JP2013241862A - スクロール圧縮機およびその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロール部材と旋回スクロール部材の渦巻ラップの段差部における折損と圧縮漏れを防止する。
【解決手段】固定スクロール部材２１（２１１）のベース面２１１ａには、高さが固定渦巻ラップの渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かってステップ状に高くなるように外周段２１１outと中間段２１１midと内周段２１１inとが形成され、旋回スクロール部材２３（２３２）の先端面２３２ａには、相対する外周段２１１outと中間段２１１midと内周段２１１inの高さに合わせてステップ状に外周側区間２３２outと中間区間２３２midと内周側区間２３２inとが形成され、外周段２１１outと外周側区間２３２outとの間のチップ隙間をδout、中間段２１１midと中間区間２３２midとの間のチップ隙間をδmid、内周段２１１inと内周側区間２３２inとの間のチップ隙間をδinとした時に、δmid≦δout＜δinとなるようにチップ隙間δout，δmid，δinを設定した。
【選択図】図６

Description

本発明は、スクロール圧縮機に係り、特に固定スクロール部材と旋回スクロール部材に段差が設けられたスクロール圧縮機に関するものである。

空調装置等に用いられている一般的なスクロール圧縮機では、金属製のハウジングの内部に固定スクロール部材と旋回スクロール部材とが収容され、エンジンまたは電動機の動力により、旋回スクロール部材を、その自転を規制しつつ固定スクロール部材に対して公転旋回させることにより、これら両スクロール部材間に画成される圧縮空間の内部に冷媒ガスを吸入し、該圧縮空間の容積を漸次減少させることにより冷媒ガスを圧縮し、この圧縮冷媒ガスを空調装置等の閉ループ流路中に吐出して循環させるように構成されている。

このようなスクロール圧縮機において、特許文献１に開示されているように、圧縮機自体を大型化することなく圧縮比を高めて圧縮能力を向上させるべく、固定スクロール部材と旋回スクロール部材の端板のベース面に１段階の段付形状を付与するとともに、このベース面の段付き形状に対応して、固定スクロール部材の固定渦巻ラップと旋回スクロール部材の旋回渦巻ラップの先端面にも１段階の段付形状を付与し、これによって圧縮空間の容積をスラスト方向およびラジアル方向の両方向から減少させるようにして圧縮能力を向上させたスクロール圧縮機が実用化されている。

ところが、上記構成のスクロール圧縮機においては、固定渦巻ラップと旋回渦巻ラップの先端面に大きなステップ状の段差が形成されるため、この段差部の根元に曲げ応力が集中しやすくなり、渦巻ラップの段差部が折損してしまう懸念があった。そこで、特許文献２に開示されているように、この段差部を２段階に高さが変化する段差とすることによって、１段階あたりの段差高さを小さくし、上述の応力集中を回避して渦巻ラップの折損を防止したスクロール圧縮機がある。

特許第４３６５８０７号公報 特開２００９−６８４１２号公報

上記のように、固定渦巻ラップおよび旋回渦巻ラップの先端面に高さが２段階に変化する段差を設けた場合、渦巻ラップの先端面には、２つの段差を境に、渦巻方向の外周側の区間をなす外周側区間と、中間の区間をなす中間区間と、内周側の区間をなす内周側区間とが形成される。

通常、外周側区間、中間区間、内周側区間の渦巻長さは任意に設定することができるが、ラップ強度条件と冷媒ガスの押しのけ量確保の観点から、外周側区間と内周側区間の渦巻長さを長く取ることが効率面で有利であり、一般的である。このため、必然的に中間区間が短く設定される傾向となる。その結果、固定渦巻ラップおよび旋回渦巻ラップの先端面に設けられる、冷媒ガスの圧縮漏れを防止するためのチップシールを中間区間に設けられなくなる。その理由は下記の通りである。

即ち、チップシールの先端は、対面するベース面に押し付けられて摺動するが、この時にチップシールがベース面の段付き部を跨いでしまうと、チップシールが破損してしまうため、段付き部の根元から旋回スクロール部材の旋回直径分を除いた範囲にはチップシールを設置することができず、この範囲を差し引くと、中間区間に設けるべきチップシールの長さが極端に短縮されてしまい、これによりチップシールの安定性が低下してしまうためである。

しかしながら、このように中間区間にチップシールが設けられていないため、中間区間からの圧縮漏れが起こりやすく、前述のように渦巻ラップの折損を防止できる反面、圧縮機としての性能低下を招来していた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、固定スクロール部材と旋回スクロール部材の渦巻ラップに段差部が付与されたスクロール圧縮機において、段差部における渦巻ラップの折損と圧縮漏れを防止することのできるスクロール圧縮機およびその設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
即ち、本発明に係るスクロール圧縮機は、固定端板のベース面に固定渦巻ラップが形成された固定スクロール部材と、旋回端板のベース面に旋回渦巻ラップが形成された旋回スクロール部材とが互いに対向して噛み合わされ、前記旋回スクロール部材を、その自転を規制しつつ前記固定スクロール部材に対し公転旋回させることにより、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップとの間に画成される圧縮空間の内容積を、その渦巻形状の外周側から内周側に向かって漸次減少させて該圧縮空間内に吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出するように構成され、前記固定端板および前記旋回端板の前記ベース面は、その高さが前記固定渦巻ラップおよび前記旋回渦巻ラップの渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かってステップ状に高くなるように、外周段と、少なくとも１つの中間段と、内周段とを有し、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップの先端面には、相対する前記外周段と前記中間段と前記内周段の高さに合わせて高さがステップ状に変化する外周側区間と中間区間と内周側区間とが形成されたスクロール圧縮機において、前記外周段と前記外周側区間との間のチップ隙間をδout、前記中間段と前記中間区間との間のチップ隙間をδmid、前記内周段と前記内周側区間との間のチップ隙間をδinとした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid，δinの関係が、δmid≦δout＜δinとなるように前記各チップ隙間δout、δmid、δinを設定したことを特徴とする。

上記構成によれば、固定渦巻ラップと旋回渦巻ラップの高さが２段階に変化することにより、１段あたりの段差高さが小さくなるため、その段差部の根元に曲げ応力が集中することが回避されて破損が防止される。また、中間段と中間区間との間のチップ隙間δmidが、他のチップ隙間δout、δinに対して同等以下の寸法に設定されるため、チップシールが設けられない中間段と中間区間との間のからの圧縮漏れを防止することができる。

上記構成において、前記中間段と前記中間区間とが複数組ある場合には、その各々の組の前記チップ隙間を、その渦巻方向の外周側から順に、δmid1，δmid2，…δmidnとした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid1，δmid2，…δmidn，δinの関係が、δmid1≦δmid2≦δmidn≦δout＜δinとなるように前記各チップ隙間δmid1，δmid2，…δmidnを設定するのが好ましい。

このようにすれば、複数の中間段と中間区間との間に設けられたチップ隙間δmid1、δmid2、…δmidnが、その渦巻方向の外周側から内周側に向かって狭くなる傾向となるとともに、これらのチップ隙間δmid1、δmid2、…δmidnが、外周段と外周側区間との間のチップ隙間δoutと同等以下に設定される。これにより、チップシールが設けられない中間段と中間区間との間のチップ隙間からの圧縮漏れを防止することができる。

さらに、上記構成において、前記中間区間の先端面、および前記中間段の少なくとも一方にアブレイダブルコーティングを施すのが好ましい。

このように、渦巻ラップの中間区間の先端面、または端板の中間段の少なくとも一方にアブレイダブルコーティングを施すことにより、渦巻ラップの中間区間と、これに対応する端板の中間段との間のチップ隙間を小さく設定することができる。このため、チップシールが設けられない中間段と中間区間との間のチップ隙間からの圧縮漏れを防止することができる。
アブレイダブルコーティングは、面積の小さい中間区間の先端面にのみ施され、外周側区間と内周側区間の先端面には施されないため、このアブレイダブルコーティングが端板の中間段と摺動して摩耗しても、その摩耗粉による冷媒経路の汚染（コンタミネーション）を最小限に留めることができる。

また、本発明に係るスクロール圧縮機の設計方法は、固定端板のベース面に固定渦巻ラップが形成された固定スクロール部材と、旋回端板のベース面に旋回渦巻ラップが形成された旋回スクロール部材とが互いに対向して噛み合わされ、前記旋回スクロール部材を、その自転を規制しつつ前記固定スクロール部材に対し公転旋回させることにより、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップとの間に画成される圧縮空間の内容積を、その渦巻形状の外周側から内周側に向かって漸次減少させて該圧縮空間内に吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出するように構成され、前記固定端板および前記旋回端板の前記ベース面は、その高さが前記固定渦巻ラップおよび前記旋回渦巻ラップの渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かってステップ状に高くなるように、外周段と、少なくとも１つの中間段と、内周段とを有し、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップの先端面には、相対する前記外周段と前記中間段と前記内周段の高さに合わせて高さがステップ状に変化する外周側区間と中間区間と内周側区間とが形成されたスクロール圧縮機の設計方法において、前記外周段と前記外周側区間との間のチップ隙間をδout、前記中間段と前記中間区間との間のチップ隙間をδmid、前記内周段と前記内周側区間との間のチップ隙間をδinとした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid，δinの関係が、δmid≦δout＜δinとなるように前記各チップ隙間δout、δmid、δinを設定することを特徴とする。

このようにスクロール圧縮機を設計すれば、チップ隙間δmidにおいて固定スクロール部材と旋回スクロール部材とが近接もしくは接触しても、他のチップ隙間δout，δinにおいて固定スクロール部材と旋回スクロール部材とが接触することが防止される。したがって、チップシールが設けられない中間段と中間区間との間におけるチップ隙間δmidを小さくし、ここからの圧縮漏れを防止するとともに、チップシールが設けられる他のチップ隙間δout，δinにおいては固定スクロール部材と旋回スクロール部材とが接触することを防止することができる。

上記設計方法においては、前記チップ隙間δmidの寸法公差を、前記チップ隙間δoutおよび前記チップ隙間δinの寸法公差以下に設定することが好ましい。

このようにスクロール圧縮機を設計すれば、公差範囲内で各チップ隙間δout，δmid，δinが振れても、常にδmidを最小に保つことができ、公差分を含めてもチップ隙間δmidからの圧縮漏れを防止することができる。したがって、チップシールが設けられない中間段と中間区間との間におけるチップ隙間δmidを小さくし、ここからの圧縮漏れを防止するとともに、チップシールが設けられる他のチップ隙間δout，δinにおいては固定スクロール部材と旋回スクロール部材とが接触することを防止することができる。

以上のように、本発明に係るスクロール圧縮機およびその設計方法によれば、固定スクロール部材と旋回スクロール部材の渦巻ラップに段差部が付与されたスクロール圧縮機において、段差部における渦巻ラップの折損と圧縮漏れを防止することができる。

本発明の実施形態に係るスクロール圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 （Ａ）は図３のII-II線に沿う固定スクロール部材の縦断面図、（Ｂ）は同じく旋回スクロール部材の縦断面図である。 図２（Ａ），（Ｂ）のIII矢視による固定スクロール部材および旋回スクロール部材の正面図である。 固定スクロール部材の斜視図である。 旋回スクロール部材の斜視図である。 本発明の第１実施形態を示すチップ隙間付近の縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示すチップ隙間付近の縦断面図である。 本発明の第３実施形態を示すチップ隙間付近の縦断面図である。

以下に、本発明に係るスクロール圧縮機の複数の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るスクロール圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。このスクロール圧縮機１は、例えば車両用空気調和機に用いられるものであって、圧縮機を駆動する電動機と、この電動機を制御するインバータとが一体に設けられたものである。

スクロール圧縮機１の外殻をなすアルミニウム合金製のハウジング２は、圧縮機構側ハウジング３と電動機側ハウジング４とを、その間に隔壁部材５を挟んでボルト６により締め付け固定して構成されている。隔壁部材５は、圧縮機構側ハウジング３と電動機側ハウジング４との間を隔てる部材であり、両側の部屋を連通させる複数の吸気口５ａが設けられている。電動機側ハウジング４の上部にはインバータボックス７が一体に形成され、その内部にインバータ８が設置されている。

圧縮機構側ハウジング３内にはスクロール型の圧縮機構１１が組み込まれ、電動機側ハウジング４内には電動機１２が組み込まれ、この圧縮機構１１と電動機１２とが、主軸１４を介して同軸状に連結されて一体化されている。主軸１４は、その前端付近が、隔壁部材５に圧入されたメインベアリング１８に軸支され、後端が、電動機側ハウジング４の後端面に圧入されたサブベアリング１９に軸支されている。また、電動機側ハウジング４内には、電動機１２を構成するステータ１５およびロータ１６が組み込まれており、ステータ１５は電動機側ハウジング４の内周面に固定され、ロータ１６は主軸１４の中間部に回転一体に設けられている。

一方、圧縮機構１１は、固定スクロール部材２１と旋回スクロール部材２３とを備えている。図２〜図５にも示すように、固定スクロール部材２１は、その固定端板２１１のベース面２１１ａに渦巻き状の固定渦巻ラップ２１２が一体に立設された構成であり、旋回スクロール部材２３は、固定スクロール部材２１と同様に、その旋回端板２３１のベース面２３１ａに渦巻き状の旋回渦巻ラップ２３２が一体に立設された構成である。固定渦巻ラップ２１２と旋回渦巻ラップ２３２の渦巻形状は実質的に同一である。なお、固定スクロール部材２１の固定端板２１１は、複数のボルト２４等によって圧縮機構側ハウジング３の内部端面に固定されている。

旋回スクロール部材２３は、その旋回端板２３１の背面が隔壁部材５のスラスト面５ｂ（図１参照）に摺動自在に当接し、該スラスト面５ｂと固定スクロール部材２１とに挟まれて軸方向への移動を規制されながら圧縮機構側ハウジング３内に保持されている。さらに、旋回スクロール部材２３は、その旋回渦巻ラップ２３２を固定スクロール部材２１の固定渦巻ラップ２１２に噛み合わせた状態で、固定スクロール部材２１に対して相互に公転旋回半径だけ偏心し、かつ１８０°位相をずらした状態で組み付けられている。

主軸１４の先端付近には、先述のメインベアリング１８に圧入される一段径の大きなジャーナル部１４ａが形成されている。このジャーナル部１４ａの前面には主軸１４の軸心に対して偏心しているクランクピン１４ｂが突設されており、このクランクピン１４ｂが、ドライブブッシュ３１とドライブベアリング３２とを介して、旋回スクロール部材２３（旋回端板２３１）の背面側に一体形成されたドライブボス２３４に回動自在に挿入されている。なお、ドライブブッシュ３１には、旋回スクロール部材２３に与えられたアンバランス量に起因する振動を打ち消すためのバランスウェイト３３が取り付けられている。

さらに、旋回スクロール部材２３は、その旋回端板２３１と、隔壁部材５のスラスト面５ｂとの間に設けられた公知の自転規制機構３５（オルダム接手）によって、隔壁部材５に対して上下方向および左右方向にスライドすることはできるが、隔壁部材５に対して回転（自転）することは阻止されている。そして、旋回スクロール部材２３は、隔壁部材５に圧縮機構側ハウジング３を介して固定されている固定スクロール部材２１に対し、周方向に同じ向きを保ったままで公転旋回運動できるように支持されている。

固定スクロール部材２１の固定端板２１１には、吐出ポート３７と、これを開閉するリード弁タイプの吐出弁３８が設けられている。また、固定端板２１１と圧縮機構側ハウジング３との間には吐出チャンバー４０が画成されている。さらに、圧縮機構側ハウジング３には吐出チャンバー４０を外部の配管部材に連結するための吐出口４１が設けられている。

そして、固定スクロール部材２１の固定渦巻ラップ２１２の先端面２１２ａが旋回スクロール部材２３の旋回端板２３１（ベース面２３１ａ）に当接し、旋回スクロール部材２３の旋回渦巻ラップ２３２の先端面２３２ａが固定スクロール部材２１の固定端板２１１（ベース面２１１ａ）に当接することにより、固定端板２１１（２１１ａ）および旋回端板２３１（２３１ａ）と、固定渦巻ラップ２１２および旋回渦巻ラップ２３２とに囲まれて、対向する一対の気密的な圧縮空間４３が形成される。

固定渦巻ラップ２１２および旋回渦巻ラップ２３２の先端面２１２ａ，２３２ａにはシール嵌合溝が形成され、ここにチップシール４５が嵌合されている（図２〜図５参照）。チップシール４５は、対向する固定端板２１１のベース面２１１ａまたは旋回端板２３１のベース面２３１ａに圧接されながら摺動し、圧縮空間４３の圧縮漏れを防止するシール部材であり、例えばシール嵌合溝の底面に開設されて圧縮空間４３に連通する図示しない小孔から圧縮空間４３内の圧力を供給されることによって対向するベース面２１１ａまたは２３１ａに押し付けられてシール作用を発揮するようになっている。

このように構成されたスクロール圧縮機１において、電動機１２が作動して主軸１４が回転すると、この回転がクランクピン１４ｂとドライブブッシュ３１とドライブベアリング３２を経て旋回スクロール部材２３を駆動し、旋回スクロール部材２３は自転規制機構３５の作用により自転せずに固定スクロール部材２１に対して公転旋回運動する。これにより、固定スクロール部材２１の固定渦巻ラップ２１２と旋回スクロール部材２３の旋回渦巻ラップ２３２との間に画成された一対の圧縮空間４３の容積がスムーズに増減して、吸気、圧縮、排気行程が連続的に行われる。

このため、電動機側ハウジング４の端部に設けられた図示しない冷媒ガス吸入口から低圧な気相状の冷媒ガスが吸入され、この冷媒ガスが電動機側ハウジング４内を流通しながら高熱を発するインバータ８や電動機１２を冷却した後に、隔壁部材５の吸気口５ａを経て圧縮機構側ハウジング３内に流入する。

圧縮機構側ハウジング３内に流入した冷媒ガスは圧縮空間４３に吸い込まれ、圧縮空間４３の内容積が、その渦巻形状の外周側から内周側に向かって漸次減少することにより圧縮され、高圧な液相状になって固定端板２１１の吐出ポート３７に設けられた吐出弁３８を押し開いて吐出チャンバー４０に入り、さらに吐出口４１から図示しない空調装置に供給される。

なお、冷媒ガスにはオイルが混合されており、このオイル分はミスト状になってハウジング２内に充満し、電動機側ハウジング４内では、メインベアリング１８、サブベアリング１９等が潤滑され、圧縮機構側ハウジング３内では、精密に組み合わされた固定スクロール部材２１と旋回スクロール部材２３との間や、クランクピン１４ｂ、ドライブブッシュ３１、ドライブベアリング３２、自転規制機構３５等が潤滑される。

次に、本発明の要部について説明する。
図２〜図５に示すように、固定端板２１１のベース面２１１ａは、その高さが固定渦巻ラップ２１２の渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かって段階的に高くなるように、外周段２１１outと、中間段２１１midと、内周段２１１inとを有している。つまり、ベース面２１１ａの高さが、外周段２１１out→中間段２１１mid→内周段２１１inの順にステップ状に高くなっている。その段差寸法は例えば各段５ｍｍ程度である。

同様に、旋回端板２３１のベース面２３１ａも、その高さが旋回渦巻ラップ２３２の渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かって段階的に高くなるように、外周段２３１outと、中間段２３１midと、内周段２３１inとを有している。したがって、ベース面２３１ａの高さが、外周段２３１out→中間段２３１mid→内周段２３１inの順にステップ状に高くなっている。その段差寸法は固定端板２１１における段差寸法と同一である。

一方、固定渦巻ラップ２１２の先端面２１２ａ（旋回スクロール部材２３のベース面２３１ａと摺動する面）には、相対する旋回端板２３１のベース面２３１ａの外周段２３１outと中間段２３１midと内周段２３１inの段差寸法に合わせて高さが段階的に変化する外周側区間２１２outと中間区間２１２midと内周側区間２１２inとが形成されている。つまり、固定渦巻ラップ２１２の高さが、外周側区間２１２out→中間区間２１２mid→内周側区間２１２inの順にステップ状に低くなっている。

同様に、旋回渦巻ラップ２３２の先端面２３２ａ（固定スクロール部材２１のベース面２１１ａと摺動する面）にも、相対する固定端板２１１のベース面２１１ａの外周段２１１outと中間段２１１midと内周段２１１inの段差寸法に合わせて高さが段階的に変化する外周側区間２３２outと中間区間２３２midと内周側区間２３２inが形成されている。したがって、旋回渦巻ラップ２３２の高さが、外周側区間２３２out→中間区間２３２mid→内周側区間２３２inの順にステップ状に低くなっている。

図３に示すように、固定スクロール部材２１および旋回スクロール部材２３の中心点Ｏを挟んで、中間段２１１midおよび２３１midと、中間区間２１２midおよび２３２midとが、互いに正反対（１８０°）の位置に来るようにレイアウトされている（図４、図５も参照）。

また、中間段２１１mid，２３１midと、中間区間２１２mid，２３２midの周方向の長さは、他の段および区間よりも格段に短く設定されている。具体的には、例えば固定スクロール部材２１および旋回スクロール部材２３の外径寸法が１２０ｍｍ程度である場合に、中間段２１１mid，２３１midおよび中間区間２１２mid，２３２midの長さは１０〜２０ｍｍ程度とされ、その分、他の段および区間の長さが伸ばされている。

これにより、外周側区間２１２out，２３２out、内周側区間２１２in，２３２inに設けられるチップシール４５に長い角度長が付与されて安定性（シール性）が高められており、その分、長さの短い中間区間２１２mid，２３２midにはチップシール４５が設けられない構成となっている。

固定スクロール部材２１と旋回スクロール２３が噛み合わされると、固定端板２１１の外周段２１１outと中間段２１１midと内周段２１１inに、それぞれ旋回渦巻ラップ２３２の外周側区間２３２outと中間区間２３２midと内周側区間２３２inが当接する。また、旋回端板２３１の外周段２３１outと中間段２３１midと内周段２３１inに、それぞれ固定渦巻ラップ２１２の外周側区間２１２outと中間区間２１２midと内周側区間２１２inが当接する。これにより、一対の圧縮空間４３（図１参照）が気密的に画成される。

圧縮空間４３の高さ、即ちスラスト方向（軸方向）の寸法は、固定端板２１１と旋回端板２３１のベース面２１１ａ，２３１ａに、ステップ状の外周段２１１out，２３１outと、中間段２１１mid，２３１midと、内周段２１１in，２３１inとが形成されているために、外周側から内周側に向かって段階的に小さくなっている。このため、圧縮空間４３の容積が縮小する圧縮行程時には、圧縮空間４３の幅寸法のみならず高さ寸法も縮小され、これによって冷媒ガスの圧縮効率が向上されている。

図６に示すように、固定スクロール部材２１（固定端板２１１）のベース面２１１ａを構成する外周段２１１out、中間段２１１mid、内周段２１１inと、旋回スクロール部材２３（旋回渦巻ラップ２３２）の先端面２３２ａを構成する外周側区間２３２out、中間区間２３２mid、内周側区間２３２inとの間には、旋回運動中に互いに接触することがないように、それぞれ所定のチップ隙間δout、δmid、δinが付与されている。同様に、図示しないが、旋回スクロール部材２３（旋回端板２３１）のベース面２３１ａを構成する外周段２３１out、中間段２３１mid、内周段２３１inと、固定スクロール部材２１（固定渦巻ラップ２１２）の先端面２１２ａを構成する外周側区間２１２outと中間区間２１２midと内周側区間２１２inとの間にも、所定のチップ隙間δout、δmid、δinが設けられている。

本実施形態では、各チップ隙間δout，δmid，δinの関係が、
δmid≦δout＜δin［ｍｍ］
となるように、各チップ隙間δout，δmid，δinの寸法が設定されている。
δmidの数値は、固定スクロール部材２１と旋回スクロール部材２３が高温化して最大に熱膨張した時でも互いに接触しない寸法に設定しなければならない。因みに、固定スクロール部材２１と旋回スクロール部材２３の熱膨張時には、その各々の中央部の膨張量が最も大きくなり、外周部の膨張量が最も小さくなる。このように熱膨張した時に、チップ隙間δmidが最小になるように予め設定することが望ましい。
冷間時における各チップ隙間δout，δmid，δinの具体的な数値としては、δmidとして０．０５ｍｍ、δoutとして０．０７ｍｍ、δinとして０．１０ｍｍを例示することができる。
δoutはδmidよりも大きいことが好ましいが、δmidと同等であってもよい。

これらのチップ隙間δout，δmid，δinを設計する時には、それらの公差を決定する必要がある。本実施形態では、チップ隙間δmidの寸法公差が、チップ隙間δoutおよびチップ隙間δinの寸法公差以下に設定されている。例えば、チップ隙間δmidの寸法公差を０．０５±０．００５ｍｍに設定した場合には、チップ隙間δoutの寸法公差を、例えば０．０７±０．０１ｍｍに設定し、δinの寸法公差を、例えば０．１０±０．０１ｍｍに設定する。即ち、各チップ隙間δout，δmid，δinが、その各々の公差範囲内で振れても、常にδmidが最小となるように、各々の公差範囲を設定する。

以上のように構成されたスクロール圧縮機１によれば、固定渦巻ラップ２１２と旋回渦巻ラップ２３２の高さが２段階に変化することにより、１段あたりの段差高さが小さくなるため、その段差部の根元に曲げ応力が集中することが回避されて破損が防止される。

また、中間段２１１mid，２３１midと、中間区間２１２mid，２３２midとの間のチップ隙間δmidが、他のチップ隙間δout、δinに対して同等以下の寸法に設定されるため、渦巻方向に沿う長さが短くてチップシール４５が設けられない中間段２１１mid，２３１midと中間区間２１２mid，２３２midとの間のからの圧縮漏れを効果的に防止することができる。

さらに、各チップ隙間δout，δmid，δinを設計する時に、チップ隙間δmidの寸法公差を、チップ隙間δoutおよびδinの寸法公差以下に設定するようにしたため、公差範囲内で各チップ隙間がδout，δmid，δinが振れても、常にδmidが最小となる。このため、公差分を考慮してもチップ隙間δmidからの圧縮漏れを防止することができる。したがって、チップシール４５が設けられない中間段２１１mid，２３１midと、中間区間２１２mid，２３２midとの間におけるチップ隙間δmidを小さくし、ここからの圧縮漏れを防止するとともに、チップシール４５が設けられる他のチップ隙間δout，δinにおいては固定スクロール部材２１と旋回スクロール部材２３とが接触することを防止することができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図７を参照して説明する。
この図７に示す構成では、図６に示す中間段２１１midおよび中間区間２３２midの組が、それぞれ複数組、例えば２組ずつ設けられて、中間段２１１mid1，２１１mid2と中間区間２３２mid1，２３２mid2となっており、その各々のチップ隙間が、δmid1，δmid2となっている。その他の部分の構成は図６と同様である。

このように、中間段２１１mid1，２１１mid2と、中間区間２３２mid1，２３２mid2とが、それぞれ複数段設けられている場合には、その各々の組の前記チップ隙間を、その渦巻方向の外周側から順に、δmid1，δmid2，…δmidnとした場合に、各チップ隙間δout，δmid1，δmid2，…δmidn，δinの関係が、
δmid1≦δmid2≦δmidn≦δout＜δin［ｍｍ］
となるように、各チップ隙間δmid1，δmid2，…δmidnの寸法が設定されている。

このようにすれば、複数の中間段２１１mid1，２１１mid2…と、複数の中間区間２３２mid1，２３２mid2…との間に設けられたチップ隙間δmid1、δmid2、…δmidnが、その渦巻方向の外周側から内周側に向かって狭くなる傾向となるとともに、これらのチップ隙間δmid1、δmid2、…δmidnが、外周段２１１outと外周側区間２３２outとの間のチップ隙間δoutと同等以下に設定される。これにより、渦巻方向に沿う長さが短くてチップシール４５が設けられない中間段２１１mid1，２１１mid2，２３１mid1，２３１mid2と、中間区間２１２mid1，２１２mid2，２３２mid1，２３２mid2との間のチップ隙間mid1，δmid2からの圧縮漏れを有効に防止することができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態について、図８を参照して説明する。
この図８に示す構成では、旋回スクロール部材２３（旋回渦巻ラップ２３２）の中間区間２３２midの先端面に、アブレイダブルコーティング４８が施されている点以外は、図６に示した構成と同様である。このアブレイダブルコーティング４８は、固定スクロール部材２１側の固定渦巻ラップ２１２（図６には非図示）の中間区間２１２midの先端面にも施されている。その他の部分にアブレイダブルコーティング４８は施されていない。

アブレイダブルコーティング４８の材質としては、リン酸鉄コーティング、リン酸マグネシウムコーティング、ニッケルポリマーアマルガム、エポキシ樹脂等を例示することができる。もちろん、所定の摺動性能が確保されれば、他のコーティング材質であってもよい。さらに、被膜基材と固体潤滑剤との混合物であってもよい。なお、アブレイダブルコーティング４８の膜厚は、中間段２１１midと中間区間２３２midとの間のチップ隙間δmidと同等か、それ以下に設定するのが好ましい。

このように、固定スクロール部材２１１（固定渦巻ラップ２１２）の中間区間２１２midおよび旋回スクロール部材２３（旋回渦巻ラップ２３２）の中間区間２３２midの先端面にアブレイダブルコーティング４８を施すことにより、各中間区間２１２mid，２３２midと、これに対応する固定端板２１１の中間段２１１midおよび旋回端板２３１の中間段２３１midとの間のチップ隙間δmidを小さく設定することができる。即ち、チップ隙間δmidを小さくしたことにより、中間段２１１mid，２３１midと中間区間２１２mid，２３２midとが旋回運動中に接触しても、アブレイダブルコーティング４８が非常に狭い許容範囲で摩滅するのみとなる。このため、チップシール４５が設けられないチップ隙間δmidからの圧縮漏れを効果的に防止することができる。

アブレイダブルコーティング４８は、面積の小さい中間区間２１２mid，２３２midの先端面にのみ施され、外周側区間２１２out，２３２outおよび内周側区間２１２in，２３２inの先端面には施されないため、このアブレイダブルコーティング４８が中間段２１１mid，２３１midと摺動して摩耗しても、その摩耗粉による冷媒経路の汚染（コンタミネーション）を最小限に留めることができる。このアブレイダブルコーティング４８は、第２実施形態のように中間段および中間区間の組が、それぞれ複数組設けられている場合に、各々の中間区間の先端面に施してもよい。

本実施形態では、アブレイダブルコーティング４８が旋回渦巻ラップ２３２の中間区間２３２midの先端面と、固定渦巻ラップ２１２の中間区間２１２midの先端面に施された例について述べたが、アブレイダブルコーティング４８を固定端板２１１の中間段２１１mid、および旋回端板２３１の中間段２３１midに施してもよい。

なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。

例えば、上記各実施形態は、電動機１２によって圧縮機構１１を駆動する電動スクロール圧縮機について説明したが、電動機１２によらず、エンジン等の外部動力によって圧縮機構１２を駆動するスクロール圧縮機についても本発明を適用することができる。

１ スクロール圧縮機
１１ スクロール型の圧縮機構
１２ 電動機
２１ 固定スクロール部材
２１１ 固定端板
２１１ａ ベース面
２１１out 外周段
２１１mid 中間段
２１１in 内周段
２１２ 固定渦巻ラップ
２１２ａ 先端面
２１２out 外周側区間
２１２mid 中間区間
２１２in 内周側区間
２３ 旋回スクロール部材
２３１ 旋回端板
２３１ａ ベース面
２３１out 外周段
２３１mid 中間段
２３１in 内周段
２３２ 旋回渦巻ラップ
２３２ａ 先端面
２３２out 外周側区間
２３２mid 中間区間
２３２in 内周側区間
４３ 圧縮空間
４５ チップシール
４８ アブレイダブルコーティング
δout，δmid，δmid1，δmid2，δin チップ隙間

Claims (5)

1. 固定端板のベース面に固定渦巻ラップが形成された固定スクロール部材と、旋回端板のベース面に旋回渦巻ラップが形成された旋回スクロール部材とが互いに対向して噛み合わされ、
   前記旋回スクロール部材を、その自転を規制しつつ前記固定スクロール部材に対し公転旋回させることにより、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップとの間に画成される圧縮空間の内容積を、その渦巻形状の外周側から内周側に向かって漸次減少させて該圧縮空間内に吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出するように構成され、
   前記固定端板および前記旋回端板の前記ベース面は、その高さが前記固定渦巻ラップおよび前記旋回渦巻ラップの渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かってステップ状に高くなるように、外周段と、少なくとも１つの中間段と、内周段とを有し、
   前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップの先端面には、相対する前記外周段と前記中間段と前記内周段の高さに合わせて高さがステップ状に変化する外周側区間と中間区間と内周側区間とが形成されたスクロール圧縮機において、
   前記外周段と前記外周側区間との間のチップ隙間をδout、
   前記中間段と前記中間区間との間のチップ隙間をδmid、
   前記内周段と前記内周側区間との間のチップ隙間をδin
   とした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid，δinの関係が、
   δmid≦δout＜δin
   となるように前記各チップ隙間δout，δmid，δinを設定したことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記中間段と前記中間区間とが複数組ある場合には、その各々の組の前記チップ隙間を、その渦巻方向の外周側から順に、δmid1，δmid2，…δmidnとした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid1，δmid2，…δmidn，δinの関係が、
   δmid1≦δmid2≦δmidn≦δout＜δin
   となるように前記各チップ隙間δmid1，δmid2，…δmidnを設定したことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記中間区間の先端面、および前記中間段の少なくとも一方にアブレイダブルコーティングが施されたことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 固定端板のベース面に固定渦巻ラップが形成された固定スクロール部材と、旋回端板のベース面に旋回渦巻ラップが形成された旋回スクロール部材とが互いに対向して噛み合わされ、
   前記旋回スクロール部材を、その自転を規制しつつ前記固定スクロール部材に対し公転旋回させることにより、前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップとの間に画成される圧縮空間の内容積を、その渦巻形状の外周側から内周側に向かって漸次減少させて該圧縮空間内に吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出するように構成され、
   前記固定端板および前記旋回端板の前記ベース面は、その高さが前記固定渦巻ラップおよび前記旋回渦巻ラップの渦巻方向に沿って外周側から内周側に向かって段階的に高くなるように、外周段と、少なくとも１つの中間段と、内周段とを有し、
   前記固定渦巻ラップと前記旋回渦巻ラップの先端面には、相対する前記外周段と前記中間段と前記内周段の高さに合わせて高さがステップ状に変化する外周側区間と中間区間と内周側区間とが形成されたスクロール圧縮機の設計方法において、
   前記外周段と前記外周側区間との間のチップ隙間をδout、
   前記中間段と前記中間区間との間のチップ隙間をδmid、
   前記内周段と前記内周側区間との間のチップ隙間をδin
   とした場合に、前記各チップ隙間δout，δmid，δinの関係が、
   δmid≦δout＜δin
   となるように前記各チップ隙間δout、δmid、δinを設定することを特徴とするスクロール圧縮機の設計方法。
5. 前記チップ隙間δmidの寸法公差を、前記チップ隙間δoutおよび前記チップ隙間δinの寸法公差以下に設定することを特徴とする請求項４に記載のスクロール圧縮機の設計方法。

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