JP2616111B2

JP2616111B2 - スクロール型流体装置

Info

Publication number: JP2616111B2
Application number: JP2061872A
Authority: JP
Inventors: 広道上野; 哲哉荒田; 祥孝芝本; 茂喜萩原
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1990-03-12
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JPH03264789A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、圧縮機等に用いられる両系回転式のスクロ
ール型流体装置に関し、特に、各スクロールにおけるラ
ップの強度対策に係る。

（従来の技術）一般に、この種の両系回転式のスクロール型流体装置
は、特開昭62−191685号公報に開示されているように、
各々鏡板の前面に渦巻状のラップが立設されると共に背
面に駆動軸及び従動軸が連結されて成る駆動スクロール
と従動スクロールとが互いに各ラップを噛合して密閉ケ
ーシング内に並設収納され、上記駆動軸および従動軸は
それぞれ鏡板背面側に設けられたフレームに回転自在に
嵌合されて各スクロールがフレームに支持されると共
に、該駆動軸及び従動軸の軸心が所定間隔を存するよう
に両スクロールが配設されて構成されている。

そして、上記駆動スクロールを回転すると、該回転に
伴って従動スクロールが同期して回転し、両スクロール
は相対的に公転運転を行うことになる。この公転運動に
より、上記鏡板間には両ラップによって作用室が形成さ
れ、該作用室が中心方向に移動しつつ収縮して流体を圧
縮している。

このスクロール型流体装置における各スクロールの構
成を詳述すれば、第８図に示すように、各スクロール
（ａ）の鏡板（ｂ）の前面には渦巻状のラップ（ｃ）が
鏡板（ｂ）の前面に対して垂直に形成され、しかも、該
ラップ（ｃ）の外周側の巻終り端は鏡板（ｂ）の前面に
対して垂直な直立面（ｄ）により形成されている。

（発明が解決しようとする課題）ところで、上述したような両系回転式のスクロール型
流体装置において、その駆動時に各スクロール（ａ）が
高速度で自転運動するために、上記ラップ（ｃ）には該
ラップ（ｃ）の自重により遠心力（第９図矢印）が作用
し、この遠心力はラップ（ｃ）を外周側へ変形させるよ
うに作用する。特に、上記ラップ（ｃ）の巻終り端は各
スクロール（ａ）の回転中心から最も離れた位置にある
ために、上記遠心力は該巻終り端で最も大きくなる。

しかるに、従来、上記ラップ（ｃ）の巻終り端は鏡板
（ｂ）の前面に対して垂直な直立面（ｄ）で形成されて
いるために、ラップ（ｃ）の付け根部分には上記遠心力
による応力集中が生じる。そして、この応力集中により
上記ラップ（ｃ）の巻終り端部が外周側へ変形したり、
第９図に示すように、ラップ（ｃ）の内側面側における
付け根部分にクラック（ｋ）が発生するという不具合が
あった。

この不具合を解消する手段として次のような構成が考
えられる。

（ｉ）：ラップ（ｃ）における外周側の巻終り端部のみ
を鏡板の外側に向って膨出させ、ラップ厚さを大きくす
る。

（ii）：ラップ（ｃ）の外周面側の付け根部分を曲面に
形成する。

（iii）：ラップ（ｃ）の縦断面を台形状に形成する。
（iv）：ラップ（ｃ）の厚さを全体に亘って大きくす
る。

しかしながら、これらの構成は以下の課題を有してい
る。

（ｉ）の構成にあっては、ラップ（ｃ）が相対するラ
ップ（ｃ）と噛合するので、厚みが制限されると共に、
膨出範囲が制限される。また、ラップ（ｃ）の自重が大
きくなるために、遠心力がより大きくなり、ラップ
（ｃ）の付け根部分における応力も増大する。更に、ス
クロール回転時の回転バランスを保持するためのカウン
タウエイトも大きくする必要があり、装置全体の大型
化、大重量化に繋がる。

（ii）の構成にあっては、ラップの内周面側が相対す
るラップに接触するので、外周面側を補強したが、本
来、応力集中はラップの内周面側における付け根部分
（第９図参照）に生じるために、外周面側を補強しても
十分な効果が発揮されない。

（iii）の構成にあっては、作用室の気密性を保持す
るために高い精度が要求され、加工が難しい。

（iv）の構成にあっては（ｉ）の場合と同様にラップ
の自重が大きくなるために遠心力の増大と共に応力も大
きくなる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、各スク
ロールにおけるラップの外周側の巻終り端部の応力集中
を低減することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために本発明が講じた手段は、遠
心力による応力を分散させるか、又は、ラップの質量を
低減するようにしたものである。そして、その具体的な
手段を述べると、請求項（１）に係る発明が講じた手段
は、第１図および第２図に示すように、鏡板（31）の前
面に渦巻状のラップ（32）が立設され且つ背面に駆動軸
（33）が連結されて成る駆動スクロール（３）と、鏡板
（41）の前面に渦巻状のラップ（42）が立設され且つ背
面に従動軸（43）が連結されて成る従動スクロール
（４）とが各ラップ（32,42）を噛合して並設され、上
記駆動スクロール（３）の回転に伴って従動スクロール
（４）が同期して回転するようにしたスクロール型流体
装置を前提としている。

そして、上記駆動スクロール（３）および従動スクロ
ール（４）のラップ（32,42）における外周側の巻終り
端部（9a）は、上記鏡板（31,41）前面に向ってラップ
（32,42）の高さが漸次小さくなるように形成されると
共に、鏡板（31,41）の外周方向に向って屈曲して形成
されている。

また、請求項（２）に係る発明が講じた手段は、第５
図に示すように、ラップ（32,42）における外周側の巻
終り端部には該ラップ（32,42）の先端面に開口する切
欠穴（93）が形成された構成としている。

また、請求項（３）に係る発明が講じた手段は、第６
図に示すように、両スクロール（3,4）の各鏡板（31,4
1）の前面には、相対向するラップ（42,32）の巻始め端
から巻き終わり端に至る全先端面が接する先端面の移動
軌跡の範囲に凹部（94）が鏡板（31,41）の中央部から
ラップ（32,42）に沿って渦巻状に形成された構成とし
ている。

（作用）上記構成により、請求項（１）に係る発明では、駆動
軸（33）を回転すると、駆動スクロール（３）が回転し
て鏡板（31）が回転し、該駆動スクロール（３）の回転
により従動スクロール（４）が該駆動スクロール（３）
に同期して回転することになる。

この両スクロール（3,4）の回転により両ラップ（32,
42）間に作用室（13）が形成されると共に、該作用室
（13）が、例えば、中心に向って移動しつつ収縮し、流
体を圧縮して吐出する。

一方、上記各スクロール（3,4）の各ラップ（32,42）
には回転による遠心力が作用する。そして、該ラップ
（32,42）における外周部の巻終り端の付け根部分は、
この遠心力による応力が集中が生じ易くなるが、巻終り
端部（9a）が傾斜部や階段状部に形成されると共に、屈
曲しているので、上記応力集中は分散することになり、
上記付け根部分における応力集中が低減され、且つ補強
リブとなり、ラップ（32,42）の強度がより一層向上
し、ラップ（32,42）の変形やクラックの発生が抑制さ
れる。

また、請求項（２）における発明では、各ラップ（3
2,42）における外周側の巻終り端部の質量が切欠穴（9
3）で軽減されるので、遠心力が低下し、上記ラップ（3
2,42）の変形やクラックの発生が抑制される。

また、請求項（３）に係る発明では、ラップ（32,4
2）が移動する凹部（94）を形成したので、鏡板（31,4
1）が厚くなり、該鏡板（31,41）によってラップ（32,4
2）の外周側の巻終り端部が支持され、該ラップ（32,4
2）の変形やクラックの発生が抑制される。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図に示すように、（１）は両系回転式のスクロー
ル型流体装置であって、冷凍装置における圧縮機として
用いられ、冷媒ガスを圧縮して吐出するものである。

このスクロール型流体装置（１）は密閉ケーシング
（２）内にスクロール機構（11）が収納されると共に、
駆動モータ（12）が収納されて成り、該スクロール機構
（11）は駆動スクロール（３）と従動スクロール（４）
とがそれぞれフレーム（5,6）に支持されて構成されて
いる。

該両フレーム（5,6）は略円盤状に形成され、それぞ
れ上記各スクロール（3,4）の背面側に位置するように
所定間隔を存して平行に設けられている。そして、該両
フレーム（5,6）は外周面にて上記ケーシング（２）に
固定され、中央部に上記各スクロール（3,4）を回転自
在に支持する軸孔（51,61）が上下方向に穿設されてお
り、該両軸孔（51,61）は軸心が半径方向に所定間隔を
存するように形成されている。

上記フレーム（5,6）に支持される両スクロール（3,
4）は、円盤状に形成された鏡板（31,41）の前面に渦巻
状（インボリュート状）に形成されたラップ（2,42）が
立設されて構成され、該両鏡板（31,41）の前面を互い
に対面させて上記両フレーム（5,6）間に並設されると
共に、上記各ラップ（32,42）が互いに噛合されてい
る。更に、上記駆動スクロール（３）の鏡板（31）の背
面（下面）には駆動軸（33）が、上記従動スクロール
（４）の鏡板（41）の背面（上面）には従動軸（43）が
それぞれ連結され、該駆動軸（33）及び従動軸（43）が
それぞれ上記各フレーム（5,6）の軸孔（51,61）にラジ
アル軸受（34,44）を介して回転自在に嵌挿されてい
る。また、上記各鏡板（31,41）と各フレーム（5,6）と
の間にはスラスト軸受（35,45）が介設されて上記各ス
クロール（3,4）がフレーム（5,6）に支持されている。
そして、上記駆動軸（33）はケーシング（２）内の底部
にまで延長され、上記駆動モータ（12）のロータ（12
a）に嵌挿されており、該駆動モータ（12）のステータ
（12b）はケーシング（２）に固定されている。また、
上記駆動軸（33）と従動軸（43）とは、上記両軸孔（5
1,61）の偏心により、駆動軸心（O₁）と従動軸心（O₂）
とが半径方向に偏心して設けられている。一方、上記各
ラップ（32,42）は先端面が相対面する鏡板（31,41）に
接すると共に、内周側面及び外周側面が複数箇所で接触
し、この接触間が作用室（13）に形成されている。

更に、上記駆動スクロール（３）と従動スクロール
（４）とは連結ピン（７）によって連結されている。こ
の連結ピン（７）は上記両スクロール（3,4）の鏡板（3
1,41）間に複数本（例えば、４本）立設されており、両
鏡板（31,41）間に亘る大径部（71）と、該大径部（7
1）の上端に突設された小径部（72）とより成り、大径
部（71）の下端が駆動側鏡板（31）の前面（上面）外周
縁に固定されている。上記小径部（72）は従動スクロー
ル（４）の鏡板（41）の前面（下面）外周縁に形成され
た凹部（4a）に挿入されて該鏡板（41）に係合してい
る。また、該凹部（4a）は小径部（72）より大径で且つ
高く形成されると共に、大径部（71）の上端面で閉塞さ
れるように構成されている。そして、上記両スクロール
（3,4）は連結ピン（７）により駆動スクロール（３）
の回転に従って従動スクロール（４）が同期回転し、相
対的に一方のスクロール（３）又は（４）が他方のスク
ロール（４）又は（３）に対して公転のみ行うように構
成され、上記作用室（13）が両スクロール（3,4）の中
心に向って移動しつつ収縮するように構成されている。

上記ケーシング（２）の内部空間を説明すると、従動
側フレーム（６）によって該フレーム（６）上方が高圧
室（2a）に、上記両フレーム（5,6）間が低圧室（2b）
に、駆動側フレーム（５）によって該フレーム（５）の
下方が高圧室（2c）にそれぞれ区画形成されている。そ
して、上記ケーシング（２）の側面には低圧室（2b）に
連通して吸入管（21）が、上部には高圧室（2a）に連通
して吐出管（22）がそれぞれ接続され、該吸入管（21）
より導入した低圧冷媒ガスが低圧室（2b）より作用室
（13）に流入するように構成されている。

更に、上記従動スクロール（４）には、中心部に吐出
通路（46）が鏡板（41）の前面から従動軸（43）の端面
（上面）に亘って穿設され、上記作用室（13）より高圧
冷媒ガスが高圧室（2a）に流出するように構成されてい
る。更にまた、上記ケーシング（２）内の底部は、潤滑
油の油溜め（23）に成っており、上記駆動軸（33）の下
端部が浸漬されている。そして、この駆動軸（33）の内
部および上記駆動スクロール（３）の鏡板（41）等には
上記潤滑油を各軸受（34,35,44,45）に供給するための
給油路（８）が穿設されている。

そして、本発明の特徴とするところは、各スクロール
（3,4）の鏡板（31,41）に立設されたラップ（32,42）
の形状にある。

尚、両スクロール（3,4）のラップ（32,42）形状は同
じであるので、ここでは駆動スクロール（３）について
述べる。

該駆動スクロール（３）における鏡板（31）の前面は
平坦面に形成され、上記ラップ（32）は鏡板（31）の前
面に垂直に立設されている。そして、該ラップ（32）の
外周側における巻終り端部（９）は、先ず、第１図に示
すように傾斜面（91）が形成されると共に、同時に第３
図に示すように屈曲形成され、第１図が屈曲前の状態を
示している。

そこで、上記傾斜面（91）について説明すると、該傾
斜面（91）は、鏡板（31）の前面に向ってラップ（32）
の高さが漸次小さくなるように端面が斜めに傾斜して形
成されている。更に、該傾斜面（91）はやや下方に凹状
に湾曲し、上記鏡板（31）の前面に滑らかに連続するよ
うに形成されている。即ち、従来のラップ（31）の端面
は仮想線Ａで示す位置の直立面で形成されていたのに対
し、側面視略三角形の巻終り端部（９）が延長された形
状に形成されている。そして、この傾斜面（91）の長さ
は駆動スクロール（３）の重量が所定範囲内である限
り、できるだけ長く設定することが望ましい。

一方、上記傾斜面（91）が形成された巻終り端部（9
a）は鏡板（31）の外周側へ僅かに屈曲して形成され、
平坦視略Ｌ字状に形成されている。

次に、このスクロール型流体装置（１）の圧縮動作に
ついて説明する。

先ず、駆動モータ（12）を駆動して駆動軸（33）を回
転すると、駆動スクロール（３）が駆動軸（33）の軸心
（O₁）を中心に回転し、鏡板（31）の回転に伴なって連
結ピン（７）も回転する。そして、該連結ピン（７）の
小径部（72）が従動スクロール（４）の鏡板（41）に係
合しているので、該連結ピン（７）の回転により従動ス
クロール（４）が回転し、しかも、該従動スクロール
（４）は駆動スクロール（３）に同期して回転し、一方
のスクロール（３）又は（４）に対して他方のスクロー
ル（４）又は（３）が相対的に公転のみ行うことにな
る。この公転によってラップ（32,42）の接触箇所が中
心に向って移動すると共に、ラップ（32,42）間に作用
室（13）が該ラップ（32,42）の外周側の巻終り端
（９）より形成され、該作用室（13）が中心の吐出通路
（46）に向って渦巻状に移動しつつ収縮することにな
る。

一方、低圧冷媒ガスは吸入管（21）よりケーシング
（２）内の低圧室（2b）を介して上記作用室（13）に流
入する。そして、該作用室（13）の収縮により低圧冷媒
ガスが圧縮されて高圧冷媒ガスになり、該高圧冷媒ガス
は吐出通路（46）を通り、高圧室（2a）に流入した後、
吐出管（22）より吐出される。

また、上記駆動側フレーム（５）下方の高圧室（2c）
には高圧冷媒ガスが導入されて油溜め（23）の潤滑油が
駆動スクロール（３）の給油路（８）に圧送され、該給
油路（８）を通って各軸受（34,35,44,45）に供給され
る。

次に、本発明の特徴とする作用を説明する。

上記各スクロール（3,4）は自転運動しているので、
各々ラップ（32,42）には遠心力が作用している。そし
て、この回転が高回転になると、その遠心力が大きくな
り、ラップ（32,42）を外側に倒そうとし、ラップ（32,
42）の付け根部分の応力が増大する。そして、この応力
は、特に、ラップ（32,42）の外周側の巻終り端部（9
a）において最大になる。しかし、上述したようにラッ
プ（32,42）の巻終り端部（9a）には鏡板（31,41）の前
面に向って傾斜した傾斜面（91）が形成されていると共
に、該傾斜面（91）が鏡板（31）の前面に滑らかに連続
しているので、遠心力による応力集中は分散され、該応
力集中が低減される。

更に、上記巻終り端部（9a）が屈曲しているので、こ
の屈曲部分がリブの役割をなし、ラップ（32）の強度が
より一層向上することになる。

この結果、上記遠心力によるラップ（32,42）の変形
やクラックの発生が抑制され、信頼性および圧縮効率が
向上する。

第４図はラップ（32,42）の巻終り端面の他の実施例
を示し、前実施例が滑らかな傾斜面（91）に形成したの
に代り、階段面（92）に形成したものである。該階段面
（92）における各段差部によって遠心力による応力集中
を分散させる。尚、上記第４図は、第１図に対応して巻
終り端部が屈曲していないが、第３図と同様に屈曲形成
されることは前実施例と同じであり、その他の構成並び
に作用・効果も前実施例と同じである。

第５図はラップ（32,42）の他の実施例を示し、切欠
穴（93）を形成したものである。そして、該ラップ（3
2,42）の巻終り端面は鏡板（31,41）の前面に対して垂
直な直立面に形成されている。上記切欠穴（93）はラッ
プ（32,42）の巻終り端部に複数個形成され、該切欠穴
（93）はラップ（32）（42）の先端面に開口して円形孔
で形成されている。

従って、上記切欠穴（93）によってラップ（32,42）
の巻終り端部の質量が軽減され、遠心力が低減されるこ
とになり、ラップ（32,42）の変形及びクラックの発生
が抑制される。尚、上記切欠穴（93）は円形の他、矩形
などであってもよく、また、個数は限られるものではな
い。

その他の構成並びに作用・効果は前実施例と同様であ
る。

第６図及び第７図は鏡板（31,41）の他の実施例を示
し、前面に凹部（94）が形成されたものである。つま
り、該鏡板（31,41）は厚さが前各実施例と同様になる
ように前面が基準面（31a,41a）に形成されて成り、該
基準面（31a,41a）に上記凹部（94）が渦巻状に形成さ
れている。該凹部（94）は鏡板（31,41）の中央部から
ラップ（32,42）に沿って渦巻状に形成され、該凹部（9
4）の幅はラップ（32,42）の間隔と同一に形成されると
共に、該凹部（94）の巻終り端部はラップ（32,42）の
巻終り端よりほぼ半周長く形成されている。そして、上
記凹部（94）の底面には相対するラップ（32,42）の巻
始め端から巻き終わり端に至る全先端面が接する先端面
の移動軌跡の範囲に形成されている。尚、ラップ（32,4
2）の巻終り端は直立面で形成されている。

従って、上記ラップ（32,42）におけるほぼ半周分の
巻終り端部は、第７図に示すように、外側の高さを小さ
くすることができるので、巻終り端部の質量が軽減さ
れ、遠心力が低減すると同時に、鏡板（31,41）で堅牢
に支持される。その結果、ラップ（32,42）の変形やク
ラックの発生が抑制される。その他の構成並びに作用・
効果は前実施例と同様である。

尚、本実施例では冷凍装置の圧縮機に関して述べた
が、本発明は真空ポンプや膨張機に用いてもよい。

（発明の効果）上述したように、本発明によれば以下のような効果が
発揮される。

請求項（１）に係る発明によれば、ラップの巻終り端
部をラップ高さが小さくなるように形成したために、遠
心力によって生ずるラップの巻終り端部における応力集
中が分散されることになり、該ラップの変形やクラック
の発生を防止することができる。この結果、簡単な構成
でもって作用室の気密性が確保され、またラップの質量
もあまり大きくすることもなく、信頼性の向上が図れ
る。

その上、巻終り端部がリブとしての役割を有し、ラッ
プの強度がより一層向上し、請求項（１）の効果と相俟
って遠心力による不具合を確実に解消することができ
る。

また、請求項（２）に係る発明によれば、ラップの巻
終り端部の質量が軽減されるので、遠心力が低下し、ラ
ップの変形やクラックの発生を防止することができる。

また、請求項（３）に係る発明によれば、ラップにお
ける巻終り端部の高さが小さくなり、質量が軽減される
と共に、鏡板によって補強されるので、ラップの変形や
クラックの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の実施例を示し、第１図はスク
ロールの斜視図、第２図はスクロール型流体装置の縦断
面図、第３図は巻終り端部を示す平面図である。第４図
はラップの巻終り端面の変形例を示す斜視図、第５図は
他の実施例を示すラップの巻終り端部を示す斜視図、第
６図は他の鏡板を示す斜視図、第７図は第６図VII−VII
線における断面図である。第８図および第９図は従来例
を示し、第８図は第１図相当図、第９図は第４図のIX−
IX線に沿った断面図である。（１）……スクロール型流体装置、（２）……密閉ケー
シング、（３）……駆動スクロール、（４）……従動ス
クロール、（31,41）……鏡板、（32,42）……ラップ、
（33）……駆動軸、（43）……従動軸、（５）……駆動
側フレーム、（６）……従動側フレーム、（９）……巻
終り端部、（91）……傾斜面、（92）……階段面、（9
3）……切欠穴、（94）……凹部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者萩原茂喜大阪府堺市金岡町1304番地ダイキン工業株式会社堺製作所金岡工場内 (56)参考文献特開昭59−68583（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−222580（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−114086（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鏡板（31）の前面に渦巻状のラップ（32）
が立設され且つ背面に駆動軸（33）が連結されて成る駆
動スクロール（３）と、鏡板（41）の前面に渦巻状のラ
ップ（42）が立設され且つ背面に従動軸（43）が連結さ
れて成る従動スクロール（４）とが各ラップ（32,42）
を噛合して並設され、上記駆動スクロール（３）の回転に伴って従動スクロー
ル（４）が同期して回転するようにしたスクロール型流
体装置において、上記駆動スクロール（３）および従動スクロール（４）
のラップ（32,42）における外周側の巻終り端部（9a）
は、上記鏡板（31,41）の前面に向ってランプ（32,42）
の高さが漸次小さくなるように形成されると共に、鏡板
（31,41）の外周方向に向って屈曲して形成されている
ことを特徴とするスクロール型流体装置。
【請求項２】鏡板（31）の前面に渦巻状のラップ（32）
が立設され且つ背面に駆動軸（33）が連結されて成る駆
動スクロール（３）と、鏡板（41）の前面に渦巻状のラ
ップ（42）が立設され且つ背面に従動軸（43）が連結さ
れて成る従動スクロール（４）とが各ラップ（32,42）
を噛合して並設され、上記従動スクロール（３）の回転に伴って従動スクロー
ル（４）が同期して回転するようにしたスクロール型流
体装置において、上記駆動スクロール（３）および従動スクロール（４）
のラップ（32,42）における外周側の巻終り端部には該
ラップ（32,42）の先端面に開口する切欠穴（93）が形
成されていることを特徴とするスクロール型流体装置。
【請求項３】鏡板（31）の前面に渦巻状のラップ（32）
が立設され且つ背面に駆動軸（33）が連結されて成る駆
動スクロール（３）と、鏡板（41）の前面に渦巻状のラ
ップ（42）が立設され且つ背面に従動軸（43）が連結さ
れて成る従動スクロール（４）とが各ラップ（32,42）
を噛合して並設され、上記駆動スクロール（３）の回転に伴って従動スクロー
ル（４）が同期して回転するようにしたスクロール型流
体装置において、上記駆動スクロール（３）および従動スクロール（４）
の各鏡板（31,41）の前面には、相対向するラップ（42,
32）の巻始め端から巻き終わり端に至る全先端面が接す
る先端面の移動軌跡の範囲に凹部（94）が鏡板（31,4
1）の中央部からラップ（32,42）に沿って渦巻状に形成
されていることを特徴とするスクロール型流体装置。