37）と、該第２シールリング（37）の外周側に位置し且つ該可動スクロール（26）と該ハウジング（80）との間をシールする環状の第３シールリング（38）とが設けられており、前記可動スクロール（26）、前記ハウジング（80）、前記第２シールリング（37）及び第３シールリング（38）によって、前記背圧空間（39,41）の背圧よりも低圧状態の低圧空間（40）が区画形成されているものとする。
【００２１】
前記の構成の場合、前記可動スクロール（26）と前記ハウジング（80）との間において、前記背圧空間（39,41）の他に、前記低圧空間（40）を設けることによって、可動スクロール（26）に作用する背圧が過大になることを防止し、可動スクロール（26）の固定スクロール（21）へのスラスト荷重を最適に設定することができる。
【００２２】
第６の発明は、第５の発明において、前記低圧空間（40）は、膨張後の作動流体の圧力が導入されている。
【００２３】
前記の構成の場合、前記低圧空間（40）に膨張後の作動流体の圧力を導入することによって、該低圧空間（40）を前記背圧空間（39,41）の背圧よりも低圧状態とすることができる。
【００２４】
第７の発明は、第６の発明において、前記ジャーナル軸受（32）及び前記自転防止機構（36）に供給された潤滑油を前記背圧空間（39,41）から排出する排油部（88）をさらに備え、前記背圧空間（39,41）は、前記低圧空間（40）と、前記第２シールリング（37）の内側に区画形成されて前記ジャーナル軸受（32）が位置するジャーナル空間（39）と、前記第３シールリング（38）の外側に区画形成されて前記自転防止機構（36）が位置するオルダム空間（41）とで構成されており、前記クランク軸（70）には、潤滑油を前記ジャーナル軸受（32）に導く給油路（74）が形成されており、前記可動スクロール（26）には、一端が前記ジャーナル軸受（32）内に開口する一方、他端が前記スラスト面（29）に開口する導油路（42）が形成されており、前記排油部（88）は、前記ハウジング（80）に形成されて前記ジャーナル空間（39）に流入した潤滑油を排出するための第１排油路（85）と、前記ハウジング（80）に形成されて前記ジャーナル軸受（32）から前記導油路（42）及び前記スラスト軸受（25）を介して前記オルダム空間（41）に流入した潤滑油を排出するための第２排油路（86）とを有しているものとする。
【００２５】
前記の構成の場合、前記クランク軸（70）の給油路（74）からジャーナル軸受（32）に潤滑油が供給される。供給された潤滑油の一部はジャーナル軸受（32）を潤滑した後にジャーナル空間（39）に流入する一方、その残りは導油路（42）を通ってスラスト軸受（25）及びスラスト面（29）を潤滑した後、オルダム空間（41）に流入して、自転防止機構（36）を潤滑する。
【００２６】
こうして、クランク軸（70）の給油路（74）から供給された潤滑油はジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）に流入するが、前記排油部（88）を設けることによって、第４の発明と同様に、潤滑油をジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）内からその外部へ排出するための経路が確保されるため、潤滑油がジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）内に行き詰まって膨張室（33）内へ流入してしまうことを防止することができる。詳しくは、ジャーナル空間（39）に流入した潤滑油は前記第１排油路（85）を介して排出される一方、オルダム空間（41）に流入した潤滑油は前記第２排油路（86）を介して排出される。
【００２７】
第８の発明は、第１の発明において、前記ケーシング（10）内には、前記クランク軸（70）により駆動されて圧縮した作動流体を該ケーシング（10）内に吐出する圧縮機構（50）と、前記クランク軸（70）を回転駆動する電動機（60）とが収容され、前記ケーシング（10）には、前記圧縮機構（50）から吐出された作動流体を該ケーシング（10）の外部へ導出するための吐出ポート（17）が設けられ、前記圧縮機構（50）及び前記膨張機構（20）には、前記ケーシング（10）内に貯留された潤滑油が供給されるように構成されているものとする。
【００２８】
前記の構成の場合、前記膨張機構（20）、電動機（60）及び圧縮機構（50）が１つのケーシング（10）内に内蔵されたスクロール型膨張機が対象となる。この圧縮機構（50）は、電動機（60）の駆動力と膨張機構（20）により回収された動力とによって駆動される。
【００２９】
第９の発明は、第８の発明において、前記電動機（60）は、外周にコアカット部（63）が形成されたステータ（61）を有すると共に、前記ケーシング（10）内において前記膨張機構（20）と前記圧縮機構（50）との間に配設され、前記吐出ポート（17）は、前記ケーシング（10）における前記膨張機構（20）と前記電動機（60）との間の部分に配設され、前記ハウジング（80）には、上流端が前記排油部（88）と連通する一方、下流端が前記コアカット部（63）に位置して、潤滑油を前記背圧空間（39,41）から該コアカット部（63）へ戻すための排油管（87）が設けられているものとする。
【００３０】
前記の構成の場合、圧縮機構（50）からケーシング（10）内に吐出された作動流体は、電動機（60）のコアカット部（63）等の隙間を通り抜けて、前記膨張機構（20）と電動機（60）との間に位置する前記吐出ポート（17）からケーシング（10）外部へ導出される。かかる構成において、前記排油管（87）の下流端をコアカット部（63）に位置させることによって、排油管（87）から排出される潤滑油が、コアカット部（63）等を通り抜きて吐出ポート（17）から吐出される作動流体に晒されることを防止し、作動流体と共に外部に導出されることを防止することができる。
【００３１】
第１０の発明は、第１〜第９の何れか１つの発明において、前記膨張機構（20）へ供給される作動流体は、二酸化炭素であるものとする。このスクロール膨張機を冷凍サイクルに接続する場合には、該冷凍サイクルの高圧は、通常は二酸化炭素の臨界圧力よりも高い値に設定される。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、前記ジャーナル軸受（32）及び自転防止機構（36）を前記背圧空間（39,41）に配置すると共に、該背圧空間（39,41）を前記膨張室（33）に対して気密に構成することによって、ジャーナル軸受（32）及び自転防止機構（36）を潤滑するために供給される潤滑油が背圧空間（39,41）から膨張室（33）へ流入することを防止することができる。その結果、膨張室（33）へ高温の潤滑油が流入して熱損を生じさせたり、作動流体と共に潤滑油が外部に流出して冷凍サイクル中の蒸発器の性能を悪化させてりすることを防止することができる。
【００３３】
第２の発明によれば、背圧空間（39,41）と膨張室（33）とを仕切る前記スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間に第１シールリング（31）を設けることによって、背圧空間（39,41）と膨張室（33）との間の気密性を向上させることができる。
【００３４】
第３の発明によれば、前記第１シールリング（31）を樹脂製とすることによって、第１シールリング（31）が弾性変形可能となるため、スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間隔が変化する場合であっても第１シールリング（31）が柔軟に対応することができ、該スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間を確実にシールすることができ、背圧空間（39,41）と膨張室（33）との間の気密性をより一層向上させることができる。
【００３５】
第４の発明によれば、前記排油部（88）を設けることによって、背圧空間（39,41）内の潤滑油を外部へ排出するための経路を確保することができ、潤滑油が背圧空間（39,41）から膨張室（33）内へ流入することをより確実に防止することができる。
【００３６】
第５の発明によれば、前記可動スクロール（26）と前記ハウジング（80）との間の空間に、前記背圧空間（39,41）以外に、該背圧空間（39,41）の背圧よりも低圧状態となった低圧空間（40）を設けることにより、可動スクロール（26）に過大な背圧が作用することを防止することができる。その結果、固定スクロール（21）のスラスト軸受（25）に作用する可動スクロール（26）のスラスト荷重が過大となることを防止することができ、摩擦等の機械損失を低減させることができる。さらには、低圧と背圧との大きさ又は低圧空間（40）と背圧空間（39,41）との割合等を調整することによって前記スラスト荷重を最適化することができ、膨張室（33）への作動流体の漏れを防止しつつスラスト軸受（25）での損失が最小となるような可動スクロール（26）への押し付け力を付与することができる。
【００３７】
第６の発明によれば、前記低圧空間（40）に膨張後の作動流体の圧力を導入することによって、該低圧区間（40）を背圧空間（39,41）の背圧よりも低圧状態にすることができる。
【００３８】
第７の発明によれば、前記第１及び第２排油路（85,86）を設けることによって、ジャーナル空間（39）やオルダム空間（41）に潤滑油が供給されても、該潤滑油が相対的に高圧のジャーナル空間（39）やオルダム空間（41）から相対的に低圧の膨張室（33）へ流入することを防止して、該第１及び第２排油路（85,86）から排出することができる。
【００３９】
第８の発明によれば、膨張機構（20）と圧縮機構（50）とが１つのケーシング（10）内に内蔵されたスクロール側膨張機が対象となる。
【００４０】
第９の発明によれば、前記第１及び第２排油路（85,86）に接続される排油管（87）の下流端を、電動機（60）のステータ（61）のコアカット部（63）に位置させることによって、第１及び第２排油路（85,86）から排出される潤滑油を、圧縮機構（50）により吐出されてコアカット部（63）を通って吐出ポート（17）から吐出される作動流体に晒すことを防止して、ケーシング（10）内に確実に戻すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
本発明の実施形態に係るスクロール型膨張機を図１に示す。圧縮・膨張ユニット（1）は、本発明の実施形態に係るスクロール型膨張機を構成する。圧縮・膨張ユニット（1）は、作動流体としての冷媒を膨張させる膨張機構（20）と、冷媒を臨界圧力以上に圧縮して送り出す圧縮機構（50）と、膨張機構（20）及び圧縮機構（50）にクランク軸（70）を通じて動力を供給する電動機（60）とが円筒形のケーシング（10）内に密封状態で収納されたものである。この圧縮・膨張ユニット（1）は、例えば、二酸化炭素を冷媒として、空気調和装置の蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられる。
【００４３】
前記ケーシング（10）の内部空間は、ハウジング（80）によって上側の膨張機構側空間（12）と下側の圧縮機構側空間（13）とに仕切られている。そして、膨張機構側空間（12）には膨張機構（20）が、圧縮機構側空間（13）には圧縮機構（50）と電動機（60）とが配設されている。
【００４４】
また、膨張機構側空間（12）には、冷媒が該膨張機構側空間（12）内に流入するための流入ポート（14）と、該膨張機構側空間（12）内から冷媒が流出するための流出ポート（15）とが設けられている。一方、圧縮機構側空間（13）には、冷媒を該圧縮機構側空間（13）内に吸入するための吸入ポート（16）と、該圧縮機構側空間（13）内の冷媒を吐出するための吐出ポート（17）とが設けられている。
【００４５】
前記電動機（60）は、ケーシング（10）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（60）は、ステータ（61）とロータ（62）とにより構成されている。ステータ（61）は、焼嵌め等によってケーシング（10）内に固定されている。ロータ（62）は、ステータ（61）の内側に配置され、クランク軸（70）の主軸部（71）に対して同軸に且つ回動不能に設けられている。ステータ（61）の外周部には、図３に示すように、その一部を切り欠いた複数のコアカット部（63,63,…）が周方向において等間隔に形成されている。このコアカット部（63）とケーシング（10）の内周面との間には、隙間が形成されている。また、ステータ（61）とロータ（62）との間には、エアギャップ（64）と呼ばれる隙間が形成されている。
【００４６】
前記クランク軸（70）では、その上端に該主軸部（71）に対して偏心した上側偏心部（72）が、その下端部に主軸部（71）に対して偏心した下側偏心部（73）がそれぞれ主軸部（71）と一体に形成されている。また、クランク軸（70）の内部には、その長手方向に給油路（74）が貫通形成されている。クランク軸（70）の下端には遠心ポンプ（75）が設けられている。ケーシング（10）の底部には、潤滑油が貯留された油溜まり部（18）が形成されており、該遠心ポンプ（75）は油溜まり部（18）に浸漬されている。そして、遠心ポンプ（75）によって油溜まり部（18）から給油路（74）へ吸い込まれた潤滑油は、膨張機構（20）及び圧縮機構（50）へ供給される。
【００４７】
前記膨張機構（20）は、スクロール型膨張機により構成されている。この膨張機構（20）は、図１，２に示すように、固定スクロール（21）と可動スクロール（26）とを備えている。
【００４８】
前記固定スクロール（21）は、鏡板（22）と、該鏡板（22）からその下面側（可動スクロール側）へ突出する渦巻き状の固定側ラップ（23）と、該固定側ラップ（23）を囲むように鏡板（22）からその下面側へ突出する円筒状の外壁（24）とを備えている。
【００４９】
前記鏡板（22）は、ケーシング（10）に固定されていて、その中心部には冷媒の流入口（34）が貫通形成されている。この流入口（34）は、ケーシング（10）の流入ポート（14）の下方位置に位置している。一方、外壁（24）には、冷媒の流出口（35）が貫通形成されている。この流出口（35）はケーシング（10）の流出ポート（15）に接続されている。
【００５０】
一方、前記可動スクロール（26）は、鏡板（27）と、該鏡板（27）からその上面側（固定スクロール側）へ突出する渦巻き状の可動側ラップ（28）と、該鏡板（27）の略中央部から背面側（下面側）に突出するジャーナル軸受（32）とを備えている。この可動スクロール（26）は、固定スクロール（21）に対向する姿勢で配置され、図２，４に示すように、可動側ラップ（28）が固定側ラップ（23）と噛み合うことで膨張室（33）を区画形成している。
【００５１】
前記ジャーナル軸受（32）には、クランク軸（70）の上側偏心部（72）が回動自在に嵌め込まれている。これにより、可動スクロール（26）は、クランク軸（70）に対して偏心回転可能に構成されている。そして、可動スクロール（26）がクランク軸（70）に対して偏心回転すると、該可動スクロール（26）は固定スクロール（21）に対しても偏心回転することになり、固定側ラップ（23）と可動側ラップ（28）とで区画される膨張室（33）の容積が変化し、膨張室（33）内の冷媒が膨張する。
【００５２】
前記固定スクロール（21）の外壁（24）の下端面には、偏心回転する可動スクロール（26）のスラスト荷重を受け止めるスラスト軸受（25）が形成されている。一方、前記可動スクロール（26）の鏡板（27）の外周縁部には、前記固定スクロール（21）のスラスト軸受（25）と当接するスラスト面（29）が形成されている。可動スクロール（26）は、偏心回転するときに後述する背圧空間からの背圧によって固定スクロール（21）側に押圧されているが、前記スラスト面（29）がスラスト軸受（25）に当接して摺動することによって、可動スクロール（26）のスラスト荷重を固定スクロール（21）のスラスト軸受（25）で受け止めている。
【００５３】
また、前記スラスト面（29）には、可動側ラップ（28）を囲むようにして環状の環状溝（30）が形成されており、該環状溝（30）にはスラストシールリング（31）が嵌め込まれている。これら環状溝（30）及びスラストシールリング（31）は、その内径が固定スクロール（21）の外壁（24）の内周径よりも大きく、可動スクロール（26）が偏心回転するときに、固定スクロール（21）のスラスト軸受（25）と常に当接する位置に配設されている。つまり、このスラストシールリング（31）によって、スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間がシールされ、膨張室（33）と後述するオルダム空間（41）とが気密に保持されている。このスラストシールリング（31）が第１シールリングを構成する。尚、ここでは、スラストシールリング（31）は可動スクロール（26）に配設しているが、固定スクロール（21）に配設してもよい。
【００５４】
前記ハウジング（80）は、その中央部に前記可動スクロール（26）のジャーナル軸受（32）に対応して下方に陥没した凹陥部（81）が形成されており、この凹陥部（81）の中央にはクランク軸（70）が挿通される軸受部（82）が貫通形成されている。
【００５５】
このハウジング（80）と可動スクロール（26）との間には、可動スクロール（26）の自転を防止するためのオルダム継手（36）が設けられている。
【００５６】
このオルダム継手（36）は、環状のリングからなる（図１，２では断面のみ示す）。リングの互いに対向する位置で且つ該リングの上側には、それぞれスクロールキー（図示省略）が突設されている一方、該スクロールキーに対してそれぞれ周方向に９０度ずれた位置で且つ該リングの下側には、一対のハウジングキー（図示省略）が突設されている。つまり、これらスクロールキー及びハウジングキーは、リング周方向において９０度ずれた位置に交互に設けられている。
【００５７】
また、前記可動スクロール（26）の鏡板（27）の背面（可動側ラップ（28）が設けられている面と反対側の面）には、前記オルダム継手（36）のスクロールキーに対応して径方向に延びる第１ガイド溝（図示省略）が形成されている。一方、前記ハウジング（80）の上面には、前記オルダム継手（36）のハウジングキーに対応して径方向に延びる第２ガイド溝（図示省略）が形成されている。そして、第１ガイド溝にスクロールキーが、第２ガイド溝にハウジングキーが、それぞれ嵌合して摺動するように構成されている。つまり、可動スクロール（26）は、クランク軸（70）に対して偏心回転するときに、オルダム継手（36）によって自転が防止され、クランク軸（70）を中心として公転運動のみを行う。
【００５８】
次に、可動スクロール（26）とハウジング（80）との間の空間の構成について説明する。
【００５９】
前記可動スクロール（26）の鏡板（27）とハウジング（80）との間には、内側シールリング（37）と外側シールリング（38）とが設けられている。詳しくは、ハウジング（80）の上面には、凹陥部（81）を囲むように環状の内側リング溝（83）が形成されていると共に、該内側リング溝（83）を囲むように環状の外側リング溝（84）が形成されている。この内側リング溝（83）には内側シールリング（37）が、外側リング溝（84）に外側シールリング（38）が嵌め込まれている。この内側シールリング（37）が第２シールリングを、外側シールリング（38）が第３シールリングを構成する。尚、ここでは、内側及び外側シールリング（37,38）をハウジング（80）に配設しているが、可動スクロール（26）に配設してもよい。
【００６０】
これら内側及び外側シールリング（37,38）により、可動スクロール（26）とハウジング（80）との間の空間は、ジャーナル軸受（32）が位置する、内側シールリング（37）の内側のジャーナル空間（39）と、内側シールリング（37）と外側シールリング（38）との間の低圧空間（40）と、オルダム継手（36）が位置する、外側シールリング（38）の外側のオルダム空間（41）とに区画されている。
【００６１】
前記ジャーナル空間（39）とオルダム空間（41）とは、可動スクロール（26）の鏡板（27）に形成された導油路（42）を介して連通している。詳しくは、導油路（42）の上流端は鏡板（27）におけるジャーナル軸受（32）の内側部分において背面側に開口している。そして、導油路（42）は鏡板（27）内部をジャーナル軸受（32）に対応する位置から外周へ向かって延び、その下流端はスラストシールリング（31）よりも外側位置において鏡板（27）のスラスト面（29）に開口している。
【００６２】
前記ハウジング（80）には、潤滑油を前記ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）から排出するための排油部（88）が形成されている。詳しくは、排油部（88）は、ジャーナル空間（39）から潤滑油を排出する第１排油路（85）とオルダム空間（41）から潤滑油を排出する第２排油路（86）とを有している。前記第２排油路（86）は、上流端が前記オルダム空間（41）に開口する一方、下流端が圧縮機構側空間（13）に開口している。一方、第１排油路（85）は、上流端が前記ジャーナル空間（39）に開口する一方、下流端が該第２排油路（86）に合流している。そして、ハウジング（80）の第２排油路（86）の下流端には、第１及び第２排油路（85,85）を介して排出される潤滑油を前記油溜まり部（18）へ戻すための排油管（87）が設けられている。この排油管（87）は、ハウジング（80）の下面から下方に延び、その下流端がステータ（61）のコアカット部（63）に位置するように設けられている。
【００６３】
前記排油管（87）が設けられている圧縮機構側空間（13）は、詳しくは後述するが、圧縮機構（50）から吐出される冷媒により高圧状態となっている。そして、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）は、排油管（87）を介して圧縮機構側空間（13）と連通していると共に、該圧縮機構側空間（13）内に位置する高圧状態の油溜まり部（18）から高圧の潤滑油が供給されているため、高圧状態となっている。
【００６４】
一方、前記低圧空間（40）は、可動スクロール（26）の鏡板（27）に形成された連通孔（43）を介して膨張室（33）と連通している。この連通孔（43）の膨張室（33）側の端部は、膨張室（33）の外周縁部であって流出口（35）の近傍位置に開口している。この連通孔（43）によって、低圧空間（40）には、流出口（35）から流出される直前の膨張後の冷媒の圧力が導入され、低圧空間（40）内の圧力は、膨張後の冷媒と略同じ低圧状態となっている。
【００６５】
このように、前記可動スクロール（26）は、該可動スクロール（26）とハウジング（80）との間に形成されたジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）の高圧が背圧として作用している。この背圧は膨張室（33）の圧力よりも大きいため、可動スクロール（26）は固定スクロール（21）へ押圧される。ここで、前記低圧空間（40）を設けることによって、背圧が作用する可動スクロール（26）の鏡板（27）の面積を調整して、背圧による押圧力を調整している。
【００６６】
続いて、前記圧縮機構（50）について説明する。前記圧縮機構（50）は、いわゆる揺動ピストン型ロータリ圧縮機に構成されている。該圧縮機構（50）は、ピストン（51）、シリンダ（52）とを備えている。
【００６７】
前記ピストン（51）は、円環状に形成され、クランク軸（70）に設けられた下側偏心部（73）の外周に回転自在に嵌め込まれている。本図には示されないが、該ピストン（51）には、ブレードが一体に形成されている。該ブレードは、ブッシュ（図示省略）を介してシリンダ（52）に挿入されている。これらピストン（51）とシリンダ（52）とでシリンダ室（53）を区画形成している。そして、ピストン（51）が、ブッシュを支点に揺動し、シリンダ室（53）の容積を減少させて冷媒を圧縮する。
【００６８】
前記シリンダ（52）には、冷媒の吸入口（54）と吐出口（55）が形成されている。この吸入口（54）には、前記圧縮・膨張ユニット（1）の吸入ポート（16）が接続されている。また、吐出口（55）には吐出弁（56）が設けられている。この吐出口（55）は、ケーシング（10）内の圧縮機構側空間（13）に開口している。
【００６９】
−運転動作−
前記圧縮・膨張ユニット（1）の動作について説明する。
【００７０】
前記膨張機構（20）は、流入する冷媒を等エントロピ膨張させて、冷媒から機械的動力を回収する。即ち、流入ポート（14）から膨張機構側空間（12）に流入した冷媒は、流入口（34）から膨張室（33）内へ流れ込む。膨張室（33）内に流入した冷媒は、膨張しながら可動スクロール（26）を押し動かす。
【００７１】
冷媒が膨張するに従って可動スクロール（26）が公転運動し、上側偏心部（72）を介してクランク軸（70）に回転トルクが伝達される。クランク軸（70）に与えられた回転トルクは、機械的動力として圧縮機構（50）に伝達される。
【００７２】
さらに可動スクロール（26）が回転してゆくと、膨張室（33）内の冷媒は、膨張過程を終えて流出ポート（15）から冷媒回路へ流出する。
【００７３】
このとき、可動スクロール（26）は、前記ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）の背圧によって固定スクロール（21）側へ押圧される一方、固定スクロール（21）は、スラスト軸受（25）によって該可動スクロール（26）のスラスト荷重（即ち、押圧力）を受け止めている。このように、可動スクロール（26）が偏心回転するときには、可動スクロール（26）のスラスト面（29）が固定スクロール（21）のスラスト軸受（25）に圧接された状態で摺動するため、膨張室（33）が気密に保たれ、固定スクロール（21）と可動スクロール（26）との隙間から冷媒が漏れ出ることを防止されている。それに加えて、本実施形態では、スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間にスラストシールリング（31）が設けられているため、膨張室（33）の気密性がより一層保持されている。
【００７４】
次に、膨張機構（20）の潤滑について説明すると、前記遠心ポンプ（75）が作動することによりケーシング（10）底部の油溜ま部（18）から潤滑油がクランク軸（70）の給油路（74）を介してジャーナル軸受（32）に供給される。
【００７５】
ジャーナル軸受（32）に供給された潤滑油の一部は、ジャーナル軸受（32）と上側偏心部（72）との隙間に流入して該ジャーナル軸受（32）と上側偏心部（72）との摺動面を潤滑する一方、その残りは、導油路（42）を介してスラスト軸受（25）及びスラスト面（29）へ流入し、該スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との摺動面を潤滑する。
【００７６】
ジャーナル軸受（32）及び上側偏心部（72）を潤滑した潤滑油は、ジャーナル空間（39）へ流入して、第１排油路（85）及び第２排油路（86）を通って排油管（87）から排出される。一方、スラスト軸受（25）及びスラスト面（29）を潤滑した潤滑油は、スラストシールリング（31）があるため膨張室（33）側へは流入せず、オルダム空間（41）へ流入してオルダム継手（36）を潤滑した後、第２排油路（86）を通って排油管（87）から排出される。排油管（87）により排出される潤滑油は、ステータ（61）のコアカット部（63）とケーシング（10）との隙間に排出され、ケーシング（10）の内壁を伝って、油溜まり部（18）へ戻る。
【００７７】
前記圧縮機構（50）は、前記膨張機構（20）により回収した動力及び前記電動機（60）の動力によって駆動される。すなわち、クランク軸（70）を介して膨張機構（20）により回収した動力及び電動機（60）の動力が下側偏心部（73）に伝達されると、該下側偏心部（73）がクランク軸（70）に対して偏心して回動する。下側偏心部（73）が回動すると、該下側偏心部（73）に摺動自在に外嵌されたピストン（51）がシリンダ（52）内で揺動運動を行う。
【００７８】
冷媒は、ピストン（51）の揺動運動に従って吸入口（54）からシリンダ室（53）内に吸入される。吸入された冷媒は、ピストン（51）とシリンダ内周壁及びブレードに区画されたシリンダ室（53）で圧縮され、冷媒である二酸化炭素の臨界圧力以上の所定圧力まで圧縮される。所定圧力を越えた冷媒は、吐出弁（56）を通じて、吐出口（55）より圧縮機構側空間（13）に吐出される。ケーシング（10）内に吐出された冷媒は、ステータ（61）のコアカット部（63）とケーシング（10）との隙間やエアギャップ（64）を通って、圧縮機構側空間（13）における電動機（60）よりも上方の空間へ流れ込み、吐出ポート（17）から外部（冷媒回路）へ吐出される。
【００７９】
−実施形態の効果−
したがって、前記実施形態によれば、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）を膨張室（33）とは連通させず、該膨張室（33）と気密に保持して該膨張室（33）よりも高圧にすることによって、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）に供給される潤滑油が膨張室（33）に流入することを防止することができる。その結果、膨張室（33）に高温の潤滑油が流入して熱損を生じることを防止することができる。それに加えて、潤滑油が冷媒と共に膨張室（33）から流出して、冷媒回路において通常、膨張室（33）の下流に配設される蒸発器（図示省略）に冷媒と共に潤滑油が流入して、該蒸発器の能力を低下させてしまうことを防止することができる。
【００８０】
また、前記実施形態では、固定スクロール（21）の外壁（24）の下端面にスラスト軸受（25）を設けると共に、可動スクロール（26）の鏡板（27）の外周縁部にスラスト面（29）を設け、該鏡板（27）の背面にジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）からの背圧を作用させて、スラスト面（29）をスラスト軸受（25）に圧接させることによって、膨張室（33）とオルダム空間（41）との間、ひいては、膨張室（33）とジャーナル空間（39）との間を気密に保つことができる。それに加えて、スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間にスラストシールリング（31）を設けることによって、膨張室（33）とオルダム空間（41）との間の気密性をさらに向上させることができる。さらに、該スラストシールリング（31）は樹脂製であるため、スラスト面（29）がスラスト軸受（25）に対して摺動しても、スラストシールリング（31）が弾性変形して該スラスト面（29）とスラスト軸受（25）との間を確実にシールすることができるため、膨張室（33）とオルダム空間（41）との間の気密性をより一層向上させることができる。
【００８１】
さらに、前記実施形態では、ジャーナル空間（39）から潤滑油を排出するための第１排油路（85）と、オルダム空間（41）から潤滑油を排出するための第２排油路（86）を設けることによって、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）へ供給された潤滑油の排出経路が確保されるため、ジャーナル空間（39）やオルダム空間（41）が高圧になり過ぎて該ジャーナル空間（39）やオルダム空間（41）から膨張室（33）へ潤滑油が漏れ出ることを防止することができる。
【００８２】
さらにまた、前記実施形態によれば、可動スクロール（26）とハウジング（80）との間の空間に、高圧のジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）だけでなく、低圧の低圧空間（40）を設けることによって、可動スクロール（26）に過大な背圧が作用してスラスト軸受（25）及びスラスト面（29）における機械損失が大きくなることを防止することができる。そして、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）の背圧と、低圧空間（40）の低圧が作用する鏡板（27）の面積比や、該背圧と低圧との圧力比等を調整することによって、スラスト軸受（25）に作用するスラスト荷重を最適に設定して、スラスト軸受（25）での損失を最小にすることができる。
【００８３】
また、前記低圧空間（40）を設ける構成であっても、ジャーナル空間（39）と低圧空間（40）との間は内側シールリング（37）によって、オルダム空間（41）と低圧空間（40）との間は外側シールリング（38）によってシールされて気密に保たれているため、ジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）に供給された潤滑油が低圧空間（40）に流入して、そこから膨張室（33）へ流入することを防止することができる。
【００８４】
さらに、膨張機構（20）に供給された潤滑油を油溜まり部（18）に戻すための排油管（87）の下流端を電動機（60）のステータ（61）のコアカット部（63）に位置させることによって、排油管（87）から排出される潤滑油を、圧縮機構（50）により吐出されてコアカット部(63）やエアギャップ（64）等を通って吐出ポート（17）から吐出される冷媒に晒すことを防止して、該潤滑油をケーシング（10）底部の油溜まり部（18）に確実に戻すことができる。尚、排油管（87）が位置するコアカット部（63）の下端部には、圧縮機構（50）から吐出される冷媒が該コアカット部（63）へ流入することを妨げる邪魔板等を設けて、該コアカット部（63）を油戻し専用通路として構成することが好ましい。こうすることによって、潤滑油を油溜まり部（18）へさらに確実に戻すことができる。
【００８５】
《その他の実施形態》
本発明は、前記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００８６】
前記実施形態では、スクロール型膨張機として、膨張機構（20）、圧縮機構（50）及び電動機（60）が１つのケーシング（10）に内蔵された、膨張・圧縮ユニットを採用しているが、これに限られるものではない。
【００８７】
例えば、膨張機構（20）と発電機とが１つのケーシング（10）に内蔵され、膨張機構（20）により回収した動力を発電機によって電力に変換するものであってもよい。また、発電機が外部に設けられ、膨張機構（20）により回収した動力をクランク軸（70）によって該発電機に伝達させるものであってもよい。このように、圧縮機構（50）が内蔵されていない構成においては、流入ポート（14）へ流入する冷媒の一部を、可動スクロール（26）とハウジング（80）との間の空間に導入して、該冷媒によってジャーナル空間（39）及びオルダム空間（41）を高圧にするように構成すればよい。
【００８８】
また、前記実施形態では、スラスト軸受（25）とスラスト面（29）との間にスラストシールリング（31）を設けているが、膨張室（33）とオルダム空間（41）との気密性はスラスト軸受（25）とスラスト面（29）との当接によっても確保されているため、スラストシールリング（31）は必ずしも設けなくてもよい。ただし、前述の如く、膨張室（33）とオルダム空間（41）との気密性をより一層向上させることができるため、スラストシールリング（31）を設けることが好ましい。尚、スラストシールリング（31）は、可動スクロール（26）の鏡板（27）に形成された環状溝（30）に嵌め込まれているが、固定スクロール（21）の外壁（24）の下端面に環状溝を形成し、該環状溝にスラストシールリング（31）を嵌め込むようにしてもよい。
【００８９】
さらに、前記実施形態では、低圧空間（40）を設けて、可動スクロール（26）に作用する押圧力を調整しているが、これに限られるものではない。すなわち、スラスト軸受（25）へのスラスト荷重が過大とならない限り、低圧空間（40）を省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上説明したように、本発明は、固定スクロールと可動スクロールとを備えるスクロール型膨張機について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の実施形態に係る圧縮・膨張ユニットの縦断面図である。
【図２】膨張機構の縦断面図である。
【図３】図１のIII−III線における断面図である。
【図４】図１のIV−IV線における、膨張機構の横断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１      膨張・圧縮ユニット（スクロール型膨張機）
10      ケーシング
17      吐出ポート
18      油溜まり部
20      膨張機構
21      固定スクロール
25      スラスト軸受
26      可動スクロール
29      スラスト面
32      ジャーナル軸受
33      膨張室
36      オルダム継手
37      内側シールリング（第２シールリング）
38      外側シールリング（第３シールリング）
39      ジャーナル空間（背圧空間）
40      低圧空間
41      オルダム空間（背圧空間）
42      導油路
50      圧縮機構
60      電動機
61      ステータ
63      コアカット部
70      クランク軸
74      給油路
80      ハウジング
85      第１排油路
86      第２排油路
87      排油管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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