JP2002371979A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 旋回スクロールの倒れやガタツキを最小に抑
えた高効率で長寿命のオイルフリー式のスクロール型流
体機械を提供する。 【解決手段】 固定スクロール４０と旋回スクロール３
６との間に、旋回スクロール３６の自転を阻止した公転
運動に伴って外周側から内周側に向けて容積が順次縮小
する渦巻き状の圧縮動作室４６を区画形成し、この圧縮
動作室４６の容積の縮小に伴って流入気体を圧縮しつつ
移送するようにしたスクロール型流体機械において、圧
縮動作室４６の内部の気体が高圧側から低圧側に漏れる
ことを防止する磁性流体シール機構５０，４８，４１と
５４，５２，３７を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無潤滑状態で気体
の圧縮並びに移送を行うオイルフリー式のスクロール型
流体機械に係り、特に可燃ガス等の圧縮並びに移送用の
ブロワとして使用して最適なスクロール型流体機械に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクロール型流体機械は、共に渦巻き状
のラップを組合せ、一方を固定し、他方を自転を阻止し
つつ公転運動させラップの相対的運動を行わせること
で、渦巻き形状の圧縮動作室内に閉じ込めた気体の容積
を徐々に減少させて流体の圧縮並びに移送を行うように
したものであり、ルーツ型やロータリー型の流体機械に
比べて騒音が小さく、圧力脈動が小さいことから、例え
ば小形空調用冷凍機やエアコン用圧縮機等に広く使用さ
れている。

【０００３】ここで、エアコンに使用されるオイル潤滑
のスクロールコンプレッサは、全体が圧力容器内に密封
溶接にて収容され、取扱気体の漏洩がない構造になって
いるが、これは潤滑液（オイル）が冷媒中に混入しても
実用上の問題が生じないため、潤滑油を活用した長寿命
でメンテナンスフリーな設計が可能であることによるも
のである。従って、この構造は取扱気体への油の混入が
許されないオイルフリー式の場合には適用が困難であ
る。

【０００４】オイルフリー式のスクロール型流体機械の
場合、一般に、固定スクロールと旋回スクロールの軸方
向の隙間に接触型のシール部品（チップシール）を介在
させて高圧や高真空を得ている。このシール部品は、例
えばフッ素樹脂等の樹脂材料から構成されており、消耗
（摩耗）すると流体機械の効率が低下する。このため、
例えば、運転時間１万時間程度で定期的なメンテナンス
（部品交換）が必要となる。

【０００５】また、チップシールの摺動損失を低い値に
抑えて高効率な流体機械とするためには、チップシール
を鏡板に押付ける力を極力低く抑え、且つその力がチッ
プシールの長手方向の全長に亘ってバラツキなく均一に
作用するようにする必要がある。このためには、主軸を
回転自在に支承する玉軸受の内外輪隙間等によって生じ
る旋回スクロールの倒れやガタツキを最小に抑えること
が求められる。

【０００６】他方、比較的圧力レベルの低いブロワ用途
では、両スクロール間の軸方向隙間を極めて小さな値に
抑えることで漏れを実用上問題のない値とし、これによ
って、消耗部品であるチップシールを削除することが行
われている。この場合も、主軸を回転自在に支承する玉
軸受等の内外輪隙間等によって生じる旋回スクロールの
倒れやガタツキを最小に抑えることが求められる。

【０００７】以上のように、スクロール型流体機械の高
効率化やメンテナンスフリー化を図るためには、旋回ス
クロールの倒れやガタツキを最小に抑えることが極めて
重要な要素となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スクロール型流体機械においては、このような、旋回ス
クロールの倒れやガタツキを最小に抑えるための手段
は、何ら備えられていないのが現状であった。

【０００９】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたもので、旋回スクロールの倒れやガタツ
キを最小に抑えた高効率で長寿命のオイルフリー式のス
クロール型流体機械を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の一態様は、固定
スクロールと旋回スクロールとの間に、該旋回スクロー
ルの自転を阻止した公転運動に伴って外周側から内周側
に向けて容積が順次縮小する渦巻き状の圧縮動作室を区
画形成し、この圧縮動作室の容積の縮小に伴って流入気
体を圧縮しつつ移送するようにしたスクロール型流体機
械において、上記圧縮動作室の内部の気体が高圧側から
低圧側に漏れることを防止する磁性流体シール機構を備
えたことを特徴とするスクロール型流体機械である。

【００１１】本発明の好ましい一態様は、上記磁性流体
シール機構は、上記固定スクロール又は上記旋回スクロ
ールのラップ先端に形成された溝に挿着される第１磁石
と、該第１磁石が挿着された上記溝に配置される磁性流
体と、上記旋回スクロール又は上記固定スクロールにお
ける鏡板の上記固定スクロール又は上記旋回スクロール
側に設けられる第２磁石とを備えたことを特徴とする。

【００１２】このように、従来の接触式のチップシール
に代えて磁性流体シール機構を使用することによって、
実質的に非接触式シールを構成することができ、摺動損
失による動力の消費と取扱流体の漏れを抑えて機器の高
効率化を図ることが可能となると同時に、メンテナンス
不要の長寿命な機械を提供することができる。更に、上
記磁性流体シール機構は、両スクロール間の軸方向の隙
間をそれほど小さく抑えなくてもシール機能を発揮する
ことができるので、玉軸受の内外輪隙間等によって生じ
る旋回スクロールの倒れやガタツキを極端に抑制する必
要がなく、従って、機器の構造も単純となって生産性の
向上にもつなげることができる。

【００１３】この場合において、第１磁石が第２磁石よ
りも強い磁力を有することとすれば、磁性流体が第２磁
石側に強く吸引されて飛散してしまうことを防止するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るスクロール型
流体機械の一実施形態について図１及び図２を参照して
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態における
スクロール型流体機械を示す断面図である。このスクロ
ール型流体機械は、モータ固定子１０を内部に収容した
カップ状のアルミ合金製モータフレーム１２を有してい
る。このモータフレーム１２の開口端には主軸受ケース
１４が固定されている。

【００１５】永久磁石からなるモータ回転子１６は、主
軸１８に接着剤等により固定されている。この主軸１８
は、軸方向に沿った中央部に配置される主軸受２０とモ
ータ側端部に配置されるモータ側軸受２２とを介して、
主軸受ケース１４とモータフレーム１２に回転自在に支
承されている。

【００１６】主軸１８の反モータ側端部には、この軸心
と偏心距離ｅだけ偏心した位置に軸心を有するクランク
部３２が一体に連接されている。このクランク部３２の
先端には、玉軸受からなる旋回軸受３８を介して略円板
状の旋回スクロール３６が回転自在に連結されている。
従って、主軸１８の回転（自転）に伴って、クランク部
３２は、主軸１８の軸心を中心として偏心距離ｅを半径
とした公転運動を行い、このクランク部３２の公転運動
に伴って、旋回スクロール３６も偏心距離ｅを半径とし
た公転運動を行うようになっている。

【００１７】主軸受２０、モータ側軸受２２及び旋回軸
受３８は、いずれも窒化珪素を材料に使用したセラミッ
ク玉軸受によって構成されており、高い耐久性が確保さ
れている。

【００１８】旋回スクロール３６に対峙して、外周部に
吸込口４０ａと中心部に吐出口４０ｂとが形成された略
カップ状の固定スクロール４０が配置されている。旋回
スクロール３６の鏡板３６ａには、固定スクロール４０
側に突出するインボリュート曲線又はこれに類似した曲
線形状からなるラップ３６ｂが立設されている。そし
て、固定スクロール４０とモータフレーム１２との間
に、主軸受ケース１４とスクロールケース４２を介在さ
せ、通しボルト４４を掛け渡して締付けることで、これ
らの部材が一体に固定されている。

【００１９】また、固定スクロール４０の鏡板４０ｃに
は、旋回スクロール３６側に突出するインボリュート曲
線又はこれに類似した曲線形状からなるラップ４０ｄが
設けられている。

【００２０】モータフレーム１２と主軸受ケース１４と
の間、主軸受ケース１４とスクロールケース４２との
間、及びスクロールケース４２と固定スクロール４０と
の間の各いんろう部にはＯリング７０，７２，７４が設
けられている。これによって全体が密封構造となってい
る。従って、このスクロール型流体機械は、一般の送風
用としてだけでなく、例えば窒素等の気体を外部に漏ら
すことなく昇圧させるもの等にも使用することができ
る。

【００２１】旋回スクロール３６とスクロールケース４
２の間には、旋回スクロール３６の自転を防止する自転
防止機構６０が同一円周方向に沿った３カ所に配置され
ている。この自転防止機構６０は、上記偏心距離ｅと同
じ距離ｅだけ偏心した位置に軸心を持つ２本ピン６２
ａ，６２ｂを有するクランクピン６２を備えている。こ
のクランクピン６２の一方のピン６２ａは、スクロール
ケース４２に固定したクランクピン用軸受６４に回転自
在に支承され、他方のピン６２ｂは、旋回スクロール３
６に固着したクランクピン用軸受６６に回転自在に支承
されている。

【００２２】これによって、クランク部３２の回転に伴
って、クランクピン６２の旋回スクロール３６側のピン
６２ｂが他方のピン６２ａを中心として偏心距離ｅを半
径とした公転運動を行い、このクランクピン６２の公転
運動で旋回スクロール３６も偏心距離ｅを半径とした公
転運動を行い、しかも、旋回スクロール３６の自転がク
ランクピン６２で阻止されるようになっている。なお、
クランクピン用軸受６４，６６は、いずれも窒化珪素を
材料に使用したセラミック玉軸受によって構成され、高
い耐久性が確保されている。

【００２３】このように、旋回スクロール３６は自転防
止機構６０によって自転が阻止され、主軸１８の回転に
より公転運動のみが行われる。旋回スクロール３６と固
定スクロール４０との間には、旋回スクロール３６の自
転を阻止した公転運動に伴って外周側から内周側へ向け
て容積が順次縮小する渦巻き状の圧縮動作室４６が両ラ
ップ３６ｂ，４０ｄによって区画形成される。この圧縮
動作室４６は両鏡板３６ａ，４０ｃによって閉塞されて
おり、吸込口４０ａから圧縮動作室４６内に流入した気
体は、旋回スクロール３６の自転を阻止した公転運動に
より、圧縮動作室４６の容積の縮小に伴って圧縮されつ
つ吐出口４０ｂから順次移送されるようになっている。

【００２４】両スクロール３６，４０のラップ３６ｂ，
４０ｄの先端には、圧縮動作室４６の圧力を保持するた
めの磁性流体シール機構がそれぞれ設けられている。こ
の磁性流体シール機構の詳細については後述する。な
お、モータフレーム１２、主軸受ケース１４、旋回スク
ロール３６、固定スクロール４０及びスクロールケース
４２の材料としては、生産性の観点からＰＰＳ（ポリフ
ェニレンサルファイド）樹脂やアルミ合金が使用され
る。

【００２５】主軸１８には、回転系のバランスを確保す
るためのカウンタウェイト３０，３４が設けられてい
る。第１カウンタウェイト３０は主軸受２０に対して反
モータ側に配置され、第２カウンタウェイト３４は主軸
受２０に対してモータ側に配置される。旋回スクロール
３６の旋回運動に伴う遠心力によって生じる機械的なア
ンバランスは、これら２つのカウンタウェイト３０，３
４により打消される。

【００２６】次に、両スクロール３６，４０のラップ３
６ｂ，４０ｄの先端に設けられる磁性流体シール機構に
ついて説明する。図２は、図１に示す磁性流体シール機
構の部分拡大図である。

【００２７】旋回スクロール３６のラップ３６ｂの先端
面には、このラップ３６ｂの長さ方向の略全長に亘って
延びる溝３６ｃが形成されており、この溝３６ｃの内部
には、方形状の断面を有する紐状永久磁石５０（第１磁
石）がラップ３６ｂの長さ方向に沿って挿着されてい
る。この紐状永久磁石５０は、接着剤等を用いて溝３６
ｃの内部に嵌め込み固定される。そして、紐状永久磁石
５０が挿着された溝３６ｃに磁性流体４８が配置されて
いる。

【００２８】固定スクロール４０の鏡板４０ｃの旋回ス
クロール３６側には、板状永久磁石４１（第２磁石）が
接着剤等により固定されており、上記磁性流体４８が、
異なる磁極（紐状永久磁石５０のＮ極と板状永久磁石４
１のＳ極）によって挟まれるようになっている。これに
よって、紐状永久磁石５０と板状永久磁石４１との間に
磁性流体４８によるブリッジが形成され、圧縮動作室４
６内の取扱気体が高圧側から低圧側に漏れることを防止
する磁性流体シール機構が形成される。なお、板状永久
磁石４１には、固定スクロール４０に設けられたラップ
４０ｄを挿通させるための螺旋状のラップ孔４１ａが形
成されている。

【００２９】また同様に、固定スクロール４０のラップ
４０ｄの先端面にも、このラップ４０ｄの長さ方向の略
全長に亘って延びる溝４０ｅが形成されており、この溝
４０ｅの内部にも、方形状の断面を有する紐状永久磁石
５４（第１磁石）がラップ４０ｄの長さ方向に沿って挿
着されている。この紐状永久磁石５４は、接着剤等を用
いて溝４０ｅの内部に嵌め込み固定される。そして、紐
状永久磁石５４が挿着された溝４０ｅに磁性流体５２が
配置されている。

【００３０】旋回スクロール３６の鏡板３６ａの固定ス
クロール４０側には、板状永久磁石３７（第２磁石）が
接着剤等により固定されており、上記磁性流体５２が、
異なる磁極（紐状永久磁石５４のＳ極と板状永久磁石３
７のＮ極）によって挟まれるようになっている。これに
よって、紐状永久磁石５４と板状永久磁石３７との間に
磁性流体５２によるブリッジが形成され、圧縮動作室４
６内の取扱気体が高圧側から低圧側に漏れることを防止
する磁性流体シール機構が形成される。なお、板状永久
磁石３７には、旋回スクロール３６に設けられたラップ
３６ｂを挿通させるための螺旋状のラップ孔３７ａが形
成されている。

【００３１】旋回スクロール３６のラップ３６ｂの先端
と板状永久磁石４１の表面との間の隙間、及び固定スク
ロール４０のラップ４０ｄの先端と板状永久磁石３７の
表面との間の隙間は、１ｍｍ程度と大きくなっており、
チップシールを用いた従来の場合のように高い組立精度
を必要としない。

【００３２】上述した紐状永久磁石５０は、板状永久磁
石４１よりも強い磁力を有することが好ましい。紐状永
久磁石５０の磁力が板状永久磁石４１よりも弱い場合に
は、磁性流体４８が板状永久磁石４１側に強く吸引さ
れ、この結果磁性流体４８が飛散してしまう場合がある
からである。同様の理由で、紐状永久磁石５４は、板状
永久磁石３７よりも強い磁力を有することが好ましい。

【００３３】これまで本発明の一実施形態について説明
したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技
術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施され
てよいことは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、従来
の接触式のチップシールに代えて磁性流体シール機構を
使用することによって、実質的に非接触式シールを構成
することができ、摺動損失による動力の消費と取扱流体
の漏れを抑えて機器の高効率化を図ることが可能とな
る。また、同時に、メンテナンス不要の長寿命な機械を
提供することができる。更に、両上記磁性流体シール機
構は、スクロール間の軸方向の隙間をそれほど小さく抑
えなくてもシール機能を発揮することができるので、玉
軸受の内外輪隙間等によって生じる旋回スクロールの倒
れやガタツキを極端に抑制する必要がなく、従って、機
器の構造も単純となって生産性の向上にもつなげること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるスクロール型流体
機械を示す縦断面図である。

【図２】図１に示す磁性流体シール機構の部分拡大図で
ある。

【符号の説明】

１０ モータ固定子 １２ モータフレーム １４ 主軸受ケース １６ モータ回転子 １８ 主軸 ２０ 主軸受 ２２ モータ側軸受 ３０，３４ カウンタウェイト ３２ クランク部 ３６ 旋回スクロール ３６ａ，４０ｃ 鏡板 ３６ｂ，４０ｄ ラップ ３６ｃ，４０ｅ 溝 ３７，４１ 板状永久磁石（第２磁石） ３８ 旋回軸受 ４０ 固定スクロール ４６ 圧縮動作室 ４８，５２ 磁性流体 ５０，５４ 紐状永久磁石（第１磁石） ６０ 自転防止機構 ６２ クランクピン ６４，６６ クランクピン用軸受

フロントページの続き (72)発明者 小西 康貴 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA02 AA24 BB16 BB43 CC02 CC38 3H039 AA06 AA10 AA12 BB28 CC02 CC04 CC31 CC35

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定スクロールと旋回スクロールとの間
   に、該旋回スクロールの自転を阻止した公転運動に伴っ
   て外周側から内周側に向けて容積が順次縮小する渦巻き
   状の圧縮動作室を区画形成し、この圧縮動作室の容積の
   縮小に伴って流入気体を圧縮しつつ移送するようにした
   スクロール型流体機械において、 前記圧縮動作室の内部の気体が高圧側から低圧側に漏れ
   ることを防止する磁性流体シール機構を備えたことを特
   徴とするスクロール型流体機械。
2. 【請求項２】 前記磁性流体シール機構は、前記固定ス
   クロール又は前記旋回スクロールのラップ先端に形成さ
   れた溝に挿着される第１磁石と、該第１磁石が挿着され
   た前記溝に配置される磁性流体と、前記旋回スクロール
   又は前記固定スクロールにおける鏡板の前記固定スクロ
   ール又は前記旋回スクロール側に設けられる第２磁石と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール
   型流体機械。
3. 【請求項３】 前記第１磁石は、前記第２磁石よりも強
   い磁力を有することを特徴とする請求項２に記載のスク
   ロール型流体機械。