(57)【要約】【課題】端板上に渦巻状の壁体を配置する場合に、スペース効率を向上させ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】壁体１は、外周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｂ，ｙｂとし、内周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｆ，ｙｆとし、ｂを基礎円半径、φを伸開角、ｎをｎ角形パラメータ（ｎは２以上の自然数）、αを係数、Ｔｒを前記壁体の壁面厚さ、ρを旋回半径とした場合に、下式によって形状が定義されている。    ｘｂ＝ｂｃｏｓ（φ）＋ｂωｓｉｎ（φ）    ｙｂ＝ｂｓｉｎ（φ）＋ｂωｃｏｓ（φ）    ｘｆ＝ｂｃｏｓ（φ）＋（ｂφ−Ｔｒ）ｓｉｎ（φ）    ｙｆ＝ｂｓｉｎ（φ）−（ｂφ−Ｔｒ）ｃｏｓ（φ）ここで、ω＝φ＋αｓｉｎ（ｎφ），Ｔｒ＝πｂ−ρである。【選択図】図１
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【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状の壁体を有するスクロール部材を備え、
前記壁体は、外周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｂ，ｙｂとし、内周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｆ，ｙｆとし、ｂを基礎円半径、φを伸開角、ｎをｎ角形パラメータ（ｎは２以上の自然数）、αを係数、Ｔｒを前記壁体の壁面厚さ、ρを旋回半径とした場合に、下式によって形状が定義されていることを特徴とするスクロール型流体機械。
ｘｂ＝ｂｃｏｓ（φ）＋ｂωｓｉｎ（φ）
ｙｂ＝ｂｓｉｎ（φ）＋ｂωｃｏｓ（φ）
ｘｆ＝ｂｃｏｓ（φ）＋（ｂφ−Ｔｒ）ｓｉｎ（φ）
ｙｆ＝ｂｓｉｎ（φ）−（ｂφ−Ｔｒ）ｃｏｓ（φ）
ここで、
ω＝φ＋αｓｉｎ（ｎφ）
Ｔｒ＝πｂ−ρ
である。
【請求項２】
前記ωが正とされ、かつ、前記αが１／ｎ以上とされてい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】
所定点周りに複数の前記壁体が所定角度間隔をもって配置され、隣り合う壁体の曲率半径が他の部分よりも大きい部分同士が対向して配置されてい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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のスクロール型流体機械に用いられる渦巻状の壁体の形状は、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（例えばインボリュート曲線を用いた場合については特許文献１参照）。このような渦巻状の壁体を有するスクロール部材の外形状は、略円形とされている。
一方、特許文献２には、固定スクロールおよび旋回スクロールのそれぞれの端板の中心周りに３つの渦巻状の壁体を等角度間隔で形成し、３対の噛み合う渦巻状の壁体を形成して３気筒としたスクロール型圧縮機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３７７５３８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２４１８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献２に記載された渦巻状の壁体の外形状は、略円形とされているので、同様に略円形の端板上に３つの渦巻状の壁体を配置すると、図１２（ｂ）のようになる。各渦巻状の壁体１００の外形状は円形なので、端板１０３のうち渦巻状の壁体１００が配置されていない領域１０１は無駄なスペースとなり、スペース効率が悪くなる。これは、渦巻状の壁体１００の外形状が円形とされている以上、避けられない構成である。また、渦巻状の壁体１００が２つの場合（図１２（ａ））でも、４つの場合（図１２（ｃ））でも同様にスペース効率が悪くなる。
【０００５】
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、端板上に渦巻状の壁体を配置する場合に、スペース効率を向上させ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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のスクロール型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型流体機械は、端板の一側面に立設された渦巻状の壁体を有するスクロール部材を備え、前記壁体は、外周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｂ，ｙｂとし、内周側の形状を規定するｘｙ座標系における座標をｘｆ，ｙｆとし、ｂを基礎円半径、φを伸開角、ｎをｎ角形パラメータ（ｎは２以上の自然数）、αを係数、Ｔｒを前記壁体の壁面厚さ、ρを旋回半径とした場合に、下式によって形状が定義されていることを特徴とするスクロール型流体機械。
ｘｂ＝ｂｃｏｓ（φ）＋ｂωｓｉｎ（φ）
ｙｂ＝ｂｓｉｎ（φ）＋ｂωｃｏｓ（φ）
ｘｆ＝ｂｃｏｓ（φ）＋（ｂφ−Ｔｒ）ｓｉｎ（φ）
ｙｆ＝ｂｓｉｎ（φ）−（ｂφ−Ｔｒ）ｃｏｓ（φ）
ここで、
ω＝φ＋αｓｉｎ（ｎφ）
Ｔｒ＝πｂ−ρ
である。
【０００７】
ｎ角形パラメータを用いた上記式により渦巻状の壁体形状を規定すると、正ｎ角形に近似した形状となる。正ｎ角形に近似させた渦巻状の壁体を形成することができるので、配置スペースに応じた壁体の設置が可能となる。
上記式によって定義された壁体に噛み合わされる他方の壁体は、上記式によって得られた壁体の形状をｘｙ座標系の原点に対して点対称に写像し、原点を旋回半径ρの円上に平行移動した形状で与えることができる。
【０００８】
さらに、本発明のスクロール型流体機械は、前記ωが正とされ、かつ、前記αが１／ｎ以上とされていることを特徴とする。
【０００９】
ωが正とされ、かつ、αが１／ｎ以上とされていると、より正ｎ角形に近似した形状となる。具体的には、αは大きいほど正ｎ角形に近似した形状となる。正ｎ角形に近似した形状とは、正ｎ角形近似度で表され、上記式で表された渦巻状の壁体の外形状面積と、この外形状を内側に位置させて外接する外接正ｎ角形の面積との比で定義される。具体的には、下式で表され、１に近いほど近似度が高い。
｛正ｎ角形近似度｝＝｛外形状面積｝／｛外接正ｎ角形面積｝
【００１０】
さらに、本発明のスクロール型流体機械は、所定点周りに複数の前記壁体が所定角度間隔をもって配置され、隣り合う壁体の曲率半径が他の部分よりも大きい部分同士が対向して配置されていることを特徴とする。
【００１１】
所定点周りに複数の壁体を所定角度間隔をもって配置することにより、各壁体同士が対をなして噛み合う複数対のスクロール型圧縮機が実現される。そして、隣り合う壁体の曲率半径が他の部分よりも大きい部分同士が対向して配置されている。すなわち、他の部分よりも曲率半径が大きくて直線状に近い部分が隣り合うので、渦巻状の壁体が存在しない面積を小さくすることができる。これにより、スペース効率の高いスクロール部材を実現することができ、コンパクトなスクロール型流体機械を提供することができる。
所定角度間隔としては、好ましくは、等角度間隔に対する角度誤差が±１０°、さらに好ましくは±１°とされた略等角度間隔とされる。
所定点としては、好ましくは、壁体が立設される端板の中心が選定される。
【発明の効果】
【００１２】
ｎ角形パラメータを用いた上記式により渦巻状の壁体形状を規定すると、正ｎ角形に近似した形状となる。これにより、スペース的に制約がある場合でも正ｎ角形に近似させた渦巻き状の壁体を配置することにより、スペース効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る第一壁体を示した平面図である。
【図２】図１の第一壁体に噛み合わされる第二壁体を示した平面図である。
【図３】図１の第一壁体と図２の第二壁体とを噛み合わせた状態を示した平面図である。
【図４】ｎ角形パラメータを２とした場合を示した平面図である。
【図５】ｎ角形パラメータを３とした場合を示した平面図である。
【図６】ｎ角形パラメータを５とした場合を示した平面図である。
【図７】ｎ角形パラメータを６とした場合を示した平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る第一壁体及び第二壁体を示した平面図である。
【図９】図８に対して係数αを大きくした第一壁体及び第二壁体を示した平面図である。
【図１０】図９に対して係数αを大きくした第一壁体及び第二壁体を示した平面図である。
【図１１】複数の壁体を所定点周りに等角度間隔で配置した平面図である。
【図１２】端板に対して複数の壁体を配置した状態を模式的に表した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
本実施形態のスクロール型圧縮機（スクロール型流体機械）は、気体（流体）の圧縮または膨張を行うものであり特に限定されるものではないが、例えば蒸気圧縮式冷凍機の圧縮機として用いられる場合には冷媒の圧縮を行うものである。スクロール型圧縮機を駆動する駆動源としては、特に限定されるものではないが、電動モータや車両用エンジンから取り出される回転動力等が挙げられる。
【００１５】
図１には固定スクロール部材の渦巻状の第一壁体１、図２には旋回スクロール部材の渦巻状の第二壁体２が示されている。本実施形態では、固定スクロールの第一壁体１と旋回スクロールの第二壁体２の区別を容易にするため、旋回スクロールの第二壁体２にはハッチングを施してある。
各壁体１，２は、端板と共にアルミ合金や鉄系の金属製とされている。なお、図中には端板の外形線が描かれていないが、一般的には壁体全体を取り囲む径よりも大きく形成された円盤形状とされる。また、図１及び図２には、壁体１，２の内周側の形状１ａ，２ａと外周側の形状１ｂ，２ｂのみが示されており、渦巻き形状の中央側の巻き始め部や外周側の巻き終わり部の形状は省略されている。巻き始め部や巻き終わり部の形状は、吐出ポートの形状や強度の確保等によって任意に決定される。本実施形態では、巻き始め部と巻き終わり部との間の主として圧縮に寄与する部分の形状について説明する。
【００１６】
図１に示された固定スクロール部材の第一壁体１は、固定スクロール部材の端板の一側面に立設された渦巻形状とされており、以下の式によって定義されている。
すなわち、第一壁体１は、外周側の形状１ｂを規定するｘｙ座標系における座標をｘｂ，ｙｂとし、内周側の形状１ａを規定するｘｙ座標系における座標をｘｆ，ｙｆとし、ｂをインボリュート曲線の基礎円半径、φをインボリュート曲線の伸開角、ｎをｎ角形パラメータ（ｎは２以上の自然数）、αを係数、Ｔｒを第一壁体１の壁面厚さ、ρを旋回スクロール部材の旋回半径とした場合に、下式によって形状が定義されている。
ｘｂ＝ｂｃｏｓ（φ）＋ｂωｓｉｎ（φ）            ・・・（１）
ｙｂ＝ｂｓｉｎ（φ）＋ｂωｃｏｓ（φ）            ・・・（２）
ｘｆ＝ｂｃｏｓ（φ）＋（ｂφ−Ｔｒ）ｓｉｎ（φ）    ・・・（３）
ｙｆ＝ｂｓｉｎ（φ）−（ｂφ−Ｔｒ）ｃｏｓ（φ）    ・・・（４）
ここで、
ω＝φ＋αｓｉｎ（ｎφ）                          ・・・（５）
Ｔｒ＝πｂ−ρ                                    ・・・（６）
である。
【００１７】
そして、図１では、ｎ角形パラメータが４、係数αが１／ｎ（＝１／４）とされている。ｎ角形パラメータが４ということで、正四角形に近似した形状となっている。すなわち、一般的なスクロール型圧縮機のような略円形ではなく、曲率半径が比較的小さい部分１ｃと、曲率半径が比較的大きく直線状となった部分１ｄとが存在し、曲率半径が比較的小さい部分１ｃが正四角形の角に相当し、曲率半径が比較的大きい部分１ｄが正四角形の辺に相当する。
【００１８】
図１のように、係数αが１／ｎ以下であれば、ωが伸開角φに対して常に増加関数となるので、伸開角φ＞０では壁体の形状が成立することになる。
【００１９】
図２には、図１の第一壁体１と噛み合わされる旋回スクロール部材の第二壁体２が示されている。第二壁体２は、図１のｘｙ座標系の原点に対して第一壁体１の形状を点対称に写像し、原点を旋回半径ρの円上に平行移動した形状で与えられる。
【００２０】
図３には、上述した第一壁体１と第二壁体２とが噛み合わされた状態が示されている。これら壁体１，２が相対的に公転旋回運動を行うことにより、壁体１，２間に形成された圧縮空間が中央に移動するとともに徐々に縮小して内部の気体が圧縮される。圧縮された気体は、図示しない中央の吐出ポートから外部へと吐出される。
【００２１】
図４には、ｎ角形パラメータが２、係数αが１／ｎ（＝１／２）とされた形状が示されている。ｎ＝２の場合は楕円形ないし長円形に近い形状となる。
図５には、ｎ角形パラメータが３、係数αが１／ｎ（１＝３）とされた形状が示されている。ｎ＝３の場合は正三角形に近い形状となる。
図６には、ｎ角形パラメータが５、係数αが１／ｎ（１＝５）とされた形状が示されている。ｎ＝５の場合は正五角形に近い形状となる。
図７には、ｎ角形パラメータが５、係数αが１／ｎ（１＝６）とされた形状が示されている。ｎ＝６の場合は正六角形に近い形状となる。
【００２２】
以上の通り、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
ｎ角形パラメータを用いた上記式（１）〜（６）により渦巻状の壁体形状を規定すると、正ｎ角形に近似した形状となる。これにより、正ｎ角形に近似させた渦巻状の壁体を形成することができるので、配置スペースに応じた壁体の設置が可能となる。
【００２３】
［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、ｎ角形パラメータを用いた上記式（１）〜（６）により渦巻状の壁体１，２の形状を定義する点に関しては上記第１実施形態と同様である。したがって、第１実施形態と共通する構成に付いては共通の符号を付しその説明を省略する。
【００２４】
本実施形態では、正ｎ角形に近似させた形状の近似度を高くするものである。具体的には、上記式（１）〜（６）において、ωが正とされ、かつ、係数αが１／ｎ以上とされている。係数αが大きいほど正ｎ角形に近似した形状となる。ωが負となる場合には上記式（１）〜（６）では形状が成立しない。しかし、係数αが１／ｎよりも大きくても、ωが正の領域では形状が成立する。ωが正となる領域は、φ／α＞１（α＞０，φ＞０）が成立する場合である。
【００２５】
正ｎ角形に近似した形状とは、正ｎ角形近似度で表され、上記式（１）〜（６）で表された渦巻状の壁体１，２の外形状面積と、この外形状を内側に位置させて外接する外接正ｎ角形の面積との比で定義される。具体的には、下式（７）で表され、１に近いほど近似度が高い。
｛正ｎ角形近似度｝＝｛外形状面積｝／｛外接正ｎ角形面積｝    ・・・（７）
【００２６】
図８〜図１０には、ｎ＝３として、係数αを増大させた場合が示されている。図８では係数αは０．３３３３（図５と同様）、図９では係数αは０．７、図１０では係数αは１．２である。図８から図１０を比較すれば分かるように、係数αを増大させるほど正三角形近似度が高くなる。
【００２７】
図１１には、図１０に示した壁体１，２を所定点Ｏ周りに６つの壁体１，２の対が等角度間隔をもって配置された状態が示されている。隣り合う壁体１，２の曲率半径が他の部分よりも大きい部分同士が対向して配置されている。所定点Ｏとしては、好ましくは、壁体１，２が立設される端板の中心が選定される。
【００２８】
このように、所定点Ｏ周りに複数の壁体１，２を等角度間隔をもって配置することにより、各壁体１，２同士が対をなして噛み合う複数対のスクロール型圧縮機が実現される。そして、隣り合う壁体１，２の曲率半径が他の部分よりも大きい部分同士が対向して配置されている。すなわち、他の部分よりも曲率半径が大きくて直線状に近い部分が隣り合うので、渦巻状の壁体が存在しない面積を小さくすることができる。これにより、スペース効率の高いスクロール部材を実現することができ、コンパクトなスクロール型流体機械を提供することができる。
【００２９】
なお、上述した各実施形態では、第一壁体１が固定スクロール部材側、第二壁体２が旋回スクロール側として説明したが、この逆でもよい。また、両スクロール部材が同期して回転する両回転スクロール型流体機械にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  第一壁体（壁体）
１ａ  内周側形状
１ｂ  外周側形状
２  第二壁体（壁体）
２ａ  内周側形状
２ｂ  外周側形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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