JP5717863B2 - 横形スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば空気調和装置、冷凍装置等を構成する冷凍サイクルの一要素として搭載され、冷媒を圧縮する横形スクロール圧縮機に関するものである。

従来から、横形スクロール圧縮機が存在している。そのようなものとして、固定スクロール台板部に、圧縮室の前記吐出口に連通する以前の部分から圧縮流体の一部をバイパス可能なバイパス孔と、このバイパス孔を開閉させる弁と、このバイパス孔から前記流体を前記部分より低圧部分へ排出する排出孔で構成される容量制御機構と、台板中央部に設けられた吐出口を開閉させるフロート弁と、備えた横形スクロール圧縮機が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開平４−２９８６９３号公報（第４頁、第１図）

特許文献１に記載されているような横形スクロール圧縮機では、低外気状態で暖房運転を行う場合、圧縮室の温度が高くなるため、歯先接触防止として、渦巻に液冷媒を入れ込むインジェクション機構を設けることが一般的である。また、従来の横形スクロール膨張機では、高圧縮比運転では圧力差増によりフロート弁の上下運動が激しくなるため、弁リフトが一定で、一端が支持され上下運動が安定しているリード弁を設けることが一般的である。しかしながら、固定スクロール背面側にすべての仕様を構成するためには、従来の横形スクロール圧縮機では内部スペースが確保できず、すべての仕様を構成できないという問題点があった。

特に、横形スクロール圧縮機を電車等の車両に搭載する場合、大きさの制約が更に上乗せさせることになるので、従来の横形スクロール圧縮機では内部スペースの確保が更に困難なものになっていた。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、リード弁と、容量制御機構と、インジェクション機構と、を大型化することなく搭載した横形スクロール圧縮機を提供することを目的としている。

本発明に係る横形スクロール圧縮機は、油貯めが形成される密閉容器と、前記密閉容器内に配置され、渦巻体を備えた揺動スクロールとともに流体圧縮機構の一部を構成する渦巻体を備えた固定スクロールと、前記固定スクロールの背面に配置され、該固定スクロールの吐出口を開閉するリード弁と、前記固定スクロールの背面側に配置され、前記リード弁とともに前記固定スクロールを覆う弁カバーと、前記固定スクロールに形成された複数の容量制御ポートを介して圧縮途中の冷媒を低圧側に導く容量制御機構と、前記固定スクロールに形成された１つのインジェクションポートを介し、前記揺動スクロールの渦巻体と前記固定スクロールの渦巻体とによって形成される複数の圧縮室のうちの１つに液冷媒を注入するインジェクション機構と、を備え、前記弁カバーには、前記固定スクロールの吐出口と連通する第１貫通孔、前記固定スクロールに形成された複数の容量制御ポートと連通する第２貫通孔、及び、前記固定スクロールに形成されたインジェクションポートに連通する第３貫通孔が形成され、前記容量制御機構は、前記第２貫通孔を介して前記固定スクロールに形成された前記容量制御ポートに接続され、前記インジェクション機構は、前記第３貫通孔を介して前記固定スクロールに形成された前記インジェクションポートに接続されており、前記固定スクロールの前記吐出口の縁に、前記弁カバーに形成されている第１貫通孔に嵌るように前記弁カバー側に向かって突出させた突起部を設けたものである。

本発明に係る横形スクロール圧縮機によれば、大型化を招くことなく、リード弁、容量制御機構、及び、インジェクション機構を備えることができる。よって、本発明に係る横形スクロール圧縮機によれば、限られたスペースであっても搭載することができ、高圧縮比運転の実現ができる。

本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機の構成例を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機の流体圧縮機構の一部を分解した状態の概略を示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機の弁カバー部分を拡大して示した概略拡大図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機の定常運転範囲を説明するためのグラフである。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機の固定スクロールの背面側の構成の一部を示した概略斜視図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機のインジェクションポートの形成位置を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機のインジェクションポートの形成位置を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機のインジェクションポートの径を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る横形スクロール圧縮機（以下、圧縮機１００と称する）の構成例を示す縦断面図である。図２は、図１中に示した流体圧縮機構２０の一部を分解した状態の概略を示す分解斜視図である。図３は、図１中に示した弁カバー４部分を拡大して示した概略拡大図である。図１〜図３に基づいて、圧縮機１００の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、横形スクロール圧縮機とは、主軸の軸方向を横向き（鉛直方向に対し所定の角度で傾斜させた向き）に配置した圧縮機のことである。

この圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫等の冷凍装置、自動販売機、空気調和装置、給湯器等の冷凍サイクル装置を構成する冷凍サイクルの一要素として搭載され、冷媒を圧縮するために用いられるものである。この圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒等の作動流体を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。また、圧縮機１００は、リード弁１０と、容量制御機構５０と、インジェクション機構６０と、が大型化することなく密閉容器１内に構成されている。

なお、図１では、主軸７の一端側（流体圧縮機構２０側）が他端側（油貯め１３側）よりも上に位置するように傾斜させて配置した状態の横形スクロール圧縮機を例に示している。ただし、主軸７を鉛直方向に対して９０°に傾斜させ、横形スクロール圧縮機を水平配置してもよい。

［圧縮機１００の構成］
圧縮機１００は、密閉容器１と、流体圧縮機構２０と、モーター３０と、第１フレーム８と、オルダムリング９と、主軸７と、を主たる要素として構成されている。密閉容器１は、圧力容器となっており、圧縮機１００の外郭を構成している。流体圧縮機構２０及びモーター３０は、密閉容器１内に収納されている。図１に示すように、流体圧縮機構２０が密閉容器１の吐出側に、モーター３０が密閉容器１の油貯め１３側に配置されている。

第１フレーム８は、密閉容器１の内周面に固着され、揺動スクロール３を回転自在に軸方向に支持するとともに、モーター３０で発生した駆動力を流体圧縮機構２０に伝達する主軸７を回転自在に径方向に支持するものである。オルダムリング９は、揺動スクロール３の自転を防ぐものである。主軸７は、モーター３０で発生した駆動力を流体圧縮機構２０に伝達するものである。

なお、密閉容器１の底部は、潤滑油を貯留する油貯め１３となっている。また、密閉容器１には、作動流体を吸入するための吸入側配管１０３と、作動流体を吐出するための吐出側配管１０４とが連接されている。

流体圧縮機構２０は、吸入側配管１０３から吸入した冷媒ガス等の作動流体を圧縮して密閉容器１内の吐出空間１０５に排出する機能を有している。この吐出空間１０５に排出された作動流体は、吐出側配管１０４から圧縮機１００の外部に吐出されるようになっている。モーター３０は、流体圧縮機構２０で作動流体を圧縮するために、流体圧縮機構２０を構成する揺動スクロール３を駆動する機能を果たすようになっている。つまり、モーター３０は、主軸７を介して揺動スクロール３を駆動することによって、流体圧縮機構２０で作動流体を圧縮させるようになっている。

流体圧縮機構２０には、固定スクロール２と、揺動スクロール３と、が組み合わされて配置されている。固定スクロール２は吐出側に、揺動スクロール３は油貯め１３側に配置されるようになっている。固定スクロール２には、一方の面に立設された渦巻状突起である渦巻体２ｃが形成されている。また、揺動スクロール３にも、一方の面に立設された渦巻状突起である渦巻体３ａが形成されている。そして、揺動スクロール３及び固定スクロール２は、渦巻体３ａと渦巻体２ｃとが互いに噛み合わせられ、密閉容器１内に設置されている。渦巻体３ａと渦巻体２ｃとの間には、相対的に容積が変化する圧縮室１０８が形成される。

固定スクロール２は、第２フレーム４０に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール２の台板部の中央部には、圧縮され、高圧となった作動流体を吐出する吐出口２ａが形成されている。そして、圧縮され、高圧となった作動流体は、固定スクロール２の吐出側（紙面右側）に設けられている吐出空間１０５に排出されるようになっている。また、固定スクロール２の台板部の背面（吐出空間１０５側の面）には、弁座２ｂが設けられ、リード弁１０が取り付けられる。

さらに、固定スクロール２の背面側の吐出口２ａの周縁（弁座２ｂとの連通部分は開放）には、弁カバー４側に向かって突出させた突起部２ｄが形成されている。この突起部２ｄが、弁カバー４の貫通孔４ａに嵌ることで、固定スクロール２と弁カバー４とを容易に位置合わせできる。すなわち、突起部２ｄは、弁カバー４の組み立て時におけるガイドとして機能する。よって、固定スクロール２、パッキン５、弁カバー４の組立性を向上するだけでなく、組立精度も向上することができる。なお、弁カバー４の貫通孔４ａの周辺には、突起部２ｄが嵌るような凹部を形成しておくとよい。また、突起部２ｄの一部又は凹部の一部に、係止部又は係止受部を形成しておくと、位置決めがより確実に実行できる。

また、固定スクロール２には、容量制御ポート５１及びインジェクションポート６１が貫通形成されている。さらに、固定スクロール２の台板は、圧縮機１００の小型化を実現するために極力薄くしてある。なお、インジェクションポート６１の形成位置については図６及び図７を用いて後段で詳細に説明する。

弁座２ｂに設置されるリード弁１０は、弁押さえ１１によって荷重が加えられている。つまり、リード弁１０は、圧縮冷媒から所定値以上の圧力が伝達されると駆動し、吐出口２ａを開放する。また、リード弁１０は、固定スクロール２の背面側に設置される弁カバー４によってカバーされている。弁押さえ１１によって、リード弁１１の疲労破壊の低減を図っている。

固定スクロール２の背面側には、吐出口２ａより出た高圧流体を低圧空間に漏れないように吐出側配管１０４に供給するための弁カバー４が設けられる。弁カバー４の中央部には、固定スクロール２の吐出口２ａと連通する貫通孔４ａが形成されている。また、弁カバー４には、固定スクロール２に形成されている容量制御ポート５１と連通する貫通孔４ｃ及びインジェクションポート６１に連通する貫通孔４ｄが形成されている。さらに、弁カバー４の背面（吐出側面）には、弁座４ｂが形成されている。この弁座４ｂには、圧縮した冷媒を吸入側に導く容量制御機構５０が設けられる。容量制御機構５０の吐出圧を導く配管（容量制御配管５２）は、密閉容器１にロウ付けされている。

容量制御機構５０は、固定スクロール２に形成されている複数個の容量制御ポート５１と、弁やバネが設けられ、弁カバー４の弁座４ｂに取り付けられる容量制御機構本体５５と、複数の容量制御機構本体５５を連結するバイパス管５３と、バイパス管５３の配管途中に接続される容量制御配管５２と、弁カバー４に形成されている貫通孔４ｃと、で構成されている。この容量制御機構５０は、容量制御機構本体５５に設けられている弁によって、流体排出口（弁カバー４に形成された貫通孔４ｃ）を開閉することで、容量制御運転を調整する機能を有している。なお、容量制御ポート５１は、少なくとも２つあればよい。この容量制御ポート５１は、圧縮機１００の運転範囲で位置及び個数が決定される。

容量制御機構５０は、圧縮途中の冷媒を吸入側にバイパスさせることで容量制御運転を実行する。具体的には、全負荷運転時には、容量制御機構５０は、高圧冷媒を容量制御機構本体５５に設けられている弁に背圧として加え、固定スクロール２に押圧して複数の容量制御ポート５１との間を遮断し、圧縮室１０８内に流入した冷媒の全部を圧縮ポート２ａに導き、低圧側には戻らないようにする。一方、軽負荷運転時には、容量制御機構５０は、高圧冷媒を容量制御機構本体５５に設けられている弁に加わらないようにして、圧縮室１０８から弁をバネ等で押し上げ、圧縮室１０８内に流入した冷媒の一部を複数の容量制御ポート５１を介して低圧側にリークするようにし、負荷に対応した能力になるようにする。

さらに、インジェクションポート６１と連通する弁カバー４の貫通孔４ｄにインジェクション管６２が取り付けられ、インジェクションポート６１とともに圧縮室１０８に液冷媒を流入するインジェクション機構６０を構成する。なお、インジェクション管６２は、密閉容器１にロウ付けされている。

インジェクション機構６０は、固定スクロール２に形成されているインジェクションポート６１と、弁カバー４に形成されている貫通孔４ｄに取り付けられるインジェクション管６２と、弁カバー４に形成されている貫通孔４ｄと、で構成されている。このインジェクション機構６０は、流体圧縮機構２０に形成される圧縮室１０８に、液冷媒をインジェクション（注入）する機能を有している。そして、インジェクション機構６０は、圧縮室１０８内の冷媒の容量（密度）を増やし、かつ流体圧縮機構２０を冷却するようになっている。

固定スクロール２と弁カバー４との間にはパッキン５が設けられ、固定スクロール２の吐出口２ａと弁カバー４との間をシールするようにしている。このパッキン５にも、固定スクロール２に形成されている容量制御ポート５１に連通する貫通孔５ｂ及びインジェクションポート６１に連通する貫通孔５ｃが形成されている。また、パッキン５には、固定スクロール２の弁座２ｂに対応した位置に貫通孔５ａが貫通形成されている。

揺動スクロール３は、固定スクロール２に対して自転運動することなく公転旋回運動を行なうようになっている。また、揺動スクロール３の渦巻体３ａ形成面とは反対側の面（以下、スラスト面１１９と称する）の略中心部には、中実円筒形状の揺動スクロールボス部１１８が形成されている。この揺動スクロールボス部１１８は、後述する主軸７の一端（流体圧縮機構２０側の端部）に設けられた偏心穴７ａに嵌入（係合）される。なお、揺動スクロール３は、スラスト面１１９のスラスト軸受部を介して摺動自在になっている。

第１フレーム８は、第２フレーム４０に圧入、固着され、揺動スクロール３を回転自在に支持するものである。また、第１フレーム８の中心部には、主軸７を貫通させるため貫通孔が形成されている。この貫通孔が、主軸７の流体圧縮機構２０側の部分を回転自在に軸支する主軸受として機能している。また、第１フレーム８に、揺動スクロール３のスラスト面１１９側から軸方向モーター３０側に貫通する排油孔を形成しておくとよい。さらに、第１フレーム８には、オルダムリング９を収納する収納空間が形成されている。なお、主軸７の偏心穴７ａの揺動スクロールボス部１１８が収納される空間が揺動軸受３ｂとなっている。

オルダムリング９は、たとえば揺動スクロール３と第１フレーム８との間に配設され、揺動スクロール３の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能とする機能を果たすようになっている。つまり、オルダムリング９は、揺動スクロール３の自転防止機構として機能するのである。オルダムリング９の一方の面には爪部が形成され、揺動スクロール３の一方の面及び第１フレーム８の一方の面にはオルダムリング９の爪部を収容する収納空間が形成され、オルダムリング９の爪部が収納空間に収容され、爪部がその収納空間で摺動されることで、揺動スクロール３の自転運動を阻止するとともに、公転運動を可能としている。

モーター３０は、密閉容器１に収容され、固着支持されたステーター３０ａと、ステーター３０ａと組み合わされることでトルクを発生するローター３０ｂと、で概略構成されている。ステーター３０ａは、積層鉄心（図示省略）に複数相の巻線（図示省略）を装着して構成されている。ローター３０ｂは、ステーター３０ａの内壁面と所定の空隙をもって保持されており、ステーター３０ａへの通電が開始することにより回転駆動し、主軸７を回転させる。なお、図１には図示していないが、電動機を構成するステーター３０ａの流体圧縮機構２０側には配線が施されている。

主軸７は、ローター３０ｂに固着支持され、一端（偏心穴７ａ）が揺動スクロールボス部１１８に結合されている。主軸７は、ローター３０ｂの回転に伴って回転し、揺動スクロール３を旋回させる。この主軸７の一端には、揺動スクロールボス部１１８と回転自在に嵌合する偏心穴７ａが形成されている。また、主軸７の内部には、軸方向に貫通している給油通路７ｂが形成されている。この給油通路７ｂは、油貯め１３に貯留してある潤滑油の流路となるものである。油貯め１３に溜まっている潤滑油は、主軸７の回転に伴ってオイルポンプ等が駆動することで吸い上げられ、給油通路７ｂを流れて流体圧縮機構２０の各摺動部分（主軸受や揺動軸受３ｂ、スラスト軸受部等）に供給されるようになっている。

第２フレーム４０は、主軸７の他端側の部分を支持するために密閉容器１に固着されている。この第２フレーム４０は、密閉容器１の内周面に固着され、中心部に主軸７を回転自在に軸支するため貫通孔（副軸受）が形成されている。

吸入側配管１０３は、圧縮機１００に連接され、流体圧縮機構２０とモーター３０の間から、密閉容器１内へ作動流体を吸入させるものである。この吸入側配管１０３は、密閉容器１内の低圧空間に開口するようになっている。 吐出側配管１０４は、圧縮機１００に連接され、流体圧縮機構２０で圧縮された作動流体を吐出するようになっている。この吐出側配管１０４は、密閉容器１内の高圧となる吐出空間１０５に開口するようになっている。

［固定スクロール２、リード弁１０、弁カバー４、容量制御機構５０、インジェクション機構６０について］
図２に基づいて、固定スクロール２、リード弁１０、弁カバー４、容量制御機構５０、インジェクション機構６０のそれぞれの構成について詳細に説明する。図２（ａ）が固定スクロール２を揺動スクロール３側から見た状態を、図２（ｂ）が固定スクロール２、リード弁１０、弁カバー４、容量制御機構５０、インジェクション機構６０を分解した状態を、それぞれ示している。なお、図２（ｂ）には、弁押さえ１１及びパッキン５を併せて図示している。

固定スクロール２には、上述したように吐出口２ａが貫通形成されている。また、固定スクロール２の背面には、弁座２ｂが形成されている。この弁座２ｂは、固定スクロール２の背面側の一部に凹部を形成することで構成している。また、弁座２ｂは、吐出口２ａと連通している。固定スクロール２の背面側の吐出口２ａの周縁には、弁カバー４側に向かって突出させた突起部２ｄが形成されている。さらに、固定スクロール２には、容量制御ポート５１及びインジェクションポート６１が貫通形成されている。

リード弁１０は、圧縮比の高い運転で使用することができ、疲労破壊しないように信頼性を向上することができる。このリード弁１０は、上述したように、固定スクロール２に形成されている弁座２ｂに取り付けられる。弁座２ｂに取り付けられたリード弁１０は、弁押さえ１１によって荷重がかけられている。

弁カバー４は、上述したように、固定スクロール２の背面側に設けられ、固定スクロール２に形成されている弁座２ｂに取り付けられたリード弁１０とともに固定スクロール２を覆うようになっている。弁カバー４には、貫通孔４ａが貫通形成されている。この貫通孔４ａは、密閉容器１内の高圧空間１０４に開放している。弁カバー４が固定スクロール２に取り付けられると、弁カバー４の貫通孔４ａが固定スクロール２の吐出口２ａと連通することになる。よって、弁カバー４は、固定スクロール２に取り付けられることで、固定スクロール２の吐出口２ａより出た高圧流体を低圧空間に漏れないように吐出側配管１０４に導くようになっている。

また、上述したように、弁カバー４には、固定スクロール２に形成されている容量制御ポート５１と連通する貫通孔４ｃ及びインジェクションポート６１に連通する貫通孔４ｄが貫通形成されている。つまり、弁カバー４が固定スクロール２に取り付けられると、貫通孔４ａが吐出口２ａと連通するだけでなく、貫通孔４ｃが容量制御ポート５１、貫通孔４ｄがインジェクションポート６１とそれぞれ連通するようになっている。なお、弁カバーの貫通孔４ｃの周縁には、容量制御機構本体５５が取り付けられる凹状の弁座４ｂが形成されている。また、弁カバー４の貫通孔４ａの周縁には、吐出空間１０５に向かって突出させた突起部４ｅが形成されている。

容量制御機構５０は、固定スクロール２に形成されている複数個の容量制御ポート５１と、弁カバー４に形成されている貫通孔４ｃを介して固定スクロール２に形成されている複数個の容量制御ポート５１に連通する容量制御機構本体５５と、容量制御機構本体５５同士を接続するバイパス管５３と、バイパス管５３の配管途中に接続される容量制御配管５２と、容量制御ポート５１と容量制御機構本体５５とを連通させる貫通孔４ｃと、によって構成されることになる。

インジェクション機構６０は、固定スクロール２に形成されているインクジェットポート６１と、弁カバー４に形成されている貫通孔４ｄを介して固定スクロール２に形成されているインジェクションポート６１に連通するインジェクション管６２と、インジェクションポート６１とインジェクション管６２とを連通させる貫通孔４ｄと、によって構成されることになる。

図３に基づいて、固定スクロール２、リード弁１０、弁カバー４、容量制御機構５０、インジェクション機構６０を組み立てた状態について詳細に説明する。なお、図３では、固定スクロール２の一部、リード弁１０、弁カバー４、容量制御機構５０の一部、及び、インジェクション機構６０の一部を範囲Ｘに示している。

固定スクロール２に形成されている弁座２ｂにリード弁１０が取り付けられる。リード弁１０は、上述したように圧縮比の高い運転で使用することができるものであるが、圧縮比の高い運転を実現するためには、固定スクロール２の台板を厚くする必要がある。しかしながら、固定スクロール２の台板を厚くすると、圧縮機１００の大型化を招くことになってしまう。

そこで、圧縮機１００では、固定スクロール２の背面側に弁カバー４を設けるようにしている。弁カバー４は、上述したように、固定スクロール２の背面側に設けられ、固定スクロール２に形成されている弁座２ｂに取り付けられたリード弁１０とともに固定スクロール２を覆うようになっている。つまり、弁カバー４は、固定スクロール２の強度を補強するという機能を有するとともに、容量制御機構５０を構成している容量制御機構本体５５の設置位置を確保するという機能を有している。したがって、弁カバー４を設けることによって、固定スクロール２と容量制御機構５０及びインジェクション機構６０との間に介在し、固定スクロール２の台板を薄く、容量制御機構５０の固定に別部品を要求しないことが可能となる。

［圧縮機１００の動作］
ここで、圧縮機１００の動作について簡単に説明する。
ローター３０ｂは、ステーター３０ａが発生する回転磁界からの回転力を受けて回転する。それに伴って、ローター３０ｂに固定された主軸７が回転駆動する。揺動スクロール３は、主軸７の偏心穴７ａに係合されており、揺動スクロール３の自転回転運動がオルダムリング９の自転防止機構によって公転旋回運動に変換される。この主軸７の回転駆動によって、密閉容器１内の作動流体が固定スクロール２の渦巻体２ｃと揺動スクロール３の渦巻体３ａとにより形成される圧縮室１０８内へ流れ、吸入過程が開始する。

圧縮室１０８内に作動流体が吸入されると、偏心させられた揺動スクロール３の公転旋回運動で、圧縮室１０８の容積を減少させる圧縮過程へと移行する。つまり、流体圧縮機構２０では、揺動スクロール３が公転旋回運動すると、作動流体が吸入口となる揺動スクロール３の渦巻体３ａ及び固定スクロール２の渦巻体２ｃの最外周開口部から取り込まれて、揺動スクロール３の回転とともに徐々に圧縮されながら中心部に向かうようになっている。なお、冷凍サイクルを循環してきた低圧状態の冷媒は、吸入側配管１０３から密閉容器１内に流入するようになっている。

そして、圧縮室１０８で圧縮された作動流体は、吐出過程に移行する。つまり、作動流体は、固定スクロール２の吐出口２ａを通過し、リード弁１０及び弁カバー４を介して、吐出空間１０５を経由して吐出側配管１０４から、密閉容器１の外部に排出される。圧縮機１００の吐出側配管１０４から吐出された冷媒は、高温高圧の状態となって、まず冷凍サイクルを構成する凝縮器に流入するようになっており、その後冷凍サイクルを構成する各機器を循環して、再度圧縮機１００に吸入される。それから、ステーター３０ａへの通電を停止すると圧縮機１００は停止する。

油貯め１３に溜まっている潤滑油は、モーター３０が駆動することにより主軸７が回転し、それに伴い図示省略のオイルポンプが駆動し、吸い上げられ、給油通路７ｂを流れて流体圧縮機構２０に給油される。各軸受を潤滑した潤滑油は、第１フレーム８に形成されているオルダムリング９の収納空間に流入する。この収納空間には排油孔が形成されているので、収納空間に流入した潤滑油は、この排油孔により排油される。

弁カバー４に設けられた容量制御機構５０を駆動させずに、最大能力で圧縮機１００を運転する場合、容量制御配管５２に吐出圧を導くことによって、容量制御機構５０の構成部品の１つである弁（図示省略）を押し下げ、容量制御機構５０の流体排出口を閉じる。こうすることによって、容量制御機構５０の流体排出口を閉鎖し、容量制御機構５０を構成しているバイパス管５３に冷媒を流さず、流体圧縮機構２０で圧縮された冷媒は、圧縮機１の外部に排出されることになる。

また、容量制御機構５０を駆動させ、圧縮機１００の容量制御を行って運転する場合、容量制御配管５２に吸入圧を導き、容量制御機構５０の構成部品の１つであるばねで弁を押し上げ、流体排出口を開放し、バイパス管５３を連通し、圧縮室１０８内の冷媒の一部を固定スクロール２の外に排出し、圧縮室１０８内の容量を制御する。

さらに、インジェクション機構６０を用いて運転する場合は、圧縮室１０８内より高い圧力の液冷媒（凝縮後、減圧前の状態の冷媒）をインジェクション管６２に導き、圧縮室１０８に流入させ、圧縮室１０８内の冷媒の容量を増やし、かつ圧縮室１０８内を冷却する。こうすることによって、流体圧縮機構２０により圧縮された高圧縮な冷媒は、吐出口２ａを通り、リード弁１０を介した後、弁カバー４、吐出側配管１０４を通り、圧縮機１００の外部に排出される。

［従来技術との対比］
図４は、圧縮機１００の定常運転範囲を説明するためのグラフである。従来、車両の暖房運転としては、ヒーター暖房方式が多く採用されていた。つまり、スクロール圧縮機が冷房運転専用に使用されるようになっていた。よって、暖房運転を考慮する必要がなく、インジェクション機構を積極的に設ける必要がなかった。また、圧縮比の高い運転にはならないので、リード弁を使用する必要がなく、簡易な構成の弁（たとえば、丸弁等）で対応することができた。ところが、近年の環境問題に対する観点から、車両に搭載されるスクロール圧縮機にも暖房運転を実行させたいという要請が強くなってきている。

ただし、従来から使用しているスクロール圧縮機に暖房運転を実行させようとすると、暖房運転領域での能力不足が顕著に現れ（図４参照）、また圧縮比の高い運転となるため簡易な構成の弁の疲労破壊が多く発生してしまった。そこで、圧縮機１００では、暖房運転領域での能力不足を補うためにインジェクション機構６０を設け、圧縮比の高い運転に耐えられるリード弁１０を採用することにした。これらに加え、圧縮機１００では、容量制御機構５０も採用している。

従来のスクロール圧縮機において、圧縮比の高い運転においては吐出弁が頻繁に駆動することになる。リード弁は、圧縮比の高い運転で使用することができ、疲労破壊しないように信頼性を向上することができる。リード弁は、通常、図１に示すような形状に構成されている。これにより、固定スクロールの背面（吐出側面）にリード弁の設置スペースが必要になる。また、リード弁を使用するためには、固定スクロールの他にリード弁を覆う別部品が別途必要になる。また、この別部品には、固定スクロールの吐出口と連通する貫通孔を形成しなければならないが、固定スクロールをボルトで固定する際に固定スクロールの吐出口と別部品の貫通孔との中心がずれてしまう可能性がある。

容量制御機構は、通常、圧縮室内に存在する冷媒の容量をバイパス調整することで、スクロール圧縮機の能力を低下させる役目を果たす。よって、スクロール圧縮機を一定速に制御した場合であっても、スクロール圧縮機の性能を変化させることが可能になっている。通常、容量制御機構は固定スクロールに設置されるが、リード弁を使用する場合、固定スクロールの背面にはリード弁を覆う別部品が設置されることになる。そのため、リード弁及び容量制御機構を固定スクロールに設置する場合、容量制御機構を設置するための新たな部品が別途さらに必要になってしまう。よって、その分、密閉容器を大型化する必要が生じてしまう。

インジェクション機構は、通常、液冷媒を圧縮途中の圧縮室にインジェクション（注入）することで冷媒量を増やしスクロール圧縮機の能力（特に暖房能力）を確保するとともに、吐出冷媒の温度を低下させる役目を果たす。よって、スクロール圧縮機の運転範囲を拡大することが可能になっている。ただし、インジェクションした冷媒が吸入空間にバイパスしないように常に圧縮室にインジェクションポートが開口している必要がある。

このようなことを考慮した上でリード弁、容量制御機構、及び、インジェクション機構の全部を１つの密閉容器に搭載しようとした場合、別部品の設置スペース確保のために密閉容器が大型化してしまうことになる。加えて、容量制御機構の設置スペースが必要になるだけでなく、容量制御機構と別部品との関係も考慮する必要があり、やはり密閉容器の大型化に繋がってしまうことになる。同時に、インジェクションポートを圧縮室に常に開口させるために、インジェクションポートの位置決定を高精度で行なう必要がある。なお、組立精度の向上、コストの低下、信頼性向上を確保するという課題も当然にある。

ところで、容量制御機構をスイッチング素子などを用いて電気的に制御する場合、スクロール圧縮機が設置される箇所周辺の電気機器に影響を与えてしまうことがある。スクロール圧縮機を電車等の車両に搭載する場合を想定すると、スクロール圧縮機が要素機器の１つとして作用する冷凍サイクル装置以外にも多数搭載されている精密機械に影響を与え、車両全体の信頼性が低下してしまうことになりかねない。この点からも、容量制御機構を機械的に制御したいという要請がある。しかしながら、容量制御機構を機械的に制御しようとすると、上述した点に加えて更なるスクロール圧縮機の大型化を招く結果になる。そうなると、車両用としては適用することができないということになってしまう。そこで、圧縮機１００では、上記のような問題点を考慮して、以下のような構成を採用している。

［圧縮機１００の具体的な構成］
（１）圧縮機１００は、リード弁１０、容量制御機構５０、及び、インジェクション機構６０を１つの密閉容器１に搭載した。
（２）容量制御機構５０は、上述したように弁カバー４に設置した。
（３）弁カバー４は、固定スクロール２の背面に形成されている突起部２ｄによって固定スクロール２に容易に位置決めされる。
（４）２つの圧縮室１０８のそれぞれにインジェクションできる位置に１つだけインジェクションポート６１を設けた。

（５）インジェクションポート６１は、渦巻体２ｃの巻き終わりより３６０°以内（なるべく低圧側）であって、容量制御配管５２及びリード弁１０と干渉しない位置に形成。
（６）インジェクションポート６１の径は、渦巻体２ｃの歯厚よりも短いものとする（圧縮室１０８を連結しないようにし、冷媒の漏れ損失の低減を図っている）。
（７）固定スクロール２の台板を極力薄くした。そして、リード弁１０を固定するためのボルト穴２ｅの位置は渦巻体２ｃの最外周よりも外側（低圧との差圧が小さい位置）にした(漏れ損失の低減）。

（圧縮機１００に使用する冷媒及び冷凍機油）
圧縮機１００に使用する冷媒の種類は、特に限定するものではなく、たとえば二酸化炭素や炭化水素、ヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０ＡやＨＦＣ４０７Ｃ、ＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、若しくは既存の製品に使用されているＲ２２やＲ１３４ａなどのフロン系冷媒のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１００に使用する冷凍機油の種類も、特に限定するものではなく、たとえばＭＥＬ３２Ｒ（冷凍機用）等を使用するとよい。

（インジェクションポート６１の形成位置）
圧縮機１００は、インジェクション機構６０により暖房領域での能力確保を実現している。圧縮機１００にインジェクションされる冷媒は、凝縮後、減圧前の状態、つまり高圧の液状である。

図５は、固定スクロール２の背面側の構成の一部を示した概略斜視図である。図５に示すように、弁カバー４の背面側には、容量制御機構本体５５、容量制御配管５２、バイパス管５３、インジェクション管６２が設置されている。インジェクション管６２は、上述したようにインジェクションポート６１に接続される。容量制御機構本体５５は、弁カバー４の弁座４ｂに取り付けられる。バイパス管５３は、容量制御機構本体５５を接続する。容量制御配管５２は、バイパス管５３の途中に接続されている。よって、弁カバー４の背面側の限られたスペースのなか、インジェクション管６２がそのまま密閉容器１の上部に延設できるような位置にインジェクションポート６１を形成している。

詳しくは、インジェクションポート６１は、インジェクション管６２が容量制御配管５２（バイパス管５３を含む）、リード弁１０、及び、図示省略の端子箱（密閉容器１の上部外側に設置されている）に干渉せず、そのまま密閉容器１の上部に延設できるような位置に形成されている。なお、弁カバー４の背面側のスペースは複雑になっているため、インジェクションポート６１を２つ形成することは構造的に困難である。そこで、圧縮機１００では、インジェクションポート６１を１つだけ形成するようにしている。

図６及び図７は、インジェクションポート６１の形成位置を説明するための説明図である。図８は、インジェクションポート６１の径を説明するための説明図である。図６〜図８に基づいて、インジェクションポート６１について説明する。

上述したように、圧縮機１００にインジェクションされる冷媒は、高圧状態である。そのため、図６に示すように、インジェクションポート６１を圧縮開始に近い低圧側（図６に示す範囲Ａ又は範囲Ｂ）に設置することで、冷媒をインジェクションしやすくなる。また、インジェクションポート６１を、１ポート形状で、渦巻体２ｃ、渦巻体３ａの組み合わせによってできる２つの圧縮室１０８のそれぞれにインジェクションできる位置に形成している。こうすることで、図７に示すように、２つの圧縮室１０８のそれぞれにインジェクションされていることがわかる。

また、インジェクションポート６１は、渦巻体２ｃの巻き終わりより３６０°以内に形成されている。渦巻体２ｃの巻き終わりより３６０°以内とは、冷媒の入口側から中心に向かって形成される渦巻流路の入口側から３６０°進んだ位置の範囲内ということである。このような位置にインジェクションポート６１を形成することにより、圧縮途中の早い段階でインジェクションを行なうことができることになる。つまり、図７に示すように、揺動スクロール３が３６０°回転したとしても、インジェクションポート６１は、吸入側に近い方の圧縮室１０に連通することになり、圧縮途中の早い段階でインジェクションを行なうことができる。

上述したように、インジェクションポート６１の径は、渦巻体２ｃの歯厚よりも短いものとしている。こうすることによって、インジェクションポート６１を介して圧縮した冷媒が低圧側の圧縮室１０８に漏れることがない。したがって、冷媒の漏れ損失の低減を効率的に図ることができる。反対に、インジェクションポートの径を渦巻体２ｃの歯厚よりも長いものとすると、図８に示すように２つの圧縮室１０８をインジェクションポートが連通してしまうことになってしまう。

［その他の構成］
圧縮機１００は横形であるので、圧縮機１００を設置した際に吸入側配管１０３が密閉容器１の上側に位置するようにしている。加えて、圧縮機１００を設置した際に固定スクロール２の吸入口も上側に位置するようにしている。これにより、液冷媒による液圧縮対策が実現できる。すなわち、液冷媒が圧縮室１０８内に入り、液圧縮することで起こる疲労破壊を抑制することができる。

以上のように、圧縮機１００によれば、弁カバー４を設けたことで固定スクロール２を薄くすることができ、容量制御機構５０と、インジェクション機構６０と、リード弁１０と、を設けたとしても密閉容器１の大型化を招くことがない。また、圧縮機１００によれば、弁カバー４を設けたことで高圧縮比運転での圧力差による弁破壊を抑制できる。さらに、圧縮機１００によれば、インジェクション機構６０を設けたことで、低外気状態での暖房運転を可能にすることができる。すなわち、圧縮機１００によれば、密閉容器１の大型化を招かず、容量制御機構５０、インジェクション機構６０、リード弁１０のそれぞれの機能を十分に発揮することが可能になっている。

圧縮機１００によれば、車両等のような搭載スペースに限りがあるような場所に設置する場合に特に有効である。すなわち、圧縮機１００によれば、小型化を実現しつつ、高圧縮比運転を可能にしているので、車両等に搭載されたとしても所望の冷房能力及び暖房能力を供給することが可能になる。

１ 密閉容器、２ 固定スクロール、２ａ 吐出口、２ｂ 弁座、２ｃ 渦巻体、２ｄ 突起部、２ｅ ボルト穴、３ 揺動スクロール、３ａ 渦巻体、３ｂ 揺動軸受、４ 弁カバー、４ａ 貫通孔（第１貫通孔）、４ｂ 弁座、４ｃ 貫通孔（第２貫通孔）、４ｄ 貫通孔（第３貫通孔）、４ｅ 突起部、５ パッキン、５ａ 貫通孔、５ｂ 貫通孔、５ｃ 貫通孔、７ 主軸、７ａ 偏心穴、７ｂ 給油通路、８ 第１フレーム、９ オルダムリング、１０ リード弁、１１ 弁押さえ、１３ 油貯め、２０ 流体圧縮機構、３０ モーター、３０ａ ステーター、３０ｂ ローター、４０ 第２フレーム、５０ 容量制御機構、５１ 容量制御ポート、５２ 容量制御配管、５３ バイパス管、５５ 容量制御機構本体、６０ インジェクション機構、６１ インジェクションポート、６２ インジェクション管、１００ 圧縮機、１０３ 吸入側配管、１０４ 吐出側配管、１０５ 吐出空間、１０８ 圧縮室、１１８ 揺動スクロールボス部、１１９ スラスト面。

Claims (3)

1. 油貯めが形成される密閉容器と、
   前記密閉容器内に配置され、渦巻体を備えた揺動スクロールとともに流体圧縮機構の一部を構成する渦巻体を備えた固定スクロールと、
   前記固定スクロールの背面に配置され、該固定スクロールの吐出口を開閉するリード弁と、
   前記固定スクロールの背面側に配置され、前記リード弁とともに前記固定スクロールを覆う弁カバーと、
   前記固定スクロールに形成された複数の容量制御ポートを介して圧縮途中の冷媒を低圧側に導く容量制御機構と、
   前記固定スクロールに形成された１つのインジェクションポートを介し、前記揺動スクロールの渦巻体と前記固定スクロールの渦巻体とによって形成される複数の圧縮室のうちの１つに液冷媒を注入するインジェクション機構と、
   を備え、
   前記弁カバーには、
   前記固定スクロールの吐出口と連通する第１貫通孔、前記固定スクロールに形成された複数の容量制御ポートと連通する第２貫通孔、及び、前記固定スクロールに形成されたインジェクションポートに連通する第３貫通孔が形成され、
   前記容量制御機構は、
   前記第２貫通孔を介して前記固定スクロールに形成された前記容量制御ポートに接続され、
   前記インジェクション機構は、
   前記第３貫通孔を介して前記固定スクロールに形成された前記インジェクションポートに接続されており、
   前記固定スクロールの前記吐出口の縁に、前記弁カバーに形成されている第１貫通孔に嵌るように前記弁カバー側に向かって突出させた突起部を設けた
   横形スクロール圧縮機。
2. 前記インジェクションポートは、
   冷媒の入口側から中心に向かって形成される渦巻流路の入口側から３６０°進んだ位置の範囲内に形成されている
   請求項１に記載の横形スクロール圧縮機。
3. 前記インジェクションポートの径は、
   前記揺動スクロールの渦巻体の歯厚よりも短くしている
   請求項１又は２に記載の横形スクロール圧縮機。

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