(57)【要約】【課題】簡単な構成でスクロールユニットの摺動損失を低減し、より一層の小型・軽量化を実現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】吐出孔(62)を有する固定鏡板(34)、及び該固定鏡板の固定鏡板面(36)に立設された固定渦巻体(38)を有する固定スクロール(32)と、固定鏡板面に摺動する可動鏡板面(56)を有する可動鏡板(54)、及び該可動鏡板面から固定渦巻体に向けて立設され、固定渦巻体と協働して圧縮室を形成し、該圧縮室からの作動流体を吐出孔から吐出させる可動渦巻体(58)を有する可動スクロール(52)とからなるスクロールユニット(30)を備え、固定鏡板は、固定鏡板面に凹設され、固定渦巻体の渦巻終端部(84)近傍から該固定渦巻体の渦巻き方向に延び且つ吐出孔側に向けて広がる段差部(82b)を有する。【選択図】図２
2008202560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吐出孔を有する固定鏡板、及び該固定鏡板の固定鏡板面に立設された固定渦巻体を有する固定スクロールと、前記固定鏡板面に摺動する可動鏡板面を有する可動鏡板、及び該可動鏡板面から前記固定渦巻体に向けて立設され、前記固定渦巻体と協働して圧縮室を形成し、該圧縮室からの作動流体を前記吐出孔から吐出させる可動渦巻体を有する可動スクロールとからなるスクロールユニットを備え、
前記固定鏡板は、前記固定鏡板面に凹設され、前記固定渦巻体の渦巻終端部近傍から該固定渦巻体の渦巻き方向に延び且つ前記吐出孔側に向けて広がる段差部を有することを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記固定鏡板は、前記固定鏡板面の径方向外周側に凹設され、前記スクロールユニットを潤滑すべく潤滑油が供給される環状溝部を有す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】
前記段差部は、前記環状溝部を前記吐出孔側に連続して拡大形成され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】
前記固定渦巻体は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、
前記段差部は、前記インボリュート曲線の所定の展開角から前記渦巻終端部の近傍にかけて前記圧縮室の形成を妨げない範囲で最内方まで前記吐出孔側に拡大形成され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、例えば密閉型の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備えられている。このユニットは異なる鏡板の鏡板面に立設された渦巻体を有する固定及び可動スクロールを備え、固定スクロールの固定鏡板面に対して可動スクロールの可動鏡板面が摺動しながら固定及び可動渦巻体が協働して圧縮室を形成し、この圧縮室の容積を減少させて上記一連のプロセスを実施している。そして、固定鏡板面に環状の油溝を形成して潤滑油を供給することにより、固定鏡板面に対して可動鏡板面が摺動する際に生じる摺動抵抗を低減する技術が公知である（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−２０８３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来技術では、固定鏡板面に対する可動鏡板面の摺動面積については格別な配慮がなされていない。これでは、ユニットへの潤滑油の供給や圧縮室の形成に不必要な摺動面積が大きくなり、上記油溝を設けたとしてもユニットにおける摺動損失の低減には限界が生じるとともに、圧縮機の小型・軽量化が好適に実現できないとの問題がある。特に圧縮機の高速回転化に伴いこの問題は顕著となる。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、簡単な構成でスクロールユニットの摺動損失を低減し、より一層の小型・軽量化を実現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記載のスクロール型流体機械は、吐出孔を有する固定鏡板、及び該固定鏡板の固定鏡板面に立設された固定渦巻体を有する固定スクロールと、固定鏡板面に摺動する可動鏡板面を有する可動鏡板、及び該可動鏡板面から固定渦巻体に向けて立設され、固定渦巻体と協働して圧縮室を形成し、該圧縮室からの作動流体を吐出孔から吐出させる可動渦巻体を有する可動スクロールとからなるスクロールユニットを備え、固定鏡板は、固定鏡板面に凹設され、固定渦巻体の渦巻終端部近傍から該固定渦巻体の渦巻き方向に延び且つ吐出孔側に向けて広がる段差部を有す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、固定鏡板は、固定鏡板面の径方向外周側に凹設され、スクロールユニットを潤滑すべく潤滑油が供給される環状溝部を有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、請求項２において、段差部は、環状溝部を吐出孔側に連続して拡大形成され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１から３のいずれかにおいて、固定渦巻体は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、段差部は、インボリュート曲線の所定の展開角から渦巻終端部の近傍にかけて圧縮室の形成を妨げない範囲で最内方まで吐出孔側に拡大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、固定スクロールの固定鏡板面には段差部が凹設され、この段差部は固定渦巻体の渦巻終端部近傍から固定渦巻体の渦巻き方向に延び且つ吐出孔側に向けて広がって形成される。従って、固定鏡板面に対する可動鏡板面の摺動面積が小さくなり、スクロールユニットにおける摺動損失を低減でき、ひいては流体機械の圧縮効率を向上できる。
【０００９】
しかも、スクロールユニットの摺動損失が低減されることにより、小さなスクロールユニットを効率的に作動させることが可能となるため、流体機械の更なる小型・軽量化を実現できる。
また、請求項２記載の発明によれば、固定鏡板には、固定鏡板面の径方向外周側は潤滑油が供給される環状溝部が凹設される。従って、環状溝部に滞留する潤滑油によって固定鏡板面に対する可動鏡板面の摺動抵抗を低減でき、スクロールユニットにおける摺動損失を更に低減でき、ひいては流体機械の圧縮効率を更に向上できる。
【００１０】
更に、請求項３記載の発明によれば、段差部は、環状溝部を吐出孔側に連続して拡大することにより形成される。従って、既存の環状溝部を拡大して加工するだけで固定鏡板面に対する可動鏡板面の摺動面積を小さくできるため、簡易にしてスクロールユニットにおける摺動損失低減、流体機械の圧縮効率向上を実現できる。
更にまた、請求項４記載の発明によれば、固定渦巻体は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、段差部はインボリュート曲線の所定の展開角から渦巻終端部の近傍にかけて圧縮室の形成を妨げない範囲で最内方まで吐出孔側に拡大形成される。すなわち、圧縮室からの作動流体の漏洩が生じない範囲で段差部を吐出孔側に極力大きく形成できるため、固定鏡板面に対する可動鏡板面の摺動面積を圧縮室の形成に必要な最低面積とすることができ、スクロールユニットにおける摺動損失を極力低減でき、流体機械の圧縮効率を大幅に向上できる。
【００１１】
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冷媒である場合には、スクロールユニットは高速、高回転数域で作動するため、上記構成によって摺動抵抗を小さくすることによるスクロールユニットにおける摺動損失低減、及び流体機械の圧縮効率向上の効果をより一層顕著なものとすることができる。
【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実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール型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。
【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１４に回転自在に支持されている。
【００１４】
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。
【００１５】
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、固定スクロール３２及び可動スクロール５２から構成されている。
固定スクロール３２は固定鏡板３４を備え、固定鏡板３４の固定鏡板面３６には固定渦巻体３８が立設されている。これに対し、可動スクロール５２は可動鏡板５４を備え、可動鏡板５４の可動鏡板面５６には固定渦巻体３８に向けて可動渦巻体５８が立設されている。これら各渦巻体３８，５８は所定のインボリュート曲線に基づいて形成され、互いに協働することにより圧縮室を形成する。そして、固定スクロール３２に対して可動スクロール５２が公転旋回運動することにより、固定鏡板面３６に対して可動鏡板面５６が摺動しながら、圧縮室は渦巻体３８，５８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。
【００１６】
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、可動鏡板５４の可動鏡板面５６と反対側にはボス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、固定鏡板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が固定鏡板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。
【００１７】
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が接続される冷媒の吸入室７８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。
【００１８】
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、ユニット３０に向けて供される高圧潤滑油は、可動鏡板５４の可動鏡板面５６の反対側の背面７４と主軸フレーム１４との間の間隙、ユニット３０の外周側、吸入室７８を順次経て吐出孔６２に向けて供給される。上記間隙にはシールリングと環状溝からなる背圧調整機構７６が配されており、高圧潤滑油はこの背圧調整機構７６と固定鏡板３４に内蔵される図示しない背圧調整弁とで圧力調整され、上記間隙と可動スクロール５２の外周側とには、高圧潤滑油の圧力よりも低圧で且つ吸入室７８の圧力、すなわち冷媒の吸入圧よりも高圧の中間圧となる背圧室８０が形成される。
【００１９】
ところで、固定鏡板面３６には、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い背圧室８０から吸入室７８側に向けて潤滑油を間歇的に供給する円周オイル溝（環状溝部）８２が凹設されている。
詳しくは、図２において図１のＡ−Ａ方向からみた固定スクロール３２の平面図に示されるように、オイル溝８２は、固定鏡板面３６の径方向外周側に吐出孔６２を略中心とする円周に沿って凹設され、固定渦巻体３８の渦巻終端部８４の外方側に位置づけられている。渦巻終端部８４は、その先端面が固定鏡板面３６と連続した同一面として形成され、吸入室７８と隣接している。
【００２０】
ここで、オイル溝８２は、渦巻終端部８４の近傍において固定渦巻体３８の渦巻き方向に延び且つ吐出孔６２側に向けて広がって形成されており、渦巻終端部８４の近傍以外における環状部８２ａと、渦巻終端部８４の近傍において環状部８２ａと同一溝深さを有し環状部８２ａと連なる段差部８２ｂとから構成されている。なお、図２中において、段差部８２ｂは網掛けで強調して示しており、段差部８２ｂと環状部８２ａとの境界は破線で示している。
【００２１】
段差部８２ｂは、固定渦巻体３８を形作るインボリュート曲線の所定の展開角から渦巻終端部８４の近傍にかけて形成され、この所定の展開角に対応するオイル溝８２の内周壁に段差部８２ｂの開始点８６が位置づけられている。開始点８６から渦巻終端部８４の近傍にかけては、固定渦巻体３８の径方向幅が開始点８６における径方向幅Ｗに略一定に保持されている。径方向幅Ｗは、圧縮室の形成の際に冷媒の漏洩が生じない最低の幅となるように開始点８６の位置が決定され、これより、段差部８２ｂは圧縮室の形成を妨げない範囲で吐出孔６２側に向けて最内方まで延設される。
【００２２】
図３において図２のＢ−Ｂ方向からみたユニット３０の断面図を参照すると、渦巻終端部８４の近傍における環状部８２ａと段差部８２ｂとからなるオイル溝８２の最大溝幅Ｗmaxは、例えば図３中に示す如く環状部８２ａの溝幅Ｗａの略３倍の溝幅となる。すなわち、固定鏡板面３６に形成されるオイル溝８２の占有面積は、図２中の網掛けされた段差部８２ｂの占有面積Ｓｄの分だけ増大する。換言すると、固定鏡板面３６に対する可動鏡板面５６の摺動面積Ｓを面積Ｓｄ分だけ減じられている。
【００２３】
こうして、可動スクロール５２の公転旋回運動に伴い、減ぜられた摺動面積Ｓとなる摺動領域の範囲で固定鏡板面３６に対して可動鏡板面５６が摺動しつつ、オイル溝８２を介して背圧室８０から吸入室７８側に向けて潤滑油が間歇的に供給される。
以上のように、本実施形態によれば、固定鏡板面３６の径方向外周側には潤滑油が供給されるオイル溝８２が凹設され、オイル溝８２は環状部８２ａと段差部８２ｂとから構成されている。
【００２４】
ここで、本発明では、渦巻終端部８４近傍から固定渦巻体３８の渦巻き方向に延び且つ吐出孔６２側に向かう固定鏡板面３６の領域が摺動面積Ｓを不要に大きくしている点に着目している。そして、この領域に環状部８２ａを拡大して段差部８２ｂを形成することにより、段差部８２ｂの占有面積Ｓｄの分だけ固定鏡板面３６に対する可動鏡板面５６の摺動面積Ｓを減じている。
【００２５】
従って、オイル溝８２に滞留する潤滑油によって固定鏡板面３６に対する可動鏡板面５６の摺動抵抗を低減するのみならず、既存のオイル溝８２の環状部８２ａを拡大して加工するだけの簡単な構成で、摺動面積Ｓを小さくすることにより、ユニット３０の摺動損失の要因となる摺動領域を極力排除し、より一層の摺動損失の低減が容易に実現可能となり、ひいては圧縮機１の圧縮効率を向上できる。
【００２６】
しかも、摺動領域を極力排除して摺動損失を低減することにより、小さなユニット３０でも効率的に作動させることが可能となるため、圧縮機１の更なる小型・軽量化を実現できる。
また、段差部８２ｂの開始点８６から渦巻終端部８４の近傍にかけては、固定渦巻体３８の径方向幅が開始点８６における径方向幅Ｗに略一定に保持されている。
【００２７】
ここで、径方向幅Ｗが圧縮室の形成の際に冷媒の漏洩が生じない最低の幅となるように開始点８６の位置を決めることにより、段差部８２ｂを吐出孔６２側に向けて最内方まで拡大できるため、段差部８２ｂを極力大きく形成する一方、摺動面積Ｓを圧縮室の形成を妨げない範囲での最低面積とすることができ、ユニット３０における摺動損失を極力低減できるとともに、圧縮室１の圧縮効率を大幅に向上できる。
【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。
例えば、上記実施形態では密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、スクロールユニットによって冷媒の吸入から吐出の一連のプロセスを実施するのであれば、密閉型以外の圧縮機や膨張機等に用いても良い。
【００２９】
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には、冷媒の作動圧力が高圧となることにより、スクロールユニットが高速、高回転数域で作動する。従って、上記構成によれば、摺動面積Ｓを小さくすることによる摺動損失低減、圧縮効率向上の効果をより一層顕著なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【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Ａ−Ａ方向からみた固定スクロールを示した平面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ方向からみたスクロールユニットを示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１      スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
３０    スクロールユニット
３２    固定スクロール
３４    固定鏡板
３６    固定鏡板面
３８    固定渦巻体
５２    可動スクロール
５４    可動鏡板
５６    可動鏡板面
５８    可動渦巻体
６２    吐出孔
８２    円周オイル溝（環状溝部）
８２ｂ  段差部
８４    渦巻終端部
【図１】
2008202560.tif 000003
【図２】
2008202560.tif 000004
【図３】
2008202560.tif 000005