JP2007170285A - Scroll fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はスクロール形流体機械に関するものである。 The present invention relates to a scroll type fluid machine.
下記特許文献1には、圧縮機として用いられるスクロール形流体機械が開示されている。このスクロール形流体機械は、モーターの駆動軸の先端に偏心した軸心を有するクランク軸を形成し、該クランク軸に揺動スクロールを回転自在に連結し、該揺動スクロールに向き合わせて固定スクロールを配置している。揺動スクロール及び固定スクロールは、円盤状の台板の板面に渦巻き型のラップ部を突設してなり、互いのラップ部を噛み合わせることによって、ラップ部間にできた空間を圧縮室としている。
前記揺動スクロールの背面には、該揺動スクロールの運動を規制する規制部材が設けられている。規制部材は、揺動スクロールが固定スクロールに対して自転することなく駆動軸の軸心回りに揺動旋回するように運動を規制する。規制部材は、リング状に形成されるとともに、一方の面に揺動スクロールの背面に係合する係合突起を形成し、他方の面に、スクロール形流体機械のフレームに係合する係合突起を形成している。
A regulating member for regulating the movement of the orbiting scroll is provided on the back surface of the orbiting scroll. The restricting member restricts the movement so that the swinging scroll swings around the axis of the drive shaft without rotating with respect to the fixed scroll. The restricting member is formed in a ring shape, and an engaging protrusion that engages with the back surface of the orbiting scroll is formed on one surface, and an engaging protrusion that engages with the frame of the scroll type fluid machine on the other surface. Is forming.
上記スクロール形流体機械は、揺動スクロールが固定スクロールに対して揺動旋回するようになっているので、その遠心力を一定にするために、揺動スクロールの重心をクランク軸の軸心と一致させなければならない。揺動スクロールのラップ部は、インボリュート曲線からなる渦巻き型であり、必ずしもその重心位置をクランク軸に一致させることができない。従って、クランク軸心とラップ部重心とのズレを補うため、従来は、クランク軸心に対するラップ部重心の偏心側とは反対側に、台板を大きく偏心させていた。 In the above scroll type fluid machine, the swing scroll is swung with respect to the fixed scroll. Therefore, in order to keep the centrifugal force constant, the center of gravity of the swing scroll coincides with the axis of the crankshaft. I have to let it. The wrap portion of the orbiting scroll is a spiral type composed of an involute curve, and the center of gravity cannot always coincide with the crankshaft. Therefore, in order to compensate for the deviation between the crankshaft center and the center of gravity of the lap portion, conventionally, the base plate is largely decentered on the side opposite to the eccentric side of the center of gravity of the lap portion with respect to the crankshaft center.
しかし、台板は、揺動スクロールの最大外形部分であるので、該台板を大きく偏心させることによって、揺動スクロールを収納するケーシングを大きくする必要があり、流体機械全体の大型化を招くという問題があった。 However, since the base plate is the maximum outer shape portion of the orbiting scroll, it is necessary to enlarge the casing for storing the orbiting scroll by greatly decentering the base plate, which increases the size of the entire fluid machine. There was a problem.
一方、前記規制部材は、揺動スクロールの台板を彫り込んで形成した溝に係合突起を係合することによって、揺動スクロールの運動を規制するようになっていた。このような溝を形成するため、揺動スクロールの台板はある程度の厚さが必要となるので、これが機械の重量増の原因となっていた。 On the other hand, the restricting member restricts the motion of the orbiting scroll by engaging the engaging protrusion with a groove formed by carving the base plate of the orbiting scroll. In order to form such a groove, the base plate of the orbiting scroll needs to have a certain thickness, which causes an increase in the weight of the machine.
したがって、本発明は、上記の問題を解決し、スクロール形流体機械の小型化及び軽量化を図ることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and to reduce the size and weight of a scroll type fluid machine.
請求項1記載の発明は、回転軸と、該回転軸に設けられるとともに該回転軸の軸心に平行で且つ偏心した軸心を有するクランク軸と、クランク軸に回転可能に連結される台板と該台板に設けられた渦巻き型のラップ部とを有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに向き合って配置されるとともに前記ラップ部に噛み合う渦巻き型のラップ部を有する固定スクロールと、前記揺動スクロールが、自転することなく前記固定スクロールに対して前記回転軸の軸心回りに揺動旋回するように、前記揺動スクロールの運動を規制する規制部材と、を備えているスクロール形流体機械において、前記規制部材が、前記揺動スクロールに係合する係合部を備えており、前記揺動スクロールが、前記台板の板面から突出し且つ前記揺動スクロールの重心を前記クランク軸の軸心に一致させるようにバランスを図るバランサを備えており、前記バランサが、前記係合部に係合する被係合部を構成していることを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記揺動スクロールのラップ部の重心が、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されており、前記バランサの重心及び前記台板の重心が、前記クランク軸の軸心に対する前記ラップ部の重心の偏心を補って、前記揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるように、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the center of gravity of the wrap portion of the orbiting scroll is arranged eccentrically with respect to the axis of the crankshaft, and the center of gravity of the balancer and the platform The center of gravity of the plate compensates for the eccentricity of the center of gravity of the lap portion with respect to the axis of the crankshaft, and the center of gravity of the entire swing scroll coincides with the axis of the crankshaft. It is characterized by being arranged eccentrically.
請求項1の発明によれば、揺動スクロールの台板にバランサを設けているので、該揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるのに必要な、クランク軸の軸心に対する台板の偏心量を、小さくするか又は無くすことができる。したがって、揺動スクロールを収納するケーシングを大きくする必要もなく、スクロール形流体機械の小型化を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, since the balancer is provided on the base plate of the orbiting scroll, the center of the entire orbiting scroll is required to be aligned with the axis of the crankshaft. The amount of eccentricity of the base plate can be reduced or eliminated. Therefore, it is not necessary to enlarge the casing that houses the orbiting scroll, and the scroll fluid machine can be downsized.
また、バランサを台板から突出して形成しているので、規制部材の係合部が係合する被係合部として構成することができ、別途被係合部を形成する場合に比べて構造の簡素化を図ることができる。また、従来のように、係合部が係合するための溝を台板に形成する必要がなくなるので、台板全体を厚肉にする必要も無く、揺動スクロールの軽量化ひいてはスクロール形流体機械の軽量化を図ることができる。 In addition, since the balancer is formed so as to protrude from the base plate, it can be configured as an engaged portion with which the engaging portion of the restricting member is engaged. Simplification can be achieved. Further, since it is not necessary to form a groove for engaging the engaging portion in the base plate as in the prior art, there is no need to make the entire base plate thicker, and the weight of the orbiting scroll can be reduced. The weight of the machine can be reduced.
請求項2の発明によれば、台板は、その重心がクランク軸の軸心に対して偏心していることによって、自身も一種のバランサとして機能するので、その分、台板から突出するバランサの重量を小さくすることができる。したがって、台板の偏心量とバランサの重量とのバランスを考慮して、スクロール形流体機械の小型化と軽量化とを好適に両立することが可能となる。
According to the invention of
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係るスクロール形流体機械の縦断面図である。スクロール形流体機械1は、回転軸12、クランク軸32、ハウジング(軸受ハウジング)31、揺動スクロール33、固定スクロール34、スラスト軸受35等を備えている。回転軸12は、ハウジング31に軸受36を介して回転自在に支持されており、ハウジング31内に配置された回転軸12の端部にクランク軸32が形成されている。クランク軸32の軸心O3は、回転軸12の軸心O2に平行で且つ偏心している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a scroll type fluid machine according to an embodiment of the present invention. The
揺動スクロール33は、円盤状の台板38の一方の板面に筒形のボス部39を軸心O3方向に突設し、他方の板面にインボリュート曲線からなる渦巻き型のラップ部40を軸心O3方向に突設してなる。ボス部39は、その内周側に嵌装した軸受41を介してクランク軸32に回転自在に支持されている。
The orbiting
固定スクロール34は、揺動スクロール33を挟んでハウジング31の反対側に配設され、揺動スクロール33のラップ部40の先端面に対向する外壁部43と、外壁部43の外周部から揺動スクロール33側に屈曲して延びる周壁部44と、周壁部44の端部から径方向外側に延びるフランジ部45とを有する。周壁部44の径方向内側には、外壁部43から揺動スクロール33側に突出する渦巻き型のラップ部46が形成されている。このラップ部46は、揺動スクロール33のラップ部40に噛み合い、先端面が台板38に対向している。これにより、揺動スクロール33と固定スクロール34との間には、複数の室47(膨張室又は圧縮室)が形成されるようになっている。
The
固定スクロール34の外壁部43の略中央には、流体の第1流通口61が貫通して形成されており、同じく、外壁部43の外周部には、流体の第2流通口62が形成されている。
A fluid
ハウジング31の外周部には、フランジ部48が設けられている。このフランジ部48と、固定スクロール34のフランジ部45とは、スラスト軸受35の外周部を間に挟んでボルト49によって連結されている。スラスト軸受35はリング形状であり、スラスト軸受35の内周部は、揺動スクロール33の台板38の背面(ボス部39側の面)に摺動自在に当接している。
A
揺動スクロール33は、クランク軸32の軸心O3上に重心が配置されるように形状が設定されている。図2は、揺動スクロール33を示す図1のII−II矢視図であり、図中の点Aは、ラップ部40の重心位置を示し、点Bは、台板38の重心位置を示している。ラップ部40の重心Aは、軸心O3に対して偏心して配置されている。
The
台板38の重心Bは、クランク軸32の軸心O3とラップ部40の重心Aとを結ぶ線L1上であって、軸心O3を挟んでラップ部40の重心Aとは反対側に配置されている。これによって、揺動スクロール33全体の重心が軸心O3に近づくようになっている。さらに、重心Bの偏心だけでは、揺動スクロール33全体の重心をクランク軸32の軸心O3上に配置するに足りない分を補うため、台板38にはバランサ51が設けられている。
The center of gravity B of the
バランサ51は、クランク軸32の軸心O3を中心とする円弧状に台板38を部分的に厚肉にし、台板38から突出させた形状に形成されている。バランサ51は、その重心Cが、線L1上であって軸心O3を挟んでラップ部40の重心Aとは反対側に配置されている。また、バランサ51の重心Cは、台板38の重心Bよりも径方向外側に配置されている。このようなラップ部40、台板38、及びバランサ51の配置によって、揺動スクロール33全体の重心が、クランク軸32の軸心O3上に配置されるようになっている。
The
図1に示すように、揺動スクロール33の台板38の背面側には、規制部材(継手部材)52が設けられている。規制部材52は、揺動スクロール33が自転することなく固定スクロール34に対して軸心O2回りに旋回揺動するように、揺動スクロール33の運動を規制するものである。
As shown in FIG. 1, a regulating member (joint member) 52 is provided on the back side of the
図3は、揺動スクロール33及び規制部材52を示す斜視図である。規制部材52は、リング状の環状部53と、環状部53の各側面から突出する係合部54,55とを備えている。環状部53の一方の側面には、180°間隔で2つの係合部54が設けられている。他方の側面には、180°間隔で2つの係合部55が設けられ、該係合部55は、一方の側面の係合部54に対して90°位相をずらして配置されている。
FIG. 3 is a perspective view showing the
揺動スクロール33側に突出した2つの係合部54は、台板38に形成した2つの被係合部56にそれぞれ係合するようになっている。各被係合部56は、各係合部54を周方向両側から挟むように台板38から突設された一対の被係合片56a、56aを備えている。一方(図3の下側)の被係合部56の片側の被係合片56aは、前記バランサ51によって構成されており、バランサ51の端部に係合部54が係合するようになっている。
The two
図1に示すように、ハウジング31内には、クランク軸32の外周側にリング部材57が嵌合されており、該リング部材57には、規制部材52の反揺動スクロール33側に突出した2つの係合部55が係合する径方向に延びる被係合溝57Aが形成されている。なお、図1では、理解を容易にするために、環状部53の一側面の係合部54と他側面の係合部55とが180°位相をずらして同じ平面上に示されているが、実際は、図3のように、90°位相がずれた関係となっている。
As shown in FIG. 1, a
規制部材52は、リング部材57の被係合溝57Aに沿って径方向に移動可能となっている。また、揺動スクロール33は、この規制部材52の移動可能な方向に直交する方向に移動可能となっている。したがって、揺動スクロール33は、自転することはなく固定スクロール34に対して回転軸12の軸心O2回りに揺動旋回(公転)することができる。
The regulating
(スクロール形流体機械の利用形態)
図4は、スクロール形流体機械1の利用形態の1つとして、該流体機械1をランキンサイクル発電装置2に適用した例を示すブロック図である。この場合、流体機械1は膨張機を構成している。該発電装置2は、蒸気発生器21、発電機22、膨張機(スクロール形流体機械)1、凝縮器23、復水ポンプ24、作動媒体通路25A〜25Cを有している。なお、点線で示す通路25A、25Bは、作動媒体が気体(気相)の状態、又は、気体及び液体(液相)の状態である場合を示し、実線で示す通路25Cは、作動媒体が液体の状態である場合を示す。
(Usage form of scroll type fluid machine)
FIG. 4 is a block diagram showing an example in which the
発電機22は、膨張機1の出力軸(回転軸)12(図1)に直接的又は間接的に接続されている。膨張機1は、蒸気発生器21から通路25Aを介して供給された蒸気(作動媒体)により作動し、発電機22を駆動する。膨張機1を経た作動媒体は通路25Bを通って凝縮器23に供給され、冷却水によって凝縮され、液体になる。更に、作動媒体は、復水ポンプ24によって凝縮器23から通路25Cを通って蒸気発生器21に供給され、蒸気発生器21で高温ガスによって蒸発する。このサイクルを繰り返し行うことで、発電機1により発電を行うようになっている。
The
図5は、上記のようにスクロール形流体機械1を膨張機として用いた場合の作動状態を示す説明図である。揺動スクロール33のラップ部40と固定スクロール34のラップ部46との間には、複数の膨張室が形成されている。まず、図5の(1)において、スクロール形流体機械1には、中央の第1流通口61から中央の第1膨張室47Aに作動媒体の蒸気が流入する。そして、(2)において、蒸気の圧力によって第1膨張室47Aが拡大し、揺動スクロール33が回転軸12の軸心O2(図4)回りに揺動旋回し始め、これによってクランク軸32(図4)を介して回転軸12が回転する。(3)では、更に第1膨張室47Aが拡大するともに、中央側に新たな膨張室(第2膨張室)47Bが形成され、該第2膨張室47Bに第1流通口61から継続して蒸気が流入する。その後、(4)(5)において、第1,第2膨張室47A,47Bがそれぞれ拡大するとともに揺動スクロール33が揺動旋回し、(6)において、揺動スクロール33のラップ部40の外周端が固定スクロール34のラップ部46から離れたところで第1膨張室47Aが開放され、蒸気が排気される。排気された蒸気は、図1に示す第2流通口62から外部に排出される。
FIG. 5 is an explanatory view showing an operating state when the scroll
なお、スクロール形流体機械1を圧縮機として用いる場合は、第2流通口62が流体の入口となり、第1流通口61が流体の出口となる。そして、モーター等の駆動装置により回転軸12を回転し、揺動スクロール33を揺動旋回させて圧縮室47内に第2流通口62から流体を吸引し、流体を圧縮しつつ中央の第1流通口61から排出するようになっている。
When the
〔本実施形態の作用効果〕
以上詳述した構成によって本実施形態では次のような作用効果を奏する。
(1)図2に示すように、揺動スクロール33の台板38の背面に、バランサ51を形成しているので、クランク軸32の軸心O3に対する台板38の重心Bの偏心量をできるだけ小さくして、揺動スクロール33の重心をクランク軸32の軸心O3に一致させることができる。したがって、揺動スクロール33(台板38)を収納するケーシング31の外形を可及的に小さくすることができ、スクロール形流体機械1の小型化を図ることができる。
[Effects of this embodiment]
With the configuration described in detail above, the present embodiment provides the following operational effects.
(1) As shown in FIG. 2, since the
なお、揺動スクロール33の重心をクランク軸32の軸心O3に一致させるためには、例えば、台板38の重心位置Bをクランク軸32の軸心O3に一致させ、クランク軸32の軸心O3に対するラップ部40の重心Aの偏心を、バランサ51のみで補うことも考えられる。この場合、揺動スクロール33をより小さくすることができるが、バランサ51を本実施形態よりも大きく、重くする必要があり、却って揺動スクロール33の重量増を招く恐れがある。この点を考えると、本実施形態は、クランク軸32の軸心O3に対するラップ部40の重心Aの偏心を、バランサ51と台板38との双方の偏心によって補っているので、バランサ51の大きさ及び重量をそれほど大きくする必要なく、且つ、台板38の偏心量もそれほど大きくする必要なく、揺動スクロール33全体の重心をクランク軸心O3に一致させることができる。したがって、スクロール形流体機械の小型化と軽量化とを好適に両立することができる。
In order to make the center of gravity of the orbiting
(2)揺動スクロール33に形成したバランサ51を規制部材52に対する被係合部56としても用いているので、別途被係合部を形成する場合に比べて、構造の簡素化を図ることができる。また、従来技術のように台板に溝を形成する場合に比べて、台板38自体を薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。
(2) Since the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように適宜設計変更可能である。
(1)図2に示すように、台板38の重心Bやバランサ51の重心Cは、クランク軸32の軸心O3とラップ部40の重心Aとを結ぶ線L1上に配置されているが、揺動スクロール33全体の重心をクランク軸心O3上に配置する限りにおいて、必ずしも線L1上になくてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified as follows, for example.
(1) As shown in FIG. 2, the center of gravity B of the
(2)クランク軸32は、筒形に形成することができる。この場合、台板38に、ボス部39に代えてピンを形成するとともに、軸受を介してピンをクランク軸32の筒内に挿入して回転可能に連結することができる。
(2) The
(3)バランサ51は、台板38と同じ材質によって一体的に形成することもできるし、同じ又は異なる材質の別体のものを台板38に固着することもできる。
(3) The
本発明は、ランキンサイクル発電装置の膨張機や各種空調機器の圧縮機等に利用することができる。 The present invention can be used for an expander of a Rankine cycle power generation device, a compressor of various air conditioners, and the like.
1 スクロール形流体機械
12 回転軸
32 クランク軸
33 揺動スクロール
34 固定スクロール
38 台板
40 ラップ部
46 ラップ部
52 規制部材
54 係合部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記規制部材が、前記揺動スクロールに係合する係合部を備えており、
前記揺動スクロールが、前記台板の板面から突出し且つ前記揺動スクロールの重心を前記クランク軸の軸心に一致させるようにバランスを図るバランサを備えており、
前記バランサが、前記係合部に係合する被係合部を構成していることを特徴とする、スクロール形流体機械。 A rotating shaft; a crankshaft provided on the rotating shaft and having a shaft center parallel to and eccentric from the axis of the rotating shaft; a base plate rotatably connected to the crankshaft; and the base plate A swing scroll having a spiral wrap portion, a fixed scroll having a spiral wrap portion facing the swing scroll and meshing with the wrap portion, and the swing scroll without rotating. In a scroll type fluid machine comprising: a regulating member that regulates the movement of the orbiting scroll so as to orbit around the axis of the rotary shaft with respect to the fixed scroll.
The regulating member includes an engaging portion that engages with the orbiting scroll;
The orbiting scroll includes a balancer that projects from the plate surface of the base plate and balances the center of gravity of the orbiting scroll so as to coincide with the axis of the crankshaft;
The scroll fluid machine according to claim 1, wherein the balancer constitutes an engaged portion that engages with the engaging portion.
前記バランサの重心及び前記台板の重心が、前記クランク軸の軸心に対する前記ラップ部の重心の偏心を補って、前記揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるように、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されていることを特徴とする請求項1記載のスクロール形流体機械。
The center of gravity of the lap portion of the orbiting scroll is arranged eccentrically with respect to the axis of the crankshaft,
The center of gravity of the balancer and the center of gravity of the base plate compensate for the eccentricity of the center of gravity of the wrap portion with respect to the axis of the crankshaft so that the center of gravity of the entire swing scroll coincides with the axis of the crankshaft. The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein the scroll type fluid machine is arranged eccentrically with respect to an axis of the crankshaft.
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Effective date: 20101005 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |