JP6679633B2 - Scroll fluid machinery - Google Patents
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Description
本発明は、スクロール流体機械に関するものである。 The present invention relates to a scroll fluid machine.
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。 In general, there is known a scroll fluid machine in which a fixed scroll member having a spiral wall body provided on an end plate and an orbiting scroll member are engaged with each other to perform an orbital orbiting motion to compress or expand a fluid.
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。
As such a scroll fluid machine, a so-called step scroll compressor as disclosed in
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。 However, the step scroll compressor has a problem that the fluid leakage at the step is large. In addition, there is a problem that stress concentrates on the root portion of the step and the strength decreases.
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。
On the other hand, the inventors are considering providing a continuous inclined portion instead of the stepped portion provided on the wall body and the end plate.
However, even if the inclined portion is provided, it has not been established in the past how appropriate the inclined portion should be.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a scroll fluid machine having an inclined portion on a wall body and an end plate that can effectively exhibit performance.
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、備えたスクロール流体機械であって、向かい合う前記第1端板と前記第2端板との対向面間距離が、前記第1壁体及び前記第2壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられ、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、前記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、該溝部内に入り込んだ圧縮流体に背面から押圧されるとともに対向する歯底に旋回運動時にチップクリアランス変化量ΔTの変化に追従しつつ接触して流体をシールするチップシールが設けられ、旋回する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、前記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。
In order to solve the above problems, the scroll fluid machine of the present invention employs the following means.
That is, the scroll fluid machine according to the present invention includes a first scroll member in which a spiral first wall body is provided on a first end plate, and a second end plate disposed so as to face the first end plate. A scroll fluid machine comprising: a second scroll member provided on a spiral-shaped second wall body; the second wall body meshes with the first wall body and relatively revolves around; The distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate facing each other is such that an inclined portion is continuously reduced from the outer peripheral side of the first wall body and the second wall body toward the inner peripheral side. The inclined portion is provided over a range of 180 ° or more around the center of the spiral, and the groove portion formed at the tooth tip of the first wall body and the second wall body corresponding to the inclined portion, opposing teeth while being pressed from the back to the intruded compressed fluid in the groove portion Tip seal in contact with follow the change in the tip clearance variation ΔT to seal the fluid is provided during turning movement, the turning radius of the scroll member to pivot [rho, and the slope of the spiral direction of the inclined portion φ when the tip clearance variation ΔT is defined by the following equation,
ΔT = 2ρ × tanφ
The tip clearance change amount ΔT is 50% or less of the height dimension of the tip seal in the height direction of the wall body.
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、旋回するスクロール部材の旋回半径を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。
Since the inclined portion in which the distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wall body is provided, the fluid sucked from the outer peripheral side is As it goes toward the inner peripheral side, not only is it compressed by the reduction of the compression chamber corresponding to the spiral shape of the wall body, but it is further compressed by the reduction of the distance between the facing surfaces between the end plates.
Since the inclined portion is provided, the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom changes according to the turning movement. The tip clearance change amount ΔT according to the orbiting motion is as follows when the orbiting radius of the orbiting scroll member is ρ and the inclination of the inclined portion in the spiral direction is φ.
ΔT = 2ρ × tanφ
The tip seal moves back and forth in the height direction from the groove portion by an amount corresponding to the tip clearance change amount ΔT. Therefore, if the amount of change in tip clearance ΔT is large, the tip seal may come off from the groove.
Therefore, the tip clearance change amount ΔT is set to 50% or less of the height dimension of the tip seal to prevent the tip seal from falling off.
It is more preferable that the tip clearance change amount ΔT is 20% or less of the height dimension of the tip seal.
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、備えたスクロール流体機械であって、向かい合う前記第1端板と前記第2端板との対向面間距離が、前記第1壁体及び前記第2壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられ、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、旋回する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、チップクリアランス間の油膜シールを維持するように、0.01以下とされていることを特徴とする。
Also, the scroll fluid machine of the present invention includes a first scroll member having a first end plate on which a spiral first wall is provided, and a second end plate disposed so as to face the first end plate. A scroll fluid machine provided with a second scroll-shaped wall body, and a second scroll member that engages with the first wall body and makes a relative revolution movement relative to the first wall body. An inclined portion is provided in which the distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the first wall body and the second wall body. The inclined portion is provided over a range of 180 ° or more around the center of the spiral, and when the orbiting radius of the orbiting scroll member is ρ and the inclination of the inclined portion in the spiral direction is φ, the tip clearance changes. The quantity ΔT is defined by
ΔT = 2ρ × tanφ
A value obtained by dividing the tip clearance change amount ΔT by the height of the outermost periphery of the wall body is 0.01 or less so as to maintain the oil film seal between the tip clearances .
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、旋回するスクロール部材の旋回半径を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。
Since the inclined portion in which the distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wall body is provided, the fluid sucked from the outer peripheral side is As it goes toward the inner peripheral side, not only is it compressed by the reduction of the compression chamber corresponding to the spiral shape of the wall body, but it is further compressed by the reduction of the distance between the facing surfaces between the end plates.
Since the inclined portion is provided, the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom changes according to the turning movement. The tip clearance change amount ΔT according to the orbiting motion is as follows when the orbiting radius of the orbiting scroll member is ρ and the inclination of the inclined portion in the spiral direction is φ.
ΔT = 2ρ × tanφ
An oil film seal made of lubricating oil is formed between the tooth tip and the tooth bottom. However, if the tip clearance change amount ΔT becomes large, the oil film seal between the tooth tip and the tooth bottom may be broken, and the sealing performance of the compression chamber may be reduced, resulting in a reduction in efficiency.
As a result of diligent studies by the present inventors, if the value obtained by dividing the amount of change in tip clearance ΔT by the height of the outermost periphery of the wall is 0.01 or less, the oil film seal is maintained and a large decrease in performance is not observed. , Found that the desired efficiency can be maintained.
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、備えたスクロール流体機械であって、向かい合う前記第1端板と前記第2端板との対向面間距離が、前記第1壁体及び前記第2壁体の外周側から内周側に向かって、連続的に減少する傾斜部が設けられ、前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、前記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、該歯先と該歯底との干渉を回避するように、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。 Also, the scroll fluid machine of the present invention includes a first scroll member having a first end plate on which a spiral first wall is provided, and a second end plate disposed so as to face the first end plate. A scroll fluid machine provided with a second scroll-shaped wall body, and a second scroll member that engages with the first wall body and makes a relative revolution movement relative to the first wall body. An inclined portion is provided in which the distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the first wall body and the second wall body. is, the inclined portion is provided over a range of more than 180 ° about the center of the spiral, the tip clearance between the tooth bottom of the end plate and the tooth tip of the wall body, the teeth tip and tooth bottom to avoid interference, assembled twist angle around the center of the scroll member according to the error Characterized in that it is set larger than the tip clearance decrease amount based.
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。
Since the inclined portion in which the distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate continuously decreases from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the wall body is provided, the fluid sucked from the outer peripheral side is As it goes toward the inner peripheral side, not only is it compressed by the reduction of the compression chamber corresponding to the spiral shape of the wall body, but it is further compressed by the reduction of the distance between the facing surfaces between the end plates.
In the scroll fluid machine, when the first scroll member and the second scroll member are assembled, an assembly error inevitably occurs due to the dimensional accuracy of the Oldham ring and the positional accuracy of the centering pin and the like. When an assembling error occurs, the scroll member is twisted about its center, and the tip clearance between the tip and the bottom of the inclined portion is reduced based on the twist angle.
Therefore, the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom is set to be larger than the amount of the tip clearance reduction based on the twist angle around the center of the scroll member due to an assembly error to avoid interference between the tooth tip and the tooth bottom. And
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。 By setting the amount of change in tip clearance ΔT (= 2ρ × tan φ) to 50% or less of the height dimension of the tip seal, it is possible to prevent the tip seal from falling off. Thereby, even if the wall body and the end plate have the inclined portions, the performance can be exhibited.
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。 By setting the value obtained by dividing the amount of change in tip clearance ΔT (= 2ρ × tanφ) by the height of the outermost circumference of the wall to be 0.01 or less, the oil film seal is maintained and no major deterioration in performance is observed. The performance of can be maintained.
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。 By setting the tip clearance between the tooth tip and the tooth bottom to be larger than the amount of tip clearance reduction based on the twist angle around the center of the scroll member due to an assembly error, interference between the tooth tip and the tooth bottom can be avoided. .
[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。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a fixed scroll (first scroll member) 3 and an orbiting scroll (second scroll member) 5 of a scroll compressor (scroll fluid machine) 1. The
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。
The fixed
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。
The fixed
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。
The fixed
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。
As shown in FIG. 1 (a), the distance L between the facing surfaces between the
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。
As shown in FIG. 2, the
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。 Note that the continuous meaning in the inclined portion in the present embodiment is not limited to a smoothly connected inclination, and small steps that are inevitably generated during processing are connected in a stepwise manner. When the part is viewed as a whole, it also includes one that is continuously inclined. However, it does not include large steps such as so-called step scrolls.
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。 The wall inclined portions 3b1 and 5b1 and / or the end plate inclined portions 3a1 and 5a1 are coated. Examples of the coating include manganese phosphate treatment and nickel phosphorus plating.
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。
As shown in FIG. 2, wall flat portions 5b2 and 5b3 having a constant height are provided on the innermost peripheral side and the outermost peripheral side of the
Similarly, the bottoms of the
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。
As shown by hatching in FIGS. 3 and 4, also for the fixed
図5には、渦巻き方向に伸ばして表示した壁体3b,5bが示されている。同図に示されているように、最内周側の壁体平坦部3b2,5b2が距離D2にわたって設けられ、最外周側の壁体平坦部3b3,5b3が距離D3にわたって設けられている。距離D2及び距離D3は、それぞれ、各スクロール3,5の中心O1,O2まわりに180°(180°以上360°以下、好ましくは210°以下)とされた領域に相当する長さとなっている。最内周側の壁体平坦部3b2,5b2と最外周側の壁体平坦部3b3,5b3との間に、壁体傾斜部3b1,5b1が距離D1にわたって設けられている。最内周側の壁体平坦部3b2,5b2と最外周側の壁体平坦部3b3,5b3との高低差をhとすると、壁体傾斜部3b1,5b1の傾きφは下式とされる。
φ=tan−1(h/D1) ・・・(1)
このように、傾斜部における傾きφは、渦巻状の壁体3b,5bが延在する周方向に対して一定とされている。距離D1は、距離D2よりも長く、また、距離D3よりも長い。
例えば、本実施形態において、スクロール3,5の諸元は以下の通りである。
(1)旋回半径ρ[mm]:2以上15以下、好ましくは3以上10以下
(2)壁体3b、5bの巻数:1.5以上4.5以下、好ましくは2.0以上3.5以下
(3)高低差h[mm]:2以上20以下、好ましくは5以上15以下
(4)h/Lout(最外周側の壁体高さ):
0.05以上0.35以下、好ましくは0.1以上0.25以下
(5)傾斜部の角度範囲(距離D1に相当する角度範囲)[°]:
180以上1080以下、好ましくは360以上720以下
(6)傾斜部の角度φ[°]:0.2以上4以下、好ましくは0.5以上2.5以下
FIG. 5 shows the
φ = tan −1 (h / D1) ・ ・ ・ (1)
In this way, the inclination φ in the inclined portion is constant with respect to the circumferential direction in which the
For example, in this embodiment, the specifications of the
(1) Turning radius ρ [mm]: 2 or more and 15 or less, preferably 3 or more and 10 or less (2) Number of turns of the
0.05 or more and 0.35 or less, preferably 0.1 or more and 0.25 or less (5) Angle range of the inclined portion (angle range corresponding to the distance D1) [°]:
180 or more and 1080 or less, preferably 360 or more and 720 or less (6) Angle φ [°] of the inclined portion: 0.2 or more and 4 or less, preferably 0.5 or more and 2.5 or less
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。
FIG. 6 shows an enlarged view of the area indicated by reference symbol Z in FIG. As shown in FIG. 6, a
両スクロール3,5が相対的に公転旋回運動を行うと、旋回直径(旋回半径ρ×2)分だけ歯先と歯底の位置が相対的にずれる。この歯先と歯底の位置ずれに起因して、傾斜部では、歯先と歯底との間のチップクリアランスが変化する。チップクリアランス変化量Δh[mm]は、例えば、0.05以上1.0以下、好ましくは0.1以上0.6以下とされる。例えば、図7(a)ではチップクリアランスTが小さく、図7(b)ではチップクリアランスTが大きいことを示している。チップシール7は、このチップクリアランスTが旋回運動によって変化しても、背面から圧縮流体によって端板5aの歯底側に押圧されるので、追従してシールできるようになっている。
When both scrolls 3 and 5 relatively perform a revolving orbiting motion, the positions of the tooth tip and the tooth bottom are relatively displaced by the orbiting diameter (orbiting radius ρ × 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. The chip clearance change amount Δh [mm] is, for example, 0.05 or more and 1.0 or less, preferably 0.1 or more and 0.6 or less. For example, FIG. 7A shows that the tip clearance T is small, and FIG. 7B shows that the tip clearance T is large. Even if the tip clearance T changes due to the swiveling motion, the
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。
As shown in FIG. 7, the tip clearance change amount ΔT, in which the tip clearance T changes during one turn, can be expressed by the following equation.
ΔT = 2ρ × tanφ (2)
Here, ρ is the turning radius.
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。
The amount of change ΔT in the tip clearance is set to 50% or less of the height dimension Hc of the tip seal in the height direction of the
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。
The
The
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。
According to this embodiment, the following operational effects are exhibited.
Therefore, the tip clearance change amount ΔT is set to 50% or less of the height dimension Hc of the
The tip clearance change amount ΔT may be 20% or less of the height dimension Hc of the
[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。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The present embodiment is different in the concept of setting the upper limit of the tip clearance change amount ΔT, and is the same in other configurations. Therefore, in the following description, only the differences from the first embodiment will be described, and the other configurations are the same, so the description will be omitted.
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。
In the present embodiment, ΔT / Lout, which is a value obtained by dividing the amount of change in tip clearance ΔT by the height of the outermost periphery of the
In FIG. 8, the horizontal axis is ΔT / Lout, and the vertical axis is the efficiency change rate. The efficiency change ratio is the ratio of the efficiency at a predetermined ΔT / Lout with respect to the case where the chip clearance change amount ΔT is zero, that is, the efficiency in the case of a so-called two-dimensional scroll in which there is no inclination of the wall height is 1. Show. As shown in FIG. 8, when ΔT / Lout is 0.01, the efficiency change rate decreases by less than 1%. Therefore, if ΔT / Lout is set to 0.01 or less, the decrease in the efficiency change rate can be suppressed to less than 1%.
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。
As shown in FIG. 9A, when ΔT / Lout is in the range of 0.01 or less, the tip clearance T is set to a predetermined value or less so that the
On the other hand, when ΔT / Lout is larger than 0.01, the tip clearance T becomes large, and the oil film is separated at the tip clearance T as shown in FIG. 9B, and the oil film seal OS (see FIG. 9A). And the fluid leaks in the compression chamber. As a result, the efficiency change rate is greatly reduced.
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。 As described above, according to the present embodiment, the desired efficiency can be maintained by maintaining the oil film seal OS between the tip clearances T by setting ΔT / Lout to 0.01 or less.
[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。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
In this embodiment, setting of the lower limit of the tip clearance T will be described. Other configurations are the same as those in the above-described embodiments. Therefore, in the following description, only the differences from each of the above-described embodiments will be described, and the other configurations are the same, so description thereof will be omitted. This embodiment can be used in combination with the first embodiment or the second embodiment.
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。
In the present embodiment, the tip clearance T between the tooth tips of the
δT = r × δθ × tanφ (3)
Here, r is the radius on the outer peripheral side where the inclined portion starts, that is, the radius on the wall inclined connection portions 3b5, 5b5 (see FIGS. 2 and 5) on the outer peripheral sides of the
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。
In the present embodiment, when assembling the
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。
In each of the above-described embodiments, the end plate inclined portions 3a1 and 5a1 and the wall body inclined portions 3b1 and 5b1 are provided on both
Specifically, as shown in FIG. 11A, when one wall body (for example, the orbiting scroll 5) is provided with the wall body inclined portion 5b1 and the
Further, as shown in FIG. 11B, a shape combined with the conventional stepped shape, that is, the end plate inclined portion 3a1 is provided on the
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。
In each of the above-described embodiments, the wall flat portions 3b2, 3b3, 5b2, 5b3 and the end plate flat portions 3a2, 3a3, 5a2, 5a3 are provided, but the inner peripheral side and / or outer peripheral side flat portions are omitted. Then, the inclined portion may be provided so as to extend over the
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。 In each of the above embodiments, the scroll compressor is described, but the present invention can be applied to a scroll expander used as an expander.
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
1 Scroll compressor (scroll fluid machine)
3 Fixed scroll (first scroll member)
3a End plate (first end plate)
3a1 end plate inclined part 3a2 end plate flat part (inner peripheral side)
3a3 End plate flat part (outer peripheral side)
3a4 End plate inclined connection (inner side)
3a5 End plate inclined connection part (outer peripheral side)
3b wall (first wall)
3b1 Wall slope 3b2 Wall flat (inner side)
3b3 Wall flat part (outer peripheral side)
3b4 Wall inclined connection (inner side)
3b5 Wall slope connection (outer peripheral side)
5a End plate (second end plate)
5a1 end plate inclined part 5a2 end plate flat part (inner peripheral side)
5a3 End plate flat part (outer peripheral side)
5a4 End plate inclined connection part (inner circumference side)
5a5 End plate inclined connection part (outer peripheral side)
5b wall (second wall)
5b1 Wall sloped part 5b2 Wall flat part (inner side)
5b3 Wall flat part (outer peripheral side)
5b4 Wall slope connection (inner side)
5b5 Wall slope connection (outer peripheral side)
7 Tip seal Hc Tip seal height L L Face-to-face distance OS Oil film seal T Tip clearance ΔT Tip clearance change amount δT Tip clearance decrease amount φ Tilt δθ Twist angle
Claims (3)
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、
前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、
前記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、該溝部内に入り込んだ圧縮流体に背面から押圧されるとともに対向する歯底に旋回運動時にチップクリアランス変化量ΔTの変化に追従しつつ接触して流体をシールするチップシールが設けられ、
旋回する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、前記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。 A first scroll member in which a spiral first wall body is provided on the first end plate;
A spiral second wall body is provided on a second end plate arranged to face the first end plate, and the second wall body meshes with the first wall body to perform a relatively revolving motion. A second scroll member for performing,
A scroll fluid machine comprising:
The distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate facing each other is such that an inclined portion is continuously reduced from the outer peripheral side of the first wall body and the second wall body toward the inner peripheral side. Is provided,
The inclined portion is provided over a range of 180 ° or more around the center of the spiral,
The groove formed in the tooth tip of the first wall body and the second wall body corresponding to the inclined portion is pressed from the back surface by the compressed fluid that has entered the groove portion, and swivels to the opposite tooth bottom. At the same time, a tip seal is provided that seals the fluid by contacting it while following the change in the tip clearance change amount ΔT .
The turning radius of the scroll member to pivot [rho, an inclination in the spiral direction of the inclined portion when the phi, the tip clearance variation ΔT is defined by the following equation,
ΔT = 2ρ × tanφ
The scroll fluid machine characterized in that the tip clearance change amount ΔT is 50% or less of the height dimension of the tip seal in the height direction of the wall body.
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、
前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、
旋回する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、チップクリアランス間の油膜シールを維持するように、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。 A first scroll member in which a spiral first wall body is provided on the first end plate;
A spiral second wall body is provided on a second end plate arranged to face the first end plate, and the second wall body meshes with the first wall body to perform a relatively revolving motion. A second scroll member for performing,
A scroll fluid machine comprising:
The distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate facing each other is such that an inclined portion is continuously reduced from the outer peripheral side of the first wall body and the second wall body toward the inner peripheral side. Is provided,
The inclined portion is provided over a range of 180 ° or more around the center of the spiral,
When the orbiting radius of the orbiting scroll member is ρ and the inclination of the inclined portion in the spiral direction is φ, the tip clearance change amount ΔT is defined by the following equation:
ΔT = 2ρ × tanφ
A value obtained by dividing the tip clearance change amount ΔT by the height of the outermost periphery of the wall body is 0.01 or less so as to maintain the oil film seal between the tip clearances. .
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、
前記傾斜部は、渦巻きの中心回りに180°以上の範囲にわたって設けられ、
前記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、該歯先と該歯底との干渉を回避するように、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。 A first scroll member in which a spiral first wall body is provided on the first end plate;
A spiral second wall body is provided on a second end plate arranged to face the first end plate, and the second wall body meshes with the first wall body to perform a relatively revolving motion. A second scroll member for performing,
A scroll fluid machine comprising:
The distance between the facing surfaces of the first end plate and the second end plate facing each other is such that an inclined portion is continuously reduced from the outer peripheral side of the first wall body and the second wall body toward the inner peripheral side. Is provided,
The inclined portion is provided over a range of 180 ° or more around the center of the spiral,
The twist angle around the center of the scroll member due to an assembly error so that the tip clearance between the tip of the wall and the bottom of the end plate avoids interference between the tip and the bottom. The scroll fluid machine is characterized in that it is set to be larger than the chip clearance reduction amount based on.
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