JPH022951Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスクロール型流体機械に関する。

例えば、公知のこの種の圧縮機は、第１図作動
原理図に示すように、同一形状の２つのうずまき
体の一方２を略中央に吐出口４を有するシール端
板に固定し、他方のうずまき体１を他方の端板に
固定し、両者を、同図に示すように、相対的に
180゜回転させ、かつこの両者が５１，５２および
５１′，５２′の４点で互いに接触するように、距
離2ρ（＝うずまきのピツチ−２×うずまきの板厚）
だけ相対的にずらして重ね合せ、一方のうずまき
体２を静止し、他方のうずまき体１をクランク半
径ρを有するクランク機構にて、一方のうずまき
体２の中心０の周りに自転を行なうことなく半径
ρ＝00′で公転運動をなすように構成される。

そうすると、２つのうずまき体１，２間には、
両者が当接する点５１，５２および点５１′，５
２′間に密閉された小室３，３が形成され、密閉
小室３，３の容積がうずまき体１の公転に伴い
徐々に変化する。

すなわち、同図１の状態からうずまき体１をま
ず90゜公転させると、同図２となり、180゜公転さ
せると同図３に、270゜公転させると同図４とな
り、この間、小室３の容積は徐々に減少し、同図
４では２つの小室３，３は連通して密閉小室５３
となり、同図４の状態から更に90゜公転すると、
同図１となり、小室５３の容積は同図２より同図
３へとその容積を減少し、同図３と同図４の間で
最小の容積となり、この間、同図２で開き始めた
外側空間が同図３、同図４から同図１に移り、新
たな気体を取り込んで密閉小室を形成し、以後こ
れを繰返し、うずまき体外側空間より取りこまれ
た気体が圧縮され、吐出口４より吐出される。

上記は、スクロール型圧縮機の作動原理である
が、スクロール型圧縮機は具体的には、第２図縦
断面図および第３図−断面図に示すように、
ハウジング１０はフロントエンドプレート１１、
リヤエンドプレート１２、シリンダプレート１３
よりなり、リヤエンドプレート１２に吸入口１
４、吐出口１５を突設するとゝもに、うずまき体
２５２および吐出ポート２５３を設けた円板２５
１よりなる静止スクロール部材２５を固定し、フ
ロントエンドプレート１１にクランクピン２３を
有する主軸１７を枢着し、クランクピン２３に、
第３図に示すように、ラジアルニードル軸受２
６、公転スクロール部材２４のボス２４３、角筒
部材２７１、摺動体２９１、リング部材２９２、
回り止め２９３等よりなる不転旋回機構を介し
て、うずまき体２４２および円板２４１よりなる
公転スクロール部材２４が付設されており、うず
まき体２４２，２５２のうずまき形状は通常同一
形状となつている。

このようなスクロール型流体機械の性能向上を
図るために、吐出ポート２５３（第２図），４
（第１図）の形状および位置について、本考案者
は、さきに実願昭57−48927号（実開昭58−
152584号公報）をもつて、両スクロール部材のう
ずまき体が互いに当接する内方の点が互いに離れ
始める２点を通るとゝもに公転スクロール部材の
うずまき体の外側曲線に接する円に沿つてこれを
設けることを提案した。このような吐出ポートは
最大断面積を有するものとなり、ここを流過する
圧縮流体の圧力損失を最小とすることができる。

すなわち、第４図部分正面図、第５図−断
面図に示すように、公転側うずまき体２４２と静
止側うずまき体２５２はＡ点およびＢ点において
互いに当接し、Ａ点は静止側うずまき体２５２の
外側曲線であるインボリユート曲線の始点で中心
０の基円（半径ｂ）上にあり、Ｂ点はその内側曲
線１０３の一部であるインボリユート曲線 r1（t1）＝ｂ／cost1 φ1（t1）＝π−tan^-1ρ／ｂ 上にあり、こゝでt1はパラメータである。400
はＡ点およびＢ点を通るとゝもに、公転側うずま
き体２４２の外側曲線とＣ点で接する円に沿つて
静止側クロールの円板２５１に穿設された吐出ポ
ートで、0pはその中心である。

このような構造において、両うずまき体の噛み
合い状態は第６図１，２，３に示すように変化す
るが、まず、第６図１では、接点はＡ点、Ｂ点の
それぞれ外方にあり、公転側うずまき体２４２が
公転半径ρにて公転するに伴い、同図２に示すよ
うに、Ａ，Ｂ両点で互いに接し、これよりさらに
公転すると、同図３に示すように、両うずまき体
２５２，２４２は離れ始める。

従つて小室４０２（第１図３に対応する）内の
流体は、同図１の状態を経て同図２の位置まで圧
縮され、さらにうずまき体２４２が公転すると、
小室４０２は同図３のように密閉小室４０１（第
１図５３に対応する）と連通すると同時に吐出ポ
ート４００より流体が外部へ吐きだされ、更に公
転が進むと、連通した密閉小室４０１と小室４０
２がやがて独立した密閉小室４０１となり、この
間流体は引続き吐出ポート４００より外部へ吐出
され、更に公転が進むと、再度同図１の状態に戻
り、密閉小室４０１内の流体は吐出ポート４００
より外部へ吐出され、これが同図２まで続き、以
下うずまき体２４２の公転に伴い上記の作用がく
り返される。

こゝで、小室４０２の容積が最小となるときの
小室４０２の圧力と密閉小室４０１の圧力とが略
等くしなるように両うずまき体の寸法を決めれ
ば、小室４０２の圧力と密閉小室４０１との圧力
が等しくなつた直後に、小室４０２は密閉小室４
０１と連通すると同時に、流体は吐出ポート４０
０より外部へ吐出されることゝなり、小室４０２
内圧力が密閉小室４０１内圧力より高い、又は逆
に低い時点で、吐出ポートと連通することはなく
なり、高効率のスクロール型流体機械が得られ
る。

しかしながら、このような構造によると、小室
４０２イおよび小室４０２ロは、第６図２の位置
で密閉小室４０１と連通し始めると同時に吐出ポ
ート４００に連通し、流体は吐出ポート４００よ
り外部へ吐出される。ここで、同図３に示すよう
に、小室４０２ロと吐出ポート４００の連通面積
は充分大きく、流体は二重矢印に示すように、ス
ムースに流出するのに対して、小室４０２イと吐
出ポート４００の連通面積は小さく、この部分で
流体は圧力損失を生じ、充分流れず（一重矢印参
照）、小室４０２イ，４０２ロ内の圧力変化は、
第７図線図に示すように、小室４０２イでは吐出
ポート４００（密閉小室４０１）と連通した後も
圧力が点線で示すように上昇し、いわゆるオーバ
ーコンプレツシヨンを生じ、このオーバーコンプ
レツシヨン部分は圧縮機の仕事の損失となり、こ
のため圧縮機の効率は若干低下することが判明し
た。

また、第５図に示すような大断面積の吐出ポー
トを設けることは、うずまきの厚さが一部薄肉と
なるので一般的にはうずまき体の強度の部分的低
下を招くという問題がある。

本考案はこのような事情に鑑みて提案されたも
ので、オーバーコンプレツシヨンによる効率の低
下を解消し、効率の向上を図るスクロール型流体
機械を提供することを目的とし、それぞれインボ
リユート曲線を有する静止側うずまき体に公転側
うずまき体をかみ合わせ、不転旋回機構を介して
後者を前者の周りに公転し、両うずまき体に仕切
られる密閉空間の容積変化によりガスを吸入し圧
縮したのち吐出するスクロール型流体機械におい
て、前記両うずまき体が互いに当接して形成され
る密閉空間の最小密閉空間を形成する内方の２接
点を通るとともに公転側うずまき体の外側曲線に
接する円孔よりなる吐出ポートを静止側うずまき
体の端板に設けるとともに前記最小密閉空間を形
成する内方の２接点が離れ始める直前の位置で一
方の密閉空間と前記吐出ポートとを連通するスリ
ツト溝を静止側うずまき体の端板に前記吐出ポー
トに連なるように刻設してなることを特徴とする 本考案の一実施例を図面について説明すると、
第８図はスクロール部材の部分正面図、第９図は
第８図の−に沿つた断面図、第１０図１，
２，３はそれぞれ第８図のうずまき体の噛み合い
状態の変化を示す説明図、第１１図は第１０図に
おける小室の圧力変化を示す線図である。

まず第８〜９図において、５００は本考案に係
る吐出ポートで、吐出ポート自体は、第４図に示
したものと同様に設ける、５０１は吐出ポート５
００にその一端が開口する切り欠きで、他端は小
室４０２イに開口する。

このような構造において、両うずまき体のかみ
合い状態は、公転側うずまき体２４２の公転に従
い、第１０図１，２，３の順に変化する。

すなわち、まず同図１に示すように、２つのう
ずまき体は点Ａ，Ｂの外方にて接し、小室４０２
ロは従来のものと同様に、吐出ポート５００に連
通しておらず、小室４０２イは切り欠き５０１を
介して吐出ポート５００と連通を始める直前であ
り、これ以後の公転側うずまき体２４２の公転に
より連通する。

次に、同図２に示すように、点Ａ，Ｂで両うず
まき体が接し、小室４０２イは切り欠き５０１を
介して、一重矢印に示すように、吐出ポート５０
０に連通しており、一方小室４０２ロはこれ以後
吐出ポート５００と連通を始める。すなわち、同
図１〜２間で小室４０２イは吐出ポート５００に
切り欠き５０１を介して連通しているが、小室４
０２ロは連通していない。

更に公転側うずまき体２４２の公転が進むと、
同１０図３に示すように、小室４０２ロが吐出ポ
ート５００と連通し、ガスは小室４０２ロより二
重矢印に示すように、また小室４０２イより、一
重矢印に示すように、吐出ポート５００に流入す
る。

このような構造によれば、２つのうずまき体２
４２，２５２の内方接点が離れ始める前に、一方
の小室４０２イは吐出ポート５００と連通するの
で、小室４０２イ，ロの圧力変化は、第１１図に
示すようになり、小室４０２イの圧力は従来のも
ので生じていた流路面積が小さいことに基因する
圧力損失によるオーバーコンプレツシヨンはなく
なり、圧縮機の効率は大きく向上する。

いずれにしても本考案では、点Ａ，Ｂより外方
はインボリユート曲線であり、インボリユート部
分で両スクロール部材が噛み合うと、ガス圧力に
よるうずまき体への荷重と、両スクロール部材が
噛み合う噛みあい荷重の方向は互いに略直交関係
となるのでこのような関係の下ではガス圧荷重と
かみ合い荷重のベクトル和は小さなものとなる。

因みに、インボリユート曲線以外のうずまき曲
線部分で両スクロール部材がかみ合うとガス圧力
荷重方向とかみ合い荷重方向の直交関係は崩れ、
両者が平行となる方向を向き始め、この方向は、
両スクロール部材の非インボリユート部分の形状
及び噛み合い位置で定まる。この結果、ガス圧力
荷重とかみ合い荷重のベクトル和はインボリユー
ト部分でのかみ合いときに比べ大きくなつてくる
から、うずまき体の強度面を考えると、インボリ
ユート部分で噛み合うようにすることが重要であ
り、本考案では、インボリユート曲線を採用する
ことで、吐出ポート穿設等によるうずまき体の部
分的強度低下を補うことが可能となる。

また、インボリユート始点Ａ，Ｂまで両スクロ
ール部材を噛み合せることで、スクロール圧縮機
の圧縮上最も高い圧力を発生させることができ、
また、最大の断面積を有する吐出ポートを経て、
Ａ，Ｂ点で吐出を開始することにより、スクロー
ル型機械の大きさ、機械の効率を最もよくするこ
とができる。

なお、上記実施例において、切り欠きの形状、
位置、大きさ等は適宜定められ、本考案のスクロ
ール型流体機械の用途は、圧縮機に限定されるこ
となく、ポンプ、エキスパンダ等にもこれを供す
ることができる。

要するに本考案によれば、それぞれインボリユ
ート曲線を有する静止側うずまき体に公転側うず
まき体をかみ合わせ、不転旋回機構を介して後者
を前者の周りに公転し、両うずまき体に仕切られ
る密閉空間の容積変化によりガスを吸入し圧縮し
たのち吐出するスクロール型流体機械において、
前記両うずまき体が互いに当接して形成される密
閉空間の最小密閉空間を形成する内方の２接点を
通るとともに公転側うずまき体の外側曲線に接す
る円孔よりなる吐出ポートを静止側うずまき体の
端板に設けるとともに前記最小密閉空間を形成す
る内方の２接点が離れ始める直前の位置で一方の
密閉空間と前記吐出ポートとを連通するスリツト
溝を静止側うずまき体の端板に前記吐出ポートに
連なるように刻設してなることにより、高効率の
スクロール型流体機械を得るから、本考案は産業
上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のスクロール型圧縮機の作動原理
図、第２図は公知のスクロール型圧縮機の縦断面
図、第３図は第２図の−に沿つた横断面図、
第４図は本考案者がさきに提案した吐出ポートを
示す部分拡大正面図、第５図は第４図の−に
沿つた断面図、第６図は第４図のうずまき体の噛
み合い状態の変化を示す説明図、第７図は第６図
における小室の圧力変化を示す線図、第８図は本
考案の一実施例の静止側スクロール部材を示す部
分正面図、第９図は第８図の−に沿つた断面
図、第１０図は１，２，３はそれぞれ第８図のう
ずまき体の噛み合い状態の変化を示す説明図、第
１１図は第１０図における小室の圧力変化を示す
線図である。 １０２……外側曲線、１０３……内側曲線、２
５１……シール円板、２５２……静止側うずまき
体、５００……吐出ポート、５０１……切り欠
き。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. それぞれインボリユート曲線を有する静止側う
   ずまき体に公転側うずまき体をかみ合わせ、不転
   旋回機構を介して後者を前者の周りに公転し、両
   うずまき体に仕切られる密閉空間の容積変化によ
   りガスを吸入し圧縮したのち吐出するスクロール
   型流体機械において、前記両うずまき体が互いに
   当接して形成される密閉空間の最小密閉空間を形
   成する内方の２接点を通るとともに公転側うずま
   き体の外側曲線に接する円孔よりなる吐出ポート
   を静止側うずまき体の端板に設けるとともに、前
   記最小密閉空間を形成する内方の２接点が離れ始
   める直前の位置で一方の密閉空間と前記吐出ポー
   トとを連通するスリツト溝を静止側うずまき体の
   端板に前記吐出ポートに連なるように刻設してな
   ることを特徴とするスクロール型流体機械。