JP2008185020A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 機械的な強度を確保しつつ、吸込経路を十分に広げる。
【解決手段】 固定スクロール２は、鏡板３の表面に立設された渦巻状のラップ部４と、該ラップ部４を取囲んで鏡板３の外径側に設けられた筒状の外周壁部５とを備える。また、固定スクロール２には、旋回スクロール８の外径側に位置して鏡板３の外径側から外周壁部５にかけて開口した吸込口２０を設ける。さらに、吸込口２０と旋回スクロール８のラップ部１０の巻終り端との間には、吸込口２０からの空気を最外径側の圧縮室１９に導入する吸込経路２３を形成する。そして、鏡板３には、吸込経路２３のうち旋回スクロール８のチップシール１３が摺接しない非摺動領域に位置して吸込経路２３に沿って延びる凹陥溝２４を設ける。これにより、凹陥溝２４を用いて吸込経路２３の通路面積を広げることができる。
【選択図】 図２

Description

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。

一般に、スクロール式流体機械は、固定スクロールと該固定スクロールに対面して設けられた旋回スクロールとを含んで構成されている。また、固定スクロールおよび旋回スクロールは、円板状に形成された鏡板と、該鏡板の内径側から外径側に向け渦巻状に巻回するように該鏡板に軸方向に立設されたラップ部とをそれぞれ備えている。これにより、固定スクロールと旋回スクロールとは、互いのラップ部を重ね合わせることによって複数の圧縮室を画成している。

そして、スクロール式流体機械は、駆動軸によっ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とにより、固定スクロールの外径側に設けた吸込口から気体を吸込み、各圧縮室内で順次圧縮し、この圧縮流体を固定スクロールの内径側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。

また、スクロール式流体機械には、旋回スクロールのラップ部の巻終わり部分の外周面に位置して吸込み気体の通路（吸込経路）を増大させるための吸込用溝を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭５９−１０２９９１号公報

ところで、上述した従来技術では、旋回スクロールのラップ部の外周面に吸込用溝を設けているから、ラップ部の機械的な強度が低下する傾向がある。また、スクロール式流体機械として、ラップ部の歯先に巻回方向に沿って延びるシール溝を設け、該シール溝内に相手方の鏡板に摺接するシール部材を取付けたものが知られている。この場合、旋回スクロールのラップ部には、歯先にシール溝を設けるのに加えて、外周面に吸込用溝を設けるから、これらのシール溝と吸込用溝とが干渉してしまい、吸込経路の通路面積を十分に広げることができないという問題もある。

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、機械的な強度を確保しつつ、吸込経路を十分に広げ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。

上述した課題を解決するために、本発明は、ケーシングと、該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された固定スクロールと、該固定スクロールと対向して設けられ鏡板の表面に該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ために渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された旋回スクロールと、前記固定スクロールおよび旋回スクロールのラップ部の歯先に設けられ相手方の鏡板に摺接して前記圧縮室をシールするシール部材と、前記固定スクロールに設けられ最外径側の圧縮室に流体を吸込む吸込口と、前記固定スクロールに設けられ圧縮流体を吐出する吐出口とを備えてなるスクロール式流体機械に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板との間には、前記吸込口から吸込んだ流体を前記最外径側の圧縮室に導入する吸込経路を設け、前記固定スクロールと旋回スクロールとのうち少なくともいずれか一方の鏡板には、前記吸込経路のうち前記シール部材の非摺動領域に位置して当該鏡板の表面から凹陥した凹陥溝を設ける構成としたことにある。

請求項２の発明は、前記固定スクロールには、前記旋回スクロールのラップ部の外径側に位置して前記吸込経路を画成する外周壁部を設け、該外周壁部には、前記吸込経路に沿って凹陥した周壁部凹陥溝を設けている。

請求項１の発明によれば、固定スクロールと旋回スクロールとのうち少なくともいずれか一方の鏡板には、吸込経路のうちシール部材の非摺動領域に位置して凹陥溝を設ける構成としたから、該凹陥溝を用いて吸込経路を広げることができ、体積効率を向上させることができる。また、ラップ部に比べて厚さ寸法が大きい鏡板に凹陥溝を設けるから、機械的な強度を十分に確保することができる。

また、シール部材が凹陥溝に接触したときには、シール部材の摩耗が促進されて、シール部材の寿命が低下する。これに対し、本発明では、凹陥溝は吸込経路のうちシール部材の非摺動領域に配置したから、凹陥溝がシール部材に接触することがない。このため、シール部材の摩耗を防いで、信頼性、耐久性を確保することができる。

請求項２の発明によれば、固定スクロールの外周壁部には吸込経路に沿って凹陥した周壁部凹陥溝を設けたから、周壁部凹陥溝を用いて吸込経路をさらに広げることができ、体積効率を向上させることができる。

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て、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図４は本発明による第１の実施の形態を示している。図中、１はスクロール式空気圧縮機のケーシングで、該ケーシング１は、筒状に形成されると共に、その内部に後述の駆動軸１５を回転可能に支持している。

２はケーシング１の開口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、図１および図２に示すように、軸線Ｏ−Ｏを中心として略円板状に形成された鏡板３と、該鏡板３の表面となる歯底面に軸方向に立設された渦巻状のラップ部４と、該ラップ部４を取囲んで鏡板３の外径側に設けられた筒状の外周壁部５と、鏡板３の背面に突設された複数の冷却フィン６とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部４は、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部４の歯先面は、相手方となる旋回スクロール８の鏡板９の歯底面から一定の軸方向寸法だけ離間している。

また、ラップ部４の歯先面には、ラップ部４の巻回方向に沿ってシール溝４Ａが設けられ、該シール溝４Ａ内には、旋回スクロール８の鏡板９に摺接するシール部材としてのチップシール７が設けられている。さらに、外周壁部５は、略円形状をなして固定スクロール２の端面に開口している。そして、外周壁部５は、旋回スクロール８のラップ部１０との干渉を避けるため、ラップ部１０の外径側に配置されている。

８はケーシング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８は、固定スクロール２の鏡板３と対向して配置された略円板状の鏡板９と、該鏡板９の表面となる歯底面に立設された渦巻状のラップ部１０と、鏡板９の背面に突設された複数の冷却フィン１１と、該冷却フィン１１の先端側に位置して固定された背面プレート１２とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部１０は、固定スクロール２のラップ部４とほぼ同様に、例えば３巻前，後の渦巻状をなしている。そして、ラップ部１０の歯先面は、相手方となる固定スクロール２の鏡板３の歯底面から一定の軸方向寸法だけ離間している。また、ラップ部１０の歯先面には、ラップ部１０の巻回方向に沿ってシール溝１０Ａが設けられ、該シール溝１０Ａ内には、固定スクロール２の鏡板３に摺接するシール部材としてのチップシール１３が設けられている。

また、背面プレート１２の中央側には、旋回軸受等を介して駆動軸１５のクランク部１５Ａと回転可能に連結される筒状のボス部１４が一体形成されている。このとき、駆動軸１５の一端側には、ケーシング１の外部に位置してプーリ１５Ｂが設けられ、このプーリ１５Ｂは、例えば駆動源としての電動モータの出力側にベルト（いずれも図示せず）等を介して連結されている。これにより、駆動軸１５は、電動モータ等によって回転駆動し、固定スクロール２に対して旋回スクロール８を旋回運動させるものである。

また、プーリ１５Ｂにはボルト等を用いて冷却ファン１６が取付けられ、該冷却ファン１６は、ファンケーシング１７内で冷却風を発生させる。これにより、冷却ファン１６は、冷却風をファンケーシング１７内のダクト等に沿ってケーシング１の内部や各スクロール２，８の背面側に送風し、ケーシング１、固定スクロール２、旋回スクロール８等を冷却する。

さらに、背面プレート１２の外径側とケーシング１との間には、旋回スクロール８の自転を防止する例えば３個の補助クランク１８（１個のみ図示）が設けられている。

１９は固定スクロール２と旋回スクロール８との間に設けられた複数の圧縮室で、これらの圧縮室１９は、ラップ部４，１０の間に位置して外径側から内径側にわたって順次形成され、チップシール７，１３によって気密に保持されている。そして、各圧縮室１９は、旋回スクロール８が順方向に旋回運動するときに、ラップ部４，１０の外径側から内径側に向けて移動しつつ、これらの間で連続的に縮小される。

これにより、各圧縮室１９のうち最外径側の圧縮室１９には、後述する吸込口２０から外部の空気が吸込まれ、この空気は最内径側の圧縮室１９に達するまでに圧縮されて圧縮空気となる。そして、この圧縮空気は吐出口２２から吐出され、外部の貯留タンク（図示せず）に貯えられる。

２０は固定スクロール２の外径側に設けられた吸込口で、該吸込口２０は、鏡板３の外径側から外周壁部５にかけて開口し、外径側の圧縮室１９に連通している。また、吸込口２０は、固定スクロール２の鏡板３のうち旋回スクロール８のラップ部１０の外径側に位置して、チップシール１３が摺接しない範囲（非摺動領域）に開口している。そして、吸込口２０は、例えば大気圧の空気を吸込フィルタ２１を通じて外径側の圧縮室１９内に吸込むものである。

なお、吸込口２０は、加圧された空気を吸込む構成としてもよい。この場合、吸込フィルタ２１を取外して、加圧空気が供給される配管に吸込口２０を接続する構成としてもよい。

２２は固定スクロール２の鏡板３の内径側（中心側）に設けられた吐出口で、該吐出口２２は、最内径側の圧縮室１９に連通し、この圧縮室１９内の圧縮空気を外部に吐出させるものである。

２３は固定スクロール２の鏡板３と旋回スクロール８の鏡板９との間に設けられた吸込経路で、該吸込経路２３は、吸込口２０から旋回スクロール８のラップ部１０の最外径側に位置する巻終り端に向けて延び、外周壁部５に沿って円弧状に形成されている。そして、吸込経路２３は、吸込口２０から吸込んだ空気を最外径側の圧縮室１９に導入している。

２４は固定スクロール２の鏡板３に設けられた凹陥溝で、該凹陥溝２４は、吸込経路２３のうち旋回スクロール８のチップシール１３の非摺動領域に位置して鏡板３の表面から凹陥している。ここで、凹陥溝２４は、吸込経路２３に沿って吸込口２０から旋回スクロール８のラップ部１０の巻終り端に向けて延び、外周壁部５に沿って円弧状に形成されている。また、凹陥溝２４は、チップシール１３の非摺動領域とほぼ同じ面積をもって鏡板３の表面に開口している。そして、凹陥溝２４は、吸込口２０と最外径側の圧縮室１９との間を連通し、吸込経路２３の通路面積を増大させるものである。

２５は旋回スクロール８の鏡板９と対面する固定スクロール２の端面に設けられたフェイスシール溝で、該フェイスシール溝２５は、外周壁部５の外径側に位置し、外周壁部５を取囲む円環状に形成されている。また、フェイスシール溝２５内には円環状のフェイスシール２６が取付けられている。そして、フェイスシール２６は、固定スクロール２の端面と旋回スクロール８の鏡板９との間を気密にシールし、これらの間から外周壁部５内に吸込んだ空気が漏れるのを防止している。

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。

まず、電動モータ等の駆動源（図示せず）により駆動軸１５を回転駆動すると、旋回スクロール８は、自転防止機構によって自転が防止された状態で、駆動軸１５の軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回運動を行ない、固定スクロール２のラップ部４と旋回スクロール８のラップ部１０間に画成される圧縮室１９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２０から吸込んだ空気は各圧縮室１９で順次圧縮しつつ、固定スクロール２の吐出口２２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。

然るに、本実施の形態では、固定スクロール２の鏡板３には、吸込経路２３のうちチップシール１３の非摺動領域に位置して凹陥溝２４を設ける構成としたから、該凹陥溝２４を用いて吸込経路２３を広げることができる。このため、吸込経路２３の抵抗（吸込損失）を低減して、最外径側の圧縮室１９にさらに多くの空気を導入することができるから、圧縮機の体積効率を向上させることができる。また、ラップ部４に比べて厚さ寸法が大きい鏡板３に凹陥溝２４を設けるから、機械的な強度を十分に確保することができる。

また、チップシール１３が鏡板３上の凹凸に接触したときには、チップシール１３の摩耗が促進されて、チップシール１３の寿命が低下する。これに対し、本実施の形態では、凹陥溝２４は吸込経路２３のうちチップシール１３の非摺動領域に配置したから、凹陥溝２４がチップシール１３に接触することがない。このため、チップシール１３の摩耗を防いで、信頼性、耐久性を確保することができる。

さらに、外周壁部５に吸込経路２３を広げて吸込口２０と最外径側の圧縮室１９との間を連通する連通溝を設けた場合には、該連通溝と外周壁部５の外径側に設けたフェイスシール溝２５とが干渉する虞れがある。このため、連通溝の深さ寸法や幅寸法（軸方向寸法）が十分に確保できない。また、仮に連通溝の深さ寸法等を十分に確保した場合には、該連通溝との干渉を防ぐために、フェイスシール溝２５の外径寸法を大きくする必要があり、圧縮機全体が大型化するという問題がある。

これに対し、本実施の形態では、固定スクロール２の鏡板３に凹陥溝２４を設けたから、凹陥溝２４がフェイスシール溝２５に干渉することがない。このため、フェイスシール溝２５を外周壁部５に近付けて配置することができ、圧縮機全体を小型化することができる。

次に、図５および図６は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロールの外周壁部に吸込経路に沿って凹陥した周壁部凹陥溝を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１は外周壁部５に凹陥して設けられた周壁部凹陥溝で、該周壁部凹陥溝３１は、吸込口２０から旋回スクロール８のラップ部１０の巻終り端に向けて吸込経路２３に沿って延びている。そして、周壁部凹陥溝３１は、凹陥溝２４と共に吸込経路２３の通路面積を増大するものである。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、固定スクロール２の外周壁部５に周壁部凹陥溝３１を設けたから、該周壁部凹陥溝３１を用いて吸込経路２３の通路面積をさらに広げることができる。これにより、最外径側の圧縮室１９にさらに多くの空気を導入することができるから、圧縮機の体積効率を向上させることができる。

なお、前記第２の実施の形態では、周壁部凹陥溝３１は凹陥溝２４とは別個に形成する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図７に示す第１の変形例のように、外周壁部５の底部側（鏡板３側）で凹陥溝４１と周壁部凹陥溝４２とが連通する構成としてもよい。この場合には、さらに吸込経路２３の通路面積を増大させることができる。

また、前記第１、第２の実施の形態では、固定スクロール２の鏡板３に凹陥溝２４を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、図８および図９に示す第２の変形例のように、旋回スクロール８の鏡板９に凹陥溝４３を形成する構成としてもよい。この場合、凹陥溝４３は、例えば吸込経路２３のうちフェイスシール２６が摺接しない非摺動領域に位置して、鏡板９の表面に凹設すればよい。さらに、固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板との両方に凹陥溝を設ける構成としてもよい。

さらに、前記各実施の形態では、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。

本発明の第１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。 固定スクロール等を図１中の矢示II−II方向からみた横断面図である。 図２中の固定スクロールのうち吸込経路の周囲を拡大して示す要部拡大の斜視図である。 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を図２中の矢示IV−IV方向からみた要部拡大の横断面図である。 第２の実施の形態による固定スクロール等を示す図２と同様位置の横断面図である。 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を図５中の矢示VI−VI方向からみた要部拡大の横断面図である。 第１の変形例による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を拡大して示す要部拡大の横断面図である。 第２の変形例による固定スクロール等を示す図２と同様位置の横断面図である。 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を図８中の矢示IX−IX方向からみた要部拡大の横断面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 固定スクロール
３，９ 鏡板
４，１０ ラップ部
５ 外周壁部
７，１３ チップシール
８ 旋回スクロール
１５ 駆動軸
１９ 圧縮室
２３ 吸込経路
２４，４１，４３ 凹陥溝
３１，４２ 周壁部凹陥溝

Claims (2)

1. ケーシングと、該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された固定スクロールと、該固定スクロールと対向して設けられ鏡板の表面に該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ために渦巻状に巻回されたラップ部が軸方向に立設された旋回スクロールと、前記固定スクロールおよび旋回スクロールのラップ部の歯先に設けられ相手方の鏡板に摺接して前記圧縮室をシールするシール部材と、前記固定スクロールに設けられ最外径側の圧縮室に流体を吸込む吸込口と、前記固定スクロールに設けられ圧縮流体を吐出する吐出口とを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記固定スクロールの鏡板と旋回スクロールの鏡板との間には、前記吸込口から吸込んだ流体を前記最外径側の圧縮室に導入する吸込経路を設け、
   前記固定スクロールと旋回スクロールとのうち少なくともいずれか一方の鏡板には、前記吸込経路のうち前記シール部材の非摺動領域に位置して当該鏡板の表面から凹陥した凹陥溝を設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記固定スクロールには、前記旋回スクロールのラップ部の外径側に位置して前記吸込経路を画成する外周壁部を設け、
   該外周壁部には、前記吸込経路に沿って凹陥した周壁部凹陥溝を設けてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。

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