JP6972391B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、高圧シェルタイプのスクロール圧縮機に関するものである。

従来のスクロール圧縮機は、密閉容器内に圧縮機構部と、圧縮機構部を駆動する電動機と、電動機の回転力を圧縮機構部に伝達する駆動シャフトとを備えている。圧縮機構部は、固定スクロールおよび揺動スクロールのそれぞれの渦巻体が噛み合って構成される圧縮室を有し、固定スクロールに対して揺動スクロールを揺動運動させることで、圧縮室の容積を縮小させて流体を圧縮する。

密閉容器の内部が高圧となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機では、密閉容器内の底部に設けられた油貯蔵部内の油を、密閉容器内の上部に配置された圧縮機構部に差圧給油方式で給油している（例えば、特許文献１参照）。差圧給油方式は、密閉容器内の高圧に比べて圧力の低い中間圧の空間を、揺動スクロールにおいて渦巻歯とは反対側の背面に形成し、高圧となる油貯蔵部との差圧により給油する方式である。

特許第２５６０８４９号公報

特許文献１の差圧給油方式では、流体が容器内に吸入される際の低圧と容器内の高圧との圧力差が大きい条件において、給油量が過剰となるという問題があった。

また、スクロール圧縮機では、揺動スクロールおよび固定スクロールのそれぞれの渦巻歯の先端部と、対向する相手側のスクロールの台板部との間に隙間があると、流体漏れが生じて圧縮機の性能が低下する。このため、揺動スクロールを固定スクロール側に適正な圧力で押圧して隙間を無くすことが求められている。

本発明はこのような点を鑑みなされたもので、高圧シェルタイプのスクロール圧縮機において高低圧の圧力差が大きい条件における過剰な給油を抑制すると共に、揺動スクロールを固定スクロール側に適切な圧力で押圧することが可能な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、固定台板部および固定台板部上に設けられた固定渦巻歯を有する固定スクロールと、揺動台板部および揺動台板部上に設けられた揺動渦巻歯を有し、揺動渦巻歯が固定スクロールの固定渦巻歯に組み合わされて圧縮室を形成する揺動スクロールと、揺動スクロールを駆動する駆動シャフトと、揺動スクロールの揺動台板部の揺動渦巻歯とは反対側の背面に背圧室を形成する固定フレームと、固定スクロール、揺動スクロール、駆動シャフトおよび固定フレームを収納する容器であって、油を貯蔵する油貯蔵部を有し、圧縮室で低圧から高圧まで圧縮されて吐出された流体によって油貯蔵部と共に内部が高圧となる密閉容器と、駆動シャフトの下端部に設けられ、駆動シャフトの回転に伴い、油貯蔵部の油を、駆動シャフトに形成された給油流路を通過させて駆動シャフトの摺動部に供給するオイルポンプと、揺動スクロールの背面に対向して背圧室に配置された背圧フレームとを備え、背圧室は、密閉容器内の空間と連通して高圧となる第１背圧室と、中間圧の流体または中間圧の油が導入されて揺動スクロールの背面に中間圧を作用させる第２背圧室と、に背圧フレームによって区画されており、固定フレームには、第１背圧室と密閉容器内において油貯蔵部に接する空間とを連通する第１油流路と、第１背圧室と低圧の流体が吸入される密閉容器内の吸入空間とを連通する第２油流路と、第２油流路と第２背圧室とを連通して、第２油流路内の油を第２背圧室に導入する抽気流路と、が形成されており、第２油流路内には、第２油流路を開閉する弁体を有し、第２背圧室の圧力を調整する圧力調整機構が設けられているものである。

本発明によれば、背圧室内に背圧フレームを配置して第１背圧室を区画形成し、第１背圧室を、密閉容器内の空間に連通させて油貯蔵部と同様の高圧としたので、第１背圧室と油貯蔵部との圧力差が０となって差圧給油が行われず、給油量の差圧依存性を抑制できる。これにより、高低圧の圧力差が大きい条件における過剰な給油を抑制できる。そして、背圧室内が、背圧フレームによって、高圧の第１背圧室と、中間圧の流体または中間圧の油が導入されて中間圧となる第２背圧室とに区画されることで、揺動スクロールの背面に高圧と中間圧の２種類の背圧を作用させるができる。これにより、設計自由度が高まり、揺動スクロールを固定スクロール側に適切な圧力で押圧することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体を示す概略縦断面図である。 図１のＡ−Ａ概略横断面図である。 図１のＢ−Ｂ概略横断面図である。 図１のＣ−Ｃ概略横断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機における流体と油の流れの説明図である。 揺動スクロールに作用する背圧によって揺動スクロールを固定スクロール側に押圧する押圧力の説明図である。 背圧フレームを設けた場合と設けない場合の歯先荷重の違いを説明する図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の概略縦断面図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の駆動シャフトの上部を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の駆動シャフト周りの形状を示す図である。 本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。 本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機において弁体に作用する力の説明図である。 本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。 本発明の実施の形態６に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。

以下、発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機について図面等を参照しながら説明する。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、明細書に記載された形態に限定するものではない。また、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システムおよび装置等における状態および動作等において相対的に定まるものとする。

［実施の形態１］
（構成）
本発明の実施の形態１のスクロール圧縮機を説明するものであって、図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体を示す概略縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ概略横断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ概略横断面図である。図４は、図１のＣ−Ｃ概略横断面図である。図５は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機における流体と油の流れの説明図である。図５において、白抜き矢印は流体の流れ、実線矢印は油の流れを示している。なお、各図は模式的に描かれたものであって、本発明は図示された形態に限定されるものではない。

本実施の形態１のスクロール圧縮機１００は、密閉容器１０の内部空間の大半が高圧となる高圧シェルタイプのスクロール圧縮機である。スクロール圧縮機１００は、冷媒等の低圧の流体を吸入し、高圧の状態として吐出する機能を有し、密閉容器１０内に、圧縮機構部９０と、電動機８と、電動機８の回転力を圧縮機構部９０に伝達する駆動シャフト７等を収納している。図１に示すように、密閉容器１０内において、圧縮機構部９０は上部に、電動機８は中央部に配置されている。密閉容器１０の底部は、油を貯蔵する油貯蔵部１０ｄとなっている。

密閉容器１０には、低圧の流体が流入する吸入管１１と、圧縮された高圧の流体が流出する吐出管１２とが接続される。吸入管１１は、密閉容器１０を貫通して圧縮機構部９０の後述の固定スクロール１に嵌入されている。吸入管１１の端部は、圧縮機構部９０の外周部の吸入空間９０ａに位置し、吸入空間９０ａに低圧の流体を吸入させる。また、密閉容器１０には、電動機８に電力を供給する際に電気が通る端子（図示せず）が取り付けられている。

密閉容器１０内は、圧縮機構部９０より上部の上部空間１０ａと、圧縮機構部９０より下部の下部空間１０ｂとを有している。密閉容器１０内において、圧縮機構部９０で圧縮された流体が吐出される上部空間１０ａと下部空間１０ｂとは、密閉容器１０の内周面と圧縮機構部９０との隙間および電動機８の構成要素同士の隙間等を介して連通している。故に、密閉容器１０の内部は、圧縮機構部９０から吐出された高圧の流体で満たされて高圧となっている。密閉容器１０の下部に設けられた油貯蔵部１０ｄは下部空間１０ｂに接しており、油貯蔵部１０ｄも下部空間１０ｂおよび上部空間１０ａと同程度の高圧に保たれ、油貯蔵部１０ｄに貯蔵される油も高圧に保たれる。

密閉容器１０の内部には、固定フレーム３と補助フレーム５とが配置されている。固定フレーム３は、圧縮機構部９０と電動機８との間に位置している。固定フレーム３は、圧縮機構部９０を支持すると共に、圧縮機構部９０の後述の揺動スクロール２との間に後述の背圧室３ａを形成するものである。補助フレーム５は、電動機８の下側に位置している。固定フレーム３および補助フレーム５は、焼き嵌めまたは溶接等によって密閉容器１０の内周面に固着されている。

電動機８は、密閉容器１０に固定された固定子８ａと、固定子８ａの内部に回転自在に配置された回転子８ｂとで構成される。回転子８ｂは駆動シャフト７の外周に固定されており、固定子８ａに通電されることにより回転し、駆動シャフト７を回転させる。

圧縮機構部９０は、流体を圧縮する機構であり、固定スクロール１と揺動スクロール２とを組み合わされて構成されている。固定スクロール１は、円盤状の固定台板部１ａと、固定台板部１ａに設けられた板状渦巻歯（以下「固定渦巻歯」と称す）１ｂとを有する。固定スクロール１は、固定台板部１ａの外周部でボルト（図示せず）によって固定フレーム３に締結されて密閉容器１０に固定されている。固定スクロール１の固定台板部１ａの中央付近には、圧縮されて高圧となった流体を吐出する吐出ポート１ｄが形成されている。圧縮されて高圧となった流体は、吐出ポート１ｄから密閉容器１０内の上部空間１０ａに吐出される。

揺動スクロール２は、円盤状の揺動台板部２ａと、揺動台板部２ａに設けられ、固定渦巻歯１ｂと実質的に同一形状の板状渦巻歯（以下「揺動渦巻歯」と称す）２ｂとを有する。揺動台板部２ａの揺動渦巻歯２ｂと反対側の面（以下、背面という）の中心部には、中空円筒状の軸受部２ｃが形成されている。軸受部２ｃには、駆動シャフト７の上端に設けられた後述の偏心軸７ａが挿入されている。揺動スクロール２と固定フレーム３との間には、オルダム機構６が配置されており、揺動スクロール２は、駆動シャフト７の回転によって駆動され、オルダム機構６により自転が規制されながら揺動運動する。揺動スクロール２は、揺動台板部２ａの背面の一部であるスラスト面２ｆで後述の背圧フレーム４のスラスト受け面に対して摺動する。

揺動スクロール２の背面には背圧室３ａが形成されている。背圧室３ａは、揺動スクロール２を固定スクロール１に押し付ける圧力を揺動スクロール２に作用させるための空間であって、固定フレーム３の上面に形成された凹部内の空間で形成されている。

固定スクロール１および揺動スクロール２は、固定渦巻歯１ｂと揺動渦巻歯２ｂとを互いに噛み合わせた状態で、密閉容器１０内に配置されている。固定渦巻歯１ｂと揺動渦巻歯２ｂとが組み合わされることで、固定渦巻歯１ｂと揺動渦巻歯２ｂとの間に圧縮室１３が形成される。圧縮室１３は、揺動スクロール２が固定スクロール１に対して揺動運動することにより外周側から内周側に移動し、徐々に体積が縮小することで圧縮動作を行う。

駆動シャフト７は、回転子８ｂの回転に伴って回転し、電動機８の回転駆動力を圧縮機構部９０に伝達する。駆動シャフト７の上部の主軸７ｂは、固定フレーム３の中央部に設けられた主軸受によって回転自在に支持されている。駆動シャフト７の上端には、駆動シャフト７の中心軸に対して偏心した偏心軸７ａが設けられている。偏心軸７ａは、揺動スクロール２の軸受部２ｃに挿入されている。駆動シャフト７の下部の副軸７ｃは、補助フレーム５の中央部に設けられた副軸受によって回転自在に支持されている。このように、駆動シャフト７は、主軸受および副軸受によって回転自在に支持されている。また、駆動シャフト７には、揺動スクロール２の揺動運動に伴うアンバランスを平衡するバランサ７ｄが背圧室３ａ内に位置して設けられている。バランサ７ｄは、駆動シャフト７の中心軸を中心とした筒状の外周面を有するものである。

駆動シャフト７の下端部には、駆動シャフト７の回転に従い、油貯蔵部１０ｄに溜められた潤滑油を吸い上げる容積型のオイルポンプ２０が設けられている。オイルポンプ２０は、スラスト軸受９を介して駆動シャフト７の下端部に取り付けられている。スラスト軸受９は、スラストホルダ４０で保持されている。オイルポンプ２０により吸い上げられた潤滑油は、主軸７ｂの内部に形成された給油流路７ｅを介して、圧縮機構１０１および主軸受等の摺動部に供給される。給油流路７ｅには、駆動シャフト７を軸方向に貫通する縦穴と、縦穴から駆動シャフト７の外周面に向かって駆動シャフト７の半径方向に延びる複数の横穴と、が含まれる。駆動シャフト７の摺動部である各軸受には、軸方向穴および横穴を介して油貯蔵部１０ｄの潤滑油が供給される。

ここで、固定フレーム３に形成された油流路について説明する。
固定フレーム３には、背圧室３ａ内に溜まった油を油貯蔵部１０ｄに返油する第１油流路３１と、背圧室３ａ内に溜まった油を吸入空間９０ａに供給する第２油流路３２とが形成されている。第２油流路３２は、図１では第１油流路３１に連通した構成としているが、第１油流路３１とは独立して背圧室３ａに連通する構成としてもよい。また、固定フレーム３は、外周の一部が切り欠かれ、密閉容器１０との間に油戻し流路８１を形成している。油戻し流路８１は、圧縮機構部９０に供給された油を油貯蔵部１０ｄに戻す流路である。油戻し流路８１は、密閉容器１０内において流体が流れる流路と合流しない位置に設けられている。これにより、油戻し流路８１から流出して油貯蔵部１０ｄへ戻る途中の油が、流体によって巻上げられ、流体と共に圧縮機外部へ流出することを防止できる。その結果、圧縮機内部の油が枯渇して潤滑不良になることを抑制でき、信頼性を向上できる。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１００の動作について簡単に説明する。
電動機８に電力が供給されて駆動シャフト７が回転すると、揺動スクロール２がオルダム機構６により自転を規制されて揺動運動する。圧縮機構部９０の圧縮室１３には、吸入管１１から密閉容器１０内に吸入されたガス状の流体が流入する。流体が流入した圧縮室１３は、揺動スクロール２の揺動運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、流体を圧縮する。

圧縮された流体は、固定スクロール１の中央付近に設けられた吐出ポート１ｄから密閉容器１０内の上部空間１０ａに吐出される。上部空間１０ａに吐出された流体は、密閉容器１０の内周面と固定スクロール１の外周面との間の隙間である流体流路８２（図２および図３参照）を通り、電動機８が設置された密閉容器１０内の下部空間１０ｂに流入する。下部空間１０ｂに流入した流体は、電動機８に形成された隙間を通って下降し、補助フレーム５で折り返して上昇し、吐出管１２から密閉容器外へ吐出される。

次に、スクロール圧縮機１００における油の流れについて説明する。
電動機８に電力が供給されて駆動シャフト７が回転すると、油貯蔵部１０ｄに貯蔵された油が、駆動シャフト７の下端部に設けたオイルポンプ２０により汲み上げられ、駆動シャフト７内の給油流路７ｅを通って駆動シャフト７の摺動部に供給される。給油流路７ｅの縦穴の上端開口から流出した油および横穴から流出した油は、高圧の状態で背圧室３ａ内に流入する。背圧室３ａ内に流入した油の一部は、第１油流路３１を介して下部空間１０ｂに流出し、油貯蔵部１０ｄに戻される。背圧室３ａ内に流入した油のその他は、第２油流路３２を介して圧縮機構部９０の吸入空間９０ａに供給される。

［給油量の差圧依存性の抑制］
従来の特許文献１では、背圧室３ａ内の圧力を高圧と低圧の間の中間圧とし、油貯蔵部１０ｄの高圧と背圧室３ａの中間圧との圧力差により、軸受等へ給油している。このような差圧給油方式では、給油量が圧力差に依存するため、圧力差が大きい場合に過剰給油となる。そこで、本実施の形態１では、差圧給油方式による給油を採用せず、容積型のオイルポンプ２０で給油することで、差圧依存性の抑制を図る。しかし、単にオイルポンプ２０を用いるだけでは、差圧依存性は抑制されない。オイルポンプ２０を構成する複数の部品同士の間には適宜の隙間が設けられている。このため、背圧室３ａと油貯蔵部１０ｄとの間に圧力差があると、油貯蔵部１０ｄの油がオイルポンプ２０の隙間を通じて上昇し、駆動シャフト７内の給油流路７ｅを通って各摺動部に供給され、差圧給油が行われてしまう。

そこで、本実施の形態１では、背圧室３ａを、第１油流路３１を介して下部空間１０ｂと連通させ、背圧室３ａと油貯蔵部１０ｄとの圧力差を０にする。これにより、背圧室３ａの圧力は、油貯蔵部１０ｄと同様の高圧となる。背圧室３ａと油貯蔵部１０ｄとが同様の高圧となることで、圧力差による給油は行われなくなり、摺動部等への給油は、あくまでも駆動シャフト７の回転に伴うオイルポンプ２０の動作によって行われる。このように第１油流路３１は、背圧室３ａ内の油を油貯蔵部１０ｄに返油する流路としての機能だけでなく、背圧室３ａ内を下部空間１０ｂと連通させて油貯蔵部１０ｄと同様の高圧にする機能も有する。

なお、オイルポンプ２０による給油量は、駆動シャフト７の回転数に依存する。よって、高回転数では過剰給油になる可能性がある。そこで、本実施の形態１では、高回転数時の過剰給油を抑制するために、第２油流路３２の流路抵抗を、第１油流路３１の流路抵抗よりも大きくして、第２油流路３２を通って圧縮機構部９０の吸入空間９０ａへ給油される量を、第１油流路３１を通って油貯蔵部１０ｄへ返油される量よりも少なくしている。

流路抵抗は、流路の長さＬを断面積Ａで割った値で表される。したがって、「第１油流路３１の断面積Ａ１および長さＬ１」と、「第２油流路３２の断面積Ａ２および長さＬ２」との関係を「Ｌ１／Ａ１ ＞ Ｌ２／Ａ２」としている。このように、第１油流路３１の流路抵抗と第２油流路３２の流路抵抗とを調整することで、高回転数時の過剰給油を抑制でき、回転数の幅広い範囲において適量の給油を実現できる。

また、オイルポンプ２０で損失を発生させずに、吸入空間９０ａに適量を給油するには、油が駆動シャフト７の偏心軸７ａおよび主軸７ｂを通過する際の抵抗を小さくすればよい。よって、「第２油流路３２の断面積Ａ２および長さＬ２」と、「駆動シャフト７の偏心軸７ａと揺動スクロール２の軸受部２ｃとの間の隙間の断面積Ａ３および隙間の軸方向の長さＬ３」との関係を「Ｌ２／Ａ２ ＞ Ｌ３／Ａ３」とすることが望ましい。断面積Ａ３および長さＬ３については図３を参照されたい。

［背圧室の高圧化に伴う新たな課題］
本実施の形態１では、上述したように、背圧室３ａを油貯蔵部１０ｄと同様の高圧として圧力差を０とすることで、給油量の差圧依存性を抑制できるが、背圧室３ａ内を高圧とすることで新たな課題が生じる。

新たな課題とは、背圧室３ａ内が高圧となることで、揺動スクロール２の背面に高圧の背圧が作用し、揺動スクロール２を固定スクロール１に押付ける力が過大となることである。押付け力が過大になると、揺動スクロール２および固定スクロール１のそれぞれの渦巻歯の先端部が、対向する相手側のスクロールの台板部に接触し、異常摩耗または焼付き等が発生して信頼性に問題が生じる。

［本実施の形態の特徴］
そこで、本実施の形態１では、背圧室３ａ内に背圧フレーム４を配置し、背圧室３ａ内に、密閉容器１０内の下部空間１０ｂと連通して高圧となる室と区画して、揺動スクロール２の背面に中間圧を作用させる室、を別途形成したことを特徴とする。以下、具体的な構成について説明する。

背圧フレーム４は、駆動シャフト７と直交する方向に延びる円環板状に構成されており、揺動スクロール２の揺動台板部２ａの背面に対向して配置されている。背圧フレーム４において内周側と外周側とのそれぞれには、図４に示すように互いに半径方向に間隔を空けて対向する一対の環状壁４ｄが形成され、一対の環状壁４ｄの間の溝にシール材４ｃが収容されている。シール材４ｃの先端面は揺動スクロール２の揺動台板部２ａの背面に接触しており、背圧室３ａ内に、高圧となる第１背圧室３ａａから区画して環状の第２背圧室３ａｂが形成されている。第２背圧室３ａｂは、揺動スクロール２の揺動台板部２ａに形成された抽気孔２ｄによって圧縮途中の圧縮室１３に連通することで中間圧となっている。このように、背圧フレーム４は、背圧室３ａ内を、高圧の第１背圧室３ａａと中間圧の第２背圧室３ａｂとに区画し、揺動スクロール２の揺動台板部２ａの背面に、異なる２種類の背圧を作用させる。

背圧フレーム４は固定フレーム３に固定されており、環状壁４ｄの先端面は、揺動スクロール２の揺動運動中に揺動スクロール２のスラスト面２ｆと摺動するスラスト受け面となっている。

揺動スクロール２および固定スクロール１のそれぞれの渦巻歯の先端部が、対向する相手側のスクロールの台板部に接触する圧力は、第２背圧室３ａｂへ導入する圧力の大きさと、第２背圧室３ａｂの受圧面積の大きさによる。言い換えれば、第２背圧室３ａｂへ導入する圧力の大きさと、第２背圧室３ａｂの受圧面積とによって、歯先に作用する荷重（以下、歯先荷重という）を変えることができる。以下、この点について、背圧フレーム４を設ける場合と、設けない場合とで比較して説明する。

図６は、揺動スクロールに作用する背圧によって揺動スクロールを固定スクロール側に押圧する押圧力の説明図である。
歯先荷重Ｆｔｉｐは、揺動スクロール２を固定スクロール１側に押し上げる力Ｆｕｐから揺動スクロール２を固定スクロール１から離そうとする力Ｆｄｏｗｎを減算した力となる。

Ｆｄｏｗｎは、圧縮機構部９０のガス圧力による力と、揺動スクロール２に作用する重力との合力であり、揺動スクロール２の形状が変わらない限り、略不変である。

これに対し、揺動スクロール２を固定スクロール１側に押し上げる力Ｆｕｐは、背圧フレーム４を設ける場合と設けない場合とで異なり、それぞれ以下で表される。

（ａ）背圧フレーム４を設ける場合
Ｆｕｐ＝（Ｐｄ×Ｂ１）＋（Ｐｍ×Ｂ２）
ここで、
Ｐｄ：第１背圧室３ａａの圧力
Ｐｍ：第２背圧室３ａｂの圧力
Ｂ１：第１背圧室３ａａの受圧面積
Ｂ２：第２背圧室３ａｂの受圧面積

（ｂ）背圧フレーム４を設けない場合
Ｆｕｐ＝Ｐｄ×（Ｂ１＋Ｂ２）

背圧フレーム４を設けない場合にＦｕｐを決定する圧力は、第１背圧室３ａａの圧力Ｐｄのみである。これに対し、背圧フレーム４を設ける場合は、第１背圧室３ａａの圧力Ｐｄに加えて第２背圧室３ａｂの圧力Ｐｍも関わってくる。このため、第２背圧室３ａｂの圧力Ｐｍと、受圧面積Ｂ２とを調整することで、歯先荷重を変えることができる。つまり、背圧フレーム４を設けて揺動スクロール２の背面に異なる２種類の背圧を作用させる構成とすることで、設計自由度が高まる。よって、第２背圧室３ａｂ内の圧力を、圧縮室１３のガス漏れと摩擦とを低減する適切な圧力に設計できる。

具体的には、歯先荷重は、第２背圧室３ａｂの受圧面積Ｂ２を増やすことで低減する。第２背圧室３ａｂの受圧面積Ｂ２を増やすには、背圧フレーム４の内半径Ｒｆ（図４参照）とバランサ７ｄの外半径Ｒｂ（図３参照）との関係を、「背圧フレーム内半径Ｒｆ ＜ バランサ外半径Ｒｂ」とすればよい。したがって、第２背圧室３ａｂの受圧面積Ｂ２を適切に設定することで、圧縮室１３のガス漏れと摩擦とを低減する適切な圧力の設定と、圧縮機駆動時の回転バランスとを両立できる。

上記（ａ）の場合と、（ｂ）の場合の歯先荷重を比較した結果を次の図に示す。

図７は、背圧フレームを設けた場合と設けない場合の歯先荷重の違いを説明する図である。図７において、ドット部分は圧力Ｐｄによる歯先荷重、ハッチング部分は圧力Ｐｍによる歯先荷重を示している。
図７から明らかなように、（ａ）背圧フレーム４を設ける場合は、（ｂ）背圧フレーム４を設けない場合に比べて歯先荷重を軽減できる。（ｂ）では、許容荷重を超えることで焼き付き等が発生する。歯先荷重は０以下となると、歯先に隙間が生じて効率が低下するため、０を僅かに上回ることが理想的である。（ａ）では歯先荷重が０を僅かに上回っており、理想的であると言える。

以上説明したように本実施の形態１によれば、差圧給油が行われないようにするために、背圧室３ａと油貯蔵部１０ｄとの圧力差を０にする。具体的には、背圧室３ａを、密閉容器１０内において油貯蔵部１０ｄと接する空間である下部空間１０ｂと連通させる。この連通は、固定フレーム３に設けた第１油流路３１で行われる。そして、給油は、駆動シャフト７の下端部に設けた容積型のオイルポンプ２０で行う。これにより、差圧給油が行われず、高低圧の圧力差が大きい条件における過剰な給油を抑制できる。その結果、圧縮機構部９０内に吸い込まれた流体が、圧縮機構部９０内に過剰に供給された油によって加熱されることによる圧縮機損失を低減でき、圧縮機の効率向上が図れる。また、このスクロール圧縮機１００を適用した空調機では、冷房暖房能力の向上が図れる。

そして、本実施の形態１では、揺動スクロール２の背面に対向して背圧室３ａに背圧フレーム４を配置している。背圧室３ａ内は、背圧フレーム４によって、高圧となる第１背圧室３ａａと、揺動スクロール２の背面に中間圧を作用させる第２背圧室３ａｂとに区画される。このように、背圧室３ａに背圧フレーム４を設けたことで、揺動スクロール２の背面に、高圧と中間圧の２種類の背圧を作用させることができ、設計自由度が高まる。したがって、揺動スクロール２を固定スクロール１側に適正な圧力で押圧することが可能となる。

本実施の形態１では、固定スクロールには、第１背圧室３ａａと下部空間１０ｂとを連通する第１油流路３１と、第１背圧室３ａａと低圧の流体が吸入される密閉容器１０内の吸入空間９０ａとを連通する第２油流路３２とが形成されている。これにより、背圧室３ａ内の油を、吸入空間９０ａに供給すると共に、油貯蔵部１０ｄに戻すことができる。

本実施の形態１では、「第１油流路３１の断面積Ａ１および長さＬ１」と、「第２油流路３２の断面積Ａ２および長さＬ２」との関係を「Ｌ１／Ａ１ ＞ Ｌ２／Ａ２」としている。これにより、高回転時の過剰な給油を抑制できる。

本実施の形態１では、「第２油流路３２の断面積Ａ２および長さＬ２」と、「駆動シャフト７の偏心軸７ａと揺動スクロール２の軸受部２ｃとの間の隙間の断面積Ａ３および隙間の軸方向の長さＬ３」との関係を、「Ｌ２／Ａ２ ＞ Ｌ３／Ａ３」としている。これにより、オイルポンプ２０で損失を発生させずに吸入空間９０ａに適量を給油できる。

本実施の形態１では、背圧フレーム４の内半径Ｒｆとバランサ７ｄの外半径Ｒｂとの関係を「背圧フレーム内半径Ｒｆ ＜ バランサ外半径Ｒｂ」としている。これにより、揺動渦巻歯２ｂに作用する荷重の抑制と、回転バランスとの両立を図ることができる。

本実施の形態１では、揺動スクロール２の揺動台板部２ａには、圧縮途中の圧縮室１３と第２背圧室３ａｂとを連通する抽気孔２ｄが形成されている。これにより、圧縮途中の中間圧の流体が第２背圧室３ａｂに導入され、第２背圧室３ａｂを中間圧にできる。

［実施の形態２］ 油戻し用の配管
実施の形態２について図８を参照して説明する。図８は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の概略縦断面図である。図８において、白抜き矢印は流体の流れ、実線矢印は油の流れを示している。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

実施の形態２では、図１に示した実施の形態１に対して、第１油流路３１と油貯蔵部１０ｄとを連通する油戻し用の配管８０を設けた構成である。配管８０は、この例では密閉容器１０の外部に配置されているが、密閉容器１０の内部に配置してもよい。

配管８０は、高回転時に過剰にオイルポンプ２０によって汲み上げられる油を、第１油流路３１から油貯蔵部１０ｄに直接、戻す。これにより、第１油流路３１から流出した油は、油貯蔵部１０ｄに戻されるまでの間に下部空間１０ｂの流体の流れと合流しない。したがって、油が流体によって巻上げられ、流体と共に圧縮機外部へ流出することを防止できる。その結果、圧縮機内部の油が枯渇して潤滑不良になることを抑制でき、信頼性を向上できる。

以上説明したように本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、第１油流路３１と油貯蔵部１０ｄとを連通する配管８０を設けたことで以下の効果が得られる。すなわち、第１油流路３１から油貯蔵部１０ｄに戻される油が、流体によって巻上げられて流体と共に圧縮機外部へ流出することを防止でき、信頼性を向上できる。

［実施の形態３］ 駆動シャフト７のスライダー化
実施の形態３について図９、図１０および図１１を参照して説明する。図９は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の概略縦断面図である。図１０は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の駆動シャフトの上部を示す斜視図である。図１１は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の駆動シャフト周りの形状を示す図である。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

実施の形態３のスクロール圧縮機１００は、実施の形態１に対してスライダー７０を備えている。スライダー７０は、揺動スクロール２の公転時に、常に揺動スクロール２の揺動渦巻歯２ｂが固定スクロール１の固定渦巻歯１ｂと接した状態となるように設けられたものである。このスライダー７０は、バランサ部７０ａと軸部７０ｂとを有し、バランサ部７０ａは、実施の形態１のバランサ７ｄと同様の機能を有する。軸部７０ｂは筒状に構成され、揺動スクロール２の軸受部２ｃと駆動シャフト７の偏心軸７ａとの間に介在する。スライダー７０は、駆動シャフト７の回転力を揺動スクロール２に伝達して揺動スクロール２を偏心公転運動させる。

偏心軸７ａは、一対の対向する平面部７ａａと、平面部７ａａの両端を繋ぐ円弧部７ａｂとで構成されており、スライダー７０のスライダー穴７０ｃにスライド可能に嵌め合わさっている。スライダー穴７０ｃは、偏心軸７ａの一対の平面部７ａａを面方向に引き延ばした形状を有する。

（スライダーの機能）
スライダー７０は、バランサ部７０ａに作用する遠心力によって偏心軸７ａの平面部７ａａにならって半径方向外側へスライドする。揺動スクロール２の回転中心はスライダー７０の軸方向中心に等しいため、スライダー７０が半径方向へスライドすることで、揺動スクロール２も同様にスライドする。このとき、揺動スクロール２は、揺動渦巻歯２ｂの歯側面が固定渦巻歯１ｂの歯側面に接触するまでスライダー７０と共にスライドする。これにより、揺動スクロール２の公転時、固定スクロール１の固定渦巻歯１ｂと揺動スクロール２の揺動渦巻歯２ｂとが、互いに常に接した状態となり、圧縮室１３からの流体漏れが抑制される。

以上説明したように本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、スライダー７０を設けたことで、以下の効果を有する。すなわちスライダー７０によって揺動スクロール２が半径方向にスライドすることで、揺動渦巻歯２ｂの歯側面が固定渦巻歯１ｂの歯側面と接触した状態で圧縮運動が行われる。このため、圧縮室１３内の圧縮途中の流体、または圧縮室１３の中心部の吐出圧流体の、固定渦巻歯１ｂおよび揺動渦巻歯２ｂの半径方向隙間からの漏れを防止することができ、圧縮効率が向上する。

［実施の形態４］ 第２背圧室の圧力がばね力依存
実施の形態４について図１２を参照して説明する。図１２は、本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

実施の形態４のスクロール圧縮機１００は、実施の形態１に示したスクロール圧縮機１００における揺動スクロール２の抽気孔２ｄが撤去されている。また、実施の形態４のスクロール圧縮機１００には、第２背圧室３ａｂと第２油流路３２とを連通して第１油流路３１の油を第２背圧室３ａｂに供給する抽気流路３３が固定フレーム３に形成されている。第２油流路３２には第２背圧室３ａｂの圧力を調整する圧力調整機構６０が配置されている。圧力調整機構６０は、第２油流路３２を開閉する弁体６０ａを備え、弁体６０ａは第２油流路３２を閉じる方向にばね６１で付勢されている。

図１３は、本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機において弁体に作用する力の説明図である。
弁体６０ａには、吸入空間９０ａの圧力Ｐｓが下向きに作用し、第２背圧室３ａｂの圧力Ｐｍが上向きに作用する。また、弁体６０ａには、ばね力Ｆによる圧力、つまりばね力Ｆを弁体６０ａの受圧面積で除算した圧力Ｆ／Ａが下向きに作用する。したがって、「圧力Ｐｍと圧力Ｐｓとの差圧ΔＰ」がばね力Ｆによる圧力Ｆ／Ａよりも小さい場合は、図１２に示すように第２油流路３２が弁体６０ａによって閉じられている。一方、「圧力Ｐｍと圧力Ｐｓとの差圧ΔＰ」がばね力Ｆによる圧力Ｆ／Ａよりも大きい場合は、弁体６０ａがばね６１の付勢力に対して上方に持ち上がり、第２油流路３２が開く。第２油流路３２が開くことで、第２背圧室３ａｂが抽気流路３３および第２油流路３２を介して吸入空間９０ａに連通する。つまり、第２背圧室３ａｂの圧力ＰｍがＰｓ＋Ｆ／Ａより大きくなると、第２油流路３２が開いて第２背圧室３ａｂの圧力が逃される。このため、第２背圧室３ａｂの圧力ＰｍはＰｓ＋Ｆ／Ａに維持される。

以上説明したように本実施の形態４によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、第２背圧室３ａｂの圧力に関し、実施の形態１における流体の容積変化依存から、ばね力依存へ変えることができ、設計の自由度が広がる。これにより、揺動スクロール２の揺動渦巻歯２ｂに作用する荷重を適切に設定でき、スクロール圧縮機１００の圧力運転範囲を広げることができる。

なお、図１２では、圧力調整機構６０がばね６１で付勢された弁体６０ａを備えた構成であったが、次の図１４のように構成してもよい。

図１４は、本発明の実施の形態４に係るスクロール圧縮機の変形例を示す図である。
この変形例では、圧力調整機構６０が弁体６０ｃを有するリード弁を備えた構成である。本構成により部材点数を削減でき、より簡素な構造で、図１２の構成と同様の効果が得られる。

［実施の形態５］ 可動フレーム、第３背圧室
実施の形態５について図１５を参照して説明する。図１５は、本発明の実施の形態５に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。以下、実施の形態５が実施の形態１と異なる構成を中心に説明する。

本実施の形態５は、圧縮室１３内の中間圧を背圧として浮上し、揺動スクロール２を固定スクロール１へ押し付ける可動フレーム５０を固定フレーム３内に配置した構成である。以下に詳細を説明する。

可動フレーム５０は、揺動スクロール２の背面側に、固定フレーム３に対して軸方向に移動可能に配置される。可動フレーム５０は、大径の筒状部５０ｄと、筒状部５０ｄの下部に設けられた小径の筒状部５０ｅとを有する。可動フレーム５０の筒状部５０ｄの内側が背圧室３ａとなっており、背圧室３ａと第１油流路３１とを連通する第３油流路５０ｃが筒状部５０ｄに形成されている。筒状部５０ｄの上面には窪みが形成され、その窪みに背圧フレーム４が配置されている。実施の形態５では、背圧フレーム４および可動フレーム５０のそれぞれの上面が、揺動スクロール２の揺動台板部２ａのスラスト面２ｆと摺動するスラスト受け面となっている。

可動フレーム５０の筒状部５０ｅの外面は固定フレーム３の上部筒状部３ｃの内面に囲まれている。また、筒状部５０ｅの外面は固定フレーム３の下部筒状部３ｄの内面に囲まれている。筒状部５０ｄと上部筒状部３ｃとの間には環状のシール部１１ａおよびシール部１１ｂが設けられ、筒状部５０ｅと下部筒状部３ｄとの間には、シール部１１ｃが設けられている。これにより、可動フレーム５０の背面側に、他の空間から仕切られた第３背圧室５０ａが形成されている。

可動フレーム５０の筒状部５０ｄには、軸方向に貫通する連通孔５０ｂが形成されている。連通孔５０ｂの上端側は、揺動スクロール２の揺動台板部２ａと対向する面に開口し、下端側は第３背圧室５０ａに連通している。

揺動スクロール２の揺動台板部２ａには抽気孔２ｇが形成されている。抽気孔２ｇは、揺動台板部２ａを固定スクロール１側から可動フレーム５０側に貫通している。抽気孔２ｇは、圧縮途中の圧縮室１３の流体を第３背圧室５０ａに供給するための細い孔である。抽気孔２ｇの可動フレーム５０側の開口部は、開口部の円軌跡が、運転時に可動フレーム５０の内部に常時収まる位置に配置され、可動フレーム５０に設けられた連通孔５０ｂの上端側の開口部と常時もしくは間欠的に連通する。これにより、第３背圧室５０ａには、圧縮室１３内の中間圧が抽気孔２ｇおよび連通孔５０ｂを介して常時もしくは間欠的に導かれる。第３背圧室５０ａ内の圧力は、可動フレーム５０の背圧として作用し、背圧により可動フレーム５０が浮上して揺動スクロール２を固定スクロール１へ押し付ける動作を行う。

以上説明したように本実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、第１背圧室３ａａ、第２背圧室３ａｂおよび第３背圧室５０ａの３つの背圧を揺動スクロール２に付与できる。これにより、揺動スクロール２の揺動渦巻歯２ｂに作用する荷重を適切に設定でき、揺動スクロール２のスラスト面２ｆと可動フレーム５０のスラスト受け面との摺動損失が低減され、スクロール歯先の摺動損失を低減できる。その結果、より圧縮機の圧力運転範囲を広げることができる。

［実施の形態６］ 可動フレーム＋スライダー
実施の形態６について図１６を参照して説明する。図１６は、本発明の実施の形態６に係るスクロール圧縮機の要部を拡大した概略縦断面図である。

本実施の形態６は、実施の形態３と実施の形態５とを組み合わせた形態であり、可動フレーム５０を備えた実施の形態５に実施の形態３のスライダー７０を設けた構成を有する。

本実施の形態６によれば、実施の形態３および実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

実施の形態６では、実施の形態３と実施の形態５とを組み合わせた形態を示したが、この組み合わせ以外にも、各実施の形態の特徴的な構成を適宜組み合わせてスクロール圧縮機を構成してもよい。また、実施の形態４で説明した変形例は、他の実施の形態と組み合わせた構成においても、同様に適用できる。

１ 固定スクロール、１ａ 固定台板部、１ｂ 固定渦巻歯、１ｄ 吐出ポート、２ 揺動スクロール、２ａ 揺動台板部、２ｂ 揺動渦巻歯、２ｃ 軸受部、２ｄ 抽気孔、２ｆ スラスト面、２ｇ 抽気孔、３ 固定フレーム、３ａ 背圧室、３ａａ 第１背圧室、３ａｂ 第２背圧室、３ｃ 上部筒状部、３ｄ 下部筒状部、４ 背圧フレーム、４ｃ シール材、４ｄ 環状壁、５ 補助フレーム、６ オルダム機構、７ 駆動シャフト、７ａ 偏心軸、７ａａ 平面部、７ａｂ 円弧部、７ｂ 主軸、７ｃ 副軸、７ｄ バランサ、７ｅ 給油流路、８ 電動機、８ａ 固定子、８ｂ 回転子、９ スラスト軸受、１０ 密閉容器、１０ａ 上部空間、１０ｂ 下部空間、１０ｄ 油貯蔵部、１１ 吸入管、１１ａ シール部、１１ｂ シール部、１１ｃ シール部、１２ 吐出管、１３ 圧縮室、１９ 固定フレーム、２０ オイルポンプ、３１ 第１油流路、３２ 第２油流路、３３ 抽気流路、４０ スラストホルダ、５０ 可動フレーム、５０ａ 第３背圧室、５０ｂ 連通孔、５０ｃ 第３油流路、５０ｄ 筒状部、５０ｅ 筒状部、６０ 圧力調整機構、６０ａ 弁体、６０ｃ 弁体、６１ ばね、７０ スライダー、７０ａ バランサ部、７０ｂ 軸部、７０ｃ スライダー穴、８０ 配管、８１ 油戻し流路、８２ 流体流路、９０ 圧縮機構部、９０ａ 吸入空間、１００ スクロール圧縮機。

Claims (9)

1. 固定台板部および前記固定台板部上に設けられた固定渦巻歯を有する固定スクロールと、
   揺動台板部および前記揺動台板部上に設けられた揺動渦巻歯を有し、前記揺動渦巻歯が前記固定スクロールの前記固定渦巻歯に組み合わされて圧縮室を形成する揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールを駆動する駆動シャフトと、
   前記揺動スクロールの前記揺動台板部の前記揺動渦巻歯とは反対側の背面に背圧室を形成する固定フレームと、
   前記固定スクロール、前記揺動スクロール、前記駆動シャフトおよび前記固定フレームを収納する容器であって、油を貯蔵する油貯蔵部を有し、前記圧縮室で低圧から高圧まで圧縮されて吐出された流体によって前記油貯蔵部と共に内部が高圧となる密閉容器と、
   前記駆動シャフトの下端部に設けられ、前記駆動シャフトの回転に伴い、前記油貯蔵部の前記油を、前記駆動シャフトに形成された給油流路を通過させて前記駆動シャフトの摺動部に供給するオイルポンプと、
   前記揺動スクロールの前記背面に対向して前記背圧室に配置された背圧フレームとを備え、
   前記背圧室は、前記密閉容器内の空間と連通して高圧となる第１背圧室と、中間圧の前記流体または中間圧の前記油が導入されて前記揺動スクロールの前記背面に中間圧を作用させる第２背圧室と、に前記背圧フレームによって区画されており、
   前記固定フレームには、
   前記第１背圧室と前記密閉容器内において前記油貯蔵部に接する空間とを連通する第１油流路と、
   前記第１背圧室と低圧の前記流体が吸入される前記密閉容器内の吸入空間とを連通する第２油流路と、
   前記第２油流路と前記第２背圧室とを連通して、前記第２油流路内の油を前記第２背圧室に導入する抽気流路と、が形成されており、
   前記第２油流路内には、前記第２油流路を開閉する弁体を有し、前記第２背圧室の圧力を調整する圧力調整機構が設けられているスクロール圧縮機。
2. 前記第１油流路の断面積Ａ１および長さＬ１と、前記第２油流路の断面積Ａ２および長さＬ２との関係が「Ｌ１／Ａ１ ＞ Ｌ２／Ａ２」である請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. 前記揺動スクロールの前記背面には、前記駆動シャフトの端部に形成された偏心軸が挿入される軸受部が形成されており、
   前記第２油流路の断面積Ａ２および長さＬ２と、前記駆動シャフトの前記偏心軸と前記揺動スクロールの前記軸受部との間の隙間の断面積Ａ３および前記隙間の軸方向の長さＬ３との関係が、「Ｌ２／Ａ２ ＞ Ｌ３／Ａ３」である請求項１または請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 前記第１背圧室に配置され、筒状の外周面を有し、前記揺動スクロールの揺動運動に伴うアンバランスを平衡させるバランサを備え、
   前記背圧フレームの内半径Ｒｆと前記バランサの外半径Ｒｂとの関係が、「背圧フレーム内半径Ｒｆ ＜ バランサ外半径Ｒｂ」である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記揺動スクロールの前記揺動台板部には、圧縮途中の前記圧縮室と前記第２背圧室とを連通する抽気孔が形成されている請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記駆動シャフトの端部に形成された偏心軸にスライド可能に嵌め合わされ、前記偏心軸に対してスライドして前記揺動スクロールを前記駆動シャフトの半径方向に移動させるスライダーを備えた請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第１油流路と前記油貯蔵部とを連通する配管を備えた請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
8. 固定台板部および前記固定台板部上に設けられた固定渦巻歯を有する固定スクロールと、
   揺動台板部および前記揺動台板部上に設けられた揺動渦巻歯を有し、前記揺動渦巻歯が前記固定スクロールの前記固定渦巻歯に組み合わされて圧縮室を形成する揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールを駆動する駆動シャフトと、
   前記揺動スクロールの前記揺動台板部の前記揺動渦巻歯とは反対側の背面に背圧室を形成する固定フレームと、
   前記揺動スクロールと前記固定フレームとの間に配置された可動フレームと、
   前記固定スクロール、前記揺動スクロール、前記駆動シャフトおよび前記固定フレームを収納する容器であって、油を貯蔵する油貯蔵部を有し、前記圧縮室で低圧から高圧まで圧縮されて吐出された流体によって前記油貯蔵部と共に内部が高圧となる密閉容器と、
   前記駆動シャフトの下端部に設けられ、前記駆動シャフトの回転に伴い、前記油貯蔵部の前記油を、前記駆動シャフトに形成された給油流路を通過させて前記駆動シャフトの摺動部に供給するオイルポンプと、
   前記揺動スクロールの前記背面に対向して前記背圧室に配置された背圧フレームとを備え、
   前記背圧室は、前記密閉容器内の空間と連通して高圧となる第１背圧室と、中間圧の前記流体または中間圧の前記油が導入されて前記揺動スクロールの前記背面に中間圧を作用させる第２背圧室と、に前記背圧フレームによって区画されており、
   前記可動フレームと前記固定フレームと間には、圧縮途中の前記圧縮室から中間圧の前記流体が導かれる第３背圧室が形成されており、前記第３背圧室における中間圧によって前記可動フレームが浮上して前記揺動スクロールを前記固定スクロールに押し付けるスクロール圧縮機。
9. 前記固定フレームには、
   前記第１背圧室と前記密閉容器内において前記油貯蔵部に接する空間とを連通する第１油流路と、
   前記第１背圧室と低圧の前記流体が吸入される前記密閉容器内の吸入空間とを連通する第２油流路とが形成されており、
   前記第１油流路と前記油貯蔵部とを連通する配管を備えた請求項８記載のスクロール圧縮機。

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