JP4494111B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明はスクロール圧縮機、特に圧縮比を高めしかも過圧縮による動力損失を少なくしたスクロール圧縮機に関する。

過圧縮による動力損失を少なくしたスクロール圧縮機としては、特開２０００−１２０５６５号公報（特許文献１）に開示された技術がある。これは、中央に吐出孔を有する鏡板にインボリュート曲線からなる渦巻き状のラップを立設させた固定スクロールと、この固定スクロールに向かい合う鏡板にインボリュート曲線からなる渦巻き状のラップを立設させた旋回スクロールとを噛み合わせ、それぞれ複数個からなる１対の圧縮室を構成してなるスクロール圧縮機であり、各スクロールラップの巻き始め部分は、ラップ先端が外側インボリュート曲線の巻き始め点に滑らかに接続する外円弧と、内側インボリュートの巻き始め点に不連続に接続する内円弧とで形成され、外円弧の中心点は、外側インボリュート曲線の巻き始め点を通る基礎円の接線上に設ける一方、外円弧と内円弧の接点は、外円弧の中心点と内円弧の中心点を結ぶ直線上に設けた構成となっている。このような構成によれば、吐出孔が形成される中央室に各圧縮室が連通された直後のガス通路を広げ、吐出抵抗による過圧縮に伴う動力損失を少なくして圧縮機入力の増大を低減し、圧縮機効率を向上することができるという効果が得られる。
特開２０００−１２０５６５号公報（段落〔０００６〕、段落〔００１５〕〕、図２〜図４）。

しかしながら特許文献１を含む従来技術では、スクロール圧縮機の胴径を増大させることなく圧縮比を高めようとする場合、スクロールの渦巻きを中央側に延ばして渦巻きの開始点を早める必要があるが、そのようにすると中央室が狭くなって各圧縮室と中央室の間の連通面積の確保が困難になり、吐出抵抗の低減効果が不充分になって過圧縮による動力損失が増大するという問題がある。また、各圧縮室と中央室の間の連通面積を確保しようとして内円弧を広げると、スクロールラップの中央側先端部の厚さが小さくなってその部分の強度が不足するという問題が生じる。

この問題を、特許文献１以前の従来技術を示す図１０によりさらに詳細に説明する。このスクロール圧縮機は、１対の固定側スクロールラップ１と可動側スクロールラップ２よりなるもので、可動側ラップ２は固定側ラップ１に対し自転することなく旋回するように組み付けられている。固定側ラップ１の内周面１ｂと可動側ラップ２の外周面２ａ及び可動側ラップ２の内周面２ｂと固定側ラップ１の外周面１ａは複数箇所において互いに当接されてそれらの間に複数の圧縮室Ｔ１，Ｔ２がそれぞれ形成され、また中央部には固定側ラップ１の内周面１ｂと可動側ラップ２の内周面２ｂの間に中央室Ｔ３が形成され、固定側ラップ１の鏡板（図示省略）には中央室Ｔ３に開口される吐出孔５が形成されている。

固定側ラップ１は、外周面１ａと内周面１ｂとこの両周面１ａ，１ｂの中央側先端を連続的に接続する小円弧面１ｃよりなるものである。外周面１ａは二点鎖線の円１ｄを基礎円とするインボリュートの一部であり、小円弧面１ｃとの接続点Ｑ１が巻き始め点となっている。内周面１ｂは外周面１ａと共通の円１ｄを基礎円とするインボリュートの一部である渦巻き面１ｂ１と、この渦巻き面１ｂ１と小円弧面１ｃとを連続的に接続する短い平面１ｂ２よりなるもので、平面１ｂ２との接続点Ｑ２が渦巻き面１ｂ１の巻き始め点となっている。可動側ラップ２の形状は、固定側ラップ１の形状と基本的に同一である。

図１０に示すように、可動側ラップ２が固定側ラップ１に対し自転することなく旋回すれば、可動側ラップ２の小円弧面２ｃの中心Ｑ４は中心軸線Ｏ１を中心として旋回半径と同じ半径で回転し、これに伴い両圧縮室Ｔ１，Ｔ２は容積が次第に減少しながら中央側に移動して、その内部に閉じ込められたガスは圧縮される。可動側ラップ２が二点鎖線２Ａの位置に達してその外周面２ａの巻き始め点Ｑ１が固定側ラップ１の内周面１ｂのシールオフ位置Ｑ５に達した後は、二点鎖線２Ｂ，２Ｃに示すように、可動側ラップ２は固定側ラップ１の内周面１ｂから離れ、これによりこの内周面１ｂと可動側ラップ２の小円弧面２ｃとの間に形成される連通路を通って各圧縮室Ｔ１，Ｔ２内で圧縮されたガスは中央室Ｔ３内に内に送り込まれる。図８の破線ｃは、可動側ラップ２の旋回角に対するこの連通路の連通面積の変化特性を示すものである。固定側ラップ１の内周面１ｂと可動側ラップ２の小円弧面２ｃとの間の連通面積は、この破線ｃに示すようにシールオフ位置Ｑ５で開き始めて緩やかに増大する。従って吐出開始直後における各圧縮室Ｔ１，Ｔ２と中央室Ｔ３の間の連通面積が充分でないので、各圧縮室Ｔ１，Ｔ２圧縮室内のガスが過圧縮されて動力損失を生じるという問題がある。

また図１０に示すスクロール圧縮機では、胴径を増大させることなく圧縮比を高めようとする場合、各スクロール１，２の外周面１ａ，２ａの巻き始め点Ｑ１を基礎円１ｄに近づけて外周面１ａ，２ａを中央側に延ばし、内周面１ｂ，２ｂのシールオフ位置Ｑ５を中央側に移動する必要がある。しかしそのようにすると中央室Ｔ３が狭くなって、巻き始め点Ｑ１がシールオフ位置Ｑ５を過ぎた後における各圧縮室Ｔ１，Ｔ２と中央室Ｔ３の間の連通路の確保が困難になって、過圧縮による動力損失が増大するという問題がある。

これに対し特許文献１では、ラップの内側インボリュートの巻き始め点（図１０のシールオフ位置Ｑ５に相当）に不連続に接続する内円弧を設け、この内円弧は巻き始め点からさらに基礎円に向かう内側インボリュートの延長部分よりも外側に位置しているので、旋回スクロールが旋回して外側インボリュート曲線の巻き始め点が内側インボリュートのシールオフ位置付近である巻き始め点を越えた状態では、外側インボリュート曲線の巻き始め点と内側インボリュートの内円弧の間の隙間は、内円弧を設けていないそれ以前の従来技術に比して大となり、これにより前述した効果が得られるものである。しかしながら上述した特許文献１の技術では、吐出開始後のガス通路面積を充分に確保して過圧縮を充分に防止するためには、ラップの中心側先端部の厚さを、内側インボリュートの巻き始め点より手前のラップの厚さに比して相当に小さくする必要があるので、耐久性を考慮した場合、この中心側先端部の強度が不足して、相手側となるスクロールとの摺動や圧縮ガスなどによる力により損傷を生じるおそれが増大する。

また胴径を増大させることなく圧縮比を高めるには、図１０に示す従来技術と同様、ラップの外側インボリュートの巻き始め点（図１０の巻き始め点Ｑ１に相当）を中央側に近づけ、内側インボリュートの巻き始め点を中央側に移動する必要がある。しかしそのようにすると中央室が狭くなって、各圧縮室と中央室の間の連通路の確保が困難になり、これを克服しようとしてインボリュートの巻き始め点に不連続に接続する内円弧をさらに外側に位置させれば、ラップの中心側先端部の厚さが一層薄くなってこの先端部に損傷を生じるおそれが一層増大する。

本発明は、ラップの内周面にこれに対し旋回される他方のラップの先端部と摺動可能に当接される凹円弧面を形成することにより、このような各問題を解決することを目的とする。

このために、本発明の請求項１に記載のスクロール圧縮機は、固定側鏡板の内面に渦巻き状の固定側ラップを立設した固定スクロールと、可動側鏡板の内面に渦巻き状の可動側ラップを立設した可動スクロールを、両ラップの一方の外周面が他方の内周面に摺動可能に当接するように互いに旋回可能に組み合わせてこの両ラップの間に固定スクロールに対する可動スクロールの旋回に伴い容積が次第に減少しながら両ラップの中央部に形成された中央室側に移動する少なくとも１対の圧縮室を形成し、固定側鏡板の中央部には中央室に連通する吐出孔を形成し、各ラップの外周面及び内周面は少なくともそれらの一部を外渦巻き面及び内渦巻き面により形成するとともにそれらの中央側先端を小円弧面を介して接続してなるスクロール圧縮機において、互いに旋回される両スクロールの一方のラップの内周面は、他方のラップの外周面と摺動可能に当接される内渦巻き面の一部よりなる第１部分と、この第１部分に連続的に接続されて他方のラップの中央側先端の小円弧面と摺動可能に当接される凹円弧面状の第２部分と、この第２部分の円弧面の延長面よりも半径方向外側に位置して小円弧面に接続される第４部分と、第２部分に不連続的に接続され同第２部分の円弧面の延長面から速やかに外向きに離れて第４部分に接続される第３部分からなり、固定側鏡板の中央部の内面には可動スクロールの旋回軸線方向より見て吐出孔を囲む円形で固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた座ぐり部を形成し、圧縮室と中央室は可動スクロールの中央側先端の小円弧面が固定側ラップの第２部分と第３部分との接続部分を越えて可動側ラップの内周面と固定側ラップの小円弧面の間に形成される連通路により連通されれば座ぐり部を介しても連通されるようにしたことを特徴とするものである。

前項に記載のスクロール圧縮機において、固定側鏡板の中央部の内面に形成する座ぐり部は、固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた円形とするのに代えて、可動スクロールの旋回軸線方向より見て長円形で、その両側は吐出孔の外周に接して固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて互いに平行に延び、先端の円弧は接続部分のやゝ内側に位置する形状としてもよい。
前２項に記載のスクロール圧縮機において、外渦巻き面により形成される各ラップの外周面は渦巻きの巻き始め点において小円弧面に連続的に接続され、各ラップの内周面の第１部分は同ラップに対し旋回される他方のラップの外周面が巻き始め点においてラップの内渦巻き面から離れ始める第１シールオフ位置付近から中央と反対側に形成され、内周面の第２部分は他方のラップの中央側先端の小円弧面の中心の旋回の中心軸線を中心とする円弧面で第１部分の第１シールオフ位置付近から中央側に連続的に接続して形成され、第４部分は内渦巻き面の一部により形成され、第３部分は第４部分に連続的に接続される凹弧面とすることが好ましい。

前項に記載のスクロール圧縮機において、第４部分は、内渦巻き面の一部により形成するのに代えて、小円弧面側では内渦巻き面よりも半径方向内側に位置するとともに第３部分側では内渦巻き面よりも半径方向外側に位置する凹弧面としてもよい。

前各項に記載のスクロール圧縮機において、各スクロールの鏡板の内面には、鏡板の中央部に形成した吐出孔の周辺部及び各ラップを除く部分に浅い収納凹部を形成し、厚さがこの収納凹部の深さと同じまたはそれより多少厚い摩耗防止板を同収納凹部内に設けることが好ましい。

上述のように、本発明によれば、互いに旋回される両スクロールの一方のラップの内周面は、他方のラップの外周面と摺動可能に当接される内渦巻き面の一部よりなる第１部分と、この第１部分に連続的に接続されて他方のラップの中央側先端の小円弧面と摺動可能に当接される凹円弧面状の第２部分と、この第２部分の円弧面の延長面よりも半径方向外側に位置して小円弧面に接続される第４部分と、第２部分に不連続的に接続され同第２部分の円弧面の延長面から速やかに外向きに離れて第４部分に接続される第３部分からなり、固定側鏡板の中央部の内面には可動スクロールの旋回軸線方向より見て吐出孔を囲む円形で固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた座ぐり部を形成し、圧縮室と中央室は可動スクロールの中央側先端の小円弧面が固定側ラップの第２部分と第３部分との接続部分を越えて可動側ラップの内周面と固定側ラップの小円弧面の間に形成される連通路により連通されれば座ぐり部を介しても連通されるようにしたので、互いに旋回される両スクロールの一方のラップの内渦巻き面から他方のラップの中央側先端の小円弧面が離れてもこの小円弧面は一方のラップの凹円弧面状の第２部分と摺動可能に当接されおり、小円弧面が第２部分と第３部分との接続部分を過ぎるまでは圧縮室と中央室は連通されず、小円弧面がこの接続部分を過ぎてから連通が開始され、他方のラップの小円弧面が一方のラップ内周面から離れる位置が両ラップの中央側先端に近づくので圧縮比が高められる。また第３部分は第２部分に不連続的に接続されてその円弧面の延長面から速やかに外向きに離れ、従って第２部分と摺動可能に当接される小円弧面も第２部分の円弧面の延長面から速やかに外向きに離れ、これにより圧縮室と中央室の間の連通面積は急激に増大し、また圧縮室と中央室は座ぐり部を介しても連通される。このように圧縮室と中央室は、連通面積が急激に増大する一方のラップの内周面と他方のラップの小円弧面の間の連通路を介して連通されるのに加え、座ぐり部を介しても連通され、これにより圧縮室と中央室の間の連通面積は一層急激に増大するので過圧縮による動力損失を一層少なくすることができる。また、ラップの外周面の外渦巻き面の巻き始め点を従来と変える必要はなく、従って中央室が狭くなることはないので、ラップの中心側先端部の厚さを薄くする必要はなく、この先端部の強度が低下するおそれもない。

固定側鏡板の中央部の内面に形成する座ぐり部は、固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた円形とするのに代えて、可動スクロールの旋回軸線方向より見て長円形で、その両側は吐出孔の外周に接して固定側ラップの第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて互いに平行に延び、先端の円弧は接続部分のやゝ内側に位置する形状とした請求項２の発明においても、上述した請求項１の発明と実質的に同じ作用効果が得られる。
外渦巻き面により形成される各ラップの外周面は渦巻きの巻き始め点において小円弧面に連続的に接続され、各ラップの内周面の第１部分は同ラップに対し旋回される他方のラップの外周面が巻き始め点においてラップの内渦巻き面から離れ始める第１シールオフ位置付近から中央と反対側に形成され、内周面の第２部分は他方のラップの中央側先端の小円弧面の中心の旋回の中心軸線を中心とする円弧面で第１部分の第１シールオフ位置付近から中央側に連続的に接続して形成され、第４部分は内渦巻き面の一部により形成され、第３部分は第４部分に連続的に接続される凹弧面とした請求項３の発明によれば、各ラップの内周面の第３部分と第４部分は連続的に接続されて全体として滑らかな凹弧面を形成し、一方のラップの内周面の第３部分と他方のラップの中央側先端部の小円弧面の間に形成される連通路から中央室内に流入するガスを滑らかに案内するので、前項の発明による全ての効果に加えて、ガスの渦流によるエネルギ損失を減少させることができる。

第４部分は、内渦巻き面の一部により形成するのに代えて、小円弧面側では内渦巻き面よりも半径方向内側に位置するとともに第３部分側では内渦巻き面よりも半径方向外側に位置する凹弧面とした請求項４の発明によれば、他方のラップの先端部の小円弧面が一方の内周面の第２部分と第３部分との接続部分を過ぎた直後における圧縮室と中央室の間の連通路は面積及び増大速度が前２項の場合よりも増大するので、過圧縮による動力損失をさらに少なくすることができ、またラップの先端部の厚さが増大するのでこの先端部の強度を一層高めることができる。

各スクロールの鏡板の内面には、鏡板の中央部に形成した吐出孔の周辺部及び各ラップを除く部分に浅い収納凹部を形成し、厚さがこの収納凹部の深さと同じまたはそれより多少厚い摩耗防止板を同収納凹部内に設けた請求項５の発明によれば、一方スクロールの鏡板の内面のうち摩耗防止板が設けられていない吐出孔の周辺部と他方のスクロールの可動側ラップの頂面の間の隙間を減少させることができる。この隙間はラップの一方の小円弧面が他方の第２部分と第３部分との接続部分に達する前に中央室と圧縮室を連通して、中央室内のガスがまだ所定の出力圧力に達していない圧縮室内に逆流する原因となるが、この請求項４の発明によれば隙間を減少させることによりこのような逆流によるスクロール圧縮機の動力損失を減少させることができる。

先ず図１〜図３により、本発明によるスクロール圧縮機の第１実施形態の説明をする。主として図２及び図３に示すように、この実施形態のスクロール圧縮機は、固定側鏡板１１及びその内面１１ａに立設した渦巻き状の固定側ラップ１２よりなる固定スクロール１０と、可動側鏡板２１及びその内面２１ａに立設した渦巻き状の可動側ラップ２２よりなる可動スクロール２０よりなるものである。可動スクロール２０は、その可動側鏡板２１の内面２１ａの外周部が固定側鏡板１１の全外周に立設した側周壁（図示省略）の上端面に気密かつ摺動自在に当接され、固定スクロール１０に対し自転することなく旋回するように組み付けられている。この両スクロール１０，２０は、固定側ラップ１２の内周面１２ｂと可動側ラップ２２の外周面２２ａが複数箇所において互いに摺動可能に当接されてそれらの間に複数の第１圧縮室Ｓ１を形成するとともに、固定側ラップ１２の外周面１２ａと可動側ラップ２２の内周面２２ｂが複数箇所において互いに摺動可能に当接されてそれらの間に複数の第２圧縮室Ｓ２を形成するように組み合わされている。この両圧縮室Ｓ１，Ｓ２は、固定スクロール１０に対する可動スクロール２０の旋回に伴い容積が次第に減少しながら中心側に移動して、その内部に閉じ込められたガスを圧縮するようになっている。

両鏡板１１，２１の間となる両ラップ１２，２２の中央部には、両内周面１２ｂ，２２ｂの間に中央室Ｓ３が形成され、この中央室Ｓ３と接する固定側鏡板１１には内面１１ａ側に円形の座ぐり部１５ａを有する円形の吐出孔１５が、可動スクロール２０の旋回軸線方向に貫通して形成されている。吐出孔１５の出口側にはガスの流出は許容するが流入は阻止するリード弁１７が設けられている。また中央室Ｓ３と接する可動側鏡板２１の内面２１ａには、座ぐり部１５ａと同様の座ぐり部２５ａのみが形成されている。

次に図１により各ラップ１２，２２の形状の説明をする。以下においては、固定側ラップ１２の形状について説明をするが、対称形スクロールの場合は両ラップ１２，２２の形状は同一である。固定側ラップ１２は、外周面１２ａ、内周面１２ｂ及びこの両者１２ａ，１２ｂの中央側先端を接続する小円弧面１２ｃよりなるものであり、外周面１２ａ及び内周面１２ｂは基本的には基礎円Ｈを共通とする外インボリュート曲面（外渦巻き面）Ｈ１及び内インボリュート曲面（内渦巻き面）Ｈ２よりなるものである。外周面１２ａの外インボリュート曲面Ｈ１は巻き始め点Ｐ１から開始され、二点鎖線は省略された外インボリュート曲面Ｈ１の基礎円Ｈに達する延長部分を示している。外周面１２ａは巻き始め点Ｐ１において連続的に（滑らかに）小円弧面１２ｃに接続されている。

固定側ラップ１２の内周面１２ｂは、外側から中央側に向かって連続される第１部分１２ｂ１、第２部分１２ｂ２、第３部分１２ｂ３、第４部分１２ｂ４及び第５部分１２ｂ５よりなるものである。固定側ラップ１２の内周面１２ｂの第１部分１２ｂ１は内インボリュート曲面Ｈ２の一部であり、固定側ラップ１２に対し作動方向に旋回される可動側ラップ２２の外周面２２ａがその巻き始め点Ｐ１において内インボリュート曲面Ｈ２から離れ始める第１シールオフ位置Ｐ５から中央と反対側に形成されている。内周面１２ｂの第２部分１２ｂ２は、可動側ラップ２２の中央側先端の小円弧面２２ｃの中心Ｐ４の旋回円１３の中心軸線Ｏ１を中心とする半径ｒ１の円弧面１４で、第１部分１２ｂ１の第１シールオフ位置Ｐ５に接続されてそれから中央側に連続的に延びるように形成され、第２シールオフ位置Ｐ６に達している。第２部分１２ｂ２の半径ｒ１は、小円弧面２２ｃの中心Ｐ４の旋回円１３の半径と小円弧面２２ｃの半径の和である。上述のような構成であるので、固定側ラップ１２に対し旋回される可動側ラップ２２の先端の小円弧面２２ｃは、第１シールオフ位置Ｐ５を越えた後もこの第２部分１２ｂ２と摺動可能に当接されている。

第４部分１２ｂ４は第１部分１２ｂ１の延長部である内インボリュート曲面Ｈ２の一部により形成され、従って第２部分１２ｂ２の円弧面１４の延長面から外向きに離れている。第３部分１２ｂ３は第２シールオフ位置Ｐ６において大きい角度が設けられて第２部分１２ｂ２に不連続的に接続され、第２部分１２ｂ２の円弧面１４の延長面から速やかに外向きに離れて第４部分１２ｂ４に連続的に接続される凹円弧面である。第５部分１２ｂ５は第４部分１２ｂ４と小円弧面１２ｃに連続的に接続される短い平面である。第４部分１２ｂ４は凹円弧面に限らず適当な凹弧面としてもよい。また第５部分１２ｂ５は平面に限らず緩い凹弧面としてもよいし、あるいは第５部分１２ｂ５を省略して第４部分１２ｂ４を小円弧面１２ｃに直接接続するようにしてもよい。なお、第２部分１２ｂ２と第３部分１２ｂ３の接続部である第２シールオフ位置Ｐ６には、多少のアールを設けてもよい。

吐出孔１５の座ぐり部１５ａは、中央室Ｓ３と接する固定側鏡板１１の内面１１ａに形成され、可動スクロール２０の旋回軸線方向より見て円形で、吐出孔１５を囲みかつ固定側鏡板１１の固定側ラップ１２の内インボリュート曲面Ｈ２の第１シールオフ位置Ｐ５方向に向けて偏心させて形成され、深さは一定である。この座ぐり部１５ａは、図２の二点鎖線２２Ａに示すように、ラップ２２の外周面２２ａの巻き始め点Ｐ１がラップ１２の内周面１２ｂの第１シールオフ位置Ｐ５付近に位置している状態では圧縮室Ｓ１に連通されていないが、二点鎖線２２Ｂに示すように小円弧面２２ｃが第２シールオフ位置Ｐ６を越えれば圧縮室Ｓ１に連通され、この座ぐり部１５ａを介しても圧縮室Ｓ１を中央室Ｓ３に連通するようになっている。可動側鏡板２１に形成する座ぐり部２５ａは、吐出孔がない点を除き、可動側ラップ２２に対する位置関係は座ぐり部１５ａと同じである。

上述のように構成したこの第１実施形態では、可動スクロール２０が固定スクロール１０に対し自転することなく旋回すれば、図２に示すように、可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃの中心Ｐ４は中心軸線Ｏ１を中心とする旋回円１３に沿って旋回し、これに伴い両圧縮室Ｓ１，Ｓ２は容積が次第に減少しながら中央側に移動して、その内部に閉じ込められたガスは圧縮される。可動側ラップ２２が二点鎖線２２Ａの位置を過ぎて、その巻き始め点Ｐ１が図１０に示す従来技術のシールオフ位置Ｑ５に相当する固定側ラップ１２の内インボリュート曲面Ｈ２の第１シールオフ位置Ｐ５を越えた後も、可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃは固定側ラップ１２の内周面１２ｂの第２部分１２ｂ２と摺動可能に当接されているので、圧縮室Ｓ１内のガスは圧縮される。そして可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃが固定側ラップ１２の内周面１２ｂの第２シールオフ位置Ｐ６に達した後は、二点鎖線２２Ｃに示すように、可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃは固定側ラップ１２の内周面１２ｂから離れ、これによりこの内周面１２ｂと小円弧面２２ｃとの間に形成される連通路を通って圧縮室Ｓ１内で圧縮されたガスは中央室Ｓ３内に内に送り込まれる。

同様に、圧縮室Ｓ２内のガスも、固定側ラップ１２の巻き始め点Ｐ１が可動側ラップ２２の内インボリュート曲面Ｈ２の第１シールオフ位置Ｐ５を越えた後も圧縮され、固定側ラップ１２の小円弧面１２ｃが可動側ラップ２２の第２部分２２ｂ２に沿って移動して第２シールオフ位置Ｐ６に達した後に、この可動側ラップ２２の内周面２２ｂと固定側ラップ１２の小円弧面１２ｃとの間に形成される連通路を通って中央室Ｓ３内に内に送り込まれる。図８の一点鎖線ａは、可動側ラップ２２の旋回角に対する各内周面１２ｂ，２２ｂと小円弧面２２ｃ，１２ｃの間に形成されて圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３を連通する連通路の連通面積の変化特性を示すものである。この図８に示すように、図１０に示す従来技術の連通面積の変化特性ｃはシールオフ位置Ｑ５から連通が開始されて連通面積が緩やかに増大するのに対し、第１実施形態の連通面積の変化特性ａはシールオフ位置Ｑ５（＝第１シールオフ位置Ｐ５）より遅れた第２シールオフ位置Ｐ６から連通が開始されるが連通面積は急激に増大して連通面積の増大が飽和に近づく付近では従来技術の連通面積の変化特性ｃに追いついている。第１実施形態の連通面積の変化特性ａが急激に増えて従来技術の変化特性ｃに追いついているのは、内周面１２ｂの第４部分１２ｂ４は第１部分１２ｂ１の延長部である内インボリュート曲面Ｈ２の一部により形成され、第３部分１２ｂ３は第２シールオフ位置Ｐ６において第２部分１２ｂ２に大きい角度で不連続的に接続されて第２部分１２ｂ２の円弧面１４の延長面から速やかに外向きに離れているためである。

上述のようにこの第１実施形態によれば、各内周面１２ｂ，２２ｂと小円弧面２２ｃ，１２ｃの間に形成されて圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３を連通する連通面積の変化特性ａは、図１０に示す従来技術の連通面積の変化特性ｃに比し、第１シールオフ位置Ｐ５と第２シールオフ位置Ｐ６の角度差だけ連通開始位置が両ラップ１２，２２の中央側先端に近づくので圧縮比が高められ、しかも圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通面積は急激に増大するので過圧縮による動力損失を少なくすることができる。また、ラップ１２，２２の外周面１２ａの外インボリュート曲面Ｈ１の巻き始め点Ｐ１を従来と変える必要はなく、従って中央室Ｓ３が狭くなることはないので、ラップの中心側先端部の厚さを薄くする必要はなく、この先端部の強度が低下するおそれもない。さらに圧縮比の変更は第２部分１２ｂ２，２２ｂ２の長さを変えるだけでよいので、そのような変更も容易である。さらにまたこの第１実施形態では、各ラップ１２，２２の内周面１２ｂの第３部分１２ｂ３と第４部分１２ｂ４は連続的に接続されて全体として滑らかな凹弧面を形成し、この凹弧面により一方のラップ１２の内周面１２ｂの第３部分１２ｂ３と他方のラップ２２の小円弧面２２ｃの間に形成される連通路を通って圧縮室Ｓ１，Ｓ２から中央室Ｓ３内に流入するガスを滑らかに案内するので、渦流によるエネルギ損失を減少させることができる。

またこの第１実施形態では、固定側鏡板１１の内面１１ａの中央部には円形で吐出孔１５を囲みかつ固定側鏡板１１の固定側ラップ１２の内インボリュート曲面Ｈ２の第１シールオフ位置Ｐ５方向に向けて偏心させて形成した座ぐり部１５ａを設け、可動側鏡板２１の内面２１ａの中央部には吐出孔１５がない点を除き座ぐり部１５ａと同様な座ぐり部２５ａを設けているので、前述した各内周面１２ｂ，２２ｂと小円弧面２２ｃ，１２ｃの間に形成される連通路による圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通開始とほゞ同時に、座ぐり部１５ａ，２５ａによる圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通も開始される。これにより、圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通は、各内周面１２ｂ，２２ｂと小円弧面２２ｃ，１２ｃの間に形成される連通路に加え、座ぐり部１５ａ，２５ａを介しても行われる。これにより圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通面積は、座ぐり部１５ａ，２５ａを設けていない場合に比して一層急激に増大するので過圧縮による動力損失をきわめて少なくなる。

次に図４〜図７により、本発明によるスクロール圧縮機の第２実施形態の説明をする。この第２実施形態は、各スクロール１０，２０の鏡板１１，２１の内面１１ａ，２１ａにこれと当接されるラップ１２，２２の頂面１２ｄ，２２ｄとの間の摩耗を防止するための摩耗防止板１８，２８を設け、各ラップ１２，２２の内周面１２ｂ，２２ｂの第４部分１２ｂ４，２２ｂ４の形状を変更し、また座ぐり部１５ａ，２５ａの形状を変更した点が第１実施形態と異なるだけであり、その他の構成は同一であるので、主としてこの相違点につき説明する。

図５〜図７に示すように、この第２実施形態では、中央室Ｐ３と接する固定側鏡板１１には内面１１ａに座ぐり部１５ｂを有する円形の吐出孔１５が、可動スクロール２０の旋回軸線方向に貫通して形成され、吐出孔１５の出口側にはリード弁１７が設けられている。座ぐり部１５ｂは、図５に示すように可動スクロール２０の旋回軸線方向より見て長円形で、その両側は吐出孔１５の外周に接して固定側ラップ１２の内インボリュート曲面Ｈ２の第１シールオフ位置Ｐ５の方向に向けて互いに平行に延び、先端の円弧はこの第１シールオフ位置Ｐ５のやゝ内側に位置している。第１実施形態の場合と同様、この座ぐり部１５ｂは、ラップ２２の外周面２２ａの巻き始め点Ｐ１がラップ１２の内周面１２ｂの第１シールオフ位置Ｐ５付近に位置している図５に示す状態では圧縮室Ｓ１に連通されていないが、可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃが固定側ラップ１２の第２シールオフ位置Ｐ６を越えれば圧縮室Ｓ１に連通され、この座ぐり部１５ｂを介しても圧縮室Ｓ１を中央室Ｓ３に連通するようになっている。可動側鏡板２１の内面２１ａには、座ぐり部１５ｂと同様の座ぐり部２５ｂのみが形成されている。

固定側鏡板１１の内面１１ａには、吐出孔１５の一部である座ぐり部１５ｂの周辺部及び固定側ラップ１２を除く部分に浅い収納凹部１１ｂが形成され、可動側鏡板２１の内面２１ａには、座ぐり部２５ｂの周辺部及び可動側ラップ２２を除く部分に浅い収納凹部２１ｂが形成されている。各収納凹部１１ｂ，２１ｂ内には、その深さと同じまたはそれより多少厚い薄板（例えば厚さ０．３mmの鉄板）よりなる渦巻き状の摩耗防止板１８，２８が、各収納凹部１１ｂ，２１ｂの底面に密着するように設けられている。この摩耗防止板１８，２８の中央側の先端部１８ａ（摩耗防止板２８側は図示省略）はめくれを防ぐために尖らすことができず、半径が相当大きい円弧状にする必要があり、従ってその付近となる固定側鏡板１１，２１の内面１１ａ，２１ａは相当な範囲にわたり摩耗防止板１８，２８により覆われていない。各ラップ１２，２２の頂面１２ｄ，２２ｄには摩耗防止板１８，２８に当接されるシール１９，２９が設けられている。

図４に示すように、固定側ラップ１２の内周面１２ｂの第４部分１２ｂ４は、第２部分１２ｂ２の中心軸線Ｏ１の近くに中心軸線Ｏ２を有する第２部分１２ｂ２の半径ｒ１と同程度の半径ｒ２を有する凹円弧面Ｋの一部であり、第４部分１２ｂ４は小円弧面１２ｃ側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向内側に位置するとともに第３部分１２ｂ３側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向外側に位置し、凹円弧面Ｋの一端は第１シールオフ位置Ｐ５に達している。第３部分１２ｂ３は、第１実施形態と同様、第２シールオフ位置Ｐ６において大きい角度が設けられて第２部分１２ｂ２に不連続的に接続され、第２部分１２ｂ２の円弧面１４の延長面から速やかに外向きに離れて第４部分１２ｂ４に連続的に接続されている。この第２実施形態の第３部分１２ｂ３は、上述のように第４部分１２ｂ４は第３部分１２ｂ３側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向外側に位置しているので、この第３部分１２ｂ３の第４部分１２ｂ４側は第１実施形態の第４部分１２ｂ４よりも第２部分１２ｂ２の延長面から外向きに離れて、内インボリュート曲面Ｈ２より半径方向外側に位置している。このように構成されているので、可動側ラップ２２の先端部の小円弧面２２ｃが固定側ラップ１２の内周面１２ｂの第２部分１２ｂ２と第３部分１２ｂ３との接続部分を過ぎた直後における圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通路は、面積及び増大速度が第１実施形態の場合よりもおおきくなる。また第４部分１２ｂ４は小円弧面１２ｃ側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向内側に位置しており、これにより固定側ラップ１２の先端部の厚さＩは第１実施形態よりよりも大きくなる。なお第４部分１２ｂ４は、小円弧面１２ｃ側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向内側に位置するとともに第３部分１２ｂ３側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向外側に位置する凹弧面であればよく、第１シールオフ位置Ｐ５を通る凹円弧面の一部である必要はない。

上述のように構成した第２実施形態では、第１実施形態と同様、可動スクロール２０が固定スクロール１０に対し旋回すれば、両圧縮室Ｓ１，Ｓ２は容積が次第に減少しながら中央側に移動して、その内部に閉じ込められたガスは圧縮される。そして一方のラップ１２（２２）の小円弧面１２ｃ（２２ｃ）が他方のラップ２２（１２）の内周面２２ｂ（１２ｂ）の第２シールオフ位置Ｐ６を越えれば、一方のラップ１２（２２）の小円弧面１２ｃ（２２ｃ）は他方のラップ２２（１２）の内周面２２ｂ（１２ｂ）から離れて、この内周面２２ｂ（１２ｂ）と小円弧面１２ｃ（２２ｃ）との間に圧縮室Ｓ１，Ｓ２を中央室Ｓ３に連通する連通路が形成され、これとほぼ同時に圧縮室Ｓ１，Ｓ２は座ぐり部１５ｂを介しても中央室Ｓ３に連通される。このようにこの第２実施形態でも、圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通は、各内周面１２ｂ，２２ｂと小円弧面２２ｃ，１２ｃの間に形成される連通路に加え、座ぐり部１５ｂ，２５ｂを介しても行われるので、圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通面積は、座ぐり部１５ｂ，２５ｂを設けていない場合に比して一層急激に増大するので過圧縮による動力損失をきわめて少なくなる。

この第２実施形態では、固定側ラップ１２の内周面１２ｂは上述のように、第３部分１２ｂ３の第４部分１２ｂ４側が第１実施形態の第４部分１２ｂ４よりも第２部分１２ｂ２の延長面から外向きに離れて、内インボリュート曲面Ｈ２よりも半径方向外側に位置しており、可動側ラップ２２についても同様である。従って一方のラップ１２（２２）の先端部の小円弧面１２ｃ（２２ｃ）が他方のラップ２２（１２）の内周面２２ｂ（１２ｂ）の第２部分２２ｂ２（１２ｂ２）と第３部分２２ｂ３（１２ｂ３）との接続部分を過ぎた直後における圧縮室Ｓ１，Ｓ２と中央室Ｓ３の間の連通路は面積及び増大速度は、図８の二点鎖線ｂに示すように、第１実施形態の場合よりも大きくなるので、過圧縮による動力損失をさらに少なくすることができる。また第４部分１２ｂ４は小円弧面１２ｃ側では内渦巻き面Ｈ２よりも半径方向内側に位置しており、これにより固定側ラップ１２の先端部の厚さＩが大きくなるのでこの先端部の強度を一層高めることができる。

またこの第２実施形態では、各鏡板１１，２１の内面１１ａ，２１ａに形成した浅い収納凹部１１ｂ，２１ｂ内に、内面１１ａ，２１ａの摩耗を防ぐ摩耗防止板１８、２８を設けている。このような摩耗防止板１８を設けたスクロール圧縮機では、通常は鏡板１１，２１の内面１１ｃ（可動側鏡板２１側は図示省略）上に直接摩耗防止板１８，２８を密着させており、各摩耗防止板１８，２８の表面と各鏡板１１，２１の内面１１ｃとの間には摩耗防止板１８，２８の板厚に相当する段差が生じる。そのような場合には、図５の７−７線に沿った部分に相当する拡大断面図である図９に示すように、摩耗防止板１８の先端部１８ａの外側付近で鏡板１１の内面１１ｃが摩耗防止板１８により覆われていない範囲では、内面１１ｃとこれに対向する可動側ラップ２２の頂面２２ｄとの間には、摩耗防止板１８の厚さに相当する隙間ｅ′が生じる。可動側ラップ２２の小円弧面２２ｃが固定側ラップ１２の第２シールオフ位置Ｐ６に達する前には、図９に示すように、この隙間ｅ′により中央室Ｓ３と圧縮室Ｓ１が連通されて、中央室Ｓ３内のガスがまだ所定の出力圧力に達していない圧縮室Ｓ１内に逆流され、同様に可動側鏡板２１の内面と固定側ラップ１２の頂面１２ｄの間に生じる同様な隙間により中央室Ｓ３内のガスも圧縮室Ｓ２内に逆流される。この逆流したガスは圧縮室Ｓ１，Ｓ２内で再圧縮されるので動力損失が生じるという問題がある。しかしながら上述した第２実施形態では、各鏡板１１，２１の内面１１ａ，２１ａには、座ぐり部１５ｂ，２５ｂの周辺部及びラップ１２，２２を除く部分に浅い収納凹部１１ｂ，２１ｂを形成し、各収納凹部１１ｂ，２１ｂ内に、その深さと同じまたはそれより多少厚い薄板の摩耗防止板１８，２８が、各収納凹部１１ｂ，２１ｂの底面に密着するように設けられているので、図５の７−７断面図である図７に示すように、摩耗防止板１８，２８の先端部１８ａの外側付近で鏡板１１，２１の内面１１ｃ，が摩耗防止板１８により覆われていない範囲でも、鏡板１１，２１の内面１１ｃとこれに対向するラップ１２，２２の頂面１２ｄ，２２ｄとの間に生じる隙間ｅは、収納凹部１１ｂ，２１ｂの深さ分だけ前述した隙間ｅ′よりも小さくなる。これにより隙間ｅを通って中央室Ｓ３から圧縮室Ｓ１，Ｓ２に逆流するガスの量は減少するので、スクロール圧縮機の動力損失を減少させることができる。

また鏡板１１，２１の内面上に直接摩耗防止板１８，２８を密着させたものでは、この摩耗防止板１８,２８の先端部の裏側に中央室Ｓ３内の圧縮されたガスあるいは停止時に中央室Ｓ３内に溜まった液体が入り込んでこの先端部を浮き上がらせることがあり、この浮き上がった先端部はラップ１２，２２の頂面１２ｄ，２２ｄにより繰り返し鏡板１１，２１の内面に押し付けられて疲労による破損を生じることがあるが、各鏡板１１，２１の内面１１ａ，２１ａに形成した浅い収納凹部１１ｂ，２１ｂ内に摩耗防止板１８、２８を設けたものによれば、摩耗防止板１８,２８の先端部の裏側に中央室Ｓ３内の圧縮されたガスあるいは停止時に中央室Ｓ３内に溜まった液体が入り込むおそれは減少するので、上述したような疲労による破損を生じるおそれは減少する。

上述した各実施形態では、１対のラップ１２，２２を実質的に同一形状として１８０度の位相差を設けた対称形スクロールの場合につき説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、各ラップ１２，２２の長さあるいは巻き始め位置及び巻き終わり位置を変えた非対称形スクロールの場合にも適用することができる。

本発明によるスクロール圧縮機の第１実施形態のスクロールの中央部の形状の説明図である。 図１に示す第１実施形態の中央部の正面断面図である。 図２の３−３断面図である。 本発明によるスクロール圧縮機の第２実施形態のスクロールの中央部の形状の説明図である。 図４に示す第２実施形態の中央部の正面断面図である。 図５の６−６断面図である。 図５の７−７線に沿った拡大断面図である。 可動スクロールの旋回角に対する圧縮室と中央室の間の連通面積の変化特性を示す図である。 従来技術の一例における図７に相当する図である。 従来技術によるスクロール圧縮機の一例の説明図である。

符号の説明

１０…固定スクロール、１１…固定側鏡板、１１ａ…内面、１１ｂ…収納凹部、１２…固定側ラップ、１２ａ…外周面、１２ｂ…内周面、１２ｂ１…第１部分、１２ｂ２…第２部分、１２ｂ３…第３部分、１２ｂ４…第４部分、１２ｃ…小円弧面、１４…円弧面、１５…吐出孔、１５ａ…座ぐり部、１８…摩耗防止板、２０…可動スクロール、２１…可動側鏡板、２１ａ…内面、２１ｂ…収納凹部、２２…可動側ラップ、２２ａ…外周面、２２ｂ…内周面、２２ｃ…小円弧面、２８…摩耗防止板、Ｈ１…外渦巻き面（外インボリュート曲面）、Ｈ２…内渦巻き面（内インボリュート曲面）、Ｏ１…中心軸線、Ｐ１…巻き始め点Ｐ１、Ｐ４…中心、Ｐ５…第１シールオフ位置、Ｓ１，Ｓ２…圧縮室、Ｓ３…中央室。

Claims (5)

1. 固定側鏡板の内面に渦巻き状の固定側ラップを立設した固定スクロールと、可動側鏡板の内面に渦巻き状の可動側ラップを立設した可動スクロールを、前記両ラップの一方の外周面が他方の内周面に摺動可能に当接するように互いに旋回可能に組み合わせてこの両ラップの間に前記固定スクロールに対する前記可動スクロールの旋回に伴い容積が次第に減少しながら前記両ラップの中央部に形成された中央室側に移動する少なくとも１対の圧縮室を形成し、前記固定側鏡板の中央部には前記中央室に連通する吐出孔を形成し、前記各ラップの外周面及び内周面は少なくともそれらの一部を外渦巻き面及び内渦巻き面により形成するとともにそれらの中央側先端を小円弧面を介して接続してなるスクロール圧縮機において、互いに旋回される前記両スクロールの一方の前記ラップの内周面は、他方の前記ラップの外周面と摺動可能に当接される前記内渦巻き面の一部よりなる第１部分と、この第１部分に連続的に接続されて前記他方のラップの中央側先端の前記小円弧面と摺動可能に当接される凹円弧面状の第２部分と、この第２部分の円弧面の延長面よりも半径方向外側に位置して前記小円弧面に接続される第４部分と、前記第２部分に不連続的に接続され同第２部分の円弧面の延長面から速やかに外向きに離れて前記第４部分に接続される第３部分からなり、前記固定側鏡板の中央部の内面には前記可動スクロールの旋回軸線方向より見て前記吐出孔を囲む円形で前記固定側ラップの前記第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた座ぐり部を形成し、前記圧縮室と中央室は前記可動スクロールの中央側先端の小円弧面が前記固定側ラップの前記第２部分と第３部分との接続部分を越えて前記可動側ラップの内周面と固定側ラップの小円弧面の間に形成される連通路により連通されれば前記座ぐり部を介しても連通されるようにしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記固定側鏡板の中央部の内面に形成する前記座ぐり部は、前記固定側ラップの前記第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて偏心させた円形とするのに代えて、前記可動スクロールの旋回軸線方向より見て長円形で、その両側は前記吐出孔の外周に接して前記固定側ラップの前記第１部分と第２部分との接続部分の方向に向けて互いに平行に延び、先端の円弧は前記接続部分のやゝ内側に位置する形状としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１または請求項２に記載のスクロール圧縮機において、前記外渦巻き面により形成される前記各ラップの外周面は渦巻きの巻き始め点において前記小円弧面に連続的に接続され、前記各ラップの内周面の前記第１部分は同ラップに対し旋回される他方の前記ラップの外周面が前記巻き始め点において前記ラップの内渦巻き面から離れ始める第１シールオフ位置付近から中央と反対側に形成され、前記内周面の第２部分は前記他方のラップの中央側先端の前記小円弧面の中心の旋回の中心軸線を中心とする円弧面で前記第１部分の第１シールオフ位置付近から中央側に連続的に接続して形成され、前記第４部分は前記内渦巻き面の一部により形成され、前記第３部分は前記第４部分に連続的に接続される凹弧面としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項３に記載のスクロール圧縮機において、前記第４部分は、前記内渦巻き面の一部により形成するのに代えて、前記小円弧面側では前記内渦巻き面よりも半径方向内側に位置するとともに前記第３部分側では前記内渦巻き面よりも半径方向外側に位置する凹弧面としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載のスクロール圧縮機において、前記各スクロールの鏡板の内面には、前記鏡板の中央部に形成した吐出孔の周辺部及び前記各ラップを除く部分に浅い収納凹部を形成し、厚さがこの収納凹部の深さと同じまたはそれより多少厚い摩耗防止板を同収納凹部内に設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。

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