WO2018043362A1 - スクロール流体機械 - Google Patents

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wall body
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scroll
tooth
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創 佐藤
央幸 木全
陽平 堀田
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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    • 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
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    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
    • F04C18/0276—Different wall heights
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
    • F04C18/0284—Details of the wrap tips

Definitions

  • the present invention relates to a scroll fluid machine.
  • a scroll fluid machine that compresses or expands a fluid by meshing a fixed scroll member provided with a spiral wall on an end plate and a orbiting scroll member and performing a revolving orbiting motion.
  • a so-called stepped scroll compressor as shown in Patent Document 1 is known.
  • This stepped scroll compressor is provided with stepped portions at positions along the spiral direction of the tooth tip surface and the tooth bottom surface of the spiral wall body of the fixed scroll and the orbiting scroll, and the outer periphery of the wall body with each step portion as a boundary.
  • the height on the side is higher than the height on the inner peripheral side.
  • the stepped scroll compressor is compressed not only in the circumferential direction of the wall but also in the height direction (three-dimensional compression), so compared to a general scroll compressor (two-dimensional compression) that does not have a stepped portion.
  • the displacement can be increased and the compressor capacity can be increased.
  • the stepped scroll compressor has a problem of large fluid leakage at the stepped portion.
  • the stress is concentrated due to the stress concentrated at the base of the stepped portion.
  • the inventors are considering providing a continuous inclined part instead of the step part provided in the wall body and the end plate.
  • a groove for accommodating the chip seal is formed along the spiral direction of the wall body.
  • the tip seal slides on the tooth bottom facing the tooth tip while the scroll compressor is in operation, thereby suppressing fluid leakage.
  • the positions of the tooth tip and the tooth base are relatively shifted when both scroll members perform the revolving turning motion.
  • the tip clearance changes with each turning angle.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and even when the wall body and the end plate are provided with a continuous inclined portion, the function of the chip seal is effectively exhibited to achieve performance. It is an object of the present invention to provide a scroll fluid machine that can be improved.
  • the scroll fluid machine of the present invention employs the following means.
  • the scroll fluid machine includes a first scroll member provided with a spiral first wall on a first end plate, and a spiral on a second end plate disposed so as to face the first end plate.
  • a scroll fluid machine including a second scroll member provided with a second scroll member, the second wall member meshing with the first wall member and performing a revolving orbiting motion relatively.
  • a distance between opposing surfaces of the first end plate and the second end plate is provided with an inclined portion that continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the first wall body and the second wall body,
  • the groove portions formed in the tooth tips of the first wall body and the second wall body corresponding to the inclined portion are provided with chip seals that contact the tooth bottoms facing each other and seal the fluid. Between the groove bottom of the groove portion, there is an urging member that urges the tip seal toward the tooth bottom side. It has been kicked.
  • the fluid sucked from the outer peripheral side is As it goes to the inner peripheral side, it is compressed not only by the reduction of the compression chamber according to the spiral shape of the wall body, but also by the reduction of the distance between the opposing surfaces between the end plates.
  • both scroll members perform the revolving turning motion, the positions of the tooth tip and the tooth bottom are relatively shifted in the inclined portion, so that the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom changes for each turning angle.
  • the tip seal can be made to follow even when the tip clearance changes for each turning angle. Therefore, by reducing the fluid leakage, the function of the tip seal can be effectively exhibited and the performance of the scroll fluid machine can be improved.
  • the biasing member has a deformation amount equal to or greater than a change amount of a tip clearance between a tooth tip of the wall body and a tooth bottom of the end plate facing the tooth tip. ing.
  • the amount of change in the tip clearance is 2 ⁇ ⁇ tan ⁇ , where ⁇ is the turning radius and ⁇ is the inclination of the inclined portion.
  • the urging member has a deformation amount smaller than the depth of the groove.
  • the deformation amount of the urging member By making the deformation amount of the urging member smaller than the depth of the groove part, it is possible to prevent the chip seal from dropping from the groove part during assembly.
  • the biasing member is a spring member disposed between the tip seal and the groove bottom.
  • a spring member is disposed between the tip seal and the groove bottom.
  • a spring member for example, a leaf spring is used.
  • the urging member is a plurality of convex portions formed at the bottom of the chip seal.
  • the plurality of protrusions formed on the bottom of the chip seal are used as the biasing member. Elastic deformation is performed by the expansion and contraction or bending of the convex portion. Moreover, by forming the convex portion together with the chip seal, the number of parts is reduced and the assembly is facilitated.
  • the biasing member has a deformation amount less than a change amount of a tip clearance between a tooth tip of the wall body and a tooth bottom of the end plate facing the tooth tip. And a plurality of convex portions formed at the bottom of the chip seal.
  • each convex part is preferably provided so as to repeat in the spiral direction of the chip seal. Thereby, fluid leakage in the spiral direction can be suppressed.
  • the tip seal can be made to follow even when the tip clearance changes for each turning angle. Thereby, by reducing the fluid leakage, the function of the tip seal can be effectively exhibited and the performance of the scroll fluid machine can be improved.
  • FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view
  • FIG. 2 is the top view seen from the wall body side of the fixed scroll. It is the perspective view which showed the turning scroll of FIG. It is the top view which showed the end plate flat part provided in the fixed scroll. It is the top view which showed the wall body flat part provided in the fixed scroll. It is a schematic diagram which shows the wall body extended and displayed in the spiral direction. It is the elements on larger scale which expanded and showed the field of the code Z of Drawing 1 (b). 6 shows the tip clearance of the portion shown in FIG.
  • the convex part provided in the bottom part of the chip seal which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown, (a) is the side view which showed the state with the smallest chip clearance, (b) is the state with the largest chip clearance. It is the side view shown.
  • the convex part provided in the bottom part of the chip seal which concerns on 3rd Embodiment of this invention is shown, (a) is the side view which showed the state with the smallest chip clearance, (b) is the state with the largest chip clearance. It is the side view shown.
  • a modification is shown, (a) is a longitudinal cross-sectional view which shows the combination with the scroll which does not have a step part, (b) is a longitudinal cross-sectional view which showed the combination with a stepped scroll.
  • FIG. 1 shows a fixed scroll (first scroll member) 3 and a turning scroll (second scroll member) 5 of a scroll compressor (scroll fluid machine) 1.
  • the scroll compressor 1 is used as a compressor that compresses a gas refrigerant (fluid) that performs a refrigeration cycle such as an air conditioner.
  • the fixed scroll 3 and the orbiting scroll 5 are made of a metal compression mechanism made of aluminum alloy or iron and are housed in a housing (not shown).
  • the fixed scroll 3 and the orbiting scroll 5 suck the fluid guided into the housing from the outer peripheral side, and discharge the compressed fluid from the central discharge port 3c of the fixed scroll 3 to the outside.
  • the fixed scroll 3 is fixed to the housing and, as shown in FIG. 1A, stands on a substantially disc-shaped end plate (first end plate) 3a and one side surface of the end plate 3a. And a spiral wall body (first wall body) 3b.
  • the orbiting scroll 5 includes a substantially disc-shaped end plate (second end plate) 5a and a spiral wall body (second wall body) 5b erected on one side surface of the end plate 5a. .
  • the spiral shape of each wall 3b, 5b is defined using, for example, an involute curve or an Archimedean curve.
  • the fixed scroll 3 and the orbiting scroll 5 are meshed with their centers separated by an orbiting radius ⁇ , with the phases of the wall bodies 3b and 5b shifted by 180 °, and between the tooth tips and the tooth bottoms of the wall bodies 3b and 5b of both scrolls. It is assembled so as to have a slight clearance in the height direction (chip clearance).
  • a plurality of pairs of compression chambers formed between the scrolls 3 and 5 and surrounded by the end plates 3a and 5a and the walls 3b and 5b are formed symmetrically with respect to the scroll center.
  • the orbiting scroll 5 revolves around the fixed scroll 3 by a rotation prevention mechanism such as an Oldham ring (not shown).
  • the distance L between the facing surfaces 3a and 5a facing each other is continuously decreased from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the spiral wall bodies 3b and 5b. Is provided.
  • the wall 5b of the orbiting scroll 5 is provided with a wall inclined portion 5b1 whose height continuously decreases from the outer peripheral side toward the inner peripheral side.
  • An end plate inclined portion 3a1 (see FIG. 1 (a)) that is inclined according to the inclination of the wall body inclined portion 5b1 is provided on the tooth bottom surface of the fixed scroll 3 where the tooth tips of the wall body inclined portion 5b1 face each other. Yes.
  • These wall body inclination part 5b1 and end plate inclination part 3a1 comprise the continuous inclination part.
  • the wall body 3b of the fixed scroll 3 is also provided with a wall body inclined portion 3b1 whose height is continuously inclined from the outer peripheral side toward the inner peripheral side, and faces the tooth tip of the wall body inclined portion 3b1.
  • An end plate inclined portion 5 a 1 is provided on the end plate 5 a of the orbiting scroll 5.
  • the meaning of continuous in the inclined portion in the present embodiment is not limited to the smoothly connected inclination, small steps that are inevitably generated during processing are connected in a staircase shape, If the inclined portion as a whole is included, the inclined portion may be continuously inclined. However, a large step portion such as a so-called step scroll is not included.
  • the wall body inclined portions 3b1 and 5b1 and / or the end plate inclined portions 3a1 and 5a1 are coated.
  • the coating include manganese phosphate treatment and nickel phosphorus plating.
  • wall body flat portions 5b2 and 5b3 having a constant height are provided on the innermost circumferential side and the outermost circumferential side of the wall body 5b of the orbiting scroll 5, respectively. .
  • These wall flat portions 5b2 and 5b3 are provided over a region of 180 ° around the center O2 (see FIG. 1A) of the orbiting scroll 5.
  • Wall body inclined connection portions 5b4 and 5b5 serving as bent portions are respectively provided at positions where the wall body flat portions 5b2 and 5b3 and the wall body inclined portion 5b1 are connected.
  • the bottom of the end plate 5a of the orbiting scroll 5 is provided with flat end plates 5a2 and 5a3 having a constant height.
  • end plate flat portions 5 a 2 and 5 a 3 are also provided over a 180 ° region around the center of the orbiting scroll 5.
  • end plate inclined connecting portions 5a4 and 5a5 serving as bent portions are provided, respectively.
  • the fixed scroll 3 also has the end plate flat portions 3a2 and 3a3, the wall body flat portions 3b2 and 3b3, and the end plate inclined connection portions 3a4 and 3a5 in the same manner as the orbiting scroll 5.
  • wall body inclination connection part 3b4, 3b5 is provided.
  • FIG. 5 shows wall bodies 3b and 5b displayed in a spiral direction.
  • the innermost wall flat portions 3b2 and 5b2 are provided over a distance D2
  • the outermost wall flat portions 3b3 and 5b3 are provided over a distance D3.
  • the distance D2 and the distance D3 are lengths corresponding to the regions 180 degrees around the centers O1 and O2 of the scrolls 3 and 5, respectively.
  • Wall body inclined portions 3b1 and 5b1 are provided over the distance D2 between the innermost wall flat portions 3b2 and 5b2 and the outermost wall flat portions 3b3 and 5b3.
  • the inclination ⁇ in the inclined portion is constant with respect to the circumferential direction in which the spiral wall bodies 3b and 5b extend.
  • FIG. 6 shows an enlarged view of the region indicated by the symbol Z in FIG.
  • a tip seal 7 is provided on the tooth tip of the wall 3 b of the fixed scroll 3.
  • the tip seal 7 is made of resin and seals the fluid by contacting the tooth bottom of the end plate 5a of the orbiting scroll 5 facing the tip seal 7.
  • the tip seal 7 is accommodated in a tip seal groove 3d formed in the tooth tip of the wall 3b over the circumferential direction. The compressed fluid enters the tip seal groove 3d, and the tip seal 7 is pressed from the back and pushed out toward the bottom of the tooth to be brought into contact with the opposing tooth bottom.
  • a tip seal is similarly provided on the tooth tip of the wall 5b of the orbiting scroll 5.
  • the height Hc of the tip seal 7 in the height direction of the wall 3b is constant in the circumferential direction.
  • the positions of the tooth tip and the tooth bottom are relatively shifted by the turning diameter (turning radius ⁇ ⁇ 2). Due to the positional deviation between the tooth tip and the tooth bottom, the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom changes in the inclined portion.
  • FIG. 7A shows that the tip clearance T is small
  • FIG. 7B shows that the tip clearance T is large. Even if the tip clearance T changes due to the swiveling motion, the tip seal 7 is pressed against the tooth bottom side of the end plate 5a by the compressed fluid from the back surface, so that it can be followed and sealed.
  • a leaf spring (spring member) 11 is disposed between the bottom 7a of the tip seal 7 and the groove bottom 3d1 of the tip seal groove 3d.
  • the leaf spring 11 biases the tip seal 7 toward the opposite tooth bottom side (upper side in the figure).
  • the amount of elastic deformation of the leaf spring 11 is not less than the tip clearance change amount ⁇ T.
  • the amount of deformation of the leaf spring 11 is made smaller than the depth of the tip seal groove 3d. That is, when only the weight of the tip seal 7 is added to the leaf spring 11, the spring constant of the leaf spring 11 is such that the height of the leaf spring 11 (the vertical dimension in FIG. 8) is smaller than the tip seal groove 3d. Is set.
  • FIG. 8A shows a state in which the tip clearance T is the smallest among the rotation angles of 360 °, the leaf spring 11 is greatly contracted, and the tip seal 7 is pressed to the opposite tooth bottom side (see FIG. 8).
  • FIG. 8B shows a state in which the tip clearance T is the largest among the turning angles of 360 ° (see FIG. 9B). Even in this state, the amount of elastic deformation of the leaf spring 11 is sufficiently secured, so that the tip seal 7 is pressed toward the opposing tooth bottom side.
  • the scroll compressor 1 described above operates as follows.
  • the orbiting scroll 5 performs a revolving orbiting motion around the fixed scroll 3 by a driving source such as an electric motor (not shown).
  • a driving source such as an electric motor (not shown).
  • the fluid is sucked from the outer peripheral side of the scrolls 3 and 5, and the fluid is taken into the compression chambers surrounded by the walls 3b and 5b and the end plates 3a and 5a.
  • the fluid in the compression chamber is sequentially compressed as it moves from the outer peripheral side to the inner peripheral side, and finally the compressed fluid is discharged from the discharge port 3 c formed in the fixed scroll 3.
  • the inclined portions formed by the end plate inclined portions 3a1 and 5a1 and the wall body inclined portions 3b1 and 5b1 are also compressed in the height direction of the wall bodies 3b and 5b, and three-dimensional compression is performed. Is called.
  • the tip seal 7 can be made to follow even when the tip clearance T changes for each turning angle. it can. Thereby, by reducing the fluid leakage, the function of the tip seal 7 can be effectively exhibited and the performance of the scroll compressor 1 can be improved.
  • the tip seal 7 can always be pressed against the tooth bottom over all the turning angles.
  • the deformation amount of the leaf spring 11 is made smaller than the depth of the chip seal groove 3d, it is possible to prevent the chip seal 7 from dropping from the chip seal groove 3d during assembly.
  • a plurality of convex portions (urging members) 7c are integrally formed on the bottom portion 7a of the chip seal 7.
  • Each protrusion 7c is formed so as to protrude downward from the bottom 7a, that is, toward the groove bottom 3d1.
  • the convex portions 7 c are provided at predetermined intervals along the spiral direction (longitudinal direction) of the chip seal 7.
  • the length of the projecting portion 7c in the extending direction (substantially in the vertical direction in the figure) is the largest even when the tip clearance T is 360 ° in the turning angle.
  • the length of the protrusion 7c is in contact with the groove bottom 3d1 and is elastically deformable. Thereby, the elastic deformation amount of the convex part 7c is more than the tip clearance change amount ⁇ T.
  • biasing force is given with respect to the chip
  • the convex portion may expand and contract in the extending direction. That is, the tip seal 7 may be urged by using an elastic force generated during expansion and contraction in the extending direction of the convex portion.
  • the biasing means can be applied to the chip seal as one member, and the number of parts is reduced. Assembling becomes easy.
  • the convex portion 7d provided on the chip seal 7 of the present embodiment is shorter than the convex portion 7c of the second embodiment.
  • the deformation amount of the convex portion 7d is less than the tip clearance change amount ⁇ T.
  • the tip seal 7 can be urged by the tip of the convex portion 7d coming into contact with the groove bottom 3d1.
  • the tip of the convex portion 7d is grooved by the pressure of the fluid that has entered the bottom portion 7a side of the tip seal 7. It floats from the bottom 3d1.
  • the plurality of convex portions 7d exhibit a labyrinth seal effect. That is, since a plurality of convex portions 7d are provided in the spiral direction of the tip seal 7, the flow of fluid flowing in the spiral direction can be reduced by the labyrinth seal effect. Thereby, the fluid leakage of a spiral direction can be suppressed and the performance of the scroll compressor 1 can be improved.
  • the tip seal 7 can be prevented from being excessively pressed against the tooth bottom, and the reliability of the tip seal 7 can be improved.
  • the end plate inclined portions 3a1 and 5a1 and the wall body inclined portions 3b1 and 5b1 are provided on both the scrolls 3 and 5, but may be provided on either one.
  • the other wall body and the one end plate 5a may be flat.
  • the shape combined with the conventional stepped shape that is, the end plate inclined portion 3a1 is provided on the end plate 3a of the fixed scroll 3, while the end plate 5a of the orbiting scroll 5 is provided on the end plate 5a. You may combine with the shape in which the step part was provided.
  • the wall flat portions 3b2, 3b3, 5b2, 5b3 and the end plate flat portions 3a2, 3a3, 5a2, 5a3 are provided, but the flat portions on the inner peripheral side and / or the outer peripheral side are omitted.
  • the inclined portion may be provided so as to extend over the entire walls 3b and 5b.
  • the scroll compressor has been described, but the present invention can also be applied to a scroll expander used as an expander.

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Abstract

壁体及び端板に連続的な傾斜部を設けた場合であっても、チップシールの機能を有効に発揮させてスクロール流体機械の性能を向上させることができるスクロール流体機械を提供する。 向かい合う端板（３ａ，５ａ）間の対向面間距離が、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備え、傾斜部に対応する壁体（３ｂ，５ｂ）の歯先に形成されたチップシール溝（３ｄ）には、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシール（７）が設けられている。チップシール（７）とチップシール溝（３ｄ）の溝底（３ｄ１）との間には、チップシール（７）を歯底側に付勢する板ばね（１１）が設けられている。

Description

スクロール流体機械
　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。
　壁体の先端である歯先には、チップシールを収納するための溝部が壁体の渦巻き方向に沿って形成される。チップシールは、スクロール圧縮機の運転中に、歯先に対向する歯底に摺動しながら接触することで、流体漏れを抑制する。
　壁体及び端板に連続的な傾斜部を設けると、両スクロール部材が公転旋回運動を行う際に歯先と歯底との位置が相対的にずれるため、歯先と歯底との間のチップクリアランスが旋回角度毎に変化する。このようにチップクリアランスが旋回角度毎に変化すると、チップシールが追従することができず、シール性能が低下するおそれがある。
　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、壁体及び端板に連続的な傾斜部を設けた場合であっても、チップシールの機能を有効に発揮させて性能を向上させることができ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。
　本発明の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を備え、前記傾斜部に対応する前記第１壁体及び前記第２壁体の歯先に形成された溝部には、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシールが設けられ、前記チップシールと前記溝部の溝底との間には、前記チップシールを前記歯底側に付勢する付勢部材が設けられている。
　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。
　両スクロール部材が公転旋回運動を行うと、傾斜部では歯先と歯底との位置が相対的にずれるため、歯先と歯底との間のチップクリアランスが旋回角度毎に変化する。そこで、チップシールと溝底との間にチップシールを歯底側に付勢する付勢部材を設けることとして、旋回角度毎にチップクリアランスが変化した場合でもチップシールを追従させることができる。これにより、流体漏れを小さくすることにより、チップシールの機能を有効に発揮させてスクロール流体機械の性能を向上させることができる。
　さらに、本発明のスクロール流体機械では、前記付勢部材は、前記壁体の歯先と該歯先に対向する前記端板の歯底との間のチップクリアランスの変化量以上の変形量とされている。
　チップクリアランスの変化量以上に付勢部材が変形することができるので、全ての旋回角度にわたって常にチップシールを歯底に押圧することができる。
　チップクリアランスの変化量は、旋回半径をρ、傾斜部の傾きをφとすると、２ρ×tanφとなる。
　さらに、本発明のスクロール流体機械では、前記付勢部材は、前記溝部の深さよりも小さい変形量とされている。
　付勢部材の変形量を溝部の深さよりも小さくすることで、組立時にチップシールが溝部から脱落してしまうことを防止できる。
　さらに、本発明のスクロール流体機械では、前記付勢部材は、前記チップシールと前記溝底との間に配置されたばね部材とされている。
　付勢部材として、ばね部材をチップシールと溝底との間に配置する。ばね部材としては、例えば板ばねが用いられる。
　さらに、本発明のスクロール流体機械では、前記付勢部材は、前記チップシールの底部に形成された複数の凸部とされている。
　チップシールの底部に形成された複数の凸部を付勢部材とする。凸部が伸縮や撓むことによって弾性変形が行われる。また、チップシールとともに凸部を形成することで、部品点数が減少するとともに組立が容易となる。
　さらに、本発明のスクロール流体機械では、前記付勢部材は、前記壁体の歯先と該歯先に対向する前記端板の歯底との間のチップクリアランスの変化量未満の変形量とされるとともに、前記チップシールの底部に形成された複数の凸部とされている。
　付勢部材の変形量を、チップクリアランスの変化量未満とすることで、チップクリアランスが所定値以上になると、チップシールの底面側に入り込んだ流体の圧力によって、チップシールが溝底から浮き上がる。このとき、チップシール底部には複数の凸部が形成されているので、ラビリンスシール効果によって流体の流れが妨げられることになる。これにより、流体漏れを低減することができる。
　また、チップシールが歯底に過度に押し付けられることを回避できるので、チップシールの信頼性を向上させることができる。
　各凸部は、チップシールの渦巻き方向に繰り返すように設けることが好ましい。これにより、渦巻き方向の流体漏れを抑えることができる。
　チップシールと溝底との間にチップシールを歯底側に付勢する付勢部材を設けることとして、旋回角度毎にチップクリアランスが変化した場合でもチップシールを追従させることができる。これにより、流体漏れを小さくすることにより、チップシールの機能を有効に発揮させてスクロール流体機械の性能を向上させることができる。
本発明の第１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クリアランスを示し、（ａ）はチップクリアランスが相対的に小さい状態を示した側面図であり、（ｂ）はチップクリアランスが相対的に大きい状態を示した側面図である。 チップシールの底部に設けた板ばねを示し、（ａ）はチップクリアランスが最も小さい状態を示した側面図であり、（ｂ）はチップクリアランスが最も大きい状態を示した側面図である。 チップシールの底部に設けた板ばねを示し、（ａ）はチップクリアランスが最も小さい状態を示した横断面図であり、（ｂ）はチップクリアランスが最も大きい状態を示した横断面図である。 本発明の第２実施形態に係るチップシールの底部に設けた凸部を示し、（ａ）はチップクリアランスが最も小さい状態を示した側面図であり、（ｂ）はチップクリアランスが最も大きい状態を示した側面図である。 本発明の第３実施形態に係るチップシールの底部に設けた凸部を示し、（ａ）はチップクリアランスが最も小さい状態を示した側面図であり、（ｂ）はチップクリアランスが最も大きい状態を示した側面図である。 変形例を示し、（ａ）は段部を有していないスクロールとの組合せを示す縦断面図であり、（ｂ）は段付きスクロールとの組合せを示した縦断面図である。
［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部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部は含まれない。
　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°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Ｄ２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。
　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。
　図７に示すように、壁体３ｂの高さ方向におけるチップシール７の高さＨｃは、周方向に一定とされている。
　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。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。
　本実施形態では、図７のように旋回角度毎に変化するチップクリアランスＴにチップシール７を追従させるため、以下の構成とされている。
　図８に示すように、チップシール７の底部７ａとチップシール溝３ｄの溝底３ｄ１との間に、板ばね（ばね部材）１１が設置されている。板ばね１１は、チップシール７を対向する歯底側（同図において上側）に付勢する。
　板ばね１１の弾性変形量は、チップクリアランス変化量ΔＴ以上とされている。チップクリアランス変化量ΔＴは、３６０°の旋回角度の中でチップクリアランスＴが変化する量であり、旋回半径ρ及び壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１の傾きφを用いて下式で表される。
　ΔＴ＝２ρ×tanφ　・・・（２）
　板ばね１１の変形量は、チップシール溝３ｄの深さよりも小さくされている。すなわち、チップシール７の重量のみを板ばね１１に付加した場合に、板ばね１１の高さ（図８における上下方向の寸法）がチップシール溝３ｄよりも小さくなるように板ばね１１のばね定数が設定されている。
　図８（ａ）は、チップクリアランスＴが３６０°の旋回角度の中で最も小さい状態を示し、板ばね１１が大きく縮んでおり、チップシール７が対向する歯底側に押圧されている（図９（ａ）参照）。
　図８（ｂ）は、チップクリアランスＴが３６０°の旋回角度の中で最も大きい状態を示している（図９（ｂ）参照）。この状態であっても、板ばね１１の弾性変形量が十分に確保されているので、チップシール７が対向する歯底側に押圧されている。
　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。
　本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
　チップシール７と溝底３ｄ１との間にチップシール７を歯底側に付勢する板ばね１１を設けることとして、旋回角度毎にチップクリアランスＴが変化した場合でもチップシール７を追従させることができる。これにより、流体漏れを小さくすることにより、チップシール７の機能を有効に発揮させてスクロール圧縮機１の性能を向上させることができる。
　板ばね１１の変形量をチップクリアランス変化量ΔＴ以上としたので、全ての旋回角度にわたって常にチップシール７を歯底に押圧することができる。
　また、板ばね１１の変形量をチップシール溝３ｄの深さよりも小さくすることとしたので、組立時にチップシール７がチップシール溝３ｄから脱落してしまうことを防止できる。
［第２実施形態］
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態の板ばね１１に代えてチップシール７に凸部７ｃを設けた点が相違し、その他は同様である。したがって、以下では第１実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
　図１０（ａ）に示されているように、チップシール７の底部７ａには複数の凸部（付勢部材）７ｃが一体的に形成されている。各凸部７ｃは、底部７ａから下方すなわち溝底３ｄ１側に突出するように形成されている。各凸部７ｃは、チップシール７の渦巻き方向（長手方向）に沿って所定間隔をおいて設けられている。
　凸部７ｃの延在方向（同図において略上下方向）における長さは、図１０（ｂ）に示されているように、チップクリアランスＴが３６０°の旋回角度の中で最も大きくなっても溝底３ｄ１に凸部７ｃの先端が接触して弾性変形可能な長さとされている。これにより、凸部７ｃの弾性変形量がチップクリアランス変化量ΔＴ以上となっている。
　このように、本実施形態では、複数の凸部７ｃが撓むことによって、チップシール７に対して付勢力を与える。
　なお、凸部７ｃを撓ませることに代えて（あるいは加えて）、凸部がその延在方向に伸縮するようにしてもよい。すなわち、凸部の延在方向における伸縮時に発生する弾性力を用いてチップシール７を付勢するようにしても良い。
　本実施形態のように、チップシール７の底部７ａに複数の凸部７ｃを一体的に形成することで、一つの部材として付勢手段をチップシールに付与することができ、部品点数が減るとともに組立が容易となる。
［第３実施形態］
　次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態では、第２実施形態の凸部の変形量がチップクリアランス変化量ΔＴ未満となっている点が相違し、その他は同様である。したがって、以下では第２実施形態に対する相違点についてのみ説明する。
　図１１に示されているように、本実施形態のチップシール７に設けた凸部７ｄは、第２実施形態の凸部７ｃよりも短い。また、凸部７ｄの変形量は、チップクリアランス変化量ΔＴ未満とされている。
　したがって、図１１（ａ）のようにチップクリアランスＴが３６０°の旋回角度の中で最も小さい場合は溝底３ｄ１に凸部７ｄの先端が接触してチップシール７を付勢することができる。ところが、図１１（ｂ）のようにチップクリアランスＴが３６０°の旋回角度の中で最も大きい場合には、チップシール７の底部７ａ側に入り込んだ流体の圧力によって、凸部７ｄの先端が溝底３ｄ１から浮き上がる。
　図１１（ｂ）のようにチップシール７の凸部７ｄの先端が溝底３ｄ１から浮き上がると、複数の凸部７ｄがラビリンスシール効果を発揮する。すなわち、凸部７ｄがチップシール７の渦巻き方向に複数設けられているので、渦巻き方向に流れる流体の流れをラビリンスシール効果によって低減することができる。これにより、渦巻き方向の流体漏れを抑えることができ、スクロール圧縮機１の性能を向上させることができる。
　また、凸部７ｄの変形量をチップクリアランス変化量ΔＴ未満としたので、チップシール７が歯底に過度に押し付けられることを回避でき、チップシール７の信頼性を向上させることができる。
　なお、上述した各実施形態では、端板傾斜部３ａ１，５ａ１及び壁体傾斜部３ｂ１，５ｂ１を両スクロール３，５に設けることとしたが、いずれか一方に設けても良い。
　具体的には、図１２（ａ）に示すように、一方の壁体（例えば旋回スクロール５）に壁体傾斜部５ｂ１を設け、他方の端板３ａに端板傾斜部３ａ１を設けた場合には、他方の壁体と一方の端板５ａは平坦としても良い。
　また、図１２（ｂ）に示すように、従来の段付き形状と組み合わせた形状、すなわち、固定スクロール３の端板３ａに端板傾斜部３ａ１を設ける一方で、旋回スクロール５の端板５ａに段部が設けられた形状と組み合わせても良い。
　上述の各実施形態では、壁体平坦部３ｂ２，３ｂ３，５ｂ２，５ｂ３および端板平坦部３ａ２，３ａ３，５ａ２，５ａ３を設けることとしたが、内周側及び／又は外周側の平坦部を省略して傾斜部を壁体３ｂ，５ｂの全体に延長して設けるようにしてもよい。
　上述の実施形態では、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
３ｄ　チップシール溝
３ｄ１　溝底
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）
５ａ４　端板傾斜接続部（内周側）
５ａ５　端板傾斜接続部（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）
７　チップシール
７ａ　底部
７ｃ　凸部（付勢部材）
７ｄ　凸部（付勢部材）
１１　板ばね（付勢部材）
Ｌ　対向面間距離
Ｔ　チップクリアランス
φ　傾き

Claims (6)

  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を備え、
    　前記傾斜部に対応する前記第１壁体及び前記第２壁体の歯先に形成された溝部には、対向する歯底に接触して流体をシールするチップシールが設けられ、
    　前記チップシールと前記溝部の溝底との間には、前記チップシールを前記歯底側に付勢する付勢部材が設けられているスクロール流体機械。
  2. 　前記付勢部材は、前記壁体の歯先と該歯先に対向する前記端板の歯底との間のチップクリアランスの変化量以上の変形量とされている請求項１に記載のスクロール流体機械。
  3. 　前記付勢部材は、前記溝部の深さよりも小さい変形量とされている請求項１又は２に記載のスクロール流体機械。
  4. 　前記付勢部材は、前記チップシールと前記溝底との間に配置されたばね部材とされている請求項１から３のいずれかに記載のスクロール流体機械。
  5. 　前記付勢部材は、前記チップシールの底部に形成された複数の凸部とされている請求項１から３のいずれかに記載のスクロール流体機械。
  6. 　前記付勢部材は、前記壁体の歯先と該歯先に対向する前記端板の歯底との間のチップクリアランスの変化量未満の変形量とされるとともに、前記チップシールの底部に形成された複数の凸部とされている請求項１に記載のスクロール流体機械。
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