JPS60252187A

JPS60252187A - 回転式流体機械

Info

Publication number: JPS60252187A
Application number: JP59108008A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Hirano; 隆久平野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-05-28
Filing date: 1984-05-28
Publication date: 1985-12-12

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】〔産業上の利用分野〕本発明は回転式流体機械に関する。

〔従来の技術〕

例えば、公知のスクロール型圧縮機は、第５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、両者
を相対的に１８０°回転させ、かつこの両者のうずまき
体が５１．　、５２及び５１’　、　５２’の４点で互
いに接触するように、距離２ρ（−うずまきのピノチー
２×うずまきの板厚）だけ相対的にずらして、互いに重
ね合せ、一方のうずまき体２を静止し、他方のうずまき
体］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Ｏの周りに自転を行なうことなく
半径ρ−〇〇′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］、２間には、両うずま
き体が白抜する点５　］、　、　５２及び点５　］’　
、　５２’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］をまず９
０”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は連通して小室５３となり、
同図（４）の状態から更に９０°公転すると、同図（」
）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／ｈの容積となり、この間、同図（２）で開きはじめ
た外側空間が同図（３）、同図（４）から同図（１）に
移り、新たな気体を取りこんで密閉小室を形成し、以後
これをくりかえし、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６図縦断面図に示すよ
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１４、吐出口１５
を突設すると瓦もに、うずまき体２５２および円板２５
１よりなる静止スクロール郵相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１
７を枢着し、クランクピン２３に、第７図（第６図のＡ
ｒｉｘ−ｗ断面図）に示すように、ラジアルニードル軸
受２６．公転スクロール部材２４のボス２４３．角筒部
材２７１．摺動体２９１　、　ＩＪソング材２９２２回
り止め２９３等よりなる公転機構を介して、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２
４が付設されている。

この種のスクロール型圧縮機では、小室５３は漸時その
容積を減少し、これにより吐出ボートから高圧の流体が
吐出される際、うずまき体には厚さがあるために、小室
の容積は零とはならず、いわゆるトップクリアランス容
積が残り、このトップクリアランス容積中の高圧流体は
、吐出ポート４がら外部へ吐出されることなく、再度小
室３，３に連通してしまうから、このトップクリアラン
ス容積の流体に対してなされた圧縮機の仕事はそのま〜
損失となる。

そこで、本発明者等は、この点を解決するために、さき
に、特願昭５７−長０６０８８号として、第８図に示す
ようなうずまき体を具えた回転式流体機械を提案した。

すなわち、同図において、５０１は固定側うずまき体、
６０１及び６０２はそれぞれうずまき体５０１の外側曲
線及び内側曲線で、外側曲線６０１は基円半径す、始点
へのインボリーート曲線、内側曲線６０２のＥＦ間は外
側曲線６０１と角度π−■だけ位相をずらせたインボＩ
Ｊ、−曲線、ＤＥ間は半径凡の円弧とし、外側曲線６０
１と内側曲線６０２を接続する接続曲線６０３は半径ｒ
の円弧とし、点Ａは外側曲線６０１のインボ’）　、　
−１−始点、点Ｂは外側曲線６０１と接続曲線６０３の
境界点で、両曲線はこの点でそれぞれの接線を等しくす
る、点Ｃは外側曲線６０１の十分外方の点、点りは内側
曲線６０２と接続曲線６０３の境界点で、こＸで半径Ｒ
及びｒの２つの円弧は接する、点Ｅは内側曲線６０２０
円弧（’ＤＥ間）とインボリーート曲線ＥＦの境界点で
、こ〜で両曲線はそれぞれの接線を等しくする、点Ｆは
内側曲線６０２の十分外方の点である。

他方の公転側うずまき体５０２も同様である。

こ又で、半径Ｒ＋、ｒは下記式で表わされる。

Ｒ＝ρ＋ｂβ＋ｄ　・・・　・・　（３）ｒ＝ｂβ十ｄ
　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・　（２）たｖし、ρ：公転半径１〕：基円半径ｂ　’　−（−モｂβ）′ ｄ　−−−−一−−−−−−−−（３）２（−−−１−
ｂβ） βニパラメ〜りである。

パラメータβは原点Ｏを通る直線と負のＸ軸がなす角に
等しく、原点０を通り、角βの直線と基円との２つの交
点は直線ＥＯ，及び直線Ｂｏ３上に存在し、直線ＥＯ，
及び直線ＢＯ，は上記交点にて基円に接している。

すなわち、パラメータβは外側曲線及び内側曲線のイン
ボリュートの成立限界を与えるもので、パヴメータβに
よりインボリュート成立限界点Ｅ、Ｂが決まる。

一般には、このＥＢ間は、両うずまき体が当接しないよ
うに適宜法められ、外方の肖接点より両うずまき体が当
接する限界はＥ、　Ｅ３点であり、固定側うずまき体の
Ｅ点は公転側うずまき体のＢ点と当接するがこれ以降互
いに離れてい（ように決められているのが一般的である
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このようなうずまき体２５２゜２４２を
有する圧縮機においては、低圧側圧力と高圧側圧力との
差が太き（はなれる高負荷運転時に第５図（１）の矢印
で示すうずまき体の内方先端部の剛性が他に比べ相対的
に小さいため、この部分が破損することがある。

更に、両うずまき体が接触するように設計された機械に
おいては、内方部での両うずまき体の相対すべり率が外
方部に比べ相対的に犬き℃・ので、内方先端部近傍が摩
耗することがあり、一方、両うずまき体が非接触となる
ように設計された機械においては、うずまき体の加工誤
差あるいは両うずまき体の組立て誤差により、両うずま
き体が異常接触し、うずまき体内力先端部の破損ある℃
・は異常摩耗が生ずることがある。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、う
ずまき体の内方先端部の異常摩耗及び破損を防止する高
性能の回転式流体機械を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明は、それぞれ実質的に同一形状のうず
まき体よりなる静止側うずまき体及び公転側うずまき体
を互見・に］８０°回して噛み合せ公転側うずまき体を
静止側うずまき体に対し公転半径ρで公転するようにし
たものにおし・て、両うずまき体をそれぞれインボリュ
ート曲線よりなる外側曲線と、内方に半径Ｒの円弧を有
するインボリュート曲線よりなる内側曲線と、上記外側
曲線と上記半径凡の円弧とを滑かに接続する半径Ｉ゛の
円弧を有する接続曲線で形成すると又もに、パラメータ
βで決まるインボリーート曲線成立限界点よりも若干外
方のβ＋△βで決まる２点間の内側曲線及び接続曲線の
一部又は全部な当接から離すように両うずまき体間に僅
小のすきまを与えたこと（たｙし、Ｒ１二ρ十ｂβ十ｄｒ二りβ＋ｄｂ　’　−（−＋　１）β）′ ｄ　＝　−−−−−−−−−−一−− ２（−＋ｂβ）１）：インボリュート曲線の基円半径）を特徴とする特〔作　用〕このような構成によれば、うずまき体の内方先端部の異
常摩耗及び破損を防止し高性能の回転式流体機械を得る
ことができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面について説明すると、第１図は
そのうずまき体を示す正面図、第２図は第１図のうずま
き体の先端部の圧力分布を示す部分モデル図、第３図及
び第４図はそれぞれ第１図の変形例を示す同じく正面図
である。

上図において、第８図と同一の符号はそれぞれ同図と同
一の部材、寸度を示し、まず、第」図において、７０１
は本発明に係る固定側うずまき体、６０１は外側曲線、
６０３は接続曲線で、それぞれ第８図のそれと同一であ
る。

７０２は内側曲線で、内側曲線７０２は十分外方のイン
ボリュート」二の点Ｆよりパラメータβを△βだけ増加
させたβ＋△βに対応するＨ点までインボリュートとし
、点Ｈより内方側では第８図の内側曲線６０２よりわず
かなすきま△Ｃだけ引込めて作られている。

すなわち、第８図ではインボリュートの成立限界を与え
るパラメータβで決まる点Ｅより外方にてインボリュー
トであったものが、第１図では内方曲線のみ点Ｅより外
側のノくラメータβ十△βに対応するＨ点より外方をイ
ンボリュートとし、△βは１０〜１５°以上とするのが
７ましい。

こ〜で、ｐ　ｐ’ｊ　ｐ’Ｉ−Ｉ　＋　Ｑ　Ｑ’±Ｑ／
　Ｅで、ｐ。

ｐ′、Ｑ、Ｑ’は基円上の点であり、点ｐ′、Ｑ′にお
ける基円の接線がｐ’Ｈ、ｑ　Ｅである。

なお、点Ｇは、内側曲線７０２と接続曲線６０３の交点
で、接続曲線６０３のＢＤ間に設けられ、点Ｈ′は、点
Ｐより基円に接する接線と外側曲線６０１の交点であり
、接続曲線６０３０半径ｒは、第８図のそれと同一で公
転側うずまき体も固定側うずまき体と同様である。

このような両うずまき体を噛み合せ公転側うずまき体を
公転させると、まず、固定側うずまき体の内側曲線のイ
ンボＩＪ、、、）曲線上の外方点Ｆに対応する公転側う
ずまき体の外側曲線のインボリュート上の点が噛み合い
、ト−にの点Ｈど公転側うずまき体の外側曲線のインボ
リュート上の点Ｊ−（’　とが噛み合い、次に両うずま
き体はわずかなすきま△Ｃだけ離れて公転する。

すなわち、第８図のものでは、インポリコート成立限界
のパラメータβで決まる点Ｅ及び点Ｂでの噛み合いがあ
ったが、本実施例では、これより／＼βだけ前に両うず
まき体が離れ始めるのである。

こＳで、両うずまき体が離れる前は両うずまき体が噛み
合っている内方すなわち内側曲線７０２の接続曲線６０
３に近い部分、外側曲線６０１の接続曲線６０３に近い
部分及び接続曲線６０３には吐出圧力もしくは相対的に
高℃・圧力Ｐｏが負荷されており、一方外側曲線の噛み
合っている点の外方及び内側曲線の噛み合っている点の
外方では圧縮途中の相対的に低い圧力ｐ′が負荷されて
いる。

この両うずまき体が離れ始めるときの状態をモデル的に
示すと、第２図（Ｂ）に示すようになり、同図穴は第８
図におけるものを示す。

すなわち、第８図では、第２図（５）に示すように、う
ずまき体の先端部の剛性の比較的小さい矢印近傍のＢ点
で、圧力がｐ′からＰｏへ変化しているのに対し、本発
明では第２図の）に示すように、かなり離れたＨ／点で
圧力が変化する。

これにより第８図では第２図（８）の矢印部でＰｏ−Ｐ
”の差圧（両うずまき体の噛み合い力は無視すると）に
よる変形をうけ応力を発生するのであるが、本発明では
、矢印部と圧力切り変り点が離れているので、同図（Ｂ
）に示すように、矢印部の応力はバランスするからはる
かに／」−さなものとなり、この部分の破損が防止され
る。

また、うずまき体の内方部はど両うずまき体の相対すべ
り率が大きく、内方先端部近傍が摩耗し易いが、本発明
では両うずまき体は、従来のもの反相対すべり率より低
い相対すべり率の位置までしか噛み合わないので、うず
まき体の摩耗量も減少する。

更に、非接触式となるように設計された機械において、
加工誤差１組立誤差により、両うずまき体が異常接触す
る場合でも、本発明では内方先端部で異常接触すること
はなくなるので、破損あるいは摩耗が内方先端部にて発
生することはなくなるものである。

また、発明ではすきま△Ｃはわずかな量であるから、特
願昭５７−２０６０８８号にて意図された長所は損われ
ることな（実質的に発揮され高効率の機械が得られる。

なお、上記実施例において、下記のような変形例が考え
られる。

（１）　両うずまき体形状を同一としてパラメータβ十
△βで噛み合いを外すようにする代わりに、一方のうず
まき体をパラメータβ十△β、他方のうずまき体をβ＋
△β′　（△β〜△β′）と両うずまき体が異なる対応
点で当接から離れる形状としてもよい。

（２）内側曲線上ですきま△Ｃを設ける代わりに、第３
図に示すように、外側曲線」二にこれを設けても良い。

その際はパラメータβ＋△βに対応する外側曲線上の点Ｈ′より外側曲線の一部。

接続曲線及び内側曲線の一部にまたがり、従来の６０１
．．６０３，６０２よりわずかなすきま△Ｃを設けて任
意の曲線７５１を構成し、曲線７５１と内側曲線６０２
との交点Ｇの位置は点りとＥの間に適宜選べば良い。

両うずまき体をこのように構成すれば、第１図のものと
実質的に同一の効果が得られる。

たｙし、この場合接続曲線６０３の代わりに若干内方に引込んだ曲線７５１となるため、若干
この部分の剛性が低下するもの＼実用上はすきま△Ｃが
少量であるため悪影響を受けることはない。

（３）第４図に示すように、一方のうずまき体を第８図
と同一の形状とし、他方のうずまき体のみをパラメータ
βで決まる点Ｅ、Ｂより外方のパラメータβ＋△βで決
まる点Ｈ、Ｉ（’で両うずまき体の噛み合いが外れるよ
うにＨ、Ｈ’間にゎずがなすきま△Ｃを設ける形状７６
１としても良い。

なお、Ｈ、Ｈ’はパラメータβ十△βで決まる対応点と
する代わりに例えば点Ｈはパラメータβ＋△βとし、点
Ｒはパラメータβ十△β′（△β〜△β′）としても良
い。

（４）本発明はスクロール型圧縮機のほか、ポンプ、エ
キスパンダ等にも適用することができる。

〔発明の効果〕

要するに本発明によれば、それぞれ実質的に同一形状の
うずまき体よりなる静止側うずまき体及び公転側うずま
き体を互いに１８ｏ。

回して噛み合せ公転側うずまき体を静止側うずまき体に
対し公転半径ρで公転するようにしたものにおいて、両
うずまき体をそれぞれインボリーート曲線よりなる外側
曲線と、内方に半径凡の円弧を有するインボリーート曲
線よりなる内側曲線と、上記外側曲線と上記半径凡の円
弧とを滑かに接続する半径ｒの円弧を有する接続曲線で
形成すると又もに、パラメータβで決まるインボリーー
ト曲線成立限界点よりも若干外方のβ＋△βで決まる２
点間の内側曲線及び接続曲線の一部又は全部を当接から
離すように両うずまき体間に僅小ノスきまを与えたこと
（たｇし、Ｒ−ρ十ｂβ＋ｄｒ　＝　ｂβ＋ｄｂ’−（−４ｂβ）′ ｄニー−一一−−−□−−− ２（−＋１）β）ｂ：インボリ、、−１−曲線の基円半径）により、摩耗
、損傷を防止する高性能の回転式流体機械を得るから、
本発明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図は本発明の一実施例のうずまき体を示す正面図、
第２図は第１図のうずまき体の先端部の圧力分布を示す
部分モデル図、第３図及び第４図はそれぞれ第１図の変
形例を示す同じく正面図である。第５図は公知のスクロ
ール型圧縮機の作動Ｍ埋図、第６図は公知のスクロール
型圧縮機を示す縦断面図、第７図は第６図の■−■に沿
った横断面図、第８図は特願昭５７−２０６０８８号に
て提案されたうずまき体を示す正面図である。６０１・・・外側曲線、６０２・・・内側曲線、６０３
・・・接続曲線、７０１・・・固定側うずまき体、７０
２・・・内側曲線、７５１．７６１・・・接続曲線、ｒ、Ｒ・・・半径、ｂ・・・インボリュート曲線の基円
、△Ｃ・・・すきま、β、△β・・・パラメータ、復代
理人　弁理士　塚　本　正　文第７図第２図（Ａ＞第３図ＡＹ第４図第５図（１）　（２）第６図０第７図２ｑ１第８図

Claims

【特許請求の範囲】それぞれ実質的に同一形状のうずまき体よりなる静止側
うずまき体及び公転側うずまき体を互いに］８０°回し
て噛み合せ公転側うずまき体を静止側うずまき体に対し
公転半径ρで公転するようにしたものにおいて、両うず
まき体をそれぞれインボリュート曲線よりなる外側曲線
と、内方に半径Ｒの円弧を有するインポリｐ、　−ト曲
線よりなる内側曲線と、上記外側曲線と上記半径凡の円
弧とを滑かに接続する半径ｒの円弧を有する接続曲線で
形成すると又もに、パラメータβで決まるインポリ。、
−ト曲線成立限界点よりも若干外方のβ＋△βで決まる
２点間の内側曲線及び接続曲線の一部又は全部を当接か
ら離すように両うずまき体間に僅小のすきまを与えたこ
と（たｙし、Ｒ＝ρ十ｂβりｄｒ　＝　ｂβ＋ｄｂ′−（−＋Ｉ）β）′ ｂ：インボリュート曲線の基円半径）を特徴とする回転
式流体機械。