JP4844642B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機、特に吸入容積を調整可能であるスクロール圧縮機に関する。

過去に、「固定スクロールの鏡板内に吸入容積調整機構が組み込まれたスクロール圧縮機」が提案されている（例えば、特許文献１（特開２００７−１５４７６１号公報）参照）。

この吸入容積調整機構は、主に、固定スクロールの鏡板を貫通し固定スクロールの渦巻溝の底面に開口する貫通孔と、貫通孔に連通する流体導入路と、貫通孔に挿入されるピストンと、貫通孔内においてピストンを流体導入路側に付勢する付勢部材と、ピストンの環状溝に嵌め込まれる直角合口の金属製ピストンリングとから構成されており、「固定スクロールのラップの内周面と可動スクロールのラップの外周面との間に形成される第１圧縮室」と「固定スクロールのラップの外周面と可動側ラップの内周面との間に形成される第２圧縮室」とを連通させる調整運転状態と、第１圧縮室と第２圧縮室とを遮断させる通常運転状態（吸入容積が１００％となる状態）を切り換えることにより、スクロール圧縮機構の吸入容積を調整する。具体的には、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも高圧の流体が流体導入路に導入されると、ピストンが押し下げられて貫通孔下端の空間が閉塞され、第１圧縮室と第２圧縮室とが遮断される状態、つまり通常運転状態となる。一方、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも低圧の流体が流体導入路に導入されると、ピストンが押し上げられて貫通孔下端の空間が開放され、第１圧縮室と第２圧縮室とが連通される状態、つまり調整運転状態となる。

ところで、このような吸入容積調整機構では、貫通孔とピストンとの間には僅かな隙間が存在する。このため、高圧流体が流体導入路に導入されると、その高圧流体が、その隙間を通って圧縮室内に流れ込み、通常運転時のスクロール圧縮機の能力を低下させてしまうおそれがある。このおそれを取り除くために、この吸入容積調整機構では、ピストンの環状溝に直角合口の金属製ピストンリングを嵌め込んでいる。このピストンリングは、自らの弾性力で貫通孔の壁面に密着して流体導入路に導入される高圧流体が圧縮室に流れ込むのを防いでいる。しかし、直角合口の金属製ピストンリングには、ピストンと共に貫通孔に挿入された状態において、合口の部分に僅かな隙間が生じるため、流体導入路に導入される高圧流体の圧縮室への流れ込みを完全に防げる訳ではない。

本発明の課題は、固定スクロールの鏡板内に吸入容積調整機構が組み込まれたスクロール圧縮機において、流体導入路に導入される高圧流体の圧縮室への流れ込みをより抑制し、通常運転時のスクロール圧縮機の能力低下を抑制することにある。

第１発明に係るスクロール圧縮機は、第１スクロール部材、第２スクロール部材、ケーシング、流体導入管、ピストン及び段付合口のピストンリングを備える。第１スクロール部材は、第１平板部、第１渦巻壁部、流体吸入口、第１貫通孔及び第３貫通孔を有する。第１渦巻壁部は、第１平板部の第１１板面から第１１板面に略垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる。流体吸入口は、第１渦巻壁部の巻き終わり端の近傍に形成される。なお、この流体吸入口は、第１平板部に設けられてもよい。第１貫通孔は、第１渦巻壁部の最外壁と最外壁に対向する内周壁とに挟まれる第１１板面部分のうち流体吸入口から所定長さ離れた位置に位置する第１１板面部分に開口する第１開口から第１平板部を貫通するように延びる。第３貫通孔は、第１貫通孔に連通する。第２スクロール部材は、第２平板部及び第２渦巻壁部を有する。第２渦巻壁部は、第２平板部の第２１板面から第２１板面に略垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる。そして、この第２渦巻壁部は、第１渦巻壁部と噛み合う。ケーシングは、第１スクロール部材及び第２スクロール部材を収容する。流体導入管は、第１貫通孔の第１開口の反対側に形成されている開口からケーシングを貫通して延びる。そして、この流体導入管は、内部空間が第１貫通孔に連通する。ピストンは、環状溝及び第２貫通孔を有する。環状溝は、ピストンの側面に形成される。第２貫通孔は、流体導入管側のピストンの端面及び環状溝の底面に開口する。なお、第２貫通孔において、流体導入管側のピストンの端面に開口する開口の数や配置、環状溝の底面に開口する開口の数及び配置については、適宜決定することができる。また、第２貫通孔の断面積はピストンと第１貫通孔との隙間の断面積以上となるのが好ましい。そして、このピストンは、第１貫通孔内において付勢部材により流体導入管側に付勢されている。そして、このピストンは、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が流体導入管内部に導入される場合に第３貫通孔と第１貫通孔とが連通したままの状態で第１開口を遮蔽する状態となり、流体導入管内部に付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも小さな圧力を付与する流体が導入される場合に第１開口の上部に隙間空間を形成するとともに隙間空間と第３貫通孔とを連通させる状態となる。段付合口のピストンリングは、ピストンの環状溝に嵌め込まれる。

このスクロール圧縮機では、ピストンに環状溝及び第２貫通孔が形成されており、さらに、環状溝には段付合口のピストンリングが嵌め込まれている。このため、このスクロール圧縮機では、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が流体導入管内部に導入され第１開口がピストンによって遮蔽されるとき、高圧流体がピストンの第２貫通孔を通り段付合口のピストンリングを第２貫通孔の壁に押しつける。なお、このとき、ピストンリングは、わずかに広がるが、合口が段付構造を有しているため、ピストンリングに隙間は生じず高圧流体の漏れを有効に防ぐことができる。また、このとき、高圧流体はピストンと第２貫通孔とのわずかな隙間を流れる。このため、ピストンリングは、第１開口側に押しつけられる。このため、このスクロール圧縮機では、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が流体導入管内部に導入される場合に、その高圧流体が、第１スクロール部材及び第２スクロール部材によって形成される圧縮室に流れ込むのを有効に抑制することができる。したがって、このスクロール圧縮機では、通常運転時（吸入容積が１００％となる運転時）の能力低下を抑制することができる。

第２発明に係るスクロール圧縮機は、第１発明に係るスクロール圧縮機であって、ピストンリングは、樹脂製である。

本発明に係るスクロール圧縮機では、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が流体導入管内部に導入される場合に、その高圧流体が、第１スクロール部材及び第２スクロール部材によって形成される圧縮室に流れ込むのを有効に抑制することができる。したがって、このスクロール圧縮機では、通常運転時（吸入容積が１００％となる運転時）の能力低下を抑制することができる。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 吸入容積調整機構の縦断面図である。 固定スクロールの底面図である。 固定スクロールのサブアセンブリを示す縦断面図である。 吸入容積調整機構を構成する圧縮コイルバネの縦断面図である。 （ａ）吸入容積調整機構を構成するピストンの縦断面図である。（ｂ）（ａ）に示されるピストンのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 ピストンリングの外観斜視図である。 調整運転時のピストンの状態を示す縦断面図である。 通常運転時のピストンの状態を示す縦断面図である。 圧縮機構の第１段階の状態を示す横断面図である。 圧縮機構の第２段階の状態を示す横断面図である。 圧縮機構の第３段階の状態を示す横断面図である。 圧縮機構の第４段階の状態を示す横断面図である。 圧縮機構の第５段階の状態を示す横断面図である。 圧縮機構の第６段階の状態を示す横断面図である。 第１実施形態の変形例に係る圧縮機構の横断面図である。 第２実施形態に係る吸入容積調整機構の縦断面図である。 第３実施形態に係る圧縮機構の第１段階の状態を示す横断面図である。 第３実施形態に係る圧縮機構の第２段階の状態を示す横断面図である。

−第１実施形態−
第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１は、蒸発器や、凝縮器、膨張機構などと共に冷媒回路を構成し、その冷媒回路中の低圧ガス冷媒を圧縮し高圧ガス冷媒を生成する役割を担うものであって、図１に示されるように、主に、密閉ドーム型のケーシング１０、スクロール圧縮機構２０、吸入容積調整機構３０、駆動モータ４５、クランク軸４０、下部主軸受４８、吸入管１４及び吐出管１５から構成されている。以下、この高圧ドーム型スクロール圧縮機１の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

＜高圧ドーム型スクロール圧縮機の構成部品の詳細＞
（１）ケーシング
ケーシング１０は、図１に示されるように、主に、略円筒状の胴部１１と、胴部ケーシング部１１の上部を覆う椀状の蓋部１２と、胴部ケーシング部１１の下部を覆う椀状の底部１３とから構成される。なお、胴部１１と蓋部１２、及び胴部１２と底部１３はガス冷媒が漏れ出さないように気密に溶接されて一体化されている。そして、このケーシング１０には、主に、ガス冷媒を圧縮するスクロール圧縮機構２０と、スクロール圧縮機構２０の下方に配置される駆動モータ４５とが収容されている。なお、このスクロール圧縮機構２０と駆動モータ４５とは、ケーシング１０内を上下方向に延びるように配置されるクランク軸４０によって連結されている。

（２）スクロール圧縮機構
スクロール圧縮機構２０は、図１に示されるように、主に、ハウジング２３と、ハウジング２３の上方に密着して配置される固定スクロール２１と、固定スクロール２１に噛合する可動スクロール２２と、可動スクロール２２の自転運動を防止するオルダムリング２４とから構成されている。以下、このスクロール圧縮機構２０の構成部品についてそれぞれ詳述していく。

ａ）ハウジング
ハウジング２３は、図１に示されるように、主に、フランジ部２３ａ、本体部２３ｂ及び軸受部２３ｃから構成されており、本体部２３ｂがケーシング１０の胴部１１に嵌合して接合されている。フランジ部２３ａは、本体部２３ｂの上端において本体部２３ｂから径方向外側に突出している。軸受部２３ｃは、本体部２３ｂよりも小径に形成され、本体部２３ｂの下面から下方へ突出している。この軸受部２３ｃは、滑り軸受２３ｄを介してクランク軸４０の主軸部４１を回転自在に支持する。

ｂ）固定スクロール
固定スクロール２１は、図１に示されるように、主に、略円板状に形成される鏡板２１ａと、鏡板２１ａの下面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ２１ｂと、縁部２１ｃとから構成されている。

鏡板２１ａには、固定スクロール２１及び可動スクロール２２によって形成される圧縮室に連通する吐出通路２６と、吐出通路２６に連通する拡大凹部２１ｇと、吸入容積調整機構３０を構成するのに必要な連通孔３２とが形成されている。吐出通路２６は、鏡板２１ａの中央部分において上下方向に延びるように形成されている。拡大凹部２１ｇは、鏡板２１ａの上面に開口する凹部である。そして、固定スクロール２１の上面には、この拡大凹部２１ｇを塞ぐように蓋体２７がボルト（図示せず）により締結固定されている。そして、拡大凹部２１ｇに蓋体２７が覆い被せられることにより吐出空間２８が形成される。なお、鏡板２１ａと蓋体２７とは、図示しないパッキンを介して密着させることによりシールされている。なお、上記吐出空間２８に吐出されたガス冷媒は、固定スクロール２１及びハウジング２３に形成されたガス通路（図示せず）を通じてハウジング２３の下方の高圧空間１６に導かれ、吐出管１５からケーシング１０外へ吐出される。また、ケーシング１０内において、ハウジング２３の下方の空間は高圧空間１６となっており、ハウジングの上方の空間（圧縮機構２０の周囲の空間）は低圧空間１７となっている。連通孔３２は、鏡板２１ａの板厚方向に沿って鏡板２１ａを貫通する孔であって、大径孔部３２ａ及び小径孔部３２ｂから構成されている。大孔径部３２ａは鏡板２１ａの上面に開口し、小径孔部３２ｂは固定スクロール２１の渦巻溝２１ｇの巻き終わり端から所定距離内側に入ったところに位置する渦巻溝２１ｇの底面に開口している。なお、この小径部３２ｂの渦巻溝底面の開口は、可動スクロール２２のラップ２２ｂの厚みよりも大きな直径を有する円形の穴である。なお、吸入容積調整機構３０については後に詳述する。

ラップ２１ｂは、可動スクロール２２のラップ２２ｂよりも約１／２巻き分だけ渦巻きの巻き数が長くなっている（つまり、非対称渦巻き構造となっている）。ただし、このラップ２１ｂの最外周の一巻き分には外周面は形成されておらず、その範囲でラップ２１ｂが固定スクロール２１の縁部２１ｃにつながっている。そして、固定側ラップ２１ｂの巻き終わり端は、外周側端部とそれよりも一巻き分だけ長く巻かれたところに位置する内周側端部とが向き合った形で終結しており、その近傍に可動側ラップ２２ｂの外周側端部（巻き終わり端）が位置している。

縁部２１ｃは、鏡板２１ａの外周縁部から下方へ向かって延びる壁状の部分と、その壁上の部分の下端部から径方向外側に突出しハウジング２３のフランジ部２３ａの上面にボルト締結されるフランジ状の部分とから構成されている。

また、この固定スクロール２１には、ラップ２１ｂの巻き終わり端近傍に吸入ポート２９が形成されている。そして、この吸入ポート２９には、吸入管１４が嵌合されている。また、この吸入ポート２９には、逆止弁（図示せず）が設けられている。この逆止弁は、固定スクロール２１及び可動スクロール２２によって形成される圧縮室への冷媒の流れ込みのみを許容し、逆向きの冷媒の流れを塞き止める。

ｃ）可動スクロール
可動スクロール２６は、図１に示されるように、主に、略円板状に形成される鏡板２２ａと、鏡板２２ａの上面に形成された渦巻き状（インボリュート状）のラップ２２ｂと、鏡板２２ａの下面に形成された軸受部２２ｃと、鏡板２２ａの両端部に形成される溝部２２ｅとから構成されている。

鏡板２２ａは、ハウジング２３の上端面に設けられた第１凹部２３ｅ内に位置する。

軸受部２２ｃは、ハウジング２３の本体部２３ｂに設けられた第２凹部２３ｆ内に位置する。

ラップ２２ｂは、固定スクロール２１のラップ２１ｂに噛合させられている。この結果、両ラップ２１ｂ，２２ｂの接触部の間には、図２に示されるように、複数の圧縮室２５ａ，２５ｂが形成される。なお、本実施の形態では、説明の便宜上、固定スクロール２１のラップ２１ｂの内周面と可動スクロール２２のラップ２２ｂの外周面との間に形成される圧縮室２５ａを「第１圧縮室」と称し、固定スクロール２１のラップ２１ｂの外周面と可動側ラップ２２ｂの内周面との間に形成される圧縮室２５ｂを「第２圧縮室」を称する。なお、スクロール圧縮機構２０では、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂは、それぞれ、複数形成される。また、本実施の形態では、ラップ２１ｂの巻き数が可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き数よりも多い。このため、第１圧縮室２５ａの最大容積は、第２圧縮室２５ｂの最大容積よりも大きい。そして、軸受部２２ｃには、滑り軸受２２ｄを介してクランク軸４０の偏心部４２が挿入される。溝部２２ｅには、オルダムリング２４が嵌め込まれる。なお、オルダムリング２４はハウジング２３に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれているので、可動スクロール２２は、オルダムリング２４を介してハウジング２３に支持されていることになる。そして、可動スクロール２２は、このようにスクロール圧縮機構２０に組み込まれることによってクランク軸４０の回転によって自転することなく主軸部４１の軸心を中心としてハウジング２３内を公転運動する。なお、可動スクロール２２の公転半径は、偏心部４２の偏心量、すなわち主軸部４１の軸心から偏心部４２の軸心までの距離に等しい。そして、圧縮室２５ａ，２５ｂは、可動スクロール２２の公転に伴い、容積が中心に向かって収縮する。本実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では、このようにしてガス冷媒を圧縮するようになっている。

ｄ）オルダムリング
オルダムリング２４は、上述したように、可動スクロール２２の自転運動を防止するための部材であって、ハウジング２３に形成されるオルダム溝（図示せず）に嵌め込まれている。なお、このオルダム溝は、長円形状の溝であって、ハウジング２３において互いに対向する位置に配設されている。

（３）吸入容積調整機構
吸入容積調整機構３０は、圧縮機構２０の吸入行程における圧縮室２５ａ，２５ｂの吸入閉じ切り位置（吸入行程が完了し、圧縮行程が開始される位置）を調節することにより吸入容積を調整する機構であって、図３に示されるように、主に、固定スクロール２１の鏡板２１ａに形成される連通孔３２と、内部空間が連通孔３２と連通するガス冷媒導入管５０と、ガス冷媒導入管５０の端部を受容する開口を有するとともにガス冷媒導入管５０を支持し連通孔３２の上側を覆う蓋体２７と、連通孔３２に挿入されるピストン３３と、ピストン３３をガス冷媒導入管側に向かって付勢する圧縮コイルバネ３５と、「ガス冷媒導入管５０を通じてピストン３３に低圧圧力を印加する状態」と「ガス冷媒導入管Ｘを通じてピストン３３に圧縮コイルバネ３５の単位面積当たりの付勢力に抗して高圧圧力を印加する状態」とを切り換える切換弁３６とから構成されている。

ピストン３３は、図７に示されるように、主に、小径孔部３２ｂと嵌合する寸法のプラグ部３３ａと、プラグ部３３ａよりも大径であり外周側に圧縮コイルバネ３５が装着されるバネ受け部３３ｂと、バネ受け部３３ｂよりも大径のシール装着部３３ｃと、シール装着部３３ｃの外周に形成される円環状のシール装着溝３３ｄと、シール装着部３３ｃの上端面とシール装着溝３３ｄの底面とに開口する貫通孔３３ｆとから構成されている。なお、シール装着溝３３ｄには、図８に示されるような樹脂製のピストンリング３３ｅが装着される。また、このピストンリング３３ｅの合い口は、図８に示されるように、直角合口ではなく段付合口になっている。そして、このピストン３３は、圧縮コイルバネ３５及び切換弁３６により連通孔３２を開放する開放位置と、連通孔３２を閉鎖する閉鎖位置とに移動可能となっている。また、貫通孔３３ｆは、図７に示されるように、ピストン３３の中心軸に沿って形成される縦孔３３ｇと、縦孔の下端から半径方向外周側に延びる４本の横孔３３ｈとから構成されている。

この吸入容積調整機構３０は、このような構成をとることにより第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとを連通状態と遮断状態とに切り換え可能となっている。具体的には、切換弁３６によりピストン３３の後端面（上端面）に低圧圧力を印加した状態では、ピストン３３を押し下げようとする力よりも圧縮コイルバネ３５がピストン３３を押し上げる力が勝って図３及び図９に示されるように上記連通孔３２が開く結果、ピストン３３下部に隙間空間ＳＰが形成され、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが連通状態になる（図３参照）。一方、切換弁３６によりピストン３３の後端面に高圧圧力を印加した状態では、ピストン３３を押し下げる力が、圧縮コイルバネ３５によりピストン３３を押し上げようとする力よりも勝って図１０に示されるように連通孔３２が閉塞され、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが遮断状態となる。なお、遮断状態では、設計値通りの吸入容積で冷媒が圧縮される。なお、以下、この状態での運転を「通常運転」と称する。また、連通状態では、設計値よりも少ない吸入容積で冷媒が圧縮される。なお、以下、この状態での運転を「調整運転」と称する。なお、本実施の形態では、調整運転が行われるとき、駆動モータ４５の回転速度は通常運転時の駆動モータ４５の回転速度よりも速められる。

（４）駆動モータ
駆動モータ４５は、本実施の形態においてインバータ制御により回転速度を可変に調整することが可能なブラシレスＤＣモータであって、主に、ケーシング１０の内壁面に固定された環状のステータ４６と、ステータ４６の内側に僅かな隙間（エアギャップ通路）をもって回転自在に収容されたロータ４７とから構成されている。そして、この駆動モータ４５は、ステータ４６の上側に形成されているコイルエンド４６ａの上端がハウジング２３の軸受部２３ｃの下端とほぼ同じ高さ位置になるように配置されている。

ステータ４６には、ティース部に銅線が巻回されており、上方および下方にコイルエンド４６ａが形成されている。

ロータ４７は、上下方向に延びるように胴部１１の軸心に配置されたクランク軸４０を介してスクロール圧縮機構２０の可動スクロール２２に連結されている。そして、このロータ４７が回転することによりクランク軸４０が回転される。

（５）クランク軸
クランク軸４０は、上下方向に延びるように胴部１１の軸心に配置されている。このクランク軸４０は、主に、主軸部４１及び偏心部４２から構成されている。偏心部４２は、主軸部４１よりも小径に形成され、主軸部４１の上端面に形成されている。そして、この偏心部４２は、主軸部４１の軸心に対して所定寸法だけ偏心している。

なお、クランク軸４０の内部には、上下方向へ延びる給油通路が形成されている。また、主軸部４１の下端部には、給油ポンプ４３が設けられている。この給油ポンプ４３によってケーシング１０の底部から冷凍機油が吸い上げられ、その冷凍機油は、クランク軸４０の給油通路を通って圧縮機構２０の摺動部やクランク軸４０の軸受部へ供給される。

（６）下部主軸受
下部主軸受４８は、駆動モータ４５の下方の下部空間に配設されている。この下部主軸受４５は、ケーシング１０の胴部１１に固定されるとともに滑り軸受４８ａを介してクランク軸４０の主軸部４１の下端部を回転自在に支持している。

（７）吸入管
吸入管１４は、冷媒回路の冷媒をスクロール圧縮機構１５に導くためのものであって、ケーシング１０の蓋部１２を貫通して固定スクロール２１に嵌入されている。

（８）吐出管
吐出管１５は、ケーシング１０内の冷媒をケーシング１０外に吐出させるためのものであって、ケーシング１０の胴部１１を貫通して胴部１１に取り付けられている。なお、この吐出管１５は、端部がケーシング１０内の圧縮機構２０と駆動モータ４５の間に位置するように配置されている。

＜高圧ドーム型スクロール圧縮機の運転動作＞
駆動モータ４５が駆動されると、クランク軸４０が回転し、可動スクロール２２が固定スクロール２１に対して公転運動を行う。その際、可動スクロール２２は、オルダムリング２４によって自転が阻止される。そして、可動スクロール２２の公転運動に伴って、圧縮室２５ａ，２５ｂの容積が周期的に増減を繰り返す。圧縮室２５ａ，２５ｂでは、吸入ポート２９に連通した部分の容積が増大するときに冷媒回路の冷媒が吸入管１４から吸入ポート２９を通って圧縮室２５ａ，２５ｂに吸い込まれ、吸入側が閉じ切られた部分の容積が減少するときに冷媒が圧縮される。なお、このとき、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂは、それぞれに間欠的に吸入ポート２９に連通する。また、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂは、それぞれに間欠的に吐出通路２６に連通する。そして、圧縮された冷媒は、吐出通路２６を通って吐出空間２８に吐出される。吐出室２８に吐出された冷媒は、その後、図示しないガス通路を通じてハウジング２３の下方の高圧空間１６に流入し、吐出管１５から冷媒回路の凝縮器に供給される。

（１）通常運転時の圧縮機構の動作
ここでは、通常運転時の圧縮機構２０の冷媒吸入動作及び冷媒圧縮動作について、図１１から図１６を参照して説明する。通常運転では、ピストン３３が閉鎖位置にあって連通孔３２を閉鎖しており、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが遮断状態となっている。なお、図１１から図１６では、圧縮機構２０の動作状態が６つの段階に分けられて示されている。なお、これらの図では、可動スクロール２２が時計回り方向に所定の角度間隔で公転している様子が表されている。

先ず、第１段階（図１１参照）では、可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き終わり端が固定スクロール２１のラップ２１ｂの間に位置しており、最外周の第１圧縮室２５ａ−０と第２圧縮室２５ｂ−０との両方が吸入ポート２９に連通しており、低圧側に開放された状態となっている。なお、図の中心線Ｙ上のポイントＰ１で可動側ラップ２２ｂの外周面と固定側ラップ２１ｂの内周面とが実質的に接触しており（なお、ここにいう「接触」は、ミクロンオーダーの隙間はあるが、油膜が形成されるために冷媒の漏れが問題にならない状態を意味する）、その接触位置（シールポイント）Ｐ１よりも内周側（渦巻きの巻始め側）に位置する第１圧縮室２５ａ−１は既に圧縮行程に入っている。

第１段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第２段階（図１２参照）に移ると、可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き終わり端の内周面が固定スクロール２１のラップ２１ｂの外周面に接触し、その接触位置（シールポイント）Ｐ２が第２圧縮室２５ｂ−１の吸入閉じ切り位置となる。このとき、最外周の第１圧縮室２５ａ−０は容積が拡大する吸入行程の途中であり、まだ巻き終わり側のシールポイントは形成されていない。

第２段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第３段階（図１３参照）に移ると、第２圧縮室２５ｂ−１は容積が縮小し、冷媒の圧縮行程が始まり、最外周の第１圧縮室２５ａ−０は容積がさらに拡大しし、冷媒の吸入行程が進む。

第３段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第４段階（図１４参照）に移ると、第２圧縮室２５ｂ−１の圧縮行程、及び最外周の第１圧縮室２５ａ−０の吸入行程がさらに進む。なお、このとき、既に圧縮途中の第２圧縮室２５ｂ−１に対して渦巻きの巻き終わり側に新たな第２圧縮室２５ｂ−０が形成され、そこで吸入行程が開始される。

第４段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第５段階（図１５参照）に移ると、最外周の第２圧縮室２５ｂ−０の吸入行程がさらに進む一方、可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き終わり端の外周面が固定スクロール２１のラップ２１ｂの内周面に接触し、その接触位置（シールポイント）Ｐ１が第１圧縮室２５ａ−１の吸入閉じ切り位置となる。

第５段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第６段階（図１６参照）に移ると、第５段階において形成された第１圧縮室２５ａ−１の圧縮行程が進むとともに、最外周の第２圧縮室２５ｂ−０の吸入行程が進む。そして、この段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転すると、第１段階に戻って、圧縮途中の第１圧縮室２５ａ−１の外周側（渦巻きの巻き終わり側）に新たな第１圧縮室２５ａ−０が形成される。そして、第１圧縮室２５ａ−２及び第２圧縮室２５ｂ−２は、最も内周側へ移動して容積が最小になったときに吐出ポート２６と連通し、十分に圧縮された冷媒が圧縮機構２０から吐出される。

（２）調整運転時の圧縮機構の動作
ここでは、調整運転時の圧縮機構２０の冷媒吸入動作及び冷媒圧縮動作について、同じく図１１から図１６を参照して説明する。調整運転では、ピストン３３が開放位置にあって連通孔３２の小径部３２ｂが開放されており、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが連通状態となっている。

先ず、第１段階（図１１参照）では、通常運転時と同様に、可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き終わり端が固定スクロール２１のラップ２１ｂの間に位置しており、最外周の第１圧縮室２５ａ−０と第２圧縮室２５ｂ−０との両方が吸入ポート２９に連通しており、低圧側に開放された状態となっている。しかし、調整運転では、この第１圧縮室２５ａ−１は連通孔３２を介して、吸入行程の途中にある最外周の第２圧縮室２５ｂ−０に連通している。したがって、第１圧縮室２５ａ−１はまだ吸入閉じ切り位置の手前の状態であり、第２圧縮室２５ｂ−０と同様に吸入行程の途中の段階にある。

第１段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第２段階（図１２参照）に移ると、固定スクロール２１のラップ２１ｂの内周面と可動スクロール２２のラップ２２ｂの外周面との接触点Ｐ１が連通孔３２を通過した直後の位置に変位する。したがって、このときの接触位置（シールポイント）Ｐ１が第１圧縮室２５ａ−１の吸入閉じ切り位置となる。一方、この状態で、通常運転時には閉じ切られていた最外周の第２圧縮室２５ｂ−１は、圧縮行程に入った第１圧縮室２５ａ−１の渦巻き外周側に形成されている最外周の第１圧縮室２５ａ−０に連通孔３２を通じて連通している。そして、この最外周の第１圧縮室２５ａ−０が吸入行程の途中であるため、第２圧縮室２５ｂ−１は吸入閉じ切り前である。なお、この状態は、第３段階（図１３参照）及び第４段階（図１４参照）でも同様であり、第２圧縮室２５ｂ−１は吸入閉じ切り前の状態で、まだ巻き終わり側のシールポイントは形成されていない。また、このとき、最外周の第１圧縮室２５ａ−０も吸入行程の途中である。なお、第４段階では、第２圧縮室２５ｂ−１の渦巻き外周側に、新たな第２圧縮室２５ｂ−０が形成され始める。

第４段階から可動スクロール２２が更に時計回り方向に公転して第５段階（図１５参照）に移ると、固定スクロール２１のラップ２１ｂの外周面と可動スクロール２２のラップ２２ｂの内周面との接触点Ｐ２が連通孔３２を通過する。したがって、このときの接触点Ｐ２が第２圧縮室２５ｂ−１のシールポイントとなり、第２圧縮室２５ｂ−１の圧縮行程が開始される。なお、通常運転時にはこの状態で最外周の第１圧縮室２５ａ−１が閉じ切られた状態になっていたが、調整運転時では最外周の第１圧縮室２５ａ−１が最外周の第２圧縮室２５ｂ−０を通じて低圧側に連通している。このため、第１圧縮室２５ａ−１は、まだ吸入行程の途中である。なお、この状態は、第６段階（図１６参照）及び第１段階（図１１参照）でも同様である。

このように、連通孔３２が開放されると、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂの両方の吸入容積が通常運転時に比べて小さくなる。その結果、調整運転では、通常運転時よりもガス循環量が小さくなり、低能力運転となる。なお、本実施の形態では、調整運転が行なわれる場合、駆動モータ４５の回転速度が通常運転時よりも速められるように設定されている。このため、調整運転時の能力を通常運転時の能力と同等に保つこともできる。

＜第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機の特徴＞
本実施の形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では、吸入容積調整機構３０において、ピストン３３にシール装着溝３３ｄ及び貫通孔３３ｆが形成されており、さらに、シール装着溝３３ｄには段付合口のピストンリング３３ｅが嵌め込まれている。このため、このスクロール圧縮機１では、ピストン３３を付勢する圧縮コイルバネ３５の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与するガス冷媒がガス冷媒導入管５０内部に導入されると、高圧ガス冷媒がピストン３３の貫通孔３３ｆを通ってピストンリング３３ｅを貫通孔３３ｆの壁に押しつける。このとき、ピストンリング３３ｅは、わずかに広がるが、合口が段付構造を有しているため、高圧流体の漏れを有効に抑制することができる。また、高圧ガス冷媒導入当初、高圧ガス冷媒はピストン３３と固定スクロール２１の連通孔３２との僅かな隙間を流れる。このため、ピストンリング３３ｅは、圧縮室側に押しつけられる。このため、このスクロール圧縮機１では、圧縮コイルバネ３５の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する高圧ガス冷媒がガス冷媒導入管５０内部に導入される場合に、その高圧流体が、圧縮室２５ａ，２５ｂに流れ込むのを有効に抑制することができる。したがって、このスクロール圧縮機１では、通常運転時の能力低下を抑制することができる。

＜第１実施形態の変形例＞
（Ａ）
第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では、固定スクロール２１のラップ２１ｂは、可動スクロール２２のラップ２２ｂよりも約１／２巻き分だけ渦巻きの巻き数が長くなっていたが、図１７に示されるように、固定スクロール２１のラップ２１ｂの巻き数は、可動スクロール２２のラップ２２ｂの巻き数と等しくてもかまわない。なお、かかる場合であって、運転動作は図１１〜図１６の例と同一となる。

（Ｂ）
第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では連通孔３２の小径孔部３２ｂの開口が固定スクロール２１の渦巻き溝の外周側一巻き範囲内に一箇所のみ設けられていたが、連通孔３２の開口は複数箇所に設けてもよい。また、かかる場合、その開口に対応する連通孔が複数形成されてもよい。このようにすると、圧縮機構２０の吸入容積を段階的に調整することができる。したがって、冷媒回路の運転条件に応じて、より細かい制御を行うことが可能となる。

（Ｃ）
第１実施形態では固定スクロール２１及び可動スクロール２２が組み合わせられたスクロール圧縮機構２０を有するスクロール圧縮機が一例として説明されたが、本発明は、両歯タイプのスクロール圧縮機や、両方のスクロール部材が旋回するタイプのスクロール圧縮機にも適用可能である。

（Ｄ）
第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では固定スクロール２１に形成される連通孔３２は大径孔部３２ａ及び小径孔部３２ｂから構成されていたが、連通孔はこのような形状に限定されることはなく適宜適した形状に成形されてもかまわない。

−第２実施形態−
第２実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１は、吸入容積調整機構を除いて第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１と同一である。したがって、ここでは、主に、吸入容積調整機構についてのみ説明を行う。

第２実施形態に係る吸入容積調整機構１３０には、第１実施形態に係る吸入容積調整機構３０の構成要素に加え更に、低圧空間１７と大径孔部３２ａとを連通させるリーク孔１３２が設けられている（図１８参照）。本実施の形態では、吸入容積調整機構１３０がこのように構成されることにより、調整運転時には第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが互いに連通するとともに第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂが低圧空間１７に連通する。なお、通常運転時には第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが遮断されるとともに第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂが低圧空間１７から遮断される。

＜第２実施形態の変形例＞
（Ａ）
第２実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では、リーク孔１３２により低圧空間１７と大径孔部３２ａとが連通されたが、リーク孔は、圧縮機構２０の吸入側の配管と小径孔部３２ｂとを連通するように形成されてもよいし、吸入空間が設けられている場合にはその吸入空間と小径孔部３２ｂとを連通するように形成されてもよい。

（Ｂ）
第２実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１では、調整運転時において第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂとが互いに連通するとともに第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂが低圧空間１７に連通するように連通孔３２及びリーク孔１３２が形成されたが、調整運転時において第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂの一方が低圧空間１７に連通するように連通孔３２及びリーク孔１３２が形成されてもよい。

−第３実施形態−
第３実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１は、連通孔を除いて第１実施形態に係る高圧ドーム型スクロール圧縮機１と同一である。したがって、ここでは、主に、連通孔についてのみ説明を行う。

第３実施形態に係る連通孔１３２ａ，１３２ｂは、図１９に示されるように２つ形成されており、一方が第１圧縮室２５ａ用に形成されており、もう一方が第２圧縮室２５ｂ用に形成されている。なお、ここで、符号１３２ａで示される連通孔（以下「第１連通孔」という）が第１圧縮室２５ａ用のものであり、符号１３２ｂで示される連通孔（以下「第２連通孔」という）が第２圧縮室２５ｂ用のものである。また、本実施の形態において、これらの連通孔１３２ａ，１３２ｂは互いに独立した孔となっている。また、これらの連通孔１３２ａ，１３２ｂの開口は図１９に示されるように円弧形状となっており、第１連通孔１３２ａの開口は固定スクロール２１のラップ２１ｂの内周面に沿っており、第２連通孔１３２ｂの開口は固定スクロール２１のラップ２１ｂの外周面に沿っている。

かかる場合、吸入容積調整機構は、第１実施形態に係る吸入容積調整機構３０と同様のものであればよい。ただし、ピストン３３の形状は、各連通孔１３２ａ，１３２ｂに適合するようにする必要がある。

本実施の形態において、通常運転では、第１実施形態及び第２実施形態と同様、渦巻きの巻き終わり側で離れていたラップ２１ｂ，２２ｂ同士が実質的に接触してシールポイントが形成された位置が吸入閉じ切り位置となり、その時点で、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂが形成される。

一方、調整運転では、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂのいずれにおいても、両ラップ２１ｂ，２２ｂの接触位置が連通孔１３２ａ，１３２ｂの開口のある位置を通過するまでは圧縮室２５ａ，２５ｂが閉じ切られない。つまり、第１圧縮室２５ａ及び第２圧縮室２５ｂの一方は、接触位置が連通孔１３２ａ，１３２ｂの開口を通過するまで、接触位置の内周側の部分が外周側の部分を介して圧縮機構２０の吸入側に連通した状態であり、接触位置が連通孔１３２ａ，１３２ｂの開口を通過した直後の位置が吸入閉じ切り位置となる。図１９及び図２０を用いてさらに具体的に説明すると、図１９に示される段階において、通常運転では閉じ切られている第２圧縮室２５ｂ−１は、調整運転では閉じ切られていない。また、図２０に示される段階において、通常運転では閉じ切られている第１圧縮室２５ａ−１は、図１９に示される段階と同様に、調整運転では閉じ切られていない。

このため、この本実施の形態に係るスクロール圧縮機においても吸入容積の大きさを調整することが可能となる。

＜第３実施形態の変形例＞
（Ａ）
第３実施形態に係るスクロール圧縮機では、固定スクロールの鏡板に、第１圧縮室２５ａ用の第１連通孔１３２ａと、第２圧縮機２５ｂ用の第２連通孔１３２ｂとが設けられたが、第１圧縮室２５ａの吸入容積のみを小さくできるように第１圧縮室２５ａ用の連通孔１３２ａのみを形成するようにしてもよい。このようにすれば、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂのガスの圧力差を小さくすることができる。したがって、ガス荷重のアンバランスや、渦巻きの自転トルクの変動による振動の影響を小さくすることが可能となる。

（Ｂ）
第３実施形態では特に言及しなかったが、ガス荷重のバランスは第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂの相対的な関係である。このため、第１圧縮室２５ａと第２圧縮室２５ｂの両方の吸入容積を調整することができるように、第２圧縮室２５ｂの吸入容積の調整位置を第１圧縮室２５ａの吸入容積の調整位置よりも渦巻きの外周側（巻き終わり側）にずらすようにしてもよい。

本発明に係るスクロール圧縮機は、付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が流体導入管内部に導入される場合であっても、その高圧流体が、第１スクロール部材及び第２スクロール部材によって形成される圧縮室に漏れるのを有効に防止することができるという特徴を有し、特に更新需要向けのスクロール圧縮機として有用である。

１ スクロール圧縮機
１０ ケーシング
２０ 圧縮機構
２１ 固定スクロール（第１スクロール部材）
２１ａ 鏡板
２１ｂ ラップ
２１ｃ 縁部（最外壁）
２２ 可動スクロール（第２スクロール部材）
２２ａ 鏡板
２２ｂ ラップ
２９ 吸入ポート（流体吸入口）
３２ 連通孔（第１貫通孔）
３３ ピストン
３３ｃ 環状溝
３３ｅ ピストンリング
３３ｆ 貫通孔（第２貫通孔）
３５ 圧縮コイルバネ（付勢部材）
５０ ガス冷媒導入管（流体導入管）
ＳＰ 隙間空間

特開２００７−１５４７６１号公報

Claims (2)

1. 第１平板部（２１ａ）と、前記第１平板部の第１１板面から前記第１１板面に略垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延びる第１渦巻壁部（２１ｂ）と、前記第１渦巻壁部の巻き終わり端の近傍に形成される流体吸入口（２９）と、前記第１渦巻壁部の最外壁（２１ｃ）と前記最外壁に対向する内周壁とに挟まれる第１１板面部分のうち前記流体吸入口から所定長さ離れた位置に位置する第１１板面部分に開口する第１開口から前記第１平板部を貫通するように延びる第１貫通孔（３２）と、前記第１貫通孔に連通する第３貫通孔（１３２）とを有する第１スクロール部材（２１）と、
   第２平板部（２２ａ）と、前記２平板部の第２１板面から前記第２１板面に略垂直な方向に向かって渦巻形状を保持しながら延び前記第１渦巻壁部と噛み合う第２渦巻壁部（２２ｂ）とを有する第２スクロール部材（２２）と、
   前記第１スクロール部材及び前記第２スクロール部材を収容するケーシング（１０）と、
   前記第１貫通孔の前記第１開口の反対側に形成されている開口から前記ケーシングを貫通して延び、内部空間が前記第１貫通孔に連通する流体導入管（５０）と、
   前記第１貫通孔内において付勢部材（３５）により流体導入管側に付勢されており、側面に形成される環状溝（３３ｄ）と、前記流体導入管側の端面及び前記環状溝の底面に開口する第２貫通孔（３３ｆ）とを有し、前記付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも大きな圧力を付与する流体が前記流体導入管内部に導入される場合に前記第１貫通孔と第３貫通孔とが連通したままの状態で前記第１開口を遮蔽する状態となり、前記流体導入管内部に前記付勢部材の単位面積当たりの付勢力よりも小さな圧力を付与する流体が導入される場合に前記第１開口の上部に隙間空間（ＳＰ）を形成するとともに前記隙間空間と前記第３貫通孔とを連通させる状態となるピストン（３３）と、
   前記ピストンの環状溝に嵌め込まれる段付合口のピストンリング（３３ｅ）と
   を備えるスクロール圧縮機（１）。
2. 前記ピストンリングは、樹脂製である
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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