(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定台板に固定渦巻体が立設された固定スクロールと、揺動台板に揺動渦巻体が立設された揺動スクロールとを備え、前記固定渦巻体と前記揺動渦巻体とが噛み合うことで形成される圧縮室内で冷媒を圧縮するスクロール圧縮機において、
前記固定渦巻体および前記揺動渦巻体のそれぞれの外側曲線および内側曲線のいずれか一方を、基礎円の伸開線である曲線であって、ｘ、ｙ座標系において伸開角θを用いて式（１）および式（２）で定義される曲線とし、前記式（１）および前記式（２）における前記基礎円の半径ａ（θ）が、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数で表される係数」との積の項を有するスクロール圧縮機。
【数１】
0006625297.tif 000008
【数２】
0006625297.tif 000009
【請求項２】
前記基礎円半径ａ（θ）が、式（３）〜式（６）のいずれかの式で与えられる請求項１記載のスクロール圧縮機。
ここで、ａ０は、基準となる基礎円半径であり、α（θ）は前記階段関数であり、Ｎは１以上の自然数であり、ξは定数［ｒａｄ］である。
【数３】
0006625297.tif 000010
【数４】
0006625297.tif 000011
【数５】
0006625297.tif 000012
【数６】
0006625297.tif 000013
【請求項３】
前記α（θ）は、変化周期をπ［ｒａｄ］として、π／２毎に値が交互に変化する関数である請求項２記載のスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記式（１）および前記式（２）で定義された曲線が前記外側曲線であるとき、前記固定渦巻体および前記揺動渦巻体のそれぞれの前記内側曲線は、前記外側曲線を前記基礎円の中心を基準としてπ［ｒａｄ］回転させた曲線上に中心を有する、半径が前記揺動スクロールの揺動半径と等しい円群の外側包絡線であり、
前記式（１）および前記式（２）で定義された曲線が前記内側曲線であるとき、前記固定渦巻体および前記揺動渦巻体のそれぞれの前記外側曲線は、前記内側曲線を前記基礎円の中心を基準としてπ［ｒａｄ］回転させた曲線上に中心を有する、半径が前記揺動スクロールの前記揺動半径と等しい円群の内側包絡線とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記揺動台板は、外形形状が扁平形状である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機および冷凍機等に用いられるスクロール圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機および冷凍機等に用いられるスクロール圧縮機は、固定スクロールと揺動スクロールとを組み合わせて形成した圧縮室にて冷媒を圧縮する圧縮機構部と、圧縮機構部を収容する容器とを備えた構成を有する。固定スクロールおよび揺動スクロールはそれぞれ、台板上に渦巻体が立設された構成を有し、渦巻体同士が噛み合わされて圧縮室を形成している。そして、揺動スクロールを揺動運動させることで、圧縮室が容積を縮小しながら移動し、圧縮室にて冷媒の吸入および圧縮が行われるようになっている。この種のスクロール圧縮機では、小型および低コスト化を図るため、容器の径を同じとしつつ、可能な限り圧縮室の吸入容積を大きくして、圧縮機能力を大きくすることを目的とした技術開発が重要となっている。容器の径を同じとしつつ圧縮室の吸入容積を大きくするには、渦巻体の渦巻形状を工夫することが必要である。【０００３】
従来、スクロール圧縮機の渦巻形状を、所定の半径の真円を基礎円とするインボリュート曲線とし、渦巻体全体の輪郭を円形とした技術がある。これに対し、近年では渦巻体全体の輪郭を円形ではなく扁平形状とし、更に渦巻体の渦巻形状も扁平形状とした技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−５４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では渦巻体の輪郭および渦巻形状を扁平形状とすることが記載されているものの、渦巻形状の具体的な定義については記載されていない。渦巻体の渦巻形状については、上述したように所定の半径の真円を基礎円とするインボリュート曲線で定義した技術があるが、渦巻形状を扁平形状とする場合においても、渦巻体を製造する上で渦巻形状を具体的に定義することが必要である。【０００６】
ところで、スクロール圧縮機の圧縮機構部の近傍には、圧縮室で圧縮される前の冷媒が流れる吸入空間に冷媒を導入するための導入流路が設置される。導入流路は、回転位相に係わらず、固定スクロールおよび揺動スクロールのそれぞれの渦巻体および台板によって閉塞されないことが望ましい。【０００７】
特許文献１のように、渦巻体の輪郭および渦巻形状を、長軸および短軸を有する扁平形状とする構造では、短軸方向に対向する一対の辺と容器の内周面との間に、１８０°対向した２か所の空きスペースが形成される。このように２か所の空きスペースが形成される構造において、できるだけ導入流路の流路面積を確保するためには、各空きスペースに導入流路を設置することになる。つまり、導入流路が複数となる。しかし、導入流路が複数となると、製造時の加工工程が増えるため、製造コストが増大する。【０００８】
このような製造コストの増大を避けるには、導入流路を設けるための空きスペースを１箇所に集約し、その空きスペースに、流路面積を確保した導入流路を設置することが有効である。渦巻体の渦巻形状を扁平形状としつつ、導入流路を設けるための空きスペースを１箇所に集約するには、渦巻形状を、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた形状とすることが考えられる。つまり、空きスペースを設ける側の扁平形状を、空きスペースを設けない側の扁平形状よりも潰れた形状とするなどして空きスペースを確保することが考えられる。しかし、このような形状を式で定義できる先行技術は見当たらない。【０００９】
本発明はこのような点を鑑みなされたもので、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた輪郭を有する渦巻体の渦巻形状を式で定義することが可能なスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るスクロール圧縮機は、固定台板に固定渦巻体が立設された固定スクロールと、揺動台板に揺動渦巻体が立設された揺動スクロールとを備え、固定渦巻体と揺動渦巻体とが噛み合うことで形成される圧縮室内で冷媒を圧縮するスクロール圧縮機において、固定渦巻体および揺動渦巻体のそれぞれの外側曲線および内側曲線のいずれか一方を、基礎円の伸開線である曲線であって、ｘ、ｙ座標系において伸開角θを用いて式（１）および式（２）で定義される曲線とし、式（１）および式（２）における基礎円の半径ａ（θ）が、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数で表される係数」との積の項を有する。
ｘ＝ａ（θ）（ｃоｓθ＋θ・ｓｉｎθ）  ・・・（１）
ｙ＝ａ（θ）（ｓｉｎθ−θ・ｃоｓθ）    ・・・（２）
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、渦巻体の渦巻形状を、ｘ、ｙ座標系において伸開角θを用いて式（１）および式（２）で定義し、また、式（１）および式（２）における基礎円半径ａ（θ）を、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数で表される係数」との積の項を有するものとした。これにより、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた輪郭を有する渦巻体の渦巻形状を、式で定義できる。
ｘ＝ａ（θ）（ｃоｓθ＋θｓｉｎθ)  ・・・（１）
ｙ＝ａ（θ）（ｓｉｎθ−θｃоｓθ)  ・・・（２）
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。
【図３】実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の固定渦巻体と揺動渦巻体とを示した平面図である。
【図４】実施の形態１に係るスクロール圧縮機における揺動スクロールの１回転中の動作を示す圧縮工程図である。
【図５】実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部を構成する渦巻形状の製図方法の説明図である。
【図６】実施の形態１に係るスクロール圧縮機における渦巻体の渦巻形状の製図に用いる基礎円半径ａ（θ）に関する特性の一例を示す図である。
【図７】実施の形態２に係るスクロール圧縮機における渦巻体の外側曲線の扁平率の変化を示す図である。
【図８】実施の形態３に係るスクロール圧縮機における渦巻体を示す図である。
【図９】図８（ｂ）に係るスクロール圧縮機における揺動スクロールの１回転中の動作を示す圧縮工程図である。
【図１０】実施の形態４に係るスクロール圧縮機における渦巻体の基礎円半径ａ（θ）に関する特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施の形態に係るスクロール圧縮機について図面等を参照しながら説明する。ここで、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、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。そして、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、明細書に記載された形態に限定するものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機の全体構成の概略縦断面図である。
実施の形態１のスクロール圧縮機は、圧縮機構部８と、回転軸６を介して圧縮機構部８を駆動する電動機構部１１０と、その他の構成部品とを有し、これらが外郭を構成する密閉容器１００の内部に収納された構成を有している。密閉容器１００内において、圧縮機構部８は上方に配置されており、電動機構部１１０は圧縮機構部８よりも下方に配置されている。
【００１５】
密閉容器１００内には更に、電動機構部１１０を挟んで対向するようにフレーム７とサブフレーム９とが収納されている。フレーム７は、電動機構部１１０の上側に配置されて電動機構部１１０と圧縮機構部８との間に位置しており、サブフレーム９は、電動機構部１１０の下側に位置している。フレーム７は、焼嵌めまたは溶接等によって密閉容器１００の内周面に固着されている。また、サブフレーム９はサブフレームホルダ９ａを介して焼嵌めまたは溶接等によって密閉容器１００の内周面に固着されている。
【００１６】
サブフレーム９の下方には容積型ポンプを含むポンプ要素１１２が取り付けられている。ポンプ要素１１２は、密閉容器１００の底部の油溜め部１００ａに溜められた冷凍機油を圧縮機構部８の後述の主軸受７ａ等の摺動部に供給する。ポンプ要素１１２は、上端面で回転軸６を軸方向に支承している。
【００１７】
密閉容器１００には、冷媒を吸入するための吸入管１０１と、冷媒を吐出するための吐出管１０２とが設けられている。
【００１８】
圧縮機構部８は、吸入管１０１から吸入した冷媒を圧縮し、圧縮した冷媒を密閉容器１００内の上方に形成されている高圧部に排出する機能を有している。圧縮機構部８は、固定スクロール１と揺動スクロール２とを備えている。
【００１９】
固定スクロール１はフレーム７を介して密閉容器１００に固定されている。揺動スクロール２は固定スクロール１の下側に配置されて回転軸６の後述の偏心軸部６ａに揺動自在に支持されている。
【００２０】
固定スクロール１は、固定台板１ａと、固定台板１ａの一方の面に立設された渦巻状突起である固定渦巻体１ｂとを備えている。揺動スクロール２は、揺動台板２ａと、揺動台板２ａの一方の面に立設された渦巻状突起である揺動渦巻体２ｂとを備えている。固定スクロール１および揺動スクロール２は、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとを逆位相で噛み合わせた対称渦巻形状の状態で密閉容器１００内に配置されている。そして、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとの間には、回転軸６の回転に伴い、半径方向外側から内側へ向かうにしたがって容積が縮小する圧縮室７１が形成されている。
【００２１】
固定スクロール１の固定台板１ａにおいて揺動スクロール２とは反対側の面には、バッフル４が固定されている。バッフル４には、固定スクロール１の吐出口１ｃに連通する貫通孔４ａが形成され、その貫通孔４ａには吐出バルブ１１が設けられている。また、バッフル４には、吐出口１ｃを覆うように吐出マフラ１２が取り付けられている。
【００２２】
フレーム７は固定スクロール１を固定配置し、揺動スクロール２に作用するスラスト力を軸方向に支持するスラスト面を有する。また、フレーム７には、吸入管１０１から吸入された冷媒を圧縮機構部８内に導く導入流路７ｃが貫通形成されている。
【００２３】
また、フレーム７上には、揺動スクロール２の旋回運動中の自転を防止するためのオルダムリング１４が配置されている。オルダムリング１４のキー部１４ａは、揺動スクロール２の揺動台板２ａの下側に配置されている。
【００２４】
電動機構部１１０は回転軸６に回転駆動力を供給するものであり、電動機固定子１１０ａと電動機回転子１１０ｂとを備えている。電動機固定子１１０ａは、外部から電力を得るために、フレーム７と電動機固定子１１０ａとの間に存在するガラス端子（図示せず）にリード線（図示せず）で接続されている。また、電動機固定子１１０ａは回転軸６に焼嵌め等によって固定されている。また、スクロール圧縮機の回転系全体のバランシングを行うため、回転軸６には第１バランスウェイト６０が固定され、電動機固定子１１０ａには第２バランスウェイト６１が固定されている。
【００２５】
回転軸６は、上部の偏心軸部６ａと、中間部の主軸部６ｂと、下部の副軸部６ｃとで構成されている。偏心軸部６ａは、回転軸６の軸心に対して偏心している。偏心軸部６ａは、バランスウェイト付スライダー５と揺動軸受２ｃとを介して揺動スクロール２に嵌合しており、回転軸６の回転により揺動スクロール２が揺動運動するようになっている。主軸部６ｂは、フレーム７に設けられた円筒状のボス部７ｂの内周に配置された主軸受７ａにスリーブ１３を介して嵌合しており、冷凍機油による油膜を介して主軸受７ａと摺動する。主軸受７ａは、銅鉛合金等の滑り軸受に使用される軸受材料を圧入する等してボス部７ｂ内に固定されている。
【００２６】
サブフレーム９の上部には玉軸受からなる副軸受１０を備え、副軸受１０は、電動機構部１１０の下部で回転軸６を半径方向に軸支する。なお、副軸受１０は玉軸受以外の別の軸受構成によって軸支しても良い。副軸部６ｃは副軸受１０と嵌合され、冷凍機油による油膜を介して副軸受１０と摺動する。主軸部６ｂおよび副軸部６ｃの軸心は、回転軸６の軸心と一致している。
【００２７】
ここで、密閉容器１００内の空間を以下の様に定義する。密閉容器１００の内部空間のうち、フレーム７より電動機回転子１１０ｂ側の空間を第１空間７２とする。また、フレーム７の内壁と固定台板１ａとにより囲まれた空間を第２空間７３とする。また、固定台板１ａより吐出管１０２側の空間を第３空間７４とする。第２空間７３のうち、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとが組み合わされた構造体部分の外側を、吸入空間７３ａという。吸入空間７３ａには、圧縮室７１で圧縮される前の冷媒が導入流路７ｃから導入される。
【００２８】
次に、密閉容器１００の内部における圧縮機構部８の部品配置について説明する。
図２は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。図３は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部の固定渦巻体と揺動渦巻体とを示した平面図である。なお、図２および図３では、固定スクロール１の固定渦巻体１ｂと揺動スクロール２の揺動渦巻体２ｂとの区別を容易にするため、揺動スクロール２の揺動渦巻体２ｂにドットを施してある。後述の図においても同様である。
【００２９】
密閉容器１００は、平面的に見て真円形状であり、密閉容器１００の内部に、フレーム７の外周面が密閉容器１００の内周面に接触した状態で固着されている。よって、フレーム７の外周面も真円形状となっている。
【００３０】
そして、本実施の形態１において揺動台板２ａの外形形状は扁平形状である。よって、揺動台板２ａ上に立設される揺動渦巻体２ｂの渦巻形状もまた扁平形状とすることで、揺動台板２ａ上のスペースを有効に使用でき、スペース効率を高めることができる。固定台板１ａについても同様であり、固定台板１ａの外形形状と固定渦巻体１ｂの渦巻形状とを扁平形状とする。このようにスペース効率を高めることで、密閉容器１００の大きさを同じとしたままで圧縮室７１の容積の拡大を図ることができ、圧縮機能力を向上することが可能となる。逆に見れば、同じ圧縮機能力を確保するにあたり、密閉容器１００の小型化が可能となる。なお、以下において、固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂとを区別せず、両方を指すときは、「渦巻体」と総称する。台板についても同様で、固定台板１ａと揺動台板２ａとを区別せず、両方を指すときは、「台板」と総称する。
【００３１】
また、本実施の形態１は、渦巻体の渦巻形状を、扁平率の異なる２つの扁平形状を組み合わせた形状を有することを特徴としている。具体的には、本実施の形態１の渦巻形状は、図３に示すようにＡの領域とＢの領域とで扁平率の異なる扁平形状を有している。このように、本実施の形態１では、Ａの領域とＢの領域とで扁平率を変えることにより、一方の領域側、この例ではＢの領域側、の扁平形状が、Ａの領域の扁平形状に比べて潰れたような形状となっている。そのような形状とすることで、Ｂの領域側の扁平形状と密閉容器１００の内周面との間に空きスペースを形成でき、この空きスペースに導入流路７ｃが設置される。なお、扁平形状とは、長円形状および楕円形状も含むものであり、要するに真円よりも平べったい形状全般を指すものとする。以上のように構成される渦巻形状の詳細については、また改めて説明する。
【００３２】
次に、スクロール圧縮機の動作について説明する。
【００３３】
図４は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機における揺動スクロールの１回転中の動作を示す圧縮工程図である。図４（ａ）は回転位相が０［ｒａｄ］（２π［ｒａｄ］）の場合の渦巻体の位置を示している。図４（ｂ）は回転位相がπ／２［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。図４（ｃ）は回転位相がπ［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。図４（ｄ）は回転位相が３π／２［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。
【００３４】
電動機構部１１０の電動機固定子１１０ａに通電されると、電動機回転子１１０ｂが回転力を受けて回転する。それに伴い、電動機回転子１１０ｂに固定された回転軸６が回転駆動される。回転軸６の回転運動は、偏心軸部６ａを介して揺動スクロール２に伝達される。揺動スクロール２の揺動渦巻体２ｂは、オルダムリング１４によって自転が規制されながら揺動半径で揺動運動する。なお、揺動半径とは、主軸部６ｂに対する偏心軸部６ａの偏心量を意味している。
【００３５】
電動機構部１１０の駆動に伴い、冷媒が外部の冷凍サイクルから吸入管１０１を介して密閉容器１００内の第１空間７２に流入する。第１空間７２に流入した低圧冷媒は、フレーム７内に設置された導入流路７ｃを通って吸入空間７３ａに流入する。吸入空間７３ａに流入した低圧冷媒は、圧縮機構部８の揺動渦巻体２ｂおよび固定渦巻体１ｂの相対的な揺動動作に伴って圧縮室７１へと吸い込まれる。圧縮室７１に吸い込まれた冷媒は、図４に示すように揺動渦巻体２ｂおよび固定渦巻体１ｂの相対的な動作に伴う圧縮室７１の幾何学的な容積変化によって低圧から高圧へと昇圧される。そして、高圧となった冷媒は、固定スクロール１の吐出口１ｃおよびバッフル４の貫通孔４ａを通過し、吐出バルブ１１を押し開けて吐出マフラ１２内に吐出される。吐出マフラ１２内に吐出された冷媒は、第３空間７４に吐出され、吐出管１０２から高圧冷媒として圧縮機外部へと吐出される。図１の矢印がこの冷媒の流れを示している。
【００３６】
本実施の形態１では、上述したように揺動渦巻体２ｂおよび固定渦巻体１ｂの輪郭を扁平形状としており、渦巻形状も扁平形状としている。このように、渦巻体の渦巻形状を扁平形状とした圧縮機構部８において、図４に示すように一定の揺動半径で揺動渦巻体２ｂを動作させた場合においても、揺動渦巻体２ｂの外向面と内向面が互いに相対する固定渦巻体１ｂの内向面と外向面に接触しながら動作する。
【００３７】
そして、本実施の形態１は、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた輪郭を有する渦巻体の渦巻形状を式で定義することを特徴とする。渦巻形状は、渦巻体の外向面を特定する外側曲線と渦巻体の内向面を特定する内側曲線とによって決まる。渦巻体の渦巻形状を式で定義するにあたり、具体的には、渦巻体の外側曲線および内側曲線のいずれか一方を、基礎円の伸開線である曲線であって、ｘ、ｙ座標系において伸開角θを用いて以下の式（１）および式（２）で定義される曲線とする。
【００３８】
式（１）および（２）におけるａ（θ）は基礎円の半径である。ａ（θ）は、以下の式（３）に示すように、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数α（θ）で表される係数α」との積の項を有する関数式で与えられる。係数αは、扁平の度合いを示す係数である。これにより、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた輪郭を有する渦巻体の渦巻形状を式で定義できる。なお、本実施の形態１において、基礎円半径ａ（θ）は、一例として、式（３）の通りに変化させたものとする。
【００３９】
【数１】
0006625297.tif 000002
【００４０】
【数２】
0006625297.tif 000003
【００４１】
【数３】
0006625297.tif 000004
【００４２】
式（３）において、ａ０は基準となる基礎円半径（以下、基準半径という）である。また、式（３）において、π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数α（θ）とは、伸開角θに対してグラフが階段状になる実関数のことであり、π［ｒａｄ］を１周期とした指示関数が存在し、それらの線型結合で表される関数である。階段関数α（θ）は、具体的には、π［ｒａｄ］を１周期として、π／２毎に値が交互に変化する関数である。ここでは、α（θ）は、π／２毎にα１とα２とに交互に変化する。つまり、伸開角θが０からπ／２まではα（θ）＝α１となり、伸開角θがπ／２からπまではα（θ）＝α２となる。そして、次の１周期でも同様に、πから３π／２まではα（θ）＝α１となり、伸開角θが３π／２から２πまではα（θ）＝α２となる。
【００４３】
また、式（３）において、Ｎは１以上の自然数である。ξは定数［ｒａｄ］であって、式（３）のα（θ）がα１である場合の扁平形状（以下、α１による扁平形状という）と、式（３）のα（θ）がα２である場合の扁平形状（以下、α２による扁平形状という）と、を組み合わせる伸開角である。
【００４４】
式（３）において、係数αを変更することで、渦巻体の輪郭の扁平率を任意に設定することが可能になる。具体的には、αの値が大きくなるに連れ、渦巻体の輪郭の扁平率が大きくなり平べったい形状となる。本実施の形態１の渦巻体の渦巻形状は、α１による扁平形状と、α２による扁平形状との２つを組み合わせた形状となる。図３において、Ａの領域の扁平形状は、α１を０．３とした場合を示している。Ｂの領域の扁平形状は、α２を−０．２とした場合を示している。また、図３では、Ｎの値を１、ξの値を０としている。ξを変更した場合の渦巻体の形状の変化については後述の実施の形態３で説明する。
【００４５】
次に、固定渦巻体１ｂおよび揺動渦巻体２ｂのそれぞれの渦巻形状の製図方法について説明する。固定渦巻体１ｂと揺動渦巻体２ｂの製図方法は同じであるため、以下、揺動渦巻体２ｂを代表して説明する。また、揺動渦巻体２ｂの渦巻形状は、上述したように扁平率の異なる２つの扁平形状を組み合わせた形状であるが、各扁平形状の製図方法自体は同じである。
【００４６】
渦巻形状は、上述したように渦巻体の外向面を特定する外側曲線と渦巻体の内向面を特定する内側曲線とによって決まる。ここでは、外側曲線を式（１）および式（２）で定義される曲線とした場合の渦巻形状の製図方法について図５を用いて説明する。
【００４７】
図５は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部を構成する渦巻形状の製図方法の説明図である。図５において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の手順に製図をする。
【００４８】
まず、図５（ａ）に示す通り、基礎円の伸開線３０を描く。ここで、ａ（θ）は、上述したように伸開角θに応じて、π［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状に増加する。ここで描かれた伸開線３０が外側曲線となる。ａ（θ）はα１とする。
【００４９】
次に、図５（ｂ）〜図５（ｄ）の手順で内側曲線を描く。すなわち、まず図５（ｂ）に示す通り、手順（ａ）で描いた伸開線３０を基礎円中心Ｏに対してπ［ｒａｄ］回転させた曲線３１を描く。ここでは内側曲線を作成するため、曲線３１のうち曲線３０よりも外側に位置する曲線部分（図５（ｂ）において点線部分）は、これ以降の製図手順では使用されない。
【００５０】
次に、図５（ｃ）に示す通り、手順（ｂ）で描いた曲線３１上に中心を有する、半径が揺動スクロール２の揺動半径と等しい円３２、を複数描く。
【００５１】
次に、図５（ｄ）に示す通り、手順（ｃ）で描いた円群の外側包絡線３３を描く。この手順（ｄ）で描いた曲線３３が内側曲線となる。
【００５２】
以上により、手順（ａ）で描いた曲線３０が揺動渦巻体２ｂの外側曲線となり、手順（ｄ）で描いた曲線３３が揺動渦巻体２ｂの内側曲線となる。そして、手順（ｄ）のドット領域の基礎円中心Ｏを中心として左右に分割した一方の領域が、揺動渦巻体２ｂを構成する２つの渦巻形状の一方の断面となる。
【００５３】
同様にして、ａ（θ）をα２とした場合の渦巻形状を、図５（ａ）〜図５（ｄ）の手順で製図し、手順（ｄ）のドット領域の基礎円中心Ｏを中心として左右に分割した他方の領域が、揺動渦巻体２ｂを構成する２つの渦巻形状の他方の断面となる。以上により、揺動渦巻体２ｂの渦巻形状を製図できる。
【００５４】
固定渦巻体１ｂに関しては、前述の揺動渦巻体２ｂと同様の手順を踏むものとし、揺動渦巻体２ｂと肉厚が等しい仕様においては揺動渦巻体２ｂの形状をπ［ｒａｄ］回転させた形状となる。
【００５５】
なお、ここでは、外側曲線を式（１）および式（２）で定義される曲線とした場合の渦巻形状の製図方法について説明したが、内側曲線を式（１）および式（２）で定義される曲線とした場合の渦巻形状の製図方法も基本的に同様である。内側曲線を式（１）および式（２）で定義される曲線とした場合は、外側曲線を以下のようにして描けばよい。まず、図５（ａ）の手順を行い、次に、図５（ｂ）において曲線３０のうち曲線３１よりも外側に位置する曲線部分を、これ以降の製図手順で使用しない。そして、曲線３１上に中心を有する、半径が揺動スクロール２の揺動半径と等しい円３２、を複数描く。この円群の内側包絡線が外側曲線となる。
【００５６】
図６は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機における渦巻体の渦巻形状の製図に用いる基礎円半径ａ（θ）に関する特性の一例を示す図である。図６の縦軸は、基準半径ａ０に対する基礎円半径ａ（θ）の比率を示している。図６の横軸は、伸開角θ［ｒａｄ］を示している。
【００５７】
図６には、図３と同様に式（３）のα（θ）の値をα１＝０．３およびα２＝−０．２とし、Ｎの値を１、ξの値を０とした場合の、伸開角θに対する基礎円半径ａ（θ）の周期的な変化を示している。図６に示す基礎円半径ａ（θ）の波形において、ａ（θ）／ａ０の値が大きい程、渦巻体の肉厚が厚くなることを示す。よって、π／４、５π／４、９π／４において、渦巻体の肉厚が厚くなる。また、基礎円半径ａ（θ）の波形において、１．０を超える方のピークがある伸開角の方向に、渦巻体が引き延ばされた形状となる。よって、図６の例では、伸開角がπ／４、５π／４、９π／４において、１．０を超える方のピークがくるため、図３に示すように横方向に引き延ばされた形状となる。
【００５８】
以上説明したように、実施の形態１では、伸開角θを用いて渦巻体の渦巻形状を上記式（１）および式（２）で定義した。そして、式（１）および式（２）における基礎円半径ａ（θ）を、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数α（θ）で表される係数α」との積の項を有するものとした。これにより、扁平率の異なる複数の扁平形状を組み合わせた輪郭を有する渦巻体の渦巻形状を、式で定義できる。
【００５９】
実施の形態１では、基礎円半径ａ（θ）を式（３）とすることで、固定渦巻体１ｂおよび揺動渦巻体２ｂの輪郭を任意に設定することができる。
【００６０】
実施の形態１では、α（θ）が、変化周期をπ［ｒａｄ］として、π／２毎に値が交互に変化する関数である。このようにαが２つの値を取ることで、空きスペースを一箇所に集約できる渦巻体の渦巻形状を式で定義できる。具体的には、一方のαの値が他方のαの値よりも小さい値とすることで、一方のαを用いた扁平形状側に空きスペースを形成できる。この空きスペースに導入流路７ｃを形成でき、導入流路７ｃを１つにした場合において、導入流路７ｃの流路面積を大きく設定することが可能となる。
【００６１】
実施の形態２．
実施の形態２では、上記式（３）におけるαの値に応じた、渦巻体の輪郭の扁平率の変化について説明する。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、実施の形態２で説明されない構成は実施の形態１と同様である。
【００６２】
上記式（３）において、αの値を変更した場合の渦巻体の形状について次の図７に記す。
【００６３】
図７は、実施の形態２に係るスクロール圧縮機における渦巻体の外側曲線の扁平率の変化を示す図である。図７において（ａ）はα１＝０、α２＝０の場合、（ｂ）はα１＝０．３、α２＝０の場合、（ｃ）はα１＝０．３、α２＝−０．２の場合を示している。
【００６４】
図７に示すように、αの値を変更することで、渦巻体の輪郭の扁平率を任意に設定することが可能となる。なお、扁平率とは、図７（ａ）に示すように長径Ｄ１１＋Ｄ１２と短径Ｄ２との比（Ｄ１１＋Ｄ１２）／Ｄ２である。このうち、図中のＡの領域、つまりα１で渦巻を形成している領域の扁平率は（Ｄ１１×２）／Ｄ２となる。また、図中のＢの領域、つまりα２で渦巻を形成している領域の扁平率は（Ｄ１２×２）／Ｄ２となる。
【００６５】
具体的には、αの値を大きくするに連れ、扁平率が大きくなる。図７では、（ａ）と（ｂ）におけるＡの領域の扁平形状を比較して明らかなように、α１の値が大きい（ｂ）の方が（ａ）よりも扁平率が大きくなっている。図７の（ｂ）と（ｃ）では、Ｂの領域の扁平形状を比較して明らかなように、α２の値が大きい（ｂ）の方が（ｃ）よりも扁平率が大きくなっている。
【００６６】
また、図７から明らかなように、α１とα２の値によって、図７中のＡの領域およびＢの領域のそれぞれの扁平形状の扁平率を、それぞれ独立して設定することができる。
【００６７】
実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られると共に、α１およびα２の値によって、各扁平形状のそれぞれの扁平率を任意に設定することが可能となる。よって、導入流路７ｃの設置スペースに合わせてα１およびα２を設定することで、導入流路７ｃを１つにした場合でも、導入流路７ｃの流路面積を大きく設定することができる。
【００６８】
実施の形態３．
実施の形態３では、伸開角ξを変化させた場合について説明する。以下、実施の形態３が実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、実施の形態３で説明されない構成は実施の形態１と同様である。
【００６９】
図８は、実施の形態３に係るスクロール圧縮機における渦巻体を示す図である。図８において（ａ）はα１＝０．３、α２＝−０．２、ξ＝０［ｒａｄ］の場合、（ｂ）はα１＝０．３、α２＝−０．２、ξ＝π／４［ｒａｄ］の場合を示している。ξは、上述したようにα１による扁平形状と、α２による扁平形状とを組み合わせる伸開角である。図８（ａ）および図８（ｂ）のいずれの渦巻においても、図８中の領域Ａはα１による扁平形状を示し、領域Ｂはα２による扁平形状を示している。図８から明らかなように、ξの値を変更することで渦巻形状全体としての向きが変化する。
【００７０】
図９は、図８（ｂ）に係るスクロール圧縮機における揺動スクロールの１回転中の動作を示す圧縮工程図である。図９（ａ）は回転位相が０［ｒａｄ］（２π［ｒａｄ］）の場合の渦巻体の位置を示している。図９（ｂ）は回転位相がπ／２［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。図９（ｃ）は回転位相がπ［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。図９（ｄ）は回転位相が３π／２［ｒａｄ］の場合の渦巻体の位置を示している。図９に示すように、ξの値を０［ｒａｄ］以外の位相に設定した場合でも、実施の形態１の図４の場合と同様にして圧縮動作を実現することができる。
【００７１】
実施の形態３によれば、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果が得られると共に、ξの値を変更することで、導入流路７ｃを配置する位置に合わせて渦巻形状全体としての向きを変更できる。
【００７２】
実施の形態４．
実施の形態４では、基礎円半径ａ（θ）の他の関数式について説明する。以下、実施の形態４が実施の形態１と異なる構成を中心に説明するものとし、実施の形態４で説明されない構成は実施の形態１と同様である。
【００７３】
図１０は、実施の形態４に係るスクロール圧縮機における渦巻体の基礎円半径ａ（θ）に関する特性を示す図である。図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、順に、基礎円半径ａ（θ）の関数式を、上記実施の形態１で示した式（３）と、以下の式（４）〜式（６）とした場合に対応している。図１０の縦軸は、基準半径ａ０に対する基礎円半径ａ（θ）の比率を示している。図１０の横軸は、伸開角θ［ｒａｄ］を示している。また、図１０の（ａ）〜（ｄ）のいずれも、α１＝０．３、α２＝−０．２、Ｎ＝１、ξ＝０としている。
【００７４】
【数４】
0006625297.tif 000005
【００７５】
【数５】
0006625297.tif 000006
【００７６】
【数６】
0006625297.tif 000007
【００７７】
基礎円半径ａ（θ）には、実施の形態１示した式（３）の他に、式（４）〜式（６）を用いることができる。基礎円半径ａ（θ）を式（３）〜式（６）のように変更することで、固定渦巻体１ｂおよび揺動渦巻体２ｂの輪郭を任意に設定することが可能となる。
【００７８】
実施の形態１〜実施の形態４においては、密閉容器１００の内部が低圧冷媒で満たされる低圧シェル型のスクロール圧縮機について示したが、密閉容器１００の内部が高圧冷媒で満たされる高圧シェル型のスクロール圧縮機とした場合でも、同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００７９】
１  固定スクロール、１ａ  固定台板、１ｂ  固定渦巻体、１ｃ  吐出口、２  揺動スクロール、２ａ  揺動台板、２ｂ  揺動渦巻体、２ｃ  揺動軸受、４  バッフル、４ａ  貫通孔、５  バランスウェイト付スライダー、６  回転軸、６ａ  偏心軸部、６ｂ  主軸部、６ｃ  副軸部、７  フレーム、７ａ  主軸受、７ｂ  ボス部、７ｃ  導入流路、８  圧縮機構部、９  サブフレーム、９ａ  サブフレームホルダ、１０  副軸受、１１  吐出バルブ、１２  吐出マフラ、１３  スリーブ、１４  オルダムリング、１４ａ  キー部、３０  伸開線、３２  円、３３  外側包絡線、６０  第１バランスウェイト、６１  第２バランスウェイト、７１  圧縮室、７２  第１空間、７３  第２空間、７３ａ  吸入空間、７４  第３空間、１００  密閉容器、１００ａ  油溜め部、１０１  吸入管、１０２  吐出管、１１０  電動機構部、１１０ａ  電動機固定子、１１０ｂ  電動機回転子、１１２  ポンプ要素。
【要約】
固定渦巻体および揺動渦巻体のそれぞれの外側曲線および内側曲線のいずれか一方を、基礎円の伸開線である曲線であって、ｘ、ｙ座標系において伸開角θを用いて式（１）および式（２）で定義される曲線とする。式（１）および式（２）における基礎円の半径ａ（θ）は、「伸開角θに対してπ［ｒａｄ］を１周期とした正弦波状または余弦波状に変化する関数」と「π［ｒａｄ］を１周期とした階段関数で表される係数」との積の項を有する。
ｘ＝ａ（θ）（ｃоｓθ＋θ・ｓｉｎθ）  ・・・（１）
ｙ＝ａ（θ）（ｓｉｎθ−θ・ｃоｓθ）  ・・・（２）【図１】
0006625297.tif 000014
【図２】
0006625297.tif 000015
【図３】
0006625297.tif 000016
【図４】
0006625297.tif 000017
【図５】
0006625297.tif 000018
【図６】
0006625297.tif 000019
【図７】
0006625297.tif 000020
【図８】
0006625297.tif 000021
【図９】
0006625297.tif 000022
【図１０】
0006625297.tif 000023