JPH022950Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はスクロール型流体機械に関する。

例えば、公知のこの種の圧縮機は、第１図作動
原理図に示すように、同一形状の２つのうずまき
体の一方２を略中央に吐出口４を有するシール端
板に固定し、他方のうずまき体１を他方の端板に
固定し、両者を、同図に示すように、相対的に
180゜回転させ、かつこの両者が５１，５２および
５１′，５２′の４点で互いに接触するように、距
離2ρ（＝うずまきのピツチ−２×うずまきの板厚）
だけ相対的にずらして重ね合せ、一方のうずまき
体２を静止し、他方のうずまき体１をクランク半
径ρを有するクランク機構にて、一方のうずまき
体２の中心０の周りに自転を行なうことなく半径
ρ＝00′で公転運動をなすように構成される。

そうすると、２つのうずまき体１，２間には、
両者が当接する点５１，５２および点５１′，５
２′間に密閉された小室３，３が形成され、密閉
小室３，３の容積がうずまき体１の公転に伴い
徐々に変化する。

すなわち、同図(1)の状態からうずまき体１をま
ず90゜公転させると、同図(2)となり、180゜公転さ
せると同図(3)に、270゜公転させると同図(4)とな
り、この間、小室３の容積は徐々に減少し、同図
(4)では２つの小室３，３は連通して密閉小室５３
となり、同図(4)の状態から更に90゜公転すると、
同図(1)となり、小室５３の容積は同図(2)より同図
(3)へとその容積を減少し、同図(3)と同図(4)の間で
最小の容積となり、この間、同図(2)で開き始めた
外側空間が同図(3)、同図(4)から同図(1)に移り、新
たな気体を取り込んで密閉小室を形成し、以後こ
れを繰返し、うずまき体外側空間より取りこまれ
た気体が圧縮され、吐出口４より吐出される。

上記は、スクロール型圧縮機の作動原理である
が、スクロール型圧縮機は具体的には、第２図縦
断面図および第３図−断面図に示すように、
ハウジング１０はフロントエンドプレート１１、
リヤエンドプレート１２、シリンダプレート１３
よりなり、リヤエンドプレート１２に吸入口１
４、吐出口１５を突設するとゝもに、うずまき体
２５２および吐出ポート２５３を設けた円板２５
１よりなる静止スクロール部材２５を固定し、フ
ロントエンドプレート１１にクランクピン２３を
有する主軸１７を枢着し、クランクピン２３に、
第３図に示すように、ラジアルニードル軸受２
６、公転スクロール部材２４のボス２４３、角筒
部材２７１、摺動体２９１、リング部材２９２、
回り止め２９３等よりなる不転施回機構を介し
て、うずまき体２４２および円板２４１よりなる
公転スクロール部材２４が付設されており、うず
まき体２４２，２５２のうずまき形状は通常同一
形状となつている。

このようなスクロール型流体機械の性能向上を
図るために、吐出ポート２５３（第２図），４
（第１図）の形状および位置について、本考案者
は、さきに実願昭57−48927号をもつて、両スク
ロール部材のうずまき体が互いに当接する内方の
点が互いに離れ始める２点を通るとゝもに公転ス
クロール部材のうずまき体の外側曲線に接する円
に沿つてこれを設けることを提案した。このよう
な吐出ポートは最大の断面積を有するものとな
り、ここを流過する圧縮流体の圧力損失を最小と
することができる。

すなわち、第４図部分正面図、第５図−断
面図に示すように、公転側うずまき体２４２と静
止側うずまき体２５２はＡ点およびＢ点において
互いに当接し、Ａ点は静止側うずまき体２５２の
外側曲線であるインボリユート曲線の始点で中心
０の基円（半径ｂ）上にあり、Ｂ点はその内側曲
線１０３の一部であるインボリユート曲線 r1（t1）＝ｂ／cost1 φ1（t1）＝π−tan^-1ρ／ｂ 上にあり、こゝでt1はパラメータである。400は
Ａ点およびＢ点を通るとゝもに、公転側うずまき
体２４２の外側曲線とＣ点で接する円に沿つて静
止側スクロールの円板２５１に穿設された吐出ポ
ートで、0pはその中心である。

このような構造において、両うずまき体の噛み
合い状態は第６図(1)，(2)，(3)に示すように変化す
るが、まず、第６図(1)では、接点はＡ点、Ｂ点の
それぞれ外方にあり、公転側うずまき体２４２が
公転半径ρにて公転するに伴い、同図(2)に示すよ
うに、Ａ，Ｂ両点で互いに接し、これより公転す
ると、同図(3)に示すように、両うずまき体２５
２，２４２は離れ始める。

従つて小室４０２（第１図３に対応する）内の
流体は、同図(1)の状態を経て同図(2)の位置まで圧
縮され、さらにうずまき体２４２が公転すると、
小室４０２は同図(3)のように密閉小室４０１（第
１図５３に対応する）と連通すると同時に吐出ポ
ート４００より流体が外部へ吐きだされ、更に公
転が進むと、連通した密閉小室４０１と小室４０
２がやがて独立した密閉小室４０１となり、この
間流体は引続き吐出ポート４００より外部へ吐出
され、更に公転が進むと、再度同図(1)の状態に戻
り、密閉小室４０１内の流体は吐出ポート４００
より外部へ吐出され、これが同図(2)まで続き、以
下うずまき体２４２の公転に伴い上記の作用がく
り返される。

こゝで、小室４０２の容積が最小となるときの
小室４０２の圧力と密閉小室４０１の圧力とが略
等しくなるように両うずまき体の寸法を決めれ
ば、小室４０２の圧力と密閉小室４０１との圧力
が等しくなつた直後に、小室４０２は密閉小室４
０１と連通すると同時に、流体は吐出ポート４０
０より外部へ吐出されることゝなり、小室４０２
内圧力が密閉小室４０１内圧力より高い、又は逆
に低い時点で、吐出ポートと連通することはなく
なり、高効率のスクロール型流体機械が得られ
る。

しかしながら、このような構造によると、小室
４０２イおよび小室４０２ロは、第６図(2)の位置
で密閉小室４０１と連通し始めると同時に吐出ポ
ート４００に連通し、流体は吐出ポート４００よ
り外部へ吐出される。ここで、同図(3)に示すよう
に、小室４０２ロと吐出ポート４００の連通面積
は充分大きく、流体は二重矢印に示すように、ス
ムースに流出するのに対して、小室４０２イと吐
出ポート４００の連通面積は小さく、この部分で
流体は圧力損失を生じ、充分流れず（一重矢印参
照）、小室４０２イ，４０２ロ内の圧力変化は、
第７図線図に示すように、小室４０２イでは吐出
ポート４００（密閉小室４０１）と連通した後も
圧力が点線で示すように上昇し、いわゆるオーバ
ーコンプレツシヨンを生じ、このオーバーコンプ
レツシヨン部分は圧縮機の仕事の損失となり、こ
のため圧縮機の効率は若干低下することが判明し
た。

第５図に示すような、大断面の吐出ポートを設
けることは、うずまきの根元部の厚さが一部薄肉
となるので一般的にはうずまき体の強度の部分的
低下を招くという問題がある。

本考案はこのような事情に鑑みて提案されたも
ので、オーバーコンプレツシヨンによる効率の低
下を解消し、性能の向上を図るスクロール型流体
機械を提供することを目的とし、インボリユート
曲線を有する公転側うずまき体の公転に伴いイン
ボリユート曲線を有する静止側うずまき体と内方
で接して形成される密閉小室の上記うずまき体の
接点が離れ始める位置において、上記静止側うず
まき体の内方先端部と上記公転側うずまき体の内
側との接点を内包するとゝもに上記密閉小室の少
なくとも一部を内包し、かつ上記公転側うずまき
体の外側曲線に接する円形吐出口を具えたことを
特徴とする。

本考案の一実施例を図面について説明すると、
第８図はその吐出ポートおよびうずまき体を示す
部分正面図、第９図は第８図の−に沿つた断
面図、第１０図(1)，(2)，(3)はそれぞれ第８図の両
うずまき体のかみ合い状態の変化を示す説明図、
第１１図は第１０図における小室の圧力変化を示
す線図、第１２図は第８図の変形例を示す同じく
部分正面図、第１３図は第１２図の変形例を示す
同じく部分正面図である。

まず第８〜９図に示すように、本考案において
は、２つのうずまき体２４２，２５２が内方で接
し、うずまき体２４２が公転し、接点が離れ始め
るときの接点Ａ，Ｂ（従来の第４図と同じ）の点
Ａより外方（小室４０２イの内部であつて密閉小
室４０１の外側）を通り、かつ点Ｂを通るとゝも
に点Ｄにて公転側うずまき体２４２の外側曲線と
接する円にて、吐出ポート５００の形状、位置を
決め、この吐出ポート５００を静止側スクロール
部材の円板２５１に設ける。

点Ｐは吐出ポート５００の中心である。

このような構造において、両うずまき体のかみ
合い状態は、公転側うずまき体２４２の公転に従
い、第１０図(1)，(2)，(3)の順に変化する。

すなわち、まず、同図(1)に示すように、２つの
うずまき体はＡ点，Ｂ点の外方で接し、静止側う
ずまき体２５２の先端付近と公転側うずまき体２
４２の内側（腹側）部分とは点Ｅにて接し、点Ｅ
は吐出ポート５００の円と静止側うずまき体２５
２の交点であるので、これ以降の公転で小室４０
２イが吐出ポート５００に連通し始める。

次に、同図(2)に示すように、両うずまき体が点
Ａ，Ｂで接し、これ以後離れ始め、このとき、小
室４０２イは吐出ポート５００に連通しており、
流体は一重矢印に示すように、流れ、一方、小室
４０２ロは従来のものと同様、吐出ポート５００
に連通する直前にある。

更に公転が進むと、同図(3)に示すように、小室
４０２イ，ロとも吐出ポート５００に連通し、流
体はそれぞれ一重矢印，二重矢印に示すように流
れる。

このような構造によれば、２つのうずまき体２
４２，２５２の内方接点が離れ始める前に、一方
の小室４０２イは吐出ポート５００と連通するの
で、小室４０２イ，ロの圧力変化は、第１１図に
示すようになり、小室４０２イの流路面積が小さ
いことに基因する圧力損失によるオーバーコンプ
レツシヨンはなくなり、圧縮機の効率は大きく向
上する。

なお、吐出ポートは、第１２図に示すように、
点Ａより外方（すなわち、点Ａを内包する）を通
り、かつ公転側うずまき体の外側（背側）曲線と
接し、２つのうずまき体が形成する中央部の密閉
小室の一部分を内包するものであれば良く、必ず
しも点Ｂを通る必要はない。

同図は両うずまき体の内方かみ合い点Ａ，Ｂが
離れ始める直前の状態を示し、５０１は吐出ポー
トで、点Ａを内包し公転側うずまき体２４２の外
側（背側）と任意の点Ｅで接し、密閉小室４０１
の一部を内包するように設けてある。

上記実施例においては、理論的うずまき体曲線
（インボリユート曲線）を用いて説明したが（理
論値では先端がシヤープエツヂとなるため、これ
を避る目的で）実機では、うずまき体内方先端形
状は滑らかに丸められる場合がある。

このような場合には、以上に述べた点Ａ、点Ｂ
は第１３図に示すA′点、B′点とすればよく、両
うずまき体の内方先端は丸められているので、両
うずまき体の内方接点は、点A′，B′にて離れ始
め、５０２は第１２図と同じ方法にて設けた吐出
ポートである。

いずれにしても、本考案では、点Ａ，Ｂより外
方はインボリユート曲線であり、インボリユート
部分で両スクロール部材が噛み合うと、ガス圧力
によるうずまき体への荷重と、両スクロール部材
が噛み合う噛み合い荷重の方向は互いに略直交関
係となるのでこのような関係の下ではガス圧荷重
とかみ合い荷重のベクトル和は小さなものとな
る。

因みに、インボリユート曲線以外のうずまき曲
線部分で両スクロール部材がかみ合うとガス圧力
荷重方向とかみ合い荷重方向の直交関係は崩れ、
両者が平行となる方向を向き始め、この方向は、
両スクロール部材の非インボリユート部分の形状
及び噛み合い位置で定まる。この結果、ガス圧力
荷重とかみ合い荷重のベクトル和はインボリユー
ト部分でのかみ合いときに比べ大きくなつてくる
から、うずまき体の強度面を考えると、インボリ
ユート部分で噛み合うようにすることが重要であ
り、本考案では、インボリユート曲線を採用する
ことで、吐出ポート穿設によるうずまき体の部分
的強度低下を補うことが可能となる。

また、インボリユート始点Ａ，Ｂまで両スクロ
ール部材を噛み合わせることで、スクロール圧縮
機の圧縮上最も高い圧力を発生させることがで
き、また、ほゞ最大の断面積を有する吐出ポート
を経てＡ，Ｂ点で吐出を開始することにより、ス
クロール型機械の大きさ、機械の効率を最もよく
することができる。本考案に係るスクロール型流
体機械は圧縮機、ポンプ、エキスパンダ等種々の
用途に供せられる。

要するに本考案によれば、インボリユート曲線
を有する公転側うずまき体の公転に伴いインボリ
ユート曲線を有する静止側うずまき体と内方で接
して形成される密閉小室の上記うずまき体の接点
が離れ始める位置において、上記静止側うずまき
体の内方先端部と上記公転側うずまき体の内側と
の接点を内包するとゝもに上記密閉小室の少なく
とも一部を内包し、かつ上記公転側うずまき体の
外側曲線に接する円形吐出口を具えたことによ
り、高効率のスクロール型流体機械を得るから、
本考案は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のスクロール型圧縮機の作動原理
図、第２図は公知のスクロール型圧縮機の縦断面
図、第３図は第２図の−に沿つた横断面図、
第４図は本考案者がさきに提案した吐出ポートを
示す部分拡大正面図、第５図は第４図の−に
沿つた断面図、第６図は第４図のうずまき体の噛
み合い状態の変化を示す説明図、第７図は第６図
における小室の圧力変化を示す線図、第８図は本
考案の一実施例を示すスクロール部材の部分正面
図、第９図は第８図の−に沿つた断面図、第
１０図は(1)，(2)，(3)はそれぞれ第８図の両うずま
き体のかみ合い状態の変化を示す説明図、第１１
図は第１０図における小室の圧力変化を示す線
図、第１２図は第８図の変形例を示す同じく部分
正面図、第１３図は第１２図の変形例を示す同じ
く部分正面図である。 １０２……外側曲線、２４２……公転側うずま
き体、２５１……シール円板、２５２……静止側
うずまき体、４０１……小室、４０２イ，４０２
ロ……小室、５００，５０１……吐出ポート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. インボリユート曲線を有する公転側うずまき体
   の公転に伴いインボリユート曲線を有する静止側
   うずまき体と内方で接して形成される密閉小室の
   上記うずまき体の接点が離れ始める位置におい
   て、上記静止側うずまき体の内方先端部と上記公
   転側うずまき体の内側との接点を内包するとゝも
   に上記密閉小室の少なくとも一部を内包し、かつ
   上記公転側うずまき体の外側曲線に接する円形吐
   出口を具えたことを特徴とするスクロール型流体
   機械。