(57)【要約】  スクロール圧縮機は、圧縮室内から低圧空間へ流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構を備える。セパレータ又は固定スクロールには、圧縮途中の圧縮室に連通する背圧室と低圧空間とを連通するアンロード経路が形成されている。アンロード機構は、アンロード経路を開閉する制御弁を備える。運転中、制御弁の移動方向の一方の端面に低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に密閉容器内から導かれて低圧空間よりも高い圧力が作用する。運転条件に応じて、制御弁の両端面に作用する圧力差が変化することで制御弁が移動してアンロード経路が開閉される。
2020136786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器と、
前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画するセパレータと、
固定スクロール及び揺動スクロールを有し、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールを噛み合わせて形成された圧縮室に、前記低圧空間から流体を吸入して圧縮し、前記高圧空間に吐出する圧縮機構部と、
前記圧縮室内から前記低圧空間へ前記流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構とを備え、
前記固定スクロールの前記揺動スクロールとは反対側の端面と前記セパレータとの間には、前記固定スクロールに形成された抽気孔を介して、圧縮途中の前記圧縮室に連通する背圧室が形成され、前記セパレータ又は前記固定スクロールには、前記背圧室と前記低圧空間とを連通するアンロード経路の一部を構成するアンロード孔が形成されており、
前記アンロード機構は、
前記アンロード孔内での位置が移動することで前記アンロード経路を開閉する制御弁を備え、
運転中、前記制御弁の移動方向の一方の端面に前記低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に前記密閉容器内から導かれて前記低圧空間よりも高い圧力が作用し、
運転条件に応じて、前記制御弁の両端面とに作用する圧力差が変化することで前記制御弁が移動して前記アンロード経路を開閉するスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記制御弁は、高低圧差が予め設定した設定値を超えるとき、前記アンロード経路を閉、前記圧力差が前記設定値以下のとき、前記アンロード経路を開とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記アンロード機構は、前記制御弁を高圧側に付勢して、前記制御弁を前記アンロード経路を開放する位置に位置させる弾性体を備え、
前記圧力差に応じた差圧力が前記弾性体の付勢力を上回ることで前記制御弁が前記アンロード経路を開く位置から閉じる位置に移動する請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記アンロード孔は前記セパレータに形成されており、
前記アンロード経路は、前記背圧室に一端が開口する背圧室連通路と、前記低圧空間に一端が開口する低圧空間連通路と、前記背圧室連通路の他端と前記低圧空間連通路の他端とを連通する制御弁小径部外周空間とから構成され、
前記セパレータには、前記制御弁の前記一方の端面が面する空間に前記低圧空間の低圧を導入する低圧導入孔と、前記制御弁の前記他方の端面が面する空間に前記高圧空間の高圧を導入する高圧導入孔とが形成されている請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記圧縮機構部を駆動する軸と、
前記軸の下端部に取り付けられ、前記軸の回転により、前記密閉容器の下部に溜められた潤滑油を、前記軸に貫通して設けられた給油孔を介して前記圧縮機構部に供給する給油ポンプとを備え、
前記制御弁の前記他方の端面には、前記給油ポンプから供給される前記潤滑油の給油圧が作用する請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記軸の回転数が予め設定した設定回転数を超えるとき、前記アンロード経路を閉、前記回転数が前記設定回転数以下のとき、前記アンロード経路を開とする請求項５記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記アンロード孔は前記固定スクロールに形成されており、
前記アンロード経路は、前記背圧室に一端が開口する背圧室連通路と、前記低圧空間に一端が開口する低圧空間連通路と、前記背圧室連通路の他端と前記低圧空間連通路の他端とを連通する制御弁小径部外周空間とから構成され、
前記固定スクロールには、前記制御弁の前記一方の端面が面する空間に前記低圧空間の低圧を導入する低圧導入孔と、前記制御弁の前記他方の端面が面する空間に前記給油ポンプからの前記給油圧を供給する操作圧導入孔とが形成されている請求項５又は請求項６記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記セパレータには、入口側が前記背圧室に開口し、出口側が前記高圧空間に開口するポートであって、前記圧縮室内において過圧縮となった流体を前記高圧空間へリリーフするリリーフポートが形成されており、前記リリーフポートの出口側に前記リリーフポートを開閉するリリーフ弁を有する請求項１〜請求項７の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項９】
前記固定スクロールの前記揺動スクロールとは反対側の端面と前記セパレータとの間には、前記固定スクロールに形成された第１吐出ポートが開口する吐出室が形成されており、前記セパレータには、入口側が前記吐出室に開口し、出口側が前記高圧空間に開口するポートであって、前記圧縮室内で圧縮された流体を前記高圧空間へ吐出する第２吐出ポートが形成され、前記第２吐出ポートの出口側に前記第２吐出ポートを開閉する吐出弁を有する請求項８記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍又は空調用途等に用いられるスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
広い容量範囲で用いるために、圧縮室内の圧縮ガスを吸込側に戻すバイパス穴を有する容量制御型のスクロール圧縮機がある。この種のスクロール圧縮機では、バイパス穴をバイパス弁で開閉することで、吐出量が１００％のフルロードと、吐出量が低減されたアンロードとに運転状態を切り替えるようにしている。【０００３】
スクロール圧縮機では、固定値の組込容積比が存在するため、高低圧差が比較的小さい運転条件では、圧縮機構で流体を圧縮し過ぎる、所謂過圧縮が発生する場合がある。このため、圧縮室に開口するリリーフポートを設け、リリーフポートから圧縮室内の圧縮ガスを吐出側に逃す、所謂高圧バイパスによる過圧縮リリーフを行うことで、過圧縮を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０１８１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において高圧バイパスによる過圧縮リリーフを行うためのリリーフ機構は、固定スクロールに設けたリリーフポートとリリーフ弁であり、密閉容器内で完結している。しかし、低圧バイパスによるアンロードを行うアンロード機構は、密閉容器に貫通して配管を設け、配管と圧縮機構部とを接続する必要があると共に、更に弁類も備える必要のある構成となっており、コスト増大が避けられなかった。【０００６】
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、低圧バイパスによるアンロードを密閉容器外から圧縮機構部へ配管接続することなく行うことが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画するセパレータと、固定スクロール及び揺動スクロールを有し、固定スクロール及び揺動スクロールを噛み合わせて形成された圧縮室に、低圧空間から流体を吸入して圧縮し、高圧空間に吐出する圧縮機構部と、圧縮室内から低圧空間へ流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構とを備え、固定スクロールの揺動スクロールとは反対側の端面とセパレータとの間には、固定スクロールに形成された抽気孔を介して、圧縮途中の圧縮室に連通する背圧室が形成され、セパレータ又は固定スクロールに形成されたアンロード孔内及びその前後に、背圧室連通路、制御弁小径部外周空間、低圧空間連通路からなる背圧室と低圧空間とを連通するアンロード経路が構成されており、アンロード機構は、アンロード孔内での位置が移動することでアンロード経路を開閉する制御弁を備え、運転中、制御弁の移動方向の一方の端面に低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に密閉容器内から導かれて低圧空間よりも高い圧力が作用し、運転条件に応じて、制御弁の両端面の差圧が変化することで制御弁が移動してアンロード経路を開閉するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、圧縮室内から低圧空間へ流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを、アンロードに係る構造が密閉容器内で完結し、密閉容器外から圧縮機構部へ配管接続することなく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の縦断面模式図である。
【図２】図１のスクロール圧縮機の揺動スクロールの偏心旋回に伴う圧縮行程を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機のアンロード時の要部断面模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機のアンロード時のアンロード機構部の拡大模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の非アンロード時の要部断面模式図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の非アンロード時のアンロード機構部の拡大模式図である。
【図７】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の縦断面模式図である。
【図８】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の要部断面模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機のアンロード時のアンロード機構部の拡大模式図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の非アンロード時のアンロード機構部の拡大模式図である。
【図１１】図７の固定スクロールを渦巻側から見た図である。
【図１２】図７の固定スクロールを反渦巻側から見た図である。
【図１３】図７の揺動スクロールを渦巻側から見た図である。
【図１４】図７の揺動スクロールを反渦巻側から見た図である。
【図１５】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機のアンロード時の渦巻組み合わせ状態を示す平面形状図である。
【図１６】図１５のアンロード機構部の拡大形状図である。
【図１７】図７のアンロード機構部品である制御弁の形状図である。
【図１８】図７のアンロード機構部品であるばね座の形状図である。
【図１９】図７のアンロード機構部品であるプラグの形状図である。
【図２０】本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の非アンロード時の渦巻組み合わせ状態を示す平面形状図である。
【図２１】図２０のアンロード機構部の拡大形状図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の縦断面模式図である。図１及び後述の各図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。更に、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。また、温度及び圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム及び装置等における状態及び動作等において相対的に定まるものとする。また、模式図は、実施の形態の加工性及び組立性まで考慮した構造を忠実に提示するものではなく、構成をシンプルに説明するための簡易的なものである。
【００１１】
このスクロール圧縮機１は、冷媒等の流体を吸入し、圧縮して高圧の状態として吐出させる機能を有し、外殻を構成する密閉容器２１の内部に、圧縮機構部１０、モータ１８及びその他の構成部品を収納する。圧縮機構部１０とモータ１８とは軸１５で連結されている。図１に示すように、密閉容器２１内において、圧縮機構部１０が上方に、モータ１８は圧縮機構部１０の下側に、それぞれ配置されている。密閉容器２１の下方は油溜めとなっており、潤滑油２２が貯留されている。
【００１２】
密閉容器２１の内部には、フレーム１４とサブフレーム１９とが配置されている。フレーム１４は、モータ１８の上側に配置されてモータ１８と圧縮機構部１０との間に位置している。サブフレーム１９は、モータ１８の下側に位置している。フレーム１４及びサブフレーム１９は、密閉容器２１に固着されている。フレーム１４の中央部には主軸受１４ａが設けられており、サブフレーム１９の中央部には副軸受１９ａが設けられている。主軸受１４ａ及び副軸受１９ａに軸１５が回転自在に支持されている。
【００１３】
密閉容器２１の内部を高圧空間２１１と低圧空間２１２とに区画するセパレータ２９が圧縮機構部１０の上側に配置されている。セパレータ２９よりも上方が高圧空間２１１、下方が低圧空間２１２となっている。セパレータ２９は、密閉容器２１に固着されている。
【００１４】
固定スクロール１１の揺動スクロール１２とは反対側の端面とセパレータ２９との間には、固定スクロール１１に形成された第１吐出ポート１１１に連通する吐出室２９１ａが形成されている。セパレータ２９の中央部には、入口側が吐出室２９１ａに開口し、出口側が高圧空間２１１に開口し、圧縮室９内で圧縮された流体を高圧空間２１１へ吐出する第２吐出ポート２９２が形成されている。第２吐出ポート２９２の出口側には、吐出室２９１ａへの流体の逆流を防ぐため、第２吐出ポート２９２を開閉する吐出弁２５と、吐出弁２５のリフト量を制限する吐出弁ストッパ２５ｂとが設けられている。圧縮室９内で流体が所定圧力まで圧縮されると、吐出弁２５がその弾性力に逆らって持ち上げられ、圧縮された流体が第２吐出ポート２９２から高圧空間２１１内に吐出され、吐出管２４を通ってスクロール圧縮機１の外部に吐出される。
【００１５】
セパレータ２９には更に、リリーフ機構２２０及びアンロード機構２３０等が設けられているが、これらの構成については改めて詳述する。
【００１６】
密閉容器２１には、低圧空間２１２に連通し流体を吸入するための吸入管２３と、高圧空間２１１に連通し流体を吐出するための吐出管２４が設けられている。
【００１７】
圧縮機構部１０は、吸入管２３から吸入した流体を圧縮し、密閉容器２１内の上方に形成されている高圧空間２１１に排出する。圧縮機構部１０は、固定スクロール１１と揺動スクロール１２とを備え、図１に示すように、固定スクロール１１は上側に、揺動スクロール１２は下側に配置されている。固定スクロール１１は、固定台板１１ａと、固定台板１１ａの一方の面に立設された渦巻状突起である固定渦巻歯１１ｂとで構成されている。揺動スクロール１２は、揺動台板１２ａと、揺動台板１２ａの一方の面に立設された渦巻状突起である揺動渦巻歯１２ｂとで構成されている。
【００１８】
固定渦巻歯１１ｂ及び揺動渦巻歯１２ｂは、例えばインボリュート曲線にならって形成されており、固定渦巻歯１１ｂ及び揺動渦巻歯１２ｂが噛み合って組み合わされることで、固定渦巻歯１１ｂと揺動渦巻歯１２ｂとの間に、複数の圧縮室９が形成される。
【００１９】
固定スクロール１１と揺動スクロール１２はセパレータ２９とフレーム１４との間に配置されている。固定スクロール１１は、固定スクロール１１の外周に複数配置された径方向ガイド部材２８によって平面位置と姿勢とが規制される。固定スクロール１１の固定台板１１ａには、一端が圧縮室９に開口し、他端が後述の背圧室２９１ｂに開口する一対の抽気孔１１２が形成されている。
【００２０】
揺動スクロール１２において揺動渦巻歯１２ｂの形成面とは反対側の面の中心部に、円筒形状のボス部１２１が形成されている。揺動スクロール１２は、このボス部１２１に軸１５の上端に設けられた後述の偏心部１５ａが嵌入されて、固定スクロール１１に対して自転することなく偏心旋回運動を行う。
【００２１】
モータ１８は、ステータ１８ａと、ステータ１８ａの内周側で回転可能な軸１５に固定されたロータ１８ｂからなる。ステータ１８ａは、通電されることによってロータ１８ｂを回転させる。ステータ１８ａは、外周面が焼き嵌め等により密閉容器２１に固着支持されている。ロータ１８ｂは、ステータ１８ａに通電がされることにより回転し、軸１５を駆動する。
【００２２】
軸１５は、上端部に偏心部１５ａが形成されており、偏心部１５ａが揺動スクロール１２のボス部１２１に嵌合され、軸１５の回転により揺動スクロール１２が偏心旋回運動する。
【００２３】
軸１５には、モータ１８の上側に第１バランサ１６が取り付けられている。また、ロータ１８ｂの下側に第２バランサ１７が取り付けられている。第１バランサ１６は、偏心部１５ａと偏心方向が逆向きになるように取り付けられている。
【００２４】
軸１５の下端部には、給油ポンプ２７が装着されている。給油ポンプ２７は軸１５の回転に従い、油溜めに保有している潤滑油２２を軸１５内部に設けられた給油孔１５２を通して各摺動部に供給する。
【００２５】
圧縮機構部１０内には、揺動スクロール１２の偏心旋回運動中における自転運動を阻止するためのオルダムリング等の姿勢規制手段１３が配設されている。この姿勢規制手段１３は、フレーム１４と揺動スクロール１２との間に配設され、揺動スクロール１２の自転運動を阻止すると共に、公転運動である偏心旋回運動を可能とする。
【００２６】
図１において、密閉容器２１に設けられた図示省略の電源端子に通電されると、ステータ１８ａとロータ１８ｂとの間にトルクが発生し、主軸受１４ａと副軸受１９ａとで支持された軸１５が回転する。軸１５の回転により、揺動スクロール１２が姿勢規制手段１３により自転を規制されて偏心旋回運動する。
【００２７】
揺動スクロール１２の運動に伴うアンバランスは、軸１５に取り付けられた第１バランサ１６とロータ１８ｂに取り付けられた第２バランサ１７とによって釣り合わせるようになっている。軸１５の回転により、密閉容器２１の下部に貯留した潤滑油２２が給油ポンプ２７で汲み上げられ、軸１５内に設けられた給油孔１５２から各摺動部に供給される。
【００２８】
吸入管２３から密閉容器２１内に吸入されたガスは、揺動スクロール１２の偏心旋回運動に伴い、複数の圧縮室９のうち最外周の圧縮室９に取り込まれる。
【００２９】
ガスを取り込んだ圧縮室９は、揺動スクロール１２の偏心旋回運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、流体を圧縮する。圧縮された流体は、固定スクロール１１に設けた第１吐出ポート１１１及びセパレータ２９に設けた第２吐出ポート２９２から吐出弁２５を押し上げて高圧空間２１１に吐出され、吐出管２４から密閉容器２１外に排出される。
【００３０】
以下、渦巻の動作及び抽気孔１１２の位置に関する記述は実施の形態１及び実施の形態２に共通である。
【００３１】
図２は、図１のスクロール圧縮機の揺動スクロールの偏心旋回に伴う圧縮行程を示す図である。図２において、複数の圧縮室９のうち、最も内側の圧縮室９を最内室９ａ、最も外側の圧縮室９を最外室９ｃ、最内室９ａと最外室９ｃとの間の圧縮室９を、内側から数えて２つ目の圧縮室という意味で第２室９ｂという。図２には、２．５巻程度の渦巻仕様の例を示している。
【００３２】
図２（ｂ）は、クランク角が吸入完了角の状態を示している。すなわち、最も外側の圧縮室９における流体の吸入が完了し、固定渦巻歯１１ｂと揺動渦巻歯１２ｂとによって形成される複数の圧縮室９として、内側から順に、最内室９ａと、一対の第２室９ｂと、一対の最外室９ｃとが形成されたところを示している。以下、吸入完了角とは、渦巻歯の巻き終わり側で圧縮室９の吸入が完了したときのクランク角を指す。
【００３３】
図２（ｃ）は、クランク角が連通角の状態を示している。上記図２（ｂ）では、固定渦巻歯１１ｂと揺動渦巻歯１２ｂとが巻き始め側で接触してシール形成点１３０を形成していることで、最内室９ａと一対の第２室９ｂとが形成されている。これに対し、図２（ｃ）では、シール形成点１３０が離間する直前、第２室９ｂが最内室９ａと合流して一室となるところである。以下、連通角とは、第２室９ｂが最内室９ａと合流して一室となるときのクランク角を指す。
【００３４】
図２（ｄ）は、シール形成点１３０が離間し、第２室９ｂが最内室９ａと合わさって一室となった状態、最内室９ａと最外室９ｃとの２室状態を示している。
【００３５】
図２（ｅ）〜図２（ｆ）も、最内室９ａと最外室９ｃの２室状態を示している。
【００３６】
以上のように、クランク角０〜２πの揺動スクロール１２の偏心旋回１回転の間に、吸入完了角と連通角とに対するクランク角の大小により、圧縮室９は２室又は３室となる。すなわち、吸入完了角から連通角の間は、最外室９ｃ、第２室９ｂ及び最内室９ａの３室となる。連通角から吸入完了角の間は、最外室９ｃと最内室９ａとの２室となる。そして、吸入完了角において新たな最外室９ｃが形成されて、それまでの最外室９ｃが第２室９ｂとなり、最外室９ｃ、第２室９ｂ及び最内室９ａの３室となる。
【００３７】
図２（ａ）〜図２（ｆ）において、図２（ｂ）で吸入が完了した最外室９ｃは、揺動スクロール１２の偏心旋回により、図２（ｃ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、図２（ｆ）、図２（ａ）を経て、容積が小さくなることで、流体の圧縮を行う。そして、再び図２（ｂ）に到達することで新たに最外室９ｃができるため、これまでの最外室９ｃが第２室９ｂとなる。この第２室９ｂが、図２（ｃ）の連通角において最内室９ａに合流し始める。
【００３８】
一対の抽気孔１１２は、それぞれ固定渦巻歯１１ｂの内向面／外向面に沿って設けられ、内向面／外向面各々の巻き終わり部１１ｂａ及び巻き終わり部１１ｂｂ（図２（ｂ）参照）から伸開角で約２．５π内側に位置している。
【００３９】
吸入完了時のクランク角を０とすると、クランク角０で吸入完了した最外室９ｃは揺動スクロール１２の偏心旋回運動に伴って渦巻中心方向に移動する。クランク角が約π／２のとき、つまり吸入完了後１／４回転前後で第２室／最外室間のシール形成点が抽気孔位置を通過すると、最外室９ｃに抽気孔１１２が開口し始める。そして、抽気孔１１２が開口した最外室９ｃが、渦巻中心方向に容積を減少しながら移動し、吸入完了時から揺動スクロール１２が１回転偏心旋回運動した２回目の吸入完了角において、最外室９ｃが第２室９ｂとなる。このように最外室９ｃが第２室９ｂになった後も、次の第２室／最外室間シール形成点の抽気孔位置通過まではこの第２室９ｂに抽気孔１１２が開口している。
【００４０】
最内室（連通角以前の場合は第２室）／最外室間のシール形成点の抽気孔位置通過が連通角よりも後となる設定では、揺動スクロール１２の偏心旋回運動が進み、連通角での第２室９ｂと最内室９ａの合流以降は、最内室９ａに抽気孔１１２が開口する。シール形成点が抽気孔位置を通過した時点で抽気孔１１２は第２室に開口する。前記２回目の吸入完了角からクランク角が約π／４になると、第２室９ｂへの抽気孔１１２の開口が終了し、２回目の吸入完了角後１／４回転前後の最外室９ｃに抽気孔１１２が開口し始める。
【００４１】
揺動スクロール１２の偏心旋回により、抽気孔１１２から見れば、近づいてくる最外室９ｃに開口してから、この最外室９ｃが第２室９ｂを経て最内室９ａとなるまで開口し続けた後、次に近づいてくる最外室９ｃに開口し始める、という動作が繰り返される。抽気孔１１２は、揺動スクロール１２の偏心旋回１回転中常に何れかの圧縮室９即ち中間圧圧縮室３７に開口し、圧縮室９内の圧力を後述の背圧室２９１ｂに供給する。図２によると、抽気孔１１２が揺動渦巻歯１２ｂによって塞がれ、厳密には圧縮室９に開口しない時間もあるが、開口しない時間は僅かであって、実質的には常に何れかの圧縮室９に開口している。
【００４２】
スクロール圧縮機においては、渦巻仕様が決まることで組込容積比、すなわち（吸入完了容積）／（連通角到達時の第２室の容積）が決まる。スクロール圧縮機１では、上述したように、吸入完了角で最外室９ｃが形成された後、揺動スクロール１２が１回転偏心旋回運動して再び吸入完了角に到達することで最外室９ｃが第２室９ｂになり、更に揺動スクロール１２が偏心旋回運動して連通角に到達することで、その第２室９ｂが最内室９ａに合流する。つまり、最外室９ｃが形成されてから、その最外室９ｃが連通角において最内室９ａと合流して第１吐出ポート１１１と連通するまでの間、その圧縮室９では運転条件の高低圧に関わらず圧縮が行われる。
【００４３】
圧縮比或いは圧力比は、ある圧縮室が吸入完了時点からどれだけ圧縮されたかを、容積減少の結果の昇圧に着目して示す指標であって、同じ渦巻仕様であっても冷媒物性及び吸入状態量によって異なってくる。渦巻仕様としては組込容積比で定義する方が合理的である。
【００４４】
通常、スクロール圧縮機では、組込容積比は固定値である。このため、吸入圧と吐出圧との圧力差が例えば比較的小さい運転条件では、圧縮機構部で冷媒を圧縮し過ぎる過圧縮が生じる。つまり、上述したように、揺動スクロールが吸入完了角から１回転偏心旋回運動し、更に連通角に到達するまで、圧縮室では圧縮が継続されるので、組込容積比まで圧縮したときに、圧縮室内の圧力が高圧を上回ると、必要以上に昇圧することによる損失、所謂過圧縮損失を生じる。
【００４５】
組込容積比を持つことによる過圧縮損失を低減することは、スクロール圧縮機の圧縮機構特有の課題である。その１つの手段が、連通角到達以前の圧縮室から高圧側への吐出、つまり高圧バイパスを行う、所謂リリーフ機構であり、本実施の形態１ではリリーフ機構として後述のリリーフポート２９５及びリリーフ弁２６等を設けている。
【００４６】
本実施の形態１の低圧バイパスによるアンロードを、密閉容器２１外から圧縮機構部１０へ接続する配管等を用いることなく可能とした構造について、以下に説明する。
【００４７】
図３は、本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機のアンロード時の要部断面模式図である。図４は、本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機のアンロード時のアンロード機構の拡大模式図である。図５は、本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の非アンロード時の要部断面模式図である。図６は、本発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の非アンロード時のアンロード機構の拡大模式図である。
【００４８】
固定スクロール１１の揺動スクロール１２とは反対側の端面とセパレータ２９との間には、背圧室２９１ｂが形成されている。背圧室２９１ｂは、セパレータ２９の低圧空間２１２側の面に形成された円環状の凹部で構成されている。背圧室２９１ｂの内周面１１８の溝には環状のシール部材３３が配置されている。また、背圧室２９１ｂの外周面１１９の溝には環状のシール部材３４が配置されている。これにより、固定スクロール１１の固定台板１１ａとセパレータ２９との間には、円筒状の吐出室２９１ａと、環状の背圧室２９１ｂとが区画される。
【００４９】
吐出室２９１ａは、第１吐出ポート１１１に連通しており、第１吐出ポート１１１から吐出された流体によって高圧となる。背圧室２９１ｂは、固定スクロール１１に形成された抽気孔１１２を介して圧縮途中の圧縮室９即ち中間圧圧縮室３７に連通しており、中間圧となる。
【００５０】
セパレータ２９には、過圧縮リリーフを行うリリーフ機構２２０としてリリーフポート２９５、リリーフ弁２６及びリリーフ弁２６のリフト量を制限するリリーフ弁ストッパ２６ｂが設けられている。リリーフポート２９５は、入口側が背圧室２９１ｂに開口し、出口側が高圧空間２１１に開口している。リリーフ弁２６及びリリーフ弁ストッパ２６ｂは、リリーフポート２９５の出口側に設けられている。
【００５１】
固定スクロールの軸方向位置が固定されているスクロール圧縮機においては、運転中の渦巻歯或いは台板の変形及び熱膨張等により、渦巻歯先が、対向する相手側のスクロールの台板に接触又は干渉することがある。最終的に渦巻歯先或いは相手台板の焼付きに至る可能性があるので、この不都合を避けるため、組立時に、渦巻歯先と対向する相手側のスクロールの台板との間に歯先すきまを設定する必要があった。組立時設定歯先すきまは、流体の漏れ経路となることから、圧縮機としての効率低下の要因となっていた。
【００５２】
これに対し、本実施の形態１のスクロール圧縮機１は、背圧室２９１ｂに中間圧力を導くと共に、吐出室２９１ａに吐出圧を導くことで、固定スクロール１１に軸方向の力を付加して揺動スクロール１２側に押し付ける構造となっている。所謂、軸方向コンププライアント方式を採用しているので、予め、組立時において歯先すきまを設定する必要がない。これにより、歯先すきまを極小化して漏れ損失を低減できる。
【００５３】
セパレータ２９には更に、圧縮室９から低圧側へ流体をバイパスすることによりスクロール圧縮機１の吐出量を制限するアンロードと、吐出量１００％のフルロードとを切り替えるアンロード機構２３０が組み込まれている。以下、フルロードを非アンロードということがある。
【００５４】
アンロード機構２３０は、スプール状の制御弁３１と、ばね等の弾性体３２とがセパレータ２９内の径方向に形成されたアンロード孔２９６に配置されている。アンロード孔２９６の径方向内側の端部には、制御弁３１による高圧導入孔２９４ａの閉止を防ぐ凸部２９ａが形成されている。アンロード孔２９６の径方向外側の端部はプラグ３５ｃで閉じられている。
【００５５】
アンロード機構２３０は、中間圧圧縮室３７内の流体を、抽気孔１１２と、背圧室２９１ｂと、セパレータ２９に形成されたアンロード経路とを経由して低圧空間２１２にバイパスすることで、アンロードを行う。アンロード経路は、背圧室２９１ｂに一端が開口する背圧室連通路２９３ａと、低圧空間２１２に一端が開口する低圧空間連通路２９３ｂと、アンロード孔２９６内の制御弁小径部外周空間２９３ｃとから構成される。
【００５６】
制御弁３１は、アンロード孔２９６内にスライド自在に配置されていて、アンロード孔２９６内をスライドすることで、アンロード孔２９６内での制御弁小径部外周空間２９３ｃの位置を移動させる。つまり、制御弁３１は、背圧室連通路２９３ａが制御弁小径部外周空間２９３ｃに対して開く位置（図４）と、閉じる位置（図６）とに移動してアンロード経路を開閉し、アンロードと非アンロードとを切り替える。
【００５７】
セパレータ２９には、アンロード孔２９６に開口する、高圧導入孔２９４ａ及び低圧導入孔２９４ｂが形成されている。高圧導入孔２９４ａは、一端が高圧空間２１１に開口し、他端がアンロード孔２９６に開口し、高圧空間２１１の高圧流体を、アンロード孔２９６において制御弁３１の移動方向の一方の端面３１ａ側空間に導入する。低圧導入孔２９４ｂは、一端がアンロード孔２９６に開口し、他端が低圧空間２１２に開口し、低圧空間２１２の低圧流体を、アンロード孔２９６において制御弁３１の移動方向の他方の端面３１ｂ側の低圧導入空間２９７に導入する。
【００５８】
弾性体３２は、制御弁３１の他方の端面３１ｂ側の低圧導入空間２９７に配置されており、制御弁３１を高圧側（図６の右側）に付勢している。制御弁３１は、運転停止時、弾性体３２の付勢力により高圧側に押圧されて一方の端面３１ａが凸部２９ａに接触した状態となっている。この状態において、制御弁３１は、背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路を開放している。
【００５９】
スクロール圧縮機１の運転条件が、高低圧差が設定値以下であるとき、制御弁３１の一方の端面３１ａに作用する高圧と他方の端面３１ｂに作用する低圧との差圧力よりも、弾性体３２による弾性力が上回る。この場合、制御弁３１は端面３１ａ方向に押圧され、図３及び図４に示すように制御弁３１の一方の端面３１ａが凸部２９ａに接触する位置まで移動して停止し、背圧室連通路２９３ａと制御弁小径部外周空間２９３ｃとが連通する。つまり背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路が開放される。その結果、中間圧圧縮室３７内の流体が、抽気孔１１２、背圧室２９１ｂ、背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂの順に通過して低圧空間２１２に排出される。このため、中間圧圧縮室３７が抽気孔１１２に連通している間、言い換えれば中間圧圧縮室３７の外周側シール形成点が抽気孔１１２を通過するまでの間は、中間圧圧縮室３７では圧縮が為されず、容量制御、すなわちアンロード状態となる。
【００６０】
スクロール圧縮機１の運転条件が、高低圧差が設定値を超える場合には、制御弁３１の一方の端面３１ａに作用する高圧と他方の端面３１ｂに作用する低圧との差圧力が、弾性体３２による弾性力を上回る。この場合、図５及び図６に示すように制御弁３１が端面３１ｂ方向にスライドし、背圧室連通路２９３ａが制御弁３１によって塞がれる。これにより、背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路が閉じられ、アンロード状態から非アンロード状態に切り替わる。
【００６１】
このようにアンロード機構２３０は、スクロール圧縮機１の運転条件に応じて制御弁３１の一方の端面３１ａと他方の端面３１ｂとに作用する圧力が変化することで、制御弁３１が自動的に移動し、アンロードと非アンロードとを自動的に切り替える。アンロードと非アンロードとの切り替え点となる上記設定値は、制御弁３１の両端面に作用する圧力を考慮して弾性体３２のばね定数を選択することで、所望の値に調整することが可能である。
【００６２】
アンロード機構２３０は、制御弁３１の両端面に作用させる高低圧を、密閉容器２１内から導いているので、密閉容器２１内で完結した構造であり、密閉容器２１外から圧縮機構部１０へ接続する配管等が不要である。
【００６３】
次に、スクロール圧縮機１の動作を、吐出室２９１ａ及び背圧室２９１ｂの作用、並びにリリーフ機構２２０及びアンロード機構２３０の動作に着目して説明する。
【００６４】
運転時、固定スクロール１１は、吐出室２９１ａ及び背圧室２９１ｂの圧力を受けて、固定スクロール１１外周に複数配置された径方向ガイド部材２８（図２参照）によって平面位置と姿勢を規制されながら、圧縮室９内の圧力に抗して軸方向に揺動スクロール１２側へ押し付けられる。
【００６５】
高低圧差が小さい条件での運転時は、上述したようにアンロード機構２３０において制御弁３１が背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路を開放する。これにより、中間圧圧縮室３７内の流体が、抽気孔１１２、背圧室２９１ｂ及びアンロード経路等を介して低圧空間２１２に排出され、アンロード状態となる。
【００６６】
アンロード時において、吸入完了角から１／４回転までの間は、最外室９ｃすなわち中間圧圧縮室３７で必ずしも必要ではない圧縮作用を行うことになる。しかし、吸入完了直後の容積変化に対する昇圧幅が小さい領域なので性能低下は限られたものとなり、実用上は問題ない。
【００６７】
高低圧差が設定値を超える条件での運転時は、上述したようにアンロード機構２３０において制御弁３１が背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路を閉じ、非アンロード状態となる。
【００６８】
また、非アンロードで低圧縮比の運転時に背圧室２９１ｂに連通する中間圧圧縮室３７の圧力が吐出圧を上回ると、リリーフ弁２６がその弾性力に逆らって持ち上げられる。揺動スクロール１２が吸入完了角から１回転偏心旋回運動し、更に連通角に到達するまでの間に、中間圧圧縮室３７である第２室９ｂ内の圧力が吐出圧を上回ると、リリーフ弁２６がその弾性力に逆らって持ち上げられる。これにより、背圧室２９１ｂの流体がリリーフポート２９５から高圧空間２１１内にリリーフされ、過圧縮損失が低減される。
【００６９】
以上に説明した過圧縮リリーフとアンロードの何れの場合も、圧縮室９から直接、高圧空間２１１又は低圧空間２１２に流体を排出するのではなく、背圧室２９１ｂを経由して排出するため、背圧室２９１ｂとその前後の流路とがバッファとなる。これにより、圧縮室９内の圧力変動と、過圧縮リリーフ及びアンロード側の脈動とが、ダイレクトに影響し合うことのない安定した過圧縮損失の低減及び容量制御を実現できる。
【００７０】
また、アンロード時、抽気孔１１２が開口している圧縮室９の実質的な吸入完了は、抽気孔１１２が開口しなくなったタイミングとなる。このため、アンロード時の圧縮室９の昇圧部分の圧力及びその受圧面積である圧縮室９の平面投影面積は、非アンロード時よりも減少する。したがって、アンロード時は、固定スクロール１１を軸方向上向きに押し上げて揺動スクロール１２から引き離そうとする力が、非アンロード時よりも減少する。このため、固定スクロール１１に作用する軸方向下向きの力が、軸方向上向きの力に比べて過剰とならないように、アンロード時は非アンロード時よりも背圧力を減らす必要がある。
【００７１】
しかし、何らかの理由により背圧室２９１ｂに中間圧が残った状態でアンロードとなると、固定スクロール１１を揺動スクロール１２に押し付けようとする背圧力が減少しないことになる。この場合、軸方向コンプライアントの押付け力、つまり軸方向下向きの力が過剰となり、摺動損失の増大から歯先の焼付きに至るといった不具合が生じる可能性がある。
【００７２】
本実施の形態１では、アンロードと背圧室２９１ｂの圧力開放とが同じ制御弁３１という要素によって行われるため、背圧室２９１ｂに中間圧が残った状態でアンロードになることがなく、このような不具合が生じることが避けられる。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態１は、セパレータ２９にアンロード孔２９６が形成されており、制御弁３１がアンロード孔２９６内で移動することでアンロード経路を開閉するアンロード機構２３０を備えている。制御弁３１の位置を移動させるために制御弁３１の両端面に作用させる低圧及び高圧を、密閉容器２１内から導く構成とし、アンロードに係る構造が、密閉容器２１内で完結している。このため、アンロードを、密閉容器２１外から圧縮機構部１０へ配管接続することなく行うことができる。したがって、従来のように圧縮機構部１０と密閉容器２１外の配管とを接続したり、その配管に弁類を備えたりする必要が無く、コストの低減を図ることができる。
【００７４】
また、本実施の形態１では、アンロードと非アンロードとの切り替えが運転条件に応じて自動的に切り替えられる。つまり、非アンロードからアンロードへの移行及びアンロードから非アンロードへの復帰が自動で行われる。このため、外部からの切り替え操作のための配管接続によるコスト増大を避けることができ、また、切り替え弁等の操作が不要である。これにより、幅広い容量で効率の良いスクロール圧縮機１を得ることができる。
【００７５】
本実施の形態１において、制御弁３１は、高低圧差が予め設定した設定値を超えるとき、アンロード経路を閉、高低圧差が設定値以下のとき、アンロード経路を開とする。このように、高低圧差に応じてアンロードと非アンロードとを切り替えることができる。
【００７６】
本実施の形態１において、アンロード機構２３０は、制御弁３１を高圧側に付勢して、制御弁３１を、アンロード経路を開放する位置に位置させる弾性体３２を備えている。制御弁３１は、運転条件に応じて変化する高低圧差に応じた差圧力が弾性体３２の付勢力を上回ることで、アンロード経路を開放する位置から閉じる位置に移動する。これにより、非アンロードからアンロードへの移行及びアンロードから非アンロードへの復帰を自動で行える。
【００７７】
本実施の形態１において、アンロード孔２９６はセパレータ２９に形成されている。アンロード経路は、背圧室２９１ｂに一端が開口する背圧室連通路２９３ａと、低圧空間２１２に一端が開口する低圧空間連通路２９３ｂと、制御弁小径部外周空間２９３ｃとから構成されている。セパレータ２９には、制御弁３１の一方の端面３１ｂが面する空間に低圧空間２１２の低圧を導入する低圧導入孔２９４ｂと、制御弁３１の他方の端面３１ａが面する空間に高圧空間２１１の高圧を導入する高圧導入孔２９４ａとが形成されている。この構造により、制御弁３１の両端面に密閉容器２１内から高低圧を作用させることができる。
【００７８】
また、本実施の形態１では、リリーフポート２９５及びアンロード経路がセパレータ２９に形成され、それぞれが背圧室２９１ｂに連通し、背圧室２９１ｂが、固定スクロール１１に設けた抽気孔１１２を介して中間圧圧縮室３７に連通している。リリーフ機構２２０とアンロード機構２３０とで共通の抽気孔１１２が中間圧圧縮室３７に開口する構成により、過圧縮リリーフ及びアンロードの何れにおいても、圧縮室９に開口するポートは抽気孔１１２のみである。したがって、過圧縮リリーフ及びアンロードの各々について、独立のポートが必要であった従来の構成に比べて、圧縮室９に開口するポート数を最少とすることができる。
【００７９】
本実施の形態１では、吐出室２９１ａ及び背圧室２９１ｂの圧力による固定スクロール１１の揺動スクロール１２側への押圧により、歯先すきまを最小化でき、圧縮効率を高効率化することができる。また、背圧室からの高圧側リリーフによる低圧縮比条件での過圧縮損失低減と併せて、幅広い条件及び容量範囲で高効率のスクロール圧縮機を得ることが可能となる。
【００８０】
なお、本実施の形態１では、制御弁３１で背圧室連通路２９３ａを塞ぐことで背圧室連通路２９３ａ、制御弁小径部外周空間２９３ｃ、低圧空間連通路２９３ｂからなるアンロード経路を閉じるようにしているが、低圧空間連通路２９３ｂを塞ぐことでアンロード経路を閉じるようにしてもよい。
【００８１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、アンロード孔２９６がセパレータ２９に形成されていたが、実施の形態２では、固定スクロール１１にアンロード孔１１７が形成されている。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【００８２】
図７は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の縦断面模式図である。図８は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の要部断面模式図である。図８において点線で囲った部分がアンロード機構２３０に相当する。図９は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機のアンロード時のアンロード機構の拡大模式図である。図１０は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の非アンロード時のアンロード機構の拡大模式図である。図８〜図１０において操作圧導入横孔１２４及び受圧ポケット１１５に示した矢印は油圧の向きを示している。
【００８３】
図１１は、図７の固定スクロールを渦巻側から見た図である。図１２は、図７の固定スクロールを反渦巻側から見た図である。図１３は、図７の揺動スクロールを渦巻側から見た図である。図１４は、図７の揺動スクロールを反渦巻側から見た図である。
【００８４】
図１５は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機のアンロード時の渦巻組み合わせ状態を示す平面形状図である。図１６は、図１５のアンロード機構の拡大形状図である。図１７は、図７のアンロード機構の制御弁の形状図である。図１８は、図７のアンロード機構のばね座３６の形状図である。図１９は、図７のアンロード機構のプラグの形状図である。図２０は、本発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の非アンロード時の渦巻組み合わせ状態を示す平面形状図である。図２１は、図２０のアンロード機構の拡大形状図である。
【００８５】
本実施の形態２のアンロード機構２３０は、スプール状の制御弁３１と、ばね等の弾性体３２と、ばね座３６とが、固定スクロール１１の固定台板１１ａに形成されたアンロード孔１１７に配置されている。アンロード孔１１７は、図１１及び図１２に示すように、固定スクロール１１の固定台板１１ａの外周から渦巻中心を通過せずに固定台板１１ａを貫通して形成されている。アンロード孔１１７の一端側は図１６に示すようにプラグ３５ａで塞がれ、他端側はばね座３６で塞がれている。
【００８６】
アンロード機構２３０は、中間圧圧縮室３７内の流体を、抽気孔１１２と、背圧室２９１ｂと、固定台板１１ａに形成されたアンロード孔１１７に構成されたアンロード経路とを介して低圧空間２１２にバイパスすることで、アンロードを行う。アンロード経路は、背圧室２９１ｂに一端が開口する背圧室連通路１１３と、低圧空間２１２に一端が開口する低圧空間連通路１１４と、背圧室連通路１１３の他端と低圧空間連通路１１４の他端とを連通する制御弁小径部外周空間１２０とから構成される。制御弁小径部外周空間１２０は、アンロード孔１１７の一部である。
【００８７】
制御弁３１は、アンロード孔１１７にスライド自在に配置されて、一方の端面３１ａとばね座３６との間に配置された弾性体３２によってアンロード孔１１７のプラグ３５ａ方向（図１６の左方）に押圧されている。これにより、制御弁３１は、他方の端面３１ｂがプラグ３５ａの先端に当接した状態でアンロード孔１１７内に配置されている。プラグ３５ａは図１６及び図１９に示すように先端部が後方のアンロード孔１１７閉止部よりも小径に形成されており、固定スクロール１１に形成されている後述の操作圧導入孔１１６を塞がないようになっている。なお、図７〜図９では、プラグ３５ａの形状等が上記の説明と異なるが、図７〜図９は模式図であって、図１９に示した形状も具体的形状の一例に過ぎない。
【００８８】
ばね座３６は図１８に示すように、先端部がアンロード孔１１７の径よりも小径に形成され、その小径部分外周とアンロード孔１１７内面の間に弾性体３２が挿入される。ばね座３６の中心部には均圧用の細孔３６ａが貫通している。
【００８９】
固定スクロール１１の固定台板１１ａ及び固定渦巻歯１１ｂには、固定渦巻歯１１ｂの立設方向に貫通する操作圧導入孔１１６が形成されている。操作圧導入孔１１６の一端はアンロード孔１１７に、制御弁３１のプラグ３５ａ側の端面３１ｂが面する操作圧導入空間２９８で、開口している。操作圧導入孔１１６の他端は、固定渦巻歯１１ｂの歯先面に形成された円形で凹状の受圧ポケット１１５に開口している。受圧ポケット１１５の径は、後述の操作圧導入縦孔１２５の揺動軌跡を包含できる径に設定されており、受圧ポケット１１５は操作圧導入縦孔１２５に常に連通している。
【００９０】
揺動スクロール１２の揺動台板１２ａには、図８及び図１４に示すように揺動スクロール１２のボス部１２１内から給油圧を固定スクロール１１の受圧ポケット１１５に導く操作圧導入横孔１２４及び操作圧導入縦孔１２５が形成されている。操作圧導入横孔１２４は、揺動台板１２ａの平面方向横穴であり、操作圧導入縦孔１２５は、操作圧導入横孔１２４から縦に延びて揺動台板１２ａ上面に開口する縦穴である。
【００９１】
軸１５の回転により給油ポンプ２７が駆動されて潤滑油２２が給油孔１５２を上昇し、ボス部１２１の上部内側に供給される。ボス部１２１に供給された潤滑油２２は、操作圧導入横孔１２４、操作圧導入縦孔１２５、受圧ポケット１１５、操作圧導入孔１１６を経てアンロード孔１１７に供給される。これにより、制御弁３１の操作圧導入空間２９８側の端面３１ｂに、揺動スクロール１２のボス部１２１内上部から下流側の抵抗と、給油ポンプ２７のポンプ圧とに応じた油圧が作用する。
【００９２】
制御弁３１の操作圧導入空間２９８と反対側の端面３１ａには常に低圧が作用している。これは、制御弁３１の端面３１ａが面する空間が、ばね座３６に形成された細孔３６ａによって低圧空間２１２と均圧していることに依る。
【００９３】
スクロール圧縮機１が比較的低速で運転される、つまり、軸１５の回転数が設定回転数以下であるとき、給油ポンプ２７の給油量は少なく、給油圧は低い。したがって、制御弁３１の操作圧導入空間２９８側の端面３１ｂへの作用圧由来の力よりも、操作圧導入空間２９８と反対側の端面３１ａへの作用圧由来の力と弾性体３２の弾性力の合計の方が上回る。この場合、図１５及び図１６に示すように、制御弁３１がプラグ３５ａ側に移動してプラグ３５ａの先端に当接する。これにより、図９に示すように背圧室連通路１１３と、制御弁小径部外周空間１２０と、低圧空間連通路１１４とが連通し、アンロード経路が開放される。
【００９４】
その結果、中間圧圧縮室３７内の流体が、抽気孔１１２、背圧室２９１ｂ、背圧室連通路１１３、制御弁小径部外周空間１２０、低圧空間連通路１１４の順に通過して低圧空間２１２に排出される。このため、中間圧圧縮室３７が抽気孔１１２に連通している間、言い換えれば中間圧圧縮室３７の外周側シール形成点が抽気孔１１２を通過するまでの間は、中間圧圧縮室３７では圧縮が為されず、容量制御、すなわちアンロード状態となる。
【００９５】
軸１５の回転数が設定回転数を超えると、給油ポンプ２７の給油量が増大し、給油圧が上昇する。これにより、制御弁３１の操作圧導入空間２９８側の端面３１ｂへの作用圧由来の力が、操作圧導入空間２９８と反対側の端面３１ａへの作用圧由来の力と弾性体３２の弾性力の合計を上回る。このとき、図１０、図２０及び図２１に示すように、制御弁３１がプラグ３５ａから離れて弾性体３２を圧縮する方向に移動し、図１０に示すように低圧空間連通路１１４が制御弁３１によって塞がれる。これにより、背圧室連通路１１３、制御弁小径部外周空間120及び低圧空間連通路１１４からなるアンロード経路が閉じられ、アンロード状態から非アンロード状態に切り替わる。
【００９６】
このようにアンロード機構２３０は、スクロール圧縮機１の運転回転数に応じて制御弁３１の両端面に作用する圧力が変化することで、制御弁３１が自動的に移動し、アンロードと非アンロードとを自動的に切り替える。アンロードと非アンロードとの切り替え点となる上記設定回転数は、制御弁３１の両端面に作用する圧力を考慮して弾性体３２のばね定数を選択することにより、所望の値に調整することが可能である。
【００９７】
アンロード機構２３０は、制御弁３１の一方の端面３１ａ及び他方の端面３１ｂに作用させる低圧及び操作圧である油圧を、密閉容器２１内から導いている。つまり、アンロード機構２３０は、密閉容器２１内で完結した構造であり、密閉容器２１外から圧縮機構部１０へ接続する配管等が不要である。
【００９８】
以上説明したように、本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、軸方向押付による歯先すきまの漏れ損失低減、高圧側リリーフによる低圧縮比条件での過圧縮損失低減の効果を得られる。また、本実施の形態２によれば実施の形態１と同様に、密閉容器内で完結したアンロード機構による容量制御の、圧縮室に開口するポート数最少での構成、圧縮室内の圧力変動とリリーフ側及びアンロード側の脈動とが影響し合わないことによる安定的動作、を実現できる。また、実施の形態２によれば実施の形態１と同様に、アンロードと背圧室の圧力開放とが制御弁という単一要素の動作によって行われるため信頼性が高い、広運転範囲、高効率のスクロール圧縮機を、低コストで得ることができる。
【００９９】
また、本実施の形態２では、回転数に依存した油圧をアンロード機構の操作圧として利用することで実施の形態１に比べて、容量制御のより広範囲での利用が可能となる。空調用途の部分負荷条件では、負荷率が下がる程、より低圧縮比、より低差圧となる傾向がある。負荷率低下に運転回転数を減じることだけで対応しようとすると、低速運転に起因する漏れ損失の相対的増大を招くため、アンロード運転により非アンロード運転時よりも最低回転数を高く保つことが有効である。
【０１００】
高低圧は冷凍サイクルの高温熱源と低温熱源の温度差に依存するので、上述の部分負荷条件のように温度差小と空調負荷減が相関を持っている場合は、実施の形態１の高低圧差依存でアンロード運転に移行するような機構で有効である。これに対して、例えば１台の室外機と多数の室内機で構成されるシステムでは、高低圧差に依らずアンロードした方が良い場合がある。高外気温時に室内機１台のみの冷房運転を行なうような場合、室内外の気温差に依存する高低圧差は大きくて、室内機の運転台数減により空調負荷が室外機容量に比して小さくなるので、アンロードするのが望ましい。
【０１０１】
アンロードせずに運転回転数減のみで、室内機稼働台数極少に対応した室外機容量制御を行なうと、圧縮機は低速運転となり前述のように漏れ損失増大による性能低下を招く。また、差圧は温度差に起因するので圧縮機構の各部材に作用する差圧由来の荷重（例えば軸受負荷）が小さくなるわけではないので、低速高差圧運転による軸受焼き付き等を避けるために限界を超えた低回転数運転は出来ない。つまり、差圧依存で起動するアンロード機構が有効ではない運転条件が存在する。
【０１０２】
実施の形態２の回転数依存でのアンロード運転移行によれば、低差圧ではないがシステムの容量に比して必要な冷凍能力が小さい、という場合に対応するときにも著しい低回転数運転を回避することが可能となるという効果がある。
【０１０３】
本実施の形態２のスクロール圧縮機１は、軸１５の下端部に給油ポンプ２７を備える。給油ポンプ２７は、軸１５の回転により、密閉容器２１の下部に溜められた潤滑油２２を、軸１５に貫通して設けられた給油孔１５２を介して圧縮機構部１０に供給する。制御弁３１の操作圧導入空間２９８側の端面３１ｂには、給油ポンプ２７から供給される潤滑油２２の油圧が作用する。また、制御弁３１の操作圧導入空間２９８と反対側の端面３１ａには低圧空間の低圧が作用する。この構成により、運転条件に応じて、制御弁３１の両端面に作用する圧力差が変化し、制御弁３１の位置が移動してアンロード経路の開閉を行うことができる。
【０１０４】
本実施の形態２において、制御弁３１は、軸１５の回転数が予め設定した設定回転数を超えるとき、アンロード経路を閉、回転数が設定回転数以下のとき、アンロード経路を開とする。このように、軸１５の回転数に応じてアンロードと非アンロードとを切り替えることができる。
【０１０５】
本実施の形態２において、アンロード孔１１７は固定スクロール１１に形成されている。アンロード経路は、背圧室２９１ｂに一端が開口する背圧室連通路１１３と、低圧空間２１２に一端が開口する低圧空間連通路１１４と、制御弁小径部外周空間１２０とから構成されている。アンロード孔１１７内のばね座３６には、制御弁３１の反操作圧導入空間側である端面３１ａ側に低圧空間２１２の低圧を導入する細孔３６ａが形成されている。また、固定スクロール１１には、制御弁３１の端面３１ｂ側の操作圧導入空間２９８に給油ポンプ２７からの油圧を供給する操作圧導入経路である、受圧ポケット１１５及び操作圧導入孔１１６が形成されている。この構造により、制御弁３１の両端面に密閉容器２１内から低圧及び操作圧である油圧を作用させることができる。
【０１０６】
なお、本実施の形態２では、制御弁３１で低圧空間連通路１１４を塞ぐことで背圧室連通路１１３、制御弁小径部外周空間１２０、低圧空間連通路１１４からなるアンロード経路を閉じるようにしているが、背圧室連通路１１３を塞ぐことでアンロード経路を閉じるようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１０７】
１  スクロール圧縮機、９  圧縮室、９ａ  最内室、９ｂ  第２室、９ｃ  最外室、１０  圧縮機構部、１１  固定スクロール、１１ａ  固定台板、１１ｂ  固定渦巻歯、１１ｂａ  巻き終わり部、１１ｂｂ  巻き終わり部、１２  揺動スクロール、１２ａ  揺動台板、１２ｂ  揺動渦巻歯、１３  姿勢規制手段、１４  フレーム、１４ａ  主軸受、１５  軸、１５ａ  偏心部、１６  第１バランサ、１７  第２バランサ、１８  モータ、１８ａ  ステータ、１８ｂ  ロータ、１９  サブフレーム、１９ａ  副軸受、２１  密閉容器、２２  潤滑油、２３  吸入管、２４  吐出管、２５  吐出弁、２５ｂ  吐出弁ストッパ、２６  リリーフ弁、２６ｂ  リリーフ弁ストッパ、２７  給油ポンプ、２８  径方向ガイド部材、２９  セパレータ、２９ａ  凸部、３１  制御弁、３１ａ  端面、３１ｂ  端面、３２  弾性体、３３  シール部材、３４  シール部材、３５ａ  プラグ、３５ｂ  プラグ、３５ｃ  プラグ、３６  ばね座、３６ａ  細孔、３７  中間圧圧縮室、１１１  第１吐出ポート、１１２  抽気孔、１１３  背圧室連通路、１１４  低圧空間連通路、１１５  受圧ポケット、１１６  操作圧導入孔、１１７  アンロード孔、１１８  背圧室内周面、１１９  背圧室外周面、１２０  制御弁小径部外周空間、１２１  ボス部、１２４  操作圧導入横孔、１２５  操作圧導入縦孔、１３０  シール形成点、１５２  給油孔、２１１  高圧空間、２１２  低圧空間、２２０  リリーフ機構、２３０  アンロード機構、２９１ａ  吐出室、２９１ｂ  背圧室、２９２  第２吐出ポート、２９３ａ  背圧室連通路、２９３ｂ  低圧空間連通路、２９３ｃ  制御弁小径部外周空間、２９４ａ  高圧導入孔、２９４ｂ  低圧導入孔、２９５  リリーフポート、２９６  アンロード孔、２９７  低圧導入空間、２９８  操作圧導入空間。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年12月21日(2020.12.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のスクロール圧縮機は、密閉容器と、密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画するセパレータと、固定スクロール及び揺動スクロールを有し、固定スクロール及び揺動スクロールを噛み合わせて形成された圧縮室に、低圧空間から流体を吸入して圧縮し、高圧空間に吐出する圧縮機構部と、圧縮室内から低圧空間へ流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構とを備え、固定スクロールの揺動スクロールとは反対側の端面とセパレータとの間には、固定スクロールに形成された抽気孔を介して、圧縮途中の圧縮室に連通する背圧室が形成され、セパレータには、背圧室と低圧空間とを連通するアンロード経路の一部を構成するアンロード孔が形成されており、アンロード機構は、アンロード孔内での位置が移動することでアンロード経路を開閉する制御弁を備え、運転中、制御弁の移動方向の一方の端面に低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に密閉容器内から導かれて低圧空間よりも高い圧力が作用し、運転条件に応じて、制御弁の両端面とに作用する圧力差が変化することで制御弁が移動してアンロード経路を開閉するものであり、アンロード経路は、背圧室に一端が開口する背圧室連通路と、低圧空間に一端が開口する低圧空間連通路と、背圧室連通路の他端と低圧空間連通路の他端とを連通する制御弁小径部外周空間とから構成され、セパレータには、制御弁の一方の端面が面する空間に低圧空間の低圧を導入する低圧導入孔と、制御弁の他方の端面が面する空間に高圧空間の高圧を導入する高圧導入孔とが形成されているものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器と、
前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画するセパレータと、
固定スクロール及び揺動スクロールを有し、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールを噛み合わせて形成された圧縮室に、前記低圧空間から流体を吸入して圧縮し、前記高圧空間に吐出する圧縮機構部と、
前記圧縮室内から前記低圧空間へ前記流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構とを備え、
前記固定スクロールの前記揺動スクロールとは反対側の端面と前記セパレータとの間には、前記固定スクロールに形成された抽気孔を介して、圧縮途中の前記圧縮室に連通する背圧室が形成され、前記セパレータには、前記背圧室と前記低圧空間とを連通するアンロード経路の一部を構成するアンロード孔が形成されており、
前記アンロード機構は、
前記アンロード孔内での位置が移動することで前記アンロード経路を開閉する制御弁を備え、
運転中、前記制御弁の移動方向の一方の端面に前記低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に前記密閉容器内から導かれて前記低圧空間よりも高い圧力が作用し、
運転条件に応じて、前記制御弁の両端面とに作用する圧力差が変化することで前記制御弁が移動して前記アンロード経路を開閉するものであり、
前記アンロード経路は、前記背圧室に一端が開口する背圧室連通路と、前記低圧空間に一端が開口する低圧空間連通路と、前記背圧室連通路の他端と前記低圧空間連通路の他端とを連通する制御弁小径部外周空間とから構成され、
前記セパレータには、前記制御弁の前記一方の端面が面する空間に前記低圧空間の低圧を導入する低圧導入孔と、前記制御弁の前記他方の端面が面する空間に前記高圧空間の高圧を導入する高圧導入孔とが形成されている
スクロール圧縮機。
【請求項２】
密閉容器と、
前記密閉容器内を高圧空間と低圧空間とに区画するセパレータと、
固定スクロール及び揺動スクロールを有し、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールを噛み合わせて形成された圧縮室に、前記低圧空間から流体を吸入して圧縮し、前記高圧空間に吐出する圧縮機構部と
前記圧縮機構部を駆動する軸と、
前記軸の下端部に取り付けられ、前記軸の回転により、前記密閉容器の下部に溜められた潤滑油を、前記軸に貫通して設けられた給油孔を介して前記圧縮機構部に供給する給油ポンプと、
前記圧縮室内から前記低圧空間へ前記流体をバイパスすることにより、吐出量を制限するアンロードを行うアンロード機構とを備え、
前記固定スクロールの前記揺動スクロールとは反対側の端面と前記セパレータとの間には、前記固定スクロールに形成された抽気孔を介して、圧縮途中の前記圧縮室に連通する背圧室が形成され、前記セパレータ又は前記固定スクロールには、前記背圧室と前記低圧空間とを連通するアンロード経路の一部を構成するアンロード孔が形成されており、
前記アンロード機構は、
前記アンロード孔内での位置が移動することで前記アンロード経路を開閉する制御弁を備え、
運転中、前記制御弁の移動方向の一方の端面に前記低圧空間の低圧が作用すると共に、他方の端面に前記密閉容器内から導かれて前記低圧空間よりも高い圧力が作用し、
運転条件に応じて、前記制御弁の両端面とに作用する圧力差が変化することで前記制御弁が移動して前記アンロード経路を開閉するものであり、
前記制御弁の前記他方の端面には、前記給油ポンプから供給される前記潤滑油の給油圧が作用するスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記軸の回転数が予め設定した設定回転数を超えるとき、前記アンロード経路を閉、前記回転数が前記設定回転数以下のとき、前記アンロード経路を開とする請求項２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記アンロード孔は前記固定スクロールに形成されており、
前記アンロード経路は、前記背圧室に一端が開口する背圧室連通路と、前記低圧空間に一端が開口する低圧空間連通路と、前記背圧室連通路の他端と前記低圧空間連通路の他端とを連通する制御弁小径部外周空間とから構成され、
前記固定スクロールには、前記制御弁の前記一方の端面が面する空間に前記低圧空間の低圧を導入する低圧導入孔と、前記制御弁の前記他方の端面が面する空間に前記給油ポンプからの前記給油圧を供給する操作圧導入孔とが形成されている請求項２又は請求項３記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記制御弁は、高低圧差が予め設定した設定値を超えるとき、前記アンロード経路を閉、前記圧力差が前記設定値以下のとき、前記アンロード経路を開とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記アンロード機構は、前記制御弁を高圧側に付勢して、前記制御弁を前記アンロード経路を開放する位置に位置させる弾性体を備え、
前記圧力差に応じた差圧力が前記弾性体の付勢力を上回ることで前記制御弁が前記アンロード経路を開く位置から閉じる位置に移動する請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記セパレータには、入口側が前記背圧室に開口し、出口側が前記高圧空間に開口するポートであって、前記圧縮室内において過圧縮となった流体を前記高圧空間へリリーフするリリーフポートが形成されており、前記リリーフポートの出口側に前記リリーフポートを開閉するリリーフ弁を有する請求項１〜請求項６の何れか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項８】
前記固定スクロールの前記揺動スクロールとは反対側の端面と前記セパレータとの間には、前記固定スクロールに形成された第１吐出ポートが開口する吐出室が形成されており、前記セパレータには、入口側が前記吐出室に開口し、出口側が前記高圧空間に開口するポートであって、前記圧縮室内で圧縮された流体を前記高圧空間へ吐出する第２吐出ポートが形成され、前記第２吐出ポートの出口側に前記第２吐出ポートを開閉する吐出弁を有する請求項７記載のスクロール圧縮機。
【国際調査報告】
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