JP3424506B2 - 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】この発明は、スクロール流体
機械に関し、特に、該スクロール流体機械が備える固定
スクロールあるいは可動スクロールの構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図８には、従来のスクロール流体機械に
おける圧縮後のガス冷媒の吐出ポート２０近傍の構造が
示されている。この図８に示される構造は、たとえば特
開平３−１７２５９４号公報等に開示されている。な
お、以下の説明では、従来のスクロール流体機械におけ
る各部分の名称を本願発明におけるものと対応させるべ
く適宜変更して記載する。

【０００３】図８を参照して、スクロール流体機械内に
組込まれる固定スクロール２は、鏡板２ｂと、この鏡板
２ｂに立設された渦巻壁１５ａとを備える。吐出ポート
２０は、鏡板２ｂを貫通するように設けられる。

【０００４】スクロール流体機械は、上記の固定スクロ
ール２と組み合わされる可動スクロール（図示せず）を
備えており、固定スクロール２と可動スクロールとによ
り形成される圧縮室内でガス冷媒を圧縮し、圧縮後のガ
ス冷媒を吐出ポート２０を通して圧縮室から外部へ吐出
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように圧縮後の
ガス冷媒が吐出ポート２０を通して外部に吐出される際
には、図８において矢印で示されるさまざまな方向から
の力を、渦巻壁１５ａはガス冷媒から受ける。そこで、
本願発明の発明者らが上記の力に起因して渦巻壁１５ａ
の巻始め端部１５ａ１に加わる最大の力の方向を検討し
た結果、図８に示される場合では、矢印２１に従う方向
の力が最大であるという結論に至った。

【０００６】図９には、図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿
う断面図が示されている。上記のような矢印２１に従う
方向の力が渦巻壁１５ａに加わることにより、渦巻壁１
５ａは図中一点鎖線で示されるように倒れようとする。
その際に、渦巻壁１５ａの根元部１９ａ，１９ｂにおい
て応力が集中しやすくなる。より詳しくは、根元部１９
ａにおいて引張り応力が集中しやすくなり、根元部１９
ｂにおいて圧縮応力が集中しやすくなる。そして、引張
り応力が集中する根元部１９ａにおいてしばしば破損が
生じるという問題があった。

【０００７】このような問題を解消すべく渦巻壁１５ａ
の巻始め端部１５ａ１近傍の肉厚を大きくするという手
法も考えられるが、この場合には、吐出ポート２０の面
積が小さくなり、吐出抵抗が大きくなる。その結果、ス
クロール流体機械の性能が低下するという問題が生じ
る。

【０００８】上記の図８に示されるスクロール流体機械
における吐出ポート２０は略円形であるが、吐出ポート
２０の形状を略円形以外の形状に変形させた従来例が存
在する。図１０には、特開平５−２０２８７１号公報に
開示され、略円形以外の形状の吐出ポート２０を有する
スクロール圧縮機における吐出ポート２０近傍の構造が
示されている。

【０００９】図１０を参照して、可動スクロールの渦巻
壁１５ｂと固定スクロールの渦巻壁１５ａとによって形
成される外側作動空間３０と内側作動空間３１とが存在
し、外側作動空間３０を内側作動空間３１に先行して開
放すべく、吐出ポート２０と連通する先行開放部２０ｂ
を設けている。この先行開放部２０ｂは、外側作動空間
３０を先行して開放するために設けられたものであり、
上述のような応力集中の問題は全く考慮されていない。
そのため、応力集中を緩和し得る最適な構造とは必ずし
もなり得ず、渦巻壁１５ａの根元部における破損が依然
として生じることが懸念される。

【００１０】この発明は、上記のような課題に鑑みなさ
れたものである。この発明の目的は、吐出ポートの面積
を低減させることなく、渦巻壁の巻始め端部の根元部に
おける破損を効果的に抑制することが可能となるスクロ
ール流体機械を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載のスクロール流体機械は、板状部材の表面に渦巻壁が
立設された一対のスクロールを備え、一方のスクロール
の渦巻壁との間で密閉空間を維持しながら他方のスクロ
ールの渦巻壁を摺接移動させる。一方の渦巻壁の巻始め
端部近傍に位置する板状部材の表面に、最終シールポイ
ントから渦巻壁に沿って渦巻壁の内周面側から渦巻壁の
先端を経由して外周面側にまで至るように延在する凹部
あるいは貫通孔を設け、該凹部あるいは貫通孔は、渦巻
壁の根元部から所定間隔あけた位置に形成される。

【００１２】請求項２に記載のスクロール流体機械は、
固定スクロールと可動スクロールとを含む。そして、固
定スクロールと可動スクロールの少なくとも一方に凹部
あるいは貫通孔が設けられる。

【００１３】請求項３記載のスクロール流体機械では、
固定スクロールと可動スクロールのいずれか一方に、圧
縮後のガス冷媒を吐出するための吐出ポートが設けられ
る。そして、吐出ポートが設けられた側の板状部材に吐
出ポートと連通するように貫通孔が設けられ、吐出ポー
トが設けられていない側の板状部材に凹部が設けられ
る。

【００１４】

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図７を用いて、この
発明の１つの実施の形態とその変形例とについて説明す
る。図１は、この発明の１つの実施の形態におけるスク
ロール流体機械の部分断面図である。なお、以下の説明
では、本発明を圧縮機に適用した場合について説明する
が、本発明の思想は膨張機にも適用可能である。

【００１６】図１を参照して、スクロール流体機械は密
閉ケーシング１を備える。密閉ケーシング１内には、固
定スクロール２と、可動スクロール３と、ハウジング４
と、クランク軸５と、モータ１１とが組込まれる。

【００１７】固定スクロール２は、ハウジング４により
保持される。可動スクロール３は、背面側にボス部３ａ
を有している。このボス部３ａの周囲にはシールリング
７が配置される。クランク軸５は、その上端に偏心部５
ｃを有し、この偏心部５ｃがボス部３ａの内側に挿入さ
れる。ボス部３ａと偏心部５ｃとの間にはスライドブシ
ュ６が配置される。

【００１８】クランク軸５には、圧縮後のガス冷媒が送
り込まれる吐出ガス通路５ａと、潤滑油を供給するため
の油通路５ｂとが設けられる。また、クランク軸５は、
ころがり軸受８により支持されている。モータ１１は、
ロータ９とステータ１０とを備え、ロータ９にクランク
軸５が嵌着される。

【００１９】密閉ケーシング１には、圧縮前のガス冷媒
を密閉ケーシング１内に送り込むための吸入管１３と、
圧縮された後のガス冷媒を外部に放出するための外部吐
出管１４とが取付けられる。ガス冷媒は吸入管１３を通
して固定スクロール２と可動スクロール３とによって形
成される圧縮室１２内に送り込まれ、この圧縮室１２内
において圧縮される。その後、圧縮後のガス冷媒は、可
動スクロール３の鏡板を貫通して設けられた吐出ポート
２０を通って吐出ガス通路５ａ内に送り込まれ、その後
外部吐出管１４を通して外部に放出される。

【００２０】本発明に係るスクロール流体機械では、固
定スクロール２の鏡板に凹部（座ぐり）１６が設けられ
ている。このような凹部１６が設けられることにより、
固定スクロール２の鏡板に立設された渦巻壁１５ａの根
元部での破損を効果的に抑制する。その理由について図
２，図３および図６を用いて説明する。図２は、固定ス
クロール２に立設された渦巻壁１５ａの巻始め端部１５
ａ１近傍を拡大した平面図である。図３は、図２におけ
るＩＩＩ−ＩＩＩ線を拡大した断面図である。

【００２１】まず図２を参照して、既に説明したよう
に、固定スクロール２の鏡板２ｂに立設された渦巻壁１
５ａの巻始め端部１５ａ１は、矢印２１の方向にガス冷
媒から力を受ける。そこで、巻始め端部１５ａ１の直前
にまで延在する部分（凹部）１６ａを有する凹部１６が
固定スクロール２の鏡板２ｂに設けられている。より詳
しくは、応力集中部１８を回り込むように渦巻壁１５ａ
に沿って凹部１６が設けられる。また、凹部１６ａは、
最終シールポイント１５ａ２を超えて渦巻壁１５ａの内
周面側から外周面側に延在するように設けられることが
好ましい。それにより、下記の効果がより効果的に得ら
れる。なお、最終シールポイント１５ａ２とは、上記の
巻始め端部１５ａ１における、ガス冷媒が圧縮室１２か
ら吐出される直前の状態において可動スクロール３側の
渦巻壁と接する部分のことである。

【００２２】次に、図３を参照して、上記の凹部１６ａ
は、巻始め端部１５ａ１の根元部近傍に位置する鏡板２
ｂに形成される。それにより、矢印２１に従う方向にガ
ス冷媒から渦巻壁１５ａが力を受けた場合に応力集中部
１８に生じる応力集中を分散・緩和する。この際凹部１
６ａの底部における応力集中部１８ａに応力集中が移行
するが、鏡板２ｂの一部１７により凹部１６ａの側壁の
倒れ込みを抑制可能となる。それにより、従来例の場合
と比べ、渦巻壁１５ａの根元部における破損を効果的に
抑制することが可能となる。

【００２３】図６には、凹部１６ａを設けることにより
渦巻壁１５ａの根元部における応力集中の度合が緩和さ
れることを示すための模式図が示されている。図６
（ａ）に示されるような従来例の場合には、矢印の方向
の力が渦巻壁１５ａに加わった場合に渦巻壁１５ａの根
元部に応力集中部１８が存在する。それに対し、図６
（ｂ）に示されるように凹部１６ａが渦巻壁１５ａの根
元部に形成された場合には、応力集中部１８以外に応力
集中部１８ａが凹部１６ａの底部に存在することとな
る。このことは、応力集中範囲が実質的に広がったこと
を意味し、このように応力集中範囲が広がることにより
応力集中の度合は小さくなる。このことも、渦巻壁１５
ａの根元部における破損を抑制するのに寄与し得る。以
上のことより、図２あるいは図３に示されるような凹部
１６ａを形成することにより、渦巻壁１５ａの根元部に
おける破損を効果的に抑制することが可能となる。

【００２４】次に、図４および図５を用いて、可動スク
ロール３側に本発明の思想を適用した場合について説明
する。図４は、可動スクロール３における吐出ポート２
０近傍を拡大した平面図である。図５は、図４における
Ｖ−Ｖ線に沿う断面の拡大図である。

【００２５】図４および図５に示されるように、吐出ポ
ート２０と連通しかつ応用集中部１８を回り込むように
可動スクロール３の鏡板３ｂに貫通孔２０ａを設けた場
合にも、上述の凹部１６ａを設けた場合と同様の効果が
得られる。つまり、渦巻壁１５ｂの根元部における破損
を効果的に抑制することが可能となる。なお、このよう
な貫通孔２０ａを設けることにより、吐出ポート２０の
面積を増大させることが可能となり、吐出抵抗を低減す
ることも可能となる。また、貫通孔２０ａの代わりに凹
部を形成してもよい。

【００２６】次に、本発明のさらなる工夫点について説
明する。図２〜図５に示されるように、凹部１６ａある
いは貫通孔２０ａは、渦巻壁１５ａ，１５ｂの根元部か
ら若干離した位置に形成することが好ましい。それによ
り、小さい径のエンドミルで加工する際に、巻始め端部
１５ａ１，１５ｂ１の壁面に刃具が干渉するのを回避で
きる。それにより、シール性の確保と加工速度の向上が
期待できる。また、図２あるいは図４に示されるよう
に、最終シールポイント１５ａ２，１５ｂ２近傍の形状
は滑らかな曲面（たとえば円弧）とすることが好まし
い。それにより、さらに応力集中を緩和することが可能
となる。

【００２７】次に、図７を用いて、上記の実施の形態の
変形例について説明する。図７は、上記の実施の形態の
変形例におけるスクロール流体機械の渦巻壁１５ａ，１
５ｂの中央部近傍を示す平面図である。なお、図７に示
される例では、吐出ポート２０と凹部１６とを重ねて表
示している。

【００２８】図７（ａ），（ｂ）を参照して、この図に
示されるスクロール流体機械は、いわゆる非対称渦巻壁
を備える。ここで、非対称渦巻壁とは、一方の渦巻壁の
巻終わりが他方より大きく、対称である２つの圧縮室の
圧縮進行が異なるように配置される渦巻壁のことを称す
る。このような非対称渦巻壁を備えたスクロール流体機
械では、一方の圧縮室が他方より先行するので、ガス冷
媒の吐出の開始も先行する。よって、吐出開始直前の差
圧を受ける渦巻壁１５ａの表面積も大きくなり、応力集
中の度合も大きくなる。このような場合に本発明に係る
凹部１６ａあるいは貫通孔２０ａを設けることにより、
より効果的に渦巻壁１５ａ，１５ｂの根元部における破
損を抑制することが可能となる。

【００２９】また、たとえば図７（ａ）に示されるよう
に、凹部１６ａあるいは貫通孔２０ａは、ガス冷媒の吐
出直前の状態における渦巻壁１５ａ，１５ｂの外側の壁
面よりも内側にその輪郭が位置するように形成されるこ
とが好ましい。それにより、ガス冷媒が漏れることを効
果的に抑制することが可能となる。なお、この思想は、
上述の実施の形態にも適用可能である。

【００３０】以上のように本発明の実施の形態について
説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示
され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのす
べての変更が含まれることが意図される。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に記載のスクロール流体機械で
は、最終シールポイントから渦巻壁に沿って渦巻壁の内
周面側から渦巻壁の先端を経由して外周面側にまで延在
するように、すなわち引張り応力が集中する応力集中部
近傍における板状部材の表面に凹部あるいは貫通孔が設
けられている。それにより、応力集中範囲を拡張でき応
力集中の度合を軽減できる。その結果、渦巻壁の根元部
における破損を回避することが可能となる。また、渦巻
壁の巻始め端部の厚みを増大させる必要がないので、吐
出ポートの面積低減を回避でき、吐出抵抗の増大をも抑
制することが可能となる。このことより、高性能かつ高
信頼性を有するスクロール流体機械が得られる。また、
凹部あるいは貫通孔が渦巻壁の根元部から所定間隔あけ
た位置に形成されることにより、渦巻壁への工具の干渉
を回避でき、シール性確保と加工速度向上を期待でき
る。

【００３２】請求項２に記載のスクロール流体機械で
は、固定スクロールと可動スクロールの少なくとも一方
に上記の凹部あるいは貫通孔が設けられる。それによ
り、固定スクロールと可動スクロールの少なくとも一方
の渦巻壁の根元部での破損を回避することが可能とな
る。

【００３３】請求項３に記載のスクロール流体機械で
は、吐出ポートが設けられた側に上記の貫通孔が設けら
れ、吐出ポートが設けられていない側には上記の凹部が
設けられる。それにより、固定スクロールと可動スクロ
ールの双方の渦巻壁の根元部における破損を効果的に抑
制できることに加え、吐出ポートの面積をも増大させる
ことが可能となる。それにより、スクロール流体機械の
吐出抵抗の低減をも図れ、スクロール流体機械の性能を
向上させることも可能となる。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１におけるスクロール流
体機械を示す部分断面図である。

【図２】この発明に係るスクロール流体機械における固
定スクロールの部分平面図である。

【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面を拡
大した図である。

【図４】この発明に係るスクロール流体機械における可
動スクロールの部分平面図である。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線に沿う断面を拡大した図
である。

【図６】（ａ）は従来例において渦巻壁の根元部に応力
集中が生じている状態を示す模式図である。（ｂ）は鏡
板に本発明に係る凹部を設けることにより応力集中部が
拡張された状態を示す模式図である。

【図７】（ａ）および（ｂ）は、非対称渦巻を有するス
クロール流体機械に本発明を適用した場合を示す部分平
面図である。

【図８】従来のスクロール流体機械における固定スクロ
ールの部分平面図である。

【図９】図８におけるＩＸ−ＩＸ線に沿う断面を拡大し
た図である。

【図１０】吐出ポートの形状を変形させた従来例を示す
部分平面図である。

【符号の説明】 １ 密閉ケーシング ２ 固定スクロール ２ｂ，３ｂ 鏡板 ３ 可動スクロール １５ａ，１５ｂ 渦巻壁 １５ａ１，１５ｂ１ 巻始め端部 １５ａ２，１５ｂ２ 最終シールポイント １６，１６ａ 凹部 １７ 鏡板の一部 １８，１８ａ 応力集中部 ２０ 吐出ポート ２０ａ 貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝本 祥孝 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 (56)参考文献 特開 昭62−75089（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−138186（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−319963（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−255585（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−169574（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−172594（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−202871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−215892（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状部材（２ｂ，３ｂ）の表面に渦巻壁
   （１５ａ，１５ｂ）が立設された一対のスクロール
   （２，３）を備え、一方の前記スクロール（２，３）の
   渦巻壁（１５ａ，１５ｂ）との間で密閉空間を維持しな
   がら他方の前記スクロール（２，３）の渦巻壁（１５
   ａ，１５ｂ）を摺接移動させるスクロール流体機械にお
   いて、 一方の前記渦巻壁（１５ａ，１５ｂ）の巻始め端部（１
   ５ａ１，１５ｂ１）近傍に位置する前記板状部材（２
   ｂ，３ｂ）の表面に、最終シールポイント（１５ａ２，
   １５ｂ２）から前記渦巻壁（１５ａ，１５ｂ）に沿って
   前記渦巻壁（１５ａ，１５ｂ）の内周面側から前記渦巻
   壁（１５ａ，１５ｂ）の先端を経由して外周面側にまで
   至るように延在する凹部（１６ａ）あるいは貫通孔（２
   ０ａ）を設け、 前記凹部（１６ａ）あるいは貫通孔（２０ａ）は、前記
   渦巻壁（１５ａ，１５ｂ）の根元部から所定間隔あけた
   位置に形成される、 スクロール流体機械。
2. 【請求項２】 前記スクロール（２，３）は、固定スク
   ロール（２）と可動スクロール（３）とを含み、 前記固定スクロール（２）と前記可動スクロール（３）
   の少なくとも一方に前記凹部（１６ａ）あるいは前記貫
   通孔（２０ａ）が設けられる、請求項１に記載のスクロ
   ール流体機械。
3. 【請求項３】 前記固定スクロール（２）と前記可動ス
   クロール（３）のいずれか一方に、圧縮後のガス冷媒を
   吐出するための吐出ポート（２０）が設けられ、 前記吐出ポート（２０）が設けられた側の前記板状部材
   （３ｂ）に、前記吐出ポート（２０）と連通するように
   前記貫通孔（２０ａ）が設けられ、 前記吐出ポート（２０）が設けられていない側の前記板
   状部材（２ｂ）に、前記凹部（１６ａ）が設けられる、
   請求項２に記載のスクロール流体機械。