JPH05126067A

JPH05126067A - 共回転スクロールのスクロールの安定性を高める方法および装置

Info

Publication number: JPH05126067A
Application number: JP4116782A
Authority: JP
Inventors: Robert E Utter; イイ．アツターロバート; Daniel R Crum; アール．クラムダニエル
Original assignee: American Standard Inc
Current assignee: Trane US Inc
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1993-05-21
Also published as: GB2254889A; FR2675534A1; FR2675534B1; IT1254005B; GB9200668D0; ITRM920284A1; US5142885A; GB2254889B; CA2059598C; DE4210527A1; CA2059598A1; DE4210527C2; ITRM920284A0

Abstract

(57)【要約】【目的】平行で且つ一直線上に無い軸の周りを回転す
る端板に固定されて相対軌道運動を発生する二つの間挿
スクロール包体を有する共回転スクロール装置におい
て、少なくとも一方のスクロールに固定されたスクロー
ル部材の章動安定性を高める。【構成】スクロール部材の端板に固定されてスクロー
ル部材の回転中動的不平衡を誘起し、スクロール部材の
回転中各種圧縮室内の流体の変動圧力により誘起される
モーメントを補償するに充分な平衡モーメントまたは緩
和モーメントを生ずる質量を備えた章動減少手段であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にスクロール装置
に関し、特に一つ以上の回転スクロール部材の安定性を
高める手段を有する共回転式スクロール流体装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】流体を圧縮し又は膨脹させるスクロール
装置は代表的には、それぞれの軸の周りに作られた二つ
の直立相互嵌合インボリュート渦巻包体から構成されて
いる。それぞれの各インボリュート包体は、端板に取付
けられ、先端は他のそれぞれのスクロール包体の端板に
接触するかまたはほとんど接触している。各スクロール
包体は更に側腹面を有し、側腹面は他のそれぞれのスク
ロール包体と移動線接触またはほぼ接触して複数の移動
室を形成している。スクロール包体の相対軌道運動によ
り、移動室はスクロール包体の半径方向外端からスクロ
ール包体の半径方向内端に移動して流体圧縮を行うか、
またはそれぞれのスクロール包体の半径方向内端から移
動して流体膨脹を行う。スクロール包体は、室の形成を
行うため、スクロールを非回転運動に制限する駆動機構
により相対軌道運動を行う。スクロール包体作製および
動作の一般原理は、米国特許第８０１，１８２号のよう
な多数の特許に記されている。

【０００３】共回転スクロール装置を開発する多数の試
みが行われてきた。このような装置は、二つの平行で偏
った軸の周りを同時に回転運動してそれぞれのスクロー
ル包体要素間に必要な軌道運動を発生させることを考え
ている。しかし今まで市場で成功を納めているスクロー
ル装置の大部分は、共回転スクロール装置で成功を納め
るには種々な困難があるため、固定スクロール軌道スク
ロール式のものであった。

【０００４】典型的に、共回転スクロール装置には多数
の回転軸受が必要であり、このため機械の信頼性や効率
が減少する。更に、典型的な共回転スクロール装置には
各スクロール端板に作用してスクロールの軸方向分離を
防止する推力軸受が必要であり、このため機械の所要動
力がかなり増大する他、機械の信頼性がかなり減少す
る。

【０００５】流体の圧縮に使用するにしても膨脹に使用
するにしても、スクロール装置において処理しなければ
ならない別の問題は、スクロール包体により形成される
室に捕えられる流体から生ずる力である。これらの力に
はスクロール要素の端板にかかる流体圧力から生ずる軸
方向分離力成分およびスクロール包体自身にかかる流体
圧力から生ずる半径方向分離力がある。更に、スクロー
ル要素内で圧縮される流体による力はスクロール要素が
回転するにつれて周期的に変化する。この周期的変化は
二つの因子の関数である。第１は各回転中にスクロール
包体により形成される各圧縮室の瞬時位置である。室の
位置は、所定クランク角でのスクロール装置の中心に対
する室の中心の角位置および半径方向位置の関数であ
る。第２は被圧縮流体の実際の圧力であって、これは流
体が入っている圧縮室の瞬時位置に従って変り、それぞ
れのスクロール装置の半径方向内端からその半径方向外
端まで増大する。これら二つの因子は混合してモーメン
ト、すなわち圧縮室位置の瞬時中心とその位置での瞬時
流体圧力との積、を生ずる。スクロール部材に働く合成
傾倒モーメントが各圧縮室により発生されるモーメント
の正味の効果である。傾倒モーメントはスクロール部材
の回転軸に垂直に作用し、それ故スクロール要素を傾倒
させようとする。傾倒モーメントの大きさはスクロール
要素の回転中各種クランク角位置で更に著しくなるか
ら、実際の傾倒は幾つかのクランク角位置で生ずるが、
スクロール部材に充分に加わる他の力により他の位置で
は防止することができる。実際の傾倒は回転中のスクロ
ール部材の揺れすなわち章動として観察することができ
る。

【０００６】典型的には、これは、流体力を分離するこ
とに対向して、スクロール要素の端板を共に圧縮するよ
うに作用する軸力を発生させることにより、および比較
的大きな軸受を設けることにより処理される。これら圧
縮軸力は典型的には、推力軸受またはばねのような手段
により機械的に、またはスクロール端板の反対側に加え
られる流体圧力により誘起される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール装置
は、スクロール端板にかかる軸方向力を傾倒モーメント
に打勝つまで単に増大することにより、スクロール部材
の回転軸を支持する多数の軸受を設けて傾倒中に生ずる
回転軸の心合せ不良を防止することにより、および構成
要素の製造公差を大きくすることにより、章動効果に対
抗しようとしている。これらの解法はすべてスクロール
装置の構成要素の大きさおよび数ばかりでなく初期費用
および運転経費をも増大し、またスクロール装置の予想
動作寿命を減少させる。

【０００８】これらの解法はまた、スクロール装置の性
能に同様に不都合な影響を及ぼす。与えられる軸方向力
は所定のどんな動作状態でも一定のままであるから、軸
方向力荷重は傾倒モーメントの分離効果が小さいときで
も比較的大きいままであり、これはスクロールの回転サ
イクルの大部分で生ずる。したがって、スクロールサイ
クルの多数のクランク角位置でスクロール包体先端に働
く力が不必要に高く、不必要な摩擦や摩耗を生ずる他
に、過大な消費動力および全体効率の損失を生ずる。

【０００９】更に、軸方向力荷重が比較的大きいときで
も、スクロール部材の傾倒がスクロール装置の回転中幾
つかのクランク角位置で生ずる可能性がある。スクロー
ル要素の章動が生じないときは、スクロール包体先端が
瞬時的に対向スクロール端板から分離する可能性があ
る。このため流体が圧力の高い方の圧縮室から圧力の低
い方の圧縮室に動くことができ、流体の再圧縮が必要に
なり、再びスクロール装置の全体効率が下がる。

【００１０】それ故、最少量の動力を使用しながら、し
たがって最低動力および最低経費の駆動手段を備えなが
ら最高に可能な効率を示すスクロール装置を提供するの
が本発明の目的である。

【００１１】本発明の他の目的は、スクロール装置にお
いて、少くとも部分的に回転スクロール部材にかかる正
味のモーメントを減らし、補償する方法を提供すること
である。

【００１２】本発明の更に他の目的は、構造が簡単で動
作信頼性の高い共回転スクロール装置を提供することで
ある。

【００１３】本発明のなお他の目的は、比較的柔軟で、
動作中損失を受けにくい共回転スクロール装置を提供す
ることである。

【００１４】最後に、本発明の目的は、大量生産に適し
ていると共に比較的廉価に製作し得るスクロール装置を
提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、同時に回転す
る二つのスクロール部材を有し、各スクロール部材がス
クロール端板およびその上の、他のスクロール部材のス
クロール包体と間挿係合する少くともインボリュート部
分を有し他のスクロール部材の軸に平行な軸の周りを回
転するスクロール包体を備えている共回転スクロール装
置のスクロール部材または要素の少くとも一つの回転安
定性を高める方法及び手段を提供する。

【００１６】特に、本発明は、少くとも一つのスクロー
ル部材の端板上に設置された質量、または、代りに、そ
の端板に組込まれた質量を備えている。この質量はスク
ロール端板の周辺又は外端の近くに設置されている。こ
の質量はスクロール包体中の流体力により発生されたモ
ーメントの正味の効果に付加されるモーメントを発生す
る。このモーメントは、スクロール部材に働くこのモー
メントの効果からスクロール部材の傾倒が生ずる可能性
があるので、傾倒モーメントと言われる。この質量は質
量の結果としてスクロール部材に作用するモーメントが
スクロール部材の回転中スクロール部材に作用する他の
力によって生ずるモーメントを減らし、または緩和する
ように配設される。これにより回転中のスクロール部材
の章動安定性が高まる。または換言すれば、回転中のス
クロール部材の揺れが減少する。

【００１７】本発明の方法によれば、スクロール部材に
作用する流体力から生ずる瞬時モーメント、すなわち傾
倒モーメント、の大きさがスクロール部材の回転を通じ
て各角度点すなわち各角位置に対して決まる。これか
ら、スクロール部材に作用する最大傾倒モーメントおよ
び最大傾倒モーメントが作用するクランク角位置の範囲
を見出すことができる。質量の量、質量を取出す、半径
またはスクロール部材の回転軸からの距離、および決定
された最大傾倒モーメントを緩和しまたは減らすに充分
な緩和モーメントを誘起するのに必要な質量の配設角位
置をも決定する。次に適切な質量をスクロール部材のこ
のように決定された半径および角位置に加え、スクロー
ル部材の章動を減らす。

【００１８】本発明を好適に採用することができる模範
的な共回転スクロール装置をも提示する。

【００１９】

【実施例】スクロール圧縮機アセンブリとして図１に示
してあるスクロール式流体装置を参照数字２０で参照す
る。本発明の好適実施例は密閉スクロール圧縮機アセン
ブリであるので、スクロール装置２０をスクロール装置
２０としてまたは圧縮機アセンブリ２０として交換して
参照する。本発明の特徴は等しく容易に、流体膨脹機、
流体ポンプとして動作するスクロール装置に、または密
閉式でないスクロール装置に使用できることが容易に明
らかであろう。

【００２０】好適実施例では、圧縮機アセンブリ２０
は、上方部２４、下方部２６、上方部２４と下方部２６
との間にある中央外殻２７、および中央外殻２７の内部
に固定された中間の中心枠部２８を備えた密閉外殻２２
を含んでいる。外殻２７は全般的に円筒体であるが、中
心枠部２８は全般的に円筒形または円環形の外側部分３
０及びその一端を横断して設けられている中央部分３２
により規定されている。中心枠部２８の円環形外側部分
３０は外殻２７に密閉嵌合して、圧入により、溶接によ
り、または他の適切な手段によりそれに合わせることが
できるような大きさになっている。

【００２１】中心枠部２８に組込まれて全般的に円筒状
の上部軸受ハウジング３４があり、これは実質上円環状
外側部分３０と同軸である。駆動回転軸開口３６が上部
軸受ハウジング３４の中心を貫いて軸方向に延びてお
り、上部主軸受３８は駆動回転軸開口３６の中に半径方
向に配設されている。好適には、上部主軸受３８は、回
転荷重を受けるのに、焼結青銅または同様の材料から作
られるが、代りにころまたは玉形式の軸受とすることも
できる。

【００２２】モータ４０は、密閉外殻２２の上方部２４
および中心枠部２８の内部に設けられている。モータ４
０は、望ましくは回転子４４の周りに円周方向に配設さ
れ、それらの間に円環状空間を形成して回転子４４を固
定子４２の周りを自由に回転させる他、潤滑剤または冷
却流体をも自由に流通させる単相または三相の電動機で
ある。

【００２３】当業者には代りの形式のモータ４０および
モータ４０を取付ける手段が本発明の用途には同等に適
していることが容易に明らかであろう。たとえば、固定
子４２を圧入により中央外殻部２７の内部に固定するこ
とができる。代りに、モータ４０を密閉外殻２２の内部
に固定するのに複数の長いボルト又は押さえねじ（図示
せず）を固定子板の適切な開口を通して中心枠部２８の
ねじ開口にねじ込んでもよい。

【００２４】スクロール構成は、第１のまたは駆動スク
ロール部材７６および第２のまたはアイドラスクロール
部材７８を備え、両部材の各々は他のそれぞれのスクロ
ール包体と間挿係合する直立インボリュートスクロール
包体を備えている。第１のスクロール部材７６は全般に
平面状の駆動スクロール端板８２と一体になっている第
１の直立インボリュートスクロール包体８０を備えてい
る。駆動スクロール端板８２は、直立インボリュートス
クロール包体８０とは反対に突出する中心駆動回転軸８
４を備えている。排出通路８６は駆動回転軸８４の軸を
貫いて中心を通る穴により画定されている。排出通路８
６は、駆動スクロール端板８２を貫く全般的な中心穴に
より画定されている排出開口８８と流通している。駆動
回転軸８４は更に、上部主軸受３８を貫いて軸方向に延
び、主軸受内に自由回転嵌合している第１の比較的大径
の部分９０と、回転子４４を貫いて軸方向に延び、回転
子に固定されている第２の比較的小径の部分９２とを備
えている。回転子４４は、圧入またはキー溝に設置され
た動力伝達キーのような手段により駆動回転軸８４の回
転子部分９２に固定することができる。

【００２５】第２のまたはアイドラスクロール部材７８
は被動スクロール包体８０と間挿接触して配設されてい
る第２の、アイドラスクロール包体１００を備えてい
る。アイドラスクロール包体１００はアイドラ端板１０
２から突出する直立インボリュートである。アイドラス
タブ回転軸１０４は、アイドラスクロール包体１００と
は反対にアイドラ端板１０２から突出している。

【００２６】駆動スクロール部材７６を第１のスクロー
ル部材と命名し、アイドラスクロール部材７８を第２の
スクロール部材と命名することは、説明を容易にする目
的で行った任意のものであり、したがって限定するもの
ではないと理解しなければならない。アイドラスクロー
ル部材７８を第１のスクロール部材と命名し、駆動スク
ロール部材７６を第２のスクロール部材と命名すること
は同等に正確である。

【００２７】円環軸受１１０は、焼結青銅から作られた
スリ―ブ軸受とすることができ、またはころまたは玉形
式のものとすることができるが、第２のまたはアイドラ
スクロール部材７８を回転支持する支持手段として下部
密閉外殻部２６と一体となっているアイドラ軸受ハウジ
ング１１２を画定する円環壁内部に設けられている。

【００２８】第１のスクロール端板８２も、駆動スクロ
ール包体８０と平行に、第１のスクロール端板８２から
突出する二つの突出部材１２０を備えている。突出部材
１２０は、第１のスクロール端板８２の外縁近くに半径
方向に対向する部分に配設されており、その長さはそれ
ぞれインボリュートスクロール包体８０および１００の
高さに第２のスクロール端板１０２の厚さを加えたもの
より大きい。突出部材１２０は、第１の円環状スクロー
ル部材圧縮板１３０に固定されている。圧縮板１３０は
全般的にカップ形状を成し、その半径方向外端の周りに
全般的に平面状の円周方向部分１３２を備え、これに突
出部材１２０がねじ込みファスナ、溶接または圧入のよ
うな手段により固定されている。押圧平面状中心部１３
６は圧縮板１３０の外端部１３２に平行でそこから下方
に一定距離を隔てている。この中心部１３６は、円環状
保持肩部１３８および偏倚面１４０を画定する第２の、
更にわずかに下方に隔たった部分を備えている。中心開
口１４２は押圧部１３６の軸方向中心を貫く穴により画
定されている。中心開口１４２の直径は下部軸受ハウジ
ング１１２よりかなり大きいので、圧縮板１３０と下部
軸受ハウジング１１２との間には圧縮板１３０を下部軸
受ハウジング１１２の周りに自由に回転させるに充分な
隙間が存在する。

【００２９】駆動圧縮ばね１５０が偏倚面１４０と第２
のスクロール端板１０２との間に設けられている。圧縮
ばね１５０は、第２のスクロール端板１０２に一つの力
を、第１のスクロール端板８２に反対の力を、圧縮板１
３０および突出部材１２０を介して加えることによりそ
れぞれのスクロール端板８２および１０２を互いの方向
に押す偏倚手段として働く。好適実施例では、ばね１５
０は第２のスクロール端板１０２に形成された円環溝１
５２の内部に保持されている。これによりばね１５０は
トルク伝達要素として働くこともできる。この実施例で
は、突出部材、圧縮板１３０、およびばね１５０は第１
のスクロール部材７６および第２のスクロール部材７８
を同時に回転させる駆動手段を共に構成している。

【００３０】代りの駆動手段には突出部材１２０および
駆動キーをアイドラスクロール端板８２に駆動可能に接
続するオルダム式リングがある。駆動手段の形態は本発
明に特に関係あるものでもないので、そのこれ以上の詳
細な説明はここでは必要無いと思われる。

【００３１】図２で、スクロール圧縮機アセンブリ２０
は、排出開口５０および吸入開口５２で、一般的に冷凍
システムまたは空気調和システムに使用されるような流
体システムに接続されているように図示してある。当業
者は、スクロール圧縮機アセンブリ２０を適切に利用す
ることができる一つの流体システムに過ぎないこと、お
よびスクロール圧縮機アセンブリ２０を冷凍システムお
よび空気調和システムに適用することは限定ではなく模
範と取るべきであることを理解するであろう。

【００３２】図２にスクロール圧縮機アセンブリ２０と
関連して全般的に概要図で示してある冷凍システムは、
外殻排出開口５０とコンデンサ６０との間に接続されて
冷却システムからおよび蒸気から冷却剤を典型的に凝縮
させる過程で熱を吸い取り液体の形態を形成する排出管
路５４を備えている。管路６２はコンデンサ６０を膨脹
装置６４に接続する。膨脹装置６４は、適切な制御器
（図示せず）により動作する熱動弁または電動弁、毛細
管アセンブリ、又は他の、システム内の冷却剤を膨脹さ
せる適切な手段とすることができる。他の管路６６は、
膨脹装置６４を蒸発器６８と接続して膨脹装置６４から
の膨脹した冷却剤を、熱をおよび典型的には液体冷却剤
の蒸発を受入れて蒸気の形にする蒸発器６８に移送す
る。最後に、冷凍システム吸入管路７０は蒸発器６８か
らの蒸発した冷却剤を圧縮機アセンブリ２０に移送し、
ここで冷却剤が圧縮されて冷凍システムに戻る。

【００３３】スクロール圧縮機装置２０を適切に使用す
ることができる冷凍システムの一般的原理は当業者には
良く理解されており、このような冷凍装置を構成するの
に適する装置および機構のこれ以上の詳細な説明はここ
では詳細に説明する必要はないと信ずる。または当業者
にはこのような冷凍システムまたは空気調和システムは
複数の圧縮機アセンブリ２０を並列または直列に接続し
て備えることができる他に、複数のコンデンサ６０、蒸
発器６８、または当業者には既知であると信ぜられるサ
ブ冷却器または冷却ファンのような、他の構成要素およ
び高揚要素をも備えることができることが明らかであろ
う。

【００３４】図３および図７は、図１の断面図であり、
本発明を一層明瞭に示している。寸法Ｏは軸Ｄと軸Ｉと
の間の片寄り距離を規定する。線φ_０は駆動スクロール
部材７６の軸Ｄおよびアイドラスクロール部材７８の軸
Ｉにより規定される。これらの軸は固定されているか
ら、線φ_０もスクロール装置２０に対して固定されてお
り、スクロール装置の構成部品の角位置の基準とし得る
基準線として使用することができる。線φ_０は０クラン
ク角の点およびそれぞれのスクロール包体８０および１
００の外端が最初に他のそれぞれのスクロール包体と接
触して第１のすなわち外側の室を閉じる点をも表わして
いる。

【００３５】図３において、非平衡質量すなわちモーメ
ント減少質量１６０は駆動スクロール部材７６に加えら
れるが、第２のモーメント減少質量１６２はアイドラス
クロール部材７８に加えられる。図示のとおり、本発明
の好適実施例は、溶接または接着剤のような機械的手段
によりそれぞれのスクロール部材端板８２および１０２
に加えられる質量１６０および１６２を採用している。
質量１６０および１６２は、下に説明するように、それ
らが加えられるスクロール部材の章動安定性を高める手
段を備えている。

【００３６】モーメント生成質量１６０の重心ｃｇ
_１は、それが加えられる第１のスクロール部材７６の回
転（軸Ｄ）の中心から半径ｒ_１のところにある。質量１
６０の角位置は線φ_０から角φ_１のところにある。第２
のモーメント生成質量１６２の重心ｃｇ_２は、アイドラ
スクロール部材７８の回転（軸Ｉ）の中心から半径ｒ_２
のところにある。第２の質量１６２は、上述の線φ_０か
ら角φ_２で規定される角位置で端板１０２に加えられ
る。

【００３７】好適実施例では、質量１６０および１６２
の形状は、質量１６０および１６２とスクロール部材７
６および７８がその中を回転する流体との間の可能な摩
擦抵抗を極力少くするように曲面を備えている。質量１
６０および１６２の形状は変ることができること、およ
び質量１６０および１６２はインペラベーンとして作用
し、それによりスクロール装置２０が圧縮機として動作
するときスクロール包体８０および１００に流体が流入
するのを補助するように形成することができることを認
めるであろう。更に、図示したように質量１６０および
１６２に対する半径ｒおよび角φは純粋に代表的なもの
であり、限定と取るべきではないことを認めるであろ
う。多くの場合にφ_１およびφ_２は等しいかまたは実質
上等しいこと、および多くの場合にスクロール部材の一
方にだけ質量１６０または質量１６２だけを設けるのが
望ましいことがあるであろう。又質量１６０の質量ｍ_１
は、第１の質量１６０および第２の質量１６２の両者を
備えているスクロール装置の第２の質量１６２の質量ｍ
_２に実質上等しいことも等しくないこともあることを理
解しなければならない。第１の質量１６０および第２の
質量１６２の質量ｍ_１およびｍ_２の量、それぞれの回転
の軸から質量を取出す半径ｒ_１およびｒ_２、および質量
の半径方向位置φ_１およびφ_２は下の教示による各特定
の場合に従って決めなければならない。

【００３８】図４は、図３に示すように、Ｃ_１からＣ_５
までの５室が存在する角位置で取ったスクロール装置２
０の断面図を示す。各室は軸方向分離力ａおよび半径方
向分離力Ｓを発生する。たとえば、室Ｃ_１は、端板８２
にかかる軸方向分離力として駆動スクロール端板８２を
アイドラスクロール端板１０２から分離する傾向のある
力ベクトルａ_１を発生し、力ベクトルｓ_１、半径方向分
離力、はスクロール包体８０に作用し、第２のスクロー
ル包体からの分離を生ずる。両力ベクトルａ_１およびｓ
_１は第１のスクロール部材７６をスクロール部材の回転
の軸に垂直に回転させ、または傾倒させる。軸方向総分
離力ａはベクトル和ａ_１＋ａ_２＋ａ_３＋ａ_４＋ａ_５に等
しく、正味の半径方向力ｓはベクトル和ｓ_１＋ｓ_２＋ｓ
_３＋ｓ_４＋ｓ_５に等しい。正味分離力は第１のスクロー
ル部材７６の回転軸からは片寄っている。その結果、瞬
時傾倒モーメントｍ_ｔが発生する。モーメントｍ_ｔはス
クロール部材７６に作用して角δ_ｄとして示してある傾
倒または章動を生ずる。室は同じ半径方向位置および角
位置に設けられており、流体力は同じであるが、スクロ
ール部材７６および７８の軸は片寄っているから、各室
における力は各スクロール部材７６および７８に対して
傾倒モーメントｍ_ｔを生ずるように働く。それ故、室Ｃ
_１からＣ_５までの力は角δ_ｉとして示してあるスクロー
ル部材７８の傾倒または章動を生ずるが、この角δ
_ｉは、それぞれのスクロール部材の回転軸を支持する軸
受の数、形式、および大きさの相異およびそれぞれのス
クロール部材端板に加えられる制約によりスクロール部
材７６に発生する角δ_ｄとは異なることがある。スクロ
ール包体８０および１００は、δ_ｉおよびδ_ｄが異なる
とき典型的に分離する。

【００３９】この計算をそれぞれのスクロール部材７６
および７８について回転角点ごとに繰返えさなければな
らない。図４に示すように、軸方向偏倚力Ｆ_ｄが駆動ス
クロール部材７６に与えられ、軸方向偏倚力Ｆ_ｉが軸方
向偏倚手段によりアイドラスクロール部材７８に与えら
れる。力Ｆ_ｄは、軸方向分離力ａ_ｄより充分大きくなけ
ればならず、同時に、所定のどんな半径方向位置でもス
クロール部材端板８２が傾倒しないようにするため、
（Ｆ_ｄ−ａ_ｄ）と対向スクロール端板を有するスクロー
ル先端の利用可能なまたは有効接触半径との積によりモ
ーメントＭ_ｅが生ずる状態でモーメントｍ_ｔより大きく
なければならない。力ａ_ｄが力（Ｆ_ｄ−ａ_ｄ）より大き
い場合には、傾倒モーメントｍ_ｔによる傾倒が生ずる。
力Ｆ_ｄまたは接触半径が対抗モーメントを生ずるには不
充分である場合には、力が力Ｆ_ｄより小さいときにさえ
傾倒が生ずることがある。力Ｆ_ｉの性格は同様である。

【００４０】図５はスクロール部材の回転中にスクロー
ル部材７６または７８の一方に作用する瞬時傾倒モーメ
ントの解析を示す。クランク角とは、図の水平軸上０°
と３６０°（フルサークル）との間に存在する、φ_０が
生ずる位置からのそれぞれのスクロール部材の角位置を
言うが、図の垂直軸は各半径方向位置で生ずるモーメン
トおよび各半径方向位置での軸方向接触力Ｆ_ｄ−ａ_ｄを
示している。各半径方向位置での瞬時モーメントを表わ
す曲線は、軸方向接触力を表わす曲線のようにほぼ正弦
状である。

【００４１】図６は、所定のφ_１で種々な半径ｒ_１に配
設された質量ｍ_１のＣ_ｇまたは所定のφ_２で種々な半径
ｒ_２に配設された質量ｍ_２のＣ_ｇを持つスクロール部材
の回転中にスクロール部材７６または７８の一方に作用
する瞬時モーメントを示す。簡単のため、図はスクロー
ル部材７６か７８かに生ずる状態の代表的なものである
から、添字を削除してある。表示したこれらの半径はｒ
＝０、ｒ＝１単位、ｒ＝２単位、およびｒ＝３単位を含
んでおり、φと質量とは共に常数である。上記のよう
に、Ｍ_ｅは（Ｆ_ｄ−ａ_ｄ）と対向スクロール端板を有す
るスクロール先端の利用可能なまたは有効接触半径の積
により生ずるモーメントを表わす。

【００４２】当業者は、本発明がどんな大きさのスクロ
ール装置にも適用することができ、更に図６は質量１６
０または１６２をスクロール装置に適用することにより
一般的に得られる結果を示すことを目的としており、し
たがって特定の場合に限定するものと取るべきでないか
ら、図６には特定の単位測定値を示してないことを理解
するであろう。適切な特定の単位測定値には数十インチ
または数十センチメートルの倍数、およびインチまたは
センチメートルの倍数がある。

【００４３】ｒ＝０に対する瞬時モーメントを表わすグ
ラフは利用可能な対抗モーメントが極小である場合のク
ランク角位置で最高最大のモーメントを発生する。ｒ＝
２に対する瞬時モーメントを表わすグラフはそれより小
さい最大モーメントを発生する。ｒ＝３のときは、模範
的装置では利用可能な対抗モーメントが極小である場合
のクランク角位置で最低最小のモーメントを発生する。
これらのグラフは、緩和質量の配設に対して選定される
実際の角φおよび半径ｒが本発明に適用するスクロール
部材ごとに変化し、スクロール装置２０で観察される実
際の章動は或る角位置における実際の傾倒モーメント対
章動を防止する利用可能な対抗モーメントによって変る
ので、限定ではなく、例示であり、例題のみによってい
ることが認められよう。しかし、例示したように、半径
ｒ＝３は、曲線Ｍ_ｅがどんなクランク角位置でも越され
ることがないので、緩和手段、質量ｍを設置するのに好
適の位置であり、半径ｒ＝０は最も望ましくない設置位
置である。

【００４４】質量１６０および１６２の質量ｍ_１および
ｍ_２はスクロール端板８２および１０２の機械的動的不
平衡を生じ、これにより、スクロール端板８２および１
０２に作用する流体力により発生する傾倒モーメントに
対抗して半径方向に設置されたとき最大モーメントが減
少することが認められるであろう。質量１６０および１
６２により発生される緩和モーメントはスクロール部材
の機械的構成要素により発生されるスクロール部材の最
小モーメントに付加される。それ故、質量１６０および
１６２の質量ｍ_１およびｍ_２の量を必要な緩和モーメン
トがスクロール部材の最小モーメントに過剰に加えるこ
となしに得られるように選択する必要がある。

【００４５】緩和モーメントを設けることにより質量誘
起スクロール不平衡によりスクロール部材のモーメント
を減少させる方法は下記段階から構成される。第１のス
クロールに作用する瞬時傾倒モーメントを各角位置につ
いて決定する。次に最大傾倒モーメントを最大傾倒モー
メントが作用する角位置またはクランク角位置または角
位置の範囲と共に決定する。第１のスクロールの最大傾
倒モーメントを緩和するのに必要な緩和モーメントを決
定し、所要緩和モーメントを誘起する第１の質量１６０
の量ｍ_１、およびこのような第１の質量１６０の半径ｒ
_１および角位置φ_１を決定し、第１の質量１６０を第１
のスクロール部材８２に加える。この第１の質量１６０
は溶接または他の手段により機械的に加えることがで
き、または製造時に第１のスクロール部材７６と一体に
することができる。スクロール装置２０の両スクロール
部材の章動安定性を更に高めるために、第１のスクロー
ル部材７６に対して質量１６０の質量および位置を決定
するのに利用したステップを単に繰返すことから成る方
法により、質量１６２を第２のスクロール部材７８に加
えることができる。

【００４６】当業者は、共回転スクロール装置２０の章
動安定性を高めるのに質量誘起モーメントを利用すれば
当技術がかなり改善されることを認識するであろう。質
量１６０および１６２は解析的方法により決定すること
ができ、別に保守を必要とし且つ圧縮機アセンブリ２０
の初期費用を増大させる移動部分を備えていない。更
に、質量１６０および１６２を使用すれば所要軸方向偏
倚力が減り、このため先端スクロール包体８０および１
００とそれぞれ端板８２および１０２との間の摩擦損失
が減少し、このため所定容量に対するスクロール装置２
０の所要動力が減り、より小さく且つ軽いモータ４０を
使用することができる。それ故、すべての局面におい
て、本発明は、初期費用を減らし、スクロール装置２０
の全体効率を向上させる実質的改善を示している。更
に、本発明を冷凍システムの用途に有用なスクロール装
置により例示しているが、本発明は、ポンプ、膨脹機、
流体駆動エンジン、および他の用途を含む共回転スクロ
ール装置２０のすべての用途に有用であり、性能および
経費の低減に同様な改善を行っていることが疑いなく認
められるであろう。

【００４７】本発明の好適実施例および代りの実施例に
対する修正案は当業者には特許請求の範囲の範囲内で明
らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具現する共回転スクロール装置の断面
図を示す。

【図２】本発明を適切に採用することができる冷凍シス
テムを概要図で示す。

【図３】図１のスクロール装置の、断面線３−３に沿っ
て取った断面図を示す。

【図４】それぞれの共回転スクロール装置に働く傾倒モ
ーメントの効果を示す。

【図５】共回転スクロール装置のスクロール部材の回転
中に一方のスクロール部材に作用する傾倒モーメントお
よび緩和モーメントの組合せおよび軸方向スクロール先
端接触力を表わす図である。

【図６】スクロール部材の回転中にスクロール部材の一
方に作用する、種々の緩和モーメントと混合した傾倒モ
ーメントを表わす図である。

【図７】スクロール部材の拡大破断説明図である。

【符号の説明】

２０スクロール圧縮機アセンブリ２２密閉外殻２８中心枠部４０モータ７６駆動スクロール部材７８アイドラスクロール部材８０スクロール包体８２端板８４駆動回転軸１００スクロール包体１０２端板１２０突出部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ロバートイイ．アツターアメリカ合衆国テキサス州 75791，ホワイトハウス，トレントンドライヴ 10873 (72)発明者ダニエルアール．クラムアメリカ合衆国ウイスコンシン州 54601，ラクローセ，ノーストウエンテイーフオースストリート 320

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１のスクロール端板と、該第１のスク
ロール端板に設けられた第１の直立インボリュート部分
とを有する第１のスクロール部材と、第２の直立インボリュート部分を有し、前記第１のスク
ロール部材と間挿係合している第２のスクロール部材
と、前記一方のスクロール部材の章動安定性を高める手段で
あって、該スクロール部材に適用される手段と、前記第１および第２のスクロール部材を回転させる手段
と、を備えて成るスクロール装置。
【請求項２】前記スクロール装置は更に、前記他のス
クロール部材の章動安定性を高める手段であって、当該
他のスクロール部材に加えられる手段を備えている請求
項１に記載のスクロール装置。
【請求項３】第１のスクロール端板と、該第１のスク
ロール端板に設けられた第１の直立インボリュート部分
を有する第１のスクロール包体と、前記第１の端板に設
けられた駆動回転軸とを備え、更に第１のモーメントを
有する第１のスクロール部材と、第２のスクロール端板と、該第２のスクロール端板に設
けられた第２の直立インボリュート部分を有する第２の
スクロール包体と、前記第２の端板に設けられたアイド
ラ回転軸とを備え、更に第２のモーメントを有する第２
のスクロール部材と、前記第１のスクロール部材に加えられて該第１のスクロ
ール部材の章動安定性を高める緩和モーメント発生質量
と、前記第１のスクロール部材および前記第２のスクロール
部材を回転させる手段と、を備えて成る共回転スクロー
ル装置。
【請求項４】前記モーメント発生質量は半径方向に角
度φ_１で配設されている請求項３に記載のスクロール装
置。
【請求項５】前記モーメント発生質量は所定の半径ｒ
により第１のスクロール部材の回転軸から取出される請
求項４に記載のスクロール装置。
【請求項６】前記モーメント発生質量は前記第１のス
クロール端板に機械的に加えられる請求項５に記載のス
クロール装置。
【請求項７】前記モーメント発生質量は前記第１のス
クロール端板に組込まれている請求項５に記載のスクロ
ール装置。
【請求項８】前記スクロール装置は更に、前記第２の
スクロール部材に加えられて該第２のスクロール部材の
章動安定性を高める第２の緩和モーメント発生質量を備
えている請求項５に記載のスクロール装置。
【請求項９】前記第２のモーメント発生質量は半径方
向に角度φ_２で配設されている請求項８に記載のスクロ
ール装置。
【請求項１０】前記第２のモーメント発生質量は所定
の半径ｒ_２により第２のスクロール部材の回転軸から取
出される請求項９に記載のスクロール装置。
【請求項１１】前記第２のモーメント発生質量は前記
第２のスクロール端板に機械的に加えられる請求項１０
に記載のスクロール装置。
【請求項１２】前記第２のモーメント発生質量は前記
第２のスクロール端板に組込まれている請求項１０に記
載のスクロール装置。
【請求項１３】吸込み圧力の流体を入れる吸込み圧力
部を有する密閉外殻と、前記吸込み圧力部に設けられ、第１のスクロール端板及
び第１の回転軸Ｄと、前記第１のスクロール端板に設け
られた第１の直立インボリュート部分と、前記第１の端
板に設けられている駆動回転軸とを有する第１のスクロ
ール部材と、前記第１のスクロール部材に加えられて該第１のスクロ
ール部材の傾倒モーメントを補償する第１の緩和モーメ
ントを発生するものであって、その重心が前記第１の回
転軸から取出される第１の質量と、前記吸込み圧力部に設けられ、第２のスクロール端板お
よび前記第１の回転軸Ｄに平行ではあるが一直線上に無
くて基準線φ_０を画定する第２の回転軸Ｉと、前記第２
のスクロール端板に設けられた第２の直立インボリュー
ト部分と、前記第２の端板に設けられたアイドラ回転軸
とを有する第２のスクロール部材と、前記第２のスクロール部材に加えられて該第２のスクロ
ール部材の傾倒モーメントを補償する第２の緩和モーメ
ントを発生するものであって、その重心が前記第２の回
転軸から取出される第２の質量と、前記第１のスクロール部材および前記第２のスクロール
部材を同時に回転させる手段と、を備えて成る共回転ス
クロール装置。
【請求項１４】前記第１の質量は半径ｒ_１により前記
第１の回転軸Ｄから取出される請求項１３に記載のスク
ロール装置。
【請求項１５】前記第１の質量は前記第１のスクロー
ル端板上に前記基準線φ_０から角度φ_１で半径方向に配
設されている請求項１４に記載のスクロール装置。
【請求項１６】前記第１の質量は前記第１のスクロー
ル端板に機械的に加えられる請求項１５に記載のスクロ
ール装置。
【請求項１７】前記第１の質量は前記第１のスクロー
ル端板に組込まれている請求項１５に記載のスクロール
装置。
【請求項１８】前記第２の質量は半径ｒ_２により前記
第２の回転軸Ｉから取出される請求項１３に記載のスク
ロール装置。
【請求項１９】前記第２の質量は、前記第２のスクロ
ール端板上に前記線φ_０から角度φ_２で半径方向に配設
されている請求項１８に記載のスクロール装置。
【請求項２０】前記第２の質量は前記第２のスクロー
ル端板に機械的に加えられる請求項１９に記載のスクロ
ール装置。
【請求項２１】前記第２の質量は前記第２のスクロー
ル端板に組込まれている請求項１９に記載のスクロール
装置。
【請求項２２】前記第１の質量は、半径ｒ_１により前
記第１の回転軸Ｄから取出され、更に前記第１のスクロ
ール端板上に角度φ_１で半径方向に配設されており、前
記第２の質量は、半径ｒ_２により前記第２の回転軸から
取出され、前記第２のスクロール端板上に角度φ_２で半
径方向に配設されている請求項１３に記載のスクロール
装置。
【請求項２３】前記密閉外殻は更に、貫通する開口を
有する中心枠を備えており、更に前記駆動回転軸を前記
開口内に回転可能に支持する手段と前記吸込み部に下部
軸受ハウジングとを備えている請求項２２に記載のスク
ロール装置。
【請求項２４】前記密閉外殻は更に前記アイドラ回転
軸を前記下部軸受ハウジングに回転可能に支持する手段
を備えている請求項２３に記載のスクロール装置。
【請求項２５】前記駆動回転軸を駆動可能に回転させ
る前記手段はモータである請求項２４に記載のスクロー
ル装置。
【請求項２６】流体を吸込み圧力からそれより比較的
高い排出圧力に圧縮する共回転スクロール装置におい
て、吸込み圧力流体を入れる吸込み圧力部と、排出圧力部
と、それらの間にある中心枠とを有し、更に駆動回転軸
開口を規定している密閉外殻と、前記吸込み圧力部に設けられ、第１の回転軸Ｄを有し、
更に外周を有する第１のスクロール端板と、該第１のス
クロール端板に設けられた第１の直立インボリュート部
分と、前記第１の端板に設けられて前記中心枠の駆動回
転軸開口を通して回転可能に突出する駆動回転軸とを備
えている第１のスクロール部材と、前記吸込み圧力部に設けられ、前記第１の回転軸と共に
基準線を規定する第２の回転軸Ｉを有し、更に第２のス
クロール端板と、該第２のスクロール端板に設けられた
第２の直立インボリュート部分と、前記第２の端板に設
けられたアイドラ回転軸とを備えている第２のスクロー
ル部材と、前記基準線から角度φ_１で前記第１のスクロール端板に
加えられて前記第１のスクロール部材の最大正味モーメ
ントを補償する第１の緩和モーメントを発生するもので
あって、半径ｒ_１により前記第１の回転軸Ｄから取出さ
れる重心ｃｇ_１を有する第１の質量と、前記基準線から角度φ_２で前記第２のスクロール端板に
加えられて前記第２のスクロール部材の最大正味モーメ
ントを補償する第２の緩和モーメントを発生するもので
あって、半径ｒ_２により前記第２の回転軸Ｉから取出さ
れる重心ｃｇ_２を有する第２の質量と、前記駆動回転軸を前記中心枠の前記駆動回転軸開口内に
回転可能に支持する手段と、前記アイドラ回転軸を前記密閉外殻の前記吸込み部に回
転可能に支持する手段であって、下部軸受ハウジングお
よび軸受を備えている手段と、前記第１のスクロール部材の前記駆動回転軸を駆動可能
に回転させるモータであって、前記排出圧力部に設置さ
れ、潤滑油の通路となる円環状空間をその間に画定する
固定子および回転子を有し、該回転子は前記駆動回転軸
に固着されているモータと、前記第１のスクロール部材および前記第２のスクロール
部材を同時に回転させてそれらの間に相対軌道運動を発
生する手段と、を備えて成る共回転スクロール装置。
【請求項２７】閉ループ接続により冷却剤を循環させ
る冷却システムであって、冷却剤を液体の形に凝縮させるコンデンサと、前記コンデンサから液体冷却剤を受取り、冷却剤を膨脹
させる膨脹装置と、前記膨脹装置から冷却剤を受取り、冷却剤を蒸気の形に
蒸発させる蒸発器と、蒸発器から冷却剤を受取り、冷却剤を圧縮し、冷却剤を
コンデンサに送る圧縮機とから成る冷却システムにおい
て前記圧縮機が、第１の回転軸Ｄを有し、更に第１のスクロール端板と、
該第１のスクロール端板に設けられた第１の直立インボ
リュート部分と、前記第１の端板に設けられた駆動回転
軸とを備え、更に第１のモーメントを有する第１のスク
ロール部材と、前記第１の回転軸Ｄと共に基準線を規定する第２の回転
軸Ｉを有し、更に第２のスクロール端板と、該第２のス
クロール端板に設けられた第２の直立インボリュート部
分と、前記第２の端板に設けられたアイドラ回転軸とを
備え、更に第２のモーメントを有する第２のスクロール
部材と、前記一方のスクロール部材に加えられて前記第１のモー
メントを緩和し、前記スクロール部材の章動安定性を高
める緩和モーメント発生質量と、前記第１および第２のスクロール部材を回転させる手段
と、から構成されている冷却システム。
【請求項２８】前記モーメント発生質量は前記基準線
から角度φ_１で半径方向に配設されている請求項２７に
記載の冷却システム。
【請求項２９】前記モーメント発生質量は半径ｒ_１に
より第１のスクロール部材の回転軸から取出される請求
項２８に記載の冷却システム。
【請求項３０】前記モーメント発生質量は前記第１の
スクロール端板に機械的に加えられる請求項２９に記載
の冷却システム。
【請求項３１】前記モーメント発生質量は前記第１の
スクロール端板に組込まれている請求項２９に記載の冷
却システム。
【請求項３２】前記圧縮機は更に、前記第２のスクロ
ール部材に加えられて前記第２のモーメントを緩和し、
前記第２のスクロール部材の章動安定度を高める第２の
緩和モーメント発生質量を備えている請求項２９に記載
の冷却システム。
【請求項３３】前記第２のモーメント発生質量は前記
基準線から角度φ_２で半径方向に配設されている請求項
３２に記載の冷却システム。
【請求項３４】前記第２のモーメント発生質量は半径
ｒ_２により第２のスクロール部材の前記第２の回転軸Ｉ
から取出される請求項３３に記載の冷却システム。
【請求項３５】前記第２のモーメント発生質量は前記
第２のスクロール端板に機械的に加えられる請求項３４
に記載の冷却システム。
【請求項３６】前記第２のモーメント発生質量は前記
第２のスクロール端板に組込まれている請求項３４に記
載の冷却システム。
【請求項３７】閉ループ接続により冷却剤を循環させ
る冷却システムであって、冷却剤を液体の形に凝縮させるコンデンサと、前記コン
デンサから液体冷却剤を受取り、冷却剤を膨脹させる膨
脹装置と、前記膨脹装置から冷却剤を受取り、冷却剤を蒸気の形に
蒸発させる蒸発器と、蒸発器から冷却剤を受取り、冷却剤を圧縮し、冷却剤を
コンデンサに送る共回転スクロール圧縮機と、から成る
冷却システムにおいて、前記共回転スクロール圧縮機
が、吸込み圧力部と、排出圧力部と、それらの間にある中心
枠とを有し、前記中心枠は更に駆動回転軸開口を画定し
ている密閉外殻と、前記吸込み部に設けられ、第１の回転軸Ｄを有し、更
に、外周を備えた第１のスクロール端板と、該第１のス
クロール端板に設けられた第１の直立インボリュート部
分と、前記第１の端板に設けられた駆動回転軸とを備
え、該駆動回転軸は前記中心枠の駆動回転軸開口を通し
て回転可能に突出している第１のスクロール部材と、前記吸込み圧力部に設けられ、第１の回転軸Ｄと共に基
準線を規定する第２の回転軸Ｉを有し、第２のスクロー
ル端板と、該第２のスクロール端板に設けられた第２の
直立インボリュート部分と、前記第２の端板に設けられ
たアイドラ回転軸とを備えている第２のスクロール部材
と、前記基準線から角度φ_１で前記第１のスクロール端板に
加えられて前記第１のスクロール部材の最大正味モーメ
ントを補償する第１の緩和モーメントを発生するもので
あって、その重心が前記第１の回転軸から取出される第
１の質量と、前記基準線から角度φ_２で前記第２のスクロール端板に
加えられて前記第２のスクロール部材の最大正味モーメ
ントを補償する第２の緩和モーメントを発生するもので
あって、その重心が前記第２の回転軸から取出される第
２の質量と、前記駆動回転軸を前記中心枠の前記駆動回転軸開口内に
回転可能に支持する手段と、前記アイドラ回転軸を密閉外殻の前記吸込み部に回転可
能に支持する手段であって、下部軸受ハウジングおよび
軸受を備えている手段と、前記第１のスクロール部材の前記回転駆動軸を駆動可能
に回転させるモータであって、前記排出圧力部に配設さ
れ、潤滑剤の通路となる円環状空間をそれらの間に画定
する固定子および回転子とを備え、該回転子は前記駆動
回転軸に固着されているモータと、前記第１のスクロール部材および前記第２のスクロール
部材を同時に回転させてそれらの間に相対軌道運動を発
生させる手段と、から構成されている冷却システム。
【請求項３８】第１の軸の周りに回転する第１のスク
ロール部材と、該第１のスクロール部材と間挿係合して
第２の軸の周りに回転する第２のスクロール部材を備
え、前記第１および第２の軸は基準線を規定している共
回転スクロール装置の章動安定性を高める方法であっ
て、前記基準線から一定角度で、且つ前記第１のスクロ
ール部材の前記第１の軸から一定半径のところに第１の
質量を加えることから成る方法。
【請求項３９】前記方法は更に前記基準線から一定角
度で、且つ前記第２のスクロール部材の前記第１の軸か
ら一定半径のところに第２の質量を加えることを含む請
求項３８に記載の方法。
【請求項４０】第１の軸の周りに回転する第１のスク
ロール部材と、前記第１のスクロール部材と間挿係合し
て第２の軸の周りに回転する第２のスクロール部材とを
備え、前記第１および第２の軸は基準線を規定している
共回転スクロール装置の章動安定性を高める方法であっ
て、前記第１のスクロール部材に作用する第１のスクロール
最大傾倒モーメントおよび前記第１のスクロール最大傾
倒モーメントが前記第１のスクロール部材に作用すると
きの前記基準線に関するクランク角位置を確定する段階
と、前記第１のスクロール最大傾倒モーメントを緩和する第
１のスクロール緩和モーメントを確定する段階と、前記第１のスクロール緩和モーメントを誘起する、第１
の質量および該第１の質量の角位置および半径方向位置
を確定する段階と、前記第１の質量を前記角位置および半径方向位置で前記
第１のスクロール部材に加える段階と、から成る方法。
【請求項４１】更に、前記第２のスクロール部材に作
用する第２のスクロール最大傾倒モーメントおよび前記
第２のスクロール最大傾倒モーメントが前記第２のスク
ロール部材に作用するときのクランク角位置を確定する
段階と、前記第２のスクロール最大傾倒モーメントを緩和する第
２のスクロール緩和モーメントを確定する段階と、前記第２のスクロール緩和モーメントを誘起する、第２
の質量および該第２の質量の角位置および半径位置を確
定する段階と、前記第２の質量を前記角位置および半径方向位置で前記
第２のスクロール部材に加える段階と、から成る方法。