JP3371603B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はスクロール圧縮機に関
し、特に渦巻羽根の形状改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的なスクロール圧縮機において、両
渦巻羽根は同一のインボリュート基礎円に基づく位相の
異なる２つのインボリュート曲線によって内壁曲線及び
外壁曲線が形成されており、渦巻内端部から渦巻終端部
まで一定の壁厚となっている。そしてこれら両渦巻羽根
部品を互いに１８０゜ずらし、かつ両渦巻羽根側壁が互
いに接触するように配設された状態で一方の渦巻羽根部
品を旋回させることによって圧縮作用を行なわせる構成
となっている。またチップシール溝についても渦巻羽根
同様、位相の異なる２つのインボリュート曲線によって
内壁曲線及び外壁曲線が形成されている。

【０００３】一方本圧縮機においては、いずれか一方の
渦巻羽根の内壁曲線は中心より伸開する曲線で形成され
ており、他方の渦巻羽根は一方の渦巻羽根の相対旋回運
動の包絡曲線によって形成されている。このような曲線
で形成された渦巻羽根を用いたスクロール圧縮機では、
伸開の係数ａを大きくとることによって、前述のインボ
リュート曲線で形成された渦巻羽根を用いたスクロール
圧縮機に比べて、同一シリンダ内径では閉じ込み容積を
大きくとることができる利点がある。また、同一吸い込
み容積で比べれば側板の外径を小さくすることが可能と
なり、圧縮機全体の小型軽量化が図れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな曲線で形成された渦巻羽根を用いたスクロール圧縮
機において、渦巻羽根と同様の曲線でチップシール溝を
形成すると、溝幅は巻終端方向に向かって漸次大きくな
っていく。もちろん、シール性向上の為にチップシール
も溝形状に合わせた形をとるため、溝に挿入されたチッ
プシールは溝に沿った周方向の動きが規制され、圧縮機
運転時には熱膨張による突っ張りで破損に至る危険があ
る。また、溝加工においても、溝幅が均等な場合は１回
のエンドミル加工でおこなえるが、溝幅が不均等な場合
は最低２回の加工工程が必要となり加工性が問題とな
る。さらに、不均等な幅のチップシールは均等幅のもの
に対して成形性が極めて劣る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、旋回渦巻羽根と固定渦巻羽根のいずれか
一方の内壁面の主たる部分を極座標ｒ・θ上でａ及びｂ
を常数としてｒ＝ａ・θ、外壁面の主たる部分をｒ＝ａ
・θ＋ｂでそれぞれ規定される曲線で形成し、他方の渦
巻羽根の内壁の主たる部分を前記一方の渦巻羽根の外壁
の相対旋回運動の包絡曲線で、他方の渦巻羽根の外壁の
主たる部分を前記一方の渦巻羽根の内壁の相対旋回運動
の包絡曲線でそれぞれ形成し、この固定渦巻羽根と旋回
渦巻羽根のそれぞれのチップシール溝の内外壁面は位相
の異なる２つのインボリュート曲線によって形成した。

【０００６】また、前記チップシール溝の内外壁面を形
成する位相の異なる２つのインボリュート曲線の基礎円
半径をｓとしたとき、前記常数ａとｓをほぼ一致させ
た。また、前記チップシール溝の内壁面と前記渦巻羽根
内壁面との距離をε１とし、前記チップシール溝の外壁
面と前記渦巻羽根外壁面との距離をε２としたとき、前
記渦巻羽根の巻始端部においてε１とε２をほぼ一致さ
せた。

【０００７】さらに、前記チップシール溝の巻始端部
に、このチップシール溝幅より大なる溝部を形成し、こ
のチップシール溝に挿入されるチップシールの溝に沿っ
た移動を規制した。

【０００８】

【作用】本発明はこのような手法でチップシール溝を形
成することにより、信頼性及び加工性を向上させること
ができる。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例における渦巻羽根形状
について図面とともに説明する。

【００１０】図１において、旋回渦巻羽根１００の相対
座標（Ｘ_m、Ｙ_m）は、固定渦巻羽根２００の座標（Ｘ、
Ｙ）の原点Ｏを中心に半径Ｒ_O で旋回運動を行なう。旋
回渦巻羽根１００の原点Ｏ_m から内壁１０１及び外壁１
０２面上の任意の点Ｔ_i、Ｔ_oまで距離は、 Ｏ_mＴ_i＝ｆi（φ）＝ａφ （ａ＞０） Ｏ_mＴ_O＝ｆ_O（φ）＝ａφ＋ｂ （ｂ＞０） で表わされる。ここで、φはＸ_m 軸からの巻き角で反時
計方向を正としている。一方、固定渦巻羽根２００の内
壁２０１は、旋回渦巻羽根１００の外壁１０２面上の各
点が描く半径Ｒ_O の軌跡円５０２の包絡曲線で形成さ
れ、固定渦巻羽根２００の外壁２０２は、旋回渦巻羽根
１００の内壁面上の各点が描く半径Ｒ_O の軌跡円５０１
の包絡曲線で形成される。固定渦巻羽根２００の内壁２
０１及び外壁２０２面上の任意の点Ｐ_i及びＰ_Oの（Ｘ、
Ｙ）座標は、次式で表わされる。

【００１１】 Ｘ_i＝ｆ_O（φ）・ｃｏｓφ＋Ｒ_O・ｃｏｓ｛φ−α_O｝ Ｙ_i＝ｆ_O（φ）・ｓｉｎφ＋Ｒ_O・ｓｉｎ｛φ−α_O｝ Ｘ_O＝ｆ_i（φ）・ｃｏｓφ−Ｒ_O・ｃｏｓ｛φ−α_i｝ Ｙ_O＝ｆ_i（φ）・ｓｉｎφ＋Ｒ_O・ｓｉｎ｛φ−α_i｝ ここで、 α_i＝ｔａｎ^-1［ｆ_i´（φ）／ｆ_i（φ）］ α_O＝ｔａｎ^-1［ｆ_O´（φ）／ｆ_O（φ）］ このα_i 及びα_o は図２に示すように、α_iは原点Ｏ_mと
外壁曲線１０２上の点Ｑ_oを結ぶ直線と、点Ｑ_oでの外壁
曲線１０２の法線とのなす角度であり、α_o は原点Ｏ_m
と内壁曲線１０１上の点Ｑ_iを結ぶ直線と、点Ｑ_iでの内
壁曲線１０１の法線とのなす角度である。

【００１２】したがって、点Ｑ_iにおける外壁曲線まで
の最短距離（壁厚）ｔ_Qは、 ｔ_Q＝ｂ・ｃｏｓ（α_i） となり、 φ→∞ で ｃｏｓ（α_i）→１ φ→０ で ｃｏｓ（α_i）→０ より、羽根巻終りから羽根巻始めに向かって壁厚が漸次
減少していくことがわかる。

【００１３】図３に、旋回渦巻羽根１００の内壁曲線１
０１とインボリュート曲線１５１の関係を示す。ここ
で、インボリュート曲線の基礎円半径ｓ（＝Ｏ_m Ｑ´）
と上記係数ａにおいてｓ＝ａとする。今、角度θで規定
される曲線１５１上の任意の点Ｐ´を原点Ｏ_m の回りに
角度β反時計方向に回転させることで曲線１０１上の点
Ｐに一致させることができる。

【００１４】Ｐ´Ｑ´＝ＰＱ＝ａθ 三角形Ｏ_mＰＱにおいて、 ａ²＋（ａθ）²＝ａ²（θ＋γ）² よって、 γ＝（１＋θ²）^1/2−θ −−−［１］ また、 α＝ｔａｎ^-1（ａθ／ａ）＝ｔａｎ^-1（θ）−−−［２］ β＝α＋γ −−−［３］ ［１］、［２］、［３］より、 β＝（１＋θ²）^1/2−θ＋ｔａｎ^-1θ このようにして点Ｐ´を点Ｐに一致させた場合、点Ｐ
（＝点Ｐ´）前後の曲線１０１と曲線１５１は図４に示
すようにごくわずかにずれる。巻始め方向では曲線１５
１が曲線１０１より内側に、反対に巻終わり方向では曲
線１０１が曲線１５１より内側になる。したがって、角
度θを適当に選ぶことで、βが求められ、回転後の曲線
を溝幅方向にオフセットすることでチップシール溝を羽
根間に形成することが可能となるが、前述した両曲線の
ずれの為にチップシール溝と羽根側壁の間の距離が内側
と外側で僅かに異なる。

【００１５】このようにして溝を形成した例を図５に示
す。 ここで、ａ＝ｓ＝３．２ ｂ＝４．２ であり、θ＝３０゜としてインボリュート曲線を回転さ
せた曲線でチップシール溝外壁５０２を形成し、さらに
３５．８゜回転させた曲線でチップシール溝内壁５０１
を形成している（すなわち、溝幅ｕはｕ＝２．０）。チ
ップシール溝５００の巻始めと巻終わりは適当な位置で
Ｒ止めしている。このとき、巻終わり部のチップシール
溝内壁５０１と羽根内壁１０１の距離δ１とチップシー
ル溝外壁５０２と羽根外壁１０２の距離δ２との関係
は、 δ１（＝１．２１）＞δ２（＝０．９３） となり、巻始め部のチップシール溝内壁５０１と羽根内
壁１０１の距離ε１とチップシール溝外壁５０２と羽根
外壁１０２の距離ε２との関係は、 ε１（＝０．８４）＜ε２（＝１．１８） となる。

【００１６】このように適切なθを設定することによっ
て羽根内外壁間に最適なチップシール溝を形成すること
ができる。

【００１７】また、羽根巻始め部では閉じ込みガス圧力
が高くなることと、前述したように壁厚が薄くなること
から、ε１およびε２をできるだけ大きくとるために、
ε１とε２をほぼ等しくすることが望ましい。

【００１８】図６は、チップシール溝の巻始め部に、こ
のチップシール溝幅より大なる溝部を形成した例で、こ
のような形状を設けることでチップシールの動きを規制
し、常に良好なシール状態を維持することが可能とな
る。

【００１９】

【発明の効果】本発明は上記説明から明かなように、チ
ップシール溝の形成を工夫することで信頼性及び加工性
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例におけるスクロール圧縮機の
両渦巻曲線の構成図

【図２】同実施例の両渦巻曲線の形状特徴を示す構成図

【図３】同実施例の旋回渦巻曲線の内壁曲線とインボリ
ュート曲線の関係を示す構成図

【図４】同実施例の旋回渦巻曲線の内壁曲線と回転後の
インボリュート曲線の関係を示す構成図

【図５】同実施例のチップシール溝部を示した構成図

【図６】同実施例のチップシール溝始端部を示した構成
図

【符号の説明】

１００ 旋回渦巻羽根 １０１ 旋回渦巻羽根内壁 １０２ 旋回渦巻羽根外壁 １５１ インボリュート曲線 ２００ 固定渦巻羽根 ２０１ 固定渦巻羽根内壁 ２０２ 固定渦巻羽根外壁 ５００ チップシール溝 ５０１ チップシール溝内壁 ５０２ チップシール溝外壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩波 國雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−215085（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−261601（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−211602（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−187389（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−279785（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−321855（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−124201（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器の内部に圧縮機構を配設し、この圧
   縮機構を、固定鏡板の上に固定渦巻羽根（２００）を形
   成した固定渦巻羽根部品と、前記固定渦巻羽根（２０
   ０）と噛み合って複数個の圧縮作業空間を構成する旋回
   渦巻羽根（１００）を旋回鏡板の上に形成した旋回渦巻
   羽根部品と、この旋回渦巻羽根部品の自転を拘束して旋
   回のみをさせる自転拘束部品と、この旋回渦巻羽根部品
   を旋回駆動する駆動力を伝達する駆動軸とを含んで構成
   し、前記旋回渦巻羽根（１００）と前記固定渦巻羽根
   （２００）のいずれか一方の内壁面（１０１）の主たる
   部分を極座標ｒ・θ上でａ及びｂを常数としてｒ＝ａ・
   θ、外壁面（１０２）の主たる部分をｒ＝ａ・θ＋ｂで
   それぞれ規定される曲線で形成し、他方の渦巻羽根（２
   ００）の内壁（２０１）の主たる部分を前記一方の渦巻
   羽根（１００）の外壁（１０２）の相対旋回運動の包絡
   曲線で、他方の渦巻羽根（２００）の外壁（２０２）の
   主たる部分を前記一方の渦巻羽根（１００）の内壁（１
   ０１）の相対旋回運動の包絡曲線でそれぞれ形成し、こ
   の固定渦巻羽根（２００）と旋回渦巻羽根（１００）の
   それぞれのチップシール溝（５００）の内外壁面（５０
   １、５０２）は位相の異なる２つのインボリュート曲線
   （１５１）によって形成されたことを特徴としたスクロ
   ール圧縮機。
2. 【請求項２】 チップシール溝（５００）の内外壁面
   （５０１、５０２）を形成する位相の異なる２つのイン
   ボリュート曲線（１５１）の基礎円半径をｓとしたと
   き、前記常数ａとｓをほぼ一致させた請求項１記載のス
   クロール圧縮機。
3. 【請求項３】 チップシール溝（５００）の内壁面（５
   ０１、５０２）と前記渦巻羽根内壁面（１０１）との距
   離をε１とし、前記チップシール溝の外壁面（１０２）
   と前記渦巻羽根外壁面（１０２）との距離をε２とした
   とき、前記渦巻羽根（１００）の巻始端部においてε１
   とε２をほぼ一致させた請求項１記載のスクロール圧縮
   機。
4. 【請求項４】 チップシール溝（５００）の巻始端部
   に、このチップシール溝幅より大なる溝部を形成した請
   求項１記載のスクロール圧縮機。