JP2000045969A - スクロール式流体機械 - Google Patents
スクロール式流体機械Info
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- JP2000045969A JP2000045969A JP25175298A JP25175298A JP2000045969A JP 2000045969 A JP2000045969 A JP 2000045969A JP 25175298 A JP25175298 A JP 25175298A JP 25175298 A JP25175298 A JP 25175298A JP 2000045969 A JP2000045969 A JP 2000045969A
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- involute curve
- wrap
- compression chamber
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
- F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
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- F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Rotary Pumps (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は軸１回転中に２個形成される圧縮室と
しての最大密閉空間が１８０°位相がずれる非対称スク
ロール形状において，巻き始め形状をインボリュート曲
線と２円弧を接続して形成して，干渉をなくし吐出行程
時の流路やラップの強度を確保するとともに内外の固有
圧縮比を実質的に同一にして，中央部形状が係わる必要
な特性全てに対する最適化を行うことを目的とする。 【構成】旋回及び固定スクロールで構成される外側圧縮
室の最大密閉空間４と壁面がインボリュート曲線からな
る最小密閉空間６との比と内側圧縮室の最大密閉空間５
と壁面がインボリュート曲線と円弧からなる最小密閉空
間８との比をおよそ同等にし，ラップ巻き始め球根形状
部のインボリュート曲線に接続される内側円弧部に，内
側圧縮室の実質的な最小密閉空間８を形成する内接点Ｓ
を一方の起点とする円弧状の切り欠き部を設けて作動流
体の流路として構成したことを特徴とするスクロール式
流体機械。
しての最大密閉空間が１８０°位相がずれる非対称スク
ロール形状において，巻き始め形状をインボリュート曲
線と２円弧を接続して形成して，干渉をなくし吐出行程
時の流路やラップの強度を確保するとともに内外の固有
圧縮比を実質的に同一にして，中央部形状が係わる必要
な特性全てに対する最適化を行うことを目的とする。 【構成】旋回及び固定スクロールで構成される外側圧縮
室の最大密閉空間４と壁面がインボリュート曲線からな
る最小密閉空間６との比と内側圧縮室の最大密閉空間５
と壁面がインボリュート曲線と円弧からなる最小密閉空
間８との比をおよそ同等にし，ラップ巻き始め球根形状
部のインボリュート曲線に接続される内側円弧部に，内
側圧縮室の実質的な最小密閉空間８を形成する内接点Ｓ
を一方の起点とする円弧状の切り欠き部を設けて作動流
体の流路として構成したことを特徴とするスクロール式
流体機械。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，気体からなる作動流体
に圧力エネルギーを加えるか与えられる容積式の流体機
械であって，特に圧縮機，膨張機さらには真空ポンプ等
に利用されるスクロール式流体機械に関する。
に圧力エネルギーを加えるか与えられる容積式の流体機
械であって，特に圧縮機，膨張機さらには真空ポンプ等
に利用されるスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】偏心軸を有して動力を伝達するシャフト
と自転防止機構から旋回運動をする旋回スクロールとシ
ャフトを支持するハウジング等に固定された固定スクロ
ールとで構成されるスクロール式流体機械で，壁面がス
クロールラップにより形成されて大きさが異なる２つの
圧縮室の最大密閉空間が１８０°位相がずれて形成され
る非対称スクロールに関する公知例として特公昭６２−
２９６０１が挙げられる。そして，スクロールの巻き始
め中央の形状がインボリュート曲線とそれに接続される
２つの円弧で形成された公知例として特公平７−３５７
９１と特公平７−３９８０３が挙げられる。これらの公
知例では非対称スクロールのインボリュート曲線で形成
されるラップ形状と巻き始め中央部のインボリュート曲
線と接続される円弧形状との関連付けさらには最大密閉
空間と最小密閉空間との係わりが明確にされていない。
と自転防止機構から旋回運動をする旋回スクロールとシ
ャフトを支持するハウジング等に固定された固定スクロ
ールとで構成されるスクロール式流体機械で，壁面がス
クロールラップにより形成されて大きさが異なる２つの
圧縮室の最大密閉空間が１８０°位相がずれて形成され
る非対称スクロールに関する公知例として特公昭６２−
２９６０１が挙げられる。そして，スクロールの巻き始
め中央の形状がインボリュート曲線とそれに接続される
２つの円弧で形成された公知例として特公平７−３５７
９１と特公平７−３９８０３が挙げられる。これらの公
知例では非対称スクロールのインボリュート曲線で形成
されるラップ形状と巻き始め中央部のインボリュート曲
線と接続される円弧形状との関連付けさらには最大密閉
空間と最小密閉空間との係わりが明確にされていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
している課題として，インボリュート曲線外周部の巻き
終り側に，固定スクロールのラップと旋回スクロールの
ラップとの間で形成され，流体機械としての能力から設
定される２つの最大密閉空間の容積は非対称スクロール
の場合，大きさが異なるが，それに対する巻き始めに形
成されるそれぞれの最小密閉空間の容積を決める場合に
流体機械の性能，信頼性さらには大きさ等を総合的に評
価した最適化が行われていなかった。前記外側圧縮室の
設計的な最小密閉空間の容積は通常当該流体機械の運転
条件から設定されるが，内側圧縮室の最小密閉空間の容
積も同様に設定されているために，ラップ間の干渉の防
止や吐出行程時の流路を確保するために，複雑な加工を
用いたり，小さなラップ巻き始め形状から強度を低下さ
せたり，また流体機械の径寸法を大きくしていた。
している課題として，インボリュート曲線外周部の巻き
終り側に，固定スクロールのラップと旋回スクロールの
ラップとの間で形成され，流体機械としての能力から設
定される２つの最大密閉空間の容積は非対称スクロール
の場合，大きさが異なるが，それに対する巻き始めに形
成されるそれぞれの最小密閉空間の容積を決める場合に
流体機械の性能，信頼性さらには大きさ等を総合的に評
価した最適化が行われていなかった。前記外側圧縮室の
設計的な最小密閉空間の容積は通常当該流体機械の運転
条件から設定されるが，内側圧縮室の最小密閉空間の容
積も同様に設定されているために，ラップ間の干渉の防
止や吐出行程時の流路を確保するために，複雑な加工を
用いたり，小さなラップ巻き始め形状から強度を低下さ
せたり，また流体機械の径寸法を大きくしていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記従来例の課題を解決
するために，本発明では非対称スクロール形状におい
て，旋回スクロールラップの外側にインボリュート曲線
から形成される最大密閉空間の容積Ｖｓｍｏとその空間
が軸の回転に伴い中心に移動して形成される最小密閉空
間の容積Ｖｄｍｏの比Ｖｓｍｏ／Ｖｄｍｏがおよそ運転
条件等から与えられる設計的な固有圧縮比Ｖｒｏとなる
が，上記Ｖｓｍｏに対して１８０°位相がずれて旋回ス
クロールラップの内側にインボリュート曲線から形成さ
れる最大密閉空間の容積Ｖｓｍｉと，やはりその空間が
軸の回転に伴い中心に移動して形成される最小密閉空間
の容積Ｖｄｍｉの比Ｖｓｍｉ／ＶｄｍｉをＶｒｉと置い
た時に，ＶｒｏとＶｒｉの比ＲＶｒを最大密閉空間の容
積の比Ｖｓｍｏ／Ｖｓｍｉを基準にして±１０％の範囲
内で設定する。旋回スクロール巻き始めの２円弧で形成
される球根形状部の内壁側の円弧の半径Ｒｓｏ２から旋
回半径を引いた値におよそ等しくはそのより数十ミクロ
ン小さくした値を，固定スクロール巻き始めの２円弧で
形成される球根形状部の先端側の円弧の半径Ｒｓｆ１と
する。この旋回スクロールと固定スクロールの互いの球
根形状部の関係より，旋回スクロール内側の最小密閉空
間の容積Ｖｄｍｉが形成された後さらに軸が回転してそ
の容積が中心側に移動して小さくなっても密閉状態が保
持されているので空間内の作動ガスは圧縮され，その最
大密閉空間の容積との比が前記設計的な固有圧縮比Ｖｒ
ｏにおよそ等しくなった後旋回スクロール側に設けた圧
縮室と中心部の吐出空間に連通する通路から圧縮ガスが
流出する。本発明の目的は旋回スクロールの内側と外側
に形成される２つの最大密閉空間が，大きさが異なり軸
１回転中に１８０°位相がずれる非対称スクロール形状
において，中央巻き始めの球根形状部を，干渉がなくイ
ンボリュート部の厚さより厚くして切り欠き部を設ける
ことにより強度とともに流路を確保できるようにインボ
リュート曲線と２円弧の接続から形成して，内外の圧縮
室に対する固有圧縮比を実質的に同一にして，流体機械
の効率や耐久性及び大きさに対する最適形状を得ること
を目的とする。
するために，本発明では非対称スクロール形状におい
て，旋回スクロールラップの外側にインボリュート曲線
から形成される最大密閉空間の容積Ｖｓｍｏとその空間
が軸の回転に伴い中心に移動して形成される最小密閉空
間の容積Ｖｄｍｏの比Ｖｓｍｏ／Ｖｄｍｏがおよそ運転
条件等から与えられる設計的な固有圧縮比Ｖｒｏとなる
が，上記Ｖｓｍｏに対して１８０°位相がずれて旋回ス
クロールラップの内側にインボリュート曲線から形成さ
れる最大密閉空間の容積Ｖｓｍｉと，やはりその空間が
軸の回転に伴い中心に移動して形成される最小密閉空間
の容積Ｖｄｍｉの比Ｖｓｍｉ／ＶｄｍｉをＶｒｉと置い
た時に，ＶｒｏとＶｒｉの比ＲＶｒを最大密閉空間の容
積の比Ｖｓｍｏ／Ｖｓｍｉを基準にして±１０％の範囲
内で設定する。旋回スクロール巻き始めの２円弧で形成
される球根形状部の内壁側の円弧の半径Ｒｓｏ２から旋
回半径を引いた値におよそ等しくはそのより数十ミクロ
ン小さくした値を，固定スクロール巻き始めの２円弧で
形成される球根形状部の先端側の円弧の半径Ｒｓｆ１と
する。この旋回スクロールと固定スクロールの互いの球
根形状部の関係より，旋回スクロール内側の最小密閉空
間の容積Ｖｄｍｉが形成された後さらに軸が回転してそ
の容積が中心側に移動して小さくなっても密閉状態が保
持されているので空間内の作動ガスは圧縮され，その最
大密閉空間の容積との比が前記設計的な固有圧縮比Ｖｒ
ｏにおよそ等しくなった後旋回スクロール側に設けた圧
縮室と中心部の吐出空間に連通する通路から圧縮ガスが
流出する。本発明の目的は旋回スクロールの内側と外側
に形成される２つの最大密閉空間が，大きさが異なり軸
１回転中に１８０°位相がずれる非対称スクロール形状
において，中央巻き始めの球根形状部を，干渉がなくイ
ンボリュート部の厚さより厚くして切り欠き部を設ける
ことにより強度とともに流路を確保できるようにインボ
リュート曲線と２円弧の接続から形成して，内外の圧縮
室に対する固有圧縮比を実質的に同一にして，流体機械
の効率や耐久性及び大きさに対する最適形状を得ること
を目的とする。
【０００５】
【作用】前記の如く構成されたスクロール式流体機械
は，旋回スクロールラップの巻き終り側前後でおよそ１
８０°位相がずれて形成される２つ最大密閉空間へは作
動ガスが交互に作動室に流入するので，ガスの速度変動
が少ない。最大密閉空間とインボリュート曲線のみから
形成される最小密閉空間の比で表される設計的な固有圧
縮比は，旋回スクロールラップ外側の圧縮室に対して内
側の圧縮室では小さく設定されているが，固定スクロー
ル先端Ｒ部で微小隙間にてシールされており，実質の固
有圧縮比が大きくなって，外側と同等になるので，圧縮
不足損失が減少するのと，２つある作動室からの吐出行
程のタイミングがずれるためガスの速度変動が減少す
る。内側圧縮室の設計的な固有圧縮比を小さくすること
により，ラップ中央部の空間を十分に取れるために，吐
出流路を確保した上で球根形状部が大きくできるので，
性能的にも信頼性的にもさらには加工的にも球根形状部
の最適化が図れる。
は，旋回スクロールラップの巻き終り側前後でおよそ１
８０°位相がずれて形成される２つ最大密閉空間へは作
動ガスが交互に作動室に流入するので，ガスの速度変動
が少ない。最大密閉空間とインボリュート曲線のみから
形成される最小密閉空間の比で表される設計的な固有圧
縮比は，旋回スクロールラップ外側の圧縮室に対して内
側の圧縮室では小さく設定されているが，固定スクロー
ル先端Ｒ部で微小隙間にてシールされており，実質の固
有圧縮比が大きくなって，外側と同等になるので，圧縮
不足損失が減少するのと，２つある作動室からの吐出行
程のタイミングがずれるためガスの速度変動が減少す
る。内側圧縮室の設計的な固有圧縮比を小さくすること
により，ラップ中央部の空間を十分に取れるために，吐
出流路を確保した上で球根形状部が大きくできるので，
性能的にも信頼性的にもさらには加工的にも球根形状部
の最適化が図れる。
【０００６】
【実施例】本発明のスクロール式流体機械に用いる作動
流体として気体を対象に説明を進めるが，旋回スクロー
ルラップの巻き数を１．５巻き以下すれば液体について
も適用は可能である。スクロール式流体機械の圧縮機構
部の代表例を図１に示す。圧縮機構部は基本的に厚板に
数巻きの渦巻き状の溝を設けた固定スクロール２と円形
板上に前記固定スクロール１と同程度の渦巻き状の突起
を設けた旋回スクロール１を互いに噛み合わせて構成さ
れる。この渦巻き状の溝ないしは突起の壁面形状は図２
に示すような基礎円の伸開線としての内外２本のインボ
リュート曲線から形成される。図中記号のＸとＹは座標
軸，Ｏは原点を表し，Ｗａは基礎円半径を，Ｗｔはラッ
プの歯厚を，そしてλはＸ軸からのＢ点までの回転角を
表す。従って，基礎円上の点Ｂから引いた接線上の点Ｃ
までの距離ＬはＷａ×λとして求められる。ラップ間で
囲まれる容積はこのＬの関係式を基に得られることにな
る。本発明の旋回スクロール１の平面形状を図３に示
す。円板上に一体にして設けられた渦巻き状突起である
ラップ１ｂの形状は，巻き終り終端部１ｃの外側Ａ点及
び内側Ｂ点から２本のインボリュート曲線から構成され
るラップが内側の中央に向かっておよそ２巻きと半周強
巻かれている。中央部ではＡ点から入ったインボリュー
ト曲線とＢ点から入ったインボリュート曲線とを２つの
円弧で接続した球根形状部１ｅを形成している。中央の
＋字マークは座標の原点を，その原点を囲む小さな円は
基礎円１ａを表す。図３の中央部巻き始め球根形状部１
ｅを拡大しＸＹ座標軸を記入した図を図４に示す。ラッ
プ１ｂ外側のインボリュート曲線の始点をＭａで，内側
のインボリュート曲線の始点をＭｃで表し，中心Ｏｍ１
を基礎円の接線上に設けた点Ｍａから始まる先端の円弧
半径をＲｍ１と置き，中心Ｏｍ２を基礎円の接線上に設
けた点Ｍｃから始まる内側の円弧半径をＲｍ２と置き，
その２つの円弧を接続点をＭｂとする。この時，インボ
リュート曲線の式から得られる中心Ｏｍ１の座標と中心
Ｏｍ２の座標間距離を円弧半径Ｒｍ１とＲｍ２との和に
等しいとする関係式を用いて球根形状部１ｅが得られ
る。一方，点Ｍｃから数十度軸を回転した点Ｍｄから先
端に向けて切り欠き部１ｆが設けられている。本発明の
固定スクロール２の平面形状を図５に示す。厚板内に掘
り込んだ渦巻き状溝はインボリュート曲線から構成さ
れ，半円弧状の溝終端部２ｃから中央に向かっておよそ
２巻き半で，インボリュート曲線から構成されるラップ
２ｂの形状は，点及び内側Ｂ点から２本のインボリュー
ト曲線から構成されるラップが内側の中央に向かってお
よそ２巻き巻かれている。さらには，圧縮室への作動ガ
スの吸入口２ｈが巻き終り部の溝に連通して設けられ，
圧縮室からの作動ガスの吐出口２ｇが中央部の溝に連通
して設けられている。旋回スクロールと同様，中央の＋
字マークは座標の原点を，その原点を囲む小さな円は基
礎円１ａを表す。図５の中央部巻き始め球根形状部１ｅ
を拡大しＸＹ座標軸を記入して図６に示す。渦巻き状溝
外壁のインボリュート曲線の始点をＦｃで，内壁のイン
ボリュート曲線の始点をＦａで表し，中心Ｏｆ１を基礎
円の接線上に設けた点Ｆａから始まる先端の円弧半径を
Ｒｆ１と置き，中心Ｏｆ２を基礎円の接線上に設けた点
Ｆｃから始まる内側の円弧半径をＲｆ２と置き，その２
つの円弧を接続点をＦｂとする。この時，インボリュー
ト曲線の式から得られる中心Ｏｆ１の座標と中心Ｏｆ２
の座標間距離を円弧半径Ｒｆ１とＲｆ２との和に等しい
とする関係式を用いて，球根形状部２ｅが得られる。外
壁の点Ｆｃの手前に設けた点Ｆｅに関しては図９で説明
する。一方，点Ｆｃから数十度先端に向けて回転した点
Ｆｄから先端に向けて切り欠き部２ｆが設けられてい
る。旋回スクロール１と固定スクロール２の渦巻き部を
噛み合わせて，図３のＡ点を図５の終端部２ｃの外壁に
ほとんど接触させると同時にこのＡ点から巻き角度で２
πだけ中に入ってラップ１ｂ外壁とラップ２ｂ内壁とを
ほとんど接触させた点Ｅにより旋回スクロール１と固定
スクロール２との間に外側圧縮室の最大密閉空間４を形
成した状態を図７に示す。この最大密閉空間４の容積を
Ｖｓｍｏと置く。図７の状態から旋回スクロール１を半
回転すなはち１８０°回転させて，点Ｇと点Ｈをほとん
ど接触させて旋回スクロールと固定スクロールとの間に
内側圧縮室の最大密閉空間５を形成した状態を図８に示
す。この最大密閉空間５の容積をＶｓｍｉと置く。図７
の状態から旋回スクロールがさらに２回転強旋回運動し
て，旋回スクロールラップ１ｂ内壁と固定スクロールラ
ップ２ｂ外壁の２個所の１巻き違う接点Ｋと接点Ｊとの
間のインボリュート曲線で囲まれた外側圧縮室に対する
最小密閉空間６を形成した状態を図９に示す。内側の接
点Ｋは図６に示した固定スクロール溝内壁のインボリュ
ート曲線部の点Ｆｅと一致する。図６に示したこの点Ｆ
ｅよりさらに内側に入った点Ｆｃまではインボリュート
曲線で形成されている。図１０の状態では，吐出孔２ｇ
は最小密閉空間６に連通する直前の状態にある。この最
小密閉空間６の容積をＶｄｍｏと置く。図８から旋回ス
クロールをさらに１回転強旋回させて，旋回スクロール
ラップ１ｂ外壁と固定スクロールラップ２ｂ内壁の２個
所の１巻き違う接点Ｐと接点Ｑとの間のインボリュート
曲線で囲まれた内側圧縮室に対する最小密閉空間７を形
成した状態を図１０に示す。図では吐出孔２ｇは最小密
閉空間７に連通した状態にある。この最小密閉空間７の
容積をＶｄｍｉと置く。外側圧縮室の最大密閉空間４と
最小密閉空間６の容積の比Ｖｓｍｏ／ＶｄｍｏをＶＲｏ
と置き，内側圧縮室のその容積の比Ｖｓｍｉ／Ｖｄｍｉ
をＶＲｉと置くと，ＶＲｏは運転条件等から与えられる
設計的な固有圧縮比におよそ等しくなるが，ＶＲｉはＶ
Ｒｏより小さく，最大密閉空間の容積の比Ｖｓｍｏ／Ｖ
ｓｍｉにおよそ等しいか，その値の±１０％の範囲に入
れる。図９から旋回スクロールがさらに旋回すると，中
心に向けて移動した外側圧縮室の最小密閉空間６に吐出
孔２ｇが連通して，圧縮室内の作動ガスがこの隙間から
吐き出されることになる。一方，内側圧縮室の最小密閉
空間７の場合，図１０から旋回スクロールが数十度旋回
した状態の図１１に示すように，固定スクロールの球根
形状部２ｅ先端と旋回スクロールの球根形状部１ｅ内壁
Ｒ部との間はほとんど接触状態にあって，接点Ｔと接点
Ｓで囲まれた最小密閉空間８を形成することになる。こ
の点Ｓは，旋回スクロール及び固定スクロールそれぞれ
の球根形状部に設けた切り欠き部１ｆと２ｆの開始点で
ある図４の点Ｍｄ及び図６の点Ｆｄに一致する。この実
質的な最小密閉空間８としての容積をＶｄｍｉｅと置
く。この図１１の対する内側圧縮室の容積比Ｖｓｍｉ／
Ｖｄｍｉｅは，図１０に対する容積比ＶＲｉより小さ
く，図９に対する外側圧縮室の容積比ＶＲｏとおよそ同
等に設定する。図１２は従来の方法で形成した球根形状
部である。いずれの球根形状部もラップ間干渉や強度
的，加工上も問題が生じる可能性を有している。以上の
如く構成されたスクロール流体機械の働きについて以下
説明する。軸１回転中に形成される大きさの異なる２つ
の最大密閉空間４と最大密閉空間５は，形成されるタイ
ミングが１８０°ずれるので，吸入行程時に作動流体は
吸入孔から交互にそれぞれの圧縮室の流入する。そし
て，それぞれの圧縮室は旋回運動に伴い中央に移動しな
がら容積を減少させて実質的な最小密閉空間を形成位置
まで作動流体を圧縮室内にて圧縮されることになる。し
かも，内外圧縮室の固有圧縮比は実質的に同じなので，
圧縮室内の圧力上昇度合いも同じになる。最小密閉空間
形成後軸が回転して吐出行程に移行するが，圧縮室に吐
出孔が直ちに開口するとともに球根形状部に設けた流出
面積を十分に確保した切り欠き部からも直ちに作動流体
が流出する。さらには，球根形状部の前後には運転条件
によっては相当に大きな差圧が作用する場合があるが，
球根形状部の中央部はインボリュート曲線で形成される
ラップ部の厚さより厚くなっており，破損する心配はな
い。
流体として気体を対象に説明を進めるが，旋回スクロー
ルラップの巻き数を１．５巻き以下すれば液体について
も適用は可能である。スクロール式流体機械の圧縮機構
部の代表例を図１に示す。圧縮機構部は基本的に厚板に
数巻きの渦巻き状の溝を設けた固定スクロール２と円形
板上に前記固定スクロール１と同程度の渦巻き状の突起
を設けた旋回スクロール１を互いに噛み合わせて構成さ
れる。この渦巻き状の溝ないしは突起の壁面形状は図２
に示すような基礎円の伸開線としての内外２本のインボ
リュート曲線から形成される。図中記号のＸとＹは座標
軸，Ｏは原点を表し，Ｗａは基礎円半径を，Ｗｔはラッ
プの歯厚を，そしてλはＸ軸からのＢ点までの回転角を
表す。従って，基礎円上の点Ｂから引いた接線上の点Ｃ
までの距離ＬはＷａ×λとして求められる。ラップ間で
囲まれる容積はこのＬの関係式を基に得られることにな
る。本発明の旋回スクロール１の平面形状を図３に示
す。円板上に一体にして設けられた渦巻き状突起である
ラップ１ｂの形状は，巻き終り終端部１ｃの外側Ａ点及
び内側Ｂ点から２本のインボリュート曲線から構成され
るラップが内側の中央に向かっておよそ２巻きと半周強
巻かれている。中央部ではＡ点から入ったインボリュー
ト曲線とＢ点から入ったインボリュート曲線とを２つの
円弧で接続した球根形状部１ｅを形成している。中央の
＋字マークは座標の原点を，その原点を囲む小さな円は
基礎円１ａを表す。図３の中央部巻き始め球根形状部１
ｅを拡大しＸＹ座標軸を記入した図を図４に示す。ラッ
プ１ｂ外側のインボリュート曲線の始点をＭａで，内側
のインボリュート曲線の始点をＭｃで表し，中心Ｏｍ１
を基礎円の接線上に設けた点Ｍａから始まる先端の円弧
半径をＲｍ１と置き，中心Ｏｍ２を基礎円の接線上に設
けた点Ｍｃから始まる内側の円弧半径をＲｍ２と置き，
その２つの円弧を接続点をＭｂとする。この時，インボ
リュート曲線の式から得られる中心Ｏｍ１の座標と中心
Ｏｍ２の座標間距離を円弧半径Ｒｍ１とＲｍ２との和に
等しいとする関係式を用いて球根形状部１ｅが得られ
る。一方，点Ｍｃから数十度軸を回転した点Ｍｄから先
端に向けて切り欠き部１ｆが設けられている。本発明の
固定スクロール２の平面形状を図５に示す。厚板内に掘
り込んだ渦巻き状溝はインボリュート曲線から構成さ
れ，半円弧状の溝終端部２ｃから中央に向かっておよそ
２巻き半で，インボリュート曲線から構成されるラップ
２ｂの形状は，点及び内側Ｂ点から２本のインボリュー
ト曲線から構成されるラップが内側の中央に向かってお
よそ２巻き巻かれている。さらには，圧縮室への作動ガ
スの吸入口２ｈが巻き終り部の溝に連通して設けられ，
圧縮室からの作動ガスの吐出口２ｇが中央部の溝に連通
して設けられている。旋回スクロールと同様，中央の＋
字マークは座標の原点を，その原点を囲む小さな円は基
礎円１ａを表す。図５の中央部巻き始め球根形状部１ｅ
を拡大しＸＹ座標軸を記入して図６に示す。渦巻き状溝
外壁のインボリュート曲線の始点をＦｃで，内壁のイン
ボリュート曲線の始点をＦａで表し，中心Ｏｆ１を基礎
円の接線上に設けた点Ｆａから始まる先端の円弧半径を
Ｒｆ１と置き，中心Ｏｆ２を基礎円の接線上に設けた点
Ｆｃから始まる内側の円弧半径をＲｆ２と置き，その２
つの円弧を接続点をＦｂとする。この時，インボリュー
ト曲線の式から得られる中心Ｏｆ１の座標と中心Ｏｆ２
の座標間距離を円弧半径Ｒｆ１とＲｆ２との和に等しい
とする関係式を用いて，球根形状部２ｅが得られる。外
壁の点Ｆｃの手前に設けた点Ｆｅに関しては図９で説明
する。一方，点Ｆｃから数十度先端に向けて回転した点
Ｆｄから先端に向けて切り欠き部２ｆが設けられてい
る。旋回スクロール１と固定スクロール２の渦巻き部を
噛み合わせて，図３のＡ点を図５の終端部２ｃの外壁に
ほとんど接触させると同時にこのＡ点から巻き角度で２
πだけ中に入ってラップ１ｂ外壁とラップ２ｂ内壁とを
ほとんど接触させた点Ｅにより旋回スクロール１と固定
スクロール２との間に外側圧縮室の最大密閉空間４を形
成した状態を図７に示す。この最大密閉空間４の容積を
Ｖｓｍｏと置く。図７の状態から旋回スクロール１を半
回転すなはち１８０°回転させて，点Ｇと点Ｈをほとん
ど接触させて旋回スクロールと固定スクロールとの間に
内側圧縮室の最大密閉空間５を形成した状態を図８に示
す。この最大密閉空間５の容積をＶｓｍｉと置く。図７
の状態から旋回スクロールがさらに２回転強旋回運動し
て，旋回スクロールラップ１ｂ内壁と固定スクロールラ
ップ２ｂ外壁の２個所の１巻き違う接点Ｋと接点Ｊとの
間のインボリュート曲線で囲まれた外側圧縮室に対する
最小密閉空間６を形成した状態を図９に示す。内側の接
点Ｋは図６に示した固定スクロール溝内壁のインボリュ
ート曲線部の点Ｆｅと一致する。図６に示したこの点Ｆ
ｅよりさらに内側に入った点Ｆｃまではインボリュート
曲線で形成されている。図１０の状態では，吐出孔２ｇ
は最小密閉空間６に連通する直前の状態にある。この最
小密閉空間６の容積をＶｄｍｏと置く。図８から旋回ス
クロールをさらに１回転強旋回させて，旋回スクロール
ラップ１ｂ外壁と固定スクロールラップ２ｂ内壁の２個
所の１巻き違う接点Ｐと接点Ｑとの間のインボリュート
曲線で囲まれた内側圧縮室に対する最小密閉空間７を形
成した状態を図１０に示す。図では吐出孔２ｇは最小密
閉空間７に連通した状態にある。この最小密閉空間７の
容積をＶｄｍｉと置く。外側圧縮室の最大密閉空間４と
最小密閉空間６の容積の比Ｖｓｍｏ／ＶｄｍｏをＶＲｏ
と置き，内側圧縮室のその容積の比Ｖｓｍｉ／Ｖｄｍｉ
をＶＲｉと置くと，ＶＲｏは運転条件等から与えられる
設計的な固有圧縮比におよそ等しくなるが，ＶＲｉはＶ
Ｒｏより小さく，最大密閉空間の容積の比Ｖｓｍｏ／Ｖ
ｓｍｉにおよそ等しいか，その値の±１０％の範囲に入
れる。図９から旋回スクロールがさらに旋回すると，中
心に向けて移動した外側圧縮室の最小密閉空間６に吐出
孔２ｇが連通して，圧縮室内の作動ガスがこの隙間から
吐き出されることになる。一方，内側圧縮室の最小密閉
空間７の場合，図１０から旋回スクロールが数十度旋回
した状態の図１１に示すように，固定スクロールの球根
形状部２ｅ先端と旋回スクロールの球根形状部１ｅ内壁
Ｒ部との間はほとんど接触状態にあって，接点Ｔと接点
Ｓで囲まれた最小密閉空間８を形成することになる。こ
の点Ｓは，旋回スクロール及び固定スクロールそれぞれ
の球根形状部に設けた切り欠き部１ｆと２ｆの開始点で
ある図４の点Ｍｄ及び図６の点Ｆｄに一致する。この実
質的な最小密閉空間８としての容積をＶｄｍｉｅと置
く。この図１１の対する内側圧縮室の容積比Ｖｓｍｉ／
Ｖｄｍｉｅは，図１０に対する容積比ＶＲｉより小さ
く，図９に対する外側圧縮室の容積比ＶＲｏとおよそ同
等に設定する。図１２は従来の方法で形成した球根形状
部である。いずれの球根形状部もラップ間干渉や強度
的，加工上も問題が生じる可能性を有している。以上の
如く構成されたスクロール流体機械の働きについて以下
説明する。軸１回転中に形成される大きさの異なる２つ
の最大密閉空間４と最大密閉空間５は，形成されるタイ
ミングが１８０°ずれるので，吸入行程時に作動流体は
吸入孔から交互にそれぞれの圧縮室の流入する。そし
て，それぞれの圧縮室は旋回運動に伴い中央に移動しな
がら容積を減少させて実質的な最小密閉空間を形成位置
まで作動流体を圧縮室内にて圧縮されることになる。し
かも，内外圧縮室の固有圧縮比は実質的に同じなので，
圧縮室内の圧力上昇度合いも同じになる。最小密閉空間
形成後軸が回転して吐出行程に移行するが，圧縮室に吐
出孔が直ちに開口するとともに球根形状部に設けた流出
面積を十分に確保した切り欠き部からも直ちに作動流体
が流出する。さらには，球根形状部の前後には運転条件
によっては相当に大きな差圧が作用する場合があるが，
球根形状部の中央部はインボリュート曲線で形成される
ラップ部の厚さより厚くなっており，破損する心配はな
い。
【０００７】
【発明の効果】前記の如く構成されたスクロール式流体
機械は，軸１回転中に形成される大きさの異なる２つの
最大密閉空間４と最大密閉空間５は，形成されるタイミ
ングが１８０°ずれるので，吸入行程時の吸入孔２ｈ内
の作動流体の流れは平準化された脈動の少ない状態とな
る。一方，吐出行程時も実質的な最小密閉空間６と８の
形成タイミングが異なるので，吐出孔２ｇ内の作動流体
の流れは平準化されると同時に，圧縮室から吐出孔に至
る球根形状部周囲も抵抗の少ない流れとなり，抵抗に伴
う不要な圧力上昇がなくなり，効率が向上する効果があ
る。さらに，吸入及び吐出通路内の圧力脈動が減少して
振動騒音が低減する効果がある。また，内側圧縮室の設
計上の固有圧縮比Ｖｒｉが小さく出来るので，旋回スク
ロール及び固定スクロールそれぞれの球根形状部を太く
して高い強度を確保出来るとともにラップ応力が最も高
くなる球根形状部先端付根の強度を確保した切り欠き部
を設けることにより吐出行程時の作動流体の流出抵抗を
大幅に低減することがで，効率向上と耐久性を高める効
果がある。さらには，球根形状部の最適化は数式による
幾何学的アプローチから設定でき，コンピュータ処理を
可能として多種多様なパラメータサーベイや圧縮室圧力
の計算を行うシミュレータへの取り込みも容易となる。
機械は，軸１回転中に形成される大きさの異なる２つの
最大密閉空間４と最大密閉空間５は，形成されるタイミ
ングが１８０°ずれるので，吸入行程時の吸入孔２ｈ内
の作動流体の流れは平準化された脈動の少ない状態とな
る。一方，吐出行程時も実質的な最小密閉空間６と８の
形成タイミングが異なるので，吐出孔２ｇ内の作動流体
の流れは平準化されると同時に，圧縮室から吐出孔に至
る球根形状部周囲も抵抗の少ない流れとなり，抵抗に伴
う不要な圧力上昇がなくなり，効率が向上する効果があ
る。さらに，吸入及び吐出通路内の圧力脈動が減少して
振動騒音が低減する効果がある。また，内側圧縮室の設
計上の固有圧縮比Ｖｒｉが小さく出来るので，旋回スク
ロール及び固定スクロールそれぞれの球根形状部を太く
して高い強度を確保出来るとともにラップ応力が最も高
くなる球根形状部先端付根の強度を確保した切り欠き部
を設けることにより吐出行程時の作動流体の流出抵抗を
大幅に低減することがで，効率向上と耐久性を高める効
果がある。さらには，球根形状部の最適化は数式による
幾何学的アプローチから設定でき，コンピュータ処理を
可能として多種多様なパラメータサーベイや圧縮室圧力
の計算を行うシミュレータへの取り込みも容易となる。
【図１】 スクロール式流体機械の圧縮機構部の断面図
【図２】 伸開線によるインボリュート曲線作成図
【図３】 本発明の旋回スクロール平面図
【図４】 図３の巻き始め中央部の拡大図
【図５】 本発明の固定スクロール平面図
【図６】 図５の巻き始め中央部の拡大図
【図７】 外側圧縮室の最大密閉空間形成図
【図８】 内側圧縮室の最大密閉空間形成図
【図９】 外側圧縮室の最小密閉空間形成図
【図１０】 内側圧縮室の設計的最小密閉空間形成図
【図１１】 図１０から旋回スクロールを数十度回転さ
せた中央部の拡大図
せた中央部の拡大図
【図１２】 図１１を従来の方法で作図した中央部の拡
大図
大図
１は旋回スクロール １ａは基礎円 １ｂはラップ
１ｃは終端部 １ｄは先端円弧部 １ｅは球根形状部 １ｆは切り
欠き部 ２は固定スクロール ２ａは基礎円 ２ｂはラップ
２ｃは終端部 ２ｄは先端円弧部 ２ｅは球根形状部 ２ｆは切り
欠き部 ２ｇは吐出孔 ２ｈは吸入口 ４は外側圧縮室の最大密閉空間 ５は内側圧縮室の最
大密閉空間 ６は外側圧縮室の最小密閉空間 ７は内側圧縮室の設
計的最小密閉空間 ８は内側圧縮室の実質的最小密閉空間
１ｃは終端部 １ｄは先端円弧部 １ｅは球根形状部 １ｆは切り
欠き部 ２は固定スクロール ２ａは基礎円 ２ｂはラップ
２ｃは終端部 ２ｄは先端円弧部 ２ｅは球根形状部 ２ｆは切り
欠き部 ２ｇは吐出孔 ２ｈは吸入口 ４は外側圧縮室の最大密閉空間 ５は内側圧縮室の最
大密閉空間 ６は外側圧縮室の最小密閉空間 ７は内側圧縮室の設
計的最小密閉空間 ８は内側圧縮室の実質的最小密閉空間
Claims (1)
- 【請求項１】厚板に渦巻き状溝を設けてインボリュート
曲線からなるラップを形成した固定スクロールと円板上
に渦巻き状突起を設けてインボリュート曲線からなるラ
ップを形成した旋回スクロールを互いに噛み合わせて旋
回スクロールの巻き終り側ラップの外側で形成される最
大密閉空間４とその内側で形成される最大密閉空間５と
の大きさが異なり軸の回転に対して位相が１８０°ずれ
て形成される非対称スクロール形状で，旋回スクロール
及び固定スクロール中央部の巻き始め形状をラップ外壁
のインボリュート曲線とラップ内壁のインボリュート曲
線とを２つの円弧で接続した球根形状部から形成すると
ともに駆動軸と自転防止機構を旋回スクロールに直結し
て構成した圧縮機構部を有するスクロール式流体機械に
おいて， （１）旋回スクロールラップの外側圧縮室の最小密閉空
間６の壁面をインボリュート曲線で構成し，内側圧縮室
の実質的な最小密閉空間８の壁面はインボリュート曲線
と円弧とで構成するとともに，上記最大密閉空間４の容
積を最小密閉空間６の容積で割った値に対して，上記最
大密閉空間５の容積を最小密閉空間８の容積で割った値
をおよそ等しく構成したラップ形状。 （２）旋回スクロール巻き始めの２つの円弧で形成され
る球根形状部の内壁側の円弧の半径Ｒｓｏ２から旋回半
径を引いた値におよそ等しくはそのより数十ミクロン小
さくした値を，固定スクロール巻き始め先端部の円弧の
半径Ｒｓｆ１とした２円弧とインボリュート曲線で形成
される球根形状部。 （３）旋回スクロールの球根形状部さらには固定スクロ
ールの球根形状部のインボリュート曲線に接続される円
弧部に内側圧縮室の実質的な最小密閉空間８を形成する
内接点Ｓを一方の起点とする円弧状の切り欠き部を設け
て吐出行程時作動流体の流路として構成したスクロール
の巻き始め形状。以上の如く構成されたことを特徴とす
るスクロール式流体機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25175298A JP3766214B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | スクロール式流体機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25175298A JP3766214B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | スクロール式流体機械 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000045969A true JP2000045969A (ja) | 2000-02-15 |
| JP3766214B2 JP3766214B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=17227406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25175298A Expired - Fee Related JP3766214B2 (ja) | 1998-08-03 | 1998-08-03 | スクロール式流体機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3766214B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1225340A2 (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Scroll compressor |
| JP2008506885A (ja) * | 2004-07-13 | 2008-03-06 | タイアックス エルエルシー | 冷凍システムおよび冷凍方法 |
| WO2012147239A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三洋電機株式会社 | スクロール型圧縮機 |
| CN108331749A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-27 | 南京奥特佳新能源科技有限公司 | 动、静盘型线头部根部倒角修正的涡旋压缩机及修正方法 |
| CN109477482A (zh) * | 2016-07-29 | 2019-03-15 | 大金工业株式会社 | 涡旋式压缩机 |
-
1998
- 1998-08-03 JP JP25175298A patent/JP3766214B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1225340A2 (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-24 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Scroll compressor |
| EP1225340A3 (en) * | 2001-01-17 | 2004-01-21 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Scroll compressor |
| JP2008506885A (ja) * | 2004-07-13 | 2008-03-06 | タイアックス エルエルシー | 冷凍システムおよび冷凍方法 |
| WO2012147239A1 (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-01 | 三洋電機株式会社 | スクロール型圧縮機 |
| JP2012233421A (ja) * | 2011-04-28 | 2012-11-29 | Sanyo Electric Co Ltd | スクロール型圧縮機 |
| CN103502646A (zh) * | 2011-04-28 | 2014-01-08 | 三洋电机株式会社 | 涡旋型压缩机 |
| EP2703648A1 (en) * | 2011-04-28 | 2014-03-05 | Sanyo Electric Co., Ltd | Scroll compressor |
| EP2703648A4 (en) * | 2011-04-28 | 2014-07-30 | Sanyo Electric Co | SCROLL COMPRESSORS |
| CN109477482A (zh) * | 2016-07-29 | 2019-03-15 | 大金工业株式会社 | 涡旋式压缩机 |
| CN109477482B (zh) * | 2016-07-29 | 2020-10-02 | 大金工业株式会社 | 涡旋式压缩机 |
| CN108331749A (zh) * | 2018-03-02 | 2018-07-27 | 南京奥特佳新能源科技有限公司 | 动、静盘型线头部根部倒角修正的涡旋压缩机及修正方法 |
| CN108331749B (zh) * | 2018-03-02 | 2023-05-23 | 南京奥特佳新能源科技有限公司 | 动、静盘型线头部根部倒角修正的涡旋压缩机及修正方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3766214B2 (ja) | 2006-04-12 |
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Effective date: 20050414 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20051128 |
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