(57)【要約】【課題】  環境負荷の低減に寄与しつつ、その圧力を確実に低減させ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】  潤滑油を含む作動流体の吸入室(76)、圧力室(46)並びに吐出室(58)、及び吐出室に連なる吐出口(78)を備えるハウジング(18)と、ハウジング内に収容され、回転軸(22)により駆動されて作動流体の吸入、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(40)とを具備し、スクロールユニットは、回転軸により駆動されて旋回運動することにより固定スクロール(44)と協働して一連のプロセスを行う可動スクロール(42)と、固定スクロールに設けられ、吐出室から圧力室への作動流体の排出を許容するリリーフ弁装置(102)とを含む。【選択図】      図１
2005351110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑油を含む作動流体の吸入室、圧力室並びに吐出室、及び該吐出室に連なる吐出口を備えるハウジングと、
該ハウジング内を延び、該ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、
前記ハウジング内に収容され、前記回転軸により駆動されて作動流体の吸入、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を具備し、
該スクロールユニットは、
前記回転軸により駆動されて旋回運動することにより固定スクロールと協働して前記一連のプロセスを行う可動スクロールと、
前記固定スクロールに設けられ、前記吐出室から前記圧力室への作動流体の排出を許容するリリーフ弁装置と
を含むことを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記ハウジング内にて前記吐出室と前記吐出口との間に位置付けられた分離室を備え、該分離室にて前記作動流体から潤滑油を分離する潤滑油分離装置を更に具備し、
前記リリーフ弁装置は、前記分離室から前記圧力室への作動流体の排出を許容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】
前記潤滑油分離装置は、
前記分離室に配置され、前記吐出口に連通する中空の分離管と、
該分離室に連なり、分離された潤滑油を蓄える貯油室と、
該貯油室と前記吸入室との間を接続し、前記貯油室内の潤滑油を前記吸入室に戻すリターン経路と
を更に含む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。
【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、車両の空調システムの冷凍回路に組み込ま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、つまり、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を備えている。
詳しくは、スクロールユニットは互いに噛み合うような固定スクロール及び可動スクロールを備えており、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動する。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】
このプロセスにおいて圧縮機内の圧力が異常に高くなることがあり、これは圧縮機の正常運転を妨げる要因となる。そこで、異常高圧時における圧縮機の保護を図るべくリリーフ弁を作動させ、圧縮された作動流体を大気側に開放する（特許文献１）。
【特許文献１】特開２０００−２２０５８７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に記載のリリーフ弁は圧縮された作動流体をハウジングの外側へ向けて開放している。
しかしながら、これでは圧縮機内の圧力は低減可能であったとしても、環境負荷に対する影響が懸念される。また、将来における冷媒の大気放出に関する環境規制にも対応できないとの問題もある。
【０００５】
一方、圧縮機内の圧力の低減を鑑みるにあたり、上記作動流体としての冷媒には通常、潤滑油が含まれていることにも留意しなければならない。つまり、この潤滑油は圧縮機内の摺動面や軸受等の潤滑のみならず、摺動面のシールとしての機能を有する一方、この潤滑油が冷凍回路内を循環する場合には冷凍回路の冷房能力を低下させる要因となる。
このため、この種の圧縮機には潤滑油分離装置を内蔵するものがあり、圧縮冷媒から潤滑油を分離させる。詳しくは、潤滑油分離装置は吐出室と吐出口との間に配置された分離室を有し、噴出孔を介して分離室に吐出室内の圧縮冷媒を導入して圧縮冷媒から潤滑油を分離する。そして、分離された潤滑油は分離室の下方の貯油室に蓄えられる。
【０００６】
このように潤滑油分離装置は分離室及び貯留室を含むことから、これら分離室及び貯留室の分だけ吐出室の容積は必然的に小さくならざるを得ない。しかも、分離室内での潤滑油の分離能力を高めるためには、吐出室から分離室に流入する圧縮冷媒の流速を高める必要があり、吐出室は流路断面積の小さい噴出孔を通じて分離室に連通されている。
そして、この圧縮機が潤滑油量の多い冷媒を使用した冷凍回路に組み込まれている場合に、圧縮機の負荷が増大すれば冷媒や潤滑油の液圧縮を招き、吐出室内への圧縮冷媒の吐出圧を瞬間的に上昇させ、吐出室内に衝撃圧が加わることがある。換言すれば、上述したリリーフ弁は、単に圧縮冷媒の開放を行うだけでなく、この衝撃圧が加わる場合にも圧縮機内の圧力を確実に低減させる必要がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、環境負荷の低減に寄与しつつ、その圧力を確実に低減させ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】
【０００８】
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、潤滑油を含む作動流体の吸入室、圧力室並びに吐出室、及び吐出室に連なる吐出口を備えるハウジングと、ハウジング内を延び、ハウジングに軸受を介して回転自在に支持された回転軸と、ハウジング内に収容され、回転軸により駆動されて作動流体の吸入、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を具備し、スクロールユニットは、回転軸により駆動されて旋回運動することにより固定スクロールと協働して一連のプロセスを行う可動スクロールと、固定スクロールに設けられ、吐出室から圧力室への作動流体の排出を許容するリリーフ弁装置とを含むことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２記載の発明では、ハウジング内にて吐出室と吐出口との間に位置付けられた分離室を備え、分離室にて作動流体から潤滑油を分離する潤滑油分離装置を更に具備し、リリーフ弁装置は、分離室から圧力室への作動流体の排出を許容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、潤滑油分離装置は、分離室に配置され、吐出口に連通する中空の分離管と、分離室に連なり、分離された潤滑油を蓄える貯油室と、貯油室と吸入室との間を接続し、貯油室内の潤滑油を吸入室に戻すリターン経路とを更に含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
従って、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、リリーフ弁装置は、ハウジングの外側へ向けてではなく、ハウジングの内側へ向けて作動流体の排出を許容するように配置されている。よって、流体機械内の圧力を確実に低減させるとともに、作動流体の大気への開放が回避され、環境負荷の低減に寄与する。また、冷媒の大気放出に関する環境規制にも対応可能となる。
【００１１】
更に、ハウジングの外側に取り付けられる部品が削減され、例えばエンジンルームに対する流体機械のためのスペースも縮小できる。
また、請求項２記載の発明によれば、潤滑油分離装置の構成と相俟って作動流体及び潤滑油が冷凍回路へ流出し難くなり、冷房能力の能力低下が防止できるし、潤滑油の損失が少なくなって流体機械の耐久寿命の延命化も達成される。
【００１２】
更に、請求項３記載の発明によれば、貯油室に蓄えられた潤滑油は吸入室内の作動流体に戻され、潤滑油は流体機械内における各部の潤滑に好適に再利用可能となる。
【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圧縮機を示す。当該圧縮機４は車両の空調システムの冷凍回路に組み込まれている。具体的には、この冷凍回路の冷媒循環経路２には圧縮機４、凝縮器６、レシーバ８、膨脹弁１０及び蒸発器１２が順次配置され、圧縮機４は冷媒循環経路２の復路から冷媒を吸入し、この冷媒を圧縮して循環経路２の往路に向けて吐出する。冷媒は潤滑油を含み、この冷媒中の潤滑油は圧縮機４内の軸受や種々の摺動面を潤滑する他、摺動面のシールする機能をも発揮する。
【００１４】
上記圧縮機４はハウジングを備えている。このハウジングは駆動ケーシング１６及び圧縮ケーシング１８から形成され、これらケーシング１６、１８は複数の連結ボルト２０を介して互いにフランジ結合されている。
駆動ケーシング１６内には回転軸２２が配置され、この回転軸２２は圧縮ケーシング１８側に位置した大径軸部２４と、駆動ケーシング１６から突出した小径軸部２６とを有する。大径軸部２４はニードル軸受（軸受）２８を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持され、小径軸部２６はボール軸受（軸受）３０を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持されている。
【００１５】
小径軸部２６の突出端には電磁クラッチ３４を内蔵した駆動プーリ３６が取り付けられており、この駆動プーリ３６は軸受３８を介して駆動ケーシング１６に回転自在に支持されている。駆動プーリ３６には車両のエンジンの動力が図示しない駆動ベルトを介して伝達され、駆動プーリ３６の回転は電磁クラッチ３４を介して回転軸２２に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ３４がオン作動されると、回転軸２２は駆動プーリ３６と一体的に回転する。
【００１６】
一方、圧縮ケーシング１８内にはスクロールユニット４０が収容されている。このスクロールユニット４０は互いに噛み合う可動スクロール４２及び固定スクロール４４から構成されている。これらスクロール４２、４４の噛み合いはその内部に圧力室４６を形成し、この圧力室４６の容積が固定スクロール４４に対する可動スクロール４２の旋回運動に伴い増減される。
【００１７】
上述した可動スクロール４２に旋回運動を付与するため、可動スクロール４２と回転軸２２の大径軸部２４とは、クランクピン４８、偏心ブッシュ５０及びニードル軸受５２を介して互いに連結され、そして、可動スクロール４２の自転が可動スクロール４２と駆動ケーシング１６との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング５４により阻止されている。なお、図１中の参照符号５６はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト５６は偏心ブッシュ５０に取り付けられている。
【００１８】
固定スクロール４４は圧縮ケーシング１８内にて図示しない複数の固定ボルトを介して固定され、固定スクロール４４と圧縮ケーシング１８における端壁３２との間に吐出室５８が形成されている。より詳しくは、固定スクロール４４の背面には凹所６０、６２が上下に形成され、これら凹所６０、６２は仕切壁６４により区画されている。また、圧縮ケーシング１８の端壁３２からも仕切壁６６が固定スクロール４４に向けて突設され、この仕切壁６６は仕切壁６４に突き合わされることで、凹所６０側に吐出室５８が形成される。
【００１９】
また、固定スクロール４４は圧力室４６と吐出室５８とを互いに連通させる吐出孔６８を有している。この吐出孔６８は固定スクロール４４の凹所６０に開口している。この凹所６０には吐出孔６８を開閉する吐出弁７０が配置され、この吐出弁７０はストッパプレート７２によってその開度が規制されている。そして、吐出弁７０及びストッパプレート７２は取付けねじ７４を介して固定スクロール４４に取り付けられている。
【００２０】
一方、圧縮ケーシング１８の外周壁とスクロールユニット４０との間は吸入室７６として確保され、この吸入室７６は前述した冷媒循環経路２の復路に接続されている。また、圧縮ケーシング１８の外面、つまり、その端壁３２の上方には吐出口７８が形成され、この吐出口７８は冷媒循環経路２の往路に接続される一方、潤滑油分離装置８０を介して吐出室５８に接続されている。
【００２１】
より詳しくは、潤滑油分離装置８０は圧縮ケーシング１８内において吐出室５８と吐出口７８との間に配設されている。そして、圧縮ケーシング１８の端壁３２に一体に形成された膨出部８２を有し、この膨出部８２は吐出室５８内に向けて突出した柱状をなし、端壁３２の仕切壁６６から圧縮ケーシング１８の周壁まで上方に向けて延びている。この膨出部８２内には円筒状の孔８４が圧縮ケーシング１８の外周壁から仕切壁６６まで穿たれ、孔８４の開口端はプラグ８６により閉塞されている。
【００２２】
また、図２でみて、孔８４の下部は分離室８８として形成され、この分離室８８の上部に分離管９０が配置されている。この分離管９０は上端に大径部を有し、この大径部が孔８４に圧入されることで、孔８４、つまり、分離室８８内にて固定されている。また、分離管９０の上端には止め輪９２が配置され、この止め輪９２は分離室８８からの分離管９０の抜けを阻止する。分離室８８の内周面と分離管９０の小径部の外周面との間には環状空間が形成され、膨出部８２には吐出室５８とこの環状空間とを連通させる冷媒噴出孔９４が上下に形成され、これら冷媒噴出孔９４の孔軸線は分離管９０の小径部の外周面に沿うように傾斜している。
【００２３】
一方、圧縮ケーシング１８の仕切壁６６は固定スクロール４４の仕切壁６４と協働して吐出室５８の下側に貯油室９８を形成しており、この貯油室９８は仕切壁６６に形成された油孔１００を通じて分離室８８に連通されている。そして、固定スクロール４４内には、貯油室９８に対向する凹所６２と吸入室７６とを互いに連通するリターン経路が確保され、このリターン経路にオリフィス１０４が介挿されている。
【００２４】
また、固定スクロール４４内においてオリフィス１０４の上方の適宜位置には、凹所６２と圧力室４６とを互いに連通する通路が確保され、この通路に高圧リリーフ弁（リリーフ弁装置）１０２が介挿されている。
より詳しくは図３に示されているように、固定スクロール４４内には凹所６２から圧力室４６側に向けて小径となる段付き孔１０６が形成され、この段付き孔１０６に高圧リリーフ弁１０２が装着されている。
【００２５】
この高圧リリーフ弁１０２はスプリング１１０を備えており、スプリング１１０は段付き孔１０６内に挿入されている。また、この段付き孔１０６には弁部材１１２及びシール部材１１４も挿入され、スプリング１１０によって閉弁方向に付勢されている。これら弁部材１１２及びシール部材１１４の凹所６２側は蓋部材１１６に当接され、この蓋部材１１６は固定スクロール４４に圧入固定されている。また、蓋部材１１６にはその中央部分に孔１１８が形成されており、閉弁時にはシール部材１１４に係合される。
【００２６】
上述した圧縮機４によれば、回転軸２２の回転に伴い、可動スクロール４２が自転することくなく旋回運動する。このような可動スクロール４２の旋回運動は、吸入室７６から圧力室４６内への冷媒の吸入工程や、吸入した冷媒の圧縮及び吐出工程をもたらし、この結果、高圧の冷媒が圧力室４６から吐出弁７０を通じて吐出室５８内に吐出される。ここで、冷媒には潤滑油が含まれているので、冷媒中の潤滑油は駆動ケーシング１６内のニードル軸受２８、５２や、スクロールユニット４０内の摺動面等を潤滑し、また、圧力室４６のシールにも役立つ。
【００２７】
吐出室５８内の圧縮冷媒は冷媒噴出孔９４を通過して潤滑油分離装置８０の分離室８８に流入し、分離室８８内にて分離管９０の外周面を旋回しながら下降する。この過程にて、圧縮冷媒中の潤滑油は遠心分離の原理に基づいて冷媒から分離され、分離室８８の内周面に付着する。この後、圧縮冷媒は分離管９０を通じて吐出口７８に至り、この吐出口７８から凝縮器６に向けて送出される。
【００２８】
一方、圧縮冷媒から分離された潤滑油は分離室８８の内周面を伝って流下し、油孔１００を通じて貯油室９８に導かれて蓄えられる。貯油室９８は分離室８８と常時連通した状態にあるので、その内圧は吸入室７６の圧力よりも高い。それ故、この貯油室９８内の潤滑油は貯油室９８と吸入室７６との間の圧力差に基づき、オリフィス１０４を通じて吸入室７６に向けて戻される。潤滑油がオリフィス１０４から吸入室７６内に戻される際に、潤滑油は霧化し、吸入室７６内の冷媒に混入される。
【００２９】
ここで、圧縮機４の負荷が増大し、仮に吐出室５８内の圧縮冷媒が冷媒や潤滑油の液圧縮に起因して瞬間的に上昇し、吐出室５８に衝撃圧が発生した場合には、この衝撃圧は潤滑油分離装置８０の分離室８８を経て高圧リリーフ弁１０２を作動させる。すなわち、弁部材１１２及びシール部材１１４は、貯油室９８内の圧力が所定のリリーフ圧以上に達すればスプリング１１０の付勢力に抗して開弁し、分離室８８と圧縮機４内部の低圧側とを連通させる。換言すれば、分離室８８内の圧縮冷媒及び潤滑油は弁部材１１２の外周を通って圧力室４６に導入される。
【００３０】
以上のように、本実施形態の圧縮機４によれば、高圧リリーフ弁１０２は、大気側、つまり、圧縮ケーシング１８の外側へ向けてではなく、圧力室４６、つまり、圧縮ケーシング１８の内側へ向けて圧縮冷媒の排出を許容している。従って、圧縮機４への負荷圧力を確実に低減させ、且つ、冷媒の大気への開放を回避する。この結果、環境負荷の低減に貢献できる。これは、将来、冷媒の大気放出に関する環境規制がなされた場合にも対応可能となる。
【００３１】
しかも、圧縮ケーシング１８の外側に取り付けられる部品が削減され、圧縮機４を車両のエンジンルームへ取り付けるためのスペースも縮小可能となる。
また、圧縮機４から凝縮器６側に供給される圧縮冷媒中の潤滑油量は少なくなり、冷凍回路はその冷房能力を十分に発揮することができる。一方、分離された潤滑油は圧縮機４の吸入室７６に戻されるので、駆動ケーシング１６内やスクロールユニット４０内を流れる冷媒中の潤滑油量は圧縮機４内の潤滑やシールのために十分に確保される。この結果、圧縮機４の耐久寿命の延命化が図られる。
【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、本実施形態の高圧リリーフ弁１０２は、圧縮ケーシング１８の内側へ向けて圧縮冷媒の排出を許容するものであれば良く、一例としては潤滑油分離装置８０を備えていないスクロール型圧縮機にも適用可能である。この場合には、固定スクロールに設けられたリリーフ弁に対し、吐出室から圧力室への作動流体の排出を許容することにより、環境負荷の低減に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断面図である。
【図３】図１のリリーフ弁を示した図である。
【符号の説明】
【００３４】
４  スクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）
１６  駆動ケーシング（ハウジング）
１８  圧縮ケーシング（ハウジング）
２２  回転軸
２８、３０  軸受
４０  スクロールユニット
４２  可動スクロール
４４  固定スクロール
４６  圧力室
５８  吐出室
７６  吸入室
７８  吐出口
８０  潤滑油分離装置
８８  分離室
９０  分離管
９８  貯油室
１０２  高圧リリーフ弁（リリーフ弁装置）
１０４  オリフィス（リターン経路）
【図１】
2005351110.tif 000003
【図２】
2005351110.tif 000004
【図３】
2005351110.tif 000005