JPH06101665A

JPH06101665A - スクロール流体機械

Info

Publication number: JPH06101665A
Application number: JP25283392A
Authority: JP
Inventors: Shin Sekiya; 慎関屋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-09-22
Filing date: 1992-09-22
Publication date: 1994-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】円弧部分での接触による騒音・摩耗の増大の
恐れがなく、またシール性の低下もほとんどない信頼性の
高いスクロール流体機械を得ることを目的とする。【構成】円弧部分での接触を避けるために従動スクロール
渦巻突起体の外円弧または駆動スクロール渦巻突起体１ａの
内円弧１ｅの切り取り量１ｊを、渦巻突起体形状諸元と
径方向すきまの関数として与える。さらにこの時、駆動
スクロール渦巻突起体の外円弧半径を従動スクロール渦巻突起体
の外円弧半径より大きくする。また、円弧部分での接触
を避けるために、双方のスクロール渦巻突起体形状を同一と
し、それぞれの渦巻突起体の外円弧および内円弧の中心
をインホ゛リュート曲線の基礎円上に配置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮機や真空ホ゜ンフ゜な
どに用いられるスクロール流体機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクロール流体機械の原理は以前から知られ
ており、一対の渦巻突起体を組合せて圧縮作用を行なう
容積形流体機械の一種である。通常渦巻突起体の一方を
固定し、他方を揺動運動させて圧縮作用を行なうが、双
方の渦巻突起体をそれぞれの中心のまわりに回転させ
る、いわゆる全系回転型のものもその原理は米国特許第
3884599号明細書で公知である。また、全系回転型のスクロ
ール流体機械において、一方のスクロールの渦巻突起体を他方
のスクロール渦巻突起体に接触させることによって回転力を
伝達する駆動方式のものは、米国特許第3600114号明細
書などに記載されている。

【０００３】この従来の全系回転型のスクロール流体機械を
図１１および図１２に示す。図において、１は電動機、
機関、またはタービンなどの駆動源（図示せず）によ
り、その軸中心（渦巻中心）Ｏ₁を中心として回転運動
する駆動スクロールで、渦巻突起体１ａを有している。２は
軸中心（渦巻中心）Ｏ₂を中心として駆動スクロール１の回転
に同期して回転運動される従動スクロールで、渦巻突起体２
ａを有している。双方の渦巻突起体１ａおよび２ａはイン
ホ゛リュート曲線により形成される。３は双方のスクロール１、２
の回転により中心側へ容積を減じ、圧縮気体の圧力を上
昇させる圧縮室、４は駆動スクロール１を支承する第１の枠
体、５は従動スクロールを支承する軸、６はこの軸を支承す
る第２の枠体、７は従動スクロール２の中心に設けられた気
体の吐出口である。

【０００４】上記のように構成されたものにおいては、
駆動スクロール１は駆動源によりその渦巻中心Ｏ₁を中心とし
て、矢印１１の方向に回転運動する。そうすると、駆動
スクロール渦巻突起体１ａは従動スクロール渦巻突起体２ａに接触
し、駆動スクロール１から従動スクロール２に回転力が伝達され
る。このため、従動スクロール２もその渦巻中心Ｏ₂を中心と
して、駆動スクロール１の回転に同期して回転運動する。従
って、双方の回転により圧縮室３が中心側に移動するこ
とによってその容積を減じ、気体の圧力が上昇し、その
気体は吐出口７から吐出される。図１２（ａ）の０°の
状態では、圧縮室３に気体が吸入された状態であり、
（ｂ）〜（ｄ）に示す以後０°→９０°→１８０°→２
７０°→３６０°（０°）の回転により、圧縮室３は次
第に中心側に移動し容積が減少する。

【０００５】以上の動作において、駆動スクロールから従動ス
クロールに動力が伝達される際の状況を図１３において詳細
に説明する。図１３は、双方のスクロール渦巻突起体１ａ，
２ａが径方向にすきまのない状態で組み合わされた状態
を示している。図において、１ｂ、２ｂはそれぞれ渦巻
突起体１ａおよび２ａの外側インホ゛リュート曲線、１ｃ、２ｃ
はそれぞれ渦巻突起体１ａおよび２ａの内側インホ゛リュート曲
線、１ｆ、２ｆはインホ゛リュート曲線の基礎円、ａは基礎円１
ｆおよび２ｆの半径、ｔは渦巻突起体１ａおよび２ａの
厚さ（インホ゛リュート曲線部分の厚さ）である。ｒはこの状態
での（正規の）渦巻中心間距離（Ｏ₁−Ｏ₂間の距離）で
あり、つぎの式で定義される。ｒ＝πａ-ｔ (1) Ｉ₁はインホ゛リュート曲線１ｃと２ｂとの接触点（シール点）、Ｉ
₂はインホ゛リュート曲線１ｂと２ｃとの接触点（シール点）、破線
303はＩ₁から基礎円１ｆおよび２ｆに引いた接線、破線
304はＩ₂から基礎円１ｆおよび２ｆに引いた接線を示
す。Ｆ_n1、Ｆ_t1は接触点Ｉ₁において従動スクロール渦巻突起
体２ａに作用する法線方向力および接線方向力（摩擦
力）、Ｆ_n2、Ｆ_t2は接触点Ｉ₂において従動スクロール渦巻突
起体２ａに作用する法線方向力および接線方向力（摩擦
力）である。ここで、インホ゛リュート曲線の幾何学的関係よ
り、Ｆ_n1は接線303の方向、Ｆ_n2は接線304の方向に作用
する。図から明らかなように、Ｆ_n1およびＦ_t1は従動スク
ロールを駆動する方向に作用するが、Ｆ_n2およびＦ_t2は従
動スクロールを制動する方向に作用する。したがって、渦巻
突起体１ａの外側インホ゛リュート曲線１ｂと渦巻突起体２ａの
内側インホ゛リュート曲線２ｃとの接触は絶対に避ける必要があ
る。

【０００６】渦巻突起体１ａの外側インホ゛リュート曲線１ｂと
渦巻突起体２ａの内側インホ゛リュート曲線２ｃとの接触を避け
るため、特開平3-267503号公報では、渦巻中心間距離を
式(1)で示される正規の渦巻中心間距離ｒよりも短くす
ることが提案されている。この従来の発明を図１４にお
いて説明する。図１４(a)は、渦巻中心間距離がｒより
距離ｂだけ短い場合を示している。この場合、各シール点
Ｉ₁，Ｉ₂における径方向すきまは、すべてｂとなる。こ
の状態で機械を駆動させると、図１４(b)に示すように
駆動スクロール１が矢印１１の方向に回転して、双方のスクロール
１、２に回転角度差が生じ渦巻突起体同士が接触する。
このとき、渦巻突起体同士は図に示すようにインホ゛リュート曲
線１ｃと２ｂとのシール点Ｉ₁で接触し、インホ゛リュート曲線１ｂ
と２ｃとのシール点Ｉ₂におけるすきまの大きさは、(2*ｂ)
となる。

【０００７】以上のように、渦巻中心間距離を正規の渦
巻中心間距離ｒより短く設定しておけば、シール点Ｉ２で
接触することはないので、従動スクロール２に制動力が作用
することはない。ここで、距離ｂの実際的な範囲は、渦
巻突起体１ａおよび２ａの加工誤差からほぼ決定され
る。渦巻突起体１ａおよび２ａの加工誤差の最大値がそ
れぞれη₁、η₂であるとした場合、距離ｂはｂ＞η₁＋η₂ (2) となるようにとればよい。そうすると、必ず双方のスクロー
ル１、２に回転角度差が生じて、シール点Ｉ₁でのみ接触す
ることになる。なお、シール点Ｉ₂におけるすきまの大きさ
は(2*ｂ)であるので、ｂを大きくとりすぎると漏れが増
大し性能が低下する。したがって、実際の機械において
はｂにはある上限値があり、この上限値はシール性を低下
させない程度にとられる。

【０００８】また、従来のスクロール流体機械において、再
膨張容積を低減させるために渦巻突起体の最内周部をイン
ホ゛リュート曲線に滑らかに接続する円弧で形成したものは、
特開昭59-58187号公報などで公知である。このような渦
巻突起体形状を有するスクロール流体機械の場合、駆動スクロール
１と従動スクロール２に回転角度差が発生すると、渦巻突起
体１ａと２ａが円弧部分で接触し、騒音が増大したり渦
巻突起体に異常摩耗が生じるなどの恐れがある。このた
め、特開平3-267503号公報において、接触する恐れのあ
る円弧部分を切り取ることが提案された。この従来の機
械について、図１５および図１６で説明する。図１５は
双方のスクロール渦巻突起体１ａ，２ａが径方向にすきまの
ない状態で組み合わされ、円弧部分およびインホ゛リュート曲線
部分で接触している状態を示している。図１５におい
て、渦巻突起体１ａは外周部が外側インホ゛リュート曲線１ｂと
内側インホ゛リュート曲線１ｃで形成され、内周部が外側インホ゛リュ
ート曲線１ｂに滑らかに接続する外円弧１ｄと内側インホ゛リュ
ート曲線１ｃに滑らかに接続する内円弧１ｅによって形成
されている。また、渦巻突起体２ａも同様に、外周部が
外側インホ゛リュート曲線２ｂと内側インホ゛リュート曲線２ｃで形成さ
れ、内周部が外側インホ゛リュート曲線２ｂに滑らかに接続する
外円弧２ｄと内側インホ゛リュート曲線２ｃに滑らかに接続する
内円弧２ｅによって形成されている。Ｉ₁，Ｉ₂はそれぞ
れインホ゛リュート曲線１ｃと２ｂとの接触点（シール点）およびイ
ンホ゛リュート曲線１ｂと２ｃとの接触点（シール点）、Ｇ₁、Ｇ₂
はそれぞれ円弧１ｅと２ｄとの接触点（シール点）および
円弧１ｄと２ｅとの接触点（シール点）である。

【０００９】図１６(a)は、図１４(a)同様、渦巻中心間
距離がｒより距離ｂだけ短い場合を示している。この場
合、各シール点Ｉ₁，Ｉ₂，Ｇ₁，Ｇ₂における径方向すきま
は、すべてｂである。この状態で機械を駆動させると、
図１６(b)に示すように駆動スクロール１が矢印１１の方に回
転して、双方のスクロール１、２に回転角度差が生じ渦巻突
起体同士が接触する。このとき、渦巻突起体同士は図に
示すように円弧１ｅと２ｄとの接点Ｇ₁で接触し、インホ゛リ
ュート曲線部分では接触しない。なお、この場合各シール点に
おける径方向すきまは、Ｉ₁ではｂより小さく、Ｉ₂，Ｇ
₂ではｂより大きくなる。

【００１０】以上のように、双方のスクロール１，２に回転
角度差が発生すると、円弧部分での接触は免れ得ない。
双方のスクロール渦巻突起体１ａ，２ａが円弧部分で接触す
ると、騒音が増大したり、渦巻突起体１ａ，２ａに大き
な荷重が作用して摩耗が増大するなどの恐れがある。こ
のため、従来の発明における明細書では、駆動スクロール渦
巻突起体１ａの内円弧１ｅまたは従動スクロール渦巻突起体
２ａの外円弧２ｄの一部分を切り取って、円弧部分で接
触させないようにすると記載している。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール流体機械
は以上のように構成されているが、円弧部分の切り取り
量については明示されていない。このため、予め円弧部
分を切り取る際に、切り取り量が不足することによって
渦巻突起体部分が損傷したり、必要以上に切り取ること
によってシール性が低下したりするなどの恐れがある。

【００１２】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、円弧部分での接触による騒音
・摩耗の増大の恐れがなく、またシール性の低下もほとん
どない信頼性の高いスクロール流体機械を得ることを目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るスクロール流
体機械は、互いに異なる軸心上で自転し、平板上に渦巻
状の突起体を設けた駆動スクロールおよび従動スクロールを備え、
駆動スクロールおよび従動スクロールの双方が供働して圧縮室を構
成し、双方の渦巻突起体の外周部はそれぞれ同じインホ゛リュ
ート曲線で形成し、内周部は駆動スクロールの渦巻突起体を外
側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₁の外円弧
と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ₂＋
ｒ）の内円弧で形成し、従動スクロールの渦巻突起体を外側
のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₂の外円弧と
内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ₁＋
ｒ）の内円弧で形成したもので、両スクロールの渦巻中心間
距離が径方向にすきまのない状態である正規の渦巻中心
間距離ｒよりもｂだけ短いスクロール流体機械において、従
動スクロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆動スクロール渦巻
突起体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞-ｒ+[ｒ²+4ｅ₁sinΨ{ｅ₁sinΨ+ｒsin(ξ₁+φ+Ψ)}]
^0.5-ｂ ξ₁=tan^-1{ａ／(ｍ+ｆcosγ)} (0≦ξ₁≦π) ａ：インホ゛リュート曲線の基礎円半径 φ：インホ゛リュート曲線との接点から測った上記円弧の角度（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ薄く形成したものである。

【００１４】また、本発明の別の発明に係るスクロール流体
機械は、従動スクロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆
動スクロール渦巻突起体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞2ｅ₁sinΨ-ｂｅ₁=(ｍ²+2ｍｆcosγ+ｆ²)^0.5 ｍ=(Ｒ₁-Ｒ₂)／2，ｆ=(Ｒ₁+Ｒ₂+ｒ)／2 γ=sin^-1(ａ／ｆ) (0≦γ≦π/2) Ψ=ｂ／2ａ（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ一様に薄く形成したものである。

【００１５】また、駆動スクロール渦巻突起体の外円弧半径
が従動スクロール渦巻突起体の外円弧半径より大きいもので
ある。

【００１６】さらに、本発明の別の発明に係るスクロール流
体機械は、互いに異なる軸心上で自転し、平板上に渦巻
状の突起体を設けた駆動スクロールおよび従動スクロールを備え、
駆動スクロールおよび従動スクロールの双方が供働して圧縮室を構
成し、双方の渦巻突起体の形状は同一であり、それぞれ
の渦巻突起体の外周部はインホ゛リュート曲線で形成され、内周
部は外側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒの外
円弧と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ
＋ｒ）の内円弧で形成されたもので、双方のスクロール渦巻
突起体の外円弧半径Ｒを、Ｒ＝ａ−ｒ／２で形成することにより、外円弧および内円弧の中心をイン
ホ゛リュート曲線の基礎円上に配置させたものである。

【００１７】

【作用】この発明によれば、駆動スクロールと従動スクロールとに
回転角度差が生じても、渦巻突起体内周部の円弧部分が
所定の量だけ予め切り取られているので、常に円弧部分
で接触せずに運転できる。また、円弧部分が必要最小量
しか切り取られていないため、シール性もほとんど低下し
ないことが期待できる。

【００１８】また、本発明の別の発明によれば、予め駆
動スクロール渦巻突起体の内円弧または従動スクロール渦巻突起体
の外円弧を所定の半径で加工しておけばよいので、加工
が容易になる。

【００１９】また、駆動スクロール渦巻突起体の外円弧半径
を従動スクロール渦巻突起体の外円弧半径より大きく形成す
れば、上記作用に加えて、駆動スクロール渦巻突起体の外円
弧と従動スクロール渦巻突起体の内円弧間のすきまを低減で
きるため、よりシール性を向上できる。

【００２０】さらに、外円弧および内円弧の中心をインホ゛
リュート曲線の基礎円上に配置させれば、駆動スクロールと従動ス
クロールとに回転角度差が生じても、原理的に常に円弧部分
で接触させずに運転することができる。また、駆動スクロー
ル渦巻突起体の外円弧と従動スクロール渦巻突起体の内円弧間
のすきまを最小にできるため、よりシール性を向上でき
る。

【００２１】

【実施例】

実施例１．以下、請求項１の発明によるスクロール流体機械
の一実施例を図１〜図４を用いて説明する。この実施例
においては、双方のスクロール渦巻突起体の形状は同一（す
なわち、両スクロールの半径Ｒ₁＝Ｒ₂）である。図１は駆動ス
クロール渦巻突起体１ａの形状について示している。Ｒは渦
巻突起体１ａ（２ａ）の外円弧１ｄ（２ｄ）の半径、ｒ
は式(1)で示される正規の渦巻中心間距離である。そう
すると、渦巻突起体１ａ（２ａ）の内円弧１ｅ（２ｅ）
の半径はＲ+ｒとなる。Ａ₁（Ａ₂）は内円弧１ｅ（２
ｅ）の中心、Ｂ₁（Ｂ₂）は外円弧１ｄ（２ｄ）の中心、
Ｃ₁（Ｃ₂）は内円弧１ｅ（２ｅ）と内側インホ゛リュート曲線１
ｃ（２ｃ）の接点、Ｄ₁（Ｄ₂）は外円弧１ｄ（２ｄ）と
外側インホ゛リュート曲線１ｂ（２ｂ）の接点である。ｅはＯ₁
−Ａ₁（Ｏ₂−Ａ₂）間の距離で、これはＯ₁−Ｂ₁（Ｏ₂−
Ｂ₂）間の距離に等しい。γはＢ₁（Ｂ₂）とＤ₁（Ｄ₂）
を結ぶ直線101（直線201)とＡ₁（Ａ₂）とＢ₁（Ｂ₂）を
結ぶ直線103(直線203)とのなす角度、Ｅ₁（Ｅ₂）はＡ₁
（Ａ₂）とＣ₁（Ｃ₂）を結ぶ直線102（直線202）と基礎
円１ｆ（２ｆ）との接点、Ｆ₁（Ｆ₂）は直線101（直線2
01）と基礎円１ｆ（２ｆ）との接点である。ｅおよびγ
は、幾何学的関係より、それぞれ次式で表される。ｅ＝Ｒ+ｒ／２ (3) γ＝sin^-1(ａ／ｅ) (0≦γ≦π/2) (4)

【００２２】図２(a)は、双方のスクロール１、２の渦巻突起
体１ａ、２ａが径方向にすきまなく組み合わされた状態
を示し、φは、直線201（直線102）とＡ₁とＢ₂を結ぶ直
線301とのなす角度である。図２(ｂ)は、図２(ａ)の状
態から駆動スクロール１のみが角度ψ（回転角度差）だけ回
転した状態を拡大して示している。径方向すきまが無い
ため、実際には回転角度差は生じないが、ここでは便宜
上駆動スクロール１がψ回転したと考える。図において、破
線で示された円弧１ｅは回転前の駆動スクロール渦巻突起体
１ａの内円弧、１ｈは回転後の駆動スクロール渦巻突起体１
ａの内円弧、Ａ₁₀は内円弧１ｈの中心、Ｃ₁₀は接点Ｃ₁
の回転後の位置、βは∠Ａ₁₀Ａ₁Ｂ₂、λは∠Ａ₁Ｂ
₂Ａ₁₀、Ｇ₁₁はＡ₁₀とＢ₂を結ぶ直線302と内円弧１ｆと
の交点、Ｇ₁₂は直線302と外円弧２ｄとの交点、φ₁は∠
Ｃ₁₀Ａ₁₀Ｇ₁₂、φ₂は∠Ｄ₂Ｂ₂Ｇ₁₂、ＬはＡ₁₀−Ｂ₂間の
距離、ｄはＡ₁−Ａ₁₀間の距離、ε₀はＧ₁₁−Ｇ₁₂間の距
離である。図から明らかなように、駆動スクロール渦巻突起
体１ａの内円弧１ｈと従動スクロール渦巻突起体２ａの外円
弧２ｄとは干渉する。径方向の干渉量の最大値は、円の
幾何学的関係からε₀である。以下、ε₀を求める。図よ
りε₀は、 ε₀＝Ｌ−ｒ (5) であり、Ｌは、Ｌ＝(ｒ²+ｄ²-２ｄｒcosβ)^0.5 (6) と表される。また、ｄおよびβはそれぞれｄ＝２ｅsin(ψ／２) (7) β＝1.5π-γ-φ-ψ／２ (8) と表される。またλ、φ₁、φ₂は幾何学的関係より、つ
ぎのように与えられる。 λ＝sin^-1(ｄsinβ／Ｌ) (9) φ₁＝φ+ψ-λ (10) φ₂＝φ-λ (11) 一方、インホ゛リュート曲線において、駆動スクロール１と
従動スクロール２に回転角度差ψが生じたときの上記円弧部
分における干渉量ε₀に相当する干渉量ε₁を、図３によ
り求める。図において、１ｃは回転前の駆動スクロール渦巻
突起体１ａの内側インホ゛リュート曲線、１ｇは駆動スクロールが１
が矢印１１の方向にψ回転したときの、回転後の駆動スク
ロール渦巻突起体１ａの内側インホ゛リュート曲線、２ｂは従動スクロ
ール渦巻突起体２ａの外側インホ゛リュート曲線、Ｉ１は回転前の
接触部(シール部)、Ｈ１、Ｈ２はそれぞれＩ１から基礎円
１ｆおよび２ｆに引いた接線303と基礎円１ｆおよび２
ｆとの接点、Ｈ₁₀はＨ₁の回転後の位置、Ｉ₁₀は接線303
と内側インホ゛リュート曲線１ｇとの交点、ε₁はＩ₁−Ｉ₁₀間の
距離である。インホ゛リュート曲線の幾何学的特性より、ε₁が
径方向の最大干渉量となる。Ｈ₁−Ｉ₁間の距離をａΦ
（Φは伸開角）とすると、ε₁は回転位置に関係なく、
つぎのように簡単に求められる。 ε１＝ａΦ-ａ(Φ−ψ)＝ａψ (12) つぎに、径方向にすきまｂがある場合に円弧部分で接触
させない条件を求める。径方向にすきまがあって常にイン
ホ゛リュート部分で接触する場合には、当然ε₁＝ｂとなる。
したがって、常にインホ゛リュート部分で接触させるためには円
弧部分を、 ε＞ε₀-ｂ (13) で示されるεだけ切り取ればよい。以下、εを渦巻突起
体形状諸元と径方向すきまｂの関数で表わす。回転角度
差ψは、式(12)でε₁＝ｂとおけば求められる。 ψ＝ｂ／ａ (14) 式(12)より得られたψを式(7),(8)に代入し、式(5)〜式
(8)を式(13)に代すれば、次式が得られる。 ε＞-ｒ+[ｒ²+4ｅsinΨ{ｅsinΨ+ｒsin(γ+φ+Ψ)}]^0.5-ｂ (15) ここで、Ψ＝ψ／２＝ｂ／２ａである。式(15)で示すよ
うに円弧部分を切り取れば、円弧部分で接触させずに運
転することができる。ただし実際には、εを必要以上に
大きくすると、最も重要な円弧部分でのシール性が低下す
ることになる。したがってεは、 ε=-ｒ+[ｒ²+4ｅsinΨ{ｅsinΨ+ｒsin(γ+φ+Ψ)}]^0.5-ｂ+δ (16) とした方がシール性の点からは望ましい。ここで、δは僅
小量である。式(15)および式(16)において、実際的なｂ
の範囲は式(2)により与えられる。またｂは、シール性が低
下しない程度の上限値を持つ。

【００２３】なお、式(15)，(16)ではεをφの関数で表
しているが、厳密には、駆動スクロール渦巻突起体１ａの内
円弧１ｅの部分ではφ₁の位置で、従動スクロール渦巻突起体
２ａの外円弧２ｄの部分ではφ₂の位置で、εだけ切り
取る必要がある。しかし、角度λのεにおよぼ影響は実
際には十分小さいため、内円弧１ｅの部分または外円弧
２ｄの部分とも角度φの位置でεだけ切り取っても、ほ
とんど差し支えない。

【００２４】図４は、式(16)の関係を用いて駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分を、円弧角度φに応
じて切り取ったものである。図において、斜線部１ｊは
切り取り部分を示している。なお、図４では駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分を切り取ったが、図
５に示すように従動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄ
の部分を同様に切り取っても同じ効果が得られる。

【００２５】以上のように構成すれば、双方のスクロール
１、２は常に渦巻突起体１ａ，２ａのインホ゛リュート曲線部分
１ｃと２ｂのみで接触し、円弧部分１ｅと２ｄでは僅小
すきまδが設けられることになる。

【００２６】実施例２．請求項２の発明の一実施例を図
６に示す。本実施例では、駆動スクロール渦巻突起体１ａの
内円弧１ｅの部分をεの最大値ε_mだけ、一様に切り取
っている。εの最大値ε_mは式(16)より、 ε_m＝２ｅsinΨ-ｂ+δ (17) と与えられる。なお、この場合も、従動スクロール渦巻突起
体２ａの外円弧２ｄの部分を同様に切り取っても同じ効
果が得られる。

【００２７】以上のように構成すると、予め駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅを半径(Ｒ+ｒ+ε_m)、また
は従動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄを半径(Ｒ-
ε_m)で加工しておけばよいので、加工が容易になる。

【００２８】実施例３．つぎに、請求項１、２の発明の
別の実施例について説明する。本実施例は、駆動スクロール
と従動スクロールとで異なる円弧部形状を有するスクロール流体機
械について、実施例１、２と同様に、円弧部分の切り取
り量を式で表すものである。異なる円弧部形状を有する
スクロール流体機械については、特開平3-11103号公報や特開
平3-267503号公報で公知である。

【００２９】本実施例について図７〜図９で説明する。
図７(a),(b)は、それぞれ駆動スクロールおよび従動スクロールの
渦巻突起体形状を示している。図７において、Ｒ１、Ｒ
２はそれぞれ駆動スクロール渦巻突起体１ａの外円弧１ｄお
よび従動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄの半径を示
す。そうすると、幾何学的条件より駆動スクロール渦巻突起
体１ａの内円弧１ｅおよび従動スクロール渦巻突起体２ａの
内円弧２ｅの半径は、それぞれＲ₂+ｒおよびＲ₁＋ｒと
なる。ｅ₁，ｅ₂はそれぞれＯ₁−Ａ₁（Ｏ₂−Ｂ₂）間の距
離およびＯ₂−Ａ₂（Ｏ₁−Ｂ₁）間の距離、γは直線102
（直線201）と直線103（直線203）とのなす角度、ξ₁、
ξ₂はそれぞれ直線102（直線201）とＡ₁とＯ₁（Ｂ₂と０
₂）を結ぶ直線とのなす角度、および直線101（直線20
2）とＢ₁とＯ₁（Ａ₂とＯ₂）を結ぶ直線とのなす角度で
ある。Ｃ₁−Ｅ₁間の距離とＤ₁−Ｆ₁間の距離との差を求
めると、インホ゛リュート曲線の幾何学的関係より、つぎの式が
得られる。Ｒ₂-Ｒ₁-ｒ+ｅ₁cosξ₁-ｅ₂cosξ₂＝ｔ-ａπ (18) ここで、ｔは渦巻突起体１ａおよび２ａのインホ゛リュー曲線
部分の厚みである。一方、図４における円弧部分の幾何
学的関係より、つぎの式が得られる。ｅ₁cosξ₁+ｅ₂cosξ₂＝(Ｒ₁+Ｒ₂+ｒ)cosγ (19) ｅ₁sinξ₁＝ｅ₂sinξ₂＝ａ (20) 式(18)と式(19)より、つぎの式が得られる。ｅ₁cosξ₁＝ｍ+ｆcosγ (21) となる。ここで、ｍ＝（Ｒ₁−Ｒ₂）／２、ｆ＝（Ｒ₁＋
Ｒ₂＋ｒ）／２である。式(20)と式(21)より、ｅ₁、ξ₁
はそれぞれつぎのように与えられる。ｅ₁＝(ｍ²+2ｍｆcosγ+ｆ²)^0.5 (22) ξ₁=tan^-1{ａ／(ｍ+ｆcosγ} (0≦ξ≦π) (23) なお、γは図より、 γ＝sin^-1(ａ／ｆ) (0≦γ≦π/2) (24) である。

【００３０】図８(a)は、図２(a)と同様、双方のスクロール
１、２の渦巻突起体１ａ、２ａが径方向にすきまなく組
み合わされており、円弧部分で接触している状態であ
る。また、図８(b)も図２(ｂ)と同様、駆動スクロール１のみ
が角度ψだけ回転した状態を示している。図から明らか
なように、径方向にすきまｂがある場合、円弧部分で接
触させないための最小円弧部切り取り量εは、式(16)に
おいてγのかわりにξ１、ｅのかわりにｅ１を与えれば
求められる。そうすると、円弧部切り取り量εは次式で
表される。 ε=-ｒ+[ｒ²+4ｅ₁sinΨ{ｅ₁sinΨ+ｒsin(ξ₁+φ+Ψ)}]^0.5-ｂ+δ (25)

【００３１】図９は、式(25)の関係を用いて駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分を、円弧角度φに応
じて切り取ったものである。図において、斜線部１ｊは
切り取り部分を示している。なお、図９では駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分を切り取ったが、従
動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄの部分を同様に切
り取っても同じ効果が得られる。

【００３２】以上のように構成すれば、双方のスクロール
１、２は常に渦巻突起体１ａ，２ａのインホ゛リュート曲線部分
１ｃと２ｂのみで接触し、円弧部分１ｅと２ｄでは僅小
すきまδが設けられることになる。

【００３３】また実施例２と同様に、上記実施例におい
て、駆動スクロール渦巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分また
は従動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄの部分のいづ
れかをεの最大値ε_mだけ一様に切り取ってもよい（図
示せず）。εの最大値ε_mは式(25)より、次式で与えら
れる。 ε_m=2ｅ₁sinΨ-ｂ+δ (26)

【００３４】以上のように構成すれば、予め駆動スクロール
渦巻突起体１ａの内円弧１ｅを半径(Ｒ₂+ｒ+ε_m)、また
は従動スクロール渦巻突起体２ａの外円弧２ｄを半径(Ｒ₂-ε
_m)で加工しておけばよいので、加工が容易になる。

【００３５】実施例４．つぎに請求項３のスクロール機械の
一実施例について説明する。この実施例は、第３の実施
例において、駆動スクロール渦巻突起体の外円弧半径Ｒ１が
従動スクロール渦巻突起体の外円弧半径Ｒ２より大きくなる
ように構成したものである。簡単のため、駆動スクロール渦
巻突起体１ａの内円弧１ｅの部分または従動スクロール渦巻
突起体２ａの外円弧２ｄの部分のいづれかを一様に切り
取った場合について説明する。実施例３においては、駆
動スクロール渦巻突起体１ａの内円弧１ｅと従動スクロール渦巻突
起体２ａの外円弧間の径方向すきまは、確かに僅小量δ
に保たれる。しかし、駆動スクロール渦巻突起体１ａの外円
弧１ｄと従動スクロール渦巻突起体の内円弧２ｅ間の径方向
すきまはｂより大きくなる。

【００３６】径方向にすきまｂがある場合、駆動スクロール
渦巻突起体１ａの外円弧１ｄと従動スクロール渦巻突起体の
内円弧２ｅとのシール点Ｇ₂（図８(a)参照）におけるすき
まの大きさをε₂とすると、ε₂の最大値ε_2mは式(24)に
おいてδを除去し、ｂのかわりに−ｂ、ｅ₁のかわりに
ｅ₂を代入すれば求められる。 ε_2m＝2ｅ₂sinΨ+ｂ (27) 以下、ｅ₂を求める。式(18)と式(19)より、つぎの式が
得られる。ｅ₂cosξ₂＝-ｍ+ｆcosγ (28) 式(28)と式(20)より、ｅ２は次式で与えられる。ｅ₂＝(ｍ²-2ｍｆcosγ+ｆ²)^0.5 (29)

【００３７】この実施例においては、駆動スクロール渦巻突
起体１ａの外円弧半径Ｒ１が従動スクロール渦巻突起体２ａ
の外円弧半径Ｒ２より大きくなるように構成するため、
ｍ＞０となる。そうすると、式(29)よりｅ₂は小さくな
り、この結果式(27)よりすきまε_2mは小さくなる。

【００３８】以上のように、本実施例においては、駆動
スクロール渦巻突起体１ａの外円弧１ｄと従動スクロール渦巻突起
体の内円弧２ｅ間のすきまε₂を小さくできるため、シール
性を向上させることができる。

【００３９】実施例５．請求項４の発明によるスクロール流
体機械の一実施例を図１０において説明する。図１０
(a)は、駆動スクロール渦巻突起体１ａの形状について示して
いるが、従動スクロール渦巻突起体２ａの形状も同じであ
る。図において、内円弧中心Ａ₁（Ａ₂）および外円弧中
心Ｂ₁（Ｂ₂）は、基礎円１ｆ（２ｆ）上にある。したが
って、直線101（直線201）と直線103（直線203）とのな
す角度γはπ／２となり、Ｏ₁−Ａ₁（Ｏ₂−Ａ₂）間の距
離またはＯ₁−Ｂ₁（Ｏ₂−Ｂ₂）間の距離ｅは、基礎円半
径ａに等しくなる。

【００４０】以上のような渦巻突起体形状は、式(3)お
よび式(4)から明らかなように、ｅおよび外円弧半径Ｒ
が最小となる形状である。Ｒは式(3)より、Ｒ＝ａ-ｒ／２ (30) となる。このときの、円弧部分切り取り量の最大値ε_m
は、式(17)においてｅのかわりにａを代入すれば求めら
れる。 ε_m=2ａ(sinΨ-Ψ)+δ (31) ここで、sinΨ＜Ψであるので、 εｍ＜δ (32) となる。したがって、本実施例における渦巻突起体形状
においては、原理的に円弧部分での接触を避けることが
できる。このため、切り取るための加工が不要になり、
加工が容易になるとともに信頼性も向上する。また、加
工誤差を考慮して円弧部分を切り取る場合でも、図１０
(b)に示すように、駆動スクロール渦巻突起体１ａの内円弧１
ｅの部分を一様に僅小量δだけ切り取ってやれば十分で
あり、加工は容易になる。また、本実施例においては、
駆動スクロール渦巻突起体１ａの外円弧１ｄと従動スクロール渦巻
突起体の内円弧２ｅ間のすきまε₂の最大値ε_2mも最小
になることは、式(27)より明らかである。このため、シー
ル性も大幅に向上する。

【００４１】なお、上記各実施例では、渦巻突起体同士
を接触させることによって回転力を伝達する駆動方式に
ついて説明したが、この発明は他の全系回転型のスクロール
流体機械についても適用できる。全系回転型のスクロール流
体機械の駆動方法としては、オルタ゛ム継手を用いる方法、ヒ
゜ン継手を用いる方法、ギアを用いる方法などがあるが、
いづれの駆動方式を用いても、スクロールの加工誤差や組立
誤差などにより、双方のスクロールには若干の回転角度差が
必ず発生する。一方、径方向すきまｂは当然小さく設定
されるので、場合によっては渦巻突起体同士で接触する
恐れがある。この場合、渦巻突起体の円弧部分を切り取
っていないと、必ず円弧部分で接触することになり、渦
巻突起体の摩耗や騒音が増大することになる。したがっ
て、いづれの駆動方式を用いても、上記実施例で示した
量だけ円弧部分を切り取っておけば、たとえ渦巻突起体
同士で接触しても常に円弧部分での接触は避けることが
でき、信頼性が向上する。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、従動
スクロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆動スクロール渦巻突
起体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞-ｒ+[ｒ²+4ｅ₁sinΨ{ｅ₁sinΨ+ｒsin(ξ₁+φ+Ψ)}]
^0.5-ｂ ξ₁=tan^-1{ａ／(ｍ+ｆcosγ)} (0≦ξ₁≦π) ａ：インホ゛リュート曲線の基礎円半径 φ：インホ゛リュート曲線との接点から測った上記円弧の角度（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ薄く形成したので、従動スクロール渦
巻突起体の外円弧または駆動スクロール渦巻突起体の内円弧
の切り取り量が、渦巻突起体形状諸元と径方向すきまの
関数として与えられ、これにより、円弧部は必要最小量
しか切り取られないため、運転時の径方向すきまは常に
僅小に保たれ、また円弧部分で接触する恐れもない。こ
のため、従来に比べて、円弧部での接触は常に避けるこ
とができるとともに、シール性を容易に向上させることが
できるため、高性能で信頼性の高いスクロール流体機械を提
供することが可能になる。

【００４３】また、本発明の別の発明によれば、従動スク
ロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆動スクロール渦巻突起
体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞2ｅ₁sinΨ-ｂｅ₁=(ｍ²+2ｍｆcosγ+ｆ²)^0.5 ｍ=(Ｒ₁-Ｒ₂)／2，ｆ=(Ｒ₁+Ｒ₂+ｒ)／2 γ=sin^-1(ａ／ｆ) (0≦γ≦π/2) Ψ=ｂ／2ａ（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ一様に薄く形成したので、上記効
果に加えて加工が容易になる。

【００４４】また、駆動スクロール渦巻突起体の外円弧半径
を従動スクロール渦巻突起体の外円弧半径より大きく形成す
れば、上記作用に加えて、駆動スクロール渦巻突起体の外円
弧と従動スクロール渦巻突起体の内円弧間のすきまを低減で
きるため、よりシール性を向上できる。

【００４５】さらに、本発明の別の発明によれば、双方
の渦巻突起体の形状は同一であり、それぞれの渦巻突起
体の外周部はインホ゛リュート曲線で形成され、内周部は外側の
インホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒの外円弧と内側
のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ＋ｒ）の内
円弧で形成されたもので、双方のスクロール渦巻突起体の外
円弧半径Ｒを、Ｒ＝ａ−ｒ／２で形成することにより、外円弧および内円弧の中心をイン
ホ゛リュート曲線の基礎円上に配置させたので、原理的に円弧
部分で接触しない渦巻突起体の形状が得られ、これによ
り、円弧部分を切り取る必要がなく円弧部分での接触を
回避できるので、加工が容易になるとともに信頼性も向
上する効果がある。さらに、駆動スクロール渦巻突起体の外
円弧と従動スクロール渦巻突起体の内円弧間のすきまを最小
にできるため、シール性が大幅に向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１を説明するためにスクロール渦巻突起体の
要部を示す説明図である。

【図２】実施例１を説明するためにスクロール渦巻突起体の
要部を示す説明図である。

【図３】実施例１を説明するための説明図である。

【図４】実施例１の駆動スクロール渦巻突起体の要部の形状
の一例を示す説明図である。

【図５】実施例１の駆動スクロール渦巻突起体の要部の形状
の別の例を示す説明図である。

【図６】実施例２の駆動スクロール渦巻突起体の要部の形状
の一例を示す説明図である。

【図７】実施例３を説明するために駆動および従動スクロー
ル渦巻突起体の要部を示す説明図である。

【図８】実施例３を説明するためにスクロール渦巻突起体の
要部を示す説明図である。

【図９】実施例３の駆動スクロール渦巻突起体の要部の形状
の一例を示す説明図である。

【図１０】実施例５を説明するためにスクロール渦巻突起体
の要部を示す説明図である。

【図１１】従来の全系回転型のスクロール流体機械を示す部
分断面図である。

【図１２】図１１のものの動作を説明する説明図であ
る。

【図１３】駆動スクロールから従動スクロールに動力が伝達される
際の状況を説明する説明図である。

【図１４】他の従来装置の動作原理を説明する要部断面
図である。

【図１５】さらに他の従来装置の要部を示す説明図であ
る。

【図１６】図１５に示す従来装置の動作を説明する説明
図である。

【符号の説明】

１駆動スクロール１ａ渦巻突起体１ｂ外側インホ゛リュート曲線１ｃ内側インホ゛リュート曲線１ｄ外円弧１ｅ内円弧１ｊ切り取り部２従動スクロール２ａ渦巻突起体２ｂ外側インホ゛リュート曲線２ｃ内側インホ゛リュート曲線２ｄ外円弧２ｅ内円弧２ｊ切り取り部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに異なる軸心上で自転し、平板上に
渦巻状の突起体を設けた駆動スクロールおよび従動スクロールを備
え、駆動スクロールおよび従動スクロールの双方が供働して圧縮室
を構成し、双方の渦巻突起体の外周部はそれぞれ同じイン
ホ゛リュート曲線で形成し、内周部は駆動スクロールの渦巻突起体
を外側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₁の外
円弧と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ
₂＋ｒ）の内円弧で形成し、従動スクロールの渦巻突起体を外
側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₂の外円弧
と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ₁＋
ｒ）の内円弧で形成したもので、両スクロールの渦巻中心間
距離が径方向にすきまのない状態である正規の渦巻中心
間距離ｒよりもｂだけ短いスクロール流体機械において、従
動スクロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆動スクロール渦巻
突起体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞-ｒ+[ｒ²+4ｅ₁sinΨ{ｅ₁sinΨ+ｒsin(ξ₁+φ+Ψ)}]
^0.5-ｂ ξ₁=tan^-1{ａ／(ｍ+ｆcosγ)} (0≦ξ₁≦π) ａ：インホ゛リュート曲線の基礎円半径 φ：インホ゛リュート曲線との接点から測った上記円弧の角度（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ薄く形成したことを特徴とするス
クロール流体機械。
【請求項２】互いに異なる軸心上で自転し、平板上に
渦巻状の突起体を設けた駆動スクロールおよび従動スクロールを備
え、駆動スクロールおよび従動スクロールの双方が供働して圧縮室
を構成し、双方の渦巻突起体の外周部はそれぞれ同じイン
ホ゛リュート曲線で形成し、内周部は駆動スクロールの渦巻突起体
を外側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₁の外
円弧と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ
₂＋ｒ）の内円弧で形成し、従動スクロールの渦巻突起体を外
側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ₂の外円弧
と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径（Ｒ₁＋
ｒ）の内円弧で形成したもので、両スクロールの渦巻中心間
距離が径方向にすきまのない状態である正規の渦巻中心
間距離ｒよりもｂだけ短いスクロール流体機械において、従
動スクロール渦巻突起体の外円弧部分もしくは駆動スクロール渦巻
突起体の内円弧部分の渦巻厚さを、 ε＞2ｅ₁sinΨ-ｂｅ₁=(ｍ²+2ｍｆcosγ+ｆ²)^0.5 ｍ=(Ｒ₁-Ｒ₂)／2，ｆ=(Ｒ₁+Ｒ₂+ｒ)／2 γ=sin^-1(ａ／ｆ) (0≦γ≦π/2) Ψ=ｂ／2ａ（ただし、Ｒ₁＝Ｒ₂であってもよい）で示されるεの量だけ一様に薄く形成したことを特徴と
するスクロール流体機械。
【請求項３】駆動スクロール渦巻突起体の外円弧半径が従
動スクロール渦巻突起体の外円弧半径より大きいことを特徴
とする請求項第１項または第２項記載のスクロール流体
機械。
【請求項４】互いに異なる軸心上で自転し、平板上に
渦巻状の突起体を設けた駆動スクロールおよび従動スクロールを備
え、駆動スクロールおよび従動スクロールの双方が供働して圧縮室
を構成し、双方の渦巻突起体の形状は同一であり、それ
ぞれの渦巻突起体の外周部はインホ゛リュート曲線で形成され、
内周部は外側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径Ｒ
の外円弧と内側のインホ゛リュート曲線に滑らかに接続する半径
（Ｒ＋ｒ）の内円弧で形成されたもので、双方のスクロール
渦巻突起体の外円弧半径Ｒを、Ｒ＝ａ−ｒ／２で形成することにより、外円弧および内円弧の中心をイン
ホ゛リュート曲線の基礎円上に配置させたことを特徴とするス
クロール流体機械。