JP2010216302A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】両渦巻体が互いに接することによって生じる接触線の壁根元付近への応力の集中を分散することで、スクロールの壁厚を大きくすることなく、高効率で流体を圧縮することが可能なスクロール型圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール型圧縮機３０は、固定スクロール４０と、固定スクロール４０に噛み合いながら旋回されて圧縮室４４を形成する可動スクロール４２と、回転シャフト６０から偏心した駆動ピン６６を中心としてブッシュ７２をスイング運動させることにより、可動スクロール４２を旋回半径可変に旋回させるスイングリンク機構７３とを備え、固定スクロール４０及び可動スクロール４２が噛み合う噛合面は、インボリュート曲線に沿うとともに噛合面同士を接線３５０で線接触させ、該接線３５０を旋回軸に対して傾斜させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、可動スクロールの旋回半径を可変にするスイングリンク機構を備えたスクロール型圧縮機に関する。

従来より、渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、前記固定ラップに噛み合う渦巻状の旋回ラップを有する旋回スクロールとを備えるスクロール型圧縮機は、高効率、低振動、低騒音、高速回転が可能である等の理由により、空調装置や真空ポンプ等の幅広い分野で使用されている。この種のスクロール型圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとの間で圧縮室を形成し、モータやエンジン等の駆動源で回転駆動軸を回転駆動し、該回転駆動軸の軸心から偏心して設けられた駆動ピンを介して旋回スクロールを旋回させることにより、該圧縮室を外周部位から徐々に中央部位へと移動させることで流体を圧縮する。

このような構造を有するスクロール型圧縮機では、圧縮室を形成する渦巻状のスクロール部のプロファイルが、該スクロール型圧縮機の効率や信頼性を決定付ける重要な因子となっており、とりわけ、渦巻状スクロールの中央端部のプロファイルは圧縮効率にもっとも多くの影響を与える。換言するならば、スクロール型圧縮機においては、いわゆるトップクリアランス容積と呼ばれる、略大気圧時の中央圧縮室（以降、圧縮室と記載する。）の最小容積に相当する体積の流体は、吐出口から排出することが出来ず、より低圧側の圧縮室に流入してしまい、再圧縮時に動力損失が生じる。この動力損失を減少させるためには、スクロールのプロファイルにおけるインボリュート曲線の比率を出来得る限り高めなければならない。

しかしながら、スクロールの中心側までインボリュート曲線に沿ってスクロール壁を形成した場合、スクロール壁の中央端部の壁厚を大きくすることは困難であり、前記壁厚を薄くすればスクロールの旋回に伴う多大な回転モーメントを受け止めることが出来ないほどに脆弱なものになってしまう。

このため、従来より、前記スクロール壁の中央端部付近の強度を大きくするために多数の技術的思想が提案されてきた。

例えば、特許文献１は発明「スクロール型圧縮機」を開示するものであるが、それを構成する「渦巻体」の壁厚が一定厚の場合には強度が劣り、且つこれを克服するために大型化せざるを得ない欠点に着目し、両渦巻体の内外壁をインボリュート曲線によって形成するとともに、外壁を構成するインボリュート曲線を任意の伸開角を起点とし、内壁を構成するインボリュート曲線を前記伸開角より１８０度進んだ伸開角を起点とし、且つ両壁の起点間を二つの円弧によって接続する渦巻体を開示している。

特許文献２は発明「回転式流体機械」を開示するものであり、スクロールをインボリュート曲線を用いた渦巻体で構成し、渦巻体の高さを高くすることにより外形を大きくすることなく圧縮室を大容量化した技術的思想を開示している。

特開昭５９−５８１８７号公報 特開昭６０−２４９６８８号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に開示されているスクロール型圧縮機では、前記スクロールの中央端部は、圧縮室の壁としての機能を有し、すなわち、常に高圧流体に曝される部位であるため、該流体の圧力やスクロールの押し付け力及びその反力等の応力集中が発生する。一層詳細には、前記した応力集中は、スクロールの噛合する接触線の内、スクロール壁と基板との当接する部位、すなわち、接触線のある壁の根元付近において最大となる。

このため、前記スクロールの中央端部は、スクロールのほかの部位と比較して強度を大きくする必要があるが、スクロールの中央端部付近では、対向するスクロールとの噛合性も考慮しなければならないため、上記特許文献１及び２の構成のように、強度のみを重視して壁厚を大きくした場合、圧縮機の小型化を妨げるばかりでなく、前記接触線のある壁の根元付近において、より大きなモーメントに起因する応力集中が生ずる点がある。

本発明は上記従来の課題を考慮してなされたものであり、両渦巻体が互いに接することによって生じる接触線のある壁の根元付近への応力の集中を分散することで、スクロールの壁厚を大きくすることなく、従って大型化を回避しながら高効率で流体を圧縮することが可能なスクロール型圧縮機を提供することを目的とする。

本願の請求項１で特定される発明は、渦巻壁中央部を、外側壁インボリュート曲線と、内側壁インボリュート曲線と、から形成した一組の互いに噛合するスクロール部材を具備するスクロール型圧縮機において、一方のスクロール部材の外側壁インボリュート曲線のインボリュート開始点から所定の範囲にわたって根元側インボリュート曲線に対して上端側インボリュート曲線の位置をオフセットさせ、前記一方のスクロール部材上端に向かって壁厚が漸減するように外側壁に傾斜部を形成し、他方のスクロール部材の内側壁インボリュート曲線のインボリュート開始点から所定範囲にわたって上端側インボリュート曲線に対して根元側インボリュート曲線の位置をオフセットさせ、前記他方のスクロール部材の根元に向かって壁厚が漸増するように内側壁に傾斜部を形成し、前記一方のスクロール部材の外側壁の傾斜部と前記他方のスクロール部材の内側壁の傾斜部とを線接触させることを特徴とする。

前記請求項１の発明によれば、互いに噛合する一方のスクロール部材と、他方のスクロール部材の渦巻壁の中央部において、前記一方のスクロール部材の外側壁の傾斜部と、前記他方のスクロール部材の内側壁の傾斜部とを互いに線接触させるため、前記線接触による接触線は従来技術のように鉛直方向に延在する構成に代えて、前記傾斜部に沿って斜め方向に延在する。このために前記接触線に作用する噛合時の押圧力がスクロール部材の厚さ方向に傾斜した壁に加わるために前記一方と他方のスクロール部材の根元部に作用する応力を低減することが可能となる。

本願の請求項２で特定される発明は、請求項１記載のスクロール型圧縮機において、前記一方と他方のスクロール部材のそれぞれの根元側インボリュート曲線の基礎円位置と上端側インボリュート曲線の基礎円位置とをオフセットすることで、根元側及び上端側のインボリュート曲線の位置をオフセットさせることを特徴とする。

前記請求項２の発明によれば、一方と他方のスクロール部材のそれぞれの根元側インボリュート曲線の基礎円位置と、上端側インボリュート曲線の基礎円位置とのオフセット量を変更することで、前記根元側インボリュート曲線と上端側インボリュート曲線とのオフセット量に応じて前記傾斜部の傾斜角を適宜変更することが可能である。この結果、スクロール型圧縮機を構成するスクロール部材の根元部に対する応力の分散を所望のように低減することが可能となる。

本願の請求項３で特定される発明は、請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機において、前記一方と他方のスクロール部材のそれぞれの前記線接触の接触線に関し、根元側を始点とし、上端側を終点とし、根元側始点を通過して前記それぞれのスクロール部材の高さ方向に垂直な仮想断面を想定したとき、接触線の上端側の終点は、前記仮想断面上の根元側始点とは異なる位置にあることを特徴とする。

前記請求項３の発明によれば、一方のスクロール部材と他方のスクロール部材の接触線がそれぞれのスクロール部材の壁厚方向だけではなく、その壁に沿う方向にも傾斜しているため、前記接触線に係る壁に加わる押圧力により生起する根元部への応力を前記壁に沿う方向に分散させることが可能となる。

本願の請求項４で特定される発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール型圧縮機において、前記一方のスクロール部材の外側壁の傾斜部と、前記他方のスクロール部材の内側壁の傾斜部をそれぞれ根元側インボリュート曲線の開始点及び上端側インボリュート曲線の開始点を越えて該一方と他方のスクロール部材の始端側に設けることを特徴とする。

前記請求項４の発明によれば、一方のスクロール部材と他方のスクロール部材の傾斜部をそれぞれのインボリュート曲線の開始点を越えて始端側に設けたので、インボリュート曲線の開始点以前の傾斜部とインボリュート曲線の開始点以降に形成されるスクロール部材の鉛直壁部との間を円滑に連続して接続することが可能となり、これによって前記一方と他方のスクロール部材によって形成される流体の圧縮室のデッドボリュームを低減させることができる。しかも、根元部に対してもその応力集中を回避することができる。

本願の請求項５で特定される発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載のスクロール型圧縮機において、前記スクロール型圧縮機は、固定スクロールと可動スクロールの噛合部位同士を線接触させる位置である接触線と前記可動スクロールの旋回軸とが、ねじれの位置関係となっていることを特徴とする。

本願の請求項５の発明によれば、接触線は旋回軸に対してばかりでなくスクロール壁端部を形成するインボリュート曲線の接線方向に対しても傾斜するため、応力をより広範囲に分散することが出来る。従って、接触線の壁根元付近に集中する応力を、さらに一層低減される。

本発明によれば、スクロール同士の噛合部位を旋回軸に対して傾斜させたことにより、モーメントの一部の方向をスクロール壁の摺動力の伝達方向へと変換可能となり、スクロール壁の壁根元付近への応力集中の低減を図ることが可能となり、スクロール壁本体の厚みを大きくすることなく、材質に応じた適正な強度を確保可能となる。すなわち、用途、仕様に応じた圧縮比を、不必要に外径を大きくすることなく達成可能であり、且つ最圧縮時の圧縮室の容積の小さい、また、デッドボリュームも小さい、高圧縮率の圧縮室を形成できるスクロールが形成可能となるため、高性能、省スペースなスクロール型圧縮機が得られ、しかも圧縮室の基板部に集中していた応力を広範囲に分散した信頼に富むスクロール型圧縮機を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機の軸線方向に沿う断面図である。 図２は、図１に示すスクロール型圧縮機の一部断面分解斜視図である。 図３は、固定スクロールの中央端部の模式的拡大斜視図である。 図４は、可動スクロールの中央端部の模式的拡大斜視図である。 図５は、固定スクロールの中央端部の模式的平面図である。 図６Ａ、図６Ｂは、図５の固定スクロールの断面図であって、図６Ａは図５のＶＩＡ−ＶＩＡにおける断面図、図６Ｂは図５のＶＩＢ−ＶＩＢにおける断面図である。 図７は、固定スクロールと可動スクロールの噛合時の中央端部の模式的平面図である。 図８は、インボリュート曲線の説明図である。 図９は、可動スクロールの中央端部の一部切断拡大斜視図である。 図１０は、可動スクロールの中央端部の模式的平面図である。 図１１は、可動スクロールの中央端部の模式的平面図である。 図１２Ａ、図１２Ｂは、応力の集中分散の概念説明図であって、図１２Ａは従来型の可動スクロールの中央端部の拡大斜視図であり、図１２Ｂは本実施の形態に係る可動スクロールの中央端部の拡大斜視図である。 図１３Ａ、図１３Ｂは、噛合時の接触線が受け止める回転モーメントの概念説明図であって、図１３Ａは従来型の可動スクロールの受け止める回転モーメントの概念説明図であり、図１３Ｂは本実施の形態に係る可動スクロールの受け止める回転モーメントの概念説明図である。

以下、本発明に係るスクロール型圧縮機について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機３０の軸線方向に沿う断面図であり、図２は、図１に示すスクロール型圧縮機３０の一部断面分解斜視図である。本実施形態に係るスクロール型圧縮機３０は、例えば、車両や建物等の空調ユニットを構成し、図示しないエンジンやモータ等の駆動源の駆動作用下に所定のガス（冷媒ガス）を吸入及び圧縮し、吐出する圧縮機である。

図１及び図２に示すように、スクロール型圧縮機３０は、カップ状に形成されたフロントハウジング３２と、冠状に形成されたリアハウジング３４とを備える。フロントハウジング３２の上部には、例えば、冷媒ガス等からなるガスをその内部へと導入する吸入口３２ａが形成されている。一方、リアハウジング３４の上部には、スクロール型圧縮機３０により前記ガスが圧縮された圧縮ガスを、例えば、冷媒循環系へと吐出する吐出口３４ａが形成されている。なお、フロントハウジング３２には、スクロール型圧縮機３０を、例えば、エンジンや外部機器等に取り付けるための複数の取付座３２ｂが設けられている。

フロントハウジング３２の内部には、固定スクロール４０と、該固定スクロール４０に対して旋回する可動スクロール（旋回スクロール）４２が配設される。

固定スクロール４０は、フロントハウジング３２とリアハウジング３４とによって挟持される外周縁部４０ａを含む固定側基板部４０ｂと、該固定側基板部４０ｂから可動スクロール４２側へと渦巻状に立設される固定側スクロール壁（固定ラップ）４０ｃとを有する。ここで、前記固定側スクロール壁４０ｃ（固定側スクロール部材）の固定側基板部４０ｂ側を根元側と称し、その反対側を上端側と称することもある。可動スクロール４２は、可動側基板部４２ａと、該可動側基板部４２ａから固定スクロール４０側へと渦巻状に立設され、前記固定側スクロール壁４０ｃに噛み合う可動側スクロール壁（可動ラップ）４２ｂとを有する。また、前記と同様に、前記可動側スクロール壁４２ｂ（可動側スクロール部材）の可動側基板部４２ａを根元側と称し、その反対側を上端側と称することもある。

固定スクロール４０の固定側基板部４０ｂ及び固定側スクロール壁４０ｃと、可動スクロール４２の可動側基板部４２ａ及び可動側スクロール壁４２ｂとによって圧縮室（ガス圧縮室）４４が形成される。該圧縮室４４を封止するため、固定側スクロール壁４０ｃ及び可動側スクロール壁４２ｂの各上端部には、それぞれ可動側基板部４２ａ及び固定側基板部４０ｂに摺接するようにシール部材４６が取着されている。シール部材４６は、例えば、ＰＰＳ（ポリ・フェニレン・サルファイド）、炭素繊維及び固体潤滑剤により構成される。

固定スクロール４０の背面４０ｄには、環状に且つ薄板状に形成されたガスケット４８を介してリアハウジング３４が装着され、これにより、前記吐出口３４ａに連通するガス吐出室５０が形成される。固定スクロール４０の固定側基板部４０ｂの略中心部には、圧縮室４４からガス吐出室５０へと連通する圧縮ガス導出孔４０ｅが形成されている。

なお、リアハウジング３４、固定スクロール４０及びガスケット４８は、複数（例えば、４本）のボルト５２によってフロントハウジング３２に締結される。その際、固定スクロール４０の固定側基板部４０ｂに形成された環状溝４０ｆには、固定スクロール４０とフロントハウジング３２とにより形成されるガス吸入室５４を封止するＯリング５６が取着される。

また、固定スクロール４０の背面４０ｄには、前記圧縮ガス導出孔４０ｅを閉塞する一方、圧縮室４４において圧縮された圧縮ガスが所定の高圧となった際、撓曲して開動作することでガス吐出室５０へと圧縮ガスを導出する吐出弁５８が備えられている。吐出弁５８は、ガスケット４８に形成されたリテーナ部４８ａによってその弁開度が規制される。該リテーナ部４８ａは、リアハウジング３４の内側に形成された傾斜面からなる受部３４ｂによって受け止められる。

フロントハウジング３２の縮径した端部の開口３２ｃには、回転駆動軸（クランクシャフト）である回転シャフト６０の一端の軸部６０ａが挿入される。軸部６０ａは、第１軸受６１を介して開口３２ｃによって回転自在に支承される。一方、回転シャフト６０の他端には、拡径する支持体６２が備えられている。支持体６２は、外周側面の支持面６２ａが第２軸受６４に嵌挿されることによって回転自在に支承される。第２軸受６４は、フロントハウジング３２に形成された肩部３２ｄによって支持される。

支持体６２には、その軸心（回転シャフト６０の軸心）に偏心した軸心を中心として駆動ピン６６が固着されている。なお、回転シャフト６０の軸部６０ａには、前記ガス吸入室５４を封止するための封止部材６８が嵌挿される。該封止部材６８は、フロントハウジング３２の開口肩部３２ｅに支持され、例えば、金属材料からなるリング状のコアにゴム系材料、あるいは樹脂系材料を被覆することにより構成される。

可動スクロール４２の可動側基板部４２ａには、その前面４２ｃ側に開口した円形凹部４２ｄが形成されている。該円形凹部４２ｄには、旋回軸受７０を介してブッシュ（偏心ブッシュ）７２が回転可能に嵌挿される。ブッシュ７２は、その軸心に偏心して形成された孔部７２ａに前記駆動ピン６６が挿入されることで回転シャフト６０によってスイング運動可能に旋回され、これにより、可動スクロール４２を旋回半径可変に旋回させる。

このようなブッシュ７２は、スイングリンク機構７３によって旋回半径の変化量が所定範囲内で規制されつつスイング運動可能であり、すなわち、可動スクロール４２はブッシュ７２により所定範囲内で旋回半径可変に構成されている。

駆動ピン６６の先端には環状溝６６ａが形成され、該環状溝６６ａにＣ型止めリング７４が嵌合される。従って、ブッシュ７２は、Ｃ型止めリング７４により駆動ピン６６の軸方向への抜け止めがなされた状態で、当該駆動ピン６６を中心として回転可能に構成されている。なお、駆動ピン６６の根元近傍には、ブッシュ７２を介してバランスウエイト７６が装着される。

可動スクロール４２の可動側基板部４２ａとフロントハウジング３２の内部に形成された環状の支持部３２ｆとの間には、可動スクロール４２を摺接面８０ａによって摺動可能（旋回可能）に支持するスラストプレート８０と、可動スクロール４２の自転を拘束する一方、該可動スクロール４２の旋回を許容する自転拘束部材であるオルダムリング（orbiting ring）８２と、回転シャフト６０の軸方向に対して直交する一方向にオルダムリング８２を往復移動可能に支持すると共に、可動スクロール４２にかかる前記軸方向のスラスト（thrust）力を、スラストプレート８０を介して受け止める回転拘束部材であるオルダムベース（orbiting base）８４とが配設される。

可動スクロール４２の可動側基板部４２ａの前面４２ｃ側には、該可動スクロール４２を一つの直径方向にのみ往復移動可能とする一対の第１係合凹部９０、９０が形成されている。これら第１係合凹部９０、９０には、オルダムリング８２の一つの直径方向に形成された一対の第１係合凸部９２、９２が摺動可能に係合される。また、可動スクロール４２を前記第１係合凹部９０に対して直交する方向にのみ往復移動可能とするため、オルダムリング８２には、前記第１係合凸部９２に対して直交する径方向に突出する一対の第２係合凸部９４、９４が形成されている（図２参照）。これら第２係合凸部９４は、オルダムベース８４の一つの径方向に形成された一対の第２係合凹部９６、９６に摺動可能に係合される。

なお、オルダムベース８４には、該オルダムベース８４の径方向に沿って延在すると共に、オルダムリング８２の往復移動を許容しながら該オルダムリング８２との干渉を回避する切欠８４ａが形成されている（図２参照）。一方、オルダムリング８２の第１係合凸部９２の背面側、すなわちオルダムベース８４の切欠８４ａ側には、該オルダムリング８２の径方向に膨出し、且つ周方向に該第１係合凸部９２の両側面から僅かに膨出する膨出部９２ａが形成されている。膨出部９２ａは、オルダムベース８４の切欠８４ａに対向して配置されている。

また、オルダムベース８４は、シム（shim）８６を間に介在して、前記切欠８４ａに形成された締結用の貫通孔８４ｃに装着される複数（例えば、２本）のボルト８８によって前記支持部３２ｆに固定される。このように構成することで、ボルト８８がスラストプレート８０に干渉することを回避しつつ、フロントハウジング３２の支持部３２ｆにオルダムベース８４を固定することができる。なお、シム８６は、固定スクロール４０と可動スクロール４２との前記軸方向の隙間を所定値に調整するために介在されるものであり、前記隙間が適切に調整される場合には介在させなくてもよい。

フロントハウジング３２の開口３２ｃの外周部には、第３軸受１００を介してプーリ１０２が装着されている。すなわち、プーリ１０２に図示しないエンジン等の回転駆動源から回転力が伝達され、電磁クラッチ１０４がＯＮ／ＯＦＦ動作されることにより、回転駆動軸である回転シャフト６０への前記回転力の伝達及び切り離しが行われる。

バランスウエイト７６は、略半円形の板状に形成された外周部７６ａと、ブッシュ７２に装着される部位である嵌挿部７６ｂとを有する。該バランスウエイト７６は、オルダムベース８４の内周面８４ｆ及びフロントハウジング３２における支持部３２ｆの内壁面３２ｉによって形成され、且つオルダムリング８２との干渉を回避した領域内で旋回するように配設されている。これにより、可動スクロール４２の旋回と共にバランスウエイト７６も旋回し、すなわち、可動スクロール４２の旋回による遠心力に平衡する遠心力がバランスウエイト７６によって発生され、可動スクロール４２が過度に固定スクロール４０側へと押し付けられて過度の摩擦力が生じること等を有効に回避して、可動スクロール４２の旋回を安定させることができる。なお、バランスウエイト７６のブッシュ７２への装着方法としては、上記のような嵌挿部７６ｂによる圧入以外にも、例えば、リベット止め等でもよく、さらにはブッシュ７２と一体に形成してもよい。

図３及び図４は、可動スクロール４２と固定スクロール４０を構成する渦巻状のスクロールの中央部分の説明図であって、図３は固定スクロール４０を、また図４は可動スクロール４２を模式的に表している。この場合、固定スクロール４０及び可動スクロール４２は略一致する形状であり、前記の通り、圧縮室４４を形成するために、該固定スクロール４０と可動スクロール４２とは互いに噛み合う関係にある。なお、理解を容易にするために、両者は同一方向から見た模式図としている。スクロールの渦巻は、図３及び図４から容易に諒解されるように、端部Ｒｉ側からＲｏ方向へと巻かれている。

まず、固定スクロール４０のスクロール壁について説明すれば、図３において、Ｘ側を上面（上端側）、Ｙ側を底面（根元側）とすると、固定スクロール４０の底面中、点Ａ１と点Ａ３を結ぶ曲線及び固定スクロール４０の上面中、点Ａ２と点Ａ４を結ぶ曲線は後述するインボリュート曲線で形成される。ここで、点Ａ１−Ａ３−Ａ４−Ａ２で囲繞されるスクロールの側壁をインボリュート外壁部２０２と呼称する。次に、固定スクロール４０の底面中、点Ａ１と点Ｂ２を結ぶ曲線及び固定スクロール４０の上面中、点Ａ２と点Ｂ１を結ぶ曲線はそれぞれ前記インボリュート曲線と滑らかに接続可能な曲線で形成される。ここで、前記点Ａ１−Ｂ２−Ｂ１−Ａ２で囲繞されるスクロールの側壁を先端壁部２０４と呼称する。前記先端壁部２０４はインボリュート外壁部２０２と円滑に接続される。さらに、固定スクロール４０の底面中、点Ａ５と点Ａ７を結ぶ曲線及び固定スクロール４０の上面中、点Ａ６と点Ａ８を結ぶ曲線も後述するインボリュート曲線で形成される。ここで、Ａ５−Ａ７−Ａ８−Ａ６で囲繞されるスクロールの側壁をインボリュート内壁部２０６と呼称する。さらにまた固定スクロール４０の底面中点Ｂ４と点Ａ５を結ぶ曲線及び固定スクロール４０の上面中、点Ｂ３と点Ａ６を結ぶ曲線は前記インボリュート曲線と滑らかに接続可能な曲線で形成される。ここで、前記点Ｂ３−Ａ６−Ａ５−Ｂ４で囲繞されるスクロールの側壁を円弧内壁部２０８と呼称する。最後に、固定スクロール４０の底面中、点Ｂ２と点Ｂ４を結ぶ直線及び固定スクロール４０の上面中、点Ｂ１と点Ｂ３を結ぶ直線は、先端壁部２０４の円弧の接線であり、且つ円弧内壁部２０８の接線でもある１組の直線である。ここで、Ｂ１−Ｂ３−Ｂ４−Ｂ２で囲繞されるスクロールの側壁を圧縮室内壁２１０と呼称する。上述したスクロール側壁以外の側壁は、通常のスクロールにて形成されている。

次に、可動スクロール４２のスクロール壁について説明すれば、図４において、Ｘ側を上面（上端側）、Ｙ側を底面（根元側）とすると、可動スクロール４２の底面中、点Ａ１１と点Ａ１３を結ぶ曲線及び可動スクロール４２の上面中、点Ａ１２と点Ａ１４を結ぶ曲線は後述するインボリュート曲線で形成される。ここで、点Ａ１１−Ａ１３−Ａ１４−Ａ１２で囲繞されるスクロールの側壁をインボリュート外壁部３０２と呼称する。次に、可動スクロール４２の底面中、点Ａ１１と点Ｂ１２を結ぶ曲線及び可動スクロール４２の上面中、点Ａ１２と点Ｂ１１を結ぶ曲線はそれぞれ前記インボリュート曲線と滑らかに接続可能な曲線で形成される。ここで、前記点Ａ１１−Ｂ１２−Ｂ１１−Ａ１２で囲繞されるスクロールの側壁を先端壁部３０４と呼称する。この先端壁部３０４はインボリュート外壁部３０２と円滑に接続される。さらに、可動スクロール４２の底面中、点Ａ１５と点Ａ１７を結ぶ曲線及び可動スクロール４２の上面中、点Ａ１６と点Ａ１８を結ぶ曲線も後述するインボリュート曲線で形成される。ここで、Ａ１５−Ａ１７−Ａ１８−Ａ１６で囲繞されるスクロールの側壁をインボリュート内壁部３０６と呼称する。さらにまた、可動スクロール４２の底面中、図中の点Ｂ１４と点Ａ１５を結ぶ曲線及び可動スクロール４２の上面中、点Ｂ１３と点Ａ１６を結ぶ曲線は前記インボリュート曲線と滑らかに接続可能な曲線で形成される。ここで、前記点Ｂ１３−Ａ１６−Ａ１５−Ｂ１４で囲繞されるスクロールの側壁を円弧内壁部３０８と呼称する。最後に、可動スクロール４２の底面中、点Ｂ１２と点Ｂ１４を結ぶ直線及び可動スクロール４２の上面中、点Ｂ１１と点Ｂ１３を結ぶ直線は、先端壁部３０４の円弧の接線であり、且つ円弧内壁部３０８の接線でもある１組の直線である。ここで、Ｂ１１−Ｂ１３−Ｂ１４−Ｂ１２で囲繞されるスクロールの側壁を圧縮室内壁３１０と呼称する。上述したスクロール側壁以外の側壁は、通常のスクロールにて形成されている。

また、図５は、固定スクロール４０の中央端部の模式的平面図であり、図６Ａ、図６Ｂは、固定スクロール４０の、インボリュート外壁部２０２の壁断面とインボリュート内壁部２０６の壁断面とを示した断面図である。図６Ａは、図５におけるＶＩＡ−ＶＩＡ線断面図であり、図６Ｂは、図５におけるＶＩＢ−ＶＩＢ線断面図である。そして、図７は、図１に示す可動スクロール４２が、回転シャフト６０によって偏心回転された際の固定スクロール４０との噛合時の模式的平面説明図である。

ここで、可動スクロール４２が固定スクロール４０と当接し且つ摺動する側壁は、インボリュート曲線で形成する必要がある。この場合、インボリュート外壁部２０２とインボリュート内壁部２０６はＸ−Ｙ方向に対して傾斜している。換言すれば、可動スクロール４２と固定スクロール４０との接触部位は線接触であり、その接触部位は必ずインボリュート内壁部２０６とインボリュート外壁部３０２との間及びインボリュート外壁部２０２とインボリュート内壁部３０６との間にあって、斜面に沿って直線状に接している。なお、前記インボリュート外壁部２０２、３０２と、前記インボリュート内壁部２０６、３０６は、可動スクロール４２が固定スクロール４０と当接及び摺動する部位だけでなく圧縮室４４内部にまで延在してもよい。この場合、固定スクロール４０と可動スクロール４２の線接触の接触線に関し、その壁部の根元側を通過して高さ方向に垂直な仮想断面を想定したとき、根元側の幅員と上端側の幅員が図６Ａと図６Ｂとでは異なることから、前記接触線の上端側の終点は根元側始点とは異なる位置にあることが了解されよう。

ここで、本発明に関連したインボリュート曲線について概略説明しておく。

図８において、インボリュート曲線２２２とは、基礎円２２０に糸を巻きつけた際、前記糸の端を引っ張りながら解いた場合に、前記糸の先端が描く曲線のことを示す。インボリュート曲線は、最も一般的な極座標系である円座標系を用いることで簡素に表現可能であり、該円座標系において、前記基礎円２２０の半径をａ、偏角をθとすると、前記基礎円２２０の点２２４のＸ座標及びＹ座標はそれぞれ、Ｘ＝ａｃｏｓθ、Ｙ＝ａｓｉｎθ、の形で表され、糸の基礎円２２０との接点が点２２４であった場合のインボリュート曲線上の点２２６のＸ座標及びＹ座標はそれぞれ、Ｘ＝ａ（ｃｏｓθ＋θｓｉｎθ）、Ｙ＝ａ（ｓｉｎθ−θｃｏｓθ）、の形で表される。図８において、点２２８はθ＝９０度の時の、点２３０はθ＝１８０度の時の、点２３２はθ＝２７０度の時の、点２３４はθ＝３６０度の時のインボリュート曲線上の点をそれぞれ表している。

前記したインボリュート曲線は、歯車の歯を加工する際にも一般に使われており、その特性は、回転運動を加えた際、（ａ）角速度の比が一定である、（ｂ）インボリュート曲線同士の接点の場合、必ず接線に垂直な方向にのみ力が加わる、の２点にある。換言するならば、スクロール圧縮機又は一般の歯車の製造において、中心距離に製造誤差等の予期せぬ変動が生じた場合においても、回転伝達力を維持することが可能となる、いわゆる「ロバスト性が高い」回転運動を実現可能な形状である。スクロール圧縮機においても、前記（ｂ）の特性から、圧縮室の圧縮率変動を最小とすることが可能であるため、前記インボリュート曲線の形状が採用される場合が多い。

次に、図９に、本実施の形態に係る可動スクロール４２の中央端部の一部切断拡大斜視図である。参照符号６０ｐｉは回転シャフト６０の回転軸、すなわち旋回軸を示す。また、図１０は、可動スクロール４２の模式的平面図であり、図１１は、前記可動スクロール４２の模式的平面図である。この場合、上視にて確認可能な平面を上端面３３６、下視にて確認可能な平面を下端面３３８とすると、図１０の破線は下端面３３８を、図１１の破線は上端面３３６をそれぞれ表している。ここで、上端面３３６及び下端面３３８を構成するインボリュート曲線は平行であるが、この曲線の形状を決定付ける基礎円の中心はオフセットされており、つまり、インボリュート外壁部３０２と上端面とが共有する端部を構成するインボリュート曲線を曲線３０２ｔ、インボリュート外壁部３０２と下端面とが共有する端部を構成するインボリュート曲線を曲線３０２ｕとすると、曲線３０２ｔを決定付ける基礎円３４０と曲線３０２ｕを決定付ける基礎円３４２は、平面図及び底面図において、一致しないように構成されている。

一方、インボリュート内壁部３０６と上端面３３６とが共有する端部を構成するインボリュート曲線を曲線３０６ｔとし、インボリュート内壁部３０６と下端面３３８とが共有する端部を構成するインボリュート曲線を曲線３０６ｕとすると、曲線３０６ｔを決定付ける基礎円３４６と曲線３０２ｕを決定付ける基礎円３４４も同様に、平面図及び底面図において、一致しないよう構成されている。このため、インボリュート外壁部３０２及びインボリュート内壁部３０６における可動スクロール４２の、旋回軸６０ｐｉによる断面、例えば断面３４７を囲繞する端部曲線の一部であり、曲線３０２ｔ及び曲線３０２ｕに挟まれる端部直線３４８は、６０ｐｉに対して傾斜している（図９参照）。

すなわち、前記可動スクロール４２及び固定スクロール４０は互いに噛合した場合、図９に示すように直線状の接線３５０（以降、接線３５０と記載する。）で線接触する。そして、基礎円３４０と基礎円３４２及び基礎円３４４と基礎円３４６とは、それぞれ互いにオフセットしていることから、該オフセット量が異なる限りにおいては、線接触時の接線３５０と端部直線３４８は、一致することはない。換言すれば、端部直線３４８は旋回軸６０ｐｉと交差する直線の一部（線分）であるため、接線３５０は、旋回軸６０ｐｉに対して傾斜しており、且つ、該旋回軸６０ｐｉに対して交差することのない、いわゆるねじれの位置関係を有する線分となっている。

次に、基本的には以上のように構成される本実施形態に係るスクロール型圧縮機３０の動作について説明する。

電磁クラッチ１０４の動作作用下に、回転駆動軸である回転シャフト６０に図示しないエンジン等から回転力が伝達されると、支持体６２が第２軸受６４を介して回転し、支持体６２に固着された駆動ピン６６が回転シャフト６０の軸心に対して偏心した状態で旋回する。これにより、ブッシュ７２が旋回して、オルダムベース８４に摺動可能に支持されるオルダムリング８２の摺動作用下、及び該オルダムリング８２による自転拘束作用下、さらにスラストプレート８０の摺接面８０ａによる摺動支持作用下に、可動スクロール４２が自転を拘束されながら固定スクロール４０に対して旋回する。このとき、バランスウエイト７６は、可動スクロール４２の旋回による遠心力に平衡する遠心力を発生させて旋回している。

その結果、固定スクロール４０と可動スクロール４２との間で形成される圧縮室４４が外周部位から徐々に中央部位へと進行し、シール部材４６の封止作用下にガス吸入室５４に導入されたガスが圧縮される。そして、圧縮された圧縮ガスが圧縮ガス導出孔４０ｅからガス吐出室５０へと導出され、吐出口３４ａを介して図示しない冷媒循環系へと吐出される。

このような圧縮動作時（起動時や停止時も含む）、可動スクロール４２と固定スクロール４０とが噛合して生ずる接線３５０の固定側基板部４０ｂ近傍、すなわち固定スクロール４０の根元は、回転シャフト６０に対する可動スクロール４２の旋回に伴う回転モーメントの全てを受け止めることとなる。

同時に、例えば、圧縮室４４で液圧縮等が発生すると、圧縮室４４の内壁である、可動スクロール４２の先端壁部３０４、圧縮室内壁３１０、円弧内壁部３０８、インボリュート内壁部３０６、及び固定スクロール４０の先端壁部２０４、圧縮室内壁２１０、円弧内壁部２０８、インボリュート内壁部２０６は、液圧縮する圧縮力の反力を受け止めることとなる。結局、接線３５０の内、固定スクロールの根元には、過度な応力がかかるため、その形状の最適化が必要となる。

そこで、本実施形態に係るスクロール型圧縮機３０では、可動スクロール４２及び固定スクロール４０において、前記可動スクロール４２と前記固定スクロール４０とが噛合する接線３５０を旋回軸６０ｐｉに対してねじれの位置関係となるように構成している。これにより、固定スクロール４０では、可動スクロール４２の旋回時の回転モーメントを受けることによって生じる根元側への応力の集中を避けることが可能となる。

上述の効果につき、図１２Ａと１２Ｂ及び図１３Ａと図１３Ｂを用いて詳述する。図１２Ａは、従来型の可動スクロール４２Ａの拡大斜視図を示し、図１２Ｂは本実施形態に係る可動スクロール４２の拡大斜視図を示したものであって、図１３Ａは従来型の可動スクロール４２Ａの接触線（外壁側破線部）４５０が受ける回転モーメントを示す概略説明図であって、図１３Ｂは本実施形態に係る可動スクロール４２の接線３５０が受ける回転モーメントを示す概略説明図である。ここでは、説明の便宜のために接触線をＸ−Ｙ方向に６等分する。また、本実施形態に係る接線３５０の固定スクロールの根元位置をＷｂ００、従来型の前記根元位置をＷｂ０とし、Ｗｂ００又はＷｂ０から前記６等分した点までのＸ−Ｙ方向の距離を、作用点の根元付近から順にｌ１、ｌ２、…ｌ６とする。ここで、可動スクロールの壁押付け力全体をＦとすると、前記６等分したそれぞれの点は壁押付け力の作用点である。

なお、可動スクロール４２は、本来は、壁に沿ったＲｉ−Ｒｏ方向の回転モーメントと壁厚み方向（図示せず）の回転モーメントの両方を受けているが、ここでは単純化し、Ｒｉ−Ｒｏ方向の回転モーメントのみを用いて詳述する。

まず、従来型の可動スクロール４２Ａの場合、旋回軸に対して接触線４５０が平行であるため、図１３Ａに示すように従来型の可動スクロール４２Ａのスクロール壁の各点が受け止めるＲｉ−Ｒｏ方向の回転モーメントはそれぞれ、ｆ１ｌ１、ｆ２ｌ２、…ｆ６ｌ６である。ここで、可動側基板部４２ａと接触線４５０は直交しており、且つ、前記従来型の可動スクロール４２Ａのスクロール壁は可動側基板部４２ａに支持されるのみであるため、前記回転モーメントを受け止めることによって生じる応力は固定スクロールの根元位置Ｗｂ０のみに集中する。すなわち、Ｗｂ０における回転モーメントをＭＷｂ０とすると、ＭＷｂ０は、ＭＷｂ０＝ｆ１ｌ１＋ｆ２ｌ２＋…＋ｆ５ｌ５＋ｆ６ｌ６となる。

次に、本実施の形態における可動スクロール４２の場合、図１３Ｂに示すようにスクロール壁の各点が受け止めるＲｉ−Ｒｏ方向のモーメントは、従来型の可動スクロール４２Ａと同様であって、それぞれ、ｆ１ｌ１、ｆ２ｌ２、…ｆ６ｌ６である。しかしながら、可動側基板部４２ａと接線３５０は直交しないため、前記回転モーメントを受け止めることによって生じる応力はＷｂ００には集中せず、各作用点から可動側基板部４２ａへ下ろした垂線と下端面３３８とが交わる位置、すなわち、図１３Ｂに示すＷｂ０１、Ｗｂ０２…、Ｗｂ０６の各点がそれぞれ分担して受け止める。結局、固定スクロール４０と可動スクロール４２の根元側へ加わる応力の分散化が達成される。

ここでは、接線３５０のＲｉ−Ｒｏ方向の成分のみを示したが、壁厚み方向（図示せず）の場合も同様である。

また、接線３５０を旋回軸６０ｐｉに対してどの程度傾斜させるかは、固定スクロール４０及び可動スクロール４２を形成する金属材料等の寸法や特性を考慮して適宜設定すればよい。

さらにまた、スクロール型圧縮機３０が上述のような噛合面を形成したとしても、前記したインボリュート曲線の概略説明におけるインボリュート曲線の特性（ｂ）により、流体の圧縮率は好適に保たれる。

すなわち、上述したように本実施の形態に係るスクロール型圧縮機３０は、固定スクロール４０と、固定スクロール４０に噛み合いながら旋回し、固定スクロール４０と共に圧縮室４４を形成する可動スクロール４２とを備え、固定スクロール４０及び可動スクロール４２が噛み合う噛合部位の内、インボリュート外壁部２０２及び３０２とインボリュート内壁部２０６及び３０６は、噛合部位同士を線接触させる噛み合いとなっている。そして、固定スクロール４０を設置する固定側基板部４０ｂ及び可動スクロール４２を設置する可動側基板部４２ａをさらに有し、前記噛合部位の一端部のインボリュート曲線部、例えば、曲線Ａ１２−Ａ１４は、相対する他端部のインボリュート曲線部、例えば、曲線Ａ１１−Ａ１３に対してオフセットされており、前記スクロールを形成するスクロール壁の壁厚は、前記スクロール壁を設置する可動側基板部４２ａ側から漸減している。さらにまた、このオフセットは、インボリュート曲線部の基礎円位置を、固定側基板部４０ｂと平行な面の面内方向へオフセットされており、接線３５０と可動スクロール４２の旋回軸６０ｐｉとの関係が、ねじれの位置関係となっている。これにより、可動スクロール４２の旋回時のモーメントをスクロール壁の広範囲で受け止めることとなるため、固定スクロールの噛合部位の根元に集中する応力を広範囲に分散可能とするとともに、応力の分散を基礎円のオフセット量で規定することが可能となり、応力分散の度合いを容易に制御することができる。従って、スクロールのより中心側までインボリュート曲線に沿ってスクロール壁を形成することが可能となる。このため、スクロール壁の、端部をインボリュート曲線で形成する壁部は噛合面よりもさらに広範囲に形成することが可能となり、前記噛合面と圧縮室内壁面とを滑らかに連続的に形成することが可能となる。さらにまた、前記のように、オフセット量を基礎円位置のずれ量で調整できるため、固定スクロール４０と可動スクロール４２との間で生ずる根元部への応力の分散を所望のように低減することができる。さらに、本実施の形態によれば、固定スクロール４０の先端壁部２０４はインボリュート外壁部２０２と円滑に接続され、可動スクロール４２の先端壁部３０４はインボリュート外壁部３０２と円滑に接続されている。これによって圧縮室４４のデッドボリュームを可及的に低減することが可能であり且つ根元部に対しても応力集中を回避することができる。

以上、本発明について、好適な実施の形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能なことは言うまでもない。

３０…スクロール型圧縮機 ４０…固定スクロール
４０ｃ…固定側スクロール壁 ４２…可動スクロール
４２ｂ…可動側スクロール壁 ４４…圧縮室
６０…回転シャフト ６０ｐｉ…旋回軸
６２…支持体
６６…駆動ピン ７２…ブッシュ
７３…スイングリンク機構
２０２、３０２…インボリュート外壁部
２０６、３０６…インボリュート内壁部
３０２ｔ、３０２ｕ、３０６ｔ、３０６ｕ…曲線
３４０、３４２、３４４、３４６…基礎円

Claims (5)

1. 渦巻壁中央部を、外側壁インボリュート曲線と、内側壁インボリュート曲線と、から形成した一組の互いに噛合するスクロール部材を具備するスクロール型圧縮機において、
   一方のスクロール部材の外側壁インボリュート曲線のインボリュート開始点から所定の範囲にわたって根元側インボリュート曲線に対して上端側インボリュート曲線の位置をオフセットさせ、前記一方のスクロール部材上端に向かって壁厚が漸減するように外側壁に傾斜部を形成し、
   他方のスクロール部材の内側壁インボリュート曲線のインボリュート開始点から所定範囲にわたって上端側インボリュート曲線に対して根元側インボリュート曲線の位置をオフセットさせ、前記他方のスクロール部材の根元に向かって壁厚が漸増するように内側壁に傾斜部を形成し、
   前記一方のスクロール部材の外側壁の傾斜部と前記他方のスクロール部材の内側壁の傾斜部とを線接触させることを特徴とするスクロール型圧縮機。
2. 請求項１記載のスクロール型圧縮機において、
   前記一方と他方のスクロール部材のそれぞれの根元側インボリュート曲線の基礎円位置と上端側インボリュート曲線の基礎円位置とをオフセットすることで、根元側及び上端側のインボリュート曲線の位置をオフセットさせることを特徴とするスクロール型圧縮機。
3. 請求項１又は２に記載のスクロール型圧縮機において、
   前記一方と他方のスクロール部材のそれぞれの前記線接触の接触線に関し、根元側を始点とし、上端側を終点とし、
   根元側始点を通過して前記それぞれのスクロール部材の高さ方向に垂直な仮想断面を想定したとき、
   接触線の上端側の終点は、前記仮想断面上の根元側始点とは異なる位置にあることを特徴とするスクロール型圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール型圧縮機において、
   前記一方のスクロール部材の外側壁の傾斜部と、前記他方のスクロール部材の内側壁の傾斜部をそれぞれ根元側インボリュート曲線の開始点及び上端側インボリュート曲線の開始点を越えて該一方と他方のスクロール部材の始端側に設けることを特徴とするスクロール型圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のスクロール型圧縮機において、
   前記スクロール型圧縮機は、固定スクロールと可動スクロールの噛合部位同士を線接触させる位置である接触線と前記可動スクロールの旋回軸とが、ねじれの位置関係となっている
   ことを特徴とするスクロール型圧縮機。

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