JPH08177760A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 一対のスクロールの中心部分における高圧圧
縮部分の漏れ量が抑えられる高効率で、且つ一対のラッ
プ２３、３３の根元における応力集中を緩和して安全率
の高いスクロール型圧縮機の提供。 【構成】 一対のラップ２３、３３の中心側端部の根元
には、略円弧状の円弧部２５、３５が設けられている。
この円弧部２５、３５は、ラップ２３、３３方向の長さ
ａが、底壁２２、３２方向の長さｂよりも長い略楕円軌
跡を描く。つまり円弧部２５、３５は、底壁２２、３２
の接続部分からラップ２３、３３の接続部分に向けて曲
率が順次大きくなる。長さｂが短いため、円弧部２５、
３５の干渉を防ぐための逃がし量が抑えられ、圧縮漏れ
が抑えられて高効率に保たれる。また、ラップ２３、３
３接続側の曲率が大きいことで、円弧部２５、３５にお
ける応力集中箇所の曲率が大きくなり、円弧部２５、３
５による応力の緩和効果が高く、安全率が高い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一対のスクロールを相
対的に公転円運動させて、空間を中心に向けて移動させ
るとともに空間の容積を減少させるスクロール型圧縮機
に関するもので、特に冷凍サイクルの冷媒圧縮機に用い
て好適な技術である。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型圧縮機は、上述したよう
に、空間を中心に向けて移動させるとともに空間の容積
を減少させるため、ラップの中心側における空間の圧力
が大変高くなる。このように、ラップの中心側の空間の
圧力が大変高くなると、ラップが高圧力を受け、ラップ
に応力がかかる。ラップに加えられた応力は、ラップの
根元に集中的にかかることになるため、ラップの中心側
が根元部分で破損する可能性がある。

【０００３】この不具合を解消するべくなされた技術と
して、実公平４−３０３２１号公報に開示される技術が
知られている。この技術は、図８の要部断面図に示すよ
うに、ラップ１０１の根元に断面が単純円弧の円弧部１
０２を設け、ラップ１０１の根元の応力集中を緩和する
ものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ラップ１０１の根元に
単純円弧の円弧部１０２を設けると、相手のラップ１０
３との干渉を防ぐために、図９の要部断面図に示すよう
に、ラップ１０１の側面と相手のラップ１０３の側面と
に逃がし量Ｄを確保する必要がある。ここで、ラップ１
０１の中心部分は、圧縮の最終行程であるため、逃がし
量Ｄを大きくすると、圧縮された圧力が漏れ、性能が悪
化する。このため、所定の性能を維持するように、円弧
部１０２の半径Ｒが小さく設けられている。

【０００５】円弧部１０２の半径Ｒが小さいと、図１０
の応力分布図に示すように、円弧部１０２に応力が強く
集中する。このため、スクロール型圧縮機が高負荷運転
されると、安全率の余裕度が減少し、ラップ１０１が破
損する可能性が増大する。逆に、円弧部１０２の半径Ｒ
が図１１に示すように大きいと、円弧部１０２の応力集
中は緩和されるものの、図９に示すように、相手のラッ
プ１０３との干渉を防ぐための逃がし量Ｄ1 が大きくな
って性能が悪化し、高効率であるスクロール型圧縮機を
採用するメリットがなくなってしまう。

【０００６】つまり、従来のスクロール型圧縮機は、ス
クロール型圧縮機のメリットである高効率を得ようとす
ると、高負荷時の安全率が減少し、逆に高負荷時の安全
率を確保しようとすると、効率が低下する不具合を有し
ていた。

【０００７】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、高効率で安全率の高いスクロール
型圧縮機の提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のスクロール型圧
縮機は、次の技術的手段を採用した。 〔請求項１の手段〕スクロール型圧縮機は、平面的に設
けられた底壁、この底壁から一体に直立した渦巻状のラ
ップを備える一対のスクロールを噛み合わせ、この一対
のスクロールを相対的に公転円運動させることにより、
噛み合いによって形成される空間を中心に向けて移動さ
せて空間の容積を減少させる。そして、前記ラップの中
心側端部は、前記底壁の表面と前記ラップの根元側の側
面との隅部を塞ぐ略円弧状の円弧部を備えるとともに、
この円弧部は、前記ラップの直立方向の長さが、前記底
壁の表面方向の長さよりも長く設けられたことを特徴と
する。

【０００９】〔請求項２の手段〕請求項１のスクロール
型圧縮機において、前記円弧部は、前記底壁と接続する
近傍の曲率より、前記ラップと接続側の曲率が大きいこ
とを特徴とする。

【００１０】〔請求項３の手段〕請求項２のスクロール
型圧縮機において、前記円弧部の断面形状は、楕円軌跡
を描くことを特徴とする。

【００１１】〔請求項４の手段〕請求項１ないし請求項
３のいずれかに記載のスクロール型圧縮機において、前
記円弧部の端部は、前記底壁の表面との間に僅かな段差
を備えることを特徴とする。

【００１２】

【発明の作用】一対のスクロールを相対的に公転円運動
させると、底壁およびラップで囲まれる空間が中心に向
けて移動するとともに、空間の容積が減少する。この結
果、中心側の空間の圧力が大変高くなり、中心側のラッ
プに応力がかかる。ラップに加えられた応力は、ラップ
の根元に集中的にかかることになる。ここで、ラップの
中心側の根元には、断面略円弧状の円弧部が設けられ、
この円弧部によって底壁の表面とラップの根元側の側面
との隅部が塞がれている。

【００１３】このラップの根元に設けられた円弧部は、
ラップの直立方向の長さが、底壁の表面方向の長さより
も長く設けられている。つまり、円弧部は、底壁の表面
方向の長さが短い。このため、相手のラップとの干渉を
防ぐための逃がし量（距離）が短くできる。このよう
に、逃がし量が小さくできるため、圧縮された圧力が漏
れる量が小さくなり、圧縮効率を高く維持することがで
きる。

【００１４】また、円弧部は、ラップの直立方向の長さ
が、底壁の表面方向の長さよりも長く設けられているこ
とにより、円弧部はラップ側ほど円弧が緩やかになると
ともに、円弧部の断面積が増大する。このように、応力
集中を分散する円弧部の円弧が緩やかになるとともに、
断面積が増大することにより、円弧部にかかる応力が大
きく分散される。この結果、安全率の余裕度が増大し、
ラップが破損する可能性を小さくできる。

【００１５】

【発明の効果】本発明のスクロール型圧縮機は、上記の
作動で示したように、圧縮漏れを抑えて圧縮効率を高く
維持するスクロール型圧縮機のメリットを保ったまま、
円弧部にかかる応力を大きく分散して、安全率の余裕度
を大きく確保することができる。

【００１６】なお、請求項４を採用することにより、リ
ーマによって円弧部を形成する場合、円弧部の応力緩和
効果を損なうことなく、円弧部の加工が容易になる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明のスクロール型圧縮機を、図に
示す実施例に基づき説明する。 〔第１実施例の構成〕図１ないし図６は本発明を採用し
た第１実施例を示すもので、図２はスクロール型圧縮機
の断面図である。スクロール型圧縮機１は、例えば自動
車用冷凍サイクルの冷媒圧縮機に使用されるもので、エ
ンジン（図示しない）の回転動力によって駆動される。
そして、スクロール型圧縮機１は駆動されると、ガス冷
媒を吸入して圧縮し、その後圧縮したガス冷媒を吐出す
るものである。

【００１８】このスクロール型圧縮機１は、電磁クラッ
チ（図示しない）を介してエンジンに回転駆動される回
転軸２、ハウジング３を介して車両に固定される固定ス
クロール４、この固定スクロール４に噛み合わされた状
態で固定スクロール４に対して公転円運動を行う可動ス
クロール５、この可動スクロール５が自転するのを阻止
する自転阻止機構６等から構成される。

【００１９】回転軸２は、鉄等の金属材料製で、ベアリ
ング１１を介してフロントハウジング１５（後述する）
に回転自在に支持されている。この回転軸２とフロント
ハウジング１５との間には、シール材１２が装着され、
内部が気密に保たれている。ベアリング１１によって回
転支持される径大部１３の後面には、回転軸２の回転中
心に対して偏心して回転する偏心シャフト１４が設けら
れている。

【００２０】ハウジング３は、アルミニウムなどの金属
製で、固定スクロール４の前後に固着されるフロントハ
ウジング１５とリヤハウジング１６とからなり、図示し
ないボルト等の締結具を用いて互いに締結される。な
お、フロントハウジング１５には、冷媒蒸発器（図示し
ない）から低温、低圧のガス冷媒を内部に吸入するため
の吸入ポート（図示しない）が設けられ、リヤハウジン
グ１６には、内部で圧縮された高温、高圧のガス冷媒を
冷媒凝縮器（図示しない）へ吐出するための吐出ポート
（図示しない）が設けられている。

【００２１】固定スクロール４は、アルミニウム等の金
属材料製によって一体に設けられたもので、外筒部２
１、固定底壁２２、固定ラップ２３から構成される。外
筒部２１は、フロントハウジング１５とリヤハウジング
１６とに挟まれ、内部を気密に保つ円筒状のものであ
る。固定底壁２２は、前面が平面に設けられ、後述する
可動ラップ３３の先端に設けられたシール部２４が摺接
する。固定ラップ２３は、固定底壁２２から一体に直立
した渦巻体で、この固定ラップ２３の中心側端部の根元
には、根元の応力集中を緩和するための円弧部２５が設
けられている（図１、図４参照）。この円弧部２５の詳
細は、後述する。

【００２２】固定スクロール４とリヤハウジング１６と
の間には、低圧室（図示しない）と高圧室２６とが形成
されている。低圧室は、固定ラップ２３の外周側と外筒
部２１との間の吸入口（図示しない）と、吸入ポートと
が連通した内部空間である。また、高圧室２６は、固定
底壁２２の中心に設けられた吐出口２７と、吐出ポート
とが連通した内部空間である。なお、高圧室２６には、
吐出口２７から吐出された高圧のガス冷媒の逆流を防ぐ
弁体２８が設けられ、この弁体２８はボルト等の固着具
２９によって固定底壁２２の後面に固定されている。

【００２３】可動スクロール５は、固定スクロール４と
対をなし、固定スクロール４に対して公転円運動を行う
もので、前方ボス３１、可動底壁３２、可動ラップ３３
から構成され、アルミニウム等の金属材料製によって一
体に設けられている。前方ボス３１は、可動底壁３２か
ら前方へ突出する筒状の膨出部で、内側に装着された軸
受３４を介して、後述するブッシュ４１の偏心回転を受
けるように設けられている。可動底壁３２は、後面が平
面に設けられ、上述の固定ラップ２３の先端に設けられ
たシール部３６が摺接する。

【００２４】可動ラップ３３は、可動底壁３２から一体
に直立した渦巻体で、固定ラップ２３に対して略１８０
°ずらした状態で固定ラップ２３に噛み合わされる。そ
して、可動スクロール５が公転円運動を行うことで、固
定スクロール４と可動スクロール５とで囲まれる空間
が、中心側へ移動するとともに、空間の容積が減少す
る。なお、この可動ラップ３３の中心側端部の根元に
も、根元の応力集中を緩和するための円弧部３５が設け
られている（図１、図４参照）。

【００２５】自転阻止機構６は、可動スクロール５が自
転するのを阻止し、偏心シャフト１４の偏心回転運動
を、公転円運動として可動スクロール５に与えるもので
ある。この自転阻止機構６は、ブッシュ４１、リテーナ
４２、回転規制ピン４３等からなる。

【００２６】ブッシュ４１は、偏心シャフト１４に装着
された鉄などの金属製の筒体で、偏心シャフト１４の偏
心回転を軸受を介して可動スクロール５に伝えるもので
ある。このブッシュ４１には、バランスウェート４４が
設けられており、ブッシュ４１の偏心回転による重心が
変化しないように設けられている。

【００２７】リテーナ４２は、フロントハウジング１５
と可動スクロール５との間に挟まれた移動可能なリング
体で、鉄等の金属体よりなる。このリテーナ４２には、
前後に延びる複数の貫通穴が設けられており、この貫通
穴内に回転規制ピン４３が挿通される。なお、フロント
ハウジング１５には、リテーナ４２と接する面に鉄等の
金属プレート４５が固定されており、フロントハウジン
グ１５とリテーナ４２との磨耗を防止している。

【００２８】回転規制ピン４３は、円柱形状を呈した鉄
等の金属ピンで、フロントハウジング１５の後面に形成
された円形底部を有するフロントガイド穴４６、および
可動スクロール５の前面に形成された円形底部を有する
リヤガイド穴４７に規制される。この結果、回転規制ピ
ン４３の移動がフロントガイド穴４６に規制され、さら
にフロントガイド穴４６に規制された回転規制ピン４３
の移動軌跡とリヤガイド穴４７とによって、可動スクロ
ール５の移動が所定の公転円運動に規制される。

【００２９】次に、図１、図３ないし図６を用いて固定
ラップ２３および可動ラップ３３の中心側端部の根元に
形成された円弧部２５、３５について説明する。固定ラ
ップ２３および可動ラップ３３の中心側端部は、圧縮行
程の最終箇所であり、強く圧縮されたガス冷媒によって
高い圧力を受ける。つまり、固定ラップ２３および可動
ラップ３３の中心側端部は、最も高い応力を受ける。固
定ラップ２３および可動ラップ３３の中心側端部が高い
応力を受けると、固定ラップ２３の根元、および可動ラ
ップ３３の根元に応力が集中する。この固定ラップ２３
の根元、および可動ラップ３３の根元の応力集中を緩和
する目的で、固定ラップ２３および可動ラップ３３の中
心側端部の根元には、円弧部２５、３５が設けられてい
る。

【００３０】円弧部２５、３５は、ともに同じもので、
本実施例では円弧部２５について説明する。円弧部２５
は、固定底壁２２の表面と、固定ラップ２３の根元側の
側面（直立方向の面）との隅部を塞ぐべく、表面が略円
弧状の曲面に設けられており、円弧部２５の端部は、固
定底壁２２の表面、固定ラップ２３の根元側の側面と、
それぞれ滑らかに接続されている。

【００３１】この円弧部２５は、図１に示すように、固
定ラップ２３の直立方向の長さａが、固定底壁２２の表
面方向の長さｂよりも長く設けられた略楕円軌跡を描
く。つまり、円弧部２５の描く曲率が、固定底壁２２か
ら離れる方向に向けて大きくなる。また円弧部２５は、
図１の破線に示すように、長さｂを半径とする単純円弧
による円弧部２５ｚよりも、円弧部２５の断面積が大き
く、且つ厚みも大きい。

【００３２】円弧部２５の製造方法について説明する。
円弧部２５は、固定ラップ２３の中心側端部を切削する
ことで形成される。この切削を行うリーマ５１は、図３
に示されるもので、底部５２と側面５３とが直角に設け
られるとともに、リーマの底部５２と側面５３とのコー
ナー部５４が、円弧部２５の形状と一致する略楕円の軌
跡の円弧に設けられている。なお、固定ラップ２３の中
心側端部は、図４および図５に示すように、リーマ５１
によって切削加工が施された後に、相手のラップ（可動
ラップ３３）までの距離が逃がし量Ｄとなるように、切
削分だけ厚く設けられている。

【００３３】次に、円弧部２５が設けられた固定ラップ
２３の端部と、可動ラップ３３との間の逃がし量Ｄにつ
いて説明する。固定ラップ２３の根元に円弧部２５を設
けると、可動ラップ３３との干渉を防ぐために、図５に
示すように、固定ラップ２３の側面と可動ラップ３３の
側面とに逃がし量Ｄを確保する必要がある。ここで、図
１に示したように、円弧部２５の固定底壁２２の表面方
向の長さｂが短く設けられている。このため、円弧部２
５の平均曲率が大きいわりには、固定ラップ２３の側面
と可動ラップ３３の側面とに逃がし量Ｄが小さく抑えら
れる。なお、後述するように、逃がし量Ｄが小さく抑え
られることで、高圧に圧縮されたガス冷媒が、逃がし量
Ｄから漏れる量が抑えられる。

【００３４】次に、円弧部２５に発生する応力について
説明する。ここで従来技術の図１０の応力分布を参照す
る。この従来技術のラップ１０１に設けられる円弧部１
０２は、長さｂを半径とする曲率の小さな単純円弧で、
底壁から離れた側に、応力が比較的強く集中する。これ
に対して、本実施例の応力分布を図６に示す。本実施例
の円弧部２５は、固定ラップ２３の直立方向の長さａ
が、固定底壁２２の表面方向の長さｂよりも長く設けら
れているため、応力が集中する部分（底壁から離れた部
分）の曲率が大きく、応力は拡散されて応力は強く集中
しない。

【００３５】なお、可動ラップ３３の中心側端部の根元
に設けられる円弧部３５は、上述した固定ラップ２３の
円弧部２５と同じものであるため、説明は省略する。

【００３６】〔実施例の作動〕次に、上記実施例におけ
るスクロール型圧縮機１の作動を説明する。エンジンの
回転動力が電磁クラッチを介して回転軸２に伝えられる
と、回転軸２の回転に伴って偏心シャフト１４が偏心回
転を行う。この偏心シャフト１４の偏心回転は、自転阻
止機構６によって自転が阻止され、公転円運動として可
動スクロール５に伝えられる。この結果、可動スクロー
ル５が固定スクロール４に対して公転円運動を行い、可
動スクロール５と固定スクロール４とによって囲まれて
形成された空間が、容積を減少しながら中心へ向けて移
動する。

【００３７】可動スクロール５と固定スクロール４とに
よって囲まれる外周の空間には、冷媒蒸発器を通過した
低圧のガス冷媒が吸引される。その後、空間が中心へ向
けて移動し、空間の容積が減少するに従い、ガス冷媒が
圧縮される。そして、空間が中心に移動すると、空間の
容積が最小となり、ガス冷媒の圧力が大変高くなる。中
心で高圧に圧縮されたガス冷媒は、中央の吐出口２７か
ら吐出され、冷媒凝縮器へ向かう。

【００３８】固定ラップ２３および可動ラップ３３の中
心側端部は、高圧に圧縮されたガス冷媒によって大きな
圧力を受け、固定ラップ２３および可動ラップ３３に応
力が発生する。固定ラップ２３および可動ラップ３３に
発生した応力は、根元に集中的にかかる傾向があるが、
底壁から離れた部分の曲率の大きい円弧部２５、３５に
よって、応力が拡散される。つまり、固定ラップ２３お
よび可動ラップ３３の中心側端部の根元には、応力が強
く集中しない。

【００３９】一方、固定ラップ２３および可動ラップ３
３の円弧部２５、３５は、固定底壁２２および可動底壁
３２の表面方向の長さｂが短く設けられているため、相
手のラップまでの逃がし量Ｄが小さく抑えられる（図４
参照）。このため、中心で高圧に圧縮されたガス冷媒
が、逃がし量Ｄから漏れる量が抑えられる。

【００４０】〔実施例の効果〕本実施例のスクロール型
圧縮機１は、上記の作用で示したように、逃がし量Ｄが
小さく抑えられるため、中心の高圧ガス冷媒が逃がし量
Ｄから漏れる量が抑えられ、ガス冷媒の圧縮効率が高く
維持される。つまり、ガス冷媒の圧縮効率を高く維持す
るスクロール型圧縮機１のメリットを保つことができ
る。また、円弧部２５、３５によって、固定ラップ２３
および可動ラップ３３の中心側端部の根元には応力が強
く集中しないため、安全率の余裕度を大きく確保するこ
とができる。つまり、スクロール型圧縮機１が高負荷運
転されても固定ラップ２３および可動ラップ３３が破損
する可能性が小さく抑えられる。

【００４１】〔第２実施例〕図７は第２実施例を示すも
ので、円弧部２５の断面図である。上記の第１実施例で
は、円弧部２５と固定底壁２２、円弧部３５と可動底壁
３２とを滑らかに接続した例を示したが、実際にリーマ
５１で切削加工を行う場合、円弧部２５の端部と固定底
壁２２、円弧部３５の端部と可動底壁３２を、それぞれ
滑らかに接続するのは困難である。

【００４２】そこで、本実施例では、円弧部２５の端部
と固定底壁２２、円弧部３５の端部と可動底壁３２に、
それぞれ僅かな段差ｔを設け、加工を容易にしたもので
ある。この段差ｔは、０．２ｍｍ程度以内であれば、応
力分布への影響は小さく、効果は変わらない。

【００４３】〔変形例〕上記の実施例では、スクロール
型圧縮機をエンジンの回転動力によって駆動する例を示
したが、油圧モータによって駆動させたり、電動モータ
によって駆動するように設けても良い。スクロール型圧
縮機を、自動車用冷凍サイクルの冷媒圧縮機に用いた例
を示したが、建物の室内を空気調和する冷凍サイクルの
冷媒圧縮機に用いても良い。

【００４４】また、円弧部の形状を略楕円の軌跡を描く
ように設けた例を示したが、底壁側に半径の小さい円
弧、底壁から離れた側に半径の大きい円弧となる複合円
弧を描く円弧部としても良い。さらに、上記の実施例で
は、スクロール型圧縮機を冷凍サイクルの冷媒圧縮機に
用いた例を示したが、ガスを圧縮して吐出する他の圧縮
機としても利用可能なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】円弧部を示すスクロール型圧縮機の要部断面図
である（第１実施例）。

【図２】スクロール型圧縮機の断面図である（第１実施
例）。

【図３】円弧部を形成するリーマの要部側面図である
（第１実施例）。

【図４】逃がし量を示すスクロール型圧縮機の要部断面
図である（第１実施例）。

【図５】逃がし量を示す図４のＩ−Ｉ線に沿うスクロー
ル型圧縮機の断面図である（第１実施例）。

【図６】応力分布を示すスクロール型圧縮機の要部断面
図である（第１実施例）。

【図７】円弧部を示すスクロール型圧縮機の要部断面図
である（第２実施例）。

【図８】単純円弧の曲率が小さい円弧部を示すスクロー
ル型圧縮機の要部断面図である（従来技術）。

【図９】逃がし量を示すスクロール型圧縮機の要部断面
図である（従来技術）。

【図１０】応力分布を示すスクロール型圧縮機の要部断
面図である（従来技術）。

【図１１】単純円弧の曲率が大きい円弧部を示すスクロ
ール型圧縮機の要部断面図である（従来技術）。

【符号の説明】

１ スクロール型圧縮機 ４ 固定スクロール ５ 可動スクロール ２２ 固定底壁 ２３ 固定ラップ ２５ 円弧部 ３２ 可動底壁 ３３ 可動ラップ ３５ 円弧部 ａ ラップの直立方向の長さ ｂ 底壁の表面方向の長さ ｔ 段差

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面的に設けられた底壁、この底壁から一
   体に直立した渦巻状のラップを備える一対のスクロール
   を噛み合わせ、この一対のスクロールを相対的に公転円
   運動させることにより、噛み合いによって形成される空
   間を中心に向けて移動させて空間の容積を減少させるス
   クロール型圧縮機において、 前記ラップの中心側端部は、前記底壁の表面と前記ラッ
   プの根元側の側面との隅部を塞ぐ略円弧状の円弧部を備
   え、 この円弧部は、前記ラップの直立方向の長さが、前記底
   壁の表面方向の長さよりも長く設けられたことを特徴と
   するスクロール型圧縮機。
2. 【請求項２】請求項１のスクロール型圧縮機において、 前記円弧部は、前記底壁と接続する近傍の曲率より、前
   記ラップと接続側の曲率が大きいことを特徴とするスク
   ロール型圧縮機。
3. 【請求項３】請求項２のスクロール型圧縮機において、 前記円弧部の断面形状は、楕円軌跡を描くことを特徴と
   するスクロール型圧縮機。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
   のスクロール型圧縮機において、 前記円弧部の端部は、前記底壁の表面との間に僅かな段
   差を備えることを特徴とするスクロール型圧縮機。