KR20200108055A - 스크롤 유체 기계 및 스크롤 부재의 가공 방법 - Google Patents

Abstract

고정 스크롤의 톱니 끝에는 팁 시일 홈(3d)이 형성되고, 팁 시일(7)이 수납되어 있다. 고정 스크롤의 벽체(3b)의 톱니 끝 구석부(8)에 대향하는 선회 스크롤의 벽체(5b)의 근원의 톱니 바닥 구석부(9)에는, 단차부(9a)가 마련되어 있다. 팁 시일 홈(3d)은, 단차부(9a)에 대향하는 위치보다도 벽체(3b)의 두께 방향 중심측에 형성되어 있다. 즉, 벽체(3b)의 톱니 끝의 뱅크 폭(Ta)이, 단차부(9a)의 단차부 폭(Sw)보다도 크게 되어 있다.

Description

스크롤 유체 기계 및 스크롤 부재의 가공 방법

본 발명은, 스크롤 유체 기계 및 스크롤 부재의 가공 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 단부판 상에 와권상의 벽체가 마련된 고정 스크롤 부재와 선회 스크롤 부재를 맞물리게 하여, 공전 선회 운동을 행하게 하여 유체를 압축 또는 팽창시키는 스크롤 유체 기계가 알려져 있다.

이러한 스크롤 유체 기계로서, 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 소위 단차 스크롤 압축기가 알려져 있다. 이 단차 스크롤 압축기는, 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 와권상의 벽체의 톱니 끝면 및 톱니 저면의 와권 방향을 따르는 위치에 각각 단차부가 마련되고, 각 단차부를 경계로 벽체의 외주측의 높이가 내주측의 높이보다도 높게 되어 있다. 단차 스크롤 압축기는, 벽체의 주위 방향뿐만 아니라, 높이 방향에도 압축(삼차원 압축)되기 때문에, 단차부를 구비하고 있지 않은 일반적인 스크롤 압축기(이차원 압축)에 비해, 배기량을 크게 하여, 압축기 용량을 증가할 수 있다.

일본 특허 공개 제2015-55173호 공보

그러나, 단차 스크롤 압축기는, 단차부에 있어서의 유체 누설이 크다는 문제가 있다. 또한, 단차부의 근원 부분에 응력이 집중하여 강도가 저하된다는 문제가 있다.

이에 비해, 발명자들은, 벽체 및 단부판에 마련된 단차부 대신에 연속적인 경사부를 마련하는 것을 검토하고 있다.

그러나, 경사부의 가공은, 평탄면을 가공하는 경우에 비하여 난이도가 높다는 문제가 있다. 벽체의 근원인 톱니 바닥 구석부의 가공 정밀도가 저하되면, 톱니 바닥 구석부에 단차부가 형성되고, 팁 시일과 접촉할 우려가 있다. 단차부에 대하여 팁 시일이 걸치도록 접촉하면, 팁 시일과 톱니 바닥 사이에 간극이 발생하여 유체의 누설이 발생한다. 또한, 팁 시일이 단차부에 대하여 미끄럼 이동함으로써 마모가 과도하게 진행될 우려가 있다. 그리고, 스크롤 유체 기계의 성능 저하를 초래할 우려가 있다.

또한, 이러한 문제는, 경사부를 갖는 스크롤 유체 기계뿐만 아니라, 단차부를 구비하고 있지 않은 일반적인 스크롤 압축기나 단차 스크롤 압축기여도, 톱니 바닥 구석부의 가공 오차에 의해 발생할 수 있다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 톱니 바닥 구석부에 형성된 단차부와 팁 시일의 접촉을 방지하는 스크롤 유체 기계 및 스크롤 부재의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 스크롤 유체 기계 및 스크롤 부재의 가공 방법은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명의 일 양태에 관한 스크롤 유체 기계는, 제1 단부판 상에 와권상의 제1 벽체가 마련된 제1 스크롤 부재와, 상기 제1 단부판에 서로 향하도록 배치된 제2 단부판 상에 와권상의 제2 벽체가 마련되고, 해당 제2 벽체가 상기 제1 벽체와 맞물려서 상대적으로 공전 선회 운동을 행하는 제2 스크롤 부재와, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 톱니 끝에 형성된 홈부에 마련되고, 대향하는 톱니 바닥에 접촉하여 유체를 시일하는 팁 시일을 구비한 스크롤 유체 기계이며, 한쪽의 상기 벽체의 톱니 끝 구석부에 대향하는 다른 쪽의 상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고, 상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있다.

톱니 바닥의 가공을 행할 때에, 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에 단차부가 형성 되는 경우가 있다. 이 단차부를 걸치는 팁 시일이 접촉되면, 팁 시일과 톱니 바닥 사이에 간극이 발생하여 유체의 누설이 발생할 우려가 있고, 또한 팁 시일이 마모될 우려가 있다.

그래서, 단차부에 대향하는 위치보다도 벽체의 두께 방향 중심측에 홈부를 형성하는 것으로서, 팁 시일이 단차부에 접촉하지 않도록 하였다. 이에 의해, 팁 시일과 단차부의 간극으로부터의 유체 누설을 저감함과 함께 팁 시일의 마모를 억제할 수 있고, 스크롤 유체 기계의 성능 저하를 억제할 수 있다.

또한, 톱니 바닥 구석부에 마련된 단차부는, 가공에 의해 불가피하게 형성된 것도 포함한다.

또한, 본 발명의 일 양태에 관한 스크롤 유체 기계에서는, 대향하는 상기 제1 단부판과 상기 제2 단부판의 대향면간 거리가, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 외주측으로부터 내주측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부를 구비하고, 상기 경사부는, 와권의 중심 주위에 180° 이상의 범위에 걸쳐 마련되어 있다.

제1 단부판과 제2 단부판의 대향면간 거리가 벽체의 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 감소하는 경사부가 마련되어 있기 때문에, 외주측으로부터 흡입된 유체는 내주측을 향함에 따라, 벽체의 와권 형상에 따른 압축실의 감소에 의해 압축될 뿐만 아니라, 단부판 사이의 대향면간 거리의 감소에 의해 더 압축되게 된다.

경사부의 가공은 평탄면을 가공하는 경우에 비하여 난이도가 높기 때문에, 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부의 가공 정밀도가 저하될 우려가 있다. 톱니 바닥 구석부의 가공 정밀도가 저하되면, 톱니 바닥 구석부에 단차부가 생긴다.

예를 들어, 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하고, 그 후에 공통의 톱니 바닥을 사이에 두고 대향하는 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하면, 적어도 2패스의 가공 공정을 거치게 된다. 이 경우에는, 톱니 바닥의 높이를 2패스 사이에서 정확하게 일치시키는 것이 곤란하기 때문에, 톱니 바닥의 높이에 어긋남이 발생하고, 톱니 바닥 구석부에 인접하는 톱니 바닥에 단차부가 발생한다.

또한, 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 소정의 제1 가공 피치로 가공하고, 벽체의 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 동일한 제1 가공 피치로 가공한 후에, 톱니 바닥만을 제1 가공 피치보다도 더 미세한 제2 가공 피치로 가공 한 경우에는, 제2 가공 피치보다도 거친 제1 가공 피치에 대응한 단차부가 톱니 바닥 구석부에 인접하는 톱니 바닥에 발생한다.

이와 같이, 경사부를 갖는 스크롤 부재는 톱니 바닥 구석부에 단차부가 발생하기 쉬우므로, 상술한 바와 같이 홈부의 위치를 단차부에 대향하지 않도록 하여 팁 시일을 단차부에 접촉시키지 않도록 하는 것이 특히 유효해진다.

또한, 본 발명의 일 양태에 관한 스크롤 부재의 가공 방법은, 단부판과, 해당 단부판 상에 마련된 와권상의 벽체를 구비하고, 상기 벽체의 톱니 끝에 팁 시일을 수납하는 홈부가 마련된 스크롤 부재의 가공 방법이며, 상기 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제1 주위 벽면 가공 공정과, 상기 벽체의 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제2 주위 벽면 가공 공정과, 상기 단부판의 톱니 끝에 상기 홈부를 형성하는 홈부 가공 공정을 갖고, 상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고, 상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있다.

제1 주위면 가공 공정과 제2 주위면 가공 공정을 행한 후에, 가공 정밀도 등에 의해 톱니 바닥 구석부에 단차부가 형성된다. 이 단차부에 대향하지 않는 위치에, 홈부를 형성하기로 한다. 이에 의해, 팁 시일과 단차부의 접촉을 피할 수 있다.

또한, 톱니 바닥 구석부에 마련된 단차부는, 가공에 의해 불가피하게 형성된 것도 포함한다.

또한, 스크롤 부재는, 상기 벽체의 높이가 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 감소하는 벽체 경사부, 및/또는, 상기 단부판의 높이가 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 증대하는 단부판 경사부를 구비하고, 상기 벽체 경사부 및 상기 단부판 경사부는, 와권의 중심 주위에 180° 이상의 범위에 걸쳐 마련되어 있다.

또한, 본 발명의 일 양태에 관한 스크롤 부재의 가공 방법은, 단부판과, 해당 단부판 상에 마련된 와권상의 벽체를 구비하고, 상기 벽체의 톱니 바닥으로부터 톱니 끝까지의 높이가 와권 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비한 스크롤 부재의 가공 방법이며, 상기 경사부는, 와권의 중심 주위에 180° 이상의 범위에 걸쳐 마련되고, 상기 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제1 주위 벽면 가공 공정과, 상기 벽체의 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제2 주위 벽면 가공 공정과, 상기 한쪽의 주위 벽면과 상기 다른 쪽의 주위 벽면 사이의 톱니 바닥만을 가공하는 톱니 바닥 가공 공정과, 상기 단부판의 톱니 끝에 홈부를 형성하는 홈부 가공 공정을 갖고, 상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고, 상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있다.

경사부의 가공은 평탄면을 가공하는 경우에 비하여 난이도가 높다. 따라서, 주위 벽면 각각을 가공하는 공정과, 톱니 바닥만을 가공하는 공정을 나누어, 3패스로 주위 벽면 및 톱니 바닥을 가공하도록 하였다. 이에 의해, 경사부로 되는 톱니 바닥을 고정밀도로 가공할 수 있다.

또한, 가공 난도가 높은 경사부를 갖는 스크롤 부재는, 톱니 바닥 구석부에 단차부가 발생하기 쉬우므로, 상술한 바와 같이 홈부의 위치를 단차부에 대향하지 않도록 하여 팁 시일을 단차부에 접촉시키지 않도록 하는 것이 특히 유효해진다.

또한, 톱니 바닥 가공 공정의 가공 피치를 각 주위 벽면 가공 공정의 가공 피치보다도 미세하게 하여, 보다 톱니 바닥의 경사부를 고정밀도로 가공하는 것이 바람직하다.

또한, 경사부의 톱니 끝에 대해서도, 톱니 바닥 가공 공정과 동등한 가공 피치로서 가공하는 것이 바람직하다.

또한, 톱니 바닥 구석부에 마련된 단차부는, 가공에 의해 불가피하게 형성된 것도 포함한다.

단차부에 대향하는 위치보다도 벽체의 두께 방향 중심측에 홈부를 형성하는 것으로 했으므로, 팁 시일이 단차부와의 접촉을 방지할 수 있다. 이에 의해, 팁 시일과 단차부의 간극으로부터의 유체 누설을 저감함과 함께 팁 시일의 마모를 억제할 수 있고, 스크롤 유체 기계의 성능 저하를 억제할 수 있다.

도 1a는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 스크롤 압축기의 고정 스크롤 및 선회 스크롤을 도시한 종단면도이다.
도 1b는, 도 1a의 고정 스크롤을 벽체측에서 본 평면도이다.
도 2는, 도 1의 선회 스크롤을 도시한 사시도이다.
도 3은, 고정 스크롤에 마련한 단부판 평탄부를 도시한 평면도이다.
도 4는, 고정 스크롤에 마련한 벽체 평탄부를 도시한 평면도이다.
도 5는, 와권 방향으로 신장하여 표시한 벽체를 도시하는 모식도이다.
도 6은, 도 1b의 부호 Z의 영역을 확대하여 도시한 부분 확대도이다.
도 7a는, 도 6에서 도시한 부분의 팁 시일 간극을 나타내고, 팁 시일 간극이 상대적으로 작은 상태를 나타낸 측면도이다.
도 7b는, 도 6에서 나타낸 부분의 팁 시일 간극을 나타내고, 팁 시일 간극이 상대적으로 큰 상태를 나타낸 측면도이다.
도 8은, 경사부에 있어서 반경 방향으로 절단한 톱니 끝 근방의 단면을 도시한 종단면도이다.
도 9는, 도 8의 변형예를 나타낸 종단면도이다.
도 10a는, 변형예를 나타내고, 단차부를 갖고 있지 않은 스크롤과의 조합을 도시하는 종단면도이다.
도 10b는, 변형예를 나타내고, 단차 스크롤과의 조합을 나타낸 종단면도이다.

이하에, 본 발명에 관한 제1 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1에는, 스크롤 압축기(스크롤 유체 기계)(1)의 고정 스크롤(제1 스크롤 부재)(3)과 선회 스크롤(제2 스크롤 부재)(5)이 도시되어 있다. 스크롤 압축기(1)는, 예를 들어 공조기 등의 냉동 사이클을 행하는 가스 냉매(유체)를 압축하는 압축기로서 사용된다.

고정 스크롤(3) 및 선회 스크롤(5)은, 알루미늄 합금제나 철제 등의 금속제의 압축 기구로 되고, 도시하지 않은 하우징 내에 수용되어 있다. 고정 스크롤(3) 및 선회 스크롤(5)은, 하우징 내에 유도된 유체를 외주측으로부터 흡입, 고정 스크롤(3)의 중앙 토출 포트(3c)로부터 외부로 압축 후의 유체를 토출한다.

고정 스크롤(3)은, 하우징에 고정되어 있고, 도 1a에 도시되어 있는 바와 같이, 대략 원판 형상의 단부판(제1 단부판)(3a)과, 단부판(3a)의 일측면 상에 세워 설치된 와권상의 벽체(제1 벽체)(3b)를 구비하고 있다. 선회 스크롤(5)은, 대략 원판 형상의 단부판(제2 단부판)(5a)과, 단부판(5a)의 일측면 상에 세워 설치된 와권상의 벽체(제2 벽체)(5b)를 구비하고 있다. 각 벽체(3b, 5b)의 와권 형상은, 예를 들어 인벌류트 곡선이나 아르키메데스 곡선을 사용하여 정의되고 있다.

고정 스크롤(3)과 선회 스크롤(5)은, 그 중심을 선회 반경 ρ만큼 이격하고, 벽체(3b, 5b)의 위상을 180° 어긋나게 하여 맞물리게 하여, 양쪽 스크롤의 벽체(3b, 5b)의 톱니 끝과 톱니 바닥 사이에 상온에서 근소한 높이 방향의 클리어런스(팁 클리어런스)를 갖도록 부착되어 있다. 이에 의해, 양쪽 스크롤(3, 5) 사이에, 그 단부판(3a, 5a)과 벽체(3b, 5b)에 의해 둘러싸여 형성되는 복수 쌍의 압축실이 스크롤 중심에 대하여 대칭으로 형성된다. 선회 스크롤(5)은, 도시하지 않은 올덤 링 등의 자전 방지 기구에 의해 고정 스크롤(3)의 주위를 공전 선회 운동한다.

도 1a에 도시하는 바와 같이, 대향하는 양쪽 단부판(3a, 5a) 사이의 대향면간 거리 L이, 와권상의 벽체(3b, 5b)의 외주측으로부터 내주측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부가 마련되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)에는, 외주측으로부터 내주측을 향하여 높이가 연속적으로 감소하는 벽체 경사부(5b1)가 마련되어 있다. 이 벽체경사부(5b1)의 톱니 끝이 대향하는 고정 스크롤(3)의 톱니 저면에는, 벽체 경사부(5b1)의 경사에 따라서 경사지는 단부판 경사부(3a1)(도 1a 참조)가 마련되어 있다. 이들 벽체 경사부(5b1) 및 단부판 경사부(3a1)에 의해, 연속적인 경사부가 구성되어 있다. 마찬가지로, 고정 스크롤(3)의 벽체(3b)에도 높이가 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 경사지는 벽체 경사부(3b1)가 마련되고, 이 벽체 경사부(3b1)의 톱니 끝에 대향하는 단부판 경사부(5a1)가 선회 스크롤(5)의 단부판(5a)에 마련되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서 말하는 경사부에 있어서의 연속적이라고 하는 의미는, 원활하게 접속된 경사에 한정되는 것은 아니고, 가공 시에 불가피적으로 발생하는 것과 같은 작은 단차부가 계단상으로 접속되어 있고, 경사부를 전체로서 보면 연속적으로 경사져 있는 것도 포함된다. 단, 소위 단차 스크롤과 같은 큰 단차부는 포함되지 않는다.

벽체 경사부(3b1, 5b1) 및/또는 단부판 경사부(3a1, 5a1)에는, 코팅이 실시되어 있다. 코팅으로서는, 예를 들어 인산 망간 처리나 니켈인 도금 등을 들 수 있다.

도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)의 최내주측과 최외주측에는, 각각, 높이가 일정하게 된 벽체 평탄부(5b2, 5b3)가 마련되어 있다. 이들 벽체 평탄부(5b2, 5b3)는, 선회 스크롤(5)의 중심 O2(도 1a 참조) 주위에 180°의 영역에 걸쳐 마련되어 있다. 벽체 평탄부(5b2, 5b3)와 벽체 경사부(5b1)가 접속되는 위치에는, 각각, 굴곡부로 되는 벽체 경사 접속부(5b4, 5b5)가 마련되어 있다.

선회 스크롤(5)의 단부판(5a)의 톱니 바닥에 대해서도 동일하게, 높이가 일정하게 된 단부판 평탄부(5a2, 5a3)가 마련되어 있다. 이들 단부판 평탄부(5a2, 5a3)에 대해서도, 선회 스크롤(5)의 중심 주위에 180°의 영역에 걸쳐 마련되어 있다. 단부판 평탄부(5a2, 5a3)과 단부판 경사부(5a1)가 접속되는 위치에는, 각각, 굴곡부로 되는 단부판 경사 접속부(5a4, 5a5)가 마련되어 있다.

도 3 및 도 4에 해칭으로 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(3)에 대해서도, 선회 스크롤(5)과 동일하게, 단부판 평탄부(3a2, 3a3), 벽체 평탄부(3b2, 3b3), 단부판 경사 접속부(3a4, 3a5) 및 벽체 경사 접속부(3b4, 3b5)가 마련되어 있다.

도 5에는, 와권 방향으로 신장하여 표시한 벽체(3b, 5b)가 도시되어 있다. 동 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 최내주측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)가 거리 D2에 걸쳐 마련되고, 최외주측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3)가 거리 D3에 걸쳐 마련되어 있다. 거리 D2 및 거리 D3은, 각각, 각 스크롤(3, 5)의 중심 O1, O2 주위에 180°(180° 이상 360° 이하, 바람직하게는 210° 이하)로 된 영역에 상당하는 길이로 되어 있다. 최내주측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)와 최외주측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3) 사이에, 벽체 경사부(3b1, 5b1)가 거리 D1에 걸쳐 마련되어 있다. 최내주측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)와 최외주측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3)의 고저차를 h로 하면, 벽체 경사부(3b1, 5b1)의 기울기 φ는 하기 식으로 된다.

φ=tan^-1(h/D1) ···(1)

이와 같이, 경사부에 있어서의 기울기 φ는, 와권상의 벽체(3b, 5b)가 연장되는 주위 방향에 대하여 일정하게 되고 있다. 거리 D1은, 거리 D2보다도 길고, 또한 거리 D3보다도 길다.

예를 들어, 본 실시 형태에 있어서, 스크롤(3, 5)의 제원은 이하와 같다.

(1) 선회 반경 ρ[mm]: 2 이상 15 이하, 바람직하게는 3 이상 10 이하

(2) 벽체(3b, 5b)의 권취수: 1.5 이상 4.5 이하, 바람직하게는 2.0 이상 3.5 이하

(3) 고저차 h[mm]: 2 이상 20 이하, 바람직하게는 5 이상 15 이하

(4) h/Lout(최외주측의 벽체 높이):

0.05 이상 0.35 이하, 바람직하게는 0.1 이상 0.25 이하

(5) 경사부의 각도 범위(거리 D1에 상당하는 각도 범위)[°]:

180 이상 1080 이하, 바람직하게는 360 이상 720 이하

(6) 경사부의 각도 φ[°]: 0.2 이상 4 이하, 바람직하게는 0.5 이상 2.5 이하

도 6에는, 도 1b의 부호 Z로 나타낸 영역의 확대도가 도시되어 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 고정 스크롤(3)의 벽체(3b)의 톱니 끝에는, 팁 시일(7)이 마련되어 있다. 팁 시일(7)은 수지제로 되어 있고, 대향하는 선회 스크롤(5)의 단부판(5a)의 톱니 바닥에 접촉하여 유체를 시일한다. 팁 시일(7)은, 벽체(3b)의 톱니 끝에 주위 방향에 걸쳐 형성된 팁 시일 홈(3d) 내에 수용되어 있다. 이 팁 시일 홈(3d) 내에 압축 유체가 들어가고, 팁 시일(7)을 배면으로부터 압박하여 톱니 바닥측에 압출함으로써 대향하는 톱니 바닥에 접촉시키도록 되어 있다. 또한, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)의 톱니 끝에 대해서도, 동일하게 팁 시일이 마련되어 있다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 벽체(3b)의 높이 방향에 있어서의 팁 시일(7)의 높이 Hc는, 주위 방향으로 일정하게 되어 있다.

양쪽 스크롤(3, 5)이 상대적으로 공전 선회 운동을 행하면, 선회 직경(선회 반경 ρ×2)만큼 톱니 끝과 톱니 바닥의 위치가 상대적으로 어긋난다. 이 톱니 끝과 톱니 바닥의 위치 어긋남에 기인하여 경사부에서는, 톱니 끝과 톱니 바닥 사이의 팁 클리어런스가 변화한다. 팁 클리어런스 변화량 Δh[mm]는, 예를 들어 0.05 이상 1.0 이하, 바람직하게는 0.1 이상 0.6 이하로 된다. 예를 들어, 도 7a에서는 팁 클리어런스 T가 작고, 도 7b에서는 팁 클리어런스 T가 큰 것을 나타내고 있다. 팁 시일(7)은, 이 팁 클리어런스 T가 선회 운동에 따라 변화해도, 배면으로부터 압축 유체에 의해 단부판(5a)의 톱니 바닥측에 압박되므로, 추종하여 시일할 수 있게 되어 있다.

도 8에는, 고정 스크롤(3)의 벽체 경사부(3b1)의 소정 위치에 있어서 반경 방향으로 절단한 톱니 끝 근방의 단면이 도시되어 있다. 또한, 선회 스크롤(5)의 벽체 경사부(5b1)에 있어서 반경 방향으로 절단한 톱니 끝 근방의 단면도 동일한 형상으로 된다. 따라서, 이하에서는, 고정 스크롤(3)의 벽체 경사부(3b1)의 톱니 끝과, 이것에 대향하는 선회 스크롤(5)의 단부판 경사부(5a1)의 톱니 바닥의 관계에 대해서만 설명한다.

동 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 벽체(3b)의 톱니 끝과 단부판(5a)의 톱니 바닥이 대향하여 위치하고 있다. 벽체(3b)의 톱니 끝에는, 팁 시일 홈(3d) 내에 수납된 팁 시일(7)이 배치되어 있다. 팁 시일 홈(3d)의 홈 폭 Tw는, 팁 시일(7)의 폭보다도 약간 크게 형성되어 있다. 또한, 부호 Tr은, 벽체(3b)의 폭을 나타낸다. 또한, 부호 Ta는, 벽체(3b)의 주위 벽부에서 팁 시일 홈(3d)까지의 톱니 끝에 있어서의 치수에 상당하는 뱅크 폭이다. 즉, 뱅크 폭 Ta의 영역은, 톱니 끝에 팁 시일 홈(3d)이 형성되어 있지 않은 영역으로 된다.

팁 시일(7)은, 팁 시일(7)의 배면에 들어간 유체의 압력에 의해, 톱니 바닥측(동 도면에 있어서 하측)에 압박되고 있다. 벽체(3b)는, 한쪽의 벽체(5bR)(동 도면에 있어서 우측) 근방에 위치하고 있고, 이 위치에서 압축실을 닫도록 시일이 이루어진다. 벽체(3b)는, 다른 쪽의 벽체(5bL)(동 도면에 있어서 좌측)로부터 이격되어 있고, 이들 사이에 압축실이 형성된다.

벽체(5b)의 근원의 톱니 바닥 구석부(9)에는, 중앙의 톱니 바닥으로부터 돌출된 단차부(9a)가 형성되어 있다. 단차부(9a)는, 단차부 폭 Sw를 갖고 있고, 벽체(3b)의 톱니 끝 구석부(8)에 대향하여 위치하고 있다.

팁 시일 홈(3d)은, 단차부(9a)에 대향하는 위치보다도 벽체(3b)의 두께 방향 중심측에 어긋나게 하여 형성되어 있다. 즉, 벽체(3b)의 톱니 끝의 뱅크 폭 Ta는, 톱니 바닥 구석부(9)의 단차부(9a)의 단차부 폭 Sw보다도 큰 치수로 되어 있다. 이에 의해, 팁 시일(7)은, 단차부(9a)와는 접촉하지 않는 위치에 설치되게 된다.

톱니 바닥 구석부(9)에 위치하는 단차부(9a)는, 단부판 경사부(5a1)의 가공을 행함으로써 불가피적으로 형성된다. 왜냐하면, 단부판(5a)의 톱니 바닥에 경사면을 형성하는 가공은, 평탄면을 가공하는 경우에 비하여 난이도가 높기 때문이다. 단부판 경사부(5a1)는, 다음 3패스로 이루어지는 가공 공정에 의해 가공된다.

우선, 1패스째의 가공으로서, 한쪽의 벽체(5bR)의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 엔드밀로 가공한다(제1 주위 벽면 가공 공정). 이 공정에서의 가공 피치는, 제1 가공 피치 p1로서, NC(Numerical Control) 공작 기계의 명령 프로그램으로서 부여된다. 이때의 엔드밀 직경은 De로 되고, 톱니 바닥 폭 Tg보다도 약간 작은 치수로 된다.

이어서, 2패스째의 가공으로서, 다른 쪽의 벽체(5bL)의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 엔드밀로 가공한다(제2 주위 벽면 가공 공정). 이 공정에서의 가공 피치는, 1패스째와 동일한 제1 가공 피치 p1로 된다. 엔드밀의 직경은 1패스째와 동일한 직경 De가 사용된다.

마지막으로, 3패스째의 가공으로서, 한쪽의 벽체(5bR)의 주위 벽면과 다른 쪽의 벽체(5bL)의 주위 벽면 사이의 중앙 톱니 바닥만을 가공한다(톱니 바닥 가공 공정). 이 공정에서의 가공 피치는, 1패스째 및 2패스째의 제1 가공 피치 p1보다도 미세한 제2 가공 피치 p2가 사용된다. 이에 의해, 톱니 저면의 경사가 가급적으로 원활하게 형성된다. 엔드밀의 직경은, 톱니 바닥 폭 Tg보다도 작은 치수로 되고, 예를 들어 1패스째 및 2패스째와 동일한 직경 De가 사용된다.

이상과 같이 3패스로 된 가공 공정을 거쳐서 단부판 경사부(5a1)과 이것에 인접하는 벽체(5b)의 주위 벽면을 가공한다. 이때, 톱니 바닥을 가공하는 3패스째 시에 사용하는 제2 가공 피치 p2가 1패스째 및 2패스째의 제1 가공 피치 p1보다도 미세하므로, 3패스째의 가공이 실시되어 있지 않은 양측의 톱니 바닥 구석부(9)에 단차부(9a)가 남겨지게 된다.

이 단차부(9a)의 단차부 폭 Sw는, 3패스째의 가공이 톱니 바닥 폭의 중심을 따라 행하여졌다고 가정하면, (Tg-De)/2로 된다.

또한, 단차부(9a)는, 1패스째 및 2패스째의 가공 시에 있어서의 엔드밀의 날끝 높이(동 도면에 있어서 상하 방향)와, 3패스째의 가공 시에 있어서의 엔드밀의 날끝 높이와의 상이(가공 오차)에 의해서도 발생할 수 있다.

벽체(3b)의 톱니 끝인 벽체 경사부(3b1)의 가공은, 상술한 3패스째의 가공과 동일한 제2 가공 피치 p2를 사용하여 가공된다. 그 후, 팁 시일 홈(3d)을 형성하는 가공이 행하여진다.

상술한 스크롤 압축기(1)는, 이하와 같이 동작한다.

도시하지 않은 전동 모터 등의 구동원에 의해, 선회 스크롤(5)이 고정 스크롤(3) 주위로 공전 선회 운동을 행한다. 이에 의해, 각 스크롤(3, 5)의 외주측으로부터 유체를 흡입하여, 각 벽체(3b, 5b) 및 각 단부판(3a, 5a)에 의해 둘러싸인 압축실에 유체를 도입한다. 압축실 내의 유체는 외주측으로부터 내주측으로 이동함에 따라서 순차 압축되어, 최종적으로 고정 스크롤(3)에 형성된 토출 포트(3c)로부터 압축 유체가 토출된다. 유체가 압축될 때에, 단부판 경사부(3a1, 5a1) 및 벽체 경사부(3b1, 5b1)에 의해 형성된 경사부에서는 벽체(3b, 5b)의 높이 방향으로도 압축되어서, 삼차원 압축이 행하여진다.

본 실시 형태에 따르면, 이하의 작용 효과를 발휘한다.

톱니 바닥의 가공을 행할 때에, 벽체(5b)의 근원의 톱니 바닥 구석부(9)에 단차부(9a)가 형성된다. 이 단차부(9a)를 걸치도록 팁 시일(7)이 접촉하면, 팁 시일(7)과 톱니 바닥 사이에 간극이 발생하여 유체의 누설이 발생할 우려가 있고, 또한 팁 시일(7)이 마모될 우려가 있다.

그래서, 본 실시 형태에서는, 단차부(9a)에 대향하는 위치보다도 벽체(3b)의 두께 방향 중심측에 팁 시일 홈(3d)을 형성하는 것으로서, 팁 시일(7)이 단차부(9a)에 접촉하지 않도록 하였다. 즉, 뱅크 폭 Ta를 단차부 폭 Sw보다도 크게 하였다(Ta>Sw). 이에 의해, 누설을 저감함과 함께 팁 시일(7)의 마모를 억제할 수 있고, 스크롤 압축기(1)의 성능 저하를 억제할 수 있다.

본 실시 형태과 같이, 단부판 경사부(3a1, 5a1)를 갖는 스크롤(3, 5)은, 가공이 곤란하기 때문에 톱니 바닥 구석부(9)에 단차부(9a)가 발생하기 쉬우므로, 팁 시일 홈(3d)의 위치를 단차부(9a)에 대향하지 않도록 하여 팁 시일(7)을 단차부(9a)에 접촉시키지 않도록 하는 것이 특히 유효해진다.

또한, 벽체(5bR, 5bL)의 주위 벽면 각각을 가공하는 공정과, 톱니 바닥만을 가공하는 공정을 나누어, 3패스로 주위 벽면 및 톱니 바닥을 가공하도록 하였다. 이에 의해, 경사부로 되는 톱니 바닥을 고정밀도로 가공할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 3패스의 가공에 의해 톱니 바닥이 가공된 경우에 발생하는 단차부(9a)와의 접촉을 회피하는 구성을 설명했지만, 본 발명은 도 9에 도시하는 바와 같이, 2패스의 가공에 의해 톱니 바닥이 가공된 경우에 발생하는 단차부(9ａ')에 대해서도 적용할 수 있다.

도 9에 도시된 단부판(5a)의 톱니 바닥은, 다음과 같이 2패스로 가공된다.

우선, 1패스째의 가공으로서, 한쪽의 벽체(5bR)의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 엔드밀로 가공한다.

이어서, 2패스째의 가공으로서, 다른 쪽의 벽체(5bL)의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 엔드밀로 가공한다. 이때에 형성한 톱니 바닥을 최종 형상으로 한다. 2패스째에서는, 가공 피치를 1패스째의 제1 가공 피치 p1보다도 작은 제2 가공 피치 p2를 사용해도 되고, 제1 가공 피치 p1을 사용해도 된다.

이러한 2패스에 의한 가공을 행하면, 상술한 바와 같이 가공 피치의 상이나, 1패스째와 2패스째의 가공 시에 있어서의 엔드밀의 날끝 높이의 상이(가공 오차)에 의해, 단차부(9ａ')가 불가피하게 발생하게 된다. 이 경우, 단차부 폭 Sw'은, (Tg-De)로 된다.

단차부(9ａ')와의 접촉을 회피하도록, 단차부(9ａ')에 대향하는 위치보다도 벽체(3b)의 두께 방향 중심측에 팁 시일 홈(3d)을 형성한다. 이에 의해, 2패스 가공에 의해 발생하는 단차부(9ａ')에 대해서도, 팁 시일(7)과의 접촉을 회피하여 스크롤 압축기(1)의 성능 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 단부판 경사부(3a1, 5a1) 및 벽체 경사부(3b1, 5b1)를 양쪽 스크롤(3, 5)에 마련하는 것으로 했지만, 어느 한쪽에 마련해도 된다.

구체적으로는, 도 10a에 도시하는 바와 같이, 한쪽의 벽체(예를 들어 선회 스크롤(5))에 벽체 경사부(5b1)를 마련하고, 다른 쪽의 단부판(3a)에 단부판 경사부(3a1)를 마련한 경우에는, 다른 쪽의 벽체와 한쪽의 단부판(5a)은 평탄으로 해도 된다.

또한, 도 10b에 도시하는 바와 같이, 종래의 단차 형상과 조합한 형상, 즉, 고정 스크롤(3)의 단부판(3a)에 단부판 경사부(3a1)를 마련하는 한편, 선회 스크롤(5)의 단부판(5a)에 단차부가 마련된 형상과 조합해도 된다.

본 실시 형태에서는, 벽체 평탄부(3b2, 3b3, 5b2, 5b3) 및 단부판 평탄부(3a2, 3a3, 5a2, 5a3)를 마련하는 것으로 했지만, 내주측 및/또는 외주측의 평탄부를 생략하여 경사부를 벽체(3b, 5b)의 전체로 연장하여 마련하게 해도 된다.

본 실시 형태에서는, 경사부를 갖는 스크롤 압축기(1)로서 설명했지만, 단차부를 구비하고 있지 않은 일반적인 스크롤 압축기나 단차 스크롤 압축기여도, 단차부(9a, 9ａ')는 톱니 바닥 구석부의 가공 오차에 의해 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명은 단차부를 구비하고 있지 않은 일반적인 스크롤 압축기나 단차 스크롤 압축기에 대해서도 적용할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 스크롤 압축기로서 설명했지만, 팽창기로서 사용하는 스크롤 팽창기에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.

1: 스크롤 압축기(스크롤 유체 기계)
3: 고정 스크롤(제1 스크롤 부재)
3a: 단부판(제1 단부판)
3a1: 단부판 경사부
3a2: 단부판 평탄부(내주측)
3a3: 단부판 평탄부(외주측)
3a4: 단부판 경사 접속부(내주측)
3a5: 단부판 경사 접속부(외주측)
3b: 벽체(제1 벽체)
3b1: 벽체 경사부
3b2: 벽체 평탄부(내주측)
3b3: 벽체 평탄부(외주측)
3b4: 벽체 경사 접속부(내주측)
3b5: 벽체 경사 접속부(외주측)
3c: 토출 포트
3d: 팁 시일 홈
5: 선회 스크롤(제2 스크롤 부재)
5a: 단부판(제2 단부판)
5a1: 단부판 경사부
5a2: 단부판 평탄부(내주측)
5a3: 단부판 평탄부(외주측)
5a4: 단부판 경사 접속부(내주측)
5a5: 단부판 경사 접속부(외주측)
5b: 벽체(제2 벽체)
5b1: 벽체 경사부
5b2: 벽체 평탄부(내주측)
5b3: 벽체 평탄부(외주측)
5b4: 벽체 경사 접속부(내주측)
5b5: 벽체 경사 접속부(외주측)
7: 팁 시일
8: 톱니 끝 구석부
9: 톱니 바닥 구석부
9a: 단차부
De: 엔드밀 직경
L: 대향면간 거리
Sw: 단차부 폭
T: 팁 클리어런스
Ta: 뱅크 폭
Tr: 벽체 폭
Tw: 홈 폭
Tg: 톱니 바닥 폭
φ: 기울기

Claims (5)

1. 제1 단부판 상에 와권상의 제1 벽체가 마련된 제1 스크롤 부재와,
   상기 제1 단부판에 서로 향하도록 배치된 제2 단부판 상에 와권상의 제2 벽체가 마련되고, 해당 제2 벽체가 상기 제1 벽체와 맞물려서 상대적으로 공전 선회 운동을 행하는 제2 스크롤 부재와,
   상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 톱니 끝에 형성된 홈부에 마련되고, 대향하는 톱니 바닥에 접촉하여 유체를 시일하는 팁 시일을
   구비한 스크롤 유체 기계이며,
   한쪽의 상기 벽체의 톱니 끝 구석부에 대향하는 다른 쪽의 상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고,
   상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있는 스크롤 유체 기계.
2. 제1항에 있어서, 대향하는 상기 제1 단부판과 상기 제2 단부판의 대향면간 거리가, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 외주측으로부터 내주측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부를 구비하고, 상기 경사부는, 와권의 중심 주위에 180° 이상의 범위에 걸쳐 마련되어 있는 스크롤 유체 기계.
3. 단부판과,
   해당 단부판 상에 마련된 와권상의 벽체를
   구비하고,
   상기 벽체의 톱니 끝에 팁 시일을 수납하는 홈부가 마련된 스크롤 부재의 가공 방법이며,
   상기 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제1 주위 벽면 가공 공정과,
   상기 벽체의 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제2 주 벽면 가공 공정과,
   상기 단부판의 톱니 끝에 상기 홈부를 형성하는 홈부 가공 공정을
   갖고,
   상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고,
   상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있는 스크롤 부재의 가공 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 스크롤 부재는, 상기 벽체의 높이가 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 감소하는 벽체 경사부, 및/또는, 상기 단부판의 높이가 외주측으로부터 내주측을 향하여 연속적으로 증대하는 단부판 경사부를 구비하고, 상기 벽체 경사부 및 상기 단부판 경사부는, 와권의 중심 주위에 180° 이상의 범위에 걸쳐 마련되어 있는 스크롤 부재의 가공 방법.
5. 단부판과,
   해당 단부판 상에 마련된 와권상의 벽체를
   구비하고,
   상기 벽체의 톱니 바닥으로부터 톱니 끝까지의 높이가 와권 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비한 스크롤 부재의 가공 방법이며,
   상기 벽체의 한쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제1 주위 벽면 가공 공정과,
   상기 벽체의 다른 쪽의 주위 벽면 및 인접하는 톱니 바닥을 가공하는 제2 주 벽면 가공 공정과,
   상기 한쪽의 주위 벽면과 상기 다른 쪽의 주위 벽면 사이의 톱니 바닥만을 가공하는 톱니 바닥 가공 공정과,
   상기 단부판의 톱니 끝에 홈부를 형성하는 홈부 가공 공정을
   갖고,
   상기 벽체의 근원의 톱니 바닥 구석부에는, 단차부가 마련되고,
   상기 홈부는, 상기 단차부에 대향하는 위치보다도 상기 벽체의 두께 방향 중심측에 형성되어 있는 스크롤 부재의 가공 방법.

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