JPH09177683A

JPH09177683A - スクロール形流体機械

Info

Publication number: JPH09177683A
Application number: JP34177095A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yanagisawa; 雅典柳沢; Toshiaki Yoshii; 利彰吉井; Hiroyuki Kuroiwa; 弘之黒岩
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-11
Anticipated expiration: 2015-12-27
Also published as: JP3146963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】背圧機構に導入する圧力を適正に制御し、スラ
スト損失を低減すると共に、背圧の変動を小さくし、ス
クロール２の挙動を安定化させる。【解決手段】各スクロール１，２の渦巻体１２，２２
を、巻角の異なる非対称渦巻に形成した上で、背圧機構
に連通させる背圧取出穴４を、二系統の流体作動室Ａ，
Ｂに交互に連通する位置に開口させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主に空調機や冷凍
機の冷媒圧縮機に用いるスクロール形流体機械に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、特公昭５７−２３７９３号公報等
で知られているように、渦巻巻角を等しくした対称渦巻
をもつ一対のスクロールを備え、その渦巻体間に対称な
二系統の流体作動室を画成している。そして、旋回側の
スクロールの背面に、中間圧力域にある流体作動室に連
通する背圧機構を設けて、旋回側のスクロールを非旋回
側のスクロールに押付ける逆スラスト力を生むようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、対称渦巻をも
つものでは、図４及び図５中想像線で示すように、背圧
機構に連通させる背圧取出穴Ｈは、例えば非旋回側のス
クロール１の渦巻内面に接するように設けられ、図６に
示すように、クランク回転角３６０°の範囲内で、逆ス
ラスト力を確保できる必要最低圧力以上にある第１系統
の流体作動室Ａにのみ連通する構成となっている。この
ため、第１系統の流体作動室Ａの容積縮小が進んだ後半
部において、背圧機構には過大な圧力が導入されること
になり、逆スラスト力が過剰に大きくなって、損失が大
きくなる問題があると共に、背圧の変動が大きく、旋回
側のスクロールの挙動が不安定になる問題がある。

【０００４】即ち、図１１に示すように、対称渦巻で
は、背圧取出穴Ｈを第１系統の流体動作室Ａと第２系統
の流体作動室Ｂの間で連通が切換わる位置に開口しよう
としても、同圧の室Ａ１，Ｂ１の間で単に系統のみが変
わるに過ぎず（Ｈ１の場合）、結局、同一系統の室に連
通させているのと同じであるか、或は、高圧側の室Ｂ２
から１回転分遅れた低圧側の室Ａ１に連通が切換わって
（Ｈ２の場合）、図６のＡ２，Ｂ２曲線から想像線のＡ
１，Ｂ１曲線へシフトすることになり、逆スラスト力を
生むための必要最低圧力を確保できなくなるからであ
る。

【０００５】ところで、背圧機構は、以上のように、旋
回側のスクロールを非旋回側のスクロールに押付ける逆
スラスト力を生む役目を担うだけでなく、旋回側のスク
ロールを非旋回側のスクロールの反対側に付勢する正ス
ラスト力を適度に緩和する役目を担うこともできる。し
かしながら、従来の対称渦巻では、図７及び図８中想像
線で示すように、その背圧取出穴Ｈは、例えば非旋回側
のスクロール１の渦巻外面に接するように設けられ、図
９に示すように、クランク回転角３６０°の範囲内で、
正スラスト力を確保できる上限圧力以下にある第２系統
の流体作動室Ｂにのみ連通する構成となっている。この
ため、図９のＢ室曲線で示すように、第２系統の流体作
動室Ｂの容積縮小が比較的浅い前半部において、背圧機
構には正スラスト力を低減するのに十分な圧力を導入す
ることができず、正スラスト力が過剰に大きくなって、
損失が大きくなる問題がある。又、逆スラストの場合と
同様に、背圧の変動が大きく、旋回側のスクロールの挙
動が不安定になる問題もある。

【０００６】即ち、図１１に示すように、対称渦巻で
は、背圧取出穴Ｈを第１系統の流体動作室Ａと第２系統
の流体作動室Ｂの間で連通が切換わる位置に開口しよう
としても、同圧の室Ａ１，Ｂ１の間で単に系統のみが変
わるに過ぎず（Ｈ１の場合）、結局、同一系統の室に連
通させているのと同じであるか、或は、高圧側の室Ｂ２
から１回転分遅れた低圧側の室Ａ１に連通が切換わって
（Ｈ２の場合）、図９のＢ２，Ａ２曲線から想像線のＢ
１，Ａ１曲線へシフトすることになり、かえって正スラ
スト力を低減すべき導入圧力が小さくなってしまうから
である。

【０００７】従って、従来の対称渦巻構造のものでは、
逆スラスト、正スラストに拘らず、背圧機構の圧力を適
正に制御するものではなく、逆スラストを確保し得るに
必要な最低圧力以上という条件、或は、正スラストを緩
和しつつも該正スラストを確保し得るに必要な上限圧力
以下という条件はクリアしても、その圧力値は適正と言
い難いと共にその圧力変動も大きく、スラスト損失が大
きい共にスクロールの挙動が不安定になる問題があっ
た。

【０００８】本発明の主目的は、背圧機構に導入する圧
力を適正に制御し、スラスト損失を低減できると共に、
背圧の変動を小さくし、スクロールの挙動を安定化でき
るスクロール形流体機械を提供する点にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記主目的を達成するために、図１又は図１０に示すよ
うに、渦巻体１２，２２間に二系統の流体作動室Ａ，Ｂ
を画成する一対のスクロール１，２を備え、一方のスク
ロールの背面に、中間圧力域にある流体作動室に連通す
る背圧機構８を設けたスクロール形流体機械において、
図４，５並びに図７，８に示すように、各スクロール
１，２の渦巻体１２，２２を、巻角の異なる非対称渦巻
に形成すると共に、背圧機構８に連通させる背圧取出穴
４を、二系統の流体作動室Ａ，Ｂに切換連通する位置に
開口した。スクロール形流体機械の代表例であるスクロ
ール形圧縮機では、流体作動室Ａ，Ｂは圧縮室を構成す
るものであり、その作動流体には圧縮性流体たる冷媒ガ
ス等が用いられる。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、非対称渦巻の典型例について所期の目的を
達成するため、同図４，５，７，８に示すように、非旋
回側のスクロール１の巻終角を、旋回側のスクロール２
の巻終角よりも約１８０°大きくしている構成にした。
巻終角を約１８０°大きくしているということは、巻数
でいうと、約半巻分長くしていることを意味する。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明において、旋回側のスクロール２のスラ
スト力を適正にするため、図１に示すように、旋回側の
スクロール２の背面に背圧機構８を設けている構成にし
た。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、逆スラスト力を適正にするため、背圧機構
８は、旋回側のスクロール２を非旋回側のスクロール１
に押付ける逆スラスト力を生む押付機構から成るものと
した。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、逆スラスト力を最適化するため、図４，５
に示すように、背圧取出穴４は、先行して圧力上昇する
第１系統の流体作動室Ａに連通している状態から、遅延
して圧力上昇する第２系統の流体作動室Ｂが、背圧機構
８において逆スラスト力を生むために必要な最低圧力に
達したとき第２系統の流体作動室Ｂに連通が切換わる位
置に開口させた。

【００１４】請求項６記載の発明は、請求項３記載の発
明において、正スラスト力を適正にするため、背圧機構
８は、旋回側のスクロール２を非旋回側のスクロール１
の反対側に押付ける正スラスト力を軽減する正スラスト
力軽減機構から成るものとした。

【００１５】請求項７記載の発明は、請求項６記載の発
明において、正スラスト力を最適化するため、図７，８
に示すように、背圧取出穴４は、先行して圧力上昇する
第１系統の流体作動室Ａに連通している状態から、該作
動室Ａが、背圧機構８において正スラスト力を軽減しな
がら必要最低限の正スラスト力を確保し得る上限圧力に
達したとき、遅延して圧力上昇する第２系統の流体作動
室Ｂに連通が切換わる位置に開口させた。

【００１６】請求項８記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明において、非旋回側のスクロール１に対
する背圧力を適正にするため、図１０に示すように、非
旋回側のスクロール１の背面に背圧機構８を設けている
構成にした。

【００１７】請求項９記載の発明は、請求項１〜８何れ
か一記載の発明において、背圧取出穴４の連通の切換を
良好にさせるため、該背圧取出穴４は、渦巻体の板幅に
等しい開口幅とした。

【００１８】請求項１０記載の発明は、請求項１〜９何
れか一記載の発明において、背圧機構８による背圧力を
スクロールに対しバランスよく作用させるため、図２に
示すように、該背圧機構８は、スクロールの中心部を取
り囲む環状作用面８０をもつ構成にした。

【００１９】

【発明の作用効果】請求項１記載の発明では、図４，
５，７，８に示すように、各スクロール１，２の渦巻体
１２，２２は巻角の異なる非対称渦巻を形成している。
このため、図６，９に示すように、第１系統の流体作動
室Ａの圧力上昇曲線（Ａ室曲線）と、第２系統の圧力上
昇曲線（Ｂ室曲線）とが所定の位相差をもつことにな
る。このため、背圧取出穴４を二系統の流体作動室Ａ，
Ｂに切換連通させることにより、図６の逆スラストを得
る場合は、逆スラストを確保できる必要最低圧力以上の
条件を満たしながら、１回転すなわち３６０°の範囲内
で、Ａ室曲線からＢ室曲線へのシフトが可能であり、こ
のようなシフトにより、背圧機構８への導入圧力が圧力
導入の後半において過大になるのを抑制できる。こうし
て、Ａ室曲線のままで推移する従来のものよりも過剰な
逆スラスト荷重を低減でき、損失を少なくできる。一
方、図９の正スラストを軽減する場合は、正スラストを
維持できる上限圧力以下の条件を満たしながら、１回転
すなわち３６０°の範囲内で、Ａ室曲線から適度に圧力
の高いＢ室曲線へのシフトが可能であり、このようなシ
フトにより、背圧機構８への導入圧力が圧力導入の前半
において低くなり過ぎるのを回避できる。こうして、Ｂ
室曲線のままで推移する従来のものよりも適正な正スラ
スト力の軽減力を得ることができ、正スラスト荷重が過
大になるのを抑制できて、損失を少なくできる。又、逆
スラスト、正スラスト何れも、背圧の変動を小さくで
き、スクロールの挙動を安定化させることができる。

【００２０】請求項２記載の発明では、図４，５，７，
８に示すように、非旋回側のスクロール１の巻終角を、
旋回側のスクロール２の巻終角よりも約１８０°大きく
しているから、第１系統の流体作動室Ａの圧力変化は、
第２系統の流体作動室Ｂよりも約１８０°だけ先行し、
図６又は図９に示すように、Ａ室曲線とＢ室曲線とは約
１８０°の位相差をもつことになる。こうして、上述し
た逆スラスト及び正スラストそれぞれについての圧力条
件を満たしながらＡ室曲線からＢ室曲線への的確なシフ
トを保証でき、非対称渦巻の典型例について所期の目的
を達成することができる。

【００２１】請求項３記載の発明では、図１に示すよう
に、旋回側のスクロール２の背面に背圧機構８を設けて
いるため、旋回側のスクロール２のスラスト力を適正に
することができる。

【００２２】請求項４記載の発明では、背圧機構８は、
旋回側のスクロール２を非旋回側のスクロール１に押付
ける逆スラスト力を生む押付機構から成るものであり、
図６に示したように、逆スラスト力を適正にでき、逆ス
ラスト損失を低減できる。

【００２３】請求項５記載の発明では、図４に示した回
転角から旋回スクロール２が図中矢印で示す向きに変位
すると、背圧取出穴４は先行して圧力上昇している図中
点々で示した第１系統の流体作動室Ａに連通する。この
角度が図６のθ１である。回転角が進んで、図５に示し
た回転角に達し、この回転角から旋回スクロール２が図
中矢印で示す向きに変位すると、背圧取出穴４は遅延し
て圧力上昇している図中点々で示した第２系統の流体作
動室Ｂに連通する。この角度が図６のθ２であり、この
角度θ２のときには、第２系統の流体作動室Ｂの圧力が
逆スラスト力を生むために必要な最低圧力に達してい
る。このため、必要な逆スラスト力を確保した上で、過
剰な逆スラスト力を極力排除でき、逆スラスト力を最適
化することができる。

【００２４】請求項６記載の発明では、背圧機構８は、
旋回側のスクロール２を非旋回側のスクロール１の反対
側に押付ける正スラスト力を軽減する正スラスト力軽減
機構から成るものであり、図９に示したように、正スラ
スト力を適正にでき、正スラスト損失を低減できる。

【００２５】請求項７記載の発明では、図７に示した回
転角から旋回スクロール２が図中矢印で示す向きに変位
すると、背圧取出穴４は先行して圧力上昇している図中
点々で示した第１系統の流体作動室Ａに連通する。この
角度が図９のθ１である。回転角が進んで、図８に示し
た回転角に達し、この回転角から旋回スクロール２が図
中矢印で示す向きに変位すると、背圧取出穴４は遅延し
て圧力上昇している図中点々で示した第２系統の流体作
動室Ｂに連通する。この角度が図９のθ３であり、この
角度θ３の直前には、第１系統の流体作動室Ａの圧力
は、正スラスト力を軽減しながら必要最低限の正スラス
ト力を確保し得る上限圧力に到達している。この状態
で、第１系統の流体作動室Ａから適度に圧力の高い第２
系統の流体作動室Ｂに連通を切換えることにより、正ス
ラストを適正に維持した上で、背圧取出穴４の連通前半
部であるθ１〜θ３の範囲の導入圧力を最適に高めるこ
とができ、正スラスト力を最適化することができる。

【００２６】請求項８記載の発明では、図１０に示すよ
うに、非旋回側のスクロール１の背面に背圧機構８を設
けているため、非旋回側のスクロール１の背圧力を適正
にでき、その鏡板１１の撓み変形等を良好に低減するこ
とができる。

【００２７】請求項９記載の発明では、図４，５，７，
８に示すように、背圧取出穴４は、渦巻体の板幅に等し
い開口幅であるため、第１系統の流体作動室Ａと第２系
統の流体作動室Ｂとの短絡を防止できながら、これら系
統の異なる流体作動室Ａ，Ｂを背圧機構８に対し良好に
切換連通させることができる。

【００２８】請求項１０記載の発明では、図２に示すよ
うに、背圧機構８は、スクロールの中心部を取り囲む環
状作用面８０をもつものとしたから、背圧機構８による
背圧力をスクロールに対しバランスよく作用させること
ができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】図１は、冷媒圧縮機への適用例を
示し、密閉ケーシング１００に、鏡板１１の下面にイン
ボリュート曲線に合致する渦巻体１２とこれに連続する
外周壁１３を突設した非旋回側の固定スクロール１と、
鏡板２１の上面に同じくインボリュート曲線に合致する
渦巻体２２を突設し且つ下面にボス筒２３を突設した旋
回側の公転スクロール２とを内装している。

【００３０】固定スクロール１は、ハウジング１０１に
固定支持している。公転スクロール２は、背面側に設け
る押付機構８により固定スクロール１の外周壁１３の下
面に設けるスラスト受面４１に押付けていると共に、ボ
ス筒２３を、駆動軸９０上端の偏心ピン９１に嵌合し且
つ規制ピン９２の遊びの範囲内でスライドするスライド
ブッシュ９３に嵌合させており、公転スクロール２を固
定スクロール１に対し径方向に変位可能としたコンプラ
イアンス機構９を構成している。

【００３１】押付機構８は、図２にも示すように、公転
スクロール２の鏡板２１の背面外周部に当接する大径リ
ング８１と小径リング８２を同心状に配設して、これら
リング８１，８２の間に環状作用面８０を形成してお
り、この作用面８０に第１及び第２系統の流体作動室
Ａ，Ｂにおける圧縮途上の中間圧力域に切換連通する背
圧取出穴４から導入通路８３を介して導く圧力を作用さ
せている。尚、各リング８１，８２の背面には、図３に
示すように、ゴム等の弾性体から成る付勢体８４，８５
を介装し、起動当初における各リング８１，８２の初期
接触力を確保できるようにしている。

【００３２】固定スクロール１の渦巻内面と公転スクロ
ール２の渦巻外面とで第１流体作動室Ａを、又、固定ス
クロール１の渦巻外面と公転スクロール２の渦巻内面と
で第２流体作動室Ａを画成しており、渦巻外方部の低圧
ポート３から吸入する低圧ガスを流体作動室Ａ，Ｂ内に
取り込み、圧縮後の高圧ガスを高圧ポート１０から高圧
チャンバー１０２を経て吐出管１０３に取り出すように
している。

【００３３】スラスト受面４１には、公転スクロール２
の鏡板２１に設ける油連通路４０を介して、ケーシング
１００の底部油溜から駆動軸９０内の給油通路９４に汲
み上げた油を供給するようにしている。

【００３４】尚、図１において、１４は高圧ポート１０
に介装した吐出逆止弁、２４は公転スクロール２の自転
防止機構を構成するオルダムリング、９５はスライドブ
ッシュ９３に一体化したバランサである。

【００３５】図４及び図５に示すように、固定スクロー
ル１の渦巻体１２の巻終角は、公転スクロール２の渦巻
体２２の巻終角よりも１８０°大きくしており、両スク
ロール１，２は非対称渦巻を構成している。

【００３６】第１の実施形態は、背圧機構８が公転スク
ロール２を固定スクロール１のスラスト受部４１に押付
ける逆スラスト力を生むものへの適用例であって、背圧
取出穴４は、図６に示す角度θ２において第１系統の流
体作動室Ａから第２系統の流体作動室Ｂに連通が切換わ
るものである。

【００３７】第２の実施形態は、背圧機構８が公転スク
ロール２を反固定スクロール１側のハウジング１０１の
環状上端面に押付ける正スラスト力を軽減するものへの
適用例であって、背圧取出穴４は、図９に示す角度θ３
において第１系統の流体作動室Ａから第２系統の流体作
動室Ｂに連通が切換わるものである。

【００３８】第３の実施形態は、図１０に示すように、
固定スクロール１の背面に背圧機構８を設けたものであ
り、固定スクロール１の鏡板１１の上面に環状凹室８０
０を形成し、この凹室８００に、圧力隔壁８０１に設け
る内外筒壁８０２，８０３を突入させてＯリング８０
４，８０５でシールし、凹室８００に背圧取出穴４から
背圧を導いて、流体作動室Ａ，Ｂ側からの圧縮反力に対
抗させたものである。

【００３９】尚、以上の各実施形態において、背圧取出
穴４は固定スクロール１の鏡板１１に設けており、又、
その内径は、渦巻体２２の板幅と同じに設定している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスクロール形流体機械の上部縦断
面図。

【図２】背圧機構の平面図。

【図３】図２のＸ，Ｘ線での拡大断面図。

【図４】第１実施形態を示す渦巻部分の平断面図。

【図５】図４の状態から角度が進んだ状態を示す平断面
図。

【図６】第１実施形態の作用を説明する回転角対圧力特
性図。

【図７】第２実施形態を示す渦巻部分の平断面図。

【図８】図７の状態から角度が進んだ状態を示す平断面
図。

【図９】第２実施形態の作用を説明する回転角対圧力特
性図。

【図１０】第３実施形態を示す要部縦断面図。

【図１１】発明の課題を説明する対称渦巻の平断面図。

【符号の説明】

１２，２２；渦巻体、Ａ，Ｂ；流体作動室、１；非旋回
側のスクロール、２；旋回側のスクロール、４；背圧取
出穴、８；背圧機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】渦巻体（１２，２２）間に二系統の流体
作動室（Ａ，Ｂ）を画成する一対のスクロール（１，
２）を備え、一方のスクロールの背面に、中間圧力域に
ある流体作動室に連通する背圧機構（８）を設けたスク
ロール形流体機械において、各スクロール（１，２）の
渦巻体（１２，２２）を、巻角の異なる非対称渦巻に形
成すると共に、背圧機構（８）に連通させる背圧取出穴
（４）を、二系統の流体作動室（Ａ，Ｂ）に切換連通す
る位置に開口していることを特徴とするスクロール形流
体機械。
【請求項２】非旋回側のスクロール（１）の巻終角
を、旋回側のスクロール（２）の巻終角よりも約１８０
°大きくしている請求項１記載のスクロール形流体機
械。
【請求項３】旋回側のスクロール（２）の背面に背圧
機構（８）を設けている請求項１又は請求項２記載のス
クロール形流体機械。
【請求項４】背圧機構（８）は、旋回側のスクロール
（２）を非旋回側のスクロール（１）に押付ける逆スラ
スト力を生む押付機構から成る請求項３記載のスクロー
ル形流体機械。
【請求項５】背圧取出穴（４）は、先行して圧力上昇
する第１系統の流体作動室（Ａ）に連通している状態か
ら、遅延して圧力上昇する第２系統の流体作動室（Ｂ）
が、背圧機構（８）において逆スラスト力を生むために
必要な最低圧力に達したとき第２系統の流体作動室
（Ｂ）に連通が切換わる位置に開口させている請求項４
記載のスクロール形流体機械。
【請求項６】背圧機構（８）は、旋回側のスクロール
（２）を非旋回側のスクロール（１）の反対側に押付け
る正スラスト力を軽減する正スラスト力軽減機構から成
る請求項３記載のスクロール形流体機械。
【請求項７】背圧取出穴（４）は、先行して圧力上昇
する第１系統の流体作動室（Ａ）に連通している状態か
ら、該作動室（Ａ）が、背圧機構（８）において正スラ
スト力を軽減しながら必要最低限の正スラスト力を確保
し得る上限圧力に達したとき、遅延して圧力上昇する第
２系統の流体作動室（Ｂ）に連通が切換わる位置に開口
させている請求項６記載のスクロール形流体機械。
【請求項８】非旋回側のスクロール（１）の背面に背
圧機構（８）を設けている請求項１又は請求項２記載の
スクロール形流体機械。
【請求項９】背圧取出穴（４）は、渦巻体の板幅に等
しい開口幅としている請求項１〜８何れか一記載のスク
ロール形流体機械。
【請求項１０】背圧機構（８）は、スクロールの中心
部を取り囲む環状作用面（８０）をもつ請求項１〜９何
れか一記載のスクロール形流体機械。