JP3542144B2 - Scroll type fluid machine and its processing method - Google Patents

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、容積形流体機械の一種であるスクロ−ル形流体機械に係り、特に渦巻体の曲線を代数螺線で形成したスクロ−ル流体機械、スクロ−ル部材およびその加工方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のスクロ−ル形流体機械は、互いに偏心して組み合わされた同一形状の渦巻体をもつ固定スクロ−ルと旋回スクロ−ルからなり、渦巻形状としては、一般に渦巻ピッチ、渦巻壁の厚さが一定となるインボリュ−ト曲線が用いられている。渦曲線としてインボリュ−ト曲線を用いる利点としては、渦巻の法線ピッチが一定のため単一のカッタ−で内側と外側の渦曲線が同時に加工ができるという加工のし易さが挙げられるが、反面、渦巻壁の厚さが一定のため最も高圧になる渦巻体の中央部の応力が高くなり強度上問題になりやすい。すなわち、強度上の制約から厚さが決まり、設計条件である運転圧力比から渦巻体の巻数が、行程容積から渦巻体の高さおよび渦巻ピッチ等が決まり、その他外形寸法上の制約を受けて諸寸法が決定される。このようにして、渦巻体の一方の形状例えば旋回スクロ−ルが決まると、これにかみ合う固定スクロ−ルの形状は、固定内側曲線に旋回内側曲線の内側包絡線が選ばれ決定されていた。また、渦巻体の中央部は内部の圧力差も大きいため、流体の内部漏れにより性能低下を生じやすいといった欠点を有している。さらに、インボリュ−ト曲線では渦巻ピッチが一定のため、容積変化率も一定で、所定の寸法内で、最外周での密封容積(行程容積)と最内周での密封容積との比である内部容積比を大きくしようとした場合、渦巻の巻数を大きくすると渦巻ピッチが小さくなり、渦巻壁厚さが一定のため旋回半径が小さくなって行程容積も小さくなってしまうといった問題があった。
【0003】
上記問題点に対して、渦巻体の中央部付近の渦巻壁厚さを厚くして高圧に耐えるようにした公知技術として、米国特許3802809がある。また、渦巻ピッチを変化させて内部容積比を変える公知技術としては、米国特許第2324168号、特開平3−11102号に見ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第3802809号に開示された構造は、渦巻体の巻き始めの渦巻壁厚さを厚くしているため強度上の問題は解決されるが、渦巻壁の厚さが厚くなっている範囲が巻き始めの一部分に限定されるため、渦巻体の端面を通しての流体の内部漏れを低減する効果は小さい。また、巻き始め部以外では渦巻壁の厚さは一定のためインボリュ−ト曲線と同様に所定の寸法内で行程容積と内部容積比をともに大きくすることはできなかった。
【0005】
また、米国特許第2324168号、特開平3−11102号に開示されたスクロ−ル形流体機械の場合、渦巻ピッチを変化させて内部容積比を変える構造が示されているが、例えば、内部容積比を大きくしようとして渦巻の外周から中央にかけて渦巻ピッチを小さくしていった場合、渦巻壁の厚さは渦巻の中央部(巻き始め)にいくほど薄くなり強度上の配慮がされていない。反対に渦巻の外周にいくほど渦巻壁の厚さは厚くなるため行程容積は小さくなる。このように、行程容積と内部容積比を共に大きくでき、同一の行程容積、内部容積比の場合にインボリュ−ト曲線よりも渦巻体の小型化が可能な渦曲線は不明だった。また、渦巻ピッチや渦巻壁の厚さが変化する渦巻体の幾何理論、すなわち、渦曲線や渦巻体の構成法等は明らかにされていなかった。
【0006】
本発明の第1の目的は、渦巻体の厚さが渦巻の巻角に応じて次第に変化する渦巻体を有するスクロ−ル流体機械を提供することにある。
【0007】
本発明の第2の目的は、渦巻体の強度を確保しながら、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化でき、流体の内部漏れを低減して性能向上が図れるスクロ−ル流体機械を提供することにある。
【0008】
本発明の第3の目的は、固定スクロ−ルと旋回スクロ−ルの材質が異なるような場合でも、両者同様の強度を確保できるスクロ−ル流体機械を提供することにある。
【0009】
本発明の第4の目的は、渦巻体の厚さが渦巻の巻角に応じて次第に変化する渦巻体を有するスクロ−ル部材の加工方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記第1の目的を達成するために、本発明のスクロ−ル形流体機械は、端板とこれに直立している渦巻体とで形成された2つのスクロ−ル部材が渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合っており、一方のスクロ−ル部材が他方のスクロ−ル部材に対して見かけ上自転しないように旋回半径eで公転運動するスクロ−ル形流体機械において、前記渦巻体の外側の渦曲線を外側曲線、前記渦巻体の内側の渦曲線を内側曲線としたときに、前記2つの渦巻体の渦曲線が、極座標形式で動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、次の式で表される代数螺線を旋回させて得られる包絡線からなり、前記渦巻体の壁の厚さが内周から外周に薄くなることを特徴とするものである。
【0011】
【数1】

Figure 0003542144
【0012】
また、一方のスクロール部材に対応する代数螺線の指数kをk<1.0とした代数螺線であり、他方のスクロール部材の代数螺線が一方の代数螺線を180°前後回転したたものであってもよい。
【0013】
上記第2の目的を達成するために、本発明のスクロ−ル形流体機械は、端板とこれに直立している渦巻体とで形成された2つのスクロ−ル部材が渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合っており、一方のスクロ−ル部材が他方のスクロ−ル部材に対して見かけ上自転しないように所定の旋回半径で公転運動するスクロ−ル形流体機械において、前記渦巻体の外側の渦曲線を外側曲線、前記渦巻体の内側の渦曲線を内側曲線としたときに、前記2つの渦巻体の渦曲線が、極座標形式で動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、前記式(1)で表される代数螺線を旋回させて得られる包絡線からなり、その代数螺線の指数kが偏角θに対応して変化することを特徴とするものである。
【0014】
前記代数螺線は、指数kをk>1.0で、かつ係数aが定数に設定されたものであり、前記代数螺線の指数kを偏角θの関数として変化させたものであってもよい。
【0015】
上記第3の目的を達成するために、本発明のスクロ−ル形流体機械は、前記一方のスクロ−ル部材の代数螺線がその原点を中心として角度α回転されたものであって、他方のスクロ−ル部材の代数螺線が前記原点を中心として角度(180°−α)回転されたものである。
【0016】
また、前記一方のスクロ−ル部材が旋回スクロ−ル部材であって、旋回スクロ−ル部材の渦巻体の厚さが他方のスクロ−ル部材の渦巻体の厚さより厚くしてもよい。
【0017】
上記第4の目的を達成するために、本発明のスクロ−ル部材の加工方法は、スクロ−ル部材の渦巻体の外側曲線および内側曲線が代数螺線を旋回運動させたときの包絡線からなり、両スクロール部材のうちの一方のスクロール部材に設けられた渦巻体の外側曲線および内側曲線上に沿ってカッタの中心を移動させることにより他方のスクロール部材の渦巻体の加工を行うことを特徴とするものである。
【0018】
【作用】
両スクロ−ルの渦巻体の形状を決めるための基本渦曲線、極座標形式で動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとした数式(1)で表した代数螺線を用いているため、代数螺線の指数kの値を変えるだけで簡単に渦巻のピッチを変えることができる。指数kがk>1.0の場合は、渦巻の巻き角(偏角θ)が大きくなるにしたがって渦巻のピッチは大きくなり、反対にk<1.0の場合は、渦巻の巻き角(偏角θ)が大きくなるにしたがって渦巻のピッチは小さくなる
【0019】
また、それぞれに渦巻体を有する静止しているスクロ−ル部材と旋回するスクロ−ル部材を備えたものにおいて、両渦巻体の最内領域の当接点間に形成されるすきま容積が両渦巻体の相対的公転運動に伴い実質的に零になるように構成するとともに、それぞれの渦巻体は、代数螺線を基本渦曲線として渦巻壁の厚さが渦巻きの巻き角に応じて次第に変化する形状を有しているので、トップクリアランス小さくでき、再膨張損失を小さくでき、効率を向上させることができる。
【0020】
また、代数螺線の指数kをk<1.0にするか、係数aまたは指数kが偏角θの関数となる代数螺線を渦巻体の基本渦曲線にすることにより渦巻壁の厚みを適宜変化させることができる。
【0021】
前記一方のスクロ−ル部材の代数螺線がその原点を中心として角度α回転されたものであって、他方のスクロ−ル部材の代数螺線が前記原点を中心として角度(180°−α)回転されたものでは、角度α回転しているので、この角度αにより2つの渦巻壁の厚みを変えて形成することができ、両渦巻体の材質が異なる場合でも渦巻体の強度を確保することができる。
【0022】
また、半径e1、e2が前記旋回半径eとe=e1+e2の関係を有するものであって、両スクロ−ルのそれぞれの渦巻体が、外側曲線が両スクロ−ルの代数螺線をそれぞれ半径e1、e2で旋回運動させたときの内側包絡線で形成され、内側曲線が両スクロ−ルの代数螺線をそれぞれ半径e1、e2で旋回運動させたときの外側包絡線で形成されているので、半径e1、e2の大小関係、値を変えることにより2つの渦巻壁の厚みを変えて形成することができ、両渦巻体の材質が異なる場合でも渦巻体の強度を確保できる。また、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体寸法を小型化でき、流体の内部漏れを低減して性能向上が図れるスクロ−ル形流体機械を提供することができる。
【0023】
スクロ−ル部材の渦巻体の外側曲線および内側曲線が代数螺線を旋回運動させたときの包絡線で形成されるものであって、両スクロール部材のうちの一方のスクロール部材に設けられた渦巻体の外側曲線および内側曲線に沿ってカッタの中心を移動させることにより他方のスクロール部材の渦巻体の加工を行うので、連続的に加工することができ、歯側面など寸法精度良く効率的に加工できる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明の第1の実施例を図1から図10により説明する。図1は本実施例のスクロ−ル形圧縮機を適用した冷凍サイクル構成を示す図、図2は本実施例に係るスクロ−ル形流体機械のスクロ−ル形状を示す旋回スクロ−ルの平面図、図3は図2の縦断面図、図4は作動原理を示す図、図5から図8は渦巻体の形成方法の説明図、図9は渦巻体の巻き始め部形成法の説明図、図10はカッタの軌跡を説明する図である。
【0025】
図1に示すように、冷凍サイクルは、主としてスクロ−ル形圧縮機30、凝縮器31、膨張弁32、蒸発器33から構成されている。スクロ−ル形圧縮機30は、それぞれ同一形状の渦巻体を有し、渦巻体の厚みが渦巻きの巻き角に応じて連続的に変化する渦巻体によって形成された旋回スクロ−ル1と固定スクロ−ル4、旋回スクロ−ル1を回転するクランク軸13、クランク軸13を軸支するフレ−ム14、旋回スクロ−ル1の公転運動は許容し自転運動を防止するオルダムリング15、クランク軸13を駆動するモ−タ16、吸入パイプ17と吐出パイプ18から構成されている。
【0026】
このように構成されたスクロ−ル形圧縮機においては、モ−タ16に通電することによりクランク軸13が回転すると、旋回スクロ−ル1はオルダムリング15により自転することなく公転運動し、作動原理として示した図4に示されるように、両スクロ−ル1、4間で冷媒の圧縮作用が行われる。圧縮された高温・高圧の冷媒は矢印のごとく吐出パイプ18から凝縮器31に流入し、熱交換を行って液化し、膨張弁32で絞られて断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器33により熱交換してガス化された後、吸入パイプ17を経てスクロ−ル形圧縮機30に吸入される。
【0027】
図2および図3に示すように、旋回スクロ−ル1は、旋回側渦巻体2と端板3とにより形成される。旋回側渦巻体2は旋回外側曲線2aと旋回内側曲線2bとによりなり、旋回スクロ−ル1の中心Oは、旋回外側曲線2aと旋回内側曲線2bの原点である。ここで、旋回側渦巻体は、旋回外側曲線2aを式(1)で代表される代数螺線を基本渦曲線とし、代数螺線の指数kをk<1.0にしている。
【0028】
【数1】
Figure 0003542144
【0029】
又、固定スクロ−ル4の渦巻体5も旋回スクロ−ル1の渦巻体2と同様に形成されている。固定側渦巻体5は固定外側曲線5aと固定内側曲線5bからなり、固定スクロ−ル4の中心O´は、固定外側曲線5a、固定内側曲線5bの原点であり、固定外側曲線5aを式(1)で表される代数螺線を原点O´を中心に180°回転させて基本渦曲線とし、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kは旋回外側曲線2aと同じ値にしている。
【0030】
圧縮作用は以下のように行われる。固定側渦巻体5を静止し、旋回側渦巻体2を固定スクロ−ル中心O´の周りに自転することなしに旋回半径e(=OO´)で公転運動させることにより、図4に示すように旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の間に形成された複数の三日月状の密閉した作動室6、6が形成される。作動室6、6の容積は、図4に示すように固定スクロ−ル4の外周側に設けられた吸入ポ−トから流体の吸込みが終了した状態(1)から、90゜、180゜、270゜と公転が進むにしたがって、(2)、(3)、(4)とその容積を縮小し、流体の圧縮作用が行われる。そして、圧縮された流体は最後に吐出ポ−ト7から吐き出される。
【0031】
旋回側渦巻体2、固定側渦巻体5を後述のように構成することにより、渦巻体の渦巻壁の厚さtは渦巻き始めから巻終わりにかけて連続的に変化させることができ、内部の流体の圧力が最も高圧になる渦巻体の中央部が厚く、低圧になる巻終わり部では薄く形成でき、渦巻体の渦巻壁の各部が作用する圧力に見合って一様な強度となる。渦巻壁の厚さが一定なインボリュ−ト曲線等に比べ渦巻体の容積を減らすことができ、材料費の低減、軽量化が可能となる。また、渦巻の巻き始めから一巻きほどの範囲は渦巻壁の厚さは比較的厚く構成され、流体の内部漏れを低減することができる。
【0032】
次に、本実施例における旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の構成法を図5、図6、図7、図8を用いて説明する。ここでは、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線にとった場合を例に挙げて説明する。
【0033】
図5、図6はそれぞれ旋回側と固定側の基本渦曲線と、この基本渦曲線を旋回半径eで円運動させたときに描く円軌跡の包絡線を示し、図7、図8はそれぞれ旋回側と固定側の渦曲線の構成を示す。実線10は旋回側の基本渦曲線で、式(1)で表される代数螺線である。破線11と12は基本渦曲線10の包絡線で、11が外側包絡線、12が内側包絡線である。また、実線20で示す固定側の基本渦曲線20は、旋回側の基本渦曲線10を原点Oの周りに180゜回転させたものである。破線21と22は基本渦曲線20の包絡線で、21が外側包絡線、22が内側包絡線である。
【0034】
ここで、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線とするため、旋回外側曲線2aは実線10が選ばれ、固定外側曲線5aは実線20が選ばれる。渦巻体の内側曲線は、複数の密封容積を作るための両渦巻間の接触が幾何学的に保証されるように、次のように決められる。旋回内側曲線2bは固定外側曲線5aと接触するため固定側の基本渦曲線20の外側包絡線21が選ばれ、固定内側曲線5bは旋回外側曲線2aと接触するため旋回側の基本渦曲線10の外側包絡線11が選ばれる。
【0035】
以上、渦巻壁の厚さが渦巻の巻き角に応じて連続的に変化する渦巻体の基本的な渦曲線構成法を説明したが、このままでは、渦巻体の巻き始めで内側曲線と外側曲線が一致してしない。巻き始め部の構成は、旋回側渦巻体2を固定側渦巻体5の周りに旋回半径eで公転運動させたときに両渦巻体が干渉しないという条件を満足する必要がある。そこで、この巻き始め部の構成の一例を図9により説明する。
【0036】
図9において、点Aは旋回外側曲線2aの開始位置、点Bは旋回内側曲線2bの開始位置を表す。ここで点Aの位置は、旋回側渦巻体2を固定側渦巻体5の周りに旋回半径eで公転運動させたときに両渦巻体が干渉しないという条件から、旋回外側曲線2a上で原点Oから旋回半径eの半分の距離に決められる。この点Aが、図5から図8において、固定側の基本渦曲線20の外側包絡線21にあたる旋回内側曲線2b上では点Bに相当しており、点Aを通る旋回半径eを半径とする円弧は点Bで旋回内側曲線2bとなめらかに接続することになる。なお、固定側渦巻対の巻き始め部形状も前記旋回側と同様に形成される。
【0037】
次に、このような渦巻体の製造方法を説明する。図10は、旋回側渦巻体を形成するときのカッタ−の軌跡を示す。例えば旋回半径eを半径とするカッタ−(エンドミル等)を用い、固定側渦巻体5の外側曲線5a及び内側曲線5b上をカッタ−の中心座標を移動させることにより、連続的に旋回側渦巻体2が加工されるようになり、渦巻体の寸法精度を向上して効率的に加工することができる。固定側渦巻体5を加工する場合は、反対に、旋回側渦巻体2の渦曲線である外側曲線2a及び内側曲線2b上をカッタ−中心を移動させることにより同様に加工される。
【0038】
以上、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線としたときの渦巻体の形成法を説明したが、次に、渦巻体の内側曲線を基本渦曲線としたときの渦巻体の形成法について説明する。図11、図12はそれぞれ旋回側と固定側の渦曲線を示す。この場合は、渦巻体の内側曲線が基本渦曲線のため、旋回内側曲線2bは図5における実線10が選ばれ、固定内側曲線5bは図6における実線20が選ばれる。渦巻体の外側曲線は次のように決められる。旋回外側曲線2aは固定内側曲線5bと接触するため図6における固定側の基本渦曲線20の内側包絡線22を選び、固定外側曲線5aは旋回内側曲線2bと接触するため図5における旋回側の基本渦曲線10の内側包絡線12を選ぶことにより、複数の密封容積を作るための両渦巻間の接触が幾何学的に保証されることになる。
【0039】
また、この時渦巻体の巻き始め部は、前述した渦巻体の外側曲線を基本渦曲線とした場合(図9)と異なり図13のように形成される。図13において、点Aは旋回側渦巻体2を形成する旋回外側曲線2aの開始位置、点Bは旋回内側曲線2bの開始位置を表す。点Aと点Bの位置は、原点Oを中心に旋回半径eの半分を半径とする円を描き、この円周上の一点Cをとおり旋回外側曲線2aと旋回内側線2bとをなめらかに結ぶ直線で接続することによって決められる。このとき、点Cは点Aと点Bを結ぶ直線の中間点となる。以上述べたことは、旋回側渦巻体の巻き始め部の形状を説明したが、固定側渦巻体も旋回側と同様に形成される。
【0040】
以上、渦巻壁の厚さが渦巻の巻き角に応じて連続的に変化する渦巻体の形成法を説明したが、さらに、本実施例の渦巻体では、トップクリアランス容積が零になり、トップクリアランス内流体の再膨張に伴う損失がないという従来のインボリュ−ト曲線にはない優れた特を有している。図14は、図4で示した本実施例のスクロ−ル形圧縮機の作動原理図において、渦巻体中央部のかみ合い状態を説明する要部拡大図である。図に14に示すように、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の最も内側の接触点8、8´で形成される最内室6aは、図から明らかなように、本実施例では旋回側渦巻体2が固定側渦巻体5の周りに旋回半径e(=OO´)で、相対的に公転運動を行うと、図14の(1)、(2)、(3)、(4)の順に接触点8、8´で形成される最内室6aの容積が減少し、従来存在していたトップクリアランス容積は零になる。このため、圧縮された流体は無駄な再膨張を起こすことなく吐出ポ−ト(図示せず)からすべて外部に吐き出されることになる。なお、図14では省略したが、実際には最内室6aと通じる位置に吐出ポ−トを形成する必要があるため、この吐出ポ−ト部の容積はトップクリアランス容積になるが、従来のものに比べてこの量は非常に小さく実質的に零とみなすことができる。ここでは、渦巻体の巻き始め部形成が図9で示したものについて説明したが、図13で示した巻き始め部形成のものも、説明は省略するが同様にトップクリアランス容積は零になる。
【0041】
このように形成されたスクロ−ル圧縮機を冷凍サイクルあるいは冷房専用のサイクルに適用しているので、渦巻体間の流体の内部漏れが低減でき、トップクリアランス容積も零になるため圧縮機の効率が大幅に向上する。これより、エネルギ効率に優れ、信頼性の高い冷凍・空調システムが得られる。
【0042】
次に本発明の第2の実施例を図15から図18により説明する。第1の実施例では、渦巻体の基本渦曲線を式(1)で表される代数螺線とし、代数螺線の指数kをk<1.0にし、代数螺線の係数aも任意の定数とした場合を示したが、さらに、式(1)で表される代数螺線の係数aあるいは代数螺線の指数kが、偏角θの関数となるような基本渦曲線にすることにより渦巻壁の厚みを適宜変化させることができ、渦巻体の強度を確保しながら、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化できる。この場合、代数螺線の指数kはk<1.0の範囲に限定されなくなる。この実施例を図15、図16を参照しながら説明する。
【0043】
図15および図16は、渦巻体の基本渦曲線を式(1)で表される代数螺線とし、代数螺線の指数kをk>1.0の定数にし、代数螺線の係数aも定数とした場合のスクロ−ル形状を示し、図15は旋回スクロ−ル、図16は圧縮機として用いた場合の吸い込み終了(圧縮開始)時の渦巻体の構成を示す。図17および図18は、図15および図16と同様、代数螺線の指数kをk>1.0にし、代数螺線の係数aも図14および図15と同じ定数値だが、指数kが偏角θの関数で表される代数螺線を基本渦曲線にした場合のスクロ−ル形状を示している。具体的には指数kは偏角θの一次関数で、巻き始めから巻き終わりにかけて直線的にkの値が減少するようになっている。図16および図18を比較して見ると明らかなように、代数螺線の指数kをk>1.0の定数とした図15および図16では、渦巻壁の厚さは渦巻の中央部(巻き始め)にいくほど薄くなり強度上問題になりやすいが圧力差が小さい場合に適用できる。反対に渦巻の外周に至るほど渦巻壁の厚さは厚くなるため外形を一定にした場合最外周の作動室6、6の容積(行程容積)は小さくなる。これに対し、代数螺線の指数kを渦巻の巻き角によって変化させた図17および図18では、指数kはk>1.0だが、巻き始め部の渦巻壁の厚さは強度が問題にならない程度に確保され、渦巻の外周では代数螺線の指数kがk<1.0の場合と同様に巻き終わり部にいくほど渦巻壁の厚さは薄くなって行程容積は増加している。詳しい数値解析を行った結果、外形(渦巻の径と高さ)を一定とすると、図17および図18に示す渦巻体は図15および図16に示す渦巻体に比べ行程容積が約3割増加し、内部容積比も前者の2.71から後者の2.80と大きくなっていることがわかった。従って、行程容積と内部容積比を一定にした場合には、図17および図18に示す渦巻体の方が、渦巻体を小型化できることになる。ここでは、指数kが偏角θの一次関数で変化する場合を示したが、偏角θの二次、三次関数あるいは対数関数で与えてもよい。あるいは、指数kを常数とし、代数螺線の係数aを偏角θの関数で変化するようにしても同様に渦巻壁の厚みを適宜変化させることができ、渦巻体の強度を確保しながら、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化でき、流体の内部漏れを低減して性能向上となるスクロ−ル形圧縮機を得ることができる。
【0044】
本発明の第3の実施例を図19から図30により説明する。図19はスクロ−ルを組み合わせた状態を示す平面図、図20は作動原理を説明する図、図21から図24はスクロ−ル形状の形成方法を説明する図、図25は旋回スクロ−ルの巻き始め部の構成を示す平面図、図26は固定スクロ−ルの巻き始め部の構成を示す平面図、図27から図29は角度αを設けた場合のスクロ−ルの形状変化を示す平面図、図30は渦巻体中央部のかみ合い状態を示す平面図、図31は渦巻体中央部のかみ合い状態を示す平面図である。
【0045】
本実施例のスクロ−ル形状は第1の実施例に示すスクロ−ル形状と同様に形成されるが、本実施例では、旋回スクロ−ルと固定スクロ−ルとは材質が異なるように形成されており、例えば、旋回スクロ−ルはアルミ合金等の軽量・低強度材料、固定スクロ−ルは、旋回スクロ−ルよりも強度の高い通常の鉄系材料で構成されている。本実施例のように、低強度材料からなる旋回側渦巻体2は、より強度の高い固定側渦巻体5に比べて全体的に渦巻壁の厚さが厚く構成され、両者ほぼ等しい強度となるように設定されるが、旋回スクロ−ルおよび固定スクロ−ルの渦巻体の外側曲線と内側曲線、渦巻曲線の原点O、O´および代数螺線の指数kは第1の実施例と同様に設定されている。
【0046】
しかし、旋回側渦巻体2の構成は、旋回外側曲線2aを式(1)で表される代数螺線を渦巻壁の厚さをより厚くするために、後述するように原点Oを中心に角度αだけ回転させて基本渦曲線としている。これより、旋回側渦巻体2及び固定側渦巻体5の渦巻壁の厚みはともに渦巻の巻き始めから巻き終わりにかけて連続的に変化しており、内部の流体の圧力が最も高圧になる渦巻体の中央部が厚く、低圧になる巻き終わり部では薄くなっており、渦巻壁の厚さが一定なインボリュ−ト曲線等に比べ渦巻体の容積を減らすことができ、材料費の低減、軽量化が可能となるとともに、渦巻の巻き始めから一巻きほどの範囲は渦巻壁の厚さは比較的厚く構成され、流体の内部漏れを低減することができる。また、低強度材料からなる旋回側渦巻体2は、より強度の高い固定側渦巻体5に比べて全体的に渦巻壁の厚さが厚く構成され、両者ほぼ等しい強度となる。
【0047】
作動原理は、第1の実施例と同様図20に示すように、固定側渦巻体5を静止し、旋回側渦巻体2を固定スクロ−ル中心O´の周りに自転することなしに旋回半径e(=OO´)で公転運動させることにより、2つの渦巻体2、5間に複数の三日月状の密閉した空間、作動室6、6が形成され、作動室6、6の容積が、流体の吸込みが終了した状態(1)から、90゜、180゜、270゜と公転が進むにしたがって、(2)、(3)、(4)とその容積を縮小し、流体の圧縮作用が行われる。
【0048】
次に、本実施例における旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の形成法を渦巻体の外側曲線を基本渦曲線にとった場合を例に挙げて詳述する。図21、図22はそれぞれ旋回側と固定側の基本渦曲線と、この基本渦曲線を旋回半径eで円運動させたときに描く円軌跡の包絡線を示し、図23、図24はそれぞれ旋回側と固定側の渦曲線の構成を示す。実線10は旋回側の基本渦曲線で、式(1)で表される代数螺線を原点Oを中心として角度αだけ回転したものである。破線11と12は基本渦曲線10の包絡線で、11が外側包絡線、12が内側包絡線である。
【0049】
また、実線20は固定側の基本渦曲線で、この曲線は旋回側の基本渦曲線10を原点Oの周りに(180゜−α)回転させたものである。破線21と22は基本渦曲線20の包絡線で、21が外側包絡線、22が内側包絡線である。第1の実施例と同様に、渦巻体の外側曲線が基本渦曲線のため、旋回外側曲線2aは実線10が選ばれ、固定外側曲線5aは実線20が選ばれ、渦巻体の内側曲線は、複数の密封容積を作るための両渦巻間の接触が幾何学的に保証されるように、次のように決められる。又、旋回内側曲線2bは固定外側曲線5aと接触するため固定側の基本渦曲線20の外側包絡線21が選ばれ、固定内側曲線5bは旋回外側曲線2aと接触するため固定側の基本渦曲線10の外側包絡線11が選ばれる。
【0050】
ここで、一点鎖線で示した旋回外側曲線2a′及び固定内側曲線5b′は角度αが0°の場合であり、第1の実施例に相当する場合であるが、本実施例の場合は、旋回側の基本渦曲線10と固定側の基本渦曲線20とは同一形状で位相が(180°−α)ずれているため、位相差がちょうど180°となる第1の実施例に示したスクロ−ル形状と異なり、固定側と旋回側で渦巻壁の厚みを変化することができる。又、渦巻体の巻き始めで内側曲線と外側曲線が一致してしないため、この巻き始め部は第1の実施例と同様に、一例として図25、図26に示したように決められる。図25は、旋回側渦巻体2において基本渦曲線である旋回外側曲線2aを回転(角度α)させたときの巻き始め部の構成を示し、図26は、この旋回側渦巻体2にかみ合う固定側渦巻体5の巻き始め部の構成を示す。図中の渦曲線において、実線が回転しない場合(α=0°)、破線は実線の旋回外側曲線2aを原点Oを中心として時計方向(以下、正方向とする)に角度α回転した場合で、一点鎖線は反時計方向(以下、負方向とする)に角度−α回転した場合である。このように、式(1)で表される代数螺線からなる旋回外側曲線2a(実線)を角度α回転させることにより旋回側渦巻体2の渦巻壁の厚さは厚くなり、固定側渦巻体5の渦巻壁の厚さは薄くなる。又、逆に角度−α回転した場合には旋回側渦巻体2の渦巻壁の厚さは薄くなり、固定側渦巻体5の渦巻壁の厚さは厚くなる。
【0051】
巻き始め部の構成は、旋回側渦巻体2を固定側渦巻体5の周りに旋回半径eで公転運動させたときに両渦巻体が干渉しないという条件を満足する必要があるが、本実施例では、単一の円弧により内側曲線と外側曲線とを接続する方法を説明する。図25に示す旋回側渦巻体2では、旋回外側曲線2a上で原点Oから旋回半径eの半分の距離にある点Aを通る旋回半径eを半径とする円弧により、旋回内側曲線2bと旋回外側曲線2aはなめらかに接続される。図26に示す固定側渦巻体5では、固定外側曲線5a上で原点O′から旋回半径eの半分の距離にある点Bを通る旋回半径eを半径とする円弧により固定内側曲線5bと固定外側曲線5aはなめらかに接続される。なお、このときの円弧の中心位置は回転の角度αによって変化し、この座標は図22における点A、A′、A″にそれぞれ相当している。
【0052】
回転角度αの変化によるスクロ−ル形状の変化を示す図27から図29に示したことから分かるように、角度αの値により旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の渦巻壁の厚みが変化し、図28、図29から、角度αが同一数値で方向(回転方向に相当)が異なる場合は、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の形状がちょうど入れ替わっていることがわかる。また、行程容積は、吸入終了時の作動室6の面積を比較してもわかるように、図27に示したα=0°の回転しない場合と同じ面積であり、使用材質に応じて固定側と旋回側で渦巻壁の厚さを適宜変化させることができるとともに、第1の実施例と同様にインボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化できる効果がある。なお、ここでは旋回側渦巻体2の外側曲線を回転させた例を挙げたが固定側渦巻体5の方を回転させても同様の構成が実現できる。
【0053】
なお、本実施例における渦巻体の創成法も第1の実施例で述べたものと同様である。また、渦巻体中央部のかみあい状態を拡大して示した図30に示すように、本実施例の渦巻体においても第1の実施例と同様にトップクリアランス容積が零になり、トップクリアランス内流体の再膨張に伴う損失がないという優れた特長を有している。すなわち、図30において、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の最も内側の接触点8、8´で形成される最内室6aは、図30から明らかなように、旋回側渦巻体2が固定側渦巻体5の周りに旋回半径e(=OO´)で、相対的に公転運動を行うと、図30に示す(1)、(2)、(3)、(4)の順に、接触点8、8´で形成される最内室6aの容積が減少し、トップクリアランス容積は零になる。このため、圧縮された流体は無駄な再膨張を引き起こすことなく吐出ポ−ト(図示せず)からすべて外部に吐き出されることになる。なお、図24では省略したが、実際には最内室6aと通じる位置に吐出ポ−トを形成する必要があるので、この吐出ポ−ト部の容積はトップクリアランス容積になるが、この容積は行程容積に比べて小さく実質的に零とみなすことができる。
【0054】
以上のように、本実施例では、渦巻体の巻き始め部構成が図25、図26で示したものについてのみ説明したが、後述するこれ以外の巻き始め部構成でも、同様にトップクリアランス容積を零とすることが可能である。
【0055】
以上は、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線としたときの渦巻壁厚さの異なる渦巻体の構成法を説明したが、渦巻体の内側曲線を基本渦曲線としたときも、基本渦曲線である旋回側渦巻体2の旋回内側曲線2bと固定側渦巻体5の固定内側曲線5bを位相差が180°前後になるように旋回内側曲線2bあるいは固定内側曲線5bを適宜角度αを変化させることにより同様に構成される。一例として図26に式(1)で表される代数螺線を原点Oを中心にα=−30°回転させて旋回内側曲線2b(旋回側渦巻体2の基本渦曲線)とし、固定内側曲線5b(固定側渦巻体の基本渦曲線)は旋回内側曲線2bと位相差が(180°−α)のときのスクロ−ル形状を示す。内側曲線が基本渦曲線の場合は、図31に示した外側曲線が基本渦曲線の場合と回転(角度α)の影響が逆に表われ、α=−30°で、図28のα=30°の場合と同様に旋回側渦巻体2の渦巻壁厚さは厚く、固定側渦巻体5の渦巻壁厚さは薄く構成される。このように構成することにより、渦巻体の材質が異なった場合でも、渦巻体の各部を作用する圧力に対して同様な強度にでき、小型化により軸受荷重が低減されるため圧縮機の信頼性が大幅に向上する。
【0056】
本発明の第4の実施例を図32から図35により説明する。第3の実施例で述べた構成は、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の各々の基本渦曲線は回転はしているものの基本的には同一の数式で表され、式(1)で表される代数螺線を基本とし、代数螺線の指数kをk<1.0にし、代数螺線の係数aも任意の定数に設定した場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、以下、本実施例で示すように、例えば、式(1)で表される代数螺線の係数aあるいは代数螺線の指数kが、偏角θの関数となるようにしても渦巻壁の厚みを適宜変化させることができ、渦巻体の強度を確保しながら、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化できる。この場合、代数螺線の指数kはk<1.0の範囲に限定されなくなる。さらに、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の各々の基本渦曲線を異なる曲線で構成してもよい。
【0057】
図32に示すように、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線とし、旋回側渦巻体2の外側曲線2aと固定側渦巻体5の外側曲線5aは、式(1)で表される代数螺線で代数螺線の指数k、代数螺線の係数aを両者各々異なる数値で構成している。この場合は、渦曲線を回転させる必要はなく、異なる2つの基本渦曲線を適宜選定することにより図19で示した渦巻体と同様の効果を奏する渦巻体を構成することができる。図25、図26では、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線に採ったときの、単一の円弧を接続曲線とする巻き始め部構成を説明したが、本発明の巻き始め部構成はこれに限定されるものではなくこれ以外にも種々の構成が考えられる。図33、図34、図35によりこのように構成された渦巻体の巻き始め部の他の構成を説明する。図33、図34は、渦巻体の外側曲線を基本渦曲線に採った場合、図35は、図31に示したように渦巻体の内側曲線を基本渦曲線に採った場合を示している。図33から図35の各図では、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5を、ともに同一のx−y座標軸で表している。図33は、巻き始め部の接続曲線を2つの円弧で構成した場合で、破線が図25、図26に示した単一円弧の場合である。旋回側渦巻体2は、r1とr2の2つの円弧により外側曲線2aと内側曲線2bが接続され、固定側渦巻体5は、r3とr4の2つの円弧により外側曲線5aと内側曲線5bが接続されている。円弧同士の接続点A、Bは原点O(あるいはO´)より旋回半径eの半分を半径とする円に接しており、円弧r1とr4、円弧r2とr3の中心座標は同じである。
【0058】
図34は、図33と異なり、円弧と直線によって巻き始め部を構成している。円弧半径rは旋回側と固定側が同じ(すなわちr=e)で、円弧に接続する直線は、図33と同様に、原点O(あるいはO´)より旋回半径eの半分を半径とする円に点A、Bで接するようになっている。図35は、図31に示した渦巻体の内側曲線を基本渦曲線に採った場合の巻き始め部構成で、内側曲線2b、5bと外側曲線2a、5aは各々直線で接続されている。この場合、直線は旋回半径eの半分を半径とする円に点A、Bで接するが、この円の中心Cは、原点O(あるいはO´)上にない。
【0059】
以上述べたことから分かるように、渦巻体の巻き始め部を構成する内側曲線と外側曲線とを結ぶ接続線の必要条件は次の通りである。少なくとも内側曲線に内接し、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5を同一座標軸で表したときに、旋回半径eの半分を半径とする円がこれらの接続線間に内接するような任意の曲線(直線、円弧も含む)からなる。このような巻き始め部構成により、説明は省略するが図25と同様にトップクリアランス容積は零になる。
【0060】
本発明の第5の実施例を図36から図43により説明する。図36は、本実施例の渦巻体構成法を説明する平面図であり、巻き始め部において渦巻体の内側曲線と外側曲線がほぼ接続するため、前記したような接続曲線がほとんど不要となり、構成が簡便化されるものである。図36、図37はそれぞれ旋回側と固定側の基本渦曲線と、この基本渦曲線を旋回半径eの半分の半径で円運動させたときに描く円軌跡の包絡線を示し、図38、図39はそれぞれ旋回側と固定側の渦曲線の構成を示す。実線10は旋回側の基本渦曲線で、式(1)で表される代数螺線を原点Oを中心として角度αだけ回転したものである。破線13と14は基本渦曲線10の包絡線で、13が外側包絡線、14が内側包絡線である。また、実線20は固定側の基本渦曲線で、この曲線は旋回側の基本渦曲線10を原点Oの周りに(180°−α)回転させたものである。破線23と24はこの基本渦曲線20の包絡線で、23が外側包絡線、24が内側包絡線である。ここで、渦巻体は複数の密封容積を作るための両渦巻間の接触が幾何学的に保証されるように、以下のように構成される。旋回外側曲線2aは旋回側の基本渦曲線10の内側包絡線14が選ばれ、固定外側曲線5aは固定側の基本渦曲線20の内側包絡線24が選ばれる。渦巻体の内側曲線は、旋回内側曲線2bは固定外側曲線5aと接触するため、固定側の基本渦曲線20の外側包絡線23が選ばれ、固定内側曲線5bは旋回外側曲線2aと接触するため旋回側の基本渦曲線10の外側包絡線13が選ばれる。このように、旋回側の基本渦曲線10と固定側の基本渦曲線20とは同一形状で位相を(180°−α)ずらして構成しているため、旋回側と固定側で渦巻壁の厚みを変化することができるとともに、各渦巻体を構成する内側曲線と外側曲線が巻き始め部でほぼ接続するため、両者間の接続曲線はほとんど不要となり、構成を簡便化できる。以上のように構成することで、基本渦曲線としては、前記した図25に示した場合と同様に種々の曲線を適用することができる。なお、、角度αが0°の場合は旋回側と固定側の渦巻体は同一形状になる。
【0061】
図40から図43は、図36から図39で示した渦曲線構成法における、基本渦曲線の回転(角度α)によるスクロ−ル形状変化図と渦巻体中央部のかみあい状態を示す図(α=30°の場合)である。この図から分かるように、図27から図30で示したのと同様に、角度αの値により、旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の渦巻壁の厚みを変化することができるとともに、各渦巻体の巻き始め部がなめらかな曲線で構成され、トップクリアランス容積も零にできる。
【0062】
本発明の第6の実施例を図44から図47により説明する。図44から図47は、渦巻体構成法を説明する平面図で、図36から図39に示す実施例と同様に巻き始め部において渦巻体の内側曲線と外側曲線がなめらかに接続し、構成が簡便化できるものである。本実施例では、スクロ−ル圧縮機の旋回半径をeとしたとき、e=e1+e2を満足する2つの半径e1とe2を決め、これらの値を適宜選定することにより旋回側渦巻体2と固定側渦巻体5の渦巻壁の厚みを変化することができるものである。図44、図45は旋回側と固定側の基本渦曲線と、この基本渦曲線を半径e1と半径e2で円運動させたときに描く円軌跡の包絡線を示し、図46、図47はそれぞれ旋回側と固定側の渦曲線の構成を示す。実線10は旋回側の基本渦曲線で、式(1)で表される代数螺線である。破線34は基本渦曲線10を半径e1で円運動させたときの外側包絡線、破線35は基本渦曲線10を半径e2で円運動させたときの内側包絡線である。また、実線20は固定側の基本渦曲線で、この曲線は旋回側の基本渦曲線10を原点Oの周りに180°回転させたものである。破線36はこの基本渦曲線20を半径e2で円運動させたときの外側包絡線、破線37は基本渦曲線20を半径e1で円運動させたときの内側包絡線である。ここで、渦巻体は複数の密封容積を作るための両渦巻間の接触が幾何学的に保証されるように、以下のように構成される。旋回外側曲線2aは旋回側の基本渦曲線10の内側包絡線35が選ばれ、固定外側曲線5aは固定側の基本渦曲線20の内側包絡線37が選ばれる。渦巻体の内側曲線は、旋回内側曲線2bは固定外側曲線5a(37)と接触するため、内側包絡線37と旋回半径eの距離だけ隔たった固定側の基本渦曲線20の外側包絡線36が選ばれ、同様に、固定内側曲線5bは旋回外側曲線2a(35)と接触するため、内側包絡線35と旋回半径eの距離だけ隔たった旋回側の基本渦曲線10の外側包絡線34が選ばれる。このように、基本渦曲線10と基本渦曲線20で各々e1、e2の2つの異なる半径の包絡線を考え、e1>e2とすることにより、渦巻きの巻き角によって渦巻壁の厚さが次第に変化するとともに、旋回側渦巻体2は固定側渦巻体5に比べて全体的に渦巻壁の厚さを厚く構成することができる。e1<e2の場合は、反対に固定側渦巻体5の方が旋回側渦巻体2よりも渦巻壁の厚さを厚く構成することができる。
【0063】
以上スクロ−ル形流体機械として圧縮機を例に挙げて、渦巻壁の厚さが渦巻の巻き角に応じて連続的に変化し、かつ、固定側と旋回側で渦巻壁の厚みが異なる渦巻体のもう一つの基本的な渦曲線構成法を述べたが、本発明はこれ以外に膨張機、ポンプにも適用することができる。また、本発明ではスクロ−ルの運動形態として、一方のスクロ−ルが固定しもう一方のスクロ−ルが任意の旋回半径で自転せずに公転運動を行う形式としたが、相対的に上記の運動と等価な運動形態となる両回転式のスクロ−ル形流体機械にも適用することができる。また、渦巻体の基本渦曲線として式(1)で表される代数螺線を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明で明らかにした渦巻体の構成法は、渦巻きの曲率が連続的に変化するなめらかな任意の渦曲線に適用することができる。
【0064】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、代数螺線を基本渦曲線に用いることにより、渦巻体の巻始め部の強度を確保しながら渦巻体を小型化できるため、軸受荷重も小さくなり、信頼性の高いスクロ−ル流体機械を提供できる。また、渦巻壁の厚みを次第に変化させることができるため、渦巻体間の流体の内部漏れが低減され、トップクリアランス容積も小さく、あるいは零にできるためスクロ−ル流体機械の効率を向上することができる。また、このスクロ−ル流体機械を搭載することにより、エネルギ効率に優れ、信頼性の高い空調設備を提供できる。
【0065】
また、渦巻体の材質が旋回側と固定側で異なる場合でも、各々強度的に必要な渦巻壁の厚さを保ちながら、渦巻きの巻き角に応じて渦巻壁の厚さが連続的に変化する渦巻体の構成法を明らかにするとともに、代数螺線を基本渦曲線に用いることにより、渦巻体の巻き始め部の強度を確保しながら、インボリュ−ト曲線よりも渦巻体を小型化することができる。
【0066】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すスクロ−ル圧縮機を搭載した空調設備の構成図である。
【図2】本実施例の旋回スクロ−ルの構成図である。
【図3】図1の横断面図である。
【図4】本実施例のスクロ−ル圧縮機の作動原理を示す平面図である。
【図5】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図6】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図7】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図8】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図9】本実施例のスクロ−ルの巻始め部の形成を説明する図である。
【図10】本実施例のスクロ−ル形状を加工するカッタの軌跡を示す図である。
【図11】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図12】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図13】本実施例のスクロ−ルの巻始め部の形成を説明する図である。
【図14】本実施例の渦巻体中央部のかみ合い状態を示す要部拡大図である。
【図15】本発明の第2の実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図16】本実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図17】本実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図18】本実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図19】本発明の第3の実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図20】スクロ−ル圧縮機の作動原理を説明する図である。
【図21】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図22】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図23】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図24】本実施例のスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図25】本実施例の旋回スクロ−ルの巻き始め部の構成を示す平面図である。
【図26】本実施例の固定スクロ−ルの巻き始め部の構成を示す平面図である。
【図27】角度αを設けた場合のスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図28】角度αを設けた場合のスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図29】角度αを設けた場合のスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図30】渦巻体中央部のかみ合い状態を示す平面図である。
【図31】渦巻体中央部のかみ合い状態を示す平面図である。
【図32】本発明の第4の実施例を示すスクロ−ル形状の平面図である。
【図33】本実施例の巻き始め部の構成を示す平面図である。
【図34】本実施例の巻き始め部の構成を示す平面図である。
【図35】本実施例の巻き始め部の構成を示す平面図である。
【図36】本発明の第5の実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図37】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図38】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図39】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図40】本実施例の角度αの変化によるスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図41】本実施例の角度αの変化によるスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図42】本実施例の角度αの変化によるスクロ−ル形状変化を示す平面図である。
【図43】本実施例における渦巻体中央部のかみ合い状態を示す平面図である。
【図44】本発明の第5の実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図45】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図46】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【図47】本実施例を示すスクロ−ル形状の形成法を説明する図である。
【符号の説明】
1…旋回スクロ−ル、2…旋回側渦巻体、2a…旋回外側曲線、2b…旋回内側曲線、3…端板、4…固定スクロ−ル、5…固定側渦巻体、5a…固定外側曲線、5b…固定内側曲線、6…作動室、6a…最内室、7…吐出ポ−ト、8、8´…接触点、9…クランク軸、10…旋回側基本渦曲線、11、13、34…旋回側基本渦曲線の外側包絡線、12、14、35…旋回側基本渦曲線の内側包絡線、15…フレ−ム、16…オルダムリング、17…モ−タ、18…吸入パイプ、19…吐出パイプ、20…固定側基本渦曲線、21、23、36…固定側基本渦曲線の外側包絡線、22、24、37…固定側基本渦曲線の内側包絡線、30…スクロ−ル圧縮機、31…凝縮器、32…膨張弁、33…蒸発器、O…旋回スクロ−ル中心、O´…固定スクロ−ル中心、e…旋回半径、α…渦曲線の回転の角度、e1、e2…円運動(公転運動)の半径。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a scroll type fluid machine, which is a kind of positive displacement type fluid machine, and more particularly, to a scroll fluid machine in which a curve of a spiral body is formed by an algebraic spiral, a scroll member, and a method for processing the scroll member.
[0002]
[Prior art]
A conventional scroll-type fluid machine is composed of a fixed scroll and a swirling scroll having spiral bodies of the same shape combined eccentrically with each other. The spiral shape generally has a spiral pitch and a spiral wall thickness. A constant involute curve is used. The advantage of using the involute curve as the vortex curve is that the normal pitch of the vortex is constant, so that the inner and outer vortex curves can be processed simultaneously with a single cutter. On the other hand, since the thickness of the spiral wall is constant, the stress at the center of the spiral body, which is at the highest pressure, becomes high, which tends to cause a problem in strength. That is, the thickness is determined from the constraints on strength, the number of turns of the spiral is determined from the operating pressure ratio, which is a design condition, the height and the spiral pitch, etc. of the spiral are determined from the stroke volume, and other constraints on the external dimensions are imposed. The dimensions are determined. In this manner, when one of the shapes of the spiral body, for example, the turning scroll, is determined, the shape of the fixed scroll to be engaged with the shape is determined by selecting the inner envelope of the turning inner curve as the fixed inner curve. In addition, the central part of the spiral has a large internal pressure difference, and thus has the disadvantage that the performance tends to deteriorate due to internal leakage of the fluid. Further, in the involute curve, since the spiral pitch is constant, the rate of volume change is also constant, and is the ratio of the sealed volume at the outermost circumference (stroke volume) to the sealed volume at the innermost circumference within a predetermined dimension. When trying to increase the internal volume ratio, increasing the number of turns of the spiral causes a decrease in the spiral pitch, and a constant spiral wall thickness causes a problem in that the turning radius is reduced and the stroke volume is also reduced.
[0003]
To solve the above problem, US Pat. No. 3,802,809 discloses a known technique for increasing the thickness of the spiral wall near the center of the spiral body to withstand high pressure. Known techniques for changing the internal volume ratio by changing the spiral pitch can be found in U.S. Pat. No. 2,324,168 and JP-A-3-11102.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The structure disclosed in U.S. Pat. No. 3,802,809 solves the problem of strength by increasing the thickness of the spiral wall at the beginning of winding of the spiral body, but the range in which the thickness of the spiral wall is large is limited. Since it is limited to a part at the beginning of winding, the effect of reducing internal leakage of fluid through the end face of the spiral is small. Further, since the thickness of the spiral wall is constant at portions other than the winding start portion, it is impossible to increase both the stroke volume and the internal volume ratio within a predetermined size as in the involute curve.
[0005]
In the case of a scroll type fluid machine disclosed in U.S. Pat. No. 2,324,168 and Japanese Patent Laid-Open No. 3-11102, a structure in which a spiral pitch is changed to change an internal volume ratio is shown. When the spiral pitch is reduced from the outer periphery to the center of the spiral in order to increase the ratio, the thickness of the spiral wall becomes thinner toward the central portion (start of winding) of the spiral, and no consideration is given to strength. Conversely, the thickness of the spiral wall increases toward the outer periphery of the spiral, so that the stroke volume decreases. As described above, the swirl volume and the internal volume ratio can be both increased, and the vortex curve which can reduce the size of the spiral body more than the involute curve at the same stroke volume and the same internal volume ratio was unknown. Further, the geometric theory of the spiral body in which the spiral pitch and the thickness of the spiral wall change, that is, the method of forming the spiral curve and the spiral body, etc., has not been clarified.
[0006]
A first object of the present invention is to provide a scroll fluid machine having a spiral body in which the thickness of the spiral body changes gradually according to the winding angle of the spiral.
[0007]
A second object of the present invention is to provide a scroll fluid machine that can reduce the size of a spiral body compared to an involute curve while maintaining the strength of the spiral body, reduce internal leakage of fluid, and improve performance. Is to do.
[0008]
A third object of the present invention is to provide a scroll fluid machine that can secure the same strength even when the materials of the fixed scroll and the revolving scroll are different.
[0009]
A fourth object of the present invention is to provide a method of processing a scroll member having a spiral body in which the thickness of the spiral body changes gradually according to the winding angle of the spiral.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, a scroll-type fluid machine according to the present invention comprises two scroll members formed by an end plate and a spiral body standing upright on the end plate. In a scroll-type fluid machine which is engaged with each other in a turned state and revolves with a turning radius e so that one scroll member does not apparently rotate with respect to the other scroll member, When the outer vortex curve is an outer curve and the inner vortex curve is an inner curve, the vortex curves of the two vortices are represented by a radial coordinate r, a declination θ, and a coefficient of an algebraic spiral in a polar coordinate format. a, where an index k of an algebraic spiral is an envelope obtained by turning an algebraic spiral represented by the following equation, and the thickness of the wall of the spiral body decreases from the inner circumference to the outer circumference. It is characterized by the following.
[0011]
(Equation 1)
Figure 0003542144
[0012]
In addition, the algebraic screw corresponding to one scroll member has an index k of k <1.0, and the algebraic screw of the other scroll member has rotated the one algebraic screw by about 180 °. It may be something.
[0013]
In order to achieve the second object, a scroll-type fluid machine according to the present invention comprises two scroll members formed by an end plate and a spiral body standing upright on the end plate. A scroll-type fluid machine which engages with each other in a directed state and revolves around a predetermined turning radius so that one scroll member does not apparently rotate with respect to the other scroll member. , The vortex curve of the two spirals is represented by a radial radius r, a deflection angle θ, and an algebraic spiral in a polar coordinate format. Assuming that the coefficient a and the exponent k of the algebraic spiral are k, the envelope consists of an envelope obtained by turning the algebraic spiral represented by the formula (1), and the exponent k of the algebraic spiral corresponds to the argument θ. It is characterized by changing.
[0014]
The algebraic spiral has an index k of k> 1.0 and a coefficient a is set to a constant, and is obtained by changing the index k of the algebraic spiral as a function of the argument θ. Is also good.
[0015]
In order to achieve the third object, a scroll-type fluid machine according to the present invention is configured such that the algebraic spiral of the one scroll member is rotated by an angle α about its origin, and The algebraic spiral of the scroll member is rotated by an angle (180 ° -α) about the origin.
[0016]
Further, the one scroll member may be a revolving scroll member, and a spiral body of the revolving scroll member may be thicker than a spiral body of the other scroll member.
[0017]
In order to achieve the fourth object, a method for processing a scroll member according to the present invention is characterized in that the outer curve and the inner curve of the scroll body of the scroll member are obtained from the envelope when the algebraic spiral is swirled. BecomeOf the scroll provided on one of the scroll members.Outer and inner curvesAlong the lineBy moving the center of the cutterOf the other scroll memberIt is characterized in that the spiral body is processed.
[0018]
[Action]
Of the scroll of both scrollsTo determine the shapeBasic vortex curveToIn a polar coordinate format, a radius r, an angle θ, a coefficient a of an algebraic spiral, and an index k of an algebraic spiral are defined.Expression (1)Since the algebraic spiral is used, the pitch of the spiral can be easily changed only by changing the value of the index k of the algebraic spiral. When the index k is k> 1.0, the pitch of the spiral increases as the spiral angle (deviation θ) increases. Conversely, when k <1.0, the spiral angle (deviation) increases. As the angle θ) increases, the pitch of the spiral decreases.
[0019]
Further, in the apparatus provided with a stationary scroll member and a revolving scroll member each having a spiral body, the clearance volume formed between the contact points in the innermost regions of both the spiral bodies is such that Each spiral body has an algebraic spiral as a basic vortex curve and the thickness of the spiral wall changes gradually according to the spiral angle of the spiral. , The top clearance can be reduced, the re-expansion loss can be reduced, and the efficiency can be improved.
[0020]
In addition, the thickness of the spiral wall is reduced by setting the index k of the algebraic spiral to k <1.0 or by making the algebraic spiral in which the coefficient a or the index k is a function of the argument θ the basic spiral curve of the spiral body. It can be changed as appropriate.
[0021]
The algebraic spiral of the one scroll member is rotated by an angle α about its origin, and the algebraic spiral of the other scroll member is angled (180 ° -α) about the origin. In the rotated one, since the angle α is rotated, it is possible to change the thickness of the two spiral walls by this angle α, and to secure the strength of the spiral even when the materials of both spirals are different. Can be.
[0022]
Further, the radii e1 and e2 have a relationship of the turning radius e and e = e1 + e2, and the respective spiral bodies of both scrolls have outer curves each having an algebraic spiral of both scrolls having a radius e1. , E2, and the inner curve is formed by the outer envelope when the algebraic spirals of both scrolls are turned by the radii e1 and e2, respectively. By changing the magnitude relation and value of the radii e1 and e2, the two spiral walls can be formed with different thicknesses, and the strength of the spiral bodies can be ensured even when the materials of the two spiral bodies are different. Further, it is possible to provide a scroll type fluid machine in which the size of the spiral body can be made smaller than that of the involute curve, the internal leakage of the fluid can be reduced, and the performance can be improved.
[0023]
Outer and inner curves of scroll member scrollIsIt is formed by an envelope when several spirals are swirled,Of the scroll provided on one of the scroll members.By moving the center of the cutter along the outer and inner curvesOf the other scroll memberSince the spiral body is machined, it can be machined continuously, and can be efficiently machined with high dimensional accuracy, such as the tooth side surface.
[0024]
【Example】
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a refrigeration cycle to which the scroll type compressor according to the present embodiment is applied, and FIG. 2 is a plan view of a swirling scroll showing the scroll shape of the scroll type fluid machine according to the present embodiment. FIG. 3, FIG. 3 is a longitudinal sectional view of FIG. 2, FIG. 4 is a view showing the principle of operation, FIGS. 5 to 8 are explanatory views of a method for forming a spiral body, and FIG. FIG. 10 is a diagram for explaining the locus of the cutter.
[0025]
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle mainly includes a scroll compressor 30, a condenser 31, an expansion valve 32, and an evaporator 33. The scroll type compressor 30 has a spiral body having the same shape, and a swirl scroll 1 and a fixed scroll formed by a spiral body in which the thickness of the spiral body changes continuously according to the winding angle of the spiral. 1, a crankshaft 13 for rotating the rotating scroll 1, a frame 14 for supporting the crankshaft 13, an Oldham ring 15 for allowing the orbiting scroll 1 to revolve and prevent a rotating motion, and a crankshaft. A motor 16 for driving the motor 13, a suction pipe 17 and a discharge pipe 18 are provided.
[0026]
In the scroll type compressor constructed as described above, when the motor 16 is energized and the crankshaft 13 rotates, the orbiting scroll 1 revolves without rotating by the Oldham ring 15 and operates. As shown in FIG. 4 showing the principle, the refrigerant is compressed between the scrolls 1 and 4. The compressed high-temperature and high-pressure refrigerant flows into the condenser 31 from the discharge pipe 18 as indicated by an arrow, performs heat exchange, liquefies, is throttled by the expansion valve 32 and adiabatically expands to a low-temperature and low-pressure. After being gasified by heat exchange, it is sucked into the scroll compressor 30 through the suction pipe 17.
[0027]
As shown in FIGS. 2 and 3, the turning scroll 1 is formed by a turning-side spiral body 2 and an end plate 3. The turning-side spiral body 2 is composed of a turning outer curve 2a and a turning inner curve 2b, and the center O of the turning scroll 1 is the origin of the turning outer curve 2a and the turning inner curve 2b. Here, the turning-side spiral body has a turning outer curve 2a.Equation (1)The algebraic spiral represented by is defined as a basic vortex curve, and the index k of the algebraic spiral is set to k <1.0.
[0028]
(Equation 1)
Figure 0003542144
[0029]
Further, the spiral body 5 of the fixed scroll 4 is formed similarly to the spiral body 2 of the revolving scroll 1. The fixed spiral member 5 is composed of a fixed outer curve 5a and a fixed inner curve 5b. The center O 'of the fixed scroll 4 is the origin of the fixed outer curve 5a and the fixed inner curve 5b.Equation (1)The algebraic spiral represented by is rotated by 180 ° about the origin O 'to be a basic vortex curve, and the coefficient a of the algebraic spiral and the index k of the algebraic spiral have the same values as the outer curve 2a.
[0030]
The compression action is performed as follows. As shown in FIG. 4, the stationary spiral body 5 is stationary and the revolving spiral body 2 is revolved around the fixed scroll center O 'without revolving around the rotating radius e (= OO'). A plurality of crescent-shaped closed working chambers 6, 6 formed between the swirling-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 are formed. As shown in FIG. 4, the volumes of the working chambers 6, 90 are 90 °, 180 °, from the state (1) in which the suction of the fluid from the suction port provided on the outer peripheral side of the fixed scroll 4 is completed. As the revolution progresses to 270 °, (2), (3), and (4) and the volume thereof are reduced, and the fluid is compressed. Then, the compressed fluid is finally discharged from the discharge port 7.
[0031]
By configuring the swirling-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 as described later, the thickness t of the spiral wall of the spiral body can be continuously changed from the start to the end of the spiral, and the fluid inside the spiral can be changed. The center of the spiral where the pressure is the highest is thicker and the end of the spiral where the pressure is the lower is thinner, and the strength becomes uniform in proportion to the pressure applied to each part of the spiral wall of the spiral. The volume of the spiral body can be reduced as compared with an involute curve or the like in which the spiral wall has a constant thickness, and the material cost and weight can be reduced. Further, in the range of about one turn from the start of the spiral, the thickness of the spiral wall is configured to be relatively thick, and internal leakage of the fluid can be reduced.
[0032]
Next, a configuration method of the swirling-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 6, 7, and 8. FIG. Here, a case where the outer curve of the spiral body is taken as a basic vortex curve will be described as an example.
[0033]
FIGS. 5 and 6 show the basic vortex curves on the turning side and the fixed side, respectively, and the envelope of the circular locus drawn when the basic vortex curve is circularly moved with the turning radius e. FIGS. The vortex curves on the fixed and fixed sides are shown. Solid line 10 is the basic vortex curve on the turning side,Equation (1)Is an algebraic spiral represented by Dashed lines 11 and 12 are the envelopes of the basic vortex curve 10, 11 is the outer envelope, and 12 is the inner envelope. The fixed-side basic vortex curve 20 shown by the solid line 20 is obtained by rotating the turning-side basic vortex curve 10 around the origin O by 180 °. Dashed lines 21 and 22 are the envelopes of the basic vortex curve 20, 21 is the outer envelope, and 22 is the inner envelope.
[0034]
Here, the solid curve 10 is selected as the turning outer curve 2a, and the solid line 20 is selected as the fixed outer curve 5a, in order to set the outer curve of the spiral body as the basic vortex curve. The inner curve of the spiral is determined as follows so that the contact between the spirals to create a plurality of sealed volumes is geometrically ensured. Since the turning inner curve 2b is in contact with the fixed outer curve 5a, the outer envelope 21 of the fixed-side basic vortex curve 20 is selected, and the fixed inner curve 5b is in contact with the turning outer curve 2a, so that the turning-side basic vortex curve 10 The outer envelope 11 is selected.
[0035]
As described above, the basic spiral curve construction method of the spiral body in which the thickness of the spiral wall continuously changes according to the spiral angle of the spiral has been described. Do not match. The configuration of the winding start portion must satisfy the condition that the two spirals do not interfere with each other when the orbiting spiral 2 is revolved around the fixed spiral 5 with a turning radius e. Therefore, an example of the configuration of the winding start portion will be described with reference to FIG.
[0036]
In FIG. 9, point A represents the start position of the outside turning curve 2a, and point B represents the start position of the inside turning curve 2b. Here, the position of the point A is set to the origin O on the outer turning curve 2a from the condition that the two spirals do not interfere with each other when the orbiting-side spiral 2 revolves around the fixed-side spiral 5 with the turning radius e. Is determined to be a half of the turning radius e. This point A corresponds to point B on the turning inner curve 2b corresponding to the outer envelope 21 of the fixed-side basic vortex curve 20 in FIGS. 5 to 8, and the turning radius e passing through the point A is defined as the radius. The arc will smoothly connect to the turning inner curve 2b at the point B. In addition, the shape of the winding start portion of the fixed-side spiral pair is also formed in the same manner as in the turning side.
[0037]
Next, a method for manufacturing such a spiral body will be described. FIG. 10 shows the locus of the cutter when forming the swirl-side spiral body. For example, by using a cutter (end mill or the like) having a turning radius e as a radius, the center coordinates of the cutter are moved on the outer curve 5a and the inner curve 5b of the fixed-side spiral body 5, thereby continuously turning the spiral body. 2 can be processed, and the dimensional accuracy of the spiral body can be improved and the spiral body can be processed efficiently. On the other hand, when processing the fixed spiral 5, the same processing is performed by moving the center of the cutter on the outer curve 2 a and the inner curve 2 b, which are the spiral curves of the swirling spiral 2.
[0038]
The method of forming a spiral body when the outer curve of the spiral body is a basic spiral curve has been described above. Next, a method of forming a spiral body when the inner curve of the spiral body is a basic spiral curve will be described. 11 and 12 show vortex curves on the turning side and the fixed side, respectively. In this case, since the inner curve of the spiral body is the basic vortex curve, the solid line 10 in FIG. 5 is selected as the turning inner curve 2b, and the solid line 20 in FIG. 6 is selected as the fixed inner curve 5b. The outer curve of the spiral is determined as follows. Since the turning outer curve 2a contacts the fixed inner curve 5b, the inner envelope 22 of the fixed-side basic vortex curve 20 in FIG. 6 is selected, and the fixed outer curve 5a contacts the turning inner curve 2b in FIG. By choosing the inner envelope 12 of the basic vortex curve 10, the contact between the two spirals to create a plurality of sealed volumes is geometrically ensured.
[0039]
Further, at this time, the winding start portion of the spiral body is formed as shown in FIG. 13 unlike the case where the outer curve of the spiral body is used as the basic spiral curve (FIG. 9). In FIG. 13, point A represents the start position of the outer turning curve 2a forming the turning-side spiral body 2, and point B represents the start position of the inner turning curve 2b. The positions of points A and B draw a circle centered on the origin O and have a radius equal to half of the turning radius e, and smoothly connect the turning outside curve 2a and the turning inside line 2b through one point C on the circumference. It is determined by connecting with a straight line. At this time, the point C is an intermediate point of a straight line connecting the points A and B. What has been described above has described the shape of the winding start portion of the turning-side spiral body. However, the fixed-side spiral body is also formed in the same manner as the turning-side spiral body.
[0040]
As described above, the method for forming the spiral body in which the thickness of the spiral wall continuously changes according to the spiral angle of the spiral is described. Further, in the spiral body of the present embodiment, the top clearance volume becomes zero and the top clearance volume becomes zero. An excellent feature not found in the conventional involute curve that there is no loss due to re-expansion of the internal fluidSignhave. FIG. 14 is an enlarged view of a main part of the scroll type compressor according to the present embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 14, the innermost chamber 6 a formed by the innermost contact points 8 and 8 ′ of the swirling-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5, as is apparent from the figure, in this embodiment, When the revolving spiral body 2 relatively revolves around the fixed spiral body 5 with a revolving radius e (= OO '), (1), (2), (3), and (4) in FIG. 2), the volume of the innermost chamber 6a formed by the contact points 8 and 8 'decreases, and the top clearance volume conventionally existing becomes zero. For this reason, all the compressed fluid is discharged to the outside from a discharge port (not shown) without causing unnecessary re-expansion. Although not shown in FIG. 14, since the discharge port must be formed at a position communicating with the innermost chamber 6a, the volume of this discharge port is the top clearance volume. This quantity is very small compared to that and can be considered as substantially zero. Here, the case where the winding start portion of the spiral body is formed as shown in FIG. 9 has been described. However, the description of the winding start portion formed as shown in FIG. 13 is omitted, but the top clearance volume becomes zero similarly.
[0041]
Since the scroll compressor thus formed is applied to a refrigeration cycle or a cycle dedicated to cooling, internal leakage of fluid between the spiral bodies can be reduced, and the top clearance volume becomes zero, so that the efficiency of the compressor is reduced. Is greatly improved. Thus, a highly reliable refrigeration / air-conditioning system having excellent energy efficiency can be obtained.
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the basic vortex curve of the spiral body isEquation (1)The case where the algebraic spiral represented by the following formula is used, the index k of the algebraic spiral is set to k <1.0, and the coefficient a of the algebraic spiral is also set to an arbitrary constant is shown.Equation (1)The coefficient of the algebraic spiral represented by or the index k of the algebraic spiral is a basic vortex curve that becomes a function of the argument θ, so that the thickness of the spiral wall can be appropriately changed. The spiral body can be made smaller than the involute curve while ensuring strength. In this case, the index k of the algebraic spiral is not limited to the range of k <1.0. This embodiment will be described with reference to FIGS.
[0043]
15 and 16 show the basic vortex curve of the spiral body.Equation (1)The scroll shape when the algebraic spiral exponent k is a constant of k> 1.0 and the algebraic spiral coefficient a is also a constant is shown in FIG. FIG. 16 shows the structure of the spiral body at the end of suction (compression start) when used as a compressor. 17 and 18, as in FIGS. 15 and 16, the index k of the algebraic spiral is set to k> 1.0, and the coefficient a of the algebraic spiral is the same constant value as in FIGS. 14 and 15, but the index k is This shows a scroll shape when an algebraic spiral represented by a function of the argument θ is used as a basic vortex curve. Specifically, the index k is a linear function of the argument θ, and the value of k decreases linearly from the beginning to the end of winding. As is apparent from a comparison of FIGS. 16 and 18, in FIGS. 15 and 16 in which the index k of the algebraic spiral is a constant of k> 1.0, the thickness of the spiral wall is equal to the center of the spiral ( The lower the pressure difference, the lower the pressure difference. Conversely, the thickness of the spiral wall increases toward the outer periphery of the spiral, so that the volume (stroke volume) of the outermost working chambers 6, 6 decreases when the outer shape is kept constant. On the other hand, in FIGS. 17 and 18 in which the index k of the algebraic spiral is changed according to the winding angle of the spiral, the index k is k> 1.0, but the thickness of the spiral wall at the beginning of winding has a problem in strength. In the outer periphery of the spiral, the thickness of the spiral wall becomes thinner toward the end of the spiral and the stroke volume increases, as in the case where the index k of the algebraic spiral is k <1.0. As a result of detailed numerical analysis, assuming that the outer shape (diameter and height of the spiral) is constant, the swirl body shown in FIGS. 17 and 18 has a stroke volume increased by about 30% as compared with the spiral body shown in FIGS. However, it was found that the internal volume ratio increased from 2.71 of the former to 2.80 of the latter. Therefore, when the stroke volume and the internal volume ratio are kept constant, the spiral body shown in FIGS. 17 and 18 can reduce the size of the spiral body. Here, the case where the index k changes with a linear function of the argument θ is shown, but the index k may be given by a quadratic, cubic function or logarithmic function of the argument θ. Alternatively, even if the index k is a constant and the coefficient a of the algebraic spiral is changed as a function of the argument θ, the thickness of the spiral wall can be appropriately changed in the same manner, and while maintaining the strength of the spiral body, It is possible to obtain a scroll type compressor in which the size of the spiral body can be reduced more than the involute curve, the internal leakage of the fluid can be reduced, and the performance can be improved.
[0044]
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 19 is a plan view showing a state in which the scrolls are combined, FIG. 20 is a view for explaining the principle of operation, FIGS. 21 to 24 are views for explaining a method of forming the scroll shape, and FIG. 25 is a swivel scroll. 26 is a plan view showing the configuration of the winding start portion of the fixed scroll, and FIGS. 27 to 29 show the change in the shape of the scroll when the angle α is provided. FIG. 30 is a plan view showing a meshing state of the center of the spiral body, and FIG. 31 is a plan view showing a meshing state of the central part of the spiral body.
[0045]
The scroll shape of this embodiment is formed in the same manner as the scroll shape shown in the first embodiment, but in this embodiment, the turning scroll and the fixed scroll are formed so that the materials are different. For example, the turning scroll is made of a lightweight and low-strength material such as an aluminum alloy, and the fixed scroll is made of an ordinary iron-based material having higher strength than the turning scroll. As in the present embodiment, the swirling-side spiral body 2 made of a low-strength material has a generally thicker spiral wall than the fixed-side spiral body 5 having higher strength, and both have almost the same strength. The outer and inner curves of the spiral scroll and the fixed scroll, the origins O and O 'of the spiral curve, and the index k of the algebraic spiral are the same as in the first embodiment. Is set.
[0046]
However, the configuration of the turning-side spiral body 2 is such that the turning outer curve 2a isEquation (1)In order to further increase the thickness of the spiral wall, the algebraic spiral represented by is rotated by an angle α about the origin O as a basic vortex curve as described later. Accordingly, the thicknesses of the spiral walls of the swirl-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 continuously change from the start to the end of the spiral, and the pressure of the internal fluid becomes the highest. The central part is thicker and the end part where the winding pressure becomes low is thinner, so that the volume of the spiral body can be reduced compared to an involute curve with a constant spiral wall thickness, reducing material costs and reducing weight. As much as possible, the spiral wall has a relatively large thickness in the range of about one turn from the start of the spiral, so that the internal leakage of the fluid can be reduced. In addition, the swirling-side spiral body 2 made of a low-strength material has a generally thicker spiral wall than the stationary-side spiral body 5 having higher strength, and both have almost the same strength.
[0047]
The principle of operation is the same as in the first embodiment, as shown in FIG. 20, in which the fixed-side spiral body 5 is stationary and the swivel-side spiral body 2 does not rotate around the fixed scroll center O 'without turning. By making the revolving motion of e (= OO ′), a plurality of crescent-shaped closed spaces, working chambers 6, 6 are formed between the two spiral bodies 2, 5, and the working chambers 6, 6 have a fluid capacity. As the revolution progresses from 90 °, 180 ° and 270 ° from the state (1) where the suction of the fluid has been completed, the volume is reduced to (2), (3) and (4) and the compression action of the fluid is performed. Is
[0048]
Next, a method of forming the swirl-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 in the present embodiment will be described in detail by taking as an example a case where the outer curve of the spiral body is taken as a basic spiral curve. 21 and 22 show the basic vortex curves on the turning side and the fixed side, respectively, and the envelope of the circular locus drawn when the basic vortex curve is circularly moved with the turning radius e. FIGS. The vortex curves on the fixed and fixed sides are shown. Solid line 10 is the basic vortex curve on the turning side,Equation (1)Is obtained by rotating the algebraic spiral represented by the following expression around the origin O by the angle α. Dashed lines 11 and 12 are the envelopes of the basic vortex curve 10, 11 is the outer envelope, and 12 is the inner envelope.
[0049]
Further, a solid line 20 is a basic vortex curve on the fixed side.(180 ° -α)It is rotated. Dashed lines 21 and 22 are the envelopes of the basic vortex curve 20, 21 is the outer envelope, and 22 is the inner envelope. As in the first embodiment, since the outer curve of the spiral body is a basic vortex curve, a solid line 10 is selected as the turning outer curve 2a, a solid line 20 is selected as the fixed outer curve 5a, and the inner curve of the spiral body is The following is determined so that the contact between the spirals to create a plurality of sealed volumes is geometrically guaranteed. Further, since the turning inner curve 2b is in contact with the fixed outer curve 5a, the outer envelope 21 of the fixed-side basic vortex curve 20 is selected, and the fixed inner curve 5b is in contact with the turning outer curve 2a and thus is the fixed-side basic vortex curve. Ten outer envelopes 11 are selected.
[0050]
Here, the turning outer curve 2a 'and the fixed inner curve 5b' shown by the one-dot chain line correspond to the case where the angle α is 0 ° and correspond to the first embodiment, but in the case of the present embodiment, The basic vortex curve 10 on the turning side and the basic vortex curve 20 on the fixed side have the same shape and phase.(180 ° -α)Unlike the scroll shape shown in the first embodiment in which the phase difference is just 180 ° because of the shift, the thickness of the spiral wall can be changed between the fixed side and the turning side. Further, since the inner curve and the outer curve do not match at the beginning of winding of the spiral body, this winding start portion is determined as shown in FIGS. 25 and 26 as an example, as in the first embodiment. FIG. 25 shows the configuration of the winding start portion when the turning outer curve 2a, which is the basic vortex curve, is rotated (angle α) in the turning-side spiral 2, and FIG. The structure of the winding start part of the side spiral body 5 is shown. In the vortex curve shown in the figure, when the solid line does not rotate (α = 0 °), the broken line indicates the solid turning outer curve 2a in a clockwise direction (hereinafter referred to as a positive direction) around the origin O.Angle α timesIn this case, the dash-dot line is turned in the counterclockwise directionAngle-α timesIt is a case where it turned. in this way,Equation (1)The turning outer curve 2a (solid line) consisting of an algebraic spiral represented byAngle α timesBy turning, the thickness of the spiral wall of the swirling-side spiral body 2 increases, and the thickness of the spiral wall of the fixed-side spiral body 5 decreases. And converselyAngle-α timesIn the case of turning, the thickness of the spiral wall of the swirling-side spiral 2 becomes thin, and the thickness of the spiral wall of the fixed-side spiral 5 becomes thick.
[0051]
The configuration of the winding start portion is required to satisfy the condition that both the spirals do not interfere when the orbiting spiral 2 is revolved around the fixed spiral 5 with a radius of rotation e. Now, a method of connecting the inner curve and the outer curve with a single arc will be described. In the turning-side spiral body 2 shown in FIG. 25, the turning inside curve 2b and the turning outside curve 2a are formed by an arc having a turning radius e passing through a point A located at a half distance of the turning radius e from the origin O on the turning outside curve 2a. The curve 2a is connected smoothly. In the fixed-side spiral body 5 shown in FIG. 26, the fixed inner curve 5b and the fixed outer curve 5a are formed by an arc having a turning radius e passing through a point B which is a half of the turning radius e from the origin O 'on the fixed outer curve 5a. The curve 5a is smoothly connected. Note that the center position of the arc at this time changes depending on the rotation angle α, and the coordinates correspond to points A, A ′, and A ″ in FIG. 22, respectively.
[0052]
As can be seen from FIGS. 27 to 29 showing the change in the scroll shape due to the change in the rotation angle α, the thickness of the spiral wall of the swirling-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 depends on the value of the angle α. 28 and FIG. 29, when the angle α is the same numerical value and the direction (corresponding to the rotation direction) is different, it can be seen that the shapes of the swirling-side spiral 2 and the fixed-side spiral 5 are just interchanged. Further, as can be seen by comparing the area of the working chamber 6 at the end of the suction, the stroke volume is the same as that of the case where the rotation is not performed at α = 0 ° shown in FIG. In addition, the thickness of the spiral wall can be appropriately changed on the turning side and the spiral body can be made smaller than the involute curve as in the first embodiment. Here, an example in which the outer curve of the swirl-side spiral body 2 is rotated has been described, but the same configuration can be realized by rotating the fixed-side spiral body 5.
[0053]
The method for creating a spiral body in the present embodiment is the same as that described in the first embodiment. Further, as shown in FIG. 30 in which the meshing state of the center portion of the spiral body is enlarged, also in the spiral body of the present embodiment, the top clearance volume becomes zero similarly to the first embodiment, and the fluid in the top clearance is reduced. It has an excellent feature that there is no loss due to re-expansion. That is, in FIG. 30, the innermost chamber 6 a formed by the innermost contact points 8 and 8 ′ of the swirling-side spiral 2 and the fixed-side spiral 5 is, as is clear from FIG. Performs relatively revolving motion around the fixed-side spiral body 5 with a turning radius e (= OO ′), the order of (1), (2), (3), and (4) shown in FIG. The volume of the innermost chamber 6a formed by the contact points 8, 8 'decreases, and the top clearance volume becomes zero. For this reason, all the compressed fluid is discharged to the outside from a discharge port (not shown) without causing useless re-expansion. Although not shown in FIG. 24, since the discharge port must be formed at a position communicating with the innermost chamber 6a, the volume of the discharge port is the top clearance volume. Is smaller than the stroke volume and can be regarded as substantially zero.
[0054]
As described above, in the present embodiment, only the configuration of the winding start part of the spiral body shown in FIGS. 25 and 26 has been described. It can be zero.
[0055]
The above describes the method of constructing a spiral body with a different spiral wall thickness when the outer curve of the spiral body is used as the basic vortex curve.However, when the inner curve of the spiral body is used as the basic vortex curve, The angle α of the turning inside curve 2b or the fixed inside curve 5b is appropriately changed so that the phase difference between the turning inside curve 2b of a certain turning side spiral 2 and the fixed inside curve 5b of the fixed side spiral 5 becomes about 180 °. Is similarly configured. FIG. 26 shows an example.Equation (1)Is rotated by α = −30 ° around the origin O to form a turning inner curve 2b (basic vortex curve of the turning-side spiral body 2), and a fixed inner curve 5b (basic vortex of the fixed-side spiral body). Curve) has a phase difference with the turning inside curve 2b.(180 ° -α)The scroll shape at the time of is shown. When the inner curve is the basic vortex curve, the effect of the rotation (angle α) is opposite to that when the outer curve shown in FIG. 31 is the basic vortex curve, and α = −30 ° and α = 30 in FIG. As in the case of °, the spiral wall thickness of the swirling-side spiral body 2 is thick and the spiral wall thickness of the fixed-side spiral body 5 is thin. With this configuration, even if the material of the spiral body is different, the same strength can be obtained for the pressure acting on each part of the spiral body, and the bearing load is reduced by downsizing, so the reliability of the compressor is reduced. Is greatly improved.
[0056]
A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the configuration described in the third embodiment, although the basic vortex curves of the swirl-side spiral 2 and the fixed-side spiral 5 rotate, they are basically expressed by the same mathematical formula,Equation (1)Although the algebraic spiral represented by 基本 is basically used, the index k of the algebraic spiral is set to k <1.0, and the coefficient a of the algebraic spiral is set to an arbitrary constant. However, the present invention is not limited to this. In the following, as shown in the present embodiment, for example,Equation (1)Even if the coefficient a of the algebraic spiral or the index k of the algebraic spiral represented by is a function of the argument θ, the thickness of the spiral wall can be appropriately changed, and the strength of the spiral body is secured. The spiral body can be made smaller than the involute curve. In this case, the index k of the algebraic spiral is not limited to the range of k <1.0. Furthermore, the basic vortex curves of the swirl-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 may be configured by different curves.
[0057]
As shown in FIG. 32, the outer curve of the spiral is a basic spiral curve, and the outer curve 2a of the swirl-side spiral 2 and the outer curve 5a of the fixed-side spiral 5 are:Equation (1)The exponent k of the algebraic spiral and the coefficient a of the algebraic spiral are represented by different numerical values. In this case, it is not necessary to rotate the vortex curve, and a spiral body having the same effect as the spiral body shown in FIG. 19 can be formed by appropriately selecting two different basic vortex curves. In FIGS. 25 and 26, the winding start portion configuration in which a single arc is used as the connection curve when the outer curve of the spiral body is used as the basic vortex curve has been described. The present invention is not limited thereto, and various other configurations can be considered. 33, 34, and 35, another configuration of the winding start portion of the spiral body configured as described above will be described. 33 and 34 show the case where the outer curve of the spiral is taken as the basic spiral curve, and FIG. 35 shows the case where the inner curve of the spiral is taken as the basic spiral curve as shown in FIG. In each of FIGS. 33 to 35, the turning-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 are both represented by the same xy coordinate axis. FIG. 33 shows a case where the connection curve at the winding start portion is composed of two arcs, and a broken line shows the case of a single arc shown in FIGS. 25 and 26. The outer-side curve 2a and the inner-side curve 2b are connected by two arcs r1 and r2 in the revolving-side spiral body 2, and the outer-side curve 5a and the inner curve 5b are connected by the two side arcs r3 and r4 in the fixed-side spiral body 5. Have been. The connection points A and B between the arcs are in contact with a circle whose radius is half the turning radius e from the origin O (or O '), and the center coordinates of the arcs r1 and r4 and the arcs r2 and r3 are the same.
[0058]
FIG. 34 differs from FIG. 33 in that the winding start portion is constituted by an arc and a straight line. The arc radius r is the same on the turning side and the fixed side (ie, r = e), and the straight line connected to the arc is a circle having a radius equal to half of the turning radius e from the origin O (or O ′) as in FIG. The points A and B are in contact with each other. FIG. 35 shows a winding start configuration in which the inner curve of the spiral body shown in FIG. 31 is used as a basic vortex curve. The inner curves 2b and 5b and the outer curves 2a and 5a are connected by straight lines. In this case, the straight line touches a circle having a radius equal to half of the turning radius e at points A and B, but the center C of this circle is not on the origin O (or O ').
[0059]
As can be understood from the above description, the necessary conditions of the connecting line connecting the inner curve and the outer curve constituting the winding start portion of the spiral body are as follows. When the swirl-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 are inscribed at least in the inner curve and are represented by the same coordinate axis, a circle having a radius of half of the swirl radius e is inscribed between these connection lines. It consists of curves (including straight lines and arcs). With such a winding start configuration, the top clearance volume becomes zero as in FIG.
[0060]
A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 36 is a plan view for explaining the spiral body forming method of this embodiment. Since the inner curve and the outer curve of the spiral body are almost connected at the start of winding, the connection curve as described above is almost unnecessary, and Is simplified. 36 and 37 show the basic vortex curves on the turning side and the fixed side, respectively, and the envelope of the circular locus drawn when the basic vortex curve is circularly moved with a radius of half the turning radius e. Reference numeral 39 indicates the configuration of the swirl side and the fixed side vortex curves, respectively. Solid line 10 is the basic vortex curve on the turning side,Equation (1)Is obtained by rotating the algebraic spiral represented by the following expression around the origin O by the angle α. Dashed lines 13 and 14 are the envelopes of the basic vortex curve 10, 13 is the outer envelope, and 14 is the inner envelope. Further, a solid line 20 is a basic vortex curve on the fixed side.(180 ° -α)It is rotated. Dashed lines 23 and 24 are the envelopes of the basic vortex curve 20, 23 is the outer envelope, and 24 is the inner envelope. Here, the spiral body is configured as follows so that the contact between the spirals for creating a plurality of sealed volumes is geometrically ensured. As the turning outer curve 2a, the inner envelope 14 of the turning-side basic vortex curve 10 is selected, and as the fixed outer curve 5a, the inner envelope 24 of the fixing-side basic vortex curve 20 is selected. As the inner curve of the spiral body, since the turning inner curve 2b contacts the fixed outer curve 5a, the outer envelope 23 of the fixed-side basic vortex curve 20 is selected, and the fixed inner curve 5b contacts the turning outer curve 2a. The outer envelope 13 of the turning-side basic vortex curve 10 is selected. Thus, the basic vortex curve 10 on the turning side and the basic vortex curve 20 on the fixed side have the same shape and phase.(180 ° -α)Because the structure is shifted, the thickness of the spiral wall can be changed between the swivel side and the fixed side, and the inner curve and the outer curve that constitute each spiral body are almost connected at the winding start part, Almost no connection curve is required, and the configuration can be simplified. With the configuration described above, various curves can be applied as the basic vortex curve as in the case shown in FIG. 25 described above. When the angle α is 0 °, the spiral bodies on the turning side and the fixed side have the same shape.
[0061]
FIGS. 40 to 43 are diagrams showing the change in the scroll shape due to the rotation (angle α) of the basic vortex curve and the meshing state at the center of the spiral body in the vortex curve construction method shown in FIGS. 36 to 39 (α). = 30 °). As can be seen from this figure, the thicknesses of the spiral walls of the swirl-side spiral body 2 and the fixed-side spiral body 5 can be changed according to the value of the angle α, as shown in FIGS. 27 to 30. The winding start part of each spiral body is constituted by a smooth curve, and the top clearance volume can be made zero.
[0062]
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 44 to 47 are plan views for explaining a method of forming a spiral body. As in the embodiment shown in FIGS. 36 to 39, the inner curve and the outer curve of the spiral body are smoothly connected at the winding start portion, and the structure is changed. It can be simplified. In this embodiment, assuming that the turning radius of the scroll compressor is e, two radii e1 and e2 satisfying e = e1 + e2 are determined, and these values are appropriately selected to fix the scroll side spiral body 2 to the swirling side spiral body 2. The thickness of the spiral wall of the side spiral body 5 can be changed. 44 and 45 show the basic vortex curves on the turning side and the fixed side, and the envelopes of circular trajectories drawn when the basic vortex curves are circularly moved with the radius e1 and the radius e2. FIGS. 46 and 47 show, respectively. The configuration of the swirl side and fixed side vortex curves is shown. Solid line 10 is the basic vortex curve on the turning side,Equation (1)Is an algebraic spiral represented by A broken line 34 is an outer envelope when the basic vortex curve 10 is circularly moved at the radius e1, and a broken line 35 is an inner envelope when the basic vortex curve 10 is circularly moved at the radius e2. A solid line 20 is a fixed-side basic vortex curve, which is obtained by rotating the turning-side basic vortex curve 10 by 180 ° around the origin O. A broken line 36 is an outer envelope when the basic vortex curve 20 is circularly moved at the radius e2, and a broken line 37 is an inner envelope when the basic vortex curve 20 is circularly moved at the radius e1. Here, the spiral body is configured as follows so that the contact between the spirals for creating a plurality of sealed volumes is geometrically ensured. As the turning outer curve 2a, the inner envelope 35 of the turning-side basic vortex curve 10 is selected, and as the fixed outer curve 5a, the inner envelope 37 of the fixing-side basic vortex curve 20 is selected. As for the inner curve of the spiral body, since the turning inner curve 2b is in contact with the fixed outer curve 5a (37), the outer envelope 36 of the fixed-side basic vortex curve 20 separated from the inner envelope 37 by the distance of the turning radius e is formed. Similarly, the fixed inner curve 5b comes into contact with the turning outer curve 2a (35), so the outer envelope 34 of the turning-side basic vortex curve 10 separated by the distance of the turning radius e from the inner envelope 35 is selected. It is. As described above, the envelopes of two different radii e1 and e2 are considered in the basic vortex curve 10 and the basic vortex curve 20, respectively, and by setting e1> e2, the thickness of the spiral wall gradually changes depending on the spiral angle of the spiral. At the same time, the swirling-side spiral body 2 can be configured so that the thickness of the spiral wall as a whole is larger than that of the fixed-side spiral body 5. In the case of e1 <e2, conversely, the fixed-side spiral body 5 can be configured to have a larger spiral wall thickness than the swirl-side spiral body 2.
[0063]
Taking a compressor as an example of a scroll type fluid machine, the thickness of the spiral wall changes continuously according to the winding angle of the spiral, and the thickness of the spiral wall differs between the fixed side and the swirling side. Although another basic vortex curve construction method of the body has been described, the present invention can be applied to expanders and pumps. Further, in the present invention, as a form of movement of the scroll, one scroll is fixed and the other scroll performs a revolving motion without rotating at an arbitrary turning radius. The present invention can also be applied to a scroll type fluid machine of both rotation type having a motion form equivalent to the motion of the above. Also, as the basic vortex curve of the spiral bodyEquation (1)Although an algebraic spiral represented by is used, the present invention is not limited to this, and the method of constructing the spiral body disclosed in the present invention is a smooth arbitrary one in which the curvature of the spiral changes continuously. Can be applied to vortex curves.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by using an algebraic spiral for the basic vortex curve, the spiral body can be downsized while securing the strength of the winding start portion of the spiral body, so that the bearing load is also reduced, A highly reliable scroll fluid machine can be provided. Further, since the thickness of the spiral wall can be gradually changed, the internal leakage of the fluid between the spiral bodies is reduced, and the top clearance volume can be reduced or reduced to zero, thereby improving the efficiency of the scroll fluid machine. it can. Further, by installing the scroll fluid machine, it is possible to provide a highly reliable air-conditioning system with excellent energy efficiency.
[0065]
Further, even when the material of the spiral body is different between the turning side and the fixed side, the thickness of the spiral wall continuously changes according to the winding angle of the spiral, while maintaining the required strength of the spiral wall. In addition to clarifying the structure of the spiral, the use of algebraic spirals for the basic vortex curve allows the spiral body to be smaller than the involute curve while ensuring the strength of the winding start of the spiral. it can.
[0066]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioner equipped with a scroll compressor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a revolving scroll of the present embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of FIG.
FIG. 4 is a plan view showing the operation principle of the scroll compressor of the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 8 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 9 is a diagram for explaining the formation of the winding start portion of the scroll according to the present embodiment.
FIG. 10 is a diagram showing a locus of a cutter for processing a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 11 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 13 is a view for explaining the formation of the winding start portion of the scroll according to the present embodiment.
FIG. 14 is an enlarged view of a main part showing a meshing state of a center portion of a spiral body according to the embodiment.
FIG. 15 is a scroll-shaped plan view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a plan view of a scroll shape showing the embodiment.
FIG. 17 is a plan view of a scroll shape showing the embodiment.
FIG. 18 is a plan view of a scroll shape showing the embodiment.
FIG. 19 is a plan view of a scroll shape showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a diagram for explaining the operation principle of the scroll compressor.
FIG. 21 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 22 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 23 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 24 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 25 is a plan view showing a configuration of a winding start portion of the revolving scroll according to the present embodiment.
FIG. 26 is a plan view showing a configuration of a winding start portion of the fixed scroll according to the present embodiment.
FIG. 27 is a plan view showing a change in scroll shape when an angle α is provided.
FIG. 28 is a plan view showing a change in scroll shape when an angle α is provided.
FIG. 29 is a plan view showing a change in scroll shape when an angle α is provided.
FIG. 30 is a plan view showing the meshing state of the center of the spiral.
FIG. 31 is a plan view showing a meshing state of a central part of a spiral body.
FIG. 32 is a scroll-shaped plan view showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a plan view illustrating a configuration of a winding start portion according to the present embodiment.
FIG. 34 is a plan view showing a configuration of a winding start portion of the present embodiment.
FIG. 35 is a plan view showing a configuration of a winding start portion of the present embodiment.
FIG. 36 is a view illustrating a method of forming a scroll shape according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 38 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 39 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 40 is a plan view showing a scroll shape change due to a change in the angle α in the present embodiment.
FIG. 41 is a plan view showing a scroll shape change due to a change in the angle α in this embodiment.
FIG. 42 is a plan view showing a scroll shape change due to a change in the angle α in this embodiment.
FIG. 43 is a plan view showing an engaged state of the center of the spiral body in the present embodiment.
FIG. 44 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 45 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 46 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
FIG. 47 is a diagram illustrating a method of forming a scroll shape according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... turning scroll, 2 ... turning side spiral body, 2a ... turning outside curve, 2b ... turning inside curve, 3 ... end plate, 4 ... fixed scroll, 5 ... fixed side spiral body, 5a ... fixed outside curve 5b: fixed inner curve, 6: working chamber, 6a: innermost chamber, 7: discharge port, 8, 8 '... contact point, 9: crankshaft, 10: turning-side basic vortex curve, 11, 13, 34: outer envelope of the turning-side basic vortex curve, 12, 14, 35 ... inner envelope of the turning-side basic vortex curve, 15: frame, 16: Oldham ring, 17: motor, 18: suction pipe, 19: discharge pipe, 20: fixed-side basic vortex curve, 21, 23, 36 ... fixed-side basic vortex curve outer envelope, 22, 24, 37 ... fixed-side basic vortex curve inner envelope, 30 ... scroll Compressor, 31: condenser, 32: expansion valve, 33: evaporator, O: center of rotating scroll, O ': solid Constant scroll center, e: turning radius, α: angle of rotation of vortex curve, e1, e2: radius of circular motion (revolving motion).

Claims (9)

端板とこれに直立している渦巻体とで形成された2つのスクロ−ル部材が渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合っており、一方のスクロ−ル部材が他方のスクロ−ル部材に対して見かけ上自転しないように旋回半径eで公転運動するスクロ−ル形流体機械において、前記渦巻体の外側の渦曲線を外側曲線、前記渦巻体の内側の渦曲線を内側曲線としたときに、前記2つの渦巻体の渦曲線が、極座標形式で動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、次の式で表される代数螺線を旋回させて得られる包絡線からなり、前記渦巻体の壁の厚さが内周から外周に薄くなることを特徴とするスクロ−ル形流体機械。
Figure 0003542144
Two scroll members formed by an end plate and a spiral body standing upright are engaged with each other with the spiral body facing inward, and one scroll member is the other scroll member. In a scroll-type fluid machine that revolves around the turning radius e so that it does not seem to rotate, the vortex curve outside the spiral is an outer curve, and the vortex curve inside the spiral is an inner curve. When the vortex curves of the two spiral bodies are a radial radius r, a deflection angle θ, a coefficient a of an algebraic spiral, and an index k of an algebraic spiral in a polar coordinate format, an algebraic spiral represented by the following equation: A scroll type fluid machine comprising an envelope obtained by swirling the spiral, wherein the thickness of the wall of the spiral body decreases from the inner circumference to the outer circumference.
Figure 0003542144
前記代数螺線の指数kが偏角θに対応して変化する請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。2. The scroll-type fluid machine according to claim 1, wherein the index k of the algebraic spiral changes in accordance with the argument θ. 前記両スクロール部材の渦巻体の外側曲線は、それぞれのスクロール部材の代数螺線の内側包絡線からなり、前記両スクロ−ル部材の渦巻体の内側曲線は、互いに他のスクロール部材の代数螺線の外側包絡線からなる請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。 The outer curves of the scrolls of the scroll members are formed by the inner envelopes of the algebraic spirals of the respective scroll members, and the inner curves of the scrolls of the scroll members are formed by the algebraic spirals of the other scroll members. 2. The scroll-type fluid machine according to claim 1, comprising an outer envelope of the scroll. 半径e1、e2が前記旋回半径eとe=e1+e2の関係を有し、前記2つのスクロ−ル部材のそれぞれの渦巻体は、前記外側曲線がそれぞれのスクロール部材の代数螺線をそれぞれ半径e1、e2で旋回運動させたときの内側包絡線からなり、前記内側曲線が他のスクロ−ル部材の代数螺線をそれぞれ半径e1、e2で旋回運動させたときの外側包絡線からなる請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。Radius e1, e2 has a relation of the turning radius e and e = e1 + e2, the two scroll - each of the spiral of the seal member, the outer curve radius algebraic spiral of the respective scroll members respectively e1, 2. The inner curve when the swirling motion is performed at e2, and the inner curve includes the outer envelope when swirling the algebraic spirals of the other scroll members at the radii e1 and e2, respectively. Scroll type fluid machinery. 前記一方のスクロール部材の代数螺線はその指数kがk<1.0であり、前記他方のスクロール部材の代数螺線は前記一方の代数螺線を180°前後回転したものである請求項1に記載のスクロ−ル形流体機械。The algebraic spiral of the one scroll member has an index k of k <1.0, and the algebraic spiral of the other scroll member is obtained by rotating the one algebraic spiral by about 180 °. 2. A scroll fluid machine according to claim 1. 前記一方のスクロール部材の代数螺線はその指数kがk>1.0であり、かつ係数aが定数に設定されたものであり、前記代数螺線の指数kを偏角θの関数として変化させた請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。The algebraic spiral of the one scroll member has an index k of k> 1.0 and the coefficient a is set to a constant, and changes the index k of the algebraic spiral as a function of the argument θ. The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein 前記一方のスクロ−ル部材の代数螺線がその原点を中心として角度α回転されたものであって、前記他方のスクロ−ル部材の代数螺線が原点を中心として角度(180°−α)回転されたものである請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。The algebraic spiral of the one scroll member is rotated about the origin by an angle α , and the algebraic spiral of the other scroll member is an angle (180 ° ) about the origin. The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein the scroll type fluid machine is rotated. 前記一方のスクロ−ル部材が旋回スクロ−ル部材であって、旋回スクロ−ル部材の渦巻体の厚さが他方のスクロ−ル部材の渦巻体の厚さより厚い請求項1記載のスクロ−ル形流体機械。2. The scroll according to claim 1, wherein said one scroll member is a revolving scroll member, and a spiral body of the revolving scroll member is thicker than a spiral body of the other scroll member. Type fluid machinery. 端板とこれに直立している渦巻体とで形成された2つのスクロ−ル部材が渦巻体を内側に向けた状態で互いにかみ合っており、一方のスクロ−ル部材が他方のスクロ−ル部材に対して見かけ上自転しないように旋回半径eで公転運動するスクロ−ル形流体機械のスクロール部材加工方法において、前記渦巻体の外側の渦曲線を外側曲線、前記渦巻体の内側の渦曲線を内側曲線としたときに、前記2つの渦巻体の渦曲線が、極座標形式で動径r、偏角θ、代数螺線の係数a、代数螺線の指数kとしたとき、次の式で表される代数螺線を旋回させたときの包絡線からなり、前記渦巻体の壁の厚さが内周から外周に薄くなるスクロ−ル部材であって、両スクロール部材のうちの一方のスクロール部材に設けられた渦巻体の前記外側曲線および内側曲線上に沿ってカッタの中心を移動させ、他方のスクロール部材の渦巻体の加工を行うスクロール形流体機械のスクロ−ル部材加工方法。
Figure 0003542144
Two scroll members formed by an end plate and a spiral body standing upright are engaged with each other with the spiral body facing inward, and one scroll member is the other scroll member. In a method for processing a scroll member of a scroll-type fluid machine that revolves with a turning radius e so that it does not seem to rotate, a spiral curve outside the spiral body is defined as an outer curve, and a spiral curve inside the spiral body is defined as an outer curve. Assuming that the vortex curves of the two spiral bodies are an inner curve, a radial coordinate r, a deflection angle θ, a coefficient a of an algebraic spiral, and an index k of an algebraic spiral are expressed by the following formulas in a polar coordinate format. A scroll member comprising an envelope when the algebraic spiral to be turned is turned, wherein the thickness of the wall of the spiral body is reduced from the inner circumference to the outer circumference, and one of the scroll members is a scroll member. The outer curve and the inner curve of the spiral body provided at Move the center of the cutter along the top, the scroll type fluid machine of the scroll for machining of the spiral of the other scroll member - Le member machining method.
Figure 0003542144
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