JP2007023776A - スクロール流体機械 - Google Patents

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【課題】ラップ強度の向上と共に回転バランスの向上が図られ、ラップ間の無駄な空間を排除したスクロール流体機械を提供する。
【解決手段】第1のスクロールユニット10は、ハウジング3に回転自在に支持される一対の端板12,15と、これら両端板間に固定され、所定の中心角で均等に配置された複数の渦巻き状の第1ラップ群13とを具備し、第2のスクロールユニット20は、第1のスクロールユニットの一対の端板間に摺動可能に挟持される円筒状外周リング部21と、略中央部分に配される連結ブロック部23と、円筒状外周リング部から連結ブロック部にかけて延出して第1のラップ群が挿入される複数の挿入空間26を画成し、圧縮空間40を形成する複数の渦巻き状の第2のラップ群22から構成される。
【選択図】図1

Description

この発明は、一方のスクロールと、この一方のスクロールに対して相対的に旋回運動を行う他方のスクロールとを具備するスクロール流体機械に関する。
特許文献1は、駆動スクロール端板と従動スクロール端板に、渦巻き状ラップを立設し、向かい合わせて噛合させ、駆動スクロールに対して従動スクロールを公転させて、両者の回転によって生じる閉鎖空間を、外周側より内周側に順次縮小移動して、流体を圧縮して吐出する全系回転形スクロール流体機械を開示する。
特許文献2は、本出願人によるもので、ケーシングと、このケーシングに回転自在に保持される外周ブロック及びこの外周ブロックから内側に渦巻き状に延出する従動ラップから少なくとも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する駆動ラップ、この駆動ラップを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前記従動スクロールユニットに対して偏心して前記ケーシングに回転自在に軸支され、前記端板を回転させる駆動軸からなり、前記従動スクロールユニットと共に圧縮空間を画成する従動スクロールユニットと、前記外周ブロックに形成され、前記圧縮空間と連通する吸入口と、前記駆動軸に形成され、前記圧縮空間と連通する吐出口とによって少なくとも構成されるスクロール流体機械を開示する。
非特許文献1は、2枚の渦巻きを用いたバランス形の羽根車を組み合わせ、一方をモータの軸に直結し、他方を渦巻き側壁で従動するようにして、ファンあるいはブロワを構成することを開示する。
特開平9−133087号公報 特開2004−286025号公報 日本機械学会論文集(B編)54巻第498号(昭63−2)、論文No.87−0436B「スクロールファン及びブロワの研究」
特許文献1に開示される全系回転形スクロール流体機械は、駆動スクロールの回転に伴って従動スクロールが回転しつつ前記駆動スクロールに対して旋回運動を行い、閉鎖空間の容積を縮小するものであるが、閉鎖空間を画成する端板には各端板を引き離す方向に作用するスラスト荷重が働き、ベアリングに大きな負荷がかかるという不具合があった。また、吐出容量を増大させるために、閉鎖空間の容積を大きくする場合、渦巻きラップの高さを高くする必要があるが、この場合、ラップ高さの半分の位置に軸と直角方向にラジアル荷重がかかるため、特許文献1のような片持ちタイプの場合、転覆モーメントが大きくなるという不具合が生じる。
このため、本出願人は、特許文献2おいて、駆動スクロールのラップをその両端で挟持するように一対の端板を設け、さらに前記両端板間で従動スクロールのラップを旋回可能としたことによって、軸方向にかかる荷重を駆動スクロールのラップ強度で相殺し、ベアリングにスラスト荷重が作用しない構成としたため、圧縮空間の容量を増大させることができるスクロール流体機械を開示した。
非特許文献1に開示されるスクロール流体機械は、駆動スクロール側と従動スクロール側において、同様形状の2枚ラップを用い、またそれぞれを、π/2(90度)ずらし組み合わされていることから、その終端部分もπ/2(90度)ずれた状態で配置されるため、圧縮に寄与しない部分が生じているという不具合がある。
特許文献2に開示されるスクロール流体機械においては、従動スクロールのラップ強度をさらに向上させることによって吐出能力を向上させることが可能となる。また、上述した引例の場合、駆動スクロール及び従動スクロールが共に回転することから、回転バランスを向上させることによってさらに能力を向上させることができることが推測される。
このため、本願発明は、ラップ強度の向上と共に回転バランスの向上が図られ、ラップ間の無駄な空間を排除したスクロール流体機械を提供することにある。
よって、この発明は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に第1のスクロールユニットと、該第1のスクロールユニットの回転に伴って回転すると共に該第1のスクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行う第2のスクロールユニットとを具備し、前記第1のスクロールユニットと前記第2のスクロールユニットによって画成された圧縮空間の容積を変化させて吸引吐出を行うスクロール流体機械において、前記第1のスクロールユニットは、前記ハウジングに回転自在に支持される一対の端板と、これら両端板間に固定され、所定の中心角で均等に配置された複数の渦巻き状のラップからなる第1ラップ群とを具備し、前記第2のスクロールユニットは、前記第1のスクロールユニットの一対の端板間に摺動可能に挟持される円筒状外周リング部と、略中央部分に配される連結ブロック部と、前記リング部から前記連結ブロック部にかけて延出して前記第1のラップ群のそれぞれのラップが挿入される複数の挿入空間を画成し、前記第1のラップ群のラップとの間に前記圧縮空間を形成する複数の渦巻き状のラップからなる第2のラップ群とを具備することにある。尚、第1のスクロールユニット及び第2のスクロールユニットの一方が駆動スクロールユニットであり、他方が従動スクロールユニットであることが望ましい。
前記第1のラップ群、第2のラップ群はそれぞれインボリュート曲線からなるラップを2枚用い、その始点を180度ずらし構成し、前記第2のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角(Φend)は前記第1のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角(Φend)に対しπ/2(90度)増加して構成されることが望ましい。
さらに、前記中心角は180度であり、第1のラップ群及び第2のラップ群は、それぞれ2枚のラップから構成されることが望ましいが、例えば120度ずつでそれぞれ3枚のラップから構成されるものでもよいものであり、その数については特に限定されるものではない。
また、前記第2のスクロールユニットのリング部には、前記それぞれの噛合空間と連通する吸気口が前記第2のラップの終端Φend近傍に形成され、前記連結ブロック部には、前記支持軸に形成された吐出口と連通する連通部が形成されることが望ましい。尚、前記連通部は、溝形式であっても、孔の形式であっても良い。
したがって、この発明は、第2のスクロールユニットの第2のラップ群のラップのそれぞれの両端が、径方向外側のリング部及び径方向内側の連結ブロック部で保持されているので、十分な強度を保持でき、さらに、ラップの回転中心に対してバランスがとれているため、高速回転が可能となるものである。
さらに、前記第2のラップ群のラップによって画成された挿入空間に、前記第1のラップ群のラップが挿入され、且つこの第1のラップ群のラップの外周端部Φendまで前記第2のラップ群のラップのΦendが延出しているため、第1のラップ群及び第2のラップ群によって構成される圧縮空間が前記第1のラップのΦend外側壁も有効に働くことになるため、吐出容量を増大させることが可能となるものである。
これによって、この発明によれば、強度が十分であり、回転バランスが良好で高速回転が可能であり、さらに十分な吐出容量を確保できると共に、回転速度の変動を円滑に行うことができるので、吐出流体の脈動を減少させることができると共に、吐出容量の変動に即座に対応することが可能となるものである。
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
本願発明に係るスクロール流体機械1は、例えば図1に示すもので、ベース2に固定されるハウジング3と、このハウジングに回転自在に保持される第1のスクロールユニット(この実施例では、駆動スクロールユニット)10と、この駆動スクロールユニット10に摺動自在に挟持され、回転同期機構30によって前記駆動スクロールユニット10に対して旋回運動を行う第2のスクロールユニット(この実施例では従動スクロールユニット)20とを少なくとも具備し、前記駆動スクロールユニット10及び前記従動スクロールユニット20とによって画成された圧縮空間40の容積を外周側から中央側へ順次縮小させて圧縮作用を行うものである。
前記ハウジング3は、円筒状の第1のハウジング3Aと、この第1のハウジング3Aを軸方向両側から閉塞する第2のハウジング3B及び第3のハウジング3Cとによって構成され、前記第2のハウジング3B及び前記第3のハウジング3Cは、ベアリング62,63を介して前記駆動スクロールユニット10を回転自在に保持するものである。尚、61はオイルシール部である。
前記駆動スクロールユニット10は、図2(a),(b)に示すような第1の駆動スクロール部材10Aと、図3(a),(b)に示すような駆動スクロール受け部材10Bとによって構成される。前記第1の駆動スクロール部材10Aは、前記第3のハウジングにベアリング62を介して回転自在に保持される回転軸11と、この回転軸11が一体に形成されたディスク状の第1の端板部12と、この第1の端板部12から軸方向に立設するように一体に形成されると共に、所定の中心角を配して均等に設けられた複数の渦巻き状のラップ(駆動ラップ)13とによって構成される。尚、複数の駆動ラップ13によって第1ラップ群が構成される。
また、前記駆動スクロール受け部材10Bは、前記第2のハウジング3Bにベアリング63を介して回転自在に支持される支持軸14と、この支持軸14が一体に形成されたディスク状の第2の端板部15とによって構成され、前記第2の端板部15には、前記駆動ラップ13の軸方向端部が挿着される装着溝18が形成されると共に、前記支持軸14には吐出孔16が貫通して設けられる。この実施例では、下記する従動スクロールユニット20を装着した後、前記駆動スクロール部材10Aと前記駆動スクロール受け部材10Bとをネジ止めにて固定するものである。尚、前記回転軸11には、カップリング54を介して外部動力が伝達される。
従動スクロールユニット20は、図4(a),(b)で示されるように、外周部分に位置する外周リング部21と、中央部分に位置する連結ブロック部23と、前記外周リング部21と前記連結ブロック部23を渦巻き状に連結し、前記第1のラップ群の駆動ラップ13が挿入される挿入空間26を画成する複数のラップ(従動ラップ)22とによって構成される。さらに、この挿入空間26に前記駆動ラップ13が挿入されることによって、前記従動ラップ22との間に複数の圧縮空間40が画成されるものである。
また、前記従動ラップ22は、前記外周リング部21に沿ってこの外周リング部21と一体に形成され、内周側側面に沿って前記挿入空間26が形成されるブロックラップ部22Bと、このブロックラップ部22Bから前記挿入空間26に沿って連結ブロック部23まで渦巻き状に延出する延出ラップ部22Aとによって構成され、この複数の従動ラップ22によって第2ラップ群が構成される。さらに、図5で示すように、前記従動ラップ22のブロックラップ部22Bの端部、いわゆる従動ラップ22のΦendEは、前記駆動ラップ13の外周端部(Φend)と近接する位置まで延出している。このため、ラップ13の外側壁がΦendまで有効に活用されることになるため、前記圧縮空間40の容量を確保できるものである。
また、前記連結ブロック部23には、前記圧縮空間40と前記吐出孔16との間を連通する連通溝24が形成される。また、前記従動ラップ23の軸方向両端部には、シール部材70が装着される装着溝27が形成される。
さらに、前記従動スクロールユニット20には、前記リング部21の外周近傍に固定され、前記駆動スクロールユニット10の両端板部12,15の外側に位置し、前記第2及び第3のハウジング3B、3Cに対してベアリング64,65を介して回転自在に支持される一対のスクロール受け(従動スクロール受け)28,29が設けられる。
また、前記支持軸14の外周縁には、オイルシール部材51が設けられ、このオイルシール部材51を保持するオイルシール受け部材50が前記第2のハウジング3Bに固定される。さらに、このオイルシール受け部材50の端部には、キャップ部52が配され、このキャップ部52には前記吐出孔16と連通する吐出口53が形成される。
前記駆動スクロールユニット20の端板12,15と前記従動スクロール受け部材27,28の間には、回転同期機構30が設けられる。この回転同期機構30として、SPピン31とこれが噛合するSPリング32によって構成されるもの、端板12,15側に形成されたオルダム溝34、前記従動スクロール受け部材27,28側に形成されたオルダム溝33、及びそれぞれのオルダム溝33,34に噛合するオルダムスライダーによって構成されるものが、それぞれ図1に記載されている。これらは、いずれか一つのものが設けられれば良いものであり、他の回転同期機構が用いられても良いものである。
以上の構成により、図1及び図5で示すように、ハウジング3の第1のハウジング3Aに形成された吸入口41から、ハウジング3によって画成された内部空間42を介して吸入孔25を介して、圧縮空間40の拡大行程において気体及び液体(以下、流体)が吸引され、圧縮空間40の中央方向に移動に伴って行われる縮小行程において前記流体が圧縮され、中央端部において前記連通溝23から、吐出孔16及び吐出口53を介して吐出されるものである。
以上の構成によるスクロール流体機械は、吸入口を外気に開放することによって空気を圧縮吐出することができるため、空気ポンプとして利用できる。また、空気ブロワとして、水滴飛散システム等に利用できる。
また、吸入口に配管設備を設けることによって、液体等を吸引吐出するオイルポンプ、水ポンプ、真空ポンプとして利用することができる。
さらに、回転バランスがよいため、回転速度の急激な変化に対応でき、また急吐出容量の急激な変化要求に対応できるので、内燃機関等のターボ機構等に利用することもできるものである。
本願発明のスクロール流体機械の概略構成図である。 (a)は本願発明のスクロール流体機械の駆動スクロール部材の一部断面側面図であり、(b)は正面図である。 (a)は駆動スクロール受け部材の正面図であり、(b)はその断面図である。 (a)は従動スクロール部材の正面図であり、(b)はその断面図である。 本願発明のスクロール流体機械の構成を示した説明断面図である。
符号の説明
1 スクロール流体機械
2 ベース
3 ハウジング
10 駆動スクロールユニット
10A 駆動スクロール部材
10B 駆動スクロール受け部材
11 回転軸
12 端板
13 (駆動)ラップ
14 支持軸
15 端板
16 吐出孔
20 従動スクロールユニット
21 リング部
22 (従動)ラップ
23 連結ブロック部
24 連通溝
27,28 (従動)スクロール受け
30 回転同期機構
40 圧縮空間
41 吸入口

Claims (4)

  1. ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に第1のスクロールユニットと、該第1のスクロールユニットの回転に伴って回転すると共に該第1のスクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行う第2のスクロールユニットとを具備し、前記第1のスクロールユニットと前記第2のスクロールユニットによって画成された圧縮空間の容積を変化させて吸引吐出を行うスクロール流体機械において、
    前記第1のスクロールユニットは、前記ハウジングに回転自在に支持される一対の端板と、これら両端板間に固定され、所定の中心角で均等に配置された複数の渦巻き状のラップからなる第1ラップ群とを具備し、
    前記第2のスクロールユニットは、前記第1のスクロールユニットの一対の端板間に摺動可能に挟持される円筒状外周リング部と、略中央部分に配される連結ブロック部と、前記リング部から前記連結ブロック部にかけて延出して前記第1のラップ群のそれぞれのラップが挿入される複数の挿入空間を画成し、前記第1のラップ群のラップとの間に前記圧縮空間を形成する複数の渦巻き状のラップからなる第2のラップ群とを具備することを特徴とするスクロール流体機械。
  2. 前記第1のラップ群、第2のラップ群はそれぞれインボリュート曲線からなるラップを2枚用い、その始点を180度ずらし構成した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. 前記第2のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角は前記第1のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角に対しπ/2増加して構成されることを特徴とする請求項1又は2記載のスクロール流体機械。
  4. 前記第2のスクロールユニットのリング部には、前記それぞれの噛合空間と連通する吸気口が前記第2のラップの終端近傍に形成され、前記連結ブロック部には、前記支持軸に形成された吐出口と連通する連通部が形成されることを特徴とする請求項1,2又は3記載のスクロール流体機械。
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