(57)【要約】【課題】  ヘリウム用スクロール圧縮機において、高性能を確保しつつ、低振動とすること。【解決手段】  スクロール圧縮機１００は、密閉容器１内に圧縮機部とこれを駆動する電動機部２と潤滑油２４とを収納すると共に、作動ガスとしてヘリウムガスを使用し、圧縮機部の圧縮室８に潤滑油２４を差圧により注入する油インジェクション管３１を設けている。油インジェクション管３１は固定スクロール５の鏡板５ａに設けた油注入用ポート２２に接続されている。油注入用ポート２２の開口部は、ラップ歯溝部のほぼ中央部に設けられると共に、対向した旋回スクロール６のラップ歯厚より大きい円形穴に形成されて圧縮室８と吸入室５ｆとに間欠的に連通される。油注入用ポート２２の開口部位置におけるラップ巻き角度をλoil、ラップ巻き終り角度をλl、円周率をπとしたとき、油注入用ポートの開口部の位置をλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定している。【選択図】  図３
2005188353.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れを駆動する電動機部と潤滑油とを収納すると共に、作動ガスとしてヘリウムガスを使用し、前記圧縮機部の圧縮室に前記潤滑油を差圧により注入する油インジェクション管を設け、
前記圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立させた旋回スクロールとをラップを互いに内側にして噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合して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中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入して前記圧縮室を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、前記吐出口より圧縮された作動ガスを密閉容器内に吐出するように構成され、
前記油インジェクション管は前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続され、
前記油注入用ポートの開口部は、前記固定スクロールのラップ歯溝部のほぼ中央部に設けられると共に、対向した前記旋回スクロールのラップ歯厚より大きい円形穴に形成されて前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室とラップ外周部の吸入室とに間欠的に連通されるように構成したヘリウム用スクロール圧縮機において、
前記油注入用ポートの開口部位置におけるラップ巻き角度をλoil、ラップ巻き終り角度をλl、円周率をπとしたとき、前記油注入用ポートの開口部の位置をλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定した
ことを特徴とするヘリウム用スクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のヘリウム用スクロール圧縮機において、前記油インジェクション管の前記油注入用ポートと係合する部分に絞り部を設けたことを特徴とするヘリウム用スクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載のヘリウム用スクロール圧縮機において、前記絞り部の最少口径をＤ、前記油注入用ポートの開口部の口径をｄｏとしたとき、両口径の関係をＤ／ｄｏ＝０．５〜０．６の範囲内に設定したことを特徴とするヘリウム用スクロール圧縮機。
【請求項４】
請求項２に記載のヘリウム用スクロール圧縮機において、前記絞り部の通路長さをＬ、前記絞り部の最少口径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ値をほぼ２以下に設定したことを特徴とするヘリウム用スクロール圧縮機。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のヘリウム用スクロール圧縮機において、前記圧縮機部の設定容積比Ｖｒがほぼ２．１のスクロール歯形形状を有する互に噛み合わされた前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを備え、ラップ巻き終り角度をλl、ラップ巻き始め角度をλS、旋回半径εthとスクロールラップの基礎円半径ａとの比をα、円周率をπとしたとき、設定容積比ＶｒをＶｒ＝（２λl−４π＋α）／（２λS＋２π＋α）となるように設定したことを特徴とするヘリウム用スクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘリウム用スクロール圧縮機に係り、特に、作動ガスとしてヘリウムガスを用いる超高真空分野のクライオポンプ装置等向けのヘリウム用スクロール圧縮機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のヘリウム用スクロール圧縮機としては、特開２００３−２７８６７２号公報（特許文献１）に示されたものがある。
【０００３】
このヘリウム用スクロール圧縮機は、密閉容器内に圧縮機部とこれを駆動する電動機部と潤滑油とを収納すると共に、作動ガスとしてヘリウムガスを使用し、圧縮機部の圧縮室に潤滑油を注入する油インジェクション管を設けている。
【０００４】
そして、前記圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立させた旋回スクロールとをラップを互いに内側にして噛み合わせて圧縮室を形成し、旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合して固定スクロールに対し旋回運動させ、固定スクロールに中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、吸入口より作動ガスを吸入して圧縮室を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、吐出口より圧縮された作動ガスを密閉容器内に吐出するように構成されている。
【０００５】
また、前記油インジェクション管は密閉容器を貫通して固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続されている。この油注入用ポートの開口部は、固定スクロールのラップ歯溝部のほぼ中央部に設けられると共に、対向した旋回スクロールのラップ歯厚より大きい円形穴に形成されて旋回スクロールの旋回運動により圧縮室とラップ外周部の吸入室とに間欠的に連通されるように構成されている。そして、油注入用ポートの開口部位置におけるラップ巻き角度をλoil、ラップ巻き終り角度をλl、円周率をπとしたとき、油注入用ポートの開口部の位置がλoil／（λl−π）＝０．８前後に設定されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７８６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来技術では、油注入用ポートの開口部の位置がλoil／（λl−π）＝０．８前後に設定されているため、圧縮室の大きな圧力変動が油インジェクション管に伝達されることとなり、油インジェクション管の大きな振動を招いて信頼性が低下するという課題があった。特に、作動ガスとしてヘリウムガスを用いたヘリウム用スクロール圧縮機では、低い運転圧力比条件にて高い性能が要求されるが、圧力比１．７〜２．２など低い運転圧力比域条件にて顕著な圧力脈動幅を呈し、信頼性が低下するという課題があった。
【０００８】
また、上記従来技術では、油注入用ポートの開口部を旋回スクロールのラップ歯厚より大きい円形穴に形成したことによって、圧縮室の圧力変動が油インジェクション管の流入側に大きく伝達されることとなり、油インジェクション管の振動が異常に高くなって信頼性の低下を招くおそれがあった。
【０００９】
本発明の目的は、高性能を確保しつつ、低振動とすることができるヘリウム用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】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明は、密閉容器内に圧縮機部とこれを駆動する電動機部と潤滑油とを収納すると共に、作動ガスとしてヘリウムガスを使用し、前記圧縮機部の圧縮室に前記潤滑油を差圧により注入する油インジェクション管を設け、前記圧縮機部は、鏡板に渦巻状のラップを直立した固定スクロールと鏡板に渦巻状のラップを直立させた旋回スクロールとをラップを互いに内側にして噛み合わせて圧縮室を形成し、前記旋回スクロールを回転軸に連設する偏心機構に係合して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中心部に開口する吐出口と外周部に開口する吸入口とを設け、前記吸入口より作動ガスを吸入して前記圧縮室を中心に移動させ容積を減少してガスを圧縮し、前記吐出口より圧縮された作動ガスを密閉容器内に吐出するように構成され、前記油インジェクション管は前記密閉容器を貫通して前記固定スクロールの鏡板に設けた油注入用ポートに接続され、前記油注入用ポートの開口部は、前記固定スクロールのラップ歯溝部のほぼ中央部に設けられると共に、対向した前記旋回スクロールのラップ歯厚より大きい円形穴に形成されて前記旋回スクロールの旋回運動により前記圧縮室とラップ外周部の吸入室とに間欠的に連通されるように構成したヘリウム用スクロール圧縮機において、前記油注入用ポートの開口部位置におけるラップ巻き角度をλoil、ラップ巻き終り角度をλl、円周率をπとしたとき、前記油注入用ポートの開口部の位置をλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定したことにある。
【００１１】
前記本発明において、より好ましくは次の構成としたことにある。
（１）前記油インジェクション管の前記油注入用ポートと係合する部分に絞り部を設けたこと。
（２）前記絞り部の最少口径をＤ、前記油注入用ポートの開口部の口径をｄｏとしたとき、両口径の関係をＤ／ｄｏ＝０．５〜０．６の範囲内に設定したこと。
（３）前記絞り部の通路長さをＬ、前記絞り部の最少口径をＤとしたとき、Ｌ／Ｄ値をほぼ２以下に設定したこと。
（４）前記圧縮機部の設定容積比Ｖｒがほぼ２．１のスクロール歯形形状を有する互に噛み合わされた前記固定スクロール及び前記旋回スクロールを備え、ラップ巻き終り角度をλl、ラップ巻き始め角度をλS、旋回半径εthとスクロールラップの基礎円半径ａとの比をα、円周率をπとしたとき、設定容積比ＶｒをＶｒ＝（２λl−４π＋α）／（２λS＋２π＋α）となるように設定したこと。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のヘリウム用スクロール圧縮機によれば、油注入用ポートの開口部の位置をλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定したので、高性能を確保しつつ、油インジェクション管の流入側に伝達される圧縮室の圧力変動を小さくして低振動とすることができる。
【００１３】
また、本発明の好ましい構成によれば、油インジェクション管の前記油注入用ポートと係合する部分に絞り部を設けたことにより、圧縮室の圧力変動が油インジェクション管の流入側に伝達されることを確実に抑制・減衰できると共に、油インジェクション回路側に油流量調節弁を設ける必要がなくなり、油インジェクション回路側の簡素化、さらにはヘリウム冷凍装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の好ましい構成によれば、絞り部の最少口径Ｄと油注入用ポートの開口部の口径ｄｏとの関係をＤ／ｄｏ＝０．５〜０．６の範囲内に設定したことにより、絞り部の機能をより確実に奏することができる。
【００１５】
また、本発明の好ましい構成によれば、絞り部の通路長さＬ／絞り部の最少口径Ｄの値をほぼ２以下に設定したことにより、絞り部の機能をより確実に奏することができる。
【００１６】
また、本発明の好ましい構成によれば、圧縮機部の設定容積比Ｖｒがほぼ２．１のスクロール歯形形状を有する互に噛み合わされた固定スクロール及び旋回スクロールを備え、設定容積比ＶｒをＶｒ＝（２λl−４π＋α）／（２λS＋２π＋α）となるように設定したことにより、低い運転圧力比域においても圧縮機動力の少ない高い性能を得ることができる。
【００１７】
なお、スクロールラップ巻き角度は全てインボリュート伸開角を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のヘリウム用スクロール圧縮機の一実施例を図１から図１５を用いて説明する。
【００１９】
まず、図１を参照しながら本実施例のヘリウム用スクロール圧縮機を用いたヘリウム冷凍装置に関して説明する。図１は本発明の一実施例になるヘリウム用スクロール圧縮機を備えたヘリウム冷凍装置の構成図である。
【００２０】
ヘリウム冷凍装置は、冷凍サイクルを構成する機器と、スクロール圧縮機１００内の潤滑油を外部で冷却してスクロール圧縮機１００の圧縮室に注入するインジェクション回路と、スクロール圧縮機１００の回転数を制御する制御装置（図示せず）と、を備えて構成されている。
【００２１】
冷凍サイクルは、スクロール圧縮機１００、油分離器７０、ガス冷却器５００及びヘリウム冷凍機８０を備えて構成されている。これらの機器は、配管３２０、３３０、３４０、３００を介して直列に接続されて作動冷媒を循環させる閉ループとなるように構成されている。また、油分離器７０からガス冷却器５０及び冷凍機８０をバイパスしてスクロール圧縮機１００に油を戻す配管３１０が設けられている。この冷凍サイクルの作動冷媒としてはヘリウムガスが用いられている。
【００２２】
係る冷凍サイクルの動作を説明する。スクロール圧縮機１００から吐出された高温、高圧のヘリウムガスは油分離器７０で油を分離した後、ガス冷却器５０で冷却される。次に、ヘリウムガスはヘリウム冷凍機８０で断熱膨張された後、配管３４０、３００を通して常温の吸入ガスとしてスクロール圧縮機１００に戻される。このようにして、冷凍装置としての機能が得られる。この冷凍サイクルの運転中に油分離器７０で分離された油は、配管３１０を通して圧縮機１００に戻される。
【００２３】
油インジェクション回路は、油ストレーナ５６、油冷却器３３を備え、圧縮機１００にこれらを油配管５１、５３を介して直列に接続して構成されている。この油インジェクション回路は、スクロール圧縮機１００内に溜められた潤滑油２４内に連通する油取り出し管３０（図２参照）と、スクロール圧縮機１００の圧縮室８（図３参照）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。
【００２４】
係る油インジェンクション回路の動作を説明する。スクロール圧縮機１００内の底部に溜められた潤滑油２４は、潤滑油２４に加えられる吐出圧力（高圧圧力）と圧縮室８の圧力（吐出圧力以下の圧力）との差圧によって、油取り出し管３０内に流入していく（図２参照）。この流入した潤滑油２４は、図１の点線矢印に示すように、外部の油配管５１を通って油ストレーナ５６で塵埃などが除去された後、油冷却器３３で適宜冷却され、外部の油配管５３を通って油インジェクション管３１からスクロール圧縮機１００の圧縮室へ注入される。
【００２５】
このようにして、スクロール圧縮機１００が冷却されることにより、スクロール圧縮機１００の性能向上および信頼性の向上を図ることができる。また、本実施例では、油インジェクション管３１の油注入ポート２２に後述する絞り部３１ｃ（図３参照）を設けているので、従来技術のように外部の油配管５１、５３の経路中に油流量調節弁を設ける必要がなく、安価な構造とすることができる。
【００２６】
次に、図２から図５を参照しながらスクロール圧縮機１００を説明する。図２は本発明の一実施例になるヘリウム用スクロール圧縮機の縦断面図、図３は図２の要部拡大詳細図、図４は図２の左側面図、図５は図２の右側面図である。
【００２７】
スクロール圧縮機１００は、密閉容器１内に圧縮機部と電動機部３とを左右に配置した横型構成である。密閉容器１は、中央ケーシング部１ａと、その両側に溶接して固定されたキャップ部１ｂ、１ｃとから構成されている。密閉容器１内はフレーム１１によって吐出室２ａと電動機室２ｃ、２ｄ、２ｅとに区画されている。また、フレーム１１には電動機部３を支持する筒状の側壁１１ａが形成されている。この側壁１１ａは、２箇所の周縁部がフランンジ状に形成され、その周縁部の外周が密閉容器１に固着され、３つの電動機室２ｃ、２ｄ、２ｅを形成している。電動機部３の電動機ステータ３ａはこの側壁１１ａ内にて支持されている。
【００２８】
圧縮機部は固定スクロール５と旋回スクロール６とフレーム１１とを備えて構成されている。固定スクロール５と旋回スクロール６とは、互いに噛み合わされて配置され、これらの間に密閉空間である圧縮室８が形成される。
【００２９】
固定スクロール５は、円板状の鏡板５ａと、これに直立しインボリウ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（図６参照）とを備えて構成され、中心部に圧縮室８からの作動ガスを吐出するための吐出口１０が形成されると共に、外周部に圧縮室８へ作動ガスを吸入するための吸入口１４を備えている。吐出口１０は吐出室１ａに開口されている。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５のラップ５ｂと同一形状に形成されたラップ６ｂ（図１０参照）と、鏡板６ａの反ラップ面に形成されたボス部６ｃとを備えて構成されている。
【００３０】
フレーム１１は中央部にコロ軸受で構成された主軸受２６が設けられ、この主軸受２６には回転軸８２が支承されている。回転軸８２の一側には偏心軸８２ａが形成されている。この偏心軸８２ａは、旋回スクロール６のボス部６ｃに旋回運動が可能なように挿入されている。なお、旋回スクロール６のボス部６ｃには旋回軸受３２が設けられているので、偏心軸８２ａはこの旋回軸受３２内に挿入されることとなる。偏心軸８２ａの根本部分にはバランスウエイト９が装着されている。回転軸８２の他側には電動機軸８２ｂが形成されている。電動機軸８２ｂには電動機部３の電動機ロータ３ｂが直結されている。電動機室２ｃ、２ｄ、２ｅ内にあって副軸受２７を支えるサイドカバー２７２が設けられている。電動機軸８２ｂの端部は副軸受２７に支承されている。
【００３１】
フレーム１１には固定スクロール５が複数本のボルト８１によって固定されている。旋回スクロール６は、フレーム１１と旋回スクロール６との間に配置され、オルダムリングおよびオルダムキーよりなるオルダム機構１４によってフレーム１１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構成されている。
【００３２】
固定スクロール５の吸入口１５には密閉容器１を貫通して吸入管１７が接続されている。吸入管１７は、キャップ部１ａの側面上部を水平方向に貫通して外部に突出し、さらに上方に延びてＬ字状に形成されている。吸入管１７は吸入配管１７ａと継パイプ１７ｂとから構成されている。吸入管１７の継パイプ１７ｂ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２１ａが設けられている。また、吸入口１５内には逆止弁１３が設けられている。この逆止弁１３は、圧縮機停止時の回転軸８２の逆転を防止することや、密閉容器１内の潤滑油２４が低圧側に流出するのを防止することなどのために設けられている。
【００３３】
吐出口１０が開口している吐出室２ａは通路１８ａを介して電動機室２ｃ、２ｄ、２ｅと連通されている。この電動機室２ｃ、２ｄ、２ｅは密閉容器１の中央ケーシング部１ｂを貫通する吐出管１９に連通されている。吐出管１９は中央ケーシング部１ｂの最上部より上方に突出されている。従って、吐出管１９と吸入管１７とに冷凍サイクルの配管を同一方向から容易に接続できる。
【００３４】
また、電動機室２ｃは、電動機ステータ３ａとフレーム１１の側壁１１ａとの隙間２０ａおよび電動機ステータ３ａと電動機ロータ３ｂとの隙間２０ｂを介してサイドカバー２７２の内部空間１０９ｂと連通されている。フレーム１１の下端部の矩形状溝部１１ｇ、１１ｋ（図８参照）は、吐出室２ａに溜まった潤滑油２４を電動機室２ｃ側に移動せしめるための連通用油溝である。油面計４５は電動機室２ｄの運転中の油面を管理するためにキャップ部１ｃの側面に取り付けられている。電源部５７は電動機部３に電力を供給するためにキャップ部１ｃの側面に密閉容器１に取り付けられている。
【００３５】
旋回スクロール６の鏡板６ａの背面には、フレーム１１で囲まれた空間７７（以下背圧室と呼ぶ）が形成されている。この背圧室７７には、運転中に旋回スクロール６の鏡板６ａに穿設した細孔６ｅ、６ｆ（図１０参照）を介して吸入圧力と吐出圧力との中間の圧力Ｐｍの作動流体が導入され、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。
【００３６】
上記構成において、電動機部３に通電されて電動機ロータ３ｂが回転されると、電動機ロータ３ｂに直結した電動機軸８２ｂが回転されて偏心軸８２ａが偏心回転される。これによって、旋回軸受３２を介して旋回スクロール６が旋回運動される。この旋回運動により、圧縮室８は周囲から次第に中心に移動して容積が減少する。これに伴って、作動ガスは吸入管１７から吸入口１５を経て吸入室５fへ入り圧縮室８で圧縮が開始されると共に、主軸受２６および旋回軸受３２を潤滑した油は旋回スクロール６の旋回スクロール鏡板６ａの細穴６ｄ、６ｆから圧縮室８へ流入して前記作動ガスに混入する。この油を含んだ作動ガスは、圧縮室８で圧縮された後に吐出口１０から吐出室２ａへ吐出され、通路１８ａを通って電動機室２ｃへ流入する。なお、図２において、実線の矢印は作動ガスであるヘリウムガスの流れを、破線の矢印は油の流れをそれぞれ示している。
【００３７】
通路１８ａ電動機室２ｃに流入した作動ガス（油を含む）は、電動機室２ｃからサイドカバー２７２を通って電動機室２ｄに至り、さらにはフレーム１１の側壁１１ａの周縁部を通って電動機室２ｅに至る。この過程で、作動ガス中に含まれる油の一部分が分離される。そして、作動ガスは吐出管２０を通って冷凍サイクルへ流出される。なお、分離された油は密閉容器１の底部に留められる。
【００３８】
潤滑油２４は密閉容器１の底部に溜められている。油吸上管９６ｄは、その上端部がサイドカバー２７２の軸受支持部に装着され、その下端部が潤滑油２４内に開口されている。潤滑油２４は、密閉容器１内の電動機室２ｄの高圧圧力と背圧室７７の中間圧力Ｐｍとの差圧により、油吸上管９６ｄを通してサイドカバー２７２と回転軸８２の端部とで形成される空間に吸上げられた後、回転軸８２内の給油穴を流れ、旋回軸受３２、主軸受２６および補助軸受２７へ給油される。主軸受２６および旋回軸受３２へ給油された油は背圧室７７を経て穴６ｅ、６ｆを介して圧縮室８へ注入されて圧縮ガスと混合され、吐出ガスと共に吐出室２ａへ吐出される。
【００３９】
また、密閉容器２のキャップ部１ｂには、油取り出し管３０が貫通して取り付けられている。油取り出し管３０は、その上端部が外部の油配管５１に接続され、その下端部である流入部３０ａが内部の潤滑油２２内に開口されている。油配管５１は油取り出し管３０の接続部からＬ字状に形成されて後方に突出されている。
【００４０】
密閉容器２のキャップ部１ａには、圧縮途中の圧縮室８へ油を注入する油インジェクション管３１が貫通して取り付けられている。油インジェクション管３１はＬ字状に形成されて後方に突出されている。キャップ１ａと油インジェクション管３１とを漏れなく一体化するために継ぎ手３１ｆが設けられている。インジェクション回路は油配管５１と油インジェクション管３１とに同一方向から容易に接続される。
【００４１】
係る構成によって、潤滑油２４は、密閉容器１内の高圧圧力と圧縮室８の中間圧力との差圧によって、油取り出し管３０から油配管５１を通して油インジェクション回路に導かれ、除塵および冷却された後に、油インジェクション管３１を通して圧縮室８内に供給される。
【００４２】
次に、図６から図９を主に参照しながら固定スクロール５および油インジェクション管３１に関して説明する。図６は図２の固定スクロールの平面図、図７は図２の固定スクロールの縦断面図、図８は図２のＡ−Ａ断面図、図９は図２の油インジェクション管の部分断面図である。
【００４３】
固定スクロール５は、その鏡板５ａに、中心部に開口する吐出口１０と、外周部に開口する吸入口１５と、ラップ歯溝部に開口する油注入用ポート２２とが設けられている。吐出口１０は両側から設けられた二つの穴１５ａ、１５ｂから形成されている。固定スクロール５のラップ歯厚ｔは旋回スクロール６のラップ歯厚ｔと同一に設定されている。固定スクロール５のラップ歯溝幅Ｄｔは旋回スクロール６のラップ歯溝幅Ｄｔと同一に設定されている。
【００４４】
油注入用ポート２２は、１個にて両方の圧縮室８へ潤滑油２４を注入できるもので、ラップ歯溝部のほぼ中央部に開口して設けられている。油注入用ポート２２の開口部は、その口径ｄｏが旋回スクロール６のラップ歯厚ｔ（図１０参照）より大きい円形穴に形成されている。これにより、油インジェクション時の油撃現象を抑制できる。
【００４５】
油注入用ポート２２の開口部位置におけるラップ巻き角度をλoil、ラップ巻き終り角度をλl、円周率をπとしたとき、旋回スクロール６の旋回運動により圧縮室８とラップ外周部の吸入室５ｆとに間欠的に連通されるように、油注入用ポート２２の開口部の位置はλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定されている。この油注入用ポート２２の開口部の位置は、従来技術より圧縮開始側の低圧側に位置をずらしていることが特徴である。具体例としては、λoil＝１４．７ｒａｄ、λl＝１９．２ｒａｄとなる位置設定とすることが好ましい。
【００４６】
油インジェクション管３１は、図２および図９に示すように、密閉容器１を貫通する配管部材３１ａと、固定スクロール６の油注入用ポート２２に係合される継ぎ手部材３１ｂから構成されている。両部材３１ａ、３１ｂは銀ロー付け部３１ｅにて一体化されて油インジェクション管３１を構成している。
【００４７】
継ぎ手部材３１ｂには絞り部３１ｃが形成されている。この絞り部３１ｃは継ぎ手部材３１ｂの外周面から全周にわたって凹部３１ｄを形成することにより構成されている。油注入用ポート２２と係合する油インジェクション管３１の絞り部３１ｃの最少口径Ｄは油注入用ポート２２の開口部の口径ｄｏより小さく設定されている。具体的には、絞り部３１ｃの最少口径Ｄが油注入用ポート２２の開口部の口径ｄｏに対してＤ／ｄｏ＝０．５〜０．６の範囲内となるように設定されている。また、絞り部３１ｃの通路長さＬが前記絞り部３１ｃの最少口径Ｄに対してＬ／Ｄ値がほぼ２以下になるように設定されている。
【００４８】
次に、図１０および図１１を参照しながら旋回スクロール６に関して説明する。図１０は図２の旋回スクロールの平面図、図７は図２の旋回スクロールの縦断面図である。
【００４９】
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と同一形状に形成されたラップ６ｂと、鏡板の反ラップ面に形成されたボス部６ｃとからなっている。両スクロール５、６のラップ形状としては、ラップ巻き終り角度をλl、ラップ巻き始め角度をλS、旋回半径εthとスクロールラップの基礎円半径ａとの比をα、円周率をπとしたとき、設定容積比ＶｒをＶｒ＝（２λl−４π＋α）／（２λS＋２π＋α）となるように設定し、スクロールラップ部の設定容積比Ｖｒがほぼ２．１のスクロール歯形形状を有するものである。これによって、低い運転圧力比域（主に圧力比１．８〜２．３域）においても圧縮機動力の少ない高い性能が得られる。
【００５０】
次に、図１２から図１５を参照しながら上述した構成の機能および効果に関して説明する。
【００５１】
図１２は油インジェクション管３１の穴の位置（ｒａｄ）に対する体積効率ηｖ（％）、入力Ｗｉｎ（ｋｗ）および圧力変動幅Ｐｉｎ（ｋｇ／ｃｍ２）の変化を示す特性図である。なお、図１２は運転圧力比が２．０〜３．０における特性図であり、上述したλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲が図１２に示す適正な範囲（本発明）である。この適正な範囲では、体積効率ηｖが高く、入力Ｗｉｎが小さく、圧力変動幅Ｐｉｎが小さい運転が可能である。従って、本実施例では、高性能を確保しつつ、油インジェクション管３１の流入側に伝達される圧縮室８の圧力変動を小さくして低振動とすることができる。これに対して、従来技術の油インジェクション管３１の穴の位置は、適正な範囲より左側であるため、体積効率ηｖおよび入力Ｗｉｎについては良好であるが、油インジェクション管３１の流入側に伝達される圧縮室８の圧力変動幅Ｐｉｎが大きく、大きな振動が発生するものであった。
【００５２】
また、油インジェクション温度Ｔｏが低いほど体積効率ηｖが高くなり、特に油インジェクション温度Ｔｏが４５℃の場合には、適正な範囲の全てでほぼ同じ高効率を示し、性能面で有利となっている。従って、油インジェクション温度Ｔｏを４５℃以下に設定することが特に好ましい。
【００５３】
図１３はスクロール圧縮機１００の運転圧力比に対する油インジェクション管３１内の圧力脈動幅Ｐｋの変化を示す特性図である。本発明と表示した本実施例の油インジェクション管３１内の圧力脈動幅Ｐｋは、従来技術における圧力変動幅Ｐｋと比較して、図１３から明らかなように１／２〜１／３に大幅に低くなっている。例えば、圧縮室８側の７〜８ｋｇ／ｃｍ２という圧力変動幅を油インジェクション管３１内では１ｋｇ／ｃｍ２前後の圧力変動幅に減衰できるものである。
【００５４】
このように、油インジェクション管３１内の圧力脈動幅Ｐｋを大幅に低減できる理由は、油注入用ポート２２の開口部の位置をλoil／（λl−π）＝０．９０〜０．９５の範囲内に設定したことと共に、油インジェクション管３１の油注入用ポート２２と係合する部分（油インジェクション管３１の最下流部分）に絞り部３１ｃを設けたことによるものである。特に、絞り部の通路長さＬ／絞り部の最少口径の値をほぼ２以下に設定することにより、油インジェクション管３１内の圧力脈動幅Ｐｋを格段に低減できる。
【００５５】
図１４はスクロール圧縮機１００の圧力脈動幅に対する油インジェクション管３１の振動振幅Ｓｋの変化を示す特性図である。図１３に示すように油インジェクション管３１内の圧力脈動幅Ｐｋを大幅に低減できたことにより、本発明と表示した本実施例の油インジェクション管３１の振動振幅Ｓｋは、従来技術における振動振幅Ｓｋと比較して、図１４から明らかなように１／２〜１／３に大幅に低くなっている。
【００５６】
図１５はスクロール圧縮機１００の油インジェクション管３１の絞り部３１ｃの最小口径Ｄに対する圧力脈動幅Ｐｋおよび油インジェクション量Ｑｉｎの変化を示す特性図である。図１５に示す適正な範囲（換言すれば、絞り部の最少口径をＤ／油注入用ポートの開口部の口径をｄｏ＝０．５〜０．６の範囲）に設定することにより、圧力脈動幅Ｐｋを圧力脈動幅の許容限界値以下に抑えることができると共に、油インジェクション量Ｑｉｎを必要最小限の油インジェクション量を確保することができる。このことから本実施例では、高い性能と、圧力脈動を低下できる機能と、必要冷却油量の確保の機能との３つの機能面を満足できる。なお、油インジェクションによる冷却効果が従来技術に対してさらに向上することにより、圧縮機全体の温度が低下し、コロ軸受である主軸受の長寿命化が図れ、圧縮機の信頼性がさらに大きく改善される。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施例になるヘリウム用スクロール圧縮機を備えたヘリウム冷凍装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施例になるヘリウム用スクロール圧縮機の縦断面図である。
【図３】図２の要部拡大詳細図である。
【図４】図２の左側面図である。
【図５】図２の右側面図である。
【図６】図２の固定スクロールの平面図である。
【図７】図２の固定スクロールの縦断面図である。
【図８】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図２の油インジェクション管の部分断面図である。
【図１０】図２の旋回スクロールの平面図である。
【図１１】図２の旋回スクロールの縦断面図である。
【図１２】図２のヘリウム用スクロール圧縮機の油インジェクション管の穴の位置に対する体積効率、入力および圧力変動幅の変化を示す特性図である。
【図１３】同ヘリウム用スクロール圧縮機の運転圧力比に対する油インジェクション管内の圧力脈動幅の変化を示す特性図である。
【図１４】同ヘリウム用スクロール圧縮機の圧力脈動幅に対する油インジェクション管の振動振幅の変化を示す特性図である。
【図１５】同ヘリウム用スクロール圧縮機の油インジェクション管の絞り部の最小口径に対する圧力脈動幅および油インジェクション量の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００５８】
１…密閉容器、２ａ…吐出室、２ｃ、２ｄ、２ｅ…電動機室、３…電動機部、３ａ…電動機ステータ、３ｂ…電動機ロータ、５…固定スクロール、５ａ…固定スクロール鏡板、５ｂ…ラップ、５ｆ…吸入室、６…旋回スクロール、６ａ…旋回スクロール鏡板、６ｂ…ラップ、６ｃ…ボス部、８…圧縮室、１０…吐出口、１１…フレーム、１４…オルダム機構、１５…吸入口、１７…吸入管、１８ａ、１８ｂ…通路、１９…吐出管、２２…油注入ポート、２４…潤滑油、２６…主軸受、２７…補助軸受、３０…油取り出し管、３０ａ…流入部、３１…油インジェクション管、３１ａ…配管部材、３１ｂ…継ぎ手部材、３１ｃ…絞り部、３１ｄ…凹部、３２…旋回軸受、３３…油冷却器、５０…ガス冷却器、５１、５３…油配管、５６…油ストレーナ、７０…油分離器、８０…ヘリウム冷凍機、８２…回転軸、８２ａ…偏心軸、８２ｂ…電動機軸、１００…ヘリウム用スクロール圧縮機、２１６…Ｏリング、２７２…サイドカバー、３００、３１０、３２０、３３０、３４０…配管。
【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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