涡旋流体机械的制作方法

本发明涉及一种涡旋流体机械。

背景技术：

通常，已知有一种使在端板上设置有涡旋状的壁体的固定涡旋部件与回旋涡旋部件啮合以进行公转运动，从而将流体进行压缩或膨胀的涡旋流体机械。

作为这种涡旋流体机械，已知有一种专利文献1所示的所谓阶梯式涡旋压缩机。该阶梯式涡旋压缩机中，在沿固定涡旋及回旋涡旋的涡旋状的壁体的齿尖面及齿根面的涡旋方向的位置分别设置有阶梯部，以各阶梯部为界，壁体的外周侧的高度比内周侧的高度变高。阶梯式涡旋压缩机不仅沿壁体的周向被压缩，而且沿高度方向也被压缩(三维压缩)，因此与不具备阶梯部的一般的涡旋压缩机(二维压缩)相比，能够加大排放量并增加压缩机容量。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开201555173号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

然而，阶梯式涡旋压缩机存在阶梯部的流体泄漏严重的问题。并且，存在应力集中于阶梯部的根部部分致使强度下降的问题。

针对此，发明人等对代替设置于壁体及端板的阶梯部而设置连续的倾斜部的情况进行了研究。

在壁体的前端即齿尖，用于容纳顶封的槽部沿壁体的涡旋方向形成。顶封在涡旋压缩机运转时一边与和齿尖对置的齿根滑动一边接触，从而抑制流体泄漏。

若在壁体及端板设置连续的倾斜部，则两个涡旋部件在进行公转运动时齿尖与齿根的位置相对地偏离，因此齿尖与齿根之间的顶隙在每个回旋角度上发生变化。若顶隙如此在每个回旋角度上发生变化，则顶封无法进行追踪，密封性能有可能下降。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种即使在壁体及端板设置有连续的倾斜部的情况下，也能够有效地发挥顶封的功能来提高性能的涡旋流体机械。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述课题，本发明的涡旋流体机械采用以下方案。

本发明的涡旋流体机械，其具备：第1涡旋部件，在第1端板上设置有涡旋状的第1壁体；及第2涡旋部件，在与所述第1端板正对配置的第2端板上设置有涡旋状的第2壁体，该第2壁体与所述第1壁体啮合而相对地进行公转运动，该涡旋流体机械具备：正对的所述第1端板与所述第2端板的对置面间距离从所述第1壁体及所述第2壁体的外周侧向内周侧连续减少的倾斜部，在形成于与所述倾斜部相对应的所述第1壁体及所述第2壁体的齿尖的槽部设置有接触对置的齿根而密封流体的顶封，在所述顶封与所述槽部的槽底之间设置有向所述齿根侧推压所述顶封的施力部件。

由于设置有第1端板与第2端板的对置面间距离从壁体的外周侧向内周侧连续减少的倾斜部，因此随着从外周侧被吸入的流体流向内周侧，不仅因与壁体的涡旋形状相应的压缩室的减少而被压缩，还因端板间的对置面间距离的减少而进一步被压缩。

若两个涡旋部件进行公转运动，则在倾斜部齿尖与齿根的位置相对地偏离，因此齿尖与齿根之间的顶隙在每个回旋角度上发生变化。因此，在顶封与槽底之间设置将顶封推压到齿根侧的施力部件，从而即使在顶隙在每个回旋角度上发生变化的情况下也能够追踪顶封。由此，减少流体泄漏，从而能够有效地发挥顶封的功能来提高涡旋流体机械的性能。

此外，本发明的涡旋流体机械中，所述施力部件的变形量为所述壁体的齿尖与和该齿尖对置的所述端板的齿根之间的顶隙的变化量以上。

能够将施力部件的变形量设为顶隙的变化量以上，因此能够在所有回旋角度上始终将顶封按压到齿根。

若将回旋半径设为ρ、倾斜部的斜率设为φ，则顶隙的变化量成为2ρ×tanφ。

此外，本发明的涡旋流体机械中，所述施力部件的变形量比所述槽部的深度小。

将施力部件的变形量设为比槽部的深度小，从而能够防止组装时导致顶封从顶封槽脱落。

此外，本发明的涡旋流体机械中，所述施力部件成为配置于所述顶封与所述槽底之间的弹簧部件。

作为施力部件，将弹簧部件配置于顶封与槽底之间。作为弹簧部件例如使用板簧。

此外，本发明的涡旋流体机械中，所述施力部件成为形成于所述顶封的底部的多个凸部。

将形成于顶封的底部的多个凸部设为施力部件。凸部通过伸缩或弯曲而进行弹性变形。并且，在形成顶封的同时形成凸部，从而组件数减少并且容易组装。

此外，本发明的涡旋流体机械中，所述施力部件的变形量小于所述壁体的齿尖与和该齿尖对置的所述端板的齿根之间的顶隙的变化量，并且成为形成于所述顶封的底部的多个凸部。

若将施力部件的变形量设为小于顶隙的变化量，从而使顶隙成为规定值以上，则通过进入顶封的底面侧的流体的压力，顶封从槽底浮起。此时，在顶封底部形成多个凸部，因此通过迷宫密封效果阻碍流体的流动。由此，能够减少流体泄漏。

并且，能够避免顶封过度地按压于齿根，因此能够提高顶封的可靠性。

各凸部优选以沿顶封的涡旋方向反复的方式设置。由此，能够抑制涡旋方向的流体泄漏。

发明效果

在顶封与槽底之间设置向齿根侧推压顶封的施力部件，从而能够在顶隙在每个回旋角度上发生变化的情况下也能够追踪顶封。由此，减少流体泄漏，从而能够有效地发挥顶封的功能来提高涡旋流体机械的性能。

附图说明

图1表示本发明的第一实施方式所涉及的涡旋压缩机的固定涡旋及回旋涡旋，图1(a)为纵向剖视图，图1(b)为从固定涡旋的壁体侧观察的顶视图。

图2为表示图1的回旋涡旋的立体图。

图3为表示设置于固定涡旋的端板平坦部的顶视图。

图4为表示设置于固定涡旋的壁体平坦部的顶视图。

图5为表示沿涡旋方向展开示出的壁体的示意图。

图6为放大表示图1(b)的符号z的区域的局部放大图。

图7表示图6中所示部分的顶隙，图7(a)为表示顶隙相对小的状态的侧视图，图7(b)为表示顶隙相对大的状态的侧视图。

图8表示设置于顶封的底部的板簧，图8(a)为表示顶隙最小的状态的侧视图，图8(b)为表示顶隙最大的状态的侧视图。

图9表示设置于顶封的底部的板簧，图9(a)为表示顶隙最小的状态的横向剖视图，图9(b)为表示顶隙最大的状态的横向剖视图。

图10表示设置于本发明的第2实施方式所涉及的顶封的底部的凸部，图10(a)为表示顶隙最小的状态的侧视图，图10(b)为表示顶隙最大的状态的侧视图。

图11表示设置于本发明的第3实施方式所涉及的顶封的底部的凸部，图11(a)为表示顶隙最小的状态的侧视图，图11(b)为表示顶隙最大的状态的侧视图。

图12表示变形例，图12(a)为表示与不具有阶梯部的涡旋的组合的纵向剖视图，图12(b)为表示与阶梯式涡旋的组合的纵向剖视图。

具体实施方式

[第1实施方式]

以下，参考附图对本发明所涉及的第一实施方式进行说明。

图1中示出涡旋压缩机(涡旋流体机械)1的固定涡旋(第1涡旋部件)3及回旋涡旋(第2涡旋部件)5。涡旋压缩机1例如被用作空调等的压缩进行制冷循环的气体制冷剂(流体)的压缩机。

固定涡旋3及回旋涡旋5为铝合金制或铁制等金属制的压缩机构，其容纳于未图示的壳体内。固定涡旋3及回旋涡旋5从外周侧吸入被导入壳体内的流体，从固定涡旋3的中央的排出端口3c向外部排出压缩后的流体。

固定涡旋3固定于壳体，如图1(a)所示具备大致圆板形状的端板(第1端板)3a及直立设置于端板3a的一侧面上的涡旋状的壁体(第1壁体)3b。回旋涡旋5具备大致圆板形状的端板(第2端板)5a及直立设置于端板5a的一侧面上的涡旋状的壁体(第2壁体)5b。各壁体3b、5b的涡旋形状例如使用渐开曲线和阿基米德曲线来定义。

固定涡旋3与回旋涡旋5距其中心分离回旋半径ρ，将壁体3b、5b的相位错开180°而啮合，并以两个涡旋的壁体3b、5b的齿尖与齿根之间在常温下具有一点点高度方向的间隙(顶隙)的方式组装。由此，在两个涡旋3、5之间被其端板3a、5a和壁体3b、5b包围而形成的多对压缩室相对于涡旋中心对称而形成。回旋涡旋5通过未图示的奥海姆环(oldhamring)等防自转机构绕固定涡旋3进行公转运动。

如图1(a)所示，设置有正对的两端板3a、5a之间的对置面间距离l从涡旋状的壁体3b、5b的外周侧向内周侧连续减少的倾斜部。

如图2所示，在回旋涡旋5的壁体5b设置有高度从外周侧向内周侧连续减少的壁体倾斜部5b1。在该壁体倾斜部5b1的齿尖所对置的固定涡旋3的齿根面设置有根据壁体倾斜部5b1的倾斜而倾斜的端板倾斜部3a1(参考图1(a))。由这些壁体倾斜部5b1及端板倾斜部3a1而构成连续的倾斜部。同样，在固定涡旋3的壁体3b也设置有高度从外周侧向内周侧连续倾斜的壁体倾斜部3b1，与该壁体倾斜部3b1的齿尖对置的端板倾斜部5a1设置于回旋涡旋5的端板5a。

另外，本实施方式中所说的倾斜部中的连续性的含义并不限定于平滑地连接的倾斜，也包括加工时不可避免地产生的小阶梯部连接成台阶状而倾斜部总体呈连续倾斜的情况。但是，不包括如阶梯式涡旋的大阶梯部。

在壁体倾斜部3b1、5b1和/或端板倾斜部3a1、5a1实施有涂覆。作为涂覆例如可举出磷酸锰处理和镀镍磷等。

如图2所示，在回旋涡旋5的壁体5b的最内周侧与最外周侧分别设置有高度恒定的壁体平坦部5b2、5b3。这些壁体平坦部5b2、5b3绕回旋涡旋5的中心02(参考图1(a))遍及180°的区域设置。在壁体平坦部5b2、5b3与壁体倾斜部5b1连接的位置分别设置有成为弯曲部的壁体倾斜连接部5b4、5b5。

在回旋涡旋5的端板5a的齿根同样也设置有高度恒定的端板平坦部5a2、5a3。在这些端板平坦部5a2、5a3也绕回旋涡旋5的中心遍及180°的区域设置。在端板平坦部5a2、5a3与端板倾斜部5a1连接的位置分别设置有成为弯曲部的端板倾斜连接部5a4、5a5。

如图3及图4中阴影所示，在固定涡旋3与回旋涡旋5同样设置有端板平坦部3a2、3a3、壁体平坦部3b2、3b3、端板倾斜连接部3a4、3a5及壁体倾斜连接部3b4、3b5。

图5中示出沿涡旋方向展开示出的壁体3b、5b。如该图所示，最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2遍及距离d2设置，最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3遍及距离d3设置。距离d2及距离d3分别为相当于绕各涡旋3、5的中心01、02呈180°的区域的长度。最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3之间，壁体倾斜部3b1、5b1遍及距离d1设置。若将最内周侧的壁体平坦部3b2、5b2与最外周侧的壁体平坦部3b3、5b3的高低差设为h，则壁体倾斜部3b1、5b1的斜率φ为下式。

φ＝tan^-1(h/d1)……(1)

如此，倾斜部中的斜率φ相对于涡旋状的壁体3b、5b所延伸的周向恒定。

图6中示出图1(b)中用符号z表示的区域的放大图。如图6所示，在固定涡旋3的壁体3b的齿尖设置有顶封7。顶封7为树脂制，接触对置的回旋涡旋5的端板5a的齿根而将流体进行密封。顶封7容纳于在壁体3b的齿尖遍及周向而形成的顶封槽3d内。压缩流体进入该顶封槽3d内，从背面挤压顶封7而向齿根侧挤出，从而接触对置的齿根。另外，在回旋涡旋5的壁体5b的齿尖也同样设置有顶封。

如图7所示，壁体3b的高度方向上的顶封7的高度hc在周向上恒定。

若两个涡旋3、5相对地进行公转运动，则齿尖与齿根的位置相对地错开相当于回旋直径(回旋半径ρ×2)的量。由于该齿尖与齿根的错位，在倾斜部，齿尖与齿根之间的顶隙发生变化。例如图7(a)中示出的顶隙t小，图7(b)中示出的顶隙t大。关于顶封7，该顶隙t即使因回旋运动发生变化，也通过压缩流体从背面挤压到端板5a的齿根侧，因此能够进行跟踪密封。

本实施方式中，如图7所示使顶封追踪在每个回旋角度上发生变化的顶隙t，因此呈以下结构。

如图8所示，在顶封7的底部7a与顶封槽3d的槽底3d1之间配置有板簧(弹簧部件)11。板簧11向对置的齿根侧(该图中为上侧)推压顶封7。

板簧11的弹性变形量为顶隙变化量δt以上。顶隙变化量δt为在360°的回旋角度中顶隙t发生变化的量，利用回旋半径ρ及壁体倾斜部3b1、5b1的斜率φ用下式来表示。

δt＝2ρ×tanφ……(2)

板簧11的变形量比顶封槽3d的深度小。即，仅将顶封7的重量施加于板簧11时，以板簧11的高度(图8中的上下方向的尺寸)小于顶封槽3d的方式设定有板簧11的弹簧常数。

图8(a)表示顶隙t在360°的回旋角度中最小的状态，板簧11极大收缩，顶封7被按压到对置的齿根侧(参考图9(a))。

图8(b)表示顶隙t在360°的回旋角度中最大的状态(参考图9(b))。即使是该状态，也充分确保板簧11的弹性变形量，因此顶封7被按压到对置的齿根侧。

上述涡旋压缩机1如下进行动作。

通过未图示的电动马达等的驱动源，回旋涡旋5绕固定涡旋3进行公转运动。由此，从各涡旋3、5的外周侧吸入流体，向被各壁体3b、5b及各端板3a、5a包围的压缩室吸收流体。压缩室内的流体随着从外周侧向内周侧移动而依次被压缩，最终从形成于固定涡旋3的排出端口3c排出压缩流体。流体被压缩时，在由端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1形成的倾斜部，也沿壁体3b、5b的高度方向被压缩而进行三维压缩。

根据本实施方式，起到以下作用效果。

在顶封7与槽底3d1之间设置将顶封7推压到齿根侧的板簧11，从而即使顶隙t在每个回旋角度上发生变化，也能够追踪顶封7。由此，减少流体泄漏，从而能够有效地发挥顶封7的功能来提高涡旋压缩机1的性能。

将板簧11的变形量设为顶隙变化量δt以上，因此能够在所有回旋角度上始终将顶封7按压到齿根。

并且，将板簧11的变形量设为比顶封槽3d的深度小，从而能够防止组装时导致顶封7从顶封槽3d脱落。

[第2实施方式]

接着，对本发明的第2实施方式进行说明。本实施方式中，除了代替第1实施方式的板簧11而在顶封7设置凸部7c这一点不同之外，其他均相同。因此，以下仅对与第1实施方式的不同点进行说明。

如图10(a)所示，在顶封7的底部7a一体地形成有多个凸部(施力部件)7c。各凸部7c以从底部7a向下方即槽底3d1侧突出的方式形成。各凸部7c沿顶封7的涡旋方向(长边方向)而隔着规定间隔设置。

如图10(b)所示，凸部7c的延伸方向(该图中大致上下方向)上的长度为即使顶隙t在360°的回旋角度中最大，凸部7c的前端也能够接触槽底3d1而弹性变形的长度。由此，凸部7c的弹性变形量成为顶隙变化量δt以上。

如此，本实施方式中，多个凸部7c发生弯曲，从而向顶封7赋予推压力。

另外，也可以是不使凸部7c弯曲(或在弯曲的基础上)，取而代之使凸部沿其延伸方向伸缩。即，也可以利用凸部在延伸方向上伸缩时发生的弹性力来推压顶封7。

如本实施方式，通过在顶封7的底部7a一体形成多个凸部7c，能够作为一个部件将施力构件赋予给顶封，从而组件数减少并且容易组装。

[第3实施方式]

接着，对本发明的第3实施方式进行说明。本实施方式中，除了第2实施方式的凸部的变形量小于顶隙变化量δt这一点不同之外，其他均相同。因此，以下仅对与第2实施方式的不同点进行说明。

如图11所示，设置于本实施方式的顶封7的凸部7d比第2实施方式的凸部7c短。并且，凸部7d的变形量小于顶隙变化量δt。

因此，如图11(a)所示，顶隙t在360°的回旋角度中最小的情况下，能够使凸部7d的前端接触槽底3d1而推压顶封7。但是，如图11(b)所示，顶隙t在360°的回旋角度中最大的情况下，通过进入顶封7的底部7a侧的流体的压力，凸部7d的前端从槽底3d1浮起。

如图11(b)所示，若顶封7的凸部7d的前端从槽底3d1浮起，多个凸部7d发挥迷宫密封效果。即，凸部7d沿顶封7的涡旋方向设置有多个，因此能够通过迷宫密封效果来减少向涡旋方向流动的流体的流动。由此，能够抑制涡旋方向的流体泄漏，从而能够提高涡旋压缩机1的性能。

并且，将凸部7d的变形量设为了小于顶隙变化量δt，因此能够避免顶封7过度地按压于齿根，从而能够提高顶封7的可靠性。

并且，上述实施方式中，将端板倾斜部3a1、5a1及壁体倾斜部3b1、5b1设置在了两个涡旋3、5，但也可以设置于其中任一个上。

具体而言，如图12(a)所示，在一个壁体(例如回旋涡旋5)设置壁体倾斜部5b1，在另一个端板3a设置端板倾斜部3a1的情况下，另一个壁体与一个端板5a可以为平坦。

并且，如图12(b)所示，也可以是与以往的阶梯式形状组合的形状即与在固定涡旋3的端板3a设置端板倾斜部3a1，另外在回旋涡旋5的端板5a设置有阶梯部的形状进行组合。

上述实施方式中，设置了壁体平坦部3b2、3b3、5b2、5b3及端板平坦部3a2、3a3、5a2、5a3，但也可以省略内周侧和/或外周侧的平坦部而将倾斜部延长至整个壁体3b、5b来设置。

上述实施方式中，作为涡旋压缩机进行了说明，但在用作膨胀机的涡旋膨胀机中也能够应用本发明。

符号说明

1-涡旋压缩机(涡旋流体机械)，3-固定涡旋(第1涡旋部件)，3a-端板(第1端板)，3a1-端板倾斜部，3a2-端板平坦部(内周侧)，3a3-端板平坦部(外周侧)，3a4-端板倾斜连接部(内周侧)，3a5-端板倾斜连接部(外周侧)，3b-壁体(第1壁体)，3b1-壁体倾斜部，3b2-壁体平坦部(内周侧)，3b3-壁体平坦部(外周侧)，3b4-壁体倾斜连接部(内周侧)，3b5-壁体倾斜连接部(外周侧)，3c-排出端口，3d-顶封槽，3d1-槽底，5-回旋涡旋(第2涡旋部件)，5a-端板(第2端板)，5a1-端板倾斜部，5a2-端板平坦部(内周侧)，5a3-端板平坦部(外周侧)，5a4-端板倾斜连接部(内周侧)，5a5-端板倾斜连接部(外周侧)，5b-壁体(第2壁体)，5b1-壁体倾斜部，5b2-壁体平坦部(内周侧)，5b3-壁体平坦部(外周侧)，5b4-壁体倾斜连接部(内周侧)，5b5-壁体倾斜连接部(外周侧)，7-顶封，7a-底部，7c-凸部(施力部件)，7d-凸部(施力部件)，11-板簧(施力部件)，l-对置面间距离，t-顶隙，φ-斜率。