JPH01257783A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はスクロール型圧縮機のスクロールの壁面形状に
関するものである。

（従来の技術） スクロール型圧縮機におけるスクロールの壁厚は始端部
から終端部にわたって略一定であり、圧縮機の大型化を
回避しつつ圧縮容積の増加を図るためにはスクロール壁
の薄型化が必要である。しかしながら、スクロールは変
動する圧縮反力を受けおり、破損骨破損し易い過酷な状
況下にある。

特に、始端部は最も大きな圧力下に置かれるために強度
的に最も弱い部分となる。又、スクロール形成にはエン
トミルカｌ工が一般的に行われており、このエンドミル
の変形による加工精度低下を回避するために比較的大径
のエンドミルが使用される。

そのため、始端部の内壁にはエンドミルの径と同一径の
円弧がインボリュート曲線に接続して残り、固定スクロ
ールのインボリュート曲線壁と可動スクロールのインボ
リュート曲線壁との摺動接触が終わると、両スクに１−
ルの始端部間の圧縮室が外周側の次の圧縮室に連通し、
高圧ガスが再膨張する。これは圧縮効率の低下に繋かる
。

このよ−）な問題を解消し７ようとじ７だ手段か特開昭
５９−５８１８７号公ｔｕに開示されている。この手段
では、スフ１−１−ルの外壁を形成するインポリ−Ｊ−
−ｌ・曲線−１−の仕右の伸開角α０の位置と、内壁を
形成するインホリーＪ、−１−曲線上のαｏ＋ｌ″ｔ（
Ｏｏの伸開角（）７置との間を逆向きの２つの円弧で接
続し、これらインボリュート曲線及び円弧によりスクロ
ール始端部の壁面を形成している。内壁に接続する円弧
の半径は外壁に接続する円弧の半径と可動スクロールの
旋回半径との和乙こ設定されており、これにより始端部
の壁厚増加及び再膨張容積低減が得られる。

（発明が解決しようとする課題） −１分な強度を得るためにスフ１−１−ル始端部の壁厚
を増加するには外壁に接続する小径円弧の半径を大きく
すればよいが、この径拡大に伴って伸開角α０か１１９
力［１ヒ　　両−２、りし７−ル始端の巻き込ｄ）、度
合か減りど］−る４、、二のσＮ”−１，シ。ｒＩｒＪ
動スコ／　Ｔ’、ｌ−ルの公転１１ノ１′クル中；ｌ：
？−ｒ　＋　、’Ｌ　：：、両−！、゛′Ｌ！−ル間の
小径円弧と大径円弧、Ｊ−Ｉ　Ｑ）離間ζ′イミンゲ、
１１りう両スクし１一ル間の次Ｃ”）密閉空間と１１」
出−＋；−＋とノ１１１ｆｆ！タイミングをｊ５４−５
・１、−の２．÷１閉空間の１ｔＪ小１′１：積が増大
する。

ご′１１、（Ｊ圧ｉｉｉ比の成こ１ど螺）味１−１Ｉ＋
二箱効・♀その低下に繋がる。

（課題を解７．ｋ　１ろノコめ１．・を段）そのために
本発明ご；、シ、両−人りＩ′Ｉ−ルの始端部外壁を形
成するイ７ホ１１　、’ｌ−、−、ｌ・曲線」−の任意
の伸開角の（☆；ξと、両−・ミ゛）冒−ルの始端部内
壁を形成ずイ）イ＞トリー、−−１−曲線）の１１；］
記伸開角と１８０゜との和からなる伸開角０’７．　ｉ
、４．　、：ヒの間を少なくとも楕円弧及びこの楕円弧
Ｑ：：　ｉＩＪ動スタスクロール転半径を持つ円を内接
あ収）いは外接さ−けた際の円中心の軌跡の２曲線Ｃ接
３Ｊ置、楕円弧及び軌跡曲線のいずれか−ちを内（Ｈ，
ｇのインポリ１゜−１・曲線・・・滑らかに接続すると
！しこ、他）ｊを外壁の１′ンボリ−Ｊ−−１−曲線へ
滑らかに接続し７てスフｌ−トール始端部の壁面を形成
した。

（作用） 固定スクロールと可動スクロールとの摺動部位が内外イ
ンボリュート曲線の始端を通過すると、スフに１−ル始
端部における両スクロールの接触は楕円弧と軌跡曲線と
の外接摺動へ移行する。楕円弧とし７ては短軸側の曲線
か用いられ、この楕円弧に列する軌跡曲線はこの楕円弧
の凸方向と逆方向への凸曲線となる。スクロール始端部
の壁厚は軌跡曲線の長軸方向の長さに左右され、壁厚を
増加するには軌跡曲線の長軸方向の長さを増加すればよ
いが、この増加に伴う軌跡曲線の変位は楕円弧の短軸方
向の短さにより吸収される。従って、スクロ−ル始端部
の巻き込め度合の減少を抑制しつつ壁厚増加を図ること
かできる。

（実施例） 以下、本発明を具体化した実施例を第１〜３図に基つい
て説明する。

第１図は固定スクロール１及び可動スクロール２の接合
状態を示し、可動スクロール２の公転により複数の密閉
空間Ｓ、、Ｓ７．Ｓ、（、Ｓ４が徐々に縮小して行き、
ガス圧縮が行われる。同図の空間Ｓｏは吐出ボート３に
連通しており、空間Ｓ。

内の圧縮カスの吐出か行われた後には次の密閉空間Ｓｔ
、Ｓ２が連通し、この連通空間内の圧縮カスの吐出か行
われる。

固定スクロール１及び可動スクロール２の始端部壁面は
、内壁面を形成するインポリ、、）曲線Ｅ１″、１工１
−に滑らかに接続する楕円弧Ｄ１と、可動スクロール２
の公転円中心の楕円弧Ｄ１に対する内接軌跡Ｄ２　と、
この軌跡曲線Ｄ２−に滑らかに接続して外壁面を形成す
るインボリュート曲″ｇＡＩＦ、２＋、Ｅ２−とから形
成されている。この壁面形成により空間Ｓｏの容積は可
動スフ１１−ル２の公転に伴って零となり、空間８ｏ内
の圧縮ガスが吐出ボート３から全て吐出される。

楕円弧■〕１及び軌跡曲線Ｄ２−の求め方を第２図に基
づいて説明する。

曲線Ｃｏはインポリュ−１・曲線Ｅ１４．Ｅ２４の創成
用であり、その中心は点Ｐ１である。まずインポリュ−
１・曲線Ｅ２４の伸開角αを設定し、伸開角αに対応す
る創成用Ｏｏ１の伸開角位置Ｐ２を規定すると共に、伸
開角位置Ｐ２からさらに１８０°進んだ円Ｒ１１」に伸
開角位置ｌ）３を規定する。両伸開角位Ｔｔ、　Ｐ　２
　’、　　Ｐ　３を通って創成用Ｃｏに接する平行４（
接線７！、、Ｃ２のうちの伸開角位置Ｐ、３を通る接線
１．２１−に長軸Ａを設定ずろと甚に、イ〉・ボリュー
ト曲線Ｆ、１１に点Ｐ４で接する楕円りを想定し、その
長軸への長さを２ａ、短軸Ｂの長さを２ｂに設定する。

ぞし７て、楕円■〕の中心Ｏ上に原点、長軸へ上にＸ軸
、短軸Ｂｌにｙ軸を乗せた座標系を想定し、可動スクロ
ール２の公転用Ｃ１を楕円Ｄ　４ｊ内接させた際の公転
用Ｃ１の中心Ｐ５の軌跡曲線Ｄ２を求める。

軌跡曲線Ｄ２は次のように求められる。楕円りと公転用
Ｃ１との接点Ｐ６の座標を（ｘ、ｙ）とすると、楕円■
）は次式（１）で表される。

ｘ２７／ａ２＋ｙ２／ｂ２−１　　・・・　（１）接点
Ｐ６と中心Ｐ５とを結ぶ直線１３とｙ軸との交点Ｐ７の
座標を（０’、ｄ）、直線β３の傾きをＣ１直線ｐ３上
の座標を（Ｘ＋、Ｙ＋）とすると、直線！３は次式（２
）で表される。

Ｙ　１　＝　Ｃ，Ｘ　Ｉ　Ａ−ｄ　　　　　　　　・・
・　（２）又、公転用Ｃ，の中心Ｐ５の座標を（Ｘ、Ｙ
）とすると、公転用Ｃ１の中心Ｐ５と接点Ｐ６との距舗
が公転用Ｃ１の半径ｒとなることから次式４式％ 式（１）をＸで微分すれば次式（４）が得られる。

ｄ　ｙ／ｄ　ｘ＝−ｂ２ｘ／ａ”　ｙ ・・・　（４） 即ち、交点Ｐ６における接線の傾きが式（４）で表され
、直線７！３の傾きＣと交点Ｐ６における接線の傾きと
の間には次式（５）の関係が成り立つ。

ｃ−ｄｙ／ｄｘ＝−１・　・　・　（５）従って、直線
Ｉ！、３は次式（６）で表される。

Ｙ＋　＝ａ”　ｙ／ｂ２ｘ　−ｘ、＋ａ・・・　（６） 直線７！３ば中心Ｐｓ　　（Ｘ、Ｙ）を通ることから次
式（７）で表される。

Ｙ＝ａ２ｙ／ｂ”　ｘ　−Ｘ＋ｄ　　・・・　（７）さ
らに直線β３が交点Ｐｓ　　（ｘ、ｙ）を通ることから
次式（８）が成り立つ。

ｄ−ｙ　（１−ａ２／ｂ２）　　　・・・　（８）式（
８）と式（７）とにより次式（９）が得られる。

Ｙ＝ａ２ｙ／ｂ２　ｘ−Ｘ＋ｙ、（１ａ２／ｂ２’）・
　・　・　（９） 従って、式（１）、、（３）、（９）の３式により軌跡
曲線Ｄ２が決定される。具体的には式（３）。

（９）より変数Ｙを消去すれば次式（１０）が得られる
。

（Ｘ−ｘ）２　＋（ａ”　ｙＸ／ｂ”　ｘ−ａ２／ｂ２
）　　２−ｒ”　＝０・　・　・　（１０） 式（１０）の解Ｘは次式（１１）、で表される。

Ｘ＝　　［ｘ＋ｉｙ　　±　（（ｘ＋ｗ）　　２−（１
＋ｚ）（ａ’　　／ｂ’　　−Ｃ２）　　）　　’　　
コ÷（１＋ｚ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　・　・　・　　（１１）ただし、Ｗ及び２は
次式で表される。

ｗ＝　ａ’　ｙ　／ｂ’　ｘ　　　　ｚ＝ａ　’　ｙ　
２／ｂ’　ｘ　２式（１１）で表される解Ｘのうし、次
式（１２）が内接する公転内Ｃ１の中心の軌跡を表す。

Ｘ＝　　［ｘ＋ｗ−（（ｘ＋ｗ）　　　２−（１＋ｚ）
（ａ’　　／ｂ’　　−ｒ２　）　　）　　’　　Ｊ÷
（１＋ｚ）　　　　　　　　　　　・・・　（１２）さ
らに、式（１）を用いて解Ｘ中の変ｔｆｉｙを消去すれ
ば解Ｘは変数Ｘ及び定数ａ、ｂ、ｒのみて表される。

一方、弐（３）、　　（９）より変数Ｘを消去すれば次
式（１３）が得られる。

［（Ｙ−ｙ（１−ａ　２／ｂ２）　）　ｂ　２ｘ八２ｙ
−ｘ］２＋（Ｙ−ｙ）２−ｒ２−０　　　　　　　　　
　・・・　（１３）式（１３）の解Ｙは次式（１４）で
表される。

Ｙ・［ζ＋ｙ±（（ζ＋ｙ）　２−（Ｌ＋ζ／ｙ　）ｘ
　　（ｘ　２（ｂ”／ａ　２−２）　　２＋ｙ？−ｒ２
））”コ÷（１＋　ζ／い　　　　　　　　・・・　（
１４）１ま ただし、ζ−よ次式で表される。

ζ−ｂ４ｘ２／ａ４ｙ 式（１４）で表される解Ｙのうう、次式（１５）が内接
する公転束Ｃ１の中心の軌跡を表わす。

Ｙ＝［ζ　トｙ　−巨　　ζ　＋ｙ）　　２　　　　（
１１ζ　／ｙ）ｘ　　（ｘ　ｚ（ｂ”　／’ａ　２−２
）　　２＋ｙ２−ｒ２１　　）にコ）−（１葎　へ、・
′ν）　　　　　　　・・・　（１５）さらに、式（１
）を用い−（解Ｙ中の変数ｙを消去ずれは解Ｙは変数Ｘ
及び定数ａ、ｂ、ｒのみで表される。

変数Ｘの採り得る値は（−、、、〕）であり、これ心こ
より座標（Ｘ、Ｙ）で表される軌跡曲線Ｄ２は第２１′
４に示す位置に描かれる。楕円りの長軸Ａの長さ２ａを
にめ設定しておけば、軌跡曲線Ｄ２のうちｙ軸の貫座標
側の曲線弧のみをインボリュート曲線Ｂ　２−１に接す
るように創成内Ｃｏに接する接線１１まで平行移動した
軌跡曲線Ｄ２−と、ｙ軸の正座標側の楕円弧Ｄ１とが互
いに外接する場合の楕円りの短軸Ｂの長さは一意に決定
される。

即ち、楕円りの長軸Ａの長さ２ａを予め設定しておけば
、創成円Ｃｏ上の任意の伸開角αの位置における接線β
ｌに平行な接線１２を基準にして描かれる楕円弧Ｄ１と
軌跡曲線Ｄ２−とを滑らかに接続し得ると共に、軌跡曲
線Ｄ２−とインボリュート曲線Ｅ２＋とを滑らかに接続
することができる。このとき、原点Ｏ１中心Ｐ１、楕円
弧Ｄ１と軌跡曲線Ｄ２−との接点Ｐ８、軌跡曲線Ｄ２−
の中心Ｐ９は直ＶＡ１４上に並ぶ。そこで、固定スクロ
ール１及び可動スクロール２の壁面曲線として、終端側
から接点Ｐ４までの内壁面をインボリュート曲線Ｅ、　
＋、Ｅ、−１接点Ｐ４から楕円弧Ｄ１軌跡曲線Ｄ２−と
の接点Ｐ８までの壁面を楕円弧ＤＩ、接点Ｐ８から軌跡
曲線Ｄ２−とインボリュート曲線Ｅ２＋、ＦＦ、２−と
の接点Ｐ　１０までの壁面を軌跡曲線Ｄ２−１接点Ｐ　
１０から終端側にわたる外壁面をインポリフ、−１−曲
線Ｅ、、＋、Ｅ２−とすれば、固定スクロールｌ及び可
動スクロール２殆端の巻き込み度合の低減を伴うことな
く始端部の壁厚を増加することができる。

第３［Ｆ　（ａ）〜第３図（ｄ）はｉｉＪ動スタスクロ
ール２転に伴う空間Ｓｏの減少変化を示し、公転内Ｃ１
は可動スクロール２側の軌跡曲線Ｄ２−の中心Ｐ９が描
く円である。第３図（ａ）では固定スクロール１のイン
ボリュート曲ｖＡＥ＋４と可動スクロール２のインボリ
ュート曲線Ｅ２−１固定スクロール１のインボリュート
曲線Ｅ２＋と可動スクロール２のインボリュート曲線Ｅ
１−とが接触しており、空間Ｓｏは吐出ボート３に連通
している。第３図（ｂ）に示すようにインボリュート曲
線Ｅ＋＋、Ｙら２”、Ｅ＋　　、Ｅ２−同士の摺動接触
が終わるのは接点Ｐ　ＩＱと点Ｐ４とが一致するときで
あり、この一致時期を境として両スクロールＬ　　２間
の摺動接触は第３図（Ｃ）に示すように固定スクロール
ｌ側の楕円弧ＤＩと可動スクロール２側の軌跡曲線Ｄ２
−との摺動接触へと移行する。可動スクロール２がさら
に公転すると、第３図（ｄ）に示すように両スクロール
１，２の楕「」弧Ｄ１と軌跡曲線Ｄ２−との接続部（接
点Ｐｓ）４土が一致し、この一致時期を境として両スク
スール１．２の始端部か互いに離間する。両スクロール
１．２の接点Ｐ８同士か一致するまでは空間Ｓｏは吐出
ボート３に接続しており、両スクロール１，２の接点Ｐ
８の一致により空間Ｓｏの容積が零となり、空間Ｓｏ内
の圧縮ガスが全て吐出ボート３を介して吐出される。

両スクロール１，２の始端部が互いに離間すると、密閉
空間ｓｌ、ｓ、、が互いに連通ずると共に、吐出ボート
３にも連通ずる。即ち、この公転位置か密閉空間ｓ、、
ｓ２内のガスの最大圧縮状態であり、連通直前の密閉空
間ｓｌ、ｓ２の容積が小さいほど圧縮効率が高い。連通
直前の密閉空間ｓ１．ｓ、、の容積は第３図（ｄ）及び
第２図にて創成円ＣＯに対する接線１２の傾き具合と接
線ｇ２に対する直線ｅ４の傾き具合に左右される。

即ち、固定スクロール１の接点Ｐ８から点Ｐ４に至る楕
円弧Ｄ１が創成円ＣＯの中心Ｐ、を巻き込む度合、言い
換えれば両スクロール１．２の始端部の巻き込み度合が
大きいほど密閉空間ｓｌ、ｓ２の最小容積が小さくなり
、圧縮効率が高まる。両スクロール１，２の始端部の壁
厚は軌跡曲ｉｖ！Ｄ２−の長軸方向の長さ、即ち第２図
にて接点Ｐ　１０から点Ｐ　ＩＩまでの長さに左右され
るが、本実施例では両スクスール１．２の始端部を短軸
側の楕円弧Ｄ１を用いて形成したことにより楕円弧Ｄ１
と軌跡曲線Ｄ２−との接点Ｐ８の位置を接線β２から遠
ざけることなく軌跡曲線Ｄ２−の長軸方向の長さを十分
に採ることができる。従って、巻き込み度合を高めに維
持しつつ壁厚増加を図ることができ、高い圧縮効率及び
両スクロール１．２の始端部の強度向上を共に達成する
ことができる。

本発明は勿論前記実施例にのみ限定されるものではなく
、例えば第２図にてインボリュート曲線Ｅ１＋に内接す
る楕円り上の接点を長軸Ａ上以外の部位に設定したり、
あるいは第４〜６図に示す実施例も可能である。

第４図の実施例は第２図の実施例の長軸Ａを変えずに短
軸Ｂを伸長した場合であり、この伸長により軌跡曲線Ｄ
２も短軸方向に伸長し、楕円弧Ｄ１と軌跡曲線Ｄ２−と
は接することなく点Ｐ１２．Ｐ１３で交差する。可動ス
クロール２の軌跡曲線Ｄ２−は接点１）　４から点Ｐ　
１２にわたって楕円弧り、と接触し、可動スクロール２
が同図の鎖線位置を越えると両スクロールｌ　　２の始
端部は離間するが、公転１４ノ°イクル中のこの離間時
期の早まりは特開昭５９−５８１８７号公報における円
弧拡大に比して少なく、圧縮効率低下は少ない。

第５図の実施例は第２図の場合に比して伸開角αを大き
くした場合であり、楕円弧Ｄ１と軌跡曲線Ｄ２−との共
通接線１５で楕円弧り、と軌跡曲線Ｄ２−とを接続して
いる。これにより楕円弧Ｄ１と軌跡曲線Ｄ２−とは接点
Ｐ　１４と接点Ｐ　Ｉｓとの一致を過ぎると離間し、両
スクロール１．２の始端部が離間するが、両共通接線１
５が一致するために空間Ｓｏの容積は零となり、圧縮ガ
スの再膨脹はない。

第６図の実施例は前記各実施例の楕円と軌跡曲線とを入
れ替えた場合であり、楕円りの接′ａβ６と直交し、か
つ楕円りと接線１６との接点Ｐ　ＩＧを通る直線ｐ７上
に半径を持つ公転円ｃ１と直線７！７との交点Ｐ　１７
の軌跡が軌跡曲線Ｄ３となる。この実施例でも高い圧縮
効率を維持しつつ壁厚増加を図ることができ、しかも第
２図の実施例を変更した前記各実施例と同様の変更が可
能である。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明は、スクスール始端部の内外
壁面を楕円弧及びこの楕円弧を基に得られる公転円の中
心軌跡の少なくとも２つの曲線で接続したので、スクス
ール始端部の巻き込み度合の減少をもたらすことなく始
端部の壁厚増加を図ることができ、これにより高い圧縮
効率を維持しつつ始端部の強度を高め得るという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明を具体化した一実施例を示し、第１
図は固定スクロール及び可動スクロールの全体断面図、
第２図は一方のスクロール始端部の壁面形成を説明する
ための要部略体図、第３図Ｃａ＞〜第３図（ｄ）はいず
れも可動スクロールの公転に伴う両スクロールの接触状
態を示す養父略体図、第４〜６図はいずれも別個を示す
要部略体図である。 固定スフｌ−１−ル１、可動スクロール２、楕円■〕、
楕円弧■〕１、軌跡曲線Ｄ２、軌跡曲線Ｄ２−１軌跡曲
綿■〕３、インボリュート曲線Ｂ、＋　、Ｂ２４−Ｅ、
−、Ｂ２−８創成円ｃｏ、公転円ｃｌ、半径ｒ、伸開角
α、短軸Ｂ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　ハウジング内に収容された固定スクロールと、この
   固定スクロールに対向して自転不能かつ公転可能に収容
   支持された可動スクロールとの間に可動スクロールの公
   転に基づいて容積減少する密閉空間を形成するスクロー
   ル型圧縮機において、両スクロールの始端部外壁を形成
   するインボリュート曲線上の任意の伸開角の位置と、両
   スクロールの始端部内壁を形成するインボリュート曲線
   上の前記伸開角と１８０゜との和からなる伸開角位置と
   の間を少なくとも楕円弧及びこの楕円弧に可動スクロー
   ルの公転半径を持つ円を内接あるいは外接させた際の円
   中心の軌跡の２曲線で接続し、楕円弧及び軌跡曲線のい
   ずれか一方を内壁のインボリュート曲線へ滑らかに接続
   すると共に、他方を外壁のインボリュート曲線へ滑らか
   に接続してスクロール始端部の壁面を形成したスクロー
   ル型圧縮機。