(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器と、
上記密閉容器内に上部空間を画成するように配設され、第１渦巻歯が第１台板の下面に形成された第１固定スクロールと、
上渦巻歯および下渦巻歯が第３台板の両面に形成されて構成され、該上渦巻歯が上記第１渦巻歯と咬合するように上記第１固定スクロールの下面側に相対して配設された揺動スクロールと、
第２渦巻歯が第２台板の上面に形成されて構成され、該第２渦巻歯が上記下渦巻歯と咬合するように上記揺動スクロールの下面側に相対して配設され、上記密閉容器内に下部空間を画成する第２固定スクロールと、
上記第１固定スクロールの第１軸受部と第２固定スクロールの第２軸受部とに軸支されて上記揺動スクロールの揺動軸受部を貫通して上記密閉容器内に上下方向に延設された主軸と、
上記主軸に外嵌状態に嵌着されて上記揺動軸受部に挿入され、該主軸の回転運動を揺動運動に変換して該揺動スクロールに伝達するクランク部を構成する円筒体のスライダと、
上記下部空間の底部に貯留された潤滑油と、を備え、
上記揺動スクロールが上記第１および第２固定スクロールに対して揺動運動して、上記揺動スクロールの上面側および下面側でそれぞれ冷媒を圧縮或いは膨張させるスクロール流体機械において、
一端が上記主軸の下端面に開口して該主軸内に上下方向に延設された給油通路と、
孔方向を上記主軸の軸心方向と直交する方向とし、上記給油通路と上記第１軸受部の下端側とを連通するように該主軸内に形成された軸受給油孔と、
上記第１軸受部に軸支される上記主軸の部位の外周壁面に形成された螺旋溝と、
上記スライダの外周壁面に上端から下端に至るように延設された第１切り欠き部と、
上記第２軸受部に軸支される上記主軸の部位の外周壁面に上端から下端に至るように延設された第２切り欠き部と、
上記主軸の軸心からの距離が該主軸の回転方向と逆方向に向かって漸次減少する螺旋状に、かつ上記第１切り欠き部と上記第２切り欠き部とを連通するように、上記スライダの下端面に凹設された連通溝と、
上記下部空間の底部に貯留された上記潤滑油を上記給油通路に送油する送油手段と、を備えていることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
密閉容器と、
上記密閉容器内に上部空間を画成するように配設され、第１渦巻歯が第１台板の下面に形成された第１固定スクロールと、
上渦巻歯および下渦巻歯が第３台板の両面に形成されて構成され、該上渦巻歯が上記第１渦巻歯と咬合するように上記第１固定スクロールの下面側に相対して配設された揺動スクロールと、
第２渦巻歯が第２台板の上面に形成されて構成され、該第２渦巻歯が上記下渦巻歯と咬合するように上記揺動スクロールの下面側に相対して配設され、上記密閉容器内に下部空間を画成する第２固定スクロールと、
上記第１固定スクロールの第１軸受部と第２固定スクロールの第２軸受部とに軸支されて上記揺動スクロールの揺動軸受部を貫通して上記密閉容器内に上下方向に延設された主軸と、
上記主軸に外嵌状態に嵌着されて上記揺動軸受部に挿入され、該主軸の回転運動を揺動運動に変換して該揺動スクロールに伝達するクランク部を構成する円筒体のスライダと、
上記下部空間の底部に貯留された潤滑油と、を備え、
上記揺動スクロールが上記第１および第２固定スクロールに対して揺動運動して、上記揺動スクロールの上面側および下面側でそれぞれ冷媒を圧縮或いは膨張させるスクロール流体機械において、
一端が上記主軸の下端面に開口して該主軸内に上下方向に延設された給油通路と、
孔方向を上記主軸の軸心方向と直交する方向とし、上記給油通路と上記第１軸受部の下端側とを連通するように該主軸内に形成された軸受給油孔と、
上記第１軸受部に軸支される上記主軸の部位の外周壁面に形成された螺旋溝と、
上記スライダの外周壁面に上端から下端に至るように延設された切り欠き部と、
上記主軸に外嵌状態に嵌着されて上記第２軸受部に挿入された円筒体のスリーブと、
上記主軸の軸心からの距離が該主軸の回転方向と逆方向に向かって漸次減少する螺旋状に、かつ上記第１切り欠き部と上記第２軸受部と上記スリーブとの間の隙間とを連通するように、上記スライダの下端面に凹設された連通溝と、
上記下部空間の底部に貯留された上記潤滑油を上記給油通路に送油する送油手段と、を備えていることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項３】
上記冷媒が二酸化炭素であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍・空調用途の冷凍サイクル内で圧縮機または膨張機として用いられ、揺動スクロールが一対の固定スクロール間に揺動運動可能に配置されたスクロール流体機械に関し、特に、軸受部への給油構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍・空調用に用いられる冷凍サイクルにおいて、冷媒を圧縮する圧縮機或いは膨張過程の冷媒から機械エネルギーを回収する膨張機を、渦巻きを組み合わせてできる室内の容積変化を利用するスクロール流体機構で構成した場合、圧縮または膨張前後の差圧に起因して揺動スクロールの軸方向に作用するスラスト荷重の処理が課題となる。特に、高低圧差が過大となる二酸化炭素などの冷媒を用いる場合、平面摺動部によるスラスト支持が困難であるか、限られた圧力範囲でのみ成立することが多い。
【０００３】
このようなスラスト支持に関する課題を解決するために、揺動スクロールの台板両面に渦巻きを設け、揺動スクロールの両渦巻きを揺動スクロールの両側に配設された固定スクロールのそれぞれの渦巻きと組み合わせて揺動スクロールの両側に圧縮室と膨張室とを形成し、圧縮／膨張過程において揺動スクロールに作用する軸方向のスラスト荷重を相殺するようにした両面式のスクロール流体機械が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この従来のスクロール流体機械では、駆動軸が両固定スクロールの中央部の上下ジャーナル軸受により支持され、上下ジャーナル軸受間の駆動軸の偏心部が揺動スクロールの中央の揺動軸受を貫通している。そして、駆動軸内にその軸心と平行に形成された給油通路から上下ジャーナル軸受および揺動軸受のそれぞれの軸受面に通じる半径方向外向きの軸受給油孔を形成している。これにより、給油通路を流れる潤滑油が各軸受給油孔を介して上下ジャーナル軸受および揺動軸受のそれぞれの軸受面に供給され、各軸受の潤滑を行っていた。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３２６６７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のスクロール流体機械における給油構造は、潤滑油を軸方向に平行な給油通路から径方向外方に延設された軸受給油孔を介して各軸受部に順次供給しているので、軸受給油孔が軸受部の個数分必要となり、給油構造が複雑となると共に、上流側の軸受部と下流側の軸受部とに対する給油量のバランスが回転数などの条件により変化し、一定に保つことが困難であった。
また、上下ジャーナル軸受間の駆動軸の部位にスライダを嵌着して偏心部を構成するような場合、揺動軸受部に給油する軸受給油孔は駆動軸とスライダとの間の隙間を経由しなければならず、揺動軸受部の軸受面以外への給油漏れを生じさせるという問題がある。
【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、１つの軸受給油孔で各軸受部への給油を可能とし、各軸受部への給油量を一定に保つとともに、軸受面以外への給油漏れを抑えることができるスクロール流体機械を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明のスクロール流体機械は、密閉容器と、上記密閉容器内に上部空間を画成するように配設され、第１渦巻歯が第１台板の下面に形成された第１固定スクロールと、上渦巻歯および下渦巻歯が第３台板の両面に形成されて構成され、該上渦巻歯が上記第１渦巻歯と咬合するように上記第１固定スクロールの下面側に相対して配設された揺動スクロールと、第２渦巻歯が第２台板の上面に形成されて構成され、該第２渦巻歯が上記下渦巻歯と咬合するように上記揺動スクロールの下面側に相対して配設され、上記密閉容器内に下部空間を画成する第２固定スクロールと、上記第１固定スクロールの第１軸受部と第２固定スクロールの第２軸受部とに軸支されて上記揺動スクロールの揺動軸受部を貫通して上記密閉容器内に上下方向に延設された主軸と、上記主軸に外嵌状態に嵌着されて上記揺動軸受部に挿入され、該主軸の回転運動を揺動運動に変換して該揺動スクロールに伝達するクランク部を構成する円筒体のスライダと、上記下部空間の底部に貯留された潤滑油と、を備え、上記揺動スクロールが上記第１および第２固定スクロールに対して揺動運動して、上記揺動スクロールの上面側および下面側でそれぞれ冷媒を圧縮或いは膨張させる。さらに、スクロール流体機械は、一端が上記主軸の下端面に開口して該主軸内に上下方向に延設された給油通路と、孔方向を上記主軸の軸心方向と直交する方向とし、上記給油通路と上記第１軸受部の下端側とを連通するように該主軸内に形成された軸受給油孔と、上記第１軸受部に軸支される上記主軸の部位の外周壁面に形成された螺旋溝と、上記スライダの外周壁面に上端から下端に至るように延設された第１切り欠き部と、上記第２軸受部に軸支される上記主軸の部位の外周壁面に上端から下端に至るように延設された第２切り欠き部と、上記主軸の軸心からの距離が該主軸の回転方向と逆方向に向かって漸次減少する螺旋状に、かつ上記第１切り欠き部と上記第２切り欠き部とを連通するように、上記スライダの下端面に凹設された連通溝と、上記下部空間の底部に貯留された上記潤滑油を上記給油通路に送油する送油手段と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、送油手段により給油通路に送油された潤滑油は、軸受給油孔を通って第１軸受部の下端側に揚油される。第１軸受部の下端側に揚油された潤滑油の一部が、螺旋溝内を流通しつつ、第１軸受部を潤滑する。第１軸受部の下端側に揚油された潤滑油の一部は、第１切り欠き部を流通しつつ、揺動軸受部を潤滑する。そして、第１切り欠き部を流通してスライダの下端に到達した潤滑油は、粘性ポンプの効果により、螺旋状の連通溝を流通して第２切り欠き部に送油され、第２切り欠き部を流通しつつ、第２軸受部を潤滑する。このように、軸受給油孔を軸受部毎に設ける必要がなく、給油構造が簡素化されると共に、各軸受部への給油量が一定に保たれ、軸受面以外への給油漏れも抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図であり、図２の（ａ）は一部破断側面図、図２の（ｂ）は図２の（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図２において、矢印Ａは潤滑油の流れを示し、矢印Ｂは駆動軸の回転方向を示している。ここで、各図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは、明細書の全文において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、これらの記載に限定されるものではない。この実施の形態１によるスクロール流体機械は、二酸化炭素のような高圧側が超臨界となる冷媒を用い、膨張機構部が冷凍サイクル内の膨張過程を行い、サブ圧縮機構部が膨張過程の冷媒から回収した機械エネルギーを動力として冷凍サイクル内の圧縮過程の一部を行う圧縮機一体型膨張機として用いられることを想定している。
【００１１】
図１および図２において、スクロール流体機械１の密閉容器４内の下方には、膨張機構２が設置されており、膨張機構２の上方には、サブ圧縮機構３が設置されている。膨張機構２は、第２台板２１ａの上面に第２渦巻歯２１ｃを形成した第２固定スクロール２１と、第３台板２３ａの下面に下渦巻歯２３ｃを形成した揺動スクロール２３とからなる。第２固定スクロール２１の第２渦巻歯２１ｃと揺動スクロール２３の下渦巻歯２３ｃとは、逆の巻き方向で、咬合するように配置されている。また、サブ圧縮機構３は、第１台板２２ａの下面に第１渦巻歯２２ｃを形成した第１固定スクロール２２と、第３台板２３ａの上面に上渦巻歯２３ｄを形成した揺動スクロール２３とからなる。第１固定スクロール２２の第１渦巻歯２２ｃと揺動スクロール２３の上渦巻歯２３ｄとは、逆の巻き方向で、咬合するように配置されている。
【００１２】
ここで、サブ圧縮機構３の第１渦巻歯２２ｃおよび上渦巻歯２３ｄは、膨張機構２の第２渦巻歯２１ｃおよび下渦巻歯２３ｃと同じ巻き方向で、揺動スクロール２３が揺動したときに、一方で圧縮、他方で膨張できるようになっている。また、第１固定スクロール２２により密閉容器４内に上部空間が画成され、第２固定スクロール２１により密閉容器４内に下部空間が画成される。密閉容器４の下部空間の底部には、潤滑油１９が貯留されている。
【００１３】
主軸３５は、膨張機構２の第２固定スクロール２１およびサブ圧縮機構３の第１固定スクロール２２それぞれの中央に形成された軸受部２１ｂ，２２ｂによって、回転自由に支持されて、即ち軸支されて、両持ち支持されている。スライダ３６は、軸嵌入孔３７が偏心して穿設された円筒体に作製され、揺動スクロール２３の中央に穿設された揺動軸受部２３ｂに内嵌状態に嵌め込まれている。そして、主軸３５の軸受部２１ｂ、２２ｂ間の部位が、スライダ３６の軸嵌入孔３７に嵌入、固定されている。つまり、スライダ３６が偏心部を構成する。これにより、スライダ３６の外径中心と主軸３５の軸心との間の距離が変動可能で、スライダ３６が揺動スクロール２３に作用するガス圧による力で揺動半径が大きくなる方向に移動する揺動半径可変スライダ機構を構成し、揺動スクロール２３が揺動運動する。
【００１４】
スライダ３６の外周面には、スライダ３６の軸心に平行な平面でスライダ３６の外周壁面を切り欠いて形成された切り欠き部４２が一端から他端に至るように延設されている。主軸３５の軸受部２１ｂに軸支される部位の外周面には、主軸３５の軸心に平行な平面で主軸３５の外周壁面を切り欠いて形成された切り欠き部４３が軸受部２２ｂに軸支される領域の上下方向全域に渡って延設されている。さらに、スライダ３６の下面には、切り欠き部４２と切り欠き部４３とを連通する連通溝としての断面矩形の平面溝４４が、主軸３５の軸心からの距離が主軸３５の回転方向Ｂと逆方向に向かって漸次減少する螺旋状に形成されている。なお、切り欠き部４２および切り欠き部４３は、それぞれスライダ３６および主軸３５の荷重を支持しない面に形成されている。
【００１５】
膨張機構２の外周であって密閉容器４の側面には、冷媒を吸入する膨張機構吸入管１１および膨張した冷媒を吐出する膨張機構吐出管１２が設置されている。一方、サブ圧縮機構３の上方であって密閉容器４の上面には、冷媒を吸入するサブ圧縮機構吸入管１３が設置されており、サブ圧縮機構３の外周であって密閉容器４の側面には、圧縮した冷媒を吐出するサブ圧縮機構吐出管１４が設置されている。密閉容器４には、密閉容器４の底部と後述する主圧縮機５の容器底部とを連通する均油管１５と、適正油面高さより高い位置と主圧縮機５の吸入側とを連通する油戻り管１６とが設けられている。
【００１６】
サブ圧縮機構３においては、第１固定スクロール２２および揺動スクロール２３それぞれの第１渦巻歯２２ｃおよび上渦巻歯２３ｄの先端には、第１固定スクロール２２の第１渦巻歯２２ｃと揺動スクロール２３の上渦巻歯２３ｄとで形成されるサブ圧縮室３ａを仕切るチップシール３１が装着されている。また、第１固定スクロール２２における揺動スクロール２３に対向する面であって第１渦巻歯２２ｃの外周には、揺動スクロール２３と第１固定スクロール２２とをシールする外周シール３３が設けられている。
【００１７】
一方、膨張機構２においては、サブ圧縮機構３と同様に、揺動スクロール２３の第２固定スクロール２１に対向する面であって揺動軸受部２３ｂの外周には、揺動スクロール２３と第２固定スクロール２１とをシールする内周シール３２が設けられている。また、第２固定スクロール２１および揺動スクロール２３の第２渦巻歯２１ｃおよび下渦巻歯２３ｃの先端には、第２固定スクロール２１の第２渦巻歯２１ｃと揺動スクロール２３の下渦巻歯２３ｃとで形成される膨張室２ａを仕切るチップシール３１が装着されている。
【００１８】
揺動スクロール２３は、サブ圧縮機構３に設けたオルダムリング３９によって、自転を規正される。また、揺動スクロール２３が揺動運動することによって発生する遠心力を相殺するために、上および下バランサ３８ａ，３８ｂが主軸３５の両端側に取り付けられている。主軸３５の下端には、潤滑油１９を各軸受部に供給するための送油手段としての油ポンプ２０が取り付けられている。
【００１９】
主軸３５内には、通路方向を主軸３５の軸方向と平行とする給油通路４０ａが、主軸３５の軸受部２２ｂに軸支される部位の下端側から下部空間に開口するように、偏心して上下方向に延在し、ガス抜き孔４０ｂが給油通路４０ａの上端から上部空間に開口するように上下方向に延設され、軸受給油孔４０ｃが給油通路４０ａから軸受部２２ｂの下端側に至るように径方向外方に延設されている。そして、主軸３５の軸受部２２ｂに軸支される部位の外周壁面には、螺旋溝４１が、例えば主軸３５の回転方向と逆方向に向かって上り勾配となる溝形状で、主軸３５の軸受部２２ｂに軸支される部位の上下方向全域にわたって設けられている。油戻し孔１７が、上部空間と下部空間とを連通するように第２固定スクロール２１および第１固定スクロール２２に穿設されている。なお、螺旋溝４１は、主軸３５の荷重を支持しない面に形成されている。
【００２０】
つぎに、このように構成されたスクロール流体機械１を用いた冷凍サイクルについて図３を参照しつつ説明する。
サブ圧縮機構吸入管１３が主圧縮機５の吐出側に接続され、サブ圧縮機構吐出管１４がガスクーラ７の吸入側に接続され、膨張機構吸入管１１がガスクーラ７の吐出側に接続され、膨張機構吐出管１２が蒸発器８の吸入側に接続されて、スクロール流体機械１が冷凍サイクルに組み込まれている。つまり、この冷凍サイクルでは、スクロール流体機械１のサブ圧縮機構３がガスクーラ７の上流側に配設され、膨張機構２がガスクーラ７の下流側に配設されている。この時、膨張機構２とサブ圧縮機構３とが一体に構成されていることの制約から、膨張機構２の通過流量を調整するためのバイパス膨張弁９が膨張機構２と並列に、膨張機構２の体積流量を調整するための予膨張弁１０が膨張機構２と直列、かつ上流側に設けられている。また、膨張機構２が蒸発器８の上流側に配設され、サブ圧縮機構３が蒸発器８の下流側に配設された主圧縮機５の下流側に配設されている。
【００２１】
このように構成された冷凍サイクルでは、モータ６に給電されると、主圧縮機５が駆動され、冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、サブ圧縮機構吸入管１３からサブ圧縮機構３に送り込まれ、第１固定スクロール２２の第１渦巻歯２２ｃと揺動スクロール２３の上渦巻歯２３ｄとで形成されるサブ圧縮室３ａ内で圧縮昇圧される。サブ圧縮室３ａ内で圧縮昇圧された冷媒は、吐出弁１８から吐出されて密閉容器４の上部空間に一旦開放され、油分離された後、サブ圧縮機構吐出管１４から密閉容器４外へ吐出される。サブ圧縮機構吐出管１４から吐出された冷媒は、ガスクーラ７に送り込まれて冷却される。冷却された冷媒の一部が、予膨張弁１０で膨張されて、あるいは膨張されずに膨張機構吸入管１１から膨張機構２に送り込まれ、第２固定スクロール２１の第２渦巻歯２１ｃと揺動スクロール２３の下渦巻歯２３ｃとで形成される膨張室２ａ内で膨張減圧される。ガスクーラ７で冷却された冷媒の残部は、バイパス膨張弁９で膨張減圧される。膨張室２ａ内で膨張減圧された冷媒は、膨張機構吐出管１２から吐出され、バイパス膨張弁９で膨張減圧された冷媒の残部とともに蒸発器８に送り込まれ、加熱された後、主圧縮機５に送り込まれる。
【００２２】
つぎに、このスクロール流体機械１における潤滑油１９の流れについて説明する。
密閉容器４内の上部空間と下部空間とは、給油通路４０ａ、ガス抜き孔４０ｂ、軸受給油孔４０ｃ、油戻し孔１７を介して連通されており、冷凍サイクル内の低圧（蒸発器８の吐出圧力）となり、第１および第２固定スクロール２２，２１で挟まれ、かつ揺動スクロール２３の外周側の空間は、膨張過程後の低圧雰囲気に満たされている。そして、密閉容器４の底部に貯液されている潤滑油１９は、油ポンプ２０の遠心力により、給油通路４０ａ内を上昇し、軸受給油孔４０ｃを通って、軸受部２２ｂの下端側に揚油される。
軸受部２２ｂの下端側に揚油された潤滑油１９の一部が、螺旋溝４１を通って上昇し、密閉容器４の上部空間にオーバーフローする。そして、軸受部２２ｂが螺旋溝４１を流通する潤滑油１９により潤滑される。密閉容器４の上部空間にオーバーフローした潤滑油１９は、油戻し孔１７を通って下部空間に戻る。
【００２３】
軸受部２２ｂの下端側に揚油された潤滑油１９の一部は、スライダ３６の外周面に形成された切り欠き部４２を通って下降する。そして、揺動軸受部２３ｂが切り欠き部４２を流通する潤滑油１９により潤滑される。ここで、スライダ３６の下端面に形成された平面溝４４は、回転方向と逆の方向に向かって、軸心からの距離が徐々に減少する螺旋状に形成されているので、スライダ３６の下端まで下降した潤滑油１９は、粘性ポンプの効果により、遠心力に抗して平面溝４４を通って主軸３５の外周面に形成された切り欠き部４３に導かれ、切り欠き部４３を通って下降し、下部空間に戻る。そして、軸受部２１ｂが切り欠き部４３を流通する潤滑油１９により潤滑される。
【００２４】
また、サブ圧縮される冷媒は、主圧縮機５から潤滑油を含んでサブ圧縮機構吸入管１３を介して供給され、揺動スクロール２３と第１固定スクロール２２とによりサブ圧縮された後、上部空間に一旦開放されることにより油分離され、サブ圧縮機構吐出管１４から排出される。上部空間で冷媒から分離された油は、螺旋溝４１からオーバーフローされた潤滑油１９とともに、油戻し孔１７を介して下部空間に戻される。
【００２５】
このように、実施の形態１によれば、螺旋溝４１が主軸３５の軸受部２２ｂに軸支される部位の外周壁面に当該部位の上下方向全域にわたって形成され、切り欠き部４２がスライダ３６の外周壁面に一端から他端に至るように形成され、切り欠き部４３が主軸３５の軸受部２１ｂに軸支される部位の外周壁面に当該部位の上下方向全域にわたって形成されている。さらに、平面溝４４が、主軸３５の回転方向と逆の方向に向かって、軸心からの距離が徐々に減少する螺旋状に、かつ切り欠き部４２と切り欠き部４３とを連通するように、スライダ３６の下端面に形成されている。そこで、給油通路４０ａから径方向外方に延びて軸受部２２ｂの下端側に開口する軸受給油孔４０ｃを設けて、潤滑油１９を主軸３５の軸受部２２ｂに軸支される部位の下端側に揚油するだけで、軸受部２１ｂ，２２ｂおよび揺動軸受部２３ｂのそれぞれに給油できる。これにより、従来技術のように給油通路４０ａから径方向外方に延びる軸受給油孔を軸受部毎に設ける必要がなく、簡易な構成で、揺動半径可変スライダ機構による渦歯側面の押し付けシールを行いつつ、各軸受部への安定した給油量を確保でき、高効率で、高信頼性のスクロール流体機械を得ることができる。
【００２６】
ここで、この実施の形態１における螺旋溝粘性ポンプの基本特性について、図４乃至図６を参照しつつ説明する。図４は粘性ポンプの模式図、図５は粘性ポンプの基本作用図、図６は螺旋溝ポンプの基本形状図である。一般の螺旋溝粘性ポンプは、回転による遠心力の効果でポンプ流量が低下するのを避けるため、溝を設けていない円板を回転させる。本実施の形態は、螺旋溝を設けた側を回転させる点で一般的な螺旋溝粘性ポンプと異なり、螺旋溝が回転することによる遠心力が流体に作用する。そこで、以下では、螺旋溝が回転することによる遠心効果を考慮した時の形状パラメータと流量の関係を導く。なお、平面溝の側壁の影響、出入口の抵抗、流れによる遠心効果については考慮しないものとする。
【００２７】
図５に示すように、溝に沿った流れ方向をｘ、溝の深さ方向をｙとする。流れ方向にdx、幅dyの長方形の微小要素をとり、この部分に加わる力のつり合いを考える。非圧縮で境界層の十分発達した定常流れにおいては、式（１）が成り立つ。
【００２８】
【数１】
0004726914.tif 000002
【００２９】
ここで、ｐは圧力、τはせん断応力、ρは流体密度、Fxは単位質量あたりの流体に作用する遠心力のｘ方向成分で、加速度をaxとするとFx＝ρdxdyaxである。
ｘ方向の流速をUとし、流体粘度をμとすると、層流に対してはτ＝μｄU/ｄｙであるから、式（１）は式（２）で表される。
【００３０】
【数２】
0004726914.tif 000003
【００３１】
式（２）の左辺は、ｘの関数、右辺はｙの関数である。式（２）をyについて２回積分すると式（３）となる。
【００３２】
【数３】
0004726914.tif 000004
【００３３】
この実施の形態１では、溝を設けた側を回転させるが、図５に示すように相対的には溝を設けない壁面が動いているのと同じとして、平行平板間の層流モデルを考える。
y＝0には固定平板が、ｙ＝δには、U＝UW（一定）で動く平行平板があるとすると、境界条件は、y=δでU＝UW、y=0でU＝0である。C１，C2を境界条件から求めると、溝に沿った（ｘ方向）の速度Uは、式（４）となる。
【００３４】
【数４】
0004726914.tif 000005
【００３５】
流量Qは、溝幅をｂ、溝深さをδとすると、式（５）となる。
【００３６】
【数５】
0004726914.tif 000006
【００３７】
なお、回転壁と固定壁との隙間εは極めて小さく０に近いとし、考慮しないものとする。ここで、作用速度UW が溝に沿って変わる場合には、溝の流速は、正しくは式（４）では表せないが、近似的には式（４）が成り立つとし、UW 、dp/dx、axがｘの関数と考えれば、式（５）が適用できる。
連続の関係から、Qはｘに無関係であるから、UWとaｘの変わり方が分かれば、式（５）を積分して、出口と入口の圧力差をΔPを求めることができる。すなわち、溝の長さをLとすると、式（５）は式（６）となる。
【００３８】
【数６】
0004726914.tif 000007
【００３９】
ここで、作用速度UW の溝に沿う平均値をUWm、とし、
【００４０】
【数７】
0004726914.tif 000008
【００４１】
ｘ方向の加速度axの溝に沿う平均値をa xmとすれば、
【００４２】
【数８】
0004726914.tif 000009
【００４３】
式（６）は式（９）のように書き換えられる。
【００４４】
【数９】
0004726914.tif 000010
【００４５】
これは、平均の作用速度と平均の加速度で一様に作用すると考えた流量に等しく、右辺第1項は壁面の運動によって生じるすべり流れの流量を、第２項は溝の回転による遠心力によって生じる流量を，第３項は圧力差によって生じる流量を表している。
【００４６】
つぎに、図６に示すような螺旋溝に適用した時の作用速度UWと加速度aｘを考える。
溝の入口は半径r0の位置にあるとし、溝の入口と回転中心Ｏとを結ぶ線を基線として、半径ｒの位置をPとし、回転の反対方向にθをとることとする。入口(r= r0)から溝の中心線にそって、流れ方向をｘとし、線分OPと溝の流れ方向の角度をφ、半径ｒにおける溝の周速度Vθ、角速度をωとすると、溝に沿う作用速度UWは、式（１０）で表される。
【００４７】
【数１０】
0004726914.tif 000011
【００４８】
回転による遠心力Fcが溝を流れる流体に作用すると考えると、流体の流れ方向と逆向きに遠心力のｘ方向成分Fx＝−Fc cosφが作用し、式（１１）が成り立つ。
【００４９】
【数１１】
0004726914.tif 000012
【００５０】
そこで、式（１１）とから、Fx＝ρdxdyaxとから、式（１２）となる。
【００５１】
【数１２】
0004726914.tif 000013
【００５２】
すなわち、この実施の形態１では、式（１０）と式（１２）とを式（７）〜式（９）に適用し、式（９）の第1項の流量が、第２項、第３項の流量より大きくなるように設計すればよい。
【００５３】
なお、上記実施の形態１では、連通溝としての断面矩形の平面溝４４がスライダ３６の下端面に形成されているとしたが、スライダ３６の下端面に形成される連通溝の断面形状は矩形に限定されるものではなく、例えば図７に示す断面半円の溝４４ａや図８に示す断面三角形の溝４４ｂであってもよい。溝幅に対し溝深さを一定とした場合、ポンプ揚程（流量０の時のポンプ圧力）は、直角二等辺三角形＞三角形＞半円＞長方形の順に高い特性を示す。これは、溝幅に対して、溝の深さをできるだけ浅くする方が揚程確保に有利となるためである。
また、上記実施の形態１では、軸受給油孔４０ｃが給油通路４０ａから径方向外方向に延設されているものとしているが、軸受給油孔４０ｃの孔方向は主軸３５の径方向に限定されるものではなく、主軸３５の軸心と直交する平面内であればよい。
【００５４】
実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図、図８はこの発明の実施の形態２によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図であり、図１０の（ａ）は一部破断側面図、図１０の（ｂ）は図１０の（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。
図９および図１０において、スリーブ４５は、主軸３５の軸受部２１ｂに対応する部位のＤ字状の外形形状に適合する内形形状の軸嵌入孔４５ａを有する円筒体に作製され、第２固定スクロール２１の軸受部２１ｂに軸支されている。主軸３５がスリーブ４５の軸嵌入孔４５ａに挿入されて回転を規制され、スリーブ４５が主軸３５と一体に回転する。平面溝４４Ａが、切り欠き部４２と、軸受部２１ｂとスリーブ４５の外周壁面との間の隙間とを連通するように、主軸３５の軸心からの距離が主軸３５の回転方向Ｂと逆方向に漸次減少する螺旋状に形成されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００５５】
このように構成されたスクロール流体機械１Ａにおいても、切り欠き部４２を通ってスライダ３６の下端まで下降した潤滑油１９は、粘性ポンプの効果により、遠心力に抗して平面溝４４Ａを通って軸受部２１ｂとスリーブ４５の外周壁面との間の隙間に導かれ、当該隙間を通って下降し、軸受部２１ｂに潤滑に供される。
従って、この実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様に効果が得られる。
また、この実施の形態２においては、平面溝４４Ａの溝長さ、即ち遠心力に抗して潤滑油１９を送油する距離が短くなるので、給油をより確実に行うことができる。
【００５６】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図、図１２はこの発明の実施の形態３によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図であり、図１２の（ａ）は一部破断側面図、図１２の（ｂ）は図１２の（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
図１１および図１２において、スリーブ４５Ａは、軸嵌入孔４５ａを有する円筒体に作製され、その外周壁面が、主軸３５の軸心方向から見て、切り欠き部４２を構成する底面に接している。ここで、切り欠き部４２を構成する底面とは、スライダ３６の軸心に平行な平面で切り欠かれてスライダ３６の外周壁面に形成された平端面である。そして、スリーブ４５Ａの下端面には、平面溝４４Ａが省略されている。
なお、他の構成は上記実施の形態２と同様に構成されている。
【００５７】
このように構成されたスクロール流体機械１Ｂにおいても、切り欠き部４２を通ってスライダ３６の下端まで下降した潤滑油１９は、軸受部２１ｂとスリーブ４５Ａの外周壁面との間の隙間に導かれ、当該隙間を通って下降し、軸受部２１ｂに潤滑に供される。
従って、この実施の形態３においても、上記実施の形態２と同様に効果が得られる。
また、この実施の形態３においては、遠心力に抗して潤滑油１９を送油する平面溝４４Ａ（連通溝）が不要となり、構成がより簡素化されると共に、給油をより確実に行うことができる。
【００５８】
なお、上記各実施の形態では、膨張機構２を密閉容器４内の下方に構成し、サブ圧縮機構３を密閉容器４内の上方に構成するものとしているが、サブ圧縮機構３を密閉容器４内の下方に構成し、膨張機構２を密閉容器４内の上方に構成するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、スクロール流体機械として、一側で膨張を行い、他側で圧縮を行う両面式スクロールの圧縮機一体型膨張機について説明しているが、本発明は、両側で圧縮を行う両面式スクロール圧縮機、両側で膨張を行う両面式スクロール膨張機などのスクロール流体機械に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施の形態１によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるスクロール流体機械を搭載した冷凍サイクルの回路図である。
【図４】粘性ポンプの模式図である。
【図５】粘性ポンプの基本作用図である。
【図６】螺旋溝ポンプの基本形状図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるスクロール流体機械におけるスライダの下端面に形成される螺旋溝の実施態様を示す断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるスクロール流体機械におけるスライダの下端面に形成される螺旋溝の他の実施態様を示す断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるスクロール流体機械の構成を示す縦断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるスクロール流体機械における給油構造を説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ，１Ｂ  スクロール流体機械、２  膨張機構、３  サブ圧縮機構、４  密閉容器、１９  潤滑油、２０  油ポンプ（送油手段）、２１  第２固定スクロール、２１ａ  第２台板、２１ｃ  第２渦巻歯、２２  第１固定スクロール、２２ａ  第１台板、２２ｃ  第１渦巻歯、２３  揺動スクロール、２３ａ  第３台板、２３ｃ  下渦巻歯、２３ｄ  上渦巻歯、３５  主軸、３６  スライダ、４０ａ  給油通路、４０ｂ  ガス抜き孔、４０ｃ  軸受給油孔、４１  螺旋溝、４２，４３  切り欠き部、４４，４４Ａ  平面溝（連通溝）、４５，４５Ａ  スリーブ。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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