JP2017186906A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】スクロール式流体機械において、旋回スクロールに転覆モーメントが作用することを防止すると共に、旋回スクロールの軸孔への塵、水等の浸入を防止する。【解決手段】旋回スクロール６は、中心部に、吐出口９に対向する側が閉塞壁６５により閉塞され、偏心軸部５１が回転可能に挿入される軸孔６３を形成するボス部６４を有する。ボス部６４は、閉塞壁６５と当該閉塞壁６５に対向する吐出口９との間に、中心寄り密閉室７ａに連通する逃がし空間７１を形成するように、軸線方向の向く高さが旋回ラップ６２の高さよりも低く形成される。密閉室７に導入された気体は、最終的に逃がし空間７１を通って吐出口９から吐出される。【選択図】 図３

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

従来のスクロール式流体機械は、例えば特許文献１に記載されているように、固定スクロールと、モータにより回転可能な主軸と、当該主軸に一体的に形成された偏心軸部に回転可能に枢支され、主軸の回転によって公転可能な旋回スクロールと、旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ公転運動させる自転防止機構とを備え、駆動軸の回転による旋回スクロールの公転運動によって、固定スクロールの固定ラップと旋回スクロールの旋回ラップとを互いに噛み合わせることにより、旋回ラップと固定ラップの間に密閉室を形成し、吸入口から吸入した気体を密閉室に導入して中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を吐出口から吐出させるものである。

また、旋回スクロールの中心部には、軸孔を設け、当該軸孔に偏心軸部を旋回ラップまで挿入することで、旋回スクロール内の圧縮気体によりラジアル荷重点と、偏心軸部の支持点を一致させることにより、旋回スクロールに転覆モーメントが発生しないようにして、スクロール式流体機械の性能向上を図っている。

特開平７−３３２２５８号公報

しかし、上記特許文献１に記載のスクロール式流体機械は、偏心軸部が旋回スクロールの軸孔に回転可能に挿入され、軸孔が旋回スクロールを貫通して吐出口に対向する側が開口しているため、密閉ケーシングを備えない密閉式でないスクロール式流体機械では、露出している吐出口を経由して軸孔の軸受部分に塵、水等が浸入して、故障の原因を招く虞がある。

本発明は、上記課題に鑑み、旋回スクロールに転覆モーメントが作用することを防止すると共に、旋回スクロールの軸孔への塵、水等の浸入を防止したスクロール式流体機械を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、第１の発明は、ハウジングと、前記ハウジングに固定され、端板に固定ラップを形成した固定スクロールと、前記ハウジング内に収容され、モータに連結された主軸と一体をなす偏心軸部に枢支されると共に、端板に前記固定スクロールと噛合することにより密閉室を形成する旋回ラップを形成した旋回スクロールと、前記主軸が回転した際、前記旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ公転運動させる自転防止機構とを備え、前記旋回スクロールが公転することで、吸入口から吸入した気体を前記密閉室に導入して外周側から中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を前記固定スクロールの中心部に設けた吐出口から吐出するようにしたスクロール式流体機械において、前記旋回スクロールは、中心部に、前記吐出口に対向する側が閉塞壁により閉塞され、前記偏心軸部が回転可能に挿入される軸孔を形成するボス部を有することを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、前記旋回スクロールに、スラスト軸受を設けたことを特徴としている。

第３の発明は、第１または２の発明において、前記ボス部は、前記閉塞壁と当該閉塞壁に対向する前記吐出口との間に、前記密閉室の中心寄り密閉室に連通する逃がし空間を形成するように、軸線方向の向く高さが前記旋回ラップの高さよりも低く形成され、前記密閉室に導入された気体は、最終的に前記逃がし空間を通って前記吐出口から吐出されることを特徴としている。

本発明によると、旋回スクロールの中心部に、吐出口に対向する側が閉塞壁により閉塞され、かつ偏心軸部が旋回ラップまで挿入される程度の深さを有する軸孔を形成したことにより、旋回スクロールに転覆モーメントが作用することを防止すると共に、旋回スクロールの軸孔への塵、水等の浸入を阻止して故障の原因を除去することができる。
さらに、閉塞壁と当該閉塞壁に対向する吐出口との間に、中心寄り密閉室に連通する逃がし空間を形成すると、密閉室で圧縮された気体を逃がし空間でさらに圧縮して吐出口から吐出するため、圧縮比をより高めることができる。
さらに、逃がし空間を、旋回スクロールの中心部に形成すると、吐出流路の抵抗を小さくして、高い効率が得られることができると共に、吐出口を小さくして、スクロール式流体機械の小型化を図ることができる。

本発明におけるスクロール式真空ポンプの縦断側面図である。 図１におけるII−II線縦断面図である。 要部の拡大縦断側面図である。 斜め前方から見たスクロール式真空ポンプの分解斜視図である。 斜め後方から見た要部の分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るスクロール式真空ポンプ１を示した縦断側面図である。なお、以下の説明においては、図１における左方を「前方」とし、右方を「後方」と定義する。

図１、４に示すように、本実施形態のスクロール式真空ポンプ１は、例えばアルミ合金等で成形される円環状のハウジング２と、ハウジング２の後側に円板状の軸受プレート２Ａを介して取り付けられるモータ３と、ハウジング２の前側に固定される固定スクロール４と、モータ３の回転軸３１と共に回転する前後方向の主軸５と、主軸５の回転に伴って公転する旋回スクロール６と、旋回スクロール６の自転を阻止して公転運動を可能にするオルダムリング１０とを備え、旋回スクロール６が主軸５の回転によって公転することにより、ハウジング２の外周に形成された吸入口８から真空状態にする図示略の容器から吸入した気体を、固定スクロール４と旋回スクロール６との間に形成される密閉室７へ導入して、その中心方向に行くにしたがって圧縮した後、固定スクロール４の中心に形成した吐出口９から吐出させるものである。

モータ３の回転軸３１は、前部が軸受プレート２Ａの中心部に設置されるラジアル軸受２０により回転自在に支持され、後端部がラジアル軸受２１によりモータケーシング３２の中心部に回転自在に支持されている。

主軸５は、前端部に偏心軸部５１を一体形成し、後端部がモータ３の回転軸３１の前端部外周に嵌合固定されることで、回転軸３１の回転に伴って回転する。主軸５の偏心軸部５１には、ラジアル軸受１２を介して旋回スクロール６が回転自在に支持され、主軸５の軸方向の略中央部には、旋回スクロール６の公転運動による動的アンバランスを平衡させるためのバランスウェイト１３が固定される。

固定スクロール４は、ハウジング２の前部に後方を向くボルト１１により固定されると共に、円板状の端板４１の後面には渦巻き状で所定の高さを有する固定ラップ４２が一体形成され、端板４１の中心部には密閉室７で圧縮された気体を吐出するための吐出口９が形成される。また、端板４１の前面には、多数の冷却フィン４３が一体形成されている。

旋回スクロール６は、円板状の端板６１を有し、当該端板６１の前面には、固定スクロール４の固定ラップ４２に対向して噛み合う渦巻き状の所定の高さを有する旋回ラップ６２が一体形成されている。端板６１の中心部には、偏心軸部５１がラジアル軸受１２を介して回転自在に挿入される軸孔６３を有するボス部６４が一体形成されている。

旋回スクロール６は、後述のようにオルダムリング１０を介してハウジング２内に支持されることによって、主軸５の回転に伴って固定スクロール４に対して自転することなく公転運動する。

固定ラップ４２と旋回ラップ６２は、互いに対向して噛み合うことにより、固定スクロール４と旋回スクロール６との間に密閉室７を形成している。固定ラップ４２及び旋回ラップ６２の先端には、帯状のシール１４ａ及び１４ｂがそれぞれ埋設されている。シール１４ａ、１４ｂは、それぞれ対向する面に接触することで密閉室７を密閉状態に保っている。

吸入口８から吸入された気体は、主軸５の偏心軸部５１の公転に伴って、旋回スクロール６が固定スクロール４に対して公転運動することにより、密閉室７の外周側から中心側に順次送られて圧縮される。密閉室７で圧縮された気体は、最終的に後述の逃がし空間７１を通って固定スクロール４の吐出口９から吐出される。

旋回スクロール６のボス部６４は、図３に示すように、軸方向（前方）への高さｈ２が旋回ラップ６２の高さｈ１よりも低くなるように形成されると共に、固定スクロール４の吐出口９に対向する位置にあって、軸孔６３の前面を閉塞する薄肉の閉塞壁６５を形成する。閉塞壁６５は、その前面が固定スクロール４の吐出口９に若干離間して対向することで、吐出口９との間に密閉室７のうち中心寄りの密閉室７ａ（図２参照）に連通する小さい空間である逃がし空間７１を形成している。

また、図３に示すように、偏心軸部５１が旋回スクロール６の軸孔６３に挿入された状態において、偏心軸部５１は、端板６１を貫通し旋回ラップ６２の高さｈの１／２に相当する寸法以上、軸孔６３に挿入される。換言すると、軸孔６３の軸方向への深さｄは、旋回ラップ６２の高さｈよりも浅く、かつ高さｈの１／２よりも深くなるように形成される。これにより、密閉室７の圧縮気体による旋回スクロール６に作用するラジアル荷重点と、偏心軸部５１の支持点を略一致させることにより、旋回スクロール６に転覆モーメントが発生しないようにすることができる。

さらに、吐出口９に対向するボス部６４の前面は、閉塞壁６５により閉塞されているため、吐出口９から浸入した塵、水等の軸孔６３への浸入を防止して、旋回スクロール６の円滑な公転運動を長期に亘って保つことができる。

さらに、密閉室７で圧縮され中心部寄りの密閉室７ａに移動された気体は、逃がし空間７１でさらに圧縮されて吐出口９から吐出されるため、従来技術よりも圧縮比を高めることができる。

さらに、逃がし空間７１は、旋回スクロール７の中心部に形成されるため、吐出流路の抵抗を小さくして、高い効率が得られることができると共に、吐出口９を小さくして、スクロール式真空ポンプ１の小型化を図ることができる。

特に図４、５に示すように、旋回スクロール６の端板６１の外周に形成された耳部６８（本実施形態においては、３個）の前面には、固定スクロール４の後側を向く面に接触可能な耐摩耗性に優れたプレート状のスラスト軸受１５が固定され、また同じく端板６１の後面には、ハウジング２内の前側を向く面に接触可能な耐摩耗性に優れた円環状のスラスト軸受１６が固定される。スラスト軸受１５、１６は、旋回スクロール６に作用するスラスト荷重を受けることで、旋回スクロール６の公転運動を円滑なものとする。

オルダムリング１０は、円環状の本体１０１と、本体１０１の前面で中心を挟んで互いに対向した位置に設けられる一対の前側爪１０２と、本体１０１の後面で前側爪１０２に対して周方向に９０°だけずれた位置に設けられる一対の後側爪１０３とを含んで構成される。

各前側爪１０２は、旋回スクロール６の後面に形成された一対の案内溝６６にスライド自在に嵌め込まれ、各後側爪１０３は、ハウジング２の前側を向く内面に形成された一対の案内溝６６に各前側爪１０２のスライド方向に対して直交する方向にスライド自在に嵌め込まれる。
これにより、旋回スクロール６は、主軸５の偏心軸部５１が回転することによって、オルダムリング１０に対して、径方向へ直線往復運動することにより自転することなく公転運動することができる。

旋回スクロール６の端板６１の後面にあって、スラスト軸受１６よりも外周側で、かつオルダムリング１０よりも内周側には、円環状の凹溝６７が凹設される。凹溝６７には、ハウジング２内の前方を向く内面に接触する円環状の環状シール１７及び当該シール１７をハウジング２の内面に押し付ける反発力を有する円環状の弾性体（バックアップシール）１８が埋設される。

環状シール１７は、旋回スクロール６の後面とハウジング２の内面と密封することで、ハウジング２内における旋回スクロール６の端板６１の後側に形成される内部空間を、環状シール１７よりも外周側に形成される外周側空間２２と、環状シール１７よりも内周側に形成される内周側空間２３とに分割する。

外周側空間２２は、密閉室７における最外周にあって、大気圧よりも低い低圧環境にある吸込室７ｂに図３に矢印で示す流路を辿って連通することで、スクロール式真空ポンプ１の作動時には吸込室７ｂの圧力環境と同じ大気圧よりも低い低圧環境となる。
なお、ハウジング２の前面と当該前面に対面する固定スクロール４の後面との間は、円環状のシール２４をもって密閉状態に保たれている。これにより、外周側空間２２は、吸込室７ｂに連通した状態で密閉される。

次に、上述構成のスクロール式真空ポンプ１における動作について説明する。
モータ３の回転軸３１が回転すると、偏心軸部５１は、主軸５の軸心に対して公転運動する。これに伴い、旋回スクロール６は、オルダムリング１０により自転が阻止されて固定スクロール４に対して公転運動する。これにより、各スクロール４、６の各ラップ４２、６２のそれぞれの接触箇所が中心部に向って移動し、これに伴って、吸入口８から密閉室７に導入された低圧の気体は、中心部に向って渦巻状に移動しながら圧縮され、旋回スクロール６の中心部に形成される逃がし空間７１を通って吐出孔９から吐出される。

上述の真空動作の際、密閉室７における吸込室７ｂは、大気圧よりも低い低圧環境となることから、外周側空間２２も前述のとおり吸込室７ｂに連通しているため、吸込室７ｂと同じ低圧環境となる。また、密閉室７における中心寄り密閉室７ａは、密閉されていないため大気圧環境となる。この結果、旋回スクロール６の外周部及び内周部に作用する後方への圧力と、外周側空間２２及び内周側空間２３の圧力とが互いに均衡するため、各シール１４ａ、１４ｂに対して過大な力が作用することが防止され、旋回スクロール６の円滑な公転運動を可能にする。
また、旋回スクロール６の前面及び後面のそれぞれにスラスト軸受１５、１６を設けたことによって、旋回スクロール６に作用するスラスト方向への荷重を効果的に受けて、旋回スクロール６のより安定した公転運動を可能にする。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、各実施形態に種々の変形や変更を施すことが可能である。
（ｉ）旋回スクロール６の自転を阻止して公転運動を可能にする構成として、オルダムリング１０に代えて、他の構成を採用する。
（ii）スクロール式流体機械を、真空ポンプに代えて、圧縮ポンプとする。

１ スクロール式真空ポンプ
２ ハウジング
２Ａ 軸受プレート
３ モータ
４ 固定スクロール
５ 主軸
６ 旋回スクロール
７ 密閉室
７ａ 中心寄りの密閉室
７ｂ 吸込室
８ 吸入口
９ 吐出口
１０ オルダムリング
１１ ボルト
１２ ラジアル軸受
１３ バランスウェイト
１４ａ、１４ｂ シール
１５ スラスト軸受
１６ スラスト軸受
１７ 環状シール
１８ 弾性体
２０、２１ ラジアル軸受
２２ 外周側空間
２３ 内周側空間
２４ シール
３１ 回転軸
３２ モータケーシング
４１ 端板
４２ 固定ラップ
４３ 冷却フィン
５１ 偏心軸部
６１ 端板
６２ 旋回ラップ
６３ 軸孔
６４ ボス部
６５ 閉塞壁
６６ 案内溝
６７ 凹溝
６８ 耳部
７１ 逃がし空間
１０１ 本体
１０２ 前側爪
１０３ 後側爪

Claims (3)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定され、端板に固定ラップを形成した固定スクロールと、
   前記ハウジング内に収容され、モータに連結された主軸と一体をなす偏心軸部に枢支されると共に、端板に前記固定スクロールと噛合することにより密閉室を形成する旋回ラップを形成した旋回スクロールと、
   前記主軸が回転した際、前記旋回スクロールの自転運動を阻止しつつ公転運動させる自転防止機構とを備え、
   前記旋回スクロールが公転することで、吸入口から吸入した気体を前記密閉室に導入して外周側から中心方向へ移動させて圧縮し、当該圧縮された気体を前記固定スクロールの中心部に設けた吐出口から吐出するようにしたスクロール式流体機械において、
   前記旋回スクロールは、中心部に、前記吐出口に対向する側が閉塞壁により閉塞され、前記偏心軸部が回転可能に挿入される軸孔を形成するボス部を有することを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記旋回スクロールに、スラスト軸受を設けたことを特徴とする請求項１記載のスクロール式流体機械。
3. 前記ボス部は、前記閉塞壁と当該閉塞壁に対向する前記吐出口との間に、前記密閉室の中心寄り密閉室に連通する逃がし空間を形成するように、軸線方向の向く高さが前記旋回ラップの高さよりも低く形成され、
   前記密閉室に導入された気体は、最終的に前記逃がし空間を通って前記吐出口から吐出されることを特徴とする請求項１または２記載のスクロール式流体機械。

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