JP2002213378A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 渦巻壁の中央始端部の強度を向上させると同
時に、死容積を小さくして圧縮効率を高めることも可能
とするスクロール型圧縮機の提供を課題とする。 【解決手段】 渦巻壁１２ｂの中央始端部１０１の壁厚
が端板１２ａの付け根側に向かって２段階状に厚くする
とともに、吐出ポート２５を、その一部が段階形状部Ｄ
の肉厚増加領域Ｎに重なる位置に設ける構成を採用し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置や冷
凍装置等に具備されるスクロール型圧縮機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型圧縮機は、固定スクロール
部材及び旋回スクロール部材（一対のスクロール部材）
を、互いの渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置
し、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材を
公転旋回運動させることで、各壁体間に形成される圧縮
室の容積を漸次減少させ、この圧縮室内の流体の圧縮を
行うものである。

【０００３】図４（ａ），（ｂ）に示すように、前記一
対のスクロール部材は、端板１ａ上に渦巻壁１ｂを設置
した固定スクロール部材１と、端板２ａ上に渦巻壁２ｂ
を設置した旋回スクロール部材２との組み合わせで構成
される。そして、これらを互いに１８０度の角度をずら
して両渦巻壁１ｂ，２ｂを噛み合わせ、旋回スクロール
部材２を公転運動させることによって両渦巻壁１ｂ，２
ｂ間に形成される密閉空間が外方から内方へ移動しつつ
容積を減少することで、流体の圧縮を行うものである。
なお、図４（ａ）の符号３は、この圧縮流体を吐出する
ための吐出ポートを示している。

【０００４】上記流体の圧縮過程において、最内方の密
閉空間は高圧となり、これよりも外方の密閉空間は前記
高圧よりも低い圧力となるため、両渦巻壁１ｂ，２ｂの
中央部には圧縮流体の反力が、旋回スクロール部材２の
公転の度に繰り返し作用することとなる。また、渦巻壁
１ｂ，２ｂの中央部は、これら渦巻壁１ｂ，２ｂの始端
部であるために剛性が不足しがちであり、特に、一体で
形成されているスクロール部材の端板１ａ，２ａと渦巻
壁１ｂ，２ｂの付け根付近が疲労破壊する場合があっ
た。

【０００５】このような問題点を解決するための手段
が、特開平９−６８１７７号公報に開示されている。こ
の開示技術では、図５（ａ），（ｂ）に示すように、渦
巻壁４の外壁を形成するインボリュート曲線上の任意の
伸開角αの位置と、内壁を形成するインボリュート曲線
上のα＋１８０度の伸開角位置との間の壁面を、段階状
断面となるよう形成している。また各段における渦巻壁
４の中央部形状を、両スクロール部材の噛み合い状態
で、渦巻腹側密閉空間と渦巻背側密閉空間とが合体して
なる最内方の密閉空間容積が実質的にゼロとなる完全噛
み合いプロファイルとし、かつ端板から離れる上段ほど
壁厚を薄くしている。このように渦巻壁中央部に段部を
設置したため、強度上特に問題となる渦巻壁中央の根元
部の壁厚のみを増加させることができ、強度の向上を可
能としている。

【０００６】一般に、スクロール型圧縮機の固定スクロ
ール部材と旋回スクロール部材の渦巻壁で形成される密
閉空間の、最終圧縮工程での死容積は、最内方の密閉空
間がその１巻き外方に位置する２つの三目月状の密閉空
間と連通する瞬間（シールオフポイント）における最内
方密閉空間の容積であり、前記のように定義される死容
積が大きいと、高圧ガスが再膨張して圧縮効率を低下さ
せることとなる。ここで、前記シールオフポイントは、
実質的には圧縮工程で接触していた一対のスクロール部
材の渦巻壁面どうしが離間する瞬間、あるいは渦巻外壁
が端板中央部付近に設置された吐出ポートにかかる瞬間
で決定される。通常、スクロール型圧縮機の吐出ポート
は、固定スクロール部材の端板上に設置されており、固
定スクロール部材の渦巻壁の強度に問題ないような位置
で、なおかつできるだけ圧縮工程の最終段にシールオフ
ポイントが来るように渦巻壁中央部の腹側付近に極力接
近させた位置に配置することが望まれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記説
明の特開平９−６８１７７号公報記載の従来技術による
と、次の問題があった。すなわち、上記従来技術では、
強度向上のために渦巻壁中央部に段部を設置することで
渦巻壁根元の壁厚を増加させているが、図６に示すよう
に、吐出ポート５の設置位置が、段部がない場合（図６
（ａ）参照）に比較して、渦巻壁４より離間した位置に
設置せざるえなくなる（６（ｂ）参照）ので、結果とし
て吐出ポート設置位置により決定されるシールオフポイ
ントでの死容積が増加し、圧縮効率が低下するという問
題である。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、渦巻壁の中央始端部の強度を向上させると同時
に、死容積を小さくして圧縮効率を高めることも可能と
するスクロール型圧縮機の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明
の請求項１記載のスクロール型圧縮機は、端板の一側面
に立設された渦巻壁を有し、定位置に固定された固定ス
クロール部材と、他の端板の一側面に立設された他の渦
巻壁を有し、前記各渦巻壁どうしをかみ合わせて自転を
阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロ
ール部材とを備え、前記各渦巻壁の中央始端部の壁厚
が、前記各端板への付け根側に向かって段階状に厚くな
る段階形状部が形成されたスクロール型圧縮機におい
て、前記固定スクロール部材の吐出ポートが、前記固定
スクロール部材の端板を前記渦巻壁側より対向視した場
合に、少なくとも一部が、前記段階形状部の肉厚増加領
域に重なる位置に設けられていることを特徴とする。

【００１０】上記請求項１記載のスクロール型圧縮機に
よれば、強度的に厳しい中央始端部を肉厚としたこと
で、その剛性を向上させることができる。しかも、この
強度的に十分な余裕を有する段階形状部の肉厚増加領域
に重なるように、吐出ポートを配置するため、中央始端
部の剛性を十分に確保したまま、吐出ポート位置を中央
始端部の腹側壁面に極力近付けることができるようにな
るので、死容積を小さくすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明のスクロール型圧縮機の一
実施形態についての説明を図１〜図３を参照しながら以
下に行うが、本発明がこれのみに限定解釈されるもので
ないことはもちろんである。なお、図１は、本実施形態
のスクロール型圧縮機の全体構成を示す断面図である。
また、図２は、同スクロール型圧縮機に用いられる部品
を示す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視
図、（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。ま
た、図３は、同スクロール型圧縮機の要部を示す図であ
って、（ａ）は渦巻壁の中央始端部の平面図、（ｂ）は
その斜視図である。

【００１２】本発明のスクロール型圧縮機は、そのスク
ロール部材（固定スクロール部材及び旋回スクロール部
材）の渦巻壁の中央始端部形状と吐出ポート位置とが特
に特徴的となっているが、まず、スクロール型圧縮機の
全体構成についての説明を行った後、前記特徴の詳細説
明を続けて行うものとする。

【００１３】図１において、符号１１はハウジングを示
しており、このハウジング１１は、カップ状に形成され
たハウジング本体１１ａと、該ハウジング本体１１ａの
開口端側に固定された蓋板１１ｂとで構成されている。
ハウジング１１の内部には、固定スクロール部材１２お
よび旋回スクロール部材１３からなるスクロール型圧縮
機構が配設されている。固定スクロール部材１２は、図
２（ａ）に示すように、端板１２ａの一側面に渦巻壁１
２ｂが立設された構成となっている。なお、同図に示す
符号１０１が、渦巻壁１２ｂの前記中央始端部である。
旋回スクロール部材１３は、図２（ｂ）に示すように、
端板１３ａの一側面に渦巻壁１３ｂが立設された構成と
なっており、渦巻壁１３ｂは固定スクロール部材１２側
の渦巻壁１２ｂと実質的に同一形状をなしている。ま
た、図１に示すように、渦巻壁１２ｂ，１３ｂの各上縁
には、圧縮室Ｃの気密性を高めるチップシール２７，２
８が配設されている。

【００１４】図１に示すように、固定スクロール部材１
２は、ボルト１４によってハウジング本体１１ａに締結
されている。また、旋回スクロール部材１３は、固定ス
クロール部材１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心
し、かつ１８０゜だけ位相をずらせた状態で、渦巻壁１
２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられてお
り、蓋板１１ｂと端板１３ａとの間に設けられた自転阻
止機構１５によって自転を阻止されつつ公転旋回運動可
能に支持されている。

【００１５】蓋板１１ｂには、クランク１６ａを備える
回転軸１６が貫通されており、ベアリング１７ａ，１７
ｂを介して蓋板１１ｂに回転自在に支持されている。旋
回スクロール部材１３側の端板１３ａの他端面の中央に
はボス１８が突設されている。ボス１８にはクランク１
６ａの偏心部１６ｂが軸受１９およびドライブブッシュ
２０を介して回動自在に収容されており、旋回スクロー
ル部材１３は回転軸１６を回転させることによって公転
旋回運動するようになっている。また、回転軸１６に
は、旋回スクロール部材１３に与えられたアンバランス
量を打ち消すためのバランスウェイト２１が取り付けら
れている。

【００１６】また、ハウジング１１の内部には、固定ス
クロール部材１２の周囲に吸入室２２が形成され、さら
にハウジング本体１１ａ内の底面と端板１２ａの他側面
とによって区画された吐出キャビティ２３が形成されて
いる。ハウジング本体１１ａには、吸入室２２に向けて
低圧の流体を導く吸入ポート２４が設けられ、固定スク
ロール部材１２側の端板１２ａの中央には、容積を漸次
減少させながら中心部に移動してきた圧縮室Ｃから吐出
キャビティ２３に向けて高圧の流体を導く吐出ポート２
５が設けられている。また、端板１２ａの他側面（裏
面）は、所定の大きさ以上の圧力が作用した場合にのみ
吐出ポート２５を開く吐出弁２６が設けられている。

【００１７】以上説明の構成を有する本実施形態のスク
ロール型圧縮機の全体動作について説明すると、図示さ
れないモータによって前記回転軸１６をその軸心回りに
回転駆動させる。すると、偏心軸１６ｂが旋回スクロー
ル部材１３を、固定スクロール部材１２に対して自転を
阻止されつつ公転旋回運動させる。そして、吸入ポート
２４より取り込まれた低圧の流体は、体積を漸次減少さ
せて徐々に高圧化しながら移動し、ついには吐出ポート
２５を通って吐出キャビティ２３へと吐出される。

【００１８】以上に本実施形態のスクロール型圧縮機の
全体構成及びその動作を説明したが、続いて、本発明の
特徴点である前記中央始端部１０１の形状と前記吐出ポ
ート２５の位置について、図３を参照しながら以下に詳
細を述べる。図３（ａ），（ｂ）に示すように、本実施
形態の固定スクロール部材１２の渦巻壁１２ｂの中央始
端部１０１には、その壁厚が、端板１２ａへの付け根側
に向かって２段の段階状に厚くなる段階形状部Ｄが形成
されている。そして、吐出ポート２５は、固定スクロー
ル部材１２の端板１２ａを渦巻壁１２ｂ側より対向視し
た場合（図３（ａ）の視線で見た場合）に、その一部が
段階形状部Ｄの肉厚増加領域Ｎに重なる位置に設けられ
ている。

【００１９】上述のように、中央始端部１０１は、その
段階形状部Ｄにおいて渦巻壁１２ｂの高さ方向（端板１
２ａに垂直な方向）で壁厚が変化しており、その壁厚
は、端板１２ａ側となる付け根側（下段側）では厚く、
これよりも上方（上段側）では薄くなるよう構成されて
いる。前記肉厚増加領域Ｎは、中央始端部１０１を対向
視した場合に、前記上段側の腹側曲面１０１ａと前記下
段側の腹側曲面１０１ｂとで囲まれた領域（図３（ａ）
のハッチングに示す領域）であり、実質的に肉厚の増大
分を示している。なお、高さ方向における壁厚の切換位
置（前記上段側及び下段側間の切換位置）は、渦巻壁１
２ｂの高さの略中央とされている。ちなみに、両スクロ
ール部材の組み立て状態においては、これらの段階形状
部Ｄの両前記切換位置間における隙間を０．０５〜１ｍ
ｍ程度にすると、圧縮ガスの閉じ込みを防止できる点で
望ましい。このように構成される渦巻き壁の中央始端部
１０１自体は、従来技術とほぼ同等である。なお、旋回
スクロール部材１３側の中央始端部については、前記中
央始端部１０１と同一形状とし、その説明を省略する。

【００２０】上述のような形状の中央始端部１０１に対
して、前記吐出ポート２５は、図３（ａ）に示すよう
に、そのおよそ半分が段階形状部Ｄの肉厚増加領域Ｎに
掛かるように形成されている。すなわち、図３（ｂ）の
ように中央始端部１０１の腹側より見た場合に、その下
段側の腹側曲面１０１ｂの一部を抉るように形成されて
いる。図３（ａ）に示す視線で見た場合における、吐出
ポート２５のラップ（中央始端部１０１との重なり）
は、前記下段側の肉厚増加領域Ｎの範囲内に限定され
る。これは、肉厚増加領域Ｎを越えて深く食い込むよう
に中央始端部１０１を抉ってしまうと、この大きく抉っ
た部分に応力集中を生じて強度低下を招来してしまう恐
れがあるからである。さらには、この肉厚増加領域Ｎ内
でも、できるだけ渦巻方向の外周側に吐出ポート２５を
配置するようにした方が、やはり強度上の観点より好ま
しい。

【００２１】また、この吐出ポート２５が前記下段側を
抉る高さ寸法ｈとしては、吐出ポート２５の流路断面積
に等しい開口面積が確保できるような寸法が採用されて
いる。ただし、あまり大きな高さ寸法ｈで肉厚増加領域
Ｎを抉ってしまうと、この抉った部分に応力集中が生じ
てしまう恐れがあるので、最低限な高さ寸法に止めてお
くことが好ましい。このような観点より、前記高さ寸法
ｈとしては、吐出ポート２５の流路断面積に等しい開口
面積を確保するのに要する寸法と略等しくすることが好
ましい。

【００２２】以上説明の本実施形態のスクロール型圧縮
機は、渦巻壁１２ｂの中央始端部１０１の壁厚が端板１
２ａの付け根側に向かって２段階状に厚くするととも
に、吐出ポート２５を、その一部が段階形状部Ｄの肉厚
増加領域Ｎに重なる位置に形成する構成を採用した。こ
の構成によれば、強度的に厳しい中央始端部１０１を肉
厚としたことで、その剛性を向上させることができる。
しかも、この強度的に十分余裕を有する段階形状部Ｄの
肉厚増加領域Ｎに重なるように吐出ポート２５を配置す
るため、中央始端部１０１の剛性を十分に確保したま
ま、吐出ポート２５の位置を中央始端部１０１の上段側
の腹側壁面１０１ａに極力近付けられるので、死容積を
小さくすることができる。したがって、渦巻壁１２ｂの
中央始端部１０１の強度を向上させると同時に、死容積
を小さくして圧縮効率を高めることが可能となる。

【００２３】

【発明の効果】本発明の請求項１記載のスクロール型圧
縮機は、渦巻壁の中央始端部の壁厚が端板の付け根側に
向かって段階状に厚くするとともに、吐出ポートを、そ
の少なくとも一部が段階形状部の肉厚増加領域に重なる
位置に形成する構成を採用した。この構成によれば、強
度的に厳しい中央始端部を肉厚としたことで、その剛性
を向上させることができる。しかも、この強度的に十分
余裕を有する段階形状部の肉厚増加領域に重なるように
吐出ポートを配置するため、中央始端部の剛性を十分に
確保したまま、吐出ポート位置を中央始端部の腹側壁面
に極力近付けられるので、死容積を小さくすることがで
きる。したがって、渦巻壁の中央始端部の強度を向上さ
せると同時に、死容積を小さくして圧縮効率を高めるこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のスクロール型圧縮機の一実施形態を
示す図であって、その全体構成を示す断面図である。

【図２】 同スクロール型圧縮機に用いられる部品を示
す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視図、
（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。

【図３】 同スクロール型圧縮機の要部を示す図であっ
て、（ａ）は渦巻壁の中央始端部の平面図、（ｂ）はそ
の斜視図である。

【図４】 従来のスクロール型圧縮機に用いられる部品
を示す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視
図、（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。

【図５】 同スクロール型圧縮機の要部を示す図であっ
て、（ａ）は渦巻壁の中央始端部の平面図、（ｂ）はそ
の斜視図である。

【図６】 同スクロール型圧縮機の渦巻壁の中央始端部
に対する吐出ポートの配置を示す図であって、（ａ）は
単段の場合の平面図、（ｂ）は２段の場合の平面図であ
る。

【符号の説明】

１２・・・固定スクロール部材 １２ａ，１３ａ・・・端板 １２ｂ，１３ｂ・・・渦巻壁 １３・・・旋回スクロール部材 ２５・・・吐出ポート １０１・・・中央始端部 Ｄ・・・段階形状部 Ｎ・・・肉厚増加領域

フロントページの続き (72)発明者 小川 博史 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 三浦 茂樹 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 (72)発明者 和田 康弘 愛知県西春日井郡西枇杷島町旭町３丁目１ 番地 三菱重工業株式会社冷熱事業本部内 (72)発明者 丸岩 保治 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者 田中 耕 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社名古屋研究所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA16 AB03 BB32 BB43 BB44 CC03 CC05 CC19 CC25 3H039 AA02 AA12 BB05 BB08 BB28 CC03 CC06 CC08 CC29

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端板の一側面に立設された渦巻壁を有
   し、定位置に固定された固定スクロール部材と、他の端
   板の一側面に立設された他の渦巻壁を有し、前記各渦巻
   壁どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運
   動可能に支持された旋回スクロール部材とを備え、 前記各渦巻壁の中央始端部の壁厚が、前記各端板への付
   け根側に向かって段階状に厚くなる段階形状部が形成さ
   れたスクロール型圧縮機において、 前記固定スクロール部材の吐出ポートは、前記固定スク
   ロール部材の端板を前記渦巻壁側より対向視した場合
   に、少なくとも一部が、前記段階形状部の肉厚増加領域
   に重なる位置に設けられていることを特徴とするスクロ
   ール型圧縮機。