JPH0327723B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気圧縮機、冷媒圧縮機あるいは
膨張機として利用するスクロール式流体機械に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来のスクロール流体機械の具体的な構成、動
作を第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１
図、第１２図により説明する。

第７図は、スクロール流体機械の原理を示して
おり、１は固定スクロール、２は揺動スクロー
ル、５は固定スクロール１と揺動スクロール２と
の間隙からなる圧縮室、６は吸入室、８′は最内
周に形成された吐出室である。またＯは固定スク
ロール１の中心である。固定スクロール１及び揺
動スクロール２はインボリユートあるいは円弧な
どを組合せた同一形状の渦巻であり、互いに180゜
ずらして組合せて圧縮室が形成される。このよう
な状態で第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示すように揺動
スクロールのみを、その姿勢を角度的に一定に保
ちながら、すなわち自転運動をせずに固定スクロ
ール１の中心Ｏの回りを回転運動する揺動運動を
する。このような揺動運動に伴い、圧縮室５は順
次その容積を減じ、吸入室６から取込まれた気体
は固定スクロール１の中央部の吐出口８′から吐
出される。

第８図は、特開昭59−103981に示されている従
来のスクロール圧縮機であり、スクロール圧縮機
を例えば冷凍または空調あるいは空気圧縮機に応
用しようとする場合の具体的な実施例であつて、
フロンなどのガス体の圧縮機として構成したもの
である。第８図において、１は固定スクロール、
１ａは固定スクロール１の台板であつて、後述す
るシエルの一部を兼ねている。２は揺動スクロー
ル、３は揺動スクロール２の台板、４は揺動スク
ロール軸、５は圧縮室、６は圧縮室５の吸入室、
７は吸入孔、８は吐出孔、８′は吐出室、９は揺
動スクロール２の台板３背面を支承するスラスト
軸受、１０は固定スクロール１とボルトなどで固
定された軸受支え、１１は揺動スクロール２の自
転を防止しこれれを揺動させるためのオルダム継
手、１２は揺動スクロール２の台板３と軸受支え
１０の間に形成されたオルダム室、１３は軸受支
え１０にあけられてオルダム室１２と後述する電
動機室を連絡する返油孔、１４は揺動スクロール
２を駆動させるクランク軸、１５はクランク軸１
４内に偏心してあけられた油孔、１６はクランク
軸１４に偏心して設けられて揺動スクロール軸４
と嵌合する揺動軸受、１７はクランク軸１４上部
と嵌合する主軸受、１８はクランク軸１４下部と
嵌合する電動機側軸受、１９は電動機ステータ、
２０は電動機ロータ、２１は電動機ロータ２０上
部のクランク軸１４に固定された第１パランサ、
２２は電動機ロータ２０の下端に固定された第２
パランサ、２３は固定スクロール１、軸支え１
０、電動機ステータ１９、および電動機側軸受１
８を固定して圧縮機全体を密封するシエル、２４
はシエル２３底部の油溜めに貯溜された油、２５
は電動機ステータ１９および電動機ロータ２０な
どを収容した電動機室である。

このように構成されたスクロール圧縮機の動作
を説明する。電動機ステータ１９に通電すると、
電動機ロータ２０はトルクを発生してクランク軸
１４と共に回転する。クランク軸１４が回転を始
めると、クランク軸１４に偏心して設けた揺動軸
受１６に嵌合されている揺動スクロール軸４に回
転力が伝えられ、揺動スクロール２はオルダム継
手１１にガイドされて揺動運動を行い、第７図
ａ，ｂ，ｃ，ｄに示す上述したような圧縮作用を
行う。

気体は、吸入孔７から揺動スクロール２外周部
の吸入室６に吸入されて圧縮室５内に取込まれ、
クランク軸１４の回転と共に順次内側に送込まれ
て、固定スクロールの中央部に設けた吐出孔８か
ら吐出される。なお、クランク軸１４の回転に伴
う揺動スクロール２の揺動運動は圧縮機全体に不
釣合力による振動を引起そうとするが、第１パラ
ンサ２１と第２パランサ２２で静的および動的に
クランク軸１４回りの釣合をとることができ、異
常な振動を生ずることなく、圧縮機を運転でき
る。

また、第９図は第８図の部分詳細図である。第
９図ａはガス圧縮が行われず揺動スクロール軸４
が揺動スクロール２と台板３などの遠心力のみに
より揺動軸受１６方向へ押付けられた状態の揺動
スクロール軸４、クランク軸１４および渦巻の一
部の軸方向断面図であり、第９図ｂは第９図ａの
部分横断面図である。これらの図において、0₁は
主軸受１７の軸心、O₂はクランク軸１４の軸心、
O₃は揺動軸受１６の軸心、O₄は揺動スクロール
軸４の軸心、FCは揺動スクロール２と台板３な
どの遠心力、ｒは揺動軸受１６のクランク軸１４
に対する偏心量、d₁は揺動軸受１６の軸受隙間、
d₂は主軸受１７の軸受〓間、Ｂは固定スクロール
１の渦巻間の溝幅、Ｄは揺動スクロール２の実際
の揺動幅、ｔは揺動スクロール２の渦巻の板厚、
ｃおよびc₁は固定スクロール１および揺動スクロ
ール２の渦巻間に形成される半径方向〓間であ
り、一般にはｃ＝c₁である。

そして、上述のような従来のスクロール圧縮機
では、揺動スクロール２の実際の揺動幅Ｄは次の
ようになる。

Ｄ＝２（ｒ＋d₁／２＋d₂／２）＋ｔ ＝2r＋ｔ＋d₁＋d₂ ………１ したがつて、固定スクロール１と揺惑スクロー
ル２の渦巻間の半径方向〓間Ｃは、 Ｃ＝（Ｂ−Ｄ）／２ ＝｛Ｂ−（2r＋ｔ＋d₁＋d₂）｝／２ ＝｛（Ｂ−2r−ｔ）−（d₁＋d₂）｝／２ ………２ となる。従来のスクロール圧縮機では、上記２式
の（Ｂ−2r−ｔ）が（d₁＋d₂）より大きくなるよ
うに設定しており、このため、固定スクロール１
と揺動スクロール２の渦巻間には常に半径方向〓
間Ｃが形成されている。しかも、第１０図に示す
ように、一般的な運転状態では、揺動スクロール
軸４に対して遠心力FCの他にこれと直角方向の
ガス圧縮負荷Fgが作用するために、これらの合
力Ｆは第１０図に示す方向に作用することにな
り、揺動スクロール軸４は合力Ｆの方向へ押付け
られる。したがつて、このような状態での固定ス
クロール１と揺動スクロール２の渦巻間の半径方
向〓間C′は遠心力FCのみが作用する場合の半径
方間〓間Ｃよりさらに大きくなる。このように、
渦巻間の半径方向〓間ＣあるいはC′が存在する
と、スクロール圧縮機の運転中に固定スクロール
１と揺動スクロール２の渦巻の接触は起り得ず、
したがつて渦巻の側面が摩耗するといら問題はな
いが、圧縮室５の半径方向〓間のシールを行いに
くく、上記半径方向〓間ＣあるいはC′を通じて圧
縮室５のガスが吸入側へ漏れてしまうことが多か
つた。圧縮室５内部のガスが下流側へ漏れると、
最終的に吐出管８から吐出されるガス量が減少し
て体積効率が低下し、また漏れたガスを再度圧縮
することになり、電動機の入力が増加し、成積係
数が低下するという欠点があつた。

また、上述の欠点を解消するために上記(2)式の
（Ｂ−2r−ｔ）より（d₁＋d₂）を大きく設定する
という手段も半径方向〓間のシール方法として有
効ではあるが、実際の溝幅Ｂ、偏心量ｒおよび板
厚ｔには加工精度のばらつきがあるため上記（Ｂ
−2r−ｔ）の値は各々ばらつきを加算したばらつ
きを示し、従つてどのようなクランク軸回転位置
においても常に（Ｂ−2r−ｔ）より（d₁＋d₂）を
大きくするには軸受〓間d₁およびd₂を充分大きく
設定する必要がある。しかるに、一般に軸受〓間
はその本来の目的である潤滑機能を充分果たすた
めには最適な値があり、必要以上に軸受〓間を大
きくすると潤滑機能を損うことになる。従つて上
記溝幅Ｂ、偏心量ｒおよび板厚ｔの加工精度を非
常に高くする必要があつた。さらに、固定スクロ
ール１の中心０と主軸受１７の軸心0₁が何らかの
理由でずれた場合、第９図ａに示す〓間ＣとC₁
は等しくなくなり、極端な場合いずれか一方のみ
が大きくなつてしまい、上記の〓間d₁，d₂ではこ
の〓間ＣおよびC₁を常に０にすることができな
いことになる。

従つて主軸受１７の軸心0₁に対する固定スクロ
ール１の組立精度も充分高く設定しなければなら
なかつた。

さらに特開昭59−162383には、上述の欠点を解
消するために第１１図ａ，ｂに示すようにクラン
ク軸１４に設けられた偏心穴に、所定量だけ偏心
した揺動軸受を有する偏心ブツシユを嵌入し、こ
の揺動軸受と揺動スクロール軸を嵌入させること
により、揺動スクロール２の実際の揺動巾Ｄが自
在に変化できるようにし、圧縮室５の半径方向隙
間を０とする手段も示されている。以下、この手
段について第１１ａ図、第１１ｂ図及び第１２ａ
図、第１２ｂ図により簡単に説明する。第１１図
は、クランク軸１４の偏心穴１６′に、偏心ブツ
シユ２６が回転自在に嵌入され、さらに偏心ブツ
シユ２６に偏心量ｅをもつて設けられた揺動軸受
１６″に、揺動スクロール軸４が回転自在に嵌入
された状態を示したものであり、第１１ａ図は上
方向からみた断面図、第１１ｂ図は側面からみた
断面図である。第１２図は、このような手段の動
作を示したものである。第１２ａ図は、固定スク
ロール１の側板が加工や組立のばらつきにより比
較的中心寄りに位置している部分で、揺動スクロ
ール２も中心寄りに押された形となり、同心ブツ
シユ２６は左回りに回転し、揺動半径Ｒは小さく
なつている状態を示している。また第１２ｂ図
は、逆に固定スクロール１の側板が比較的外寄り
に位置している部分で、揺動スクロール２は自ら
に作用している力Ｆにより偏心ブツシユ２６を右
回りに回転させ、固定スクロールとの半径方向、
接触を保つている状態を示している。このように
偏心ブツシユを用いることにより、常に圧縮室の
半径方向シールを行なうことが可能である。しか
しながら実際には、偏心ブツシユ２６には揺動ス
クロール軸４から力Ｆが作用しているため、偏心
ブツシユ２６の外周と偏心穴１６″の間には摩擦
力（図示せず）が存在し、このため偏心ブツシユ
の外周のすべりに対し摩擦抵抗が働くことにな
り、偏心ブツシユの回転を阻止する方向に作用す
る。従つて、もし偏心ブツシユ２６の外周と偏心
穴１６′との摩擦係数がそれらの材料、仕上精度、
給油状態等により過大となれば、偏心ブツシユは
自由に回転せず、この結果固定スクロール側板と
揺動スクロール側板は接触しない状態で運転さ
れ、圧縮室５の半径方向シールが達成できないた
め、前述のように成積係数が低下するという問題
が起こる恐れがあつた。また、もし上記の摩擦係
数が大きくなく固定スクロール側板と揺動スクロ
ール側板が接触して圧縮機が運転される場合、固
定スクロール側板と揺動スクロール側板の間には
第１２図に示すような力F′よる回転モーメント
（図示せず）により接触荷重F_sが作用することに
なる。接触荷重F_sは、揺動スクロール側板が固定
スクロール側板に対して行なうすべり運動の抵抗
力となりこの抵抗力は圧縮機運転時に余分な入力
を消費させることになるため、いわゆる成積係数
がいくらか低下するという問題が発生する。

以上のような特開昭59−162383に示す偏心ブツ
シユの問題点のうち前述の第一の問題を解決でき
る手段を、特公昭57−49721、特公昭58−28433及
び特開昭56−1129791は示している。特公昭57−
49721には揺動スクロールに所定のすき間をもつ
てクランク軸のピンを係止して駆動する手段と、
駆動部に従動リンク機構を備えた手段とが示され
ており、いずれの手段も固定スクロール側板に対
する揺動スクロール側板の接触力を制御すること
を目的としたものである。これらの手段はいずれ
も特開昭59−162383の第一の問題点は解決できる
ものであるが、第二の問題点は解決されていな
い。すなわち揺動スクロール側板と固定スクロー
ル側板との接触力は緩和されてはいるが、接触力
を０とする手段ではない。従つていくらかの接触
力により揺動スクロールの運動は抵抗力を受ける
ことになり、圧縮機の成積係数を低下させること
になる。また特公昭68−28433及び特開昭56−
129791も構造的に類似している。つまりクランク
軸に立てられたピボツトピンに係止された揺動リ
ンクを備え、揺動リンクの一端に設けられたブツ
シングあるいはピンに揺動スクロールを嵌入する
ように構成されており、これらも特開昭59−
162383の第一の問題点を解決できるものである。
しかし、揺動スクロール側板と固定スクロール側
板との接触力はやはり発生させる手段であり、圧
縮機の成積係数は低下する結果となる。さらに以
上の特公昭57−49721、特公昭58−28433、特開昭
56−129791に示されているスクロール圧縮機にお
いては、クランク軸は揺動リンク及びピボツトピ
ンを介して揺動スクロールからの負荷を受けるの
に対し、主軸を支える軸受は軸方向のずれた位置
に設けられている。このような配置の場合、クラ
ンク軸は大きいモーメントを受けることになり、
この結果軸受に大きな負担がかかり、軸受焼付等
の問題が発生する恐れがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来のスクロール圧縮機で
は、圧縮室の半径方向〓間のシールを行ないにく
く、体積効率の低下および成積係数の低下等の問
題があつた。また、半径方向のシールを行なうた
めに提示されている偏心ブツシユを使用する従来
の圧縮機では、偏心ブツシユ外周の摩擦のために
安定したシールを得ることは困難であり、やはり
体積効率の低下および成積係数の低下という問題
があつた。さらに、その他の半径方向シールを行
なうように構成された従来のスクロール圧縮機で
も、揺動スクロール側板と固定スクロール側板と
の摩擦抵抗のために成積係数が低下するという問
題があつた。

この発明は、上記の欠点に鑑み、圧縮室の半径
方向〓間のシールを達成しながら、同時に揺動ス
クロール側板と固定スクロール側板との間の摩擦
抵抗をなくして体積効率および成積係数の良いス
クロール圧縮機を提供することを目的としてい
る。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記の欠点を解消するために、クラ
ンク軸に設けた偏心穴に、同心円筒状のブツシユ
を所定のすき間をもつて遊嵌し、運転中に揺動ス
クロール側板と固定スクロール側板との〓間がほ
ぼゼロになり、同時に固定スクロール側板に対し
揺動スクロール側板が押付力を発生しないよう
に、上記クランク軸の偏心量を設定したものであ
る。

〔作用〕

圧縮室の半径方向〓間がほぼゼロとなり、半径
方向シールが達成され、同時に固定スクロール側
板−揺動スクロール側板間の摩擦抵抗もほぼ０と
なり、余分な入力増加がない。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図ａ，ｂ、第
２図、第３図、第４図、第５図及び第６図により
説明する。

第１図において１６′はクランク軸１４に所定
量だけ偏心して設けられた偏心穴、２７は偏心穴
１６′に嵌入されたいわゆる軸受材でできた円筒
状のブツシユ、１６″はブツシユ２７のいわゆる
内周面に相当する揺動軸受、d₃はブツシユ２７の
外周と偏心穴１６′とのすき間、O₁はクランク軸
の軸心、O₄は揺動スクロール軸４の軸心、O₁₆は
偏心穴１６″の中心、Ｒは偏心穴１６″の軸心O₁
に対する偏心量、R′はO₁とO₄の距離すなわち揺
動スクロール軸の揺動半径である。その他の符号
は第１１図もしくは第１２図と同一であるため説
明は省略する。また第１図ａ，ｂにおいて主軸受
１７とクランク軸１４の間、および揺動軸受１
６″と揺動スクロール軸４の間にはそれぞれ軸受
〓間が存在するが、特に必要ないので図示は省略
する。

以上のように構成されたスクロール圧縮機にお
いては、偏心穴１６′の偏心量Ｒは、圧縮機運転
中において揺動スクロール側板と固定スクロール
側板との半径方向すき間C′が０となるように、同
時に互いに接触力を発生しないような偏心量に設
定してある。このことによる効果を第２図、第３
図、第４図、第５図及び第６図により以下説明す
る。

第２図、第３図、第４図において１は固定スク
ロール（側板）、２は揺動スクロール（側板）、Ｆ
は第１０図に示したものと同じで揺動スクロール
２に作用する遠心力と同じく揺動スクロール２に
作用するガス負荷との合力、Ｍは合力Ｆによりブ
ツシユ２７が偏心穴１６′内周に押付けられる接
点である。その他の符号は第１図と同じである。
第２図は偏心量Ｒが小さい値R₁の場合で、析接
点Ｍは合力Ｆの作用線上にあり、固定スクロール
側板と揺動スクロール側板との間には半径方向す
き間C′が存在している。この場合、合力Ｆはすべ
て接点Ｍにおいてクランク軸に作用している。

第３図はこの発明の意図するものであり、偏心
量Ｒが適切な値R₂の場合で、接点Ｍはやはり合
力Ｆの作用線上にあるが、半径方向すき間C′は０
になるように設定されている。この場合も、合力
Ｆはすべて接点Ｍにおいてクランク軸に作用し、
固定スクロール側板と揺動スクロール側板との間
には接触力は発生していない。第４図は、偏心量
Ｒがさらに大きい値R₃となつた場合で、接点Ｍ
は合力Ｆの作用線から外れ、半径方向すき間C′は
０つまり固定スクロール側板と揺動スクロール側
板は接触している。この場合、揺動スクロールか
らの合力Ｆは、クランク軸に作用する合力F_bと
固定スクロール側板に作用する分力F_sに分けられ
る。このF_sが固定スクロール側板と揺動スクロー
ル側板との接触力となつている。

以上のように偏心量Ｒの大小によつてすき間
C′と接触力F_sが変化する様子を第５図により示
す。第５図に示すように、偏心量ＲがR₂より小
さい場合、接触力F_sは０となるが半径方向すき間
C′は増加していく。従つて、固定スクロール側板
と揺動スクロール側板の接触による抵抗力のため
の圧縮機入力増加はないが、圧縮室５の半径方向
すき間が増大するため漏れが発生し、再圧縮等に
よる圧縮機入力の増加を紹くことになる。これは
Ｒが小さくなる程大きくなる。また、偏心量Ｒが
R₂より大きい場合、半径方向すき間C′は０とな
るが、接触力F_sは増加していく。従つて圧縮室５
の半径方向の漏れによる圧縮機入力の増加はない
が、固定スクロール側板と揺動スクロール側板の
接触による抵抗力のため圧縮機入力が増加するこ
とになる。これはＲが大きくなる程著しい。以上
のような特性から圧縮機の成積係数（COP）は
第６図に示すような傾向を示すことになり、偏心
量ＲはR₂において最大となり、R₂より小さくて
も大きくても成線係数は減少することになる。

以上のように偏心量ＲをR₂に設定することに
より、すなわち固定スクロール側板と揺動スクロ
ール側板との半径方向すき間が０となるように、
同時に互いの接触力も０となるように設定するこ
とにより、圧縮機の性能（成積係数）を最大とす
ることができる。もちろん、現実の圧縮機におい
ては、上記のような理想的な偏心量に設定するこ
とは不可能である。それは、スクロール側板の加
工精度にいくらかばらつきがあつたり、また組立
時にばらつきを生じたりするためである。しか
し、このような場合でも本発明に示すように、ブ
ツシユ２７の外周のすき間d₃をある程度大きく確
保することにより、このようなばらつきがある場
合でも、第８図の接点Ｍの位置は合力Ｆの作用線
から大きく外れることはなく、スクロール側板の
接触力は問題となる程増大することはない。また
スクロール側板間の半径方向すき間も加工精度の
ばらつきの分だけ増加する可能性もあるが、これ
は従来の実施例においても同様であり、また性能
的に問題となる程度ではない。従つて、現実の圧
縮機においては成績係数は第６図の最大点のごと
く近傍となる。

また、この発明の実施例は、スクロール側板間
の接触力が０近辺となるため、従来のスクロール
側板間に接触力を発生させる形式に比べて、運転
時の騒音が小さいという効果もある。

さらに、ブツシユ２７と主軸受１７はクランク
軸の軸方向においてほぼ同じ位置に配設されるた
め、揺動スクロール軸４から受ける力Ｆはクラン
ク軸にモーメントを与えず、主軸受反力は最小の
ものとなり、信頼性面でも大きな効果を得ること
ができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明はクランク軸に設
けた偏心穴に円筒状のブツシユを所定のすき間を
もつて嵌入し、ブツシユの内周に揺動スクロール
軸を回転自在に嵌入させた構造の圧縮機におい
て、固定スクロール側板と揺動スクロール側板と
のすき間がほぼゼロとなり、かつ互いの側板間の
接触力がゼロとなるように偏心穴の偏心量Ｒを設
定することにより、高性能で騒音も低く、また信
頼性の高い圧縮機を提供できるという効果を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分断面図で
ある。第２図、第３図、第４図は本発明の効果を
説明するための部分断面図である。第５図及び第
６図も同じく本発明の効果を説明するための図で
ある。第７図はスクロール圧縮機の原理図、第８
図はスクロール圧縮機の全体構造を示す断面図、
第９図、第１０図、第１１図及び第１２図は従来
の圧縮機の要点を示す部分断面図である。なお、
図中同一符号は同一または相当部分を示す。 図中、１は固定スクロール、２は揺動スクロー
ル、４は揺動スクロール軸、５は圧縮室、１４は
クランク軸、１６′は偏心穴、１７は主軸受、２
７はブツシユ、Ｒは偏心穴１６′の偏心量である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 夫々インボリユートなどの渦巻状の側板を端
   板面に突設して形成され、お互いの側板を組合せ
   ることにより圧縮室を形成する固定スクロールと
   揺動スクロールと、この揺動スクロールの渦巻状
   側板と反対側に設けられた揺動スクロール軸を所
   定量だけ偏心して設けられた偏心穴を介して支承
   し、上記揺動スクロールを揺動運動させるクラン
   ク軸と、このクランク軸を主軸受を介して支承す
   る軸受支えと、上記揺動スクロールが上記揺動ス
   クロール軸回りに自転することを阻止して主軸受
   回りに揺動運動させる自転防止機構と、上記クラ
   ンク軸の上記偏心穴に円筒状のブツシユを所定の
   すき間をもつて遊嵌し、上記ブツシユの内周に上
   記揺動スクロール軸を回転自在に嵌入させるよう
   に構成されたスクロール流体機械において、上記
   スクロール流体機械が運転されている状態で、上
   記揺動スクロールの側板と上記固定スクロールの
   側板とのすき間がほぼゼロとなり、同時に上記固
   定スクロールの側板に対して上記揺動スクロール
   側板が押付力を発生しないように、上記クランク
   軸の偏心穴の偏心量を設定したことを特徴とする
   スクロール流体機械。