JP4949824B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関する。

一般に、スクロール式流体機械は、固定スクロールと該固定スクロールに対面して設けられた旋回スクロールとを含んで構成されている。また、固定スクロールと旋回スクロールとは、円板状に形成された鏡板と、該鏡板の内径側から外径側に向け渦巻状に巻回するように該鏡板に軸方向に立設されたラップ部とをそれぞれ備えている。これにより、固定スクロールと旋回スクロールとは、互いのラップ部を重ね合わせることによって複数の圧縮室を画成している。

そして、スクロール式流体機械は、駆動軸によって旋回スクロールを固定スクロールに対し一定の旋回半径をもって旋回運動させることにより、固定スクロールの外径側に設けた吸込口から気体を吸込み、各圧縮室内で順次圧縮し、この圧縮流体を固定スクロールの内径側に設けた吐出口から外部に向けて吐出することができる。

また、スクロール式流体機械には、各ラップ部の周面に複数の突起を形成することにより、各ラップ部間の隙間を小さくして圧縮室の密閉性を高め、圧縮効率を向上するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このとき、複数の突起は、ラップ部の周面に巻回方向（渦巻方向）に間隔をもって設けられると共に、周囲に比べてラップ部の周面から径方向に突出して形成されている。

特開２００４−１３８０５６号公報 特開２００４−２９３４８７号公報

ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械は、ラップ部の周面に軸方向に延びる複数本の突起を形成することにより、対面するラップ部間から漏れ出る圧縮流体を少なくし、圧縮室の密閉性を高めている。

しかし、従来技術では、隣合う突起間に径方向に窪んだ凹部が形成される。このとき、突起が相手方のスクロールのラップ部に接触するものの、凹部は相手方のスクロールのラップ部には接触しない。このため、この凹部に溜まった空気は圧縮されず、相手方のラップ部の周面が通過した後に低圧側に向けて漏れることになり、圧縮効率が悪いという問題がある。

また、曲面からなるラップ部の周面に突起を設けるから、例えばエンドミル等の加工工具を突起に合わせて径方向に往復動させる必要があり、加工誤差が生じ易い傾向がある。また、加工工程が複雑になるから、加工時間が長く、生産性が低いという問題もある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、互いに対面するラップ部の間隔を狭めて圧縮効率を高めることができると共に、加工時間を短縮して生産性を高めることができるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。

本発明によるスクロール式流体機械は、鏡板に内径側から外径側に向け渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された一方のスクロールと、該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に該一方のスクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するために内径側から外径側に向け渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された他方のスクロールとを備えている。

そして、上述した課題を解決するために、請求項１による発明が採用する構成の特徴は、少なくとも前記一方のスクロールのラップ部の内周面には、他方のスクロールのラップ部の外周面と接触または最接近する平坦状、凹湾曲状または凸湾曲状の最接近面を巻回方向に間隔をもって連続して複数設ける構成としたことにある。

請求項２の発明では、前記一方のスクロールのラップ部の内周面と前記他方のスクロールのラップ部の外周面とのうち少なくともいずれか一方には、前記最接近面よりも軟質な材料を用いて膜状に形成された軟質被膜を設ける構成としている。

請求項３の発明では、前記各最接近面は、巻回方向の間隔寸法を内径側で狭く外径側で広くなるように形成する構成としている。

請求項４の発明では、前記各最接近面は、前記ラップ部の内径側から外径側に亘り等しい角度間隔をもって形成する構成としている。

請求項５の発明では、前記各最接近面は、前記鏡板に立設されたラップ部のうち当該鏡板から離れた軸方向の一部にのみ形成する構成としている。

請求項６の発明では、前記各最接近面は前記ラップ部のうち巻回方向の内径側のみに形成し、前記ラップ部の外径側にはインボリュート曲線に従ったインボリュート曲面部を設ける構成としている。
請求項７の発明では、隣合う前記最接近面の間を径方向外側に屈曲した屈曲部位によりつなぐ構成としている。

請求項１の発明によれば、一方のスクロールのラップ部の内周面には、他方のスクロールのラップ部の外周面と接触または最接近する平坦状、凹湾曲状または凸湾曲状の最接近面を巻回方向に間隔をもって連続して複数設けたから、一方のスクロールのラップ部の内周面の横断面を多角形状に形成することができる。このため、従来技術のように隣合う突起の間に凹部が形成されることがないから、互いに対面するラップ部の間隔を狭めることができ、ラップ部の間に滞留する流体を減らして圧縮効率を高めることができる。

また、最接近面の設けられたラップ部の内周面の横断面を多角形状に形成することができる。このため、従来技術のように曲面からなるラップ部の周面に突起を設けた場合に比べて、ラップ部の形状を簡略化することができる。この結果、例えばエンドミル等の工具を用いてラップ部を切削加工するときでも、エンドミルを径方向に往復動させる必要がないのに加え、工具の方向転換回数を少なくすることができる。このため、往復動に伴い加工機のバックラッシュの影響を受け難いから、加工誤差を低減でき、ばらつきの少ない高精度のラップ部を加工することができる。また、従来技術のように突起を設けた場合に比べて、加工工具の移動距離が短くなると共に、加工方向の変更回数を低減することができるから、ラップ部の加工時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。さらに、多角形状の頂点座標を与えるだけで簡単に加工プログラムが組めると共に、頂点座標も容易に変更することができるから、例えば機械の仕様等に合わせてラップ部の形状を容易に変更することができる。

また、最接近面は平坦状、凹湾曲状または凸湾曲状に形成されているから、最接近面の巻回方向の中間部位だけが相手方のラップ部の外周面に対して接触または最接近する。このため、例えば最接近面は相手方のラップ部の外周面に間欠的に接触するから、２つのスクロールのラップ部が常に接触する場合に比べて、動力損失を軽減し、また損傷、騒音、かじり等の発生を防止でき、耐久性、信頼性を向上することができる。

請求項２の発明によれば、互いに対面するラップ部の内周面と外周面とのうち少なくともいずれか一方には軟質被膜を設ける構成としたから、軟質被膜は、各最接近面と相手方のラップ部との間に介在できる。このため、例えば機械の寸法誤差、組付誤差等によって最接近面が相手方のラップ部に接近し過ぎた場合には、軟質部材が最接近面または相手方のラップ部に接触する。この場合、軟質被膜は、最接近面または相手方のラップ部との接触により容易に変形して馴染むことができるので、これらの間でかじり、損傷等が生じたり、動力損失、騒音等が増大するのを防止することができる。

また、軟質被膜は最接近面とラップ部との間に挟まれた部位だけが変形するから、圧縮室の閉込み位置で各スクロールのラップ部間に形成される隙間の寸法を小さくすることができる。このため、圧縮室の密閉性や圧縮効率を高めることができる。さらに、例えば機械の寸法誤差や組付誤差等によって最接近面の移動範囲がばらつく場合でも、この最接近面の移動範囲のばらつきを軟質被膜によって吸収することができる。このため、スクロールの加工、組立等を最低限の精度で行うことができるから、スクロール式流体機械を効率よく製造することができる。

請求項３の発明によれば、各最接近面は、巻回方向の間隔寸法Ｐを内径側で狭く外径側で広くなるように形成する構成としているので、ラップ部の曲率半径が内径側で小さくなるときに、この曲率半径に沿って複数の最接近面を狭い間隔で配置することができる。このため、半径方向で対面するラップ部間の隙間を小さくして圧縮室の密閉性を高めることができ、圧縮性能を向上することができる。

請求項４の発明によれば、各最接近面は、ラップ部の内径側から外径側に亘りほぼ等しい角度間隔をもって形成する構成としているので、各最接近面の巻回方向の間隔寸法を、内径側で狭く外径側で広くすることができる。この場合、ラップ部は、内径側で曲率半径が小さくなるが、この曲率半径に沿って複数の最接近面を狭い間隔で配置することができるから、半径方向で対面するラップ部間の隙間を小さくして圧縮室の密閉性を高めることができ、圧縮性能を向上することができる。

請求項５の発明によれば、各最接近面は、ラップ部のうち鏡板から離れた軸方向の一部にのみ形成する構成としたので、例えば一方のスクロールが旋回運動するときには、一方のスクロールの最接近面を各圧縮室の閉込み位置で他方のスクロールのラップ部に最接近または接触させることができ、最接近面により各圧縮室の密閉性を高めることができる。

また、最接近面はラップ部のうち鏡板から離れた軸方向の一部にのみ形成したので、最接近面の軸方向長さ寸法を短くすることができ、最接近面によって生じる異音を小さくすることができる。また、最接近面をラップ部の軸方向に対して小さくすることができるから、固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部との間の平均隙間を小さくすることができ、圧縮効率を高めることができる。そして、ラップ部内の温度を低減でき、チップシール等の寿命を延長することができる。また、ラップ部の熱倒れが顕著に生じる歯先部分に最接近面を形成した場合には、熱倒れによるかじりを最接近面によって防止することができる。

さらに、ラップ部の歯元側では、ラップ部の外周面と相手方のラップ部の内周面との間の隙間を、最接近面を設けないときの間隔寸法と同程度に設定することができるから、この位置でのラップ部の接触を防ぐことができ、信頼性を向上することができる。

請求項６の発明によれば、各最接近面はラップ部のうち巻回方向の内径側のみに形成し、ラップ部の外径側にはインボリュート曲面部を設けたので、例えばラップ部の最も外径側に画成される圧縮室の閉込み位置等では、各ラップ部の平滑な周面同士を最接近または接触させることができる。これにより、圧縮時の体積効率に対して影響が大きい外径側の圧縮室を良好にシールでき、圧縮性能を高めることができる。

特に、ラップ部の外周側では圧縮熱による温度上昇が少ないから、かじり現象が生じ難い。このため、ラップ部の外周側に設けたインボリュート曲面部では他方のラップ部との隙間寸法を小さくすることができる。これにより、各ラップ部の外径側で平滑な周面同士を確実に最接近または接触させることができ、ラップ部の内径側の最接近面によって発生した異音が外径側の吸込口等から外部に漏れるのを防ぐことができる。
請求項７の発明によれば、隣合う最接近面の間を径方向外側に屈曲した屈曲部位によりつなぐから、一方のスクロールのラップ部の内周面の横断面を多角形状に形成することができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。

ここで、図１ないし図６は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、固定スクロールおよび旋回スクロールのラップ部の内周面に最接近面を設けた場合を例に挙げて述べる。

図１はスクロール式空気圧縮機の縦断面図を示し、この図１において、１はスクロール式空気圧縮機の固定スクロールで、該固定スクロール１は、筒状に形成されたケーシング（図示せず）の端部に取付けられている。また、固定スクロール１は、略円板状に形成され中心が後述する駆動軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1と一致するように配設された鏡板２と、該鏡板２の表面２Ａに立設された渦巻状のラップ部３と、鏡板２の外径側からラップ部３を取囲むように軸方向に突出した筒部４と、該筒部４から径方向外側に拡開したフランジ部５とによって大略構成されている。

ここで、図２は図１に示すスクロール式空気圧縮機の横断面図で、ラップ部３は、この図２に示す如く、内径側（半径方向の内側）が巻始め端となり、外径側（半径方向の外側）が巻終り端となる渦巻状に形成されている。また、ラップ部３の内周面３Ａは、後述する平坦状の最接近面８を複数つなぎ合わせた多角形状に形成されている。一方、ラップ部３の外周面３Ｂは、凹凸のない凸湾曲状の平滑面として形成されている。そして、ラップ部３は、図６に示すように、例えばエンドミル等の切削工具を用いて渦巻状に切削加工される。

また、固定スクロール１には、図１に示すように、鏡板２の外径側に位置して後述の圧縮室１５に空気を吸込む吸込口６が設けられ、鏡板２の中央には圧縮室１５で圧縮した空気を吐出する吐出口７が設けられている。

８，８，…はラップ部３の内周面３Ａ側に設けられた平坦状の複数の最接近面で、該各最接近面８は、ラップ部１３の巻回方向（長さ方向）に間隔をもって配置され、軸方向に延びて形成されている。このとき、隣合う最接近部８間の角度αは、例えば５度程度（α＝０．０８７［ｒａｄ］）に設定されている。このため、各最接近面８は、角度αの範囲に亘ってラップ部３の巻回方向に向けて直線状に延びている。

また、隣合う最接近面８の間は、旋回スクロール１１のラップ部１３から離間する方向（径方向外側）に凹陥した窪み部８Ａを用いてつなぐ構成としている。これにより、ラップ部３の内周面３Ａは横断面が多角形状に形成され、各窪み部８Ａは、多角形状をなす内周面３Ａの頂点（屈曲部位）にそれぞれ配置されている。そして、最接近面８の巻回方向の中間部位は、相手方のラップ部１３の外周面１３Ｂに対して接触または最接近するものである。なお、窪み部８Ａは、エンドミル等による切削加工に伴って工具の半径と同程度の半径をもった曲面形状に形成されている。

９はケーシングに回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸９は、回転中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1を有している。また、駆動軸９は、固定スクロール１側の先端側が偏心して延びるクランク軸９Ａとなり、該クランク軸９Ａの中心線となる軸線Ｏ2−Ｏ2は、駆動軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して旋回半径εだけ偏心している。そして、駆動軸９のクランク軸９Ａには、旋回軸受１０を介して後述の旋回スクロール１１が回転可能に取付けられている。

１１は固定スクロール１と対向して駆動軸９に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール１１は、軸線Ｏ2−Ｏ2を中心にして円板状に形成された鏡板１２と、該鏡板１２の表面１２Ａから軸方向に立設された渦巻状のラップ部１３とによって大略構成されている。

そして、旋回スクロール１１は、ラップ部１３が固定スクロール１のラップ部３に対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設されている。これにより、両者のラップ部３，１３間には後述する複数の圧縮室１５が画成される。そして、スクロール式空気圧縮機を運転すると、外周側の圧縮室１５は、吸込口６から空気を吸込み、この空気を旋回スクロール１１が旋回運動する間に内径側に移動しつつ順次圧縮し、最後に吐出口７から外部に圧縮空気を吐出する。

ここで、旋回スクロール１１を構成するラップ部１３は、鏡板１２の表面１２Ａに軸方向（軸線Ｏ1−Ｏ1の方向）に立設されている。また、ラップ部１３は、内径側が巻始め端となり、外径側が巻終り端となるｎ巻からなる渦巻状に形成されている。さらに、ラップ部１３の内周面１３Ａは、後述する平坦状の最接近面１４を複数つなぎ合わせた多角形状に形成されている。一方、ラップ部１３の外周面１３Ｂは、凹凸のない凸湾曲状の平滑面として形成されている。そして、ラップ部１３は、図６に示すように、例えばエンドミル等の切削工具を用いて渦巻状に切削加工される。

１４，１４，…はラップ部１３の内周面１３Ａ側に設けられた平坦状の複数の最接近面で、該各最接近面１４は、図２、図３に示す如く、最接近部８とほぼ同様に、ラップ部１３の巻回方向（長さ方向）に間隔をもって配置され、軸方向に延びて形成されている。このとき、隣合う最接近部１４間の角度αは、例えば５度程度（α＝０．０８７［ｒａｄ］）に設定されている。このため、各最接近面１４は、角度αの範囲に亘ってラップ部１３の巻回方向に向けて直線状に延びている。

また、隣合う最接近部１４の間は、固定スクロール１のラップ部３から離間する方向（径方向外側）に凹陥した窪み部１４Ａを用いてつなぐ構成としている。これにより、ラップ部１３の内周面１３Ａは横断面が多角形状に形成され、各窪み部１４Ａは、多角形状をなす内周面１３Ａの頂点（屈曲部位）にそれぞれ配置されている。そして、最接近面１４は、相手方となる固定スクロール１のラップ部３の外周面３Ｂに接触または最接近するものである。

ここで、旋回スクロール１１のラップ部１３の内周面１３Ａに設けられた最接近面１４の詳しい配置関係について説明する。

最接近面１４は、ラップ部１３の長さ方向となる巻回方向の間隔寸法Ｐが内径側で狭く、外径側で広くなるように形成している。ここで、各最接近部１４の配置に関して詳しく述べると、旋回スクロール１１には、図３に示す如く、ラップ部１３のインボリュート（伸開線）を描くために、その中心点Ｏ2（軸線Ｏ2−Ｏ2の位置）を中心とした縮閉線半径ａの縮閉線Ｃが求められる。なお、縮閉線半径ａは、旋回半径εと旋回スクロール１１のラップ部１３の板厚寸法とによって定まる当該旋回スクロール１１に固有の値で、インボリュート曲線では知られた事項である。

そして、前記縮閉線Ｃに接して延びる無数の接線のうち、任意の接線をＬ1とし、この接線Ｌ1から角度αずつずらした位置に設けた他の接線をＬ2，Ｌ3，…とすると、前記最接近面１４は、隣合う各接線Ｌ1，Ｌ2，…の間に配置されている。

ここで、本実施の形態では、各接線Ｌ1，Ｌ2，…間の角度αは５度前後に設定されている。これにより、各最接近面１４の巻回方向の間隔寸法Ｐは、ラップ部１３の内径側となる１巻目で狭く、外径側となるｎ巻目で広くなっている。

このように、最接近面１４の間隔寸法Ｐを、内径側で狭く（小さく）することにより、対面するラップ部３の曲率半径が小さく曲がりが急な部位に対しても、最接近面１４をラップ部３の内周面３Ａに所定の隙間をもって配置させることができる。

さらに、最接近面１４は、対面する固定スクロール１側のラップ部３の外周面３Ｂに接近したときに、ラップ部３の外周面３Ｂとの間の隙間寸法Ｓ1が、下記数１に示すように、最接近面８が対面する旋回スクロール１１側のラップ部１３の外周面１３Ｂに接近したときの最接近面８と外周面１３Ｂとの間の隙間寸法Ｓ2よりも小さな値に設定されている。

このように、最接近面１４とラップ部３との間の隙間寸法Ｓ1は、最接近面８とラップ部１３との間の隙間寸法Ｓ2よりも小さくしているから、各ラップ部３，１３間で接触が生じた場合には、最接近面８とラップ部１３の外周面１３Ｂとが接触するよりも前に、旋回スクロール１１のラップ部１３の内周面１３Ａに設けられた最接近面１４を固定スクロール１のラップ部３の外周面３Ｂに接触させることができる。

そして、旋回スクロール１１のラップ部１３の最接近面１４が固定スクロール１のラップ部３に先に接触すると、この接触部位を支点として旋回スクロール１１に自転力の方向と同じ方向に回転させようとする力が作用する。これにより、旋回スクロール１１は自転力の方向に押動されることになるから、例えば旋回スクロール１１とケーシングとの間に設けられる自転防止機構（図示せず）等のがたつきを無くすことができる。

一方、固定スクロール１のラップ部３の内周面３Ａに設けられた各最接近面８は、前述した最接近面１４の配置関係等に関する条件と同様の条件となっているため、説明を省略するものとする。

なお、最接近面８，１４は、ラップ部３，１３の巻回方向の全長に設ける構成としたが、例えばラップ部３，１３の巻回方向の全長のうち、最も内径側となる巻始め端から半巻き程度の部位を除いた内周面３Ａ，１３Ａに形成してもよい。このラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａで巻始め端から半巻き程度の部位は、曲率半径が最も小さく、また熱による寸法変化も小さいことから、各最接近面８，１４を設けなくても十分に圧縮室１５を密閉できるためであり、この部位は平滑面として形成される。

本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は、上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機の動作について説明する。

まず、電動モータ等の駆動源（図示せず）により駆動軸９を回転駆動すると、旋回スクロール１１は、自転防止機構によって自転が防止された状態で、駆動軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として旋回半径εの旋回運動を行ない、固定スクロール１のラップ部３と旋回スクロール１１のラップ部１３間に画成される圧縮室１５は連続的に縮小する。これにより、固定スクロール１の吸込口６から吸込んだ空気は各圧縮室１５で順次圧縮しつつ、固定スクロール１の吐出口７から圧縮空気として外部のタンク（図示せず）に向け吐出することができる。

また、旋回スクロール１１が固定スクロール１に対して旋回運動するときには、最接近面８，１４とラップ部１３，３の外周面１３Ｂ，３Ｂとが最接近するか、または両者が接触した状態となり、これらの最接近（接触）部位は各圧縮室１５内に空気を閉込める閉込み位置となる。そして、最接近面８は、各圧縮室１５の閉込み位置でラップ部３の外周面３Ｂとラップ部１３の内周面１３Ａとの間の隙間を減少させる。また、最接近部１４は、各圧縮室１５の閉込み位置でラップ部１３の外周面１３Ｂとラップ部３の内周面３Ａとの間の隙間を減少させる。これにより、最接近部８，１４は各圧縮室１５の密閉性を高めることができる。

然るに、本実施の形態では、各スクロール１，１１のラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａには巻回方向に間隔をもって複数の最接近面８，１４を設ける構成としている。このため、従来技術のように隣合う突起の間に径方向に窪んだ凹部が形成されることがないから、互いに対面するラップ部３，１３の間隔を狭めることができ、ラップ部３，１３の間に滞留する空気を減らして圧縮効率を高めることができる。

また、各スクロール１，１１のラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａには複数の最接近面８，１４を設ける構成としたから、ラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａの横断面を多角形状に形成することができる。このため、従来技術のように曲面からなるラップ部の周面に突起を設けた場合に比べて、ラップ部３，１３の形状を簡略化することができる。この結果、例えばエンドミル等の工具を用いてラップ部３，１３を切削加工するときでも、エンドミルを突起に沿って径方向に往復動させる必要がないのに加え、工具の方向転換回数を少なくすることができる。このため、一般に加工機には往復動作時のバックラッシュに伴って５μｍ程度の加工誤差が生じるのに対して、本実施の形態では、このようなバックラッシュの影響を受け難く、加工誤差を低減することができ、ばらつきの少ない高精度のラップ部３，１３を加工することができる。

また、従来技術のように突起を設けた場合に比べて、エンドミル等の工具の移動距離が短くなると共に、工具の方向転換回数を低減することができるから、ラップ部３，１３の加工時間を短縮することができ、生産性を向上することができる。さらに、多角形状の頂点座標を与えるだけで簡単に加工プログラムが組めると共に、頂点座標も容易に変更することができるから、例えば圧縮機の仕様等に合わせてラップ部３，１３の形状を容易に変更することができる。

また、ラップ部３の最接近面８はその中間部分だけが相手方のラップ部１３の外周面１３Ｂに対して間欠的に線接触する。同様に、ラップ部１３の最接近面１４も、その中間部分だけが相手方のラップ部３の外周面３Ｂに対して間欠的に線接触する。これにより、ラップ部３，１３の最接近面８，１４は、何回も接触することなくラップ部３，１３の外周面３Ｂ，１３Ｂに馴染むことができる。このため、例えば突起を省いたスクロールのように、互いに対面するラップ部の内周面と外周面とが常に面接触する場合に比べて、ラップ部３，１３が接触する面積を減らして動力損失を軽減することができると共に、損傷、騒音、かじり等の発生を防止でき、耐久性、信頼性を向上することができる。

さらに、各最接近面８，１４の角度αを大きくすると、隣合う２つの最接近面８，１４のなす角（窪み部８Ａ，１４Ａの内角）がより鋭角になるため、耐かじり性が向上するが、窪み部８Ａ，１４Ａの周囲に溜まる空気が増加して圧縮性能が低下する。一方、各最接近面８，１４の角度αを小さくすると、隣合う２つの最接近面８，１４のなす角がより鈍角になるため、耐かじり性が低下するが、圧縮性能が向上する。このため、例えば角度αを５度程度（α＝０．０８７［ｒａｄ］）に設定することによって、このような相反するバランスを最適化することができ、耐かじり性と圧縮性能のバランスがとれた圧縮機を製造することができる。

一方、隣合う最接近面８，１４は、５度程度の角度αの間隔をもって配設することにより、ラップ部３，１３の巻回方向の間隔寸法Ｐが内径側で狭く、外径側で広くなるように形成している。これにより、ラップ部３，１３の曲率半径が小さく曲がりが急な部位に対しても、巻回方向の間隔寸法Ｐが狭くなった最接近面８，１４を相手方のラップ部１３，３の外周面１３Ｂ，３Ｂに沿うように接近して配置することができ、圧縮室１５の密閉性を高めて、圧縮性能を向上することができる。

さらに、固定スクロール１のラップ部３の最接近面８と旋回スクロール１１のラップ部１３の外周面１３Ｂとの間の隙間寸法Ｓ2と、旋回スクロール１１のラップ部１３の最接近面１４と固定スクロール１のラップ部３の外周面３Ｂとの間の隙間寸法Ｓ1とは、数１に示すようにＳ1＜Ｓ2の関係をもって設定している。これにより、各ラップ部３，１３間で接触が生じた場合には、固定スクロール１のラップ部３の外周面３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１３の最接近面１４とを先に接触させることができる。このため、接触部位を支点として旋回スクロール１１を自転力の方向と同じ方向に回転させることができ、自転防止機構（図示せず）等のがたつきを防止して、圧縮性能を向上することができる。

なお、前記第１の実施の形態では、最接近面８，１４は平坦状の平面によって形成した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図７中に一点鎖線で示すように、最接近面８′，１４′を凹湾曲状の曲面（凹状曲面）を用いて形成してもよい。この場合、最接近面８′，１４′は、その中間部位だけが相手方のラップ部１３，３の外周面１３Ｂ，３Ｂに接触するように、その曲率が各ラップ部３，１３のインボリュート曲線の曲率よりも小さい値に設定する。これにより、最接近面８，１４を平面によって形成した場合に比べて、耐かじり性が低下するが、ラップ部３，１３間の間隔が狭くなり、圧縮性能が向上する。

一方、図７中に二点鎖線で示すように、最接近面８″，１４″を凸湾曲状の曲面（凸状曲面）を用いて形成してもよい。この場合、最接近面８，１４を平面によって形成した場合に比べて、圧縮性能が低下するが、耐かじり性が向上する。

また、前記第１の実施の形態では、固定スクロール１のラップ部３および旋回スクロール１１のラップ部１３のいずれにも最接近面８，１４を設ける構成としたが、固定スクロールと旋回スクロールとのうちいずれか一方にのみ最接近面を設ける構成としてもよい。

さらに、前記第１の実施の形態では、ラップ部３，１３の内径側から外径側に亘って隣合う最接近面８，１４は等しい角度αの間隔をもって形成した。しかし、本発明はこれに限らず、ラップ部の内径側と外径側とで隣合う最接近面を異なる角度間隔をもって形成してもよい。

次に、図８は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、各スクロールのラップ部の内周面に軟質被膜を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

２１は固定スクロール１のラップ部３の内周面３Ａに設けられた軟質被膜で、該軟質被膜２１は、摺動性が良好で耐熱性を有する樹脂材料（例えば、フッ素系樹脂等）または非樹脂材料（例えば、グラファイト、二硫化モリブデン、窒化硼素等）を用いて形成され、その膜厚は例えば６０μｍ程度に設定されている。そして、軟質被膜２１は、例えばディッピング、スプレー等の塗布手段を用いてラップ部３に塗布、固着される。これにより、軟質被膜２１は、ラップ部３の内周面３Ａに設けられた最接近面８を覆っている。

２２は旋回スクロール１１のラップ部１３の内周面１３Ａに設けられた軟質被膜で、該軟質被膜２２は、軟質被膜２１とほぼ同様に、例えばフッ素系の樹脂材料またはモリブデン系等の非樹脂材料を用いて例えば６０μｍ程度の膜厚をもって形成され、スプレー等の塗布手段を用いてラップ部１３に塗布、固着されている。これにより、軟質被膜２２は、ラップ部１３の内周面１３Ａに設けられた最接近面１４を覆っている。

そして、軟質被膜２１，２２は、例えばスクロール１，１１や最接近面８，１４の寸法誤差、組付誤差等によって最接近面８，１４が相手方のラップ部１３，３に接近し過ぎたとしても、最接近面８，１４と相手方のラップ部１３，３とが直接接触するのを防止する。

また、このような接触が生じたときでも、軟質被膜２１，２２は、相手方のラップ部１３，３との接触によって容易に押し潰されたり、摩耗して変形でき、最接近面８，１４の移動範囲に馴染むことができる。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、ラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａには軟質被膜２１，２２を設ける構成としたから、例えば機械の寸法誤差、組付誤差等によって最接近面８，１４が相手方のラップ部１３，３に接近し過ぎた場合には、軟質部材２１，２２が相手方のラップ部１３，３の外周面１３Ｂ，３Ｂに接触する。この場合、軟質被膜２１，２２は、相手方のラップ部１３，３との接触により容易に変形して馴染むことができるので、これらの間でかじり、損傷等が生じたり、動力損失、騒音等が増大するのを防止することができる。

そして、隣合う最接近面８，１４間の角度αを大きくしても、ラップ部３，１３間の最大ギャップを小さくすることができる。このため、角度αを例えば７．５度程度（α＝０．１３［ｒａｄ］）に設定して耐かじり性を向上させたときでも、圧縮性能を高い状態に保つことができる。この結果、耐かじり性および圧縮性能の両面を向上させることができる。

また、軟質被膜２１，２２は最接近面８，１４とラップ部１３，３との間に挟まれた部位だけが変形するから、圧縮室１５の閉込み位置で各スクロール１，１１のラップ部３，１３間に形成される隙間の寸法を小さくすることができる。このため、圧縮室１５の密閉性や圧縮効率を高めることができる。さらに、例えば機械の寸法誤差や組付誤差等によって最接近面８，１４の移動範囲がばらつく場合でも、この最接近面８，１４の移動範囲のばらつきを軟質被膜２１，２２によって吸収することができる。このため、スクロール１，１１の加工、組立等を最低限の精度で行うことができるから、圧縮機を効率よく製造することができる。

なお、前記第２の実施の形態では、ラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａにだけ軟質被膜２１，２２を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばラップ部３，１３の外周面３Ｂ，１３Ｂにだけ軟質被膜を設ける構成としてもよい。また、ラップ部３の内周面３Ａと外周面３Ｂとの両面に軟質被膜を設ける構成でもよく、ラップ部１３の内周面１３Ａと外周面１３Ｂとの両面に軟質被膜を設ける構成でもよく、ラップ部３，１３の内周面３Ａ，１３Ａと外周面３Ｂ，１３Ｂとの全ての面に軟質被膜を設ける構成としてもよい。

次に、図９ないし図１１は本発明による第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ラップ部の各最接近面を、鏡板から離れた軸方向の一部にのみ形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１はスクロール式空気圧縮機の固定スクロールで、該固定スクロール３１は、図９に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、略円板状の鏡板３２と、該鏡板３２の表面に軸方向に立設された渦巻状のラップ部３３と、フランジ部（図示せず）等とにより構成されている。

また、ラップ部３３の外周面３３Ｂは凹凸のない平滑な湾曲面として形成され、ラップ部３３の内周面３３Ａには後述の最接近面４１が設けられている。さらに、ラップ部３３の歯先には、図１０、図１１に示す如く、断面コ字状の凹溝３３Ｃが設けられ、該凹溝３３Ｃには、渦巻状のチップシール３４が取付けられている。そして、チップシール３４は、後述する旋回スクロール３７の鏡板３８の表面に弾性的に摺接し、圧縮空気の漏洩を防止している。

３５は固定スクロール３１のラップ部３３の内周面３３Ａに設けられた複数の最接近面で、該各最接近面３５は、第１の実施の形態による最接近面８とほぼ同様に、ラップ部３３の巻回方向に間隔をもって配置され、軸方向に延びて形成されている。なお、軸方向に延びるとは、軸方向に対して平行に延びる構成（傾斜角０°）に限らず、例えば軸方向に対して±１０〜２０°斜めに傾斜して延びる構成も含むものである。

また、最接近面３５は、ラップ部３３の歯先から歯元に向けて軸方向の途中位置まで延び、ラップ部３３のうち鏡板３２から離れた軸方向の歯先側にのみ形成されている。一方、ラップ部３３の歯先側のうち隣合う最接近面３５の間は窪み部３５Ａによってつながれている。そして、ラップ部３３の内周面３３Ａのうち歯元側に位置する部分（最接近面３５を除いた部分）は、凹凸のない平滑な湾曲面として形成されている。さらに、ラップ部３３の内周面３３Ａのうち歯元側に位置する部分は、最接近面３５のうち巻回方向の中間部位と連続して延びている。

３６は固定スクロール３１のラップ部３３の歯元側に設けられた段差部で、該段差部３６は、ラップ部３３の歯先側よりも太幅に形成され、外周面３３Ｂが相手方となる旋回スクロール３７のラップ部３９の内周面３９Ａに向けて突出している。そして、段差部３６は、後述するラップ部３９の最接近面４１と同程度の長さ寸法をもって軸方向に延び、最接近面４１と対向している。

３７は固定スクロール３１と対向して設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール３７は、図９、図１１に示す如く、第１の実施の形態とほぼ同様に、円板状の鏡板３８と、該鏡板３８の表面から軸方向に立設された渦巻状のラップ部３９とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部３９の外周面３９Ｂは凹凸のない平滑な湾曲面として形成され、ラップ部３９の内周面３９Ａには後述の最接近面４１が設けられている。さらに、ラップ部３９の歯先には断面コ字状の凹溝３９Ｃが設けられ、該凹溝３９Ｃにはチップシール４０が取付けられている。

４１は旋回スクロール３７のラップ部３９の内周面３９Ａに設けられた複数の最接近面で、該各最接近面４１は、第１の実施の形態による最接近面１４とほぼ同様に、ラップ部３９の巻回方向に間隔をもって配置され、軸方向に延びて形成されている。

また、最接近面４１は、最接近面３５とほぼ同様に、ラップ部３９の歯先から歯元に向けて軸方向の途中位置まで延び、ラップ部３９のうち鏡板３８から離れた軸方向の歯先側にのみ形成されている。一方、ラップ部３９の歯先側のうち隣合う最接近面４１の間は窪み部４１Ａによってつながれている。そして、ラップ部３９の内周面３９Ａのうち歯元側に位置する部分（最接近面４１を除いた部分）は、凹凸のない平滑な湾曲面として形成されている。さらに、ラップ部３９の内周面３９Ａのうち歯元側に位置する部分は、最接近面４１のうち巻回方向の中間部位と連続して延びている。

４２は旋回スクロール３７のラップ部３９の歯元側に設けられた段差部で、該段差部４２は、ラップ部３３の段差部３６とほぼ同様にラップ部３９の歯先側よりも太幅に形成され、外周面３９Ｂが相手方となる固定スクロール３１のラップ部３３の内周面３３Ａに向けて突出している。そして、段差部４２は、ラップ部３９の最接近面３５と同程度の長さ寸法をもって軸方向に延び、最接近面３５と対向している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、ラップ部３３，３９のうち鏡板３２，３８から離れた軸方向の一部にのみ最接近面３５，４１を形成したから、最接近面３５，４１の軸方向長さ寸法を短くすることができ、最接近面３５，４１によって生じる異音を小さくすることができる。

また、最接近面３５，４１をラップ部３３，３９の軸方向に対して小さくすることができるから、固定スクロール３１のラップ部３３と旋回スクロール３７のラップ部３９との間の平均ラジアルギャップを小さくすることができ、圧縮効率を高めることができる。さらに、圧縮効率が高まると、ラップ部３３，３９内の温度を低減することができるから、チップシール３４，４０等の寿命を延長することができる。

特に、本実施の形態では、最接近面３５，４１をラップ部３３，３９の歯先部分にのみ形成したから、ラップ部３３，３９の熱倒れが顕著に生じる歯先部分にのみ最接近面３５，４１を配置することができる。この結果、熱倒れによるかじりを防ぎつつ、最接近面３５，４１を相手方のラップ部３９，３３に最接近または接触させることができ、圧縮効率をさらに高めることができる。

また、ラップ部３３，３９の歯元側には最接近面３５，４１を設けず、歯元側のラップ部３３，３９の内周面３３Ａ，３９Ａを、最接近面３５，４１の中間部位と同一曲面として形成したので、歯元側での寸法管理を容易に行うことができる。

なお、前記第３の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ラップ部３３，３９の内周面３３Ａ，３９Ａに最接近面３５，４１を設けたスクロール３１，３７に対してラップ部３３，３９の歯先側にのみ最接近面３５，４１を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２の実施の形態と同様なスクロールに対してラップ部の歯先側にのみ最接近面を設ける構成としてもよい。

次に、図１２は本発明による第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ラップ部の外径側にインボリュート曲線に従ったインボリュート曲面部を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

５１はスクロール式空気圧縮機の固定スクロールで、該固定スクロール５１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、鏡板５２、ラップ部５３、筒部５４、フランジ部（図示せず）等により構成されている。そして、ラップ部５３は、内周面５３Ａと外周面５３Ｂとを有する渦巻状に形成されている。

しかし、ラップ部５３の内周面５３Ａには、軸方向の全長に亘って延びる複数の最接近面５５および窪み部５５Ａが設けられると共に、ラップ部５３の外径側（巻終り端側）には、最接近面５５を形成せず、インボリュート曲線に従ったインボリュート曲面部５３Ｃが設けられている。そして、インボリュート曲面部５３Ｃは、例えばラップ部５３の外径側端部から内径側に向けて略１巻分にわたる長さをもって延びると共に、ラップ部５３のうち外径側の圧縮室１５′，１５″の周壁となる部位に配置されている。

５６は固定スクロール５１と対向して配置された旋回スクロールで、該旋回スクロール５６は、第１の実施の形態とほぼ同様に、鏡板（図示せず）に立設された渦巻状のラップ部５７を有し、該ラップ部５７は、内周面５７Ａと外周面５７Ｂとを有している。

また、ラップ部５７の内周面５７Ａには、軸方向の全長に亘って延びる最接近面５８および窪み部５８Ａが設けられると共に、ラップ部５７の外径側（巻終り端側）には、固定スクロール５１のラップ部５３とほぼ同様に、その外径側に位置して最接近面５８を形成せず、インボリュート曲線に従ったインボリュート曲面部５７Ｃが設けられている。そして、インボリュート曲面部５７Ｃは、例えばラップ部５７の外径側端部から内径側に向けて略１巻半にわたる長さをもって延びると共に、ラップ部５７のうち外径側の圧縮室１５′，１５″の周壁となる部位に配置されている。

このように、本実施の形態では、ラップ部５３，５７のうち外径側の圧縮室１５′，１５″に面した部位にはインボリュート曲面部５３Ｃ，５７Ｃを配設している。このため、圧縮機の運転時には、外径側の圧縮室１５′，１５″の位置で固定スクロール５１のラップ部５３と旋回スクロール５６のラップ部５７とを滑らかに連続的に摺接させることができる。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、固定スクロール５１のラップ部５３のうち、外径側に位置する略１巻分の部位にインボリュート曲面部５３Ｃを設け、旋回スクロール５６のラップ部５７には、外径側の略１巻半の部位にインボリュート曲面部５７Ｃを設ける構成としたので、圧縮開始位置Ｓの位置における圧縮室１５′のシール性や、これと隣接する圧縮室１５″のシール性を良好に保持することができる。

従って、圧縮時の体積効率に対して影響が大きい外径側の圧縮室１５′，１５″で空気を安定的に圧縮でき、圧縮性能を高めることができると共に、内径側の最接近面５５，５８等によって発生した異音が吸込口６を通じて外部に漏れるのを防ぐことができ、騒音を低減することができる。

なお、前記第４の実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、ラップ部５３，５７の外周面５３Ｂ，５７Ｂに最接近面５５，５８を設けたスクロール５１，５６に対してインボリュート曲面部５３Ｃ，５７Ｃを設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第２，第３の実施の形態と同様なスクロールのラップ部に対してインボリュート曲面部を設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、ケーシングに固定された固定スクロール１，３１，５１に対して旋回スクロール１１，３７，５６を旋回動作させるスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば特開平９−１３３０８７号公報に示すように、互いに対向して配置された２つのスクロールをそれぞれ回転駆動する全系回転式スクロール流体機械等に適用してもよい。

さらに、前記各実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等の他のスクロール式流体機械に適用してもよい。

本発明の第１の実施の形態に適用されるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。 スクロール式空気圧縮機を図１中の矢示II−II方向からみた横断面図である。 図２中の固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部とを拡大して示す要部拡大の横断面図である。 固定スクロールの鏡板、ラップ部および最接近部の一部を拡大して示す一部破断の外観斜視図である。 旋回スクロールのラップ部の最接近部を拡大して示す要部拡大の横断面図である。 エンドミルを用いてラップ部を加工する状態を示す横断面図である。 変形例によるラップ部を示す横断面図である。 第２の実施の形態による固定スクロールと旋回スクロールのラップ部を図３と同様位置からみた要部拡大の横断面図である。 第３の実施の形態による固定スクロールと旋回スクロールのラップ部を図３と同様位置からみた要部拡大の横断面図である。 固定スクロールの鏡板、ラップ部および最接近部の一部を拡大して示す一部破断の外観斜視図である。 固定スクロールと旋回スクロールのラップ部を図９中の矢示XI−XI方向から拡大してみた要部拡大の縦断面図である。 第４の実施の形態に適用されるスクロール式空気圧縮機を示す横断面図である。

符号の説明

１，３１，５１ 固定スクロール
２，１２，３２，３８，５２ 鏡板
３，１３，３３，３９，５３，５７ ラップ部
３Ａ，１３Ａ，３３Ａ，３９Ａ，５３Ａ，５７Ａ 内周面
３Ｂ，１３Ｂ，３３Ｂ，３９Ｂ，５３Ｂ，５７Ｂ 外周面
８，１４，３５，４１，５５，５８，８′，８″，１４′，１４″ 最接近面
８Ａ，１４Ａ，３５Ａ，４１Ａ，５５Ａ，５８Ａ 窪み部
９ 駆動軸
１１，３７，５６ 旋回スクロール
２１，２２ 軟質被膜

Claims (7)

1. 鏡板に内径側から外径側に向け渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された一方のスクロールと、該一方のスクロールに対向して設けられ鏡板に該一方のスクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するために内径側から外径側に向け渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された他方のスクロールとを備えてなるスクロール式流体機械において、
   少なくとも前記一方のスクロールのラップ部の内周面には、他方のスクロールのラップ部の外周面と接触または最接近する平坦状、凹湾曲状または凸湾曲状の最接近面を巻回方向に間隔をもって連続して複数設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記一方のスクロールのラップ部の内周面と前記他方のスクロールのラップ部の外周面とのうち少なくともいずれか一方には、前記最接近面よりも軟質な材料を用いて膜状に形成された軟質被膜を設ける構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記各最接近面は、巻回方向の間隔寸法を内径側で狭く外径側で広くなるように形成する構成としてなる請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記各最接近面は、前記ラップ部の内径側から外径側に亘り等しい角度間隔をもって形成する構成としてなる請求項１，２または３に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記各最接近面は、前記鏡板に立設されたラップ部のうち当該鏡板から離れた軸方向の一部にのみ形成してなる請求項１，２，３または４に記載のスクロール式流体機械。
6. 前記各最接近面は前記ラップ部のうち巻回方向の内径側のみに形成し、前記ラップ部の外径側にはインボリュート曲線に従ったインボリュート曲面部を設けてなる請求項１，２，３，４または５に記載のスクロール式流体機械。
7. 隣合う前記最接近面の間を径方向外側に屈曲した屈曲部位によりつなぐことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または６に記載のスクロール式流体機械。

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