JPS5813184A - スクロ−ル型圧縮機 - 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】 本発明は容積式流体圧縮装置、特に側板の一面上にうず
巻体を形成した一対のスクロール部材を両うず巻体が互
いに角度をずらせてかみ合うよう重ね合せ一方のスクロ
ール部材の相対的な円軌道運動によって両うず巻体間に
形成される密閉された流体ポケットを容積の減少を伴な
わせてうず巻体の中心へ移動させ、流体の圧縮作用を行
なうスクロール型圧縮機に関するものである。

どのようなスクロール型圧縮機の動作原理は古くから公
知であシ第１図を参照して説明する。

二つのうず巻体１，２を角度をずらせて両うず巻体１，
２の間にうず巻体の相互接触部から相互接触部にわたる
限定された流体ポケット３を形成するよう互いにかみ合
い状態に配置し、一方のうず巻体１を他方のうず巻体２
に対して一方のうず巻体１の中心（０）が他方のうず巻
体２の中心（０）の周）を半径Ｏ−０′をもって公転す
るようにうず巻体１の自転を禁止しながら動かすと、流
体ポケット３はその容積を徐々に減少しつつ中央部へ移
動する。即ち、第１図（ａ）の状態からうず巻体１の公
転角が９０°を示す第１図（ｂ）、１８０°を示す第１
図（Ｃ）、２７０°を示す第１図（ｄ）に示される如く
、一方のうず巻体（１）を移動させるとうす巻体の径方
向外周で形成された流体ポケット３の容積は中央に移動
するにしたがって徐々に減少して行く、３６０°回転し
た第１図（ａ）では両ポケットは中央部に移シ互いに接
続し、更に９０°ずつ移動した第１図（ｂ）（Ｃ）（ｄ
）に示すように、流体ポケット６は狭まシ、第１図（ｄ
）でほとんど零と力る。この間第１図（ｂ）で開き始め
た外側の流体ポケットが第１図（Ｃ）（ｄ）から（ａ）
に移る過程で新たな流体を取り込んで流体ポケットを作
る。

従って、うず巻体１，２の軸方向両端にシールした円板
状の側板を設は一方の側板の中央部に第１図中４で示す
如き吐出孔を設けておけば、径方向外周で取シ込まれた
流体が圧縮され、吐出孔４：１ から吐出されることとなる。

即ち、このようなスクロール型圧縮機においては両うず
巻体間に形成される流体ポケットの移動による容積の減
少によって流体圧縮が行なわれている。この流体ポケッ
トは両うず巻体の線接触及、びうず巻体の先端面と他方
の側板の表面との接触がら移動し、流体ポケット内の流
体を圧縮している。

゛ここで、第２図をも参照して圧縮サイクルについて説
明すると、第２図はクランク角に対する流体ポケット内
の圧力状態を示すもので一つの圧縮サイクルがクランク
回転で２回転となる場合を例示している。

圧縮サイクルはまず、うず巻体の最外端が対向するうず
巻体の壁面に接触し、吸入が終了した時点（第２図中Ａ
点）で始まり、クランク角が２πとなる点（Ｑ点）まで
は流体ポケット内の容積を減少しつつ内部圧力が序々に
上昇する。しかしρ点の直後（ｍ点）でここまで圧縮さ
れてきた二つ　　　　　　１の流体ポケットが吐出室に
連通ずる中央室に連通し一つのポケットとなる。この瞬
間吐出孔に弁装置が設けられていない場合にはポケット
内の圧力は吐出圧力と一致するまで急激に上昇すること
と゛なるが、弁装置が設けられている場合には、中央室
内の高圧流体とポケット内の圧縮流体が混合されて若干
の圧力上昇となシ、吐出圧力に達する点（ｎ点）までう
ず巻体の運動によって圧縮され、吐出圧に達すると弁装
置が動作して中央室内の高圧流体を吐出室内に流出させ
ることとなる。従って中央室は吐出室と連通したのちは
一定の圧力を維持しつつ０点に至る。このようにクラン
ク角４πで一つの圧縮サイクルが完了するとトモに一つ
の圧縮サイクルの途中（第２図の例示ではクランク角２
πの時）で別の圧縮サイクル（ａ’Ｔ　　、＊−ｍ＃−
・・・）が始まシ順次サイクルが継続されることによシ
圧縮動作を行なうこととなるが、うず巻体間の線接触は
複数対で行なわれるためすべての接触を完全に行なうこ
とは難しい。もしこれらの接触点におい七間隙を生ずる
と圧岸動作中に圧縮流′体の漏れが生じ体積効率即ち冷
凍能力の低下を招くこととなる。この流体漏れは特に接
触点前後の圧力差の大きいところで問題となる。また中
央室の高圧部から次の室への流体漏れが増大すると第２
図中斜線で示すように流体ポケット内が圧力上昇し圧縮
動作の消費馬力即ち圧縮動作に要するトルクが増大する
ため中央室付近でのシール性を向上させる必要があった
。

ところで、うず巻体の曲線は通常ピッチ（第２図中斜線
　−ａ２、ａ２−ａｎあるいはす、−ｂ２、ｂ２−ｂｎ
間の一距離）が一定となる円の伸開線を用い二つのうず
巻体をａ１〜ａｎ及びす、〜ｂｎ点で線接触させている
がうず巻体の部材を組合せ、スイングリンクあるいは偏
心プツシ−等の従動クランクによシ一方のスクロール部
材に相対的な円軌道運動を与えると、スクロール部材の
所要節回半径は誤差のなかで最も小さなピッチを有する
接触点により決定されてしまう。換言すると最も小さな
ピッチを有するうず巻体の壁面は対向する他方のうず巻
体の壁面に接触するのみで他の全ての接触すべき点では
間隙を生ずることとなり、圧縮流体の漏れが発生する。

これを避けようとするとうす巻体の加工に極めて高い精
度が要求されることになる。

一方、限られた精度の範囲では、うず券種のどの点で軌
道半径が決定されるかについては部品の個々のバラツキ
によって異なるため、流体漏れの発生箇所が中央室から
次の室までのものやより吸入面に近い側の室で発生する
ものもある。

従って個々の圧縮機の性能（体積効率および成績係数）
のバラツキが非常に大きいものとなるので量産には不適
であるら また上述のような誤差のないスクロール部材を組合せて
圧縮動作を行なわせる場合でさえも動作中に発熱を生じ
スクロール部材周辺の温度が上昇し、スクロール部材も
当然熱膨張することとなるが温度上昇がスクロール部材
全体に対して一様であれば、うず巻体間の線接触部は均
等に変化するため問題を生ずることはない、が、実際の
使用状態にあっては、吐出部付近の、潟、、ｐ上昇が外
周部の温度上昇に比してより大きくなるため熱膨張によ
シうず巻にひずみが発生し、線接触部に間隙が生じるこ
とがあり、またこの間隙は上記うず巻体壁面間の間隙と
相オって高圧流体ポケット内の流体漏れの原因となって
いた。

本発明は、このようなスクロール部材加工時に生ずるう
ず巻体の壁面加工誤差あるいは温度上昇に伴なう熱膨張
ひずみによる流体漏れが中央室付近で発生しないように
するため、意識的に流体漏れをその影響の少ない部分に
発生させ、これによシ製品性能を安定させることを目的
とするものである。

以下に本発明を実施例を示す図面を参照して説明する。

第４図は本発明の実施例を示すスクロ−１ｔし型圧縮機
の断面図で、圧縮機はフロントエンドプレー）　１１寺
４とこれに設置されたカップ状部分１２とから成る圧縮
機ノ・ウジング１０を有している。

該ハウジング１０の内部には固定スクロール部材１３と
可動スクロール部材１４とが配設されて′Ｌ いる。ここで、固定スクロール部材１３は一般に側板１
６１とその一面上に形成したうず巻体１３２及び該うず
巻体１３２とは反対側の側板１３１上−に設けた脚部１
３３とより構成され、該脚部１６３をカップ状部分１２
の外方より該カップ状部分１２を貫通して螺合するポル
ト１５によってカップ状部分１２の底部１２１内壁上に
固定している。またカップ状部分１２内に固定された固
定スクロール部材１３の側板１６１は、その外周面とカ
ップ状部分１２の内壁間をシールすることにより該カッ
プ状部分１２の内部空間を吐出室１６と吸入室′１７と
に仕切っている。

可動スクロール部材１４は側板１４１とその一面上に形
成したうず巻体１４２よ多構成され、該うず巻体１４２
は固定スクロール部材１６のうず巻体１６２に対し、第
１図で説明したような作用を行なえるように組合されて
いる。そして可動スクロール部材１４はフロントエンド
プレー）１１に回転自在となるよう貫通、支承されてい
る主軸１８の回転にしたがって自転することなく第１図
で説明したように円軌道上を公転運動する如く主軸１８
に接合されている。ここで可動スクロール部材１４の自
転を禁止しつつ公転運動させる機構については、種々の
公知機構にて実施され得るため詳細な説明は省略する。

可動スクロール部材１４が駆動されると、カップ状部材
１２上に形成した吸入ポート１９からケーシング１０内
の吸入室１７に流入された流体は両うず巻体１３２，１
４２間に形成される流体ポケットに取り込まれ、可動ス
クロール部材１４の運動に伴なって徐々に圧縮されつつ
中央部へ送られ、固定スクロール部材１６の側板１３１
上に穿設した吐出口１３４から吐出室１６へ圧送され、
さらに吐出ポート２０からケーシング１０外へ送シ出さ
れる。

ここで両スクロ゛−ル部材１３．１４のうず巻体１３２
．１４２は第５図（ａ）に示すように、それぞれの外壁
のみ内端Ａより、伸開角で約２πラジアンはど巻き戻し
た点Ｃで段差をつけ、Ａ−Ｃ部分をＣ−Ｅ部分よシ僅か
（ａ）だけ厚く形成し接触を行なうがＣ−Ｅ部はａだけ
間隙が生ずることになる。しかし、スクロール型圧縮機
の圧縮線でＣ−Ｅ部に対応するのは第２図（これは弁装
置を有する場合の特性図である）ではし」の比較的圧力
の低い部分であるため、接線前後の圧力差は小さく間隙
（α）が微小であれば流体漏れによる影響は少ない。実
施例では高圧圧縮を行なうｍ−１間が第５図（ａ）のＡ
　−’　Ｃ部に相当するがこの部分Ａ−Ｃは上記間隙（
α）により良好なシールが維持される。

第２図においてうず券種の高圧部のシールが不良の場合
、Ａ−ρ１ｍ’−ｎ’のようにガスブローバイにより内
部圧力が早く上昇する。このとき斜線部が圧縮時のエネ
ルギー損失に対応する。したがって高圧（ｍ−ｎ）部の
シールはエネルギー損失低減上重要であり、実施例は、
この重要領域のシールを確保しようとするものである。

ところで上記Ｃ点や後述のＢ点の位Ｍ″：：は厳密なも
のである必要はない。

また、ここで段差は必ずしも第５図（ａ）に示すよう−
にうず巻体１３２，１４２の外壁側に設ける必要はなく
、同図（ｂ）に示すようにＣ点に対応する内壁側のＢ点
にのみ各々設けても全く同じ効果が期待できる。まだこ
れら段差は必ずしも第５図（ａ）（ｂ）のような階段状
変化でなく任意の変化曲線でよい。実際には、うず巻体
１３２゜１４２をフライス盤で加工する場合、使用する
エンドミル１００は第５図（Ｃ）のような形状であるた
め、うず巻体１３２．ｊ４２を階段状に加工することは
不可能であり、同図のような形状となる。

さらに第５図（ｄ）のようにＢ点あるいは０点付近から
Ｅ点までうず巻体１３２，１４２の壁厚を漸次減少して
い゛くように加工してもよい。勿論Ｂ−Ｅ問およびＣ−
Ｅ間を徐々に減少させてもよい。この場合（α′）はＢ
点またはＣ点で０、それよりも外側で徐々に増加してい
くような伸開角の関数となる。こ一実施例で壁厚減少の
少ない部分では寸法誤差吸収効果は少ないが、との壁厚
変化は第２図中し１部での圧力変化に応じた合理的な隙
間変化である。さらに温度膨張が中央部付近はど大きい
ことを考えて、温度膨張による寸法変化を補償するよう
な割合でαを変化させることもできる。

このような構成にて成る本発明は、両うず巻体１３２　
、−１４２の中央部付近の壁厚を他の部分より僅か厚く
形成し、完全な線接触が得られるようにしであるため、
他の部分の壁面加工に僅かな誤差△Ｅが生じたとしても
、△Ｅ　＜　ａである限り中央部のシールには影響を与
えず、外周部の非接触部からの漏れについても圧力差が
小さいため体積効率に与える影響は小さく抑えることが
できる。

また、圧縮機の駆動中に発生する温度上昇についても、
上昇率がほぼ同じとなる部分を完全な線接触が得られる
部分としているため高圧部における熱膨張による変化差
異で間隙が発生することを防げる。

以上のように本発明はスクロール部材を構成するうず巻
体の壁厚をうず巻体の中央部と外周部とで変化させ、外
周部の壁厚を僅か薄く形成することにより、高圧流体ポ
ケット部におけるうず巻体間の線接触を確実に行なわせ
ているので、スクロール部材の加工上半ずる誤差による
圧縮動力損失及びそれによる温度上昇の度合を減少させ
、又体積効率の低下を抑えることができるとともに誤差
のバラツキによる性能のバラツキも小さく抑えることが
できるものである。

また圧縮機の駆動中に発生する温度上昇に伴なう熱膨張
変化の差異による流体漏れも抑えることができるもので
ある。

さらにうず巻体間の線接触による摺動部が限られるため
摺動部の摩耗対策は局部的に行なえばよく容易に対策が
行なえるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明に係るスクロール型圧縮
機の圧縮原理を説明するための図で、（ａ）〜（ｄ）は
異なった角度位置の状態を示す図、第２図はスクロール
型圧縮機の圧縮サイクルを説明するだめの図、第３図は
従来のうず巻体を用いた場合の接触状態を示す説明図、
第４図は本発明の一実施例を示すスクロール型圧縮機の
縦断面図、第５図（ａ）（ｂ）（Ｃ）（ｄ）は本発明の
いくつかの実施例を示す説明図である。 （１６）、（１４）・・・スクロール部材（１３１）、
（１４１）・・・側板 （１３２）、（１４２）・・・うず巻体第１図 （ａ） ル） 第１図 （Ｃ） 、７！／。 （ｄ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 側板の一面上にうず巻体を形成した一対のスクロール部
   材を両うず巻が互いに角度をずらせてかみ合い、かつ壁
   面が接触してうず巻体間に密閉された流体ポケットが形
   成されるよう重ね合せ、一方のスクロール部材を自転を
   防止しながら相対的な円軌道運動させることによシ該流
   体ポケットをうず巻体の中心方向へ容積の減少を伴なわ
   せながら移動させ、一方向性流体圧縮作用を行なわせる
   スクロール型圧縮機において、うず巻体の内端から、流
   体ポケットが吐出室に連通ずる瞬間に両うず巻体の壁面
   が接触している部分付近までの間よシ以降のうず巻体の
   壁厚を漸次減少するようもしくは内壁側のみあるいは外
   壁側のみ薄くするよう形成したことを特徴とするスクロ
   ール型圧縮機。