JP4709402B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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- F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
【０００３】
スクロール圧縮機の設計上の圧縮比は、圧縮室の最小容積（壁体どうしのかみ合いが外れて圧縮室が消滅する直前の容積）に対する、圧縮室の最大容積（壁体どうしがかみ合って圧縮室が形成された時点の容積）の比であり、次式（I）で表される。
Ｖi＝｛Ａ(θsuc)・Ｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌ｝＝Ａ(θsuc)／Ａ(θtop) … （I）
(I)式において、Ａ(θ)は旋回スクロールの旋回角θに応じて容積を変化させる圧縮室の旋回面に平行な断面積を表す関数、θsucは圧縮室が最大容積となるときの旋回スクロールの旋回角、θtopは圧縮室が最小容積となるときの旋回スクロールの旋回角、Ｌは壁体どうしのラップ（重なり）長である。
【０００４】
従来、スクロール圧縮機の圧縮比Ｖiの向上を図るには、両スクロールの壁体の巻き数を増やして最大容積時の圧縮室の断面積Ａ(θ)を大きくする手法が採られてきた。しかしながら、壁体の巻き数を増やす従来の手法ではスクロールの外形が拡大して圧縮機自体が大型化するため、大きさの制限が厳しい自動車用等の空気調和装置には採用し難いという問題点があった。
【０００５】
上記の問題点を解決すべく、特公昭60-17956号には、以下に示す技術が提案されている。
図１３(a)に示したものは固定スクロール５０であり、端板５０ａと、端板５０ａの一側面に立設された渦巻き状の壁体５０ｂとを備えている。また、(b)に示したものは旋回スクロール５１である。旋回スクロール５１も、固定スクロール５０と同様に端板５１ａと、端板５１ａの一側面に立設された渦巻き状の壁体５１ｂとを備えている。
【０００６】
固定スクロール５０および旋回スクロール５１の端板５０ａ、５１ａには、中心部側が高く外終端側が低い段差部５２，５２が形成されている。さらに、この端板５０ａ、５１ａの段差部５２、５２に対応して、両スクロール５０，５１が備える壁体５０ｂ，５１ｂの渦巻き状の上縁に中心部側が低く外終端側が高い段差部５３、５３が形成されている。
【０００７】
上記のようなスクロール圧縮機において、固定スクロール５０と旋回スクロール５１のそれぞれの壁体５０ｂ、５１ｂをかみ合わせ、最大容積の圧縮室Ｐが形成された状態が図１４(a)であり、圧縮室Ｐについて、渦巻方向に沿った断面図が図１４(b)である。
図１４(b)からわかるように、段差部５２よりも外終端側におけるラップ長Ｌ１は内側のラップ長Ｌｓより長く形成されている。このため、ラップ長が一様である場合と比較すると、段差部５２より外側のラップ長が長い分だけ圧縮室Ｐの最大容積が大きくなることがわかる。したがって、壁体の巻き数を増やさなくても、設計上の圧縮比を向上させることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような段付きスクロール圧縮機の場合、以下に具体的に説明するように旋回スクロールを固定スクロールから引き離す力が大きくなり、歯面が離間し冷媒の漏れが発生する場合がある。
図１５、図１６、図１７に示したものは、それぞれ、スクロール圧縮機の旋回軸に垂直な平面における断面図である。図１５は固定スクロール寄り、図１７は旋回スクロール寄り、図１６はその中間の平面における断面図である。
図１５、図１７において、符号ｐは、段差部分に形成された圧縮室の一部分（以下、部分圧縮室と呼ぶ）である。図１５、図１７においては、この部分圧縮室ｐによる作用により、旋回スクロール５１を固定スクロール５０から引き離そうとする力（図中矢印ＦA，ＦC）が発生する。
これらの力ＦA，ＦCは、端板の段差部５２，５２と壁体の段差部５３，５３とが噛み合い、部分圧縮室ｐが形成されている状態でのみ発生する。
図１６においては、以下のような力が作用する。図において、符号Ｐｃで示した領域は、スクロール圧縮機の中央に形成された圧縮室である（以下、この圧縮室を中央圧縮室と呼ぶ。）。この中央圧縮室Ｐｃ内の冷媒は、固定スクロール５０および旋回スクロール５１に対して外側方向の力を与えている。旋回スクロール５１に作用する力のうち、矢印ＦDで示した方向成分は、旋回スクロール５１のシャフトにより支持される為、旋回スクロール５１を固定スクロール５０から離間させる力にはならない。結局、図の符号矢印ＦBで示した力が旋回スクロール５１を離間させる力となる。
この力ＦBにより、固定スクロール５０と旋回スクロール５１とが噛み合う力（歯面荷重）が増減する。中央圧縮室Ｐｃにより、歯面荷重がどの程度変化するかを旋回角と対応づけて図１２(a)に示した。歯面荷重が最小となるのは、吐出ポートが開口して中央圧縮室Ｐｃ内の高圧冷媒が吐出される時点（ポート連通点Ｐ）である。
【０００９】
ここで、これら中央圧縮室Ｐｃにより生ずる力ＦBと、段差部５２，５３で生ずる力ＦA，ＦCとが重なると、上記のように旋回スクロール５１を固定スクロール５０から引き離す力が大きくる。この結果、歯面間のシールが弱まり、歯面間から冷媒が漏れて圧縮効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、流体の漏れを防止することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有する固定スクロールと、端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしを噛み合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備えたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方のスクロールの端板には、前記一側面に、その高さが壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部が設けられ、前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方のスクロールの壁体の上縁は、前記端板の段差部に対応し、該壁体の高さが渦の中心部側で低く外終端側で高くなる段付き部を備え、前記段付き部の伸開角θＳは、前記壁体のインボリュート曲線が始まる中心側伸開点βの伸開角をθβ、圧縮室内の圧縮流体が吐出されるポート連通点Ｐの伸開角をθＰとし、θＰ＜θβとしたとき、
θＰ＋３６０°・ｎ＋１８０°≦θＳ≦θＰ＋３６０°・（ｎ＋１）
（ｎ＝０，１，２，・・・）
を満たしていることを特徴とする。
【００１２】
図１２(a)に示すように、歯面荷重が最小となるのはポート連通点Ｐ付近である。前記端板の段差部および壁体の段付き部の噛み合うタイミングが、ポート連通点Ｐ付近と重複しないように設定すればよい。具体的には、段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下は、図１２(b)等のように１８０°間で発生する。本発明ではこの範囲の内部にポート連通点Ｐが入り込まないため、歯面荷重の低下が回避される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記壁体の中心側伸開点βの伸開角をθβとおくとき、
θS＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０°
を満たしていることを特徴とする。
【００１４】
一般に、中心側伸開点β（以下、β点と呼ぶ）とポート連通点Ｐとが一致していない場合は一般にθP＜θβとなっている。歯面荷重は、図１２(a)に示すようにθPとθβとの間で急激に低下することがわかる。したがってこの範囲で段部のかみ合いによる歯面荷重低下が発生しないように設定する。また、図１１に示すように、θSはできるだけ内側となるように設計した方が、段部より内側の歯面の低い部分が減少するために押しのけ量を大きくすることができる。
以上により、最適条件として、θS＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０°とすることにより、歯面荷重の低下が効率的に防止されるとともに、押しのけ量の低下を最小限に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクロール圧縮機の実施形態を図１ないし図１２に示して説明する。
図１は、本発明の一実施形態として示した背圧型のスクロール圧縮機の構成を示している。図中の符号１は密閉状態のハウジング、２はハウジング１内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分離するディスチャージカバー、５はフレーム、６は吸入管、７は吐出管、８はモータ、９は回転シャフト、１０は自転阻止機構である。
【００１６】
そして、符号１２は固定スクロール、１３は固定スクロール１２に噛み合う旋回スクロールである。図２に示すように、固定スクロール１２は端板１２ａの一側面に渦巻き状の壁体１２ｂが立設された構成となっている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２と同様に端板１３ａの一側面に渦巻き状の壁体１３ｂが立設された構成となっており、特に壁体１３ｂは固定スクロール１２側の壁体１２ｂと実質的に同一形状をなしている。旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心しかつ１８０゜だけ位相をずらした状態で、壁体１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられている。
このような背圧型のスクロール型流体機械では、固定スクロール１２がボルト等によりフレーム５に完全に固定されておらず、規制された範囲内において可動である。
【００１７】
旋回スクロール１３の背面側には円筒状のボスＡが形成され、ボスＡには、モータ８で駆動される回転シャフト９の上端に設けられて旋回運動する偏心ピン９ａが挿入されている。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して旋回運動されるとともに、自転阻止機構１０の作用によりその自転が阻止されている。
一方、固定スクロール１２は、ハウジング１に固定されたフレーム５に対して支持バネ（弾性体）１１を介して浮上自在に支持されているとともに旋回スクロール１３側に押しつけられている。端板３ａの背面中央には圧縮された流体の吐出ポート１５が設けられている。また、吐出ポート１５の周囲には、固定スクロール１２の端板１２ａの背面より突出する円筒フランジ１６が設けられ、該円筒フランジ１６はディスチャージカバー２側の円筒フランジ１７に嵌合している。これらの円筒フランジ１６，１７が嵌合する部分には、高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとを分離し、固定スクロール１２の背面に高い圧力（背圧）をかけて押し下げる必要があるため、シール部材１８によるシール構造が採用されている。このシール部材１５は、Ｕ字形の断面形状を有している。この場合の高圧室ＨＲは、固定スクロール１２の背面に高圧の吐出圧力を作用させる背圧室としても機能している。
【００１８】
図２に示すように、固定スクロール１２の端板１２ａには、壁体１２ｂが立設された一側面に、壁体１２ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部４２を備えている。
図３に示すように、旋回スクロール１３側の端板１３ａも端板１２ａと同様に、壁体１３ｂが立設された一側面に、壁体１３ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部４３を備えている。
【００１９】
端板１２ａの底面は、段差部４２が形成されていることにより、中心部よりに設けられた底の浅い底面１２ｆと外終端よりに設けられた底の深い底面１２ｇの２つの部位に分けられている。隣り合う底面１２ｆ，１２ｇ間には、段差部４２を構成し、前記底面１２ｆ，１２ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面１２ｈが存在している。端板１３ａの底面も端板１２ａと同様に、段差部４３が形成されていることにより、中心部よりに設けられた底の浅い底面１３ｆと外終端よりに設けられた底の深い底面１３ｇの２つの部位に分けられている。隣り合う底面１３ｆ，１３ｇ間には、段差部４３を構成し、前記底面１３ｆ，１３ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面１３ｈが存在している。
【００２０】
また、固定スクロール１２側の壁体１２ｂは、旋回スクロール１３の段差部４３に対応し、その渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心部側で低く外終端側で高い段付き部４４となっている。旋回スクロール１３側の壁体１３ｂも壁体１２ｂと同様に、固定スクロール１２の段差部４２に対応し、渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心部側で低く外終端側で高い段付き部４５となっている。
後述するように、段差部４２，４３、段付き部４４，４５は、前記段付き部４４，４５がそれぞれ壁体１２ｂ、壁体１３ｂの渦巻中心端から壁体に沿って外側に３６０°・ｎ＋１８０°進んだ位置になるように設けられている。
【００２１】
壁体１２ｂの上縁は、中心部寄りに設けられた低位の上縁１２ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁１２ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１２ｃ，１２ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１２ｅが存在している。壁体１３ｂの上縁も壁体１２ｂと同様に、中心部寄りに設けられた低位の上縁１３ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁１３ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１３ｃ，１３ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１３ｅとが存在している。
【００２２】
連結縁１２ｅは、壁体１２ｂを旋回スクロール１３の方向から見ると壁体１２ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１２ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしており、連結縁１３ｅも連結縁１２ｅと同様に、壁体１３ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１３ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。
【００２３】
また、連結壁面１２ｈは、端板１２ａを旋回軸方向から見ると旋回スクロールの旋回に伴って連結縁１３ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしており、連結壁面１３ｈも連結壁面１２ｈと同様に、連結縁１２ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。
なお、本例の固定スクロール１２の壁体１２ｂ及び旋回スクロール１３の壁体１３ｂの上縁には、チップシールが設けられておらず、壁体１２ｂ、１３ｂの端面が端板１２ａ、１３ａに押圧されることにより後述の圧縮室Ｃの密閉が行われる。
【００２４】
さて、上述のように、各段付き部４４，４５は、それぞれ壁体１２ｂ、壁体１３ｂの渦巻中心端から壁体１２ｂ，１３ｂに沿って外側に３６０°・ｎ＋１８０°進んだ位置に設けられている（本例ではｎ＝１）。
具体的には、図４に示すように、壁体１２ｂ、１３ｂのインボリュート曲線は基礎円Ｃの基点Ａに基づいた中心側伸開点β（β点）から始まる。このβ点の伸開角をθβとおく。壁体１２ｂ、１３ｂに設けられた段付き部４４，４５の伸開点Ｓの伸開角をθsとおくと、
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
を満たすように設定されている。
【００２５】
固定スクロール１２に旋回スクロール１３を組み付けると、低位の上縁１３ｃが底の浅い底面１２ｆに当接し、高位の上縁１３ｄが底の深い底面１２ｇに当接する。同時に、低位の上縁１２ｃが底の浅い底面１３ｆに当接し、高位の上縁１２ｄが底の深い底面１３ｇに当接する。これにより、両スクロール間には向かい合う端板１２ａ，１３ａと壁体１２ｂ，１３ｂとに区画されて圧縮室Ｃが形成される。
【００２６】
圧縮室Ｃは旋回スクロール１３の公転旋回運動に伴い外終端から中心部に向けて移動するが、連結縁１２ｅは、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１２ｅよりも外終端寄りに存在する間は壁体１２を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（一方は密閉状態にない）間で流体の漏れが生じないように連結壁面１３ｈに摺接し、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１２ｅよりも外終端寄りに存在しない間は壁体１２を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（共に密閉状態にある）間で均圧を図るべく連結壁面１３ｈには摺接しないようになっている。
【００２７】
連結縁１３ｅも同様に、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１３ｅよりも外終端寄りに存在する間は壁体１３を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（一方は密閉状態にない）間で流体の漏れが生じないように連結壁面１２ｈに摺接し、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１３ｅよりも外終端寄りに存在しない間は壁体１３を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（共に密閉状態にある）間で均圧を図るべく連結壁面１２ｈには摺接しないようになっている。なお、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、および連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈの摺接は、旋回スクロール１３が１／２回転する間で同期して起こる。
【００２８】
上記のように構成されたスクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を図５ないし図８に示して順に説明する。
図５に示す状態では、壁体１２ｂの外終端が壁体１３ｂの外側面に当接するとともに、壁体１３ｂの外終端が壁体１２ｂの外側面に当接し、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂ間に流体が封入され、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対した位置に、最大容積の圧縮室Ｃが２つ形成される。この時点では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈは摺接しているが、直後に離間する。
【００２９】
図５の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図６に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃが密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮し、圧縮室Ｃに先行する圧縮室Ｃ０も密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程において、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈそれぞれの摺接が解消され、隣接する二つの圧縮室Ｃが均圧される。
【００３０】
図６の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図７に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃが密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮し、圧縮室Ｃ０も密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程においては連結縁１２ｅは連結壁面１３ｈに、連結縁１３ｅは連結壁面１２ｈにそれぞれに摺接を開始する。
【００３１】
図７に示す状態では、外終端に近い壁体１２ｂの内側面とその内方に位置する壁体１３ｂの外側面との間には後に圧縮室となる開放空間Ｃ１が形成され、同じく外終端に近い壁体１３ｂの内側面とその内方に位置する壁体１２ｂの外側面との間にも後に圧縮室となる開放空間Ｃ１が形成され、開放空間Ｃ１には低圧室ＬＲから低圧の流体が流入する。
【００３２】
図７の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図８に示す状態に至る過程では、開放空間Ｃ１が大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心部に向けて進行し、開放空間Ｃ１に先行する圧縮室Ｃも中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。
【００３３】
図８の状態から旋回スクロール１３がさらにπ／２だけ旋回し再び図５に示す状態に至る過程では、空間Ｃ１がさらに大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心部に向けて進行し、空間Ｃ１に先行する圧縮室Ｃも密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。そして、図５の状態に至ると、図８に示す圧縮室Ｃが図５に示す圧縮室Ｃ０に相当し、図８に示す空間Ｃ１が図５に示す圧縮室Ｃに相当することとなる。
その後圧縮を続けることにより、圧縮室Ｃは最小容積となり、流体は圧縮室Ｃから吐出される。
【００３４】
吐出した流体は、高圧室ＨＲに導入される。そして固定スクロール１２が高圧の背圧を受けて旋回スクロール１３側に押し付けられ、また、シール部材１５においては、高圧の流体がＵ字部の内側に導入されることにより差圧で拡幅され、シール面が円筒フランジ１６，１７の垂直面に向けて押圧されることにより高圧室ＨＲと低圧室ＬＲのシールが行われる。
【００３５】
さて、図９に、旋回角と歯面荷重との関係を示した。図には、複数のプロットで示されたスクロールの中央に設けられた中央圧縮室（図１６参照）による歯面荷重の増減量と、段差部分に形成された部分圧縮室（図１５、図１７参照）が固定スクロール１２から旋回スクロール１３を離間させようとする力（破線）とが示されている。実際の歯面荷重は、両方の和になる。
図からわかるように、壁部１２ｂ、１３ｂの段付き部４４，４５の伸開角θsが
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
となっている。歯面荷重はθPとθβとの間で急激に低下するが、この範囲では端板の段差部４２，４３と壁体の段付き部４４，４５との噛み合いは回避されているため、部分圧縮室は歯面荷重を低減させない。したがって、θPとθβとの間の歯面荷重の更なる低下は回避され、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
また、図１１に示すように、θSはできるだけ内側となるように設計した方が、段部より内側の歯面の低い部分が減少するために押しのけ量が大きくなることがわかる。本例では、上記のように噛み合い範囲がθPとθβとの間を避けつつ、θsができるだけ内側に設定されているから、段差部のかみ合いによる歯面荷重の低下をできるだけ抑えることができ、かつ押しのけ量の低下をできるだけ抑えることができる。
ポート連通点Ｐとβ点とが一致している場合は、図１０に示すように、歯面荷重が低下するβ点近傍と、段差部の噛み合いによる歯面荷重低下が大きくなる部分との重複が避けられているため、歯面荷重の急激な低下を防止することができる。
【００３６】
なお、本例においては、θSの最適条件として
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
としたが、より広い適切条件として
θP＋３６０°・ｎ＋１８０° ≦θS≦ θP＋３６０°・（ｎ＋１）の範囲であればよい。
θSがこの範囲にある場合、図１２に示すように最も歯面荷重が低下するポート連通点Ｐ付近と、段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下が大きくなる部分とが重複しない。すなわち、噛み合い範囲は図１２(b)〜図１２(c)で示した範囲内をとるから、ポート連通点Ｐは噛み合い範囲の内部に入り込まず、したがって、歯面荷重の低下による冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
また、本例では固定スクロールの背面に高圧室ＨＲを設けた背圧式の旋回スクロールについての例を示したが、段付きスクロールであればこれに限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、
壁部の段付き部の伸開角θsが
θP＋３６０°・ｎ＋１８０° ≦θS≦ θP＋３６０°・（ｎ＋１） （ｎ＝０，１，２，…）
を満たしているので、ポート連通点付近と段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下が大きくなる部分とが重複しない。したがって、歯面荷重の大きな低下を防ぐことができ、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
となっているため、中央圧縮室が歯面荷重を最も減少させるときには、端板の段差部と壁体の段付き部との噛み合いは回避される。したがって、歯面荷重の大きな低下を防ぐことができ、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態として示したスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図２】 同スクロール圧縮機に用いられる固定スクロールの斜視図である。
【図３】 同スクロール圧縮機に用いられる旋回スクロールの斜視図である。
【図４】 段付き部の形成位置を示した図である。
【図５】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図６】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図７】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図８】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図９】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図である。
【図１０】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図である。
【図１１】 θSと押しのけ量との関係を示した図である。
【図１２】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図であり、(a)は歯面荷重、(b)はθSが下限値を取った場合の噛み合い範囲、(c)はθSが上限値を取った場合の噛み合い範囲を示す。
【図１３】 従来のスクロール圧縮機に用いられる固定スクロール及び旋回スクロールの斜視図である。
【図１４】 従来のスクロール圧縮機において、最大容積時の圧縮室を示す図である。
【図１５】 段差部が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【図１６】 中央圧縮室が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【図１７】 段差部が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【符号の説明】
１２ 固定スクロール
１２ａ 端板
１２ｂ 壁体
１３ 旋回スクロール
１３ａ 端板
１３ｂ 壁体
４２ 段差部
４３ 段差部
４４ 段付き部
４５ 段付き部
５１ 固定スクロール
５２ 旋回スクロール
β 中心側伸開点（β点）
Ｐ ポート連通点
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール圧縮機は、固定スクロールと旋回スクロールとを渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロールに対し旋回スクロールを公転旋回運動させることで壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させて該圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
【０００３】
スクロール圧縮機の設計上の圧縮比は、圧縮室の最小容積（壁体どうしのかみ合いが外れて圧縮室が消滅する直前の容積）に対する、圧縮室の最大容積（壁体どうしがかみ合って圧縮室が形成された時点の容積）の比であり、次式（I）で表される。
Ｖi＝｛Ａ(θsuc)・Ｌ｝／｛Ａ(θtop)・Ｌ｝＝Ａ(θsuc)／Ａ(θtop) … （I）
(I)式において、Ａ(θ)は旋回スクロールの旋回角θに応じて容積を変化させる圧縮室の旋回面に平行な断面積を表す関数、θsucは圧縮室が最大容積となるときの旋回スクロールの旋回角、θtopは圧縮室が最小容積となるときの旋回スクロールの旋回角、Ｌは壁体どうしのラップ（重なり）長である。
【０００４】
従来、スクロール圧縮機の圧縮比Ｖiの向上を図るには、両スクロールの壁体の巻き数を増やして最大容積時の圧縮室の断面積Ａ(θ)を大きくする手法が採られてきた。しかしながら、壁体の巻き数を増やす従来の手法ではスクロールの外形が拡大して圧縮機自体が大型化するため、大きさの制限が厳しい自動車用等の空気調和装置には採用し難いという問題点があった。
【０００５】
上記の問題点を解決すべく、特公昭60-17956号には、以下に示す技術が提案されている。
図１３(a)に示したものは固定スクロール５０であり、端板５０ａと、端板５０ａの一側面に立設された渦巻き状の壁体５０ｂとを備えている。また、(b)に示したものは旋回スクロール５１である。旋回スクロール５１も、固定スクロール５０と同様に端板５１ａと、端板５１ａの一側面に立設された渦巻き状の壁体５１ｂとを備えている。
【０００６】
固定スクロール５０および旋回スクロール５１の端板５０ａ、５１ａには、中心部側が高く外終端側が低い段差部５２，５２が形成されている。さらに、この端板５０ａ、５１ａの段差部５２、５２に対応して、両スクロール５０，５１が備える壁体５０ｂ，５１ｂの渦巻き状の上縁に中心部側が低く外終端側が高い段差部５３、５３が形成されている。
【０００７】
上記のようなスクロール圧縮機において、固定スクロール５０と旋回スクロール５１のそれぞれの壁体５０ｂ、５１ｂをかみ合わせ、最大容積の圧縮室Ｐが形成された状態が図１４(a)であり、圧縮室Ｐについて、渦巻方向に沿った断面図が図１４(b)である。
図１４(b)からわかるように、段差部５２よりも外終端側におけるラップ長Ｌ１は内側のラップ長Ｌｓより長く形成されている。このため、ラップ長が一様である場合と比較すると、段差部５２より外側のラップ長が長い分だけ圧縮室Ｐの最大容積が大きくなることがわかる。したがって、壁体の巻き数を増やさなくても、設計上の圧縮比を向上させることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような段付きスクロール圧縮機の場合、以下に具体的に説明するように旋回スクロールを固定スクロールから引き離す力が大きくなり、歯面が離間し冷媒の漏れが発生する場合がある。
図１５、図１６、図１７に示したものは、それぞれ、スクロール圧縮機の旋回軸に垂直な平面における断面図である。図１５は固定スクロール寄り、図１７は旋回スクロール寄り、図１６はその中間の平面における断面図である。
図１５、図１７において、符号ｐは、段差部分に形成された圧縮室の一部分（以下、部分圧縮室と呼ぶ）である。図１５、図１７においては、この部分圧縮室ｐによる作用により、旋回スクロール５１を固定スクロール５０から引き離そうとする力（図中矢印ＦA，ＦC）が発生する。
これらの力ＦA，ＦCは、端板の段差部５２，５２と壁体の段差部５３，５３とが噛み合い、部分圧縮室ｐが形成されている状態でのみ発生する。
図１６においては、以下のような力が作用する。図において、符号Ｐｃで示した領域は、スクロール圧縮機の中央に形成された圧縮室である（以下、この圧縮室を中央圧縮室と呼ぶ。）。この中央圧縮室Ｐｃ内の冷媒は、固定スクロール５０および旋回スクロール５１に対して外側方向の力を与えている。旋回スクロール５１に作用する力のうち、矢印ＦDで示した方向成分は、旋回スクロール５１のシャフトにより支持される為、旋回スクロール５１を固定スクロール５０から離間させる力にはならない。結局、図の符号矢印ＦBで示した力が旋回スクロール５１を離間させる力となる。
この力ＦBにより、固定スクロール５０と旋回スクロール５１とが噛み合う力（歯面荷重）が増減する。中央圧縮室Ｐｃにより、歯面荷重がどの程度変化するかを旋回角と対応づけて図１２(a)に示した。歯面荷重が最小となるのは、吐出ポートが開口して中央圧縮室Ｐｃ内の高圧冷媒が吐出される時点（ポート連通点Ｐ）である。
【０００９】
ここで、これら中央圧縮室Ｐｃにより生ずる力ＦBと、段差部５２，５３で生ずる力ＦA，ＦCとが重なると、上記のように旋回スクロール５１を固定スクロール５０から引き離す力が大きくる。この結果、歯面間のシールが弱まり、歯面間から冷媒が漏れて圧縮効率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、流体の漏れを防止することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有する固定スクロールと、端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしを噛み合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備えたスクロール圧縮機において、前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方のスクロールの端板には、前記一側面に、その高さが壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部が設けられ、前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方のスクロールの壁体の上縁は、前記端板の段差部に対応し、該壁体の高さが渦の中心部側で低く外終端側で高くなる段付き部を備え、前記段付き部の伸開角θＳは、前記壁体のインボリュート曲線が始まる中心側伸開点βの伸開角をθβ、圧縮室内の圧縮流体が吐出されるポート連通点Ｐの伸開角をθＰとし、θＰ＜θβとしたとき、
θＰ＋３６０°・ｎ＋１８０°≦θＳ≦θＰ＋３６０°・（ｎ＋１）
（ｎ＝０，１，２，・・・）
を満たしていることを特徴とする。
【００１２】
図１２(a)に示すように、歯面荷重が最小となるのはポート連通点Ｐ付近である。前記端板の段差部および壁体の段付き部の噛み合うタイミングが、ポート連通点Ｐ付近と重複しないように設定すればよい。具体的には、段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下は、図１２(b)等のように１８０°間で発生する。本発明ではこの範囲の内部にポート連通点Ｐが入り込まないため、歯面荷重の低下が回避される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記壁体の中心側伸開点βの伸開角をθβとおくとき、
θS＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０°
を満たしていることを特徴とする。
【００１４】
一般に、中心側伸開点β（以下、β点と呼ぶ）とポート連通点Ｐとが一致していない場合は一般にθP＜θβとなっている。歯面荷重は、図１２(a)に示すようにθPとθβとの間で急激に低下することがわかる。したがってこの範囲で段部のかみ合いによる歯面荷重低下が発生しないように設定する。また、図１１に示すように、θSはできるだけ内側となるように設計した方が、段部より内側の歯面の低い部分が減少するために押しのけ量を大きくすることができる。
以上により、最適条件として、θS＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０°とすることにより、歯面荷重の低下が効率的に防止されるとともに、押しのけ量の低下を最小限に抑えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係るスクロール圧縮機の実施形態を図１ないし図１２に示して説明する。
図１は、本発明の一実施形態として示した背圧型のスクロール圧縮機の構成を示している。図中の符号１は密閉状態のハウジング、２はハウジング１内を高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとに分離するディスチャージカバー、５はフレーム、６は吸入管、７は吐出管、８はモータ、９は回転シャフト、１０は自転阻止機構である。
【００１６】
そして、符号１２は固定スクロール、１３は固定スクロール１２に噛み合う旋回スクロールである。図２に示すように、固定スクロール１２は端板１２ａの一側面に渦巻き状の壁体１２ｂが立設された構成となっている。旋回スクロール１３は、固定スクロール１２と同様に端板１３ａの一側面に渦巻き状の壁体１３ｂが立設された構成となっており、特に壁体１３ｂは固定スクロール１２側の壁体１２ｂと実質的に同一形状をなしている。旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心しかつ１８０゜だけ位相をずらした状態で、壁体１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられている。
このような背圧型のスクロール型流体機械では、固定スクロール１２がボルト等によりフレーム５に完全に固定されておらず、規制された範囲内において可動である。
【００１７】
旋回スクロール１３の背面側には円筒状のボスＡが形成され、ボスＡには、モータ８で駆動される回転シャフト９の上端に設けられて旋回運動する偏心ピン９ａが挿入されている。これにより、旋回スクロール１３は固定スクロール１２に対して旋回運動されるとともに、自転阻止機構１０の作用によりその自転が阻止されている。
一方、固定スクロール１２は、ハウジング１に固定されたフレーム５に対して支持バネ（弾性体）１１を介して浮上自在に支持されているとともに旋回スクロール１３側に押しつけられている。端板３ａの背面中央には圧縮された流体の吐出ポート１５が設けられている。また、吐出ポート１５の周囲には、固定スクロール１２の端板１２ａの背面より突出する円筒フランジ１６が設けられ、該円筒フランジ１６はディスチャージカバー２側の円筒フランジ１７に嵌合している。これらの円筒フランジ１６，１７が嵌合する部分には、高圧室ＨＲと低圧室ＬＲとを分離し、固定スクロール１２の背面に高い圧力（背圧）をかけて押し下げる必要があるため、シール部材１８によるシール構造が採用されている。このシール部材１５は、Ｕ字形の断面形状を有している。この場合の高圧室ＨＲは、固定スクロール１２の背面に高圧の吐出圧力を作用させる背圧室としても機能している。
【００１８】
図２に示すように、固定スクロール１２の端板１２ａには、壁体１２ｂが立設された一側面に、壁体１２ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部４２を備えている。
図３に示すように、旋回スクロール１３側の端板１３ａも端板１２ａと同様に、壁体１３ｂが立設された一側面に、壁体１３ｂの渦方向に沿って中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部４３を備えている。
【００１９】
端板１２ａの底面は、段差部４２が形成されていることにより、中心部よりに設けられた底の浅い底面１２ｆと外終端よりに設けられた底の深い底面１２ｇの２つの部位に分けられている。隣り合う底面１２ｆ，１２ｇ間には、段差部４２を構成し、前記底面１２ｆ，１２ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面１２ｈが存在している。端板１３ａの底面も端板１２ａと同様に、段差部４３が形成されていることにより、中心部よりに設けられた底の浅い底面１３ｆと外終端よりに設けられた底の深い底面１３ｇの２つの部位に分けられている。隣り合う底面１３ｆ，１３ｇ間には、段差部４３を構成し、前記底面１３ｆ，１３ｇを繋いで垂直に切り立つ連結壁面１３ｈが存在している。
【００２０】
また、固定スクロール１２側の壁体１２ｂは、旋回スクロール１３の段差部４３に対応し、その渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心部側で低く外終端側で高い段付き部４４となっている。旋回スクロール１３側の壁体１３ｂも壁体１２ｂと同様に、固定スクロール１２の段差部４２に対応し、渦巻き状の上縁が２つの部位に分割され、かつ渦の中心部側で低く外終端側で高い段付き部４５となっている。
後述するように、段差部４２，４３、段付き部４４，４５は、前記段付き部４４，４５がそれぞれ壁体１２ｂ、壁体１３ｂの渦巻中心端から壁体に沿って外側に３６０°・ｎ＋１８０°進んだ位置になるように設けられている。
【００２１】
壁体１２ｂの上縁は、中心部寄りに設けられた低位の上縁１２ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁１２ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１２ｃ，１２ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１２ｅが存在している。壁体１３ｂの上縁も壁体１２ｂと同様に、中心部寄りに設けられた低位の上縁１３ｃと外終端寄りに設けられた高位の上縁１３ｄの２つの部位に分けられ、隣り合う上縁１３ｃ，１３ｄ間には、両者を繋いで旋回面に垂直な連結縁１３ｅとが存在している。
【００２２】
連結縁１２ｅは、壁体１２ｂを旋回スクロール１３の方向から見ると壁体１２ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１２ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしており、連結縁１３ｅも連結縁１２ｅと同様に、壁体１３ｂの内外両側面に滑らかに連続し壁体１３ｂの肉厚に等しい直径を有する半円形をなしている。
【００２３】
また、連結壁面１２ｈは、端板１２ａを旋回軸方向から見ると旋回スクロールの旋回に伴って連結縁１３ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしており、連結壁面１３ｈも連結壁面１２ｈと同様に、連結縁１２ｅが描く包絡線に一致する円弧をなしている。
なお、本例の固定スクロール１２の壁体１２ｂ及び旋回スクロール１３の壁体１３ｂの上縁には、チップシールが設けられておらず、壁体１２ｂ、１３ｂの端面が端板１２ａ、１３ａに押圧されることにより後述の圧縮室Ｃの密閉が行われる。
【００２４】
さて、上述のように、各段付き部４４，４５は、それぞれ壁体１２ｂ、壁体１３ｂの渦巻中心端から壁体１２ｂ，１３ｂに沿って外側に３６０°・ｎ＋１８０°進んだ位置に設けられている（本例ではｎ＝１）。
具体的には、図４に示すように、壁体１２ｂ、１３ｂのインボリュート曲線は基礎円Ｃの基点Ａに基づいた中心側伸開点β（β点）から始まる。このβ点の伸開角をθβとおく。壁体１２ｂ、１３ｂに設けられた段付き部４４，４５の伸開点Ｓの伸開角をθsとおくと、
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
を満たすように設定されている。
【００２５】
固定スクロール１２に旋回スクロール１３を組み付けると、低位の上縁１３ｃが底の浅い底面１２ｆに当接し、高位の上縁１３ｄが底の深い底面１２ｇに当接する。同時に、低位の上縁１２ｃが底の浅い底面１３ｆに当接し、高位の上縁１２ｄが底の深い底面１３ｇに当接する。これにより、両スクロール間には向かい合う端板１２ａ，１３ａと壁体１２ｂ，１３ｂとに区画されて圧縮室Ｃが形成される。
【００２６】
圧縮室Ｃは旋回スクロール１３の公転旋回運動に伴い外終端から中心部に向けて移動するが、連結縁１２ｅは、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１２ｅよりも外終端寄りに存在する間は壁体１２を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（一方は密閉状態にない）間で流体の漏れが生じないように連結壁面１３ｈに摺接し、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１２ｅよりも外終端寄りに存在しない間は壁体１２を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（共に密閉状態にある）間で均圧を図るべく連結壁面１３ｈには摺接しないようになっている。
【００２７】
連結縁１３ｅも同様に、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１３ｅよりも外終端寄りに存在する間は壁体１３を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（一方は密閉状態にない）間で流体の漏れが生じないように連結壁面１２ｈに摺接し、壁体１２ｂ，１３ｂの当接点が連結縁１３ｅよりも外終端寄りに存在しない間は壁体１３を挟んで隣接する圧縮室Ｃ（共に密閉状態にある）間で均圧を図るべく連結壁面１２ｈには摺接しないようになっている。なお、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、および連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈの摺接は、旋回スクロール１３が１／２回転する間で同期して起こる。
【００２８】
上記のように構成されたスクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を図５ないし図８に示して順に説明する。
図５に示す状態では、壁体１２ｂの外終端が壁体１３ｂの外側面に当接するとともに、壁体１３ｂの外終端が壁体１２ｂの外側面に当接し、端板１２ａ，１３ａ、壁体１２ｂ，１３ｂ間に流体が封入され、スクロール圧縮機構の中心を挟んで正対した位置に、最大容積の圧縮室Ｃが２つ形成される。この時点では、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈは摺接しているが、直後に離間する。
【００２９】
図５の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図６に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃが密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮し、圧縮室Ｃに先行する圧縮室Ｃ０も密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程において、連結縁１２ｅと連結壁面１３ｈ、連結縁１３ｅと連結壁面１２ｈそれぞれの摺接が解消され、隣接する二つの圧縮室Ｃが均圧される。
【００３０】
図６の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図７に示す状態に至る過程では、圧縮室Ｃが密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させてさらに流体を圧縮し、圧縮室Ｃ０も密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて引き続き流体を圧縮する。この過程においては連結縁１２ｅは連結壁面１３ｈに、連結縁１３ｅは連結壁面１２ｈにそれぞれに摺接を開始する。
【００３１】
図７に示す状態では、外終端に近い壁体１２ｂの内側面とその内方に位置する壁体１３ｂの外側面との間には後に圧縮室となる開放空間Ｃ１が形成され、同じく外終端に近い壁体１３ｂの内側面とその内方に位置する壁体１２ｂの外側面との間にも後に圧縮室となる開放空間Ｃ１が形成され、開放空間Ｃ１には低圧室ＬＲから低圧の流体が流入する。
【００３２】
図７の状態から旋回スクロール１３がπ／２だけ旋回し図８に示す状態に至る過程では、開放空間Ｃ１が大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心部に向けて進行し、開放空間Ｃ１に先行する圧縮室Ｃも中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。
【００３３】
図８の状態から旋回スクロール１３がさらにπ／２だけ旋回し再び図５に示す状態に至る過程では、空間Ｃ１がさらに大きさを拡大しながらスクロール圧縮機構の中心部に向けて進行し、空間Ｃ１に先行する圧縮室Ｃも密閉状態を保ちながら中心部に向けて進行し、漸次容積を減少させて流体を圧縮する。そして、図５の状態に至ると、図８に示す圧縮室Ｃが図５に示す圧縮室Ｃ０に相当し、図８に示す空間Ｃ１が図５に示す圧縮室Ｃに相当することとなる。
その後圧縮を続けることにより、圧縮室Ｃは最小容積となり、流体は圧縮室Ｃから吐出される。
【００３４】
吐出した流体は、高圧室ＨＲに導入される。そして固定スクロール１２が高圧の背圧を受けて旋回スクロール１３側に押し付けられ、また、シール部材１５においては、高圧の流体がＵ字部の内側に導入されることにより差圧で拡幅され、シール面が円筒フランジ１６，１７の垂直面に向けて押圧されることにより高圧室ＨＲと低圧室ＬＲのシールが行われる。
【００３５】
さて、図９に、旋回角と歯面荷重との関係を示した。図には、複数のプロットで示されたスクロールの中央に設けられた中央圧縮室（図１６参照）による歯面荷重の増減量と、段差部分に形成された部分圧縮室（図１５、図１７参照）が固定スクロール１２から旋回スクロール１３を離間させようとする力（破線）とが示されている。実際の歯面荷重は、両方の和になる。
図からわかるように、壁部１２ｂ、１３ｂの段付き部４４，４５の伸開角θsが
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
となっている。歯面荷重はθPとθβとの間で急激に低下するが、この範囲では端板の段差部４２，４３と壁体の段付き部４４，４５との噛み合いは回避されているため、部分圧縮室は歯面荷重を低減させない。したがって、θPとθβとの間の歯面荷重の更なる低下は回避され、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
また、図１１に示すように、θSはできるだけ内側となるように設計した方が、段部より内側の歯面の低い部分が減少するために押しのけ量が大きくなることがわかる。本例では、上記のように噛み合い範囲がθPとθβとの間を避けつつ、θsができるだけ内側に設定されているから、段差部のかみ合いによる歯面荷重の低下をできるだけ抑えることができ、かつ押しのけ量の低下をできるだけ抑えることができる。
ポート連通点Ｐとβ点とが一致している場合は、図１０に示すように、歯面荷重が低下するβ点近傍と、段差部の噛み合いによる歯面荷重低下が大きくなる部分との重複が避けられているため、歯面荷重の急激な低下を防止することができる。
【００３６】
なお、本例においては、θSの最適条件として
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
としたが、より広い適切条件として
θP＋３６０°・ｎ＋１８０° ≦θS≦ θP＋３６０°・（ｎ＋１）の範囲であればよい。
θSがこの範囲にある場合、図１２に示すように最も歯面荷重が低下するポート連通点Ｐ付近と、段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下が大きくなる部分とが重複しない。すなわち、噛み合い範囲は図１２(b)〜図１２(c)で示した範囲内をとるから、ポート連通点Ｐは噛み合い範囲の内部に入り込まず、したがって、歯面荷重の低下による冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
また、本例では固定スクロールの背面に高圧室ＨＲを設けた背圧式の旋回スクロールについての例を示したが、段付きスクロールであればこれに限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては以下の効果を得ることができる。
すなわち、請求項１に記載の発明によれば、
壁部の段付き部の伸開角θsが
θP＋３６０°・ｎ＋１８０° ≦θS≦ θP＋３６０°・（ｎ＋１） （ｎ＝０，１，２，…）
を満たしているので、ポート連通点付近と段付き部の噛み合いによる歯面荷重の低下が大きくなる部分とが重複しない。したがって、歯面荷重の大きな低下を防ぐことができ、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
請求項２に記載の発明によれば、
θs＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０° （ｎ＝０，１，２，…）
となっているため、中央圧縮室が歯面荷重を最も減少させるときには、端板の段差部と壁体の段付き部との噛み合いは回避される。したがって、歯面荷重の大きな低下を防ぐことができ、冷媒の漏れ、騒音を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態として示したスクロール圧縮機の全体構成を示す断面図である。
【図２】 同スクロール圧縮機に用いられる固定スクロールの斜視図である。
【図３】 同スクロール圧縮機に用いられる旋回スクロールの斜視図である。
【図４】 段付き部の形成位置を示した図である。
【図５】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図６】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図７】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図８】 同スクロール圧縮機の駆動時における流体圧縮の過程を示す図である。
【図９】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図である。
【図１０】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図である。
【図１１】 θSと押しのけ量との関係を示した図である。
【図１２】 旋回スクロールの歯面荷重と旋回角との関係を示した図であり、(a)は歯面荷重、(b)はθSが下限値を取った場合の噛み合い範囲、(c)はθSが上限値を取った場合の噛み合い範囲を示す。
【図１３】 従来のスクロール圧縮機に用いられる固定スクロール及び旋回スクロールの斜視図である。
【図１４】 従来のスクロール圧縮機において、最大容積時の圧縮室を示す図である。
【図１５】 段差部が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【図１６】 中央圧縮室が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【図１７】 段差部が旋回スクロールに与える力を示した図である。
【符号の説明】
１２ 固定スクロール
１２ａ 端板
１２ｂ 壁体
１３ 旋回スクロール
１３ａ 端板
１３ｂ 壁体
４２ 段差部
４３ 段差部
４４ 段付き部
４５ 段付き部
５１ 固定スクロール
５２ 旋回スクロール
β 中心側伸開点（β点）
Ｐ ポート連通点
Claims (2)
- 端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有する固定スクロールと、端板の一側面に立設され、インボリュート曲線に基づいた渦巻き状の壁体を有し、前記各壁体どうしを噛み合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロールとを備えたスクロール圧縮機において、
前記固定スクロールと旋回スクロールの少なくともいずれか一方のスクロールの端板には、前記一側面に、その高さが壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外終端側で低くなるよう形成された段差部が設けられ、前記固定スクロールと旋回スクロールのいずれか他方のスクロールの壁体の上縁は、前記端板の段差部に対応し、該壁体の高さが渦の中心部側で低く外終端側で高くなる段付き部を備え、
前記段付き部の伸開角θＳは、前記壁体のインボリュート曲線が始まる中心側伸開点βの伸開角をθβ、圧縮室内の圧縮流体が吐出されるポート連通点Ｐの伸開角をθＰとし、θＰ＜θβとしたとき、
θＰ＋３６０°・ｎ＋１８０°≦θＳ≦θＰ＋３６０°・（ｎ＋１）
（ｎ＝０，１，２，・・・）
を満たしていることを特徴とするスクロール圧縮機。 - 請求項１に記載のスクロール圧縮機において、前記壁体のインボリュート曲線が始まる中心側伸開点βの伸開角をθβとおくとき、
θＳ＝θβ＋３６０°・ｎ＋１８０°
（ｎ＝０，１，２，・・・）
を満たしていることを特徴とするスクロール圧縮機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001024846A JP4709402B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | スクロール圧縮機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001024846A JP4709402B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | スクロール圧縮機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002227782A JP2002227782A (ja) | 2002-08-14 |
| JP4709402B2 true JP4709402B2 (ja) | 2011-06-22 |
Family
ID=18889936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001024846A Expired - Lifetime JP4709402B2 (ja) | 2001-01-31 | 2001-01-31 | スクロール圧縮機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP4709402B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP1574165S (ja) | 2016-08-31 | 2020-04-06 |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6027796A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-12 | コ−プランド・コ−ポレ−シヨン | スクロ−ル型機械 |
| JPS6361786A (ja) * | 1986-08-30 | 1988-03-17 | Shin Meiwa Ind Co Ltd | スクロ−ル形流体機械 |
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-
2001
- 2001-01-31 JP JP2001024846A patent/JP4709402B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6027796A (ja) * | 1983-07-25 | 1985-02-12 | コ−プランド・コ−ポレ−シヨン | スクロ−ル型機械 |
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| JP2002213372A (ja) * | 2001-01-16 | 2002-07-31 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | スクロール型圧縮機 |
Also Published As
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