JP2009287481A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明は、背圧の低い場合の対策であった旋回押圧補助部材及び補助部材シールについて、背圧の高い場合に背圧を速やかに適正値側へ調整するスクロール流体機械を提供することを課題とする。
【解決手段】
本発明に係るスクロール流体機構は、固定スクロール部材と、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、背圧室と、背圧室の圧力を制御する背圧制御手段と、旋回スクロール部材の背面に対向して設けられ軸線方向に可動な旋回押圧補助部材と、当該旋回押圧補助部材に対して旋回スクロール部材の反対側に位置し吐出圧が導入される補助部材背面室と、補助部材背面室と背圧室を遮断するとともに、軸線方向に可動して補助部材背面室内の吐出圧により旋回押圧補助部材を前記旋回スクロール部材側へ押圧する補助部材シールとを備え、補助部材シールは背圧室と補助部材背面室とを連通する開口部を有する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、旋回スクロール部材を固定スクロール部材へ背圧により押圧するとともに、旋回スクロール部材の背面に押圧を補助する旋回押圧補助部材を備えたスクロール流体機械に係り、特に、起動時等の過渡的状況下で発生する背圧の異常上昇を回避する手段に関する。

従来のスクロール流体機械としては、旋回スクロール部材の背面に中間圧である背圧をかけて旋回スクロール部材を固定スクロール部材へ押圧しつつ運転するスクロール流体機械であって、起動時等の背圧昇圧前の過渡運転時から正規運転への移行を短時間で行うために、過渡運転時に旋回スクロール部材を固定スクロール部材側へ付勢する旋回押圧補助部材を設けていものがある（例えば、特許文献１参照）。そして、この従来技術では、旋回押圧補助部材の旋回スクロール部材への付勢力を、反旋回スクロール部材側に補助部材シールを介して導いた吐出圧により発生させている。

特開２００７−１３８８２８号公報

特許文献１に記載のスクロール流体機械により、背圧が低い非正規運転から正規運転への移行時間を短くすることができる。しかしながら、冷媒用圧縮機で冷媒が二相域となる条件下にある油を背圧室に導入した場合等、何らかの原因で背圧が吐出圧よりも上昇した非正規運転時には、正規運転へ移行する手段とはなりえず、両スクロール部材が過大な力で押圧しあい、摺動面が損傷する可能性がある。また、補助部材シールが潰れてシール性能が低下し、その結果、背圧室と吐出空間が通じて、流体機械としての動作に支障を及ぼす可能性がある。さらに、軸受への給油を背圧と吐出圧の差圧で行う差圧給油タイプの場合、軸受への給油が行われず、軸受が損傷する可能性がある。

本発明は、背圧の低い場合の対策であった旋回押圧補助部材及び補助部材シールについて、背圧の高い場合に背圧を速やかに適正値側へ調整するスクロール流体機械を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール流体機構は、固定スクロール部材と、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、旋回スクロール部材の背面側に設けられた背圧室と、旋回スクロール部材を固定スクロール部材へ押圧するように背圧室の圧力を制御する背圧制御手段と、旋回スクロール部材の背面に対向して設けられ軸線方向に可動な旋回押圧補助部材と、当該旋回押圧補助部材に対して旋回スクロール部材の反対側に位置し吐出圧が導入される補助部材背面室と、補助部材背面室と背圧室を遮断するとともに、軸線方向に可動して補助部材背面室内の吐出圧により旋回押圧補助部材を前記旋回スクロール部材側へ押圧する補助部材シールとを備え、補助部材シールは背圧室と補助部材背面室とを連通する開口部を有する。

本発明によれば、背圧の高い場合に背圧を速やかに適正値側へ調整するスクロール流体機械を提供することができる。

以下、本発明に係るスクロール流体機械の実施例を図面を用いて説明する。

本発明に係るスクロール流体機械の第１の実施例について、図１−図１８を用いて説明する。図１はスクロール流体機械の縦断面図である。図２は固定スクロール部材の渦巻体側の平面図である。図３は旋回スクロール部材の縦断面図、図４は旋回スクロール部材の背面図である。図５はフレームの上面図である。図６は本発明に係るスクロール流体機械の主要部品である旋回押圧補助部材の縦断面図、図７は旋回押圧補助部材の上面図である。図８は補助部材シールの上面図、図９は補助部材シールの縦断面図である。図１０から図１８は旋回押圧補助部材の縦断面図（図１のＰ部）を拡大した図である。図１０から図１２はなじみ層のなじみが進行する経緯を示しており、図１０は組立時、または、なじみ前＆起動前、図１１はなじみ運転中、図１２はなじみ後＆正規運転中を示している。図１３から図１６は起動時の過渡運転から正規運転への移行を示しており、図１３は起動前に背面空間が無い場合の起動前、図１４は起動前に背面空間が有る場合の起動直後、図１５は起動前に背面空間が有る場合の背圧昇圧後、図１６は起動前に背面空間が有る場合の補助部材シール上昇後を示している。図１７及び図１８は背圧が吐出圧よりも高くなった場合から正規運転への移行を示しており、図１７は背圧が吐出圧以上になった時の背面空間形成開始直後、図１８は背圧が吐出圧以上になった時の旋回押圧補助部材と補助部材シールが下がり背圧を低下させている状態を示している。

１は固定スクロール部材であり、非対称歯形である固定渦巻体１ａと固定端板１ｂとを備える。固定渦巻体１ａ及び固定端板１ｂは対称歯形でもよい。固定スクロール部材１は、後述する旋回スクロール部材２と協働して圧縮室を形成する。固定スクロール部材１の歯底面はバイパス穴１ｃを２対設け、各々にバイパス弁１１０を設ける。これにより、過圧縮抑制と液圧縮の回避を行う。さらに、後述する背圧制御弁１００を組み合わせることにより、広範囲な条件下で背圧の適正化を行う。また、固定渦巻体１ａの内線側外周部と通じる流出溝１ｄを設け、そこに背圧制御弁１００からの流出口である流出孔１００ａを開口する。

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。背圧制御弁１００は、運転で発生した吐出圧下の油とそこに溶け込んでいた流体が、主軸受１５ａ及び旋回軸受２ｃの隙間を通って旋回スクロール部材２の背面側の背圧室４へ流入することにより、ガス化等で上昇する圧力を抜く弁である。また、旋回軸受２ｃ及び主軸受１５ａの隙間によって背圧室４に流体を導くため、両軸受隙間が旋回背面流入路となる。背圧制御手段は、旋回スクロール部材２を固定スクロール部材へ押圧するように、流出孔１００ａの開口先の圧力（概略、吸込み圧の定数倍）に弁ばね１００ｂの圧縮量に対応した一定値を足した圧力に背圧を制御する。

２は旋回スクロール部材で旋回渦巻体２ａと旋回端板２ｂを備える。旋回端板２ｂの上面である旋回摺動面及び旋回渦巻体２ａの表面には、大きな負荷時に摺動が伴うと摩耗するなじみ層２ｈを形成する（図３及び図１０−図１８には、なじみ層を説明するためにその厚さを誇張して示している。実際の厚さは、両スクロール部材を噛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る。）。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る。なじみ層２ｈは、素材表面から析出して形成されるなじみが容易ななじみ容易層２ｈ１と、素材表面を侵食して形成したなじみが困難ななじみ困難層２ｈ２からなる。よって、元の素材表面までのなじみは容易に進行するが、それ以上のなじみの進行は困難となり、なじみ終了後の表面は概略元の素材表面付近となる。なじみ後の寸法がどの程度になるかを推定できるので、寸法の管理が容易であるという特徴がある。鋳鉄を素材とした旋回スクロール部材の場合、このような侵食析出型なじみ層の一例としてリン酸マンガン皮膜がある。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く、また、両方の部材に設けてももちろんよい。また、旋回端板２ｂの上面である旋回摺動面及び旋回渦巻体２ａの表面になじみ層２ｈを形成するために、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のみ強制的になじみ容易層を除去することができる。旋回背面側には、旋回オルダム溝２ｋと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を設ける。

固定スクロール部材１及び旋回スクロール部材２を噛合わせて、旋回軸受２ｃにフレーム１５により支持されたクランク軸９の偏心ピン９ａを挿入する。フレーム１５と旋回スクロール部材２との間に、旋回押圧補助部材３とオルダムリング１６を配置する。この際、旋回押圧補助部材３の反旋回スクロール部材側に円環状のシール挿入溝１５ｂを設け、シール挿入溝１５ｂの中に補助部材シール１１である円環シールを挿入する。また、オルダムリング１６のキー部を旋回スクロール部材２の旋回オルダム溝２ｋとフレーム１５のフレームオルダム溝１５ｋに挿入する。スクロール流体機械は、さらに、クランク軸９を駆動するモータ１７と、流体を取り入れる吸込みパイプ１８と圧縮した流体を吐出する吐出パイプ１９とを備える。尚、本実施例においては、クランク軸の軸方向をスクロール流体機械の軸線方向とする。

スクロール流体機械における圧縮流体の流れについて説明する。吸込みパイプ１８から流入した流体は、吸込室６（図２参照）に流入した後、固定スクロール部材１及び旋回スクロール部材２により形成される圧縮室２００で圧縮される。圧縮室２００は、モータ１７によりクランク軸９を回転し、旋回スクロール部材２をオルダムリング１６により自転することなく公転運動させることにより、形成される。その後、圧縮室２００で圧縮された流体は、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内を満たした後、ケース２０側面の吐出パイプ１９から流体機械外に流出する。この結果、ケース２０の内部は吐出圧となる。

次に、スクロール流体機械における油の流れについて説明する。差圧給油方式では、スクロール流体機械の油は、ケース２０内の吐出圧と背圧室４の背圧との圧力差を利用し、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に供給された後、背圧室４に流入する。その後、背圧制御弁１００を通り、流出孔１００ａから圧縮室２００や吸込室６に流入する（詳細は背圧制御弁の説明箇所参照）。圧縮室２００や吸込室６に流入した油は、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、油の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。

次に、本実施例における旋回押圧補助部材及び補助部材シールの構造と配置を、図５−図９を用いて説明する。旋回押圧補助部材３は、本体が円環の板形状である押圧補助板部３ｘを有し、外周部に旋回端板２ｂの素材時の厚さとほぼ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を備える。旋回スクロール素材時の厚さは、なじみ層２ｈ形成後では、なじみ困難層２ｈ２までの厚さ（図１０のＴ値）に等しい。また、押圧補助板部３ｘに複数の押圧部貫通穴３ｃを設ける。押圧部貫通穴３ｃの旋回規定面３ａ側の開口位置は、旋回規定面３ａを研磨する場合の逃げとして設ける研磨溝３ｙ内に形成され、裏面側は補助部材シール１１が押圧する位置に開口する。また、補助部材シール１１は、本体が円環の板形状であるシール押圧部１１ｅを有し、シール押圧部１１ｅの下面の内周側及び外周側にシール突起部１１ａを備える。補助部材シール１１の形状は、このような円環状ではなく、円盤状のシール押圧部を有するものを複数設けてもよい。シール押圧部１１ｅに貫通する複数のシール穴１１ｃを設ける。シール押圧部１１ｅに形成されたシール穴１１ｃはシール押圧部１１ｅを背圧室から旋回押圧補助部材に向かって貫通するように形成され、後述するように、背圧室と補助部材背面室とを連通するな開口部とする。

旋回押圧補助部材３及び補助部材シール１１の配置について説明する。まず、補助部材シール１１を、フレーム１５の底面に設けたシール挿入溝１５ｂへ挿入し、補助部材背面室８を形成する。このとき、シール突起部１１ａはシール挿入溝１５ｂの側面と軽く摺動するように、幅寸法が決められる。また、シール突起部１１ａの長さはシール挿入溝１５ｂの深さよりも小さいため（シール挿入溝１５ｂの高さは補助部材シールの高さよりも低いため）、シール挿入溝１５ｂの中へ補助部材シール１１が入り込んだ状態となる。さらに、シール押圧部１１ｅに対向するように、補助部材シール１１の上へ旋回押圧補助部材３を配置する。補助部材シール１１はシール挿入溝１５ｂに入り込んでいるため、旋回押圧補助部材３は、シール挿入溝１５ｂの内周壁を形成する箇所の上面である補助部材ベース面１５ｚに載り、フレーム補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３は離間した状態となる。

離間して形成される離間空間３００と背圧室４を繋ぐように、背圧室４内のフレームオルダム溝１５ｋと離間空間３００との間にフレーム溝１５ｘを設ける。フレーム溝１５ｘの流路抵抗は、全シール穴１１ｃの流路抵抗以下となるような形状とする。押圧部貫通穴３ｃの流路抵抗も、全シール穴１１ｃの流路抵抗以下となるような形状とする。押圧部貫通穴３ｃとシール穴１１ｃが重ならないように、押圧部貫通穴３ｃとシール穴１１ｃは設置する径寸法が異なるように配する。シール突起部１１ａは弾性体とする。補助部材背面室８内へ導入された吐出圧により、シール突起部１１ａがシール挿入溝１５ｂの側面へ押し付けられることが可能となり、シール挿入溝１５ｂの側面がシールされ、背圧室４と補助部材背面室８が遮断される。

シール突起部１１ａの長さとシール挿入溝１５ｂの深さの差は大きくとることが望ましい。それにより、離間空間３００が大きく形成され、後述する離間空間３００を経由する流れが滑らかとなり、起動不良や背圧の異常上昇を回避することができる。しかし、シール突起部１１ａの長さとシール挿入溝１５ｂの深さの差を大きくし過ぎると、補助部材シール１１の移動距離が長くなり、シール突起部１１ａの耐磨耗性の確保が問題となるため、適度な差を与えることが必要である。

ここで、シール突起部１１ａの押圧補助板部３ｘからの出っ張り寸法（シール突起長さ−押圧補助板部厚さ）は、ここにかかる摩擦力よりも補助部材シール１１を押し上げる力（押圧補助板部にかかる力）が大きくなるように設計する必要がある。これより、出っ張り寸法×シール溝とシール突起間摩擦係数＜シール押圧部幅より出っ張り寸法＜シール押圧部幅／シール溝とシール突起間摩擦係数が成立するような設計を行う。ここでシール突起部１１ａの材質としては、プラスチックまたはばね性を有するステンレスやリン青銅の金属板等を適用することができる。シール押圧部１１ｅの材質をシール突起の材質と同一とすれば、補助部材シール１１を一つの素材から削り出したり、射出成型やプレス成型が可能となる。

次に、旋回押圧補助部材３及び補助部材シール１１の動作について、図１０−図１８を用いて説明する。ここで、図１０−図１８では、各部材の縦方向の隙間は、説明のために、実際の隙間寸法よりも拡大して示している。

なじみ層がなじむ過程を図１０−図１２を用いて説明する。まず、旋回スクロール部材２に設けたなじみ層のなじみ過程について説明する。図１０は組立時の状態であるが、なじみ途中で起動前の状態とみてもよい。この時は、なじみ容易層２ｈ１も残っており、旋回端板２ｂ厚さは最大である。旋回端板２ｂを固定摺動面１ｚと旋回規定面３ａの間に配置する必要があるが、旋回押圧補助部材３には補助部材背圧がかかっていないため、旋回押圧補助部材３は下方に逃げるので、容易に組み立てることができる。ここで、旋回スクロール部材２は、フレーム１５に設けた旋回ベース面１５ｃに載るような寸法割付けとする。これは、固定摺動面２ｚと旋回摺動面２ｚの間隔が過大であると、起動時に、旋回押圧補助部材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または背圧を得ることができなくなることから、管理を要する隙間である。この隙間を決定する寸法を極力少なくするためにこの旋回ベース面１５ｃを設けた。

図１０の状態から起動すると、後述する起動動作によって、図１１のように、背圧室４の圧力が背圧となって旋回スクロール部材２が固定スクロール部材１へ押圧する。また、補助部材背面室８の圧力が吐出圧となって補助部材シール１１が押し上げられ、それに伴い、旋回押圧補助部材３が旋回スクロール部材側へ押し上げられる。突起部３ｂの突起量Ｈは、Ｔと概略等しく設定しているため、なじみ容易層２ｈ１の厚さだけ、突起部３ｂの上面と固定摺動面２ｚが離れている。この結果、旋回スクロール部材２が、固定スクロール部材１と旋回押圧補助部材３に挟み込まれながら、旋回運動を行う。この時、固定スクロール部材１から旋回スクロール部材２へは、背圧室４の背圧による押圧力に加えて、補助部材背面室８の補助部材背圧による押圧力もかかるため、なじみ層２ｈが急激に削れてなじんでいく。このため、なじみに要する時間を短縮でき、なじみ層の形状補正効果による漏れ損失の低減を短時間で達成することができる。さらに、なじみ層の表面は、なじみ容易層２ｈ１であるため、初期のなじみ速度は非常に大きなものとなり、なじみに要する時間をさらに短縮できる。なじみ運転は、突起部３ｂの上面が固定摺動面１ｚの外周部に押圧して、旋回スクロール部材２にかかる補助部材背面室８の補助部材背圧による押圧力が低下するまで継続する。

なじみ運転が終了した状態を図１２に示す。なじみ終了時の正規運転時では、旋回スクロール部材２にかかる押圧力がなじみ時よりも低減されるので、機械損失が低減して性能が向上する。ここで、突起部３ｂの上面と固定摺動面１ｚとの押圧状態によっては、なじみ後も補助部材背面力の一部を旋回スクロール部材２にわずかにかけ続けることが可能となる。このような状態は、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が、補助部材シール１１による旋回押圧補助部材３の弾性変形を利用することにより、広い条件範囲でこの２面が接する状態を実現できる。この場合には、旋回スクロール部材２の不慮の振動等が低減できるので、漏れ損失や機械損失の増大を抑制することができる。また、旋回放射溝２ｘのために、外周室７の圧力は背圧室４とほぼ同じ圧力となり、旋回規定面３ａと旋回背面２ｊのシール性を考慮せずに押圧力の制御を行うことができる。

なじみ終了時には、旋回端板２ｂ厚さはほぼＴとなり、突起部３ｂの突起量Ｈとほぼ等しくなる。このことは、上述した侵食析出型なじみ層とＴとＨを略同一とする寸法設定より、なじみ容易層２ｈ１がほぼ磨耗しきった状態にとなることがわかる。つまり、なじみ過程におけるなじみは、なじみ容易層２ｈ１のなじみが大半を占めることになり、なじみ初期に限らず、なじみ全期間に渡って、なじみを容易に実現できる。したがって、なじみ時間を短縮できるので、なじみ層の形状補正効果による漏れ損失の低減を短時間で達成することができる。実際の場合は、加工誤差のために旋回端板２ｂ厚さＴと突起部突起量Ｈをまったく同一にすることはできない。また、なじみ層処理のばらつきのため、なじみ困難層２ｈ２と母材の厚さの和が旋回端板２ｂの厚さＴからずれる場合もある。Ｈ＞（なじみ困難層２ｈ２と母材の厚さの和）である場合には、なじみ終了時点までのなじみは、全てなじみ容易層２ｈ１の磨耗で実現できるため、なじみ時間を最も短縮することができる。逆に、Ｈ＜（なじみ困難層２ｈ２と母材の厚さの和）である場合には、なじみの最終過程でなじみ困難層まで磨耗が進むため、正規運転における旋回背面２ｊと旋回規定面３ａのクリアランス（以下「背面クリアランス」という。）がほぼ０のままで保持されるため、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を抑制することができる。

次に、起動過程を図１３−図１６を用いて説明する。ここでは、なじみ後の場合について説明するが、なじみ途中における起動時も同様である。したがって、組立時またはなじみ途中における起動前（図１０）から正規運転（図１１）までの状態移行の説明にもなる。ところで、起動前の状態には、大別して２通りの場合がある。これを、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３が離間せず、押圧部１１ｂに設けるシール穴１１ｃが閉じている場合である。図１４は、補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３が離間して、押圧部１１ｂに設けるシール穴１１ｃが離間空間３００に開口している場合である。

まず、図１３に示す前者の場合の起動過程を説明する。旋回ベース面１５ｃと旋回端板２ｂ厚さから決まる隙間と概略同一の隙間が軸線方向にあいた両スクロール部材により不十分ながら流体を圧縮し、その昇圧した流体を、補助背面吐出圧導入路１５ｈにより、補助部材背面室８に導入する。補助部材背面室８の投影面積は不十分な補助部材背圧でも十分に旋回スクロール部材２を押し上げるに足る押圧力を発生できる面積に設定する。この結果、補助部材背面室８への圧力が、圧力低下や時間遅れもなく、起動とほぼ同時に流入する。補助部材背面室８が加圧されることにより補助部材シール１１が軸線方向に上昇し、これにともない、旋回押圧補助部材３が補助部材シール１１に押し上げられる。さらに、補助部材シール１１に押し上げられた旋回押圧補助部材３が旋回スクロール部材２を上昇させ、旋回スクロール部材２が固定スクロール部材１側に移動する。そのようになると、旋回スクロール部材２及び固定スクロール部材１の隙間は急激に縮小し、旋回スクロール部材２及び固定スクロール部材１の間に形成される圧縮室２００のシール性が向上し、吐出圧が正規の圧力まで上昇する。吐出圧が正規の圧力まで上昇すると、軸受への給油が増大するため、背圧室４に背圧が導入され、これによる押圧力も生じ始める。以上により、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正規運転モードに移行できるため、信頼性の高いスクロール流体機械を提供できる。

次に、図１４に示す後者の場合の起動過程を、図１４−図１６を用いて説明する。旋回ベース面１５ｃと旋回端板２ｂ厚さから決まる隙間と概略同一の隙間が、軸線方向にあいた両スクロール部材で不十分ながら流体を圧縮し、圧縮された流体は、補助背面吐出圧導入路１５ｈを経由して補助部材背面室８へ流入する。シール穴１１ｃが離間空間３００に開口しているため、補助部材背面室８へ流入した昇圧流体は、図１４中の矢印で示すように、シール穴１１ｃを通って離間空間３００に流入する。シール３は、上下面ともほぼ同じ圧力となるため、上下方向に移動せず、元の位置に留まり、離間空間３００の形成が継続される。離間空間３００は、主としてフレーム溝１５ｘ及び押圧部貫通穴３ｃにより背圧室４と通じているため、離間空間３００に入った昇圧流体は、背圧室４へ流入する。したがって、旋回スクロール部材２の背面全域がほぼ吐出圧力となる。これにより、旋回スクロール部材２は固定スクロール部材１へ確実に押圧される。何故ならば、旋回端板２ｂの上面はたかだか吐出圧であるうえに必ず吐出圧よりも低い吸込圧領域があるため、それによって生じる押下げ力は、下面全域の吐出圧で生じる押圧力よりも必ず小さくなるからである。このように、旋回スクロール部材２が固定スクロール部材１へ押圧されると、両スクロール部材の軸線方向の隙間である渦巻体の歯先歯底隙間は急激に縮小し、それらの間に形成される圧縮室２００のシール性が向上して、吐出圧が正規の圧力へ向かって上昇を始める。これに伴い、背圧室４内の圧力も上昇するが、その途中で、背圧制御弁１００の弁体１００ｃが押し上げられる。この結果、図１５で示すように、吸込室６または圧縮室２００へ昇圧流体が流出し、背圧室４内の圧力である背圧は吐出圧より低い所望の圧力に調整される。背圧制御弁１００が動作することで、背圧室４内の圧力が強制的に吐出圧よりも低下するため、吐出圧である補助部材背面室８と背圧室４の間に圧力差が生じる。シール穴１１ｃには直列的に配置されるフレーム溝１５ｘまたは押圧部貫通穴３ｃと同等かそれ以上の流路抵抗があるため、補助部材背面室８と離間空間３００に圧力差が生じる。この圧力差によって、補助部材シール１１が上向きに動きうる力を発生させ、図１６で示すように、旋回押圧補助部材３へ補助部材シール１１が押圧される。旋回押圧補助部材３へ補助部材シール１１が押圧される、離間空間３００は無くなって、シール穴１１ｃが旋回押圧補助部材３で塞がれ、補助部材シール１１による補助部材背面室８と背圧室４の間のシールが完了する。これにより、補助部材シール１１が、旋回押圧補助部材３を伴って、旋回スクロール部材２の側へ押し上げられる。したがって、背面クリアランス（旋回背面２ｊと旋回規定面３ａのクリアランス）を極めて低減した高効率運転を実現することができる。

最後に、吐出圧より上昇した背圧を低減する動作について、図１７及び図１８を用いて説明する。背圧が吐出圧よりも高くなると、旋回押圧補助部材３が押し下げられ、これにともない、補助部材シール１１が下降する。図１７に示すように、旋回押圧補助部材３は補助部材ベース面１５ｚまで押し下げられる。その後、図１８に示すように、押圧部貫通穴３ｃを通って、吐出圧よりも高圧の背圧が旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の間に流入し、両者を離間させて離間空間３００を形成する。これにより、シール穴１１ｃが開口し、背圧室４と補助部材背面室８とが連通する。この結果、背圧室４の吐出圧よりも高圧の流体が、押圧部貫通穴３ｃとフレーム溝１５ｘによって離間空間３００へ流入し、その後、シール穴１１ｃを通って補助部材背面室８へ入り、最後に、補助背面吐出圧導入路１５ｈを通って吐出圧であるケース２０の内部空間へ流出する。これは、異常上昇した背圧が吐出圧に低下するまで継続する。その後、背圧制御弁１００の制御動作によって、背圧が吐出圧よりも低下し始めると、前述した図１４−図１６の説明に従って、正規運転へ移行する。

つまり、本実施例に係るスクロール流体機械は、背圧室４と補助部材背面室８とを連通する開口部を補助部材シール１１が備えることを特徴とする。より具体的には、この開口部は、旋回押圧補助部材３を押圧する補助部材シール１１のシール押圧部１１ｅを背圧室４から旋回押圧補助部材３に向かって貫通するシール穴１１ｃである。

そして、背圧室４の圧力が吐出圧より低い場合にはシール押圧部１１ｅに形成された開口部であるシール穴１１ｃが旋回押圧補助部材３により閉止される。一方、背圧室４の圧力が吐出圧以上の場合には、旋回押圧補助部材３が補助部材シール１１と離間することにより、背圧室４と補助部材背面室８とが連通する。より具体的には、吐出圧以上となった背圧室４の圧力を補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３との間に流入させることにより、旋回押圧補助部材３を補助部材シール１１と離間させる。

また、補助部材背面室８へ導入される吐出圧は補助背面吐出圧導入路１５ｈから補助部材背面室８に導入される。ここで、背圧室４の圧力が吐出圧以上の場合には、背圧室４の圧力が吐出圧となるまで、背圧室４の圧力がシール穴１１ｃを通して補助背面吐出圧導入路１５ｈから排出される。

尚、図示していないが、シール突起部１１ａ間隔を広げる予圧ばねをいれることもできる。これにより、補助部材背面室８に高圧流体が流入していない場合でも、シール突起部１１ａを、シール挿入溝１５ｂの側面に押し付け、シールを確保できるため、起動をさらにスムースに実現することができる。

以上説明したように、補助部材シール１１に開口部であるシール穴１１ｃを設けることにより、異常上昇した背圧を低下させ、速やかに適正値側へ調整することができる。したがって、両スクロール部材の過大な押圧力による摺動面の損傷を回避することができる。

また、シール穴１１ｃがない場合、離間空間３００が吐出圧以上となると、補助部材シール１１がシール挿入溝１５ｂ下面に押し付けられ、弾性体からなるシール突起部１１ａが縦方向に潰されて損傷し、シール動作が不可能となる。本発明に係るシール穴と背面空間を確保する手段を備えることにより、補助部材シール１１がシール挿入溝１５ｂ下面に押し付けられるのを回避でき、シール動作の信頼性を高めることができる。

さらに、軸受への給油を背圧と吐出圧の差圧で行う差圧給油タイプである場合、背圧が吐出圧以上に上昇すると軸受への給油が行われなくなる。しかしながら、本実施例によれば、軸受への給油が行われなくなるような状態を速やかに回避できるため、軸受の損傷を防止し、信頼性の高い流体機械を提供することができる。詳細に述べれば、背圧を吐出圧まで低下しても、差圧給油は動作しないが、本実施例における給油は、クランク軸９の中心に穿たれる給油穴９ｂとクランク軸９の外周にある給油穴出口の径差による遠心給油も備えているため、背圧を吐出圧まで低下できれば、遠心給油による給油が行われるので、軸受の損傷を回避することができる。

本発明に係るスクロール流体機械の第２の実施例について、図１９を用いて説明する。図１９は背面空間付近の拡大縦断面図である。背圧が吐出圧と等しいかそれ以上の場合に、補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３を離間させるシール離間手段として、旋回押圧補助部材３背面側で押圧部貫通穴３ｃの開口部を繋ぐ圧力導入溝３ｄを設ける。圧力導入溝３ｄ以外の構成は第１の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

圧力導入溝３ｄはシール穴１１ｃにかからない位置に設けられる。背圧が吐出圧以上の場合、補助部材シール１１が旋回押圧補助部材３に押圧しなくなる。ここで、補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３との間に油が入っているため、補助部材シール１１と旋回押圧補助部材３との間に高圧の背圧流体が入りにくい状況が生じる。しかしながら、圧力導入溝３ｄにより、旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１との間に広い背圧領域が常時確保される。このため、背圧が吐出圧以上となった際には、背圧領域の圧力によって補助部材シール１１が下方へ押されて変形し、圧力導入溝３ｄの周辺の旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の間に隙間が生じる。そうなると、この隙間にも背圧がかかるため、背圧領域が広がる。この背圧領域は、背圧領域が広がるほど補助部材シール１１の変形が大きくなり、この結果大きな隙間が生じて、拡大速度が増大する。よって、圧力導入溝３ｄを設けることにより、背圧が吐出圧以上となった際に、旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の離間動作を短時間で完了させることができる。この結果、吐出圧以上の異常背圧を短時間で低下でき、両スクロール部材の摺動面や補助部材シールや軸受の信頼性を一層向上させることができる。

なお、本実施形態では、押圧部貫通穴３ｃの開口部を繋ぐ溝を設けたが、これに限らず、押圧部貫通穴３ｃの開口部周囲を掘込むような掘込み形状としてもよい。この場合には、旋回押圧補助部材３の剛性低下を抑制でき、旋回押圧補助部材の寸法管理が容易となる。また、押圧部貫通穴３ｃの開口部を繋ぐ溝を、補助部材シール１１側に設ければ、旋回押圧補助部材３の剛性低下を回避できるため、旋回押圧補助部材の寸法管理が一層容易となる。

本発明に係るスクロール流体機械の第３の実施例について、図２０を用いて説明する。図２０は背面空間付近の拡大縦断面図である。シール離間手段として、補助部材シールと旋回押圧補助部材と圧縮した弾性体を配置する。具体的には、圧力導入溝３ｄに波板ばねである板状離間ばね１２を設ける。板状離間ばね１２以外の構成は第２の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

圧力導入溝３ｄに圧縮した板状離間ばね１２を配置するので、背圧が吐出圧以上の場合に、板状離間ばね１２の力で旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１を離す動作のきっかけを生じさせることができる。これにより、押圧部貫通穴３ｃやフレーム溝１５ｘからスムースに背圧を導入でき、離間空間３００を速やかに形成できる。この結果、吐出圧以上の異常背圧をさらに短時間で低下でき、両スクロール部材の摺動面や補助部材シールや軸受の信頼性を一層向上させることができる。

板状離間ばね１２の山部に押圧部貫通穴３ｃが配置されると、開口部を塞いでしまう。このため、押圧部貫通穴３ｃの数と板状離間ばね１２の山の数を、互いに素とする。押圧部貫通穴３ｃや板状離間ばね１２の山は等間隔に形成されるものとする。これにより、最悪の場合でも、シール穴１個と押圧部貫通穴１個の閉塞で済むため、両穴を通る流体の流れに不具合を生じさせることがない。また、板状離間ばね１２の２つの山の中間位置に押圧部貫通穴３ｃを配置するとともに、板状離間ばね１２の山部の一箇所のみを圧力導入溝３ｄ内に固定するようにして、板状離間ばね１２と押圧部貫通穴３ｃの回転位置関係を規定してもよい。そして、押圧部貫通穴３ｃの数を山の数と同数か倍数とする。これにより、開口する押圧部貫通穴３ｃの数が一定となるため、起動や背圧上昇回避性能が安定する。

本実施例においては、板状離間ばね１２を旋回押圧補助部材に設けた溝に収納したが、収納溝を補助部材シール１１側に設けてもよい（点線で描いた溝参照）。また、板状離間ばね１２を単純に旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の間に挟んでもよい。この場合には、旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の押圧時に板状離間ばね１２が平らになる必要があり、ばね強さは離間動作を確保する中で、最小の設定とする。

本発明に係るスクロール流体機械の第４の実施例について、図２１を用いて説明する。図２１は背面空間付近の拡大縦断面図である。シール離間手段として、旋回押圧補助部材３と補助部材シール１１の間に、つるまきばねであるつるまき状離間ばね１３を設ける。つるまき状離間ばね１３以外の構成は第２の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

つるまき状離間ばね１３を押圧部貫通穴３ｃの下部に配置したため、第２の実施例で説明したように不具合は生じず、シール穴１１ｃと押圧部貫通穴３ｃの開口が常に確保される。これにより、常に同一のシール穴１１ｃと押圧部貫通穴３ｃが流体の流路として動作できるため、背圧室４からの高圧流体の逃がし動作を安定化できる。

本発明に係るスクロール流体機械の第５の実施例について、図２２を用いて説明する。図２２は背面空間付近の拡大縦断面図である。補助部材シール１１のシール押圧部１１ｅを、ドーム状に盛り上がらせたドーム型シール押圧部１１ｅ１を有する補助部材シール１１とする。ドーム型シール押圧部１１ｅ１を有する補助部材シール１１以外の構成は第１の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

ドーム型シール押圧部１１ｅ１は、ばね作用を有するため、シール離間手段とみなすことができる。よって、シールとシール離間手段を一体化したため、部品点数を低減することができる。図２２では、説明のために、ドーム型シール押圧部の曲率を強調して示したが、実際は、突起による出っ張り量は０.０５〜１mm程度に設定する。

本発明に係るスクロール流体機械の第６の実施例について、図２３を用いて説明する。図２３は背面空間付近の拡大縦断面図である。旋回ベース面の代わりに、補助部材ベース面１５ｚに載せた旋回押圧補助部材３の上面とし、また、外周室７を背圧室４と繋ぐために、旋回放射溝の代わりに、旋回押圧補助部材３に傾斜穴３ｆを設ける。このような構成以外は第５の実施例と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

旋回押圧補助部材３の上面を旋回ベース面とすることにより、旋回ベース面を設けるスペースが不要となるため、押圧補助板部３ｘが広がる。よって、旋回スクロール部材との対向領域を旋回運動で狭まる箇所においても充分に確保できるようになるため、押圧補助板部３ｘが旋回スクロール部材と押圧する場合でも過大な押圧力が加わることがなく、両者の損傷を回避することができる。

また、傾斜穴３ｆを設けたことで、旋回スクロール部材２の外周側の放射溝をなくすことができるため、旋回端板２ｂの剛性が増大し、荷重や熱による変形を減少することができる。したがって、両スクロール部材間の隙間管理が容易となるため漏れが抑制でき、その結果、より高性能なスクロール流体機械を提供することができる。

また本実施形態では、傾斜穴３ｆを複数設けるため、これらの両端を各々繋ぐ入口溝３ｇと出口溝３ｅの円状溝を設ける。また、補助部材シール１１のシール押圧部１１ｅ下面中央に、環状突起部１１ｆを設ける。これにより、補助部材シール１１の剛性が増大し、シール性を発揮するために押圧されるシール押圧部１１ｅの損傷が低減するので、信頼性を向上させることができる。

第１実施例におけるスクロール流体機械の縦断面図。 第１実施例における固定スクロール部材の背面図。 第１実施例における旋回スクロール部材の縦断面図。 第１実施例における旋回スクロール部材の背面図。 第１実施例におけるフレームの上面図。 第１実施例における旋回押圧補助部材の縦断面図。 第１実施例における旋回押圧補助部材の上面図。 第１実施例における補助部材シールの上面図。 第１実施例における補助部材シールの縦断面図。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（組立時、または、なじみ前＆起動前）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（なじみ運転中）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（なじみ後＆正規運転中）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（起動前に背面空間が無い場合の起動前）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（起動前に背面空間が有る場合の起動直後）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（起動前に背面空間が有る場合の背圧昇圧後）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（起動前に背面空間が有る場合の補助部材シール上昇後）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（背圧が吐出圧以上になった時の背面空間形成開始直後）。 第１実施例における旋回押圧補助部材の拡大縦断面図（背圧が吐出圧以上になった時の旋回押圧補助部材と補助部材シールが下がり、背圧を低下させている状態）。 第２実施例における背面空間付近の拡大縦断面図。 第３実施例における背面空間付近の拡大縦断面図。 第４実施例における背面空間付近の拡大縦断面図。 第５実施例における背面空間付近の拡大縦断面図。 第６実施例における背面空間付近の拡大縦断面図。

符号の説明

１ 固定スクロール部材
１ａ 固定渦巻体
１ｂ 固定端板
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
３ｃ 押圧部貫通穴
３ｄ 圧力導入溝
３ｘ 押圧補助板部
４ 背圧室
５ 貯油室
６ 吸込室
７ 外周室
８ 補助部材背面室
９ クランク軸
９ａ 偏心ピン
９ｂ 給油穴
１０ 給油パイプ
１１ 補助部材シール
１１ａ シール突起部
１１ｃ シール穴
１１ｅ シール押圧部
１１ｅ１ ドーム型シール押圧部
１２ 板状離間ばね
１３ つるまき状離間ばね
１５ フレーム
１５ａ 主軸受
１５ｂ シール挿入溝
１５ｈ 補助背面吐出圧導入路
１５ｘ フレーム溝
１５ｚ 補助部材ベース面
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
１００ 背圧制御弁
２００ 圧縮室
３００ 離間空間

Claims (9)

1. 固定スクロール部材と、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、前記旋回スクロール部材の背面側に設けられた背圧室と、前記旋回スクロール部材を前記固定スクロール部材へ押圧するように前記背圧室の圧力を制御する背圧制御手段と、前記旋回スクロール部材の背面に対向して設けられ軸線方向に可動な旋回押圧補助部材と、当該旋回押圧補助部材に対して前記旋回スクロール部材の反対側に位置し吐出圧が導入される補助部材背面室と、前記補助部材背面室と前記背圧室を遮断するとともに、前記軸線方向に可動して前記補助部材背面室内の吐出圧により前記旋回押圧補助部材を前記旋回スクロール部材側へ押圧する補助部材シールと、を備えたスクロール流体機械において、
   前記補助部材シールは前記背圧室と前記補助部材背面室とを連通するように構成された開口部を有することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記開口部は、前記旋回押圧補助部材を押圧する前記補助部材シールのシール押圧部を前記背圧室から前記旋回押圧補助部材に向かって貫通するシール穴であることを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記背圧室の圧力が吐出圧より低い場合は前記開口部は前記旋回押圧補助部材により閉止され、前記背圧室の圧力が吐出圧以上の場合に前記旋回押圧補助部材が前記補助部材シールと離間することにより前記背圧室と前記補助部材背面室とが連通することを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。
4. 吐出圧以上となった前記背圧室の圧力を前記補助部材シールと前記旋回押圧補助部材との間に流入させることにより、前記旋回押圧補助部材を前記補助部材シールと離間させることを特徴とする請求項３に記載のスクロール流体機械。
5. 前記補助部材背面室へ導入される吐出圧は補助背面吐出圧導入路から前記補助部材背面室に導入され、
   前記背圧室の圧力が吐出圧以上の場合には、前記背圧室の圧力が吐出圧となるまで、前記背圧室の圧力が前記開口部を通して前記補助背面吐出圧導入路から排出されることを特徴とする請求項３又は４に記載のスクロール流体機械。
6. 前記背圧室の圧力が吐出圧以上の場合に、前記補助部材シールと前記旋回押圧補助部材とを離間させるシール離間手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のスクロール流体機械。
7. 前記シール離間手段は、前記補助部材シールの前記旋回押圧補助部材側に吐出圧以上となった前記背圧室の圧力を導入する背圧導入経路を備えることを特徴とする請求項６に記載のスクロール流体機械。
8. 前記補助部材シールと前記旋回押圧補助部材との間に、圧縮した弾性体を配置することを特徴とする請求項７に記載のスクロール流体機械。
9. 前記補助部材シールの高さは、前記補助部材シールが挿入されるシール挿入溝の高さよりも低いことを特徴とする請求項１乃至８の何れか記載のスクロール流体機械。

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