JPS60233388A - スクロ−ル流体機械 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は冷凍機、空気調和機および冷蔵庫用などに使用
される冷媒圧縮機あるいは空気圧縮機として用いられる
スクロール流体機械に関するものである。

〔発明の背景〕

スクロール流体機械は、鏡板と、この鋭＆にインボリュ
ートあるいはインボリュートに近い曲線で形成されたシ
ップを直立して形成される旋回スクロール部材及び上記
跳板に上記ラップを直立すると共に跳板の中心付近に吐
出ポート、外周部に吸入ポートを開口した構造の固定ス
クロール部材を互にラップを内側に向けて噛会せ、この
両部材ケ吸入管および吐出管全盲するケーシングの内部
に収納している。

旋回スクロール部材とフレームまたは固定スクロール部
材との間に、旋回スクロール部材の自転を阻止するオル
ダム機構を設け、旋回スクロール部材に回転軸に連設し
た偏心軸を係会し、偏心軸の旋回運動によって、旋回ス
クロール部材を自転することなく旋回運動させて、両ス
クロール部材により形成される密閉空間内のガスを圧縮
し、圧縮ガスを吐出ポートより吐出する。

しかして、旋回スクロール部材は、上述のように、鏡板
、インボリュート曲線状のラップ部、跳板の背部に偏心
軸と係合する旋回ボス部から形成さｎ１旋回スクロール
部材の重心位置は偏心軸の細心位置よりずれている。こ
の旋回スクロール部材は偏心軸を介し固定スクロール部
材に対し旋回運動が行われるため、旋回スクロール部材
にか＼る遠心力は不平衡となり、この不平衡モーメント
によシスクロール流体機械自体に振動（回転振動）、騒
音の発生ｒもたらし、しいては機械の寿命に大きな悪影
響全及ぼす。

上記対策として、旋回スクロール部材の重心を偏心軸の
細心と一致させ、不平衡な回転モーメントを除去する提
案が丑開昭５５−８１２９３にて開示されている。

しかし乍ら、旋回スクロール部材の重心を偏心軸の細心
に一致させることは、旋回スクロール部材に取付ける平
衡おもりの加工精度及び位置決め精度の高精度化が要求
される。従って、平衡おもシの加工時間が長くか＼＃）
製作費が高くなるという問題点を有する。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点に酋みて発明されたもので、旋回ス
クロール部材の加工精度の容易化、低価格化、重量軽減
をはかったスクロール流体機械を提供することを目的と
する。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するため、旋回スクロール部材の重心と
該旋回スクロール部材を旋回駆動せしめる偏心軸の細心
とをわずかにずらすこと全特徴とする。

このようにわずかにずらすことにより、旋回スクロール
部材の加工摺度は容易となり、低価格化、重量軽減につ
ながると共に、上記の如く、わずかにずらす程度では旋
回スクロール部材の不平衡回転モーメントはほとんど発
生せず、振動、騒音の発生は実用土伺等問題とならない
程度に軽減される。

〔実施例の説明〕

以下本発明の実施例を図面にもとすき説明する第１図、
第２図は本発明の一実施例であるスクロール流体機械を
冷媒圧縮用のスクロール圧縮機として例示する。

第１図に示すスクロール圧縮機は密閉容器１１に、圧縮
機部２と電動機部３が収納されている。圧縮機部２は固
菫スクロール部材５と旋回スクロール部材６を互に噛合
せて圧縮室（密閉壁間）９が形成される。固定スクロー
ル部材５は、円板状の跳板５ａと、これに直立し、イン
ポリウド曲線あるいはこれに近似の曲線に形成きれたラ
ップ５ｂとからな９、その中心部に吐出口１０、外周部
に吸入ロアを備えている。旋回スクロール部材６は、円
板状の跳板６ａと、これに直立し、固定スクロールのラ
ップと同一形状に形成されたラップ６ｂと、跳板の反ラ
ツプ面に形成されたボス６ｃとからなっている。フレー
ム１１は中央部に軸受部１１ａを形成し、この軸受部＋
１８に回転軸１４が支承され、回転軸先端の偏心軸＋４
８は、上記ボス６ＣＫ＆回運動が可能なようＶこ挿入さ
れている。またフレーム１１には固定スクロール部材５
が複数本のボルトによって固定され、旋回スクロール部
材すはオルダムリングおよびオルダムキーよりなるオル
ダム機構１２によってフレーム１１に支承され、旋回ス
クロール部材６は固定スクロール部材５に対して、自転
しないで旋回運１ＩＩｈをするように形成されている。

回転軸１４には下部に電動機軸＋４ｂを一体に遅設し、
電動機部３を直結している。固定スクロール部材５の吸
入ロアには、密閉容器１を貫通して吸入管１７が接続さ
れ、吐出口１０が開口している吐出室１ａは通路１８ａ
、＋８ｂを介して下部室１ｂと連通し、更に密閉容器１
を貫通する吐出管１９に連通している上記構造のスクロ
ール圧縮機は、電動機３ケ直クロ一ル部材６は旋回運動
をする。この旋回運動によシ、圧縮室９は次第に中心に
移動して容積が減少する。ガスは吸入管１７から吸入ロ
アを経て吸入室８に入９、上記のように圧縮されて吐出
口１０から吐出ｇ＋ａへ吐出され、通路１８８．１８ｂ
を通って下部室１ｂに流入し、次いで吐出管１９から吐
出される。

冷媒ガスの流れ及び潤滑油の流れに従って、上記圧縮機
の作用を説明する。

低温低圧の冷媒ガスは、吸入管１７から導びかれ固定ス
クロールｂ内の吸入室８に至る。圧縮要素部に至った冷
媒ガスは、旋回スクロールの自転を防止された旋回運動
により、両スクロールで形成される密閉空間９ａ＋Ｌｌ
ｂが漸次縮小し、スクロール中央部に移動するとともに
、該冷媒ガスは、圧力ケ編め中央の吐出孔１０より吐出
される。

吐出された高温扁圧の冷媒ガスは密閉容器１内の上部空
間１ａ、及び通路１８８．＋８ｂを介し電ｄｔｈ機まわ
りの下部空間１ｂを満たし、吐出管１９を介して外部へ
導びかれる。（この＾圧の吐出圧力を記号Ｐｄで示す。

） 他方、旋回スクロール部材の背面とフレーム１１で囲ま
れた空間２０（これを「背圧室」と称する）には、旋回
、固定の両スクロールで形成される複数の密閉空間内の
ガス圧によるスラスト方向のガス力（この力は、旋回ス
クロール部材６を下方に押し下けようとする離反力とな
る。）に対抗するため吸入圧力（低圧側圧力）と吐出圧
力の中間の圧力（記号Ｐｍで示す）が作用する。この中
間圧力の設定は、旋回スクロール６の跳板ｂａに細孔２
１ａ、２１ｂを設け、この細孔を介してスクロール内部
のガスを背圧室２０に導ひき、旋回スクロールの背面に
ガス力を作用させて行う。この中間圧力のかけ方は、特
開昭５３−１１９４１２及び特開昭５５−３７５２０等
にて開示されているので詳細な説明を省略する。

次に潤滑油の流れについて説明する。

潤滑油２２は密閉容器１の下部に溜められる。

主軸１４の下端は容器底部の油中２２に浸漬し、主軸上
部には偏心軸部＋＋ａを備え、該偏心軸部＋４８が旋回
ボス６Ｃを介して、スクロール圧縮要素部である旋回ス
クロール部材６と係合している。主軸及び偏心軸には、
各軸受部への給油を行うための偏心縦孔１４Ｃが主軸下
端から偏心軸の上端面まで形成される。偏心軸部１４ａ
の下部には、旋回スクロールボス部ｂＣの先端面に対向
せる主軸受上部にバランスウェイト１４ｄが回転軸１４
と係合し一体化して形成されている。潤滑油２２内に浸
漬された主軸下端は高圧の吐出圧力Ｐｄの雰囲気にあシ
他方、下流となる旋回ボス６Ｃの軸受部のまわりは、中
間圧力ｐｍの雰囲気にあるため、（Ｐｄ−Ｐｍ）の圧力
差によって、容器紙部の潤滑油２２は偏心縦孔＋４Ｃ内
を上昇する。また、主軸の回転によシ、該偏心縦孔１４
Ｃ内の油に遠心力が作用し、各軸受部−＼の給油量をさ
らに増加させている。このように、各軸受部への給油は
、偏心孔給油法と、差圧給油法によって竹っている。偏
心縦孔＋４Ｇ内を上昇した潤滑油は、軸受Ｚａへ給油さ
れるとともに、偏心軸部１４ａの上部空間２３（旋回ス
クロールボス部６Ｃのボス部底面と偏心軸部＋４２の上
端面との隙間の部分で、この空間は油圧室となる。以後
「油圧室」２３と称す。）に至る。該油圧室２３の潤滑
油は、はｙ吐出圧力Ｐｄに等しい圧力であり、旋回スク
ロールｂの腕板６ａ内に設けた放射状の給油＊２　＋＊
介して、固定スクロールの跳板外周部に給油される。ま
た、旋回ボスｂＣの軸受及び軸受１１２に至った潤滑油
は、おのおのの軸受隙間を通って背圧室２０へ排油され
る。背圧室２０に至った潤滑油は、オルダムリング１２
などを潤滑した後、前記細孔２１ａ、２１ｂを介して両
スクロールで形成される圧縮室９に注入され、ひいては
スクロールラップの内部で前記冷媒ガスと混合される。

次に冷媒ガスとともに潤滑油は昇圧作用を受け、吐出孔
１０、吐出室１ａさらに通路１８ａ、１８ｂを経て電動
機室１６へと移動する。電動機室１ｂに至った潤滑油は
、広い空間のため流速が大きく減少し、自重のため容器
底部へ落下する。すなわち、電ｄ機室１ｂで冷媒ガスと
潤滑油の分離が行われる。落下した潤滑油は再び容器低
部に溜められ、各部の潤滑に供される。

次に第３図は旋回スクロール部材６の下面図、第４図は
、第３図のＩＴ−ＩＶ線矢視断面図を示す。

旋回スクロール部材すの重心Ｕｍｉ、円板状の鏡板６ａ
の中心軸０６の近傍に位置させるため、扇形状の平衡用
凹部３１を形成する。円板状の鏡板６ａの中心軸０６は
、鏡板外周部の外周面６ｊの中心となる。該平衡用凹部
３１によシ旋回スクロールの重心Ｏｍは旋回スクロール
の鏡板の中心軸０６に接近し、そのずれ童γｍは、０〈
Ｔ≦０．５の範囲にとどまる。ａは、渦巻きがインボリ
ュート曲線で形成され、該渦巻き状のランプの基礎円半
径である。円板状の跳板６ａの中心軸０６は、旋回ボス
部６Ｃの中心軸と一致する。すなわち、旋回スクロール
６の腕板６ａの外周部６」と旋回ボス部６Ｃの外周部３
２、内周面３３とは同芯状態にあり、ラップ部らｂを除
いて旋回スクロールの加工が容易となる。４０８，４０
ｂはオルダム機構のキー溝を示す。第１１図に旋回スク
ロールの重心Ｏｍと円板状の跳板の中心軸０６及び固定
スクロール側の中心軸２！その位置関係？示す第５図と
第６図は、重心移動用の平衡用凹部３５．３６を二瀬所
設けた場合の実施例である。平衡用凹部３５．３６の凹
部深さを、ｈ諺、　ｈａと変えて、旋回スクロールの重
心移動を図っている。このように、旋回スクロールの重
心Ｏｍを駆動側の偏心軸部と係合する旋回ボス部６Ｃの
軸心０６よりわずかにずらし、そのずれ量γｍの設定金
０く７ｍ≦０．５の範囲とすることにより、前記平衡用
四部３１．３５．３６の加工精度（例えば平術用凹３ｂ
の設定角度θ貫、凹部の大きさである１、、ｗ。

、　ｈｍの谷寸法）が鈍感化することができるので、加
工時間を従来機械に対し著しく減少させることができる
。

第７図は、旋回スクロールの重心のｓｍ’を旋回スクロ
ールの跳板６ａの背部に平衡用凹部３７゜、１８．３９
と俵数個設けることで行い、該平衡用凹部が同−跳板部
に設けたオルダムキー溝４０８．４０ｂあるいは放射状
の給油路２４．２４ａ。

２４ｄとずれた角就位置に設定した実施例である。第７
図に示すように、平衡用四部を複数個設け、該凹部深さ
を単−個の場合よシ浅く（例えば第と浅く設定する。）
することによシ、旋回スクロール２の鏡板の剛性を均一
化するとともにオルダム−１ｉ−一溝４０ａ、４０ｂや
平衡用凹部３７，３８．３９等を成形する際の加工変形
を極力小さく抑えることができる。従って、第７図の実
施ψりにおいては、旋回スクロールの鏡板６ａの外周部
まわシの平面度が向上する効果がある。

第１１図に示すように、旋回スクロールの重心Ｏｍは、
渦巻きの基礎円４１の内側に位置する。

渦巻きの基礎円中心０と旋回スクロールの跳板の中心軸
０６とは、はｙ一致しているが、本実施例は該基礎円中
心０と跳板の中心軸０６の多少のすれを考慮して、前記
軸心のずれ量γｍの設定をＯ＜　７　ｍ≦０．５の範囲
としている。前記基礎円中心Ｏと跳板の中心軸０６のず
れ量ｒｎ＝Ｑ、０５をＯ≦７ｎ≦０．５の範囲に設定す
ることによシ、前記平衡用凹部３７．３８．３９等の位
置決めを含めて旋回スクロールの設計及び加工がさらに
容易となる。該基礎円中心Ｏと中心軸０６及び旋回スク
ロールの重心Ｏｍとの位置関係を第１２図に示す次に第
１３図を用いて本発明の効果について説明する。

圧縮機内部での不平衡モーメン）Ｍｃによる圧縮機表面
５０ａの振動（振動振幅）にグいて倹約する。一般に圧
縮機５ｏは、架台５１上に防振支持部５２にて支持され
ている。圧縮機表面の振動変位（ここでは回転モーメン
トＭｃが作用するため回転角の変化ψをめることになる
。）は次式１式％ （１） （２） ここで　ＭＣ：不平衡モーメント（ｋｇ・ｍ）ＫＯ＝圧
縮機全体のねじり剛さ くｋｑ−ｍ／ｒａｄ） ψ：ねじれ角（ｒａｄ　） チャンバ外径をｌ）ｃとすると、チャンバ表面の変位０
は、 ｃ ψ・　Ｚ　・・・・・・叩・・町・・・曲・（３）で与
えられる。上式を使ってチャンバ表面の振動変位δの概
略計算結果を表１に示す。

表１　振動変位 表１の計算例■は、従来技術の例（例えば旋回スクロー
ルの重心位置を大きくずらした場合であバ計算例■は旋
回スフミールの重心Ｏｍと軸心Ｚ怠とを一致させた場合
の計算結果である。他の計算例■、■、［有］は本発明
の実施例の場合の計算結果を示す。表１に示すように、
軸心のずれｔｒｍγｍ を、７＝ｔ１．３８４．　（Ｊ、１９２，０．０３８の
３者１（ついての計算結果である。本発明によれば旋回
スクロールの重量低減の効果も相まって振動変位がａ中
２−２０μｍと小さくなシ、軸心を意図的にずらしても
実用上火きな問題とならないことが理解できる。さらに
、本発明では、次のことも特徴としている。旋回スクロ
ールの重心移動法として、オルダムキーに作用する力Ｆ
ｏｒが変動することなく一定＃重となるように、あるい
はそれの変動幅を小８くなるように、前記旋回スクロー
ルの重心位置を意図的に０＜−≦０．５の範囲で偏心軸
部の細心に対してずらした実施例（＋−第１４図にボす
。第１４図は、流体力Ｆｐｔが最大となった時の旋回ス
クロールの位置関係の一例を示したもので、旋回スクロ
ールには前記したように回転モーメン）Ｍｏｒが反時目
↑方向に作用する。また、旋回スクロールの重心０φ・
が軸心０．（あるいはｚ−ンとｆれているため、遠心力
ｋ”ｍｖによるモーメン）ＭＣが時計方向に作用する。

従ってオルダムキーに作用する荷重Ｆ’ｏｒは〃ｔ〒太
チち台 Ｆｏｒ＝（Ｍａｒ−Ｍｃ）／ｌ！ｏｒ−−−−−−−−
−−−−−−−（４ンこのように、オルダムキーに作用
する荷重が小さくなるとともに、その変動幅が小さくな
る。その結果全第１５図に示す。表１の計算例■の場合
において、前記オルダムキーに作用する力Ｆｏｒの変動
割合は、従来技術の３０チに対して約２０チに低減する
ことができる。また第１ｂ図にも示したように、細心を
故意にずらすことにより、圧縮機停止時において旋回ス
クロール６が傾き易くなる。これにより背圧室２０内の
冷媒ガスが容易に吸入室８側に漏れて短時間でスクロー
ル圧縮機の内部の圧力がバランスするので、主軸に逆ト
ルクが作用しにくくなり、旋回スクロール６や主軸の逆
転防止が図れるので、圧縮機の信頼性をさらに向上する
効果がある。

上記説明の詳細を第１７図にもとづいて具体的に説明す
る。旋回スクロールが図に示すように反時計方向に旋回
運動ｔする時、旋回スクロールの重心Ｏｍは少なくとも
、ｚ’　ｍ　−ｙ　ｍ座標において半径Ｕ、５ａ（ａニ
スクロールラップの基礎円半径）内にあシ、かつ第一象
限（第１７図の斜線の範囲ンに位置することによシ、自
転防止部材であるオルダムリング部に作用する自転防止
力Ｆｏｒの荷重を小さくするとともにその変動幅を小さ
くすることができる。

本発明は、旋回スクロールの重心を該旋回スクロールを
旋回駆動せしむる主軸の偏心軸部の細心に対してわずか
にずらし、そのずれ量の範囲をＯ＜ｒｆｎ／ａ≦０．５
と設定してそれの効果等について説明したが、スクロー
ル流体機械の用途によっては、例えば真空ポンプ用、温
水ポンプ相等比較的回転速度の小さい機械に対しては前
記ずれ量を０くγｍ　／　ａ≦１．０の範囲で設定して
もよい。従って、本発明はこのずれ量を用途に応じて実
用上の範囲で設定することも包含するものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、旋回スクロール部
材の加工精度はゆるやかとなり、加工は容易で加工時間
の短縮と共に原価を低減することが出来る。また旋回ス
クロール部材の鏡板部の軽量化がけかられ、更に該跳板
全体の剛性を均一化すると共に、該跳板外周部まわりの
平面度が向上し圧縮機の体積効率が向上する等の効果を
有する

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すスクロール流体機械の
縦萌面図、第２図は、スクロール部材の９ｉ合い状態倉
示す横＠面図、第３図は旋回スクロール部材の下面図、
第４図は第３図のバーＩＶ憇矢視断面図、第５図は他の
実施例を示す旋回スクロール部材の下面図、第す図は第
す図のＶｌ　−’　Ｘ線矢視断面図、第７図は更に他の
実施例を示す旋回スクロール部材の下面図、第８図は第
７図の糧−Ｘ線矢視断面図、第９図は同じ＜　ＩＸ−■
綴矢視断面図、第１０図は同じ＜　Ｘ−Ｘ線矢視断面図
を示す。第１１図、第１２図及び第１４図は旋回スクロ
ール部材と固定づクロール部材の位置関係を示す説明図
、第１３図は圧縮機の支持系のモデルを示し、（ａ）図
は上面図、Φ）図は平面図、第１ｂ図は各荷重の変化例
を示す線図、第１６図は圧縮機停止時における旋回スク
ロール部材の挙動例を示す説明図、第１７図はオルダム
リングに使用する荷重の説明図である。 ５・・・固定スクロール部材　５ａ・・・鏡板５ｂ・・
・ラップ　６・・・旋回スクロール部材５ａ・・・跳板
　６ｂ・・・ラップ　６Ｃ・・・旋回ボス７・・・吸入
口　８・・・吸入室　９・・・圧縮室ＩＵ・・・吐出口
　１４・・・回転軸　１４８・・・偏心軸 峯担 １１ｂ　（櫂回例ね 第４ｍ 第１３団 亮１し■ 寥１７ｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　円板状跳板にうず巻状のラップを直立する固定スク
   ロール部材及び旋回スクロール部材をうし ツブを互に内側５（噛付せ、旋回スクロール部材全回転
   軸に連設する偏心軸（＠受）部に係会し、旋回スクロー
   ル部材を自転することなく、固定スクロール部材に対し
   旋回運動させ、固定スクロール部材には中心部に開口す
   る吐出口と、外周部に開口する吸入口を設け、吸入口よ
   ジガスを吸入し、両スクロール部材にて形成される圧縮
   空間を中心に移動させ、且つ容積を減少してガスを圧縮
   し、吐出口より圧縮ガスを吐出するスクロール流体機械
   において旋回スクロール部材の重心と、旋回スクロール
   を旋回駆動する偏心軸部の軸心とをわずかにずらすこと
   全特徴とするスクロール流体機械。 ２　旋回スクロール部材が、少なくともｘｍ−１ｍ座標
   （旋回スクロールの鏡板の中心もしくは偏心軸部の中心
   を基準とした座標）において、半径０．０５８（ａニス
   クロールラップの基礎円半径）内にあり、且つ第一象限
   に位置する特許請求の範囲第１項のスクロール流体機械
   。 ３　旋回スクロール部材の重心が、偏心軸部の軸心に対
   してＯ〈　≦０．５の範囲でずれている特許請求の範囲
   第１項または第２項記載のスクロール流体機械。（γｍ
   ：旋回スクロール部材の重心と偏心軸部の軸心とのずれ
   量＆ａニラツブのインポリウド曲線の基礎円半径）