JP3235788B2 - ツイン式スクロール流体機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機、膨張機、
及び真空ポンプとして機能するツイン式スクロール流体
機械に係り、特に少なくとも軸方向両面に螺旋状ラップ
を形成した一の旋回スクロールと、前記ラップに嵌合す
る螺旋状ラップを有する複数の固定スクロールからな
り、前記旋回スクロールを自転させる事なく公転可能に
構成したツイン式スクロール流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、周壁により囲繞されたケーシ
ング内に第１のラップを形成するとともに、その周壁と
中心域に夫々吸込口と吐出口を設けた固定スクロール
と、前記第１のラップに嵌合可能な第２のラップを有す
る旋回スクロールとからなり、例えば前記旋回スクロー
ルを自転させる事なく公転させる事により、前記吸込口
よりケーシング内に導入した気体を前記第１及び第２の
ラップ間に形成される密閉空間に取り込みながら、旋回
スクロールの公転運動とともに徐々にその容積を減少さ
せつつ中心に向かって移動させて圧縮させ、その高圧空
気を吐出口より外部に排出可能に構成したスクロール流
体機械は公知である。

【０００３】そして、このようなスクロール流体機械は
一の固定スクロールラップと一の旋回スクロールラップ
同士を互いに嵌合させて膨張、圧縮若しくは圧送運動を
行なわしめる、いわゆる対面型スクロール流体機械（例
えば特開昭５０−３２５１２号公報）と、夫々軸方向両
面側にラップを形成した一の旋回スクロールの両面側
に、夫々前記ラップと嵌合可能なラップを有する一対の
固定スクロールを挟持させ、一の旋回スクロールの公転
運動によりその両面側で夫々所定の膨張、圧縮若しくは
圧送運動を行なわしめる、いわゆるツイン式スクロール
流体機械（特公昭６３−４２０８１号公報）が提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記い
ずれのスクロール流体機械においても、両スクロールの
ラップ同士はいずれもほぼ同一巻数で且つ互いに１８０
°位相をずらして嵌合しているが為に、その吸込側にお
いても吐出側においても下記のような問題が生じる。即
ち、吸込側においては、スクロール外周側に位置するラ
ップ始端同士が１８０°位相をずらした位置で他側ラッ
プ側壁面と接触し、圧縮室を形成する構成を採るために
各ラップ始端位置に夫々吸込口を設けるか、若しくは１
８０°隔てた位置に設けた１の吸込口と連通する半円弧
状の迂回路を、前記ラップ外周側に設ける必要があり、
結果として装置の大型化と加工工数の増大につながる。

【０００５】而も、前記のように複数の吸込口を設ける
事は１８０°位相をずらして複数の圧縮室が並行して圧
縮工程を行なう事になり、いわゆる高圧縮化が困難にな
るとともに、ラップ間に挟まれる密閉空間内への取込み
容積もその分小さくなり、吸込効率も向上し得ない。

【０００６】一方、吐出側においても、スクロール中心
部に回転軸その他を挿設する軸受け部が位置する為に、
その軸受け部外周側のインボリュート曲線の途中位置に
ラップ終端と吐出口を設けねばならず、而もこの状態で
夫々のラップ始端を１８０°位相をずらして配置する事
は、結果として最終圧縮室の容積が大きい状態のまま吐
出口に開放されてしまう為に、圧縮比が小さくなる。而
も最終圧縮室の容積が大きい事はシール線が長くなるた
めに、結果としてシール性が低下し且つ逆流も生じ易く
なるために、圧縮効率の低下につながる。

【０００７】かかる欠点を解消する為に、いわゆる対面
型スクロール流体機械においては旋回スクロールの主軸
をラップ背面側に設け、一方吐出口を固定スクロール中
心部に設けるように構成しているが、ツイン式のスクロ
ール流体機械においては後記実施の形態に示すごとく、
一対の固定スクロールに挟まれるごとく旋回スクロール
が配置されている為に、主軸を固定スクロール中心部を
貫装させて配設しなければならず、この為前記構成を採
る流体機械においては前記欠点がどうしても顕在してし
まう。

【０００８】本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、吸
込側においては装置小型化を達成しながら吸込効率と高
圧縮化を達成し得るツイン式スクロール流体機械を提供
する事を目的とする。本発明の他の目的とする所は、吐
出効率の向上と高圧縮化を可能とするツイン式スクロー
ル流体機械を提供する事である。本発明の他の目的とす
る所は、ラップ同士のシール性の向上と圧縮効率の向上
を図るツイン式スクロール流体機械を提供する事であ
る。

【０００９】

【課題を解決する為の手段】本発明は、端板の両面に螺
旋状溝と螺旋状ラップとを形成した旋回スクロールと、
螺旋状溝と前記螺旋状ラップに嵌合する螺旋状ラップと
を有する一対の固定スクロールからなり、該一対の固定
スクロール内には、その中心部において前記旋回スクロ
ールの中心部を貫いて前記旋回スクロールを駆動する駆
動用偏芯部を有した駆動軸を前記旋回スクロールの両側
で支持する軸受部を設けて、前記旋回スクロールを自転
させる事なく公転可能に配置したツイン式スクロール流
体機械において、前記駆動用偏芯部の回転域の外側であ
って、一側スクロールの前記螺旋状溝のスクロール中心
側端部壁面を半円形状面に形成し、該半円形状面に排出
口を設けるとともに、前記半円形状面の奥側に、前記排
出口から導通路を介して吐出口を形成し、前記螺旋状ラ
ップに嵌合する他側スクロールのラップ内周端が前記半
円形状面に連設する前記一側スクロールの前記螺旋状溝
壁面に沿って摺接し、前記排出口から圧縮流体を前記吐
出口から排出可能に構成したことを特徴とする。

【００１０】本発明の特徴は、前記一対の固定スクロー
ルは、その中心部において前記旋回スクロールの中心部
を貫いて前記旋回スクロールを駆動する駆動用偏芯部を
有した駆動軸を前記旋回スクロールの両側で支持する軸
受部を設けた点にある。すなわち、旋回スクロールの中
心部を貫いて前記旋回スクロールを駆動する駆動用偏芯
部を有した場合は、旋回スクロール側においても、ま
た、固定スクロール側においても前記駆動用偏芯部の旋
回分だけデッドスペースとなり、螺旋状溝として用いる
ことはできない。言い換えれば、旋回スクロールにおい
ては、前記駆動用偏芯部の外側から前記螺旋状溝が形成
されるし、固定スクロールにおいては、その旋回分だけ
駆動軸の軸受部として用いることができ、その外側から
前記螺旋状溝が形成される。 よって、前記駆動用偏芯部
の回転域の外側であって、一側スクロールの前記螺旋状
溝のスクロール中心側端部壁面を半円形状面に形成し、
該半円形状面に排出 口を設けるとともに、前記半円形状
面の奥側に、前記排出口から導通路を介して吐出口を形
成することができる。そして、前記螺旋状ラップに嵌合
する他側スクロールのラップ内周端が前記半円形状面に
連設する前記一側スクロールの前記螺旋状溝壁面に沿っ
て摺接し、前記排出口から圧縮流体を前記吐出口に排出
可能に構成することができる。よって、螺旋状溝底面に
吐出口を設けた場合より圧縮流体をさらに圧縮すること
ができ、圧縮効率の向上と高圧縮化が可能である。

【００１１】つまり、前記半円形状面の前記螺旋状溝の
内側壁側に排出口を設けることにより、最終圧縮室の容
積を小さくする事ができ、その分吐出効率の向上と圧縮
比を高くする事が出来る。また、一側スクロールの螺旋
状溝のスクロール中心側端部壁面の奥側は、必然的にデ
ッドスペースとなるが、そこに前記吐出口を形成し、該
吐出口にスクロール中心側端部壁面である半円形状面の
排出口から圧縮流体の導通路を連通させることができ
る。よって、従来技術のような螺旋状溝の壁面に導通路
を開口する構造を本実施の形態に適用する場合は、その
部分を特別に肉厚にする、すなわち駆動軸の軸受部側を
肉厚に構成し大径化するのに対して、本発明はデッドス
ペース部分を有効に用いて小径化することができる。そ
して、前記排出口を螺旋状溝の中心線よりも内側に形成
することが望ましく、この場合は、最終圧縮室の容積を
さらに小さくする事ができ、その分吐出効率の向上と圧
縮比をさらに高くする事が出来る。

【００１２】また、吐出側におけるラップ内周端と接す
るスクロール中心側端部壁面を半円形状に形成し、前記
ラップ内周端がスクロール中心側端部壁面に沿って摺接
する如く配置する事により前記ラップ内周端においてシ
ール性が向上するこの場合、ラップ内周端と吐出口を直
接対面させる事なく、前記スクロール中心側端部壁面の
奥側に、前記導通路を介して吐出口を形成する事によ
り、更に前記効果が増進する。

【００１３】また、前記スクロール中心側端部壁面の半
円形状は、その半径を旋回スクロールと固定スクロール
の偏心量、言い換えれば旋回半径とほぼ同一に設定する
のがよい。また、前記したように、最終圧縮室の容積が
小さくなる事はシール線も短くなり、結果としてシール
性の向上と逆流防止につながり、圧縮効率が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただしこの
実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形
状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り
は、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではな
く、単なる説明例に過ぎない。

【００１５】図３は本発明が適用されるツイン式のスク
ロール圧縮機で、主軸６の中央クランク部に支承され軸
方向両面に夫々旋回ラップを形成した一の旋回スクロー
ル１と、前記各ラップに嵌合する固定ラップを形成した
一対の固定スクロール２Ａ，２Ｂと、前記スクロールの
外周側に、夫々１２０゜づつ周方向に位置をずらして設
けた自転規制用の３個の偏心回転軸３とから構成されて
いる。

【００１６】固定スクロール２Ａ，２Ｂは円蓋状をな
し、ケーシングとして機能するその周壁をシール部材を
介して当接させてその内部に密閉空間を形成するととも
に、その中心穴４に軸受け５を介して主軸６を貫装さ
せ、該主軸６が２点支持にて回転可能に軸支する。そし
て、前記軸受け５の周囲には後記するように螺旋状の固
定ラップ１０が互いに対面させて対称位置に配置される
とともに、一の固定スクロール２Ａの中心域側と外周縁
に夫々吐出口７と吸込口８を形成する。

【００１７】一方、旋回スクロール１は前記したように
軸方向両面に夫々旋回ラップを形成し、前記固定ラップ
１０と互いに嵌合可能に構成すると共に、その周縁側に
偏心回転軸３を軸支する。そして、該偏心回転軸３の両
側支軸を固定スクロール２Ａ，２Ｂに軸支し、二点支持
にて前記旋回スクロール１の自転規制を行なう。

【００１８】かかる構成は公知の為、その詳細な説明は
省略するが、前記ツイン式のスクロール圧縮機において
は、一対の固定スクロール２Ａ，２Ｂの中心部に主軸６
を貫装する軸受け５を設けねばならない為に、言い換え
れば吐出口７を中心部から外して設けねばならないため
に、小型化及び高圧縮化が困難であるという問題が生じ
る。

【００１９】そこで、前記欠点を解消する為に本実施の
形態においては図２に示すようなラップ形状を採ること
ができる。例えば、図２において、１０は固定スクロー
ル２側に形成されたラップで、中心部に設けた主軸６
（図３）を貫装する中心孔４周囲に沿ってインボリュー
ト状に形成した軸受け５部より螺旋状に略５．５π
（２．７５巻数）の巻数で形成すると共に、前記ラップ
始端１０ａと軸受け５壁面に挟まれるスクロール溝２０
始端側の周壁、すなわちスクロール中心側周壁面を半円
形状に形成し、該半円形状面２０ａに吐出口７を穿孔す
る。

【００２０】この場合、前記スクロール中心側周壁面の
形状は、その半径を旋回スクロール軸１ａと固定スクロ
ール軸２ａの偏心量ｘ、言い換えれば旋回半径とほぼ同
一に設定する。一方、旋回スクロール１側のラップ１５
は前記固定スクロール側のラップ１０に対し、内周側に
１８０゜螺旋状に延設し、その始端１５ａを前記スクロ
ール溝始端１０ａ側の半円形状面２０ａに近接対峙若し
くは旋回運動に対応して摺接可能に構成すると共に、そ
の摺接が容易なように先端部を半円形状に削成する。

【００２１】この結果、旋回スクロール１を前記固定ス
クロール軸１ａを中心として旋回させた場合、前記旋回
スクロール側のラップ端、すなわちラップ内周端１５ａ
が、半円形状面２０ａに沿って摺接する事になり、円滑
な摺接運動が可能となる。

【００２２】逆に、前記の構成を採ったために、前記ラ
ップの内周端１５ａを吐出口７まで１８０゜延在する事
が出来たといえ、これにより、前記ラップ内周端１５ａ
が吐出口７の入口端に達するまでは密閉空間３０を維持
でき、前記吐出口７の１８０゜手前で前記最終圧縮室が
開放されていた従来のスクロール圧縮機に比較して、容
積比で２４％、シール長さで３３％も前記最終圧縮室を
縮小する事が出来、その分圧縮効率が向上する。

【００２３】尚、前記実施の形態においては、半円形状
面２０ａ前方の螺旋状溝内に吐出口７が形成されている
為に、前記ラップ内周端１５ａが吐出口７の入口端に達
した時点、より具体的には半円形状面２０ａにラップ内
周端１５ａが達する手前で、前記最終圧縮室３０が開放
されてしまうという問題がある。

【００２４】そこで、図１においては前記半円形状面２
０ａの奥側の軸受け５部に吐出口７を穿孔すると共に、
前記半円形状面２０ａの螺旋状溝の中心線より内側であ
る螺旋状溝の内側壁側に排出口２０ｂを設け、該排出口
２０ｂと吐出口７を連通させる導通路３１を軸受け５に
形成している。

【００２５】かかる構成によれば、ラップ内周端１５ａ
が軸受け５の螺旋状溝の内側壁側に近接するまで、前記
最終圧縮室３０が開放されない為に、前記実施の形態に
比較して容積比で１１％、シール長さで２４％も前記最
終圧縮室を縮小する事が出来、一層圧縮効率が向上する
事が確認できた。

【００２６】尚、本実施の形態においては前記旋回スク
ロールのラップ外周端１５ｂ側も１８０゜螺旋を延長し
ており、固定スクロールのラップ外周端１０ｂとの間で
一致した時点で最初のラップ密閉空間である吸込空間３
３を大にする事も出来ると共に、一の吸込口８（図３）
を固定スクロール２側の前記ラップ外周端１０ｂ／１５
ｂ一致区域に設ければよく、これにより実施の形態の前
記作用が円滑に達成し得る。

【００２７】尚、本実施の形態は、スクロール圧縮機に
ついての作用と構成を記載したが、本実施の形態はこれ
のみに限定される事なく、膨張機及び圧送機にも適用可
能である。

【００２８】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、スク
ロールの螺旋状溝のスクロール中心側端部壁面の内側に
排出口を設けることにより、最終圧縮室の容積を小さく
する事ができ、その分吐出効率の向上と圧縮比を高くす
る事が出来、圧縮効率の向上と高圧縮化が可能である。

【００２９】また、吐出側におけるラップ内周端と接す
るスクロール中心側端部壁面を半円形状に形成し、前記
ラップ内周端がスクロール中心側端部壁面に沿って摺接
する如く配置する事により前記ラップ内周端においてシ
ール性が向上する。等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態にかかるラップ形状とそ
の配置状態を示す概略図である。

【図２】 比較例にかかるラップ形状とその配置状態を
示す概略図である。

【図３】 本発明が適用されるツイン式スクロール圧縮
機の全体断面図である。

【符号の説明】

７ 吐出口 １５ａ ラップ内周端 ２０ａ スクロール中心側周壁面 ２０ｂ 排出口 ３１ 導通路

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01C 1/02 F04C 18/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端板の両面に螺旋状溝と螺旋状ラップと
   を形成した旋回スクロールと、螺旋状溝と前記螺旋状ラ
   ップに嵌合する螺旋状ラップとを有する一対の固定スク
   ロールからなり、該一対の固定スクロール内には、その
   中心部において前記旋回スクロールの中心部を貫いて前
   記旋回スクロールを駆動する駆動用偏芯部を有した駆動
   軸を前記旋回スクロールの両側で支持する軸受部を設け
   て、前記旋回スクロールを自転させる事なく公転可能に
   配置したツイン式スクロール流体機械において、前記駆動用偏芯部の回転域の外側であって、 一側スクロ
   ールの前記螺旋状溝のスクロール中心側端部壁面を半円
   形状面に形成し、該半円形状面に排出口を設けるととも
   に、前記半円形状面の奥側に、前記排出口から導通路を
   介して吐出口を形成し、 前記螺旋状ラップに嵌合する他側スクロールのラップ内
   周端が前記半円形状面に連設する前記一側スクロールの
   前記螺旋状溝壁面に沿って摺接し、前記排出口から圧縮
   流体を前記吐出口に排出可能に構成したことを特徴とす
   るツイン式スクロール流体機械。
2. 【請求項２】 前記排出口を螺旋状溝の中心線よりも内
   側に形成したことを特徴とする請求項１記載のツイン式
   スクロール流体機械。