JP4086346B2 - スクロール流体機械 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒、空気及びその他の圧縮性ガスを取扱うスクロール流体機械に係り、特に、非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力及びバネ力を、もしくは、吸込圧力、吐出圧力及びバネ力を作用させ、他端に両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、吸込圧力及びバネ力と流体圧力とによる力のバランスで、もしくは、吸込圧力、吐出圧力及びバネ力と、流体圧力とによる力のバランスでピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにしたことを特徴とし、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性の確保を図るに好適なスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール流体機械は、冷凍・空調機器用の圧縮機として様々な分野で広く活用されており、他形態の圧縮機に比べて、高効率、高信頼性及び静音などの優位性を備えた流体機械として、開発・研究が盛んである。
【０００３】
図１２を用いてスクロール流体機械の一構成を概略説明する。圧縮部の基本要素は、固定スクロール２９と旋回スクロール３とフレーム４６との三要素であり、フレーム４６は、密閉容器１に固定してある。固定スクロール２９の基本構成部分は、ラップ２９ａ、鏡板２９ｂ、ラップ歯底２９ｃ、ラップ歯先２９ｄ及び吐出ポート２９ｅで構成され、旋回スクロール３の基本構成部分は、ラップ３ａ、鏡板３ｂ、ラップ歯底３ｃ及びラップ歯先３ｄで構成されている。
【０００４】
旋回スクロール３を旋回駆動する駆動部の基本要素は、電動機であるステータ１２、ロータ１３、クランク軸11、旋回スクロール３の自転防止機構の主要部品であるオルダムリング９、フレーム４６とクランク軸１１とを回転自在に係合するクランク軸の支持部材１８及び旋回スクロール３とクランク軸１１の偏心ピン部１１ａとを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロール３の支持部材１７で構成されており、オルダムリング９は、旋回スクロール３と共に、フレーム４６と固定スクロール２９とにより構成した空間内に配設される。
【０００５】
また、給油系として、密閉容器1 下部に留めた潤滑油１０を、クランク軸１１に固定した給油パイプ１４とクランク軸１１内に設けた給油穴を経由させて、圧縮部や各支持部１７、１８へと供給する。
【０００６】
ここで、基本要素の動作について説明する。ロータ１３は、ステータ１２が発生する回転磁界により回転力を与えられ、ロータ１３に固定されたクランク軸１１はロータ１３の回転に伴い回転動作を行う。旋回スクロール３は、スラスト方向に移動可能に、かつ回転自在にクランク軸１１の偏心ピン部１１ａと係合しており、クランク軸１１の回転運動は、オルダムリング９などの自転防止機構により、旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合せて構成した圧縮室4 の容積は、旋回スクロール３が旋回運動することにより減少する。
【０００７】
続いて、図１３を用いてスクロール流体機械の圧縮動作を簡単に説明する。図１３は、固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合わせることにより形成した圧縮室４の断面図である。圧縮室４ａ、４ｂは、圧縮過程にある圧縮室を示し、旋回スクロール３が旋回運動することで容積を減少させる圧縮動作の様相を示している。圧縮動作では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、作動流体が吸込口５、吸込空間１５を経由して圧縮室４へ吸込まれる。吸込まれた作動流体は、圧縮室４ａ、４ｂのように順次容積を減少させられて、固定スクロール吐出ポート２９ｅとの導通位置に圧縮室が達した時点で吐出空間１６、吐出口６を経由して吐出される。
【０００８】
固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合わせて旋回運動させる際は、吸込空間１５−圧縮室４ａ間、圧縮室４ａ−４ｂ間、吐出ポート２９ｅ−圧縮室４ｂ間に作動流体の漏れが極力生じない十分な気密性の確保が必要となる。すなわち、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２９と旋回スクロール３を引離す力が発生することから、適正な圧縮動作を実行するためには前述の引離力に打勝って固定スクロール２９と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要となる。
【０００９】
適正に両スクロールを押付けて圧縮動作を実行するための押付力の作用手段が多く提案されている。図１２に示す例では、固定スクロール２９がフレーム４６と共に密閉容器1 に固定されていることから、固定スクロール２９へ旋回スクロール３を押付けることにより、前記押付力の作用手段を構成できる。以下、説明簡素化のために固定スクロール２９へ旋回スクロール３を押付ける力を発生させるための流体圧力を背圧、背圧の作用する圧力空間を背圧室８と呼ぶ。
【００１０】
図１２に示した背圧制御弁１７０、１８０の構成は、特開昭61−118580号公報記載による押付力の作用手段を示す構成であり、背圧室８と吸込空間１５、背圧室８と吐出空間１６を各々別々に導通する通路をリリース弁構造により構成し、背圧を設計制御範囲内に維持することによって、固定スクロール２９へ旋回スクロール３を適正に押しつける作用を発揮する。
【００１１】
また、図１４に示した背圧制御弁１９０の構成は特開平 8−303371号公報記載による押付力の作用手段を示す構成であり、背圧が設計制御範囲に達していない場合に限り背圧を昇圧する作用を発揮する。背圧不足時に、偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９と背圧室８を導通させる制御弁構成であり、固定スクロール４８へ旋回スクロール４９を適正に押付ける作用を発揮する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した押付力の作用手段には、広い運転範囲において高い全断熱効率と高信頼性を確保する上でいくつかの課題がある。
【００１３】
図１２に示した特開昭61−118580号公報記載の２つの独立した制御弁１７０、１８０を用いた押付力の作用手段では、背圧制御において、背圧が吸込圧力と一定圧力の和より大きくなった場合に背圧室８と吸込空間１５を導通して背圧を減圧する減圧制御弁１７０と、また背圧が吐出圧力から一定圧力をひいた値より小さくなった場合に背圧室８と吐出空間１６を導通させて背圧を昇圧する昇圧制御弁１８０を構成して、適正な背圧を維持するように動作する。
【００１４】
減圧制御弁１７０、昇圧制御弁１８０は、ボール１７１、１８１とバネ１７２、１８２からなるリリーフ弁である。これら制御弁１７０、１８０は独立に動作しており、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、減圧制御弁１７０に用いたバネ１７２により作用する力の圧力換算値をｋ１、昇圧制御弁１８０に用いたバネ１８２により作用する力の圧力換算値をｋ２で表せば、減圧制御弁１７０は
Ｐｂ＞Ｐｓ＋ｋ１ …（１）
の関係にあるとき動作し、昇圧制御弁１８０は
Ｐｂ＜Ｐｄ−ｋ２、Ｐｄ＞ｋ２ …（２）
の関係にあるとき動作する。この構成では
Ｐｓ＋ｋ１＞Ｐｄ−ｋ２ …（３）
の関係にないと減圧制御弁１７０と昇圧制御弁１８０が同時に動作し、吸込空間１５と吐出空間１６が導通する吹抜けの状態が発生する。吹抜けは背圧の適正な制御を阻み、また給油の阻害も合わせて引起こし、全断熱効率、信頼性の低下を引起こす。例えば、運転条件として、吸込圧力Ｐｓ＝0.631 ＭＰａ、吐出圧力Ｐｄ＝2.141 ＭＰａ、設計背圧Ｐｂ＝0.886 ＭＰａ、制御範囲として設計背圧Ｐｂ±0.098 ＭＰａの背圧制御弁１７０、１８０を構成した場合、ｋ１＝0.353 ＭＰａ、ｋ２=1.353ＭＰａとなる。この時、吐出圧力Ｐｄは
Ｐｄ＜Ｐｓ＋ｋ１＋ｋ２、Ｐｄ＞ｋ２ …（４）
の制約があるために、1.353 ＭＰａ以上2.337 ＭＰａ以下である必要がある。吐出圧力が2.337 ＭＰａ以上であれば吹抜けが生じ、1.353 ＭＰａ以下であれば昇圧制御弁１８０は機能しない。
【００１５】
前記設計の制御弁１７０、１８０では、吸込圧力Ｐｓ＝0.101 ＭＰａであれば制御可能な吐出圧力範囲は1.353 ＭＰａ〜1.808 ＭＰａに、Ｐｓ＝0.788 ＭＰａであれば制御可能な吐出圧力範囲は1.353 ＭＰａ〜2.494 ＭＰａに制限され、全体として吸込圧力、吐出圧力の制御範囲に制限のあることが分かる。よって、背圧制御弁１７０、１８０では、広範囲に渡る背圧制御が不可能である。また、制御弁１７０、１８０の弁開閉時にはボール１７１、１８１とフレーム４６が衝突を繰返すことにより、制御弁１７０、１８０から騒音が発生すると共に、衝突による弁の信頼性低下を引起こす。
【００１６】
また、図１４に示した特開平 8−303371号公報記載の押付力の作用手段では、プランジャ１９１とバネ１９２から構成する制御弁１９０を用いる。背圧制御において、プランジャ１９１に作用する吸込圧力による力と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９の圧力による力の和からバネ１９２により作用する力を引いた力が、背圧によりプランジャ１９１に作用する力より大きな場合に背圧室８と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９の圧力空間を導通させて背圧を昇圧する昇圧制御弁１９０を構成して、適正な背圧を維持しようと動作するようになっている。図１４に示す制御弁１９０は昇圧作用を発揮するのみであり、背圧が過剰となった場合には、制御弁１９０は減圧作用を発揮することができないために旋回スクロール４９は固定スクロール４８へ過剰に押付けられ、摺動損失の増大による全断熱効率の低下と過剰押付けによる信頼性の低下を招く。また、制御弁１９０は、旋回スクロール鏡板４９ｂ内に設けた構成であるために旋回スクロール４９の旋回運動に伴う遠心力の影響を受ける。よって、モータ回転数に依存した制御弁特性となり、制御上好ましくない。
【００１７】
本発明は、前記した従来技術によるスクロール流体機械における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、両スクロール部材を密着させるためのいわゆる背圧と呼ばれる流体圧力を目標制御値範囲内に制御することにより、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性を図るに好適なスクロール流体機械を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によるスクロール流体機械は、各請求項に記載されたところを特徴とするものであり、特に、独立項としての請求項１及び５に記載の発明によるスクロール流体機械は、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される非旋回スクロール部材と、該旋回スクロール部材と該非旋回スクロール部材とを噛合わせ両スクロール部材の間に概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、該圧縮室内の流体の圧力による両スクロール部材の鏡板を引離す向きの引離力に対抗して両スクロール部材同士を密着させる向きの押付力を両スクロール部材に作用させる手段と、流体を前記圧縮室に導入する吸込経路と、前記圧縮室内で加圧した流体を外部へ導出する吐出経路と、前記旋回スクロール部材を旋回駆動する駆動手段と、を備えたスクロール流体機械であることを前提として、請求項１に係る発明では、前記非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力及びバネ力を作用させ、他端に前記両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにすると共に、前記ピストンが前記流体圧力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするものであり、請求項５に係る発明では、同じくシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力、吐出圧力及びバネ力を作用させ、他端に該両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力、吐出圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について、図１〜３を用いて説明する。以下、説明簡素化のために、固定スクロール２へ旋回スクロール３を押付ける力を発生させるための流体圧力を背圧、背圧の作用する空間を背圧室と呼ぶ。図１は、高圧密閉容器方式のスクロール流体機械を示し、密閉容器１内から固定スクロール２とフレーム７による構成空間を除いた吐出空間１６に圧縮室４からの高圧吐出作動流体を吐出する構成である。
【００２０】
圧縮部の基本要素は、固定スクロール２と旋回スクロール３とフレーム７との三要素であり、フレーム７は密閉容器１と固定してある。固定スクロール２の基本構成部分は、ラップ２ａ、鏡板２ｂ、ラップ歯底２ｃ、ラップ歯先２ｄ及び吐出ポート２ｅで構成され、旋回スクロール３の基本構成部分は、ラップ３ａ、鏡板３ｂ、ラップ歯底３ｃ及びラップ歯先３ｄで構成されている。
【００２１】
旋回スクロール３を旋回駆動する駆動部の基本要素は、電動機であるステータ１２、ロータ１３、クランク軸１１、旋回スクロール２の自転防止機構の主要構成部品であるオルダムリング９、フレーム７とクランク軸１１とを回転自在に係合するクランク軸の支持部材１８及び旋回スクロール３とクランク軸１１の偏心ピン部１１ａとを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロール３の支持部材１７で構成されており、オルダムリング９は、旋回スクロール３と共に、フレーム７と固定スクロール２とにより構成した空間内に配設される。
【００２２】
また、給油系として、密閉容器１下部に留めた潤滑油１０をクランク軸１１に固定した給油パイプ１４とクランク軸１１内に設けた給油穴を経由させて、圧縮部と各支持部１７、１８へと供給する。図１に示す給油方法は、吐出空間１６と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９あるいは背圧室８の圧力との差圧を利用するものであるが、別の給油手段を用いたとしても構わない。
【００２３】
ここで、基本要素の動作について説明する。ロータ１３はステータ１２が発生する回転磁界により回転力を与えられ、ロータ１３に固定されたクランク軸１１はロータ１３の回転に伴い回転動作を行う。旋回スクロール３はスラスト方向に移動可能にかつ回転自在にクランク軸１１の偏心ピン部１１ａと係合しており、クランク軸１１の回転運動はオルダムリング９などの旋回スクロールの自転防止機構により旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。
【００２４】
圧縮動作では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、作動流体が吸込口５、吸込空間１５を経由して圧縮室４へ吸込まれる。旋回スクロール３が旋回運動することで圧縮室４の容積が減少するので、吸込まれた作動流体は圧縮されて固定スクロール吐出ポート２ｅとの導通位置に圧縮室が達した時点で吐出空間１６、吐出口６を経由して吐出される。この時、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２と旋回スクロール３を引離す力が発生することから、適正な圧縮動作を実行するためには前記の引離力に打勝って固定スクロール２と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要となる。
【００２５】
第１の実施の形態では、固定スクロール２へ旋回スクロール３を適正に押付ける押付力の作用手段を実現するために、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段として図２に示す制御弁３０を用いている。
【００２６】
図２に示すように、制御弁３０の基本要素は、固定スクロール２の一部に配設したシリンダ３１と、バネ３２と、ピストン３３と、キャップ３４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ３１とをそれぞれに結ぶ２つの主連絡孔３５及び３６と、吐出空間１６、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ３１とをそれぞれに結ぶ３つの副連絡孔３７、３８及び３９と、である。ピストン３３は、シリンダ３１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部４０と呼ぶ。シリンダ３１内にピストン３３を配設し、ピストン可動方向の一端は吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５とバネ３２を配設し、同じく他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔３６を配設する。両主連絡孔３５、３６は、常に各空間と導通させ、キャップ３４はシリンダ３１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００２７】
図２では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７及び吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８は、ピストン３３によりシリンダ３１側の開口部を塞がれているが、ピストン３３が動くことによって別々にピストン掘込部４０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔３９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔３９は、ピストン掘込部４０に対応するシリンダ部に通じており、ピストン３３が移動しても常にピストン掘込部４０と導通する構成である。そのために、図２に示す背圧側ストッパ４１と吸込圧側ストッパ４２を用いてもよい。背圧側ストッパ４１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔３６を経由した背圧をピストン３３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００２８】
制御弁３０の作用を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、背圧が目標制御値範囲内にある場合を示しており、各主連絡孔３５、３６を経由して吸込圧力Ｐｓと背圧Ｐｂがシリンダ３１に導入され、吸込圧力Ｐｓ及びバネ３２により作用する力の和と背圧Ｐｂにより作用する力との釣合いが保たれている釣合状態にあることを示す。
【００２９】
図３（ｂ）は、背圧Ｐｂが目標制御値範囲に達していない背圧不足状態にあることを示す。これは吸込圧力Ｐｓを昇圧した場合のほか、暖房運転から除霜運転への切替時や、モータ回転数を低下させた直後などに発生する状態である。この時、吸込圧力Ｐｓとバネ３２による力の和が背圧Ｐｂによる力より大きくなるためにピストン３３が背圧室−シリンダ間主連絡孔３６側に移動する。ピストン３３の移動により、吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７がピストン掘込部４０と導通し、さらに背圧室−シリンダ間副連絡孔３９とピストン掘込部４０とは常に導通していることから、吐出空間１６と背圧室８がピストン掘込部４０を経由して導通することになる。したがって、高圧な吐出圧力が背圧室８へ流入し目標制御値範囲より低かった背圧Ｐｂを昇圧する。やがて、背圧Ｐｂが目標制御値範囲まで昇圧されれば、ピストン３３が吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５側に移動して吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７のシリンダ側開口部を塞ぎ、高圧な作動流体の背圧室８への流入を終了させて制御を完了し、図３（ａ）のごとく釣合い状態へと復帰する。
【００３０】
図３（ｃ）は、背圧Ｐｂが目標制御値範囲を超えて過剰となった背圧過剰状態にあることを示す。吸込圧力Ｐｓを減圧した場合のほか、モータ回転数を上昇させた直後などに発生する状態である。この時、背圧Ｐｂによる力が吸込圧力Ｐｓとバネ３２による力より大きくなるために、ピストン３３は吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５側に移動する。ピストン３３の移動により、吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８がピストン掘込部４０と導通し、さらに背圧室−シリンダ間副連絡孔３９とピストン掘込部４０とは常に導通していることから、吸込空間１５と背圧室８がピストン掘込部を経由して導通することになる。したがって、目標制御値範囲より高圧な背圧を吸込空間１５へと逃がすことで背圧Ｐｂを減圧する。やがて、背圧Ｐｂが目標制御値範囲まで減圧されれば、ピストン３３が背圧室−シリンダ間主連絡孔３６側に移動して吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８のシリンダ側開口部を塞ぎ、背圧Ｐｂの吸込空間１５への流入を終了させて制御を完了し、図３（ａ）のごとく釣合い状態へと復帰する。
【００３１】
上記作用により、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７が開口し始める時のバネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ１、吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８が開口し始める時のバネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ２とすると、制御弁３０は、
Ｐｂ＝Ｐｓ＋ｋ …（５）
の制御則に従って
ｋ１≦ｋ≦ｋ２ …（６）
の目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することができる。また、制御弁３０は固定スクロール２へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。なお、図１には制御弁３０を１つのみ示しているが、複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁３０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁５０の構成を示す。制御弁５０は、固定スクロール６３へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１の実施の形態における制御弁３０と同じである。
【００３３】
図４に示す制御弁５０の基本要素は、固定スクロール６３の一部に配設したシリンダ５１とバネ５２と、ピストン５３と、キャップ５４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ５１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔５５及び５６と、２つの副連絡孔５８及び５９と、である。ピストン５３は、シリンダ５１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部６０と呼ぶ。シリンダ５１内にピストン５３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔５５及びバネ５２を配設し、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔５６を配設する。各主連絡孔５５及び５６は、常に前記各空間のそれぞれと導通させ、キャップ５４はシリンダ５１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００３４】
図４では、吸込空間−シリンダ間副連絡孔５８は、ピストン５３によりシリンダ５１側の開口部を塞がれているが、ピストン５３が動くことによってピストン掘込部６０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔５９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔５９は、ピストン掘込部６０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン５３が移動しても常にピストン掘込部６０と導通する構成である。そのために、図４に示す背圧側ストッパ６１と吸込圧側ストッパ６２を用いてもよい。背圧側ストッパ６１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔５６を経由した背圧をピストン５３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００３５】
制御弁５０の作用を説明する。背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ５２により作用する力の圧力換算値をk 、特に吸込空間−シリンダ間副連絡孔５８が開口し始める時のバネ５２により作用する力の圧力換算値をｋ２とする。背圧Ｐｂを昇圧する機能を有さない点を除き、制御弁５０の詳細な動作は、図１における制御弁３０と同様であることから、制御弁５０の制御則は、第１の実施の形態における制御則である式（５）と同じであり、目標制御値範囲は
ｋ≦ｋ２ …（７）
となる。よって、制御弁５０は背圧Ｐｂを式（７）に示す目標制御値範囲に確実に制御することが可能となる。また、制御弁５０は固定スクロール６３の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００３６】
なお、制御弁５０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。なお、制御弁５０は、第１の実施の形態による制御弁３０とは異なり、背圧Ｐｂが不足する場合に吐出圧力Ｐｄを用いて昇圧する機能を有さない。しかし、図１に示すように、背圧室８が旋回スクロールの支持部材１７を経由し給油する潤滑油１０の経路を兼ねる場合、運転時のほとんどにおいて、潤滑油１０の給油に伴い背圧は昇圧作用を受ける。よって、制御弁５０のように、減圧作用のみを有する制御弁構造であっても、背圧の制御は十分可能である。以上より、制御弁５０により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能となる。
【００３７】
ただし、起動時の運転仕様や急激な吸込圧力、吐出圧力の上昇時などを伴う運転仕様によっては、背圧が不足して制御弁５０だけでは対応しきれない可能性がある。そこで、背圧不足により固定スクロール６３と旋回スクロール３が離脱しても、非駆動時の固定スクロール６３と旋回スクロール３の歯先歯底間隙間を狭小化しておくことにより圧縮動作をある程度実行できるような構成とすることもできる。これによれば、給油差圧を発生させて背圧の昇圧作用を確実に確保できる。第２の実施の形態では、固定スクロール歯底６３ｃと旋回スクロール歯先３ｄ間、固定スクロール歯先６３ｄと旋回スクロール歯底３ｃ間の隙間を１５μm 以下に管理することにより実現する。以上より、狭小化した両スクロールの歯先歯底間隙間を構成したスクロール流体機械を用いれば、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、さらに確実な背圧の制御が可能となる。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁７０の構成を示す。制御弁７０は、固定スクロール８６へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１、２の実施の形態における制御弁３０、５０と同じである。
【００３９】
図５に示す制御弁７０の基本要素は、固定スクロール８６の一部に配設したシリンダ７１と、バネ７２と、ピストン７３と、キャップ７４と、吸込空間１５、背圧室８及び吐出空間１６とシリンダ７１とをそれぞれ結ぶ３つの主連絡孔７５、７６及び７７と、３つの副連絡孔７９、８０及び７８と、である。ピストン７３は、シリンダ７１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部８１と呼ぶ。また、シリンダ７１とピストン７３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間８２と吐出圧力の作用空間８３を構成できる形状とし、かつ、ピストン７３の移動により吸込圧力の作用空間８２と吐出圧力の作用空間８３とが導通しない構成とした。
【００４０】
シリンダ７１内にピストン７３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間−シリンダ間主連絡孔７７と吸込空間−シリンダ間主連絡孔７５とバネ７２を，他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔７６を配設する。図５では、バネ７２を吸込圧力の作用空間８２内に配設しているが、吸込圧力の作用空間８２あるいは吐出圧力の作用空間８３のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。各主連絡孔７５、７６及び７７は常に前記各空間のそれぞれと導通させ、キャップ７４はシリンダ７１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００４１】
図５では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔７８及び吸込空間−シリンダ間副連絡孔７９は、ピストン７３によりシリンダ７１側の開口部を塞がれているが、ピストン７３が動くことによって別々にピストン掘込部８１を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔８０と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔８０は、ピストン掘込部８１に対応するシリンダ部と通じており、ピストン７３が移動しても常にピストン掘込部８１と導通する構成である。そのために、図５に示す背圧側ストッパ８４と吸込圧側ストッパ８５を用いてもよい。背圧側ストッパ８４は、背圧室−シリンダ間主連絡孔７６を経由した背圧をピストン７３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００４２】
図５に示す制御弁７０の作用を説明する。ピストン７３に作用する力として吐出圧力による作用力が加わった点を除き、制御弁７０の詳細な動作は、図３に示した第１の実施の形態である制御弁３０と同様である。よって、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、バネ７２により作用する力の圧力換算値をｋとすると、制御弁７０は、
Ｐｂ＝ｘ×Ｐｓ＋（１−ｘ）×Ｐｄ＋ｋ …（８）
の制御則に従って、式（６）に示す目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することが可能となる。ここで、ｘは、吸込圧力の作用空間８２に対応するピストン７３の受圧面積と吐出圧力の作用空間８３に対応するピストン７３の受圧面積の和に対する吸込圧力の作用空間８２に対応するピストン７３の受圧面積の比であり、０〜１の正数である。また、制御弁７０は固定スクロール８６の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００４３】
なお、制御弁７０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁７０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。特に、第１の実施の形態において数５に示した吸込圧力のみに関係した背圧制御値では不十分な場合、第３の実施の形態において式（８）に示した吸込圧力と吐出圧力に関係した背圧制御値によりさらに適正であり確実な背圧制御を行うことが可能となる。
【００４４】
本発明の第４の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁９０の構成を示す。制御弁９０は、第３の実施の形態における制御弁７０と作用は同じであるが、ピストン９３端面における吸込圧力の作用空間１０２と吐出圧力の作用空間１０３の受圧位置を逆にした構成である。第３の実施の形態に比べて作りやすく、低コストで製作することができる。
【００４５】
本発明の第５の実施の形態について、図７を用いて説明する。図７は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁１１０の構成を示す。制御弁１１０は、固定スクロール１２５へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜４の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０と同じである。
【００４６】
図７に示す制御弁１１０の基本要素は、固定スクロール１２５の一部に配設したシリンダ１１１と、バネ１１２と、ピストン１１３と、キャップ１１４と、吸込空間１５、背圧室８及び吐出空間１６とシリンダ１１１とをそれぞれ結ぶ３つの主連絡孔１１５、１１６及び１１７と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ１１１とをそれぞれ結ぶ２つの副連絡孔１１８及び１１９と、である。ピストン１１３は、シリンダ１１１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部１２０と呼ぶ。また、シリンダ１１１とピストン１１３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間１２１と吐出圧力の作用空間１２２を構成できる形状とし、かつ、ピストン１１３の移動により吸込圧力の作用空間１２１と吐出圧力の作用空間１２２が導通しない構成とした。
【００４７】
シリンダ１１１内にピストン１１３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間−シリンダ間主連絡孔１１７と吸込空間−シリンダ間主連絡孔１１５とバネ１１２を、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１１６を配設する。図７では、バネ１１２を吸込圧力の作用空間１２１内に配設しているが、吸込圧力の作用空間１２１あるいは吐出圧力の作用空間１２２のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。各主連絡孔１１５、１１６及び１１７は、常に前記各空間と導通させ、キャップ１１４はシリンダ１１１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。図７では、吸込空間−シリンダ間副連絡孔１１８は、ピストン１１３によりシリンダ１１１側の開口部を塞がれているが、ピストン１１３が動くことによってピストン掘込部１２０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔１１９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔１１９は、ピストン掘込部１２０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン１１３が移動しても常にピストン掘込部１２０と導通する構成である。そのために、図７に示す背圧側ストッパ１２３と吸込圧側ストッパ１２４を用いてもよい。背圧側ストッパ１２３は、背圧室−シリンダ間主連絡孔１１６を経由した背圧をピストン１１３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００４８】
図７に示す制御弁１１０の作用を説明する。背圧Ｐｂを昇圧する機能を有さない点を除き、制御弁１１０の詳細な動作は、図５の制御弁７０と同様であることから、制御弁１１０は、第３、４の実施の形態に示した制御則である数８に基づき、第２の実施の形態に示した目標制御値範囲である数７にしたがって、確実に背圧を制御することができる。ここで、ｘの定義は第３、４の実施の形態と同様であり、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、バネ１１２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吸込空間−シリンダ間副連絡孔１１８が開口し始める時のバネ１１２により作用する力の圧力換算値をｋ２と表す。また、制御弁１１０は固定スクロール１２５の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００４９】
なお、制御弁１１０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。なお、制御弁１１０は、第１、３、４の実施の形態による制御弁３０、７０、９０とは異なり、第２の実施の形態による制御弁５０と同様に背圧Ｐｂが不足する場合に吐出圧力Ｐｄを用いて昇圧する機能を有さない。よって、昇圧機能を有さないことによる効果は第２の実施の形態と同様である。
【００５０】
以上より、制御弁１１０により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能であり、さらに狭小化した両スクロールの歯先歯底間隙間を構成したスクロール流体機械を用いれば、一層確実な背圧の制御が可能となる。
【００５１】
本発明の第６の実施の形態について、図８を用いて説明する。図８は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁１３０の構成を示す。制御弁１３０は、固定スクロール１４０へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜５の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０、１１０と同じである。
【００５２】
図８に示す制御弁１３０の基本要素は、固定スクロール１４０の一部に配設したシリンダ１３１と、バネ１３２と、ピストン１３３と、キャップ１３４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ１３１とをそれぞれ結ぶ主連絡孔１３５及び１３６と、吐出空間１６とピストン１３３の吐出空間側端面とを連絡する主連絡孔１３７と、である。シリンダ１３１とピストン１３３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間１３８と、吐出圧力の作用空間１３９とを構成できる形状とし、かつ、ピストン１３３が移動しても吸込圧力の作用空間１３８と吐出圧力の作用空間１３９とが導通しない構成とした。
【００５３】
シリンダ１３１内にピストン１３３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間主連絡孔１３７と、吸込空間−シリンダ間主連絡孔１３５及びバネ１３２とを、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１３６を配設する。図８では、バネ１３２を吸込圧力の作用空間１３８内に配設しているが、吸込圧力の作用空間１３８あるいは吐出圧力の作用空間１３９のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。なお、吐出圧力の作用空間１３９内に配設する場合は、ストッパを別途設ける。キャップ１３４は吐出圧力の作用空間１３９を内部に構成するが、ピストン１３３が吐出圧力の作用空間１３９の反吐出空間側を常に塞ぎ、かつ、吸込圧力の作用空間１３８と隔離する構成である。
【００５４】
図８に示す制御弁１３０の作用については、ピストン１３３とシリンダ１３１の当接面を用いた制御構造ではないが、第５の実施の形態と同様である。第６の実施の形態は、第５の実施の形態に比べて作りやすく、低コストで製作することができる。
【００５５】
本発明の第７の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁２００の構成を示す。制御弁２００は、固定スクロール２１３へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜６の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０、１１０、１３０と同じである。
【００５６】
図９に示す制御弁２００の構成は、吸込空間−シリンダ間副連絡孔の代わりに圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８を用いている点を除けば、第１の実施の形態と基本構成は同じである。制御弁２００の基本要素は、固定スクロール２１３の一部に配設したシリンダ２０１と、バネ２０２と、ピストン２０３と、キャップ２０４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ２０１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔２０５及び２０６と、吐出空間１６、圧縮室２１４及び背圧室８とシリンダ２０１とをそれぞれ結ぶ３つの副連絡孔２０７、２０８及び２０９と、である。
【００５７】
ピストン２０３は、シリンダ２０１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部２１０と呼ぶ。シリンダ２０１内にピストン２０３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔２０５及びバネ２０２を、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔２０６を配設する。各主連絡孔２０５、２０６は常に各空間と導通させ、キャップ２０４はシリンダ２０１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。図９において吐出空間−シリンダ間副連絡孔２０７と圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８は、ピストン２０３によりシリンダ２０１側の開口部を塞がれているが、ピストン２０３が動くことによってピストン掘込部２１０を経由して別々に背圧室−シリンダ間副連絡孔２０９と導通する。
【００５８】
背圧室−シリンダ間副連絡孔２０９は、ピストン掘込部２１０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン２０３が移動しても常にピストン掘込部２１０と導通する構成である。そのために、図９に示す背圧側ストッパ２１１と吸込圧側ストッパ２１２を用いてもよい。背圧側ストッパ２１１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔２１６を経由した背圧をピストン２０３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００５９】
圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８は、連絡配管２１５を介して圧縮室と導通する構成であるが、この導通経路上に圧縮室から圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８へ向かっては導通しない逆止弁２１６を配設する。第７の実施の形態では連絡配管２１５を用いたが、固定スクロール２１３内に連絡孔として導通経路を形成してもよい。
【００６０】
図９に示す制御弁２００の作用を説明する。背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吐出空間−シリンダ間副連絡孔２０７が開口し始める時のバネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ１、圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８が開口し始める時のバネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ２とする。制御弁２００の詳細な動作は制御弁３０と同様であることから、制御弁２００の制御則、目標制御値範囲は、第１の実施の形態に示す制御則である数５、数６と同じであり、背圧Ｐｂを確実に制御することが可能となる。
【００６１】
さらに、背圧を減圧する時に圧縮室へと直接排出することから、比較的高圧・高温な背圧を吸込空間１５へ排出する第１の実施の形態とは異なり、吸込空間１５内における不必要な作動流体の増加や吸込まれた作動流体の加熱を無くすことができ、体積効率や全断熱効率の向上を一層図ることができる。なお、圧縮室２１４内の圧力は旋回運動に伴って変動しており、減圧すべき背圧値の時に圧縮室の圧力が高ければ圧縮室から背圧室へと逆流を引起こす可能性がある。そこで、運転仕様によっては、逆止弁２１６を配設する必要性もある。以上より、図９に示す制御弁２００により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能となる。
【００６２】
本発明の第８の実施の形態について、図１０、１１を用いて説明する。図１０に示す低圧密閉容器式のスクロール流体機械は、密閉容器２７と固定スクロール支持部材２２から構成する高圧の吐出空間１６を一部に備える以外は、圧縮室４などを除いて密閉容器２７内部のほとんどを低圧の吸込空間１５として構成する。第８の実施の形態においては、第１〜７の実施の形態にて示した高圧密閉容器方式のスクロール流体機械とは、固定スクロール２５と旋回スクロール３を密閉させる向きの押付力の作用手段や給油系などが大きく異なる。
【００６３】
押付力の作用手段として、第８の実施の形態では、密閉容器２７がほとんど低圧であることから、第１〜７の実施の形態とは逆に固定スクロール２５を旋回スクロール３へ押付ける手段を用いている。給油系には、低圧な吸込空間１５内に潤滑油１０を留めていることから強制的に潤滑油１０を循環させる液ポンプなどの手段２４が必要となる。
【００６４】
第８の実施の形態における構成として、第１〜７の実施の形態と異なる点のみを説明する。説明簡素化のために、固定スクロール２５を旋回スクロール３へ押付ける力を発生させるための圧力を背圧、背圧の作用する空間を背圧室と呼ぶ。基本要素として、吸込圧力−背圧シール部材２０と背圧−吐出圧力シール部材２１と固定スクロール支持部材２２と潤滑油の強制循環手段２４とその支持部材２３が別途必要となる。固定スクロール２５は、旋回スクロール３の旋回運動面に対して概略垂直な方向に移動自在に配設し、固定スクロール支持部材２２の反吐出空間側に拘束される。
【００６５】
固定スクロール支持部材２２は、吐出空間１６と他の密閉容器２７内を完全に隔離する。また、固定スクロール支持部材２２の反吐出空間側には、背圧室２８と吸込圧力−背圧シール部材２０と背圧−吐出圧力シール部材２１を配設し、各シール部材により吸込空間１５−背圧室２８、背圧室２８−吐出空間１６間の漏れを極力抑える構成とする。
【００６６】
圧縮動作において、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２５と旋回スクロール３を引離す力が発生する点は、第１〜７の実施の形態と同様であり、適正な圧縮動作を実行するためには前述の引離力に打勝って固定スクロール２５と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要である。第８の実施の形態では、固定スクロール２５を旋回スクロール３へ適正に押付ける押付力の作用手段を実現するために、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段として制御弁１５０を用いる。制御弁１５０の構成を図１１を用いて説明する。基本構成は、第１の実施の形態と同様である。制御弁１５０の基本要素は、固定スクロール２５の一部に配設したシリンダ１５１と、バネ１５２と、ピストン１５３と、キャップ１５４と吸込空間１５及び背圧室２８とシリンダ１５１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔１５５及び１５６と、吐出空間１６、吸込空間１５及び背圧室２８とシリンダ１５１とをそれぞれ結ぶ３つの副連絡孔１５７、１５８及び１５９と、である。ピストン１５３はシリンダ１５１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部１６０と呼ぶ。シリンダ１５１内にピストン１５３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔１５５とバネ１５２を，他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１５６を配設する。
【００６７】
図１１において、両主連絡孔１５５、１５６は常に各空間と導通させ、また、第８の実施の形態において、キャップ１５４はシリンダ１５１の背圧室２８側に配設し、内部に背圧室−シリンダ間主連絡孔１５６を構成する。図１１では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔１５７、吸込空間−シリンダ間副連絡孔１５８は、ピストン１５３によりシリンダ１５１側の開口部を塞がれているが、ピストン１５３が動くことによって別々にピストン掘込部１６０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９と導通する。
【００６８】
背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９は、ピストン掘込部１６０に対応するシリンダ部に通じており、ピストン１５３が移動しても常にピストン掘込部１６０と導通する構成である。なお、第８の実施の形態による構成では、背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９を構成する途中の工程で加工した突抜穴の開口部を密閉するために閉止栓１６１を用いた。
【００６９】
図１１に示す制御弁１５０の基本構成は第１の実施の形態と同じであるから、作用も同様である。よって、制御弁１５０は、数５による制御則に従って数６による目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することができる。なお、図１１には制御弁１５０を１つのみ示しているが、複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁１５０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。
【００７０】
また、第１の実施の形態による制御弁３０が第８の実施の形態による制御弁１５０と同じ作用を示すことからも理解できるように、第２〜７の実施の形態にて示した制御弁５０、７０、９０、１１０、１３０、２００も、高圧密閉容器式のスクロール流体機械に限らず、低圧密閉容器式のスクロール流体機械にも適用できる。また、従来の低圧密閉容器式のスクロール流体機械は、背圧の昇圧手段を必要とするが、制御弁１５０が昇圧機能を有することから背圧の昇圧手段を別途設ける必要は無い。これは低圧密閉容器式のスクロール流体機械に昇圧機能を有する制御弁を適用した場合の特有な効果となる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性を確保できるスクロール流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるスクロール流体機械の全体図。
【図２】第１の実施の形態における制御弁の構成図。
【図３】第１の実施の形態における制御弁の作用説明図。
【図４】第２の実施の形態における制御弁の構成図。
【図５】第３の実施の形態における制御弁の構成図。
【図６】第４の実施の形態における制御弁の構成図。
【図７】第５の実施の形態における制御弁の構成図。
【図８】第６の実施の形態における制御弁の構成図。
【図９】第７の実施の形態における制御弁の構成図。
【図１０】第８の実施の形態におけるスクロール流体機械の全体図。
【図１１】第８の実施の形態における制御弁の構成図。
【図１２】従来の技術におけるスクロール流体機械の全体図。
【図１３】圧縮室の概略断面図。
【図１４】従来の技術における制御弁の構成図。
【符号の説明】
２，４９…旋回スクロール
３，２５，２９，４８，６３，８６，１０６，１２５，１４０，２１３…固定スクロール
４…圧縮室
７，２６，４６，４７…フレーム
８，２８…背圧室
９…オルダムリング
１５…吸込空間
１６…吐出空間
２２…固定スクロール支持部材
３０，５０，７０，９０，１１０，１３０，１５０，１７０，１８０，１９０，２００…背圧制御弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒、空気及びその他の圧縮性ガスを取扱うスクロール流体機械に係り、特に、非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力及びバネ力を、もしくは、吸込圧力、吐出圧力及びバネ力を作用させ、他端に両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、吸込圧力及びバネ力と流体圧力とによる力のバランスで、もしくは、吸込圧力、吐出圧力及びバネ力と、流体圧力とによる力のバランスでピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにしたことを特徴とし、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性の確保を図るに好適なスクロール流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール流体機械は、冷凍・空調機器用の圧縮機として様々な分野で広く活用されており、他形態の圧縮機に比べて、高効率、高信頼性及び静音などの優位性を備えた流体機械として、開発・研究が盛んである。
【０００３】
図１２を用いてスクロール流体機械の一構成を概略説明する。圧縮部の基本要素は、固定スクロール２９と旋回スクロール３とフレーム４６との三要素であり、フレーム４６は、密閉容器１に固定してある。固定スクロール２９の基本構成部分は、ラップ２９ａ、鏡板２９ｂ、ラップ歯底２９ｃ、ラップ歯先２９ｄ及び吐出ポート２９ｅで構成され、旋回スクロール３の基本構成部分は、ラップ３ａ、鏡板３ｂ、ラップ歯底３ｃ及びラップ歯先３ｄで構成されている。
【０００４】
旋回スクロール３を旋回駆動する駆動部の基本要素は、電動機であるステータ１２、ロータ１３、クランク軸11、旋回スクロール３の自転防止機構の主要部品であるオルダムリング９、フレーム４６とクランク軸１１とを回転自在に係合するクランク軸の支持部材１８及び旋回スクロール３とクランク軸１１の偏心ピン部１１ａとを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロール３の支持部材１７で構成されており、オルダムリング９は、旋回スクロール３と共に、フレーム４６と固定スクロール２９とにより構成した空間内に配設される。
【０００５】
また、給油系として、密閉容器1 下部に留めた潤滑油１０を、クランク軸１１に固定した給油パイプ１４とクランク軸１１内に設けた給油穴を経由させて、圧縮部や各支持部１７、１８へと供給する。
【０００６】
ここで、基本要素の動作について説明する。ロータ１３は、ステータ１２が発生する回転磁界により回転力を与えられ、ロータ１３に固定されたクランク軸１１はロータ１３の回転に伴い回転動作を行う。旋回スクロール３は、スラスト方向に移動可能に、かつ回転自在にクランク軸１１の偏心ピン部１１ａと係合しており、クランク軸１１の回転運動は、オルダムリング９などの自転防止機構により、旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合せて構成した圧縮室4 の容積は、旋回スクロール３が旋回運動することにより減少する。
【０００７】
続いて、図１３を用いてスクロール流体機械の圧縮動作を簡単に説明する。図１３は、固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合わせることにより形成した圧縮室４の断面図である。圧縮室４ａ、４ｂは、圧縮過程にある圧縮室を示し、旋回スクロール３が旋回運動することで容積を減少させる圧縮動作の様相を示している。圧縮動作では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、作動流体が吸込口５、吸込空間１５を経由して圧縮室４へ吸込まれる。吸込まれた作動流体は、圧縮室４ａ、４ｂのように順次容積を減少させられて、固定スクロール吐出ポート２９ｅとの導通位置に圧縮室が達した時点で吐出空間１６、吐出口６を経由して吐出される。
【０００８】
固定スクロール２９と旋回スクロール３を噛合わせて旋回運動させる際は、吸込空間１５−圧縮室４ａ間、圧縮室４ａ−４ｂ間、吐出ポート２９ｅ−圧縮室４ｂ間に作動流体の漏れが極力生じない十分な気密性の確保が必要となる。すなわち、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２９と旋回スクロール３を引離す力が発生することから、適正な圧縮動作を実行するためには前述の引離力に打勝って固定スクロール２９と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要となる。
【０００９】
適正に両スクロールを押付けて圧縮動作を実行するための押付力の作用手段が多く提案されている。図１２に示す例では、固定スクロール２９がフレーム４６と共に密閉容器1 に固定されていることから、固定スクロール２９へ旋回スクロール３を押付けることにより、前記押付力の作用手段を構成できる。以下、説明簡素化のために固定スクロール２９へ旋回スクロール３を押付ける力を発生させるための流体圧力を背圧、背圧の作用する圧力空間を背圧室８と呼ぶ。
【００１０】
図１２に示した背圧制御弁１７０、１８０の構成は、特開昭61−118580号公報記載による押付力の作用手段を示す構成であり、背圧室８と吸込空間１５、背圧室８と吐出空間１６を各々別々に導通する通路をリリース弁構造により構成し、背圧を設計制御範囲内に維持することによって、固定スクロール２９へ旋回スクロール３を適正に押しつける作用を発揮する。
【００１１】
また、図１４に示した背圧制御弁１９０の構成は特開平 8−303371号公報記載による押付力の作用手段を示す構成であり、背圧が設計制御範囲に達していない場合に限り背圧を昇圧する作用を発揮する。背圧不足時に、偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９と背圧室８を導通させる制御弁構成であり、固定スクロール４８へ旋回スクロール４９を適正に押付ける作用を発揮する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記した押付力の作用手段には、広い運転範囲において高い全断熱効率と高信頼性を確保する上でいくつかの課題がある。
【００１３】
図１２に示した特開昭61−118580号公報記載の２つの独立した制御弁１７０、１８０を用いた押付力の作用手段では、背圧制御において、背圧が吸込圧力と一定圧力の和より大きくなった場合に背圧室８と吸込空間１５を導通して背圧を減圧する減圧制御弁１７０と、また背圧が吐出圧力から一定圧力をひいた値より小さくなった場合に背圧室８と吐出空間１６を導通させて背圧を昇圧する昇圧制御弁１８０を構成して、適正な背圧を維持するように動作する。
【００１４】
減圧制御弁１７０、昇圧制御弁１８０は、ボール１７１、１８１とバネ１７２、１８２からなるリリーフ弁である。これら制御弁１７０、１８０は独立に動作しており、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、減圧制御弁１７０に用いたバネ１７２により作用する力の圧力換算値をｋ１、昇圧制御弁１８０に用いたバネ１８２により作用する力の圧力換算値をｋ２で表せば、減圧制御弁１７０は
Ｐｂ＞Ｐｓ＋ｋ１ …（１）
の関係にあるとき動作し、昇圧制御弁１８０は
Ｐｂ＜Ｐｄ−ｋ２、Ｐｄ＞ｋ２ …（２）
の関係にあるとき動作する。この構成では
Ｐｓ＋ｋ１＞Ｐｄ−ｋ２ …（３）
の関係にないと減圧制御弁１７０と昇圧制御弁１８０が同時に動作し、吸込空間１５と吐出空間１６が導通する吹抜けの状態が発生する。吹抜けは背圧の適正な制御を阻み、また給油の阻害も合わせて引起こし、全断熱効率、信頼性の低下を引起こす。例えば、運転条件として、吸込圧力Ｐｓ＝0.631 ＭＰａ、吐出圧力Ｐｄ＝2.141 ＭＰａ、設計背圧Ｐｂ＝0.886 ＭＰａ、制御範囲として設計背圧Ｐｂ±0.098 ＭＰａの背圧制御弁１７０、１８０を構成した場合、ｋ１＝0.353 ＭＰａ、ｋ２=1.353ＭＰａとなる。この時、吐出圧力Ｐｄは
Ｐｄ＜Ｐｓ＋ｋ１＋ｋ２、Ｐｄ＞ｋ２ …（４）
の制約があるために、1.353 ＭＰａ以上2.337 ＭＰａ以下である必要がある。吐出圧力が2.337 ＭＰａ以上であれば吹抜けが生じ、1.353 ＭＰａ以下であれば昇圧制御弁１８０は機能しない。
【００１５】
前記設計の制御弁１７０、１８０では、吸込圧力Ｐｓ＝0.101 ＭＰａであれば制御可能な吐出圧力範囲は1.353 ＭＰａ〜1.808 ＭＰａに、Ｐｓ＝0.788 ＭＰａであれば制御可能な吐出圧力範囲は1.353 ＭＰａ〜2.494 ＭＰａに制限され、全体として吸込圧力、吐出圧力の制御範囲に制限のあることが分かる。よって、背圧制御弁１７０、１８０では、広範囲に渡る背圧制御が不可能である。また、制御弁１７０、１８０の弁開閉時にはボール１７１、１８１とフレーム４６が衝突を繰返すことにより、制御弁１７０、１８０から騒音が発生すると共に、衝突による弁の信頼性低下を引起こす。
【００１６】
また、図１４に示した特開平 8−303371号公報記載の押付力の作用手段では、プランジャ１９１とバネ１９２から構成する制御弁１９０を用いる。背圧制御において、プランジャ１９１に作用する吸込圧力による力と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９の圧力による力の和からバネ１９２により作用する力を引いた力が、背圧によりプランジャ１９１に作用する力より大きな場合に背圧室８と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９の圧力空間を導通させて背圧を昇圧する昇圧制御弁１９０を構成して、適正な背圧を維持しようと動作するようになっている。図１４に示す制御弁１９０は昇圧作用を発揮するのみであり、背圧が過剰となった場合には、制御弁１９０は減圧作用を発揮することができないために旋回スクロール４９は固定スクロール４８へ過剰に押付けられ、摺動損失の増大による全断熱効率の低下と過剰押付けによる信頼性の低下を招く。また、制御弁１９０は、旋回スクロール鏡板４９ｂ内に設けた構成であるために旋回スクロール４９の旋回運動に伴う遠心力の影響を受ける。よって、モータ回転数に依存した制御弁特性となり、制御上好ましくない。
【００１７】
本発明は、前記した従来技術によるスクロール流体機械における問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、両スクロール部材を密着させるためのいわゆる背圧と呼ばれる流体圧力を目標制御値範囲内に制御することにより、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性を図るに好適なスクロール流体機械を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によるスクロール流体機械は、各請求項に記載されたところを特徴とするものであり、特に、独立項としての請求項１及び５に記載の発明によるスクロール流体機械は、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される非旋回スクロール部材と、該旋回スクロール部材と該非旋回スクロール部材とを噛合わせ両スクロール部材の間に概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、該圧縮室内の流体の圧力による両スクロール部材の鏡板を引離す向きの引離力に対抗して両スクロール部材同士を密着させる向きの押付力を両スクロール部材に作用させる手段と、流体を前記圧縮室に導入する吸込経路と、前記圧縮室内で加圧した流体を外部へ導出する吐出経路と、前記旋回スクロール部材を旋回駆動する駆動手段と、を備えたスクロール流体機械であることを前提として、請求項１に係る発明では、前記非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力及びバネ力を作用させ、他端に前記両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにすると共に、前記ピストンが前記流体圧力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするものであり、請求項５に係る発明では、同じくシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力、吐出圧力及びバネ力を作用させ、他端に該両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力、吐出圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態について、図１〜３を用いて説明する。以下、説明簡素化のために、固定スクロール２へ旋回スクロール３を押付ける力を発生させるための流体圧力を背圧、背圧の作用する空間を背圧室と呼ぶ。図１は、高圧密閉容器方式のスクロール流体機械を示し、密閉容器１内から固定スクロール２とフレーム７による構成空間を除いた吐出空間１６に圧縮室４からの高圧吐出作動流体を吐出する構成である。
【００２０】
圧縮部の基本要素は、固定スクロール２と旋回スクロール３とフレーム７との三要素であり、フレーム７は密閉容器１と固定してある。固定スクロール２の基本構成部分は、ラップ２ａ、鏡板２ｂ、ラップ歯底２ｃ、ラップ歯先２ｄ及び吐出ポート２ｅで構成され、旋回スクロール３の基本構成部分は、ラップ３ａ、鏡板３ｂ、ラップ歯底３ｃ及びラップ歯先３ｄで構成されている。
【００２１】
旋回スクロール３を旋回駆動する駆動部の基本要素は、電動機であるステータ１２、ロータ１３、クランク軸１１、旋回スクロール２の自転防止機構の主要構成部品であるオルダムリング９、フレーム７とクランク軸１１とを回転自在に係合するクランク軸の支持部材１８及び旋回スクロール３とクランク軸１１の偏心ピン部１１ａとを回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロール３の支持部材１７で構成されており、オルダムリング９は、旋回スクロール３と共に、フレーム７と固定スクロール２とにより構成した空間内に配設される。
【００２２】
また、給油系として、密閉容器１下部に留めた潤滑油１０をクランク軸１１に固定した給油パイプ１４とクランク軸１１内に設けた給油穴を経由させて、圧縮部と各支持部１７、１８へと供給する。図１に示す給油方法は、吐出空間１６と偏心ピン部１１ａの圧縮室側空間１９あるいは背圧室８の圧力との差圧を利用するものであるが、別の給油手段を用いたとしても構わない。
【００２３】
ここで、基本要素の動作について説明する。ロータ１３はステータ１２が発生する回転磁界により回転力を与えられ、ロータ１３に固定されたクランク軸１１はロータ１３の回転に伴い回転動作を行う。旋回スクロール３はスラスト方向に移動可能にかつ回転自在にクランク軸１１の偏心ピン部１１ａと係合しており、クランク軸１１の回転運動はオルダムリング９などの旋回スクロールの自転防止機構により旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。
【００２４】
圧縮動作では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、作動流体が吸込口５、吸込空間１５を経由して圧縮室４へ吸込まれる。旋回スクロール３が旋回運動することで圧縮室４の容積が減少するので、吸込まれた作動流体は圧縮されて固定スクロール吐出ポート２ｅとの導通位置に圧縮室が達した時点で吐出空間１６、吐出口６を経由して吐出される。この時、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２と旋回スクロール３を引離す力が発生することから、適正な圧縮動作を実行するためには前記の引離力に打勝って固定スクロール２と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要となる。
【００２５】
第１の実施の形態では、固定スクロール２へ旋回スクロール３を適正に押付ける押付力の作用手段を実現するために、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段として図２に示す制御弁３０を用いている。
【００２６】
図２に示すように、制御弁３０の基本要素は、固定スクロール２の一部に配設したシリンダ３１と、バネ３２と、ピストン３３と、キャップ３４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ３１とをそれぞれに結ぶ２つの主連絡孔３５及び３６と、吐出空間１６、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ３１とをそれぞれに結ぶ３つの副連絡孔３７、３８及び３９と、である。ピストン３３は、シリンダ３１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部４０と呼ぶ。シリンダ３１内にピストン３３を配設し、ピストン可動方向の一端は吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５とバネ３２を配設し、同じく他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔３６を配設する。両主連絡孔３５、３６は、常に各空間と導通させ、キャップ３４はシリンダ３１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００２７】
図２では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７及び吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８は、ピストン３３によりシリンダ３１側の開口部を塞がれているが、ピストン３３が動くことによって別々にピストン掘込部４０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔３９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔３９は、ピストン掘込部４０に対応するシリンダ部に通じており、ピストン３３が移動しても常にピストン掘込部４０と導通する構成である。そのために、図２に示す背圧側ストッパ４１と吸込圧側ストッパ４２を用いてもよい。背圧側ストッパ４１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔３６を経由した背圧をピストン３３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００２８】
制御弁３０の作用を図３を用いて説明する。図３（ａ）は、背圧が目標制御値範囲内にある場合を示しており、各主連絡孔３５、３６を経由して吸込圧力Ｐｓと背圧Ｐｂがシリンダ３１に導入され、吸込圧力Ｐｓ及びバネ３２により作用する力の和と背圧Ｐｂにより作用する力との釣合いが保たれている釣合状態にあることを示す。
【００２９】
図３（ｂ）は、背圧Ｐｂが目標制御値範囲に達していない背圧不足状態にあることを示す。これは吸込圧力Ｐｓを昇圧した場合のほか、暖房運転から除霜運転への切替時や、モータ回転数を低下させた直後などに発生する状態である。この時、吸込圧力Ｐｓとバネ３２による力の和が背圧Ｐｂによる力より大きくなるためにピストン３３が背圧室−シリンダ間主連絡孔３６側に移動する。ピストン３３の移動により、吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７がピストン掘込部４０と導通し、さらに背圧室−シリンダ間副連絡孔３９とピストン掘込部４０とは常に導通していることから、吐出空間１６と背圧室８がピストン掘込部４０を経由して導通することになる。したがって、高圧な吐出圧力が背圧室８へ流入し目標制御値範囲より低かった背圧Ｐｂを昇圧する。やがて、背圧Ｐｂが目標制御値範囲まで昇圧されれば、ピストン３３が吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５側に移動して吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７のシリンダ側開口部を塞ぎ、高圧な作動流体の背圧室８への流入を終了させて制御を完了し、図３（ａ）のごとく釣合い状態へと復帰する。
【００３０】
図３（ｃ）は、背圧Ｐｂが目標制御値範囲を超えて過剰となった背圧過剰状態にあることを示す。吸込圧力Ｐｓを減圧した場合のほか、モータ回転数を上昇させた直後などに発生する状態である。この時、背圧Ｐｂによる力が吸込圧力Ｐｓとバネ３２による力より大きくなるために、ピストン３３は吸込空間−シリンダ間主連絡孔３５側に移動する。ピストン３３の移動により、吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８がピストン掘込部４０と導通し、さらに背圧室−シリンダ間副連絡孔３９とピストン掘込部４０とは常に導通していることから、吸込空間１５と背圧室８がピストン掘込部を経由して導通することになる。したがって、目標制御値範囲より高圧な背圧を吸込空間１５へと逃がすことで背圧Ｐｂを減圧する。やがて、背圧Ｐｂが目標制御値範囲まで減圧されれば、ピストン３３が背圧室−シリンダ間主連絡孔３６側に移動して吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８のシリンダ側開口部を塞ぎ、背圧Ｐｂの吸込空間１５への流入を終了させて制御を完了し、図３（ａ）のごとく釣合い状態へと復帰する。
【００３１】
上記作用により、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吐出空間−シリンダ間副連絡孔３７が開口し始める時のバネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ１、吸込空間−シリンダ間副連絡孔３８が開口し始める時のバネ３２により作用する力の圧力換算値をｋ２とすると、制御弁３０は、
Ｐｂ＝Ｐｓ＋ｋ …（５）
の制御則に従って
ｋ１≦ｋ≦ｋ２ …（６）
の目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することができる。また、制御弁３０は固定スクロール２へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。なお、図１には制御弁３０を１つのみ示しているが、複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁３０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。
【００３２】
本発明の第２の実施の形態について、図４を用いて説明する。図４は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁５０の構成を示す。制御弁５０は、固定スクロール６３へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１の実施の形態における制御弁３０と同じである。
【００３３】
図４に示す制御弁５０の基本要素は、固定スクロール６３の一部に配設したシリンダ５１とバネ５２と、ピストン５３と、キャップ５４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ５１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔５５及び５６と、２つの副連絡孔５８及び５９と、である。ピストン５３は、シリンダ５１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部６０と呼ぶ。シリンダ５１内にピストン５３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔５５及びバネ５２を配設し、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔５６を配設する。各主連絡孔５５及び５６は、常に前記各空間のそれぞれと導通させ、キャップ５４はシリンダ５１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００３４】
図４では、吸込空間−シリンダ間副連絡孔５８は、ピストン５３によりシリンダ５１側の開口部を塞がれているが、ピストン５３が動くことによってピストン掘込部６０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔５９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔５９は、ピストン掘込部６０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン５３が移動しても常にピストン掘込部６０と導通する構成である。そのために、図４に示す背圧側ストッパ６１と吸込圧側ストッパ６２を用いてもよい。背圧側ストッパ６１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔５６を経由した背圧をピストン５３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００３５】
制御弁５０の作用を説明する。背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ５２により作用する力の圧力換算値をk 、特に吸込空間−シリンダ間副連絡孔５８が開口し始める時のバネ５２により作用する力の圧力換算値をｋ２とする。背圧Ｐｂを昇圧する機能を有さない点を除き、制御弁５０の詳細な動作は、図１における制御弁３０と同様であることから、制御弁５０の制御則は、第１の実施の形態における制御則である式（５）と同じであり、目標制御値範囲は
ｋ≦ｋ２ …（７）
となる。よって、制御弁５０は背圧Ｐｂを式（７）に示す目標制御値範囲に確実に制御することが可能となる。また、制御弁５０は固定スクロール６３の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００３６】
なお、制御弁５０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。なお、制御弁５０は、第１の実施の形態による制御弁３０とは異なり、背圧Ｐｂが不足する場合に吐出圧力Ｐｄを用いて昇圧する機能を有さない。しかし、図１に示すように、背圧室８が旋回スクロールの支持部材１７を経由し給油する潤滑油１０の経路を兼ねる場合、運転時のほとんどにおいて、潤滑油１０の給油に伴い背圧は昇圧作用を受ける。よって、制御弁５０のように、減圧作用のみを有する制御弁構造であっても、背圧の制御は十分可能である。以上より、制御弁５０により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能となる。
【００３７】
ただし、起動時の運転仕様や急激な吸込圧力、吐出圧力の上昇時などを伴う運転仕様によっては、背圧が不足して制御弁５０だけでは対応しきれない可能性がある。そこで、背圧不足により固定スクロール６３と旋回スクロール３が離脱しても、非駆動時の固定スクロール６３と旋回スクロール３の歯先歯底間隙間を狭小化しておくことにより圧縮動作をある程度実行できるような構成とすることもできる。これによれば、給油差圧を発生させて背圧の昇圧作用を確実に確保できる。第２の実施の形態では、固定スクロール歯底６３ｃと旋回スクロール歯先３ｄ間、固定スクロール歯先６３ｄと旋回スクロール歯底３ｃ間の隙間を１５μm 以下に管理することにより実現する。以上より、狭小化した両スクロールの歯先歯底間隙間を構成したスクロール流体機械を用いれば、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、さらに確実な背圧の制御が可能となる。
【００３８】
本発明の第３の実施の形態について、図５を用いて説明する。図５は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁７０の構成を示す。制御弁７０は、固定スクロール８６へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１、２の実施の形態における制御弁３０、５０と同じである。
【００３９】
図５に示す制御弁７０の基本要素は、固定スクロール８６の一部に配設したシリンダ７１と、バネ７２と、ピストン７３と、キャップ７４と、吸込空間１５、背圧室８及び吐出空間１６とシリンダ７１とをそれぞれ結ぶ３つの主連絡孔７５、７６及び７７と、３つの副連絡孔７９、８０及び７８と、である。ピストン７３は、シリンダ７１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部８１と呼ぶ。また、シリンダ７１とピストン７３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間８２と吐出圧力の作用空間８３を構成できる形状とし、かつ、ピストン７３の移動により吸込圧力の作用空間８２と吐出圧力の作用空間８３とが導通しない構成とした。
【００４０】
シリンダ７１内にピストン７３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間−シリンダ間主連絡孔７７と吸込空間−シリンダ間主連絡孔７５とバネ７２を，他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔７６を配設する。図５では、バネ７２を吸込圧力の作用空間８２内に配設しているが、吸込圧力の作用空間８２あるいは吐出圧力の作用空間８３のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。各主連絡孔７５、７６及び７７は常に前記各空間のそれぞれと導通させ、キャップ７４はシリンダ７１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。
【００４１】
図５では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔７８及び吸込空間−シリンダ間副連絡孔７９は、ピストン７３によりシリンダ７１側の開口部を塞がれているが、ピストン７３が動くことによって別々にピストン掘込部８１を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔８０と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔８０は、ピストン掘込部８１に対応するシリンダ部と通じており、ピストン７３が移動しても常にピストン掘込部８１と導通する構成である。そのために、図５に示す背圧側ストッパ８４と吸込圧側ストッパ８５を用いてもよい。背圧側ストッパ８４は、背圧室−シリンダ間主連絡孔７６を経由した背圧をピストン７３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００４２】
図５に示す制御弁７０の作用を説明する。ピストン７３に作用する力として吐出圧力による作用力が加わった点を除き、制御弁７０の詳細な動作は、図３に示した第１の実施の形態である制御弁３０と同様である。よって、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、バネ７２により作用する力の圧力換算値をｋとすると、制御弁７０は、
Ｐｂ＝ｘ×Ｐｓ＋（１−ｘ）×Ｐｄ＋ｋ …（８）
の制御則に従って、式（６）に示す目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することが可能となる。ここで、ｘは、吸込圧力の作用空間８２に対応するピストン７３の受圧面積と吐出圧力の作用空間８３に対応するピストン７３の受圧面積の和に対する吸込圧力の作用空間８２に対応するピストン７３の受圧面積の比であり、０〜１の正数である。また、制御弁７０は固定スクロール８６の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００４３】
なお、制御弁７０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁７０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。特に、第１の実施の形態において数５に示した吸込圧力のみに関係した背圧制御値では不十分な場合、第３の実施の形態において式（８）に示した吸込圧力と吐出圧力に関係した背圧制御値によりさらに適正であり確実な背圧制御を行うことが可能となる。
【００４４】
本発明の第４の実施の形態について、図６を用いて説明する。図６は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁９０の構成を示す。制御弁９０は、第３の実施の形態における制御弁７０と作用は同じであるが、ピストン９３端面における吸込圧力の作用空間１０２と吐出圧力の作用空間１０３の受圧位置を逆にした構成である。第３の実施の形態に比べて作りやすく、低コストで製作することができる。
【００４５】
本発明の第５の実施の形態について、図７を用いて説明する。図７は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁１１０の構成を示す。制御弁１１０は、固定スクロール１２５へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜４の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０と同じである。
【００４６】
図７に示す制御弁１１０の基本要素は、固定スクロール１２５の一部に配設したシリンダ１１１と、バネ１１２と、ピストン１１３と、キャップ１１４と、吸込空間１５、背圧室８及び吐出空間１６とシリンダ１１１とをそれぞれ結ぶ３つの主連絡孔１１５、１１６及び１１７と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ１１１とをそれぞれ結ぶ２つの副連絡孔１１８及び１１９と、である。ピストン１１３は、シリンダ１１１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部１２０と呼ぶ。また、シリンダ１１１とピストン１１３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間１２１と吐出圧力の作用空間１２２を構成できる形状とし、かつ、ピストン１１３の移動により吸込圧力の作用空間１２１と吐出圧力の作用空間１２２が導通しない構成とした。
【００４７】
シリンダ１１１内にピストン１１３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間−シリンダ間主連絡孔１１７と吸込空間−シリンダ間主連絡孔１１５とバネ１１２を、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１１６を配設する。図７では、バネ１１２を吸込圧力の作用空間１２１内に配設しているが、吸込圧力の作用空間１２１あるいは吐出圧力の作用空間１２２のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。各主連絡孔１１５、１１６及び１１７は、常に前記各空間と導通させ、キャップ１１４はシリンダ１１１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。図７では、吸込空間−シリンダ間副連絡孔１１８は、ピストン１１３によりシリンダ１１１側の開口部を塞がれているが、ピストン１１３が動くことによってピストン掘込部１２０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔１１９と導通する。背圧室−シリンダ間副連絡孔１１９は、ピストン掘込部１２０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン１１３が移動しても常にピストン掘込部１２０と導通する構成である。そのために、図７に示す背圧側ストッパ１２３と吸込圧側ストッパ１２４を用いてもよい。背圧側ストッパ１２３は、背圧室−シリンダ間主連絡孔１１６を経由した背圧をピストン１１３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００４８】
図７に示す制御弁１１０の作用を説明する。背圧Ｐｂを昇圧する機能を有さない点を除き、制御弁１１０の詳細な動作は、図５の制御弁７０と同様であることから、制御弁１１０は、第３、４の実施の形態に示した制御則である数８に基づき、第２の実施の形態に示した目標制御値範囲である数７にしたがって、確実に背圧を制御することができる。ここで、ｘの定義は第３、４の実施の形態と同様であり、背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、吐出圧力をＰｄ、バネ１１２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吸込空間−シリンダ間副連絡孔１１８が開口し始める時のバネ１１２により作用する力の圧力換算値をｋ２と表す。また、制御弁１１０は固定スクロール１２５の一部へ配設していることから、モータ回転数の影響を受けることはない。
【００４９】
なお、制御弁１１０のスクロール流体機械への配置は１つのみに限定せず複数個設けた構成としても構わない。なお、制御弁１１０は、第１、３、４の実施の形態による制御弁３０、７０、９０とは異なり、第２の実施の形態による制御弁５０と同様に背圧Ｐｂが不足する場合に吐出圧力Ｐｄを用いて昇圧する機能を有さない。よって、昇圧機能を有さないことによる効果は第２の実施の形態と同様である。
【００５０】
以上より、制御弁１１０により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能であり、さらに狭小化した両スクロールの歯先歯底間隙間を構成したスクロール流体機械を用いれば、一層確実な背圧の制御が可能となる。
【００５１】
本発明の第６の実施の形態について、図８を用いて説明する。図８は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁１３０の構成を示す。制御弁１３０は、固定スクロール１４０へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜５の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０、１１０と同じである。
【００５２】
図８に示す制御弁１３０の基本要素は、固定スクロール１４０の一部に配設したシリンダ１３１と、バネ１３２と、ピストン１３３と、キャップ１３４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ１３１とをそれぞれ結ぶ主連絡孔１３５及び１３６と、吐出空間１６とピストン１３３の吐出空間側端面とを連絡する主連絡孔１３７と、である。シリンダ１３１とピストン１３３のピストン可動方向の一端には、吸込圧力の作用空間１３８と、吐出圧力の作用空間１３９とを構成できる形状とし、かつ、ピストン１３３が移動しても吸込圧力の作用空間１３８と吐出圧力の作用空間１３９とが導通しない構成とした。
【００５３】
シリンダ１３１内にピストン１３３を、ピストン可動方向の一端に吐出空間主連絡孔１３７と、吸込空間−シリンダ間主連絡孔１３５及びバネ１３２とを、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１３６を配設する。図８では、バネ１３２を吸込圧力の作用空間１３８内に配設しているが、吸込圧力の作用空間１３８あるいは吐出圧力の作用空間１３９のどちらか一方、あるいは両方に配設しても構わない。なお、吐出圧力の作用空間１３９内に配設する場合は、ストッパを別途設ける。キャップ１３４は吐出圧力の作用空間１３９を内部に構成するが、ピストン１３３が吐出圧力の作用空間１３９の反吐出空間側を常に塞ぎ、かつ、吸込圧力の作用空間１３８と隔離する構成である。
【００５４】
図８に示す制御弁１３０の作用については、ピストン１３３とシリンダ１３１の当接面を用いた制御構造ではないが、第５の実施の形態と同様である。第６の実施の形態は、第５の実施の形態に比べて作りやすく、低コストで製作することができる。
【００５５】
本発明の第７の実施の形態について、図９を用いて説明する。図９は、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段である制御弁２００の構成を示す。制御弁２００は、固定スクロール２１３へ旋回スクロール３を押付ける作用を発揮させる点では、第１〜６の実施の形態における制御弁３０、５０、７０、９０、１１０、１３０と同じである。
【００５６】
図９に示す制御弁２００の構成は、吸込空間−シリンダ間副連絡孔の代わりに圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８を用いている点を除けば、第１の実施の形態と基本構成は同じである。制御弁２００の基本要素は、固定スクロール２１３の一部に配設したシリンダ２０１と、バネ２０２と、ピストン２０３と、キャップ２０４と、吸込空間１５及び背圧室８とシリンダ２０１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔２０５及び２０６と、吐出空間１６、圧縮室２１４及び背圧室８とシリンダ２０１とをそれぞれ結ぶ３つの副連絡孔２０７、２０８及び２０９と、である。
【００５７】
ピストン２０３は、シリンダ２０１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部２１０と呼ぶ。シリンダ２０１内にピストン２０３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔２０５及びバネ２０２を、他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔２０６を配設する。各主連絡孔２０５、２０６は常に各空間と導通させ、キャップ２０４はシリンダ２０１の吐出空間１６側を塞ぐように配設する。図９において吐出空間−シリンダ間副連絡孔２０７と圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８は、ピストン２０３によりシリンダ２０１側の開口部を塞がれているが、ピストン２０３が動くことによってピストン掘込部２１０を経由して別々に背圧室−シリンダ間副連絡孔２０９と導通する。
【００５８】
背圧室−シリンダ間副連絡孔２０９は、ピストン掘込部２１０に対応するシリンダ部と通じており、ピストン２０３が移動しても常にピストン掘込部２１０と導通する構成である。そのために、図９に示す背圧側ストッパ２１１と吸込圧側ストッパ２１２を用いてもよい。背圧側ストッパ２１１は、背圧室−シリンダ間主連絡孔２１６を経由した背圧をピストン２０３の背圧側端面に常に作用させる効果も合わせ発揮する。
【００５９】
圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８は、連絡配管２１５を介して圧縮室と導通する構成であるが、この導通経路上に圧縮室から圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８へ向かっては導通しない逆止弁２１６を配設する。第７の実施の形態では連絡配管２１５を用いたが、固定スクロール２１３内に連絡孔として導通経路を形成してもよい。
【００６０】
図９に示す制御弁２００の作用を説明する。背圧をＰｂ、吸込圧力をＰｓ、バネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ、特に吐出空間−シリンダ間副連絡孔２０７が開口し始める時のバネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ１、圧縮室−シリンダ間副連絡孔２０８が開口し始める時のバネ２０２により作用する力の圧力換算値をｋ２とする。制御弁２００の詳細な動作は制御弁３０と同様であることから、制御弁２００の制御則、目標制御値範囲は、第１の実施の形態に示す制御則である数５、数６と同じであり、背圧Ｐｂを確実に制御することが可能となる。
【００６１】
さらに、背圧を減圧する時に圧縮室へと直接排出することから、比較的高圧・高温な背圧を吸込空間１５へ排出する第１の実施の形態とは異なり、吸込空間１５内における不必要な作動流体の増加や吸込まれた作動流体の加熱を無くすことができ、体積効率や全断熱効率の向上を一層図ることができる。なお、圧縮室２１４内の圧力は旋回運動に伴って変動しており、減圧すべき背圧値の時に圧縮室の圧力が高ければ圧縮室から背圧室へと逆流を引起こす可能性がある。そこで、運転仕様によっては、逆止弁２１６を配設する必要性もある。以上より、図９に示す制御弁２００により、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御が可能となる。
【００６２】
本発明の第８の実施の形態について、図１０、１１を用いて説明する。図１０に示す低圧密閉容器式のスクロール流体機械は、密閉容器２７と固定スクロール支持部材２２から構成する高圧の吐出空間１６を一部に備える以外は、圧縮室４などを除いて密閉容器２７内部のほとんどを低圧の吸込空間１５として構成する。第８の実施の形態においては、第１〜７の実施の形態にて示した高圧密閉容器方式のスクロール流体機械とは、固定スクロール２５と旋回スクロール３を密閉させる向きの押付力の作用手段や給油系などが大きく異なる。
【００６３】
押付力の作用手段として、第８の実施の形態では、密閉容器２７がほとんど低圧であることから、第１〜７の実施の形態とは逆に固定スクロール２５を旋回スクロール３へ押付ける手段を用いている。給油系には、低圧な吸込空間１５内に潤滑油１０を留めていることから強制的に潤滑油１０を循環させる液ポンプなどの手段２４が必要となる。
【００６４】
第８の実施の形態における構成として、第１〜７の実施の形態と異なる点のみを説明する。説明簡素化のために、固定スクロール２５を旋回スクロール３へ押付ける力を発生させるための圧力を背圧、背圧の作用する空間を背圧室と呼ぶ。基本要素として、吸込圧力−背圧シール部材２０と背圧−吐出圧力シール部材２１と固定スクロール支持部材２２と潤滑油の強制循環手段２４とその支持部材２３が別途必要となる。固定スクロール２５は、旋回スクロール３の旋回運動面に対して概略垂直な方向に移動自在に配設し、固定スクロール支持部材２２の反吐出空間側に拘束される。
【００６５】
固定スクロール支持部材２２は、吐出空間１６と他の密閉容器２７内を完全に隔離する。また、固定スクロール支持部材２２の反吐出空間側には、背圧室２８と吸込圧力−背圧シール部材２０と背圧−吐出圧力シール部材２１を配設し、各シール部材により吸込空間１５−背圧室２８、背圧室２８−吐出空間１６間の漏れを極力抑える構成とする。
【００６６】
圧縮動作において、圧縮された作動流体の圧力により固定スクロール２５と旋回スクロール３を引離す力が発生する点は、第１〜７の実施の形態と同様であり、適正な圧縮動作を実行するためには前述の引離力に打勝って固定スクロール２５と旋回スクロール３を密着させる方向の押付力の作用手段が必要である。第８の実施の形態では、固定スクロール２５を旋回スクロール３へ適正に押付ける押付力の作用手段を実現するために、両スクロール同士を密着させる向きの押付力を発生させる流体圧力である背圧を制御する手段として制御弁１５０を用いる。制御弁１５０の構成を図１１を用いて説明する。基本構成は、第１の実施の形態と同様である。制御弁１５０の基本要素は、固定スクロール２５の一部に配設したシリンダ１５１と、バネ１５２と、ピストン１５３と、キャップ１５４と吸込空間１５及び背圧室２８とシリンダ１５１とをそれぞれ結ぶ２つの主連絡孔１５５及び１５６と、吐出空間１６、吸込空間１５及び背圧室２８とシリンダ１５１とをそれぞれ結ぶ３つの副連絡孔１５７、１５８及び１５９と、である。ピストン１５３はシリンダ１５１との当接面の一部をピストン中央部へ掘込んだ形状とし、掘込んだ部分をピストン掘込部１６０と呼ぶ。シリンダ１５１内にピストン１５３を、ピストン可動方向の一端に吸込空間−シリンダ間主連絡孔１５５とバネ１５２を，他端には背圧室−シリンダ間主連絡孔１５６を配設する。
【００６７】
図１１において、両主連絡孔１５５、１５６は常に各空間と導通させ、また、第８の実施の形態において、キャップ１５４はシリンダ１５１の背圧室２８側に配設し、内部に背圧室−シリンダ間主連絡孔１５６を構成する。図１１では、吐出空間−シリンダ間副連絡孔１５７、吸込空間−シリンダ間副連絡孔１５８は、ピストン１５３によりシリンダ１５１側の開口部を塞がれているが、ピストン１５３が動くことによって別々にピストン掘込部１６０を経由して背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９と導通する。
【００６８】
背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９は、ピストン掘込部１６０に対応するシリンダ部に通じており、ピストン１５３が移動しても常にピストン掘込部１６０と導通する構成である。なお、第８の実施の形態による構成では、背圧室−シリンダ間副連絡孔１５９を構成する途中の工程で加工した突抜穴の開口部を密閉するために閉止栓１６１を用いた。
【００６９】
図１１に示す制御弁１５０の基本構成は第１の実施の形態と同じであるから、作用も同様である。よって、制御弁１５０は、数５による制御則に従って数６による目標制御値範囲に背圧Ｐｂを確実に制御することができる。なお、図１１には制御弁１５０を１つのみ示しているが、複数個設けた構成としても構わない。以上より、制御弁１５０は、モータ回転数の影響を受けることなく、広範囲な運転範囲に適応し、確実な背圧の制御を可能とする。
【００７０】
また、第１の実施の形態による制御弁３０が第８の実施の形態による制御弁１５０と同じ作用を示すことからも理解できるように、第２〜７の実施の形態にて示した制御弁５０、７０、９０、１１０、１３０、２００も、高圧密閉容器式のスクロール流体機械に限らず、低圧密閉容器式のスクロール流体機械にも適用できる。また、従来の低圧密閉容器式のスクロール流体機械は、背圧の昇圧手段を必要とするが、制御弁１５０が昇圧機能を有することから背圧の昇圧手段を別途設ける必要は無い。これは低圧密閉容器式のスクロール流体機械に昇圧機能を有する制御弁を適用した場合の特有な効果となる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、広い運転範囲に渡り高い全断熱効率と高い信頼性を確保できるスクロール流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態におけるスクロール流体機械の全体図。
【図２】第１の実施の形態における制御弁の構成図。
【図３】第１の実施の形態における制御弁の作用説明図。
【図４】第２の実施の形態における制御弁の構成図。
【図５】第３の実施の形態における制御弁の構成図。
【図６】第４の実施の形態における制御弁の構成図。
【図７】第５の実施の形態における制御弁の構成図。
【図８】第６の実施の形態における制御弁の構成図。
【図９】第７の実施の形態における制御弁の構成図。
【図１０】第８の実施の形態におけるスクロール流体機械の全体図。
【図１１】第８の実施の形態における制御弁の構成図。
【図１２】従来の技術におけるスクロール流体機械の全体図。
【図１３】圧縮室の概略断面図。
【図１４】従来の技術における制御弁の構成図。
【符号の説明】
２，４９…旋回スクロール
３，２５，２９，４８，６３，８６，１０６，１２５，１４０，２１３…固定スクロール
４…圧縮室
７，２６，４６，４７…フレーム
８，２８…背圧室
９…オルダムリング
１５…吸込空間
１６…吐出空間
２２…固定スクロール支持部材
３０，５０，７０，９０，１１０，１３０，１５０，１７０，１８０，１９０，２００…背圧制御弁
Claims (12)
- 鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される非旋回スクロール部材と、該旋回スクロール部材と該非旋回スクロール部材とを噛合わせ両スクロール部材の間に概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、該圧縮室内の流体の圧力による両スクロール部材の鏡板を引離す向きの引離力に対抗して両スクロール部材同士を密着させる向きの押付力を両スクロール部材に作用させる手段と、流体を前記圧縮室に導入する吸込経路と、前記圧縮室内で加圧した流体を外部へ導出する吐出経路と、前記旋回スクロール部材を旋回駆動する駆動手段と、を備えたスクロール流体機械において、
前記非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力及びバネ力を作用させ、他端に前記両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにすると共に、前記ピストンが前記流体圧力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。 - 請求項１記載のスクロール流体機械において、前記ピストンが前記吸込圧力及びバネ力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吸込圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項１記載のスクロール流体機械において、前記ピストンが前記吸込圧力及びバネ力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記圧縮室とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項２又は３に記載のスクロール流体機械において、前記流体圧力の作用空間と前記吸込圧力の作用空間とを導通する構造及び前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造として、もしくは前記流体圧力の作用空間と前記圧縮室とを導通する構造及び前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造として、前記ピストンと前記シリンダの当接面を用いて構成することを特徴とするスクロール流体機械。
- 鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し該スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロール部材と、鏡板及び該鏡板に立設する渦巻状のスクロールラップを有し少なくとも該軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される非旋回スクロール部材と、該旋回スクロール部材と該非旋回スクロール部材とを噛合わせ両スクロール部材の間に概略閉塞して容積が縮小する圧縮室と、該圧縮室内の流体の圧力による両スクロール部材の鏡板を引離す向きの引離力に対抗して両スクロール部材同士を密着させる向きの押付力を両スクロール部材に作用させる手段と、流体を前記圧縮室に導入する吸込経路と、前記圧縮室内で加圧した流体を外部へ導出する吐出経路と、前記旋回スクロール部材を旋回駆動する駆動手段とを備えたスクロール流体機械において、
前記非旋回スクロール部材の一部に配設したシリンダ内を軸線方向に滑動するピストンの一端に吸込圧力、吐出圧力及びバネ力を作用させ、他端に該両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を作用させ、前記吸込圧力、吐出圧力及びバネ力と前記流体圧力とによる力のバランスで前記ピストンを移動せしめることにより、前記流体圧力が目標制御値範囲内となるようにしたことを特徴とするスクロール流体機械。 - 請求項５記載のスクロール流体機械において、前記ピストンが前記吸込圧力、吐出圧力及びバネ力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吸込圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項５記載のスクロール流体機械において、前記ピストンが前記吸込圧力、吐出圧力及びバネ力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記圧縮室とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項５〜７のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記ピストンが前記流体圧力の作用するピストン端部方向に移動した時に、前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造であることを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項６〜８のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記流体圧力の作用空間と前記吸込圧力の作用空間とを導通する構造及び前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造として、もしくは前記流体圧力の作用空間と前記圧縮室とを導通する構造及び前記流体圧力の作用空間と前記吐出圧力の作用空間とを導通する構造として、前記ピストンと前記シリンダの当接面を用いて構成することを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項１〜９記載のスクロール流体機械において、前記旋回スクロール部材の非旋回時における前記両スクロール部材のラップ歯先歯底間の隙間を目標値１５μｍ以下に狭小化したことを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項１〜４、９及び１０のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた該両スクロール部材を密着させるための流体圧力を、前記吸込圧力より一定量だけ大きな圧力近傍に制御するようにしたことを特徴とするスクロール流体機械。
- 請求項５〜１０のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記両スクロール部材の少なくとも一方の一部に作用させた両スクロール部材を密着させるための流体圧力を、ｘを０〜１の範囲の正数として、吸込圧力のｘ倍の圧力と吐出圧力の１−ｘ倍の圧力との和、あるいは吸込圧力のｘ倍の圧力と吐出圧力の１−ｘ倍の圧力と一定量の大きさを持つ圧力との総和近傍に制御するようにしたことを特徴とするスクロール流体機械。
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