JP2014231749A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ラップの補強を兼ねると共に、スラスト圧力を相殺し、ベアリングに作用させない構造にすることとそれに伴う各部の不具合を調整したスクロール流体機械を提供する。【解決手段】一対の駆動スクロール部材５，６は、中央ボス部５Ｂ，６Ｂと、駆動部鏡板の外周縁に所定の間隔で配置された４つの外周縁ボス部とによってお互いに連結され、一対の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄ，６Ｃ，６Ｄの中央側端部は、前記中央ボス部と連結され、前記一対の駆動側ラップ部の外周側端部は、それぞれ前記外周縁ボス部に連結され、残りの外周縁ボス部はそれぞれ近傍の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄ，６Ｃ，６Ｄに連結されて、駆動側ラップ５Ｃ，５Ｄ，６Ｃ，６Ｄを補強し、従動スクロール部材７は、従動部鏡板７Ａの外周縁に軸方向に延出する外周円筒部７Ｂ，７Ｃを具備し、従動側ラップ部７Ｊ，７Ｋ，７Ｌ，７Ｍの外周端部は前記外周円筒部７Ｂ，７Ｃに連結されて補強される。【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相対的に旋回運動を行う従動スクロールとで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に関する。

特許文献１（特開平１１−１４８４７０号公報）は、スクロール型流体機械において固定スクロールの変形を低減することを課題とするもので、ケーシング内の架構に、摺動可能なように可動スクロールが支持されており、可動スクロールに形成された可動スクロール歯と上下対接する固定スクロール歯が形成された固定スクロールが架構に固定配置され、固定スクロールの吐出孔を取り巻くように厚肉部が形成され、その厚肉部から外周部に向かって背面側リブが形成されているスクロール型流体機械を開示する。

特許文献２（特開２００６−２８３７５１号公報）は、圧縮機の内部で加熱されたり、ガスや器具部から飛散したオイルを大量に含む冷媒ガスが圧縮室内に流入するのを遮断するスクロール圧縮機の固定スクロールを提供するために、スクロール本体の下面にはインボリュート形状のラップが、内部には圧縮室が形成され、ラップの外側の周りにはフランジ部が形成され、フランジ部の下面にはメインフレームの上面に結合される複数の脚部が形成され、フランジ部の下面から流入する吸入ガスをラップの先端に誘導して圧縮室に流入せしめる遮断誘導部を備え、遮断誘導部は圧縮室の先端に対応するラップの外部面と脚部の内側面の間に一体形成される第１遮断壁とラップの先端外部面と脚部の内側面の間に一体形成される第２遮断壁とで構成され、第１、第２遮断壁の形成されない脚部の内側面とラップの外部面の間に補強リブが一体形成されるものである。

特開平１１−１４８４７０号公報 特開２００６−２８３７５１号公報

従来、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相対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、いわゆる全回転形スクロール流体機械において、駆動スクロール及び従動スクロールのラップの最外周端には大きな遠心力が作用し、ラップの変形対策が必要となる。このため、板厚を大きくしたり、ラップ高さを低くしたり、回転速度を低くするなどの対策が可能であるが、容量の減少や重量アップなどのデメリットがあり、また大型化した場合、ますます対応が難しくなる。さらに内部発生圧力により駆動スクロールと従動スクロールを軸方向に引き離そうとする大きなスラスト圧力が支持しているそれぞれのベアリングに作用するため、ベアリングの耐久性や動力アップなどの問題が発生していた。

特許文献１に開示される構造では、回転しない固定スクロールのラップにおいて、第１のリブ部が形成されている側と反対側の面に形成された、前記締結部と前記固定スクロール歯とを結ぶ第２リブ部が形成されている。特許文献２に開示される構造でも、回転しない固定スクロールのラップと脚部との間に、第１の遮蔽壁と第２の遮蔽壁が連設され、さらに脚部の内側面とラップの外側面の間に補強リブが一体に形成されている。このように、従来のスクロール流体機械において、回転しない固定スクロールのラップの補強は容易に行うことができる。しかも回転しないため遠心力が作用せず、また最外周部は吸い込み部となり圧縮ガスによる圧力も作用しないため、最外周部ラップの補強は主に加工時の変形防止などが主体となるため、加工方法での対応が可能であり、ことさら最外周部の強度アップ対策をするメリットはあまりない。また旋回スクロールは旋回運動のため、遠心力は旋回半径分しか作用せず、全回転形に較べ数十分の1程度と小さいためほとんど影響がない。ところが圧縮室を構成するスクロール（駆動スクロールと従動スクロール）が共に回転する全回転形スクロール流体機械では、回転による遠心力はラップの最外周部までの距離に比例し作用するため、遠心力は非常に大きくなりラップの補強にはさらなる工夫が必要となる。

このため、本願発明は、ラップの補強を兼ねると共に、スラスト圧力を相殺し、ベアリングに作用させない構造にすることとそれに伴う各部の不具合を調整したスクロール流体機械を提供することにある。

したがって、本願発明は、ハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支される一対の回転軸と、該一対の回転軸のそれぞれに固着され、お互いに対向して配置される一対の駆動スクロール部材と、該一対のスクロール部材に摺動自在に挟持される従動スクロール部材と、該従動スクロール部材を前記ハウジングに回転自在に且つ前記回転軸に偏心して支持する従動スクロール受けとを具備し、前記一対の駆動スクロール部材のそれぞれが、前記回転軸に固着される円盤状の駆動部鏡板と、該駆動部鏡板上に径方向に螺旋状に広がり、点対称に配置された一対の駆動側ラップ部とを具備し、前記従動スクロール部材が、円盤状の従動部鏡板と、該従動部鏡板の両側のそれぞれに、径方向に螺旋状に広がり、点対称に配置された一対の従動側ラップ部とを具備し、前記従動スクロール部材を一対の駆動スクロール部材で挟持して、前記従動部鏡板の両側に圧縮室を画成すると共に、回転軸を外部動力によって回転させて前記駆動スクロール部材及び従動スクロール部材を回転させると同時にオルダム機構を介して従動スクロール部材を駆動スクロール部材に対して相対的に旋回運動させて前記圧縮室を変化させて流体を吸引吐出するスクロール流体機械において、前記一対の駆動スクロール部材は、中央ボス部と、駆動部鏡板の外周縁に所定の間隔で配置された４つの外周縁ボス部とによってお互いに連結されること、前記駆動側ラップ部の中央側端部は、前記中央ボス部と連結され、一対の駆動側ラップ部の外周側端部はそれぞれ前記外周縁ボス部に連結され、残りの外周縁ボス部はそれぞれ近傍の駆動側ラップ部に連結されて、駆動側ラップを補強すること、前記従動スクロール部材は、前記中央ボス部及び外周縁ボス部に対応する位置に、前記中央ボス部及び外周縁ボス部が貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔は、前記中央ボス部及び外周縁ボス部に設けられた内管が旋回可能な大きさを有し、また駆動スクロールの各ボス部が旋回時、従動スクロールと干渉しない空間が形成され且つ、前記従動スクロール部材は、従動側鏡板の外周縁に軸方向に延出する外周円筒部を具備し、従動側ラップ部の最外周端部は前記外周円筒部に連結されて補強されることにある。

これによって、駆動スクロール部材の駆動側ラップ部は、中央ボス部及び外周縁ボス部によって補強されると同時に対向する一対のボス部を連結固定することで片持ちハリから両端固定ハリとなることで、より補強され、従動側ラップも外周円筒部に連結されて補強されるため、高速回転した場合でもラップの変形を防止することができるものである。さらに内部に発生するスラスト方向圧力を駆動スクロールの対向する一対のボス部を連結固定することで、この圧力をボス部の強度で受けることで、発生するスラスト圧を相殺し、ベアリングへの負荷が掛からない構造としたものである。特に外周部だけでなく中心部にても連結固定可能としたことで、大型化した場合でも均等にスラスト圧を相殺可能となった。

さらに、前記一対の駆動スクロール部材を連結する中央ボス部及び外周縁ボス部は、対応して連結されるそれぞれの中央ボス部及び外周縁ボス部の間隔を一定にするための所定の長さの内管を介して連結固定されることが望ましい。

これによって、一対の駆動スクロール部材の中央ボス部及び外周縁ボス部をネジ止め等で固定した場合でも、従動スクロール部材を回転自在に保持できる隙間を容易に形成することができるものである。

さらにまた、前記回転軸の一方には、吐出孔が貫通し、該吐出孔は、前記従動スクロール部材の中央に開口する排気口と連通すると共に、該吐出孔は、吐出孔径のままで鏡板部を貫通させ中央ボス部の一部までを切削貫通させた開口部を持つ吐出孔とすることが望ましい。

これによって、駆動側中心部に形成されたボスにより小さく制約されていた吐き出し空間を大きく形成することが可能となり、圧縮室の最終段階と吐出孔の間に生じる圧損を防止することができるものである。さらに中心ボス部の一部は吐き出し空間確保のため削除されても、強度上は問題なくスラスト方向圧を相殺することは可能である。

本願発明によれば、駆動スクロール部材の駆動側ラップ部及び従動スクロール部材の従動側ラップ部が補強されるので、スクロール流体機械の回転速度を上昇させることができるために、吐出能力を向上させることができる。さらに、中央ボス部の先端逃がし溝と鏡板貫通の吐出開口部を形成したことによって、吐出側での流体の圧力損失を低減できるため、さらに吐出性能を向上させることができるものである。くわえて内部に発生するスラスト方向圧力を駆動スクロールの対向する一対のボス部を連結固定することで、この圧力をボス部の強度で受けることで、発生するスラスト圧を相殺し、ベアリングへの負荷が掛からない構造とし特に外周部だけでなく中心部にても連結固定可能としたことで、大型化した場合でも均等にスラスト圧を相殺可能とさせることができるものである。

図１は、本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の断面図である。 （ａ）は本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の一方の駆動スクロール部材を示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の他方の側の駆動スクロール部材を示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は本願発明の実施例に係るスクロール流体機械の従動スクロール部材を示す斜視図であり、（ｂ）はその平面図である。 駆動スクロール部材の連結状態を示した説明図である。

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、ハウジング２と、該ハウジングに回転自在に軸支される第１及び第２の回転軸３，４と、該第１及び第２の回転軸３，４のそれぞれに固着され、お互いに対向して配置される第１及び第２の駆動スクロール部材５，６と、該第１及び第２の駆動スクロール部材５，６に摺動自在に挟持される従動スクロール部材７と、該従動スクロール部材７を前記ハウジング２に回転自在に且つ前記回転軸３，４に偏心して支持する第１及び第２の従動スクロール受け９，１０とを具備する。尚、回転軸３，４は、ベアリング３Ａ，４Ａを介して、従動スクロール受け９，１０は、ベアリング９Ａ，１０Ａを介してハウジング２に回転自在に支持される。

第１の駆動スクロール部材５は、図２（ａ），（ｂ）に示すもので、前記第１の回転軸３に固着される円盤状の鏡板５Ａと、該鏡板５Ａの中央ボス部５Ｂから螺旋状に径方向外方に延出する第１及び第２の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄを具備する。これら第１及び第２の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄの最外周端部は、前記鏡板５Ａの外周縁部に位置する第１及び第２の外周縁ボス部５Ｅ，５Ｆに接続され、前記駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄの最外周となる部分の略中間は、第３及び第４の外周縁ボス部５Ｇ，５Ｈに接続され、駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄの外周部分が補強されるものである。また、前記駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄは、中央ボス部５Ｂを中心として点対称形に配置するものである。さらに、中央ボス部５Ｂ及び第１乃至第４の外周縁ボス部５Ｅ，５Ｆ，５Ｇ，５Ｈは、前記第１及び第２の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄと同じ高さに形成され、前記鏡板５Ａの外周縁部に、中心角９０°毎に形成されるものである。さらにまた、前記中央ボス部５Ｂの周囲には、逃がし溝５Ｊが形成される。また、前記回転軸３には、図１に示すように吐出孔３Ｂが形成され、さらには吐出孔３Ｂが下記する圧縮室１１の最終段階１１Ａに開口する開口部３Ｃが形成されるものである。

第２の駆動スクロール部材６は、図３（ａ），（ｂ）に示すもので、前記第２の回転軸４に固着される円盤状の鏡板６Ａと、該鏡板６Ａの中央ボス部６Ｂから螺旋状に径方向外方に延出する第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄを具備する。これら第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄの最外周端部は、前記鏡板６Ａの外周縁部に位置する第１及び第２の外周縁ボス部６Ｅ，６Ｆに接続され、前記駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄの最外周となる部分の略中間は、第３及び第４の外周縁ボス部６Ｇ，６Ｈに接続され、第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄの外周部分が補強されるものである。また、前記第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄは、中央ボス部６Ｂを中心として点対称形に配置するものである。さらに、中央ボス部６Ｂ及び外周縁ボス部６Ｅ，６Ｆ，６Ｇ，６Ｈは、前記第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄと同じ高さに形成され、前記鏡板６Ａの外周縁部に、中心角９０°毎に形成されるものである。さらにまた、前記中央ボス部６Ｂの周囲には、逃がし溝６Ｊが形成される。

前記従動スクロール部材７は、円盤状の従動部鏡板７Ａと、該従動部鏡板７Ａの外周縁部に軸方向の両側に延出する外周円筒部７Ｂ、７Ｃを具備し、前記従動部鏡板７Ａの中心に中央貫通孔７Ｄを有する。この中央貫通孔７Ｄは前記中央ボス部５Ｂ，６Ｂが内管３０を介して旋回自在に挿通されるものである。また、前記従動部鏡板７Ａには、対向して連結される前記第１乃至第４の外周縁ボス部５Ｅ〜５Ｈ及び６Ｅ〜６Ｈが内管３０を介して旋回自在に挿通される外周側貫通孔７Ｅ，７Ｆ，７Ｇ，７Ｈが形成される。また、前記従動部鏡板７Ａに一方の側面には、前記中央貫通孔７Ｄの周縁から径方向外方へ螺旋状に延出する第１及び第２の従動側ラップ部７Ｊ，７Ｋが点対称に形成され、同様に他方の側面には、前記中央貫通孔７Ｄの周縁から径方向外方へ螺旋状に延出する第３及び第４の従動側ラップ部７Ｌ，７Ｍが点対称に形成される。

これによって、第１の駆動部鏡板５Ａ及び従動部鏡板７Ａによって挟まれた空間において、第１及び第２の駆動側ラップ部５Ｃ，５Ｄと第１及び第２の従動側ラップ部７Ｊ，７Ｋが噛合することによって第１の側の圧縮室（圧縮空間）１１が画成され、第２の駆動部鏡板６Ａ及び従動部鏡板７Ａによって挟まれた空間において、第３及び第４の駆動側ラップ部６Ｃ，６Ｄと第３及び第４の従動側ラップ部７Ｌ，７Ｍが噛合することによって第２の側の圧縮室（圧縮空間）１２が画成される。

これらの第１の側の圧縮室１１と第２の側の圧縮室１２は、外部動力によって第２の回転軸４が回転することによって第１及び第２の駆動スクロール部材５，６が回転し、さらに第１及び第２の駆動スクロール部材５，６とオルダム機構２０を介して結合される第１及び第２の従動スクロール受け９，１０を介して従動スクロール部材７が回転すると同時に前記第１及び第２の駆動スクロール部材５，６に対して相対的に旋回運動を行うことによって、外周方向から中心方向に移動しつつその容積を減少させるものである。これによって、ハウジング２に開口する吸入口（図示せず）からハウジング２内に流体（気体若しくは液体、特に空気若しくは水）を吸引し、従動スクロール部材７の外周円筒部７Ｂ，７Ｃに開口した吸入開口部７Ｎ，７Ｐから前記第１の側の圧縮室１１と第２の側の圧縮室１２に吸引され、圧縮されるものである。圧縮された流体は、第１の側の圧縮室１１の最終段階１１Ａ及び第２の側の圧縮室１２の最終段階１２Ａから第１の回転軸３に形成された吐出孔３Ｂから吐出されるものである。

特に、第２の側の圧縮室１２の最終段階１２Ａの流体は、第２の駆動スクロール部材６の逃がし溝６Ｊ及び従動スクロール部材７の中央貫通孔７Ｄ、さらには第１の駆動スクロール部材５の逃がし溝５Ｊを通過して第１の側の圧縮室１１の最終段階１１Ａに至り、この最終段階１１Ａで第１の側の圧縮室１１の最終段階１１Ａの流体と一緒に、第１の回転軸３と中央ボス部５Ｂとで形成された開口部３Ｃから吐出孔３Ｂに至るものである。この場合、逃がし溝５Ｊ，６Ｊと開口部３Ｃを形成したことによって、全体の流体の圧力損失を低減することできるものである。

さらに、第１の駆動スクロール部材５と第２の駆動スクロール部材６は、前記中央ボス部５Ｂ，６Ｂと、それぞれ対応する外周縁ボス部５Ｅ，６Ｅ、５Ｆ，６Ｆ、５Ｇ，６Ｇ及び５Ｈ，６Ｈは、図５で示すように、所定長さの内管（内輪）を介して接続され、従動スクロール部材７の従動部鏡板７Ａが摺動自在に旋回できる隙間４０を確実に形成し保持できるようにするものである。

以上の構成により、本願発明のスクロール流体機械によれば、駆動側及び従動側のラップの外周端部を補強することができるため、ラップの変形を防止することができるため、高速回転での運転が可能となるため、吐出性能を向上させることができるものである。

さらに、中央ボス部の周囲の逃がし溝５Ｊ，６Ｊと開口部３Ｃを形成したことによって、吐出側での流体の圧力損失を低減できるため、さらに吐出性能を向上させることができるものである。

また、第１の駆動スクロール部材と第２のスクロール部材の連結にあたっては、それぞれの対応するボス部の連結時に、所定の長さの内管（内輪）を介して接続するようにしたため、従動スクロール部材の鏡板を確実に摺動可能な状態で保持することが可能となるものである。くわえて内部に発生するスラスト方向圧力を駆動スクロールの対向する一対のボス部を連結固定することで、この圧力をボス部の強度で受けることで、発生するスラスト圧を相殺し、ベアリングへの負荷が掛からない構造とし特に外周部だけでなく中心部にても連結固定可能としたことで、大型化した場合でも均等にスラスト圧を相殺可能させることができるものである。

１ スクロール流体機械
２ ハウジング
３ 第１の回転軸
４ 第２の回転軸
５ 第１の駆動スクロール部材
５Ａ 第１の駆動部鏡板
５Ｂ 中央ボス部
５Ｃ 第１の駆動側ラップ部
５Ｄ 第２の駆動側ラップ部
５Ｅ 第１の外周縁ボス部
５Ｆ 第２の外周縁ボス部
５Ｇ 第３の外周縁ボス部
５Ｈ 第４の外周縁ボス部
６ 第２の駆動スクロール部材
６Ａ 第２の駆動部鏡板
６Ｂ 中央ボス部
６Ｃ 第３の駆動側ラップ部
６Ｄ 第４の駆動側ラップ部
６Ｅ 第１の外周縁ボス部
６Ｆ 第２の外周縁ボス部
６Ｇ 第３の外周縁ボス部
６Ｈ 第４の外周縁ボス部
７ 従動スクロール部材
７Ａ 従動部鏡板
７Ｂ，７Ｃ 外周円筒部
７Ｄ 中央貫通孔
７Ｅ、７Ｆ，７Ｇ，７Ｈ 外周側貫通孔
７Ｊ 第１の従動側ラップ部
７Ｋ 第２の従動側ラップ部
７Ｌ 第３の従動側ラップ部
７Ｍ 第４の重大側ラップ部
９ 第１の従動スクロール受け
１０ 第２の従動スクロール受け
１１ 第１の圧縮室
１２ 第２の圧縮室
２０ オルダム機構
３０ 内管
４０ 隙間

Claims (3)

1. ハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支される一対の回転軸と、該一対の回転軸のそれぞれに固着され、お互いに対向して配置される一対の駆動スクロール部材と、該一対のスクロール部材に摺動自在に挟持される従動スクロール部材と、該従動スクロール部材を前記ハウジングに回転自在に且つ前記回転軸に偏心して支持する従動スクロール受けとを具備し、前記一対の駆動スクロール部材のそれぞれが、前記回転軸に固着される円盤状の駆動部鏡板と、該駆動部鏡板上に径方向に螺旋状に広がり、点対称に配置された一対の駆動側ラップ部とを具備し、前記従動スクロール部材が、円盤状の従動部鏡板と、該従動部鏡板の両側のそれぞれに、径方向に螺旋状に広がり、点対称に配置された一対の従動側ラップ部とを具備し、前記従動スクロール部材を一対の駆動スクロール部材で挟持して、前記従動部鏡板の両側に圧縮室を画成すると共に、回転軸を外部動力によって回転させて前記駆動スクロール部材及び従動スクロール部材を回転させると同時にオルダム機構を介して従動スクロール部材を駆動スクロール部材に対して相対的に旋回運動させて前記圧縮室を変化させて流体を吸引吐出するスクロール流体機械において、
   前記一対の駆動スクロール部材は、中央ボス部と、駆動部鏡板の外周縁に所定の間隔で配置された４つの外周縁ボス部とによってお互いに連結されること、
   前記駆動側ラップ部の中央側端部は、前記中央ボス部と連結され、一対の駆動側ラップ部の外周側端部はそれぞれ前記外周縁ボス部に連結され、残りの外周縁ボス部はそれぞれ近傍の駆動側ラップ部に連結されて、駆動側ラップを補強すること、
   前記従動スクロール部材は、前記中央ボス部及び外周縁ボス部に対応する位置に、前記中央ボス部及び外周縁ボス部が貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔は、前記中央ボス部及び外周縁ボス部に設けられた内管が旋回可能な大きさを有し、また駆動スクロールの各ボス部が旋回時、従動スクロールと干渉しない空間が形成されること、且つ、
   前記従動スクロール部材は、従動側鏡板の外周縁に軸方向に延出する外周円筒部を具備し、従動側ラップ部の最外周端部は前記外周円筒部に連結されて補強されることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記一対の駆動スクロール部材を連結する中央ボス部及び外周縁ボス部は、対応して連結されるそれぞれの中央ボス部及び外周縁ボス部の間隔を一定にするための所定の長さの内管を介して連結固定される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. 前記回転軸の一方には、吐出孔が貫通し、該吐出孔は、前記従動スクロール部材の中央に開口する排気口と連通すると共に、前記駆動スクロール部材の中央ボス部に先端逃がし溝と鏡板貫通の吐出開口部を形成した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。
   

Images