JP2006207406A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、全系回転形スクロール流体機械において、簡易な構造で駆動スクロール及び従動スクロールの回転同期を効率よく行うことができる回転同期機構を具備したスクロール流体機械を提供する。
【解決手段】 ケーシングと、従動スクロールユニットと、駆動スクロールユニットと、駆動軸と、前記従動スクロールユニット及び前記駆動スクロールユニットの回転同期を司る回転同期機構とを少なくとも具備するスクロール流体機械において、前記回転同期機構は、前記駆動スクロールユニットの端板から従動スクロールユニット側に延出する複数の第１のピンと、前記従動スクロールユニットの従動スクロール外周ブロックの内側において、対応する第１のピンの側周面と接触する側周面を有する複数の第２のピンとによって構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機、膨張機、真空ポンプ、流体モータ等に用いられるスクロール流体機械であって、特に、駆動スクロール及び従動スクロールが共に回転しながらお互いに揺動運動を行う全系回転形のスクロール流体機械に関する。

特許文献１は、互いに回転中心が異なるように対向して配置された駆動スクロール及び従動スクロールと、これら駆動スクロール及び従動スクロールの各々の外周部を連結するクランクピンと、このクランクピンの両端を上記駆動スクロール及び従動スクロールの回転自在に支持する軸受とを備え、上記駆動スクロール及び従動スクロールが各々の渦巻き状ラップを噛合させて圧縮室を形成し、上記駆動スクロール及び従動スクロールを上記クランクピンを介して同期回転させることで上記圧縮室の内部容積を縮小して流体を圧縮する同期回転型スクロール流体機械を開示する。また、この特許文献１は、上記同期回転型スクロール流体機械において、上記駆動スクロール側及び従動スクロール側の軸受のうち少なくとも一方の軸受がアンギュラ玉軸受、自動調心球軸受、円錐ころ軸受及び自動調心ころ軸受のいずれかであることを特徴とする。

特許文献２は、軸方向に延びる筒状のケーシングと、該ケーシング内に回転可能に設けられ回転源により回転駆動される駆動スクロールと、該駆動スクロールに対向して前記ケーシング内に回転可能に設けられ、該駆動スクロールとの間に複数の圧縮室を形成する従動スクロールと、該従動スクロールと駆動スクロールとの間に設けられ前記各圧縮室を連続して縮小させるように該従動スクロールを駆動スクロールに対して相対回転させる補助クランク機構とを備えた全系回転式スクロール圧縮機を開示する。また、この特許文献２は、前記全系回転式スクロール圧縮機において、前記補助クランク機構が、前記駆動スクロールと従動スクロールとにそれぞれ設けられた軸挿入穴と、軸方向の両側が前記各軸挿入穴内にそれぞれ挿入されるクランク軸と、該クランク軸の軸方向の両側と前記各軸挿入穴との間に設けられ該クランク軸を前記各軸挿入穴内でそれぞれ回転可能に支持する軸受と、該各軸受を潤滑状態に保持するための潤滑剤が前記軸挿入穴から外部に漏洩するのを防ぐリング状カバーとにより構成し、該リング状カバーが、外周側を前記軸挿入穴に圧入して固定し、内周側を前記クランク軸に対してすきま嵌めで取り付ける構成としたことを特徴とする。

特許文献３は、本出願人によってなされた発明を開示する。この発明は、ケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持される外周ブロック及び該外周ブロックから内側に渦巻く状に延出する従動ラップから構成される従動スクロールユニットと、前記従動ラップに噛合して圧縮空間を画成する駆動ラップ、該駆動ラップを両側から挟持固定すると共に前記従動ラップを摺動自在に挟持する一対の端板、及び該一対の端板を回転させる駆動軸を具備する駆動スクロールユニットとによって少なくとも構成される。
特開平２００３−４２０７６号公報 特開２００４−１２４７３４号公報 特開２００４−２８６０２５号公報

上述した特許文献１及び２に開示されるスクロール流体機械では、駆動スクロールと従動スクロールが対面して噛合するため、圧縮室内の圧力によって駆動スクロールと従動スクロールにスラスト荷重がかかるため、回転同期機構としてのクランクピンにも荷重がかかることから、回転同期機構を簡略化することがむずかしかった。

本出願人による特許文献３は、従動スクロールユニットが駆動スクロールユニットを挟み込むように配置される構成であるため、圧縮室内の圧力が相殺され、駆動スクロール及び従動スクロールにスラスト荷重が発生しないという利点を有する。

このため、この発明は、従動スクロールユニットが駆動スクロールユニットを挟み込むように配置された構成の全系回転形スクロール流体機械において、簡易な構造の回転同期機構を具備したスクロール流体機械を提供することにある。

したがって、この発明は、作動空間を画成するケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持され、内部空間を画成する従動スクロール外周ブロック及び該従動スクロール外周ブロックから内部空間内方に渦巻き状に延出する従動スクロールラップによって構成される従動スクロールユニットと、前記従動スクロールユニットの従動スクロールラップに噛合して複数の圧縮空間を画成する駆動スクロールラップ及び該駆動スクロールラップを挟持固定すると共に前記従動スクロールラップを摺動自在に挟持する一対の端板によって構成され、前記内部空間内に配される駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットの前記一対の端板が固着されると共に前記圧縮空間の最終圧縮空間と連通する吐出孔が形成される駆動軸と、前記従動スクロールユニット及び前記駆動スクロールユニットの回転同期を司る回転同期機構とを少なくとも具備するスクロール流体機械において、前記回転同期機構は、前記駆動スクロールユニットの端板から従動スクロールユニット側に延出する複数の第１のピンと、前記従動スクロールユニットの従動スクロール外周ブロックの内側において、対応する第１のピンの側周面と接触する側周面を有する複数の第２のピンとによって構成されることにある。尚、前記回転同期機構は駆動スクロールユニットの端板と従動スクロール外周ブロックの間の両方に設けても、一方にのみ設けても良いものである。

上述した構成の回転同期機構において、前記第１及び第２のピンは、金属、合成樹脂、或いは潤滑性のある金属で形成されることが望ましく、またそれらの組み合わせで構成されることが望ましいものである。しかしながら、現状においては、前記第１のピン及び第２のピンの一方が金属によって形成され、第１のピン及び第２のピンの他方が合成樹脂によって形成されることが特に望ましい。

また、前記回転同期機構を構成する前記第１のピン及び第２のピンの少なくとも一方が、グリスを内包したベアリング機構を有し、前記回転同期機構が駆動軸近傍に配されることが望ましい。特に、第１のピン及び第２のピンの両方が、グリスを内包したベアリング機構を有し、前記回転同期機構が駆動軸近傍に配されるものであっても良い。特に、ベアリング機構がグリスを内包する場合には、グリスの飛散を抑えるために、回転同期機構を駆動軸近傍に配することが望ましい。

したがって、この発明によれば、駆動スクロールユニットの駆動スクロールを、該駆動スクロールが噛合する従動スクロールを有する従動スクロールユニットが摺動可能に挟持する構成であることから、回転同期機構にスラスト方向の荷重がかからないため、回転同期機構を、第１のピン及び第１のピンの側周面に当接する側周面を有する第２のピンによって構成できるため、簡易な構造で駆動スクロールと従動スクロールの回転同期を効率よく行うことができるものである。

また、第１のピン及び第２のピンの少なくとも一方に、グリスを内包したベアリング機構を設けたことから、さらに回転同期機構の回転状態を円滑に行うことができるとともに、駆動軸近傍に回転同期機構を配したことからグリスの飛散を防止することができるものである。

さらに、上述したように、回転同期機構が簡単な構造であることから、コストの増加及び重量の増加を抑制できるものである。

以下、この発明の実施の形態について図面により説明する。

本願発明の実施例１に係るスクロール流体機械１は、図１に示すように、２つの有底円筒状のケース２Ａ，２Ｂからなり作動空間１３を画成するケーシング２と、このケーシング２にベアリング２２を介して回転自在に保持され、内部空間７を画成する従動スクロール外周ブロック５Ａ及びこの従動スクロール外周ブロック５Ａから内部空間７の内方に渦巻き状に延出する従動スクロールラップ５Ｂによって構成される従動スクロールユニット５と、前記従動スクロールユニット５の従動スクロールラップ５Ｂに噛合して複数の圧縮空間６を画成する駆動スクロールラップ４Ｂ及び該駆動スクロールラップ４Ｂを挟持固定すると共に前記従動スクロールラップ５Ｂを摺動自在に挟持する一対の端板４Ａによって構成され、前記内部空間７内に配される駆動スクロールユニット４と、該駆動スクロールユニット４の前記一対の端板４Ａが固着されると共に前記圧縮空間６の最終圧縮空間と複数の連通孔８を介して連通する吐出孔９が形成される駆動軸３と、前記従動スクロールユニット５及び前記駆動スクロールユニット４の回転同期を司る回転同期機構１０とを少なくとも具備するものである。尚、前記駆動軸３は、ベアリング２０，２１を介して前記ケーシング２に回転自在に支持される。

また、実施例１に係る前記回転同期機構１０は、図１及び図３（ａ）に示すように、前記一対の端板４Ａの外側の駆動軸近傍において前記端板４Ａから従動スクロールユニット側に延出する第１のピン１２と、前記従動スクロールユニット５の従動スクロール外周ブロック５Ａの内側の駆動軸近傍において前記第１のピン１２の側周面と接触する側周面を有する第２のピン１１とによって構成される。尚、この実施例１では、回転同期機構１０を一対の端板４Ａの外側に設けるようにしたが、一方の端板４Ａの外側に設けるようにしても良いものである。

尚、第１のピン１２をステンレスで、第２のピン１１を合成樹脂である充填剤入りのテフロン（登録商標）で構成した場合、グリス等の潤滑剤の飛散を考慮する必要がないことから、回転同期機構１０は端板４Ａの外周近傍に配置できるため、高速回転での運転を可能になるものである。また、第１のピン１２及び第２のピン１３を、潤滑性のある低摩擦係数で且つ耐摩耗性のある材料で形成しても良いものである。このような材料としては、潤滑油が含浸された鋳鉄や、真鍮などが考えられる。

また、図２（ａ）で示すように、第１のピン１２は、前記駆動軸３の中心Ｏと同心の円Ａの円周上に沿って所定の間隔（この実施例では、９０度毎）で配され、第２のピン１１は、この第１のピン１２の側周面に接するように配置された前記円Ａに偏心した中心Ｏ’を中心とする円Ｂの円周上に沿って所定の間隔（この実施例では、９０度毎）で配される。尚、中心Ｏは駆動スクロールユニットの回転中心を示し、中心Ｏ’は従動スクロールユニットの回転中心を示す。

以上の構成のスクロール流体機械１において、駆動軸３が外部からの回転力によって回転すると、前記駆動軸３に固定された一対の端板４Ａが駆動軸３の回転によって回転し、駆動スクロールユニット４が回転する。駆動スクロールユニット４が回転すると、駆動スクロールユニット４から延出する第１のピン１２の一つが回転方向に位置する第２のピン１１の一つを押すことによって従動スクロールユニット５が駆動スクロールユニット４と共に回転し、且つ第２のピン１１が図２（ｂ）に示すように、前記第１のピン１２の側周面に沿って回転移動する（１１（Ｂ１）→１１（Ｂ２）→１１（Ｂ３）→１１（Ｂ４））ため、従動スクロールユニット５は駆動スクロールユニット４に対して相対的に旋回運動（Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３→Ｂ４）を行うことになる。

これによって、駆動スクロールラップ４Ｂに対して従動スクロールラップ５Ｂが相対的に旋回運動を行うことによって、最外側に位置する圧縮空間６は前記作動空間１３に対して開口して作動空間１３に存在する流体（空気等の気体や、水、油等の液体）を取り込むと共に、その圧縮空間６を内側方向にその容積を減少させながら移動させ、最終的に複数の連通孔８を介して吐出孔９から圧縮された流体を吐出するものである。

また、図２（ａ）に示すように、駆動軸と従動軸との偏心距離である旋回半径Ｒに合わせて、第１のピン１２の径ｒ１及び第２のピン１１の径ｒ２が決定され、その関係が、Ｒ＝ｒ１＋ｒ２となるように、ｒ１及びｒ２の寸法を設定するものである。

実施例２に係る回転同期機構１０は、図３（ｂ）に示すように、第１のピン１２及び第２のピン１１の一方が、グリスを内包したベアリング機構を具備したニードルベアリング１１Ａによって構成されることを特徴とするものである。これによって、第１のピン１２と第２のピン１１との間が転がり接触となるため、スムーズな回転同期が図れ、摩耗が少なく長寿命化を達成できる。また、この場合は、図１に示すように、回転同期機構１０は、駆動軸近傍に設けることが望ましい。これによって、回転同期機構１０にかかる遠心力を小さくし、回転同期機構１０のベアリング機構からのグリスの飛散を抑制できるため、ベアリング機構の寿命を、さらに延ばすことができるものである。

実施例３に係る回転同期機構１０は、図３（ｃ）に示すように、第１のピン１２及び第２のピン１１の両方が、ニードルベアリング１１Ａ、１２Ａによって構成されることを特徴とするものである。これによって、第１のピン１２と第２のピン１１との間が転がり接触となるため、スムーズな回転同期が図れ、摩耗が少なく長寿命化を達成できる。また、この場合は、図１に示すように、回転同期機構１０は、駆動軸近傍に設けることが望ましい。これによって、回転同期機構１０にかかる遠心力を小さくし、回転同期機構１０のベアリング機構からのグリスの飛散を抑制できるため、ベアリング機構の寿命を、さらに延ばすことができるものである。

本願発明に係るスクロール流体機械の概略構成図である。 （ａ）は実施例１に係る回転同期機構の構成を示した説明図であり、（ｂ）はその動作を示した説明図である。 （ａ）は実施例１に係る回転同期機構、（ｂ）は実施例２に係る回転同期機構、（ｃ）は実施例３に係る回転同期機構を示した説明図である。

符号の説明

１ スクロール流体機械
２ ケーシング
３ 駆動軸
４ 駆動スクロールユニット
５ 従動スクロールユニット
６ 圧縮空間
７ 内部空間
８ 連通孔
９ 吐出孔
１０ 回転同期機構
１１ 第２のピン
１２ 第１のピン

Claims (3)

1. 作動空間を画成するケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持され、内部空間を画成する従動スクロール外周ブロック及び該従動スクロール外周ブロックから内部空間内方に渦巻き状に延出する従動スクロールラップによって構成される従動スクロールユニットと、前記従動スクロールユニットの従動スクロールラップに噛合して複数の圧縮空間を画成する駆動スクロールラップ及び該駆動スクロールラップを挟持固定すると共に前記従動スクロールラップを摺動自在に挟持する一対の端板によって構成され、前記内部空間内に配される駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットの前記一対の端板が固着されると共に前記圧縮空間の最終圧縮空間と連通する吐出孔が形成される駆動軸と、前記従動スクロールユニット及び前記駆動スクロールユニットの回転同期を司る回転同期機構とを少なくとも具備するスクロール流体機械において、
   前記回転同期機構は、前記駆動スクロールユニットの端板から従動スクロールユニット側に延出する複数の第１のピンと、前記従動スクロールユニットの従動スクロール外周ブロックの内側において、対応する第１のピンの側周面と接触する側周面を有する複数の第２のピンとによって構成されることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記第１のピン及び第２のピンの一方が金属によって形成され、第１のピン及び第２のピンの他方が合成樹脂によって形成されることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記回転同期機構を構成する前記第１のピン及び第２のピンの少なくとも一方が、グリスを内包したベアリング機構を有し、
   前記回転同期機構が駆動軸近傍に配されることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。

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