JP2008138572A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】動作圧力の高い二酸化炭素を作動冷媒として用い、信頼性及びエネルギー効率を向上させたスクロール式流体機械を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機１００は、ラップ部６２を立設した固定スクロール６０と、ラップ部５２が固定スクロール６０のラップ部６２と噛み合わされて圧縮室２１を形成するとともに固定スクロール６０に対して相対回転される旋回スクロール５０と、固定スクロール６０と旋回スクロール５０との相対回転を阻止するためのオルダムリング８０と、旋回スクロール５０を回転駆動し、内部に油流路４２が形成されたクランクシャフト４０とを備え、旋回スクロール５０のラップ部５２が形成された面には、油供給孔５８をラップ部５２よりも外周側に設け、旋回スクロール５０の内部には、旋回スクロールボス部５３と油供給孔５８とを連通する径方向流路５９を設けたことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関し、特に二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を冷媒に使用したスクロール式流体機械に関するものである。

近年、脱フロン化の流れを受けて自然冷媒を用いた冷凍サイクル装置の開発が盛んに進められている。中でも、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）を冷媒とした冷凍サイクル装置の普及は年々増加傾向にある。また、その用途も家庭用給湯を目的としたヒートポンプ式給湯機を始め、カーエアコンや空気調和装置、冷凍機、冷蔵庫等に広がりつつある。二酸化炭素は、オゾン破壊係数が０、地球温暖化係数が１という特性を有しており、二酸化炭素を冷媒として用いれば環境への負荷を小さくできるという利点がある。

ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒は、オゾン破壊係数が０、地球温暖化係数が１０００〜２０００という特性を有していることからも、二酸化炭素がいかに環境への負荷が小さいかが容易に理解できる。また、二酸化炭素は、毒性が無く、可燃性も無いという点で安全性に優れている。さらに、二酸化炭素は、入手が容易であり、比較的安価であるという利点も有している。ただし、二酸化炭素を冷媒として用いる場合には、フロンガスを用いた場合よりも動作圧力が高くなる。たとえば、ＨＦＣ冷媒の一つであるＲ４１０冷媒では４ＭＰａ程度の動作圧力に対し、二酸化炭素では１２ＭＰａ程度の高い動作圧力になる。

このような性質を有する二酸化炭素を冷媒として用いた圧縮機が種々提案されている。そのようなものとして、「ケーシング内に、固定側端板の一面側に渦巻状突起が設けられた固定スクロールと、旋回側端板の一面側に渦巻状突起が設けられかつこの渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と組み合わされて渦巻状の圧縮室を形成するとともに前記固定スクロールに対して相対的に旋回するように駆動される旋回スクロールと、前記旋回スクロールと前記固定スクロールとの間に設けられて前記旋回スクロール及び前記固定スクロールの相対回転を阻止するための機構とを備えている」スクロール圧縮機が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

このスクロール圧縮機は、固定スクロール及び旋回スクロールの相対回転を阻止するための機構としてオルダムリングを適用している。このオルダムリングには突起部が形成されており、固定スクロール及び旋回スクロールの渦巻状突起（ラップ）側の表面にはオルダムリングの突起部を収容するための溝が渦巻状突起よりも外周側に２つずつ形成されている。固定スクロールの２つの溝は、対向する位置に形成されている。また、旋回スクロールの２つの溝は、固定スクロールの２つの溝を結ぶ直線と直交する直線上であって、対向する位置に形成されている。

したがって、オルダムリングは、旋回スクロールの溝により所定方向に往復運動することができ、かつ、固定スクロールの溝により旋回スクロールの溝で往復運動可能な所定方向とは直交する方向に往復運動することができるようになっている。すなわち、固定スクロールと旋回スクロールとの間にオルダムリングを配設することによって、旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ、公転運動を可能としているのである。そして、旋回スクロールとオルダムリングとの間に吸入ガスの含有油分を給油して潤滑するようになっている。

特開２０００−３５２３８５号公報（第４頁、第２図）

上記のスクロール圧縮機のように旋回スクロールの自転防止機能を持たせたオルダムリングを旋回スクロール背面に設けた場合、固定スクロールと旋回スクロールとの噛み合い誤差のばらつきによって、固定スクロールと旋回スクロールとの位相ずれが生じ易く、組立精度が低下してしまうという課題があった。また、作動冷媒に動作圧力の高い二酸化炭素を用いた場合、オルダムリング突起部に作用する荷重が増大し、従来冷媒と比べてオルダムリング突起部に異常磨耗が生じてしまう可能性が高くなるといった技術的な課題もあった。

さらに、長期にわたる運転停止後において、高負荷条件でスクロール圧縮機を起動した直後では、オルダムリング突起部への給油が遅れ、摩擦係数が過大になりオルダムリング突起部が旋回スクロールの溝に凝着してしまうといった課題があった。一方、オルダムリングを固定スクロールと旋回スクロールとの間に配設しても、オルダムリング自重を旋回スクロールのラップ側の表面で受けるため、給油が遅れたり、給油が不足したりした場合、この部分での摩擦係数が増大し、それに伴ってスクロール圧縮機の入力も増大してしまうといった課題があった。すなわち、オルダムリングが疲労破壊したり、スクロール圧縮機の入力が増大したりすることで、スクロール圧縮機の信頼性が著しく低下してしまうことになるのである。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、動作圧力の高い二酸化炭素を作動冷媒として用いるとともに、信頼性及びエネルギー効率を向上させたスクロール式流体機械を提供するものである。

本発明に係るスクロール式流体機械は、鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設した固定スクロールと、鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設し、この渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と噛み合わされて密閉した圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に配設されて前記旋回スクロールの自転運動を阻止するためのオルダムリングと、冷凍機油が貯留された油だめに連通した油流路が内部に形成され、前記旋回スクロールの鏡板の他方の面を支持するクランクシャフトとを備え、前記旋回スクロールの他方の面には、前記クランクシャフトの上端部を嵌合する旋回スクロールボス部を設け、前記旋回スクロールの一方の面には、前記渦巻状突起よりも外周側に油供給孔を設け、前記旋回スクロールの内部には、前記旋回スクロールボス部と前記油供給孔とを連通して前記油流路からの冷凍機油が流れる径方向流路を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係るスクロール式流体機械は、鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設した固定スクロールと、鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設し、この渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と噛み合わされて密閉した圧縮室を形成する旋回スクロールと、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に配設されて前記旋回スクロールの自転運動を阻止するためのオルダムリング突起部が形成されたオルダムリングと、冷凍機油が貯留された油だめに連通した油流路が内部に形成され、前記旋回スクロールの鏡板の他方の面を支持するクランクシャフトとを備え、前記旋回スクロールの他方の面には、前記クランクシャフトの上端部を嵌合する旋回スクロールボス部を設け、前記旋回スクロールの一方の面には、前記オルダムリング突起部を収容するための溝を設け、前記旋回スクロールの内部には、前記旋回スクロールボス部と前記旋回スクロールに形成した前記溝とを連通して前記油流路からの冷凍機油が流れる径方向流路を設けたことを特徴とする。

本発明に係るスクロール式流体機械は、旋回スクロールの渦巻状突起が形成された面（一方の面）には、渦巻状突起よりも外周側に油供給孔を設け、旋回スクロールの内部には、旋回スクロールボス部と油供給孔とを連通する径方向流路を設けたことを特徴とするので、スクロール式流体機械の起動直後にクランクシャフト下方に貯留されている冷凍機油が上方端面まで流入し、旋回スクロールの鏡板内部の径方向流路を流れ、オルダムリングと旋回スクロールとの摺動部へ直接給油することができる。

そのため、過負荷条件での起動直後においても、確実に摺動部へ給油でき、異常磨耗や凝着を防止でき、スクロール式流体機械の信頼性を高めることができる。また、旋回スクロールの旋回運動による給油作用によって、旋回スクロールラップ側鏡板面とオルダムリングとの摺動部の摩擦係数を適正化し、スクロール式流体機械への入力を低減することができる。

本発明に係るスクロール式流体機械は、旋回スクロールの内部には、旋回スクロールボス部と旋回スクロールに形成した溝とを連通する径方向流路を設けたことを特徴とするので、スクロール式流体機械の起動直後にクランクシャフト下方に貯留されている冷凍機油が上方端面まで流入し、旋回スクロールの鏡板内部の径方向流路を流れ、オルダムリングと旋回スクロールとの摺動部へ直接給油することができる。

そのため、過負荷条件での起動直後においても、確実に摺動部へ給油でき、異常磨耗や凝着を防止でき、スクロール式流体機械の信頼性を高めることができる。また、旋回スクロールの旋回運動による給油作用によって、旋回スクロールラップ側鏡板面とオルダムリングとの摺動部の摩擦係数を適正化し、スクロール式流体機械への入力を低減することができる。さらに、溝を油供給孔として代用するので、スクロール式流体機械の製造に要する手間及び費用を低減することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の断面構成を示す縦断面図である。図２は、スクロール圧縮機１００の要部を拡大した状態を示す拡大縦断面図である。図１及び図２に基づいて、スクロール圧縮機１００の構成について説明する。このスクロール圧縮機１００は、スクロール式流体機械の代表として、二酸化炭素（ＣＯ₂ ）冷媒を圧縮するスクロール圧縮機を表している。

このスクロール圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和器、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル（ヒートポンプサイクル）を構成する冷凍機器の１つとして冷凍サイクル内に搭載されるものである。つまり、スクロール圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環するＣＯ₂ 冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

このスクロール圧縮機１００は、圧縮部２０と駆動部３０とに大きく分類することができる。この圧縮部２０及び駆動部３０は、密閉容器（シェル）１０内に収納されている。この密閉容器１０は、圧力容器となっている。図１に示すように、圧縮部２０が密閉容器１０の上側に配置され、駆動部３０が密閉容器１０の下側に配置されて収納されているものとする。この密閉容器１０の底部は、冷凍機油１を貯留する油だめ１１となっている。また、密閉容器１０には、ＣＯ₂ 冷媒ガスを吸入するための吸入側配管１２と、ＣＯ₂ 冷媒ガスを吐出するための吐出側配管１３とが連接されている。

圧縮部２０は、吸入側配管１２から吸入したＣＯ₂ 冷媒ガスを圧縮して密閉容器１０内の吐出空間１５に排出する機能を果たすようになっている。この吐出空間１５に排出されたＣＯ₂ 冷媒ガスは、吐出側配管１３からスクロール圧縮機１００の外部に吐出されるようになっている。駆動部３０は、圧縮部２０でＣＯ₂ 冷媒ガスを圧縮するために、圧縮部２０を構成する旋回スクロール５０を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、駆動部３０が旋回スクロール５０を駆動することによって、圧縮部２０でＣＯ₂ 冷媒ガスを圧縮するようになっているのである。

圧縮部２０は、旋回スクロール５０と、固定スクロール６０と、フレーム７０とで構成されている。旋回スクロール５０はフレーム７０の下側に、固定スクロール６０はフレーム７０の上側にそれぞれ収納されるようになっている。旋回スクロール５０及び固定スクロール６０は、鏡板５１及び鏡板６１と、その鏡板５１及び鏡板６１の一方の面に形成されている実質的に同一形状の渦巻状突起であるラップ部５２及びラップ部６２とで構成されている。これら２つの旋回スクロール５０及び固定スクロール６０は、ラップ部５２とラップ部６２とを互いに噛み合わせるようにして装着されている。そして、ラップ部５２とラップ部６２との間には、相対的に容積が変化する圧縮室２１が形成されるようになっている。

固定スクロール６０は、外周部をフレーム７０に図示省略のボルト等によって締結されて固定されている。固定スクロール６０の中央部には圧縮されて高圧となったＣＯ₂ 冷媒ガスを吐出する吐出ポート６３が形成されている。そして、圧縮された高圧のＣＯ₂ 冷媒ガスは、固定スクロール６０の上部に設けられている吐出空間１５に排出されるようになっている。なお、固定スクロール６０をボルト等で固定する場合に限定するものではなく、固定スクロール６０がフレーム７０に固定されていればよい。

旋回スクロール５０は、固定スクロール６０に対して自転運動することなく旋回運動を行うようになっている。また、旋回スクロール５０のラップ部５２が形成されている面とは反対側の面（図面下側のスラスト面５５）の中心部には、中空円筒の旋回スクロールボス部５３が形成されている。この旋回スクロールボス部５３にクランクシャフト４０の上端部に設けられた偏心ピン部４１が回転自在に係合されている。この偏心ピン部４１が旋回スクロールを偏心支持するようになっている。また、旋回スクロール５０の下面側には、フレーム７０（正確にはスラスト軸受部材７５）と摺動可能なスラスト面５５が形成されている（図３参照）。

フレーム７０は、旋回スクロール５０及び固定スクロール６０を収納し、密閉容器１０内に固着されるようになっている。このフレーム７０には、旋回スクロール５０の下面側の面から軸方向下側に貫通する排油穴７１が形成されており、圧縮部２０で使用された冷凍機油１を油だめ１１に戻すようになっている。図１では、排油穴７１が１つだけ形成されている場合を例に示しているが、これに限定するものではない。たとえば、排油穴７１を２つ以上形成してもよい。

密閉容器１０と圧縮部２０とは連通しているので、吸入側配管１２から密閉容器１０内に吸入されたＣＯ₂ 冷媒ガスは圧縮部２０に導通するようになっている。たとえば、フレーム７０の外周面は、焼きばめや溶接等によって密閉容器１０に固着されているものの、切り欠きや連通孔等を形成することによって、吸入側配管１２からのＣＯ₂ 冷媒ガスを圧縮部２０へ導通するようにしてもよい。また、フレーム７０の下方には、駆動部３０（特にクランクシャフト４０）を軸支するための軸受部７２が形成されている。

駆動部３０は、クランクシャフト４０と、クランクシャフト４０に固定されたロータ（回転子）３１と、密閉容器１０に固定されたステータ（固定子）３２とで構成されている。なお、ロータ３１とステータ３２とで電動機を構成している。ロータ３１は、ステータ３２への通電が開始することにより回転駆動するようになっている。また、ステータ３２の外周面は焼きばめ等により密閉容器１０に固定されている。

クランクシャフト４０の上端部は、旋回スクロール５０の旋回スクロールボス部５３と回転自在に係合する偏心ピン部４１が形成されている。また、クランクシャフト４０の内部には、上端面まで連通している油流路４２が形成されている。この油流路４２は、油だめ１１に貯留してある冷凍機油１の流路である。油だめ１１に溜まっている冷凍機油１を油流路４２で吸い上げて圧縮部２０に給油するようになっている。

この油流路４２は、フレーム７０の軸受部７２に給油するために、この軸受部７２の高さ位置で分岐し、分岐流路４４を形成している。また、この油流路４２は、旋回スクロールボス部５３に給油するために、この旋回スクロールボス部５３の高さ位置で分岐し、分岐流路４５を形成している。なお、図２では、分岐流路４４及び分岐流路４５をクランクシャフト４０に１つずつ形成した場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、分岐流路４４及び分岐流路４５を２つ以上ずつ形成してもよい。なお、冷凍機油１の種類を特に限定するものではなく、圧縮部２０の潤滑油として使用できるものであればよい。

また、旋回スクロール５０と固定スクロール６０との間には、旋回スクロール５０の自転運動を阻止するためのオルダムリング８０が配設されている（図３で詳細に説明するものとする）。以上のように、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１０内の上部に圧縮部２０を、下部に駆動部３０を配置し、圧縮部２０をクランクシャフト４０を介して駆動部３０により回転駆動するようになっている。なお、スクロール圧縮機１００は、密閉容器１０内は圧縮されたＣＯ₂ 吐出ガス雰囲気となるように高圧シェルタイプであってもよい。

図３は、圧縮部２０を分解した状態を示す分解図である。図３に基づいて、スクロール圧縮機１００の要部である圧縮部２０について詳細に説明する。オルダムリング８０は、リング部８３と、旋回スクロール５０側の２つのオルダムリング突起部８１と、固定スクロール６０側の２つのオルダムリング突起部８２とで構成されている。このオルダムリング８０は、旋回スクロール５０と固定スクロール６０との間に配設され、旋回スクロール５０の自転運動を阻止するとともに、旋回運動を可能とする機能を果たすようになっている。つまり、オルダムリング８０は、旋回スクロール５０の自転防止機構として機能するのである。

オルダムリング突起部８１は、オルダムリング８０のリング部８３の旋回スクロール５０側に設けられており、オルダムリング８０の中心に関して対称位置に対向配置されている。また、オルダムリング突起部８２は、オルダムリング８０のリング部８３の固定スクロール６０側に設けられており、オルダムリング８０の中心に関して対称位置に対向配置されている。つまり、各オルダムリング突起部は、９０度の位相差をもって配置されているのである。

そして、旋回スクロール５０には、オルダムリング８０のオルダムリング突起部８１を収容するための２つの溝５６が形成されている。この２つの溝５６は、鏡板５１のラップ部５２側であって、ラップ部５２よりも外周側に形成されている。また、固定スクロール６０には、オルダムリング８０のオルダムリング突起部８２を収容するための２つの溝６６が形成されている。この２つの溝６６は、鏡板６１のラップ部６２側であって、ラップ部６２よりも外周側に形成されている。

旋回スクロール５０の２つの溝５６は、オルダムリング突起部８１に対応する位置、つまりオルダムリング８０（または旋回スクロール５０）の中心に関して対称位置に対向配置されている。また、固定スクロール６０の２つの溝６６は、オルダムリング突起部８２に対応する位置、つまりオルダムリング８０（または固定スクロール６０）の中心に関して対称位置に対向配置されている。つまり、旋回スクロール５０の２つの溝５６は、固定スクロール６０の２つの溝６６とを結ぶ直線と直交する直線上の対向する位置に形成されているのである。

オルダムリング８０は、オルダムリング８０の２つのオルダムリング突起部８１が、旋回スクロール５０の２つの溝５６に収容（係合）されることによって所定方向（２つの溝５６を結ぶ直線方向）に往復運動（摺動）することができるようになっている。また、オルダムリング８０は、オルダムリング８０の２つのオルダムリング突起部８２が、固定スクロール６０の２つの溝６６に収容（係合）されることによって所定方向（２つの溝６６を結ぶ直線方向、つまり２つの溝５６を結ぶ直線方向と直交する直線方向）に往復運動（摺動）することができるようになっている。

すなわち、オルダムリング８０は、各オルダムリング突起部とそれを収容する各溝とによって、前後左右に往復運動することができるようになっているのである。したがって、固定スクロール６０と旋回スクロール５０との間にオルダムリング８０を配設することによって、旋回スクロール５０の自転運動を阻止しつつ、旋回運動を可能としているのである。また、旋回スクロール５０の下側には、鏡板５１のラップ部５２の反対側表面（スラスト面５５）と摺接するスラスト軸受部材７５が配置されている。

このスラスト軸受部材７５は、フレーム７０の旋回スクロールボス部５３の部分を除いた内周側の下端面７４に固定されるようになっている。そして、このフレーム７０は、上述したように密閉容器１０内に固定されるようになっている。

ここで、実施の形態１の特徴事項である旋回スクロール５０の詳細な構成について説明する。図４は、旋回スクロール５０の断面構成を示す断面図である。図４（ａ）が旋回スクロール５０の横断面図を、図４（ｂ）が旋回スクロール５０の縦断面図をそれぞれ示している。この図４に示すように、旋回スクロール５０のラップ部５２側の表面には、２つの油供給孔５８が形成されている。この２つの油供給孔５８は、固定スクロール６０のラップ部６２側の表面に設けた２つの溝６６と対向する位置にそれぞれ形成されている。つまり、この２つの油供給孔５８は、鏡板５１のラップ部５２側であって、ラップ部５２よりも外周側で２つの溝６６との対向位置に形成されているのである。

また、旋回スクロール５０の鏡板５１内部には、旋回スクロールボス部５３の内周と２つの油供給孔５８とを連通させる径方向流路５９が形成されている。なお、径方向流路５９の鏡板５１の外周端面部には、径方向流路５９を封鎖するための封止部材９０が設けられている。すなわち、旋回スクロールボス部５３の内周と鏡板５１のラップ部５２側表面とを、径方向流路５９と油供給孔５８とを介して連通させ、冷凍機油１の流路を構成しているのである。

したがって、クランクシャフト４０の油流路４２を通って汲み上げられた冷凍機油１は、径方向流路５９内を流れて、２つの油供給孔５８から旋回スクロール５０のラップ部５２側表面に直接給油されることになる。旋回スクロール５０は、前後左右に公転運動を行なうので、旋回スクロール５０のラップ部５２側表面に給油された冷凍機油１は、旋回スクロール５０のラップ部５２側表面だけでなく、２つの溝５６の内部にも給油されることになる。すなわち、旋回スクロール５０とオルダムリング８０との間全体に冷凍機油１が給油されることになり、旋回スクロール５０とオルダムリング８０とを十分に潤滑することができるのである。

このように、旋回スクロール５０とオルダムリング８０との間に冷凍機油１を直接給油するので、オルダムリング５０を旋回スクロール５０と固定スクロール６０との間に設けたとしても、固定スクロール６０と旋回スクロール５０との噛み合い誤差のばらつきによって生じてしまう固定スクロール６０と旋回スクロール５０との位相ずれを低減することができる。また、ＣＯ₂ 冷媒ガスを用いたとしても、冷凍機油１を十分に供給することが可能なので、２つのオルダムリング突起部８１に作用する摩擦を低減するとともに、異常磨耗の発生も低減することができる。

さらに、長期にわたる運転停止後において、高負荷条件でスクロール圧縮機１００を起動させた直後であっても、オルダムリング突起部８１へ十分な量の冷凍機油１を供給でき、摩擦係数を減少させてオルダムリング突起部８１が旋回スクロール５０の溝５６に凝着してしまうのを防止することができる。したがって、冷凍機油１を十分に供給することによって、オルダムリング８０の疲労破壊の低減、及び、スクロール圧縮機１００の入力の減少ができ、スクロール圧縮機１００の信頼性が向上することになるのである。

ここで、スクロール圧縮機１００の動作について説明する。
電動機を構成するロータ３１は、ステータ３２が発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、ロータ３１に固定されたクランクシャフト４０が回転駆動する。旋回スクロール５０は、クランクシャフト４０の偏心ピン部４１に係合されており、旋回スクロール５０の自転回転運動がオルダムリング８０の自転防止機構によって旋回運動に変換される。このクランクシャフト４０の回転駆動によって、密閉容器１０内のＣＯ₂ 冷媒ガスが固定スクロール６０のラップ部６２と旋回スクロール５０のラップ部５２とにより形成される圧縮室２１内へ流れ、吸入過程が開始する。

圧縮室２１内にＣＯ₂ 冷媒ガスが吸入されると、偏心させられた旋回スクロール５０の旋回運動で、圧縮室２１の容積を減少させる圧縮過程へと移行する。なお、冷凍サイクルを循環してきた低圧状態のＣＯ₂ 冷媒は、吸入側配管１２からスクロール圧縮機１００の密閉容器１０内に流入するようになっている。この圧縮過程では、圧縮室２１内のＣＯ₂ 冷媒の圧力が上昇する。そして、このガス圧の作用によって、旋回スクロール５０のスラスト面５５は、スラスト軸受部材７５に押し付けられて摺動する。

また、オルダムリング８０は、旋回スクロール５０に作用する旋回スクロール５０の回転方向と反対方向に加わるガス荷重を２つのオルダムリング突起部８１で受けるため、旋回スクロール５０側のオルダムリング突起８１、固定スクロール６０側のオルダムリング突起部８２が収容されているそれぞれの溝（旋回スクロール５０の２つの溝５６、固定スクロール６０の２つの溝６６）内で摺動する。

作動冷媒に二酸化炭素を用いているので、動作圧及びスラスト軸受部材７５で受ける荷重（以後、スラスト荷重と称する）が高くなるが、オルダムリング８０を固定スクロール６０と旋回スクロール５０との間に配設しているため、スラスト面５５側を有効利用できる。つまり、旋回スクロール５０のスラスト面５５側にオルダムリング８０を配設するものに比べて、圧縮部２０の強度を確保しつつ、オルダムリング８０の厚さの分だけ圧縮部２０の小型化、コンパクト化が可能になるのである。そして、圧縮室２１で圧縮されたＣＯ₂ 冷媒ガスは、吐出過程に移行する。つまり、ＣＯ₂ 冷媒ガスは、固定スクロール６０の吐出ポート６３から吐出空間１５に排出され、吐出側配管１３からスクロール圧縮機１００の外部へと吐出されるのである。

次に、冷凍機油１の流れについて説明する。
密閉容器１０の油だめ１１に貯留されている冷凍機油１は、クランクシャフト４０の油流路４２内を導通し、フレーム７０の軸受部７２の高さ位置でクランクシャフト４０の径方向に設けられた分岐流路４４と、クランクシャフト４０の上端面側とに分流する。分岐流路４４に流入した冷凍機油１は、フレーム７０の軸受部７２に給油され、クランクシャフト４０と軸受部７２とを潤滑する。

クランクシャフト４０の上端面側に流入した冷凍機油１は、旋回スクロールボス部５２の高さ位置でクランクシャフト４０の径方向に設けられた分岐流路４５と、クランクシャフト４０の上端面側とに分流する。分岐流路４５に流入した冷凍機油１は、偏心ピン部４１と旋回スクロールボス軸受部５７とを潤滑し、旋回スクロール軸受部５７の下方からフレーム７０の内周を流れて、フレーム７０の下端面７４へと流れる。なお、スラスト軸受部材７５に図示省略の鉛直方向の貫通孔を形成しておけば、この貫通孔を冷凍機油１が下側から上側へと流れて旋回スクロール５０のスラスト面５５とスラスト軸受部材７５との摺動部を潤滑することができる。

クランクシャフト４０の上端面側へ流入した冷凍機油１は、旋回スクロール５０の鏡板５１内に形成された径方向流路５９内へと流れ、旋回スクロール５０のラップ部５２側に形成された２つの油供給孔５８から固定スクロール６０の２つの溝６６に向けて噴射され直接給油されることになる。また、２つの油供給孔５８から噴射された一部の冷凍機油１は、旋回スクロール５０の旋回運動によって、旋回スクロール５０のラップ部５２側表面の外周へも流れて、旋回スクロール５０とオルダムリング８０のリング部８３との摺動部をも潤滑することが可能になっている。

旋回スクロール５０を以上のような構成とすることによって、ＣＯ₂ のような動作圧の高い冷媒を用いた場合であっても、旋回スクロール５０のスラスト面５５を有効利用し、スラスト荷重の面圧を低減できるとともに、各オルダムリング突起部を収容する各溝に吸入ガスに含まれる冷凍機油１のみならず、冷凍機油１を直接噴射給油し、確実に潤滑できるため、スクロール圧縮機１００の信頼性を高めることができる。また、旋回スクロール５０とオルダムリング８０との間にも冷凍機油１を給油することが可能なので、旋回スクロール５０とオルダムリング８０との間における摩擦係数を低減でき、スクロール圧縮機１００への入力を低減することができる。

この実施の形態１では、旋回スクロール５０に２つの油供給孔５８が形成されている場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、旋回スクロール５０に３つ以上の油供給孔５８を形成してもよい。また、径方向流路５９の流路途中に複数の油供給孔５８を形成してもよい。さらに、旋回スクロール５０に１つの径方向流路５９が形成されている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、２以上の径方向流路５９を形成してもよい。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２の特徴事項である旋回スクロール５０ａの詳細な構成について説明する。図５は、旋回スクロール５０ａの断面構成を示す断面図である。図５（ａ）が旋回スクロール５０ａの横断面図を、図５（ｂ）が旋回スクロール５０ａの縦断面図をそれぞれ示している。なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この図５に示すように、旋回スクロール５０ａのラップ部５２側の表面には、実施の形態１の旋回スクロール５０のような油供給孔５８を形成していない。ただし、旋回スクロール５０ａの鏡板５１内部には、旋回スクロールボス部５３の内周と溝５６とを連通させる径方向流路５９ａを形成している。すなわち、旋回スクロール５０ａに形成されているオルダムリング突起部８１を収容するための溝５６を実施の形態１に係る油供給孔５８の代用としているのである。また、旋回スクロールボス部５３の内周と鏡板５１のラップ部５２側表面とを、径方向流路５９ａ及び溝５６とを介して連通させ、冷凍機油１の流路を構成しているのである。

ここで、冷凍機油１の流れについて説明する。なお、実施の形態１との相違点を中心に説明するものとする。クランクシャフト４０の上端面側へ流入した冷凍機油１は、旋回スクロール５０ａの鏡板５１内に形成された径方向流路５９ａ内へと流れ、旋回スクロール５０ａのラップ部５２側に形成された２つの溝５６に直接給油される。また、溝５６に噴射された一部の冷凍機油１は、旋回スクロール５０ａの旋回運動によって、旋回スクロール５０ａのラップ部５２側表面の外周へも流れて、旋回スクロール５０ａとオルダムリング８０のリング部８３との摺動部をも潤滑することが可能になっている。

旋回スクロール５０ａを以上のような構成とすることによって、ＣＯ₂ のような動作圧の高い冷媒を用いた場合であっても、旋回スクロール５０ａのスラスト面５５を有効利用し、スラスト荷重の面圧を低減できるとともに、各オルダムリング突起部を収容する各溝に吸入ガスに含まれる冷凍機油１のみならず、冷凍機油１を直接噴射給油し、確実に潤滑できるため、スクロール圧縮機１００の信頼性を高めることができる。また、旋回スクロール５０ａとオルダムリング８０との間にも冷凍機油１を給油することが可能なので、旋回スクロール５０ａとオルダムリング８０との間における摩擦係数を低減でき、スクロール圧縮機１００への入力を低減することができる。

さらに、この実施の形態２では、２つの溝５６を実施の形態１に係る２つの油供給孔５８の代用としているので、旋回スクロール５０ａの製造工程に要する手間を低減することができる。なお、径方向流路５９ａの鏡板５１の外周端面部には、実施の形態１のように径方向流路５９ａを封鎖するための封止部材９０を設けなくてよい。それは、封止部材９０を設けなくても、径方向流路５９ａを流れる冷凍機油１は、２つの溝５６に必ず到達するからである。

この実施の形態２では、旋回スクロール５０ａに形成した２つの溝５６を利用した場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、旋回スクロール５０ａに３つ以上の溝５６を形成してもよい。このとき、オルダムリング８０のオルダムリング突起部８１も溝５６の個数に対応させるとよい。また、旋回スクロール５０ａに１つの径方向流路５９ａが形成されている場合を例に説明したが、これに限定するものではなく、２以上の径方向流路５９ａを形成してもよい。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３の特徴事項である旋回スクロール５０ｂの詳細な構成について説明する。図６は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機２００の断面構成を示す縦断面図である。なお、実施の形態３では実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明し、実施の形態１及び実施の形態２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

実施の形態３に係るスクロール圧縮機２００の基本的な構成及び動作については、実施の形態１及び実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００と同様である。実施の形態１及び実施の形態２では、旋回スクロール５０及び旋回スクロール５０ａの自転を阻止するためのオルダムリング８０を旋回スクロール５０及び旋回スクロール５０ａと固定スクロール６０との間に配設した場合を例に説明したが、この実施の形態３では、オルダムリング８０を旋回スクロール５０ｂの下面側に配設した場合を例に示している。

ここで、実施の形態３の特徴事項である旋回スクロール５０ｂの詳細な構成について説明する。図７は、旋回スクロール５０ｂの断面構成を示す断面図である。図７（ａ）が旋回スクロール５０ｂの横断面図を、図７（ｂ）が旋回スクロール５０ｂの縦断面図をそれぞれ示している。この図７に示すように、旋回スクロール５０ｂのラップ部５２側の表面には、実施の形態１に係る油供給孔５８や実施の形態２に係る溝５６が形成されていない。ただし、旋回スクロール５０ｂのスラスト面５５に２つの溝５６を形成している。つまり、オルダムリング８０が旋回スクロール５０ｂの下側に配置されるので、オルダムリング突起部８１を収容する溝を旋回スクロール５０ｂのスラスト面５５に形成しているのである。

そして、２つの溝５６にオルダムリング８０の各オルダムリング突起部を収容することによって、旋回スクロール５０ｂの自転を阻止するようになっているのである。したがって、この溝５６に冷凍機油１を十分な給油をすることが望ましい。そこで、旋回スクロール５０ｂの鏡板５１内部には、旋回スクロールボス部５３の内周と２つの溝５６とを連通させる径方向流路５９ｂを形成している。すなわち、旋回スクロールボス部５３の内周と鏡板５１のラップ部５２側表面とを、径方向流路５９ｂ及び溝５６ｃを介して連通させ、冷凍機油１の流路を構成しているのである。

ここで、冷凍機油１の流れについて説明する。なお、実施の形態１及び実施の形態２との相違点を中心に説明するものとする。クランクシャフト４０の上端面側へ流入した冷凍機油１は、旋回スクロール５０ｂの鏡板５１内に形成された径方向流路５９ｂ内へと流れ、旋回スクロール５０ｂのスラスト面５５側に形成された２つの溝５６に直接給油される。また、溝５６に噴射された一部の冷凍機油１は、旋回スクロール５０ｂとオルダムリング８０のリング部８３との摺動部をも潤滑することが可能になっている。

旋回スクロール５０ｂを以上のような構成とすることによって、長期にわたる運転停止後において、高負荷条件でスクロール圧縮機２００を起動させた直後であっても、各オルダムリング突起部へ十分な量の冷凍機油１を供給でき、摩擦係数を低減させて各オルダムリング突起部が旋回スクロール５０ｂの溝５６に凝着してしまうのを防止することができる。したがって、冷凍機油１を十分に供給することによって、オルダムリング８０の疲労破壊の防止、及び、スクロール圧縮機２００の入力の低減ができ、スクロール圧縮機２００の信頼性が向上することになるのである。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４の特徴事項である旋回スクロール５０ｃの詳細な構成について説明する。図８は、旋回スクロール５０ｃの断面構成を示す断面図である。図８（ａ）が旋回スクロール５０ｃの横断面図を、図８（ｂ）が旋回スクロール５０ｃの縦断面図をそれぞれ示している。なお、実施の形態４では実施の形態１〜実施の形態３との相違点を中心に説明し、実施の形態１〜実施の形態３と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。

この図８に示すように、旋回スクロール５０ｃのスラスト面５５には、２つの油供給孔５８ｃが形成されている。この２つの油供給孔５８ｃは、実施の形態３に係る溝５６と位相が異なる位置に形成されている。また、旋回スクロール５０ｃの鏡板５１内部には、旋回スクロールボス部５３の内周と油供給孔５８とを連通させる径方向流路５９ｃが形成されている。なお、径方向流路５９ｃの鏡板５１の外周端面部には、径方向流路５９ｃを封鎖するための封止部材９０ｃが設けられている。

２つの油供給孔５８ｃは、旋回スクロール５０ｃのスラスト面５５に形成されている２つの溝５６とを結ぶ直線と直交する直線上の位置に形成されている。つまり、径方向流路５９ｃが、２つの溝５６とを結ぶ直線と直交しているのである。したがって、旋回スクロールボス部５３の内周と鏡板５１のラップ部５２側表面とを、径方向流路５９ｃと油供給孔５８ｃとを介して連通させ、冷凍機油１の流路を構成しているのである。

ここで、冷凍機油１の流れについて説明する。なお、実施の形態３との相違点を中心に説明するものとする。クランクシャフト４０の上端面側へ流入した冷凍機油１は、旋回スクロール５０ｃの鏡板５１内に形成された径方向流路５９ｃ内へと流れ、旋回スクロール５０ｃのスラスト面５５側に形成された２つの油供給孔５８ｃに直接給油される。また、油供給孔５８ｃに噴射された一部の冷凍機油１は、旋回スクロール５０ｃの旋回運動によって、旋回スクロール５０ｃのスラスト面５５の外周へも流れて、旋回スクロール５０ｃとオルダムリング８０のリング部８３との摺動部をも潤滑することが可能になっている。

旋回スクロール５０ｃを以上のような構成とすることによって、長期にわたる運転停止後において、高負荷条件でスクロール圧縮機２００を起動させた直後であっても、各オルダムリング突起部へ十分な量の冷凍機油１を供給でき、摩擦係数を低減させて各オルダムリング突起部が旋回スクロール５０ｂの溝５６ｃに凝着してしまうのを防止することができる。したがって、冷凍機油１を十分に供給することによって、オルダムリングの疲労破壊の防止、及び、スクロール圧縮機２００の入力の低減ができ、スクロール圧縮機２００の信頼性が向上することになるのである。

実施の形態１〜実施の形態４では、径方向流路５９〜径方向流路５９ｃを鏡板５１内に１本だけ形成した場合を例に説明したが、これに限定するものではない。たとえば、径方向流路５９〜径方向流路５９ｃを２本以上形成してもよい。また、実施の形態１に係る旋回スクロール５０の特徴事項と実施の形態２に係る旋回スクロール５０ａの特徴事項とを組み合わせて冷凍機油１の直接給油を行なうようにしてもよい。さらに、実施の形態３に係る旋回スクロール５０ｂの特徴事項と実施の形態４に係る旋回スクロール５０ｃの特徴事項とを組み合わせて冷凍機油１の直接給油を行なうようにしてもよい。なお、本発明の実施の形態に係るスクロール式流体機械としては、スクロール圧縮機だけでなく、ポンプ等の流体機械にも適用することができる。

実施の形態１に係るスクロール圧縮機の断面構成を示す縦断面図である。 スクロール圧縮機の要部を拡大した状態を示す拡大縦断面図である。 圧縮部を分解した状態を示す分解図である。 旋回スクロールの断面構成を示す断面図である。 旋回スクロールの断面構成を示す断面図である。 実施の形態３に係るスクロール圧縮機の断面構成を示す縦断面図である。 旋回スクロールの断面構成を示す断面図である。 旋回スクロールの断面構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 冷凍機油、１０ 密閉容器、１１ 油だめ、１２ 吸入側配管、１３ 吐出側配管、１５ 吐出空間、２０ 圧縮部、２１ 圧縮室、３０ 駆動部、３１ ロータ、３２ ステータ、４０ クランクシャフト、４１ 偏心ピン部、４２ 油流路、４４ 分岐流路、４５ 分岐流路、５０ 旋回スクロール、５０ａ 旋回スクロール、５０ｂ 旋回スクロール、５０ｃ 旋回スクロール、５１ 鏡板、５２ ラップ部、５３ 旋回スクロールボス部、５５ スラスト面、５６ 溝、５６ｃ 溝、５７ 旋回スクロール軸受部、５８ 油供給孔、５８ｃ 油供給孔、５９ 径方向流路、５９ａ 径方向流路、５９ｂ 径方向流路、５９ｃ 径方向流路、６０ 固定スクロール、６１ 鏡板、６２ ラップ部、６３ 吐出ポート、７０ フレーム、７１ 排油穴、７２ 軸受部、７４ 下端面、７５ スラスト軸受部材、８０ オルダムリング、８１ オルダムリング突起部、８２ オルダムリング突起部、８３ リング部、９０ 封止部材、９０ｃ 封止部材、１００ スクロール圧縮機、２００ スクロール圧縮機。

Claims (6)

1. 鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設した固定スクロールと、
   鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設し、この渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と噛み合わされて密閉した圧縮室を形成する旋回スクロールと、
   前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に配設されて前記旋回スクロールの自転運動を阻止するためのオルダムリングと、
   冷凍機油が貯留された油だめに連通した油流路が内部に形成され、前記旋回スクロールの鏡板の他方の面を支持するクランクシャフトとを備え、
   前記旋回スクロールの他方の面には、前記クランクシャフトの上端部を嵌合する旋回スクロールボス部を設け、
   前記旋回スクロールの一方の面には、前記渦巻状突起よりも外周側に油供給孔を設け、
   前記旋回スクロールの内部には、前記旋回スクロールボス部と前記油供給孔とを連通して前記油流路からの冷凍機油が流れる径方向流路を設けた
   ことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記径方向流路が前記旋回スクロールの外周端面に貫通形成されており、
   前記径方向流路の端部に封止部材を設けた
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記オルダムリングには、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールと係合するためのオルダムリング突起部を設け、
   前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの渦巻状突起が形成された面には、前記オルダムリング突起部を収容するための溝を設け、
   前記油供給孔を前記固定スクロールに形成した前記溝と対向する位置に設けた
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
4. 鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設した固定スクロールと、
   鏡板の一方の面に渦巻状突起を立設し、この渦巻状突起が前記固定スクロールの前記渦巻状突起と噛み合わされて密閉した圧縮室を形成する旋回スクロールと、
   前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの間に配設されて前記旋回スクロールの自転運動を阻止するためのオルダムリング突起部が形成されたオルダムリングと、
   冷凍機油が貯留された油だめに連通した油流路が内部に形成され、前記旋回スクロールの鏡板の他方の面を支持するクランクシャフトとを備え、
   前記旋回スクロールの他方の面には、前記クランクシャフトの上端部を嵌合する旋回スクロールボス部を設け、
   前記旋回スクロールの一方の面には、前記オルダムリング突起部を収容するための溝を設け、
   前記旋回スクロールの内部には、前記旋回スクロールボス部と前記旋回スクロールに形成した前記溝とを連通して前記油流路からの冷凍機油が流れる径方向流路を設けた
   ことを特徴とするスクロール式流体機械。
5. 前記オルダムリングの前記固定スクロール側には２つのオルダムリング突起部を前記オルダムリングの直径を形成する直線上に設け、
   前記オルダムリングの前記旋回スクロール側には２つのオルダムリング突起部を前記オルダムリングの直径を形成する直線上に設け、
   各オルダムリング突起部を９０度の位相差となるように配置した
   ことを特徴とする請求項３または４に記載のスクロール式流体機械。
6. 作動冷媒として二酸化炭素を用いた
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスクロール式流体機械。

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