JP3295090B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明はスクロール圧縮機に関し、詳しくは効率を高
めたスクロール圧縮機に関する。例えば圧縮機が使用さ
れるが、本発明では圧縮機をスクロール真空ポンプ及び
エアモーターに対し等しく適用される。

（従来の技術） スクロール圧縮機はしばしば、酸素濃縮機や冷蔵庫の
ような装置に於て使用される。スクロール圧縮機は作動
音が往復作動型圧縮機よりも静かであることからそうし
た用途のためには好ましいものである。スクロール圧縮
機には２つのインボリュート或はラップ（wrap）を有す
る２つのスクロールが含まれる。これらのスクロールは
歯合し、それらの外縁部位置に吸引領域或は吸引帯域を
画定する。２つのスクロールの接触部分間には流体空間
が画定される。一方のスクロールは固定され、他方のス
クロールが、例えば電動モーターによってこの固定され
たスクロールの周囲を旋回する。旋回する側のスクロー
ルが旋回運動することによって、流体空間は２つのスク
ロールの中心に向けて移動しつつ縮小し、内部に収納し
た流体を圧縮する。スクロールの中心位置には流体出口
が設けられ、圧縮された流体はこの流体出口位置で釈放
される。

各スクロールは特定の位相関係を取る状態に維持され
る。スクロール圧縮機を正しく運転させるためには２つ
のスクロール間のこの位相関係を維持する必要がある。
この位相関係を維持するために、代表的にはオルダム継
手が使用されているが、こうした継手は注油の必要があ
り、注油が不十分であるとスクロール圧縮機は故障す
る。前記位相関係を維持するために、例えば米国特許第
4,192,152号及び同第5,154,592号に示されるようなアイ
ドラークランクを使用することもある。これら米国特許
ではアイドラークランクをスクロールの周囲位置に配置
し２つのスクロールを正しい位相関係に維持している。
しかし、これらの米国特許ではアイドラークランクの回
転運動を利用することは出来ない。アイドラークランク
の回転運動は別の要素、例えばファンを駆動するために
使用し得るものである。

固定側及び旋回側の各スクロール間のランニングクリ
アランスは、圧縮機を正しく作動させるために正確に制
御する必要がある。ハウジング内或は固定側スクロール
内に加工した硬質のストッパが、前記ランニングクリア
ランスを制御するために使用されている。しかし、硬質
のストッパは非−潤滑式の圧縮機には使用出来ない。ラ
ンニングクリアランスは精密アンギュラ玉軸受或は精密
球面ころ軸受を使用することによっても制御されてい
る。米国特許第4,472,120号には、球面ころ軸受を使用
するスクロール圧縮機の一例が示される。しかしなが
ら、こうした軸受は極めて高価である。

固定側及び旋回側の各スクロール間のランニングクリ
アランスが“ブローホール”を生じさせる。“ブローホ
ール”は、一方のインボリュート先端と、他方のスクロ
ールの底部との間の隙間により形成されるものである
が、流体空間からの漏れを生じさせて圧縮機の性能を低
下させる。かくして、一方のインボリュート先端と他方
側のスクロールの底部との間のランニングクリアランス
を可能な限り密閉シール状態に維持することが重要であ
るが、スクロール圧縮機の運転中に発生する熱がそれを
難しくしている。スクロールの長手方向に沿って生じる
熱は一定ではない。熱は、スクロールの入口或は吸引領
域付近の流体入り口部分よりも流体出口に近い中心部位
置で多く発生する。或るスクロール圧縮機では、このブ
ローホールを閉じたままに維持しつつ、各インボリュー
トがその長手方向に沿って同時に拡張出来るようにする
ためにコンプライアンスシールを使用する。別の圧縮
機、例えばオオタニ他によるスクロール圧縮機ではコン
プライアンスシールは使用されず、むしろインボリュー
トをその長さ方向に沿って低く形成することにより、運
転中にインボリュートが拡張出来るようにしている。こ
の方式ではブローホールを常に閉じたままにすることは
出来ないのでスクロール圧縮機の性能は低下する。コン
プライアンスシールの使用を避けるために、構成部品は
極めて精密に製造する必要があり、圧縮機ハウジングと
固定側スクロール並びにハウジング内部の中心の軸受と
の関係を精密に維持する必要も生じる。また旋回側スク
ロールの中心の駆動軸受を精密に位置付けする必要もあ
る。こうした精密化の全てがスクロール圧縮機の製造コ
ストを押し上げる。

熱を効果的に消散させることによって熱の発生を最小
化出来ることは勿論である。熱消散のためとスクロール
強化のためにリブが使用されている。こうしたリブは代
表的にはスクロールの外面上に半径方向に伸延して設け
られる。リブには、スクロールの剛性を向上させ、その
歪みや変形を最小限に止める作用も有る。剛直なスクロ
ールはスクロール性能を最適化する上での補助となる。
リブの位置と形状とは、スクロール強化及び熱消散性の
改善の両方のために改善され得る。

（発明が解決しようとする課題） 高性能のスクロール圧縮機を提供することであり、 アイドラークランクが、固定側及び旋回側の各スクロ
ール間に於ける位相関係を維持し且つ注油を必要としな
いスクロール圧縮機を提供することであり、 アイドラークランクを、例えばファン、ポンプ、過給
機のようなその他部品を駆動するために使用し得るスク
ロール圧縮機を提供することであり、 固定側及び旋回側の各スクロール間でのランニングク
リアランスが、各スクロールの製造を過度に精密化する
必要無く維持されるスクロール圧縮機を提供することで
あり、 スクロール圧縮機運転中に創出される熱を容易に且つ
急速に消散するリブを有するスクロール圧縮機を提供す
ることであり、 各スクロールが歪み及び或は変形に対する抵抗性を有
するスクロール圧縮機を提供することであり、 流体流入量が増大されそれにより、同一のスクロール
圧縮機を使用して所定時間内に一層大量の流体を処理す
ることの出来るスクロール圧縮機を提供することであ
り、 効率的であり且つ静かなスクロール圧縮機を提供する
ことであり、 耐久構造を有するスクロール圧縮機を提供することで
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明に従うスクロール圧縮機は、一般に、モーター
シェルに格納したモーターと、旋回側スクロールと固定
側スクロールとを収納する圧縮機ハウジングとを含んで
いる。モーターは、モーターシェルから圧縮機ハウジン
グ内部に軸線方向に伸延するモーター軸を含む。圧縮機
ハウジングはモーターシェルに固着され且つ周囲側壁と
底部とを有し、この底部が、モーター軸が回転自在にジ
ャーナル軸受されるところの軸受けボスを画定する。モ
ーターハウジング内でモーター軸には偏心重りが取り付
けられる。この偏心重りには旋回側スクロールが取り付
けられそれにより、モーター軸を回転するとこの旋回側
スクロールはモーター軸により旋回駆動される。

固定側及び旋回側の各スクロールは内面及び外面を有
するプレートを各々含み、各プレートの内面にはインボ
リュートが伸延される。固定側スクロールのプレートは
流体入口及び流体出口をも画定する。２つのインボリュ
ートが相互に歯合することにより、これらのインボリュ
ートの各外側端部位置に吸引帯域が画定され、また流体
空間が画定される。流体空間の寸法形状は、スクロール
圧縮機が作動して流体を圧縮するに従い減少する。流体
出口はインボリュートの開始端部或は中心位置に位置付
けられ、流体入口はインボリュートの外側に位置付けら
れる。流体入口を２つ設け、両方の流体入口を吸引帯域
付近に位置付けるのが好ましい。

固定側及び旋回側の各スクロール間を少なくとも２つ
のアイドラークランクアセンブリーが伸延され、これら
のアイドラークランクアセンブリーが、２つのスクロー
ル間の位相関係及びランニングクリアランスを維持す
る。アイドラークランクアセンブリーを各スクロールの
周囲に接近させて位置決めするのが好ましい。各アイド
ラークランクアセンブリーは、各スクロールのプレート
に形成した軸受孔内に受容される同一の２つのアイドラ
ークランクを含む。各アイドラークランクは、スクロー
ル圧縮機の作動時に、一方のアイドラークランクが他方
のアイドラークランクに関して旋回するように作動上結
合される。各アイドラークランクは、クランクシャフト
がそこを貫いてジャーナル軸受されるところの内側軸受
及び外側軸受を含んでいる。外側軸受はスラスト荷重支
持用軸受であり、内側軸受はラジアル負荷支持用軸受と
するのが好ましい。各軸受け孔の、各スクロールの内面
に隣り合う位置には肩部が形成される。クランクシャフ
トはアイドラークランクの内面位置にヘッドを有し、ア
イドラークランクの外側位置にはねじ溝付き端部を形成
する。ヘッドは肩部によって画定される孔の直径よりも
直径が大きい。軸受孔よりも直径の大きい軸受ナットが
クランクシャフトの前記ねじ溝付き端部に受容され、軸
受内にクランクシャフトを保持する。各アイドラークラ
ンクのクランクシャフト間にはプレート或は円盤が位置
決めされる。固定側スクロールのクランクシャフトはこ
のプレートの中心部に固定され、旋回側スクロールのク
ランクシャフトは前記プレートの周囲部付近に固定され
る。これにより、旋回側スクロールのアイドラークラン
クが固定側スクロールのアイドラークランクの周囲を旋
回することが出来るようになる。固定側スクロールの軸
受孔を貫通型孔とすることにより、クランクシャフトの
ねじ溝付き端部に外側からアクセス出来るようにするの
が好ましい。こうすると、ファンブレードのような装置
或はその他の圧縮ステージをスクロール圧縮機に追加
し、これらをアイドラークランクアセンブリーを使用し
て駆動することが出来るようになる。

各アイドラークランクの２つの軸受けはシムにより離
間させるのが好ましく、更に、これらの軸受けをクラン
クシャフトのヘッドと内側軸受けとの間に位置決めした
ばね手段を使用して前負荷するのが好ましい。ばね手段
は波形ワッシャとするのが好ましい。アイドラークラン
クアセンブリーの各シム、各軸受けナットが、この波形
ワッシャとの組み合わせに於て各スクロール間のランニ
ングクリアランスを維持する。軸受けナットは調節自在
であるから、ランニングクリアランスはこの軸受けナッ
トを締め付け或は緩めることにより調節することが出来
る。

各インボリュートの先端にはインボリュート先端溝が
画定される。このインボリュート先端溝内にはコンプラ
イアンスシールが保持される。コンプライアンスシール
はインボリュート先端溝を若干越えて伸延する高さを有
し、一方のスクロールのインボリュート先端と、他方の
スクロールのプレートとの間を伸延することにより“ブ
ローホール”をシールする。インボリュート先端溝は比
較的幅広に形成し、その側壁の幅はインボリュート先端
溝の深さの25％或はそれ未満とするのが好ましい。

各スクロールを強化し且つ数の消散を容易化するため
に、各スクロールの表面にはリブを形成する。旋回側ス
クロールはその外面上に形成したリブを含み、このリブ
はその軸受け孔から、半径方向では無くむしろ接線方向
に伸延する。スクロールは全体的に、アイドラークラン
クアセンブリーを位置付ける３つの突出部によって画定
されるところの三角形状を有する。旋回側スクロールは
この三角形状の突出部位置に於ける縁部に沿って伸延す
るリブをも有する。別のリブがスクロールの、好ましく
は約180゜の範囲に沿ってインボリュートの外側部分の
周囲を伸延する。

固定側スクロールの外面上にも一連のリブを形成す
る。これらのリブもまた、スクロールの中心位置から半
径方向に向けては伸延されず、むしろ、空気がスクロー
ルの一方の縁部から他方の縁部へと横断する方向に流れ
るように形成される。これらのリブはスクロールをその
頂部から底部へと横断する方向に伸延する対称軸線を有
する。

（図面の簡単な説明） 図１は本発明のスクロール圧縮機の断面図である。

図２はスクロール圧縮機のハウジングの平面図であ
る。

図３はハウジングの底部方向からの平面図である。

図４はスクロール圧縮機の旋回側スクロールの外面の
平面図である。

図５は図４を線５−５で切断した、旋回側スクロール
の断面図である。

図６は旋回側スクロール内面の平面図である。

図７は図６を線７−７で切断した、クランクシャフト
軸受けの孔の断面図である。

図８はスクロール圧縮機の固定側スクロールの外面の
平面図である。

図９は図８を線９−９で切断して、固定側スクロール
の断面図である。

図10は固定側スクロールの内面の平面図である。

図11は図10を線11−11で切断した、インボリュートの
拡大断面図である。

図12はクランクシャフトの拡大図である。

図13は２つのスクロールのインボリュート間の相互作
用を例示する平面図である。

（発明の実施の形態） 図１には本発明のスクロール圧縮機１が全体的に示さ
れる。スクロール圧縮機１はモーターシェル３を具備す
るモーターアセンブリーを含み、モーターシェル３が、
斯界に既知のステータ及びローターを格納する。モータ
ーシャフトあるいはローターシャフト５はローターから
軸線方向に伸延する。モーターシェル３の一端は端部シ
ールド９により閉鎖される。ローターシャフト５はこの
端部シールド９を貫いて伸延し、ファンブレードのよう
な部材11を受容することが出来る。

モーターシェル３の他端は圧縮機ハウジング13により
閉鎖される。圧縮機ハウジング13は底部15と、円周方向
壁17とを有し、この円周方向壁17が底部15から軸線方向
上方に伸延してウエル18を形成する。円周方向フランジ
19が円周方向壁17から半径方向外側に伸延する。円周方
向フランジ19はモーターシェル３に座着する肩部21を形
成する。貫通孔23がこの円周方向フランジに形成され、
斯界に既知の如くハウジングをモーターアセンブリーに
保持するための貫通ボルトがこの貫通孔に受容される。

底部15が、ローターシャフト５がそこを貫いて伸延す
るところの孔25を形成する。孔25は番号27で示す位置が
座ぐり部分として座ぐりされ、この座ぐり部分27が肩部
29となる。軸受け31が座ぐり部分27に受容され且つ肩部
29に接触する状態で座着する。ローターシャフト５は軸
受け31内で回転するべくジャーナル軸受けされ且つウエ
ル18内部に向けて伸延する。底部15には複数の孔32（図
２及び３参照）が形成される。これらの孔32が孔25と同
一中心の円を形成し、スクロールハウジング内部とモー
ターハウジング内部との間を空気が循環出来るようにし
ている。

ウエル18の上部には、図１に示すように、第２の床41
が円周方向壁17の半径方向外側に伸延する。周囲壁42が
この第２の床41から軸線方向上方に伸延し、第２のウエ
ル44を形成する。第２の床41は、全体を図２及び図３に
示すように、円周方向フランジ19を越えて伸延し、角が
丸み付けされた三角形状領域43を形成する。各三角形状
領域43どうしの間に於て、周囲壁42は全体的に弧状を成
し、この弧状部分が円周方向フランジ19と全体的に同心
の円を形成する。複数の耳部45が周囲壁42から外側方向
に伸延する。耳部は５つ設けるのが好ましく、これらの
耳部45がボルト孔47を形成する。円周方向壁17の上面に
は上向き溝48が形成される。上向き溝48はＯ−リング49
及びエラストマー系シール51（図１）を受容する。Ｏ−
リング49は上向き溝48の底部に座着し、Ｏ−リング49の
上面にシール51が座着する。ボルト孔47の半径方向外側
壁には下方傾斜表面53が形成される。

偏心重り61とカウンター重り63とがウエル18の内側で
ローターシャフト５に固定される。偏心重り61とカウン
ター重り63とはワンピース形のものとして形成するのが
好ましいが、２ピース形のものとして形成することも出
来る。偏心重り61とカウンター重り63とから成る重りア
センブリーは、この重りアセンブリーの底部に形成され
ローターシャフト５を受ける閉鎖孔64を有する。止めね
じ66が、重りアセンブリーの一方の側を半径方向に貫い
て伸延してローターシャフト５と接触し、重りアセンブ
リーをローターシャフト５に固定する。かくして重りア
センブリーはローターシャフト５と共に回転する。アー
ム65が偏心重り61から上方に向けて伸延し且つローター
シャフト５から半径方向にオフセットされる。これによ
り、アーム65はローターシャフト５が回転するとロータ
ーシャフト５の周囲を旋回する。アーム65は、上方に向
けて伸延するシリンダー69を具備するテーパー付きのベ
ース部67として形成するのが好ましい。

旋回側スクロール71（図１及び４〜６）と固定側スク
ロール73（図１及び図８〜10）が、スクロールハウジン
グ13の第２のウエル44に収納される。各スクロールは全
体的に円形を有し、全体的に三角形状の、等間隔に配設
された３つの突出部74、76を夫々有する。各スクロール
は底プレートあるいは底部75及び77を夫々有し、また内
側を伸延するインボリュート或はラップ79、81を夫々有
する。これらのインボリュートはスクロールの底部と一
体的に形成することが出来る。或はまた、各インボリュ
ートを、スクロールの底部に形成した螺旋溝80（図５及
び９）に受容される別個の部品とする。各インボリュー
トは、図13に示すように相互に180゜位相がずれた状態
に維持され且つ部分83の位置で相互に接触し、流体空間
85を形成する。

インボリュート79、81は、相対するスクロールに接近
する位置に伸延し得る寸法形状とされ且つ各スクロール
に於て支持される。図11に示すように、インボリュート
はインボリュート先端溝87を形成する先端850を有す
る。コンプライアンスシール89がこのインボリュート先
端溝87に受容されそれにより、一方のインボリュート
と、このインボリュートに相対するスクロールの底部と
の間に間隙或いは“ブローホール”が生じないようシー
ルする。ブローホールは、溝壁88の厚みを低減すること
により最小化することが出来る。溝壁88はインボリュー
ト先端溝87の深さの25％或いはそれ未満の幅寸法を有す
るのが好ましい。溝壁88の厚みを低減することにより、
インボリュート先端とこのインボリュート先端が相対す
るスクロールの底部との間のランニングクリアランスは
より臨界的なものでは無くなる。

旋回側スクロール71は、底部75の外面に於ける軸受け
保持孔91（図１、４及び５）を形成する。この軸受け保
持孔91は、旋回側スクロール71の円周と全体的に同心と
され、また軸受け保持孔91には肩部93が形成される。軸
受け保持孔91には軸受け95（図１）が受容され且つ肩部
93に座着される。アーム65のシリンダー69が軸受け95内
にジャーナル軸受けされそれにより、旋回側スクロール
71はアーム65に関して回転することが出来る。旋回側ス
クロール71は、認識されるように、ローターシャフト５
がモーターにより回転されると偏心重り61により旋回運
動状態に駆動される。カウンター重り63は、偏心重り61
と旋回側スクロール71との重量に拮抗するべく寸法形状
付けされそれにより、スクロール圧縮機１は運転中は実
質的に平衡状態に保たれる。底部75の外面はエラストマ
ー系シール51に接触することによりシールされる。

固定側スクロール73は複数の耳部101（図８〜10）を
有し、これらの耳部101が貫通孔103を形成する。耳部10
1は円周方向壁17の耳部45と整合する。ボルト1050（図
１）がこれらの耳部の貫通孔に挿通され、固定側スクロ
ールを円周方向壁17に固定する。固定側スクロール73
は、２つの流体入口105と、１つの流体出口107とを形成
する。流体入口105はインボリュートの（吸引帯域“SZ"
における）開始点Ｂと全体的に整合するように位置決め
されそれにより、流体が直接流体空間に入れるようにす
る。流体入口を１つではなく２つ設けたことにより、流
体はスクロール圧縮機の流体入口或いは吸引帯域に、ず
っと直接的なルートを経て提供されるようになるので、
スクロール圧縮機に於ける流体処理が一段と効率化され
る。別言すると、流体は吸引帯域に一段と接近すること
により一層急速に流体空間85に流入する。仮に流体入口
が２つではなく１つであると、流体はインボリュートに
沿って第２の吸引帯域に向かわなければならなくなる。
流体出口107は各スクロールの中心の、各インボリュー
トの終端位置に位置付けられる。２つの流体入口を使用
することによって、流体がスクロール内部を通る、また
スクロールを巡回することによる前加熱量も減少され
る。流体の前加熱量が減少することにより、消散するべ
き熱量が減少する。

２つのインボリュートは、図13に示すように相互に18
0゜位相がずれた状態に維持される。知られるように、
旋回側スクロールがモーターにより作動されると流体空
間85は吸引帯域SZからスクロール中心に向けて移動す
る。流体空間85は、スクロールの中心に向けて移動する
に従い寸法が減少し、この流体空間に収納された流体を
圧縮する。圧縮された流体は流体出口107から押し出さ
れる。各スクロールの位相関係を維持するためのアイド
ラークランクアセンブリー109（図１）が設けられる。
アイドラークランクアセンブリー109には同一の２つの
アイドラークランク111が含まれる。これらのアイドラ
ークランク111は相互にオフセットされた状態で円盤あ
るいはプレート113の各側に結合される。

アイドラークランク111（図12に詳細が示される）
は、スクロール底部の突出部43及び74に夫々形成される
孔115内に受容される。スクロールの底部の内面位置に
は肩部117が形成される。ラジアル負荷支持用軸受け121
が孔115内に受容され、この肩部117に座着される。スラ
スト負荷支持用軸受け123が、ラジアル負荷支持用軸受
け121に隣り合って前記孔115に受容される。ラジアル負
荷支持用軸受け121とスラスト負荷支持用軸受け123とは
シム125により隔設される。ピン127がラジアル負荷支持
用軸受け121とスラスト負荷支持用軸受け123とにジャー
ナル軸受けされる。ピン127はキャップ129を有し、この
ヘッドあるいはキャップ129が、肩部117と、スラスト負
荷支持用軸受け123の下方に伸延するねじ溝付け端部131
1との間で、スクロールの底部の内側位置に位置決めさ
れる。ナット133がこのねじ溝付き端部1311にねじ込ま
れ、ピン127をラジアル負荷支持用軸受け121及びスラス
ト負荷支持用軸受け123に対して保持する。波形ワッシ
ャ135がキャップ129とラジアル負荷支持用軸受け121と
の間に位置決めされる。波形ワッシャ135はアイドラー
クランクアセンブリー109に前負荷を加える。キャップ1
29はプレート113に固定される。

図１に示すように、固定側スクロール73のアイドラー
クランクはプレート113の中心位置に固定され、旋回側
スクロール71のアイドラークランクはプレート113の周
囲部分に接近して固定される。２つのアイドラークラン
クのオフセット量は、ローターシャフト５と偏心重りの
シリンダー69との間に於けるオフセット量と等しい。２
つのアイドラークランクがプレート113に固定されるこ
とから、旋回側スクロール71の旋回運動は旋回側スクロ
ール71のアイドラークランクに伝達される。旋回側スク
ロールのアイドラークランクが固定側スクロールの周囲
を旋回すると、固定側スクロールのアイドラークランク
がラジアル負荷支持用軸受け121、及びスラスト負荷支
持用軸受け123内で回転せしめられる。固定側スクロー
ル73の孔115はこの固定側スクロールを貫いて伸延さ
せ、外部から固定側スクロールのアイドラークランクに
アクセスすることが出来るようにする。これにより、固
定側スクロールのアイドラークランクの回転を、例えば
ファンＦ（図１で点線で示される）を駆動するために利
用することが出来る。固定側スクロールのアイドラーク
ランクを、例えば、ユニットキャパシティ或いは圧力を
増大させるための追加のスクロール組体或いは追加のス
テージ、冷却材ポンプ、過給機、或いはエキスパンダを
駆動させるために使用することも可能である。

アイドラークランク111を固定側及び旋回側の各スク
ロールに位置付けたことから、孔115をインボリュート
の螺旋と同じ構成に於て位置付け及び加工することが出
来る。従って、孔115を各スクロールに同時に形成する
ことが出来るが、これは、最高の精密化を維持する必要
をなくし、それにより製造コストは低下する。好ましい
具体例に於ては、固定側スクロールとハウジングとの間
での任意の特別の整合状態、或いはハウジングと旋回側
スクロールを駆動する軸受けとの間での任意の特別の整
合状態を維持する必要もない。これにより製造コストは
大幅に低減される。

アイドラークランクアセンブリー109には２つの機能
がある。つまり、アイドラークランクアセンブリー109
は、偏心重り61との関連に於て２つのスクロール間の位
相関係を維持し、更には、インボリュート先端と各スク
ロールの底部との間に於ける正しいランニングクリアラ
ンスの維持を助成する。ばね或いは波形ワッシャは、シ
ム125によって助成される状態に於て、アイドラークラ
ンクに前述の如き機能を作用させるべく、これらのアイ
ドラークランクに前負荷を加える。

アイドラークランクアセンブリー109に二重の軸受け
を使用することにより、各軸受けが相互に前負荷される
場合に標準形式の軸受けを使用することが出来るように
なる。前負荷を与えることにより、各軸受けの内部にお
ける全ての間隙が無くなるので高価な精密軸受けは不要
となる。スラスト負荷支持用軸受け123は軸線方向のス
ラスト負荷を支持しラジアル負荷支持用軸受け121はラ
ジアル負荷を支持する。スラスト負荷支持用軸受け123
の周囲のハウジングを省略することで組立を簡単にする
ことが出来る。シム125は各軸受けを隔設するために使
用され、ばね135は各軸受けに相互に前負荷を加えるた
めに使用される。ナット133がアイドラークランク111を
相互に保持する。各軸受けが肩部117に接触して締着さ
れることから、ナット133を、旋回側及び固定側の各ス
クロール間のランニングクリアランスを調節するために
使用することが出来る。

各スクロールから熱を消散させ且つ各スクロールを強
化するために、各スクロールにリブを設ける。図４及び
５を参照するに、複数のリブ或いはベーン131が孔91か
ら伸延される。リブ131はハブ或いは孔91から90゜以上
の角度を成す状態に於て底部75に形成される。言い換え
ると、リブ131は孔91から半径方向には伸延されず、孔9
1の直径方向に沿って伸延される。リブ131は孔91から全
体的に接線方向に伸延させるのが好ましい。認識される
ように、このように接線方向に伸延させることにより、
リブ131は仮に孔91から半径方向に伸延させた場合より
も長くなる。これによりリブ131の熱伝達面積が増大さ
れるので、スクロール圧縮機１の運転中のリブの冷却効
果が高められる。また、リブ131を接線方向に伸延させ
ることによりスクロールの強度も高まり、スクロール圧
縮機の効率も増大する。図４に示されるリブ形状には幾
つかの利点がある。図４の形状のリブは、軸受け中心の
孔領域の上方を伸延することで、最も温度の高い中心位
置での冷却空気流れを改善することが出来る。リブは、
角度付け或いは弧状とされることで、旋回側スクロール
71の駆動時の本来の空気移動能力を増長させる。旋回側
スクロールの本来の空気移動能力は、仮にスクロール
を、一般に旋回型のスクロールと称するスクロールに於
てそうであるようにその軸線を中心として回転させた場
合は特に増長される。

インボリュートは90゜の角度をもって半径方向ライン
を横断することがないことから、リブ131はインボリュ
ートの各螺旋間でのリブの長さを最小化するように配列
される。これにより旋回側スクロール71の剛性が最適化
される。最適な剛性は、リブを、リブ131の場合に於け
るように、インボリュートに基づく円に対する接線とし
て配列する場合に得られる。底部75のためのその他のリ
ブ形状、例えば円弧もまた、冷却能力及び剛性を改善す
るために使用することが出来る。例えば、リブを、弧状
或いは直線状のリブに代えてインボリュート螺旋形状の
ものとして形成することが出来る。インボリュート螺旋
形状としたリブを、ハウジングに形成したインボリュー
ト形状のリブと歯合させることで、スクロールの前方部
にも圧縮が生じるので、軸流ファンを使用すること無く
冷却用の空気流れを創出することが出来るようになる。

図６を参照するに、更に別のリブが旋回側スクロール
71の内面に形成される。図６では前記リブは旋回側スク
ロールの内面のみに示されるが、固定側スクロールの内
面にも形成することが出来る。リブ1330、1350、137は
突出部74位置の孔115の各々と関連する。リブ1330と137
とはこの突出部74の縁部に沿って伸延し、全体的には孔
115に対する接線方向を有している。リブ1350は孔115か
らスクロールの中心に向けて全体的に半径方向に伸延す
る。リブ1330、1350、137は２つの凹部139、141を画定
する。各突出部74に於けるリブ1330と137とは相互に全
体的に直交しない。従ってこれら２つの凹部は寸法が異
なる。湾曲リブ143が、前記各凹部とインボリュート79
との間の第３の突出部位置に形成される。湾曲リブ143
はインボリュート79に沿って約180゜の範囲に伸延する
のが好ましい。湾曲リブ143はインボリュートの外側を1
80゜に渡って強化し、拡大されたインボリュートを創出
する。この拡大されたインボリュートはスクロールを、
このスクロールの中心線を中心として均衡させるための
重りとしても作用し得る。

図８を参照するに、複数のリブが固定側スクロール73
の外面に形成されている。固定側スクロール73には多く
のリブが形成されることから各リブは図中に於ける方向
に関して説明される。中心リブ151はスクロールの底部
から上部へと伸延し、底部の孔115の中心を貫きまた流
体出口107を通る。

一対のリブ153は流体出口107と２つの上方の孔115と
の間を伸延する。これらのリブ153は中心リブ151の中央
部分と共にＹ字型を形成する。中心リブ151とリブ153と
は、流体出口の中心とアイドラークランクの軸受けの中
心との間を伸延することによりスクロールに剛性を提供
する。これらのリブは、冷却用エアの流れが制限されな
いよう、十分な高さとはされない。

２本のリブ155、157がこれらの中心リブ151とリブ153
との間に形成され、スクロールの周囲部分付近にまで伸
延される。

リブ153の下方を、上方の孔115から全体的に流体出口
107に向けてリブ159が伸延される。リブ159は、流体出
口107の中心とほぼ同等の位置に於て、下方の孔115に向
けて全体的に下方に屈曲する。

細長リブ161が下方の孔115から上部の孔115の外縁部
に向けて伸延される。細長リブ161は上方の孔115の接線
方向に沿ってスクロールの縁部付近の位置に伸延する。

リブ163が、下方の孔115の下方の側方部分からスクロ
ールの約2/3程上方の耳部101の位置へと伸延する。

最後に、短いリブ165がスクロールの湾曲セクション
に沿って伸延し、セカントを画定する。

図８に示されるように、中心リブ151の各側でのリブ
構成は同一である。中心リブ151はリブの対称軸線を構
成し、リブ155から165がスクロールの剛性を助成する。
中心リブ151そしてリブ155から165は空気流れを制限す
ることなく、熱の伝達を最大化する。各リブは空気流れ
方向に於て主に配列されるが、スクロールの剛性を改善
するためにスクロールの中心方向に向けて若干傾斜され
る。

以上説明した如く、改良されたスクロール圧縮機が説
明された。スクロール圧縮機はリブによって剛性化さ
れ、これらのリブがスクロール圧縮機の運転中に発生す
る熱を効果的に消散させる。二重のアイドラークランク
構成が各スクロール間の適切なランニングクリアランス
を維持することにより、“ブローホール”の発生が実質
的に減少する。ブローホールは発生してもコンプライア
ンスシールにより実質的に閉じた状態とされる。二重の
アイドラークランクアセンブリーはまた、各インボリュ
ート間の位相関係を維持する上での補助ともなる。

以上本発明を具体例例を参照して説明したが、本発明
の内で種々の変更をなし得ることを銘記されたい。例え
ば、任意の数のアイドラークランクアセンブリを使用す
ることが出来る。各アイドラークランクアセンブリをス
クロールの周囲に等間隔に配設する必要はない。説明さ
れた各具体例は例示目的のためのみのものである。

（発明の効果） アイドラークランクが、固定側及び旋回側の各スクロ
ール間に於ける位相関係を維持し且つ注油を必要としな
いスクロール圧縮機が提供される。

アイドラークランクを、例えばファン、ポンプ、過給
機のようなその他部品を駆動するために使用し得るスク
ロール圧縮機が提供される。

固定側及び旋回側の各スクロール間でのランニングク
リアランスが、各スクロールの製造を過度に精密化する
必要無く維持されるスクロール圧縮機が提供される。

スクロール圧縮機運転中に創出される熱を容易に且つ
急速に消散するリブを有するスクロール圧縮機が提供さ
れる。

各スクロールが歪み及び或は変形に対する抵抗性を有
するスクロール圧縮機が提供される。

流体流入量が増大されそれにより、同一のスクロール
圧縮機を使用して所定時間内に一層大量の流体を処理す
ることの出来るスクロール圧縮機が提供される。

効率的であり且つ静かなスクロール圧縮機が提供され
る。

耐久構造を有するスクロール圧縮機が提供される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 999999999 エアー スクウェアード インコーポレ イテッド アメリカ合衆国 45011 オハイオ，ハ ミルトン，ロック スプリングス ドラ イブ 7014 (72)発明者 シェイファー，ロバート ダブリュー. アメリカ合衆国 45011 オハイオ，ハ ミルトン，ロック スプリングス ドラ イブ 7014 (72)発明者 エイドリアンス，カイル アメリカ合衆国 63303 ミズーリ，セ ント チャールズ，アスペン コート ３ (72)発明者 キンブロー，チャールズ デイビッド アメリカ合衆国 63366 ミズーリ，オ ファロン，コーチ ライン ドライブ 37 (56)参考文献 特開 昭61−116001（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−277984（ＪＰ，Ａ) 米国特許4382754（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311 F04C 29/04

Claims (34)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スクロール圧縮機（１）であって、 モーターシェル（３）に格納され、該モーターシェルか
   ら軸線方向に伸延するモーターシャフト（５）を有する
   モーターと、 前記モーターシェルに固定された圧縮機ハウジング（1
   3）にして、円周方向壁（17）と底部（15）とを有し、
   該底部にはモーターシャフト開口部（25）が形成され、
   前記ロータシャフト（５）が、該モーターシャフト開口
   部（25）に回転自在にジャーナル軸受けされ且つ該モー
   ターシャフト開口部を貫いて前記圧縮機ハウジング（1
   3）内に伸延する圧縮機ハウジングと、 該圧縮機ハウジング内で前記モーターシャフト（５）に
   取り付けられ、該モーターシャフトと共に回転する偏心
   重り（61）と、 該偏心重りに取り付けられた旋回側スクロール（71）に
   して、前記モーターシャフトが回転する時に該モーター
   シャフトにより旋回駆動され、内面と、外面と、前記内
   面を伸延するインボリュート（79）とを有する底プレー
   ト（75）とを具備し、該底プレートが前記偏心重りに取
   り付けられる旋回側スクロールと、 圧縮機ハウジングに固定した固定側スクロール（73）に
   して、内面と、外面とを有し、入口（105）と、出口（1
   07）とが形成され、前記内面をインボリュート（81）が
   伸延し、該インボリュートが前記旋回側スクロール（7
   1）のインボリュート（79）と歯合して各インボリュー
   トの外縁部位置に吸引帯域（SZ）を形成し、各インボリ
   ュート間には流体空間（85）を形成し、該流体空間が、
   スクロール圧縮機が運転されるに従い、該流体空間の寸
   法形状が減少して流体を圧縮する固定側スクロールと、 少なくとも２つのアイドラークランクアセンブリー（10
   9）にして、各アイドラークランクアセンブリーが前記
   固定側スクロール（73）と旋回側スクロール（71）との
   間を伸延する少なくとも２つのアイドラークランクアセ
   ンブリーと、 固定側スクロールと旋回側スクロールとの間のランニン
   グクリアランスを維持するための手段（133）と、 一方のインボリュートの先端と、該先端と相対するスク
   ロールのプレートとの間のシールを提供するためのシー
   ル手段（89）と、 各スクロールの少なくとも一方の表面に形成され、該ス
   クロールを強化し且つ熱を消散させるためのリブ手段
   （131）と、 を含んでなるスクロール圧縮機。
2. 【請求項２】少なくとも２つの入口（105）を含んでい
   る請求の範囲１のスクロール圧縮機。
3. 【請求項３】各インボリュートが２つの吸引帯域（SZ）
   を形成し、各入口（105）が該吸引帯域に接近している
   請求の範囲２のスクロール圧縮機。
4. 【請求項４】各アイドラークランクアセンブリー（10
   9）が、旋回側スクロール（71）に受容される第１のア
   イドラークランクと、固定側スクロールに受容される第
   ２のアイドラークランク（111）とを含み、第１及び第
   ２の各アイドラークランクが、スクロール圧縮機の運転
   時に一方のアイドラークランクが他方のアイドラークラ
   ンクに関して旋回するよう作動上結合される請求の範囲
   １のスクロール圧縮機。
5. 【請求項５】固定側及び旋回側の各スクロールには、各
   アイドラークランク（111）を受容する整列する孔（11
   5）が形成され、該孔が、各スクロールの内面に隣り合
   って形成された肩部（117）を有し、第１及び第２の各
   アイドラークランク（111）が、ヘッド（129）と、クラ
   ンクシャフトにジャーナル軸受けされ且つ前記孔の肩部
   に位置決めされた第１の軸受け（121）と、該孔の肩部
   から離間して前記クランクシャフトにジャーナル軸受け
   された第２の軸受け（123）と、軸受けナット（133）と
   を含んでいる請求の範囲４のスクロール圧縮機。
6. 【請求項６】アイドラークランクアセンブリー（109）
   が円盤（113）を含み、各アイドラークランクのクラン
   クシャフトが該円盤に固定される請求の範囲５のスクロ
   ール圧縮機。
7. 【請求項７】第２のアイドラークランクのクランクシャ
   フトが円盤（113）の中心部に固定され、第１のアイド
   ラークランクのクランクシャフトが前記円盤の周囲位置
   に固定される請求の範囲６のスクロール圧縮機。
8. 【請求項８】第１の軸受け（121）及び第２の軸受け（1
   23）が隔設され、アイドラークランクアセンブリがシム
   （125）を含み、該シムが、前記第１の軸受け及び第２
   の軸受けを離間関係に維持する請求の範囲５のスクロー
   ル圧縮機。
9. 【請求項９】第１の軸受け及び第２の軸受けが前負荷さ
   れ、第１及び第２の各アイドラークランク（111）が、
   クランクシャフトのヘッド（129）と、前記第１の軸受
   け（121）との間に位置決めされたばね手段（135）とを
   有する請求の範囲６のスクロール圧縮機。
10. 【請求項１０】ばね手段（135）が波形ワッシャである
    請求の範囲９のスクロール圧縮機。
11. 【請求項１１】固定側スクロール（73）と旋回側スクロ
    ール（71）との間のランニングクリアランスを維持する
    ための手段が、アイドラークランクのシム（125）及び
    軸受けナット（133）を含み、該軸受けナットが前記ラ
    ンニングクリアランスを調節するために調節自在である
    請求の範囲９のスクロール圧縮機。
12. 【請求項１２】第１の軸受け（121）がラジアル負荷支
    持用軸受けであり、第２の軸受け（123）がスラスト負
    荷支持用軸受けである請求の範囲９のスクロール圧縮
    機。
13. 【請求項１３】シール手段（89）が、少なくとも一方の
    インボリュートの先端に形成されたインボリュート先端
    溝（87）に受容されたコンプライアンスシールであり、
    該コンプライアンスシールが、相対するスクロールのプ
    レートに接触する状態でのシールを提供する請求の範囲
    １のスクロール圧縮機。
14. 【請求項１４】インボリュート先端溝（87）が溝壁（8
    8）によって形成され、前記インボリュート先端溝が溝
    深さを形成し、前記溝壁が前記溝深さの25％或いはそれ
    未満の溝幅を有する請求の範囲13のスクロール圧縮機。
15. 【請求項１５】リブ手段（131）が、旋回側スクロール
    （71）の外面に形成されたリブを含み、該リブが、モー
    ターシャフト開口部（25）から、該モーターシャフト開
    口部に対して直角以外の角度を成す状態に於て伸延する
    請求の範囲１のスクロール圧縮機。
16. 【請求項１６】旋回側スクロール（71）のリブが、モー
    ターシャフト開口部から全体的に接線方向に於て伸延す
    る請求の範囲15のスクロール圧縮機。
17. 【請求項１７】リブ手段（131）が、一方のスクロール
    の内面に形成したリブを含み、該一方のスクロールが、
    該一方のスクロールから半径方向に伸延し全体的に三角
    形状の突出部（74）を有する円を形成し、前記リブが、
    該三角形状の突出部の縁部に沿って伸延するリブ（133
    0、137）を含む請求の範囲１のスクロール圧縮機。
18. 【請求項１８】リブ（1330）の１つが、全体的にインボ
    リュート（79）の外縁部に向けて伸延する請求の範囲17
    のスクロール圧縮機。
19. 【請求項１９】隣り合う三角形状の突出部（74）の縁部
    に沿って伸延する各リブ（1330、137）が連結する請求
    の範囲18のスクロール圧縮機。
20. 【請求項２０】リブ手段が、インボリュート（79）に隣
    り合う弧状のリブ（143）を含んでいる請求の範囲17の
    スクロール圧縮機。
21. 【請求項２１】インボリュート（79）に隣り合う弧状の
    リブ（143）が該インボリュートに沿って約180゜の範囲
    を伸延する請求の範囲20のスクロール圧縮機。
22. 【請求項２２】固定側スクロール（73）が、全体的に三
    角形状の突出部（76）が伸延してなる円を形成し、前記
    三角形状の突出部にはアイドラークランクを受ける孔
    （115）を形成し、リブ手段が、出口（107）と前記各孔
    （115）との間を伸延する第１の組のリブ（153）にし
    て、全体的にＹ字形を形成する第１の組のリブを含む請
    求の範囲１のスクロール圧縮機。
23. 【請求項２３】リブ手段が、第２の組のリブにして、該
    第２の組のリブ上を熱の消散を容易化するべく空気が流
    れる配列構成とした第２の組のリブを含んでいる請求の
    範囲22のスクロール圧縮機。
24. 【請求項２４】第１の組のリブが第２の組のリブよりも
    短い請求の範囲23のスクロール圧縮機。
25. 【請求項２５】第２の組のリブが、アイドラークランク
    を受ける孔間を伸延するリブ（163）と、スクロールに
    形成した円の分割線を形成し且つ前記孔間を伸延するリ
    ブ（163）の外側に形成されるリブ（165）と、スクロー
    ルの縁部から出口に向けて伸延するリブ（159）とを含
    む請求の範囲24のスクロール圧縮機。
26. 【請求項２６】スクロール圧縮機と共に使用するための
    旋回側スクロール（71）であって、 内面及び外面を有する底部（75）と、 前記内面から螺旋状に上方に伸延するインボリュート
    （79）と、 前記外面に形成した、軸受け用の孔（91）にして、前記
    旋回側スクロールをモーターアセンブリーに結合するた
    めの軸受け用の孔と、 前記外面における複数のリブにして、前記孔から該孔に
    向けて直角以外の角度を成す状態で伸延する複数のリブ
    （131）と、 を有する旋回側スクロール。
27. 【請求項２７】リブ（131）が孔から全体的に接線方向
    に伸延する請求の範囲26の旋回側スクロール。
28. 【請求項２８】底部（75）の内面に形成したリブ（13
    1）を含み、旋回側スクロールが、該旋回側スクロール
    から半径方向に伸延し且つ全体的に三角形状の突出部
    （74）を有する円を形成し、前記リブが、該三角形状の
    突出部の縁部に沿って伸延するリブ（137、1330）を含
    む請求の範囲26の旋回側スクロール。
29. 【請求項２９】リブ（1330）の１つが、全体的にインボ
    リュート（79）の外縁部から伸延する請求の範囲26の旋
    回側スクロール。
30. 【請求項３０】隣り合う三角形状の突出部（74）の縁部
    に沿って伸延する各リブ（137、1330）を連結した請求
    の範囲28の旋回側スクロール。
31. 【請求項３１】インボリュート（79）に隣り合う弧状の
    リブ（143）を有する請求の範囲28の旋回側スクロー
    ル。
32. 【請求項３２】インボリュートに隣り合う弧状のリブ
    （143）が、該インボリュートに沿って約180゜の範囲を
    伸延する請求の範囲31の旋回側スクロール。
33. 【請求項３３】スクロール圧縮機と共に使用するための
    固定側スクロール（73）であって、 内面及び外面を有する底部（77）と、 螺旋状態に於て前記内面を伸延するインボリュート（8
    1）とを含み、 前記底部には、該インボリュートの一般に中心部におけ
    る流体出口（107）と、第１の流体入口及び第２の流体
    入口から成る２つの流体入口（105）とを形成し、前記
    第１の流体入口が、前記インボリュートの開始位置に接
    近して位置決めされ、前記第２の流体入口が前記第１の
    流体入口から離間され、 該固定側スクロールが、全体的に三角形状の突出部（7
    6）が伸延してなる円を形成し、前記三角形状の突出部
    にはアイドラークランクを受ける孔（115）を形成し、 外面にリブが形成され、該リブが、 流体出口（107）と各前記孔（105）との間を伸延する第
    １の組のリブ（153）にして、全体的にＹ字形状を形成
    する第１の組のリブと、 第２の組のリブにして、該第２の組のリブ上を熱の消散
    を容易化するべく空気が流れる配列構成とした第２の組
    のリブとを含み、 第１の組のリブが第２の組のリブよりも短く、 第２の組のリブが、アイドラークランクを受ける孔間を
    伸延するリブ（163）と、スクロールの円の分割線を構
    成し且つ前記各孔間を伸延するリブの外側に形成される
    リブ（165）と、スクロールの縁部から出口に向けて伸
    延するリブと（159）とを含んでなる固定側スクロー
    ル。
34. 【請求項３４】スクロール圧縮機（１）であって、 固定側スクロール（73）及び旋回側スクロール（71）に
    して、各々底プレート（77、75）を含み、該底プレート
    が、螺旋状に該底プレートの内側方向に伸延するインボ
    リュート（81、79）を有し、該固定側スクロール及び旋
    回側スクロールの各々が、半径方向に伸延する突出部
    （76、74）を有する円を全体的に形成し、前記各突出部
    が軸受け用の孔（115）を形成してなる固定側スクロー
    ル及び旋回側スクロールと、 該固定側スクロールと旋回側スクロールとの間を伸延す
    るアイドラークランクアセンブリー（109）にして、前
    記固定側スクロールの前記軸受け用の孔（115）に受容
    された固定側スクロールのアイドラークランク（111）
    と、前記旋回側スクロールの孔に受容された旋回側スク
    ロールのアイドラークランク（111）と、該固定側スク
    ロールと旋回側スクロールとの各アイドラークランクが
    その各側に相互にオフセットされた状態で結合されてな
    るプレート（113）とを含んでなるアイドラークランク
    アセンブリーと、 により構成され、 各前記固定側スクロール及び旋回側スクロールが内面を
    有し、前記軸受け用の孔（115）の、各前記内面に隣り
    合う位置には肩部（117）を形成し、各アイドラークラ
    ンクがクランクシャフトを有し、各クランクシャフト
    が、ヘッド（129）と、該クランクシャフトをジャーナ
    ル軸受けし且つ前記軸受け用の孔の肩部（117）に位置
    決めされた第１の軸受け（121）と、前記肩部から離間
    され前記クランクシャフトをジャーナル軸受けする第２
    の軸受け（123）と、軸受けナット（133）とを有し、 第２のアイドラークランクのクランクシャフトがプレー
    トの中心位置に固定され、第１のアイドラークランクの
    クランクシャフトが前記プレート（113）の周囲位置に
    固定され、 第１の軸受け及び第２の軸受けが隔設され、アイドラー
    クランクが、前記第１の軸受け及び第２の軸受けを離間
    関係に維持するためのシム（125）を含み、 第１の軸受け及び第２の軸受けが前負荷され、各アイド
    ラークランク（111）が、クランクシャフトと第１の軸
    受けとの間に位置決めされたばね手段（135）を有し、 ばね手段が波形ワッシャであり、 固定側スクロールと旋回側スクロールとの間のランニン
    グクリアランスを維持するための手段が、アイドラーク
    ランクのシム（125）及び軸受けナット（133）を含み、
    該軸受けナットが、前記ランニングクリアランスを調節
    するために調節自在であり、 第１の軸受けがラジアル負荷支持用軸受けであり、第２
    の軸受けがスラスト負荷支持用軸受けであるスクロール
    圧縮機。