JP4903826B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール流体機械に係り、例えば、作動流体に冷媒などの圧縮性気体または液体を取扱うスクロール圧縮機やスクロール真空ポンプ、スクロール送風機などに好適なスクロール流体機械に関するものである。

従来のスクロール流体機械として、特開２０００−３１４３８２号公報（特許文献１）に示されたものがある。

このスクロール流体機械は、それぞれの台板（端板）に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成される作動室と、ステータ（固定子）及びロータ（回転子）からなる電動機と、ロータを貫通してロータの回転力を伝達するシャフトを有する。旋回スクロールは、自転防止機構により自転防止されながら、非旋回スクロールに対し旋回運動をする。非旋回スクロールに設置した吸込口から作動室へ流入した作動流体は、前記シャフトの回転運動に伴い、作動室の容積が徐々に小さくなり、作動流体を圧縮して、非旋回スクロールに設置した吐出口から吐き出され、密閉ケーシングに設置された吐出パイプからスクロール流体機械と配管接続された冷凍サイクルへと送られる。

なお、上記圧縮動作中に、作動室内の増加した圧力により旋回スクロール及び非旋回スクロールには、互いを退ける方向の力が作用するため、作動室の密閉性を阻害し、作動流体の漏洩損失が増大する。そこで、作動室の密閉性を良好に保持し、作動流体の漏洩を抑制するために、旋回スクロール及び非旋回スクロールの少なくとも一方に対して、互いを近づける方向の支持力である背面圧力を作用させる。この背面圧力には、各運転条件に応じた適正値が存在し、背面圧力が過小であると漏洩損失が増大し、背面圧力が過大であると旋回スクロールと非旋回スクロールとの圧接による摺動面に発生する摩擦損失が増大して、スクロール流体機械の効率及び信頼性を悪化させる要因となる。

一方、冷凍サイクルの運転モードが多様化し、スクロール流体機械には、運転範囲の更なる拡大が望まれている。しかし、スクロール流体機械は、冷凍サイクルの吐出圧力や吸込圧力等、負荷の変動に係わりなくスクロールラップの諸元により決定される、一定の設定圧縮比と押除量を有するものである。そこで、例えば、非旋回スクロールの端板に作動室と吐出空間が連通するリリース弁機構等を設けて、運転条件が設定圧縮比以下でも、余分な圧縮動作をさせないようにしている。また、スクロール流体機械を駆動する電動機をインバータ制御し、電動機の回転数を可変にすることで、一定の押除量のままでも、冷凍サイクルへ供給する好適な作動流体の循環量を確保する。さらに、圧縮途中または圧縮完了後の作動流体を吸込空間へバイパスさせることで、見かけ上の押除量を減少させ，容量を制御する手段もある。

なお、スクロール流体機械の高効率化及び高信頼性化を図るためには、作動室と吸込パイプをバイパスさせて、見かけ上の押除量を減少させる容量制御時に、通常運転時に比べて過大となる背面圧力を小さくさせて摩擦損失の増大を防ぐ必要がある。特許文献１では、その方法として、吸込パイプ７１と吐出パイプ７２から分岐した容量制御パイプ８１を非旋回スクロールの端板に設置した作動室と連通するバイパス弁１５に接続させた構造としている。また、同時に容量制御パイプを背圧制御弁１３の弁体背面に接続させている。ここで、容量制御パイプには、通常運転時と容量制御時との切り替えるための三方弁８０などを設置し、冷凍サイクルの運転条件等に応じて、圧縮機の外部にて作られた制御信号により電気的に制御している。

通常運転時には、バイパス弁１５や背圧制御弁１３に接続した容量制御パイプ８１内が、三方弁８０により吐出パイプと連通して高圧な吐出圧力となり、バイパス弁が開口せず、容量を制御しない。また、背圧制御弁１３のバネ力が高めになり、背面圧力は比較的に高めに調整される。一方、容量制御時には、バイパス弁１５や背圧制御弁１３に接続した容量制御パイプ８１内が、三方弁８０により吸込パイプ７１と連通して低圧な吸込圧力となり、バイパス弁１５が開口し、圧縮途中の作動流体を吸込パイプ７１内へ戻すことで容量を制御する。また、背圧制御弁１３のバネ力が低めになり、背面圧力は比較的に低めに調整される。

別のスクロール流体機械として、特許４０４４７９３号公報（特許文献２）に示されたものがある。このスクロール流体機械は、容量制御用バイパス孔の死容積を低減し、高効率化に寄与するものである。また、容量制御弁の背面に狭い通路を通過する吐出圧力を導入することで弁体の振動を抑制させている。

特開２０００−３１４３８２号公報 特許第４０４４７９３号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来のスクロール流体機械では、吸込パイプや吐出パイプと容量制御用パイプや背圧制御用パイプを配管接続する必要があるため、構造が複雑となり、部品点数が増加し、製造コストが増大するという課題がある。また、作動流体が分岐していく配管内やスクロール流体機械の外部からの電気的な制御信号により制御された三方弁などを通るため、制御の応答遅れが生じるという課題がある。さらに、配管内で圧損や加熱が生じ、スクロール流体機械の高効率化を妨げるという課題がある。

特許文献２に示された従来のスクロール流体機械では、背圧制御に関する記述がなく、容量制御と同時に背圧制御をする手段が示されていないという課題がある。

本発明の目的は、容量を運転条件に応じて自動制御し、かつ、複雑な分岐配管などを不要とし、製造コストを大幅に低減させることができ、かつ、応答性に優れた容量制御と背圧制御を同時に行えるスクロール流体機械を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明は、それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成した作動室と、前記非旋回スクロールの端板に形成した吸込空間と、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に形成した背面圧力領域と、前記背面圧力領域の圧力を制御する背圧制御機構を備えたスクロール流体機械において、
前記背圧制御機構により、前記作動室と前記吸込空間を運転条件に応じてバイパスさせて容量を制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記背圧制御機構は、運転条件に応じて前記背面圧力領域と前記吸込空間をバイパスさせて背面圧力を制御すると共に、流体機械の容量制御運転時に前記作動室と前記吸込空間をバイパスさせて容量を制御する可動弁部を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記可動弁部を磁性体とし、前記可動弁部の可動範囲を制限する部材を永久磁石としたことを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記背圧制御機構を電気的な信号により制御することを特徴とする。

また、本発明は、それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成した作動室と、前記非旋回スクロールの端板に形成した吸込み空間と、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に形成した背面圧力領域と、前記背面圧力領域の圧力を制御する背圧制御機構を備えたスクロール流体機械において、
さらに前記作動室と吸込空間を運転条件に応じてバイパスさせて容量を制御する容量制御機構を備え、流体機械の容量制御運転時に前記容量制御機構により、前記背面圧力を制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記容量制御機構は、運転条件に応じて前記背面圧力領域と前記吸込空間をバイパスさせて背面圧力を制御すると共に、流体機械の容量制御運転時に前記作動室と前記吸込空間をバイパスさせて容量を制御する可動弁部を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記可動弁部を磁性体とし、この可動弁部の可動範囲を制限する部材を永久磁石としたことを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、前記容量制御機構を電気的な信号により制御することを特徴とする。

また、本発明は、上記のスクロール流体機械において、旋回スクロールあるいは非旋回スクロールのどちらか一方の渦巻状ラップ終端角が、他方の渦巻状ラップ終端角と異ならせた非対称な渦巻状ラップを用いたことを特徴とする。

また、本発明は、それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて作動室を形成し、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に背面圧力領域を有したスクロール圧縮機において、容量制御時に圧縮室と吸込空間がバイパスし、圧縮室に吸い込んだガスをすぐには圧縮せず、圧縮開始を遅らせことで見かけ上の押除量を減少させる容量制御機構を設け、その容量制御機構で同時に背面圧力を制御するものである。

本発明のスクロール流体機械によれば、単純な構造で運転条件に応じて容量を制御し、圧縮室の密閉性を良好に確保しながら、摺動摩擦損失を抑制する背面圧力を与えることができる。

本発明の第１実施形態におけるスクロール圧縮機圧縮機構の断面図。 本発明の第１実施形態におけるスクロール圧縮機全体の断面図。 本発明の第１実施形態における通常運転時での背圧制御機構の拡大図。 本発明の第１実施形態における容量制御時での背圧制御機構の拡大図。 本発明の第２実施形態における通常運転時での容量制御機構の拡大図。 本発明の第２実施形態における容量制御時での容量制御機構の拡大図。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。ただし、本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、特に限定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれらの実施の形態のみに限定する趣旨のものではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のスクロール圧縮機１００を、図１から図４を参照しながら説明する。まず、スクロール圧縮機１００に関して図１と図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態におけるスクロール圧縮機の圧縮機構の断面図である。図２は、スクロール圧縮機全体の断面図である。

スクロール圧縮機１００は、圧縮動作を行う圧縮機構と、電動機を含めた駆動機構を密閉ケージング１内に収納して配設した構造となっている。

圧縮機構は、非旋回スクロール２と旋回スクロール３、フレーム４を基本要素としている。非旋回スクロール２と旋回スクロール３とは、噛み合わされて圧縮室２０を形成する。

非旋回スクロール２は、端板２ａと、この端板２ａに立設された渦巻状のラップ２ｂとを基本構成部分としている。この端板２ａの外周部には、吸込口２ｃが形成されている。吸込口２ｃには、吸込パイプ１６が接続されている。端板２ａの中央部には吐出口２ｄが形成されている。また、端板２ａにリリース弁機構１４を設けて、スクロールラップの諸元により決定される一定の設定圧縮比以下の運転時には、圧縮室２０と吐出空間１７が連通するようにしている。

一方、旋回スクロール３は、端板３ａと、この端板３ａに立設された渦巻状のラップ３ｂと、端板３ａの背面側に立設されたボス筒３ｃとを基本構成部分としている。ボス筒３ｃ内には、旋回軸受３ｄが設けられている。

フレーム４は、密閉ケーシング１に溶接等で固定されている。非旋回スクロール２は、フレーム４にボルト等で固定されている。旋回スクロール３は、非旋回スクロール２とフレーム４との間に旋回可能に配置される。フレーム４は、旋回スクロール端板３ａの背面側に背面圧力領域２３である背圧室１３を形成する。また、非旋回スクロール端板２ａに背圧制御機構１９を設置し、背圧室１３の背面圧力を、運転時に吐出圧力と吸込圧力との間で調整する。

旋回スクロール３は、運転時に背圧室１３の背面圧力により非旋回スクロール２側に押し付けられ、圧縮室２０の密閉性が高められる。ここで、非旋回スクロール端板２ａに背圧制御機構１９と圧縮室２０が連通するバイパス孔２２を設け、運転条件に応じて容量を制御できるようにしている。

旋回スクロール３を旋回駆動させる駆動機構は、回転駆動手段の一例としての電動機２１と、シャフト７と、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８と、シャフト７の上部を回転自在に係合する主軸受９と、シャフト７の偏心部とを回転軸方向に移動可能に、かつ、回転自在に係合する旋回軸受３ｄと、シャフト７の下部を回転自在に係合する副軸受１１とを基本要素としている。シャフト７の摺動部は、上記シャフト７の主軸受９、旋回軸受３ｄ及び副軸受１１などに対する部分が相当する。

電動機２１は誘導電動機などで構成され、環状のステータ５と、環状のロータ６とからなる。ステータ５は、焼嵌め等により密閉ケーシング１に固着されている。ロータ６は、ステータ５内に回転可能に配置されている。ロータ６の上下端面には、旋回スクロール３の運動に伴って生じる不釣り合い力を相殺し、圧縮機の振動を低く保つための平衡部品であるバランスウェイト１２が設置されている。

電動機２１と圧縮機構とは、密閉ケーシング１の長手方向に並んで配置され、シャフト７によって連携されている。フレーム４は、電動機２１と圧縮機構との間に配置されている。シャフト７は、電動機２１のロータ６を貫通して設置され、そのロータ６の回転力を圧縮機構に伝達する円筒部材である。シャフト７の上部は、主軸受９により回転自在に軸支され、シャフト７の中間部はロータ６の中心部を貫通し、シャフト７の下部は副軸受１１に回転自在に軸支される。副軸受１１は、シャフト７の安定な回転を確保するために設けられている。

オルダムリング８は、フレーム４内に設置されている。オルダムリング８に形成した直交する２組のキー部分の１組が、フレーム４に構成したキー溝を滑動し、残りの１組が旋回スクロール端板３ａの背面側に構成したキー溝を滑動する。

主軸受９は、フレーム４の中心部に内蔵されている。副軸受１１は、副軸受部材１０の中心部に内蔵されている。副軸受部材１０は、電動機２１の反圧縮機構側の潤滑油１５の油面近傍に配置され、密閉ケーシング１に溶接等により固着されている。なお、密閉ケーシング１内の下部空間には、潤滑油１５が溜められている。シャフト７の下端が潤滑油１５に浸されている。

次に、スクロール圧縮機１００の基本動作について説明する。ステータ５が発生する回転磁界によりロータ６に回転力が与えられ、このロータ６の回転に伴い、ロータ６に固定されたシャフト７が回転動作を行う。旋回スクロール３は、回転軸方向で移動可能に、かつ、回転自在にシャフト７の偏心部と係合しており、シャフト７の回転運動はオルダムリング８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。非旋回スクロール２と旋回スクロール３を噛み合せて形成した圧縮室２０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（圧縮行程）。

圧縮動作では、旋回スクロール３の旋回運動に伴って、冷媒などの作動流体が吸込パイプ１６、吸込口２ｃを経由して圧縮室２０へと吸込まれる。吸込まれた作動流体は、圧縮室２０での圧縮行程を経て非旋回スクロールの吐出口２ｄへと流れ、密閉ケーシング１内の吐出空間１７を経由し、最終的に吐出パイプ１８から圧縮機外部へ吐き出される。

また、密閉ケーシング１内の下部空間に溜められた潤滑油１５は、吐出空間１７での吐出圧力と、背圧室１３での吐出圧力と吸込圧力との間に調整された背面圧力との差圧や、シャフト７の回転動作に伴う遠心力により、旋回軸受３ｄと主軸受９を潤滑したあと、背圧室１３へ供給される。その後、背圧室１３内の潤滑油１５は、圧縮室２０へ供給され、作動流体とともに非旋回スクロールの吐出口２ｄから吐出され、密閉ケーシング１内の吐出空間１７で油分離される。分離された潤滑油１５は、密閉ケーシング１内の下部空間に貯油される。

続いて、図３と図４を用いて、通常運転時と容量制御時における背圧制御機構の動作について詳細に説明する。図３は、通常運転時における背圧制御機構の拡大図である。図４は、容量制御時における背圧制御機構の拡大図である。

背圧制御機構１９は、非旋回スクロール２に設置され、背圧制御用弁体１９ａ（可動弁部）と背圧制御用スプリング１９ｂ、ニードル１９ｃ（可動弁部）、弾性体１９ｄにより構成される。背圧制御用弁体１９ａの下面は背面圧力領域２３と連通しており、背圧制御用弁体１９ａの上面は非旋回スクロール端板２ａに設けた吸込空間２４に連通している。吸込空間２４は、前記吸込口２ｃに連通している。ニードル１９ｃと背圧制御用弁体１９ａとの間に背圧制御用スプリング１９ｂを設置し、背圧制御用スプリング１９ｂの弾性力により、ある一定のバネ力で背圧制御用弁体１９ａを下方へ押し付けている。

また、ニードル１９ｃの上面には、吐出空間１７の圧力を導入し、弾性体１９ｄと背圧制御用スプリング１９ｂを圧縮して、ニードル１９ｃを下方へ押し付けている。ニードル１９ｃの側面の非旋回スクロール２には、圧縮室２０に連通するバイパス孔２２を設けている。なお、ニードル１９ｃが非旋回スクロール２の外部へ飛び出さないように、ストッパ１９ｅ（可動範囲を制限する部材）を設置したり、ニードル１９ｃの側面から吐出空間１７の圧力が、バイパス孔２２や吸込空間２４へ漏れないように、ニードル１９ｃの側面にシール材を付属させても良い。

ここで、背圧制御方法について説明する。背圧制御機構１９により、
（背面圧力による力）＞（吸込圧力による力）＋（スプリング１９ｂの弾性力）のとき、背圧制御用弁体１９ａが上方に移動し、背面圧力領域２３の背面圧力を吸込空間２４へ逃がすことで背面圧力を調整する。つまり、通常運転時には、ニードル１９ｃの位置が固定され、背圧制御用スプリング１９ｂのバネ長さが一定となり、
（背面圧力）＝（吸込圧力）＋（一定値α）に自動制御できる。なお、通常運転時にバイパス孔２２は、ニードル１９ｃの側面で閉口されて、圧縮室２０と吸込空間２４がバイパスしない。

一方、容量制御が求められる運転条件は、一般的に通常運転時と比較して吐出圧力と吸込圧力との圧力差が小さい。そこで、図４に示すように、容量制御時には、弾性体１９ｄと背圧制御用スプリング１９ｂの弾性力を利用し、ニードル１９ｃを上方へ押し上げている。ニードル１９ｃが上方へ押し上げられると、ニードル１９ｃの側面で閉口されていたバイパス孔２２が開口し、圧縮室２０と吸込空間２４はバイパスする。そのため、バイパス孔２２が開口している圧縮室２０は、吸込空間２４となり、圧縮動作をしないで、見かけ上の押除量を減少させることができる。つまり、圧縮機の回転数を一定に保ったままでも、作動流体の循環量が減少し、容量を制御することができる。

容量制御時には、圧縮室２０の一部が圧縮動作をしないため、通常運転時に必要な背面圧力が大幅に低くなる。ここで、背面圧力が過大であると旋回スクロール３と非旋回スクロール２との摺動面に発生する摩擦損失が増大して、スクロール圧縮機の効率及び信頼性を悪化させる。しかし、容量制御時には、ニードル１９ｃが上方へ押し上げられ、背圧制御用スプリング１９ｂのバネ長さが通常運転時に比べて、長くなるために弾性力が小さくなり、（背面圧力）＝（吸込圧力）＋（一定値β）に制御できる。つまり、背圧制御用スプリング１９ｂのバネ長さで決定される弾性力は、
（通常運転時における弾性力（一定値α））＞（容量制御時における弾性力（一定値β））であり、容量制御時の背面圧力は、通常運転時に比べて、大幅に低く制御することができる。

なお、背圧制御機構１９におけるニードル１９ｃを磁性体とし、ストッパ１９ｅを一定の磁力を持つ永久磁石にすることで、運転条件が定常な時に、ニードル１９ｃを磁力により、ストッパ１９ｅに吸引させ、吐出圧力等の脈動に伴い、ニードル１９ｃが上下振動することを抑制し、騒音を発生させないようにしても良い。

以上のように、本実施形態によれば、背圧制御機構に容量制御用のバイパス孔を開閉する機能を付加させ、通常運転時には、バイパス孔を閉口しながら、背面圧力を高めに自動制御して圧縮室の漏洩損失を抑制し（圧縮室の密閉性を良好に確保しながら）、容量制御時には、バイパス孔を開口し、見かけ上の押除量を減少させて容量を自動制御すると同時に、背面圧力を低めに自動制御して旋回スクロールと非旋回スクロールとの摺動面に発生する摩擦損失を抑制し、スクロール圧縮機の効率及び信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、複雑な配管などを不要とした単純な構造であるため、製造コストの上昇を抑え、制御の応答性に優れ、かつ、容量制御時の圧損や加熱を抑制し、高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。

なお、本実施形態では、背圧制御及び容量制御を運転条件に応じて機械的に自動制御する手段について述べたが、特殊な運転条件に対応するため、背圧制御機構に電気的な制御弁（図示せず）を付属させても良い。この電気的な制御の場合、運転条件の変更に際し、敏速かつ容易に対応できる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について、図５及び図６を用いて説明する。図５及び図６は、容量制御機構を背圧制御機構と別体とした構造である。図５及び図６には、背圧制御機構を図示しないが、第１実施形態で述べたような背面圧力の調整機能を有する背圧制御機構を設置している。あるいは、背圧制御機構１９のニードル１９ｃが圧入等により固定され、背圧制御用スプリング１９ｂのバネ長さを一定とし、容量制御をしない全運転条件で圧縮室２０の密閉性を十分に確保するような、（背面圧力）＝（吸込圧力）＋（一定値）に設定した背圧制御機構を設置している。あるいは、第１実施形態で述べたような弁を用いず、旋回スクロール３の端板３ａに背圧室１３と圧縮室２０が連通する孔を設け、（背面圧力）＝（吸込圧力）×（一定値）に調整する背圧制御機構を用いても良い。

図５は、本発明の第２実施形態における通常運転時での容量制御機構である。容量制御機構２５は、非旋回スクロール２に背圧制御機構と別体に設置し、容量制御用弁体２５ａ（可動弁部）と容量制御用スプリング２５ｂ、ニードル２５ｃ（可動弁部）、弾性体２５ｄにより構成される。容量制御用弁体２５ａは、非旋回スクロール２に設けた圧縮室２０と連通するバイパス孔２２をほぼ埋めるような突起形状を持つ。また、容量制御用弁体２５ａは、圧縮室２０に突き出さないような先端形状を持つ。容量制御用弁体２５ａの片面は、バイパス孔２２内にあり、圧縮室２０と連通しており、もう一方の面は、非旋回スクロール端板２ａに設けた吸込空間２４に連通している。ニードル２５ｃと容量制御用弁体２５ａとの間に容量制御用スプリング２５ｂを設置し、容量制御用スプリング２５ｂの弾性力により、ある一定のバネ力で容量制御用弁体２５ａを圧縮室側へ押し付けている。

また、ニードル２５ｃの片面には、吐出空間１７の圧力を導入し、弾性体２５ｄと容量制御用スプリング２５ｂを圧縮して、ニードル２５ｃを圧縮室側へ押し付けている。ニードル２５ｃの側面の非旋回スクロール端板２ａには、背面圧力領域２３と連通している。なお、ニードル２５ｃが非旋回スクロール２の外部へ飛び出さないように、ストッパ２５ｅを設置したり、ニードル２５ｃの側面から吐出空間１７の圧力が背面圧力領域２３や吸込空間２４へ漏れないように、ニードル２５ｃの側面にシール材を付属させても良い。

通常運転時には、ニードル２５ｃの位置が圧縮室側へ押し付けられて固定されているため、容量制御用スプリング２５ｂを強く圧縮し、バイパス孔２２を封止し、容量制御を行わない。また、バイパス孔２２と吸込空間２４、背面領域２３、吐出空間１７は、容量制御用弁体２５ａやニードル２５ｃの側面で、各々がシールされ、連通しない。

一方、容量制御が求められる運転条件は、一般的に通常運転時と比較して吐出圧力と吸込圧力との圧力差が小さい。そこで、図６に示すように、容量制御時には、弾性体２５ｄの弾性力を利用し、ニードル２５ｃを反圧縮室側へ移動させている。ニードル２５ｃが反圧縮室側へ移動すると、容量制御用スプリング２５ｂが自然長となり、容量制御用弁体２５ａをバイパス孔２２から引き離し、圧縮室２０と吸込空間２４はバイパスする。そのため、バイパス孔２２が開口している圧縮室２０の内部空間は、吸込空間２４となり、圧縮動作をしないで、見かけ上の押除量を減少させることができる。つまり、圧縮機の回転数を一定に保ったままでも、作動流体の循環量が減少し、容量を制御することができる。

容量制御時には、圧縮室２０の一部が圧縮動作をしないため、通常運転時に必要な背面圧力が大幅に低くなる。ここで、背面圧力が過大であると旋回スクロール３と非旋回スクロール２との摺動面に発生する摩擦損失が増大して、スクロール圧縮機の効率及び信頼性を悪化させる。しかし、容量制御時には、ニードル２５ｃが反圧縮室側へ移動し、背面圧力領域２３と吸込空間２４が連通して、背面圧力を吸込圧力まで低下させる。あるいは、ニードル２５ｃの一部に背圧調整溝２５ｆを設けておき、ニードル２５ｃの移動に伴い（移動途中において）、背圧調整溝２５ｆが間欠的に背面圧力領域２３へ連通させることで、背面圧力をある目標値に調整することができる。

なお、容量制御機構２５におけるニードル２５ｃを磁性体とし、ストッパ２５ｅ（可動範囲を制限する部材）を一定の磁力を持つ永久磁石にすることで、運転条件が定常な時に、ニードル２５ｃを磁力により、ストッパ２５ｅに吸引させ、吐出圧力等の脈動に伴い、ニードル２５ｃが振動を抑制し、騒音を発生させないようにしても良い。

以上のように、本実施形態によれば、背圧制御機構と別体に設置する容量制御機構により、通常運転時には、バイパス孔をほぼ完全に封止して死容積を無くしたまま、背面圧力を背圧制御機構により自動制御し、容量制御時には、圧縮室と吸込室をバイパスさせ、見かけ上の押除量を減少させて容量を自動制御すると同時に、背面圧力を低めに自動制御して旋回スクロールと非旋回スクロールとの摺動面に発生する摩擦損失を抑制し、スクロール圧縮機の効率及び信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、容量制御機構の追加のみで機能を付加することができ、既存の背圧制御機構に容量制御機構を埋め込む作業等が不要となり、仕様変更が容易である。さらに、本実施形態によれば、複雑な配管などを不要とした単純な構造であるため、製造コストの上昇を抑え、制御の応答性に優れ、かつ、容量制御時の圧損や加熱を抑制し、高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。

なお、本実施形態では、容量制御を運転条件に応じて機械的に自動制御する手段について述べたが、特殊な運転条件に対応するため、容量制御機構に電気的な制御弁（図示せず）を付属させても良い。この電気的な制御の場合、運転条件の変更に際し、敏速かつ容易に対応できる。

また、先の実施形態および本実施形態では、旋回スクロール及び非旋回スクロールの渦巻状ラップ形状については、旋回スクロールあるいは非旋回スクロールのどちらか一方の渦巻状ラップ終端角を他方の渦巻状ラップ終端角と異ならせた非対称な渦巻状ラップを有するスクロール流体機械に本実施形態を用いても良い。これにより、種々の仕様のスクロール流体機械に対応できる。

１…密閉ケーシング、２…非旋回スクロール、２ａ…端板、２ｂ…ラップ、２ｃ…吸込口、２ｄ…吐出口、３…旋回スクロール、３ａ…端板、３ｂ…ラップ、３ｃ…ボス筒、３ｄ…旋回軸受、４…フレーム、５…ステータ、６…ロータ、７…シャフト、８…オルダムリング、９…主軸受、１０…副軸受部材、１１…副軸受、１２…バランスウェイト、１３…背圧室、１４…リリース弁機構、１５…潤滑油、１６…吸込パイプ、１７…吐出空間、１８…吐出パイプ、１９…背圧制御機構、１９ａ…背圧制御用弁体（可動弁部）、１９ｂ…背圧制御用スプリング、１９ｃ…ニードル（可動弁部）、１９ｄ…弾性体、１９ｅ…ストッパ（可動範囲を制限する部材）、２０…圧縮室、２１…電動機、２２…バイパス孔、２３…背面圧力領域、２４…吸込空間、２５…容量制御機構、２５ａ…容量制御用弁体（可動弁部）、２５ｂ…容量制御用スプリング、２５ｃ…ニードル（可動弁部）、２５ｄ…弾性体、２５ｅ…ストッパ（可動範囲を制限する部材）、２５ｆ…背圧調整溝、１００…スクロール圧縮機。

Claims (9)

1. それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成した作動室と、前記非旋回スクロールの端板に形成した吸込空間と、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に形成した背面圧力領域と、前記背面圧力領域の圧力を制御する背圧制御機構を備えたスクロール流体機械において、
   前記背圧制御機構により、前記作動室と前記吸込空間を運転条件に応じてバイパスさせて容量を制御することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 請求項１に記載のスクロール流体機械において、前記背圧制御機構は、運転条件に応じて前記背面圧力領域と前記吸込空間をバイパスさせて背面圧力を制御すると共に、流体機械の容量制御運転時に前記作動室と前記吸込空間をバイパスさせて容量を制御する可動弁部を備えたことを特徴とするスクロール流体機械。
3. 請求項２に記載のスクロール流体機械において、前記可動弁部を磁性体とし、前記可動弁部の可動範囲を制限する部材を永久磁石としたことを特徴とするスクロール流体機械。
4. 請求項１〜３の何れかに記載のスクロール流体機械において、前記背圧制御機構を電気的な信号により制御することを特徴とするスクロール流体機械。
5. それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成した作動室と、前記非旋回スクロールの端板に形成した吸込空間と、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に形成した背面圧力領域と、前記背面圧力領域の圧力を制御する背圧制御機構を備えたスクロール流体機械において、
   前記作動室と吸込空間を運転条件に応じてバイパスさせて容量を制御する容量制御機構を備え、この容量制御機構により流体機械の容量制御運転時に、前記背面圧力を制御し、さらに、前記容量制御機構は、運転条件に応じて前記背面圧力領域と前記吸込空間をバイパスさせて背面圧力を制御すると共に、流体機械の容量制御運転時に前記作動室と前記吸込空間をバイパスさせて容量を制御する可動弁部を備えたことを特徴とするスクロール流体機械。
6. 請求項５に記載のスクロール流体機械において、前記可動弁部を磁性体とし、この可動弁部の可動範囲を制限する部材を永久磁石としたことを特徴とするスクロール流体機械。
7. 請求項５または６に記載のスクロール流体機械において、前記容量制御機構を電気的な信号により制御することを特徴とするスクロール流体機械。
8. それぞれの端板に渦巻状ラップを立設した旋回スクロール及び非旋回スクロールを噛み合せて形成した作動室と、前記非旋回スクロールの端板に形成した吸込空間と、前記旋回スクロールあるいは非旋回スクロールの少なくとも一方の反作動室側に形成した背面圧力領域と、前記背面圧力領域の圧力を制御する背圧制御機構を備えたスクロール流体機械において、
   さらに、前記作動室と吸込空間を運転条件に応じてバイパスさせて容量を電気的な信号により制御する容量制御機構を備え、この容量制御機構により流体機械の容量制御運転時に、前記背面圧力を制御することを特徴とするスクロール流体機械。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のスクロール流体機械において、旋回スクロールあるいは非旋回スクロールのどちらか一方の渦巻状ラップ終端角が、他方の渦巻状ラップ終端角と異ならせた非対称な渦巻状ラップを用いたことを特徴とするスクロール流体機械。

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