JP6821062B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、高圧シェル型のスクロール圧縮機に関するものである。

特許文献１には、高圧シェル型のスクロール圧縮機が記載されている。このスクロール圧縮機において、吸入圧力空間とボス部空間との間には、圧力調整弁が設けられている。ボス部空間の圧力は、圧力調整弁の作用により、吸入圧力よりも高く吐出圧力よりも低い一定の中間圧に維持される。密閉容器の底部に貯められている冷凍機油は、密閉容器内の吐出圧力とボス部空間内の中間圧との差圧により、主軸の中空空間を通ってボス部空間に供給される。

特開２０１１−１１１９６９号公報

吸入圧力と吐出圧力との差圧が小さい起動直後などの低差圧運転時には、吐出圧力と中間圧との差圧が小さくなる。このため、低差圧運転時には、密閉容器の底部からボス部空間への冷凍機油の供給量が不足し、軸受などの摺動部に焼付きが生じやすくなるという課題があった。低差圧運転時の冷凍機油の供給量を確保するためには、中間圧がより低い圧力に維持されるように圧力調整弁を設定することが考えられる。しかしながら、中間圧が低い圧力に維持されている場合、吸入圧力と吐出圧力との差圧が大きくなる高差圧運転時には、吐出圧力と中間圧との差圧が大きくなり、冷凍機油の供給量が必要以上に増大してしまう場合がある。これにより、多量の冷凍機油がボス部空間を介して圧縮室内に流入し、スクロール圧縮機の高差圧運転時の性能が低下してしまう場合があるという課題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低差圧運転時における冷凍機油の供給量を確保しつつ、高差圧運転時における冷凍機油の供給量の増大を抑制できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係るスクロール圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールを旋回駆動する主軸と、前記主軸を半径方向に支持し、前記主軸に沿った軸方向の移動が許容される可動フレームと、前記密閉容器に対して固定され、前記可動フレームを半径方向に支持する固定フレームと、を備え、前記揺動スクロールと前記可動フレームとの間には、吸入圧よりも高く吐出圧よりも低い圧力に維持される中間圧空間が形成されており、前記密閉容器の底部には、前記吐出圧に維持され、冷凍機油を貯留する油溜めが形成されており、前記主軸の内部には、前記油溜めから前記中間圧空間に供給される前記冷凍機油が流通する給油経路が形成されており、前記可動フレームには、筒状の弁室と、前記弁室に収容され前記中間圧空間の圧力を調節する調節弁と、が設けられており、前記弁室は、前記弁室の一端側に設けられ前記中間圧空間と連通する中間圧室と、前記弁室の他端側に設けられ前記吐出圧に維持される高圧室と、前記中間圧室と前記高圧室との間に設けられ前記吸入圧に維持される低圧室と、を有しており、前記調節弁は、前記中間圧室と前記低圧室との間に形成された弁座と、前記低圧室側から前記弁座に当接する弁体と、前記低圧室と前記高圧室との間を仕切り、かつ前記低圧室の圧力と前記高圧室の圧力との差圧により前記弁室内を移動するばね押さえと、前記弁体と前記ばね押さえとの間に設けられ、前記弁体を前記弁座側に付勢するとともに前記ばね押さえを前記他端側に付勢する第１コイルばねと、を有しており、前記高圧室は、前記可動フレームの内部に形成された内部経路を介して、前記密閉容器内で前記吐出圧に維持される高圧空間と連通しており、前記内部経路は、前記可動フレームの表面側から形成された複数の穴を有しており、前記複数の穴のそれぞれの一部は、閉塞部材によって前記可動フレームの表面側から閉塞されているものである。

本発明によれば、低差圧運転時には、ばね押さえが弁室の他端側に移動することにより、弁体に対する第１コイルばねの付勢力が小さくなるため、中間圧空間の圧力を相対的に低い圧力に維持することができる。したがって、低差圧運転時には、吐出圧と中間圧空間の圧力との差圧を大きくできるため、中間圧空間への冷凍機油の供給量を確保することができる。一方、高差圧運転時には、ばね押さえが弁体側に移動することにより、弁体に対する第１コイルばねの付勢力が大きくなるため、中間圧空間の圧力を相対的に高い圧力に維持することができる。したがって、高差圧運転時には、吐出圧と中間圧空間の圧力との差圧を小さくできるため、中間圧空間への冷凍機油の供給量の増大を抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３を調節弁３０側から見た構成を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３を軸方向上方から見たときの調節弁３０の配置及び構成を示す模式図である。 図３のＶ部を拡大して示す図である。 図３のＶ部を拡大して示す図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００の調節弁３０近傍の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００の調節弁３０近傍の構成を示す図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機について説明する。図１は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の構成を示す縦断面図である。スクロール圧縮機１００は、密閉容器１０内の空間が吐出圧となる高圧シェル型である。スクロール圧縮機１００には、固定フレーム４及び可動フレーム３を用いたフレームコンプライアンス機構が搭載されている。スクロール圧縮機１００は、空気調和装置等に用いられる冷凍サイクル装置の構成要素の１つとなる。明細書中における各構成部材同士の位置関係（例えば、上下関係等）は、原則として、スクロール圧縮機１００を使用可能な状態に設置したときのものである。

図１に示すように、スクロール圧縮機１００は、圧力容器である密閉容器１０を有している。密閉容器１０内には、密閉容器１０に対して固定して設けられた固定スクロール１と、固定スクロール１に対して揺動自在に設けられ、固定スクロール１と共に圧縮機構部を構成する揺動スクロール２と、揺動スクロール２を旋回駆動する主軸６と、主軸６を半径方向に支持するとともに軸方向に移動可能に設けられた可動フレーム３と、密閉容器１０に対して固定して設けられ、可動フレーム３を半径方向に支持する固定フレーム４と、揺動スクロール２と可動フレーム３との間に配置され、揺動スクロール２の自転を防止するオルダム機構８と、主軸６を回転駆動する電動機５と、が収容されている。密閉容器１０には、冷媒回路の上流側から低圧の冷媒ガスを吸入して圧縮室に導入する吸入管１１と、圧縮室で圧縮されて密閉容器１０内の高圧空間１０ａに吐出された高圧の冷媒ガスを冷媒回路の下流側に吐出する吐出管１２と、が取り付けられている。密閉容器１０の底部には、冷凍機油が貯留される油溜め５０が設けられている。油溜め５０は、高圧空間１０ａの一部であり、吐出圧に維持される。

固定フレーム４の外周部は、密閉容器１０の内周部に固定されている。固定スクロール１の外周部は、固定フレーム４の外周部にボルト１６によって締結されている。固定スクロール１の台板部１ａの一方の面（図１において下面）には、板状渦巻歯１ｂが形成されている。また、当該一方の面において板状渦巻歯１ｂよりも外周側には、一対のオルダム案内溝１ｃがほぼ一直線上に形成されている。

揺動スクロール２の台板部２ａの一方の面（図１において上面）には、固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂと同一形状の板状渦巻歯２ｂが形成されている。固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂと揺動スクロール２の板状渦巻歯２ｂとは、互いに噛み合うように組み合わされている。これにより、冷媒ガスを圧縮する複数の圧縮室１４が形成される。各圧縮室１４は、板状渦巻歯１ｂ又は板状渦巻歯２ｂによって互いに隔てられている。

また、台板部２ａにおいて、板状渦巻歯２ｂが形成された面とは反対側となる他方の面（図１において下面）の中心部には、中空円筒状のボス部２ｄが形成されている。ボス部２ｄの内側面には、揺動軸受２ｅが形成されている。台板部２ａの上記他方の面の外周部には、可動フレーム３のスラスト軸受３ａと圧接摺動可能なスラスト面２ｆが形成されている。台板部２ａの上記他方の面においてスラスト面２ｆよりも外周側には、固定スクロール１のオルダム案内溝１ｃとほぼ９０度の位相差を持つ一対のオルダム案内溝２ｃがほぼ一直線上に形成されている。

オルダム機構８は、環状部８ｃと、環状部８ｃに形成された一対の固定側キー部８ａ及び一対の揺動側キー部８ｂと、を有している。固定側キー部８ａ及び揺動側キー部８ｂは、いずれも環状部８ｃの一方の面（図１において上面）に形成されている。一対の固定側キー部８ａは、固定スクロール１の台板部１ａに形成された一対のオルダム案内溝１ｃにそれぞれ往復摺動自在に係合している。一対の揺動側キー部８ｂは、揺動スクロール２の台板部２ａに形成された一対のオルダム案内溝２ｃにそれぞれ往復摺動自在に係合している。このように構成されたオルダム機構８によって、揺動スクロール２は自転することなく旋回運動を行うことができる。

吸入管１１を介して圧縮室吸入空間１４ａに導入された低圧の冷媒ガスは、最も外周側に位置する圧縮室１４である最外室１４ｂに吸入される。最外室１４ｂに吸入された冷媒ガスは、揺動スクロール２の旋回運動に伴って内周側の圧縮室１４に移動しながら徐々に圧縮され、中心部に位置する圧縮室１４である最内室１４ｃに達すると、密閉容器１０内の高圧空間１０ａに吐出される。

揺動スクロール２の台板部２ａには、圧縮行程途中の圧縮室１４からスラスト面２ｆまで貫通した抽気孔２ｇが形成されている。圧縮室１４内の中間圧の冷媒ガスは、抽気孔２ｇを介してスラスト面２ｆに導かれる。抽気孔２ｇのスラスト面２ｆ側の開口端は、通常運転時にはその円軌跡が可動フレーム３のスラスト軸受３ａの範囲内に常時収まるように配置されている。

可動フレーム３においてスラスト軸受３ａよりも外周側には、オルダム機構８の環状部８ｃが往復摺動する摺動面３ｂが形成されている。可動フレーム３の中心部には、電動機５によって回転駆動される主軸６を半径方向に支持する主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｄが設けられている。

可動フレーム３は、圧力差によって軸方向に移動可能となるように固定フレーム４内に収容されている。可動フレーム３の外周面には、上側円筒面３ｅと、上側円筒面３ｅよりも下方に位置し上側円筒面３ｅよりも小径の下側円筒面３ｆと、が形成されている。固定フレーム４の内周面には、上側円筒面４ａと、上側円筒面４ａよりも下方に位置し上側円筒面４ａよりも小径の下側円筒面４ｂと、が形成されている。可動フレーム３の上側円筒面３ｅは固定フレーム４の上側円筒面４ａの内周側に嵌入されており、可動フレーム３の下側円筒面３ｆは固定フレーム４の下側円筒面４ｂの内周側に嵌入されている。可動フレーム３は、固定フレーム４によって半径方向に支持されるとともに、主軸６に沿った軸方向の移動が許容される。

可動フレーム３の外周面と固定フレーム４の内周面との間には、フレーム下部空間２０が形成されている。フレーム下部空間２０の上端は、可動フレーム３と固定フレーム４とに全周にわたって挟まれた環状の上部シール部材９ａによって仕切られている。フレーム下部空間２０の下端は、可動フレーム３と固定フレーム４とに全周にわたって挟まれた環状の下部シール部材９ｂによって仕切られている。上部シール部材９ａ及び下部シール部材９ｂは、可動フレーム３の外周面に周方向に沿って環状に形成された２つのシール溝にそれぞれ収納されている。これらのシール溝は、固定フレーム４の内周面に形成されていてもよい。

スラスト軸受３ａよりも外周側において可動フレーム３と揺動スクロール２の台板部２ａとに挟まれた空間は、揺動スクロール外部空間２１となる。揺動スクロール外部空間２１は、吸入管１１内の空間及び圧縮室吸入空間１４ａと連通している。通常運転時には、揺動スクロール外部空間２１は吸入圧に維持される。

スラスト軸受３ａよりも内周側において可動フレーム３と揺動スクロール２の台板部２ａとに挟まれた空間は、中間圧空間１５となる。中間圧空間１５は、ボス部２ｄの外周側に形成されているため、ボス部外部空間とも呼ばれる場合がある。通常運転時には、中間圧空間１５は、吸入圧より高く吐出圧より低い中間圧に維持される。可動フレーム３には、中間圧空間１５内の中間圧を一定に維持するための調節弁３０が設けられている。調節弁３０の構成については後述する。

可動フレーム３において、揺動スクロール２に形成された抽気孔２ｇの開口端と対向する位置には、連通穴３ｇが開口されている。連通穴３ｇは、スラスト軸受３ａとフレーム下部空間２０とを連通させるように、可動フレーム３を軸方向に貫通している。

主軸６の上端部には、揺動スクロール２の揺動軸受２ｅと回転自在に係合する揺動軸部６ａが形成されている。主軸６のうち揺動軸部６ａの下側には、主軸受３ｃ及び補助主軸受３ｄによって回転自在に支持される主軸部６ｂが形成されている。主軸６の下端部には、サブフレーム７に形成された副軸受７ａによって回転自在に支持される副軸部６ｃが形成されている。主軸６のうち副軸部６ｃと主軸部６ｂとの間には、電動機回転子５ａが焼嵌めにより取り付けられている。主軸６の内部には、軸方向に延伸した給油経路６ｄが形成されている。

このように、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００は、吐出圧に維持される油溜め５０が密閉容器１０内の底部に設けられ、固定スクロール１及び揺動スクロール２を含む圧縮機構部が油溜め５０よりも上方に設けられた縦型のスクロール圧縮機である。圧縮機構部の近傍には、吐出圧よりも低い圧力に維持される空間として例えば中間圧空間１５が設けられている。油溜め５０に貯留されている冷凍機油は、吐出圧と中間圧空間１５の中間圧との差圧により、主に給油経路６ｄを通って中間圧空間１５に供給される。このような給油方式を差圧給油方式という。

図２は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３の構成を示す断面図である。図３は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３を調節弁３０側から見た構成を示す部分断面図である。図４は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の可動フレーム３を軸方向上方から見たときの調節弁３０の配置及び構成を示す模式図である。図５及び図６は、図３のＶ部を拡大して示す図である。

図２〜図６に示すように、可動フレーム３の内部には、調節弁３０を収容する弁室３１が形成されている。可動フレーム３は、中間圧空間１５と、吸入圧に維持される揺動スクロール外部空間２１と、吐出圧に維持される高圧空間１０ａと、に面している。また、可動フレーム３の内部には、弁室３１と中間圧空間１５とを連通させる内部経路４０と、弁室３１と揺動スクロール外部空間２１とを連通させる内部経路４１と、弁室３１と高圧空間１０ａとを連通させる内部経路４２と、が形成されている。

弁室３１は、可動フレーム３のうち、中間圧空間１５の外周壁となる円筒部の内部に形成されている。弁室３１は、両端が塞がれた筒状の空間である。弁室３１の筒軸方向は、可動フレーム３の中心軸すなわち主軸６の中心軸と垂直な平面と平行な接線方向である。弁室３１は、可動フレーム３の外周面からの穴開け加工により穴を形成し、穴の当該外周面側の一部を閉塞部材６０で閉塞することにより形成されている。図３〜図６等では、閉塞部材６０にドットハッチングを付している。

弁室３１は、スクロール圧縮機１００の運転中に中間圧に維持される中間圧室３１ａと、スクロール圧縮機１００の運転中に吸入圧に維持される低圧室３１ｂと、スクロール圧縮機１００の運転中に吐出圧に維持される高圧室３１ｃと、を有している（図５参照）。中間圧室３１ａは、弁室３１の筒軸方向の一端３１ｄ側に形成されており、内部経路４０を介して中間圧空間１５と連通している。高圧室３１ｃは、弁室３１の筒軸方向の他端３１ｅ側に形成されており、内部経路４２を介して高圧空間１０ａと連通している。低圧室３１ｂは、中間圧室３１ａと高圧室３１ｃとの間に形成されており、内部経路４１を介して揺動スクロール外部空間２１と連通している。

内部経路４０は、可動フレーム３の外周面からの穴開け加工により穴を形成し、穴の一部を閉塞部材６１で閉塞することにより形成されている。内部経路４１は、可動フレーム３の外周面からの穴開け加工により穴を形成することにより形成されている。内部経路４２は、可動フレーム３の表面からの穴開け加工により複数の穴を形成し、必要に応じて穴の一部を閉塞部材６２、６３で閉塞することにより形成されている。図２〜図４等では、閉塞部材６１、６２、６３にドットハッチングを付している。

調節弁３０は、弁座３２、弁体３３、第１コイルばね３４、ばね押さえ３５及びストッパ３６を有している。弁座３２は、中間圧室３１ａと低圧室３１ｂとの間に形成されている。弁座３２は、内部経路４０の弁室３１側の開口端と内部経路４１の弁室３１側の開口端との間に位置している。

弁体３３は、低圧室３１ｂ側から弁座３２に当接するように低圧室３１ｂに設けられており、低圧室３１ｂ側から弁座３２を開閉するように構成されている。弁体３３が弁座３２から離れて開状態になると、中間圧室３１ａと低圧室３１ｂとが連通する。弁体３３が弁座３２に当接して閉状態になると、中間圧室３１ａと低圧室３１ｂとの間が遮断される。

ばね押さえ３５は、低圧室３１ｂと高圧室３１ｃとの間に設けられている。ばね押さえ３５は、低圧室３１ｂと高圧室３１ｃとの間を仕切り、かつ、低圧室３１ｂの圧力と高圧室３１ｃの圧力との差圧によって弁室３１内を筒軸方向に移動する可動式の仕切部材である。ばね押さえ３５の可動範囲は、弁室３１の他端３１ｅとストッパ３６とによって規定される。ばね押さえ３５における高圧室３１ｃ側の端部には、部分円錐状のテーパ面３５ａが形成されている。これにより、図５に示すようにばね押さえ３５が弁室３１の他端３１ｅに当接している状態であっても、内部経路４２を介して高圧空間１０ａと連通する環状の高圧室３１ｃが弁室３１内に確保される。

ストッパ３６は、弁体３３とばね押さえ３５との間に設けられ、弁室３１内に固定された環状の部材である。ストッパ３６は、ばね押さえ３５の可動範囲が内部経路４１の開口端よりも他端３１ｅ側となるように、ばね押さえ３５の可動範囲を規制している。これにより、ばね押さえ３５が弁体３３側に移動した場合であっても、ばね押さえ３５自身が弁体３３を閉方向に押さえつけてしまうことが防止される。このため、ばね押さえ３５の位置に関わらず、弁体３３の動作範囲が確保される。また、ばね押さえ３５が弁体３３側に移動した場合であっても、内部経路４１がばね押さえ３５によって閉塞されてしまうことが防止される。ストッパ３６に代えて、弁室３１の外周壁に形成された段差によって、ばね押さえ３５の可動範囲が規制されるようにしてもよい。

第１コイルばね３４は、圧縮コイルばねである。第１コイルばね３４は、弁体３３とばね押さえ３５との間に配置されており、ストッパ３６の中心に設けられた開口部３６ａを貫通している。第１コイルばね３４の一端は弁体３３に支持されており、第１コイルばね３４の他端はばね押さえ３５に支持されている。図５に示すように弁体３３とばね押さえ３５との間隔が最も広くなったときでも、第１コイルばね３４は圧縮された状態にある。第１コイルばね３４は、弁体３３を常に閉方向に付勢しているとともに、ばね押さえ３５を常に弁室３１の他端３１ｅ側に付勢している。

スクロール圧縮機１００が停止しているときには、ばね押さえ３５は、第１コイルばね３４の付勢力により弁室３１の他端３１ｅに当接し、弁体３３は、第１コイルばね３４の付勢力により弁座３２に当接する。これにより、調節弁３０が閉状態となるため、中間圧室３１ａと低圧室３１ｂとの間は遮断される。

スクロール圧縮機１００の運転が開始されると、密閉容器１０内の高圧空間１０ａの圧力が上昇する。高圧空間１０ａの圧力が上昇すると、高圧空間１０ａの圧力と中間圧空間１５の圧力との差圧により、油溜め５０の冷凍機油が給油経路６ｄを通って各軸受などの摺動部に供給される。このとき、中間圧空間１５には、給油経路６ｄを経由して揺動軸受２ｅと揺動軸部６ａとの間の微小隙間で絞られ、中間圧に減圧された冷媒及び冷凍機油の混合物質が流入する。このため、中間圧空間１５の圧力及び中間圧空間１５に連通している中間圧室３１ａの圧力は、徐々に上昇する。一方、弁室３１の低圧室３１ｂ内の圧力は、吸入圧に維持されている。中間圧室３１ａの圧力と低圧室３１ｂの圧力との差圧が一定の値を超えると、弁体３３に加えられる開方向の力が第１コイルばね３４による閉方向の付勢力を上回り、調節弁３０が開状態となる。調節弁３０が開状態になると、中間圧空間１５の混合物質の一部は、弁室３１を通って、吸入圧に維持されている揺動スクロール外部空間２１に流出する。中間圧室３１ａの圧力と低圧室３１ｂの圧力との差圧が一定の値以下に低下すると、弁体３３に加えられる開方向の力が第１コイルばね３４による閉方向の付勢力を下回り、調節弁３０が閉状態となる。このような調節弁３０の動作により、中間圧空間１５の圧力は一定の圧力に維持される。

差圧によって油溜め５０から吸い上げられた冷凍機油の一部は摺動部に供給され、残りは中間圧空間１５に流入する。中間圧空間１５に流入した冷凍機油の一部は、可動フレーム３と揺動スクロール２との隙間に入ってスラスト軸受３ａに供給される。中間圧空間１５に流入した冷凍機油の他の一部は、内部経路４０、調節弁３０、内部経路４１及び揺動スクロール外部空間２１を経由して、冷媒と共に圧縮室吸入空間１４ａに排出される。

一般に、スクロール圧縮機１００の運転開始直後などの低差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を低く設定することが望ましい。これにより、高圧空間１０ａの圧力と中間圧空間１５の圧力との差圧をより大きくできるため、低差圧運転時であっても、軸受等の摺動部への冷凍機油の供給量を確保することができる。

一方、高差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を高く設定し、中間圧空間１５への冷凍機油の流入を最小限に抑えることが望ましい。中間圧空間１５に流入した冷凍機油は、圧縮室吸入空間１４ａを経て、最終的に圧縮室１４内に吸入される。このため、中間圧空間１５への冷凍機油の流入量が多くなってしまうと、多量の冷凍機油が圧縮室１４に吸入され、スクロール圧縮機１００の性能が低下してしまうおそれがある。

本実施の形態によれば、低差圧運転時に中間圧空間１５の圧力を低く設定することと、高差圧運転時に中間圧空間１５の圧力を高く設定することとを両立することができる。低差圧運転時には、図５に示すように、ばね押さえ３５は、第１コイルばね３４の反力によって弁体３３から離れる方向に移動し、他端３１ｅに当接する。この状態では、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が広くなるため、第１コイルばね３４の収縮が小さくなり、弁体３３に対する第１コイルばね３４の付勢力は相対的に小さくなる。すなわち、この状態では、弁体３３が相対的に小さい力で開放されるため、中間圧室３１ａの圧力と低圧室３１ｂの圧力との差圧が小さくても調節弁３０が開状態になる。これにより、低差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を相対的に低い圧力に維持することができる。

一方、高差圧運転時には、吐出圧の冷媒が内部経路４２を介して導入される高圧室３１ｃの圧力と、吸入圧の冷媒が内部経路４１を介して導かれる低圧室３１ｂの圧力と、の差圧が大きくなる。これにより、高差圧運転時には、ばね押さえ３５は、図６に示すように第１コイルばね３４の反力に抗して弁体３３に近づく方向に移動し、ストッパ３６に当接する。この状態では、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が狭くなるため、第１コイルばね３４の収縮が大きくなり、弁体３３に対する第１コイルばね３４の付勢力が相対的に大きくなる。すなわち、この状態では、弁体３３が相対的に大きい力でないと開放されないため、中間圧室３１ａの圧力と低圧室３１ｂの圧力との差圧がより大きくならないと、調節弁３０が開状態にならない。これにより、高差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を相対的に高い圧力に維持することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０と、密閉容器１０内に設けられた固定スクロール１及び揺動スクロール２と、揺動スクロール２を旋回駆動する主軸６と、主軸６を半径方向に支持し、主軸６に沿った軸方向の移動が許容される可動フレーム３と、密閉容器１０に対して固定され、可動フレーム３を半径方向に支持する固定フレーム４と、を備えている。揺動スクロール２と可動フレーム３との間には、吸入圧よりも高く吐出圧よりも低い圧力に維持される中間圧空間１５が形成されている。密閉容器１０の底部には、吐出圧に維持され、冷凍機油を貯留する油溜め５０が形成されている。主軸６の内部には、吐出圧と中間圧空間１５の圧力との差圧により油溜め５０から中間圧空間１５に供給される冷凍機油が流通する給油経路６ｄが形成されている。可動フレーム３には、筒状の弁室３１と、弁室３１に収容され中間圧空間１５の圧力を調節する調節弁３０と、が設けられている。弁室３１は、弁室３１の一端３１ｄ側に設けられ中間圧空間１５と連通する中間圧室３１ａと、弁室３１の他端３１ｅ側に設けられ吐出圧に維持される高圧室３１ｃと、中間圧室３１ａと高圧室３１ｃとの間に設けられ吸入圧に維持される低圧室３１ｂと、を有している。調節弁３０は、中間圧室３１ａと低圧室３１ｂとの間に形成された弁座３２と、低圧室３１ｂ側から弁座３２に当接する弁体３３と、低圧室３１ｂと高圧室３１ｃとの間を仕切り、かつ低圧室３１ｂの圧力と高圧室３１ｃの圧力との差圧により弁室３１内を移動するばね押さえ３５と、弁体３３とばね押さえ３５との間に設けられ、弁体３３を弁座３２側に付勢するとともにばね押さえ３５を他端３１ｅ側に付勢する第１コイルばね３４と、を有している。

この構成によれば、吐出圧と吸入圧との差圧が小さい低差圧運転時には、弁体３３に対する第１コイルばね３４の付勢力が小さくなるため、中間圧室３１ａ及び中間圧空間１５の圧力を相対的に低い圧力に維持することができる。これにより、低差圧運転時には、吐出圧と中間圧との差圧を大きくできるため、軸受等の摺動部への冷凍機油の供給量を確保することができる。したがって、上記構成によれば、低差圧運転時における摺動部の焼付きを防止できるため、スクロール圧縮機１００の信頼性を向上できる。

一方、吐出圧と吸入圧との差圧が大きい高差圧運転時には、弁体３３に対する第１コイルばね３４の付勢力が大きくなるため、中間圧室３１ａ及び中間圧空間１５の圧力を相対的に高い圧力に維持することができる。これにより、高差圧運転時には、吐出圧と中間圧との差圧を小さくできるため、中間圧空間１５への冷凍機油の供給量の増大を抑制することができる。したがって、上記構成によれば、高差圧運転時における圧縮室１４への多量の冷凍機油の流入を防止できるため、スクロール圧縮機１００の性能を向上できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機について説明する。図７及び図８は、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００の調節弁３０近傍の構成を示す図である。図７は低差圧運転時の状態を示しており、図８は高差圧運転時の状態を示している。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図７及び図８に示すように、本実施の形態は、第１コイルばね３４に加えて第２コイルばね３７が弁体３３とばね押さえ３５との間に設けられている点で、実施の形態１と異なっている。第２コイルばね３７は、第１コイルばね３４と同様に、圧縮コイルばねである。第２コイルばね３７の自然長は、第１コイルばね３４の自然長よりも短くなっている。図７に示すように、第１コイルばね３４は、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が最も広くなったときでも圧縮された状態にあるため、第１コイルばね３４の自然長は、弁体３３とばね押さえ３５との間の最大の間隔よりも長くなっている。これに対し、第２コイルばね３７の自然長は、弁体３３とばね押さえ３５との間の最大の間隔よりも短くなっている。このため、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が広くなったときには、第２コイルばね３７は、弁体３３及びばね押さえ３５に対する付勢力を作用させないようになっている。このとき、第２コイルばね３７は、弁体３３及びばね押さえ３５の少なくとも一方から離れるようになっていてもよい。

スクロール圧縮機１００の製造工程において弁室３１に調節弁３０を組み付ける際には、第１コイルばね３４は、弁体３３とばね押さえ３５との間で圧縮されるように取り付けられる。このとき、第１コイルばね３４の付勢力によってばね押さえ３５が他端３１ｅに当接するため、第２コイルばね３７は、弁体３３及びばね押さえ３５の少なくとも一方から離れるように取り付けられる。例えば、第２コイルばね３７は、一端側が弁体３３から離れ、他端側がばね押さえ３５に支持されるように取り付けられる。

第２コイルばね３７の自然長は、弁体３３とばね押さえ３５との間の最小の間隔よりも長くなっている。このため、図８に示すように、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が狭くなったときには、第２コイルばね３７は弁体３３及びばね押さえ３５の双方と接触し、かつ弁体３３とばね押さえ３５との間で圧縮される。すなわち、第１コイルばね３４が弁体３３を常に閉方向に付勢するのに対し、第２コイルばね３７は、ばね押さえ３５が弁体３３側に一定の距離以上移動したときにのみ、弁体３３を閉方向に付勢する。また、第１コイルばね３４がばね押さえ３５を常に他端３１ｅ側に付勢するのに対し、第２コイルばね３７は、ばね押さえ３５が弁体３３側に一定の距離以上移動したときにのみ、ばね押さえ３５を他端３１ｅ側に付勢する。上記の一定の距離は、圧縮室１４内への冷凍機油の流入抑制の程度、給油経路６ｄの構造、第１コイルばね３４のばね定数、及び冷媒と冷凍機油との組合せ等に基づいて設定される。

第２コイルばね３７のばね定数は、第１コイルばね３４のばね定数よりも大きいことが望ましい。

第２コイルばね３７のコイル内径は、第１コイルばね３４のコイル外径よりも大きくなっている。第１コイルばね３４は、第２コイルばね３７の内周側に収納されている。第１コイルばね３４のコイル内径が第２コイルばね３７のコイル外径よりも大きい場合には、第２コイルばね３７が第１コイルばね３４の内周側に収納されていてもよい。

低差圧運転時には、ばね押さえ３５は、図７に示す第１の位置にある。これにより、弁体３３とばね押さえ３５との間隔が広くなるため、第２コイルばね３７は、弁体３３及びばね押さえ３５の少なくとも一方から離れる。このとき、弁体３３には、第２コイルばね３７の付勢力は作用せず、第１コイルばね３４の相対的に小さい付勢力のみが作用する。この状態では、弁体３３が相対的に小さい力で開放されるため、中間圧室３１ａの圧力と低圧室３１ｂの圧力との差圧が小さくても調節弁３０が開状態になる。これにより、低差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を相対的に低い圧力に維持することができる。

吐出圧と吸入圧との差圧が大きくなると、ばね押さえ３５が弁体３３側に移動する。ばね押さえ３５が第１の位置から弁体３３側に所定距離移動すると、第２コイルばね３７は弁体３３及びばね押さえ３５の双方に接触する。ばね押さえ３５が弁体３３側にさらに移動すると、第２コイルばね３７は、弁体３３とばね押さえ３５とにより圧縮され、弁体３３及びばね押さえ３５の双方に付勢力を作用させる。つまり、ばね押さえ３５が第１の位置から弁体３３側に所定距離を超えて移動すると、弁体３３及びばね押さえ３５には、第１コイルばね３４及び第２コイルばね３７の双方の付勢力が作用する。

高差圧運転時には、ばね押さえ３５は、図８に示すようにストッパ３６に当接する第２の位置に移動する。このとき、弁体３３には、第１コイルばね３４及び第２コイルばね３７の双方の付勢力が作用する。この状態では、第１コイルばね３４及び第２コイルばね３７の双方の付勢力に打ち勝つ力が弁体３３に作用しないと、調節弁３０が開状態にならない。これにより、高差圧運転時には、中間圧空間１５の圧力を、実施の形態１の高差圧運転時における中間圧空間１５の圧力よりもさらに高い圧力に維持することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００において、調節弁３０は、弁体３３とばね押さえ３５との間に設けられた第２コイルばね３７をさらに有している。ばね押さえ３５が第１の位置にあるとき（図７参照）には、第１コイルばね３４は、弁体３３を弁座３２側に付勢するとともにばね押さえ３５を他端３１ｅ側に付勢し、第２コイルばね３７は、弁体３３及びばね押さえ３５に対する付勢力を作用させない。ばね押さえ３５が第１の位置よりも弁体３３側の位置である第２の位置にあるとき（図８参照）には、第１コイルばね３４及び第２コイルばね３７の双方は、弁体３３を弁座３２側に付勢するとともにばね押さえ３５を他端３１ｅ側に付勢する。

この構成によれば、低差圧運転時には、第２コイルばね３７の付勢力は弁体３３に作用せず、第１コイルばね３４の付勢力のみが弁体３３に作用する。したがって、低差圧運転時には、実施の形態１と同様に、中間圧空間１５の圧力を相対的に低い圧力に維持することができる。一方、高差圧運転時には、第１コイルばね３４の付勢力に加えて第２コイルばね３７の付勢力を弁体３３に作用させることができるため、中間圧室３１ａ及び中間圧空間１５の圧力をより高い圧力に維持することができる。したがって、高差圧運転時には、吐出圧と中間圧との差圧をより小さくできるため、中間圧空間１５への冷凍機油の供給量の増大をさらに抑制することができる。

また、本実施の形態に係るスクロール圧縮機１００において、第１コイルばね３４又は第２コイルばね３７の一方は、第１コイルばね３４又は第２コイルばね３７の他方のコイル外径よりも大きいコイル内径を有している。上記他方は上記一方の内周側に収納されている。この構成によれば、第１コイルばね３４及び第２コイルばね３７の占有空間の体積を小さくすることができるため、調節弁３０を小型化することができる。

１ 固定スクロール、１ａ 台板部、１ｂ 板状渦巻歯、１ｃ オルダム案内溝、２ 揺動スクロール、２ａ 台板部、２ｂ 板状渦巻歯、２ｃ オルダム案内溝、２ｄ ボス部、２ｅ 揺動軸受、２ｆ スラスト面、２ｇ 抽気孔、３ 可動フレーム、３ａ スラスト軸受、３ｂ 摺動面、３ｃ 主軸受、３ｄ 補助主軸受、３ｅ 上側円筒面、３ｆ 下側円筒面、３ｇ 連通穴、４ 固定フレーム、４ａ 上側円筒面、４ｂ 下側円筒面、５ 電動機、５ａ 電動機回転子、６ 主軸、６ａ 揺動軸部、６ｂ 主軸部、６ｃ 副軸部、６ｄ 給油経路、７ サブフレーム、７ａ 副軸受、８ オルダム機構、８ａ 固定側キー部、８ｂ 揺動側キー部、８ｃ 環状部、９ａ 上部シール部材、９ｂ 下部シール部材、１０ 密閉容器、１０ａ 高圧空間、１１ 吸入管、１２ 吐出管、１４ 圧縮室、１４ａ 圧縮室吸入空間、１４ｂ 最外室、１４ｃ 最内室、１５ 中間圧空間、１６ ボルト、２０ フレーム下部空間、２１ 揺動スクロール外部空間、３０ 調節弁、３１ 弁室、３１ａ 中間圧室、３１ｂ 低圧室、３１ｃ 高圧室、３１ｄ 一端、３１ｅ 他端、３２ 弁座、３３ 弁体、３４ 第１コイルばね、３５ ばね押さえ、３５ａ テーパ面、３６ ストッパ、３６ａ 開口部、３７ 第２コイルばね、４０、４１、４２ 内部経路、５０ 油溜め、６０、６１、６２、６３ 閉塞部材、１００ スクロール圧縮機。

Claims (3)

1. 密閉容器と、
   前記密閉容器内に設けられた固定スクロール及び揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールを旋回駆動する主軸と、
   前記主軸を半径方向に支持し、前記主軸に沿った軸方向の移動が許容される可動フレームと、
   前記密閉容器に対して固定され、前記可動フレームを半径方向に支持する固定フレームと、
   を備え、
   前記揺動スクロールと前記可動フレームとの間には、吸入圧よりも高く吐出圧よりも低い圧力に維持される中間圧空間が形成されており、
   前記密閉容器の底部には、前記吐出圧に維持され、冷凍機油を貯留する油溜めが形成されており、
   前記主軸の内部には、前記油溜めから前記中間圧空間に供給される前記冷凍機油が流通する給油経路が形成されており、
   前記可動フレームには、筒状の弁室と、前記弁室に収容され前記中間圧空間の圧力を調節する調節弁と、が設けられており、
   前記弁室は、
   前記弁室の一端側に設けられ前記中間圧空間と連通する中間圧室と、
   前記弁室の他端側に設けられ前記吐出圧に維持される高圧室と、
   前記中間圧室と前記高圧室との間に設けられ前記吸入圧に維持される低圧室と、
   を有しており、
   前記調節弁は、
   前記中間圧室と前記低圧室との間に形成された弁座と、
   前記低圧室側から前記弁座に当接する弁体と、
   前記低圧室と前記高圧室との間を仕切り、かつ前記低圧室の圧力と前記高圧室の圧力との差圧により前記弁室内を移動するばね押さえと、
   前記弁体と前記ばね押さえとの間に設けられ、前記弁体を前記弁座側に付勢するとともに前記ばね押さえを前記他端側に付勢する第１コイルばねと、
   を有しており、
   前記高圧室は、前記可動フレームの内部に形成された内部経路を介して、前記密閉容器内で前記吐出圧に維持される高圧空間と連通しており、
   前記内部経路は、前記可動フレームの表面側から形成された複数の穴を有しており、
   前記複数の穴のそれぞれの一部は、閉塞部材によって前記可動フレームの表面側から閉塞されているスクロール圧縮機。
2. 前記調節弁は、前記弁体と前記ばね押さえとの間に設けられた第２コイルばねをさらに有しており、
   前記ばね押さえが第１の位置にあるときには、前記第１コイルばねは、前記弁体を前記弁座側に付勢するとともに前記ばね押さえを前記他端側に付勢し、前記第２コイルばねは、前記弁体及び前記ばね押さえに対する付勢力を作用させず、
   前記ばね押さえが前記第１の位置よりも前記弁体側の位置である第２の位置にあるときには、前記第１コイルばね及び前記第２コイルばねの双方は、前記弁体を前記弁座側に付勢するとともに前記ばね押さえを前記他端側に付勢する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記第１コイルばね又は前記第２コイルばねの一方は、前記第１コイルばね又は前記第２コイルばねの他方のコイル外径よりも大きいコイル内径を有しており、
   前記他方は前記一方の内周側に収納されている請求項２に記載のスクロール圧縮機。

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