JPH06323268A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ラップ部を対数螺線に基づいた渦巻き形状と
することによって、ラップ部の加工を容易にし、アンロ
ード弁等の補機を簡単に組込めるようにする。 【構成】 旋回スクロールのラップ部２９を対数螺線に
基づき内周側２９Ａから外周側２９Ｂへと漸次大きく拡
開する渦巻き形状に形成し、固定スクロール２１のラッ
プ部２３を対数螺線の包絡線に基づき、内周側２３Ａか
ら外周側２３Ｂへと漸次大きく拡開する渦巻き形状をな
す溝として形成する。そして、旋回スクロールのラップ
部２９を固定スクロール２１のラップ部２３内に寸法δ
分の隙間をもって挿入し、ラップ部２３，２９間に複数
の圧縮室３１を形成する。また、固定スクロール２１の
鏡板２２外周側にはラップ部２３の外周側２３Ｂとその
径方向内側部位２３Ｃとの間に比較的大きいスペース２
４を確保し、このスペース２４を活用して固定スクロー
ル２１にアンロード弁３６等の補機を組込み、吸込みポ
ート２５に吸込みフィルタ３４等をコンパクトに収容す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空気圧縮機や真
空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図６および図７に従来技術によるスクロ
ール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙
げて示す。

【０００３】図において、１は固定スクロールを示し、
該固定スクロール１は大略有底筒状に形成されたケーシ
ング（図示せず）の開口端側を施蓋するように、ケーシ
ングの開口端側に固着される。ここで、該固定スクロー
ル１は、その中心が後述する駆動軸９の軸線Ｏ1 −Ｏ1
と一致するように配設された円板状の鏡板２と、該鏡板
２の表面に立設された渦巻き状のラップ部３と、前記鏡
板２の外周側に位置し、該ラップ部３を囲むように筒状
に形成された支持部４とから構成され、ラップ部３は図
７に示すようにインボリュートまたはインボリュートに
近い曲線をもって渦巻き状に形成されている。

【０００４】５は固定スクロール１に対向してケーシン
グ内に旋回可能に設けられた旋回スクロールを示し、該
旋回スクロール５は、表面側が鏡面となって円板状に形
成された鏡板６と、該鏡板６の表面側から固定スクロー
ル１の鏡板２に向けて立設され、固定スクロール１のラ
ップ部３に対応してインボリュートまたはインボリュー
トに近い曲線をもって渦巻き状に形成されたラップ部７
と、鏡板６の背面側中央に設けられたボス部８とから構
成され、該ボス部８は後述のクランク９Ａに回転可能に
取付けられている。

【０００５】９は前記ケーシングの底部側に回転自在に
設けられた駆動軸を示し、該駆動軸９は先端側がケーシ
ング内に延びるクランク９Ａとなり、該クランク９Ａは
その軸線Ｏ2 −Ｏ2 が駆動軸９の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対し
て所定寸法δだけ偏心している。そして、該駆動軸９の
クランク９Ａは旋回スクロール５のボス部８を旋回軸受
１０を介して旋回可能に支持し、自転防止機構（図示せ
ず）等を介して旋回スクロール５に旋回運動を与えるよ
うになっている。

【０００６】ここで、固定スクロール１と旋回スクロー
ル５とは軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して軸線Ｏ2 −Ｏ2 を寸法
δだけ偏心させた状態で、旋回スクロール５のラップ部
７が固定スクロール１のラップ部３に対し、周方向に所
定角度だけずらして重ね合わせるように配設される。こ
れにより、該旋回スクロール５を固定スクロール１に対
して旋回させたときに各ラップ部３，７間に連続的に容
積が縮小される三日月形状の複数の圧縮室１１，１１，
…が画成される。

【０００７】１２，１３は固定スクロール１に形成され
た吸込みポート，吐出ポートを示し、該吸込みポート１
２は最外周側の圧縮室１１と連通するように鏡板２の外
周側に２個穿設され、吐出ポート１３は最内周側の圧縮
室１１と連通するように鏡板２の中心部に穿設されてい
る。

【０００８】従来技術によるスクロール式空気圧縮機は
上述の如き構成を有するもので、次にその作動について
述べる。

【０００９】まず、ケーシングの外部からモータ等の駆
動源（図示せず）によって駆動軸９を回転駆動すると、
この回転は該駆動軸９のクランク９Ａから旋回軸受１０
を介して旋回スクロール５に伝えられ、該旋回スクロー
ル５は駆動軸９の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心にして寸法δの
旋回半径をもった旋回運動を行う。そして、この旋回運
動によって各ラップ部３，７の間に画成される圧縮室１
１，１１，…は連続的に縮小し、吸込みポート１２から
吸込んだ空気を各圧縮室１１内で順次圧縮しつつ、この
圧縮空気を吐出ポート１３から外部のエアタンク（図示
せず）等に向けて吐出する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、固定スクロール１のラップ部３および旋回
スクロール５のラップ部７をそれぞれインボリュートま
たはインボリュートに近い曲線をもって渦巻き状に形成
しているから、例えば圧縮比等を大きくしようとすると
図７に示す如く、ラップ部３（７）を径方向で比較的密
に形成する必要があり、ラップ部３（７）の加工が難し
くなるという問題がある。

【００１１】また、ラップ部３（７）はその内，外周部
位３Ａ，３Ｂ（７Ａ，７Ｂ）が径方向で比較的接近して
いるから、これらの間に冷却スペース等を確保できず、
各圧縮室１１で発生する圧縮熱に対してこれらを冷却す
るのが難しく、種々の冷却対策が必要になるという問題
がある。

【００１２】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、本発明はラップ部を対数螺線に基づいた
渦巻き形状とすることによって、ラップ部の加工を比較
的容易にでき、例えばアンロード弁等の補機を簡単に組
込むことができると共に、冷却対策等を容易に施すこと
ができるようにしたスクロール式流体機械を提供するこ
とを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成の特徴は、固定スクロー
ルと旋回スクロールとのラップ部のうち、一方のラップ
部を対数螺線に基づき内周側から外周側へと漸次大きく
拡開する渦巻き形状とし、他方のラップ部を一方のラッ
プ部がなす対数螺線の包絡線に基づく渦巻き形状とした
ことにある。

【００１４】

【作用】上記構成により、固定スクロールのラップ部と
旋回スクロールのラップ部とを重ね合わせた状態で両者
の間に複数の圧縮室を画成したときに、少なくともラッ
プ部の外周側に圧縮室以外のスペース（空間）を確保で
き、このスペースをアンロード弁の組込みや冷却対策等
に有効活用することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図５に基
づいて説明する。なお、実施例では前述した図６に示す
従来技術と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明
を省略するものとする。

【００１６】図１ないし図４は本発明の第１の実施例を
示している。

【００１７】図中、２１は本実施例による固定スクロー
ルを示し、該固定スクロール２１は従来技術で述べた固
定スクロール１とほぼ同様に、円板状の鏡板２２および
渦巻き状のラップ部２３から構成されているものの、該
固定スクロール２１のラップ部２３は後述する数３，４
の式に基づき渦巻き形状をなす溝として鏡板２２に形成
されている。そして、該固定スクロール２１のラップ部
２３は図２に示す如く内周側２３Ａから外周側２３Ｂへ
と漸次大きく拡開する渦巻き形状をなし、外周側２３Ｂ
はその径方向内側部位２３Ｃとの間に比較的大きいスペ
ース２４を形成している。

【００１８】また、該固定スクロール２１の鏡板２２に
はラップ部２３の外周側２３Ｂに連通するようにスペー
ス２４の位置に吸込みポート２５が穿設され、ラップ部
２３の内周側２３Ａに連通するように吐出ポート２６が
穿設されている。そして、吸込みポート２５には後述の
吸込みフィルタ３４等が設けられている。

【００１９】２７は本実施例による旋回スクロールを示
し、該旋回スクロール２７は従来技術で述べた旋回スク
ロール５とほぼ同様に円板状の鏡板２８、渦巻き状のラ
ップ部２９およびボス部３０から構成されているもの
の、該旋回スクロール２７のラップ部２９は固定スクロ
ール２１のラップ部２３内に寸法δ分の隙間をもって挿
入され、該ラップ部２３との間に複数の圧縮室３１，３
１，…を形成している。そして、該旋回スクロール２７
の鏡板２８に立設されたラップ部２９は、図２に示すＸ
−Ｙ軸上でＸ軸に対して反時計周り方向に角度θをとっ
た場合に、

【００２０】

【数１】 ただし、ａ，ｂは定数なる対数螺線の式に基いた渦巻き
状の曲線と、

【００２１】

【数２】 ただし、ｔは定数または角度θに依存する変数なる対数
螺線の式に基いた渦巻き状の曲線とによって囲まれる形
状を有し、その位置および長さは角度θの範囲により規
定される。そして、旋回スクロール２７のラップ部２９
は図２に示す如く内周側２９Ａから外周側２９Ｂへと漸
次大きく拡開する渦巻き形状をなしている。

【００２２】これに対して、固定スクロール２１の鏡板
２２に渦巻き状をなす溝として形成されるラップ部２３
は、

【００２３】

【数３】 ただし、ｓは定数なる前記数１の式による対数螺線の包
絡線に基いた渦巻き状の曲線と、

【００２４】

【数４】 なる前記数２の式による対数螺線の包絡線に基いた渦巻
き状の曲線とによって囲まれる形状を有し、その位置お
よび長さは角度θの範囲により規定される。

【００２５】３２は固定スクロール２１の鏡板２２外周
側に形成された吸込み通路を示し、該吸込み通路３２は
ラップ部２３の外周側２３Ｂを吸込みポート２５に連通
させるように鏡板２２のスペース２４の位置に図３、図
４に示す如く形成され、その途中部位は後述するアンロ
ード弁３６用の弁座３３となっている。３４は吸込みポ
ート２５に設けられた吸込みフィルタを示し、該吸込み
フィルタ３４は吸込みポート２５から圧縮室３１内に吸
込まれる空気（外気）を清浄化し、空気の吸込音を低減
させるサイレンサとしての機能を有するものである。

【００２６】３５は固定スクロール２１の鏡板２２外周
側に設けられたアンロード通路を示し、該アンロード通
路３５は一端側が鏡板２２の外周面に開口し、圧気源等
にアンロード配管（いずれも図示せず）を介して接続さ
れる配管接続部３５Ａとなり、他端側は吸込み通路３２
に弁座３３と対向する位置で開口し、後述の弁体３７が
挿嵌される弁体摺動部３５Ｂとなっている。そして、該
アンロード通路３５の弁体摺動部３５Ｂは吸込み通路３
２と共に鏡板２２の表面に開口（露出）するように形成
され、アンロード弁３６等の取付け後に旋回スクロール
２７の鏡板２８表面によって覆われるようになってい
る。

【００２７】さらに、３６はアンロード通路３５の弁体
摺動部３５Ｂと吸込み通路３２の弁座３３との間に配設
されたアンロード弁を示し、該アンロード弁３６は、弁
座３３に離着座するように弁体摺動部３５Ｂに摺動可能
に挿嵌された弁体３７と、該弁体３７を弁座３３に向け
て常時付勢する弁ばね３８とからなり、該弁ばね３８は
弁体３７を吸込み弁として作動させるように、比較的弱
いばね力で弁体３７を閉弁方向に付勢している。また、
弁体３７には図３に点線で示すようにＬ字形状をなす絞
り通路３７Ａが形成され、該絞り通路３７Ａはアンロー
ド運転時にアンロード通路３５からの圧縮空気を流量制
限した状態で吸込み通路３２内に供給するものである。

【００２８】本実施例によるスクロール式空気圧縮機は
上述の如き構成を有するもので、次にその作動について
説明する。

【００２９】まず、ケーシングの外部からモータ等の駆
動源（図示せず）によって駆動軸９を回転駆動すると、
この回転は該駆動軸９のクランク９Ａから旋回軸受１０
を介して旋回スクロール２７に伝えられ、旋回スクロー
ル２７は駆動軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1 を中心にして寸法δ
の旋回半径をもった旋回運動を行う。

【００３０】そして、当該スクロール式空気圧縮機の起
動初期には、外部の圧気源等からアンロード通路３５内
に圧縮空気を供給し、この圧縮空気の圧力でアンロード
弁３６の弁体３７を閉弁状態に保持しつつ、この圧縮空
気の一部を弁体３７の絞り通路３７Ａを介して吸込み通
路３２からラップ部２３，２９間に画成される圧縮室３
１，３１，…内に送込むことにより、アンロード運転を
行う。

【００３１】次に、当該スクロール式空気圧縮機が十分
に暖機された状態では、前記圧気源からの圧縮空気の供
給を停止し、吸込み通路３２内に吸込み負圧を発生させ
ることにより、弁体３７を弁ばね３８に抗して開弁さ
せ、空気を吸込みポート２５から吸込みフィルタ３４を
介して吸込み通路３２内に吸い込ませる。そして、該吸
込み通路３２から吸込んだ空気を各圧縮室３１内で順次
圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出ポート２６から外部の
圧気源となるエアタンク（図示せず）等に向けて吐出す
る。

【００３２】而して、本実施例では、旋回スクロール２
７の鏡板２８に立設したラップ部２９を前記数１，２の
式による対数螺線に基づき、内周側２９Ａから外周側２
９Ｂへと漸次大きく拡開する渦巻き形状に形成し、固定
スクロール２１のラップ部２３を前記数３，４の式によ
る対数螺線の包絡線に基づき、内周側２３Ａから外周側
２３Ｂへと漸次大きく拡開する渦巻き形状をなす溝とし
て形成したから、図７で例示した従来技術のラップ部３
（７）に比較してラップ部２３（２９）を径方向にそれ
ほど密に形成する必要がなく、ラップ部２３（２９）の
加工を比較的容易に行うことができる。

【００３３】そして、旋回スクロール２７のラップ部２
９は図１、図２に示すように固定スクロール２１のラッ
プ部２３内に寸法δ分の隙間をもって挿入され、該ラッ
プ部２３との間に複数の圧縮室３１，３１，…を形成し
ているから、当該スクロール式空気圧縮機で圧縮運転を
行うときに従来技術によるものとほぼ同様の圧縮比や圧
縮効率等を得ることができる上に、前述の如くラップ部
２３（２９）の加工を簡略化することができる。

【００３４】また、固定スクロール２１の鏡板２２外周
側にはラップ部２３の外周側２３Ｂとその径方向内側部
位２３Ｃとの間に比較的大きいスペース２４を確保でき
るから、このスペース２４を活用して固定スクロール２
１にアンロード弁３６等の補機を組込むことができ、固
定スクロール２１の吸込みポート２５に吸込みサイレン
サまたは吸込みフィルタ３４等をコンパクトに収容でき
る。

【００３５】従って、本実施例によれば、固定スクロー
ル２１のラップ部２３と旋回スクロール２７のラップ部
２９とを対数螺線に基づいて渦巻き形状に形成すること
により、従来技術によるものとほぼ同様の圧縮効率等を
得る場合でもラップ部２３（２９）を径方向でそれほど
密に形成する必要がなく、ラップ部２３（２９）の加工
を容易にできる上に、固定スクロール２１の鏡板２２外
周側にはラップ部２３の外周側２３Ｂとその径方向内側
部位２３Ｃとの間に比較的大きいスペース２４を確保で
き、このスペース２４をアンロード弁３６等の補機を組
込むのに有効活用できる等、種々の効果を奏する。

【００３６】次に、図５は本発明の第２の実施例を示
し、本実施例では前記第１の実施例と同一の構成要素に
同一の符号を付し、その説明を省略するものとするに、
本実施例の特徴は、固定スクロール４１を鋳造またはア
ルミニウムダイキャスト等の手段を用いて成型し、鏡板
４２の表面側にはラップ部４３を渦巻き形状をなす溝と
して形成すると共に、鏡板４２の背面側にはラップ部４
３と相補形状をなすように渦巻き状の冷却溝４４を形成
したことにある。

【００３７】ここで、固定スクロール４１は渦巻き状の
冷却溝４４を除いて前記第１の実施例で述べた固定スク
ロール２１と同様に形成され、ラップ部４３は対数螺線
に基づき内周側から外周側へと漸次大きく拡開する渦巻
き形状をなすことにより、ラップ部４３の径方向に比較
的大きなスペース部４５，４６，４７等を形成してい
る。そして、冷却溝４４はこれらのスペース部４５，４
６，４７等に対応する位置で鏡板４２の背面側から所定
深さをもって凹設され、ラップ部４３の両側でその肉厚
を薄くするようになっている。

【００３８】また、固定スクロール４１のラップ部４３
内には旋回スクロール２７のラップ部２９が第１の実施
例と同様に隙間をもって挿入され、ラップ部２９，４３
間に複数の圧縮室が形成される。そして、当該スクロー
ル式空気圧縮機を作動させ、各圧縮室内で空気を順次圧
縮することにより各圧縮室内に圧縮熱が発生するときで
も、固定スクロール４１の鏡板４２背面側には、ラップ
部４３の肉厚を薄くするように渦巻き状の冷却溝４４が
形成されているから、この冷却溝４４を利用して鏡板４
２の背面側から各圧縮室を効果的に冷却でき、空気等の
圧縮熱を外部に早期に放散させることができる。

【００３９】かくして、このように構成される本実施例
でも、前記第１の実施例とほぼ同等の作用効果を得るこ
とができるが、特に本実施例では、鏡板４２の背面側に
ラップ部４３と相補形状をなすように渦巻き状の冷却溝
４４を形成することにより、ラップ部４３や圧縮室等を
効果的に冷却でき、信頼性や耐久性を高めることができ
る。

【００４０】なお、前記各実施例では、固定スクロール
２１（４１）のラップ部２３（４３）を渦巻き形状をな
す溝として形成するものとして述べたが、本発明はこれ
に限るものではなく、例えば旋回スクロール２７のラッ
プ部２９と同様に、ラップ部２３（３３）を鏡板２２
（４２）の表面から旋回スクロール２７の鏡板２８に向
けて立設するようにしてもよい。

【００４１】また、旋回スクロールのラップ部を渦巻き
形状をなす溝として鏡板に形成し、固定スクロールの鏡
板に立設したラップ部を旋回スクロールのラップ部内に
隙間をもって挿入する構成としてもよい。

【００４２】さらに、前記第２の実施例では、鏡板４２
の背面側に冷却溝４４を渦巻き状に形成するものとして
述べたが、本発明はこれに限らず、例えばラップ部４３
のスペース部４５，４６，４７等に対応する位置に個々
に分離して複数の冷却溝または凹部等を形成してもよ
い。

【００４３】さらにまた、前記各実施例では、スクロー
ル式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ
て説明したが、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広
く適用することができる。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、固定
スクロールと旋回スクロールとのラップ部のうち、一方
のラップ部を対数螺線に基づき内周側から外周側へと漸
次大きく拡開する渦巻き形状とし、他方のラップ部を一
方のラップ部がなす対数螺線の包絡線に基づく渦巻き形
状として形成するようにしたから、圧縮効率等を十分に
確保した状態でも、各ラップ部の径方向に比較的大きな
スペースを形成でき、各ラップ部の加工を容易に行うこ
とができる。そして、固定スクロールのラップ部と旋回
スクロールのラップ部とを重ね合わせた状態で両者の間
に複数の圧縮室を画成したときにも、ラップ部の外周側
等に比較的大きなスペースを確保することができ、この
スペースをアンロード弁の組込みや冷却対策等に有効活
用でき、これによってスクロール式流体機械としての信
頼性や耐久性を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例によるスクロール式空気
圧縮機の固定スクロールおよび旋回スクロール等を示す
縦断面図である。

【図２】図１中の矢示II− II 方向断面図である。

【図３】アンロード弁等を示す図２の要部拡大図であ
る。

【図４】図３中の矢示IV− IV 方向断面図である。

【図５】本発明の第２の実施例による固定スクロールを
示す縦断面図である。

【図６】従来技術によるスクロール式空気圧縮機の固定
スクロールおよび旋回スクロール等を示す縦断面図であ
る。

【図７】図６に示す固定スクロールの正面図である。

【符号の説明】

２１，４１ 固定スクロール ２２，２８，４２ 鏡板 ２３，２９，４３ ラップ部 ２４ スペース ２５ 吸込みポート ２６ 吐出ポート ２７ 旋回スクロール ３１ 圧縮室 ３２ 吸込み通路 ３６ アンロード弁 ４４ 冷却溝 ４５，４６，４７ スペース部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鏡板に渦巻き状のラップ部が形成された
   固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けら
   れ、鏡板に該固定スクロールのラップ部との間で複数の
   圧縮室を画成するように渦巻き状のラップ部が形成され
   た旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械にお
   いて、前記固定スクロールと旋回スクロールとのラップ
   部のうち、一方のラップ部は対数螺線に基づき内周側か
   ら外周側へと漸次大きく拡開する渦巻き形状とし、他方
   のラップ部は一方のラップ部がなす対数螺線の包絡線に
   基づく渦巻き形状としたことを特徴とするスクロール式
   流体機械。