(57)【要約】【課題】段付きスクロール圧縮機にラップ壁体の破損を防止し、耐久性と信頼性を高める。【解決手段】固定スクロール１６と旋回スクロール２０の少なくとも一方の端板１７，２１の一側面に、その高さが渦巻き状ラップ壁体１８，２２の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部ＢＳが設けられている。ここに対応する他方のスクロール１６，２０の渦巻き状ラップ壁体１８，２２には、その渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部ＴＳが設けられている。これらの渦巻き状ラップ壁体１８，２２における、歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の歯底面１７ａ，２１ａに隣接し、且つ、少なくとも相対する渦巻き状ラップ壁体１８，２２と重なる範囲における渦巻き状ラップ壁体１８，２２の腹面のみが、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退している。【選択図】図１２
2018009553.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、
前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機であって、
前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方は、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接し、且つ、少なくとも相対する前記渦巻き状ラップ壁体と重なる範囲における前記渦巻き状ラップ壁体の腹面のみが、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退している段付きスクロール圧縮機。
【請求項２】
それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、
前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機であって、
前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方は、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接する前記渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面が、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退している段付きスクロール圧縮機。
【請求項３】
前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°未満である請求項１に記載の段付きスクロール圧縮機。
【請求項４】
前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°以上である請求項２に記載の段付きスクロール圧縮機。
【請求項５】
前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前記背面の後退量の最大値をδ、前記旋回スクロールの旋回半径をρとした場合に、δ／ρ≦０．０１の範囲内となるように前記後退量の最大値δが設定されている請求項１から４のいずれかに記載の段付きスクロール圧縮機。
【請求項６】
前記歯底段差部の位置にて前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前記背面の後退量が渦巻き方向外周側から内周側に向かって漸減している請求項２から４のいずれかに記載の段付きスクロール圧縮機。
【請求項７】
前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前背面の後退量は、前記渦巻き状ラップ壁体の根元側から先端側に向かって大きくなっている請求項１から４のいずれかに記載の段付きスクロール圧縮機。
【請求項８】
それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、
前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機の設計方法であって、
前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方について、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接し、且つ、少なくとも相対する前記渦巻き状ラップ壁体と重なる範囲における前記渦巻き状ラップ壁体の腹面のみを、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退させる段付きスクロール圧縮機の設計方法。
【請求項９】
それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、
前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、
前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機の設計方法であって、
前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方について、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接する前記渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面を、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退させる段付きスクロール圧縮機の設計方法。
【請求項１０】
前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さを３６０°未満とする請求項８に記載の段付きスクロール圧縮機の設計方法。
【請求項１１】
前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さを３６０°以上とする請求項９に記載の段付きスクロール圧縮機の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、渦巻き状ラップ壁体の破損を防止するようにした段付きスクロール圧縮機およびその設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷媒や空気等を圧縮するスクロール圧縮機において、特許文献１等に開示されているように、固定スクロールおよび旋回スクロールの端板に立設される渦巻き状ラップ壁体の歯先面および歯底面の渦巻き方向に沿う任意の位置に各々段差部が設けられ、該段差部の外周側のラップ高さが内周側のラップ高さよりも高くされた、いわゆる段付きスクロール圧縮機が知られている。
このような段付きスクロール圧縮機は、被圧縮流体を渦巻き状ラップ壁体の周方向および高さ方向の双方に三次元的に圧縮できるため、段付きでないスクロール圧縮機に比べて、渦巻き状ラップ壁体の巻き数を増やすことなく圧縮比を高めることができる。
したがって、スクロール圧縮機の外径を大きくすることなく設計容積比を大きくすることが可能であり、スクロール圧縮機を小型軽量化することができる。
【０００３】
特許文献１には、このような段付きスクロール圧縮機において、固定スクロールおよび旋回スクロールの端板の底面に形成される段差部の近傍における渦巻き状ラップ壁体の側面に薄肉部を形成したことが記載されている。このような薄肉部を形成することにより、端板の底面に段付部を加工形成する際に発生しやすいバリに、相対するスクロールの渦巻き状ラップ壁体が干渉することによって発生する騒音を解消することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２４７７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記のような段付きスクロール圧縮機における別な問題点として、渦巻き状ラップ壁体の外周側区間、即ちラップ高さが高い区間における渦巻き状ラップ壁体の破損が挙げられる。
段付きスクロール圧縮機では、渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが外周側から内周側に向かって段階的に低くなるが、その最も外周側の区間と、最も内周側の区間との高低差を大きくすることによって圧縮比を高めることができる。
このため、最も外周側の区間においては、渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが、段付きでないスクロール圧縮機における渦巻き状ラップ壁体のラップ高さに比べて高くなる設計傾向となる。
渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが高くなると、相対する渦巻き状ラップ壁体と接触する際に、ラップの根元に加わる曲げ応力が大きくなり、渦巻き状ラップ壁体が破損する可能性が高くなる。
【０００６】
特許文献１に記載の段付きスクロール圧縮機は、騒音防止のために、スクロール端板の底面に形成される段差部の近傍における渦巻き状ラップ壁体の側面に薄肉部を形成しているが、薄肉部を形成した領域よりも外周側で渦巻き状ラップ壁体同士が接触すると、渦巻き状ラップ壁体が破損するリスクがある。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、段付きスクロール圧縮機における渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、耐久性と信頼性を高めるとともに、圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止することができる段付きスクロール圧縮機およびその設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様に係る段付きスクロール圧縮機は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられたものであって、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方は、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接し、且つ、少なくとも相対する前記渦巻き状ラップ壁体と重なる範囲における前記渦巻き状ラップ壁体の腹面のみが、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退しているものである。
【０００９】
本発明の第２態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機の設計方法であって、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方について、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接し、且つ、少なくとも相対する前記渦巻き状ラップ壁体と重なる範囲における前記渦巻き状ラップ壁体の腹面のみを、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退させるものである。
【００１０】
上記の段付きスクロール圧縮機および設計方法によれば、渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが最も高くなっている区間、即ち歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接する前記渦巻き状ラップ壁体の腹面のみが本来の側面プロフィールよりも内側に後退する。
このため、ラップ高さが最も高く破損のリスクが大きい渦巻き方向最外周側の区間においては、固定スクロールと旋回スクロールの渦巻き状ラップ壁体同士が接触することがなく、渦巻き状ラップ壁体同士の接触による破損を未然に防止することができる。
【００１１】
渦巻き状ラップ壁体の腹面を内側に後退させる量は、被圧縮流体の圧縮に悪影響を及ぼさない程度、例えば１００μｍ程度以下とされる。このため、段付きスクロール圧縮機の圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止しながら、渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、段付きスクロール圧縮機の耐久性と信頼性を高めることができる。
【００１２】
本発明の第１態様に係る段付きスクロール圧縮機、および本発明の第２態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法において、前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さを３６０°未満としてもよい。
換言すれば、歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°未満である場合には、本発明の第１態様に係る段付きスクロール圧縮機、および本発明の第２態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法を適用するのが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、歯底段差部よりも渦巻き方向内周側の区間においては、渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面が内側に後退せずに本来の側面プロフィールを保ったままとされる。
ここで、仮に歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°未満であっても、歯先段差部と歯底段差部との間の区間とを合わせると渦巻長さが３６０°を超える。
【００１４】
このため、段付きスクロール圧縮機の作動時には、この渦巻き方向内周側の区間と、その渦巻方向外周側に続く区間とのいずれかにおいて、渦巻き状ラップ壁体同士が２点で接触し、これによって固定スクロールに対する旋回スクロールの旋回軌道が確定される。
したがって、歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の区間、即ち渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが最も高い区間において渦巻き状ラップ壁体の内外両側面を内側に後退させても、この後退させた分だけ旋回スクロールがその端板の面方向に移動してしまうことがなく、渦巻き状ラップ壁体同士の接触による破損を防止することができる。
【００１５】
本発明の第３態様に係る段付きスクロール圧縮機は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられたものであって、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方は、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接する前記渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面が、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退しているものである。
【００１６】
本発明の第４態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法は、それぞれの端板の一側面に渦巻き状ラップ壁体を立設させた固定スクロールおよび旋回スクロールが、互いの前記渦巻き状ラップ壁体を噛み合わせることにより被圧縮流体を圧縮する一対の圧縮室を形成し、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの少なくとも一方の前記端板の前記一側面には、その歯底面の高さが前記渦巻き状ラップ壁体の渦巻き方向外周側から内周側に向かって高くなる歯底段差部が設けられ、前記歯底段差部に対応する他方の前記スクロールの前記渦巻き状ラップ壁体には、その歯先面の高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部が設けられた段付きスクロール圧縮機の設計方法であって、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールの少なくとも一方について、その前記歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接する前記渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面を、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退させるものである。
【００１７】
上記の段付きスクロール圧縮機および設計方法によれば、渦巻き状ラップ壁体のラップ高さが高くなっている区間、即ち歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の歯底面に隣接し、且つ、少なくとも相対する前記渦巻き状ラップ壁体と重なる範囲において、渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面が、その本来の側面プロフィールよりも内側に後退している。
このため、ラップ高さが高い渦巻き方向外周側の区間においては、固定スクロールと旋回スクロールの渦巻き状ラップ壁体同士が接触することがなく、渦巻き状ラップ壁体同士の接触による破損を未然に防止することができる。
【００１８】
渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面を内側に後退させる量は、被圧縮流体の圧縮に悪影響を及ぼさない程度、例えば１００μｍ程度以下とされる。このため、段付きスクロール圧縮機の圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止しながら、渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、段付きスクロール圧縮機の耐久性と信頼性を高めることができる。
【００１９】
本発明の第３態様に係る段付きスクロール圧縮機、および本発明の第４態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法において、前記渦巻き状ラップ壁体における、非インボリュート区間を除いた、前記歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°以上としてもよい。
換言すれば、歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間の渦巻長さが３６０°以上である場合には、本発明の第３態様に係る段付きスクロール圧縮機、および本発明の第４態様に係る段付きスクロール圧縮機の設計方法を適用するのが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、非インボリュート区間を除いた、歯先段差部よりも渦巻き方向内周側の区間における渦巻長さが３６０°以上あり、この区間においては渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面が内側に後退せずに本来の側面プロフィールを保ったままとされる。
このため、段付きスクロール圧縮機の作動時には、この渦巻き方向内周側の区間においてのみ渦巻き状ラップ壁体同士が２点で接触し、これによって固定スクロールに対する旋回スクロールの旋回軌道が確定される。
したがって、歯底段差部よりも渦巻き方向外周側の区間において渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面を内側に後退させても、この後退させた分だけ旋回スクロールがその端板の面方向に移動してしまうことがなく、渦巻き状ラップ壁体同士の接触による破損を防止することができる。
【００２１】
渦巻き状ラップ壁体の腹面および背面を内側に後退させる量は、被圧縮流体の圧縮に悪影響を及ぼさない程度、例えば１００μｍ程度以下とされる。このため、段付きスクロール圧縮機の圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止しながら、渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、段付きスクロール圧縮機の耐久性と信頼性を高めることができる。
【００２２】
前記構成において、前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前背面の後退量の最大値をδ、前記旋回スクロールの旋回半径をρとした場合に、δ／ρ≦０．０１の範囲内となるように前記後退量の最大値δを設定するのが好ましい。
【００２３】
このように後退量の最大値を決定すれば、各種の大きさの段付きスクロール圧縮機において、渦巻き状ラップ壁体の破損防止と、圧縮漏れによる性能低下の抑制とを両立させることができる。
【００２４】
前記構成において、前記歯底段差部の位置にて前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前背面の後退量を渦巻き方向外周側から内周側に向かって漸減させてもよい。これにより、端板に歯底段差部を加工形成する際に発生しやすいバリに、相対するスクロールの渦巻き状ラップ壁体が干渉することによる騒音の発生を防止することができる。
【００２５】
前記構成において、前記渦巻き状ラップ壁体の前記腹面および前背面の後退量は、前記渦巻き状ラップ壁体の根元側から先端側に向かって大きくしてもよい。こうすれば、渦巻き状ラップ壁体の根元側における厚さ寸法を減少させて強度を損なわせてしまうことなく、先端側において渦巻き状ラップ壁体同士が接触することを防止し、渦巻き状ラップ壁体の破損を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明に係る段付きスクロール圧縮機およびその設計方法によれば、ラップ高さが高い区間における渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、耐久性と信頼性を高めるとともに、圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る段付きスクロール圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る固定スクロールの縦断面図である。
【図３】図２のIII-III矢視による固定スクロールの下面図である。
【図４】固定スクロールの概念的な斜視図である。
【図５】旋回スクロールの概念的な斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態を示す固定スクロールおよび旋回スクロールにおける渦巻き状ラップ壁体の展開図である。
【図７】渦巻き状ラップ壁体の側面後退の態様を示す縦断面図である。
【図８】渦巻き状ラップ壁体の側面後退の態様を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る固定スクロールの縦断面図である。
【図１０】図９のX-X矢視による固定スクロールの下面図である。
【図１１】第２実施形態における固定スクロールと旋回スクロールとが組み合わされた図である。
【図１２】本発明の第２実施形態を示す固定スクロールおよび旋回スクロールにおける渦巻き状ラップ壁体の展開図である。
【図１３】歯底段差部付近の部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る段付きスクロール圧縮機の縦断面図である。この段付きスクロール圧縮機１は、例えばＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）冷媒用の密閉型電動スクロール圧縮機であるが、本発明はこの形式のスクロール圧縮機のみに限定されるものではない。
【００２９】
段付きスクロール圧縮機１は、上下方向に長い筒状の有底の鋼板製密閉ハウジング２を備えている。この密閉ハウジング２内の上方部位には、スクロール圧縮機構３が設置され、その下方部位には、電動モータ４が設置されている。
【００３０】
密閉ハウジング２内は、スクロール圧縮機構３の上部に設けられた仕切り部材３０よりも上部側が、スクロール圧縮機構３により圧縮された高圧ガスが吐出される吐出チャンバー５とされ、吐出パイプ６が接続されている。また、仕切り部材３０およびスクロール圧縮機構３よりも下部側が、低圧の吸入ガスが吸込まれる吸入チャンバー７とされ、吸入パイプ８が接続されている。吸入チャンバー７側には、固定子９および回転子１０から構成される電動モータ４が、密閉ハウジング２内に圧入等によって設置されており、該電動モータ４の回転子１０に結合されているクランク軸１１が上下方向に延在している。
【００３１】
クランク軸１１の下端部は、密閉ハウジング２内に設けられている下部軸受１２によって支持されており、クランク軸１１の上端部は、上部軸受部材１５のジャーナル軸受部１５Ｂに回転自在に支持されている。そして、スクロール圧縮機構３は、上部軸受部材１５を介して密閉ハウジング２内に固定されている。スクロール圧縮機構３は、上部軸受部材１５上に固定されている固定スクロール１６と、上部軸受部材１５上にて固定スクロール１６に対し公転旋回可能に支持されている旋回スクロール２０とを備えて構成されている。
【００３２】
図２〜図４にも示すように、固定スクロール１６は、密閉ハウジング２内に固定される固定端板１７（端板）と、その一側面に立設されている渦巻状の固定ラップ壁体１８（渦巻き状ラップ壁体）とを備え、固定端板１７の中心部に吐出ポート１９が設けられた構成とされている。また、図１、図５に示すように、旋回スクロール２０は、旋回端板２１（端板）と、その一側面に立設されている渦巻状の旋回ラップ壁体２２（渦巻き状ラップ壁体）とを備え、旋回端板２１の背面側に旋回ボス部２３が一体に設けられた構成とされている。
【００３３】
旋回スクロール２０は、旋回端板２１の背面が上部軸受部材１５のスラスト軸受部１５Ａ上に支持され、その旋回ボス部２３に、クランク軸１１の上端に偏心量ρを持って設置されているクランクピン１１Ａが、公知の従動クランク機構を構成するドライブブッシュ２５および旋回ベアリング２６を介して連結されることにより、固定スクロール１６の周りを公転旋回駆動可能な構成とされている。クランクピン１１Ａの偏心量ρは、即ち固定スクロール１６に対する旋回スクロール２０の旋回半径である。
【００３４】
固定スクロール１６の固定端板１７と、旋回スクロール２０の旋回端板２１には、各々の歯底面１７ａ，２１ａの高さが、各々のラップ壁体１８，２２の渦巻き方向外周側から内周側に向かって一段高くなる歯底段差部ＢＳが設けられている。これらの歯底段差部ＢＳに対応して、他方のスクロール１６，２０のラップ壁体１８，２２には、その歯先面１８ａ，２２ａの高さが渦巻き方向外周側から内周側に向かって低くなる歯先段差部ＴＳが設けられている。
【００３５】
固定スクロール１６と旋回スクロール２０は、固定ラップ壁体１８と旋回ラップ壁体２２とが１８０度位相をずらし、公知の如く噛み合わされることによって、両ラップ壁体１８，２２の間に一対の圧縮室２４が形成されるようになっている。この一対の圧縮室２４は、旋回スクロール２０が公転旋回されることにより、外周位置から中心部へと容積が減少されながら移動され、圧縮作用をなすように構成されている。
【００３６】
圧縮室２４は、そのクランク軸１１の軸線方向の高さが各ラップ壁体１８，２２の外周側において内周側の高さよりも高くされることにより、各ラップ壁体１８，２２の周方向および高さ方向の双方にガスを圧縮できる三次元圧縮が可能なスクロール圧縮機構３を構成している。各ラップ壁体１８，２２の歯先面１８ａ，２２ａには、相手方スクロールの歯底面１７ａ，２１ａとの間をシールするためのチップシール１８ｂ，２２ｂ（図５参照）が、それぞれ歯先面１８ａ，２２ａに設けられた溝に嵌合されている。
【００３７】
旋回スクロール２０の旋回端板２１の背面と上部軸受部材１５のスラスト軸受部１５Ａとの間には、旋回スクロール２０の自転を阻止するオルダムリング等からなる自転防止手段２７が組み込まれている。固定スクロール１６の固定端板１７には、その背面側にディスチャージカバー２８が設けられるとともに、吐出ポート１９を開閉するリード弁タイプの吐出弁２９が設けられている。
【００３８】
上記のように構成された段付きスクロール圧縮機１において、電動モータ４が駆動されると、吸入パイプ８を介して密閉ハウジング２内に低圧の冷媒ガス（ＨＦＣ冷媒）が吸い込まれ、この冷媒ガスが上部軸受部材１５等に設けられている冷媒流路を経てスクロール圧縮機構３の圧縮室２４に吸い込まれる。圧縮室２４に吸い込まれた冷媒ガスは、旋回スクロール２０が固定スクロール１６の周りに公転旋回駆動され、圧縮室２４が外周位置から中心側へと容積を減少しながら移動される間に高温高圧ガスに圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、吐出弁２９を開弁させて吐出チャンバー５に流れ込み、吐出パイプ６から外部配管を経て凝縮器等の熱交換器に供給される。
【００３９】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
図６は、本発明の第１実施形態を示す固定スクロール１６および旋回スクロール２０におけるラップ壁体１８，２２の展開図である。この図６中に表示されている角度数値は、それぞれ図３に示す固定ラップ壁体１８および旋回ラップ壁体２２における同数値の位置に合致している。
各ラップ壁体１８，２２は、その径方向内周側の面を「腹面」、径方向外周側の面を「背面」と呼ぶ。
【００４０】
ラップ壁体１８，２２の腹面は、その周方向に沿って、始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間と、０°から４５０°までの区間Ａ１と、４５０°から６３０°までの区間Ａ２と、６３０°から９００°の手前の終点ＥＰまでの区間Ａ３との３区間に分けることができる。これら３つの区間Ａ１，Ａ２，Ａ３における歯底面１７ａ，２１ａから歯先面１８ａ，２２ａまでのラップ高さは、それぞれＨ１，Ｈ２，Ｈ３となっており、その大小関係はＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３となっている。
【００４１】
ラップ壁体１８，２２の背面は、その周方向に沿って、始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間と、０°から２７０°までの区間Ｂ１と、２７０°から４５０°までの区間Ｂ２と、４５０°から７２０°の手前の点Ｐ１までの区間Ｂ３と、点Ｐ１から９００°の手前の終点ＥＰまでの区間Ｂ４の４区間に分けることができる。区間Ｂ４には相対するラップ壁体の腹面が重なることがない。これら４つの区間Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４における歯底面１７ａ，２１ａから歯先面１８ａ，２２ａまでのラップ高さは、それぞれＨ１，Ｈ２，Ｈ３となっており、その大小関係はＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３となっている。
【００４２】
この固定ラップ壁体１８および旋回ラップ壁体２２は、その歯先段差部ＴＳよりも渦巻き方向内周側の区間の有効渦巻長さ、即ち始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間を除いた、腹面においては区間Ａ１、背面においては区間Ｂ１＋Ｂ２の渦巻長さが３６０°以上とされている。つまり、固定ラップ壁体１８と旋回ラップ壁体２２とが組み合わされた時に、両方のラップ壁体１８，２２の、腹面の区間Ａ１と、背面の区間Ｂ１＋Ｂ２とが、互いにその渦巻方向に１周以上重なるようになっている。
【００４３】
これらのラップ壁体１８，２２において、その歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の歯底面１７ａ，２１ａに隣接する腹面側の区間Ａ３および背面側の区間Ｂ２，Ｂ３の各面は、被圧縮流体である冷媒の圧縮に悪影響を及ぼさない程度に、本来の腹面および背面の面プロフィールよりも僅かに内側に後退している。換言すれば、ラップ壁体１８，２２の厚さが従来よりも薄くされている。図３中には面を後退させる範囲が記号×××で示され、図６中には面を後退させる範囲が網掛け表示されている。
なお、背面側の区間Ｂ４も内側に後退させてもよいが、この面には相対する渦巻き状ラップ壁体１８，２２が重なることがない（接触する懸念がない）ため、面を後退させなくてもよい。
この後退量は、その最大値をδ、旋回スクロール２０の旋回半径をρとした場合に、δ／ρ≦０．０１の範囲内となるように設定される。具体的な数値としては、例えば１００μｍ以下、好ましくは１０〜２０μｍ程度とするのがよい。面を後退させる方法としては、最初から後退された形状で製作するか、あるいは後退されていないラップ壁体１８，２２を後加工することが考えられる。後加工する方法としては、研摩や切削等の機械的な方法、あるいはエッチング等の化学的な方法が考えられる。
【００４４】
固定スクロール１６と旋回スクロール２０は以上のように構成されている。これによれば、ラップ壁体１８，２２のラップ高さが高くなっている区間、即ち歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の区間Ａ３（腹面側）およびＢ２，Ｂ３（背面側）において、ラップ壁体１８，２２の両面が本来の腹面の面プロフィールよりも内側に後退しているため、ラップ高さＨ２，Ｈ３が高い渦巻き方向外周側の区間においては、固定ラップ壁体１８と旋回ラップ壁体２２とが接触することがない。したがって、ラップ壁体１８，２２同士の接触による破損を未然に防止することができる。
【００４５】
上記の構成では、歯先段差部ＴＳよりも渦巻き方向内周側の区間Ａ１（腹面側）およびＢ１，Ｂ２（背面側）における渦巻長さが３６０°以上あり、この区間においてはラップ壁体１８，２２の腹面および背面の両面が内側に後退せずに本来の側面プロフィールを保ったままとされる。
このため、段付きスクロール圧縮機１の作動時には、この渦巻き方向内周側の区間Ａ１，Ｂ１，Ｂ２においてのみラップ壁体１８，２２同士が２点で接触し、これによって固定スクロール１６に対する旋回スクロール２０の旋回軌道が確定される。
したがって、歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の区間Ａ３，Ｂ２，Ｂ３においてラップ壁体１８，２２の腹面および背面を内側に後退させても、この後退させた分だけ旋回スクロール２０がその端板２１の面方向に移動してしまうことがなく、ラップ壁体１８，２２同士の接触による破損を防止することができる。
【００４６】
ラップ壁体１８，２２の腹面および背面を内側に後退させる量は、冷媒の圧縮に悪影響を及ぼさない程度、例えば１００μｍ程度以下に設定されているため、段付きスクロール圧縮機１の圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止しながら、ラップ壁体１８，２２の破損を防止し、段付きスクロール圧縮機１の耐久性と信頼性を高めることができる。最も圧縮圧力が高くなる渦巻方向内周側の区間Ａ１，Ｂ１においてはラップ壁体１８，２２の腹面および背面が後退しておらず、両方のラップ壁体１８，２２の間に隙間が発生しないため、この点でも冷媒の圧縮漏れを防止することができる。
【００４７】
ラップ壁体１８，２２の腹面および背面の後退量は、その最大値をδ、旋回スクロール２０の旋回半径をρとした場合に、δ／ρ≦０．０１の範囲内となるように最大値δが設定されている。このため、各種の大きさの段付きスクロール圧縮機において、ラップ壁体１８，２２の破損防止と、圧縮漏れによる性能低下の抑制とを両立させることができる。
【００４８】
ラップ壁体１８，２２の腹面および背面の後退は、必ずしも腹面および背面の高さ方向全域に亘って均等に行うようにする必要はなく、ラップ壁体１８，２２の根元側から先端側に向かって後退量が大きくなるようにしてもよい。例えば、図７に示すように、ラップ壁体１８，２２の縦断面形状が根元側から先端側に向かって細くなるテーパー状にしたり、図８に示すように、ラップ壁体１８，２２の縦断面形状が根元側から先端側に向かって段階的に細くなるようにしたりすることが考えられる。
【００４９】
こうすれば、ラップ壁体１８，２２の根元側における厚さ寸法を減少させて強度を損なわせてしまうことなく、先端側においてラップ壁体１８，２２同士が接触することを防止し、ラップ壁体１８，２２の破損を防ぐことができる。相対する固定ラップ壁体１８と旋回ラップ壁体２２とが、共に同じテーパー断面形状、あるいは段付き断面形状であれば、両方のラップ壁体１８，２２の断面形状が等しく、互いに逆向きであるため、ラップ壁体１８，２２間の噛み合い間隔を必要最小限にして冷媒の漏れを防止することができる。
【００５０】
［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。
図９は本発明の第２実施形態に係る固定スクロール１６の拡大縦断面図であり、図１０は固定スクロール１６の下面図である。また、図１１は、固定スクロールと旋回スクロールとが組み合わされた図である。さらに、図１２は、本発明の第２実施形態を示す固定スクロールおよび旋回スクロールにおけるラップ壁体１８，２２の展開図である。ここに示す固定スクロール１６と旋回スクロール２０は、そのラップ壁体１８，２２の巻き数（角度数値）が第１実施形態のものと異なるだけであり、ラップ壁体１８，２２の高さや各部の基本的な構造は同様である。したがって、同一構成の各部には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
ラップ壁体１８，２２の腹面は、その周方向に沿って、始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間と、０°から歯先段差部ＴＳ（点Ｐ１）までの区間Ａ１と、歯先段差部ＴＳ（Ｐ１）から歯底段差部ＢＳ（点Ｐ２）までの区間Ａ２と、歯底段差部ＢＳ（Ｐ２）から終点ＥＰまでの区間Ａ３との３区間に分けることができる。これら３つの区間Ａ１，Ａ２，Ａ３における歯底面１７ａ，２１ａから歯先面１８ａ，２２ａまでのラップ高さは、それぞれＨ１，Ｈ２，Ｈ３となっており、その大小関係はＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３となっている。
【００５２】
ラップ壁体１８，２２の背面は、その周方向に沿って、始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間と、０°から歯底段差部ＢＳまでの区間Ｂ１と、底段差部ＢＳから歯先段差部ＴＳ（点Ｐ１）までの区間Ｂ２と、歯先段差部ＴＳ（Ｐ１）から終点ＥＰまでの区間Ｂ３との３区間に分けることができる。これら３つの区間Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３における歯底面１７ａ，２１ａから歯先面１８ａ，２２ａまでのラップ高さも、それぞれＨ１，Ｈ２，Ｈ３となっており、その大小関係はＨ１＜Ｈ２＜Ｈ３となっている。
【００５３】
この固定ラップ壁体１８および旋回ラップ壁体２２は、その歯先段差部ＴＳよりも渦巻き方向内周側の区間の有効渦巻長さ、即ち始点ＳＰから０°までの非インボリュート区間を除いた、０°から歯先段差部ＴＳまでの区間Ｂ１の渦巻長さが３６０°未満とされている。つまり、固定ラップ壁体１８と旋回ラップ壁体２２とが組み合わされた時に、各々のラップ壁体１８，２２の内周側の区間Ａ１とＢ１＋Ｂ２とが重なる周長が１周に満たず、全体の巻き数も少なくなっており、その分、旋回スクロールの旋回半径ρが大きく設定されている。
【００５４】
このように、歯先段差部ＴＳよりも渦巻き方向内周側の区間Ａ１，Ｂ１＋Ｂ２の渦巻長さが３６０°に満たない場合は、歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の歯底面１７ａ，２１ａに隣接する渦巻き状ラップ壁体１８，２２の腹面のみについて、冷媒の圧縮に悪影響を及ぼさない程度に、本来の側面プロフィールよりも僅かに内側に後退させる。即ち、ラップ壁体１８，２２の腹面側の区間Ａ３について面が後退されている。図１０中には面を後退させる範囲が記号×××で示され、図１２中には面を後退させる範囲が網掛け表示されている。その後退量の設定条件等は第１実施形態と同様である。
【００５５】
このようにすれば、ラップ壁体１８，２２のラップ高さが最も高くなっている区間、即ち歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の区間Ａ３において、ラップ壁体１８，２２の腹面が本来の側面プロフィールよりも内側に後退しているため、ラップ高さＨ３が最も高く破損のリスクが大きい渦巻き方向最外周側の区間Ａ３，Ｂ３においては、ラップ壁体１８，２２同士が接触することがなく、ラップ壁体１８，２２同士の接触による破損を未然に防止することができる。
【００５６】
上記の構成では、腹面側における歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向内周側の区間Ａ１＋Ａ２と、背面側における全区間Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３において、渦巻き状ラップ壁体（１８，２２）の側面が内側に後退せずに本来の側面プロフィールを保ったままとされている。
【００５７】
本実施形態では、歯先段差部ＴＳよりも渦巻き方向内周側の区間、即ち腹面側の区間Ａ１と、背面側の区間Ｂ１＋Ｂ２は、いずれも渦巻長さが３６０°未満であるが、腹面側においては、歯先段差部ＴＳと歯底段差部ＢＳ（点Ｐ２）との間の区間Ａ２を合わせると渦巻長さが３６０°を超える。また、背面側においては、区間Ｂ３における点Ｐ１から点Ｐ２に相当する区間までを合わせると渦巻長さが３６０°を超える（図１１も参照）。
【００５８】
このため、段付きスクロール圧縮機１の作動時には、図１１に示すように、各ラップ壁体１８，２２における０°から点Ｐ２までの区間（網掛け表示した範囲）が互いに３６０°を越え、この両区間内のいずれかの位置において、ラップ壁体１８，２２同士がＴ１，Ｔ２の２点で接触し、これによって固定スクロール１６に対する旋回スクロール２０の旋回軌道が確定される。
【００５９】
したがって、歯底段差部ＢＳよりも渦巻き方向外周側の区間Ａ３、即ちラップ壁体１８，２２のラップ高さＨ３が最も高い区間においてラップ壁体１８，２２の腹面を内側に後退させても、この後退させた分だけ旋回スクロール２０がその端板２１の面方向に移動してしまうことがなく、ラップ壁体１８，２２同士の接触による破損を防止することができる。
【００６０】
本構成および設計方法によれば、ラップ壁体１８，２２の全周のうち、ラップ高さが最も高い最外周側の区間Ａ３において腹面側のみが後退され、その他の区間Ａ１，Ａ２および背面側の区間Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３については腹面側も背面側も後退されていない。このため、第１実施形態の構成に比べて冷媒の圧縮漏れを抑制することができ、特にラップ壁体１８，２２の巻き数が少ない段付きスクロール圧縮機における圧縮効率の低下を防止することができる。
【００６１】
ところで、図１３に示すように、歯底段差部ＢＳの位置において、ラップ壁体１８，２２の腹面の後退量を、渦巻き方向外周側から内周側に向かって漸減させるようにしてもよい。これにより、端板１７，２１に歯底段差部ＢＳを加工形成する際に発生しやすいバリに、相対するスクロール１６，２０のラップ壁体１８，２２が干渉することによる騒音の発生を防止することができる。
【００６２】
以上に説明したように、本発明に係る段付きスクロール圧縮機およびその設計方法によれば、ラップ高さが高い区間における渦巻き状ラップ壁体の破損を防止し、耐久性と信頼性を高めるとともに、圧縮漏れを最小限に抑えて圧縮性能の低下を防止することができる。
【００６３】
なお、本発明は上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、段付きスクロール圧縮機１の内部構成や、縦型、横型等の姿勢配置、用途、被圧縮流体の種類、さらには固定スクロール１６や旋回スクロール２０の詳細な形状等に至るまで、必ずしも上記実施形態に沿うものである必要はない。
【００６４】
また、本実施形態では、固定スクロール１６と旋回スクロール２０の両方の歯底面１７ａ，２１ａに歯底段差部ＢＳが設けられ、両方の歯先面１８ａ，２２ａに歯先段差部ＴＳが設けられた機種について説明したが、一方のスクロールに歯底段差部ＢＳのみ、他方のスクロールに歯先段差部ＴＳのみが設けられた機種についても本発明を適用することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、固定スクロール１６の固定ラップ壁体１８と、旋回スクロール２０の旋回ラップ壁体２２との両方について、その腹面や背面を面後退させているが、どちらか一方のスクロールのラップ壁体についてのみ面後退させることも考えられる。この場合は、ラップ壁体の腹面または背面のいずれかについてのみ、相対するラップとの接触が防止される。
【符号の説明】
【００６６】
１  スクロール圧縮機
１６  固定スクロール
１７  固定端板（端板）
１７ａ，２１ａ  歯底面
１８  固定ラップ壁体（渦巻き状ラップ壁体）
１８ａ，２２ａ  歯先面
２０  旋回スクロール
２１  旋回端板（端板）
２２  旋回ラップ壁体（渦巻き状ラップ壁体）
２４  圧縮室
ＢＳ  歯底段差部
ＴＳ  歯先段差部
ρ  旋回スクロールの旋回半径
【図１】
2018009553.tif 000003
【図２】
2018009553.tif 000004
【図３】
2018009553.tif 000005
【図４】
2018009553.tif 000006
【図５】
2018009553.tif 000007
【図６】
2018009553.tif 000008
【図７】
2018009553.tif 000009
【図８】
2018009553.tif 000010
【図９】
2018009553.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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