CN102777382A - 涡旋式流体机械 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡旋式流体机械，其能够实现使驱动涡旋体与从动涡旋体同步旋转的连动机构的长寿命化及低成本化。在驱动涡旋件侧端板(14)的周缘部穿设有贯通孔(14b)，并在贯通孔(14b)中固定有销构件(52)。在面向贯通孔(14b)的从动涡旋件侧旋涡状突起体(26)上设置有基台(44、46)。在基台(44、46)的对置面(44a、46a)上刻设有圆柱形状的凹部(48)，在凹部(48)中间隙嵌合有铝制的旋转体(50)。在旋转体(50)上穿设有偏心孔(51)，在偏心孔(51)中间隙嵌合有销构件(52)。将上述结构的连动机构(42A)等间隔地在涡旋件端板的外缘部等间隔地配设奇数个。使施加在旋转体(50)上的负载F1及F2在同一面内作用。

Description

涡旋式流体机械
技术领域
本发明涉及作为压缩机、膨胀机及真空泵发挥功能的涡旋式流体机械，尤其涉及一对驱动涡旋体及从动涡旋体彼此同步旋转的双旋转型涡旋流体机械。
背景技术
在从动涡旋体从动于驱动涡旋体的旋转而进行同步旋转的双旋转型涡旋流体机械中，使驱动涡旋体和从动涡旋体同步旋转的连动机构有十字头方式、在环内引导销的方式，在凹部内引导滚子的方式及销钉曲柄(pincrank)方式等。十字头方式在专利文献1中公开，在环内引导销的方式在专利文献2中公开，在凹部内引导滚子的方式在专利文献3中公开，销钉曲柄方式在专利文献4中公开。
其中，销钉曲柄方式与所述其他方式相比结构简单，并且能够稳定地进行两涡旋体的自转运动和从动涡旋体的公转运动，具有能够抑制因重心不平衡导致的振动的优点。
以下，根据图11～图13说明在专利文献4中公开的销钉曲柄方式的连动机构的结构。该涡旋流体机械100具备配置成相互连动的驱动涡旋体102和从动涡旋体112。驱动涡旋体102由圆板形状的端板104、固接于端板104的螺旋状卷板106构成，通过连结于端板104的驱动轴108被旋转驱动。驱动轴108与电机等驱动装置连结。
从动涡旋体112由圆板形状的端板114、固接于端板114的螺旋状卷板116构成，在端板114上连结有从动轴118。从动轴118的旋转中心位于相对于驱动轴108的旋转中心偏心的位置。在端板104及114的周缘部上分别设置有奇数个位于彼此面对的位置的贯通孔110及120。
为了使驱动涡旋体102和从动涡旋体112连动而设置有图13所示的连动机构122。连动机构122由圆柱状实心体124和与圆柱状实心体124一体形成且分别从下端面及上端面沿轴向突出的圆柱状突出部126及128构成。圆柱状突出部126及128的中心轴间距离L构成为与驱动涡旋体102和从动涡旋体112的旋转中心轴间的偏心距离相同。
如图11及图12所示，圆柱状突出部126经由轴承(省略图示)插入驱动涡旋件侧端板104的贯通孔110中，圆柱状突出部128经由轴承(省略图示)插入从动涡旋件侧端板114的贯通孔120中。
在所述结构中，当驱动涡旋体102沿箭头方向旋转时，在经由连动机构122传递的旋转力的作用下，从动涡旋体112同步旋转。同时，从动涡旋体112在驱动涡旋体102的旋转中心的周围在偏心了距离L的位置进行公转。由此，例如，为涡旋压缩机的情况下，压缩性流体进入由端板104、114和螺旋状卷板106、116包围的密闭空间中且被压缩，并从设于端板114的中心部的喷出口经由形成在从动轴118的内部的喷出路喷出。
【先行技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本特开昭64-302号公报
【专利文献2】日本特开平1-267379号公报
【专利文献3】日本特开平2-305390号公报
【专利文献4】日本特开平4-76201号公报
在专利文献4中公开的连动机构122中，如图11所示，在圆柱状突出部126上施加有驱动涡旋件102的驱动力f1，在圆柱状突出部128上施加有来自从动涡旋件112且与驱动力f1方向相反的反力f2。另外，如图10所示，圆柱状实心体124具有重量，因此在驱动涡旋件102及从动涡旋件112的旋转的作用下产生离心力f3。另外，作为相对于离心力f3的反力，在离心力f3的相反方向上，分别为离心力f3的1/2的反力f4及f5作用在圆柱状突出部126及128上。
如此，在圆柱状突出部126及128上，力f1～f5施加在不处于同一平面上的分离的作用点上，因此在圆柱状实心体124上产生较大的弯矩。当驱动涡旋件102及从动涡旋件112的重量变大，或者它们的旋转速度变大时，离心力f3成为大的离心力，对圆柱状实心体124和圆柱状突出部126、128及轴承施加大的负载。
因此，难以将驱动涡旋件102的旋转力经由圆柱状实心体124稳定地传递到从动涡旋件112上。另外，必须提高连动机构122的耐久性，因此，必须利用高强度材料制造圆柱状实心体124和圆柱状突出部126、128等，因此成本提高。另外，如果由钢材等高强度材料进行制造，则重量增加，导致被施加更大的离心力。
发明内容
因此，本发明鉴于上述现有技术的课题，目的在于实现一种能够从驱动涡旋件向从动涡旋件稳定地传递旋转力且能够实现长寿命化和低成本化的连动机构。
为了解决所述问题，本发明的双旋转型涡旋流体机械的连动机构包括：圆柱形状或圆锥形状的旋转体，其在驱动涡旋体及从动涡旋体的端板彼此面对的部位间隙嵌合于凹陷设置在一方的端板上的圆柱形状或圆锥形状的凹部，并且沿轴向具有偏心孔；销构件，其从另一方的端板突出设置，并且插入而间隙嵌合于该偏心孔；旋转轴承，其分别夹装在凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动面上，该连动机构设置在涡旋体的周向多个部位。
在本发明装置中，由于旋转体旋转自如地配置在凹部内，并且销构件相对于旋转体滑动自如地配置在偏心的位置，因此与专利文献4所公开的销钉曲柄方式同样地，与其他方式相比，具有结构简单、能够稳定地进行两涡旋体的自转运动和从动涡旋体的公转运动，且能够抑制因重心不平衡引起的振动的优点。
进而，由于对在凹部与旋转体之间、及偏心孔与销构件之间形成的两个滑动面施加的负载在同一面上作用，因此不会成为弯矩负载。因此，在圆筒体和轴承上未作用有弯矩负载，所以能够将驱动涡旋件的旋转力稳定地向从动涡旋件传递。
另外，由于销构件的重量未作为离心力对旋转体施加，因此在圆筒体和轴承上未施加有过大的弯矩负载和不平衡负载。所以，能够稳定地从驱动涡旋件向从动涡旋件传递旋转力，并且能够减小凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动面的磨损。由此，能够使旋转体和轴承长寿命化，并且无需利用高强度材料制造旋转体和轴承，所以能够实现低成本化。例如，能够利用铝或树脂等轻量材料制造旋转体，由此，能够减轻旋转体的重量，且能够减轻作用在旋转体上的离心力。
需要说明的是，在本发明中，夹装在凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动面上的旋转轴承例如为包括滑动轴承或滚动轴承的轴承。另外，作为滑动轴承也包括在形成滑动面的凹部、旋转体或销构件的表面进行淬火硬化处理、表面硬化处理或低摩擦化处理，从而形成轴承层并使滑动面的滑动良好的情况。
在本发明装置中，优选具备连结体，该连结体配置在面向驱动涡旋体或从动涡旋体的一方的端板的背面的位置，且与另一方的端板的外周部位连结，并且将连动机构夹设在另一方的端板与连结体之间。由此，连动机构的配置位置不受到螺旋状卷板的限制，能够配置得比螺旋状卷板靠端板的中心侧。因此，能够进一步降低作用在连动机构上的离心力，可以进一步提高连动机构的耐久性。
需要说明的是，优选连结体由在中心部具有供涡旋体的轴部通过的贯通孔的环状圆板构成，在外周端形成有与一方的端板的外周部位连结的连结部。由此，能够使连结体紧凑化，可以缩小用于配置连结体的空间。所以，能够使涡旋流体机械小型化。
在本发明装置中，优选，分别夹装在凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的旋转轴承为滑动轴承、球轴承或滚子轴承等滚动轴承。由此，能够顺畅地进行所述凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动。因此，能够消除所述滑动面的烧粘和磨损。尤其是，在为滚动轴承时，能够顺畅地进行所述构件间的滑动。
如果旋转轴承由氟树脂等那样具有低摩擦系数的自润滑性的材料构成，则不需要润滑油。另外，如果使旋转轴承为滚动轴承，则能够容易地封入润滑脂，所述具有不需要润滑油的优点。
【发明效果】
根据本发明，涡旋式流体机械具备：通过驱动源被旋转驱动的驱动涡旋体；配置在相对于该驱动涡旋体的轴心偏心的位置且与驱动涡旋体连动而压缩流体的从动涡旋体；使该从动涡旋体在绕驱动涡旋体的轴心进行公转运动的同时从动于驱动涡旋体的旋转而进行同步旋转的连动机构，在所述涡旋式流体机械中，连动机构包括：圆柱形状或圆锥形状的旋转体，其在驱动涡旋体及从动涡旋体的端板彼此面对的部位间隙嵌合于凹陷设置在一方的端板上的圆柱形状或圆锥形状的凹部，并且沿轴向具有偏心孔；销构件，其从另一方的端板突出设置，并且插入而间隙嵌合于该偏心孔；旋转轴承，其分别夹装在凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动面上，该连动机构设置在涡旋体的周向多个部位，因此，在具有销钉曲柄方式所具有的前述的优点的基础上，由于不对旋转体和轴承施加过大的弯矩负载和不平衡负载，因此能够从驱动涡旋件向从动涡旋件稳定地传递旋转力，并且能够减小凹部与旋转体之间及偏心孔与销构件之间的滑动面的摩擦，因此能够使旋转体和轴承长寿命化。另外，由于不需要利用高强度材料制造旋转体或轴承，因此能够实现低成本化。
附图说明
图1是本发明装置的第一实施方式所涉及的涡旋压缩机的主视剖视图。
图2是分解表示所述涡旋压缩机的立体图。
图3是将所述涡旋压缩机分解而从不同方向观察到的立体图。
图4(A)是沿着图1中的A-A线的剖视图，(B)是(A)中的C部放大图。
图5是图1中的B部放大图。
图6是将所述涡旋压缩机分解得到的局部放大立体图。
图7是本发明装置的第二实施方式所涉及的涡旋压缩机的局部放大剖视图。
图8是本发明装置的第三实施方式所涉及的涡旋压缩机的主视剖视图。
图9是分解表示第三实施方式所涉及的涡旋压缩机的立体图。
图10是图8的C部放大图。
图11是表示对现有的涡旋流体机械的连动机构施加的弯矩力的说明图。
图12是表示对现有的涡旋流体机械的连动机构施加的离心力的说明图。
图13是现有的涡旋流体机械的连动机构的立体图。
【符号说明】
10A、10B           涡旋压缩机
12、102            驱动涡旋体
14、24、104、114   端板
14a、44a、46a，70a 对置面
14b、72、110、120  贯通孔
14c                背面
16、26、106、116   旋涡状突起体
18、108            驱动轴
22、112            从动涡旋体
28、118            从动轴
29                 喷出口
30                 突出路
32、34、36         壳体
32a、34a           轴承部
32b、34b           圆板体
38、40、60         滚动轴承
42A、42B、42C、122 连动机构
44、46             基台
44b、46b           低台阶面
48                 凹部
50                 旋转体
50a                轴承层
51                 偏心孔
52                 销构件
54                 凸缘部
56                 螺栓
56a             周缘部
62              滚针轴承
70              连结盖(连结体)
74              连结部
100             涡旋流体机械
124             圆柱状实心体
126、128        圆柱状突出部
F1、F2          负载
L               中心轴间距离(偏心距离)
O1、O2、O3、O4  旋转中心
f1              驱动力
f2、f4、f5      反力
f3              离心力
具体实施方式
以下，使用图示的实施方式详细说明本发明。其中，只要没有特定的记载，则在该实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等并不意味着将本发明的范围仅限定为此。
(实施方式1)
根据图1至图6说明将本发明适用于涡旋式压缩机的第一实施方式。在图1～图3中，本实施方式的涡旋式压缩机10A具备配置成彼此连动的驱动涡旋体12和从动涡旋体22。驱动涡旋体12包括圆板形状的端板14和一体地形成在端板14上的螺旋状卷板16，其通过利用螺栓连结在端板14上的驱动轴18旋转驱动。驱动轴18与驱动电机(省略图示)连结。
从动涡旋体22包括圆板形状的端板24和一体地形成在端板24上的旋涡形状的突起体26，在端板24上通过螺栓27连结有从动轴28。在端板24的中央设置有供压缩后的压缩性流体喷出的喷出口29。从动轴28的旋转中心O2相对于驱动轴18的旋转中心O1位于偏心了距离L的位置。驱动涡旋体12及从动涡旋体22以螺旋状卷板16及26彼此啮合的方式面向配置，除了吸入口(省略图示)外，其配置在壳体内的密闭空间中。
该壳体由壳体32、34及36构成。壳体32包括圆筒形的轴承部32a和圆板体32b，形成L型剖面。壳体34也同样包括圆筒形的轴承部34a和圆板体34b，形成L型剖面。圆板体32b及34b彼此面向配置，通过壳体36与圆板体32b及34b的外周缘连结。驱动轴18通过滚动轴承38被支承为能够相对于轴承部32a的内表面旋转，从动轴28通过滚动轴承40被支承为能够在轴承部34a的内表面旋转。
为了使驱动涡旋体12和从动涡旋体22同步旋转，在端板的周向三个部位等间隔(120°间距)地设置有连动机构42A。以下，根据图4～图6说明连动机构42A的结构。如图4所示，在设置在三个部位的连动机构42A中的两个部位的连动机构中，具备一体地形成在从动涡旋体22的旋涡状突起体26的外周面的基台44。在剩下的一个部位的连动机构中，在与螺旋状卷板26之间配置有驱动涡旋体12的螺旋状卷板16，因此与螺旋状卷板26不同体的基台46固定在端板24上。需要说明的是，连动机构42A优选在涡旋件端板的周向上等间隔地设置3个以上的奇数个。
图5表示具备与螺旋状卷板26一体形成的基台44的连动机构，图6表示具备与螺旋状卷板26不同体的基台46的连动机构。基台44的上表面(对置面)44a及基台46的上表面(对置面)46a构成为与螺旋状卷板26的端面成为同一高度。因此，对置面44a及46a成为与端板14的对置面14a大致相接的位置关系。
在对置面44a及46a上刻设有圆柱形状的凹部48。在该凹部48中间隙嵌合有与凹部48具有同一形状的旋转体50。另一方面，在面向对置面44a、46a的端板14上穿设有剖面为圆形的贯通孔14b，在该贯通孔14b中安装有圆柱形状的销构件52。在销构件52上形成有扩径的凸缘部54，凸缘部54与端板14的对置面14a卡合，且在销构件52的头部螺纹连接有螺栓56，螺栓56的周缘部56a与端板14的背面14c卡止。通过所述凸缘部54及螺栓56，销构件52固定在端板14上。
圆筒体50由铝材制造。在旋转体50的从中心偏离的位置上沿轴向穿设有剖面圆形的贯通孔51。贯通孔51的中心O4相对于旋转体50的中心O3偏离与从动轴28的旋转中心O2相对于驱动轴18的旋转中心O1的偏心距离L相同的距离L。在该偏心孔51中间隙嵌合有销构件52。旋转体50的外周面及偏心孔51的表面被实施了表面硬化处理，形成硬度大且耐磨损性良好的轴承层50a。
在所述结构中当，驱动涡旋件12以旋转中心O1为中心自转时，从动涡旋件22以旋转中心O2为中心同步旋转且进行以偏心距离L为半径的公转运动。在连动机构42A中，旋转体50与凹部48间隙嵌合，销构件52间隙嵌合于偏心孔51，因此在所述滑动面滑动的同时，端板24、旋转体50和销构件52进行相对运动，由此能够进行从动涡旋体22的所述公转运动。通过驱动涡旋体12及从动涡旋体22的同步旋转，压缩性流体从设于壳体32、34及36上的吸入口(省略图示)被吸引，在由端板14、24及螺旋状卷板16、26形成的空间中被压缩后，从喷出口29及设置在从动轴28上的突出路30喷出。
根据本实施方式，与所述销钉曲柄方式同样地，和其他方式相比具有结构简单且在涡旋体旋转时能够抑制因重心不平衡引起的振动的优点。另外，如果使形成在两个部位的滑动面上的轴承层50a例如由氟树脂等自润滑性树脂构成，则不需要润滑油。
另外，在图4中，在涡旋压缩机10A的动作中，销构件52的重量并未作为离心力施加在旋转体50上。另外，在旋转体50上施加有来自销构件52的负载F1，且施加有来自端板24的负载F2。然而，由于所述负载在同一平面内发挥作用，因此不会成为弯矩负载。即，施加在旋转体50上的负载仅成为用于利用驱动涡旋体12驱动从动涡旋体22的必要的驱动负载(单纯的压缩负载)。
因此，在旋转体50上未施加有不平衡负载，因此能够从驱动涡旋体12向从动涡旋体22稳定地传递旋转力，并且能够减少凹部48与旋转体50的外周面、及偏心孔51的内周面与销构件52之间的磨损。由此，能够使旋转体50长寿命化，并且无需由高强度材制作，可以使用铝材或树脂材料等轻量材料，能够实现低成本化。
另外，根据本实施方式，由于使基台44、46的对置面44a、46a配置在与驱动涡旋件侧端板14的对置面14a或间隔件58的对置面大致相接的位置，因此能够缩短销构件52的轴向长度，并且能够减小因从圆筒体50向销构件52施加的负载而在销构件52上产生的应力。
(实施方式2)
接下来，利用图7说明将本发明适用于涡旋压缩机的第二实施方式。本实施方式的连动机构42B未在旋转体50的外周面及偏心孔51的内周面形成轴承层50a，取而代之地在凹部48与旋转体50的滑动面夹装滚动轴承(滚子轴承)60，并在偏心孔51与销构件52的滑动面夹装滚针轴承62。其他的结构与所述第一实施方式相同。
根据本实施方式的连动机构42B，通过设置滚动轴承60及滚针轴承62，能够更加顺畅地进行凹部48与旋转体50间的相对旋转。另外，由于润滑脂容易封入滚动轴承60及滚针轴承62，因此不需要润滑油。因此，能够消除所述滑动面的烧粘和磨损。
(实施方式3)
接下来，利用图8～图10说明本发明装置的第三实施方式。本实施方式的涡旋压缩机10B中，从动涡旋体22的端板24的外径形成为比驱动涡旋体12的端板14的外径大。在端板14的背面14c侧对置配置有连结盖70的对置面70a。连结盖70在中心设置有用于供驱动轴18通过的贯通孔72。另外，在连结盖70的外周端的三个部位等间隔地一体形成有朝向端板24侧突出的连结部74。
连结部74设置在面向基台44及46的低台阶面44b及46b的位置，与低台阶面44b、46b螺栓结合。本实施方式的连动机构42C在连结盖70相对于端板14的背面14c的对置面70a上设有凹部48，在凹部48的外周面上能够滑动地间隙嵌合有具有轴承层50a的旋转体50。另一方面，在端板14的外周端贯穿设置有贯通孔14b，在贯通孔14b中插入有销构件52，并通过螺栓56固定。
销构件52滑动自如地间隙嵌合在穿设于旋转体50上的偏心孔51中。在旋转体50的与销构件52相接的面上形成有轴承层50a。需要说明的是，轴承层50a与第一实施方式的轴承层50a为同一构件。其他的结构与第一实施方式相同，对同一设备或部位标注同一符号。
在所述连动机构42C的作用下，驱动涡旋体12与从动涡旋体22同步旋转，且从动涡旋体22在驱动涡旋体12的旋转中心O1的周围以偏心距离L进行公转运动。
根据本实施方式，连动机构42C的配置位置不受到螺旋状卷板16及26的限制，能够配置得比螺旋状卷板16、26靠端板14、24的中心侧。即，与第一实施方式相比能够缩短旋转轴线O1及O2与销构件52的中心的距离R。因此，与第一实施方式相比能够减小作用在连动机构42C上的离心力，由此，能够进一步提高连动机构42C的耐久性，能够实现长寿命化。
另外，由于连结盖70由在中心部具有供驱动涡旋体12的驱动轴18通过的贯通孔74的环状体构成，因此能够使连结盖70紧凑化，能够缩小用于配置连结盖70的空间。所以，能够将涡旋压缩机10B小型化。
工业上的可利用性
根据本发明，在使驱动涡旋体和从动涡旋体同步旋转的双旋转型涡旋流体机械中，能够消除在连动机构产生的弯矩负载和不平衡负载，能够实现连动机构的长寿命化及低成本化。

Claims (4)

1.一种双旋转型涡旋流体机械，其具备：驱动涡旋体；从动涡旋体，其配置在相对于该驱动涡旋体的轴心偏心的位置，且与驱动涡旋体连动而使流体压缩或膨胀；连动机构，其使该从动涡旋体在绕驱动涡旋体的轴心进行公转运动的同时与驱动涡旋体的旋转连动而进行同步旋转，所述双旋转型涡旋流体机械的特征在于，
所述连动机构包括：圆柱形状或圆锥形状的旋转体，其在所述驱动涡旋体及从动涡旋体的端板彼此面对的部位间隙嵌合于凹陷设置在一方的端板上的圆柱形状或圆锥形状的凹部中，并且沿轴向具有偏心孔；销构件，其从另一方的端板突出设置，并且插入而间隙嵌合于该偏心孔中；旋转轴承，其分别夹装在所述凹部与所述旋转体之间及所述偏心孔与所述销构件之间的滑动面上，
所述连动机构设置在涡旋体的周向多个部位。
2.根据权利要求1所述的双旋转型涡旋流体机械，其特征在于，
还具备连结体，该连结体配置在面向所述驱动涡旋体或从动涡旋体的一方的端板的背面的位置，且与另一方的端板的外周部位连结，
所述连动机构夹设在所述另一方的端板与所述连结体之间。
3.根据权利要求2所述的双旋转型涡旋流体机械，其特征在于，
所述连结体由在中心部具有供涡旋体的轴部通过的贯通孔的环状圆板构成，且在外周端形成有与所述一方的端板的外周部位连结的连结部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的双旋转型涡旋流体机械，其特征在于，
所述旋转轴承为滑动轴承或滚动轴承。
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