JPS62126206A - スクロ−ル流体機械 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気圧縮機、冷媒圧縮機あるいは膨張機と
して利用するスクロール流体機械に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のスクロール流体機械の原理、具体的な構成、動作
を第７図、第８図、第９図、第１０図。

第１１図、第１゛２図により説明する。

第７図は、スクロール流体機械の原理を示しており、１
は固定スクロール、２は揺動スクロール、５は固定スク
ロール１と揺動スクロール２との間隙からなる圧縮室、
６は吸入室、８ａは最内周に形成された吐出室である。

またＯは固定スクロール１の中心である。固定スクロー
ル１および揺動スクロール２はインボリュートあるいは
円弧などを組合せた同一形状の渦巻であり、互いに１８
０゜ずらして組合せて圧縮室５が形成される。このよう
な状態で第７図ａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように揺動スクロ
ール２のみを、その姿勢を角度的に一定に保ちながら、
すなわち自転運動をせずに固定スクロール１の中心０の
回りを回転運動する揺動運動をする。このような揺動運
動に伴い、圧縮室５は順次その容積を滅じ、吸入室６か
ら取込まれた気体は固定スクロール１の中央部の吐出室
８ａから吐出される。

第８図は、特開昭５９−１０８９８１号公報に示されて
いる従来のスクロール圧縮機であり、スクロール圧縮機
を例えば冷凍または空気調和用の冷媒圧縮機あるいは空
気圧縮機に応用しようとする場合の具体的な実施例であ
って、フロンなどのガス体の圧縮機として構成したもの
である。第８図において、１は固定スクロール、１ａは
固定スクロール１の端板であって、後述するシェルの一
部を兼ねている。２は揺動スクロール、３は揺動スクロ
ール２の端板、４は揺動スクロール２の端板３の背面に
突設した揺動スクロール軸、５は圧縮室、６は圧縮室５
の吸入室、７は吸入孔、８は吐出孔、８ａは吐出室、９
は揺動スクロール２の端板３背面を支承するスラスト軸
受、１０は固定スクロール１とボルトなどで固定された
軸受支え、１１は揺動スクロール２の自転を防止しこれ
を揺動させるための自動防止機構であるオルダム継手、
１２は揺動スクロール２の端板３と軸受支え１０の間に
形成されたオルダム室、１３は軸受支えＩＯにあけられ
てオルダム室１２と後述する電動機室を連絡する返油孔
、１４は揺動スクロール２を駆動させる主軸、１５は主
軸１４内に偏心してあけられた油孔、１６は主軸１４に
偏心して設けられて揺動スクロール軸４と嵌合する揺動
軸受、１７は主軸１４上部と嵌合する主軸受、１８は主
軸１４下部と嵌合する電動機側軸受、１９は電動機ステ
ータ、２０は電動機ロータ、２１は電動機ロータ２０上
部の主軸１４に固定された第１バランサ、２２は電動機
ロータ２０の下端に固定された第２バランサ、２３は固
定スクロール１、軸受支え１０、電動機ステータ１９、
および電動機側軸受１８を固定して圧縮機全体を密封す
るシェル、２４はシェル２３底部の油溜に貯溜された油
、２５は電動機ステータ１９および電動機ロータ２０な
どを収容した電動機室である。

このように構成されたスクロール圧縮機の動作を説明す
る。電動機ステータ１９に通電すると、電動機ロータ２
０はトルクを発生して主軸１４と共に回転する。主軸１
４が回転を始めると、主軸１４に偏心して設けた揺動軸
受１６に嵌合されている揺動スクロール軸４に回転力が
伝えられ、揺動スクロール２はオルダム継手１１にガイ
ドされて揺動運動を行い、第７図ａ、　　ｂ、　　ｃ、
　　ｄに示す上述したような圧縮作用を行う。

気体は、吸入孔７から揺動スクロール２外周部の吸入室
６に吸入されて圧縮室５内に取込まれ、主軸１４の回転
と共に順次内側に送込まれて、固定スクロール１の中央
部に設けた吐出孔８から吐出される。なお、主軸１４の
回転に伴う揺動スクロール２の揺動運動は圧縮機全体に
不釣合力による振動を引起そうとするが、第１バランサ
２１と第２バランサ２２で静的および動的に主軸１４回
りの釣合をとることができ、異常な振動を生ずることな
く、圧縮機を運転できる。

また、第９図は第８図の部分詳細図でる。第９図ａはガ
ス圧縮が行われず揺動スクロール軸４が揺動スクロール
２とこれの端板３などの遠心力のみにより揺動軸受１６
方向へ押付けられた状態の揺動スクロール軸４、主軸１
４および渦巻の一部の軸方向断面図であり、第９図すは
第９図ａの部分横断面図である。これらの図において、
０１は主軸受エフの軸心、０２は主軸１４の軸心、ｏ３
は揺動軸受１６の軸心、０４は揺動スクロール４の軸心
、ＦＣは揺動スクロール２と合板３などの遠心力、ｒは
揺動軸受１６の主軸１４に対する偏心量、ｄｌは揺動軸
受１６の軸受隙間、ｄ２は主軸受１７の軸受隙間、Ｂは
固定スクロール１の渦巻間の溝幅、Ｄは揺動スクロール
２の実際の揺動幅、ｔは揺動スクロール２の渦巻の板厚
、Ｃ及びｃｌは固定スクロール１および揺動スクロール
２の渦巻間に形成される半径方向隙間であり、一般には
　Ｃ＝０１である。

そして、上述のような従来のスクロール圧縮機では、揺
動スクロール２の実際の揺動幅りは次のようになる。

Ｄ　＝　２　（ｒ　＋ｄｌ／２＋ｄｌ／２）　＋　ｔ＝
　２　ｒ　＋　ｔ　＋ｄ、＋ｄ、　　・・・・・・・・
・・・・・・・　（１）したがって、固定スクロール１
と揺動スクロール２の渦巻間の半径方向隙間Ｃは、 Ｃ＝　（Ｂ−Ｄ）／２ ＝　（Ｂ−（２ｒ　＋　ｔ　＋ｄ＋＋ｄｚ）　）　／２
＝　（（Ｂ　　２　ｒ　　ｔ）　−（ｄ＋　＋ｄｚ）　
）　／２・・・・・・・・・・・・・・・　（２）とな
る。従来のスクロール圧縮機では、上記２式の（Ｂ−２
ｒ−ｔ）が（ｄ＋　＋ｄＺ）より大きくなるように設定
しており、このため、固定スクロール１と揺動スクロー
ル２の渦巻間には常に半径方向隙間Ｃが形成されている
。しかも、第１０図に示すように、一般的な運転状態で
は、揺動スクロール軸４に対して遠心力ＦＣの他にこれ
と直角方向のガス圧縮負荷Ｆｇが作用するために、これ
らの合力Ｆは第１０図に示す方向に作用することになり
、揺動スクロール軸４は合力Ｆの方向へ押付けられる。

したがって、このような状態での固定スクロール１と揺
動スクロール２の渦巻間の半径方向隙間Ｃ′は遠心力Ｆ
Ｃのみが作用する場合の半径方向隙間Ｃよりさらに大き
くなる。このように、渦巻間の半径方向隙間Ｃあるいは
Ｃ′が存在すると、スクロール圧縮機の運転中に固定ス
クロール１と揺動スクロール２の渦巻の接触は起り得す
、したがって渦巻の側面が摩耗するという問題はないが
、圧縮室５の半径方向隙間のシールを行いにくり、上記
半径方向隙間ＣあるいはＣ′を通じて圧縮室５のガスが
吸入側へ漏れてしまうことが多かった。圧縮室５内部の
ガスが下流側へ漏れると、最終的に吐出孔８から吐出さ
れるガス量が減少して体積効率が低下し、りつ漏れたガ
スを再度圧縮することになり、電動機の入力が増加し、
成績係数が低下するという欠点があった。

また、特開昭５９−１６２３８３号公報には上述の欠点
を解消するために第１１図（ａ）　、　（ｂ）に示すよ
うに主軸１４に設けられた偏心孔に、所定量だけ偏心し
た揺動軸受を有する偏心ブツシュを嵌入し、この揺動軸
受と揺動スクロール軸を嵌入させることにより、揺動ス
クロール２の実際の揺動幅りが自在に変化できるように
し、圧縮室５の半径隙間をＯとする手段も示されている
。以下、この手段について第１１図（ａ）、第１１図（
ｂ）および第１２図（ａ）、第１２図（ｂ）により簡単
に説明する。

第１１図は、主軸１−４の偏心孔１６ａに、偏心ブツシ
ュ２６が回転自在に嵌入され、さらに偏心ブツシュ２６
に偏心量ｅをもって設けられた揺動軸受１６ｂに、揺動
スクロール軸４が回転自在に嵌入された状態を示したも
のであり、第１１図（ａ）は上方向からみた断面図、第
１１図（ｂ）は側面からみた断面図である。第１２図は
、このような手段の動作を示したものである。第１２図
（ａ）は、固定スクロール１の側板が加工や組立のばら
つきにより比較的中心寄りに位置している部分で、揺動
スクロール２も中心寄りに押された形となり、偏心ブツ
シュ２６は左回りに回転し、揺動半径Ｒは小さくなって
いる状態を示している。また第１２図（ｂ）は、逆に固
定スクロールｌの側板が比較的外寄りに位置している部
分で、揺動スクロール２は自らに作用している力Ｆによ
り偏心ブツシュ２６を右回りに回転させ、固定スクロー
ルとの半径方向、接触を保っている状態を示している。

このように偏心ブツシュを用いることにより、常に圧縮
室の半径方向シールを行うことが可能である。しかしな
がら実際には偏心ブツシュ２６には揺動スクロール４か
ら力Ｆが作用しているため、偏心ブツシュ２６の外周と
偏心孔との間には摩擦力（図示せず）が存在し、このた
め偏心ブツシュの外周のすべりに対し摩擦抵抗が働くこ
とになり、偏心ブツシュの回転を阻止する方向に作用す
る。したがって、もし偏心ブツシュ２６の外周と偏心孔
１６ａ、１６との摩擦係数がそれらの材料、仕上精度。

給油状態などにより過大となれば偏心ブツシュは自由に
回転せず、この結果固定スクロール側板と揺動スクロー
ル側板は接触しない状態で運転され、圧縮室５の半径方
向シールが達成できないため、前述のように成績係数が
低下するという問題が起こる恐れがあった。また、もし
上記の摩擦係数が大きくなく固定スクロール側板と揺動
スクロール側板が接触して圧縮機が運転される場合、固
定スクロール側板と揺動スクロール側板の間には図に示
すような力Ｆ′による回転モーメント（図示せず）によ
り接触荷重Ｆｓが作用することになる。

接触荷重Ｆｓは揺動スクロール側板が固定スクロール側
板に対して行うすべり運動の抵抗力となり、この抵抗力
は圧縮機運転時に余分な入力を消費させることになるた
め、いわゆる成績係数がいくらか低下するという問題が
発生する。

以上のような特開昭５９−１６２３８３号公報に示す偏
心ブツシュの問題点のうち前述の第１の問題を解決でき
る手段を、特公昭５７−４９７２１号、特公昭５Ｂ−２
８４３３号及び特開昭５６−１２９７９１号の各公報は
示している。特公昭５７−４９７２１号公報には揺動ス
クロールに所定の隙間をもって主軸のピンを係止して駆
動する手段と、駆動部に従動リンク機構を備えた手段と
が示されており、いずれの手段も固定スクロール側板に
対する揺動スクロール側板の接触力を制御することを目
的としたものである。これらの手段はいずれも特開昭５
９−１６２３８３号公報の第１の問題点は解決できるも
のであるが、第２の問題点は解決されていない。すなわ
ち、揺動スクロール側板と固定スクロール側板との接触
力は緩和されてはいるが、接触力を０とする手段ではな
い。

したがっていくらかの接触力により揺動スクロールの運
動は抵抗力を受けることになり、圧縮機の成績係数を低
下させることになる。また特公昭５８−２８４３３号公
報および特開昭５６−１２９７９１号公報も構造的に類
似している。つまりクランク軸に立てられたピボットピ
ンに係止された揺動リンクを備え、揺動リンクの一端に
設けられたブッシングあるいはピンに揺動スクロールを
嵌入するように構成されており、これらも特開昭５９−
１６２３８３号公報の第１の問題点を解決できるもので
ある。しかし、揺動スクロール側板と固定スクロール側
板との接触力をやはり発生させる手段であり、圧縮機の
成績係数は低下する結果となる。

〔発明が解決しようする問題点〕

以上述べたように、従来のスクロール圧縮機では、圧縮
室の半径方向隙間のシールを行いにくく、体積効率の低
下および成績係数の低下などの問題があった。また、半
径方向のシールを行うために指示されている偏心ブツシ
ュを使用する従来の圧縮機では、偏心ブツシュ外周あ摩
擦のために安定したシールを得ることは困難であり、や
はり体積効率の低下および成績係数の低下という問題が
あった。さらに、その他の半径方向シールを行うように
構成された従来のスクロール圧縮機でも、揺動スクロー
ル側板と固定スクロール側板との摩擦抵抗のために成績
係数が低下するという問題があった。

この発明は、上記の欠点に鑑み、圧縮室の半径方向隙間
のシールを達成しながら、同時に揺動スクロール側板と
固定スクロール側板との間の摩擦抵抗をなくして体積効
率および成績係数の良いスクロール圧縮機のようなスク
ロール流体機械を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記のような問題点を解消するために、主軸
と揺動スクロールの一方に設けた偏心孔のような凹部に
同心円筒状のブツシュを圧入し、主軸と揺動スクロール
の他方に設けた揺動スクロール軸のような凸部に嵌入さ
せ、運転中に揺動スクロール側板と固定スクロール側板
との隙間がほぼゼロとなり、同時に固定スクロール側板
に対し揺動スクロール側板が押付力を発生しないように
、上記主軸の偏心孔のような駆動部の偏心量を設定した
ものである。

〔作用〕

この発明におけるスクロール流体機械は上述のように構
成したので、圧縮室の半径方向隙間がほぼゼロとなり、
半径方向シールが達成され、同時に固定スクロール側板
と揺動スクロール側板の間の摩擦抵抗もほぼＯとなり、
余分な入力増加がない。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図（ａ）　、　（ｂ）
、第２図、第３図、第４図、第５図及び第６図により説
明する。

第１図において、１６ａはクランク軸１４に所定量だけ
偏心して設けられた偏心孔、２７は偏心孔１６ａに嵌入
されたいわゆる軸受材でできた円筒状のブツシュ、１６
ｂはブツシュ２７の内周面に相当する揺動軸受、ｄ、は
ブツシュ２７の内周と揺動スクロール軸４との隙間、Ｏ
ｌは主軸の軸心、○、は揺動スクロール軸４の軸心、０
１６は偏心孔１６ａの中心、Ｒは偏心孔１６ａの軸心０
．に対する偏心量、Ｒ′はＯ３と０４の距離すなわち揺
動スクロール軸の揺動半径である。その他の符号は第１
１図もしくは第１２図と同一部分であるため説明は省略
する。また第１図ａ、ｂにおいて主軸受１７と主軸１４
の間には軸受隙間が存在するが、とくに必要ないので図
示は省略する。

以上のように構成されたスクロール圧縮機においては、
偏心孔１６ａの偏心量Ｒは、圧縮機運転中において揺動
スクロール側板と固定スクロール側板との半径方向隙間
Ｃ′がＯとなるように、同時に互いに接触力を発生しな
いような偏心量に設定しである。このことによる効果を
第２図、第３図、第４図、−第５図および第６図により
以下説明する。

第２図、第３図、第４図において１は固定スクロール（
側板）、２は揺動スクロール（側板）、Ｆは第１０図に
示したものと同じで揺動スクロール２に作用する遠心力
と同じく揺動スクロール２に作用するガス負荷との合力
、Ｍは合力Ｆによりブツシュ２７が偏心孔１６ａ内周に
押付けられる接点である。その他の符号は第１図と同じ
である。

第２図は、偏心量Ｒが小さい値Ｒ，の場合で、接点Ｍは
合力Ｆの作用線上にあり、固定スクロール側板と揺動ス
クロール側板との間には半径方向隙間Ｃ′が存在してい
る。この場合、合力Ｆはすべて接点Ｍにおいて主軸に作
用している。

第３図はこの発明の意図するものであり、偏心量Ｒが適
切な値Ｒ２の場合で、接点Ｍはやはり合力Ｆの作用線上
にあるが、半径方向隙間Ｃ′は０になるように設定され
ている。この場合も、合力Ｆはすべて接点Ｍにおいて主
軸に作用し、固定スクロール側板と揺動スクロール側板
との間には接触力は発生していない。第４図は、偏心量
Ｒがさらに大きい値Ｒ１となった場合で、接点Ｍは合力
Ｆの作用線から外れ、半径方向隙間Ｃ′はＯつまり固定
スクロール側板と揺動スクロール側板は接触している。

この場合、揺動スクロールからの合力Ｆは、主軸に作用
する合力Ｆｂと固定スクロール側板に作用する分力Ｆｓ
に分けられる。このＦｂが固定スクロール側板と揺動ス
クロール側板との接触力となっている。

以上のように偏心ｔＲの大小によって隙間Ｃ′と接触力
Ｆｓが変化する様子を第５図により示す。

第５図に示すように、偏心量ＲがＲ２より小さい場合、
接触力ＦｂはＯとなるが半径方向隙間Ｃ′は増加してい
く。したがって、固定スクロール側板と揺動スクロール
側板の接触による抵抗力のための圧縮機入力増加はない
が、圧縮室５の半径方向隙間が増大するため漏れが発生
し、再圧縮などによる圧縮機入力の増加を招くことにな
る。これはＲが小さくなるぼど大きくなる。また、偏心
量ＲがＲ２より大きい場合、半径方向隙間Ｃ′はＯとな
るが、接触力Ｆｓは増加していく。したがって圧縮室５
の半径方向の漏れによる圧縮機入力の増加はないが、固
定スクロール側板と揺動スクロール側板の接触による抵
抗力のため圧縮機入力が増加することになる。これはＲ
が大きくなるほど著しい。以上のような特性から圧縮機
の成績係数（ＣＯＰ）は第６図に示すような傾向を示す
ことになり、偏心ｔＲはＲ２において最大となり、Ｒ２
より小さくても大きくても成績係数は減少することにな
る。

以上のように偏心量をＲをＲ２に設定することにより、
すなわち固定スクロール側板と揺動スクロール側板との
半径方向隙間が０となるように、同時に互いの接触力も
０となるように設定することにより、圧縮機の性能（成
績係数）を最大とすることができる。もちろん、現実の
圧縮機においては、上記のような理想的な偏心量に設定
することは不可能である。これはスクロール側板の加工
精度にいくらかばらつきがあったり、また組立時にばら
つきを生じたりするためである。しかし、これらのばら
つきは、工作的に十分な管理をすることによって、ブツ
シュ２７と揺動スクロール軸４との隙間ｄ、により第３
図の接点Ｍの位置が合力Ｆの作用線から大きく外れない
ようにすることができるので、スクロール側板の接触が
問題となるほど増大することはない。また、スクロール
側板間の半径方向隙間も、加工精度のばらつき分だけ増
加する可能性があるが、これは従来例についても同様で
あり、性能的にも問題にならない程度である。したがっ
て、現実のスクロール圧縮機においては成績係数が第６
図の最大点のごく近くになる。

さらに、この発明の実施例のものは、スクロール側板間
の接触力がθ近くになるため、従来のスクロール側板間
に接触力を発生させる形式のものに比べて、運転時の騒
音が小さいという効果がある。

なお、この発明において、揺動スクロールの被駆動部は
、上記実施例では揺動スクロール軸としたが、揺動スク
ロールの端板背面に設けたボスの凹部にブツシュを圧入
し、このブツシュに主軸に突出させた偏心ピンのような
凸部を回転自在に嵌入させるようにしても、実施例のも
のと同様な効果が得られる。

また、この発明は、スクロール圧縮機以外の膨張機、流
体ポンプなどのスクロール流体機械に適用できる。

〔発明の効果〕 以上説明したように、この発明は、主軸に設けた偏心孔
、揺動スクロールに設けたボスのような凹部に円筒部に
円筒状のブツシュを嵌入させ、このブツシュの内周に揺
動スクロールの揺動スクロール、主軸の偏心ピンのよう
な凸部を回転自在に嵌入させたスクロール流体機械にお
いて、固定スクロール側板と揺動スクロール側板との隙
間がほぼゼロとなり、かつ互いの側板間の接触力がゼロ
となるように偏心孔、偏心ピンのような偏心駆動部の偏
心量Ｒを設定することにより、高性能で騒音も低く、ま
た信頼性の高い圧縮機を提供できるという効果を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの本発明の一実施例を示す部分断面図である
。第２図、第３図、第４図はこの本発明の詳細な説明す
るための部分断面図である。第５図および第６図も同じ
くこの本発明の詳細な説明するための図である。第７図
はスクロール圧縮機の原理図、第８図はスクロール圧縮
機の全体構造を示す断面図、第９図、第１０図、第１１
図および第１２図は従来の圧縮機の要点を示す部分断面
図である。 図中、１は固定スクロール、２は揺動スクロール、３は
端板、４は揺動スクロール軸（凸部）、５は圧縮室、１
０は軸受支え、１１はオルダム継手（自転防止機構）、
１４は主軸、１６ａは偏心孔（凹部）、１７は主軸受、
２７はブツシュである。 なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インボリュートなどの渦巻状の側板を端板面に突設して
   構成され、上記側板を互いに組合わせることにより圧縮
   室を構成する固定スクロールおよび揺動スクロールと、
   この揺動スクロールの側板と反対側に設けられた揺動ス
   クロール軸または揺動スクロールボスのような被駆動部
   を所定量だけ偏心して設けられた偏心孔または偏心ピン
   のような駆動部により支承し、上記揺動スクロールを揺
   動運動させる主軸と、この主軸を主軸受を介して支承す
   る軸受支えと、上記揺動スクロールを上記被駆動部の軸
   回りに自転することを阻止して主軸回りに公転させる自
   転防止機構とを備え、上記駆動部と被駆動部の一方に設
   けた凹部に円筒状のブッシュを嵌入させ、このブッシュ
   に駆動部と被駆動部の他方に設けた凸部を回転自在に嵌
   入させたスクロール流体機械において、この流体機械が
   運転されている状態で、上記揺動スクロールの側板と固
   定スクロールの側板との隙間がほぼゼロとなり、同時に
   固定スクロールの側板に対して揺動スクロールの側板が
   押付力を発生しないように、上記主軸の駆動部の偏心量
   を設定したことを特徴とするスクロール流体機械。