(57)【要約】【課題】予め運動条件を制限することなく、圧縮機の運転中に運動条件をコントロールして、運転条件に応じて適切な圧縮機能力を発揮できる圧縮機を提供する圧縮機を提供すること。【解決手段】本発明は、伝達された駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機であって、駆動力により運動される運動要素と、運動要素を支持する支持要素と、運動要素に付随して設けられる検知手段と、を備え、検知手段は、検知手段の周囲の状態の変化を検知することを特徴とする。【選択図】図１
2018132020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝達された駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機であって、
前記駆動力により運動される運動要素と、
前記運動要素を支持する支持要素と、
前記運動要素に付随して設けられる検知手段と、を備え、
前記検知手段は、
前記検知手段の周囲の状態の変化を検知する、
ことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記検知手段は、厚さが１０μm以下のセンサである、
請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記検知手段は、
前記支持要素の前記運動要素との摺動面に設けられる、
請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記検知手段は、
前記運動要素自体に設けられる、
請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記検知手段の周囲の状態の変化は、
潤滑油の圧力の変化、潤滑油の温度の変化、及び、静電容量の変化の少なくとも一つである、
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機は、
固定スクロールと、
前記固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、
前記旋回スクロールを公転可能に支持するスラスト軸受と、
潤滑油が流入する背圧室と、を備えるスクロール圧縮機である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記検知手段は、前記背圧室と繋がる前記スラスト軸受の前記旋回スクロールとの摺動面に設けられる、
請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記検知手段は、
前記スラスト軸受の前記摺動面から後退する収容室の内部に設けられる、
請求項７に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記検知手段は、前記スラスト軸受と前記旋回スクロールの間の潤滑油の圧力を検知する計測領域を有し、
前記計測領域が前記スラスト軸受の配置領域の内部に設けられる、
請求項８に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記検知手段の検知した値によって、前記背圧室の内部の前記潤滑油の圧力が調整される、
請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項１１】
前記検知手段は、
前記旋回スクロールの自転を規制するオルダムリングのキーと、前記キーが挿入されるキー溝との間の状態の変化を検知する、
請求項６に記載の圧縮機。
【請求項１２】
前記検知手段は、
前記固定スクロールのラップの歯面と、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの間の圧縮室の状態の変化を検知する、
請求項６に記載の圧縮機。
【請求項１３】
前記圧縮機は、
シリンダと、
前記シリンダの内部で摺動するピストンロータと、
前記シリンダおよび前記ピストンロータの上側の端面に配置される上部軸受と、
前記シリンダおよび前記ピストンロータの下側の端面に配置される下部軸受と、
前記シリンダ、前記ピストンロータ、前記上部軸受および前記下部軸受により形成された圧縮室と、
前記圧縮室を区分するブレードと、
前記ブレードが挿入されるブレード溝と、を備えるロータリ圧縮機である、
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の圧縮機。
【請求項１４】
前記検知手段は、
前記ブレードと、前記ブレード溝との間の状態の変化を検知する、
請求項１３に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転時の機械損失の低減機構を備える圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍サイクルには、スクロール圧縮機、ロータリ圧縮機などの圧縮機が用いられる。例えば、特許文献１に開示されるスクロール圧縮機は、ケーシングの内部に固定された固定スクロールと、固定スクロールに噛み合い、背面側に駆動軸が連結された旋回スクロールとを備えている。このスクロール圧縮機は、駆動軸を回転させると、旋回スクロールが旋回する。そして、その旋回時に、２つのスクロールの間に形成される圧縮室へ流体が吸入され、圧縮室内で流体が圧縮される。
【０００３】
また、スクロール圧縮機は、圧縮動作中、旋回スクロールとその背面側のハウジングとの間に形成される背圧空間を高圧にすることで、旋回スクロールを固定スクロールに押し付け、スラスト軸受の摺動損失を低減して、圧縮の効率を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１８７３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、スクロール圧縮機において、旋回スクロールの状態は、運転条件によって左右されるものである。そして、運転条件に対する旋回スクロールの状態は、把握するのが困難である。
そのため、旋回スクロールが与えられた条件の下で、与えられた期間、要求機能を遂行できる能力（信頼性性能）を確保するために、スクロール圧縮機の運転条件の制限がされている。このため、運転条件の制限がなければより高い能力を発揮できるのにも関わらず、その能力を充分に発揮することができずにいた。
【０００６】
そこで本発明は、予め運動条件を制限することなく、圧縮機の運転中に運動条件をコントロールして、運転条件に応じて適切な圧縮機能力を発揮できる圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、伝達された駆動力により冷媒を圧縮する圧縮機であって、駆動力により運動される運動要素と、運動要素を支持する支持要素と、運動要素に付随して設けられる検知手段と、を備え、検知手段は、検知手段の周囲の状態の変化を検知することを特徴とする。
【０００８】
本発明の検知手段は、厚さが１０μm以下のセンサにすることができる。
【０００９】
本発明の検知手段は、支持要素の運動要素との摺動面に設けられることができる。
【００１０】
検知手段は、支持要素の運動要素との摺動面に設けられることができる。
【００１１】
検知手段は、運動要素自体に設けられることができる。
【００１２】
検知手段の周囲の状態の変化は、潤滑油の圧力の変化、潤滑油の温度の変化、及び、静電容量の変化の少なくとも一つであることが好ましい。
【００１３】
本発明の圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールに対して公転旋回される旋回スクロールと、旋回スクロールを公転可能に支持するスラスト軸受と、潤滑油が流入する背圧室と、を備えるスクロール圧縮機であることが好ましい。
【００１４】
本発明の圧縮機がスクロール圧縮機の場合に、検知手段は、背圧室と繋がるスラスト軸受の旋回スクロールとの摺動面に設けられることができる。
この場合に、検知手段は、スラスト軸受の摺動面から後退する収容室の内部に設けられることが好ましい。
さらに、検知手段は、スラスト軸受と旋回スクロールの間の潤滑油の圧力を検知する計測領域を有し、計測領域がスラスト軸受の配置領域の内部に設けられることが好ましい。
本発明の圧縮機は、検知手段の検知した値によって、背圧室の内部の潤滑油の圧力が調整されることが好ましい。
【００１５】
本発明の圧縮機がスクロール圧縮機の場合に、検知手段は、旋回スクロールの自転を規制するオルダムリングのキーと、キーが挿入されるキー溝との間の状態の変化を検知することができる。
また、検知手段は、固定スクロールのラップの歯面と固定スクロール及び旋回スクロールの間の圧縮室の状態の変化を検知することができる。
【００１６】
本発明の圧縮機は、シリンダと、シリンダの内部で摺動するピストンロータと、シリンダおよびピストンロータの上側の端面に配置される上部軸受と、シリンダおよびピストンロータの下側の端面に配置される下部軸受と、シリンダ、ピストンロータ、上部軸受および下部軸受により形成された圧縮室と、圧縮室を区分するブレードと、ブレードが挿入されるブレード溝と、を備えるロータリ圧縮機であることが好ましい。
本発明の圧縮機がロータリ圧縮機の場合に、検知手段は、ブレードと、ブレード溝との間の状態の変化を検知することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、圧縮機が運転しているときに所定の場所の物理量を検知することにより、予め運動条件を制限することなく、検知結果により運動条件をコントロールすることで、運転条件に応じて適切な圧縮機能力を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態のスクロール圧縮機の全体図を簡略化して示す断面図である。
【図２】図１の一部拡大図である。
【図３】第１実施形態のスクロール圧縮機の特徴的部分の平面図である。
【図４】（ａ）は、第１実施形態のスクロール圧縮機の特徴的部分の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図であり、（ｃ）は、（ａ）の一部拡大図である。
【図５】（ａ）は、薄膜センサのセンサ出力と背圧室の内部の潤滑油の圧力の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、旋回スクロールとスラスト軸受の間の摩擦係数と旋回スクロールの軸受特性数の関係を示すグラフである(ストライベック曲線)。
【図６】（ａ）は、他の実施形態のロータリ圧縮機の全体図を簡略化して示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の圧縮機は、圧縮機が運転されているときに所定の場所の物理量を検知し、この検知結果に基づいて適切な条件で運転される。
以下、本発明の圧縮機について、第１実施形態〜第５実施形態を示して説明する。
第１実施形態〜４実施形態は、本発明の圧縮機をスクロール圧縮機１に適用したものであり、第５実施形態は、本発明の圧縮機をロータリ圧縮機８に適用したものである。
【００２０】
まず、図１を参照し、以下に説明する第１実施形態〜第４実施形態に共通の構成及び動作について説明する。
本実施形態のスクロール圧縮機１は、図１に示すように、固定スクロール３と、固定スクロール３に対して公転旋回される運動要素である旋回スクロール４と、旋回スクロール４を駆動させるモータ６と、モータ６の動力を旋回スクロール４に伝達する回転軸５と、これらを収容するハウジング２と、を備える。
旋回スクロール４は、支持要素であるスラスト軸受２２により公転旋回が可能に支持されるが、オルダムリング２３により自転が規制されている。
回転軸５は、ハウジング２に固定された上部軸受２１と下部軸受２４により回転可能に支持されている。
【００２１】
ハウジング２は、図１に示すように、底部に、潤滑油Ｏを貯留する貯留領域２６を備える。潤滑油Ｏは、回転軸５の下端に設けられるポンプ５４により、回転軸５の内部の給油経路５３を通じて汲み上げられ、上部軸受２１、下部軸受２４、回転軸５の偏心ピン５１に設けられるベアリング５２、旋回スクロール４、オルダムリング２３、およびスラスト軸受２２の他の部品と摺動する箇所へと供給される。供給された潤滑油Ｏは、循環通路２５を通って貯留領域２６に戻される。
ハウジング２に設けられる吸入配管２８および吐出配管２９は、図示をしない冷凍機や空気調和機の冷媒回路に接続されている。
【００２２】
スクロール圧縮機１は、図示しない電源よりモータ６のステータ６１に駆動電流が供給されると、モータ６のロータ６２が回転して、駆動力が回転軸５に出力される。
回転軸５が回転されると、回転軸５の上端に回転軸５の中心軸から径方向の外側の一方向（偏心方向）に偏心して設けられる偏心ピン５１を介して駆動力が伝達される旋回スクロール４が、ハウジング２に固定されている固定スクロール３に対して公転旋回される。
旋回スクロール４の旋回により、吸入配管２８から流入したハウジング２の内部の冷媒が旋回スクロール４と固定スクロール３の間に吸入される。そして、旋回スクロール４の旋回に伴い、旋回スクロール４と固定スクロール３の間の圧縮室Ｒ１の容積が減少することにより、圧縮室Ｒ１内で冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒の圧力によるスラスト荷重は、スラスト軸受２２を介して、旋回スクロール４の端板４１を支持する上部軸受２１が受け持つ。
圧縮された冷媒は、固定スクロール３の吐出ポート３２及びディスチャージカバー３７の吐出ポート３８を経て、吐出配管２９により冷媒回路へと吐出される。吐出ポート３２には、固定スクロール３の端板３１にリテーナ３５を介して取り付けられたリード弁３６が設けられており、ディスチャージカバー３７の吐出ポート３８にも、ディスチャージカバー３７にリテーナ３７Ａを介して取り付けられたリード弁３７Ｂが設けられている。圧縮された冷媒の圧力が所定値に達すると、リード弁３６，３７Ｂを押し開いた冷媒が冷媒回路へと吐出される。
【００２３】
〔第１実施形態〕
第１実施形態のスクロール圧縮機１は、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を調整する圧力調整機構を備える。
スクロール圧縮機１は、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力によって旋回スクロール４が固定スクロール３側へ押し付けられる。
圧力調整機構は、図２に示すように、背圧室２７と、スラスト軸受２２の旋回スクロール４と対向する面に形成された収容室２２Ｂと、収容室２２Ｂの内部に設けられる薄膜センサ７と、循環通路２５に設けられる制御弁Ｖと、を有する。
圧力調整機構は、背圧室２７の内部に供給された潤滑油Ｏの圧力を薄膜センサ７により検知して、その検知結果により循環通路２５の制御弁Ｖの開閉を調節することで、背圧室２７が所望の圧力になるように調整するものである。
以下、圧力調整機構の各構成について説明する。
【００２４】
［背圧室２７］
背圧室２７は、図２に示すように、旋回スクロール４と上部軸受２１とスラスト軸受２２によって仕切られた、スラスト軸受２２の内側の空間である。背圧室２７は、環状に形成されている。
【００２５】
［循環通路２５］
循環通路２５は、貯留領域２６から背圧室２７の内部に供給された潤滑油Ｏを、背圧室２７からハウジング２の貯留領域２６に戻すためのものである。
循環通路２５は、図１に示すように、ハウジング２の潤滑油Ｏが貯留される貯留領域２６に繋がっている。循環通路２５は、潤滑油Ｏの循環流量を制御する制御弁Ｖを備える。本実施形態において、制御弁Ｖは、制御弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の総称として用いられる。
本実施形態における制御弁Ｖとしては、指令に応じて流路が開閉される電磁弁を例示できる。
【００２６】
背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの量は、以下のようにして制御弁Ｖで制御される。
スクロール圧縮機１は、運転中に、背圧室２７に潤滑油Ｏが供給される。制御弁Ｖを閉じると、背圧室２７の内部で行き場がなくなった潤滑油Ｏは、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａの側に導かれて、スラスト軸受２２と旋回スクロール４の間の隙間Ｃに入っていく。
一方、隙間Ｃに潤滑油Ｏが入った状態で制御弁Ｖを開けば、隙間Ｃから循環通路２５に向けて潤滑油Ｏが流出する。
【００２７】
本実施形態の循環通路２５は、途中で４つの通路２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄに分岐され、通路２５Ａ〜２５Ｄのそれぞれに制御弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が備えられている。循環通路２５は、制御弁Ｖ１〜４を開閉する数により、背圧室２７から貯留領域２６に戻す潤滑油Ｏの量を調整できる。
なお、複数の制御弁Ｖ１〜４の代わりに流量調節弁を用いて、背圧室２７から貯留領域２６に戻す潤滑油Ｏの量を調整することもできる。
【００２８】
［収容室２２Ｂ］
スラスト軸受２２は、図３に示すように、旋回スクロール４と接触するスラスト面２２Ａに、収容室２２Ｂを備える。
収容室２２Ｂには、後述する薄膜センサ７の検知部である計測領域７４が、旋回スクロール４と接触しないようにスラスト軸受２２に設けられる。
収容室２２Ｂは、スラスト軸受２２と旋回スクロール４の間の隙間Ｃを介して、背圧室２７と繋がれている。
収容室２２Ｂは、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、スラスト面２２Ａに設けられた径方向に伸びる直線状の溝からなる。
収容室２２Ｂの深さＤは、収容室２２Ｂの内部に設けられる薄膜センサ７の計測領域７４の厚さＴよりも深く形成されている。
【００２９】
［薄膜センサ７］
薄膜センサ７は、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力の変化を電気抵抗値の変化として検知する。
薄膜センサ７は、図４（ａ）に示すように、スラスト面２２Ａの外側の周縁２２Ｄから径方向の内側に伸びる直線部と、この直線部に繋がる曲線部と、この曲線部に繋がりスラスト面２２Ａの外側の周縁２２Ｄまで伸びる直線部からなる。つまり、薄膜センサ７は、スラスト面２２Ａに略Ｕ字状に形成されている。薄膜センサ７は、スラスト面２２Ａの周縁２２Ｄで図示を省略する端子に接続している。
薄膜センサ７からの検知信号は、端子にそれぞれ接続されたリード線を介して、図示を省略する制御部に入力される。
【００３０】
薄膜センサ７は、図４（ｂ）に示すように、スラスト軸受２２の側から順に、絶縁層７２と、センサ層７１と、保護層７３とが積層された３層構造を有している。
センサ層７１は、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が変わると電気抵抗値が変わる特性を備えている。絶縁層７２は、スラスト軸受２２とセンサ層７１の間を電気的に絶縁する。保護層７３は、収容室２２Ｂに入り込んだ金属粉などの異物によりセンサ層７１が損傷しないように保護する。
センサ層７１の厚さは１μｍ以下であり、絶縁層７２及び保護層７３を含めた薄膜センサ７の全体の厚さＴが１０μｍ以下の範囲で選択されることが好ましく、５μｍ以下、さらには３μｍ以下程度であることが特に好ましい。
【００３１】
センサ層７１は、圧力の変化に応じて電気抵抗値が変化する特性を有する材料で形成されている。例えば、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系合金であるマンガニン（登録商標）を用いることができる。マンガニンは、典型的には質量％で、Ｃｕ：８４％、Ｍｎ：１２％、Ｎｉ：４％の化学組成を有する。
絶縁層７２は、電気的な絶縁性を有する材料で形成される。例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等を用いることができる。
保護層７３は、例えば、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙ Ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏ Ｅｔｈｙｌｅｎｅ）、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を用いることができる。
【００３２】
薄膜センサ７は、図４（ｃ）に示すように、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を計測する検知部として用いられる計測領域７４を備える。計測領域７４は、計測領域７４の電気抵抗値に比べると、他の領域７９の電気抵抗値が無視できるほど幅が小さくなるように設定されている。
これにより、薄膜センサ７の両端に設けられる端子の間の電気抵抗値は、計測領域７４の電気抵抗値と実質的に同じになる。そして、収容室２２Ｂの内部で薄膜センサ７の計測領域７４に作用する潤滑油Ｏによる圧力の変化が、端子の間の電気抵抗の変化として検知される。
計測領域７４は幅が狭いので、他の領域７９よりも電気抵抗の変化についての感度がよい。
計測領域７４の幅Ｗは、例えば２０〜３０μｍにできる。
なお、計測領域７４も含めて薄膜センサ７は、全体が絶縁層７２と、センサ層７１と、保護層７３と、を備えた３層構造になっている。
【００３３】
薄膜センサ７は、図３に示すように、計測領域７４がスラスト軸受２２のスラスト面２２Ａの配置領域２２Ｃに設けられる。
スラスト面２２Ａは、図４（ａ）に示すように、外側の周縁２２Ｄから径方向の内側の円環状の領域２２Ｅが、公転旋回運動する旋回スクロール４の端板４１と強く当たるおそれがある。また、内側の周縁２２Ｆから径方向の外側の円環状の領域２２Ｇが、旋回スクロール４の端板４１が変形すると、端板４１と強く当たるおそれがある。
配置領域２２Ｃは、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａのうち、領域２２Ｅ、２２Ｇを除く円環状の領域である。領域２２Ｅ、２２Ｇの幅は、１ｍｍ程度である。
計測領域７４が領域２２Ｅ、２２Ｇに比べて端板４１の当たりの弱い配置領域２２Ｃに設けられることで、薄膜センサ７は背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を安定して検知することができる。
【００３４】
図５（ａ）に示すように、スラスト軸受２２が旋回スクロール４に接しているために、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の隙間Ｃに潤滑油Ｏがない境界潤滑の状態Ｉでは、薄膜センサ７が検知する油圧は低い。
しかし、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の隙間Ｃに潤滑油Ｏが入り込んで、隙間Ｃに潤滑油Ｏによる油膜が形成された混合潤滑の状態ＩＩになると、薄膜センサ７が検知する油圧が次第に高くなる。
スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の隙間Ｃに入り込む潤滑油Ｏの量が多くなると、検知する油圧がさらに高くなる。そうして、スラスト軸受２２と旋回スクロール４が接触せずに完全に離れる流体潤滑の状態IIIになると、薄膜センサ７が検知する油圧は混合潤滑の状態ＩＩのときよりも高くなる。
【００３５】
そして、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の動摩擦係数は、図５（ｂ）に示すように、境界潤滑の状態Ｉから混合潤滑の状態ＩＩに移行すると低くなるが、混合潤滑の状態ＩＩから流体潤滑の状態IIIに移行すると高くなる。
つまり、スクロール圧縮機１の運転中には、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の隙間Ｃが混合潤滑の状態ＩＩになっていることが好ましい。
【００３６】
［圧力調整機構の動作］
スクロール圧縮機１の運転中に、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を調整するための圧力調整機構の動作について、図１を参照して説明する。
圧力調整機構は、スラスト面２２Ａと端板４１の間の隙間Ｃが潤滑油Ｏによる油膜が形成された混合潤滑の状態ＩＩを維持する。そのために圧力調整機構は、閾値ごとに閉める制御弁Ｖの数を変える。
なお、スクロール圧縮機1の運転中は、背圧室２７に潤滑油Ｏが供給される。また、スクロール圧縮機1は、制御弁Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の開閉を制御するために、閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４の４つの閾値が設定されている。閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は、薄膜センサ７により検知された油圧により、開閉する制御弁Ｖ１〜４の数を決めるためのものある。閾値Ｐ１より閾値Ｐ２が大きく、閾値Ｐ２より閾値Ｐ３が大きく、閾値Ｐ３より閾値Ｐ４が大きい。
【００３７】
薄膜センサ７が検知した背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が閾値Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の範囲にあるときには、スラスト面２２Ａと端板４１の間の隙間Ｃが、潤滑油Ｏによる油膜が形成される混合潤滑の状態ＩＩにある。閾値Ｐ１から閾値Ｐ３に達するにつれて開く制御弁Ｖの数を増やすことで、状態ＩＩから、隙間Ｃにより多くの潤滑油Ｏが入り込むことでスラスト軸受２２と旋回スクロール４が接することなく離れる流体潤滑の状態IIIに移行しないようにする。
【００３８】
仮に、検知された油圧が閾値Ｐ４に達するときは、スラスト面２２Ａと端板４１の間の隙間Ｃが状態IIIにあるので、制御弁Ｖ１〜Ｖ４の全てが開けられて、スラスト面２２Ａと端板４１の間の隙間Ｃを状態IIIから状態ＩＩに移行させる。
また、薄膜センサ７が検知した背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が閾値Ｐ１に達していなければ、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａと旋回スクロール４の端板４１の間の隙間Ｃに潤滑油Ｏがない境界潤滑の状態Ｉである。したがって、制御弁Ｖ１〜Ｖ４は全て閉じられる。これにより、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの量を増やして、スラスト面２２Ａと端板４１の間に潤滑油Ｏによる油膜が形成された混合潤滑の状態ＩＩにすることができる。
【００３９】
［スクロール圧縮機１の効果］
以下、スクロール圧縮機１の効果について説明する。
スクロール圧縮機１は、検知手段である薄膜センサ７により背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を検知することで、循環通路２５の制御弁Ｖ（Ｖ１〜Ｖ４）の開閉を調節することで背圧室２７が所望の圧力になるように調整する、圧力調整機構を備える。
これにより、スクロール圧縮機１は、旋回スクロール４やスラスト軸受２２等の他の部品と摺動する箇所の潤滑を行いながら、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を適切にコントロールすることができるので、運転条件に応じて適切な圧縮機能力を発揮できる。
【００４０】
以下に、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が、所定の規定値に収まる様に予め設定されている場合と比較して説明する。
スクロール圧縮機１が運転中に所望の効果を得るために必要な背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力は、運転条件によって異なる旋回スクロール４のスラスト荷重や、摺動面での潤滑油の楔効果等の影響により変わるものである。このため、スクロール圧縮機１の運転中に適した背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を算出するのは困難である。
そのため、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が所定の規定値の範囲内であっても、スクロール圧縮機１の運転条件によっては、背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力が所望の効果を得るために必要な値になっていないことがある。
これに対し、スクロール圧縮機１は、薄膜センサ７の周囲の状態の変化、つまり運転中の背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力の変化を検知して、この圧力を適切にコントロールすることができるので、運転条件に応じて、適切な圧縮機能力を発揮できる。
【００４１】
次に、スクロール圧縮機１は、薄膜センサ７が、旋回スクロール４と接触するスラスト面２２Ａに設けられる収容室２２Ｂの中に設けられており、旋回スクロール４との間には潤滑油Ｏが満たされている。したがって、薄膜センサ７は、旋回スクロール４と接触することなく背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を検知できる。
また、薄膜センサ７は、その計測領域７４が相対的に当たりの弱い配置領域２２Ｃの範囲の内部に配置されるので、安定して背圧室２７の内部の潤滑油Ｏの圧力を検知することができる。
【００４２】
また、スクロール圧縮機１は、薄膜センサ７が、運動要素である旋回スクロール４に付随して設けられれば足りる。つまり、旋回スクロール４に薄膜センサ７を設けることもできるが、薄膜センサ７が静止するスラスト軸受２２に設けられるので、動作する旋回スクロール４に設けるのに比べて薄膜センサ７の端子に配線をするのが容易である。
【００４３】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
なお、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
第２実施形態のスクロール圧縮機１は、図示を省略するオルダムリング２３のキーが摺動する上部軸受２１のキー溝に、キーとキー溝の間の潤滑油Ｏの圧力、又は、温度を検知する薄膜センサ７を設けることができる。
温度を検知する薄膜センサとしては、熱起電力によって温度が計測できる熱電対や温度で抵抗値が変わって温度が計測できる抵抗温度センサ、例えば白金薄膜温度センサを用いることができる。
第２実施形態において、薄膜センサは、第１実施形態の収容室２２Ｂと同様にキー溝に形成された収容室の中に設けられる。第３実施形態以降も同様である。
【００４４】
運転中のスクロール圧縮機１において、オルダムリング２３のキーと上部軸受２１のキー溝の間の潤滑油Ｏの圧力又は温度が高くなって、キー溝の内部の潤滑油Ｏが少なくなると、上部軸受２１とオルダムリング２３の摩耗量が増える。
そこで、第２実施形態のスクロール圧縮機１は、薄膜センサにより所定の値の圧力又は温度が検知されると、一時的に旋回スクロール４の回転数を上げて、キーとキー溝の間に潤滑油Ｏが供給される量を増やす。
これにより、上部軸受２１とオルダムリング２３の摩耗量が増えるのを防ぐことができる。
【００４５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
なお、第３実施形態において第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
第３実施形態のスクロール圧縮機１は、固定スクロール３のラップ３３の歯面３４に、薄膜センサ７を設けることができる。この薄膜センサ７は、図示を省略するが、歯面３４に形成された収容室の内部に設けられる。第３実施形態にける薄膜センサ７は、圧縮室Ｒ１の内部でいわゆる液圧縮が生じるのを事前に検知するために用いられる。
歯面３４に薄膜センサ７を設けても、薄膜センサ７が極めて薄いため、冷媒の圧縮の効率を低下させる要因となるデットボリュームを最小限に抑えることができる。
【００４６】
スクロール圧縮機１は、液状の冷媒を吸い込んで液圧縮が生じると、圧縮室Ｒ１の内部の圧力が非常に大きくなってしまう。そこで、スクロール圧縮機１は、薄膜センサ７が液圧縮の生じるおそれのある所定の値の圧力を検知したら、旋回スクロール４の回転数を下げる。
これにより、液圧縮を回避して、圧縮室Ｒ１の内部の圧力が異常に大きくなるのを防ぐことができる。
【００４７】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態について、図１を用いて説明する。
なお、第４実施形態において第１実施形態と同様の構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付し、説明を省略する。
第４実施形態のスクロール圧縮機１は、上部軸受２１の回転軸５と対向する部位に、上部軸受２１と回転軸５の間の潤滑油Ｏの圧力を検知する薄膜センサ７、上部軸受２１と回転軸５の間の温度を検知する薄膜センサ、又は、上部軸受２１と回転軸５の間の静電容量を検知するセンサが設けられる。
なお、潤滑油Ｏの圧力の検知、温度の検知のためのセンサには、上述したセンサを用いることができる。
【００４８】
スクロール圧縮機１は、上部軸受２１と回転軸５の間の温度又は荷重が異常に高くなると、スクロール圧縮機１が稼働しなくなるいわゆるロック状態になるおそれがある。
そこで、第４実施形態のスクロール圧縮機１は、上部軸受２１と回転軸５の間の温度、又は潤滑油Ｏの圧力から求められる荷重が、所定の値以上になったことを薄膜センサが検知すると、回転軸５の回転数を下げることにより、上部軸受２１と回転軸５の間の負荷を下げる。第４実施形態のスクロール圧縮機１は、運転を停止することもできる。
これにより、スクロール圧縮機１がロック状態になるのを防ぐことができる。
【００４９】
また、薄膜センサにより検知した温度と圧力の関係、又は静電容量から、潤滑油Ｏの冷媒による希釈率を算出して、希釈率が一定以上であれば、希釈率が下がるまで回転軸５の回転数や潤滑油Ｏの圧力を低下させて上部軸受２１と回転軸５の間の負荷を下げた運転を実施することもできる。
温度と圧力の関係から希釈率は、圧縮される冷媒や使用する潤滑油Ｏの種類に応じて予め求められた関係式により算出される。また、静電容量から希釈率は、予め求められた静電容量と希釈率との相関関係によって算出される。
【００５０】
次に、上部軸受２１と回転軸５の間の径方向の隙間を検知する薄膜センサが設けられる例について説明する。
この薄膜センサとしては、上述した静電容量を検知するセンサを用いることができる。
第４実施形態においては、上部軸受２１に、上部軸受２１と回転軸５の間の静電容量を検知するように静電容量センサが設けられる。静電容量センサと回転軸５の間の隙間が変化すれば、静電容量センサと回転軸５の間に生じる静電容量が変化するので、検知した静電容量から、上部軸受２１と回転軸５の間の隙間を検知できる。
ところで、回転軸５は、設けられている偏心ピン５１の偏心方向から回転軸５の回転方向に所定の角度ずれた位置で、外周面が上部軸受２１と強く当たる。この位置は、旋回スクロール４の旋回による遠心力等の要素により異なるが、典型的には９０度ずれた位置である。そのため、スクロール圧縮機１の使用を継続すると、回転軸５の強く当たる部分の摩耗が優先的に増えるので、回転軸５の強く当たる部分と上部軸受２１の間の径方向の隙間が増える。
そこで、第４形態のスクロール圧縮機１は、上部軸受２１に設けられる静電容量センサにより、上部軸受２１と回転軸５の間の径方向の隙間が所定の値以上に大きくなるのを検知すると、運転を停止する。スクロール圧縮機１は、運転停止に伴って、運転を停止したことを知らせるエラー信号を出力することもできる。
【００５１】
〔第５実施形態〕
次に、本発明の第５実施形態について、図６を用いて説明する。
第５実施形態のロータリ圧縮機８は、図６（ａ）に示すように、シリンダ８３と、シリンダ８３の内部で摺動するピストンロータ８２と、ピストンロータ８２を駆動させるモータ８９と、モータ８９の動力をピストンロータ８２に伝達する回転軸８７と、これらを収容するハウジング８１と、を備える。
シリンダ８３およびピストンロータ８２の上側の端面には上部軸受８４が配置され、下側の端面には下部軸受８５が配置されている。
【００５２】
ピストンロータ８２は、ハウジング８１の中心軸線に沿った回転軸８７の偏心軸部８７Ａに挿入固定されている。回転軸８７は、上部軸受８４と下部軸受８５により、回動自在に支持されている。
シリンダ８３、ピストンロータ８２、上部軸受８４および下部軸受８５により、図６（ｂ）示すように、圧縮室Ｒ２が形成されている。
シリンダ８３は、圧縮室Ｒ２に繋がりブレード８６が挿入されるブレード溝８３Ｂと、ブレード溝８３Ｂに繋がりコイルバネ８３Ｃを収納する収納溝８３Ｄとを有する。
ブレード溝８３Ｂと収納溝８３Ｄで、シリンダ８３を径方向に貫通している。
【００５３】
圧縮室Ｒ２は、ピストンロータ８２の軸線方向の寸法と同様の高さに形成される板状のブレード８６によって区分されている。
ブレード８６は、ブレード溝８３Ｂに挿入されて周方向に支持されるとともに、収納溝８３Ｄの内部に配置されたコイルバネ８３Ｃによる押圧力と高圧部の圧力によって先端がピストンロータ８２の外周面に常に押し付けられる。ブレード８６は、ピストンロータ８２の回転角に応じて、シリンダ８３の内部に対して出没する。
【００５４】
吸入ポート８３Ａからシリンダ８３の内部に吸入される冷媒は、シリンダ８３内でピストンロータ８２により押しのけられて圧縮され、上部軸受８４に形成された吐出ポート８４Ａから吐出される。
吐出ポート８４Ａには、図示しないリード弁が設けられる。圧縮された冷媒の圧力が所定値に達すると、リード弁を押し開くことで、冷媒はシリンダ８３の外部に吐出される。吐出された冷媒は、ロータリ圧縮機８と接続している図示を省略する冷凍機や空気調和機等のシステム側に供給される。
【００５５】
第５実施形態のロータリ圧縮機８は、ブレード８６又はブレード溝８３Ｂに、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの周方向の間の接触圧力を検知する薄膜センサ７が設けられる。または、ロータリ圧縮機８は、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の周方向の隙間を検知する薄膜センサが設けられる。
【００５６】
先ず、薄膜センサ７が設けられる例について説明する。
運転中のロータリ圧縮機８において、ブレード８６又はブレード溝８３Ｂの間の接触圧力が上昇すると、ロータリ圧縮機８が稼働しなくなるいわゆるロック状態になるおそれがある。
【００５７】
そこで、第５実施形態のロータリ圧縮機８は、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の接触圧力が所定の値以上になったことを薄膜センサ７により検知すると、ピストンロータ８２の回転数に制限をかけてブレード８６とブレード溝８３Ｂとの摺動速度を下げたり、システム側の膨張弁の開度を変更したりする。こうしてロータリ圧縮機８は、ブレード８６によって隔てられた吸入ポート８３Ａ側の圧縮室Ｒ２と吐出ポート８４Ａ側の圧縮室Ｒ２の差圧を低下させ、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の負荷を下げる。または、ロータリ圧縮機８は、運転を停止することもある。
以上により、ロータリ圧縮機８がロック状態になるのを防ぐことができる。
【００５８】
次に、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の径方向の隙間を検知する薄膜センサが設けられる例について説明する。
隙間を検知する薄膜センサとしては、前述した静電容量センサを用いることができる。
第５実施形態においては、ブレード８６又はブレード溝８３Ｂに、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の静電容量を検知するように静電容量センサが設けられる。検知した静電容量から、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の隙間が検知される。
【００５９】
ロータリ圧縮機８において、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの摩耗が進むと、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の周方向の隙間が次第に増える。
そこで、第５実施形態のロータリ圧縮機８は、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の周方向の隙間が所定の値以上に大きくなることを、ブレード８６又はブレード溝８３Ｂに設けられる静電容量センサにより検知する。そうすると、ピストンロータ８２の回転数に制限をかけてブレード８６とブレード溝８３Ｂとの摺動速度を低下させたり、システム側の膨張弁の開度を変更させたりする。こうしてロータリ圧縮機８は、ブレード８６によって隔てられた吸入ポート８３Ａ側の圧縮室Ｒ２と吐出ポート８４Ａ側の圧縮室Ｒ２の差圧を低下させ、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の負荷を下げる。
【００６０】
なお、ブレード８６とブレード溝８３Ｂの間の周方向の隙間が所定の値以上になると、上述したロータリ圧縮機８の運転の停止や負担の低減に加えて、エラー信号として外部に出力してもよい。
【００６１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることができる。
【００６２】
例えば、本実施形態のスクロール圧縮機１は、薄膜センサ７が略Ｕ字状に形成されている例を示したが、本発明はこれに限定されず、薄膜センサ７の形状は任意である。
また、本実施形態のスクロール圧縮機１は、薄膜センサ７が絶縁層７２と、センサ層７１と、保護層７３と、を備えた３層構造になっている例を示したが、本発明はこれに限定されない。薄膜センサ７は、少なくともセンサ層７１を備えていれば足りる。
【００６３】
また、第１実施形態において、薄膜センサ７の信号をエラー判定に利用しても良い。例えば、薄膜センサ７が異常な値の信号を出力すると、スラスト軸受２２のスラスト面２２Ａが損傷を受けるおそれがあることを示すエラー信号を外部に出力してもよい。
【００６４】
また、第４実施形態は、スクロール圧縮機１の上部軸受２１に薄膜センサ７が設けられる例を示したが、他のジャーナル軸受、例えば、スクロール圧縮機１の下部軸受２４やロータリ圧縮機８の上部軸受８４及び下部軸受８５等に薄膜センサ７を設けることもできる。
【００６５】
また、第１実施形態〜５実施形態は、薄膜センサを用いるが、本発明はこれに限定されない。
例えば、スクロール圧縮機１のリード弁３６に欠損、亀裂などの損傷が生じると、断線して電気的な接続が絶たれるように、薄膜からなる配線をリード弁３６の表面設けて、リード弁３６の損傷を検知してもよい。
リード弁３６の損傷を検知したときは、エラー信号として外部に出力するとともに、旋回スクロール４に逆転が生じないように、スクロール圧縮機１の運転を停止してもよい。
なお、ロータリ圧縮機８の図示を省略するリード弁にも、同様に薄膜からなる配線を適用できる。
【００６６】
さらに、本発明が適用される圧縮機の種類としては、スクロール圧縮機、ロータリ圧縮機に限らず、スクリュ圧縮機、レシプロ圧縮機などに広く適用できる。
また、本発明が適用される圧縮機における部位としては、以上説明した以外に、スクロール圧縮機１の固定スクロール３のリテーナ３５、ディスチャージカバー３７のリテーナ３７Ａ、下部軸受２４のシャフトスラスト面２４Ａ、及びロータリ圧縮機８の下部軸受８５のシャフトスラスト面８５Ａなどが掲げられる。
【符号の説明】
【００６７】
１      スクロール圧縮機
２      ハウジング
２１    上部軸受
２２    スラスト軸受
２２Ａ  スラスト面
２２Ｂ  収容室
２２Ｃ  配置領域
２２Ｄ  周縁
２２Ｅ  領域
２２Ｆ  周縁
２２Ｇ  領域
２３    オルダムリング
２４    下部軸受
２４Ａ  シャフトスラスト面
２５    循環通路
２６    貯留領域
２７    背圧室
２８    吸入配管
２９    吐出配管
３      固定スクロール
３１    端板
３２    吐出ポート
３３    ラップ
３４    歯面
３５    リテーナ
３６    リード弁
３７    ディスチャージカバー
３７Ａ  リテーナ
３７Ｂ  リード弁
３８    吐出ポート
４      旋回スクロール
４１    端板
５      回転軸
５１    偏心ピン
５２    ベアリング
５３    給油経路
５４    ポンプ
６      モータ
６１    ステータ
６２    ロータ
７      薄膜センサ
７１    センサ層
７２    絶縁層
７３    保護層
７４    計測領域
８      ロータリ圧縮機
８１    ハウジング
８２    ピストンロータ
８３    シリンダ
８３Ａ  吸入ポート
８３Ｂ  ブレード溝
８３Ｃ  コイルバネ
８４    上部軸受
８４Ａ  吐出ポート
８５    下部軸受
８５Ａ  シャフトスラスト面
８６    ブレード
８７    回転軸
８９    モータ
Ｃ      隙間
Ｏ      潤滑油
Ｖ      制御弁
【図１】
2018132020.tif 000003
【図２】
2018132020.tif 000004
【図３】
2018132020.tif 000005
【図４】
2018132020.tif 000006
【図５】
2018132020.tif 000007
【図６】
2018132020.tif 000008