JPH02169886A - スクロール圧縮機 - 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、気体の膨張又は圧縮のために使用する給油式
あるいは無給油式スクロール圧縮機に係り、特にスクロ
ール圧縮機を構成している旋回スクロールと固定スクロ
ールの材質が異なったものである場合に好適なスクロー
ルのラップ歯形形状を有するスクロール圧縮機に関する
。

【従来の技術〕

従来、スクロール流体機械に関して特開昭６２−１０７
′２８３号に記載のように、スクロールラップ中央部の
先端部に切欠き部（段付逃げ面）を設け、吐出圧力損失
の減少を図った構造が提案されている。

一方、スクロールラップの球根部とこれよりラップの歯
厚の小さいスクロール部材の組合せ例として、米国特許
３８０２．８０９号がある。米国特許のものは、真空ポ
ンプ装置として開示されている。また固定スクロール側
に球根形状を用いているが、該球根部の凹凸の大小関係
が本発明の意図するものと異なっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の特開昭６２−１０７２８３号公報開示さ
れたものは、円弧曲線を組合わせたスクロールラップ部
の先端部に、最内室の過圧縮現象を防止する切欠き部を
設けたもので、そのスクロールラップ部の加工性に難点
があった。特に、旋回スクロールに強度的に弱いアルミ
ニウム合金を使用した場合は、その切欠き部周辺の強度
が弱くなるという信頼性の問題がある。

また、切欠き部を設定すると、圧縮室の容積変化率と関
係した固有圧縮比（ｖｒ　＝行程容量／最内室の容積）
が小さくなり、この固有圧縮比Ｖ。

の減少により高圧力比域での圧縮性能が大幅に低下する
。したがって上記切欠き構造で当初の固有圧縮比のスク
ロールラップ形状に設定しようとすると、スクロール全
体の外径が大きくなるという問題がある。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたものであって
１本発明の目的は固有圧縮比Ｖｒを小さくするような切
欠き部を設けないラップ形状を求め、その形状のスクロ
ールラップを適用することにより小型化、高速化に対応
したスクロール圧縮機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、第１鏡板と該第１鏡板に直立して設けられ
た渦巻き状の第１ラツプとからなる固定スクロールと、
第２ｔｉ板と該第２鏡板に直立して設けられた渦巻き状
の第２ラツプとからなりかつ前記固定゛スクロールとは
材質の異なる旋回スクロールとを備え、前記第１ラツプ
と前記第２ラツプを互いに内側にして噛み合わせ、前記
固定スクロールに対し前記旋回スクロールを自転なしに
旋回運動させるように構成たスクロール圧縮機において
、前記第１ラップ先端部の巻き始め部を該第１ラツプ歯
溝を直径とする円弧曲線とインボリュート曲線からなる
くさび形とし、前記第２ラツプの巻き始め部を前記第１
ラツプと接触干渉しない凹部と凸部とからなる円弧曲線
とインボッニート曲線とからなる球根形としたことを特
徴とするスクロール圧縮機により、達成される。

そして前記第２ラツプの先端部の歯先部肉離を根元部よ
り薄くして、該根元部から歯先部に至る内壁面を傾斜さ
せるのがよい。

〔作用〕

作用を実施例に対応する第１図〜第４図を用いて説明す
る。第１ｗＵは旋回スクロールの第２ラツプの歯形形状
を示す図、第２図は固定スクロールの第１ラツプの歯形
形状を示す図、第３図は第１ラツプと第２ラツプとを噛
み合わせて固定スクロールと旋回スクロールを組み合わ
せたときの平面図、第４図ま第３図の縦断面図である。

第３図の状態は、冷媒ガスの吐出作用を開始する瞬時の
状態を示す、すなわち、圧縮室５０ａ、５０ｂの冷媒ガ
スが中央の最内室５２に吐出される瞬間の両スクロール
部材の組合せ図である。最内室５２は、固定スクロール
の第１鏡板部１ａに設けた吐出孔１６とつながっており
、最内室は常時閉じた空間とはなっていない。第４図は
、最内室５２が吐出孔１６とつながった位置関係にある
ことを示す。

線Ｂ’　Ｃ’は、ラップ歯溝幅を直径とするエンドミル
加工機のカッターの外径と同じ円曲線の一部となり、そ
の中心位置（カッター中心位置）をＯｃで示す０図中の
λ、Ｓは外側インボリュート曲線巻始め角でその始点を
Ｂ′としている。一方Ｃ′は内側インボリュート曲線の
始点でその巻き角度はλｍｓ　　（＝λｌ＋π）となる
、このλ、Ｓの角度は相手側の旋回スクロールの第２ラ
ツプが固定スクロールの第１ラツプと同様くさび形ラッ
プ形状と仮想したときの互いのラップが接触干渉しない
条件で求る値である。このλ、Ｓの値は圧縮機の固有圧
縮比Ｖ、を決定する一つのパラメータとなる。■、とλ
ｌｌｓとの関係は次式で与えられる。

２（１＋ｔ／εｔｈ）　（λ、ｅ−２π）＋πここで、
ｔ　：第１ラツプの厚さ（請）Ｅｔｈ：固定スクロール
に対する旋回スクロールの旋回半径（＋ｍ） λ、ｅ：第１ラップの巻き終り角度 （ｒａｄ） π　：円周率 すなわち、所定Ｖ、を確保したい場合（λ＋ａＯ＝一定
値）、λ１ｓが小さいほどスクロールの外径が小さくな
り圧縮機の小形化（細径化）が図れることになる。

上記したくさび形のラップ形状をベースにして。

第１図に示すように旋回スクロールの第２ラツプを固定
スクロールの第１ラップ部と干渉しない球根形ラップ形
状とする。この場合第２ラツプの凸部と凹部の円弧半径
の設定法は次のとおりとする。

２πａ−ｔ ｒ４＝　　　　　−Ｅｔｈ　　ｇｒ　　　　　　　・・
’（２）ｒｓ＝　ｔ　ｔｈ＋　ｇ　ｒ　　　　　　　　
　　　　　−（３）ここで、ｒｄ　：旋回スクロール側
第２ラツプ凹部の円弧曲線の半径 ｒＢ　：旋回スクロール側第２ラツプ凸部の円弧曲線の
半径 ａ　ニスクロールラップ（第１．第２ ラツプ）の基礎円半径 ｔ　：第２ラツプの厚さ ξｔｈ：固定スクロールに対する旋回スクロールの旋回
半径 ｇｒ　ニラツブ先端部で必要な径方向最小すきま ｇ「としては実用的に０．５〜ｌｌＩｎ前後が適正であ
る。第１図で交差した斜線の領域が実質ラッロールのく
さび形ラップ円弧Ｂ’　Ｃ’　の半径ｆ’ｃ（第２図参
照）は次式で与えた値とする。

２　π　ａ−ｔ ｒｃ＝ ・・・（４） 上記円弧部の半径を設定することにより、固定クロール
と旋回スクロールの両スクロールは、干渉することなく
圧縮作用をなすことができる０本発明の構成とすること
により、■インボリュート巻始め角λ１１ｓを最小にし
たくさび形ラップと球根形ラップとを組合せたスクロー
ル形状としているので、スクロール外径を極小にできて
、圧縮機の外径を小さくすることができる。■一方、旋
回スクロールのラップ先端部を先太り形状としているの
で、ラップ形状が大幅に向上できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図から第９図を用いて説明
する。

第１図は旋回スクロールのラップ先端部の横断面図であ
る。０．ハインボリュート曲線６３゜６４の基礎円中心
である。０−はエンドミル加工機のカッター中心であり
、円弧曲線ＣＤの中心でもある。この場合、ラップ歯溝
の切削用エンドミルのカッターの半径ｒ（（第２図の歯
切りに用いられるもの）との関係は、次のとおりとなる
。

ｒ　ｃ　＞　ｒ−・・・（５） ｒｃ＝ｒａ＋εｔｈ　＋　ｇ　ｒ　　　　　　　　−（
６）二二で、ｒｃ　：エンドミラーカッターの半径（固
定スクロール側第１ラツプ 凹部の円弧曲線の半径でもある） ｒ−：旋回スクロール側第２ラツプ凹 部の円弧曲線の半径 εｔｈ：固定スクロールに対する旋回スクロールの旋回
半径 ｇ、ニラツブ先端部で必要な径方向最 小すきま したがって本発明の場合スクロールラップ製作のため、
カッター径の異なるカッターが２種類必要となる。Ｂ点
がインボリュート曲線６４の始点であり、同様に０点も
インボリュート曲線６３の始点となる。０８点は円弧曲
線ＢＤの中心位置である。Ｄ点は円弧曲線ＣＤとＢＤの
接点となる位置である。幾何学的な位置関係は次のとお
りとなる。

ａｃ＝　　（２・ａλ１１１１＋　ｔ　ｔｂ）”＋　４
　ａ　”　　　−（７）ここで、ψ０　：円弧部ＣＤ及
びＢＤの円弧角λｍ！：ｍ個：ンボリュート曲線の巻始
め角（くさび形ラップ） ａ　ニスクロールラップ（第１．第２ ラツプ）の基礎円半径 ｒＢ　：旋回スクロール側第２ラツプ凸部の円弧曲線の
半径 上記式と作用の項で前記した式（１）〜（３）とを連立
して任意のＥ’ａｇ　ｒＢ値を設定する。第１図のＣと
Ｂとを大きな円弧でつないだ円弧曲線４８が固定スクロ
ール１側の円弧曲線Ｂ’Ｃ’（第２図参照）と相対する
同一の曲線となるもので、斜線部の領域が固定スクロー
ル１のくさび形ラップ（先端部）に対して肉厚が厚くな
った部分であり、この部分の強度アップを図り旋回スク
ロール側にアルミ合金など軽合金を使用することが可能
となる。

第２図は、固定スクロール１の平面図である。

０１は基礎円４１の中心で、基礎円半径をａで表示する
。λ、８はくさび形ラップの外側インボリュート曲線６
１の巻始め角で、その始点は８１点で点となる。曲線Ｂ
’　Ｃ’は半径ｒｃの円弧曲線である。このような構成
のときこのスクロールラップ巻始め角λｌｌｓは次式で
求める。

（但し、ζ＝□≦１．４６７） ε　ｔｈ （但し、ζ＞１．４６７） ここで、ｔ：第１（及び第２）ラップの厚さ第２図に示
したくさび形ラップ形状は、最内室５２の大きさをより
広くしているので、吐上部の流路面積を確保する面では
、有利なラツ形状となる。

第３図は１両スクロール１，２を組合せたときの実施例
である。ラップ中央部の最内室５２は、固定スクロール
の第１鏡内部１ａの中央に設けた吐出孔１６と連通して
いる。第４図に両スクロールを組合せたときの縦断面図
を示す。旋回スクロール２の球根部２ｆは内厚が厚くな
るため、吐出孔１６を塞ぐことになり、最内室５２の冷
媒ガスの吐出室１２への流出が妨げられる恐れがある。

このとき吐出圧力の損失となるため、第５図及び第６Ａ
図に示すような球根部２土の先ｇ１１部２土“ｂと根元
部２ｆａ　とのラップの肉厚を違わせて傾斜面２ｆｃ　
を設定する。これにより、傾斜した分、実質の吐出孔と
開口する流路面積が増える。また傾斜面２ｆｃとするこ
とにより最内室５２から吐出口１６ひいては固定スクロ
ール上の上方の吐出室１２への冷媒ガスの吐出作用がス
ムースにおこなうことができる。なおテーパ状を形成る
範囲は、ラップ先端部（凸部）のインボリュート巻始め
角（λｌ１ｓ）の始点となるＢ点から、曲線６３の始点
Ｃ点の最内室５２を取り巻く範囲となる。したがってラ
ップ先端面の円弧形状も根元部２ｆａの曲線に似た形状
を設定する。なお、第５ｗＪの状態（冷媒ガスの吐出過
程開始時の状態）において。

吐出孔１６は旋回スクロール２の外側曲線６２よりも内
側の位置となるよう極力大きく設定している。第６Ａ図
は、旋回スクロール２の根元部２ｆａに曲率の大きなＲ
形状（その寸法をＲｔと表わす）とし、この部分でさら
に母材の強度向上を図っている。

第６Ｂ図は、旋回スクロール２のラップ中央部での傾斜
面２ｆｃの長さを若干短くした場合の実施例で、この場
合先端面にもＲ形状（その寸法をＲｓと表わす）に設定
している。このようにラップ部２ｆの上下端面をＲ形状
とすることにより。

ラップ強度の向上と吐出冷媒ガスのスムースな吐出作用
がより容易に可能となり、圧縮性能の面でも有利となる
。このように本実施例のラップ先端形状により、軸方向
の吐出流路面積をより大きく確保できる。なお第６Ｂ図
は、旋回スクロール２（アルミ材）と固定スクロール１
（鋳鉄材）との温度によるラップ部の膨張差を考慮して
ラップ中央部である球根部の軸方向に初期すきまδ＆４
を与えている。この初期すきまは、球根部のラップ高さ
（ｈ　ｓａ）と、それより外周部のラップ高さ（ｈａ）
との１１１１１整（ｈａｔ＜ｈａの関係とする）でもっ
ておこなう、これによりラップ部が軸方向に伸びても、
最も変形量の大きいラップ中央部での当たりは回避され
るもので、機械損失の低減に有効となる。

第７図と第８１１！ｌは、旋回スクロール２のラップ先
端部２ｆに段付部５７を設けた一実施例である。

根元部２ｆａはラップ強度面にて球根状に肉厚を厚く設
定している。なお１本発明では球根部は固定スクロール
１側と接触しないので、上記した球根半径の条件を満た
す円弧半径は任意に設定できる特徴がある。したがって
ラップ強度は歯の高さ（ｈｓ）によっても変わるので、
歯の高さと歯の厚さとの関係で適正な球根部の円弧半径
を自由に設定できるという使い勝手の面でも有効となる
。

第９図は、本発明の固定スクロール１と旋回スクロール
２とを密閉形スクロール圧縮機に組み込んだときの実施
例を示す。以下、スクロール圧縮機の全体構造と冷媒ガ
スの流れについてそれらの概要を説明する。

第９図は、スクロール圧縮機の全体構造を示す。

スクロール圧縮機は、圧縮要素部である固定スクロール
１と旋回スクロール２．旋回スクロール２の自転を防止
する自転防止部材３（例えば、オルダムリングとオルダ
ムキー等）、主軸４．電動機５、フレーム６を有してい
る。これら構成部品は密閉容器７の内部に収納されてい
る。このスクロール圧縮機は、密閉容器７内が吐出圧力
（高圧側圧力）にある高圧チャンバ方式の圧縮機である
。

固定スクロール１は第１鏡板部１ａとそれに直立して設
けられた渦巻状の第１ラツプ１ｂとからなり、第１鏡板
部１ａ外周部でフレーム６に固定されている。旋回スク
ロール２は第２鏡板部２ａとそれに直立して設けられた
同様の形状の渦巻状の第２ラツプ２ｂとからなり、その
第２鏡板部２ａにて固定スクロール１の第１ｆｉ板部１
ａ外周部とフレーム６との間で摺動自在に挾持されてい
る。＠スクロール１．２のラップは第７図の平面図で示
す如く噛み合わされ、そのラップ間に圧縮室を形成する
。旋回スクロール２は、主軸４のクランク部の偏心ピン
４ａに嵌合しており、主軸４が電動機５で回転されると
、旋回スクロール２は自転防止部材３で自転を防止され
つつ、クランク部の偏心ピン４ａによって、固定スクロ
ール１に対して所定の旋回半径（偏心ピン４ａの偏心量
で定まる）を似って旋回運動（公転運動）をおこなう。

低温、低圧の冷媒ガスは、吸入管８から導びかれ、固定
スクロール１内の吸入孔１５に至る。この冷媒ガスは、
旋回スクロール２の自転を防止された公転運動により、
両スクロール間に形成される圧縮室が漸次縮小してスク
ロール中央部に移動するのに伴って圧力を高められて固
定スクロール１の中央の吐出孔１６より吐出ヤンバ１２
に吐出される。吐出された高混高圧の冷媒ガスは、密閉
容器７内の下部室３１に連通路３０を通って入り、更に
吐出管９を介して外部へ導かれる。

本発明の実施例では、旋回スクロール２の先端部の円弧
曲線部及び傾斜面２ｆｃは固定スクロール１側とは常時
非接触の状庵にあり、このためその部分の加工精度は粗
く設定でき、アルミ材のスクロールを温間鍛造による製
作法がより実用化しやすくなるなど、スクロールの製作
面にて有効な構造である。

このように、本発明の実施例では、固定スクロールに鋳
鉄材を用い、そのラップ先端部が先細のくさび形ラップ
形状とし、一方旋回スクロールに軽合金のアルミ材を用
い該ラップ先端部が、これと対向する固定スクロール側
のラップ部と接触干渉しない凹部と凸部からなる円弧曲
線とインボリュート曲線からなる球根形ラップ形状とし
、これら両スクロールを組合わせることにより、高性能
で小形・高速化を可能とならしめたスクロール圧縮機と
することを特徴としている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、旋回スクロールに球根形ラップ形状を
、固定スクロール側にくさび形ラップ形状とし、これを
組合わせることにより従来機と比較して、ラップ部の破
損を防止したラップ強度に有利な信頼性の高いスクロー
ル圧縮機とすることができる。また、吐出部の流路面積
を確保し吐出圧力の過圧縮量低減に有効で圧縮機の性能
向上が図れる。さらに１本発明の旋回スクロール側の球
根形ラップの球根半径（凹凸部の円弧半径）は、固定ス
クロール側くさび形ラップのスクロール諸元をもとにし
て設定しており、圧縮機の小形・軽量化の効果がある。

その他、旋回スクロールの凹凸部の円弧半径を任意に設
定できること、またアルミ材の温間鍛造による製作法の
実用化に良い構造であるなど、製作・加工面でも有利で
あるという効果がある。上記効果は、スクロールが高速
化される可変速スクロール圧縮機に顕著にあられれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は旋回スクロールの第２ラツプの歯形形状を示す
図、第２１１！ｌは固定スクロールの第１ラツプの歯形
形状を示す図、第３図は第１ラツプと第スラップとを噛
み合わせて固定スクロールと旋回スクロールを組み合わ
せたときの平面図、第４図は第３図の縦断面図、第５図
は固定スクロールと旋回スクロールとを組み合わせたと
きの横断面図、第６Ａ図は第５図のｖｔ−ｖｔ断面図で
旋回スクロールの球根部の形状を示す図、第６Ｂ図は旋
回スクロールの球根部の他の形状を示す図、第７図は固
定スクロールと段付きの先端部を設けた旋回スクロール
とを組み合わせたときの横断面図、第８図は第７図の■
−■断面図、第９図は本発明の固定スクロールと旋回ス
クロールを組み込んだ密閉型圧縮機を示す図である。 ｌ・・・固定スクロール、１ａ・・・第１鏡板部、ｌｂ
・・・第１ラツプ、２・・・旋回スクロール、２ａ・・
・第２鏡板部、２ｂ・・・第２ラツプ、１ｇ・・・第１
ラップ先端部、２ｆ・・・第２ラップ先端部、ｒ４・・
・旋回スクロール側第２ラツプ凹部の円弧曲線の半径、
ｒＢ・・・旋回スクロール側第２ラツプ凸部の円弧曲線
の半径、ａ・・・固定スクロール側第１ラツプの基礎円
半径、ｔ・・・ラップ厚さ、εｔｈ・・・固定スクロー
ルに対する旋回スクロールの旋回半径、ｇ「・・・ラッ
プ先端部で必要な径方向最小すきま、ｒｃ・・・固定ス
ク毛 図 Ｙ預 ｒｄ：　宥４２ラッフｍ匹凸な〒−円ｊへ曲）４９門７
ｔ　：　ラー／７′−厚さ 属 記 鴇 ？ 図 礪 色 ２子：　第２う・ノブ′ｔ′ｊＩ！＠宿Ｐ第 隼 云 ｂ 第 Ａ 第 Ｂ 一 薬 圀

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．第１鏡板と該第１鏡板に直立して設けられた渦巻き
   状の第１ラツプとからなる固定スクロールと、第２鏡板
   と該第２鏡板に直立して設けられた渦巻き状の第２ラツ
   プとからなりかつ前記固定スクロールとは材質の異なる
   旋回スクロールとを備え、前記第１ラツプと、前記第２
   ラツプを互いに内側にして噛み合わせ、前記固定スクロ
   ールに対し前記旋回スクロールを自動なしに旋回運動さ
   せるように構成したスクロール圧縮機において、前記第
   １ラツプの先端部の巻始め部を該第１ラツプの歯溝を直
   径とする円弧曲線とインボリユート曲線からなるくさび
   形とし、前記第２ラツプの巻き始め部と前記第１ラツプ
   と接触干渉しない凹部と凸部とからなる円弧曲線とイン
   ボリユート曲線とからなる球根形としたことを特徴とす
   るスクロール圧縮機。
2. ２．前記第１ラツプの先端部を形成する円弧曲線の半径
   及び前記第２ラツプの先端部を形成する凹部凸部の円弧
   曲線半径が次式を満足することを特徴とする請求項１記
   載のスクロール圧縮機。 ｒ＿４＝（２πａ−ｔ／２）−εｔｈ−ｇｒｒ＿Ｂ：ε
   ｔｈ−ｇｒ ｒ＿ｃ＝（２πａ−ｔ／２） ここで、ｒ＿４：旋回スクロール側第２ラツプ凹部の円
   弧曲線の半径 ｒＢ：旋回スクロール側第２ラツプ 凸部の円弧曲線の半径 ｒｃ：固定スクロール側第１ラツプ 凹部の円弧曲線の半径 ａ：第１及び第２ラツプの基礎円 半径 ｔ：ラツプ厚さ εｔｈ：固定スクロールに対する旋回 スクロールの旋回半径 ｇｒ：ラツプ先端部での径方向最小 すきま
3. ３．前記第２ラツプの先端部の歯先部の肉厚を根元部よ
   り薄くして、該根元部から該歯元部に至る内壁面を傾斜
   させた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。