JPS589278B2 - 容積式流体圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一対のうず巻体を角度をずらせてかみ合せ、
相対的な円運動（公転運動のみ）を加えて、両うず巻間
に形成する密閉空間を中心方向へ移動させながら容積を
減縮して中心部から圧縮流体を吐出させるようにした容
積式流体圧縮装置、いわゆる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原理そのものは古くか
ら公知である。

第１図を参照して、二つのスクロール体１，２を角度を
ずらせて互いにかみ合い状態に配置すると、図示のよう
に、両うず巻体の間には、両うず巻体の接触部から接触
部にわたる限定された空間３が形成される。

今、一方のスクロール体１を他方のスクロール体２に対
して一方のスクロール体１の中心０′が他方のスクロー
ル体２の中心０の周りを半径０−０′をもって公転する
ように、スクロール体１の自転を禁止しながら動かすと
、限定空間３の容積は徐々に減少する。

第１図ａの状態から、スクロール体２の公転角が９０°
を示す第１図ｂ１１８０°を示す第１図ｃ、 ２７０°
を示す第１図ｄを参照して、空間３の容積は（点をほど
こした領域）徐々に減少されていることが理解されよう
。

３６０°回転した第１図ａでは、両空間は、中央部に移
り、互に接続し、更に９０°ずつ移動した第１図ｂ，ｃ
，ｄ図に示されるようにその空間は狭まり、第１図ｄで
はほとんど零となる。

この間、第１図ｂで開き始めた外側空間が第１図ｃ，ｄ
からａに移り、新たな流体を取り込んだ密閉空間を作る
。

従って、このスクロール体１，２の軸方向両端にシール
した円板を設け、一方の円板の中央部に、図に４で示す
ごとき吐出孔を設けておけば、径方向外側で取り込まれ
た流体が圧縮され吐出孔４から吐出されるこさになる。

本発明は、このような原理によるスクロール圧縮機の圧
縮に寄与する体積を増大させることを目的とする。

本発明は、板体の一面上にうず巻体を固定した第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固定
した第２のスクロール部材とを、両うず巻体の角度をず
らせてかみ合せながら重ねて、第１のスクロール部材を
、半径ｒの円軌道上を公転運動するように、第２のスク
ロール部材に対して動かして、両うず巻体間に閉塞され
た空間を形成しつつ流体を取り込み、第１のスクロール
部材の運動に伴ない、該空間を中心方向に移動せしめ、
かつ容積の減少を伴なわせ、一方向性連続流圧縮作用を
行わせるようにした容積式流体圧縮装置において、上記
第１および第２のスクロール部材は半径Ｒ。

の円筒状内面を有するハウジング内に配設され、上記第
２のスクロール部材のうず巻体外端部は該ハウジングの
円筒状内面に接するまで延びており、上記第１のスクロ
ール部材のうず巻体の外向き面には、その外終端部から
上記第２のスクロール部材のうず巻体の外終端部に対向
する地点までの間の部分を該第１のスクロール部材のう
ず巻体の中心からの半径Ｒ， （但しＲ１一Ｒｏ ｒ
）の円弧に沿った面をなした出張り部分を設けるととも
に、該出張り部分の上記第２のスクロール部材のうず巻
体の外終端に対向する位置に切り欠き部を設けてあるこ
とを特徴とする容積式流体圧縮装置である。

本発明によれば、第１のスクロール部材のうず巻体の外
向き面のうちその外終端部から第２のスクロール部材の
うず巻体の外終端部に対向する地点才での間の部分の一
点がハウジングの円筒状内面に常に接触し、かつその接
触点がうず巻体に沿って連続的に移動することになるの
で、この第１のスクロール部材のうず巻体とハウジング
の円筒状内面との間の部分も圧縮空間として利用するこ
とができ、したがって圧縮に寄与する体積を増大するこ
とができる。

また第２のスクロール部材のうず巻体の内側に形成され
る圧縮空間の流体取込口と外側に形成される圧縮空間の
流体取込口は互いにほぼ同じ位置になるので、それらの
両流体取込口の近傍の一箇所に流体流入口を設けるのみ
でその流体流入口から流入された流体は両方の圧縮空間
に実質的に均等に分配されることとなり、したがって流
体流入経路の簡略化が可能になるとともに、好ましい潤
滑構造を備えることもできるようになる。

さらに本発明につき図面を用いて説明する。

第２図は、本発明の一実施例の構造を示す中央断面図で
、同図を参照して、ハウジング１０はフロントエンドプ
レート１１、リヤエンドプレート１２および両者間を接
続する円筒側壁１３（図示フの例ではフロントエンドプ
レートと一体となっている。

）からなり、リャエンドプレート１２に形成した流体流
入口１４および流体排出口１５で外部と連通した密閉室
を形成している。

フロントエンドプレート１１には、これを貫通テしかつ
これに、ラジアルニードル軸受１６を介して回転可能に
支承された主軸１７が取り付けられている。

主軸１７を取り囲むようにフロントエンドプレート１１
から正面に突出した筒体１８内には、主軸の周りにシャ
フトシール機構１９が設置アされ、また筒体外部にはプ
ーリー２０が軸受支持されており、このプーリーは主軸
１７と結合されて、外部の１駆動源（例えばモータ等）
からの回転力をベルトを介して主軸１７へ伝達するよう
になっている。

１ 主軸１７の内端にはローター２１が固定されており
、このローターは、フロントエンドプレート１１の内面
に、主軸と同心に設けたスラストニードル軸受２２にて
支承されている。

ローター２１のフロントエンドプレート１１とは反対の
側には、ローターから突出しかつ上記主軸から偏心した
軸（クランクピン）２３が設けられている。

２４．２５は一対のスクロール部材で、スクロール部材
２４は、一枚の円板２４１の一面にうず巻体２４２が固
定されるとともに反対面には軸方向丸孔を備えた突部２
４３を形成されており、この突部２４３は、その軸方向
丸孔内に、ラジアルニードル軸受２６を設置したクラン
クピン２３が嵌合されており、これによって、スクロー
ル部材２４は、クランクピン上に軸受支持されている。

スクロール部材２４の突部２４３の突出端には径方向に
拡がるフランジ面を備えたフランジ体２７が設けられ、
このフランジ面はローター２１の対向面上にクランクピ
ンと同心に設けたスラストニ一ドル軸受２８で支持され
ている。

フランジ体２７は、さらに第２図をも参照して、フラン
ジ部分２７１に幾つかの孔２７２を設けてある。

これらの孔２７２はフランジ体２７の軽量化を計るとと
もに、その重心を駆動中心に近づけるためのものである
。

従って、主軸１７の回転によるクランクピンの偏心運動
によって、スクロール部材２４はフランジ体２７と一緒
に偏心運動を行なう。

すなわち主軸とクランクピン間の距離を半径とする円軌
道上を運動する。

このスクロール部材２４の円軌道運動の間、スクロール
部材の自転を防止するため、スクロール部材２４の円板
２４１とフランジ体２７との間には、ハウジングの円筒
壁１３内面に設置された自転防止機構が設けられている
。

自転防止機構は第３図をも参照して、オルダムプレート
２９とオルダムリング３０との組合せよりなっている。

オルダムプレート２９はフランジ体２７の筒部２７３の
周囲に配置され、かつ円筒側壁１３の円筒状内面にキー
を用いる等により回転止めされている。

このオルダムプレート２９は軸方向一面に設けた凹所２
９１の底面に、互いに１８０°の角度をなす二箇所にそ
れぞれ溝２９２を有し、かつ凹所２９１に対向する内向
きフランジの如きシールプレート２９３を有している。

一方、オルダムリング３０はオルダムプレート２９の凹
所２９１に配置されるもので、一面にはオルダムプレー
ト２９の溝２９２に嵌入する第１凸部３０１を有し、ま
た他面には第１凸部３０１に対し９０°の角度をなす二
箇所にそれぞれ第２凸部３０２を有している。

第２凸部３０２はクランクピン２３に軸受されたスクロ
ール部材２４の板体２４１に設けた、オルダムプレート
２９の溝２９２と同種の溝（図示せず）に嵌入するもの
である。

なお、シールプレート２９３の切欠き２９４はオルダム
リング３０の第２凸部３０２をスクロール部材２４の板
体２４１の溝に嵌合させるために設けてある。

このような自転防止機構を第１図に示す如く組込んであ
るため、主軸１７の回転に伴なうクランクピン２３の偏
心回転運動によって、スクロール部材２４は自転せずに
円軌道上を運動（公転）する。

このときスクロール部材２４と一緒にフランジ体２７が
円軌道運動するのをも許すために、オルダムプレート２
９の中心穴２９４の径は充分大きく設計する。

スクロール部材２５は、円板２５１の一面にうず巻体２
５２を固定したもので、うず巻体２５２の略中心に相当
する円板２５１上の位置に、第１図に４で示した吐出孔
に相当する貫通孔（図示せず）が設けられている。

そしてこのスクロール部材２５は、ハウジング１０の円
筒側壁１３とリャエンドプレート１２との間に円板２５
１の周面近傍部分を挾み込み、かつボルト（図示せず）
を用いてリャエンドプレート１２とともに、円筒側壁１
３にしっかりと締付け固定することにより組込まれてい
る。

さらに、第４図をも参照して、両スクロール部材２４．
２５のうず巻体２４２，２５２の内向き面はいずれも全
体にわたってインボリュート曲線に沿った形状とする。

一方、うず巻体２４２，２５２の外向き面は次に説明す
るような形状にする。

まず可動スクロール部材２４のうず巻体２４２の外向き
面は、固定スクロール部材２５のうず巻体２５２の外終
端つまりＡ，点に対向したＢ１点から内終端に至る間は
インボリュート曲線に沿った形状とするが、そのＢ１点
から外終端つまりＢ２点に至る間は、そのうず巻体２４
２の中心を中心とした半径Ｒ１の円弧に沿った形状とし
、かつその半径Ｒ１は円筒側壁１３の内面半径Ｒ。

から可動スクロール部材２４の上述した軌道円運動の半
径ｒを引いた値（即ちＲ１＝ｘ＝ｒ）に選ぶ。

こうして得られた可動スクロール部材２４のうず巻体２
４２は、Ｂ１点からＢ２点に向って途中例えばＢ３点ま
では図に斜線を施して示した出張り部分２４４だけ肉厚
が厚くなり、かつそのＢ３点からＢ２点に至る間の肉厚
は薄くなる。

なおこの場合、Ｂ１点の近傍には、この可動スクロール
部材２４が半径ｒをもって軌道円運動する際にうず巻体
２４２がＡ１点部分に衝突するのを防止するための逃げ
部としての切欠き部２４５を設ける。

固定スクロール部材２５のうず巻体２５２の外向き面は
、Ａ１点から中心端に向って少しの間だけ半径Ｒｏの円
弧に沿った形状になして円筒側壁１３の内面に密着させ
るが、残部はインボリュート曲線に沿った形状になす。

そして、円板２５１にはこのうず巻体２５２と円筒側壁
１３との間に対応した部分に流体流入口２５３を形成す
る。

こうして、うず巻体２４２の外終端部分がうず巻体２５
２と円筒側壁１３との間で半径ｒの軌道円運動すること
により、このうず巻体２４２の内側および外側にそれぞ
れ形成される圧縮空間の各流体取込口を流体流入口２５
３の近傍で開閉する。

このようなうず巻体２４２を有する可動スクロール部材
２４においては、半径ｒの軌道円運動に際し、うず巻体
２５２の外向き面のうち半径Ｒ１の円弧に沿つて形成さ
れた部分の一点が円筒側壁１３の内面に常に接触し、か
つその接触点がＢ２点からＢ１点に向けて連続的に移動
することになるので、そのＢ１点およびＢ２点間の外向
き面も流体の圧縮作用に寄与することとなり、したがっ
て圧縮空間の体積を増すことができる。

また、うず巻体２４２の外終端部分がうず巻体２５２と
円筒側壁１３との間で半径ｒの軌道円運動することによ
り、このうず巻体２４２の内側に形成される圧縮空間の
流体取込口と外側に形成される圧縮空間の流体取込口と
を開閉する。

具体化に際し、この増加した圧縮空間がハウジング１０
のロータ２１を配置した空間に開放していると、実質上
の圧縮が不可能になってしまうので、これを防止するた
めに、前述したオルダムプレート２９はそのシールプレ
ート２９３によってこの増加した圧縮空間をロータ配置
空間から遮断するように配置されている。

なお上述では、シールプレート２９３をオルダムプレー
ト２９と一体に設けたものについて説明したが、これは
第５図に示すように、オルダムプレート２９とは別体の
ものとして作り、キー溝２９６，２９７にキー３１を挿
入することにより両者を円筒側壁１３に対し回転止めし
てもよい。

この第５図に示したシールプレート２９３は、その内側
に張り出した部分２９８が上述の増加した圧縮空間をロ
ータ配置空間から遮断するように配置される。

さて第１図に戻り、主軸１７を外部駆動源によってプー
リー２０を介して回転させれば、クランクピン２３の偏
心運動によってスクロール部材２４が円軌道上を運動す
る。

このときオルダムプレート２９およびオルダムリング３
０を含む自転防止機構の働きにより、スクロール部材の
自転は防止されるので、スクロール部材２４のスクロー
ル部材２５に対する動きは、第１図と同様になり、この
結果うず巻体２４２，２５２の外周から取り込まれた流
体は、徐々に圧縮されながら中心に移動し、吐出室３２
へ吐出され、流体排出口１５より排出されて、例えば冷
却システム中を循環して流入口１４よりハウジング１０
内へ戻る。

次に上述した圧縮機の相対的に移動する部分の潤滑につ
いて説明する。

第１図において、この圧縮機はさらに、リャエンドプレ
ート１２の下部に設けた潤滑油貯留室３３、フロントエ
ンドプレート１１および円筒側壁１３の下部にかけて設
けられ、一端が潤滑油貯留室３３に開口し、他端がシャ
フトシール機構１９の内側のメカニカルシールポケット
３４に開口したオイル供給路３５、ロータ２１に設けら
れ、主軸１７を支持したラジアルニ一ドル軸受１６部と
可動のスクロール部材２４の円筒状突部２４３を支持し
たラジアルニードル軸受２６部とを相互に連通させたオ
イル通路３６、円筒側壁１３のロータ２１周面に対向し
た上部内面に設けたオイルデイフレクタ３７、および円
筒側壁１３の上部から固定のスクロール部材２５の円板
２５１にかけて設けられ、一端がオイルデイフレクタ３
７の近傍に開口し、他端が潤滑油貯留室３３に開口した
オイル帰還路３８を有している。

ここでオイル通路３６は主軸１７を支持したラジアルニ
ードル軸受１６に向いた一端の開口３６１から主軸１７
の軸心１γ１までの距離ａと、他端の開口３６２から主
軸１７の軸心１７１までの距離ｂとの関係をａ ＜ ｂ
になるように設定する。

こうすると主軸１７の回転時の遠心力の差により、オイ
ル通路３６は内部の流体を一端の開口３６１から他端の
開口３６２に向けて付勢することになる。

さらにオイル供給路３５およびオイル帰還路３８には途
中部分にそれぞれ栓３９．４０が設けてあり、栓３９を
外すことにより潤滑油貯留室３３へ潤滑油の供給や補給
をでき、かつ栓４０を外すことにより潤滑油を抜くこと
もできるようになっている。

さて潤滑油は潤滑油貯留室３３へ充填する。

充填された潤滑油はオイル供給路３５へも流入すること
になるだろう。

この状態で主軸１７に回転力を与えると、それにしたが
ってロータ２１も回転するので、上述したオイル通路３
６が遠心力による流体付勢力を起し、その結果、メカニ
カルシールポケット３４に負圧が生じ、ここに潤滑油が
流入する。

メカニカルシールポケット３４の潤滑油はさらに、主軸
１７を支持したラジアルニードル軸受１６を潤滑してか
らオイル通路３６を通り、可動のスクロール部材２４を
支持したラジアル軸受２６の部分に流出し、このラジア
ルニードル軸受２６を潤滑し、かつロータ２１とフラン
ジ体２７との間のスラストニ一ドル軸受２８をも潤滑し
つつハウジング１０の内部に流入して溜る。

ここでオイル通路３６の流体付勢力によりラジアルニー
ドル軸受１６やメカニカルシールポケット３４に十分な
負圧が生じるように、フロントエンドプレート１１とロ
ータ２１との隙間にはそこを遮断するシールリング４１
が設けてある。

またハウジング１０の内部に溜った潤滑油はロータ２１
によってかき上げられ、その際にフロントエンドプレー
ト１１とロータ２１との間のスラストニ一ドル軸受２２
等の他の相対的移動を起す部分の潤滑を行う。

そして円筒側壁１３の内面に沿って流動する潤滑油はオ
イルデイフレクタ３７に衝突して向きを変えられ、オイ
ル帰還路３８を通って潤滑油貯留室３３に戻る。

オイルデイフレクタ３γは突起であっても溝であっても
よい。

こうして潤滑油は循環させられ、その間に各軸受１６，
２２，２６，２７や各摺動部分をよく潤滑することとな
る。

上述のように、本発明によれば、２つのスクロール部材
による圧縮に寄与する体積が増加するので、小型で効率
のよいスクロール型圧縮機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ 〜 ｄは本発明に係るスクロール型圧縮機の
圧縮原理を説明するための図で、ａ〜ｄは異なった角度
位置の状態を示す図、第２図は本発明の一実施例の構造
を示す中央断面図、第３図は流体圧縮部のシールを兼ね
た自転防止機構の一例を示した分解斜視図、第４図は第
２図中のＩＶ−ＩＴ線に沿った断面図、第５図は第３図
と同様な部分の他例を示した分解斜視図である。 １，２・・・・・うず巻体、３・・・・・・密閉空間、
４・・・・・・吐出孔、１０・・・・・・ハウジング、
１１・・・・・・フロントエンドプレート、１２・・・
・・・リャエンドプレート、１３・・・・・・円筒側壁
、１４・・・・・・流体流入口、１５・・・・・・流体
排出口、１６，２６・・・・・・ラジアルニ一ドル軸受
、１７・・・・・・主軸、１９・・・・・・シャフトシ
ール機構、２１・・・・・・ロータ、２２．２８・・・
・・・スラストニ一ドル軸受、２３・・・・・・クラン
クピン、２４，２５・・・・・・スクロール部材、２９
・・・・・・オルダムプレート、３０・・・・・・オル
ダムリング、３２・・・・・・吐出室、３３・・・・・
・潤滑油貯留室、３４・・・・・・メカニカルシールポ
ケット、３５・・・・・・オイル供給路、３６・・・・
・・オイル通路、３Ｔ・・・・・・オイルデイフレクタ
、３８・・・・・・オイル帰還路、２４１ ，２５１・
・・・・・円板、２４２，２５２・・・・・・うず巻体
、２９３・・・・・・シールプレート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 板体の一面上にうず巻体を固定した第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固定した第
   ２のスクロール部材とを、両うず巻体の角度をずらせて
   かみ合せながら重ねて、第１のスクロール部材を、半径
   ｒの円軌道上を公転運動するように、第２のスクロール
   部材に対して動かして、両うず巻体間に閉塞された空間
   を形成しつつ流体を取り込み、第１のスクロール部材の
   運動に伴ない、該空間を中心方向に移動せしめ、かつ容
   積の減少を伴なわせ、一方向性連続流圧縮作用を行わせ
   るようにした容積式流体圧縮装置において、上記第１お
   よび第２のスクロール部材は半径Ｒ。 の円筒状内面を有するハウジング内に配設され、上記第
   ２のスクロール部材のうず巻体外端部は該ハウジングの
   円筒状内面に接するまで延びており、上記第１のスクロ
   ール部材のうず巻体の外向き面には、その外終端部から
   上記第２のスクロール部材のうず巻体の外終端部に対向
   する地点までの間の部分に該第１のスクロール部材のう
   ず巻体の中心からの半径Ｒｌ（但しＲ１−Ｒ。 一ｒ） の円弧に沿った面をなした出張り部分を設ける
   とともに、該出張り部分の、上記第２のスクロール部材
   のうず巻体の外終端に対向する位置に切り欠き部を設け
   てあることを特徴とする容積式流体圧縮装置。