JPS5862395A - スクロ−ル型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積式流体圧縮装置、特に側板の一面上にうず
巻体を形成した一対のスクロール部材を両うず巻体が互
いに角度をずらせてかみ合うよう重ね合せ一方のスクロ
ール部材の相対的な円軌道運動によって両うず巻体間に
形成される密閉された流体Ｉケラトを容積の減少を伴な
わせてうず巻体の中心へ移動させ、流体の圧縮作用を行
なうスクロール型圧縮機に関するものである。

このようなスクロール型圧縮機の動作原理は古くから公
知であり第１図を参照して説明する。

二つめうず巻体１，２を角度をずらせて両うず巻体１，
２の間にうず巻体の相互接触部から相互接触部にわたる
限定された流体ポケット３を形成するよう互いにかみ合
い状態に配置し、一方のうず巻体１を他方のうず巻体２
に対して一方のうず巻体１の中心（０′）が他方のうず
巻体２の中心（０）の周りを半径０−０′をもって公転
するようにうず巻体１の自転を禁止しながら動かすと、
流体ポケット３はその容積を徐々に減少しつつ中央）η
１１へ移動する。即ち、第１図（ａ）の状態からうず巻
体１の公転角が９０°を示す第１図（ｂ）、１８０°を
示す第一１図（ｃ）　、　２７０°を示す第１図（ｄ）
に示される如く、一方のうず巻体１を移動させるとうす
巻体の径方向外周で形成された流体ポケット３の容積は
中央に移動するにしたがって徐々に減少して行（，３６
０’回転した第１図（、）では両ポケットは中火部に移
り互いに接続し、更に９００ずつ移動した第１図（ｂ）
（ｃ）（ｄ）に示すように、流体ポケット３は挟まり、
第１図（ｄ）でほとんど零となる。この間第１図（ｂ）
で開き始めた外側の流体ポケットが第１図（ｃ）　（ｄ
）から（ａ）に移る過程で新たな流体を取シ込んで流体
ポケットを作る。

従って、うず巻体１，２の軸方向両端にシールした円板
状の側板を設は一方の側板の中央部に第１図中４で示す
始き吐出孔を設けておけば、径方向外周で取り込まれた
流体が圧縮され、吐出孔４から吐出されることとなる。

は両う、ず巻体間に形成される流体ポケットの移動によ
る容積の減少によって流体圧縮が行なわれている。この
流体ポケットは両うず巻体の線接触及びうず巻体の先端
面と他方の側板の表面との接触によって両うず巻体間に
形成され、しかもこれら接触部は一方のスクロール部材
の円軌道運動によって摺動しながら移動し、流体ポケッ
ト内の流体を圧縮している。

ここで、第２図をも参照して圧縮サイクルについて説明
すると、第２図はクランク角に対する流体ポケット内の
圧力状態を示すもので一つの圧縮サイクルがクランク回
転で２回転となる場合を例示している。

圧縮サイクルはまず、うず巻体の最外端が対向するうず
巻体の壁面に接触し、吸入が終了した時点（第２図中り
点）で始まシ、クランク角が２πとなる点（を点）まで
は流体ポケット内の容積を減少しつつ内部圧力が序々に
上昇する。しかしｔ点の直後（ｍ点）でここまで圧縮さ
れてきた二つの流体Ｊ？ポケット吐出室に連通する中央
室に連通し一つのポケットとなる◇この瞬間吐出孔に弁
装置が設けられていない場合にはポケット内の圧力は吐
出Ｔカと一致するまで急激に上昇することとなるが、弁
装置が設けられている場合には、中央室内の高圧流体と
月？ケット内の圧縮流体が混合されて若モの圧力上昇と
なり、吐出圧力に達する点（”　ｌ’ｌ’、・までうず
巻体の運動に・よって圧縮され。

吐出圧に達すると弁装置が動作して中央室内の高１１三
流雌を吐出室内に流出させることとなる。従って中火室
は吐出室と連通したのちは一定の圧力を糾持しつつ０点
に至る。このようにクランク角４πで−りの圧縮サイク
ルが完了するとともに一つの圧縮サイクルの途中（第２
図の例示ではクランク角２πの時）で別の圧縮ブイクル
（ｈ／　−４／−ｍ′−・・・）が始まり順次サイクル
が継続されることにより圧縮動作を行なうこととなる。

ところで、この種のスクロール型圧縮機においては、１
つの圧縮サイクルがクランク回転で３回転となるように
するには、うず巻体の巻数を多くしなければならない。

この場合のクランク角に対する流体ポケット内の圧力状
態を第３図に示す・このように、うず巻体の巻数を多く
すると、流体ポケット内の圧力の変化は第３図にｂ−ｔ
−ｍ−ｎ−ｏで示ｆようにカシ、うず巻体の巻数がそれ
よシ少ない場合（たとえば第２図ｂ”−ｔ−ｍ−ｎ　−
０で示すようにクランク角が２回転で１つの圧縮サイク
ルが行なわれる場合）に比べて、隣接する流体ポケット
内の圧力差が減少する。したがって一対のスクロール部
材の両うず巻体の相互接触部を介して、内側の高圧流体
ポケットから、外側の低圧流体ポケットへ洩れる流体量
が減少するため体積効率が増加する。また、うず巻体の
巻数を多く子ることにょシ、圧縮機の排斥容量を大きく
とることもできる。

しかし両方のスクロール部材のうず巻体の壁高さが一定
の従来の圧縮機においては、うず巻体の巻数を多くする
と；圧縮機自体の内部圧縮比が大きくなシ、所要動カが
増加する。特に圧縮機を圧縮比の低い状態で使用する場
合には、第３図のｈ−１−ｎ”−ｏのような過圧縮とな
る。即ち吐出化に弁装置が設けられていない場合とほぼ
同じ状傅となり、非常に動力の損失が大きくなってし１
う。

本発明はスクロール型圧縮機の排斥容量を大きくする場
合や２体積効率を増加する目的である程度うず巻体の巻
数を多くした圧縮機を、特に、低圧縮比で使用する場合
でも過圧縮にならないようにし、それにょシ動力損失の
低減および体積効率の垢「大をはかることを目的とする
。

即ち本発明は、スクロール型圧縮機におけるうず巻の最
外周部から中央まで移動する流体ポケットの壁高さが、
うす巻体の外部側よりも内部側のほうが高くなるように
段階的に変化するようにしたことに基いている。

以下１本発明を図面に示す実施例について詳細に説明す
る。

第４図を参照して２図示の圧縮機１は、アルミニウムあ
るいはアルミニウム合金で作られたフロントエンドシレ
ー）ＩＩと、これに設置されたカを有している。

フロントエンドグレート１１は、主軸１３を挿通させる
ための貫通孔１１１を中心に形成されておシ、背面には
貫通孔１１１と同心状の環状突起１１２が形成されてい
る。一方、カップ状部分１２は、スチール板の絞り加工
、あるいはアルミダイカストによって形成される。カッ
プ状部分１２は、その開口部をフロントエンドプレート
の環状突起１１２上に嵌合し固着される。なお、０−リ
ング１４が接合部に挾持されてシールを行なっているＯ 主軸１３の内側にはディスクロータ１５が固定されてお
シ、このディスクロータ１５は貫通孔１１１内にゾール
ベアリング１６とスラストベアリング１７によって回転
可能に支持されている。

７ｏントエンドプレー）ＩＩは、また、主軸１３を取巻
くように前方に伸びたスリーブ１８を有している。スリ
ーブ１８は、フロントエンドフレート１１と一体に成形
されても良いが、ここでは、フロントエンドプレートと
は別個にスチールにて形成され、ねじ１９によって、フ
ロントエンドプレート１１の前面に取付けられている。

シャフトシール組立体２０は、スリーブ１８中で主軸１
３上に組立てられている。

スリーブ１８の外面上には２図示は省略したが。

ベアリングによって、プーリーが回転可能に支持される
とともに、電磁石が固定されている。一方。

主軸１３のスリーブ１８から突出した端部上には。

アーマチャプレート（図示せず）が弾性支持されている
。即ち、プーリー、電磁石およびアーマチャプレートに
より、電磁クラッチが構成されており２これによって、
外部駆動源（例えば自動車エンノン）の回転をベルトを
介してプーリーへ伝え。

電磁石への通電によって、アーマチャプレートをプーリ
ーへ吸着することによって主軸１３へ回転力を伝達する
ようにしている。

フロントエンドグレート１１によって開口部を閉じられ
たカップ状部分１２内には、固定スクロール部材２１．
可動スクロール部材２２．可動スクロール駆動機構２３
および可動スクロール回転■止機構２４が設けられてい
る。

固定スクロール部材２１は、一般に側板２１１とその一
面に固定されたうずまき体２１２とからなっており、側
板２１１の裏面には２円筒状の隔壁２１３が軸方向に突
出して形成されており、その壁部は等角度間隔の５個所
の位置で壁厚が厚くなシ、固定スクロール取付脚２１４
を構成する。

各脚２１４は、その先端面がカップ状部分１２の端板部
分１２１の内面に接触した状態で、端板部分１２１の外
部から脚２１４へねじ込まれたねじ２５によって、カッ
プ状部分１２に固定されている。なお、ねじ２５に沿っ
た流体の漏れを防止するためにシールリング２６が、ね
じ２５の頭部と端板部分１２１の間に挾持されている。

また側板２１１の外周面には、溝２１５が形成され、こ
の溝中には、シールリング２７が配置され、側板２１１
の外周面とカップ状部分１２の内面との間をシールして
いる０従って、固定スクロール部材２１の側板２１１に
よって、カップ状部分の内部は、隔壁２１３が存在する
後方の室２８と、うず寸き休２１２の配置される前方の
室２９とに分離される。

室２９中には、可動スクロール部材２２が配置されてい
る。可動スクロール部材２２は側板２２１とその一面に
固定されたうずまき体２２２からなり、うずまき体２２
２は、うずまき体２１２と−１８００の角度ずれをもっ
てかみ合わされて２両うずまき体の間に流体２ケツトを
形成している。可動スクロール部材２２は、ディスクロ
ータ１５の内端部に偏心して結合した駆動輪２３１上に
、ラノアルベアリング２３２を介して２回転可能に設置
されている。一方、フロントエンドプレート１１へ固定
結合された固定リング２４１と、これと対向するように
可動スクロール２２の１ｉｌｌ板２２１へ固定された可
動リング２４２と２両リングに形成したボール受人２４
３，２４４中に配置したボール２４５とによって回転阻
止機構２４が構成されている。

圧縮機ハウジング１０は、カップ状部分１２に。

と吐出ポート３１を設けている。吸入ポート３０からハ
ウジング内の室２９へ導入された流体は。

両スクロール部材２１．２２間の流体ポケット中へ取り
込まれ、可動スクロール２２０円軌道運動によシ圧縮さ
れながら中心部へ移動し、固定スクロール部材２１の側
板２１１の中心部に設けた吐出孔２１６から室２８へ吹
出し、そこから隔壁２１３に形成された連通穴２１７を
通シ吐出ポート３１を通って流体回路へ流出する。３２
は吐出弁である。

以上の構成において、上述した電磁クラッチの動作によ
って外部駆動源（図示せず）によって主軸１３が回転さ
れると、可動スクロール駆動機構２３及び回転阻止機構
２４を介して可動スクロール部材２２が円軌道運動を行
なう。このため両スクロール部材２１．２２間に形成さ
れる流体ボケ、トが、吸入＃−）３０から導入された流
体を取り込んで、容積の減少を伴いながら中心方向へ移
動し、これによって圧縮された流体が吐出孔２１６から
吐出室２８の中心室部２８１へ吐出され、連通穴２１７
から周囲室２８２へ至る。

さて可動スクロール部材２２は第５図に立体斜視図（ａ
）と断面図（ｂ）として示されている。第５図でわかる
ように、うずまき体２２２の外側部分は側板２２１から
の壁高さｔｌをもっている。側板２２１には第７図をも
参照してうずまき体２２２の最外部よシやや中に入った
任意の壁伸開角の点αでその壁の内側面とさらに内側の
側壁面との中間点を中心０・にして半径８・＝′・＋７
ｉ（・・：軌道半径、ｔ：壁厚）の半円を描くように深
さｔ３の段差を設ける。しだがってこの点αではうずま
き体２２２の壁高さは相対的にｔ２＋ｔ３の高さとなる
。さらにこの部分より伸開角でπｒａｄだけ中に入った
点βではうずまき体２２２の壁高さはｔｌだけ増加する
。この結果、壁高さはその壁の内側底板面からの相対値
としてＨ＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ３の高さとなる。しかも壁高
さの増加した地点βのこの点よシ内側では底板高さも壁
高さも一様で中心部まで続く・ 固定スクロール部材２１は第６図に示すように可動スク
ロール部材２１と同様な形状をなしほぼ鏡面対称形状と
なっている。要点は両スクロール部材２１．２２のそれ
ぞれ１１　ｅｔ２ｒｌｓが同寸法で対応していることで
ある。

次に２両うずまき体が組み合わされたときの圧縮の様子
を第８図を参照して説明する。

第８図（４）は流体の取シ込みを終了している。この図
では固定スクロール部材２１および可動スクロール部材
２２の両うずまき体２１２，２２２の相互接触部から相
互接触部にわたる限定された流体ポケｙ　）　３　ａ　
ｅ　３　ｂの壁高さは、前述α点をうず第８図（Ｂ）は
に）の状態からの可動のうずまき体２２２の公転角が９
０°を示す図であシ、この点までは壁膜差部のシールは
されている。さらに９００進んだ状態が第８図ｃｃ）で
あり、壁の高い部分の端面りと相手底板の段差部分の側
面Ｍとが離れてシールしなくなっている。しかしながら
この壁の端面りと段差部分の側面Ｍとの間隔を介して連
通させられた両方の流体ポヶッ）３ａ、３ｂは対になっ
た同圧力の室を形成していたものであるため、相互連通
による問題は何も生じない。（０よシさらに９０°進ん
だ状態が第８図の）である。ここではほとんどの壁高さ
がＨ＝　Ａｔ　十ｔ２　＋Ａｓの状態で形成された流体
ポケッ）３ａ、３ｂになっている。

これよりさらに可動のうずまき体２２２の公転角が進む
と２例えば第８図の）の内側の流体ポケット３ｃ　、　
３　ｄのように、完全に壁高さの高い部分のみでの圧縮
となる。

次に２本発明のスクロール型圧縮機の圧縮サイクルにつ
いて第３図を参照して説明する。

第３図は、クランク角に対する流体ポケット内の圧力状
態を示すものである。本圧縮機の圧縮サイクルは、第３
図ｈ−ｈ’−１’−ｍ’−ｎ’　−ｏで示すようになる
。この圧縮サイクルによると。

壁高さが一定の圧縮機の圧縮サイクルに比べ、クランク
角変化量に対する流体ポケットの容積減少割合が小さく
なる。したがって圧縮が緩やかになり、圧縮機の内部圧
縮比も低下し、圧縮動力が減少する。その上、従来の壁
高さ一定の圧縮機に比べ、隣接する流体ポケット内の圧
力差が減少し。

高圧流体ポケットから低圧流体ポケットに洩れる流体量
が減少するため体積効率も向上することになる。

以上、うずまき体の壁高さが２段変化式の場合について
説明したが、多段変化式も可能であり。

その例を第９図に示す。また、力学的アンバランスを許
容する場合には対になった流体ポケットが非対称形のも
のも可能である。その−例を第１０図に示した。これは
固定スクロール部材２１の側板２１１をフラットな形状
にした例である。この場合２両うずまき体２１２，２２
２のうず巻の巻数が等しければ、流体域シ込み時、対に
なった流体ボケ、トの容積はアンバランスになる。しか
し少なくとも一方のうずまき体の巻数を変えることによ
り、取り込み容積を容易にバランスさせることが可能で
あり、それ故にそのアンバランスが問題になることはな
い。

以上のように本発明によれば、可動および固定のスクロ
ール部材の両うずまき体の壁高さを、うず巻の外部側よ
りも内部側のほうが高くなるよう段階的に変化させ２両
うずまき体の組み合せによって形成される流体ポケット
の壁高さがうず°まき体の外部側よシ内部側のほうが高
くなるようにすることによって、圧縮機の内部圧縮比を
低減し。

かつ圧縮を緩やかにし、圧縮機の動力損失の低減と体積
効率の増大をはかったスクロール型圧縮機が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）〜（ｄ）は本発明に係るスクロール型圧縮
機の原理を説明するだめの図で、（ａ）〜、ω）は異な
った角度位置の状態を示す図、第２図はスクロール型圧
縮機の圧縮サイクルを説明するための図、第３図はうず
まき体の巻数を多くしたスクロール型圧縮機において従
来のうずまき体壁高さが一定のものと本発明に係るもの
との圧縮サイクルを説明するだめの図、第４図は本発明
の一実施例を示すスクロール型圧縮機の縦断面図、第５
図は同実施例に用いられた可動スクロール部材を示し、
（ａ）は斜視図、（ｂ）はＶ−Ｖ線断面図、第６図は同
実施例に用いられた固定スクロール部材を示し、（ａ）
は斜視図、（ｂ）は■−■線断面図、第７図はスクロー
ル部拐の説明用平面図、第８図は本発明の一実施例に基
き、その原理を説明するための図で（Ａ）〜（１））は
異なった角度位置の状態を示す図、第９図は本発明の他
の実施例に用いられるスクロール部材を示し、（ａ）は
平面図、（ｂ）はＩＸ−ＩＸ線断面図、第１０図はさら
に他の実施１３’ｌＪに用いられる固定および可動のス
クロール部材の組み合わせ状態での断面図である。 ■・・・圧縮機、１３・・・主軸、２１・・・固定スク
ロール部材、２２１・・・側板、２１２・・・うずまき
体、２２・・・可動スクロール部材、２２１・・・側板
、２２２・・・うずまき体。 第１図 （α９ 第１図 （Ｃ） （ｄ） 第８図 （Ａ） 第８図 （８） 第８図 （Ｃ） 第８図 （Ｄ） 第９図 （Ｑ） （ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、　板体の一面上にうず巻体を配設した第１のスクロ
   ール部材と、同様に板体の一面上にうず巻体を配設した
   第２のスクロール部材の両うず巻体を互に角度をずらせ
   、かつ両うず巻体側壁が接触するように配設し、第１の
   スクロール部材を円軌道Ｊユを公転運動させて両うず巻
   体間に閉塞された複数の空間を形成しつつ流体を取シ込
   み、該第１のスクロール部材の運動に伴い、該密閉空間
   を中心に移動せしめ、かつ容積の減少を伴わせて一方向
   性流、体圧縮作用を行なわせるようにしたスクロール型
   圧縮機において、上記、第１および第２のスクロール部
   材の両うず巻の壁高さを、うず巻の密閉空間が最外周部
   から中央部にまで移動する途中でその壁高さを段階的に
   変化しつつ圧縮作用を果すようにしであることを特徴と
   するスクロール型圧縮機。