JP4301714B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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- F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
- F04C18/0276—Different wall heights
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
【０００３】
スクロール圧縮機の設計上の圧縮比は、圧縮室の最小容積（壁体どうしのかみ合いが外れて圧縮室が消滅する直前の容積）に対する、圧縮室の最大容積（壁体どうしがかみ合って圧縮室が形成された時点の容積）の比であり、次式（I）で表される。
Ｖi＝｛Ａ(θsuc)・Ｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌ｝＝Ａ(θsuc)／Ａ(θtop) … （I）
(I)式において、Ａ(θ)は旋回スクロールの旋回角θに応じて容積を変化させる圧縮室の旋回面に平行な断面積を表す関数、θsucは圧縮室が最大容積となるときの旋回スクロールの旋回角、θtopは圧縮室が最小容積となるときの旋回スクロールの旋回角、Ｌは壁体どうしのラップ（重なり）長である。
【０００４】
従来、スクロール圧縮機の圧縮比Ｖiの向上を図るには、両スクロールの壁体の巻き数を増やして最大容積時の圧縮室の断面積Ａ(θ)を大きくする手法が採られてきた。しかしながら、壁体の巻き数を増やす従来の手法ではスクロールの外形が拡大して圧縮機自体が大型化するため、大きさの制限が厳しい自動車用等の空気調和装置には採用し難いという問題点があった。
【０００５】
上記の問題点を解決すべく、特公昭60-17956号には、固定スクロール、旋回スクロールともに壁体の渦巻き状の上縁を中心側が低く外周端側が高い段付き形状とし、さらにこの上縁の段付き形状に対応して、両スクロールともに端板の側面を中心側が高く外周端側が低い段付き形状としたスクロール圧縮機が提案されている。
【０００６】
上記スクロール圧縮機において、最大容積時の圧縮室のラップ長をＬｌ、最小容積時の圧縮室のラップ長をＬｓとすると、設計上の圧縮比Ｖi’は次式（II）で表される。
Ｖi’＝｛Ａ(θsuc)・Ｌｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌｓ｝ … （II）
(II)式においては、最大容積時の圧縮室のラップ長Ｌｌが最小容積時の圧縮室のラップ長Ｌｓよりも大きく、Ｌｌ／Ｌｓ＞１となるから、壁体の巻き数を増やさなくても、設計上の圧縮比を向上させることが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにスクロールに段付き形状を採用した圧縮機においては、スクロールの加工に手間が掛かり、しかもコスト高となるという問題がある。そこで、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けたスクロール圧縮機が提案されている（特公昭60-17956号の第８図参照）。この圧縮機では、壁体の段差加工、および端板の段差加工が両スクロールで１カ所ずつで済み、加工性が高いことが認められる。
【０００８】
しかしながら、上記のようなスクロール圧縮機では、スクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室の容積が、圧縮の過程で等しくならない状態が存在する。そのため、実際に駆動すると２つの圧縮室間で圧力バランスが崩れ、最悪の場合は圧縮機の内部構造を破壊する要因となることが予想される。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、スクロールに段付き形状を採用したスクロール圧縮機において、スクロールの加工に要する手間やコストを削減でき、しかも安全に駆動させることができるスクロール圧縮機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成のスクロール圧縮機を採用する。すなわち請求項１記載のスクロール圧縮機は、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方に具備される前記壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか他方に具備される前記端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機であって、複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室のいずれか一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のスクロール圧縮機は、請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記一方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のスクロール圧縮機は、請求項１または２記載のスクロール圧縮機において、前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスクロール圧縮機においては、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００１４】
また、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けることにより、スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００１５】
さらに、段差をもたないスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００１６】
請求項４記載のスクロール圧縮機は、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、前記各壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、同じく前記各端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方の前記上縁の段差が他方の前記上縁の段差より大きく、前記他方の前記一側面の段差が前記一方の前記一側面の段差より小さく設定され、さらに複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室の少なくとも一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載のスクロール圧縮機は、請求項４記載のスクロール圧縮機において、前記他方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載のスクロール圧縮機は、請求項３または４記載のスクロール圧縮機において、前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るスクロール圧縮機においては、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００２０】
また、段差の小さいスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクロール圧縮機の第１の実施形態を図１ないし図９に示して説明する。
図１は本実施形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。図において符号１１はハウジングを示しており、このハウジング１１は、カップ状に形成されたハウジング本体１１ａと、ハウジング本体１１ａの開口端側に固定された蓋板１１ｂとで構成されている。
【００２２】
ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２および旋回スクロール１３からなるスクロール圧縮機構が配設されている。固定スクロール１２は、端板１２ａの一側面に渦巻き状の壁体１２ｂを立設された構成となっている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２と同様に端板１３ａの一側面に渦巻き状の壁体１３ｂを立設された構成となっており、特に壁体１３ｂは、固定スクロール１２側の壁体１２ｂと同一形状をなしている。また、壁体１２ｂ，１３ｂの上縁には、後述する圧縮室Ｃの気密性を高めるためのチップシール２７，２８が配設されている（これらチップシール２７，２８については後述する）。
【００２３】
固定スクロール１２は、ボルト１４によってハウジング本体１１ａに締結されている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心しかつ１８０゜だけ位相をずらした状態で、壁体１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられており、蓋板１１ｂと端板１３ａとの間に設けられた自転阻止機構１５によって自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持されている。
【００２４】
固定スクロール１２には、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対する２つの圧縮室（後に詳述するが、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂに区画され、かつ連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの接触によって画成されるＣa，Ｃb）どうしを連通する連通路Ｐが設けられている。また、旋回スクロール１３には、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対する２つの圧縮室（後に詳述するＣa0，Ｃb0）を連通する連通路Ｐ0が設けられている。
【００２５】
連通路Ｐは固定スクロール１２に複数の孔を穿通し不要な箇所を塞ぐ等して形成されており、その一端が連結縁１２ｅに近接する壁体１２ｂの外側面（背）に沿うように設けられ、他端がスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する壁体１２ｂの内側面（腹）に沿うように設けられている。連通路Ｐの両端は、壁体１２ｂの外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口することになる。
【００２６】
連通路Ｐ0も上記と同様に旋回スクロール１３に複数の孔を穿通し不要な箇所を塞ぐ等して形成されており、その一端が連結壁面１３ｈと壁体１３ｂとの境界に近接する壁体１３ｂの外側面（背）に沿うように設けられ、他端がスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する壁体１３ｂの内側面（腹）に沿うように設けられている。連通路Ｐ0の両端は、壁体１３ｂの外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口することになる。
【００２７】
蓋板１１ｂには、クランク１６ａを備える回転軸１６が貫通され、ベアリング１７ａ，１７ｂを介して蓋板１１ｂに回転自在に支持されている。
【００２８】
旋回スクロール１３側の端板１３ａの他端面の中央には、ボス１８が突設されている。ボス１８には、クランク１６ａの偏心部１６ｂが軸受１９およびドライブブッシュ２０を介して回動自在に収容されており、旋回スクロール１３は回転軸１６を回転させることによって公転旋回運動するようになっている。回転軸１６には、旋回スクロール１３に与えられたアンバランス量を打ち消すバランスウェイト２１が取り付けられている。
【００２９】
また、ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２の周囲に吸入室２２が形成され、さらにハウジング本体１１ａの内底面と端板１２ａの他側面とに区画されて吐出キャビティ２３が形成されている。
【００３０】
ハウジング本体１１ａには、吸入室２２に向けて低圧の流体を導く吸入ポート２４が設けられ、固定スクロール１２側の端板１２ａの中央には、容積を漸次減少させながら中心に移動してきた圧縮室Ｃから吐出キャビティ２３に向けて高圧の流体を導く吐出ポート２５が設けられている。端板１２ａの他側面中央には、所定の大きさ以上の圧力が作用した場合にのみ吐出ポート２５を開く吐出弁２６が設けられている。
【００３１】
図２は固定スクロール１２、旋回スクロール１３それぞれの斜視図である。
固定スクロール１２側の壁体１２ｂは、その渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心側で低く外周端側で高い段付き形状となっている。旋回スクロール１３側の壁体１３ｂは、壁体１２ｂと同じく渦巻き状をなすものの段付き形状とはなっておらず、上縁は面一に形成されている。
【００３２】
また、固定スクロール１２側の端板１２ａは、壁体１３ｂの上縁に対応し、一側面が面一に形成されている。旋回スクロール１３側の端板１３ａは、壁体１２ｂの段付き形状に対応し、一側面の高さが渦方向の中心で高く外周端で低くなる２つの部位を有する段付き形状となっている。
【００３３】
壁体１２ｂの上縁は、中心寄りに設けられた低位の上縁１２ｃと外周端寄りに設けられた高位の上縁１２ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１２ｃ，１２ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１２ｅが存在している。
【００３４】
また、端板１３ａの底面は、中心寄りに設けられた底の浅い底面１３ｆと外周端寄りに設けられた底の深い底面１３ｇの２つの部位に分けられ、隣り合う底面１３ｆ，１３ｇ間には、両者を繋いで垂直に切り立つ連結壁面１３ｈとが存在している。
【００３５】
連結縁１２ｅは、壁体１２ｂを旋回スクロール１３の方向から見ると壁体１２ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１２ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。また、連結壁面１３ｈは、端板１３ａを旋回軸方向から見ると旋回スクロール１３の旋回に伴って連結縁１２ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。
【００３６】
図３に示すように、壁体１２ｂにおいて上縁１２ｃと連結縁１２ｅとが突き合う部分には、リブ１２ｉが設けられている。リブ１２ｉは、応力集中を避けるため上縁１２ｃと連結縁１２ｅとに滑らかに連続する凹曲面をなして壁体１２ｂと一体に形成されている。
【００３７】
端板１３ａにおいて底面１３ｇと連結壁面１３ｈとが突き合う部分にも、肉盛りしたようにリブ１３ｊが設けられている。リブ１３ｊは、応力集中を避けるため底面１３ｇと連結壁面１３ｈとに滑らかに連続する凹曲面をなして壁体１３ｂと一体に形成されている。
【００３８】
壁体１２ｂにおいて上縁１２ｃ，１２ｅが突き合う部分は、組み付け時にリブ１３ｊとの干渉を避けるためにそれぞれ面取りされている。
【００３９】
さらに、壁体１２ｂの上縁１２ｃ，１２ｄにはチップシール２７ｃ，２７ｄが、連結縁１２ｅにはチップシール２７ｅがそれぞれ配設されている。また、壁部１３の上縁１３ｃにはチップシール２８が配設されている。
【００４０】
チップシール２７ｃ，２７ｄは渦巻き状をなし、上縁１２ｃに渦方向に沿って形成された溝１２ｋ，１２ｌに嵌合されており、圧縮機の運転時には溝１２ｋ，１２ｌに導入される高圧の流体により背圧を受け、底面１３ｆ，１３ｇに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４１】
チップシール２８も渦巻き状をなし、上縁１３ｃに渦方向に沿って形成された溝１３ｋに嵌合されており、圧縮機の運転時には溝１３ｋに導入される高圧の流体により背圧を受け、底面１２ｆに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４２】
チップシール２７ｅは棒状をなし、連結縁１２ｅに沿って形成された溝１２ｍに嵌合されるとともに溝１２ｍからの離脱を防止する構造を採用されており、圧縮機の運転時には後述するように図示しない付勢手段によって連結壁面１３ｈに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４３】
固定スクロール１２に旋回スクロール１３を組み付けると、低位の上縁１２ｃが底の浅い底面１３ｆに当接し、高位の上縁１２ｄが底の深い底面１３ｇに当接する。同時に、上縁１３ｃが底面１２ｆに当接する。これにより、両スクロール間には向かい合う端板１２ａ，１３ａと壁体１２ｂ，１３ｂとに区画されて圧縮室Ｃが形成される。
【００４４】
上記のように構成されたスクロール圧縮機について、駆動時における流体圧縮の過程を図４ないし図７に示して順に説明する。
図４に示す状態では、壁体１２ｂの外周端が壁体１３ｂの外側面に当接するとともに、壁体１３ｂの外周端が壁体１２ｂの外側面に当接し、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂ間に流体が封入され、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対した位置に、最大容積の圧縮室Ｃa，Ｃbが２つ画成される。連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとはこの時点で摺接を開始し、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態となる。
【００４５】
図４の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図５に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0もそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態が保たれる。
【００４６】
図５の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図６に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0もそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程でも、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0がそれぞれ個別に密閉された状態が保たれる。
【００４７】
図６に示す状態では、外周端に近い壁体１３ｂの内側面とその内方に位置する壁体１２ｂの外側面との間には、後に圧縮室となる空間Ｃa1が画成され、外周端に近い壁体１２ｂの内側面とその内方に位置する壁体１３ｂの外側面との間には、後に圧縮室となる空間Ｃb1が画成され、空間Ｃa1，Ｃb1には吸入室２２から低圧の流体が流入する。圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0はこの時点で最小容積となり、流体を所定圧まで昇圧させ吐出ポート２５を通じて吐出する。この時点までは、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態が保たれるが、直後に解消される。
【００４８】
図６の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図７に示す状態に至る過程では、空間Ｃa1，Ｃb1が大きさを拡大しながら中心に向けて進行し、空間Ｃa1，Ｃb1に先行する圧縮室Ｃa，Ｃbもそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。この過程では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接は解消されており、中心を挟んで正対する２つの圧縮室Ｃa，Ｃbは連通状態となって均圧される。
【００４９】
図７の状態から旋回スクロール１３がさらにπ／２だけ旋回し再び図４に示す状態に至る過程では、空間Ｃa1，Ｃb1がさらに大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心に向けて進行し、先行する圧縮室Ｃa，Ｃbはそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。この過程でも、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接は解消されており、中心部を挟んで相対する２つの圧縮室Ｃa，Ｃbは連通状態となって均圧される。
【００５０】
最大容積から最小容積（吐出弁２６開放時の容積）に至る圧縮室の大きさの変遷は、
過程Ａ；（図４における圧縮室Ｃa→図５における圧縮室Ｃa→図６における圧縮室Ｃa→図７における圧縮室Ｃa→図４における圧縮室Ｃb0→図５における圧縮室Ｃb0→図６における圧縮室Ｃb0）、または
過程Ｂ；（図４における圧縮室Ｃb→図５における圧縮室Ｃb→図６における圧縮室Ｃb→図７における圧縮室Ｃb→図４における圧縮室Ｃa0→図５における圧縮室Ｃa0→図６における圧縮室Ｃa0）
と見なせる。ここで、それぞれの状態における圧縮室を展開した形状を図８に示す。なお、上記２つの過程では、同じタイミングでも圧縮室Ｃa，Ｃbの容積が異なるときがあるので、両者の形状を比較できるように並記することにする。
【００５１】
最大容積となる（ａ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa，Ｃbはいずれも短冊状をなし（図４参照）、旋回軸方向の幅はスクロール圧縮機構の外周端側では底面１２ｆから上縁１２ｄまでの壁体１２ｂの高さ（もしくは底面１３ｇから上縁１３ｃまでの壁体１３ｂの高さ）にほぼ等しいラップ長Ｌｌとなり、圧縮室Ｃa，Ｃbの容積は等しい。
【００５２】
（ｂ）のタイミングでは、圧縮室Ｃaは（ａ）の状態と同じく短冊状をなすが、旋回方向の長さが短くなる（図５参照）。圧縮室Ｃbは、旋回軸方向の幅が途中で狭くなる異形の短冊状に変化し、その幅は中心側では底面１２ｆから上縁１２ｃまでの高さ（もしくは底面１３ｆから上縁１３ｃまでの壁体１３ｂの高さ）にほぼ等しいラップ長Ｌｓ（＜Ｌｌ）となるため、容積は圧縮室Ｃaより小さくなる。
【００５３】
（ｃ）のタイミングでは、圧縮室Ｃaも旋回軸方向の幅が途中で狭くなる異形の短冊状に変化する（図６参照）。圧縮室Ｃbは、ラップ長Ｌｌの部分が短く、ラップ長Ｌｓの部分が長くなる。なお、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｌの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより長く、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｓの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより短くなるため、容積は圧縮室Ｃaの方が大きくなる。
【００５４】
（ｄ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa，Ｃbはともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図７参照）。ここでも、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｌの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより長く、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｓの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより短いため、容積は圧縮室Ｃaの方が大きい。
【００５５】
（ｅ）のタイミングでは、圧縮室Ｃb0，Ｃa0はともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図４参照）。しかも、圧縮室Ｃa0はラップ長Ｌｌの部分が消滅してしまい、幅が均一（ラップ長Ｌｓ）な短冊状となる。
【００５６】
（ｆ）のタイミングでは、圧縮室Ｃb0，Ｃa0はともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図５参照）。
【００５７】
最小容積となる（ｇ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa0，Ｃb0はともにラップ長Ｌｌの部分が消滅してしまい、幅が均一（ラップ長Ｌｓ）な短冊状となる（図６参照）。この後は吐出弁２６が開放して吐出ポート２５から流体が吐出される。
【００５８】
上記スクロール圧縮機を駆動させた場合、図８からわかるように、正対する２つの圧縮室の容積が（ｂ）〜（ｆ）の過程で異なり、両圧縮室間で内部圧力が釣り合わない状態に陥ってしまう。ただし、（ｃ）〜（ｅ）間では連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとのとの摺接が解消されるので、実際に内部圧力の不均衡状態が生じるのは、（ａ）〜（ｃ）の過程と（ｅ）〜（ｇ）の過程とである。
【００５９】
そこで、上記スクロール圧縮機においては、（ａ）〜（ｃ）の過程において正対する圧縮室Ｃa，Ｃb間で連通路Ｐを通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正される。また、（ｅ）〜（ｇ）の過程において正対する圧縮室Ｃa0，Ｃb0間で連通路Ｐ0を通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正される。
【００６０】
したがって、上記スクロール圧縮機によれば、圧縮の過程で正対する２つの圧縮室の容積が等しくない状態となっても、連通路Ｐ，Ｐ0を通じて流体が流通し、内部圧力の不均衡が是正され、正対する圧縮室（ＣaとＣb、Ｃa0とＣb0）間で圧力バランスが保たれるので、圧縮機を安全に駆動することができる。
【００６１】
また、固定スクロール１２の壁体１２ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく旋回スクロール１３の端板１３ａにのみ段差を設けることにより、両スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００６２】
さらに、段差をもたない固定スクロール１２に吐出ポート２５を設けることにより、吐出ポート２５内の容積が減少し、吐出ポート２５から圧縮室Ｃへの流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００６３】
なお、本実施形態においては固定スクロール１２の壁体１２ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく旋回スクロール１３の端板１３ａにのみ段差を設けた構成としたが、これとは逆に、旋回スクロール１３の壁体１３ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく固定スクロール１２の端板１２ａにのみ段差を設けた構成としても構わない。
【００６４】
本実施形態においては固定スクロール１２に連通路Ｐを、旋回スクロール１３に連通路Ｐ0をそれぞれ設けたが、中央に移動した２つの圧縮室が連続する場合には、連通路Ｐ0を介さずとも流体の流通が行われるので、連通路Ｐ0を設ける必要はない。
【００６５】
また、本実施形態においては連結縁１２ｅが旋回スクロール１３の旋回面に垂直に形成され、これに対応して連結壁面１３ｈも旋回面に垂直に形成されているが、連結縁１２ｅ、連結壁面１３ｈは互いの対応関係を守っていれば旋回面に垂直である必要はなく、例えば旋回面に対して傾斜するように形成しても構わない。
【００６６】
さらに、本実施形態においては固定スクロール１２に１つの段差を有する段付き形状を採用したが、本発明に係るスクロール圧縮機は段差を複数有するものについても実施可能である。
【００６７】
本発明に係るスクロール圧縮機の第２の実施形態を図９に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図９は本実施形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。このスクロール圧縮機の特徴は、固定スクロール１２、旋回スクロール１３がいずれも段付き形状を有している。ただし、壁体１２ｂの上縁の段差は壁体１３ｂの上縁の段差より大きく、端板１３ａの一側面の段差は端板１２ａの一側面の段差より小さく設定されている点である。
【００６８】
上記スクロール圧縮機を駆動させた場合も、上記第１の実施形態と同様に、正対する２つの圧縮室の容積がある過程で異なり、両圧縮室間で内部圧力が釣り合わない状態に陥ってしまうのだが、連通路Ｐ，Ｐ0を通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正され、正対する圧縮室間で圧力バランスが保たれるので、圧縮機を安全に駆動することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクロール圧縮機によれば、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００７０】
また、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けることにより、スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００７１】
さらに、段差をもたないスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスクロール圧縮機の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】 固定スクロール、旋回スクロールそれぞれの斜視図である。
【図３】 上縁と連結縁との間に設けられるリブ、および底面と連結壁面との間に設けられるリブを示す側断面図である。
【図４】 スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図５】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図６】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図７】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図８】 最大容積から最小容積に至る圧縮室の大きさの変遷を示す状態説明図である。
【図９】 本発明に係るスクロール圧縮機の第２の実施形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１２ 固定スクロール
１２ａ 端板
１２ｂ 壁体
１２ｃ，１２ｄ 上縁
１２ｅ 連結縁
１２ｆ 底面
１３ 旋回スクロール
１３ａ 端板
１３ｂ 壁体
１３ｃ，１３ｄ 上縁
１３ｆ 底面
１３ｈ 連結壁面
Ｐ，Ｐ0 連通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
【０００３】
スクロール圧縮機の設計上の圧縮比は、圧縮室の最小容積（壁体どうしのかみ合いが外れて圧縮室が消滅する直前の容積）に対する、圧縮室の最大容積（壁体どうしがかみ合って圧縮室が形成された時点の容積）の比であり、次式（I）で表される。
Ｖi＝｛Ａ(θsuc)・Ｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌ｝＝Ａ(θsuc)／Ａ(θtop) … （I）
(I)式において、Ａ(θ)は旋回スクロールの旋回角θに応じて容積を変化させる圧縮室の旋回面に平行な断面積を表す関数、θsucは圧縮室が最大容積となるときの旋回スクロールの旋回角、θtopは圧縮室が最小容積となるときの旋回スクロールの旋回角、Ｌは壁体どうしのラップ（重なり）長である。
【０００４】
従来、スクロール圧縮機の圧縮比Ｖiの向上を図るには、両スクロールの壁体の巻き数を増やして最大容積時の圧縮室の断面積Ａ(θ)を大きくする手法が採られてきた。しかしながら、壁体の巻き数を増やす従来の手法ではスクロールの外形が拡大して圧縮機自体が大型化するため、大きさの制限が厳しい自動車用等の空気調和装置には採用し難いという問題点があった。
【０００５】
上記の問題点を解決すべく、特公昭60-17956号には、固定スクロール、旋回スクロールともに壁体の渦巻き状の上縁を中心側が低く外周端側が高い段付き形状とし、さらにこの上縁の段付き形状に対応して、両スクロールともに端板の側面を中心側が高く外周端側が低い段付き形状としたスクロール圧縮機が提案されている。
【０００６】
上記スクロール圧縮機において、最大容積時の圧縮室のラップ長をＬｌ、最小容積時の圧縮室のラップ長をＬｓとすると、設計上の圧縮比Ｖi’は次式（II）で表される。
Ｖi’＝｛Ａ(θsuc)・Ｌｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌｓ｝ … （II）
(II)式においては、最大容積時の圧縮室のラップ長Ｌｌが最小容積時の圧縮室のラップ長Ｌｓよりも大きく、Ｌｌ／Ｌｓ＞１となるから、壁体の巻き数を増やさなくても、設計上の圧縮比を向上させることが可能である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにスクロールに段付き形状を採用した圧縮機においては、スクロールの加工に手間が掛かり、しかもコスト高となるという問題がある。そこで、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けたスクロール圧縮機が提案されている（特公昭60-17956号の第８図参照）。この圧縮機では、壁体の段差加工、および端板の段差加工が両スクロールで１カ所ずつで済み、加工性が高いことが認められる。
【０００８】
しかしながら、上記のようなスクロール圧縮機では、スクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室の容積が、圧縮の過程で等しくならない状態が存在する。そのため、実際に駆動すると２つの圧縮室間で圧力バランスが崩れ、最悪の場合は圧縮機の内部構造を破壊する要因となることが予想される。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、スクロールに段付き形状を採用したスクロール圧縮機において、スクロールの加工に要する手間やコストを削減でき、しかも安全に駆動させることができるスクロール圧縮機を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成のスクロール圧縮機を採用する。すなわち請求項１記載のスクロール圧縮機は、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方に具備される前記壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか他方に具備される前記端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機であって、複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室のいずれか一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載のスクロール圧縮機は、請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記一方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載のスクロール圧縮機は、請求項１または２記載のスクロール圧縮機において、前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るスクロール圧縮機においては、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００１４】
また、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けることにより、スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００１５】
さらに、段差をもたないスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００１６】
請求項４記載のスクロール圧縮機は、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、前記各壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、同じく前記各端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方の前記上縁の段差が他方の前記上縁の段差より大きく、前記他方の前記一側面の段差が前記一方の前記一側面の段差より小さく設定され、さらに複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室の少なくとも一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載のスクロール圧縮機は、請求項４記載のスクロール圧縮機において、前記他方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載のスクロール圧縮機は、請求項３または４記載のスクロール圧縮機において、前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係るスクロール圧縮機においては、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００２０】
また、段差の小さいスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクロール圧縮機の第１の実施形態を図１ないし図９に示して説明する。
図１は本実施形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。図において符号１１はハウジングを示しており、このハウジング１１は、カップ状に形成されたハウジング本体１１ａと、ハウジング本体１１ａの開口端側に固定された蓋板１１ｂとで構成されている。
【００２２】
ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２および旋回スクロール１３からなるスクロール圧縮機構が配設されている。固定スクロール１２は、端板１２ａの一側面に渦巻き状の壁体１２ｂを立設された構成となっている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２と同様に端板１３ａの一側面に渦巻き状の壁体１３ｂを立設された構成となっており、特に壁体１３ｂは、固定スクロール１２側の壁体１２ｂと同一形状をなしている。また、壁体１２ｂ，１３ｂの上縁には、後述する圧縮室Ｃの気密性を高めるためのチップシール２７，２８が配設されている（これらチップシール２７，２８については後述する）。
【００２３】
固定スクロール１２は、ボルト１４によってハウジング本体１１ａに締結されている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心しかつ１８０゜だけ位相をずらした状態で、壁体１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられており、蓋板１１ｂと端板１３ａとの間に設けられた自転阻止機構１５によって自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持されている。
【００２４】
固定スクロール１２には、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対する２つの圧縮室（後に詳述するが、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂに区画され、かつ連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの接触によって画成されるＣa，Ｃb）どうしを連通する連通路Ｐが設けられている。また、旋回スクロール１３には、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対する２つの圧縮室（後に詳述するＣa0，Ｃb0）を連通する連通路Ｐ0が設けられている。
【００２５】
連通路Ｐは固定スクロール１２に複数の孔を穿通し不要な箇所を塞ぐ等して形成されており、その一端が連結縁１２ｅに近接する壁体１２ｂの外側面（背）に沿うように設けられ、他端がスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する壁体１２ｂの内側面（腹）に沿うように設けられている。連通路Ｐの両端は、壁体１２ｂの外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口することになる。
【００２６】
連通路Ｐ0も上記と同様に旋回スクロール１３に複数の孔を穿通し不要な箇所を塞ぐ等して形成されており、その一端が連結壁面１３ｈと壁体１３ｂとの境界に近接する壁体１３ｂの外側面（背）に沿うように設けられ、他端がスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する壁体１３ｂの内側面（腹）に沿うように設けられている。連通路Ｐ0の両端は、壁体１３ｂの外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口することになる。
【００２７】
蓋板１１ｂには、クランク１６ａを備える回転軸１６が貫通され、ベアリング１７ａ，１７ｂを介して蓋板１１ｂに回転自在に支持されている。
【００２８】
旋回スクロール１３側の端板１３ａの他端面の中央には、ボス１８が突設されている。ボス１８には、クランク１６ａの偏心部１６ｂが軸受１９およびドライブブッシュ２０を介して回動自在に収容されており、旋回スクロール１３は回転軸１６を回転させることによって公転旋回運動するようになっている。回転軸１６には、旋回スクロール１３に与えられたアンバランス量を打ち消すバランスウェイト２１が取り付けられている。
【００２９】
また、ハウジング１１の内部には、固定スクロール１２の周囲に吸入室２２が形成され、さらにハウジング本体１１ａの内底面と端板１２ａの他側面とに区画されて吐出キャビティ２３が形成されている。
【００３０】
ハウジング本体１１ａには、吸入室２２に向けて低圧の流体を導く吸入ポート２４が設けられ、固定スクロール１２側の端板１２ａの中央には、容積を漸次減少させながら中心に移動してきた圧縮室Ｃから吐出キャビティ２３に向けて高圧の流体を導く吐出ポート２５が設けられている。端板１２ａの他側面中央には、所定の大きさ以上の圧力が作用した場合にのみ吐出ポート２５を開く吐出弁２６が設けられている。
【００３１】
図２は固定スクロール１２、旋回スクロール１３それぞれの斜視図である。
固定スクロール１２側の壁体１２ｂは、その渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心側で低く外周端側で高い段付き形状となっている。旋回スクロール１３側の壁体１３ｂは、壁体１２ｂと同じく渦巻き状をなすものの段付き形状とはなっておらず、上縁は面一に形成されている。
【００３２】
また、固定スクロール１２側の端板１２ａは、壁体１３ｂの上縁に対応し、一側面が面一に形成されている。旋回スクロール１３側の端板１３ａは、壁体１２ｂの段付き形状に対応し、一側面の高さが渦方向の中心で高く外周端で低くなる２つの部位を有する段付き形状となっている。
【００３３】
壁体１２ｂの上縁は、中心寄りに設けられた低位の上縁１２ｃと外周端寄りに設けられた高位の上縁１２ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１２ｃ，１２ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１２ｅが存在している。
【００３４】
また、端板１３ａの底面は、中心寄りに設けられた底の浅い底面１３ｆと外周端寄りに設けられた底の深い底面１３ｇの２つの部位に分けられ、隣り合う底面１３ｆ，１３ｇ間には、両者を繋いで垂直に切り立つ連結壁面１３ｈとが存在している。
【００３５】
連結縁１２ｅは、壁体１２ｂを旋回スクロール１３の方向から見ると壁体１２ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１２ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。また、連結壁面１３ｈは、端板１３ａを旋回軸方向から見ると旋回スクロール１３の旋回に伴って連結縁１２ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。
【００３６】
図３に示すように、壁体１２ｂにおいて上縁１２ｃと連結縁１２ｅとが突き合う部分には、リブ１２ｉが設けられている。リブ１２ｉは、応力集中を避けるため上縁１２ｃと連結縁１２ｅとに滑らかに連続する凹曲面をなして壁体１２ｂと一体に形成されている。
【００３７】
端板１３ａにおいて底面１３ｇと連結壁面１３ｈとが突き合う部分にも、肉盛りしたようにリブ１３ｊが設けられている。リブ１３ｊは、応力集中を避けるため底面１３ｇと連結壁面１３ｈとに滑らかに連続する凹曲面をなして壁体１３ｂと一体に形成されている。
【００３８】
壁体１２ｂにおいて上縁１２ｃ，１２ｅが突き合う部分は、組み付け時にリブ１３ｊとの干渉を避けるためにそれぞれ面取りされている。
【００３９】
さらに、壁体１２ｂの上縁１２ｃ，１２ｄにはチップシール２７ｃ，２７ｄが、連結縁１２ｅにはチップシール２７ｅがそれぞれ配設されている。また、壁部１３の上縁１３ｃにはチップシール２８が配設されている。
【００４０】
チップシール２７ｃ，２７ｄは渦巻き状をなし、上縁１２ｃに渦方向に沿って形成された溝１２ｋ，１２ｌに嵌合されており、圧縮機の運転時には溝１２ｋ，１２ｌに導入される高圧の流体により背圧を受け、底面１３ｆ，１３ｇに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４１】
チップシール２８も渦巻き状をなし、上縁１３ｃに渦方向に沿って形成された溝１３ｋに嵌合されており、圧縮機の運転時には溝１３ｋに導入される高圧の流体により背圧を受け、底面１２ｆに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４２】
チップシール２７ｅは棒状をなし、連結縁１２ｅに沿って形成された溝１２ｍに嵌合されるとともに溝１２ｍからの離脱を防止する構造を採用されており、圧縮機の運転時には後述するように図示しない付勢手段によって連結壁面１３ｈに押し当てられてシールとしての機能を発揮する。
【００４３】
固定スクロール１２に旋回スクロール１３を組み付けると、低位の上縁１２ｃが底の浅い底面１３ｆに当接し、高位の上縁１２ｄが底の深い底面１３ｇに当接する。同時に、上縁１３ｃが底面１２ｆに当接する。これにより、両スクロール間には向かい合う端板１２ａ，１３ａと壁体１２ｂ，１３ｂとに区画されて圧縮室Ｃが形成される。
【００４４】
上記のように構成されたスクロール圧縮機について、駆動時における流体圧縮の過程を図４ないし図７に示して順に説明する。
図４に示す状態では、壁体１２ｂの外周端が壁体１３ｂの外側面に当接するとともに、壁体１３ｂの外周端が壁体１２ｂの外側面に当接し、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂ間に流体が封入され、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対した位置に、最大容積の圧縮室Ｃa，Ｃbが２つ画成される。連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとはこの時点で摺接を開始し、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態となる。
【００４５】
図４の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図５に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0もそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態が保たれる。
【００４６】
図５の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図６に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0もそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程でも、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0がそれぞれ個別に密閉された状態が保たれる。
【００４７】
図６に示す状態では、外周端に近い壁体１３ｂの内側面とその内方に位置する壁体１２ｂの外側面との間には、後に圧縮室となる空間Ｃa1が画成され、外周端に近い壁体１２ｂの内側面とその内方に位置する壁体１３ｂの外側面との間には、後に圧縮室となる空間Ｃb1が画成され、空間Ｃa1，Ｃb1には吸入室２２から低圧の流体が流入する。圧縮室Ｃa，Ｃbがそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮する。先行する圧縮室Ｃa0，Ｃb0はこの時点で最小容積となり、流体を所定圧まで昇圧させ吐出ポート２５を通じて吐出する。この時点までは、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接が継続されており、圧縮室Ｃbと先行する圧縮室Ｃb0はそれぞれ個別に密閉された状態が保たれるが、直後に解消される。
【００４８】
図６の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図７に示す状態に至る過程では、空間Ｃa1，Ｃb1が大きさを拡大しながら中心に向けて進行し、空間Ｃa1，Ｃb1に先行する圧縮室Ｃa，Ｃbもそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。この過程では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接は解消されており、中心を挟んで正対する２つの圧縮室Ｃa，Ｃbは連通状態となって均圧される。
【００４９】
図７の状態から旋回スクロール１３がさらにπ／２だけ旋回し再び図４に示す状態に至る過程では、空間Ｃa1，Ｃb1がさらに大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心に向けて進行し、先行する圧縮室Ｃa，Ｃbはそれぞれ密閉状態を保ちながら中心に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。この過程でも、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとの摺接は解消されており、中心部を挟んで相対する２つの圧縮室Ｃa，Ｃbは連通状態となって均圧される。
【００５０】
最大容積から最小容積（吐出弁２６開放時の容積）に至る圧縮室の大きさの変遷は、
過程Ａ；（図４における圧縮室Ｃa→図５における圧縮室Ｃa→図６における圧縮室Ｃa→図７における圧縮室Ｃa→図４における圧縮室Ｃb0→図５における圧縮室Ｃb0→図６における圧縮室Ｃb0）、または
過程Ｂ；（図４における圧縮室Ｃb→図５における圧縮室Ｃb→図６における圧縮室Ｃb→図７における圧縮室Ｃb→図４における圧縮室Ｃa0→図５における圧縮室Ｃa0→図６における圧縮室Ｃa0）
と見なせる。ここで、それぞれの状態における圧縮室を展開した形状を図８に示す。なお、上記２つの過程では、同じタイミングでも圧縮室Ｃa，Ｃbの容積が異なるときがあるので、両者の形状を比較できるように並記することにする。
【００５１】
最大容積となる（ａ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa，Ｃbはいずれも短冊状をなし（図４参照）、旋回軸方向の幅はスクロール圧縮機構の外周端側では底面１２ｆから上縁１２ｄまでの壁体１２ｂの高さ（もしくは底面１３ｇから上縁１３ｃまでの壁体１３ｂの高さ）にほぼ等しいラップ長Ｌｌとなり、圧縮室Ｃa，Ｃbの容積は等しい。
【００５２】
（ｂ）のタイミングでは、圧縮室Ｃaは（ａ）の状態と同じく短冊状をなすが、旋回方向の長さが短くなる（図５参照）。圧縮室Ｃbは、旋回軸方向の幅が途中で狭くなる異形の短冊状に変化し、その幅は中心側では底面１２ｆから上縁１２ｃまでの高さ（もしくは底面１３ｆから上縁１３ｃまでの壁体１３ｂの高さ）にほぼ等しいラップ長Ｌｓ（＜Ｌｌ）となるため、容積は圧縮室Ｃaより小さくなる。
【００５３】
（ｃ）のタイミングでは、圧縮室Ｃaも旋回軸方向の幅が途中で狭くなる異形の短冊状に変化する（図６参照）。圧縮室Ｃbは、ラップ長Ｌｌの部分が短く、ラップ長Ｌｓの部分が長くなる。なお、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｌの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより長く、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｓの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより短くなるため、容積は圧縮室Ｃaの方が大きくなる。
【００５４】
（ｄ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa，Ｃbはともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図７参照）。ここでも、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｌの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより長く、圧縮室Ｃaのラップ長Ｌｓの部分の長さは圧縮室Ｃbのそれより短いため、容積は圧縮室Ｃaの方が大きい。
【００５５】
（ｅ）のタイミングでは、圧縮室Ｃb0，Ｃa0はともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図４参照）。しかも、圧縮室Ｃa0はラップ長Ｌｌの部分が消滅してしまい、幅が均一（ラップ長Ｌｓ）な短冊状となる。
【００５６】
（ｆ）のタイミングでは、圧縮室Ｃb0，Ｃa0はともに中心側に移動することで旋回方向の長さがさらに短くなる（図５参照）。
【００５７】
最小容積となる（ｇ）のタイミングでは、圧縮室Ｃa0，Ｃb0はともにラップ長Ｌｌの部分が消滅してしまい、幅が均一（ラップ長Ｌｓ）な短冊状となる（図６参照）。この後は吐出弁２６が開放して吐出ポート２５から流体が吐出される。
【００５８】
上記スクロール圧縮機を駆動させた場合、図８からわかるように、正対する２つの圧縮室の容積が（ｂ）〜（ｆ）の過程で異なり、両圧縮室間で内部圧力が釣り合わない状態に陥ってしまう。ただし、（ｃ）〜（ｅ）間では連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈとのとの摺接が解消されるので、実際に内部圧力の不均衡状態が生じるのは、（ａ）〜（ｃ）の過程と（ｅ）〜（ｇ）の過程とである。
【００５９】
そこで、上記スクロール圧縮機においては、（ａ）〜（ｃ）の過程において正対する圧縮室Ｃa，Ｃb間で連通路Ｐを通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正される。また、（ｅ）〜（ｇ）の過程において正対する圧縮室Ｃa0，Ｃb0間で連通路Ｐ0を通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正される。
【００６０】
したがって、上記スクロール圧縮機によれば、圧縮の過程で正対する２つの圧縮室の容積が等しくない状態となっても、連通路Ｐ，Ｐ0を通じて流体が流通し、内部圧力の不均衡が是正され、正対する圧縮室（ＣaとＣb、Ｃa0とＣb0）間で圧力バランスが保たれるので、圧縮機を安全に駆動することができる。
【００６１】
また、固定スクロール１２の壁体１２ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく旋回スクロール１３の端板１３ａにのみ段差を設けることにより、両スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００６２】
さらに、段差をもたない固定スクロール１２に吐出ポート２５を設けることにより、吐出ポート２５内の容積が減少し、吐出ポート２５から圧縮室Ｃへの流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【００６３】
なお、本実施形態においては固定スクロール１２の壁体１２ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく旋回スクロール１３の端板１３ａにのみ段差を設けた構成としたが、これとは逆に、旋回スクロール１３の壁体１３ｂにのみ段差を設け、これに対応するべく固定スクロール１２の端板１２ａにのみ段差を設けた構成としても構わない。
【００６４】
本実施形態においては固定スクロール１２に連通路Ｐを、旋回スクロール１３に連通路Ｐ0をそれぞれ設けたが、中央に移動した２つの圧縮室が連続する場合には、連通路Ｐ0を介さずとも流体の流通が行われるので、連通路Ｐ0を設ける必要はない。
【００６５】
また、本実施形態においては連結縁１２ｅが旋回スクロール１３の旋回面に垂直に形成され、これに対応して連結壁面１３ｈも旋回面に垂直に形成されているが、連結縁１２ｅ、連結壁面１３ｈは互いの対応関係を守っていれば旋回面に垂直である必要はなく、例えば旋回面に対して傾斜するように形成しても構わない。
【００６６】
さらに、本実施形態においては固定スクロール１２に１つの段差を有する段付き形状を採用したが、本発明に係るスクロール圧縮機は段差を複数有するものについても実施可能である。
【００６７】
本発明に係るスクロール圧縮機の第２の実施形態を図９に示して説明する。なお、上記第１の実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
図９は本実施形態におけるスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。このスクロール圧縮機の特徴は、固定スクロール１２、旋回スクロール１３がいずれも段付き形状を有している。ただし、壁体１２ｂの上縁の段差は壁体１３ｂの上縁の段差より大きく、端板１３ａの一側面の段差は端板１２ａの一側面の段差より小さく設定されている点である。
【００６８】
上記スクロール圧縮機を駆動させた場合も、上記第１の実施形態と同様に、正対する２つの圧縮室の容積がある過程で異なり、両圧縮室間で内部圧力が釣り合わない状態に陥ってしまうのだが、連通路Ｐ，Ｐ0を通じて流体が流通し、両圧縮室間の内部圧力の不均衡が是正され、正対する圧縮室間で圧力バランスが保たれるので、圧縮機を安全に駆動することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクロール圧縮機によれば、正対する２つの圧縮室が圧縮のある過程で容積を異ならせてしまうが、当該の圧縮過程において連通路を通じて両圧縮室間で流体が流通するため、内部圧力の不均衡が是正される。これにより、圧縮機を安全に駆動させることができる。
【００７０】
また、固定スクロール、旋回スクロールいずれか一方のスクロールの壁体にのみ段差を設け、これに対応するべく他方のスクロールの端板にのみ段差を設けることにより、スクロールの加工が従来に比べて簡単になり、加工性が向上するとともに加工に要するコストを削減することができる。
【００７１】
さらに、段差をもたないスクロールに吐出ポートを設けることにより、吐出ポート内容積が減少し、吐出ポートから圧縮室への流体の逆流による動力損失が抑えられるので、圧縮効率の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るスクロール圧縮機の第１の実施形態を示す側断面図である。
【図２】 固定スクロール、旋回スクロールそれぞれの斜視図である。
【図３】 上縁と連結縁との間に設けられるリブ、および底面と連結壁面との間に設けられるリブを示す側断面図である。
【図４】 スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図５】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図６】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図７】 同じく、スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す状態説明図である。
【図８】 最大容積から最小容積に至る圧縮室の大きさの変遷を示す状態説明図である。
【図９】 本発明に係るスクロール圧縮機の第２の実施形態を示す側断面図である。
【符号の説明】
１２ 固定スクロール
１２ａ 端板
１２ｂ 壁体
１２ｃ，１２ｄ 上縁
１２ｅ 連結縁
１２ｆ 底面
１３ 旋回スクロール
１３ａ 端板
１３ｂ 壁体
１３ｃ，１３ｄ 上縁
１３ｆ 底面
１３ｈ 連結壁面
Ｐ，Ｐ0 連通路
Claims (6)
- 端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、
端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、
前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方に具備される前記壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、
前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか他方に具備される前記端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機であって、
複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室のいずれか一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記一方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
- 前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする請求項１または２記載のスクロール圧縮機。
- 端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、定位置に固定された固定スクロールと、端板の一側面に立設された渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備え、
前記各壁体の上縁は、複数の部位に分割されかつ該部位の高さが渦方向の中心側で低く外周端側で高くなる段付き形状とされ、同じく前記各端板の一側面は、前記上縁の各部位に対応し、その高さが渦方向の中心側で高く外周端側で低くなる複数の部位を有する段付き形状とされたスクロール圧縮機において、
前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのいずれか一方の前記上縁の段差が他方の前記上縁の段差より大きく、前記他方の前記一側面の段差が前記一方の前記一側面の段差より小さく設定され、
さらに複数に分割された前記上縁の各部位どうしを繋ぐ連結縁と複数に分割された前記一側面の各部位どうしを繋ぐ連結壁面との接触によって画成され、かつ、前記各壁体の接触によって画成されるスクロール圧縮機構の中央を挟んで正対する２つの圧縮室の少なくとも一方が前記段付き形状を有する位置の時に、これら２つの圧縮室を連通する連通路が設けられていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 前記他方に吐出ポートが設けられていることを特徴とする請求項４記載のスクロール圧縮機。
- 前記連通路の両端が、前記圧縮室を画成する前記壁体の外側面と内側面とが同時に噛み合う２つの箇所にそれぞれ開口していることを特徴とする請求項３または４記載のスクロール圧縮機。
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