JP3188708B2 - 入口圧力の降下を減じたスクロール装置 - Google Patents

入口圧力の降下を減じたスクロール装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、一対のスクロールが横方向に変位した回転
軸の回りを相対回転するスクロール式の流体機械に関
し、より詳しくは、例えば冷凍系の冷媒圧縮機のために
用いられるスクロール式の流体機械に関する。
発明の背景 スクロール式の流体機械は、良く知られており、その
例は、図６に示すような日本の公開特許公報（特開平１
−35196号,1989年７月公開）である。
図６に示されたスクロール式の流体機械は、第１回転
軸D1と、この第１回転軸D1の第１中心軸01から偏心した
第２回転軸02を有する第２回転軸D2と、第１ベースP1と
この前面に立設された螺旋部材R1とを有して上記第１中
心軸01の回りに回転しうる第１スクロールS1と、第２ベ
ースP2とこの前面に立設された第２螺旋部材R2とを有し
て上記第２中心軸02の回りに回転しうる第２スクロール
S2と、上記第１回転軸D1を駆動するための駆動源である
モータＭと、上記第１スクロールS1の回転を第２スクロ
ールS2の回転に同期させるためのオルダム輪からなる同
期機構S2と、上記第1,第２スクロールS1,S2が配置され
る内部空間を有する本体ケーシングまたはハウジングＣ
とを備えている。
上記ハウジングは、上部ハウジングＵと下部ハウジン
グＧと開いた吸入ポートＬを備え、この吸入ポートは、
ハウジングＣの内部に連通していて、流体を上記内部空
間に流入させ、次いで上記第１螺旋部材R1と第２螺旋部
材R2の間に形成された圧縮凹部または圧縮容積Ｖに流入
させる。
上記モータＭは、第１スクロールS1を回転させ、第２
スクロールS2は、第１スクロールS1の回転に従ってこの
第１スクロールに同期して回転させられる。吸入ポート
Ｌを経て本体ケーシングＣの内部空間に流入した低圧の
流体は、第１螺旋部材R1と第２螺旋部材R2の外周を経て
圧縮凹部または圧縮容積Ｖに流入し、続いて第１螺旋部
材R1と第２螺旋部材R2の中心に向かって移動しつつ、圧
縮される。圧縮後の高圧流体は、第１回転軸D1に設けら
れた排出ポートＥを経て外部へ流れる。本体ケーシング
Ｃの下方には、油タンクＴが設けられ、吐出ポートＨ
が、油タンクＴの側壁に配設されている。
上述のスクロール式の流体機械では、第1,第２スクロ
ールS1,S2は、一緒に回転し、本体ハウジングＣの内部
空間内の流体は、第1,第２スクロールS1,S2の回転の結
果として生じる遠心力を受け、これにより流体は、スク
ロールから半径方向外側に流される。従って、上記流体
は、遠心力によって圧縮凹部または圧縮容積Ｖに入るの
を抑えられ、圧縮容積Ｖの入口圧力は、吸入ポートＬの
圧力よりも比較的低くなって、流体機械の体積効率が低
下する。
本発明の目的は、圧縮容積への流体の流入を促進で
き、入口圧力の降下を最小にでき、体積効率を向上する
ことができるスクロール式の流体機械を提供することで
ある。
本発明のさらなる目的は、スクロール式の流体機械の
体積効率を、スクロールの回転により生じる遠心力を用
いることによって増加し、圧縮凹部または圧縮容積に流
入する流体の圧力を増加し、これによって体積効率を改
善することである。
発明の概要 本発明は、次の構成部材を備えたスクロール式の流体
機械であることを特徴とする。即ち、 （ａ） 第１回転軸と、 （ｂ） 上記第１回転軸の第１中心軸から偏心した第２
中心軸を有する第２回転軸と、 （ｃ） 第１ベースとこの前面に立設された第１螺旋部
材とを備えて、上記第１中心軸の回りに回転しうる第１
スクロールと、 （ｄ） 第２ベースとこの前面に立設された第２螺旋部
材とを備えて、上記第２中心軸の回りに回転しうる第２
スクロールと、 （ｅ） 上記第１回転軸および第２回転軸のうちの少な
くとも一方を駆動するための駆動源と、 （ｆ） 一方のスクロールを他方のスクロールに対して
動かすための手段と、 （ｇ） 上記第１および第２スクロールが内部に配置さ
れる本体ハウジングと、 （ｈ） 上記本体ハウジングの内部と連通して、上記流
体を上記内部空間に流入させる開いた吸入ポートとを備
えるとともに、 （ｉ） 上記第１スクロールには、吸入穴が設けられ、
この吸入穴は、上記第１ベースを背面から前面へ貫通し
て、この前面の外周部に開口し、かつ流体を、上記本体
ハウジングの内部空間から上記第１螺旋部材と第２螺旋
部材の間に形成された圧縮凹部または圧縮容積の吸入側
に流入させるようになっている。
スクロール機械の通常の運転において、スクロールが
回転すると、圧縮容積または圧縮凹部は、まずスクロー
ルの外周近傍に形成される。これらの圧縮容積または圧
縮凹部は、回転の吸気工程の間じゅうスクロールの外周
側に開口する。スクロールアセンブリを取り囲む空間に
存する流体が、スクロールの外周縁に形成された通路を
通って凹部に吸い込まれこの凹部を満たすのは、上記吸
気工程の間である。しかし、スクロールの圧縮凹部また
は圧縮容積を満たそうとする流体は、スクロールの運動
によって生じる本来的な遠心力を受け、この遠心力は、
流体の凹部への流入を妨げる傾向にあり、これにより流
体は、スクロールに向かうよりもむしろスクロールから
離れるように動かされる。この流体抵抗は、吸気工程中
に圧縮容積または圧縮凹部に流入する流体の量を減少さ
せて、流体機械の効率を低下させる。
従来の流体機械と対照的に、本発明では、吸気工程中
に圧縮容積または圧縮凹部を満たす流体が、スクロール
が回転する線に（逆または反対の方向よりもむしろ）概
ね沿う方向に上記圧縮容積または圧縮凹部内へ導かれ、
これにより凹部への流入する間の流体抵抗が減少し、よ
って体積効率が増加するような構成が備えられている。
かかる構成は、スクロール機械の圧縮容積または圧縮凹
部に流体を流入させるためのポートまたは開口を、流体
が，スクロールの回転方向と概ね同じ方向に流れて圧縮
容積または圧縮凹部を満たすように設けることによって
達成される。流体を圧縮容積に流入させるための開口ま
たはポートは、圧縮容積に流入する流体量を最大にする
ように配置される。
上述の構造は、吸気ポートを通って本体ハウジング内
への流体入口を設け、流体を第１ベースに設けた吸入穴
に通過させて、圧縮容積の吸入側または吸気工程に到達
させることによって達成される。上記吸入穴は、第１ベ
ースを背面から前面に貫通し、かつ圧縮容積に流入する
流体が、スクロールの運動方向と概ね同じ方向に流れ
て、第1,第２スクロールの外周に働く遠心力によってよ
り影響されず、それにより流体の流入が促進されるよう
に配置される。その結果、圧縮容積に流入する流体の吸
入圧力は、最適化され、体積効率は、従来例の装置の体
積効率よりも優れるのである。
上述の構造において、各吸入穴は、第１ベースの背面
に、圧縮容積の吸入側の開口に対して半径方向内側に位
置して開口し、かつ第１ベースの背面から前面に向かっ
て半径方向外側に傾斜する。この場合、第１ベースの背
面に位置する吸入穴の半径方向位置は、第１ベースの前
面に位置する吸入穴の半径方向位置よりも小さくて、吸
入穴から排出される流体の出口圧力は、吸入穴に流入す
る流体の入口圧力よりも高くなり、これによって圧縮容
積に流入する流体を最大にすることが可能になる。
また、第１ベースの前面の外周部の吸入穴を、第１螺
旋部材の外周の端部近傍に開口する第１貫通穴と、この
第１貫通穴に対して180゜をなす近傍に開口する第２貫
通穴とで構成するのが好ましい。この場合、吸入穴を構
成する第１および第２貫通穴から排出される流体は、圧
縮容積に直接取り込まれ、これによって圧縮容積に流入
する流体の入口圧力を最大にすることができる。
また、吸入ポートが、第１ベースの吸入穴の近傍に開
口するのが好ましい。この場合、吸入ポートから出て本
体ケーシングに入る流体は、容易に吸入穴に流入し、こ
れによって圧縮容積に流入する流体の吸入圧力を最大に
することができる。
また、第１ベースの背面の外周部に、第１ベースから
後方へ突出し、かつ第１ベースの中心に向かうガイドを
設けるのが好ましい。この場合、吸入穴に流入しない流
体は、第１ベースの背面に沿って流れ出ることができ
ず、吸入穴に向けて案内されることになる。従って、流
体は、吸入穴を経で能率的に流れることができて、圧縮
容積に流入する流体の吸入圧力を最大にすることができ
る。
また、第１および第２スクロールの少なくとも１つの
ベースの外周部に、第１および第２スクロールの外周を
覆うための壁を、吸入穴が接続している上記圧縮容積に
対して閉鎖空間を形成するように設けるのが好ましい。
この場合、吸入穴から排出される流体は、第１および第
２スクロールの回転によって外方へ吹き飛ばされるのが
抑えられる。従って、吸入穴から排出される流体は、圧
縮容積に能率的に流入し、これによって圧縮容積に流入
する流体の吸入圧力を最大にすることができる。
さらに、上述の構成の壁において、他のスクロールの
ベースの背面を上記突出する壁の外周で支持するための
スラスト支持部を設けるのが好ましい。この場合、上記
壁は、他のスクロールのためのスラスト支持部を提供す
るようにも用いることができ、これによってこの構造の
効率が最大になる。
本発明の上述およびさらなる目的ならびに新規な態様
は、次の詳細な説明を添付の図面と関連づけて読めば、
より十分に現われるであろう。
図面の簡単な説明 図１は、本発明のスクロール式の流体機械の第１実施
例の縦断面図である。
図２は、第１および第２スクロールを夫々示す分解斜
視図である。
図３は、第１および第２スクロールが互いに嵌合した
形態を示す断面図である。
図４は、本発明の第２実施例の主要部の縦断面図であ
る。
図５は、本発明の第３実施例の主要部の縦断面図であ
る。
図６は、従来のスクロール式の流体機械の縦断面図で
ある。
本発明の詳細な説明 図１は、冷凍系における冷媒圧縮機として用いられる
スクロール式の流体機械を示している。この流体機械
は、以下に述べるが、基礎的な構造として、第１回転軸
31と、第２回転軸32と、第２スクロール２と、駆動源の
モータ５と、同期機構６と、本体ハウジング６と、開い
た吸入ポート８を軸の一端にもつ吸入管80と、圧縮後の
流体を吐出する吐出管81とを備えている。本発明のスク
ロール式の流体機械は、次のように構成される。即ち、 （ａ） 第１回転軸31は、上部回転軸受43および下部メ
タル軸受44を介して上部ハウジング41および下部ハウジ
ング42に回転可能に支持される。
（ｂ） 第２回転軸32は、第１回転軸31の第１中心軸か
ら偏心した第２中心軸02を有し、回転軸受46およびラジ
アル軸受47を介して上部ハウジング41の上部に固定され
た仕切部材45に回転可能に支持される。
（ｃ） 第１スクロール１は、第１回転軸31の上端に一
体化された第１ベース11と、この第１ベース11の前面に
上方へ立設され，インボリュート曲線に沿って延びる第
１螺旋部材12を備えるとともに、第１中心軸01の回りに
回転する。
（ｄ） 第２スクロール２は、第２回転軸32の下端に一
体化された第２ベース21と、この第２ベース21の背面に
下方へ立設され，インボリュート曲線に沿って延びる第
２螺旋部材22とを備えるとともに、第２中心軸02の回り
に回転する。
（ｅ） モータ５は、ステータ51とロータ52とからな
り、第１回転軸31が上記ロータに直接連結されて駆動さ
れる。
（ｆ） 同期機構６は、図２に示すように、第１ベース
11の上面の外周から上方へ突出する複数の第１の歯61
と、第２ベース21の下面の外周から下方へ突出する複数
の第２の歯62とを備えて、第１スクロール１の回転を第
２スクロール２の回転に同期させるようになっている。
（ｇ） 本体ハウジング７は、円筒状の本体71と、この
本体71の軸方向の両端に固定された上蓋72および下蓋73
とを備え、仕切部材45の下方に第１スクロール１と第２
スクロール２とモータ５を収容して、第１および第２ス
クロール1,2の外周に連通する内部空間70を形成すると
ともに、第２回転軸32に設けられた吐出穴33を介して第
１および第２スクロール1,2の中心に連通する上部空間7
4を、仕切部材45の上方に形成している。
（ｈ） 吸入ポート８は、本体ハウジング７の内部空間
70に向かって開いており、第１螺旋部材12と第２螺旋部
材22との間に形成されたすきま容積10,20内に導びかれ
る流体は、内部空間70から流れ出るようになっている。
加えて、吐出管81が、上部空間74に向かって開いてお
り、本体ハウジング７は、底部に潤滑油を貯える油溜75
を備えている。
上述の基礎的な構造において、第１スクロール１に
は、第１ベース11を背面から前面に貫通して第１ベース
の外周に開口する吸入穴９が設けられ、この吸入穴は、
本体ハウジング７内の内部空間70と、圧縮容積10,20の
吸入側とに夫々連通する。
第１ベース11の背面の吸入穴９の開口は、圧縮容積1
0,20の吸入側に対して半径方向で内側に位置しており、
吸入穴９は、第１ベース11の背面から前面に向かって半
径方向外側に傾斜している。
さらに、吸入穴９は、図３に明瞭に示すように、第１
ベース11の前面の外周部で，かつ第１螺旋部材12の外端
の近傍に開口する第１貫通穴91と、この第１貫通穴91に
対して180゜だけ位置を変えた第１ベース11の前面の外
周部に開口する第２貫通穴92とで構成される。
また、図１に示すように、吸入管80は、本体ハウジン
グ７内の内部空間に深く入り込んで、吸入ポート８が、
第１ベース11の背面で、かつ吸入穴9,つまり第１貫通穴
91または第２貫通穴92の開口の近傍に開口するようにな
っている。
かくて、上述の構造において、吸入ポート８を経て本
体ハウジング７の内部空間に放たれた流体は、第１およ
び第２貫通穴91,92を通過して、圧縮容積10,20の吸入側
に到達し、このとき、第１および第２貫通穴91,92は、
第１ベース11を背面から前面へ貫通して、第１ベース11
の前面でかつ第１スクロール１の外径よりも小径の軸状
の範囲内に開口する。従って、圧縮容積10,20内に導か
れることになっている流体は、第１および第２スクロー
ル1,2の回転で生じる遠心力によって影響されることが
より少なく、圧縮容積10,20に容易に流入する。結果と
して、圧縮容積10,20に流入する流体の吸入圧力を最大
化でき、体積効率を改善することができる。
また、上述の構造において、第１および第２貫通穴9
1,92は、第１ベース11の表面から前面に向かって半径方
向外側に傾斜しているので、第１ベース11の背面での両
貫通穴91,92の開口位置間の直径方向の分離は、第１ベ
ース11の前面での貫通穴91,92の開口位置間の直径方向
の分離と相違する。このことによって、貫通穴91,92か
ら排出される流体の出口圧力は、この貫通穴に流入する
流体の入口圧力よりも高い値に上昇する。従って、圧縮
容積10,20に流入する流体の吸入圧力を、最大化するこ
とができる。
さらに、上述の構造において、吸入穴９は、第１ベー
ス11の前面の外周部でかつ第１螺旋部材12の外端の近傍
に開口する第１貫通穴91と、この第１貫通穴91に対して
180゜の角度だけ位置を変えた第２貫通穴92とで構成さ
れるので、第１および第２貫通穴10,20から排出された
流体は、圧縮容積10,20に直接取り込まれ、これによっ
て圧縮容積10,20に流入する吸入圧力を最大にすること
ができる。
また、吸入ポート８は、第１ベース11の背面でかつ第
１貫通穴91または第２貫通穴92の開口位置の近傍に開口
するので、吸入ポート８から本体ハウジング７内に放た
れるべき流体は、第１および第２貫通穴91,92に容易に
流入し、これによって圧縮容積10,20に流入する流体の
吸入圧力を最大にすることができる。
次に、図４にしたがって、本発明の第２実施例を説明
する。
本発明のスクロール式の流体機械の第２実施例には、
第１スクロール１に第１ベース11の背面の外周部から後
方へ突出する円筒状部材13aと、この円筒状部材13aの突
起の外端から第１ベース11の中心に向かって突出する環
状板型底部13bを有するガイド13を備えている。他の構
造は、上記第１実施例の構造と同じである。
図４に示す第２実施例において、第１ベース11の背面
に沿い，かつこの第１ベース11に開口する吸入穴９を避
けて外方へ流れようとするいかなる流体も、上記ガイド
13を構成する円筒状部材13aによって阻止することがで
きて、環状板型底部13bに沿って吸入穴９内へ案内され
る。従って、流体は、吸入穴９を適切に通過することが
でき、これによって圧縮容積10,20に流入する流体の吸
入圧力を最大にすることができる。
次に、図５にしたがって、本発明の第３実施例を説明
する。
この第３実施例は、第１および第２スクロール1,2の
第１および第２螺旋部材12,22の外周を夫々覆うべく、
第１スクロール１の第１ベース11の外周に壁15が設けら
れて、本体ハウジング７の内部空間70に対して限定空間
14が形成されている。上記壁15は、流体が吸入穴91,92
を通って圧縮容積に流入するとき、この流体が圧縮容積
から漏れたり，圧縮容積外を通ったりして第１および第
２螺旋部材12,22に隣接する内部空間に流入するのを上
記壁によって抑制し，防止するような構造になってい
る。従って、吸入穴を経て圧縮容積内に流入する流体
は、圧縮容積内に留どまり、これによって圧縮容積内の
吸入圧力が最大になり、体積効率が増大する。
さらに、壁15からの突起の外端には、第２スクロール
２の第２ベース21の背面を収容するためのスラスト支持
部16が設けられている。
第３実施例の他の構造は、図４の上記第２実施例の構
造と同じである。
図５に示した第３実施例では、吸入穴９を経て排出さ
れる流体が第１および第２スクロール1,2の回転によっ
て外方へ吹き飛ばされるのを、上記壁15が防止すること
ができる。従って、吸入穴９から放出された流体は、圧
縮容積10,20内に適切に取り込まれることができ、これ
によって圧縮容積に流入する流体の吸入圧力を最大にす
ることができる。
さらに、壁15の突起の外端にスラスト支持部16が設け
られているので、第２スクロールが壁でスラスト支持さ
れるように壁15を用いることができ、これによって本実
施例の構造を最も効率的に用いることができる。
加えて、上述の本発明の総ての実施例は、圧縮機に適
用されているが、これらの実施例は、真空ポンプにも同
様に適用することができる。
幾つかの実施例について述べてきたが、これらの実施
例は、本発明の単なる模範例であり、本発明を制限する
ものとして構成されたものではなく、本発明は、添付の
請求項のみによって制限されるものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷和 弘通 大阪府堺市築港新町３丁12番地 ダイキ ン工業株式会社 堺製作所 臨海工場内 (72)発明者 上野 広道 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 (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 (72)発明者 フォーニ、ロナルド・ジェイ アメリカ合衆国マサチューセッツ州 02173 レキシントン・アダムスストリ ート64 (72)発明者 ムクロー、ジョン・イー アメリカ合衆国マサチューセッツ州 01741 カーライル・ブルックストリー ト413 (56)参考文献 特開 平４−76288（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−500914（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ） 第１回転軸と、 （ｂ） 上記第１回転軸の第１中心軸から偏心した第２
    中心軸を有する第２回転軸と、 （ｃ） 第１ベースとこの第１ベースの前面に立設され
    た第１螺旋部材とを備えて、上記第１中心軸の回りに回
    転可能な第１スクロールと、 （ｄ） 第２ベースとこの第２ベースの前面に立設され
    た第２螺旋部材とを備えて、上記第２中心軸の回りに回
    転可能な第２スクロールと、 （ｅ） 上記スクロールの一方を他方のスクロールに対
    して動かすための手段と、 （ｆ） 上記第１および第２スクロールを収容する内部
    空間を有する本体ハウジングと、 （ｇ） 上記第１螺旋部材と上記第２螺旋部材との間に
    形成される圧縮容積に連通する本体ハウジング内の上記
    内部空間に開口して、この内部空間に流体を流入させる
    ための吸入ポートとを備えるとともに、 （ｈ） 上記第１スクロールには、吸入穴が設けられ、
    この吸入穴は、上記第１ベースを背面から前面に向かっ
    て半径方向外側に傾斜するように貫通して、この前面の
    外周部に開口し、かつ上記本体ハウジングの上記内部空
    間と上記圧縮容積の吸入側とを連通させるとともに、上
    記第１ベースの背面の上記吸入穴の開口は、上記圧縮容
    積の吸入側に対して半径方向内側に位置づけられること
    を特徴とするスクロール式の流体機械。
  2. 【請求項２】２つの吸入穴が設けられ、そのうちの一方
    の吸入穴は、上記第１ベースの前面の外周部でかつ上記
    第１螺旋部材の外周端の近傍に開口する第１貫通穴から
    なり、第２貫通穴が、上記第１貫通穴に対して180゜の
    角度だけ位置を変えて開口することを特徴とする請求項
    １に記載のスクロール式の流体機械。
  3. 【請求項３】上記吸入ポートは、上記第１ベースの背面
    に開口することを特徴とする請求項１に記載のスクロー
    ル式の流体機械。
  4. 【請求項４】（ａ） 第１回転軸と、 （ｂ） 上記第１回転軸の第１中心軸から偏心した第２
    中心軸を有する第２回転軸と、 （ｃ） 第１ベースとこの第１ベースの前面に立設され
    た第１螺旋部材とを備えて、上記第１中心軸の回りに回
    転可能な第１スクロールと、 （ｄ） 第２ベースとこの第２ベースの前面に立設され
    た第２螺旋部材とを備えて、上記第２中心軸の回りに回
    転可能な第２スクロールと、 （ｅ） 上記スクロールの一方を他方のスクロールに対
    して動かすための手段と、 （ｆ） 上記第１および第２スクロールを収容する内部
    空間を有する本体ハウジングと、 （ｇ） 上記第１螺旋部材と上記第２螺旋部材との間に
    形成される圧縮容積に連通する本体ハウジング内に上記
    内部空間に開口して、この内部空間に流体を流入させる
    ための吸入ポートとを備えるとともに、 （ｈ） 上記第１スクロールには、吸入穴が設けられ、
    この吸入穴は、上記第１ベースを背面から前面へ貫通し
    て、この前面の外周部に開口し、かつ上記本体ハウジン
    グの上記内部空間と上記圧縮容積の吸入側とを連通させ
    る一方、 （ｉ） 上記第１ベースには、背面の外周部に、上記第
    １ベースから後方へ突出し、かつこの突出部の最外端か
    ら上記第１ベースの中心へ向かうガイドが設けられてい
    ることを特徴とするスクロール式の流体機械。
  5. 【請求項５】上記第１螺旋部材または第２螺旋部材のう
    ちの少なくとも１つの外周部に、上記圧縮容積からの流
    体の漏れを実質的に防止するための壁手段をさらに備え
    たことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式の流
    体機械。
  6. 【請求項６】上記壁手段の突出する最外端に、他方のス
    クロールのベースの背面を受けるためのスラスト支持部
    が設けられていることを特徴とする請求項５に記載のス
    クロール式の流体機械。
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