JPS6037320B2 - 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
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ポケットを容積の減少を伴な
わせてうる巻体の中央へ移動させ、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０の周りを半径○−○′をもつて公転するようい
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９０ｏ
を示す第１図ｂ、１８０ｏ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蚤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やがつて徐々に減少し
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の鯛方向両端にシ−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。

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ｈ
点）で始まり、クランガ角が２中となる点（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序々に
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通する中央室に運通し一
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灯で１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２ｍの時）で別の圧縮サイクル
（ｈ′−〆′−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−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ｈ−そ
−ｍ−ｎ−ｏで示すようになり、うず巻体の巻数がそれ
より少ない場合（たとえば第２図ｈ−そ−ｍ−ｎ−ｏで
示すようにクランク角が１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村の
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
を多くすることにより、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村のうず巻体
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
り、所要動力が増加する。

特に圧縮機を圧縮比の低い状態で使用する場合には、第
１１図のｈ−そ−ｍ−ｎ−ｏのような状態となり、非常
に動力の損失が大きくなってしまう。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、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、低圧縦比で使用する場合でも過圧縮になら
ないようにし、それにより動力損失の低減および体積効
率の増大をはかることを目的とする。

本発明によれば、板体の一面上にうず巻体を配設した第
１のスクロール部村と、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上を公転運動させて
両うず巻体間に閉塞された複数の流体ポケットを形成し
つつ流体を取り込み、該第１のスクロール部材の運動に
伴い、該流体ポケット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、上記流体ポケット
の軸方向寸法が上記うず巻体の外終端から内終端に向っ
て段階的に大きくなるように、上記第１及び第２のスク
ロール部材の少なくとも一方のうず巻体のピッチ間の板
体面領域が当該うず巻きに沿ってその外終端から内終端
に向って階段状に低くなるように形成されているととも
に、これに対応して、相手方のスクロール部材のうず巻
体の高さがその外終端から内終端に向って階段状に高く
なるように形成されていることを特徴とするスクロール
型圧縮機が得られる。以下、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、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プレート１１と、これに設置され
たカップ状部分１２とからなる圧縮機ハウジング１０を
有している。

プロントェンドプレート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り、背面には
貫通孔１ １ １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−ル板の絞り加工、あ
るいはアルミダィカストによって形成される。カップ状
部分１２は、その閉口部をフロントエンドプレートの環
状突起１１２上に鞍合し固着される。なお、０−リング
１４が接合部に挟持されてシールを行なっている。主軸
１３の内側にはディスクロ−夕１５が固定されており、
このディスクロータ１５は貫通孔１１１内にボールベア
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。

フロントエンドプレート１１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、フロントエンドプレート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、
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、これによって
、外部駆動源（例えば自動車エンジン）の回転をベルト
を介してプーリ‐へ伝え、電磁石への通電によって、ア
ーマチヤプレートをプーリ−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
ンドプレート１１によって閉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
スクロール回転阻止機構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、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り、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の間に挟持されている。
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との間をシールしている。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、うずまき体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２２
１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２２２は、うずまき体２１２と１８０ｏの角
度ずれをもってかみ合わされて、両うずまき体の間に流
体ポケットを形成している。可動スクロール部材２２は
、ディスクロータ１５の内端面に偏心して結合した駆動
論２３１上に、ラジアルベアリング２３２を介して、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の側板２２１へ固定さ
れた可動リング２４２と、両リングに形成したボール受
穴２４３，２４４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に外部の流体回路と接続する
ための吸入ボート３０と吐出ボート３１を設けている。

吸入ボート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−ル２２の円軌道運動によ
り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に形成された蓮通穴
２１７を通り吐出ボート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
体ポケットが、吸入ボート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、蓮通穴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からの壁高ごそ２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の最外部より
やや中に入った任意の壁伸開角の点Ｑ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。・にして半径
Ｒ・＝〜十季（ｒｏ：軌道半径，ｔ：壁厚）の半円を描
くように深さそ３の段差を設ける。したがってこの点Ｑ
ではうずまき体２２２の壁高さは相対的に夕２十〆３の
高さとなる。さらにこの部分より伸開角で汀ｒａｄだけ
中に入った点Ｂではうずまき体２２２の壁高さはぐ，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＝ぞ，十そ２ 十そ３のの高さとな
る。しかも壁高さの増加した地点８のうずまき方向端部
は第７図に示すように壁の中心から半径Ｒ２＝季の半円
状曲面にされる。そして、この点より内側では底板高さ
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村２１と同
様な形状をないまぽ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のそれぞれそ，，ク
２，そ３が同寸法で対応していることである。次に、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Ａは流体の取り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ット３ａ，
３ｂの壁高さは、前述Ｑ点をうずまき体最外壁端部から
約曇汀ねｄだけ戻し位置に設定したため、伸開角にして
３／４が壁高こそ２、残りの１／４が壁高さＨ＝夕，十
そ２ 十そ３ の状態にある。第８図ＢはＡの状態から
の可動のうずまき体２２２の公転角が９００を示す図で
あり、この点までは壁段差部のシールはされている。さ
らに９０ｏ進んだ状態が第８図Ｃであり、壁の高い部分
の端面Ｌ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Ｌと段
差部分の側面Ｍとの間隔を介して蓮通させられた両方の
流体ポケット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。Ｃよりさらに９０ｏ進んだ状態が第８図Ｄであ
る。ここではほとんどの壁高さがＨ＝〆，十〆２ 十そ
３の状態で形成された流体ポケット３ａ，３ｂになって
いる。これによりさらに可動のうずまき体２２２の公転
角が進むと、例えば第８図Ｂの内側の流体ポケット３ｃ
，３ｄ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、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′−そ′−ｍ
−ｎ−ｏで示すようになる。この圧縮サイクルによると
、ｈ−そ−ｍ−ｎ−ｏで示す従来のうずまき体の壁高さ
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
。特に、可動および固定の両うず巻体の壁高さが一定の
従来の圧縮機を圧縮比の低い状態で使用すると、第１１
図のｈーメーｍ−ｎ−ｏに示すように過圧縮となるが、
本発明の圧縮機は圧縮比の低に状態で使用されても、第
１１図ｈ−ｈ′ーク′−ｍ−ｎ−ｏに示つように過圧縮
とはならず、したがって動力損失の少ない効率の良い圧
縮を行なうことができる。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。その一
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、両うずまき体２１２，２２２のうず巻の巻数が等し
ければ、流体取り込み時、対になった流体ポケットの容
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、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
体の外部側より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ａ〜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
を説明するための図、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村を示し、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は刑−Ｗ線断面図
、第７図はスクロール部材の説明用平面図、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〜Ｄ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Ｋ−Ｋ線断面図、第１０図はさらに他
の実施例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、第１１図は従来の圧縮機
を圧縮比の低い状態で使用する場合の圧縮サイクルを説
明するための図である。 １・・・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、２
２２…うずまき体。 第１０図 第１図 第２図 第３図 第４図 精５図 第１１図 焔６図 溝フ図 第８図 第８図 第８図 溝８図 精９図

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上を公転運動させて両うず巻体間
   に閉塞された複数の流体ポケツトを形成しつつ流体を取
   り込み、該第１のスクロール部材の運動に伴い、該流体
   ポケツト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わせるようにしたスク
   ロール型圧縮機において、上記流体ポケツトの軸方向寸
   法が上記うず巻体の外終端から内終端に向つて段階的に
   大きくなるように、上記第１及び第２のスクロール部材
   の少なくとも一方のうず巻体のピツチ間の板体面領域が
   当該うず巻きに沿つてその外終端から内終端に向つて階
   段状に低くなるように形成されているとともに、これに
   対応して、相手方のスクロール部材のうず巻体の高さが
   その外終端から内終端に向つて階段状に高くなるように
   形成されていることを特徴とするスクロール型圧縮機。