KR20190010622A - 스크롤 유체 기계 및 팁 시일 - Google Patents

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Abstract

벽체에 연속적인 경사부를 마련한 경우여도, 벽체의 치선에 설치되는 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 유체 기계의 성능을 향상시킨다. 대향하는 단판 간의 대향면 간 거리가, 외주 측으로부터 내주 측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부를 구비하고, 경사부에 대응하는 벽체(3b)의 치선에 형성된 팁 시일 홈(3d)에는, 대향하는 치저에 접촉하여 유체를 시일하는 팁 시일(7)이 마련되어 있다. 팁 시일 홈(3d)의 홈 바닥(3d1)은, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부(3d2)가 가장 깊어지는 형상으로 이루어져 있다. 팁 시일(7)은, 홈 바닥(3d1)에 면하는 팁 시일(7)의 바닥부(7a)의 폭 방향에 있어서의 중앙부(7a1)이 양 측부(7a2)보다 돌출되어 있다.

Description

스크롤 유체 기계 및 팁 시일
본 발명은, 스크롤 유체 기계 및 팁 시일에 관한 것이다.
일반적으로, 단판(端板) 상에 스파이럴 형상의 벽체가 마련된 고정 스크롤 부재와 선회 스크롤 부재를 서로 맞물리게 하고, 공전 선회 운동을 행하게 하여 유체를 압축 또는 팽창시키는 스크롤 유체 기계가 알려져 있다.
이와 같은 스크롤 유체 기계로서, 특허문헌 1에 나타내는 바와 같은 이른바 단차를 가진 스크롤 압축기가 알려져 있다. 이 단차를 가진 스크롤 압축기는, 고정 스크롤 및 선회 스크롤의 스파이럴 형상의 벽체의 치선면(齒先面) 및 치저면(齒底面)의 스파이럴 방향을 따르는 위치에 각각 단차부가 마련되고, 각 단차부를 경계로 벽체의 외주 측의 높이가 내주 측의 높이보다 높게 되어 있다. 단차를 가진 스크롤 압축기는, 벽체의 둘레 방향뿐만이 아니라, 높이 방향으로도 압축(3차원 압축)되기 때문에, 단차부를 구비하지 않은 일반적인 스크롤 압축기(2차원 압축)에 비하여, 변위량을 크게 하여, 압축기 용량을 증가시킬 수 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2015-55173호
그러나, 단차를 가진 스크롤 압축기는, 단차부에 있어서의 유체 누출이 크다는 문제가 있다. 또, 단차부의 근원 부분에 응력이 집중되어 강도가 저하된다는 문제가 있다.
이에 대하여, 발명자들은 벽체 및 단판에 마련된 단차부 대신에 연속적인 경사부를 마련하는 것을 검토하고 있다.
벽체의 선단인 치선에는, 팁 시일을 수납하기 위한 홈부가 벽체의 스파이럴 방향을 따라 형성되어 있다. 팁 시일은, 스크롤 압축기의 운전 중에, 치선에 대향하는 치저에 슬라이딩하면서 접촉함으로써, 유체 누출을 억제한다. 이때, 팁 시일은 홈부의 홈 바닥 측으로 들어간 유체에 의하여 치저 측에 부세된다.
경사부에 대응하는 벽체의 치선에 형성된 홈부의 홈 바닥은, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙에서 가장 깊어지는 형상으로 된다. 이것은, 홈부의 홈 폭과 동등한 직경을 갖는 엔드 밀 등의 절삭 공구로 경사부로 된 홈 바닥을 가공할 때에, 홈부의 폭 방향에 있어서의 양 측부를 접점으로 하는 반원호의 등고선이 형성되기 때문이다. 이와 같이 홈 바닥에 가장 깊은 중앙부가 형성되면, 홈 바닥의 중앙부와 팁 시일의 바닥부와의 간극이 유체의 누출 간극이 되어, 스크롤 압축기의 성능이 저하될 우려가 있다.
또, 벽체의 경사부에 따라, 치선에 형성된 홈부도 벽체 높이 방향으로 경사지므로, 팁 시일의 형상도 벽체의 높이 방향으로 변화하게 된다. 팁 시일에 대하여 경사부에 따른 변형을 부여하면, 팁 시일의 열화나 절손(折損)과 같은 문제의 우려가 있다.
본 발명은, 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 벽체에 연속적인 경사부를 마련한 경우여도, 벽체의 치선에 설치되는 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 성능을 향상시킬 수 있는 스크롤 유체 기계 및 팁 시일을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여. 본 발명의 스크롤 유체 기계 및 팁 시일은 이하의 수단을 채용한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 스크롤 유체 기계는, 제1 단판 상에 스파이럴 형상의 제1 벽체가 마련된 제1 스크롤 부재와, 상기 제1 단판에 대향하도록 배치된 제2 단판 상에 스파이럴 형상의 제2 벽체가 마련되고, 상기 제2 벽체가 상기 제1 벽체와 서로 맞물려 상대적으로 공전 선회 운동을 행하는 제2 스크롤 부재를 구비한 스크롤 유체 기계이며, 대향하는 상기 제1 단판과 상기 제2 단판의 대향면 간 거리가, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 외주 측으로부터 내주 측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부를 구비하며, 상기 경사부에 대응하는 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 치선에 형성된 홈부에는, 대향하는 치저에 접촉하여 유체를 시일하는 팁 시일이 마련되고, 상기 홈부의 홈 바닥은, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되며, 상기 팁 시일은, 상기 홈 바닥에 면하는 팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있다.
제1 단판과 제2 단판의 대향면 간 거리가 벽체의 외주 측으로부터 내주 측을 향하여 연속적으로 감소하는 경사부가 마련되어 있으므로, 외주 측으로부터 흡입된 유체는 내주 측을 향함에 따라, 벽체의 스파이럴 형상에 따른 압축실의 감소에 의하여 압축될 뿐만 아니라, 단판 간의 대향면 간 거리의 감소에 의하여 더 압축되게 된다.
경사부에 대응하는 치선에 형성된 홈부의 홈 바닥은, 홈 폭 방향에 있어서 중앙에서 가장 깊어지는 형상(예를 들면 원호 형상)으로 되어 있다. 이것은, 홈부의 홈 폭과 동등한 직경을 갖는 엔드 밀 등의 절삭 공구로 경사부로 된 홈 바닥을 가공할 때에, 홈부의 폭 방향에 있어서의 양 측부를 접점으로 하는 반원호의 등고선이 형성되기 때문이다. 이와 같이 홈 바닥에 가장 깊은 중앙부가 형성되면, 홈 바닥의 중앙부와 팁 시일의 바닥부의 간극이 유체의 누출 간극이 될 우려가 있다. 따라서, 팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있는 팁 시일로 함으로써, 홈 바닥의 폭 방향에 있어서의 중앙부와, 팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부와의 간극을 작게 하는 것으로 했다. 이로써, 유체 누출을 작게함으로써, 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 유체 기계의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 양태에 관한 스크롤 유체 기계에서는, 상기 경사부의 스파이럴 방향에 있어서의 기울기를 φ, 상기 홈부의 홈 폭을 Tg로 한 경우에, 상기 팁 시일의 상기 중앙부의 양 측부에 대한 돌출량(Δh)는, ((Tg)/2)×tanφ로 되어 있다.
경사부의 스파이럴 방향에 있어서의 기울기를 φ, 상기 홈부의 홈 폭을 Tg로 하면, 홈부의 중앙부에 있어서의 양 측부에 대한 오목량은, ((Tg)/2)×tanφ가 된다. 팁 시일의 중앙부의 돌출량(Δh)를 상기 오목량과 동등한 치수로 함으로써, 팁 시일 바닥부와 홈 바닥의 간극을 가급적 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 양태에 관한 스크롤 유체 기계에서는, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 최외주부 및/또는 최내주부에는, 높이가 변화하지 않는 벽체 평탄부가 마련되고, 상기 제1 단판 및 상기 제2 단판에는, 상기 벽체 평탄부에 대응한 단판 평탄부가 마련되며, 상기 단판 평탄부에 대응하는 상기 홈부의 홈 바닥은, 평탄면으로 되고, 상기 단판 평탄부에 대응하는 상기 팁 시일은, 상기 팁 시일 바닥부가 평탄면으로 되어 있다.
벽체 평탄부에 대응하는 홈 바닥이 평탄면으로 되어 있으므로, 이에 맞추도록 단판 평탄부에 대응하는 팁 시일의 바닥부도 평탄면으로 한다. 이로써, 홈 바닥과 팁 시일 바닥부의 간극을 작게 함으로써, 유체 누출을 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 양태에 관한 스크롤 유체 기계에서는, 상기 팁 시일은, 스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할되어 있다.
팁 시일을 스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할함으로써, 경사부에 의하여 높이 방향으로 변화하는 형상에 대하여 유연하게 적응시킬 수 있다. 이로써, 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 유체 기계의 성능을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 경사부에 대응하는 위치에서 팁 시일을 복수로 분할함으로써, 각 분할 팁 시일의 높이 방향에 있어서의 변형량을 작게 억제할 수 있다. 이 경우에는, 각 분할 팁 시일에 대하여 미리 높이 방향으로 변화하는 형상을 부여하지 않고, 평탄 형상으로 이루어진 이른바 2차원 형상의 팁 시일을 채용할 수 있다.
또, 벽체 평탄부를 갖고 있는 경우에는, 벽체 평탄부와 경사부의 접속 위치에서 팁 시일을 분할하는 것이 바람직하다. 이로써, 기울기가 급격하게 변화하는 위치에 있어서 팁 시일이 절손되어버리는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 발명의 제2 양태에 관한 팁 시일은, 스크롤 유체 기계의 스파이럴 형상의 벽체의 치선에 형성된 홈부에 설치되는 팁 시일이며, 상기 벽체는, 높이가 스파이럴 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비하고, 상기 홈부의 홈 바닥은, 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되며, 상기 홈 바닥에 면하는 상기 팁 시일의 바닥부는, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있다.
팁 시일의 바닥부에 대하여, 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출하는 형상을 부여하는 것으로 했다. 이로써, 홈 바닥의 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되어 있는 경우에, 팁 시일의 바닥부와 홈 바닥 사이의 간극을 작게 할 수 있다.
또, 본 발명의 제3 양태에 관한 팁 시일은, 스크롤 유체 기계의 스파이럴 형상의 벽체의 치선에 형성된 홈부에 설치되는 팁 시일이고, 상기 벽체는, 높이가 스파이럴 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비하며, 상기 홈부의 홈 바닥은, 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되고, 스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할되어 있다.
스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 팁 시일을 분할함으로써, 각 분할 팁 시일의 변형량을 작게 억제할 수 있다.
예를 들면, 높이가 스파이럴 방향으로 연속적으로 변화하는 벽체 경사부로 되어 있으므로, 팁 시일도 벽체의 높이의 변화에 따라 배치되게 된다. 이 경우에, 팁 시일을 스파이럴 방향으로 분할함으로써, 각 분할 팁 시일의 높이 방향에 있어서의 변화량을 작게 억제할 수 있다.
또, 벽체 경사부에 접속되는 벽체 평탄부를 갖고 있는 경우에는, 벽체 평탄부와 경사부의 접속 위치에서 팁 시일을 분할하는 것이 바람직하다. 이로써, 기울기가 급격하게 변화하는 위치에 있어서 팁 시일이 절손되어버리는 것을 방지할 수 있다.
팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있는 팁 시일로 함으로써, 홈 바닥의 폭 방향에 있어서의 중앙부와 팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부와의 간극을 작게 함으로써, 유체 누출을 작게 하고, 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 유체 기계의 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 팁 시일을 스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할함으로써, 경사부에 의하여 높이 방향으로 변화하는 형상에 대하여 유연하게 적응시킴으로써, 팁 시일의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 유체 기계의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 스크롤 압축기의 고정 스크롤 및 선회 스크롤을 나타내고, (a)는 종단면도, (b)는 고정 스크롤의 벽체 측에서 본 평면도이다.
도 2는 도 1의 선회 스크롤을 나타낸 사시도이다.
도 3은 고정 스크롤에 마련한 단판 평탄부를 나타낸 평면도이다.
도 4는 고정 스크롤에 마련한 벽체 평탄부를 나타낸 평면도이다.
도 5는 스파이럴 방향으로 연장하여 표시한 벽체를 나타내는 모식도이다.
도 6은 도 1(b)의 부호 Z의 영역을 확대하여 나타낸 부분 확대도이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 부분의 팁 시일 간극을 나타내고, (a)는 팁 시일 간극이 상대적으로 작은 상태를 나타낸 측면도이며, (b)는 팁 시일 간극이 상대적으로 큰 상태를 나타낸 측면도이다.
도 8은 벽체 경사부에 있어서의 치선 둘레의 횡단면도이다.
도 9는 팁 시일의 홈 바닥 형상을 나타내고, (a)는 홈 바닥의 평면도, (b)는 홈 바닥의 중앙부의 깊이를 나타낸 모식도이다.
도 10은 팁 시일 홈의 가공 방법을 나타내고, (a)는 벽체의 치선을 평면시한 평면도, (b)는 측면도이다.
도 11은 팁 시일의 횡단면도이다.
도 12는 벽체 평탄부에 있어서의 치선 둘레의 횡단면도이다.
도 13은 스파이럴 방향으로 연장하여 표시한 벽체를 나타내고, 팁 시일의 분할 위치를 나타낸 모식도이다.
도 14는 변형예를 나타내고, (a)는 단차부를 갖지 않은 스크롤과의 조합을 나타내는 종단면도이며, (b)는 단차를 가진 스크롤과의 조합을 나타낸 종단면도이다.
이하에, 본 발명에 관한 일 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1에는, 스크롤 압축기(스크롤 유체 기계)(1)의 고정 스크롤(제1 스크롤 부재)(3)과 선회 스크롤(제2 스크롤 부재)(5)가 나타나 있다. 스크롤 압축기(1)은, 예를 들면 공기 조절기 등의 냉동 사이클을 행하는 가스 냉매(유체)를 압축하는 압축기로서 이용된다.
고정 스크롤(3) 및 선회 스크롤(5)는, 알루미늄 합금제나 철제 등의 금속제의 압축 기구로 되고, 도시하지 않은 하우징 내에 수용되어 있다. 고정 스크롤(3) 및 선회 스크롤(5)는, 하우징 내로 유도된 유체를 외주 측으로부터 흡입하고, 고정 스크롤(3)의 중앙의 토출 포트(3c)로부터 외부로 압축 후의 유체를 토출한다.
고정 스크롤(3)은, 하우징에 고정되어 있고, 도 1(a)에 나타나는 바와 같이, 대략 원판 형상의 단판(제1 단판)(3a)와, 단판(3a)의 일 측면 상에 세워 설치된 스파이럴 형상의 벽체(제1 벽체)(3b)를 구비하고 있다. 선회 스크롤(5)는, 대략 원판 형상의 단판(제2 단판)(5a)와, 단판(5a)의 일 측면 상에 세워 설치된 스파이럴 형상의 벽체(제2 벽체)(5b)를 구비하고 있다. 각 벽체(3b, 5b)의 스파이럴 형상은, 예를 들면 인벌류트 곡선이나 아르키메데스 곡선을 이용하여 정의되어 있다.
고정 스크롤(3)과 선회 스크롤(5)는, 그 중심을 선회 반경(ρ)만큼 분리하여, 벽체(3b, 5b)의 위상을 180˚ 어긋나게 하여 맞물려, 양 스크롤의 벽체(3b, 5b)의 치선과 치저 간에 상온에서 미세한 높이 방향의 클리어런스(팁 클리어런스)를 갖도록 조립되어 있다. 이로써, 양 스크롤(3, 5) 간에, 그 단판(3a, 5a)와 벽체(3b, 5b)에 의하여 둘러싸여 형성되는 복수 쌍의 압축실이 스크롤 중심에 대하여 대칭으로 형성된다. 선회 스크롤(5)는, 도시하지 않은 올덤 링 등의 자전 방지 기구에 의하여 고정 스크롤(3)을 중심으로 공전 선회 운동한다.
도 1(a)에 나타내는 바와 같이, 대향하는 양 단판(3a, 5a) 간의 대향면 간 거리(L)이, 스파이럴 형상의 벽체(3b, 5b)의 외주 측으로부터 내주 측으로 향하고, 연속적으로 감소하는 경사부가 마련되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)에는, 외주 측으로부터 내주 측을 향하여 높이가 연속적으로 감소하는 벽체 경사부(5b1)이 마련되어 있다. 이 벽체 경사부(5b1)의 치선이 대향하는 고정 스크롤(3)의 치저면에는, 벽체 경사부(5b1)의 경사에 따라 경사지는 단판 경사부(3a1)(도 1(a) 참조)이 마련되어 있다. 이들 벽체 경사부(5b1) 및 단판 경사부(3a1)에 의하여, 연속적인 경사부가 구성되어 있다. 동일하게, 고정 스크롤(3)의 벽체(3b)에도 높이가 외주 측으로부터 내주 측을 향하여 연속적으로 경사지는 벽체 경사부(3b1)이 마련되고, 이 벽체 경사부(3b1)의 치선 대향하는 단판 경사부(5a1)이 선회 스크롤(5)의 단판(5a)에 마련되어 있다.
또한, 본 실시형태에서 말하는 경사부에 있어서 연속적이라는 의미는, 원활하게 접속된 경사에 한정되는 것은 아니고, 가공 시에 불가피적으로 발생하는 작은 단차부가 계단 형상으로 접속되어 있으며, 경사부를 전체적으로 보면 연속적으로 경사져 있는 것도 포함된다. 단, 이른바 단차를 가진 스크롤과 같이 큰 단차부는 포함되지 않는다.
벽체 경사부(3b1, 5b1) 및/또는 단판 경사부(3a1, 5a1)에는, 코팅이 실시되어 있다. 코팅으로서는, 예를 들면 인산 망가니즈 처리나 니켈 인 도금 등을 들 수 있다.
도 2에 나타나는 바와 같이, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)의 최내주 측과 최외주 측에는, 각각, 높이가 일정하게 된 벽체 평탄부(5b2, 5b3)이 마련되어 있다. 이들 벽체 평탄부(5b2, 5b3)은, 선회 스크롤(5)의 중심(O2)(도 1(a) 참조)를 중심으로 180˚의 영역에 걸쳐 마련되어 있다. 벽체 평탄부(5b2, 5b3)과 벽체 경사부(5b1)이 접속되는 위치에는, 각각, 굴곡부가 되는 벽체 경사 접속부(5b4, 5b5)가 마련되어 있다.
선회 스크롤(5)의 단판(5a)의 치저에 대해서도 동일하게, 높이가 일정하게 된 단판 평탄부(5a2, 5a3)이 마련되어 있다. 이들 단판 평탄부(5a2, 5a3)에 대해서도, 선회 스크롤(5)의 중심을 중심으로 180˚의 영역에 걸쳐 마련되어 있다. 단판 평탄부(5a2, 5a3)과 단판 경사부(5a1)이 접속되는 위치에는, 각각, 굴곡부가 되는 단판 경사 접속부(5a4, 5a5)가 마련되어 있다.
도 3 및 도 4에 해칭으로 나타내는 바와 같이, 고정 스크롤(3)에 대해서도, 선회 스크롤(5)와 동일하게, 단판 평탄부(3a2, 3a3), 벽체 평탄부(3b2, 3b3), 단판 경사 접속부(3a4, 3a5) 및 벽체 경사 접속부(3b4, 3b5)가 마련되어 있다.
도 5에는, 스파이럴 방향으로 연장하여 표시한 벽체(3b, 5b)가 나타나 있다. 동 도면에 나타나는 바와 같이, 최내주 측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)가 거리(D2)에 걸쳐 마련되고, 최외주 측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3)이 거리(D3)에 걸쳐 마련되어 있다. 거리(D2) 및 거리(D3)은, 각각 각 스크롤(3, 5)의 중심(O1, O2)를 중심으로 180˚로 된 영역에 상당하는 길이로 되어 있다. 최내주 측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)와 최외주 측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3)의 사이에, 벽체 경사부(3b1, 5b1)이 거리(D1)에 걸쳐 마련되어 있다. 최내주 측의 벽체 평탄부(3b2, 5b2)와 최외주 측의 벽체 평탄부(3b3, 5b3)과의 고저차를 h라고 하면, 벽체 경사부(3b1, 5b1)의 기울기(φ)는 하기 식이 된다.
φ=tan-1(h/D1)…(1)
이와 같이, 경사부에 있어서의 기울기(φ)는, 스파이럴 형상의 벽체(3b, 5b)가 연장되는 둘레 방향에 대하여 일정하게 되어 있다.
도 6에는, 도 1(b)의 부호 Z로 나타낸 영역의 확대도가 나타나 있다. 도 6에 나타나 있는 바와 같이, 고정 스크롤(3)의 벽체(3b)의 치선에는, 팁 시일(7)이 마련되어 있다. 팁 시일(7)은 수지제로 되어 있고, 대향하는 선회 스크롤(5)의 단판(5a)의 치저에 접촉하여 유체를 시일한다. 팁 시일(7)은, 벽체(3b)의 치선에 둘레 방향에 걸쳐 형성된 팁 시일 홈(3d) 내에 수용되어 있다. 이 팁 시일 홈(3d) 내에 압축 유체가 비집고 들어가, 팁 시일(7)을 배면으로부터 압압하여 치저 측으로 압출함으로써 대향하는 치저에 접촉시키도록 되어 있다. 또한, 선회 스크롤(5)의 벽체(5b)의 치선에 대해서도, 동일하게 팁 시일이 마련되어 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 벽체(3b)의 높이 방향에 있어서의 팁 시일(7)의 높이(Hc)는, 둘레 방향으로 일정하게 되어 있다.
양 스크롤(3, 5)가 상대적으로 공전 선회 운동을 행하면, 선회 직경(선회 반경(ρ)×2) 만큼 치선과 치저의 위치가 상대적으로 어긋난다. 이 치선과 치저의 위치 어긋남에 기인하여, 경사부에서는, 치선과 치저 사이의 팁 클리어런스가 변화한다. 예를 들면, 도 7(a)에서는 팁 클리어런스(T)가 작고, 도 7(b)에서는 팁 클리어런스(T)가 큰 것을 나타내고 있다. 팁 시일(7)은, 이 팁 클리어런스(T)가 선회 운동에 의하여 변화해도, 배면으로부터 압축 유체에 의하여 단판(5a)의 치저 측으로 압압되므로, 추종하여 시일할 수 있도록 되어 있다.
도 8에는, 벽체 경사부(3b1)의 스파이럴 방향에 직교하는 절단면에서 본 치선 둘레의 횡단면도가 나타나 있다. 환언하면, 도 8은, 도 5에 나타낸 내주 측의 벽체 경사 접속부(3b4)로부터 외주 측의 벽체 경사 접속부(3b5)까지의 사이의 벽체 경사부(3b1)에 있어서 지면(紙面) 수직 방향으로 절단한 치선 둘레의 횡단면도이다. 또한, 선회 스크롤(5)의 치선 및 팁 시일(7)에 대해서도 동일한 구성으로 되어 있다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 벽체(3b)의 선단에 형성된 팁 시일 홈(3d) 내에 팁 시일(7)이 수용되어 있다. 팁 시일(7)의 바닥부(하면)(7a)는, 폭 방향에 있어서의 중앙부(7a1)이 양 측부(7a2)보다 홈 바닥(3d1) 측(하방)으로 돌출한 원호 형상으로 되어 있다. 팁 시일(7)의 선단면(상면)(7b)는, 평탄면으로 되어 있다. 이로써, 팁 시일(7)의 단면(斷面)은, 반원 형상으로 되어 있다. 이러한 반원 형상으로 된 팁 시일(7)의 횡단면은, 벽체 경사부(3b1) 전체에 걸쳐서 형성되어 있다.
팁 시일 홈(3d)의 홈 바닥(3d1)은, 폭 방향에 있어서의 중앙부(3d2)가 가장 깊어지는 형상으로 되어 있다. 홈 바닥(3d1)의 중앙부(3d2)는, 홈 바닥(3d1)의 양 측부(3d3)로부터 오목량(Δh)만큼 깊어져 있다.
이와 같은 팁 시일 홈(3d)의 홈 바닥(3d1)의 형상은, 도 9에 나타내는 바와 같은 등고선(Ct)가 형성됨에 따라 발생한다. 등고선(Ct)는, 팁 시일 홈(3d)의 홈 폭(Tg)를 직경으로 하고, 벽체 경사부(3b1)의 높이 증대 방향(동 도면에 있어서 좌측)으로 볼록하게 된 반원호로 이루어져 있다. 즉, 등고선(Ct)의 반경은 Tg/2가 된다.
도 9(b)로부터 알 수 있듯이, 벽체 경사부(3b1)의 기울기는 φ로 되어 있으므로(도 5 참조), 홈 바닥(3d1)의 중앙부(3d2)의 양 측부(3d3)로부터의 오목량(Δh)는, 하기 식에 의하여 나타난다.
Δh=((Tg)/2)×tanφ…(2)
도 9(a)에 나타낸 바와 같은 홈 바닥(3d1)의 형상은, 도 10에 나타내는 바와 같이 엔드 밀(10)을 이용하여 가공함으로써 얻어진다. 엔드 밀(10)의 직경(De)는 홈 폭(Tg)와 동등하게 되어 있다. 엔드 밀(10)에 의하여, 경사를 오르는 일 방향에 1패스로 팁 시일 홈(3d)의 가공을 행한다. 엔드 밀(10)의 회전 축선을 고정 스크롤(3)의 중심(O1)(도 1(a) 참조)을 통과하는 축선과 평행이 되도록 하여 가공한다. 이로써, 도 9(a)에 나타내는 바와 같은 반원호가 되는 등고선(Ct)가 형성된다.
도 11에 나타내는 바와 같이, 팁 시일(7)의 바닥부(7a)는, 홈 바닥(3d1)의 형상에 대략 일치하도록, 반경(R)로 된 원호 형상으로 된다. 즉, 바닥부(7a)는, 양 측부(7a2)로부터 오목량(Δh)만큼 돌출한 중앙부(7a1)과, 양 측부(7a2)를 통과하는 반경(R)의 원호 형상으로 된다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 벽체 평탄부(3b2, 3b3)에서는, 팁 시일 홈(3d)의 홈 바닥(3d1)은 평탄하게 되어 있다. 이것은, 벽체 평탄부(3b2, 3b3)에서는 벽체 경사부(3b1)과 같이 경사져 있지 않으므로, 엔드 밀(10)에 의한 가공에 의하여 평탄면이 형성되기 때문이다. 따라서, 팁 시일(7)의 바닥부(7a)도 평탄하게 되어 있다.
상술한 스크롤 압축기(1)은, 이하와 같이 동작한다.
도시하지 않은 전동 모터 등의 구동원에 의하여, 선회 스크롤(5)가 고정 스크롤(3) 중심으로 공전 선회 운동을 행한다. 이로써, 각 스크롤(3, 5)의 외주 측으로부터 유체를 흡입하고, 각 벽체(3b, 5b) 및 각 단판(3a, 5a)에 의하여 둘러싸인 압축실에 유체를 취입한다. 압축실 내의 유체는 외주 측으로부터 내주 측으로 이동함에 따라 순차 압축되고, 최종적으로 고정 스크롤(3)에 형성된 토출 포트(3c)로부터 압축 유체가 토출된다. 유체가 압축될 때에, 단판 경사부(3a1, 5a1) 및 벽체 경사부(3b1, 5b1)에 의하여 형성된 경사부에서는 벽체(3b, 5b)의 높이 방향으로도 압축되어, 3차원 압축이 행해진다.
본 실시형태에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.
팁 시일(7)의 바닥부(7a)의 폭 방향에 있어서의 중앙부(7a1)이 양 측부(7a2)보다 돌출되어 있는 팁 시일(7)로 함으로써, 홈 바닥(3d1)의 폭 방향에 있어서의 중앙부(3d2)와 팁 시일(7)의 바닥부(7a)의 폭 방향에 있어서의 중앙부(7a1)과의 간극을 작게하는 것으로 했다. 이로써, 유체 누출을 작게함으로써, 팁 시일(7)의 기능을 유효하게 발휘시켜 스크롤 압축기(1)의 성능을 향상시킬 수 있다.
벽체 경사부(3b1)의 스파이럴 방향에 있어서의 기울기를 φ, 팁 시일 홈(3d)의 홈 폭을 Tg로 한 경우에, 팁 시일 홈(3d)의 중앙부(3d2)에 있어서의 양 측부(3d3)에 대한 오목량(Δh)는, ((Tg)/2)×tanφ가 된다. 이에 대응하도록, 팁 시일(7)의 중앙부(7a1)의 돌출량을 오목량(Δh)와 동등한 치수로 했다. 이로써, 팁 시일(7)의 바닥부(7a)와 홈 바닥(3d1)과의 간극을 가급적으로 작게 할 수 있다. 특히, 홈 바닥(3d1)의 형상을 따라 반원 형상의 팁 시일(7)로 했기 때문에, 간극을 더 작게 할 수 있다.
벽체 평탄부(3b2, 3b3)에 있어서의 팁 시일 홈(3d)의 홈 바닥(3d1)이 평탄면으로 되어 있으므로, 이에 맞추도록 벽체 평탄부(3b2, 3b3)에 대응하는 팁 시일(7)의 바닥부(7a)도 평탄면으로 한다. 이로써, 홈 바닥(3d1)과 팁 시일(7)의 바닥부(7a)의 간극을 작게함으로써, 유체 누출을 작게 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 팁 시일(7)은 내주 측으로부터 외주 측까지 연속적으로 연결된 것으로서 설명했지만, 스파이럴 방향의 소정 위치에서 분할하는 것으로 해도 된다.
예를 들면, 도 13에 나타내는 바와 같이, 벽체 경사부(3b1, 5b1)에 대응하는 소정의 분할 위치(Dv1)에서 팁 시일(7)을 복수로 분할해도 된다. 또한, 분할 위치는 1개소에 한정되지 않고, 복수로 해도 된다. 분할 위치는 등간격으로 마련하는 것이 바람직하다.
이와 같이 벽체 경사부(3b1, 5b1)에 대응하는 위치의 팁 시일(7)을 복수로 분할함으로써, 각 분할 팁 시일의 높이 방향(부호 h 방향)에 있어서의 변형량을 작게 억제할 수 있다. 이 경우에는, 각 분할 팁 시일에 대하여 미리 높이 방향으로 변화하는 형상을 부여하지 않고, 평탄 형상으로 된 이른바 2차원 형상의 팁 시일을 채용할 수 있다.
또, 벽체 평탄부(3b2, 3b3, 5b2, 5b3)과 벽체 경사부(3b1, 5b1)이 접속되는 벽체 경사 접속부(3b4, 3b5, 5b4, 5b5)에서 팁 시일(7)을 분할하는 것으로 해도 된다. 이로써, 경사가 급격하게 변화하는 위치에 있어서 팁 시일이 절손되는 것을 방지할 수 있다.
또, 본 실시형태에서는, 단판 경사부(3a1, 5a1) 및 벽체 경사부(3b1, 5b1)을 양 스크롤(3, 5)에 마련하는 것으로 했지만, 어느 한쪽에 마련해도 된다.
구체적으로는, 도 14(a)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 벽체(예를 들면 선회 스크롤(5))에 벽체 경사부(5b1)을 마련하고, 다른 쪽의 단판(3a)에 단판 경사부(3a1)을 마련한 경우에는, 다른 쪽의 벽체와 한쪽의 단판(5a)는 평탄으로 해도 된다.
또, 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 종래의 단차 형상과 조합한 형상, 즉, 고정 스크롤(3)의 단판(3a)에 단판 경사부(3a1)을 마련하는 한편, 선회 스크롤(5)의 단판(5a)에 단차부가 마련된 형상과 조합해도 된다.
본 실시형태에서는, 벽체 평탄부(3b2, 3b3, 5b2, 5b3) 및 단판 평탄부(3a2, 3a3, 5a2, 5a3)을 마련하는 것으로 했지만, 내주 측 및/또는 외주 측의 평탄부를 생략하고 경사부를 벽체(3b, 5b)의 전체에 연장하여 마련하는 것으로 해도 된다.
본 실시형태에서는, 스크롤 압축기로서 설명했지만, 팽창기로서 이용하는 스크롤 팽창기에 대해서도 본 발명을 적용할 수 있다.
1 스크롤 압축기(스크롤 유체 기계)
3 고정 스크롤(제1 스크롤 부재)
3a 단판(제1 단판)
3a1 단판 경사부
3a2 단판 평탄부(내주 측)
3a3 단판 평탄부(외주 측)
3a4 단판 경사 접속부(내주 측)
3a5 단판 경사 접속부(외주 측)
3b 벽체(제1 벽체)
3b1 벽체 경사부
3b2 벽체 평탄부(내주 측)
3b3 벽체 평탄부(외주 측)
3b4 벽체 경사 접속부(내주 측)
3b5 벽체 경사 접속부(외주 측)
3c 토출 포트
3d 팁 시일 홈
3d1 홈 바닥
3d2 중앙부
3d3 측부
5 선회 스크롤(제2 스크롤 부재)
5a 단판(제2 단판)
5a1 단판 경사부
5a2 단판 평탄부(내주 측)
5a3 단판 평탄부(외주 측)
5a4 단판 경사 접속부(내주 측)
5a5 단판 경사 접속부(외주 측)
5b 벽체(제2 벽체)
5b1 벽체 경사부
5b2 벽체 평탄부(내주 측)
5b3 벽체 평탄부(외주 측)
5b4 벽체 경사 접속부(내주 측)
5b5 벽체 경사 접속부(외주 측)
7 팁 시일
7a 바닥부
7a1 중앙부
7a2 측부
7b 선단면
10 엔드 밀
Ct 등고선
Dv1 (팁 시일의) 분할 위치
De 엔드 밀 직경
L 대향면 간 거리
T 팁 클리어런스
Tg (팁 시일 홈의) 홈 폭
φ 기울기
Δh 오목량

Claims (6)

  1. 제1 단판 상에 스파이럴 형상의 제1 벽체가 마련된 제1 스크롤 부재와,
    상기 제1 단판에 대향하도록 배치된 제2 단판 상에 스파이럴 형상의 제2 벽체가 마련되고, 상기 제2 벽체가 상기 제1 벽체와 서로 맞물려 상대적으로 공전 선회 운동을 행하는 제2 스크롤 부재를 구비한 스크롤 유체 기계로서,
    대향하는 상기 제1 단판과 상기 제2 단판의 대향면 간 거리가, 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 외주 측으로부터 내주 측을 향하여, 연속적으로 감소하는 경사부를 구비하며,
    상기 경사부에 대응하는 상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 치선에 형성된 홈부에는, 대향하는 치저에 접촉하여 유체를 시일하는 팁 시일이 마련되고,
    상기 홈부의 홈 바닥은, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되며,
    상기 팁 시일은, 상기 홈 바닥에 면하는 팁 시일 바닥부의 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있는 스크롤 유체 기계.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부의 스파이럴 방향에 있어서의 기울기를 φ, 상기 홈부의 홈 폭을 Tg로 한 경우에,
    상기 팁 시일의 상기 중앙부의 양 측부에 대한 돌출량(Δh)는, ((Tg)/2)×tanφ로 되어 있는 스크롤 유체 기계.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 벽체 및 상기 제2 벽체의 최외주부 및/또는 최내주부에는, 높이가 변화하지 않는 벽체 평탄부가 마련되고,
    상기 제1 단판 및 상기 제2 단판에는, 상기 벽체 평탄부에 대응한 단판 평탄부가 마련되며,
    상기 단판 평탄부에 대응하는 상기 홈부의 홈 바닥은, 평탄면으로 되고,
    상기 단판 평탄부에 대응하는 상기 팁 시일은, 상기 팁 시일 바닥부가 평탄면으로 되어 있는 스크롤 유체 기계.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 팁 시일은, 스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할되어 있는 스크롤 유체 기계.
  5. 스크롤 유체 기계의 스파이럴 형상의 벽체의 치선에 형성된 홈부에 설치되는 팁 시일로서,
    상기 벽체는, 높이가 스파이럴 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비하고,
    상기 홈부의 홈 바닥은, 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되며,
    상기 홈 바닥에 면하는 상기 팁 시일의 바닥부는, 홈 폭 방향에 있어서의 중앙부가 양 측부보다 돌출되어 있는 팁 시일.
  6. 스크롤 유체 기계의 스파이럴 형상의 벽체의 치선에 형성된 홈부에 설치되는 팁 시일로서,
    상기 벽체는, 높이가 스파이럴 방향으로 연속적으로 변화하는 경사부를 구비하며,
    상기 홈부의 홈 바닥은, 폭 방향에 있어서의 중앙부가 가장 깊어지는 형상으로 되고,
    스파이럴 방향에 있어서의 소정 위치에서 분할되어 있는 팁 시일.
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