JP4589196B2

JP4589196B2 - スクロール型流体機械、及び該流体機械を用いた冷凍サイクル

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Publication number: JP4589196B2
Application number: JP2005234630A
Authority: JP
Inventors: 昌彦尾坂; 和之島村
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: JP2007046582A

Description

本発明はスクロール型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍サイクルに係り、特に車両等の空調用途に供されるスクロール型流体機械及び該流体機械を用いた冷凍サイクルに関する。

例えば車両用空調システムの圧縮機として用いられるスクロール圧縮機は、ハウジング内に可動及び固定スクロールを備え、これらスクロールは互いの間に作動流体（冷媒）の吸入、圧縮、及び吐出の一連の動作を行う圧縮室を有する。
この圧縮室は、可動スクロールが固定スクロールに対して旋回運動するのに伴い、これらスクロールの径方向外側から中央に向けて移動し、この移動に伴い、圧縮室の容積は減少する。つまり、スクロール圧縮機の作動時、圧縮室が可動及び固定スクロールの中央に位置したときに圧縮室内の流体は最も圧縮され、これらスクロールの中央部分での温度は、径方向外側の部分に比べて上昇する。このため、スクロール圧縮機には、スクロールの中央部分が大きく熱膨張し、渦巻きラップの中央部分とこれに相対する基板（例えば、可動スクロールの渦巻きラップの中央部分と固定スクロールの基板）との間でかじりが発生するという問題があった。

そこで、特許文献１が開示するスクロール圧縮機にあっては、少なくとも一方のスクロールの渦巻きラップの端面が、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて、他方のスクロールの基板から段階的に離間する少なくとも２つ以上の領域に区分されている。このスクロール圧縮機によれば、可動及び固定スクロールの中央部分が径方向外側の部分に比べて大きく熱膨張しても、中央側の領域の方が基板から離間しているので、渦巻きラップの端面と基板との間でのかじりの発生が防止される。
特開2005-9332号公報

ところで、上記した従来技術のスクロール圧縮機にあっては、渦巻きラップの端面の幅よりも若干大きな外径を有する切削工具を渦巻きラップの端面に当てながら渦巻き方向に沿って移動させ、且つ、基板からの切削工具の距離を徐々に若しくは段階的に変えることによって、渦巻きラップの端面に、渦巻き方向でみて連続的又は段階的に変化するラップ高さを付与していた。

このため、従来技術のスクロール圧縮機を製造する際には、高価なＮＣフライス盤を必要とするばかりか、ＮＣフライス盤に渦巻きラップの渦巻き形状の詳細なデータを入力せねばならず、製造工程が煩雑であった。
また、渦巻きラップの形状が異なるスクロールを加工する際には、その都度ＮＣフライス盤にそれぞれの形状データを入力する必要があるので、ＮＣフライス盤の設定の切り替えに要する時間が大きい。その上、渦巻き方向に沿って加工する距離は、渦巻きラップの長さにおおよそ比例するので数十mmにも及び、加工自体にも長時間を要する。

更に、このように高価な製造設備を要することや製造にかかる時間が大きいことは、とりもなおさずスクロール型流体機械の製造コストの増加に直結する。
本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、可動及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されているにもかかわらず短時間且つ容易に製造され、とりわけ、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじり発生の防止に適したスクロール型流体機械を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明によれば、基板に一体に形成された渦巻きラップをそれぞれ有する可動スクロール及び固定スクロールを備え、少なくとも一方の前記渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されたスクロール型流体機械において、前記渦巻きラップの端面は、前記基板からの距離が異なる２つ以上の仕上げ面毎に加工して得られ、少なくとも１つの前記仕上げ面は、円形の輪郭を有した円形仕上げ面であることを特徴とするスクロール型流体機械が提供される（請求項１）。

本発明のスクロール型流体機械では、少なくとも１つの仕上げ面が円形の輪郭を有する円形仕上げ面である。この円形仕上げ面は、先端に刃先を有する平面加工工具の加工軸上に渦巻きラップの端面を配置した後、平面加工工具を回転させながら加工軸に沿って渦巻きラップの端面に向けて相対的に送り、平面加工工具の先端が押し当てられた渦巻きラップの端面の領域を切削又は研削することにより形成される。

このように平面加工工具を加工軸に沿って相対的に送ることによって円形仕上げ面を平面加工する場合、渦巻きラップの渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る必要がないので、ＮＣフライス盤に渦巻きラップの形状データを入力する必要がなくなり、その上、渦巻きラップの形状が異なるスクロールを加工するときには、形状データを入力してＮＣフライス盤の設定を切り替える時間が省略される。

また、この場合、平面加工工具は、渦巻きラップの端面に対して相対的に加工軸上を往復動するという簡単な動作をするのみでよいため、高価なＮＣフライス盤を必要とせず、安価なフライス盤を用いて容易に加工ができる。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μｍ以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。

従って、本発明のスクロール型流体機械は、可動及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されているにもかかわらず、短時間で容易に製造され安価である。
前記複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有するのが好ましい（請求項２）。

スクロール型流体機械では、例えば圧縮機としての作動時、可動スクロールと固定スクロールとの間に形成された複数の圧縮室がこれらスクロールの径方向外側から中央に向けて移動し、この移動に伴い、各圧縮室内で作動流体が圧縮される。作動流体の温度は、作動流体が圧縮されるのに従って上昇することから、可動及び固定スクロールの中央側の部分での温度が径方向外側の部分での温度よりも相対的に上昇する。

請求項２のスクロール型流体機械では、渦巻きラップの端面を区分する複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有するため、渦巻きラップの端面と他方のスクロールの基板との間の隙間は、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて段階的に増大されている。このように中央に向けて段階的に増大された隙間を設けたことにより、その作動時、可動スクロール及び固定スクロールの中央部分のいずれか一方又は双方が互いに近接する方向に熱膨張しても、渦巻きラップの端面と当該端面に相対する基板との間でのかじりの発生が防止される。

前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、少なくとも２つの前記仕上げ面は前記輪郭の外径が異なる前記円形仕上げ面であり、これら円形仕上げ面のうち、前記輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置するのが好ましい（請求項３）。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、少なくとも２つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面であるのが好ましい（請求項４）。

前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、隣接する前記領域間に存する２つ以上の段差は、互いに異なる段差高さを有するのが好ましい（請求項５）。
請求項３、請求項４及び請求項５のスクロール型流体機械の場合、渦巻きラップの端面の各領域が可動及び固定スクロールでの温度分布に基づく熱膨張量のばらつきに対応したラップ高さを有するように、渦巻きラップの端面を３つ以上の領域に区分することで、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化が図られる。このため、このスクロール型流体機械によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじり発生がより一層防止されるのみならず、これらスクロールの中央に位置する高圧の圧縮室から、渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間を通して周囲の低圧の圧縮室へ作動流体が漏れるのが抑制され、これにより作動流体が高効率にて圧縮される。

その上、請求項３のスクロール型流体機械では、円形仕上げ面のうち、輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置しているので、大の円形仕上げ面により平面加工した後に小の円形仕上げ面により平面加工すれば、小の円形仕上げ面の加工時間が短縮され、ひいては流体機械の製造時間も短縮される。
そして、請求項４のスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。これは以下の理由による。

渦巻きラップの形状はインボリュート曲線によって規定される。インボリュート曲線は、渦巻きの略中央に位置する基礎円を基準として描かれるものの、その形状は基礎円を中心とした同心円状ではない。従って、作動流体の圧縮に伴う温度上昇によるスクロールの熱膨張量のばらつきも同心円状にはならない。
そこで、このスクロール型流体機械では、円形仕上げ面の輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域が熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、もって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。

また、請求項５のスクロール型流体機械では、隣接する領域間に存する２つ以上の段差が互いに異なる段差高さを有することにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。すなわち、スクロールの熱膨張量のばらつきは、作動流体の温度及びスクロールの形状等に起因して発生するが、このスクロール型流体機械では、隣接する領域間に存する２つ以上の段差に互いに異なる段差高さをもたせることにより、各領域が熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、もって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップの端面とこの端面に相対する基板との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。

請求項２乃至５のスクロール型流体機械に適用される作動流体はＣＯ_２であってもよい（請求項６）。ＣＯ_２ガスを圧縮した場合、可動及び固定スクロールの中央部分の温度は、Ｒ１３４ａ等のフロン系ガスを圧縮した場合よりも上昇する。そして、この温度上昇により、可動及び固定スクロールの中央部分のいずれか一方若しくは双方が互いに近接する方向により大きく熱膨張する。このような熱膨張が発生した場合でも、このスクロール型流体機械では、渦巻きラップの端面が複数の領域に区分され、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど相対的に摺接する基板から離間しているので、可動スクロールと固定スクロールとの間のかじり発生が確実に防止される。

また、本発明によれば、請求項２乃至６の何れか一項に記載のスクロール型流体機械を備えたことを特徴とする冷凍サイクルが適用される（請求項７）。
本発明の冷凍サイクルに適用されたスクロール型流体機械は、可動スクロールと固定スクロールとの間でのかじりの発生が防止されたことで信頼性が高いため、この冷凍サイクル自体も信頼性が高い。

以上説明したように、請求項１乃至６の本発明によれば、可動スクロール及び固定スクロールの少なくとも一方の渦巻きラップの端面が複数の領域に区分されていても、短時間且つ容易に製造される安価なスクロール型流体機械が提供される。
とりわけ、請求項２乃至６の本発明によれば、可動スクロールと固定スクロールとの間におけるかじりの発生が防止され、高い信頼性を有するスクロール型流体機械が提供される。

また、請求項７の本発明によれば、信頼性の高い冷凍サイクルをも提供することができる。

図１は、車両用空調システムに適用された一実施例の冷凍サイクル（冷凍回路）を示している。
冷凍サイクルは、例えばＣＯ_２ガスの冷媒が循環する循環流路２を備え、循環流路２には、冷媒の流れ方向でみて、圧縮機としてのスクロール型流体機械４、放熱器６、膨張器８、蒸発器１０及びアキュムレータ１２が順次介挿されている。

この車両用空調システムでは、スクロール型流体機械４は、車両のエンジン１４から動力供給を受けて作動し、循環流路２の復路から低温低圧のガス冷媒を吸入して圧縮し、循環流路２の往路に高温高圧の冷媒を吐出する。吐出された冷媒は、放熱器６を通過する際に冷却され、その温度が低下する。そして、温度が低下した冷媒は、膨張器８を通過する際に膨張してその温度及び圧力が低下し、気液混合状態になる。気液混合状態の冷媒が蒸発器１０に流入すると、気液混合状態の冷媒のうち液冷媒が蒸発器１０内で気化し、蒸発器１０からは主にガス冷媒が流出する。蒸発器１０から流出した冷媒は、アキュムレータ１２を経た後、流体機械４に吸入される。

ここで、放熱器６及び蒸発器１０のそれぞれ近傍には、これら放熱器６及び蒸発器１０の外側を通過する風を形成する放熱ファン及び冷房ファン（図示せず）がそれぞれ配置され、放熱器６が送風を受けることで、放熱器６を通過する冷媒が冷却される。また、蒸発器１０を通過する送風は、蒸発器１０内の液冷媒により気化熱を奪われて冷風になり、この冷風が車室に吹出すことで、車室が冷房される。

スクロール型流体機械４のハウジング１６は、駆動側ケーシング１８及び圧縮側ケーシング２０から形成され、これらケーシング１８,２０は連結ボルト２２を介して互いに結合されている。
駆動側ケーシング１８内には駆動軸２４が配置され、この駆動軸２４は圧縮側ケーシング２０側に大径端部２６を有し、この大径端部２６から小径軸部２８が延びている。駆動側ケーシング１８と大径端部２６及び小径軸部２８との間にはニードル軸受３０及びボール軸受３２がそれぞれ介装され、駆動軸２４はこれら軸受３０,３２を介して駆動側ケーシング１８に回転自在に支持されている。

また、小径軸部２８にはボール軸受３２と大径端部２６との間にリップシール３４が取付けられ、このリップシール３４は小径軸部２８に相対的に摺接し、駆動側ケーシング１８内を気密に区画している。
駆動軸２４における小径軸部２８は駆動側ケーシング１８から突出し、その突出端に電磁クラッチ３６のドリブン側ユニットが取り付けられている。電磁クラッチ３６は、そのドライブ側ユニットに駆動プーリ３８を有し、駆動プーリ３８は軸受４０を介して駆動側ケーシング１８に回転自在に支持されている。駆動プーリ３８はエンジン１４からの動力を受けて回転され、駆動プーリ３８の回転は、電磁クラッチ３６を介して駆動軸２４に伝達可能である。従って、エンジンの駆動中、電磁クラッチ３６がオン作動されれば、駆動軸２４は駆動プーリ３８とともに回転される。

一方、圧縮側ケーシング２０は、図示しないけれども、その周壁に吸入ポート及び吐出ポートが形成され、吸入ポート及び吐出ポートは、循環流路２を介してアキュムレータ１２及び放熱器６にそれぞれ接続される。
圧縮側ケーシング２０内にはスクロールユニット４２が収容され、スクロールユニット４２とリップシール３４との間には駆動室４４が形成されるとともに、スクロールユニット４２と圧縮側ケーシング２０の周壁との間には、圧縮側ケーシング２０の吸入ポートと連通する吸入室４６が形成されている。

スクロールユニット４２は、互いに噛み合うように配置されたいずれもアルミ合金製の可動スクロール４８及び固定スクロール５０を有し、これら可動及び固定スクロール４８,５０は、それぞれ基板５２及び基板５２に一体に形成された渦巻きラップ５４からなる。これら渦巻きラップ５４の端面には溝がそれぞれ設けられ、これらの溝にはシール部材として渦巻き状のチップシール５６が嵌め込まれている。チップシール５６の外面は、渦巻きラップ５４の端面と略面一にあるか又はこれらの端面から僅かに突出しており、チップシール５６を介して、可動及び固定スクロール４８,５０間では互いの渦巻きラップ５４の端面と基板５２とが摺接する。

ここで、可動及び固定スクロール４８,５０の渦巻きラップ５４の端面は、それぞれ階段状に段付けられているが、これについて可動スクロール４８を例に説明する。
図２に示したように、可動スクロール４８の渦巻きラップ５４の端面は、渦巻き方向でみて中央から外側にむけて第１〜第４の領域５７ａ〜ｄに段階的に区分され、隣接する領域５７ａ〜ｄ間には段差面５８ａ,５８ｂ,５８ｃが存在している。

これら領域５７ａ〜ｄは、図３に示したように、いずれも基板５２に平行であるが、これら領域５７ａ〜ｄのうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、基板５２からの距離、つまりラップ高さが小である。そして、領域５７ａ〜ｄ間の段差高さＤ１,Ｄ２,Ｄ３は、それぞれ数μｍ〜数十μｍの範囲にあり、本実施例では、間隔Ｄ１,Ｄ２,Ｄ３は互いに略等しい。

そして、単体での図面は省略するが、固定スクロール５０の渦巻きラップ５４の端面も、可動スクロール４８の場合と同様に、第１〜第４の領域５７ａ〜ｄに段差面５８ａ,５８ｂ,５８ｃを存して段階的に区分されている（図２及び図３参照）。
なお、図３は模式的な断面図であり、チップシール５６、チップシール５６の溝が省略され、段差高さＤ１,Ｄ２,Ｄ３が誇張されている。

上述した可動及び固定スクロール４８,５０との間には、チップシール５６を介して圧力室としての圧縮室５９が区画され、この圧縮室５９は可動スクロール４８の旋回運動に伴い、渦巻きラップ５４の渦巻き方向に径方向外側から中央に向けて移動し、その容積が減少される。
上述した可動スクロール４８に旋回運動を付与するため、可動スクロール４８と駆動軸２４の大径端部２６とは、クランクピン６０、偏心ブッシュ６２及びニードル軸受６４を介して互いに連結され、そして、可動スクロール４８の自転が可動スクロール４８と駆動側ケーシング１８との間に配置されたボール型の旋回スラストベアリング６６により阻止されている。なお、図１中の参照符号６８はカウンタウエイトを示し、このカウンタウエイト６８は偏心ブッシュ６２に取付けられている。

一方、固定スクロール５０は圧縮側ケーシング２０内にて固定され、その基板５２が圧縮側ケーシング２０内を圧縮室５９側と吐出室７０とに仕切っている。また、基板５２にはその中央に圧縮室５９と吐出室７０との間を連通させる吐出孔７２が形成され、この吐出孔７２は吐出弁としてのリード弁７４により開閉される。このリード弁７４はその弁押さえ７６とともに基板５２の外面にボルト（図示せず）を介して取付けられている。

上述したスクロール型流体機械４によれば、駆動軸２４の回転に伴い、クランクピン６０及び偏心ブッシュ６２を介して可動スクロール４８が旋回運動し、この際、可動スクロール４８は旋回スラストベアリング６６の働きにより、その自転が阻止される。この結果、可動スクロール４８はその旋回姿勢を一定に維持した状態で、固定スクロール５０に対して旋回運動する。この旋回運動により、吸入ポートから圧縮室５９内への冷媒の吸入工程、吸入した冷媒の圧縮室５９内での圧縮工程、及び圧縮した冷媒の吐出ポートからの吐出工程からなる一連のプロセスが繰り返し実行される。

以下、上述した可動及び固定スクロール４８,５０の渦巻きラップ５４の端面に領域５７を形成する方法について、可動スクロール４８の場合を例に説明する。
まず、渦巻きラップ５４の端面の全域に対し、平面削りによる仕上げ加工が施され、端面全域が基板５２に平行になる。次に、図４（ａ）に示したように、第４の領域５７ｄになる部分を除いた端面の領域が切削されるように、平面加工工具として先端に刃先を有するフライス刃物８０ａの加工軸上に、この加工軸に法線を揃えた状態で渦巻きラップ５４の端面が配置される。この後、フライス刃物８０ａを加工軸の回りに回転させながら、加工軸に沿って渦巻きラップ５４の端面に向けて相対的に送り、フライス刃物８０ａの先端を渦巻きラップ５４の端面に押し付け、平面削り（平面加工）が行われる。この平面削りの際、可動スクロール４８に対して、その基板５２と平行な方向にフライス刃物８０ａは殆ど相対移動せず、フライス刃物８０ａの側面により、フライス刃物８０ａの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面５８ｃが形成され、第４の領域５７ｄが区画される。

この後、図４（ｂ）に示したように、フライス刃物８０ａにより平面削りされた渦巻きラップ５４の端面の領域のうち、第３の領域５７ｃになる部分を除いた部分に対し、フライス刃物８０ａよりも小径なフライス刃物８０ｂを回転させながら押し付ける。この際も、フライス刃物８０ｂの加工軸は渦巻きラップ５４の端面の法線方向に揃えられ、フライス刃物８０ｂは加工軸に沿って渦巻きラップ５４の端面に向けて相対的に送られる。従って、フライス刃物８０ｂの側面により、フライス刃物８０ｂの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面５８ｂが形成され、段差面５８ｂ,５８ｃ間に第３の領域５７ｃが区画される。

それから、図４（ｃ）に示したように、フライス刃物８０ｂにより平面削りされた渦巻きラップ５４の端面の領域のうち、第２の領域５７ｂになる部分を除いた部分に対し、フライス刃物８０ｂよりも小径なフライス刃物８０ｃを回転させながら押し付ける。この際も、フライス刃物８０ｃの加工軸は渦巻きラップ５４の端面の法線方向に揃えられ、フライス刃物８０ｃは加工軸に沿って渦巻きラップ５４の端面に向けて相対的に送られる。従って、フライス刃物８０ｃの側面により、フライス刃物８０ｃの曲率と同じ曲率を有した円弧状の段差面５８ａが形成され、段差面５８ａ,５８ｂ間に第２の領域５７ｂが区画される。また、これと同時に、渦巻き方向でみて段差面５８ａよりも中央側に第１の領域５７ａが区画される。

上述した方法により渦巻きラップ５４の端面に第１〜第４の領域５７ａ〜ｄが区画されることで、図５に１点鎖線で示したように、可動スクロール４８は、フライス刃物８０ａ〜ｃの端面によりそれぞれ平面削りされるべき面として、仮想的ながらも、円形の輪郭を有した仕上げ面（円形仕上げ面）８２ａ〜ｃを有する。これら仕上げ面８２ａ〜ｃと渦巻きラップ５４とが交差する面が、第１〜第３の領域５７ａ〜ｃをそれぞれ形成し、換言すれば、第１〜第３の領域５７ａ〜ｃは、対応する仕上げ面８２ａ〜ｃにそれぞれ含まれる。なお、渦巻き方向でみて最も外側の第４の領域５７ｄも、仕上げ加工されているが、第４の領域５７ｄの仕上げ面は円形の輪郭を有していない。

以下、上述したスクロール型流体機械４の作用及び効果について説明する。
スクロール型流体機械４では、第１〜第４の領域５７ａ〜ｄが仕上げ面毎に平面加工して得られ、これら仕上げ面のうち３つの仕上げ面が円形の輪郭を有する円形仕上げ面８２ａ〜ｃである。そして、上述したように、これらの円形仕上げ面８２ａ〜ｃは、先端に刃先を有する平面加工工具の加工軸上に渦巻きラップ５４の端面を配置した後、平面加工工具を回転させながら加工軸に沿って渦巻きラップ５４の端面に向けて相対的に送り、平面加工工具の先端が押し当てられた渦巻きラップ５４の端面の領域を切削又は研削することにより形成される。

このように平面加工工具を加工軸に沿って相対的に送ることによって円形仕上げ面８２ａ〜ｃを平面加工する場合、渦巻きラップ５４の渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る必要がないので、ＮＣフライス盤に渦巻きラップ５４の形状データを入力する必要がなくなり、その上、渦巻きラップ５４の形状が異なるスクロールを加工するときには、形状データを入力してＮＣフライス盤の設定を切り替える時間が省略される。

また、この場合、平面加工工具は、渦巻きラップ５４の端面に対して相対的に加工軸上を往復動するという簡単な動作をするのみでよいため、高価なＮＣフライス盤を必要とせず、安価なフライス盤を用いて容易に加工ができる。
更には、この場合、平面加工工具により加工する距離は、平面加工工具の加工軸に沿う送り量に等しくなり、この送り量は例えば数十μｍ以下と非常に小さく、渦巻き方向に沿って平面加工工具を送る場合に比べて、加工自体に要する時間が大きく短縮される。

従って、スクロール型流体機械４は、可動及び固定スクロール４８,５０の渦巻きラップ５４の端面がラップ高さの異なる複数の領域５７ａ〜ｄに区分されているにもかかわらず、短時間で容易に製造され安価である。
また、スクロール型流体機械４では、その作動時、可動スクロール４８と固定スクロール５０との間の圧縮室５９内で作動流体としてのＣＯ_２ガスが圧縮され、この圧縮に伴いＣＯ_２ガスの温度が上昇することから、可動及び固定スクロール４８,５０の中央側の部分での温度が径方向外側の部分での温度よりも相対的に上昇する。

このスクロール型流体機械４では、可動及び固定スクロール４８,５０の渦巻きラップ５４の端面が、渦巻き方向でみて外側から中央に向けて、その相対的に摺接するスクロール５０,４８の基板５２から段階的に離間する領域５７ａ〜ｄに切削加工されているので、可動及び固定スクロール４８,５０の中央側の部分が径方向外側の部分に比べて互いに近接する方向に大きく熱膨張しても、渦巻きラップ５４の端面とこの端面に相対する基板５２との間でのかじりの発生が防止される。従って、このスクロール型流体機械４は高い信頼性を有する。

そして、上述したスクロール型流体機械４を圧縮機として備えた冷凍サイクルもまた、高い信頼性を有する。
本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であり、例えば本発明の冷凍サイクルは、車両用空調システムのほか、家庭用・業務用の室内空調システム若しくは冷凍・冷蔵庫等の用途にも適用可能である。そして、冷凍サイクルは、その用途にあわせて、放熱器６に代えて凝縮器を用いたり、アキュムレータ１２に代えてレシーバを用いてもよく、また、循環流路２の往路と復路との間に亘り内部熱交換器を設けてもよい。

一実施例のスクロール型流体機械４は、固定容量型であったけれども、本発明のスクロール型流体機械は、可変容量型や密閉型であってもよく、ＣＯ_２ガスのほかにも、種々の作動流体の圧縮若しくは膨張に適用可能である。
つまり、Ｒ１３４ａ,Ｒ１５２ａ,Ｒ６００ａなどのフロン系ガスを圧縮した場合においても可動及び固定スクロール４８,５０の中央部分の温度は上昇するけれども、スクロール型流体機械４では、渦巻きラップ５４の端面が２つ以上の領域５７に区分され、渦巻き方向でみて中央側の領域５７ａが径方向外側の領域５７ｂ〜ｄよりも相対的に摺接する基板５２から離間しているので、可動スクロール４８と固定スクロール５０との間のかじり発生が好適に防止される。

一実施例のスクロール型流体機械４では、可動及び固定スクロール４８,５０の双方の渦巻きラップ５４の端面に複数の領域５７が形成されていたけれども、少なくともいずれか一方のスクロール４８,５０の渦巻きラップ５４の端面にのみ領域５７を形成すれば、可動スクロール４８と固定スクロール５０との間でのかじり発生を防止することができる。ただし、可動及び固定スクロール４８,５０の双方の渦巻きラップ５４の端面に領域５７を形成すれば、かじり発生をより好適に防止することができる。

一実施例のスクロール型流体機械４では、渦巻きラップ５４の端面が４つの領域５７ａ〜ｄに区分されていたけれども、渦巻きラップ５４の端面を少なくとも２つ以上の領域５７に区分すれば、可動スクロール４８と固定スクロール５０との間でのかじり発生を防止することができる。ただし、渦巻きラップ５４の端面を３つ以上の領域５７に区分すれば、かじり発生を好適に防止することができる。

すなわち、各領域５７が可動及び固定スクロール４８,５０での温度分布に基づく熱膨張量のばらつきに対応したラップ高さを有するように、渦巻きラップ５４の端面を３つ以上の領域５７に区分することで、スクロール型流体機械４の作動時に渦巻きラップ５４の端面と当該端面に相対する基板５２との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化が図られる。

このような隙間の大きさの狭小化及び均等化により、スクロール型流体機械４によれば、可動スクロール４８と固定スクロール５０との間でのかじり発生がより一層防止されるのみならず、これらスクロール４８,５０の中央に位置する高圧の圧縮室５９から、渦巻きラップ５４の端面と基板５２との間に存する隙間を通して周囲の低圧の圧縮室５９へ作動流体が漏れるのが抑制され、これにより作動流体が高効率にて圧縮される。

一実施例のスクロール型流体機械４では、円形仕上げ面８２ａ〜ｃのうち、輪郭の外径が小の円形仕上げ面、例えば円形仕上げ面８２ｂが、大の円形仕上げ面、例えば円形仕上げ面８２ｃの径方向内側に位置していたけれども、小の円形仕上げ面の一部が大の円形仕上げ面から径方向外側にはみだしていてもよい。
ただし、小の円形仕上げ面が大の円形仕上げ面の径方向内側にある場合、大の円形仕上げ面により平面加工した後に小の円形仕上げ面により平面加工すれば、小の円形仕上げ面の加工時間が短縮され、ひいては流体機械の製造時間も短縮される。

一実施例のスクロール型流体機械４では、円形仕上げ面８２ａ〜ｃの輪郭の中心位置が異なっていたけれども、円形仕上げ面８２ａ〜ｃの輪郭の中心位置は異なっていなくてもよい。ただし、円形仕上げ面８２ａ〜ｃの輪郭の中心位置を異ならせることにより、スクロール型流体機械４の作動時に渦巻きラップ５４の端面と当該端面に相対する基板５２との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。これは以下の理由による。

渦巻きラップ５４の形状はインボリュート曲線によって規定される。インボリュート曲線は、渦巻きの略中央に位置する基礎円を基準として描かれるものの、その形状は基礎円を中心とした同心円状ではない。従って、作動流体の圧縮に伴う温度上昇によるスクロール４８,５０の熱膨張量のばらつきも同心円状にはならない。
そこで、スクロール型流体機械４では、円形仕上げ面８２ａ〜ｃの輪郭の中心位置を異ならせることによって、各領域５７ａ〜ｄが熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップ５４の端面が複数の領域５７に区分され、よって、スクロール型流体機械４の作動時に渦巻きラップ５４の端面と当該端面に相対する基板５２との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。

一実施例のスクロール型流体機械４では、隣接する領域５７ａ〜ｄ間に存する２つ以上の段差面５８ａ〜ｃが同一の段差高さＤ１,Ｄ２,Ｄ３を有していたけれども、互いに異なる段差高さを有するのが好ましい。隣接する領域５７ａ〜ｄ間に存する２つ以上の段差５８ａ〜ｃが互いに異なる段差高さを有することにより、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップ５４の端面と当該端面に相対する基板５２との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られるからである。

すなわち、スクロール４８,５０の熱膨張量のばらつきは、作動流体の温度及びスクロール４８,５０の形状等に起因して発生するが、隣接する領域５７ａ〜ｄ間に存する２つ以上の段差５８ａ〜ｃに互いに異なる段差高さをもたせることにより、各領域５７ａ〜ｄが熱膨張量のばらつきにより一層対応したラップ高さを有するよう渦巻きラップ５４の端面が複数の領域５７に区分され、よって、スクロール型流体機械の作動時に渦巻きラップ５４の端面と当該端面に相対する基板５２との間に存する隙間の大きさの狭小化及び均等化がより一層図られる。

一実施例のスクロール型流体機械４では、渦巻きラップ５４の端面を複数の領域５７に区分する際、フライス刃物８０ａ,８０ｂ及び８０ｃをこの順序で使用したけれども、図６に示したように、順序を逆にして、フライス刃物８０ｃ,８０ｂ及び８０ａをこの順序で使用してもよい。ただし、図４に示したように、段階的に外径の小さくなる順序でフライス刃物８０ａ,ｂ,ｃを使用すれば、後から使用するフライス刃物ｂ,ｃによる切削量が減少し、加工時間が短縮されるため、スクロール型流体機械４をより短時間で製造可能になる。

一実施例のスクロール型流体機械４では、可動及び固定スクロール４８,５０はアルミ合金製であったけれども、これらスクロール４８,５０の材質は特に限定されず、鉄製等であってもよい。

車両用空調システムに適用した一実施例の冷凍サイクルを、そのスクロール型流体機械を縦断面にして示した概略構成図である。図１の流体機械に適用した可動スクロールの平面図である。図２中、III-III線に沿う断面を模式的に示した図である。図３のスクロールの製造方法を説明するための図であり、（ａ）は第３の領域、（ｂ）は第２の領域、そして、（ｃ）は第１の領域まで切削した状態をそれぞれ示す。図２のスクロールにおける、仕上げ面と渦巻きラップとの位置関係を説明するための平面図である。図３のスクロールの他の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は第１の領域、（ｂ）は第２の領域、そして、（ｃ）は第３の領域まで切削した状態をそれぞれ示す。

符号の説明

４８可動スクロール
５０固定スクロール
５２基板
５４渦巻きラップ
５７ａ,ｂ,ｃ,ｄ第１〜第４の領域
５８ａ,ｂ,ｃ,ｄ段差面
８２ａ,ｂ,ｃ（円形）仕上げ面

Claims

基板に一体に形成された渦巻きラップをそれぞれ有する可動スクロール及び固定スクロールを備え、少なくとも一方の前記渦巻きラップの端面がラップ高さの異なる複数の領域に区分されたスクロール型流体機械において、
前記渦巻きラップの端面は、前記基板からの距離が異なる２つ以上の仕上げ面毎に加工して得られ、
少なくとも１つの前記仕上げ面は、円形の輪郭を有した円形仕上げ面である
ことを特徴とするスクロール型流体機械。
前記複数の領域のうち、渦巻き方向でみてより中央側の領域ほど、より小のラップ高さを有することを特徴とする請求項１記載のスクロール型流体機械。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、
少なくとも２つの前記仕上げ面は前記輪郭の外径が異なる前記円形仕上げ面であり、
これら円形仕上げ面のうち、前記輪郭の外径が小の円形仕上げ面が、大の円形仕上げ面の内側に位置する
ことを特徴とする請求項２記載のスクロール型流体機械。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、
少なくとも２つの前記仕上げ面は、前記輪郭の中心位置が異なる前記円形仕上げ面である
ことを特徴とする請求項２記載のスクロール型流体機械。
前記渦巻きラップの前記端面は、前記複数の領域として３つ以上の領域に区分され、
隣接する前記領域間に存する２つ以上の段差は、互いに異なる段差高さを有する
ことを特徴とする請求項２記載のスクロール型流体機械。
作動流体はＣＯ_２であることを特徴とする請求項２乃至５の何れかに記載のスクロール型流体機械。
請求項２乃至６の何れか一項に記載のスクロール型流体機械を備えたことを特徴とする冷凍サイクル。