JP4814189B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされ、渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能とされたスクロール圧縮機に関するものである。

スクロール部材の外径を大きくすることなく、圧縮機容量を増加することができるスクロール圧縮機として、一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも渦巻き状ラップの外周側においてラップ高さを内周側のラップ高さよりも高くし、渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮ができる構成としたスクロール圧縮機が提案されている。この圧縮機は、渦巻き状ラップの周方向だけでなく、ラップ高さ方向にも圧縮が可能なため、上記のような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。従って、同じ容量の圧縮機で比較すると、小型コンパクト化、軽量化が可能になる等の特長を有する。

上記のような三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップの段部より外周側および内周側の先端面にそれぞれチップシールを設けるとともに、外周側のチップシール溝に中心側の高圧圧縮室の内圧を導入する導入路を設けることにより、外周側のチップシールによるシール機能を高め、渦巻き状ラップの段部よりも外周側においてラップ先端面からのガス漏れ量を低減し、圧縮効率を向上させるようにしたものが特許文献１に示されている。

また、渦巻き状ラップの先端面およびとボトム面に上記のような段部が設けられていない一般的な構成のスクロール圧縮機において、チップシールまたはチップシール溝の渦巻き開始端側にシール端部を薄くして、あるいはシール溝端部を深くして構成した背圧ガイド部を設け、この背圧ガイド部を撓み変形させることにより、熱膨張変形を吸収してチップシールによる均一なシール性を得るとともに、異常摩耗を阻止し、耐久性および信頼性の向上を図ったものが特許文献２に示されている。

特開２００２−１３８９７５号公報 特開平４−２５５５８８号公報

特許文献１に示されたものは、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機のラップ先端面の段部よりも外周側に設けるチップシールの機能低下を改善しようとするものである。しかし、このものでは、渦巻き状ラップに設ける高圧導入路の加工性の問題や該導入路によるラップ強度への影響等が懸念される。また、渦巻き状ラップの高さが高くなる段部付近での熱変形対策が不十分である。つまり、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機では、段部を有しない一般的な構成のスクロール圧縮機に比べ、圧縮室内に段部を含む旋回角範囲での圧縮室温度が高くなる。しかも段部では渦巻き状ラップの高さが高くなることから、熱膨張による渦巻き状ラップの高さ方向の変位が大きくなる（図６，図７参照）。このため、段部における熱変形を十分に考慮した対策を採らないと、チップシールの可動隙間が詰まってしまい、せっかく高圧導入路を設けたとしても、段部より外周側に設けたチップシールの機能が十分発揮されず、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因になるという課題が残る。

また、特許文献２に示されたものは、一般的なスクロール圧縮機の渦巻き状ラップ内周端におけるチップシールの渦巻き開始端側での熱変形による影響を抑制し、均一なシール性を得ようとするものであり、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機の渦巻き状ラップにおける段部よりも外周側のラップ先端面からのガス漏れを低減するという課題を解決しようとするものではない。この特許文献２には、渦巻き状ラップの先端面およびボトム面に設けられる段部が圧縮機の運転に伴い如何なる熱的影響を受け、それが段部よりも外周側のラップ先端面からのガス漏れ、すなわち圧縮性能にどのように影響するかについて、些かの示唆も教示もされていない。

以上に述べたように、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、段部より外周側のラップ先端面からのガス漏れを段部付近の熱変形を吸収して低減することは、かかる構成のスクロール圧縮機の圧縮性能の安定化と性能向上を図るうえでの緊急課題の１つとなっており、解決が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、圧縮性能の安定化と性能の向上とを図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。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかるスクロール圧縮機は、端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられる前記チップシールの前記段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、前記チップシールの前記段部側端部の背面と前記チップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設け、前記チップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をｂ、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をＴ２としたとき、ｂ＞Ｔ２としたことを特徴とする。

三次元圧縮可能な構成としたスクロール圧縮機では、圧縮室内に段部が含まれる旋回角範囲において、押しのけ量の減少率（容積変化率）が大きくなるため、圧縮室温度は、段部を備えていない一般的なスクロール圧縮機における同じ旋回角範囲での圧縮室温度よりも高くなる。しかもラップ先端面の段部付近において渦巻き状ラップの高さが高くなることから、熱膨張による渦巻き状ラップの高さ方向の変位も局所的に大きくなる。このため、熱変形時にチップシールと相手方スクロール部材のボトム面との間の隙間およびチップシール背面の隙間が詰まってしまい、チップシールの背面に段部側端部から背圧（圧縮中のガス）が侵入し難くなる。これにより、渦巻き状ラップの段部よりも外周側に設けられるチップシールの機能が低下し、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因となる。
本発明によれば、チップシールの段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、チップシールの段部側端部の背面とチップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設けているため、渦巻き状ラップの段部付近が熱膨張によりラップ高さ方向に変位しても、背圧導入部の隙間が詰まってしまうことがなく、渦巻き状ラップの段部よりも外周側に設けられるチップシールの背面にその段部側端部から背圧導入部を介して確実に背圧（圧縮中のガス）を導入することができる。これによって、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させ、チップシールを背圧によって相手方スクロール部材のボトム面に押圧し、渦巻き状ラップの先端面を確実にシールすることができる。従って、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能安定化と性能向上を図ることができる。また、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅ｂは、小さくするほどチップシール無しの領域を少なくできることから、ガス漏れ量を低減し性能アップを図ることができる。しかし、縁幅ｂを小さくしすぎると、本来自転防止機構等で支持すべき荷重が、組み立て誤差や熱変形等の影響によって渦巻き状ラップの段部に面圧荷重として作用した場合に、薄肉としたチップシール溝の段部側端部縁が剛性不足により破損するおそれが生じるが、本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅ｂを、チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅Ｔ２よりも大きくしているため、チップシール溝の段部側端部における剛性をアップすることができる。これによって、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分確保し、耐久性を向上させることができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記背圧導入部を、前記チップシール溝の前記段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んで構成したことを特徴とする。

本発明によれば、背圧導入部をチップシール溝の段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深めに掘り込んで構成しているため、背圧導入部を簡易に構成することができる。また、この背圧導入部を介してチップシール背面に背圧を導入することにより、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させることができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上記のスクロール圧縮機において、前記背圧導入部を、前記チップシールの前記段部側端部の背面を切り欠いて構成したことを特徴とする。

本発明によれば、背圧導入部をチップシールの段部側端部の背面を切り欠いて構成しているため、背圧導入部を簡易に構成することができる。また、この背圧導入部を介してチップシールの背面に背圧を導入することにより、熱変形を吸収して段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させることができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記縁幅ｂを、前記縁幅Ｔ２に対して、ｂ≦２．５＊Ｔ２としたことを特徴とする。

本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅ｂを、チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅Ｔ２に対して、ｂ≦２．５＊Ｔ２としているため、チップシール無しの領域を縁幅Ｔ２の２．５倍以下とすることができる。これにより、チップシールの効果が及ばない縁幅ｂ部分をいたずらに大きくすることなく、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分に確保することができる。

さらに、本発明のスクロール圧縮機は、上述のいずれかのスクロール圧縮機において、前記縁幅ｂを、１ｍｍ＜ｂ≦２．５ｍｍとしたことを特徴とする。

本発明によれば、チップシール溝の段部側端部に形成される縁幅ｂを、１ｍｍ＜ｂ≦２．５ｍｍとしているため、チップシール無しの領域を１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲とすることができる。これによって、縁幅ｂを最適な範囲とし、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分に確保することができる。

本発明によると、段部よりも外周側のチップシールを正常に機能させ、チップシールを背圧により相手方スクロール部材のボトム面に押圧し、渦巻き状ラップの先端面を確実にシールすることができるため、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れによる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能の安定化と向上とを図ることができるとともに、チップシール溝の段部側端部における剛性をアップすることができるため、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝の段部側端部縁における剛性を十分確保し、耐久性を向上させることができる。

以下に、本発明の一実施形態について、図１ないし図８を用いて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るスクロール圧縮機１の縦断面図が示されている。
スクロール圧縮機１は、その概略外形を構成するハウジング３を有する。このハウジング３は、フロントハウジング５とリアハウジング７とをボルト９（第２ボルト）によって一体的に締め付け固定することにより構成される。フロントハウジング５およびリアハウジング７には、各々円周上の複数箇所、例えば４箇所に等間隔で締め付け用のフランジ５Ａ，７Ａが一体に形成されている。このフランジ５Ａ，７Ａ同士をボルト９で締め付けることにより、フロントハウジング５とリアハウジング７とが一体に結合される。

フロントハウジング５の内部には、クランク軸１１がメイン軸受１３およびサブ軸受１５を介して軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸１１の一端側（図において左側）は小径軸部１１Ａとされ、この小径軸部１１Ａは、フロントハウジング５を貫通して図１の左側に突出されている。小径軸部１１Ａの突出部には、公知の如く、動力を受ける図示省略の電磁クラッチ、プーリー等が設けられ、図示省略されたエンジン等の駆動源からＶベルト等を介して動力が伝達されるようになっている。メイン軸受１３とサブ軸受１５との間には、メカニカルシール（リップシール）１７が設置されており、ハウジング３内と大気との間を気密にシールしている。

クランク軸１１の他端側（図において右側）には、大径軸部１１Ｂが設けられ、この大径軸部１１Ｂには、クランク軸１１の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態で偏心ピン１１Ｃが一体に設けられている。クランク軸１１は、上記の大径軸部１１Ｂと小径軸部１１Ａがメイン軸受１３と軸受１５で支持されることにより、フロントハウジング５に回転自在に支持され る。そして、偏心ピン１１Ｃには、ドライブブッシュ１９およびドライブ軸受２１を介して後述する旋回スクロール部材２７が連結され、クランク軸１１が回転されることにより、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されるようになっている。

ドライブブッシュ１９には、旋回スクロール部材２７が旋回駆動されることにより生じるアンバランス荷重を除去するためのバランスウェイト１９Ａが一体に形成され、旋回スクロール部材２７の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。
上記ハウジング３の内部には、スクロール圧縮機構２３を構成する一対の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７が組み込まれる。固定スクロール部材２５は、端板２５Ａと該端板２５Ａから立設された渦巻き状ラップ２５Ｂとから構成され、一方、旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａと該端板２７Ａから立設された渦巻き状ラップ２７Ｂとから構成される。

固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７は、図２に示されるように、それぞれ渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｃ，２７Ｃとボトム面２５Ｄ，２７Ｄの渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段部２５Ｅ，２５Ｆおよび２７Ｅ，２７Ｆを備えている。この段部２５Ｅ，２５Ｆおよび２７Ｅ，２７Ｆを境に、ラップ先端面２５Ｃ，２７Ｃにおいては、軸線Ｌ方向に外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇが高く、内周側の先端面２５Ｈ，２７Ｈが低くされている。また、ボトム面２５Ｄ，２７Ｄにおいては、軸線Ｌ方向に外周側のボトム面２５Ｉ，２７Ｉが低く、内周側のボトム面２５Ｊ，２７Ｊが高くされている。これによって、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂは、その外周側におけるラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされる。また、これら固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７は、例えば、アルミ合金を鍛造成型した素材や、あるいは鋳鉄で鋳造された素材から必要部分を機械加工することにより形成することができる。

上記の固定スクロール部材２５と旋回スクロール部材２７とは、各々の中心を旋回半径分だけ離すとともに、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの位相を１８０度ずらして噛み合わせられ、それぞれの渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｃ，２７Ｃとボトム面２５Ｄ，２７Ｄとの間に常温で僅かなラップ高さ方向の隙間（数十〜数百ミクロン）を有するように組み込まれる。これにより、図１および図３に示されるように、両スクロール部材２５，２７間には、端板２５Ａ，２７Ａと渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂとにより限界される一対の圧縮室２９が、スクロール中心に対して対称に形成されるとともに、旋回スクロール部材２７がスムーズに旋回運動することが可能となる。また、圧縮室２９は、その軸線Ｌ方向高さが渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの外周側において内周側の高さよりも高くされることによって、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの周方向およびラップ高さ方向に圧縮ができる三次元圧縮が可能な圧縮機構２３が構成される。

固定スクロール部材２５は、リアハウジング７の内面にボルト３１（第１ボルト）により固定設置される。旋回スクロール部材２７は、端板２７Ａの背面に設けられているボス部に、上述のとおり、クランク軸１１の一端側に設けられている偏心ピン１１Ｃがドライブブッシュ１９およびドライブ軸受２１を介して連結され、旋回駆動されるようになっている。また、旋回スクロール部材２７は、フロントハウジング５に形成されているスラスト受け面５Ｂに端板２７Ａの背面が支持され、このスラスト受け面５Ｂと端板２７Ａの背面との間に介装されるピンリングやオルダムリング等の自転阻止機構３３により、旋回スクロール部材２７は、自転が阻止されながら固定スクロール部材２５に対して公転旋回駆動されるように構成されている。

固定スクロール部材２５の端板２５Ａの中央部には、圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート２５Ｋが開口され、該吐出ポート２５Ｋには、端板２５Ａにリテーナ３５を介して取付けられる吐出リード弁３７が設けられている。さらに、固定スクロール部材２５の端板２５Ａの背面側には、リアハウジング７の内面に密接されるようＯリング等のシール材３９（第１シール材）が介装され、リアハウジング７との間でハウジング３の内部空間から区画される吐出チャンバー４１を形成している。これによって、吐出チャンバー４１を除くハウジング３の内部空間が、吸入チャンバー４３として機能するように構成されている。吸入チャンバー４３には、フロントハウジング５に設けられている吸入口４５を介して冷凍サイクルから戻ってくる冷媒ガスが吸入され、この吸入チャンバー４３を経て圧縮室２９に冷媒ガスが吸い込まれるようになる。また、フロントハウジング５とリアハウジング７間の接合面には、Ｏリング等のシール材４７（第２シール材）が介装され、ハウジング３内に形成される吸入チャンバー４３を大気から気密にシールしている。

さらに、固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７の渦巻き状ラップ２５Ｂおよび２７Ｂの先端面２５Ｇ，２５Ｈおよび２７Ｇ，２７Ｈには、渦巻き方向に沿ってその先端面の幅のほぼ半分程度の幅と深さとを有するチップシール溝２５Ｌ，２５Ｍおよび２７Ｌ，２７Ｍが設けられ、これらチップシール溝２５Ｌ，２５Ｍおよび２７Ｌ，２７Ｍには、それぞれチップシール５１，５２および５３，５４が嵌合されている。ここで、チップシール５１，５２，５３，５４を展開した長さおよび幅は、それぞれ対応するチップシール溝２５Ｌ，２５Ｍ，２７Ｌ，２７Ｍを展開した長さおよび幅に対し、それぞれ僅かに短くなるように設定される。また、チップシール５１，５２，５３，５４の厚さは、１ｍｍ〜２ｍｍが一般的であり、チップシール溝２５Ｌ，２５Ｍ，２７Ｌ，２７Ｍの深さもほぼ同じ深さとなるように設定される。このため、チップシール５１，５２，５３，５４は、チップシール溝２５Ｌ，２５Ｍ，２７Ｌ，２７Ｍの中で自在に可動できるようになっている。

上記したチップシール５１，５２，５３，５４は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の樹脂成型品から構成され、相手方スクロール部材２５，２７のボトム面２５Ｉ，２５Ｊおよび２７Ｉ，２７Ｊに摺接されることにより渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｇ，２５Ｈおよび２７Ｇ，２７Ｈをシールするものである。

上記の段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇに設けられるチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部（内周側端部）には、図４および図５（Ａ）に示されるように、他部分の溝底面より少し深く掘り込んだ深堀部２５Ｎ，２７Ｎによって構成される背圧導入部５５，５７が設けられている。この深堀部２５Ｎ，２７Ｎは、他部分の溝底面よりコンマ数ｍｍ程度深く掘り込まれており、段部２５Ｅ，２７Ｅ付近の熱膨張による変形を吸収して外周側のチップシール５１，５３の背面（底面）とチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの底面との間に常時微小の隙間を確保し、チップシール５１，５３の背面側に背圧（圧縮中のガス）が導かれるように構成されている。

なお、背圧導入部５５，５７は、図５（Ｂ）に示されるように、チップシール５１，５３の段部側端部（内周側端部）の背面（底面）に部分的な切欠き部５１Ａ，５３Ａを設けることにより構成してもよい。

本実施形態のスクロール圧縮機１は、以下の通り動作する。なお、スクロール圧縮機１の圧縮動作は、公知ゆえ説明は省略する。
図６には、圧縮作用時に回転されるクランク軸１１の回転角、すなわち旋回スクロール部材２７が公転旋回駆動される際の旋回角θ^＊と押しのけ量Ｖとの関係図が示され、図７には、その旋回角θ^＊と圧縮室温度Ｔとの関係図が示されている。この図６および図７において、曲線２Ｄは、渦巻き状ラップに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）の容積曲線および温度曲線を示し、曲線３Ｄは、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機１の容積曲線および温度曲線を示している。

図６に示されるように、一般的なスクロール圧縮機では、曲線２Ｄのように、Ａ点で示す吸入締め切り時の押しのけ容積Ｖｓが、Ｂ点を経由してＤ点で示す吐出時の押しのけ容積Ｖｄｉｓまで漸次減少するように圧縮される。一方、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機１では、曲線３Ｄのように、Ａ点で示す吸入締め切り時の押しのけ容積Ｖｓが、外周側での圧縮（（Ｌｏｕｔ）によりＢ’点まで減少される。そして、Ｂ’点（Ｂ点と同じ）を過ぎると段部によるラップ高さ方向の圧縮が加わることからＣ’点まで容積が減少される。その後、内周側の圧縮（Ｌｉｎ）によりＣ’点からＤ’点で示す吐出時の押しのけ容積Ｖｄｉｓまで漸次減少するように圧縮される。上記Ｂ’点からＣ’点までの間は、外周側から中心側へと容積が漸次減少されつつ移動される圧縮室２９に段部２５Ｅ，２７Ｅがかかっている旋回角範囲を示している。以上から、曲線２Ｄで示される一般的なスクロール圧縮機に比べ、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機１の方が、押しのけ容積Ｖの減少率（容積変化率）が大きいことが解る。

図７は、上記した圧縮工程での容積減少率をポリトロープ圧縮による下記式に基づき温度に変換して表したものである。
Ｔ＝（Ｖｓ／Ｖ_（θ＊））^ｋ−１＊Ｔｓ

図７に示されるように、一般的なスクロール圧縮機では、曲線２Ｄのように、Ａ点で示す吸入締め切り時の温度Ｔｓが、Ｂ点を経てＤ点で示す吐出時の温度Ｔｄｉｓまで漸次上昇するように圧縮される。これに対して、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機１では、曲線３Ｄのように、Ａ点で示す吸入締め切り時の温度Ｔｓが、Ｂ’点まで上昇し、ここから段部によるラップ高さ方向の圧縮が加わり容積減少率が大きくなることからＣ’点まで上昇する。その後、Ｃ’点からＤ’点で示す吐出時の温度Ｔｄｉｓまで漸次上昇するように圧縮される。上記Ｂ’点からＣ’点までの間は、外周側から中心側へと容積が漸次減少されつつ移動される圧縮室２９に段部２５Ｅ，２７Ｅがかかっている旋回角範囲を示している。以上から、曲線２Ｄで示される一般的なスクロール圧縮機に比べ、三次元圧縮可能なスクロール圧縮機１の方が、同一旋回角θ^＊では圧縮室温度Ｔが高くなることが解る。

また、図６において、Ｖ_（Ｆ）は、図３に示す噛み合い状態での圧縮室２９の容積を示している。その時の旋回角θ^＊はＦ（θ^＊＝Ｆ）であり、Ｃ’点の少し手前の位置である。この旋回角Ｆ（θ^＊＝Ｆ）での圧縮室温度は、図７に示すように、Ｔ_（Ｆ）であり、ほぼＣ’点に近い温度である。このことから、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂのラップ高さが高くなっている段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側部分において、温度が最も高くなるのは段部２５Ｅ，２７Ｅであり、その温度はＣ’点の温度と同じ程度の温度になることが解る。

上述の点から、以下のことが云える。
（１）一般的なスクロール圧縮機（二次元圧縮）に比べて、同一旋回角では三次元圧縮可能なスクロール圧縮機１の方が、圧縮室の温度が高くなる。
（２）圧縮による熱の影響を最も受けるのは段部２５Ｅ，２７Ｅであり、ラップ高さが高い部分において段部２５Ｅ，２７Ｅの温度が最も高くなる。
このため、従来の三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機特有の問題として、ラップ先端面２５Ｃ，２７Ｃの段部付近において熱膨張による渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの高さ方向の変位も局所的に大きくなり、熱変形時にチップシール５１，５３と相手方スクロール部材のボトム面２５Ｉ，２７Ｉとの間の隙間、更にはチップシール５１，５３背面の隙間が局所的に詰まってしまい、チップシール５１，５３の背面に段部側端部から背圧（圧縮中のガス）が侵入し難くなる。これによって、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側に設けられるチップシール５１，５３の機能が低下し、ガス漏れによる性能低下や性能バラツキの要因となる。従って、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇに設けられるチップシール５１，５３を正常に機能させ、それによるシール効果を得るには、上記に対する熱対策が必須となる。

本実施形態においては、上記の熱対策として、上述したように、段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇに設けられるチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部に、他部分の溝底面より少し深く掘り込んだ深堀部２５Ｎ，２７Ｎ（図４および図５（Ａ）参照）により構成される背圧導入部５５，５７を設けている。このため、段部２５Ｅ，２７Ｅ付近が、最も温度が高くなる圧縮熱の影響を受けて熱膨張しラップ高さ方向に変位しても、チップシール５１，５３の背面に設けられている背圧導入部５５，５７の隙間が詰まることはなく、チップシール５１，５３の背面側に背圧導入部５５，５７を介して確実に背圧（圧縮中のガス）を導入することができる。

これによって、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの熱膨張による変形を吸収し、段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側に設けられるチップシール５１，５３を正常に機能させることができる。すなわち、背圧導入部５５，５７を介して導入される背圧（圧縮中のガス）によって外周側のチップシール５１，５３を長さ方向の全域にわたり浮上させ、そのチップシール５１，５３を相手方スクロール部材２５，２７のボトム面２５Ｉ，２７Ｉに押圧することにより、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇを確実にシールすることができる。

その結果、図８に示すように、背圧導入部なしの場合には、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇからのガス漏れにより性能にバラツキが生じ、それが性能低下の要因となっていたのに対し、背圧導入部５５，５７を設けることにより、ガス漏れを低減して性能のバラツキを相対的に小さくし、それによる性能低下を解消することができる。従って、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の性能安定化と性能向上を図ることができる。

また、背圧導入部５５，５７は、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んだ深堀部２５Ｎ，２７Ｎや、チップシール５１，５３の段部側端部（内周側端部）の背面（底面）を部分的に切り欠いた切欠き部５１Ａ，５３Ａによって構成できるため、背圧導入部５５，５７を簡易に構成することができる。そして、この背圧導入部５５，５７によって熱変形を吸収し、段部よりも外周側のチップシール５１，５３を正常に機能させ、渦巻き状ラップの段部よりも外周側でのガス漏れを低減することができる。従って、段部の熱変形に対する対策を、新たに部品等を追加することなく、既存部品の部分的な改良により簡易にかつ低コストで実施することができる。

さらに、本実施形態では、上記構成に加えて、図４に示されるように、上記チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部２５Ｅ，２７Ｅ側の端部に形成される縁幅を、他部分の縁幅に比べて幅広に構成し、当該縁部の強度を高めるようにしている。

すなわち、先端面２５Ｇ，２７Ｇに設けられるチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部における縁幅ｂを、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌに沿ってその両側に形成される縁幅Ｔ２に比べて大きく、ｂ＞Ｔ２とした構成としている。
この縁幅ｂは、縁幅Ｔ２に対して、ｂ≦２．５＊Ｔ２の範囲とするのが好ましく、具体的には、１ｍｍ＜ｂ≦２．５ｍｍとされている。

先端面２５Ｇ，２７Ｇにチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌを設ける場合、段部側端部に形成される縁幅ｂを小さくするほどチップシール無しの領域を少なくできることから、圧縮時のガス漏れ量を低減することができる。一方で、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機の特徴として、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｃ，２７Ｃの段部２５Ｅ，２７Ｅは、それぞれボトム面２５Ｄ，２７Ｄの段部２７Ｆ，２５Ｆに対向しており、この段部間のガス漏れ量を低減することが重要である。このため、各段部間にごく小さな隙間を与えるか、あるいは軽く摺接するようにしている。ただし、組み立て誤差や熱変形等の影響により渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅに強荷重が作用することがあり、この場合、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの縁幅ｂを小さくしすぎると、薄肉とされたチップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部縁が剛性不足により破損するおそれが生じる。

そこで、本実施形態においては、上記の点を考慮してチップシール溝の段部側端部に形成される縁幅ｂを、チップシール溝の両側に形成される縁幅Ｔ２よりも大きく、ｂ＞Ｔ２としている。このため、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部における剛性をアップすることができる。これによって、ガス漏れを可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部における必要な剛性を確保し、当該段部側端部縁の不測の事態による破損を防止することができる。

特に、本実施形態では、縁幅ｂを、ｂ≦２．５＊Ｔ２、あるいは１ｍｍ＜ｂ≦２．５ｍｍとしているため、チップシール５１，５３が無くその効果が及ばない領域となる縁幅ｂ部分をいたずらに大きくすることなく、最適な範囲に保ち、ガス漏れ量を可及的に低減して性能をキープしつつ、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部側端部における必要な剛性を確保することができる。なお、本実施形態は、第１実施形態において説明した背圧導入部５５，５７を備えていない構成のスクロール圧縮機に対しても、段部２５Ｅ，２７Ｅにおけるガス漏れ量の低減対策として有効に実施することができる。

［参考例］
次に、本発明の参考例について、図９を用いて説明する。
この参考例は、上記した実施形態に対して、チップシール溝２５Ｌ，２７Ｌの段部２５Ｅ，２７Ｅ付近の構成およびチップシール５１，５３の構成を変更している点が異なっている。その他の点については、上記実施形態と同様であるので説明は省略する。
この参考例においては、図９に示されるように、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側の先端面２５Ｇ，２７Ｇに設けるチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌを、段部２５Ｅ，２７Ｅまで貫通させて設けている。また、このチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌに嵌合装着されるチップシール７１，７３をチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの端部まで延伸するように設けている。

また、上記構成によると、チップシール７１，７３がチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌから抜け出るため、渦巻き方向の少なくとも１箇所にチップシール７１，７３の渦巻き方向への移動を防ぐ移動防止部７５，７７を設けている。この移動防止部７５，７７は、チップシール７１，７３の背面に設けられたダボ７１Ａ，７３Ａと、このダボ７１Ａ，７３Ａが嵌合するチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌ側に設けられる凹部６５Ｐ，６７Ｐとから構成することができる。

本参考例によれば、上記したように、チップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの段部側端部を段部２５Ｅ，２７Ｅまで貫通するとともに、チップシール７１，７３をチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの端部まで延伸して設けているため、２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅ付近が熱膨張によってラップ高さ方向に変位しても、それを吸収してチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの段部２５Ｅ，２７Ｅへの貫通部からチップシール７１，７３の背面に確実に背圧（圧縮中のガス）を導入し、この背圧によってチップシール７１，７３を相手方スクロール部材２５，２７のボトム面ボトム面２５Ｉ，２７Ｉに押圧することができる。このため、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｇ，２７Ｇを確実にシールし、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの段部２５Ｅ，２７Ｅよりも外周側でのガス漏れを低減することができる。よって、段部２５Ｅ，２７Ｅの外周側でのガス漏れよる性能低下や性能バラツキを解消し、三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機１の性能安定化と性能向上を図ることができる。

また、ダボ７１Ａ，７３Ａと凹部６５Ｐ，６７Ｐとで構成される移動防止部７５，７７を設けることにより、チップシール７１，７３の渦巻き方向への移動を阻止するようにしているため、チップシール７１，７３がチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの貫通部から抜け出すのを確実に防止することができる。しかも、移動防止部７５，７７は、渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂやチップシール７１，７３の構成あるいは強度に何ら影響を及ぼすものではなく、移動防止部７５，７７を簡易に構成することができるとともに、チップシール７１，７３の組み付けも容易に行うことができる。

ちなみに、上記チップシール７１，７３の背面に設けられるダボ７１Ａ，７３Ａは、樹脂成型時に型により設定することが可能であり、また、ダボ７１Ａ，７３Ａが嵌合するチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの凹部６５Ｐ，６７Ｐは、チップシール溝６５Ｌ，６７Ｌを機械加工する際のエンドミルを流用して容易に加工することができるため、簡易にかつ比較的低コストで構成することができる。なお、チップシール７１，７３に設けられるダボ７１Ａ，７３Ａについては、チップシール７１，７３の板厚と同程度の高さとすることにより、より強固に移動を防ぐことができる。

さらに、上記参考例において、チップシール７１，７３背面側への背圧の導入をより確実に行うため、図９（Ｂ）に破線で示すように、チップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの段部２５Ｅ，２７Ｅへの貫通部付近に背圧導入凹み６５Ｑ，６７Ｑを設けたり、あるいはチップシール溝６５Ｌ，６７Ｌの入口部やチップシール７１，７３の端部に、面取りや切欠き等によって背圧導入部を設けたりしてもよく、これによって、チップシール７１，７３をより確実に機能させることができるようになる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、開放型スクロール圧縮機を例に説明したが、モータを一体に内蔵したタイプのスクロール圧縮機にも同様に適用することができる。また、段部２５Ｅ，２７Ｅより外周側に設けるチップシール５１，５３，７１，７３に限らず、内周側に設けるチップシール５２，５４およびチップシール溝２５Ｍ，２７Ｍに対して、上記実施形態と同様の構成を採用することを妨げるものではない。

また、上記実施形態では、三次元圧縮が可能であるスクロール圧縮機として、段部が固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７にそれぞれ１箇所あるものについて言及したが、当該段部が、中心部から外周にわたり２箇所以上の複数箇所に存在する場合にあっては、それぞれの段部に対して本発明を適用することは有効である。更には、上記した実施形態では、一対の固定スクロール部材２５および旋回スクロール部材２７が共に渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｃ，２７Ｃとボトム面２５Ｄ，２７Ｄとにそれぞれ段部を備えたものを例に説明したが、少なくとも固定スクロール部材２５または旋回スクロール部材２７の何れか一方の渦巻き状ラップ２５Ｂ，２７Ｂの先端面２５Ｃ，２７Ｃと、他方のボトム面２５Ｄ，２７Ｄのみに段部を備えたものであっても、本発明に記載された構成が効奏することは云うまでもない。

本発明の一実施形態にかかるスクロール圧縮機の縦断面図である。 図１示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材の斜視図（Ａ）と旋回スクロール部材の斜視図（Ｂ）である。 図１示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の或る旋回角位置での噛み合い状態図である。 図１示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近における部分平面図（Ａ）とその拡大図（Ｂ）および断面図（Ｃ）である。 図１示すスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近の噛み合い状態の展開図（Ａ）とその変形例の展開図（Ｂ）である。 図１示すスクロール圧縮機の圧縮作用を説明する旋回角θ^＊と押しのけ量Ｖとの関係図である。 図１示すスクロール圧縮機の圧縮作用を説明する旋回角θ^＊と圧縮室温度Ｔとの関係図である。 図１示すスクロール圧縮機の性能向上についての説明図である。 本発明の参考例にかかるスクロール圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の段部付近における部分斜視図（Ａ）とその縦断面図（Ｂ）である。

１ スクロール圧縮機
２５ 固定スクロール部材
２７ 旋回スクロール部材
２５Ａ，２７Ａ 端板
２５Ｂ，２７Ｂ 渦巻き状ラップ
２５Ｃ，２５Ｇ，２５Ｈ，２７Ｃ，２７Ｇ，２７Ｈ 先端面
２５Ｄ，２７Ｄ ボトム面
２５Ｅ，２５Ｆ，２７Ｅ，２７Ｆ 段部
２５Ｌ，２５Ｍ，２７Ｌ，２７Ｍ，６５Ｌ，６７Ｌ チップシール溝
２５Ｎ，２７Ｎ 深堀部
５１，５２，５３，５４，７１，７３ チップシール
５１Ａ，５３Ａ 切欠き部
５５，５７ 背圧導入部
６５Ｐ，６７Ｐ 凹部
６５Ｑ，６７Ｑ 背圧導入凹み
７１Ａ，７３Ａ ダボ
ｂ チップシール溝の段部側端部の縁幅
Ｔ２ チップシール溝の両側の縁幅

Claims (5)

1. 端板上に渦巻き状ラップを立設して構成される一対の固定スクロール部材および旋回スクロール部材の前記渦巻き状ラップの先端面とボトム面とにそれぞれ段部を備え、該段部よりも前記渦巻き状ラップの外周側において渦巻き状ラップ高さを内周側の渦巻き状ラップ高さよりも高くし、前記渦巻き状ラップの周方向および高さ方向に三次元圧縮が可能な構成とするとともに、前記渦巻き状ラップの外周側および内周側の前記先端面にそれぞれチップシールを設けたスクロール圧縮機において、
   前記渦巻き状ラップの外周側の前記先端面に設けられる前記チップシールの前記段部側端部と、該チップシールが嵌合するチップシール溝との間に、前記チップシールの前記段部側端部の背面と前記チップシール溝の溝底面との間の隙間を他部分の隙間よりも大きくした背圧導入部を設け、
   前記チップシール溝の前記段部側端部に形成される縁幅をｂ、前記チップシール溝に沿ってその両側に形成される縁幅をＴ２としたとき、ｂ＞Ｔ２としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記背圧導入部を、前記チップシール溝の前記段部側端部の溝底面を他部分の溝底面より深く掘り込んで構成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. 前記背圧導入部を、前記チップシールの前記段部側端部の背面を切り欠いて構成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。
4. 前記縁幅ｂを、前記縁幅Ｔ２に対して、ｂ≦２．５＊Ｔ２としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
5. 前記縁幅ｂを、１ｍｍ＜ｂ≦２．５ｍｍとしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のスクロール圧縮機。

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