JP2019044731A - Scroll fluid machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気圧縮機または蒸気膨張機として使用されるスクロール流体機械に関するものである。 The present invention relates to scroll fluid machines used as air compressors or steam expanders.
従来、下記各特許文献に開示されるように、自転防止用の三本のクランク軸を備えるスクロール流体機械が知られている。このスクロール流体機械では、旋回スクロールは、基板部の両面に旋回ラップが設けられており、三本のクランク軸の偏心軸部に鋼製の転がり軸受を介して保持される。転がり軸受の外輪は、たとえば、旋回スクロールに設けられた軸受取付穴に対して、しまりばめによりはめ込まれる。つまり、外輪の外径をd、軸受取付穴の内径をDとしたとき、d>Dの関係にある転がり軸受を、旋回スクロールの軸受取付穴に圧入している。また、転がり軸受の外輪は、軸方向においては、軸受取付穴の段付き部に端面を当接させた状態で、留めリング(押さえ板)によって押圧状態で挟持される。 Conventionally, as disclosed in the following patent documents, a scroll fluid machine provided with three crankshafts for preventing rotation is known. In this scroll fluid machine, the orbiting scroll is provided with orbiting wraps on both sides of the base plate portion, and is held by eccentric shaft portions of three crankshafts via steel rolling bearings. The outer ring of the rolling bearing is fitted, for example, by tight fitting to a bearing mounting hole provided in the orbiting scroll. That is, when the outer diameter of the outer ring is d and the inner diameter of the bearing mounting hole is D, the rolling bearing in the relationship of d> D is press-fit into the bearing mounting hole of the orbiting scroll. Further, in the axial direction, the outer ring of the rolling bearing is held in a pressed state by the retaining ring (pressing plate) in a state where the end face is in contact with the stepped portion of the bearing mounting hole.
ところで、近年、スクロール流体機械の軽量化を目的として、旋回スクロール、固定スクロールおよびハウジング等を、軽金属であるアルミニウム合金で形成しようとする試みがある。しかしながら、たとえば空気圧縮機の旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合には、アルミニウム合金製の旋回スクロールと鋼製の転がり軸受の外輪との線膨張係数の違い(アルミニウム合金の線膨張係数>鋼の線膨張係数)により、圧縮動作時の温度上昇によって、軸受取付穴と外輪とのはめあいのしめしろ((d−D)/2)が減少する可能性がある。同様に、たとえば蒸気膨張機の旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合には、蒸気導入時の温度上昇によって、軸受取付穴と外輪とのはめあいのしめしろ((d−D)/2)が減少する可能性がある。そして、しめしろが減少すると、外輪を軸方向に挟持していても、外輪がクリープを起こすおそれがある。 In recent years, for the purpose of reducing the weight of the scroll fluid machine, there has been an attempt to form the orbiting scroll, the fixed scroll, the housing and the like from an aluminum alloy which is a light metal. However, for example, when the orbiting scroll of the air compressor is formed of aluminum alloy, the difference in linear expansion coefficient between the orbiting scroll made of aluminum alloy and the outer ring of steel rolling bearing (linear expansion coefficient of aluminum alloy> steel Depending on the coefficient of linear expansion, temperature rise during compression operation may reduce the fitting interference ((d−D) / 2) between the bearing mounting hole and the outer ring. Similarly, for example, when the orbiting scroll of the steam expander is formed of an aluminum alloy, the temperature increase at the time of steam introduction reduces the interference ((d−D) / 2) of the fit between the bearing mounting hole and the outer ring. there's a possibility that. Then, when the interference decreases, there is a possibility that the outer ring creeps even though the outer ring is held in the axial direction.
クリープとは、はめあいのしめしろ不足やはめあい面の加工精度不良等により軸受が回転・旋回方向とは逆方向に微動する現象をいう。特に、クランク軸の転がり軸受には、旋回スクロールの旋回運動時に遠心力が働くことから、はめあいのしめしろが不足するとクリープが起こりやすくなる。そして、軸受のクリープが続くと外輪のはめあい面が鏡面化してしまい、これにかじりを伴うと焼付きや溶着を引き起こすおそれもある。 The term "creep" refers to a phenomenon in which the bearing is finely moved in the direction opposite to the direction of rotation / rotation due to insufficient fit of the fit and poor machining accuracy of the fit surface. In particular, since the centrifugal force acts on the rolling bearings of the crankshaft during the turning movement of the turning scroll, creep is likely to occur if the fitting interference is insufficient. And, when the creep of the bearing continues, the fitting surface of the outer ring becomes a mirror surface, and if this is accompanied by galling, there is a possibility that seizing or welding may occur.
本発明が解決しようとする課題は、旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合でも、クランク軸に取り付けた転がり軸受のクリープを防止することのできるスクロール流体機械を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a scroll fluid machine capable of preventing creep of a rolling bearing attached to a crankshaft even when the orbiting scroll is formed of an aluminum alloy.
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、空気圧縮機または蒸気膨張機として使用されるスクロール流体機械であって、基板部の両面に旋回ラップが設けられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールが収容されるハウジング材と、前記旋回ラップと噛み合う固定ラップが設けられ、前記旋回スクロールを挟むように前記ハウジング材に固定される一対の固定スクロールと、前記旋回スクロールの周方向三以上の箇所に等間隔に配置されるクランク軸と、を備え、前記クランク軸は、同一軸線上に配置された主軸部間に偏心軸部が偏心して設けられ;両側の前記主軸部において、前記ハウジング材に回転可能に保持され;前記偏心軸部に転がり軸受を介して前記旋回スクロールが保持されることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回可能に保持し、前記旋回スクロールは、アルミニウム合金で形成されると共に、前記旋回ラップの外側に軸受取付穴が設けられ、前記転がり軸受は、軌道輪および転動体が鋼で形成されると共に、外輪の外周面に樹脂製の帯状スペーサが付設された膨張補正軸受とされ、前記膨張補正軸受は、前記軸受取付穴に圧入されて収容されることを特徴とするスクロール流体機械である。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、アルミニウム合金製の旋回スクロールが、鋼製の転がり軸受を介して、クランク軸の偏心軸部に保持される。旋回スクロールをアルミニウム合金で形成することで、スクロール流体機械の軽量化を図ることができる。また、旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合でも、次に述べるように、転がり軸受の外輪の外周面に設けた帯状スペーサのしめしろを安定させることで、転がり軸受のクリープを防止することができる。 According to the first aspect of the present invention, the orbiting scroll made of aluminum alloy is held by the eccentric shaft portion of the crankshaft via the steel rolling bearing. By forming the orbiting scroll from aluminum alloy, the weight of the scroll fluid machine can be reduced. Further, even when the orbiting scroll is formed of an aluminum alloy, as described below, the creep of the rolling bearing can be prevented by stabilizing the interference of the strip-like spacer provided on the outer peripheral surface of the outer ring of the rolling bearing. .
すなわち、まず、転がり軸受は、外輪の外周面に樹脂製の帯状スペーサが付設された膨張補正軸受とされ、旋回スクロールの軸受取付穴に圧入される。つまり、帯状スペーサの外径をd1、軸受取付穴の内径をDとしたとき、d1>Dの関係にある帯状スペーサを軸受取付穴に対してしまりばめとしている。旋回スクロールを形成するアルミニウム合金の線膨張係数は、転がり軸受を形成する鋼の線膨張係数よりも大きいので、スクロール流体機械の使用に伴って温度が上昇すると、外輪の外径と軸受取付穴の内径との隙間は大きくなる。ところが、帯状スペーサ(樹脂)の線膨張係数は、旋回スクロール(アルミニウム合金)の線膨張係数よりも更に大きいので、温度上昇時に旋回スクロールの熱膨張に確実に追従することができ、帯状スペーサのしめしろ((d1−D)/2)を安定させることができる。そのため、旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合でも、クランク軸に取り付けた転がり軸受のクリープを防止することができる。 That is, first, the rolling bearing is an expansion correction bearing in which a resin-made band-like spacer is attached to the outer peripheral surface of the outer ring, and is press-fitted into the bearing mounting hole of the orbiting scroll. That is, assuming that the outer diameter of the strip spacer is d1 and the inner diameter of the bearing mounting hole is D, the strip spacer in the relationship of d1> D is tightly fitted to the bearing mounting hole. Since the linear expansion coefficient of the aluminum alloy forming the orbiting scroll is larger than the linear expansion coefficient of the steel forming the rolling bearing, if the temperature rises with the use of the scroll fluid machine, the outer diameter of the outer ring and the bearing mounting hole The gap with the inner diameter is large. However, since the linear expansion coefficient of the strip spacer (resin) is larger than that of the orbiting scroll (aluminum alloy), the thermal expansion of the orbiting scroll can be reliably followed when the temperature rises. It is possible to stabilize the white ((d1-D) / 2). Therefore, even when the orbiting scroll is formed of an aluminum alloy, creep of the rolling bearing attached to the crankshaft can be prevented.
請求項2に記載の発明は、前記旋回スクロールは、Si:8.0〜11.0質量%、Mg:0.3〜0.6質量%、Mn:0.3〜0.6質量%を含有するAl−Si−Mg−Mn系のアルミニウム合金で形成され、前記アルミニウム合金は、Cuの含有量が0.5質量%以下、Feの含有量が0.7質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のスクロール流体機械である。
According to a second aspect of the present invention, the orbiting scroll comprises Si: 8.0 to 11.0% by mass, Mg: 0.3 to 0.6% by mass, and Mn: 0.3 to 0.6% by mass. The aluminum alloy is formed of an Al-Si-Mg-Mn-based aluminum alloy that contains 0.5% by mass or less of Cu and 0.7% by mass or less of Fe. It is a scroll fluid machine according to
請求項2に記載の発明によれば、空気圧縮機のみならず蒸気膨張機として使用する場合にも、耐食性を良好に保つことができる。 According to the second aspect of the present invention, the corrosion resistance can be kept good even when used not only as an air compressor but also as a steam expander.
請求項3に記載の発明は、前記帯状スペーサは、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体から選ばれた一種以上の樹脂材料からなり、吸水率が1%以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスクロール流体機械である。
The invention according to
請求項3に記載の発明によれば、転がり軸受の外輪に設けられて旋回スクロールの軸受取付穴に圧入される帯状スペーサは、旋回スクロールの旋回による遠心力でもつぶれない程度の硬度を有するので、起動時や停止時も含めて、帯状スペーサのしめしろを安定させることができる。また、帯状スペーサは、吸水率が低い材質から形成されるので、膨潤によるはめあいの変化を抑えると共に、割れや変形なども防止することができる。そのため、水添加式の空気圧縮機や、蒸気膨張機に用いても、動作を安定させることができる。 According to the third aspect of the present invention, since the strip-shaped spacer provided on the outer ring of the rolling bearing and press-fit into the bearing mounting hole of the orbiting scroll has a hardness not to be distorted by the centrifugal force due to the orbiting of the orbiting scroll. It is possible to stabilize the interference of the strip spacer including the start and stop. Further, since the strip spacer is formed of a material having a low water absorption rate, it is possible to suppress a change in fit due to swelling and to prevent cracking and deformation. Therefore, the operation can be stabilized even when used in a water addition type air compressor or a steam expander.
請求項4に記載の発明は、前記転がり軸受は、深溝玉軸受とされ;前記軌道輪および前記転動体が、高炭素クロム鋼、はだ焼鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、または高周波焼入鋼で形成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスクロール流体機械である。
The invention according to
請求項4に記載の発明によれば、高精度で高寿命な転がり軸受とすることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, a rolling bearing with high accuracy and long life can be obtained.
さらに、請求項5に記載の発明は、前記膨張補正軸受は、複数個が前記偏心軸部に設けられることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスクロール流体機械である。
Furthermore, the invention according to
請求項5に記載の発明によれば、複数の膨張補正軸受を用いて、クランク軸の偏心軸部に旋回スクロールを確実に保持することで、旋回スクロールの動作を一層安定させることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the operation of the orbiting scroll can be further stabilized by reliably holding the orbiting scroll on the eccentric shaft portion of the crankshaft by using a plurality of expansion correction bearings.
本発明のスクロール流体機械によれば、旋回スクロールをアルミニウム合金で形成した場合でも、クランク軸に取り付けた転がり軸受のクリープを防止することができる。 According to the scroll fluid machine of the present invention, even when the orbiting scroll is formed of an aluminum alloy, the creep of the rolling bearing attached to the crankshaft can be prevented.
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail based on the drawings.
図1から図4は、本発明の一実施例のスクロール流体機械1を示す概略図であり、図1は底面図、図2は図1におけるII−II断面図、図3は旋回スクロール2の分解斜視図、図4は図2の左端部の拡大図である。なお、以下において、説明の便宜上、図2(厳密にはII−II断面図であるからその左半分または右半分)における上下および左右として方向を述べることがあるが、この方向はスクロール流体機械1の姿勢を限定する趣旨ではない。そのため、スクロール流体機械1の使用時、クランク軸3を上下方向に沿って配置する以外に、たとえば左右方向に沿って配置してもよい。
1 to 4 are schematic views showing a
本実施例のスクロール流体機械1は、ハウジング材4と、このハウジング材4に複数のクランク軸3を介して旋回可能に保持される旋回スクロール2と、この旋回スクロール2を挟むようにハウジング材4に着脱可能に固定される一対の固定スクロール5とを備える。なお、クランク軸3は、旋回スクロール2の外周部において、好適には周方向等間隔の三箇所に設けられる。
The
ハウジング材4は、本実施例では、略矩形の箱状に形成され、平面視中央部には旋回スクロール2の旋回ラップ6を旋回可能に収容する収容穴7が上下に貫通して形成されている。ハウジング材4には、収容穴7を取り囲む周方向複数箇所にクランク軸3が収容穴7の軸線と平行に設けられ、且つ、そのクランク軸3の偏心軸部8の収容空間9が収容穴7へ開口部10を介して連通されている。
In the present embodiment, the
具体的には、本実施例のハウジング材4は、略矩形の平板状の上板11と下板12とを備え、これらは互いに対応した大きさに形成されている。そして、上板11と下板12とは、上下に離隔して平行に対面して配置され、外端辺同士を適宜の側板13で接続される。この際、上板11と下板12とは、図1の前後の端辺(つまり図2の右側)のように、上板11の下面と下板12の上面とを、側板13で接続してもよいし、図1の左右の端辺(つまり図2の左側)のように、上板11の端面と下板12の端面とを、側板13で接続してもよい。また、各側板13は、図1の右側の側板13のように、上板11および下板12の端辺の全域に設けてもよいし、図1の左側の側板13のように、上板11および下板12の端辺の一部に設けてもよい。各板11〜13は、ボルト14を用いて着脱可能に組み立てられ、これにより、たとえば、各側板13に対し上板11を取り外すことができる。なお、前記ボルト14として、文字通りのボルトに限らず各種のネジを用いてもよく、このことは後述するその他のボルトについても同様である。
Specifically, the
上板11および下板12には、対応する箇所に、前記収容穴7の開口部(言い換えればハウジング材4内の中空部の開口部)として、開口穴7Aが貫通形成されている。上下の開口穴7Aは、同じ大きさの丸穴から形成されている。図示例の場合、上方の開口穴7Aの周壁は、上板11の下面よりも下方へ突出しており、下方の開口穴7Aの周壁は、下板12の上面よりも上方へ突出している。
An
各開口穴7Aの底部には、円環状のフランジ15が形成されている。具体的には、上方の開口穴7Aの周壁の下端部には、径方向内側へ延出してフランジ15が設けられる一方、下方の開口穴7Aの周壁の上端部には、径方向内側へ延出してフランジ15が設けられる。ハウジング材4内には、各フランジ15よりも径方向外側に、環状の中空部が形成されており、この中空部が、クランク軸3の偏心軸部8の収容空間9となる。そして、この収容空間9は、一対のフランジ15間の開口部10を介して、周方向に沿って連続的に収容穴7(上下の開口穴7Aとその間を仮想的に接続した空洞部)へ開口している。
An
旋回スクロール2は、図2および図3に示すように、基板部16の両面に渦巻き状の旋回ラップ6が設けられた旋回スクロール本体17を備え、この旋回スクロール本体17が、旋回スクロールベース18の片面(ここでは上面)から中央部の受入穴19に着脱可能に取り付けられて構成される。
The
旋回スクロール本体17は、円板状の基板部16の上面および下面に、これら面と垂直に延出して、一または複数の板状の旋回ラップ6が設けられて構成される。具体的には、基板部16の上面に、上方へ向けて旋回ラップ6が設けられる一方、基板部16の下面に、下方へ向けて旋回ラップ6が設けられる。この際、各旋回ラップ6は、基板部16の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成される。本実施例では、図2から明らかなとおり、上下の旋回ラップ6は、互いに対応した形状、大きさおよび配置で形成される。
The orbiting scroll
図2に示すように、各旋回ラップ6には、基板部16からの延出先端部(上側の旋回ラップ6の上端部、下側の旋回ラップ6の下端部)に、固定スクロール5の端板20との隙間を埋めるためのチップシール21が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられる。なお、図3では、チップシール21を省略して示している。
As shown in FIG. 2, the end of the fixed
図3に示すように、基板部16の外周部には、径方向外側への延出片22が、周方向複数箇所に設けられる。本実施例では、隣接して配置された一対の延出片22を一セットとして、このセットが周方向等間隔に複数設けられる。具体的には、一対の延出片22が三セット、120度間隔で、基板部16の外周部に一体形成される。
As shown in FIG. 3, radially outward extending
各延出片22は、上面が基板部16と連続的な板状に形成され、図2の右側に示すように、基板部16よりもやや薄く形成されている。そして、図3に示すように、各延出片22の板面には、基板部16の周方向へ離隔して、それぞれ二つのボルト挿通穴23が上下に貫通して形成されている。また、基板部16の略径方向に対向して、二つの延出片22には、後述するロックピン24がはめ込まれるピン穴25も形成されている。
Each of the
旋回スクロールベース18は、平面視において、たとえば略円形状でもよいが、本実施例では図3に示すように、略三角形状に形成されている。いずれにしても、旋回スクロールベース18の中央部には、旋回スクロール本体17の基板部16を受け入れる受入穴19が貫通形成されている。
The
後述するように、旋回スクロール本体17から旋回スクロールベース18への伝熱を防止する場合、受入穴19の内径は基板部16の外径よりも設定寸法だけ大きい。その場合、旋回スクロールベース18の受入穴19には、旋回スクロール本体17の基板部16が、受入穴19の内周面と基板部16の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。
As described later, when heat transfer from the orbiting scroll
旋回スクロールベース18には、受入穴19の周囲に、旋回スクロール本体17の延出片22を受け入れる凹部26が、受入穴19の内周壁を切り欠くようにして、上方へ開口して形成されている。この凹部26の底面は、受入穴19の軸方向中央部に配置される。旋回スクロールベース18の凹部26に旋回スクロール本体17の延出片22をはめ込みつつ、旋回スクロールベース18の受入穴19に旋回スクロール本体17の基板部16をはめ込むことができる。
In the
旋回スクロールベース18の各凹部26の底面には、旋回スクロール本体17の延出片22に形成したボルト挿通穴23と対応して、ネジ穴27が形成されている。また、受入穴19の略径方向に対向した二箇所において、凹部26の底面には、ロックピン24が上方へ突出して設けられる。従って、旋回スクロールベース18の凹部26のロックピン24に、旋回スクロール本体17の延出片22のピン穴25をはめ込むことで、旋回スクロールベース18に対する旋回スクロール本体17の周方向の位置決めを図ることができる。そして、延出片22のボルト挿通穴23を介して、凹部26のネジ穴27に、ボルト28をねじ込むことで、旋回スクロール本体17を旋回スクロールベース18に着脱可能に固定することができる。但し、ロックピン24およびピン穴25は、場合により設置を省略可能である。
Screw holes 27 are formed on the bottom surface of each
詳細は後述するが、旋回スクロールベース18の三つの角部には、それぞれクランク軸3の偏心軸部8に旋回スクロールベース18を保持するために、旋回軸受29が設けられる(図2,図5)。この旋回軸受29の保護(より具体的にはグリース切れの防止)のために、旋回スクロール本体17から旋回スクロールベース18への伝熱を防止するのが好ましい。そのために、図3に示すように、旋回スクロール本体17と旋回スクロールベース18とは、直接接触しないように、第一の中間材30を介して重ね合わされるのが好ましい。
Although details will be described later, at three corners of the
本実施例では、延出片22の下面と凹部26の底面との間に、ワッシャ状の中間材30を介在させている。つまり、旋回スクロールベース18に旋回スクロール本体17を固定するためのボルト28は、旋回スクロール本体17の延出片22のボルト挿通穴23と、中間材30の穴とを介した後、旋回スクロールベース18のネジ穴27にねじ込まれる。
In the present embodiment, a washer-like
図示例では、旋回スクロール本体17は、旋回スクロールベース18に対し、12本のボルト28で固定されるが、その内、半数の箇所で、中間材30は断熱材30Aとされ、残り半分の箇所で、中間材30はスペーサ30Bとされる。具体的には、略三角形状の旋回スクロールベース18の各角部に対応して配置される一対の凹部26と、これに取り付けられる一対の延出片22との間には、受入穴19の周方向へ沿って、たとえば、スペーサ30B、断熱材30A、断熱材30Aおよびスペーサ30Bの順で、中間材30が設けられる。
In the illustrated example, the orbiting scroll
なお、本実施例では、断熱材30Aもスペーサ30Bも、互いに略同一の形状および大きさとされるが、場合により異なってもよい。断熱材30Aの厚みや硬さに応じたスペーサ30Bを用いることで、断熱材30Aの材料選定が容易となる。また、後述するようにスペーサ30Bを金属材料から形成すれば、厚み精度を出しやすく、ボルト28による締め付け荷重による変形も抑えられる。凹部26と延出片22との間に断熱材30Aだけでなく金属製スペーサ30Bも挟み込むことで、旋回スクロールベース18に対する旋回スクロール本体17の設置高さを所定に維持できるから、旋回スクロール2と固定スクロール5との上下方向の配置が所定に定まり、組立後のチップシール21,51の箇所でのクリアランス変動が抑えられ、流体漏れを防止することができる。
In the present embodiment, both the
いずれにしても、中間材30は、旋回スクロールベース18よりも熱伝導率の低い材質から形成される。その点からいうと、中間材30が前述したスペーサ30Bである場合も、そのスペーサ30Bは一種の断熱材としても機能する。本実施例では、旋回スクロール本体17および旋回スクロールベース18は、軽量なアルミニウム合金から形成されるが、中間材30は、たとえばセラミックもしくは合成樹脂製の断熱材30A、またはステンレス製のスペーサ30Bとされる。そして、前述したように、旋回スクロールベース18の受入穴19には、旋回スクロール本体17の基板部16が、受入穴19の内周面と基板部16の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。また、旋回スクロールベース18の凹部26と旋回スクロール本体17の延出片22とは、凹部26の底面と延出片22の下面とが中間材30を介して直接接触しないだけでなく、延出片22よりも一回り大きく凹部26が形成されることで、凹部26の側面と延出片22の外縁とも直接接触しない。さらに、旋回スクロールベース18に旋回スクロール本体17を固定するのに用いるボルト28の他、好ましくはロックピン24も、旋回スクロールベース18(アルミニウム合金)よりも熱伝導率の低い材質(ここではステンレス)から形成されている。このようにして、旋回スクロール本体17から旋回スクロールベース18への伝熱を防止して、旋回軸受29の保護を図ることができる。
In any case, the
ところで、旋回スクロールベース18の受入穴19に、旋回スクロール本体17の基板部16を、隙間をあけてはめ込む場合、旋回スクロールベース18に対する旋回スクロール本体17の径方向の位置決めを次のようにして行うのが好ましい。すなわち、受入穴19の周側壁には、好ましくは周方向等間隔で、周方向三箇所以上に、受入穴19内へ先端部を突出させて支持材(31)が設けられる。本実施例では、略三角形状の旋回スクロールベース18には、三つの端辺の各中央部に、径方向へ貫通してネジ穴32が形成され、そのネジ穴32に支持材としてのイモネジ31(たとえば六角穴付き止めネジ)がねじ込まれる。そして、イモネジ31の先端部は、受入穴19の周側壁から内側へ突出する。イモネジ31の先端部を、旋回スクロール本体17の基板部16の外周部に当接して、基板部16を保持(チャッキング)することで、受入穴19に対する基板部16の径方向の位置決めを行うことができる。ネジ穴32に対してイモネジ31を進退させることで、受入穴19に対する基板部16の位置を調整することができる。また、所望により、接着剤を用いて、旋回スクロールベース18に対しイモネジ31を固定してもよい。受入穴19に対する基板部16の位置をイモネジ31で確定後は、イモネジ31の位置は固定しつつ、旋回スクロールベース18に対し旋回スクロール本体17を軸方向(基板部16の板面と垂直方向)に着脱することができる。旋回スクロール本体17から旋回スクロールベース18への伝熱を防止するために、イモネジ31も、旋回スクロールベース18よりも熱伝導率の低い材質から形成されるのが好ましく、本実施例ではステンレスから形成されている。なお、このような構成を採用する場合、前述したロックピン24とピン穴25とは、隙間嵌めにてはまり合うよう構成されている。
When the
旋回スクロールベース18の外周部には、周方向等間隔の三箇所に、クランク軸3への軸受取付穴33が形成されている。本実施例では、旋回スクロールベース18は、平面視で略三角形状とされるが、その三つの角部に、軸受取付穴33が上下に貫通して形成されている。各軸受取付穴33は、段付き穴とされ、上部に大径穴33a、下部に小径穴33bが配置されている。
In the outer peripheral portion of the
旋回スクロール2は、ハウジング材4の収容穴7に旋回ラップ6を配置した状態で、収容穴7の軸線と垂直に基板部16および旋回スクロールベース18が配置される。この際、旋回スクロールベース18は、ハウジング材4のフランジ15間の開口部10を介して、収容穴7より外方へ延出する。これにより、旋回スクロールベース18の各軸受取付穴33は、ハウジング材4のフランジ15よりも径方向外側に配置される。そして、軸受取付穴33に取り付けられる旋回軸受29を介して、旋回スクロール2はクランク軸3に保持される。この保持構造については、後述する。なお、図1に示すように、クランク軸3は、ハウジング材4の周方向等間隔の三箇所に設けられ、本実施例では互いに同一構造である。また、図2に示すように、各クランク軸3は、その軸線を上下方向に沿って配置される。この際、各クランク軸3は、ハウジング材4の中空部を上下に貫通するよう設けられる。
In the
図2(特に左側)および図4に示すように、各クランク軸3は、同一軸線上に配置された主軸部34,35間に、偏心軸部8が偏心して設けられる。本実施例では、下側の主軸部35は、下方へ行くに従って段階的に縮径して、大径部35a、中径部35bおよび小径部35cに分けられる。また、偏心軸部8の下端部には、拡径部8aが同心に形成されている。
As shown in FIG. 2 (especially on the left side) and FIG. 4, each
各クランク軸3は、偏心軸部8を挟んだ両側の主軸部34,35において、ハウジング材4の上板11および下板12に回転自在に保持される。本実施例では、上方の主軸部34は、上軸受36を介してハウジング材4の上板11に回転自在に保持され、下方の主軸部35の中径部35bは、下軸受37を介してハウジング材4の下板12に回転自在に保持される。
Each
各クランク軸3には、偏心軸部8を挟んだ両側の主軸部34,35の内、一方の主軸部(図2において下方の主軸部)35の軸方向中途部に第一段部3aが設けられる。具体的には、下方の主軸部35は、前述したように段付き棒状に形成されており、大径部35aと中径部35bとの段付き部(大径部35aの下面)が第一段部3aとされる。この第一段部3aには、下軸受37の内輪の上端面が当接される。
In each
各クランク軸3には、偏心軸部8の内、軸方向一端部(図2において下端部)に、第二段部3bが設けられる。具体的には、偏心軸部8は、前述したように下端部に拡径部8aが設けられており、その拡径部8aとの間の段付き部(拡径部8aの上面)が第二段部3bとされる。この第二段部3bには、旋回軸受29の内輪の下端面が当接される。なお、偏心軸部8に設ける旋回軸受29は、単数でも複数でもよく、複数の場合、最も下方に配置される旋回軸受29の内輪の下端面が、第二段部3bに当接される。図示例では、偏心軸部8には、二つの旋回軸受29が、上下に重ね合わされて設置される。
In each
ハウジング材4の上板11および下板12には、クランク軸3の設置位置と対応した周方向三箇所において、上下に貫通して軸取付穴38,39が形成されている。ハウジング材4の上板11の軸取付穴38は、段付き穴に形成されており、下方に小径穴38a、上方に大径穴38bが形成されている。ハウジング材4の下板12の軸取付穴39も、段付き穴に形成されており、上方に小径穴39a、下方に大径穴39bが形成されている。
上軸受36および下軸受37は、本実施例では、いずれも転がり軸受により構成される。転がり軸受は、周知のとおり、同心円状に配置された略円筒状の内輪と外輪との間に、その周方向へ配列されて多数の転動体が保持されて構成される。これにより、転がり軸受は、内輪と外輪とが転動体を介して回転自在とされる。なお、内輪と外輪とを併せて、軌道輪という。また、転動体は、ここでは玉(球体)であるが、場合によりコロ(円柱体)であってもよい。
The
ハウジング材4の下板12への下軸受37の固定は、次のように行われる。すなわち、下板12の軸取付穴39の小径穴39aと大径穴39bとの段付き部(大径穴39bの上面)に外輪の上端面が当接するまで、大径穴39bに下軸受37の外輪を圧入する。そして、円環状の留めリング40を下板12の下面に重ね合わせてボルト41で固定する。これにより、下軸受37は、外輪が、軸取付穴39の段付き部と留めリング40との間で挟み込まれて固定される。
Fixing of the
下軸受37の内輪には、下方の主軸部35の中径部35bが圧入される。すなわち、第一段部3aに下軸受37の内輪の上端面が当接するまで、下軸受37の内輪に主軸部35の中径部35bを圧入する。そして、中径部35bの下端部はネジ部とされているので、そのネジ部に第一の留めナット42をねじ込む。これにより、下軸受37は、内輪が、第一段部3aと留めナット42との間で挟み込まれて固定される。
The
ハウジング材4の上板11への上軸受36の固定は、次のように行われる。すなわち、上軸受36は外輪が軸受ケース43に保持され、上板11の上面に軸受ケース43のフランジ下端面が当接するまで、大径穴38bに軸受ケース43がはめ込まれる。そして、軸受ケース43のフランジを上板11の上面にボルト44で固定する。一方、上軸受36の内輪には、上方の主軸部34が圧入される。
Fixing of the
三本のクランク軸3は、偏心軸部8の位置を揃えて(つまり位相を揃えて)、回転同期機構45により同期回転する。回転同期機構45は、歯車を用いてもよいが、本実施例ではタイミングベルト46を用いている。具体的には、各クランク軸3の下方の主軸部35(小径部35c)には、歯付きプーリ47が固定されており、これら歯付きプーリ47間をタイミングベルト46が掛け回されている。この際、図1に示すように、タイミングベルト46は、テンションローラ48にも引っ掛けられており、テンションローラ48の位置(収容穴7の径方向に対する位置)を調整することで、タイミングベルト46の張力を調整可能とされる。
The three
なお、三本のクランク軸3の内、一本(本実施例では図1において右下のクランク軸)は、外部から供給動力が入力される(または外部へ回収動力を出力する)駆動クランク軸3Aとされ、残り二本は、そのような入力(または出力)を直接には行わない従動クランク軸3Bとされる。詳細は、後述するが、スクロール流体機械1が空気圧縮機の場合、駆動クランク軸3Aに外部から供給動力が与えられ(つまり動力が入力され)、それに伴い、回転同期機構45を介して従動クランク軸3Bも回転させつつ、旋回スクロール2を旋回させる。一方、スクロール流体機械1が蒸気膨張機の場合、供給される蒸気により旋回スクロール2を旋回させ、回転同期機構45を介して各クランク軸3を回転させて、駆動クランク軸3Aに回収動力が与えられる(つまり動力が出力される)。
Note that one of the three crankshafts 3 (the crankshaft at the lower right in FIG. 1 in the present embodiment) is a drive crankshaft to which supply power is input from the outside (or output recovery power to the outside) The remaining two are 3A, and the other two are driven
各クランク軸3には、旋回スクロール2の円滑な回転のために、ウェイトバランサ49が設けられる。本実施例では、上側の主軸部34の下端部と、下側の主軸部35の大径部35aの上端部とに、それぞれウェイトバランサ49が設けられる。
Each
各固定スクロール5は、円板状の端板20の片面に、その板面と垂直に、一または複数の板状の固定ラップ50が設けられている。具体的には、図2において、上側の固定スクロール5は、端板20の下面に、下方へ向けて固定ラップ50が設けられており、下側の固定スクロール5は、端板20の上面に、上方へ向けて固定ラップ50が設けられている。この際、固定ラップ50は、旋回ラップ6と対応した個数、形状および大きさで設けられ、端板20の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成されている。各固定ラップ50には、端板20からの延出先端部(上側の固定ラップ50の下端部、下側の固定ラップ50の上端部)に、旋回スクロール2の基板部16との隙間を埋めるためのチップシール51が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられている。
Each
各固定スクロール5には、固定ラップ50を取り囲むように、円筒状の外周ラップ52が設けられている。具体的には、図2において、上側の固定スクロール5は、端板20の下面に、下方へ向けて外周ラップ52が設けられており、下側の固定スクロール5は、端板20の上面に、上方へ向けて外周ラップ52が設けられている。外周ラップ52の高さ(端板20からの延出寸法)は、固定ラップ50の高さ(端板20からの延出寸法)と略対応している。各外周ラップ52には、端板20からの延出先端部(上側の外周ラップ52の下端部、下側の外周ラップ52の上端部)に、一または複数の環状の外部シール52Aが、着脱可能に、周方向に沿って設けられている。
Each
各固定スクロール5は、固定ラップ50を旋回ラップ6と噛み合わせた状態で、ハウジング材4の上下に着脱可能に設けられる。具体的には、上側の固定スクロール5は、ハウジング材4の上側のフランジ15の上面に、端板20の外周部が重ね合わされて、ボルト53により着脱可能に固定される。また、下側の固定スクロール5は、ハウジング材4の下側のフランジ15の下面に、端板20の外周部が重ね合わされて、ボルト53により着脱可能に固定される。なお、ハウジング材4のフランジ15には、周方向複数箇所にロックピン55が設けられており、このロックピン55が固定スクロール5の端板20に設けたピン穴にはめ込まれて、ハウジング材4に対する固定スクロール5の周方向の位置決めがなされる。
Each
旋回スクロール2の場合と同様、固定スクロール5についても、ハウジング材4に設けた上軸受36および下軸受37の保護(より具体的にはグリース切れの防止)のために、固定スクロール5からハウジング材4への伝熱を防止するのが好ましい。そのために、図2および図4に示すように、固定スクロール5とハウジング材4とは、直接接触しないように、第二の中間材54を介して重ね合わされるのが好ましい。
As in the case of the
具体的には、ハウジング材4のフランジ15と固定スクロール5の端板20とを、中間材54を介して重ね合わさせればよい。この中間材54は、固定スクロール5の端板20をハウジング材4のフランジ15に固定するためのボルト53が通されるワッシャ状でもよいし、ハウジング材4のフランジ15の周方向全体に重ね合わされる円環状でもよい。また、旋回スクロール2の場合と同様、中間材54として、断熱材とスペーサとを組み合わせてもよい。いずれにしても、中間材54は、ハウジング材4よりも熱伝導率の低い材質から形成される。
Specifically, the
そして、ハウジング材4の開口穴7Aには、固定スクロール5の端板20が、開口穴7Aの内周面と端板20の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。また、ハウジング材4のフランジ15の箇所でも、固定スクロール5の外周ラップ52が、フランジ15の内周面と外周ラップ52の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。さらに、ハウジング材4に固定スクロール5を固定するのに用いるボルト53の他、好ましくはロックピン55も、ハウジング材4よりも熱伝導率の低い材質(ここではステンレス)から形成されるのがよい。このようにして、固定スクロール5からハウジング材4への伝熱を防止して、上軸受36および下軸受37の保護を図ることができる。
Then, the
ところで、本実施例では、旋回スクロール2(旋回スクロール本体17および旋回スクロールベース18)は、前述したとおり、アルミニウム合金で形成される。また、固定スクロール5も、好ましくは、旋回スクロール2と同様、アルミニウム合金で形成される。
By the way, in the present embodiment, the orbiting scroll 2 (the orbiting scroll
旋回スクロール2および固定スクロール5を構成するアルミニウム合金は、その化学成分が、Si:8.0〜11.0質量%、Mg:0.3〜0.6質量%、Mn:0.3〜0.6質量%を含有するAl−Si−Mg−Mn系のアルミニウム合金であって、Cuの含有量が0.5質量%以下、Feの含有量が0.7質量%以下のものが好適に用いられる。たとえば、スクロール流体機械1を蒸気膨張機として利用する場合において、蒸気に炭酸ガス中和用の復水処理剤(アミン系化合物やアンモニア)が含まれるときでも、耐腐食性低下の原因となるCuおよびFeの含有率が低いアルミニウム合金を用いることにより、蒸気に接触する部分である旋回スクロール2および固定スクロール5の腐食を効果的に防止できる。その結果、蒸気膨張機に要求される軽量性および摺動性に加えて、十分な耐食性を付与することができる。また、スクロール流体機械1を空気圧縮機として利用する場合にも、軽量性および摺動性に加えて、十分な耐食性を付与することができる。
The chemical composition of the aluminum alloy constituting the
本実施例では、上述のような成分条件を満たすものとして、たとえば、Cuが0.25質量%以下、Feが0.55質量%以下、Znが0.25質量%以下、Niが0.10質量%以下、Tiが0.20質量%以下、Pbが0.10質量%以下、Snが0.05質量%以下、Crが0.15質量%以下であり、残部がAlおよび不可避不純物からなるアルミニウム合金であるJIS−H5202のAC4Aのアルミニウム合金鋳物が、旋回スクロール2および固定スクロール5の素材として選択される。これにより、耐腐食性低下の原因となるCuおよびFeの含有率をさらに低下させて耐食性能を一層向上させることができる。なお、AC4A相当のアルミニウム合金として、ISO3522のAlSi10Mgを用いることもできる。
In the present embodiment, for example, 0.25% by mass or less of Cu, 0.55% by mass or less of Fe, 0.25% by mass or less of Zn, and 0.10% or less as the above-described component conditions. Mass% or less, Ti is 0.20 mass% or less, Pb is 0.10 mass% or less, Sn is 0.05 mass% or less, Cr is 0.15 mass% or less, and the balance is made of Al and unavoidable impurities An aluminum alloy casting of AC4A according to JIS-H5202 which is an aluminum alloy is selected as a material of the
また、スクロール流体機械1を蒸気膨張機として用いる場合において、旋回スクロール2と固定スクロール5との内、少なくとも膨張室を形成して蒸気に接触する部分は、その表面に硬質アルマイト皮膜(陽極酸化皮膜)を有するように、上述のアルミニウム合金(AC4A)にアルマイト処理を施すのが好ましい。アルミニウム合金が硬質アルマイト層で保護され、耐薬品性を付与することができる。
In addition, when the
図5は、図4の旋回スクロール2の軸受取付穴33への旋回軸受29の取付時の状態を示す概略図である。以下、図2、図4および図5に基づき、クランク軸3の偏心軸部8への旋回スクロール2の保持構造について説明する。
FIG. 5 is a schematic view showing a state in which the orbiting bearing 29 is attached to the
まず、旋回軸受29について説明する。旋回軸受29は、上軸受36および下軸受37と同様に、転がり軸受とされる。旋回軸受29を構成する転がり軸受は、同心円状に配置された略円筒状の内輪29aと外輪29bとの間に、その周方向へ配列されて多数の転動体29cが保持されて構成される。これにより、旋回軸受29は、内輪29aと外輪29bとが転動体29cを介して回転自在とされる。なお、内輪29aと外輪29bとを併せて、軌道輪という。
First, the swing bearing 29 will be described. The
旋回軸受29は、内輪29a、外輪29bおよび転動体29cが、鋼で形成されている。また、転動体29cは、コロ(円柱体)でもよいが、典型的には玉(球体)である。より具体的には、旋回軸受29は、好ましくは、深溝玉軸受とされ、内輪29a、外輪29bおよび転動体29cが、高炭素クロム鋼、はだ焼鋼、ステンレス鋼、高速度鋼、または高周波焼入鋼で形成される。高炭素クロム鋼は、たとえば、JIS G 4805に規定される記号SUJ2,SUJ3,SUJ5等が使用される。はだ焼鋼(浸炭鋼)は、たとえば、JIS G 4053に規定される記号SCr420,SCM420等が使用される。ステンレス鋼は、たとえば、JIS G 4303に規定される記号SUS440Cが使用される。高速度鋼は、たとえば、AMS 6491(M50),AMS 5226等に規定されるものが使用される。高周波焼入鋼は、はだ焼鋼における浸炭焼入れに替えて高周波焼入れによって軸受の軌道面を硬化したものであり、はだ焼鋼と同様の化学組成を有するものが使用される。これら鋼材で形成することで、高精度で高寿命な転がり軸受とすることができる。
In the swivel bearing 29, the
旋回軸受29は、外輪29bの外周面に、樹脂製の帯状スペーサ57が付設された膨張補正軸受とされる。具体的には、図5に示すように、外輪29bの外周面には、略矩形状の凹溝29dが、上下(旋回軸受29の軸方向)に離隔して、二列形成されている。そして、各凹溝29dに、円環状の帯状スペーサ57がはめ込まれている。帯状スペーサ57は、円環状の樹脂製のリングであり、その半径方向に切断した断面は、略矩形状に形成されている。帯状スペーサ57は、内周部を外輪29bの凹溝29dにはめ込まれて設けられる。帯状スペーサ57を外輪29bの凹溝29dに取り付けた状態において、帯状スペーサ57の外周部は、外輪29bの外周面よりも外方へ突出する。
The orbiting
なお、帯状スペーサ57は、径方向の厚さのうち、90%以上が凹溝29d内に収められていることが好ましい。後述するように、帯状スペーサ57を形成する樹脂材料の線膨張係数は、旋回スクロール2を形成するアルミニウム合金の線膨張係数よりも4〜8倍程度大きくなるように設定されている。そのため、帯状スペーサ57の径方向の厚さのうち、凹溝29d内に収める深さが90%未満の場合には、加熱されたときに帯状スペーサ57の体積増加分が軸受の軸方向に膨張し、直径方向のはめあい隙間の調整が不十分になるおそれがある。
Preferably, 90% or more of the thickness in the radial direction of the belt-
帯状スペーサ57は、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体から選ばれた一種以上の樹脂材料からなり、吸水率(ASTM D570)が1%以下であるのが好ましい。その理由については、後述する。
The
なお、ポリアミド樹脂としては、9Tナイロン(略号:PA9T、ノナンジアミンとテレフタル酸を共縮重合したポリアミド);6Tナイロン(略号:PA6T、ヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸を共縮重合したポリアミド);11ナイロン(略号:PA11、ウンデカンラクタムを開環縮重合したポリアミド);12ナイロン(略号:PA12、ラウリルラクタムを開環縮重合したポリアミド)を使用できる。また、上で列挙したポリアミド樹脂を使用する場合、ガラス繊維強化の9Tナイロンが好ましい。 As the polyamide resin, 9T nylon (abbreviation: PA9T, polyamide obtained by condensation polymerization of nonanediamine and terephthalic acid); 6T nylon (abbreviation: PA6T, polyamide obtained by condensation polymerization of hexamethylenediamine and terephthalic acid); Abbreviations: PA11, polyamide obtained by ring-opening condensation polymerization of undecanelactam; and 12 nylon (abbr .: PA12, polyamide obtained by ring-opening condensation polymerization of lauryl lactam) can be used. Also, when using the polyamide resins listed above, glass fiber reinforced 9T nylon is preferred.
このような構成の旋回軸受29を介して、クランク軸3の偏心軸部8には、旋回スクロール2が保持される。具体的には、クランク軸3の偏心軸部8には、旋回軸受29の内輪29aが圧入されて固定される。本実施例では、同一形状の二つの旋回軸受29が上下に重ねられて、偏心軸部8に圧入される。その際、下方の旋回軸受29の内輪29aの下端面を、第二段部3bに当接する。そして、偏心軸部8の上端部はネジ部とされているので、そのネジ部に第二の留めナット56をねじ込む。これにより、旋回軸受29は、内輪29aが、第二段部3bと留めナット56との間で挟み込まれて固定される。
The
一方、旋回軸受29は、旋回スクロール2の軸受取付穴33(より具体的には大径穴33a)に、外輪29bの帯状スペーサ57が圧入されて収容される。具体的には、図5に示すように、軸受取付穴33の内径をD、旋回軸受29(外輪26b)の外径をd、帯状スペーサ57の外径をd1としたとき、d1>Dの関係にある帯状スペーサ57を軸受取付穴33に対してしまりばめとしている。なお、旋回軸受29の外径dは、軸受取付穴33の内径Dよりも小径とされる(d<D)。詳細は後述するが、スクロール流体機械1の使用に伴う温度上昇によっても、d<Dの関係は維持される。
On the other hand, in the orbiting bearing 29, the band-
そして、旋回スクロールベース18には、軸受取付穴33の周側壁上面に、留めリング58がボルト59により固定される。この留めリング58は、外輪に対する旋回スクロール2の径方向の移動は許容しつつ、軸方向の移動は規制するのがよい。
A retaining
一対の固定スクロール5には、図1および図2に示すように、それぞれ外周側に第一開口60が設けられる一方、中央部に第二開口61が設けられている。なお、第一開口60および第二開口61には、パイプ状の開口材62,63を取り付けている。また、図2において、上下に示される第二開口61は、場合により、旋回スクロール2の基板部16の中央に貫通穴をあけて互いに連通させてもよい。
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the pair of fixed
本実施例のスクロール流体機械1の組立ては、次のように行うのが好適である。すなわち、まず、下板12に下軸受37を取り付けておく。一方、旋回スクロール2には、帯状スペーサ57付きの旋回軸受29を介して、各クランク軸3を取り付けておく。そして、下板12の下軸受37に、旋回スクロール2の各クランク軸3をはめ込んで取り付ける。その際、各クランク軸3は、所定の態勢(つまり偏心軸部8の位置を合わせた位相差のない状態)で取り付けられる。その後、上板11を取り付けるが、その際、上板11とクランク軸3との間に上軸受36を設ける。最後に、上板11および下板12の開口穴7Aに、固定スクロール5を固定すればよい。
Assembling of the
本実施例のスクロール流体機械1は、以上のように構成されるので、たとえば、空気圧縮機として用いる場合、駆動クランク軸3Aを回転させればよい(つまり動力を入力する)。たとえば、駆動クランク軸3Aの一方の主軸部35には、モータ(図示省略)の出力軸が直結、つまりカップリングを介して接続される。
Since the
これにより、固定スクロール5に対し旋回スクロール2を旋回させることができる。この際、駆動クランク軸3Aへの供給動力は、回転同期機構45を介して従動クランク軸3Bにも伝達され、三本のクランク軸3が同期回転する。固定スクロール5に対し旋回スクロール2を旋回させると、第一開口60から空気を吸入し、その空気を旋回ラップ6と固定ラップ50との間で圧縮しながら、その渦巻きの外端側から内端側へ移動させ、第二開口61から圧縮空気として吐出させることができる。
Thus, the
一方、たとえば蒸気膨張機として用いる場合、ボイラなどからの蒸気により旋回スクロール2を回転させて、駆動クランク軸3Aに回転駆動力が与えられる(つまり動力が出力される)。たとえば、駆動クランク軸3Aには、被動機(蒸気膨張機により駆動される機械)の入力軸が直結、つまりカップリングを介して接続される。
On the other hand, when used as a steam expander, for example, the
そして、蒸気を第二開口61から流入させると、蒸気の力で旋回スクロール2が旋回し、蒸気は膨張しながら第一開口60から吐出される。これにより、旋回スクロール2の回転駆動力を、回収動力として駆動クランク軸3Aから取り出すことができる。なお、この際も、従動クランク軸3Bは、回転同期機構45を介して駆動クランク軸3Aと同期回転する。
And if steam is made to flow in from the
以上、説明したとおり、本実施例のスクロール流体機械1によれば、アルミニウム合金製の旋回スクロール2が、鋼製の旋回軸受29を介して、クランク軸3の偏心軸部8に保持される。旋回スクロール2をアルミニウム合金で形成することで、スクロール流体機械1の軽量化を図ることができる。また、旋回スクロール2をアルミニウム合金で形成した場合でも、次に述べるように、旋回軸受29の外輪29bの外周面に設けた帯状スペーサ57のしめしろを安定させることで、旋回軸受29の外輪29bのクリープを防止することができる。
As described above, according to the
すなわち、まず、前述したとおり、旋回軸受29は、外輪29bの外周面に樹脂製の帯状スペーサ57が付設された膨張補正軸受とされ、旋回スクロール2の軸受取付穴33に圧入される。つまり、帯状スペーサ57の外径をd1、軸受取付穴33の内径をDとしたとき、d1>Dの関係にある帯状スペーサ57を軸受取付穴33に対してしまりばめとしている。旋回スクロール2を形成するアルミニウム合金の線膨張係数(2〜2.3×10−5/℃)は、旋回軸受29を形成する鋼の線膨張係数(1.1〜1.3×10−5/℃)よりも大きいので、スクロール流体機械1の使用に伴って温度が上昇すると、外輪29bの外径dと軸受取付穴33の内径Dとの隙間は大きくなる。ところが、帯状スペーサ57を形成する合成樹脂の線膨張係数(8〜16×10−5/℃)は、旋回スクロール2のアルミニウム合金の線膨張係数よりも更に大きいので、温度上昇時にアルミニウム合金の熱膨張に確実に追従することができ、帯状スペーサのしめしろ((d1−D)/2)を安定させることができる。そのため、旋回スクロール2をアルミニウム合金で形成した場合でも、クランク軸3に取り付けた旋回軸受29の外輪29bのクリープを防止することができる。
That is, first, as described above, the orbiting
また、本実施例の帯状スペーサ57は、前述した合成樹脂を用いることで、旋回スクロール2の旋回による遠心力でもつぶれない程度の硬度(具体的には、ロックウェル硬度のRスケールで50〜120程度、Mスケールで65〜90程度)を有するので、起動時や停止時も含めて、帯状スペーサ57のしめしろを安定させることができる。
Further, the belt-
さらに、この合成樹脂は、吸水率が低い材質から形成されるので、膨潤によるはめあいの変化を抑えると共に、割れや変形なども防止することができる。そのため、水添加式(水潤滑式)の空気圧縮機や、蒸気膨張機に用いても、動作を安定させることができる。 Furthermore, since this synthetic resin is formed of a material having a low water absorption rate, it is possible to suppress changes in fit due to swelling and also to prevent cracking and deformation. Therefore, the operation can be stabilized even when used in a water addition type (water lubricated type) air compressor or a steam expander.
たとえば、水添加式の空気圧縮機では、圧縮室の気密性や冷却などのために、潤滑油の代わりに水を添加しつつ運転がなされる。この場合、固定スクロール5の外部シール52Aが劣化すると、圧縮室内から水が漏れ出て軸受部に侵入するおそれがあるので、仮に、帯状スペーサ57に吸水率が高い材質を用いると、万一水が浸入した場合には、帯状スペーサ57の膨潤によるはめあいの変化や割れ・変形などが起こり、正常な動作が阻害されてしまう。ところが、本実施例のように、帯状スペーサ57に吸水率が低い材質を用いることで、そのような不都合を防止することができる。また、蒸気膨張機では、停止中に蒸気凝縮水が発生するが、膨張室内から水が漏れ出て軸受部に侵入したとしても、帯状スペーサ57に生じる不都合を防止することができる。
For example, in a water addition type air compressor, operation is performed while adding water instead of lubricating oil for air tightness and cooling of the compression chamber. In this case, if the
本発明のスクロール流体機械1は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、空気圧縮機または蒸気膨張機として使用されるスクロール流体機械1であって、(a)基板部16の両面に旋回ラップ6が設けられた旋回スクロール2と、(b)旋回スクロール2が収容されるハウジング材4と、(c)旋回ラップ6と噛み合う固定ラップ50が設けられ、旋回スクロール2を挟むようにハウジング材4に固定される一対の固定スクロール5と、(d)旋回スクロール2の周方向三以上の箇所に等間隔に配置されるクランク軸3と、を備え、(e)クランク軸3は、同一軸線上に配置された主軸部34,35間に偏心軸部8が偏心して設けられ;両側の主軸部34,35において、ハウジング材4に回転可能に保持され;偏心軸部8に転がり軸受(旋回軸受29)を介して旋回スクロール2が保持されることで、固定スクロール5に対し旋回スクロール2を旋回可能に保持し、(f)旋回スクロール2は、アルミニウム合金で形成されると共に、旋回ラップ6の外側に軸受取付穴33が設けられ、(g)転がり軸受(旋回軸受29)は、軌道輪29a,29bおよび転動体29cが鋼で形成されると共に、外輪29bの外周面に樹脂製の帯状スペーサ57が付設された膨張補正軸受とされ、(h)膨張補正軸受は、軸受取付穴33に圧入されて収容されるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
The
たとえば、前記実施例では、クランク軸3を三本として、これに伴い、旋回スクロールベース18を略三角形状としたが、クランク軸3を四本以上として、これに伴い、旋回スクロールベース18の形状を、略四角形やその他の多角形の他、略円形などにしてもよい。その場合でも、複数のクランク軸3の内、一本を駆動クランク軸3Aとし、残りを従動クランク軸3Bとして、回転同期機構45を介して同期回転させるのがよい。
For example, in the embodiment described above, the number of
1 スクロール流体機械
2 旋回スクロール
3 クランク軸(3A:駆動クランク軸、3B:従動クランク軸)
4 ハウジング材
5 固定スクロール
6 旋回ラップ
8 偏心軸部
16 基板部
17 旋回スクロール本体
18 旋回スクロールベース
20 端板
29 旋回軸受(29a:内輪、29b:外輪、29c:転動体、29d:凹溝)
33 軸受取付穴(33a:大径穴、33b:小径穴)
34 主軸部
35 主軸部
36 上軸受
37 下軸受
45 回転同期機構
46 タイミングベルト
50 固定ラップ
52 外周ラップ
57 帯状スペーサ
1 scroll
DESCRIPTION OF
33 Bearing mounting hole (33a: large diameter hole, 33b: small diameter hole)
34
Claims (5)
基板部の両面に旋回ラップが設けられた旋回スクロールと、
前記旋回スクロールが収容されるハウジング材と、
前記旋回ラップと噛み合う固定ラップが設けられ、前記旋回スクロールを挟むように前記ハウジング材に固定される一対の固定スクロールと、
前記旋回スクロールの周方向三以上の箇所に等間隔に配置されるクランク軸と、を備え、
前記クランク軸は、同一軸線上に配置された主軸部間に偏心軸部が偏心して設けられ;両側の前記主軸部において、前記ハウジング材に回転可能に保持され;前記偏心軸部に転がり軸受を介して前記旋回スクロールが保持されることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回可能に保持し、
前記旋回スクロールは、アルミニウム合金で形成されると共に、前記旋回ラップの外側に軸受取付穴が設けられ、
前記転がり軸受は、軌道輪および転動体が鋼で形成されると共に、外輪の外周面に樹脂製の帯状スペーサが付設された膨張補正軸受とされ、
前記膨張補正軸受は、前記軸受取付穴に圧入されて収容される
ことを特徴とするスクロール流体機械。 A scroll fluid machine used as an air compressor or a steam expander, comprising:
An orbiting scroll provided with orbiting wraps on both sides of the substrate portion;
A housing material in which the orbiting scroll is accommodated;
A pair of fixed scrolls provided with fixed wraps that mesh with the turnable wraps and fixed to the housing material so as to sandwich the turnable scrolls;
Crankshafts arranged at equal intervals at three or more locations in the circumferential direction of the orbiting scroll,
In the crankshaft, an eccentric shaft portion is eccentrically provided between main shaft portions arranged on the same axis; in the main shaft portions on both sides, rotatably supported by the housing material; and a rolling bearing on the eccentric shaft portion. By holding the orbiting scroll via, the orbiting scroll is pivotably held with respect to the fixed scroll,
The orbiting scroll is formed of an aluminum alloy, and a bearing mounting hole is provided on the outside of the orbiting wrap.
The rolling bearing is an expansion correction bearing in which a bearing ring and rolling elements are formed of steel and a strip spacer made of resin is attached to the outer peripheral surface of the outer ring.
The scroll fluid machine is characterized in that the expansion compensation bearing is press-fit and accommodated in the bearing mounting hole.
前記アルミニウム合金は、Cuの含有量が0.5質量%以下、Feの含有量が0.7質量%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載のスクロール流体機械。 The orbiting scroll is Al-Si-Mg-Mn containing Si: 8.0 to 11.0 mass%, Mg: 0.3 to 0.6 mass%, and Mn: 0.3 to 0.6 mass%. Formed of aluminum alloy,
The scroll fluid machine according to claim 1, wherein the aluminum alloy contains 0.5% by mass or less of Cu and 0.7% by mass or less of Fe.
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のスクロール流体機械。 The belt-like spacer is made of one or more resin materials selected from polyamide resin, polyacetal resin, polybutylene terephthalate resin, ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, and the water absorption rate Is 1% or less. The scroll fluid machine according to claim 1 or 2, wherein
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスクロール流体機械。 The rolling bearing is a deep groove ball bearing; and the bearing ring and the rolling element are formed of high carbon chromium steel, hardened steel, stainless steel, high speed steel, or induction hardened steel. The scroll fluid machine according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のスクロール流体機械。 The scroll fluid machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a plurality of the expansion correction bearings are provided on the eccentric shaft portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017170724A JP2019044731A (en) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | Scroll fluid machine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2019044731A true JP2019044731A (en) | 2019-03-22 |
Family
ID=65815593
Family Applications (1)
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JP2017170724A Pending JP2019044731A (en) | 2017-09-06 | 2017-09-06 | Scroll fluid machine |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019044731A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20220130564A (en) | 2021-03-18 | 2022-09-27 | 미우라고교 가부시키카이샤 | Water addition type scroll compressor |
-
2017
- 2017-09-06 JP JP2017170724A patent/JP2019044731A/en active Pending
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KR20220130564A (en) | 2021-03-18 | 2022-09-27 | 미우라고교 가부시키카이샤 | Water addition type scroll compressor |
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