JPH07119656A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スクロール部材間の摩擦による動力損失や摩
耗の増大を抑えながら、流体のシール性を高める。 【構成】 スクロール圧縮機のようなスクロール式流体
機械における固定スクロール部材および可動スクロール
部材７の少なくとも一方の、渦巻き形の羽根７ａの中心
部寄りの部分を別体の内周羽根２２として、外周寄りの
部分とは独立に変位可能となし、端板７ｂに植えられた
ピン２０に管状の弾性体を嵌めて内周羽根の穴２２ａ内
に挿入する。内周羽根２２は外形を多少大きくしてい
る。内周羽根２２は弾性体によって付勢されて相手方の
渦巻き形の羽根に向かって押し付けられるので、三日月
状の作動空間内の流体の圧力が高くなる中心部付近の接
触箇所のシール性が重点的に向上し、全体として効果的
にシールをすることができる。なお、内周羽根２２の付
勢手段は弾性体以外のものでもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空調装置の冷凍
サイクルにおける冷媒圧縮機として使用することができ
るスクロール圧縮機のようなスクロール式の流体機械に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクロール式圧縮機における可動
スクロール部材の渦巻き形の羽根と、固定スクロール部
材の渦巻き形の羽根との間のラジアル方向のシール技術
としては、一般的に言って可動スクロール部材を固定ス
クロール部材に押し付ける方法が取られており、その押
し付け力としては、圧縮された流体の圧力を利用する技
術（特公昭５８−１９８７５号公報参照）、可動スクロ
ール部材に作用する遠心力の一部を利用する技術（特公
昭５７−４９７２１号公報参照）等があり、さらに２つ
の羽根が接触する個所に潤滑油を供給することによりシ
ール性を高めている。ここで、両スクロール部材のラジ
アル方向のシール箇所は、図２に示すように、２つの羽
根の接触個所として理論上は複数個存在するが、実際
は、スクロール部材が剛体であること、スクロールの加
工誤差があること等から、接触しているのは１点のみで
あり、その他の点では厳密に言えば接触していない。し
たがって、潤滑油量が少なくなった場合、あるいは無潤
滑状態で運転したい場合、接触していない箇所から圧縮
された流体の漏れが増えて、圧縮機の性能の悪化を招く
という問題が生じる。

【０００３】そこで、両スクロール部材の渦巻き形の羽
根の間から漏れる圧縮された流体の量を減らすために
は、一般的には可動スクロール部材を固定スクロール部
材に向ってより強く押し付けることになるが、それによ
って両スクロール部材間の摺動摩擦が増大して、動力の
損失や羽根面の摩耗が増加する結果となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、スクロール
式流体機械の従来技術における前述の問題を解決するた
めに、必要にして十分なシール性が得られる反面、動力
の損失や羽根の摩耗が少なくなる新規なシール手段を備
えたスクロール式流体機械を提供することを発明の目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の目的を
達成するための手段として、渦巻き形の羽根を有しハウ
ジングの一部として固定される固定スクロール部材と、
前記固定スクロール部材の前記渦巻き形の羽根に対して
噛み合う渦巻き形の羽根を有し公転のみをするように駆
動される可動スクロール部材と、前記可動スクロール部
材の自転を阻止し公転のみを許す自転防止機構とを備え
たスクロール式流体機械において、前記固定スクロール
部材および前記可動スクロール部材のすくなくとも一方
の前記渦巻き形の羽根の中心部寄りの部分を別体として
独立させて内周羽根を設けるとともに、前記内周羽根を
それ以外の前記渦巻き形の羽根の部分に対して変位する
ことができるようにしたことを特徴とするスクロール式
流体機械を提供する。

【０００６】

【作用】自転防止機構が加える制約を受けた状態で可動
スクロール部材が固定スクロール部材に対して公転のみ
をすることによって、それらの渦巻き形の羽根の間に形
成された三日月状の作動空間が半径方向に移動するこ
と、そして、三日月状の作動空間が半径方向内方に移動
するときはスクロール式流体機械が圧縮機として作用す
ること、また、三日月状の作動空間が半径方向外方に移
動するときはスクロール式流体機械が膨張機として作用
することは、いずれも先に述べた従来技術等と同様であ
る。

【０００７】本発明においては、これらの作用をもたら
す構成に加えて、固定スクロール部材および可動スクロ
ール部材の少なくとも一方の、渦巻き形の羽根の中心部
寄りの部分を別体とすることによって、渦巻き形の羽根
の外周寄りの部分から独立した内周羽根を設けるととも
に、内周羽根をそれ以外の渦巻き形の羽根の部分に対し
て変位することができるように構成したので、たとえ
ば、内周羽根を弾性手段によって相手方の渦巻き形の羽
根に向かって付勢すると、内周羽根はそれ以外の渦巻き
形の羽根の部分に対して微小な距離だけ移動して相手方
の渦巻き形の羽根に押し付けられ、中心部付近の接触箇
所のシール性が重点的に向上する。

【０００８】スクロール式流体機械が圧縮機あるいは膨
張機のいずれであっても、２つのスクロール部材の中心
部付近にできる作動空間内の流体の圧力は、外周部にで
きる三日月状の作動空間内の流体の圧力よりも高くなる
ので、シール箇所に同じ程度の大きさの隙間があれば漏
れる流体の量は中心部付近の方が多くなるが、本発明を
実施することによって、渦巻き形の羽根の中心部付近の
シール性のみを重点的に高くすることが可能になる結
果、可動スクロール部材全体を固定スクロール部材に向
かって強く押し付けなくても、効果的に流体の漏れを低
減させることができる。言うまでもなく、本発明を実施
するに当たって、独立に変位し得る内周羽根を弾性手段
以外の手段によって付勢することも可能である。

【０００９】

【実施例】図２に、本発明のスクロール式流体機械の実
施例としてのスクロール圧縮機１を示す。図２に示され
たスクロール圧縮機１は、主として、ハウジング本体２
に固定されてハウジングの一部となる固定スクロール部
材３と、電動機４のような原動機（油圧モータや内燃機
関等でもよい）からの駆動軸５の軸端に取り付けられて
回転するバランスウエイトを備えた偏心輪６と、偏心輪
６によって駆動される可動スクロール部材７と、詳細に
は図示していないが、駆動の際に可動スクロール部材７
の公転のみを許し自転を防止する自転防止機構８とから
成っている。

【００１０】固定スクロール部材３および可動スクロー
ル部材７は、実質的に同じ形をした渦巻き形の羽根３ａ
および７ａ、それらの羽根を取り付けている円板形の側
板３ｂ，７ｂを備えているとともに、それぞれの羽根の
先端面に渦巻き形の長手方向に沿って溝３ｃ，７ｃが形
成されている。なお、図示実施例の場合、固定スクロー
ル部材３の側板３ｂは、フロントハウジング２ａの側壁
部分を兼ねている。可動スクロール部材７の溝７ｃ内に
は、これと同様な渦巻き形のチップシール１８が挿入さ
れている。チップシール１８は、フッ素樹脂などの樹脂
摺動材よりなる。

【００１１】図１、図３および図４に示すように、可動
スクロール部材７の渦巻き形の羽根７ａの中心部には、
別体の羽根であるテフロン等の樹脂摺動材よりなる内周
羽根２２が設けられるとともに、渦巻きの長手方向に沿
って溝２２ｂが形成され、溝２２ｂ内にこれと同様な渦
巻き形のチップシール１８’が挿入されている。可動ス
クロール部材７の側板７ｂの内周羽根２２に対応する部
分では、それに対して垂直に、且つ羽根に沿って複数個
のピン２０が植設されており、ピン２０はその外周に略
円管形状のゴム等からなる弾性部材２１を被せて、内周
羽根２２の穴２２ａ内に挿入されている。図４に明示さ
れているように、内周羽根２２の形状は、側板７ｂと一
体化されている羽根７ａよりもやや大きくなっている。
しかし、大きさの増加量ｅ₁ ，ｅ₂ は、弾性部材２１の
最大変形量２ｄよりも小さく設定してある。渦巻き形の
羽根７ａと内周羽根２２とのつなぎ目には、それぞれ溝
７ｇ，２２ｇが設けられるとともに、一枚のゴム板等の
弾性部材２３が、それらの溝をつなぎ合わせるように挿
入されている。

【００１２】可動スクロール部材７は、側板７ｂの背後
の中心において、軸方向に突出する短い被駆動軸７ｄを
一体に備えており、この被駆動軸７ｄは、偏心輪６の内
部において駆動軸５に対して偏心した位置において軸方
向に開口している円形の偏心開口６ａの中に、例えばニ
ードル軸受９等を介して相対回転可能に挿入されてい
る。もっとも、この部分の構造は、駆動軸５の軸端にク
ランク軸部を形成し、これを可動スクロール部材７の側
板７ｂの背後の中心に軸方向に突出して形成される被駆
動スリーブの開口内に、ニードル軸受等を介して回転可
能に挿入するというような均等の構造によって置き替え
てもよい。

【００１３】詳細に図示していないが、可動スクロール
部材７と同様に、固定スクロール部材３の渦巻き形の羽
根３ａの先端にも溝３ｃが形成され、溝３ｃ内にはこれ
と同様な渦巻き形のチップシール１９が挿入されてい
る。チップシール１９もフッ素樹脂などの樹脂摺動材よ
りなっている。そして、渦巻き形の羽根３ａの内周部
（中心部）には、可動スクロール部材７側と同様な形状
の内周羽根２４が、同様な弾性支持構造として設けられ
ている。（図５参照）

【００１４】図２に示した実施例のスクロール圧縮機１
は前述のような構造を有しているため、電動機４の回転
によって駆動軸５と偏心輪６が回転駆動されると、駆動
軸５に対して偏心している可動スクロール部材７の被駆
動軸７ｄはニードル軸受９を介して回転されようとする
が、可動スクロール部材７は自転防止機構８によって自
転を阻止されているので、駆動軸５の回りに公転だけを
することになる。それによって、駆動軸５の回転方向が
スクロール圧縮機１に適合するように選択されている限
り、固定スクロール部材３の渦巻き形の羽根３ａと可動
スクロール部材７の渦巻き形の羽根７ａとの間に形成さ
れている三日月状の空間は、両スクロール部材３，７の
外周部分から次第に中心の内周部分に向かって移動する
ことになる。

【００１５】三日月状の空間が両スクロール部材３，７
の外周部において吸入室１５内に開放していたときに、
吸入室１５から三日月状の空間に取り込まれた空気のよ
うな低圧の圧縮すべき流体は、両スクロール部材３，７
の部分的接触によって三日月状の空間の周囲が閉じて、
両スクロール部材３，７の外周部分から次第に中心に向
かって移動する際に、空間の容積が連続的に縮小するこ
とにより圧縮されるので、両スクロール部材３，７の内
周の中心部から圧縮された流体が吐出弁１７を押し開い
て、吐出口１６を通って外部へ送り出される。

【００１６】前述の作動において、両スクロール部材
３，９の接触部分等が潤滑されていない場合には、潤滑
油によるシール効果は期待できないので、三日月状の空
間の周囲の両スクロール部材３，７の接触部に隙間が存
在すると、圧縮された流体が外周部に向って漏れ出るた
め、大幅な性能の低下が予想される。ここで、従来、両
スクロール部材３，７の渦巻き形の羽根３ａ，７ａにお
いて、少くともラジアル方向の接触によってシールされ
るべき箇所は複数個所あるが、渦巻き形の羽根３ａ，７
ａは剛体であるため、スクロール部材を機械加工する際
の誤差により、それらの１個所が接触すると他の複数の
個所には小さいながらも隙間が存在することになる。特
に中心部に近い渦巻き羽根の内周部分で隙間が発生する
と、中心部では流体の圧力が高くなっているために、外
周部において同程度の隙間が生じた場合に比べて漏れ量
も多くなり、極端な性能の低下を招くことになる。

【００１７】そこで本発明は、スクロール部材の中心部
で発生する漏れを重点的に低減することによって、効果
的にスクロール式流体機械の性能を向上させることを意
図するものであり、前述のように図示実施例において
は、両スクロール部材の渦巻き形の羽根３ａ，７ａの中
心部に、僅かに移動可能な別体の大きめの内周羽根２
２，２４を設け、これを弾性体２１によって付勢して相
手側羽根の内周面に接触させるようになっている。以
下、その作用をさらに詳細に説明する。

【００１８】図５（１）に示す状態において、可動スク
ロール部材７および固定スクロール部材３の渦巻き形の
羽根７ａおよび３ａにより形成される外周部の三日月状
の空間Ａ₁ ，Ｂ₁ 内に閉じ込められた流体は、可動スク
ロール部材７の公転運動により図５（２），（３），
（４）の状態を経る間に、空間Ａ₁ はＡ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄
のように、また空間Ｂ₁ はＢ₂ ，Ｂ₃ ，Ｂ₄ となるの
で、再び図５（１）の状態に戻るときには、流体は中心
側の三日月状の空間Ａ₅ ，Ｂ₅ 内へ移動し、その間の体
積の減少に応じて圧縮されることになる。

【００１９】公転運動が進む間に、中心部の空間Ａ₅ ，
Ｂ₅ を形成する渦巻き形の羽根３ａ，７ａの内周面と、
それと相対する内周羽根２２，２４が図５（１），
（２）に点ａ，ｂとして示すように順次接触する。これ
は、内周羽根２２，２４の形状が羽根３ａ，７ａの形状
よりも大きく設定されており、かつ略円管形状の弾性体
２１の変形により押し付け力を発生するためである。こ
の押し付け力により、羽根３ａ，７ａと内周羽根２２，
２４との接触部ａ，ｂにおけるシール性が高められ、そ
の部分からの漏れが阻止される。

【００２０】さらに可動スクロール部材７の公転運動が
図５（２）から（３）のように進むと、内周羽根２２，
２４は、渦巻き形の羽根３ａ，７ａの内周面を摺動し、
中心部の空間Ａ₅ ，Ｂ₅ の容積をＡ₆ ，Ｂ₆ ，Ａ₇ ，Ｂ
₇ のように減少させるので、内部の流体は圧縮されて吐
出されることになる。この間に、内周羽根２２，２４の
微小な移動により、摺動面からの漏れが防止できること
は言うまでもない。

【００２１】このように公転運動が進むと、図５（３）
に示すように内周羽根２２，２４同士が点ｃで接触する
ようになり、流体の圧縮・吐出が継続され、図５（４）
に示すように吐出が完了するまで内周羽根２２，２４同
士の点ｄにおける接触が継続し、その後、次の流体を取
り込むために離れることとなる。

【００２２】このように、図示実施例においては、渦巻
き形の羽根３ａ，７ａと内周羽根２２，２４との接触
を、流体の吸入から吐出完了までの１回転の間の約３／
４程度とし、この間の漏れを防止している。この場合、
内周羽根を渦巻きの長手方向に伸ばすことにより、最大
１回転までの接触、すなわち漏れ防止が可能となる。

【００２３】また、図示実施例においては、渦巻き形の
羽根３ａ，７ａと内周羽根２２，２４とのつなぎ目の箇
所に板状の弾性体２３を設けているので、略円管形状の
弾性体２１の変形による内周羽根２２，２３の変位が生
じたときに、つなぎ目の箇所から流体の漏れが生じるの
を確実に防止することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、スクロール型流体機械
において最も圧力の高くなる部分、すなわち、流体の漏
れの最も多くなる中心部に近い内周側の作動室から外周
側への漏れを重点的に防止することにより、両スクロー
ル部材間の摩擦を比較的小さく抑えながら、漏れた流体
の再圧縮による消費動力の増大を効果的に防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部を示す斜視図である。

【図２】スクロール圧縮機の全体構造を例示する縦断正
面図である。

【図３】実施例の要部の一部を拡大して示す断面図であ
る。

【図４】図３に示す要部の側断面図である。

【図５】（１）〜（４）は実施例のスクロール圧縮機の
異なる作動状態を順次に示す側断面図である。

【符号の説明】

１…スクロール圧縮機 ３…固定スクロール部材 ３ａ…渦巻き形の羽根 ３ｂ…側板 ５…駆動軸 ６…偏心輪 ７…可動スクロール部材 ７ａ…渦巻き形の羽根 ７ｂ…側板 ７ｃ…溝 ７ｄ…被駆動軸 ７ｇ…溝 ８…自転防止機構 ９…ニードル軸受 １８’…チップシール ２０…ピン ２１…弾性体 ２２…内周羽根 ２２ａ…穴 ２２ｇ…溝 ２３…弾性体 ｅ₁ ，ｅ₂ …大きさの増加量

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 渦巻き形の羽根を有しハウジングの一部
   として固定される固定スクロール部材と、前記固定スク
   ロール部材の前記渦巻き形の羽根に対して噛み合う渦巻
   き形の羽根を有し公転のみをするように駆動される可動
   スクロール部材と、前記可動スクロール部材の自転を阻
   止し公転のみを許す自転防止機構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部材および前
   記可動スクロール部材のすくなくとも一方の前記渦巻き
   形の羽根の中心部寄りの部分を別体として独立させて内
   周羽根を設けるとともに、前記内周羽根をそれ以外の前
   記渦巻き形の羽根の部分に対して変位することができる
   ようにしたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 【請求項２】 前記内周羽根が、弾性手段によって付勢
   されて相手方の前記渦巻き形の羽根に押し付けられるよ
   うに構成されている請求項１記載のスクロール式流体機
   械。