JPH04124483A - 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】 ［産業上の利用分野コ 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の軽量化を図る方法としてはスクロ
ール壁の薄型化がある。しかしながら、スクロールは変
動する圧縮反力を受けており、疲労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り、始端部の壁厚を
薄くすることはできない。従来のスクロール型圧縮機に
おける可動スクロール及び固定スクロールのいずれモ外
壁及び内壁の曲線はインボリュート曲線であり、両スク
ロールの壁厚は始端部から終端部にわたって一定である
。そのため、壁厚は始端から終端にわたって始端部の厚
みに合わせなければならず、スクロール壁の薄型化かで
きない。

特開昭６０−９８１８６号公報では可動スクロールの壁
厚を終端側に向かうにつれて徐々に薄くしてゆき、これ
に応じて固定スクロールの壁厚を終端側に向かうにつれ
て徐々に厚くしてゆくようにしたスクロール型圧縮機か
開示されている。外壁曲線及び内壁曲線はいずれもイン
ボリュート曲線であるが、外壁曲線の基礎円は内壁曲線
の基礎円よりも小径である。このような径の異なる基礎
円を用いることによって可動スクロール壁の厚みか終端
側はど薄くなる。可動スクロールの壁厚の減少と固定ス
クロールの壁厚の増大とは互いに補償し合っており、こ
の補償によって可動スクロールが固定スクロールとの摺
接を満たしながら公転可能である。

［発明が解決しようとする課題］ このスクロール圧縮機によれば可動スクロールの軽量化
を図りつつ始端部における機械的強度を高めることかで
きるが、逆に固定スクロールの重量か増−加し、圧縮機
全体としての軽量化はできな０゜又、外壁及び内壁の曲
線は従来と同様にインボリュート曲線であり、そのため
に圧縮機の小型化に繋がるスクロールの縮径化かできな
い。

本発明は圧縮機全体の軽量化及び小型化を可能にする形
状のスクロールを備えた圧縮機を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、インボリュート曲線上の伸開角
位置から伸開線の方向へ伸開角の増大に応じて減じた位
置の曲線を可動スクロール及び固定スクロールの外壁曲
線とし、この外壁曲線上の伸開角位置をその法線方向又
はこれに近似する方向へ可動スクロールの公転半径分だ
け移動すると共に、この移動伸開角位置の曲線を前記イ
ンボリュート曲線の基礎円の中心点の点対称位置に移し
た点対称曲線を両スクロールの内壁曲線とした。

［作用］ 従来のスクロールの外壁曲線となる外側インボリュート
曲線上の伸開角位置をその法線方向又はこれに近似する
方向へ可動スクロールの公転半径分だけ移動すると共に
、この移動伸開角位置の曲線を外側インボリュート曲線
の基礎円の中心点の点対称位置した曲線が内壁のインボ
リュート曲線となる。

本発明の外壁曲線は伸開角の増大につれて外側インボリ
ュート曲線から内側へ徐々に離れてゆく。

これにより両スクロールの径かインボリュート曲線採用
のスクロールよりも小さくなる。本発明の内壁曲線も伸
開角の増大につれて内側インボリュート曲線から内側へ
徐々に離れてゆくが、内壁曲線と内側インボリュート曲
線との離間程度は外壁曲線と外側インボリュート曲線と
の離間程度よりも小さく、これによりスクロールの壁厚
が伸開角の増大につれて薄くなっていく。

［実施例コ 以下、本発明を具体化した実施例を第１〜９図に基づい
て説明する。

第１〜４図は固定スクロールｌ及び可動スクロール２の
接合状態を示し、各図は図番順序に可動スクロール２の
公転角９０°間隔の状態を表す。

可動スクロール２の公転により複数の密閉空間５１Ｓ２
．Ｓ３．Ｓ４が徐々に縮小して行き、カス圧縮が行われ
る。第２図では空間Ｓｌ、Ｓ２が吐出ポート３に連通し
ており、第２〜４図に示すように空ＩＪｓ＋、Ｓ２内の
圧縮ガスの吐出が行われた後には次の密閉空間Ｓ３．Ｓ
４が連通し、この連通空間内の圧縮ガスの吐出が行われ
る。

固定スクロール１の外壁曲線Ｅ１＋及び内壁曲線Ｅ１−
１可動スクロールの外壁曲線Ｅ２＋及び内壁曲線Ｅ２−
は従来のインボリュート曲線とは異なる曲線が採用され
ており、これにより両スクロール１，２の壁厚はいずれ
も終端側に向かうにつれて徐々に薄くなる。

第５図の実線曲線は固定スクロール１の外壁曲線Ｅ１＋
を表し、鎖線曲線Ｄ＋はｘ−ｙ座標の原点０１を中心と
する半径Ａの基礎円ＣＩから創成されるインボユート曲
線である。インボリュート曲線Ｄ＋の始端はＸ軸上の点
ｐ、に設定しである。

Ｒは可動スクロール２の公転半径ｒを半径とする円であ
る。

インボリュート曲線Ｄ＋は次式（１）で表される。

Ｘ２・ｙ２・Ａ２＋Ａ２　θ２　　　　　　・　・　・
　（１）θは伸開角であり、第５図の点ｐ２は基礎円Ｃ
１上の伸開角θの位置を表す。式（１）におけるＡθは
、点ｐ２を通る接線１１とインボリュート曲線Ｄ＋との
交点ｐ３と、点ｐ２との距離で表される伸開線の長さで
ある。インボリュート曲線Ｄ＋の伸開線の長さし。（θ
）は次式（１′）で表される。

Ｌｏ　　（θ）＝Ａθ　　　　　　　　　・　・　・　
（１′　）外壁曲線Ｅ＋は次式（２）で表される。

Ｘ２＋ｙ　２・Ａ　２＋　（Ａ　　θ　−Ｂ　θ゛　）
　２　・　・　・　（２）Ｂは正の定数、ｎは２以上の
次数を表す。式（２）における（Ａθ−Ｂθ”）は、接
線ｌＩと外壁曲線Ｅ１との交点ｐ、と、点ｐ２との距離
を表す。即ち、Ｂθ”は点ｐ３と点ｐ４との距離を表し
、外壁曲線Ｅ１＋は伸開線からＢθ°を減じて得られる
曲線である。外壁曲線Ｅ１＋は伸開角θの増大につれて
インボリュート曲線Ｄ＋から内側へ徐々に離間してゆく
。

第６図の曲線（Ｄ”、Ｅｌ”）はインボリュート曲線Ｄ
＋又は外壁曲線ＥＩ＋を表すものとする。

又、１２は伸開角θに対応する接線１１と曲線（Ｄ”、
ＥＩ”）との交点ｐ３．４における曲線（Ｄ＋、ＥＩ”
）の接線、！、は点ｐ２１．における曲線（Ｄ＋、ＥＩ
”）の法線とする。曲線（Ｄ。

Ｅｌ）は点ｐ３．４を法線１３方向へ公転半径ｒに等し
い距離だけ移動した点ｐ５の集まりであり、曲線（Ｄ”
、Ｅｌ”）の始端点ｐ１はｐ６に移る。

法線１３方向の距離ｒのＸ成分をＣ８、Ｘ成分をす。

とすると、 ｒは次式（３） ％式％ 点ｐ５の座標を（Ｘ、Ｙ）とした場合、ＸとＸ、及びＹ
とｙとは次式（４）で結ばれる。

Ｘ　　＝　ａ　　ｘ ５’＝ｔ）ｙ 又、点１）３．４　　（ｘ、　ｙ）と点ｐｓ　　（Ｘ、
　Ｙ）との間には次式（５）の関係がある。

ｒ２　＝　　（Ｘ−ｘ）”　　＋　（Ｙ−ｙ）　２・　
・　・　（５） 式（４）、　　（５）から次式（６）が得られる。

Ｘ２十Ｙ２　＝ｘ”＋７２＋ｒ”＋２（ｘａ、　　−＋
−ｙｂ、　　）・　・　・　（６） Ｘ及びｙは次式（７）で表される。

ｘ＝Ａｃｏｓθ＋Ａｅ　Ｓｊｎθ ｙ＝−Ａθ　ｃｏｓθ＋Ａ　　ｓｉｎθ又、第６図に示
すように法線１３とｙ軸との角度をβとすると、ａｌ及
びす、は次式（８）で表される。

ａ　ｔ　　＝ｒ　　Ｓｌｎβ ｂ、＝ｒｃｏｓβ 式（６）。

られる。

（７）、（８）から次式（９）が得 Ｘ２＋Ｙ２　＝ｘ２＋ｙ”＋ｒ２ ＋２ｒＡ［ｓｉｎβ（ｃｏｓＯ＋　θ　ｓｉｎθ）＋ｃ
ｏｓβ（−θｃｏｓ　　θ十　ｓｉｎθ）１・　・　・
　（９） 曲線（Ｄ”　、ＥＩ　”　）がインボリュート曲線Ｄ＋
の場合には法線１３は接線１１に一致する。これは以下
のように示される。

基礎円Ｃ１上における伸開角θの位置ｐ２の座標を（ｘ
ｏ、Ｙｏ）とすると、接線１１の傾きｄｙｅ／ｄｘｏは
次式（１０）で表される。

ｄＹｏ／ｄｘｏ−（Ｖ　　　Ｖａ　　）　／　（ｘ−Ｘ
ｏ　）・　・　・　（１０） Ｘｏ”八ｃｏｓθ、ｙ、　＝Ａ　ｓｉｎθ及び式（７）
から式（１０）は次式（１１）で表される。

ｄｙｏ／ｄｘｏ　　＝　−１／　　ｔａｎθ式（］）を
Ｘで微分すれば次式（１２）が得られる。

ｘ　＋　ｙ　ｄｙ／ｄｘ ＝Ａ２ θ ｄθ／ｄｘ （ｌ　２） 又、式（７）のＸをθで微分すれば次式（１３）が得ら
れる。

ｄｘ／ｄθ二Ａθ ＣＯＳθ 式（１２）、　　（１３）から接線１２の傾きｄへ・／
ｄｘが次式（１４）で表される。

ｄｙ／ｄｘ　　＝ （Ａ／ｃｏｓθ Ｘ） ／ｙ 式（１４）に式（７）を代入すれば次式（１５）が得ら
れる。

ｄｙ／ｄｘ：　ｔａｎθ ・　・　・　（ｌ　５） 式（１５）は接線１１と接線１２とが直交することを表
す。即ち、曲線（Ｄ”　、Ｅ＋　”　）がインボリュー
ト曲線Ｄ＋の場合には式（１１）から法線１３及び接線
１１の傾きが一致することがわかる。

従って、ＣＯＳβ＝　ｃｏｓθ、ｓｉｎβ＝−ｓｉｎθ
とおくことができ、式（９）は次式（１６）となる。

Ｘ　２　＋ｙ　２ 式（１６） ％式％ は次式（１７）となる。

］ Ｘ”＋Ｙ２　＝ｘ”＋ｙ２＋ｒ”　　−２ｒＡθ・　・
　・　（ｌ　７） 式（１）、（１７）から次式（１８）が得られる。

Ｘ”＋Ｙ”　　＝Ａ２　＋Ａ’　　θ”十ｒ”−２ｒＡ
　θ・　・　・　（１８） ｒ＝Ａαとすると、式（１８）は次式（１９）となる。

Ｘ”＋Ｙ’　＝Ａ２＋Ａ”　　（θ−α）２・　・　・
　（ｌ　９） 即ち、曲線（Ｄ”　、Ｅ＋　”　）がインボリュート曲
線Ｄ＋の場合には曲線（Ｄ、Ｅ＋）はインボリュート曲
線りとなり、原点０１を中心にインボリュート曲線Ｄ＋
を角度αだけ右回転移動したものとなる。従来のインボ
リュート曲線からなる内壁（第７図に曲線Ｄ−で表す）
は基礎円Ｃ＋の原点を中心としてインボリュート曲線り
を点対称移動して作られる。従って、インボリュート曲
線Ｄ−は原点０１を中心にインボリュート曲線りを角度
（π−α）だけ左回転移動することによっても得られる
。

なお、法線１２及び接線ｌ、の傾きか一致するため、イ
ンボリュート曲線Ｄ＋の外壁の始端点ｐ。

（Ａ、０）はｙ軸と平行してインボリュート曲線り上の
点ｐｇ　　（Ａ、　　　ｒ）に移り、この点ｐ６（Ａ、
−ｒ）は原点対称移動によって点ｐ７　（−Ａ、ｒ）に
移る。

式（２）で表される外壁曲線Ｅ１＋に対応する内壁曲線
Ｅ１−はインボリュート曲線の外壁Ｄ＋からインボリュ
ート曲線の内壁Ｄ−を作る場合と同様に作られる。即ち
、外壁曲線Ｅ１＋を法線１３方向に公転半径ｒ分だけ移
動して曲線Ｅ１を作り、＝Ａθ　ＣＯＳθ−旧ｎθ”−
’５ｉｎＯ＋θ”　　ｃｏｓθ）・　・　・　（２６） 例えばｎ＝２、θ＝πの場合には式（２５）　。

（２６）から次式（２７）か得られる。

ｄＹ／ｄＸ＝　２　Ｂ　／　　（Ａ−Ｂπ）　・　・　
・　（２７）式（２７）は基礎円Ｃ２における伸開角θ
かπの位置の接線の傾きを表す。ここで例えばＡ；０．
５ｃｍＸＢ＝０．００１とするとｄＹ／ｄＸ＝　０　。

００４となる。一方、式（１５）によればｄｙ／ｄｘ＝
０となる。両者の相違程度は他の伸開角位置でも略同じ
である。即ち、点１）＋３における法線と点ｐ８におけ
る法線との成す角度をΔθとすると、Δθ＃０，００４
となる。従って、公転半径ｒを１ｃｍとすると、点ｐ＋
ａと点ｐ、ｌとは接線方向に０゜００４　Ｘ　１ａｎ−
０，００４ｃｍ程度離間し、法線方向には０．００４ｃ
ｍＸ０．００４＝Ｏ１０００１６ｃｍ程度離間する。法
線方向への離間距離０，０００１６ｃｍはスクロール１
．　２の壁面形成の誤差範囲内である。これにより係数
Ｂを適正に設定することによって、可動スクロール２の
公転変位に対して固定スクロールＩの内外壁曲線Ｅｌ−
，Ｅ。

と可動スクロール２の内外壁曲線Ｅ２−　＋　Ｅ２　＋
とが実質的に常に接触状態にあるようにすることができ
る。

式（２）で表される外壁曲線Ｅ１＋は次式（２８）でも
表される。

Ｌｌ　　（θ）＝Ａθ−Ｂθ゛　　・　・　・　（２８
）又、式（２１）で表される内壁曲線Ｅ１−は次式（２
９）でも表される。

Ｌ２　　（θ）＝Ａ　（θ−π）−Ｂ　（θ−π）。

・　・　・　（２９） 第７図に示すように固定スクロール１の壁の厚みｔを内
外壁曲線Ｅ＋−，Ｅ＋＋の基礎円Ｃ２の接線１４方向の
間隔とすると、厚みｔは次式（３０）％式％ ｎ＝２とすると式（３０）は次式（３１）となる。

ｔ　（θ）＝Ａπ−２Ｂθπ＋Ｂπ２ ・　・　・　（３ｌ） 即ち、厚みｔは伸開角θの増大に伴ってリニアに減少し
てゆく。ｎが３以上でも厚みは伸開角θの増大に伴って
減少してゆく。従って、高圧下に晒される両スクロール
１，２の始端部側の厚みを大きくしておくと共に、それ
ほどの圧力を受けない終端部側を薄くすることができ、
圧縮機の軽量化を図ることができる。

第１図に示すように本実施例では固定スクロールｌの終
端が伸開角θ＝１１π／２程度にしであるが、固定スク
ロール１の半径を伸開角θ−１１π／２の場合の伸開線
の長さとすればＬｌ（１１π／２）＝８．３３７ｃｍ程
度であり、インボリュート曲線Ｄ＋の場合にはり。（１
１π／２）　＝８゜６３５ｃｍ程度である。このように
スクロールの縮径も達成され、圧縮機のコンパクト化が
可能である。

なお、本実施例では第９図に示すように外壁曲線Ｅ、＋
の始端点ｐＩと内壁曲線Ｅ１−の始端点ｐ７との間は公
転軌跡円Ｒ内に入り込まない曲線Ｆで滑らかに接続しで
ある。

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
、例えば外壁曲線から内壁曲線を作る場合、外壁曲線上
の点を法線方向に近似的に移動させてもよい。例えば法
線方向の代わりに伸開線方向とした場合にも係数Ｂの適
正設定によって精度良く接する内外壁曲線を作ることが
できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、インボリュート曲線上の
伸開角位置から伸開線の方向へ伸開角の増大に応じて減
じた位置の曲線を両スクロールの外壁曲線とし、この外
壁曲線上の伸開角位置における法線方向又はこれに近似
する方向へ可動スクロールの公転半径分だけこの伸開角
位置を移動すると共に、この移動伸開角位置の曲線を前
記インボリュート曲線の基礎円の中心点の点対称位置に
移した点対称曲線を両スクロールの内壁曲線としたので
、伸開角か増大するにつれてスクロールの壁厚か減少し
てゆくと共に、スクロール径も減少し、可動スクロール
の公転位置に関係なく両スクロールの内外壁の接触を保
つという圧縮作用の保障のもとに圧縮機のコンパクト化
及び軽量化を図り得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を具体化した一実施例を示し、第１〜４図
は固定スクロールと可動スクロールとの接合状態を示す
縦断面図、第５〜７図は外壁曲線及び内壁曲線の作成を
説明するための曲線図、第８．９図は両スクロールの内
外壁曲線の接合状態を示す曲線図である。 固定スクロール１、可動スクロール２、外壁曲線Ｅ　ｌ
　　＋　　Ｅ２　”　、内壁曲線Ｅｌ　−＋　　Ｅ２−
　、インボリュート曲線Ｄ　＋、基礎円Ｃ３、伸開角θ
、公転半径ｒ、 法線β３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　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、 前記固定スクロール及び可動スクロールのスクロール壁
   厚を外周に向かい漸次薄くしたスクロール型圧縮機。 ２　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、 インボリュート曲線上の伸開角位置から伸開線の方向へ
   伸開角の増大に応じて減じた位置の曲線を両スクロール
   の外壁曲線とし、この外壁曲線上の伸開角位置における
   法線方向又はこれに近似する方向へ可動スクロールの公
   転半径分だけこの伸開角位置を移動すると共に、この移
   動伸開角位置の曲線を前記インボリュート曲線の基礎円
   の中心点の点対称位置に移した点対称曲線を両スクロー
   ルの内壁曲線としたスクロール型圧縮機。