JP4196926B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は冷凍・空調用途に用いられるスクロール圧縮機に関し、特にスクロール圧縮機の渦巻歯形状に関するものである。

従来のスクロール圧縮機は、固定スクロール１００、揺動スクロール２００の渦巻中央巻始めの先端部が渦巻歯切削時のバイトとの干渉などにより図９、図１０に示すように鋭角的な形状となっていた。
また、特開昭５９−９９０８５号公報では、固定スクロール１００、揺動スクロール２００の渦巻中央巻始め部が図１１、図１２に示すように、

で決定される小円円弧半径Ｒｓの小円円弧と大円円弧半径Ｒｌの大円円弧で接続した形状が提案されている。
また、図１３、図１４に示すように渦巻中央巻始め部であるインボリュートの巻始め点３，４の間を適当な半径Ｒｓｃの小円円弧と半径Ｒｌｃの大円円弧とで接続した形状が提案されている。
以下、簡単のため図９、図１０に示すような巻始め部の形状を“バイト干渉”形状、図１１，図１２、図１３、図１４のようにインボリュート巻始め点の間を円弧で接続したような形状を“球根”形状と呼ぶ。特に、図１１、図１２の形状を“基本球根”、図１３、図１４に示すような“球根”形状を“従来球根”と呼ぶことにする。

特開昭５９−９９０８５号公報

図１０に渦巻巻始め部を拡大して示した“バイト干渉”形状は、中央の圧縮室ｃ0とその外側の圧縮室ｃ1a,ｃ1bの間の渦巻歯側面接触点が移動してきて、図中の巻始め先端点ｐf,ｐoに到達すると歯側面の接触は終了し、最内室ｃ0と第２室ｃ1a,ｃ1bは連通する（図１０の（ｃ））。この時点における最内室ｃ0の容積は、死容積となって損失を生じる。また、“バイト干渉”形状は先端部の曲率が大きいため、この部分に作用する差圧が大きいような運転条件においては応力集中を生じ、渦巻の強度上問題があった。

“基本球根”は“バイト干渉”形状のこのような問題点をクリアするために提案されたものである。すなわち図１１に示すように、渦巻先端が“バイトと干渉”しない範囲で渦巻のインボリュート形状を点2を中心とする小円Ｒsと点1を中心とする大円Ｒlに接続することにより先端部が鋭角的になることを防ぐとともに、Ｒs,Ｒlを前述の式を満たす値とすることにより接触点が小円Ｒsと大円Ｒlの接続点5に至るまで側面接触が継続するので、図１２に示すように死容積をほぼゼロとすることが可能となる。しかし、内部容積比が無限大しか選択できないので運転条件によっては過圧縮ロスを生じたり、渦巻巻始め部の肉厚が厚くなる分、吐出ポートを設けるためのスペースが不足し、吐出圧損の増大を招きやすくなったりする。また、揺動渦巻と固定渦巻の巻始め先端部形状が同一となるので揺動スクロールと固定スクロールを異なる材料で構成した場合など、材料強度の低い方の応力が許容レベルになるようにＲs,Ｒlを決めると、もう一方にとっては過剰設計となるという問題もある。

図１３に形状を示した“従来球根”は、巻始め点3，4の間を二つの円弧で接続しているという点では“基本球根”と同様であるが、点1cを中心とする大円Ｒlcと点2cを中心とする小円Ｒscは、図１４に示すように接触点が点3，4に至った時点（図１４の（ａ））で歯側面の接触が終了し、最内室と第２室とが連通する（図１４の（ｂ））関係寸法となっている。したがって連通時の最内室容積が死容積となる。また円弧部分では接触しないので、固定スクロールの大円Ｒlcfと揺動スクロールの大円Ｒlco，固定スクロールの小円Ｒscfと揺動スクロールの小円Ｒscoが同一寸法となることが必要というわけではなく、材料強度が異なる場合にはそれに応じてＲscfとＲscoに差をつけることもできる。しかし、内部容積比が渦巻の巻数と巻始め点3，4の関係で一義的に決まり、巻始め点を内側に寄せるにも現実的な限界があるので、冷凍用など高圧縮比の条件で運転される用途に用いる場合、渦巻の巻数を増やして圧縮比と容積比のマッチングを図ることになる。巻数増は渦巻の外径が大きくなる分、ガス圧による軸方向のスラスト荷重の増大を招くので、摺動損失などの面で望ましくない。また、空調用でも高低圧差が大きくなる冷媒R410Aなどを用いた場合には、渦巻先端部の強度確保のため巻始め点を外周よりに設定して小円の径を大きくすると、所定の容積比を得るために巻始めに応じて巻終わりも外側にずらす必要があるので、見かけの巻数としては増大しなくても渦巻の外径は大きくなる。外径の大きな渦巻はコンパクト性で劣るのみならず、前述のごとくガス荷重によるスラスト摺動損失の面で不利となる。

本発明は以上のような問題点を解決するためになされたもので、材質に応じて適正な強度を確保しながら、用途に応じた容積比を得るために外径が不必要に大きくなるのを防ぎ、死容積の極小化を図りながら吐出流路を確保して圧損の増大を抑制できるような渦巻を備えた、小型で高性能，高信頼性のスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

本発明の第１の発明のスクロール圧縮機は、互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、小円円弧部が、外向面曲線と接続する半径Ｒｓの円弧と、この半径Ｒｓの円弧と大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧と、から形成され、大円円弧部が、内向面曲線と接続し、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、相手側の半径Ｒｓの円弧とともに圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径Ｒｌの円弧と、この半径Ｒｌの円弧と小円円弧部の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とを滑らかに接続し、相手側の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とともに圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する半径（Ｒｌ＋ｄＲ）の円弧と、から形成されていて、
Ｒs＝ａ×（１／（２×（π−β））＋α−β／２）、
Ｒl＝ａ×（１／（２×（π−β））＋（π−α）−β／２）、
ｄＲ：小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲ＞０、
ａ：渦巻インボリュートの基礎円半径、α：渦巻インボリュートの歯厚角、
β：渦巻インボリュート巻始め点の定義角とするものである。

また、本発明の第２の発明のスクロール圧縮機は、第１の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールと揺動スクロールのどちらか一方の半径変化量ｄＲが０であるものである。
また、本発明の第３の発明のスクロール圧縮機は、第１の発明のスクロール圧縮機において、半径変化量ｄＲが、固定スクロールと揺動スクロールとで異なるものである。

また、本発明の第４の発明のスクロール圧縮機は、互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、固定スクロールの小円円弧部が、固定スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｆの円弧と、この半径Ｒｓｆの円弧と固定スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と、から形成されるとともに、固定スクロールの大円円弧部が、固定スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｆの円弧と、この半径Ｒｌｆの円弧と、固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｆ）の円弧と、から形成され、揺動スクロールの小円円弧部が、半径Ｒｓｆとは異なる半径にて揺動スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｏの円弧と、この半径Ｒｓｏの円弧と揺動スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と、から形成されるとともに、揺動スクロールの大円円弧部が、半径Ｒｌｆとは異なる半径にて揺動スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｏの円弧と、この半径Ｒｌｏの円弧と揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧と、から形成され、
Ｒｓｆ＝Ｒｓ−ｘ、Ｒｌｆ＝Ｒｌ＋ｘ、Ｒｓｏ＝Ｒｌｆ−ｒ、Ｒｌｏ＝Ｒｓｆ＋ｒなる関係を満たし、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧と揺動スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｏの円弧とが、および揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧と固定スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｆの円弧とが、それぞれ圧縮を継続する圧縮継続部を構成するとともに、固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と揺動スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧とが、および揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と固定スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｏ）の円弧とが、それぞれ圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成していて、
Ｒs＝ａ×（１／（２×（π−β））＋α−β／２）、
Ｒl＝ａ×（１／（２×（π−β））＋（π−α）−β／２）、
ｘ：定数、ｒ：揺動スクロールの揺動半径、
ｄＲｆ：固定スクロールの小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲｆ＞０、
ｄＲｏ：揺動スクロールの小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲｏ＞０、
ａ：渦巻インボリュートの基礎円半径、α：渦巻インボリュートの歯厚角、
β：渦巻インボリュート巻始め点の定義角とするものである。

また、本発明の第５の発明のスクロール圧縮機は、第４の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールの半径変化量ｄＲｆと揺動スクロールの半径変化量ｄＲｏのどちらか一方が０であるものである。
また、本発明の第６の発明のスクロール圧縮機は、第４もしくは第５の発明のスクロール圧縮機において、固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧が、揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧よりも円弧径が小さく形成され、圧縮後の流体を吐出する吐出ポートが、固定スクロールの方に設けられたものである。

また、本発明の第７の発明のスクロール圧縮機は、互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの前記板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、固定スクロールと揺動スクロールのそれぞれの中央巻始め部が、小円円弧部および大円円弧部の各々に、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径の円弧と、この圧縮継続部を構成する円弧とは異なる半径で、圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する円弧と、が形成され、外向面曲線と内向面曲線とを４円弧で接続されて成るものである。

第１の発明のスクロール圧縮機は、板状渦巻歯の中央巻始め部が小円円弧部と大円円弧部から構成され、小円円弧部が、外向面曲線と接続する半径Ｒｓの円弧と、この半径Ｒｓの円弧と大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧と、から形成され、大円円弧部が、内向面曲線と接続し、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、相手側の半径Ｒｓの円弧とともに圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径Ｒｌの円弧と、この半径Ｒｌの円弧と小円円弧部の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とを滑らかに接続し、相手側の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とともに圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する半径（Ｒｌ＋ｄＲ）の円弧と、から形成されていることから、中央巻始め部の円弧部で圧縮継続範囲の設定を操作することができるので、内部容積比の設計自由度を、巻数の調整のみで行うものより大きくでき、設定圧力比に見合う内部容積比を得るために渦巻を大径化させなくてよく、スラスト荷重の摺動損失の増大を防止できる。また、半径変化量ｄＲの値を固定スクロールと揺動スクロールの素材に応じた強度を確保できる範囲でできるだけ大きく設定して、連通後の流路面積や中央巻始め部の強度を確保することができるとともに、小円円弧部の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧と大円円弧部の半径（Ｒｌ＋ｄＲ）の円弧の部分を、吐出ポートを設けるためのスペースに充てられ、吐出ポートを大きくして吐出流路における圧損の増大を抑制できる。

第２の発明のスクロール圧縮機においては、固定スクロールと揺動スクロールのどちらか一方の半径変化量ｄＲが０であっても、他方のｄＲ＞０の中央巻始め部の円弧部で第１の発明のスクロール圧縮機と同様に圧縮継続範囲の設定を操作することができるので、内部容積比の設計自由度を、巻数の調整のみで行うものより大きくできる。
また、第３の発明のスクロール圧縮機は、半径変化量ｄＲを、固定スクロールと揺動スクロールとで異なるようにすることにより、固定スクロールと揺動スクロールに異なる素材を用いても、それらの素材に応じた強度を確保できる範囲でそれぞれの半径変化量ｄＲをできるだけ大きく設定して、連通後の流路面積や中央巻始め部の強度を確保することができる。

第４の発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールの小円円弧部が、固定スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｆの円弧と、この半径Ｒｓｆの円弧と固定スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と、から形成されるとともに、固定スクロールの大円円弧部が、固定スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｆの円弧と、この半径Ｒｌｆの円弧と、固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｆ）の円弧と、から形成され、揺動スクロールの小円円弧部が、半径Ｒｓｆとは異なる半径にて揺動スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｏの円弧と、この半径Ｒｓｏの円弧と揺動スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と、から形成されるとともに、揺動スクロールの大円円弧部が、半径Ｒｌｆとは異なる半径にて揺動スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｏの円弧と、この半径Ｒｌｏの円弧と揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧と、から形成され、
Ｒｓｆ＝Ｒｓ−ｘ、Ｒｌｆ＝Ｒｌ＋ｘ、Ｒｓｏ＝Ｒｌｆ−ｒ、Ｒｌｏ＝Ｒｓｆ＋ｒなる関係を満たし、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧と揺動スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｏの円弧とが、および揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧と固定スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｆの円弧とが、それぞれ圧縮を継続する圧縮継続部を構成するとともに、固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と揺動スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧とが、および揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と固定スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｏ）の円弧とが、それぞれ圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成しているので、中央巻始め部の円弧部で圧縮継続範囲の設定を操作することができるので、内部容積比の設計自由度を、巻数の調整のみで行うものより大きくでき、設定圧力比に見合う内部容積比を得るために渦巻を大径化させなくてよく、スラスト荷重の摺動損失の増大を防止できる。また、固定スクロールと揺動スクロールのそれぞれの素材に応じてそれぞれの中央部巻始め部の強度を最適化するにあたって、半径変化量ｄＲｆ、ｄＲｏだけでなく、小円円弧部の円弧半径Ｒｓｆ、Ｒｓｏも含めて調整できるので、設計自由度を大きくでき、細やかに強度を最適化することができる。そして、半径変化量ｄＲｆの値を固定スクロールの素材に、半径変化量ｄＲｏの値を揺動スクロールの素材にそれぞれ応じた強度を確保できる範囲でできるだけ大きく設定して、連通後の流路面積や吐出ポート面積を確保することができる。

第５の発明のスクロール圧縮機においては、固定スクロールの半径変化量ｄＲｆと揺動スクロールの半径変化量ｄＲｏのどちらか一方が０であっても、半径変化量が０でない他方の中央巻始め部の円弧部で第４の発明のスクロール圧縮機と同様に圧縮継続範囲の設定を操作することができるので、内部容積比の設計自由度を、巻数の調整のみで行うものより大きくできる。
また、第６の発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧が、揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧よりも円弧径が小さく形成され、圧縮後の流体を吐出する吐出ポートが、固定スクロールの方に設けられているので、固定スクロールと揺動スクロールとで異なる素材を用いることができるとともに、吐出ポート面積を確保することができ、吐出流路における圧損の増大を抑制できる。

第７の発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールのそれぞれの中央巻始め部が、小円円弧部および大円円弧部の各々に、固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径の円弧と、この圧縮継続部を構成する円弧とは異なる半径で、圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する円弧と、が形成され、外向面曲線と内向面曲線とを４円弧で接続されて成ることから、中央巻始め部の円弧部で圧縮継続範囲の設定を操作することができるので、内部容積比の設計自由度を、巻数の調整のみで行うものより大きくでき、設定圧力比に見合う内部容積比を得るために渦巻を大径化させなくてよく、スラスト荷重の摺動損失の増大を防止することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の“球根”形状説明図，図２は同じく動作説明図である。図１において、300は固定スクロールの渦巻中心部，400は揺動スクロールの渦巻中心部を示し、破線は固定スクロールの基礎円と巻始め点以内の渦巻曲線を表わしている。点3f，4fと3o，4oはそれぞれ固定スクロールと揺動スクロールの“球根”定義角βで定まる巻始め点である。固定スクロールは板状渦巻歯の中央巻始め部である点3f，4f間を点1fを中心とし半径Ｒlfの大円（大円円弧部350）と点2fを中心とし半径Ｒsfの小円（小円円弧部340）で接続し、大円Ｒlfと小円Ｒsfの接続点は点5fである。大円Ｒlfは点3fで内向面曲線330と滑らかに接続し、小円Ｒsfは点4fで外向面曲線320と滑らかに接続する。外向面曲線320と内向面曲線330とはインボリュート曲線である。
揺動スクロールは、中央巻始め部である点3o，4o間を点1oを中心とし半径Ｒloの大円（大円円弧部450）と点2oを中心とし半径Ｒsoの小円（小円円弧部440）で接続し、大円Ｒloと小円Ｒsoの接続点は点5oである。大円Ｒloは点3oで内向面曲線430と滑らかに接続し、小円Ｒsoは点4oで外向面曲線420と滑らかに接続する。外向面曲線420と内向面曲線430とはインボリュート曲線である。大円,小円の径Ｒsf，Ｒlfは、“基本球根”の小円Ｒs，大円Ｒlに対して、定数ｘによりＲsf＝Ｒs−ｘ，Ｒlf＝Ｒl＋ｘおよびＲso＝Ｒlf−ｒ，Ｒlo＝Ｒsf＋ｒ（ｒは揺動半径）と決められている。このように大円,小円を決定することにより、固定と揺動各々の大円と小円が滑らかに接続し、かつ固定の大円Ｒlfと揺動の小円Ｒso，揺動の大円Ｒloと固定の小円Ｒsfの接触が保証されている。その動作は図２に示すようになり、圧縮,吐出が完了するまで渦巻側面の接触が継続し、死容積は極小となる。しかも上述のように“球根”形状を決定しているので、固定スクロールと揺動スクロールで肉厚の異なる“０球根”(即ち死容積が極小となる)となっている。定数ｘの値には設計的自由度があり、ｘ＞０なら固定の“球根”が揺動より小さくなり、ｘ＜０ならばその逆となる。ｘの絶対値を大きくするほど固定,揺動の小円半径の差が大きくなるので、本実施例では固定スクロールの素材である鋳鉄材と揺動スクロールの素材のアルミ材の材料強度の差に見合う肉厚となるようにｘ(＞０)を決定して、肉厚が薄い方の固定スクロール側に吐出ポートを配置し、吐出流路の面積を確保するようにしている。これにより実施の形態１のスクロール圧縮機では、渦巻素材の材料強度に見合った“球根”の寸法を決めることにより過剰設計を避けつつ、“球根”部に干渉しない範囲でできるだけ大きな吐出ポートを設けることにより、図７に示すように破線の“基本球根”の場合よりも吐出ポート360（基本球根の吐出ポートは110）が大きくなって、吐出圧損の増大を抑制することが可能となっている。

本実施の形態では、“球根”部が“基本球根”同様に死容積を極小に保ちながら、固定スクロールと揺動スクロールで“球根”部の径が異なる渦巻を用いているので、異なる素材を用いる場合にはその材料強度に応じて、より肉厚を必要とする方の“球根”小円の径を他方の小円よりも大きい径に設定でき、双方の“球根”部を適正な強度に保ち過剰設計を避けることが可能となっている。また、固定スクロールと揺動スクロールで小円の径が小さく大円の径が大きい方の渦巻に吐出ポートを設けることにより、吐出ポートの流路を確保でき、吐出圧損の増大を抑制することが可能となっている。

実施の形態２．
図３において、500は本発明の実施の形態２に基づく固定スクロールの渦巻中心部，600は揺動スクロールの渦巻中心部を示し、破線は固定スクロールの基礎円と巻始め点以内の渦巻曲線およびベースとなる“基本球根”の形状を表わしている。固定スクロール側において点4〜9〜10は半径Ｒsの円弧4〜9と半径（Ｒs−ｄＲ）の円弧9〜10を接続した小円（小円円弧部540），点3〜8〜10は半径Ｒlの円弧3〜8と半径（Ｒl＋ｄＲ）の円弧8〜10を接続した大円（大円円弧部550）である。前記大円と小円とで板状渦巻歯の中央巻始め部を形成する。小円の半径変化量と大円の半径変化量をｄＲ(＞０)で同一とし、それぞれを半径Ｒsの円弧4〜9と半径Ｒlの円弧3〜8に滑らかに接続するように（Ｒs−ｄＲ）の円弧9〜10の中心点7と（Ｒl＋ｄＲ）の円弧8〜10の中心点6を決定することにより点10における滑らかな接続が保証される。
なお、半径Ｒsの円弧、半径Ｒlの円弧、点４から外側の外向面曲線、点３から外側の内向面曲線は基本球根と同じものである。
また、揺動スクロール側においても、前記の固定スクロールと同様である。即ち、半径Ｒsの円弧と半径（Ｒs−ｄＲ）の円弧を接続した小円（小円円弧部640）と、半径Ｒlの円
弧と半径（Ｒl＋ｄＲ）の円弧を接続した大円（大円円弧部650）を形成する。

このように構成した渦巻の動作は図４に示すようになり、接触点が半径Ｒsの円弧と半径Ｒlの円弧上にあるｄβの範囲（圧縮継続部であり、固定スクロールでは560、揺動スクロールでは660）では“基本球根”同様に圧縮が継続され、それ以降はｄＲだけ半径を変化させているために中心室と第２室は連通する（連通部であり、固定スクロールでは570、揺動スクロールでは670）。圧縮継続角ｄβは０°以上∠４-２-５（＝∠３-１-５）以下の範囲であれば選択には設計的自由度が有るので、巻終わりに対する内部容積比，巻始め部の強度などを考慮して最適な値を設定することが可能である。ちなみにｄβ＝∠４-２-５（＝∠３-１-５）とすると“基本球根”と同一形状となり、ｄβ＝０°は前述の“従来球根”と同一形状を与える。すなわち“基本球根”と“従来球根”は“４円弧球根”の特殊な場合であるということができる。また、固定スクロールと揺動スクロールのどちらか少なくとも一方が“４円弧球根”になっていれば、相手側が“基本球根”のまま，すなわちｄＲ＝０でもｄβの間だけ圧縮を継続しその後連通するという動作は同じである。また、固定スクロールと揺動スクロールが両方とも“４円弧球根”の場合で固定側の半径変化量ｄＲfと揺動側の半径変化量ｄＲoが異なっていても連通動作に変りはないので、ｄＲf，ｄＲoは連通後の流路面積や巻始め部の強度などの観点から最適な値を決定することができる。

本実施の形態においては、設定圧力比に見合う内部容積比を得るために巻数のみで対応して渦巻大径化によるスラスト摺動損失の増大を招くことがないように圧縮継続角ｄβを設定し、連通後の小円円弧部の半径変化量ｄＲf，ｄＲoは各々固定スクロール材の鋳鉄と揺動スクロールのアルミ材に応じた強度を確保できる範囲でできるだけ大きく設定して中心室部分に空間を確保して、図８に示すように破線で示したベース球根（“基本球根”）側（吐出ポート110）或いは径変化量の小さい側(揺動スクロール)に吐出ポートを配置したときと較べて、吐出ポート580として吐出流路における圧損の増大を抑制している。

本実施の形態では、固定スクロールの大円部と揺動スクロールの小円部,揺動スクロールの大円部の固定スクロールの小円部で互いの接触を保てるような“球根”形状を採りながら、固定スクロールと揺動スクロールの少なくとも一方は圧縮完了に至る途中で小円の径が小さく,大円の径が大きくなるので、径が変化する点で最内室と第２室の連通が行なわれる。したがって、円弧部での圧縮継続範囲の設定を操作することにより内部容積比の設計自由度が、巻数の調整のみで行なうものより、大きくなっている。また、概略“球根”形状となっているので死容積は極小に近く、それにともなう損失も小さい。小円の径が小さく,大円の径が大きくなっている部分を、吐出ポートを設けるためのスペースに充てられるので、吐出流路の確保にも有利となっている。

また、固定スクロールと揺動スクロールに異なる素材を用いるもので各々の“球根”径変化量が異なっている場合も、固定スクロールの大円部と揺動スクロールの小円部、揺動スクロールの大円部と固定スクロールの小円部で互いの接触を保ちながら、圧縮完了までの途中で小円の径が小さく、大円の径が大きくなる“球根”径変化点で最内室と第２室の連通が行われるのは同様である。

実施の形態３．
図５は実施形態３の渦巻中心部を示す。図において、固定スクロール700側の点4f〜9f〜10fは半径Ｒsfの円弧4f〜9fと半径（Ｒsf−ｄＲf）の円弧9f〜10fを接続した小円（小円円弧部740），点3f〜8f〜10fは半径Ｒlfの円弧3f〜8fと半径（Ｒlf＋ｄＲf）の円弧8f〜10fを接続した大円（大円円弧部750）である。揺動スクロール800側は点4o〜9o〜10oが半径Ｒsoの円弧4o〜9oと半径（Ｒso−ｄＲo）の円弧9o〜10oを接続した小円（小円円弧部840），点3o〜8o〜10oが半径Ｒloの円弧3o〜8oと半径（Ｒlo＋ｄＲo）の円弧8o〜10oを接続した大円（大円円弧部850）である。それぞれ小円と大円とで板状渦巻歯の中央巻始め部を形成する。実施形態２の“４円弧球根”が“基本球根”すなわち等径の“０球根”をベースにしているのに対して、本実施の形態は、ベースを実施の形態１の“異径０球根”にして“４円弧球根”化した、所謂“異径４円弧球根”であるので、圧縮を継続する小円円弧部分4f〜9f（圧縮継続部760）と4o〜9o（圧縮継続部860）及び大円円弧部分3f〜8f（圧縮継続部760）と3o〜8o（圧縮継続部860）から径が異なっていることが特徴である。中央巻始め部で前記圧縮継続部を除いた部分が連通部である（固定スクロール770、揺動スクロール870）。

図６はこのように構成した渦巻の動作を示したものであるが、ｄβだけ圧縮を継続しその後連通する動作は実施の形態２と同様で、片方の“球根”部の肉厚が他方よりも厚くなっている。圧縮継続角ｄβの選択に設計的自由度が有り巻終わりに対する内部容積比，巻始め部の強度などを考慮して最適な値を設定可能であること、固定スクロールと揺動スクロールのどちらか少なくとも一方が“異径４円弧球根”になっていれば相手側がベース球根(“異径０球根”)のままでもｄβの間だけ圧縮を継続しその後連通するという動作が同じであること、また、固定スクロールと揺動スクロールが両方とも“異径４円弧球根”の場合で固定側の半径変化量ｄＲfと揺動側の半径変化量ｄＲoが異なっていても連通動作に変りはないのでｄＲf，ｄＲoは連通後の流路面積や巻始め部の強度などの観点から最適な値を決定することができること、等も実施の形態２の場合と同様である。

本実施の形態においては、設定圧力比に見合う内部容積比を得るために巻数のみで対応して渦巻大径化によるスラスト摺動損失の増大を招くことがないように圧縮継続角ｄβを設定し、連通後の小円半径変化量ｄＲf，ｄＲoは各々固定スクロール材の鋳鉄と揺動スクロールのアルミ材に応じた強度を確保できる範囲でできるだけ大きく設定して中心室部分に空間を確保して、図８に示すように破線で示したベース球根側（吐出ポート110）或いは径変化量の小さい側(揺動スクロール)に配置したときよりも吐出ポートを大きくして（吐出ポート580）、吐出流路における圧損の増大を抑制しているのは実施の形態２と同様であるが、両“球根”部の強度を最適化するにあたって径変化量ｄＲf，ｄＲoだけでなくベース球根の小円Ｒsf,Ｒsoも含めて調整されているのでより設計自由度が大きく、細やかな最適化が可能となっている。

本実施の形態では、固定スクロールの大円部と揺動スクロールの小円部,揺動スクロールの大円部の固定スクロールの小円部で互いの接触を保てるような“球根”形状を採りながら、固定スクロールと揺動スクロールの少なくとも一方は圧縮完了に至る途中で小円の径が小さく,大円の径が大きくなるので、径が変化する点で最内室と第２室の連通が行なわれる。したがって、円弧部での圧縮継続範囲の設定を操作することにより内部容積比の設計自由度が、巻数の調整のみで行なうものより、大きくなっている。また、概略“球根”形状となっているので死容積は極小に近く、それにともなう損失も小さい。小円の径が小さく,大円の径が大きくなっている部分を、吐出ポートを設けるためのスペースに充てられるので、吐出流路の確保にも有利となっている。

また、固定スクロールと揺動スクロールに異なる素材を用いるもので各々の“球根”径変化量が異なっている場合も、固定スクロールの大円部と揺動スクロールの小円部、揺動スクロールの大円部と固定スクロールの小円部で互いの接触を保ちながら、圧縮完了までの途中で小円の径が小さく、大円の径が大きくなる“球根”径変化点で最内室と第２室の連通が行われるのは同様である。

本発明の実施の形態１の“球根”形状説明図である。 本発明の実施の形態１の動作説明図である。 本発明の実施の形態２の“球根”形状説明図である。 本発明の実施の形態２の動作説明図である。 本発明の実施の形態３の“球根”形状説明図である。 本発明の実施の形態３の動作説明図である。 本発明の実施の形態１における吐出ポート配置図である。 本発明の実施の形態２、３における吐出ポート配置図である。 従来のスクロール圧縮機の動作原理図である。 従来のスクロール圧縮機の中央部拡大動作説明図である。 従来のスクロール圧縮機の“基本球根”の形状説明図である。 従来のスクロール圧縮機の“基本球根”の動作説明図である。 従来のスクロール圧縮機の“従来球根”の形状説明図である。 従来のスクロール圧縮機の“従来球根”の動作説明図である。

符号の説明

３００ 固定スクロール（板状渦巻歯）、３２０ 外向面曲線、３３０ 内向面曲線、３４０ 小円円弧部、３５０ 大円円弧部、３６０ 吐出ポート、４００ 揺動スクロール（板状渦巻歯）、４２０ 外向面曲線、４３０ 内向面曲線、４４０ 小円円弧部、４５０ 大円円弧部、５００ 固定スクロール（板状渦巻歯）、５２０ 外向面曲線、５３０ 内向面曲線、５４０ 小円円弧部、５５０ 大円円弧部、５６０ 圧縮継続部、５７０ 連通部、５８０ 吐出ポート、６００ 揺動スクロール（板状渦巻歯）、６２０ 外向面曲線、６３０ 内向面曲線、６４０ 小円円弧部、６５０ 大円円弧部、６６０ 圧縮継続部、６７０ 連通部、７００ 固定スクロール（板状渦巻歯）、７２０ 外向面曲線、７３０ 内向面曲線、７４０ 小円円弧部、７５０ 大円円弧部、７６０ 圧縮継続部、７７０ 連通部、８００ 揺動スクロール（板状渦巻歯）、８２０ 外向面曲線、８３０ 内向面曲線、８４０ 小円円弧部、８５０ 大円円弧部、８６０ 圧縮継続部、８７０ 連通部。

Claims (7)

1. 互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの前記板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、
   前記小円円弧部が、前記外向面曲線と接続する半径Ｒｓの円弧と、この半径Ｒｓの円弧と前記大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧と、から形成され、
   前記大円円弧部が、前記内向面曲線と接続し、前記固定スクロールと前記揺動スクロールが組合わされた時に、相手側の前記半径Ｒｓの円弧とともに圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径Ｒｌの円弧と、この半径Ｒｌの円弧と前記小円円弧部の半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とを滑らかに接続し、相手側の前記半径（Ｒｓ−ｄＲ）の円弧とともに前記圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する半径（Ｒｌ＋ｄＲ）の円弧と、から形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
   ただし、
   Ｒs＝ａ×（１／（２×（π−β））＋α−β／２）、
   Ｒl＝ａ×（１／（２×（π−β））＋（π−α）−β／２）、
   ｄＲ：小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲ＞０、
   ａ：渦巻インボリュートの基礎円半径、α：渦巻インボリュートの歯厚角、
   β：渦巻インボリュート巻始め点の定義角
2. 前記固定スクロールと前記揺動スクロールのどちらか一方の半径変化量ｄＲが０である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. 前記半径変化量ｄＲが、前記固定スクロールと前記揺動スクロールとで異なることを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの前記板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、
   前記固定スクロールの小円円弧部が、前記固定スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｆの円弧と、この半径Ｒｓｆの円弧と前記固定スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と、から形成されるとともに、前記固定スクロールの大円円弧部が、前記固定スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｆの円弧と、この半径Ｒｌｆの円弧と、前記固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｆ）の円弧と、から形成され、
   前記揺動スクロールの小円円弧部が、前記半径Ｒｓｆとは異なる半径にて前記揺動スクロールの外向面曲線と接続する半径Ｒｓｏの円弧と、この半径Ｒｓｏの円弧と前記揺動スクロールの大円円弧部とを滑らかに接続する半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と、から形成されるとともに、前記揺動スクロールの大円円弧部が、前記半径Ｒｌｆとは異なる半径にて前記揺動スクロールの内向面曲線と接続する半径Ｒｌｏの円弧と、この半径Ｒｌｏの円弧と前記揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧とを滑らかに接続する半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧と、から形成され、
   Ｒｓｆ＝Ｒｓ−ｘ、Ｒｌｆ＝Ｒｌ＋ｘ、Ｒｓｏ＝Ｒｌｆ−ｒ、Ｒｌｏ＝Ｒｓｆ＋ｒなる関係を満たし、
   前記固定スクロールと前記揺動スクロールが組合わされた時に、前記固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧と前記揺動スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｏの円弧とが、および前記揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧と前記固定スクロールの大円円弧部の半径Ｒｌｆの円弧とが、それぞれ圧縮を継続する圧縮継続部を構成するとともに、前記固定スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｆ−ｄＲｆ）の円弧と前記揺動スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｏ＋ｄＲｏ）の円弧とが、および前記揺動スクロールの小円円弧部の半径（Ｒｓｏ−ｄＲｏ）の円弧と前記固定スクロールの大円円弧部の半径（Ｒｌｆ＋ｄＲｏ）の円弧とが、それぞれ前記圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成することを特徴とするスクロール圧縮機。
   ただし、
   Ｒs＝ａ×（１／（２×（π−β））＋α−β／２）、
   Ｒl＝ａ×（１／（２×（π−β））＋（π−α）−β／２）、
   ｘ：定数、ｒ：揺動スクロールの揺動半径、
   ｄＲｆ：固定スクロールの小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲｆ＞０、
   ｄＲｏ：揺動スクロールの小円円弧部および大円円弧部で連通部を構成する円弧の圧縮継続部を構成する円弧に対する半径変化量でｄＲｏ＞０、
   ａ：渦巻インボリュートの基礎円半径、α：渦巻インボリュートの歯厚角、
   β：渦巻インボリュート巻始め点の定義角
5. 前記固定スクロールの半径変化量ｄＲｆと前記揺動スクロールの半径変化量ｄＲｏのどちらか一方が０であることを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記固定スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｆの円弧が、前記揺動スクロールの小円円弧部の半径Ｒｓｏの円弧よりも円弧径が小さく形成され、圧縮後の流体を吐出する吐出ポートが、前記固定スクロールの方に設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載のスクロール圧縮機。
7. 互いに台板の片側の面に形成された板状渦巻歯を組み合わせて圧縮室を形成し、それぞれの前記板状渦巻歯の中央巻始め部が、インボリュート曲線である外向面曲線に滑らかに接続する小円円弧部と、この小円円弧部とインボリュート曲線である内向面曲線とを滑らかに接続する大円円弧部と、により構成された固定スクロールと揺動スクロールとを備え、
   前記固定スクロールと揺動スクロールのそれぞれの前記中央巻始め部が、前記小円円弧部および大円円弧部の各々に、前記固定スクロールと揺動スクロールが組合わされた時に、圧縮を継続する圧縮継続部を構成する半径の円弧と、この圧縮継続部を構成する円弧とは異なる半径で、圧縮室にあって中央の最内室とその外側の第２室とを連通させる連通部を構成する円弧と、が形成され、前記外向面曲線と前記内向面曲線とを４円弧で接続されてなることを特徴とするスクロール圧縮機。

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