JPH0330684B2 - - 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原理、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、８ａ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および
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５が形成される。こ
のような状態で第７図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示すよう
に揺動スクロール２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の中央部の吐出室８
ａから吐出される。

第８図は、特開昭59−108981号公報に示されて
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気調和用の冷媒圧縮
機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の端板であつて、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の端板、４は揺動スクロール２の端板３の背
面に突設した揺動スクロール軸、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、
８ａは吐出室、９は揺動スクロール２の端板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を揺動させ
るための自動防止機構であるオルダム継手、１２
は揺動スクロール２の端板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
させる主軸、１５は主軸１４内に偏心してあけら
れた油孔、１６は主軸１４に偏心して設けられた
揺動スクロール軸４と嵌合する揺動軸受、１７は
主軸１４上部と嵌合する主軸受、１８は主軸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上部の主軸１４に固定された第１バランサ、
２２は電動機ロータ２０の下端に固定された第２
バランサ、２３は固定スクロール１、軸受支え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主軸１４と
共に回転する。主軸１４が回転を始めると、主軸
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、
主軸１４の回転と共に順次内側に送込まれて、固
定スクロール１の中央部に設けた吐出孔８から吐
出される。なお、主軸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バランサ２１と
第２バランサ２２で静的および動的に主軸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とこれの端板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、主軸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、O₁は
主軸受１７の軸心、O₂は主軸１４の軸心、O₃は
揺動軸受１６の軸心、O₄は揺動スクロール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の主軸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１
７の軸受隙間、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及び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隙間であり、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＋d₁／２）＋ｔ ＝2r＋ｔ＋d₁＋d₂ ……(1) したがつて、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隙間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隙
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
向隙間C′は遠心力FCのみが作用する場合の半径
方向隙間Ｃよりさらに大きくなる。このように、
渦巻間の半径方向隙間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う問題はな
いが、圧縮室５の半径方向隙間のシールを行いに
くく、上記半径方向隙間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、
最終的に吐出孔８から吐出されるガス量が減少し
て体積効率が低下し、かつ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、成績係
数が低下するという欠点があつた。

また、特開昭59−162383号公報には上述の欠点
を解消するために第１１図ａ，ｂに示すように主
軸１４に設けられた偏心抗に、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の実際の揺動幅Ｄが自在
に変化できるようにし、圧縮室５の半径隙間を０
とする手段も示されている。以下、この手段につ
いて第１１図ａ、第１１図ｂおよび第１２図ａ、
第１２図ｂにより簡単に説明する。第１１図は、
主軸１４の偏心孔１６ａ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１６ｂ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１１図ａは上方向からみ
た断面図、第１１図ｂ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１２図ａ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、偏心ブツシユ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１２図ｂ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
偏心孔との間には摩擦力（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。したがつて、もし偏心ブ
ツシユ２６の外周と偏心孔１６ａ，１６との摩擦
係数がそれらの材料、仕上精度、給油状態などに
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
に成績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図に示すような
力F′に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、いわゆる成績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号公報に示す偏
心ブツシユの問題点のうち前述の第１の問題を解
決できる手段を、特公昭57−49721号、特公昭58
−28433号及び特開昭56−129791号の各公報は示
している。特公昭57−49721号公報には揺動スク
ロールに所定の隙間をもつて主軸のピンを係止し
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号公報の
第１の問題点は解決できるものであるが、第２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。したが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
機の成績係数を低下させるとになる。また特公昭
58−28433号公報および特開昭56−129791号公報
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号公
報の第１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
の接触力をやはり発生させる手段であり、圧縮機
の成績係数は低下する結果となる。

〔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、圧縮室の半径方向隙間のシールを行いにく
く、体積効率の低下および成績係数の低下などの
問題があつた。また、半径方向のシールを行うた
めに指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績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
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績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
方向隙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績係数の良いス
クロール圧縮機のようなスクロール流体機械を提
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〕

この発明は上記のような問題点を解消するため
に、主軸と揺動スクロールの一方に設けた偏心孔
のような凹部に同心円筒状のブツシユを圧入し、
主軸と揺動スクロールの他方に設けた揺動スクロ
ール軸のような凸部に嵌入させ、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隙間がほ
ぼゼロとなり、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、上記主軸の偏心孔のような駆動部の偏心量を
設定したものである。

〔作用〕

この発明におけるスクロール流体機械は上述の
ように構成したので、圧縮室の半径方向隙間がほ
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と揺動スクロール側板の間
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、１６ａはクランク軸１４に所
定量だけ偏心して設けられた偏心孔、２７は偏心
孔１６ａ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、１６ｂはブツシユ２７の内周面
に相当する揺動軸受、d₁はブツシユ２７の内周と
揺動スクロール軸４との隙間、O₁は主軸の軸心、
O₄は揺動スクロール軸４の軸心、O₁₆は偏心孔１
６ａの中心、Ｒは偏心孔１６ａ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１
１図もしくは第１２図と同一部分であるため説明
は省略する。また第１図ａ，ｂにおいて主軸受１
７と主軸１４の間には軸受隙間が存在するが、と
く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、偏心孔１６ａ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
側板との半径方向隙間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図および第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が偏心孔１６ａ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、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隙
間C′が存在している。この場合、合力Ｆはすべて
接点Ｍにおいて主軸に作用している。

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、半径方向隙間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において主軸に作用し、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、半径方向隙間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、主軸に作用する合力Fb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Fb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の大小によつて隙間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Fbは０となるが半径方向隙間C′は増
加していく。したがつて、固定スクロール側板と
揺動スクロール側板の接触によつる抵抗力のため
の圧縮機入力増加はないが、圧縮室５の半径方向
隙間が増大するため漏れが発生し、再圧縮などに
よる圧縮機入力の増加を招くことになる。これは
Ｒが小さくなるほど大きくなる。また、偏心量Ｒ
がR₂より大きい場合、半径方向隙間C′は０とな
るが、接触力F_Sは増加していく。したがつて圧縮
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が大きくなるほど著し
い。以上のような特性から圧縮機の成績係数
（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績係数は減少すること
になる。

以上のように偏心量を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隙間が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（成績係数）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。こ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、
これらのばらつきは、工作的に十分な管理をする
ことによつて、ブツシユ２７と揺動スクロール軸
４との隙間d₁により第３図の接点Ｍの位置が合力
Ｆの作用線から大きく外れないようにすることが
できるので、スクロール側板の接触が問題となる
ほど増大することはない。また、スクロール側板
間の半径方向隙間も、加工精度のばらつき分だけ
増加する可能性があるが、これは従来例について
も同様であり、性能的にも問題にならない程度で
ある。したがつて、現実のスクロール圧縮機にお
いては成績係数が第６図の最大点のごく近くにな
る。

さらに、この発明の実施例のものは、スクロー
ル側板間の接触力が０近くになるため、従来のス
クロール側板間に接触力を発生させる形式のもの
に比べて、運転時の騒音が小さいという効果があ
る。

なお、この発明において、揺動スクロールの被
駆動部は、上部実施例では揺動スクロール軸とし
たが、揺動スクロールの端板背面に設けたボスの
凹部にブツシユを圧入し、このブツシユに主軸に
突出させた偏心ピンのような凸部を回転自在に嵌
入させるようにしても、実施例のものと同様な効
果が得られる。

また、この発明は、スクロール圧縮機以外の膨
張機、流体ポンプなどのスクロール流体機械に適
用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明は、主軸に設け
た偏心孔、揺動スクロールに設けたボスのような
凹部に円筒部に円筒状のブツシユを嵌入させ、こ
のブツシユの内周に揺動スクロールの揺動スクロ
ール、主軸の偏心ピンのような凸部を回転自在に
嵌入させたスクロール流体機械において、固定ス
クロール側板と揺動スクロール側板との隙間がほ
ぼゼロとなり、かつ互いの側板間の接触力がゼロ
となるように偏心孔、偏心ピンのような偏心駆動
部の偏心量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図はこの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図はこの本発明
の効果を説明するための部分断面図である。第５
図および第６図も同じくこの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図およ
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。 図中、１は固定スクロール、２は揺動スクロー
ル、３は端板、４は揺動スクロール軸（凸部）、
５は圧縮室、１０は軸受支え、１１はオルダム継
手（自動防止機構）、１４は主軸、１６ａは偏心
孔（凹部）、１７は主軸受、２７はブツシユであ
る。なお、図中同一符号は同一または相当部分を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インボリユートなどの渦巻状の側板を端板面
   に突設して構成され、上記側板を互いに組合わせ
   ることにより圧縮室を構成する固定スクロールお
   よび揺動スクロールと、この揺動スクロールの側
   板と反対側に設けられた揺動スクロール軸または
   揺動スクロールボスのような被駆動部を所定量だ
   け偏心して設けられた偏心孔または偏心ピンのよ
   うな駆動部により支承し、上記揺動スクロールを
   揺動運動させる主軸と、この主軸を主軸受を介し
   て支承する軸受支えと、上記揺動スクロールを上
   記被駆動部の軸回りに自転することを阻止して主
   軸回りに公転させる自転防止機構とを備え、上記
   駆動部と被駆動部の一方に設けた凹部に円筒状の
   ブツシユを嵌入させ、このブツシユに駆動部と被
   駆動部の他方に設けた凸部を回転自在に嵌入させ
   たスクロール流体機械において、この流体機械が
   運転されている状態で、上記揺動スクロールの側
   板と固定スクロールの側板との隙間がほぼゼロと
   なり、同時に固定スクロールの側板に対して揺動
   スクロールの側板が押付力を発生しないように、
   上記主軸の駆動部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。