(57)【要約】  スクロール圧縮機は、固定スクロールを貫通して形成された挿入穴に挿入されて固定渦巻歯の一部を形成し、挿入穴の内部で自律的に上下動する自律可動歯と、固定スクロールに設けられ、自律可動歯を挿入穴内で揺動スクロールとは反対側に引き寄せて自律可動歯の先端面を揺動台板から離間させる磁石とを有する。自律可動歯は、磁石による磁力と低圧により自律可動歯に作用する力との合力と、高圧により自律可動歯に作用する力との大小関係によって、挿入穴の内部で自律的に上下動し、自律可動歯の先端面が、自律可動歯を除く固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで、吸入容積を調整する。
2021038614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台板および前記固定台板に形成された固定渦巻歯を有する固定スクロールと、
揺動台板および前記揺動台板に形成された揺動渦巻歯を有し、前記揺動渦巻歯が前記固定スクロールの前記固定渦巻歯に組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室を形成する揺動スクロールと、
前記揺動スクロールを駆動する駆動軸と、
前記駆動軸の軸方向に前記固定スクロールを貫通して形成された挿入穴に挿入されて前記固定渦巻歯の一部を形成し、前記挿入穴の内部で自律的に上下動する自律可動歯と、
前記固定スクロールに設けられ、前記自律可動歯を前記挿入穴内で前記揺動スクロールとは反対側に引き寄せて前記自律可動歯の先端面を前記揺動台板から離間させる磁石と、
前記固定スクロール、前記揺動スクロール、前記駆動軸、前記自律可動歯および前記磁石を収容する密閉容器とを有し、
前記自律可動歯は、前記磁石による磁力と前記低圧により前記自律可動歯に作用する力との合力と、前記高圧により前記自律可動歯に作用する力との大小関係によって、前記挿入穴の内部で自律的に上下動し、前記自律可動歯の先端面が、前記自律可動歯を除く前記固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整するスクロール圧縮機。
【請求項２】
前記高圧により前記自律可動歯に作用する力が前記合力よりも大きいとき、前記自律可動歯は前記揺動スクロール側に押圧され、前記複数の圧縮室のうち、前記自律可動歯を境として前記駆動軸の径方向に隣接する２つの圧縮室を仕切り、
前記高圧により前記自律可動歯に作用する力が前記合力以下のとき、前記自律可動歯は前記揺動スクロールから離れる方向に押圧され、前記２つの圧縮室を連通させる請求項１記載のスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記自律可動歯は、円柱状の受圧部と部分渦巻歯とを有し、前記部分渦巻歯が前記固定渦巻歯の一部を形成しており、
前記固定台板には、外周面から径方向内側に延びて前記挿入穴に連通する高圧ガス導入流路が形成されており、前記高圧ガス導入流路により、前記密閉容器内の高圧の作動ガスが前記挿入穴に導びかれて前記自律可動歯の前記受圧部に前記高圧が作用する請求項１または請求項２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記自律可動歯の前記部分渦巻歯は、周方向の両端面が径方向内側から径方向外側に向かうに連れて互いの距離が狭まるテーパ面を有し、前記挿入穴は前記テーパ面に沿う傾斜面を有する請求項３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、スクロール圧縮機における機械式容量制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて形成した圧縮室にて流体を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部に回転軸を介して連結された電動機とを備えたスクロール圧縮機が知られている。この種のスクロール圧縮機では、幅広い負荷範囲に対して高効率を実現するため、電動機をインバータ駆動とし、回転数を制御することによりスクロール圧縮機の容量制御を行う方法が知られている。しかし、低負荷時に回転数を低くしすぎると、圧縮室での冷媒漏れの増加等によりスクロール圧縮機効率が低下し、性能が低下する。このため、インバータによる回転数制御のみでは、低速の低負荷能力で高効率を維持することは難しい。【０００３】
そこで、機械的に排除容積（吸入容積）を可変する機械式容量制御を用いたスクロール圧縮機が提案されている。機械式容量制御では、冷媒を圧縮する通常運転である全負荷運転と、圧縮室内の冷媒の一部を圧縮せずに吸込側へとバイパスさせ、圧縮開始時の容積を縮小することで容量を低減する部分負荷運転とを、電動機の回転数を落とさずに切り替えることで、低負荷時における性能を改善する。【０００４】
機械式容量制御を用いたスクロール圧縮機として、例えば特許文献１では、固定スクロールに、圧縮室と吸入室とを連通可能なバイパスポートを設け、バイパスポートをバイパス弁で開閉することで吸入容積を可変とするようにしている。バイパス弁は、スクロール圧縮機の外部に備えられた圧力切替装置によってバイパス弁に作用する圧力が高圧または低圧に切り替えられることにより、開閉動作する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１６−２１７７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、吸入容積を調整するにあたり、スクロール圧縮機の外部からバイパス弁に作用する圧力を調整する必要がある。つまり、スクロール圧縮機の外部に追加の配管等が必要であり、周囲構造の変更が必要であった。【０００７】
本発明は、上記のような課題を解決するためのものであり、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整することが可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るスクロール圧縮機は、固定台板および固定台板に形成された固定渦巻歯を有する固定スクロールと、揺動台板および揺動台板に形成された揺動渦巻歯を有し、揺動渦巻歯が固定スクロールの固定渦巻歯に組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室を形成する揺動スクロールと、揺動スクロールを駆動する駆動軸と、駆動軸の軸方向に固定スクロールを貫通して形成された挿入穴に挿入されて固定渦巻歯の一部を形成し、挿入穴の内部で自律的に上下動する自律可動歯と、固定スクロールに設けられ、自律可動歯を挿入穴内で揺動スクロールとは反対側に引き寄せて自律可動歯の先端面を揺動台板から離間させる磁石と、固定スクロール、揺動スクロール、駆動軸、自律可動歯および磁石を収容する密閉容器とを有し、自律可動歯は、磁石による磁力と低圧により自律可動歯に作用する力との合力と、高圧により自律可動歯に作用する力との大小関係によって、挿入穴の内部で自律的に上下動し、自律可動歯の先端面が、自律可動歯を除く固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスクロール圧縮機によれば、固定スクロールの一部を自律可動歯で構成し、磁石による磁力と密閉容器内の圧力とに基づく自律可動歯の自律的な上下動により、自律可動歯の先端面が、自律可動歯を除く固定渦巻歯の先端面と面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わる。このため、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態に係るスクロール圧縮機を示す縦断面模式図である。
【図２】実施の形態に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面模式図である。
【図３】実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールにおける自律可動歯の動作説明図である。
【図４】実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態を示す縦断面模式図である。
【図５】実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態の横断面模式図である。
【図６】実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯の斜視図である。
【図７】実施の形態に係るスクロール圧縮機において自律可動歯が離間状態にあるときの圧縮行程を示す渦巻動作図である。
【図８】実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯に作用する力の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態
図１は、実施の形態に係るスクロール圧縮機を示す縦断面模式図である。以下、図１を参照しながらスクロール圧縮機１００の構成について説明する。図１のスクロール圧縮機１００は、いわゆる縦置型のスクロール圧縮機であって、例えば冷媒等の作動ガスを圧縮し吐出するものである。図１においてＺ方向は軸方向を示している。
【００１２】
スクロール圧縮機１００は、密閉容器１と、揺動スクロール３および固定スクロール４を有する圧縮機構部２と、電動機１６と、駆動軸１９と、油溜め空間５とを備える。
【００１３】
密閉容器１は、例えば円筒形状に形成されており、耐圧性を有している。密閉容器１の側面には、作動ガスを密閉容器１内に取り込むための吸入配管７が接続されている。密閉容器１の他の側面には、圧縮した作動ガスを密閉容器１から外へと吐出する吐出配管１１が接続されている。配管内の矢印は、作動ガスの流れる方向を示す。吸入配管７の内部には、逆止弁９とバネ１０とが配置されている。逆止弁９は、バネ１０により吸入配管７を閉じる方向に付勢されており、作動ガスの逆流を防ぐ。
【００１４】
密閉容器１は、密閉容器１内に高圧ガス雰囲気６を有する。密閉容器１の底部には、冷凍機油（以下、油）を貯留するための油溜め空間５が形成されている。油溜め空間５は、高圧ガス雰囲気６中に有り、駆動軸１９の下端部を支持するサブフレーム３７よりも下、サブフレーム３７に設けられた副軸受２７よりも下、駆動軸１９の下端部よりも下などにある空間である。駆動軸１９の下端面は、スラスト軸受２８で支持されている。スラスト軸受２８はサブフレーム３７に固定されたホルダー２９に固定されている。そして、密閉容器１内に圧縮機構部２、電動機１６および駆動軸１９が収容されている。
【００１５】
密閉容器１内において、電動機１６の上部且つ圧縮機構部２の下部にはガイドフレーム３０が密閉容器１に固定されており、電動機１６の下部には駆動軸１９を保持するサブフレーム３７が密閉容器１に固定されている。ガイドフレーム３０の内周側にはコンプライアントフレーム３１が収納されている。ガイドフレーム３０の内周面の圧縮機構部２側には、上部嵌合円筒面３０ａが形成されている。この上部嵌合円筒面３０ａは、コンプライアントフレーム３１の外周面に形成された上部嵌合円筒面３５ａと係合されている。上部嵌合円筒面３０ａと上部嵌合円筒面３５ａとの間の周方向の一部には隙間が形成されてコンプライアントフレーム上部空間３２ａを形成している。
【００１６】
一方、ガイドフレーム３０の内周面の電動機１６側には、下部嵌合円筒面３０ｂが形成されている。この下部嵌合円筒面３０ｂは、コンプライアントフレーム３１の外周面に形成された下部嵌合円筒面３５ｂと係合されている。コンプライアントフレーム３１の外周面の２ヶ所には、上部円環状シール部材３６ａおよび下部円環状シール部材３６ｂが配置されている。ガイドフレーム３０の内面とコンプライアントフレーム３１の外面との間は、上部円環状シール部材３６ａおよび下部円環状シール部材３６ｂで仕切られている。
【００１７】
上部円環状シール部材３６ａと下部円環状シール部材３６ｂとの間には、コンプライアントフレーム下部空間３２ｂが設けられている。なお、上部円環状シール部材３６ａおよび下部円環状シール部材３６ｂは、図１においてコンプライアントフレーム３１の外周面の２ヶ所に配置されているが、シール部材の位置は図１の例に限られない。例えば、上部円環状シール部材３６ａおよび下部円環状シール部材３６ｂは、ガイドフレーム３０の内周面の２ヶ所に配置されても良い。
【００１８】
コンプライアントフレーム３１には、揺動スクロール３と摺動するスラスト面３３とコンプライアントフレーム下部空間３２ｂとを連通するガス導入流路１４が形成されている。ガス導入流路１４は、揺動スクロール３の後述の揺動台板３ａに形成された抽気孔３ｅと連通するように設けられている。さらに、ガイドフレーム３０と密閉容器１の内壁との間には、流路１４ａが形成されている。流路１４ａは、固定スクロール４の後述の固定台板４ａに形成された吐出孔４ｆから流出した高圧の作動ガスが通る流路である。
【００１９】
揺動スクロール３に設けられたボス部３ｃの外部とコンプライアントフレーム３１との間には、吐出圧より低く、かつ吸入圧よりも高い圧力の中間圧の空間である中間圧空間３８が形成されている。また、コンプライアントフレーム３１には、中間圧調整弁空間３９ｄが形成されており、中間圧調整弁空間３９ｄには、中間圧空間３８の圧力を調整する中間圧調整弁３９ａと、中間圧調整弁おさえ３９ｂと、中間圧調整バネ３９ｃとが配置されている。なお、中間圧調整バネ３９ｃは自然長より縮められて中間圧調整弁空間３９ｄに収納されている。さらに、コンプライアントフレーム３１には、中間圧空間３８と中間圧調整弁空間３９ｄとを連通する貫通流路３９ｅが形成されている。
【００２０】
また、中間圧調整弁空間３９ｄとコンプライアントフレーム上部空間３２ａとは連通している。さらに、コンプライアントフレーム上部空間３２ａは、オルダムリング４０の内側に連通するように形成されている。したがって、中間圧空間３８とオルダムリング４０の往復摺動面４１とは、貫通流路３９ｅ、中間圧調整弁空間３９ｄ、コンプライアントフレーム上部空間３２ａを介して連通している。
【００２１】
圧縮機構部２は、吸入配管７から密閉容器１内に吸入される作動ガスを圧縮するものであり、揺動スクロール３および固定スクロール４を有する。固定スクロール４は、揺動スクロール３の上部に配置されている。固定スクロール４は、例えば鋳鉄等の金属で構成されており、密閉容器１に固定支持されたガイドフレーム３０にボルト（図示せず）等で固定されている。
【００２２】
固定スクロール４は、固定台板４ａと、固定台板４ａの一方の面に形成された固定渦巻歯４ｂとを有する。揺動スクロール３は、揺動台板３ａと、揺動台板３ａの一方の面に形成された揺動渦巻歯３ｂとを有する。固定スクロール４および揺動スクロール３は、固定渦巻歯４ｂと揺動渦巻歯３ｂとが互いに向き合うように組み合わされて密閉容器１内に配置されている。固定渦巻歯４ｂと揺動渦巻歯３ｂとは、逆位相で組み合わされており、固定スクロール４の固定渦巻歯４ｂおよび揺動スクロール３の揺動渦巻歯３ｂとの間に圧縮室１２が形成されている。
【００２３】
固定スクロール４の外周部には２個１対の固定側オルダムリング溝１５ａが一直線上に形成されている。固定側オルダムリング溝１５ａには、オルダムリング４０の２個１対の固定側キー４２ａが往復摺動自在に設置されている。固定台板４ａの中心部には、圧縮機構部２で圧縮された高圧の作動ガスを吐出するための吐出孔４ｆが形成されている。
【００２４】
揺動スクロール３の揺動台板３ａにおいて、揺動渦巻歯３ｂが形成されている面と対向する面側には筒状のボス部３ｃが形成されている。ボス部３ｃの内面側には、揺動軸受２６が設けられている。揺動軸受２６には駆動軸１９の揺動軸部２１が挿入されており、揺動軸部２１の回転により、揺動スクロール３が公転運動を行う。
【００２５】
揺動スクロール３の揺動台板３ａの下方にコンプライアントフレーム３１が位置しており、揺動スクロール３は、コンプライアントフレーム３１に公転運動可能に支持されている。揺動スクロール３とコンプライアントフレーム３１との間には、揺動スクロール３の自転を防止しながら揺動運動を与えるために、コンプライアントフレーム３１に揺動自在に支持されたオルダムリング４０が設けられている。揺動スクロール３の外周部には２個１対の揺動側オルダムリング溝１５ｂが一直線上に形成されている。この揺動側オルダムリング溝１５ｂは、固定側オルダムリング溝１５ａと約９０度の位相差を持ち、オルダムリング４０の２個１対の揺動側キー４２ｂが往復摺動自在に設置されている。
【００２６】
揺動スクロール３の揺動台板３ａにおいて、ボス部３ｃが形成されている面の外周部には、コンプライアントフレーム３１のスラスト面３３と摺動可能なスラスト面３ｄが形成されている。コンプライアントフレーム３１のスラスト面３３の外周部には、往復摺動面４１が形成されており、オルダムリング４０の揺動側キー４２ｂが往復摺動する。ここで、固定スクロール４の固定渦巻歯４ｂと揺動スクロール３の揺動渦巻歯３ｂの外側の台板外周部空間（以下、吸入側空間８）は、吸入圧である吸入ガス雰囲気の低圧空間となっている。
【００２７】
電動機１６は、駆動軸１９を回転駆動させるものであって、電動機回転子１６ａおよび電動機固定子１６ｂを有しており、回転数可変で、回転力を発生する。電動機回転子１６ａは焼嵌め等により駆動軸１９に固定されており、電動機固定子１６ｂは焼嵌め等により密閉容器１に固定されている。電動機固定子１６ｂには、ガラス端子（図示せず）が接続されており、ガラス端子は外部から電力を得るためのリード線（図示せず）に接続されている。そして、電動機固定子１６ｂに電力が供給されたとき、駆動軸１９および電動機回転子１６ａが電動機固定子１６ｂに対して回転する。なお、スクロール圧縮機１００における回転系全体のバランシングを行うため、電動機回転子１６ａおよび駆動軸１９にはバランスウェイト１８ａおよびバランスウェイト１８ｂが固定されている。
【００２８】
駆動軸１９は、電動機１６により発生する回転力を圧縮機構部２に伝える。駆動軸１９は、電動機回転子１６ａに接合された主軸部２０と、主軸部２０の上部に設けられた揺動軸部２１と、主軸部２０の下部に設けられ副軸部２２と、を有する。揺動軸部２１は、その中心軸が主軸部２０の中心軸から偏心している。駆動軸１９は、コンプライアントフレーム３１の内周面に設けられた主軸受２５で主軸部２０が支持され、密閉容器１に固定支持されたサブフレーム３７内に設けられた副軸受２７で副軸部２２が支持されている。また、駆動軸１９の下端面はスラスト軸受２８にその自重を支えられている。主軸受２５および副軸受２７は円筒形の構造をしており、例えば銅鉛合金等の滑り軸受からなる軸受構造で構成され、駆動軸１９の主軸部２０および副軸部２２を回転可能に軸支している。
【００２９】
駆動軸１９の内部には、給油路２３と、供給路２４ａおよび供給路２４ｂとが形成されている。給油路２３は、駆動軸１９の下端部から上端部に向けて駆動軸１９の内部を軸方向に延びて形成されている。供給路２４ａおよび供給路２４ｂは、駆動軸１９の内部を径方向に延びて形成されており、給油路２３に通じている。供給路２４ｂは、その開口部が主軸受２５に覆われる位置に設置されている。油は、給油路２３、供給路２４ａおよび供給路２４ｂを介して主軸受２５および副軸受２７等の各摺動部位に供給される。
【００３０】
次に、スクロール圧縮機１００の動作について説明する。吸入配管７に流れ込んだ低圧（吸入圧）の作動ガスにより、逆止弁９がバネ１０のバネ力に打ち勝ち、弁止まり（図示せず）まで押し下げられる。その後、作動ガスは密閉容器１内の吸入側空間８に流入する。
【００３１】
一方、インバータ装置（図示せず）から電動機１６へ電力が供給されることにより、駆動軸１９が回転する。駆動軸１９の回転により揺動軸部２１が回転し、揺動スクロール３が揺動運動（公転運動）を行う。このとき、揺動スクロール３と固定スクロール４との間に形成された複数の圧縮室１２のうち最外室に作動ガスが吸い込まれる。
【００３２】
そして、最外室は、揺動スクロール３の揺動運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら容積を減じ、作動ガスを低圧から高圧へと昇圧させる。そして、昇圧した作動ガスは、吐出孔４ｆから高圧ガス雰囲気６に導かれ、流路１４ａを通り、密閉容器１の内部を高圧ガス雰囲気６とし、密閉容器１の側面に設けられた吐出配管１１から外部へ吐出される。
【００３３】
圧縮機構部２で圧縮途中の中間圧の作動ガスは、揺動台板３ａの抽気孔３ｅからガス導入流路１４を介し、コンプライアントフレーム下部空間３２ｂへと導かれる。中間圧とは、吸入圧以上、吐出圧以下の圧力である。コンプライアントフレーム下部空間３２ｂは、上部円環状シール部材３６ａと下部円環状シール部材３６ｂとで密閉された空間となっている。そのため、コンプライアントフレーム下部空間３２ｂに導入された中間圧の作動ガスにより、コンプライアントフレーム３１は軸方向に浮上する。
【００３４】
中間圧空間３８の中間圧力Ｐｍ１は、「中間圧調整バネ３９ｃの弾性力と中間圧調整弁３９ａとの中間圧に晒された面積によって決定される所定の圧力α」と、「吸入側空間８の圧力Ｐｓ」との和であり、Ｐｓ＋αとなる。また、コンプライアントフレーム下部空間３２ｂの中間圧力Ｐｍ２は、「連通する圧縮室１２の位置で決定される所定の倍率β」と「吸入側空間８の圧力Ｐｓ」との積であり、Ｐｓ×βとなる。
【００３５】
コンプライアントフレーム３１には、中間圧力Ｐｍ１および中間圧力Ｐｍ２が下向きに作用し、コンプライアントフレーム下端面３４には高圧ガス雰囲気６による高圧の圧力Ｐｄが上向きに作用する。圧力Ｐｄによりコンプライアントフレーム３１に作用する上向きの荷重は、中間圧力Ｐｍ１および中間圧力Ｐｍ２によりコンプライアントフレーム３１に作用する下向きの荷重よりも大きい。このため、コンプライアントフレーム３１は、ガイドフレーム３０の内周面に沿って軸方向に浮上する。
【００３６】
これにより、揺動スクロール３もスラスト面３３を介して浮上するため、圧縮室１２を形成する固定スクロール４と揺動スクロール３とのそれぞれの渦巻歯の先端と台板との隙間が小さくなる。その結果、高圧の作動ガスは圧縮室１２から漏れにくくなり、高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
【００３７】
一方、起動時または液圧縮時において、圧縮室１２内が異常に高圧になる場合、揺動スクロール３に作用する軸方向のガス負荷が過大になる。そうすると、揺動スクロール３は、スラスト面３３を介してコンプライアントフレーム３１を押し下げる。すなわち固定スクロール４と揺動スクロール３のそれぞれの渦巻歯の先端と台板との間に比較的大きな隙間が生じる。この隙間により、圧縮室１２内の異常な圧力上昇を抑制でき、摺動部の損傷がない信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることができる。
【００３８】
次に、図１を参照して油の流れについて説明する。電動機回転子１６ａの回転に伴い、駆動軸１９が回転すると、密閉容器１内が圧縮機構部２で圧縮されたガスで満たされ高圧ガス雰囲気６となる。高圧ガス雰囲気６に晒された油溜め空間５と圧縮機構部２の吸入側空間８とは、駆動軸１９の給油路２３で連通しているため、油溜め空間５の油は、差圧によって吸い上げられる。この油が、給油路２３、供給路２４ａおよび供給路２４ｂから、主軸受２５、副軸受２７および揺動軸受２６にそれぞれ供給される。副軸受２７に給油された油は副軸受２７を潤滑した後、密閉容器１の下部の油溜め空間５に戻される。
【００３９】
給油路２３を通過して上昇し、主軸受２５に給油された油は、主軸部２０との間を潤滑した後、中間圧空間３８または、高圧ガス雰囲気６へと導かれる。主軸受２５を通過後、揺動スクロール３のボス部３ｃまで供給された油は、揺動軸受２６を潤滑し、その過程で減圧され、中間圧となり結果的に中間圧空間３８に導かれる。中間圧空間３８に導かれた油は、貫通流路３９ｅを通る際に、中間圧調整バネ３９ｃのバネ力に打ち勝ち、中間圧調整弁３９ａを押し上げて、一旦、コンプライアントフレーム上部空間３２ａに排出される。その後、この油はオルダムリング４０の内側に排出され、吸入側空間８に供給される。
【００４０】
また、一部の油は、中間圧空間３８からスラスト面３ｄに給油された後に、往復摺動面４１に供給され、吸入側空間８へと流入する。吸入側空間８へと流入した油は、低圧の作動ガスと共に圧縮機構部２へと吸入される。吸入された油は、圧縮機構部２を構成する固定スクロール４および揺動スクロール３の隙間のシールおよび潤滑をすることで正常な運転を可能にする。
【００４１】
次に、本実施の形態の特徴部分の構成について説明する。本実施の形態は、スクロール圧縮機の周囲構造を変更することなく吸入容積を調整して容量制御を行う構造に特徴がある。また、本実施の形態では、電動機１６の回転数を落とすことなく吸入容積を調整して、全負荷運転と部分負荷運転とを切り替える。以下、本実施の形態の容量制御技術について説明する。
【００４２】
図２は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面模式図である。図３は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールにおける自律可動歯の動作説明図である。図３（ａ）は、全負荷運転時の自律可動歯の位置を示し、（ｂ）は部分負荷運転時の自律可動歯の位置を示している。図４は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態を示す縦断面模式図である。図５は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールから自律可動歯を取り外した状態の横断面模式図である。図６は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯の斜視図である。
【００４３】
本実施の形態の固定スクロール４は、図３および図４に示すように軸方向に貫通して形成された挿入穴４６を有し、挿入穴４６に自律可動歯５０が軸方向に移動可能に挿入されている。自律可動歯５０は、自律可動歯５０に作用する力関係により自律的に動作し、全負荷運転と部分負荷運転とを切り替える。具体的には、自律可動歯５０は、高負荷時に図３（ａ）に示すように下方向、つまり揺動スクロール３側に移動し、これによりスクロール圧縮機１００は高負荷運転を行う。自律可動歯５０は、低負荷時に図３（ｂ）に示すように上方向、つまり揺動スクロール３から離れる方向に移動し、これによりスクロール圧縮機１００は部分負荷運転を行う。自律可動歯５０の具体的な構成および動作については改めて詳述する。
【００４４】
挿入穴４６は、図４および図５に示すように固定台板４ａに形成された段付き連通穴４４と、固定渦巻歯４ｂに形成された歯穴４５とを有する。段付き連通穴４４と歯穴４５とは軸方向に連通している。段付き連通穴４４は、円柱状の上部穴４４ａと、上部穴４４ａよりも小径で円柱状の下部穴４４ｂとを有する。歯穴４５は、固定渦巻歯４ｂを、基端部から揺動台板３ａと対向する先端部まで切り欠いて形成されている。
【００４５】
自律可動歯５０は、図６に示すように主にその形状が円柱状の受圧部５１と、受圧部５１に一体に形成された部分渦巻歯５３とを有する。受圧部５１は、平面的に見て部分渦巻歯５３の外形よりも大きい径で形成されており、挿入穴４６の上部穴４４ａに挿入されている。部分渦巻歯５３は、挿入穴４６の下部穴４４ｂおよび歯穴４５に挿入されている。このように、部分渦巻歯５３が歯穴４５に挿入されることで、固定渦巻歯４ｂの少なくとも１箇所が部分渦巻歯５３で構成されている。
【００４６】
上部穴４４ａの上部開口は磁石１３で塞がれている。磁石１３は、鉄で形成された固定スクロール４との間に作用する磁力によって固定台板４ａに保持されている。磁石１３は、自律可動歯５０を引き寄せ、自律可動歯５０を揺動スクロール３から離れる方向に移動させるために設けられている。上部穴４４ａと下部穴４４ｂとの境界部分には、自律可動歯５０の軸方向下側の位置決めを行う段差４４ｃが形成されている。
【００４７】
固定スクロール４の固定台板４ａにはさらに、固定台板４ａの外周面から径方向内側に延びる高圧ガス導入流路４３が形成されている。高圧ガス導入流路４３の径方向内側の端部は、段付き連通穴４４の上部穴４４ａに連通している。高圧ガス導入流路４３は、高圧ガス雰囲気６と連通しており、高圧ガス雰囲気６の高圧ガスを上部穴４４ａに導入する。上部穴４４ａに高圧ガスが導入されることにより、自律可動歯５０の受圧部５１には下向きの押圧力が作用するようになっている。
【００４８】
なお、自律可動歯５０の受圧部５１は、図６に示すように上面が湾曲面５１ａとなっており、高圧ガスの力を受けやすい面形状となっている。また、自律可動歯５０の受圧部５１にはシール溝５２が設けられており、シール溝５２に例えばＯ−ｒｉｎｇのようなシール部材（図示せず）が装着されて受圧部５１と上部穴４４ａとが密接にシールされている。これにより、高圧ガス導入流路４３から上部穴４４ａに導入された高圧ガスが圧縮機構部２へ流入しないようになっている。
【００４９】
また、自律可動歯５０において部分渦巻歯５３の周方向の両端面はテーパ面５３ａとなっており、固定渦巻歯４ｂに形成された歯穴４５の傾斜面４５ａ（図５参照）に沿うテーパ面となっている。部分渦巻歯５３の各テーパ面５３ａは、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が狭まる傾斜面で構成されている。
【００５０】
ここで、仮に、部分渦巻歯５３のテーパ面５３ａが逆向き、つまり径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が広がるテーパ面であると、以下の問題が生じる。圧縮機構部２では、径方向外側から中心部に向かうにつれて圧力が高くなるため、自律可動歯５０には、径方向外向きのガス荷重が作用する。したがって、部分渦巻歯５３のテーパ面５３ａが、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が広がる傾斜となっていると、このガス荷重によって部分渦巻歯５３が径方向外向きに押圧され、歯穴４５との間に隙間を形成する可能性がある。部分渦巻歯５３と歯穴４５との間に隙間が形成されると、圧縮効率の低下を招くため好ましくない。
【００５１】
このことから、部分渦巻歯５３のテーパ面５３ａは、径方向内側から径方向外側に向かうにつれて互いの距離が狭まるテーパ面で構成されている。これにより径方向外向きに押圧するガス荷重が部分渦巻歯５３に作用しても、部分渦巻歯５３は歯穴４５の傾斜面４５ａによって支持され、部分渦巻歯５３と歯穴４５との間に隙間が生じることを避けることができる。その結果、部分渦巻歯５３と歯穴４５との気密性を保ちつつ、部分渦巻歯５３と歯穴４５の傾斜面４５ａとの間に隙間が生じることを防止できる。
【００５２】
次に、図３を参照して、自律可動歯５０の位置について説明する。
自律可動歯５０は、図３（ａ）に示すように受圧部５１が段差４４ｃに当接した位置と、図３（ｂ）に示すように受圧部５１が段差４４ｃから離れて受圧部５１の上面が磁石１３に当接した位置とに、段付き連通穴４４内で上下動する。図３（ａ）に示すように受圧部５１が段差４４ｃに当接した位置にあるとき、部分渦巻歯５３の先端面５３ｂは、部分渦巻歯５３を除く固定渦巻歯４ｂの先端面４ｂａに倣う仮想面６０と面一となる。以下、部分渦巻歯５３の先端面５３ｂが仮想面６０と面一になる状態を「当接状態」と呼称する。
【００５３】
自律可動歯５０は、図３（ｂ）に示すように受圧部５１が段差４４ｃから離れた位置にあるとき、部分渦巻歯５３の先端面５３ｂは、仮想面６０から離間した状態となる。以下、部分渦巻歯５３の先端面５３ｂが仮想面６０から離間した状態を「離間状態」と呼称する。離間状態では、自律可動歯５０の先端面５３ｂと仮想面６０との間に隙間６１が形成される。
【００５４】
図７は、実施の形態に係るスクロール圧縮機において自律可動歯が離間状態にあるときの圧縮行程を示す渦巻動作図である。なお、図７において自律可動歯の図示は省略している。図７において（ａ）は、最外室が形成された吸入完了時を示しており、この状態の駆動軸１９の回転位相を０°とする。（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、回転位相を０°から９０°ずつ進めたときの固定渦巻歯４ｂおよび揺動渦巻歯３ｂの状態を示している。
【００５５】
自律可動歯５０が当接状態の場合、作動ガスの吸入を完了した最外室７０は、揺動スクロール３の揺動運動に伴って中心方向に移動しながら容積を減じることで内部の作動ガスの圧縮を行う。したがって、自律可動歯５０が当接状態の場合の吸入容積は、図７（ａ）においてドットで示した最外室７０の容積Ｖ１となる。
【００５６】
一方、自律可動歯５０が離間状態の場合、図７（ａ）に示すように最外室７０を構成する２つの圧縮室、つまり自律可動歯５０を境として径方向に隣接する外側圧縮室１２ａおよび内側圧縮室１２ｂが隙間６１を介して連通する。外側圧縮室１２ａは、固定渦巻歯４ｂの外面と揺動渦巻歯３ｂの内面との間に形成されている。内側圧縮室１２ｂは、固定渦巻歯４ｂの内面と揺動渦巻歯３ｂの外面との間に形成されている。外側圧縮室１２ａおよび内側圧縮室１２ｂが隙間６１を介して連通する場合、最外室７０は、揺動スクロール３の揺動運動に伴い、図７（ａ）→（ｂ）→（ｃ）に示すように中心方向に移動しながら容積を減じるものの、圧縮動作を行わない。
【００５７】
そして、図７（ｃ）に示すように外側圧縮室１２ａと内側圧縮室１２ｂとが非連通となることで、外側圧縮室１２ａにて圧縮動作が開始される。引き続き図７の（ｃ）→（ｄ）のように外側圧縮室１２ａが中心方向に移動しながら容積を減じることで作動ガスの圧縮が続けられ、外側圧縮室１２ａが最内室となると、最内室の作動ガスが吐出孔４ｆから吐出される。
【００５８】
このように、自律可動歯５０が離間状態の場合、図７（ｃ）に示す状態から圧縮が開始されるため、クロスハッチングで示した外側圧縮室１２ａの容積Ｖ２が吸入容積となる。なお、図７（ｃ）において外側圧縮室１２ａと非連通となった内側圧縮室１２ｂは、図７（ｄ）の回転位相において隙間６１を介して内側圧縮室１２ｂの外側に連通するため、圧縮室としては機能しない。
【００５９】
このように、自律可動歯５０が離間状態にあるときは、自律可動歯５０が当接状態にあるときに比べて吸入容積がＶ１からＶ２に減る。このため、電動機１６の回転数を落とすことなく低負荷での運転を行うことができる。つまり、低負荷時に電動機１６の回転数を落とさなくてよいため、作動ガスの漏れを防ぐことができる。
【００６０】
次に、自律可動歯５０に作用する力に応じた自律可動歯５０の自律的な上下動作について説明する。
【００６１】
図８は、実施の形態に係るスクロール圧縮機の自律可動歯に作用する力の説明図である。
スクロール圧縮機１００の起動後、密閉容器１内の圧力は徐々に上昇し、高圧ガス雰囲気６の圧力も上昇する。高圧ガス導入流路４３は高圧ガス雰囲気６と連通しているため、高圧ガス導入流路４３の圧力は、高圧ガス雰囲気６と同じ圧力Ｐｄとなる。いま、自律可動歯５０にかかる力を考えると、受圧部５１の湾曲面５１ａには、圧力Ｐｄによるガス力Ｆｄが軸方向下向きに加わる。また、自律可動歯５０には、磁石１３の磁力により軸方向上向きの力Ｆｍが加わる。さらに、自律可動歯５０には、部分渦巻歯５３の先端面５３ｂに、吸入圧力Ｐｓによる軸方向上向きの力Ｆｓが加わる。これらの力関係により自律可動歯５０は自律的に上下動し、全負荷運転と部分負荷運転との切り替えを行う。
【００６２】
（全負荷運転）
高負荷時、すなわち高圧ガス導入流路４３を介して上部穴４４ａに高圧の作動ガスが流入し、自律可動歯５０に作用する力関係がＦｄ＞Ｆｍ＋Ｆｓとなるとき、自律可動歯５０は軸方向下向きに押し付けられる。つまり、自律可動歯５０は揺動スクロール３側に押圧されて当接状態となり、吸入容積がＶ１となる全負荷運転が行われる。
【００６３】
（部分負荷運転）
低負荷時、すなわち自律可動歯５０に作用する力関係がＦｄ≦Ｆｍ＋Ｆｓとなるとき、自律可動歯５０は磁石１３に引きつけられ、離間状態となる。このため、最外室７０は圧縮室として機能しない無効空間となり、吸入容積がＶ２となる部分負荷運転が行われる。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態のスクロール圧縮機１００は、固定台板４ａおよび固定台板４ａに形成された固定渦巻歯４ｂを有する固定スクロール４と、揺動台板３ａおよび揺動台板３ａに形成された揺動渦巻歯３ｂを有する。スクロール圧縮機１００は、揺動渦巻歯３ｂが固定スクロール４の固定渦巻歯４ｂに組み合わされて、作動ガスを低圧から高圧に圧縮する複数の圧縮室１２を形成する揺動スクロール３と、揺動スクロール３を駆動する駆動軸１９と、駆動軸１９の軸方向に固定スクロール４を貫通して形成された挿入穴４６に挿入されて固定渦巻歯４ｂの一部を形成し、挿入穴４６の内部で自律的に上下動する自律可動歯５０と、固定スクロール４に設けられ、自律可動歯５０を挿入穴４６内で揺動スクロール３とは反対側に引き寄せて自律可動歯５０の先端面４３ｂを揺動台板３ａから離間させる磁石１３と、固定スクロール４、揺動スクロール３、駆動軸１９、自律可動歯５０および磁石１３を収容する密閉容器１とを有する。自律可動歯５０は、磁石１３による磁力と低圧により自律可動歯５０に作用する力との合力と、高圧により自律可動歯５０に作用する力との大小関係によって、挿入穴４６の内部で自律的に上下動し、自律可動歯５０の先端面５３ｂが、自律可動歯５０を除く固定渦巻歯４ｂの先端面４ｂａと面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わることで吸入容積を調整する。
【００６５】
このように、固定スクロール４の固定渦巻歯４ｂの一部を、挿入穴４６の内部で自律的に上下動する自律可動歯５０で構成し、磁石１３による磁力と密閉容器１内の圧力とに基づく自律可動歯５０の自律的な上下動により、自律可動歯５０の先端面５３ｂが、自律可動歯５０を除く固定渦巻歯４ｂの先端面４ｂａと面一になる当接状態と、面一にならずに離間する離間状態とに切り替わる構成とした。これにより、スクロール圧縮機１００の周囲構造を変更することなく自律可動歯５０の位置に応じて吸入容積を調整できる。
【００６６】
本実施の形態のスクロール圧縮機１００は、高圧により自律可動歯５０に作用する力が合力よりも大きいとき、自律可動歯５０は揺動スクロール３側に押圧され、複数の圧縮室１２のうち、自律可動歯５０を境として駆動軸１９の径方向に隣接する２つの圧縮室１２を仕切る。また、高圧により自律可動歯５０に作用する力が合力以下のとき、自律可動歯５０は揺動スクロール３から離れる方向に押圧され、２つの圧縮室１２を連通させる。
【００６７】
このように、高圧により自律可動歯５０に作用する力が合力よりも大きいとき、自律可動歯５０を境として駆動軸１９の径方向に隣接する２つの圧縮室１２が仕切られるので、高負荷時に全負荷運転を行うことができる。また、高圧により自律可動歯５０に作用する力が合力以下のとき、自律可動歯５０を境として駆動軸１９の径方向に隣接する２つの圧縮室１２が連通して圧縮動作を行わないので、低負荷時に部分負荷運転を行うことができる。
【００６８】
本実施の形態のスクロール圧縮機１００において自律可動歯５０は、円柱状の受圧部５１と部分渦巻歯５３とを有し、部分渦巻歯５３が固定渦巻歯４ｂの一部を形成している。固定台板４ａには、外周面から径方向内側に延びて挿入穴４６に連通する高圧ガス導入流路４３が形成されており、高圧ガス導入流路４３により、密閉容器１内の高圧の作動ガスが挿入穴４６に導びかれて自律可動歯５０の受圧部５１に高圧が作用する。
【００６９】
このように、高圧ガス導入流路４３によって自律可動歯５０の受圧部５１に高圧を作用させることができ、密閉容器１内の圧力により自律可動歯５０を動作させることができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  密閉容器、２  圧縮機構部、３  揺動スクロール、３ａ  揺動台板、３ｂ  揺動渦巻歯、３ｃ  ボス部、３ｄ  スラスト面、３ｅ  抽気孔、４  固定スクロール、４ａ  固定台板、４ｂ  固定渦巻歯、４ｂａ  先端面、４ｆ  吐出孔、５  油溜め空間、６  高圧ガス雰囲気、７  吸入配管、８  吸入側空間、９  逆止弁、１０  バネ、１１  吐出配管、１２  圧縮室、１２ａ  外側圧縮室、１２ｂ  内側圧縮室、１３  磁石、１４  ガス導入流路、１４ａ  流路、１５ａ  固定側オルダムリング溝、１５ｂ  揺動側オルダムリング溝、１６  電動機、１６ａ  電動機回転子、１６ｂ  電動機固定子、１８ａ  バランスウェイト、１８ｂ  バランスウェイト、１９  駆動軸、２０  主軸部、２１  揺動軸部、２２  副軸部、２３  給油路、２４ａ  供給路、２４ｂ  供給路、２５  主軸受、２６  揺動軸受、２７  副軸受、２８  スラスト軸受、２９  ホルダー、３０  ガイドフレーム、３０ａ  上部嵌合円筒面、３０ｂ  下部嵌合円筒面、３１  コンプライアントフレーム、３２ａ  コンプライアントフレーム上部空間、３２ｂ  コンプライアントフレーム下部空間、３３  スラスト面、３４  コンプライアントフレーム下端面、３５ａ  上部嵌合円筒面、３５ｂ  下部嵌合円筒面、３６ａ  上部円環状シール部材、３６ｂ  下部円環状シール部材、３７  サブフレーム、３８  中間圧空間、３９ａ  中間圧調整弁、３９ｃ  中間圧調整バネ、３９ｄ  中間圧調整弁空間、３９ｅ  貫通流路、４０  オルダムリング、４１  往復摺動面、４２ａ  固定側キー、４２ｂ  揺動側キー、４３  高圧ガス導入流路、４４  段付き連通穴、４４ａ  上部穴、４４ｂ  下部穴、４４ｃ  段差、４５  歯穴、４５ａ  傾斜面、４６  挿入穴、５０  自律可動歯、５１  受圧部、５１ａ  湾曲面、５２  シール溝、５３  部分渦巻歯、５３ａ  テーパ面、５３ｂ  先端面、６０  仮想面、６１  隙間、７０  最外室、１００  スクロール圧縮機。
【図１】
2021038614.tif 000003
【図２】
2021038614.tif 000004
【図３】
2021038614.tif 000005
【図４】
2021038614.tif 000006
【図５】
2021038614.tif 000007
【図６】
2021038614.tif 000008
【図７】
2021038614.tif 000009
【図８】
2021038614.tif 000010
【国際調査報告】
2021038614.tif 000011
2021038614.tif 000012
2021038614.tif 000013
2021038614.tif 000014