JP6266097B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍・空調用途に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール型の圧縮機（以下、スクロール圧縮機と称する）の渦巻形状としては、円のインボリュートを用いて渦巻を構成するのが一般的である。この場合、渦巻形状は、基礎円半径ａ、歯厚ｔ、歯高ｈ及び伸開角により決定され、組込容積比や行程容積は、これらのパラメータによって設計自由度が限定される。

そこで、組込容積比や行程容積、歯厚などに対する設計自由度を増し、用途に応じた最適な渦巻形状を与えるために、渦巻形状を外向面と内向面とが伸開角に対する位相差を有し、伸開角に応じて半径が変化する円の伸開線により形成するようにしたスクロール流体機械の例がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−１３７２８６号公報

特許文献１のスクロール流体機械においては、渦巻を形成する伸開線の基礎円半径をａ、伸開角をφで表したとき、ａをφの関数ｆ（φ）として、
ａ＝ｆ（φ）＝ａｓ＋Δａ・φ・・・式（１）で与え、
渦巻の外向面のＸ座標Ｘｏ、Ｙ座標Ｙｏを、
Ｘｏ＝ｆ（φ）・ｃｏｓφ＋｛ｆ（φ）・φ＋１／２・（ｔ０＋Δａ・π・φ）｝・ｓｉｎφ
Ｙｏ＝ｆ（φ）・ｓｉｎφ−｛ｆ（φ）・φ＋１／２・（ｔ０＋Δａ・π・φ）｝・ｃｏｓφ・・・式（２）で、
内向面のＸ座標Ｘｉ，Ｙ座標Ｙｉを
Ｘｉ＝ｆ（φ−π）・ｃｏｓφ＋｛ｆ（φ−π）・φ−１／２・（ｔ０＋Δａ・π・（φ−π））｝・ｓｉｎφ
Ｙｉ＝ｆ（φ−π）・ｓｉｎφ−｛ｆ（φ−π）・φ−１／２・（ｔ０＋Δａ・π・（φ−π））｝・ｃｏｓφ・・・式（３）で設定するとしている。

また、特許文献１には、渦巻の一部の形状を伸開角に応じて半径が変化する円の伸開線により形成し、残りの形状を伸開角に対して半径が一定の円の伸開線により形成する例についても言及されている。

しかしながら、巻始め（伸開角φｓ）からある伸開角φｓ０までを式（１）〜式（３）に基づく歯厚変化渦巻、φｓ０から巻終わりまでを歯厚一定渦巻で、φ＝φｓ０で歯厚変化部分と歯厚一定部分が滑らかに接続するような渦巻を構成しようとすると、ｆ’（φ）＝ｄｆ／ｄφ＝Δａ＞０としているにもかかわらず、φｓからφｓ０にかけて歯厚が減少したり、ｆ’（φ）＝ｄｆ／ｄφ＝Δａ＜０としたときにφｓ＜φ＜φｓ０の位置で最小歯厚となったりする。そのため、複雑な渦巻形状となるため、実際の部分歯厚変化渦巻設計に用いるには困難が伴ってしまう。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、歯厚一定部分と滑らかに接続する歯厚変化部分がシンプルな歯厚分布の、設計的に扱いやすい部分歯厚変化渦巻形状を備えたスクロール圧縮機を提供することを目的としている。

本発明に係るスクロール圧縮機は、固定スクロールの渦巻と揺動スクロールの渦巻とを組み合わせて形成される圧縮室で流体を圧縮するスクロール圧縮機であって、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻は、歯厚一定部分及び歯厚変化部分を有しており、前記歯厚一定部分及び前記歯厚変化部分における所定の伸開角φｏｓ０とφｉｓ０＝φｏｓ０＋πに対して、φ＞φｏｓ０の外向面とφ＞φｉｓ０の内向面が歯厚ｔ０、基礎円ａ０のインボリュート形状からなり、前記歯厚変化部分における所定の伸開角φｏｓ＜φｏｓ０とφｉｓ＝φｏｓ＋πに対して、φｏｓ＜φ＜φｏｓ０の外向面の座標（ｘｏ，ｙｏ）とφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面の座標（ｘｉ，ｙｉ）が、
Δ＞０・・・式（４）として、
ｘｉ＝ａ０・ｃｏｓφ＋（ｌｉ（φ）−ｔｉ（φ）／２）・ｓｉｎφ、
ｙｉ＝ａ０・ｓｉｎφ−（ｌｉ（φ）−ｔｉ（φ）／２）・ｃｏｓφ・・・式（５）、
ただし、
ｔｉ（φ）＝ｔ０＋Δ・（φ−φｉｓ０）・・・式（６）、
ｌｉ（φ）＝（ａ０−Δ）・（φ−φｉｓ０）＋Δ／（２π）・（φ−φｉｓ０）^２＋ａ０・φｉｓ０・・・式（７）、
ｘｏ＝ａ０・ｃｏｓφ＋（ｌｏ（φ）＋ｔｏ（φ）／２）・ｓｉｎφ、
ｙｏ＝ａ０・ｓｉｎφ−（ｌｏ（φ）＋ｔｏ（φ）／２）・ｃｏｓφ・・・式（８）、
ただし、
ｔｏ（φ）＝ｔ０＋Δ・（φ−φｏｓ０）・・・式（９）、
ｌｏ（φ）＝（ａ０−Δ）・（φ−（φｉｓ０−π））＋Δ／（２π）・（φ−（φｉｓ０−π））^２＋ａ０・（φｉｓ０−π）−Δ・（φ−φｏｓ０）・・・式（１０）、として構成され、Δ＞０であるため、φｉｓ＜φ＜φｉｓ０の前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚変化部分の内向面が、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚一定部分の内向面よりも歯厚が減少する方向に移動し、φｏｓ＜φ＜φｏｓ０の前記揺動スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚変化部分の外向面が、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚一定部分の外向面よりも歯厚が減少する方向に移動しているものである。

本発明に係るスクロール圧縮機によれば、巻終わり側の歯厚一定部分と滑らかに接続する巻始め側の歯厚変化部分に、シンプルな歯厚分布の設計的に扱いやすい部分歯厚変化渦巻形状が得られ、巻始め部分の設計自由度が高くなることにより、用途に最適な渦巻形状を構成することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の全体構造を概略的に示す概略断面図である。 本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の圧縮過程を説明するための渦巻平面形状図である。 従来のスクロール圧縮機の圧縮過程を説明するための渦巻平面形状図である。 本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の部分歯厚変化渦巻を説明するための渦巻の巻始め部分の平面形状図である。 式（１）〜式（３）に基づく部分歯厚変化渦巻を、図４の実施例と同じ歯厚一定渦巻に同じ伸開角位置で接続し、同じ伸開角範囲で歯厚変化させて構成した渦巻形状を示した図である。 伸開角φと、伸開角φに対する歯厚ｔの変化と、を説明するための説明図である。 渦巻の巻始め部分の受圧部分を説明する模式図（ａ）と、強度パラメータの説明図（ｂ）と、示している。 従来のスクロール圧縮機の歯厚一定渦巻と、本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機の部分歯厚変化渦巻とで、球根部の小円半径に対して、ｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉ をプロットしたグラフである。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るスクロール圧縮機１の全体構造を概略的に示す概略断面図である。図１に基づいて、スクロール圧縮機１の構成及び動作について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。

スクロール圧縮機１は、たとえば冷蔵庫や冷凍庫、自動販売機、空気調和機、冷凍装置、給湯器等の冷凍・空調用途に用いられる冷凍サイクル装置に適用されるものである。このスクロール圧縮機１は、冷凍サイクルを循環する冷媒等の流体を吸入し、圧縮して高温・高圧の状態にして吐出させるものである。

スクロール圧縮機１は、固定スクロール１１、揺動スクロール１２、オルダムリング１３、フレーム１４、軸１５、第１バランサ１６、第２バランサ１７、ロータ１８、ステータ１９、副軸受２０、及び、吐出弁２５が密閉容器２１内に収納されて構成されている。密閉容器２１の底部は、潤滑油２２を貯留する油だめとなっている。また、密閉容器２１の側面に流体を吸入するための吸入管２３が、上面に流体を吐出するための吐出管２４が、それぞれ連接されている。

固定スクロール１１は、密閉容器２１内に固定支持されているフレーム１４に図示省略のボルト等によって固定されている。固定スクロール１１は、鏡板と、鏡板の一方の面に立設された渦巻と、を有している。また、固定スクロール１１の略中央部には、圧縮された流体を吐出するための吐出ポート１１１が貫通形成されている。さらに、固定スクロール１１の吐出ポート１１１の出口部には、吐出弁２５が設置される凹部が形成されている。吐出弁２５は、吐出ポート１１１を覆うように設置され、流体の逆流を防止するようになっている。

揺動スクロール１２は、オルダムリング１３によって固定スクロール１１に対して自転運動することなく揺動運動を行なうようになっている。揺動スクロール１２は、鏡板と、鏡板の一方の面に立設された渦巻と、を有している。また、揺動スクロール１２の渦巻の形成面とは反対側の面の略中心部には、中空円筒形状のボス部１２１が形成されている。このボス部１２１には、後述する軸１５の上端に設けられた偏心部１５１が嵌入（係合）される。

そして、固定スクロール１１と揺動スクロール１２とは、それぞれの渦巻を互いに噛み合わせるようにして嵌合され、密閉容器２１内に装着される。そして、それぞれの渦巻の間には、容積が変化する圧縮室４が形成される。

オルダムリング１３は、揺動スクロール１２のスラスト面（渦巻形成面とは反対側の面）に配設され、揺動スクロール１２の自転運動を阻止するために機能する。すなわち、オルダムリング１３は、揺動スクロール１２の自転運動を阻止するとともに、揺動スクロール１２の揺動運動を可能とする機能を果たすようになっている。オルダムリング１３の上下面には、互いに直交するように突設された爪（図示省略）が形成されている。オルダムリング１３の爪は、揺動スクロール１２、フレーム１４に形成されたオルダム溝（図示省略）に嵌入されるようになっている。

ロータ１８は、軸１５に固定され、ステータ１９への通電により、軸１５を回転駆動するようになっている。なお、ロータ１８の下面には、第２バランサ１７がリベット等で取り付けられている。

ステータ１９は、ロータ１８の外周側に所定の隙間を空けて配置され、外周面が焼き嵌め等により密閉容器２１に固着支持されている。

軸１５は、ステータ１９の通電によりロータ１８とともに回転し、その駆動力を偏心部１５１に装着されている揺動スクロール１２に伝達するものである。なお、軸１５の内部には、密閉容器２１の底部に貯留してある潤滑油２２の流路となる図示省略の給油路が形成されている。

また、軸１５のロータ１８の上方に位置する部分には、第１バランサ１６が焼き嵌め等で取り付けられている。

密閉容器２１の内周面には、外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、固定スクロール１１を支持するとともに、中心部に形成された貫通孔を介して軸１５を回転可能に支持するフレーム１４が設置されている。このフレーム１４は、揺動スクロール１２を回転可能に支持する機能も有している。フレーム１４の貫通穴には、軸１５を回転自在に支持する図示省略の主軸受部が設けられている。

また、密閉容器２１の下方内周面には、外周面が焼き嵌めや溶接等によって固着され、中心部に形成された貫通孔に、軸１５の下方部分を回転可能に支持する副軸受２０が設けられたサブフレーム１４Ａが設置されている。

スクロール圧縮機１の基本的な動作を説明する。
ステータ１９に電力が供給されると、ロータ１８がトルクを発生し、フレーム１４の主軸受部と副軸受２０とで支持された軸１５が回転する。軸１５の偏心部１５１によりボス部１２１が駆動される揺動スクロール１２は、オルダムリング１３により自転が規制され、公転運動する。つまり、フレーム１４のオルダム溝方向に往復動するオルダムリング１３により自転を規制された状態で揺動スクロール１２のボス部１２１が軸１５の偏心部１５１により駆動されることにより、揺動スクロール１２が揺動運動する。これにより、固定スクロール１１の渦巻と揺動スクロール１２の渦巻との組み合せで形成された圧縮室４の容積を変化させる。

揺動スクロール１２の揺動運動に伴い吸入管２３から密閉容器２１内に吸入されたガス状態の流体が、固定スクロール１１と揺動スクロール１２との両渦巻間の圧縮室４に取り込まれ、圧縮されていく。そして、圧縮された流体は、固定スクロール１１に設けた吐出ポート１１１から吐出弁２５に抗して吐出され、吐出管２４からスクロール圧縮機１の外部、すなわち冷媒回路へ排出される。

なお、揺動スクロール１２とオルダムリング１３との運動に伴うアンバランスを軸１５に取り付けられた第１バランサ１６とロータ１８に取り付けられた第２バランサ１７によって釣り合わせるようになっている。また、密閉容器２１の下部に貯留した潤滑油２２は、軸１５内に設けられた給油路から各摺動部（主軸受部、副軸受２０、スラスト面など）に供給されるようになっている。

図２は、スクロール圧縮機１の圧縮過程を説明するための渦巻平面形状図である。図２に基づいて、スクロール圧縮機１の圧縮過程について説明する。なお、図３は、従来のスクロール圧縮機の圧縮過程を説明するための渦巻平面形状図である。

図２（ａ）は、固定スクロール１１に組み合わされた揺動スクロール１２が最外室を形成した吸入完了の位置にあるときの状態を示している。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の状態から揺動スクロール１２が９０ｄｅｇ揺動した位置にあるときの状態を示している。
図２（ｃ）は、図２（ａ）の状態から揺動スクロール１２が１８０ｄｅｇ揺動した位置にあるときの状態を示している。
図２（ｄ）は、図２（ａ）の状態から揺動スクロール１２が２７０ｄｅｇ揺動した位置にあるときの状態を示している。

すなわち、揺動スクロール１２は、（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）→（ａ）と揺動運動、すなわち自転を伴わない公転運動を行う。これにより、各圧縮室４は容積を減じていき、吸入されたガス状態の流体は圧縮されるとともに順次中央へ送られ、最内室から固定スクロール１１に設けられた吐出ポート１１１を経てスクロール圧縮機１の外部へ吐出される。

図３では、従来の歯厚変化しないインボリュート形状の渦巻を示している。そして、固定スクロール１１及び揺動スクロール１２の渦巻を組み合わせることにより形成される圧縮室４の揺動スクロール１２の揺動運動による容積減少という動作は、図２に示す本発明の実施の形態の場合と同様である。

図４は、スクロール圧縮機１の部分歯厚変化渦巻を説明するための渦巻の巻始め部分の平面形状図である。図４に基づいて、スクロール圧縮機１の部分歯厚変化渦巻について説明する。図４では、スクロール圧縮機１の部分歯厚変化渦巻の形状を説明するために、図２に示した部分歯厚変化渦巻と、図３に示した歯厚一定渦巻の巻始め部分と、を重ね合わせて図示している。

図４において、（ａ）は部分歯厚変化渦巻の各部分に符号を付し、（ｃ）は（ａ）と同じ図で歯厚一定渦巻の各部分に符号を付し、（ｂ）は固定スクロールで各部分間の接続点と対応する記号を付している。なお、ここでは、部分歯厚変化渦巻、歯厚一定渦巻共に、揺動スクロール１２と固定スクロール１１の渦巻が同形状の例を示しているので、（ｂ）に示す記号は、揺動スクロール１２についても同様にあてはまる。

図４において、破線で示した伸開角でφ＞φｏｓ０の外向面とφ＞φｉｓ０の内向面は、部分歯厚変化渦巻、歯厚一定渦巻共に歯厚ｔ０、ピッチｐ０（基礎円半径ａ０＝ｐ０／（２π））の通常のインボリュート曲線で構成されている。

歯厚一定渦巻では、φｏｓ’＜φ＜φｏｓ０の外向面１１４ｂ、外向面１２４ｂ及びφｉｓ’＜φ＜φｉｓ０の内向面１１５ｂ、内向面１２５ｂも、それぞれφ＞φｏｓ０の外向面及びφ＞φｉｓ０の内向面と同じインボリュート曲線である。
それに対し、部分歯厚変化渦巻では、φｏｓ＜φ＜φｏｓ０の外向面歯厚変化部１１４、外向面歯厚変化部１２４及びφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面歯厚変化部１１５、内向面歯厚変化部１２５は、前述の式（４）〜式（１０）に基づく曲線で構成されている。

今、式（４）のΔがΔ＞０に設定されているので、φｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面歯厚変化部１１５、内向面歯厚変化部１２５が、歯厚一定渦巻のφｉｓ’＜φ＜φｉｓ０の内向面１１５ｂ、内向面１２５ｂよりも外側、すなわち歯厚が減少する方向に移動している。また、固定スクロール１１のφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面歯厚変化部１１５と接触すべき揺動スクロール１２のφｏｓ＜φ＜φｏｓ０の外向面歯厚変化部１２４は、固定スクロールのφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面歯厚変化部１１５の移動量に応じた各伸開角位置での移動量分だけ歯厚一定渦巻よりも外側に移動している。この関係は、揺動スクロール１２のφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面歯厚変化部１２５と固定スクロール１１のφｏｓ＜φ＜φｏｓ０の外向面歯厚変化部１１４についても同じである。
なお、φｏｓは外向面伸開始点角を表し、φｉｓは内向面伸開始点角を表している。

外向面開始点と内向面開始点の間は、歯厚一定渦巻のｉｓ’〜ｏｓ’、部分歯厚変化渦巻のｉｓ〜ｏｓ共に、それぞれの開始点位置に応じた小円部と大円部で滑らかに接続されている。すなわち、歯厚一定渦巻の固定スクロール１１は小円部１１２ｂと大円部１１３ｂ、揺動スクロール１２は小円部１２２ｂと大円部１２３ｂでいわゆる“球根”形状が形成されている。また、部分歯厚変化渦巻の固定スクロール１１は小円部１１２と大円部１１３、揺動スクロール１２は小円部１２２と大円部１２３でいわゆる“球根”形状が形成されている。

部分歯厚変化渦巻では、φｉｓ＜φ＜φｉｓ０の部分で歯厚を減じる方向に内向面を移動させた分、球根形状を配置するスペースが拡がるので、小円部、大円部それぞれの半径を歯厚一定渦巻に較べて大きくすることが可能となっている。

図５は、前述の式（１）〜式（３）に基づく部分歯厚変化渦巻を、図４の実施例と同じ歯厚一定渦巻に同じ伸開角位置で接続し、同じ伸開角範囲で歯厚変化させて構成した渦巻形状を示した図である。固定スクロール１１、揺動スクロール１２共に、内向面歯厚変化部１１５、内向面歯厚変化部１２５と外向面歯厚変化部１１４、外向面歯厚変化部１２４がそれぞれ外周側の歯厚一定渦巻部分（破線で示す）に接続し、固定スクロール１１の外向面歯厚変化部１１４と内向面歯厚変化部１１５の間は小円部１１２と大円部１１３で、揺動スクロール１２の外向面歯厚変化部１２４と内向面歯厚変化部１２５の間は小円部１２２と大円部１２３で、それぞれ球根形状が形成されている。

図５の従来のスクロール圧縮機の部分歯厚変化渦巻と、図４のスクロール圧縮機１の部分歯厚変化渦巻と、の差異は、平面形状を見ただけではわかりにくいが、それぞれの歯厚分布を較べることで明らかとなる。

図６は、伸開角φと、伸開角φに対する歯厚ｔの変化と、を説明するための説明図である。図６では、横軸に伸開角φを、縦軸に伸開角φに対する歯厚ｔの変化を、それぞれ示している。また、図６（ａ）が従来のスクロール圧縮機の図５の部分歯厚変化渦巻について示し、図６（ｂ）がスクロール圧縮機１の図４の部分歯厚変化渦巻について示している。図６（ａ）及び（ｂ）の何れもφ＞φｉｓ０＝２．８８４πの部分は歯厚一定であるが、φｉｓ〜φｉｓ０の歯厚変化部分の歯厚は大きく異なる。

図６（ｂ）に示すスクロール圧縮機１では伸開角φが小さくなると歯厚が減少していくのに対して、図６（ａ）に示す従来のスクロール圧縮機では一旦減少した歯厚が増加に転ずる点が現れる。
この点は、外向面が歯厚一定形状から歯厚変化形状に切り替わる点、φ＝φｏｓ０（＝１．８８４π）の点である。すなわち、内向面が歯厚変化形状で外向面は歯厚一定形状となっているφｏｓ０＜φ＜φｉｓ０の範囲では、伸開角φが小さくなると歯厚が減少するが、内向面、外向面共に歯厚変化形状となるφ＜φｏｓ０の部分はｆ’（φ）＝ｄｆ／ｄφ＝Δａ＞０の設定どおりにφに対して歯厚が減少（φが小さくなると歯厚が増大）の傾向を示すことになる。

スクロール圧縮機１では、φ＝φｏｓ０での歯厚変化割合の変化は生じるものの、式（４）のΔ＞０の設定どおりφに対する歯厚増大傾向は変わらず、最小歯厚はφ＝φｉｓの位置になるので、Δ等のパラメータは、従来のスクロール圧縮機のΔａ等よりも、容易に選択することができる。

スクロール圧縮機１に基づくと、部分歯厚変化渦巻を容易に構成することができ、設計的自由度が増すことによる利点の一つに、球根部の強度向上がある。渦巻の巻始め部分の球根部について、強度確保するための概略検討として、最内室とその外側の圧縮室とが連通して圧縮が完了するタイミング（いわゆる“連通角”の位置）での差圧作用部分を概略梁とみなして比較する方法がある。

球根部で応力的に厳しいのは、連通直前の最内室と次の圧縮室との差圧が大きくなる（多くの場合 高圧縮比）条件で小円部の根元部分である。図７は、渦巻の巻始め部分の受圧部分を説明する模式図（ａ）と、強度パラメータの説明図（ｂ）と、示している。

図７（ａ）に示す受圧部分を、図７（ｂ）のような断面形状の梁で近似すると、受圧スパンｌに作用する差圧ΔＰによる小円部根元発生応力は、断面二次モーメントＩ、中立軸から小円部先端までの距離ｙ０−ｙ、歯高ｈを用いてΔＰ×ｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉとなる。したがって、ｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉを比較することで、球根部の概略強度を較べることができる。

図８は、従来のスクロール圧縮機の歯厚一定渦巻と、スクロール圧縮機１の部分歯厚変化渦巻とで、球根部の小円半径に対して、ｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉ をプロットしたグラフである。図８では、横軸に球根部の小円半径を、縦軸にｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉ を、それぞれ示している。図８では、ｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉ の値が小さい程、同じ差圧に対して応力が低い、すなわち強度が高いことを示している。

歯厚一定渦巻の場合、外向面の始点（φ＝φｏｓの点）と内向面の始点（φ＝φｉｓの点）が固定されるので、２点間を結ぶ小円と大円の半径の組合せは小円半径Ｒｓを与えると一義に決まり、Ｒｓを大きくすると大円半径のＲｌは小さくなる。固定スクロール１１と揺動スクロール１２が同形状のときを考えると、渦巻のインボリュート部によって決まる揺動スクロール１２の揺動半径Ｒｒに対してＲｌ＞Ｒｓ＋Ｒｒであることが必要で、Ｒｌ＝Ｒｓ＋ＲｒとなるようなＲｌとＲｓの組合せは円弧部分でも接触が継続する所謂“０球根”の場合で、小円半径Ｒｓの上限を与えることになる。

したがって、歯厚一定渦巻では０球根のＲｓとＲｌの組み合せのときが球根部の強度が最も高く、設計寸法選択によるそれ以上の強度向上は不可能であるが、部分歯厚変化渦巻で巻始め部を歯厚を変化させることにより、更に強度を向上させることが可能となる。

図８では、歯厚一定渦巻（線Ａ）の小円半径Ｒｓ＝３．５ｍｍの仕様とＲｌ−（Ｒｓ＋Ｒｒ）が同じとなる条件で、部分歯厚変化渦巻（線Ｂ、線Ｃ、線Ｄ）に形成した球根部寸法でｌ・ｈ^２／２・（ｙ０−ｙ）／Ｉの値をプロットしている。
線Ｂは、歯厚変化範囲がπ（φｉｓ＝１．６３４π、φｉｓ０＝２．６３４π）、線Ｃは、歯厚変化範囲が１．２５π（φｉｓ＝１．６３４π、φｉｓ０＝２．８８４π）、線Ｄは、歯厚変化範囲が１．５π（φｉｓ＝１．６３４π、φｉｓ０＝３．１３４π）の場合である。なお、図２及び図４に示した部分歯厚変化渦巻は、線Ｂのうちの一例である。

図８から、部分歯厚変化渦巻化することにより、歯厚一定渦巻では不可能であったレベルまで応力を低減し、球根部の強度を向上することが可能となることがわかる。
以上のように、スクロール圧縮機１によれば、用途に最適な渦巻形状にするために、渦巻の巻始め部分の設計自由度を増すことができる部分歯厚変化渦巻形状をシンプルな設定で得ることができる。

１ スクロール圧縮機、４ 圧縮室、１１ 固定スクロール、１２ 揺動スクロール、１３ オルダムリング、１４ フレーム、１４Ａ サブフレーム、１５ 軸、１６ 第１バランサ、１７ 第２バランサ、１８ ロータ、１９ ステータ、２０ 副軸受、２１ 密閉容器、２２ 潤滑油、２３ 吸入管、２４ 吐出管、２５ 吐出弁、１１１ 吐出ポート、１１２ 小円部、１１２ｂ 小円部、１１３ 大円部、１１３ｂ 大円部、１１４ 外向面歯厚変化部、１１４ｂ 外向面、１１５ 内向面歯厚変化部、１１５ｂ 内向面、１２１ ボス部、１２２ 小円部、１２２ｂ 小円部、１２３ 大円部、１２３ｂ 大円部、１２４ 外向面歯厚変化部、１２４ｂ 外向面、１２５ 内向面歯厚変化部、１２５ｂ 内向面、１５１ 偏心部。

Claims (2)

1. 固定スクロールの渦巻と揺動スクロールの渦巻とを組み合わせて形成される圧縮室で流体を圧縮するスクロール圧縮機であって、
   前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻は、
   歯厚一定部分及び歯厚変化部分を有しており、
   前記歯厚一定部分及び前記歯厚変化部分における所定の伸開角φｏｓ０とφｉｓ０＝φｏｓ０＋πに対して、φ＞φｏｓ０の外向面とφ＞φｉｓ０の内向面が歯厚ｔ０、基礎円ａ０のインボリュート形状からなり、
   前記歯厚変化部分における所定の伸開角φｏｓ＜φｏｓ０とφｉｓ＝φｏｓ＋πに対して、φｏｓ＜φ＜φｏｓ０の外向面の座標（ｘｏ，ｙｏ）とφｉｓ＜φ＜φｉｓ０の内向面の座標（ｘｉ，ｙｉ）が、
   Δ＞０として、
   ｘｉ＝ａ０・ｃｏｓφ＋（ｌｉ（φ）−ｔｉ（φ）／２）・ｓｉｎφ、
   ｙｉ＝ａ０・ｓｉｎφ−（ｌｉ（φ）−ｔｉ（φ）／２）・ｃｏｓφ、
   ただし、ｔｉ（φ）＝ｔ０＋Δ・（φ−φｉｓ０）、
   ｌｉ（φ）＝（ａ０−Δ）・（φ−φｉｓ０）＋Δ／（２π）・（φ−φｉｓ０）^２＋ａ０・φｉｓ０、
   ｘｏ＝ａ０・ｃｏｓφ＋（ｌｏ（φ）＋ｔｏ（φ）／２）・ｓｉｎφ、
   ｙｏ＝ａ０・ｓｉｎφ−（ｌｏ（φ）＋ｔｏ（φ）／２）・ｃｏｓφ、
   ただし、ｔｏ（φ）＝ｔ０＋Δ・（φ−φｏｓ０），ｌｏ（φ）＝（ａ０−Δ）・（φ−（φｉｓ０−π））＋Δ／（２π）・（φ−（φｉｓ０−π））^２＋ａ０・（φｉｓ０−π）−Δ・（φ−φｏｓ０）、
   として構成され、
   Δ＞０であるため、
   φｉｓ＜φ＜φｉｓ０の前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚変化部分の内向面が、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚一定部分の内向面よりも歯厚が減少する方向に移動し、
   φｏｓ＜φ＜φｏｓ０の前記揺動スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚変化部分の外向面が、前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの歯厚一定部分の外向面よりも歯厚が減少する方向に移動している
   スクロール圧縮機。
2. 前記固定スクロール及び前記揺動スクロールの渦巻は、
   外向面のφ＝φｏｓの点と内向面のφ＝φｉｓの点の間を２円弧で結ぶ形状として構成される
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。

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