(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、端板に渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとを、ラップを向かい合わせにして互いに噛み合わせ、固定スクロールに対して旋回スクロールを自転を阻止して公転旋回運動させるスクロール流体機械において、上記両スクロールのラップの中央部を異なる形状のプロファイルの２以上の段からなる階段状に形成し、両スクロールを噛み合わせた時の対応する段のプロファイルを最終的に圧縮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なし、かつ対応する段のうち１以上の対応する段を両スクロールで異なる高さに設定して両スクロールの間に空間を形成したことを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
ラップの中央部に形成された段のうち１以上の段の高さを渦巻き方向に変化させたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機、膨張機等として使用されるスクロール流体機械に関するものであり、特にその渦巻状ラップのプロファイルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
スクロール流体機械は、端板とその内面に立設された渦巻状ラップとからなる固定スクロールと旋回スクロールとが互いに噛み合わされているものである。図６は、従来のスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中心部付近のプロファイル図である。スクロール圧縮機の中心部プロファイルとしては、円弧や正弦関数を用いた完全噛み合いプロファイルが用いられることが多く、図６はこの完全噛み合いプロファイルを示した図である。図において、１は基礎円、３０は背側インボリュート曲線、３１は腹側インボリュート曲線、３７は背側インボリュート接続点、３８は腹側インボリュート接続点、４７は背側インボリュート接続角、４８は腹側インボリュート接続角である。完全噛み合いプロファイルにおいては、背側インボリュートと中心部曲線との接続角４７と腹側インボリュートと中心部曲線との接続角４８は同一であり、固定スクロールのプロファイルと旋回スクロールのプロファイルとは同形である。組立誤差や工作誤差によっては、中心部圧縮室のガスが背側圧縮室または腹側圧縮室のいずれかに漏れることがある。この漏れる方向によって、性能のばらつきや、騒音のばらつきが発生する。
【０００３】
上記のばらつきを解消するために、完全噛み合いの一部を切り欠くことによってガス漏れの方向を一定にする工夫が多数なされているが、これは噛み合いがはずれる点の角度を接続角より小さい方にわずかに移動させるものであり、確実な漏れタイミングの制御はできなかった。
【０００４】
図７は従来のスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中心部付近の他の例のプロファイル図であり、（ａ）は固定スクロール、（ｂ）は旋回スクロールのプロファイル図である。これは前述の欠点を解消するためになされた工夫を示したものであり、１７，２７は固定スクロール、旋回スクロールのそれぞれの背側インボリュート接続点、１８，２８は固定スクロール、旋回スクロールのそれぞれの腹側インボリュート接続点、４７は各スクロールの背側インボリュート接続角、４８は各スクロールの腹側インボリュート接続角である。この例では、背側インボリュート接続角４７と腹側インボリュート接続角４８とが異なっており、これによって、固定スクロールのプロファイルと旋回スクロールのプロファイルとは異る形状となっている。このプロファイルでは漏れタイミングの制御は確実に行われるが、角度の小さい接続角２７のプロファイルにおいて、スクロール先端に発生する応力が大きい。信頼性のある形状とするには、この接続角２７のプロファイルの先端部において十分な強度を有するように設計する必要がある。しかし、このような設計をすると、圧縮機の押し退け量が小さくなったり、圧縮比が小さくなって効率が低下するなどの問題が生じる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の欠点を解消し、ラップ強度を損うことなく、確実にガスの漏れる方向、タイミング、およびガス漏れ量を制御し、効率を高め、騒音を低下させようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決したものであって、端板に渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、端板に渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとを、ラップを向かい合わせにして互いに噛み合わせ、固定スクロールに対して旋回スクロールを自転を阻止して公転旋回運動させるスクロール流体機械において、次の特徴を有するものである。
（１）  上記両スクロールのラップの中央部を異なる形状のプロファイルの２以上の段からなる階段状に形成し、両スクロールを噛み合わせた時の対応する段のプロファイルを最終的に圧縮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なし、かつ対応する段のうち１以上の対応する段を両スクロールで異なる高さに設定して両スクロールの間に空間を形成した。
（２）  上記（１）項に記載のスクロール流体機械において、ラップの中央部に形成された段のうち１以上の段の高さを渦巻き方向に変化させた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の第１形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図であり、（ａ）は固定スクロール３、（ｂ）は旋回スクロール４に関するものである。この実施形態のスクロールは２段の階段状に形成されている。図２は上記両スクロールが噛み合わせられた時の断面図である。図１（ａ）において、２はスクロールの端板、１１は固定スクロール３の下段（端板側）プロファイル曲線、１２は同固定スクロールの上段プロファイル曲線である。Ｈ2 は下段の高さ、Ｈ1 は上段の高さである。図１（ｂ）において、２は上記と同様端板であり、２１は旋回スクロール４の下段（端板側）プロファイル曲線、２２は同旋回スクロールの上段プロファイル曲線である。ｈ2 は下段の高さ、ｈ1 は上段の高さである。上記両スクロールにおいて、Ｈ1 ≠ｈ2 （即ちＨ2 ≠ｈ1 ）である。上記両スクロールは必ずしも同一形状に加工されている必要はない。図２において、８０は両スクロールが噛み合わせられた時、両スクロールの間に形成される空間である。
【０００８】
本実施形態においては、上記構成を備え、Ｈ1 ≠ｈ2 （即ちＨ2 ≠ｈ1 ）であるため、両スクロールを噛み合わせたときに固定スクロール３と旋回スクロール４の間に空間８０（図２）を設けることができる。上記各段の高さＨ1 ，Ｈ2 ，ｈ1 ，ｈ2 の設定により、この空間８０の大きさを調整でき、工作精度や組立精度によらず漏れ量の制御が可能である。さらに、背側、腹側のインボリュート接続点を調整することにより、ガスの漏れる方向、タイミング、及びガス漏れ量を確実に制御することが可能となる。上記実施形態は２段に形成されたスクロールを示しているが、３段以上の段を有するものでもよく、一般に複数の段をもっていればよい。
【０００９】
図３は本発明の実施の第２形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。図は固定スクロール３を示しているが、旋回スクロールに関してもほぼ同様である。この実施例のスクロールは２段の段を有する階段状に形成されているが、下段のプロファイル１１Ａにおいては、その高さがラップ中央先端部は低く、先端部から離れるにつれて高くなっている。
【００１０】
本実施形態においては、各プロファイルの段の高さが上記のように変化しているので、固定スクロールと旋回スクロールとを噛み合わせた時、両スクロール間に形成される空間８０の大きさを高さ方向に変化させることができる。この段の高さ変化を調整することによって、空間８０の大きさを、前記第１実施形態のものより細かく調整することができ、工作精度や組立精度によることなく、漏れ量の微調整が可能となる。なお上記両スクロールは同じ形態に加工されている必要はない。
【００１１】
図４は本発明の実施の第３形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。図は固定スクロールを示しているが旋回スクロールもほぼ同様である。前記第２実施形態（図３）においては、中央部ほど下段プロファイル曲線１１Ａの段の高さが低いのに対して、本第３実施形態（図４）においては、中央部ほぼ下段プロファイル曲線１１Ｂの段の高さが高く設定してある。本実施形態においても、前記第２実施形態と同様な効果がもたらされる。前記第２実施形態はインボリュート接続点付近での歯面剛性変化が小さく、騒音面で優れており、本第３実施形態はスクロールラップ先端での強度面で優れており、騒音・強度の重要度に応じて選択すればよい。本実施形態においても、固定・旋回両スクロールは、必ずしも同一形態に加工されている必要はない。
【００１２】
図５は本発明の実施の第４形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。図は固定スクロールを示しているが、旋回スクロールもほぼ同様である。本実施形態は下段プロファイル曲線１１Ｃの段の高さをステップ状に変化させたものである。本実施形態では、さらに、ラップ中央部ほど下段プロファイル曲線の段の高さを低くしているが、中央部ほど段の高さを高くしてもよい。本実施形態においても、固定・旋回両スクロールの間に形成される空間８０の大きさを高さ方向に変化させることができる。この段の高さ変化を調整することによって、空間８０の大きさを細かく調整でき、工作精度や組立精度によらず漏れ量の微調整が可能となる。本実施形態においても、固定・旋回両スクロールは同形に加工されている必要はない。
【００１３】
【発明の効果】
本発明のスクロール流体機械は、両スクロールのラップの中央部を異なる形状のプロファイルの２以上の段からなる階段状に形成し、両スクロールを噛み合わせた時の対応する段のプロファイルを最終的に圧縮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なし、かつ対応する段のうち１以上の対応する段を両スクロールで異なる高さに設定して両スクロールの間に空間を形成し、あるいはさらに、ラップの中央部に形成された段のうち１以上の段の高さを渦巻き方向に変化させたので十分なラップ強度を有し、かつ確実にガスの漏れる方向、タイミング、およびガス漏れ量を制御することができ、効率を高め、低騒音を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図であり、（ａ）は固定スクロール、（ｂ）は旋回スクロールの斜視図である。
【図２】上記両スクロールが噛み合わせられた時の断面図である。
【図３】本発明の実施の第２形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。
【図４】本発明の実施の第３形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。
【図５】本発明の実施の第４形態に係るスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の斜視図である。
【図６】従来のスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近のプロファイル図である。
【図７】従来のスクロール圧縮機の渦巻状ラップの中央部付近の他の例のプロファイル図であり、（ａ）は固定スクロール、（ｂ）は旋回スクロールのプロファイル図である。
【符号の説明】
１                        基礎円
２                        スクロール端板
３                        固定スクロール
４                        旋回スクロール
１１                      固定側下段プロファイル曲線
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ    高さの変化する固定側下段プロファイル曲線
１２                      固定側上段プロファイル曲線
１７                      固定側の背側インボリュート接続点
１８                      固定側の腹側インボリュート接続点
２１                      旋回側下段プロファイル曲線
２２                      旋回側上段プロファイル曲線
２７                      旋回側の背側インボリュート接続点
２８                      旋回側の腹側インボリュート接続点
３０                      背側インボリュート曲線
３１                      腹側インボリュート曲線
３７                      背側インボリュート接続点
３８                      腹側インボリュート接続点
４７                      背側インボリュート接続角
４８                      腹側インボリュート接続角
８０                      空間
【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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