JPH11257259A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】圧縮機が運転される状態で、両スクロールラッ
プの部分的熱膨張差を回避してラップ側面での接触を防
止するスクロール形流体機械を提供する。年間を通じて
異なる吸入温度差による熱膨張差を考慮して適正化する
こと。 【解決手段】年間を通じて発生し得る吸入温度差（熱膨
張差）を考慮して部分的にラップ厚さを薄肉化して、ラ
ップ側面の非接触化を図ることでオイルフリースクロー
ルとすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮作動室の容積
を減じながら気体を圧縮する旋回運動形容積式圧縮機で
あって、特に渦巻状に構成された旋回スクロール、およ
び固定スクロール部材によって三日月状の圧縮室が形成
され、該三日月状の圧縮室が旋回スクロールの旋回運動
によって容積を減じながら気体を圧縮するスクロール流
体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール圧縮機は従来から知られてい
るように、基本的な動作原理を説明すると、この圧縮機
は鏡板にインボリュート曲線などの連続した曲線で渦巻
き状に形成されたラップを直立して設けた旋回、固定両
スクロール部材を互いに噛み合わせて、一方のスクロー
ル部材を他方のスクロール部材に対して自転しないよう
に拘束しながら相対的に旋回運動させ、スクロール部材
の外周部から中央部に向かって気体を圧縮させるもので
ある。この種のスクロール圧縮機の一例として特開平８
−１２８３９５号公報にはオイルフリー式の空気圧縮機
の実施例が示されており、他方、特開平８−８６２９３
号公報に空調機用スクロール圧縮機の実施例が示されて
いる。この種のスクロール圧縮機における一般的なスク
ロールラップ形状は、旋回ならびに固定スクロール共巻
き始めから巻き終わりまでほぼ等しい厚さで渦巻き状に
構成されている。ただし、中央部のほんの僅かな巻き始
め部分では各種設計上の都合により先端が鋭角状に尖っ
たり、反対に円弧にして球根形状にすることがある。ま
た、巻き終わり部分も特に固定スクロールでは本体部の
壁面部とラップが連続させるように設計されることもあ
る。従って、公知のスクロールでは上記したようにほん
の僅かな巻き始め部と巻き終わり部分を除く他の部分で
は、そのスクロールラップの厚さは実際上等しくくなる
ように設計される。

【０００３】そして、三日月状の圧縮室は渦巻き角度に
して360度で一つの圧縮室を形成しているので中心部に
おけるスクロールラップ先端と対峙するスクロールの鏡
板との間のシール長さは短く、他方外周部におけるシー
ル長さは長くなっている。従って、シール長さからだけ
で漏れ量を比較すると中心部の方が漏れにくく、外周部
ほど漏れやすい特徴を備えている。

【０００４】また、上記の圧縮原理から一般的に、渦巻
きの中心部の圧力が高く、外周部が圧力の低い吸入圧力
になっている。この結果、中央部では圧力による変形が
大きくなりがちである。また一方では、圧縮効率を高く
維持するためにスクロールラップ側面にある複数のシー
ルポイントにおけるラップ間の隙間はそれぞれ非常に小
さく保たれているので、中央部では圧縮動作に伴って発
生する変形によって旋回スクロールや固定スクロールの
両スクロールのラップ側面部で互いに接触する可能性が
ある。

【０００５】特開昭６０−２５２１０２号公報に記載さ
れている公知技術によれば、上記技術の対応策等が示さ
れている。この公知技術は、旋回及び固定スクロールの
ラップの厚さを渦巻きのラップの巻き角度に応じて連続
的に変化できるようにしたことにあり、その実施例とし
てスクロールの中央部にあるスクロールラップの厚さを
厚くしたり、外周部のスクロールラップのみを厚く構成
して、それぞれ用途に応じて最適な性能を発揮できるス
クロール流体機械を提供するものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】先に示した公知技術
は、中央部にあるスクロールラップの厚さを厚くすれば
スクロール中央部では圧縮されたガス力によるスクロー
ルラップの変形が阻止され、外周部のスクロールラップ
の厚さを厚くすればシール性能が向上すると記載されて
いる。

【０００７】ところで、上記従来技術にあるスクロール
流体機械を、オイルフリー空気圧縮機として用いた場
合、スクロールラップ間の隙間を適正に管理した場合で
も、この隙間が小さくなり、極端な場合にはスクロール
ラップ同士が接触してしまうという問題があった。

【０００８】また、このスクロール流体機械を冷凍・空
調用冷媒圧縮機として用いた場合、上記同様スクロール
ラップ間の隙間を適正に管理しても、運転条件によって
は、スクロールラップ同士が接触してしまうという問題
があった。

【０００９】一方で、スクロールラップ間の隙間を、ラ
ップ同士が接触しないような値に設定すると、スクロー
ル流体機械としての性能が低下するという問題がある。

【００１０】本発明の目的は、スクロールラップ同士が
接触することを抑制しつつ、スクロール流体機械として
の性能を極力維持したスクロール流体機械を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、渦巻き状の
ラップを有する旋回スクロールと、この旋回スクロール
のラップが組み合わせられることにより圧縮作動室が形
成される固定スクロールと、前記スクロールラップの外
周部の前記固定スクロール側に設けた吸入口と、前記固
定スクロールの中央部に設けた吐出口とを備えたスクロ
ール流体機械において、前記固定スクロールの吸入口近
傍に配設されたスクロールラップの厚さを薄くすること
により達成される。

【００１２】また、上記目的は、渦巻き状のラップを有
する旋回スクロールと、この旋回スクロールのラップが
組み合わせられることにより圧縮作動室が形成される固
定スクロールと、前記スクロールラップの外周部の前記
固定スクロール側に設けた吸入口と、前記固定スクロー
ルの中央部に設けた吐出口とを備えたスクロール流体機
械において、前記スクロールラップの少なくとも巻き始
め部分と巻き終わり部分もしくは吸入ポートに隣接する
部分を除く他のスクロールラップ部分の厚さをほぼ等し
くし、スクロール流体機械を組み立てた時、少なくとも
前記巻き終わり部分もしくは前記吸入ポートに隣接する
部分で前記旋回スクロールと前記固定スクロールの噛み
合いで生じる両スクロールラップ間の最小ラジアル隙間
を他の部分の最小ラジアル隙間よりも大きくすることに
より達成される。

【００１３】さらに、上記目的は、渦巻き状のラップを
有する旋回スクロールと、この旋回スクロールのラップ
が組み合わせられることにより圧縮作動室が形成される
固定スクロールと、前記スクロールラップの外周部の前
記固定スクロール側に設けた吸入口と、前記固定スクロ
ールの中央部に設けた吐出口とを備えたスクロール流体
機械において、前記スクロールラップの少なくとも巻き
始め部分を除く他のスクロールラップ部分を渦巻きに沿
ってラップ厚さが一定で厚い部分とラップ厚さが一定で
薄い部分が存在するように形成し、ラップ厚さが一定で
厚い部分をラップ厚さがより薄い部分に対して渦巻きに
沿った長さを長くすることにより達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施例における圧縮機
の基本構成についてを図１から図３に従って説明をす
る。図１は、旋回スクロールの鏡板外周部に複数のクラ
ンク軸を配設して旋回スクロールに旋回運動をもたらす
形式の外周駆動型圧縮機の全体構造を表す縦断面図であ
る。図２は、図１の圧縮機の側面を示す外観図である。
図3は図1のＡ−Ａ断面矢視図でラップ同士のかみ合い状
態を示す断面図で旋回スクロールと固定スクロールのラ
ップによって圧縮作動室が形成される様子等を表したも
のである。

【００１５】図１において外周駆動型スクロール圧縮機
は、渦巻き状に形成されたスクロールラップ１ｂを有す
る固定スクロール１と同じように形成されたスクロール
ラップ２ｂを有する固定スクロール２が平行に配置され
ており、その間に鏡板３ａの両側に同じく渦巻き状に形
成されたスクロールラップ３ｂ、３ｃを有する旋回スク
ロール３がそれぞれの固定スクロールに噛み合って旋回
スクロール３の鏡板３ａの両側に圧縮作動室１４と１５
を形成している。これらの圧縮作動室は、図３に示すよ
うに両スクロールラップによって三日月状に形成され
る。スクロール圧縮機ではこのような三日月状の圧縮作
動室が中心軸に対して対称に一対の部屋がほぼ同じ体積
で構成される。この圧縮作動室は、外周部から中心に向
かって順次その体積が小さくなるように構成されている
と共に、旋回スクロール３の旋回運動に伴って圧縮作動
室が連続的に中心部に移動するようになっている。

【００１６】また、図1に示すように固定スクロール１
及び固定スクロール２、そして旋回スクロール３のそれ
ぞれのラップ先端部にはカーボン等の無機系材料や４フ
ッ化エチレン樹脂やポリイミド樹脂を主成分とする複合
材料で形成されたチップシール１ｃ、２ｃ、３ｄ、３ｅ
がそれぞれ渦巻きに沿って設けられており、図3に示す
ように平面図で示した場合、図１に示したチップシール
１ｃはラップ先端面に配置されているわけであるが、こ
の状態では渦巻きに沿って熱による樹脂の延びを考慮し
て複数個に分割して設けられている。このチップシール
は、機能・性能上に特に問題が無ければ分割しなくても
よいが、分割することにより、チップシールの成形性、
組立性さらには、シール性能、信頼性の向上を図ること
が出来る。また、旋回スクロールのラップ先端に設けら
れたチップシール３ｄ、３ｅは、固定スクロールの鏡板
１ａ、２ａにそれぞれ当接する。

【００１７】さらに、図1に示すように旋回スクロール
鏡板３ａには上下の圧縮作動室１４と１５とが該鏡板３
ａのほぼ中央部で連通するように流路８が設けられてい
る。一方、図３に示したように固定スクロール１のスク
ロール部の外周部に連通するように複数個の吸入ポート
２２、２３が設けられている。この吸入ポート２２、２
３は図２に示したように固定スクロール２の外側でそれ
ぞれ吸入配管（図示せず）が接続されるようにフランジ
構造を備えている。図３に戻り、各吸入ポート２２、２
３から流入する吸込み気体は外気と独立された状態で吸
い込み室１６、１６’内に流入する。固定スクロールラ
ップ１ｂの外周部には外気と吸入室１６が連通状態にな
ることを防止するためにダストラップ２４が設けてあ
る。このダストラップは環状に形成されており、図１に
示すようにダストラップ２４の先端面にはラップ先端部
のチップシールのように構成されたダストシール２４ａ
がダストラップ２４の先端面の凹部溝内に勘合して設け
られていて、旋回スクロールの鏡板面と接触しながらシ
ール機能を備えている。反対側に配置されている固定ス
クロール２にも同様にダストラップ２５とダストシール
２５ａが設けられていて、外気と吸入室が連通状態にな
ることを防止している。

【００１８】図1に示すように旋回スクロール３の鏡板
外周部には偏心部を有する駆動軸４が設けられ、これと
同じ偏心量の偏心部を有する補助駆動軸５とが配置さ
れ、旋回スクロール３はそれらの駆動軸の偏心部分で軸
受１１ａ及び１１ｂを介して回転可能に係合している。
この係合部では旋回スクロール３と固定スクロール１あ
るいは2との熱膨張差を吸収して補助駆動軸５等に過大
な負荷が作用するのを防止するため補助駆動軸５に弾性
支持部１３が設けられている。この弾性部材１３は転が
り軸受１１ｂの外周部に配設されるもので環状の樹脂や
ゴムさらにはエンジニアリングプラスチックそして金属
製ばねなどで構成され、駆動軸４と補助駆動軸５とを結
んだ線方向の応力を吸収するものである。いずれにして
も、旋回スクロール3は複数のクランク軸で回転可能に
支持されており、駆動軸１１ａが回転することによって
旋回スクロール３は自転を阻止されて、偏心軸の偏心量
を半径とする旋回運動がもたらされる。

【００１９】固定スクロールは一対で配置しているが、
外側形状はほぼ同じであるためここでは片側の構成につ
いてのみ説明する。固定スクロール１はそのほぼ中央部
に吐出ポート９が設けられ、固定スクロール１の吐出ポ
ート９付近の外表面には放熱フィン１ｄが設けられてい
る。放熱フィン１ｄでの熱交換量を大きく取るために、
そのフィン１ｄ回りはカバー６ａによって冷却風の流路
を形成している。図２に示したように放熱フィン２ｄは
直線状に形成されているが、必要であれば放熱量に対応
して複数個に分断したり、波形形状もしくは略「く」の
字型にしたりすることも出来る。

【００２０】また一方では、図1に示したように旋回ス
クロール3の鏡板面には旋回スクロール3を空冷するため
の冷却孔２６が旋回スクロール３の鏡板３ａ間に複数個
設けられている。さらに、図3に示したように圧縮機の
内部にも冷却用の空気が流れるようになっており、図中
に矢印２７で流れの方向を示している。冷却空気２７は
図３の上部から流入し固定スクロールの内部を流れる
が、ダストラップ２４によって圧縮室内１４や吸込み室
１６から隔絶されている。したがって、この冷却空気２
７は駆動軸の周りや軸受そして、旋回スクロールの外周
部、固定ダストラップを好適に冷却することができる。

【００２１】図３に示したように固定スクロール２の外
周部にはフランジ部２ｅがあり、固定スクロール１の外
周部にもフランジ部１ｅ（図１を参照の如く）が配置さ
れている。そして、互いの固定スクロール１と２がこの
フランジ部１ｅ、２ｅにおいてボルト等によって結合さ
れている。結合の際、両固定スクロールの相対位置を合
わせる位置決め手段１９によって、両固定スクロール
１、２同士ならびに旋回スクロール３との位置関係が適
正に保たれて組み立てられ、圧縮動作に好適な圧縮作動
室１４や１５が形成されると同時に、旋回スクロール３
がスムーズに旋回運動できるようになっている。

【００２２】図１で駆動軸４は、その一部分を固定スク
ロール２にリング状の押さえ板４１によって固定された
転がり軸受１０ａによって軸方向に固定された状態で軸
支されており、駆動軸４の先端部は他方の固定スクロー
ル１に固定された軸受１２ａに回転可能に係合されてい
る。また、軸受１２ａを固定スクロール１に固定するた
め押さえ板４２が設けられている。なお、図面では押さ
え板４２をリング状に構成して示しているが、袋状に構
成してもよい。さらに、駆動軸４には、旋回スクロール
３の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバラン
スウエイト１７ａと１７ｂが固定配置されている。他
方、駆動軸４とは対称の反対側に位置している補助駆動
軸５も同様に固定スクロール２にリング状の押さえ板４
３によって固定された転がり軸受１０ｂによって軸方向
に固定された状態で軸支されており、補助駆動軸５の先
端部は他方の固定スクロール１に固定された軸受１２ｂ
に回転可能に係合されている。また、軸受１２ｂを固定
スクロール１に固定するため押さえ板４４が設けられて
いる。さらに、補助駆動軸５にも、旋回スクロール３の
旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバランスウ
エイト１８ａと１８ｂが固定配置されている。

【００２３】駆動軸４にはプーリ２１が相対滑りを防止
するためのキー手段を介して設けてあり、他に設置した
動力源から回転動力が供給されるようになっている。さ
らに、駆動軸４と補助駆動軸５とはタイミングベルト７
によって回転の同期性を保つように、それぞれの軸に設
けた歯付きプーリ２０ａ、２０ｂなどを介して連結され
ている。

【００２４】前記したように固定スクロール１と２それ
に、旋回スクロール３はそれぞれアルミニウム合金等に
代表されるように軽くて、熱伝導性の良い材料で構成さ
れている。さらに、無潤滑式圧縮機を提供するためには
特にシリコンが多めに含有されたアルミニウム合金を適
用することが望ましい。さらには、ラップ接触時の潤滑
性を向上、あるいは接触時の焼き付きなどに対して信頼
性の高い無潤滑式圧縮機を提供するため、スクロールラ
ップの側面や底面などほぼ全面的にアルミニウム合金に
適合する陽極酸化皮膜処理等の表面処理を施すこともで
きる。

【００２５】図４（１）は、固定スクロール２に本発明
を適用した一実施例を示す平面図である。スクロールラ
ップ２ｂは渦巻き状に形成されており、ラップの厚さは
一部分を除いてほとんど等しく形成されている。また図
４（２）ならびに、図４（３）はラップの拡大図であ
る。インボリュート曲線によって渦巻き状に形成されて
いるスクロールラップ２ｂは、Ｐ部、Ｑ部そしてＲ部を
除く他の部分は設計上は等しいラップ厚さとなってい
る。しかし、巻き始めの中央Ｒ部は、これに噛み合う旋
回スクロールのスクロールラップが旋回運動するのに差
し支えないように巻き始めの内側の側面形状は円弧に形
成されているため、本発明に係わりなくラップ厚さが大
きく変化し、楔状に形成されている。

【００２６】吸入口２２に対向するラップは図３に示す
ように旋回スクロールのラップであり、吸入口２３に対
向するラップは固定スクロールのラップである。従っ
て、固定スクロール側で吸入気体の温度の影響を受ける
ラップの部位は図４に示すようにＰ部とＱ部である。固
定スクロール側のＰ部においては吸入口23から入ってく
る吸入気体によってラップの外側を直接冷却されるため
ラップ自身が局部的に低温に保たれている。一方、それ
より内側に存在するスクロールラップは、圧縮熱により
ラップ自身が高い温度に保たれている。このように高温
になると、スクロールは全体的に半径が大きくなる方向
に膨張する。この変形量は、旋回スクロールは固定スク
ロール内部に設けられており、固定スクロールは前述し
た外周部の冷却により旋回スクロールよりもシ昇温しに
くいこと、及び前記した如く固定スクロールは吸入気体
により冷却されることから、固定スクロールに比べ旋回
スクロールが大きくなる。このため、基本曲線のみで構
成され一定の厚さを有するスクロールラップでは、Ｐ部
やＱ部付近において旋回スクロールの外側曲線が固定内
側曲線に接触する可能性が高い。このラップ同士が接触
すると、異音の発生や、スクロール部品の噛り付きや、
最悪の場合に発生していたラップ破損に至り、信頼性が
悪いという問題がある。

【００２７】この接触を避けるために、固定スクロール
のラップ間内接円よりも旋回スクロールの旋回円を小さ
く（旋回半径を小さくする）ことによって、両ラップの
接触を防止することが可能である。例えば、一実施例と
して前述したオイルフリースクロール流体機械の固定ス
クロールラップの内接円の半径と旋回スクロールの旋回
半径との差を１８０μｍとすると、両ラップ同士の接触
を防止することができる。

【００２８】しかし、この方法を採用して接触防止を図
ろうとすると、前述のＰ部及びＱ部以外のスクローラッ
プからの漏れが増大、すなわち吐出ポート付近の作動室
内の圧縮空気が低圧の作動室に漏れて一旦圧縮された空
気が再び圧縮されることになって熱の発生が大きくな
り、圧縮機としての全断熱効率が低下し、所望の性能を
得ることができないと云う問題がある。

【００２９】この相反する問題を解決するため、本実施
例では、固定スクロールのラップの厚みを部分的に薄く
するようにした。以下、説明する。Ｐ部やＱ部を拡大し
たのが図４（２）（３）である。図４（２）では、図３
のＰ部に見られるように吸入気体が直接接触するのは旋
回スクロールのラップ巻き終わりから外れた位置（旋回
スクロールラップが存在しない位置）にあるため、外側
曲線２_boは基本曲線をそのまま適用させ、内側曲線２_bi
は外側にδ_s1だけへこんだ曲線を適用している。

【００３０】すなわち、内側曲線２_biはそれより内側に
存在する旋回スクロールラップの外側曲線に相対する面
になる。このようにラップの一部分を減肉して厚さを減
少させることによってお互いのラップ側面同士の接触を
防止できる。この時、ラップ厚さを減じる量は空気用圧
縮機でも空調機用圧縮機のいずれでもスクロール流体機
械が年間を通して発生する吸込み温度差を考慮しこれに
応じた変形量に見合った量とすることで接触を好適に防
止できる。すなわち、空気圧縮機では外気を吸入して高
圧に圧縮するのが一般的であるが、この場合には外気が
年間を通じて、あるいは使用地域によって、さらには昼
夜によって大きく変動することが多い。例えば理科年表
によれば国内の関東地区においても夏季と冬季における
平均温度差は２０度程度、最大温度差は４０度程度の差
が発生する。スクロールラップは部分的に吸入口から流
入する外気が直接に衝突するため、衝突部分のラップは
局部的に冷却される。

【００３１】その結果、夏季と冬季ではスクロールラッ
プの変形量に大きな差が発生することになる。特に冬季
には吸気温度が非常に低くなるため、旋回スクロール３
と固定スクロールのＰ部のラップ同士では大きな熱変形
量の差が発生する。この熱変形と局所冷却によるラップ
同士の接触を抑制するのであるが、前記したように、全
てのラップ間のクリアランスを拡げてしまうと圧縮機と
しての性能が低下してしまう。

【００３２】そこで、１８０μｍあったラップ間隙間
を、６０μｍまで詰めて実験を行ったところ、Ｐ部及び
Ｑ部にて接触してしまうことが判明した。この接触部の
範囲はスクロール中心から見て約５０度から９０度の範
囲であった。これではラップ間接触を防ぐことはできな
い。

【００３３】この問題を解決するため、前記したように
Ｐ部及びＱ部を減肉した。減肉量δs1はラップ間間隔を
１８０μｍとしたとき接触しなく、６０μｍとしたとき
接触してしまったのであるからその差分の１２０μｍ
位、およそ0.1mm程度とした。ラップ間間隔のデータを
多くとっているわけではないので、非接触最小間隔によ
っては減肉量δs1を0.1mm以下に設定するすることもで
きる。また、減肉部分の範囲は、接触範囲と同様、スク
ロール中心から見てその開き角度θ1を90度以内とす
る。この値もラップ間間隔に因るのでその値によって
は、５０度程度とすることもあり得る。

【００３４】また、図４（３）はラップの巻き終わり部
分を示したものであり、前記同様にラップ外側曲線２ｂ
ｏは基本曲線を適用しているが、ラップ内側曲線２ｂｉ
は基本曲線に対してδｓ２寸法だけへこんだ曲線を適用
している。この部位は吸気口２２によって冷却されると
ころであり巻き終わりからθ２だけ内側に至る部分を減
肉させている。この角度θはスクロール中心から見てお
よそ90度以下で設定できる。またこの減肉量δｓ２は上
記したように年間を通じて発生し得る吸入温度差に応じ
て設定できる。これらの理由は、上記同様である。

【００３５】このように、固定スクロール側に部分減肉
したラップを構成・配設することによって他方の旋回ス
クロール３のラップは厚さが一定の基本インボリュート
曲線で構成することができる。このように、少なくとも
固定スクロールか旋回スクロールいずれか一方に本発明
を適用すれば年間にわたりラップの接触を防止すること
ができる。

【００３６】次に、図１に示す圧縮機を対象に旋回スク
ロール側に本発明を適用した場合について図５に基づい
て説明する。図５は、旋回スクロール３の平面図で図１
のタイミングベルト側から見た形状を示すものである。
旋回スクロール３の構成で追加説明する。旋回スクロー
ル３は鏡板部３ａ、ラップ部３ｂそして、鏡板外周部の
軸受取り付け部５１、５２からなっている。図５の向き
は図示の都合上、図１の向きに対して１８０度回転させ
て示してあり、主軸受取り付け部が５１で、副軸受取り
付け部が５２である。旋回スクロールの鏡板３ａにはほ
ぼ１８０度間隔で連通孔５０が複数個設けられている。
この連通孔５０は、鏡板３ａを挟んで形成されている二
つの圧縮作動室１４、１５の圧力の均衡をできるだけ取
るように設けられたものである。

【００３７】以下旋回スクロール３における本発明の一
実施例について説明する。スクロールラップ３ｂは厚さ
が一定な部分とそれより薄く構成された部分がある。渦
巻きラップの中央部Ｄは固定スクロール２における説明
と同様、内側曲線が始点から円弧で形成され、外側曲線
がインボリュート曲線で形成されるため先端部は楔状の
歯形になっている。

【００３８】図５のＡ部、Ｂ部、Ｃ部について詳説す
る。これらの部位は図３から推察できるようにＡ部とＣ
部がちょうど吸入口２２、２３に直面するラップ位置に
なる。またＢ部は吸入口２３に関係する位置で固定スク
ロールと噛み合わせた時に、固定スクロールラップの内
側すなわち、図４のＰ部に相対する位置関係にある旋回
スクロール３のラップ部である。従って、これらＡ、
Ｂ、Ｃ部は吸入空気温度の影響をより大きく受ける部位
であり、冷却されることによって熱膨張量が少なくなる
ところであるため、運転中に相手ラップとの接触を防止
するため、各々ラップ厚さを他の部分より薄く形成して
いる。図５（２）（３）（４）がこれらを拡大して示し
た図である。

【００３９】図５（２）は、Ａ部拡大図であり固定スク
ロールとの噛み合い上では終端部内側が最大密閉容積を
形成する点になる。したがって、内側曲線３ｂｉは吸入
気体によって積極的に冷却されることになる。この結
果、内側曲線３biが、上記した固定スクロールの場合と
同様、固定スクロールの外側曲線と接触する可能性が高
くなるので、これを防止するため内側曲線３biをδr1だ
け削ることによって外側に移してラップ厚さを薄くして
いる。ラップ厚さを薄くする範囲α1はスクロール中心
角で９０度以下に設定できる。これら理由は、第１の実
施例と同様である。る。

【００４０】図５（３）は、Ｂ部の拡大図である。この
部分は先に説明したように、固定スクロールラップ２b
の内側曲線に接触する部位であるため固定スクロール側
の熱膨張量が小さくなるので運転中の接触を防止するた
め、外側曲線３boをδr2だけ内側に移してラップ厚さを
薄くしている。ここでもラップ厚さを薄くする範囲α1
はスクロール中心角で９０度以下に設定できる。これら
理由は、第１の実施例と同様である。

【００４１】図５（４）は、Ｃ部拡大図である。この部
分は、図３を参考にして知れるように固定スクロールラ
ップの巻き終わり付近に対応する部分である。したがっ
て、Ａ部と同様に固定スクロールの巻き終わりと共にも
う一方の最大密閉空間を形成する部分でもある。ここに
対応する固定スクロールは、図３を参考に説明すると吸
入口２２に対応する部分であり、また、ダストラップも
同時に形成する部分でもある。このため固定スクロール
の側がダストラップの外周部を流れる空気によって常に
冷却されるところでもあり、他方では吸入気体によって
も冷却されるため、この部分の熱膨張量が小さくなって
しまう。しかしながら、旋回スクロール３のＣ部の内側
は渦巻き内部からの圧縮熱等で温度が高く保たれている
ため熱膨張量も大きくなっている。そのような状態で熱
膨張差による接触回避のため図１０に示すようにラップ
外線３boを内側にδr3ほど移動させてラップ厚さを薄く
設定している。

【００４２】図５に示したラップ厚さ減肉量δr1、δr
2、δr3は、その前の固定スクロール側で設定したのと
同様に、該圧縮機を空気圧縮機として運転する場合には
年間を通じて発生し得る気温の変化を考慮して少なくと
も冬季と夏季の温度差に見合って設定する。

【００４３】さらに前述した実施例では、部分的ラップ
厚さを減じる場合、年間の温度差に見合っていずれか一
方に対して実施することを示したが、固定スクロールに
対して実施した減肉量δs1、δs2や旋回スクロールに対
して実施した減肉量δr1、δr2、δr3を考慮してこれら
の量の約半分づつを固定スクロール１、２側と旋回スク
ロール３に実施することもできる。この場合、双方のス
クロールを削る必要があり作業工程が増えるという欠点
がある。旋回、固定両スクロールを減肉する時のおのお
のの減肉量の和は、前記δriもしくは、δsi（ｉ=1,2,
3）に相当する量に設定する。

【００４４】さらに上記した発明の一実施例であるラッ
プ厚さを他の部分に比べて薄くする技術は、ラップ厚さ
を薄くする部分でラップの高さ方向全体に渡って行う。
上記した実施例中、尚、減肉量を変えても良いし、δr1
＝δr2＝δr3としても良い。

【００４５】次に、図１から図５における圧縮機につい
て動作を説明する。プーリ２１に回転動力が伝達される
と駆動軸４が回転し、さらに補助駆動軸５はタイミング
ベルト７によって駆動軸４と同期して回転する。する
と、旋回スクロール３も同時に駆動軸４や補助駆動軸５
の偏心量εを半径とする旋回運動がもたらされる。その
結果、気体は吸入口２２や２３から吸入され吸入室１６
に入る。その後、気体はさらに旋回スクロール鏡板３ａ
の上側の圧縮作動室１４や旋回スクロール鏡板３ａの下
側の圧縮作動室１５に流入し、渦巻きの中心に向かって
それぞれ所定の圧力まで圧縮される。圧縮作動室１５で
圧縮された気体は最終的に鏡板３ａの中央部に設けられ
た吐出連通孔８を通って上側の圧縮作動室１４の中心部
の吐出空間に流入し、旋回スクロール鏡板上側の圧縮作
動室１４で圧縮された気体と合流し、固定スクロール１
に設けられた吐出ポート９から機外へ流出する。

【００４６】圧縮動作中、圧縮作動室１４、１５は連通
孔３ｆにより鏡板上下の圧縮作動室内のガス圧力の均衡
が保たれるため、圧縮ガスのスラスト力の総和がほぼ等
しくなるの。このため、旋回スクロールはいずれの固定
スクロールに対しても強く押しつけられることはなく、
ラップの先端面には大きなスラスト荷重は作用しない。
従って、ラップ先端部での摺動損失を最小に維持するこ
とができる。さらには、圧縮作動室内１４、１５には潤
滑油がほとんど無いため圧縮熱の発生が盛んになるが、
この熱は固定スクロール外表面に設けた放熱フィンの回
りをダクト構造として強制空冷することによって効果的
に除去される。従って、旋回スクロールや固定スクロー
ルは適当な温度に保たれる。

【００４７】図１では、吐出ポートが固定スクロール１
だけに設けられているものを示しているが、固定スクロ
ール２の中央部に設けることができる（固定スクロール
１の吐出ポート位置を反転した位置）。圧縮に伴って発
生する熱は、両固定スクロール１、２の放熱フィン部と
旋回スクロールの鏡板３ａ内部や旋回スクロールの外周
部を強制空冷することによってスクロール部材の全体温
度を低く保つことができる。さらに、スクロールラップ
の吸入口に近い部位を予め薄肉化しているので、スクロ
ールラップの熱膨張が不均一になってもラップ側面での
接触を好適に防止することができる。

【００４８】次に、本発明を冷凍空調用の冷媒圧縮機に
適用した例を図６及び図７に基づいて説明する。図６は
冷凍・空調機用に利用される密閉形スクロール圧縮機の
一例を示す断面図である。図７は、図６のＭ−Ｍ断面で
ある。図６において旋回スクロール５１と固定スクロー
ル５２そしてフレーム５３で構成される圧縮機構部が駆
動軸５４を介して電動要素５５に連結され、潤滑油５６
と共に密閉容器に収納されている。密閉容器５０は外部
配管に連通する吸入配管５７と吐出配管５８それに電動
要素５５に電力を供給するためのハーメチック端子を備
えている。なお、吸入配管５７の先端部には,圧縮され
た冷媒ガスの逆流を防止するための逆止弁６３が装着さ
れている。

【００４９】電動要素５５に電力が供給されると駆動軸
５４が回転し、旋回スクロール５１が旋回運動する。こ
の結果、冷媒ガスは外部配管から吸入配管５７に流れ込
んでくる。その後更に逆止弁６３を通り、図７に示す吸
入口６４からスクロールラップで形成される圧縮作動室
６５内に取り込まれる。圧縮作動室６５内に流入した冷
媒ガスは、所定の圧力に昇圧されて図６に示す吐出ポー
ト６０から吐出室６１内に吐出され、さらにモータ室６
２内に流入して潤滑油などを分離した後、高圧の圧力を
保ったまま吐出配管５８から外部配管に排出される（い
わゆる密閉容器内を高圧にする高圧チャンバ）。

【００５０】一方、駆動軸５４の端部は給油管６６が設
けてあり、圧縮機運転中は駆動軸５４の回転に伴うポン
プ作用によって、密閉容器５０内の潤滑油５６が給油管
６６から駆動軸内に設けてある給油孔に導入され、各摺
動部に供給されるようになっている。摺動面で潤滑に供
された後は、差圧などによって、最終的にはスクロール
ラップの圧縮作動室６５内に流れ込むことになり、吐出
口６０では冷媒ガスとこの潤滑油が混合した状態になっ
ている。

【００５１】空調機用スクロール圧縮機では前述した空
気圧縮機と同様に、吸入ガスが圧縮作動室に直接流入す
るので、ラップ側面の熱変形量は冷たい吸入ガスの影響
を大きく受ける。

【００５２】簡単に説明する。空調機は年間を通して運
転されるので冷房運転や暖房運転、あるいは除霜運転が
行われ、温度条件も種々変化する。一般的には、外気温
度が零度以下の低温状態で暖房運転する場合に吸入温度
が非常に低く例えば-15℃程度になる場合も考えられ
る。反対に冷房運転では平均18℃程度であり、除霜運転
時には、膨張弁を開いて室内ファンを動作させないの
で、短時間ではあるが35℃を超える吸入温度も考えられ
る。

【００５３】従って、年間を通して考えられる圧縮機吸
入温度の最大変動幅は約50degと非常に大きくなるの
で、旋回スクロールと固定スクロールが同じ材質で構成
されていても吸入口付近での熱変形量差も大きくなると
考えられる。ましてや、固定スクロールが鉄系金属で旋
回スクロールがアルミニウム合金で構成されている場合
にはより大きな熱変形量差となる恐れがある。

【００５４】このように上記のような構成のスクロール
圧縮機における旋回、固定両スクロールの熱膨張差は、
シールポイントにおけるラジアル隙間の変化に影響し性
能変化をもたらすもので、無視できない状態になってい
る。

【００５５】図７において、吸入ガスによる熱膨張の不
均一によってスクロールラップの側面同士が接触しやす
いところは、図中Ｖ部とＷ部である。Ｖ部は固定スクロ
ールラップ５２ｂの巻き終わり部であり、Ｗ部は旋回ス
クロールラップ５１ｂの巻き終わり部である。Ｖ及びＷ
部は共に最大吸入容積を構成する接点を有するところで
もある。

【００５６】これらの箇所は、圧縮作動室の中でも、冷
たい吸入ガスが真っ先に通過する点である。ただし、本
実施例では吸入口６４が一ヶ所しかないので特にＷ部の
ほうが吸入ガスの影響をより多く受けることになる。熱
膨張の不均一によるラップ側面の接触を防止するには少
なくとも固定スクロールか旋回スクロールのいずれか一
方の側でラップの厚さ調整を行う。また、これまで説明
したのと同様に旋回、固定共に厚さの調整を前記した量
の凡そ半分づつの量とすることもできる。

【００５７】本実施例では、ラップの拡大図は特に示さ
ないが固定スクロール５２では図４（２）（３）に示す
ようにラップの厚さを減じることで達成できる。すなわ
ち、Ｖ部に於いては固定スクロール側だけで実施する場
合、ラップ内側曲線を外側にへこますようにオフセット
させれば良い。逆に、旋回スクロールに適用するにはラ
ップ外側壁面を内側にずらすことで達成できる。

【００５８】さらに、Ｗ側では固定スクロールラップ５
２ｂに対しては該当部分の外側壁面を内側にずらし、旋
回スクロールラップ５１ｂに対して適用する場合は、該
当部分の内側曲線を外側にずらすことで達成することが
できる。また、これを適用する渦巻きに沿った方向の長
さはスクロールの中心からの開き角度にして約７０度以
下で達成できる。理由は第１の実施例と同様である。
る。

【００５９】ラップ側面曲線のずらし量は、冷房運転や
暖房運転など年間を通してすべての運転条件を考慮して
見ると、前述したように圧縮機吸入温度の最大変動幅は
約50degと非常に大きくなるので、旋回スクロールと固
定スクロールが同じ材質で構成されていても吸入口付近
での熱変形量差も大きくなると考えられる。吸入温度で
５０度異なると変形量差も非常に大きくなってくる。本
実施例では、これらを見越して、予め接触を防止するよ
うにラップ側面部に逃げを設けているので、年間に渡っ
てラップの接触に伴う異音の発生防止を達成することが
できる。

【００６０】さらには、組立時から予め半径方向隙間を
設けていることから、スクロールラップの加工公差や、
軸受け中心位置誤差そして、軸受け隙間、ならびに組立
時のミスアライメントなどが在ってもラップ同士が半径
方向で接触する機会を少なくする効果もある。

【００６１】なお、本実施例では圧縮機を提供すること
について述べてきたが、他の用途例えば真空ポンプに適
用することもできるし、種々のガスを圧縮する圧縮機に
も利用することができる。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、旋回スクロールと固定
スクロールの熱膨張量の差を吸収すべく少なくともいず
れか一方のスクロールラップの側面を渦巻き方向に対し
て部分的にラップ厚さを減じるようにラップ形状を構成
したことにより、圧縮機の性能の低下を防ぎつつ、圧縮
機運転時の圧縮熱によってもたらされるスクロール部材
の熱変形によるラップ接触を未然に防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す外周駆動形スクロール
圧縮機の全断面図。

【図２】本発明を適用した外周駆動形スクロール圧縮機
の側面図。

【図３】本発明の一実施例で旋回スクロールに固定スク
ロールのラップ部を噛みあわせた様子を示す平面図。

【図４】本発明の一実施例を示す固定スクロールの平面
図。

【図５】本発明の一実施例を示す旋回スクロールの平面
図。

【図６】本発明のスクロール流体機械を冷凍空調用圧縮
機に適用した１実施例を示す図。

【図７】図６のスクロール圧縮機の平面図。

【符号の説明】

１……固定スクロール、２……固定スクロール、３……
旋回スクロール、４……主駆動軸、５……補助駆動軸、
６……カバー、７……タイミングベルト、８……吐出連
通孔、９……吐出ポート、１０、１１、１２……転がり
軸受、１３……弾性支持部材、１４、１５……圧縮作動
室、１７、１８……バランスウエイト、１９……位置決
め手段、２０……歯付きプーリ、２１……プリー、２
２、２３……吸入口、２４、２５……ダストラップ、２
６……鏡板冷却口、５０……密閉容器、５１……旋回ス
クロール、５２……固定スクロール、５３……フレー
ム、５４……駆動軸、５５……電動要素、５６……潤滑
油、５７……吸入配管、５８……吐出配管６０……吐出
口、６１……吐出空間、６４……吸入口、６５……圧縮
作動室。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】渦巻き状のラップを有する旋回スクロール
   と、この旋回スクロールのラップが組み合わせられるこ
   とにより圧縮作動室が形成される固定スクロールと、前
   記スクロールラップの外周部の前記固定スクロール側に
   設けた吸入口と、前記固定スクロールの中央部に設けた
   吐出口とを備えたスクロール流体機械において、前記固
   定スクロールの吸入口近傍に配設されたスクロールラッ
   プの厚さを薄くしたスクロール流体機械。
2. 【請求項２】渦巻き状のラップを有する旋回スクロール
   と、この旋回スクロールのラップが組み合わせられるこ
   とにより圧縮作動室が形成される固定スクロールと、前
   記スクロールラップの外周部の前記固定スクロール側に
   設けた吸入口と、前記固定スクロールの中央部に設けた
   吐出口とを備えたスクロール流体機械において、前記ス
   クロールラップの少なくとも巻き始め部分と巻き終わり
   部分もしくは吸入ポートに隣接する部分を除く他のスク
   ロールラップ部分の厚さをほぼ等しくし、スクロール流
   体機械を組み立てた時、少なくとも前記巻き終わり部分
   もしくは前記吸入ポートに隣接する部分で前記旋回スク
   ロールと前記固定スクロールの噛み合いで生じる両スク
   ロールラップ間の最小ラジアル隙間を他の部分の最小ラ
   ジアル隙間よりも大きくしたスクロール流体機械。
3. 【請求項３】渦巻き状のラップを有する旋回スクロール
   と、この旋回スクロールのラップが組み合わせられるこ
   とにより圧縮作動室が形成される固定スクロールと、前
   記スクロールラップの外周部の前記固定スクロール側に
   設けた吸入口と、前記固定スクロールの中央部に設けた
   吐出口とを備えたスクロール流体機械において、前記ス
   クロールラップの少なくとも巻き始め部分を除く他のス
   クロールラップ部分を渦巻きに沿ってラップ厚さが一定
   で厚い部分とラップ厚さが一定で薄い部分が存在するよ
   うに形成し、ラップ厚さが一定で厚い部分をラップ厚さ
   がより薄い部分に対して渦巻きに沿った長さを長くした
   スクロール流体機械。
4. 【請求項４】請求項１、請求項２または請求項３におい
   て、前記旋回、固定両スクロール部材は、アルミニウム
   合金もしくは同程度の熱膨張係数を有する金属材料で構
   成されたものであるスクロール流体機械。
5. 【請求項５】請求項１、請求項２または請求項３におい
   て、前記旋回スクロールもしくは前記固定スクロールの
   ラップを部分的に薄肉化する場合には、スクロールラッ
   プの外周部から見て巻き終わり部分から一巻き分ほど内
   側の点までの範囲で実施するようにしたスクロール流体
   機械。
6. 【請求項６】渦巻き状のラップを有する旋回スクロール
   と、この旋回スクロールのラップが組み合わせられるこ
   とにより圧縮作動室が形成される固定スクロールと、前
   記スクロールラップの外周部の前記固定スクロール側に
   設けた吸入口と、前記固定スクロールの中央部に設けた
   吐出口とを備えたスクロール流体機械において、前記固
   定スクロールのラップを部分的に薄肉化する場合には、
   スクロールラップの内壁面を他の部分に比較して外側に
   微少量ずらしてすようにし、スクロール流体機械を組み
   立てた時、前記薄肉部で旋回スクロールと固定スクロー
   ルの噛み合いで生じる両スクロールラップ間のシールポ
   イントにおける最小ラジアル隙間を他の部分の最小ラジ
   アル隙間よりも大きくなるように前記固定スクロールの
   ラップを部分的に薄肉化するようにしたスクロール流体
   機械。
7. 【請求項７】渦巻き状のラップを有する旋回スクロール
   と、この旋回スクロールのラップが組み合わせられるこ
   とにより圧縮作動室が形成される固定スクロールと、前
   記スクロールラップの外周部の前記固定スクロール側に
   設けた吸入口と、前記固定スクロールの中央部に設けた
   吐出口とを備えたスクロール流体機械において、前記ス
   クロールラップの外壁面を他の部分に比較して内側に微
   少量ずらすようにして、スクロール流体機械を組み立て
   た時、前記薄肉部で旋回スクロールと固定スクロールの
   噛み合いで生じる両スクロールラップ間のシールポイン
   トにおける最小ラジアル隙間を他の部分の最小ラジアル
   隙間よりも大きくなるように前記旋回スクロールのラッ
   プを部分的に薄肉化するようにしたスクロール流体機
   械。
8. 【請求項８】渦巻き状ラップ面を互いに向かい合わせて
   平行に配置した一対の固定スクロールと、これら両固定
   スクロールの間に配置され、鏡板の両面に有する渦巻き
   状のスクロールラップがそれぞれ前記固定スクロールの
   ラップに噛み合うように配置した旋回スクロールとを備
   えたスクロール流体機械において、複数個配置された吸
   入口近傍のスクロールラップに対してこのラップの厚さ
   を薄くしたスクロール流体機械。
9. 【請求項９】渦巻き状ラップ面を互いに向かい合わせて
   平行に配置した一対の固定スクロールと、これら両固定
   スクロールの間に配置され、鏡板の両面に有する渦巻き
   状のスクロールラップがそれぞれ前記固定スクロールの
   ラップに噛み合うように配置した旋回スクロールとを備
   えたスクロール流体機械において、前記固定スクロール
   兼ケーシング及び前記旋回スクロールで形成される空間
   内に外気を流し、固定スクロールに複数個配置した吸入
   口近傍のスクロールラップに対して、このラップの厚さ
   を薄く構成したことを特徴とするスクロール流体機械。