JP4941480B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷暖房空調装置や冷蔵庫等の冷却装置、あるいはヒートポンプ式の給湯装置等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

従来、冷凍空調機や冷凍機に用いられるスクロール圧縮機は、一般に、鏡板から渦巻きラップが立ち上がる固定スクロールおよび旋回スクロールを噛み合わせて双方間に圧縮室を形成し、旋回スクロールを自転拘束機構による自転の拘束のもとに円軌道に沿って旋回させたとき、圧縮室が容積を変えながら移動することで吸入、圧縮、吐出を行うものである。スクロール圧縮機において、作動流体を効率良く圧縮するためには、圧縮室への給油が不可欠で、供給されたオイルは主に圧縮室のシール性向上の役割を果たしている。特に、旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積と、内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積が異なる場合には、先に作動流体を閉じ込める第１の圧縮室へオイルを多く供給し、第１の圧縮室から第２の圧縮室への漏れを防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

図１１は特許文献１に記載された従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部の平面図である。図１１において、旋回スクロール１３と、固定スクロール１２と、これら両スクロールの間に形成される複数の圧縮室１００と、オイルを溜める貯油部とを備え、旋回スクロール１３の外壁側に形成される第１の圧縮室である外壁側圧縮室１５ａの閉込み容積が、内壁側に形成される第２の圧縮室である内壁側圧縮室１５ｂの閉込み容積よりも大きいスクロール圧縮機において、貯油部と外壁側圧縮室１５ａ及び内壁側圧縮室１５ｂとをつなぐ圧縮室給油路を設け、この圧縮室給油路は、旋回スクロールの外壁側圧縮室１５ａが閉じきった後の位置に開口しており、給油量を内壁側圧縮室１５ｂよりも外壁側圧縮室１５ａへ多くする。

これにより、吸入容積の大きい外壁側圧縮室１５ａが先に圧縮を開始するため、内壁側圧縮室１５ｂが圧縮を開始する時点では、その圧力は吸入圧力よりも高くなっており、外壁側圧縮室１５ａへの給油量を内壁側圧縮室１５ｂへの給油量よりも多くするか、もしくは外壁側圧縮室１５ａのみへの給油を行うことで、外壁側圧縮室１５ａから内壁側圧縮室１５ｂへの漏れを抑制し、圧縮性能の向上を実現することができる。
特許第４０７５９７９号公報

ここで、従来のスクロール圧縮機における圧縮室間の漏れ経路について図１２を用いて説明する。図１２は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた図である。

図１２において、旋回スクロール１３の外壁側圧縮室を第１の圧縮室１５ａ、内壁側圧縮室を第２の圧縮室１５ｂとする。圧縮室間での漏れ経路は、Ａ．固定スクロールラップ先端部、Ｂ．旋回スクロールラップ先端部、Ｃ．旋回スクロール外壁接点部、Ｄ．旋回スクロール内壁接点部、の４つ存在する。

まずＡに関して説明する。固定スクロール１２のラップ先端と旋回スクロール１３のラップ側鏡板面の間に形成される固定先端隙間１２ｄを介して発生する漏れは、第１の圧縮室１５ａ−１から第２の圧縮室１５ｂ−０、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−０、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−１である。すなわち固定先
端隙間１２ｄを介して発生する漏れは、第１の圧縮室１５ａから第２の圧縮室１５ｂへの漏れのみである。

次にＢに関して説明する。旋回スクロール１３のラップ先端と固定スクロール１２のラップ側鏡板面の間に形成される旋回先端隙間１３ｄを介して発生する漏れは、第１の圧縮室１５ａ−１から第２の圧縮室１５ｂ−０、第２の圧縮室１５ｂ−１から第１の圧縮室１５ａ−１、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−１であり、第１の圧縮室１５ａから第２の圧縮室１５ｂへの漏れと、第２の圧縮室１５ｂから第１の圧縮室１５ａへの漏れの両方が存在する。

次にＣに関して説明する。旋回スクロール１３の外壁接点部１５ｏを介して発生する漏れは、第１の圧縮室１５ａ−２から第１の圧縮室１５ａ−１である。

最後にＤに関して説明する。旋回スクロール１３の内壁接点部１５ｉを介して発生する漏れは、第２の圧縮室１５ｂ−１から第２の圧縮室１５ｂ−０である。

前記従来の構成では、対称となる圧縮室同士を比較して、圧力の高い側の圧縮室（第１の圧縮室）へ給油を多くしていた。つまり、Ａ、Ｂの一部、Ｃで発生する漏れを抑制していることになる。しかしながら、ひとつ前に閉じ込んだ圧縮室と次に閉じ込んだ圧縮室とを比較すると、第１の圧縮室１５ａより第２の圧縮室１５ｂの方が、圧力変化率が大きい。すなわちＣで発生する漏れよりもＤで発生する漏れの方が、性能への影響が大きいことになる。以上のことから、漏れ損失に大きく影響を及ぼしているのは、第２の圧縮室１５ｂにおける漏れであり、第１の圧縮室への給油量を多くしても、第２の圧縮室同士の漏れが抑制できず、結果として性能悪化を招いてしまう。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、固定スクロールのラップ先端に給油溝を設けることで、固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れ（Ａ）を防止し、かつ第２の圧縮室への給油量を多くすることで、旋回スクロールのラップ先端部で発生する漏れ（Ｂ）の一部と、旋回スクロールの内壁接点部で発生する漏れ（Ｄ）を抑制したものであり、これにより圧縮性能の向上を実現するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールを駆動するシャフトと、固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて双方間に形成される圧縮室と、オイルを溜める貯油部とを備え、旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積が、旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積より大きいスクロール圧縮機であって、固定スクロールのラップ先端に溝を形成し、貯油部から第１の圧縮室と第２の圧縮室に導く給油経路を設け、第２の圧縮室への総給油量を第１の圧縮室への総給油量より多くしたものである。

かかる構成によれば、固定スクロールのラップ先端に溝を設けることで、溝内にたまり込んだオイルが圧縮室間のシールオイルとして作用し、固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止する。さらに圧力変化率の大きい第２の圧縮室へ積極的に給油することで、ひとつ前に形成された第２の圧縮室から、次に形成された第２の圧縮室への漏れを抑制することができる。すなわち圧縮行程における漏れ損失を低減することができるので、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

本発明のスクロール圧縮機は、対となる圧縮室の吸入容積が異なる場合において、固定
スクロールのラップ先端に溝を設け、さらに吸入容積の大きい圧縮室よりも、小さい圧縮室の方へオイルを多く供給することで、圧縮室間の漏れ損失を抑制しつつ、圧力変化率の大きい圧縮室の漏れ損失を低減することができ、高効率のスクロール圧縮機を実現することができる。

第１の発明では、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールを駆動するシャフトと、固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて双方間に形成される圧縮室と、オイルを溜める貯油部とを備え、旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積が、旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積より大きいスクロール圧縮機であって、固定スクロールのラップ先端に溝を形成し、貯油部から第１の圧縮室と第２の圧縮室に導く給油経路を設け、第２の圧縮室への総給油量を第１の圧縮室への総給油量より多くしたものである。この構成によれば、固定スクロールのラップ先端に溝を設けることで、溝内にたまり込んだオイルが圧縮室間のシールオイルとして作用し、固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止する。さらに圧力変化率の大きい第２の圧縮室へ積極的に給油することで、ひとつ前に形成された第２の圧縮室から、次に形成された第２の圧縮室への漏れを抑制することができる。すなわち圧縮行程における漏れ損失を低減することができるので、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

第２の発明では、特に第１の発明に記載の固定スクロールの中心部に吐出口を設け、圧縮された作動流体は吐出口から固定スクロールの反ラップ側鏡板面に吐出され、溝に連通する連絡通路を設け、連絡通路の反溝側開口端を固定スクロールの反ラップ側鏡板面に形成したものである。この構成によれば、圧縮された作動流体が吐出口を経て、固定スクロールの反ラップ側鏡板面に吐出されると、作動流体とともに吐出されたオイルが分離され、固定スクロールの反ラップ側鏡板面に溜まった状態となる。すなわち溝に連通する連絡通路の反溝側開口端を、固定スクロールの反ラップ側鏡板面に形成することで、溝への強制給油を行うことが可能となり、溝に供給されたオイルがシールオイルとしての役割を果たすため、確実に固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止することができる。

第３の発明では、特に第２の発明に記載の反溝側開口端に凹部を形成し、凹部の通路断面積を連絡通路の通路断面積より大きくしたものである。この構成によれば、凹部がオイル溜りとなるので、確実に連絡通路にオイルを送り込むことができる。

第４の発明では、特に第３の発明に記載の溝の形成範囲が、第２の圧縮室の吸入容積を形成する２つの接点のうち、中心側の接点より巻き始め側に形成されたものである。この構成によれば、溝が設けられている固定スクロールのラップよって、吸入圧力となる圧縮室が形成されることがないため、溝内のオイル保持が良い。すなわち固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止すると同時に、作動流体の吸入加熱も防止できるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

第５の発明では、特に第３または４の発明に記載の溝の巾が、巻き終わり側に向かうにつれ小さくなるものである。この構成によれば、低圧側の圧縮室を形成するに従い、溝と圧縮室とのシール長が大きくなるため、溝内のオイル保持が良くなり、固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止することができる。

第６の発明では、鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールと、旋回スクロールを駆動するシャフトと、固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせて双方間に形成される圧縮室と、オイルを溜める貯油部とを備え、旋回スクロー
ルのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積が、旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積より大きいスクロール圧縮機であって、固定スクロールのラップ先端にシール部材を備え、貯油部から前記第１の圧縮室と第２の圧縮室に導く給油経路を設け、第２の圧縮室への総給油量を第１の圧縮室への総給油量より多くしたものである。この構成によれば、固定スクロールのラップ先端にシール部材を備えることで、シール部材が固定スクロールのラップ先端部の隙間を埋め、固定スクロールのラップ先端部で発生する漏れを防止する。またシール部材を用いることにより、圧縮室の圧力に関係なくシール部材の装着範囲を設定することが可能となる。さらに圧力変化率の大きい第２の圧縮室へ積極的に給油することで、ひとつ前に形成された第２の圧縮室から、次に形成された第２の圧縮室への漏れを抑制することができる。すなわち圧縮行程における漏れ損失を低減することができるので、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

第７の発明では、特に第１から６のいずれか１つの発明に記載の旋回スクロールの背面に高圧領域と背圧室を形成し、給油経路を複数設け、給油経路の一部もしくは全てが背圧室を経由したものである。この構成によれば、旋回スクロール背面から圧力付加により、旋回スクロールは固定スクロールに安定的に押し付けられ、漏れを低減するとともに安定した運転を行うことができる。さらに給油経路を複数にすることで、必要な箇所へ必要な分だけ給油を行うことができ、背圧室を経由することで供給する圧縮室との圧力差を小さくでき、極小給油を実現することができる。すなわち過剰な給油を防止でき、吸入部に至っては吸入加熱による性能低下、圧縮途中に至っては粘性損失による入力増大等を抑制することができる。

第８の発明では、特に第１から７のいずれか１つの発明に記載の貯油部から第１の圧縮室及び第２の圧縮室へ導く給油経路を、それぞれ第１の給油経路、第２の給油経路とし、第２の給油経路を第１の給油経路に対し同数以上設けたものである。この構成によれば、第１の圧縮室への給油量と同等以上を第２の圧縮室にも供給することで、確実に第２の圧縮室への給油量を多くすることができる。

第９の発明では、特に第１から８のいずれか１つの発明に記載の作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としたものである。この構成によれば、特に動作圧力が高いため、圧力上昇に伴う第２の圧縮室の漏れを効果的に抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の圧縮機構部の要部拡大断面図である。以下、スクロール圧縮機について、その動作、作用を説明する。

図１に示すように本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器１と、その内部に圧縮機構２、モータ部３、貯油部２０を備えて構成されている。図２を用いて圧縮機構部の詳細を説明すると、密閉容器１内に溶接や焼き嵌めなどして固定したシャフト４の主軸受部材１１と、この主軸受部材１１上にボルト止めした固定スクロール１２との間に、固定スクロール１２と噛み合う旋回スクロール１３を挟み込んでスクロール式の圧縮機構２を構成している。旋回スクロール１３と主軸受部材１１との間には、旋回スクロール１３の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングなどによる自転拘束機構１４を設け、シャフト４の上端にある偏心軸部４ａにて旋回スクロール１３を偏心駆動することにより、旋回スクロール１３を円軌道運動させる。これにより固定スクロール１２と旋回スク
ロール１３との間に形成している圧縮室１５が、外周側から中央部に向かって容積を縮めながら移動することを利用して、密閉容器１外に通じた吸入パイプ１６及び固定スクロール１２の外周部の吸入口１７から作動流体を吸入して、圧縮室１５に閉じ込んだのち圧縮を行う。所定の圧力に到達した作動流体は、固定スクロール１２の中央部の吐出口１８からリード弁１９を押し開いて、密閉容器１内に吐出される。

図３は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた図である。図３に示すように、固定スクロール１２と旋回スクロール１３により形成される圧縮室１５には、旋回スクロール１３のラップ外壁側に形成される第１の圧縮室１５ａと、ラップ内壁側に形成される第２の圧縮室１５ｂがあり、第１の圧縮室１５ａの吸入容積の方が、第２の圧縮室１５ｂの吸入容積より大きい。すなわち作動流体を閉じ込めるタイミングが異なるため、対となる第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂの圧力も異なる。図４は第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂの圧力上昇カーブを示したものである。本来は第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂは閉じ込みのタイミングが異なるので、圧力カーブの開始点は一致しないが、ここでは違いを明確にするため閉じ込みのタイミングを一致させたグラフを用いて説明する。図４より、吸入容積の小さい第２の圧縮室１５ｂの方が、第１の圧縮室１５ａに比べ、圧力変化率が大きいことが分かる。すなわち１つ前に形成された第２の圧縮室１５ｂ−１と、次に形成された第２の圧縮室１５ｂ−０の圧力差ΔＰｂが、同じく第１の圧縮室の圧力差ΔＰａより大きいということになり、第２の圧縮室１５ｂに関してはラップの径方向接点部を介して作動流体が漏れやすいことになる。

次に、作動流体の漏れについて、図５を用いて説明する。図５は固定スクロール１２に旋回スクロール１３を噛み合わせた図である。図２に示す、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃと旋回スクロール１３のラップ側鏡板面１３ａの間に形成される固定先端隙間１２ｄを介して発生する漏れは、図５を用いて説明すると、第１の圧縮室１５ａ−１から第２の圧縮室１５ｂ−０、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−０、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−１である。すなわち固定先端隙間１２ｄを介して発生する漏れは、第１の圧縮室１５ａから第２の圧縮室１５ｂへの漏れのみである。これに対し、図２に示す、旋回スクロール１３のラップ先端１３ｃと固定スクロール１２のラップ側鏡板面１２ａの間に形成される旋回先端隙間１３ｄを介して発生する漏れは、図５を用いて説明すると、第１の圧縮室１５ａ−１から第２の圧縮室１５ｂ−０、第２の圧縮室１５ｂ−１から第１の圧縮室１５ａ−１、第１の圧縮室１５ａ−２から第２の圧縮室１５ｂ−１であり、第１の圧縮室１５ａから第２の圧縮室１５ｂへの漏れと、第２の圧縮室１５ｂから第１の圧縮室１５ａへの漏れの両方が存在する。

そこで本実施の形態のスクロール圧縮機では、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃに溝１２ｍを形成し、貯油部２０から第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂに導く給油経路５０を設け、第２の圧縮室１５ｂへの総給油量を第１の圧縮室１５ａへの総給油量より多くする。固定スクロール１２のラップ先端１２ｃに溝１２ｍを形成することで、溝１２ｍにたまり込んだオイル６が第１、第２の圧縮室１５ａ、１５ｂ間のシールオイルとして作用し、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃで発生する漏れ、すなわち第１の圧縮室１５ａから第２の圧縮室１５ｂへの漏れを防止できる。さらに第２の圧縮室１５ｂへの総給油量を第１の圧縮室１５ａへの総給油量より多くすることで、圧力変化率の大きい第２の圧縮室１５ｂの径方向接点部で発生する漏れを防止できる。

さらに詳しく説明すると、図６は給油経路の概念図であり、実線で示す給油経路５０が図２で示す圧縮室給油経路５２に相当する。なおこの概念図において破線で示す給油経路５０は実線で示す給油経路５０以外に更に追加設置してもよいことを意味し、実線で示す給油経路５０のみの場合はもちろんこの実線給油経路に加え破線給油経路を含む各給油経路５０から第１、第２圧縮室１５ａ、１５ｂへ給油される給油量は、第１の圧縮室１５ａ
への給油量をＧａ、第２の圧縮室１５ｂへの給油量をＧｂとすると、「Ｇａ＜Ｇｂ」の関係となるように設定してある。これにより、図４と図５に示すように、圧力変化率の大きい第２の圧縮室１５ｂへ積極的に給油することで、１つ前に形成された第２の圧縮室１５ｂ−１から、次に形成された第２の圧縮室１５ｂ−０への漏れを抑制することができる。すなわち圧縮行程における漏れ損失を低減することができるので、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

ここでオイル６の流れについて説明する。貯油部２０に溜まったオイル６は、シャフト４内を通縦しているオイル供給穴２６を通じて圧縮機構２に供給される。圧縮機構２に導かれたオイル６は、スクロール圧縮機の吐出圧力とほぼ同等であり、旋回スクロール１３に対する背圧源ともなる。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２から離れたり片当たりしたりするようなことはなく、所定の圧縮機能を安定して発揮する。このオイル６の一部が、第１の圧縮室１５ａもしくは第２の圧縮室１５ｂに供給されることになる。また残りのオイル６は、供給圧や自重によって、逃げ場を求めるようにして偏心軸部４ａと旋回スクロール１３との嵌合部６６、シャフト４と主軸受部材１１との間の軸受部６６に進入してそれぞれの部分を潤滑した後落下し、貯油部２０へ戻る。

図７は圧縮機構部の拡大断面図である。図７において図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図７に示すように、固定スクロール１２の中心部に吐出口１８を設け、圧縮された作動流体は吐出口１８から固定スクロール１２の反ラップ側鏡板面１２ｅに吐出され、溝１２ｍに連通する連絡通路１２ｒを設け、連絡通路１２ｒの反溝側開口端１２ｓを固定スクロール１２の反ラップ側鏡板面１２ｅに形成されている。圧縮された作動流体が吐出口１８を経て、固定スクロール１２の反ラップ側鏡板面１２ｅに吐出されると、作動流体とともに吐出されたオイル６が分離され、固定スクロール１２の反ラップ側鏡板面１２ｅに溜まった状態となる。すなわち溝１２ｍに連通する連絡通路１２ｒの反溝側開口端１２ｓを、固定スクロール１２の反ラップ側鏡板面１２ｅに形成することで、溝１２ｍへの強制給油を行うことが可能となり、溝１２ｍに供給されたオイル６がシールオイルとしての役割を果たすため、確実に固定スクロール１２のラップ先端１２ｃで発生する漏れを防止することができる。

図８は図７と同じく圧縮機構部の拡大断面図である。図８において図２、図７と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図８に示すように、反溝側開口端１２ｓに凹部１２ｔを形成し、凹部１２ｔの通路断面積を連絡通路１２ｒの通路断面積より大きくすることで、凹部１２ｔがオイル溜りとなるので、確実に連絡通路１２ｒにオイル６を送り込むことができる。

また溝１２ｍの形成範囲に関して説明する。図５は第２の圧縮室１５ｂに作動流体を閉じ込んだ状態、すなわち第２の圧縮室１５ｂの吸入容積を形成した状態を示した図である。溝１２ｍは、第２の圧縮室１５ｂの吸入容積を形成する２つの接点１５ｐ、１５ｑのうち、中心側の接点１５ｐより巻き始め側に形成する。これにより、溝１２ｍが設けられている固定スクロール１２のラップよって、吸入圧力となる第１、第２圧縮室１５ａ、１５ｂが形成されることがないため、溝１２ｍにオイル６が保持される。詳細に説明すると、溝１２ｍのオイル６と第１、第２圧縮室１５ａ、１５ｂとの圧力差が大きくなると、オイル６が溝１２ｍから圧縮室へと漏れ出してしまい、シールとしての役割を果たせなくなってしまう。また第２圧縮室１５ｂが形成される前の吸入行程中にオイル６が漏れ出すと、オイル６による作動流体の吸入加熱が発生し、体積効率の低下を引き起こしてしまう。そこで溝１２ｍが吸入圧力となる第１、第２圧縮室１５ａ、１５ｂと隣り合うことがないように、溝１２ｍを形成する。これにより、固定スクロール１２のラップ先端部１２ｃで発生する漏れを防止すると同時に、作動流体の吸入加熱も防止できるため、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

また溝１２ｍの巾１２ｗに関して、図５に示すように巻き始め側の巾１２ｗ−２に対し、巻き終わり側の巾１２ｗ−１を小さくすると、低圧側の圧縮室１５を形成するに従い、溝１２ｍと圧縮室１５とのシール長が大きくなるため、溝１２ｍのオイル保持度合いが良化し、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃで発生する漏れを防止することができる。なお本実施の形態では、巻き始めの溝巾１２ｗ−２と巻き終わりの溝巾１２ｗ−１の２箇所を代表して説明したが、巻き終わり側に向かうにつれ溝巾１２ｗが小さくなる形状であれば、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図９は、本発明の第２の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図である。図９において図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

漏れ損失を低減する方法として、本実施の形態のスクロール圧縮機では、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃにシール部材７２を備え、貯油部２０から第１の圧縮室１５ａと第２の圧縮室１５ｂに導く給油経路５０の一部を構成する圧縮室給油経路５２を設け、第２の圧縮室１５ｂへの総給油量を第１の圧縮室１５ａへの総給油量より多くする。固定スクロール１２のラップ先端１２ｃにシール部材７２を備えることで、シール部材７２が固定先端隙間１２ｄを埋め、固定スクロール１２のラップ先端１２ｃで発生する漏れを防止する。またシール部材７２を用いることにより、圧縮室１５の圧力に関係なくシール部材７２の装着範囲を設定することが可能となる。さらに圧力変化率の大きい第２の圧縮室１５ｂへ積極的に給油することで、ひとつ前に形成された第２の圧縮室１５ｂ−１から、次に形成された第２の圧縮室１５ｂ−０への漏れを抑制することができる。すなわち圧縮行程における漏れ損失を低減することができるので、高効率を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

（実施の形態３）
図１、図２を用いて、まず背圧の印加方法について具体的に説明する。旋回スクロール１３の背面１３ｅに、高圧領域３０と、高圧と低圧の中間圧に設定された背圧室２９を形成する。旋回スクロール１３の背面１３ｅから圧力付加により、旋回スクロール１３は固定スクロール１２に安定的に押し付けられ、背圧室２９から圧縮室１５への漏れを低減するとともに、安定した運転を行うことができる。

次に圧縮室１５にオイル６を導く給油経路５０について説明する。背圧室２９と圧縮室１５とをつなぐ圧縮室給油経路５２（給油経路５０の一部を構成）を設けたことにより、必要な箇所へ必要な分だけ給油を行うことができる。例えば圧縮室１５を閉じ込める前の吸入行程においては、ある程度のシールオイルは必要であるものの、大量のオイルが供給されると作動流体の吸入過熱が起こり、体積効率低下を引き起こしてしまう。また圧縮途中においても同様に、大量に供給されると粘性損失による入力増大を引き起こしてしまう。そこで、各箇所に必要な分だけ給油するのが理想的で、それを実現するように圧縮室１５につながる圧縮室給油経路５２を形成してある。また背圧室２９を経由することで供給する圧縮室１５との圧力差を小さくできる。例えば、吸入行程もしくは圧縮途中に対し、高圧領域３０からのオイルを直接供給するより、中間圧に設定された背圧室２９からのオイルを供給する方が、圧力差が小さくなるため、必要最低限の極小給油が可能となる。すなわち過剰な給油を防止でき、吸入加熱による性能低下や粘性損失による入力増大等を抑制することができる。

具体的にこの実施の形態では図２に示すように、旋回スクロール１３の背面１３ｅにシール部材７８を配置し、シール部材７８の内側を高圧領域３０、シール部材７８の外側を
背圧室２９に区画し、高圧領域３０から背圧室２９への背圧室給油経路５１と、背圧室２９から第２の圧縮室１５ｂへの圧縮室給油経路５２という複数の経路を介して給油経路５０を構成している。シール部材７８を用いることにより、高圧領域３０と背圧室２９の圧力が完全に分離できるため、旋回スクロール１３の背面１３ｅからの圧力付加を安定的に制御することが可能となる。また高圧領域３０から背圧室２９への背圧室給油経路５１を設けることで、自転拘束機構１４の摺動部や、固定スクロール１２と旋回スクロール１３のスラスト摺動部にオイル６を供給することができる。また背圧室２９から第２の圧縮室１５ｂへの圧縮室給油経路５２を設けることで、第２の圧縮室１５ｂへの給油量を積極的に増やすことができ、第２の圧縮室１５ｂにおける漏れ損失を抑制することが可能となる。

また背圧室給油経路５１の一開口端５１ｂを旋回スクロール１３の背面１３ｅに形成し、シール部材７８を往来させ、他方の開口端５１ａは常時高圧領域３０に開口させておく。これにより間欠給油が実現できる。すなわち背圧室給油経路５１の一開口端５１ｂが高圧領域３０と背圧室２９を往来することになるが、背圧室給油経路５１の両開口端５１ａ、５１ｂで圧力差が生じたときのみ背圧室２９へとオイル６は供給される。この構成にすると、給油量は開口端５１ｂがシール部材７８を往来する割合で調整できるため、背圧室給油経路５１の通路径をオイルフィルタに対し１０倍以上の寸法で構成することが可能となる。これにより、通路に異物が噛み込んで閉塞する恐れがなくなるため、安定した背圧の印加と同時にスラスト摺動部及び自転拘束機構１４の潤滑も良好な状態を維持でき、高効率かつ高信頼性を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。なお本実施の形態では、開口端５１ａが常時高圧領域３０にあり、開口端５１ｂが高圧領域３０と背圧室２９を往来する場合を例として説明したが、開口端５１ａが高圧領域３０と背圧室２９を往来し、開口端５１ｂが常時背圧室２９にある場合でも、両開口端５１ａ、５１ｂで圧力差が生じるため、間欠給油が実現でき同様の効果が得られる。

旋回スクロール１３の背面１３ｅからの圧力付加が不十分な場合、旋回スクロール１３が固定スクロール１２から離れるチルティング現象を引き起こす恐れがある。チルティング状態では、背圧室２９から閉じ込み前の圧縮室１５へ作動流体が漏れるため、体積効率が悪化する。これを発生させないために、背圧室２９は所定の圧力を維持する必要がある。そこで、作動流体を閉じ込んだ後の第２の圧縮室１５ｂと背圧室２９が連通するように圧縮室給油経路５２を構成する。これにより、背圧室２９の圧力は吸入圧力より高い所定の圧力となるため、チルティング現象を防止することができ、高効率を実現することが可能となる。また仮にチルティングが発生しても、第２の圧縮室１５ｂの圧力を背圧室２９へと導くことが可能であるため、正常運転への早期復帰が可能となる。

（実施の形態４）
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係わるスクロール圧縮機の給油経路の概念図である。図１０に示すように、本実施の形態のスクロール圧縮機では、貯油部２０から第１の圧縮室１５ａ及び第２の圧縮室１５ｂへ導く給油経路５０を、それぞれ第１の給油経路５３、第２の給油経路５４とし、第２の給油経路５４を第１の給油経路５３に対し同数以上設ける。例えば、給油経路５３の数がｍで、給油経路５４の数がｎの場合では、「ｍ≦ｎ」の関係となる。第１の給油経路５３の１つずつに対し、同等の給油量が可能な第２の給油経路５４を形成させることで、第１の圧縮室１５ａへの給油量と第２の圧縮室１５ｂへの給油量は同等となる。これに加え、さらに第２の給油経路５４を形成すると、確実に第２の圧縮室１５ｂへの給油量を多くすることができる。また給油経路５３、５４が同数の場合には、給油経路５３が開口する第１の圧縮室１５ａの平均圧力よりも、給油経路５４が開口する第２の圧縮室１５ｂの平均圧力を低くすることで、第２の圧縮室１５ｂへの給油量を多くすることができる。そしてこのような複数の給油経路５３、５４の具体例としては、例えば先の実施の形態で示したようにラップに設けた圧縮室給油経路５２を複数
箇所に設けることで構成してもよく、それ以外の構成によって構成することも考えられるものである。また、前記実施の形態１で説明した破線の給油経路５０もこのような圧縮室給油経路５２で形成することができる。

なお、本実施の形態では、貯油部２０から第１の圧縮室１５ａもしくは第２の圧縮室１５ｂへ直接導く給油経路５３、５４を例として説明したが、供給経路５３、５４が背圧室２９を経由してもよい。

最後に作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素とした場合、特に動作圧力が高いため、圧力上昇に伴う第２の圧縮室１５ｂ間の漏れを効果的に抑制することができる。すなわち本発明の効果が顕著に現れ、高効率かつ高信頼性を実現するスクロール圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、対となる圧縮室の吸入容積が異なる場合において、固定スクロールのラップ先端部の漏れを防止しつつ、吸入容積の大きい圧縮室よりも、小さい圧縮室の方へオイルを多く供給することで、圧力変化率の大きい圧縮室の漏れ損失を低減することができ、高効率のスクロール圧縮機を実現することができるため、作動流体を冷媒と限ることなく、空気スクロール圧縮機、真空ポンプ、スクロール型膨張機等のスクロール流体機械の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の断面図 本発明の実施の形態１と３におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせた状態での断面図 本発明の実施の形態１における第１の圧縮室と第２の圧縮室の圧力上昇カーブを示す特性図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせた状態での断面図 本発明の実施の形態１における給油経路の概念図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態２におけるスクロール圧縮機の圧縮機構部の要部拡大断面図 本発明の実施の形態４における給油経路の概念図 従来のスクロール圧縮機の平面図 従来のスクロール圧縮機の固定スクロールと旋回スクロールを噛み合わせた状態での断面図

４ シャフト
６ オイル
１２ 固定スクロール
１２ａ ラップ側鏡板面
１２ｃ ラップ先端
１２ｅ 反ラップ側鏡板面
１２ｒ 連絡通路
１２ｓ 反溝側開口端
１２ｔ 凹部
１２ｗ 溝巾
１２ｗ−１ 巻き終わり側の溝巾
１２ｗ−２ 巻き始め側の溝巾
１３ 旋回スクロール
１３ａ ラップ側鏡板面
１３ｃ ラップ先端
１４ 自転拘束機構
１５圧縮室
１５ａ 第１の圧縮室
１５ｂ 第２の圧縮室
２０ 貯油部
２９ 背圧室
３０ 高圧領域
５０ 給油経路
５４ 第１の給油経路
５５ 第２の給油経路
７２ シール部材

Claims (9)

1. 鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールと、前記旋回スクロールを駆動するシャフトと、前記固定スクロールと前記旋回スクロールを噛み合わせて双方間に形成される圧縮室と、オイルを溜める貯油部とを備え、前記旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積が、前記旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積より大きいスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールのラップ先端に溝を形成し、前記貯油部から前記第１の圧縮室と前記第２の圧縮室に導く給油経路を設け、前記第２の圧縮室への総給油量を前記第１の圧縮室への総給油量より多くしてなるスクロール圧縮機。
2. 固定スクロールの中心部に吐出口を設け、圧縮された作動流体は前記吐出口から前記固定スクロールの反ラップ側鏡板面に吐出され、ラップ先端の溝に連通する連絡通路を設け、前記連絡通路の反溝側開口端を前記固定スクロールの反ラップ側鏡板面に形成してなる請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 反溝側開口端に凹部を形成し、前記凹部の通路断面積を連絡通路の通路断面積より大きくしてなる請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. ラップ先端の溝の形成範囲が、第２の圧縮室の吸入容積を形成する２つの接点のうち、中心側の接点より巻き始め側に形成されてなる請求項３に記載のスクロール圧縮機。
5. 溝の巾が、巻き終わり側に向かうにつれ小さくなる請求項３または４に記載のスクロール圧縮機。
6. 鏡板から渦巻き状のラップが立ち上がる固定スクロール及び旋回スクロールと、前記旋回スクロールを駆動するシャフトと、前記固定スクロールと前記旋回スクロールを噛み合わせて双方間に形成される圧縮室と、オイルを溜める貯油部とを備え、前記旋回スクロールのラップ外壁側に形成される第１の圧縮室の吸入容積が、前記旋回スクロールのラップ内壁側に形成される第２の圧縮室の吸入容積より大きいスクロール圧縮機であって、前記固定スクロールのラップ先端にシール部材を備え、前記貯油部から前記第１の圧縮室と前記第２の圧縮室に導く給油経路を設け、前記第２の圧縮室への総給油量を前記第１の圧縮室への総給油量より多くしてなるスクロール圧縮機。
7. 旋回スクロールの背面に高圧領域と背圧室を形成し、給油経路を複数設け、前記給油経路の一部もしくは全てが前記背圧室を経由してなる請求項１から６のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
8. 貯油部から第１の圧縮室及び第２の圧縮室へ導く給油経路を、それぞれ第１の給油経路、第２の給油経路とし、前記第２の給油経路を前記第１の給油経路に対し同数以上設けてなる請求項１から７のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。
9. 作動流体を、高圧冷媒、例えば二酸化炭素としてなる請求項１から８のいずれか１項に記載のスクロール圧縮機。