JP2009085154A

JP2009085154A - スクロール流体機械

Info

Publication number: JP2009085154A
Application number: JP2007258196A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kawazoe; 新二川添
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: JP5115842B2

Abstract

【課題】この発明は、簡易な構造で小型化され且つ効率の良いスクロール型送風機として使用可能なスクロール流体機械を提供することにある。
【解決手段】この発明は、渦巻状である少なくとも２つの駆動スクロールラップと、前記駆動スクロールラップが挿入されて圧縮空間を画成する渦巻状の移動空間が形成され、該移動空間の間の壁部が従動スクロールラップとなる円板状の従動スクロールブロックを具備するスクロール流体機械において、前記駆動スクロールラップの外周側先端の位置は、前記駆動スクロールラップの前記従動スクロールブロックに対する旋回運動において、それぞれの駆動スクロールラップの回転方向前方側への旋回の際に、対応する従動スクロールブロックの移動空間の外周側端部に接触するように設定されることにある。
【選択図】図１

Description

この発明は、駆動スクロールと、この駆動スクロールの回転に伴って回転すると共にこの駆動スクロールに対して実質的に旋回運動を行い、駆動スクロール及び従動スクロールによって画成される空間の容積を変化させて流体を吸引して吐出するスクロール流体機械、特に吐出圧力が１００ＫＰａ以下であるスクロール型送風機として使用されるスクロール流体機械に関する。

特許文献１は、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と共に圧縮空間を画成する駆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。

特許文献２は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に設けられる第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第２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、第１のスクロールユニットの回転に伴って前記第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る圧縮空間の容積を変化させて、流体を吸引して吐出するスクロール流体機械において、第１のスクロールユニットが、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る複数の渦巻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が、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のラップ群とラップとの間に前記圧縮空間を形成する複数の渦巻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開示する。
特開２００４−２８６０２５号公報特開２００７−２３７７６号公報

通常、送風機・圧縮機は一般的に圧力によって分類されるもので、通常１０ＫＰａ未満のものをファン、１０ＫＰａ〜１００ＫＰａまでのものをブロワ、１００ＫＰａ以上のものを圧縮機と呼び、さらにファンとブロワを総称して送風機と呼んでいる。従来、スクロール流体機械は、基本的にスクロール型圧縮機として上記１００ＫＰａ以上のものが要求されてきたが、本出願人は、本出願人による上記特許文献１及び２に開示されるスクロール流体機械の基本的概念、いわゆる思想の延長線上で、簡易な構造で且つ小型化された送風機の開発を行ってきた。

このため、この発明は、簡易な構造で小型化され且つ効率の良いスクロール型送風機として使用可能な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、内部に収納空間を画成するハウジングと、該ハウジング内の収納空間に回転自在に配され、駆動源の回転軸と接続される第１の端板、この第１の端板から前記回転軸の軸方向に延出すると共に該第１の端板の面に沿った渦巻状である少なくとも２つの駆動スクロールラップ及び前記第１の端板と共に前記駆動スクロールラップを挟持固定する第２の端板によって少なくとも構成される駆動スクロールユニットと、前記第１の端板及び第２の端板の間に回転自在に配され、前記駆動スクロールラップが挿入されて圧縮空間を画成する渦巻状の移動空間が形成され、該移動空間の間の壁部が従動スクロールラップとなる円板状の従動スクロールブロック及び該従動スクロールブロックを回転自在に前記ハウジングに支持する従動スクロール受けからなる従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スクロール流体機械において、前記駆動スクロールラップの外周側先端の位置は、前記駆動スクロールラップの前記従動スクロールブロックに対する旋回運動において、それぞれの駆動スクロールラップの回転方向前方側への旋回の際に、対応する従動スクロールブロックの移動空間の外周側端部に接触するように設定されることにある。

また、前記移動空間の両端は半円形状に形成されると共に、前記駆動スクロールラップの両端部も半円形状に形成されることが望ましく、前記移動空間の外周端部の半径をＲ１、前記駆動スクロールラップの外周端部の半径をＲ２、駆動スクロールユニットの回転軸と従動スクロールブロックの回転軸の軸間距離をＲｏｒとした場合、Ｒ１＝Ｒｏｒ＋Ｒ２の関係が成り立つように設定されることが望ましい。

さらに、前記従動スクロールブロックを形成する材料は、駆動スクロールラップを形成する材料に比べて柔らかいことが望ましく、特に前記従動スクロールブロックは樹脂によって形成され、前記駆動スクロールラップはアルミ又はアルミ合金によって形成されることが望ましい。

前記第２のハウジングブロックには前記回転軸と同軸なフェースシールブロックが設けられ、第２のハウジングブロックを第１のハウジングブロックに対して適正位置調整することによって、前記フェースシールブロックの先端が接触する第２の端板との接触力を調整可能にしたことが望ましい。特に、このフェースシールブロックには、駆動スクロールユニットの中央に形成された吐出口と外部吹出口との間を連通する連通孔が設けられ、吐出口と収納空間との間をシールすることが望ましい。

上述した発明によれば、駆動スクロールラップの外周側先端の位置が、駆動スクロールラップの従動スクロールブロックに対する旋回運動において、それぞれの駆動スクロールラップの回転方向前方側への旋回の際に、対応する従動スクロールブロックの移動空間の外周側端部に接触するように設定されるので、従動スクロールブロックは、回転方向前方側に旋回する駆動スクロールラップによって随時押されるので、駆動スクロールラップの回転に伴って回転することができ、さらにそれに伴って相対的に旋回運動して圧縮空間の容積を変化させることができるために、ピンクランクやオルダム機講などの回転同期機構を省略することができる。

また、本願発明によれば、移動空間の両端は半円形状に形成されると共に、駆動スクロールラップの両端部も半円形状に形成され、前記移動空間の外周端部の半径をＲ１、前記駆動スクロールラップの外周端部の半径をＲ２、駆動スクロールユニットの回転軸と従動スクロールブロックの回転軸の軸間距離をＲｏｒとした場合、Ｒ１＝Ｒｏｒ＋Ｒ２の関係が成り立つように設定することによって、半径方向の隙間をゼロにすることができ、圧縮空間の漏れを少なくとすることができるものである。

さらに、本願発明によれば、前記従動スクロールブロックの渦巻状のラップは端版を保有しないため、極めて半径方向に、容易に変形可能なことと、加えて形成する材料を、駆動スクロールラップを形成する材料に比べて柔らかくすること、具体的には前記従動スクロールブロックを樹脂によって形成し、前記駆動スクロールラップをアルミ又はアルミ合金によって形成することによって、上記のように半径隙間をゼロにしても部品の加工誤差、組立誤差によるマイナス接触を吸収することができるので、マイナス接触によって生じる組立不可能、運転時のかじり、強い接触による動力アップなどの発生を解消することができるものである。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例に係るスクロール流体機械、特にスクロール型送風機１は、図１に示されるように、駆動源としてのモータ２と、このモータ２が装着され、内部に収納空間３を画成するハウジング４と、このハウジング４内の収納空間３に配される駆動スクロールユニット５と、この駆動スクロールユニット５に噛合して圧縮空間６を画成する従動スクロールユニット７と、駆動スクロールユニット５に形成された吐出口８と外部に連結される吹出開口部９との間を連通する連通孔１０を有するフェースシールブロック１１とによって少なくとも構成される。尚、フェースシールブロック１１の駆動スクロールユニット側の端部には、連通口１０と収納空間３との間をシールするためのシール部が形成されていると共にこのフェースシールブロック１１は、駆動スクロールユニット５の軸方向の位置を保持する役目を担っているものである。

前記ハウジング４は、前記モータ２が装着され、モータ２の回転軸２０を回転自在に保持する第１のハウジングブロック４１と、この第１のハウジングブロック４１に位置決めビス４３によって固定され、内部に収納空間３を画成する第２のハウジングブロック４２とによって構成される。前記第２のハウジングブロック４２には、その外周側面に、複数の吸入口４４が形成され、外気と前記収納空間３とを連通しており、さらに前記回転軸２０軸方向の延長線上には、吹出開口部９が形成される。尚、前記第２のハウジングブロック４２には、前記回転軸２０と同軸に前述したフェースシールブロック１１が設けられ、第２のハウジングブロック４２を第１のハウジングブロック４１に対して適正位置に調整して、前記位置決めビス４３によって固定することによって、前記フェースシールブロック１１の先端が接触する駆動スクロールユニット５との接触力を調整するものである。

前記駆動スクロールユニット５は、図１、図２及び図３（ｂ）に示されるように、前記回転軸２０に固定されるボス部５１、このボス部５１から径方向に広がる円板部５２、及びこの円板部５２から軸方向に延出すると共に前記円板部５２に沿って渦巻状に中央から外周方向へ広がる複数（この実施例では第１及び第２）の駆動スクロールラップ５３，５４によって構成される第１の端板部５０と、前記駆動スクロールラップ５３，５４の端部を保持固定する第２の端板部５５とによって構成される。尚、第２の端板部５５の中央には、吐出口８が形成される。

前記従動スクロールユニット７は、図２及び図３（ａ）に示されるように、前記第１のハウジングブロック４１にベアリング１２を介して回転自在に支持される従動スクロール受け７１と、この従動スクロール受け７１に固定される従動スクロールブロック７２とによって構成される。従動スクロールブロック７２は、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４が収納される渦巻状の第１及び第２の移動空間７６，７７が形成され、第１及び第２の移動空間７６，７７の間を仕切る壁部が、渦巻状の第１及び第２の従動スクロールラップ７３，７４を形成する。また、第１及び第２の従動スクロールラップ７３，７４は連結部７５と外周部７９とを連結し、前記第１及び第２の移動空間７６，７７内に収納された第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４との間に複数の圧縮空間６を形成する。この圧縮空間６は、最も中心に移動した時又は中心に移動しながら前記連結部７５に形成された連通溝７８と連通し、この連通溝７８は前記吐出口８と連通する。

以上の構成のスクロール流体機械１において、本願発明に係る特徴は、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４の前記従動スクロールブロック７２に対する旋回運動において、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４の外周方向先端５３Ａ，５４Ａが、第１及び第２の移動空間７６，７７の外周方向先端７６Ａ，７７Ａに、それぞれの駆動スクロールラップ５３，５４の回転方向前方側への旋回の際に、接触するように設定されることにある。具体的には、前記第１及び第２の移動空間７６，７７の外周端部７６Ａ，７７Ａの半径をＲ１、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４の外周端部５３Ａ，５４Ａの半径をＲ２、駆動スクロールユニット５の回転中心と従動スクロールブロック７２の回転中心の軸間距離をＲｏｒとした場合、Ｒ１＝Ｒｏｒ＋Ｒ２の関係が成り立つように設定するものである。これによって、前記第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４の先端部分（外周側先端５３Ａ，５４Ａ、中心側先端５３Ｂ，５４Ｂ）は、図２の破線でしめすような円運動を行うことができるものである。尚、７６Ｂ，７７Ｂは、第１及び第２の移動空間７６，７７の中心側端部を示し、その形状は第１及び第２の移動空間７６，７７の外周側先端７６Ａ，７７Ａに対応する。

図４（ａ）〜（ｈ）では、以上の構成の本願発明にスクロール流体機械１における駆動スクロールユニット５の駆動スクロールラップ５３，５４と従動スクロールブロック７２の回転の状態が示される。図４（ａ）を回転角０°として基準とし、（ｂ）〜（ｈ）まで４５°毎に回転した状態を示したものである。この実施例では、図４（ａ）〜（ｅ）までの回転角０°〜１８０°まで、第１の駆動スクロールラップ５３の外周端部５３Ａが、従動スクロールブロック７２の第１の移動空間７３の外周端部７３Ａを押していくことから、従動スクロールブロック７２は駆動スクロールユニット５の回転に伴って回転させられることになる。また、図４（ｅ）で示すように、回転角１８０°の時に第１の駆動スクロールラップ５３の外周端部５３Ａから第２の駆動スクロールラップ５４の外周端部５４Ａに従動スクロールブロック７２を押す役目が交替し、第２の駆動スクロールラップ５４の外周端部５４Ａが第２の移動空間７７の外周端部７７Ａを押していき、従動スクロールブロック７２が連続して回転させられるものである。尚、３６０°の回転角は図４（ａ）の状態に戻り、従動スクロールブロック７２を押していく駆動スクロールラップが交替する。

以上の回転及び旋回運動において、例えば図４（ａ）の状態において、第２の駆動スクロールラップ５４と第２の従動スクロールラップ７７で画成される空間６１は、従動スクロール受け７１及び従動スクロールブロック７２の外周部分に形成された吸引口６０と連通しており、図４（ｂ）〜図４（ｄ）で示される回転角での回転によってその容積を拡大して、前記吸引口７０から空気、液体等の流体、特に空気を吸引する。さらに、図４（ｅ）で示される位置において第２の駆動スクロールラップ５４の外周側先端５４Ａが第２の従動スクロールラップ７４の外周側先端７７Ａの基端部分に当接することによって、圧縮空間６１が密閉状態となり、図４（ｆ）において第２の駆動スクロールラップ５４の中心側先端５４Ｂが連通溝７８に対して開口し、図４（ｆ）〜（ｉ）に示されるように、前記第２の駆動スクロールラップ５４と第２の従動スクロールラップ７４との接触位置が中央側に移動して圧縮空間６１の容積を減少させていき、圧縮空間６１内の流体を前記連通溝７８に対して押し出していくものである。このような動作は、第１の駆動スクロールラップ５３と第１の駆動スクロールラップ７３の間でも実行されるので、連通溝７８には、両側から交互に流体が流入してくることになるので、吐出流体の脈流が細かくなるため、流体の安定した吐出が可能となるものである。

また、本願発明の実施例に係るスクロール流体機械１においては、前記従動スクロールブロック７２を合成樹脂によって形成し、且つ第１及び第２の駆動スクロールラップ５３，５４をアルミニウム又はアルミニウム合金によって形成するものである。これによって、従動スクロールブロック７２に所定の柔軟性をもたせることができるので、部品の加工誤差、組立誤差によるマイナス接触を吸収することができるので、スクロール流体機械の小型化を図る場合の不具合を解消できる。具体的には、加工精度の誤差による組立不可能や、運転時のかじりの発生を防止することができるという効果を奏する。さらに、前記従動スクロールブロックの渦巻状のラップは端版を保有しないため、極めて半径方向に、容易に変形可能なことと、加えて形成する材料を、駆動スクロールラップを形成する材料に比べて柔らかくすること、具体的には前記従動スクロールブロックを樹脂によって形成し、前記駆動スクロールラップをアルミ又はアルミ合金によって形成することによって、上記のように半径隙間をゼロにしても部品の加工誤差、組立誤差によるマイナス接触を吸収することができるので、マイナス接触によって生じる組立不可能、運転時のかじり、強い接触による動力アップなどの発生を解消することができるものである。

以上の構成のスクロール流体機械は、吐出圧力１００ＫＰａ以下の小型の送風機として使用する場合に最も適しているので、水槽等へ空気を供給するポンプ、携帯用小型の燃料電池へ気体を供給するためのポンプとしても使用することが可能である。

本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の概略構成図である。本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の駆動スクロールラップと従動スクロールブロックの状態を示した概略説明図である。本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の（ａ）は従動スクロールブロックの概略図、（ｂ）は駆動スクロールラップの概略図である。本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の駆動スクロールラップと従動スクロールブロックの回転状態を示したもので、（ａ）〜（ｈ）にかけて回転角４５°毎の回転したそれぞれの状態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モータ
３収納空間
４ハウジング
５駆動スクロールユニット
６圧縮空間
７従動スクロールユニット
８吐出口
９吹出開口部
１０連通孔
１１フェースシールブロック
１２ベアリング
２０回転軸
４１第１のハウジングブロック
４２第２のハウジングブロック
４３位置決めビス
５１ボス部
５２円板部
５３第１の駆動スクロールラップ
５４第２の駆動スクロールラップ
５５第２の端板部
７１従動スクロール受け
７２従動スクロールブロック
７３第１の従動スクロールラップ
７４第２の従動スクロールラップ
７５連結部
７６第１の移動空間
７７第２の移動空間
７８連通溝

Claims

内部に収納空間を画成するハウジングと、該ハウジング内の収納空間に回転自在に配され、駆動源の回転軸と接続される第１の端板、この第１の端板から前記回転軸の軸方向に延出すると共に該第１の端板の面に沿った渦巻状である少なくとも２つの駆動スクロールラップ及び前記第１の端板と共に前記駆動スクロールラップを挟持固定する第２の端板によって少なくとも構成される駆動スクロールユニットと、前記第１の端板及び第２の端板の間に回転自在に配され、前記駆動スクロールラップが挿入されて圧縮空間を画成する渦巻状の移動空間が形成され、該移動空間の間の壁部が従動スクロールラップとなる円板状の従動スクロールブロック及び該従動スクロールブロックを回転自在に前記ハウジングに支持する従動スクロール受けからなる従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スクロール流体機械において、
前記駆動スクロールラップの外周側先端の位置は、前記駆動スクロールラップの前記従動スクロールブロックに対する旋回運動において、それぞれの駆動スクロールラップの回転方向前方側への旋回の際に、対応する従動スクロールブロックの移動空間の外周側端部に接触するように設定されることを特徴とするスクロール流体機械。
前記移動空間の両端は半円形状に形成されると共に、前記駆動スクロールラップの両端部も半円形状に形成されることを特徴とするスクロール流体機械。
前記移動空間の外周端部の半径をＲ１、前記駆動スクロールラップの外周端部の半径をＲ２、駆動スクロールユニットの回転軸と従動スクロールブロックの回転軸の軸間距離をＲｏｒとした場合、Ｒ１＝Ｒｏｒ＋Ｒ２の関係が成り立つことを特徴とする請求項２記載のスクロール流体機械。
前記従動スクロールブロックを形成する材料は、駆動スクロールラップを形成する材料に比べて柔らかいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスクロール流体機械。
前記従動スクロールブロックは樹脂によって形成され、前記駆動スクロールラップはアルミ又はアルミ合金によって形成されること特徴とする請求項４記載のスクロール流体機械。
前記第２のハウジングブロックには前記回転軸と同軸なフェースシールブロックが設けられ、第２のハウジングブロックを第１のハウジングブロックに対して適正位置調整することによって、前記フェースシールブロックの先端が接触する第２の端板との接触力を調整可能にしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のスクロール流体機械。