JPS6014917B2 - 容積式流体圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一対のうずまき体を角度をずらせてかみ合せ
、相対的な円運動（公転運動のみ）を加えて、両うずま
き体間に形成する密閉空間を中心方向へ移動させながら
容積を減縮して中心部から圧縮流体を吐出させるように
した容積式流体圧縮装置、いわゆるスクロール型圧縮機
に関するものである。

このようなスクロール型圧縮機の原理そのものは古くか
ら公知である。

第１図を参照して、二つのスクロール体１，２を角度を
ずらせて互にかみ合い状態に配置すると、図示のように
、両うずまき体の間には、両うずまき体の接触部から接
触部にわたる限定された空間３が形成される。

今、一方のスクロール体１を他方のスクロール体２に対
して一方のスクロール体１の中心〇が他方のスクロール
体２の中心○の周りを半径○−〇をもって公転するよう
に、スクロール体１の自転を禁止しながら動かすと、限
定空間３の容積は徐々に減少する。第１図ａの氏態から
、スクロール体２の公転角が９０ｏを示す第１図ｂ、１
８００を示す第１図ｃ、２７０ｏを示す第１図ｄを参照
して、空間３の容積は（点をほどこした領域）徐々に減
少されていることが理解されよう。

更に３６０ｏ回転した第１図ａでは、両空間は中央部に
移り、互に接続し、更に９０ｏずつ移動した第１図ｂ，
ｃ，ｄ図に示されるようにその空間は狭まり、第１図ｄ
ではとんど零となる。この間第１図ｂで開き始めた外側
空間が第１図ｃ，ｄからａに移り、新たな流体を取り込
んだ密閉空間を作る。従って、このスクロール体１，２
の軸万向両端に、シールした円板を設け、一方の円板の
中央部に、図に４で示すごとき吐出穴を設けておけば、
怪方向外側で取り込まれた流体が圧縮され吐出穴４から
吐出されることになる。

ところでこのような原理によるスクロール型圧縮機は、
ピストン式の圧縮機等に比較して、部品点数や摩耗の少
ない等の利点がありながら、主に両スクロール体間の密
封の困難さの故に実用化されていなかった。

例えば、一方のスクロール体を他方のスクロール体の中
心の周りに公転させるにはクランク軸を用いることが考
えられるが、その場合に、クランク軸の回転半径がスク
ロール体の所要公転運動半径よりも小さいと両スクロー
ル体のうずまき体間に隙間が生じてしまうし、またその
逆に、クランク軸の回転半径がスクロール体の所要公転
運動半径よりも大きいと両スクロール体の相互組合わせ
が本質的には不可能になり、またたとえ組合わされたと
しても両スクロール体のうずまき体が相互に強く接触し
てしまうため、その際の大きな摩擦力により公転運動が
実質的に不可能になってしまう。

ここでクランク藤の回転半径とスクロール体の所要公転
運動半径を一致させれば上述した問題は一応解消される
訳であるが、これは製造上不可能なことである。またう
ずまき体に、製造上の誤差が生じたり、運転時に加わる
外力によりゆるみが生じたりした場合にも、上述した密
封不良或は運動不能な状態になってしまうおそれがある
。

また更に、吐出圧力が高い状態での運転時には両スクロ
ール体間の限定空間を形成すろうずまき壁を離そうとす
る力が大きくなるため、それだけ強い密封力が要求され
る。

したがって本発明は、両スクロール間に形成される限定
空間の密封が簡単かつ確実に行われ、しかも吐出圧力が
高まるにしたがってその密封力も強く得られるスクロー
ル型圧縮機を提供することを目的とする。

本発明は、板体の一面上にうずまき体を固定した第１の
スクロール部村と、同機に板体の一面上にうずまき体を
固定した第２のスクロール部材とを、両うずまき体の角
度をずらせて互にかみ合せながら重ねて、第１のスクロ
ール部村を円軌道上を運動するように第２のスクロール
部材に対して動かして、両うずまき体間に閉塞された空
間を形成しつつ流体を取り込み該第１のスクロ−ル部村
の運動に伴ない該空間を中心方向に移動せしめかつ容積
の減少を伴わせて一方向性連続流圧縮作用を行なわせる
ようにした容積式流体圧縮装置において、上記第１のス
クロール部材の板体の反対面には円筒状突部を設けると
ともに、円筒状突部の内底部に該板体を貫通した高圧導
入孔を設け、一方、上記第１のスクロール部村を最大半
径をもって円軌道運動させたときの該円筒状突部の公転
中心と一致した聡Ｄ上に回転自在に支持された主軸に、
該円筒状突部の公転半径よりも小さい半径をもって該主
軸の鼠心の周りで公転するクランクピンを設け、該クラ
ンクピンには円筒状スリーブを隙間をもって懐合させる
とともに、該隙間にシール体を挿入して該隙間のうち該
クランクピンの回転中心とは反対側に密閉された半円筒
状空間を設け、かつ該クランクピンには該半円筒状空間
に一端が開□し池端が該クランクピン軸端面に開□した
高圧通路を設けておき、上記円筒状突部にラジアル軸受
を介して上記スリーブを鉄入させて該高圧通路を上記高
圧導入孔に蓮通させ、それにより上記空間の圧縮流体圧
が上記第１のスクロールの公転半径を大きくする方向に
作用するようにしたことを特徴とする容積式流体圧縮装
置である。

第２図は、本発明の一実施例の構造を示す中央断面図で
、同図を参照して、ハウジング１川まフロントエンドプ
レート１１、リヤエンドプレート１２および両者間を接
続する円筒側壁１３（図示の例ではリヤェンドプレート
と一体となっている。）からなり、リャェンドプレート
１２に形成した流体吸入ロー４および流体排出口１５で
外部と運通した密閉室を形成している。フロントエンド
プレート１１には、これを貫通しかつこれにラジアルニ
ードル軸受１６を介して回転可能に支承された主軸１７
が取り付けられている。

主軸１７を取り囲むようにフロントエンドプレート１１
から正面に突出した筒体１８内には主軸の周りにシャフ
トシール機構１９が設置され、また筒体外部にはプーリ
ー２０が軸受支持されており、このプーリーは主軸１７
と結合されて、外部の駆動源（例えばモータ等）からな
る回転力をベルトを介して主軸１７へ伝達するようにな
つている。主軸１７の内端にはローター２１が固定され
ており、このロータ−は、フロントエンドプレート１１
の内面に、主軸と同心に設けたスラストニードル軸受２
２にて支承されている。

ローター２１のフロントエンドプレート１１とは反対の
側には、ローターから突出しかつ上記主軸から偏心した
軸（クランクピン）２３が設けられている。２４，２５
は一対のスクロール部材で、いずれも、一枚の円板２４
１，２５１の一面にうずまき体２４２，２５２が固定さ
れている。

これらのうずまき体２４２，２５２の曲線は、円の伸開
線ばかりでなく、線分の伸開線あるいは多角形の伸関線
を採用することができる。一方のスクロール部材２４は
さらに、円板２４１の反対面に、軸方向丸孔を備えた円
筒状突部（以下これをｒ突部」と略称する）２４３を有
している。

また他方のスクロール部材２５はさらに、うずまき体２
５２の略中心に相当する円板上の位置に、第１図に記号
４で示した吐出孔に相当する貫通孔２５３を有し、かつ
、円板２５１の反対面に貫通孔２５３を取巻くように設
けられた環状の突起２５４を有している。そしてスクロ
ール部材２５は、リャェンドプレート１２の内面に流体
排出口１５を取巻くように設けた環状突起１２１の内部
に、突起２５４を欧入させるとともに、円板２５１の周
緑部に部分的に設けた切欠き‘こ円筒側壁１３の内面か
ら突出した突部１３１を係合させて回転止めされた状態
でハウジングー川こ組込まれている。

なお突起２５４の先端とりャェンドプレート１２の内面
との間には、ゴム等よりなる環状の弾性体３０が配置さ
れている。この環状弾性体３川ま突起２５４とりャェン
ドプレート１２との間をシールして、環状の突起２５４
内を、流体排出ロ１５およびスクロール部材２５の貫通
孔２５３に運通した吐出室３１としている。環状弾・性
体３０は、また、スクロール部村２５を鞠方向に弾性的
に支持する役割も果している。一方、スクロール部村２
４は、第１図を用いて説明したごと〈、スクロール部材
２５に対し、うずまき体２４１，２５１を互いに角度を
ずらせてかみ合わせた状態で重ね合わされている。

このような両スクロール部材２４，２６の組合わせにお
いて、第１図を用いて説明したごと〈スクロール部材２
４を自転を禁止しつつなるべく大きな半径で所定方向に
公転させると、両うずまき体２４１，２５１間に限定さ
れた空間を形成するとともに、その限定空間を容積を減
少させつつ中心に向けて移動させることとなる。ここで
、このような作用を行うスクロール部材２４の公転半径
を所要公転運動半径と呼んでいる。こうしてスクロール
部村２４を公転させるとそれに設けられた突部２４３は
一触の周りを所要公転運動半径と同じ半径をもって公転
することとなる。またスクロール部材２４の突部２４３
の突出端には蓬方向に拡がるフランジ面を備えたフラン
ジ体２７が設けられ、このフランジ面はロー夕−２１の
対向面上に、スクロール部材２４に設けた突部２４３の
公転運動軌跡と同Ｄ‘こ設けたスラストニードル軸受２
８で支持されている。

さてこのスクロール部材２４の公転運動の間、スクロー
ル部材２４の自転を阻止するために、スクロール部材２
４の円板２４１とフランジ体２７との間には、ハウジン
グ１０の円筒壁１３内面に設置された自転防止機構２９
が設けられている。

第２図および第２図のｍ−ｍ線に沿った断面を示す第３
図を参照してこの自転防止機構の一例を説明する。両図
を参照して、フランジ体２７は突部２４３に舷合すると
ともにこれにキー結合されることによって相互回転を防
止された外形が四角形の角筒部２７１を備えている。

ここでフランジ体の角筒部も含めた軸万向長さは、スク
ロール部材２４の突部２４３の鞠方向長さ以上とする。
これによって、スクロール部材２４へ加わるスラスト荷
重がスラストニードル軸受２８を介してローター２１で
支持される。角筒部２７１上には、外形が四角形でかつ
四角の穴を備えた摺動体２９１が設置されている。

摺動体２９１の四角の穴は、第３図に示されるように、
対向する一対の辺が角筒部２７１の一対の辺と同一寸法
で、残りの一対の辺が他の一対の辺よりもクランクピン
２３の偏心量の２倍以上長くなっており、これによって
、角筒部２７１と摺動体２９１とは相互に一方向に摺動
可能とされている。酒動体の周囲には、摺動体２９１を
舷合されたりング部材２９２が配置され、リング部材は
キー結合（２９３で示される）によってハウジング円筒
側壁内面に、回転止めされて設置されている。

リング部材の中央部の穴は角穴で、摺動体の外形の対向
する一対の辺と同じ寸法をもつ一対の辺と、残りの一対
の辺よりもクランクピン２３の偏心量の２倍以上長い一
対の辺とで構成される四角形状をしており、摺動体２９
１を、角筒部２７１との摺動方向とは直角方向に摺動す
るように案内する。かくして、角筒部２７１は互に直交
する二方向に移動可能とされているが自転は禁止されて
おり、従って直交する二方向への移動の合成として円軌
道上の運動を許される。

それ故、主軸１７の回転に伴うクランクピン２３の偏心
回転運動によって、角筒部２７１従ってスクロール部材
２４は自転せずに円軌道上を運動（公転）する。なおり
ング部材２９２は楢動体を鉄合させる角穴を設ける必要
はなく、フランジ体の通過を許す穴があげられており、
かつ一端面に摺動体を受ける凹部を形成され、該凹部の
側壁が摺動体の摺動を案内するようになっていても良い
。

この場合、当然情動体の厚みは薄くされることになる。
ところで、主軸１７の軸心は、スクロール部材２４を所
要公転運動半径をもって公転させたときの突部２４３の
公転中心と一致させておき、さらに、クランクピン２３
のクランク半径は、スクロール部材２４の所要公転運動
半径よりもやや小さく作り、これにクランクピン２３の
直径よりもやや大きい内径をもつ円筒状スリーブ３２を
豚合させている。この結果、クランクピン２３と円筒状
スリーブ３２との間には隙間が残ることとなる。その際
、クランクピン２３の周面には、第４図に示すようなシ
ールリング３３をはめ込み保持させる。このシールリン
グ３３は互いに間隔をおいて聡方向で対向した２つのり
ング３３１間に、互いに蓬方向で対向する２本の榛材３
３２をそれぞれ橋渡し固定したものである。それ故に、
クランクピン２３と円筒状スリーブ３２との間の隙間は
、シールリング３３によって周方向において２分され、
主軸１７からみてクランクピン２３の外側部分と内側部
分とにそれぞれ半円筒状空間３４，３５が形成される。
ただし図中ではクランクピン２３の軸０に対し円筒状ス
ＩＪーブ３２の胸○が半径方向外方へ偏○した状態を示
しているので、内側の半円筒状空間３５はあまりはっき
りとは図示されていない。なおクランクピン２３と円筒
状スリーブ３２との間には、互いの回転ずれを阻止する
ためにキー３６が挿入されている。またクランクピン２
３には軸端面に凹部２３１を形成し、この凹部２３１の
入口に、中央に貫通孔３７１を有するシール板３７を鼓
め込む。

このときシール板３７はシールリング３８を介して凹部
２３１の肩２３２に係止され、それにより凹部２３１内
に高圧導入室３９を形成する。クランクピン２３にはさ
らに、高圧導入室３９を外側の半円筒状空間３４に運速
させる通気孔２３３が設けられている。また円筒状スリ
ーブ３２には、内側の半円筒状空間３５に一端が開□し
、他端が軸方向端面に閉口した通気孔３２１が設けられ
ている。こうしてクランクピン２３に円筒状スリーブ３
２を組付けた部分は、さらに、スクロール部村２４の突
部２４３の丸孔内に、ラジアルニードル軸受２６を介し
て鼓入されており、これによってスクロール部材２４は
、クランクピン２３上に少しのガタッキをもって軸受支
持されている。

またこのように組合わされた状態において、スクロール
部材２４の円板２４１はシール板３７の貫通孔３７１に
運通した高圧導入孔２４４を有している。

上述した構造において、主軸１７を外部駆動源によって
プーリー２０を介して回転させれば、クランクピン２３
の偏０運動によって、スクロール部村２４が自転を防止
されつつ、各部の遠心力の作用も加わって所要公転運動
半径の円軌道上を運動する。

このときのスクロール部材２４のスクロール部村２５に
対する動きＧま、第１図と同様となり、この結果、うず
まき体２４２，２５２の外周から取り込まれた流体は、
徐々に圧縮されながら中心に移動し、貫通孔２５３から
吐出室３１へ吐出され、排出口１５より排出されて、例
えば冷却システム中を循環して吸入口１４よりハウジン
グ１０内へ戻る。またこのとき、スクロール部材２４，
２５の中心に移動した高圧流体は高圧導入孔２４４およ
びシール板３７の貫通孔３７１を通って高圧導入室３９
に流入し、さらに通気孔２３３を通って外側の半円筒状
空間３４に流入するので、この空間３４は完全に拡げら
れ、クランクピン２３のクランク半径が増加したのと等
価となり、結局、クランクピン２３と円筒状スリーブ３
２は実際上一体化する。

このとき通気孔３２１は内側の半円筒状空間３５の圧力
を吸入圧力と同一にする役目を果す。このため、スクロ
ール部材２４には常にその運動半径を大きくしようとす
る力が作用するので、そのうずまき体２４２は他方のス
クロール部材２５のうずまき体２５２に強く押しつけら
れ、半径方向の密封が行われる。しかも、運転速度が大
きく、スクロール部材２４，２５の中心部の流体が高圧
になるにしたがって、強い密封力が得られる。またうず
まき体２４２や２５２にゆがみや偏心が生じている場合
にも、上述した密封力は確実に得られる上に、上述した
外側の半円筒状空間３４の設定すき間の範囲でクランク
半径が変動することにより、そのような誤差を吸収し、
常に必要なクランク半径をもって追従する。

なお、外側の半円筒状空間３４の高圧によるラジアル力
が、うずまき体２４２，２５２間にとじこめられた流体
の圧力によろうずまき体２４２，２５２間を引離そうと
するラジアル力よりも大きうなるように、この外側の半
円筒状空間３４の高圧が作用する面積を設定し、常にス
クロール部材２４のうずまき体２４２が他方スクロール
部材２５のうずまき体２５２に向ってラジアル方向に押
しつけられるようになす。

上述の構造によれば、スクロール部材２５は環状弾性体
３０の弾性力で軸方向に付勢されているのでスクロール
部材２４へ圧接されている。

従ってスクロール部材２５の円板２５１とスクロール部
材２４のうずまき体２４２の端部間およびスクロール部
材２４の円板２４１とスクロール部村２５のうずまき体
２５２の端部間の密封力が与えられる。この密封力は、
吐出室３１内のガス圧がスクロール部材２５へ軸方向に
作用することによつて増加される。一方、その弾性環状
体の弾性力および吐出室のガス圧はフランジ体２７をｏ
ーラ２１へ圧接するスラスト力としても作用し、これは
スラストニードル軸受２８，２２を順次介して、フロン
トエンドプレート１１の内面で支承される。この結果、
各部品のがたつきが解消され、従って振動や異状摩耗が
防止される。また主軸１７へ固定されたローター２１の
周綾部付近でローターがスラスト支持されているので、
主軸１７はニードル軸受１６による一つのラジアル軸受
のみでしっかりと振動なく固定されることになる。更に
上述の構造においては、ハウジングのフロントエンドプ
レートを外した状態で、弾性環状体３０から、スクロー
ル部材２５，２４、自転防止機構２９、フランジ体２７
、ニードル軸受２６，２８、クランクピン２３ーロータ
ー２１一主軸１７、の順にハウジング内へ積み重ね、そ
の上からフロントエンドプレート１１を重ねてボルト４
０等で固定することによって組立てられる。組立て順序
は逆でも良い。この場合には、リヤェンドプレートが取
外し可能とされている方が良い。なお、ローター２１は
、図示は省略したがカウンターホールやカウンタウェィ
トを形成・付加して動的バランスを取るようにすると良
い。以上実施例を用いて説明したように、本発明によれ
ば、たとえ両スクロール部材の寸法・形状やクランクピ
ンの偏心度が設計されたものと少し異っていても、確実
な密封作用が得られかつ運転の障害になることもないの
で、製造が簡単であり、しかも吐出圧力が高まるにした
がって密封力が強くなる構成なので、必要以上の密封力
を常に与えることによる摩耗の増加やェネルギ損失を少
なく抑えることができるスクロール型圧縮機が得られる
。

【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、本発明の一実施例の構造を
示す中央断面図、第３図は、第２図中のｍ−ｍ線に沿っ
た断面図、第４図はシールリングの斜視図である。 １，２・・・・・・うずまき体、３・・・・・・密閉空
間、４・・・・・・吐出孔、１０……ハウジング、１１
……フロントエンドプレート、１２……リヤエンドプレ
ート、１３・・・・・・円筒側壁、１４・・・・・・流
体吸入口、１５・・・・・・流体排出口、１６，２６・
・・・・・ラジアル・ニードル軸受、１７…・・・主軸
、２１・・・・・・ローター、２２，２８・・・…スラ
ストニードル軸受、２３・・・・・・クランクピン、２
４，２５・・・・・・スクロール部材、２９・・・・・
・自転防止機構、３０・・・・・・弾性環状体、３１・
・…・吐出室、３２・・・・・・円筒状スリーブ、３３
・・・・・・シールリング、３４，３５・・・・・・半
円筒状空間、３７・・・…シール板、３９…・・・高圧
導入室、２４１，２５１・・・・・・円板、２４２，２
５２・・・・・・うずまき体。 第１図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 板体の一面上にうずまき体を固定した第１のスクロ
   ール部材と、同様に板体の一面上にうずまき体を固定し
   た第２のスクロール部材とを、両うずまき体の角度をず
   らせて、互にかみ合せながら重ねて、第１のスクロール
   部材を円軌道上を運動するように第２のスクロール部材
   に対して動かして、両うずまき体間に閉塞された空間を
   形成しつつ流体を取り込み該第１のスクロール部材の運
   動に伴ない該空間を中心方向に移動せしめかつ容積の減
   少を伴わせて一方向性連続流圧縮作用を行なわせるよう
   にした容積式流体圧縮装置において、上記第１のスクロ
   ール部材の板材の反対面には円筒状突部を設けるととも
   に、該円筒状突部の内底部に該板体を貫通した高圧導入
   孔を設け、一方、上記第１のスクロール部材を最大半径
   をもつて円軌道運動させたときの該円筒状突部の公転中
   心と一致した軸心上に回転自在に支持された主軸に、該
   円筒状突部の公転半径よりも小さい半径をもつて該主軸
   の軸心の周りで公転するクランクピンを設け、該クラン
   クピンには円筒状スリーブを隙間をもつて嵌合させると
   ともに、該隙間にシール体を挿入して該隙間のうち該ク
   ランクピンの回転中心とは反対側に密閉された半円筒状
   空間を設け、かつ該クランクピンには該半円筒状空間に
   一端が開口し他端が該クランクピン軸端面に開口した高
   圧通路を設けておき、上記円筒状突部にラジアル軸受を
   介して上記スリーブを嵌入させて該高圧通路を上記高圧
   導入孔に連通させ、それにより上記空間の圧縮流体圧が
   上記第１のスクロールの公転半径を大きくする方向に作
   用するようにしたことを特徴とする容積式流体圧縮装置
   。