JP4622242B2 - 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し、特に、互いに噛み合う第１スクロールと第２スクロールの少なくとも一方が軸方向または径方向へ位置調整可能に構成されたスクロール圧縮機に関するものである。

従来より、スクロール圧縮機は、一般に、鏡板に渦巻き状のラップが設けられた第１スクロールと、鏡板に渦巻き状のラップが設けられるとともに第１スクロールと噛み合う第２スクロールとを有する圧縮機構をケーシング内に備えている。また、一般に、上記第１スクロールと第２スクロールの一方は、ケーシング内で位置が固定された固定スクロールであり、他方は、駆動軸によって駆動されることで該駆動軸の中心の周りを所定の旋回半径で公転する可動スクロールである。そして、上記スクロール圧縮機は、可動スクロールが駆動軸の中心の周りを公転することにより、固定スクロールと可動スクロールの間に形成された圧縮室の容積が変化して、冷媒などのガスを圧縮するようになっている。

上記スクロール圧縮機として、特許文献１には、固定スクロールと可動スクロールの少なくとも一方を、圧縮機構の軸方向または径方向へ位置調整することのできる位置調整手段を備えたものが記載されている。このスクロール圧縮機において、上記位置調整手段は、両スクロールのラップがシール状態で噛み合うことにより両ラップの間に圧縮室が形成される圧縮位置と、両ラップが非シール状態になる非圧縮位置との間で、固定スクロールと可動スクロールを相対的に位置変化させるように構成されている。上記スクロール圧縮機では、両スクロールを常に圧縮位置にして駆動することにより、１００％の容量で運転を行う一方、両スクロールを間欠的に非圧縮位置にして駆動することにより、１００％未満の容量でも運転を行えるようにしている。

上記特許文献１に記載のスクロール圧縮機では、位置調整手段として、圧縮対象流体である冷媒の高圧圧力または低圧圧力を固定スクロールまたは可動スクロールに作用させるチャンバーと、このチャンバーにつながった高圧側通路と低圧側通路の一方のみを該チャンバーに連通させる電磁弁とを用いている。そして、該電磁弁を切り換えることにより、該固定スクロールまたは可動スクロールに高圧または低圧を作用させるようにしている。

また、この特許文献１では、上記位置調整手段として、固定スクロールまたは可動スクロールに印加する冷媒圧力を電磁弁で切り換える方式のほかに、可動スクロールと固定スクロールの一方を直接に電磁力で駆動して軸方向へ位置変化させる方式や、機械式などのその他の方式を採用することも記載されている。
特開平８−３３４０９４号公報

しかし、上記位置調整手段が電磁弁を用いた方式である場合、上記チャンバーと高圧側通路及び低圧側通路の連通状態を電磁弁で切り換えるようにしているために、通路構成が複雑であり、圧縮機の構成も複雑になる問題があった。

さらに、可動スクロールと固定スクロールの一方に直接に電磁力を与えて軸方向へ位置変化させる方式や、機械式などのその他の方式を用いる場合も、スクロールの一方を変位させる機構が複雑になってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、第１スクロールと第２スクロールの少なくとも一方が軸方向または径方向へ位置調整可能に構成されたスクロール圧縮機において、上記位置調整を行うための構造が複雑になってしまうのを防止することである。

本発明は、上記位置調整手段（40）として、高分子アクチュエータなど、外部入力によって形状が変化する変形部材（40）を用いるようにしたものである。

具体的に、第１の発明は、鏡板（23）に渦巻き状のラップ（24）が設けられた第１スクロール（21）と、鏡板（25）に渦巻き状のラップ（26）が設けられるとともに第１スクロール（21）と噛み合う第２スクロール（22）とを有する圧縮機構（20）を備え、上記第１スクロール（21）と第２スクロール（22）の少なくとも一方を上記圧縮機構（20）の軸方向または径方向へ位置変化させる位置調整手段（40）を備えたスクロール圧縮機を前提としている。そして、このスクロール圧縮機は、上記位置調整手段（40）が、外部入力によって形状が変化する変形部材（40）を備えている。

さらに、上記位置調整手段（40）が、両ラップ（24，26）がシール状態で噛み合うことにより両ラップ（24，26）の間に圧縮室（27）が形成される圧縮位置と、両ラップ（24，26）が非シール状態になる非圧縮位置との間で上記第１スクロール（21）と第２スクロール（22）を相対的に位置変化させるように構成されている。

加えて、ケーシング（12）内に上記圧縮機構（20）が固定されるとともに、該圧縮機構（20）を駆動する駆動軸（11）を備え、上記第１スクロール（21）が上記ケーシング（12）に対して位置固定の固定スクロール（21）であり、上記第２スクロール（22）が上記駆動軸（11）の中心の周りを所定の公転半径で旋回可能な可動スクロール（22）であり、上記可動スクロール（22）と駆動軸（11）とが上記公転半径を調整可能な可変クランク機構（50）を介して連結され、位置調整手段（40）が、上記可動スクロール（22）の公転半径を調整するように可変クランク機構（50）に設けられている。ここで、可変クランク機構（50）は、可動スクロール（22）の公転中にその公転半径を圧縮室（27）内のガス力や遠心力を利用して自動的に調整し、可動スクロール（22）のラップ（26）と固定スクロール（21）のラップ（24）との間にガスの漏れ隙間が生じない状態に保って可動スクロール（22）を公転させるための機構である。

第１の発明では、両スクロール（21，22）を常に圧縮位置にして駆動することにより１００％の容量の運転を行うことができ、両スクロール（21，22）を間欠的に非圧縮位置にして駆動することにより１００％未満の容量でも運転を行うことができる。そして、これらの発明において、両スクロール（21，22）を圧縮位置にする制御や非圧縮位置にする制御は、位置調整手段（40）に用いられている変形部材（40）への外部入力を調節することにより簡単に行える。

また、第１の発明では、運転容量を調整するだけでなく、例えばラップ（24，26）が摩耗して、圧縮中に両スクロール（21，22）間に冷媒の漏れの原因となる隙間ができる状態になったときに、両スクロール（21，22）の一方を軸方向または径方向へ位置変化させて、その隙間を詰めることもできる。

さらに、第１の発明では、液冷媒や油が圧縮機構（20）に吸い込まれる運転条件になった場合には、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）が非シール状態になるように非圧縮位置にすることにより、液圧縮を回避することもできる。

また、上記位置調整手段（40）である変形部材（40）への外部入力を調整すれば、可変クランク機構（50）の動作を制御して、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置で位置変化させることができる。例えば、変形部材（40）に外部入力を与えないときに可変クランク機構（50）が自由に動作し、変形部材（40）に外部入力を与えたときに可変クランク機構（50）の公転半径を小さくするようにしておけばよい。こうすると、変形部材（40）に外部入力を与えなければ可変クランク機構（50）が自由に動作するので、そのときには可動スクロール（22）のラップ（26）と固定スクロール（21）のラップ（24）の間に漏れ隙間が生じない状態で可動スクロール（22）が公転し、圧縮動作が行われる。一方、変形部材（40）に外部入力を与えれば可変クランク機構（50）の動作を規制し、公転半径を小さくできるため、可動スクロール（22）のラップ（26）が固定スクロール（21）のラップ（24）から離れた状態で可動スクロール（22）が公転し、圧縮動作が行われない。したがって、圧縮動作が行われる状態と行われない状態とを交互に繰り返すようにすれば、容量制御を行える。

第２の発明は、第１の発明のスクロール圧縮機において、可変クランク機構（50）が、回転動作をする駆動軸（11）の偏心部（11a）と公転動作をする可動スクロール（22）との間に上記駆動軸（11）の径方向へスライド可能に装着されたスライドブッシュ（53）を備え、該スライドブッシュ（53）が、上記可動スクロール（22）の公転半径が拡縮する方向へスライドするように構成され、位置調整手段（40）の変形部材（40）が、上記スライドブッシュ（53）のスライド動作を許容する第１状態と、上記スライドブッシュ（53）のスライド動作を規制する第２状態とに変形可能に構成されていることを特徴としている。この構成において、上記スライドブッシュは、圧縮室（27）内のガス圧や遠心力を受けると、可動スクロール（22）の公転半径が大きくなる方向へスライドするように構成されたものである。

この第２の発明では、変形部材（40）への外部入力を調整することにより変形部材（40）を第１状態にすれば、スライドブッシュ（53）のスライド動作が可能となり、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）が圧縮位置となる。一方、変形部材（40）を第２状態にすれば、スライドブッシュ（53）のスライド動作が規制され、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）が非圧縮位置となる。このように、変形部材（40）の２つの状態を制御するだけで、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置とに位置変化させることができる。

第３の発明は、第１の発明のスクロール圧縮機において、可変クランク機構（50）が、駆動軸（11）の中心から偏心するとともに該駆動軸（11）と一体に回転する揺動中心軸（55）と、該揺動中心軸（55）を支点に揺動するとともに可動スクロール（22）の中心に連結されたスイングリンク（56）とを備え、該スイングリンク（56）が、上記可動スクロール（22）の公転半径が拡縮する方向へ揺動するように構成され、位置調整手段（40）の変形部材（40）が、上記スイングリンク（56）の揺動動作を許容する第１状態と、上記スイングリンク（56）の揺動動作を規制する第２状態とに変形可能に構成されていることを特徴としている。この構成において、上記スイングリンク（56）は、圧縮室（27）内のガス圧や遠心力を受けると、可動スクロール（22）の公転半径が大きくなる方向へ揺動するように構成されたものである。

この第３の発明では、変形部材（40）への外部入力を調整することにより変形部材（40）を第１状態にすれば、スイングリンク（56）の揺動動作が可能となり、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）が圧縮位置となる。一方、変形部材（40）を第２状態にすれば、スイングリンク（56）の揺動動作が規制され、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）が非圧縮位置となる。このように、変形部材（40）の２つの状態を制御するだけで、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置とに位置変化させることができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１の発明のスクロール圧縮機において、変形部材（40）が高分子アクチュエータで構成されていることを特徴としている。ここで、高分子アクチュエータは、例えば導電性高分子素子からなる導電性高分子アクチュエータであり、電圧印加によって変形（例えば伸縮）する性状を有するものである。

この第４の発明では、変形部材（40）としての高分子アクチュエータへの電圧の印加状態を制御することにより、両スクロール（21，22）の位置調整を簡単且つ確実に行える。

上記第１の発明によれば、位置調整手段（40）である変形部材（40）への外部入力を調節することによって該変形部材（40）を変形させるだけで、第１スクロール（21）及び可動スクロール（22）の少なくとも一方を簡単に軸方向または径方向へ位置調整できる。したがって、チャンバーにつながった高圧側通路と低圧側通路を電磁弁で切り換える方式などの従来の位置調整手段（40）と比較して、構成を簡単にすることができる。

また、電磁弁を用いて切り換える方式では、切り換えの際に高圧冷媒が瞬間的に低圧側通路に流れてしまうために大きな音が発生しやすく、それが一定周期で繰り返される問題があるが、この発明によれば切り換え時の異音も発生しない。

さらに、圧縮機構（20）に液冷媒や油がまとまって吸引された場合に液圧縮を回避することもできるので、激しいショック音や振動の発生を抑えられ、圧縮機の損傷も防止できる。

また、ラップ（24，26）が摩耗したときなどでも、隙間を詰める運転を行うことで、圧縮性能が急激に低下するのを防止できる。

また、位置調整手段（40）である変形部材（40）に対する外部入力を調節することにより該変形部材（40）を変形させるだけで、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置に変化させることができる。したがって、１００％容量の運転と１００％未満の容量の運転を簡単に切り換えることができる。

また、可変クランク機構（50）に位置調整手段（40）としての変形部材（40）を設けて可動スクロール（22）の公転半径を調整するようにしているので、上記変形部材（40）への外部入力を制御するだけで、可動スクロール（22）の公転半径を簡単に調整し、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置とで位置調整できる。こうすることにより圧縮機の容量制御を簡単に行うことができる。

上記第２の発明によれば、可動スクロール（22）と駆動軸（11）とを連結するスライドブッシュ（53）の動作を変形部材（40）で制御することにより、可動スクロール（22）の径方向位置の制御を簡単且つ確実に行うことができる。このため、圧縮機の容量制御を簡単に行える。また、変形部材（40）に過大な力が必要ないことは上記第４の発明と同様である。

上記第３の発明によれば、可動スクロール（22）の公転半径を調整するスイングリンク（56）の動作を変形部材（40）で制御することにより、可動スクロール（22）の径方向への位置制御を簡単且つ確実に行うことができる。このため、圧縮機の容量制御を簡単に行える。また、変形部材（40）に過大な力が必要ないことは上記と同様である。

上記第４の発明によれば、変形部材（40）として高分子アクチュエータを用いているので、該高分子アクチュエータへの電圧印加を制御することにより、両スクロール（21，22）の位置調整を簡単且つ確実に行える。また、位置調整手段（40）の構成も簡単にすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。そこで、本発明の前提技術を説明した後、本発明の実施形態を説明する。

《前提技術》
図１及び図２は前提技術のスクロール圧縮機（10）の縦断面図、図３は圧縮機構（20）の動作を示す横断面図である。図１及び図２に示すように、本前提技術のスクロール圧縮機（10）は、圧縮機構（20）と電動機（30）と駆動軸（11）とを備えている。このスクロール圧縮機（10）は、例えば空気調和装置などの冷媒回路に設けられ、冷媒ガスを圧縮するのに用いられる。

上記電動機（30）は、駆動軸（11）を介して圧縮機構（20）に接続されている。上記圧縮機構（20）及び電動機（30）は、円筒状のケーシング（12）に密閉状態で収納されている。上記スクロール圧縮機（10）は、縦型であって、ケーシング（12）の内部上方に圧縮機構（20）が固定され、ケーシング（12）の内部下方に下部軸受（13）が固定されている。また、圧縮機構（20）と下部軸受（13）の間に電動機（30）が配置されている。

上記ケーシング（12）には、圧縮機構（20）と電動機（30）との間に、冷媒の吸入管（14）が設けられている。また、上記ケーシング（12）の頭部であって、圧縮機構（20）の上方には、圧縮冷媒の吐出管（15）が設けられている。上記ケーシング（12）内は仕切板（16）によって上下に仕切られており、仕切板（16）の下方に低圧空間（S1）が、仕切板（16）の上方に高圧空間（S2）が区画されている。そして、吸入管（14）からケーシング（12）内に導入された冷媒は、低圧空間（S1）を介して圧縮機構（20）に吸入された後、該圧縮機構（20）で圧縮されると該圧縮機構（20）から高圧空間（S2）へ吐出され、さらに吐出管（15）から流出する。

上記圧縮機構（20）は、第１スクロールである固定スクロール（21）と、第２スクロールである可動スクロール（22）と、フレーム（17）とを有している。このフレーム（17）は、ケーシング（12）に固定されるとともに、可動スクロール（22）を支持する支持部材を構成している。

上記固定スクロール（21）は、鏡板（23）と該鏡板（23）に形成された渦巻状のラップ（24）とを備えている。可動スクロール（22）は、鏡板（25）と該鏡板（25）に形成された渦巻状のラップ（26）とを備えている。上記固定スクロール（21）と可動スクロール（22）は、それぞれのラップ（24，26）が噛み合うように配置されている。このように両スクロール（21，22）のラップ（24，26）を噛み合わせることで、作動室である圧縮室（27）がラップ（24，26）と鏡板（23，25）とによって区画形成される。固定スクロール（21）の外周部には、低圧の冷媒を圧縮室（27）に吸入する吸入口（図示せず）が形成され、該固定スクロール（21）の中心部には、圧縮室（27）で圧縮された冷媒が吐出する吐出口（28）が形成されている。固定スクロール（21）には、吐出口（28）を開閉する吐出弁（リード弁）（29）と、この吐出弁（28）の可動範囲を定めるための弁押さえ（29a）とが設けられている。

上記固定スクロール（21）は、上記フレーム（17）に固定され、可動スクロール（22）は、オルダムリング（図示せず）を介してフレーム（17）に載置されている。また、上記可動スクロール（22）の背面（下面）には、上記駆動軸（11）の軸端に形成された偏心部（11a）が連結されている。上記構成において、駆動軸（11）が回転すると、可動スクロール（22）は、駆動軸（11）の回転中心に対して偏心部（11a）の偏心量を公転半径とする周回軌道上を公転する。一方、上記オルダムリングは可動スクロール（22）の自転を阻止するように構成されている。このため、可動スクロール（22）は、駆動軸（11）が回転すると自転せずに公転のみを行い、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）間に形成された圧縮室（27）の容積が図３（Ａ）〜（Ｄ）に示すように連続的に変化する。

上記可動スクロール（22）は、その軸方向位置を調整できるように、駆動軸（11）に対して上下へスライド可能に連結されている。そして、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）の相対的な位置関係が、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）同士がシール状態で噛み合うことにより上記圧縮室（27）が両ラップ（24，26）の間に形成される圧縮位置（図１参照）と、両ラップ（24，26）が非シール状態になって上記圧縮室（27）が形成されない非圧縮位置（図２参照）との間で変化するように構成されている。

上記フレーム(17)と可動スクロール（22）との間には、シール部材（18）が設けられている。このシール部材（18）は、フレーム（17）の上面に形成された凹部（17a）に保持されている。そして、フレーム（17）と可動スクロール（22）との間には、シール部材（18）の内側に背圧空間（S3）が形成されている。

上記可動スクロール（22）の鏡板（25）には、背圧導入路（25a）が形成されている。この背圧導入路（25a）は、上記背圧空間（S3）と、圧縮室（27）の中心部（高圧部分）とを連通している。したがって、圧縮機（10）の運転時、上記背圧空間（S3）は圧縮室（27）の中心部と同じ圧力（高圧圧力）になる。このため、上記背圧空間（S3）において、冷媒の高圧圧力が可動スクロール（22）の下面に作用して、該可動スクロール（22）を固定スクロール（21）に対して上方へ押し付ける力が発生する。このことにより、可動スクロール（22）と固定スクロール（21）とが噛み合った状態で両スクロール（21，22）が互いに圧接する。

上記シール部材（18）は、図１及び図２の要部拡大図である図４に示すように、外部入力（電圧）によって形状が変化する変形部材としての高分子アクチュエータ（40）と、高分子アクチュエータ（40）の上端部に配置されたシールリング（19）とを備えている。高分子アクチュエータ（40）及びシールリング（19）は、いずれも環状に形成されている。そして、高分子アクチュエータ（40）の下部がフレーム（17）に固定されている。

上記高分子アクチュエータ（40）は、導電性高分子素子からなる導電性高分子アクチュエータである。上記高分子アクチュエータ（40）は、電圧印加によって伸縮変形する性状を有している。上記高分子アクチュエータ（40）は、図５において、例えば、「ポリアニリン」等の高分子材（41）と電解液（42）とが接触して配置されるとともに、上記高分子材（41）の外側に電極（43）が設けられ、上記電解液（42）の外側に電極（44）が設けられている。なお、上記電極（43，44）の外側は、樹脂膜等によって保護被覆が施されている。上記各電極（43，44）は、切換スイッチ（45）を介して直流電源（46）が接続されている。

上記高分子アクチュエータ（40）は、切換スイッチ（45）の操作によって各電極（43，44）の極性を適宜変更することで伸縮変形する。具体的には、上記電極（43）を「陽極」に、上記電極（44）を「陰極」に設定すると、上記電解液（42）内の「陰イオン」が上記高分子材（41）に取り込まれ、該高分子材（41）が膨潤となり、結果的に伸長変形する。逆に、上記電極（43）を「陰極」に、上記電極（44）を「陽極」に設定すると、上記高分子材（41）に取り込まれていた「陰イオン」が上記電解液（42）内へ放出され、上記高分子材（41）が収縮する。このように電圧印加の極性を変更することによって、上記高分子アクチュエータ（40）は伸長または収縮する。

上記高分子アクチュエータ（40）は、電圧印加によってこれを伸長または収縮させた後に電圧印加を停止しても、電圧印加停止前の伸長状態または収縮状態をそのまま維持する性状を有する。このため、上記高分子アクチュエータ（40）は、伸長または収縮させるときにのみ電圧を印加すればよい。上記の性状は、例えば、形状記憶合金のように形状復元後もその復元形状を維持するために加熱を継続させる必要があるものとは大きく異なる。

なお、上記の高分子アクチュエータ（40）に接続される電力供給手段は、図示しない外部電源と、フレーム（17）等に埋め込まれた配線等より構成される。そして、高分子アクチュエータ（40）に、上記電源から配線等を介して電力が供給される。

上記高分子アクチュエータ（40）は、ラップ（24，26）の高さ方向に伸縮し、可動スクロール（22）を軸方向へ変位させる。つまり、上記高分子アクチュエータ（40）が伸長した図１及び図４（Ａ）の状態では、シールリング（19）が可動スクロール（22）の鏡板（25）の下面と接して該可動スクロール（22）を押し上げる。この状態では、圧縮室（27）内の高圧の冷媒が背圧空間（S3）に流入し、可動スクロール（22）が固定スクロール（21）に圧接する第１位置の状態となる。このとき、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）間には冷媒の漏れる隙間が実質的に生じない状態となり、圧縮室（27）での冷媒の圧縮動作が行われる。

一方、高分子アクチュエータ（40）が収縮した図２及び図４（Ｂ）の状態では、両スクロール（21，22）の間に冷媒の漏れる隙間が形成されるので、冷媒は圧縮されない。このとき、固定スクロール（21）と可動スクロール（22）の間の空間も、背圧空間（S3）も低圧圧力となる。そして、可動スクロール（22）は自重によって下降する。

このように、本前提技術では、上記高分子アクチュエータ（40）を用いて、可動スクロール（22）を上方に押し上げることで両スクロール（21，22）の位置関係を圧縮位置にすることができる一方、可動スクロール（22）を下降させることで非圧縮位置にすることができるように構成されている。言い換えると、この前提技術において、上記高分子アクチュエータ（40）は、可動スクロール（22）の軸方向位置を調整する位置調整手段を構成している。

−運転動作−
次に、このスクロール圧縮機（10）の運転動作について説明する。

まず、１００％容量での運転時は、高分子アクチュエータ（40）を伸長させ、可動スクロール（22）が固定スクロール（21）に圧接する状態にして、電動機（30）を駆動する。こうすると、固定スクロール（21）と可動スクロール（22）のラップ（24，26）間には冷媒の漏れる隙間が実質的に存在しない状態となって、可動スクロール（22）が自転することなく固定スクロール（21）に対して公転運動を行う。これにより、吸入管（14）から流れ込んだ冷媒が、圧縮機構（20）の圧縮室（27）に、その容積増大に伴って吸入される。吸入された冷媒は、可動スクロール（22）の公転が進むことで圧縮室（27）の容積が中心部に向かって縮小すると圧縮される（図３参照）。

上記冷媒は、圧縮室（27）の容積変化に伴って圧縮されると、高圧になって上記固定スクロール（21）のほぼ中央に形成された吐出口（28）からケーシング（12）の内部の高圧空間（S2）に吐出される。吐出された冷媒は、吐出管（15）から冷媒回路へ送り出され、冷媒回路において凝縮、膨張、蒸発の各行程を行った後、再度吸入管（14）から吸入されて圧縮される。

上記圧縮室（27）の中心部分は、背圧導入路（25a）を介して背圧空間（S3）と連通している。したがって、運転中はシール部材（18）の内側の背圧空間（S3）が高圧になっており、その高圧圧力が可動スクロール（22）の鏡板（25）に下方から作用する。これにより、１００％容量の運転時は、可動スクロール（22）が固定スクロール（21）に押し付けられた状態に保持される。

一方、１００％未満の容量での運転時は、電動機（30）の駆動中に高分子アクチュエータ（40）を間欠的に収縮させる制御を行う。高分子アクチュエータ（40）を収縮させると、背圧空間（S3）の高圧冷媒がシールリング（19）と鏡板との間の隙間からその周囲の低圧側空間へ流れ込んで、背圧空間（S3）の圧力が低下する。また、このときは、圧縮室（27）内の周縁部分（低圧部分）と中心部分（高圧部分）とが連通するとともに、該中心部分と背圧空間（S3）とが連通しているので、これらの空間が均圧されて低圧になる。そうすると可動スクロール（22）を固定スクロール（21）に押し付けていた力が作用しなくなり、可動スクロール（22）が自重で下降する。これにより、冷媒が圧縮されない状態となる。

したがって、１００％未満の容量での運転時は、例えば８：２の割合で高分子アクチュエータ（40）の伸長と収縮を繰り返すようにすれば、８０％の容量に制御できる。また、上記の割合を適宜変更すれば、運転容量も適宜変更できる。

さらに、この前提技術では、液冷媒や油が圧縮機構（20）に吸い込まれる運転条件になった場合に、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）が非シール状態になるようにすることにより、液圧縮を回避することもできる。このことにより、液圧縮による激しいショック音や振動の発生を抑えられ、圧縮機（10）の損傷も防止できる。

−前提技術の効果−
このように、本前提技術によれば、シール部材（18）に高分子アクチュエータ（40）を用いているので、簡単な制御で圧縮機（10）の運転容量を調整することができる。また、可動スクロール（22）の位置調整を行うのに複雑な機構は採用していないので、圧縮機（10）の構成が複雑になるのも防止できる。

また、この前提技術では、従来の電磁弁を用いる方式において発生する切り換え時の異音も発生しない。さらに、両スクロール（21，22）を圧縮位置に保つ力として、高分子アクチュエータ（40）による圧接力に加えて背圧空間（S3）の圧力を利用できるので、両スクロール（21，22）の圧接力が不足するおそれもない。

−前提技術の変形例−
上記の例では、圧縮室（27）の中心部の高圧部分と背圧空間（S3）とを背圧導入路（25a）で連通するように形成しているが、該背圧導入路（25a）は、圧縮室（27）の中心部と周縁部との間の中間圧部分と背圧空間（S3）とを連通するように形成してもよく、要は背圧空間（S3）の圧力で可動スクロール（22）と固定スクロール（21）とがシール状態（圧縮位置）に保持されるようになっていればよい。

また、この前提技術では、ケーシング（12）内における圧縮機構（20）の周囲の空間が低圧になる構造について説明をしたが、吸入管（14）がケーシングを貫通して圧縮機構（20）に連通する一方で仕切板（16）を設けない構成にして、圧縮機構（20）の周囲の空間が高圧になる構造にしてもよい。この場合、高分子アクチュエータ（40）を収縮させても軸受けの部分には高圧ガスが残るので、該可動スクロール（22）を確実に下降させて第２位置に移動させるために、バネなどの付勢手段を設けておくとよい。こうすることで、ケーシング（12）内が高圧になる、いわゆる高圧ドーム構造のスクロール圧縮機にも本発明を適用できる。

また、この前提技術では背圧空間（S3）の圧力を利用して可動スクロール（22）を変位させ、両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置に位置変化させるようにしているが、背圧空間（S3）の圧力を利用せず、変形部材（40）の伸縮の力のみで可動スクロール（22）や固定スクロール（21）を位置変化させるようにしてもよい。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１は、駆動軸（11）と可動スクロール（22）との間に可変クランク機構（50）を備えたスクロール圧縮機（10）において、該可変クランク機構（50）に変形部材（高分子アクチュエータ（40））を設けた例である。可変クランク機構（50）は、可動スクロール（22）の公転半径をその公転中に圧縮室（27）内のガス力や遠心力で自動的に調整し、固定スクロール（21）のラップ（24）と可動スクロール（22）のラップ（26）との間にガスの漏れ隙間が生じない状態にして可動スクロール（22）を公転させるための機構である。

図６及び図７に示すように、このスクロール圧縮機（10）は、可変クランク機構（50）としてスライドブッシュ（51）を備えている。スライドブッシュ（51）は、図８（Ａ），図８（Ｂ）に示すように、回転動作をする駆動軸（11）の偏心部（11a）と公転動作をする可動スクロール（22）との間に、駆動軸（11）の径方向へスライド可能で可動スクロール（22）に回転可能に装着されるスリーブ（52）と、該スリーブ（52）の側方に位置するバランスウェイト（53）とを有している。このスライドブッシュ（51）は、上記スリーブ（52）とバランスウェイト（53）が一体的に形成されたものである。

上記駆動軸（11）の偏心部（11a）は、外周面の一部が加工されて平面（第１カム面（P1））になっている。スライドブッシュ（51）の内周面は、上記偏心部（11a）に対してスライドブッシュ（51）がスライド可能な横長の異形孔になっており、かつ、偏心部（11a）の第１カム面（P1）に接する平面（第２カム面（P2））を有している。これらのカム面（P1，P2）は、圧縮室（27）内でガスが圧縮されることにより発生する径方向のガス力をスライドブッシュ（51）が可動スクロール（22）を介して受けたときに、スライドブッシュ（51）がこれらのカム面（P1，P2）に沿ってスライドするように、ガス力の作用する方向に対して傾斜した平面になっている。また、スライドブッシュ（51）がスライドする方向は、駆動軸（11）の中心と偏心部（11a）の中心とを結ぶ方向（偏心方向）に定められている。

上記変形部材（40）は、図９に示すように、駆動軸（11）の偏心部（11a）とスライドブッシュ（51）のスリーブ（52）との間に設けられている。この変形部材（40）は、上記偏心方向に伸縮する高分子アクチュエータ（40）により構成されている。そして、この高分子アクチュエータ（40）が収縮して９（Ａ）の第１状態になると、スライドブッシュ（51）が上記偏心方向へスライド動作し得る状態になり、圧縮機構（20）は図６の状態となる。一方、高分子アクチュエータ（40）が伸長して図９（Ｂ）の第２状態になると、スライドブッシュ（51）はスライド動作を行わず、圧縮機構（20）は図７の状態となる。

なお、上記可動スクロール（22）の高分子アクチュエータ（40）の電極供給手段は、図示しないが、例えば、１次コイルと２次コイルとを備えた非接触式の電力供給方式を適用したり、すべり電極を適用したりすることができる。この電極供給手段を適用することにより、断線を防止することができる。

このスクロール圧縮機（10）は、高分子アクチュエータ（40）を可変クランク機構（50）に設けた点や、背圧導入路を設けていない点を除いては、前提技術と同様に構成されている。したがって、ここではその他の具体的な構成については説明を省略する。

−運転動作−
次に、このスクロール圧縮機（10）の運転動作について説明する。

まず、１００％容量での運転時は、高分子アクチュエータ（40）を収縮させ、可動スクロール（22）が固定スクロール（21）にシール状態で圧接するようにして電動機（30）を駆動する。こうすると、固定スクロール（21）と可動スクロール（22）のラップ（24，26）間には冷媒の漏れる隙間が実質的に存在しない状態となって、可動スクロール（22）が自転することなく固定スクロール（21）に対して公転運動を行う。これにより、吸入管（14）から流れ込んだ冷媒が、圧縮機構（20）の圧縮室（27）に吸入される。吸入された冷媒は、可動スクロール（22）の公転に伴い、圧縮室（27）の容積が中心部に向かって縮小して圧縮される（図３参照）。

上記冷媒は、圧縮室（27）の容積変化に伴って圧縮され、高圧になって上記固定スクロール（21）のほぼ中央の吐出口（28）からケーシング（12）の内部に吐出される。吐出された冷媒は、吐出管（15）から冷媒回路へ送り出され、冷媒回路において凝縮、膨張、蒸発の各行程を行った後、再度吸入管（14）から吸入されて圧縮される。

一方、１００％未満の容量での運転時は、電動機（30）の駆動中に高分子アクチュエータ（40）を間欠的に伸長させる制御を行う。高分子アクチュエータ（40）を伸長させると、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）間に隙間が生じて高圧側と低圧側が連通し、冷媒が圧縮されない状態となる。

したがって、前提技術と同様に、例えば８：２の割合で高分子アクチュエータ（40）の伸長と収縮を繰り返すようにすれば、８０％の容量に制御できる。また、上記の割合を適宜変更すれば、運転容量も適宜変更できる。

また、前提技術と同様に、液冷媒や油が圧縮機構（20）に吸い込まれる運転条件になった場合に、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）が非シール状態になるようにすることにより、液圧縮を回避することもできる。このことにより、液圧縮による激しいショック音や振動の発生を抑えられ、圧縮機（10）の損傷も防止できる。

−実施形態１の効果−
このように、本実施形態１によれば、シール部材（18）に高分子アクチュエータ（40）を用いているので、簡単な制御で圧縮機（10）の運転容量を調整することができる。また、可動スクロール（22）の位置調整を行うのに複雑な機構は採用していないので、圧縮機（10）の構成が複雑になるのも防止できる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２は、駆動軸（11）と可動スクロール（22）との間の可変クランク機構（50）としてスイングリンク機構を使ったものに変形部材（40）を設けた例である。

スイングリンク機構は、図１０（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動軸（11）の中心から偏心した位置に、該駆動軸（11）と一体に回転（公転）するドライブピン（55）（揺動中心軸）を有している。このドライブピン（55）は、スイングリンク（56）によって可動スクロール（22）の中心と連結され、該可動スクロール（22）がドライブピン（55）を中心として揺動するように構成されている。可動スクロール（22）の中心は、ガス力の作用する方向に対して、ドライブピン（55）の中心よりも駆動軸（11）の中心寄りに位置している。したがって、スクロール圧縮機（10）の運転時に圧縮室（27）内にガス力が発生すると、可動スクロール（22）は、公転半径が広がる方向へ移動しようとする。このことにより、可動スクロール（22）のラップ（26）と固定スクロール（21）のラップ（24）との間の冷媒の漏れ隙間が実質的にゼロとなる。なお、このスイングリンク機構には、上記ガス力とバランスさせるためのバランスウェイトを設けてもよい。

可動スクロール（22）の中心を挟んでドライブピン（55）と反対側の位置には、スイングリンク（56）の揺動動作を制御するため、位置調整手段である変形部材（40）が設けられている。変形部材（40）は、上記実施形態１と同様に、高分子アクチュエータ（40）により構成されている。そして、高分子アクチュエータ（40）が収縮したとき（図１０（Ａ）の第１状態）には、可動スクロール（22）の公転半径が広がろうとする方向へスイングリンク（56）が揺動可能になる一方で、伸長したとき（図１０（Ｂ）の第２状態）には、スイングリンク（56）の揺動を規制し、可動スクロール（22）の公転半径を小さくすることができる。このように可動スクロール（22）の公転半径を小さくすれば、両スクロール（21，22）のラップ（24，26）間にガスの漏れる隙間が生じ、両スクロール（21，22）が非圧縮位置となる。

したがって、この実施形態においても、高分子アクチュエータ（40）を収縮させて電動機（30）を駆動することにより１００％の容量の運転を行うことができる一方、該高分子アクチュエータ（40）を間欠的に伸長させながら電動機（30）を駆動することにより１００％未満の容量の運転を行うことができる。そして、その容量制御は高分子アクチュエータ（40）を伸縮させるだけで簡単に行うことができ、容量制御をするための構造も簡単である。

《発明の実施形態３》
次に、本発明の実施形態３を図１１に基づいて詳細に説明する。

この実施形態３は、高分子アクチュエータ（40）が伸縮するのではなく湾曲するようにしたものである。

上記高分子アクチュエータ（40）は、イオン伝導アクチュエータで構成されている。このイオン伝導アクチュエータの高分子アクチュエータ（40）は、電圧印加によって撓曲変形する性状を備えている。図１１（Ａ）に示すように、上記高分子アクチュエータ（40）は、含水高分子電解質（48）の両面にそれぞれ電極（43，44）を取り付けて構成される。なお、上記電極（43，44）は、外側を樹脂膜等によって保護被覆が施されている。上記両電極（43，44）とは、切換スイッチ（45）を介して直流電源（46）が接続されている。上記高分子アクチュエータ（40）は、切換スイッチ（45）の操作によって電極（43，44）の極性を適宜変更することにより、撓曲変形する。

具体的には、図１１（Ｂ）に示すように、上記電極（43）を「陽極」に、上記電極（44）を「陰極」に設定すると、含水高分子電解質（48）内の「陽イオン」が水を伴って「陰極」側へ移動し、含水量が「陰極」側に偏在し、「陰極」側と「陽極」側との間に膨潤差が生じて上記高分子アクチュエータ（40）が「陰極」側、即ち、上記電極（44）側へ凸に撓曲変形する。逆に、図１１（Ｃ）に示すように、上記電極（43）を「陰極」に、上記電極（44）を「陽極」に設定すると、含水高分子電解質（48）内の「陽イオン」が水を伴って「陰極」側へ移動し、上記高分子アクチュエータ（40）が「陰極」側、即ち、上記電極（43）側へ凸に撓曲変形する。このように電圧印加の極性を変更することで上記高分子アクチュエータ（40）が撓曲変形する。

このように電圧印加によって湾曲する高分子アクチュエータ（40）を用いた場合の具体構造については図示していないが、この場合でも両スクロール（21，22）を圧縮位置と非圧縮位置の間で相対的に移動させることは可能であり、上記各実施形態と同様の作用、効果を得ることができる。

《その他の前提技術及び実施形態》
本発明は、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記前提技術及び各実施形態では可動スクロール（22）を変形部材（高分子アクチュエータ（40））によって軸方向または径方向へ位置変化させるように構成しているが、本発明においては、固定スクロール（第１スクロール（21））と可動スクロール（第２スクロール（22））の少なくとも一方を軸方向または径方向へ位置変化させるようにしておけばよい。つまり、両スクロール（21，22）の位置関係が相対的に変化するようになっていれば、固定スクロール（21）と可動スクロール（22）のどちらの位置を変化させてもよい。

また、可動スクロール（22）を径方向へ位置調整できるようにする場合は、位置調整手段（40）を、可動スクロール（22）の公転半径が大きくなるように構成することも可能である。そうすれば、例えばラップ（24，26）が摩耗して、両スクロール（21，22）間に圧縮中に冷媒の漏れの原因となる隙間ができる状態になったときに、両スクロール（21，22）の一方を径方向外側へ位置変化させて、その隙間を詰めることが可能となる。こうすることにより、ラップ（24，26）が摩耗したときに圧縮性能が急激に低下するのを防止することが可能となる。

さらに、変形部材（40）は、イオン伝導アクチュエータ又は導電性高分子素子よりなる導電性高分子アクチュエータに限らず、電圧などの外部入力によって変形するものであればよい。

以上説明したように、本発明は、互いに噛み合う第１スクロールと第２スクロールの少なくとも一方が軸方向または径方向へ位置調整可能に構成されたスクロール圧縮機について有用である。

前提技術のスクロール圧縮機の圧縮位置での縦断面図である。 前提技術のスクロール圧縮機の非圧縮位置での縦断面図である。 図３（Ａ）から図３（Ｄ）は前提技術の圧縮機構の圧縮動作を示す横断面図である。 図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は前提技術のシールリングの拡大図である。 前提技術の高分子アクチュエータの構成図である。 実施形態１のスクロール圧縮機の圧縮位置での縦断面図である。 実施形態１のスクロール圧縮機の非圧縮位置での縦断面図である。 図８（Ａ）は実施形態１のスライドブッシュを示す平面図、図８（Ｂ）は断面図である。 図９（Ａ）及び図９（Ｂ）はスライドブッシュの動作を示す説明図である。 図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）は実施形態２のスクロール圧縮機のスイングリンク機構を示す図である。 実施形態３に係るスクロール圧縮機の高分子アクチュエータを示す構成図である。

（10） スクロール圧縮機
（11） 駆動軸
（11a） 偏心部
（12） ケーシング
（17） フレーム（支持部材）
（18） シール部材
（20） 圧縮機構
（21） 固定スクロール（第１スクロール）
（22） 可動スクロール（第２スクロール）
（23） 鏡板
（24） ラップ
（25） 鏡板
（26） ラップ
（27） 圧縮室
（40） 位置調整手段
（40） 変形部材
（50） 可変クランク機構
（52） スリーブ
（53） スライドブッシュ
（55） ドライブピン（揺動中心軸）
（56） スイングリンク
（S3） 背圧空間

Claims (4)

1. 鏡板（23）に渦巻き状のラップ（24）が設けられた第１スクロール（21）と、鏡板（25）に渦巻き状のラップ（26）が設けられるとともに第１スクロール（21）と噛み合う第２スクロール（22）とを有する圧縮機構（20）を備え、
   上記第１スクロール（21）と第２スクロール（22）の少なくとも一方を、上記圧縮機構（20）の軸方向または径方向へ位置変化させる位置調整手段（40）を備えたスクロール圧縮機であって、
   上記位置調整手段（40）は、外部入力によって形状が変化する変形部材（40）を備え、
   上記位置調整手段（40）は、両ラップ（24，26）がシール状態で噛み合うことにより両ラップ（24，26）の間に圧縮室（27）が形成される圧縮位置と、両ラップ（24，26）が非シール状態になる非圧縮位置との間で上記第１スクロール（21）と第２スクロール（22）を相対的に位置変化させるように構成され、
   ケーシング（12）内に上記圧縮機構（20）が固定されるとともに、該圧縮機構（20）を駆動する駆動軸（11）を備え、
   上記第１スクロール（21）が上記ケーシング（12）に対して位置固定の固定スクロール（21）であり、上記第２スクロール（22）が上記駆動軸（11）の中心の周りを所定の公転半径で旋回可能な可動スクロール（22）であり、
   上記可動スクロール（22）と駆動軸（11）とが上記公転半径を調整可能な可変クランク機構（50）を介して連結され、
   上記位置調整手段（40）が、上記可動スクロール（22）の公転半径を調整するように可変クランク機構（50）に設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   可変クランク機構（50）は、回転動作をする駆動軸（11）の偏心部（11a）と公転動作をする可動スクロール（22）との間に上記駆動軸（11）の径方向へスライド可能に装着されたスライドブッシュ（53）を備え、
   該スライドブッシュ（53）は、上記可動スクロール（22）の公転半径が拡縮する方向へスライドするように構成され、
   位置調整手段（40）の変形部材（40）が、上記スライドブッシュ（53）のスライド動作を許容する第１状態と、上記スライドブッシュ（53）のスライド動作を規制する第２状態とに変形可能に構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   可変クランク機構（50）は、駆動軸（11）の中心から偏心するとともに該駆動軸（11）と一体に回転する揺動中心軸（55）と、該揺動中心軸（55）を支点に揺動するとともに可動スクロール（22）の中心に連結されたスイングリンク（56）とを備え、
   該スイングリンク（56）は、上記可動スクロール（22）の公転半径が拡縮する方向へ揺動するように構成され、
   位置調整手段（40）の変形部材（40）が、上記スイングリンク（56）の揺動動作を許容する第１状態と、上記スイングリンク（56）の揺動動作を規制する第２状態とに変形可能に構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１から３のいずれか１に記載のスクロール圧縮機において、
   変形部材（40）は、高分子アクチュエータで構成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。

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