(57)【要約】【課題】流体機械の信頼性及び生産性を向上できる流体機械を提供する。【解決手段】フレーム(18)に回転軸(16)の軸心と同心円状に支持され、対峙する周端面(62c,62d)が熱膨張による周方向の伸長により互いに当接して構成される合口部(70)を有し、可動スクロール(34)の背面(50)と摺接して油路(52)を仕切るシールリング(62)を備え、シールリングは、高圧室(72)の圧力を減圧して該高圧室の圧力よりも低圧且つ低圧室(42)よりも高圧の中間圧の中間圧室(76)を油路に形成する減圧手段を有し、当該減圧手段は合口部に形成される。【選択図】図３
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【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外方側において作動流体の吸入圧が作用する低圧室に向けて潤滑油を供給すべく前記可動スクロールの背面と前記フレームとの間に構成される油路と、
前記フレームに前記回転軸の軸心と同心円状に支持され、対峙する周端面が熱膨張による周方向の伸長により互いに当接して構成される合口部を有し、前記可動スクロールの背面と摺接して前記油路を仕切るシールリングと、
前記シールリングに設けられ、前記高圧室の圧力を減圧して該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の中間圧室を前記油路に形成する減圧手段とを備え、
前記減圧手段は、前記シールリングの前記合口部に形成されることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記減圧手段は、前記各周端面の少なくともいずれか一方に前記シールリングの内周面から外周面まで延設される溝部からなり、
前記溝部は、前記各周端面の互いの当接によって前記油路の一部をなす油連通路を形成し、該油連通路で潤滑油の流路を絞ることにより前記外周面側に前記中間圧室を形成することを特徴とする請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記シールリングがエンジニアリングプラスティックにより射出成形されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体機械。
【請求項４】
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３のいずれか一項に記載の流体機械。
【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、例えばスクロール型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空間の容積が減少し、上記一連のプロセスが行われる。
【０００３】
ここで、可動スクロールの鏡板内部に潤滑油の油路を形成し、更に当該鏡板内部に油路の流路を絞る絞り手段を設けることにより、可動スクロールの鏡板の背面側に減圧された背圧室を形成し、可動スクロールの公転旋回運動を円滑に実施するとともに上記ユニットに潤滑油を好適に滞留させ、圧縮機の圧縮性能を向上させる技術が知られている（特許文献１）。
【０００４】
また、可動スクロールの背面とフレームとの間に上記油路を形成し、この油路を可動スクロールの背面と摺接するシールリングで仕切るとともに、このシールリングの上端面を切り欠いて溝部を形成し、この溝部を上記絞り手段とすることにより、上記背圧室を形成する技術が公知である（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００３−４２０８０号公報
【特許文献２】特公平７−５１９５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、絞り手段に係る部品を要し、上記鏡板内部に油路及び絞り手段を形成しているため、圧縮機の部品数や加工費が増大するとの問題がある。
また、上記特許文献２では、シールリングを利用しているものの、可動スクロールの背面に摺接するシールリングの上端面に溝部が形成されるため、溝部の形成過程で発生するバリ等により可動スクロールの公転旋回運動が阻害されるおそれがある。このバリの除去には圧縮機の生産工程にバリ除去工程を設ける必要があり、依然として圧縮機の加工費は低減されないとの問題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、可動スクロールの公転旋回運動を阻害することなく簡易に且つ安価にして可動スクロールの背面に潤滑油路の一部をなす減圧された背圧室を形成し、流体機械の信頼性及び生産性を向上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】
【０００７】
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、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、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外方側において作動流体の吸入圧が作用する低圧室に向けて潤滑油を供給すべく可動スクロールの背面とフレームとの間に構成される油路と、フレームに回転軸の軸心と同心円状に支持され、対峙する周端面が熱膨張による周方向の伸長により互いに当接して構成される合口部を有し、可動スクロールの背面と摺接して油路を仕切るシールリングと、シールリングに設けられ、高圧室の圧力を減圧して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の中間圧室を油路に形成する減圧手段とを備え、減圧手段は、シールリングの合口部に形成されることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、減圧手段は、各周端面の少なくともいずれか一方にシールリングの内周面から外周面まで延設される溝部からなり、溝部は、各周端面の互いの当接によって油路の一部をなす油連通路を形成し、油連通路で潤滑油の流路を絞ることにより外周面側に中間圧室を形成することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、シールリングがエンジニアリングプラスティックにより射出成形されてなることを特徴とし、更にまた、請求項４記載の発明では、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】
【０００９】
請求項１記載の本発明の流体機械によれば、可動スクロールの背面とフレームとの間には潤滑油の油路が構成され、この油路は対峙する周端面が熱膨張により互いに当接して構成される合口部を有するシールリングで仕切られている。そして、このシールリングは油路に中間圧室を形成する減圧手段を有しており、当該減圧手段は上記合口部に形成されている。
【００１０】
これにより、シールリングに対して合口部を加工する際に減圧手段を容易に加工することができ、可動スクロールの背面に簡易に且つ安価にして中間圧室たる背圧室を形成できる。
しかも、減圧手段は合口部に形成されるため、可動スクロールは、その公転旋回運動をシールリングの減圧手段によって阻害されることなく円滑に実施でき、従って、流体機械の信頼性を確保しながら流体機械の生産性を向上できる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、減圧手段は、各周端面の少なくともいずれか一方に形成され且つシールリングの内周面から外周面に向けて形成される溝部からなり、この溝部は、シールリングの熱膨張によって各周端面が互いに当接することにより油連通路として機能し、これにより油路の流路が絞られる。すなわち、シールリングの熱膨張と溝部のオリフィス効果とを利用することにより、シールリングの各周端面のいずれか一方に溝部を形成するだけの極めて簡易な加工で中間圧室たる背圧室を形成でき、この背圧室の形成のための部品や複雑な加工を要しないため、流体機械の生産性を大幅に向上できる。
【００１２】
更に、請求項３記載の発明によれば、シールリングはエンジニアリングプラスティックを射出成形して形成されるため、シールリングの減圧手段を構成する溝部の加工精度及び強度が向上し、これにより、流体機械の信頼性及び生産性を更に向上できる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、作動流体を二酸化炭素冷媒とすることにより、流体機械は更に高温且つ高回転域で作動するため、シールリングは、更なる高温に曝されるとともに更に過酷な条件で可動スクロールの背面に摺接する。しかし、上記構成によれば、シールリングの熱膨張作用の増大は更に気密な油連通路を形成し、しかも、この油連通路は可動スクロールの公転旋回運動を阻害しないため、これにより、更に効果的に流体機械の信頼性及び生産性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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、本発明の流体機械の一例である密閉型圧縮機を示す。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。
【００１４】
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、冷媒の吐出圧が作用している。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。
【００１５】
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２０を介して副軸フレーム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の内側に形成された貯油室２６内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に沿って穿孔される給油路２８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。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２８における潤滑油の上昇に寄与する。更に、副軸フレーム２２の適宜位置には潤滑油の導入口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は導入口３２を介して貯油室２６に貯留される。
【００１６】
上記ユニット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ている。これに対し、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。
【００１７】
そして、これら各渦巻きラップが互いに協働し、鏡板３８の外周側に形成され吸入管１０と連通する吸入室（低圧室）４２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、その容積が減少される。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。
【００１８】
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の下面側にはボス４４が形成され、このボス４４は軸受４６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、可動スクロール３４の背面５０と主軸フレーム１８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隙（油路）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は主軸フレーム１８上で旋回運動する。
【００１９】
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、固定スクロール３６の外周部には可動スクロール３４の背面５０の背圧、すなわち空隙５２の圧力を調整可能な背圧調整弁５５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。
【００２０】
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４２の冷媒をユニット３０の内部に向けて吸入させ、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を通じて圧縮機外へ送出する。
【００２１】
一方、冷媒の吐出圧の作用と相俟ってポンプ２４で汲み上げられた高圧となる潤滑油は、回転軸１６の上端からユニット３０や軸受１７，２０，４６等に供された後、ハウジング２内を流下し、導入口３２を通じて貯油室２６に貯留される。
詳しくは、図２に拡大して示されるように、給油孔２８から流出し、軸受４６を潤滑した後の潤滑油は、矢印で示す如く、軸受１７を潤滑しながら回転軸１６に沿って流下する一方、可動スクロール３４の背面５０と主軸フレーム１８との間の空隙５２に流入した後、吸入室４２を経てユニット３０に供給される。すなわち、空隙５２は、給油路２８からの潤滑油をユニット３０まで導入する導油路として使用され、空隙５２を流動した潤滑油は吸入室４２において供給される低圧冷媒とともにユニット３０に吸入、圧縮され、高圧冷媒に含まれて吐出孔５６から吐出される。
【００２２】
ところで、空隙５２はシールリング６２により区画されている。当該リング６２は、その上端面６２ａが可動スクロール３４の背面５０と全周に亘って摺接可能である一方、その下端面６２ｂが主軸フレーム１８に回転軸１６の軸心と同心円状に支持されている。
詳しくは、主軸フレーム１８の上端面１８ａには環状溝６４が凹設され、この環状溝６４にリング６２が遊嵌されている。好ましくは、環状溝６４と下端面６２ｂとの間に板ばね等の弾性体６６を配するのがよく、これにより、背面５０に対してリング６２が付勢され、背面５０に上端面６２ａを確実に且つ継続的に摺接させることができる。
【００２３】
また、リング６２はＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などのプラスティック材料から形成され、好ましくは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）などのエンジニアリングプラスティック材料から射出成形されている。
【００２４】
図３に示されるリング６２の斜視図を参照すると、リング６２は常温時においてリング６２の周方向において互いに対峙する周端面６２ｃ，６２ｄを有している。各周端面６２ｃ，６２ｄは所定の初期間隙を有して離間するとともに、リング６２の径方向にそれぞれ相補形状の段差を有して形成されている。
また、周端面６２ｃには溝部６８が形成されている。溝部６８はリング６２の内周面６２ｅから上端面６２ａと略平行にリング６２の外周面６２ｆまで凹設され、外周面６２ｆから更に上端面６２ａまで延設されている。すなわち、溝部６８はリング６２の周方向からみて略Ｌ字状に形成されている。
【００２５】
一方、圧縮機１の作動時においてリング６２が高温雰囲気に曝されると、リング６２はその周方向に熱膨張し、周端面６２ｃ，６２ｄは互いに当接してリング６２の合口部７０を形成する。すなわち、常温時における各周端面６２ｃ，６２ｄの上記初期間隙は、熱膨張に起因するリング６２の周方向の伸長を許容可能な距離として予め設定されている。
また、各周端面６２ｃ，６２ｄがリング６２の径方向にそれぞれ相補形状の段差を有することにより、内周面６２ｅ側から給油路２８に連通するリング６２内の空間（高圧室）７２が高圧となると、空間７２の内圧によって内周面６２ｅが外周面６２ｆに比して環状溝６４の内周面６４ａ側に付勢され、この空間７２の気密性が更に向上される。
【００２６】
こうして、リング６２は圧縮機１の作動時に空隙５２を気密に仕切って空間７２を形成する一方、溝部６８は、周端面６２ｃ，６２ｄの当接に伴い、空間７２から潤滑油を漏洩させる連通孔（油連通路）７４として機能する。
詳しくは、図４に拡大して示されるように、合口部７０の形成に伴って溝部６８は周端面６２ｄで塞がれて連通孔７４が形成される。連通孔７４は、溝部６８を所定の溝幅及び溝深さに形成することにより、その流路断面積が調整され、空間７２の高圧潤滑油を減圧して外周面６２ｆ側の空間（中間圧室）７６に流入させる。
【００２７】
すなわち、合口部７０の形成に伴い形成された連通孔７４は、空間７２の内圧から減圧された潤滑油を空間７６に供給する絞りの役割を担っており、併せて背圧調整弁５５を所定の圧力に設定することによって、連通孔７４は高圧雰囲気となる空間７２の圧力を減圧して空間７２よりも低圧で、且つ低圧雰囲気となる吸入室４２の圧力よりも高圧の中間圧雰囲気となる空間７６を空隙５２に形成することができる（減圧手段）。また、この空間７６は可動スクロール３４の背圧室となる。
【００２８】
このように、本実施形態に係る圧縮機によれば、可動スクロール３４の背面５０と主軸フレーム１８との間に形成される空隙５２は合口部７０を有するリング６２で仕切られ、合口部７０を構成する周端面６２ｃにはリング６２の内周面６２ｅから外周面６２ｆに向けて溝部６８が形成される。この溝部６８は、リング６２の熱膨張によって各周端面６２ｃ，６２ｄが互いに当接することにより潤滑油の連通孔７４として機能し、これにより空隙５２における潤滑油の流路が絞られる。
【００２９】
すなわち、リング６２の熱膨張と、溝部６８、すなわち連通孔７４のオリフィス効果とを利用することにより、リング６２に対して合口部７０を加工する際、その周端面６２ｃに溝部６８を形成するだけの極めて簡易な加工で背面５０に中間圧となる空間７６を形成できる。従って、新たな部品や複雑な加工を要することなく、中間圧となる背圧室を安価に且つ簡易にして形成でき、圧縮機１の生産性が大幅に向上できる。
【００３０】
しかも、溝部６８は合口部７０を構成する周端面６２ｃに形成されるため、背面５０に対するリング６２の上端面６２ａの摺接が略全周に亘って円滑に実施可能であり、可動スクロール３４の公転旋回運動が阻害されることはない。従って、上記中間圧となる背圧室を簡易に且つ安価に形成しながら圧縮機１の信頼性をも確保できる。
更には、リング６２がエンジニアリングプラスティックを射出成形して形成されれば、溝部６８、ひいては連通孔７４の加工精度及び強度が向上し、これにより、圧縮機１の信頼性及び生産性を更に向上できる。
【００３１】
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、溝部６８を周端面６２ｃに形成しているが、これに限定されるものではなく、連通孔７４が形成可能であれば、周端面６２ｃ，６２ｄのいずれに形成しても両方に形成しても良く、この場合であっても上記同様に圧縮機１の信頼性及び生産性が向上できる。
【００３２】
また、上記実施形態では、溝部６８は、リング６２の周方向からみて略Ｌ字状に形成されているが、これに限定されるものではなく、形成される連通孔７４が空間７６に開口していれば良く、例えば、溝部６８を内周面６２ｅから外周面６２ｆまで単に直線状に凹設したり、内周面６２ｅから外周面６２ｆにかけて上向き傾斜状に凹設して形成しても良い。
【００３３】
このように直線状や傾斜状に溝部６８を形成することにより、リング６２の上端面６２に対する加工は一切不要となり、可動スクロール３４の背面５０に対するリング６２の摺接が更に円滑となって圧縮機１の信頼性を更に向上できる。
更に、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、圧縮機１は更に高圧且つ高回転域で作動するため、リング６２は、更なる高温に曝されるとともに更に過酷な条件下で背面５０に摺接する。しかし、上記構成によれば、リング６２の熱膨張作用の増大は更に気密な連通孔７４を形成し、しかも、この連通路７４はリング６２の上端面６２ａにほとんど面していないため、更に効果的に圧縮機の信頼性及び生産性を向上できる。
【００３４】
最後に、本発明の流体機械は、車両用空調装置に組込まれる冷凍回路用の密閉型圧縮機のみならず、種々の分野における密閉型以外の圧縮機又は膨脹機としても使用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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の要部拡大図である。
【図３】図１、２のシールリングを示した斜視図である。
【図４】図２の要部拡大図に潤滑油の連通孔を示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１      圧縮機（流体機械）
２      ハウジング
１６    回転軸
１８    主軸フレーム（フレーム）
３０    スクロールユニット
３４    可動スクロール
３６    固定スクロール
４２    吸入室（低圧室）
５０    背面
５２    空隙（油路）
６２    シールリング
６２ｃ  周端面
６２ｄ  周端面
６２ｅ  内周面
６２ｆ  外周面
６８    溝部
７２    空間（高圧室）
７４    油連通路（連通孔）
７６    空間（中間圧室）
【図１】
2008150991.tif 000003
【図２】
2008150991.tif 000004
【図３】
2008150991.tif 000005
【図４】
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