JP6377884B2 - 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、より詳細には、十分な圧縮比が得られる固定スクロール及び旋回スクロールを有するスクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機とは、固定ラップを有する固定スクロールと、前記固定ラップと噛み合う旋回ラップを有する旋回スクロールとを含み、前記旋回スクロールが前記固定スクロール上で旋回運動して、前記固定ラップと前記旋回ラップとの間に形成される圧縮室の連続した体積変化により冷媒を吸入及び圧縮する圧縮機をいう。

このようなスクロール圧縮機においては、吸入、圧縮、及び吐出が連続的に行われるので、作動過程で発生する振動や騒音の面で他のタイプの圧縮機より優れているという利点を有する。

スクロール圧縮機の挙動特性は、前記固定ラップ及び旋回ラップの形状により決定される。前記固定ラップ及び旋回ラップの形状は、任意に決定できるが、通常は加工が容易なインボリュート曲線形状にする。インボリュート曲線とは、任意の半径を有する基礎円の周りに巻き取られた糸を解いていくときその糸の端点が描く軌跡の曲線を意味する。インボリュート曲線形状を用いる場合、ラップの厚さが一定であり、旋回スクロールの回転角度に応じた容積変化率も一定になるので、十分な圧縮比を得るためにはラップの巻き数を増やさなければならない。ところが、この場合、ラップの巻き数が増える分だけ圧縮機のサイズも大きくなる。

通常、前記旋回スクロールは、円盤状の鏡板と、前記鏡板の一側に形成される前記旋回ラップとからなる。さらに、前記旋回ラップが形成されていない前記鏡板の背面にボス部が形成され、前記ボス部は前記旋回スクロールを旋回駆動させる回転軸に連結される。このような形態の圧縮機は、前記鏡板の略全面積にわたって前記旋回ラップを形成することができ、同じ圧縮比を得るための前記鏡板の直径を小さくすることができるが、圧縮時に冷媒の反発力が作用する作用点と前記反発力を相殺するための反力が作用する作用点とが垂直方向に離隔しており、作動過程で前記旋回スクロールが傾き、振動や騒音が大きくなるという問題があった。

このような問題を解消するためのものとして、回転軸と旋回スクロールの結合部が旋回ラップと同じ面に形成されるスクロール圧縮機が知られている。このような形態の圧縮機は、冷媒の反発力の作用点とその反力の作用点とが同一地点にあるため、前記旋回スクロールが傾く問題を解消することができる。しかし、このように前記回転軸が前記旋回ラップ部分まで延びた場合は、従来は圧縮空間として活用されていた前記旋回ラップの中心部に前記回転軸の端部が位置するので、意図した圧縮比を得るためには、前記回転軸の端部が占める空間だけ鏡板の直径を大きくしなければならない。つまり、圧縮機のサイズが大きくなるという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題を解決するためになされたもので、圧縮機の全体サイズを小さくしながらも十分な圧縮比が得られるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、固定ラップを有する固定スクロールと、前記固定ラップと共に外側面と内側面に第１及び第２圧縮室を形成する旋回ラップを有し、前記固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールと、一端部に偏心部を有し、前記偏心部が前記旋回ラップと横方向に重なるように結合される回転軸と、前記回転軸を駆動する駆動ユニットとを含むスクロール圧縮機であって、前記第１圧縮室は、前記固定ラップの内側面と前記旋回ラップの外側面とが接触して生じる２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）間に形成され、前記偏心部の中心（Ｏ）と前記２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）をそれぞれ結んだ２つの線がなす角度のうち大きい値を有する角度をαとすると、０＜α＜３６０゜であるスクロール圧縮機が提供される。

ここで、前記２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）における法線間の距離をｌとすると、ｌ＞０でもよい。

また、前記２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）における法線が異なるように設定してもよい。

また、前記旋回スクロールの中心部には、外周面が前記旋回ラップの一部を形成して内部に前記偏心部が結合される回転軸結合部が形成され、前記第１圧縮室が前記回転軸結合部の外周面に位置する場合、０＜α＜３６０゜、ｌ＞０でもよい。

好ましくは、２７０＜α＜３４５°、ｌ＞０でもよい。

一方、前記回転軸は、前記駆動ユニットに連結される軸部と、前記軸部の端部に前記軸部と同心に形成されるピン部と、前記ピン部に偏心して嵌合される偏心ベアリングとを含み、前記偏心ベアリングは、前記回転軸結合部に回転可能に結合されるようにしてもよい。

また、前記固定ラップの内側端部の内周面には突部が形成され、前記回転軸結合部の外周面には前記突部と接触する凹部が形成されるようにしてもよい。

また、前記凹部の一側壁を形成する第１増加部と、前記第１増加部から延びる第２増加部とをさらに含み、前記第１増加部での厚さ増加率が前記第２増加部での厚さ増加率より大きくなるように設定してもよい。

ここで、前記第２増加部以降では前記回転軸結合部の厚さが減少するようにしてもよい。

ここで、前記凹部の他側壁は、円弧形状を有するようにしてもよい。

一方、前記第１圧縮室の一端部を定義する接触点をＰ₃とすると、前記Ｐ₃における接線と前記偏心部の中心（Ｏ）間の距離が前記偏心部の半径より小さくなるように設定してもよい。

ここで、前記Ｐ₃は、吐出開始時における前記第１圧縮室の内側接触点と定義される。

また、吐出開始から１５０゜前における前記第１圧縮室の内側接触点をＰ₄とすると、前記固定ラップの厚さは、前記Ｐ₃から前記Ｐ₄へ行くほど減少した後に増加するようにしてもよい。

また、前記固定ラップの厚さは、前記Ｐ₃と前記固定ラップの内側端部との間で最大値を有するようにしてもよい。

また、前記偏心部の中心と前記旋回ラップの外周面間の距離をＤ_Oとすると、前記Ｄ_Oは、前記Ｐ₃から前記Ｐ₄へ行くほど増加した後に減少するようにしてもよい。

このような構成を有する本発明の態様によれば、従来のインボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有するスクロール圧縮機に比べて、第１圧縮室の圧縮比を高めることができる。

また、固定ラップの内側端部の厚さを増加させることができるので、強度を向上させると共に、漏洩防止性能を向上させる。

本発明の一実施形態によるスクロール圧縮機の内部構造を概略的に示す断面図である。 図１に示すスクロール圧縮機の圧縮ユニットの部分切開図である。 図２に示す圧縮ユニットの分解斜視図である。 従来のインボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有するスクロール圧縮機の一例における吸入直後及び吐出直前の第１及び第２圧縮室を示す平面図である。 従来のインボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有するスクロール圧縮機の他の例における旋回ラップの形状を示す平面図である。 本発明の一実施形態によるスクロール圧縮機における包絡線を得る過程を示す説明図である。 図６に示すスクロール圧縮機の最終の包絡線の平面図である。 図７に示す包絡線により得られた固定ラップ及び旋回ラップの平面図である。 図８の中央部の拡大平面図である。 角αと圧縮比との関係を示すグラフである。 固定ラップと旋回ラップが接触点Ｐ₃で接触した状態を示す平面図である。 固定ラップと旋回ラップが接触点Ｐ₅で接触した状態を示す平面図である。 図６に示すスクロール圧縮機の回転軸結合部を概略的に示す断面図である。 図８に示すスクロール圧縮機における平均曲率半径に応じた圧縮比の変化を示すグラフである。 固定ラップと旋回ラップが接触点Ｐ₄で接触した状態を示す平面図である。 図８に示すスクロール圧縮機における第２圧縮室で吐出が開始される時点を示す平面図である。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態によるスクロール圧縮機１００は、円筒状のケーシング１１０と、ケーシング１１０の上部及び下部をそれぞれ覆う上部シェル１１２及び下部シェル１１４とを有する。上部シェル１１２及び下部シェル１１４は、ケーシング１１０に溶接され、ケーシング１１０と共に１つの密閉空間を形成する。スクロール圧縮機１００の下部空間は吸入空間であり、スクロール圧縮機１００の上部空間は吐出空間である。前記下部空間と前記上部空間とは後述する上部フレーム１１５により区画される。

上部シェル１１２の上部には吐出パイプ１１６が設けられている。吐出パイプ１１６は、圧縮された冷媒が外部に排出される通路であり、吐出パイプ１１６には、吐出される冷媒に混入したオイルを分離するオイルセパレータ（図示せず）が連結されてもよい。また、ケーシング１１０の側面には吸入パイプ１１８が設けられている。吸入パイプ１１８は、圧縮される冷媒が流入する通路であり、図１においては、吸入パイプ１１８がケーシング１１０と上部シェル１１２の境界面に位置するが、その位置は任意に設定可能である。また、下部シェル１１４は、圧縮機が円滑に動作できるように供給されるオイルを貯蔵するオイルチャンバとしても機能する。

ケーシング１１０内部の略中央部には、駆動ユニットとしてのモータ１２０が設けられている。モータ１２０は、ケーシング１１０の内面に固定される固定子１２２と、固定子１２２の内部に位置し、固定子１２２との相互作用により回転する回転子１２４とを含む。回転子１２４の中心には回転軸１２６が配置されており、回転子１２４と回転軸１２６とは共に回転する。

回転軸１２６の中心部には、オイル流路１２６ａが回転軸１２６の長手方向に沿って延びるように形成されており、回転軸１２６の下端部には、下部シェル１１４に貯蔵されているオイルを上部に供給するためのオイルポンプ１２６ｂが設けられている。オイルポンプ１２６ｂは、オイル流路１２６ａの内部に螺旋状の溝を形成するか又はインペラを設けて構成してもよく、別途の容積式ポンプで構成してもよい。

回転軸１２６の上端には、後述する固定スクロール１３０に形成されるボス部１３２の内部に挿入される拡径部１２６ｃが配置される。拡径部１２６ｃは他の部分より大きい直径を有するように形成され、拡径部１２６ｃの端部にはピン部１２６ｄが形成されている。ここで、拡径部１２６ｃを省略して全体が一定の直径を有するようにしてもよい。

ピン部１２６ｄには偏心ベアリング１２８が嵌合されるが、図２及び図３を参照すると、偏心ベアリング１２８はピン部１２６ｄに対して偏心して嵌合され、偏心ベアリング１２８がピン部１２６ｄに対して回転しないように、両者の結合部は略Ｄ字状を有するように形成される。

ケーシング１１０と上部シェル１１２の境界部には固定スクロール１３０が取り付けられる。固定スクロール１３０は、その外周面がケーシング１１０と上部シェル１１２との間に焼ばめ方式で圧入されて固定されてもよく、溶接によりケーシング１１０及び上部シェル１１２と結合されてもよい。

固定スクロール１３０の底面には、前述した回転軸１２６が挿入されるボス部１３２が形成される。図１におけるボス部１３２の上面には、回転軸１２６のピン部１２６ｄが貫通する貫通孔が形成されており、ピン部１２６ｄは、前記貫通孔から固定スクロール１３０の鏡板部１３４の上側に突出する。

図２に示すように、鏡板部１３４の上面には、後述する旋回ラップ１４４と噛み合って圧縮室を形成する固定ラップ１３６が形成されており、鏡板部１３４の外周部には、後述する旋回スクロール１４０を収容する空間部を形成し、ケーシング１１０の内周面と接する側壁部１３８が形成されている。側壁部１３８の上端部内側には、旋回スクロール１４０の外周部が載置される旋回スクロール支持部１３８ａが形成されている。旋回スクロール支持部１３８ａは、固定ラップ１３６と同じ高さで形成されるか、又は固定ラップ１３６より若干低く形成され、旋回ラップ１４４の端部が固定スクロール１３０の鏡板部１３４の表面と接触できるようになっている。

固定スクロール１３０の上方には旋回スクロール１４０が設けられる。図２及び図３に示すように、旋回スクロール１４０は、略円盤状の鏡板部１４２と、固定ラップ１３６と噛み合う旋回ラップ１４４とからなる。また、鏡板部１４２の中心部には、偏心ベアリング１２８が回転可能に挿入及び固定される略円形状の回転軸結合部１４６が形成されている。回転軸結合部１４６の外周部は、旋回ラップ１４４と連結されており、圧縮過程で固定ラップ１３６と共に圧縮室を形成する役割を果たす。これについては後述する。

一方、回転軸結合部１４６に偏心ベアリング１２８が挿入され、回転軸１２６の端部が固定スクロール１３０の鏡板部１３４を貫通して挿入され、旋回ラップ１４４、固定ラップ１３６、及び偏心ベアリング１２８は前記圧縮機の横方向に重なるように設けられる。圧縮時は、冷媒の反発力が固定ラップ１３６と旋回ラップ１４４に加わり、これに対する反力として圧縮力が回転軸結合部１４６と偏心ベアリング１２８との間に加わる。このように、回転軸の一部が鏡板部を貫通してラップと重なる場合、冷媒の反発力と圧縮力とが鏡板部を基準として同一面に加わるので相殺される。これにより、冷媒の反発力と圧縮力との作用による旋回スクロールの傾きを防止することができる。

ここで、偏心ベアリング１２８を代替して偏心ブッシュを設けてもよい。この場合は、前記偏心ブッシュが挿入される回転軸結合部１４６の内面を特殊処理して回転軸結合部１４６の内面がベアリングの役割を果たすようにしてもよく、前記偏心ブッシュと回転軸結合部１４６との間に別途のベアリングを設けてもよい。

また、鏡板部１４２には吐出孔１４０ａが形成されており、圧縮された冷媒がケーシング１１０の内部に吐出されるようにする。吐出孔１４０ａの位置は、要求される吐出圧などを考慮して任意に設定可能である。鏡板部１４２は、吐出孔１４０ａと共にバイパス孔をさらに含んでもよい。前記バイパス孔が吐出孔１４０ａよりも鏡板部１４２の中心から遠い位置に配置される場合、前記バイパス孔の直径は吐出孔１４０ａの有効直径の１／３より大きく設定してもよい。

また、旋回スクロール１４０の上側には、旋回スクロール１４０の自転を防止するためのオルダムリング１５０が設けられる。オルダムリング１５０は、旋回スクロール１４０の鏡板部１４２の背面に嵌合される略円形状のリング部１５２と、リング部１５２の一側面に突出する一対の第１キー１５４及び第２キー１５６とを含む。一対の第１キー１５４は、旋回スクロール１４０の鏡板部１４２の外周側の厚さより長く突出し、固定スクロール１３０の側壁部１３８の上端と旋回スクロール支持部１３８ａにわたって形成される第１キー溝１５４ａの内部にそれぞれ挿入される。また、一対の第２キー１５６は、旋回スクロール１４０の鏡板部１４２の外周部に形成される第２キー溝１５６ａにそれぞれ挿入された状態で結合される。

ここで、第１キー溝１５４ａは、上方向に延びる垂直部と左右方向に延びる水平部とを有するように形成されるが、旋回スクロール１４０の旋回運動時に、第１キー１５４の下端部は常に第１キー溝１５４ａの水平部に挿入された状態を維持し、第１キー１５４の半径方向外側端部は第１キー溝１５４ａの垂直部から離脱するように形成される。つまり、第１キー１５４と固定スクロール１３０との結合が上下方向に行われるため、固定スクロール１３０の直径を小さくすることができる。

具体的には、前記旋回スクロールの鏡板部と前記固定スクロールの内壁との間には、旋回半径分の遊びを確保しなければならない。もし、前記オルダムリングのキーが前記固定スクロールと半径方向に結合される場合は、旋回過程で前記オルダムリングが前記固定スクロールに形成されるキー溝から離脱することを防止するために、前記キー溝の長さが少なくとも旋回半径よりは大きくなければならず、これは前記固定スクロールのサイズを増加させる原因となる。

それに対して、本実施形態のように、キー溝が前記旋回スクロールの鏡板部と旋回ラップの間の空間の下方に延びる場合は、キー溝の長さを十分に確保しながらも、前記固定スクロールのサイズを小さくすることができる。

また、本実施形態におけるオルダムリングは、リング部の一側面に全てのキーが形成されており、両側面にそれぞれキーが形成された場合に比べて、圧縮ユニットの上下方向の高さを減少させることができる。

一方、ケーシング１１０の下部には、回転軸１２６の下部を回転可能に支持するための下部フレーム１１３が設けられ、旋回スクロール１４０の上部には、旋回スクロール１４０とオルダムリング１５０を支持する上部フレーム１１５がそれぞれ設けられる。上部フレーム１１５の中央には、旋回スクロール１４０の吐出孔１４０ａに連通し、圧縮された冷媒が上部シェル１１２側に吐出されるようにする孔１１５ａが形成されている。

以下、本発明によるスクロール圧縮機の固定スクロール及び旋回スクロールの形状を説明する前に、本発明の理解を助けるために、固定ラップ及び旋回ラップがインボリュート形状を有する場合について説明する。図４は、インボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有し、回転軸の一部が鏡板部を貫通するスクロール圧縮機において、吸入直後の圧縮室及び吐出直前の圧縮室を示す平面図である。図４（ａ）は、固定ラップの内側面と旋回ラップの外側面との間に形成される第１圧縮室の変化を示すものであり、図４（ｂ）は、旋回ラップの内側面と固定ラップの外側面との間に形成される第２圧縮室の変化を示すものである。

スクロール圧縮機において、圧縮室は、固定ラップと旋回ラップとが接触して生じる２つの接触点間に生じ、インボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有する場合、図４に示すように、１つの圧縮室を定義する２つの接触点は一直線上に位置する。すなわち、前記圧縮室は、前記回転軸の中心に対して３６０゜にわたって配置される。

図４（ａ）を参照して前記第１圧縮室の体積変化を説明すると次の通りである。圧縮室の体積は、旋回スクロールの旋回運動により中心部に移動することによって次第に減少し、旋回スクロールの中心に位置する回転軸結合部の外周部に至ると最小値を有する。インボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有する場合は、前記回転軸の旋回角度（以下、「クランク角」という）が増加することによって体積減少率が線形的に減少するので、高い圧縮比を得るためには圧縮室をできるだけ中心に近い位置に移動させなければならないが、前記のように中心部に前記回転軸が存在すると、圧縮室を前記回転軸の外周部までしか移動させることができない。これにより圧縮比が低くなるが、図４（ａ）における圧縮比は約２．１３である。

一方、図４（ｂ）に示す第２圧縮室は、第１圧縮室より圧縮比が低く、約１．４６である。しかしながら、前記第２圧縮室の場合は、旋回スクロールの形状を変更して、図５に示すように回転軸結合部Ｐと旋回ラップの連結部位を円弧状にすると、吐出されるまでの前記第２圧縮室の圧縮経路が長くなり、圧縮比を約３．０まで高めることができる。この場合、前記第２圧縮室の範囲は、吐出直前に３６０゜未満である。しかし、このような方法は前記第１圧縮室には適用できない。

つまり、インボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有する場合は、第２圧縮室においては意図したレベルの圧縮比が得られるが、第１圧縮室においては意図したレベルの圧縮比が得られない。このように、２つの圧縮室間で顕著な圧縮比の差がある場合、圧縮機の動作に好ましくない影響を及ぼすだけでなく、全圧縮比も低くなる。

これを解消するために、本実施形態においては、固定ラップ及び旋回ラップを、インボリュート曲線ではなく、他の曲線状に形成する。図６（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態の固定ラップ及び旋回ラップの形状を決定する過程を示すものであり、図６において、実線は第１圧縮室の包絡線を示し、点線は第２圧縮室の包絡線を示す。ここで、包絡線とは所定の形態が移動しながら描く軌跡を意味するが、実線は前記第１圧縮室が吸入及び吐出の過程で描く軌跡を示し、点線は前記第２圧縮室が吸入及び吐出の過程で描く軌跡を示す。従って、実線を基準として旋回スクロールの旋回半径だけ両側に平行移動させると、固定ラップの内側面と旋回ラップの外側面の形状となり、点線を基準として旋回スクロールの旋回半径だけ両側に平行移動させると、固定ラップの外側面と旋回ラップの内側面の形状となる。

図６（ａ）は、図５に示すラップ形状を有するケースに該当する包絡線を示すものであり、太線で示す部分は吐出直前の第１圧縮室に該当し、同図に示すように開始点と終了点が一直線上に位置する。この場合は十分な圧縮比を得ることが難しいため、図６（ｂ）のように、太線の外側端部を前記包絡線に沿って時計方向に移動させ、太線の内側端部を前記回転軸結合部と接触する点まで移動させる。すなわち、前記包絡線のうち前記回転軸結合部に隣接する部分を、曲率半径がより小さくなるように曲げる。

前述したように、スクロール圧縮機の特性上、圧縮室は、固定ラップと旋回ラップとが接触する２つの接触点により形成される。図６（ａ）における太線の両端部が２つの接触点に該当し、スクロール圧縮機の動作原理上、各接触点における法線ベクトルは互いに平行に配置される。また、これら２つの法線ベクトルは、前記回転軸の中心と前記偏心ベアリングの中心とを結ぶ線とも平行である。ただし、固定ラップ及び旋回ラップがインボリュート形状を有する場合は、前記２つの法線ベクトルが平行であるだけでなく、図６（ａ）に示すように一致する。

すなわち、図６（ａ）において、前記回転軸結合部の中心をＯとし、２つの接触点をそれぞれＰ₁、Ｐ₂とすると、Ｐ₂はＯとＰ₁を結んだ直線上に位置し、線ＯＰ₁と線ＯＰ₂がなす角のうち大きい角をαとすると、αは３６０゜となる。また、接触点Ｐ₁、Ｐ₂における法線ベクトル間の距離をｌとすると、距離ｌは０となる。

本発明者らの研究の結果、接触点Ｐ₁と接触点Ｐ₂を前記包絡線に沿ってより内側に移動させると、第１圧縮室の圧縮比を高めることができた。このために、接触点Ｐ₂を前記回転軸結合部側に移動させると、言い換えれば、前記第１圧縮室の包絡線を前記回転軸結合部側に曲げて移動させると、接触点Ｐ₂における法線ベクトルと平行な法線ベクトルを有する接触点Ｐ₁は、図６（ａ）に比べて、図６の時計方向に回転して移動した地点に位置する。前述したように、第１圧縮室は包絡線に沿って内側に移動するほど体積が小さくなるが、図６（ｂ）においては、第１圧縮室が図６（ａ）より内側に移動するので、その分さらに圧縮されて圧縮比が高くなる。

一方、図６（ｂ）においては、接触点Ｐ₁が前記回転軸結合部に近接しすぎ、前記回転軸結合部の厚さが小さくなるので、十分な剛性が得られない。よって、接触点Ｐ₁を後退させて図６（ｃ）のように包絡線を修正する。ところが、図６（ｃ）においては、第１圧縮室及び第２圧縮室の包絡線が密接しすぎ、ラップの厚さが過度に薄くなったり、物理的にラップを形成することができない。よって、図６（ｄ）のように第２圧縮室の包絡線を修正して、２つの包絡線が所定の間隔を維持できるようにする。さらに、第２圧縮室の包絡線のうち、その端部に位置する円弧部分Ａが第１圧縮室の包絡線に接するように、図６（ｅ）のように修正する。そして、包絡線全体にわたって２つの包絡線が所定の間隔を維持するように修正し、固定ラップの端部のラップ強度を確保するために、第２圧縮室の包絡線のうち円弧部分Ａの半径が大きくなるようにする。これにより、図７に示すような包絡線が得られる。

図８は、図７の包絡線に基づいて完成した固定ラップ及び旋回ラップを示す平面図であり、図９は、図８の中央部の拡大平面図である。なお、図８は、前記第１圧縮室で吐出が開始される時点における前記旋回ラップの位置を示すものである。図８の接触点Ｐ₁は、第１圧縮室で吐出が開始される時点で前記第１圧縮室を定義する２つの接触点のうち内側に位置する接触点であり、図９においてはこれを特にＰ₃で示す。また、線Ｓは前記回転軸の位置を示すための仮想線であり、円Ｃは線Ｓが描く軌跡である。以下、線Ｓが図８に示すように配置された場合、すなわち、吐出開始時の場合にクランク角を０゜と定義し、反時計方向に回転した場合に負（−）の値を有し、時計方向に回転した場合に正（＋）の値を有すると定義する。

図８及び図９を参照すると、接触点Ｐ₁と前記回転軸結合部の中心Ｏとを結んだ直線と、接触点Ｐ₂と前記回転軸結合部の中心Ｏとを結んだ直線とにより定義される角αは３６０゜より小さく、各接触点Ｐ₁、Ｐ₂における法線ベクトル間の距離ｌは０より大きい値を有することが分かる。これにより、インボリュート形状の固定ラップ及び旋回ラップを有する場合に比べて、吐出直前の第１圧縮室の体積が小さくなるので、圧縮比が増加する。また、図８に示す固定ラップ及び旋回ラップは、直径と原点が異なる複数の円弧を連結した形状を有し、最外郭の曲線は長軸と短軸を有する略楕円形状を有する。

上記実施形態においては、角αが２７０〜３４５゜の値を有するように設定される。図１０は、角αと圧縮比との関係を示すグラフである。圧縮比向上の観点からは、角αは小さく設定されることが有利であるが、角αが２７０゜より小さく設定されると、機械加工が難しくなり、生産性が悪くなり、圧縮機のコストが高くなるという問題がある。また、角αが３４５゜を超えると、圧縮比が２．１以下と低くなり、十分な圧縮比が得られなくなる。

また、前記固定ラップの内側端部付近には前記回転軸結合部側に突出する突部１６０が形成され、さらに、突部１６０には突部１６０から突設される接触部１６２が形成される。すなわち、前記固定ラップの内側端部は他の部分より厚く形成される。これにより、前記固定ラップのうち最大の圧縮力が加わる内側端部のラップ強度を向上させることができるので、耐久性を向上させることができる。

一方、接触部１６２において、図９のように吐出開始時点で第１圧縮室を形成する２つの接触点のうち内側に位置する接触点Ｐ₃から、前記固定ラップの厚さは次第に減少する。具体的には、接触点Ｐ₃に隣接する第１減少部１６４、及び第１減少部１６４に続く第２減少部１６６を形成し、第１減少部１６４における厚さ減少率は第２減少部１６６における厚さ減少率より大きい。また、第２減少部１６６以降では、前記固定ラップの厚さは所定区間で増加する。

また、図９に示すように、前記固定ラップの内側面と前記回転軸の軸中心Ｏ’間の距離をＤ_Fとすると、距離Ｄ_Fは接触点Ｐ₃から反時計方向へ行くほど増加した後に減少するが、その区間を図１５に示す。図１５は、前記回転軸のクランク角が吐出開始から１５０゜前である場合、すなわち、前記回転軸のクランク角が１５０゜の場合における旋回ラップの位置を示す平面図であり、前記回転軸が図１５の状態からさらに１５０゜回転すると、図９の状態に至る。図１５を参照すると、第１圧縮室を形成する２つの接触点のうち内側に位置する接触点Ｐ₄は、前記回転軸結合部の上側に位置し、距離Ｄ_Fは、図９のＰ₃から図１５のＰ₄の区間で増加してから減少する。

前記回転軸結合部には、突部１６０と噛み合う凹部１７０が形成される。凹部１７０の一側壁は、突部１６０の接触部１６２と接触して第１圧縮室の一接触点を形成する。前記回転軸結合部の中心から前記回転軸結合部の外周部間の距離をＤｏとすると、距離Ｄｏは、図９のＰ₃から図１５のＰ₄の区間で増加してから減少する。同様に、前記回転軸結合部の厚さも、図９のＰ₃から図１５のＰ₄の区間で増加してから減少する。

また、凹部１７０の一側壁は、厚さが相対的に急激に増加する第１増加部１７２と、第１増加部１７２に続いて厚さが相対的に低い割合で増加する第２増加部１７４とを含む。これは、前記固定ラップの第１減少部１６４及び第２減少部１６６に対応する。第１増加部１７２、第１減少部１６４、第２増加部１７４、及び第２減少部１６６は、図６（ｂ）過程で包絡線を前記回転軸結合部側に曲げた結果として得られたものである。これにより、第１圧縮室を形成する内側接触点Ｐ₁が第１増加部１７２及び第２増加部１７４に位置し、吐出直前の第１圧縮室の長さが短くなり、結果として圧縮比を高めることができる。

凹部１７０の他側壁は、円弧形状を有するように形成される。前記円弧の直径は、前記固定ラップの端部の厚さ及び前記旋回ラップの旋回半径により決定される。すなわち、前記固定ラップの端部の厚さを増加させると前記円弧の直径が大きくなる。これにより、前記円弧周囲の前記旋回ラップの厚さも増加して耐久性が確保され、圧縮経路が長くなってその分第２圧縮室の圧縮比も増加するという利点がある。

ここで、凹部１７０の中央部は前記第２圧縮室の一部を形成する。図１６は、第２圧縮室で吐出が開始される時点の旋回ラップの位置を示す平面図であり、図１６において、第２圧縮室は、２つの接触点Ｐ₆、Ｐ₇間と定義され、凹部１７０の円弧形状の側壁と接しており、前記回転軸がさらに回転すると、前記第２圧縮室の一端部は凹部１７０の中央部を通る。

図１１は、図９の状態を示す他の平面図である。図１１を参照すると、接触点Ｐ₃から引いた接線Ｔは前記回転軸結合部の内部を通過することが分かる。このような結果も、図６（ｂ）過程で包絡線を内側に曲げた結果として得られたものであり、接線Ｔと前記回転軸結合部の中心Ｏ間の距離が前記回転軸結合部の内部の直径Ｒ_Hより小さくなる。

ここで、直径Ｒ_Hは、図１３（ａ）のように、前記回転軸結合部の内周面又は前記偏心ベアリングの外周面が潤滑処理されて別途のベアリングが追加されない場合は、前記回転軸結合部の内径と定義され、図１３（ｂ）のように、前記回転軸結合部の内部に別途のベアリングが追加された場合は、前記ベアリングの外径と定義される。

また、図１１及び図１２のＰ₅は、クランク角が９０゜の場合の内側接触点を示すものであり、同図に示すように、前記回転軸結合部の外周部の曲率半径は、接触点Ｐ₃と接触点Ｐ₅との間で各地点に応じて様々な値を有する。ここで、下記式で定義される平均曲率半径Ｒ_mは、前記第１圧縮室の圧縮比に影響を及ぼす。

Ｒ_θ：クランク角がθである場合、前記第１圧縮室の内側接触点での前記旋回ラップの曲率半径

図１４は、平均曲率半径と圧縮比との関係を示すグラフである。一般に、空調用圧縮機において、冷暖房兼用装置に用いられる場合は２．３以上の圧縮比を有することが好ましく、冷房用装置に用いられる場合は２．１以上の圧縮比を有することが好ましい。図１４を参照すると、平均曲率半径が１０．５以下の場合に圧縮比が２．１以上の値を有することが分かる。つまり、平均曲率半径Ｒ_mが１０．５ｍｍ以下の値になるように設定すると、圧縮比を２．１以上にすることができる。ここで、平均曲率半径Ｒ_mは、スクロール圧縮機の用途に応じて任意に設定することができる。上記実施形態においては、直径Ｒ_Hが約１５ｍｍである。従って、平均曲率半径Ｒ_mが直径Ｒ_H／１．４より小さくなるように設定することもできる。

一方、接触点Ｐ₅は必ずしもクランク角が９０゜の場合に限られるものではないが、スクロール圧縮機の動作原理上、９０゜以降の曲率半径における設計自由度が低いので、相対的に自由度の高い０゜〜９０゜で形状を変更することが圧縮比向上に有利である。

１２０ モータ
１２６ 回転軸
１２６ａ オイル流路
１２６ｂ オイルポンプ
１２６ｃ 拡径部
１２６ｄ ピン部
１２８ 偏心ベアリング
１３０ 固定スクロール
１３６ 固定ラップ
１４０ 旋回スクロール
１４４ 旋回ラップ
１４６ 回転軸結合部
１６０ 突部
１６４ 第１減少部
１６６ 第２減少部
１７０ 凹部
１７２ 第１増加部
１７４ 第２増加部
Ｐ₁〜Ｐ₇ 接触点

Claims (10)

1. 直径と原点が異なる複数の円弧を連結した形状を有し、最外郭の曲線は長軸と短軸を有する略楕円形状を有する非インボリュート形状の固定ラップを有する固定スクロールと、
   前記固定ラップと共に外側面と内側面に第１及び第２圧縮室を形成し、直径と原点が異なる複数の円弧を連結した形状を有し、最外郭の曲線は長軸と短軸を有する略楕円形状を有する非インボリュート形状の旋回ラップを有し、中心部には外周面が前記旋回ラップの一部を形成する回転軸結合部が形成され、前記固定スクロールに対して旋回運動する旋回スクロールと、
   一端部に偏心部を有し、前記偏心部が前記旋回スクロールの回転軸結合部に挿入されて前記旋回ラップと半径方向に重なるように結合される回転軸と、
   前記回転軸を駆動する駆動ユニットとを含むスクロール圧縮機であって、
   前記固定ラップの内側端部の内周面には突部が形成され、前記回転軸結合部の外周面には前記突部と接触する凹部が形成され、
   前記第１圧縮室は、前記第１圧縮室が前記回転軸結合部の外周面に位置する吐出開始時における前記固定ラップの内側面と前記旋回ラップの外側面とが接触して生じる２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）間に形成され、
   前記偏心部の中心（Ｏ）と前記２つの接触点（Ｐ₁、Ｐ₂）をそれぞれ結んだ２つの線がなす角度をα、前記２つの接触点（Ｐ ₁ 、Ｐ ₂ ）における法線間の距離をｌとすると、０＜α＜３６０゜、ｌ＞０である、スクロール圧縮機。
2. ２７０＜α＜３４５°、ｌ＞０である、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記回転軸は、
   前記駆動ユニットに連結される軸部と、
   前記軸部の端部に前記軸部と同心に形成されるピン部と、
   前記ピン部に偏心して嵌合される偏心ベアリングとを含み、
   前記偏心ベアリングが前記回転軸結合部に回転可能に結合される、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記凹部の一側壁を形成する第１増加部と、
   前記第１増加部から延びる第２増加部とをさらに含み、
   前記第１増加部での厚さ増加率が前記第２増加部での厚さ増加率より大きい、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記第２増加部以降では前記回転軸結合部の厚さが減少する、請求項４に記載のスクロール圧縮機。
6. 前記凹部の他側壁が円弧形状を有する、請求項４に記載のスクロール圧縮機。
7. 前記第１圧縮室の一端部を定義する接触点のうち、吐出開始時における前記第１圧縮室の内側接触点をＰ₃とすると、前記Ｐ₃における接線と前記偏心部の中心（Ｏ）間の距離が前記偏心部の半径より小さい、請求項１に記載のスクロール圧縮機。
8. 吐出開始から１５０゜前における前記第１圧縮室の内側接触点をＰ₄とすると、前記固定ラップの厚さは、前記Ｐ₃から前記Ｐ₄へ行くほど減少した後に増加する、請求項７に記載のスクロール圧縮機。
9. 前記固定ラップの厚さは、前記Ｐ₃と前記固定ラップの内側端部との間で最大値を有する、請求項８に記載のスクロール圧縮機。
10. 前記偏心部の中心と前記旋回ラップの外周面間の距離をＤ_Oとすると、前記Ｄ_Oは、前記Ｐ₃から前記Ｐ₄へ行くほど増加した後に減少する、請求項９に記載のスクロール圧縮機。

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