JP6328705B2 - 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、どの程度の傾きを有する傾斜部とすれば適切なのかが従来では確立されていなかった。

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、性能を効果的に発揮できる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、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が設けられ、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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、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、前記スクロール部材の旋回半径をρ、前記傾斜部の渦巻方向における傾きをφとした場合に、チップクリアランス変化量ΔＴが、下式により定義され、
ΔＴ＝２ρ×tanφ
前記チップクリアランス変化量ΔＴが、前記壁体の高さ方向における前記チップシールの高さ寸法の５０％以下と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。
傾斜部が設けられているので、旋回運動に応じて歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。この旋回運動に応じたチップクリアランス変化量ΔＴは、旋回スクロールの旋回半径をρ、傾斜部の渦巻き方向における傾きをφとすると、下式のようになる。
ΔＴ＝２ρ×tanφ
このチップクリアランス変化量ΔＴに応じた分だけ、チップシールは溝部から高さ方向に進退することになる。したがって、チップクリアランス変化量ΔＴが大きいと、チップシールが溝部から外れてしまうおそれがある。
そこで、チップクリアランス変化量ΔＴを、チップシールの高さ寸法の５０％以下とすることで、チップシールの脱落を防止することとした。
なお、より好ましくは、チップクリアランス変化量ΔＴは、チップシールの高さ寸法の２０％以下とされる。

また、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が設けられ、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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、前記スクロール部材の旋回半径をρ、前記傾斜部の渦巻き方向における傾きをφとした場合に、チップクリアランス変化量ΔＴが、下式により定義され、
ΔＴ＝２ρ×tanφ
前記チップクリアランス変化量ΔＴを前記壁体の最外周の高さで除した値が、０．０１以下と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。
傾斜部が設けられているので、旋回運動に応じて歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。この旋回運動に応じたチップクリアランス変化量ΔＴは、旋回スクロールの旋回半径をρ、傾斜部の渦巻き方向における傾きをφとすると、下式のようになる。
ΔＴ＝２ρ×tanφ
歯先と歯底との間には、潤滑油による油膜シールが形成される。しかし、チップクリアランス変化量ΔＴが大きくなると、歯先と歯底との間の油膜シールが切れてしまい、圧縮室のシール性が低下して効率が低下するおそれがある。
本発明者等が鋭意検討したところ、チップクリアランス変化量ΔＴを壁体の最外周の高さで除した値が０．０１以下であれば、油膜シールが維持されて大きな性能低下が見られず、所期の効率を維持できることを見出した。

また、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が設けられ、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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、前記壁体の歯先と前記端板の歯底との間のチップクリアランスが、組付け誤差による前記スクロール部材の中心回りの捩れ角に基づくチップクリアランス減少量よりも大きく設定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。
スクロール流体機械は、第１スクロール部材と第２スクロール部材とを組み付ける際に、オルダムリングの寸法精度や芯出しピン等の位置精度等によって組付け誤差が不可避的に生じる。組付け誤差が生じると、スクロール部材がその中心回りに捩れると、その捩れ角に基づいて、傾斜部の歯先と歯底との間のチップクリアランスが減少することになる。
そこで、歯先と歯底のチップクリアランスを、組付け誤差によるスクロール部材の中心回りの捩れ角に基づくチップクリアランス減少量よりも大きく設定することとして、歯先と歯底との干渉を回避することとした。

チップクリアランス変化量ΔＴ（＝２ρ×tanφ）を、チップシールの高さ寸法の５０％以下とすることで、チップシールの脱落を防止することができる。これにより、壁体及び端板に傾斜部を有していても、性能を発揮することができる。

チップクリアランス変化量ΔＴ（＝２ρ×tanφ）を壁体の最外周の高さで除した値が０．０１以下とすることにより、油膜シールが維持されて大きな性能低下が見られず、所期の性能を維持することができる。

歯先と歯底のチップクリアランスを、組付け誤差によるスクロール部材の中心回りの捩れ角に基づくチップクリアランス減少量よりも大きく設定することとして、歯先と歯底との干渉を回避することができる。

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。 本発明の第２実施形態に係り、チップクリアランス変化量に対する効率変化割合を示したグラフである。 歯先と歯底との間を示し、（ａ）は油膜シールが形成された状態を示した部分拡大断面図であり、（ｂ）は油膜シールが破壊した状態を示した部分拡大断面図である。 本発明の第３実施形態に係る固定スクロール及び旋回スクロールを示し、固定スクロールの壁体側から見た平面図である。 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°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。

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。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。

図７に示したように、旋回を１回転する間にチップクリアランスＴが変化するチップクリアランス変化量ΔＴは、下式のように表すことができる。
ΔＴ＝２ρ×tanφ ・・・（２）
ここで、ρは旋回半径である。

チップクリアランス変化量ΔＴは、壁体３ｂ，５ｂの高さ方向におけるチップシールの高さ寸法Ｈｃの５０％以下とされている。

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。
そこで、チップクリアランス変化量ΔＴを、チップシール７の高さ寸法Ｈｃの５０％以下とした。これにより、チップクリアランス変化量ΔＴに応じた分だけ、チップシール７がチップシール溝３ｄから高さ方向に進退したとしても、チップシール７がチップシール溝３ｄから外れてしまうことを回避して、チップシール７の脱落を防止することができる。
なお、チップクリアランス変化量ΔＴは、チップシール７の高さ寸法Ｈｃの２０％以下としても良い。

［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。
本実施形態は、チップクリアランス変化量ΔＴの上限の設定の考え方が異なり、その他の構成については同様である。したがって、以下の説明では、第１実施形態に対する相違点のみを説明し、その他の構成は同様であるので説明を省略する。

本実施形態では、チップクリアランス変化量ΔＴを、壁体３ｂ、５ｂの最外周の高さ（図２の符号Ｌｏｕｔ参照）で除した値であるΔＴ／Ｌｏｕｔが、０．０１以下とされている。その理由について、図８及び図９を用いて説明する。
図８は、横軸がΔＴ／Ｌｏｕｔ、縦軸が効率変化割合とされている。効率変化割合は、チップクリアランス変化量ΔＴがゼロの場合、すなわち壁体高さの傾斜がないいわゆる二次元スクロールの場合の効率を１とした場合に対する、所定のΔＴ／Ｌｏｕｔのときの効率の割合を示す。図８に示されているように、ΔＴ／Ｌｏｕｔが０．０１のとき、効率変化割合の低下は１％未満となる。したがって、ΔＴ／Ｌｏｕｔを０．０１以下にすると、効率変化割合の低下を１％未満に抑えることができる。

図９（ａ）に示すように、ΔＴ／Ｌｏｕｔが０．０１以下の範囲では、チップクリアランスＴを所定値以下とすることで、壁体３ｂ，５ｂの歯先と対向する端板５ａ，３ａの歯底との間にわたって潤滑油による油膜シールＯＳが形成されていると考えられる。このようにチップクリアランスＴにおける油膜シールＯＳが確保されていることから、圧縮室の流体漏れが低減して、効率変化割合の低下が小さくなる。
一方、ΔＴ／Ｌｏｕｔが０．０１よりも大きくなると、チップクリアランスＴが大きくなり、図９（ｂ）に示すようにチップクリアランスＴにおいて油膜が分離して油膜シールＯＳ（図９（ａ）参照）がなくなり、圧縮室の流体漏れが発生する。これにより、効率変化割合が大きく低下することになる。

以上の通り、本実施形態によれば、ΔＴ／Ｌｏｕｔを０．０１以下にすることにより、チップクリアランスＴ間の油膜シールＯＳを維持することで、所期の効率を維持することができる。

［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、チップクリアランスＴの下限の設定について説明する。その他の構成については上記各実施形態と同様である。したがって、以下の説明では、上記各実施形態に対する相違点のみを説明し、その他の構成は同様であるので説明を省略する。本実施形態は、第１実施形態や第２実施形態と組み合わせて用いることができる。

本実施形態では、壁体３ｂ，５ｂの歯先と端板５ａ，３ａの歯底との間のチップクリアランスＴが、組付け誤差によるスクロール３，５の中心回りの捩れ角δθを考慮している。捩れ角δθは、図１０に示すように、スクロール３，５同士を組み付けて運転する際に、オルダムリングの寸法精度や芯出しピン等の位置精度等によって組付け誤差が不可避的に生じ、スクロール３，５の中心回りに生じるガタによって発生する。なお、図１０は図１（ｂ）と同様の図である。運転時には圧縮室内のガス圧力が加わるため、スクロール３，５の中心回りのガタによって、壁体３ｂ，５ｂの傾斜部における歯先と端板５ａ，３ａの歯底との間が近づき、チップクリアランスＴが減少する。このチップクリアランス減少量δＴは、下式で表される。
δＴ＝ｒ×δθ×tanφ ・・・（３）
ここで、ｒは傾斜部が開始する外周側における半径、すなわち壁体３ｂ、５ｂの外周側の壁体傾斜接続部３ｂ５，５ｂ５（図２，５参照）における半径である。φは傾斜部における傾きである（図５参照）。捩れ角δθは、現物の計測によって得ることができる。または、オルダムリングの寸法精度や芯出しピンの位置精度等、スクロールのねじれを生じさせる部位の寸法を個別に計測し、これらの寸法から捩れ角δθを計算によって求めることもできる。

本実施形態では、スクロール３，５同士を組み付ける際に、傾斜部が開始する外周側における半径、リップクリアランス減少量および傾斜部の傾きφを考慮した上式（３）から得られるチップクリアランス減少量δＴよりもチップクリアランスＴが大きくなるようにする。これにより、歯先と歯底との干渉を回避することができる。

上記の各実施形態では、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１１（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１１（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。

上記の各実施形態では、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。

上記の各実施形態では、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
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
Ｈｃ チップシールの高さ寸法
Ｌ 対向面間距離
ＯＳ 油膜シール
Ｔ チップクリアランス
ΔＴ チップクリアランス変化量
δＴ チップクリアランス減少量
φ 傾き
δθ 捩れ角

Claims (3)

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が設けられ、
   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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、
   前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、
   前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、
   前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   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、
   前記スクロール部材の旋回半径をρ、前記傾斜部の渦巻方向における傾きをφとした場合に、チップクリアランス変化量ΔＴが、下式により定義され、
   ΔＴ＝２ρ×tanφ
   前記チップクリアランス変化量ΔＴが、前記壁体の高さ方向における前記チップシールの高さ寸法の５０％以下とされていることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 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が設けられ、
   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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、
   前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、
   前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、
   前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   前記スクロール部材の旋回半径をρ、前記傾斜部の渦巻き方向における傾きをφとした場合に、チップクリアランス変化量ΔＴが、下式により定義され、
   ΔＴ＝２ρ×tanφ
   前記チップクリアランス変化量ΔＴを前記壁体の最外周の高さで除した値が、０．０１以下とされていることを特徴とするスクロール流体機械。
3. 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が設けられ、
   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の最外周部および最内周部には、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端板の少なくともいずれか一方には、前記壁体平坦部に対応した端板平坦部が設けられ、
   前記最外周部の前記壁体平坦部から前記最内周部の前記壁体平坦部との間にわたって、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前記壁体の高さが連続的に減少する壁体傾斜部が設けられ、
   前記最外周部の前記端板平坦部から前記最内周部の前記端板平坦部との間にわたって、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が設けられ、
   前記壁体傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記壁体平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   前記端板傾斜部の渦巻き方向の長さは、前記最外周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、かつ、前記最内周部の前記端板平坦部の渦巻き方向の長さよりも長く、
   前記壁体の歯先と前記端板の歯底との間のチップクリアランスが、組付け誤差による前記スクロール部材の中心回りの捩れ角に基づくチップクリアランス減少量よりも大きく設定されていることを特徴とするスクロール流体機械。

Images