JP2004124735A

JP2004124735A - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP2004124735A
Application number: JP2002286607A
Authority: JP
Inventors: Yuji Komai; 駒井　裕二; Kazutaka Suefuji; 末藤　和孝
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】自転防止機構が熱によって劣化するのを防止し、軸受等の耐久性を向上する。
【解決手段】自転防止機構１１は、ケーシング１に設けられた中間輪収容穴１２と、この中間輪収容穴１２に第１の軸受１４を介して回転可能に収容され、旋回スクロール５の旋回半径δに対応した偏心位置にピン穴１３Ａが形成された中間輪１３と、旋回スクロール５に圧入され、中間輪１３のピン穴１３Ａに第２の軸受１５を介して回転可能に支持されたストレートピン１６とにより構成している。従って、自転防止機構１１を構成する殆どの部品、即ち中間輪１３、各軸受１４，１５、ストレートピン１６の先端側は、ケーシング１側に配設される。これにより、これらの部品が摩擦熱等によって熱を帯びたとしても、この熱をケーシング１を介して大気中に放出することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられ、鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられ、ケーシング内を延びる先端側がクランク軸となった駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸のクランク軸に回転可能に設けられ、鏡板の表面に前記固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するラップ部が立設された旋回スクロールとによって大略構成されている。
【０００３】
そして、スクロール式流体機械は、外部から駆動軸を回転駆動して旋回スクロールを固定スクロールに対し一定の旋回半径をもって旋回運動させる。これにより、固定スクロールの外周側に設けた吸込口から吸込まれた気体は、固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部との間の各圧縮室内で順次圧縮されるから、この圧縮流体を固定スクロールの中心部に設けた吐出口から外部に向けて吐出することができる。
【０００４】
また、スクロール式流体機械は、駆動軸を回転駆動したときに該駆動軸と一緒に旋回スクロールが自転するのを防止する必要がある。そこで、例えばケーシングと旋回スクロールとの間には旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構が設けられている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−１３８４７２号公報
【特許文献２】
特開昭５８−３０４０３号公報等
【０００６】
ここで、自転防止機構は、例えば旋回スクロールの外周側に円形穴を形成し、該円径穴内に偏心穴を有する円形部材を軸受を介して回転可能に設けている。そして、ケーシングに取付けられたピンを円形部材の偏心穴内に軸受を介して回転可能に支持する構成としている。
【０００７】
これにより、自転防止機構は、旋回スクロールが旋回したときには、ケーシングに設けたピンが円形部材の偏心穴内で回転しながら、この円形部材自体が旋回スクロールの円形穴内で回転する。これにより、自転防止機構は、旋回スクロールの自転を防止した状態で、該旋回スクロールに一定の旋回半径をもった旋回運動を行なわせることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械は、ケーシングと旋回スクロールとの間に自転防止機構を設けることにより、旋回スクロールが自転するのを防止している。
【０００９】
ここで、旋回スクロールを旋回運動させたときには、自転防止機構も該旋回フレームの動きに対応して回転（旋回）するから、この自転防止機構の円形部材、各軸受は摩擦熱等によって温度上昇する。特に、円形部材と各軸受は、外部と隔てられた旋回スクロールに設けられているから、温度が上昇し易く、また帯びた熱を外部に放出し難い。
【００１０】
このため、従来技術の自転防止機構は、軸受、該軸受を潤滑するグリース等の潤滑剤、該潤滑剤を封入しているシール部材等が熱によって劣化し易く、耐久性が低下してしまうという問題がある。
【００１１】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、自転防止機構が熱によって劣化するのを防止して、耐久性を向上することができるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられ鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられケーシング内の先端側がクランク軸となった駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸のクランク軸に回転可能に設けられ鏡板の表面に前記固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とからなる。
【００１３】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１による発明が採用する構成の特徴は、自転防止機構は、旋回スクロールに向けて開口するようにケーシングに設けられた中間輪収容穴と、該中間輪収容穴に第１の軸受を介して回転可能に収容され旋回スクロールの旋回半径に対応した偏心位置にピン穴が形成された中間輪と、ストレートに延びた軸体からなり、軸方向の一側が旋回スクロールの裏面側に一体的に取付けられ、軸方向の他側が該中間輪のピン穴に第２の軸受を介して回転可能に支持されたピンとによって構成したことにある。
【００１４】
このように構成したことにより、ケーシングに設けられた中間輪収容穴に第１の軸受を挿嵌し、該軸受の内側に中間輪を収容し、さらに該中間輪のピン穴に第２の軸受を挿嵌する。また、旋回スクロールの裏面側にピンの一側を取付ける。この状態で、突出したピンの他側を中間輪のピン穴（第２の軸受）に挿入するように旋回スクロールをケーシングに取付けた後、固定スクロールをケーシングに取付けることによって組立てることができ、逆の手順で分解することもできる。
【００１５】
そして、このように組立てられた自転防止機構は、旋回スクロールが旋回動作すると、該旋回スクロールに設けたピンが中間輪のピン穴内で回転しながら、この中間輪自体がケーシングの中間輪収容穴内で回転する。これにより、自転防止機構は、旋回スクロールが自転するのを防止でき、また旋回スクロールに一定の旋回半径をもった旋回運動を行なわせることができる。
【００１６】
さらに、自転防止機構は、その殆どの部品、詳しくは中間輪、各軸受、ピンの軸方向の他側がケーシングの中間輪収容穴に配置されているから、これらの部品が摩擦熱等によって熱を帯びたとしても、この熱は外部に露出したケーシングを介して大気中に放出することができる。
【００１７】
請求項２の発明によると、ケーシングには、中間輪収容穴を取囲むように環状のシール取付溝を設け、該シール取付溝には旋回スクロールとの間に軸受を潤滑するための潤滑剤を封入するシール部材を設ける構成としたことにある。
【００１８】
このように構成したことにより、シール部材は、第１の軸受、第２の軸受を潤滑、冷却するための潤滑剤を旋回スクロールとの間で封入し、保持することができる。また、シール部材は放熱性の良好なケーシング側に設けているから、該シール部材への熱の影響を軽減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、図１ないし図５に従って詳細に説明する。
【００２０】
１はスクロール式空気圧縮機の外枠をなすケーシングで、該ケーシング１は、一側が開口し、他側が閉塞された有底の筒状体として形成されている。そして、ケーシング１は、図２に示すように、円環状に形成された底部１Ａと、該底部１Ａの外周側から軸方向の一側に延設された筒部１Ｂと、前記底部１Ａの内周側から軸方向の他側に突設された軸受筒部１Ｃとによって構成されている。また、ケーシング１には、底部１Ａの内面１Ｄに後述する中間輪収容穴１２とシール取付溝１７が形成されている。
【００２１】
２はケーシング１の一端側に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、略円板状に形成され中心が後述する駆動軸３の軸線Ｏ１−Ｏ１と一致するように配設された鏡板２Ａと、該鏡板２Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２Ｂと、鏡板２Ａの外周側からラップ部２Ｂを取囲むように軸方向に突出した筒部２Ｃと、該筒部２Ｃの外周側から径方向外側に拡開したフランジ部２Ｄとによって大略構成されている。そして、固定スクロール２は、そのフランジ部２Ｄがケーシング１の筒部１Ｂに衝合した状態でボルト止めされている。
【００２２】
３はケーシング１に設けられた駆動軸で、該駆動軸３は、ケーシング１の軸受筒部１Ｃに軸受４を介して回転可能に軸支され、回転中心となる軸線Ｏ１−Ｏ１を有している。また、駆動軸３は、ケーシング１内の先端側が偏心して延びるクランク軸３Ａとなり、該クランク軸３Ａの中心線となる軸線Ｏ２−Ｏ２は、駆動軸３の軸線Ｏ１−Ｏ１に対して寸法δだけ偏心している。
【００２３】
５は固定スクロール２と対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール５は、円板状に形成された鏡板５Ａと、該鏡板５Ａの表面から軸方向に立設された渦巻状のラップ部５Ｂと、前記鏡板５Ａの裏面側中央に突出して設けられたボス部５Ｃとによって大略構成されている。また、旋回スクロール５の裏面側には、図１、図３に示す如く、外周側寄りに位置して周方向に約９０度の角度間隔をもって２個の円台５Ｄが突設されている。さらに、各円台５Ｄのほぼ中心側には後述のストレートピン１６が圧入されるピン圧入穴５Ｅが設けられている。そして、旋回スクロール５は、そのボス部５Ｃが旋回軸受６を介して駆動軸３のクランク軸３Ａに回転可能に取付けられている。
【００２４】
ここで、旋回スクロール５は、そのラップ部５Ｂが固定スクロール２のラップ部２Ｂに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設されている。これにより、両者のラップ部２Ｂ，５Ｂ間には複数の圧縮室７が画成される。そして、スクロール式空気圧縮機を運転すると、外周側の圧縮室７は、固定スクロール２の外周側に設けた吸込口８から空気を吸込み、この空気を旋回スクロール５が旋回運動する間に中心側に移動しつつ順次圧縮し、最後に固定スクロール２の中心部に設けた吐出口９を介して外部に圧縮空気を吐出する。
【００２５】
次に、１１，１１はケーシング１と旋回スクロール５との間に設けられた２個の自転防止機構で、該自転防止機構１１は、後述の中間輪収容穴１２、中間輪１３、軸受１４，１５、ストレートピン１６等によって大略構成されている。また、２個の自転防止機構１１は、旋回スクロール５に設けられた２個の円台５Ｄと対応するように、外周側寄りに位置して周方向に約９０度の角度間隔をもって配設されている。そして、自転防止機構１１は、旋回スクロール５が自転するのを防止し、かつ旋回スクロール５に寸法δの旋回半径をもった円運動（旋回運動）を与えるものである。
【００２６】
１２はケーシング１の底部１Ａに設けられた中間輪収容穴で、該各中間輪収容穴１２は、図４に示すように、中心線（中心点）となる軸線Ｏ３−Ｏ３をもって内面１Ｄに開口する円形状の有底穴として形成されている。
【００２７】
１３は中間輪収容穴１２内に収容された中間輪で、該中間輪１３は、中間輪収容穴１２の軸線Ｏ３−Ｏ３を中心線とする厚肉な円板形状をなし、中間輪収容穴１２に挿嵌された第１の軸受１４によって回転可能に支持されている。また、中間輪１３には、回転中心（軸線Ｏ３−Ｏ３）から旋回スクロール５の旋回半径となる寸法δだけ偏心した軸線Ｏ４−Ｏ４の位置を中心線としてピン穴１３Ａが形成されている。さらに、ピン穴１３Ａ内には、後述のストレートピン１６を回転可能に支持する第２の軸受１５が配設されている。
【００２８】
１６は旋回スクロール５の裏面側に設けられたストレートな形状をした形状をしたピン（以下、ストレートピン１６という）で、該ストレートピン１６は、途中が折れ曲ることなくストレート（真直）に延びた軸体をなし、その軸方向の一側となる基端側が円台５Ｄの中央に設けられたピン圧入穴５Ｅに例えば、圧入等の手段を用いて一体的に取付けられている。これにより、ストレートピン１６の軸方向の他側となる先端側は前記円台５Ｄの平坦面から垂直に突出している。また、ストレートピン１６は、旋回スクロール５を形成する材料の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する材料を用いて形成されている。これにより、旋回スクロール５が熱膨張したときでも、ストレートピン１６がピン圧入穴５Ｅに対して緩むのを防止することができる。
【００２９】
そして、自転防止機構１１は、ケーシング１側の中間輪収容穴１２内に第１の軸受１４、中間輪１３、第２の軸受１５を組付け、この状態で旋回スクロール５に圧入されたストレートピン１６を中間輪１３のピン穴１３Ａに支持させるように挿入することにより組立てることができる。このように組立てられた自転防止機構１１は、中間輪１３にストレートピン１６（ピン穴１３Ａ）を中心とした半径δの回転運動だけを許すことができるから、旋回スクロール５の自転を防止しつつ、この回転運動と同じ動作を行なう旋回スクロール５の旋回動作だけを許すことができる。
【００３０】
１７は中間輪収容穴１２を取囲むようにケーシング１の底部１Ａに設けられたシール取付溝で、該シール取付溝１７は、図４、図５に示すように、中間輪収容穴１２よりも大径な円環状をなし、内面１Ｄに開口する凹溝として形成されている。
【００３１】
１８はシール取付溝１７内に設けられたシール部材で、該シール部材１８は、先端部が旋回スクロール５の円台５Ｄの平坦面に摺接する円環状の面シール１８Ａと、シール取付溝１７の奥所に設けられ、該面シール１８Ａを円台５Ｄの平坦面に密着させる弾性リング１８Ｂとによって構成されている。ここで、面シール１８Ａは、旋回スクロール５の熱がケーシング１側に伝わらないように、熱を伝え難い樹脂材料等を用いて形成されている。
【００３２】
そして、シール部材１８は、自転防止機構１１を取囲む面シール１８Ａを円台５Ｄの平坦面に密着させることにより、軸受１４，１５を潤滑、冷却するグリース等の潤滑剤を先回スクロール５との間で封入し、保持するものである。
【００３３】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は、上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機の動作について説明する。
【００３４】
まず、電動モータ等の駆動源（図示せず）により駆動軸３を回転駆動すると、旋回スクロール５は、自転防止機構１１によって自転が防止された状態で、駆動軸３の軸線Ｏ１−Ｏ１を中心として旋回半径δの旋回運動を行ない、固定スクロール２のラップ部２Ｂと旋回スクロール５のラップ部５Ｂ間に画成される圧縮室７は連続的に縮小する。これにより、固定スクロール２の吸込口８から吸込んだ空気は各圧縮室７で順次圧縮しつつ、固定スクロール２の吐出口９から圧縮空気として外部のタンク（図示せず）に向け吐出することができる。
【００３５】
また、上述した運転時には、ケーシング１内は、圧縮熱、摩擦熱等によって温度上昇し、自転防止機構１１も熱を帯びることになる。しかし、自転防止機構１１を構成する殆どの部品、詳しくは中間輪１３、各軸受１４，１５、ストレートピン１６の先端側は、ケーシング１の中間輪収容穴１２に配設しているから、帯びた熱をケーシング１から大気中に放出することができる。
【００３６】
かくして、本実施の形態によれば、自転防止機構１１の中間輪１３、各軸受１４，１５、ストレートピン１６の先端側は、ケーシング１に設けた中間輪収容穴１２内に配設することにより、これらの部品が摩擦熱等によって熱を帯びたとしても、この熱を外部に露出したケーシング１を介して大気中に放出することができる。この結果、軸受１４，１５、該軸受１４，１５を潤滑する潤滑剤等が温度上昇するのを防止でき、これらの耐久性を向上することができる。
【００３７】
また、自転防止機構１１は、ケーシング１側の中間輪収容穴１２内に第１の軸受１４、中間輪１３、第２の軸受１５を組付け、この状態で旋回スクロール５に圧入されたストレートピン１６を中間輪１３のピン穴１３Ａに挿入することにより、容易に組立てることができ、また逆の手順で容易に分解することもできる。これにより、組立作業、メンテナンス作業を簡単に行なうことができ、作業性を向上することができる。
【００３８】
さらに、自転防止機構１１の軸受１４，１５を潤滑、冷却するためのグリース等の潤滑剤を保持するシール部材１８も、ケーシング１側に設けているから、該シール部材１８が熱によって劣化するのを防止でき、耐久性を向上することができる。
【００３９】
なお、実施の形態では、自転防止機構１１は、ケーシング１と旋回スクロール５との間に２個設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば自転防止機構１１を３個または４個以上設ける構成としてもよい。
【００４０】
また、実施の形態では、自転防止機構１１の第１の軸受１４と第２の軸受１５とはころ軸受として図示したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば軸受１４，１５を玉軸受として形成してもよく。また、すべり軸受として形成してもよい。
【００４１】
また、実施の形態では、旋回スクロール５にピン圧入穴５Ｅを設け、該ピン圧入穴５Ｅにストレートピン１６を圧入して一体的に取付けるものとして述べた。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、旋回スクロール５に対して、ストレートピン１６を焼きばめ等の手段で一体的に取付ける構成としてもよい。また、旋回スクロール５の裏面側にストレートピンを一体成形によって立設してもよい。この場合にはピン圧入穴５Ｅを省略することができる。
【００４２】
さらに、実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機等の他のスクロール式流体機械に適用してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、自転防止機構は、旋回スクロールに向けて開口するようにケーシングに設けられた中間輪収容穴と、該中間輪収容穴に第１の軸受を介して回転可能に収容され旋回スクロールの旋回半径に対応した偏心位置にピン穴が形成された中間輪と、ストレートに延びた軸体からなり、軸方向の一側が旋回スクロールの裏面側に一体的に取付けられ、軸方向の他側が該中間輪のピン穴に第２の軸受を介して回転可能に支持されたピンとによって構成している。
【００４４】
従って、ケーシングに設けられた中間輪収容穴に第１の軸受、中間輪、第２の軸受を順次取付け、旋回スクロールに取付けられたピンを中間輪のピン穴（第２の軸受）に挿入するように該旋回スクロールをケーシングに取付け、固定スクロールをケーシングに取付けることにより容易に組立てることができ、また逆の手順で容易に分解することもできる。これにより、組立作業、メンテナンス作業を簡単に行なうことができ、作業性を向上することができる。
【００４５】
しかも、自転防止機構は、中間輪、各軸受、ピンの軸方向の他側をケーシングの中間輪収容穴に配置しているから、これらの部品が摩擦熱等によって熱を帯びた場合でも、この熱は外部に露出したケーシングを介して大気中に放出することができる。この結果、各軸受、該軸受を潤滑する潤滑剤が温度上昇するのを防止でき、これらの耐久性を向上することができる。
【００４６】
請求項２の発明によれば、ケーシングには、中間輪収容穴を取囲むように環状のシール取付溝を設け、該シール取付溝には旋回スクロールとの間に軸受を潤滑するための潤滑剤を封入するシール部材を設ける構成としている。従って、シール部材は、第１の軸受、第２の軸受を潤滑、冷却するための潤滑剤を旋回スクロールとの間で保持することができる。また、シール部材は放熱性の良好なケーシングに設けているから、該シール部材への熱の影響を軽減することができる。この結果、潤滑剤、シール部材の耐久性を高め、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に適用されるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】スクロール式空気圧縮機を図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた横断面図である。
【図３】スクロール式空気圧縮機を図１中の矢示ＩＩＩ−ＩＩＩ方向からみた横断面図である。
【図４】図１中の自転防止機構を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図５】自転防止機構を図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた横断面図である。
【符号の説明】
１　ケーシング
２　固定スクロール
２Ａ，５Ａ　鏡板
２Ｂ，５Ｂ　ラップ部
３　駆動軸
３Ａ　クランク軸
５　旋回スクロール
６　圧縮室
１１　自転防止機構
１２　中間輪収容穴
１３　中間輪
１３Ａ　ピン穴
１４　第１の軸受
１５　第２の軸受
１６　ストレートピン（ピン）
１７　シール取付溝
１８　シール部材
Ｏ１−Ｏ１　駆動軸の軸線（回転中心）
Ｏ２−Ｏ２　クランク軸の軸線
Ｏ３−Ｏ３　中間輪の軸線（回転中心）
Ｏ４−Ｏ４　ピン穴の軸線
δ　偏心寸法（旋回半径）

Claims

ケーシングと、該ケーシングに設けられ鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられケーシング内の先端側がクランク軸となった駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸のクランク軸に回転可能に設けられ鏡板の表面に前記固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とからなるスクロール式流体機械において、
前記自転防止機構は、前記旋回スクロールに向けて開口するように前記ケーシングに設けられた中間輪収容穴と、該中間輪収容穴に第１の軸受を介して回転可能に収容され前記旋回スクロールの旋回半径に対応した偏心位置にピン穴が形成された中間輪と、ストレートに延びた軸体からなり、軸方向の一側が前記旋回スクロールの裏面側に一体的に取付けられ、軸方向の他側が該中間輪のピン穴に第２の軸受を介して回転可能に支持されたピンとによって構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
前記ケーシングには、前記中間輪収容穴を取囲むように環状のシール取付溝を設け、該シール取付溝には旋回スクロールとの間に前記軸受を潤滑するための潤滑剤を封入するシール部材を設ける構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。