(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板の一側面に立設された渦巻壁を有し、定位置に固定された固定スクロール部材と、他の端板の一側面に立設された他の渦巻壁を有し、前記各渦巻壁どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロール部材とを備え、
前記各渦巻壁の中央始端部の壁厚が、前記各端板への付け根側に向かって段階状に厚くなる段階形状部が形成されたスクロール型圧縮機において、
前記各中央始端部の外壁インボリュート開始点をβ１点、内壁インボリュート開始点をβ２点、シールオフポイントをβ'１点及びβ'２点とした場合に、
前記β'１点及び前記β'２点は、前記各渦巻壁間に、前記固定スクロール部材の吐出ポートに連通する第１圧縮室と、該第１圧縮室の外周端側に隣接する第２圧縮室とが形成され、かつ、前記第２圧縮室が前記吐出ポートに連通する直前となる噛み合い状態での、前記各渦巻壁間の噛み合い点と略一致し、
前記各中央始端部は、
前記β１点から前記β'１点にかけての間と、前記β２点から前記β'２点にかけての間とが、前記各渦巻壁の高さ方向で一定の肉厚寸法を有し、かつ、これら中央始端部間が互いに噛み合う無段階部とされ、
前記β'１点から前記β'２点にかけての間が、その少なくとも一部に前記段階形状部を有する有段階部とされ、該有段階部は、前記固定スクロール部材に対して前記旋回スクロール部材を組み合わせた際に、各段毎に噛み合うように構成することを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載のスクロール型圧縮機において、
前記無段階部は、前記β１点から前記β'１点にかけてが第１曲線、前記β２点から前記β'２点にかけてが第２曲線で形成され、
前記有段階部は、前記端板の付け根側で肉厚となる２段形状であり、前記付け根側に近い下段側が第３曲線及び第４曲線、上段側が第５曲線及び第６曲線で形成され、前記第１〜第６曲線は、前記各渦巻壁を対向視した場合に、前記第１曲線及び第３曲線及び第４曲線及び第２曲線と、前記第１曲線及び第５曲線及び第６曲線及び第２曲線とが、それぞれ１本の連続した曲線を形成していることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置や冷凍装置等に具備されるスクロール型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール型圧縮機は、固定スクロール部材及び旋回スクロール部材（一対のスクロール部材）を、互いの渦巻き状の壁体どうしを組み合わせて配置し、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材を公転旋回運動させることで、各壁体間に形成される圧縮室の容積を漸次減少させ、この圧縮室内の流体の圧縮を行うものである。
図６に、この種の従来のスクロール型圧縮機に備えられているスクロール部材の斜視図を図示す。また、図７に、同じく従来のスクロール部材として特開昭５９−５８１８７号公報記載の渦巻壁中央部の平面図を示す。また、図８に、同じく従来のスクロール部材として特開平９−６８１７７号公報記載の渦巻壁中央部の平面図を示す。また、図９に、同じく従来のスクロール部材として特開平１０−６８３９２号公報記載の渦巻壁中央部の平面図を示す。
【０００３】
図６（ａ），（ｂ）に示すように、前記一対のスクロール部材は、端板１ａ上に渦巻壁１ｂを設置した固定スクロール部材１と、端板２ａ上に渦巻壁２ｂを設置した旋回スクロール部材２との組み合わせで構成される。そして、これらを互いに１８０度の角度をずらして両渦巻壁１ｂ，２ｂを噛み合わせ、旋回スクロール部材２を公転運動させることによって両渦巻壁１ｂ，２ｂ間に形成される密閉空間が外方から内方へ移動しつつ容積を減少することで、流体の圧縮を行うものである。
【０００４】
この時、最内方の密閉空間は高圧となり、これよりも外方の密閉空間は前記高圧よりも低い圧力となるため、両渦巻壁１ｂ，２ｂの中央部には圧縮ガスの反力が、旋回スクロール部材２の公転の度に繰り返し作用することとなる。また、渦巻壁１ｂ，２ｂの中央部はこれら渦巻壁１ｂ，２ｂの始端部であるため、剛性が不足しがちであり、特に一体で形成されているスクロール部材の端板１ａ，２ａと渦巻壁１ｂ，２ｂの付け根付近が疲労破壊する場合があった。このような問題点を解決するための手段が、特開昭５９−５８１８７号公報に開示されている。これについて図７を用いて説明する。
【０００５】
同図に示すように、この開示技術によれば、スクロール部材の渦巻壁３の外壁を形成するインボリュート曲線上の任意の伸開角α度の位置と、内壁を形成するインボリュート曲線上のα＋１８０度の伸開角位置との間を大小２つの円弧で接続し、これらインボリュート曲線と円弧により渦巻壁の中央始端部を形成している。これにより、渦巻壁３の中央始端部の壁厚を増加させることができ、強度を向上させることができた。しかしながら、ここで開示されている技術によると、渦巻壁３の中央部先端側の小円弧付近に依然として高い応力集中が見られ、剛性の向上が十分ではないという問題があった。
【０００６】
このため、さらに剛性を向上するものとして特開平９−６８１７７号公報に開示されている技術を図８に示す。この開示技術では、固定，旋回スクロール部材それぞれについて、渦巻壁４の外壁を形成するインボリュート曲線上の任意の伸開角αの位置と、内壁を形成するインボリュート曲線上のα＋１８０度の伸開角位置との間の壁面を、段階状断面となるよう形成している。また各段における渦巻壁６の中央部形状を、両スクロール部材の噛み合い状態で、渦巻腹側密閉空間と渦巻背側密閉空間とが合体してなる最内方の密閉空間容積が実質的にゼロとなる完全噛み合いプロファイルとし、かつ段階状渦巻壁を端板から離れる上方段ほど壁厚を薄くしている。このように渦巻壁中央部に段部を設置したため、強度上特に問題となる渦巻壁中央の根元部の壁厚のみを増加させることができ、さらなる強度の向上を可能としている。
【０００７】
また、図９に示す特開平１０−６８３９２号公報の開示技術では、スクロール部材の渦巻壁５の中央部を段階状とし、かつ渦巻曲線とその曲線に接続する円弧の接続点を内在する内壁から外壁にかかる範囲に、根元フィレット５ａを設ける形状とし、さらに渦巻壁５と相手側の渦巻壁６の根元フィレット（図示略）との干渉を避けるための隙間を壁厚方向に設けている。このため、渦巻壁の根元への応カの集中を緩和して強度を向上させることを可能としている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記説明の特開平９−６８１７７号公報記載の従来技術によると、次の問題があった。すなわち、スクロール型圧縮機の固定スクロール部材と旋回スクロール部材の渦巻壁で形成する密閉空間における、最終圧縮工程での死容積は、最内方の密閉空間がその１巻き外方に位置する２つの三目月状の密閉空間と連通する瞬間（シールオフポイント）における最内方密閉空間の容積であり、前記のように定義される死容積が大きいと、高圧のガスが再膨張して圧縮効率を低下させることとなる。
【０００９】
ここで、前記シールオフポイントは、実質的には圧縮工程で接触していた一対のスクロール部材の渦巻壁面どうしが離間する瞬間、あるいは渦巻外壁が端板中央部付近に設置された吐出ポートにかかる瞬間で決定される。通常、スクロール型圧縮機の吐出ポートは、固定スクロール部材の端板上に設置されており、固定スクロール部材の渦巻壁の強度に問題ないような位置で、なおかつできるだけ圧縮工程の最終段にシールオフポイントが来るように渦巻壁中央部の腹側付近に設置される。このため、圧縮機の性能を向上させるために死容積を低減させようとすると、旋回スクロール部材の渦巻壁が固定スクロール部材の端板中央部付近に設置された吐出ポートにかかる瞬間近傍まで、固定，旋回スクロール部材の一対の渦巻壁面間を噛み合わせることによって最内方の密閉空問をできるだけシールしておく必要がある。
【００１０】
ところで、上記説明の特開平９−６８１７７号公報記載の従来技術では、強度向上のために渦巻状壁の中央部が段階状となっているが、最内方の密閉空間をシールしようとした場合、段部高さ方向の噛み合い部という新たにシールすべき個所が増加する。このシールすべき個所を摺接させてシールさせる場合、スクロール部材の機械加工時に管理すべき寸法が増加し、コストが増加していた。またシールが不完全な場合、最内方の密閉空間からガスの漏洩が発生するため圧縮効率が低下するという問題があった。
【００１１】
また、上記説明の特開平１０−６８３９２号公報記載の従来技術では、吐出ポートで決定されるシールオフポイントにおいて、固定，旋回スクロール部材の一対の渦巻壁面が噛み合う個所を、インボリュート曲線で形成される渦巻壁部分としているため、容易に壁面間のシールが可能であり、上記問題は生じない。しかしながら、前記のように吐出ポートはできるだけ圧縮工程の最終段にシールオフポイントが来るように配置が設定されるため、一般的に吐出ポートで決定されるシールオフポイントにおいて、固定，旋回スクロール部材の一対の渦巻壁面間が噛み合う個所は、インボリュート曲線で形成される渦巻壁部分の内方に出現することが多く、その場合、やはり段部高さ方向の噛み合い部という新たにシールすべき個所が増加する。このシールすべき個所を摺接させてシールさせる場合、スクロール部材の機械加工時に管理すべき寸法が増加し、コストが増加していた。またシールが不完全な場合、最内方の密閉空間からガスの漏洩が発生するため圧縮効率が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スクロール部材の渦巻壁の強度が高く、かつ加工が容易で圧縮効率を低下させることのないスクロール型圧縮機の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載のスクロール型圧縮機は、端板の一側面に立設された渦巻壁を有し、定位置に固定された固定スクロール部材と、他の端板の一側面に立設された他の渦巻壁を有し、前記各渦巻壁どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロール部材とを備え、前記各渦巻壁の中央始端部の壁厚が、前記各端板への付け根側に向かって段階状に厚くなる段階形状部が形成されたスクロール型圧縮機において、前記各中央始端部の外壁インボリュート開始点をβ１点、内壁インボリュート開始点をβ２点、シールオフポイントをβ'１点及びβ'２点とした場合に、前記β'１点及び前記β'２点は、前記各渦巻壁間に、前記固定スクロール部材の吐出ポートに連通する第１圧縮室と、該第１圧縮室の外周端側に隣接する第２圧縮室とが形成され、かつ、前記第２圧縮室が前記吐出ポートに連通する直前となる噛み合い状態での、前記各渦巻壁間の噛み合い点と略一致し、前記各中央始端部が、前記β１点から前記β'１点にかけての間と、前記β２点から前記β'２点にかけての間とが、前記各渦巻壁の高さ方向で一定の肉厚寸法を有し、かつ、これら中央始端部間が互いに噛み合う無段階部とされ、前記β'１点から前記β'２点にかけての間が、その少なくとも一部に前記段階形状部を有する有段階部とされ、該有段階部は、前記固定スクロール部材に対して前記旋回スクロール部材を組み合わせた際に、各段毎に噛み合うように構成することを特徴とする。
【００１４】
上記請求項１記載のスクロール型圧縮機によれば、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、
（１）無段階部は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密を保つのに重要である、各渦巻壁間の噛み合うβ１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とに段階部を形成しないようにしたことで、この部分に段階を備える場合に比較してガス漏れが生じにくく気密性を保てるように両渦巻壁間を噛み合わせることができるようになる。さらには、この無段階部には段階部を加工しなくて済む分、加工精度の要求される加工工程を省くことができるので、その加工を容易とすることができる。
（２）有段階部は、無段階部で噛み合っていた両渦巻壁間の噛み合いが解かれるβ'１点からβ'２点にかけての間に段階部を形成しているので、最内方の圧縮室の気密を保つべく、両渦巻壁の壁面間をシールする必要がない。これにより、このシール性を必要としない有段階部に段階部を形成して肉厚な部分を設けることにより、各渦巻壁の強度を高めることができるようになる。また、前述のように、両渦巻壁間の噛み合いにおける有段階部は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密には影響しないので、圧縮効率を低下させることがない。これにより、段階部の加工に際しては気密を考慮して高精度の加工をする必要が無く、その加工を容易とすることができる。
【００１５】
請求項２記載のスクロール型圧縮機は、請求項１記載のスクロール型圧縮機において、
前記無段階部が、前記β１点から前記β'１点にかけてが第１曲線、前記β２点から前記β'２点にかけてが第２曲線で形成され、
前記有段階部が、前記端板の付け根側で肉厚となる２段形状であり、前記付け根側に近い下段側が第３曲線及び第４曲線、上段側が第５曲線及び第６曲線で形成され、
前記第１〜第６曲線が、前記各渦巻壁を対向視した場合に、前記第１曲線及び第３曲線及び第４曲線及び第２曲線と、前記第１曲線及び第５曲線及び第６曲線及び第２曲線とが、それぞれ１本の連続した曲線を形成していることを特徴とする。
【００１６】
上記請求項２記載のスクロール型圧縮機によれば、請求項１と同様の作用を得ることができる。すなわち、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、
（１）第１曲線及び第２曲線からなる無段階部は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密を保つのに重要な部分であるので、渦巻壁の高さ方向の肉厚が一定で段階部を形成しないようにしている。これにより、この第１曲線及び第２曲線の部分に段階を備える場合に比較して、ガスの漏れが生じにくく気密性を保てるように両渦巻壁間を噛み合わせることができるようになる。さらには、この第１曲線及び第２曲線の部分には段階部を加工しなくて済む分、加工精度の要求される加工工程を省くことができ、その加工を容易とすることができる。
（２）第３曲線〜第６曲線で形成される有段階部は、無段階部で噛み合っていた両渦巻壁間の噛み合いが解かれる部分に形成されているので、最内方の圧縮室の気密を保つべく、両渦巻壁の壁面間をシールする必要がない。これにより、このシール性を必要としない第３曲線〜第６曲線の部分を２段形状の肉厚にすることにより、各渦巻壁の強度を高めることができるようになる。また、前述のように、両渦巻壁間の噛み合いにおいて、第３曲線〜第６曲線からなる２段形状の有段階部は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密には影響しないので、圧縮効率を低下させることがない。これにより、第３曲線〜第６曲線からなる２段の段階部の加工に際しては、気密を考慮して高精度の加工をする必要が無く、その加工を容易とすることができる。
【００１７】
参考例記載のスクロール型圧縮機は、請求項１または２記載のスクロール型圧縮機において、前記β'１点及び前記β'２点が、前記各渦巻壁間に、前記固定スクロール部材の吐出ポートに連通する第１圧縮室と、該第１圧縮室の外周端側に隣接する第２圧縮室とが形成され、かつ、前記第２圧縮室が前記吐出ポートに連通する直前となる噛み合い状態での、前記各渦巻壁間の噛み合い点と略一致していることを特徴とする。
【００１８】
上記参考例記載のスクロール型圧縮機によれば、吐出ポートの位置で決定されるシールオフポイントまで、両渦巻壁の壁面どうしを容易に噛み合わせることができるので、最内方の密閉空間容積を容易に最小限容積まで小さくすることができるようになる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、端板の一側面に立設された渦巻壁を有し、定位置に固定された固定スクロール部材と、他の端板の一側面に立設された他の渦巻壁を有し、前記各渦巻壁どうしをかみ合わせて自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持された旋回スクロール部材とを備え、前記各渦巻壁の中央始端部の壁厚が、前記各端板への付け根側に向かって段階状に厚くなる段階形状部が形成されたスクロール型圧縮機に関するものであり、その一実施形態についての説明を図面を参照しながら以下に行うが、本発明がこれのみに限定解釈されるものでないことはもちろんである。
【００２０】
なお、図１は、本実施形態のスクロール型圧縮機の全体構成を示す断面図である。また、図２は、同スクロール型圧縮機に用いられる部品を示す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視図、（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。また、図３（ａ）は、同固定スクロール部材側の渦巻壁の始端中央部の斜視図であり、図（ｂ）は、同固定スクロール部材と旋回スクロール部材との噛み合わせ状態を示す図であって、吐出ポートの軸線に垂直をなす断面より同固定スクロール部材側を見た断面図である。また、図４は、同固定スクロール部材側の渦巻壁の始端中央部の拡大正面図である。また、図５は、同スクロール型圧縮機のスクロール部材が有する渦巻壁の中央始端部の形成方法の一例を示す説明図である。
【００２１】
本発明のスクロール型圧縮機は、そのスクロール部材（固定スクロール部材及び旋回スクロール部材）の渦巻壁の中央始端部形状が特に特徴的となっているが、まず、スクロール型圧縮機の全体構成についての説明を行った後、前記中央始端部の詳細説明を続けて行うものとする。
【００２２】
図１において、符号１１はハウジングを示しており、このハウジング１１は、カップ状に形成されたハウジング本体１１ａと、該ハウジング本体１１ａの開口端側に固定された蓋板１１ｂとで構成されている。
ハウジング１１の内部には、固定スクロール部材１２および旋回スクロール部材１３からなるスクロール型圧縮機構が配設されている。
固定スクロール部材１２は、図２（ａ）に示すように、端板１２ａの一側面に渦巻壁１２ｂが立設された構成となっている。また、旋回スクロール部材１３は、図２（ｂ）に示すように、端板１３ａの一側面に渦巻壁１３ｂが立設された構成となっており、渦巻壁１３ｂは固定スクロール部材１２側の渦巻壁１２ｂと実質的に同一形状をなしている。また、図１に示すように、渦巻壁１２ｂ，１３ｂの各上縁には、圧縮室Ｃの気密性を高めるチップシール２７，２８が配設されている。
【００２３】
図１に示すように、固定スクロール部材１２は、ボルト１４によってハウジング本体１１ａに締結されている。また、旋回スクロール部材１３は、固定スクロール部材１２に対して相互に公転旋回半径だけ偏心し、かつ１８０゜だけ位相をずらせた状態で、渦巻壁１２ｂ，１３ｂどうしをかみ合わせて組み付けられており、蓋板１１ｂと端板１３ａとの間に設けられた自転阻止機構１５によって自転を阻止されつつ公転旋回運動可能に支持されている。
【００２４】
蓋板１１ｂには、クランク１６ａを備える回転軸１６が貫通されており、ベアリング１７ａ，１７ｂを介して蓋板１１ｂに回転自在に支持されている。
旋回スクロール部材１３側の端板１３ａの他端面の中央にはボス１８が突設されている。ボス１８にはクランク１６ａの偏心部１６ｂが軸受１９およびドライブブッシュ２０を介して回動自在に収容されており、旋回スクロール部材１３は回転軸１６を回転させることによって公転旋回運動するようになっている。また、回転軸１６には、旋回スクロール部材１３に与えられたアンバランス量を打ち消すためのバランスウェイト２１が取り付けられている。
【００２５】
また、ハウジング１１の内部には、固定スクロール部材１２の周囲に吸入室２２が形成され、さらにハウジング本体１１ａ内の底面と端板１２ａの他側面とによって区画された吐出キャビティ２３が形成されている。
ハウジング本体１１ａには、吸入室２２に向けて低圧の流体を導く吸入ポート２４が設けられ、固定スクロール部材１２側の端板１２ａの中央には、容積を漸次減少させながら中心部に移動してきた圧縮室Ｃから吐出キャビティ２３に向けて高圧の流体を導く吐出ポート２５が設けられている。また、端板１２ａの他側面（裏面）は、所定の大きさ以上の圧力が作用した場合にのみ吐出ポート２５を開く吐出弁２６が設けられている。
【００２６】
以上説明の構成を有する本実施形態のスクロール型圧縮機の全体動作について説明すると、図示されないモータによって前記回転軸１６をその軸心回りに回転駆動させる。すると、偏心軸１６ｂが旋回スクロール部材１３を、固定スクロール部材１２に対して自転を阻止されつつ公転旋回運動させる。そして、吸入ポート２４より取り込まれた低圧の流体は、体積を漸次減少させて徐々に高圧化しながら移動し、ついには吐出ポート２５を通って吐出キャビティ２３へと吐出される。
【００２７】
以上に本実施形態のスクロール型圧縮機の全体構成及びその動作を説明したが、続いて、本発明の特徴である前記中央始端部の形状について、図３〜図５を参照しながら以下に詳細を述べる。なお、以下の説明においては、固定スクロール部材１２側の渦巻壁１２ｂの中央始端部１０１を参照して説明を続けるものとするが、本実施形態では旋回スクロール部材１３側の渦巻壁１３ｂの中央始端部については、前記中央始端部１０１と同一形状とする。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、この中央始端部１０１は、その壁厚が、端板１２ａへの付け根側に向かって２段の段階状に厚くなる段階形状部Ｄが形成された構成となっている。すなわち、この段階形状部Ｄでは、渦巻壁１２ｂの高さ方向（端板１２ａに垂直な方向）で壁厚が変化しており、その壁厚は、端板１２ａ側となる付け根側では厚く、これよりも上方では薄くなるよう構成されている。この点は、従来と同様である。なお、同図に示す符号２５は、前記吐出ポートである。
【００２９】
この中央始端部１０１の特徴点の一つは、図３（ｂ）に示すように、固定スクロール１２の渦巻壁１２ｂと旋回スクロール１３の渦巻壁１３ｂとを噛み合わせて圧縮室を形成させた状態で、吐出ポート２５に連通している最内方の圧縮室（以下、これを第１圧縮室Ｃ１、その隣に位置する上流側の圧縮室を第２圧縮室Ｃ２と称する）の気密を保つべく、前記高さ方向で肉厚が一定の範囲を確保した点と、この範囲外に前記段階形状部Ｄを配置した点である。
すなわち、図４に示すように、中央始端部１０１の外壁インボリュート開始点をβ１点、内壁インボリュート開始点をβ２点、シールオフポイントをβ'１点及びβ'２点とした場合に、中央始端部１０１が、β１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とで、渦巻壁１２ｂの前記高さ方向で一定の肉厚寸法を有し、かつ、他の中央始端部（図示せず）との間で互いに噛み合う無段階部Ｍ１，Ｍ２とされ、β'１点からβ'２点にかけての間が、前記段階形状部Ｄを有する有段階部Ｕとされている。
【００３０】
前記外壁インボリュート開始点（β１点）及び前記内壁インボリュート開始点（β２点）は、インボリュート基礎円１１０を中心として渦巻壁１２ｂの形状を形成するインボリュート曲線の形成開始点である。
また、前記シールオフポイント（β'１点及びβ'２点）は、圧縮工程で接触していた固定スクロール部材１２及び旋回スクロール部材１３の各渦巻壁１２ｂ，１３ｂどうしが離間する瞬間の接点、あるいは、前記第２圧縮室Ｃ２が吐出ポート２５を覗く瞬間における噛み合い点である。
【００３１】
前記無段階部Ｍ１は、図５に示すように、前記β１点からβ'１点にかけての第１曲線１２１で形成され、また前記無段階部Ｍ２は、前記β２点からβ'２点にかけての第２曲線１３１で形成されている。一方、前記有段階部Ｕは、端板１２ａの付け根側で肉厚となる２段形状であり、前記付け根側に近い下段側が第３曲線１２２及び第４曲線１３２、上段側が第５曲線１２３及び第６曲線１３３で形成されている。
そして、これら第１曲線１２１〜第６曲線１３３は、図５に示すように渦巻壁１２ｂを対向視した場合に、第１曲線１２１及び第３曲線１２２及び第４曲線１３２及び第２曲線１３１と、第１曲線１２１及び第５曲線１２３及び第６曲線１３３及び第２曲線１３１とが、それぞれ１本の連続した曲線を形成している。
【００３２】
この中央始端部１０１の第１曲線１２１〜第６曲線１３３の創成方法の一例について、図５を参照しながら以下に説明を行う。
まず、半径Ｒ０のインボリュート基礎円１１０の伸開角α１における伸開線Ｇと外側インボリュート曲線との交点である前記β１点から伸開角の大なる方向にインボリュート曲線からなる渦巻壁１２ｂの外壁１２０が創成されている。またインボリュートの基礎円１１０の伸開角α１＋１８０度における伸開線Ｈと腹側インボリュート曲線との交点である前記β２点から伸開角の大なる方向にインボリュート曲線からなる渦巻壁１２ｂの内壁１３０が創成される。
【００３３】
β１点から内方に伸びる第１曲線１２１は半径Ｒ１の円弧であり、また、β２点から内方に伸びる第２曲線１３１は半径Ｒ２の円弧である。これら第１曲線１２１及び第２曲線１３１は、前記旋回スクロール部材１３の公転半径をＲとした場合、Ｒ１＋Ｒ＝Ｒ２の数式で求められる。
そして、第１曲線１２１の中心をＯ１、第２曲線１３１の中心をＯ２とし、第１曲線１２１上にβ１−Ｏ１−β'１のなす角度が所定のα'となるようβ'１点を設定し、第１曲線１２１がβ１−β'１間の渦巻壁面を形成するものとする。また第２曲線１３１上にβ２−Ｏ２−β'２のなす角度が所定のα'となるようβ'２点を設定し、第２曲線１３１がβ２−β'２間の渦巻壁面を形成する。
【００３４】
次に、β'１−β'２間を段階状の壁面とし、かつ下段の壁厚を上段の壁厚と比較して厚くして前記段階形状部Ｄを構成し、かつ、この段階形状部Ｄが、固定スクロール部材１２に対して旋回スクロール部材１３を噛み合わせた際に、各段毎における噛み合うような壁面曲線を創成するため、以下の補助線を設定する。
すなわち、Ｏ１点とβ'１点を結ぶ直線Ｌ１とＯ２点とβ'２点を結ぶ直線Ｌ２を設定する。ここで、直線Ｌ１及びＬ２は、互いに平行となる。また、Ｏ１点とＯ２点とを結ぶ直線をＬ０とする。また、直線Ｌ０に平行でβ'１点の方向にδだけ離れるように直線Ｌｔを設定する。また、直線Ｌ０に平行でβ'２点の方向にδだけ離れている直線Ｌｕを設定する。
そして、以上のように作成した直線Ｌ１と直線Ｌｕ，直線Ｌ１と直線Ｌｔ，直線Ｌ２と直線Ｌｕ、直線Ｌ２と直線Ｌｔの交点をそれぞれＵ１，Ｔ１，Ｕ２，Ｔ２とする。
【００３５】
上記補助線を用いて下段側の曲線を創成する方法について以下に説明する。
β'１点から内方に伸びる第３曲線１２２は、Ｕ１点を中心とし半径Ｒ１＋δとなる円弧である。またβ'２点から内方に伸びる第４曲線１３２は、Ｕ２点を中心として半径Ｒ２−δとなる円弧である。この第４曲線１３２は、第３曲線１２２と直線Ｌｕ上のＵ３点で滑らかに接続する。
続いて、上段側の曲線の創成する方法について説明する。
β'１点から内方に伸びる第５曲線１２３は、Ｔ１点を中心として半径Ｒ１−δとなる円弧である。またβ'２点から内方に伸びる第６曲線１３３は、Ｔ２点を中心として半径Ｒ２＋δとなる円弧である。この第６曲線１３３は、第５曲線１２３と直線Ｌｔ上の点Ｔ３で滑らかに接続する。
【００３６】
上記方法で創成された渦巻壁１２ｂの形状は、第１曲線１２１と第２曲線１３１で創成される範囲では高さ方向に壁厚一定となり、さらに第３曲線１２２と第４曲線１３２からなる下段側の壁面と、第５曲線１２３と第６曲線１３３からなる上段側の壁面で創成される範囲では、高さ方向に壁厚が段階上に変化している。なお、高さ方向における壁厚の切換位置は、渦巻壁１２ｂの高さの略中央とされている。ちなみに、両スクロール部材の組み立て状態においては、これらの段階形状部Ｄの両前記切換位置間における隙間を０．０５〜１ｍｍ程度にすると、圧縮ガスの閉じ込みを防止できる点で望ましい。
【００３７】
ここで、前記β'１点とβ'２点を設定するための前記α'の設定方法について説明する。各渦巻壁１２ｂ，１３ｂ間に、固定スクロール部材１２の吐出ポート２５に連通する前記第１圧縮室Ｃ１と、該第１圧縮室Ｃ１の外周端側に隣接する第２圧縮室Ｃ２とが形成され、かつ、第２圧縮室Ｃ２が吐出ポート２５に連通する直前（第２圧縮室Ｃ２が吐出ポート２５を覗く直前）となる噛み合い状態において、前記β'１点及びβ'２点としては、同図に示すように、この時の固定スクロール部材１２の中央始端部１０１と旋回スクロール部材１３の中央始端部２０１との噛み合い点をＶ１点及びＶ２点とすると、α'から決定されるβ'１点及びβ'２点が、前記噛み合い点であるＶ１点及びＶ２点と略一致していることが望ましい。しかしながら、完全に一致せずとも、β'１点及びβ'２点がＶ１点及びＶ２点よりも外方（伸開角の増加する方向）に位置するように設定しても良い。
【００３８】
さらに、前記直線Ｌｔと直線Ｌｕを設定するためのずらし量δについて説明する。このずらし量δの値により、中央始端部１０１のうち、段階状に壁厚が変化する段階形状部Ｄの下段壁面（第３曲線１２２と第４曲線１３２で形成される壁面）と上段壁面（第５曲線１２３と第６曲線１３３で形成される壁面）の壁厚差を好適に調整するには、強度的観点からずらし量δを設定するのが望ましい。また、一般にスクロール部材はエンドミルにて加工されることが一般的であり、生産性の観点からは出来るだけ太い径のエンドミルで加工する方が精度向上、出来高向上の点で望ましい。このため、ずらし量δによって決定される渦巻壁１２ｂの最小Ｒ部である第４曲線１３２の曲率により選定する方法もある。
【００３９】
また固定スクロール部材１２と旋回スクロール部材１３の各中央始端部１０１，２０１の根元には、図４に示すように、応カ集中を緩和するためのフィレット１４０をそれぞれ設けてある。このフィレット１４０は、β１点からβ'２点にかけての範囲の近傍に設置されており、本実施形態においては、前記Ｒ１程度のコーナＲ形状で固定，旋回スクロール部材１２，１３と一体に形成されている。フィレット１４０の創成方法としては、図示されないエンドミルの端面外周に所望のフィレット形状が形成されているエンドミルで加工を行い、さらに別工程で端面外周が直角形状に近い他のエンドミルを用いてフィレット１４０の不用部位の除去を行う。なお、通常、スクロール部材の機械加工には高い加工精度が要求されるため、２回以上のエンドミル加工で最終形状が仕上げられる。このため、フィレット１４０除去のためのエンドミル加工は、通常、渦巻状壁面の仕上げ加工と同時に実施されることが多く、加工工程の増加には繋がらない。
【００４０】
また、フィレット１４０が他方のスクロール部材と干渉するのを防止するために、面取り（図示せず）が各渦巻壁１２ｂ，１３ｂの上端面に設けられている。ここで、フィレット１４０は、β１−β'２点間の壁面に限定して形成されており、その他の壁面とは異なったエンドミルで加工することより加工公差がより大きくなるため、この部位に設計的に僅かな間隙を設定することが望ましい。このようにフィレット１４０の設置範囲を限定することで、特にβ'２−β２間の壁面は最終形状を形成するカッターで加工が出来るようになり、壁面の加工精度が向上する。
【００４１】
なお、本実施形態では、β１−β２間の第１曲線１２１〜第６曲線１３３を円弧で滑らかに接続するものとしたが、これに限らず、全部、あるいは一部の円弧の代わりに楕円弧を用いて滑らかに接続すること、あるいは円弧もしくは楕円弧に直線を組み合わせて滑らかに接続する構成も勿論採用可能である。
また、本実施形態においては、渦巻壁１２ｂ，１３ｂを構成する曲線をインボリュート曲線で構成しているが、インボリュート曲線を数学的に補正した曲線で構成したり、もしくは、インボリュート曲線に類似する性質を持つ曲線で構成するものとしても良い。何れの場合においても、本発明はそれら曲線の内方に関わるものであるので、構成は当然可能である。
さらに本実施形態では旋回スクロール部材１３側の渦巻壁１３ｂの中央始端部については、前記固定スクロール部材１２側の渦巻壁１２ｂの中央始端部１０１と同一形状で構成しているが、旋回スクロール部材１３と固定スクロール部材１２で各中央始端部を異なる形状とした場合においても、前記β１点から前記β'１点にかけての間と、前記β２点から前記β'２点にかけての間とが、前記各渦巻壁の高さ方向で一定の肉厚寸法を有し、かつ、これら中央始端部間が互いに噛み合う無段階部とされ、前記β'１点から前記β'２点にかけての間が、その少なくとも一部に前記段階形状部を有する有段階部とされているように構成することも当然可能である。
【００４２】
以上説明の本実施形態のスクロール型圧縮機の効果を以下にまとめる。
本実施形態のスクロール圧縮機は、互いに噛み合う固定スクロール部材１２と旋回スクロール部材１３のそれぞれの中央始端部１０１，２０１を形成する外壁側のインボリュート開始点であるβ１点と、内壁側のインボリュート開始点であるβ２点との間の壁面形状について、β１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とが、高さ方向で一定の肉厚寸法を有し、かつ、旋回スクロール部材１２の公転運動時にこれら中央始端部１０１，２０１間が互いに噛み合う無段階部Ｍ１，Ｍ２とし、β'１点からβ'２点にかけての間が、段階形状部Ｄを有する有段階部Ｕとする構成を採用した。
【００４３】
このスクロール型圧縮機のスクロール部材においては、β'１−β'２点間の渦巻壁が、高さ方向で段階状に設定されているため、ガス圧縮時にガス反力が作用する場合においても、強度的に厳しい各中央始端部１０１，２０１の付け根部分の壁厚を合理的に増加させることが可能であり、十分な強度が確保することができる。
【００４４】
すなわち、固定スクロール部材１２に対して旋回スクロール部材１３が公転旋回運動する際に、吐出ポート２５に連通している第１圧縮室Ｃ１の気密を保つのに重要である、各渦巻壁１２ｂ，１３ｂ間の噛み合うβ１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とを段階のない無段階部Ｍ１，Ｍ２としたことで、この部分に段階を備える場合に比較してガスの漏れが生じにくく気密性を保てるように両渦巻壁１２ｂ，１３ｂ間を噛み合わせることができる。さらには、この無段階部Ｍ１，Ｍ２には段階部を加工しなくて済む分、加工精度の要求される加工工程を省くことができるので、その加工を容易とすることができる。
【００４５】
一方、固定スクロール部材１２に対して旋回スクロール部材１３が公転旋回運動する際に、シールオフポイントであるβ'１点からβ'２点にかけての間を有段階部Ｕとしたことで、この部分での肉厚を厚くして各渦巻壁１２ｂ，１３ｂの強度を高めることができる。しかも、この有段階部Ｕに形成される段階部Ｄは、吐出ポート２５に連通している第１圧縮室Ｃ１の気密に影響しないので、圧縮効率を低下させることがない（換言すれば、各渦巻壁１２ｂ，１３ｂどうしを容易に噛み合わせることができるので、最内方に位置する第１圧縮室Ｃ１の密閉空間容積を容易に小さくすることが可能となり、結果として死容積を減少させるとともに圧縮効率が高くすることができる）。これにより、段階部Ｄの加工に際しては気密を考慮して高精度の加工をする必要が無く、その加工を容易とすることができる。
以上説明のように、本実施形態によれば、両スクロール部材１２，１３の各渦巻壁１２ｂ，１３ｂの強度が高く、かつ加工が容易で圧縮効率を低下させることのないスクロール型圧縮機を提供することが可能となる。
【００４６】
また、本実施形態では、渦巻壁１２ｂ，１３ｂの壁厚が高さ方向で一定となる部分と壁厚が高さ方向で異なる部分の生成範囲を、変数α'を用いて適切に選択することが可能であり、さらには、有段階部Ｕの上段側と下段側の壁厚の差を変数であるずらし量δにより適切に選択することが可能である。例えば、ずらし量δを大きく取ることにより、中央始端部１０１，２０１の実質的な小円弧半径を大きくすることが可能となり、強度向上が可能となる。また、ずらし量δを小さく取ることことにより、第４曲線１３２の最小Ｒが大きくなり、スクロール部材加工時に使用するエンドミル径を太くすることができ、スクロール部材加工時の出来高向上が可能となる。このように、上記各変数の設定により、渦巻壁形状の設計自由度を増すことができる。
【００４７】
また、本実施形態では、β'１点及びβ'２点を、第２圧縮室Ｃ２が吐出ポート２５に連通する直前の噛み合い状態における各渦巻壁１２ｂ，１３ｂ間の噛み合い点Ｖ１，Ｖ２と略一致させる構成を採用した。
この構成によれば、吐出ポート２５で決定されるシールオフポイントまで両渦巻壁１２ｂ，１３ｂの壁面どうしを容易に噛み合わせることができるので、第１圧縮室Ｃ１の密閉空間容積を容易に最小限容積まで小さくすることが可能となり、結果として死容積を最小限にするとともに、圧縮効率が高く、さらに渦巻壁中央部の強度が高いスクロール型圧縮機とすることが可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１記載のスクロール型圧縮機によれば、β'１点及びβ'２点を、第２圧縮室が吐出ポートに連通する直前の噛み合い状態における各渦巻壁間の噛み合い点と略一致させ、各中央始端部を、β１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とが、一定の肉厚寸法を有し、かつ、これら中央始端部間が互いに噛み合う無段階部とし、β'１点からβ'２点にかけての間が、その少なくとも一部に固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材を組み合わせた際に、各段毎に噛み合う段階形状部を有する有段階部とする構成を採用した。
【００４９】
この構成によれば、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密を保つのに重要である、各渦巻壁間の噛み合うβ１点からβ'１点にかけての間と、β２点からβ'２点にかけての間とを段階のない無段階部としたことで、この部分に段階を備える場合に比較してガスの漏れが生じにくく気密性を保てるように両渦巻壁間を噛み合わせることができる。さらには、この無段階部には段階部を加工しなくて済む分、加工精度の要求される加工工程を省くことができるので、その加工を容易とすることができる。
【００５０】
一方、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、シールオフポイントであるβ'１点からβ'２点にかけての間を有段階部としたことで、この部分での肉厚を厚くして各渦巻壁の強度を高めることができる。しかも、この有段階部に形成される段階部は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密に影響しないので、圧縮効率を低下させることがない。これにより、段階部の加工に際しては気密を考慮して高精度の加工をする必要が無く、その加工を容易とすることができる。
以上説明のように、本発明によれば、両スクロール部材の各渦巻壁の強度が高く、かつ加工が容易で圧縮効率を低下させることのないスクロール型圧縮機を提供することが可能となる。
【００５１】
また、請求項２記載のスクロール型圧縮機によれば、その無段階部を第１曲線及び第２曲線で形成し、また有段階部を第３曲線及び第４曲線からなる下段及び、第５曲線及び第６曲線からなる上段の２段形状とし、さらには、第１曲線及び第３曲線及び第４曲線及び第２曲線と、第１曲線及び第５曲線及び第６曲線及び第２曲線とが、それぞれ１本の連続した曲線を形成するように構成した。
【００５２】
この構成によれば、請求項１と同様の効果を得ることができる。すなわち、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密を保つのに重要である、各渦巻壁間の噛み合う第１曲線及び第２曲線の部分を段階のない無段階部としたことで、この部分に段階を備える場合に比較してガスの漏れが生じにくく気密性を保てるように両渦巻壁間を噛み合わせることができる。さらには、この第１曲線及び第２曲線からなる無段階部には段階部を加工しなくて済む分、加工精度の要求される加工工程を省くことができるので、その加工を容易とすることができる。
【００５３】
一方、固定スクロール部材に対して旋回スクロール部材が公転旋回運動する際に、シールオフポイントである第３曲線〜第６曲線の部分を有段階部としたことで、この部分での肉厚を厚くして各渦巻壁の強度を高めることができる。しかも、この第３曲線〜第６曲線からなる２段形状は、吐出ポートに連通している最内方の圧縮室の気密に影響しないので、圧縮効率を低下させることがない。これにより、段階部の加工に際しては気密を考慮して高精度の加工をする必要が無く、その加工を容易とすることができる。
以上説明のように、本発明によれば、両スクロール部材の各渦巻壁の強度が高く、かつ加工が容易で圧縮効率を低下させることのないスクロール型圧縮機を提供することが可能となる。
【００５４】
また、参考例記載のスクロール型圧縮機によれば、β'１点及びβ'２点を、第２圧縮室が吐出ポートに連通する直前の噛み合い状態における各渦巻壁間の噛み合い点と略一致させる構成を採用した。
この構成によれば、吐出ポートで決定されるシールオフポイントまで両渦巻壁の壁面どうしを容易に噛み合わせることができるので、最内方の密閉空間容積を容易に最小限容積まで小さくすることが可能となり、結果として死容積を最小限にするとともに、圧縮効率が高く、さらに渦巻壁中央部の強度が高いスクロール型圧縮機とすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のスクロール型圧縮機の一実施形態を示す図であって、その全体構成を示す断面図である。
【図２】  同スクロール型圧縮機に用いられる部品を示す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視図、（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。
【図３】  同スクロール型圧縮機の要部を示す図であって、（ａ）は渦巻壁の中央始端部の斜視図、（ｂ）は固定スクロール部材と旋回スクロール部材との噛み合わせ状態を示す図であって、吐出ポートの軸線に垂直をなす断面より同固定スクロール部材側を見た断面図である。
【図４】  同スクロール型圧縮機の同固定スクロール部材の渦巻壁の中央始端部の平面図である。
【図５】  同スクロール型圧縮機のスクロール部材が有する渦巻壁の中央始端部の形成方法の一例を示す説明図である。
【図６】  従来のスクロール型圧縮機に用いられるスクロール部材を示す図であって、（ａ）は固定スクロール部材の斜視図、（ｂ）は旋回スクロール部材の斜視図である。
【図７】  従来のスクロール型圧縮機に用いられる他のスクロール部材を示す図であって、渦巻壁中央部の平面図である。
【図８】  従来のスクロール型圧縮機に用いられる他のスクロール部材を示す図であって、渦巻壁中央部の平面図である。
【図９】  従来のスクロール型圧縮機に用いられる他のスクロール部材を示す図であって、渦巻壁中央部の平面図である。
【符号の説明】
１２・・・固定スクロール部材
１２ａ，１３ａ・・・端板
１２ｂ，１３ｂ・・・渦巻壁
１３・・・旋回スクロール部材
２５・・・吐出ポート
１０１・・・中央始端部
１２１・・・第１曲線
１３１・・・第２曲線
１２２・・・第３曲線
１３２・・・第４曲線
１２３・・・第５曲線
１３３・・・第６曲線
Ｃ１・・・第１圧縮室
Ｃ２・・・第２圧縮室
Ｄ・・・段階形状部
Ｍ１，Ｍ２・・・無段階部
Ｕ・・・有段階部
【図１】
0004709399.tif 000002
【図２】
0004709399.tif 000003
【図３】
0004709399.tif 000004
【図４】
0004709399.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004709399.tif 000009
【図９】
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