(57)【要約】【課題】可動及び固定スクロールに形成されるラップ同士の当たりの悪化によって漏洩冷媒量が増大するのを防止し、流体機械の体積効率を向上することができるスクロール型流体機械を提供する。【解決手段】ラップ(44)の側面(44a)に位置づけられるテーパエンド(60a)から該ラップの立設される鏡板面(40a)に向けて傾斜したテーパ面(60)を有する根元部(58)と、根元部を有するラップと対をなすラップ(42)に形成され、該ラップの側面(42a)に位置づけられる面取りエンド(70)から該ラップの先端面(42b)に向けて面取りして形成された面取り部(68)とを備え、面取り部は、摺接面(66)の形成に伴い、根元部と離間し且つ面取りエンドから摺接面までの距離がテーパエンドから摺接面までの距離以上となる大きさに形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に、鏡板の鏡板面に渦巻き状のラップが対をなしてそれぞれ立設された固定及び可動スクロールを備え、前記固定スクロールに対し前記可動スクロールが公転旋回運動することにより、一方のラップの先端面が他方のラップの前記鏡板面に摺接して摺接面を形成し、作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械であって、
少なくとも前記一方のラップに形成され、該ラップの側面に位置づけられるテーパエンドから該ラップの立設される前記鏡板面に向けて傾斜したテーパ面を有する根元部と、
前記根元部を有する前記少なくとも一方のラップと対をなす他方のラップに形成され、該ラップの側面に位置づけられる面取りエンドから該ラップの前記先端面にかけて面取りして形成された面取り部とを備え、
前記面取り部は、前記摺接面の形成に伴い、前記根元部と離間し且つ前記面取りエンドから前記摺接面までの距離が前記テーパエンドから前記摺接面までの距離以上となる大きさに形成されることを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記根元部は、前記テーパ面から前記鏡板面にかけてＲ面取りして形成され該鏡板面にＲエンドを位置づけるＲ面を更に有し、
前記面取り部は、前記先端面に第２の面取りエンドを有するとともに、前記摺接面の形成に伴い、前記根元部と離間し且つ前記第２の面取りエンドから該根元部を有する前記ラップの前記側面までの距離が前記Ｒエンドから該側面までの距離以上となる大きさに形成されることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
【請求項３】
前記面取り部は、前記摺接面の形成とともに、前記面取りエンドが前記テーパエンドの位置に位置づけられ、且つ前記第２の面取りエンドが前記Ｒエンドの位置に位置づけられることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】
前記面取り部は２以上のテーパ面群からなることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール型流体機械。
【請求項５】
前記面取り部は円弧状部を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のスクロール型流体機械。
【請求項６】
前記作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のスクロール型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、冷凍空調機やヒートポンプ式給湯機に用いられて好適なスクロール型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクロール型流体機械、例えば密閉型スクロール圧縮機は、ハウジング内で固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、作動流体（以下、冷媒という）の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施している。
詳しくは、可動及び固定スクロールの鏡板の鏡板面には、それぞれ渦巻き状のラップが立設され、これらラップが協働して圧縮室を形成し、この圧縮室の容積を減少することにより上記一連のプロセスを実施している。そして、ラップの先端を面取り加工する技術が公知である（例えば、特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】実開昭６２−７６１８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９９７２号公報
【特許文献３】特開２００４−７６６２９号公報
【特許文献４】実開昭６２−８２３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般にラップはエンドミル等の切削工具を用いた切削加工により形成される。この際、切削工具が老朽化してその先端に磨耗が生じていると、ラップの根元部は切削工具の磨耗量に合わせてテーパ状に形成されてしまう。
しかしながら、上記各従来技術では、このような切削工具の磨耗に起因するラップの根元部の加工誤差については格別な配慮がなされておらず、これではラップ同士の当たりが悪くなって圧縮室からの漏洩冷媒量が増大し、圧縮機の体積効率が低下するとの問題がある。
【０００４】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、可動及び固定スクロールに形成されるラップ同士の当たりの悪化によって漏洩冷媒量が増大するのを防止し、流体機械の体積効率を向上することができるスクロール型流体機械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】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載のスクロール型流体機械は、ハウジング内に、鏡板の鏡板面に渦巻き状のラップがそれぞれ立設された固定及び可動スクロールを備え、固定スクロールに対し可動スクロールが公転旋回運動することにより、ラップの先端面が対をなすラップの鏡板面に摺接して摺接面を形成し、作動流体の吸入から吐出までの一連のプロセスを実施するスクロール型流体機械であって、可動及び固定スクロールのいずれか一方、又は両方のラップに形成され、該ラップの側面に位置づけられるテーパエンドから該ラップの立設される鏡板面に向けて傾斜したテーパ面を有する根元部と、根元部を有するラップと対をなすラップに形成され、該ラップの側面に位置づけられる面取りエンドから該ラップの先端面に向けて面取りして形成された面取り部とを備え、面取り部は、摺接面の形成に伴い、根元部と離間し且つ面取りエンドから摺接面までの距離がテーパエンドから摺接面までの距離以上となる大きさに形成されることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、請求項１において、根元部は、テーパ面から鏡板面にかけてＲ面取りして形成され該鏡板面にＲエンドを位置づけるＲ面を更に有し、面取り部は、先端面に第２の面取りエンドを有するとともに、摺接面の形成に伴い、根元部と離間し且つ第２の面取りエンドから該根元部を有するラップの側面までの距離がＲエンドから該側面までの距離以上となる大きさに形成されることを特徴としている。
【０００７】
更に、請求項３記載の発明では、請求項２において、面取り部は、摺接面の形成とともに、面取りエンドがテーパエンドの位置に位置づけられ、且つ第２の面取りエンドがＲエンドの位置に位置づけられることを特徴としている。
更にまた、請求項４記載の発明では、請求項１から３のいずれかにおいて、面取り部は２以上のテーパ面群からなることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項５記載の発明では、請求項１から４のいずれかにおいて、面取り部は円弧状部を含むことを特徴としている。
更に、請求項６記載の発明では、請求項１から５のいずれかにおいて、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の本発明のスクロール型流体機械によれば、根元部を有する少なくとも一方のラップと対をなす他方のラップの面取り部は、ラップ側面の面取りエンドからラップの先端面にかけて形成され、当該一方のラップの根元部と離間し且つ面取りエンドから摺接面までの距離がテーパエンドから摺接面までの距離以上となる大きさに形成される。これにより、面取り部が対をなすラップの根元部に干渉しないように大きく形成され、摺接面の形成に伴い、ラップ同士の側面を確実に当接させることができる。従って、ラップを切削加工する際のエンドミル等の切削工具の磨耗によってラップの根元部にテーパ面が形成されても、ラップ同士の当たりの悪化に起因する漏洩冷媒量の増大を防止でき、流体機械の体積効率を向上することができる。
【００１０】
また、請求項２記載の発明によれば、根元部はテーパ面から鏡板面にかけてＲ面取りして形成され、鏡板面にＲエンドを位置づけるＲ面を更に有し、面取り部はそのラップの先端面に第２の面取りエンドを有している。そして、面取り部は、摺接面の形成に伴い、根元部と離間し且つ第２の面取りエンドから根元部を有するラップの側面までの距離がＲエンドからこの側面までの距離以上となる大きさに形成される。これにより、ラップの根元部にテーパ面に加えてＲ面が形成されても、ラップ同士の当たりの悪化に起因する漏洩冷媒量の増大を防止でき、流体機械の体積効率を更に向上することができる。
【００１１】
更に、請求項３記載の発明によれば、面取り部は、摺接面の形成とともに、面取りエンドがテーパエンドの位置に位置づけられ、且つ第２の面取りエンドがＲエンドの位置に位置づけられる。これにより、圧縮室の形成に関係のない面取り部と根元部との隙間容積、すなわちラップ間のデッドボリュームを小さくすることができ、デッドボリュームを介して圧縮室からの漏洩する冷媒量の増大を防止できるため、流体機械の体積効率を更に向上することができる。
【００１２】
更にまた、請求項４記載の発明によれば、面取り部が２以上のテーパ面群からなることにより、根元部に対して面取り部が更に接近して形成可能となるため、デッドボリュームを更に小さくすることができ、流体機械の体積効率をより一層向上することができる。
また、請求項５記載の発明によれば、面取り部が円弧状部を含むことにより、根元部に対して面取り部がより一層接近して形成可能となるため、デッドボリュームを極力小さくすることができ、流体機械の体積効率を更に一層向上することができる。
【００１３】
更に、請求項６記載の発明によれば、作動流体が二酸化炭素からなる冷媒であることにより、流体機械は他の冷媒を使用する場合に比して更に高圧・高速回転域で作動することから漏洩冷媒量の増大が懸念されるが、上記した構成によって流体機械の体積効率向上効果をより顕著なものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明する。
先ず、第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る流体機械の一例としての密閉型のスクロール圧縮機を示す。この圧縮機１は冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれている。当該回路は、作動流体の一例である二酸化炭素冷媒が循環する経路を備え、圧縮機１は経路から冷媒を吸入し、圧縮して経路に向けて吐出する。
【００１５】
この圧縮機１はハウジング２を備え、ハウジング２の胴部４の上側、下側にはそれぞれ上蓋６、下蓋８が気密に嵌合し、これより胴部４の内部は密閉されて冷媒の吐出圧が作用している。胴部４の適宜位置には、上記回路から取り込んだ冷媒を吸入する吸入管１０が接続され、上蓋６の適宜位置には、ハウジング２内の圧縮冷媒を上記回路へ送出する吐出管１２が接続されている。
【００１６】
胴部４内には電動モータ１４が収容され、このモータ１４内には回転軸１６が配置されており、回転軸１６はモータ１４への通電によって駆動される。また、回転軸１６の上端側は軸受を介して主軸フレーム１８に回転自在に支持され、この主軸フレーム１８はハウジング２に一体に固定されている。
一方、回転軸１６の下端側は軸受を介して副軸フレーム２０に回転自在に支持されている。また、回転軸１６の下端側にはオイルポンプ２２が装着されており、ポンプ２２は下蓋８の内側に形成された貯油室２４内の潤滑油を吸引する。この潤滑油は回転軸１６内を軸線方向に穿孔される給油路２６を上昇し、回転軸１６の上端からモータ１４やスクロールユニット２８等に供給され、各摺動部分や軸受等の潤滑、並びに、摺動面のシールとして機能する。このとき、冷媒の吐出圧が貯油室２６の潤滑油の油面に作用することも給油路２６における潤滑油の上昇に寄与する。更に、副軸フレーム２０の適宜位置には潤滑油の導入口３０が形成されており、圧縮機１内の各摺動部分に供給された潤滑油は導入口３０を介して貯油室２４に貯留される。
【００１７】
上記ユニット２８は胴部４内においてモータ１４の上方に配置され、冷媒の吸入、圧縮及び吐出の一連のプロセスを実施する。
詳しくは、当該ユニット２８は、可動スクロール３４及び固定スクロール３６から構成されており、可動スクロール３４は鏡板３８を備え、この鏡板３８の鏡板面３８ａには固定スクロール３６の鏡板４０に向けて延びた渦巻き状のラップ４２が立設され、固定スクロール３６の鏡板４０の鏡板面４０ａにも鏡板３８に向けて延びる渦巻き状のラップ４４が立設されている。
【００１８】
そして、これらラップ４２，４４が互いに協働し、鏡板３８の外周側の空間、及び吸入管１０と連通する吸入室から冷媒を吸入して圧縮室を形成する。圧縮室は、固定スクロール３６に対する可動スクロール３４の公転旋回運動により、これらラップ４２，４４の径方向外周側から中心に向けて移動しながらその容積が減少される。
上述した可動スクロール３４に公転旋回運動を付与するため、鏡板３８の背面側にはボス４６が形成され、ボス４６は軸受を介して回転軸１６の上端側に一体形成される偏心軸４８に回転自在に支持されている。なお、可動スクロール３４の自転は図示しない自転阻止ピンにより阻止されている。
【００１９】
一方、固定スクロール３６は主軸フレーム１８に固定されており、鏡板４０が圧縮室側と吐出室５０側とを仕切っている。固定スクロール３６の中央部分の適宜位置には、圧縮室側に連通する吐出孔５２が鏡板４０を貫通して穿設されており、この吐出孔５２は、固定スクロール３６の吐出室５０側に配置された吐出弁５４により開閉される。また、吐出弁５４を含む固定スクロール３６の吐出室５０側は吐出ヘッド５６で覆われており、この吐出ヘッド５６により、吐出弁５４の開弁時における音が抑制される。
【００２０】
上述した圧縮機１によれば、回転軸１６の回転に伴い、可動スクロール３４が自転することなく公転旋回運動する。この可動スクロール３４の公転旋回運動は、吸入管１０を介して胴部３内に取り込んだ冷媒を吸入室からユニット２８の内部に向けて吸入してユニット２８で圧縮した後、この圧縮された冷媒を吐出孔５２から吐出する。そして、吐出孔５２から吐出された冷媒はハウジング２内を循環した後に吐出室５０に至り、吐出管１２を通じて圧縮機１外へ送出される。
【００２１】
ところで、図２のラップ４２，４４の拡大図に示されるように、ラップ４４はその側面４４ａに鏡板面４０ａから連続した根元部５８を有している。根元部５８は、エンドミル等の切削工具によるラップ４４の切削加工の段階において形成され、テーパ面６０とＲ面６２とから構成されている。
テーパ面６０は、側面４４ａに位置づけられるテーパエンド６０ａから鏡板面４０ａ側に向けて固定スクロール３６の軸線方向に対し所定の傾斜角Ａでテーパ加工されている。テーパエンド６０ａの位置や傾斜角Ａは、切削に使用するエンドミル先端の磨耗度合い等に応じて決まるものであり、所定の型式のエンドミルを一律に使用し、且つエンドミルの使用状況に応じて交換頻度を予め設定すれば、テーパエンド６０ａの位置や傾斜角Ａのばらつき範囲をある程度予測できる。
【００２２】
一方、Ｒ面６２は、テーパ面６０との境界をなす境界点６０ｂから鏡板面４０ａにかけて所定の半径ｒでＲ面取り加工され、鏡板面４０ａにはＲ面６２のＲエンド６２ａが位置づけられている。すなわち、Ｒ面６２は鏡板面４０ａとテーパ面６０とを半径ｒの円弧で滑らかに繋げている。
これに対し、ラップ４２は、その側面４２ａから先端面４２ｂにかけて形成される先端部６４は、可動スクロール３４の公転旋回運動の際、先端面４２ｂが鏡板面４０ａに摺接して摺接面６６を形成している。
【００２３】
ここで、先端部６４には面取り部６８が形成され、面取り部６８は側面４２ａに位置づけられた側面側テーパエンド（面取りエンド）７０から先端面４２ｂに位置づけられた先端面側テーパエンド（第２の面取りエンド）７２にかけて面取りされたテーパ面７４として形成される。
そして、このテーパ面７４は、摺接面６６の形成に伴い、側面側テーパエンド７０が鏡板面４０ａから可動スクロール３４の軸線方向にテーパエンド６０ａの位置以上の距離に位置づけられ、且つ先端面側テーパエンド７２がラップ４４の側面４４ａから可動スクロール３４の径方向にＲエンド６２ａの位置以上の距離に位置づけられるように形成される。
【００２４】
すなわち、本実施形態では、ラップ４４の根元部５８において予測されるテーパエンド６０ａの位置やテーパ面６０の傾斜角Ａのばらつき範囲を予め考慮した上で、面取り部６８を根元部５８、すなわちテーパ面７０及びＲ面６２に干渉しないように大きく形成している。これにより、可動スクロール３４が公転旋回運動する際、摺接面６６の形成に伴い、ラップ４２，４４の側面４２ａ，４４ａ同士を確実に当接させることができる。従って、ラップ４４を切削加工する際のエンドミル等の切削工具の先端が磨耗し、加工されたラップ４４の根元部５８にテーパ面６０が形成されたとしても、ラップ４４に対するラップ４２の当たりの悪化に起因する圧縮室からの漏洩冷媒量の増大を防止でき、圧縮機１の体積効率を向上することができる。
【００２５】
ここで、図２中に点線で示すように、ラップ４４の加工後にラップ４２を加工したり、ラップ４２を再加工・改造したりする場合等において、テーパエンド６０ａの位置や傾斜角Ａを予め特定できるときは、摺接面６６の形成に伴い、側面側テーパエンド７０がテーパエンド６０ａの位置に位置づけられ、且つ先端面側テーパエンド７２がＲエンド６２ａの位置に位置づけられるように面取り部６８を形成するのが好ましい。この場合には、圧縮室の形成に関係のない可動ラップ４２と固定ラップ４４との隙間７６の容積、すなわちデッドボリュームＶを小さくすることができる。
【００２６】
デッドボリュームＶの圧力は圧縮室内の圧力に比して低圧となるために、デッドボリュームＶが大きいことは、ユニット２８において圧縮室からの漏洩する冷媒の受け入れ容積が増大することであって、圧縮室からの漏洩冷媒量の増大の加速要因となる。そこで、デッドボリュームを低減することによってこの要因を排除でき、圧縮機１の体積効率を更に向上できる。
【００２７】
次に、第２実施形態について説明する。
図３に示すように、当第２実施形態の面取り部７８は、第１及び第２テーパ面（テーパ面群）８０，８２から形成され、他は上記第１実施形態と同一の構成をなしているため、主としてこの上記第１実施形態と異なる点について説明する。
第１テーパ面８０は、側面側テーパエンド７０から先端面４２ｂ側に向けて固定スクロール３６の軸線方向に対し所定の傾斜角Ａ１でテーパ加工され、一方、第２テーパ面８２は第１テーパ面８０の第２テーパ面８２との境界点８０ａから先端面側テーパエンド７２にかけて所定の傾斜角Ａ２でテーパ加工されている。すなわち、面取り部７８は、摺接面６６が形成された状態で、根元部５８に向けて凸形状をなす２段テーパ状に形成されており、少なくとも、傾斜角Ａ１はテーパ面６０の傾斜角Ａより大きく設定され、傾斜角Ａ２は境界点８０ａが根元部５８に接触しないで離間する大きさに設定されている。
【００２８】
ここで、図３中では、摺接面６６の形成に伴い、側面側テーパエンド７０がテーパエンド６０ａの位置に位置づけられ、且つ先端面側テーパエンド７２がＲエンド６２ａの位置に位置づけられるように面取り部７８が形成されているが、少なくとも、側面側テーパエンド７０が鏡板面４０ａから可動スクロール３４の軸線方向にテーパエンド６０ａの位置以上の距離に位置づけられ、且つ先端面側テーパエンド７２が側面４４ａから可動スクロール３４の径方向にＲエンド６２ａの位置以上の距離に位置づけられるように形成されれば良い。
【００２９】
このように、上記第１実施形態と同様、第２実施形態に係る圧縮機１においても、摺接面６６の形成に伴い、ラップ４２，４４の側面４２ａ，４４ａ同士を確実に当接させて圧縮室からの漏洩冷媒量の増大を防止でき、圧縮機１の体積効率を向上することができる。
特に当第２実施形態の場合には、第１実施形態の面取り部６８に比して、デッドボリュームＶを更に小さくすることができ、圧縮機１の体積効率をより一層向上することができる。
【００３０】
更には、面取り部７８は２段テーパ状に限らず、摺接面６６が形成された状態で根元部５８に向けて凸形状をなす３段以上の多段テーパ状に形成しても良く、この場合にはデッドボリュームＶを更にまた小さくすることができ、圧縮機１の体積効率を更により一層向上することができて好適である。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００３１】
例えば、上記各実施形態では、ラップ４２の先端部６４をテーパ状や多段テーパ状に面取りしているが、例えば摺接部６６の形成とともに根元部５８に向けて凸形状をなす楕円や円弧（円弧状部）の一部をなす曲面状に面取りしても良い。また、このようなテーパ面と曲面とを組み合わせた形状で先端部６４を面取りしても良く、これらの場合にも上記と同様に、摺接面６６の形成に伴い、ラップ４２，４４の側面４２ａ，４４ａ同士を確実に当接させることができ、加えてデッドボリュームＶを極力低減できる。これにより、圧縮室からの漏洩冷媒量の増大を確実に防止して圧縮機１の体積効率を大幅に向上できるという効果を奏する。
【００３２】
また、上記各実施形態では固定スクロール３６のラップ４４に根元部が形成され、可動スクロール３４のラップ４２に面取り部を形成する場合について説明しているが、逆に、ラップ４２に根元部が形成され、ラップ４４に面取り部を形成する場合、並びにラップ４２，４４の両方に根元部及び面取り部が形成される場合にも適用可能であることは云うまでもない。
【００３３】
更に、上記各実施形態では二酸化炭素を冷媒として用いているが、これに限定されない。但し、二酸化炭素を冷媒とすることにより、可動スクロール３４は高圧・高回転域で旋回するため、他の冷媒を使用する場合に比して更に高圧・高速回転域で作動することから漏洩冷媒量の増大が懸念されるが、上記した構成によってこれを防止し、圧縮機１の体積効率向上効果をより顕著なものとすることができる。
【００３４】
更にまた、上記各実施形態では冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機などの冷凍回路に組み込まれる密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、これに限らず種々の分野における密閉型以外の圧縮機又は膨脹機等のスクロール型の流体機械に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る密閉型のスクロール圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る面取り部を拡大して示した図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る面取り部を拡大して示した図である。
【符号の説明】
【００３６】
１              スクロール圧縮機（スクロール型流体機械）
２              ハウジング
３４            可動スクロール
３６            固定スクロール
３８ａ，４０ａ  鏡板面
４２，４４      ラップ
４２ａ，４４ａ  側面
４２ｂ          先端面
５８            根元部
６０            テーパ面
６０ａ          テーパエンド
６２            Ｒ面
６２ａ          Ｒエンド
６６            摺接面
６８，７８      面取り部
７０            側面側テーパエンド（面取りエンド）
７２            先端面側テーパエンド（第２の面取りエンド）
８０            第１テーパ面（テーパ面群）
８２            第２テーパ面（テーパ面群）
【図１】
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【図２】
2008297977.tif 000004
【図３】
2008297977.tif 000005