JP2014214736A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】渦巻に弁を取り付けることなく、渦巻への流体吸入時の圧力損失を低減するようにしたスクロール流体機械を提供する。【解決手段】スクロール圧縮機１００は、固定渦巻４及び揺動渦巻５の少なくとも一方が、渦巻インボリュート終りよりも外側の渦巻エッジが曲面で構成された先細り形状となっている。【選択図】図３

Description

本発明は、例えばスクロール圧縮機、スクロールポンプ等に適用されるスクロール流体機械に関するものである。

従来、「ハウジングと、端板と端板の一方の面に形成されたうず巻き体とを有しハウジング内に配設固定された固定スクロールと、端板と端板の一方の面に形成され固定スクロールのうず巻き体に対して角度をずらしてかみ合い固定スクロールのうず巻き体との間にポケットを形成するうず巻き体とを有しハウジング内に配設された可動スクロールと、可動スクロールを固定スクロールに対して公転運動させる駆動装置とを備え、少なくとも一方のうず巻き体のうず巻き終端近傍部にうず巻き体を径方向に貫通する貫通穴が形成され、貫通穴に吸入行程時にのみ開く逆止弁が取り付けられている」スクロール型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のスクロール型圧縮機は、固定渦巻及び揺動渦巻の終端部近傍に、渦巻を径方向に貫通する貫通穴を形成し、貫通穴に吸入行程時にのみ開く逆止弁が取り付けられているので、スクロール圧縮機が吸入行程にある時に、貫通穴が開放され、圧縮室への連通流路の断面積が増加するようになっている。この結果、特許文献１に記載のスクロール型圧縮機においては、高速回転時の圧力損失の増加が抑制され、高速回転時の体積効率低下が抑制される。

特開平０９−１１２４５７号公報（図２等参照）

上記特許文献１に示されたスクロール型圧縮機の渦巻構造は、弁が付いているため、その分、部品点数が増加している。そのため、上記特許文献１に示されたスクロール型圧縮機は、コストが上昇してしまうだけでなく、組立性が悪化してしまうという課題があった。また、上記特許文献１に示されたスクロール型圧縮機の弁取り付け部は、周囲の渦巻壁面より窪んでいるため、そこからの流体漏れや弁取り付け部の強度低下等の課題も有していた。

本発明は、上述のような課題の少なくとも１つを解決するためになされたもので、渦巻に弁を取り付けることなく、渦巻への流体吸入時の圧力損失を低減するようにしたスクロール流体機械を提供することを第１の目的としている。本発明は、また、渦巻の強度低下及び冷媒漏れを起こすことなく、圧力損失を低減するようにしたスクロール流体機械を提供することを第２の目的としている。

本発明に係るスクロール流体機械は、固定渦巻を備えた固定スクロールと、揺動渦巻を備えた揺動スクロールと、前記固定渦巻と前記揺動渦巻とを組み合わせた状態で前記固定スクロール及び前記揺動スクロールが実装されるフレームと、前記フレームが固定される密閉容器と、を備え、前記固定渦巻及び前記揺動渦巻の少なくとも一方は、前記渦巻のインボリュート終りよりも外側の渦巻エッジを、曲面かつ先細り形状に構成しているものである。

本発明に係るスクロール流体機械によれば、吸入する流体の流れの方向を吸込口と平行方向に整えることができ、流体の流れ方向が急変することにより流路内によどみ点が発生することを防止し、吸入流体の圧力損失を低減することが可能である。

本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の固定渦巻及び揺動渦巻を説明するための概略平面図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の渦巻形状の詳細を示す拡大概略平面図である。 一般的なスクロール圧縮機の揺動渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 一般的なスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態１に係るスクロール圧縮機の揺動渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。 本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。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。

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１００の概略構成を示す縦断面図である。図１に基づいて、スクロール圧縮機１００の構成及び動作について説明する。このスクロール圧縮機１００は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和装置、冷凍装置、給湯器等の各種産業機械に用いられる冷凍サイクルの構成要素の一つとなるものである。

［スクロール圧縮機１００の概略構成］
スクロール圧縮機１００は、冷凍サイクルを循環する冷媒を吸入し、圧縮して高温高圧の状態として吐出させるものである。このスクロール圧縮機１００は、ミドルシェル２５、アッパーシェル２４、ロアーシェル２６により構成される密閉容器５０内に固定スクロール５１と固定スクロール５１に対して揺動する揺動スクロール５２とを組み合わせた圧縮機構が実装されている。また、スクロール圧縮機１００は、密閉容器５０内に電動回転機械等からなる回転駆動手段を備えている。そして、密閉容器５０内において、圧縮機構が上側に、回転駆動手段が下側に、それぞれ配置されている。

密閉容器５０は、ミドルシェル２５の上部にアッパーシェル２４、ミドルシェル２５の上部にロアーシェル２６が設けられて構成されている。ロアーシェル２６は、潤滑油を貯留する油溜め１８となっている。また、ミドルシェル２５には、冷媒回路と接続され、冷媒回路からの冷媒ガスを取り込むための吸入管７が接続されている。アッパーシェル２４には、冷媒回路と接続され、冷媒回路に冷媒ガスを吐き出すための吐出管１が接続されている。なお、ミドルシェル２５内部は低圧室５３に、アッパーシェル２４内部は高圧室５４になっている。

固定スクロール５１は、台板５１ａと、台板５１ａの一方の面に立設された渦巻突起である固定渦巻４と、で構成されている。また、揺動スクロール５２は、台板５２ａと、台板５２ａの一方の面に立設され、実質的に同一形状であり固定渦巻４と噛み合わせられるように立設された渦巻突起である揺動渦巻５と、で構成されている。なお、台板５２ａの他方の面（揺動渦巻５の形成面とは反対側の面（背面））は、揺動スクロールスラスト軸受として作用する。

揺動スクロール５２及び固定スクロール５１は、吸入ポート６ａが形成されているフレーム６に収納される。揺動スクロール５２は、圧縮機運転中に生じるスラスト軸受荷重が揺動スクロールスラスト軸受を介してフレーム６で支持されるようになっている。なお、フレーム６がスラスト軸受荷重に対して十分な硬度を持たない場合は、揺動スクロールスラスト軸受とフレーム６との間に、スラスト軸受荷重に対して十分な硬度を持つ素材から成るスラストプレートを挿入する構造としてもよい。

揺動スクロール５２及び固定スクロール５１は、揺動渦巻５と固定渦巻４とを互いに組み合わせ、密閉容器５０内に装着されている。揺動スクロール５２及び固定スクロール５１が組み合わされた状態では、固定渦巻４と揺動渦巻５の巻方向が互いに逆となる。揺動渦巻５と固定渦巻４との間には、相対的に容積が変化する圧縮室５５が形成される。なお、固定スクロール５１及び揺動スクロール５２には、固定渦巻４及び揺動渦巻５の先端面からの冷媒漏れを低減するため、固定渦巻４及び揺動渦巻５の先端面（上端面、下端面）にシール（図２に示すシール６０）が配設されている。

固定スクロール５１は、フレーム６にボルト５６ａ等によって固定されている。固定スクロール５１の台板５１ａの中央部には、圧縮され、高圧となった冷媒ガスを吐出する吐出ポート５７が形成されている。台板５１ａの高圧室５４側には、吐出チャンバー３が設置されている。また、吐出チャンバー３の高圧室５４側には、マフラー２が設置されている。吐出チャンバー３及びマフラー２は、吐出ポート５７を覆うように、ボルト５６ｂ等によって台板５１ａに固定されている。なお、マフラー２は、吐出ポート５７から吐出された冷媒の冷媒音を抑制するためのものである。

そして、圧縮され、高圧となった冷媒ガスは、吐出ポート５７、吐出チャンバー３、マフラー２を経て、固定スクロール５１の上部に設けられている高圧室５４に排出される。高圧室５４に排出された冷媒ガスは、吐出管１を介して冷凍サイクルに吐出されることになる。なお、吐出ポート５７には、高圧室５４から吐出ポート５７側への冷媒の逆流を防止する吐出弁５８が設けられている。

揺動スクロール５２は、自転運動を阻止するためのオルダムリング２３により、固定スクロール５１に対して自転運動をすることなく公転旋回運動（揺動運動）を行うようになっている。また、揺動スクロール５２の揺動渦巻５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２ｂが形成されている。このボス部２ｂには、主軸１４の上端に設けられた偏心軸部１４ａが挿入される。ボス部２ｂには揺動軸受２１が設けられている。具体的には、揺動軸受２１には、スライダー２２が回転自在に挿入され、このスライダー２２のスライド面側（中心側面側）に主軸１４の上端に設けられた偏心軸部１４ａが挿入される。そして、揺動軸受２１の内周部とスライダー２２の外周部とが潤滑油を介して密着し、揺動軸受部を構成するようになっている。

オルダムリング２３は、上方に向かって突出させたオルダム爪が揺動スクロール５２の揺動スクロールスラスト軸受面に形成されたオルダム溝（図示省略）に、下方に向かって突出させたオルダム爪がフレーム６に形成されたオルダム溝（図示省略）に、それぞれ摺動可能に収納されるように設置されている。なお、オルダムリング２３は、台板５２ａの揺動スクロール５２の揺動渦巻５形成面側に設置するようにしてもよい。

フレーム６は、揺動スクロール５２及び固定スクロール５１を支持するものであり、密閉容器５０内（ミドルシェル２５の上部の内面）に固着されるようになっている。たとえば、フレーム６は、焼きばめや溶接等によって外周面が密閉容器５０の内周面に固着されている。また、フレーム６の中心開口部には、回転駆動手段（特に主軸１４）の回転を支持するための主軸受１９が設けられている。また、主軸受１９の内周には、主軸１４の傾きを吸収するスリーブ２０が嵌められている。さらに、フレーム６には、潤滑油を油溜め１８に排出する排油パイプ８が接続されている。

回転駆動手段は、主軸１４に固定されたロータ１２、ステータ１１、及び回転軸である主軸１４等で構成されている。ロータ１２は、主軸１４に焼き嵌め固定され、ステータ１１への通電が開始することにより回転駆動し、主軸１４を回転させるようになっている。すなわち、ステータ１１及びロータ１２で電動回転機械を構成している。ロータ１２は、ミドルシェル２５の中間部の内面に焼き嵌め固定されたステータ１１とともに主軸１４に固定されている第１バランサ１０の下部に配置されている。なお、ステータ１１には、図示省略の電源端子を介して電力が供給されるようになっている。

主軸１４は、ロータ１２の回転に伴って回転し、揺動スクロール５２を旋回させるようになっている。この主軸１４の上部（偏心軸部１４ａ近傍）は、フレーム６の中央部に設けられた主軸受１９によって回転自在に支持されている。主軸１４の上端側外周には、揺動スクロール５２を支承するスライダー２２が設置されている。

一方、主軸１４の下部は、ボールベアリング１６によって回転自在に支持されている。このボールベアリング１６は、密閉容器５０の下部に設けられたサブフレーム１５の中央部に形成された軸受収納部に圧入固定されている。また、サブフレーム１５には、容積型のオイルポンプ１７が設けられている。このオイルポンプ１７で吸引された潤滑油は、主軸１４の内部形成された油穴１４ｂ等を介して各摺動部に送られる。

また、主軸１４の上部には、揺動スクロール５２が偏心軸部１４ａに装着されて揺動することにより生じる主軸１４の回転中心に対してアンバランスを相殺するため、第１バランサ１０が設けられている。ロータ１２の下部には、揺動スクロール５２が偏心軸部１４ａに装着されて揺動することにより生じる主軸１４の回転中心に対してアンバランスを相殺するため、第２バランサ１３が設けられている。第１バランサ１０は主軸１４の上部に焼き嵌めによって固定され、第２バランサ１３はロータ１２の下部にロータ１２と一体的に固定される。

また、主軸受１９を潤滑して下方に漏れ出た潤滑油が、回転する第１バランサ１０によって飛散して冷媒と共に圧縮室に流入するのを防止するバランサカバー９を備えている。バランサカバー９は、例えば板金部材で形成され、フレーム６の下面にネジ固定するとよい。

揺動スクロール５２にはロータ１２と一体化した主軸１４を通じて回転動力が供給される。そして、オルダムリング２３により揺動スクロール５２の自転が規制されながら、揺動スクロール５２は、揺動半径αで揺動運動する（図２参照）。こうすることにより、スクロール圧縮機１００では、圧縮室３０の容積を徐々に小さくし、流体を圧縮し、高圧の流体として吐出を行う。なお、揺動半径αは、渦巻の形状や、クランク軸の偏心量などによって決まる。揺動半径とは、揺動スクロールスラスト軸受に揺動スクロール５２を揺動運動させる主軸１４に対する偏心軸部１４ａの偏心量を意味している。

［スクロール圧縮機１００の動作］
スクロール圧縮機１００の動作を流体の流れる経路とともに説明する。
電源端子に通電すると、ステータ１１の電線部に電流が流れ、磁界が発生する。この磁界は、ロータ１２を回転させるように働く。つまり、ステータ１１とロータ１２とにトルクが発生し、ロータ１２が回転する。ロータ１２が回転すると、それに伴い主軸１４が回転駆動される。主軸１４が回転駆動されると、オルダムリング２３により自転を抑制された揺動スクロール５２は、揺動運動を行う。

ロータ１２が回転するとき、主軸１４の上部に固定されている第１バランサ１０と、ロータ１２の下部に固定されている第２バランサ１３と、で揺動スクロール５２の偏心公転運動に対する静的及び動的バランスを保っている。これにより、主軸１４の上部に偏心支持され、オルダムリング２３により自転を抑制された揺動スクロール５２が揺動されて公転旋回を始める。

これにより、流体が吸入管７からスクロール圧縮機１００の密閉容器５０内に取り込まれる。取り込まれた流体は、フレーム６の吸入ポート６ａを介して圧縮室５５内へ流れ、吸入過程が開始される。圧縮室５５は、揺動スクロール５２の揺動運動により揺動スクロール５２の中心へ移動し、さらに体積が縮小される。この工程により、圧縮室５５に吸入された流体は圧縮されていく。圧縮された冷媒は、固定スクロール５１の吐出ポート５７、吐出チャンバー３、吐出弁５８、マフラー２を介して高圧室５４に流入する。そして、吐出管１を介して密閉容器５０から吐出される。

図２は、スクロール圧縮機１００の固定渦巻４及び揺動渦巻５を説明するための概略平面図である。図３は、スクロール圧縮機１００の渦巻形状の詳細を示す拡大概略平面図である。図４は、一般的なスクロール圧縮機の揺動渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。図５は、一般的なスクロール圧縮機の固定渦巻終端部での流体の流れを説明するための説明図である。図６は、スクロール圧縮機１００の揺動渦巻終端部５ｃでの流体の流れを説明するための説明図である。図２〜図６に基づいて、スクロール圧縮機１００の渦巻について説明する。なお、図２では、揺動渦巻５の内部にシール６０が見えている状態を図示している。また、図３では、揺動渦巻５のインボリュート終り周辺を示している。

上述したように、スクロール圧縮機１００では、固定渦巻４と揺動渦巻５とが互い違いに組み合わされて圧縮室３０を形成し、揺動渦巻５が揺動半径αで揺動運動することで圧縮室３０の容積を徐々に狭め、流体の圧縮を行うようになっている。

以下の説明において、固定渦巻４のインボリュート終りを固定渦巻インボリュート終り４ａ、固定渦巻インボリュート終り４ａよりも外側の端部を固定渦巻エッジ４ｂ、固定渦巻４の固定渦巻インボリュート終り４ａ側の端部を固定渦巻終端部４ｃ、固定渦巻インボリュート終り４ａ側の流体吸込口を固定渦巻側吸込口４ｅ、固定渦巻４の外周側壁面を固定渦巻壁面４ｄ、とそれぞれ称する。
同様に、揺動渦巻５のインボリュート終りを揺動渦巻インボリュート終り５ａ、揺動渦巻インボリュート終り５ａよりも外側の端部を揺動渦巻エッジ５ｂ、揺動渦巻５の揺動渦巻インボリュート終り５ａ側の端部を揺動渦巻終端部５ｃ、揺動渦巻インボリュート終り５ａ側の流体吸込口を揺動渦巻側吸込口５ｅ、揺動渦巻５の外周側壁面を揺動渦巻壁面５ｄ、とそれぞれ称する。

圧縮室３０への流体吸入は、固定渦巻終端部４ｃと揺動渦巻壁面５ｄとの隙間である固定渦巻側吸込口４ｅと、揺動渦巻終端部５ｃと固定渦巻壁面４ｄとの隙間である揺動渦巻側吸込口５ｅと、の２箇所から行われる。固定渦巻側吸込口４ｅは、揺動渦巻壁面５ｄが揺動運動することで、揺動渦巻５が一回転する間に開口幅が０〜２αの範囲で変化する。一方、揺動渦巻側吸込口５ｅは、揺動渦巻終端部５ｃが揺動運動することで、開口幅が０〜２αの範囲で変化する。そして、流体の圧縮は、固定渦巻インボリュート終り４ａ、揺動渦巻インボリュート終り５ａの点よりも内側で行われる。なお、固定渦巻エッジ４ｂと揺動渦巻壁面５ｄ、及び、揺動渦巻エッジ５ｂと固定渦巻壁面４ｄは、揺動渦巻５が一回転する過程のどの位相でも接触しない。

固定渦巻エッジ４ｂ及び揺動渦巻エッジ５ｂの形状を、図３に示すように、細長く、徐々に先細る先細り形状にする。加えて、固定渦巻エッジ４ｂ及び揺動渦巻エッジ５ｂの側面（吸込口側の側面）及び先端部を曲面で構成する。ここで、渦巻エッジ長さをＬ、渦巻エッジ縮小幅をｈ、渦巻エッジ先端部形状曲率をｒ、揺動渦巻揺動半径をαとすると、ｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６として、渦巻エッジ（固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂ）を構成するとよい。なお、図３では、揺動渦巻５の揺動渦巻インボリュート終り５ａの周辺を示しているが、固定渦巻４側でも同様に構成されているものとする。ただし、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の少なくとも一方の渦巻エッジの形状が、曲面で構成された先細り形状になっていればよい。

図４を用いて、一般的なスクロール圧縮機における揺動渦巻側吸込口５ｅから流体が吸入される際に発生する圧力損失の原因について説明する。なお、図４では、スクロール圧縮機１００に対応する符号については、スクロール圧縮機１００と同様の符号を付記している。図４においては、揺動渦巻側吸込口５ｅに平行方向から流入する流体の流れを流線Ａとして表し、垂直方向から流入する流体の流れを流線Ｂとして表している。

流線Ｂは揺動渦巻エッジ５ｂを周りこむように圧縮室３０に吸入される。揺動渦巻エッジ５ｂを周りこむ際、流体の流れの方向が急転換されるため、剥離が発生し、流線Ｂは揺動渦巻終端部５ｃから離れていく。これにより、揺動渦巻終端部５ｃ近傍には流速がほぼ０であるよどみ点が発生する。このため、揺動渦巻終端部５ｃと固定渦巻壁面４ｄとの間の流路面積からよどみ点の面積を除いたものが、実際の有効流路面積となる。この狭い流路面積を、流線Ａ及び流線Ｂが通るため、流速が大きくなる。一般に流速の二乗に比例して圧力損失が増加することが知られており、この有効流路中は流速が大きいため、大きな圧力損失が発生する。

次に、図５を用いて、一般的なスクロール圧縮機における固定渦巻側吸込口４ｅから流体が吸入される際に発生する圧力損失の原因について説明する。なお、図５では、スクロール圧縮機１００に対応する符号については、スクロール圧縮機１００と同様の符号を付記している。図５においては、固定渦巻側吸込口４ｅに平行方向から流入する流体の流れを流線Ａとして表し、垂直方向から流入する流体の流れを流線Ｂとして表している。

流線Ｂは固定渦巻エッジ４ｂを周りこむように圧縮室３０に吸入される。揺動渦巻側吸込口５ｅからの吸入と同様に、固定渦巻エッジ４ｂ流れを周りこむ際、流体の流れ方向が急転換させるため、剥離が発生し、流線Ｂは固定渦巻終端部４ｃから離れていく。これにより、固定渦巻終端部４ｃ近傍には流速がほぼ０であるよどみ点が発生する。このため、固定渦巻終端部４ｃと揺動渦巻壁面５ｄとの間の流路面積からよどみ点の面積を除いたものが、実際の有効流路面積となる。この狭い流路面積を、流線Ａ及び流線Ｂが通るため、流速が大きくなる。一般に流速の二乗に比例して圧力損失が増加することが知られており、この有効流路中は流速が大きいため、大きな圧力損失が発生する。

図６を用いて、スクロール圧縮機１００における固定渦巻側吸込口４ｅから流体が吸入される際に発生する圧力損失について説明する。図６では、揺動渦巻５の揺動渦巻インボリュート終り５ａの周辺を示しているが、固定渦巻４側でも同様に構成されているものとする。つまり、以下の説明においても、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の双方の渦巻エッジをｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６として構成した場合を例にする。ただし、少なくとも一方の渦巻エッジがｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６として構成されていればよい。

上述したように、渦巻エッジ（固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂ）は、ｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６として構成するとよい。ｈ／Ｌを０．３以下にし、長い区間かけて徐々に渦巻エッジ（固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂ）の表面形状を変化させることで、流線Ｂは渦巻終端部から離れることなく、渦巻吸込口（固定渦巻側吸込口４ｅ、揺動渦巻側吸込口５ｅ）と平行方向に方向転換される。よって、渦巻終端部の近傍によどみ点が発生しないことになるため、有効流路が広く保たれ、流速が小さくなり、圧力損失を低減することができる。

［スクロール圧縮機１００の効果］
スクロール圧縮機１００によれば、渦巻エッジ（固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂ）は、ｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６として構成しているので、吸入する流体流れの方向を流体吸込口と平行方向に整えることができ、流れ方向が急変することにより流路内によどみ点が発生することを防止し、逆止弁等の追加部品を用いることなく、吸入流体の圧力損失を低減することが可能である。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係るスクロール圧縮機（以下、スクロール圧縮機１００Ａと称する）の固定渦巻終端部４ｃでの流体の流れを説明するための説明図である。図７に基づいて、実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００Ａの渦巻について説明する。なお、図７では、固定渦巻４のインボリュート終り４ａ周辺を示している。また、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。さらに、図７では、揺動渦巻５の内部にシール６０が見えている状態を図示している。

スクロール圧縮機１００Ａの全体構成は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００と同様であるため説明を省略する。スクロール圧縮機１００Ａでは、１枚もしくは複数枚のガイド板４０を備えた点で、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００と相違している。

ガイド板４０は、固定渦巻エッジ４ｂの延長線上に設けられており、ガイド板４０の外側からの流体の流れ（流線Ｃ）についても、緩やかに方向転換させる機能を有する。ガイド板４０は、円弧状のガイド板内面４０ａと、ガイド板内面４０ａよりも曲率の大きい円弧状のガイド板外面４０ｂと、を有し、平面形状が三日月形状に構成されている。ガイド板４０を設けることにより、流体の固定渦巻終端部４ｃからの剥離が起き難くなるため、よどみ点の発生を抑制し、圧力損失を小さくすることができる。

ガイド板４０の固定渦巻側吸込口４ｅに対する角度θ１（ガイド板内面４０ａとガイド板外面４０ｂとの接続点を結んだ直線と、流線Ａに平行な直線と、のなす角度θ１）は、３０°〜８０°の範囲で設定する。ここで、流線Ａに平行な直線とは、流線Ａに厳密に平行になっている直線だけを指しているものではなく、流線Ａに厳密に平行になっていない直線も含まれている。

なお、ガイド板内面４０ａ及びガイド板外面４０ｂの形状は図７に示すような曲面で形成してもよいが、これに限定するものではなく、平面で形成してもよい。ガイド板４０は、渦巻（固定渦巻４、揺動渦巻５）と一体物としての加工が可能であるため、部品点数の増加や組立性の悪化という問題は発生しない。また、図７では、固定渦巻４のインボリュート終り４ａ周辺を示しているが、揺動渦巻５側でも同様に構成されているものとする。ただし、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の少なくとも一方にガイド板４０が設けてあればよい。

実施の形態３．
図８〜図１１は、本発明の実施の形態３に係るスクロール圧縮機（以下、スクロール圧縮機１００Ｂと称する）の固定渦巻終端部４ｃでの流体の流れを説明するための説明図である。図８〜図１１に基づいて、実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００Ｂの渦巻について説明する。なお、図８〜図１１では、固定渦巻４のインボリュート終り４ａ周辺を示している。また、実施の形態３では実施の形態１、２との相違点を中心に説明し、実施の形態１、２と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。さらに、図８では、揺動渦巻５の内部にシール６０が見えている状態を図示している。

スクロール圧縮機１００Ｂの全体構成は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００と同様であるため説明を省略する。また、実施の形態２では、固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂの延長線上にガイド板４０を設けた構成について示したが、実施の形態３では、ガイド板４０を設けるのではなく、固定渦巻エッジ４ｂ、揺動渦巻エッジ５ｂに１本又は複数本のスリット（縦方向、横方向における線上の切り込み）もしくは１個又は複数個の穴を設けた構成が採用されている。

縦方向にスリットを設ける場合、図８に示すように、固定渦巻エッジ４ｂの外周側と内周側とを連通するように、固定渦巻エッジ４ｂの上端面と下端面とを貫通させた溝状に形成する。以下の説明において、縦方向に設けたスリットを、縦スリット４１と称する。なお、縦スリット４１を、固定渦巻エッジ４ｂの上端面及び下端面の少なくともいずれかの面を切り欠いて溝状に形成してもよい。この縦スリット４１は、固定渦巻４の外側からのバイパス流路４１ａとなる。なお、縦スリット４１の本数は任意に決定することができる。

縦スリット４１は、バイパス流路４１ａの渦巻（固定渦巻４、揺動渦巻５）に対する入射角θ２がθ２＝４０°〜８０°の範囲で設定されている。このようにすることで、バイパス流路４１ａを流れる流体（流線Ｂ、流線Ｃ）は緩やかな角度で吸入され、よどみ点が発生し難くなる。そして、バイパス流路４１ｂが設けられている渦巻終端部は、渦巻壁面との接触が発生せず、大きな荷重がかからない箇所であるため、バイパス流路４１ｂを設けることによる強度低下は信頼性に悪影響を与えない。よって、縦スリット４１を設けることにより、流体の固定渦巻終端部４ｃからの剥離が起き難くなるため、よどみ点の発生を抑制し、圧力損失を小さくすることができる。

なお、図８では、固定渦巻４のインボリュート終り４ａ周辺を示しているが、揺動渦巻５側でも同様に構成されているものとする。ただし、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の少なくとも一方に縦スリット４１が設けてあればよい。

穴４２は、図９に示すように、揺動渦巻エッジ５ｂの外周側と内周側とを連通するように、揺動渦巻壁面５ｄを貫通して形成されている。この穴４２は、揺動渦巻５の外側からのバイパス流路４２ａとなる。バイパス流路４２ａを穴形状にする場合、図９に示すように穴４２を千鳥状に配置してもよいし、格子状に配置してもよい。また、穴４２の個数についても任意に決定するとよい。

穴４２は、縦スリット４１と同様に、バイパス流路４１ａの渦巻（固定渦巻４、揺動渦巻５）に対する入射角θ２がθ２＝４０°〜８０°の範囲となるように形成されている。このようにすることで、バイパス流路４１ａを流れる流体（流線Ｂ、流線Ｃ）は緩やかな角度で吸入され、よどみ点が発生し難くなる。そして、バイパス流路４１ｂが設けられている渦巻終端部は、渦巻壁面との接触が発生せず、大きな荷重がかからない箇所であるため、バイパス流路４１ｂを設けることによる強度低下は信頼性に悪影響を与えない。よって、穴４２を設けることにより、流体の固定渦巻終端部４ｃからの剥離が起き難くなるため、よどみ点の発生を抑制し、圧力損失を小さくすることができる。

なお、図９は、揺動渦巻５のインボリュート終り５ａ周辺を示しているが、固定渦巻４側でも同様に構成されているものとする。ただし、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の少なくとも一方に穴４２が設けてあればよい。

横方向にスリットを設ける場合、図１０に示すように、揺動渦巻エッジ５ｂの外周側と内周側とを連通するように、揺動渦巻エッジ５ｂの外周面と内周面面とを貫通させた溝状に形成する。以下の説明において、横方向に設けたスリットを、横スリット４３と称する。この横スリット４３は、揺動渦巻５の外側からのバイパス流路４３ａとなる。なお、横スリット４３の本数は任意に決定することができる。

横スリット４３は、縦スリット４１と同様に、バイパス流路４１ａの渦巻（固定渦巻４、揺動渦巻５）に対する入射角θ２がθ２＝４０°〜８０°の範囲となるように形成されている。このようにすることで、バイパス流路４１ａを流れる流体（流線Ｂ、流線Ｃ）は緩やかな角度で吸入され、よどみ点が発生し難くなる。そして、バイパス流路４１ｂが設けられている渦巻終端部は、渦巻壁面との接触が発生せず、大きな荷重がかからない箇所であるため、バイパス流路４１ｂを設けることによる強度低下は信頼性に悪影響を与えない。よって、横スリット４３を設けることにより、流体の揺動渦巻終端部５ｃからの剥離が起き難くなるため、よどみ点の発生を抑制し、圧力損失を小さくすることができる。

なお、図１０は、揺動渦巻５のインボリュート終り５ａ周辺を示しているが、固定渦巻４側でも同様に構成されているものとする。ただし、固定渦巻４側、揺動渦巻５側の少なくとも一方に横スリット４３が設けてあればよい。

また、図１１に示すように、穴４２と縦スリット４１の双方を組み合わせてバイパス流路（バイパス流路４２ａ、バイパス流路４１ａ）を形成するようにしてもよい。さらに、スリット形状、穴形状は、内側にいくにつれて流路断面積が広がる形状にしておくとよい。こうすることにより、流体が通り抜ける際の圧力損失をより小さくできる。

なお、本発明の実施の形態を１〜３に分けて説明してきたが、各実施の形態を適宜組み合わせることもできる。各実施の形態を適宜組み合わせるようにすれば、各実施の形態の特徴事項による効果を重畳的に得ることができる。また、本発明の実施の形態をスクロール圧縮機を例に挙げて説明したが、スクロール流体機械の一例であるスクロールポンプ等に適用することもできる。

また、実施の形態１〜３で説明したスクロール圧縮機では、一般的に使用されているオゾン層破壊係数がゼロであるＨＦＣ冷媒であるＲ４１０ＡやＲ４０７Ｃ、Ｒ４０４Ａ等を冷媒として使用することができる。また、最近では、地球温暖化係数の小さいＲ３２、それを含む混合冷媒を使用してもよい。さらに、フロン系低ＧＷＰ冷媒と呼ばれているＨＦＯ１２３４ｙｆやＨＦＯ１２３４ｚｅ、ＨＦＯ１２４３ｚｆなどの組成中に炭素の二重結合を有するハロゲン化炭化水素や、自然冷媒であるプロパンやプロピレンなどの炭化水素、若しくはそれらを含む混合物、二酸化炭素を冷媒として使用してもよい。

１ 吐出管、２ マフラー、２ｂ ボス部、３ 吐出チャンバー、４ 固定渦巻、４ａ 固定渦巻インボリュート終り、４ｂ 固定渦巻エッジ、４ｃ 固定渦巻終端部、４ｄ 固定渦巻壁面、４ｅ 固定渦巻側吸込口、５ 揺動渦巻、５ａ 揺動渦巻インボリュート終り、５ｂ 揺動渦巻エッジ、５ｃ 揺動渦巻終端部、５ｄ 揺動渦巻壁面、５ｅ 揺動渦巻側吸込口、６ フレーム、６ａ 吸入ポート、７ 吸入管、８ 排油パイプ、９ バランサカバー、１０ 第１バランサ、１１ ステータ、１２ ロータ、１３ 第２バランサ、１４ 主軸、１４ａ 偏心軸部、１４ｂ 油穴、１５ サブフレーム、１６ ボールベアリング、１７ オイルポンプ、１８ 油溜め、１９ 主軸受、２０ スリーブ、２１ 揺動軸受、２２ スライダー、２３ オルダムリング、２４ アッパーシェル、２５ ミドルシェル、２６ ロアーシェル、３０ 圧縮室、４０ ガイド板、４０ａ ガイド板内面、４０ｂ ガイド板外面、４１ 縦スリット、４１ａ バイパス流路、４１ｂ バイパス流路、４２ 穴、４２ａ バイパス流路、４３ 横スリット、４３ａ バイパス流路、５０ 密閉容器、５１ 固定スクロール、５１ａ 台板、５２ 揺動スクロール、５２ａ 台板、５３ 低圧室、５４ 高圧室、５５ 圧縮室、５６ａ ボルト、５６ｂ ボルト、５７ 吐出ポート、５８ 吐出弁、６０ シール、１００ スクロール圧縮機、１００Ａ スクロール圧縮機、１００Ｂ スクロール圧縮機。

Claims (6)

1. 固定渦巻を備えた固定スクロールと、
   揺動渦巻を備えた揺動スクロールと、
   前記固定渦巻と前記揺動渦巻とを組み合わせた状態で前記固定スクロール及び前記揺動スクロールが実装されるフレームと、
   前記フレームが固定される密閉容器と、を備え、
   前記固定渦巻及び前記揺動渦巻の少なくとも一方は、
   前記渦巻のインボリュート終りよりも外側の渦巻エッジを、曲面かつ先細り形状に構成している
   ことを特徴とするスクロール流体機械。
2. 渦巻エッジ長さをＬ、渦巻エッジ縮小幅をｈ、渦巻エッジ先端部形状曲率をｒ、揺動渦巻揺動半径をαとすると、
   前記渦巻エッジは、
   ｈ／Ｌ≦０．３、Ｌ／α≧２、０．３≦ｒ／α≦０．６を満たすように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記渦巻エッジの延長線上に１枚もしくは複数のガイド板を設けた
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記ガイド板は、
   ガイド板内面とガイド板外面とで構成されており、
   前記ガイド板内面と前記ガイド板外面との接続点を結んだ直線と、流体吸込口に平行方向から流入する流体の流れに平行な直線と、のなす角度θ１が３０°〜８０°の範囲で設定されている
   ことを特徴とする請求項３に記載のスクロール流体機械。
5. 前記渦巻エッジには、
   外周側と内周側とを連通する穴及びスリットのうち少なくとも一方が１つ又は複数形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクロール流体機械。
6. 前記穴及び前記スリットは、
   渦巻に対する入射角θ２が４０°〜８０°の範囲で設定されている
   ことを特徴とする請求項５に記載のスクロール流体機械。

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