JPS6321378A - 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、揺動スクロールに公転運動のみを与えるオ
ルダム継手を備えたスクロール流体機械に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

この発明の説明に入る前に、スクロール流体機械の原理
について簡単に述べる。

第４図はスクロール流体機械を圧縮機として用いた場合
の基本的な構成要素と圧縮原理を示しており、同図にお
いて、（１）は固定スクロール、（２）は揺動スクロー
ル、（３）は吸・入室、（４）は吐出ボート、（５）は
圧縮室である。また、０は固定スクロールｉｔｌの中心
である。

上記固定スクロールｆｉ＋及び揺動スクロール（２）は
同一形状で巻方向が互いに反対の渦巻（ｌａ）（２ａ）
を有し、これらの渦巻（ｌａ）（２ａ）の形状は従来か
ら知られている如く、インボリュート曲線２田弧等から
構成されている。

次に動作について説明する。上記固定スクロールｉ１１
は空間に対して静止しており、揺動スクロール（２）は
固定スクロールｉｌｌに対して１８０°位相のずれた状
態で組合わされ、固定スクロール（１）の中心０のまわ
りを自転しない公転運動を行ない、第４図（ａ）〜（ｄ
）に示す如（０’　、　９０’　、　１８０°、２７０
°のように運動する。図中、第４図（ａ）に示すＯｏの
状態で吸入室（３）のガスの閉じ込みが完了し、渦巻（
ｌａ　）　（２ａ　）間に圧縮室（５）が形成される。

そして、揺動スクロール（２）の運動に伴い、圧縮室（
６）は順次その容積を減じ、その中のガスは圧縮されて
固定スクロール（１）の中心部に設けられた吐出ボート
（４）より排出される。

スクロール圧縮機の名前で知られている装置の概略は以
上のようである。

第６図は例えは、特願昭５９−６４５８６に開示される
スクロール圧縮機を全密閉形冷媒圧縮機に応用した場合
の従来の実施例を示す断面図、第５図は第６図に示すス
クロール圧縮機の要部断面図である。

これらの図において、（１）は渦巻（１ａ）を合板（１
ｂ）の−側に備えた固定スクロール、（２）は渦巻（２
ａ）を合板（２ｂ）の−側に備えた揺動スクロール、（
３）は吸入口（吸入室）、（４）は吐出ボート、＋５１
は両渦巻（ｌａ）（２ａ）を互いに組合わせた時、両渦
巻（ｌａ）（２ａ）間に形成される圧縮室、（６）は主
軸、（７）は吸込口（８）を有し、主軸下端と所定空隙
なもって主軸下端を覆うように装着されたオイルキャッ
プ、（９）　、　（＋０１は軸受フレームで軸受フレー
ム（９）には揺動スクロール（２）が揺動可能に収納さ
れる窪部（１１）を有する。（１２１はオルダム継手で
、環状のオルダムリング（１２ａ）とこのリング（１２
ａ）の上面、下面に互いに直交するように設けられたそ
れぞれ一対の第１及び第２の爪（薗Ｑ４）からなり、第
１の爪（１３）は揺動スクロール（２）の合板（２ｂ）
の下面に設けられた一対の第１の溝（１５）に、また第
２の爪（１４）は第５図及び第６図に示すように軸受フ
レーム（９）の窪部（ｌｌ）に設けられた一対の溝（１
６）にそれぞれ摺動可能に挿入されることにより、揺動
スクロール（２）に公転運動のみを行なうように揺動ス
クロール（２）と軸受フレーム（９）を連結している。

さらに上記オルダムリング（１２ａ）は揺動スクロール
（２）の合板（２ｂ）と軸受フレーム（９）のび部（１
１）の間及び爪Ｑ３）（ｎ）と溝Ｃｌ５）　（ｌｅ）の
間の相互間の隙間が微少になるように配設され、オルダ
ムリング（１２ａ）の内周側に訃ける第１の空間（１７
１と外周側における第２の空間（１８）を隔絶している
。（１→は軸受フレーム（９）に設けられた返油孔で、
オルダム継手（１２）の運動軌跡範囲内に設けられてい
る。（財））はモータφロータ、（２１）はモータ・ス
テータ、鴎はシェル、（２３）はシェル（２２の底部に
設けた油溜め、（２４）は吸入管、翰員は吐出管、（２
６）は主軸（６）に対して偏心し、かつ合板（ｚｂ）の
他側に設けられた揺動スクロール軸（２Ｃ）と回動自在
に嵌入された揺動スクロール軸受で、主軸（６）の大径
部（６ａ）に形成した偏心穴（２η内に配設されている
。（２（至）は主軸（６１０大径部（６ａ）を支承する
第１の主軸受、（２（支）は主軸（６）の小径部（６ｂ
）を支承する第２の主軸受、（刻は揺動スクロール（２
）の合板（２ｂ）を支承する第１のスラスト軸受で揺動
スクロール（２）の合板（２ｂ）の中心部側を支承する
ように第１の主軸受（２６）に近接して軸受フレーム（
９）に設けられている。（３１＋は主軸（６）を支承す
る第２のスラスト軸受で軸受フレーム（１０）に設けら
れている。（３陣は主軸（６）下端に開口部（３３）を
有し、主軸（６）内にその軸心よシ偏心して設けられた
給油孔で、各軸受翰瞭へ連通している。（３４）は主軸
（６）内に設けられたガス抜き穴、＋３ｉは軸受フレー
ム（ｌＯ）に設けられた返油孔である。

このようなせ態で、固定スクロール＋１＋は軸受フレー
ム＋９＋　（＋０１と共にボルトなどになり共線めされ
る。

また、モータ・ロータ（２０）は主軸（６）に、モータ
・ステータい）は軸受フレーム（１０）に、圧入、焼嵌
め、またはねじ止めなどによって固定されている。更に
オイルキャップ（７）は主軸（６）に圧入、焼嵌めなど
により収容固定されている。

モータ・ロータ（２０）が回転すると、主軸（６）を介
してオルダム継手（１２）の第１及び第２の爪＋１３）
　ｆ１４）が第１及び第２の溝（ｌｆｉ）（１６ｉ内を
摺動して揺動スクロール（２）は自転防止されながら公
転運動を始め、第４図で説明した作動原理により圧縮が
開始する。この時、冷媒ガスは吸入管（２４）よりシェ
ル（２２内に吸入され実線矢印に示すように軸受フレー
ム（１０）とモータ・ステータ（２１）との間、モータ
・ロータ（帥とモータ・ステータ（２１）との間のエア
ギャップなどを通過してモータを冷却した後、シェル（
２ｚ１と軸受フレーム＋９１　＋ｌＯ）との間を通って
固定スクロールｆｌｌに設けた吸入口（３）より圧縮室
（５）へ取り込まれ圧縮される。圧縮されたガスは、吐
出ボート（４）を経て吐出管（２（へ）より圧縮機外へ
排出される。また、潤滑油は、油溜め瞥より破線矢印で
示すように主軸（６）に配設されたオイルキャップ（７
）及び給油孔（３カによる遠心ポンプ作用によりオイル
・キャップ（７）の吸込口（８）及び給油孔（３２１を
通して各軸受ｆ２ｔｉ）　、１２９）を給油し、さらに
軸受（２８）からは軸受い（へ）（？Ａ（３１）の順に
給油される。潤滑に使用された油は、主に軸受フレーム
（９１、（１０＋に設けられた返油孔（１９）　ｌ　（
”５）を通って油溜め（１６）に戻される。

前記軸受（３０）等から漏れ出た油が直接吸入口（吸入
室）（３）へ吸引されないようオルダムリング（１２ａ
　）の上面と揺動スクロール（２）の合板（２ｂ）下面
の隙間を微少にし常にオーバラップさせ、かつ爪（＋３
）　（＋４＋と溝＋＋５ＨＩ６）の隙間を微少になるよ
う配設したことにより吸入口（吸入室）（３）と摺動機
構部とを分離している。また、主軸］６）に設けられた
ガス抜き穴（３４Ｉは作動時、オイル・キャップ（７）
内のガスを迅速に軸外へ排出し、ポンプ効率を高めるた
めのものである０ 〔発明が解決しようとする問題点〕 固定スクロールｍの外周部に設けた吸入口は性能低下を
生じさせない為、出来る限り圧損を小さく押える必要が
ある。しかしながら、冷媒を用いた空調用あるいは冷凍
用の圧縮機としてスクロール流体機械を用いた場合、冷
媒のシェル内への寝込は避けられず、このまま起動させ
た場合、異常に吐出圧力が上昇し、圧縮機の破損あるい
は回路の安全装置、圧力開閉器等を作動させる為、吸入
口の圧損を大きくし異常圧力上昇を押える必要もあった
。従って、両者が相反する為、どちらかを犠牲にせざる
を得なかった。また、同時に吸入口の圧損を大きくする
と渦巻に吸入される流体圧が圧損外だけシェル内圧より
下がる為、シェル内圧とほぼ同圧の各軸受を潤滑し軸受
フレーム窪部に流出した潤滑油は圧縮室へ取り込まれ易
くなり、油上りが増加する現象も引起こした。

この発明は、このような問題点を解決する為になされた
もので、性能及び油上りを変えないで冷媒の寝込起動時
における吐出側の異常圧カート昇を低減することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係わるスクロール流体機械は、固定スクロー
ルの外枠に設けた吸入口に冷媒寝込起動時に起こる異常
吐出圧力上昇を低減させるべく最小限の絞りを設け、か
つ軸受フレームの外枠にシェル内の低圧空間と、軸受フ
レーム窪部、揺動スクロール台板の外周壁及び固定スク
ロールの渦巻側の端面とから成るオルダム外周室を均圧
させるべく導通孔を設けたものである。

〔作用〕

この発明においては、固定スクロール外枠に設けた吸入
口（以下、ｉｌ吸入通路と呼ぶ）に絞りをつけているの
で、シェル内に冷媒が多量に寝込んだ場合の起動の際で
も、吸入室に取込む量はこの圧損外だけ減少させること
が出来る。従って、冷媒寝込時の起動時に冷媒の多址取
込によって起こる異常吐出圧力上昇は防止することがで
きる。

また、軸受フレームの外枠にシェル内低圧空間と連通ず
る導通孔（以下、第２吸入通路と呼ぶ）を設け、第１吸
入通路及び第２吸入通路の最小面積をｓｌ、ｓ２とした
時、１０≦Ｓ１／８２≦１５なる関係に設定したことに
より、前記した第１吸入通路の絞りによる性能低下を緩
和させると共に同校りによる吸入室の圧力低下によって
起こる油潤滑量増加を防止する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すスクロール流体装置
の断面図であり、（１）〜瞥は上記従来装置と全く同一
または相当するものである。固定スクロール＋１１に設
けられた吸入口（３）は従来のものより通路面積が小さ
くなっている。（ト）は軸受フレーム（９）に設けられ
シェル内低圧空間とオルダム外周第２の空間を連通して
いる導通孔であり、軸受フレーム（９）の側壁（９ａ）
に数個設けられている。

上記のように構成されたスクロール流体装置を特に冷凍
用あるいは空調用の冷媒を用いた圧縮機として利用した
場合について説明する。モータ・ロータ（６１が回転し
始めると前述したように主軸（６）を介して揺動スクロ
ール（２）が公転運動を始め吸入口（３）を通る第１の
吸入通路（実線矢印→で示す）と導通孔（３８）を通る
第２の吸入通路（破線矢印−−−で示す）より冷媒を吸
入し圧縮室（５）へ送り順次その容積を減じ、吐出ボー
ト（４）より排出される。冷媒がシェル内へ多量寝込ん
でいる場合の起動に際しても、第２の吸入通路の正弦的
な絞り作用で、−挙に多量の冷媒を圧縮室に送り込むこ
となく安定した起動を行なうことが出来る。

また、油回路については、前述したようにオイルキャッ
プ（７）で吸い上げた油は各軸受を潤滑した後オルダム
内側の第１の空間（１′７）に排出されるが、吸入口（
３）に通じるオルダム外側の第２の空間（１８）は導通
孔（３６）により低圧空間と均圧している為、殆んど圧
力差が無いので第１の空間（ｌηに溜った油が第２の空
間（１８）に漏れることなく返油孔（１９）に排出され
油溜め（２３Ｉへ戻ることになる。

これらの作用を第２図の原理図を用いて説明する。すな
わち、同図において、（ａ）は固定スクロール上方から
主要部を見た図で、実線で囲まれた斜線部は固定スクロ
ール、破線は軸受フレーム（９）で側壁に導通孔（綱を
もつ、（２１ｂ）　、　（２２ｂ）は揺動スクロール台
板で紙上における上下方向の動き得る範囲を示したもの
であり、０は軸受フレームの中心、０１は揺動スクロー
ル台板（２１ｂ）の中心、０２は同（２２ｂ）の中心を
示す。ｅは主軸のクランク半径である。第２図（ｂ）は
第２図（ａ）の平面図を固定スクロールｆｉ＋の吸入口
（３ａ）（３ｂ）の中心線より割った断面図であり、破
線矢印は固定スクロール吸入口（ａｂ）に吸込まれるガ
ス流れを、実線矢印は軸受フレーム（９）に設けた導通
孔（３６）から吸込まれるガス流れを示す。導通孔（３
６）はシェル内低圧空間→オルダム外周空間→吸入口（
３）を連通させる第２吸入通路を形成している。この最
小隙間は固定スクロールに設けた第１吸入通路（３ａ）
（３ｂ）と軸受フレーム（９）及び揺動スクロール台板
（２ｂ）とから決まり、その最小隙間の通路面積は、固
定スクロールに設けた吸入口の巾をＷ、揺動スクロール
台板外周と軸受フレーム窪部内周の最小隙間をｈＱ　、
揺動スクロール合板外周の半径ｒｌ　、軸受フレームの
窪部内周の半径をｒ２　＋揺動半径をｅ、揺動スクロー
ルの公転角をθ（ｒａｄ）とし、θ−〇ｏの軸線は吸入
口の中央を捕るものとすれば、その面積Ｓ１は Ｓ＋　＝　ｒ　　（−５ｉｎ　２θ、十〇、）ａ　　功
　　θＣＯＳθ ｂ　々　θｓｉｎθ と表わされるから、θ＝０．πで最小、最大値をとるこ
とになり、正弦的な通路面積変化を与える。

この第２吸入通路と第１吸入通路の関係は異常吐出玉上
昇の防止効果、性能、油上り等の点から最適値が与えら
れる。実験ベースから求めた特性を第３図に示す。図に
おいて、横軸は、第１吸入通路と第２吸入通路の最小断
面積比で、前者の最小断面積をＥｌｌ　、後者のそれを
８２とする。縦軸において、■は寝込起動時の吐出圧が
異常上昇、する許容液量を示し、このラインより上方で
は吐出圧が異常に上がり高圧圧力開閉器等を作動させる
。許容冷媒量にはシェル内容量との比（無次元数）を用
いている。■は性能、■は油上りを示す。これによると
、性能を高く、油上りを低くするにはＥ３１　／　８２
≧ｌＯとなるが、一方異常吐出圧上昇を押えるにはｓｌ
／ｓ２≦１５となる。従って、性能を高く、油上りを低
く維持し、寝込起動時における吐出の異常圧力上昇を押
えるには１０≦Ｓ１　／　８２≦１５なる関係にｓｌ、
ｓ２を設定すれば良い。本実施例はＳ１＋８２を１０≦
Ｂ１／　８２≦１５に設定している。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、軸受フレームの側壁に
シェル内空間とオルダム外側の空間を連通させる導通孔
を設け、第１吸入通路と第２吸入通路の最小断面積比を
１０≦Ｓ１７　Ｅ３２≦１５なる関係に設定したことに
より潤滑油の流体回路への漏油を減らし、捷だ冷媒寝込
み起動時における異常吐出圧上昇を固定スクロールの吸
入口を絞ることにより低減させた場合の性能低下を防ぐ
という効果を奏す。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すスクロール流体装置
の断面図、第２図はこの発明の原理を示す原理図、第３
図はこの発明に関する実験データ、第４図はスクロール
圧縮機の作動原理図、第５図は従来のスクロール流体装
置の要部断面図、第６図は従来のスクロール流体装置の
断面図である。 図において、（１）は固定スクロール、（２）は揺動ス
クロール、（３）は吸入口、（９）は軸受フレーム、（
ｕ）は軸受フレーム窪部、（１２）はオルダム継手、（
１７′ｌはオルダム内側第１空間、（国はオルダム外側
第２空間、（１９）は返油穴、（３６）は導通孔である
０なお、各図中、同一符号は同一またけ相当部分を示す
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　それぞれの渦巻を有し、これ等の渦巻を互いに
   組合せることにより上記渦巻間に圧縮室を形成する固定
   スクロール及び揺動スクロールと、上記固定スクロール
   の渦巻外周部に設けた吸入口と、揺動スクロール軸受を
   介して上記揺動スクロールを駆動させ、上記吸入口から
   吸入された流体を圧縮させる主軸と、この主軸を駆動さ
   せるモータと、上記揺動スクロールの台板下面を支承す
   るスラスト軸受及び上記主軸を支承する主軸受を有する
   軸受フレームと、環状のリング部及びこのリング部の上
   下面にそれぞれ互いに直交するように設けられた第１及
   び第２の爪を有し、上記スラスト軸受の外方において、
   上記第１及び第２の爪を介して上記揺動スクロールの台
   板下面及び軸受フレームと揺動可能に結合されかつ上記
   揺動スクロールに公転運動のみを付与するオルダム継手
   と、底部に油溜めを有し、上記固定スクロール及び揺動
   スクロールを上部に上記モータを下部に配設させて上記
   主軸の下端が油溜め内の潤滑油中に浸漬するように収納
   するシエルと、上記主軸中に形成され油溜め内の潤滑油
   を吸引して上記各軸へ供給する給油孔と、常に上記オル
   ダム継手の運動軌跡範囲内に位置するように上記軸受フ
   レームに設けられ、上記スラスト軸受を潤滑したのちの
   潤滑油を上記油溜め内に返油する返油孔を備え、上記オ
   ルダム継手のリング部により上記返油孔と上記圧縮室へ
   の吸入口側を隔絶したスクロール流体機械において、上
   記軸受フレームの側壁に導通孔を設けることにより上記
   シエル内の低圧空間と、上記軸受フレームの窪部、上記
   オルダムリング、上記揺動スクロールの台板及び上記固
   定スクロールの下面等により囲まれる吸入口側の空間と
   を導通し、さらに、上記固定スクロールの渦巻外周部に
   設けた吸入口と、上記軸受フレーム側壁の導通口の最小
   断面積をそれぞれＳ＿１，Ｓ＿２とすると１０≦Ｓ＿１
   ／Ｓ＿２≦１５の範囲でＳ＿１，Ｓ＿２を設定したこと
   を特徴とするスクロール流体機械。