JP4520731B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関する。

従来のスクロール圧縮機としては、例えば特開２００３−３５２８６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。この従来のスクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせて双方間に圧縮空間が形成され、旋回スクロールを流体圧によって固定スクロール側に押圧して固定スクロールから引き離されないようにするための背圧室が形成され、クランク軸の軸受を介して供給される潤滑油が旋回スクロールの長孔を経由して絞り部で減圧されながら背圧室に供給された後に背圧室から圧力調整機構および吸込通路を有する潤滑油逃がし経路を通して圧縮空間に導かれるように構成されている。

そして、この従来のスクロール圧縮機では、背圧室へ潤滑油を供給する経路を軸受給排油経路とし、そこに２箇所の間欠流路部を設けるか、軸受給排油経路と背圧室から油を逃がす経路に各々１箇所の間欠流路部を設け、背圧室の油供給量や油流出量を調整して背圧を所定の範囲に保ちながら運転を行うようになっている。

特開２００３−３５２８６号公報

しかし、上述した従来のスクロール圧縮機を回転数可変のものに適用した場合には、間欠流路部を設けることによって以下に述べるような問題が生ずる。

一般に間欠流路部を設けると、図５〜図７に示すように給油が変化する。間欠流路を有する油流路において、一定の圧力差が加わる給油路がある時刻に開口した場合の油の質量流速は、図５に実線で示す間欠連通の特性となる。すなわち、油の非圧縮性から閉口時にほぼ不連続的に流速が０まで落ちるため、開口直後の流速は０であり、開口直後に油には主に一定の圧力差による一定の力がかかることによって、ほぼ二次関数で流速が増大していく。しかし、流速が速くなるにつれて、流速を低下させる向きの粘性力が大きくなるため、流速が頭うちになり、最終的には一定の流速Ａに収束する。従って、開口してから時間Ｐで閉じるまでの間に給油路を流れる油の流量は、図５の斜線部分の面積にほぼ等しくなる。つまり、油の流量は時間０から時間ＰまでのＶの定積分で算出される。

そして、給油路の一開口あたりの時間に対する給油路を流れる油量は、図６の実線で示す間欠連通の特性となる。この間欠連通の特性より、開口時間が短い場合には流量は非常に少なく、流速が頭うちとなる時間まで長くなると流量は急激に増加し、時間が非常に長くなると流量は時間にほぼ比例して増加する、という関係であることがわかる。

この関係から、シャフト回転周期と単位時間当たりの軸受給油量を求めると、図７に実線で示す間欠連通の特性となる。ここで、Ｂという値は、シャフトが一回転する間の給油路の連通する時間の割合である。例えば、閉口している時間が０の場合、すなわち閉口した直後に開口するような間欠連通状態の場合はＢ＝１となり、連通時間がシャフト一回転当たりの時間（シャフト回転周期）の半分の場合はＢ＝０．５となる。この特性から、シャフト回転周期が短い場合（すなわち、流体機械の回転周波数が高い場合）には、軸受給油量が極端に少なくなることがわかる。スクロール圧縮機において、一般的に、回転周波数が大きい場合には軸受内の発熱量が増加するので、軸受の温度上昇を抑制して信頼性を確保するために必要な給油量は増加する。

しかし、従来のスクロール圧縮機のような単なる間欠流路を設けた軸受給排油路では、要求される給油特性と正反対の特性を有するため、スクロール圧縮機の回転周波数が高い場合に充分な給油量を確保して軸受の信頼性を確保しようとすると、回転周波数が低い場合に極端な給油過多となり、最終的に油が流入する圧縮室内の油が極端に増加し、圧縮室シール部で油噛み込みによる無駄な仕事が増大してエネルギー効率が低下してしまう。いずれにしても、従来のスクロール圧縮機では、異なる運転条件において軸受の高信頼性と高エネルギー効率とが両立しないという問題があった。

本発明の目的は、スクロール圧縮機の加工性の向上及び背圧弁流出絞り溝の目詰まりの危険性の回避を図りつつ、異なる運転条件でも軸受の高信頼性と高エネルギー効率とを両立させることができるスクロール圧縮機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、異なる運転条件で異なる回転数で駆動されるモータと、前記モータにより回転されるクランク軸と、前記クランク軸を支持する軸受と、端板とそれに立設する渦巻体とを有する非旋回スクロール部材と、端板とそれに立設する渦巻体とを有すると共に前記非旋回スクロール部材と噛み合って前記クランク軸の回転に伴って旋回運動されることにより前記非旋回スクロール部材との間に吸込室または圧縮室を形成する旋回スクロール部材と、前記旋回スクロール部材に前記非旋回スクロール部材への押付け力を与える背圧室を有する付勢力付加手段と、前記背圧室の圧力である背圧を維持するべく前記背圧室に流体を前記クランク軸と前記軸受との隙間を通して流入させる背圧室流体流入手段と、その流入した流体の一部を前記吸込室または圧縮室に流出させる背圧室流体流出手段とを備えたスクロール圧縮機において、前記背圧室流体流入手段は、前記流体の貯留部と前記背圧室とを常に連通して当該流体を当該背圧室に流入させる流路と、前記背圧室に流入する流体のうちの液体成分を不連続に速度を増大させてミスト化するミスト発生手段とを備え、前記背圧室流体流出手段は、前記背圧室と前記吸込室または圧縮室とを繋ぐ背圧室流体流出路と、弁体および弁ばねを有して前記背圧室流体流出路を開閉する背圧制御弁とを備え、前記背圧室流体流出路は、前記背圧室側から順に、前記非旋回スクロール部材の旋回運動により間欠的に開閉される背圧弁流入穴、前記背圧制御弁を収納し当該背圧弁により開閉される背圧弁穴、背圧弁流出穴、背圧弁流出絞り溝を直列に配して構成され、背圧弁流出絞り溝は、前記旋回スクロール部材と前記非旋回スクロール部材とのスラスト摺動部を形成する少なくとも一方の面に矩形断面を有して形成されると共に、溝深さを前記ミスト化された前記液体成分の平均直径とほぼ等しくし、前記モータが異なる運転条件で異なる回転数で駆動される際の前記背圧室の圧力がともに最適値となるように前記背圧弁流出絞り溝の深さ及び前記背圧室流入穴の掃引領域を設定したことにある。

前記本発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記軸受を通る流体が圧縮対象流体を含む油であり、前記軸受の平均油圧が前記背圧室の圧力よりも高く、前記背圧室流体流入手段が前記軸受からの排油手段であること。
（２）前記圧縮室の圧力が吐出圧以上になることを抑制するバイパス弁を設けたこと。

本発明のスクロール圧縮機によれば、スクロール圧縮機の加工性の向上及び背圧弁流出絞り溝の目詰まりの危険性の回避を図りつつ、異なる運転条件でも軸受の高信頼性と高エネルギー効率とを両立させることができる。

本発明の好ましい例によれば、軸受を通る流体が圧縮対象流体を含む油であり、軸受の平均油圧が背圧室の圧力よりも高く、背圧室流体流入手段が軸受からの排油手段であることにより、スクロール圧縮機の加工性を向上することができる。

本発明の好ましい例によれば、圧縮室の圧力が吐出圧以上になることを抑制するバイパス弁を設けたことにより、広範囲な条件下でスクロール流体機械のエネルギー効率を向上することができる。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

本発明の第１実施例のスクロール圧縮機を図１〜図４を用いて説明する。図１は本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１のＭ部拡大図、図３は図１のスクロール圧縮機の固定スクロール部材の下面図、図４は図１のスクロール圧縮機の旋回スクロール部材の上面図である。なお、本実施例は、油と相溶性のある気体を圧縮対象流体とした非旋回スクロール部材が固定された形式（以後、非旋回スクロール部材を固定スクロール部材と称する）のスクロール圧縮機に適用した例である。

本実施例のスクロール圧縮機の一般的な構成を図１を参照しながら説明する。固定スクロール部材１は、非対称歯形である固定渦巻体１ａと固定端板１ｂとを有している。これは、対称歯形でももちろん良い。歯底面には１対のバイパス穴１ｃと吐出穴１ｅを設け、各々にバイパス弁１１０を設けている。また、後述する旋回端板２ｂが摺動する面の潤滑のために、油溝１ｄを設けている。

また、旋回スクロール部材２は、旋回渦巻体２ａと旋回端板２ｂとを有している。その旋回端板２ｂの上面である旋回摺動面及びその旋回渦巻体２ａの表面には、ある程度の大きな負荷時に摺動が伴うと摩耗するなじみ層（図示せず）を形成している。そのなじみ層の厚さは、両スクロール部材１、２を噛み合わせた場合のそれらの形状誤差によって生じる隙間のレベルである。このなじみ層は固定スクロール部材１の旋回スクロール部材との対向面に設けてもよく、また、両方の部材に設けてももちろんよい。旋回背面側には、旋回オルダム溝２ｋを設けている。

このような渦巻体１ａ、２ａを有するスクロール部材１、２を噛み合わせ、固定スクロール部材１をフレーム１５にネジ固定して圧縮部を形成する。この時、旋回軸受２ｃにフレーム１５の主軸受１５ａで支持されたシャフト９の偏心ピン９ａを挿入する。また、そのフレーム１５と旋回スクロール部材２の間に、オルダムリング１６を、そのキー部を旋回スクロール部材２の旋回オルダム溝２ｋとフレーム１５のフレームオルダム溝(図示せず)に挿入しながら配置する。この結果、旋回端板２ｂの上面側には、渦巻体１ａ、２ａの間に圧縮室２００、その周囲に吸込室６が形成される。一方、旋回端板２ｂの下面側には、背圧室４が形成される。

また、フレーム１５の下部から突出したシャフト９の下方には、駆動部であるモータ１７の回転運動部であるロータ１７ａが固定され、それと外周面で対向する位置にモータ１７の静止部であるステータ１７ｂが配されている。モータ１７はインバータなどにより回転数制御されるようになっている。これに伴ってシャフト９も回転数制御されることとなり、さらにはシャフト９で駆動される旋回スクロール部材２が回転数制御されることとなる。

これらの圧縮機構成要素は密閉容器２０で包含されている。そして、圧縮部の上部には圧縮部上部空間２０４を設け、圧縮部とモータ１７との間には圧縮部下部空間２０５を設けている。また、シャフト９の下端は、密閉容器２０に固定された支え板１４に球面対偶を介して位置決めされた副軸受１４ａで支持される。この密閉容器２０の最下部には油を溜める貯油室２１０を設けている。

圧縮部の外周側に複数個の流通溝２０１を設け、圧縮部上部空間２０４と圧縮部下部空間２０５とを連繋してある。ステータ１７ｂの側面に返油のための溝である返油溝２０７も設けてある。圧縮部にガスを送り込む吸い込みパイプ１８が密閉容器２０を貫通して圧縮部の吸込み空間まで挿入されている。吐出パイプ１９が圧縮部下部空間２０５に挿入されている。フレーム１５の下面に設けた円筒部にはプラスチック製の筒状遮蔽体２０８をビス固定する。この筒状遮蔽体２０８の下端は圧縮部下部空間の下側を区切るモータ巻線１７ｃの上部に接するか極めて近づけて配置され、吐出パイプ１９の入口とロータ１７ａとを仕切っている。

ここで、スクロール圧縮機の背圧室流体流出路付近（図１のＭ）に関して主に図２を参照しながら説明する。背圧室４と吸込室６または圧縮室２００を連繋する流路（背圧室流体流出路）は、背圧弁流入穴１００ｇ、背圧弁穴１００ｆ、背圧弁流出穴１００ｅ、背圧弁流出絞り溝１００ａを備えて構成されてる。ここで、背圧弁穴１００ｆには圧縮された弁ばね１００ｂ、弁体１００ｃを配置した後、背圧弁穴１００ｆを弁キャップ１００ｄで蓋をし、背圧制御弁１００が形成される。背圧弁流出絞り溝１００ａは固定渦巻体１ａの内線側外周部に開口させその深さを０．３ｍｍ以下とする。この開口先の空間はシャフト９の回転位相角によって、吸込室６と圧縮室２００の両方の場合がある。

次に、係る構成による動作及び作用効果を説明する。

まず、圧縮対象流体の流れ及びそれに関わる作用効果を述べる。吸込パイプ１８から流入した流体は、吸込室６に流入した後、両スクロール部材１，２間に形成される圧縮室２００で圧縮され、吐出穴１ｅから圧縮部上部空間２０４に出る。この結果、密閉容器２０の内部は概略吐出圧となる。ここで、過圧縮条件では、圧縮室２００の圧力が吐出圧より高くなると、バイパス弁１１０が開口し、圧縮対象流体はバイパス穴１ｃを通って圧縮部上部空間２０４に流出するため、過圧縮が抑制される。そして、この過圧縮抑制を行うと、後述する背圧制御弁１００により広範囲な条件下で背圧の概略的な適正化が可能となる。圧縮部上部空間２０４に出た圧縮対象流体は、圧縮部の側面にある流通溝２０１を通って圧縮部下部空間２０５に入り、密閉容器側面の吐出パイプ１９から圧縮機外に流出する。

ここで、モータ１７によりクランク軸９を回転し、旋回スクロール部材２をオルダムリング１６により自転することなく公転運動させることにより、圧縮室２００が形成される。この時、旋回スクロール部材２は圧縮対象流体による引離し力で押下げる向きに力がかかるが、これに対抗する上向きの引付力を後述のメカニズムによる背圧と旋回軸受２ｃの吐出圧で発生させる。これにより、旋回スクロール部材２に作用する付勢力を上向きとし、旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押付ける。これより、固定スクロール部材１は旋回スクロール部材２の支持部材の役割を担っている。一方、固定スクロール部材１は、それが固定されているフレーム１５を支持部材としている。

次に、油の流れ及び作用効果のうちの一般的な内容を説明する。この油は、各摺動部の潤滑や圧縮部のシールのためにスクロール圧縮機内を循環している。貯油室２１０の油は、吐出圧と背圧（背圧室４の圧力）との圧力差によって、シャフト９の給油穴９ｂを通り、旋回軸受２ｃと主軸受１５ａを潤滑した後、背圧室４へ流入する。この結果、軸受部の排油手段が背圧室２１０の背圧室流体流入手段となる。この背圧室流体流入手段である軸受排油手段は間欠流路ではないために、回転周波数の高い場合に軸受給油量が低下するという問題は起こらず、軸受信頼性を確保できるという効果がある。

この流路は軸受部で絞っているため、軸受部で吐出圧から背圧へ減圧される。液体である油は軸受から背圧室２１０に排出された瞬間に不連続的に減圧が生じ、油の流速の不連続的な増大が起こる。これにより、各軸受１５ａ、２ｃまで一体となって流れてきた油は、背圧室４に入ると、そこに出た部分が引き千切れて飛び出していくため、ミスト状となる。圧力差や油の表面張力等で異なってくるが、油の粒子径は概略０．３ｍｍ前後となる。さらに、圧縮対象流体が油と相溶性のある気体であるため、液体への気体溶解量は圧力低下に伴って減少するという一般則より、背圧室４に入った油から溶け込んでいる圧縮対象流体の気化が起こる。この気化に伴う体積増大により背圧室４への圧力導入が容易となる特有の効果がある。また、この気化は油滴の内部から起こるため、上記した速度の不連続によりミスト化した油滴のうちで粒子径の大きなものほど、気化によって粒子が破裂する確率が高まる。この結果、ミスト化した油の粒径が均一化されるため、後記するように、絞り流路における流路抵抗が安定化し、背圧の設定が安定化するという特有の効果がある。

背圧室４へ流入してミスト状となった油の一部はオルダムリング１６のキー部の潤滑を行いつつ、固定スクロール部材１の下面に開口する背圧弁流入穴１００ｇから前記した背圧室流体流出路に流入する。

この背圧弁流入穴１００ｇは、端板２ｂ上の掃引領域（図４に示したハッチング部）から明らかなように、背圧弁流入穴１００ｇが旋回端板２ｂによる閉塞が生じる位置に配されている。つまり、この部分は旋回スクロール部材２の旋回運動に同期した間欠流路部１０２となっている。

背圧弁流入穴１００ｇに入った油は、その後、背圧制御弁１００に入る。背圧制御弁１００の弁板１００ｃは、その下面側の圧力が上面側の圧力に弁ばね１００ｂの圧縮量に対応する所定値を加えた値よりも高くなると上昇する。すなわち、弁板１００ｃが開口して背圧室４内の油ミスト及びそこから発生した圧縮対象流体が背圧弁穴１００ｆに流入する。これは、弁板１００ｃの下面側の圧力が上面側の圧力に弁ばね１００ｂの圧縮量に対応する所定値になるまで継続する。以上より、この背圧制御弁１００は、弁板１００ｃの下面の圧力をその上面の圧力よりも所定値だけ高い圧力に制御する作用を有する。

さらには、背圧弁穴１００ｆに流入した油及び圧縮対象流体は、断面積の大きな背圧弁流出穴１００ｅを通って背圧弁流出絞り溝１００ａに流入する。背圧弁流出絞り溝１００ａは、旋回運動する旋回端板２ｂとともに、矩形断面を有した絞り流路部１０１を形成し、絞り抵抗を有する。この絞り流路部１０１は、例えば高性能が要求される複数の運転条件下で常時開口してその前後の差圧が０．０１ＭＰａ以上になる流路である。

そして、この背圧弁流出絞り溝１００ａに油が流入すると、この流路の内壁に油が付着され、この流路の絞り抵抗が変化する。本実施例では、背圧弁流出絞り溝１００ａは、旋回運動する旋回端板２ｂとともに、短辺が０．３ｍｍ以下で長辺が１ｍｍ以上の矩形断面を有した流路を形成している。この長辺は、後記するように、評価運転条件下で所望の流路抵抗となるような寸法とする。前記したように、油ミストの粒径が０．３ｍｍ程度であるため、この流路で油が流路内壁に付着する頻度が高く、流れを阻害することになり、絞り作用を有する。これは逆にいえば、流路抵抗の設定の自由度が大きいということになる。特に、本実施例では油と圧縮対象流体が相溶性であるため、前記したようなメカニズムにより油ミストの粒径が均一化し、この流路部での流路抵抗の瞬時値が一定となり、絞り作用を安定化させる効果がある。

通常、絞り流路部は断面積を小さくとるため、ごみによる詰まりの危険性が高くなるが、本実施例では絞り流路部１０１を形成する一面が相対運動を行うため、たとえ詰まったとしても相対運動による排出作用が生じ、詰まりの危険性が大幅に低減できる。また、油ミストを絞り作用に利用しているので、詰まりの危険性の低い大きな絞りを容易に設定できるという効果がある。

この背圧弁流出絞り溝１００ａに入った油と圧縮対象流体は、背圧室流体流出路の出口である圧縮室２００または吸込室６に流入する。圧縮室２００や吸込室６に流入した油は、圧縮室２００のシールを行いながら、圧縮対象流体とともに昇圧され、ミスト状になって吐出口１ａより圧縮対象流体とともに圧縮室上部空間２０４に吐き出され、密閉容器２０の上蓋の内面に衝突する。

そこで、油ミストの一部は油膜となってその内面に付着し、密閉容器２０の内壁を伝ってステータ１７ｂの上面に達する。また、圧縮部上部空間２０４の大容積による圧縮対象ガスの流速低下でガスのミスト搬送能力が大幅に低下し、粒径の大きな油ミストは固定スクロール部材上面に落下し付着する。これが集まって油膜となり、圧縮部の表面を伝って下部まで流れる。そして、液化した油が筒状遮蔽体２０８に達すると、その大部分は筒状遮蔽体２０８の外周面を流下し、接している巻き線１７ｃを伝ってステータ１７ｂの上面に達する。この時、筒状遮蔽体２０８の内部と外部との間の流れは無いため、筒状遮蔽体２０８の下端が巻き線１７ｃと接触していなくても、スムースに油が流下し、再ミスト化することはほとんど無い。そして、油リング２０９により、ロータ７ａに触ること無く返油溝２０７を通って下部の貯油室２１０に油が戻る。本実施例では、筒状遮蔽体２０８をビスでフレーム１５に止めているため、フレーム１５と筒状遮蔽体２０８の間に若干の隙間ができる。この隙間にある程度のオイルが流れ込み、ロータ１７ａやシャフト９に滴下するものが生じる。これにより、油の再ミスト化が生じるが、この場合でも筒状遮蔽体２０８があらゆる方向に飛散したミストをその内面に付着させ液化させる。そして、その後は、筒状遮蔽体２０８の外周面を流下した油と同様に、再ミスト化することなく、貯油室２１０に戻る。この結果、吐出パイプに混入する油ミストは極端に低減し、吐出油量の極めて少ない流体機械を提供できる特有の効果がある。

次に、本実施例に係る背圧室流体流出流路の詳細な作用効果を述べる。従来から、過圧縮を抑制するバイパス弁１１６を有するスクロール圧縮機において、次の式（１）に従う背圧設定により、広範囲で必要背圧にほぼ近い背圧となることが知られている。
背圧＝吸込圧＋Ｃ （Ｃ：一定） （１）
この結果、付勢力のかかる摺動面である両スクロール部材１，２の端板間での摩擦損失が広範囲で低減し、広範囲でエネルギー効率が向上するという効果が有る。さらに、詳しく調べると、吸込圧が高い場合、式（１）中のＣを若干大きくするような背圧設定により、広い運転範囲で一層必要背圧に近づくことがわかってきたため、次の式（２）のような背圧設定を行うようになってきた。
背圧＝吸込圧＋Ａ'×吸込圧＋Ｃ'
＝（１＋Ａ'）×吸込圧＋Ｃ'
＝Ａ×吸込圧＋Ｃ' （Ａ、Ｃ'：一定） （２）
これは、本実施例のような、圧縮室を背圧室流体流出流路の出口とする手段により実現できる。ここでＡ値は、背圧室流体流出流路の出口位置で変えることができ、Ｃ'は弁ばね１００ｂの圧縮量やばね定数で変更可能である。これにより、付勢力がかかる摺動面である両スクロール部材１，２の端板間での摩擦損失が広範囲で一層低減し、広い運転範囲でエネルギー効率が一層向上するという効果が有る。

しかしながら、もう一段詳細に必要な背圧を検討すると、式（２）に従う設定背圧と必要背圧との間に小さいが無視できないレベルのずれがあり、しかも、代表的な運転評価条件毎にそのずれ量が異なっていることが判明した。前記したように、本実施例の背圧室流体流出流路には、背圧制御弁１００の他に、流量の増大に伴って両端の圧力差が増大する背圧弁流出絞り溝１００ａと旋回端板２ｂからなる絞り流路部１０１と、圧縮機の回転周波数の増大に伴って両端の圧力差が増大する背圧弁流入穴１００ｇと旋回端板２ｂとからなる間欠流路部１０２と、が直列に配されており、式（２）に次の２項を加えた次の式（３）で概略表現できる背圧設定値となる。
本実施例の背圧＝Ａ×吸込圧＋Ｃ'＋ｆ（Ｑ）＋ｇ（Ｎ） （３）
（Ａ、Ｃ'：一定）
（Ｑ：流量）
（ｆ：絞り流路両端の差圧でＱの増加関数）
（Ｎ：回転周波数）
（ｇ：間欠流路両端の差圧でＮの増加関数）
これより、従来の式（２）との差を付加することが可能となる。この値は、次の式（４）となり、関数ｆと関数ｇを適正に選択すると、条件毎の背圧微調整が可能となる。
本実施例の背圧−従来の背圧＝ｆ（Ｑ）＋ｇ（Ｎ） （４）
次に、この具体的な調整について、エアコン用圧縮機の場合の重要な評価条件である冷房定格条件と暖房定格条件を例に上げて説明を行う。ｆ（Ｑ）はＱ＝０で０、ｇ（Ｎ）もＮ＝０で０となる関数であるから、Ｑ、Ｎが極端に大きくない場合、式（４）は一次近似として次の式（５）の形に変形できる。
本実施例の背圧−従来の背圧＝γ・Ｑ＋δ・Ｎ （５）
（γ、δ：一定）
ここで、γは背圧弁流出絞り溝１００ａの深さの調整で調整可能であり、δは図４に示す旋回端板２ｂ上の背圧室流入穴１００ｇの掃引領域の設定で調整可能である。後者は、具体的には、背圧弁流入穴１００ｇの径や固定スクロール部材１の中心からの設定距離を変えることで実現できる。また旋回半径を変更しても可能である。この（５）式を上記二定格条件に適用すると、次の式（６）および式（７）となる。
（背圧微調整量）_冷定＝γ・Ｑ_冷定＋δ・Ｎ_冷定………（６）
（背圧微調整量）_暖定＝γ・Ｑ_暖定＋δ・Ｎ_暖定………（７）
これを、γとδの二値を未知数とする連立方程式として解き、このγとδを実現するように絞り流路部１０１と間欠流路部１０２の調整を行う。

以上により、重要な複数の評価条件である冷房定格及び暖房定格条件の背圧をともに最適値に設定できるため、複数の評価条件で付勢力を必要最小限とし、摺動部での摩擦損失を極限まで抑制できる。つまり、複数の条件下でエネルギー効率を向上できるという効果がある。冷房定格条件と暖房定格条件を例に挙げたが、上述した説明から明らかな通り、この条件に限ったことではなく、必要に応じて異なる条件で背圧の最適化を図ることができる。

ところで、本実施例の固定スクロール部材１は、図３に示すように、固定内線側のインボリュート区間が吸込み側まで延長した非対称歯形となっている。このため、固定スクロール渦巻体１ｂの内線側で形成される圧縮室（圧縮室Ａと称する）は外線側で形成される圧縮室（圧縮室Ｂと称する）よりも圧力の高い場合が多く、シール隙間の漏れは、圧縮室Ａから圧縮室Ｂへ向かう流れが多い。本実施例は、背圧弁流出流路の出口が圧縮室Ａか圧縮室Ａとなる吸込室に開口していることから、軸受給油の大部分が圧縮室Ａに注入される。このため、圧縮室のシール性が向上しエネルギー効率が向上するという特有の効果がある。

従来から旋回スクロール部材の旋回端板２ｂの外周面の中央に旋回外周溝２ｙを設けている。これは、背圧室４の旋回端板２ｂ側面部での油圧縮回避とともに、旋回スクロール部材２加工時のチャッキングのつめをかけるためである。これによって、従来では旋回端板２ｂ外縁部の剛性が低下していた。このため、旋回端板２ｂのおもて面の仕上げ時に、砥石を押付けて研磨したり、エンドミルを押付ける向きに切削加工したりするような場合、旋回端板２ｂ外縁部が弾性変形で押し下げられた状態で加工するため、加工後は弾性変形が元に戻ってしまい、外縁部が突出した形状となっていた。これが端板同士の摺動時に引っかかりを生じ、摩擦係数が増大して摺動損失を増加させ、エネルギー効率を低下させるという問題があった。そこで、本実施例では、旋回スクロール部材の旋回端板２ｂの外縁に旋回外縁削除部２ｘを設けている。これにより、端板同士の摺動時の引っかかりを回避でき、摩擦係数を低減して摺動損失を減少させ、エネルギー効率を向上できるという特有の効果がある。

また、図３に明示するように、吸込み部に三角形状の吸込溝１ｈを設けている。これは、非対称歯形において、圧縮室２００の閉じ込み完了直前まで吸込み流路を確保し、吸込み圧損の低減によるエネルギー効率の向上という効果とともに、その壁面における圧縮対象流体の整流作用（図３中の二点鎖線）により、閉じ込み直前の圧縮室に圧縮対象流体を加給し、体積効率を向上させる効果がある。

また、図４の下部ハッチング部に周囲よりも盛り上がった旋回歯底吐出部２ｚを設けている。従来は、両スクロール部材１，２にかかる引付力と引離し力による変形と圧縮室内の断熱圧縮による熱変形の結果、両スクロール部材は中央部での軸方向接近距離が一番大きく、外周へいくに連れてその量は減少していくと考えてきた。このため、固定歯先は加工上から平らとし、相手である旋回歯先を旋回端板２ｂの摺動部と同一高さにするかあるいは凹ませていた。そして凹み量を中心に向かうにつれて徐々に増加させたテーパ状とした。ところが、詳細な変形解析やなじみ形状の詳細検討により、図４の２ｚで示す部分において局部的に組立時よりも運転時の方が隙間が拡大し、従来の隙間設定では、この部分で運転時に大きな隙間が発生して漏れが生じ、大幅に性能を低下させていたことが判明した。これは、相手部（図３中のハッチング部である固定歯底凹み部１ｚ）が、低温の吸込み部に近く、熱変形で縮むためである。本実施例では、図４の旋回歯底吐出部２ｚを設定したため、運転時の隙間が縮小もしくは無くなり、漏れが抑制または回避され性能が向上する効果がある。この旋回歯底吐出部２ｚの製作は、歯底を中央へ行くにつれて凹ませたテーパ形状にした後、旋回端板２ｂのうちの旋回渦巻体２ａに挟まれない摺動部をエンドミルか砥石で仕上げ加工することにより、容易に実現できる。

次に、本発明の第２実施例について図８を用いて説明する。図８は本発明の第２実施例のスクロール圧縮機の旋回スクロール部材の上面図である。この第２実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、背圧弁流入穴１００ｇの位置を固定スクロール部材１の中央寄りに移動させるか、または、旋回端板２ｂの直径を拡大させることにより、背圧弁流入穴１００ｇの掃引領域（破線で囲む円環状領域）全てが端板２ｂ上に含まれるように配すると共に、その掃引領域の一部を切欠く旋回切欠き溝２ｑを設けたものである。旋回切欠き溝２ｑの角度β（背圧弁流入穴中心軌跡の中心と旋回端板２ｂの中心とを結ぶ線と、αの二等分線とのなす角）を変更することによって、背圧室流体流出流路の出口が開口する圧縮室の圧力レベルを変化させることができる。具体的には式（２）のＡ値を変化させることが可能となる。また、旋回切欠き溝２ｑの角度α（旋回切欠き溝の切欠き角度）の変更により、間欠流路部１０２の連通時間配分を変化させることができる。具体的には式（３）の関数ｇ（近似式では式（５）のδ）を変化させることができる。

この第２実施例によれば、以上のようにして、背圧の設定を容易にでき、運転条件が変化しても最適背圧の設定値をそれに合わせて容易に行えるという効果がある。

なお、本実施例では、背圧弁流入穴１００ｇの掃引領域（破線で囲む円環状領域）全てが端板２ｂ上に含まれるように配しているが、これは角度α、βの設定可能範囲を拡大するためであり、これに限る必要はない。第１実施例のように、背圧弁流入穴１００ｇの掃引領域の一部が端板２ｂ上からはずれた場合でも、旋回切欠き溝２ｑの効果を有するものである。

次に、本発明の第３実施例について図９を用いて説明する。図９は本発明の第３実施例のスクロール圧縮機の固定スクロール部材の下面図である。この第３実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第３実施例では、背圧室流体流出路の絞り流路部１０１を直線でなく曲がった背圧弁流出曲がり絞り溝１００ｍとしたものである。この背圧弁流出曲がり絞り溝１００ｍによれば、流路を長くとれるので、その分だけ溝の深さを浅くしなくても所望の絞り作用が得られる。これによって、加工性を格段に向上することができると共に、絞り流路部１０１の詰まりの危険性を一層低減できるという効果がある。さらに、背圧制御弁の位置を変更せずに、背圧室流体流出流路出口の開口位置を変化できる。つまり、式（２）のＡ値を変化させることが容易に可能となる効果がある。

次に、本発明の第４実施例について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の第４実施例のスクロール圧縮機の旋回端板の縦断面図である。この第４実施例は、次に述べる通り第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第４実施例では、旋回スクロール部材２の旋回端板２ｂの外縁に設ける削除部をテーパ状の旋回外縁テーパ削除部２ｘ２としたものである。係る旋回外縁テーパ削除部２ｘ２によれば、両スクロール部材１，２の摺動部に油が入りやすくなるため、潤滑性が向上し、摩耗の回避による信頼性の向上と摩擦係数の低減によるエネルギー効率の向上という効果がある。

本発明の第１実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のＭ部拡大図である。 図１のスクロール圧縮機の固定スクロール部材の下面図である。 図１のスクロール圧縮機の旋回スクロール部材の上面図である。 間欠流路部における給油路開口時刻からの時間と給油路内に発生する油の流れの速度との関係を示す特性図である。 間欠流路部における給油路が一回だけ開口して閉じる間の時間とその間に流れる油の総量の関係を示す特性図である。 間欠流路部におけるスクロール圧縮機のシャフト回転周期と軸受給油量の関係を示す特性図である。 本発明の第２実施例のスクロール圧縮機の旋回スクロール部材の上面図である。 本発明の第３実施例のスクロール圧縮機の固定スクロール部材の下面図である。 本発明の第４実施例のスクロール圧縮機の旋回端板の縦断面図である。

符号の説明

１…固定スクロール部材、１ａ…固定渦巻体、１ｂ…固定端板、１ｃ…バイパス穴、１ｄ…油溝、１ｅ…吐出穴、１ｈ…三角形状吸込溝、１ｚ…渦巻体歯先凹み部、２…旋回スクロール部材、２ａ…旋回渦巻体、２ｂ…旋回端板、２ｃ…旋回軸受、２ｑ…旋回切欠き溝、２ｘ…旋回外縁削除部、２ｘ２…旋回外縁テーパ削除部、２ｚ…旋回歯底突出部、４…背圧室、６…吸込室、９…シャフト、９ａ…偏心ピン、１５…フレーム、１７…モータ、１００…背圧制御弁、１００ａ…背圧弁流出絞り溝、１００ｂ…弁ばね、１００ｃ…弁板、１００ｅ…背圧弁流出穴、１００ｆ…背圧弁穴、１００ｇ…背圧弁流入穴、１００ｍ…背圧弁流出曲り絞り溝、１１０…バイパス弁、２００…圧縮室、２１０…貯油室、２０４…圧縮部上部空間、２０５…圧縮部下部空間。

Claims (3)

1. 異なる運転条件で異なる回転数で駆動されるモータと、
   前記モータにより回転されるクランク軸と、
   前記クランク軸を支持する軸受と、
   端板とそれに立設する渦巻体とを有する非旋回スクロール部材と、
   端板とそれに立設する渦巻体とを有すると共に前記非旋回スクロール部材と噛み合って前記クランク軸の回転に伴って旋回運動されることにより前記非旋回スクロール部材との間に吸込室または圧縮室を形成する旋回スクロール部材と、
   前記旋回スクロール部材に前記非旋回スクロール部材への押付け力を与える背圧室を有する付勢力付加手段と、
   前記背圧室の圧力である背圧を維持するべく前記背圧室に流体を前記クランク軸と前記軸受との隙間を通して流入させる背圧室流体流入手段と、
   その流入した流体の一部を前記吸込室または圧縮室に流出させる背圧室流体流出手段とを備えたスクロール圧縮機において、
   前記背圧室流体流入手段は、前記流体の貯留部と前記背圧室とを常に連通して当該流体を当該背圧室に流入させる流路と、前記背圧室に流入する流体のうちの液体成分を不連続に速度を増大させてミスト化するミスト発生手段とを備え、
   前記背圧室流体流出手段は、前記背圧室と前記吸込室または圧縮室とを繋ぐ背圧室流体流出路と、弁体および弁ばねを有して前記背圧室流体流出路を開閉する背圧制御弁とを備え、
   前記背圧室流体流出路は、前記背圧室側から順に、前記非旋回スクロール部材の旋回運動により間欠的に開閉される背圧弁流入穴、前記背圧制御弁を収納し当該背圧弁により開閉される背圧弁穴、背圧弁流出穴、背圧弁流出絞り溝を直列に配して構成され、
   背圧弁流出絞り溝は、前記旋回スクロール部材と前記非旋回スクロール部材とのスラスト摺動部を形成する少なくとも一方の面に矩形断面を有して形成されると共に、溝深さを前記ミスト化された前記液体成分の平均直径とほぼ等しくし、
   前記モータが異なる運転条件で異なる回転数で駆動される際の前記背圧室の圧力がともに最適値となるように前記背圧弁流出絞り溝の深さ及び前記背圧室流入穴の掃引領域を設定した
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記軸受を通る流体が圧縮対象流体を含む油であり、前記軸受の平均油圧が前記背圧室の圧力よりも高く、前記背圧室流体流入手段が前記軸受からの排油手段であることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１または２に記載のスクロール圧縮機において、前記圧縮室の圧力が吐出圧以上になることを抑制するバイパス弁を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。

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