WO2016194156A1 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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scroll
wrap
lap
fluid machine
fixed scroll
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翔 渡邉
坂本　晋
小林　義雄
公宣 岩野
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株式会社日立産機システム
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps

Definitions

  • the present invention relates to a scroll fluid machine that is suitably used as a compressor such as air or refrigerant, or as a vacuum pump.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2004-26883 discloses that a portion where the temperature increase on the tooth tip side of the wrap portion of the fixed scroll or the orbiting scroll is larger than the temperature increase on the tooth bottom side during the compression operation is the lap portion of the fixed scroll or the orbiting scroll. A configuration is described in which the clearance in the closest state between the scroll lap portions facing radially outward is larger than the portion where the temperature rise on the tooth bottom side is larger than the temperature rise on the tooth tip side. ing.
  • Scroll-type fluid machines are designed to increase compression efficiency by reducing the lap clearance between the fixed scroll and the orbiting scroll as much as possible during compression operation and suppressing leakage of compressed fluid from the compression chamber.
  • the lap is heated by the compressed air that has been compressed to a high temperature, and the lap gap changes due to thermal deformation. Due to the change in the lap gap, there is a possibility that the lap may come into contact with the portion where the gap becomes small, and the leak performance of the compressed fluid deteriorates at the portion where the gap becomes large.
  • the temperature increase on the tooth tip side of the wrap portion is greater than the temperature increase on the tooth bottom side.
  • the clearance in the closest state between the lap parts of the scroll which are opposed to each other on the outer side in the radial direction is made large, and the contact of the lap due to thermal deformation is prevented.
  • the present invention includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a fixed scroll having a spiral wrap portion, and a wrap portion of the fixed scroll provided to face the fixed scroll.
  • a orbiting scroll in which a spiral wrap portion revolves so as to form a plurality of compression chambers between the fixed scroll and the orbiting scroll.
  • a scroll fluid machine is provided in which a concave portion is provided on one side surface and a convex portion is provided on the other side surface.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a scroll compressor according to Embodiment 1 of the present invention. It is sectional drawing of the scroll compressor which concerns on Example 1 of this invention. It is sectional drawing of the scroll compressor which concerns on Example 1 of this invention. It is sectional drawing of the scroll compressor which shows the subject of this invention. It is sectional drawing of the scroll compressor which shows the subject of this invention. It is sectional drawing of the lap
  • Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is an external view of a scroll compressor main body according to the present invention, in which (A) is a front view, (B) is a right side view, (C) is a left side view, (D) is a top view, E) shows a rear view.
  • reference numeral 70 denotes a casing that constitutes the outer shell of the compressor body, and is formed as a bottomed cylindrical body that is closed on one side in the axial direction and opened on the other side in the axial direction. An orbiting scroll described later is accommodated in the cylindrical portion of the casing 70.
  • the compressor main body has a fixed scroll as one scroll member fixedly provided on the opening end side of the casing 70.
  • a pulley 72 is provided at one end of a drive shaft (not shown) and is connected to an output side of an electric motor as a drive source via a belt (none of which is shown) to drive the drive shaft. .
  • the drive shaft causes the orbiting scroll to orbit with respect to the fixed scroll.
  • a motor-integrated scroll air compressor in which the rotation shaft of the motor is integrated with the drive shaft, and the pulley 72 and the belt may be omitted.
  • Reference numeral 80 denotes a suction port provided on the outer peripheral side of the fixed scroll. The suction port 80 sucks air from the outside through the suction filter 81, and this air is continuously generated in each compression chamber as the orbiting scroll rotates. Compressed.
  • the orbiting scroll is driven via a drive shaft by an electric motor (not shown) or the like, and performs an orbiting motion with respect to the fixed scroll.
  • the compression chamber on the outer diameter side among the plurality of compression chambers sucks air from the suction port 80 of the fixed scroll, and this air is continuously compressed in each compression chamber.
  • compressed air is discharged toward the exterior from the discharge port 42 located in the center side from the compression chamber of the innermost diameter side.
  • Reference numeral 73 denotes a discharge pipe provided in connection with the discharge port 42 of the fixed scroll.
  • the discharge pipe 73 constitutes a discharge flow path for communicating between a storage tank (not shown) and the discharge port 42. .
  • Reference numeral 74 denotes a fan duct that guides cooling air generated by rotation of a cooling fan described later to the fixed cooling fin 75 of the fixed scroll and the orbiting cooling fin 76 of the orbiting scroll.
  • Reference numeral 77 denotes a fin cover that covers the fixed cooling fin 75.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the scroll portion of the scroll compressor of the present invention.
  • the orbiting scroll 1 and the fixed scroll 2 are respectively provided in a spiral shape on the end plate and overlap each other. Due to the orbiting motion of the orbiting scroll 1, the compression chamber 5 defined between the lap portion 3 of the orbiting scroll 1 and the lap portion 4 of the fixed scroll 2 is continuously reduced. As a result, each compression chamber sequentially compresses the air sucked from the suction port 6 and discharges the compressed air from the discharge port 7 to the external air tank (not shown) via the discharge port 42.
  • the ab line is called an outside line
  • the ac line is called an extension line
  • the distance between d and e is called an outside line
  • the distance between d and f is called an extension.
  • compression chambers 5 on the outer peripheral side are referred to as a compression chamber Pd (5d), a compression chamber Pe (5e), and a compression chamber Pf (5f), respectively.
  • the pressure in each compression chamber increases as it approaches the discharge port 6. That is, the height of the pressure is 5c> 5b> 5a in order. Similarly, 5f> 5e> 5d.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the scroll compressor after the orbiting scroll 1 has moved half a turn from the state of FIG.
  • each compression chamber approaches the discharge port 6 by a half circumference
  • the compression chamber Pa (5a) is in the compression chamber Pa ′ (5a ′)
  • the compression chamber Pb (5b) is in the compression chamber Pb ′ (5b ′).
  • the compression chamber Pc (5c) is changed to a compression chamber Pc ′ (5c ′).
  • the compression chamber Pd (5d) is the compression chamber Pd ′ (5d ′)
  • the compression chamber Pe (5e) is the compression chamber Pe ′ (5e ′)
  • the compression chamber Pf (5f) is the compression chamber Pf ′ ( 5f ').
  • the inner compression chamber Pc '(5c') and the compression chamber Pf '(5f') communicate with the discharge port 6 and discharge compressed air to an air tank (not shown).
  • Figure 4 shows the lap gap.
  • the orbiting scroll 1 and the fixed scroll 2 have a compressed air from each compression chamber by reducing the radial gap ⁇ (referred to as a lap gap) formed in the lap portions 3 and 4 as much as possible. Is suppressed and the efficiency as an air compressor is increased.
  • Compressed air is hot, causing the orbiting scroll 1 and the fixed scroll 2 to undergo thermal deformation. Further, deformation is caused by receiving the pressure of compressed air. Further, the wrap portions 3 and 4 are similarly deformed. Therefore, if the lap gap ⁇ is reduced, the wrap portions 3 and 4 may come into contact when the lap portions 3 and 4 are deformed due to the influence of the heat of the compressed air or the like.
  • FIG. 5 and 6 are cross-sectional views of a scroll compressor showing the problem of the present invention.
  • FIG. 5 shows the compressor during operation when the lap gap ⁇ is small.
  • the wrap portion is deformed by the influence of heat or the like. 4 has contacted the lap part 3. In this case, the scroll compressor is damaged.
  • the lap gap ⁇ is made large so that the lap portion 3 and the lap portion 4 do not contact each other.
  • the lap gap ⁇ passes from the pressure difference, and the compression chamber Pc (5c) to the compression chamber Pb ( 5b), the compressed air flows out from the compression chamber Pb (5b) to the compression chamber Pa (5a), and the efficiency of the compressor is lowered.
  • FIG. 6 is the moment when the orbiting scroll 1 has moved half a turn from the state of FIG.
  • FIG. 6 shows an AA cross section at the same position as in FIG.
  • the AA cross section of FIG. 6 defines a compression chamber Pf ′ (5f ′) and a compression chamber Pe ′ (5e ′), and a compression chamber Pd ′ (5d ′) and a compression chamber Pe ′ (5e ′). Yes.
  • the wrap portion 4 that has been deformed so as to fall in the contact direction due to the influence of heat or the like at the moment of FIG. It is shaped to leave, creating a gap.
  • Patent Document 1 Patent No. 4988805 shown in the background art
  • contact with the lap portion 3 is prevented by shaving the lap portions 3 and 4 at a portion where the lap gap ⁇ is reduced by deformation, thereby preventing the lap gap ⁇ .
  • the portion where the lap gap ⁇ becomes large as shown in FIG. 6 has the gap as it is and the efficiency as the compressor is lowered.
  • FIG. 7 shows the shape of the lap portion 4 in the present embodiment.
  • a concave portion 8 is provided on the side surface of the lap portion 4 where the lap gap is reduced due to deformation due to the influence of heat or the like, and the lap portions 3 and 4 come into contact (galling). It is preventing.
  • a convex portion 9 is provided on the opposite side surface provided with the concave portion 8 in order to prevent the lap gap from becoming large. By providing the convex part 9, even after the wrap part 3 and the wrap part 4 are deformed, the enlargement of the lap gap can be prevented and the leakage of compressed air is prevented.
  • FIG. 8 shows a cross-sectional view of the wrap portion 4 of the fixed scroll 2 in this embodiment.
  • FIG. 7 shows the concave portion 8 and the convex portion 9 only for a part for explanation, but in this embodiment, the concave portion 8 and the convex portion 9 are provided over the entire circumference of the wrap portion 4 as shown in FIG. 8. .
  • the wrap portion 3 of the orbiting scroll 1 may be similarly provided with the concave portion 8 and the convex portion 9 over the entire circumference.
  • FIG. 9 shows the deformation amount of the wrap portions 3 and 4 during the compressor operation.
  • the vertical axis shows the amount of wrap deformation, and shows the amount of deformation outward in the circumferential direction.
  • the horizontal axis is the extension angle from the center of the wrap. As shown in FIG.
  • the positions where the concave portions 8 and the convex portions 9 are provided are, for example, the amount of deformation of the extension on the tooth tip side of the wrap portion 4 of the fixed scroll 2 and the tooth base side of the wrap portion 3 of the orbiting scroll 1 opposed thereto. It is calculated
  • the deformation amount of the outer line on the tooth tip side of the wrap portion 4 of the fixed scroll 2 is compared with the deformation amount of the inner line on the tooth root side of the wrap portion 3 of the orbiting scroll 1 that is opposite to the deformation amount.
  • the position where the convex portion and the concave portion are provided is specified.
  • the deformation amount of the inner side and the outer line of the lap portion 4 of the fixed scroll 2 is compared with the deformation amount of the inner side and the outer line of the tooth tip side of the wrap portion 3 of the orbiting scroll 1 relative to the wrap portion 4;
  • the position where the convex part and the concave part are provided can be specified.
  • the size of the convex portion and the concave portion may be adjusted according to the deformation amount. For example, in a region where the difference between the deformation amount of the tooth tip side inner line of the wrap portion 4 of the fixed scroll 2 and the deformation amount of the tooth base side outer line of the wrap portion 3 of the orbiting scroll 1 shown in FIG. A convex part is formed large.
  • the fixed scroll 2 is provided with convex portions and concave portions.
  • the orbiting scroll 2 may be provided with convex portions and concave portions based on the deformation shown in FIG. You may provide in both.
  • the sizes of the concave portion 8 and the convex portion 9 in the present embodiment are calculated in advance based on the amount of thermal deformation during operation, and are formed by adjusting the amount of cutting during cutting as necessary. When the concave portion 8 is formed, the amount of shaving is increased, and when the convex portion 9 is formed, the concave portion 8 and the convex portion 9 are formed by reducing the amount of shaving.
  • the concave portion 8 and the convex portion 9 may be formed by punching by adjusting the mold of the material of the lap portions 3 and 4 in advance without using the cutting process.
  • the concave portion 8 and the convex portion 9 may be configured by adjusting the film thickness of the coating agent. .
  • the concave or convex portion is a portion processed in a direction in which the tooth thickness of the wrap portion becomes relatively small with respect to the wrap portion of another region (radially outward if it is an inner line, radially inner if it is an outer line).
  • a portion processed as a concave portion and processed in a direction in which the tooth thickness is relatively increased (inner diameter is radially inward and outer wire is radially outer) can be considered as a convex portion.
  • FIG. 10 shows the shape of the lap portion in the present embodiment.
  • the concave portion 8 is provided on the side surface of the lap portion 4 where the lap gap is reduced by deformation of the lap to prevent the lap portion 3 and the lap portion 4 from contacting each other.
  • the convex part 9a is provided in the side surface of the lap
  • FIG. 11 shows the shape of the lap portion in the present embodiment. Similar to the first and second embodiments, the concave portion 8a is provided on the side surface of the lap portion 4 where the lap gap is reduced by deformation of the lap. The range was only a part on the tooth tip side in the direction (tooth height direction) from the tooth root (g) of the wrap portion 4 toward the tooth tip (g ′).
  • the convex portion 9b is formed only on the inner tooth tip (i ′) side of the i-i ′ portion. As a result, even when the lap gap between i and j ′ on the tooth base side is small or unchanged, it is possible to appropriately prevent the lap gap on the tooth tip (i ′) side from widening.
  • the concave portion 8b is provided on the side surface of the lap portion 4 where the lap gap is reduced by deformation of the lap. Similar to the third embodiment, a range in which the concave portion 8b and the convex portion 9 are provided is a part in the tooth height direction. However, the shape is not limited to a straight line but is also a curved line. The shape of this curve is determined by the lap gap between the side surfaces h-h ′ of the opposite lap portions 3. Therefore, if necessary, the recess 8b may be provided not only in a part but also in all of g-g '.
  • a more optimal wrap gap can be formed by making the concave portion 8b in a curved shape.
  • the size and shape of the convex portion 9c are determined by the lap gap between j-j 'on the side surfaces of the opposing wrap portion 3. Accordingly, the size and shape of the concave portion 8b between g-g 'and the size and shape of the convex portion 9c between i-i' do not necessarily match. Further, by forming the convex portion 8b in a curved shape, it is possible to suppress the enlargement of the lap gap as much as possible.
  • the concave portions 8b and 8c and the convex portion 9c are curved for the sake of explanation, but of course, the shape may be prioritized and only a straight line may be used.
  • Example 5 will be described with reference to FIG.
  • FIG. 13 shows the shape of the lap portion in the present embodiment.
  • the fifth embodiment is characterized in that the concave portion 8 and the convex portion 9 are provided on the side surface of the wrap provided with the labyrinth (protrusion 10).
  • the labyrinth is a protrusion 10 provided on the side surface of the wrap.
  • the labyrinth (projection 10)
  • the lap gap ⁇ can be reduced, and the efficiency as a compressor can be increased. Since the labyrinth (protrusion 10) is provided in order to prevent the wrap portion 3 and the wrap portion 4 from coming into contact with each other, the range protruding from the side surface of the wrap is very small in the circumferential direction.
  • the convex portion 9 is provided on the opposite wrap side surface provided with the concave portion 8. Since the convex portion 9 is intended to prevent the lap gap ⁇ from expanding due to the deformation of the lap portion 4, the range protruding from the side surface of the lap is relatively large in the circumferential direction. Further, in the present embodiment, the wrap portion 4 is deformed in a direction away from the side surface of the opposite wrap portion 3 (the wrap gap becomes larger) in a range where the convex portion 9 is provided. Therefore, the possibility of contact with the wrap portion 3 is low.
  • the protruding amount of the protrusion 9 is formed larger than that of the protrusion 10. For this reason, the labyrinth protrusion 10 is eliminated in the range where the protrusions 9 are provided. Moreover, since the convex part 9 is provided higher than the front-end
  • the projection 10 is provided in the region where the convex portion is not provided.
  • the protrusion 10 may be provided with the protrusion 10 as in the shape 2 of FIG. In that case, although the performance as a compressor is deteriorated, even if it comes in contact with the wrap part 3 in the range where the convex part 9 is provided, the reliability is maintained without being damaged. Can be improved.
  • the scroll fluid machine is used as an air compressor
  • the present invention is not limited to this, and may be applied to other scroll type fluid machines including, for example, a refrigerant compressor that compresses refrigerant, a vacuum pump, and the like.

Abstract

圧縮運転時に固定スクロールと旋回スクロールのラップ隙間を可能な限り小さくし，圧縮室から圧縮流体が漏れるのを抑えることによって，圧縮効率を高める。渦巻状のラップ部を有する固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻状のラップ部が旋回する旋回スクロールと、を備えるスクロール式流体機械において、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一方のラップ部は、所定の領域において、一方の側面に凹部が設けられ、他方の側面には凸部が設けられることを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。

Description

スクロール式流体機械
　本発明は，例えば空気，冷媒等の圧縮機または真空ポンプ等として好適に用いられるスクロール式流体機械に関する。
　特許文献１には、圧縮運転時において、固定スクロールまたは旋回スクロールの前記ラップ部の歯先側の温度上昇が歯底側の温度上昇よりも大きくなる部位は、固定スクロールまたは旋回スクロールのラップ部の歯底側の温度上昇が歯先側の温度上昇よりも大きくなる部位に比べ、径方向外側で対向するスクロールのラップ部との間の最も接近した状態でのクリアランスを大きく形成した構成が記載されている。
特許第4988805号公報
　スクロール式流体機械は，圧縮運転時に固定スクロールと旋回スクロールのラップ隙間を可能な限り小さくし，圧縮室から圧縮流体が漏れるのを抑えることによって，圧縮効率等を高めるようにしている。　この際，圧縮され高温となった圧縮空気によりラップが加熱され、熱変形によりラップ隙間が変化する。ラップ隙間の変化によって、隙間が小さくなる部分ではラップが接触する可能性があり、また、隙間が大きくなる部分では、圧縮流体が漏れ性能が悪化する。
　上述した従来技術によれば、圧縮運転時において、ラップ部の歯先側の温度上昇が歯底側の温度上昇よりも大きくなる部位は、歯底側の温度上昇が歯先側の温度上昇よりも大きくなる部位に比べ、径方向外側で対向するスクロールのラップ部との間の最も接近した状態でのクリアランスを大きく形成し、熱変形によるラップの接触を防いでいる。
　一方、熱変形によりラップ隙間が大きくなる部分に対しては言及されておらず、圧縮流体の漏れ性能が悪化することが課題としてあげられる。
　上述した課題を解決するために，例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、渦巻状のラップ部を有する固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻状のラップ部が旋回する旋回スクロールと、を備えるスクロール式流体機械において、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一方のラップ部は、所定の領域において、一方の側面に凹部が設けられ、他方の側面には凸部が設けられることを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。　
　本発明によると、熱変形によりラップ隙間に変化があっても、信頼性を保ちながら性能向上を実現することができる。
本発明のスクロール式圧縮機本体の外観図である。 本発明の実施例1に係るスクロール式圧縮機の断面図である。 本発明の実施例１に係るスクロール式圧縮機の断面図である。 本発明の実施例１に係るスクロール式圧縮機の断面図である。 本発明の課題を示すスクロール式圧縮機の断面図である。 本発明の課題を示すスクロール式圧縮機の断面図である。 本発明の実施例１に係るラップ部の断面図である。 本発明の実施例１に係る固定スクロールの断面図である。 本発明の実施例１に係るラップ変形量のグラフである。 本発明の実施例２に係るラップ部の断面図である。 本発明の実施例３に係るラップ部の断面図である。 本発明の実施例４に係るラップ部の断面図である。 本発明の実施例５に係るラップ部の断面図である。
　以下，本発明の実施例１を図１～８に従って詳細に説明する。
　図１は、本発明におけるスクロール式圧縮機本体の外観図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は右側面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は上面図、（Ｅ）は背面図を示す。図１において、７０は圧縮機本体の外殻を構成するケーシングであり、軸方向の一側が閉塞され、軸方向の他側が開口した有底筒状体として形成されている。ケーシング７０の筒部内には、後述の旋回スクロール等が収容されている。そして、圧縮機本体は、ケーシング７０の開口端側に固定して設けられた一のスクロール部材としての固定スクロールを有している。７１の内部には、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に画成された複数の圧縮室があり、各圧縮室は、旋回スクロールのラップ部を固定スクロールのラップ部と重なり合うように配置されている。７２はプーリで、駆動軸（図示せず）の一端に設けられており、駆動源としての電動モータの出力側にベルト（いずれも図示せず）等を介して連結され、駆動軸を駆動する。駆動軸は、固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回運動させるものである。なお、モータの回転軸を駆動軸と一体とした、モータ一体型のスクロール式空気圧縮機とし、プーリ７２や、ベルトを不要にした構成でも良い。８０は固定スクロールの外周側に設けられた吸入口で、吸入口８０は、吸気フィルタ８１を介して外部から空気を吸込み、この空気は各圧縮室内で旋回スクロールの旋回動作に伴って連続的に圧縮される。
　即ち、旋回スクロールは、電動モータ（図示せず）等により駆動軸を介して駆動され、固定スクロールに対し旋回運動を行う。これにより、複数の圧縮室のうち外径側の圧縮室は、固定スクロールの吸入口８０から空気を吸込み、この空気は各圧縮室内で連続的に圧縮される。そして、最内径側の圧縮室から圧縮空気を中心側に位置する吐出口４２から圧縮空気を外部に向けて吐出する。７３は固定スクロールの吐出口４２に接続して設けられた吐出配管で、吐出配管７３は、貯留タンク（図示せず）と吐出口４２との間を連通させる吐出流路を構成するものである。また、７４は、後述する冷却ファンが回転して発生する冷却風を、固定スクロールの固定冷却フィン７５と旋回スクロールの旋回冷却フィン７６に導風するファンダクトである。また、７７は、固定冷却フィン７５を覆うフィンカバーである。上述の構造は、スクロール式圧縮機の基本的な構造であり、以下に説明する実施例１～５に共通する。
　次に、図２に本発明のスクロール式圧縮機のスクロール部分の断面図を示す。旋回スクロール１と、固定スクロール２は、それぞれ鏡板に渦巻状に立設され、互いに重なり合っている。旋回スクロール１の旋回運動により，旋回スクロール１のラップ部３と固定スクロール２のラップ部４との間に画成される圧縮室５が連続的に縮小される。これによって各圧縮室は，吸込ポート６から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ，この圧縮空気を吐出ポート７から吐出口４２を経由して外部の空気タンク（図示せず）に向けて吐出する。
　旋回スクロール１のラップ部３の内、a-b間を外線と言い、a-c間を内線と言う。また同様に、固定スクロール２のラップ部４の内、d-e間を外線と言い、d-f間を内線と言う。　旋回スクロール１が旋回運動により移動している内、図２の瞬間では旋回スクロール１のラップ部３の内線と、固定スクロール２のラップ部４の外線との間で、圧縮室が3つ形成されている。その3つの圧縮室の内、外周側の圧縮室５からそれぞれ圧縮室Ｐa(５a)、圧縮室Ｐｂ(５ｂ)、圧縮室Ｐｃ(５ｃ)とする。また、同様に旋回スクロール１のラップ部３の外線と固定スクロール２のラップ部４の内線との間で圧縮室が３つ形成されている。その３つの圧縮室の内、外周側の圧縮室５からそれぞれ圧縮室Ｐｄ(５ｄ)、圧縮室Ｐｅ(５ｅ)、圧縮室Ｐｆ(５ｆ)とする。それぞれの各圧縮室の圧力は吐出ポート６に近づくにつれ高くなっている。つまり圧力の高さは順に、５ｃ＞５ｂ＞５ａとなっている。また同様に、５ｆ＞５ｅ＞５ｄとなっている。
　図３に図２の状態から旋回スクロール１が半回転分移動した後のスクロール式圧縮機断面図を示す。図３の瞬間では各圧縮室はそれぞれ半周分だけ吐出ポート６に近づき、圧縮室Ｐａ(５ａ)は圧縮室Ｐａ’(５ａ’)に、圧縮室Ｐｂ(５ｂ)は圧縮室Ｐｂ’(５ｂ’)に、圧縮室Ｐｃ(５ｃ)は圧縮室Ｐｃ’(５ｃ’)に変化している。また同様に、圧縮室Ｐｄ(５ｄ)は圧縮室Ｐｄ’(５ｄ’)に、圧縮室Ｐｅ(５ｅ)は圧縮室Ｐｅ’(５ｅ’)に、圧縮室Ｐｆ(５ｆ)は圧縮室Ｐｆ’(５ｆ’)に変化している。この内圧縮室Ｐｃ’(５ｃ’)と圧縮室Ｐｆ’（５ｆ’）は吐出ポート６と連通し空気タンク(図示せず)へ圧縮空気を吐出している。
　図４にラップ隙間を示す。図４に示すように旋回スクロール１と、固定スクロール２は，ラップ部３，４に形成するラジアル方向の隙間δ（ラップ隙間と呼ぶ）を可能な限り小さくすることによって，各圧縮室から圧縮空気が漏れるのを抑え，空気圧縮機としての効率等を高めるようにしている。
　圧縮した空気は高温となっており、それにより旋回スクロール１および固定スクロール２は熱変形を起こす。また、圧縮した空気の圧力を受けることによっても、変形を起こす。また、ラップ部３、４も同様の変形を起こす。従って、ラップ隙間δを小さくすると圧縮空気の熱等の影響でラップ部３、４が変形した場合に、ラップ部３、４が接触する可能性がある。
　図５及び図６は本発明の課題を示すスクロール式圧縮機の断面図である。図５はラップ隙間δを小さくとった場合の運転中の圧縮機を示している。圧縮室Ｐｃ（５ｃ）と圧縮室Ｐｂ（５ｂ）および、圧縮室Ｐｂ（５ｂ）と圧縮室Pa（５ａ）をそれぞれ画成している断面Ａ－Ａでは、熱などの影響により変形したラップ部４がラップ部３に接触してしまっている。この場合スクロール式圧縮機は破損してしまう。一方、ラップ部３とラップ部４が接触しないようにラップ隙間δを大きく取ることが考えらえるが、その場合、圧力差からラップ隙間δを通り、圧縮室Ｐｃ(５ｃ)から圧縮室Ｐｂ(５ｂ)に、圧縮室Ｐｂ(５ｂ)からは圧縮室Pａ(５ａ)へ圧縮した空気が流出してしまい、圧縮機としての効率が低下する。
　図６では図５の状態から旋回スクロール１が半回転分移動した瞬間である。図５と同様の位置のＡ－Ａ断面を示している。図６のＡ－Ａ断面は、圧縮室Ｐｆ’(５ｆ’)と圧縮室Ｐe’(５e’)、圧縮室Ｐｄ’(５ｄ’)と圧縮室Ｐｅ’（５ｅ’）をそれぞれ画成している。図５の瞬間にて熱などの影響により接触する方向へ倒れ込むように変形していたラップ部４は、旋回スクロール１が半回転分移動した場合には、その変形により相手側のラップ部３から離れる形になっており、隙間を生じている。この隙間を通じて圧力差から、圧縮室Ｐｆ’(５ｆ’)から圧縮室Ｐe’(５e’)に、圧縮室Ｐe’(５e’)からは圧縮室Ｐd’(５d’)に圧縮した空気が流出し、圧縮機としての効率が低下している。
　背景技術に示した特許文献１（特許第4988805号公報）では変形によりラップ隙間δが小さくなる部位において、ラップ部３、４を肉削ぎすることでラップ部３との接触を防ぎ、ラップ隙間δを小さく保てるよう構成している。一方、図６に示したようなラップ隙間δが大きくなる部位については、隙間はそのまま存在しており圧縮機としての効率が低下することが考えられる。
　図７に本実施例におけるラップ部４の形状を示す。本実施例では、図７に示すように，熱などの影響による変形によりラップ隙間が小さくなる部分のラップ部４の側面に凹部８を設け，ラップ部３、４が接触する（かじる）ことを防止している。一方、凹部８を設けた反対側の側面では、ラップ隙間が大きくなるのを防止するため凸部９を設けている。凸部９を設けることにより、ラップ部３およびラップ部４が変形した後でも、ラップ隙間の拡大を防ぐことができ圧縮空気の漏れを防止している。図８に本実施例における固定スクロール２のラップ部４の断面図を示す。図７では説明のために凹部８と凸部９を一部にしか設けていないが、本実施例では図８に示すようにラップ部４の全周にわたって凹部８及び凸部９を設けている。また、図示しないが旋回スクロール１のラップ部３においても同様に全周にわたって凹部８及び凸部９を設けてもよい。図９に圧縮機運転中における、ラップ部３、４の変形量を示す。縦軸はラップ変形量を示し、周方向外側への変形量の大きさを示す。横軸はラップ中心部からの伸開角である。凹部８および凸部９を設ける位置は、図９に示す通り、例えば固定スクロール２のラップ部４の歯先側の内線の変形量と、それと相対する旋回スクロール１のラップ部３の歯元側の外線の変形量とを比較するように、相対するラップ部３およびラップ部４の変形量を比較することで求められる。図９のように比較した場合には、旋回スクロール１のラップ部３の歯元側外線の変形量より、固定スクロール２のラップ部４の歯先側内線の変形量が大きくなる部分が固定スクロール２のラップ部４に凸部９を設けるべき位置であり、小さくなる部分が凹部８を設けるべき位置である。
　また、図示しないが同様に、固定スクロール２のラップ部４の歯先側の外線の変形量と、それと相対する旋回スクロール１のラップ部３の歯元側の内線の変形量とを比較して、凸部及び凹部を設ける位置を特定する。さらに、固定スクロール２のラップ部４の歯元側又の内線及び外線の変形量と、それと相対する旋回スクロール１のラップ部３の歯先側の内線及び外線の変形量とを比較して、凸部及び凹部を設ける位置を特定することができる。
　また、変形量に応じて凸部及び凹部の大きさを調整してもよい。例えば、図９に示す固定スクロール２のラップ部４の歯先側内線の変形量と旋回スクロール１のラップ部３の歯元側外線の変形量の差が他の領域より大きい領域においては、より凸部を大きく形成する。
　図８においては固定スクロール２に凸部及び凹部を設けているが、図９に示す変形量に基づき、旋回スクロール２に凸部及び凹部を設けてもよいし、固定スクロール２と旋回スクロール１の両方に設けてもよい。　本実施例における凹部８および凸部９の大きさは、運転時の熱変形量に基づき予め算出しておき、必要に応じて、切削加工時における削り量を調整することで形成している。凹部８を形成する場合には、削り量を多くし、凸部９を形成する場合には削り量を少なくすることで凹部８および凸部９を形成している。一方、凹部８および凸部９を構成する方法として、切削加工によらず予めラップ部３、４の素材の型を調整することにより鋳抜きにより形成しても構わない。また、コーティング剤をラップ部３或いはラップ部４、もしくは両方の側面に塗布している場合には、そのコーティング剤の膜厚を調整することにより凹部８および凸部９を構成しても構わない。
　凹部または凸部は、他の領域のラップ部に対して相対的にラップ部の歯厚が小さくなる方向（内線であれば径方向外側、外線であれば径方向内側）に加工された部分を凹部とし、相対的に歯厚が大きくなる方向（内線であれば径方向内側、外線であれば径方向外側）に加工された部分を凸部と考えることができる。また、凹部または凸部は、渦巻状のスクロールの基準となるインボリュート曲線及び歯厚に対しての凹凸としての凹部または凸部として考えてもよい。
　次に実施例２について，図１０を用いて説明する。図１０に本実施例におけるラップ部の形状を示す。実施例１と同様にラップの変形によりラップ隙間が小さくなる部分のラップ部４の側面に凹部８を設け、ラップ部３とラップ部４が接触することを防止している。一方、凹部８を設けた反対側の側面に対向するラップ部３の側面に凸部９aを設けている。凹部８を設けた反対側の側面に凸部を設けず、その対向する側面に凸部９aを設けることにより、それぞれラップ部の片側のみに凸部または凹部が設けられるようになる。これにより、ラップ部の加工において、凸部または凹部を設けない側を基準にして加工することができ、加工精度の確認が容易となり生産性が向上する。
　次に実施例３について，図１１を用いて説明する。図１１に本実施例におけるラップ部の形状を示す。実施例１、２と同様にラップの変形によりラップ隙間が小さくなる部分のラップ部４の側面に凹部８aを設けている。その範囲は、ラップ部４の歯元(g)から歯先（g’）へ向かう方向(歯高方向)において歯先側の一部分だけとした。これは、例えば凹部８aを設けるラップ部４のg-g’部において、g-g’部に相対するラップ部３のh-h’部とのラップ隙間を見た際に、g’-h間ではラップ隙間が小さくなるのに対し、g-h’間ではラップ隙間があまり変化しない場合に、凹部８aの範囲を必要最低限に抑える効果がある。凹部8aの範囲を必要最低限にすることで、ラップ隙間が不必要に広がることがなくなり、漏れが少なくなり性能が向上する。
　また、凸部９bについても、i-i’部の内歯先(i’)側だけ凸部９bとしている。これにより歯元側であるi-j’間のラップ隙間が小さくなるか或いは変わらない場合においても、歯先(i’)側のラップ隙間が広がることを適切に防ぐことができる。
　次に実施例４について，図１２を用いて説明する。実施例１、２と同様にラップの変形によりラップ隙間が小さくなる部分のラップ部４の側面に凹部８bを設けている。実施例３と同様に凹部８bおよび凸部９を設ける範囲を歯高方向において一部分としている。ただし、その形状は直線に限らず曲線でも構成されていることを特徴としている。この曲線の形状は、相対するラップ部３の側面h-h’間とのラップ隙間で決定される。従って、必要であれば一部分だけでなく、g-g’間全てにおいて凹部８bを設けても良い。ラップ部３およびラップ部４の変形は曲線状に変形することが多いため、凹部８bを曲線状にすることでより最適なラップ隙間を形成することができる。これは、凸部９cにおいても同様であり、凸部９cの大きさ及び形状は相対するラップ部３の側面におけるj-j’間とのラップ隙間で決定される。従って、必ずしもg-g’間の凹部８bの大きさ及び形状とi-i’間の凸部９cの大きさ及び形状は一致しない。また、曲線状に凸部８bを形成することにより、ラップ隙間の拡大を可能な限り抑えることができる。
　また、ラップ部４のi-i’間とラップ部３のj-j’間において、i-j’間のラップ隙間が小さくなり、i’-j間のラップ隙間が大きくなる場合には、ラップ部４のi-i’間において凸部９cと凹部８cを同時に設けても構わない。その場合には、ラップ部３のj-j’間とラップ部４のi-i’間とにおいて、最適なラップ隙間が形成されることになり、信頼性と性能向上を両立することができる。これは、ラップ部４のg-g’間においても同様である。
　本実施例では、説明のために凹部８b、８cおよび凸部９cの形状を曲線状としたが、もちろん成形性を優先して、直線のみで構成しても構わない。
　次に実施例５について、図１３を用いて説明する。図１３に本実施例におけるラップ部の形状を示す。実施例５では、ラビリンス(突起１０)を設けたラップ側面に凹部８と凸部９を設けたことを特徴としている。ラビリンスとは図１３に示すように、ラップ側面に設けた突起１０である。ラビリンスを設けた場合、ラップ部３とラップ部４が接触するような場合であっても、突起１０の先端のみで接触しラップ側面全体が接触することを防止し、圧縮機が破損することを防いでいる。従ってラビリンス(突起１０)を設けた場合には、ラップ隙間δを小さくすることができ、圧縮機としての効率を高めることができる。ラビリンス(突起１０)は、ラップ部３とラップ部４が全体的に接触することを防ぐために設けるため、ラップ側面より突出する範囲は周方向において非常に小さいことを特徴としている。
　本実施例においては、図１３の形状１に示す通りラビリンス(突起１０)を設けたラップ部４において、凹部８を設けた反対側のラップ側面に凸部９を設けている。凸部９はラップ部４の変形によるラップ隙間δの拡大を防止することを目的としているため、ラップ側面より突出する範囲は周方向において、比較的大きいことに特徴がある。また、本実施例において凸部９を設ける範囲に置いてラップ部４は、相対するラップ部３の側面より離れる(ラップ隙間が大きくなる)方向に変形する。従って、ラップ部３と接触する可能性は低い。そこで、凸部９の突出量を突起１０より大きく形成している。そのため、凸部９を設けた範囲においては、ラビリンスの突起１０が無くなっている。また、突起１０の先端より高く凸部９を設けているため、突起１０aと突起１０bの間を通り漏れてしまう圧縮空気がなくなり、より圧縮機としての効率を高めることができる。凸部を設けない領域においては突起１０が設けられる。
　或いは図１３の形状２のように、凸部９に突起１０を設けても構わない。その場合には、圧縮機としての性能が低下してしまうものの、万が一凸部９を設けた範囲に置いてラップ部３と接触するようなことがあっても、破損することがなく信頼性を向上することができる。
　前記実施例１～５の形態では，スクロール式流体機械を空気圧縮機として用いる場合を例に挙げて説明した。しかし，本発明はこれに限るものではなく，例えば冷媒を圧縮する冷媒圧縮機，真空ポンプ等を含めて他のスクロール式流体機械に適用してもよいものである。
　１　　　旋回スクロール
　２　　　固定スクロール
　３　　　旋回スクロールラップ部
　４　　　固定スクロールラップ部
　５,５a,５b,５c,５a',５b',５c',５d,５e,５f,５d',５e',５f'　　　圧縮室
　６　　　吸込ポート
　７　　　吐出ポート
　８,８a,８ｂ,８c　　　凹部
　９,９a,９b,９c　　　凸部
　１０,１０a,１０b　　　突起
　

Claims (13)

  1. 　渦巻状のラップ部を有する固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻状のラップ部が旋回する旋回スクロールと、を備えるスクロール式流体機械において、
    　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一方のラップ部は、所定の領域において、一方の側面に凹部が設けられ、他方の側面には凸部が設けられることを特徴とするスクロール式流体機械。
  2. 　前記凹部又は凸部は、前記固定スクロールまたは前記旋回スクロールのラップ部の高さ方向の一部にのみ形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  3. 　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一方のラップ部は、所定の領域において、一方の側面に歯底から歯先の間に凹部及び凸部が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  4. 　前記凸部又は前記凹部は、前記ラップ部を削り加工を行うことにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  5. 　前記凹部又は前記凸部は、歯底から歯先の間で凹となる量又は凸となる量が変化することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  6. 　前記ラップ部には、前記凸部の設けられた領域を除いて複数の突起が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  7. 　前記ラップ部には、前記凸部の設けられた領域を含め複数の突起が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  8. 　前記凸部は、圧縮運転時に前記固定スクロール又は前記旋回スクロールの一方のスクロールのラップ部の外線の外周方向への変形量より、外側に対向する他方のスクロール部のラップ部の内線の外周方向への変形量が大きくなる領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  9. 　前記凸部及び凹部は、ラップ部の複数の領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  10. 　前記凸部は、前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの運転時の変形量に応じて、領域により異なる大きさで形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  11. 　渦巻状のラップ部を有する固定スクロールと、該固定スクロールに対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するように渦巻状のラップ部が旋回する旋回スクロールと、を備えるスクロール式流体機械において、
    　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一方のラップ部は、所定の領域において、一方の側面に凹部が設けられ、当該領域のラップの他方の側面に対向するスクロールのラップ部の側面には凸部が設けられることを特徴とするスクロール式流体機械。
  12. 　前記凸部及び前記凹部は、前記固定スクロール及び前記旋回スクロールの内線又は外線の一方の側にのみ設けられることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
  13. 　前記凸部は、圧縮運転時に前記固定スクロール又は前記旋回スクロールの一方のスクロールのラップ部の外線の外周方向への変形量より、外側に対向する他方のスクロール部のラップ部の内線の外周方向への変形量が大きくなる領域に設けられることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
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