(57)【要約】【課題】密閉形スクロール圧縮機において、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室にそれぞれ適量の油を供給すると共に、両圧縮室間の内部漏れを低減して性能を向上すること。【解決手段】密閉形スクロール圧縮機は、圧縮室に流体を注入するインジェクション管３１を固定スクロール５の注入用ポート２２に接続している。注入ポート２２は、固定スクロール内側曲線近傍に設けられ旋回外側圧縮室８ａへ流体を注入する第１の注入用ポート２２ａと、固定スクロール外側曲線近傍に設けられ、旋回内側圧縮室８ｂへ流体を注入する第２の注入用ポート２２ｂとを備える。第２の注入用ポート２２ｂは、第１の注入用ポート２２ａに対して径方向に並置され且つ旋回スクロールラップが固定スクロールラップの外側に接触した状態で旋回外側圧縮室８ａと実質的に連通しないように設置される。【選択図】図８
2010121582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、圧縮機部とこの圧縮機部を駆動する電動機部とを収納して配置し、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールをクランク軸の偏心部に係合し、旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮して前記吐出口より吐出するように構成し、
圧縮途中の前記圧縮室に流体を注入するインジェクション管を、前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた注入用ポートに接続した注入機構部を備えた密閉形スクロール圧縮機において、
前記注入ポートは、固定スクロール内側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室へ流体を注入する第１の注入用ポートと、前記固定スクロール外側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室へ流体を注入する第２の注入用ポートとを備え、
前記第２の注入用ポートは、前記第１の注入用ポートに対して径方向に並置され、且つ前記旋回スクロールのラップが前記固定スクロールのラップの外側に接触した状態で前記旋回外側圧縮室と実質的に連通しないように設置された
ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項２】
密閉容器内に、圧縮機部とこの圧縮機部を駆動する電動機部とを収納して配置し、
前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールをクランク軸の偏心部に係合し、旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮して前記吐出口より吐出するように構成し、
圧縮途中の前記圧縮室に流体を注入するインジェクション管を、前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた注入用ポートに接続した注入機構部を備えた密閉形スクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールの巻き終わり側のラップ外周面と前記固定スクロールのラップ内周面とに囲まれて形成される旋回外側圧縮室が最大吸入容積となるとき、前記旋回スクロールのラップ巻き終り端部のラップ外周面と前記固定スクロールのラップ内周面とが第１の接点位置で接触し、
前記旋回スクロールのラップ内周面と前記固定スクロールのラップ外周面とに囲まれて形成される旋回内側圧縮室が最大吸入容積となるとき、前記旋回スクロールのラップ巻き終り端部のラップ内周面と前記固定スクロールのラップ外周面とが第２の接点位置で接触し、
前記固定スクロールの前記第１の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第２の接点位置の巻き角度に対して所定角度延長され、
前記旋回スクロールの第１の接点位置の巻き角度と前記旋回スクロールの第２の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第１の接点位置の巻き角度と一致してなり、
固定スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径よりも旋回スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径を大きく設定し、
前記注入ポートは、固定スクロール内側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室へ流体を注入する第１の注入用ポートと、前記固定スクロール外側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室へ流体を注入する第２の注入用ポートとを備え、
前記第２の注入用ポートは、前記第１の注入用ポートに対して径方向に並置され、且つ前記旋回スクロールのラップが前記固定スクロールのラップの外側に接触した状態で前記旋回外側圧縮室と実質的に連通しないように設置された
ことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記作動ガスがヘリウムガスであり、前記圧縮室に注入する流体が油であることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項１において、前記作動ガスがフロン冷媒であり、前記圧縮室に注入する流体がガス、液体或いは湿り状態の冷媒であることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項１または２において、前記第１の注入用ポートの流入口と前記第２の注入用ポートの流入口とが連通する連通部を前記固定スクロールの鏡板に備え、単数の前記インジェクション管を前記連通部に接続することにより前記第１の注入用ポート及び前記第２の注入用ポートに接続したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項６】
請求項５において、前記第２の注入用ポート側の流動抵抗を前記第１の注入用ポート側の流動抵抗より大きくしたことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項７】
請求項２において、前記固定スクロ一ルの前記第１の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第２の接点位置の巻き角度に対してπｒａｄ延長されていることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項８】
請求項２において、前記旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室の設定容積比と前記旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室の設定容積比とをほぼ同等に設定してなることを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【請求項９】
請求項２において、前記固定スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径をＲｋ１とし、前記旋回スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径をＲｓ１と表す場合、Ｒｓ１／Ｒｋ１＝１．４〜１．６の範囲となるように前記固定スクロール巻き始め部及び前記旋回スクロール巻き始め部のそれぞれの円弧半径を設定したことを特徴とする密閉形スクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉形スクロール圧縮機に係り、特に冷凍・空調用およびヘリウム用の密閉形スクロール圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール圧縮機として、実開昭１−１７６６９号公報（特許文献１）に開示された空気、冷媒等の気体を圧縮するスクロール圧縮機がある。
【０００３】
この特許文献１のスクロール圧縮機は、筒状のケーシングと、このケーシングの端面を閉塞するようにケーシングに固着して設けられ、鏡板に渦巻状のラツブが立設された固定スクロールと、ケーシング内に位置して駆動軸に旋回自在に設けられ、鏡板には固定スクロールのラップと重なり合って旋回する間に複数の圧緕室を形成する渦巻状のラップが立設された旋回スクロールとからなっている。そして、固定スクロールの鏡板には半径方向に離間して２箇所の油噴射口が穿設され、各油噴射口の半径方向間隔は旋回スクロールのラツブ部歯厚と等しいか、または若干大となるように設定されている。各油噴射口は１箇所の油供給口に連通されている。また、中心部側の油噴射口は、旋回スクロールのラップが固定スクロールのラップの外側に接触した状態で旋回外側圧縮室と連通するように設置されている。
【０００４】
また、従来の密閉形スクロール圧縮機として、特開２００４―２３２４８１号公報（特許文献２）に開示されたヘリウム用密閉形スクロール圧縮機がある。
【０００５】
この密閉形スクロール圧縮機は、密閉容器内に、圧縮機部とこの圧縮機部を駆動する電動機部とを収納して配置している。この圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、旋回スクロールをクランク軸の偏心部に係合し、旋回スクロールを自転することなく固定スクロールに対し旋回運動させ、固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、吸入口よりヘリウムガスを吸入し、固定スクロール及び旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少してヘリウムガスを圧縮して吐出口より吐出するように構成している。また、圧縮機部は、圧縮途中の圧縮室に流体を注入するインジェクション管を密閉容器を貫通して固定スクロールのラップ歯溝底面に設けた１つの油注入用ポートに接続した油注入機構部を備えている。そして、この油注入用ポートの径は旋回スクロールのラップ幅より大きく設定されている。
【０００６】
【特許文献１】実開昭１−１７６６９号公報
【特許文献２】特開２００４―２３２４８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した特許文献１のスクロール圧縮機では、中心部側の油噴射口は旋回スクロールのラップが固定スクロールのラップの外側に接触した状態で旋回外側圧縮室と連通するように設置されているので、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の両方に適量の油を供給することが難しいという問題があった。例えば、旋回外側圧縮室に十分な油が噴射されるように設定すると、旋回内側圧縮室への油の噴射量が不足するおそれがあり、逆に、旋回内側圧縮室に十分な油が噴射されるように設定すると、旋回外側圧縮室への油の噴射量が過剰になってしまうおそれがあった。
【０００８】
また、上述した特許文献２のスクロール圧縮機では、インジェクション管を固定スクロールのラップ歯溝底面に設けた１つの注入用ポートに接続し、注入用ポートの径寸法を旋回スクロールのラップ幅寸法より大きくしているので、油注入用ポートを介して両側圧縮室間の内部漏れが増加することになり、体積効率の低下や内部圧縮動力の増加等の性能低下を招くという問題が発生する。
【０００９】
さらには、特許文献２の圧縮機によれば、スクロール圧縮機において形成される対称な二つの圧縮室、つまり後述する旋回外側圧縮室と旋回内側圧縮室の吸い込み完了時において、容積が最大となる時期が同じに設定されていると共に、旋回外側圧縮室と旋回内側圧縮室の吐出時において、吐出開始タイミングが同じに設定されている。
【００１０】
これら二つの圧縮室の吸入容積と旋回スクロールを旋回させるクランク軸の回転角との関係を図２０に示す。ここで、Ｖｔｈｓは旋回スクロールのラップ外周面と固定スクロールのラップ内周面とに囲まれて形成される旋回外側圧縮室の吸入容積を示し、Ｖｔｈｋは、旋回スクロールのラップ内周面と固定スクロールのラップ外周面とに囲まれて形成される旋回内側圧縮室の吸入容積を示す。
【００１１】
図２０に示すように、吸入容積Ｖｔｈｓの旋回外側圧縮室と吸入容積Ｖｔｈｋの旋回内側圧縮室の吸い込み完了時は、いずれもＣ点であり、その回転角度が一致している。つまり、各圧縮室の容積Ｖｔｈｓ、Ｖｔｈｋは点線で表すように変化し、各圧縮室の容積の合計Ｖｔｈｓ＋Ｖｔｈｋは実線で示すようにＣ点の容積Ｖｔｈｓ、Ｖｔｈｋの２倍のＤ点となる。そのため、吸入ラインにおいてヘリウムガスの吸入が一時停止し、ヘリウムガスと油の流動が瞬間的に停止されることに伴う衝撃現象により、大きな圧力変動が発生することになる。また、冷凍機側の膨張行程時におけるディスプレーサ部の往復運動によっても、吸入圧力の変動が助長されることがある。
【００１２】
このように、吸入圧力に大きな変動が生じると、圧縮機部に吸入ガスが直接流れ込む構成においては、圧縮トルクに大きな変動が生じ、オルダム機構部等の異常振動の発生と圧縮機の寿命低下を招くため、信頼性に悪影響を与えるおそれがある。この間題を解決するため、従来、冷凍機の冷媒出側と圧縮機の入側を接続する吸入配管ラインには、吸入圧力の変動を低減・抑制する機能を備えたサージタンク等が設置されている。しかしながら、このような設備を備えることにより、冷凍システムとしてのユニット全体の容積、重量は大きくなるため、製造コストの面で不利になる。
【００１３】
なお、特許文献２の密閉形スクロール圧縮機が用いられる冷凍システムでは、圧縮機から吐出された高圧ガスは、ガス冷却器に導かれて油分が分離され、この分離された油は、吸入配管ラインへ導かれ、ヘリウムガスとともに圧縮機に供給される。このような場合、圧縮機に戻された油は、圧縮部の吸入室に溜まり易く、この油が旋回スクロールラップの外周部の旋回運動において撹拌損失を招き、圧縮機の性能を低下させるという問題がある。
【００１４】
また、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の内部圧力とクランク軸の回転角との関係を図２１に示す。ここで、Ｐｉｓは旋回外側圧縮室の内部圧力を示し、Ｐｉｋは旋回内側圧縮室の内部圧力を示す。
【００１５】
図２１に示すように、旋回外側圧縮室の内部圧力Ｐｉｓは一点鎖線で表すように変化し、旋回内側圧縮室の内部圧力Ｐｉｋは実線で示すように変化する。旋回外側圧縮室と旋回内側圧縮室の吐出開始タイミングは、何れもＪ点であり、その回転角度が一致している。これにより、吐出開始時における吐出通路の狭小化と多量の油流動とによる圧力損失の増加、吐出圧力脈動の増加、及び流動抵抗損失動力が大幅に増加するという問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室にそれぞれ適量の油を供給できると共に、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室間の内部漏れを低減して体積効率の低下や内部圧縮動力の増加を抑制できる密閉形スクロール圧縮機を得ることにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室にそれぞれ適量の油を供給できると共に、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室間の内部漏れを低減して体積効率の低下や内部圧縮動力の増加を抑制でき、しかも吸入配管ラインの圧力脈動の抑制及び吸入室における油撹拌損失の低減を図ると共に、吐出通路における圧力損失の低減、吐出圧力脈動の抑制及び流動抵抗損失動力の低減を図ることができる密閉形スクロール圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述の目的を達成するための本発明の第１の態様では、密閉容器内に、圧縮機部とこの圧縮機部を駆動する電動機部とを収納して配置し、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールをクランク軸の偏心部に係合し、旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮して前記吐出口より吐出するように構成し、圧縮途中の前記圧縮室に流体を注入するインジェクション管を、前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた注入用ポートに接続した注入機構部を備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記注入ポートは、固定スクロール内側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室へ流体を注入する第１の注入用ポートと、前記固定スクロール外側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室へ流体を注入する第２の注入用ポートとを備え、前記第１の注入用ポートは、前記第２の注入用ポートに対して径方向に並置され、且つ前記旋回スクロールのラップが前記固定スクロールのラップの外側に接触した状態で前記旋回外側圧縮室と実質的に連通しないように設置されたことにある。
【００１９】
また、前述の別の目的を達成するための本発明の第２の態様では、密閉容器内に、圧縮機部とこの圧縮機部を駆動する電動機部とを収納して配置し、前記圧縮機部は、円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した固定スクロールと円板状鏡板に渦巻状のラップを立設した旋回スクロールとをこれらのラップを互いに内側にして噛み合わせ、前記旋回スクロールをクランク軸の偏心部に係合し、旋回スクロールを自転することなく前記固定スクロールに対し旋回運動させ、前記固定スクロールには中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口を設け、前記吸入口より作動ガスを吸入し、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールにて形成される圧縮室を中心に移動させ容積を減少して作動ガスを圧縮して前記吐出口より吐出するように構成し、圧縮途中の前記圧縮室に流体を注入するインジェクション管を、前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板部に設けた注入用ポートに接続した注入機構部を備えた密閉形スクロール圧縮機において、前記旋回スクロールの巻き終わり側のラップ外周面と前記固定スクロールのラップ内周面とに囲まれて形成される旋回外側圧縮室が最大吸入容積となるとき、前記旋回スクロールのラップ巻き終り端部のラップ外周面と前記固定スクロールのラップ内周面とが第１の接点位置で接触し、前記旋回スクロールのラップ内周面と前記固定スクロールのラップ外周面とに囲まれて形成される旋回内側圧縮室が最大吸入容積となるとき、前記旋回スクロールのラップ巻き終り端部のラップ内周面と前記固定スクロールのラップ外周面とが第２の接点位置で接触し、前記固定スクロールの前記第１の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第２の接点位置の巻き角度に対して所定角度延長され、前記旋回スクロールの第１の接点位置の巻き角度と前記旋回スクロールの第２の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第１の接点位置の巻き角度と一致してなり、固定スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径よりも旋回スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径を大きく設定し、前記注入ポートは、固定スクロール内側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室へ流体を注入する第１の注入用ポートと、前記固定スクロール外側曲線近傍のラップ歯溝底面に設けられて、旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室へ流体を注入する第２の注入用ポートとを備え、前記第１の注入用ポートは、前記第２の注入用ポートに対して径方向に並置され、且つ前記旋回スクロールのラップが前記固定スクロールのラップの外側に接触した状態で前記旋回外側圧縮室と実質的に連通しないように設置されたことにある。
【００２０】
係る本発明の第１または第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記作動ガスがヘリウムガスであり、前記圧縮室に注入する流体が油であること。
（２）前記作動ガスがフロン冷媒であり、前記圧縮室に注入する流体がガス、液体或いは湿り状態の冷媒であること。
（３）前記第１の注入用ポートの流入口と前記第２の注入用ポートの流入口とが連通する連通部を前記固定スクロールの鏡板に備え、単数の前記インジェクション管を前記連通部に接続することにより前記第１の注入用ポート及び前記第２の注入用ポートに接続したこと。
（４）前記第２の注入用ポート側の流動抵抗を前記第１の注入用ポート側の流動抵抗より大きくしたこと。
（５）前記固定スクロ一ルの前記第１の接点位置の巻き角度は、前記固定スクロールの前記第２の接点位置の巻き角度に対してπｒａｄ延長されていること。
（６）前記旋回スクロール外側曲線と前記固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室の設定容積比と前記旋回スクロール内側曲線と前記固定スクロール外側曲線とで形成する旋回内側圧縮室の設定容積比とをほぼ同等に設定してなること。
（７）前記固定スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径をＲｋ１とし、前記旋回スクロール巻き始め部となる先端部の円弧半径をＲｓ１と表す場合、Ｒｓ１／Ｒｋ１＝１．４〜１．６の範囲となるように前記固定スクロール巻き始め部及び前記旋回スクロール巻き始め部のそれぞれの円弧半径を設定したこと。
【発明の効果】
【００２１】
係る本発明の第１の態様の密閉形スクロール圧縮機によれば、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室にそれぞれ適量の油を供給できると共に、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室間の内部漏れを低減して体積効率の低下や内部圧縮動力の増加を抑制できる。
【００２２】
また、係る本発明の第２の態様ｎ密閉形スクロール圧縮機によれば、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室にそれぞれ適量の油を供給できると共に、旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室間の内部漏れを低減して体積効率の低下や内部圧縮動力の増加を抑制でき、しかも吸入配管ラインの圧力脈動の抑制及び吸入室における油撹拌損失の低減を図ると共に、吐出通路における圧力損失の低減、吐出圧力脈動の抑制及び流動抵抗損失動力の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
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。
【００２４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図１６を用いて説明する。
【００２５】
図１は本実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機を備えた冷凍装置の全体構成図、図２は図１の圧縮機ユニットの外観を示す斜視図、図３は図１のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の縦断面図である。
【００２６】
図１において、冷凍装置３００は、縦型タイプのヘリウム用密閉形スクロール圧縮機１００（以下、適宜、圧縮機１００と略す。）と、冷凍機１１０とを備えて構成される。圧縮機１００と冷凍機１１０とは、配管１２０、１３０を介して接続されることにより、作動冷媒を循環させる冷凍サイクル１４０を構成する。冷凍サイクル１４０には、ガス冷却器１５０、油分離器１６０、油吸着器１７０が配設されている。また、油分離器１６０から油吸着器１７０及び冷凍機１１０をバイパスして圧縮機１００に油を戻す配管１８０が設けられている。このような冷凍サイクル１４０の作動冷媒としてはヘリウムガスが用いられる。
【００２７】
一方、圧縮機１００には、圧縮機１００内の潤滑油を外部に抜き出して冷却し、再び圧縮機１００に戻して循環させる油インジェクション回路１９０が設けられている。油インジェクション回路１９０には、油冷却器２００、油流量調整弁２１０を備え、これらを配管２２０、２３０で接続することにより構成される。この油インジェクション回路１９０は、圧縮機１００内の底部に溜まる潤滑油２３と連通する油取出管３０と、圧縮機１００の圧縮室８に連通する油インジェクション管３１との間に接続されている。
【００２８】
冷凍装置３００を構成する上述した機器は、図１の一点鎖線で示す圧縮機ユニット２４０内に収納されている。これらの機器は、圧縮機ユニット２４０内で図１に示すように配置して収納されている。なお、図１、図３、図８、図９及び図１０中の実線矢印はヘリウムガスの流れ方向、点線矢印は油の流れ方向を表している。
【００２９】
密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２３は、密閉容器１の内部空間の吐出圧力によって油取り出し管３０から外部に取り出され、配管２２０を介して油冷却器２００に導かれ、ここで外部空気により冷却された後、油流量調整弁２１０、配管２３０を経て油インジェクション管３１に至るという油配管経路を流れる。油インジェクション管３１内の油は、油注入用ポート２２（図３参照）を経て圧縮機１００の圧縮室８に注入されることにより、圧縮機１００内に戻される。
【００３０】
一方、圧縮機１００から吐出管２０を通して吐出されたヘリウムガスは、配管３１０を介してガス冷却器１５０に流入され、ここで冷却された後、配管３２０を介して油分離器１６０に導かれる。ここで油がある程度分離されたヘリウムガスは、配管３３０を介して油吸着器１７０に流入され、さらに油の残分が分離された後、配管１３０を介して冷凍機１１０に導入される。冷凍機１１０に導入されたヘリウムガスは、その内部で断熱膨張されることにより冷熱源となる。冷凍機１１０から吐出されたヘリウムガスは、配管１２０、吸入配管３４０を通り、常温の吸入ガスとして圧縮機１００に直接戻される。ここで、吸入配管３４０には、配管１８０が接続されており、油分離器１６０で分離された油が戻されるようになっている。
【００３１】
冷凍装置３００は、吸入配管系を挟んで圧縮機側と冷凍機側で発生する大きな圧力脈動を吸収し、これを大幅に低減することを可能とするものである。また、従来、例えば、吸入配管３４０上に設置していたサージタンクを必要とせず、冷凍機１１０と圧縮機１００との間を直接、配管で接続することを可能とするものである。
【００３２】
図２において、圧縮機ユニット２４０は、横幅Ｌ１、奥行きＬ２、高さＬ３の外形寸法を有する略直方形の筐体で形成され、その筐体の底部にはキャスター４１０が設けられ、移動可能になっている。また、内部に設けられる冷却用ファンの通風のために、前面や側面などに通風口（ルーバ部）４００が設けられている。この圧縮機ユニット２４０の外形寸法は、サージタンクが設置不要のため３寸法が縮小可能になっている。なお、Ｌ４はキャスター部の高さ寸法を示す。
【００３３】
次に、図３を主に参照しながら圧縮機１００の全体構成について説明する。圧縮機１００は、縦長の密閉容器１の中に、圧縮機部４と電動機となるモータ部３とを上下に配置して収納している。密閉容器１は、上蓋２ａと筒状の胴部２ｂと底部２ｃとを組み合わせて構成される。圧縮機部４は、固定スクロール５と旋回スクロール６とを互いに噛み合わせることで、密閉空間となる圧縮室８を形成している。
【００３４】
固定スクロール５は、円板状の鏡板５ａと、これに直立したインボリュート曲線あるいはこれに近似の曲線に形成されたラップ５ｂとからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１５を備えている。この吸入口１５は、吸入管１７に連通される第１の吸入口１５ａと、この吸入口１５ａに連通される第２の吸入口１５ｂとからなっている（図４及び図５参照）。なお、吸入管１７と固定スクロール５との間には高圧部と低圧部とをシールするＯリング５３が設けられている。
【００３５】
旋回スクロール６は、円板状の鏡板６ａと、これに直立し、固定スクロールのラップ５ｂと同一形状に形成されたラップ６ｂと、鏡板６ａの反ラップ面に形成されたボス部６ｃとからなっている。フレーム７の中央部に主軸受４０が形成され、その主軸受４０にクランク軸１４が支承されている。クランク軸先端の偏心軸１４ａは、ボス部６ｃに旋回運動が可能なように挿入されている。
【００３６】
固定スクロール５はフレーム７に複数本のボルトによって固定されている。旋回スクロール６はオルダムリング及びオルダムキーよりなるオルダム機構３８によってフレーム７に支承され、固定スクロール５に対して自転しないで旋回運動をするように形成されている。クランク軸１４にはモータ軸１４ｂが一体に連設され、このモータ軸１４ｂがモータ部３に直結されている。
【００３７】
ヘリウムガスを冷却する油を供給する油インジェクション管３１は、密閉容器１の上蓋２ａを貫通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２に連通するように設けられている。この油注入用ポート２２は、旋回スクロール６に対向して開口している。ヘリウムガスを密閉容器１内に吸入する吸入配管１７は、密閉容器１の上蓋２ａを貫通して固定スクロール５の吸入口１５に接続されている。
【００３８】
密閉容器１内は、固定スクロール５の吐出口１０が開口する吐出室１ａとモータ室１ｂとがフレーム７によって上下に区画して形成されている。吐出室１ａは固定スクロール５及びフレーム７の外縁部の第一通路１８ａ、１８ｂを介してモータ室１ｂと連通され、モータ室１ｂは密閉容器１の胴部２ｂを貫通する吐出管２０と連通されている。
【００３９】
吐出管２０は第１流路１８ａ、１８ｂの位置に対してほぼ反対側の位置に設置されている。モータ室１ｂは、ステータ３ａの上部空聞１ｂ１とステータ３ａの下部空間１ｂ２とに区分され、この空間１ｂ１、１ｂ２を連通するように、ステータ３ａと胴部２ｂの内壁面２ｍとの間に油とガスの流路部となる通路２５ｂ、２５ｃが形成されている。また、モータエアーギャップの隙間２５ｇも通路となり、この隙間２５ｇを介して上部空間１ｂ１と下部空間１ｂ２とが連通されている。なお、旋回スクロール６の旋回運動に伴い生じる遠心力を相殺するために、バランスウェイト９ａと副バランスウェイト９ｂとがクランク軸１４とロータ３ｂとに設けられている。
【００４０】
このような容器内部の空間１ｂ１、１ｂ２のガスと油の混合体の流れによって、例えば６０Ｃ〜７０℃の比較的低温なインジェクション油によるモータ部３への直接冷却が可能となる。ガス中の油は、上部空間１ｂ１において、ガスから分離されて下方の第二通路２５ｂを介して周囲部材を冷却しながら流下する。
【００４１】
旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、圧縮機部４とフレーム７で囲まれた空間３６（以下、中間圧室３６という。）が形成されている。この中間圧室３６には旋回スクロール６の鏡板６ａを貫通する中間圧穴６ｄを介して吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力が導入され、旋回スクロール６を固定スクロール５に押付ける軸方向の付与力が与えられる。
【００４２】
ヘリウムガスと分離された油は潤滑油２３として密閉容器１の底部に溜められる。この潤滑油２３は、密閉容器１の内部空間の高圧の圧力（吐出圧力）と中間圧室３６の中間圧力との差庄により、油吸上管２７へ吸い上げられた後、クランク軸１４内の中央穴１３を上昇し、中央穴１３の上端から旋回軸受３２へ給油されると共に、横穴５１を介して副軸受３９、主軸受４０へ給油される。旋回軸受３２、主軸受４０へ給油された潤滑油２３は、中間圧室３６、中間圧穴６ｄを通じてスクロールラップで形成される圧縮室８へ注入され、ここで圧縮ガスと混合され、ヘリウムガスと共に吐出室１ａへ吐出される。なお、密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２３の油面上にはフォーミング防止用油板４７が設けられ、圧縮機１００の起動時に発生する潤滑油２３のフォーミング現象を防止するようになっている。
【００４３】
密閉容器１の底部には、潤滑油２３を器外へ取り出す油取り出し管３０が設けられている。密閉容器１の底部に溜められた潤滑油２３は、密閉容器１の内部空間の高圧圧力（吐出圧力）と圧縮途中の圧縮室８の圧力（吐出圧力よりも低い圧力）との差圧により、油取り出し管３０の流入部３０ａから油取り出し管３０内に流入する。この潤滑油２３は冷却器２００にて適宜冷却された後、油インジエクション管３１及び油注入用ポート２２を経て圧縮室８へ注入される。
【００４４】
このようにして圧縮室８へ注入された油は、圧縮室８内においてヘリウムガスの冷却作用及びスクロールラップ先端部等の摺動部を潤滑する役目を果す。そして、この油は作動ガスと共に、吐出口１０より吐出室１ａへ吐出され、下方のモータ室１ｂへと移動する。
【００４５】
次に、図４及び図５を主に参照しながら、固定スクロール５の構成について説明する。図４は図３の固定スクロールの平面図、図５は図４の固定スクロールの縦断面図である。
【００４６】
固定スクロール５は、上述したように、円板状の鏡板５ａと、これに直立したラップ５ｂとからなり、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口１５（１５ａ、１５ｂ）を備えている。ラップ５ｂは、ラップ終端部の点５８、５９までそれぞれインボリュート曲線のラップ外周面５６２、ラップ内周面５６１を形成し、吸入室５ｆにおいて吸入口１５と接続されている。Ｏｋは座標中心点であり、Ｘｋ，Ｙｋは座標軸を表している。
【００４７】
点５３と５４は圧縮室８を形成する最外周部の接点位置を示す。即ち、点３３と点５４は、旋回スクロール６のラップ終端部がラップ外周面５６２及びラップ内周面５６１にそれぞれ接触して圧縮室８を形成する際の接点位置となる。
【００４８】
旋回スクロールラップ外側曲線６６１と固定スクロールラップ内側曲線５６１とにより形成される旋回外側圧縮室８ａ側の行程容積Ｖｔｈｓは、旋回スクロールラップ内側曲線６６２と固定スクロールラップ内側曲線５６２とにより形成される旋回内側圧縮室８ｂ側の行程容積Ｖｔｈｋに対して増大する。固定スクロールラップ内側曲線５６１の旋回外側圧縮室８ａを形成する最外周部の接点位置となる点５４は、従来技術に対してπｒａｄ分の巻き角度を延長している。この延長したラップ巻き角度πｒａｄは、最大の角度であり、これより少ない（１−１／８）πｒａｄ分であっても、（１−１／６）πｒａｄ分であっても、本発明の範囲となる。
【００４９】
ラップ始端部（最内周部）の点５１と点５２は、円弧半径Ｒｋ１により滑らかに接続されている。また内側曲線５６１のラップ始端部側の点５５は、点５２と円弧半径Ｒｋ２の凹部形状により滑らかに接続されている。５ｋは鏡板５ａ面に設けた潤滑のためのリング状油溝であり、５ｐ、５ｒは鏡板５ａ面に設けた潤滑のための円弧状油溝である。
【００５０】
固定スクロール５の歯溝寸法（図４のＤｔ寸法）は次の式（１）で与えられる。
【００５１】
【数１】
2010121582.tif 000003
【００５２】
次に、図６及び図７を主に参照しながら、旋回スクロール６の構成について説明する。図６は図３の旋回スクロールの平面図、図７は図６の旋回スクロールの縦断面図である。
【００５３】
旋回スクロール６は、上述したように、円板状の鏡板６ａと、これに直立したラップ６ｂとからなり、ラップ終端部６ｋの点６４、点６５までそれぞれインボリュート曲線のラップ内周面６６２とラップ外周面６６１を形成している。点６４と点６５は円弧半径Ｒｓ３にて滑らかに接続されている。ラップ始端部６ｎの点６１と点６２及び点６３とは、円弧半径Ｒｓ１の凸部形状と円弧半径Ｒｓ２の凹部形状とで滑らかに接続されている。なお、Ｏｓは座標中心点であり、Ｘｓ，Ｙｓは座標軸である。
【００５４】
溝６ｍは、固定スクロール５の吐出穴１０と対向する位置に設けられ、吐出穴１０と同等の大きさになる凹部で形成されている。
【００５５】
旋回スクロール６において、鏡板部６ａを軸方向に貫通する単一の中間圧穴６ｄと、鏡板部６ａ内に軸中心方向に設けた放射状の横穴６ｈとこれに連通してラップ方向に開口する軸方向の排油穴６ｆとからなる単一の排油機構とを備え、中間圧穴６ｄと排油穴６ｆの開口部を外側曲線６６１に沿った位置に配置している。中間圧穴６ｄは、圧縮室８ａ、８ｂが圧力的にπｒａｄずれた構成のために、旋回スクロール６の内側曲線６６２に沿った位置に設定していない。内側曲線６６２に沿った位置に設定すると、更にπｒａｄ内側の位置となるように穴６ｄ、６ｆを旋回軸受側方向に位置するようになり、穴加工が難しくなるという加工上の弊害が発生するためである。
【００５６】
次に、図３〜図５、図８を主に参照しながら、油注入機構部について説明する。図８は図３の油注入機構部の拡大図である。
【００５７】
圧縮機本体の冷却及びヘリウムガスの断熱圧縮時の発生熱の温度低下・冷却及び摺動部の潤滑等のために、上述したように、冷却用の油インジェクション構造を備えている。冷却用液体として油を使用する油注入用ポート２２が鏡板部５ａに設けられている。油注入用ポート２２は第１の注入用ポート２２ａと第２の注入用ポート２２ｂとからなっている。これによって、旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂ間の内部漏れを低減して体積効率の低下や内部圧縮動力の増加を抑制できる。
【００５８】
注入用ポート２２ａは、旋回スクロール外側曲線６６１と固定スクロール内側曲線５６１とで形成する旋回外側圧縮室８ａへ油を注入するであり、固定スクロール内側曲線５６１近傍のラップ歯溝底面５ｍに設けられている。注入用ポート２２ｂは、旋回スクロール内側曲線６６２と固定スクロール外側曲線５６２とで形成する旋回内側圧縮室８ｂへ油を注入するものであり、固定スクロール外側曲線５６２近傍のラップ歯溝底面５ｍに設けられている。そして、油注入用ポート２２ｂは、油注入用ポート２２ａに対して径方向に並置され、且つ旋回スクロール６のラップ６ｂが固定スクロール５のラップ５ｂの外側に接触した状態で（図１０に示す状態で）、旋回外側圧縮室８ａと実質的に連通しない位置に設置されている。係る構成によって、旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂにそれぞれ適量の油を供給できる。
【００５９】
２つの注入用ポート２２ａ、２２ｂは対向した位置関係にあり、これらの油注入用ポート２２ａ、２２ｂの油流入口は固定スクロール５の鏡板５ａに設けた単数の円形穴部２２ｃにて連通されている。この円形穴部２２ｃは連通部３１ｆを構成する。この円形穴部２２ｃには単数の油インジェクション管３１が挿入されており、この油インジェクション管３１の先端部内の空間が油注入用ポート２２ａ、２２ｂの油流入口との連通部３１ｆを構成する。係る構成によれば、２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂであっても、上流側の冷却用油を注入する油インジェクション管３１を単一配管とすることが可能となり、部品点数が半分となり、安価にできると共に圧縮機の信頼性を高めることができる。
【００６０】
油インジェクション管３１と固定スクロール５との間には、高圧室である吐出室１ａと圧縮室８との間をシールするためのＯリング３１ｅが設けられている。また、各々の油注入用ポート２２ａ、２２ｂの穴径は、Ｄ０及びＤ１とし、ラップ厚さｔと同等もしくはそれより小さく設定されている。２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂの穴径Ｄ０、Ｄ１は、互いに異なる大きさに設定され、２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂが異なる流動抵抗を有するように構成されている。具体的には、油注入用ポート２２ａの穴径Ｄ０よりも油注入用ポート２２ｂの穴径Ｄ１を小さく設定し、油注入用ポート２２ａの流動抵抗よりも油注入用ポート２２ｂの流動抵抗を大きくなるように構成されている。また、２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂの流路長さＬ１を適切な長さに設定している。これらにより、旋回内側圧縮室８ｂから油注入用ポート２２ｂ、連通路３１ｆ、油注入用ポート２２ａへのヘリウムガスの内部漏れ制限することができる。
【００６１】
旋回外側圧縮室８ａへの油注入用ポート２２ｂの開口時期と旋回内側圧縮室８ｂへの油注入用ポート２２ａの開口時期とは、約１８０度位相の異なる油注入タイミングとなる。これによって、２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂの径Ｄ０、Ｄ１を旋回スクロール６のラップ厚さより小さく設定していても、２つの油注入用ポート２２ａ、２２ｂが旋回スクロール６で同時に堰き止められることのない油注入機能を備えるものである。このため、油配管内での油流動がスムースになり、油撃現象による配管振動の増加現象、配管応力の増加現象が回避できると共に、圧縮機本体の騒音と振動の低減が図れる。
【００６２】
油注入用ポート２２ｂの位置は、点５３に対してスクロールラップ巻き角度にして、約２×πｒａｄ分だけ内側の位置に設定している。また、油注入用ポート２２ａの位置は、点５４に対してスクロールラップ巻き角度にして、約２×πｒａｄ分だけ内側の位置に設定している。これらの位置に設定することにより、ヘリウムガスの吸入行程が終了した直後に、油注入作用を行うために、旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂでのインジェクション油の注入による加熱作用を低減せしめ、圧縮機の体積効率の向上効果が得られる。円形穴部２２ｃの径は、歯溝寸法Ｄｔと同等である。
【００６３】
油インジェクション管３１はエルボ構造となっている。油インジェクション管３１は、密閉容器１の上蓋２ａを貫通して固定スクロール５の鏡板部５ａに設けた油注入用ポート２２ａ，２２ｂに連通している。
【００６４】
次に、図９〜図１１を主に参照しながら、圧縮機部４について説明する。図９は図３の固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせた状態を示す平面断面図、図１０は図９に対して旋回スクロールをさらに回転させたときの平面断面図、図１１は本実施形態における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の吸入容積とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【００６５】
旋回スクロール６が旋回を始めると、旋回スクロール６と固定スクロール５との接触点が中心部に向かって移動する。このとき、図９及び図１０に示すように、旋回スクロール６のラップ終端部６ｎのラップ外周面６６１と固定スクロール５のラップ内周面６６２とで囲まれる空間には旋回外側圧縮室８ａが形成され、旋回スクロール６のラップ内周面６６２と固定スクロール５のラップ外周面５６２とで囲まれる空間には旋回内側圧縮室８ｂが形成される。旋回外側圧縮室８ａ、旋回内側圧縮室８ｂは、中心部に向かって順次容積を縮小して移動し、その結果、吸入口１５から吸い込まれた低圧のヘリウムガスが圧縮されて吐出口１０から密閉容器１内の空間１ａに吐出される。
【００６６】
ここで、旋回外側圧縮室８ａの吸入容積と旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積は、交互に増減する関係、つまり、一方が増大すると他方が減少するように変化する。
【００６７】
旋回外側圧縮室８ａにて設定される設定容積比Ｖｒｓは、下記式（２）により定義される。ここで、設定容積比Ｖｒｓとは、旋回外側圧縮室８ａの最大吸込容積となる行程容積Ｖｔｈｓを圧縮室８の吐出行程直前の旋回外側圧縮室８ａ側の最内室の容積Ｖｄ１で除した値を意味する。
【００６８】
【数２】
2010121582.tif 000004
【００６９】
ー方、旋回内側圧縮室８ｂにて設定される設定容積比Ｖｒｋは、下記式（３）により定義される。ここで、設定容積比Ｖｒｋとは、旋回内側圧縮室８ｂの最大吸込容積となる行程容積Ｖｔｈｋを圧縮室の吐出行程直前の旋回内側圧縮室８ｂ側の最内室の容積Ｖｄ１で除した値を意味する。
【００７０】
【数３】
2010121582.tif 000005
【００７１】
旋回外側圧縮室８ａと旋回内側圧縮室８ｂの行程容積は、その幾何学的形状により、Ｖｔｈｓ＞Ｖｔｈｋの関係となる。なお、旋回スクロール６の６ｍは、固定スクロール５側の吐出穴１０と同等の大きさになる凹部の溝形状である。
【００７２】
また、旋回外側圧縮室８ａの設定容積比Ｖｒｓと旋回内側圧縮室８ｂの設定容積比Ｖｒｋとをほぼ同等に設定せしめるものである。実用的には、Ｖｒｋ＝Ｖｒｓ＝２．０〜２．４の比較的低圧力比運転条件に適した設定容積比としている。これは、ヘリウム用圧縮機の運転条件が低い圧力比域、例えば圧力比＝１．６〜２．８前後の運転条件が多いというヘリウム固有な運転条件によるものである。
【００７３】
ここで、ラップの巻き角度について説明する。この巻き角度とは巻き終わり角度又は巻き始め角度をいう。
【００７４】
旋回スクロール６においては、点６４、点６５のラップ巻き終わり角度が、いずれも１９．２４ｒａｄであり、点６１、点６３のラップ巻き始め角度は、それぞれ１．５ｒａｄ、約４．６ｒａｄとなる。これに対し、固定スクロール５においては、点５３、点５４のラップ巻き終わり角度が、それぞれ１６．１ｒａｄ、１９．２４ｒａｄとなり、固定スクロール５のラップの内側曲線５６１を外側曲線５６２に対して、巻き角度として所定角度のπｒａｄ分、延長させた構成となっている。固定スクロール５の点５１、５３は、旋回スクロール６の点６３、６４とそれぞれ相対的に同一位置となる。また、旋回外側圧縮室８ａの設定容積比Ｖｒｓと旋回内側圧縮室８ｂの設定容積比Ｖｒｋとをほぼ同等に設定している。具体的には、Ｖｒｋ＝Ｖｒｓ＝２．３〜２．６の比較的低圧力比運転条件に適した設定容積比としている。これは、ヘリウム用圧縮機の運転条件が低い圧力比領域（圧力比＝２〜２．８前後）の運転条件が多いというヘリウム固有な運転条件によるものである。
【００７５】
図６のラップ終端部の位置６ｋがラップ巻き終わり角度λ１ｓとλ１ｋとなり、ラップ始端部６ｎの位置が上記のラップ巻き始め角度λＳＳとλＳｋとなる。歯溝寸法（図６のＤｔ寸法）は固定スクロールラップと同様に次の式（４）で与えられる。
【００７６】
【数４】
2010121582.tif 000006
【００７７】
前記のＤｔ寸法とＲｓ２寸法またはＲｋ２寸法とは、ほぼ、Ｄｔ＝Ｒｓ２×２．０またはＤｔ＝Ｒｋ２×２．０の関係となっている。
【００７８】
ここで、旋回外側圧縮室８ａの吸入容積が最大となるときの状態と、旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積が最大となるときの状態について、図９、図１０を用いて説明する。
【００７９】
図９に示すように、旋回外側圧縮室８ａの吸入容積が最大となるときには、旋回スクロール６の終端部のラップ外周面６６１が固定スクロール５のラップ内周面５６２と接触し、このとき点６５と点５４は接触する。図９は旋回外側圧縮室８ａの最大密閉容積を形成するタイミング時となる吸い込み完了時の状態である。点６５が点５４と重なった状態で、油注入用ポート２２ａの開口部は旋回スクロールラップ歯先部に塞がれた状態の位置関係となる。
【００８０】
これに対し、図１０に示すように、旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積が最大となるときには、旋回スクロール６の終端部のラップ内周面６６２が固定スクロール５のラップ外周面５６１と接触し、このとき点６４と点５３は接触する。図１０は、旋回内側圧縮室８ｂの最大密閉容積を形成するタイミング時となる吸い込み完了時の状態である。点６４が点５３と重なった状態で、油注入用ポート２２ｂの開口部は旋回スクロールラップ歯先部に塞がれた状態の位置関係となる。この後、クランク軸が１８０度旋回すると、図９の状態に移行することになる。
【００８１】
係る位置関係とすることにより、旋回外側圧縮室８ａと旋回内側圧縮室８ｂへの作動室内のガス冷却機能とシール機能の両面をほぼ均等に機能せしめることができる。また、両圧縮室の圧縮効率（図示効率）を同等に向上できるものである。
【００８２】
本実施形態では、固定スクロール５において、旋回スクロール６の終端部との接点位置となる点５３、５４の巻き角度（巻き終わり角度）を、点５３の巻き角度に対して点５４の巻き角度をπｒａｄ延長させるとともに、旋回スクロール６において、点６４、６５の巻き角度（巻き終わり角度）を固定スクロール５の点５４の巻き角度と一致させるように、スクロールラップの形状を形成している。
【００８３】
図１１に、本実施形態における旋回外側圧縮室８ａと旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積とクランク軸の回転角との関係を示す。本実施形態のスクロールラップの形状によれば、旋回外側圧縮室８ａの吸入容積が最大となる吸い込み完了のタイミングはＢ点であり、旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積が最大となる吸い込み完了のタイミングはＡ点となる。このため、両圧縮室８が最大容積となるタイミングは１８０度の回転位相差を生じることになり、吸い込み完了のタイミングは、クランク軸１４の１回転中で２回となる。
【００８４】
これに対し、従来のスクロールラップの形状によれば、例えば、固定スクロール５において、旋回スクロール６の終端部との接点位置となる点５３と点５４の巻き角度が一致しているため、図２０に示すように、吸い込み完了のタイミングがクランク軸１４の１回転中で１回となる。すなわち、旋回外側圧縮室８ａと旋回内側圧縮室８ｂの吸入容積がＣ点で同時に最大となり、両圧縮室８の吸入容積を合計するとＣ点の約２倍となるＤ点まで増加する。
【００８５】
本実施形態によれば、上述したように吸い込み完了のタイミングを従来の１回から２回に倍増できるため、吸い込み工程時のヘリウムガスと油の流動を連続流とすることができ、吸入配管１２０、３４０の間のガス圧力が圧縮機の吸入完了瞬時に閉止されることに伴う衝撃現象を緩和することができ、加えて、冷凍機１１０側で発生していた圧力脈動を吸収できるようになる。これらによって、オルダム機構部等の異常振動の発生や圧縮機の寿命低下を防止でき、信頼性の向上を図ることができる。
【００８６】
加えて、本実施形態によれば、従来、圧縮機ユニットに配置されていたサージタンクを排除することができるため、冷凍機１１０と圧縮機１００との間を直接配管接続することができ、圧縮機のユニット配管を簡素化できるというヘリウム圧縮機ユニット２４０の固有の効果を得ることができる。また、ヘリウム圧縮機ユニット２４０全体としての軽量化、低コスト化を実現できる。
【００８７】
本実施形態では、旋回外側圧縮室８ａ、旋回内側８ｂが圧力的にπｒａｄずれた構成のために、中問圧穴６ｄと排油穴６ｆを旋回スクロール６の内側曲線６６２に沿った位置に配置していない。内側曲線６６２に沿った位置に配置すると、更にπｒａｄ内側の位置となるように、中間圧穴６ｄ、排油穴６ｆを旋回軸受け方向に配置しなければならず、穴加工が難しくなるという加工上の弊害が生じるためである。中間圧穴６ｄ、排油穴６ｆの位置は、実用的には、おおよそ次の式（５）〜（７）の位置となる。
【００８８】
【数５】
2010121582.tif 000007
【００８９】
中間圧穴６ｄの旋回外側圧縮室８ａに開口する開口部は、旋回スクロール６のラップ外周部の吸入室５ｆに間欠的に連通する連通角度をΔλｄ（１．０〜１．５ｒａｄ）とし、更に、排油穴６ｆは、０．５ｒａｄ分、吸入室５ｆに間欠的に連通するようにする。これにより、横穴６ｈと排油穴６ｒとからなる排油機構は、旋回スクロール６の外周部に溜まった油を圧力差により圧縮室８側に逃がし、その外周部での油撹拌動力を低減することができるため、圧縮機のモータの消費電力を軽減することができる。
【００９０】
すなわち、ヘリウムガスは油の中に溶け込まないため、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機においては、例えば、油の粘度は約２０ｃＳｔであるのに対し、ヘリウムガスを用いない冷凍・空調用のスクロール圧縮機においては、作動ガスが油の中に溶け込み希釈されるため、例えば、油粘度が約１０ｃＳｔまで低下する。そして、旋回スクロール６の外周部において油撹拌動力の大きさは油粘度に比例して大きくなるため、圧縮機１００の油撹拌動力は、本実施形態の排油機構がない場合、約２倍の撹拌損失動力を生じることになる。したがって、ヘリウム用密閉形スクロール圧縮機においては、このような大きな油撹拌動力を低減するために、本実施形態の排油機構が必要である。
【００９１】
このように排油穴６ｆが吸入室５ｆと間欠的に連通するようになると、吸入室５ｆは最も低い吸入圧力であるため、旋回スクロール６の外周部の圧力（中間圧力）と吸入室５ｆの圧力との差圧により、旋回スクロール６の外周部に溜まった油を圧縮室８側に逃がしやすくなり、油撹拌動力の低減が容易になる。
【００９２】
また、本実施形態では、図９に示すように、旋回スクロール６のラップ終端部の外周面が固定スクロールの内周面と接して点６５と点５４が重なったときに、旋回スクロール６のラップ歯先部が油注入用ポート２２の開口部のほぼ中央に位置するように設定している。更に、クランク軸が１８０度回転し、図１０に示すように、旋回スクロール６のラップ終端部の内周面が固定スクロールの外周面と接して点６４と点５３が重なったときに、図９と同様、旋回スクロール６のラップ歯先部が油注入用ポート２２の開口部のほぼ中央に位置するように設定している。
【００９３】
このような位置関係とすることにより、旋回外側圧縮室８ａと旋回内側圧縮室８ｂに対してガス冷却機能とシール機能の両方をほぼ均等に機能させるとともに、両圧縮室８の圧縮効率を同等に向上させることができる。
【００９４】
また、油注入用ポート２２の開口部は、吸入完了寸前までに旋回スクロール６のラップ外周側の吸入室５ｆと間欠的に連通し、クランク軸１４の１回転中に吸い込み工程が１８０度の位相を変えて２回行われる。すなわち、中間圧穴６ｄと排油穴６ｆは、図９の状態では下流側に位置する油注入用ポート２２と圧縮室８を介して連通していないが、図１０の状態になると、旋回外側圧縮室８ａを介して連通する。そして、油注入用ポート２２は中間圧穴６ｄ及び排油穴６ｆと間欠的に連通する位置に配置されている。これにより、圧縮室８に溜まった油の起動初期時における油圧縮を未然に防止する機能を持たせることができる。また、吸入室５ｆにて油溜まりを効果的に排出できるため、吸入室５ｆでの油撹拌損失の低減作用が得られるというヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の固有の効果がある。
【００９５】
次に、ラップの巻き始め部となる先端部の円弧半径について、図１２から図１６を参照しながら説明する。図１２は図９における吐出穴の周辺部の拡大図、図１３は図１２に対して圧縮工程が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図、図１４は図１３に対してさらに圧縮工程が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図、図１５は図１４に対してさらに圧縮工程及び吐出が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図、図１６は本実施形態における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の作動室内圧力とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【００９６】
固定スクロール５の巻き始め部となる先端部の円弧半径Ｒｋ１よりも旋回スクロール６の巻き始め部となる先端部の円弧半径Ｒｓ１を大きく設定している。具体的には、Ｒｋ１＝１．２〜１．５ｍｍの範囲に設定し、一方、Ｒｓ１＝１．８〜２．２ｍｍの範囲に設定することにより、Ｒｓ１＞Ｒｋ１の関係としている。また、円弧半径Ｒｓ１と円弧半径Ｒｋ１とは、おおよそＲｓ１／Ｒｋ１＝１．４〜１．６の比率範囲となるようにしている。これにより、旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂにおける作動ガス及び油の吐出流動タイミング・位相をずらすことができる。
【００９７】
すなわち、旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂは図１２から図１５に示すように圧縮工程及び吐出行程が行われる。図１２は、吐出穴１０に連通された吐出工程の旋回外側圧縮室８８ａ及び旋回内側圧縮室８８ｂと、接点７８、７９による圧縮工程の旋回外側圧縮室８ａ及び旋回内側圧縮室８ｂとが形成された状態である。図１２に対して圧縮行程が進むと、図１３に示すように、旋回スクロール６の点６１が旋回外側圧縮室８ａの接点１１０を形成すると共に、固定スクロール５の点５１が旋回内側圧縮室８ｂの接点１１２を形成する。図１３に対してさらに圧縮行程が進むと、図１４に示すように、旋回外側圧縮室８ａが最内室８ｄ側と隙間Ｌｄ１を介してつながり、吐出行程の旋回外側圧縮室８８ａになるが、固定スクロール５の点５１が旋回外側旋回内側圧縮室８ｂが接点１１３を形成しており、最内室８ｄ側とはつながっていない。これは、両スクロール５、６の先端部の円弧半径Ｒｓ１、Ｒｋ１の差によるものである。図１４に対してさらに吐出行程及び圧縮行程が進むと、旋回外側圧縮室８８ａ及び旋回内側圧縮室８８ｂが最内室８ｄ側と隙間Ｌｄ２、Ｌｄ３を介して完全につながるようになり、両圧縮室８８ａ、８８ｂが同時に吐出行程になる。
【００９８】
本実施形態では、旋回外側圧縮室８ａの内部圧力Ｐｉｓ及び旋回内側圧縮室８ｂの内部圧力Ｐｉｋは、クランク軸１４の回転角に対して図１６に示すように変化する。この図１６から明らかなように、旋回外側圧縮室８ａの圧力Ｐｉｓの変化において、吐出開始のタイミングはＧ点であり、旋回内側圧縮室８ｂの吐出開始のタイミングはＨ点となり、その位相差Δｄ１が生ずる。このΔｄ１の値は、実用的には、１／３πｒａｄから１／２πｒａｄが好ましい。一方、従来技術では図２１に示すように、旋回外側圧縮室と旋回外側圧縮室の吐出開始のタイミングはＪ点で同時となる。このため、本実施形態では、吐出開始のタイミングが従来技術に対して１回から２回へと倍増する。これによって、従来技術で発生していた圧力損失ΔＰｉｋ、ΔＰｉｓは、図１６に示す圧力損失ΔＰｉｋ、ΔＰｉｓのように大きく低減できる。
【００９９】
このように、吐出口１０から流出するヘリウムガスと軸受け潤滑用油及びインジェクション油の大量の油とがクランク軸１４の１回転において２度のタイミングで流出することとなり、吐出通路の確保と相まって吐出過程時での流れに伴う圧力損失の大幅な低減効果が得られる。特に、前記したように軸受け潤滑用油及びインジェクションされた全油量が吐出穴１０を通るものであり、従来機に対して吐出圧力損失を約１／４に低減できるというヘリウム圧縮機固有の効果を得ることができる。さらに、吐出圧力脈動幅の低減効果とともに、吐出圧力損失の大幅な低減効果、圧縮機入力の低下及び性能向上の効果が得られるというヘリウム圧縮機固有の効果がある。
【０１００】
旋回外側圧縮室８ａの圧力Ｐｉｓ変化において、油注入用ポート２２ａからの旋回外側圧縮室８ａへの油注入タイミング時期がＡ点となり、注入範囲は２πとなる。一方、旋回内側圧縮室８ｂの圧力Ｐｉｋ変化において、油注入用ポート２２ｂからの旋回内側圧縮室８ｂへの油注入タイミング時期はＢ点となり、同様に注入範囲は２πとなる。このように、油注入する時期は異なるものである。
【０１０１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１７を用いて説明する。図１７は本発明の第２実施形態の密閉形スクロール圧縮機の固定スクロールの平面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【０１０２】
この第２実施形態では、油注入用ポート２２ａ、２２ｂの位置を、第１実施形態の油注入用ポート２２ａ，２２ｂの位置より吸入圧力側に設定したものである。具体的には、油油注入用ポート２２ａ、２２ｂの開口位置を、第１実施形態のそれに対して、約π／６からπ／４ｒａｄ吸入室５ｆ側の位置にずらしている。このずらした角度分は概略ラップ歯厚ｔ分を考慮している。油注入用ポート２２の開口位置を低圧側にずらすことによって、給油差圧が増加し、低圧力比運転条件においても、油インジェクション管３１からの流入する冷却用油量の増加・確保が図れるもので、性能的に好ましい構造である。
【０１０３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は本発明の第３実施形態の密閉形スクロール圧縮機の固定スクロールの平面図、図１９は第３実施形態の密閉形スクロール圧縮機における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の作動室内圧力とクランク軸回転角と関係を説明する図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【０１０４】
この第３実施形態では、固定スクロール内側曲線の終端部を延長しないラップ形状において、第１実施形態の注入機構部を適用したものである。即ち、旋回スクロール外側曲線と固定スクロール内側曲線とで形成する旋回外側圧縮室８ａへの油注入用ポート２２ａを固定スクロール内側曲線９２０の近傍に設けると共に、旋回スクロール内側曲線と固定スクロール外側曲線９２６とで形成する旋回内側圧縮室への油注入用ポート２２ｂを固定スクロール外側曲線９２６近傍に設け、２つの油注入用ポート２２ａ，２２ｂが対向する位置関係にある。
【０１０５】
この第３実施形態によれば、２つの油注入用ポート位置がスクロールラップ巻き角度として異なる位置に設定されることとなり、２つの油注入用ポート２２ａ，２２ｂによって、図１９に示すように、旋回外側圧縮室８ａ、８ｂ側に油注入するタイミングを、Ｄ点とＥ点の位置へと互いにずらすことが出来るようになる。それぞれの注入ポート２２ａ，２２ｂの注入タイミングの位相差は、図１９に示すようにπｒａｄとなる。
【０１０６】
（その他の実施形態）
上述した実施形態では、作動ガスがヘリウムガスであって冷却媒体として油を注入する圧縮機について説明したが、本発明は、フロンガス冷媒を使用する冷凍・空調用スクロール圧縮機に対しても、冷却用インジェクション配管構造および固定スクロール側に設けた冷却のための液冷媒あるいは湿り状態の冷媒注入用構造としても適用できるものである。具体的には、作動ガスがフロン冷媒ガス、例えば、Ｒ２２，Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ冷媒等の場合においては、冷却用液体が高圧フロン用液冷媒であり、あるいは圧縮室にガス或るいは液冷媒ないし湿り状態のフロン冷媒が注入される圧縮機構造であることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の第１実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機を備えた冷凍装置の全体構成図である。
【図２】図１の圧縮機ユニットの外観を示す斜視図である。
【図３】図１の圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。
【図４】図３の固定スクロールの平面図である。
【図５】図４の固定スクロールの縦断面図である。
【図６】図３の旋回スクロールの平面図である。
【図７】図６の旋回スクロールの縦断面図である。
【図８】図１の圧縮機の注入機構部の拡大断面図である。
【図９】図３の固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせた状態を示す平面断面図である。
【図１０】図９に対して旋回スクロールをさらに回転させたときの平面断面図である。
【図１１】第１実施形態における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の吸入容積とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【図１２】図９における吐出穴の周辺部の拡大図である。
【図１３】図１２に対して圧縮工程が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図である。
【図１４】図１３に対してさらに圧縮工程が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図である。
【図１５】図１４に対してさらに圧縮工程及び吐出が進んだ状態における吐出穴の周辺部の拡大図である。
【図１６】第１実施形態における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の作動室内圧力とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【図１７】本発明の第２実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の固定スクロールの平面図である。
【図１８】本発明の第３実施形態のヘリウム用密閉形スクロール圧縮機の固定スクロールの平面図である。
【図１９】第３実施形態における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の作動室内圧力とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【図２０】従来技術における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の吸入容積とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【図２１】従来技術における旋回外側圧縮室及び旋回内側圧縮室の作動室内圧力とクランク軸回転角と関係を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０８】
１…密閉容器、１ａ…吐出室、１ｂ、１ｂ１、１ｂ２…モータ室、２ｂ…ケーシング部、３…モータ部、４…圧縮機部、５…固定スクロール、５ａ…鏡板、５ｂ…ラップ、５ｆ…吸入室、６…旋回スクロール、６ａ…鏡板、６ｂ…ラップ、６ｎ…ラップ始端部、７…フレーム、８…旋回外側圧縮室８ａ…旋回外側旋回内側圧縮室８ｂ…旋回内側圧縮室、１０…吐出口、１４…クランク軸、１４ａ…偏心軸、１５、１５ａ、１５ｂ…吸入口、１７…吸入管、２０…吐出管、２２…油注入用ポート、２３…潤滑油、３０…油取り出し管、３１…油インジェクション管、３２…旋回軸受、３９…補助軸受、４０…主軸受、５６１…固定スクロールのラップ内周面、５６２…固定スクロールのラップ外周面、Ｒｋ１…固定スクロールラップ始端部の円弧半径、Ｒｓ１…旋回スクロールラップ始端部の円弧半径、Ｖｒｓ…旋回外側圧縮室の設定容積比、Ｖｔｈｓ…旋回外側圧縮室の最大吸込容積となる行程容積、Ｖｒｋ…旋回内側圧縮室の設定容積比、Ｖｔｈｋ…旋回内側圧縮室の最大吸込容積となる行程容積。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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