(57)【要約】【課題】スクロール型圧縮機の旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持するために設けられる背圧室のシール性能を高める。【解決手段】背圧室１９は旋回スクロールの端板部６ａの背後に形成されて、作動室９等から圧力導入孔６ｄを介して高圧の流体が導入される。背圧室１９のシール性能を高めるために、ハウジング３，８ａ，１８と一体的に設けられたハウジング要素（ミドルハウジング１３）と、旋回スクロールの端板部６ａの背面とそれに対向しているミドルハウジング１３の表面のいずれか一方の面に形成された環状の溝６ｅと、該溝内に可動な状態で装着されて他方の面に摺動接触する環状のシール手段（シールリング１１）と、更に、シャフト１とミドルハウジング１３との隙間に環状のシャフトシール手段（シャフトシール１２）が設けられる。シャフトシール１２はＵ形又はＪ形のリップシールを構成する。【選択図】　　　図１
2004100563.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングによって軸支されていると共に一部に偏心したクランク部を有するシャフトと、渦巻き形の羽根部及び端板部を有し前記シャフトのクランク部によって駆動されることにより公転運動をする旋回スクロールと、該旋回スクロールと噛み合う渦巻き形の羽根部及び端板部を有すると共に前記ハウジングに固定された固定スクロールとを備えていて、前記旋回スクロールが前記シャフトのクランク部によって駆動されて公転運動をする時に、前記旋回スクロールの羽根部と前記固定スクロールの羽根部との間に形成される複数個の作動室が前記ハウジング内の外周部に形成された吸入室から流体を吸入して中心部に向かって移動する間に、該作動室の容積が連続的に縮小することにより該作動室内において流体を圧縮して前記ハウジング内に形成された吐出室へ流体を吐出するように構成されたスクロール型圧縮機であって、更に、
前記作動室内の圧力上昇に伴って前記旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持するために前記ハウジングと一体的に設けられたハウジング要素と、前記旋回スクロールの端板部の背面とそれに対向している前記ハウジング要素の表面との間に空間として形成された少なくとも１個の背圧室と、前記背面と表面のいずれか一方の面に形成された少なくとも１個の環状の溝と、該環状の溝内に可動な状態で装着されて他方の面に摺動接触する環状のシール手段と、前記シャフトと前記ハウジング要素との隙間に可動な状態で装着された環状のシャフトシール手段と、前記シール手段と前記シャフトシール手段とによって隙間を密封されることによって前記旋回スクロールの端板部の背後に形成された前記背圧室へ加圧された流体を供給する圧力導入孔とを備えていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記シャフトシール手段が、前記ハウジング要素の端部において前記シャフトを軸承する軸受の軸方向内側に設けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項３】
請求項１において、前記シャフトシール手段が、前記ハウジング要素の端部において前記シャフトを軸承する軸受の軸方向外側に設けられていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記圧力導入孔が前記作動室と前記背圧室とを連通していることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記圧力導入孔が前記吐出室と前記背圧室とを連通していることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記シャフトシール手段がＵ形或いはＪ形の断面形状を有し、且つ弾性のある材料からなっていることにより、内部に前記背圧室の流体圧力を受けた時に半径方向の内外に向かって拡開するように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記背圧室の流体の圧力が目標制御圧を超えると、前記背圧室と前記吸入室とを連通させることによって前記背圧室の圧力を前記目標制御圧まで低下させるように作動する制御弁を備えていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項８】
請求項１ないし６のいずれかにおいて、前記背圧室の流体の圧力が目標制御圧以下になると、前記前記背圧室へ加圧された流体を導入することによって前記背圧室の圧力を前記目標制御圧まで上昇させるように作動する制御弁を備えていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項９】
請求項７又は８において、前記背圧室の前記目標制御圧が、前記吸入室における流体の吸入圧よりも０．５乃至２．５ＭＰａだけ高い任意の圧力であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記シャフトが前記ハウジングに内蔵されたモータによって直接に回転駆動されるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１１】
請求項１０において、前記モータの内部が前記吸入室に連通していて、前記モータが、その内部を通過した後に前記吸入室へ流入して圧縮される流体によって冷却されるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１２】
請求項１０において、前記モータの冷却流体通路が前記吸入室に連通していて、前記モータが、前記冷却流体通路を通過した後に前記吸入室へ流入して圧縮される流体によって冷却されるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１３】
請求項１ないし９のいずれかにおいて、前記シャフトが外部の動力源によって回転駆動されるように構成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１４】
請求項１３において、前記外部の動力源が車両に搭載された内燃機関であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれかにおいて、前記作動室において圧縮される流体が所謂「超臨界圧流体」であることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機に係り、特に、スクロール型圧縮機の旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持する背圧室のシール装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
良く知られているように、スクロール型圧縮機においては、流体を圧縮する際に発生する圧縮反力によって旋回スクロールに大きな軸方向力、即ち、スラスト荷重が作用する。このスラスト荷重を相殺するために、ハウジングの一部によって旋回スクロールの端板部を背後から支持するのが普通である。しかしながら、旋回スクロールがハウジングに対して単なる回転ではなく公転運動をするのと、それらの間の隙間をシールする必要があるので、スラスト荷重の支持部に転がり軸受等を使用することができない。従って、旋回スクロールの端板部の背面と、それに対向しているハウジングの表面との間は摺動接触の状態となるので、圧縮圧力が高くてスラスト荷重が大きい場合には摺動面の摩耗が激しくなる。また、摺動面の摩擦による動力損失も無視できないほど大きくなる。
【０００３】
この問題に対応するために、旋回スクロールの端板部の背面と、それに対向しているハウジングの表面との間に閉じた空間としての背圧室を形成して、その背圧室へ圧縮された流体を導入することにより、摩擦を低減させた状態でスラスト荷重を支持する試みがなされている。しかしながら、従来の背圧室はシール性能が低くて、背圧室へ供給される流体の漏洩量が多いので、結果として圧縮機の動力損失が増大し、運転効率を低下させる要因となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術における前述のような問題に対処して、スクロール型圧縮機に設けられる背圧室のシール性能を向上させて動力損失を低減させると共に、旋回スクロールに高いスラスト荷重を発生する所謂「超臨界圧流体」の圧縮にも効率よく対応することができるようなスクロール型圧縮機を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、従来技術における前述のような問題に対応することができる解決手段として、特許請求の範囲の請求項１に記載されたスクロール型圧縮機を提供する。
【０００６】
本発明のスクロール型圧縮機においては、作動室内の圧力上昇に伴って旋回スクロールに作用するスラスト荷重を支持するためにハウジングと一体的に設けられたハウジング要素を設けて、旋回スクロールの端板部の背面とそれに対向しているハウジング要素の表面との間に閉じた空間としての背圧室を形成する。そして、それらの背面及び表面のいずれか一方の面に形成された少なくとも１個の環状の溝の中に環状のシール手段を可動な状態で装着すると共に、シャフトとハウジング要素との隙間に環状のシャフトシール手段を可動な状態で装着して、それら２つのシール手段によって、旋回スクロールの端板部の背後に形成された背圧室の周辺にできる隙間を閉塞する。各シール手段は、背圧室内の高圧に押されて移動することにより相手方の面に押し付けられるので、背圧室から高圧の流体が低圧側へ漏れ出るのを効率よく阻止することができる。
【０００７】
これらのシール手段によって背圧室内に高圧の流体を封じ込めることができるので、作動室内で流体を圧縮することによって旋回スクロールに大きなスラスト荷重が作用する場合でも、背圧室において旋回スクロールの端板部を支持して反対方向に同じ大きさのスラスト荷重を作用させることにより、スラスト荷重は相殺されて軸受等の負担になることがなく、摺動接触部分にも大きい摩擦力が作用しないので摩耗を低減することが可能になり、大きい動力損失を発生させることがない。また、背圧室から漏れ出る高圧の流体による動力損失も少なくなる。
【０００８】
シャフトシール手段は、ハウジング要素の端部においてシャフトを軸承する軸受の軸方向内側に設けてもよいし、軸受の軸方向外側に設けてもよい。
【０００９】
背圧室は、旋回スクロールや固定スクロールの端板部等に形成された圧力導入孔によって作動室と連通させることができる。それによって、作動室内において圧縮された流体を圧力導入孔を通じて背圧室へ取り込むことができる。また背圧室は、圧力導入孔によって吐出室へ連通させて、吐出室にある高圧の流体を背圧室へ取り込むこともできる。
【００１０】
環状のシャフトシール手段をＵ形或いはＪ形の断面形状を有するものとすると共に、それを合成樹脂やゴムのような弾性のある材料から製作することにより、シャフトシール手段が内部に背圧室の流体圧力を受けた時に半径方向の内外に向かって拡開するように構成することができる。この場合は、シャフトシール手段がリップシールを構成するので、作用する圧力に応じてリップとなる部分の押し付け力が変化するので、無用の摩擦や摩耗がなくて無駄な動力消費のない優れたシール性能を発揮することができる。
【００１１】
本発明のスクロール型圧縮機においては、背圧室の流体圧力を適正に維持するために制御弁を付設することが望ましい。この制御弁としては、背圧室の流体の圧力が目標制御圧を超えた時に、背圧室と低圧の吸入室とを連通させることによって背圧室の圧力を目標制御圧まで低下させるように作動するものであってもよいし、背圧室の流体の圧力が目標制御圧以下になった時に、高圧の作動室等から背圧室へ加圧された流体を導入することによって背圧室の圧力を目標制御圧まで上昇させるように作動するものであってもよい。
【００１２】
発明者等の試作実験から見て、背圧室の目標制御圧は、吸入室における流体の吸入圧よりも若干高い圧力、即ち、０．５乃至２．５ＭＰａだけ高い任意の圧力とすることが好適である。
【００１３】
本発明のスクロール型圧縮機は、共通のハウジングの内部にモータを内蔵することにより、シャフトをモータによって直接に駆動するように構成することができる。それによって、駆動機構が簡素化されて動力損失も少なくなる。また、この形式においては、吸入室へ流入する被圧縮流体を予めモータの内部を通過させるとか、或いは、モータに設けられた冷却流体通路を通過させるように構成することができる。それによって、被圧縮流体を利用してモータを内部から、或いは冷却流体通路から効率よく冷却することができる。被圧縮流体が冷凍サイクルにおける冷媒である場合には、モータの冷却に低温の戻り冷媒を使用することができるので、この冷却方法は特に好適である。
【００１４】
言うまでもなく、本発明のスクロール型圧縮機は、内蔵されたモータによって駆動され得るだけでなく、外部の動力源によって駆動されるように構成することもできる。その好適な例として、車両に搭載された内燃機関によって駆動することができる。
【００１５】
本発明のスクロール型圧縮機においては背圧室のシール性能が高いことから、旋回スクロールに非常に大きなスラスト荷重が作用する場合でも、そのスラスト荷重を無理なく相殺することができるので、被圧縮流体として二酸化炭素のような所謂「超臨界圧流体」を使用しても問題を生じない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を用いて本発明のスクロール型圧縮機に関する第１実施例を説明する。図１に示す１はシャフトであって、その下端には軸心に対して所定量だけ偏心したクランク部１ａが形成されている。２はモータであって、電力の供給を受けた時にシャフト１を回転駆動する。第１実施例の場合はモータ２が圧縮機のハウジング部分と一体化されたモータハウジング３の内部に構成されている。４はモータハウジング３の上部に取り付けられたフロントラジアル軸受であって、同じく下部に取り付けられたリアラジアル軸受５と共に、シャフト１を回転可能に支持している。なお、本発明はモータ一体型のスクロール型圧縮機に限って適用される訳ではなく、シャフト１を回転駆動する動力源が、例えば車両に搭載されている内燃機関のように、圧縮機本体とは別体のものであってもよい。
【００１７】
６は旋回スクロールであって、概ね円板状の端板部６ａと、それから軸方向に突出するように形成された渦巻き形の羽根部６ｂと、端板部６ａの背面に形成された円筒状のボス部６ｃ等からなっている。旋回スクロール６の全体は、ボス部６ｃに圧入して取り付けられている旋回スクロール軸受１６を介して、シャフト１のクランク部１ａによって回転可能に支持されていて、シャフト１の中心軸線の回りに公転運動をする。７は旋回スクロール６の公転運動のみを許す複数個の自転防止ピンであって、旋回スクロール６の自転運動を阻止する。
【００１８】
８は固定スクロールであって、旋回スクロール６と同様な端板部８ａと渦巻き形の羽根部８ｂを備えていて、旋回スクロール６と噛み合うように組み付けられている。固定スクロール８の外筒は、スクロール型圧縮機の圧縮機部分のハウジングを兼ねている。固定スクロール８の渦巻き形の羽根部８ｂと旋回スクロール６の渦巻き形の羽根部６ｂが噛み合うことによって、それらの羽根部６ｂ及び８ｂの間に軸線方向に見た時に三日月形に見える作動室９が複数個形成される。
【００１９】
そして、図示しない冷凍サイクルから戻って来て吸入ポート８ｄから吸入室１４内へ導入される気体冷媒のような流体を、外周において作動室９が吸入室１４に向かって開いた時に作動室９の内部へ吸入し、旋回スクロール６が公転運動をする間に、作動室９が旋回スクロール６及び固定スクロール８の中心部に向かって半径方向に移動しながら縮小することによって流体を圧縮する。最後に作動室９が中心部の作動室９ａに向かって開いた時に、吐出圧に達した冷媒が固定スクロール８の端板部８ａに設けられた吐出孔８ｃを通過して、端板部８ａと、図示しないボルト等によって固定スクロール８に固定されているリアハウジング１８との間に形成された吐出室１５内へ吐出される。
【００２０】
１８ａはリアハウジング１８に形成された吐出ポートであって、図示しない配管によって冷凍サイクルに連通しており、吐出室１５内へ吐出された高圧の冷媒を冷凍サイクルの凝縮器へ導く。１７は吐出弁であって、吐出室１５内の冷媒が吐出孔８ｃを介して逆流しないように端板部８ａ上に装着されている。なお、図１に示す１０はバランサであって、シャフト１に固定されているか、或いはクランク部１ａの偏心量を増減させることができるように、シャフト１に対して半径方向に僅かに移動可能に嵌合されている。
【００２１】
次に、第１実施例の特徴とする部分の構造について説明する。図１に示すように、旋回スクロール６の端板部６ａの中心に近い部分の背面には背圧室１９となる閉じた空間が形成されている。そして、背圧室１９と、所定の位置に形成される作動室９との間を連通させるように、圧力導入孔６ｄが端板部６ａと渦巻き形の羽根部６ｂの一部を貫通して設けられているので、作動室９の中で所定の大きさの高圧まで加圧された流体（冷媒）が背圧室１９内へ導入され、ミドルハウジング（ハウジング要素）１３を足掛かりにして旋回スクロール６の端板部６ａを固定スクロール８に向かって押圧する。
【００２２】
第１実施例の場合は、背圧室１９内の冷媒を、ミドルハウジング１３によって支持されたシャフトシール１２によってシールするために、シャフト１の下端に近い部分に、シャフトシール１２が摺動可能に接触する第１の大径部１ｂが形成されていると共に、シャフト１をリアラジアル軸受５によって軸承するために、第２の大径部１ｃが、ミドルハウジング１３の端部付近に対応するシャフト１上に一体的に形成されている。シャフトシール１２については後に詳しく説明する。
【００２３】
また、ミドルハウジング１３と旋回スクロール６の端板部６ａとの間に形成される隙間から冷媒が漏洩するのを防止して背圧室１９の背圧を維持するために、端板部６ａに形成された円環状の溝６ｅ内に断面形状が長方形或いは正方形であるシールリング（シール手段）１１が可動な状態で装着されて、ミドルハウジング１３に摺接している。シールリング１１の材質は、合成樹脂或いはゴム、金属、その他の無機材料等である。なお、第１実施例においては円環状の溝６ｅ及びシールリング１１がそれぞれ１個づつ設けられているが、必要に応じて、これらを同心円状に複数個形成することができる。
【００２４】
本発明のスクロール型圧縮機において他の１つの特徴的な部分であるシャフトシール１２が図２の（Ａ）及び（Ｂ）に拡大して示されている。シャフトシール１２は合成樹脂或いは合成ゴム等の若干弾性のある材料から製作されている。シャフトシール１２は図２の（Ｂ）に示すように全体として円環状のものであるが、部分的な断面形状は図２の（Ａ）に示すようにＪ形或いはＵ形である。シャフトシール１２は、そのような形状や弾性のある材質によって、背圧室１９に対する取り付け方向を選ぶことにより、背圧室１９の冷媒圧力を内部に受けた時に半径方向の内外に向かって拡開することができる。
【００２５】
第１実施例の場合はシャフトシール１２が、図１に示すようにシャフト１の第１の大径部１ｂの外周面と、ミドルハウジング１３の軸方向の中間部分に形成された段付きの円環状隆起部分１３ａの内周面との間に設けられるので、円環状のシャフトシール１２の内側のリップ１２ａの内周面が第１の大径部１ｂの外周面に摺動可能に接触すると共に、外側のリップ１２ｂの外周面がミドルハウジング１３の円環状隆起部分１３ａの内周面に接触している。シャフトシール１２は、段付きの円環状隆起部分１３ａの段部によって軸方向にも支持されている。そして、シャフトシール１２は背圧室１９の冷媒圧力を内部にはらむように受けることによって僅かに変形し、内外のリップ１２ａ，１２ｂを接触相手の面に向かって半径方向の内外に押し付けるので高いシール性が得られる。
【００２６】
このようにして、ミドルハウジング１３とシャフト１との隙間から背圧室１９内の冷媒が低圧側へ漏れ出るのをシャフトシール１２によって確実に防止することができるが、それと同時にミドルハウジング１３と旋回スクロール６の端板部６ａとの間の隙間から背圧室１９内の冷媒が漏れ出るのを防止するために、前述のように、端板部６ａに形成された円環状の溝６ｅの中にシールリング１１が設けられているので、シールリング１１は背圧室１９内の冷媒圧力を受けて僅かに拡径して円環状の溝６ｅの外周面に押し付けられると共に、円環状の溝６ｅ内に作用する冷媒圧力によって軸方向に僅かに浮上してミドルハウジング１３の表面に押し付けられるので、この隙間も確実にシールされる結果、背圧室１９内の冷媒が吸入室１４へ漏れ出るのを防止することができる。
【００２７】
従って、背圧室１９から低圧側へ冷媒が漏れ出るのを確実に防止することができることから、背圧室１９の冷媒圧力を端板部６ａに受ける旋回スクロール６が固定スクロール８に向かって付勢され、作動室９内において冷媒を圧縮することによって発生する圧縮反力に起因する軸方向のスラスト荷重が相殺され、旋回スクロール６は固定のミドルハウジング１３によって、背圧室１９内の高圧の冷媒を介して摩擦を伴うことなく支持される。それによってスクロール型圧縮機全体の運転効率が高くなり、スラスト荷重を受けて摩耗をする部分がなくなる。また、旋回スクロール６及び固定スクロール８の羽根部６ｂ及び８ｂの軸方向の先端縁部が、適度の軸方向力によって相手方の面に押し付けられるので、これらの間の摺動部分における冷媒の漏れや摩耗も軽減される。
【００２８】
このように、シャフトシール１２やシールリング１１を使用した簡単で安価なシール機構によって確実に背圧室１９をシールすることができるので、動力損失が少なくて運転効率が高く、耐久性においても優れているスクロール型圧縮機を低コストで製造することが可能になる。
【００２９】
図３に本発明の第２実施例としてのスクロール型圧縮機を示す。図１及び図２に示す第１実施例のスクロール型圧縮機と共通の部分については同じ参照符号を付すことによって重複する説明を省略する。第２実施例のスクロール型圧縮機の殆どの構造が図１に示す第１実施例のスクロール型圧縮機のそれと同じであるが、ミドルハウジング１３とシャフト１に対するシャフトシール１２の取り付け位置が異なっている。即ち、第１実施例と比べて、第２実施例においてはシャフト１の第１の大径部１ｂと第２の大径部１ｃの位置関係が逆になっており、シャフトシール１２がミドルハウジング１３の端部においてシャフト１の中間に形成された第１の大径部１ｂに係合していると共に、シャフト１の先端のクランク部１ａの側に形成された第２の大径部１ｃが、リアラジアル軸受５を介してミドルハウジング１３によって軸承されるように構成されている。
【００３０】
従って、ミドルハウジング１３の端部に段付きの円環状隆起部分１３ａが形成されていて、それによって図２に示したものと同様な形状、材質のシャフトシール１２が支持されている。第２実施例におけるシャフトシール１２はリアラジアル軸受５を通じて背圧室１９の冷媒圧力を受けるので、実質的に第１実施例におけるシャフトシール１２と同様な作用する。また、第２実施例のスクロール型圧縮機が奏する効果は、前述の第１実施例における効果と実質的に同様である。
【００３１】
次に、図４に本発明の第３実施例としてのスクロール型圧縮機を示す。この場合も、第１実施例や第２実施例のスクロール型圧縮機と共通の部分については同じ参照符号を付している。第３実施例の圧縮機の特徴は、第１実施例の圧縮機においてシールリング１１を収容するために旋回スクロール６の端板部６ａに形成された環状の溝６ｅの代わりに、ミドルハウジング１３の側に環状の溝１３ａを形成している点にある。第３実施例においてはミドルハウジング１３の環状の溝１３ａの中にシールリング１１が装着され、そのシールリング１１が旋回スクロール６の端板部６ａに形成された平面に摺動接触する。このように具体的構成において若干異なる部分があるが、第３実施例の作用効果は第１実施例のそれと実質的に同じである。
【００３２】
図５の（Ａ）及び（Ｂ）に本発明の第４実施例としてのスクロール型圧縮機の要部を示す。第４実施例においても、スクロール型圧縮機の本体は前述の第１実施例から第３実施例に示したものと同様なものであるが、その背圧室１９の圧力を制御するために差圧式制御弁２０が設けられている点に特徴がある。第４実施例の差圧式制御弁２０は背圧室１９と吸入室１４の間に設けられる。即ち、背圧室１９にある冷媒の一部を低圧の吸入室１４へバイパスすることによって背圧室１９の圧力を制御するものである。
【００３３】
図５の（Ａ）及び（Ｂ）によって具体的な構成例を説明する。２２は弁体となるボールであって、吸入室１４の延長部分となっている空間１４ａ、或いは吸入室１４そのものの中に配置され、空間１４ａ内に装填された圧縮バネ２３によって付勢されて、空間１４ａと背圧室１９との間の隔壁２１に開口するように形成された弁座２１ａを空間１４ａの側から閉塞することができる。隔壁２１として例えばミドルハウジング１３の一部分を利用して、その部分に差圧式制御弁２０を構成することができる。その他にも、差圧式制御弁２０は旋回スクロール６或いは固定スクロール８の内部に構成してもよい。背圧室１９と作動室９（或いは吐出室１５でもよい）との間には絞り２４が設けられる。絞り２４は前述の圧力導入孔６ｄ（例えば図１参照）を細径のものとすることによって構成することができる。
【００３４】
圧縮バネ２３の強さ、即ち荷重Ｆｂは、背圧室１９の目標制御圧をＰｃｏ、吸入室１４及び吸入室１４の延長部分となっている空間１４ａの圧力、即ち吸入圧をＰｓ、弁座２１ａにおけるボール２２の投影面積をＳ１として、次の条件式を満たすように設定される。
Ｆｂ＝（Ｐｃｏ−Ｐｓ）・Ｓ１
【００３５】
第４実施例のスクロール型圧縮機はこのような構成の差圧式制御弁２０を備えているから、背圧室１９内の圧力Ｐｃが目標制御圧Ｐｃｏよりも低いＰｃ＜Ｐｃｏの状態では、図５の（Ａ）に示すように、ボール２２は圧縮バネ２３の付勢によって弁座２１ａを閉塞し、作動室９（或いは吐出室１５）から絞り２４を介して徐々に流入する冷媒によって背圧室１９内の圧力Ｐｃが上昇するのを許す。それによって、ほどなく目標のＰｃ＝Ｐｃｏの状態に達する。
【００３６】
更に、その状態を超えて背圧室１９内の圧力Ｐｃが目標制御圧Ｐｃｏよりも高いＰｃ＞Ｐｃｏの状態になると、ボール２２は背圧室１９内の圧力Ｐｃによって生じる力が圧縮バネ２３の荷重Ｆｂを超えた時に、図５の（Ｂ）に示すように移動して弁座２１ａを開くので、背圧室１９内の圧力Ｐｃが目標制御圧Ｐｃｏまで低下する。このようにして、背圧室１９内の圧力Ｐｃは常に目標制御圧Ｐｃｏに合致するように制御される。その結果、旋回スクロール６が背圧室１９から適正な大きさのスラスト荷重を受けて、作動室９内の冷媒の圧縮反力によって発生するスラスト荷重に釣り合ってそれを相殺するため、端板部６ａとミドルハウジング１３の表面との間に過大な摩擦力が発生することが防止される。
【００３７】
ちなみに、発明者等の試作実験によって、背圧室１９の目標制御圧Ｐｃｏの好適値は、吸入圧Ｐｓ＋０．５ＭＰａから吸入圧Ｐｓ＋２．５ＭＰａの範囲内にあることが判明している。なお、差圧式制御弁２０は、図示実施例のように弁体としてボールを使用するボール弁型のものに限らず、ニードル弁型、ポペット弁型のもの等を使用することができることは言うまでもない。
【００３８】
図６の（Ａ）及び（Ｂ）に本発明の第５実施例としてのスクロール型圧縮機の要部を示す。第５実施例においても、スクロール型圧縮機の本体は前述の第１実施例から第３実施例に示したものと同様なものであるが、その背圧室１９の圧力を制御するために差圧式制御弁２５が設けられている点に特徴がある。第５実施例の差圧式制御弁２５は背圧室１９と作動室９（或いは吐出室１５でもよい）との間に設けられる。即ち、作動室９にある高圧の冷媒の一部を調量して背圧室１９へ導くことによって背圧室１９の圧力を制御するものである。その際の調量は背圧室１９の圧力と吸入室１４の圧力を比較することによって行なわれる。
【００３９】
図６の（Ａ）及び（Ｂ）によって具体的な構成例を説明する。２６は弁体となるボールであって、作動室９（或いは吐出室１５）に連通している空間９ｂの中に配置され、空間９ｂと、背圧室１９に連通している空間１９ａとの間の隔壁２９に開口するように形成された弁座２９ａを空間９ｂの側から閉塞することができる。隔壁２９として例えば旋回スクロール６の端板部６ａを利用して、差圧式制御弁２５を旋回スクロール６の内部に構成してもよい。背圧室１９に連通している空間１９ａは、差圧式制御弁２５の一部をなすシリンダ３０の中に挿入されたピストン３１によって形成されている。ピストン３１に関して空間１９ａと反対側には、吸入室１４に連通している空間１４ｂが形成される。
【００４０】
空間１４ｂ内には圧縮バネ２８が装着されていて、前述の空間１９ａを圧縮する（縮小する）方向にピストン３１を常時付勢している。差圧式制御弁２５においては、空間１９ａが縮小すると共に空間１４ｂが拡大するようにピストン３１が移動する時に、ピストン３１と一体化されたロッド２７がボール２６を突き上げて弁座２９ａを開口させるように構成されている。
【００４１】
圧縮バネ２８の強さ、即ち荷重Ｆｂは、背圧室１９の目標制御圧をＰｃｏ、弁座２９ａにおけるボール２６の投影面積をＳ２、背圧室１９に連通する空間１９ａにおいて圧力Ｐｃを受けるロッド２７の端面の面積をＳ３、吸入室１４に連通している空間１４ｂの圧力、即ち吸入圧をＰｓ、作動室９に連通している空間９ｂの圧力をＰｈとして、次の条件式を満たすように設定される。
Ｆｂ＝（Ｐｃｏ−Ｐｓ）・Ｓ３＋（Ｐｈ−Ｐｃｏ）・Ｓ２
【００４２】
第５実施例のスクロール型圧縮機はこのような構成の差圧式制御弁２５を備えているから、背圧室１９内の圧力Ｐｃが目標制御圧Ｐｃｏよりも高いＰｃ＞Ｐｃｏの状態では、図６の（Ａ）に示すように、ピストン３１がロッド２７と共に下降するので、ボール２６は作動室９（或いは吐出室１５）に連通している空間９ｂの圧力Ｐｈによって付勢されて弁座２９ａを閉塞し、作動室９から差圧式制御弁２５を経て背圧室１９へ流入する冷媒の流れを遮断する。それによって、背圧室１９の圧力Ｐｃは目標のＰｃ＝Ｐｃｏの状態に達する。
【００４３】
更に、背圧室１９にはシールリング１１やシャフトシール１２が設けられているが僅かな漏れもあるから、時間が経過すると背圧室１９内の冷媒の圧力が低下してＰｃが目標制御圧Ｐｃｏよりも低いＰｃ＜Ｐｃｏの状態になる。その場合には、ピストン３１が圧縮バネ２８の荷重Ｆｂによる付勢を受けて上昇し、ロッド２７によってボール２６を突き上げるので、ボール２６は図６の（Ｂ）に示すように移動して弁座２９ａを開く。それによって、作動室９（或いは吐出室１５）の高圧の冷媒の一部が再び背圧室１９内へ流入し、その圧力Ｐｃが目標制御圧Ｐｃｏまで上昇する。このような作動を繰り返して背圧室１９内の圧力Ｐｃは常に目標制御圧Ｐｃｏに合致するように制御される。その結果、旋回スクロール６が背圧室１９から適正な大きさのスラスト荷重を受けて、作動室９内の冷媒の圧縮反力によって発生するスラスト荷重に釣り合ってそれを相殺するため、端板部６ａとミドルハウジング１３の表面との間に過大な摩擦力が発生することが防止される。
【００４４】
ちなみに、この場合も発明者等の試作実験によって、背圧室１９の目標制御圧Ｐｃｏの好適値は、吸入圧Ｐｓ＋０．５ＭＰａから吸入圧Ｐｓ＋２．５ＭＰａの範囲内にあることが判明している。なお、差圧式制御弁２５は、図示実施例のように弁体としてボールを使用するボール弁型のものに限らず、ニードル弁型、ポペット弁型のもの等を使用することができることは言うまでもない。
【００４５】
図７に本発明の第６実施例としてのスクロール型圧縮機を示す。前述の第１実施例等のスクロール型圧縮機と共通の部分については同じ参照符号を付すことによって重複する説明を省略する。第６実施例のスクロール型圧縮機の殆どの構造が図１に示す第１実施例のそれと同じであるが、第６実施例においては、第１実施例等のように旋回スクロール６の端板部６ａに一部の作動室９と背圧室１９とを連通させる圧力導入孔６ｄを設けていない。その代わりに、第６実施例においては、固定スクロール８の端板部８ａや外殻部分に圧力導入孔３２を形成して、それによって吐出室１５と背圧室１９とを連通させている。言うまでもなく、この圧力導入孔３２を細径のものとすることにより、絞り通路としての機能を持たせることも可能である。
【００４６】
圧力導入孔３２以外の構成は前述の第１実施例等と同じであるから、第６実施例のスクロール型圧縮機が奏する効果は、前述の第１実施例乃至第３実施例における効果と実質的に同様である。
【００４７】
本発明の各実施例として取り上げたスクロール型圧縮機は、旋回スクロール６の端板部６ａの背面とハウジング要素（ミドルハウジング１３）の表面との間の隙間をシール手段（シールリング１１）によってシールすると共に、ハウジング要素とシャフトとの間の隙間をシャフトシール手段（シャフトシール１２）によってシールするので、背圧室１９から高圧の冷媒等の流体が低圧側へ大量に漏れ出るのを確実に防止することが可能になり、スクロール型圧縮機の効率を高く維持することができる。更に、作動室９内における流体の圧縮反力として発生するスラスト荷重が非常に大きくても、背圧室１９によってそのスラスト荷重に見合う大きさの反対方向の大きなスラスト荷重を発生させて釣り合わせるので、旋回スクロール６の端板部６ａを低摩擦の状態で支持してスラスト荷重を相殺することにより、摩擦による摺動部分の摩耗や動力損失を低く抑えることができる。
【００４８】
このように、シール性の高い背圧室１９を設けることによって、旋回スクロール６の端板部６ａに作用するスラスト荷重を効率良く、且つ摺動接触部分に摩擦による動力損失や摩耗を伴うことなく相殺することができるので、高圧まで圧縮しても完全には液化しない流体（所謂「超臨界圧流体」、例えば二酸化炭素）等を冷媒とする冷凍サイクルに使用されたスクロール型の冷媒圧縮機のように、旋回スクロール６に非常に大きいスラスト荷重が作用するような用途にも、このスクロール型圧縮機を適用することができる。
【００４９】
なお、前述の第１実施例から第６実施例に示すスクロール型圧縮機は、いずれもモータ２が圧縮機本体と一体化されたものであるが、このような形式によれば動力源であるモータ２の出力回転を、モータ２とスクロール型圧縮機との共通のシャフト１によって直接に旋回スクロール６を駆動することができるので、機構が簡素化されて動力損失も少なくなるという利点がある。
【００５０】
更に、このような形式の他の利点は、吸入室１４へ流入する被圧縮流体を、固定スクロール８に設けられた吸入ポート８ｄのような入口から直接に流入させる代わりに、モータ２の内部空間を通過させるとか、モータ２に形成される図示しない冷却流体通路を通過させた後に吸入室１４へ流入させるように構成することができる。このように構成すれば、被圧縮流体によってモータ２を内部から、或いは冷却流体通路から効率よく冷却することができる。特に被圧縮流体が冷凍サイクルにおける冷媒である場合には、吸入室１４へ流入する戻り冷媒は低温となっているからモータ２の冷却に適しているし、戻り冷媒に液体が含まれていてもモータ２を冷却する際に液体冷媒が蒸発するので、液体圧縮による羽根部６ｂ及び８ｂ等の破損を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】第１実施例の要部を拡大して示すもので、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。
【図３】第２実施例を示す縦断面図である。
【図４】第３実施例を示す縦断面図である。
【図５】第４実施例の要部を拡大して示すもので、（Ａ）は閉弁状態の断面図、（Ｂ）は開弁状態の断面図である。
【図６】第５実施例の要部を拡大して示すもので、（Ａ）は閉弁状態の断面図、（Ｂ）は開弁状態の断面図である。
【図７】第６実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…シャフト
２…モータ
６…旋回スクロール
６ａ…端板部
６ｂ…渦巻き形の羽根部
６ｄ…圧力導入孔
６ｅ…円環状の溝
８…固定スクロール
８ａ…端板部
８ｂ…渦巻き形の羽根部
９…作動室
１１…シールリング（シール手段）
１２…シャフトシール
１３…ミドルハウジング（ハウジング要素）
１４…吸入室
１５…吐出室
１９…背圧室
２０，２５…差圧式制御弁
３２…圧力導入孔
【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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