(57)【要約】【課題】簡単な構成にて圧力室のシール性が確保され、優れた体積効率及び圧縮効率を有するスクロール型流体機械を提供する。【解決手段】スクロール型流体機械は、端板８ａ,１０ａ及びこの端板８ａ,１０ａと一体の渦巻き壁８ｂ,１０ｂからなる固定及び可動のスクロールと、前記スクロールのうち少なくとも一方のスクロールにおける渦巻き壁８ｂ,１０ｂの先端面１７に開口した溝１８と、溝１８に配置され、他方のスクロールの端板１０ａ,８ａに相対的に摺接する摺接面２０を有する渦巻き状のチップシール１６とを備える。チップシール１６は、摺接面２０に対して鋭角に連なる側面２４を有し、溝１８は、渦巻き壁８ｂ,１０ｂの先端面１７に対して鈍角に連なる側壁面２６を有する。【選択図】図３
2007162622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板及びこの端板と一体の渦巻き壁からなる固定及び可動のスクロールと、
前記スクロールのうち少なくとも一方のスクロールにおける前記渦巻き壁の先端面に開口した溝と、
前記溝に配置され、他方のスクロールの前記端板に相対的に摺接する摺接面を有する渦巻き状のチップシールと
を備えるスクロール型流体機械において、
前記チップシールは、前記摺接面に対して鋭角に連なる側面を有し、
前記溝は、前記渦巻き壁の先端面に対して鈍角に連なる側壁面を有する
ことを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記溝は、横断面図でみたときに等脚台形形状をなす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】
作動流体としてのＣＯ２を圧縮することを特徴とする請求項１又は２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関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用空調システムの冷凍回路に流体機械として用いられるスクロール型流体機械はスクロールユニットを備え、スクロールユニットは固定スクロール及び可動スクロールを含む。これら固定及び可動スクロールは、各々が端板及び当該端板の内面に一体的に形成された渦巻き壁を有し、渦巻き壁先端の溝に配置されたチップシールを介して互いの間に気密な圧力室を形成するよう、互いの渦巻き壁が噛み合った状態で配置される。可動スクロールは、旋回ユニットを介して動力を受けることにより固定スクロールに対して旋回運動し、この旋回運動に伴ない前記圧力室の容積及び位置が変化することで、圧力室内での冷媒の圧縮工程が行われる（例えば、特許文献１）。
【０００３】
一般に、前記チップシールの横断面形状は矩形形状であり、チップシールが配置される溝は、渦巻き壁の先端面に垂直な２つの側壁面と凹状の底面とによって構成される。
【特許文献１】特開平8-261171号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スクロール型流体機械において体積効率及び圧縮効率を高めるには、圧力室のシール性を高め、圧力室からの作動流体の漏れ（内部漏れ）を抑制すればよい。とりわけ、冷媒としてのＣＯ２を圧縮するスクロール型流体機械にあっては、従来のフロン系冷媒を用いた場合に比べて、圧力室の容積が小さく、且つ、圧力室での冷媒の圧力が高いことから、圧力室のシール性を高めることによって、体積効率及び圧縮効率が顕著に向上する。
【０００５】
圧力室のシール性を高めるための具体的な手段としては、チップシールの幅を増大し、チップシールのシール面と端板との接触面積を増大するのが有効である。横断面形状が矩形形状のチップシールの幅を増大した場合、溝の側壁部分の強度を確保しながら溝の幅を広げなければならず、渦巻き壁の厚さを増大する必要も生じる。この結果として、横断面形状が矩形形状のチップシールの幅を増大した場合、流体機械の重量増加や大型化を招いてしまう。
【０００６】
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、簡単な構成にて圧力室のシール性が確保され、優れた体積効率及び圧縮効率を有するスクロール型流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、端板及びこの端板と一体の渦巻き壁からなる固定及び可動のスクロールと、前記スクロールのうち少なくとも一方のスクロールにおける前記渦巻き壁の先端面に開口した溝と、前記溝に配置され、他方のスクロールの前記端板に相対的に摺接する摺接面を有する渦巻き状のチップシールとを備えるスクロール型流体機械において、前記チップシールは、前記摺接面に対して鋭角に連なる側面を有し、前記溝は、前記渦巻き壁の先端面に対し鈍角に連なる側壁面を有することを特徴とするスクロール型流体機械が提供される（請求項１）。
【０００８】
好適な態様として、前記溝は、横断面図でみたときに等脚台形形状をなす（請求項２）。
好適な態様として、スクロール型流体機械は、作動流体としてのＣＯ２を圧縮する（請求項３）。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の請求項１のスクロール型流体機械では、チップシールが摺接面に対して鋭角に連なる側面を有することで、摺接面の幅が増大されている。この結果として、圧力室のシール性が向上し、体積効率及び圧縮効率も向上している。
一方、このスクロール型流体機械では、溝が渦巻き壁の先端面に対して鈍角に連なる側壁面を有することで、前記チップシールが溝に確実に支持されるのみならず、側壁面の根元部分の強度が確保される。この結果として、渦巻き壁の厚さを増大することなく、圧力室のシール性が向上する。
【００１０】
請求項２のスクロール型流体機械では、溝が、横断面図でみたときに等脚台形状をなすことによって、渦巻き壁の先端に容易に形成される。この結果として、コスト上昇を招くことなく、圧力室のシール性が向上する。
請求項３のスクロール型流体機械は、その圧力室のシール性が向上しているので、優れた体積効率及び圧縮効率にて作動流体としてのＣＯ２を圧縮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、一実施例のスクロール型流体機械の概略構成を示している。
流体機械はハウジング２を備え、ハウジング２には、図示しないけれども、外部から作動流体を導入するための吸入ポートと、外部に作動流体を吐出するための吐出ポートが形成されている。これら吸入ポート及び吐出ポートは、ハウジング２の内部に区画された吸入室４及び吐出室６にそれぞれ開口している。
【００１２】
また、ハウジング２の内部には、金属製の固定スクロール８及び可動スクロール１０が配置されている。これら固定及び可動スクロール８,１０の各々は、端板８ａ,１０ａと、端板８ａ,１０ａと一体の渦巻き壁８ｂ,１０ｂとを有する。
固定及び可動スクロール８,１０は、互いの間に圧力室１２を形成すべく、噛み合うように配置され、この配置下、可動スクロール１０は固定スクロール８に対して旋回運動可能である。この旋回運動に連動して、圧力室１２は、端板８ａ,１０ａの径方向外側から中央に向けて渦巻き壁８ｂ,１０ｂに沿って移動し、圧力室１２が端板８ａ,１０ａの径方向中央に近付くに連れて、圧力室１２の容積は小さくなる。
【００１３】
ここで、前述した吸入室４は可動スクロール１０の周囲に区画され、圧力室１２が端板１０ａの径方向外側に位置しているとき、圧力室１２に吸入室４内の作動流体が導入される。また、前述した吐出室６と圧力室１２との間は、固定スクロール８の端板８ａによって区画されているが、圧力室１２は、端板８ａの径方向中央に位置したとき、端板８ａの略中央に設けられた吐出孔１４を介して吐出室６に連通する。吐出孔１４は、図示しないけれどもリード弁により開閉される。
【００１４】
この圧力室１２のシール性を確保すべく、渦巻き壁８ｂ,１０ｂの先端には、樹脂製のチップシール１６がそれぞれ設けられている。固定及び可動スクロール８,１０の渦巻き壁８ｂ,１０ｂは、これらチップシール１６を介して相手側のスクロール１０,８の端板１０ａ,８ａに摺接する。
以下、チップシール１６について詳述するが、固定及び可動スクロール８,１０に設けるチップシール１６の構成は同一であるため、可動スクロール１０側のチップシール１６を例に説明する。
【００１５】
チップシール１６は、図２に示したように渦巻き壁１０ｂに沿って渦巻き状に延び、渦巻き方向でみて渦巻き壁１０ｂの内端近傍から外端の手前に渡る。
図３は、図１のチップシール１６近傍を拡大して示し、チップシール１６は、渦巻き壁１０ｂの先端面１７に開口した渦巻き状の溝１８に嵌められている。この横断面図でみて、チップシール１６は等脚台形形状をなし、固定スクロール８の端板８ａに相対的に摺接するシール面としての摺接面２０と、溝１８の底面に当接する下面２２とが互いに平行である。
【００１６】
摺接面２０の幅Ｗｔは、下面２２の幅Ｗｂよりも大きく（Ｗｔ＞Ｗｂ）、チップシール１６の側面２４は、摺接面２０の側縁に対して鋭角に連なる一方、下面２２の側縁に対して鈍角に連なる。
また、図３でみて、溝１８も等脚台形形状をなし、溝１８の側壁面２６は、渦巻き壁８ｂの先端面１７に対して鈍角に連なっている。側壁面２６の勾配は、側壁面２６がチップシール１６の側面２４に当接するよう、側面２４の勾配と略等しい。
【００１７】
なお、チップシール１６の厚さＴ及び溝１８の深さＤは、その渦巻き方向に一定であり、厚さＴは深さＤよりもわずかに大きい。このため、チップシール１６の摺接面２０は、その全域に亘り固定スクロール８の端板８ａに摺接する。また、溝１８の開口幅Ｗｇは、摺接面２０の幅Ｗｔよりも若干小さい。
再び図１を参照すると、上述した可動スクロール１０を旋回運動させるため、可動スクロール１０は駆動軸３０の一端部に連結されている。
【００１８】
より詳しくは、駆動軸３０の一端部には偏心ブッシュ３２が固定され、偏心ブッシュ３２は駆動軸３０と一体回転可能である。偏心ブッシュ３２は、端板１０ａの外面に一体に設けられたボスに囲まれ、偏心ブッシュ３２とボスとの間には軸受３４が介装されている。
駆動軸３０の他端部は、例えば流体機械に取付けられた電磁クラッチ３６のドリブン側ユニットに連結され、外部からの動力が電磁クラッチ３６を介して駆動軸３０に断続的に伝達される。
【００１９】
以下、作動流体として、ＣＯ２からなる冷媒を圧縮する場合を例にして、上述したスクロール型流体機械の動作を説明する。
駆動軸３０が回転駆動されると、駆動軸３０の回転に伴い、偏心ブッシュ３２を介して可動スクロール１０が固定スクロール８に対して旋回運動する。この旋回運動により、固定及び可動スクロール８,１０は、以下の一連のプロセスを実行する。
【００２０】
まず、固定及び可動スクロール８,１０は、吸入ポート及び吸入室４を通じて、低圧のガス冷媒をその径方向外側に位置する圧力室１２内に吸入する（吸入工程）。この後、冷媒を吸入した圧力室１２は、渦巻き壁８ｂ,１０ｂに沿って端板８ａ,１０ａ中央に向けて移動するが、この移動の際、圧力室１２の容積減少により圧力室１２内の冷媒は圧縮される（圧縮工程）。そして、圧力室１２内で圧縮された冷媒は、端板８ａ,１０ａの中央にて圧力室１２が吐出孔１４に連通したときに、吐出孔１４、吐出室６及び吐出ポートを通じて外部へと吐出される（吐出工程）。
【００２１】
上述したスクロール型流体機械では、チップシール１６の摺接面２０の幅Ｗｔが下面２２の幅Ｗｂよりも大きく、その差（Ｗｔ−Ｗｂ）の分だけ、端板８ａ,１０ａと摺接面２０との間の接触面積が従来よりも増大している。換言すれば、チップシール１６の直ぐ横における端板８ａ,１０ａと渦巻き壁８ｂ,１０ｂの先端面１７との間の隙間（サイド隙間）が少なくなっている。この結果として、この流体機械では、圧力室１２のシール性が向上し、体積効率及び圧縮効率も向上している。
【００２２】
また、チップシール１６にあっては、横断面形状が等脚台形形状であることから、応力集中が防止され、チップシール１６の破断が防止される。
一方、この流体機械では、チップシール１６の側面２４に当接するよう、溝１８の側壁面２６も勾配を有し、溝１８によってチップシール１６が確実に支持される。その上、側壁面２６が勾配を有することによって、側壁面２６の根元近傍で溝１８の側壁の厚さが十分に確保されるとともに、側壁面２６の根元近傍への応力集中が緩和される。この結果として、この流体機械では、渦巻き壁８ｂ,１０ｂの厚さを増大することなく、溝１８の側壁の強度が確保される。
【００２３】
このように、この流体機械では、溝１８の側壁の強度を確保しながら、圧力室１２のシール性が向上しているので、冷媒としてのＣＯ２を圧縮するのに適用されたとしても、優れた体積効率及び圧縮効率にて長期に亘り作動する。
すなわち、冷媒としてのＣＯ２を圧縮する場合、Ｒ１３４ａ等を圧縮する場合に比べて、圧力室１２での圧力が高くなるけれども、この流体機械では、溝１８の側壁やチップシール１６で破断が生ずることはない。この結果として、流体機械は、耐久性が確保され、長期に亘り安定に作動する。
【００２４】
また、冷媒としてのＣＯ２を圧縮する場合、ＣＯ２は高圧になるばかりか分子量が小さく、圧縮工程にある圧力室１２から漏出し易い。その上、この場合、冷凍能力とのバランスから、圧力室１２の容積は、Ｒ１３４ａ等を圧縮する場合に比べて１／６程度に設定され、ＣＯ２が圧力室１２から少しでも漏れると、流体機械の体積効率及び圧縮効率は大きく悪化してしまう。しかし、このような場合であっても、この流体機械では、チップシール１６によって圧力室１２からのＣＯ２の漏出が確実に防止される。この結果として、この流体機械は、優れた体積効率及び圧縮効率にて作動する。
【００２５】
本発明は上記した一実施例に限定されることはなく、種々変形が可能であり、流体機械は、ＣＯ２以外の作動流体にも適用される。
一実施例では、チップシール１６の両側面２４が摺接面２０に対して同一の角度で連なっていたけれども、両側面は互いに異なる角度で摺接面２０に対して連なっていてもよい。更には、チップシールの側面のうち少なくとも一方が、摺接面２０の側縁に対して鋭角に連なっていればよい。
【００２６】
同様に、溝１８の側壁面は互いに異なる角度で先端面１７に対して連なっていてもよい。更には、側壁面のうち少なくとも一方が、先端面１７の側縁に対して鋭角に連なっていればよい。ただし、横断面図でみて等脚台形形状の溝１８は、先端面１７に容易に形成されるので好ましい。
また、チップシール１６の角部は、Ｒ付けされていてもよく、その側面が摺接面２０の側縁に対して実質的に鋭角に連なっていればよい。同様に、溝１８の角部も、Ｒ付けされていてもよく、側壁面が先端面１７の開口縁に対して実質的に鈍角に連なっていればよい。
【００２７】
一実施例の流体機械においては、固定スクロール８及び可動スクロール１０の双方のチップシール１６が、横断面図でみて、台形形状をなしているが、少なくとも一方のスクロールのチップシールが、横断面図でみて、台形形状をなしていればよい。
一実施例の流体機械において、チップシール１６は、ポリフェニレンサルファイド系樹脂（ＰＰＳ系樹脂）、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂（ＰＥＥＫ系樹脂）及びポリイミド系樹脂（ＰＩ系樹脂）のうち一種からなるのが好ましい。これらの樹脂は、耐摩耗性に優れており、流体機械の耐久性が一層向上するからである。
【００２８】
図４及び図５は、変形例のチップシール４０及びチップシール４２を示し、チップシールの厚さＴは、溝１８の深さＤ以下であってもよい。すなわち、摺接面２０は、先端面１７近傍に位置していればよく、流体機械の作動時、チップシール４０,４２が溝１８の底面から僅かに浮上した状態で、摺接面２０は端板８ａ,１０ａに摺接する。
図６も変形例のチップシール４４を示し、チップシール４４の側面２４の勾配は、溝１８の側壁面２６の勾配と同一でなくてもよい。この場合、流体機械を使用することによって、チップシール４４がその厚さ方向に圧縮されることにより、側面２４の勾配が側壁面２６の勾配に徐々に近付いていく。
【００２９】
最後に、本発明の流体機械を膨張機として用いてもよいのは勿論であり、作動流体も特に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施例のスクロール型流体機械の概略を示す縦断面図である。
【図２】図１の流体機械に適用された可動スクロール及びチップシールの平面図である。
【図３】図１のチップシール近傍の拡大図である。
【図４】溝に配置された変形例のチップシールを示す横断面図である。
【図５】溝に配置された他の変形例のチップシールを示す横断面図である。
【図６】溝に配置された更に他の変形例のチップシールを示す横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
８          固定スクロール
１０          可動スクロール
８ａ,１０ａ   端板
８ｂ,１０ｂ   渦巻き壁
１６          チップシール
１７          渦巻き壁の先端面
１８          溝
２０          摺接面
２４          側面
２６          側壁面
【図１】
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【図２】
2007162622.tif 000004
【図３】
2007162622.tif 000005
【図４】
2007162622.tif 000006
【図５】
2007162622.tif 000007
【図６】
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