JP2894390B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、揺動スクロールの径
方向のスライダー機構を備えたスクロール圧縮機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は出願人が先に出願した特願平２
−２９１２７号明細書に示された従来のスクロール圧縮
機を示す縦断面図、図１２は図１１における要部断面図
であり、運転時に要部に作用する力の関係を表わしてい
る。図１１において、１は固定スクロール、２は揺動ス
クロール、２ａは揺動スクロール２の台板、２ｂは台板
２ａの反圧縮室側中央に設けられた揺動軸受、３は固定
スクロール１とボルトなどで固定されたフレーム、４は
揺動スクロール２の自転を防止し、かつ半径方向に公転
運動を行なうようにフレーム３に連結するためのリング
状のオルダムリング、５は主軸でその上端部には偏心し
た状態で主軸５の軸線と平行な平坦面（Ａ）６ａと平坦
面（Ｂ）６ｂを有するスライダー装着軸６が形成されて
おり、該スライダー装着軸６には、スライダー７が主軸
５の軸線と直角な面内にスライド可能に、かつ回転しな
いよう装着され、主軸５の軸線より偏心した状態で揺動
軸受２ｂに嵌合される。８は密閉容器である。

【０００３】また、図１２において、ｒは主軸５の軸心
（固定スクロール１の中心）から揺動軸受２ｂの軸心
（揺動スクロール２の中心）との距離すなわち偏心量で
ある。Ｆ_C は揺動スクロール２の公転運動時に発生する
揺動スクロール２とスライダー７との遠心力、Ｆ_goは遠
心力Ｆ_C と直角な方向に揺動スクロール２に作用する圧
縮負荷、Ｆ_grは遠心力Ｆ_C と反対方向に揺動スクロール
２に作用する圧縮負荷、Ｆ_n 、μ_n はそれぞれスライダ
ー７とスライダー装着軸６の平坦面（Ａ）６ａ間の接触
力と摩擦係数であり、Ｆ_R 、μ_R はそれぞれ固定スクロ
ール１と揺動スクロール２の両渦巻体側面間の接触力
（押し付け力）、と摩擦係数である。Ｃは固定スクロー
ル１と揺動スクロール２両渦巻体の半径方向のすきまで
あり、θはスライダー７のスライド方向と、揺動スクロ
ール２の偏心方向とのなす角度であり、偏心方向に対し
て主軸５の反回転方向に傾けている。本来遠心力Ｆ_C は
重心に、Ｆ_goおよびＦ_grは主軸５の軸心と揺動軸受２ｂ
の軸間の中点に作用するが、これらの力の位置のずれに
よるモーメントはオルダムリング４が拘束し、このオル
ダムリング４からの反力をこの系に入れないことで、こ
れらの力はすべて、揺動軸受２ｂの軸心すなわちスライ
ダー７の中心に作用していると考える。なお図１２にお
いて、７ａはスライダー７に形成されたスライダー装着
軸６が収納される溝、７ｂはスライダー７の接触平坦
面、７ｃは反接触平坦面、７ｄはスライダーの偏心方向
側溝端面部である。

【０００４】次に動作について説明する。主軸５が回転
すると、揺動スクロール２はオルダムリング４にガイド
されながら、主軸５の軸線を中心に公転運動を行ない、
良く知られた圧縮原理によって圧縮作用が行なわれる。
定常運転時においては、遠心力Ｆ_C と圧縮負荷Ｆ_go、Ｆ
_grの合力のスライド方向への分力によって、スライダー
７はスライド方向へ、揺動スクロール２が固定スクロー
ル１に接触する位置、すなわち両スクロールによって決
定される偏心量ｒまで可変し、揺動スクロール２を固定
スクロール１に押し付け、両スクロールの渦巻体間の半
径方向すきまＣを０として、圧縮作用が行なわれる。ま
た、スライダー７は偏心量ｒまでスライドした状態より
更に、スライド方向に前後にスライド可能なため、固定
スクロール１と揺動スクロール２との渦巻体の形状が所
定の寸法よりずれている場合でも両スクロールが接触す
るまでスライドするため、１回転中の半径方向すきまＣ
は常にゼロとすることができる。

【０００５】ここにスライダー７と揺動スクロール２に
作用する力は、図１２に示すように遠心力Ｆ_C 、ガス負
荷Ｆ_go、Ｆ_gr、固定スクロール１と揺動スクロールの接
触力（の反力）Ｆ_R およびＦR による摩擦力μ_R Ｆ_R 、
スライダー７と平坦面Ａ６ａの接触力（の反力）Ｆ_n お
よびＦ_n による摩擦力μ_n Ｆ_n であり、図１２におい
て、μ_n Ｆ_n は、渦巻体の形状のずれ（側面の凹凸）に
よって偏心量ｒの状態から偏心量が増加する方向にスラ
イダー７がスライドしているときに発生する向きで示さ
れている。スライダー７のスライド方向とこれと直角方
向の力のつりあいを考えれば次式が導かれる。 （Ｆ_C−Ｆ_gr−Ｆ_R）ｃｏｓθ＋（Ｆ_go＋μ_RＦ_R）ｓｉｎθ＝μ_Rμ_n…（１） （Ｆ_C−Ｆ_gr−Ｆ_R）ｓｉｎθ−（Ｆ_go＋μ_RＦ_R）ｃｏｓα＝−Ｆ_n …（２） 式（１）、（２）よりＦ_n を消去し、Ｆ_R について解け
ば、固定スクロール１と揺動スクロール２間の接触力Ｆ
_R は次式で表される。 Ｆ_R ＝｛（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ＋μ_n ｓｉｎθ）＋Ｆ_go（ｓｉｎθ−μ _n ｃｏｓθ）｝／｛（μ_R μ_n ＋１）ｃｏｓθ＋（μ_n −μ_R ）ｓｉ ｎθ｝ …（３） なお（３）式において、μ_R ＝μ_n ＝０とし、スライダ
ー７と揺動スクロール２に作用する力を簡略化し、モデ
ル化すれば次式が導かれる。 Ｆ_R＝（Ｆ_C−Ｆ_gr）＋Ｆ_goｔａｎθ …（４） 一般的なスクロール圧縮機の特性としてＦ_go》Ｆ_grであ
るため、（３）式あるいは（４）式に示されるように、
前述してきたようなスライダー機構の場合Ｆ_goが大きけ
れば大きいほどＦ_R が大となる。

【０００６】一般に冷媒が液となって、圧縮室内に寝込
んだ状態での起動すなわち、寝込み起動や多量の液とな
って、吸入管から冷媒が流入してくる液バック運転など
で、冷媒の液のまま圧縮してしまう液圧縮が、冷凍、空
調用の圧縮機では良く起こる。この場合、スクロール圧
縮機の構造上複数個の圧縮室で、最内圧縮室では圧力は
吐出孔から洩れるため、圧力はさほど増加しないが、中
間圧縮室あるいは最外圧縮室にて何らかの方法によっ
て、圧力の逃げ場を設けない場合、著しい圧力の増加が
起こる。このような状態では、Ｆ_goは著しく増加する。
しかし、Ｆ_grは、スクロール圧縮機の構造上、吐出圧力
と吸入圧力の差によって決まる負荷であり、吐出圧力は
凝縮温度で決定されるものなので、Ｆgrは増加しない。
したがって、前述してきたような従来のスライダー機構
においては、（３）、（４）式より液圧縮時には、Ｆ_R
は大きくなる一方で、これはすなわち両スクロールの半
径方向すきまは液圧縮時でもゼロとなっているというこ
とで、中間圧縮室あるいは最外圧縮室（特に中間圧縮
室）にて、圧力の逃げ場がないため著しく圧力が大きく
なり、その圧力によって、あるいは両スクロール接触点
で同じく著しく大きくなるＦ_R によって、両スクロール
の渦巻体が折損するという状況が起こり易い。

【０００７】また、別のスライダー機構として、スライ
ダー７のスライド方向を偏心方向に一致させるものが考
えられるが、この場合は固定スクロール１と揺動スクロ
ール２の接触力Ｆ_R はＦ_n ＝Ｆ_goであるので、 Ｆ_R ＝Ｆ_C −Ｆ_gr±μ_n Ｆ_go …（５） で示される。なお符号は下段が両スクロールの渦巻側面
の凹凸によって偏心量ｒの状態から偏心量が増加する方
向にスライダー７がスライドしているときで、上段が逆
に減少する方向にスライドしているときである。（５）
式からＦ_goが液圧縮によって著しく増大した場合、偏心
量が増加する方向にスライダー７がスライドしていると
きにＦ_R ＜０となり、スライダー７は後退しようとする
が、それはスライダー７が偏心量が減少する方向にスラ
イドすることになるので、そのときは（５）式からＦ_R
＞０となる。結局スライダー７は摩擦力μ_n Ｆ_goとのつ
りあいで、その状態で安定してしまうことになり、両ス
クロールの渦巻体側面のミクロンオーダーの凹凸の差だ
けの極めて小さな半径方向すきましか生じず、中間圧縮
室や最外圧縮室では、液圧縮によって著しく圧力が大き
くなり、ミクロンオーダーのすきまでは圧力をリリーフ
させることができないので、その圧力によって両スクロ
ールの渦巻体が折損するという状況が起こり易い。

【０００８】次にさらに別のスライダー機構として、前
述の従来例とは逆にスライダー７のスライド方向を偏心
方向に対して主軸５の回転方向にθ傾けたものが考えら
れるが、この場合の固定スクロール１と揺動スクロール
２の接触力Ｆ_R は（４）式と照らし合わせ単純化モデル
では、 Ｆ_R＝（Ｆ_C−Ｆ_gr）＋Ｆ_goｔａｎθ …（６） で示される。この方法では液圧縮時のＦ_goの増大によっ
てＦ_R ＜０、すなわちスライダー７が後退し、両スクロ
ールに半径方向のすきまが生じ、中間圧縮室および最外
圧縮室には圧力の逃げ場でき、リリーフすることができ
るが、通常のガス圧縮時において、半径方向すきまをゼ
ロとして圧縮するすなわちＦ_R ＞０とするためには、
（６）式より、 Ｆ_C ＞Ｆ_gr＋Ｆ_goｔａｎθ …（７） の条件を満足しなければならない。しかしユニット上で
のすべての運転条件に対して（７）式の条件を満足する
ことは難しく、ガス圧縮時にもＦ_R ＜０となり、スライ
ダー７が後退し、両スクロールに半径方向のすきまが生
じてしまい圧縮作用が行なわれなくなる運転条件も存在
する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール圧縮
機のスライダー機構は、以上のように構成されているの
で、スライダーのスライド方向を揺動スクロールの偏心
方向かあるいは揺動スクロールの偏心方向に対して、主
軸の反回転方向にθ傾けた場合には、液圧縮時に両スク
ロールの渦巻体間の半径方向すきまはミクロンオーダー
のきわめて小さなすきまか全くのゼロであり、圧力のリ
リーフができないために渦巻体が液圧縮によって生じる
高い圧力によって折損することがあり、また、スライダ
ーのスライド方向を揺動スクロールの偏心方向に対して
主軸の回転方向にθ傾けた場合には、通常のガス圧縮時
において、Ｆ_C ＞Ｆ_gr＋Ｆ_goｔａｎθの条件が満足でき
ない運転条件では両スクロールの渦巻体間に半径方向す
きまが生じ、圧縮作用が行なわれなくなるなどの問題点
があった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、ユニット上でのすべての運転条
件に対して、通常のガス圧縮時においては、揺動スクロ
ールを固定スクロールに押し付け、両スクロールの渦巻
体間の半径方向すきまを０とし、圧縮作用を行ない、液
圧縮時のような圧縮室の圧力が増大するようなときはス
ライダーが偏心量が小さくなる方向へスライドして両ス
クロールの渦巻体間に半径方向のすきまを生じせしめ
て、圧力をリリーフさせることができるスライダー機構
を有するスクロール圧縮機を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
わるスクロール圧縮機は、スライダーのスライド方向を
揺動スクロールの偏心方向に対して、主軸の回転方向に
所定量傾斜させるとともに、スライダーに形成されたス
ライダー装着軸を収納する溝の揺動スクロール偏心方向
側の溝端面部に段を設け、またスライダー装着軸の揺動
スクロール偏心方向側端面部には曲面を形成し、該スラ
イダーの偏心方向側溝端面部とスライダー装着軸の偏心
方向側端面部の間に、前記段に対して両端支持状態とな
るような弾性体の平板を介在させ、該平板と前記スライ
ダー装着軸の偏心方向側端面部の曲面が接触し、平板が
変形しない状態での主軸中心とスライダー中心の距離は
両スクロールによって決定される偏心量ｒより大きく、
平板を所定寸法だけ変形させたときに固定スクロールお
よび揺動スクロールの渦巻体側面が接触するよう、すな
わち所定の偏心量ｒと等しくなるように構成したもので
ある。

【００１２】請求項２記載の発明に係わるスクロール圧
縮機は、スライダーのスライド方向を揺動スクロールの
偏心方向に対して、主軸の回転方向に所定量傾斜させる
とともに、スライダー装着軸の揺動スクロール偏心方向
側の端面部に段を設け、またスライダーのスライダー装
着軸を収納する溝の揺動スクロール偏心方向側溝端面部
には曲面を形成し、該スライダー装着軸の偏心方向側端
面部とスライダーの偏心方向側溝端面部の間に、前記段
に対して両端支持状態となるような弾性体の平板を介在
させ、該平板と前記スライダーの偏心方向側溝端面部の
曲面が接触し、平板が変形しない状態での主軸中心とス
ライダー中心の距離は両スクロールによって決定される
偏心量ｒより大きく、平板を所定寸法だけ変形させたと
きに固定スクロールおよび揺動スクロールの渦巻体側面
が接触するよう、すなわち所定の 偏心量ｒと等しくなる
ように構成したものである。

【００１３】請求項３記載の発明に係わるスクロール圧
縮機は、請求項１または請求項２記載のスクロール圧縮
機において、別体のキー等により平板と接触する曲面を
形成したものである。

【００１４】請求項４記載の発明に係わるスクロール圧
縮機は、請求項１から請求項３記載のいずれかのスクロ
ール圧縮機において、段が形成される端面部がスライダ
ーのスライド方向とは直交せず、主軸の回転方向に所定
量傾斜しているものである。

【００１５】

【作用】請求項１および２記載の発明におけるスクロー
ル圧縮機は、揺動スクロールと固定スクロールを正規に
組み合わせた状態で、両スクロールの渦巻体が半径方向
に接触し、平板が所定寸法変形するところまでスライダ
ーがスライドし、所定の偏心量ｒの状態にて、平板の変
形によって揺動スクロールを固定スクロールに押し付け
ようとするバネ力が発生されることによって、通常のガ
ス圧縮時には、両スクロールの渦巻体側面が接触（接触
力Ｆ_R ＞０）したまま、すなわち両スクロールの渦巻体
間の半径方向すきまが常にゼロで洩れのない圧縮作用が
行なわれ、液圧縮時のように圧縮室内の圧力が増大し、
偏心方向と直角な方向の圧縮負荷Ｆ_goが増大した場合に
は、スライダーを偏心量が小さくなる方向へスライドさ
せようとする力が大きくなり、スライダーが偏心量が小
さくなる方向にスライドし、両スクロールの渦巻体間に
半径方向すきまが生じ、圧力をリリーフさせることがで
きる。

【００１６】請求項３記載の発明におけるスクロール圧
縮機は、平板の所定の変形量を得るための寸法管理や調
整が容易になる。

【００１７】請求項４記載の発明におけるスクロール圧
縮機は静止時にスライダーがスライド方向と直角方向に
平行移動し、スライダーの反接触平坦面と、スライダー
装着軸が接触し、確実に平板の変形をゼロ、すなわちバ
ネ力をゼロとすることができるので、固定スクロールの
装着はバネ力をゼロの状態で行なうことができる。

【００１８】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の実施例１を図について説明する。図１
はこの発明における実施例１のスライダー機構を有する
スクロール圧縮機の縦断面図、図２は図１の要部断面図
であり、スライダー７および揺動スクロール２に作用す
る力の関係を表わしており、従来例と同様あるいは相当
する部分については同一符号を付し、その説明は省略す
る。図２において、７はスライダーで、そのスライド方
向は揺動スクロール２の偏心方向に対して、主軸５の回
転方向にθ傾けた方向であり、９はスライダー７の偏心
方向側溝端面部７ｄに設けられた段である。１０は弾性
体の平板で段９に対して両端支持状態で挿入され、平板
１０が変形しない状態で挿入したときの主軸５の中心と
スライダー７の中心の距離は両スクロールによって決定
される所定の偏心量ｒよりも大きくなっているが、両ス
クロールを組み合わせることによって平板１０が所定量
ε^* 変形し、両スクロールの渦巻体側面が半径方向に接
触するよう構成している。１１は平板１０と接触してい
る台座であり、スライダー７の偏心方向側溝端面部７ｄ
は段９と台座１１より成り立ち、接触平坦面７ｂおよび
反接触平坦面７ｃと直交している。６はスライダー装着
軸で、６ｃはスライダー装着軸６の偏心方向側端面部で
あって、円弧状に曲面が形成されており、その曲面が平
板１０と段９のほぼ中央にて、接触していて、その接触
状態は線接触となる。また平板１０は複数枚使用しても
良い。なお、スライダー装着軸６の平坦面（Ｂ）６ｂと
スライダー７の反接触平坦面７ｃの間には運転時にすき
まξがあくようにしておく。図１において、フレーム３
は密閉容器８に焼嵌め固定され、固定スクロール１はフ
レーム３にボルトによって固定されている。また、揺動
軸受２ｂは揺動スクロールの台板２ａの反圧縮側の中央
に突設されている。

【００１９】次に運動時の動作について説明する。固定
スクロール１と揺動スクロールを組み合わせることによ
り平板１０が所定量ε^* 変形して、両スクロールの渦巻
体が半径方向に接触する。主軸５の中心とスライダー７
の中心の距離が両スクロールによって決定される偏心量
ｒとなるよう構成しているので、平板１０が板バネとし
て作用し、Ｆ_S なるバネ力を発生する。図１において、
運転時のスライダー７および揺動スクロール２に作用す
る力のバランスから次式が得られる。 （Ｆ_C −Ｆ_gr−Ｆ_R ）＋Ｆ_S ｃｏｓθ−Ｆ_n ｓｉｎθ−（±μ_n Ｆ_n ｃｏｓ θ）＝０ …（８） （Ｆ_go＋μ_R Ｆ_R ）−Ｆ_S ｓｉｎθ−Ｆ_n ｃｏｓθ±μ_n Ｆ_n ｓｉｎθ＝０ …（９） なお、符号は上段が両スクロールの渦巻側面の凹凸等に
よって、偏心量ｒの状態から偏心量が増加する方向にス
ライダー７がスライドしているときで、下段が逆に減少
する方向にスライドしているときであり、図２におい
て、μ_n Ｆ_n は偏心量が増加する方向にスライダー７が
スライドしているときに発生する向きで示されている。
（８）、（９）式より次の２式が導かれる。 Ｆ_S ＝−（Ｆ_C −Ｆ_gr−Ｆ_R ）ｃｏｓθ＋（Ｆ_go＋μ_R Ｆ_R ）ｓｉｎθ±μ _n Ｆ_n …（１０） Ｆ_n ＝（Ｆ_C −Ｆ_gr）ｓｉｎθ＋Ｆ_goｃｏｓθ−Ｆ_R （ｓｉｎθ−μ_R ｃｏ ｓθ） …（１１） （１１）式を（１０）式へ代入して、 Ｆ_R ＝［Ｆ_S ＋（Ｆ_C −Ｆ_gr）｛ｃｏｓθ−（±μ_n ｓｉｎθ）｝−Ｆ_go（ ｓｉｎθ±μ_n ｃｏｓθ）］／［ｃｏｓθ＋μ_R ｓｉｎθ−｛± μ_n（ｓｉｎθ−μ_R ｃｏｓθ）｝］ …（１２） 但し、（１２）式はＦ_R ＞０のみで成立し、Ｆ_R ＜０の
領域はＦ_R ＝０であり、スライダー７が偏心量が小さく
なる方向へ後退し、両スクロールの渦巻体間に半径方向
すきまが生じることを意味する。

【００２０】（１２）式から、Ｆ_R とＦ_goの関係を図示
すると、θ＞ｔａｎ^-1μ_n の場合図３に示すようにな
る。図３において、偏心量増加中でＦ_R ＝０となるＦgo
をＦgo₊ ^*減少中でＦ_R ＝０となるＦ_goをＦ_go- ^*、スライ
ダー７に作用する摩擦力μ_n Ｆ_n がない場合、すなわち
渦巻側面に凹凸がなく、スライダー７がスライド方向に
対して安定している状態でＦ_R ＝０となるＦ_goをＦ_go0 ^*
とする。（１２）式にてＦ_R ＝０とすることによって、
それらは次の様に求められる。 Ｆ_go+ ^*＝｛Ｆ_S ＋（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ−μ_n ｓｉｎθ）｝／（ｓｉｎ θ＋μ_n ｃｏｓθ） …（１３） Ｆ_go- ^*＝｛Ｆ_S ＋（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ−μ_n ｓｉｎθ）｝／（ｓｉｎ θ＋μ_n ｃｏｓθ） …（１４） Ｆ_go0 ^*＝｛Ｆ_S ＋（Ｆ_C −Ｆ_gr）ｃｏｓθ｝／ｓｉｎθ …（１５） ここで、図３に示すように、ａ．Ｆ_go≦Ｆ_go+ ^* ｂ．Ｆ_go+ ^*＜Ｆ_go≦Ｆ_go0 ^* ｃ．Ｆ_go0 ^*＜Ｆ_go＜Ｆ_go- ^* ｄ．Ｆ_go- ^*≦Ｆ_go と４つの領域に分けると、Ｆ_goの値によって、スライダ
ー７は次の様な作動を行なうことになる。 ａ．スライダー７が、偏心量ｒの状態から偏心量が増加
しようが減少しようが常に揺動スクロール２が固定スク
ロール１を押し付ける力Ｆ_R がＦ_R ＞０であるので、両
スクロールの渦巻体側面が接触し、半径方向すきまはゼ
ロである。すなわちスライダー７は両スクロールの渦巻
体に対して完全な追従運動を行なっている。 ｂ，ｃ．スライダー７が、両スクロールの渦巻体側面の
接触位置のうち、渦巻体側面の凹凸で最も偏心量が小さ
いところまでスライドし、そこで、ｂの場合はもとに戻
ろうとする力すなわち、偏心量が大きくなる方向へスラ
イドしようとする力、ｃの場合はさらに偏心力が小さく
なる方向へスライドしようとする力と、摩擦力μ_n Ｆ_n
がつりあって安定する。すなわち、両スクロールの渦巻
体側面の加工精度から凹凸の差分のすきまがあくことに
なる。 ｄ．常にＦ_R ＜０となって、スライダー７は後退する。
すなわち、両スクロールの渦巻体間に半径方向すきまが
生じ、リリーフすることが可能となる。ただし、スライ
ダー７が偏心量が小さくなる方向へと後退したときは、
平版９の変形はε^* より大きくなるので、バネ力Ｆ_S が
大きくなり、スライダー７はそのバネ力とつりあう所ま
での後退となる。以上からわかるように、両スクロール
が折損してしまうような液圧縮時の著しく大きいＦ_goす
なわち、両スクロールが強度的に危険な状態になってし
まうＦ_goをＦ_gomax とすると、 Ｆ_go- ^*≦Ｆ_gomax …（１６） また、通常のガス圧縮におけるユニット運転中での最大
のＦ_goをＦ_gon とすると、 Ｆ_go+ ^*≧Ｆ_gon …（１７） の両式の関係を満足するようθおよびＦ_S を与えれば、
通常のガス圧縮時には半径方向すきまを常にゼロとし圧
縮作用を行ない、液圧縮時のように圧縮内の圧力が増大
し、Ｆ_goが両スクロールが強度的に危険な状態となるま
で増大しようとした場合には、スライダー７は偏心量が
小さくなる方向へ後退し、半径方向にすきまが生じ、圧
力をリリーフさせることができる。

【００２１】なお、Ｆ_gon とＦ_gomax の間は、少量の液
バック運転時等の両スクロールが強度的には問題となら
ない程度のＦ_goであるが、ガス圧縮時よりは大きなＦ_go
が存在する。（１６）式の条件は（１４）式を代入する
と、 Ｆ_S ≦Ｆ_gomax ｓｉｎθ−μ_n ｃｏｓθ）−（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ ＋μ_n ｓｉｎθ）≡Ｆ_S1 …（１６）’ （１７）式の条件は（１３）式を代入すると、 Ｆ_S ≧Ｆ_gon （ｓｉｎθ−μ_n ｃｏｓθ）−（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ＋μ _n ｓｉｎθ）≡Ｆ_S2 …（１７）’ （１６）’（１７）’式よりＦ_S の条件は、Ｆ_S1≧Ｆ_S
≧Ｆ_S2となるので、Ｆ_S1≧Ｆ_S2が成立しなければなら
ず、その条件を満足するためにはスライダーのスライド
方向の偏心方向に対しての傾斜θは、 θ≧ｔａｎ^-1［μ_n （Ｆ_gomax ＋Ｆ_goｎ）／｛（Ｆ_gomax −Ｆ_gon ）−２ μ_n （Ｆ_C −Ｆ_gr）｝］ …（１８） となる。よって（１６）および（１７）式を満足するた
めには、（１８）式から θ＝ｔａｎ^-1［μ_n （Ｆ_gomax Ｆ_gon ）／｛（Ｆ_gomax −Ｆ_gon ）−２ μ_n （Ｆ_C −Ｆ_gr）｝］ …（１９） （１９）式を（１７）’式に代入し、 Ｆ_S ＝Ｆ_gon （ｓｉｎθ−μ_n ｃｏｓθ）−（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ＋μ _n ｓｉｎθ） …（２０） あるいは（１９）を（１６）’に代入し、 Ｆ_S ＝Ｆ_gomax （ｓｉｎθ−μ_n ｃｏｓθ）−（Ｆ_C −Ｆ_gr）（ｃｏｓθ ＋μ_n ｓｉｎθ） …（２１） とすれば良い。（２０）、（２１）式の値は、当然一致
する。（２０）あるいは（２１）式から得られるＦ _S と
なるように平板１０の所定変形量ε^* を決定することに
なるが、平板１０の強度や形状的な問題からε^* は必ず
しも任意に設定することはできない。

【００２２】ここで、板バネとして作用させる平板１０
について詳細に述べる。平板１０は図４に示すように、
スライダーの偏心方向側溝端面部７ｄに挿入される。段
９の幅をＬ、平板１０の厚さをｔ、高さをｈとすると、
台座１１の角部に対して、両端自由支持のはりとみなさ
せるので、変位ε、応力σは次式で求められる。 ε＝ＦＬ ³ ／（４Ｅｈｔ³ ） …（２２） ここでＥは平板１０のヤング率である。 σ＝（３／２）・ＦＬ／（ｈｔ² ） …（２３） よって、 σ／ε＝６ｔＥ／Ｌ ² …（２４） （２２）式より荷重Ｆは、 Ｆ＝（４Ｅｈｔ³ ／Ｌ ³ ）・ε …（２５） が得られる。応力σは平板１０の材料から強度的な制限
があり、εはスライダー７と、スライダー装着軸６の寸
法公差や揺動軸受２ｂや主軸５の軸受の軸受すきまを考
慮すると、ある値以上確保しておかないと、両スクロー
ルを組み合わせても、変形しない状況が起こり得る。よ
ってσ／εの値は設定値として、与えることが一般的な
設計法であり、ここで平板１０の所定変形量をε^* を設
定値として与える。σ／εの値を設定目標値以下にする
ためには、Ｌを大きくするかｔを小さくすれば良いが、
Ｌは形状的に制限があり、ｔを小さくすると、所定量ε
^* 変形させたときの荷重Ｆが小さくなる。そのため、実
設計にあたっては、Ｌを可能な限り大きく設計し、ｔを
求めることとし、もし求めたＦがＦ_S よりも小さい場合
は平板１０の枚数ｎを増して、Ｆ_S ＝ｎＦとすれば良
い。すなわち、（２０）あるいは（２１）式から得られ
たＦ_S となるように、平板１０の板厚ｔと枚数ｎで調整
する。あるいは異なるｔの平板１０を組合せ、Ｆの合計
がＦ_S となるようにすれば良い。また、段９の深さｄは
平板１０の最大許容応力をσ _a とすれば（２４）式か
ら、 ｄ＝σ _a ｌ² ／（６ｔＥ） …（２６） と設定すれば、平板１０の最大変位量がｄと決定される
ので、スライダー７の偏心量が小さくなる方向へスライ
ドしようとする力が平板１０がｄ変形した時のバネ力Ｆ
_{S MAX} とつりあわず、さらにスライドしようとしても、
段８の端面がストッパーとなって、平板１０の変形を規
制するので平板１０の応力は最大許容応力σ _a を越える
ことはない。これによってリリーフしたときの両スクロ
ール渦巻体間の最大の半径方向すきまも決定される。す
なわち、最大リリーフ量δ_max は、 δ_max ＝ｒ−｛ｒ² −２ｒ（ｄ−ε^* ）ｃｏｓθ＋（ｄ−ε^* ）² ｝^1/2 （ ２７） となる。

【００２３】次にこのスライダー機構を有するスクロー
ル圧縮機の両スクロールの組み合わせの方法について述
べる。本実施例のスクロール圧縮機は、密閉容器８に焼
嵌め固定されたフレーム３の上側にて、突出したスライ
ダー装着軸６にスライダー７と平板１０を装着し、フレ
ーム３にオルダムリング４を装着後、揺動軸受２とスラ
イダー７、又オルダムリング４と揺動スクロールの台板
２ａに設けられたオルダム溝を嵌合させて、揺動スクロ
ールを装着する。そして最後に揺動スクロール２と渦巻
体を組み合わせて固定スクロール１をフレーム３にボル
ト締めによって装着するものである。しかし、その固定
スクロール１を装着することによって、平板１０を所定
量ε^* 変形させてばね力Ｆ _S を発生させるため、直接両
スクロールの渦巻体を通常運転時と同じように組み合わ
せるためには、ばね力Ｆ_S を打ちまかして固定スクロー
ル１を装着しなければならない。すなわち、Ｆ_S なる力
で固定スクロール１をε^* ずらして（それによって平板
１０をε^* 変形させて）フレーム３に固定スクロール１
をボルト締めしなければならないことになる。しかし、
大型の圧縮機では、Ｆ_S は数百kgf にもなるために、固
定スクロール１を装着するには、特定の治具を用いない
限り不可能である。そこで両スクロールを組み合わせた
ときのスクロール圧縮機の静止時のスライダー７および
揺動スクロール２に作用する力の関係を考えてみる。図
５は静止時のスライダー７および揺動スクロール２に作
用する力の関係図であるが、図５に示すように、静止時
であるので、図２と異なり運転時にのみ作用する。
Ｆ_go、Ｆ_C 、Ｆ_grおよび摩擦力μ_nＦ_n 、μ_R Ｆ_R は作
用しない。図５において、力のバランスから次の２式が
得られる。 Ｆ_S ｃｏｓθ−Ｆ_R −Ｆ_n ｓｉｎθ＝０ …（２８） −Ｆ_S ｓｉｎθ−Ｆ_n ｃｏｓθ＝０ …（２９） （２８）、（２９）式より次式が導かれる。 Ｆ_R ＝Ｆ_S ／ｃｏｓθ …（３０） Ｆ_n ＝−Ｆ_r ｓｉｎθ＝−Ｆ_S ｔａｎθ …（３１） よって（３１）式から静止時にはＦn ＜０となり、スラ
イダー７とスライダー装着軸６の接触面が運転時と逆に
なることになる。すなわち、運転時には、スライダーの
接触平坦面７ｂとスライダー装着軸の平坦面Ａ６ａが接
触し、スライダーの反接触平坦面７ｃとスライダー装着
軸の平坦面Ｂ６ｂの間には、ξなるすきまが存在してい
たものが、静止時になると、スライダー７がスライド方
向と直角方向に平行移動し、逆に反接触平坦面７ｃと平
坦面Ｂ６ｂが接触し、接触平坦面７ｂと平坦面Ａ６ａの
間にξなるすきまがあくことになる。図６に静止時にス
ライダー７が移動した後の断面図を示す。図７に示すよ
うに移動後には主軸５の中心とスライダー７の中心との
距離すなわち、偏心量ｒ’は運転時のときの偏心量ｒよ
りも小さくなる。スライダー７がスライド方向に平行に
偏心量が小さくなる方向にスライドする場合、すなわ
ち、リリーフする場合には、平板１０がε^* よりも変形
することになるわけであるが、静止時にはスライド方向
とは直角方向に平行移動して、偏心量が運転時の偏心量
ｒよりも小さくなるので、平板１０の変形はε^* よりも
小さくなる。ただし、スライダー７がスライド方向直角
方向に平行移動するためには、スライダー装着軸６の偏
心方向側端面部６ｃに形成された円弧状の曲面とそれと
接触する平板１０との間の摩擦係数をμ_S とすると、摩
擦力μ_S Ｆ_S よりも（３１）式より得られるＦ_n の絶対
値が大きくなければならないが、この条件は次式で表示
できる。 ｜Ｆ_n ｜＞μ_S Ｆ_S （３１）式より Ｆ_S ｔａｎθ＞μ_S Ｆ_S よって、 θ＞ｔａｎ^-1μ_S …（３２） となるが、この値は（１９）式で得られるθの値であれ
ば、摩擦係数μ_S が通常の値の場合必ず満足される。移
動後の偏心量ｒ’は、 ｒ’＝｛（ｒ−ξ）² ＋２ｒξ（１−ｓｉｎθ）｝^1/2 …（３３） であり、偏心量の減少分△ｒ＝ｒ−ｒ’である。したが
って、△ｒ≧ε^* が満足されるようなξを与えれば、平
板１０は全く変形していないことになる。すなわち、静
止時にはばね力がゼロとなっている。よって固定スクロ
ール１を装着するときに、スライダーの反接触平坦面７
ｃとスライダー装着軸の平坦面Ｂ６ｂが接触するように
揺動スクロール２をスライダー７といっしょに平行移動
させておけば、ばね力をゼロとして固定スクロール１を
装着でき、運転時には主軸５が回転し、接触平坦面７ｂ
と平坦面Ａ６ａが接触し、正規の偏心量ｒとなり、平板
１０がε^* 変形し、ばね力Ｆ_S を発生させることかでき
る。ただし、図７に示すようにスライダー７の移動後の
偏心量ｒ’には最小値が存在する。スライダー７の中心
が主軸５の中心から運転時の偏心方向に対してθの方向
を結ぶ線上に平行移動したとき、すなわちξ＝ｒｓｉｎ
θのときに、偏心量は最小値ｒ_min となり、 ｒ_min ＝ｒｃｏｓθ である。よって偏心量の減少分の最大値△ｒ_max は、 ｒ_max ＝ｒ（１−ｃｏｓθ） …（３４） となる。よって、△ｒ_max ≧ε^* ならば、静止時にばね
力を、ゼロとすることが可能なすなわち、固定スクロー
ル１を力を加えることなくスムースに装着することが可
能なξが必ず存在するわけであるが、（１９）式によっ
て得られたθと両スクロールの渦巻体によって決定され
る正規の偏心量ｒの値によっては△ｒ＜ε^* なる状況も
起こり得る。△ｒ＜ε^* となった場合、ξ＝ｒｓｉｎθ
でも静止時には平板１０は（ε^* −△ｒ_max ）変形する
ことになり、ばね力をゼロとすることができず、固定ス
クロール１の装着がスムースにできない。

【００２４】実施例２． そこで、確実に静止時に平板１０の変形すなわち、ばね
力をゼロとさせることを目的にこの発明の実施例２をこ
こで説明する。図８はこの発明の実施例２を示すスクロ
ール圧縮機の静止時に要部に作用する力の関係図であ
り、図２と同様あるいは相当する部分については同一符
号を付し、その説明は省略する。また図８以外の全体的
な構成については図１と同様である。図８において、ス
ライダーの偏心方向側溝端面部７ｄすなわち、段９と台
座１１は接触平坦面７ｂおよび反接触平坦面７ｃと直交
せず、反接触平坦面７ｃ側に開くかたちで、すなわち主
軸５の回転方向にα傾斜している。よって平板１０も当
然α傾斜する。ただし、この場合でも前述の実施例１と
同様にスライダー装着軸６の偏心方向側端面部６ｃに形
成された円弧状の曲面は、運転時すなわち、スライダー
の接触平坦面７ｂとスライダー装着軸の平坦面（Ａ）６
ａが接触し、スライダーの反接触平坦面７ｃをスライダ
ー装着軸の平坦面（Ｂ）６ｂの間にξなるすきまが存在
しているときは、段９の中央にて平板１０と線接触す
る。段９および台座１１をα傾斜させたことによって、
静止時のスライダー７および揺動スクロール２に作用す
る力から、（３０）、（３１）式に相当する関係を求め
ると、 Ｆ_R ＝Ｆ_S ｃｏｓα／ｃｏｓθ …（３５） Ｆ_n ＝−Ｆ_R ｓｉｎ（θ＋α）／ｃｏｓα＝−Ｆ_S ｓｉｎ（θ＋α）／ ｃｏｓθ …（３６） となり、実施例１同様Ｆ_n ＜０となり、スライダー７は
ξだけスライダー７のスライド方向と直角方向と直角方
向に平行移動を行なうが、移動後の偏心量ｒ’は図９か
らわかるように、 ｒ’＝［（ｒ−ξ）² ＋２ｒξ｛１−ｓｉｎ（θ＋α）｝］^1/2 …（３７） となり、ξ＝ｒｓｉｎ（θ＋α）のときに偏心量は最小
値ｒ_min となって、 ｒ_min ＝ｒｃｏｓ（θ＋α） よって、偏心量の減少分の最大値△ｒ_max は △ｒ_max ＝ｒ｛１−ｃｏｓ（θ＋α）｝ …（３８） となる。したがって、αの値を調整することによって、
必ず△ｒ_max ＝εとすることができる。すなわち、静止
時には平板１０の変形をゼロ、つまりばね力をゼロとす
ることができ、固定スクロール装着時には、スライダー
の反接触平坦面７ｃとスライダー装着軸の平坦面Ｂ６ｂ
が接触するように揺動スクロール２をスライダー７とい
っしょに平行移動させておけば、スムースに装着でき
る。なお、段９および台座１１それにともなって平板１
０がα傾斜することによって、運転時のスライダー７お
よび揺動スクロール２に作用する力のバランスから得ら
れる式が実施例１の（８）、（９）式に対して以下のよ
うに変化する。 （Ｆ_C −Ｆ_gr−Ｆ_R ）＋Ｆ_S ｃｏｓ（θ＋α）−Ｆ_n ｓｉｎθ±μ_n Ｆ_n ｃｏ ｓθ）＝０ …（８）’ （Ｆ_go＋μ_R Ｆ_R ）−Ｆ_S ｓｉｎ（θ＋α）−Ｆ_n ｃｏｓθ±μ_n Ｆ_n ｓｉｎ θ＝０ …（９）’ この方程式から実施例１同様に半径方向すきまを常にゼ
ロとしたい最大のガス負荷Ｆ_gon とリリーフをさせたい
圧縮負荷Ｆ_gomax 用いてスライダー７が希望の作動をす
るようなθおよびＦ_S を導き出せば良い。（８）’、
（９）’からわかるように、αの影響は比較的小さく、
α＝０すなわち、実施例１の場合とαを傾斜場合では、
θおよびＦ_S はあまり変化なく、運転特性に影響を及ぼ
すことなく、固定スクロール１の装着性を良くするため
の調整用として使用することが可能である。

【００２５】実施例３．なお、上記実施例では、スライダー７の偏心方向側溝端
面部７ｄに段９および台座１１を設け、スライダー装着
軸６の偏心方向側端面部６ｃに平板１０と接触する曲面
を形成していたが、図１０に示すようにスライダー７の
偏心方向側溝端面部７ｄに平板１０と接触する曲面を形
成し、スライダー装着軸６の偏心方向側端面部６ｃに段
９および台座１１を設けても同様な効果を奏する。

【００２６】実施例４．また、実施例１および２の場合には、スライダー装着軸
６の偏心方向側端面部６ｃに、また実施例３の場合には
スライダー７の偏心方向側溝端面部７ｄにキー溝を形成
し、そのキー溝に曲面を有する別体のキー等を嵌入さ
せ、そのキーの曲面が平板１０と接触するように構成し
ても同様な効果を奏するとともに、寸法調整のための加
工が容易に実施できるキーの寸法調整により、平板１０
の所定の変形量ε ^* を得るための寸法管理が容易に行う
ことができ、組立精度が向上できる。

【００２７】実施例５． 最後に、上記実施例はいずれも段９を設け、平板１０を
変形させてばね力を発生させていたが、スライダーの偏
心方向側溝端面部７ｄとスライダー装着軸６の偏心方向
側端面部６ｃともに平坦に形成し、その間に皿バネや圧
縮コイルバネなどの弾性体を挿入しても同様な効果を奏
する。

【００２８】

【発明の効果】請求項１および２記載のスクロール圧縮
機によれば、揺動スクロールと固定スクロールを正規に
組み合わせた状態で、両スクロールの渦巻体側面が接触
し、平板が所定寸法変形するところまでスライダーがス
ライド移動し、両スクロールで決定される偏心量ｒの状
態にて、平板の変形によって揺動スクロールの渦巻体側
面を固定スクロールの渦巻体側面に押し付けようとする
ばね力が発生されることによって、通常のガス圧縮時に
は、両スクロールの渦巻体側面が接触（接触力Ｆ _R ＞
０）したまま、すなわち常に両スクロール渦巻体間の半
径方向のすきまがゼ ロで洩れのない圧縮作用が行われ、
液圧縮時のように圧縮室内の圧力が増大し、揺動スクロ
ールの偏心方向と直角な方向の圧縮負荷Ｆ _go が増大した
場合には、スライダーを偏心量が小さくなる方向へスラ
イドさせようとする力が大きくなり、スライダーが偏心
量が小さくなる方向にスライド移動し、両スクロールの
渦巻体間に半径方向のすきまが生じ、圧縮室内の圧力を
リリーフさせ、両スクロールの渦巻体の折損が確実に防
止できる高効率で信頼性の高いスクロール圧縮機が得ら
れる効果がある。

【００２９】請求項３記載のスクロール圧縮機によれ
ば、請求項１および２の効果と併せて寸法調整のための
加工が容易に実施できるキーの寸法調整により、平板の
所定の変形量ε ^* を得るための寸法管理が容易に行うこ
とができ、高効率で信頼性が高く、しかも組立精度が向
上できるスクロール圧縮機種が得られる効果がある。

【００３０】請求項４記載のスクロール圧縮機によれ
ば、請求項１および２の効果と併せて固定スクロールを
確実にばね力をゼロの状態で装着でき、高効率で信頼性
が高くしかも組立作業性の極めて高いスクロール圧縮機
が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機を
示す縦断面図である。

【図２】図１の要部断面図および運転時に作用する力の
関係図である。

【図３】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機の
Ｆ_R とＦ_goの関係を示すグラフ図である。

【図４】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機の
平板の状態図である。

【図５】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機の
要部の静止時に作用する力の関係図である。

【図６】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機の
静止時にスライダーが平行移動した後の要部断面図であ
る。

【図７】この発明の実施例１によるスクロール圧縮機の
静止時にスライダーが平行移動したときの偏心量の変化
の説明図である。

【図８】この発明の実施例２によるスクロール圧縮機の
要部断面図および静止時に作用する力の関係図である。

【図９】この発明の実施例２によるスクロール圧縮機の
静止時にスライダーが平行移動したときの偏心量の変化
の説明図である。

【図１０】この発明の実施例３によるスクロール圧縮機
の要部断面図である。

【図１１】従来のスクロール圧縮機を示す縦断面図であ
る。

【図１２】図１１の要部断面図および運転時に作用する
力の関係図である。

【符号の説明】

１ 固定スクロール ２ 揺動スクロール ２ｂ 揺動軸受 ５ 主軸 ６ スライダー装着軸 ６ｃ スライダー装着軸の偏心方向側端面部 ７ スライダー ７ｄ スライダーの偏心方向側溝端面部 ９ 段 １０ 平板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須川 昌晃 和歌山市手平６丁目５番66号 三菱電機 株式会社 和歌山製作所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれの台板上に渦巻体を突設させ、
   互いに位相を１８０°ずらして偏心させて組み合わせる
   ことにより圧縮室を形成する固定スクロールおよび揺動
   スクロールと、該揺動スクロールの反圧縮室側に設けら
   れた揺動軸受と、主軸の一端のスライダー装着軸に該主
   軸の軸線と直角な面内にスライド可能にかつ回転しない
   ように装着されたスライダーとを備え、該スライダーを
   前記揺動軸受に嵌合したスクロール圧縮機において、前
   記スライダーのスライド方向を前記揺動スクロールの偏
   心方向に対して、前記主軸の回転方向に所定量傾斜させ
   るとともに、該スライダーに形成された前記スライダー
   装着軸を収納する溝の揺動スクロール偏心方向側の溝端
   面部に段を設け、また前記スライダー装着軸の揺動スク
   ロール偏心方向側端面部には曲面を形成し、該スライダ
   ーの偏心方向側溝端面部とスライダー装着軸の偏心方向
   側端面部の間に、前記段に対して両端支持状態となるよ
   うな弾性体の平板を介在させ、該平板と前記スライダー
   装着軸の偏心方向側端面部の曲面が接触し、平板が所定
   量変形して前記固定スクロールおよび揺動スクロールの
   渦巻体側面が接触するよう構成したことを特徴とするス
   クロール圧縮機。
2. 【請求項２】 それぞれの台板上に渦巻体を突設させ、
   互いに位相を１８０°ずらして偏心させて組み合わせる
   ことにより圧縮室を形成する固定スクロールおよび揺動
   スクロールと、該揺動スクロールの反圧縮室側に設けら
   れた揺動軸受と、主軸の一端のスライダー装着軸に該主
   軸の軸線と直角な面内にスライド可能にかつ回転しない
   ように装着されたスライダーとを備え、該スライダーを
   前記揺動軸受に嵌合したスクロール圧縮機において、前
   記スライダーのスライド方向を前記揺動スクロールの偏
   心方向に対して、前記主軸の回転方向に所定量傾斜させ
   るとともに、前記スライダー装着軸の揺動スクロール偏
   心方向側の端面部に段を設け、また前記スライダーのス
   ライダー装着軸を収納する溝の揺動スクロール偏心方向
   側溝端面部には曲面を形成し、該スライダー装着軸の偏
   心方向側端面部とスライダーの偏心方向側溝端面部の間
   に、前記段に対して両端支持状態となるよ うな弾性体の
   平板を介在させ、該平板と前記スライダーの偏心方向側
   溝端面部の曲面が接触し、平板が所定量変形して前記固
   定スクロールおよび揺動スクロールの渦巻体側面が接触
   するよう構成したことを特徴とするスクロール圧縮機。
3. 【請求項３】 別体のキー等により前記平板と接触する
   曲面を形成したことを特徴とする請求項１または２記載
   のスクロール圧縮機。
4. 【請求項４】 前記段が形成される端面部がスライダー
   のスライド方向とは直交せず、前記主軸の回転方向に所
   定量傾斜していることを特徴とする請求項１から３記載
   のいずれかのスクロール圧縮機。