JP2001221177A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定スクロール及び可動スクロールの各渦巻
の中央部の強度が強く、しかも、容積変化効率（圧縮効
率、膨張効率及び排気効率）が高いスクロール型流体機
械を提供する。 【解決手段】 渦巻１４ａの中央部における内壁面ｓと
先端面ｕとの交差線は、インボリュート基礎円を１４ｃ
とすれば、内壁インボリュート開始点Ｐｉで内壁インボ
リュート１４ｄと接続する大円弧Ｒｕと、外壁インボリ
ュート開始点Ｐｏで外壁インボリュート１４ｅと接続す
る小円弧ｒｕと、大円弧Ｒｕ及び小円弧ｒｕと接続する
直線Ｌｕとから形成されている。また、内壁面ｓと根元
面ｂとの交差線は、内壁インボリュート開始点Ｐｉで内
壁インボリュート１４ｄと接続する大円弧Ｒｂと、外壁
インボリュート開始点Ｐｏで外壁インボリュート１４ｅ
と接続する小円弧ｒｂと、大円弧Ｒｂ及び小円弧ｒｂと
接続する直線Ｌｂとから形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機、真空機及
び膨張機等のスクロール型流体機械に関し、特に可動ス
クロール並びに固定スクロールにおける各渦巻の中央部
の内壁面、根元面及び先端面の形状に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平２−８１９８０号公報に記載され
たスクロール型圧縮機の可動スクロール及び固定スクロ
ールにおける各渦巻の形状について図５と図６を参照し
て説明する。

【０００３】可動スクロール５０は、端板５０ａと、端
板５０ａの一面に直立して形成された渦巻５０ｂと、端
板５０ａの他面に形成されたボス５０ｃとから構成され
る。固定スクロールの渦巻４０ｂは、可動スクロール５
０の渦巻５０ｂと対称的に形成される。

【０００４】可動スクロール５０は、オルダムリング及
びオルダムキーから構成されるオルダム機構によってハ
ウジングに支承される。可動スクロール５０は、固定ス
クロールに対して自転せずに旋回運動を行うようにオル
ダム機構によって制御される。

【０００５】可動スクロール５０の渦巻５０ｂの巻始め
部５００ｃは、図５に示されるように、根元面が厚く、
先端面が薄く形成されている。渦巻５０ｂの先端面側の
先端の点５０１及び根元面側の点５０３よりも外周の外
線５０６と、先端面側の点５０２及び根元面側の点５０
５よりも外周の内線５０７とは、いずれもインボリュー
トである。

【０００６】点５０３から点５０５までは、次の曲線で
構成されている。点５０３から点５０４までは、凸円弧
５０９で結ばれている。円弧の半径ｒは、次の数式
（１）で表わされる。

【０００７】

【数１】 ここに、ａ：インボリュート基礎円の半径 λ_１：インボリュート開始点における伸開角 ε：可動スクロールの旋回半径 また、点５０４から点５０５までは、凹円弧５１０で結
ばれている。凹円弧５１０の半径Ｒは、次の数式（２）
で表わされる。

【０００８】 Ｒ＝ｒ＋ε …（２） 一方、先端の点５０１から点５０２までは、ほぼ渦巻５
０ｂの溝幅を直径とする円弧５０８で結ばれている。

【０００９】点５０３から点５０５までの根元面の曲線
と、点５０１から点５０２までの先端面の曲線とは、滑
らかな傾斜壁で結ばれている。

【００１０】圧縮機の圧縮工程及び吐出工程の作用につ
いて図６を参照して説明する。は、吸入工程が終了
し、圧縮が開始された状態である。以後、→→と
進み、圧縮室６０が次第に狭くなり、再びの圧縮室６
０′へ移行して、ガスは吐出ポート６１から吐出され
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のスクロール
型圧縮機では、図６のにおける中央部に示されるよう
に、圧縮終了時の可動スクロール５０の渦巻５０ｂの傾
斜壁と固定スクロールの渦巻４０ｂの傾斜壁とから構成
されるデッドボリュームに残存した流体は、膨張し、圧
縮室６０への新たな流体の流入を妨害するための、圧縮
効率を低下させる。

【００１２】また、可動スクロール５０の渦巻５０ｂの
先端の点５０１及び固定スクロールの渦巻４０ｂの先端
の点は、いずれもシャープエッジの形状であるため、圧
縮工程及び吐出工程の作用を営むとき、かみ合いに起因
する欠損が発生する可能性が高い。

【００１３】そこで本発明は、前記従来のスクロール型
圧縮機の欠点を改良し、固定スクロール及び可動スクロ
ールの各渦巻の中央部の強度が強く、しかも、容積変化
効率（圧縮効率、膨張効率及び排気効率）が高いスクロ
ール型流体機械を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、次の手段を採用する。

【００１５】１．容積変化作用を営む固定スクロール及
び可動スクロールの各渦巻の中央部は、根元面ｂが厚く
先端面ｕに行くにつれて次第に薄くなるように内壁面ｓ
が傾斜して形成され、前記内壁面ｓと前記先端面ｕとの
交差線は、外壁インボリュート開始点Ｐｏに接続する小
円弧ｒｕと内壁インボリュート開始点Ｐｉに接続する大
円弧Ｒｕとが接続して形成され、前記内壁面ｓと前記根
元面ｂとの交差線は、外壁インボリュート開始点Ｐｏに
接続する小円弧ｒｂと内壁インボリュート開始点Ｐｉに
接続する大円弧Ｒｂとが接続して形成され、下記の数式
を満足するように構成されるスクロール型流体機械。

【００１６】Ｒｂ＝ｒｕ＋Ｒｏｒ Ｒｕ＝ｒｂ＋Ｒｏｒ ｒｕ＜ｒｂ Ｒｕ＞Ｒｂ φＰｉ−φＰｏ＝１８０゜ ここに、Ｒｏｒ：可動スクロールの旋回半径 φＰｉ：内壁インボリュート開始点における伸開角 φＰｏ：外壁インボリュート開始点における伸開角 ２．前記小円弧ｒｕと前記大円弧Ｒｕとの間を直線Ｌｕ
が介在して接続し、前記小円弧ｒｂと前記大円弧Ｒｂと
の間を直線Ｌｂが介在して接続し、前記固定スクロール
と前記可動スクロールとの干渉を回避するための補正値
をαとするとき、下記の数式を満足するように構成され
る前記１記載のスクロール型流体機械。

【００１７】Ｒｂ＝ｒｕ＋Ｒｏｒ＋α Ｒｕ＝ｒｂ＋Ｒｏｒ＋α

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の２つの実施の形態例につ
いて説明する。

【００１９】まず、本発明の第１実施の形態例のスクロ
ール型圧縮機について図１〜図３を参照して説明する。
図１は、圧縮機の全体機構の要点を示す。

【００２０】図１において、スクロール型圧縮機は、フ
ロントエンドプレート１１とこれに設置されたカップ状
部分１２とから構成されるハウジング１０を有する。

【００２１】ハウジング１０の内部には、固定スクロー
ル１３と可動スクロール１４とが配設されている。ここ
で、固定スクロール１３は、側板１３ｂと、その一面上
に形成された渦巻１３ａと、渦巻１３ａとは反対面の側
板１３ｂ上に設けられた脚部１３ｃとから構成される。
脚部１３ｃは、カップ状部分１２の外側からカップ状部
分１２を貫通してねじ込まれた数本のボルト１５によっ
てカップ状部分１２の底部１２ａの内壁上に固定されて
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１３の側板１３ｂは、その外周面とカップ状部分
１２の内壁の間をシール材２１によりシールすることに
よって、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。

【００２２】可動スクロール１４は、側板１４ｂとその
一面上に形成された渦巻１４ａから構成される。渦巻１
４ａと固定スクロール１３の渦巻１３ａは、流体の圧縮
作用を行えるように組み合わされている。スクロール型
圧縮機の主軸１８は、フロントエンドプレート１１に回
転自在となるように貫通支持されている。可動スクロー
ル１４は、主軸１８の回転にしたがって自転することな
く円軌道上を公転するように主軸１８に接合されてい
る。ここで、可動スクロール１４の自転を禁止しつつ公
転させる機構については、種々の公知機構が提案されて
いるため、詳細な説明を省略する。

【００２３】可動スクロール１４が、主軸１８により駆
動されると、流体は、カップ状部材１２上に形成された
吸収ポート１９からハウジング１０内の吸入室１７に流
入され、渦巻１３ａと渦巻１４ａの間に形成される流体
ポケットに取り込まれる。続いて、流体は、可動スクロ
ール１４の運動に伴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１３の側板１３ｂ上に開けられた
吐出口１３ｄから吐出室１６へ圧送され、さらに吐出ポ
ート２０からハウジング１０外へ送り出される。

【００２４】次に、本発明の第１実施の形態例のスクロ
ール型圧縮機における可動スクロールの渦巻の形状につ
いて図２と図３を参照して説明する。なお、固定スクロ
ールは、可動スクロールとかみ合わされるため、固定ス
クロールの形状は、可動スクロールの形状と対称にな
る。

【００２５】図２において、渦巻１４ａの中央部におけ
る内壁面ｓと先端面ｕとの交差線は、インボリュート基
礎円を１４ｃとすれば、内壁インボリュート開始点Ｐｉ
で内壁インボリュート１４ｄと接続する大円弧Ｒｕと、
外壁インボリュート開始点Ｐｏで外壁インボリュート１
４ｅと接続する小円弧ｒｕと、大円弧Ｒｕ及び小円弧ｒ
ｕと接続する直線Ｌｕとから形成されている。また、渦
巻１４ａの中央部における内壁面ｓと根元面ｂとの交差
線は、内壁インボリュート開始点Ｐｉで内壁インボリュ
ート１４ｄと接続する大円弧Ｒｂと、外壁インボリュー
ト開始点Ｐｏで外壁インボリュート１４ｅと接続する小
円弧ｒｂと、大円弧Ｒｂ及び小円弧ｒｂと接続する直線
Ｌｂとから形成されている。

【００２６】ここにおいて、各要素は、下記の数式を満
足し、渦巻１４ａの根元面ｂが厚く、先端面ｕに行くに
つれて次第に薄くなるように内壁面ｓを傾斜させる。し
たがって、渦巻１４ａの壁の強度は、従来の圧縮機にお
ける渦巻の壁の強度よりも向上する。

【００２７】Ｒｂ＝ｒｕ＋Ｒｏｒ＋α Ｒｕ＝ｒｂ＋Ｒｏｒ＋α ｒｕ＜ｒｂ Ｒｕ＞Ｒｂ φＰｉ−φＰｏ＝１８０゜ ただし、Ｒｏｒ：可動スクロールの旋回半径 α：可動スクロールと固定スクロールとの干渉の回避の
ための補正値 φＰｉ：内壁インボリュート開始点における伸開角 φＰｏ：外壁インボリュート開始点における伸開角 渦巻１４ａの内壁インボリュート１４ｄと外壁インボリ
ュート１４ｅで形成される部位は、シール面の作用を営
む。大円弧Ｒｕと小円弧ｒｕと直線Ｌｕとから形成され
る部位と、大円弧Ｒｂと小円弧ｒｂと直線Ｌｂから形成
される部位は、シール面の作用を営まないから、圧縮機
能及びシール機能に影響を及ぼさない。

【００２８】補正値αは、実際の生産を配慮した場合、
加工誤差等に起因する固定スクロール１３と可動スクロ
ール１４とのかみ合いの際の干渉の回避のために採用さ
れる。補正値α＝ｘ（任意の設計値）のとき、内壁イン
ボリュート開始点Ｐｉから外壁インボリュート開始点Ｐ
ｏまでの範囲の可動スクロール１４の旋回角度におい
て、固定スクロール１３と可動スクロール１４との間に
生じる隙間は、０〜２ｘの範囲で滑らかに増減する。両
スクロール１３，１４の隙間が２ｘになった状態の透視
図を図３に示す。

【００２９】次に、本発明の第２実施の形態例のスクロ
ール型圧縮機の可動スクロールについて図４を参照して
説明する。

【００３０】渦巻１４ａの中央部における内壁面ｓと先
端面ｕとの交差線は、インボリュート基礎円を１４ｃと
すれば、内壁インボリュート開始点Ｐｉで内壁インボリ
ュート１４ｄと接続する大円弧Ｒｕと、外壁インボリュ
ート開始点Ｐｏで外壁インボリュート１４ｅと接続する
小円弧ｒｕとから形成されている。また、渦巻１４ａの
中央部における内壁面ｓと根元面ｂとの交差線は、内壁
インボリュート開始点Ｐｉで内壁インボリュート１４ｄ
と接続する大円弧Ｒｂと、外壁インボリュート開始点Ｐ
ｏで外壁インボリュート１４ｅと接続する小円弧ｒｂと
から形成されている。つまり、第２実施の形態例におけ
る可動スクロール（固定スクロールも同様）は、第１実
施の形態例における可動スクロール（固定スクロールも
同様）から直線Ｌｕ，Ｌｂを除去したものである。

【００３１】補正値α＝０のとき、固定スクロール１３
と可動スクロール１４とは、可動スクロール１４のどの
旋回角度においても、圧縮されたガスの漏洩及びかみ合
い時の干渉を起こすことなく、隙間を零に保持しながら
作動する。すなわち、両スクロール１３，１４のデッド
ボリュームが零となり、最大の圧縮効率の実現と両スク
ロール１３，１４の渦巻１３ａ，１４ａの壁の強度の向
上とを両立することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次の効果を奏することができる。

【００３３】１．容積変化効率（圧縮効率、膨張効率及
び排気効率）を犠牲にすることなく、スクロール型の流
体機械の駆動時に高温高圧となって最も負荷がかかる固
定スクロール及び可動スクロールの各渦巻の中央部の強
度を向上することができる。

【００３４】２．実際の生産に際しては、固定スクロー
ル及び可動スクロールの各渦巻の形状を決定する要素で
ある補正値を適切に設定することにより、工作精度に応
じて最大限の容積変化効率を発揮する固定スクロール及
び可動スクロールを容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態例のスクロール型圧縮
機の全体機構の要点を示す断面図である。

【図２】本発明の第１実施の形態例のスクロール型圧縮
機における可動スクロールの渦巻であり、（ａ）は正面
図、（ｂ）は斜視図である。

【図３】本発明の第１実施の形態例のスクロール型圧縮
機における可動スクロールと固定スクロールとの隙間が
各補正値の２倍になった状態の透視図である。

【図４】本発明の第２実施の形態例のスクロール型圧縮
機における可動スクロールの渦巻の正面図である。

【図５】従来のスクロール型圧縮機における可動スクロ
ールの斜視図である。

【図６】従来のスクロール型圧縮機における圧縮工程及
び吐出工程の作用説明図である。

【符号の説明】

１０ ハウジング １１ フロントエンドプレート １２ カップ状部分 １２ａ 底部 １３ 固定スクロール １３ａ 渦巻 １３ｂ 側板 １３ｃ 脚部 １３ｄ 吐出口 １４ 可動スクロール １４ａ 渦巻 １４ｂ 側板 １４ｃ インボリュート基礎円 １４ｄ 内壁インボリュート １４ｅ 外壁インボリュート １５ ボルト １６ 吐出室 １７ 吸入室 １８ 主軸 １９ 吸入ポート ２０ 吐出ポート ２１ シール材 ｂ 根元面 Ｌｂ 直線 Ｌｕ 直線 Ｐｉ 内壁インボリュート開始点 Ｐｏ 外壁インボリュート開始点 Ｒｂ 大円弧 Ｒｏｒ 可動スクロールの旋回半径 Ｒｕ 大円弧 ｒｂ 小円弧 ｒｕ 小円弧 ｓ 内壁面 ｕ 先端面 α 補正値 φＰｉ 内壁インボリュート開始点における伸開角 φＰｏ 外壁インボリュート開始点における伸開角

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容積変化作用を営む固定スクロール及び
   可動スクロールの各渦巻の中央部は、根元面（ｂ）が厚
   く先端面（ｕ）に行くにつれて次第に薄くなるように内
   壁面（ｓ）が傾斜して形成され、前記内壁面（ｓ）と前
   記先端面（ｕ）との交差線は、外壁インボリュート開始
   点（Ｐｏ）に接続する小円弧（ｒｕ）と内壁インボリュ
   ート開始点（Ｐｉ）に接続する大円弧（Ｒｕ）とが接続
   して形成され、前記内壁面（ｓ）と前記根元面（ｂ）と
   の交差線は、外壁インボリュート開始点（Ｐｏ）に接続
   する小円弧（ｒｂ）と内壁インボリュート開始点（Ｐ
   ｉ）に接続する大円弧（Ｒｂ）とが接続して形成され、
   下記の数式を満足するように構成されることを特徴とす
   るスクロール型流体機械。 Ｒｂ＝ｒｕ＋Ｒｏｒ Ｒｕ＝ｒｂ＋Ｒｏｒ ｒｕ＜ｒｂ Ｒｕ＞Ｒｂ φＰｉ−φＰｏ＝１８０゜ ここに、Ｒｏｒ：可動スクロールの旋回半径 φＰｉ：内壁インボリュート開始点における伸開角 φＰｏ：外壁インボリュート開始点における伸開角
2. 【請求項２】 前記小円弧（ｒｕ）と前記大円弧（Ｒ
   ｕ）との間を直線（Ｌｕ）が介在して接続し、前記小円
   弧（ｒｂ）と前記大円弧（Ｒｂ）との間を直線（Ｌｂ）
   が介在して接続し、前記固定スクロールと前記可動スク
   ロールとの干渉を回避するための補正値をαとすると
   き、下記の数式を満足するように構成されることを特徴
   とする請求項１記載のスクロール型流体機械。 Ｒｂ＝ｒｕ＋Ｒｏｒ＋α Ｒｕ＝ｒｂ＋Ｒｏｒ＋α