JP2014111908A - スクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】支持部周りの構造を簡素化しつつ、スクロール芯出しを容易に行うことが可能なスクロール型流体機械を提供する。
【解決手段】ラップ３Ｌ，４Ｌがそれぞれ形成された固定及び可動スクロール３，４を、互いのラップ３Ｌ，４Ｌを対向配置して備え、ラップ３Ｌとラップ４Ｌとの間に作動流体の作動室（１，２）を形成するスクロールユニット２０と、固定軸６と、固定軸６に回動可能に軸支され可動スクロール４を固定軸６の軸心Ｘ１周りに公転旋回運動可能に支持する支持部３０と、を備えたスクロール型流体機械１００であって、支持部３０に、支持部３０の回動操作用の治具を係合可能な係合穴３１ｅを設け、係合穴３１ｅに前記治具を係合して、可動スクロール４を固定軸３の軸心Ｘ１周りに公転旋回可能に構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール型流体機械に係り、詳しくは、圧縮機一体型膨張機として用いて好適なスクロール型流体機械に関する。

従来のスクロール型流体機械として、例えば、特許文献１に記載されたスクロール型流体機械が知られている。特許文献１に記載されたスクロール型流体機械は、渦巻き状のラップが形成された可動スクロールと、この可動スクロールのラップと噛合う渦巻き状のラップが形成された固定スクロールと、可動スクロールを駆動軸の軸心周りに公転旋回運動可能に支持する支持部とを備え、この固定スクロールの渦巻きラップと可動スクロールの渦巻きラップとの間の作動区域を、仕切り壁により圧縮作動区域と膨張作動区域とに仕切って圧縮部と膨張部とを形成して構成されている。このスクロール型流体機械では、上記駆動軸を電動機等の駆動源により回転駆動させて可動スクロールを公転旋回させている。

特許第４０２６７４７号公報

ところで、この種のスクロール型流体機械では、駆動軸はメインフレームに固定されておらず可動スクロールの公転旋回運動時にメインフレーム等に片当たりし易い構造のため、駆動エネルギーの機械損失を増大させてしまうおそれがあるという問題がある。これに対し、メインフレームに固定した固定軸に支持部を軸支し、この支持部を介して可動スクロールを公転旋回運動可能に支持する構成のスクロール型流体機械の場合、上記問題は解消する。

しかしながら、駆動軸を備えた上記スクロール型流体機械では、スクロール芯出しを行う場合、駆動軸を回すことで可動スクロールを回動操作して固定スクロールの位置決めを行うことができるが、固定軸を用いた上記スクロール型流体機械においては、スクロール芯出し時に可動スクロールを回動操作させることが困難であり、工夫が求められている。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、スクロール芯出しを容易に行うことが可能なスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

このため、本発明に係るスクロール型流体機械は、渦巻き状のラップがそれぞれ形成された固定スクロール及び可動スクロールを、互いの前記ラップを対向配置して備え、前記固定スクロールの渦巻きラップと前記可動スクロールの渦巻きラップとの間に作動流体の作動室を形成するスクロールユニットと、固定軸と、前記固定軸に回動可能に軸支され前記可動スクロールを前記固定軸の軸心周りに公転旋回運動可能に支持する支持部と、を備えたスクロール型流体機械であって、前記支持部に、当該支持部の回動操作用の治具を係合可能な係合穴を設け、前記係合穴に前記治具を係合して、前記可動スクロールを前記固定軸の軸心周りに公転旋回可能に構成したことを特徴とする。

本発明のスクロール型流体機械によれば、可動スクロールの支持部に設けた係合穴に回動操作用の治具を係合してこの支持部を回動操作することで、可動スクロールを前記固定軸の軸心周りに公転旋回可能に構成したので、可動スクロールと固定スクロールとを噛合わせて組立てる際のスクロール芯出し時に、可動スクロールを容易に回動操作させることができる。
このようにして、スクロール芯出しを容易に行うことが可能なスクロール型流体機械を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 図１の固定スクロールを可動スクロール側からみた平面図である。 図１の可動スクロールを固定スクロール側からみた平面図である。 図１の偏心ブッシュの斜視図である。 本実施形態における回動操作用の治具の断面図である。 図１のスクロール型流体機械のスクロール芯出し方法の説明図である。 本発明の第２実施形態に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 図７のスクロール型流体機械のスクロール芯出し方法の説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されたスクロール型流体機械の第１実施形態である圧縮機一体型膨張機１００の縦断面図である。
図１において、圧縮機一体型膨張機１００は、図示省略した冷凍回路（蒸発器及び凝縮器）に接続され、取り込んだ冷媒の膨張エネルギーによって、可動スクロールを公転旋回駆動させ、この発生させた旋回駆動力によって冷媒を圧縮して吐出するものであり、作動室としての膨張部１及び圧縮部２を備えて構成されている。この膨張部１及び圧縮部２については、後に詳述する。

図１に示すように、圧縮機一体型膨張機１００はハウジング１０を備え、このハウジング１０内には、主に、固定スクロール３及び可動スクロール４を備えたスクロールユニット２０と、可動スクロール４を支持する支持部３０とが配設されている。

前記ハウジング１０は、固定スクロール３を固定支持するメインフレーム１１と、メインフレーム１１の上部を閉止するキャップ状のトップシェル１２と、メインフレーム１１の下部を閉止するキャップ状のボトムシェル１３とを備え、トップシェル１２とボトムシェル１３との間にメインフレーム１１を挟み込むようにしている。

前記トップシェル１２側には、図１に模式的に示すように、冷凍回路からの冷媒を膨張部１内へ流入させる膨張側吸入管１４と、膨張部１で膨張された冷媒を冷凍回路に向けて吐出する膨張側吐出管１５と、圧縮部２で圧縮された冷媒を冷凍回路に向けて吐出する圧縮側吐出管１６とが配置されている。膨張側吸入管１４、膨張側吐出管１５は、固定スクロール３に形成された、膨張側吸入室３ｄ、膨張側吐出室３ｅにそれぞれ接続され、圧縮側吐出管１６は、トップシェル１２とメインフレーム１１との間に形成された圧縮側吐出室１２ａに接続されている。また、メインフレーム１１の外周部側には、冷凍回路から取り込んだ冷媒を圧縮部２内へ流入させる圧縮側吸入管１７が配置され、この圧縮側吸入管１７は、固定スクロール３に形成された圧縮側吸入室３ｆに接続されている。

前記スクロールユニット２０は、渦巻き状のラップ３Ｌ，４Ｌ（図２及び図３参照）がそれぞれ形成された固定スクロール３及び可動スクロール４を、互いのラップ３Ｌ，４Ｌを対向配置して備えている。スクロールユニット２０は、ラップ３Ｌとラップ４Ｌとの間に作動流体の作動室を構成する膨張部１及び圧縮部２（図１参照）を形成している。

前記固定スクロール３は、図１に示すように、ラップ形成面側を下方に向けて、メインフレーム１１に形成された段付き状凹部１１ａの最上部座面１１ａ１に固定されている。図２に示すように、固定スクロール３には、渦巻き状のラップ３Ｌとしての内側ラップ３Ｌａ及び外側ラップ３Ｌｂが形成されると共に、環状の中間仕切り壁３ａ及び外側仕切り壁３ｂが立設されている。内側ラップ３Ｌａは中間仕切り壁３ａよりも中心側に立設され、外側ラップ３Ｌｂは中間仕切り壁３ａと外側仕切り壁３ｂとの間に立設される。また、固定スクロール３には、シールリング５（図１参照）が嵌挿される環状溝３ｃ（図２参照）が中間仕切り壁３ａの端面に形成されている。

また、固定スクロール３には、図２に示すように、膨張側吸入室３ｄが膨張部１の内周端である中心部に形成され、膨張側吐出室３ｅが中間仕切り壁３ａの内側の膨張部１の外周端に形成され、圧縮側吸入室３ｆが外側仕切り壁３ｂの内側の圧縮部２の外周端に形成され、中間仕切り壁３ａの外側の圧縮部２の内周端に圧縮側吐出孔３ｇが貫通して形成されている。

前記可動スクロール４は、オルダムリング等の自転阻止機構５０により自転を阻止された状態で、ラップ形成面側を上方に向けてメインフレーム１１の中間台座面１１ａ２に載置されつつ、支持部３０により後述する固定軸６の軸心周りに公転旋回運動可能に支持されている。可動スクロール４には、図３に示すように、渦巻き状のラップ４Ｌとしての内側ラップ４Ｌａ及び外側ラップ４Ｌｂが形成されている。内側ラップ４Ｌａの壁面は、固定スクロール３の内側ラップ３Ｌａの壁面と対向し、外側ラップ４Ｌｂの壁面は、固定スクロール３の外側ラップ３Ｌｂの壁面と対向し、各ラップ４Ｌａ，４Ｌｂは相反する渦巻の方向で立設されている。また、可動スクロール４のラップ形成面とは反対面には、図１に示すように後述する偏心ブッシュ３１が可動スクロール４に対して相対回動可能に内挿される凹部４ａが形成されている。

これらの固定スクロール３及び可動スクロール４を、図１に示すように各ラップの壁面を対向させて組み合わせて、固定スクロール３の内側ラップ３Ｌａと可動スクロール４の内側ラップ４Ｌａとの間で膨張部１を形成し、固定スクロール３の外側ラップ３Ｌｂと可動スクロール４の外側ラップ４Ｌｂとの間で圧縮部２を形成する。このように、本実施形態のスクロールユニット２０は、各ラップの壁面を対向させた一対の固定スクロール３及び可動スクロール４によって冷媒の作動室としての膨張部１及び圧縮部２を形成する、いわゆる単板型スクロールユニットである。

前記支持部３０は、固定軸６に回動可能に軸支され、可動スクロール４を固定軸６の軸心Ｘ１周りに公転旋回運動可能に支持するものである。支持部３０は、具体的には、偏心ブッシュ３１と、ニードルベアリング３２と、ラジアルベアリング３３、スラストベアリング３４とを備えて構成される。

前記偏心ブッシュ３１は、固定軸６の軸心Ｘ１に対して偏心して回動可能に固定軸６に軸支され、可動スクロール４に形成される凹部４ａに、可動スクロール４に対して相対回動可能に内挿されている。

具体的には、偏心ブッシュ３１は、図４に示すように、可動スクロール４の凹部４ａの内径より大きく拡径された鍔部３１ａと、鍔部３１ａの中心から立設される円柱部３１ｂと、鍔部３１ａの外周部の一部に一体形成されるバランスウェイト３１ｃとを備える。円柱部３１ｂは、この円柱部３１ｂの軸心Ｘ３に対して偏心されて固定軸６の軸心Ｘ１と一致する中心軸を有する孔部３１ｄを有し、固定軸６の軸心Ｘ１に対し偏心して組み付け可能に形成されている。この孔部３１ｄに固定軸６の軸部６ａ（図１参照）がニードルベアリング３２を介して嵌挿され、偏心ブッシュ３１が固定軸６に回動可能に軸支される。円柱部３１ｂは、ラジアルベアリング３３を介して可動スクロール４の凹部４ａに内挿される。鍔部３１ａと、固定軸６の基部６ｂ（図１参照）との間にはスラストベアリング３４が配設される。

前記固定軸６は、図１に示すように、上端側の軸部６ａと、メインフレーム１１の底部に貫通して形成される孔部１１ｃに嵌挿される基部６ｂと、下端側に拡径されて形成された鍔部６ｃとを有し、軸部６ａと基部６ｂは同軸（Ｘ１）で形成されている。固定軸６は、例えば、孔部１１ｃに基部６ｂを嵌挿させて、鍔部６ｃをメインフレーム１１の下面にボルト止め等することにより、その軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とほぼ一致させて、メインフレーム１１に固定される。つまり、固定軸６は、偏心ブッシュ３１を回動可能に支持するだけであり、自身が回転することはない。

このように、偏心ブッシュ３１、ニードルベアリング３２、ラジアルベアリング３３及びスラストベアリング３４から成る支持部３０は、固定軸６にニードルベアリング３２を介して軸支される偏心ブッシュ３１の円柱部３１ｂを固定軸６の軸心Ｘ１に対して偏心させ、その円柱部３１ｂを可動スクロール４の凹部４ａに、可動スクロール４に対して相対回動可能に、ラジアルベアリング３２を介して内挿させることにより、可動スクロール４を軸心Ｘ１周りに公転旋回運動可能に支持する。

また、支持部３０の偏心ブッシュ３１には、この偏心ブッシュ３１の回動操作用の治具としての操作用治具６０を、例えば、その突起部６０ｃ（図５参照）を介して係合可能な係合穴３１ｅ（図１参照）が鍔部３１ａに設けられており、この係合穴３１ｅに突起部６０ｃを係合して、可動スクロール４を固定軸６の軸心Ｘ１周りに公転旋回可能に構成されている。操作用治具６０は、図５に示すように、上端側の軸部６０ａと、メインフレーム１１の孔部１１ｃに嵌挿される基部６０ｂと、基部６０ｂの軸部６０ａ側の端面に形成される突起部６０ｃと、基部６０ｂの後端面に形成される係合穴６０ｄとを備えている。

次に、本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００のスクロール芯出し方法を、図６を用いて概略説明する。なお、スクロール芯出し前は、固定スクロール３はメインフレーム４０に対して固定されていない。

まず、スクロール芯出しの前準備について説明する。
図６に示すように、図５に示す操作用治具６０の基部６０ｂをメインフレーム１１の孔部１１ｃに嵌挿させつつ、軸部６０ａを偏心ブッシュ３１の孔部３１ｄに内挿することにより、偏心ブッシュ３１を固定軸６に替わって軸支すると共に、操作用治具６０に形成される突起部６０ｃを係合穴３１ｅに嵌挿させて係合させる。そして、操作用治具６０の端部に形成された係合穴６０ｄに、操作用ハンドル６１側の角ピン６１ａを嵌挿させる。

上記スクロール芯出しの準備完了後、操作用ハンドル６１が、例えば、９０°、１８０°、２７０°、３６０°の回転位置まで順次回動操作されると、偏心ブッシュ３１は回動し、可動スクロール４は固定軸６の軸芯Ｘ１周りに上記各回転位置まで公転旋回する。これら各回転位置で、固定スクロール３をＸ方向（図１参照）又はＹ方向（図１では紙面に垂直方向）に移動させて、固定スクロール３のラップ３Ｌの壁面を可動スクロール４のラップ４Ｌの壁面に接触させ、移動後の各固定スクロール３の位置（座標）をそれぞれ測定する。次に、これらの各回転位置における位置測定結果に基づき、＋Ｘ方向における各ラップ３Ｌ，４Ｌ間の最小クリアランスと、−Ｘ方向における各ラップ３Ｌ，４Ｌ間の最小クリアランスとが等しくなり、かつ、＋Ｙ方向における各ラップ３Ｌ，４Ｌ間の最小クリアランスと、−Ｙ方向における各ラップ３Ｌ，４Ｌ間の最小クリアランスとが等しくなるように固定スクロール３を移動させる。このように、旋回スクロール４を基準に固定スクロール３を位置決めし、この状態で固定スクロール３をメインフレーム１１に固定してスクロール芯出しが完了する。

次に、本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００の芯出し後の動作について、図１を用いて概略説明する。

膨張側吸入管１４から吸入された高圧の冷媒は、膨張側吸入室３ｄを経て膨張部１に取り込まれる。膨張部１は、各スクロール３，４の間の容積を増大させ、冷媒の膨張エネルギーによって可動スクロール４を固定スクロール３の軸心Ｘ１周りに継続して公転旋回運動させる。可動スクロール４の公転旋回運動に供した冷媒を、膨張側吐出室３ｅ及び膨張側吐出管１５を介して冷凍回路に向けて吐出させる。一方、圧縮側吸入管１７から吸入された低圧の冷媒は、圧縮側吸入室３ｆを経て圧縮部２に取り込まれる。圧縮部２は、可動スクロール４の公転旋回運動により各スクロール３，４の間の容積を減少させ、これに伴い取り込んだ冷媒を圧縮する。そして圧縮した冷媒を、圧縮側吐出孔３ｇ、圧縮側吐出室１２ａ及び圧縮側吐出管１６を介して冷凍回路に向けて吐出する。このように、冷媒の膨張エネルギーによってスクロールユニット２０が駆動され、このスクロールユニット２０の駆動力によって冷媒の圧縮エネルギーを発生させる。

かかる本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００によれば、可動スクロール４の支持部３０に設けた係合穴３１ｅに操作用治具６０を係合してこの支持部３０を回動操作することで、可動スクロール４を固定軸６の軸心周りに公転旋回可能に構成したので、可動スクロール４と固定スクロール３とを噛合わせて組立てる際のスクロール芯出し時に、可動スクロール４を容易に回動操作させることができる。
このようにして、スクロール芯出しを容易に行うことが可能なスクロール型流体機械を提供することができる。

図７は、本発明が適用されたスクロール型流体機械の第２実施形態である圧縮機一体型膨張機１００の縦断面図である。なお、図１の第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態において、固定軸６は、その基部６ｂに貫通孔６ｄが形成されている。この貫通孔６ｄを介して操作用の治具としての係合ピン７０を係合穴３１ｅに係合可能に構成している。本実施形態において、係合ピン７０は、操作用ハンドル７１の基部７１ａに固定されており、この状態で貫通孔６ｄを介して係合穴３１ｅに嵌挿される。また、操作用ハンドル７１は、その基部７１ａを介して固定軸６の鍔部６ｃにボルト等により固定される。

次に、本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００のスクロール芯出し方法を、図８を用いて概略説明する。なお、スクロール芯出しの前準備完了後の内容については、第１実施形態と同じであるため、説明を簡略化する。また、本実施形態のスクロール型流体機械のスクロール芯出し後の動作については、第１実施形態と同一であるため説明を省略する。

まず、組立て部品として複数個の在庫されている各固定軸６の基部６の外径をそれぞれ測定する。一方、組立てに用いるメインフレーム１１を一つ用意し、このメインフレーム１１の孔部１１ｃの内径を測定する。そして、例えば、この孔部１１ｃの内径とのクリアランスが最小となる外径を有する固定軸６を、上記組立て部品として複数用意されたものの中から一つ選択する。そして、図７に示すように、基部６の外径が最適な固定軸６をメインフレーム１１の孔部１１ｃに嵌挿させ、軸部６ａを偏心ブッシュ３１の孔部３１ｄに内挿して、偏心ブッシュ３１を軸支する。そして、固定軸６に形成される貫通孔６ｄを介して係合ピン７０を係合穴３１ｅに嵌挿させる。そして、係合ピン７０が固定された操作用ハンドル７１の基部７１ａを固定軸６の鍔部６ｃに固定する。上記スクロール芯出しの準備完了後、操作用ハンドル７１の回転操作により、可動スクロール４を各回転位置まで公転旋回させ、各回転位置でラップ３Ｌの壁面をラップ４Ｌの壁面に接触させ、その接触位置での各固定スクロール３の位置を測定する。次に、各回転位置における位置測定結果に基づいて固定スクロール３を位置決めしてメインフレーム１１に固定し、スクロール芯出しが完了する。

かかる本実施形態の圧縮機一体型膨張機１００によれば、固定軸６に貫通孔６ｄを形成し、この貫通孔６ｄを介して係合ピン７０を係合穴３１ｅに係合可能に構成したので、スクロール芯出し時から製品部品としての固定軸６を利用できる。したがって、第１実施形態のようにスクロール芯出し時には操作用治具６０を挿入し、芯出し完了後には固定軸６を挿入するという軸の入替え作業が不要になるため、作業者は、第１実施形態と比べてスクロール芯出し作業を容易に行うことができる。

また、本実施形態のように、基部６ｂの外径と孔部１１ｃの内径とのクリアランスが最小になるように組合せて選択した固定軸６及びメインフレーム１１を用いることにより、固定軸６の基部６ｂの外径及びメインフレーム１１の孔部１１ｃの孔径の寸法公差を高めることなく、スクロール芯出し時の固定軸６の芯振れ量を抑制することができるため、加工コストを高めることなく芯出し精度を向上させることができる。

また、上記第１及び第２実施形態では、偏心ブッシュ３１と、凹部４ａ及び軸部６ａとの間には、ニードルベアリング３２及びラジアルベアリング３３を設けた場合で説明したが、これに限らず、これらベアリング３２，３３を設けずに、偏心ブッシュ３１自体を可動スクロール４及び軸部６ａの互いの相対回転を受容する滑り軸受としても良い。

さらに、上記第１及び第２実施形態では、固定軸６は、その軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とほぼ一致させて、メインフレーム１１に固定される場合で説明したが、これに限らず、軸心Ｘ１を固定スクロール３の中心軸Ｘ２とずらして固定するようにしてもよい。この場合、スクロール芯出しにおいて、固定スクロール３は、前述した各回転位置における位置測定結果と、軸心Ｘ１と中心軸Ｘ２間の意図する偏心量及び偏心方向とに基づいて定まる位置で、メインフレーム１１に固定されるようにする。

以上で本発明の実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

１００・・・スクロール型流体機械（圧縮機一体型膨張機）
１・・・・・膨張部（作動室）
２・・・・・圧縮部（作動室）
３・・・・・固定スクロール
３Ｌ・・・・渦巻き状のラップ
４・・・・・可動スクロール
４ａ・・・・凹部
４Ｌ・・・・渦巻き状のラップ
６・・・・・固定軸
６ｄ・・・・貫通孔
２０・・・・スクロールユニット
３０・・・・支持部
３１・・・・偏心ブッシュ
３１ｅ・・・係合穴
６０・・・・操作用治具（回動操作用の治具）
７０・・・・係合ピン（回動操作用の治具）

Claims (3)

1. 渦巻き状のラップがそれぞれ形成された固定スクロール及び可動スクロールを、互いの前記ラップを対向配置して備え、前記固定スクロールの渦巻きラップと前記可動スクロールの渦巻きラップとの間に作動流体の作動室を形成するスクロールユニットと、固定軸と、前記固定軸に回動可能に軸支され前記可動スクロールを前記固定軸の軸心周りに公転旋回運動可能に支持する支持部と、を備えたスクロール型流体機械であって、
   前記支持部に、当該支持部の回動操作用の治具を係合可能な係合穴を設け、前記係合穴に前記治具を係合して、前記可動スクロールを前記固定軸の軸心周りに公転旋回可能に構成したスクロール型流体機械。
2. 前記固定軸に貫通孔を形成し、当該貫通孔を介して前記治具を前記係合穴に係合可能に構成した、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
3. 前記支持部は、前記固定軸の前記軸心に対して偏心して回動可能に前記固定軸に軸支され、前記可動スクロールのラップ形成面とは反対面に形成される凹部に、前記可動スクロールに対して相対回動可能に内挿される偏心ブッシュを備えて構成される請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。