JP6258665B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、固定スクロール部材と可動スクロール部材とを備え、これらにより形成される密閉空間の容積を変化させることで流体を圧縮又は膨張させるスクロール型流体機械に関する。

スクロール型流体機械としては、特許文献１に示されるようなスクロール型圧縮機がよく知られている。これは、固定スクロール部材と、固定スクロール部材に接しつつ公転し、固定スクロール部材との間に前記公転に従って容積変化する密閉空間を形成する可動スクロール部材と、を備えている。また、この圧縮機では、第１のハウジング（フロントハウジング）の内部に、可動スクロール部材の駆動機構を収容する収容空間部を形成し、この収容空間部の一端側に駆動機構の駆動軸を軸支する軸受部を設け、収容空間部の他端側に可動スクロール部材のスラスト力を受けるスラスト受け部を形成し、第１のハウジング（フロントハウジング）のスラスト受け部側の外周部端面に接合する第２のハウジング（センターハウジング）に、固定スクロール部材と可動スクロール部材とを有して構成される圧縮機構を収容するようにしている。

ところで、この圧縮機では、駆動機構の軸受部や各摺動部等の潤滑や冷却を目的として、第１のハウジング（フロントハウジング）内に潤滑油を供給している。特許文献１に記載されている圧縮機では、固定スクロール部材の背面側の第３のハウジング（リアハウジング）内に形成されて圧縮流体が導入される吐出室に、オイルセパレータにより流体（冷媒）中から分離した潤滑油を貯留する貯油室を設け、この貯油室内の潤滑油を第１のハウジング（フロントハウジング）内に供給している。

特開平１１−９３８８０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された圧縮機においては、前記貯油室から第１のハウジング（フロントハウジング）に潤滑油を供給するための潤滑油供給通路の第１のハウジング（フロントハウジング）側開口端を、流体（冷媒）の吸入室に設けている。このため、潤滑油供給通路から吸入室に供給された潤滑油が、吸入冷媒と共に第２のハウジング（センターハウジング）側の圧縮機構に再度吸入されてしまい、第１のハウジング（フロントハウジング）内の軸受部、軸シール部及びスラスト受け部と可動スクロールとの摺動部に、潤滑油が十分に供給されない虞れがある。

本発明は上記問題点に着目してなされたもので、第１のハウジング側に供給された潤滑油を、第２のハウジング側に吸入されずに第１のハウジング内の軸受部、軸シール部及びスラスト受け部と可動スクロールとの摺動部に十分に供給可能なスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

このため、本発明のスクロール型流体機械は、第１のハウジングの内部に、固定スクロール部材に接しつつ公転し前記固定スクロール部材との間に前記公転に伴って容積変化する密閉空間を形成する可動スクロール部材の駆動機構を収容する収容空間部を形成し、該収容空間部の一端側に前記駆動機構の駆動軸を軸支する軸受部を設け、前記収容空間部の他端側に前記可動スクロール部材のスラスト力を受けるスラスト受け部を形成し、前記第１のハウジングの前記スラスト受け部側の外周部端面に接合する第２のハウジングの内部に、前記固定スクロール部材と可動スクロール部材を収容する構成としたスクロール型流体機械であって、前記収容空間部の駆動機構周りの周面に、潤滑油貯留用の凹部を形成すると共に、前記凹部に、当該凹部内の潤滑油を前記駆動機構の中心方向に案内するガイド部を設けたことを特徴する。

本発明のスクロール型流体機械によれば、可動スクロールの駆動機構を収容する第１のハウジング内の収容空間部に形成した凹部に潤滑油を貯留することができ、しかも、凹部内のガイド部によって、可動スクロールの駆動機構に向けて潤滑油を導くことができるので、第１のハウジング内の軸受部、軸シール部及び各スラスト受け部と可動スクロールとの摺動部に潤滑油を十分に供給することができるようになる。従って、軸受部、軸シール部及びスラスト受け部と可動スクロールとの摺動部の摩耗を抑制でき、流体機械の耐久性を向上できると共に、前記摺動部の発熱等による流体機械の効率低下を防止できる。

本発明の第１実施形態を示すスクロール型圧縮機の正面図 図１のＡ−Ａ矢視断面図 図２のＢ−Ｂ矢視断面図 図３の可動スクロール部材を取り除いた断面図 図４のスラストプレートを取り除いた断面図 図５のＣ−Ｃ矢視断面図 本発明の第２実施形態を示すスクロール型圧縮機の断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。尚、本発明に係るスクロール型流体機械は、圧縮機或いは膨張機として使用することができるが、ここでは圧縮機の例で説明する。

先ず本発明の第１実施形態について図１〜図６により説明する。
図１〜図６は、第１実施形態でのスクロール型圧縮機の全体構成を示しており、図１は正面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図、図３は図２のＢ−Ｂ矢視断面図、図４は図３の可動スクロールを取り除いた断面図、図５は図４のスラストプレートを取り除いた断面図、図６は図５のＣ−Ｃ矢視断面図である。

スクロール型圧縮機１は、中心軸方向に対向配置される固定スクロール部材２と可動スクロール部材３とを備えている。固定スクロール部材２は、端板２ａ上に渦巻きラップ２ｂが一体に形成されてなる。可動スクロール部材３は、同様に、端板３ａ上に渦巻きラップ３ｂが一体に形成されてなる。

両スクロール部材２、３は、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂを噛み合わせ、渦巻きラップ２ｂの突出側の端縁が端板３ａに接触し、渦巻きラップ３ｂの突出側の端縁が端板２ａに接触するように配設される。尚、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂの突出側の端縁にはチップシールが埋設されている。

また、両スクロール部材２、３は、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂの周方向の角度が互いにずれた状態で、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂの側壁が互いに部分的に接触するように配設される。これにより、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂ間に三日月状の密閉空間である流体ポケット４が形成される。

可動スクロール部材３は、後述する駆動機構８と自転阻止機構３３により、固定スクロール部材２の中心軸回りに公転運動され、自転は阻止される。これにより、両渦巻きラップ２ｂ、３ｂ間に形成される流体ポケット４が渦巻きラップ２ｂ、３ｂの外端部から中心部へ向かって移動されることにより、流体ポケット４の容積が縮小方向に変化する。従って、渦巻きラップ２ｂ、３ｂの外端部側から流体ポケット４内に取込まれた流体（例えば冷媒ガス）が圧縮される。

尚、膨張機の場合には、流体ポケット４が逆に渦巻きラップ２ｂ、３ｂの中心部から外端部へ向かって移動されることにより、流体ポケット４の容積が増大方向に変化し、渦巻きラップ２ｂ、３ｂの中心部側から流体ポケット４内に取込まれた流体が膨張される。

スクロール型圧縮機１のハウジングは、フロントハウジング（第１のハウジング）５と、固定スクロール部材２を一体的に内包するセンターハウジング（第２のハウジング）６と、その背面側に配置されるリアハウジング（第３のハウジング）７とから構成されている。

フロントハウジング５は、その内部に、可動スクロール部材３の駆動機構８を収容する収容空間部９が形成され、前記収容空間部９の一端側に駆動機構８の駆動軸を軸支する軸受１０と軸シール部１１が設けられている。収容空間部９の他端側には、環状のスラストプレート１２を介して可動スクロール部材３をスラスト方向に支持するスラスト受け部１３が形成されている。また、フロントハウジング５は、収容空間部９の上方に上記流体の吸入室１４が形成されており、フロントハウジング５の外壁に設けた吸入ポート１５を介して外部から吸入室１４へ上記流体が吸入される。

センターハウジング６は、本実施形態では、固定スクロール部材２と一体に固定スクロール部材２の筐体部（外殻シェル）として形成されている。但し、固定スクロール部材２とセンターハウジング６とを別部材として、センターハウジング６内に固定スクロール部材２を収容固定する構造としてもよい。センターハウジング６は、リア側が固定スクロール部材２の端板２ｂにより閉止され、フロント側が開口している。開口するフロント側は、スラスト受け部１３側のフロントハウジング５外周部端面に接合し、ボルト１６により締結されている。

フロントハウジング５及びセンターハウジング６には、周方向の一部に、膨出部１７が形成されている。膨出部１７の内部には、圧縮機中心軸と平行な方向に延在して、フロントハウジング５側の吸入室１４からセンターハウジング６側の両渦巻きラップ２ｂ、３ｂの外端部付近へ、上記流体を案内する流体通路空間部１８が形成されている。

リアハウジング７は、固定スクロール部材２の端板２ｂの背面側にボルト１９により締結され、端板２ｂとの間に上記流体の吐出室２０を形成している。端板２ｂの中心部には、可動スクロール部材３の公転運動により圧縮された流体ポケット４内の上記流体を吐出室２０へ導入する吐出孔２１が開設され、吐出孔２１の出口側には一方向弁２２が付設されている。また、リアハウジング７の外壁には、吐出室２０から外部への上記流体の吐出ポート２３が設けられている。

上記流体は、フロントハウジング５に設けられた吸入ポート１５からフロントハウジング５内の吸入室１４に導入され、フロントハウジング５及びセンターハウジング６の膨出部１７内側の流体通路空間１８を経由して、渦巻きラップ２ｂ、３ｂの外端部側から前述の流体ポケット４内に取込まれ、圧縮に供される。圧縮された流体は、固定スクロール部材２の端板２ａの中央部に穿設された吐出孔２１から、リアハウジング７内の吐出室２０に吐出され、そこから吐出ポート２３を介して外部に導出される。

フロントハウジング５の収容空間部９に収容される駆動機構８は、例えば特開２０１２−２３７２８８号公報等に記載されているように、外部から入力される回転駆動力により回転駆動される駆動軸にクランク機構を設け、このクランク機構を介して可動スクロール部材３に連結されている。

駆動機構８は、収容空間部９の一端側で駆動軸２４が軸受１０により回転自在に軸支されている。この駆動軸２４の一端側はフロントハウジング５の外に突出しており、ここに電磁クラッチ２５を介してプーリ２６が取付けられている。従って、プーリ２６から電磁クラッチ２５を介して入力される回転駆動力により、駆動軸２４が回転駆動される。駆動軸２４の他端側に設けられるクランク機構は、収容空間部９の内周壁に軸受２７を介して軸支されるクランク２８と、このクランク２８に駆動軸２４の中心軸に対して偏心させて取付けられる偏心ブッシュ２９と、を備えて構成され、偏心ブッシュ２９は、可動スクロール部材３の端板３ｂの背面に突出形成された円筒状のボス部３０の内部に軸受３１を介して嵌合している。クランク機構には、バランサウエイト３２が取付けられている。尚、図２及び図６において、図の簡略化のため、駆動軸２４から偏心ブッシュ２９までを駆動機構８として一体的に図示している。

従って、駆動軸２４の回転によりクランク機構を介して可動スクロール部材３は旋回し、可動スクロール部材３は、後述の自転阻止機構３３により自転が阻止され、可動スクロール部材３は、固定スクロール部材２の中心軸周りに公転旋回運動する。

可動スクロール部材３の自転阻止機構３３は、本実施形態では、可動スクロール部材３の端板３ａの背面の外周部寄りに複数（本実施形態では４個）形成された丸穴３４と、各丸穴３４内にわずかな隙間を有して挿入され、中心位置からずれた位置に偏心穴を有する円板部材３５と、フロントハウジング５のスラスト受け部１３に丸穴３４と同じ数突設されてスラストプレート１２を貫通するピン３６（本実施形態では４個）とを含んで構成され、各円板部材３５の偏心穴にわずかな隙間を設けて各ピン３６を嵌合させて可動スクロール部材３の自転を規制している。

ここにおいて、フロントハウジング５の収容空間部９の駆動機構８周りの周面には、複数（本実施形態では４個）の潤滑油貯留用の凹部４０が形成されている。これら凹部４０は、スラスト受け部１３におけるピン３６の取付け領域を挟んで駆動機構８の中心軸に沿ってスラスト受け部１３から軸受２７方向に向かって形成されている。また、収容空間部９の径方向における凹部４０の外径は、スラストプレート１２の外径より小さく形成されている。従って、収容空間部９は、スラストプレート１２と可動スクロール部材３の端板３ｂによって、吸入室１４側及び流体通路空間部１８側と仕切られている。また、各凹部４０の互いに対向する側面部は、駆動機構８の中心方向に向けて形成されており、凹部４０内に貯留される潤滑油を駆動機構８の中心方向に案内するガイド部４０ａとなっている。

リアハウジング７には、図示しないがオイルセパレータが内蔵されており、オイルセパレータで流体中から分離された潤滑油を貯留する貯油室５１がリアハウジング７下部に形成されている。

リアハウジング７の貯油室５１には、図６に示すようにセンターハウジング６とフロントハウジング５に穿設した潤滑油供給通路５２の一端が開口している。前記潤滑油供給通路５２は、センターハウジング６とフロントハウジング５の一部に形成した厚肉のリブ部に形成され、収容空間部９に形成された４つのうちの１つの凹部４０に開口している。潤滑油供給通路５２の凹部４０側の開口部５３は、凹部４０の軸受２７側の端部に開口させている。

かかる構成のスクロール型圧縮機１では、外部からの回転駆動力によりプーリ２６が回転すると、電磁クラッチ２５を介して駆動軸２４が回転し、クランク機構によって可動スクロール部材３が、固定スクロール部材２の中心軸周りに公転運動する。可動スクロール部材３の公転運動により、吸入ポート１５から吸入室１４及び流体通路空間１８を経由して渦巻きラップ２ｂ、３ｂの外端部側から流体ポケット４内に流体（冷媒ガス）が取込まれ、流体ポケット４の容積の縮小変化によって圧縮された流体は、固定スクロール部材２中央部の吐出孔２１から吐出室２０に吐出される。吐出室２０に吐出された流体は、オイルセパレータにより流体中に混入している潤滑油が分離され、潤滑油の分離された冷媒ガスは、吐出ポート２３を介して外部に導出される。

一方、オイルセパレータで分離された潤滑油は、リアハウジング７の下部の貯油室５１に貯留される。貯油室５１内の潤滑油は、高圧領域であるリアハウジング７内部と低圧領域であるフロントハウジング５の収容空間部９内部との圧力差によって、貯油室５１から潤滑油供給通路５２を通って収容空間部９側に供給され、スラスト受け部１３側とは反対側の軸受２７側から凹部４０に供給される。凹部４０に供給された潤滑油は、凹部４０の側壁部、即ち、ガイド部４０ａによって、駆動機構８の中心方向に向けて案内され、駆動機構８の各軸受２７，３１、軸シール部１１や可動スクロール部材３の端板３ａとスラストプレート１２との摺動面等に供給される。

かかる本実施形態のスクロール型圧縮機１によれば、可動スクロール部材３の端板３ａとスラストプレート１２によって、流体が吸入される吸入側空間と仕切られた収容空間部９側へ潤滑油を供給するので、潤滑油が吸入側空間へそのまま導出されることを防止でき、駆動機構８の各軸受２７，３１、軸シール部１１や可動スクロール部材３の端板３ａとスラストプレート１２との摺動面等に、十分な潤滑油を供給することができる。

また、凹部４０の側面部を駆動機構８の中心方向に向けて形成することで、潤滑油を駆動機構８の中心方向に案内するガイド部４０ａの機能を持たせるようにしたので、凹部４０に付着した潤滑油を効果的に、駆動機構８の各軸受２７，３１、軸シール部１１や可動スクロール部材３の端板３ａとスラストプレート１２との摺動面等へ継続的に供給できるようになる。

従って、潤滑油の供給を必要とする各軸受部や摺動部の摩耗や発熱を抑制でき、圧縮機１の効率向上及び耐久性向上を図ることができる。

次に、本発明の第２実施形態について図７により説明する。
図７は、本発明の第２実施形態を示すスクロール型圧縮機の断面図である。尚、説明を簡略化するため、第１実施形態と同一要素には同一符号を付してある。

第１実施形態では、可動スクロール部材３の端板３ａとスラスト受け部１３との間に、スラストプレート１２を介在させる構成である。これに対して、第２実施形態では、スラストプレート１２を設けずに、可動スクロール部材３の端板３ａをスラスト受け部１３に直接接触させる構成である。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

かかる構成の第２実施形態では、収容空間部９の径方向における凹部４０の外径は、固定スクロール部材３の中心軸に対する可動スクロール部材３の最小公転半径より小さく形成している。これにより、可動スクロール部材３が公転運動した時でも、可動スクロール部材３の端板３ａによって収容空間部９側と吸入室１４側を仕切ることができる。

従って、第２実施形態の場合も、吐出室２０の貯油室５１から収容空間部９の凹部４０に供給された潤滑油が、そのまま吸入側に吸い込まれることがなく、収容空間部９内に留めることができる。これにより、駆動機構８の各軸受２７，３１、軸シール部１１や可動スクロール部材３の端板３ａとスラスト受け部１３との摺動面等へ十分に潤滑油を供給でき、第１実施形態と同様に、潤滑油の供給を必要とする各軸受部や摺動部の摩耗や発熱を抑制でき、圧縮機１の効率向上及び耐久性向上を図ることができる。

尚、上記各実施形態では、オイルセパレータを内蔵するスクロール型流体機械について説明したが、オイルセパレータを内蔵しないスクロール型流体機械では、上記各実施形態の潤滑油供給通路５２に代えて、吸入した流体を圧縮機構側に導く流体供給通路空間と収容空間部９の凹部４０とを連通する連通路を、スラスト受け部１３に形成する。これにより、吸入された流体中に混在した潤滑油を収容空間部９の凹部４０に導入することができるので、駆動機構８の各軸受２７，３１、軸シール部１１や可動スクロール部材３の端板３ａとスラスト受け部１３との摺動面等へ十分に潤滑油を供給できるようになる。

１ スクロール型圧縮機
２ 固定スクロール部材
２ａ 端板
２ｂ 渦巻きラップ
３ 可動スクロール部材
３ａ 端板
３ｂ 渦巻きラップ
４ 流体ポケット（密閉空間）
５ フロントハウジング（第１のハウジング）
６ センターハウジング（第２のハウジング）
７ リアハウジング（第３のハウジング）
８ 駆動機構
９ 収容空間部
１０ 軸受
１１ 軸シール部
１２ スラストプレート
１３ スラスト受け部
１４ 吸入室
２０ 吐出室
２１ 吐出孔
２２ 一方向弁
２３ 吐出ポート
２４ 駆動軸
２７ 軸受
２８ クランク
２９ 偏心ブッシュ
３０ ボス部
３１ 軸受
３３ 自転阻止機構
３６ 自転阻止機構のピン
４０ 凹部
４０ａ ガイド部
５１ 貯油室
５２ 潤滑油供給通路
５３ 開口部（凹部側）

Claims (8)

1. 第１のハウジングの内部に、固定スクロール部材に接しつつ公転し前記固定スクロール部材との間に前記公転に伴って容積変化する密閉空間を形成する可動スクロール部材の駆動機構を収容する収容空間部を形成し、該収容空間部の一端側に前記駆動機構の駆動軸を軸支する軸受部を設け、前記収容空間部の他端側に前記可動スクロール部材のスラスト力を受けるスラスト受け部を形成し、前記第１のハウジングの前記スラスト受け部側の外周部端面に接合する第２のハウジングの内部に、前記固定スクロール部材と可動スクロール部材を収容する構成としたスクロール型流体機械であって、
   前記収容空間部の駆動機構周りの周面に、潤滑油貯留用の凹部を形成すると共に、前記凹部に、当該凹部内の潤滑油を前記駆動機構の中心方向に案内するガイド部を設けたことを特徴するスクロール型流体機械。
2. 前記第２のハウジングの固定スクロール部材背面側の外周部に接合されて圧縮流体が導入される第３のハウジング内に、オイルセパレータで流体中から分離された潤滑油を貯留する貯油部を設け、該貯油部と前記凹部とを連通する潤滑油供給通路を、前記第１及び第２のハウジングに形成した請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記潤滑油供給通路の凹部側開口部位置を、前記駆動機構の中心軸方向における前記軸受部側とした請求項２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記凹部を、収容空間部の駆動機構周りに複数設けた請求項１〜３のいずれか１つに記載のスクロール型流体機械。
5. 前記凹部は、前記収容空間部の駆動機構周りの周面に、前記駆動機構の中心軸に沿って前記スラスト受け部から前記軸受部方向に向かって形成した請求項１〜４のいずれか１つに記載のスクロール型流体機械。
6. 前記スラスト受け部は、前記可動スクロール部材側に突出して、前記可動スクロール部材の自転を阻止するピンが取り付けられており、前記複数の凹部は、前記ピンの取付け領域を挟んで形成する請求項４又は５に記載のスクロール型流体機械。
7. 前記スラスト受け部が、スラストプレートを介して前記可動スクロール部材のスラスト力を受ける構成であって、前記収容空間部の径方向における前記凹部の外径が、前記スラストプレートの外径より小さい請求項５に記載のスクロール型流体機械。
8. 前記スラスト受け部が、前記可動スクロール部材のスラスト力を直接受ける構成であって、前記収容空間部の径方向における前記凹部の外径が、前記固定スクロール部材の中心軸に対する前記可動スクロール部材の最小公転半径より小さい請求項５に記載のスクロール型流体機械。