JP2014129756A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】可動スクロールの背面側に圧力の異なる背圧室が複数設けられるスクロール圧縮機であって、常に可動スクロールが固定スクロールに密着した状態で安定して運転可能なスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機は、可動側鏡板３２ａを有する可動スクロール３２と、可動側鏡板の背面３２ａｂと対向するハウジング３３と、背面３２ａｂとハウジングとの間に配される第１および第２シールリング１００，１１０と、を備える。第２シールリングは、第１シールリングを囲むように外側に配される。定常運転時には、第１シールリングの内側に第１内側背圧室が、外側に第１外側背圧室が形成され、第１シールリングは、内側から外側への流体の流れをシールする。非定常運転時には、第２シールリングの内側に第２内側背圧室Ｓｂｉ２が、外側に第２外側背圧室Ｓｂｏ２が形成され、第２シールリングは、外側から内側への流体の流れをシールする。
【選択図】図６

Description

本発明は、可動スクロールの背面側に、圧力の異なる背圧室を複数設けたスクロール圧縮機に関する。

従来、可動スクロールを固定スクロールに好適な力で密着させるため、圧力の異なる複数の背圧室が可動スクロールの背面に形成されたスクロール圧縮機が知られている。例えば特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）には、可動スクロールの背面に吐出圧力となる空間（軸受内側空間）を設け、可動スクロールの背面周縁側（軸受内部空間の外側）に吐出圧力より低い、吐出圧力と吸入圧力の中間の圧力となる背圧室を設けた構成が開示されている。更に、特許文献１には、軸受内側空間と背圧室との間の圧力関係を維持するために、軸受内部空間と背圧室との間に背圧仕切帯が配置された構成が開示されている。

ところで、特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）でいうところの背圧仕切帯には、一般にシールリングが使用される。シールリングは、流体の流れを遮り、シールリングによって隔てられる２つの空間の圧力関係を維持するためのシール部材である。シールリングは、その特性上、シールリングの外側から内側への流体の流れか、シールリングの内側から外側への流体の流れの、いずれか一方向の流体の流れしか遮ることができない。そのため、特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）のように、軸受内側空間の圧力よりも背圧室の圧力が低い場合には、軸受内側空間から背圧室への流体の流れを遮断できるような向きに、シールリングが配置される。

ところが、本願発明者は、特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）のように、軸受内側空間と、背圧室とを設けた構成では、軸受内側空間と背圧室との圧力の大小関係は常に一定ではなく、圧縮機の起動時や吐出圧力と吸入圧力の差圧が少ない低差圧運転等の圧縮機運転条件においては、軸受内部空間と背圧室との圧力関係が逆転する可能性があることを見い出した。つまり、特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）の構成であれば、軸受内側空間の圧力よりも、背圧室の圧力の方が大きくなりうることを見い出した。

このような場合には、シールリングは前述のように一方向にしか流体の流れを遮ることができないため、軸受内側空間と背圧室との気密性は保たれず、流体の逆流（特許文献１（特開２０１２−６７７１２号公報）では背圧室から軸受内部空間への流体の流入）が起こりうる。そして、この状態では、軸受内側空間の圧力と背圧室の圧力とが均一化してしまい、所望の圧力状態が実現されない可能性がある。その結果、可動スクロールを固定スクロールに好適な力で密着させることができない事態が発生しうる。

本発明の課題は、可動スクロールの背面側に圧力の異なる背圧室が複数設けられるスクロール圧縮機であって、常に可動スクロールが固定スクロールに密着された状態で安定して運転可能なスクロール圧縮機を提供することにある。

本発明の第１観点に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールと、可動スクロールと、ハウジングと、第１シール部材と、第２シール部材と、を備える。固定スクロールと可動スクロールとの間には圧縮室が形成される。可動スクロールは、可動側鏡板を有する。ハウジングは、可動側鏡板の背面と対向する。第１および第２シール部材は、環状に形成され、内側から外側又は外側から内側へのいずれかの流体の流れのみをシールする。第１および第２シール部材は、可動側鏡板の背面とハウジングとの間に配される。第２シール部材は、第１シール部材の内側に、又は、第１シール部材を囲むように外側に配される。定常運転時には、可動側鏡板の背面側であって、第１シール部材の内側に第１内側背圧室が、第１シール部材の外側に第１外側背圧室が、形成される。定常運転時には、第１シール部材は、第１内側背圧室から第１外側背圧室への流体の流れをシールする。非定常運転時には、可動側鏡板の背面側であって、第２シール部材の内側に第２内側背圧室が、第２シール部材の外側に第２外側背圧室が、形成される。非定常運転時には、第２シール部材は、第２外側背圧室から第２内側背圧室への流体の流れをシールする。

ここでは、定常運転時には、可動スクロールの背面側であって、第１シール部材の内側に第１内側背圧室が、第１シール部材の外側に第１外側背圧室が、それぞれ形成される。そして、第１シール部材は、第１内側背圧室から第１外側背圧室への流体の流れのみをシールする。なお、定常運転時には、内側の（第１内側背圧室の）圧力が、外側の（第１外側背圧室の）圧力より高い。一方、非定常運転時には、可動スクロールの背面側であって、第２シール部材の内側に第２内側背圧室が、第２シール部材の外側に第２外側背圧室が、それぞれ形成される。第２シール部材は、第２外側背圧室から第２内側背圧室への流体の流れのみをシールする。非定常運転時には、定常運転時とは逆に、外側の（第２外側背圧室の）圧力が、内側の（第２内側背圧室の）圧力より高い。

第２シール部材を備えることで、非定常運転時に第２シール部材の内側の空間（第２内側背圧室）と第２シール部材の外側の空間（第２外側背圧室）とが連通することが無く、両空間の圧力が均一化することがない。そのため、容易に定常運転に復帰できる。つまり、スクロール圧縮機を常に安定して運転することができる。

本発明の第２観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点に係るスクロール圧縮機であって、第１シール部材は、第２シール部材の内側に配置される。

ここでは、内側から外側への流体の流れを防止する第１シール部材を、第２シール部材よりも内側に配置することで、第１シール部材を第２シール部材よりも外側に配置した場合に比べ、高圧の第１内側背圧室の面積を小さくできる。その結果、定常運転時に可動スクロールを固定スクロールに押し付ける力が大きくなりすぎることを防止できる。

本発明の第３観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点又は第２観点に係るスクロール圧縮機であって、第１外側背圧室は、圧縮途中の圧縮室と連通する。

ここでは、第１外側背圧室と圧縮途中の圧縮室とが連通するため、定常運転状態から非定常運転状態へと運転状態が変化しうる。しかし、第１シール部材とは逆方向への流体の流れをシールする第２シール部材を備えるため、容易に非定常運転から定常運転に復帰することができ、スクロール圧縮機を安定して運転できる。

本発明の第４観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれかに係るスクロール圧縮機であって、ハウジングは可動側鏡板の背面と対向する第１面を有する。第１面には、第１および第２シール部材の少なくとも一方が嵌まるハウジング側凹部が形成される。

ここでは、ハウジングに第１および／又は第２シール部材を収容するハウジング側凹部が形成され、ハウジング側凹部に収容されたシール部材が流体の流れをシールする。その結果、スクロール圧縮機が安定して運転される。

本発明の第５観点に係るスクロール圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれかに係るスクロール圧縮機であって、可動側鏡板の背面に、第１および第２シール部材の少なくとも一方が嵌まる可動スクロール側凹部が形成される、
ここでは、可動側鏡板の背面に第１および／又は第２シール部材を収容する可動スクロール側凹部が形成され、可動スクロール側凹部に収容されたシール部材が流体の流れをシールする。その結果、スクロール圧縮機が安定して運転される。

本発明に係るスクロール圧縮機では、定常運転時には、可動スクロールの背面側であって、第１シール部材の内側に第１内側背圧室が、第１シール部材の外側に第１外側背圧室が、それぞれ形成される。そして、第１シール部材は、第１内側背圧室から第１外側背圧室への流体の流れのみをシールする。なお、定常運転時には、内側の（第１内側背圧室の）圧力が、外側の（第１外側背圧室の）圧力より高い。一方、非定常運転時には、可動スクロールの背面側であって、第２シール部材の内側に第２内側背圧室が、第２シール部材の外側に第２外側背圧室が、それぞれ形成される。第２シール部材は、第２外側背圧室から第２内側背圧室への流体の流れのみをシールする。非定常運転時には、定常運転時とは逆に、外側の（第２外側背圧室の）圧力が、内側の（第２内側背圧室の）圧力より高い。

第２シール部材を備えることで、非定常運転時に第２シール部材の内側の空間（第２内側背圧室）と第２シール部材の外側の空間（第２外側背圧室）とが連通することが無く、両空間の圧力が均一化することがない。そのため、容易に定常運転に復帰できる。つまり、スクロール圧縮機を常に安定して運転することができる。

本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機の概略断面図（縦断面）である。 固定スクロールを下方から見た概略平面図である。 第１シールリングの概略斜視図である。 第２シールリングの概略斜視図である。 図１のスクロール圧縮機のＡ部分の拡大図である。ここでは、定常運転時の第１および第２シールリングの状態を示している。第１および第２シールリングが、それぞれ、図３のＢ断面、図４のＣ断面で切断された状態を示している。 図１のスクロール圧縮機のＡ部分の拡大図である。ここでは、非定常運転時の第１および第２シールリングの状態を示している。第１および第２シールリングが、それぞれ、図３のＢ断面、図４のＣ断面で切断された状態を示している。 シールリングが流体の流れを一方向にしかシールできない理由を説明するための第１説明図である。第１シールリングが、図３のＢ断面で切断された状態を示している。第１シールリングの内側の圧力が、第１シールリングの外側の圧力よりも大きい場合を示している。 シールリングが流体の流れを一方向にしかシールできない理由を説明するための第２説明図である。図７のVIII方向から第１シールリングの第１凸部付近を見た図である。 シールリングが流体の流れを一方向にしかシールできない理由を説明するための第３説明図である。第１シールリングが、図３のＢ断面で切断された状態を示している。第１シールリングの外側の圧力が、第１シールリングの内側の圧力よりも大きい場合を示している。 シールリングが流体の流れを一方向にしかシールできない理由を説明するための第４説明図である。図９のX方向から第１シールリングの第１凸部付近を見た図である。 固定スクロールに形成された連通部と、可動スクロールに形成された中間穴とが連通する動作を説明する図である。 変形例Ｃに係るスクロール圧縮機の図１のＡ部分の拡大図である。ここでは、非定常運転時の第１および第３シールリングの状態を示している。 変形例Ｆに係るスクロール圧縮機の図１のＡ部分の拡大図である。ここでは、定常運転時の第１および第２シールリングの状態を示している。

本発明のスクロール圧縮機の実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、下記の実施形態は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（１）全体概要
図１に示されるスクロール圧縮機１０は、蒸発器、凝縮器、および膨張機構などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中の冷媒を圧縮する役割を担うものである。

スクロール圧縮機１０は、図１、図５および図６に示すように、主に、ケーシング２０、スクロール圧縮機構３０、第１および第２シールリング１００，１１０、駆動モータ５０、クランク軸６０、下部軸受部７０を有する。以下、このスクロール圧縮機１０の構成部品について詳述する。

なお、以下の説明では、図１の矢印Ｕの方向を上、矢印Ｕと逆方向を下と呼ぶ。

（２）詳細説明
（２−１）ケーシング
スクロール圧縮機１０は、縦長円筒状のケーシング２０を有する。ケーシング２０は、上下が開口した略円筒状の円筒部材２１と、円筒部材２１の上端および下端にそれぞれ設けられた上蓋２２ａおよび下蓋２２ｂとを有する。円筒部材２１と、上蓋２２ａおよび下蓋２２ｂとは、気密を保つように溶接により固定される。

ケーシング２０には、スクロール圧縮機構３０、第１および第２シールリング１００，１１０、駆動モータ５０、クランク軸６０および下部軸受部７０を含むスクロール圧縮機１０の構成機器および構成部品が収容される。また、ケーシング２０の下部には、油溜まり空間２６が形成される。油溜まり空間２６には、スクロール圧縮機構３０等を潤滑するための油Ｌが溜められる。

ケーシング２０の上部には、スクロール圧縮機構３０が圧縮するガス冷媒を吸入する吸入管２３が、上蓋２２ａを貫通して設けられる。吸入管２３の下端は、後述するスクロール圧縮機構３０の固定スクロール３１に接続される。吸入管２３は、後述するスクロール圧縮機構３０の圧縮室３５と連通する。

ケーシング２０の円筒部材２１の中間部には、ケーシング２０から吐出される冷媒が通過する吐出管２４が設けられる。より具体的には、吐出管２４は、吐出管２４のケーシング２０内の端部が、後述するスクロール圧縮機構３０のハウジング３３の下方に形成される高圧空間Ｓｈに突き出すように配置される。

（２−２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構３０は、図１に示されるように、主に、ハウジング３３と、ハウジング３３の上方に密着して配置される固定スクロール３１と、固定スクロール３１と組み合わされて圧縮室３５を形成する可動スクロール３２と、を有する。

定常運転時には、図５のように、可動スクロール３２の背面側（図１では下側）において、可動スクロール３２の中心側に位置する第１内側背圧室Ｓｂｉ１が形成される。また、可動スクロール３２の背面側において、第１内側背圧室Ｓｂｉ１に対し可動スクロール３２の周縁側に位置する第１外側背圧室Ｓｂｏ１が形成される。第１外側背圧室Ｓｂｏ１は、後述する第１シールリング１００により、第１内側背圧室Ｓｂｉ１とシールされる。

一方、非定常運転時には、図６のように、可動スクロール３２の背面側において、可動スクロール３２の中心側に位置する第２内側背圧室Ｓｂｉ２が形成される。また、可動スクロール３２の背面側において、第２内側背圧室Ｓｂｉ２に対し可動スクロール３２の周縁側に位置する第２外側背圧室Ｓｂｏ２が形成される。第２外側背圧室Ｓｂｏ２は、後述する第２シールリング１１０により、第２内側背圧室Ｓｂｉ２とシールされる。

なお、定常運転時とは、スクロール圧縮機１０が、可動スクロール３２の背面の中心側の圧力が、可動スクロール３２の背面の周縁側の圧力よりも高い状態で運転されている時をいう。スクロール圧縮機１０は、通常は、定常運転されている。

一方、非定常運転時は、定常運転時ではないことを意味し、可動スクロール３２の背面の周縁側の圧力が、中心側の圧力よりも高い状態でスクロール圧縮機１０が運転されている時をいう。つまり、非定常運転時とは、可動スクロール３２の背面側の圧力関係が、定常運転時と逆転した状態で運転されている時をいう。非定常運転は、スクロール圧縮機１０の起動時や、吐出圧力と吸入圧力の差圧が少ない低差圧運転等の運転条件において起こりうる。

（２−２−１）固定スクロール
固定スクロール３１は、図１および図２に示されるように、平板状の固定側鏡板３１ａと、固定側鏡板３１ａの前面３１ａａ（図１における下面）から突出する渦巻状の固定側ラップ３１ｂと、固定側ラップ３１ｂを囲む外縁部３１ｃとを有する。

固定側鏡板３１ａの略中央には、後述する圧縮室３５に連通する非円形形状の吐出口３１ｅが、固定側鏡板３１ａを厚さ方向に貫通して形成される。圧縮室３５で圧縮された冷媒は、吐出口３１ｅから吐出され、固定スクロール３１に形成された冷媒通路３１ｆおよび後述するハウジング３３に形成された冷媒通路３３ｄを通過して、高圧空間Ｓｈへ流入する。

外縁部３１ｃは、後述する可動スクロール３２の可動側鏡板３２ａの前面３２ａａと対向する下面３１ｃａを有する。後述するように、可動スクロール３２は、定常運転時には、第１内側背圧室Ｓｂｉ１および第１外側背圧室Ｓｂｏ１で生じる力により、非定常運転時には、第２内側背圧室Ｓｂｉ２および第２外側背圧室Ｓｂｏ２で生じる力により、固定スクロール３１に押し付けられる。そのため、外縁部３１ｃの下面３１ｃａと可動側鏡板３２ａの前面３２ａａとは密着する。その結果、可動側鏡板３２ａの前面３２ａａの、外縁部３１ｃの下面３１ｃａと対向する位置に形成された後述する貫通穴３２ａｃは、下面３１ｃａにより塞がれた状態になる。

ただし、図１および図２のように、外縁部３１ｃの下面３１ｃａには、貫通穴３２ａｃと連通可能なＪ字状の溝が連通部３１ｃｂとして形成されている。後述するように、可動スクロール３２が固定スクロール３１に対して公転すると、定常運転時には、第１外側背圧室Ｓｂｏ１と、圧縮途中の吐出圧力と吸入圧力の中間の圧力の圧縮室３５とが、貫通穴３２ａｃおよび連通部３１ｃｂを介して間欠的に連通される。非定常運転時には、第２外側背圧室Ｓｂｏ２と、圧縮途中の吐出圧力と吸入圧力の中間の圧力の圧縮室３５とが、貫通穴３２ａｃおよび連通部３１ｃｂを介して間欠的に連通される。図２のように、連通部３１ｃｂは、固定側ラップ３１ｂの最も外側の端部から約１周分内側に形成されている。なお、連通部３１ｃｂの形状は、Ｊ字状の溝である必要はなく、主に第１外側背圧室Ｓｂｏ１と圧縮途中の圧縮室３５とを所定のタイミングで連通するのに適した形状であれば良い。例えば、連通部３１ｃｂは、Ｌ字状の溝でもよい。

（２−２−２）可動スクロール
可動スクロール３２は、図１に示されるように、平板状の可動側鏡板３２ａと、可動側鏡板３２ａの前面３２ａａ（図１における上面）から突出する渦巻状の可動側ラップ３２ｂと、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ（図１における下面）から突出し、円筒状に形成されたボス部３２ｃとを有する。

固定スクロール３１の固定側ラップ３１ｂと、可動スクロール３２の可動側ラップ３２ｂとは、固定側鏡板３１ａの前面３１ａａと可動側鏡板３２ａの前面３２ａａとが対向するように組み合わされ、固定スクロール３１と可動スクロール３２との間に圧縮室３５が形成される。後述するように、可動スクロール３２は、定常運転時には、第１内側背圧室Ｓｂｉ１および第１外側背圧室Ｓｂｏ１で生じる力により、非定常運転時には、第２内側背圧室Ｓｂｉ２および第２外側背圧室Ｓｂｏ２で生じる力により、固定スクロール３１に対して押し付けられる。そして、固定側ラップ３１ｂの可動スクロール３２側の端面と、可動側鏡板３２ａの前面３２ａａとは密着する。同様に、可動側ラップ３２ｂの固定スクロール３１側の端面と、固定側鏡板３１ａの前面３１ａａとは密着する。その結果、圧縮室３５の気密性が保たれる。

ボス部３２ｃは、上端の塞がれた円筒状部分である。ボス部３２ｃには後述するクランク軸６０の偏心部６１が挿入され、ボス部３２ｃと偏心部６１とが連結される。ボス部３２ｃは、後述するハウジング３３の円筒状の壁部３３ｂの中空部に配置される。

可動スクロール３２は、図示しないオルダム継手を介してハウジング３３に支持される。オルダム継手は、可動スクロール３２の自転を防止し、公転をさせる部材である。オルダム継手を用いることで、ボス部３２ｃに偏心部６１が連結されたクランク軸６０が回転すると、可動スクロール３２は固定スクロール３１に対して自転することなく公転し、圧縮室３５内の冷媒を圧縮する。より具体的には、圧縮室３５は、可動スクロール３２の公転により固定側鏡板３１ａおよび可動側鏡板３２ａの中心方向に移動するに連れ容積が減少し、それと共に圧縮室３５内の圧力が上昇する。

可動スクロール３２の可動側鏡板３２ａには、固定スクロール３１の外縁部３１ｃの下面３１ｃａと対向する位置に、貫通穴３２ａｃが可動側鏡板３２ａを厚さ方向に貫通して形成されている。貫通穴３２ａｃは、連通部３１ｃｂと第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２との間を、間欠的に連通することが可能な穴である。貫通穴３２ａｃは、可動スクロール３２が固定スクロール３１に対して公転すると、間欠的に連通部３１ｃｂと連通するように配置される。貫通穴３２ａｃと、連通部３１ｃｂとの連通については後述する。

（２−２−３）ハウジング
ハウジング３３は、可動スクロール３２の可動側鏡板３２ａと対向して配置される。ハウジング３３は、円筒部材２１に圧入され、その外周面において周方向の全体に亘って固定されている。また、ハウジング３３と固定スクロール３１とは、ハウジング３３の上端面が固定スクロール３１の外縁部３１ｃの下面３１ｃａと密着するように、図示しないボルト等により固定されている。

ハウジング３３には、上面中央部に配置される円筒状の壁部３３ｂと、壁部３３ｂの下方に配置される軸受部３３ｃと、を有する。ハウジング３３は、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂと壁部３３ｂにおいて対向する。

可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂと対向する、壁部３３ｂの上面３３ｂａには、図５および図６のように、第１および第２シールリング溝３７，３８が形成される。第１および第２シールリング溝３７，３８は、平面視において円環状の溝であり、同心円状に形成されている。第１および第２シールリング溝３７，３８は、ハウジング側凹部の一例である。第１シールリング溝３７は、第２シールリング溝３８よりも内側に位置する。第１シールリング溝３７には後述する第１シールリング１００が、第２シールリング溝３８には後述する第２シールリング１１０が嵌められる。

軸受部３３ｃには、クランク軸６０の主軸６２が挿入され、主軸６２を回転自在に支持する。

ハウジング３３には、高圧空間Ｓｈと連通する冷媒通路３３ｄが形成されている。冷媒通路３３ｄは、圧縮室３５と連通する、固定スクロール３１に形成された冷媒通路３１ｆとも連通している。つまり、冷媒通路３１ｆおよび冷媒通路３３ｄを介して、圧縮室３５と高圧空間Ｓｈとは連通している。

（２−２−４）内側背圧室
第１内側背圧室Ｓｂｉ１は、定常運転時に、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側の中央部に形成される。具体的には、第１内側背圧室Ｓｂｉ１は、後述する第１シールリング１００の内側に形成される。第１内側背圧室Ｓｂｉ１は、図５のように、壁部３３ｂと、可動側鏡板３２ａと、第１シールリング１００とにより、第１外側背圧室Ｓｂｏ１と隔てられる。第１内側背圧室Ｓｂｉ１から第１外側背圧室Ｓｂｏ１への流体の流れ（内側から外側への流体の流れ）は、第１シールリング１００によりシールされる。

第２内側背圧室Ｓｂｉ２は、非定常運転時に、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側の中央部に形成される。具体的には、第２内側背圧室Ｓｂｉ２は、後述する第２シールリング１１０の内側に形成される。第２内側背圧室Ｓｂｉ２は、図６のように、壁部３３ｂと、可動側鏡板３２ａと、第２シールリング１１０とにより、第２外側背圧室Ｓｂｏ２と隔てられる。第２外側背圧室Ｓｂｏ２から第２内側背圧室Ｓｂｉ２への流体の流れ（外側から内側への流体の流れ）は、第２シールリング１１０によりシールされる。

第１および第２内側背圧室Ｓｂｉ１，Ｓｂｉ２は、後述するクランク軸６０の給油経路６３等を介して高圧空間Ｓｈと連通している。定常運転時には、第１内側背圧室Ｓｂｉ１の圧力は、第１外側背圧室Ｓｂｏ１の圧力よりも大きくなる。非定常運転時には、第２内側背圧室Ｓｂｉ２の圧力は、第２外側背圧室Ｓｂｏ２の圧力よりも小さくなる。

定常運転時および非定常運転時には、それぞれ第１および第２内側背圧室Ｓｂｉ１，Ｓｂｉ２内の圧力により、第１および第２内側背圧室Ｓｂｉ１，Ｓｂｉ２内の可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂには、可動スクロール３２を固定スクロール３１に向かって上方に押す力が生じる。

（２−２−５）外側背圧室
第１外側背圧室Ｓｂｏ１は、定常運転時に、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側であって、可動側鏡板３２ａの中央部に形成された第１内側背圧室Ｓｂｉ１よりも周縁側に形成される。より具体的には、第１外側背圧室Ｓｂｏ１は、後述する第１シールリング１００の外側に形成され、図５のように、壁部３３ｂと、可動側鏡板３２ａと、第１シールリング１００とにより、第１内側背圧室Ｓｂｉ１と隔てられる。

第２外側背圧室Ｓｂｏ２は、非定常運転時に、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側であって、可動側鏡板３２ａの中央部に形成された第２内側背圧室Ｓｂｉ２よりも周縁側に形成される。より具体的には、第２外側背圧室Ｓｂｏ２は、後述する第２シールリング１１０の外側に形成され、図６のように、壁部３３ｂと、可動側鏡板３２ａと、第２シールリング１１０とにより、第２内側背圧室Ｓｂｉ２と隔てられる。

第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２は、前述のように圧縮途中の圧縮室３５と間欠的に連通される。その結果、外側背圧室Ｓｂｏの圧力は、連通される圧縮途中の圧縮室３５の圧力とほぼ等しくなる。よって、定常運転時には、高圧の高圧空間Ｓｈと連通している第１内側背圧室Ｓｂｉ１の圧力は、第１外側背圧室Ｓｂｏ１の圧力より大きくなる。非定常運転時、つまり圧力逆転時には、第２内側背圧室Ｓｂｉ２の圧力は、第２外側背圧室Ｓｂｏ２の圧力よりも小さくなる。非定常運転は、スクロール圧縮機１０の起動時や、吐出圧力と吸入圧力の差圧が少ない低差圧運転等の運転条件において起こる場合がある。

定常運転時および非定常運転時には、それぞれ第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２内の圧力により、第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２内の可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂには、可動スクロール３２を固定スクロール３１に向かって上方に押す力が生じる。

（２−３）シールリング
第１シールリング１００および第２シールリング１１０は、流体の流れをシールする環状のシール部材の一例である。

第１シールリング１００は、スクロール圧縮機１０の定常運転時にシールとして機能し、図５のように、第１内側背圧室Ｓｂｉ１と第１外側背圧室Ｓｂｏ１との流体の流れをシールする。一方、第２シールリングは、非定常運転時にシールとして機能し、図６のように、第２外側背圧室Ｓｂｏ２と第２内側背圧室Ｓｂｉ２との流体の流れをシールする。

第１シールリング１００および第２シールリング１１０は、ハウジング３３の壁部３３ｂと、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂとの間に配される。より具体的には、第１シールリング１００および第２シールリング１１０は、壁部３３ｂの可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂと対向する上面３３ｂａに形成された、第１シールリング溝３７および第２シールリング溝３８にそれぞれ嵌められる。

第１シールリング１００は、図３のように、第１シールリング１００の外周側上方に形成された第１凸部１０１と、第１本体部１０２と、第１凹部１０３とを有する。第１凸部１０１と第１凹部１０３とは対応する形状をしており、第１凸部１０１と第１凹部１０３とを隙間なく合わせた状態では、第１シールリング１００は正円に近い環状を示す。なお、本実施形態の第１シールリング１００では、第１凸部１０１の断面形状は直角三角形であるが、これは一例であり、断面形状はこれに限定されるものではない。

第２シールリング１１０は、図４のように、第２シールリング１１０の内周側上方に形成された第２凸部１１１と、第２本体部１１２と、第２凹部１１３とを有する。第２凸部１１１と第２凹部１１３とは対応する形状をしており、第２凸部１１１と第２凹部１１３とを隙間なく合わせた状態では、第２シールリング１１０は正円に近い環状である。本実施形態の第２シールリング１１０は、第２凸部１１１の断面形状は直角三角形であるが、これは一例であり、断面形状はこれに限定されるものではない。

第２シールリング１１０は、第１シールリング１００とは異なり、第２凸部１１１および第２凹部１１３が、シールリングの内側に形成されている。また、第１シールリング１００と第２シールリング１１０とは径が異なり、第１シールリング１００の内径よりも、第２シールリング１１０の内径が大きい。第２シールリング１１０は、第１シールリング１００を囲むように外側に配される。言い換えれば、第１シールリング１００は、第２シールリング１１０の内側に配される。

第１シールリング１００と第２シールリング１１０とは、シール方向が異なる。第１シールリングは内側から外側への流体の流れのみをシールし、その逆方向の流れはシールできない。第２シールリングは外側から内側への流体の流れのみをシールし、その逆方向の流れはシールできない。そのため、常に、第１シールリング１００又は第２シールリング１１０の一方しかシールリングとして機能しない。

ここで、シールリングが一方向にしか流体の流れをシールできない理由を、第１シールリング１００を例に、図７から図１０を用いて説明する。この説明では、本実施形態のスクロール圧縮機１０とは異なり、図７および図９のように、壁部３３ｂの上面３３ｂａに第１シールリング溝３７だけが形成され、第１シールリング溝３７に第１シールリング１００が嵌められた事例を用いて説明する。その他の構造は、本実施形態のスクロール圧縮機１０と同様とする。

第１シールリング１００は、図７および図９のように、第１シールリング溝３７内に配される。なお、第１シールリング１００は、第１シールリング溝３７内において、第１凸部１０１と第１凹部１０３とが完全に合わさった状態にあるのではなく、図３のように、円周方向にやや開いた状態で収容される。

まず、第１シールリング１００の内側の圧力が外側の圧力よりも大きい場合について、第１シールリング１００の状態を説明する。この場合には、内側の流体は圧力の小さな外側に向かって流れようとするので、第１シールリング１００は、図７のように、第１シールリング溝３７の外側の側面と、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂとに押し付けられる。このとき、外側から第１シールリング１００見ると、図８のように、内側から外側への流体の流れは第１シールリング１００によりシール（遮断）されている。より具体的には、内側から外側への流体の流れは、第１凸部１０１の側面１０１ａ、第１凹部１０３と第１凸部１０１とを合わせた時に第１凸部１０１に接触する第１凹部１０３の接触面１０３ａ、および第１本体部１０２の側面１０２ａによってシールされている。その結果、第１シールリング１００の内側と外側とは連通せず、内側が高圧状態に保たれる。

次に、第１シールリングの外側の方が内側よりも高圧の場合について説明する。この場合には、第１シールリングの外側の流体は、圧力の小さな内側に向かって流れようとするので、第１シールリング１００がシールとして機能するとすれば、第１シールリング１００は、図９のように、第１シールリング溝３７の内側の側面と、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂとに押し付けられるはずである。しかし、図９の状態において、内側から第１シールリング１００見ると、図１０のように、内側の空間と外側の空間とは連通している。より具体的には、第１凸部１０１の内側には、流体をシールする第１シールリング１００が存在しないので、この部分において内側の空間と外側の空間とは連通する。この結果、図９中の矢印Ｆのような経路で外側から内側に流体が流入してしまう。つまり、外側の圧力が内側の圧力よりも大きい場合、第１シールリング１００はシールとして機能しない。

なお、第１シールリング１００のみしか使用されない場合には、一旦、第１シールリング１００の外側の圧力が内側の圧力よりも高い状態になると、第１シールリング１００は機能しなくなり、第１シールリング１００の内側も外側も同じ圧力となってしまう。第１シールリング１００は、上記のように、第１シールリング１００の内側の圧力が、外側の圧力よりも高くならないとシールとして機能しないため、第１シールリング１００がいつまでもシールとして機能しない可能性がある。

第２シールリング１１０は、上記と同様の理由により、第１シールリング１００と逆の方向にのみシール機能を有する。つまり、第２シールリング１１０は、第２シールリング１１０の外側の圧力が内側の圧力よりも大きい場合にはシールとして機能するが、その逆の場合にはシールとして機能しない。つまり、第２シールリング１１０は、外側から内側への流体の流れについてはシールするが、内側から外側への流体の流れについてはシールしない。

（２−４）駆動モータ
駆動モータ５０は、円筒部材２１の内壁面に固定された環状のステータ５１と、ステータ５１の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）を空けて回転自在に収容されたロータ５２とを有する。

ロータ５２は、円筒部材２１の軸心に沿って上下方向に延びるように配置されたクランク軸６０を介して可動スクロール３２と連結される。ロータ５２が回転することで、可動スクロール３２は、固定スクロール３１に対して公転する。

（２−５）クランク軸
クランク軸６０は、駆動モータ５０の駆動力を可動スクロール３２に伝達する。クランク軸６０は、円筒部材２１の軸心に沿って上下方向に延びるように配置され、駆動モータ５０のロータ５２と、スクロール圧縮機構３０の可動スクロール３２とを連結する。

クランク軸６０は、円筒部材２１の軸心と中心軸が一致する主軸６２と、円筒部材２１の軸心に対して偏心した偏心部６１とを有する。

偏心部６１は、前述のように可動スクロール３２のボス部３２ｃに連結される。

主軸６２は、ハウジング３３の軸受部３３ｃおよび後述する下部軸受部７０により、回転自在に支持される。また、主軸６２は、軸受部３３ｃと下部軸受部７０との間で、駆動モータ５０のロータ５２と連結される。

クランク軸６０の内部には、スクロール圧縮機構３０等に潤滑油を供給するための給油経路６３が形成されている。主軸６２の下端には、給油ポンプ６４が設けられている。給油ポンプ６４の下端は、ケーシング２０の下部に形成された油溜まり空間２６に位置する。油溜まり空間２６の油Ｌは、給油経路６３を通じてスクロール圧縮機構３０等に供給される。

（２−６）下部軸受部
下部軸受部７０は、駆動モータ５０の下方に配置される。下部軸受部７０は、円筒部材２１と固定されている。下部軸受部７０は、クランク軸６０の下端側の軸受を構成し、クランク軸６０の主軸６２を回転自在に支持する。

（３）スクロール圧縮機の動作説明
スクロール圧縮機１０の動作について図１および図１１を参照して説明する。

（３−１）スクロール圧縮機構による冷媒の圧縮動作
まず、スクロール圧縮機構３０による冷媒の圧縮について説明する。

駆動モータ５０が駆動されると、クランク軸６０が回転し、可動スクロール３２が公転する。そして、低圧のガス冷媒が、吸入管２３を通ってケーシング２０内に吸引される。より具体的には、低圧のガス冷媒が、吸入管２３から圧縮室３５に、圧縮室３５の周縁側から吸引される。可動スクロール３２が公転すると、圧縮室３５の容積は減少する。一方で圧縮室３５の圧力は上昇し、最終的に高圧のガス冷媒となる。高圧のガス冷媒は、固定側鏡板３１ａの中心付近に位置する吐出口３１ｅから吐出される。その後、固定スクロール３１に形成された冷媒通路３１ｆおよびハウジング３３に形成された冷媒通路３３ｄを通過して、高圧空間Ｓｈへ流入する。高圧のガス冷媒は、最終的に吐出管２４から吐出される。

（３−２）外側背圧室と圧縮途中の圧縮室との連通について
可動スクロール３２が公転すると、可動側鏡板３２ａに形成された貫通穴３２ａｃは、固定スクロール３１の連通部３１ｃｂに対して、図１０のように円形の回転軌跡Ｒに沿って移動する。貫通穴３２ａｃと連通部３１ｃｂとが重なると、定常運転時および非定常運転時に、それぞれ第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２と圧縮室３５とは連通し、第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２の圧力と圧縮室３５の圧力とが等しくなろうとする。つまり、圧縮途中の圧縮室３５と第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２とが連通することで、第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２に吐出圧力と吸入圧力の中間の圧力が導入される。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態のスクロール圧縮機１０は、固定スクロール３１と、可動スクロール３２と、ハウジング３３と、第１シールリング１００と、第２シールリング１１０と、を備える。固定スクロール３１と可動スクロール３２との間に圧縮室３５が形成される。可動スクロール３２は、可動側鏡板３２ａを有する。ハウジング３３は、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂと対向する。第１および第２シールリング１００，１１０は、環状に形成され、内側から外側又は外側から内側への、いずれかの流体の流れのみをシールする。第１および第２シールリング１００，１１０は、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂとハウジング３３との間に配される。第２シールリング１１０は、第１シールリング１００を囲むように外側に配される。定常運転時には、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側であって、第１シールリング１００の内側に第１内側背圧室Ｓｂｉ１が、第１シールリング１００の外側に第１外側背圧室Ｓｂｏ１が、形成される。定常運転時には、第１シールリング１００は、第１内側背圧室Ｓｂｉ１から第１外側背圧室Ｓｂｏ１への流体の流れをシールする。非定常運転時には、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂ側であって、第２シールリング１１０の内側に第２内側背圧室Ｓｂｉ２が、第２シールリングの外側に第２外側背圧室Ｓｂｏ２が、形成される。非定常運転時には、第２シールリング１１０は、第２外側背圧室Ｓｂｏ２から第２内側背圧室Ｓｂｉ２への流体の流れをシールする。

ここでは、第２シールリング１１０を備えることで、非定常運転時に第２シールリング１１０の内側の第２内側背圧室Ｓｂｉ２と、第２シールリングの外側の第２外側背圧室Ｓｂｏ２とが連通することが無く、両空間の圧力が均一化することがない。そのため、容易に定常運転に復帰できる。つまり、スクロール圧縮機１０を常に安定して運転することができる。

（４−２）
さらに、本実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１シールリング１００は、第２シールリング１１０の内側に配される。

内側から外側への流体の流れを防止する第１シールリング１００を第２シールリング１１０よりも内側に配置することで、第１シールリング１００を第２シールリング１１０よりも外側に配置した場合に比べ、高圧の第１内側背圧室Ｓｂｉ１の面積を小さくすることができる。その結果、定常運転時に、可動スクロール３２を固定スクロール３１に押し付ける力が不要に大きくなりすぎることを防止できる。

以上のように、第１シールリング１００は、第２シールリング１１０よりも内側に配される（第２シールリング１１０は、第１シールリング１００を囲むように、第１シールリング１００の外側に配される）ことが望ましいが、これに限定されるものではなく、第２シールリング１１０が、第１シールリング１００の内側に配されるものであってもよい。言い換えれば、第１シールリング１００は、第２シールリング１１０を囲むように、第２シールリング１１０の外側に配されてもよい。

（４−３）
本実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１外側背圧室Ｓｂｏ１と圧縮途中の圧縮室３５とが連通する。

ここでは、第１外側背圧室Ｓｂｏ１と圧縮途中の圧縮室３５とが連通するため、条件によってスクロール圧縮機１０が、非定常運転状態で運転される可能性がある。しかし、第１シールリング１００とは逆方向への流体の流れをシールする第２シールリング１１０を備えるため、容易に非定常運転から定常運転に復帰することができ、常にスクロール圧縮機１０を安定して運転できる。

（４−４）
本実施形態のスクロール圧縮機１０では、ハウジング３３は、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂと対向する壁部３３ｂの上面３３ｂａを有する。上面３３ｂａには、第１および第２シールリング１００，１１０の嵌まる第１および第２シールリング溝３７，３８が、ハウジング側凹部として形成される。

ここでは、第１および第２シールリング溝３７，３８に収容された第１および第２シールリング１００，１１０により、内側から外側、および、外側から内側への流体の流れがそれぞれシールされる。その結果、スクロール圧縮機１０が安定して運転される。

（５）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（５−１）変形例Ａ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０は、縦型のスクロール圧縮機１０であるがこれに限定されるものではなく、横型のスクロール圧縮機であってもよい。

（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、定常運転時に、第１内側背圧室Ｓｂｉ１および第１外側背圧室Ｓｂｏ１の２つが形成されるが、これに限定されるものではなく、例えば、３つ以上の圧力が異なる背圧室が形成されてもよい。この場合にも、背圧室の間にシール方向が逆の２本のシールリングを設けることで、背圧室の気密性を維持できる。その結果、可動スクロールを固定スクロールに常に密着させ、スクロール圧縮機１０を安定して運転できる。

（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、壁部３３ｂの上面３３ｂａに第１および第２シールリング溝３７，３８が形成されるが、これに限定されるものではない。いずれか一方、又は、両方のシールリング溝を、壁部３３ｂの上面３３ｂａと対向する、可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂに形成してもよい。

第３シールリング溝３９を、壁部３３ｂの上面３３ｂａに対向する、可動スクロール３２の可動側鏡板３２ａの背面３２ａｂに形成した例を図１２に示す。第３シールリング溝３９に収容される第３シールリング１３０は、非定常運転時に、図１２のように、第３シールリング溝３９の内側の側面と、ハウジング３３の壁部３３ｂの上面３３ｂａとに押し付けられる。第３シールリング１３０の第３凸部１３１および第３凹部１３３は内側下方に配置される。

（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、円環状の第１および第２シールリング１００，１１０がシール部材として使用されるが、これに限定されるものではない。

例えば、一方向（内側から外側、又は、外側から内側）のみ流体の流れをシールする、楕円環状、矩形環状等のシール部材が使用されるものであってもよい。また、第１および第２シールリング溝３７，３８の形状も、円環状である必要はなく、シール部材に対応した形状であればよい。

（５−５）変形例Ｅ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１および第２シールリング溝３７，３８は同心円状に配され、第１および第２シールリング溝３７，３８に嵌められる第１および第２シールリング１００，１１０も同心円状に配されるが、これに限定されるものではない。つまり、第１および第２シールリング溝３７，３８と、第１および第２シールリング１００，１１０とは、同心状に配置されなくてもよい。

（５−６）変形例Ｆ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１および第２シールリング溝３７，３８に第１および第２シールリング１００，１１０が直接嵌められているが、図１３のように、第１および第２シールリング溝３７，３８の底面と、第１および第２シールリング１００との間に金属製のスプリング１０５，１１５を設けることがさらに望ましい。

金属製のスプリング１０５，１１５を設けることで、第１又は第２シールリング１００，１１０から、他方の第２又は第１シールリング１１０，１００に使用されるシールリングが切り替わるときに、確実かつ迅速に切り替えが行われる。

（５−７）変形例Ｇ
上記実施形態のスクロール圧縮機１０では、第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２は、圧縮途中の圧縮室３５と間欠的に連通するが、これに限定されるものではなく、第１および第２外側背圧室Ｓｂｏ１，Ｓｂｏ２は圧縮途中の圧縮室３５と常に連通するものであってもよい。

本発明は、可動スクロールの背面側に、圧力の異なる背圧室を複数設けたスクロール圧縮機において適用することが可能である。

１０ スクロール圧縮機
３１ 固定スクロール
３２ 可動スクロール
３２ａ 可動側鏡板
３２ａｂ 背面（可動側鏡板の背面）
３３ ハウジング
３３ｂａ 上面（壁部の上面、第１面）
３５ 圧縮室
３７ 第１シールリング溝（ハウジング側凹部）
３８ 第２シールリング溝（ハウジング側凹部）
３９ 第３シールリング溝（可動スクロール側凹部）
１００ 第１シールリング（第１シール部材）
１１０ 第２シールリング（第２シール部材）
Ｓｂｉ１ 第１内側背圧室
Ｓｂｉ２ 第２内側背圧室
Ｓｂｏ１ 第１外側背圧室
Ｓｂｏ２ 第２外側背圧室

特開２０１２−６７７１２号公報

Claims (5)

1. 固定スクロール（３１）と、
   可動側鏡板（３２ａ）を有する可動スクロール（３２）と、
   前記可動側鏡板の背面（３２ａｂ）と対向するハウジング（３３）と、
   環状に形成され、内側から外側又は外側から内側へのいずれかの流体の流れのみをシールし、前記可動側鏡板の前記背面と前記ハウジングとの間に配される、第１および第２シール部材（１００，１１０）と、
   を備え、
   前記固定スクロールと前記可動スクロールとの間に圧縮室（３５）が形成される
   スクロール圧縮機（１０）であって、
   前記第２シール部材は、前記第１シール部材の内側に、又は、前記第１シール部材を囲むように外側に配され、
   定常運転時には、
   前記可動側鏡板の前記背面側であって、前記第１シール部材の内側に第１内側背圧室（Ｓｂｉ１）が、前記第１シール部材の外側に第１外側背圧室（Ｓｂｏ１）が、それぞれ形成され、
   前記第１シール部材は、前記第１内側背圧室から前記第１外側背圧室への流体の流れをシールし、
   非定常運転時には、
   前記可動側鏡板の前記背面側であって、前記第２シール部材の内側に第２内側背圧室（Ｓｂｉ２）が、前記第２シール部材の外側に第２外側背圧室（Ｓｂｏ２）が、それぞれ形成され、
   前記第２シール部材は、前記第２外側背圧室から前記第２内側背圧室への流体の流れをシールする、
   スクロール圧縮機。
2. 前記第１シール部材は、前記第２シール部材の内側に配される、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第１外側背圧室は、圧縮途中の前記圧縮室と連通する、
   請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記ハウジングは、前記可動側鏡板の前記背面と対向する第１面（３３ｂａ）を有し、
   前記第１面には、前記第１および第２シール部材の少なくとも一方が嵌まるハウジング側凹部（３７，３８）が形成される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記可動側鏡板の前記背面に、前記第１および第２シール部材の少なくとも一方が嵌まる可動スクロール側凹部（３９）が形成される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。

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