(57)【要約】    【課題】  本発明は、常時旋回スクロール部材を固定スクロール部材に押圧するタイプのスクロール流体機械において、起動直後の過渡運転時間を短縮し、運転立ち上がり時間を短縮することを目的とする。また、スクロール部材のなじみ層を短時間でなじませることを目的とする。【解決手段】  本発明の目的は、チャンバ内と、固定スクロール部材とフレームとで形成される空間を分け隔てるとともに、フレームに配設された補助部材背圧孔を介して、チャンバ内の圧力を受ける補助部材背圧シールと、補助部材背圧シールに押圧されることにより旋回スクロール部材を固定スクロール部材側に押圧する旋回押圧補助部材と、を有することにより達成される。    【選択図】  図１
2007138828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロール部材と、固定スクロール部材とともに空間を形成するフレームと、当該空間内に配設され、前記固定スクロール部材と協働して圧縮室を形成する旋回スクロール部材と、を有する高圧チャンバ型のスクロール流体機械であって、
前記チャンバ内と前記空間を分け隔てるとともに、前記フレームに配設された補助部材背圧孔を介して、チャンバ内の圧力を受ける補助部材背圧シールと、
前記補助部材背圧シールに押圧されることにより前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材側に押圧する旋回押圧補助部材と、
を有するスクロール流体機械。
【請求項２】
請求項１において、
前記固定スクロール部材または前記旋回スクロール部材の少なくとも一方になじみ層を設けることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項３】
請求項２において、
前記旋回押圧補助部材は挟持制御手段を有し、なじみ運転終了後の正規運転時においては、前記挟持制御手段が前記固定スクロール部材に接することを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項４】
請求項１において、
前記フレームと前記旋回スクロール部材とによって形成される背圧室と、前記固定スクロール部材と前記旋回スクロール部材とによって形成される空間と、を連通する通路に配設された背圧制御手段を有することを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項５】
請求項４において、
前記固定スクロール部材と前記旋回スクロール部材とによって形成される空間が、吸込室に連通していることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項６】
請求項１において、
前記フレームと前記旋回スクロール部材と前記旋回押圧補助部材とによって形成される背圧室と、前記固定スクロール部材と前記旋回スクロール部材と前記旋回押圧補助部材とによって形成される外周室と、を連通するよう前記旋回スクロール部材または前記旋回押圧補助部材に溝を配設したことを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項７】
固定スクロール部材と、固定スクロール部材とともに空間を形成するフレームと、当該空間内に配設され、前記固定スクロール部材と協働して圧縮室を形成する旋回スクロール部材と、前記チャンバ内と前記空間を分け隔てるとともに、前記フレームに配設された補助部材背圧孔を介して、チャンバ内の圧力を受ける補助部材背圧シールと、前記補助部材背圧シールに押圧されることにより前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材側に押圧する旋回押圧補助部材と、を有する高圧チャンバ型圧縮機と、
熱交換器と、
電動膨張弁と、
蒸発器とを順次接続して構成し、
作動冷媒に二酸化炭素を用いて超臨界サイクルとした冷凍サイクル装置。
【請求項８】
請求項７において、
冷凍機油にＰＡＧを用いた冷凍サイクル装置。
【請求項９】
請求項７において、
冷凍機油にＰＡＯを用いた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエアコンやヒートポンプ給湯機等に用いられるスクロール流体機械に関し、特に運転立ち上がり時間を短縮する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、旋回スクロール部材と固定スクロール部材とを互いに引き付ける――言い換えれば、旋回スクロール部材を固定スクロール部材に押圧するような――スクロール流体機械の場合、起動直後は、斯様な押圧力、いわゆる背圧はほとんど発生しない。それどころか、旋回スクロール部材は、圧縮室の圧力により固定スクロール部材から離される向きの大きな力を受ける。
【０００３】
よって、旋回スクロール部材と固定スクロール部材との隙間が大きくなり、圧縮室を形成するシール部のシール性が低くなるため、定常運転移行前の過渡運転は漏れの多い低効率運転がなされることになる。
【０００４】
従って、シール性を高めるための技術は数多くあり、例えば特許文献１，２が知られている。
【０００５】
特許文献１では、固定スクロールの端面である固定取付面（以下、非旋回基準面と称する）と、フレームの端面である旋回挟み込み面（以下、旋回規定面と称する）との間に挟み込まれる旋回スクロールの部分（以下、旋回端板と称する）は、両端面の間隔よりも５〜７０μｍ程小さくなるように構成しており、これは、非旋回基準面に対向し、スクロールラップが立設される鏡板面と、旋回規定面に対向する反ラップ側の面（以下、旋回背面と称する）とで形成される厚み、すなわち旋回端板の厚みが、両端面の間隔よりも５〜７０μｍ程小さいことを表している。また、旋回スクロール部材と固定スクロール部材の軸線方向における最大離間距離をフレームの旋回規定面で規定して高効率に運転することが段落［００２９］等に開示されている。
【０００６】
このように、旋回端板のラップ側と非旋回基準面の隙間が小さいこと等から、圧縮機起動のほぼ直後もしくは非常に短時間で旋回スクロール部材を固定スクロール部材に押し付けることができ、性能が向上し、正規の運転状態に移行することが段落［００２９］等に開示されている。また、圧接して摺動すると削れるなじみ性を有する皮膜（以下、なじみ層と称する）を形成し、性能を向上させ正規の運転に移行することが段落［００２９］等に開示されている。
【０００７】
特許文献２には、液圧縮による圧縮室の異常圧力上昇に備え第３図に開示のような、旋回スクロールの背面である旋回背面にスラスト方向に移動可能なスラスト軸受を当接させ、そのスラスト軸受の更に背面から吐出圧力を導入する構成が開示され、また、上記５〜７０μｍの代わりに約０．０１５〜０．０２０ｍｍ、すなわち約１５〜２０μｍとできることが第３頁下右欄１行等に開示されている。これにより、作用の欄および発明の効果の欄に記載のように、正常運転時は微小隙間を保って効率の良い圧縮作用を行い、圧縮室圧力の異常上昇時には圧縮室の密封を解除して再び正常な圧縮運転に復帰させることができる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２４７７８６号
【特許文献２】特開平０１−１７７４８２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記各特許文献等は、圧縮室の密閉度を高く保つことで背圧の源である吐出圧力を上昇させて運転立ち上がりを改良しようとするものであるが、そもそもシール性をこれ以上上げるのは容易で無く、吐出圧力の上昇に時間を要する以上、旋回スクロール部材を固定スクロール部材に押圧する押圧力（背圧）が立ち上がるまでにも時間を要し、定常運転へ移行するまでの時間、すなわち運転立ち上がり時間が長くなる。
【００１０】
本発明は、起動直後の過渡運転時間を短縮し、運転立ち上がり時間を短縮することを目的とする。また、スクロール部材のなじみ層を短時間でなじませることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、チャンバ内と、固定スクロール部材とフレームとで形成される空間を分け隔てるとともに、フレームに配設された補助部材背圧孔を介して、チャンバ内の圧力を受ける補助部材背圧シールと、補助部材背圧シールに押圧されることにより旋回スクロール部材を固定スクロール部材側に押圧する旋回押圧補助部材と、を有することにより達成される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、運転立ち上がり時間を短縮することができる。また、スクロール部材のなじみ層を短時間でなじませることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の第一の実施例について、図１乃至図１３を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、スクロール流体機械の縦断面図である。但し、一の断面のみで構成されているものではなく、部分的に別の断面をとっている。以下、図１と同様の方向から見た断面図を縦断面図、図１の上から下に向かってみた図を上面図、逆に下から上に向かって見た図を背面図という。図２は、固定スクロール部材の背面図であり、固定取付面を表している。図３、４、５は、各々旋回スクロール部材の上面図、縦断面図、背面図である。また、図６は、フレームの上面図である。図７は、旋回押圧補助部材の縦断面図であり、図８は、その上面図である。また、図９は、補助部材背圧シールの縦断面図である。図１０から図１３は、旋回押圧補助部材付近の縦断面図（図１のｐ部）を拡大したものである。
【００１５】
先ず、スクロール流体機械における圧縮流体の流れの概要を述べる。
スクロール流体機械である圧縮機は、吸込みパイプ１８から流体を取り入れ、吐出パイプ１９から圧縮した流体を吐出する。吸込パイプ１８から流入した流体は、吸込室６（図２参照）に一旦流入した後、固定スクロール部材１の固定渦巻体１ａと旋回スクロール部材２の旋回渦巻体２ａとで形成される圧縮室２００で圧縮される。圧縮された流体はケース２０内に吐出され、吐出パイプ１９から吐出される。本実施例のスクロール流体機械は、いわゆる高圧チャンバ型のスクロール流体機械である。
【００１６】
以下、各部について詳細に説明する。
【００１７】
１は固定スクロール部材で非対称歯形である固定渦巻体１ａと固定端板１ｂを含む。これは、対称歯形でももちろん良い。過圧縮を抑制するため、または、液圧縮を回避するため、歯底面にはバイパス穴１ｃを二対設け、各々にバイパス弁１１０を設ける。更に、後述する背圧制御弁１００と組み合わせることにより、背圧、すなわち旋回スクロール部材を固定スクロール部材に押圧するような背圧室の圧力の適正化を行う。また、固定スクロール１は旋回スクロール部材２と摺動するので、油溝１ｄを設けて両部材の間に冷凍機油を導入し、この摺動部を潤滑する。
【００１８】
２は旋回スクロール部材で旋回渦巻体２ａと旋回端板２ｂを含む。
【００１９】
旋回スクロール部材２の旋回背面２ｊ側には、クランク軸９の回転を受ける旋回軸受２ｃ、旋回オルダム溝２ｋ、旋回スクロール部材の重心を旋回軸受軸心上に調整するためのバランス掘り込み２ｙが配設される（図５参照）。この旋回背面２ｊに対向するフレーム１５にはフレームオルダム溝１５ｋが配設される（図６参照）。また、フレーム１５には、後述の補助部材背圧シール１１を配設する為のシール挿入溝１５ｂが設けられる。
【００２０】
クランク軸９はモータ１７により回転され、この回転を旋回スクロール部材２に伝える。このとき、オルダムリング１６の４つのキー部がこれらの溝に挿入されているので、旋回スクロール部材２の自転運動が回避され、公転運動、すなわち固定スクロール部材１との相対回転運動のみがなされる。
【００２１】
この相対回転により圧縮室２００を形成し、固定スクロール部材１の中心に向かって圧縮室２００の容積を徐々に小さくしていくことで流体を圧縮する。圧縮された流体は、固定スクロール部材１上部のケース２０内に吐出され、ケース２０内を吐出圧で満たし、ケース側面の吐出パイプ１９から圧縮機外に吐出される。
【００２２】
なお、両スクロール部材が閉じきったときに圧縮室２００は形成されるが、閉じきる前の空間は吸込室６と連通していることになる。
【００２３】
このとき、スクロール流体機械は、機器の潤滑および圧縮室等の密閉のために冷凍機油を各所に供給しながら運転するものであるので、次に、スクロール流体機械における冷凍機油の流れの概要を述べる。
【００２４】
ケース２０内の吐出圧Ｐｄと背圧室４の背圧Ｐｂとの圧力差を用い、貯油室５内から給油パイプ１０、給油穴９ｂを通って旋回軸受２ｃと主軸受１５ａとに冷凍機油を供給した後、冷凍機油は背圧室４に入る。その後冷凍機油は、背圧制御弁１００を通り、流出孔１００ａ（図１０参照）から圧縮室２００に流出する。冷凍機油は、圧縮室２００のシールを行いながら圧縮流体とともに昇圧され、ケース２０内に吐出される。そこで、大部分は圧縮流体と分離され、ケース２０の下部にある貯油室５に溜まる。
【００２５】
次に、背圧制御弁１００について説明する。
【００２６】
図２，１０等に示すように、固定渦巻体１ａの外周部（半径の大きい部分）の内線側まで穿設した流出孔１００ａを開口して背圧制御弁１００を設ける。この背圧制御弁１００は、その内部に圧縮された弁ばね１００ｂ、弁体１００ｃ、弁キャップ１００ｄを有する。また、流出孔１００ａを加工するために開けた外周側の穴は止め栓１００ｅによって塞がれている。
【００２７】
背圧制御弁１００は、旋回スクロール部材２の背面側に形成される背圧室４の圧力を所定値以下に保つための弁であり、その所定値は背圧により弁体１００ｃにかかる力と弁ばね１００ｂにより弁体１００ｃにかかる力とのバランスにより決まる。上記したように、背圧室４には、圧縮機の運転により昇圧された吐出圧下の冷凍機油が流入する。その冷凍機油には冷媒が溶け込んでおり、この冷媒が気化することによって背圧室４の圧力、すなわち背圧が上昇することとなる。この背圧は前述のように所定値以下に保たれる。
【００２８】
旋回端板２ｂの上面である旋回摺動面（鏡板面）及びその旋回渦巻体２ａの表面には、摺動によって摩耗するなじみ層２ｈを形成する。旋回スクロール部材２の表面になじみ層２ｈを設けるために、旋回軸受２ｃの軸受面を除く全表面になじみ層を設けた後、旋回背面２ｊのみ強制的に後述のなじみ容易層を除去することもできる。図１及び４にはなじみ層を説明するためにその厚さを非常に拡大して示してあるが、実際の厚さは両スクロール部材を噛み合わせた場合のそれらの形状誤差によって生じる隙間のレベルであり、２０μｍ程度である。
【００２９】
このなじみ層２ｈは、旋回スクロール部材２の素材表面を処理して形成したものであり、これは元の素材表面から析出して形成されるなじみ容易層２ｈ１（１０μｍ程度）と元の素材表面を侵食して形成したなじみ困難層２ｈ２（１０μｍ程度）からなる。なじみ困難層は削ったり除去したりするのが困難であるが、なじみ容易層は析出して形成するので摩擦などで削れ除去され易い。よって、元の表面までのなじみは容易に進行するが、それ以上になじみが進行することは困難である。また、旋回渦巻体２ａのなじみ層のうち、歯先面のなじみ層に比べて、側面のなじみ層は除去され難い。固定渦巻体１ａとの半径方向の接触力が軸方向の接触力より小さいためであり、軸方向のなじみ層（歯先面のなじみ層）より側面のなじみ層の方が、除去量が少なくなる。このなじみ進行中の運転をなじみ運転と称することとする。
【００３０】
このようななじみ容易層の一例として、鋳鉄を素材とした旋回スクロール部材の場合、リン酸マンガン皮膜がある。除去されたなじみ層は非常に小さい粒子であり、圧縮機やサイクルの内部を循環しても、これらの信頼性を低下させることはない。
【００３１】
なじみ運転終了後、すなわち、なじみの進行が飽和した正規運転状態における旋回スクロール部材２の表面は、概略元の表面付近となる。従って、なじみ運転終了後の寸法がどの程度になるかを推定できるため、寸法の管理が容易である。
【００３２】
なお、なじみ層は、固定スクロール部材１の旋回スクロール部材２との対向面に設けてもよいし、双方の部材に設けてもよい。
【００３３】
次に、旋回押圧補助部材３及び補助部材背圧シール１１について図７乃至９を用いて説明する。
【００３４】
旋回押圧補助部材３は、補助部材背圧シール１１から力を受けて、旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１側に押し付けるための部材である。旋回押圧補助部材３には、旋回端板２ｂの素材時の厚さと略同一の寸法だけ旋回規定面３ａから立ち上がった突起部３ｂを外周部に設けている。
【００３５】
また、補助部材背圧シール１１は、フレーム１５に設けられた補助部材背圧孔１５ｈを通してケース２０内の圧力である吐出圧を受け旋回押圧補助部材３を旋回スクロール部材２側に押し付けるための円環状の部材である。このような補助部材背圧シール１１としては、例えば、グリーンツイードアンドカンパニー社製のＭＳＥシール等が適している。その内周側と外周側（図１６における断面の左側と右側）にはシール突起１１ａが設けられており、突起１１ａが設けられていない側には、クリープ変形が殆どない材料で構成された弾性リング（例えば、ばね鋼）１１ｂが挿入されている。逆に言えば、弾性リング１１ｂは補助部材背圧シール１１で覆われており、更にその外部にはシール突起１１ａが設けられているといえる。
【００３６】
補助部材背圧シール１１は、フレーム１５のシール溝１５ｂに挿嵌され、内外側のシール突起１１ａがシール溝１５ｂの内外側面に押し付けられることによって背圧室４とケース２０内の空間を隔てており、シール機能・隔絶機能を有する。このとき、補助部材背圧シール１１とシール溝１５ｂとで補助部材背圧室８を形成しており、補助部材背圧室８は補助部材背圧孔１５ｈを通してケース２０内に連通している。補助部材背圧シール１１の下面から流体の吐出圧が補助部材背圧室８にかかっている場合だけでなく、かかっていない場合にも、背圧室４とケース２０内の空間は隔絶される。
【００３７】
次に、本実施例における動作及び作用効果について、図１０乃至図１３の旋回押圧補助部材付近の拡大縦断面図を用いて説明する。
【００３８】
組立完了後運転前は、各部品の配置は図１０に示す状態である。
【００３９】
図１０では、旋回スクロール部材２は、何らなじみ層が削られていない状態である。なじみ前で起動前の状態とみなすこともできる。なじみ容易層２ｈ１も残っており、旋回端板２ｂの厚さは最大である。旋回端板２ｂの素材時の厚さは、なじみ困難層２ｈ２までの厚さＴと略同一であることは、上記したなじみ層の説明から明らかである。この旋回端板２ｂを非旋回基準面１ｚと旋回規定面３ａとの間に配置する必要があるが、吐出圧が発生していないので、旋回押圧補助部材３には補助部材背圧による力がかかっていない。従って、旋回押圧補助部材３には、旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１側に向ける力は発生していない。また、旋回押圧補助部材３は図示のように下方に逃げている。つまり、旋回押圧補助部材３は固定スクロール部材１から離間しているので、容易に組み立てることができる。
【００４０】
非旋回基準面１ｚと鏡板面２ｚとの間隔が過大であると、特に起動時に、吐出圧を高くすることができず、旋回補助部材３を固定スクロール部材１側に押し上げるために要する補助部材背圧を得ることができない。従って、非旋回基準面１ｚと鏡板面２ｚとの間隔は、十分に管理されなければならない。また、当該間隔の許容範囲が大きな範囲であるとすると管理することが難しくなる。
【００４１】
そこで、非旋回基準面１ｚに対する鏡板面２ｚのおおよその位置を決めるため、旋回ベース面１５ｃを設けている。フレーム１５に設けた旋回ベース面１５ｃは、旋回スクロール部材２に載るような寸法割付とする。すなわち旋回ベース面１５ｃの外径の方が、旋回スクロール部材２の外径よりも小さいということである。これによって、旋回端板２ｂの存在範囲は非旋回基準面１ｚと旋回ベース面１５ｃとの間に限られ、延いては鏡板面２ｚの位置の存在範囲が小さく抑えられる。つまり鏡板面２ｚのおおよその位置が決められ、非旋回基準面１ｚと鏡板面２ｚとの間に或る隙間を有することになる。
【００４２】
図１０の状態から起動すると、非旋回基準面１ｚと鏡板面２ｚとの間に或る隙間があるので圧縮室２００はシール性が低いが、不十分ながらも流体は圧縮され、吐出圧を高くすることができる。圧縮された流体は、ケース２０内に吐出される。このときの圧力をＰ０とする。そのケース２０内に吐出された流体を開度の非常に大きい補助部材背圧孔１５ｈを介して、補助部材背圧室８に導入する。導入された流体の圧力は殆ど低下することもなく、ほぼＰ０と考えられる。この補助部材背圧室８の投影面積は、補助部材背圧Ｐ０でも、旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１へ十分に押し上げることができる押圧力を発生する面積に設定してある。
【００４３】
従って、起動とほぼ同時に、補助部材背圧室８へ圧力Ｐ０が導入されて補助部材背圧シール１１によって旋回押圧補助部材３が押し上げられ、それに載って、旋回スクロール部材２も固定スクロール部材１側に移動する。すると、両スクロール部材の軸線方向の隙間は縮小し、それらの間に形成される圧縮室２００のシール性が向上する結果、吐出圧が更に上昇して、回転数に応じて設計した圧力を得ることができる。
【００４４】
そして、背圧室４に背圧が立ち上がり、これによる押圧力も生じる。これらの力により、旋回スクロール部材２は固定スクロール部材１に押圧される。このように、起動時の過渡運転状態から非常に短時間でなじみ運転（なじみ運転が既に終了していれば正規の運転）がなされるため、運転立ち上がり時間を短縮化したスクロール流体機械を提供できる。図１１はこの状態を示している。
【００４５】
従来は、背圧が立ち上がることで定常運転へと移行することができたが、本実施例によると、背圧が立ち上がる以前であっても補助部材背圧が立ち上がればよく、旋回押圧補助部材３で旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１側に起動直後から移動させることが可能となる。
従って、より短時間で定常運転へと移行することができ、運転立ち上がり時間を短縮することができる。なお、定常運転は、なじみ運転と、なじみ運転終了後の正規の運転（或いは正規運転）とからなり、定常運転に移行する前の運転を過渡運転という。
【００４６】
図１１では未だ旋回スクロール部材２になじみ容易層２ｈ１が形成されているままであり、つまり、なじみ運転中の状態である。突起部３ｂの突起量Ｈは、上記したように、Ｔと略同一に設定しているため、なじみ容易層２ｈ１の厚さだけ、突起部３ｂの上面と非旋回基準面１ｚが離れている。この結果、背圧室４の背圧による押圧力と補助部材背圧室８の補助部材背圧による押圧力の和がなじみ容易層２ｈ１にかかる。従来は背圧のみでなじみ運転を行っていたが、本実施例では背圧室の背圧による力に加えて、補助部材背圧が旋回スクロール部材２にかかることになるため、大きな力で旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押圧することになる。この力はなじみ層に働くため、本実施例ではなじみ運転に要する時間を大幅に短縮できる。
【００４７】
なじみ運転による形状補正効果により、両スクロール部材間の隙間により生ずる漏れ損失を可及的に低減し、短時間で設計した吐出圧を得ることができるスクロール流体機械が実現できる。
【００４８】
なじみ運転が終了した状態を図１２に示す。前述のように、以後の定常運転は正規の運転（或いは正規運転）となる。この時には、なじみ容易層２ｈ１が無くなり、旋回端板２ｂの厚さはほぼＴとなって、突起部３ｂの突起量Ｈとほぼ等しくなる。よって、その突起部３ｂの上面が非旋回基準面１ｚに接し、その外周部を押圧するようになる――なじみ運転中の図１１では、未だこれらの間に隙間があり、押圧するに至っていない。これにより、旋回スクロール部材２にかかる押圧力、延いては相対運動を行う両スクロール部材間の押圧力は、なじみ運転時よりも低減され、主に背圧による適度な大きさに変わる。なじみ運転後の正規運転時における機械損失が低減し、漏れ損失の低減とあいまって更なる高性能を実現することができる。
【００４９】
突起部３ｂ、すなわち挟持制御手段の上面と非旋回基準面１ｚとの押圧状態により、なじみ運転終了後の正規運転時も補助部材背圧の一部を旋回スクロール部材２にかけ続けることが可能となる。この場合には、旋回スクロール部材２の不慮の振動等が抑制され、漏れ損失や機械損失の増大が抑制されるため、高性能を得ることができる。また、振動による騒音も抑制することができる。
【００５０】
このような状態を実現するには、挟持制御手段が固定スクロール部材１に接しているとともに、旋回規定面３ａが旋回背面２ｊに接していることが必要である。これには、ある程度旋回押圧補助部材３が弾性変形しなければならず、また、スクロール部材になじみ層を設けて、なじみ運転を行うような可動式の旋回規定面でなければ実現できない。従来の機械加工のみのような固定式の旋回規定面では実現不可能である。
【００５１】
例えば、５〜７０μｍまたは１５〜２０μｍの隙間があることを前提としている前述の各特許文献では、非旋回基準面１ｚ、旋回規定面３ａに相当するフレームの面の二面間距離と、旋回端板２ｂの厚さとの差を５〜７０μｍまたは１５〜２０μｍになるように設定する必要がある。当該二面間距離と、旋回端板２ｂの厚さとの差は、非旋回基準面１ｚと旋回規定面３ａとの間に旋回端板２ｂを挟んだときの両側に生じる隙間の和である。このときの隙間を背面隙間と称し、固定スクロール部材１側を上側背面隙間、フレーム１５側を下側背面隙間と称する。
【００５２】
この背面隙間は常に例えば５μｍあり、上側背面隙間が０のときは下側背面隙間が５μｍ、下側背面隙間が０のときは上側背面隙間が５μｍとなる。製造後は、これ以上小さくすることはできない。製造段階で、これ以上小さくするには、公差やコストの問題、組立性の問題があり、限界がある。選択嵌合等の非常にコストがかかる方法であれば可能性はあるが、非常に困難である。
【００５３】
旋回押圧補助部材３の弾性変形により、広い条件範囲でこの２面が接する状態を実現できる。ここで、外周室７は、旋回スクロール部材２の旋回端板２ｂ外周の空間であり、固定スクロール部材１と旋回スクロール部材２と旋回押圧補助部材３とにより形成される空間である。外周室７と背圧室４とが連通できるように旋回放射溝２Ｘ（図５参照）を設けると、各室の圧力は同一となる。従って、背圧室４の圧力が背圧制御弁１００にかかり、背圧制御が単純化するため、背圧の適正化を図ることが可能となる。
【００５４】
図１３は、なじみ運転終了後の起動前の状態である。図１０の場合と比較して、旋回摺動面２ｚと非旋回基準面１ｚの隙間がなじみ容易層２ｈ１の厚さだけ拡大したこと以外は同一である。通常はその拡大量は１０μｍ程度であるから、この隙間でも不十分ながら流体が昇圧する設計は十分可能である。不十分ながらも流体が圧縮できれば、上記したように所望の吐出圧を得ることができる。
【００５５】
背圧制御弁１００は、流出孔１００aが圧縮室に開口していたが、これに代えて吸込み側と通じる油溝１ｄに開口しても良い（図１０乃至図１３の破線）。この場合は、弁体１００ｃの上面が常に吸込み圧となるので、容積が変動する圧縮室２００に開口するのに比して、圧力変動が小さくなる。従って、背圧が安定し、両スクロール部材１，２の押圧状態が安定する結果、歯先歯底隙間が安定し、漏れが抑制されて性能が向上する。
【００５６】
次に、第二の実施例について、図１４，１５を用いて説明する。
【００５７】
図１４は、上記第一の実施例とは異なる旋回押圧補助部材の縦断面図、図１５は、その上面図である。油膜シールが生じないように、旋回押圧補助部材３の旋回背面２ｊ側に補助部材放射溝３ｘを複数個設けている。第一の実施例では旋回スクロール部材２の旋回放射溝２ｘのみで背圧室４と外周室７が連通していたのに対し、本実施例では、補助部材放射溝３ｘも加わるため、背圧室４の圧力と外周室７の圧力とは、より均一になり易くなり、背圧制御が容易となる。なお、補助部材放射溝３ｘ以外は前記と同様であるので省略する。
【００５８】
次に、第三の実施例について、図１６を用いて説明する。
【００５９】
図１６は、補助部材背圧シール１１の主要部拡大縦断面図である。上面の内周側・外周側の双方を傾斜させた上面傾斜部１１ｄを設けている。なお、上面傾斜部１１ｄ以外は前記と同様であるので省略する。
【００６０】
圧縮機の運転により、補助部材背圧シール１１は常時外側に押し広げられるため、上面が平らであると、クリープにより、内外の両側に突起部が生じる（図１６の点線形状）。補助部材背圧シール１１の材質がプラスチック等の場合は特に顕著となる。
【００６１】
この突起が大きくなると、補助部材シール１１がシール溝１５ｂの底まで下がってもこの突起部により旋回押圧補助部材３を押し上げるため、起動前の両スクロール部材の離間距離を縮小し、正規運転への移行を一層容易にするという効果がある。しかし、これが大き過ぎると、大きな荷重がその突起部に集中するため、補助部材背圧シール１１の寿命を低下させてしまう。
【００６２】
よって、上面傾斜部１１ｄを設けると、クリープしたときの突起部の突起量が低減し、補助部材背圧シール１１の寿命を長期化できるため、スクロール流体機械の高性能を長期間維持できる。
【００６３】
図１７に従来のスクロール圧縮機における背面隙間と圧縮機効率の関係を示す。ここで、縦軸は背面隙間５μｍ時の効率を１００とした比率で示す。図から明らかなように背面隙間を縮小すると圧縮機効率が向上する。よって、突起部３ｂ、すなわち前述の狭持制御手段を用いることにより、背面隙間は縮小でき、圧縮機効率が向上する。
【００６４】
次に作動冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてＰＡＧもしくはＰＡＯを用いたスクロール圧縮機をヒートポンプ式給湯機に適用した場合の冷凍サイクル構成図を図１８に示す。図において、２１は前述のスクロール圧縮機、２２は熱交換器、２３は水通路、２４は電動膨張弁、２５は蒸発器、２５ａは蒸発器ファンである。
【００６５】
旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押圧するための背圧室４の圧力は、冷凍機油とそこに溶け込んだ作動冷媒がガス化することにより上昇することを先に述べた。エアコンなどで使用されている冷媒Ｒ４１０Ａと冷凍機油ＰＯＥの組み合わせにおいて、Ｒ４１０ＡがＰＯＥに溶け込む量を基準とすると、二酸化炭素ＣＯ２がＰＡＧもしくはＰＡＯに溶け込む量は、Ｒ４１０ＡとＰＯＥとの組み合わせより少なく、半分程度以下である。
【００６６】
従って、二酸化炭素ＣＯ２とＰＡＧもしくはＰＡＯの組み合わせの場合には、背圧が上昇し難く、旋回スクロール部材２が固定スクロール部材１に押圧されにくいので、所望の吐出圧を得る定常状態までに時間がかかることとなる。これが高サイド圧力が超臨界状態になるような冷凍サイクル装置であれば尚更である。
【００６７】
しかし、図１８に示したヒートポンプ式給湯機は前述したようなスクロール圧縮機を搭載しているので、二酸化炭素ＣＯ２とＰＡＧもしくはＰＡＯの組み合わせにおいても、早期に旋回スクロール部材２を固定スクロール部材１に押圧でき、立ち上がりの速いヒートポンプ式給湯機を構成することができる。斯様なヒートポンプ式給湯機であれば、立ち上がりが速い分、運転開始から短時間で、所望の湯を得ることができる。また、ヒートポンプ式給湯機の他にも様々な冷凍サイクル装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第一実施例におけるスクロール流体機械の縦断面図
【図２】本発明の第一実施例における固定スクロール部材の背面図
【図３】本発明の第一実施例における旋回スクロール部材の上面図
【図４】本発明の第一実施例における旋回スクロール部材の縦断面図
【図５】本発明の第一実施例における旋回スクロール部材の背面図
【図６】本発明の第一実施例におけるフレームの上面図
【図７】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材の縦断面図
【図８】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材の上面図
【図９】本発明の第一実施例における補助部材背圧シールの縦断面図
【図１０】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材付近の拡大縦断面図（組立時、または、なじみ前＆起動前）
【図１１】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材付近の拡大縦断面図（なじみ運転中）
【図１２】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材付近の拡大縦断面図（なじみ後＆正規運転中）
【図１３】本発明の第一実施例における旋回押圧補助部材付近の拡大縦断面図（なじみ後＆起動前）
【図１４】本発明の第二実施例における旋回押圧補助部材の縦断面図
【図１５】本発明の第二実施例における旋回押圧補助部材の上面図
【図１６】本発明の第三実施例における補助部材背圧シールの主要部拡大縦断面図
【図１７】背面隙間と圧縮機効率との関係を示したグラフ
【図１８】本発明のスクロール圧縮機をヒートポンプ給湯機に搭載した冷凍サイクル図
【符号の説明】
【００６９】
１．固定スクロール部材
１ａ．固定渦巻体
１ｂ．固定端板
１ｃ．バイパス穴
１ｄ．油溝
２．旋回スクロール部材
２ａ．旋回渦巻体
２ｂ．旋回端板
２ｃ．旋回軸受
２ｘ．旋回放射溝
３．旋回押圧補助部材
３ｂ．突起部
４．背圧室
５．貯油室
６．吸込み室
７．外周室
８．補助部材背圧室
９．クランク軸
９ａ．偏心ピン
９ｂ．給油穴
１０．給油パイプ
１１．補助部材背圧シール
１５．フレーム
１５ａ．主軸受
１５ｈ．補助部材背圧孔
１６．オルダムリング
１７．モータ
１８．吸込みパイプ
１９．吐出パイプ
２０．ケース
２１．本発明のスクロール圧縮機
２２．熱交換器
２３．水通路
２４．電動膨張弁
２５．蒸発器
２５ａ．蒸発器ファン
１００．背圧制御弁
１００ａ．流出孔
１００ｂ．弁ばね
１００ｃ．弁体
１００ｄ．弁キャップ
１００ｅ．止め栓
１５０．バイパス弁
２００．圧縮室
【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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