JPS6037319B2 - スクロ−ル型圧縮機 - Google Patents

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
−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ポケットを容積の減少を伴な
わせてうる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。

一つのうず巻体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の中心〇が他方のうず巻体２
の中心○の周りを半径０一○′をもつて公転するように
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部へ移動する。
即ち、第１図ａの状態からうず巻体１の公転角が９００
を示す第１図ｂ、１８００を示す第１図ｃ、２７０ｏ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
させるとうず巻体の隆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
て行く、３６０ｏ回転した第１図ａでは両ポケットは中
央部に移り互いに接続し、更に９０ｏ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は狭まり、
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り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
側板を設け一方の側板の中央部に第１図中４で示す如き
吐出孔を設けておけば、蓬方向外周で取じ込まれた流体
が圧縮され、吐出孔４から吐出されることとなる。

即ち、このようなスクロール型圧縮機においては両うず
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
動によって情動しながら移動し、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図な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ろうず
巻体の壁面に接触し、吸入が終了した時点（第２図中ｂ
点）で始まり、クランク角が２汀となる点（そ点）まで
は流体ポケット内の容積を減少しつつ内部圧力が徐々に
上昇する。

しかしク点の直後（ｍ点）でここまで圧縮されてきた二
つの流体ポケットが吐出室に蓮適する中央室に蓮通し一
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圧力と一致
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ポケット内の
圧縮流体が混合されて若干の圧力上昇となり、吐出圧力
に達する点（ｎ点）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圧
流体を吐出室内に流出させることとなる。従って中央室
は吐出室と蓮通したのちは一定の圧力を維持しつつ○点
に至る。このようにクランク角４竹で一つの圧縮サイク
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２ｎの時）で別の圧縮サイクル
（ｈ″−ク″−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が、
うず巻体間の線接触は複数対で行なわれるためすべての
接触を完全に行なうことは難しい。もしこれらの接触点
において間隙を生ずると圧縮動作中に圧縮流体の漏れが
生じ体積効率則ち冷凍能力の低下を招くこととなる。こ
の流体漏れは特に接触点前後の圧力差の大きいところで
問題となる。また中央室の高圧部から次の室への流体漏
れが増大すると第２図中斜線で示すように流体ポケット
内が圧力上昇し圧縮動作の消費馬力則ち圧縮動作に要す
るトルクが増大するため中央室付近でのシール性を向上
させる必要があった。ところで、うず巻体の曲線は通常
ピッチ（第３図中ａ，一ａ２，ａ２一ａｎ、 あるいは
ｂ，一ｂ２，ｂ２一ｂｎ間の距離）が一定となる円の伸
関線を用い二つのうず巻体をａ，〜ａｎ及びｂ，〜ｂｎ
′点で線接触させているがうず巻体の部材を組合せ、ス
イングリンクあるし、は偏心ブッシュ等の従動クランク
により一方のスクロール部材に相対的な円軌運動を与え
ると、スクロール部村の所要旋回半径は誤差のなかで最
も小さなピッチを有する接触点により決定されてしまう
。

換言すると最も小さなピッチを有するうず巻体の壁面は
対向する他方のうず巻体の壁面に接触するのみで他の全
ての接触すべき点では間隙を生ずることとなり、圧縮流
体の漏れが発生する。これを避けようとするとうず巻体
の加工に極めて高い精度が要求されることになる。

一方、限られた精度の範囲では、うず巻型のどの点で軌
道半径が決定されるかについては部品の個々のバラツキ
によって異なるため、流体漏れの発生個所が中央室から
次の室までのやより吸入面に近い側の室で発生するもの
もある。

従って個々の圧縮機の性能（体積効率および成績係数）
のバラッキが非常に大きいものとなるので量産には不適
である。

また上述のような誤差のないスクロール部材を絹合せて
圧縮動作を行なわせる場合でさえも動作中に発熱を生じ
スクロール部村周辺の温度が上昇し、スクロール部材も
当然熱膨張することとなるが温度上昇がスクロール部材
全体に対して一様であれば、うず巻体間の線接続部は均
等に変化するため問題を生ずることはないが、実際の使
用状態にあっては、吐出部付近の温度上昇が外周部の温
度上昇に比してより大きくなるため熱膨張によりうず巻
にひずみが発生し、線接触部に間隙が生じることがあり
、またこの間隙は上記うず巻体壁面間の間隙と相まって
高圧流体ポケット内の流体漏れの原因となっていた。

本発明は、このようなスクロール部材加工時に生ずろう
ず巻体の壁面加工誤差あるいは温度上昇に伴なる熱膨張
ひずみによる流体漏れが中央室付近で発生しないように
するため、意識的に流体漏れをその影響の少ない部分に
発生させ、これにより製品性能を安定させることを目的
とするものである。

以下に本発明を実施例を示す図面を参照して説明する。

第４図は本発明の実施例を示すスクロール型圧縮機の断
面図で、圧縮機はフロントエンドプレート１１とこれに
設置されたカップ状部分１２とから成る圧縮機ハウジン
グ１０を有している。該ハウジング１０の内部には固定
スクロール部材１３と可動スクロール部材１４とが配設
されている。ここで、固定スクロール部材１３は一般に
側板１３１とその一面上に形成したうず巻体１３２及び
該うず巻体１３２とは反対側の側板１３１上に設けた脚
部１３３とより構成され、該脚部１３３をカップ状部分
１２の外方より該カップ状部分１２を貫通して螺合する
ボルト１５によってカップ状部材１２の底部１２１内壁
上に固定している。またカップ状部分１２内に固定され
た固定スクロール部材１３の側板１３１は、その外周面
とカップ状部分１２の内壁面をシールすることにより該
カップ状部分１２の内部空間を吐出室１６と吸入室１７
とに仕切っている。可動スクロール部材１４は側板１４
１とその一面上に形成したうず巻体１４２より構成され
、該うず巻体１４２は固定スクロール部材１３のうず巻
体１３２に対し、第１図で説明したような作用を行なえ
るように組合されている。

そして可動スクロール部材１４はフロントエンドプレー
ト１１に回転自在となるよう貫通、支承されている主軸
１８の回転にしたがって自転することなく第１図で説明
したように円軌道上を公転運動する如く主軸１８に接合
されている。ここで可能スクロール部材１４の自転禁止
しつつ公転運動させる機構については、種々の公知機構
にて実施され得るため詳細な説明は省略する。

可動スクロール部材１４が駆動されると、カップ状部材
１２上に形成した吸入ボート１９からケーシング１０内
の吸入室１７に流入された流体は両うず巻体１３２、１
４２間に形成される流体ポケットに取り込まれ、可動ス
クロール部材１４の運動に伴なつて徐々に圧縮されつつ
中央部へ送られ、固定スクロール部材１３の側板１３１
上に穿設した吐出口１３４から吐出室１６へ圧送され、
さらに吐出ボート２０からケーシング１０外へ送り出さ
れる。ここで両スクロール部材１３，１４のうず巻体１
３２，１４２は、第５図に示するつに内端Ａより、伸開
角で約２汀ラジアンほど巻き戻した一方のスクロール部
材の外壁側の点ＣおよびこのＣ点に対応する他方のスク
ロール部材の内壁側のＢ点までの壁厚に比してこのＢ点
あるいはＣ点付近から外端Ｅ点までの壁厚を漸次減少さ
せて形成する。

これを言いかえると、固定スクロール部材うず巻体１３
２のＢ−Ｂ部と可動スクロール部材うず巻体１４２のＢ
−Ｅ部を基準線より漸次壁厚を減少させるようにしたり
、固定スクロール部材うず巻体１３２のＣ−Ｅ部と可動
スクロール部材うず巻体１４２のＣ−Ｅ部の壁厚の漸次
減少させるようにしたり、また固定スクロール部材うず
巻体１３２のＢ−Ｅ部、Ｃ−Ｅ部と可動スクロール部材
うず巻体１４２のＢ−Ｅ部、Ｃ−Ｅ部の壁厚を漸次減少
させるものである。

この場合壁陣減少寸法ａはＢ点またはＣ点で０、それよ
りも外側で徐々に増加していくような伸開角の関数とな
る。

この実施例で壁厚減少の少ない部分では寸法誤差吸収効
果は少ないが、この壁厚変化は第２図中ｈ−〆部での圧
力変化に応じた合理的な間隙変化である。このため両う
ず巻体１３２，１４２を正しく配置して運動させるとＡ
一Ｃ部、Ａ−Ｂ部までは互いに線接触を行なうがＣ−Ｅ
部、Ｂ−Ｅ部はａだけ間隙が生ずることになる。

しかし、スクロール型圧縮機の圧縮線でＣ−Ｅ部、Ｂ−
Ｅ部に対応するのは第２図（これは弁装置を有する場合
の特性図である）ではｈ−その比較的圧力の低い部分で
あるため、接線前後の圧力差は小さく間隙ａが微小であ
れば流体漏れによる影響は少ない。実施例では高圧圧縮
を行なうｍ−ｎ間が第５図のＡ−Ｃ部、Ａ一Ｂ部に相当
するがこの部分Ａ−Ｃ、Ａ−Ｂは上記間隙ａにより良好
なシールが維持される。第２図においてうず巻壁の高圧
部のシールが不良の場合、ｈ−そ′、ｍ′−ｎ′のよう
にガスブローバィにより内部圧力が早く上昇する。

このとき斜線部が圧縮時のエネルギー損失に対応する。
したがって高圧（ｍ−ｎ）部のシールはエネルギー損失
低減上重要であり、実施例は、この重要領域のシールを
確保しようとするものである。ところで上記Ｃ点やＢ点
の位置は．厳密なものである必要はない。また温度膨張
が中央部付近ほど大きいことを考えて、温度膨張により
寸法変化を補償するような割合でａを変化させることも
できる。

このような構成にて成る本発明は、両うず巻体１３２，
１４２の中央部付近の壁厚を他の部分より僅か厚く形成
し、完全な織接触が得られるようにしてあるため、他の
部分の壁面加工に僅かな誤差△Ｅが生じたとしても、△
Ｅ＜ａである限り中央部のシールには影響を与えず、外
周部の非接触部からの漏れについても圧力差が小さいた
め体積効率に与える影響は４・さく抑えることができる
。

また、圧縮機の駆動中に発生する温度上昇についても、
上昇率がほぼ同じとなる部分を完全な線接触が得られる
部分としているため高圧部における熱膨張による変化差
異で間隙が発生することを防げる。以上のように本発明
はスクロール部材を構成すろうず巻体の壁厚をうず巻体
の中央部と外周部とで変化させ、外周部の壁厚を僅か薄
く形成することにより、高圧流体ポケット部におけるう
ず巻体間の線接触を確実に行なわせているので、スクロ
ール部材の加工上生ずる誤差による圧縮動力損失及びそ
れによる温度上昇の度合を減少させ、又体積効率の低下
を抑えることができるとともに誤差のバラッキによる性
能のバラッキも小さく抑えることができるものである。

また圧縮機の駆動中に発生する温度上昇に伴なう熱膨張
変化の差異による流体漏れを抑えることができるもので
ある。

ざらにうず巻体間の線接触による摺動部が限られるため
摺動部の摩耗対策は局部的に行なえばよく容易に対策が
行なえるものである。

【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図は従来のうず巻体を
用いた場合の接触状態を示す説明図、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
は本発明の実施例を示す説明図である。 １３，１４…スクロール部材、１３１，１４２・・・側
板、１３２，１４２・・・うず者体。 第２図第３図 第１図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 側板の一面にうず巻体を形成した一対のスクロール
   部材を両うず巻が互いに角度をずらせてかみ合い、かつ
   壁面が接触してうず巻体間に密閉された流体ポケツトが
   形成されるよう重ね合せ、一方のスクロール部材を自転
   を防止しながら相対的な円軌道運動させることにより該
   流体ポケツトをうず巻体の中心方向へ容積の減少を伴な
   わせながら移動させ、一方性流体圧縮作用を行なわせる
   スクロール型圧縮機において、うず巻体の内端から、流
   体ポケツトが吐出室に連通する中央室に連通する瞬間に
   両うず巻体の壁面が接触している部分付近までの間より
   以降のうず巻体の壁厚を漸次減少するように形成したこ
   とを特徴とするスクロール型圧縮機。