JPWO2006103824A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

この発明は、漏れ損失の少ない高効率のスクロール圧縮機を得る。この発明では、両面に渦巻歯３１Ｌ，３１Ｍを有する揺動スクロール３１と、揺動スクロール３１の両面に対向して設置され、揺動スクロール３１の渦巻歯３１Ｌ，３１Ｍに咬合する渦巻歯３３Ｅ，３４Ｅを有する一つの固定スクロール３３，３４とを備え、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯および揺動スクロール３１の当該一方の渦巻歯のみにチップシールが装着されている。

Description

本発明は、揺動スクロールの両面に渦巻歯を形成したスクロール圧縮機に関するものであり、特にスクロール圧縮機の漏れ損失を低減する技術に関するものである。

スクロール圧縮機の１つの方式として、両面に渦巻歯を形成した揺動スクロールと、それぞれの渦巻歯に咬合するよう渦巻歯を形成した１対の固定スクロールとから構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。以下、両面渦巻型スクロール圧縮機という。このような両面渦巻型スクロール圧縮機では、揺動スクロールの両面に圧縮室が形成されるので、圧縮されたガスによる軸方向のスラスト荷重は互いに相殺される。

一方、両面渦巻型スクロール圧縮機では、圧縮室が２つ存在するので、圧縮側から吸入側への漏れが生じやすい構造となっており、漏れ損失を小さくするためには、それぞれの渦巻歯と対向する台板との隙間を小さくする必要がある。しかしながら、２つの固定スクロール間で揺動スクロールが拘束されることなく運動するためには、それぞれの渦巻歯と台板との隙間（以下、渦巻歯先端隙間という。）は、組立精度等を考慮すればあまり小さく設定することはできない。

このため、従来の両面渦巻型スクロール圧縮機では、揺動スクロールにおける両面の渦巻歯の先端面および２つの固定スクロールにおける渦巻歯の先端面のそれぞれに溝を設け、その溝にチップシールを装着することによって、渦巻歯先端隙間からの漏れを抑制し、漏れ損失の低減を図っている（例えば、特許文献２参照）。

また、他の従来の両面渦巻型スクロール圧縮機では、渦巻歯先端隙間からの漏れを抑制するために、チップシールを上下２分割とし、その合せ面を鋸歯状としている（例えば、特許文献３参照）。この構成では、上側のチップシールが圧力差によって下側のチップシールに乗り上げ渦巻歯先端隙間を詰め、漏れの抑制を図っている。

特開平３−２３７２０２号公報（第９頁、第１図） 特開平９−３２４７７０号公報（第２頁〜第３頁、図２） 特開平７−３１０６８２号公報

しかしながら、上述のような従来の両面渦巻型スクロール圧縮機では、チップシール側面の渦巻歯先端隙間から、渦巻歯に沿った方向への漏れが抑制できない。特に、両面渦巻型のスクロール圧縮機においては、この漏れの経路が揺動スクロールの両面の２箇所となるので、両面渦巻型スクロール圧縮機の高性能化を図る上で、渦巻歯先端隙間からの漏れ損失を低減することは、重要な課題となっている。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、漏れ損失の少ない高効率のスクロール圧縮機を得ることを目的としている。

この発明のスクロール圧縮機は、両面に渦巻歯を有する揺動スクロールと、揺動スクロールの両面に対向して設置され、揺動スクロールの渦巻歯に咬合する渦巻歯を有する一対の固定スクロールとを備え、揺動スクロールの一方の渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯および揺動スクロールの当該一方の渦巻歯のみにチップシールが装着されている。

この発明によれば、両面に渦巻歯を有する揺動スクロールと、揺動スクロールの両面に対向して設置され、揺動スクロールの渦巻歯に咬合する渦巻歯を有する一対の固定スクロールとを備え、揺動スクロールの一方の渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯および揺動スクロールの当該一方の渦巻歯のみにチップシールが装着されているので、漏れ損失の少ない高効率のスクロール圧縮機を提供できる。

この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の揺動スクロールの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の揺動スクロールの中心部に位置する球根部の構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機のシールリング周辺を拡大した断面図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の下側固定スクロールの構成を説明する図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機の揺動スクロールの中心付近を拡大した断面図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機における揺動スクロールに作用するスラスト荷重を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮機におけるチップシールに作用するスラスト荷重を説明するための模式図である。 この発明の実施の形態２によるスクロール圧縮機の揺動スクロールを拡大した断面図である。 この発明の実施の形態５によるスクロール圧縮機の揺動スクロールの中心付近を拡大した断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による両面渦巻型スクロール圧縮機の構成を示す断面図である。

図１において、縦型の密閉容器１内の上方にモータ２が配設され、モータ２の下方に圧縮部３が配設されている。この圧縮部３のさらに下方には、潤滑油４１を貯留するための潤滑油溜め室４が形成されている。また、密閉容器１の側面であってモータ２と圧縮部３との中間部には、ガスを吸入するための吸入管５が設けられ、圧縮部３には、圧縮したガスを吐出するための吐出管８が設けられている。さらに、密閉容器１の上端には、電力を供給するためのガラス端子６が設けられている。モータ２は、リング状に形成されたステータ２１と、このステータ２１の内部で回転し得るように支持されたロータ２２とから構成されている。また、主軸７は、ロータ２２に固定され、圧縮部３を貫通して、主軸７の端部は、潤滑油溜め室４の潤滑油４１中に浸漬されている。

圧縮部３は、揺動スクロール３１と、揺動スクロール３１の両面に対向するように設置された上側固定スクロール３３および下側固定スクロール３４と、下側固定スクロール３４と揺動スクロール３１との間に配設された周知のオルダム継手３５とを有している。揺動スクロール３１の台板３１Ｂの両面には、それぞれ対称的で高さも等しい上側渦巻歯３１Ｌと下側渦巻歯３１Ｍが設置されている。

また、上側固定スクロール３３の台板３３Ａには、揺動スクロール３１と対向する面に揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと咬合するように渦巻歯３３Ｅが設置されており、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅとで上側圧縮室３２Ａを形成している。同様に、下側固定スクロール３４の台板３４Ａには、揺動スクロール３１と対向する面に揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍと咬合するように渦巻歯３４Ｅが設置されており、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅとで下側圧縮室３２Ｂを形成している。

揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌの先端面および上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅの先端面には、チップシール３６が装着されている。また、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの内周であって主軸７の外周には、それぞれシールリング３７が設けられている。

図２は、この実施の形態１による揺動スクロールの構成を説明する図であり、図２（ａ）は揺動スクロールの上面図、図２の（ｂ）は揺動スクロールの下面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。また、図３は、揺動スクロールの中心部に位置する球根部の構成を説明する図であり、図３（ａ）は球根部の形状を示す斜視図、図３（ｂ）は球根部の上面および下面に設置されるシールリングの構成を示す斜視図である。以下に、揺動スクロール３１の詳細な構成を説明する。

図２および図３（ａ）に示すように、揺動スクロール３１は、中心部を構成し、円弧等の曲線からなる球根部３１Ａと、球根部３１Ａの外周に延びている円板状の台板３１Ｂとを有している。台板３１Ｂの上面および下面には、対称的で球根部３１Ａとほぼ同じ高さである上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍがインボリュート曲線あるいは円弧によって形成されている。ここで、対称的とは、渦巻歯の厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎがすべて等しくなるように構成されていることを意味する。
上側渦巻歯３１Ｌの先端面には、チップシール３６を装着するチップシール溝３１Ｈが形成されている。一方、下側渦巻歯３１Ｍの先端面には、チップシール３６を装着するチップシール溝３１Ｈは形成されていない。

球根部３１Ａには、その中心部に主軸７が貫通する主軸孔３１Ｃが形成され、その内周壁に揺動軸受３１Ｄが設けられている。また、揺動軸受３１Ｄの外周部であって球根部Ａの上面および下面のそれぞれに上側シールリング溝３１Ｅおよび下側シールリング溝３１Ｆが形成されており、これら上側シールリング溝３１Ｅおよび下側シールリング溝３１Ｆには、図３（ｂ）に示す合い口３７Ａを有するシールリング３７が設置される。さらに、球根部３１Ａの外側には、上側圧縮室３２Ａと下側圧縮室３２Ｂとを繋ぐ連通口３１Ｋが設けられている。

図４は、シールリングの接触シール作用の効果を説明するためにシールリング周辺を拡大した断面図である。

図４に示すように、シールリング３７は、仕切られる両側の圧縮室の差圧によって、矢印で示すように高圧側である左方および下方から押圧される。このため、シールリング３７は、シールリング溝３１Ｅ内でシールリング溝３１Ｅの右方の壁および上方の固定スクロール３３の台板３３Ａに押し付けられて、揺動スクロール３１と上側固定スクロール３３との間の接触シールを行う。このシールリング３７の接触シール作用は、揺動スクロール３１の下面側、すなわち揺動スクロール３１と下側固定スクロール３４との間でも同様である。

また、図２に示すように、揺動スクロール３１には、上側圧縮室３２Ａおよび下側圧縮室３２Ｂで圧縮されたガスを合流させて下側固定スクロール３４の吐出口３４Ｆへ導く連通口３１Ｋが設けられている。連通口３１Ｋは、上側シールリング溝３１Ｅ、下側シールリング溝３１Ｆの外周側に、台板３１Ｂを上下方向に貫通して形成されている。この連通口３１Ｋは、上側渦巻歯３１Ｌ，下側渦巻歯３１Ｍで仕切られた圧縮室をまたがず、かつ公転運動中も下側固定スクロール３４に設けた吐出口３４Ｆと常時連通する位置に設けられている。

図５は、下側固定スクロールの構成を説明する図であり、図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。以下に、下側固定スクロール３４の構成を説明する。

図５に示すように、下側固定スクロール３４の台板３４Ａの中心部には、主軸７が貫通する主軸孔３４Ｂが形成され、この主軸孔３４Ｂの内周面に主軸受３４Ｃが設けられている。下側固定スクロール３４の上面であって、主軸受３４Ｃの外周部には、揺動スクロール３１の球根部３１Ａを収容して揺動スクロール３１の公転運動を許容する凹部３４Ｄが形成されている。凹部３４Ｄの外周には、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍと同一の厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎで、かつ位相が１８０度回転した渦巻歯３４Ｅが形成されている。

凹部３４Ｄには、圧縮されたガスを吐出するための吐出口３４Ｆが、揺動スクロール３１に設置されたシールリング３７に対向せず、揺動スクロール３１の連通口３１Ｋと常時連通する位置に設けられている。また、下側固定スクロール３４には、吐出口３４Ｆと連通し、圧縮されたガスを密閉容器１に設けられた吐出管８へ導く吐出流路３４Ｇが形成され、吐出流路３４Ｇ内であって吐出口３４Ｆに対向した位置に、ガスの逆流を阻止するための吐出弁３４Ｈが配設されている。さらに、下側固定スクロール３４の最外周部にはガスを下側圧縮室３２Ｂへ吸入する吸入口３４Ｊが設けられている。

図６は、実施の形態１におけるスクロール圧縮機の揺動スクロール中心付近を拡大した断面図である。

図６において、上側固定スクロール３３の台板３３Ａの中心部には、図５に示す下側固定スクロール３４と同様に、主軸７が貫通する主軸孔３３Ｂが形成され、この主軸孔３３Ｂの内周面に主軸受３３Ｃが設けられている。また、揺動軸受３１Ｄと主軸７との間には主軸７に嵌合されたスライダ３８が配置され、主軸７とともに偏芯軸を構成して揺動軸受３１Ｄを介して揺動スクロール３１を駆動する。揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌの先端面および上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅの先端面には、それぞれチップシール溝３１Ｈ，３３Ｈが形成され、それぞれのチップシール溝３１Ｈ，３３Ｈにはチップシール３６が装着されている。一方、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍの先端面および下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅの先端面には、チップシール溝は形成されておらず、チップシール３６は装着されていない。

以下に、この発明の実施の形態１に示す両面渦巻型スクロール圧縮機の動作について説明する。

図１に示すように、吸入管５から密閉容器１内に吸入されたガスは、モータ２が設置された部分に流入し、モータ２を冷却する。また、吸入されたガスは、上側固定スクロール３３の外周部に設けられた吸入口３３Ｊから矢印で示すように、揺動スクロール３１の両面に形成された上側圧縮室３２Ａおよび下側圧縮室３２Ｂに導入される。

揺動スクロール３１が、上側固定スクロール３３および下側固定スクロール３４に対して、自転運動せずに公転運動することによって、周知の圧縮原理によって形成された一対の三日月形の上側圧縮室３２Ａおよび下側圧縮室３２Ｂの容積が中心に向かって次第に小さくなり、ガスは圧縮される。上側圧縮室３２Ａおよび下側圧縮室３２Ｂのそれぞれで圧縮されたガスは、吐出口３４Ｆで合流し、吐出流路３４Ｇを経て、吐出管８から密閉容器１の外へ流出する。

以上の圧縮過程において、上側圧縮室３２Ａおよび下側圧縮室３２Ｂでは、それぞれ圧縮されたガスによってスラスト方向（軸方向）にスラスト荷重が発生する。以下に、揺動スクロール３１に作用するスラスト荷重の大きさについて説明する。図７は、揺動スクロール３１に作用するスラスト荷重を説明するための模式図である。

チップシール３６は、図４に示すシールリング３７と同様の挙動を示し、仕切られる両側の圧縮室の差圧によって、高圧側から低圧側へ押される。図７の上側渦巻歯３１Ｌの右側を高圧側（圧力Ｐ₁）、左側を低圧側（圧力Ｐ₂）とすると、チップシール３６は、右方および下方から押圧されて、チップシール溝３１Ｈ内でチップシール溝３１Ｈの左方の壁および上方の台板３３Ａに押し付けられて接触シールを行う。このため、揺動スクロール３１のチップシール溝３１Ｈの底面および内周側の渦巻歯先端面には、高圧側の圧力Ｐ₁が作用し、外周側の渦巻歯先端面には、低圧側の圧力Ｐ₂が作用する。

ここで、揺動スクロール３１に作用するスラスト荷重Ｆについて説明する。台板３１Ｂの上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍのない部分においては、上面に作用する圧力と下面に作用する圧力とが等しいので、スラスト荷重は相殺される。

しかしながら、上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍが配置された部分においては、上側渦巻歯３１Ｌの先端面に作用するスラスト荷重Ｆ₁と下側渦巻歯３１Ｍの先端面に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆ₂とは異なる。上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの全体の厚さをｔ、上側渦巻歯３１Ｌの外周側の先端面の幅をｔ₁₂とすると、上側渦巻歯３１Ｌの先端面に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆ₁は、式（１）で表される。

一方、チップシールを設けていない揺動スクロール下側渦巻歯３１Ｍの先端面には、高圧側の圧力Ｐ₁と低圧側の圧力Ｐ₂とを平均した圧力が作用するので、下側渦巻歯３１Ｍの先端面に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆ₂は、式（２）で表される。

したがって、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍが配置された部分に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆは、式（３）で表される。

通常、上側渦巻歯３３Ｌの内周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₁と外周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₂とは等しいので、チップシール溝３１Ｈの幅をｔ₁₀とすると、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍが配置された部分に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆは、式（４）で与えられることになる。

したがって、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍが配置された部分に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆの方向は下向きであり、揺動スクロール３１全体にかかるスラスト荷重も下向きとなるので、揺動スクロール３１は下方向に押し付けられ、下側固定スクロール３４と接触する。このため、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の台板３４Ａとの隙間はほとんどなくなる（下側渦巻歯３１Ｍおよび下側固定スクロール３４の台板３４Ａの表面粗さに起因する程度の隙間は残る。）。これに対して、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと上側固定スクロール３３の台板３３Ａとの隙間は、チップシール３６のシール作用によってほとんどなくなる。しかしながら、チップシール３６の側面の上側渦巻歯３１Ｌの先端部には渦巻歯先端隙間３１Ｎがあり、この渦巻歯先端隙間３１Ｎからの上側渦巻歯３１Ｌに沿った方向の漏れが生じる。

一方、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌ、下側渦巻歯３１Ｍ、上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅおよび下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅの全てにチップシール３６を装着した場合には、揺動スクロール３１の両面で上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍのそれぞれに沿った方向の漏れが生じる。したがって、上側渦巻歯３１Ｌおよび上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅのみにチップシール３６を装着した場合の方が、全ての渦巻歯３１Ｌ,３１Ｍ,３３Ｅ,３４Ｅにチップシール３６を装着した場合に比べて、渦巻歯に沿った方向の漏れを低減することができる。

ここで、チップシール３６を装着していない場合の摺動損失とチップシール３６を装着している場合の摺動損失を比較する。チップシール３６を装着していない渦巻歯における単位長さあたりの接触荷重は、図７に示す下側渦巻歯３１Ｍの台板３４Ａに対する単位長さあたりの接触荷重Ｆ_Sであり、式（４）で示される揺動スクロール３１に作用する単位長さあたりのスラスト荷重Ｆとして与えられる。

図８は、チップシールに作用するスラスト荷重を説明するための模式図である。チップシールを装着している渦巻歯における単位長さあたりの接触荷重は、チップシール３６の台板３３Ａに対する単位長さあたりの接触荷重Ｆ_Cである。

チップシール３６と上方向に押し上げる単位長さあたりのスラスト荷重Ｆ₃は、チップシール幅をｔ₃とすると、式（５）で表される。

一方、チップシール３６を下方向に押し下げる単位長さあたりのスラスト荷重Ｆ₄は、式（６）で表される。

したがって、チップシール３６の台板３３Ａに対する単位長さあたりの接触荷重Ｆ_Cは、式（７）で表される。

式（４）と式（７）を比較すると、チップシール溝３１Ｈの幅ｔ₁₀とチップシール３６の幅ｔ₃とはほぼ等しいので、下側渦巻歯３１Ｍの台板３４Ａに対する単位長さあたりの接触荷重Ｆ_Sとチップシール３６の台板３３Ａに対する単位長さあたりの接触荷重Ｆ_Cとは、ほぼ等しくなる。したがって、渦巻歯にチップシール３６を装着していない場合でも、渦巻歯にチップシール３６を装着した場合に比べて、接触による摺動損失が増加することはほとんどない。

ここで、この発明における両面渦巻型スクロール圧縮機と、従来例として特許文献３に開示された両面渦巻型のスクロール圧縮機を比較する。特許文献３に開示された両面渦巻型のスクロール圧縮機では、両面渦巻歯の高さ方向の隙間を低減する手段として、チップシールを上下２分割とし、かつその合口を鋸歯状としている。特許文献３では、ガス圧によって上側のチップシールが片側に乗り上げて、高さ方向の隙間を詰めている。また、その結果として、高さ方向の隙間が０となり、チップシールが揺動スクロールを押す力が発生する。特許文献３では、この力により揺動スクロールを押すことができるので、一方の圧縮室を構成する揺動スクロール渦巻歯と固定スクロール渦巻歯にはチップシールが不要であるとしている。

しかし、特許文献３では、高さ方向の隙間を詰め、揺動スクロールを一方に押付ける手段としてわざわざチップシールを２分割とし、さらに合口を鋸歯状とする複雑な構成としている。これに対して、この発明における両面渦巻型スクロール圧縮機は、ガス力によってチップシールが浮上して渦巻歯高さ隙間を０にできる効果を利用し、チップシール有無で、両方の圧縮室に作用するスラストガス荷重が異なる、さらにこのスラストガス荷重差が、チップシールが無い方の圧縮室側に揺動スクロールを押す方向に作用することを今回初めて見出しており、極めて簡単な構成で、特許文献３と同じ効果を発揮することができる。特許文献３は、チップシール自体が浮上して渦巻歯高さ隙間を０にできる効果を用いておらず、またチップシール有無でスラストガスに荷重差が発生することも見出していないため、極めて複雑な構成を取って渦巻歯先端隙間を０にし、揺動スクロールを一方に押付けるようにしている。チップシールを２分割にし、合せ面を鋸歯状とするのは、部品コストの増加に加え、製造面でも複雑な工程となる。さらに、鋸歯状とすることで、チップシールに亀裂が発生しやすく、チップシールが破損する恐れもある。

なお、この実施の形態１においては、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅのみにチップシール３６が装着され、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍおよび下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅにはチップシールが装着されていない。しかしながら、揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍおよび下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅのみにチップシール３６が装着され、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅに、チップシール３６が装着されていない場合においても、同様に全ての渦巻歯３１Ｌ，３１Ｍ，３３Ｅ，３４Ｅにチップシール３６が装着されている場合に比べて、渦巻歯に沿った方向の漏れを低減することができる。

以上から、両面渦巻型スクロール圧縮機において、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯のみにチップシールが装着されており、揺動スクロール３１のもう一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯にはチップシールが装着されない構成とすることによって、全ての渦巻歯にチップシール３６が装着されている場合よりも漏れ損失を低減することができる。

また、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯のみにチップシール３６が装着されており、揺動スクロール３１のもう一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯にはチップシール３６が装着されない場合の摺動損失は、全ての渦巻歯にチップシール３６が装着されている場合の摺動損失に比べてほとんど増加しない。このため、両面渦巻型スクロール圧縮機において、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯のみにチップシール３６が装着されており、揺動スクロール３１のもう一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯にはチップシール３６が装着されない構成とすることによって、全ての渦巻歯にチップシールが装着された両面渦巻型スクロール圧縮機よりも損失が少なく高効率の両面渦巻型のスクロール圧縮機を得ることができる。

さらに、このような構成にすることによって、チップシール３６の数量を４個から２個に削減でき、かつチップシール溝の加工箇所も４箇所から２箇所に削減できるので、材料コストおよび加工コストを低減できる。さらに、チップシール３６を装着する箇所が４箇所から２箇所に削減できるので、組立が容易になるという利点も生じる。

この実施の形態１では、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌにおいて、内周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₁は、外周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₂と等しいとした。しかしながら、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌの内周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₁と外周側の渦巻歯先端面の幅ｔ₁₂とが等しくない場合であっても、式（３）からｔ−２ｔ₁₂＞０であれば、スラスト荷重Ｆは下向きとなる。

したがって、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯のみにチップシール３６が装着され、これらチップシール３６が装着された渦巻歯において外周側の先端面の幅を渦巻歯の厚さｔの半分よりも小さくすることによって、全ての渦巻歯にチップシールが装着された両面渦巻型スクロール圧縮機よりも損失が少なく高効率の両面渦巻型のスクロール圧縮機を得ることができる。

また、この実施の形態１では、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌ、下側渦巻歯３１Ｍ、上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅ、下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅのそれぞれの高さｈは、全て等しいとした。しかしながら、上側渦巻歯３１Ｌおよび上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅの高さが等しく、下側渦巻歯３１Ｍおよび下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅの高さが等しければ、上側渦巻歯３１Ｌと下側渦巻歯３１Ｍの高さは異なっていてもよい。

さらに、実施の形態１において、圧縮されるガスとして二酸化炭素ガスを用いる場合は、動作圧力が高くなり、渦巻歯先端隙間からの漏れの影響が大きくなるので、両面渦巻型スクロール圧縮機において、揺動スクロール３１の一方の渦巻歯およびこの渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯のみにチップシールが装着されることによって、漏れ損失を大きく低減でき、効率を向上させる効果がさらに大きくなる。

この発明の実施の形態１では、揺動スクロール３１、上側固定スクロール３３および下側固定スクロール３４を収容する密閉容器１内の圧力は、ガスの吸入圧力と等しくなるよう構成している。しかしながら、密閉容器１内の圧力をガスの吐出圧力と等しくなるよう構成してもよい。密閉容器１内の圧力をガスの吐出圧力と等しくなるよう構成する場合には、シールリング３７を揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの外周に設ける必要がある。

実施の形態２．
図９は、この実施の形態２に示すスクロール圧縮機の揺動スクロールを拡大した断面図である。実施の形態１では、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの形状は、対称的に構成されていた。この実施の形態２では、上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの巻数ｎと揺動半径ｒとは同一にして、チップシール３６が装着された上側渦巻歯３１Ｌの厚さｔ₁を下側渦巻歯３１Ｍの厚さｔ₂よりも厚くしている。ここで、揺動半径ｒは、渦巻歯の厚さｔとピッチｐを用いて、式（８）で表される。

したがって、上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの揺動半径ｒが等しく、上側渦巻歯３１Ｌの厚さｔ₁が下側渦巻歯３１Ｍの厚さｔ₂よりも厚いので、上側渦巻歯３１Ｌのピッチｐ₁は、下側渦巻歯３１Ｍのピッチｐ₂よりも大きくなる。また、上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅの厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎは、すべて揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌのそれらと等しく、位相は１８０度回転している。同様に、下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅの厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎは、すべて揺動スクロール３１の下側渦巻歯３１Ｍのそれらと等しく、位相は１８０度回転している。その他の構成は、実施の形態１に示したスクロール圧縮機と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付している。

揺動スクロール３１のチップシール３６が装着された上側渦巻歯３１Ｌの厚さｔ₁およびピッチｐ₁は、チップシール３６が装着されていない下側渦巻歯３１Ｍの厚さｔ₂およびピッチｐ₂よりも大きいので、主軸７と垂直な方向における圧縮室の断面積は、揺動スクロール３１と上側固定スクロール３３とで構成される上側圧縮室３２Ａの方が揺動スクロール３１と下側固定スクロール３４とで構成される下側圧縮室３２Ｂよりも大きくなる。このため、スラスト荷重Ｆ₁が増加し、揺動スクロールに作用するスラスト荷重Ｆが増加するので、下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の台板３４Ａとの隙間はさらに小さくなり、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

以上のように、チップシール３６が装着されている固定スクロールからチップシール３６が装着されていない固定スクロールの方向へ揺動スクロール３１にスラスト荷重を付加する手段を設けることによって、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

この実施の形態２では、上側渦巻歯３１Ｌの高さｈ₁と下側渦巻歯３１Ｍの高さｈ₂とは等しいとしたが、ラジアル荷重が等しくなるよう上側渦巻歯３１Ｌの高さｈ₁と下側渦巻歯３１Ｍの高さｈ₂とを異なる高さとしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態１では、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの形状は、対称的に構成されていた。この実施の形態３では、上側渦巻歯３１Ｌおよび下側渦巻歯３１Ｍの厚さｔ、ピッチｐおよび揺動半径ｒは同一にして、チップシール３６が装着された上側渦巻歯３１Ｌの巻数ｎ₁をチップシールが装着されていない下側渦巻歯３１Ｍの巻数ｎ₂よりも多くしている。

また、上側固定スクロール３３の渦巻歯３３Ｅの厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎはすべて揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌのそれらと等しく、位相は１８０度回転している。同様に、下側固定スクロール３４の渦巻歯３４Ｅの厚さｔ、高さｈ、ピッチｐ、巻数ｎはすべて揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌのそれらと等しく、位相は１８０度回転している。その他の構成は、実施の形態１に示したスクロール圧縮機と同様であり、実施の形態１と同一の構成には同一の符号を付している。

揺動スクロール３１のチップシール３６が装着された上側渦巻歯３１Ｌの巻数ｎ₁をチップシール３６が装着されていない下側渦巻歯３１Ｍの巻数ｎ₂よりも多くすることによって、主軸７と垂直な方向における圧縮室の断面積は、揺動スクロール３１と上側固定スクロール３３とで構成される上側圧縮室３２Ａの方が揺動スクロール３１と下側固定スクロール３４とで構成される下側圧縮室３２Ｂよりも大きくなる。このため、スラスト荷重Ｆ₁は増加し、揺動スクロールに作用するスラスト荷重Ｆは増加するので、下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の台板３４Ａとの隙間はさらに小さくなり、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高い両面渦巻型スクロール圧縮機を得ることができる。

以上のように、チップシール３６が装着されている固定スクロールからチップシール３６が装着されていない固定スクロールの方向へ揺動スクロール３１にスラスト荷重を付加する手段を設けることによって、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

この実施の形態３では、上側渦巻歯３１Ｌの高さｈ₁と下側渦巻歯３１Ｍの高さｈ₂とは等しいとしたが、ラジアル荷重が等しくなるよう上側渦巻歯３１Ｌの高さｈ₁と下側渦巻歯３１Ｍの高さｈ₂とを異なる高さとしてもよい。

実施の形態４．
実施の形態２においては、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと下側渦巻歯３１Ｍとについて、揺動半径ｒと巻数ｎとは等しく、厚さｔとピッチｐとは上側渦巻歯３１Ｌの方が下側渦巻歯３１Ｍよりも大きいとした。また、実施の形態３においては、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと下側渦巻歯３１Ｍとについて、揺動半径ｒ、厚さｔおよびピッチｐは等しく、巻数ｎは上側渦巻歯３１Ｌの方が下側渦巻歯３１Ｍよりも多いとした。

この実施の形態４においては、揺動スクロール３１の上側渦巻歯３１Ｌと下側渦巻歯３１Ｍとについて、揺動半径ｒは等しく、厚さｔとピッチｐとは上側渦巻歯３１Ｌの方が下側渦巻歯３１Ｍよりも大きく、巻数ｎは上側渦巻歯３１Ｌの方が下側渦巻歯３１Ｍよりも多くしている。

厚さｔとピッチｐとは、チップシール３６が装着された上側渦巻歯３１Ｌの方がチップシール３６が装着されていない下側渦巻歯３１Ｍよりも大きく、巻数ｎは上側渦巻歯３１Ｌの方が下側渦巻歯３１Ｍよりも多くすることによって、主軸７と垂直な方向における圧縮室の断面積は、揺動スクロール３１と上側固定スクロール３３とで構成される上側圧縮室３２Ａの方が揺動スクロール３１と下側固定スクロール３４とで構成される下側圧縮室３２Ｂよりも大きくなる。このため、スラスト荷重Ｆ₁は増加し、揺動スクロールに作用するスラスト荷重Ｆは増加する。このため、下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の台板３４Ａとの隙間はさらに小さくなり、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高い両面渦巻型スクロール圧縮機を得ることができる。

以上のように、チップシール３６が装着されている固定スクロールからチップシール３６が装着されていない固定スクロールの方向へ揺動スクロール３１にスラスト荷重を付加する手段を設けることによって、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

実施の形態５．
図１０は、この実施の形態５に示す両面渦巻型スクロール圧縮機の揺動スクロール３１の中心付近を拡大した断面図である。実施の形態１では、揺動スクロール３１の上側シールリング溝３１Ｅの内直径と下側シールリング溝３１Ｆの内直径とは等しいとした。この実施の形態５においては、揺動スクロール３１の上側シールリング溝３１Ｅの内直径ｄ₁を下側シールリング溝３１Ｆの内直径ｄ₂よりも小さくしている。その他の構成は、実施の形態１に示したスクロール圧縮機と同様であり、同一の構成には同一の符号を付している。

揺動スクロール３１の球根部３１Ａに作用するスラスト荷重Ｆ_Bについて説明する。この発明の実施の形態５においては、密閉容器１内の圧力は、ガスの吸入圧力と等しくなるよう構成されている。このため、球根部３１Ａの外周部の圧力Ｐ_Hは、内周部の圧力Ｐ_Lよりも大きい。ここで、球根部３１Ａに作用するスラスト荷重Ｆ_Bは、式（９）で表される。

式（９）に示すように、揺動スクロール３１の上側シールリング溝３１Ｅの内直径ｄ₁と下側シールリング溝３１Ｆの内直径ｄ₂とが等しい場合には、球根部３１Ａに作用するスラスト荷重Ｆ_Bは、相殺され０となる。しかしながら、この実施の形態５のスクロール圧縮機のように揺動スクロール３１の上側シールリング溝３１Ｅの内直径ｄ₁を下側シールリング溝３１Ｆの内直径ｄ₂よりも小さくした場合、球根部３１Ａに作用するスラスト荷重Ｆ_Bは下向きとなり、揺動スクロールに作用するスラスト荷重Ｆは増加する。

このため、下側渦巻歯３１Ｍと下側固定スクロール３４の台板３４Ａとの隙間はさらに小さくなる。したがって、チップシール３６が装着された渦巻歯３１Ｌを設けた面のシールリング溝３１Ｅの内直径ｄ₁をチップシール３６が装着されていない渦巻歯３１Ｍを設けた面のシールリング溝３１Ｆの内直径ｄ₂より小さくすることによって、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高い両面渦巻型のスクロール圧縮機を得ることができる。

以上のように、チップシール３６が装着されている固定スクロールからチップシール３６が装着されていない固定スクロールの方向へ揺動スクロール３１にスラスト荷重を付加する手段を設けることによって、漏れ損失をさらに低減することができ、効率の高いスクロール圧縮機を得ることができる。

この実施の形態５においては、全ての渦巻歯の形状を同じにし、揺動スクロール３１の上側シールリング溝３１Ｅの内直径ｄ₁を下側シールリング溝３１Ｆの内直径ｄ₂よりも小さくするのみでよいので、実施の形態２から４に示したスクロール圧縮機よりも加工が容易であるという利点がある。

この実施の形態５においては、揺動スクロール３１の球根部３１Ａに上側シールリング溝３１Ｅおよび下側シールリング溝３１Ｆを設けた。しかしながら、この球根部３１Ａに対面する上側固定スクロール３３の台板３３Ａおよび下側固定スクロール３４の台板３４Ａに上側シールリング溝３１Ｅおよび下側シールリング溝３１Ｆを設けてもよい。

Claims (7)

1. 両面に渦巻歯を有する揺動スクロールと、
   前記揺動スクロールの両面に対向して設置され、前記揺動スクロールの渦巻歯に咬合する渦巻歯を有する一対の固定スクロールとを備え、
   前記揺動スクロールの一方の渦巻歯に咬合する固定スクロールの渦巻歯および前記揺動スクロールの前記一方の渦巻歯のみにチップシールが装着されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
2. チップシールが装着されている固定スクロールから前記チップシールが装着されていない固定スクロールの方向へ揺動スクロールにスラスト荷重を付加するスラスト荷重付加手段が設けられていることを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
3. スラスト荷重付加手段は、主軸と垂直な方向における揺動スクロールと固定スクロールとで構成される圧縮機の断面積を、チップシールが装着されている方が前記チップシールが装着されていない方よりも大きくして構成されていることを特徴とする請求項２記載のスクロール圧縮機。
4. 揺動スクロールの渦巻歯の厚さは、チップシールが装着されているものの方が前記チップシールが装着されていないものよりも厚いことを特徴とする請求項３記載のスクロール圧縮機。
5. 揺動スクロールの渦巻歯の巻数は、チップシールが装着されているものの方が前記チップシールが装着されていないものよりも多いことを特徴とする請求項３記載のスクロール圧縮機。
6. 揺動スクロールと固定スクロールとを収容する密閉容器内の圧力は、吸入圧力と等しく、前記揺動スクロールと前記固定スクロールとを密閉するシールリングを設置するシールリング溝が前記揺動スクロールまたは前記固定スクロールに形成され、前記シールリング溝の内直径は、チップシールを装着している渦巻歯を設けた面に形成された方がチップシールを装着していない渦巻歯を設けた面に形成された方よりも小さいことを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
7. 二酸化炭素を圧縮することを特徴とする請求項１記載のスクロール圧縮機。
   

Images