JP4706599B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、対向する２つのスクロールを旋回摺動させて流体を圧縮供給するスクロール圧縮機に関する。

高圧シェルタイプのスクロール圧縮機においては、可動スクロール背面に中間圧力を印加し、可動スクロールを固定スクロール側に押圧して歯先のシール確保するようにしている。しかし可動スクロールの固定スクロールへの押圧の為、固定スクロール端面と可動スクロールの基板部が摺動し摺動抵抗となる。近年温暖化防止より二酸化炭素を冷媒とした冷凍サイクルが知られているが、二酸化炭素においては圧力が高く、背圧タイプのスクロール型では、固定スクロール端面のスラスト面での抵抗が増大する。そして、過渡期な状態で背圧の制御が追いつかない場合などには、圧力が高い分スラスト面での焼き付きが懸念されていた。

一方、特許文献１では、スクロール端面に微細な孔を多数設けたものが知られているが、運転停止中に油の流出を防止することを狙ったもので、運転中の油膜確保は積極的には行われない。また、特許文献２では、多数の油溝（円錐面）により動圧を発生するものが開示されているが、更なる最適化が望まれる。さらに、特許文献３でも、同様の課題解決が提案されているが、バフで面粗さを改善することが開示されているだけで積極的な油膜発生の概念はない。

特許３４２６７２０ 特開昭６１−８４０２号公報 特開２００６−１１８４４７号公報

本発明は、上記問題点を解決することをその課題とし、高圧冷媒用で高い背圧のかかるスクロール圧縮機であっても、可動スクロールの外周部と固定スクロールの外周部との間の摺接部の十分な潤滑が可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、固定側板（３９）の外周部（６１）と可動側板（３３）の外周部（６３）とを摺接させるとともに、固定側渦巻（４３）と可動側渦巻（４１）とを係合させ、これら固定側スクロール（３８）可動側スクロール（３２）とに相互に押圧する方向の力を加えながら可動側スクロール（３２）を固定側スクロール（３８）に対して旋回させることによって、固定側渦巻（４３）と可動側渦巻（４１）との間の空間で流体を圧縮供給するスクロール圧縮機（１１）において、可動側板（３３）側に面している固定側板（３９）の外周部（６１）と固定側板（３９）側に面している可動側板（３３）の外周部（６３）のうちいずれか一方の外周部の摺接面の内周側に内周側溝（６５，８３ａ）を形成するとともに、摺接面の外周側に外周側溝（６７，８３ｂ）を形成し、この外周側溝（６７，８３ｂ）と内周側溝（６５，８３ａ）との間に両溝を連絡する連絡溝（６９，８３ｃ）を形成し、内周側溝（６５，８３ａ）の内周側の摺接面と外周側溝（６７，８３ｂ）の外周側の摺接面のうち少なくとも一方に、他方の外周部の摺接面との間でシールするシール面（７３，７５；８１，８７）を形成しており、かつ外周側溝（６７，８３ｂ）、内周側溝（６５，８３ａ）及び連絡溝（６９，８３ｃ）とによって取り囲まれる部分に島状摺動部（７１，８５）が形成されている手段を採用することができる。

この手段によると、内周側溝（６５，８３ａ）、外周側溝（６７，８３ｂ）、連絡溝（６９，８３ｃ）に十分な潤滑油を貯留することができ、摺動面間に十分な油膜を形成することができる。また、これら３者の溝によって囲まれた島状摺動部（７１，８５）に油膜を容易に形成することができる。したがって、両者の間に押圧力が加わっていても、固定側スクロール（３８）の外周部（６１）と可動側スクロール（３２）の外周部（６３）との潤滑状態を良好に維持し、焼き付きを防止することができる。また、内周側溝（６５，８３ａ）の内周側の摺接面と外周側溝（６７，８３ｂ）の外周側の摺接面のうち少なくとも一方に、他方の外周部の摺接面との間でシールするシール面（７３）を形成しているから、固定スクロール（３８）と可動スクロール（３２）間に形成されたスクロール圧縮室４５からの高圧ガスの漏洩を防止することができる。

上記課題を解決するため、内周側溝（６５，８３ａ）と外周側溝（６７，８３ｂ）と連絡溝（６９，８３ｃ）とによって取り囲まれた島状摺動部（７１，８５）の面積は内周側溝（６５，８３ａ）と外周側溝（６７，８３ｂ）との間の面積の５０％以上の範囲にある手段を提供することができる。したがって、島状摺動部には、それを取り囲む溝部（８３）から広い範囲にわたって潤滑油を十分に行き渡らせることができ、そのため、島状摺動部を近接して高密度に配設して潤滑油を摺動面に補給することができる。このため、単位面積当りの油膜形成面積を増加させることができ、高荷重を支持できるとともに潤滑性の良好なスクロール圧縮機を提供することができる。

上記課題を解決するため、スクロール圧縮機（１１）は、二酸化炭素の圧縮に使用される高圧シェルタイプである手段を提供することができる。したがって、高い背圧のかかるスクロール圧縮機であっても十分な潤滑が可能となる。

以下、本発明の一実施の形態につき、図１ないし図６を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態であるスクロール圧縮機１１を示す縦断面図である。以下二酸化炭素冷媒を使用する冷凍回路中で用いられる圧縮機を例にして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本実施形態におけるスクロール型圧縮機１１は、密閉容器１３内に電動機部２７と圧縮機部１０とを収容した密閉型電動圧縮機である。

密閉容器１３は、円筒形をなす円筒ケース１３ａとこの円筒ケース１３ａの両端に組みつけられた電動機側端部ケース１３ｂ、圧縮機構側端部ケース１３ｃとを備えている。

電動機部２７は、円筒ケース１３ａの内周面に固定された固定子２５と電動機部２７によって回転駆動されるシャフト２１に固定される回転子２３とを備えている。

圧縮機構部１０は、円筒ケース１３ａ内において上記固定子２５に隣接する位置に固定されたミドルハウジング１５と、ミドルハウジング１５に設けられた主軸受１７によって支持されたクランク機構２８により公転する可動スクロール３２と、ミドルハウジング１５の固定子２５と反対の側において、円筒ケース１３ａに固定され、可動スクロール３２と共に後述する作動室４５を形成する固定スクロール３８を備えている。

なお、シャフト２１は、円筒ケース１３ａ内において、固定子２５と電動機側端部ケース１３ｂとの間に設けられた円盤状の支持部材１４によって支持された副軸受１９と、上記主軸受１７とによって略垂直に支持されている。

可動スクロール３２は、略円盤状の可動側板３３と、可動側板３３の端面から固定スクロール３８側に向かってインボリュート曲線上に立設した可動側渦巻４１と、可動側渦巻４１と反対側の端面からミドルハウジング１５側に向かって円筒状に立設したボス部３５を備える。

固定スクロール３８は、円筒ケース１３ａに固定された固定側板３９と、固定側板３９の可動スクロール３２側の端面に設けられた渦巻状の溝よって形成された固定側渦巻４３を備える。

ミドルハウジング１５は、電動機部２７側から固定スクロール３８側に向かって、順次径が大きくなる３段円筒状をなしており、電動機部２７に近い最も小径の円筒１５ａは主軸受１７を構成し、真ん中の円筒１５ｂはクランク機構２８を収容するクランク室２９を構成し、固定スクロール３８に近い最も大径の円筒１５ｃは内部に可動スクロール３２を収容するスクロール収納部３１を形成するとともに、円筒ケース１３ａの内周面に焼き嵌めなどの固定手段によって固定されている。

クランク機構２８は、シャフト２１の圧縮機構部１０側の端部に一体に設けられた偏心軸３７と可動スクロール３２のボス部３５によって構成されている。偏心軸３７は、上記主軸受１７および副軸受１９の軸中心から所定量だけ偏心するように設けられている。

ミドルハウジング１５を構成する上記大径の円筒１５ｃと真ん中の円筒１５ｂとを繋ぐ円板部１５ｄの可動スクロール３２側の端面には、図示しないオルダムカップリングが配置されており、可動スクロール３２の自転を防止している。これにより、可動スクロール３２は公転のみ許容されている。

圧縮機構部１０は、可動側渦巻４１と固定側渦巻４３のかみ合いによって形成される複数の作動室４５が、可動スクロール３２の公転に伴って体積を縮小することにより固定側渦巻４３の最外周側に連通する吸入室４６に供給された冷媒を圧縮する。

また、このスクロール圧縮機１１は、スクロール収納部３１の外周部に背圧室５５が形成されている。そして、この背圧室５５に中間圧力を印加して可動スクロール３２を固定スクロール３８側に押圧し、歯先のシール確保するようにしている。

上記吸入室４６は、固定側板３９の側面に設けられており、円筒ケース１３ａを貫通し、密閉容器１３外部の冷媒回路から冷媒を吸入する吸入管４７が接続されている。

固定渦巻４３の中心部には、固定側板３９を軸方向に貫通する吐出口４９が設けられている。可動スクロール３２と固定スクロール３８とによって圧縮された冷媒はこの吐出口４９から吐出室５０に吐出される。なお、この吐出室５０内には、吐出された冷媒が逆流することを防止する吐出弁６０が配置されている。そして、この吐出室５０から吐出管５９を通って高圧になされた冷媒が冷凍配管等へ供給されるようになっている。

一方、密閉容器１３の支持部材１４の下側の空間はオイルの貯油室５７となっており、一定量の潤滑オイルが貯留されている。

なお、ミドルハウジング１５と支持部材１４との間のモーター室５９は吐出室５０に連通しており、吐出室５０と同圧になされている。

図２は、固定スクロール３８と可動スクロール３２が固定側渦巻４３と可動側渦巻４１とを係合させて摺動している状態を示す断面図であり、図３および図４は、固定スクロール３８の摺動面の例をそれぞれ示した図である。これらの図において、固定側板３９は、渦巻状の溝からなる固定側渦巻４３を有しており、外周側には外周部６１が形成されている。

また、可動側板３３は、渦巻状のリブからなる可動側渦巻４１が形成されており、その外周にフランジ部６３が形成されている。

図３において、固定スクロール３８の外周部６１の摺動面には、その内側に環状の内側溝６５が形成されており、この内側溝６５の外側には、環状の外側溝６７が形成されている。また、内側溝６５と外側溝６７との間には、両者を連絡する連絡溝６９が径方向に多数形成されている。さらに、内側溝６５、外側溝６７、連絡溝６９によって囲まれる部分には島状摺動部７１が多数形成されている。そして、摺動面のうち内側溝６５の内側には内側縁部７３が形成され、摺動面のうち外側溝６７の外側には外側縁部７５が形成されている。

このような構成の外周部６１の摺動面に可動スクロール３２のフランジ部６３が当接した状態で摺動する。

このように、このスクロール圧縮機においては、固定スクロール３８の外周部６１の摺動面に、環状の内側溝６５と環状の外側溝６７を形成し、内側溝６５と外側溝６７との間に両者を連絡する連絡溝６９を径方向に多数形成し、内側溝６５、外側溝６７、連絡溝６９によって囲まれる島状摺動部７１を多数形成しているから、内側溝６５、外側溝６７、連絡溝６９に十分な潤滑油を貯留することができるとともに、これら内側溝６５、外側溝６７、連絡溝６９に囲まれた島状摺動部７１に潤滑油を十分に供給することができ、島状摺動部７１に油膜を容易に形成することができる。したがって、両者の間に押圧力が加わっていても、固定スクロール３８の外周部６１と可動スクロール３２のフランジ部６３との潤滑状態を良好に維持し、焼き付きを防止することができる。
また、島状摺動部の大きさは、シャフト２１の偏心軸３７の偏心量をＲとすれば、その大きさＸをＲ≦Ｘ≦２Ｒと設定され島状摺動部が運動しても常に潤滑油面を露出する様に設定されている。

また、摺動面のうち内側溝６５の内側には内側縁部７３が形成され、摺動面のうち外側溝６７の外側には外側縁部７５が形成されているから、これら内側縁部７３、外側縁部７５と可動スクロール３２の摺動面との間に油膜が形成され、作動室４５からの高圧ガスの漏洩を防止することができる。

図４は、他の固定スクロール３８の外周部６１の摺動面を示す図である。外周部６１の摺動面は、その内周側で渦巻溝４３に隣接する部分に内側シール部８１を有している。この内側シール部８１の外側に環状の溝部８３が形成され、この溝部８３には、その内部に多数の島状摺動部８５が形成されている。そして、この溝部８３の外側の摺動面には、この溝部８３に隣接して外側シール部８７が形成されている。

なお、溝部８３のうち、図４（ｂ）中符号８３ａで示す部分が請求項１における「内周側溝」に相当し、符号８３ｂで示す部分が請求項１における「外周側溝」に相当し、符号８３ｃに示す内周側溝と外周側溝とを連絡する部分が請求項１における「連絡溝」に相当する。

このような構成の固定スクロール３８の外周部６１の摺動面に、可動スクロール３２のフランジ部６３が当接した状態で摺動する。

このように、このスクロール圧縮機にあっては、固定スクロール３８の外周部６１の摺動面には溝部８３が形成され、この溝部８３はその内部に多数の島状摺動部８５を残して全体として環状に形成されているから、溝部８３に潤滑油を十分に貯留することができ、島状摺動部８５に潤滑油を十分供給することができ、島状摺動部８５に油膜を容易に形成することができる。したがって、両者の間に押圧力が加わっていても、固定スクロール３８の外周部６１と可動スクロール３２のフランジ部６３との潤滑状態を良好に維持することができる。

また、溝部８３の内周側、外周側に、それぞれ内側シール部８１、外側シール部８７が形成されているから、これら内側シール部８１、外側シール部８７と可動スクロール３３の摺動面との間に油膜が形成され、作動室４５からの高圧ガスの漏洩を防止することができる。

ここで、図４（ａ）に示すように、固定スクロール３８の外周部６１に形成された島状摺動部８５は互いに離間して孤立して形成され、溝部８３はこの島状摺動部８５を取り囲んで連続して形成されている。

これに対して、特開昭６１−８４０２に記載のスラスト軸受けにおいては、図５（ａ）に示すように、摺動面に相互に離間して油だめとしての凹部１０１が形成されている。しかしながら、このように凹部１０１が孤立していると、潤滑油の補給ができず焼き付きを起こしやすい。また、潤滑油が摺動面に流出すると、油の補給がないため凹部に負圧が発生する。このため、摺動面同士が吸い付きやすく焼き付きを起こしやすい。また、図５（ａ）に示すように、隣接する凹部１０１間の距離ｄが近いと、形成された油膜が隣の凹部にかかってしまい圧力が抜けてしまう。このため、図５（ｂ）に示すように、隣り合う凹部１０１の間隔Ｄを広くする方法も考えられる。しかしながら、このようにすると発生する油膜部位が減ってしまい支持圧力が低下する。

ところが、本願のスラスト軸受けでは、図６に示すように、島状摺動部８５は互いに離間して孤立して形成され、溝部８３は相互に離間して配設された島状摺動部８５を取り囲んで連続して形成されている。したがって、島状摺動部８５にはそれを取り囲む溝部８３から広い範囲にわたって潤滑油を十分に行き渡らせることができ、それ故、島状摺動部８５を近接して高密度に配設しても潤滑油を摺動面に補給することができる。このため、単位面積当たりの油膜形成面積を増加させることができ、高荷重を支持できるとともに潤滑性の良好なスクロール圧縮機を提供することができる。
この為、受圧部の面積を広く、５０％以上確保することが可能となる。

なお、上記実施の形態にあっては、固定スクロール３８に内側溝６５、外側溝６７、連絡溝６９、島状摺動部７１、溝部８３、島状摺動部８５が形成されているが、これに限る必要はなく、可動スクロール３３側にこれらが形成されていてもよい。

また、上記実施の形態にあっては、固定側渦巻４３を固定側板３９の端面に設けた渦巻状の溝によって形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、固定側板３９の端面から可動スクロール３８に向かって立設するようにして固定側渦巻４３を形成するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、密閉容器１３を円筒ケース１３ａ、電動機側端部ケース１３ｂ、圧縮機側端部ケース１３ｃの３つのケースから構成したが、これに限る必要はなく、上記３つのケースのうち２つが１部品で構成されていてもよい。

また、上記実施の形態にあっては、固定スクロール３８を円筒ケース１３ａに固定するようにしたが、圧縮機構側端部ケース１３ｃ又はミドルハウジング１５に固定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、支持部材１４を円筒ケース１３ａに固定するようにしたが、電動機側端部ケース１３ｂに固定するようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、偏心軸３７をシャフト２１の端部に一体に設けるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、偏心軸３７をシャフト２１の端部に対して変位可能に設けるようにしたもよい。

本発明の一実施の形態であるスクロール圧縮機を示す縦断面図。 本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の固定スクロールと可動スクロールを示す図。 本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の固定スクロールの摺動面を示す図。 本発明の一実施の形態のスクロール圧縮機の固定スクロールの他の一例を示す図。 摺動面に油だめとして円形の凹部が多数形成されている場合における油膜の形成状態とその圧力を示す図であって、（ａ）は凹部が近接して形成されている場合、（ｂ）は凹部の間隔が離れている場合を示す。 図４に示す固定スクロールの島状摺動部における油膜の形成状態とその圧力を示す図。

符号の説明

１１ スクロール圧縮機
３２ 可動スクロール
３３ 可動側板
３８ 固定スクロール
４９ 固定側板
６１ 外周部
６３ フランジ部
６５ 内側溝
６７ 外側溝
６９ 連絡溝
７１ 島状摺動部
７３ 内側縁部
７５ 外側縁部
８１ 内側シール部
８３ 溝部
８５ 島状摺動部
８７ 外側シール部

Claims (3)

1. 固定側板（３９）と、この固定側板（３９）に設けられた固定側渦巻（４３）とを有する固定側スクロール（３８）と、
   可動側板（３３）と、この可動側板（３３）に設けられ前記固定側渦巻（４３）と噛み合う可動側渦巻（４１）とを有する可動側スクロール（３２）と、
   を備え、
   前記固定側スクロール（３８）と前記可動側スクロール（３２）とを、前記固定側渦巻（４３）と前記可動側渦巻（４１）とが噛み合うように組み合わせて、前記固定側板（３９）と前記可動側板（３３）とを摺接させるとともに、前記可動側スクロール（３２）を前記固定側スクロール（３８）に対して旋回させることによって、前記固定側渦巻（４３）と前記可動側渦巻（４１）との間の空間で流体を圧縮供給するスクロール圧縮機（１１）において、
   前記可動側板（３３）側に面している前記固定側板（３９）の外周部（６１）と、前記固定側板（３９）側に面している前記可動側板（３３）の少なくとも一方の摺接面に内周側溝（６５，８３ａ）を形成するとともに、前記摺接面の前記内周側溝（６５，８３ａ）よりも外周側に外周側溝（６７，８３ｂ）を形成し、この外周側溝（６７，８３ｂ）と前記内周側溝（６５，８３ａ）との間に両溝を連絡する連絡溝（６９，８３ｃ）を形成し、前記内周側溝（６５，８３ａ）の内周側の前記摺接面と前記外周側溝（６７，８３ｂ）の外周側の前記摺接面のうち少なくとも一方に、他方の摺接面との間でシールするシール面（７３，７５；８１，８７）を形成しており、かつ
   前記外周側溝（６７，８３ｂ）、前記内周側溝（６５，８３ａ）及び前記連絡溝（６９，８３ｃ）とによって取り囲まれる部分に島状摺動部（７１，８５）が形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記島状摺動部（７１，８５）の面積は前記内周側溝（６５，８３ａ）と前記外周側溝（６７，８３ｂ）との間の面積の５０％以上の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記スクロール圧縮機（１１）は、二酸化炭素の圧縮に使用される高圧シェルタイプであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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