JP2002221169A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラップの下側部分の強度が高く、且つ発生す
る遠心力を低減した可動スクロールを備えたスクロール
圧縮機を提供する。 【解決手段】 インボリュート曲線からなる渦巻状のラ
ップを有する可動スクロールと固定スクロールとが対向
してかみ合い、可動スクロールの旋回によって圧縮を行
うスクロール圧縮機において、可動スクロール１０のラ
ップ１２が、ラップ１２の巻き始め部分における固定ス
クロールのラップとの外側最終接触点と内側最終接触点
との間の区間において、ラップの厚さが下側１２ａでは
厚く、上側１２ｂでは薄くなっているスクロール圧縮機
を提供する。このような構成にすることにより、スクロ
ールの圧縮能力に影響を与えることなく質量低下を図っ
て応力発生の原因となる遠心力の発生を低減することが
出来ると共に、ラップの下側１２ａの強度が強化され、
ラップの変形が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スクロール圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にスクロール圧縮機においては、内
部圧力の上昇に伴って渦巻状のラップに応力が発生し、
ラップが変形する場合がある。とりわけ、渦巻の中央端
部部分（巻き始め部分）は、渦巻の途中に比べて大きな
応力が発生するために大きく変形し、破損の起点となる
ことが多い。このため従来は、渦巻状ラップの中央端部
部分の厚さを厚くしてラップの強度を向上する方法が採
られている。

【０００３】一方、近年、スクロール圧縮機は小型化の
要求が強まっており、高速及び小容量化が設計の重要な
ポイントとなっている。上述のように、本来、中央端部
部分のラップ厚さを厚くすることは強度確保が目的であ
るが、高速化に伴い、圧力よりも遠心力の影響が大きく
なるため、可動スクロールのラップ厚さを厚くすること
によって反って遠心力の増大を招き、変形や発生応力を
大きくしてしまう場合がある。

【０００４】遠心力による影響を小さくするためにラッ
プ中央端部部分の厚さを一様に薄くすると、ラップの根
元付近（端板側端部付近、即ち下側）で発生する大きな
応力に対して強度が不十分になる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記問題点に
鑑み、ラップの根元付近（下側部分）の強度が高く、且
つ発生する遠心力を低減した可動スクロールを備えたス
クロール圧縮機を提供することを目的とする。又、特
に、ラップの中央端部部分（巻き始め部分）において、
ラップの根元付近（下側部分）の強度が高く、且つ発生
する遠心力を低減した可動スクロールを備えたスクロー
ル圧縮機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、可動スクロールのラップの質量の低下が図られ
るために可動スクロールの旋回によって発生する遠心力
が低減されると共に、大きな応力の加わるラップの下側
部分において強度が強化されるので、ラップの変形を低
減し破損を防止する効果が得られる。又、ラップの変形
が低減されることにより、固定スクロールのラップとの
クリアランスをより小さく設定でき、圧縮効率の向上を
図ることが可能である。

【０００７】又、請求項２に記載の発明によれば、可動
スクロールのラップは、このラップの巻き始め部分にお
ける固定スクロールのラップとの外側最終接触点と固定
スクロールのラップとの内側最終接触点との間の区間に
おいて、ラップの厚さが下側では厚く、上側では薄くな
っている。上記区間は可動スクロールの圧縮作用に関わ
らない範囲であるために、このような構成にすることに
よって、渦巻の途中に比べて大きな応力が発生するラッ
プの中央端部部分（巻き始め部分）において、スクロー
ルの圧縮能力に影響を与えることなく質量低下を図って
応力発生の原因となる遠心力の発生を低減することが出
来ると共に、ラップの下側部分の厚さが厚くされて強度
が強化されているので、遠心力に起因するラップの変形
が低減される。又、ラップの変形が低減されることによ
り、請求項１に記載の発明と同様、固定スクロールのラ
ップとのクリアランスをより小さく設定出来るようにな
るため、圧縮効率の向上を図ることが可能である。

【０００８】更に請求項４、５、６及び７に記載の発明
によっても、請求項２に記載の発明の作用及び効果と同
様の作用及び効果、即ち、ラップの中央端部部分（巻き
始め部分）における発生遠心力及び応力の低減、並びに
ラップの下側部分の強度の強化、更にはこれらによるラ
ップの変形の低減等の作用及び効果が得られる。

【０００９】又、請求項８、９及び１０に記載の発明に
よっても、上述した請求項１に記載の発明の作用及び効
果と同様の作用及び効果が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１実施形態の
スクロール圧縮機の可動スクロール１０を示している。
可動スクロール１０は、端板１１とインボリュート曲線
で形成される渦巻状ラップ１２とを備えて構成される。
可動スクロール１０は、概ね可動スクロール１０と同形
状の固定スクロール（図示無し）と対向してかみ合い、
可動スクロール１０が旋回することで圧縮が行われる。
本実施形態を含め、本発明のスクロール圧縮機の圧縮の
基本的な原理及び構成は、従来から公知のスクロール圧
縮機と同様である。

【００１１】本明細書において、スクロールのラップの
巻き始めとは、渦巻状ラップの渦巻の中央の端部側を意
味し、逆にスクロールのラップの巻き終わりとは、渦巻
の外側の端部側を意味する。又、ラップの下側とは、渦
巻の側面から見て端板１１側を意味し、その逆側がラッ
プの上側である。

【００１２】図１に示したように、本実施形態のスクロ
ール圧縮機の可動スクロール１０では、従来は強度確保
等のために一律に厚くなっているラップの巻き始め部分
において、ラップの巻き始めの上側部分１２ｂのラップ
厚さが、ラップの巻き始めの下側部分１２ａのラップ厚
さよりも薄くなっている。これは、ラップの巻き始め部
分の質量を小さくし、可動スクロールの旋回によって発
生する遠心力を低減するためである。一方、ラップの下
側部分１２ａのラップ厚さは、そこで発生する比較的大
きな応力に耐え得る強度を確保するために上側部分１２
ｂよりも厚くなっている。ラップ厚さが大きいラップの
下側部分１２ａの形状は、可動スクロールが旋回しても
固定スクロールと干渉しないような形状にされる。

【００１３】次に、ラップの巻き始めの上側部分１２ｂ
のラップ厚さが薄くなっている部分の範囲について説明
する。

【００１４】上述したように、本実施形態を含め、本発
明のスクロール圧縮機における圧縮の原理、即ち圧縮の
ための動作は、基本的に従来のスクロール圧縮機と同様
である。つまり、それぞれが渦巻状ラップを有する対向
した可動スクロールと固定スクロールとのかみ合いによ
り形成される三日月状の圧縮室が、可動スクロールの旋
回に伴って渦巻の中央に向かって容積を減少しながら移
動し、この容積変化により流体を圧縮して、中央部分よ
り吐出するというものである。

【００１５】又、本発明のスクロール圧縮機を含め、可
動スクロールと固定スクロールのラップの渦巻がインボ
リュート曲線より形成されるスクロール圧縮機において
は一般に、圧縮は渦巻状ラップの中央部分において各圧
縮室が合体するまで行われる。図２は、そのようなスク
ロール圧縮機のスクロールの動作、より詳細には、その
渦巻がインボリュート曲線により形成され、その巻き始
め部分の厚さが強度確保のために厚くされている可動及
び固定スクロールの各ラップの中央部分の動作を示して
いる。図２に示したように、圧縮行程は、図２（ａ）に
示される段階から可動スクロール（即ちそのラップ２
０）が更に旋回し、図２（ｂ）に示す圧縮の最終段階に
到る。この図２（ｂ）の段階において、可動スクロール
のラップ２０と固定スクロールのラップ３０（斜線部
分）は、図２（ｂ）に示されるような２ヶ所で接触して
いるが、次の瞬間には図２（ｃ）に示されるように、可
動スクロールのラップ２０と固定スクロールのラップ３
０は離間され、中央に移動してきた圧縮室Ｖ₁、Ｖ₂は合
体し、圧縮が終了する。本明細書においては、図２
（ｂ）の圧縮の最終段階における一方のスクロールのラ
ップの他方のスクロールのラップに対する接触点をそれ
ぞれ、可動スクロールのラップの外側最終接触点２１、
可動スクロールのラップの内側最終接触点２２、固定ス
クロールのラップの外側最終接触点３１、固定スクロー
ルのラップの内側最終接触点３２と称することとする。
即ち、図２（ｂ）の圧縮の最終段階においては、可動ス
クロールのラップの外側最終接触点２１と固定スクロー
ルのラップの内側最終接触点３２とが接触し、且つ可動
スクロールのラップの内側最終接触点２２と固定スクロ
ールのラップの外側最終接触点３１とが接触する。な
お、ここで言う接触とは、可動スクロールのラップと固
定スクロールのラップとが実際に接触した点だけではな
く、最も接近した点をも含む。これは、無潤滑のスクロ
ールにおいてはラップ同士が非接触のものもあるからで
ある。

【００１６】上記説明から、図２に示したようなスクロ
ール圧縮機の各スクロールのラップ２０、３０において
は、各スクロールのラップの内側最終接触点２２、３２
から各ラップの内側面に沿って各スクロールのラップの
外側最終接触点２１、３１に到る部分については圧縮に
関わらないことがわかる。つまり、この部分について
は、可動スクロールと固定スクロールを対応した形状と
する必要が無い。そのため、従来はこの部分のラップ厚
さを厚くしてラップの巻き始め部分の強度を確保する等
していたが、逆に可動スクロールのラップのこの部分を
一部削除してラップ厚さを薄くしても、対向する固定ス
クロールとの隙間が拡大して漏れが生じたりすることは
ない。故に、圧縮能力に影響を与えることなく、発生す
る遠心力を低減する目的で可動スクロールのラップのこ
の部分のラップ厚さを薄くすることが可能である。

【００１７】各スクロールのラップの内側最終接触点２
２、３２から各スクロールのラップの外側最終接触点２
１、３１までの範囲は、図３に可動スクロールのラップ
２０について例示したように、ラップの渦巻を形成する
インボリュート曲線の伸開角φで概ね１８０°の範囲で
ある（図３中のCはインボリュート曲線の基礎円を示
す）。これにより、可動スクロールのラップの内側最終
接触点２２からラップの巻き始めに向かって、あるい
は、可動スクロールのラップの外側最終接触点２１から
ラップの巻き終わりに向かって、ラップの渦巻を形成す
るインボリュート曲線の伸開角φで概ね１８０°の範囲
のラップ内側の部分を削除して質量低下を図り、発生す
る遠心力を低減可能であることがわかる。

【００１８】即ち、図１に示された第１実施形態におい
ては、このスクロールのラップの内側最終接触点２２か
らラップの内側面に沿ってラップの外側最終接触点２１
に到る部分、即ち、このスクロールのラップの内側最終
接触点２２からラップの巻き始めに向かって、ラップの
渦巻を形成するインボリュート曲線の伸開角φで概ね１
８０°の範囲のラップ内側の上側部分を削除している。
このことにより、スクロールの圧縮能力に影響を与える
ことなく質量低下を図り、発生する遠心力を低減するこ
とが出来ると共に、ラップの巻き始めの下側部分は従来
と同様なラップ厚さが厚い構成とされているのでその強
度を高く保つことが可能である。又、発生する遠心力に
よるラップの変形が低減されるので、固定スクロールの
ラップとのクリアランスをより小さく設定でき、圧縮効
率の向上を図ることが可能である。更に、本実施形態に
おいては、ラップ厚さの厚いラップの巻き始めの下側部
分とラップ厚さの薄いラップの巻き始めの上側部分と
が、単純な２段形状となっており、加工も容易である。

【００１９】図４は、本発明の第２実施形態のスクロー
ル圧縮機の可動スクロール４０を示している。この実施
形態の可動スクロール４０も又、図１に示された可動ス
クロール１０と同様に、端板４１とインボリュート曲線
で形成される渦巻状ラップ４２とを備えて構成される。
しかしながら、本実施形態の可動スクロール４０におい
ては、ラップの巻き始め部分のラップの内側最終接触点
からラップの内側面に沿ってラップの外側最終接触点に
到る部分、即ち上記第１実施形態においてラップの上側
の厚さが薄くなっている部分の範囲と同じ範囲におい
て、ラップの巻き始め部分の質量を低下させるためにラ
ップ厚さがラップの上側及び下側で一律に薄くされてお
り、且つその下側部分には補強のためのリブ４３が設け
られている。リブ４３は、そのラップ厚さが薄くなって
いる範囲に好ましくは複数設けられる。リブ４３は、ラ
ップ巻き始めの下側部分で発生する比較的大きな応力に
耐え得る強度を確保すると共に、可動スクロール４０が
旋回しても固定スクロールと干渉しないような寸法形状
にされる。

【００２０】このような構成にすることにより、第１実
施形態の可動スクロール１０と同様に、ラップの下側部
分（根元付近）の強度が高く、且つラップの巻き始め部
分（中央端部部分）に発生する遠心力を低減した可動ス
クロールが提供される。

【００２１】図５は、本発明の第３実施形態のスクロー
ル圧縮機の可動スクロール５０を示している。この実施
形態の可動スクロール５０も又、先に示された本発明の
実施形態の可動スクロール１０及び４０と同様に、端板
５１とインボリュート曲線により形成される渦巻状ラッ
プ５２とを備えて構成される。そして、本実施形態の可
動スクロール５０は、第２実施形態の可動スクロール４
０と同様にラップの巻き始め部分のラップの内側最終接
触点からラップの内側面に沿ってラップの外側最終接触
点に到る部分において、ラップの巻き始め部分の質量を
低下させるためにラップ厚さがラップの上側及び下側で
一律に薄くされている。可動スクロール５０の可動スク
ロール４０との相違点は、リブ４３の代わりに、ラップ
の巻き始めのラップ厚さが薄くなっている部分の下側内
部に補強のために棒状の芯金５３を有していることであ
る。芯金５３は、好ましくは複数設けられ、ラップ巻き
始めの下側部分で発生する比較的大きな応力に耐え得る
強度を確保する。

【００２２】このような構成にすることにより、可動ス
クロール１０及び４０と同様に、ラップの下側部分の強
度が高く、且つラップ巻き始め部分に発生する遠心力を
低減した可動スクロールが提供される。

【００２３】尚、ラップの下側部分の補強手段として芯
金を設けることについては、ラップの外形変化を伴わず
に実施出来るので、上述した実施形態のようなラップの
巻き始め部分のラップの内側最終接触点からラップの内
側面に沿ってラップの外側最終接触点に到る部分に限ら
ず、ラップの他の部分においても実施可能であることは
明らかである。

【００２４】図６は、本発明の第４実施形態のスクロー
ル圧縮機の可動スクロール６０を示している。この実施
形態の可動スクロール６０も又、上述された本発明の他
の実施形態の可動スクロール１０、４０、５０と同様
に、端板６１とインボリュート曲線より形成される渦巻
状ラップ６２とを備えて構成されるが、本実施形態の可
動スクロール６０においては、ラップの巻き始め部分の
ラップ厚さが、従来の可動スクロールのラップと同様に
強度確保のために一律に厚くなっている。そして、本実
施形態の可動スクロール６０のラップ６２では、更にそ
の巻き始めのラップ厚さが厚くなった部分の上側部分が
中空（中空部分６３）になっている。即ち、ラップの巻
き始め部分のラップの内側最終接触点からラップの内側
面に沿ってラップの外側最終接触点に到る部分において
ラップ厚さがラップの上側及び下側で一律に厚くされて
いると共に、その上側部分の内部の材料が取り除かれて
中空になっている。

【００２５】このような構成にすることによって、ラッ
プの巻き始めの上側部分の質量が低減され、遠心力によ
ってラップの巻き始めの下側部分にかかる応力を低減す
ることが出来ると共に、ラップの巻き始めの下側部分は
従来と同様なラップ厚さが厚い構成とされているので十
分な強度を保つことが可能である。

【００２６】尚、ラップの質量を低下させる手段として
内部を中空にすることについては、ラップの外形変化を
伴わずにも実施出来るので、上述した実施形態のような
ラップの巻き始め部分のラップの内側最終接触点からラ
ップの内側面に沿ってラップの外側最終接触点に到る部
分に限らず、ラップの他の部分においても実施可能であ
ることは明らかである。

【００２７】更に、図７に示した本発明の第５実施形態
のスクロール圧縮機の可動スクロール７０は、図６に示
した可動スクロール６０のラップの巻き始めの上側部分
の中空部分６３に、母材（可動スクロールのラップの材
料）に比べて比重の軽い材料（例えば樹脂等）７３を充
填したものである。このような構成にすることによっ
て、中空である場合に比べてラップの巻き始めの上側部
分の強度を増すことが可能であると共に、巻き始めの上
側部分の質量も母材のみから構成されている場合に比べ
て低減されるので、遠心力によってラップの巻き始めの
下側部分にかかる応力を低減する効果も得られる。又、
第４実施形態のスクロール圧縮機の可動スクロール６０
の場合と同様に、ラップの巻き始めの下側部分は従来と
同様なラップ厚さが厚い構成とされているので強度を高
く保つことが可能である。

【００２８】尚、ラップの質量を低下させる手段として
ラップ内部に母材より比重の軽い材料を充填又は挿入す
ることについては、ラップの外形変化を伴わずにも実施
出来るので、上述した実施形態の場合のようなラップの
巻き始め部分のラップの内側最終接触点からラップの内
側面に沿ってラップの外側最終接触点に到る部分に限ら
ず、ラップの他の部分においても実施可能であることは
明らかである。又、ラップの上側部分を中空にした場合
に比べ、中空部分からの作動流体の漏れ経路をふさぐ事
ができ、圧縮効率の低下も防ぐ事ができる。

【００２９】又、本明細書に示された実施形態で用いら
れている各種のラップの下側部分の補強手段及びラップ
の質量を低下させる手段を、本明細書で示されていない
組合せで好適に組み合わせることによって、本発明の別
の実施形態を作り出すことが可能であることは明らかで
ある。

【００３０】尚、特開平９−６８１７７号公報及び特開
平１０−６８３９２号公報には、本願の第１実施形態に
類似する、ラップ厚さが段状に変化するラップを有する
スクロールを備えたスクロール圧縮機が開示されている
が、これらの圧縮機では、スクロールのラップの渦巻の
最内部に形成される圧縮室が容積ゼロ（あるいは略ゼ
ロ）になるまで圧縮することを前提又は目的としている
ために、可動スクロール及び固定スクロールの両方のラ
ップの厚さを対応して変化させる必要がある。これに対
し、本願のスクロール圧縮機は、上述したようにスクロ
ールのラップの渦巻の最内部に形成される圧縮室（三日
月状の圧縮室が合体した圧縮室）での圧縮を前提として
いないため、固定スクロールのラップの巻き始め部分の
形状を可動スクロールのラップの巻き始め部分の旋回運
動に沿わせた形状にする必要がなく、形状の自由度が高
い。又、可動スクロールのラップの遠心力による変形量
の低減を目的としているため、旋回運動を行わない固定
スクロールのラップは厚さを変化させる必要はなく、可
動スクロールのラップのみの厚さを変化させるだけで良
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のスクロール圧縮機の可動スク
ロールの第１実施形態を示す斜視図である。

【図２】図２は、インボリュート曲線により形成され、
その巻き始め部分の厚さが強度確保のために厚くされて
いる可動及び固定スクロールの各ラップの中央部分の動
作を示す説明図である。

【図３】図３は、図２に示した可動スクロールのラップ
の巻き始め部分の圧縮に関わらない部分（ラップの内側
最終接触点からラップの外側最終接触点までの範囲、即
ち、ラップの渦巻を形成するインボリュート曲線の伸開
角φで概ね１８０°の範囲）を示した図である。

【図４】図４は、本発明のスクロール圧縮機の可動スク
ロールの第２実施形態を示す斜視図である。

【図５】図５は、本発明のスクロール圧縮機の可動スク
ロールの第３実施形態を示す斜視図である。

【図６】図６は、本発明のスクロール圧縮機の可動スク
ロールの第４実施形態を示す斜視図である。

【図７】図７は、本発明のスクロール圧縮機の可動スク
ロールの第５実施形態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０、４０、５０、６０、７０…可動スクロール １１、４１、５１、６１、７１…端板 １２、２０、４２、５２、６２、７２…可動スクロール
のラップ １２ａ…下側部分 １２ｂ…上側部分 ２１…可動スクロールのラップの外側最終接触点 ２２…可動スクロールのラップの内側最終接触点 ３０…固定スクロールのラップ ３１…固定スクロールのラップの外側最終接触点 ３２…固定スクロールのラップの内側最終接触点 ４３…リブ ５３…芯金 ６３…中空部分 ７３…比重の軽い材料（例えば樹脂）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 弘 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3H039 AA01 AA12 BB01 BB03 BB05 CC02 CC05 CC06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インボリュート曲線からなる渦巻状のラ
   ップを有する可動スクロールと固定スクロールとが対向
   してかみ合い、前記可動スクロールの旋回によって圧縮
   を行うスクロール圧縮機において、前記可動スクロール
   のラップは、該ラップの少なくとも一部において前記旋
   回によって発生する遠心力の低減のために質量低下が図
   られていると共に、該ラップの少なくとも一部において
   ラップの下側部分で強度が強化されていることを特徴と
   するスクロール圧縮機。
2. 【請求項２】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの巻き始め部分における前記固定スクロールのラップ
   との外側最終接触点と前記固定スクロールのラップとの
   内側最終接触点との間の区間において、ラップの厚さが
   下側では厚く、上側では薄くなっていることを特徴とす
   る請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 【請求項３】 前記可動スクロールのラップの厚さ変化
   部分の形状が段階的に下側から上側にかけて薄くなって
   いることを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮
   機。
4. 【請求項４】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの巻き始め部分における前記固定スクロールのラップ
   との外側最終接触点と前記固定スクロールのラップとの
   内側最終接触点との間の区間において、ラップ全体が一
   律に薄くされると共にラップの下側部分にリブを有して
   いることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮
   機。
5. 【請求項５】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの巻き始め部分における前記固定スクロールのラップ
   との外側最終接触点と前記固定スクロールのラップとの
   内側最終接触点との間の区間において、ラップ全体が一
   律に薄くされると共にラップの下側部分の内部に芯金を
   有していることを特徴とする請求項１に記載のスクロー
   ル圧縮機。
6. 【請求項６】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの巻き始め部分における前記固定スクロールのラップ
   との外側最終接触点と前記固定スクロールのラップとの
   内側最終接触点との間の区間において、ラップ全体が一
   律に厚くされると共にラップの上側部分が中空になって
   いることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮
   機。
7. 【請求項７】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの巻き始め部分における前記固定スクロールのラップ
   との外側最終接触点と前記固定スクロールのラップとの
   内側最終接触点との間の区間において、ラップ全体が一
   律に厚くされると共にラップの上側部分の内部にラップ
   材料より比重の軽い材料を充填もしくは挿入しているこ
   とを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
8. 【請求項８】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの下側部分の少なくとも一部の内部に芯金を有してい
   ることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮
   機。
9. 【請求項９】 前記可動スクロールのラップは、該ラッ
   プの上側部分の少なくとも一部が中空になっていること
   を特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
10. 【請求項１０】 前記可動スクロールのラップは、該ラ
    ップの上側部分の少なくとも一部の内部にラップ材料よ
    り比重の軽い材料を充填もしくは挿入していることを特
    徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。