JPWO2019087227A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

台板にインジェクションポートが形成された固定スクロールと、前記固定スクロールとともに圧縮室を形成する揺動スクロールと、前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容したシェルと、前記シェルの外部から導入され、一部は前記シェルに固定されており、前記シェルの内部における一端側は前記インジェクションポートに配置されたインジェクション機構部と、を備えたスクロール圧縮機であって、前記インジェクション機構部は、前記スクロール圧縮機の駆動時に、前記揺動スクロールの方向に対して逆の方向へ変位または変形する前記固定スクロールを押さえる押さえ部材を兼ねる。

Description

この発明は、スクロール圧縮機における固定スクロールの浮き上がり抑制構造に関するものである。

スクロール圧縮機は、シェル内部に固定されたフレームに揺動スクロールが支持され、その揺動スクロールに対向して固定スクロールが設けられている。揺動スクロールにはクランクシャフトが取り付けられ、このクランクシャフトを回転させることで、揺動スクロールが固定スクロールに対して揺動運動し、揺動スクロールと固定スクロールとで形成された圧縮室で冷媒を圧縮する。（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２５６９７４号公報

特許文献１のスクロール圧縮機では、圧縮機駆動中に、固定スクロールが変位することがある。例えば、固定スクロールをシェルに直接固定する構造において、低圧縮比状態で運転されていたり、均圧時から起動時に低圧空間の内圧が上昇したりすることで、渦巻内が過圧縮状態になり固定スクロールがシェルからアッパーシェル側に離れる方向に抜ける可能性がある。圧縮室の内圧上昇は、インジェクション機構部により、冷媒を圧縮室に供給する構造で顕著になる場合がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、固定スクロールの変位または変形を抑制可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とするものである。

この発明に係るスクロール圧縮機は、台板にインジェクションポートが形成された固定スクロールと、前記固定スクロールとともに圧縮室を形成する揺動スクロールと、前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容したシェルと、前記シェルの外部から導入され、一部は前記シェルに固定されており、前記シェルの内部における一端側は前記インジェクションポートに配置されたインジェクション機構部と、を備えたスクロール圧縮機であって、前記インジェクション機構部は、前記スクロール圧縮機の駆動時に、前記揺動スクロールの方向に対して逆の方向へ変位または変形する前記固定スクロールを押さえる押さえ部材を兼ねる。

この発明によれば、固定スクロールの変位または変形を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の外観図である。 図１のスクロール圧縮機を側面から見たときの外観図である。 図２のスクロール圧縮機のＸ−Ｘ’断面を矢印方向から見たときの断面図である。 この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の一部構成の分解斜視図である。 メインシェルに固定された固定スクロールを上から見た図である。 冷凍サイクル装置の冷媒回路について説明するための図である。 図３の一点鎖線の領域Ｙの拡大図である。 図７の二点鎖線の領域Ｚの拡大図である。 メインシェルの一製造方法について説明するための図である。 通常時と冷媒過大供給時の冷媒インジェクションによる時間と圧縮室の圧力の関係について説明するための図である。 この発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の断面図である。 この発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の断面図である。

以下、図面を参照して、この発明の一実施の形態について説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略又は簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
以下、実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の外観図である。図２は、図１のスクロール圧縮機を側面から見たときの外観図である。図３は、図２のスクロール圧縮機のＸ−Ｘ’断面を矢印方向から見たときの断面図である。図４は、この発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の一部構成の分解斜視図である。なお、図３においては、シェルおよび圧縮機構等、構成の一部は断面で示しているが、その他の構成は外観図として図示している。

スクロール圧縮機は、シェル１と、メインフレーム２と、圧縮機構部３と、駆動機構部４と、サブフレーム５と、クランクシャフト６と、ブッシュ７と、給電部８と、インジェクション機構部９と、を備えている。なお、実施の形態１の圧縮機は、クランクシャフト６の中心軸が地面に対して略垂直の状態で使用される、いわゆる縦置型のスクロール圧縮機である。以下では、図中の矢印Ｕ側を上側、矢印Ｌ側を下側として説明する。

シェル１は、金属などの導電性部材からなる両端が閉塞された筒状の筐体であり、メインシェル１１と、アッパーシェル１２と、ロアシェル１３と、吸入管１４と、吐出管１５と、固定台１６と、を備えている。メインシェル１１は、円筒状を呈する中空な管である。アッパーシェル１２は、略半球状を呈しており、その一部がメインシェル１１の上端部においてろう付け等により接続され、メインシェル１１の一端の開口を覆っている。ロアシェル１３は、略半球状を呈しており、その一部がメインシェル１１の下端部において、溶接等により接続され、メインシェル１１の他端の開口を覆っている。吸入管１４は、冷媒をシェル１の内部に導入するための管であり、シェル１の内部空間と連通するように、メインシェル１１の側壁にろう付け等により接続されている。吐出管１５は、冷媒をシェル１の外部に吐出するための管であり、シェル１の内部空間と連通するように、アッパーシェル１２の上部にろう付け等により接続されている。固定台１６は、シェル１を支える支持台である。固定台１６はそれぞれにネジ孔が形成された複数の脚部を有しており、それらのネジ穴にネジをねじ込むことによって、スクロール圧縮機を空調室外機の筐体等の他の部材に固定可能になっている。

メインフレーム２は、空洞が形成された中空な金属製の支持部材であり、シェル１の内部に設けられている。メインフレーム２は、本体部２１と、平坦面２２と、収容部２３と、軸孔２４と、吸入ポート２５と、返油孔２６と、を備えている。本体部２１は、メインフレーム２を構成する主要部である。平坦面２２は、本体部２１における上側Ｕに形成され、収容部２３を囲む環状を呈している。平坦面２２には、例えば鋼板系材料からなり、環状のスラストプレート２２１が配置されている。本実施形態では、このスラストプレート２２１がスラスト軸受の一つとして機能する。収容部２３は、メインフレーム２の径方向の中央に、シェル１の長手方向、すなわちメインシェル１１の軸方向に沿って形成されている。収容部２３は、メインフレーム２の一端に開口する開口部を有するとともに、上側Ｕに向かって空間が広くなる段状になっている。収容部２３の相対的に空間が広い開口部側にはオルダム収容部２３１、相対的に空間が狭い下側Ｌにはブッシュ収容部２３２が形成されている。また、オルダム収容部２３１には、一対の第１オルダム溝２３３が形成されている。軸孔２４は、メインフレーム２の他端に開口する開口部を有するとともに、収容部２３の下側Ｌに設けられ、ブッシュ収容部２３２と連通している。すなわち、収容部２３および軸孔２４により、メインフレーム２の上下に貫通する空間が形成されている。なお、この軸孔２４が形成されているメインフレーム２の部分は、主軸受部として機能する。

吸入ポート２５は、メインフレーム２のアッパーシェル１２側とロアシェル１３側を繋ぐ上下方向に貫通する孔であり、メインフレーム２の平坦面２２の外端側、かつスラストプレート２２１と重ならない位置に形成されている。具体的には、スラストプレート２２１に形成された切欠き２２１１に対応する位置に形成されている。返油孔２６は、メインフレーム２における下側Ｌに形成され、ブッシュ収容部２３２と連通している。この返油孔２６には、収容部２３に溜まった潤滑油をロアシェル１３の内側の油溜めに戻すための返油管２７が挿入されている。なお、吸入ポート２５、返油孔２６および返油管２７は、一つに限らず、複数形成されていても良い。

圧縮機構部３は、冷媒を圧縮する圧縮機構である。圧縮機構部３は、固定スクロール３１と、揺動スクロール３２と、オルダムリング３３と、を備えたスクロール圧縮機構であり、これらスクロールにより圧縮室３４が形成される。固定スクロール３１は、鋳鉄等の金属からなり、第１台板３１１と、第１渦巻体３１２と、吐出ポート３１３と、インジェクションポート３１４と、吐出弁３１５と、を備えている。第１台板３１１は、円盤状を呈している。第１渦巻体３１２は、第１台板３１１における下側Ｌの面から突出して形成された渦巻状の壁である。吐出ポート３１３は、第１台板３１１の略中央に、その厚み方向である上下方向に貫通して形成され、第１渦巻体３１２の中央側の端部に位置している。インジェクションポート３１４は、第１台板３１１に圧縮室３４と連通するように、その厚み方向である上下方向に貫通して形成されている。本実施の形態では、インジェクションポート３１４は、図５に示すように、吐出ポート３１３を挟んで一対形成されている。吐出弁３１５は、第１台板３１１に吐出ポート３１３を塞ぐように設けられ、圧縮室３４が所望の圧力に達したときに、吐出ポート３１３を開状態にする。

揺動スクロール３２は、アルミニウム等の金属からなり、第２台板３２１と、第２渦巻体３２２と、筒状部３２３と、第２オルダム溝３２４と、を備えている。第２台板３２１は、一方の面と、外周領域の少なくとも一部がスラストプレート２２１と摺動する摺動面を有する他方の面と、径方向の最外部に位置し、一方の面と他方の面とを接続する側面３２１１と、を備えた円盤状を呈している。第２渦巻体３２２は、第２台板３２１の一方の面から突出して形成された渦巻状の壁である。なお、第１渦巻体３１２の先端部と第２渦巻体３２２の先端部とには、冷媒の漏れを抑制するためのシール部材が設けられている。筒状部３２３は、第２台板３２１の他方の面の略中央から下側Ｌに突出して形成された円筒状のボスである。筒状部３２３の内周面には、後述するスライダ７１を回転自在に支持する揺動軸受、いわゆるジャーナル軸受が、その中心軸がクランクシャフト６の中心軸と平行になるように設けられている。第２オルダム溝３２４は、第２台板３２１の他方の面に形成された長丸形状の溝である。第２オルダム溝３２４は、一対設けられ、それらは対向するように配置されている。一対の第２オルダム溝３２４を結ぶ線は、一対の第１オルダム溝２３３を結ぶ線に対して、直交する関係になるように設けられている。

オルダムリング３３は、揺動スクロール３２が自転することを防止するための部材であり、リング部３３１と、第１キー部３３２と、第２キー部３３３と、を備えている。リング部３３１は、リング状を呈しており、メインフレーム２のオルダム収容部２３１に設けられている。第１キー部３３２は、リング部３３１の下側Ｌの面に一対が対向するように形成されており、メインフレーム２の一対の第１オルダム溝２３３に収容される。第２キー部３３３は、リング部３３１の上側Ｕの面に一対が対向するように形成されており、揺動スクロール３２の一対の第２オルダム溝３２４に収容される。

圧縮室３４は、固定スクロール３１の第１渦巻体３１２と、揺動スクロール３２の第２渦巻体３２２と、を互いに噛み合わせることにより形成されている。圧縮室３４は、半径方向において、外側から内側へ向かうに従って容積が縮小するものであるため、冷媒を渦巻体の外端側から取り入れて、中央側に移動させることで徐々に圧縮される。圧縮室３４は、冷媒が最も圧縮される高圧縮域にて吐出ポート３１３と連通し、冷媒が圧縮過程の中間圧域にてインジェクションポート３１４と連通する。

冷媒は、例えば、組成中に、炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素、炭素の二重結合を有しないハロゲン化炭化水素、自然冷媒、又は、それらを含む混合物を使用することができる。炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素は、Ｒ１２３４ｙｆ（ＣＦ３ＣＦ＝ＣＨ２）、Ｒ１２３４ｚｅ（ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＦ）、Ｒ１２３３ｚｄ（ＣＦ３ＣＨ＝ＣＨＣｌ）等のＨＦＯ冷媒が挙げられる。炭素の二重結合を有しないハロゲン化炭化水素は、Ｒ３２（ＣＨ２Ｆ２）、Ｒ４１（ＣＨ３Ｆ）、Ｒ１２５（Ｃ２ＨＦ３）、Ｒ１３４ａ（ＣＨ２ＦＣＦ２）、Ｒ１４３ａ（ＣＦ３ＣＨ３）、Ｒ４１０Ａ（Ｒ３２／Ｒ１２５）、Ｒ４０７Ｃ（Ｒ３２／Ｒ１２５／Ｒ１３４ａ）等のＨＦＣ冷媒が挙げられる。ＣＨ２Ｆ２で表されるＲ３２（ジフルオロメタン）、Ｒ４１等が混合された冷媒が例示される。自然冷媒は、アンモニア（ＮＨ３）、二酸化炭素（ＣＯ２）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、プロピレン（Ｃ３Ｈ６）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）、イソブタン（ＣＨ（ＣＨ３）３）等が挙げられる。冷媒は、オゾン層破壊係数がゼロで、低ＧＷＰの冷媒が望ましい。

駆動機構部４は、メインフレーム２より下側Ｌに設けられている。駆動機構部４はステータ４１と、ロータ４２と、を備えている。ステータ４１は、例えば電磁鋼板を複数積層してなる鉄心に、絶縁層を介して巻線を巻回してなる固定子で、リング状に形成されている。ステータ４１は、焼き嵌め等によりメインシェル１１内部に固着支持されている。ロータ４２は、電磁鋼板を複数積層してなる鉄心の内部に永久磁石を内蔵するとともに、中央に上下方向に貫通する貫通穴を有する円筒状の回転子であり、ステータ４１の内部空間に配置されている。

サブフレーム５は、金属製のフレームであり、駆動機構部４の下側Ｌに設けられ、焼き嵌め、または溶接等によってメインシェル１１の内周面に固着支持されている。サブフレーム５は、副軸受部５１と、オイルポンプ５２と、を備えている。副軸受部５１は、サブフレーム５の中央部上側に設けられたボールベアリングであり、中央に上下方向に貫通する孔を有している。オイルポンプ５２は、サブフレーム５の中央部下側に設けられており、シェル１の油溜めに貯留された潤滑油に少なくとも一部が浸漬するように配置されている。

潤滑油は、シェル１の下部、すなわちロアシェル１３に貯留されており、オイルポンプ５２で吸い上げられて、後述するクランクシャフト６内の通油路６３を通り、圧縮機構部３等の機械的に接触するパーツ同士の摩耗低減、摺動部の温度調節、シール性を改善する。潤滑油としては、潤滑特性、電気絶縁性、安定性、冷媒溶解性、低温流動性などに優れるとともに、適度な粘度の油が好適である。例えば、ナフテン系、ポリオールエステル（ＰＯＥ）、ポリビニールエーテル（ＰＶＥ）、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）の油を使用することができる。

クランクシャフト６は、長尺な金属製の棒状部材であり、シェル１の内部に設けられている。クランクシャフト６は、主軸部６１と、偏心軸部６２と、通油路６３と、を備えている。主軸部６１は、クランクシャフト６の主要部を構成する軸であり、その中心軸がメインシェル１１の中心軸と一致するように配置されている。主軸部６１は、ロータ４２の中心の貫通孔に焼嵌め等により固定されている。偏心軸部６２は、その中心軸が主軸部６１の中心軸に対して偏心するように、主軸部６１の上側Ｕに設けられている。通油路６３は、主軸部６１および偏心軸部６２の内部に、軸方向にそって上下に貫通して設けられている。このクランクシャフト６は、主軸部６１における上側Ｕはメインフレーム２の軸孔２４に挿入され、下側Ｌがサブフレーム５の副軸受部５１の貫通孔に挿入固定される。これに伴い、偏心軸部６２は筒状部３２３の筒内に配置され、ロータ４２は、その外周面がステータ４１の内周面と所定の隙間を保って配置される。また、主軸部６１の上側Ｕには第１バランサ６４、下側Ｌには第２バランサ６５が、揺動スクロール３２の搖動することによるアンバランスを相殺するために設けられている。

ブッシュ７は、鉄等の金属からなり、揺動スクロール３２とクランクシャフト６を接続する接続部材である。ブッシュ７は、図４に示すように、本実施形態では２パーツで構成され、スライダ７１と、バランスウエイト７２と、を備える。スライダ７１は、鍔が形成された筒状の部材であり、偏心軸部６２に挿入固定された状態で、筒状部３２３嵌入されている。バランスウエイト７２は、上側Ｕから見た形状が略Ｃ状を呈するウエイト部７２１を備えたドーナツ状の部材であり、揺動スクロール３２の遠心力を相殺するために、回転中心に対して偏芯して設けられている。バランスウエイト７２は、例えばスライダ７１の鍔に焼嵌め等の方法により、嵌合されている。

給電部８は、スクロール圧縮機に給電する給電部材であり、シェル１のメインシェル１１の外周面に形成されている。給電部８は、カバー８１と、給電端子８２と、配線８３と、を備えている。カバー８１は、有底開口のカバー部材である。給電端子８２は、金属部材からなり、一方がカバー８１の内部に設けられ、他方がシェル１の内部に設けられている。配線８３は、一方が給電端子８２と接続され、他方がステータ４１と接続されている。

インジェクション機構部９は、圧縮室３４に液冷媒または気液二相冷媒を供給する部材であり、インジェクション管９１と、導入管９２と、連結管９３と、を備えている。インジェクション管９１は、例えば銅を含む金属からなる管であり、一端側が固定スクロール３１のインジェクションポート３１４に配置されている。本実施の形態では、インジェクション管９１は、複数で構成され、同様のものが２本設けられている。導入管９２は、金属からなる管であり、シェル１の外部から導入され、一部がアッパーシェル１２にろう付け等により固定されている。連結管９３は、導入管９２のシェル１の内部における端部と、複数のインジェクション管９１の他端側とを連結する筒状の連結部材である。すなわち、連結管９３は、筒の両端および側面に孔が形成されており、両端の孔にはインジェクション管９１がそれぞれ挿入された状態でろう付け等により固定され、側面の孔には導入管９２が挿入された状態でろう付け等により固定されている。なお、インジェクション機構部９は、スクロール圧縮機の駆動時に、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向、アッパーシェル１２の方向へ変位または変形する固定スクロール３１を押さえる押さえ部材の機能を兼ねている。この機能の詳細については、後述する。

このインジェクション機構部９は、冷媒回路では、図６に示す部分に位置している。すなわち、圧縮機１０１、凝縮器１０２、第１の絞り装置１０３、蒸発器１０４を順次配管で接続した冷媒回路１０において、凝縮器１０２と第１の絞り装置１０３の間から分岐し、第２の絞り装置１０５、開閉装置１０６を介して圧縮機１０１の圧縮室３４に液冷媒または気液二相冷媒を供給する。液冷媒または気液二相冷媒を供給は、圧縮機１０１の吐出温度を測定する温度センサ１０７の温度検出情報に基づいて、制御装置１０８が第２の絞り装置１０５および開閉装置１０６の開度を制御することで調整される。

ここで、シェル１と圧縮機構部３の関係について、図７を参照してさらに詳しく説明する。図７は、図３の一点鎖線の領域Ｙの拡大図である。

図７に示すように、メインシェル１１は、第１内壁面１１１と、第１内壁面１１１から突出し、固定スクロール３１を位置決めする第１突出部１１２と、第１突出部１１２においてアッパーシェル１２の側に向けて形成されている第１位置決め面１１３と、を有している。つまり、メインシェル１１は、下側Ｌに向かって内径が大きくなる段状の部分を備えている。そして、固定スクロール３１は、第１位置決め面１１３で位置決めされた状態で、焼嵌めや溶接等により、第１内壁面１１１に固定されている。なお、メインフレーム２も、シェル１の第２内壁面１１４から突出する第２突出部１１５の第２位置決め面１１６で位置決めされた状態で、第２内壁面１１４に焼嵌め等により固定されている。

この構造により、従来のように固定スクロール３１をネジ固定するための壁がメインフレーム２に不要になる。すなわち、揺動スクロール３２の第２台板３２１の側面３２１１とメインシェル１１の内壁面との間にメインフレーム２の壁が介在せず、第２台板３２１の側面３２１１とメインシェル１１の内壁面とが対向して配置される構造となる。そのため、メインシェル１１内における固定スクロール３１の第１台板３１１とメインフレーム２のスラスト軸受との間に形成される冷媒取込空間３７を従来よりも広げることができる。これにより、シェルや渦巻体等は従来設計のままで、揺動スクロール３２の第２台板３２１およびスラストプレート２２１の直径を大きくすることで、スラスト荷重を低減したり、揺動スクロール３２のサイズはそのままで、メインシェル１１の直径を小さくすることで、従来と特性は同等で小型化した圧縮機を得ることが可能になる。

次に、インジェクション機構部９の周辺の構造について、図８を参照してさらに詳しく説明する。図８は、図７の二点鎖線の領域Ｚの拡大図である。

図７からわかるように、固定スクロール３１は、インジェクションポート３１４の内面に、その径方向の中心に向かって突出する突出部３１６を有しており、インジェクション管９１の一端側における先端部９１３は、突出部３１６に対面するように設けられている。この突出部３１６により形成される孔３１５１の孔径Ｒ１は、インジェクション管９１の孔径Ｒ２よりも小さくなるように形成されている。また、このインジェクションポート３１４に配置されるインジェクション管９１は、鍔部９１１と、屈曲部９１２とを有している。鍔部９１１は、インジェクションポート３１４の内面に向かって、すなわち冷媒を吐出する孔に対して径方向の外側に突出するように、先端部９１３に形成されている。この先端部９１３と突出部３１６との間には隙間Ｄが形成されている。屈曲部９１２は、インジェクション管９１の一方の端部と、他方の端部との間に形成されている。また、導入管９２の直径Ｒ３は、インジェクション管９１の直径Ｒ４よりも大きくなるように形成されている。

次に、スクロール圧縮機の製造方法の一例を、図９を参照してさらに詳しく説明する。図９は、メインシェルの一製造方法について説明するための図である。なお、図９は、メインシェル１１の一つの壁の断面をわかりやすく図示したものであり、実際の寸法や厚みとは異なる。

まず、（ａ）のような未加工のメインシェル１１の上側Ｕから切削用のブラシ等（図示なし）を挿入して、内壁面を厚み方向に切削加工し、（ｂ）のように第２内壁面１１４および第２突出部１１５による段差を形成する。次に、第２突出部１１５から上側Ｕの方向に所定距離離れた第２内壁面１１４において、切削用のブラシ等で内壁面を厚み方向に所定の深さだけ切削加工することで、（ｃ）のように第１内壁面１１１および第１突出部１１２による段差を形成する。このため、第１内壁面１１１の内径ｒ１は、第２内壁面１１４の内径ｒ２よりも大きくなる。また、第１突出部１１２は、第２突出部１１５よりも上側Ｕの方向に形成され、その内壁面は第２内壁面１１４を兼ねた構成となる。なお、第１突出部１１２を形成した後で、第２突出部１１５を形成するようにしても良い。さらに、第１突出部１１２における第１内壁面１１１との接続部分、および第２突出部１１５における第２内壁面１１４との接続部分に、凹み１１３１、１１６１を形成する。凹み１１３１、１１６１は、切削加工によって上記接続部分に生じやすい曲面を除去し、固定スクロール３１を第１位置決め面１１３に確実に接触するための、いわゆるヌスミである。なお、メインシェル１１の厚みは、例えば４〜６ｍｍであり、突出部の高さ、すなわち点線で示した切削加工による削り深さは、例えば０．３ｍｍ前後である。

次に、上記のように形成されたメインシェル１１の上側Ｕから、メインフレーム２を挿入する。メインフレーム２は、第２突出部１１５の第２位置決め面１１６に面で接触し、高さ方向の位置決めがされる。その状態で、メインフレーム２を第２内壁面１１４に焼嵌めやアークスポット溶接等により固定する。そして、メインフレーム２の軸孔２４にクランクシャフト６を挿入したのち、偏心軸部６２にブッシュ７を取り付け、さらにオルダムリング３３や揺動スクロール３２等を配置する。

次いで、メインシェル１１の上側Ｕから、固定スクロール３１を挿入する。固定スクロール３１は、第１突出部１１２の第１位置決め面１１３に面で接触し、高さ方向に位置決めがされる。なお、本実施の形態では、固定スクロール３１の周方向の位置決めをする従来のネジのような部材がないため、固定スクロール３１を第１内壁面１１１に固定するまでは揺動スクロール３２に対して固定スクロール３１が回転可能であり、第１渦巻体３１２と第２渦巻体３２２の位置関係がずれて、スクロール圧縮機の製品ごとに圧縮ばらつきや圧縮不良が発生するおそれがある。そこで、揺動スクロール３２の第２渦巻体３２２に対する第１渦巻体３１２の位置関係が所定となるように固定スクロール３１を回転させて位相を調整したのち、固定スクロール３１を第１内壁面１１１に焼嵌め、スポット溶接等により固定する。なお、第１突出部１１２は、少なくとも固定スクロール３１の製造上の位置決めさえできれば良いので、固定スクロール３１を第１内壁面１１１への固定後に、固定スクロール３１が第１位置決め面１１３と接触していることは必須ではない。メインフレーム２と第２突出部１１５との関係についても同様である。

最後に、メインシェル１１の上側Ｕから、予め吐出管１５とインジェクション機構部９における導入管９２を接続したアッパーシェル１２を挿入したのち、メインシェル１１とアッパーシェル１２を溶接やアークスポット溶接等により固定する。その際、アッパーシェル１２と導入管９２を仮固定としておき、メインシェル１１とアッパーシェル１２の固定後に、インジェクション管９１と突出部３１６の間の隙間Ｄを調整するために、インジェクション機構部９の位置を調整後、導入管９２をアッパーシェル１２に本固定するようにしてもよい。また、アッパーシェル１２で固定スクロール３１を第１位置決め面１１３に押付けるように挿入し、かつその状態を維持して固定スクロール３１をメインシェル１１に固定することで、スクロール圧縮機ごとの冷媒取込空間３７の高さのばらつきを抑制し、位置精度を高めるとともに、スクロール圧縮機の駆動時に固定スクロール３１が上下方向にずれることを抑制してもよい。

以上で説明したとおり、本実施の形態の圧縮機は、従来のようにメインフレーム２に固定スクロール３１の接続用の壁を形成することなく、固定スクロール３１をメインシェル１１に固定しているため、冷媒取込空間３７を拡大することができる。また、ネジ等を使わないため、製造を容易化することができる。

スクロール圧縮機の動作について説明する。給電部８の給電端子８２に給電すると、ステータ４１とロータ４２とにトルクが発生し、これに伴ってクランクシャフト６が回転する。クランクシャフト６の回転は、偏心軸部６２およびブッシュ７を介して揺動スクロール３２に伝えられる。回転駆動力が伝達された揺動スクロール３２は、オルダムリング３３により自転を規制され、固定スクロール３１に対して偏心公転運動する。その際、揺動スクロール３２の他方の面が、スラストプレート２２１と摺動する。

揺動スクロール３２の揺動運動に伴い、吸入管１４からシェル１の内部に吸入された冷媒は、メインフレーム２の吸入ポート２５を通って冷媒取込空間に到達し、固定スクロール３１と揺動スクロール３２とで形成される圧縮室３４に取り込まれる。そして、冷媒は、揺動スクロール３２の偏心公転運動に伴い、外周部から中心方向に移動しながら体積を減じられて圧縮される。揺動スクロール３２の偏心公転運転時、揺動スクロール３２は自身の遠心力により、ブッシュ７と共に径方向に移動し、第２渦巻体３２２と第１渦巻体３１２の側壁面同士が密接する。圧縮された冷媒は、固定スクロール３１の吐出ポート３１３を介して、吐出管１５から吐出される。

ここで、インジェクション機構部９は、図６で説明したとおり、圧縮機１０１から吐出された冷媒の吐出温度に基づいて、圧縮室３４の中間圧領域へ冷媒を供給し、冷媒の吐出温度の調整をしている。すなわち、圧縮機１０１から吐出された冷媒の吐出温度が低い場合は、インジェクション機構部９からの冷媒供給量は供給されない、若しくは少なく、冷媒の吐出温度が高い場合は、冷媒供給量は多くなる。特に、圧縮機１０１の起動時の低圧縮比状態など、吐出温度が高すぎた場合には、圧縮室３４に液冷媒または気液二相冷媒が過剰に供給されるように制御される。このような冷媒過大供給時には、図１０に示すように、通常時と比較して圧縮室３４の圧力が一定期間急激に上昇する。圧縮室３４の圧力が急激に上昇すると、固定スクロール３１をアッパーシェル１２の方向に押し上げる強い力が作用するため、メインシェル１１に固定スクロール３１を焼嵌め等で固定している場合には、固定が解除されて固定スクロール３１がアッパーシェル１２の方向に変位する、いわゆる固定スクロール３１の浮き上がりが発生するおそれがある。

これに対して、本実施の形態では、インジェクション機構部９は固定スクロール３１を押さえる部材としても機能する。すなわち、スクロール圧縮機の駆動時に、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向（アッパーシェル１２の方向）へ変位する固定スクロール３１を押さえる押さえ部材を兼ねている。したがって、冷媒過大供給時などに、メインシェル１１と固定スクロール３１の固定が解除された場合、インジェクション機構部９が固定スクロール３１の浮き上がりを押さえることにより、固定スクロール３１の固定が解除されたことに起因する冷媒漏れ等を防止することができる。

また、本実施の形態では、このインジェクション機構部９の固定スクロール３１の押さえ部材としての機能は、固定スクロール３１が浮き上がったときの事後的な押さえの機能のみならず、固定スクロール３１の浮き上がりが発生する前に積極的に押さえる構成にしている。すなわち、圧縮機が停止時には、インジェクション管９１の先端部９１３とインジェクションポート３１４の突出部３１６の間には、隙間Ｄが形成されているが、冷媒過大供給時若しくはそれよりも前に隙間Ｄを０にすることで、インジェクション管９１を固定スクロール３１に当接するよう設定している。具体的には、インジェクション管９１は先端部９１３側が自由端であるため、圧縮機の動作時には温度上昇に伴い伸長して隙間Ｄが小さくなることを利用して、圧縮機の動作時のアッパーシェル１２内の温度、インジェクション管９１の肉厚、材質などにより、冷媒過大供給時に隙間Ｄが０になるよう調整している。したがって、冷媒過大供給時にインジェクション管９１の先端部９１３がインジェクションポート３１４の突出部３１６に当接することで、固定スクロール３１のアッパーシェル１２の方向への浮き上がりを抑制することができる。なお、駆動機構部４が配置されているメインシェル１１の空間の圧力が、アッパーシェル１２内の空間の圧力よりも低い、いわゆる低圧シェルでは、インジェクション機構部９が位置するアッパーシェル１２内の動作時の温度が高くなりやすくなるため、停止時には隙間Ｄを形成しつつ、動作時にはインジェクション管９１の熱膨張を利用して固定スクロール３１を押さえる本構造は好適である。

なお、圧縮機が停止時にインジェクション管９１の先端部９１３と固定スクロール３１の突出部３１６の間に隙間Ｄを形成するのは、圧縮機の通常の動作において、先端部９１３が熱膨張によって突出部３１６に当接して、インジェクション機構部９の固定端側に大きな負担がかかることを回避するためである。ただし、インジェクション機構部９の固定端側の負担を軽減する手段を適用する場合には、圧縮機が停止時に隙間Ｄを０ないし小さくして、圧縮室３４の内圧が高くなりすぎる前の段階から固定スクロール３１を押さえるようにしてもよい。インジェクション機構部９の固定端側の負担を軽減する手段としては、例えば図８に示すように、導入管９２の直径Ｒ３をインジェクション管９１の直径Ｒ４よりも大きくしたり、インジェクション管９１に屈曲部９１２を設けるなどがある。

ここで、インジェクション機構部９の固定スクロール３１の押さえ部材としての機能は、固定スクロール３１の変位だけでなく、固定スクロール３１の変形にも有効である。固定スクロール３１をメインフレームの周壁にネジ止め等により固定する構造では、固定強度が高いため固定スクロール３１が浮き上がることは生じにくいが、圧縮工程で吐出ポート３１３とつながる圧縮室３４である高圧領域において高圧になることで、固定スクロール３１の中央部がアッパーシェル１２の方向に反ることがある。固定スクロール３１が反ると、一方のスクロールの台板と、他方のスクロールの渦巻体の先端の間に隙間が生じることで、圧縮されたガスが高圧側から低圧側に漏れて圧縮効率を低下させてしまうおそれがあるため、インジェクション機構部９により、このような固定スクロール３１の変形を抑制することは効果的である。

この実施の形態では、第１台板３１１にインジェクションポート３１４が形成された固定スクロール３１と、固定スクロール３１とともに圧縮室３４を形成する揺動スクロール３２と、固定スクロール３１および揺動スクロール３２を収容したシェル１と、シェル１の外部から導入され、一部はシェル１に固定されており、シェル１の内部における一端側はインジェクションポート３１４に配置されたインジェクション機構部９と、を備えたスクロール圧縮機であって、インジェクション機構部９は、スクロール圧縮機の駆動時に、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向へ変位または変形する固定スクロール３１を押さえる押さえ部材を兼ねている。したがって、冷媒過大供給時など、固定スクロール３１に圧縮室３４側から大きな圧力が作用し、固定スクロール３１が浮き上がったり、吐出ポート３１３付近の固定スクロール３１が反っても、インジェクション機構部９によってそれら変位や変形を抑制することができる。

固定スクロール３１は、インジェクションポート３１４の内面に、その径方向の中心に向かって突出する突出部３１６を有しており、インジェクション管９１の一端側における先端部９１３は、突出部３１６に対面して設けられている。したがって、インジェクション管９１の先端部９１３をインジェクションポート３１４の突出部３１６に当接させ、固定スクロール３１を押さえることができる。また、インジェクション管９１は、先端部９１３にインジェクションポート３１４の内面に向かって突出する鍔部９１１を有しているため、鍔部９１１と突出部３１６とが当接する面積が大きくなり、固定スクロール３１の押さえ力を大きくすることができる。

インジェクション管９１の先端部９１３と、突出部３１６の間には隙間Ｄが形成されている。また、インジェクション管９１は、スクロール圧縮機の駆動時に温度上昇に伴って伸長し、先端部９１３が突出部３１６と当接する。したがって、冷媒過大供給時等、圧縮室３４の圧力が高まり、固定スクロール３１の変位や変形が発生するときに、先端部９１３で固定スクロール３１を押さえることができる。また、インジェクション機構部９は、銅を含む材料で構成されている。さらに、スクロール圧縮機の駆動時において、スクロール圧縮機は、駆動機構部４が配置されているメインシェル１１の空間の圧力が、アッパーシェル１２内の空間の圧力よりも低い低圧シェルであるため、動作時のインジェクション管９１の熱膨張による伸長を大きくできすることができる。

また、インジェクションポート３１４は、固定スクロール３１の台板に複数形成され、インジェクション機構部９は、一端側がそれぞれのインジェクションポート３１４に配置されている複数のインジェクション管９１と、シェル１の外部から導入され、一部がシェル１に固定されている導入管９２と、複数のインジェクション管９１の他端側と、導入管９２のシェル１の内部における端部と、を連結する連結管９３と、を備え、複数のインジェクション管９１は、一端側と、他端側との間に屈曲部９１２が形成されている。したがって、圧縮機が停止時、若しくは圧力が大きくなる前に、インジェクション管９１の先端部９１３が突出部３１６に当接する状況であっても、先端部９１３で固定スクロール３１を過度に押さえることでインジェクション機構部９のアッパーシェル１２との固定箇所にかかる大きな負担を、屈曲部９１２で吸収することができる。また、導入管９２の直径は、インジェクション管９１の直径よりも大きいため、インジェクション機構部９のアッパーシェル１２との固定箇所にかかる負担を軽減することができる。

シェル１は、固定スクロール３１および揺動スクロール３２を収容する筒状のメインシェル１１と、メインシェル１１に接続され、メインシェル１１の一方の開口を塞ぐアッパーシェル１２と、を備え、メインシェル１１は、第１内壁面１１１と、第１内壁面１１１から突出し、固定スクロール３１を位置決めする第１突出部１１２と、を有し、固定スクロール３１は、第１内壁面１１１に固定されている。このような構造では、従来のような固定スクロール３１をメインフレーム２にネジ固定する構造と比較して、固定強度が低いため、冷媒過大供給時などに固定スクロール３１が変位しやすいが、インジェクション機構部９がその押さえ部材を兼ねることで、当該不具合を軽減することができる。

実施の形態２．
図１１は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の断面図である。以下の実施の形態等では、図１〜図１０のスクロール圧縮機と同一の構成を有する部位には同一の符号を付してその説明を省略する。

実施の形態２では、インジェクションポート３１４Ａは、固定スクロール３１Ａの圧縮室３４の外側の冷媒吸込み空間、具体的には第１渦巻体３１２の最外端付近に設けられ、インジェクション機構部９Ａは、インジェクション管で構成され、シェル１の内部における一端側がインジェクションポート３１４Ａに配置されることで、低圧領域に冷媒を供給する構造になっている。また、インジェクション機構部９Ａのシェル１の内部における一端側と、固定スクロール３１Ａの突出部３１６の間には、圧縮室３４とインジェクションポート３１４Ａの連通または非連通を制御する弁機構９４が設けられ、インジェクション機構部９Ａと、弁機構９４との間には隙間Ｄが設けられている。インジェクションポート３１４Ａおよびインジェクション機構部９Ａは、各々一対であるが、数量はこれに限られない。

この実施の形態では、第１の実施の形態同様に、押さえ部材を兼ねるインジェクション機構部９Ａにより、スクロール圧縮機の駆動時に、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向へ変位または変形する固定スクロール３１を押さえることができる。

また、インジェクション機構部９Ａは、インジェクション管で構成されているため、簡単な構造で押さえ部材を構成できる。また、インジェクションポート３１４Ａは圧縮室３４の外側の冷媒吸入部付近に形成したため、圧縮室３４にデッドボリュームが形成されることを防止できる。さらに、インジェクション機構部９Ａと突出部３１６の間には、圧縮室３４とインジェクションポート３１４Ａの連通または非連通を制御する弁機構９４が設けられているため、圧縮した高圧冷媒がインジェクションポート３１４Ａを通って漏れたり、冷媒非供給時のデッドボリュームが増加することを抑制することができる。なお、弁機構９４は、実施形態１のようにインジェクションポート３１４Ａが中高圧〜高圧の圧縮室３４とつながる場合に特に有効である。また、バネ等の弾性手段を用いて開閉を制御する機構の他、差圧で開閉を制御する機構であってもよい。

実施の形態３．
図１２は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の断面図である。

実施の形態３では、固定スクロール３１Ｂの第１台板３１１Ｂにインジェクションポート３１４Ｂとつながる横穴３１７を形成し、メインシェル１１の側面に形成した孔からインジェクション機構部としてインジェクション管９１Ｂを挿入配置している。また、固定スクロール３１Ｂの第１台板３１１Ｂの上端部に凹部を形成し、その凹部に吐出管１５Ｂを挿入配置している。

この実施の形態では、固定スクロール３１Ｂは、第１台板３１１Ｂの径方向に沿って形成され、インジェクションポート３１４Ｂと連通する横穴３１７が形成されており、インジェクション管９１Ｂのシェルの内部における一端側は、横穴３１７に配置されているため、第１の実施の形態同様に、押さえ部材を兼ねるインジェクション機構部９Ａにより、スクロール圧縮機の駆動時に、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向へ変位または変形する固定スクロール３１を押さえることができる。

また、吐出管１５Ｂが固定スクロール３１Ｂの第１台板３１１Ｂを押さえる構造になっているため、揺動スクロール３２の方向に対して逆の方向へ変位または変形する固定スクロール３１を押さえることができる。なお、アッパーシェル１２で固定スクロール３１Ｂの第１台板３１１Ｂを押さえる構造をさらに採用しても良い。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、縦型スクロール圧縮機について説明したが、横型のスクロール圧縮機にも適用できる。その際、横型のスクロール圧縮機においては、メインフレームを基準として、上側Ｕは圧縮機構部が設けられている側、下側Ｌは駆動機構部が設けられている側に置き換えてみることができる。また、低圧シェル方式のスクロール圧縮機に限らず、駆動機構部が配置されたメインシェル内の空間の圧力が冷媒取込空間の圧力よりも高くなる高圧シェル方式のスクロール圧縮機にも適用できる。

１ シェル、１１ メインシェル、１１１ 第１内壁面、１１２ 第１突出部、１１３ 第１位置決め面、１１３１ 凹み、１１４ 第２内壁面、１１５ 第２突出部、１１６ 第２位置決め面、１１６１ 凹み、１２ アッパーシェル、１３ ロアシェル、１４ 吸入管、１５ 吐出管、１６ 固定台、２ メインフレーム、２１ 本体部、２２ 平坦面、２２１ スラストプレート、２２１１ 切欠き、２３ 収容部、２３１ オルダム収容部、２３２ ブッシュ収容部、２３３ 第１オルダム溝、２４ 軸孔、２５ 吸入ポート、２６ 返油孔、２７ 返油管、３ 圧縮機構部、３１、３１Ａ、３１Ｂ 固定スクロール、３１１、３１１Ｂ 第１台板、３１２ 第１渦巻体、３１３ 吐出ポート、３１４、３１４Ａ、３１４Ｂ インジェクションポート、３１５ 吐出弁、３１６ 突出部、３１６１ 孔、３１７ 横穴、３２ 揺動スクロール、３２１ 第２台板、３２２ 第２渦巻体、３２１１ 側面、３２３ 筒状部、３２４ 第２オルダム溝、３３ オルダムリング、３３１ リング部、３３２ 第１キー部、３３３ 第２キー部、３４ 圧縮室、４ 駆動機構部、４１ ステータ、４２ ロータ、５ サブフレーム、５１ 副軸受部、５２ オイルポンプ、６ クランクシャフト、６１ 主軸部、６２ 偏心軸部、６３ 通油路、７ ブッシュ、７１ スライダ、７２ バランスウエイト、７２１ ウエイト部、８ 給電部、８１ カバー、８２ 給電端子、８３ 配線、９、９Ａ インジェクション機構部、９１、９１Ｂ インジェクション管、９１１ 鍔部、９１２ 屈曲部、９１３ 先端部、９２ 導入管、９３ 連結管、９４ 弁機構、１０１ 圧縮機、１０２ 凝縮器、１０３ 第１の絞り装置、１０４ 蒸発器、１０５ 第２の絞り装置、１０６ 開閉装置、１０７ 温度センサ、１０８ 制御装置、Ｕ 上側、Ｌ 下側。

この発明に係るスクロール圧縮機は、台板にインジェクションポートが形成された固定スクロールと、前記固定スクロールとともに圧縮室を形成する揺動スクロールと、前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容したシェルと、前記シェルの外部から導入され、一部は前記シェルに固定されており、前記シェルの内部における一端側は前記インジェクションポートに配置されたインジェクション機構部と、を備えたスクロール圧縮機であって、前記インジェクション機構部は、前記スクロール圧縮機の駆動時に、前記揺動スクロールの方向に対して逆の方向へ変位または変形する前記固定スクロールを押さえる押さえ部材を兼ね、前記シェルは、前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容する筒状のメインシェルと、前記メインシェルに接続され、前記メインシェルの一方の開口を塞ぐアッパーシェルと、を備え、前記メインシェルは、第１内壁面と、前記第１内壁面から突出し、前記固定スクロールを位置決めする第１突出部と、を有し、前記固定スクロールは、前記第１内壁面に固定され、前記揺動スクロールを摺動自在に保持するフレームと、を備え、前記メインシェルは、第２内壁面と、前記第２内壁面から突出し、前記フレームを位置決めする第２突出部と、をさらに有し、前記フレームは、前記第２内壁面に固定されている。

Claims (14)

1. 台板にインジェクションポートが形成された固定スクロールと、
   前記固定スクロールとともに圧縮室を形成する揺動スクロールと、
   前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容したシェルと、
   前記シェルの外部から導入され、一部は前記シェルに固定されており、前記シェルの内部における一端側は前記インジェクションポートに配置されたインジェクション機構部と、を備えたスクロール圧縮機であって、
   前記インジェクション機構部は、前記スクロール圧縮機の駆動時に、前記揺動スクロールの方向に対して逆の方向へ変位または変形する前記固定スクロールを押さえる押さえ部材を兼ねるスクロール圧縮機。
2. 前記インジェクション機構部は、インジェクション管で構成されている請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記固定スクロールは、前記台板の径方向に沿って形成され、前記インジェクションポートと連通する横穴が形成されており、
   前記インジェクション管の前記シェルの内部における一端側は、前記横穴に配置されている請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記インジェクションポートは、前記固定スクロールの前記台板に複数形成され、
   前記インジェクション機構部は、
   一端側がそれぞれの前記インジェクションポートに配置されている複数のインジェクション管と、
   前記シェルの外部から導入され、一部が前記シェルに固定されている導入管と、
   複数の前記インジェクション管の他端側と、前記導入管の前記シェルの内部における端部と、を連結する連結部材と、を備え、
   複数の前記インジェクション管は、前記一端側と、前記他端側との間に屈曲部が形成されている請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記導入管の直径は、前記インジェクション管の直径よりも大きい請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記固定スクロールは、前記インジェクションポートの内面に、その径方向の中心に向かって突出する突出部を有しており、
   前記インジェクション管の前記一端側における先端部は、前記突出部に対面して設けられている請求項２または請求項４に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記インジェクション管は、前記先端部に前記インジェクションポートの内面に向かって突出する鍔部を有する請求項６に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記インジェクション管の前記先端部と前記突出部の間には、前記圧縮室と前記インジェクションポートの連通または非連通を制御する弁機構が設けられている請求項６または請求項７に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記インジェクション管の前記先端部と、前記突出部または前記弁機構の間には隙間が形成されている請求項８に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記インジェクション管は、前記スクロール圧縮機の駆動時に温度上昇に伴って伸長し、前記先端部が前記突出部または前記弁機構と当接する請求項９に記載のスクロール圧縮機。
11. 前記インジェクション機構部は、銅を含む材料で構成されている請求項９または請求項１０に記載のスクロール圧縮機。
12. 前記シェルは、前記固定スクロールおよび前記揺動スクロールを収容する筒状のメインシェルと、前記メインシェルに接続され、前記メインシェルの一方の開口を塞ぐアッパーシェルと、を備え、
    前記メインシェルは、第１内壁面と、前記第１内壁面から突出し、前記固定スクロールを位置決めする第１突出部と、を有し、
    前記固定スクロールは、前記第１内壁面に固定されている請求項１〜請求項１１の何れかに記載のスクロール圧縮機。
13. 前記揺動スクロールを摺動自在に保持するフレームと、を備え、
    前記メインシェルは、第２内壁面と、前記第２内壁面から突出し、前記フレームを位置決めする第２突出部と、をさらに有し、
    前記フレームは、前記第２内壁面に固定されている請求項１２に記載のスクロール圧縮機。
14. 前記メインシェルには、前記フレームに対して、前記固定スクロールとは反対側に駆動機構部を備え、
    前記スクロール圧縮機の駆動時において、前記スクロール圧縮機は、前記駆動機構部が配置されている前記メインシェルの空間の圧力が、前記アッパーシェル内の空間の圧力よりも低い低圧シェルである請求項１３に記載のスクロール圧縮機。

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