JP2013122176A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】任意の小円半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏの渦巻について、必要な最内室〜第２室間の流路幅を容易に確保できるようにしたスクロール圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール圧縮機１は、φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となるように固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻が構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷凍・空調用途に用いられるスクロール圧縮機に関するもので、特に空調用途のように幅広い圧縮比での運転が想定されるものに適用可能なスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール圧縮機は、形成された渦巻が互いに噛み合うように組み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールを備えている。そして、揺動スクロールが揺動することにより、それぞれの渦巻で形成される圧縮室の容積が減少し、流体を圧縮していくようになっている。

スクロール圧縮機においては、渦巻仕様により組込容積比が決まる。圧縮比が組込容積比に見合う適正圧縮比の運転条件では、不適正圧縮損失は生じない。ところが、より低圧縮比の運転条件では過圧縮損失が生じ、高圧縮比の運転条件では不足圧縮損失を生じるとされている。そのため、スクロール圧縮機には、通常、定格条件若しくは運転頻度などから最も重視すべき運転条件に合わせた組込容積比の渦巻仕様が選択される。

一方、圧縮後のガスを渦巻中央の圧縮室（最内室）から排出する吐出過程について流路抵抗による圧損によっても過圧縮損失が生じ、これを低減するために主に吐出ポートの開口面積を確保するとの観点から、揺動スクロールの渦巻が固定スクロールに設けた吐出ポートを閉塞するのを回避する開口面積保持手段を設けるようにしたスクロール圧縮機が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。このスクロール圧縮機は、開口面積保持手段を設け、可動スクロールの渦巻と吐出ポートとの重畳を回避することにより、圧縮漏れを防止し、圧縮機の圧縮効率の向上を図るようにしたものである。

特開２００７−０４６４９２号公報（第５、６頁、第２図等）

特許文献１のスクロール圧縮機においては、揺動スクロールの渦巻巻き始めの所謂球根形状を構成する大円部の径を大きくする等により、吐出ポートとのオーバーラップを回避するようになっている。すなわち、特許文献１のスクロール圧縮機は、揺動スクロールの渦巻の先端部（球根形状）の内壁と外壁とが交差する渦巻の中心位置から渦巻の後端に向けて内壁と外壁との間の幅を徐々に広くしてから次第に狭くし、その後、略一定の幅に形成した開口面積保持手段を設け、揺動スクロールの渦巻の先端部と吐出ポートとの重畳を回避するようになっている。

しかしながら、吐出過程における圧損低減という観点からは、連通後の第２室から中央の最内室への流路狭窄の緩和も、吐出ポートの開口面積確保と同等或いはそれ以上に重要であるが、この点について特許文献１には何ら記載されていない。渦巻の外向面と内向面をそれぞれ構成するインボリュート曲線の伸開始点間を二つの円弧で結んで形成する球根形状の場合、シール点がインボリュート始点に到達した後の最内室〜第２室間の流路幅拡大速度は、外向面インボリュートに接続する小円半径と相手渦巻の内向面インボリュートに接続する大円半径との差に依存する。

固定スクロール外向面インボリュートに接続する小円半径Ｒｓｆ、内向面インボリュートに接続する大円半径Ｒｌｆ、揺動スクロール外向面インボリュートに接続する小円半径Ｒｓｏ、内向面インボリュートに接続する大円半径Ｒｌｏに対して、揺動半径をＲｒとするときのＲｌｏ−（Ｒｓｆ＋Ｒｒ）およびＲｌｆ−（Ｒｓｏ＋Ｒｒ）が大きい程、最内室〜第２室間の流路幅拡大速度が大きくなる。渦巻強度を確保するために、小円半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏの小径化には限界があり、大円半径Ｒｌｆ、Ｒｌｏの大径化にも、吐出ポート配置と最内室容積抑制のため制約がある。そのため、諸々の制約の下で最内室〜第２室間の流路幅を連通後速やかに拡大できるような渦巻形状を得るには多大な労力が必要であった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、任意の小円半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏの渦巻について、必要な最内室〜第２室間の流路幅を容易に確保できるようにしたスクロール圧縮機を提供することを目的としている。

本発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールの渦巻と揺動スクロールの渦巻とを組合わせて形成される圧縮室で流体を圧縮するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻は、その巻き始めの外向面と内向面のインボリュート曲線の始点間を２円弧で結んだ形状をしており、固定スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＦ、固定スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＦ、揺動スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＯ、揺動スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＯとしたとき、φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となるように前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻を構成したものである。

本発明に係るスクロール圧縮機は、揺動スクロールの外向面インボリュート曲線と巻き始め部の球根形状の小円の接続点（インボリュートの伸開始点）に対応する固定スクロールの内向面インボリュート曲線と球根小円の接続点（インボリュートの伸開始点）が一致せず、揺動スクロール外向面インボリュート曲線の伸開始点よりも固定スクロール内向面インボリュート曲線の伸開始点が内側に（伸開角が小さく）なっている。あるいは、本発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロール外向面インボリュートと小円の接続点に対応する揺動スクロール内向面のインボリュート曲線と球根小円の接続点が、固定スクロール外向面インボリュートの伸開始点よりも内側に（伸開角が小さく）なっている。

これにより、本発明に係るスクロール圧縮機によれば、揺動スクロール外向面と固定スクロール内向面のシール点が揺動スクロール外向面の伸開始点に達した連通後、あるいは固定スクロール外向面と揺動スクロール内向面のシール点が固定スクロール外向面の伸開始点に達した連通後、各々の最内室とその外側の第２室の間の連通流路が速やかに拡大することにより、第２室から最内室への流路抵抗による圧損が低減でき、高効率なものとなる。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体の構造を概略的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の固定スクロール及び揺動スクロールの渦巻形状を説明するための説明図である。 不適正圧縮時のＰＶ線図の一例を示す図である。 図２に示した本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の固定スクロール及び揺動スクロールの渦巻の渦巻中央部を拡大して示した図である。 従来から存在している通常の球根形状の渦巻中央部の連通時の状況を説明するための説明図である。 図５の連通後の最狭窄部での流路拡大の状況を示したグラフである。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロールの小円半径を変化させたときの通常の球根形状を説明するための説明図である。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロールの小円半径を変化させたときのそれぞれの場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロールの小円半径の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の球根形状を説明するための説明図である。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。 固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。 固定スクロール内向面のインボリュート延長幅は３０°で、揺動スクロール内向面のインボリュート延長幅を変化させたときの従来から存在している球根部形状を説明するための説明図である。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロール、揺動スクロールの両方の内向面のインボリュート延長を行なった場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。 従来から存在している通常の球根形状の固定スクロール、揺動スクロールの両方の内向面のインボリュート延長を行なった場合の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。 従来の球根形状における固定スクロールのみ内向面インボリュート延長、固定スクロール、揺動スクロール共に内向面インボリュート延長それぞれの渦巻での適正圧縮時のＰＶ線図である。 従来の球根形状における固定スクロールのみ内向面インボリュート延長、固定スクロール、揺動スクロール共に内向面インボリュート延長それぞれの渦巻での過圧縮時のＰＶ線図である。 従来の球根形状における固定スクロールのみ内向面インボリュート延長、固定スクロール、揺動スクロール共に内向面インボリュート延長それぞれの渦巻での不足圧縮時のＰＶ線図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機１の全体の構造を概略的に示す概略断面図である。図１に基づいて、スクロール圧縮機１の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

スクロール圧縮機１は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器等の冷凍サイクル装置に用いられ、特に空調用途のように幅広い圧縮比での運転が想定されるものにも適用可能なものである。このスクロール圧縮機１は、冷凍サイクルを循環する冷媒等の流体を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。

スクロール圧縮機１は、固定スクロール１１、揺動スクロール１２、オルダムリング１３、フレーム１４、軸１５、第１バランサー１６、第２バランサー１７、ローター１８、ステーター１９、副軸受部２０、及び、吐出弁２５が密閉容器２１内に収納されて構成されている。密閉容器２１の底部は、潤滑油２２を貯留する油だめとなっている。また、密閉容器２１には、流体を吸入するための吸入管２３と、流体を吐出するための吐出管２４とが連接されている。なお、吸入管２３は密閉容器２１の側面の一部に、吐出管２４は密閉容器２１の上面の一部に、それぞれ連接されている。

固定スクロール１１は、密閉容器２１内に固定支持されているフレーム１４に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール１１は、鏡板１１ａと、鏡板１１ａの一方の面に立設された渦巻１１ｂと、を有している。また、固定スクロール１１の略中央部には、圧縮された流体を吐出するための吐出ポート１１１が貫通形成されている。さらに、固定スクロール１１の吐出ポート１１１の出口部には、吐出弁２５が設置される凹部が形成されている。吐出弁２５は、吐出ポート１１１を覆うように設置され、流体の逆流を防止するようにしている。

揺動スクロール１２は、オルダムリング１３によって固定スクロール１１に対して自転運動することなく揺動運動を行なうようになっている。揺動スクロール１２は、鏡板１２ａと、鏡板１２ａの一方の面に立設された渦巻１２ｂと、を有している。また、揺動スクロール１２の渦巻１２ｂの形成面とは反対側の面の略中心部には、中空円筒形状のボス部１２１が形成されている。このボス部１２１には、後述する軸１５の上端に設けられた偏心部１５１が嵌入（係合）される。

そして、固定スクロール１１と揺動スクロール１２とは、渦巻１１ｂと渦巻１２ｂとを互いに噛み合わせるようにして嵌合し、密閉容器２１内に装着される。そして、渦巻１１ｂと渦巻１２ｂとの間には、相対的に容積が変化する圧縮室が形成される。

オルダムリング１３は、揺動スクロール１２のスラスト面（渦巻形成面とは反対側の面）に配設され、揺動スクロール１２の自転運動を阻止するために機能する。すなわち、オルダムリング１３は、揺動スクロール１２の自転運動を阻止するとともに、揺動スクロール１２の揺動運動を可能とする機能を果たすようになっている。

ローター１８は、軸１５に固定され、ステーター１９への通電が開始することにより回転駆動し、軸１５を回転させるようになっている。なお、ローター１８の下面には、第２バランサー１７が取り付けられている。第２バランサー１７は、ローター１８とともに回転して、この回転に対しての質量バランス（静的及び動的釣合わせ）をとる機能を有している。なお、第２バランサー１７は、ネジ等でローター１８に取り付けられる。

ステーター１９は、ローター１８の外周側に所定の隙間を空けて配置され、通電が開示されることでローター１８を回転駆動するものである。また、ステーター１９の外周面は焼き嵌め等により密閉容器２１に固着支持されている。

軸１５は、ステーター１９の通電によりローター１８とともに回転駆動し、この駆動力を偏心部１５１に装着されている揺動スクロール１２に伝達するものである。なお、軸１５の内部には、密閉容器２１の底部に貯留してある潤滑油２２の流路となる図示省略の給油路が形成されている。

また、軸１５のローター１８の上方に位置する部分には、第１バランサー１６が取り付けられている。第１バランサー１６は、軸１５とともに回転して、この回転に対しての質量バランス（静的及び動的釣合わせ）をとる機能を有している。なお、第１バランサー１６は、ネジ等で軸１５に取り付けられる。

密閉容器２１には、密閉容器２１の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、固定スクロール１１を支持するとともに、中心部に形成された貫通孔を介して軸１５を回転可能に支持するフレーム１４が設置されている。このフレーム１４は、揺動スクロール１２を回転可能に支持する機能も有している。フレーム１４の貫通穴には、軸１５を回転自在に支持する図示省略の主軸受部が設けられている。また、フレーム１４には、モーター（ローター１８、ステーター１９）の上部空間に存在する冷媒ガスを圧縮室４に導く吸入口１４ａが形成されている。

また、密閉容器２１には、密閉容器２１の内周面に外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部に形成された貫通孔を介して軸１５を回転可能に支持するサブフレーム１４Ａが設置されている。サブフレーム１４Ａの貫通穴には、軸１５を回転自在に支持する副軸受部２０が設けられている。サブフレーム１４Ａは、軸１５の下方部分を支持するように、密閉容器２１内の下方に設置されるようになっている。

スクロール圧縮機１の動作を簡単に説明する。
ステーター１９に電力が供給されると、ローター１８がトルクを発生し、フレーム１４の主軸受部と副軸受部２０とで支持された軸１５が回転する。軸１５の偏心部１５１によりボス部１２１が駆動される揺動スクロール１２は、オルダムリング１３により自転を規制されて揺動運動する。これにより、固定スクロール１１の渦巻１１ｂとの組み合せで形成された圧縮室の容積を変化させる。

揺動スクロール１２の揺動運動に伴い吸入管２３から密閉容器２１内に吸入されたガス状態の流体が、固定スクロール１１と揺動スクロール１２の両渦巻間の圧縮室に取り込まれ、圧縮されていく。そして、圧縮された流体は、固定スクロール１１に設けた吐出ポート１１１から吐出弁２５に抗して吐出され、吐出管２４からスクロール圧縮機１の外部、すなわち冷媒回路へ排出される。

なお、揺動スクロール１２とオルダムリング１３の運動に伴うアンバランスを軸１５に取り付けられた第１バランサーとローター１８に取り付けられた第２バランサーによって釣り合わせるようになっている。密閉容器２１下部に貯留した潤滑油２２は、軸１５内に設けられた給油路から各摺動部（主軸受部、副軸受部２０、スラスト面など）に供給される。

図２は、スクロール圧縮機１の固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻形状を説明するための説明図である。図２に基づいて、スクロール圧縮機１の組込容積比ρについて説明する。（ａ）は、固定スクロール１１に組み合わされた揺動スクロール１２が最外室を形成した吸入完了の位置にあるときの状態を示している。（ｂ）は、（ａ）の吸入完了時の状態から揺動スクロール１２が９０ｄｅｇ公転した位置にあるときの状態を示している。（ｃ）は、（ａ）の吸入完了時の状態から揺動スクロール１２が１８０ｄｅｇ公転した位置にあるときの状態を示している。（ｄ）は、（ａ）の吸入完了時の状態から揺動スクロール１２が２７０ｄｅｇ公転した位置にあるときの状態を示している。

揺動スクロール１２は、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）と揺動運動、すなわち自転を伴わない公転運動を行う。これにより、各圧縮室は容積を減じていく。それに伴い、吸入されたガス状態の流体は、圧縮されるとともに順次中央へ送られ、最内室から固定スクロール１１に設けられた吐出ポート１１１を経てスクロール圧縮機１の外部へ吐出される。

圧縮室の容積減によってガス状態の流体が圧縮されるのは、最外室への吸入が完了した時点から第２室が中央の最内室と連通するまでで、図２に示す形態では１回転＋４０ｄｅｇ程度の間である。吸入完了時の最外室容積を行程容積Ｖｓｔ、連通時の第２室容積をＶｄとすると、Ｖｓｔ／Ｖｄが組込容積比ρである。そして、冷凍サイクルの高圧Ｐｄと低圧Ｐｓの比である圧縮比σ＝Ｐｄ／Ｐｓが組込容積比ρに対して適正な値ではないとき、過圧縮や不足圧縮による不適正圧縮損失を生じる。不適正圧縮損失は、吸入、圧縮、吐出過程を縦軸圧力Ｐ、横軸容積Ｖで表した示圧線図（ＰＶ線図）に現れる図示損失の一種である（図３参照）。

図３は、不適正圧縮時のＰＶ線図の一例を示す図である。図３に基づいて、不適正圧縮損失について説明する。（ａ）は不適正圧縮損失のうち不足圧縮の場合を示している。（ｂ）は不適正圧縮損失のうち過圧縮の場合を示している。

（ａ）の不足圧縮の場合、第２室容積がＶｄに達し連通することにより、高圧Ｐｄの最内室と混合することで、理想圧縮のＰｉｄのパターンよりも急激に昇圧し、斜線部の面積分、動力が増加する。
（ｂ）の過圧縮の場合、第２室圧力が高圧Ｐｄに達した後も、容積がＶｄになるまで圧縮が継続されるため、斜線部の面積分の動力増加が損失となる。

空調用途では、年間消費電力抑制の観点から、比較的高圧縮比運転となる定格条件の他に中間条件の低圧縮比運転時の性能向上が求められるようになってきており、過圧縮時の損失低減の必要性が増している。スクロール圧縮機では、不足圧縮損失、過圧縮損失共に、その大小に連通直後の第２室〜最内室間の流路拡大速度が関係するため、この流路形成を左右する巻き始め部分の渦巻形状には注意を払わなければならない。

図４は、図２に示したスクロール圧縮機１の固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻の渦巻中央部を拡大して示した図である。図４に基づいて、スクロール圧縮機１の固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻形状について詳細に説明する。（ａ）が第２室が中央の最内室と連通したときの状態を、（ｂ）が連通後１５ｄｅｇ公転したときの状態を、（ｃ）が連通後３０ｄｅｇ公転したときの状態を、（ｄ）が連通後４５ｄｅｇ公転したときの状態を、（ｅ）が連通後９０ｄｅｇ公転したときの状態を、（ｆ）が連通後１３５ｄｅｇ公転したときの状態を、それぞれ示している。

なお、図４（ａ）には、固定スクロール１１の渦巻１１ｂの巻き始め部（渦巻中心部）の小円部を小円部１１２として、固定スクロール１１の内向面のインボリュート延長部を延長部１１３として、固定スクロール１１の渦巻１１ｂの巻き始め部の大円部を大円部１１４として、それぞれ図示している。また、図４（ａ）には、揺動スクロール１２の渦巻１２ｂの巻き始め部（渦巻中心部）の小円部を小円部１２２として、揺動スクロール１２の内向面のインボリュート延長部を延長部１２３として、揺動スクロール１２の渦巻１２ｂの巻き始め部の大円部を大円部１２４として、それぞれ図示している。

固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻の巻き始め部は、内向面と外向面を構成するインボリュート曲線の始点間を小円と大円の二円弧で結んだ所謂球根形状となっている。ここで、固定スクロール内向面伸開始点角：φｉｓＦ、固定スクロール外向面伸開始点角：φｏｓＦ、揺動スクロール内向面伸開始点角：φｉｓＯ、揺動スクロール外向面伸開始点角：φｏｓＯとする。通常の球根形状では、φｏｓＦ＝φｏｓＯ、φｉｓＦ＝φｏｓＯ＋１８０°、φｉｓＯ＝φｏｓＦ＋１８０°となっている。そのため、連通時には固定スクロール外向面インボリュートと小円の接続点／揺動スクロール内向面インボリュートと大円の接続点、揺動スクロール外向面インボリュートと小円の接続点／固定スクロール内向面インボリュートと大円の接続点、それぞれの組合せが最近接し、第２室〜最内室間のシール点となる。

これに対して、スクロール圧縮機１では、図４に示すように、φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となっているので、小円部１２２に対して延長部１１３、小円部１１２に対して延長部１２３が設けられるようになっている。このため、図４（ａ）に示した連通直後の第２室〜最内室間の連通流路の最狭窄部は、小円部１２２〜延長部１１３間、小円部１１２〜延長部１２３間、それぞれに形成されるようになっている。

比較のため、図５に通常の球根形状による渦巻中央部の連通時の状況を示す。図５は、従来から存在している通常の球根形状の渦巻中央部の連通時の状況を説明するための説明図である。なお、比較容易の便宜のため、図５に示す符号の後に「’」を付加して、図４に示すスクロール圧縮機１と区別するようにしている。

図５から、揺動スクロール１２’、固定スクロール１１’共に、外向面インボリュートと小円部１２２’、小円部１１２’の接続点／相手スクロールの内向面インボリュートと大円部１１４’、大円部１２４’の接続点が第２室〜最内室間のシール点となっていることがわかる。そのため、連通後は、小円部１２２’と大円部１１４’間、小円部１１２’と大円部１２４’間、それぞれの連通路最狭窄部が形成される。

図６は、図５の連通後の最狭窄部での流路拡大の状況を示したグラフである。つまり、図６は、通常の球根形状の連通時（ψｑ）からの回転角（ψ−ψｑ）に対して側面間の最近接距離をプロットしたものである。図６に基づいて、通常の球根形状の連通後の最狭窄部での流路拡大について説明する。図６では、横軸が回転角（ψ−ψｑ）［ｄｅｇ］を、縦軸が側面間距離［ｍｍ］を、それぞれ表している。

図６から、通常の球根形状では、小円部１１２’の半径Ｒｓｆと小円部１２２’の半径Ｒｓｏが等しくなくても、両側の最近接部の側面間距離はほぼ等しくなることがわかる。そして、その増大スピードは、小円と相手大円（固定スクロール１１’の内向面インボリュートに接続する大円半径Ｒｌｆ、揺動スクロール１２’の内向面インボリュートに接続する大円半径Ｒｌｏ）との半径差Ｒｌｆ−Ｒｓｏ、Ｒｌｏ−Ｒｓｆが大きいほど速くなる。

図７は、固定スクロール１１’の小円半径を変化させたときの通常の球根形状を説明するための説明図である。つまり、図７は、揺動スクロール１２’の小円半径Ｒｓｏは変えずに、固定スクロール１１’の小円半径Ｒｓｆだけを小さくしていったときの通常の球根形状を表している。

図５では固定スクロール１１の小円半径Ｒｓｆが３．６１である場合を例に示しているのに対し（図６参照）、図７ではＲｓｆが３．３４である場合（ａ）、Ｒｓｆが３．０６である場合（ｂ）、Ｒｓｆが２．８である場合（ｃ）で小円半径の変化に応じて小円〜内向面インボリュート間が滑らかに接続できるように大円半径Ｒｌｆも変化させている場合を例に示している。

図８は、固定スクロール１１’の小円半径を変化させたときのそれぞれの場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。つまり、図８は、図７の各形状での側面間最近接距離の増大パターンを求め、図６の結果と併せて示したものである。図８では、横軸が回転角（ψ−ψｑ）［ｄｅｇ］を、縦軸が側面間距離［ｍｍ］を、それぞれ表している。図８から、固定スクロール１１’の小円半径Ｒｓｆを小さくして相手揺動スクロール１２’の大円との半径差を大きくするほど流路拡大が速くなることがわかる。

図９は、固定スクロール１１’の小円半径の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。つまり、図９は、流路拡大の速さを連通後４５ｄｅｇ時点での側面間距離で代表させて、固定スクロール１１’の小円半径Ｒｓｆに対してプロットした図である。図９では、横軸が固定スクロール１１’の小円半径Ｒｓｆを、縦軸が側面間距離［ｍｍ］を、それぞれ表している。図９から、小円半径の変化に対して、ほぼリニアに流路拡大速度が変化する様子がわかる。

これに対して、内向面の連通後最狭窄部形成範囲へのインボリュート延長を行なった場合を、図１０に示す。図１０は、固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の球根形状を説明するための説明図である。また、図１１は、固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。つまり、図１１は、図１０の各形状での側面間最近接距離の増大パターンを求めて示したものである。図１１では、横軸が回転角（ψ−ψｑ）［ｄｅｇ］を、縦軸が側面間距離［ｍｍ］を、それぞれ表している。

図１０に示すように、固定スクロール内向面にのみインボリュート延長部１１３’を設け、延長する伸開角を（ａ）３０°延長（Ｒｓｆ＝２．８）、（ｂ）２０°延長（Ｒｓｆ＝３．０６）、（ｃ）１０°延長（Ｒｓｆ＝３．３４）、（ｄ）０°延長（Ｒｓｆ＝３．６１）と変化させると、各々の側面間最近接距離の増大パターンは図１１のようになる。このとき、図８の場合と揺動スクロール１２’の形状は同じで、図１０（ａ）は図７（ａ）と、図１０（ｂ）は図７（ｂ）と、図１０（ｃ）は図７（ｃ）と、それぞれ固定スクロール１１’の小円半径が等しくなっており、図１０（ｄ）と図５とは同形状となっている。

図１１において、インボリュート延長部が関与する揺動スクロール小円部／固定スクロール内向面の側は■、◆、▲で示されており、インボリュート延長幅が大きいほど最近接距離の増大が速くなっているが、□、◇、△で示される固定スクロール小円部／揺動スクロール内向面（大円部）の側および延長無（●で示す）に関しては、図８の通常の球根形状の場合と同じである。

通常の球根形状の場合と同様に、固定スクロール１１’の小円半径で整理すると、図１２のようになる。図１２は、固定スクロール内向面のインボリュート延長を行なった場合の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。図１２では、横軸が固定スクロール小円半径Ｒｓｆを、縦軸が側面間距離（連通後４５ｄｅｇ）を、それぞれ表している。

図１２から、インボリュート延長が従来の球根形状の円弧部半径差によるのとは全く異なり飛躍的な流路拡大が可能であり、また延長幅が２０°以上では拡大効果が鈍ることがわかる。

図１３は、固定スクロール内向面のインボリュート延長幅は３０°で、揺動スクロール内向面のインボリュート延長幅を変化させたときの従来から存在している球根部形状を説明するための説明図である。つまり、図１３は、固定スクロール内向面のインボリュート延長幅は３０°で、揺動スクロール内向面のインボリュート延長幅を（ａ）３０°、（ｂ）２０°、（ｃ）１０°、（ｄ）０°と変化させたときの球根部形状を示している。

（ａ）〜（ｄ）すべて、固定スクロール小円半径Ｒｓｆ＝２．８、揺動スクロール小円半径Ｒｓｏ＝１．８となっているので、（ｄ）は固定スクロール内向面のみインボリュート延長した図１０（ａ）と同形状である。

このように、固定スクロール１１’、揺動スクロール１２’の両方にインボリュート延長した場合の側面間最近接距離の増大パターンは図１４のようになる。図１４は、固定スクロール１１’、揺動スクロール１２’の両方の内向面のインボリュート延長を行なった場合の側面最近接距離を連通角からの回転角に対してプロットしたグラフである。図１４では、横軸が回転角（ψ−ψｑ）［ｄｅｇ］を、縦軸が側面間距離［ｍｍ］を、それぞれ表している。

図１４に示すように、固定側３０°／揺動側０°（●、○）から３０°／１０°（▲、△）、３０°／２０°（◆、◇）、３０°／３０°（■、□）へと固定スクロール小円／揺動スクロール内向面側（○→△→◇→□）が、揺動スクロール小円／固定スクロール内向面側（■）に近づいてゆく。

この様子を図１２と同様に、小円半径が同じなので横軸は揺動スクロールのインボリュート延長幅にとって示したのが図１５である。図１５は、固定スクロール１１’、揺動スクロール１２’の両方の内向面のインボリュート延長を行なった場合の流路拡大への影響を連通後４５ｄｅｇ時の開口幅で代表させてプロットしたグラフである。図１５では、横軸が揺動スクロール内向面延長幅［°］を、縦軸が側面間距離（連通後４５ｄｅｇ）を、それぞれ表している。

図１５から、図１２の場合の固定スクロール側のインボリュート延長幅と同様に、揺動スクロール側のインボリュート延長幅が２０°以上でも流路拡大効果が鈍ってきていることがわかる。

以上の、従来の通常球根、固定スクロール内向面のみインボリュート延長３０°、固定スクロール／揺動スクロール両方の内向面インボリュート延長３０°の３種類の渦巻の中で、小円半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏが等しい、図７（ｃ）：通常、図１０（ａ）（＝図１３（ｄ））：片方延長、図１３（ａ）：両方延長 について、図示損失への影響を比較する。

それぞれの渦巻の連通後の流路拡大パターンに基づいて第２室〜最内室間の流路抵抗を前提に圧縮、吐出過程の圧縮室内の圧力変化を求めＰＶ線図として示す。図１６は従来の球根形状を有するものにおけるほぼ適正圧縮の場合のＰＶ線図を、図１７は従来の球根形状を有するものにおける過圧縮の場合のＰＶ線図を、図１８は従来の球根形状を有するものにおける不足圧縮の場合のＰＶ線図を、それぞれ示している。そして、各図において（ａ）が通常球根、（ｂ）が片側インボリュート延長、（ｃ）が両側インボリュート延長の渦巻の場合を示している。

図１６及び図１７より、適正圧縮〜過圧縮の条件ではインボリュート延長による連通後の速やかな流路拡大が図示損失の大幅な低減に寄与することがわかる。図１８に示す不足圧縮の場合は、流路拡大が連通直後の最内室から第２室への再膨張を早める影響と、第２室から最内室への圧損低減の効果とが相殺するため、中間的な流路拡大スピードの方が損失が少なくなっている。

そこで、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１では、揺動スクロール１２と固定スクロール１１の渦巻巻き始めの外向面と内向面のインボリュート曲線の始点間を２円弧で結んだ球根形状の渦巻を備えたものにおいて、固定スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＦ、固定スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＦ、揺動スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＯ、揺動スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＯ、としたとき、φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となるように渦巻を構成した。

これにより、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１は、相手スクロールの球根小円部に対応する内向面インボリュートを連通時シール点形成位置よりも内側に延長したことにより、小円／インボリュート延長部間の最近接距離が従来の小円／大円間よりも連通後急速に増大するため、第２室〜最内室間の流路抵抗に起因する過圧縮損失が低減され、高効率のものになる。したがって、スクロール圧縮機１によれば、空調用途のように幅広い圧縮比での運転が想定されるものにも好適に搭載することができる。

すなわち、スクロール圧縮機１によれば、揺動スクロール１２の外向面インボリュート曲線と巻き始め部の球根形状の小円の接続点（インボリュートの伸開始点）に対応する固定スクロール１１の内向面インボリュート曲線と球根小円の接続点（インボリュートの伸開始点）が一致せず、揺動スクロール外向面インボリュート曲線の伸開始点よりも固定スクロール内向面インボリュート曲線の伸開始点が内側に（伸開角が小さく）なっている。あるいは、固定スクロール外向面インボリュートと小円の接続点に対応する揺動スクロール内向面のインボリュート曲線と球根小円の接続点が、固定スクロール外向面インボリュートの伸開始点よりも内側に（伸開角が小さく）なっている。

これによって、揺動スクロール外向面と固定スクロール内向面のシール点が揺動スクロール外向面の伸開始点に達した連通後、あるいは固定スクロール外向面と揺動スクロール内向面のシール点が固定スクロール外向面の伸開始点に達した連通後、各々の最内室とその外側の第２室の間の連通流路が速やかに拡大することにより、第２室から最内室への流路抵抗による圧損が低減でき、高効率なスクロール圧縮機１を得ることができるのである。

実施の形態２．
実施の形態１で説明した如く、インボリュート延長は２０°程度の延長で十分な流路幅拡大効果が得られるので、実施の形態２では図１０（ｂ）、（ｃ）に示すようにφｏｓＯ＋１８０°−２０°≦φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°またはφｏｓＦ＋１８０°−２０°≦φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となる渦巻形状とした。このようにすることで、従来の通常の球根形状から最小限の形状変更で圧損低減することが可能となる。

これにより、実施の形態２に係るスクロール圧縮機は、相手スクロールの球根小円部に対応する内向面インボリュートを連通時シール点形成位置よりも内側に延長したことにより、小円／インボリュート延長部間の最近接距離が従来の小円／大円間よりも連通後急速に増大するため、第２室〜最内室間の流路抵抗に起因する過圧縮損失が低減され、高効率のものになる。したがって、実施の形態２に係るスクロール圧縮機によれば、空調用途のように幅広い圧縮比での運転が想定されるものにも好適に搭載することができる。

１ スクロール圧縮機、４ 圧縮室、１１ 固定スクロール、１１’ 固定スクロール、１１ａ 鏡板、１１ｂ 渦巻、１２ 揺動スクロール、１２’ 揺動スクロール、１２ａ 鏡板、１２ｂ 渦巻、１３ オルダムリング、１４ フレーム、１４Ａ サブフレーム、１４ａ 吸入口、１５ 軸、１６ 第１バランサー、１７ 第２バランサー、１８ ローター、１９ ステーター、２０ 副軸受部、２１ 密閉容器、２２ 潤滑油、２３ 吸入管、２４ 吐出管、２５ 吐出弁、１１１ 吐出ポート、１１２ 小円部、１１２’ 小円部、１１３ 延長部、１１３’ 延長部、１１４ 大円部、１１４’ 大円部、１２１ ボス部、１２２ 小円部、１２２’ 小円部、１２３ 延長部、１２４ 大円部、１２４’ 大円部、１５１ 偏心部。

Claims (3)

1. 固定スクロールの渦巻と揺動スクロールの渦巻とを組合わせて形成される圧縮室で流体を圧縮するスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻は、その巻き始めの外向面と内向面のインボリュート曲線の始点間を２円弧で結んだ形状をしており、
   固定スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＦ、
   固定スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＦ、
   揺動スクロール内向面伸開始点角をφｉｓＯ、
   揺動スクロール外向面伸開始点角をφｏｓＯとしたとき、
   φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°となるように前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻を構成した
   ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻の巻き始め部のインボリュート延長を、
   φｏｓＯ＋１８０°−２０°≦φｉｓＦ＜φｏｓＯ＋１８０°、または、φｏｓＦ＋１８０°−２０°≦φｉｓＯ＜φｏｓＦ＋１８０°とした
   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. 低圧縮比で運転される冷凍サイクル装置に搭載される
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール圧縮機。

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