JP5879274B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール圧縮機に関し、特に、固定スクロールの回転ずれの抑制に関する。

従来のスクロール圧縮機では、例えば特許文献１で開示されるように、固定スクロールは圧縮機のベースとなるフレームへ数本の固定取付けねじで固定されていた。

特開２００５−１６３６５５号公報

通常の運転時においては、固定スクロールは、なんらかの原因でトルクが作用しても、固定取付けねじでフレームへ取り付けられているため、回転ずれを起こすことはない。それは、固定取付けねじによって、固定スクロールがフレームへ締め付けられているために、両者間に大きな摩擦力が発生するからである。しかし、圧縮機中の油に作動流体が大量に溶け込んだ状態（例えば、圧縮機が長時間停止して油温が低下し油中へ作動流体が大量に溶け込んだ、いわゆる寝込み状態など）からの起動直後に、固定スクロールが回転ずれを起こすことがあった。この原因としては、圧縮室内の作動流体の圧力が急激に上昇する結果、ラップの倒れによるラップ側面の摺動で固定スクロールを回転させる大きなトルクが発生することが考えられる。また、固定スクロールがフレームから持ち上がる変形を起こすために、固定スクロールとフレーム間に生じる摩擦力が低下することが原因とも考えられる。

固定スクロールが回転ずれを起こすと、両ラップ間で形成されている内線側側面隙間（固定ラップの内線側に形成される隙間）と外線側側面隙間（固定ラップの外線側に形成される隙間）に不均一が生じ、拡大する側面隙間が発生する。このため、拡大した側面隙間をシール隙間とする圧縮室の内部漏れが増大し、性能が低下するという問題があった。

本発明は、起動時における固定スクロールの回転ずれを防止し、性能を確保することができる圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、鏡板とそれに立設する旋回ラップを備えて旋回運動する旋回スクロールと、鏡板とそれに立設する固定ラップを備えた固定スクロールと、前記両ラップを噛合わせた状態で前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることで前記両スクロール間に圧縮室を形成する、スクロール圧縮機において、前記圧縮室を形成する両ラップ側面間の隙間を、ラップ外周寄り区間において、ラップ中央寄り区間よりも大きく設定するとともに、前記固定ラップの中心から固定ラップの内線側における前記ラップ中央寄り区間の最外周部である固定内線側中央最外部までの距離と、前記固定ラップの中心から固定ラップの外線側における固定外線側中央最外部までの距離とを概略同一とすること、を特徴とする。

本発明によれば、起動時における固定スクロールの回転ずれを防止し、圧縮機の性能を確保することができる。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の図１のＳ部である背圧弁付近の部分拡大縦断面図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回スクロールの上面図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールの下面図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の固定ラップの形状説明図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回外線側圧縮室が閉込みを開始したときのラップの噛合い状態を説明する図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回外線側圧縮室が閉込みを開始してから９０度旋回した時のラップの噛合い状態を説明する図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回内線側圧縮室が閉込みを開始したときのラップの噛合い状態を説明する図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回内線側圧縮室が閉込みを開始してから９０度旋回した時のラップの噛合い状態を説明する図。 第１実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回角度に対する固定シール摺動部の固定ラップ中心軸からの距離を示すグラフ。 従来ラップを有するスクロール圧縮機の寝込み起動時に起こる両スクロールとフレームの変形状態説明図。 従来ラップを有するスクロール圧縮機の寝込み起動時に起こる圧縮室及び吸込室及び吸込部の圧力分布。 第２実施形態に係るスクロール圧縮機の固定ラップの形状説明図。 第２実施形態の第１変形例に係るスクロール圧縮機の固定ラップの形状説明図。 第３実施形態に係るスクロール圧縮機の固定ラップの形状説明図。 第４実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回ラップの形状説明図。 第５実施形態に係るスクロール圧縮機の旋回スクロールの上面図。 第５実施形態に係るスクロール圧縮機の固定スクロールの下面図。 従来ラップを有するスクロール圧縮機の固定シール摺動部に作用する摺動力及びそれからトルクを求める時の腕の長さの説明図。

以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。

本実施例では、第１実施形態に係るスクロール圧縮機１について、図１〜図８、図１５を用いて説明する。図１はスクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１のＳ部における背圧弁付近の部分拡大縦断面図である。図３は旋回スクロールの上面図、図４は固定スクロールの下面図で、旋回外線側圧縮室が閉込みを開始した旋回ラップも重ねて描いた図である。

そして、図５は固定ラップの形状説明図であり、通常のラップに対して内線外周寄り区間に設けた凹部を強調して描画してある。図６の（ａ）から（ｄ）は、旋回スクロールの旋回に応じてラップ側面の摺動部が移動することを説明する図であり、図７は、旋回角度に対する固定シール摺動部の固定ラップ中心軸からの距離を示すグラフである。また、図８は、従来ラップを有するスクロール圧縮機の寝込み起動時に起こる両スクロールとフレームの変形状態と、圧縮室及び吸込室及び吸込部の圧力分布を説明する図、図１５は、従来ラップを有するスクロール圧縮機を用いた固定シール摺動部に作用する摺動力及びそれからトルクを求める時の腕の長さの説明図である。

なお、この例におけるスクロール圧縮機１の直径は、１０ｍｍから１０００ｍｍ程度とする。

図１に示すように、スクロール圧縮機１は、固定スクロール２と、旋回スクロール３と、旋回スクロール３を旋回運動させるクランク軸６と、固定スクロール２を取り付けてクランク軸６を支持するフレーム４を備える。さらに、旋回スクロール３の自転を防止するオルダムリング５（図２参照）と、クランク軸６の回転駆動源であるモータ７と、ケーシング８と、を備えている。

図３に示す旋回スクロール３は、旋回鏡板３ａの上面である旋回上面３ａ１に旋回ラップ３ｂが立設している。この旋回ラップ３ｂは、ラップ厚さがラップの全域で一様な形状となっている。そして、背面に旋回軸受２３が設置されている。この旋回軸受２３に後述するクランク軸６の偏心部であるピン部６ａが挿入され、クランク軸６をモータ７で回転させることによって、旋回運動させる。

フレーム４は、主軸受２４によってクランク軸６を回転支持するとともに、図２で示すように、旋回スクロール３との間に、旋回スクロール３の自転を防止するオルダムリング５を配置する。そして、フレーム４の上面外辺部にあるフレーム取付け面４ｓに、後述する固定スクロール２を固定配置する。

固定スクロール２は、図４に示す通り、固定鏡板２ａの下面側に固定ラップ２ｂが立設される。そして、固定ラップ２ｂの外辺部である台板部２ｑの下面（固定台板面２ｕ）外周部に固定取付け面２ｕ１を設け、前記したフレーム４のフレーム取付け面４ｓへ、複数の固定取付けねじ２００によって、取り付けられる（図２参照）。

固定ラップ２ｂには、図５のクロスハッチング部で示す通り、固定内線側だけに、通常の固定内線から一様に凹んだ固定内線側一様凹部２ｂ１を、ラップの外周寄りに設けている。ここで、固定内線側一様凹部２ｂ１の実際の凹み量は、３〜５０μｍ程度であり、図５は凹みを強調した図としている。この固定ラップ２ｂを圧縮室１００形成のために前記旋回ラップ３ｂと噛合わせることにより、固定内線側一様凹部２ｂ１を設けたラップ外周寄りの区間でのラップ側面間の隙間は、それよりも内側の区間に比べて大きく設定されることになる。

これより、固定ラップ２ｂの内線側は、固定内線側一様凹部２ｂ１を設けた区間が、一様な側面隙間のラップ外周寄り区間（固定内線側ラップ外周寄り区間）となり、それよりも中央寄りの区間がラップ中央寄り区間（固定外線側ラップ中央寄り区間）となる。一方、固定ラップ２ｂの外線側には、側面隙間を拡大したラップ外周寄り区間を設けず、全域をラップ中央寄り区間とする。この結果、この固定ラップ外線側のラップ中央寄り区間の最外周部（固定外線側中央最外部）は、旋回ラップ２ｂの内線とシール部を形成する固定外線の最外部である固定外線側最外部と一致する。

一方、固定内線側一様凹部２ｂ１の最内周部で決まる固定ラップ内線側のラップ中央寄り区間の最外周部（固定内線側中央最外部）は、固定ラップ２ｂの中心軸からの距離が、前記固定外線側中央最外部（固定ラップ外線側のラップ中央寄り区間の最外周部）と同じになる位置とする。

ところで、固定内線側一様凹部２ｂ１の最外周部は、固定内線側最外部まで伸ばすことが必要であるが、本実施形態では、ラップの加工性向上のために、ハッチング部で示す固定内線側外周延長凹部２ｂ２を設け、固定外線側と連続的に繋いだ形状とした。

ここで、固定スクロール２のフレーム４への取り付けは以下のように行う。まず、フレーム４に、クランク軸６を通し、さらに、旋回スクロール３とオルダムリング５を装着する。そして、固定スクロール２を旋回スクロール３へ被せた後、クランク軸６を圧縮動作が起こる方向へゆっくり回しながら、固定取付けねじ２００を徐々に締め込んでいく。最終的に、固定取付けねじ２００を既定の締め付けトルクまでねじ込み、固定取付け面２ｕ１とフレーム取付け面４ｓ面間に大きな締め付け力を付与する。

固定スクロール２の台板部２ｑの外周部には上下方向に延びる溝が形成されており、同様にフレーム４の外周部にも上下方向に延びる溝が形成されている。前記した通り部組みされたポンプ部では、これらの溝が繋がって、後述する固定背面室１２０とモータ上部空間１３０（吐出パイプ５５が臨んでいる空間）とを連通する連通溝１４０が形成される。

このようなポンプ部を、後述する筒ケーシング８ａに溶接する。具体的には、フレーム４の外周を筒ケーシング８ａへタック溶接ビード１５０により固定配置する。

この結果、通常の運転時では、固定スクロール２に軸方向まわりのトルクが作用しても、固定取付け面２ｕ１とフレーム取付け面４ｓ面間に大きな摩擦力が発生するため、固定スクロール２は回転ずれを起こさない。

このようにして、固定ラップ２ｂおよび旋回ラップ３ｂを噛合わせることにより、両スクロール間の外辺部に吸込室９０、中央寄りに圧縮室１００が形成される（図４参照）。ここで、旋回ラップ３ｂの外線側で形成される圧縮室を旋回外線側圧縮室１００ａ、内線側で形成される圧縮室を旋回内線側圧縮室１００ｂと呼称する。また、旋回スクロール３の背面（旋回スクロール３とフレーム４との間）には、背圧室１１０が形成される。

さらに、図１で示すように、固定スクロール２には、吸込口２ｓが形成されており、スクロール圧縮機１の外部から作動流体を固定スクロール２へ導入する吸込パイプ５０が圧入されている。そして、図４に示すように、この吸込口２ｓと吸込室９０との間に吸込部９５が形成されている。また、スクロール圧縮機１の停止直後の作動流体の逆流を防止するために逆止弁２１が吸込パイプ５０の下部に設けられている。

また、固定スクロール２の中央付近には、圧縮した作動流体を吐出させる吐出穴２ｄが形成されている。また、その外周側には、複数のバイパス穴２ｅが形成され（図４参照）、各々にバイパス弁２２が設けられて（図２参照）、過圧縮や液圧縮を低減する。

さらに、図２に示すように、固定スクロール２には、背圧室１１０の油を吸込室が閉じ込んだ後の圧縮室１００に流す圧縮給油路６０を設ける。そして、その途中に、背圧弁２６が設けられている。

背圧弁２６は、背圧室１１０の圧力（背圧）が圧縮室１００の圧力よりも所定値以上高くなると開弁するようになっている。このような背圧弁２６の動作により、背圧室１１０の圧力である背圧は、吸込口２ｓや吸込部９５における圧力である吸込圧よりも高く、吐出穴２ｄにおける圧力である吐出圧よりも低い、中間圧を保持するようになっている。これにより、背圧室１１０は、後述する吐出圧となっている旋回軸受室１１５とともに、旋回スクロール３を固定スクロール２へ付勢する役割を担う。

前記した通り、旋回スクロール３に旋回運動を起こすためのトルクを与えるクランク軸６は、その中央に給油穴６ｂが形成されている。そして、クランク軸６のフレーム４よりも下部には、モータ７を構成するロータ７ａと回転バランスを取るためのシャフトバランス８０およびカウンターバランス８２が焼き嵌めまたは圧入されている。さらに、クランク軸６の下端には、給油パイプ６ｘが圧入されている。

ケーシング８は、筒ケーシング８ａと、筒ケーシング８ａの上部に溶接される上ケーシング８ｂと、筒ケーシング８ａの下部に溶接される底ケーシング８ｃと、から構成される。

ここで、筒ケーシング８ａには、予め、ステータ７ｂが焼き嵌めまたは圧入またはタック溶接され、さらに、吐出パイプ５５と副軸受２５を支持する下フレーム３５が溶接またはロウ付けされて、固定配置されている。そこへ、前記の通り、ポンプ部がタック溶接され、さらに、副軸受２５が下フレーム３５へねじ止めまたは溶接により固定配置される。

このとき、クランク軸６に固定されたロータ７ａと、筒ケーシング８ａのステータ７ｂにより、モータ７が形成される。そして、上ケーシング８ｂに溶接されているハーメチック端子２２０に、モータ線が接続される。

また、副軸受２５は、上部を主軸受２４で支持されているクランク軸６の下部を支持するために設ける。副軸受２５は、ボール２５ａとボールホルダ２５ｂからなり、クランク軸６がたわんでも副軸受２５に片当りが生じない構成となっている。

このようにして、固定スクロール２、旋回スクロール３、フレーム４、クランク軸６、モータ７等を取り囲むケーシング８が形成される。また、固定スクロール２の上部には、固定背面室１２０が形成される。

ところで、ケーシング８の内部には、組立ての適当な段階で油を封入するようになっている。これにより、下フレーム３５と底ケーシング８ｃの間に、貯油部１２５が形成される。

次に、スクロール圧縮機１の圧縮動作の概要を図１から図４を用いて説明する。まず、通常運転の場合において、作動流体に関する説明を行った後、油に関する説明を行う。

図１に示すように、モータ７でクランク軸６を回転させ、旋回スクロール３を旋回運動させる。これによって、図３に示すように、旋回スクロール３と噛合う固定スクロール２との間の外辺部に吸込室９０が形成される。

吸込パイプ５０を経由して吸込口２ｓから流入する作動流体は、吸込部９５を通って吸込室９０に吸い込まれる。

そして、旋回スクロール３を旋回運動させることにより、吸込室９０は、閉込み開始によって圧縮室１００へ移行した後、ラップ中央へ移送しつつ容積が縮小する。これによって圧縮室１００内部の作動流体を圧縮し、吐出穴２ｄから図１に示すケーシング８の内部の上部空間である固定背面室１２０へ流出する。

この結果、ケーシング８の内部の圧力は吐出圧となり、いわゆる高圧チャンバ方式のスクロール圧縮機１となる。なお、過圧縮条件では、圧縮室１００の内部の圧力が吐出圧よりも高くなるため、図２に示すバイパス弁２２が開き、バイパス穴２ｅを介して、圧縮室１００内部の作動流体を固定背面室１２０へ流出させる。このような構成により、過圧縮を抑制できるため、スクロール圧縮機１の性能が向上するという効果がある。

固定背面室１２０へ流出した作動流体は、その後、連通溝１４０を経由してモータ上部空間１３０へ流入し、吐出パイプ５５から外部へ吐出される。

次に、油の流れに沿って説明する。貯油部１２５の油は、吐出圧（ケーシング８内部の圧力）と背圧（背圧室１１０の圧力）の差圧により、図１に示すように、貯油部１２５から、給油パイプ６ｘ、クランク軸６内の給油穴６ｂを通って旋回軸受２３と主軸受２４を潤滑した後、背圧室１１０へと流入する。

ここで、ピン部６ａの上部の旋回軸受室１１５の圧力は吐出圧となるため、旋回スクロール３を固定スクロール２へ付勢する引付力付加手段の一つとなる。また、副軸受２５へは給油穴６ｂから遠心力によって給油するようになっている。

背圧室１１０へ流入する油の圧力は、吐出圧であるため、その油の流入によって背圧室１１０の圧力が昇圧する。また、油には作動流体が必ず溶け込んでいるため、背圧室１１０へ流入したことによる減圧によって、作動流体が油中から急激にガス化（発泡）する。この背圧室１１０への給油によって、図２に示すオルダムリング５の潤滑を行なう。

この後、背圧室１１０へ流入した油は、途中に背圧弁２６を設けた圧縮給油路６０を経由して閉込み開始直後の圧縮室１００へ流入する（図２参照）。背圧弁２６は、前記した動作によって、背圧を中間圧に制御する。

前記した通り、背圧室１１０から圧縮室１００へ供給した油は、吐出穴２ｄとリリース穴２ｅを通って、作動流体とともに固定背面室１２０へ吐出する。

その後の油は、ケーシング８の内壁やケーシング内の要素に付着して作動流体と分離される。そして、油は、付着したケーシング内壁や要素を伝い、最終的にスクロール圧縮機１の底部の貯油部１２５へ戻る。

次に、油中に大量の作動流体が溶け込んでいる状態（例えば寝込み起動時）から起動する時の圧縮動作を説明する。油の流れ及び作動流体の流れとともに、図８（Ａ）により、両スクロール２，３とフレーム４の変形状態、図８（Ｂ）により、圧縮室や吸込室や吸込部内の圧力分布を説明する。ここで、図８は、変形量を強調して描いたものである。例えば、図中に描いた軸方向隙間の場合、実際の隙間は１０〜３０μｍ程度である。

圧力はバランスした状態から旋回スクロール３が旋回運動を行うことで、吸込部９５の圧力が下がり、それにつれて、吸込室９０の圧力も下がる（図４参照）。この結果、図２で示す通り、吸込室９０の圧力が下がるために閉込み直後の圧縮室１００の圧力も下がり、圧縮室給油路６０から背圧室１１０内の油が流入してくる。また、図４に示す通り、旋回鏡板上面３ａ１と固定台板面２ｕの間からも旋回外線側圧縮室１００ａや吸込部９５や吸込室９０へ背圧室１１０内の油が侵入し、圧縮室１００へ移送される。

このような背圧室１１０からの油流出が起こると、背圧が下がるため、貯油部１２５からクランク軸６内の給油穴６ｂ、旋回軸受２３と主軸受２４を通って、背圧室１１０へ油が流入する。この時、油は多少減圧されるが、減圧量は大きくはない。その理由は、貯油部１２５の圧力がまだ充分上昇していないためと、背圧弁２６による背圧昇圧作用のためである。よって、油に溶解していた作動流体のガス化が少ない。ただ、その時点での背圧は、充分昇圧していないため、旋回スクロール３は固定スクロール２へ付勢されない。この結果、ラップ歯先歯底の隙間（軸方向隙間）が拡大し、内部漏れが大きい圧縮状態となる。

この状態で、圧縮室給油路６０を通って圧縮室１００へ流入した油は、背圧弁２６による背圧昇圧分だけの減圧が生じる。このため、油に溶け込んだ作動流体がガス化し、概略密閉された圧縮室１００内で体積を急激に増大させようとする。この結果、圧縮室１００の圧力は、油流入前から急激に上昇し、圧縮室１００の圧力が吐出空間（固定背面室１２０）の圧力よりも高い過圧縮状態となる（図８（Ｂ）参照）。バイパス弁２２は、過圧縮を多少緩和できる。しかし、圧縮室１００内に流入した油からガス化する作動流体が大量であるため、過圧縮を回避するまでには至らない。よって、圧縮室１００内の圧力が固定背面室１２０の圧力よりも大幅に高くなる。

また、背圧室１１０から旋回鏡板上面３ａ１と固定台板面２ｕの間を通って旋回外線側圧縮室１００ａへ流入した油も減圧されるため、同様の圧縮室１００の昇圧を起こす。

これより、固定スクロール２の鏡板２ａは、図８（Ａ）に示す通り、固定背面室１２０側へ膨らんだ変形を起こす。さらに、固定取付けねじ２００が伸びて、固定台板２ｑにも図８（Ａ）のような変形が生じ、固定取付け面２ｕ１は、上へ持ち上がる。

一方、フレーム４は、ケーシング４にタック溶接ビード１５０によって固定されているため、変形しないか変形量が小さい。これより、フレーム取付け面４ｓは、ほぼ平面を保つ。以上より、固定取付け面２ｕ１とフレーム取付け面４ｓ間に隙間が発生するため、固定取付けねじ２００によってこれらの面間に発生していた締め付け力が大幅に低下する。この結果、固定取付け面２ｕ１とフレーム取付け面４ｓ間に発生できる最大摩擦力が低下する。

一方、固定取付けねじ２００の鍔部２００ａと固定台板２ｑ上面間にかかる締め付け力は増大する。よって、それらの面間で発生する最大摩擦力は増大する。しかし、ねじの特性から、固定取付けねじ２００の中心軸は容易に倒れる。このため、固定スクロールになんらかの水平方向力が作用すると、固定スクロール２と固定取付けねじ２００の鍔部２００ａが固定した状態で、固定取付けねじ２００が倒れることにより、固定スクロール２が水平方向に移動可能となる。

また、旋回スクロール３は、フレーム４に押し付けられているため、図８（Ａ）に示すように、旋回鏡板３ａは変形が小さい。これにより、両ラップ２ｂ、３ｂの歯先に形成される軸方向隙間（図８（Ａ）参照）が拡大し、内部漏れが増大する。この結果、圧縮室内の圧力分布（時間平均）は、図８（Ｂ）に示す通り、中央寄りの圧縮室１００間の圧力差が小さくなる。これより、図８（Ａ）に示す通り、両ラップ２ａ、３ａは、中央寄りよりも外寄りのラップの方が、外周側への倒れが大きくなる。このラップの倒れによって、シール部における、側面隙間が狭くなり、固定ラップ２ｂと旋回ラップ３ｂ間に水平方向力である摺動力が働く。そして、側面隙間が小さくなるほど、そこで発生する摺動力は大きくなるから、従来のラップのように、組立時のラップ側面隙間が一様な場合（図８の場合）には、単純に中央寄りよりも外寄りのシール部で発生する摺動力が大きくなる。

これより、ラップの倒れによって生じるシール部での水平方向の摺動力と、固定鏡板２ａの変形による固定取付け面２ｕ１とフレーム取付け面４ｓ間の隙間発生により、固定スクロール２が水平面上を移動する。この移動の内で、固定スクロール２が水平方向に平行移動するような動きは、わずかな動きでラップ側面の接触を起こし、反力が発生するため、ほとんど不可能である。一方、軸方向を軸とする回転移動は、ラップ側面が接触するまでにある程度の回転が可能となる。このため、実質的には、固定スクロール２の回転移動だけ生じる。

以上より、固定スクロール２の水平方向の移動は、回転のみであることから、トルクのみ考慮すれば良いことになる。水平方向力は、水平方向の重心移動がないことから、合力は０となる。よって、軸方向（水平方向に垂直な方向）を回転軸とするトルクを計算する場合、如何なる軸でトルクを計算しても、同じ結果となる。そこで、今後は、固定ラップ２ｂの幾何学的中心である固定ラップの中心軸回りでトルクを計算することとする。

ところで、本実施形態のラップ曲線は円のインボリュート曲線を用いているため、ラップ側面のシール部の分布は、図４で示す通り、基礎円の接線である２本の巻き出し線上に分布する。これら２本の巻き出し線の一方には、固定ラップ２ｂの外線側で形成されるシール部（固定外線側シール部）が分布し、他方には、固定ラップ２ｂの内線側シール部（固定内線側シール部）が分布する。

この図４から、複数のシール部のうちで摺動力が発生しないものと摺動力が発生するものがあり、後者をシール摺動部と呼称することとする。摺動力が発生しないシール部については、後で詳細に説明する。シール摺動部で発生するトルクは、摺動力の大きさにシール摺動部の巻き出し線長さ（巻き出し線が基礎円と接する点とシール摺動部との距離）をかけた値となる。

以上より、外周寄りのシール摺動部の摺動力によって発生するトルクが支配的となる。なぜならば、中央寄りよりも外寄りのシール摺動部の巻き出し線長さが大きい上に、前に説明して図４の矢印の長さで表現した通り、中央寄りよりも外寄りのシール摺動部で発生する摺動力が大きいからである。

ここで、固定外線側シール摺動部において固定スクロール２に作用する摺動力は、固定ラップ２ｂの中心軸回りに図４において時計回りのトルクを発生させる。一方、固定内線側シール摺動部において固定スクロール２に作用する摺動力は、反時計回りのトルクを発生させる。

よって、固定スクロール２の回転を起こすトルクは、固定外線側シール摺動部のうちで最外のシール摺動部（これ以降、固定外線側シール摺動最外部γと称する）の摺動力と、固定内線側シール摺動部のうちで最外のシール摺動部（これ以降、固定内線側シール摺動最外部δと称する）の摺動力で発生する、固定ラップ中心軸回りのトルクで近似できる。

ところで、スクロールラップには、本実施形態で用いた円のインボリュート曲線以外の螺旋曲線を用いることが可能である。例えば、代数螺線やアルキメデス螺線や対数螺線等が考えられる。そこで、いかなる螺旋曲線が使われた場合でも、トルクを計算するために必要な腕の長さ（シール摺動部と固定ラップ２ｂの中心軸との距離）と同様な長さを、図１５を用いて次に定義する。

一般的な定義からいえば、腕の長さは、摺動力の作用線方向（シール摺動部の接線方向）に垂直な方向における固定ラップ２ｂの中心軸とシール摺動部の距離である。図１５で示すように、本実施形態のような円のインボリュート曲線を用いたラップの場合、巻き出し線方向が、摺動力の作用方向と垂直な方向に一致するため、巻き出し線長さＬが腕の長さに一致する。この長さと概略一致するのが、固定ラップ２ｂの中心軸と固定シール摺動部を繋ぐ長さ（固定シール摺動部の固定ラップ中心軸からの距離）である。この距離は、他のいかなる螺旋曲線でも定義可能であり、概略腕の長さに一致することは明らかである。

よって、シール摺動部で固定スクロールに作用する摺動力によるトルクを計算するときは、固定シール摺動部と固定ラップ２ｂの中心軸との距離を腕の長さの代わりに用いても実際上問題は生じない。よって、今後は、固定シール摺動部で発生する摺動力の腕の長さを、固定シール摺動部の固定ラップ２ｂ中心軸からの距離とする。

本実施形態は、前記した通り（図５参照）、固定内線側一様凹部２ｂ１を設けることによって、固定ラップ２ｂの内線側と外線側の両側に、固定ラップ２ｂの中央軸からの距離が等しいところまでラップ側面隙間が大きいラップ外周寄り区間を設けた（図４においては太線で表示）。逆にいえば、固定ラップ２ｂの内線側と外線側の両側に、固定ラップ２ｂの中央軸からの距離が等しいところまでラップ側面隙間が一様に小さいラップ中央寄り区間を設けた。これにより、固定内線側のラップ外周寄り区間で形成されるシール部では両ラップ側面間の摺動が大幅に緩和され、摺動力が発生しなくなる。

前記した通り、固定スクロールに作用するトルクを考える場合、図４において時計回りのトルクを発生させる固定外線側シール摺動最外部γの摺動力と、反時計回りのトルクを発生させる固定内線側シール摺動最外部δの摺動力を考えれば良い。図６は、旋回スクロール３が旋回運動した時の９０度毎の２力を黒矢印で示したものである。ここで、（ａ）は旋回外線側圧縮室１００ａが閉込みを開始したとき、（ｂ）は旋回外線側圧縮室１００ａが閉込みを開始してから９０度旋回した時を示す。また、（ｃ）は旋回内線側圧縮室１００ｂが閉込みを開始したときであり、これは旋回外線側圧縮室１００ａが閉込みを開始してから１８０度旋回した時でもある。さらに（ｄ）は旋回内線側圧縮室１００ｂが閉込みを開始してから９０度旋回した時を示す。これら２つの摺動力は、固定内線側一様凹部２ｂ１を設けた結果、固定ラップ２ｂの中央軸からの平均的な距離がほぼ等しくなったことから、大きさのレベルも同等となる。また、図６には、ハッチングを付けた矢印で、従来のラップ（固定内線側一様凹部２ｂ１を設けないラップ）における固定内線側シール摺動最外部（従来固定内線側シール摺動最外部δｏ）の摺動力も示した。

これより、同等な２力（固定外線側シール摺動最外部γの摺動力と、固定内線側シール摺動最外部δの摺動力）によるトルクの大小関係は、各々の腕の長さの大小で決まることになる。すなわち、固定スクロール２の回転ずれ方向は、固定外線側シール摺動最外部γと固定内線側シール摺動最外部δの固定ラップ２ｂ中心軸からの平均距離の大小関係で決まってくる。

具体的には、固定内線側シール摺動最外部δの固定ラップ中心軸からの平均距離が、固定外線側シール摺動最外部γの固定ラップ中心軸からの平均距離よりも大きい場合には、固定スクロール２は、図４（図５，６も同様）上で反時計回りに回転ずれを起こす。逆に、固定内線側シール摺動最外部δの固定ラップ中心軸からの平均距離が、固定外線側シール摺動最外部γの固定ラップ中心軸からの平均距離よりも小さい場合には、固定スクロール２は、図４（図５，６も同様）上で時計回りに回転ずれを起こす。

図７は、前記シール摺動最外部の固定ラップ中心軸からの距離が旋回角度でどのように変化するかを示したグラフである。従来ラップの場合、明らかに、固定内線側シール摺動最外部δｏ（太い破線）が固定外線側シール摺動最外部γ（細い実線）よりも平均して固定ラップ中心軸からの距離が大きいため、固定スクロール２は、図４（図５，６も同様）上で反時計回りに回転ずれを起こす。よって、固定内線側の側面隙間が拡大し、性能が低下する。

これに対して、本実施形態では、固定内線側一様凹部２ｂ１を設けることで、固定ラップ２ｂの内線側と外線側の両側に、固定ラップ２ｂの中央軸からの距離が等しいところまでラップ側面隙間が大きいラップ外周寄り区間を設けた。この結果、図７から明らかな通り、固定ラップ中心軸からの距離が、固定内線側シール摺動最外部δ（太い実線）と固定外線側シール摺動最外部γ（細い実線）が同じ平均値となる。つまり、固定スクロール２は、回転ずれを起こさず、両ラップ間の側面隙間に偏りが発生しないことがわかる。

以上より、ラップ側面間に形成される側面隙間を固定内線側と固定外線側で調整するという単純な方法により、寝込み起動時などで生じていた固定スクロール２の回転ずれを、瞬間的には許容しつつ、トータルで無くす、という新たな手段で解決できる。つまり、固定取付けねじ２００による締め付け力を増大させることなく、また、固定スクロール２の剛性を増大させることなく、固定スクロール２の回転ずれを常にほぼ０とすることができる。よって、外線側の側面隙間と内線側の側面隙間に不均一が生じず、内部漏れが増大しないため、性能低下を起こさないという効果を奏する。

そして、その性能確保効果は、従来の解決手段である、固定取付けねじ２００の締め付け力を上げる方法採用時に必須となる、ねじサイズの増大や固定取付け面２ｕ１やフレーム取付け面４ｓを拡大せずに実現できる。よって、圧縮機の性能を確保しつつ小径化を実現するという効果を奏する。また、他の従来の解決手段である、固定スクロールの剛性増大のために必須となる、固定鏡板の厚さ増大を不要とする。よって、固定鏡板厚さ増大に伴う質量の増大が不要となり、圧縮機の性能を確保しつつ軽量化を実現するという効果を奏する。さらに、固定スクロール２とフレーム４の溶接という製造上困難な工程を不要とする。よって、圧縮機の性能を確保しつつ低コストを実現するという効果を奏する。

ところで、本実施形態は、旋回ラップ３ｂの両側面の巻終り部まで、固定ラップ２ｂとシール部を形成する非対称ラップである。このため、対称ラップの場合に比べて、固定内線が外周まで伸びている。

従来の非対称ラップでは、寝込み起動によって固定スクロール２が回転ずれをおこした場合、従来の対称ラップ時に比べて、固定内線が外周まで伸びているために、シール摺動部で発生する回転ずれ量は増大する。この結果、ラップ間の側面隙間の偏りが拡大し、非対称ラップの方が対称ラップよりも性能低下が著しかった。今回のように、固定ラップ２ｂの内線側と外線側の両側に、固定ラップ２ｂの中央軸からの距離が等しいところまでラップ側面隙間が大きいラップ外周寄り区間を設けたことで、回転ずれが無くなり、対称ラップの場合よりも大きい性能低下を回避できる。よって、非対称ラップに適用することで、大きかった性能低下を回避できるという効果がある。

さらに、本実施形態は、固定ラップ２ｂの中央軸からの距離が最外周部で短い固定ラップ２ｂの外線側の全域をラップ中央寄り区間に設定している。これにより、ラップ間に形成される側面隙間のうちで、隙間が拡大したラップ外周寄り区間を最も短くできる。漏れの観点からすると、側面隙間は小さい方が良い。よって、寝込み起動時でも固定スクロール２の回転ずれが生じないで、ベースとなる圧縮機性能を最も高くできるという効果がある。

次に、第２実施形態に係るスクロール圧縮機について、図９を用いて説明する。図９は、固定ラップ２ｂの形状を説明した図である。固定内線側ラップ外周寄り区間の固定内線側ラップ中央寄り区間寄りにラップ側面隙間が連続的に変化する遷移区間を設ける以外は、第１実施形態と構成が同様であるため、説明を省略する。一方、第１実施形態で説明した動作や作用効果は、全て当てはまる。以下では、この第２実施形態特有の構成及び作用効果のみ記載する。

遷移区間を備える固定内線側ラップ外周寄り区間は、固定内線側中央最外部側の一定区間に凹部の深さが０から連続的に増大する傾斜部を備えた固定内線側端部傾斜凹部２ｂ３を設けることで実現できる。これにより、側面隙間が連続的に変化するため、隙間に介在する油による油膜が容易に形成できる。よって、シール性が向上し、圧縮室の内部漏れを低減できるため、圧縮機性能が向上するという効果がある。また、固定ラップ２ｂを加工する際の刃具の動きを連続化できるため、刃具にかかる加速度を低減できる。よって刃具にかかる外力の一つである慣性力を低減できるため、加工精度が向上するという加工性向上効果を奏する。

この第２実施形態の第１変形例として、図１０で示すように、固定内線側境界傾斜凹部２ｂ４により、遷移区間が固定内線側中央最外部にかかる場合を考えることができる。これは、油の粘度が高い場合や、ラップの表面粗さが大きい場合に有効である。これらの場合には、多少の側面隙間が存在しても、摺動力が発生するためであり、実質的に隙間がある程度拡大したところまでラップ中央寄り区間となることを考慮した形状である。

次に、第３実施形態に係るスクロール圧縮機について、図１１を用いて説明する。図１１は、固定ラップ２ｂの形状を説明した図である。固定内線側ラップ外周寄り区間以外の区間である、固定内線側ラップ中央寄り区間と固定外線側ラップ中央寄り区間のラップ側面隙間を狭める以外は、第１実施形態と構成が同様であるため、説明を省略する。一方、第１実施形態で説明した動作や作用効果は、全て当てはまる。以下では、この第３実施形態特有の構成及び作用効果のみ記載する。

固定内線側ラップ中央寄り区間と固定外線側ラップ中央寄り区間のラップ側面隙間を固定内線側ラップ外周寄り区間よりも狭めることは、一様な肉厚部である、固定内線側一様肉厚部２ｂ６と固定外線側一様肉厚部２ｂ５（図１１のクロスハッチング部）を設けることで実現できる。これにより、固定内線側ラップ外周寄り区間に凹部を設ける第１実施形態と、外周寄り区間と中央寄り区間の側面隙間の差は同様であるが、全区間における側面隙間の絶対値を小さくすることが可能となる。よって、シール性が向上し、圧縮室の内部漏れを低減できるため、圧縮機性能がさらに向上するという効果がある。

この方法は、第２実施形態で示した、遷移区間を設ける場合にも容易に適用可能である。

それによりさらに一層シール性が向上するため、圧縮機性能をさらに一層向上できるという効果を奏する。

今回は、固定ラップ２ｂの内外線でシール部を形成する区間の最中央部である、固定外線側最内部と固定内線側最内部の間に、固定中央延長厚肉部２ｂ８（ハッチング部）の肉厚部を設けた。これにより、ラップ形状を連続的なものとできるため、刃具の送り速度を増加でき、加工性向上という効果を奏する。

さらに、固定ラップ２ｂの外線でシール部を形成する区間の最外周部である厚肉化した固定外線側最外部と厚肉化していない固定内線の間も、ハッチング部で示す固定外線側外周延長厚肉部２ｂ７を設けて、連続的な形状とした。これによっても、加工性向上という効果を奏する。

次に、第４実施形態に係るスクロール圧縮機について、図１２を用いて説明する。図１２は、旋回ラップ３ｂの形状を説明した図である。厚肉部を固定ラップ２ｂではなく旋回ラップ３ｂに設ける以外は、第３実施形態と構成が同様であるため、説明を省略する。一方、第３実施形態で説明した動作や作用効果は、全て当てはまる。以下では、この第４実施形態特有の構成及び作用効果のみ記載する。

これまでの実施形態で述べてきた固定内線側ラップ外周寄り区間は、旋回ラップ側から見ると、旋回外線側ラップ外周寄り区間ととらえることができる。同様に、第３実施形態で述べた、固定内線側ラップ中央寄り区間と固定外線側ラップ中央寄り区間は、各々、旋回外線側ラップ中央寄り区間と旋回内線側ラップ中央寄り区間ととらえることができる。

旋回外線側ラップ中央寄り区間と旋回内線側ラップ中央寄り区間のラップ側面隙間を旋回外線側ラップ外周寄り区間よりも狭めることは、一様な肉厚部である、旋回外線側一様肉厚部３ｂ１０と旋回内線側一様肉厚部３ｂ９（図１２のクロスハッチング部）を設けることで実現できる。これにより、固定スクロール２ではなく、全体形状の単純な旋回スクロール３のラップ形状変更で実現できるため、固定スクロール２の加工時における歩留まりを向上できるという効果を奏する。

また、旋回ラップ３ｂの内外線でシール部を形成する区間の最中央部である、旋回外線側最内部と旋回内線側最内部の間に、旋回中央延長厚肉部３ｂ１２（ハッチング部）の肉厚部を設けた。これにより、ラップ形状を連続的なものとできるため、刃具の送り速度を増加でき、加工性向上という効果を奏する。

さらに、旋回ラップ３ｂの外線でシール部を形成する区間の最外周部である厚肉化した旋回内線側最外部と厚肉化していない旋回外線の間も、ハッチング部で示す旋回内線側外周延長厚肉部３ｂ１１を設けて、連続的な形状とした。これによっても、加工性向上という効果を奏する。

次に、第５実施形態に係るスクロール圧縮機について、図１３と図１４を用いて説明する。図１３は旋回スクロール３の上面図、図１４は固定スクロールの下面図である。旋回鏡板上面３ａ１に掘込み形状の油ポケット３ｘを設ける以外は、第１乃至４実施形態と構成が同様であるため、説明を省略する。一方、第１乃至４実施形態で説明した動作や作用効果は、全て当てはまる。以下では、この第５実施形態特有の構成及び作用効果のみ記載する。

この油ポケット３ｘは、旋回運動した場合、図１４内の細線で示すような掃引領域内を、矢印の方向に動く。これより、油ポケット３ｘは、吸込部９５と連通した掘込み形状の吸込溝２ｒと油が充満した背圧室１１０と連通する台板掘込み２ｑ５を交互に臨む。これにより、中間的な圧力である背圧の油を油ポケット３ｘが汲み取って、吸込圧である吸込溝２ｒへ流し込む動作を生じる。この吸込溝２ｒの吸込側端部は、側面隙間が拡大している固定内線側ラップ外周寄り区間（旋回外線側ラップ外周寄り区間）へ向かう位置と向きになっている。つまり、この油ポケット３ｘと吸込溝２ｒ及び台板掘込み２ｑ５によって、外周寄り区間給油手段を構成することがわかる。

この結果、側面隙間が拡大し、シール性が相対的に低下している箇所へ集中して給油することができるため、内部漏れをさらに一層抑制できる。また、この給油手段は、油ポケット３ｘの容積で給油量の上限を決めることができるため、給油過多による、吸込加熱の危険性を回避できるという特有の効果もある。

以上、複数の実施形態を記載したが、それらで説明しなかった、固定外線側ラップ外周寄り区間を設けるラップを採用してももちろんよい。また、固定ラップ２ｂと旋回ラップ３ｂの両方に、凹部や厚肉部を配置をずらして設定することで、段階的な側面隙間の遷移区間を設けてももちろんよい。

１ スクロール圧縮機
２ 固定スクロール
２ａ 固定鏡板
２ｂ 固定ラップ
２ｂ１ 固定内線側一様凹部
２ｂ３ 固定内線側端部傾斜凹部
２ｂ４ 固定内線側境界傾斜凹部
２ｂ５ 固定外線側一様肉厚部
２ｂ６ 固定内線側一様肉厚部
２ｄ 吐出穴
２ｓ 吸込口
２ｒ 吸込溝
２ｕ 固定台板面
２ｕ１ 固定取付け面
３ 旋回スクロール
３ａ 旋回鏡板
３ａ１ 旋回鏡板上面
３ａ２ 旋回鏡板縁
３ａ２’ 旋回鏡板線
３ａ３ 旋回鏡板下面
３ｂ 旋回ラップ
３ｂ９ 旋回内線側一様肉厚部
３ｂ１０ 旋回外線側一様肉厚部
３ｘ 油ポケット
４ フレーム
４ｓ フレーム取付け面
５０ 吸込パイプ
６０ 圧縮給油路
９０ 吸込室
９５ 吸込部
１００ 圧縮室
１１０ 背圧室
１２５ 貯油部
１５０ タック溶接ビード
２００ 固定取付けねじ

Claims (5)

1. 鏡板とそれに立設する旋回ラップを備えて旋回運動する旋回スクロールと、鏡板とそれに立設する固定ラップを備えた固定スクロールと、前記両ラップを噛合わせた状態で前記旋回スクロールを自転させずに旋回運動させることで前記両スクロール間に圧縮室を形成する、スクロール圧縮機において、
   前記圧縮室を形成する両ラップ側面間の隙間を、ラップ外周寄り区間において、ラップ中央寄り区間よりも大きく設定するとともに、
   前記固定ラップの中心から固定ラップの内線側における前記ラップ中央寄り区間の最外周部である固定内線側中央最外部までの距離と、前記固定ラップの中心から固定ラップの外線側における固定外線側中央最外部までの距離とを概略同一とすること、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、
   前記固定内線側中央最外部または固定外線側中央最外部を含む遷移区間を設定し、前記遷移区間の隙間は中央寄り位置から外周寄り位置へ向かうにつれてラップ中央寄り区間の隙間からラップ外周寄り区間の隙間へ連続的または段階的に増加すること、を特徴とするスクロール圧縮機。
3. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記旋回ラップの巻終り部近傍の両側面によって前記圧縮室が形成されること、を特徴とするスクロール圧縮機。
4. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記固定ラップの外線側は、全域を前記ラップ中央寄り区間とすること、を特徴とするスクロール圧縮機。
5. 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、
   前記ラップ外周寄り区間へ給油する外周寄り区間給油手段を設けること、を特徴とするスクロール圧縮機。