WO2015011875A1 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

３Ｄタイプのスクロール圧縮機において、チップシールの耐久性向上により、スクロール圧縮機の信頼性を向上させることを目的とする。　３Ｄタイプのスクロール圧縮機１０において、一対のスクロール２０，３０は、段差部２１Ｃ，３１Ｃを経て高さが低くなるラップ２１，３１と、相手側のラップ３１，２１の段差部３１Ｃ，２１Ｃに倣って立ち上がる段差壁２０Ｃ，３０Ｃが形成される端板２００，３００と、を備えてなる。段差部２１Ｃ（３１Ｃ）よりも内周側に設けられて端板３００（２００）との間に介在する内周チップシール４１（５１）と、段差部２１Ｃ（３１Ｃ）よりも外周側に設けられて端板３００（２００）との間に介在する外周チップシール４２（５２）とは、少なくとも端板３００（２００）に対向する部分の材質が相違する。

Description

スクロール圧縮機

　本発明は、スクロール圧縮機に関する。

　スクロール圧縮機は、固定スクロールと、旋回スクロールとを備えている。固定スクロールおよび旋回スクロールは、いずれも円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップが設けられたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールとを、ラップを噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させる。すると、ラップの最外周から吸い込まれた気体が、双方のスクロールの間の圧縮室に満たされ、圧縮室の容積が旋回スクロールの旋回に伴って減少することで、気体が圧縮される。気体は、端板の中心部に位置するポートから、最大に圧縮された状態で吐出される。

　一般に、固定スクロールおよび旋回スクロールの双方のラップの先端には、チップシールが設けられる。チップシールを収容するシール溝には、圧縮された気体が導入される。チップシールは、圧縮気体によって生じる背圧により、端板に押し付けられることでラップと端板との隙間を封止する。
　特許文献１に記載されたスクロール圧縮機では、チップシールが周方向に２つに分割された上で、一体に連接される。ラップの内周側に位置するチップシールは、外周側に位置するチップシールよりも、耐熱性、耐摩耗性に優れた材質から形成する。

　ところで、スクロール圧縮機において、圧縮室の容積を周方向のみならず高さ方向にも減少させることで高い圧縮比を得るために、ラップの高さを内周側では外周側よりも低くし、それに対応して、相手側の端板を内周側では外周側よりも内面側に突出するように形成したものがある（特許文献２）。この３Ｄスクロール（登録商標）と呼ばれるタイプのスクロール圧縮機では、ラップおよび端板の双方に段差が形成される。
　このような三次元タイプ（３Ｄタイプ）のスクロール圧縮機では、特許文献２に示すように、ラップの段差よりも内周側と、外周側とにチップシールが分けて配置される。

実開平２－１２４２０１号公報 特開２０１１－１４４８０１号公報

　スクロール圧縮機では、スクロールの中心部に近いほど高圧、高温となる。チップシールには、中心部の高圧による押し付け荷重、および高温に耐えるために高い耐摩耗性、耐熱性が求められる。
　しかし、一般に、高い耐摩耗性、耐熱性を備える材質は高価なため、チップシールの材質は、コストも考慮して選択される。
　ここで、特許文献１のようにチップシールを分割すると、部品点数が増え、チップシール同士を接合するためのコストを必要とする。特許文献１のように３Ｄタイプではない普通のスクロール圧縮機であれば、一般に、最外周から最内周までのラップ全体に亘り、同じ材質から作られた一体のチップシールを設ける。

　一方、３Ｄタイプのスクロール圧縮機では、ラップの段差の前後（内・外）に亘って一体にチップシールを作ることが困難である。このため、３Ｄタイプのスクロール圧縮機では、特許文献２のように、チップシールがラップの段差よりも内周側と外周側とに必然的に分割される。
　本発明は、３Ｄタイプのスクロール圧縮機ではラップの段差の前後でチップシールが分割されることに着目してなされたものであり、チップシールの耐久性向上により、３Ｄタイプのスクロール圧縮機の信頼性を向上させることを目的とする。

　本発明は、固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、固定スクロールおよび旋回スクロールがいずれも、外周側から内周側へと段差部を経て高さが低くなる渦巻状のラップと、相手側のラップの段差部に倣って立ち上がる段差壁が形成される端板と、を有するスクロール圧縮機である。
　そして、本発明は、段差部よりも内周側に設けられて相手側の端板との間に介在する内周チップシールと、段差部よりも外周側に設けられて相手側の端板との間に介在する外周チップシールとは、少なくとも端板に対向する部分の材質が相違することを特徴とする。

　本発明によれば、３Ｄスクロールのラップの段差部の前後で必然的に分割して形成されるチップシールのうち、内周チップシールだけを、スクロールの中心部の温度や圧力に基づく所望の条件を満足する材質から形成し、外周チップシールについては、他の安価な材質から形成することが可能となる。
　また、３Ｄタイプのスクロール圧縮機では、内周チップシールと外周チップシールとが段差部により隔てられて分離した状態で配置されることを想定するため、内周チップシールおよび外周チップシールの両者を接合するためのコストを必要としない。
　したがって、本発明によれば、内周チップシールおよび外周チップシールの両者を同じ材質から形成する場合と比べて、コストを抑えつつ、チップシールの耐久性を向上させることができる。
　内周チップシールおよび外周チップシールにおいて、少なくとも端板に対向する部分の材質が相違すれば、本発明の目的を担保できる。

　本発明のスクロール圧縮機では、段差部が、ラップの最外周の回転角からラップの最内周の回転角までの間にラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、内周チップシールが、外周チップシールの材質よりも、耐熱温度が高いこと、比摩耗量が小さいこと、および線膨張係数が小さいことの少なくとも一の要件を満たす材質から形成されることが好ましい。

　「耐熱温度」は、連続して使用される場合に、外観変化や力学的特性の低下が発生しない温度をいうものとする。
　「比摩耗量」は、体積で表した摩耗量を、摺動した距離および垂直方向の荷重で割ることで導かれる。
　摩耗し難い材質は比摩耗量が小さい。また、線膨張係数が小さいと、熱膨張によりチップシールが端板に強く押し付けられるのを避けられるので摩耗し難い。本発明において、比摩耗量および線膨張係数は、摩擦のある状況でどれだけ削られる体積が小さいかを表す耐摩耗性に係る尺度である。
　本明細書におけるチップシールの「耐久性」は、耐熱温度が示す耐熱性と、上記の耐摩耗性を包含するものとする。

　本発明は、上述のように、内周チップシールおよび外周チップシールの各々の材質が、端板に対向する部分のみで相違する構成をも包含する。
　そのような構成としては、内周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の耐熱温度が外周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の耐熱温度よりも高いこと、内周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の比摩耗量が外周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の比摩耗量よりも小さいこと、内周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の線膨張係数が外周チップシールにおいて端板に対向する部分の材質の線膨張係数よりも小さいことが挙げられる。これらのいずれの構成によっても、内周チップシールの耐久性向上に寄与することができる。

　内周チップシールの材質が上記の一の要件を満たすことにより、チップシールの耐久性を向上させることができる。
　さらに、外周チップシールの耐熱温度を上昇温度域の中心値以下の温度に抑えられるので、耐熱温度がさほど高くない、より安価な材質を外周チップシールの材質として選択することができる。

　本発明のスクロール圧縮機では、段差部が、ラップの最外周の回転角からラップの最内周の回転角までの間にラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、内周チップシールの少なくとも端板に対向する部分は、耐摩耗性を有する材質のコーティングから構成されることが好ましい。
　「コーティング」は、塗装、めっき、スパッタ、化学気相成長法、物理気相成長法などの任意の方法によりチップシールの基材表面に設けられる被膜である。コーティングは、基材表面に設けられる１つ以上の層から構成することができる。

　内周チップシールの少なくとも端板に対向する部分をコーティングから構成することにより、内周チップシールに外周チップシールよりも高い耐摩耗性を持たせることができる。したがって、内周チップシールの基材の材質を外周チップシールの基材と同じとすることで材料費を抑えながら、必要な耐摩耗性を実現できる。
　また、チップシールの基材の材質に使用することが難しくても、基材に使用可能な材質よりも耐摩耗性に優れた材質をコーティングの材質に選択することにより、耐摩耗性を一層向上させることができる。
　さらに、コーティングを施すことにより、基材の表面よりも滑らかな表面が得られれば、内周チップシールの表面の摩擦係数が小さくなる。そのために摩耗量が減る点でも、耐摩耗性を高くすることができる。

　本発明のスクロール圧縮機では、段差部が、ラップの最外周の回転角からラップの最内周の回転角までの間にラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、内周チップシールの厚み寸法は、外周チップシールの厚み寸法よりも大きいことが好ましい。

　チップシールは、端板に押し付けられて摺動することで少しずつ摩耗していくので、定期的に交換される。背圧による押し付け荷重が大きい内周チップシールは外周チップシールよりも摩耗し易い。
　そこで、内周チップシールを厚くすれば、内周チップシールが大きく摩耗したとしても、封止に足りる厚みを残すことができる。これにより、チップシールの信頼性を確保できるとともに、交換の頻度を減らすことができる。
　また、外周チップシールの厚みを封止に足りる程度の厚みに維持できるので、コストを抑えることができる。

　本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、固定スクロールおよび旋回スクロールがいずれも、外周側から内周側へと段差部を経て高さが低くなる渦巻状のラップと、相手側のラップの段差部に倣って立ち上がる段差壁が形成される端板と、を有するスクロール圧縮機であって、
　段差部よりも内周側に設けられて相手側の端板との間に介在する内周チップシールの厚み寸法は、段差部よりも外周側に設けられて相手側の端板との間に介在する外周チップシールの厚み寸法よりも大きいことを特徴とする。

　本発明も、３Ｄタイプのスクロール圧縮機ではラップの段差の前後でチップシールが分割されることを利用している。
　ラップに段差が形成されていない普通のスクロール圧縮機の場合、内周チップシールおよび外周チップシールの厚みが異なれば、チップシールを収容するシール溝の底部に段差を付けるとともに、内周チップシールおよび外周チップシールを接合する。その場合、シール溝の段差の位置とチップシールの接合位置とがずれて漏れの原因となり易い。

　本発明では、３Ｄスクロールのラップの段差部の前後で必然的に分割して形成されるチップシールのうち、内周チップシールの厚みを外周チップシールの厚みよりも大きくする。
　そうすると、背圧による押し付け荷重が大きい内周チップシールが大きく摩耗したとしても、封止に足りる厚みを残すことができる。これにより、チップシールの耐久性、信頼性を向上させることができる。
　また、外周チップシールの厚みを封止に足りる程度の厚みに維持できるので、コストを抑えることができる。

　上記の各スクロール圧縮機において、段差部が、ラップの最外周の回転角から内周側へ２πを超える回転角領域に位置することが好ましい。
　２πは、旋回スクロールが一回転する間の回転角に相当する。旋回スクロールが一回転する間に、ラップの最外周に吸込口が開き、再び閉じられる。
　段差部が最外周から２πを超えた位置にあることで、外周チップシールの長さを２π以上に確保することができる。そうすると、外周チップシールに安価な材質を用いることによるコスト低減効果を確実に得ることができる。
　また、段差部が、ラップの最外周の回転角から内周側へ３πを超える回転角領域に位置することがより好ましい。
　段差部が最外周から３πを超えた位置にあれば、吸込口が閉じて圧縮室内が締め切られるとき、圧縮室内に段差部が存在せず、圧縮室は、ラップの高さ方向に容積が減少しない。そのため、最外周に位置する圧縮室の容積を最大に確保できるので、圧縮比を大きく確保できる。

　本発明のスクロール圧縮機は、冷媒、空気など、圧縮対象である作動流体を選ばないが、特に、空気圧縮のスクロール圧縮機に好適に用いることができる。空気圧縮の場合、スクロールの中心部の昇温が顕著となるので、内周チップシールに耐久性を持たせることのできる本発明の効果が大きい。
　また、本発明は、スクロールのシール、冷却、潤滑のためにオイルを用いるタイプのスクロール圧縮機にも、オイルを用いないオイルフリーのタイプのスクロール圧縮機にも適用できるが、特に、オイルフリーのタイプのスクロール圧縮機に有用である。オイルフリーのタイプでは、チップシールがオイル（潤滑油）を介さずに直接、端板に対して摺動されるので、内周側における昇温が顕著となるためである。
　以上より、空気圧縮でかつオイルフリーのスクロール圧縮機に本発明を適用すると、本発明の効果が際立つ。

　本発明によれば、チップシールの耐久性向上により、信頼性が向上された３Ｄタイプのスクロール圧縮機を提供することができる。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機を示す図である。要部を破断して示す。 旋回スクロールのラップを破断して固定スクロールおよび旋回スクロールの各々のラップを示す平面図である。 固定スクロールおよび旋回スクロールの斜視図である。 段差部におけるラップおよび端板を示す断面図である。 ラップの回転角とラップの温度との関係を示すグラフである。 第２実施形態のスクロール圧縮機において、段差部におけるラップおよび端板を示す断面図である。 第３実施形態のスクロール圧縮機において、段差部におけるラップおよび端板を示す断面図である。 本発明の変形例を示す模式図である。

　以下、添付図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
　図１に示すスクロール圧縮機１０は、圧縮空気源として鉄道車両のブレーキや空気ばねなどに好適に用いられる。
　スクロール圧縮機１０は、図示しないケースに固定される固定スクロール２０と、固定スクロール２０に対して公転旋回運動される旋回スクロール３０と、旋回スクロール３０に回転力を与えるモータ１１とを備える。
　スクロール圧縮機１０は、モータ１１を動力源として、固定スクロール２０と旋回スクロール３０との間に空気を吸い込み、固定スクロール２０と旋回スクロール３０との間に形成される圧縮室Ｓにおいて圧縮された空気を吐出する。

　スクロール圧縮機１０は、スクロールのシール、冷却、潤滑のためのオイルを空気と共に圧縮する従来のものとは異なり、スクロールのシール、冷却、潤滑のためにオイルを使用しないオイルフリータイプとされる。
　スクロール圧縮機１０は、モータ１１や軸受部を冷却するファンや、吐出する圧縮空気を冷却、除湿する装置、および電装ボックスなどと共に、図示しないケースに収容される。
　なお、モータ１１や軸受部の潤滑にはグリースが用いられる。

　モータ１１は、モータケース１２に収容されたステータおよびロータを備えて構成される。
　モータ１１は、ステータに通電し、ロータを回転させることで、回転力を出力する。回転力は、ロータに設けられた出力軸１３にカップリング１４で結合されたシャフト１５に伝達される。
　シャフト１５の端部には、軸心に対して偏心した偏心ピン１５１が設けられる。

　固定スクロール２０は、固定端板２００と、固定端板２００の一面側に立設される渦巻状のラップ２１とを備えている。
　旋回スクロール３０も、旋回端板３００と、旋回端板３００の一面側に立設される渦巻状のラップ３１とを備えている。
　固定スクロール２０および旋回スクロール３０は、アルミニウムやアルミニウム合金、鉄（鋳鉄、鋼等）等の金属から形成される。固定スクロール２０および旋回スクロール３０の表面には、アルミニウム系材ならアルマイト処理等、鉄鋼材なら焼入・焼戻、窒化、浸炭等の表面処理を施すこともできる。

　旋回スクロール３０は、旋回端板３００の背面に設けられるボス３４により、上述の偏心ピン１５１に対して結合される。シャフト１５が回転すると、旋回スクロール３０は、図示しないオルダムリングにより自転が阻止されながら、シャフト１５の軸心に対して公転旋回運動される。

　図２に示すように、固定スクロール２０のラップ２１および旋回スクロール３０のラップ３１は、互いに所定量だけ偏心し、１８０度位相をずらして噛み合わせられる。
　固定スクロール２０と旋回スクロール３０との間には、ラップ２１，３１の渦巻きの中心部（最内周部）に対して点対称に圧縮室Ｓが形成される。
　図２に示す状態から旋回スクロール３０が旋回すると、ラップ２１の最外周の端部とラップ３１との間に空気の吸込口ＩＮが形成されるとともに、ラップ３１の最外周の端部とラップ２１との間にも空気の吸込口ＩＮが形成される。
　吸込口ＩＮが、旋回スクロール３０の旋回に伴って、図２に示すように閉じると、吸込口ＩＮから吸い込まれた空気が満たされる圧縮室Ｓが形成される。圧縮室Ｓは、旋回スクロール３０の旋回に伴って、容積を減少させながら次第に内周側に追い込まれる。圧縮室Ｓ内の空気は、固定端板２００において渦巻きの中心部に形成された吐出ポート２０１（図１）から吐出される。

　スクロール圧縮機１０は、３Ｄタイプのスクロール圧縮機であり、双方のスクロール２０，３０間に形成される圧縮室Ｓの容積が渦巻きの途中でラップ２１，３１の高さ方向にも減少している。そのために、固定スクロール２０および旋回スクロール３０の双方において、図３に示すように、ラップ２１，３１の高さが外周側よりも内周側で低く、ラップ２１，３１に対向する相手側の端板３００，２００が内周側では外周側よりも内面側に突出している。
　したがって、ラップ２１，３１の各々には、外周側から内周側へと低くなる段差部２１Ｃ，３１Ｃが形成されるとともに、端板３００，２００の各々には、外周側から内周側へと高くなる段差壁２０Ｃ，３０Ｃが形成される。段差壁２０Ｃ，３０Ｃは、端板２００，３００の平面視で円弧状に形成される。

　固定スクロール２０のラップ２１は、段差部２１Ｃよりも内周側に位置する内周ラップ２１Ａと、段差部２１Ｃよりも外周側に位置する外周ラップ２１Ｂとに区分される。
　ラップ２１に対向する旋回端板３００の底部は、段差壁３０Ｃを境に内周底部３０Ａと外周底部３０Ｂとに区分される。
　また、旋回スクロール３０のラップ３１は、段差部３１Ｃよりも内周側に位置する内周ラップ３１Ａと、段差部３１Ｃよりも外周側に位置する外周ラップ３１Ｂとに区分される。
　ラップ３１に対向する固定端板２００の底部は、段差壁２０Ｃを境に内周底部２０Ａと外周底部２０Ｂとに区分される。

　以下、ラップ２１およびラップ３１の各々に設けられるチップシールについて説明する。
　図３に示すように、固定スクロール２０の内周ラップ２１Ａの先端には、内周チップシール４１が設けられる。内周チップシール４１は、内周ラップ２１Ａと旋回端板３００の内周底部３０Ａとの間に介在する。内周チップシール４１は、段差部２１Ｃの付近に位置する内周ラップ２１Ａの始端から、渦巻きの中心部に位置する内周ラップ２１Ａの終端までのほぼ全体に亘って設けられる。
　また、固定スクロール２０の外周ラップ２１Ｂの先端には、外周チップシール４２が設けられる。外周チップシール４２は、外周ラップ２１Ｂと旋回端板３００の外周底部３０Ｂとの間に介在する。外周チップシール４２は、渦巻きの最外周に位置する外周ラップ２１Ｂの始端から、段差部２１Ｃの付近に位置する外周ラップ２１Ｂの終端までのほぼ全体に亘って設けられる。
　本実施形態では、内周チップシール４１および外周チップシール４２が同じ厚みに形成される。

　旋回スクロール３０についても同様に、内周ラップ３１Ａの先端に、内周チップシール５１が設けられる。内周チップシール５１は、内周ラップ３１Ａと固定端板２００の内周底部２０Ａとの間に介在する。内周チップシール５１は、内周チップシール４１と同様に形成される。
　また、外周ラップ３１Ｂの先端には、外周チップシール５２が設けられる。外周チップシール５２は、外周ラップ３１Ｂと固定端板２００の外周底部２０Ｂとの間に介在する。外周チップシール５２は、外周チップシール４２と同様に形成される。

　これらのチップシール４１，４２，５１，５２は、図４に示すように、それらが設けられるラップに形成されたシール溝Ｄに収容される。シール溝Ｄの各々において、内周側に位置するシール溝Ｄの内壁とチップシールとの間の間隙Ｇから、シール溝Ｄに沿って、チップシールの背面側に圧縮空気が導入される。このことによってチップシールの表面側の圧力が背面側よりも負圧となるので、チップシールはシール溝Ｄから浮上し、端板に押し付けられる。すると、チップシールと端板との隙間が封止されるので、圧縮室Ｓが気密に保たれる。

　本実施形態は、内周チップシール４１，５１と、外周チップシール４２，５２との材質が相違することに特徴を有する。
　内周チップシール４１，５１の材質および外周チップシール４２，５２の材質は、空気の圧縮に伴って上昇する温度および圧力に基づいて定められる。
　図５は、渦巻きの最外周（０ｒａｄ）から渦巻きの中心部（最内周）に向かうにつれて、ラップ２１，３１の温度が上昇する様子を示す。
　０ｒａｄから２πｒａｄまでは、吸込口ＩＮが開いてから閉じられるまでの回転角に相当する。その回転角の範囲では、圧縮室Ｓ内がスクロール２０，３０の外部雰囲気下にあるため、温度が上昇し難い。図５に示す例では、最外周から２πｒａｄにおけるラップ２１，３１の温度は約５０℃に留まる。
　２πｒａｄを超えて圧縮室Ｓ内で圧縮が開始されると、圧縮による空気の温度上昇に伴ってラップ２１，３１の温度も上昇し、渦巻きの中心部（約７πｒａｄ）では２２５℃まで上昇する。

　図５に示す温度は一例である。圧縮室Ｓの容積や圧縮比、ラップ２１，３１の最外周から最内周までの回転角に応じて温度や温度上昇の勾配が変わるが、いずれの場合も、最外周から２πまでは温度上昇が緩慢で、２πを超えて中心部に向かうにつれて次第に温度が上昇するのは同様である。

　渦巻きの中心部を含むラップ２１，３１の内周側を受け持つ内周チップシール４１，５１には、上記のような高温に耐えることのできる耐熱性が必要とされる。
　また、内周チップシール４１，５１は、外周チップシール４２，５２に比べて、圧縮空気による背圧が高いことから、端板に強く押し付けられて摺動するので、内周チップシール４１，５１と端板の間の摩擦力が大である。したがって、摩耗により内周チップシール４１，５１が早期に消耗するのを避けるために、内周チップシール４１，５１には耐摩耗性も必要とされる。
　さらに、高温となる内周側を受け持ち、端板との間で摩擦熱も作用する内周チップシール４１，５１は熱膨張が大きい。そのため、内周チップシール４１，５１が端板により強く押し付けられると摩耗が顕著となる。摩耗量を少なくするために、内周チップシール４１，５１は線膨張係数が小さいことが望まれる。
　ここで、内周チップシール４１，５１と外周チップシール４２，５２の間で背圧や熱膨張が違うために、内周チップシール４１，５１が端板３００，２００に押し付けられていても外周チップシール４２，５２と端板３００，２００との間には隙間が生じうる。これを避けるために、内周チップシール４１，５１の線膨張係数と、外周チップシール４２，５２の線膨張係数とのバランスをとることが好ましい。

　内周チップシール４１，５１の材質は、上記のような高温、高圧条件下での耐熱性および耐摩耗性を満足する樹脂または金属から選択される。
　内周チップシール４１，５１に用いることのできる樹脂としては、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などが挙げられる。その他、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）なども採用できる。それらの樹脂に金属やカーボンなどのフィラーを混在させることもできる。
　上記のような樹脂から、内周チップシール４１，５１を射出成形等により形成することができる。
　また、内周チップシール４１，５１は、例えば、鉄などの金属から、プレス打ち抜きなどにより形成することもできる。
　ここで、内周チップシール４１，５１の各々の材質が相違していてもよい。外周チップシール４２，５２についても同様である。
　下記に、材質別の連続使用での耐熱温度、および線膨張係数を例示する。
　ＰI（例）　 　：２４０℃、１．７～４．５×１０^－５／℃
　ＰＥＥＫ（例）：２６０℃、３．０～５．７×１０^－５／℃
　ＰＴＦＥ（例）：２６０℃、８．３～１５．２×１０^－５／℃
　ＰＡＩ（例）　：２５０℃、４．０×１０^－５／℃
　ＰＰＳ（例）　：２３０℃、１．８～８．７×１０^－５／℃

  内周チップシール４１，５１に求められる耐熱性および耐摩耗性は、渦巻きの中心部における温度や圧力に応じて変わる。
　図５に示す例では、内周チップシール４１，５１の耐熱温度が、２４０℃以上であることが好ましい。

　一方、外周チップシール４２，５２は、空気が吸い込まれる最外周を含むラップ２１，３１の外周側を受け持つために、温度上昇が小さく、内周側よりも背圧が低いために押し付け荷重も小さい。そのため、外周チップシール４２，５２は、内周チップシール４１，５１に比べて、耐熱性および耐摩耗性が低くてもよく、線膨張係数が高くてもよい。
　外周チップシール４２，５２に用いることのできる樹脂としては、例えば、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ（ポリアミド）などが挙げられる。その他、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）なども採用できる。
　外周チップシール４２，５２は、鉄などの金属から形成することもできる。

　本実施形態では、内周チップシール４１，５１および外周チップシール４２，５２に必要な耐熱性、耐摩耗性、および両者の熱膨張のバランスを満たす限りにおいて、内周チップシール４１，５１を、外周チップシール４２，５２の材質よりも、耐熱温度が高いこと、比摩耗量が小さいこと、および線膨張係数が小さいことの少なくとも一の要件を満たす材質から形成する。
　したがって、内周チップシール４１，５１および外周チップシール４２，５２の両者は、耐熱温度が同程度で、比摩耗量または線膨張係数が相違する材質から形成されていてもよい。
　あるいは、両者が、比摩耗量が同程度で、耐熱温度または線膨張係数が相違する材質から形成されていたり、線膨張係数が同程度で、耐熱温度または比摩耗量が相違する材質から形成されていてもよい。
　ここで、内周チップシール４１，５１に使用可能な材質と、外周チップシール４２，５２に使用可能な材質との組み合わせ例を２つだけ示す。
（１）内周チップシールの材質：ＰＩ、外周チップシールの材質：ＰＰＳ
（２）内周チップシールの材質：鉄系金属、外周チップシールの材質：ＰＡ

　本実施形態では、内周チップシール４１，５１には、渦巻きの中心部における高温および高圧から導かれる耐久性を持たせつつ、外周チップシール４２，５２には、必要な耐熱性および耐摩耗性を満たす限りにおいて、内周チップシール４１，５１の材質よりも安価な材質を用いる。
　ここで、チップシールの耐久性向上、およびコスト低減の両者をバランスよく実現するために、内周チップシール４１，５１および外周チップシール４２，５２を隔てる段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置を設定する。
　段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置は、内周ラップ２１Ａから外周ラップ２１Ｂが立ち上がる箇所のことを言うものとする。

　段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置を定めるにあたり、本実施形態では２つの指標を用いる。第１の指標は、ラップ２１，３１の温度が上昇する温度域の中心値に対応する角度である。第２の指標は、旋回スクロール３０が一回転するときの回転角である２πｒａｄである。
　図５の例において、ラップ２１，３１の温度域は、０ｒａｄにおける２５℃から約７πｒａｄにおける２２５℃までであり、その中心値は１２５℃である。中心値１２５℃に対応する回転角は４πｒａｄである（第１の指標）。
　また、一回転に対応する２πｒａｄ（第２の指標）は、ラップ２１，３１の最外周に吸込口ＩＮが開いてから閉じられるまでの回転角に対応する。この２πｒａｄは、外周チップシール４２，５２に安価な材質を選択することによるコスト低減効果を確実に得るために用いられる。

　上記の第１、第２の指標を用いて、段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置は、ラップ２１，３１の最外周から内周側へ２πｒａｄ以上、４πｒａｄ以下の範囲に設定することが好ましい。
　ここで、４πｒａｄ以下であれば、外周チップシール４２，５２の耐熱温度を上昇温度域の中心値以下の温度に抑えられる。
　また、段差部２１Ｃ，３１Ｃが最外周から２πを超えた位置にあれば、外周チップシール４２，５２の長さを２πｒａｄ以上に確保することができる。そうすると、外周チップシール４２，５２に安価な材料を選ぶことによるコスト低減効果を確実に得ることができる。
　以上を踏まえて、本実施形態では、段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置を２πに設定しているが、ラップ２１，３１の最外周から２πｒａｄ以上、４πｒａｄ以下の範囲の任意の位置に段差部２１Ｃ，３１Ｃを設けることができる。
　ここで、段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置が最外周から内周側へ３πｒａｄ以上であれば、吸込口ＩＮが閉じて圧縮室Ｓ内が締め切られるときに、圧縮室Ｓ内に段差部２１Ｃ，３１Ｃが存在しない。圧縮室Ｓは、端板２００，３００間の寸法が一様の空間となり、ラップ２１，３１の高さ方向には容積が減少しない。そのため、最外周に位置する圧縮室Ｓの容積を最大に確保できるので、圧縮比を大きく確保できる。
　なお、段差部２１Ｃ，３１Ｃの位置には、スクロール２０，３０の寸法誤差や組付誤差による若干の誤差が許容される。

　以上で説明した本実施形態では、３Ｄタイプのスクロール圧縮機１０において、ラップ２１，３１の段差部２１Ｃ，３１Ｃで隔てられ、分離した内周チップシール４１，５１および外周チップシール４２，５２のうち、内周チップシール４１，５１の材質を渦巻きの中心部における高温および高圧から導かれる材質で形成しつつ、外周チップシール４２，５２を安価な材質から形成する。
　したがって、チップシールに溶損、異常摩耗、焼き付きなどを生じさせることなく、ラップ２１，３１と端板３００，２００との間が封止された状態を維持し、スクロール圧縮機１０の信頼性を確保することができるとともに、コスト低減にも寄与できる。

〔第２実施形態〕
　次に、図６を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
　第２実施形態は、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
　第２実施形態では、内周チップシール４１，５１の材質を外周チップシール４２，５２の材質と異ならせる代わりに、内周チップシール４１，５１に耐摩耗性を有する材質のコーティングを施す。

　図６に示すように、内周チップシール４１は、表面に、耐摩耗性のコーティング４５を備える。コーティング４５の材質としては、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、およびＣｒＮ（窒化クロム）などを用いることができる。
　コーティング４５の耐摩耗性は、渦巻きの中心部における圧力に応じて適宜設定する。

　コーティング４５の膜厚は、コーティング４５に求められる比摩耗量に応じて設定することができる。
　コーティング４５は、内周チップシール４１において少なくとも、端板３００の内周底部３０Ａに対向する面４５Ｓ（表面）を構成しており、相手側の端板３００に対向する。内周チップシール４１の端板３００に対向する部分（コーティング４５）の材質は、コーティングが施されない外周チップシール４２の端板３００に対向する部分の材質とは相違する。
　内周チップシール５１も、内周チップシール４１と同様のコーティング４５を施すことができる。

　ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫのコーティング４５は、樹脂の粉体を溶液に混合した液状物をエアスプレーガンで内周チップシール４１，５１（基材）に吹き付けて塗装し、樹脂の融点温度以上で加熱して溶着させることで形成することができる。所定の膜厚となるまで、塗装、加熱が繰り返される。このようなエアスプレー方式の他、静電気を用いて樹脂の粉体を基材に塗装する静電粉体塗装方式、浸漬（ディップ）方式などもあるが、いずれにしても、熱を加えて樹脂を基材に溶着させる。
　ＤＬＣのコーティング４５は、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ；plasma-enhanced chemical vapor deposition）法や物理気相成長（ＰＶＤ；Physical Vapor Deposition）法により形成することができる。
　ＴｉＮ、ＣｒＮのコーティング４５は、ＰＶＤ法により形成することができる。

　コーティング４５が成膜される内周チップシール４１，５１の基材の材質は、コーティング４５の形成過程で加えられる熱により溶けないものが選択される。
　内周チップシール４１，５１の基材は、外周チップシール４２，５２と同じ材質とすることができる。

　本実施形態では、内周チップシール４１，５１にコーティング４５を施すことにより、内周チップシール４１，５１に外周チップシール４２，５２よりも高い耐摩耗性を持たせることができる。したがって、内周チップシール４１，５１の基材の材質を外周チップシール４２，５２の材質と同じとすることで材料費を抑えながら、必要な耐摩耗性を実現できる。
　また、厚みやコストの点でチップシールの基材の材質に使用することが難しくても、基材に使用可能な材質よりも耐摩耗性に優れた材質をコーティング４５の材質に選択することにより、耐摩耗性を一層向上させることができる。
　さらに、コーティング４５を施すことにより、基材の表面よりも滑らかな表面が得られれば、内周チップシール４１，５１の表面の摩擦係数が小さくなる。上記に例示したコーティング４５の材質の中で、例えばＤＬＣの摩擦係数は０．１程度（乾燥条件）である。摩擦係数が小さいために摩耗量が減る点でも、耐摩耗性を高くすることができる。

　第２実施形態において、内周チップシール４１，５１の基材が外周チップシール４２，５２の材質とは異なる材質から形成されていてもよい。
　また、外周チップシール４２，５２に、内周チップシール４１，５１に施されるコーティング４５とは異なる材質のコーティングを施すことも許容される。

〔第３実施形態〕
　次に、図７を参照し、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態でも、第１実施形態との相違点を中心に説明し、既に説明した構成と同様の構成には同じ符号を付す。
　第３実施形態では、内周チップシールおよび外周チップシールの両者の厚みが相違する。内周チップシールおよび外周チップシールの両者の材質は同じである。

　図７に示すように、内周ラップ２１Ａに設けられる内周チップシール６１と、外周ラップ２１Ｂに設けられる外周チップシール４２との各々の厚みは相違する。なお、内周ラップ３１Ａに設けられる内周チップシールは、内周チップシール６１と同様に形成されており、外周ラップ３１Ｂに設けられる外周チップシールも、外周チップシール４２と同様に形成される。
　シール溝Ｄの深さ方向において、外周チップシール４２の厚みはＴ１に設定される。この厚みは、第１実施形態および第２実施形態における外周チップシール４２の厚みと同様である。
　内周チップシール６１の厚みＴ２は、外周チップシール４２の厚みＴ１よりも大きい。

　内周チップシール６１が厚いと、内周チップシール６１が大きく摩耗したとしても、封止に足りる厚みを残すことができる。これにより、チップシールの信頼性を確保できる。
　また、外周チップシール４２の厚みＴ１を封止に足りる程度の厚みに維持できるので、コストを抑えることができる。

　第３実施形態は、第１実施形態または第２実施形態と組み合わせることもできる。つまり、第３実施形態において、内周チップシール４１，５１および外周チップシール４２，５２の両者が異なる材質から形成されていたり、内周チップシール４１，５１にコーティング４５が施されていてもよい。

　以上で説明した第１～第３実施形態のいずれの構成によっても、ラップの内周側での高温や高圧に耐える耐久性を内周チップシールに与えることができるので、スクロール圧縮機の信頼性を向上させることができる。
　ここで、空気を圧縮するスクロール圧縮機１０は、一般に圧縮比が高く、渦巻きの中心部における昇温が顕著となるので、第１～第３実施形態の各々の構成によって内周チップシールに耐久性を持たせることは、空気圧縮のスクロール圧縮機において効果が大きい。
　その上、スクロール圧縮機１０のようにオイルフリーとされていると、オイルによる冷却の作用が得られない分、尚更、内周側における昇温が顕著となる。しかも、オイルによる潤滑作用も得られず、チップシールが潤滑油を介さずに直接、端板に対して摺動されるために摩耗し易い。そのため、空気圧縮でかつオイルフリーのスクロール圧縮機に本発明を適用すると、本発明の効果が際立つ。
　なお、冷媒を圧縮するスクロール圧縮機でも、大型の冷凍庫や空気調和機に用いるスクロール圧縮機のように、渦巻きの中心部において空気圧縮と同程度に高温、高圧縮比となる場合がある。その場合にも本発明の効果が大きい。そのように冷媒圧縮するものでオイルフリーのスクロール圧縮機においても、本発明の効果が際立つ。

　また、第１～第３実施形態のスクロール圧縮機では、段差部がラップの周方向の１箇所にだけ設けられるが、ラップの周方向の複数箇所に段差部を設けることもできる。
　例えば、図８に示すように、ラップ２１の周方向の２箇所に段差部２１１，２１２が設けられていれば、最内周（渦巻きの中心部）を含む位置に設けられる最内周チップシール７１と、最外周を含む位置に設けられる最外周チップシール７３と、中間の位置に設けられる中間チップシール７２とが存在する。
　この場合、２箇所の段差部２１１，２１２のうち外周側に位置するものを第１段差部２１１、内周側に位置するものを第２段差部２１２と呼ぶと、第１段差部２１１を基準として、第１段差部２１１よりも内周側に位置する中間チップシール７２および最内周チップシール７１と、第１段差部２１１よりも外周側に位置する最外周チップシール７３との間で材質、あるいは厚みを異ならせることができる。
　あるいは、第２段差部２１２を基準として、第２段差部２１２よりも内周側に位置する最内周チップシール７１と、第２段差部２１２よりも外周側に位置する中間チップシール７２および最外周チップシール７３との間で材質、あるいは厚みを異ならせることができる。
　さらには、最外周チップシール７３、中間チップシール７２、および最内周チップシール７１の各々の材質または厚みを段階的に異ならせることもできる。
　つまり、第１段差部２１１よりも内周側に位置する中間チップシール７２と、第１段差部２１１よりも外周側に位置する最外周チップシール７３とで材質、あるいは厚みを異ならせるとともに、第２段差部２１２よりも内周側に位置する最内周チップシール７１と、第２段差部２１２よりも外周側に位置する中間チップシール７２とで材質、あるいは厚みを異ならせることができる。
　いずれにしても、ラップの最外周から最内周に向けて気体の温度および圧力が上昇するために、より内周側ではより高温、高圧となることから、相対的により内周側に位置する内周チップシールの材質を相対的に外周側に位置する外周チップシールに比べて耐熱性、耐摩耗性に優れたものとし、また、内周チップシールの厚みを外周チップシールに比べて厚くすればよい。

　上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
　本発明のスクロール圧縮機は、モータの回転力を動力とするものには限られず、エンジンからベルトを介してシャフトに伝達される駆動力を動力とするものであってもよい。

１０　　　　スクロール圧縮機
１１　　　　モータ
１２　　　　モータケース
１３　　　　出力軸
１４　　　　カップリング
１５　　　　シャフト
２０　　　　固定スクロール
２０Ａ　　　内周底部
２０Ｂ　　　外周底部
２０Ｃ　　　段差壁
２１　　　　ラップ
２１Ａ　　　内周ラップ
２１Ｂ　　　外周ラップ
２１Ｃ　　　段差部
３０　　　　旋回スクロール
３０Ａ　　　内周底部
３０Ｂ　　　外周底部
３０Ｃ　　　段差壁
３１　　　　ラップ
３１Ａ　　　内周ラップ
３１Ｂ　　　外周ラップ
３１Ｃ　　　段差部
３４　　　　ボス
４１　　　　内周チップシール
４２　　　　外周チップシール
４５　　　　コーティング
４５Ｓ　　　対向する面
５１　　　　内周チップシール
５２　　　　外周チップシール
６１　　　　内周チップシール
１５１　　　偏心ピン
２００　　　固定端板
２０１　　　吐出ポート
３００　　　旋回端板
Ｄ　　　　　シール溝
Ｇ　　　　　間隙
ＩＮ　　　　吸込口
Ｓ　　　　　圧縮室
Ｔ１，Ｔ２　厚み寸法

Claims (8)

1. 　固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールがいずれも、外周側から内周側へと段差部を経て高さが低くなる渦巻状のラップと、相手側の前記ラップの前記段差部に倣って立ち上がる段差壁が形成される端板と、を有するスクロール圧縮機であって、
   　前記段差部よりも内周側に設けられて相手側の前記端板との間に介在する内周チップシールと、前記段差部よりも外周側に設けられて相手側の前記端板との間に介在する外周チップシールとは、少なくとも前記端板に対向する部分の材質が相違する、
   　ことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 　前記段差部は、
   　前記ラップの最外周の回転角から前記ラップの最内周の回転角までの間に前記ラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、
   　前記内周チップシールは、
   　前記外周チップシールの材質よりも、耐熱温度が高いこと、比摩耗量が小さいこと、および線膨張係数が小さいことの少なくとも一の要件を満たす材質から形成される、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 　前記段差部は、
   　前記ラップの最外周の回転角から前記ラップの最内周の回転角までの間に前記ラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、
   　前記内周チップシールの少なくとも前記端板に対向する部分は、耐摩耗性を有する材質のコーティングから構成される、
   請求項１または２に記載のスクロール圧縮機。
4. 　前記段差部は、
   　前記ラップの最外周の回転角から前記ラップの最内周の回転角までの間に前記ラップの温度が上昇する温度域の中心値をとる回転角よりも外周側に位置し、
   　前記内周チップシールの厚み寸法は、前記外周チップシールの厚み寸法よりも大きい、
   請求項１から３のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
5. 　固定スクロールおよび旋回スクロールを備え、前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールがいずれも、外周側から内周側へと段差部を経て高さが低くなる渦巻状のラップと、相手側の前記ラップの前記段差部に倣って立ち上がる段差壁が形成される端板と、を有するスクロール圧縮機であって、
   　前記段差部よりも内周側に設けられて相手側の前記端板との間に介在する内周チップシールの厚み寸法は、前記段差部よりも外周側に設けられて相手側の前記端板との間に介在する外周チップシールの厚み寸法よりも大きい、
   　ことを特徴とするスクロール圧縮機。
6. 　前記段差部は、
   　前記ラップの最外周の回転角から内周側へ２πを超える回転角領域に位置する、
   請求項１から５のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
7. 　前記固定スクロールおよび前記旋回スクロールによって空気が圧縮される、
   請求項１から６のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
8. 　前記内周チップシールおよび前記外周チップシールは、潤滑油を介さずに直接、前記端板に対して摺動される、
   請求項１から７のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。
    

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