JP5791316B2 - スクロール型流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、固定スクロール及び旋回スクロールのうち、それぞれ渦巻き状ラップの歯先面と歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段付部及び段差部が設けられたスクロール型流体機械に関するものである。

一対の固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせることによって圧縮室を形成しているスクロール圧縮機には、各渦巻き状ラップの周方向及び高さ方向の双方にガスを圧縮できる三次元圧縮可能なスクロール圧縮機構を有するものがある。スクロール圧縮機構は、圧縮室の旋回軸線方向の高さが各渦巻き状ラップの外周側において内周側の高さよりも高い。

すなわち、固定スクロール及び旋回スクロールには、それぞれ渦巻き状ラップの歯先面と歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段付部及び段差部が設けられている。この段付部を境に、渦巻き状ラップの歯先面においては、旋回軸線方向に外周側の歯先面が高く、内周側の歯先面が低い。また、段差部を境に、渦巻き状ラップの歯底面においては、旋回軸線方向に外周側の歯底面が低く、内周側の歯底面が高い。これによって、各渦巻き状ラップは、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い。

特許文献１では、高効率で安全率を高めるため、ラップの中心側端部にて、底壁の表面とラップの根元側の側面との隅部を塞ぐ円弧状の円弧部を備えるスクロール型圧縮機が開示されている。

特開平８−１７７７６０号公報

固定スクロール又は旋回スクロールにおいて、渦巻き状ラップの歯先面の渦巻き方向に沿う所定位置に設けられた段付部は、内周側の歯先面から外周側の歯先面への立ち上がり部分の根元が直角又はそれに近い形状で形成されていた。そのため、渦巻き状ラップの壁体に負荷される応力が、立ち上がり部分の根元に集中し、破損の恐れがあった。

一方、従来、渦巻き状ラップの段付部について、立ち上がり部分の根元が直角である場合、端板に形成された段差部の断面形状は、断付部に対応する直角形状であり、加工が容易であった。上述した立ち上がり部分の根元の応力集中を防止するため、断付部に補強部を設けることも可能であるが、端板の段差部の断面形状は、旋回時において渦巻き状ラップの補強部と干渉しないような形状で形成する必要がある。

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、渦巻き状ラップの段付部の応力集中を緩和しつつ、段付部に対応する端板の段差部を容易に形成することが可能なスクロール型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、本発明のスクロール型流体機械は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係るスクロール型流体機械は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロール及び旋回スクロールが互いに噛み合わされて、流体を密閉する密閉室が形成されるスクロール型流体機械であって、固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方の壁体の縁部に形成され、その高さが壁体の渦に沿ってその中心部側で低く外端側で高くなる段付部と、固定スクロールと旋回スクロールのうち他方の端板の一側面に形成され、壁体の縁部の段付部に対応し、その高さが壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部とを備え、段付部は、その一端が渦の中心部側の壁体の縁部に接続され、他端が渦の外端側の壁体に接続された板状の補強部を有し、段差部は、補強部に対応した１段又は複数段の凹形状の溝部を有する。

この発明によれば、段付部の補強部は、板状であって、その一端が渦の中心部側の壁体の縁部に接続され、他端が渦の外端側の壁体に接続されることによって、固定スクロール又は旋回スクロールにおいて、壁体に負荷される応力が分散される。一方、段付部に対応する段差部には、１段又は複数段の溝部が補強部に対応して形成されることで、旋回スクロールが固定スクロールに対して旋回する際に、段付部と段差部が干渉することがない。また、溝部が凹状であることから、端板の段差部を加工して溝部を形成することが容易である。溝部の形成は、例えばエンドミルによる加工で可能である。

上記発明において、補強部は、固定スクロール又は旋回スクロールの軸線に対して垂直方向に切断した断面にて、端部が矩形であり、壁体の側面から見た形状が凹状の円弧であってもよい。

この発明によれば、段付部の補強部は、壁体の側面から見た形状が凹状の円弧であり、固定スクロール又は旋回スクロールを軸線に対して垂直方向に切断したとき、補強部の端部の断面形状が矩形であることによって、断面形状が凸状の円弧形状を有する場合と異なり、立ち上がり部分端部の高さ方向で断面形状を一定に保つことができ、応力集中緩和の効果を高めることができる。なお、壁体の段付部の旋回を考慮すると、端板の段差部を上面から見たときの形状は、両端が旋回半径を有する１／４円の円弧であり、二つの円弧間は直線で結ばれた形状を有することが好ましい。

上記発明において、段差部に溝部が設けられたことによって段差部に形成される複数の突端部は、補強部の形状に対応した位置に設けられてもよい。

この発明によれば、段付部と段差部が最も近接した状態にあるとき、段付部の補強部と段差部の突端部間の隙間を低減でき、一の密閉室から隣接する密閉室への流体の洩れを抑制できる。

上記発明において、補強部が半径Ｒの円弧であるとき、溝部の合計深さは、補強部の半径Ｒと同一長さであって、溝部は、少なくとも２段であってもよい。

この発明によれば、段差部に形成される複数の突端部が、補強部の形状に対応した位置に設けられており、段付部と段差部が最も近接した状態にあるとき、段付部と段差部間の隙間は、溝部の代わりに、段差部のうち渦方向に平行な長さＲかつ高さＲの部分について面取りをしたときの隙間と同一又はそれ以下に低減できる。

上記発明において、凹部が半径Ｒの円弧であるとき、段付部と段差部が最も近接した状態にて形成される段付部端面と段差部端面間の隙間は、半径Ｒの１／２０以上１／１０以下であってもよい。

この発明によれば、段付部端面と段差部端面間に隙間が設けられることで、加工誤差や熱膨張などが生じた場合でも、段付部と段差部間の干渉を回避できる。また、段付部と段差部が最も近接した状態にて形成される段付部端面と段差部端面間の隙間が、半径Ｒの１／２０以上１／１０以下であることで、固体スクロール又は旋回スクロール壁面に付着する油膜によって、一の密閉室から隣接する密閉室への流体の洩れが抑制される。

本発明によれば、渦巻き状ラップの段付部の応力集中を緩和しつつ、段付部に対応する端板の段差部を容易に形成することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図２（Ａ）は、固定スクロールを示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、旋回スクロールを示す斜視図である。 旋回スクロールを示す部分拡大斜視図である。 固定スクロールと旋回スクロールを示す部分拡大斜視図である。 固定スクロールと旋回スクロールを示す部分拡大側面図である。 固定スクロールと旋回スクロールを示す部分拡大上面図である。 固定スクロールと旋回スクロールの第１変形例を示す部分拡大側面図である。 固定スクロールと旋回スクロールの第１変形例を示す部分拡大斜視図である。 固定スクロールと旋回スクロールを示す部分拡大側面図である。 固定スクロールと旋回スクロールの第１変形例を示す部分拡大側面図である。 固定スクロールと旋回スクロールの第２変形例を示す部分拡大側面図である。 洩れ面積比とステップ数の関係を示すグラフである。 効率比とステップ数の関係を示すグラフである。 固定スクロールと旋回スクロールの第３変形例を示す部分拡大側面図である。 効率比と控え量の関係を示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１実施形態について、図１及び図２を用いて説明する。
図１には、本発明の第１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、外殻を構成するハウジング２を有している。ハウジング２は、フロントハウジング３とリアハウジング４とをボルト５で一体的に締め付け固定することにより構成されている。フロントハウジング３及びリアハウジング４には、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３Ａ，４Ａが一体に形成され、このフランジ３Ａ，４Ａ同士をボルト５で締め付けることによって、フロントハウジング３とリアハウジング４とが一体に結合されている。

フロントハウジング３の内部には、クランク軸（駆動軸）６がメイン軸受７及びサブ軸受８を介してその軸線Ｌ回りに回転自在に支持されている。クランク軸６の一端側（図１において左側）は小径軸部６Ａとされ、該小径軸部６Ａはフロントハウジング３を貫通して図１の左側に突出されている。小径軸部６Ａ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、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７とサブ軸受８との間には、メカニカルシール（リップシール）９が設置されており、ハウジング２内と大気との間を気密にシールしている。

クランク軸６の他端側（図１において右側）には、大径軸部６Ｂが設けられ、この大径軸部６Ｂには、クランク軸６の軸線Ｌより所定寸法だけ偏心した状態でクランクピン６Ｃが一体に設けられている。クランク軸６は、大径軸部６Ｂ及び小径軸部６Ａがフロントハウジング３にメイン軸受７及びサブ軸受８を介して支持されることにより、回転自在に支持されている。クランクピン６Ｃには、ドライブブッシュ１０、円筒環（フローティングブッシュ）１１及びドライブ軸受１２を介して後述の旋回スクロール１５が連結され、クランク軸６が回転されることにより旋回スクロール１５が旋回駆動されるようになっている。

ドライブブッシュ１０には、旋回スクロール１５が旋回駆動されることで発生するアンバランス荷重を除去するバランスウェイト１０Ａが一体に形成され、旋回スクロール１５の旋回駆動と共に旋回されるようになっている。また、ドライブブッシュ１０には、その中心に対して偏心した位置にクランクピン６Ｃが嵌合されるクランクピン穴１０Ｂが設けられている。これにより、クランクピン６Ｃに嵌合されたドライブブッシュ１０及び旋回スクロール１５がガスの圧縮反力を受けてクランクピン６Ｃの周りに回動され、旋回スクロール１５の旋回半径を可変とする公知の従動クランク機構が構成されている。

また、ハウジング２内には、一対の固定スクロール１４及び旋回スクロール１５により構成されるスクロール圧縮機構１３が組み込まれている。固定スクロール１４は、固定端板１４Ａと該固定端板１４Ａに立設されている固定渦巻き状ラップ１４Ｂ（壁体）とから構成され、旋回スクロール１５は、旋回端板１５Ａと該旋回端板１５Ａに立設されている旋回渦巻き状ラップ１５Ｂ（壁体）とから構成されている。

上記固定スクロール１４及び旋回スクロール１５には、それぞれ渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの歯先面と歯底面の渦巻き方向に沿う所定位置に、それぞれ段付部１４Ｄ，１５Ｄ及び段差部１４Ｅ，１５Ｅ（図２参照）が設けられている。この段付部１４Ｄ，１５Ｄ及び段差部１４Ｅ，１５Ｅを境に、渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの歯先面１４Ｈ，１５Ｈにおいては、旋回軸線方向に外周側の歯先面１４Ｈ，１５Ｈが高く、内周側の歯先面１４Ｈ，１５Ｈが低くされている。また、渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの歯底面１４Ｊ，１５Ｊにおいては、旋回軸線方向に外周側の歯底面１４Ｊ，１５Ｊが低く、内周側の歯底面１４Ｊ，１５Ｊが高くされている。これによって、各渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂ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ている。

この固定スクロール１４及び旋回スクロール１５は、その中心を旋回半径分だけ離すとともに、各渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの位相を１８０度ずらして噛合され、該渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの歯先面と歯底面との間に常温で僅かなラップ高さ方向のクリアランス（数十〜数百ミクロン）を有するように組み付けられている。これにより、図１に示されるように、両スクロール１４，１５間には、各端板１４Ａ，１５Ａと各渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂとにより限界される複数対の圧縮室１６がスクロール中心に対して点対称に形成されるとともに、旋回スクロール１５が固定スクロール１４の周りをスムーズに旋回できるように構成されている。

圧縮室１６は、旋回軸線方向の高さが各渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂ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、各渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの周方向及び高さ方向の双方にガスを圧縮できる三次元圧縮可能なスクロール圧縮機構１３を構成している。固定スクロール１４及び旋回スクロール１５のそれぞれの渦巻き状ラップ１４Ｂ，１５Ｂの歯先面には、相手方スクロールの歯底面との間に形成されるチップ隙間をシールするチップシール１７，１８が、それぞれ歯先面に設けられているシール溝１４Ｆ，１４Ｇ及び１５Ｆ，１５Ｇに嵌合されて組み込まれてもよい。

固定スクロール１４は、リアハウジング４の内面にボルト２７を介して固定設置されている。また、旋回スクロール１５は、旋回端板１５Ａの背面に設けられているボス部１５Ｃに対して、上述のとおり、クランク軸６の一端側に設けられているクランクピン６Ｃがドライブブッシュ１０、円筒環（フローティングブッシュ）１１及びドライブ軸受１２を介して連結され、旋回駆動されるように構成されている。

更に、旋回スクロール１５は、フロントハウジング３のスラスト受け面３Ｂに旋回端板１５Ａの背面が支持され、該スラスト受け面３Ｂと旋回端板１５Ａの背面との間に設けられている自転阻止機構１９を介して自転が阻止されながら固定スクロール１４の周りに公転旋回駆動されるようになっている。本実施形態の自転阻止機構１９は、旋回スクロール１５の旋回端板１５Ａに設けられたリング穴に組み込まれている自転阻止リング１９Ａの内周面に対して、フロントハウジング３に設けられたピン穴に組み込まれている自転阻止ピン１９Ｂが摺動自在に嵌合されたピンリング式の自転阻止機構１９とされている。

固定スクロール１４には、固定端板１４Ａの中央部位に圧縮された冷媒ガスを吐出する吐出ポート１４Ｃが開口されており、該吐出ポート１４Ｃには、固定端板１４Ａにリテーナ２０を介して取り付けられている吐出リード弁２１が設置されている。また、固定端板１４Ａの背面側には、リアハウジング４の内面と密接されるようにＯリング等のシール材２２が介装されており、リアハウジング４の内面との間にハウジング２の内部空間から区画された吐出チャンバー２３を形成している。これにより、吐出チャンバー２３を除くハウジング２の内部空間が、吸入チャンバー２４として機能するように構成されている。

吸入チャンバー２４には、フロントハウジング３に設けられている吸入口２５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２４を経て圧縮室１６に冷媒ガスが吸い込まれるようになっている。フロントハウジング３とリアハウジング４との間の接合面には、Ｏリング等のシール材２６が介装され、ハウジング２内に形成される吸入チャンバー２４を大気に対して気密にシールしている。

固定渦巻き状ラップ１４Ｂ及び旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの歯先面に組み込まれるチップシール１７，１８は、図２に示されるように、段付部１４Ｄ，１５Ｄを境に、外周側ラップの歯先面に設けられているシール溝１４Ｆ，１５Ｆに組み込まれるチップシール１７Ａ，１８Ａと、内周側ラップの歯先面に設けられているシール溝１４Ｇ，１５Ｇに組み込まれるチップシール１７Ｂ，１８Ｂと、に各々分割され、各シール溝１４Ｆ，１４Ｇ及び１５Ｆ，１５Ｇに嵌合されるように組み込まれている。

なお、スクロール圧縮機１は、内部の摺動部を滑らかに動かすための潤滑油が使用される。潤滑油は、冷媒と共に所定の割合で共存し、冷媒と一緒に固定スクロール１４及び旋回スクロール１５内に吸入される。この潤滑油は、固定スクロール１４及び旋回スクロール１５の内壁面に付着し、微小な隙間をシールすることができる。内壁面に付着する潤滑油の油膜厚さは、空調用途の場合、薄い部分は５μｍ、厚い部分は１００μｍ程度であり、平均的には４０μｍ程度となる。

潤滑油は、スクロール圧縮機１から例えば冷凍回路を構成する冷媒配管へ排出され、冷凍回路の各構成要素を通過して、再びスクロール圧縮機１へ戻り、スクロール圧縮機１に吸入される。なお、冷凍回路の中には、スクロール圧縮機１の吐出側に潤滑油と冷媒を分離するオイルセパレータが設置されるものがあり、オイルセパレータは、分離した潤滑油をスクロール圧縮機１内へ戻すことができる。

次に、本実施形態の段付部１４Ｄ，１５Ｄ及び段差部１４Ｅ，１５Ｅについて説明する。ここでは、図３〜図６を参照して、旋回スクロール１５の旋回渦巻き状ラップ１５Ｂにおける段付部１５Ｄと、固定スクロール１４の固定端板１４Ａにおける段差部１４Ｅについて説明するが、固定スクロール１４の段付部１４Ｄと旋回スクロール１５の段差部１５Ｅも同様の構成を有する。

段付部１５Ｄは、旋回スクロール１５の軸線に対して垂直方向に切断した断面（横断面）にて、端部が矩形である。例えば、図３及び図６に示すように、内周側の歯先面１５Ｈから外周側の歯先面１５Ｈへの立ち上がり部分の断面形状は、二つの直角部分を有する。そして、段付部１５Ｄは、根元部分にて、旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの側面から見た形状が凹状の円弧である補強部３１を有する。補強部３１は、例えば、図３〜図５に示すように、旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの立ち上がり部分に設けられ、１／４円の凹状の円弧である。

段付部１５Ｄは、一端が渦の中心部側の旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの歯先面１５Ｈに接続され、他端が渦の外端側の旋回渦巻き状ラップ１５Ｂに接続される。これによって、旋回スクロール１５において、旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの立ち上がり部分の根元に負荷される応力が分散され、部材の破損を防止できる。

また、段付部１５Ｄは、端部の断面形状が二つの直角を有する矩形であり、補強部３１の断面形状も矩形である。したがって、段付部１５Ｄと補強部３１は、立ち上がり部分の端部にて連続するように設けられ、断面形状が端部の高さ方向で一定であることから、応力集中緩和の効果を高めることができる。一方、関連技術として、段付部の立ち上がり部分の端部の断面形状が１／２円の凸状の円弧である場合、本実施形態のように、立ち上がりの根元部分に１／４円の凹状の円弧の補強部を設けると、渦の中心部側の旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの歯先面１５Ｈに近づくにつれて、端部の断面形状が強度の低い形になる。この場合、立ち上がりの根元部分にて、応力集中緩和の効果が小さくなる。

段差部１４Ｅは、段付部１５Ｄの補強部３１に対応した１段の凹形状の溝部３２を有する。溝部３２は、図４及び図５に示すように、渦方向に平行な方向に切断した断面が、階段形状である。補強部３１の円弧の半径をＲとしたとき、溝部３２の高さ及び奥行きは、図５に示すように、いずれもＲである。これによって、段付部１５Ｄの補強部３１が段差部１４Ｅと干渉することがなく、旋回スクロール１５は、滑らかに公転旋回運動できる。

また、旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの段付部１５Ｄの旋回を考慮すると、固定端板１４Ａの段差部１４Ｅを上面から見たときの輪郭形状は、図６に示すように、両端が旋回半径ρを有する１／４円の円弧であり、二つの円弧間は長さ直線Ｔｒで結ばれた形状を有することが好ましい。このとき、Ｔｒは、旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの厚さと同一である。また、溝部３２を上面から見たときの輪郭形状は、段差部１４Ｅの輪郭形状と同一であり、溝部３２は、渦方向に長さＲだけ平行移動した位置に設けられる。

このとき、補強部３１の円弧の半径Ｒは、補強部３１による応力集中緩和と、段差部１４Ｅにおける溝部３２の加工のしやすさに基づいて、０．９ｍｍ以上であるとよい。なお、半径Ｒは上記例に限定されない。溝部３２は、階段形状であることから、エンドミルを用いた加工で容易に形成できる。一方、図９の破線５０に示すように、段差部１４Ｅにおいてテーパ形状を設ける場合、数値制御による加工が位置の関数を使用することになって、実際の製作は困難である。

次に、本実施形態の変形例について説明する。
上記説明では、段差部１４Ｅが、図４〜図６に示すように、１段の階段形状である溝部３２を有する場合について説明したが、２段以上の階段形状であってもよい。図７及び図８には、段差部１４Ｅが、溝部３３，３４を有して２段の階段形状である例を示し、図１１には、段差部１４Ｅが、溝部３５，３６，３７を有して３段の階段形状である例を示した。

また、段差部１４Ｅに２段以上の溝部が形成されることによって、段差部１４Ｅに形成される突端部４０は、補強部３１の形状に対応した位置に設けられる。例えば、図７に示すとおり、三つの突端部４０が補強部３１の１／４円の凹状の円弧に対応するように、段差部１４Ｅに溝部３３，３４が形成される。また、図１１に示すとおり、四つの突端部４０が補強部３１の１／４円の凹状の円弧に対応するように、段差部１４Ｅに溝部３５，３６，３７が形成される。

図７に示す溝部３３の高さ及び奥行きは、それぞれ０．７Ｒ、０．３Ｒであり、溝部３４の高さ及び奥行きは、それぞれ０．３Ｒ、０．７Ｒである。そして、溝部３３，３４の高さの合計、奥行きの合計は、いずれもＲである。また、図１１に示す溝部３６の歯底面１４Ｊに対して平行な面は、上側に位置する歯底面１４Ｊから０．５Ｒの位置に設けられ、溝部３６の歯底面１４Ｊに対して垂直な面は、段差部１４Ｅの立ち上がり面から０．５Ｒの位置に設けられる。そして、溝部３５，３６，３７の高さの合計、奥行きの合計は、いずれもＲである。

以上のように、段差部１４Ｅに２段以上の溝部が形成されることによって、段付部１５Ｄと段差部１４Ｅが最も近接した状態にあるとき、段付部１５Ｄの補強部３１と段差部１４Ｅの突端部４０間の隙間を低減でき、スクロール圧縮機１において、一の圧縮室１６から隣接する圧縮室１６への冷媒の洩れを抑制できる。

図７又は図１１に示す例は、それぞれ段差部１４Ｅを２段又は３段にした場合に、段付部１５Ｄと段差部１４Ｅが最も近接した状態にあるとき、段付部１５Ｄの補強部３１と段差部１４Ｅの溝部３３，３４との隙間、又は段付部１５Ｄの補強部３１と段差部１４Ｅの溝部３５，３６，３７との隙間を同一ステップ数（段数）の中で最も低減できる形状である。

次に、図１２及び図１３を参照して、ステップ数と洩れ面積及び効率比の関係について説明する。図１２は、洩れ面積比とステップ数の関係を示すグラフであり、図１３は、効率比とステップ数の関係を示すグラフである。

ここで、洩れ面積比とは、溝部の代わりに、図９の破線５０に示すように、段差部１４Ｅにおいてテーパ形状を設ける場合、すなわち段差部１４Ｅのうち渦方向に平行な長さＲかつ高さＲの部分について面取りをしたときの形状（図９の領域Ａ）と、補強部３１との間に設けられる隙間（領域Ｂ）を洩れ面積１とした場合の各ステップ数の洩れ面積比である。

図１２によれば、ステップ数が１段である場合、すなわち隙間が図９の領域ＡとＢを合わせた領域となる場合、洩れ面積は、テーパ形状を設ける場合の約２．７５倍の面積となることが分かる。一方、ステップ数が２段である場合、すなわち隙間が図１０の領域Ｃ１とＣ２を合わせた領域となる場合、洩れ面積は、テーパ形状を設ける場合と同一になる。また、ステップ数が３段である場合、すなわち隙間が図１１の領域Ｄとなる場合、洩れ面積は、テーパ形状を設ける場合よりも小さくなり、３段以上では洩れ面積が少ないことが分かる。

また、効率比は、補強部３１と段差部１４Ｅの間に設けられた隙間からの冷媒洩れによる影響を比較したものである。冷媒漏れが無いときの効率を１とすると、図１３によれば、ステップ数が１段である場合は、効率比が０．９０であるが、ステップ数が２段以上であれば、効率比が０．９８以上になり、洩れの影響がほとんど無くなることが分かる。ここで、効率比は、隙間部分の水力直径に基づいて算出したものである。以上より、加工の手間と洩れ効率の観点から、段差部１４Ｅに設けられる階段形状は、２段又は３段が有効であるといえる。

次に、図１４及び図１５を参照して、固定スクロール１４と旋回スクロール１５間に控えδを設ける場合について説明する。
段付部１４Ｄと段差部１５Ｅ、又は段付部１５Ｄと段差部１４Ｅが最も近接したとき、段付部１４Ｄ、１５Ｄ端面と段差部１５Ｅ，１４Ｅ端面間の隙間（控えδ、図１４参照）は、半径Ｒの１／２０以上１／１０以下となるように設けられる。ここで、半径Ｒは、補強部３１の１／４円の凹状の円弧の半径である。また、溝部３３，３４の高さの合計、奥行きの合計も、図１４に示すようにいずれもＲである。

図１５は、効率比と控え量δ／Ｒの関係を示すグラフであり、補強部３１と段差部１４Ｅの間に設けられた隙間からの冷媒洩れによる影響を比較したものである。冷媒漏れが無いときの効率を１とすると、控えδは、半径Ｒの１／１０以下であれば、効率比が低下することなく、冷媒の洩れによる影響を抑えることができることがわかる。ここで、効率比は、隙間部分の水力直径、壁面油膜厚さに基づいて算出したものである。壁面へ付着する油膜厚さは約４０μｍであり、控えδが小さい場合は、控えδが油膜でシールされるため、隙間による洩れの影響は小さくなる。

また、控えδは、半径Ｒの１／２０以上であれば、部材間の接触を防止できる距離を確保でき、控えδは、半径Ｒの１／２０以上であることが好ましい。なお、控えδは、上記の例に限定されない。また、図１５に示すような効率比と控え量の関係は、段差部１４Ｅにおけるステップ数に関わらず、同じ結果が得られる。

スクロール圧縮機１は、実際の機械では加工誤差が発生する。また、運転によって、熱膨張が発生して、段付部１４Ｄ、１５Ｄ端面と段差部１５Ｅ，１４Ｅ端面間が干渉する可能性がある。そのため、段付部１４Ｄ、１５Ｄ端面と段差部１５Ｅ，１４Ｅ端面間には、接触による焼き付きや磨耗の問題を防止するように、控えδが設けられる。本実施形態では、上述の控えδを設けることによって、加工誤差や熱膨張の発生による部材間の干渉を防止できる。

以上で説明した構成によって、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
外部駆動源から図示省略のプーリー及び電磁クラッチを介して回転駆動力をクランク軸６に伝達し、クランク軸６を回転すると、そのクランクピン６Ｃにドライブブッシュ１０、円筒環（フローティングブッシュ）１１及びドライブ軸受１２を介して旋回半径が可変に連結されている旋回スクロール１４が、ピンリング式自転阻止機構１９により自転を阻止されながら、固定スクロール１５の周りに所定の旋回半径で公転旋回駆動される。

この旋回スクロール１５の公転旋回駆動により、半径方向最外周に形成される一対の圧縮室１６内に、吸入チャンバー２４内の冷媒ガスが取り込まれる。圧縮室１６は、所定の旋回角位置で吸入締め切りされた後、その容積が周方向及びラップ高さ方向に減少されながら中心側へと移動される。この間に冷媒ガスは圧縮され、当該圧縮室１６が吐出ポート１４Ｃに連通する位置に達すると、吐出リード弁２１を押し開く。その結果、圧縮された高温高圧のガスは、吐出チャンバー２３内に吐き出され、該吐出チャンバー２３を経てスクロール圧縮機１の外部へと送出される。

旋回スクロール１５の公転旋回駆動時において、段付部１４Ｄと段差部１５Ｅ、又は段付部１５Ｄと段差部１４Ｅは、近接しながら相対移動する。本実施形態のように、補強部３１が段付部１４Ｄ，１５Ｄが設けられることによって、段付部１４Ｄ，１５Ｄの根元部分にて、固定渦巻き状ラップ１４Ｂや旋回渦巻き状ラップ１５Ｂに負荷される応力が分散する。その結果、固定渦巻き状ラップ１４Ｂや旋回渦巻き状ラップ１５Ｂの破損を防止できる。

また、段差部１４Ｅ，１５Ｅは、階段状に形成されることから、段付部１４Ｄ，１５Ｄとの干渉が無く、エンドミルによる加工によって、段差部１４Ｅ，１５Ｅの溝部を容易に形成できる。また更に、２段以上のステップ数を有する段差部１４Ｅ，１５Ｅとすることで、一の圧縮室１６から他の圧縮室１６への冷媒の洩れによる効率低下を防止できる。

なお、上記実施形態では、本発明を外部から駆動力を受けて駆動される開放型のスクロール圧縮機に適用した例について説明したが、駆動源として電動モータを内蔵している密閉型又は半密閉型のスクロール圧縮機にも同様に適用できる。また、上記実施形態では、本発明をスクロール圧縮機に適用した例について説明したが、スクロール膨張機にも同様に適用できる。

１４ 固定スクロール
１４Ａ 固定端板
１４Ｂ 固定渦巻き状ラップ
１４Ｄ 段付部
１４Ｅ 段差部
１４Ｆ，１４Ｇ シール溝
１４Ｈ 歯先面
１４Ｊ 歯底面
１５ 旋回スクロール
１５Ａ 旋回端板
１５Ｂ 旋回渦巻き状ラップ
１５Ｄ 段付部
１５Ｅ 段差部
１５Ｆ，１５Ｇ シール溝
１５Ｈ 歯先面
１５Ｊ 歯底面
１６ 圧縮室
３１ 補強部
３２，３３，３４，３５，３６，３７ 溝部
４０ 突端部

Claims (5)

1. それぞれの端板の一側面に渦巻き状の壁体を立設させた固定スクロール及び旋回スクロールが互いに噛み合わされて、流体を密閉する密閉室が形成されるスクロール型流体機械であって、
   前記固定スクロールと前記旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方の前記壁体の縁部に形成され、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で低く外端側で高くなる段付部と、
   前記固定スクロールと前記旋回スクロールのうち他方の前記端板の前記一側面に形成され、前記壁体の縁部の前記段付部に対応し、その高さが前記壁体の渦に沿ってその中心部側で高く外端側で低くなる段差部と、
   を備え、
   前記段付部は、その一端が渦の中心部側の前記壁体の縁部に接続され、他端が渦の外端側の前記壁体に接続された板状の補強部を有し、
   前記段差部は、前記補強部に対応した１段又は複数段の凹形状の溝部を有するスクロール型流体機械。
2. 前記補強部は、前記固定スクロール又は前記旋回スクロールの軸線に対して垂直方向に切断した断面にて、端部が矩形であり、前記壁体の側面から見た形状が凹状の円弧である請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記段差部に前記溝部が設けられたことによって前記段差部に形成される複数の突端部は、前記補強部の形状に対応した位置に設けられる請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
4. 前記補強部が半径Ｒの円弧であるとき、前記溝部の合計深さは、前記補強部の半径Ｒと同一長さであって、
   前記溝部は、少なくとも２段である請求項３に記載のスクロール型流体機械。
5. 前記凹部が半径Ｒの円弧であるとき、前記段付部と前記段差部が最も近接した状態にて形成される前記段付部端面と前記段差部端面間の隙間は、前記半径Ｒの１／２０以上１／１０以下である請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール型流体機械。
   

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