JP3744288B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクロール圧縮機に関するもので、特に、冷凍機や空調機等に用いられる冷媒ガス用圧縮機に好適なスクロール圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９には、例えば特開昭５９−９９０８５号公報に開示された従来のスクロール圧縮機の構成と動作を模式的に表す。図において、１は固定側鏡板（図示せず）とこの固定側鏡板上に直立して形成された渦巻状の固定側ラップ３からなる固定スクロール、４は旋回側鏡板（図示せず）とこの旋回側鏡板上に直立して形成された渦巻状の旋回側ラップ６からなる旋回スクロールであり、この固定側ラップ３と旋回側ラップ６とを互いに干渉することなく組み合せ、旋回スクロール４を固定スクロール１に対して自転させることなく公転させることにより、この固定側ラップ３と旋回側ラップ６および前記の固定側鏡板と旋回側鏡板とによって形成された圧縮室２１および２２の容積を徐々に減少させ、圧縮室２１、２２内に吸込まれた冷媒ガスを圧縮した後、固定スクロール１の固定側鏡板に形成された吐出口１９から吐出するよう構成されている。
【０００３】
以下、図９の（１）〜（４）を用いて、この従来装置の動作について詳しく説明する。まず、図９（１）においては、固定側ラップ３の内壁面３ｉと旋回側ラップ６の外壁面６ｏとによって形成された圧縮室２１および固定側ラップ３の外壁面３ｏと旋回側ラップ６の内壁面６ｉとによって形成された圧縮室２２内には各ラップ３、６の外側端部から吸込まれた冷媒ガスが封入されている。この状態で、旋回スクロール４が固定スクロール１に対して時計方向に９０度および１８０度回転すると、それぞれ、図９（２）、（３）で示される状態となり、旋回スクロール４の回転に伴って圧縮室２１および２２の容積が減少し、内部の作動ガスが圧縮される。
【０００４】
次に、旋回スクロール４がさらに回転して、回転角度が２７０度になると、図９（４）の状態となり、圧縮室２１および２２内の冷媒ガスは、図９（３）と図９（４）の中間で吐出口１９に連通する最内室２３に一体化される。続いて、旋回スクロール４が３６０度回転すると図９（１）の状態に戻り、この間、各ラップ３、６の外側端部に生じた間隙から圧縮室２１および２２内に新しい冷媒ガスが吸込まれるとともに、図９（４）で最内室２３内に一体化された冷媒ガスは、図９（２）〜（３）へと旋回スクロール４がさらに回転されることにより、最内室２３内でさらに圧縮され、吐出圧力となった時点で、固定スクロール１の固定側鏡板上に形成された吐出口１９から外部に吐出される。
【０００５】
図１０には、上記図９に示された固定スクロール１の固定側ラップ３の渦巻きの始点近傍の詳細な構造を示す。図に示すように、固定側ラップ３の内壁面３ｉは、内向面インボリュート曲線５１とこの内向面インボリュート曲線５１に滑らかに接続する大円５２により、また、外壁面３ｏは、外向面インボリュート曲線５３により構成されている。また、渦巻きの始点となる中心先端部３ｃは内壁面３ｉと外壁面３ｏに滑らかに接続する小円５４で構成されており、大円５２および小円５４の半径RlおよびRsは、インボリュート基礎円の半径（a）、インボリュートの歯厚角（α）、渦巻きの巻始め部の定義角（β）によって、
Rs=a*(1/(2*(π-β))+α-β/2) （１）
Rl=a*(1/(2*(π-β))+(π-α)-β/2) （２）
となるよう構成されている。
【０００６】
なお、図中、点１００は大円５２の中心、点２００は小円５４の中心、点３００は内向面インボリュート曲線５１と大円５２の接続点、点４００および５００は小円５４と外向面インボリュート曲線５３および大円５２の接続点であり、点３００を始点とする破線は内壁面３ｉの内向面インボリュート曲線５１を渦巻きの始点まで延長した場合の仮想曲線である。また、この特開昭５９−９９０８５号公報に開示されたスクロール圧縮機では、固定スクロール１の固定側ラップ３と旋回スクロール４の旋回側ラップ６とは、全く同一形状に構成されている。
【０００７】
図１１には、上記図１０のような特性曲線を有するスクロール圧縮機の図９（２）〜図９（４）の過程でのラップ３および６の中心先端部３ｃ、６ｃの位置変化の様子を示す。図１１に示すように、このスクロール圧縮機では、旋回スクロール４の旋回時に旋回スクロール４と固定スクロール１の側面接触点が小円５４と大円５２の接続点５００に至るまで継続するので、ラップ３および６によって形成された最内室２３の容積が旋回スクロール４の回転に伴って実質的に零となるまで圧縮することができ、最内室２３が圧縮室２１および２２に連通する際に、最内室２３で圧縮された高圧の冷媒ガスが再度圧縮室２１、２２に逆流することがなく、圧縮に用いられた動力の損失が少ない圧縮機を得ることができる。
【０００８】
また、渦巻きの始点近傍をインボリュート曲線５１で構成する場合（図１０中の破線）に比べて、ラップの歯厚（ｔｓ）を厚くできるので、渦巻の強度が向上するといった特徴がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図９ないし図１１に示した従来のスクロール圧縮機では、ラップ３および６によって形成された最内室２３の容積が旋回スクロール４の回転に伴って実質的に零となるまで圧縮されるよう構成されているため、内部容積比が大きくなって過圧縮ロスを生じるといった問題点があった。
【００１０】
また、ラップ３および６の渦巻きの始点近傍の外壁面３ｏ、６ｏをインボリュート曲線で、内壁面３ｉ、６ｉを円弧で構成しているため、この部分の歯厚（ｔｓ）が厚くなり、この結果、吐出口１９の設置スペースが限定され、冷媒ガスの流路面積が狭くなって吐出時の圧力損失が増大し、圧縮機の効率が低下するといった問題点があった。
【００１１】
さらに、この従来装置においては、固定スクロール１および旋回スクロール４のラップ３、６を同一形状としているため、固定スクロール１と旋回スクロール４とを異なる材料で構成する場合に、材料強度の低い方に合わせて各部の寸法を決定すると、もう一方にとっては過剰設計になるといった問題点もあった。
【００１２】
これに対して、特開平１０−１６９５７４号公報には、固定スクロールの吐出口の周囲に溝形状の段差部を設けるとともに、ラップの中心先端部に切り欠き部を設け、作動ガスの吐出過程時の通路を確保することにより、油の流動に伴う通路損失と過圧縮による動力損失の低減を図るとともに、油圧縮を防止するよう構成したスクロール型ヘリウム圧縮機が開示されている。しかしながら、このスクロール圧縮機においても、前記切り欠き部をラップの中心先端部のみに設けたため、圧縮室と最内室とが前記段差部によって連通する時点では、前記切り欠き部が流路として機能せず、圧縮室から最内室間への作動ガスの流路を十分に大きくできないといった問題点があった。また、圧縮室から最内室への作動ガスの流路面積を大きくするためには、この切り欠き部の流路を大きくする必要があるが、この場合、圧縮室と最内室が連通するタイミングが変化し、圧縮比が変化することにより、所定の圧力が得られなくなるといった問題点もあった。
【００１３】
また、圧縮室から最内室への作動ガスの流路面積を大きくするため、鏡板に設けた前記段差部の深さを深くした場合、鏡板を厚くして強度を確保する必要があり、これに伴って、圧縮機の重量や大きさが増大するといった問題点もあった。
【００１４】
この発明は、従来装置の上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の第１の目的は、圧縮室と最内室が連通する際の作動ガスの流路面積を拡大することができ、圧縮室から吐出口へ至る作動ガスの流路損失（圧力損失）が小さい、高効率なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【００１５】
また、この発明の第２の目的は、固定スクロールおよび旋回スクロールのラップの強度を確保しつつ、圧縮室と最内室が連通する際の作動ガスの流路面積を拡大することが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【００１６】
また、この発明の第３の目的は、圧縮室と最内室が連通するタイミングを変更することなく、圧縮室と最内室が連通する際の作動ガスの流路面積を拡大することが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【００１７】
さらに、この発明の第４の目的は、鏡板の厚さを増大させることなく、圧縮室と最内室が連通する際の作動ガスの流路面積を拡大することが可能なスクロール圧縮機を得ることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスクロール圧縮機は、上記の目的を達成するために、固定側鏡板上に渦巻状の固定側ラップを直立して設けた固定スクロールと、旋回側鏡板上に渦巻状の旋回側ラップを直立して設けた旋回スクロールとを備え、前記固定側ラップと前記旋回側ラップとを互いに組み合わせ、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回運動させることにより、前記ラップの渦巻外周側から、前記固定側ラップ、前記旋回側ラップ、前記固定側鏡板および前記旋回側鏡板とによって形成される圧縮室に作動ガスを吸入するとともに、前記圧縮室を前記ラップの中心方向に移動させながら容積を減少させることによって前記作動ガスを圧縮し、前記固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するよう構成されたスクロール圧縮機において、前記旋回側ラップの内壁面がインボリュート曲線と大円とにより構成されるとともに、前記旋回側ラップの外壁面がインボリュート曲線により構成され、前記旋回側ラップの内壁面に沿って、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる切り欠き部を設け、この切り欠き部は、前記旋回側ラップの内壁面が前記大円により構成された部分において、前記外壁面から前記切り欠き部側面までの歯厚が一定となるように構成されたものである。
【００１９】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記旋回スクロールの旋回中に、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる位置に、前記切り欠き部の始点を設けたものである。
【００２０】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの内壁面をインボリュート曲線と大円とにより、また、外壁面をインボリュート曲線により、さらに、前記ラップの渦巻きの始点を前記内壁面と前記外壁面に接続する小円によって構成するとともに、前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの前記大円の半径Ｒｌｆ、Ｒｌｏおよび前記小円の半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏを、それぞれ、旋回半径ｒに対して、
Ｒｓｆ＋ｒ≦Ｒｌｏ
Ｒｓｏ＋ｒ≦Ｒｌｆ
なる関係を満たすよう構成し、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面上の前記インボリュート曲線と前記大円の接続点に、前記切り欠き部の始点を設けたものである。
【００２１】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記ラップの歯厚が一定となるよう、前記切り欠き部を形成したものである。
【００２２】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記切り欠き部を、前記ラップの高さ方向において、前記鏡板と反対側に形成したものである。
【００２３】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記切り欠き部を、前記ラップの全高に対して形成したものである。
【００２４】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記ラップの渦巻きの中心先端部に、内壁面から外壁面へと連通する先端切り欠き部を設けたものである。
【００２５】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けたものである。
【００２６】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けるとともに、前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点とを一致させたものである。
【００２７】
また、この発明に係るスクロール圧縮機は、前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる時点とを一致させたものである。
また、この発明におけるスクロール圧縮機は、固定側鏡板上に渦巻状の固定側ラップを直立して設けた固定スクロールと、旋回側鏡板上に渦巻状の旋回側ラップを直立して設けた旋回スクロールとを備え、前記固定側ラップと前記旋回側ラップとを互いに組み合わせ、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回運動させるスクロール圧縮機において、前記固定側ラップの内壁面がインボリュート曲線と大円とにより構成されるとともに、前記固定側ラップの外壁面がインボリュート曲線により構成され、前記固定側ラップの内壁面に沿って切り欠き部を設け、この切り欠き部は、前記固定側ラップの内壁面が前記大円により構成された部分において、前記外壁面から前記切り欠き部側面までの歯厚が一定となるように構成されたものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に、この発明による実施の形態１であるスクロール圧縮機の側面断面図を示す。図において、１は、平板状の固定側鏡板２上に渦巻状の固定側ラップ３を直立して設けた固定スクロール、４は、平板状の旋回側鏡板５上に渦巻状の旋回側ラップ６を直立して設けた旋回スクロールであり、固定スクロール１と旋回スクロール４とは、互いに固定側ラップ３と旋回側ラップ６を内側にして干渉することなく組み合わされるとともに、旋回スクロール４の背面に設けられた旋回機構７およびモータ８によって旋回スクロール４が駆動され、上部フレーム９を介して密閉容器１０に固定された固定スクロール１に対して旋回運動するよう構成されている。
【００２９】
また、旋回機構７は、モータ８の回転子１１に結合されたクランク軸１２と、クランク軸１２の回転運動を旋回運動に変換するクランク部１３と、旋回側鏡板５の背面に形成されクランク部１３が挿入される旋回軸受け１４と、密閉容器１０に固定された上部フレーム９および下部フレーム１５に設けられ、クランク軸１２の両端を支承する軸受け１６、１７を備えている。
【００３０】
また、これら固定スクロール１、旋回スクロール４、旋回機構７およびモータ８は密閉容器１０内に収納されるとともに、密閉容器１０には外部から冷媒ガスを密閉容器１０内に吸入するための吸入口１８が接続され、吸入口１８によって吸入された冷媒ガスが固定スクロール１および旋回スクロール４の外周側に供給され、固定スクロール１と旋回スクロール４によって圧縮された高圧の冷媒ガスが固定スクロール１の固定側鏡板２の中央部に形成された吐出口１９から吐出されるよう構成されている。
【００３１】
以下、上記図１を用いてスクロール圧縮機の動作について説明する。モータ８によりクランク軸１２が回転すると、旋回スクロール４は、旋回機構７の働きによって、固定スクロール１に対して自転することなく旋回運動する。この時、従来装置の図９において示したように、固定スクロール１と旋回スクロール４の固定側鏡板２と固定側ラップ３、および、旋回側鏡板５と旋回側ラップ６間には、対称な一対の密閉された圧縮室２１および２２が形成され、この一対の圧縮室２１、２２が、旋回スクロール４の回転に伴って渦巻きの中心部へ移動しながらその容積を減少させることにより、吸入口１８から吸入されたガスが圧縮され、吐出口１９から吐出される。
【００３２】
図２および図３には、この実施の形態１のスクロール圧縮機の固定側ラップ３と旋回側ラップ６の構成を表す平面図および斜視図を示す。図に示すように、この実施の形態１では、固定側ラップ３および旋回側ラップ６の渦巻きの始点近傍の内壁面３ｉおよび６ｉに沿って、各ラップ３、６の高さ方向の各鏡板２、５の反対側に切り欠き部３１、３２が形成されるとともに、各ラップ３、６の渦巻きの始点である中心先端部３ｃ、６ｃには内壁面３ｉおよび６ｉと外壁面３ｏおよび６ｏ間を直線状に削除、連通した先端切り欠き部３３、３４が形成されている。なお、図２において、図９と同一または相当部分は同一符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
図４には、上記図２の渦巻きの始点近傍のより詳細な構造を示す。図に示すように、固定側ラップ３および旋回ラップ６の内壁面３ｉおよび６ｉは、それぞれ、内向面インボリュート曲線５１、５５とこの内向面インボリュート曲線５１、５５に滑らかに接続する大円５２、５６とにより、また、外壁面３ｏおよび６ｏは、外向面インボリュート曲線５３、５７により構成されている。また、内壁面３ｉおよび６ｉと外壁面３ｏおよび６ｏとは、それぞれ、渦巻きの始点において内壁面３ｉおよび６ｉと外壁面３ｏおよび６ｏに滑らかに接続する小円５４、５８によって接続されており、大円５２、５６および小円５４、５８の半径Rlf、RloおよびRsf、Rsoは、インボリュート基礎円の半径（a）、インボリュートの歯厚角（α）および渦巻きの巻始め部の定義角（β）から、式
Rs=a*(1/(2*(π-β))+α-β/2) （３）
Rl=a*(1/(2*(π-β))+(π-α)-β/2) （４）
によって与えられるRsおよびRlを用いて、
Rs−Rso＝Rlo−Rl＝δo （５）
Rs−Rsf＝Rlf−Rl＝δf （６）
となるよう構成されている。
【００３４】
なお、図中、点１００ｆおよび１００ｏは、それぞれ、大円５２および５６の中心、点２００ｆおよび２００ｏは、それぞれ、小円５４および５８の中心、点３００ｆおよび３００ｏは、それぞれ、内向面インボリュート曲線５１と大円５２およびインボリュート曲線５５と大円５６の接続点、点４００ｆ、４００ｏおよび５００ｆ、５００ｏは小円５４，５８と外向面インボリュート曲線５３、５７および大円５２、５６との接続点であり、図に示すように、切り欠き部３１および３２は、内壁面３ｉおよび６ｉ上の接続点３００ｆおよび３００ｏを始点として、内向面インボリュート曲線５１、５５に接続する１個または複数個の円弧またはインボリュート曲線を接続することにより、切り欠き部３１、３２が形成された部分のラップの歯厚ｔｓが、ほぼ
ｔｓ＝２*ａ*α （７）
ａ：インボリュート基礎円の半径
α：インボリュートの歯厚角
で一定となるよう構成されている。
【００３５】
また、上記（５）、（６）式において、δoおよびδfは任意に設定可能なパラメータであり、固定スクロール１と旋回スクロール４とで材料が異なる場合等においては、δ0≠δfとすることにより、強度の弱い方の小円半径を大きくすることも可能である。例えば、この実施の形態１においては、回転時の慣性質量を小さくするため、旋回スクロール４をアルミニウム製、また、固定スクロール１を鋳物製としているため、旋回スクロール４の小円の半径Rsoに対して固定スクロール１の小円の半径Rsfを、Rso＞Rsfとなるよう設定することにより、十分な強度が得られるよう構成している。
【００３６】
さらに、上記（５）、（６）式において、旋回半径ｒに対して、Rso＜Rlf−r かつ Rsf＜Rlo−rとすれば、円弧５２および５６の範囲内での固定側ラップ３と旋回側ラップ６の相互干渉を防ぐことができ、また、Rso=Rlf−r、Rsf=Rlo−rとすれば、円弧５２および５６範囲内での渦巻きの側面接触も可能である。なお、この実施の形態１では、Rso＜Rlf−r かつ Rsf＜Rlo−r とすることにより、旋回スクロール４の旋回時、各ラップの中心先端部３ｃ、６ｃが、切り欠き部３１、３２の始点であり、また、インボリュート曲線５１、５５と大円５２、５６との接続点である３００ｆ、３００ｏにおいて内壁面３ｉおよび６ｉから離れるよう構成されている。
【００３７】
以下、図４を用いて、この実施の形態１における切り欠き部３１および３２の作用について説明する。図４において、各ラップ３、６の小円５４、５８と外向面インボリュート曲線５３、５７との接続点４００ｆおよび４００ｏは、他方のラップの内壁面上の接続点３００ｏおよび３００ｆと接触する位置にあり、圧縮室２１、２２と最内室２３とが連通する直前の状態を示している。ここで、この状態から旋回スクロール４が時計方向に旋回すると、各ラップ３、６の中心先端部３ｃ、６ｃは他方のラップの内壁面から離れ、圧縮室２１、２２と最内室２３とが連通する。一方、上記したように、切り欠き部３１および３２はこの接続点３００ｆおよび３００ｏを始点として形成されているため、図４の状態から旋回スクロール４が旋回すると、上記と同じタイミングで、圧縮室２１、２２と最内室２３が切り欠き部３１、３２によって連通する。こうして、旋回スクロール４の旋回に伴って、内壁面３ｉ、６ｉとラップ３、６の中心先端部３ｃ、６ｃ間の隙間によって構成される流路に加えて、切り欠き部３１、３２の流路が同時に機能するため、圧縮室２１、２２から最内室２３への流路面積が増大し、圧縮室２１、２２から最内室２３を介して吐出口１９に流れ込む冷媒ガスの圧力損失を減少させることができる。
【００３８】
図５には、この実施の形態１によるスクロール圧縮機の旋回スクロール４の公転角と圧縮室２１、２２内の圧力の関係を示す。図において、実線がこの実施の形態１による圧力変化であり、破線が圧力損失が大きい場合の圧力変化である。図５に示すように、切り欠き部３１、３２および先端切り欠き部３３、３４の効果により、圧縮室２１、２２と最内室２３が連通した直後の圧縮室２１、２２から最内室２３および吐出口１９への圧力損失が減少し、この結果、斜線部に相当する圧縮仕事（横軸を圧縮容積と考えた場合、斜線部が圧力損失に伴う動力損失となる）が削減され、圧縮機の効率が改善されることが分かる。
【００３９】
また、図６には、圧縮室２１、２２と最内室２３とが連通する直前の圧力条件においてラップ３、６の根元部に発生する応力を有限要素法により計算し、各ラップ３、６に切り欠き部３１、３２を設けた場合と切り欠き部３１、３２がない場合とで比較した結果を示す。図から分かるように、切り欠き部３１、３２を形成した場合と、形成しない従来型のものとで、強度的にほとんど差がないことがわかる。このように、この実施の形態１によれば、切り欠き部３１、３２を各ラップ３、６の歯先の先端部分に設けるとともに、歯厚ｔｓがほぼ一定となるよう切り欠き部３１、３２を形成したため、切り欠き部３１、３２を導入し、流路面積を拡大したにもかかわらず、ラップ３、６の強度を低下させることがなく、信頼性が高く高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
【００４０】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、固定側ラップ３および旋回側ラップ６の渦巻きの始点近傍の内壁面３ｉおよび６ｉに沿って切り欠き部３１および３２を設けたため、圧縮室２１および２２から最内室２３に流れ込む冷媒ガスの流路面積を拡大することができ、圧力損失が低減されることによって高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
【００４１】
また、固定側ラップ３および旋回側ラップ６の内壁面３ｉおよび６ｉに沿って形成した切り欠き部３１および３２により、圧縮室２１、２２から最内室２３に流れ込む冷媒ガスの流路面積を拡大するよう構成したため、圧縮比を変更することなく流路面積を拡大することができるとともに、切り欠き部３１、３２の始点を調整することより、圧縮室２１、２２と最内室２３とが連通するタイミングを調整することができる。
【００４２】
また、切り欠き部３１、３２の始点を、旋回スクロール４の旋回時に、旋回側ラップ６および固定側ラップ３の中心先端部６ｃ、３ｃが、それぞれ、固定側ラップ３の内壁面３ｉおよび旋回側ラップ６の内壁面６ｉから離れる点である内向面インボリュート曲線５１、５５と大円５２、５６との接続点３００ｆ、３００ｏに設定したため、切り欠き部３１、３２によって流路面積が拡大されるタイミングと、圧縮室２１、２２と最内室２３が連通するタイミングとを一致させることができ、流路面積が相乗的に拡大されて、圧力損失が一層低減される効果がある。
【００４３】
また、固定側ラップ１および旋回側ラップ４の両方に切り欠き部３１、３２を設けたため、冷媒ガスが圧縮室２１、２２から最内室２３に流動する際の圧力損失がより少なくなり、旋回スクロール４の旋回運動が円滑になるとともに、冷媒ガスが圧縮室２１、２２から最内室２３に流れ込むタイミングを両方の圧縮室２１、２２で一致させるよう構成したため、旋回運動が一層スムーズになる効果がある。
【００４４】
また、固定側ラップ３および旋回側ラップ６の中心先端部３ｃ、６ｃにラップの内壁面３ｉ、６ｉと外壁面３ｏ、６ｏとを連通する先端切り欠き部３３、３４を設けたため、圧縮室２１、２２から最内室２３に至る流路面積がより拡大され、圧力損失が一層低減される効果がある。
【００４５】
また、切り欠き部３１、３２を、切り欠き部分の固定ラップ３および旋回ラップ６の歯厚ｔｓがほぼ一定となるよう構成したため、固定ラップ３および旋回ラップ６の強度を確保しつつ、圧縮室２１、２２から最内室２３への流路面積を拡大できる効果がある。
【００４６】
また、切り欠き部３１、３２を各ラップ３、６の高さ方向の歯先の先端部に形成したため、ラップ３、６の歯先の根元部および切欠き部３１、３２に発生する応力を緩和することができ、ラップ３、６の強度の低下を防止できる効果がある。
【００４７】
また、固定側鏡板２および旋回側鏡板５を平板の状態のままで流路の拡大を行なうことができるため、各鏡板２、５の厚さを増大する必要がなく、圧縮機の軽量化および小型化が可能となる効果がある。
【００４８】
なお、上記実施の形態１では、切欠き部３１、３２をラップ３、６の鏡板２、５とは反対側の歯先端部に形成した例を示したが、鏡板２、５側の歯先の根元部に切り欠き部を形成することも可能であり、また、圧縮比が小さく、圧縮室２１、２２と最内室２３の圧力差が小さい場合には、渦巻きの始点近傍の強度をそれほど大きく設定する必要がないため、切欠き部３１、３２をラップ３、６の高さ全体にわたって構成してもよく、この場合、流路面積がさらに増大することにより、吐出時の圧力損失が一層低減され、より高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
【００４９】
また、この実施の形態１では、切り欠き部３１、３２および先端切り欠き部３３、３４の切り欠き高さを同一としたが、それぞれ、異なる高さに構成してもよいことはもちろんである。また、上記実施の形態１では、固定側ラップ１および旋回側ラップ４の両方に切り欠き部３１、３２を設けた例を示したが、どちらか一方に設けてもよい。
【００５０】
さらに、上記実施の形態１では、ラップ３、６の中心先端部３ｃ、６ｃが、接続点３００ｆ、３００ｏにおいて、他方のラップ３、６の内壁面３ｉ、６ｉから離れる場合について説明したが、Rso=Rlf−r、Rsf=Rlo−rとし、円弧５２および５６範囲内で渦巻きが側面接触する場合についても、同様の効果が得られる。
【００５１】
実施の形態２．
図７には、この発明の実施の形態２であるスクロール圧縮機の固定側ラップ３と旋回側ラップ６の組み合せ時の平面断面図を示す。図において、３５は固定スクロール１の固定側鏡板２の内面側の吐出口１９の周囲に座ぐりによって形成された凹形形状の段差部であり、段差部３５の外縁の輪郭線３６は、円弧やインボリュート曲線の組み合せによって構成されている。
【００５２】
以下、図７を用いてこの実施の形態２の動作について説明する。この図は、各ラップ３、６の中心先端部３ｃ、６ｃが他方のラップの内壁面の接続点３００ｆ、３００ｏから離れ、圧縮室２１、２２と最内室２３とが連通する直前の状態を示している。ここで、段差部３５の輪郭線３６は、旋回側ラップ６の外壁面６ｏの外周側に接するよう構成されており、この状態から旋回スクロール４がさらに旋回すると、各ラップ３、６の中心先端部３ｃ、６ｃが他方のラップの内壁面から離れ、圧縮室２１、２２と最内室２３が連通するとともに、これと同じタイミングで、旋回側ラップ６の背面の圧縮室２２と最内室２３もしくは吐出口１９とが溝状の段差部３５によって連通されるよう構成されている。なお、図中、図２と同一または相当部分は、同一符号を付し、説明を省略する。
【００５３】
図８には、この実施の形態２における、圧縮室２１、２２から最内室２３へ流れ込む冷媒ガスの流路面積と旋回スクロール４の公転角との関係を示す。図より、切り欠き部３１、３２および段差部３５を設けたことにより、従来のスクロール圧縮機に比べて、固定スクロール１の背面の圧縮室２１から最内室２３に至る流路面積および旋回スクロール４の背面の圧縮室２２から最内室２３に至る流路面積とも大幅に増加していることがわかる。
【００５４】
以上説明したように、この実施の形態２によれば、各ラップ３、６の内壁面３ｉおよび６ｉに沿って切り欠き部３１および３２を形成するとともに、固定スクロール１の固定側鏡板２上に、圧縮室２２と吐出口１９とを連通させる段差部３５を形成したため、圧縮室２２から最内室２３もしくは吐出口１９への流路面積を一層拡大することができ、圧力損失を低減できるとともに、より高効率なスクロール圧縮機が得られる効果がある。
【００５５】
また、各ラップ３、６の始点の中心先端部分３ｃ、６ｃが他方のラップの内壁面から離れ、圧縮室２１、２２と最内室２３が連通するタイミングで、圧縮室２２と最内室２３もしくは吐出口１９とが溝状の段差部３５によって連通されるよう構成したため、流路面積を相乗的に拡大することができ、圧力損失を一層小さくすることができる。
【００５６】
なお、上記実施の形態２においては、段差部３５を固定スクロール１側にのみ設けた例を示したが、旋回スクロール４側に設けてもよく、この場合も、圧縮室２１と吐出口１９とが最内室２３を介して連通するため、同様の効果を得ることができる。
【００５７】
また、上記実施の形態１および実施の形態２においては、作動ガスとして冷媒ガスを使用した例を示したが、空気やヘリウムガス等、その他のガスでも良く、全く同様の効果を奏する。
【００５８】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００５９】
固定側鏡板上に渦巻状の固定側ラップを直立して設けた固定スクロールと、旋回側鏡板上に渦巻状の旋回側ラップを直立して設けた旋回スクロールとを備え、前記固定側ラップと前記旋回側ラップとを互いに組み合わせ、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回運動させることにより、前記ラップの渦巻外周側から、前記固定側ラップ、前記旋回側ラップ、前記固定側鏡板および前記旋回側鏡板とによって形成される圧縮室に作動ガスを吸入するとともに、前記圧縮室を前記ラップの中心方向に移動させながら容積を減少させることによって前記作動ガスを圧縮し、前記固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するよう構成されたスクロール圧縮機において、前記旋回側ラップの内壁面がインボリュート曲線と大円とにより構成されるとともに、前記旋回側ラップの外壁面がインボリュート曲線により構成され、前記旋回側ラップの内壁面に沿って、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる切り欠き部を設け、この切り欠き部は、前記旋回側ラップの内壁面が前記大円により構成された部分において、前記外壁面から前記切り欠き部側面までの歯厚が一定となるように構成されたため、前記圧縮室から前記吐出口に流れ込む冷媒ガスの流路面積を拡大することができ、圧力損失が低減されることによって高効率なスクロール圧縮機を得ることができる。
【００６０】
また、前記旋回スクロールの旋回中に、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる位置に、前記切り欠き部の始点を設けたため、前記切り欠き部によって流路面積が拡大されるタイミングと、前記圧縮室と前記吐出口とが連通するタイミングとを一致させることができ、流路面積がより拡大されて、圧力損失を一層低減できる効果がある。
【００６１】
また、前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの鏡板側の内壁面をインボリュート曲線と大円により、また、外壁面をインボリュート曲線により、さらに、前記ラップの渦巻きの始点を前記内壁面と前記外壁面に接続する小円によって構成するとともに、前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの前記大円の半径Ｒｌｆ、Ｒｌｏおよび前記小円の半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏを、それぞれ、旋回半径ｒに対して、
Ｒｓｆ＋ｒ≦Ｒｌｏ
Ｒｓｏ＋ｒ≦Ｒｌｆ
なる関係を満たすよう構成し、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面上の前記インボリュート曲線と前記大円の接続点に、前記切り欠き部の始点を設けたため、前記切り欠き部によって流路面積が拡大されるタイミングと、前記圧縮室と前記吐出口とが連通するタイミングとを一致させることができ、流路面積が拡大されて、圧力損失を一層低減できる効果がある。
【００６２】
また、前記ラップの歯厚が一定となるよう、前記切り欠き部を形成したため、前記ラップの強度を確保しつつ、前記圧縮室から前記吐出口への流路面積を拡大できる効果がある。
【００６３】
また、前記切り欠き部を、前記ラップの高さ方向において、前記鏡板と反対側に形成したため、前記ラップの強度を低下させることなく、前記圧縮室から前記吐出口への流路面積を拡大できる効果がある。
【００６４】
また、前記切り欠き部を、前記ラップの全高に対して形成したため、前記圧縮室から前記吐出口への流路面積をより拡大でき、圧力損失を一層低減することができる。
【００６５】
また、前記ラップの渦巻きの中心先端部に、内壁面から外壁面へと連通する先端切り欠き部を設けたため、前記圧縮室から前記吐出口への流路面積をより拡大でき、圧力損失を一層低減することができる。
【００６６】
また、前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けたため、前記圧縮室から前記吐出口への流路面積をより拡大でき、圧力損失を一層低減することができる。
【００６７】
また、前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けるとともに、前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点とを一致させたため、前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点での流路面積をさらに拡大することができ、吐出時の圧力損失の小さい、高効率なスクロール圧縮機が得られる効果がある。
【００６８】
また、前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる時点とを一致させたため、前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点での流路面積をさらに拡大することができ、吐出時の圧力損失の小さい、高効率なスクロール圧縮機が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機の側面断面図。
【図２】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機の固定側ラップおよび旋回側ラップの中心部近傍を表す平面図。
【図３】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機のラップの斜視図。
【図４】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機のラップの中心部近傍の構造を表す要部拡大図。
【図５】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機の公転角と圧縮室内圧力の関係を示す図。
【図６】 この発明の実施の形態１のスクロール圧縮機の固定側ラップに作用する応力の計算結果を表す図。
【図７】 この発明の実施の形態２のスクロール圧縮機の固定側ラップおよび旋回側ラップの中心部近傍を表す平面図。
【図８】 この発明の実施の形態２のスクロール圧縮機の公転角と流路面積の関係を表す図。
【図９】 従来のスクロール圧縮機の構成と動作を表す模式図。
【図１０】 従来のスクロール圧縮機のラップの中心部近傍の構造を表す要部拡大図。
【図１１】 従来のスクロール圧縮機の動作を表す模式図。
【符号の説明】
１ 固定スクロール
２ 固定側鏡板（鏡板）
３ 固定側ラップ（ラップ）
３ｉ 内壁面
３ｏ 外壁面
３ｃ 中心先端部
４ 旋回スクロール
５ 旋回側鏡板（鏡板）
６ 旋回側ラップ（ラップ）
６ｉ 内壁面
６ｏ 外壁面
６ｃ 中心先端部
１９ 吐出口
２１ 圧縮室
２２ 圧縮室
２３ 最内室
３１ 切り欠き部
３２ 切り欠き部
３３ 先端切り欠き部
３４ 先端切り欠き部
３５ 段差部
５１ 内向面インボリュート曲線（インボリュート曲線）
５２ 大円
５３ 外向面インボリュート曲線（インボリュート曲線）
５４ 小円
５５ 内向面インボリュート曲線（インボリュート曲線）
５６ 大円
５７ 外向面インボリュート曲線（インボリュート曲線）
５８ 小円
３００ｆ 接続点
３００ｏ 接続点
Ｒｌｆ 固定側ラップの大円の半径
Ｒｓｆ 固定側ラップの小円の半径
Ｒｌｏ 旋回側ラップの大円の半径
Ｒｓｏ 旋回側ラップの小円の半径

Claims (10)

1. 固定側鏡板上に渦巻状の固定側ラップを直立して設けた固定スクロールと、旋回側鏡板上に渦巻状の旋回側ラップを直立して設けた旋回スクロールとを備え、前記固定側ラップと前記旋回側ラップとを互いに組み合わせ、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回運動させることにより、前記ラップの渦巻外周側から、前記固定側ラップ、前記旋回側ラップ、前記固定側鏡板および前記旋回側鏡板とによって形成される圧縮室に作動ガスを吸入するとともに、前記圧縮室を前記ラップの中心方向に移動させながら容積を減少させることによって前記作動ガスを圧縮し、前記固定スクロールの中央部に設けた吐出口から吐出するよう構成されたスクロール圧縮機において、
   前記旋回側ラップの内壁面がインボリュート曲線と円とにより構成されるとともに、前記旋回側ラップの外壁面がインボリュート曲線により構成され、
   前記旋回側ラップの内壁面に沿って、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる切り欠き部を設け、この切り欠き部は、前記旋回側ラップの内壁面が前記円により構成された部分において、前記外壁面から前記切り欠き部側面までの歯厚が一定となるように構成されたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記旋回スクロールの旋回中に、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる位置に、前記切り欠き部の始点を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの鏡板側の内壁面をインボリュート曲線と大円とにより、また、外壁面をインボリュート曲線により、さらに、前記ラップの渦巻きの始点を前記内壁面と前記外壁面に接続する小円によって構成するとともに、前記固定側ラップおよび前記旋回側ラップの前記大円の半径Ｒｌｆ、Ｒｌｏおよび前記小円の半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏを、それぞれ、旋回半径ｒに対して、
   Ｒｓｆ＋ｒ≦Ｒｌｏ
   Ｒｓｏ＋ｒ≦Ｒｌｆ
   なる関係を満たすよう構成し、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面上の前記インボリュート曲線と前記大円の接続点に、前記切り欠き部の始点を設けたことを特徴とする請求項２に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記切り欠き部を、前記ラップの高さ方向において、前記鏡板と反対側に形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記切り欠き部を、前記ラップの全高に対して形成したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記ラップの渦巻きの中心先端部に、内壁面から外壁面へと連通する先端切り欠き部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
8. 前記固定側鏡板または前記旋回側鏡板の少なくともどちらか一方に、前記圧縮室と前記吐出口とを連通させる凹形形状を有する段差部を設けるとともに、前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点とを一致させたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記段差部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部によって前記圧縮室と前記吐出口とが連通する時点と、前記切り欠き部が形成された前記ラップの内壁面から、他方の前記ラップの中心先端部が離れる時点とを一致させたことを特徴とする請求項９に記載のスクロール圧縮機。
10. 固定側鏡板上に渦巻状の固定側ラップを直立して設けた固定スクロールと、旋回側鏡板上に渦巻状の旋回側ラップを直立して設けた旋回スクロールとを備え、前記固定側ラップと前記旋回側ラップとを互いに組み合わせ、前記固定スクロールに対して前記旋回スクロールを旋回運動させるスクロール圧縮機において、
    前記固定側ラップの内壁面がインボリュート曲線と円とにより構成されるとともに、前記固定側ラップの外壁面がインボリュート曲線により構成され、
    前記固定側ラップの内壁面に沿って切り欠き部を設け、この切り欠き部は、前記固定側ラップの内壁面が前記円により構成された部分において、前記外壁面から前記切り欠き部側面までの歯厚が一定となるように構成されたことを特徴とするスクロール圧縮機。

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