(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板と該端板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有し、該旋回スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状の固定スクロールラップを有し、少なくとも前記軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールもしくは前記固定スクロールの背面に流体圧を作用させるため流体を充満させる背圧室とを備え、概略閉塞し、容積が縮小可能な複数の密閉空間を前記旋回スクロールと前記固定スクロールにより形成するスクロール流体機械において、
前記複数の密閉空間の何れかにつながる第１の開口部と前記背圧室につながる第２の開口部とを備えた１つの流路を、前記旋回スクロールもしくは前記固定スクロールに設け、
密閉空間の容積比を、吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄで定義したとき、前記流路の密閉空間側の第１の開口部がつながる方の密閉空間の容積比を、前記第１の開口部がつながらない方の密閉空間の容積比より小さくして構成したことを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記旋回スクロールラップの外線巻き始め角度を前記固定スクロールラップの外線巻き始め角度より大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項３】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記固定スクロールラップの外線巻き始め角度を前記旋回スクロールラップの外線巻き始め角度より大きく構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項４】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記固定スクロールラップの外線と前記旋回スクロールラップの内線とが該固定スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至るまでに、前記固定スクロールラップの内線と前記旋回スクロールラップの外線の接触部から前記固定スクロールラップの内線側を少なくとも一部切り欠いて構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項５】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記固定スクロールラップの内線と前記旋回スクロールラップの外線とが該旋回スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至るまでに、前記固定スクロールラップの外線と前記旋回スクロールラップの内線の接触部から前記旋回スクロールラップの内線側を少なくとも一部切り欠いて構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項６】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記固定スクロールラップの外線と前記旋回スクロールラップの内線とが前記固定スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至る前に、前記旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間に開口する位置に吐出ポート、もしくは、吐出ポートを設けないスクロールの中央部に段差部を設けて構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項７】
前記1つの流路の前記第1の開口部が、前記旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながるように構成し、前記固定スクロールラップの内線と前記旋回スクロールラップの外線とが前記旋回スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至る前に、前記旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間に開口する位置に吐出ポート、もしくは、吐出ポートを設けないスクロールの中央部に段差部を設けて構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項８】
前記１つの流路の密閉空間側の第１の開口部が存在する密閉空間と吐出空間とを間欠的に連通させる手段を前記固定スクロールの中央部付近に設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒、空気、及びその他の流体を内部に吸い込むスクロール流体機械に係り、特に、概略運動を規制された固定スクロールと、電動機等によって駆動される旋回スクロールと、該固定スクロールもしくは該旋回スクロールの背面に流体圧を作用させるため流体を充満させる背圧室とを備えたスクロール流体機械における、高いエネルギー効率の実現ならびに静穏化の実現に好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術としては、特開平２−１３０２８４号公報において知られている。この従来技術は、概略運動を規制された固定スクロールと，自転を阻止された状態で該固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールと、該旋回スクロールラップと反対側の面に背圧室とを備え、上記固定スクロールと上記旋回スクロールによって形成される密閉空間側に一端が開口する開口部と、他端が背圧室側に開口する開口部を具備する連絡穴が旋回スクロールの端板に設けられたスクロール流体機械において、連絡穴の背圧室側開口部を旋回スクロール端板の摺動面に設けるとともに、連絡穴の背圧室への開口部に相当する固定スクロールの摺動面に連絡穴を間欠的に背圧室へ連通する通路手段を設け、旋回スクロールの旋回運動にしたがい、連絡穴開口部を開閉し、密閉空間と背圧室とを間欠的に連通させ、広い回転速度範囲において、連絡穴を介しての作動流体の流出入にともなう動力損失の低減を図るものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、固定スクロールと旋回スクロールによって形成される密閉空間側に一端が開口する開口部と、他端が背圧室側に開口する開口部を具備する連絡穴の数に関しては、２つ以上でもよく、逆に１つでも良いと記載されている。実際には、この連絡穴の数によって、メリット、デメリットがある。
【０００４】
連絡穴を複数個設けた場合、連絡穴を介しての作動流体の流出入に伴う動力損失が増加し、性能が低下することになる。また、連絡穴の背圧室への開口部に相当する固定スクロール摺動面に連絡穴を間欠的に背圧室へ連通する通路手段を複数個設けた場合、固定スクロール外径が大型化するといった不具合が生じる。
【０００５】
連絡穴は、背圧生成を目的とした重要な構成要素であるが、その目的を実現するためには、連絡穴を１つ備えれば十分である。連絡穴が１つの場合には、複数ある場合と比較すると、連通穴を介しての作動流体の流出入に伴う動力損失が低減し、さらに、固定スクロール外径の大型化を防止することができる。
【０００６】
しかし、連絡穴が１つの場合には、次の問題が生じる。
【０００７】
スクロール流体機械では、固定スクロールと旋回スクロールにより２つの密閉空間が形成される。ここで、旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間を外線側圧縮室、内側に形成される密閉空間を内線側圧縮室と呼ぶことにする。
【０００８】
ところで、連絡穴の密閉空間側の開口部が内線側圧縮室のみに１つ存在する場合を例に説明する。内線ならびに外線側圧縮室内に吸い込まれた作動流体は、旋回スクロールの旋回運動により密閉空間容積を減じられ、中心方向に向かい圧縮されていく。吸い込み完了時の内線側と外線側圧縮室の最大容積が設計上同一である場合、両圧縮室は同じ比率で容積を減じられるため、内外線圧縮室内の圧力はほぼ同一レベルを維持しながら高くなっていく。ここで、圧縮過程の途中、連絡穴が開口し、背圧室と内線側圧縮室が連通すると、内線側圧縮室には背圧室から高温、高圧の作動流体が流入する。さらに同時に圧縮室容積が減じられるため、外線側圧縮室より高圧となる。該連絡穴が閉口すると、背圧室からの作動流体の流入は無くなるのだが、内線側圧縮室は、外線側圧縮室より高い圧力を維持しながら圧縮過程を進行してゆく。その結果、内線側圧縮室は外線側圧縮室より早く吐出圧力に達する。内線側圧縮室と外線側圧縮室を同じタイミングで吐出ポートに連通させる場合、内線側圧縮室は吐出圧力より高くなり、内外線側圧縮室内の圧力のアンバランスが大きくなる。このアンバランスによって、旋回スクロールの変動が大きくなり、内線側圧縮室から該連絡穴を介しての吸込室への作動流体の漏洩が増加し、性能低下を引き起こすことになる。さらに、高圧の内線側圧縮室から、より低圧の外線側圧縮室へと作動流体が漏洩し、性能低下を引き起こすことになる。
【０００９】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、連絡穴を一つにした場合でも、一対の圧縮室の圧力バランスを改善して旋回スクロールの挙動の安定化を図るとともに、背圧室側開口部から吸込室へならびに一対の圧縮室間での作動流体の漏洩を低減できるようにしたスクロール流体機械を提供することにある。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、端板と該端板に立設する渦巻状の旋回スクロールラップを有し、該旋回スクロールラップの立設する方向である軸線方向に垂直な面内を自転せずに旋回運動する旋回スクロールと、端板と該端板に立設する渦巻状の固定スクロールラップを有し、少なくとも前記軸線方向に垂直な面内方向における運動が概略規制される固定スクロールと、前記旋回スクロールもしくは前記固定スクロールの背面に流体圧を作用させるため流体を充満させる背圧室とを備え、概略閉塞し、容積が縮小可能な複数の密閉空間を前記旋回スクロールと前記固定スクロールにより形成するスクロール流体機械において、前記複数の密閉空間の何れかにつながる第１の開口部と前記背圧室につながる第２の開口部とを備えた１つの流路を、前記旋回スクロールもしくは前記固定スクロールに設け、密閉空間の容積比を、吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄで定義したとき、前記流路の密閉空間側の第１の開口部がつながる方の密閉空間の容積比を、前記第１の開口部がつながらない方の密閉空間の容積比より小さくして構成したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながる（開口する）開口部と背圧室につながる（開口する）開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、旋回スクロールラップの外線巻き始め角度を固定スクロールラップの外線巻き始め角度より大きく構成したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、固定スクロールラップの外線巻き始め角度を旋回スクロールラップの外線巻き始め角度より大きく構成したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、前記固定スクロールラップの外線と前記旋回スクロールラップの内線とが該固定スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至るまでに、固定スクロールラップの内線と旋回スクロールラップの外線の接触部から固定スクロールラップの内線側を少なくとも一部切り欠いて構成したことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、固定スクロールラップの内線と旋回スクロールラップの外線とが該旋回スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至るまでに、前記固定スクロールラップの外線と前記旋回スクロールラップの内線の接触部から前記旋回スクロールラップの内線側を少なくとも一部切り欠いて構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間につながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、固定スクロールラップの外線と旋回スクロールラップの内線とが前記固定スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至る前に、前記旋回スクロールラップの外側に形成される密閉空間に開口する位置に吐出ポート、もしくは、吐出ポートを設けないスクロールの中央部に段差部を設けて構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間の内旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間につながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、固定スクロールラップの内線と旋回スクロールラップの外線とが前記旋回スクロールラップの外線巻き始め部での接触に至る前に、前記旋回スクロールラップの内側に形成される密閉空間に開口する位置に吐出ポート、もしくは、吐出ポートを設けないスクロールの中央部に段差部を設けて構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記スクロール流体機械において、一対の密閉空間のいずれかにつながる開口部と背圧室につながる開口部とを備えた流路を、旋回スクロールもしくは固定スクロールに設け、前記流路の密閉空間側の開口部が存在する密閉空間と吐出空間とを間欠的に連通させる手段を前記固定スクロールの中央部付近に設けたことを特徴とする。
【００１８】
以上説明したように、前記構成によれば、一対の圧縮室の圧力バランスを改善して旋回スクロールの挙動の安定化を図るとともに、背圧室側開口部から吸込室へならびに一対の圧縮室間での作動流体の漏洩を低減することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクロール流体機械の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２０】
まず、本発明に係るスクロール流体機械の構成について図１を用いて説明する。スクロール流体機械の構成は、主に圧縮部と駆動部とに分類することができる。圧縮部の基本要素は、固定スクロール２と旋回スクロール３とフレーム７であり、フレーム７は密閉容器１に固定されている。
【００２１】
固定スクロール２と旋回スクロール３をそれぞれ図２、図３に示す。
【００２２】
固定スクロール２の基本部分は、図２に示すように、鏡板２ｂと、該鏡板２ｂに立設されたラップ２ａと、隣接したラップ間に鏡板の面として形成されるラップ歯底２ｃと、上記ラップのラップ歯先２ｄと、上記鏡板２ｂの中心に対して僅か偏心した位置に穿設された吐出ポート２ｅと、旋回スクロール３の旋回運動によって旋回スクロール３に設けた流路３ｅの背圧室側開口部３ｆを背圧室８につなげる切り欠き部２ｆとで構成される。
【００２３】
一方、旋回スクロール３の基本部分は、図３に示すように、鏡板３ｂと、該鏡板３ｂに立設されるラップ３ａと、隣接したラップ間に鏡板の面として形成されるラップ歯底３ｃと、上記ラップのラップ歯先３ｄと、上記鏡板３ｂ内の背圧室側開口部３ｆと圧縮室側開口部３ｇとの間に形成された流路３ｅとで構成される。従って、背圧室側開口部３ｆは、旋回スクロール３の旋回運動に従って背圧室８につながる切り欠き部２ｆとその周囲の部分とで開閉されることになる。同時に、圧縮室側開口部３ｇは、固定スクロールラップ２ａの外線と旋回スクロールラップ３ａの内線とによって形成される内線側圧縮室１００ａにつながるスクロール流体機械と、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線とによって形成される外線側圧縮室１００ｂにつながるスクロール流体機械とが考えられる。
【００２４】
なお、上記背圧室側開口部３ｆと圧縮室側開口部３ｇとの間に形成された流路３ｅを、旋回スクロール３の鏡板部３ｂに形成するのではなく、固定スクロール２の鏡板部２ｂに形成してもよい。この場合、背圧室側開口部３ｆを開閉する切り欠きを旋回スクロールラップ３ａの外周に形成すればよい。
【００２５】
まず、本発明に係る、流路３ｅを旋回スクロール３の鏡面部３ｂに形成し、圧縮室側開口部３ｇを、固定スクロールラップ２ａの外線と旋回スクロールラップ３ａの内線とによって形成される内線側圧縮室１００ａにつなげたスクロール流体機械の第１の実施の形態について説明する。
【００２６】
図４には、固定スクロール２ならびに旋回スクロール３を噛み合わせた状態を示す。この図は、噛み合いによって形成された密閉空間の中央部の拡大であり、実際は本図に示す以外に密閉空間とシール部が存在する。図４において、噛み合いによって形成される一対の圧縮室１００のうち、旋回スクロールラップ３ａの内側の圧縮室を内線側圧縮室１００ａ、外側の圧縮室を外線側圧縮室１００ｂと呼ぶ。
【００２７】
本発明の第１の実施の形態は、流路３ｅの密閉空間側開口部（圧縮室側開口部）３ｇを旋回スクロールラップ３ａの内側に形成される密閉空間１００ａにつなげたスクロール流体機械の場合で、固定スクロールラップ２ａの外線の巻き始め角度を、旋回スクロールラップ３ａの外線の巻き始め角度より大きく構成する。
【００２８】
固定スクロールラップ２ａならびに旋回スクロールラップ３ａを、ともに、インボリュート曲線と円弧によって構成した場合には、固定スクロールラップ２ａの外線の巻き始め角度は、固定スクロールラップ２ａの外線側インボリュート曲線の巻き始め角度となり、旋回スクロールラップ３ａの外線の巻き始め角度は、旋回スクロールラップ３ａの外線側インボリュート曲線の巻き始め角度となる。ここで、固定スクロールラップ２ａならびに旋回スクロールラップ３ａは、特にインボリュート曲線と円弧の組み合わせでなくても、代数螺旋と円弧の組み合わせでも良い。この場合においても、流路３ｅの密閉空間側開口部３ｇを旋回スクロールラップ３ａの内側に形成される密閉空間１００ａにつなげたスクロール流体機械の場合では、固定スクロールラップ２ａの外線の巻き始め角度を、旋回スクロールラップ３ａの外線の巻き始め角度より大きく構成すればよい。
【００２９】
即ち、本発明の第１の実施の形態は、図４および図５に示すように、固定スクロールラップ２ａの外線の巻き始め角度を、旋回スクロールラップ３ａの外線の巻き始め角度より大きく構成し、旋回スクロールラップ３ａ内線側と固定スクロールラップ２ａ外線側の接触部のうち、吐出ポート２ｅに最も近接した接触部１１０が、固定スクロールラップ２ａ内線側と旋回スクロールラップ３ａ外線側の接触部１１１より早く消滅するように構成すれば良い。
【００３０】
なお、第１の実施の形態においては、吸い込み動作完了時における各圧縮室１００ａ、１００ｂの容積Ｖｓは設計上同一である。また、図示していないが、旋回スクロール２に設けられている圧縮室開口部３ｇを、内線側圧縮室１００ａ側につなげている場合は、吐出ポート２ｅに最も近接した接触部１１０を、固定スクロールラップ２ａの内線側と旋回スクロールラップ３ａの外線側の接触部１１１より早く消滅させることにより、内線側圧縮室１１０ａにおける吐出開始直前の容積Ｖｄが増大し、内線側圧縮室１１０ａの容積比（吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄ）を、外線側圧縮室１１０ｂの容積比（吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄ）よりも小さく構成することが可能となる。当然、内線側圧縮室１１０ａにおける吸い込み動作完了時の容積Ｖｓを小さく設計できれば、内線側圧縮室１１０ａの容積比を、外線側圧縮室１１０ｂの容積比よりも小さく構成することが可能となる。
【００３１】
次に、駆動部について説明する。旋回スクロール３を旋回駆動する駆動部の基本要素は、フレーム７と、電動機であるステータ１１、ロータ１２と、クランク軸１３と旋回スクロール３の自転防止機構の主要部品であるオルダムリング９と、クランク軸１３を上記フレーム７に回転自在に係合するクランク軸の支持部材１８と、旋回スクロール３とクランク軸１３の偏芯ピン部１３ａとをクランク軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合する旋回スクロールの支持部材１７とである。オルダムリング９は、旋回スクロール３と共にフレーム７と固定スクロール２により構成された背圧室８内に配設される。上記オルダムリング９に形成され、直交する２組のキー部分の１組がフレーム７に構成したキー溝を滑動し、残りの１組が旋回スクロールラップ３ａの反対側に構成したキー溝を滑動する。
【００３２】
また、給油系としては、密閉容器１の下部に留めた潤滑油１０を、クランク軸１３に固定した給油パイプ１４とクランク軸１３内に設けた給油穴を経由させて、圧縮部や各支持部１７、１８へと供給する。
【００３３】
次に、第１の実施の形態の動作を説明する。ロータ１２がステータ１１が発生する回転磁界により回転力を与えられことにより、ロータ１２に固定されたクランク軸１３は、ロータ１２の回転にともない回転動作を行う。旋回スクロール３が、スラスト方向に移動可能に、かつ回転自在にクランク軸の偏芯ピン部１３ａと係合しているため、クランク軸１３の回転運動は、オルダムリング９などの自転防止機構により旋回スクロール３の旋回運動へと変換される。この旋回運動に従って吸込口１９から吸込室内に流入した作動流体は、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂ内にほぼ同じ容積Ｖｓで吸い込まれる。吸い込み動作完了後、旋回スクロール３の旋回運動に従って、内線側圧縮室１００ａならびに外線側圧縮室１００ｂの容積は減じられ、圧縮過程に移行することになる。
【００３４】
本第１の実施の形態のスクロール流体機械では、固定スクロール２の鏡板面２ｂの外周２ｇと切り欠き部２ｆの窪んだ部分は、背圧室８の一部となっている。そのため、旋回スクロール３の旋回運動によって、旋回スクロール３に設けられた背圧室側開口部３ｆが、固定スクロール２に設けられた切り欠き部２ｆ近辺を旋回運動すると、背圧室８と圧縮室１００ａとが間欠的に流路３ｅを介して連通することになる。すなわち、背圧室側開口部３ｆが固定スクロール２の切り欠き部２ｆにある時には背圧室８と圧縮室１００ａは連通し、鏡板部２ｂにある時には連通しないことになる。
【００３５】
圧縮過程が開始されてから背圧室８と内線側圧縮室１００ａとが連通する直前までは、内線側圧縮室１００ａ内と外線側圧縮室１００ｂ内は、ほぼ同一の圧力レベルになっている。これは、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂの吸い込み動作完了時の容積Ｖｓが設計上同一で、同じ容積曲線で圧縮していくことによる。
【００３６】
ところで、背圧室８と内線側圧縮室１００ａの連通直後は、背圧室８内の方が高圧になっているため、背圧室８から流路３ｅを介して高温高圧の作動流体が内線側圧縮室１００ａに流入することになる。そして、その流入と同時に圧縮室容積は減じられていくため、内線側圧縮室１００ａ内は、外線側圧縮室１００ｂより高圧となる。さらに圧縮過程が進行すると、背圧室側開口部３ｆが閉ざされ、背圧室８と内線側圧縮室１００ａとは連通しなくなるが、内線側圧縮室１００ａ内は外線側圧縮室１００ｂより高い圧力レベルを維持したまま、圧縮動作が行われてゆく。したがって、内線側圧縮室１００ａは外線側圧縮室１００ｂより早く吐出圧力に達することになる。
【００３７】
図４に示す内線側圧縮室１００ａの吐出直前の固定スクロール２と旋回スクロール３の噛み合い状態では、内線側圧縮室１００ａは吐出圧力に達しているが、外線側圧縮室１００ｂはまだ達していない。この時、内線側圧縮室１００ａにおいては、固定スクロールラップ２ａの外線曲線巻き始め部と旋回スクロールラップ３ａの内線側とが接触し、この接触部１１０で吐出ポート２ｅに対してシールしている状態にある。他方、外線側圧縮室１００ｂにおいては、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始め部より大きい部分で固定スクロールラップ２ａの内線側と接触し、この接触部１１１でシールされている状態にある。
【００３８】
次に、図５に示す吐出開始直後の状態になると、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始め角度が、固定スクロールラップ２ａの外線巻き始め角度よりも大きくなっているため、図４における固定スクロールラップ２ａの外線曲線巻き始め部と旋回スクロールラップ３ａ内線側との接触部１１０が消滅し、内線側圧縮室１００ａが外線側圧縮室１００ｂより先に吐出ポート２ｅに連通することになる。
【００３９】
さらに、吐出過程が進んむと図６に示す状態になる。即ち、外線側圧縮室１００ｂにおいても吐出圧力に達したところで、固定スクロールラップ２ａ内線側と旋回スクロールラップ３ａの外線側巻き始めとの接触部１１１が消滅し、吐出ポート２ｅに連通することになる。
【００４０】
次に、第１の実施の形態の作用ならびに効果について説明する。仮に、背圧室８と圧縮室１００とを連通する流路３ｅの圧縮室側開口部３ｇが存在する内線側圧縮室１００ａと、圧縮室側開口部３ｇが存在しない外線側圧縮室１００ｂとを同時に吐出ポートに連通させようとする場合、吐出ポートに連通する直前の内線側圧縮室１００ａ内圧力は、吐出圧力より高くなり、圧縮動力が無駄になってしまう。また、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂの圧力差が大きくなることから旋回スクロール３がアンバランスな状態で旋回運動することになる。それによって、背圧室８と圧縮室１００とを連通する流路３ｅの背圧室側開口部３ｆから吸込室へ作動流体が漏洩し、性能低下を引き起こすことになる。
【００４１】
上記本発明の第１の実施の形態では、背圧室８と圧縮室とを連通する流路３ｅの圧縮室側開口部３ｇが存在する内線側圧縮室１００ａの方が、外線側圧縮室１００ｂより先に吐出圧力に到達するため、その時点で吐出させる。一方、外線側圧縮室１００ｂも吐出圧力に達した時点で吐出させている。従って、本発明の第１の実施の形態によれば、無駄な圧縮動力が低減するばかりでなく、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂ内の圧力のアンバランスが改善され、本構造特有の背圧室側開口部３ｆから吸込室への作動流体の漏洩を低減でき、性能向上を実現することができる。また、同じ容積における内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂの圧力差が小さくなるので、両圧縮室の間での作動流体の漏洩を低減でき、性能を向上させることが可能となる。
【００４２】
次に、流路３ｅを旋回スクロール３の鏡面部３ｂに形成し、圧縮室側開口部３ｇを、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線とによって形成される外線側圧縮室１００ｂにつなげたスクロール流体機械の第２の実施の形態について説明する。本第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、まず、圧縮室側開口部３ｇが外線側圧縮室１００ｂにつなげられている関係で、旋回スクロールラップ３ａの外線の巻き始め角度を、固定スクロールラップ２ａの外線の巻き始め角度より大きく構成する必要がある。このように、圧縮室開口部３ｇを、外線側圧縮室１００ｂ側につなげている場合は、吐出ポート２ｅに最も近接した接触部１１１を、旋回スクロールラップ３ａの内線側と固定スクロールラップ２ａの内線側の接触部１１０より早く消滅させることにより、外線側圧縮室１１０ｂにおける吐出開始直前の容積Ｖｄが増大し、外線側圧縮室１１０ｂの容積比（吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄ）を、内線側圧縮室１１０ａの容積比（吸い込み動作完了時の容積Ｖｓ／吐出開始直前の容積Ｖｄ）よりも小さく構成することが可能となる。当然、外線側圧縮室１１０ｂにおける吸い込み動作完了時の容積Ｖｓを小さく設計できれば、外線側圧縮室１１０ｂの容積比を、内線側圧縮室１１０ａの容積比よりも小さく構成することが可能となる。
【００４３】
そして、第２の実施の形態における動作は、次に説明するように行われる。まず、旋回スクロール３の旋回運動に従って吸込口１９から吸込室内に流入した作動流体は、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂ内にほぼ同じ容積Ｖｓで吸い込まれる。吸い込み動作完了後、旋回スクロール３の旋回運動に従って、内線側圧縮室１００ａならびに外線側圧縮室１００ｂの容積は減じられ、圧縮過程に移行することになる。
【００４４】
ところで、圧縮過程が開始されてから背圧室８と外線側圧縮室１００ｂとが連通する直前までは、内線側圧縮室１００ａ内と外線側圧縮室１００ｂ内は、ほぼ同一の圧力レベルになっている。これは、内線側圧縮室１００ａと外線側圧縮室１００ｂの吸い込み動作完了時の容積Ｖｓが設計上同一で、同じ容積曲線で圧縮していくことによる。
【００４５】
なお、圧縮室１００ｂは、背圧室側開口部３ｆが固定スクロール２の切り欠き部２ｆにある時には背圧室８と連通し、鏡板部２ｂにある時には連通しないことになる。
【００４６】
そして、背圧室８と外線側圧縮室１００ｂの連通直後は、背圧室８内の方が高圧になっているため、背圧室８から流路３ｅを介して高温高圧の作動流体が外線側圧縮室１００ｂに流入することになる。そして、その流入と同時に圧縮室容積は減じられていくため、外線側圧縮室１００ｂ内は、内線側圧縮室１００ａより高圧となる。さらに圧縮過程が進行すると、背圧室側開口部３ｆが閉ざされ、背圧室８と外線側圧縮室１００ｂとは連通しなくなるが、外線側圧縮室１００ｂ内は内線側圧縮室１００ａより高い圧力レベルを維持したまま、圧縮動作が行われてゆく。したがって、外線側圧縮室１００ｂは内線側圧縮室１００ａより早く吐出圧力に達することになる。
【００４７】
次に、図５に示す吐出開始直後の状態になると、固定スクロールラップ２ａの外線巻き始め角度が、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始め角度よりも大きくなっているため、旋回スクロールラップ３ａの外線曲線巻き始め部と固定スクロールラップ２ａ内線側との接触部１１１が消滅し、外線側圧縮室１００ｂが内線側圧縮室１００ａより先に吐出ポート２ｅに連通することになる。
【００４８】
さらに、吐出過程が進んむと図６に示す状態になると、内線側圧縮室１００ａにおいても吐出圧力に達したところで、旋回スクロールラップ３ａの内線側と固定スクロールラップ２ａの外線側巻き始めとの接触部１１０が消滅し、吐出ポート２ｅに連通することになる。
【００４９】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態では、背圧室８と圧縮室とを連通する流路３ｅの圧縮室側開口部３ｇが存在する外線側圧縮室１００ｂの方が、内線側圧縮室１００ａより先に吐出圧力に到達するため、その時点で吐出させる。一方、内線側圧縮室１００ａも吐出圧力に達した時点で吐出させている。従って、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、無駄な圧縮動力が低減するばかりでなく、外線側圧縮室１００ｂと内線側圧縮室１００ａ内の圧力のアンバランスが改善され、本構造特有の背圧室側開口部３ｆから吸込室への作動流体の漏洩を低減でき、性能向上を実現することができる。また、同じ容積における外線側圧縮室１００ｂと内線側圧縮室１００ａの圧力差が小さくなるので、両圧縮室の間での作動流体の漏洩を低減でき、性能を向上させることが可能となる。
【００５０】
次に、本発明に係る第３の実施の形態について説明する。まず、構成について図７を用いて説明する。この第３の実施の形態の基本構成は、第１の実施の形態と同様であり、異なる部分のみを説明する。第３の実施の形態では、旋回スクロールラップ３ａの内線側に切り欠き部１１２を設けて構成する。固定スクロールラップ２ａの外線巻き始め（例えばインボリュート曲線巻き始め）１１３が接触する旋回スクロールラップ３ａの切り欠き開始部１１５から内線側接触部１１４よりも外側に切り欠き部１１２を設ける。ただし、この切り欠き部１１２は、内線側圧縮室内１００ａが吐出圧力に達するまでは吐出ポート２ｅに連通しないよう設ける。切り欠く際は、スクロールラップ歯高さ方向についてスクロールラップ全体を切り欠いた形状としても良いし、スクロールラップ高さ方向の一部を切り欠く形状としても良い。切り欠き形状は、任意で良いが、加工性から考えて円弧とするのが簡単である。
【００５１】
次に、第３の実施の形態の作用と効果を説明する。内線側圧縮室１００ａが吐出圧力に達し、吐出ポート２ｅに連通直前の状態を図７に示す。この状態では、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線は、旋回スクロールラップ外線の巻き始め部で接触していない。しかし、固定スクロールラップ２ａの外線と旋回スクロールラップ３ａの内線は、切り欠き開始部１１５で接触している状態である。次に、内線側圧縮室１００ａが吐出ポート２ｅに連通後の状態を図８に示す。第３の実施の形態では、旋回スクロールラップ３ａの内線側に切り欠き部１１２を設けているため、早く吐出圧力に達した内線側圧縮室１００ａのみ吐出ポート２ｅに連通させることができる。さらに進行すると、外線側圧縮室１００ｂも吐出圧力に到達する。この時、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線とは、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始め（例えばインボリュート曲線巻き始め）で接触している。次の瞬間、その接触部が消滅し、外線側圧縮室１００ｂも吐出ポート２ｅに連通する。したがって、第３の実施の形態においても第１の実施の形態と同様な効果が得られる。
【００５２】
次に、本発明に係る第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態の基本構成は、第２の実施の形態と同様であり、異なる部分のみを説明する。第４の実施の形態では、固定スクロールラップ２ａの内線側に、第３の実施の形態と同様な切り欠き部を設けて構成する。旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始めが接触する固定スクロールラップ２ａの切り欠き開始部から内線側接触部よりも外側に切り欠き部を設ける。ただし、この切り欠き部は、外線側圧縮室内１００ｂが吐出圧力に達するまでは吐出ポート２ｅに連通しないよう設ける。
【００５３】
第４の実施の形態によれば、外線側圧縮室１００ｂが吐出圧力に達し、吐出ポート２ｅに連通直前の状態では、固定スクロールラップ２ａの外線と旋回スクロールラップ３ａの内線とは、固定スクロールラップ外線の巻き始め部で接触していない。しかし、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線とは、切り欠き開始部で接触している状態である。次に、固定スクロールラップ２ａの内線側に切り欠き部を設けているため、早く吐出圧力に達した外線側圧縮室１００ｂのみ吐出ポート２ｅに連通させることができる。さらに進行すると、内線側圧縮室１００ａも吐出圧力に到達する。この時、旋回スクロールラップ３ａの内線と固定スクロールラップ２ａの外線とは、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始めで接触している。次の瞬間、その接触部が消滅し、内線側圧縮室１００ａも吐出ポート２ｅに連通する。したがって、第４の実施の形態においても第１〜第３の実施の形態と同様な効果が得られる。
【００５４】
次に、本発明に係る第５の実施の形態について説明する。まず、構成について図９を用いて説明する。第５の実施の形態の基本構成は、第３の実施の形態と同様であり、異なる部分のみを説明する。第５の実施の形態では、切り欠き部１１２を設けず、旋回スクロール３の中央部を彫り込んで段差部１２０を設けるか、もしくは、旋回スクロール３の中央部に段差部１２０と同形状の吐出空間と直接連通する吐出ポートを設けて構成する。ただし、いづれの場合においても、内線側圧縮室１００ａが吐出圧力に達した時点で吐出ポート２ｅに連通するよう設ける。彫り込みの形状は、図９においては３種の円弧で構成しているが、任意で良い。加工性を考慮すると円または複数の円弧の組み合わせが簡単と思われる。段差の深さは任意の高さで良いが、浅いと効果が十分に発揮できない可能性があり、深すぎると旋回スクロールの強度が低下し、信頼性が問題になることもある。
【００５５】
次に、第５の実施の形態の作用と効果を説明する。内線側圧縮室１００ａが吐出圧力に達した直後に、旋回スクロール３の中央部に設けた段差部１１５が旋回運動に伴い内線側圧縮室１００ａへ移動する。その状態を図１０に示す。内線側圧縮室内１００ａは、この段差部１２０を介して吐出ポート２ｅに連通できる。また、さらに進行すると外線側圧縮室１００ｂも吐出圧力に達し、固定スクロールラップ２ａの内線と旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始めとの接触部が消滅し、外線側圧縮室１００ｂも吐出ポート２ｅに連通する。以上説明した第５の実施の形態においても、第１〜第４の実施の形態と同様な効果が得られる。
【００５６】
次に、本発明に係る第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態の基本構成は、第４の実施の形態と同様であり、異なる部分のみを説明する。第６の実施の形態では、固定スクロール２の中央部を彫り込んで段差部を設けるか、もしくは、固定スクロール２の中央部に段差部と同形状の吐出空間と直接連通する吐出ポートを設けて構成する。ただし、いづれの場合においても、外線側圧縮室１００ｂが吐出圧力に達した時点で、吐出ポート２ｅに連通するように設けて構成する。上記構成により、第６の実施の形態では、外線側圧縮室１００ｂが吐出圧力に達した直後に、固定スクロール２の中央部に設けた段差部が旋回運動に伴い外線側圧縮室１００ｂへと移動して、外線側圧縮室内１００ｂが、この段差部を介して吐出ポート２ｅに連通させることができる。また、さらに進行すると内線側圧縮室１００ａも吐出圧力に達し、旋回スクロールラップ３ａの内線と固定スクロールラップ２ａの外線巻き始めとの接触部が消滅し、内線側圧縮室１００ａも吐出ポート２ｅに連通する。以上説明した第６の実施の形態においても、第１〜第５の実施の形態と同様な効果が得られる。
【００５７】
次に、本発明に係る第７の実施の形態について説明する。第７の実施の形態の構成を図１１に示す。この第７の実施の形態の基本構成は、第３の実施の形態と同様であるが、切り欠き部１１２を設けず、吐出ポート２ｅに連通していない最も吐出ポート２ｅに近い内線側圧縮室１００ａと連通するように固定スクロール２もしくは旋回スクロール３に差圧で開閉する弁を設けて構成する。弁は、特に差圧で開閉するものでなくても、電気的に開閉を行うものでも構わない。図１１には弁の取り付け位置１２５を示している。特に取り付ける弁の個数に制限はないが、個数を多くすると、加工工数ならびにコストが増える。次に第７の実施の形態の作用と効果について説明する。内線側圧縮室１００ａが吐出圧力に達し、吐出圧力より若干高くなったところで、吐出空間との差圧で弁が開き、吐出が開始される。さらに進行すると、外線側圧縮室１００ｂも吐出圧力に達し、旋回スクロールラップ３ａの外線巻き始めと固定スクロールラップ２ａの内線との接触部１１１が消滅し、吐出ポート２ｅに連通する。第７の実施の形態でも第１〜第６の実施の形態と同様な効果を得ることができる。
【００５８】
次に、本発明に係る第８の実施の形態について説明する。この第８の実施の形態の基本構成は、第４の実施の形態と同様であるが、吐出ポート２ｅに連通していない最も吐出ポート２ｅに近い外線側圧縮室１００ｂと連通するように固定スクロール２もしくは旋回スクロール３に差圧で開閉する弁を設けて構成する。弁は、第７の実施の形態と同様に、特に差圧で開閉するものでなくても、電気的に開閉を行うものでも構わない。このように、第８の実施の形態によれば、外線側圧縮室１００ｂが吐出圧力に達し、吐出圧力より若干高くなったところで、吐出空間との差圧で弁が開き、吐出が開始される。さらに進行すると、内線側圧縮室１００ａも吐出圧力に達し、固定スクロールラップ２ａの外線巻き始めと旋回スクロールラップ３ａの内線との接触部１１０が消滅し、吐出ポート２ｅに連通する。第８の実施の形態でも第１〜第７の実施の形態と同様な効果を得ることがで次に、本発明に係る第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態の構成は、第１〜第８の実施の形態のすべてを、もしくは複数を組み合わせたもので構成する。これにより、第９の実施の形態でも、第１〜第８の実施の形態と同じ効果が得られる。
【００５９】
なお、第１、第３、第５、第７の実施の形態は、背圧室側開口部３ｆを介して背圧室８につながる流路３ｅの圧縮室側開口部３ｇを内線側圧縮室１００ａにつなげたスクロール流体機械の場合を示し、第２、第４、第６、第８の実施の形態は、背圧室側開口部３ｆを介して背圧室８につながる流路３ｅの圧縮室側開口部３ｇを外線側圧縮室１００ｂにつなげたスクロール流体機械の場合を示す。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、固定スクロールもしくは旋回スクロールの背面に流体圧を作用させるための流体を充満させる背圧室と両スクロールにより形成される密閉空間とが連通する流路を少なくとも１つ備えたスクロール流体機械において、無駄な圧縮動力を低減することができ、さらに一対の圧縮室内の圧力バランスを改善し、内部漏洩を低減することができ、その結果、高いエネルギー効率を発揮可能なスクロール流体機械を実現することができる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクロール流体機械の一実施の形態を示す全体構成断面図である。
【図２】本発明に係る第１、第３、第５、第７、第９の実施の形態に使用される固定スクロールを示す平面図である。
【図３】本発明に係る第１、第３、第５、第７、第９の実施の形態に使用される旋回スクロールを示す平面図である。
【図４】本発明に係る第１の実施の形態である固定スクロールと旋回スクロールとを組合せた際の動作の第１段階を示す構成図である。
【図５】図４の動作の第２段階を示す構成図である。
【図６】図４の動作の第３段階を示す構成図である。
【図７】本発明に係る第３の実施の形態である固定スクロールと旋回スクロールとを組合せた際の動作の第１段階を示す構成図である。
【図８】図７の動作の第２段階を示す構成図である。
【図９】本発明に係る第５の実施の形態である固定スクロールと旋回スクロールとを組合せた際の動作の第１段階を示す構成図である。
【図１０】図９の動作の第２段階を示す構成図である。
【図１１】本発明に係る第７の実施の形態である固定スクロールと旋回スクロールとを組合せた際の構成図である。
【符号の説明】
１・・・密閉容器、２・・・固定スクロール、２ａ・・・固定スクロールラップ、２ｂ・・・鏡板（鏡面部）、２ｅ・・・吐出ポート、２ｆ・・・切り欠き部、３・・・旋回スクロール、３ａ・・・旋回スクロールラップ、３ｂ・・・鏡板（鏡面部）、３ｅ・・・流路、３ｆ・・・背圧室側開口部、３ｇ・・・圧縮室側開口部、７・・・フレーム、８・・・背圧室、９・・・オルダムリング、１０・・・潤滑油、１１・・・ステータ、１２・・・ロータ、１３・・・クランク軸、１４・・・給油パイプ、１００・・・圧縮室、１００ａ・・・内線側圧縮室、１００ｂ・・・外線側圧縮室、１１１・・・接触部、１１２・・・切り欠き部、１１３・・・インボリュート曲線巻き始め、１１４・・・内線側接触部、１１５・・・切り欠き開始部、１２０・・・段差部、１２５・・・弁取り付け位置。
【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】
0004693984.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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