JP2022187295A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜部を有するスクロール流体機械であってもチップ隙間からの流体漏れを可及的に低減することができるスクロール流体機械を提供する。【解決手段】壁体３ｂ，５ｂの最内周部に設けられた内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と、端板３ａ，５ａの最内周部に設けられ、内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２に対応した内周側端板平坦部３ａ２と、壁体の高さが連続的に増大する壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１と、壁体傾斜部５ｂ１の歯先に対向する歯底面が壁体傾斜部５ｂ１の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部３ａ１と、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシールと、端板３ａ，５ａの中央に形成されて圧縮された高圧冷媒が流通する吐出ポート３ｃと、備え、内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２および内周側端板平坦部３ａ２は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２の範囲にわたって設けられている。【選択図】図４

Description

本開示は、スクロール流体機械に関するものである。

一般に、端板上に渦巻状の壁体が設けられた固定スクロール部材と旋回スクロール部材とを噛み合わせ、公転旋回運動を行わせて流体を圧縮または膨張するスクロール流体機械が知られている。

このようなスクロール流体機械として、特許文献１に示すようないわゆる段付きスクロール圧縮機が知られている。この段付きスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻状の壁体の歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う位置に各々段部が設けられ、各段部を境に壁体の外周側の高さが内周側の高さよりも高くされている。段付きスクロール圧縮機は、壁体の周方向だけでなく、高さ方向にも圧縮（三次元圧縮）されるため、段部を備えていない一般的なスクロール圧縮機（二次元圧縮）に比べ、押しのけ量を大きくし、圧縮機容量を増加することができる。

しかし、段付きスクロール圧縮機は、段部における流体漏れが発生し、効率低下する場合がある。

これに対して、特許文献２に示されているように、壁体及び端板に設けられた段部に代えて連続的な傾斜部を設けることが提案されている。

特許文献２では、壁体の歯先が傾斜していると計測点の設定が難しく計測精度を上げることが困難となるという問題点に鑑みて、壁体及び端板の最外周部および／または最内周部に平坦部を設けることとし、形状測定を精度良く行うこととしている。そして、壁体平坦部および端板平坦部は、スクロール部材の中心回りに１８０°以上の領域にわたって設けられていることが開示されている。ただし、平坦部の範囲が１８０°を大きく超えてしまうと、傾斜部の領域が減少し傾斜部の傾きが大きくなってしまい流体漏れが大きくなるおそれがある。このため、壁体平坦部および端板平坦部は１８０°の領域とすることが好ましいと記載されている（特許文献２の段落［００１８］）。

特開２０１５－０５５１７３号公報 特開２０１８－０２８３００号公報

しかし、本発明者等が鋭意検討したところ、スクロール部材の最内周に形成される圧縮室は最も圧力が高くなるため圧力差が大きくなり、歯先（壁体）と歯底（端板）との間の隙間であるチップ隙間からの流体漏れが大きくなる。そして、最内周部に壁体平坦部および端板平坦部を設けたとしても、最内周の圧縮室を形成する領域に傾斜部が存在していると、傾斜部におけるチップ隙間は旋回角度に応じて変化するためチップ隙間が大きくなり流体漏れがさらに増大する。

本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、傾斜部を有するスクロール流体機械であってもチップ隙間からの流体漏れを可及的に低減することができるスクロール流体機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示のスクロール流体機械は、第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部と、前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、高さが変化しない壁体平坦部と、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部と、前記壁体平坦部から外周側に向かって前記傾斜部を形成するように前記壁体の高さが連続的に増大する壁体傾斜部と、前記端板平坦部から外周側に向かって前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部と、前記壁体平坦部及び前記壁体傾斜部の歯先に形成された溝部に設けられ、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシールと、前記第１端板または前記第２端板の中央に形成されて圧縮された高圧流体または外部から導かれた高圧流体が流通する高圧ポートと、備え、前記壁体平坦部および前記端板平坦部は、前記高圧ポートに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室の範囲にわたって設けられている。

チップ隙間からの流体漏れを可及的に低減することができる。

本開示の一実施形態にかかるスクロール圧縮機の固定スクロール及び旋回スクロールの縦断面図である。 図１の旋回スクロールを示した斜視図である。 図１の固定スクロールを示した平面図である。 固定スクロールに対して旋回スクロールを重ね合わせた状態を示した平面図である。 渦巻き方向に伸ばして表示した壁体を示す模式図である。 図４の符号Ｚの領域を拡大して示した部分拡大図である。 図６で示した傾斜部のチップシール隙間を示し、チップシール隙間が相対的に小さい状態を示した側面図である。 図６で示した傾斜部のチップシール隙間を示し、チップシール隙間が相対的に大きい状態を示した側面図である。 図７Ａに対応する状態を実線で、図７Ｂに対応する状態を破線で示したチップシール周りの縦断面図である。 平坦部におけるチップシール周りを示した縦断面図である。 旋回角に対する筒内圧を示したグラフである。 変形例を示し、段部を有していないスクロールとの組合せを示した縦断面図である。 変形例を示し、段付きスクロールとの組合せを示した縦断面図である。 最内周に設けた平坦部の範囲を示し、固定スクロールに対して旋回スクロールを重ね合わせた状態を示した平面図である。 図１１Ａの変形例を示した平面図である。 図１１Ａの変形例を示した平面図である。

以下に、本開示にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、スクロール圧縮機（スクロール流体機械）１の固定スクロール（第１スクロール部材）３と旋回スクロール（第２スクロール部材）５が示されている。スクロール圧縮機１は、例えば空調機等の冷凍サイクルを行うガス冷媒（流体）を圧縮する圧縮機として用いられる。

固定スクロール３及び旋回スクロール５は、アルミ合金製や鉄製等の金属製の圧縮機構とされ、図示しないハウジング内に収容されている。固定スクロール３及び旋回スクロール５は、ハウジング内に導かれた流体を外周側から吸い込み、固定スクロール３の中央の吐出ポート（高圧ポート）３ｃから外部へと圧縮後の流体を吐出する。

固定スクロール３は、ハウジングに固定されており、略円板形状の端板（第１端板）３ａと、端板３ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第１壁体）３ｂとを備えている。旋回スクロール５は、略円板形状の端板（第２端板）５ａと、端板５ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第２壁体）５ｂとを備えている。各壁体３ｂ，５ｂの渦巻形状は、例えば、インボリュート曲線やアルキメデス曲線を用いて定義されている。

固定スクロール３と旋回スクロール５は、その中心を旋回半径ρだけ離し、壁体３ｂ，５ｂの位相を１８０°ずらして噛み合わされ、両スクロールの壁体３ｂ、５ｂの歯先と歯底間に常温で僅かな高さ方向のクリアランス（チップクリアランス）を有するように組み付けられている。これにより、両スクロール３，５間に、その端板３ａ，５ａと壁体３ｂ、５ｂとにより囲まれて形成される複数対の圧縮室がスクロール中心に対して対称に形成される。旋回スクロール５は、図示しないオルダムリング等の自転防止機構によって固定スクロール３の周りを公転旋回運動する。

向かい合う両端板３ａ，５ａ間の対向面間距離Ｌは、渦巻状の壁体３ｂ，５ｂの外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられている。

図２に示すように、旋回スクロール５の壁体５ｂには、内周側から外周側に向かって高さが連続的に増大する壁体傾斜部５ｂ１が設けられている。この壁体傾斜部５ｂ１の歯先が対向する固定スクロール３の歯底面には、壁体傾斜部５ｂ１の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部３ａ１（図１参照）が設けられている。これら壁体傾斜部５ｂ１及び端板傾斜部３ａ１によって、連続的な傾斜部が構成されている。同様に、図１に示したように、固定スクロール３の壁体３ｂにも高さが内周側から外周側に向かって連続的に傾斜する壁体傾斜部３ｂ１が設けられ、この壁体傾斜部３ｂ１の歯先に対向する端板傾斜部５ａ１が旋回スクロール５の端板５ａに設けられている。

なお、本実施形態でいう傾斜部における連続的という意味は、滑らかに接続された傾斜に限定されるものではなく、加工時に不可避的に生じるような小さな段部が階段状に接続されており、傾斜部を全体としてみれば連続的に傾斜しているものも含まれる。ただし、いわゆる段付きスクロールのような大きな段部は含まれない。

図２に示されているように、旋回スクロール５の壁体５ｂの最内周側と最外周側には、それぞれ、高さが一定とされた内周側壁体平坦部５ｂ２及び外周側壁体平坦部５ｂ３が設けられている。
内周側壁体平坦部５ｂ２は、旋回スクロール５の中心Ｏ２（図１参照）側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられている。より具体的には、内周側壁体平坦部５ｂ２は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２（図４参照）を規定する範囲にわたって設けられている。第１圧縮室１２の外周位置を規定する基準外周位置（壁体傾斜接続部５ｂ４）は、図１１Ａに示すように、基準外周線Ｌ１上に設けられる。基準外周線Ｌ１は、壁体５ｂの渦巻き方向の角度位置を示し、第１圧縮室１２の外周位置に一致する。

図２に示すように、外周側壁体平坦部５ｂ３は、旋回スクロール５の最外周端５ｂ６から内周側に１８０°の領域にわたって設けられている。ただし、１８０°を超えていても良いし、１８０°未満であっても良い。また、外周側壁体平坦部５ｂ３は省略して壁体傾斜部５ｂ１を最外周端まで形成しても良い。
壁体平坦部５ｂ２，５ｂ３と壁体傾斜部５ｂ１とが接続される位置には、それぞれ、屈曲部となる壁体傾斜接続部５ｂ４，５ｂ５が設けられている。内周側の壁体傾斜接続部５ｂ４は、図１１Ａに示すように、基準外周線Ｌ１上に設けられている。

図２に示すように、旋回スクロール５の端板５ａの歯底についても同様に、高さが一定とされた内周側端板平坦部５ａ２及び外周側端板平坦部５ａ３が設けられている。内周側端板平坦部５ａ２は、旋回スクロール５の中心Ｏ２（図１参照）側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられている。より具体的には、内周側端板平坦部５ａ２は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２（図４参照）を規定する範囲にわたって設けられている。第１圧縮室１２の外周位置を規定する基準外周位置（端板傾斜接続部５ａ４）は、図１１Ａに示すように、基準外周線Ｌ２上に設けられる。基準外周線Ｌ２は、渦巻き方向の角度位置を示し、第１圧縮室１２の外周位置に一致する。

図２に示すように、外周側端板平坦部５ａ３は、旋回スクロール５の中心まわりに１８０°の領域にわたって１８０°の領域にわたって設けられている。
端板平坦部５ａ２，５ａ３と端板傾斜部５ａ１とが接続される位置には、それぞれ、屈曲部となる端板傾斜接続部５ａ４，５ａ５が設けられている。内周側の端板傾斜接続部５ａ４は、図１１Ａに示すように、基準外周線Ｌ２上に設けられている。なお、端板傾斜接続部５ａ４は、図１１Ａのように平面視すると半円となっており、この半円の両端が基準外周線Ｌ２に一致するように設けられている。

図３に示すように、固定スクロール３についても、旋回スクロール５と同様に、内周側壁体平坦部３ｂ２及び外周側壁体平坦部３ｂ３が設けられている。内周側壁体平坦部３ｂ２は、固定スクロール３の中心Ｏ１（図１参照）側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられている。より具体的には、内周側壁体平坦部３ｂ２は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２（図４参照）を規定する範囲にわたって設けられている。内周側壁体平坦部３ｂ２と壁体傾斜部３ｂ１とが接続される位置には、屈曲部となる壁体傾斜接続部３ｂ４が設けられている。内周側壁体平坦部３ｂ２の外周位置となる壁体傾斜接続部３ｂ４は、図１１Ａに示すように、第１圧縮室１２の外周位置を規定する基準外周位置を通る基準外周線Ｌ２上に設けられている。

図３に示すように、固定スクロール３の端板３ａの歯底についても同様に、高さが一定とされた内周側端板平坦部３ａ２及び外周側端板平坦部３ａ３が設けられている。内周側端板平坦部３ａ２は、固定スクロール３の中心Ｏ１（図１参照）側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられている。より具体的には、内周側端板平坦部３ａ２は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２（図４参照）を規定する範囲にわたって設けられている。内周側端板平坦部３ａ２と端板傾斜部３ａ１とが接続される位置には、屈曲部となる端板傾斜接続部３ａ４が設けられている。内周側端板平坦部３ａ２の外周位置となる端板傾斜接続部３ａ４は、図１１Ａに示すように、第１圧縮室１２の外周位置を規定する基準外周位置を通る基準外周線Ｌ１上に設けられている。なお、端板傾斜接続部３ａ４は、図１１Ａのように平面視すると半円となっており、この半円の両端が基準外周線Ｌ１に一致するように設けられている。

図３に示すように、固定スクロール３の端板３ａには、インジェクションポート１０が２箇所設けられている。インジェクションポート１０は、端板３ａを厚さ方向に貫通する貫通孔とされており、図示しない凝縮器を通過した後の冷媒が導かれる。各インジェクションポート１０は、互いに正対する位置に設けられている。インジェクションポート１０は、吐出ポート３ｃに連通するタイミングで形成される第１圧縮室の外周側に位置する第２圧縮室に開口する位置に形成される。

図４には、図３に示した固定スクロール３に対して図２に示した旋回スクロール５を重ねて噛み合わせた状態が示されている。同図から分かるように、吐出ポート３ｃに連通するタイミング、より具体的には吐出ポート３ｃに連通する直前のタイミングで形成される第１圧縮室１２は、固定スクロール３の内周側端板平坦部３ａ２及び内周側壁体平坦部３ｂ２と、旋回スクロール５の内周側端板平坦部５ａ２及び内周側壁体平坦部５ｂ２とによって画成されている。すなわち、第１圧縮室１２は、平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２のみによって密閉された状態で規定されており、第１圧縮室１２内には傾斜部が形成されていない。これは、第１圧縮室１２内に、内周側端板平坦部３ａ２と端板傾斜部３ａ１とが接続される端板傾斜接続部３ａ４と、内周側端板平坦部５ａ２と端板傾斜部５ａ１とが接続される端板傾斜接続部５ａ４が設けられていないことから理解できる。なお、第１圧縮室１２は、スクロール３，５の中心Ｏ１，Ｏ２を挟んで対称に正対して２つ（１対）設けられている。

図４には、第１圧縮室１２の外周側に位置する第２圧縮室１４に、インジェクションポート１０が開口していることが示されている。第２圧縮室１４は、スクロール３，５の中心Ｏ１，Ｏ２を挟んで対称に正対して２つ（１対）設けられている。

図５には、渦巻き方向に伸ばして表示した壁体３ｂ，５ｂが示されている。同図に示されているように、内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２が距離Ｄ２にわたって設けられ、外周側壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３が距離Ｄ３にわたって設けられている。距離Ｄ２は、各スクロール３，５の中心Ｏ１，Ｏ２まわりに３６０°以上とされた領域に相当する長さとなっている。距離Ｄ３は、各スクロール３，５の中心Ｏ１，Ｏ２まわりに１８０°とされた領域に相当する長さとなっている。内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と外周側壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３との間に、壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１が距離Ｄ１にわたって設けられている。内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と外周側壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３との高低差をｈとすると、壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１の傾きφは下式とされる。
φ＝tan^－１（h/D1） ・・・（１）
このように、傾斜部における傾きφは、渦巻状の壁体３ｂ，５ｂが延在する周方向に対して一定とされている。距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも長く、また、距離Ｄ３よりも長い。
例えば、本実施形態において、スクロール３，５の諸元は以下の通りである。
（１）旋回半径ρ［ｍｍ］： ２以上１５以下、好ましくは３以上１０以下
（２）壁体３ｂ、５ｂの巻数：
１．５以上４．５以下、好ましくは２．０以上３．５以下
（３）高低差ｈ［ｍｍ］： ２以上２０以下、好ましくは５以上１５以下
（４）ｈ／Ｌｏｕｔ（最外周側の壁体高さ）：
０．０５以上０．３５以下、好ましくは０．１以上０．２５以下
（５）傾斜部の角度範囲（距離Ｄ１に相当する角度範囲）［°］：
１８０以上１０８０以下、好ましくは３６０以上７２０以下
（６）傾斜部の傾きφ［°］： ０．２以上４以下、好ましくは０．５以上２．５以下

図６には、図４の符号Ｚで示した領域の拡大図が示されている。図６に示されているように、固定スクロール３の壁体３ｂの歯先には、チップシール７が設けられている。チップシール７は樹脂製とされており、対向する旋回スクロール５の端板５ａの歯底に接触して流体をシールする。チップシール７は、壁体３ｂの歯先に周方向にわたって形成されたチップシール溝３ｄ内に収容されている。このチップシール溝３ｄ内に圧縮流体が入り込み、チップシール７を背面から押圧して歯底側に押し出すことで対向する歯底に接触させるようになっている。なお、旋回スクロール５の壁体５ｂの歯先に対しても、同様にチップシールが設けられている。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、壁体３ｂの高さ方向におけるチップシール７の高さＨｃは、周方向に一定とされている。
両スクロール３，５が相対的に公転旋回運動を行うと、旋回直径（旋回半径ρ×２）分だけ歯先と歯底の位置が相対的にずれる。この歯先と歯底の位置ずれに起因して、傾斜部では、歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。チップクリアランス変化量Δｈ［ｍｍ］は、例えば、０．０５以上１．０以下、好ましくは０．１以上０．６以下とされる。例えば、図７ＡではチップクリアランスＴが小さく、例えば図８Ａの実線に示した状態となる。一方、旋回が進み図７Ｂの状態になるとチップクリアランスＴが大きくなり、例えば図８Ｂの破線に示した状態となる。チップシール７は、このチップクリアランスＴが旋回運動によって変化しても、図８Ａの太矢印で示すように、背面から圧縮流体によって端板５ａの歯底側に押圧されるので、追従してシールできるようになっている。

一方で、第１圧縮室１２（図４参照）には傾斜部が設けられていないので、図８Ａのようにチップクリアランスが旋回角度に応じて変化することはない。具体的には、図８Ｂに示したように、チップクリアランスを一定に維持したままで旋回スクロール５の旋回が行われる。これにより、第１圧縮室１２では他の圧縮室に比べてチップ隙間からの流体漏れを可及的に小さくできる。

上述したスクロール圧縮機１は、以下のように動作する。
図示しない電動モータ等の駆動源によって、旋回スクロール５が固定スクロール３回りに公転旋回運動を行う。これにより、各スクロール３，５の外周側から流体を吸い込み、各壁体３ｂ，５ｂ及び各端板３ａ，５ａによって囲まれた圧縮室に流体を取り込む。圧縮室内の流体は外周側から内周側に移動するに従い順次圧縮され、最終的に固定スクロール３に形成された吐出ポート３ｃから圧縮流体が吐出される。流体が圧縮される際に、端板傾斜部３ａ１，５ａ１及び壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１によって形成された傾斜部では壁体３ｂ，５ｂの高さ方向にも圧縮されて、三次元圧縮が行われる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
チップシール７を設けた上で、壁体３ｂ，５ｂ及び端板３ａ，５ａの最内周部に平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２を設けることとし、内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２および内周側端板平坦部３ａ２，５ａ２を吐出ポート３ｃに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室１２の範囲にわたって設けることとした。
内周側壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と内周側端板平坦部３ａ２，５ａ２との間では、傾斜部とは異なり、旋回角に応じてチップクリアランスＴが変化することはなく、傾斜部に比べて漏れが少ない。したがって、吐出ポートに連通するタイミングで形成される最内周の第１圧縮室１２すなわち最も高圧となる圧縮室から高圧冷媒がチップ隙間を介して外周側に位置する他の圧縮室に漏れ出すことを抑制することができ、効率向上を図ることができる。

図９には、上述の効果が示されている。同図において横軸は旋回スクロール５の旋回角、縦軸は筒内圧である。筒内圧は、閉じられた圧縮室内の圧力を意味する。
同図において、破線はチップ隙間で漏れが生じない理想的とされた比較例１の圧縮過程を示す。一点鎖線は、第１圧縮室１２まで傾斜部が設けられている比較例２を示す。実線は、本実施形態のように第１圧縮室１２が平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２のみによって形成されている場合である。
同図から分かるように、比較例２では、第１圧縮室１２における漏れが比較的大きいので、旋回角が比較例１や本実施形態から進んだ後に最高筒内圧に到達する。本実施形態では、チップ隙間漏れがない比較例１よりは旋回角が進んだ後に最高筒内圧に到達するが、比較例２よりも第１圧縮室１２でのチップ隙間漏れが少ないので比較例２よりも早い旋回角で最高筒内圧に到達することができる。

最内周の第１圧縮室１２の外周側に位置する第２圧縮室１４が形成されるように壁体３ｂ，５ｂの巻数が規定される。第１圧縮室１２の外周側に閉じた圧縮空間となる第２圧縮室１４が形成されるので、仮に第１圧縮室１２から第２圧縮室１４に流体が漏れたとしてもスクロール圧縮機１の外側（吸入側）まで流出することがないので、効率低下を抑制することができる。

第２圧縮室１４が閉じた空間とされているので、インジェクションポート１０から流体を供給することによってインジェクションの効果を有効に実現することができる。

なお、最内周の平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２が形成される領域を図１１Ｂや図１１Ｃのように変形することができる。
図１１Ｂに示すように、最内周の平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を、図１１Ａに示した基準外周線Ｌ１，Ｌ２上の基準外周位置よりも渦巻き方向の内周側に設けても良い。具体的には、基準外周線Ｌ１，Ｌ２よりも渦巻き方向の内周側に９０°（－９０°）端板３ａ，５ａの中心回りに回転させた基準外周線Ｌ１’，Ｌ２’上に平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を設けてもよい。これにより、第１圧縮室１２の範囲に傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の一部が形成されることになり、第１圧縮室１２に存在する傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１によって流体漏れの発生のおそれが生じる。しかし、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の内周側における開始位置が基準外周位置よりも内周側に設けられることになるので、同じ傾斜高さ（図５の高低差ｈに相当）を得ようとした場合、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１全体の渦巻き方向の寸法を大きくすることができる。傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の渦巻き方向の寸法を大きくすることによって傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の傾きφを小さくできるので、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の漏れを抑制することができる。このように、最内周の平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を基準外周位置に設けた図１１Ａに比べて、第１圧縮室１２の流体漏れを増大させてしまうが、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の漏れを減少させることができる。そこで、平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置の下限を基準外周位置の渦巻き方向の内周側に９０°とすることが好ましい。

図１１Ｃに示すように、最内周の平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を、図１１Ａに示した基準外周線Ｌ１，Ｌ２上の基準外周位置よりも渦巻き方向の外周側に設けても良い。具体的には、基準外周線Ｌ１，Ｌ２よりも渦巻き方向の外周側に９０°（＋９０°）端板３ａ，５ａの中心回りに回転させた基準外周線Ｌ１”，Ｌ２”上に平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を設けてもよい。これにより、第１圧縮室１２の範囲に傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１が存在しないので、第１圧縮室１２からの流体漏れを抑制することができる。しかし、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の内周側における開始位置を基準外周位置よりも外周側に設けることによって、同じ傾斜高さ（図５の高低差ｈに相当）を得ようとした場合、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１全体の渦巻き方向の寸法が小さくなってしまう。傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の渦巻き方向の寸法が小さくなると傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の傾きφが大きくなるので、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の流体漏れの発生が増大するおそれがある。このように、最内周の平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置を基準外周位置よりも内周側に設けた図１１Ｂに比べて、傾斜部３ａ１，３ｂ１，５ａ１，５ｂ１の漏れを増大させてしまうが、第１圧縮室１２の流体漏れが減少させることができる。そこで、平坦部３ａ２，３ｂ２，５ａ２，５ｂ２の外周位置の上限を基準外周位置の渦巻き方向の外周側に９０°とすることが好ましい。

また、本実施形態では、端板傾斜部３ａ１，５ａ１及び壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１を両スクロール３，５に設けることとしたが、いずれか一方に設けても良い。
具体的には、図１０Ａに示すように、一方の壁体（例えば旋回スクロール５）に壁体傾斜部５ｂ１を設け、他方の端板３ａに端板傾斜部３ａ１を設けた場合には、他方の壁体と一方の端板５ａは平坦としても良い。
また、図１０Ｂに示すように、従来の段付き形状と組み合わせた形状、すなわち、固定スクロール３の端板３ａに端板傾斜部３ａ１を設ける一方で、旋回スクロール５の端板５ａに段部が設けられた形状と組み合わせても良い。

本実施形態では、スクロール圧縮機として説明したが、膨張機として用いるスクロール膨張機に対しても本開示を適用することができる。

以上説明した各実施形態に記載のスクロール流体機械は、例えば以下のように把握される。
本開示の一態様に係るスクロール流体機械（１）は、第１端板（３ａ）上に渦巻状の第１壁体（３ｂ）が設けられた第１スクロール部材（３）と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板（５ａ）上に渦巻状の第２壁体（５ｂ）が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材（５）と、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部（３ａ１，５ａ１）と、前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、高さが変化しない壁体平坦部（３ｂ２，５ｂ２）と、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部（３ａ２，５ａ２）と、前記壁体平坦部から外周側に向かって前記傾斜部を形成するように前記壁体の高さが連続的に増大する壁体傾斜部（３ｂ１，５ｂ１）と、前記端板平坦部から外周側に向かって前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部（３ａ１，５ａ１）と、前記壁体平坦部及び前記壁体傾斜部の歯先に形成された溝部に設けられ、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシール（７）と、前記第１端板または前記第２端板の中央に形成されて圧縮された高圧流体または外部から導かれた高圧流体が流通する高圧ポート（３ｃ）と、備え、前記壁体平坦部および前記端板平坦部は、前記高圧ポート側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられ、前記外周位置は、前記高圧ポートに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室（１２）の範囲を規定する外周位置を基準外周位置とした場合に、前記基準外周位置から前記第１壁体及び前記第２壁体の渦巻き方向の内周側に９０°から外周側に９０°までの範囲に設けられている。

第１端板と第２端板との対向面間距離が壁体の外周側から内周側に向かって連続的に減少する傾斜部が設けられているので、外周側から吸い込まれた流体は内周側に向かうにしたがい、壁体の渦巻形状に応じた圧縮室の減少によって圧縮されるだけでなく、端板間の対向面間距離の減少によって更に圧縮されることになる。これにより、三次元圧縮が可能となり、小型化を実現することができる。
傾斜部が連続的に減少するようになっており、従来の壁体及び歯底に段部が設けられた段付きスクロール流体機械に比べて、流体漏れを少なくすることができる。

連続的な傾斜部とは、滑らかに接続された傾斜部に限定されるものではなく、小さな段差が階段状に接続されており、傾斜部を全体としてみれば連続的に傾斜しているものも含まれる。

壁体の高さが内周側から外周側に向かって増大する壁体傾斜部と、この壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部とを設けることで、端板間の対向面間距離が外周側から内周側に向かって減少する傾斜部を形成することができる。

壁体傾斜部および端板傾斜部は、第１スクロールおよび第２スクロールに設けても良いし、いずれか一方に設けても良い。一方の壁体に壁体傾斜部を設け、他方の端板に端板傾斜部を設けた場合には、他方の壁体と一方の端板は平坦としても良いし、従来の段付き形状と組み合わせた形状としても良い。

傾斜部は、両スクロール部材が相対的に公転旋回運動を行うと、旋回直径（旋回半径×２）分だけ歯先と歯底の位置がずれる。この歯先と歯底の位置ずれに起因して歯先と歯底との間の隙間（チップクリアランス）が変化する。このチップクリアランスの変化の影響によるも流体漏れを抑制するために、傾斜部に対応する各壁体の歯先にチップシールが設けられている。

チップシールを設けた上で、壁体及び端板の最内周部に平坦部を高圧ポート側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けることとした。平坦部の外周位置は、壁体平坦部および端板平坦部を高圧ポートに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室の範囲を規定する外周位置を基準外周位置とした場合に、基準外周位置から第１壁体及び第２壁体の渦巻き方向の内周側に９０°から外周側に９０°までの範囲に設けられている。なお、本開示において「圧縮室が形成される」とは両スクロール部材によって閉じられた圧縮空間が形成されることを意味する。

壁体平坦部と端板平坦部との間では、傾斜部とは異なり、旋回角に応じてチップクリアランスが変化することはなく、傾斜部に比べて漏れが少ない。したがって、平坦部の外周位置を基準外周位置に一致させれば、高圧ポートに連通するタイミングで形成される最内周の第１圧縮室すなわち最も高圧となる圧縮室から高圧流体がチップ隙間を介して外周側に位置する他の圧縮室に漏れ出すことを抑制することができ、効率向上を図ることができる。

平坦部の外周位置を基準外周位置の渦巻き方向の内周側に設けた場合は、第１圧縮室の範囲に傾斜部の一部が形成されることになる。したがって、第１圧縮室に存在する傾斜部によって流体漏れの発生のおそれがある。しかし、傾斜部の内周側における開始位置を基準外周位置よりも内周側に設けることによって、同じ傾斜高さを得ようとした場合、傾斜部全体の渦巻き方向の寸法を大きくすることができる。傾斜部の渦巻き方向の寸法を大きくすることによって傾斜部の傾きを小さくできるので、傾斜部の漏れを抑制することができる。そこで、平坦部の外周位置の下限を基準外周位置の渦巻き方向の内周側に９０°とした。

平坦部の外周位置を基準外周位置の渦巻き方向の外周側に９０°の範囲で設けた場合は、第１圧縮室の範囲に傾斜部が存在しないので、第１圧縮室からの流体漏れを抑制することができる。しかし、傾斜部の内周側における開始位置を基準外周位置よりも外周側に設けることによって、同じ傾斜高さを得ようとした場合、傾斜部全体の渦巻き方向の寸法が小さくなってしまう。傾斜部の渦巻き方向の寸法が小さくなると傾斜部の傾きが大きくなるので、傾斜部の流体漏れの発生が増大するおそれがある。そこで、平坦部の外周位置の上限を基準外周位置の渦巻き方向の外周側に９０°とした。

本開示の一態様に係るスクロール流体機械では、前記高圧ポートに連通するタイミングで形成される前記第１圧縮室の外周側に位置する第２圧縮室（１４）が形成される。

最内周の第１圧縮室の外周側に位置する第２圧縮室が形成されるように第１壁体および第２壁体の巻数が規定される。第１圧縮室の外周側に閉じた圧縮空間となる第２圧縮室が形成されるので、仮に第１圧縮室から第２圧縮室に流体が漏れたとしてもスクロール流体機械の外側まで流出することがないので、効率低下を抑制することができる。

また、本開示の一態様に係るスクロール流体機械では、前記第２圧縮室内に流体を供給するインジェクションポート（１０）が設けられている。

第２圧縮室が閉じた空間とされているので、インジェクションポートから流体を供給することによってインジェクションの効果が有効に実現することになる。インジェクションポートを設けたスクロール流体機械は、冷凍サイクルにおいて冷媒を圧縮する圧縮機として好適に用いられ、凝縮器を通過した後の冷媒が導かれる。

１ スクロール圧縮機（スクロール流体機械）
３ 固定スクロール（第１スクロール部材）
３ａ 端板（第１端板）
３ａ１ 端板傾斜部
３ａ２ 内周側端板平坦部
３ａ３ 外周側端板平坦部
３ａ４ 端板傾斜接続部
３ｂ 壁体（第１壁体）
３ｂ１ 壁体傾斜部
３ｂ２ 内周側壁体平坦部
３ｂ３ 外周側壁体平坦部
３ｂ４ 壁体傾斜接続部
３ｃ 吐出ポート（高圧ポート）
３ｄ チップシール溝
５ 旋回スクロール（第２スクロール部材）
５ａ 端板（第２端板）
５ａ１ 端板傾斜部
５ａ２ 内周側端板平坦部
５ａ３ 外周側端板平坦部
５ａ４ 端板傾斜接続部
５ｂ 壁体（第２壁体）
５ｂ１ 壁体傾斜部
５ｂ２ 内周側壁体平坦部
５ｂ３ 外周側壁体平坦部
５ｂ４ 壁体傾斜接続部
５ｂ６ 最外周端
７ チップシール
１０ インジェクションポート
１２ 第１圧縮室
Ｌ 対向面間距離
Ｌ１，Ｌ２ 基準外周線
Ｔ チップクリアランス
φ 傾き

Claims (3)

1. 第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、
   前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、
   向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部と、
   前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、高さが変化しない壁体平坦部と、
   前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方の最内周部に設けられ、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部と、
   前記壁体平坦部から外周側に向かって前記傾斜部を形成するように前記壁体の高さが連続的に増大する壁体傾斜部と、
   前記端板平坦部から外周側に向かって前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部と、
   前記壁体平坦部及び前記壁体傾斜部の歯先に形成された溝部に設けられ、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシールと、
   前記第１端板または前記第２端板の中央に形成されて圧縮された高圧流体または外部から導かれた高圧流体が流通する高圧ポートと、
   を備え、
   前記壁体平坦部および前記端板平坦部は、前記高圧ポート側の最内周位置から外周位置までの範囲にわたって設けられ、
   前記外周位置は、前記高圧ポートに連通するタイミングで最内周に形成される第１圧縮室の範囲を規定する外周位置を基準外周位置とした場合に、前記基準外周位置から前記第１壁体及び前記第２壁体の渦巻き方向の内周側に９０°から外周側に９０°までの範囲に設けられているスクロール流体機械。
2. 前記高圧ポートに連通するタイミングで形成される前記第１圧縮室の外周側に位置する第２圧縮室が形成される請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記第２圧縮室内に流体を供給するインジェクションポートが設けられている請求項２に記載のスクロール流体機械。

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