JP6686055B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール流体機械に関するものである。

一般に、端板上に渦巻状の壁体が設けられた固定スクロール部材と旋回スクロール部材とを噛み合わせ、公転旋回運動を行わせて流体を圧縮または膨張するスクロール流体機械が知られている。

このようなスクロール流体機械として、特許文献１に示すようないわゆる段付きスクロール圧縮機が知られている。この段付きスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび旋回スクロールの渦巻状の壁体の歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う位置に各々段部が設けられ、各段部を境に壁体の外周側の高さが内周側の高さよりも高くされている。段付きスクロール圧縮機は、壁体の周方向だけでなく、高さ方向にも圧縮（三次元圧縮）されるため、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。

特開２０１５−５５１７３号公報

しかし、段付きスクロール圧縮機は、段部における流体漏れが大きいという問題がある。また、段部の根元部分に応力が集中して強度が低下するという問題がある。

これに対して、発明者等は、壁体及び端板に設けられた段部に代えて連続的な傾斜部を設けることを検討している。
しかし、傾斜部を設けるとしても、壁体の歯先と端板の歯底との間のチップクリアランスに起因する流体漏れの低減が望まれる。

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、壁体の歯先と端板の歯底との間のチップクリアランスを小さくすることが可能な壁体及び端板に傾斜部を有するスクロール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流体機械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流体機械は、第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、第２壁体が前記第１壁体と旋回半径分だけオフセットされて噛み合って対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、備えたスクロール流体機械であって、前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方は、外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部を有し、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部を有し、前記壁体傾斜部及び前記端板傾斜部は、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部を構成し、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに１８０°以上の範囲にわたって設けられ、前記端板傾斜部には、前記壁体の渦巻き方向に直交する方向に等高線が形成され、前記第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とが、対向する前記傾斜部同士が遠ざかる方向に前記旋回半径分だけ位相がずらされて配置されていることを特徴とする。

第１端板と第２端板との対向面間距離が壁体の外周側から内周側に向かって連続的に減少する傾斜部が設けられているので、外周側から吸い込まれた流体は内周側に向かうにしたがい、壁体の渦巻形状に応じた圧縮室の減少によって圧縮されるだけでなく、端板間の対向面間距離の減少によって更に圧縮されることになる。
端板傾斜部すなわち歯底に、壁体の渦巻き方向に直交する方向に等高線が形成されている。この場合に、前記第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とを渦巻き方向における旋回中央位置で一致させておくと、両スクロール部材が旋回運動を行った際に歯底と歯先が干渉するおそれがある。そこで、前記第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とを対向する傾斜部同士が遠ざかる方向に旋回半径分だけ位相をずらされて配置するようにした。これにより、歯底と歯先が干渉することを回避できる。また、旋回半径分だけ位相が進んだ場合に、傾斜部の位置が一致するように噛み合うので、歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。

さらに、本発明にかかるスクロール流体機械は、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部を有し、前記第１壁体および前記第２壁体の最外周部および／または最内周部には、高さが変化しない壁体平坦部が設けられ、前記第１端板および前記第２端板には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、前記端板傾斜部と前記端板平坦部とが接続される端板傾斜接続部に対して、前記壁体傾斜部と前記壁体平坦部とが接続される壁体傾斜接続部が、前記旋回半径分だけ位相が遅れて配置されていることを特徴とする。

端板傾斜部すなわち歯底に、壁体の渦巻き方向に直交する方向に等高線が形成されている。この場合に、端板傾斜部と端板平坦部とが接続される端板傾斜接続部と、壁体傾斜部と壁体平坦部とが接続される壁体傾斜接続部とを渦巻き方向における旋回中央位置で一致させておくと、両スクロール部材が旋回運動を行った際に歯底と歯先が干渉するおそれがある。そこで、端板傾斜接続部に対して壁体傾斜接続部を旋回半径分だけ位相を遅らせて配置するようにした。これにより、歯底と歯先が干渉することを回避できる。また、端板傾斜接続部に対して壁体傾斜接続部が旋回半径分だけ位相が進んだ場合に、端板傾斜接続部と壁体傾斜接続部との位置が一致するように噛み合うので、歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。

また、本発明の参考例にかかるスクロール流体機械は、第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と旋回半径分だけオフセットされて噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、備えたスクロール流体機械であって、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられ、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに１８０°以上の範囲にわたって設けられ、前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方は、前記傾斜部を形成するように外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部を有し、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方は、前記傾斜部を形成するように前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部を有し、前記端板傾斜部には、前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧が等高線として形成され、前記第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とが、前記旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致する位相となるように配置されていることを特徴とする。

第１端板と第２端板との対向面間距離が壁体の外周側から内周側に向かって連続的に減少する傾斜部が設けられているので、外周側から吸い込まれた流体は内周側に向かうにしたがい、壁体の渦巻形状に応じた圧縮室の減少によって圧縮されるだけでなく、端板間の対向面間距離の減少によって更に圧縮されることになる。
端板傾斜部に、壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧が等高線として形成されている。この場合には、第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とが、旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致する位相となるように、すなわち第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とが同位相となるように配置すれば、旋回運動時に歯先と歯底が干渉することがなく、また歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。
端板傾斜部に、前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧を等高線として形成するには、端板傾斜部の歯底幅と同等かそれ以下の直径を有するエンドミルを用いて加工することが好ましい。

また、本発明の参考例にかかるスクロール流体機械は、第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と旋回半径分だけオフセットされて噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材とを備えたスクロール流体機械であって、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられ、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに１８０°以上の範囲にわたって設けられ、前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方は、前記傾斜部を形成するように外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部を有し、前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部を有し、前記第１壁体および前記第２壁体の最外周部および／または最内周部には、高さが変化しない壁体平坦部が設けられ、前記第１端板および前記第２端板には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、前記端板傾斜部には、該端板傾斜部と前記端板平坦部とが接続される端板傾斜接続部と前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧が等高線として形成され、前記端板傾斜接続部に対して、前記壁体傾斜部と前記壁体平坦部とが接続される壁体傾斜接続部が、前記旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致するように配置されていることを特徴とする。

端板傾斜部に、端板傾斜部と端板平坦部とが接続される端板傾斜接続部と前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧が等高線として形成されている。この場合には、端板傾斜接続部に対して、壁体傾斜接続部が、旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致するように、すなわち端板傾斜接続部と壁体傾斜接続部とが同位相となるように配置すれば、旋回運動時に歯先と歯底が干渉することがなく、また歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。
端板傾斜部に、端板傾斜接続部と前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧を等高線として形成するには、端板傾斜部の歯底幅と同等かそれ以下の直径を有するエンドミルを用いて加工することが好ましい。

さらに、本発明の参考例にかかるスクロール流体機械によれば、前記等高線を形成する円弧の直径をＤｅとし、前記端板傾斜部の歯底幅をＴｇ、旋回運動の旋回半径をρとした場合に、
｛Ｔｇ^２＋（２ρ）^２｝／（２Ｔｇ）≦Ｄｅ≦Ｔｇ
とされていることを特徴とする。

上式の関係式を満たすことにより、旋回運動時に歯先と歯底が近づいて互いに干渉することを回避することができる。

さらに、本発明のスクロール流体機械によれば、
Ｄｅ＝｛Ｔｇ^２＋（２ρ）^２｝／（２Ｔｇ）
とされていることを特徴とする。

Ｄｅ＝｛Ｔｇ^２＋（２ρ）^２｝／（２Ｔｇ）とすることにより、旋回運動時に歯先と歯底が最も近づいたときに等高線と壁体傾斜接続部と間におけるチップクリアランスをゼロに近づけることができる。

端板傾斜部すなわち歯底に、渦巻き方向に直交する方向に等高線が形成されている場合に、端板傾斜接続部に対して壁体傾斜接続部を旋回半径分だけ位相が遅れて配置されるようにした。これにより、旋回運動時に歯先と歯底が干渉することがなく、また歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。

端板傾斜部に、端板傾斜接続部と前記壁体との交点を接点とする１又は複数の円弧が等高線として形成されている参考例の場合に、端板傾斜接続部に対して、壁体傾斜接続部が、旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致するように配置されるようにした。これにより、旋回運動時に歯先と歯底が干渉することがなく、また歯先と歯底との間のチップクリアランスを小さくすることができる。

本発明の一実施形態にかかるスクロール圧縮機の固定スクロール及び旋回スクロールを示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は固定スクロールの壁体側から見た平面図である。 図１の旋回スクロールを示した斜視図である。 固定スクロールに設けた端板平坦部を示した平面図である。 固定スクロールに設けた壁体平坦部を示した平面図である。 渦巻き方向に伸ばして表示した壁体を示す模式図である。 図１（ｂ）の符号Ｚの領域を拡大して示した部分拡大図である。 図６で示した部分のチップシール隙間を示し、（ａ）はチップシール隙間が相対的に小さい状態を示した側面図であり、（ｂ）はチップシール隙間が相対的に大きい状態を示した側面図である。 端板傾斜接続部周りを示した部分拡大平面図である。 比較例として歯先と歯底の位置関係を示し、（ａ）は接触位置、（ｂ）は幅中央位置、（ｃ）は幅中央位置から１８０°進んだ位置における側面図である。 第１実施形態における歯先と歯底の位置関係を示し、（ａ）は接触位置、（ｂ）は幅中央位置、（ｃ）は幅中央位置から１８０°進んだ位置における側面図である。 第１参考実施形態に係る歯底及び壁体側面の加工方法を示し、（ａ）は歯底を平面視した平面図であり、（ｂ）は側面図である。 端板傾斜接続部周りを示した部分拡大平面図である。 比較例として歯先と歯底の位置関係を示し、（ａ）は幅中央位置、（ｂ）は接触位置、（ｃ）は幅中央位置から１８０°進んだ位置における側面図である。 第１参考実施形態における歯先と歯底の位置関係を示し、（ａ）は接触位置、（ｂ）は幅中央位置、（ｃ）は幅中央位置から１８０°進んだ位置における側面図である。 チップクリアランス周りを示した部分拡大縦断面図である。 第２参考実施形態に係る歯底及び壁体側面の加工方法を示した平面図である。 端板傾斜接続部周りを示した部分拡大平面図である。 第２参考実施形態に係る等高線の幾何学的関係を表した模式図である。

［第１実施形態］
以下に、本発明にかかる第１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、スクロール圧縮機（スクロール流体機械）１の固定スクロール（第１スクロール部材）３と旋回スクロール（第２スクロール部材）５が示されている。スクロール圧縮機１は、例えば空調機等の冷凍サイクルを行うガス冷媒（流体）を圧縮する圧縮機として用いられる。

固定スクロール３及び旋回スクロール５は、アルミ合金製や鉄製等の金属製の圧縮機構とされ、図示しないハウジング内に収容されている。固定スクロール３及び旋回スクロール５は、ハウジング内に導かれた流体を外周側から吸い込み、固定スクロール３の中央の吐出ポート３ｃから外部へと圧縮後の流体を吐出する。

固定スクロール３は、ハウジングに固定されており、図１（ａ）に示されているように、略円板形状の端板（第１端板）３ａと、端板３ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第１壁体）３ｂとを備えている。旋回スクロール５は、略円板形状の端板（第２端板）５ａと、端板５ａの一側面上に立設された渦巻状の壁体（第２壁体）５ｂとを備えている。各壁体３ｂ，５ｂの渦巻形状は、例えば、インボリュート曲線やアルキメデス曲線を用いて定義されている。

固定スクロール３と旋回スクロール５は、その中心を旋回半径ρだけ離し、壁体３ｂ，５ｂの位相を１８０°ずらして噛み合わされ、両スクロールの壁体３ｂ、５ｂの歯先と歯底間に常温で僅かな高さ方向のクリアランス（チップクリアランス）を有するように組み付けられている。これにより、両スクロール３，５間に、その端板３ａ，５ａと壁体３ｂ、５ｂとにより囲まれて形成される複数対の圧縮室がスクロール中心に対して対称に形成される。旋回スクロール５は、図示しないオルダムリング等の自転防止機構によって固定スクロール３の周りを公転旋回運動する。

図１（ａ）に示すように、向かい合う両端板３ａ，５ａ間の対向面間距離Ｌが、渦巻状の壁体３ｂ，５ｂの外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられている。

図２に示すように、旋回スクロール５の壁体５ｂには、外周側から内周側に向かって高さが連続的に減少する壁体傾斜部５ｂ１が設けられている。この壁体傾斜部５ｂ１の歯先が対向する固定スクロール３の歯底面には、壁体傾斜部５ｂ１の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部３ａ１（図１（ａ）参照）が設けられている。これら壁体傾斜部５ｂ１及び端板傾斜部３ａ１によって、連続的な傾斜部が構成されている。同様に、固定スクロール３の壁体３ｂにも高さが外周側から内周側に向かって連続的に傾斜する壁体傾斜部３ｂ１が設けられ、この壁体傾斜部３ｂ１の歯先に対向する端板傾斜部５ａ１が旋回スクロール５の端板５ａに設けられている。

なお、本実施形態でいう傾斜部における連続的という意味は、滑らかに接続された傾斜に限定されるものではなく、加工時に不可避的に生じるような小さな段差が階段状に接続されており、傾斜部を全体としてみれば連続的に傾斜しているものも含まれる。ただし、いわゆる段付きスクロールのような大きな段差は含まれない。

壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１及び／又は端板傾斜部３ａ１，５ａ１には、コーティングが施されている。コーティングとしては、例えば、リン酸マンガン処理やニッケルリンめっき等が挙げられる。

図２に示されているように、旋回スクロール５の壁体５ｂの最内周側と最外周側には、それぞれ、高さが一定とされた壁体平坦部５ｂ２，５ｂ３が設けられている。これら壁体平坦部５ｂ２，５ｂ３は、旋回スクロール５の中心Ｏ２（図１（ａ）参照）まわりに１８０°の領域にわたって設けられている。壁体平坦部５ｂ２，５ｂ３と壁体傾斜部５ｂ１とが接続される位置には、それぞれ、屈曲部となる壁体傾斜接続部５ｂ４，５ｂ５が設けられている。
旋回スクロール５の端板５ａの歯底についても同様に、高さが一定とされた端板平坦部５ａ２，５ａ３が設けられている。これら端板平坦部５ａ２，５ａ３についても、旋回スクロール５の中心まわりに１８０°の領域にわたって設けられている。端板平坦部５ａ２，５ａ３と端板傾斜部５ａ１とが接続される位置には、それぞれ、屈曲部となる端板傾斜接続部５ａ４，５ａ５が設けられている。

図３及び図４にハッチングにて示すように、固定スクロール３についても、旋回スクロール５と同様に、端板平坦部３ａ２，３ａ３、壁体平坦部３ｂ２，３ｂ３、端板傾斜接続部３ａ４，３ａ５及び壁体傾斜接続部３ｂ４，３ｂ５が設けられている。

図５には、渦巻き方向に伸ばして表示した壁体３ｂ，５ｂが示されている。同図に示されているように、最内周側の壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２が距離Ｄ２にわたって設けられ、最外周側の壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３が距離Ｄ３にわたって設けられている。距離Ｄ２及び距離Ｄ３は、それぞれ、各スクロール３，５の中心Ｏ１，Ｏ２まわりに１８０°（１８０°以上３６０°以下、好ましくは２１０°以下）とされた領域に相当する長さとなっている。最内周側の壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と最外周側の壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３との間に、壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１が距離Ｄ１にわたって設けられている。最内周側の壁体平坦部３ｂ２，５ｂ２と最外周側の壁体平坦部３ｂ３，５ｂ３との高低差をｈとすると、壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１の傾きφは下式とされる。
φ＝tan^−１（h/D1） ・・・（１）
このように、傾斜部における傾きφは、渦巻状の壁体３ｂ，５ｂが延在する周方向に対して一定とされている。距離Ｄ１は、距離Ｄ２よりも長く、また、距離Ｄ３よりも長い。
例えば、本実施形態において、スクロール３，５の諸元は以下の通りである。
（１）旋回半径ρ［ｍｍ］：２以上１５以下、好ましくは３以上１０以下
（２）壁体３ｂ、５ｂの巻数：１．５以上４．５以下、好ましくは２．０以上３．５以下
（３）高低差ｈ［ｍｍ］：２以上２０以下、好ましくは５以上１５以下
（４）ｈ／Ｌｏｕｔ（最外周側の壁体高さ）：
０．０５以上０．３５以下、好ましくは０．１以上０．２５以下
（５）傾斜部の角度範囲（距離Ｄ１に相当する角度範囲）［°］：
１８０以上１０８０以下、好ましくは３６０以上７２０以下
（６）傾斜部の角度φ［°］：０．２以上４以下、好ましくは０．５以上２．５以下

図６には、図１（ｂ）の符号Ｚで示した領域の拡大図が示されている。図６に示されているように、固定スクロール３の壁体３ｂの歯先には、チップシール７が設けられている。チップシール７は樹脂製とされており、対向する旋回スクロール５の端板５ａの歯底に接触して流体をシールする。チップシール７は、壁体３ｂの歯先に周方向にわたって形成されたチップシール溝３ｄ内に収容されている。このチップシール溝３ｄ内に圧縮流体が入り込み、チップシール７を背面から押圧して歯底側に押し出すことで対向する歯底に接触させるようになっている。なお、旋回スクロール５の壁体５ｂの歯先に対しても、同様にチップシールが設けられている。

両スクロール３，５が相対的に公転旋回運動を行うと、旋回直径（旋回半径ρ×２）分だけ歯先と歯底の位置が相対的にずれる。この歯先と歯底の位置ずれに起因して、傾斜部では、歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。チップクリアランス変化量Δｈ［ｍｍ］は、例えば、０．０５以上１．０以下、好ましくは０．１以上０．６以下とされる。例えば、図７（ａ）ではチップクリアランスＴが小さく、図７（ｂ）ではチップクリアランスＴが大きいことを示している。チップシール７は、このチップクリアランスＴが旋回運動によって変化しても、背面から圧縮流体によって端板５ａの歯底側に押圧されるので、追従してシールできるようになっている。

上述したスクロール圧縮機１は、以下のように動作する。
図示しない電動モータ等の駆動源によって、旋回スクロール５が固定スクロール３回りに公転旋回運動を行う。これにより、各スクロール３，５の外周側から流体を吸い込み、各壁体３ｂ，５ｂ及び各端板３ａ，５ａによって囲まれた圧縮室に流体を取り込む。圧縮室内の流体は外周側から内周側に移動するに従い順次圧縮され、最終的に固定スクロール３に形成された吐出ポート３ｃから圧縮流体が吐出される。流体が圧縮される際に、端板傾斜部３ａ１，５ａ１及び壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１によって形成された傾斜部では壁体３ｂ，５ｂの高さ方向にも圧縮されて、三次元圧縮が行われる。

図８には、固定スクロール３の端板傾斜接続部３ａ５周りを示した部分拡大平面図が示されている。なお、他の端板傾斜接続部３ａ４，５ａ４，５ａ５周りについても同様の説明となるので、以下では固定スクロール３の端板傾斜接続部３ａ５周りについて説明する。

同図において、固定スクロール３の外周側の壁体３ｂの内側３ｂ−ｉｎと内周側の壁体３ｂの外側３ｂ−ｏｕｔとの間に、最外周側の端板平坦部３ａ３と端板傾斜部３ａ１とが設けられている。また、同図中には旋回スクロール５の壁体５ｂが示されている。壁体５ｂは、固定スクロール３の外周側の壁体３ｂの内側３ｂ−ｉｎに接した接触位置Ｐ１に位置した状態と、壁体３ｂの内側３ｂ−ｉｎと外側３ｂ−ｏｕｔとの間の寸法である歯底幅Ｔｇ方向の中央に位置する幅中央位置Ｐ２に位置した状態とが示されている。接触位置Ｐ１は、旋回運動時の渦巻き方向（図８において左右方向）における旋回中央位置となる。なお、符号Ｗ１は、壁体５ｂの幅方向における中心線である。

端板傾斜接続部３ａ５の位置には、等高線Ｃｔ１が示されている。等高線Ｃｔ１は、壁体３ｂの渦巻き方向に直交する方向に形成された線分となっている。等高線Ｃｔ１の歯底幅Ｔｇ方向における中間位置を中心Ｏ３として、旋回半径ρとされた旋回軌跡Ｔｒが示されている。この旋回軌跡Ｔｒは、壁体５ｂが接触位置Ｐ１に位置しているときの等高線Ｃｔ１と壁体５ｂの中心線Ｗ１とが交わる交点Ｃｐの軌跡である。

壁体５ｂの壁体傾斜接続部５ｂ５は、接触位置Ｐ１から分かるように、端板傾斜接続部３ａ５に対して、旋回半径ρ分だけ位相が遅れて配置されている。この理由は以下の通りである。
仮に破線で示した壁体傾斜接続部５ｂ５’を接触位置Ｐ１にて等高線Ｃｔ１と一致するように配置すると、換言すると壁体傾斜接続部５ｂ５’と端板傾斜接続部３ａ５とを同位相とすると、図９（ａ）に示すように、接触位置Ｐ１では歯底（端板３ａ側）と歯先（壁体５ｂ側）との形状が一致した状態となっているが、旋回が進み幅中央位置Ｐ２となると、図９（ｂ）に示すように歯底と歯先とが干渉してしまうことになる。なお、図９（ｃ）は、幅中央位置Ｐ２から更に位相が１８０°進んだ位置である。
したがって、等高線Ｃｔ１が壁体３ｂの渦巻き方向に直交する方向に形成された線分となっている場合には、壁体傾斜接続部５ｂ５’と端板傾斜接続部３ａ５とを同位相に配置することができない。

そこで、本実施形態では、図８に示したように、壁体傾斜接続部５ｂ５を、接触位置Ｐ１にて端板傾斜接続部３ａ５に対して旋回半径ρ分だけ位相を遅らせて配置している。これにより、図１０（ａ）に示すように、接触位置Ｐ１では旋回半径ρ分だけオフセットされた位置となり、端板傾斜接続部３ａ５におけるチップクリアランスＴが（ρ×tanφ）となってしまうが、図１０（ｂ）に示すように幅中央位置Ｐ２まで旋回が進んだときにチップクリアランスを最小にすることができる。なお、φは傾斜部の傾きである（図５参照）。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
端板傾斜部３ａ１，５ａ１すなわち歯底に、壁体３ｂ，５ｂの渦巻き方向に直交する方向に等高線Ｃｔ１が形成されている場合に、端板傾斜接続部３ａ４，３ａ５，５ａ４，５ａ５と壁体傾斜接続部３ｂ４，３ｂ５，５ｂ４，５ｂ５とを、渦巻き方向における旋回中央位置（接触位置Ｐ１）で一致させておくと、両スクロール３，５が旋回運動を行った際に歯底と歯先が干渉するおそれがある。そこで、端板傾斜接続部３ａ４，３ａ５，５ａ４，５ａ５に対して壁体傾斜接続部３ｂ４，３ｂ５，５ｂ４，５ｂ５を旋回半径ρ分だけ位相を遅らせて配置することとした。これにより、歯底と歯先が干渉することを回避できる。また、端板傾斜接続部３ａ４，３ａ５，５ａ４，５ａ５に対して壁体傾斜接続部３ｂ４，３ｂ５，５ｂ４，５ｂ５が旋回半径ρ分だけ位相が進んだ場合に、端板傾斜接続部３ａ４，３ａ５，５ａ４，５ａ５と壁体傾斜接続部３ｂ４，３ｂ５，５ｂ４，５ｂ５との位置が一致するように噛み合うので、歯先と歯底との間のチップクリアランスＴを最小にすることができる。

［第１参考実施形態］
次に、本発明の第１参考実施形態について説明する。本参考実施形態は、第１実施形態に対して図８に示した端板傾斜接続部３ａ５周りの形状が異なり、その他の構成は第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態との相違点について説明し、同様の構成については同一符号を付しその説明を省略する。

第１実施形態では等高線Ｃｔ１が壁体３ｂの渦巻き方向に直交する方向に形成された線分とされていたが、本参考実施形態では等高線が円弧とされている点で相違する。

円弧とされた等高線を端板傾斜部３ａ１，５ａ１に形成するには、図１１に示すように、エンドミル１０での加工によって行う。エンドミル１０の直径Ｄｅを歯底幅Ｔｇと同等として、傾斜を上る一方向に１パスで歯底と壁体側面の加工を行う。エンドミル１０の回転軸線を端板平坦部３ａ２，３ａ３，５ａ２，５ａ３の平坦面に対して垂直に位置するようにして加工する。これにより、図１１（ａ）に示したような半円弧となる等高線が形成される。

図１２には、上述した加工法によって得られた円弧とされた等高線Ｃｔ２が示されている。同図は、第１実施形態の図８に対応する図である。
図１２に示されているように、等高線Ｃｔ２は、歯底幅Ｔｇを直径とし、端板傾斜部３ａ１側（同図において左側）に凸とされた半円弧となっている。つまり、等高線Ｃｔ２の半径はＴｇ／２となる。等高線Ｃｔ２は、壁体３ｂの内側３ｂ−ｉｎと端板傾斜接続部３ａ５との交点Ｃｐ０と、壁体３ｂの外側３ｂ−ｏｕｔと端板傾斜接続部３ａ５との交点Ｃｐ０とを接点としている。

壁体５ｂの壁体傾斜接続部５ｂ５は、接触位置Ｐ１にて、旋回運動時の渦巻き方向（図１２において左右方向）における旋回中央位置で一致するように配置されている。すなわち、壁体傾斜接続部５ｂ５と端板傾斜接続部３ａ５とを同位相としている。この理由は以下の通りである。
仮に破線で示した壁体傾斜接続部５ｂ５’を幅中央位置Ｐ２にて等高線Ｃｔ２と一致するように配置すると、図１３（ｂ）のように、同位相とされる位置からＴｇ／２−ρだけ位相を進めた位置となる。しかし、旋回が進み幅中央位置Ｐ２となると、図１３（ａ）に示すように歯底と歯先とが干渉してしまうことになる。なお、図１３（ｃ）は、幅中央位置Ｐ２から更に位相が１８０°進んだ位置である。
したがって、等高線Ｃｔ２が歯底幅Ｔｇと同等の直径を有する半円弧となっている場合には、壁体傾斜接続部５ｂ５’を端板傾斜接続部３ａ５よりも位相を進めることができない。

そこで、本参考実施形態では、図１４に示したように、壁体傾斜接続部５ｂ５を、接触位置Ｐ１にて端板傾斜接続部３ａ５に対して同位相となるように配置している。これにより、図１４（ａ）に示すように、接触位置Ｐ１では、歯先の側面形状と歯底の側面形状とが一致した位置となる。旋回運動により位相が進むと、図１４（ｂ）に示すように幅中央位置Ｐ２では、等高線Ｃｔ２の幅中央におけるチップクリアランスＴが｛（Ｔｇ／２−ρ）×tanφ｝となる。

本参考実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
端板傾斜部３ａ１に、端板傾斜接続部３ａ５と壁体３ｂとの交点Ｃｐ０を接点とする１つの半円弧を等高線Ｃｔ２として形成することとした。そして、端板傾斜接続部３ａ５に対して、壁体傾斜接続部５ｂ５が、旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置（接触位置Ｐ１）で一致するように、すなわち同位相となるように配置すれば、旋回運動時に歯先と歯底が干渉することがなく、チップクリアランスを可及的に小さくできる。
また、接触位置Ｐ１にあるときに、接触する壁体３ｂ，５ｂ間において歯先と歯底のチップクリアランスＴが最も小さくなるので、壁体３ｂの渦巻き方向の漏れを小さくできる。すなわち、図１５に示すように、壁体５ｂの歯先と、チップシール７と、端板３ａの歯底と、壁体３ｂの側面とで囲まれた領域Ａが渦巻き方向の漏れ隙間となるが、チップクリアランスＴを最小にできるので、壁体３ｂの渦巻き方向の漏れを小さくできる。なお、符号５ｄは、壁体５ｂの先端に形成されたチップシール溝である。

［第２参考実施形態］
次に、本発明の第２参考実施形態について説明する。本参考実施形態は、第１参考実施形態に対して図１２に示した端板傾斜接続部３ａ５周りの形状が異なり、その他の構成は第１参考実施形態と同様である。したがって、第１参考実施形態との相違点について説明し、同様の構成については同一符号を付しその説明を省略する。

第１参考実施形態では等高線Ｃｔ２が１つの半円弧とされていたが、本参考実施形態では等高線が２つの同径の円弧とされている点で相違する。

２つの円弧とされた等高線を端板傾斜部３ａ１，５ａ１に形成するには、図１６に示すように、エンドミル１０での加工によって行う。図１６は、図１１（ａ）に対応する図であり、エンドミル１０を壁体３ｂ，５ｂ渦巻き方向に傾斜を上るように２回切削する（２パス）ことによって加工する。すなわち、１回目の切削で片方の壁体３ｂの側壁とこれに連なる歯底を加工し、２回目の切削で他方の壁体３ｂの側壁とこれに連なる歯底を加工する。これにより、２つの半円弧が幅中央にて接続された形状が等高線Ｃｔ３となる。
したがって、本参考実施形態では、（エンドミル直径Ｄｅ＜歯底幅Ｔｇ）という関係になる。

図１７には、上述した加工法によって得られた円弧とされた等高線Ｃｔ３が示されている。同図は、第１参考実施形態の図１２に対応する図である。
図１７に示されているように、等高線Ｃｔ３は、エンドミル直径Ｄｅを直径とした二つの円弧が歯底の幅中央で接続された形状となっており、各円弧は端板傾斜部３ａ１側（同図において左側）に凸とされている。等高線Ｃｔ３は、壁体３ｂの内側３ｂ−ｉｎと端板傾斜接続部３ａ５との交点Ｃｐ０と、壁体３ｂの外側３ｂ−ｏｕｔと端板傾斜接続部３ａ５との交点Ｃｐ０とを接点としている。

壁体５ｂの壁体傾斜接続部５ｂ５は、接触位置Ｐ１にて、旋回運動時の渦巻き方向（図１７において左右方向）における旋回中央位置で一致するように配置されている。すなわち、壁体傾斜接続部５ｂ５と端板傾斜接続部３ａ５とを同位相としている。その理由は、第１参考実施形態にて説明したように、歯先と歯底が接触せず、かつチップクリアランスを可及的に小さくするためである。

旋回軌跡Ｔｒの中心Ｏ３から、渦巻き方向でかつ端板傾斜部３ａ１方向における等高線Ｃｔ３までの距離Ｒが旋回半径ρよりも小さくなると歯底と歯先が干渉することになるので、下式を満たすことが必要である。
｛Ｔｇ^２＋（２ρ）^２｝／（２Ｔｇ）≦Ｄｅ≦Ｔｇ ・・・（２）
なお、距離Ｒは、図１８の幾何学関係を参照すれば、下式で表される。
Ｒ＝（１／２）×｛Ｄｅ^２−（Ｔｇ−Ｄｅ）^２｝^１／２ ・・・（３）

また、本参考実施形態では、第１参考実施形態に比べて、壁体５ｂが幅中央位置Ｐ２に進んだ場合のチップクリアランスが小さくなるので有利である。なぜなら、図１７を見れば明らかなように、旋回軌跡Ｔｒの中心Ｏ３から等高線Ｃｔ３までの距離Ｒは、第１参考実施形態の対応する距離Ｔｇ／２（図１２参照）よりも短くなるからである。

チップクリアランスを最も小さくするためには、距離Ｒが旋回半径ρに等しくする。Ｒ＝ρを上式（３）に代入して解くと、下式が導かれる。
Ｄｅ＝｛Ｔｇ^２＋（２ρ）^２｝／（２Ｔｇ） ・・・（４）
すなわち、上式を満たすようにエンドミル直径Ｄｅで形成される等高線Ｃｔ３とすれば良い。

本参考実施形態によれば、第１参考実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
等高線Ｃｔ３を２つの円弧で構成することとしたので、距離ＲをＴｇ／２よりも短くできるので、第１参考実施形態に比べてチップクリアランスを小さくして漏れを小さくすることができる。

また、式（４）を満たすようなエンドミル直径Ｄｅを有する２つの円弧で等高線Ｃｔ３を形成することで、旋回運動時に歯先と歯底が最も近づいたときに等高線Ｃｔ３と壁体傾斜接続部５ｂ５と間におけるチップクリアランスをゼロに近づけることができる。

なお、本参考実施形態では、２つの同径の円弧から構成された等高線Ｃｔ３としたが、３つ以上の円弧から構成された等高線としてもよい。

また、上述した実施形態及び各参考実施形態では、平坦部３ａ２，３ａ３，３ｂ２，３ｂ３，５ａ２，５ａ３，５ｂ２，５ｂ３を有する構成としたが、最外周側および／または最内周側に平坦部を備えていない構成に対しても適用できる。例えば、第１実施形態の場合には、固定スクロール３と旋回スクロール５とを、対向する傾斜部同士が遠ざかる方向に旋回半径分だけ位相をずらして配置する。第１参考実施形態や第２参考実施形態の場合には、固定スクロール３と旋回スクロール５とを、旋回運動時の渦巻き方向における旋回中央位置で一致する位相となるように配置する。

また、上述した実施形態及び各参考実施形態では、スクロール圧縮機として説明したが、膨張機として用いるスクロール膨張機に対しても本発明を適用することができる。

１ スクロール圧縮機（スクロール流体機械）
３ 固定スクロール（第１スクロール部材）
３ａ 端板（第１端板）
３ａ１ 端板傾斜部
３ａ２ 端板平坦部（内周側）
３ａ３ 端板平坦部（外周側）
３ａ４ 端板傾斜接続部（内周側）
３ａ５ 端板傾斜接続部（外周側）
３ｂ 壁体（第１壁体）
３ｂ１ 壁体傾斜部
３ｂ２ 壁体平坦部（内周側）
３ｂ３ 壁体平坦部（外周側）
３ｂ４ 壁体傾斜接続部（内周側）
３ｂ５ 壁体傾斜接続部（外周側）
３ｃ 吐出ポート
５ 旋回スクロール（第２スクロール部材）
５ａ 端板（第２端板）
５ａ１ 端板傾斜部
５ａ２ 端板平坦部（内周側）
５ａ３ 端板平坦部（外周側）
５ｂ 壁体（第２壁体）
５ｂ１ 壁体傾斜部
５ｂ２ 壁体平坦部（内周側）
５ｂ３ 壁体平坦部（外周側）
５ｂ４ 壁体傾斜接続部（内周側）
５ｂ５ 壁体傾斜接続部（外周側）
５ｄ チップシール溝
７ チップシール
１０ エンドミル
Ｃｔ１，Ｃｔ２，Ｃｔ３ 等高線
Ｌ 対向面間距離
Ｔ チップクリアランス
Ｔｇ 歯底幅
Ｔｒ 旋回軌跡
Ｗ１ 壁体の中心線
φ 傾き

Claims (1)

1. 第１端板上に渦巻状の第１壁体が設けられた第１スクロール部材と、
   前記第１端板に向かい合うように配置された第２端板上に渦巻状の第２壁体が設けられ、該第２壁体が前記第１壁体と旋回半径分だけオフセットされて噛み合って相対的に公転旋回運動を行う第２スクロール部材と、
   を備えたスクロール流体機械であって、
   前記第１壁体および前記第２壁体の少なくともいずれか一方は、外周側から内周側に向かって該壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部を有し、
   前記第１端板および前記第２端板の少なくともいずれか一方は、前記壁体傾斜部の歯先に対向する歯底面が該壁体傾斜部の傾斜に応じて傾斜する端板傾斜部を有し、
   前記壁体傾斜部及び前記端板傾斜部は、向かい合う前記第１端板と前記第２端板との対向面間距離が、前記第１壁体及び前記第２壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部を構成し、
   前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに１８０°以上の範囲にわたって設けられ、
   前記端板傾斜部には、前記壁体の渦巻き方向に直交する方向に等高線が形成され、
   前記第１スクロール部材と前記第２スクロール部材とが、対向する前記傾斜部同士が遠ざかる方向に前記旋回半径分だけ位相がずらされて配置され、
   前記第１壁体および前記第２壁体の最外周部および／または最内周部には、高さが変化しない壁体平坦部が設けられ、
   前記第１端板および前記第２端板には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、
   前記端板傾斜部と前記端板平坦部とが接続される端板傾斜接続部に対して、前記壁体傾斜部と前記壁体平坦部とが接続される壁体傾斜接続部が、前記旋回半径分だけ位相が遅れて配置されていることを特徴とするスクロール流体機械。

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