JP3046486B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents
スクロール式流体機械Info
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- JP3046486B2 JP3046486B2 JP5354645A JP35464593A JP3046486B2 JP 3046486 B2 JP3046486 B2 JP 3046486B2 JP 5354645 A JP5354645 A JP 5354645A JP 35464593 A JP35464593 A JP 35464593A JP 3046486 B2 JP3046486 B2 JP 3046486B2
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- Japan
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- scroll
- fixed scroll
- fluid machine
- wrap
- peripheral side
- Prior art date
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
- F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
- F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
- F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
- F04C18/0276—Different wall heights
Description
空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関す
る。
ール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙
げて示す。
該固定スクロール1は円板状に形成された鏡板2と、該
鏡板2の上に外側から中心側に向かって渦巻き状に立設
されたラップ部3と、前記鏡板2の外周側に位置し、該
ラップ部3を囲むように筒状に形成された支持部4とか
ら構成され、ラップ部3が立設された鏡板2の表面は歯
底2Aとなっている。そして、該固定スクロール1は、
支持部4にボルト等を介してケーシング(いずれも図示
せず)に固定されている。
シング内に旋回可能に設けられた旋回スクロールを示
し、該旋回スクロール5は円板状の鏡板6と、前記固定
スクロール1のラップ部3と同様に、該鏡板6の表面で
ある歯底6Aから立設された渦巻き状のラップ部7と、
前記鏡板6の背面中央に設けられたボス部8とから構成
されている。
グに回転自在に設けられ、該駆動軸9の先端には固定ス
クロール1の軸線O1 −O1 と同軸となったクランク9
Aが設けられている。そして、該駆動軸9のクランク9
Aには旋回軸受10を介して前記旋回スクロール5のボ
ス部8が回転可能に取付けられている。
2 が固定スクロール1の軸線O1 −O1 に対して所定距
離δだけ偏心した状態で、該旋回スクロール5のラップ
部7が固定スクロール1のラップ部3に周方向に所定角
度だけずらして重ね合わせられている。そして、該旋回
スクロール5を固定スクロール1に対して旋回運動させ
たときには各ラップ部3,7間に連続的に容積が縮小さ
れる三日月形状の複数の圧縮室11,11,…が画成さ
れる。
ポートを示し、該吸込ポート12は最外周側の圧縮室1
1と連通するように鏡板2の外周側に穿設されている。
3は最内周側の圧縮室11と連通するように固定スクロ
ール1の鏡板2の中心部に穿設されている。
上述の如き構成を有するもので、次にその作動について
説明する。
9を回転駆動すると、この回転は該駆動軸9のクランク
9Aから旋回軸受10を介して旋回スクロール5に伝え
られ、このとき、該旋回スクロール5は固定スクロール
1の軸線O1 −O1 を中心に、所定距離δの旋回半径を
もって旋回運動する。そして、この旋回運動によって各
ラップ部3,7の間に画成される圧縮室11,11,…
は連続的に縮小し、吸込ポート12から吸込んだ空気を
各圧縮室11内で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出
ポート13から外部のエアタンク(図示せず)等に向け
て吐出する。
来技術によるものでは、固定スクロール1と旋回スクロ
ール5との間に画成される各圧縮室11内は圧縮作用を
行うことにより圧縮熱が生じるから、この熱により各ス
クロール1,5が高温になってしまう。そして、各圧縮
室11内の圧力は最外周側の圧縮室11から中心側の圧
縮室11に向けて順次圧力が高くなっていくから、各ラ
ップ部3,7には最外周側から中心側に向けて温度勾配
が生じている。
最外周側の圧縮室11よりも高温になり、例えば吐出圧
力が定格運転時の吐出圧力0.83MPaに達したとき
には、各スクロール1,5の中心側の昇圧された気体の
温度は300℃近くまで上昇することがある。そして、
この温度上昇により各ラップ部3,7は熱膨張し、特に
高温となる中央側に位置する各ラップ部3,7の内周端
側は大きく熱膨張してしまう。このため、各ラップ部
3,7の熱膨張時には各ラップ部3,7の歯先面と各鏡
板2,6の歯底2A,6Aとのスラスト方向ギャップが
組立時のギャップ寸法よりも小さくなり、各ラップ部
3,7の歯先面が各鏡板2,6の歯底2A,6Aと接触
する。さらに接触面圧が高まると互いにカジリが発生
し、各鏡板2,6や各ラップ部3,7が損傷する恐れが
あり、圧縮機としての圧縮効率、耐久性等が低下してし
まうという問題がある。
例えば特開昭58−67902号公報等に記載のスクロ
ール式流体機械(以下、他の従来技術という)では、旋
回スクロールまたは固定スクロールのラップ部を、鏡板
の歯底から歯先までの高さ寸法を調整し、組立状態にお
いて各ラップ部の歯先と相手方の歯底との間に最内周側
で最も大きくなるようなスラスト方向ギャップを形成す
るようにしている。
先のギャップの与え方の具体的な指針については十分な
配慮がなされておらず、例えばオイルフリー空気圧縮機
に適用しようとした場合、空気圧縮機の運転開始初期に
スラスト方向ギャップを介して圧縮空気の漏れ等が生じ
たり、定格運転に達するまでに余分な時間がかかる等の
問題が予想される。
3,7の歯先面に温度センサ等を埋込み、圧縮運転をお
こなうときの各ラップ部3,7の歯先面における温度分
布を測定した。そして、この実験の結果、各ラップ部
3,7の歯先における温度は図9に示す如く、最外周側
となる1巻目と最内周側の4巻目については温度分布が
ほぼ一定になり、2巻目および3巻目は曲線状に変化す
るという知見を得た。
されたもので、本発明は圧縮運転中にラップ部の歯先と
相手方の鏡板との間に熱膨張によるカジリ等が発生する
のを効果的に防止できると共に、ラップ部先端側の隙間
を小さくし、圧縮流体がより低圧の圧縮室へ漏れる量を
確実に低減でき、さらに生産技術面でも有利でコスト高
を招来せずに圧縮効率や耐久性を大幅に向上できるスク
ロール式流体機械を提供することを目的としている。
に、本発明は、鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された
固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可
能に設けられ、前記固定スクロールのラップ部との間に
複数の圧縮室を形成する渦巻き状のラップ部が立設され
た旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械に適
用される。 そして、請求項1に記載の発明は、前記旋回
スクロールまたは固定スクロールのうち少なくとも一方
のラップ部は、相手方歯底との間のスラスト方向ギャッ
プが複数段階で変化するように形成し、かつ該ラップ部
の歯先は、最内周側に最小高さ寸法をもった内周側フラ
ット面を有し、該内周側フラット面と最外周側との間を
傾斜面として形成したことを特徴としてなる構成を採用
している。
成の特徴は、前記旋回スクロールまたは固定スクロール
のうち少なくとも一方のラップ部は、最外周部から最内
周部との間に、外周側から内周側へ向かうにつれてラッ
プ高さが減少する複数の傾斜面を有し、該複数の傾斜面
は、隣り合う2つの傾斜面のうち内周側に位置する傾斜
面が外周側の傾斜面よりも大なる傾斜角に形成してい
る。
前記ラップ部の歯先は、最内周側を最小高さ寸法をもっ
た内周側フラット面として形成している。
部と相手方歯底との間のスラスト方向ギャップを、スク
ロール式流体機械の圧縮運転時におけるラップ部歯先の
温度上昇に合わせて変えることができ、ラップ部の加工
を該ラップ部の温度分布に対応させて形成できる。そし
て、ラップ部が熱膨張したときの歯先と相手方歯底との
スラスト方向ギャップを、最外周近傍から最内周まで圧
縮流体の漏れが発生しない程度に小さく維持することが
できる。さらに、圧縮室間の漏れも低減できるので、圧
縮機としての図示効率を向上させることができる。
とし、その歯先を内周側フラット面として形成したか
ら、相手方の歯底等との間で必要以上の摩擦力やカジリ
が発生するのを防止できる。
例示した圧縮運転時の温度分布に従って、ラップ部の内
周側に向かうほど温度の上がり方が大きくなり、ラップ
部の熱膨張の仕方も内周側の方が顕著になったとして
も、隣り合う2つの傾斜面のうち内周側に位置する傾斜
面を外周側の傾斜面よりも大なる傾斜角に形成している
ので、内周側に位置する傾斜面、外周側に位置する傾斜
面が相手方歯底との間になすスラスト方向ギャップを、
ラップ部の温度上昇による熱膨張分に対応させて小さく
保つことができる。そして、比較的高温になる部分とそ
れ程高温とはならない部分とに分けて異なる傾斜角で形
成でき、圧縮機の効率をさらに向上させることができ
る。
プ部の最内周側を最小高さ寸法としその歯先をフラット
面としたから、熱膨張の大きいラップ部の最内周側が相
手方の歯底等との間で必要以上の摩擦力やカジリが発生
するのを防止できる。
づいて説明する。なお、実施例では前述した従来の技術
と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略す
る。
施例を示す。
ール5に代えて固定スクロール1と組合わせて適用され
る本実施例の旋回スクロールを示し、該旋回スクロール
21は従来技術で述べた旋回スクロール5とほぼ同様
に、鏡板22、ボス部23、ラップ部24とから大略構
成されているものの、該旋回スクロール21はラップ部
24が後述の外周側フラット部25、内周側フラット部
26および傾斜部27によって形成されている点で旋回
スクロール5とは異なる。なお、以下の説明では、雰囲
気温度が常温状態(20℃程度)におけるスクロール部
材の形状について説明する。
フラット部25はラップ部24のうち、最外周側の1巻
目となる部分に該当し、鏡板22の歯底22Aから歯先
までの高さ寸法が最大となり、その歯先面は、平坦な外
周側フラット面25Aとなっている。そして、旋回スク
ロール21を相手方の固定スクロール(図示せず)と組
合わせたときに、外周側フラット面25Aと固定スクロ
ールの歯底との間には最小のスラスト方向ギャップを残
して最外周側の圧縮室が形成される。
フラット部26は、ラップ部24のうち、最内周側の1
巻きまたは1巻き半前,後の部分に該当し、その高さ寸
法は最小となっている。そして、該内周側フラット部2
6の歯先面は図2,図3に示すように平坦な内周側フラ
ット面26Aとなり、相手方歯底との間のスラスト方向
ギャップが最大となるように形成されている。
ット部26との間に位置する傾斜部を示し、該傾斜部2
7は外周側フラット部25と内周側フラット部26との
間に一定の傾斜角θをもって形成され、鏡板22の歯底
22Aからラップ部24の歯先までの高さ寸法が内周側
フラット面26Aに向けて直線的に減少している。ま
た、該傾斜部27の歯先面は傾斜面27Aとなり、相手
方歯底とのスラスト方向ギャップは前記外周側フラット
面25Aと内周側フラット面26Aとの間で傾斜角θに
沿って漸次増大している。そして、該傾斜面27Aと前
記内周側フラット面26Aとの間には高さ寸法がステッ
プ状に変化する段部28が形成されている。そして、旋
回スクロール21を相手方の固定スクロールと組合わせ
たときには、該旋回スクロール21のラップ部24と相
手方歯底との間のスラスト方向ギャップが、外周側フラ
ット部25、内周側フラット部26および傾斜部27の
部位で3段階以上に変化し、このうち外周側フラット面
25Aと固定スクロールの歯底との間では最小のスラス
ト方向ギャップを残して最外周側の圧縮室が形成され
る。
以上に述べた構成を有するもので、次にその動作につい
て詳述する。
ール21のラップ部24と固定スクロールのラップ部は
ほぼ常温の状態にある。そして、外周側フラット部25
はその歯先面となる外周側フラット面25Aが相手方歯
底との間に微小なスラスト方向ギャップを介して対面し
ているから、吸込ポート側への漏れがない状態で、最外
周側の圧縮室に空気を確実に封じ込めることができる。
なったときには、吸込口から吸込まれた空気は、最外周
側の圧縮室から順次中央側の圧縮室に送り込まれて圧縮
され、このときに発生する圧縮熱により、ラップ部24
は1巻目から4巻目に亘って図9に示すような温度状態
となる。そして、この状態ではラップ部24の傾斜部2
7は内周側に向けて漸次大きく熱膨張し、内周側フラッ
ト部26は最大の熱膨張状態となる。これにより、傾斜
部27および内周側フラット部26は固定スクロールの
歯底とのスラスト方向ギャップが大きく減少し、傾斜部
27が固定スクロールとの間で形成する各圧縮室に空気
を確実に封じ込めることができると共に、これらの各圧
縮室間で圧縮された気体の漏れが生じるのを効果的に防
止でき、圧縮機としての圧縮効率を向上させることがで
きる。
通するため、旋回スクロール21がいくら旋回運動をし
ても該圧縮室の圧力はあまり上昇せず、内周側フラット
面26Aから径方向外側の圧縮室への圧縮された気体の
漏れは生じない。このため、スラスト方向ギャップを大
きくとることができ、設計の自由度を高めることができ
る。
ことにより、ラップ部24が固定スクロールの歯底との
間の摩擦力が増大したり、互いが摺動することに基づく
カジリが生じるのを防止できると共に、ラップ部の加工
を容易にすることができる。
より各圧縮室内に圧縮熱が発生し、旋回スクロール21
や固定スクロールが所定の温度状態となると、ラップ部
24の傾斜部27および内周側フラット部26が固定ス
クロールの歯底との間のスラスト方向ギャップを適正値
に保つことができる。この結果、圧縮効率を向上させる
ことができると共に、当該圧縮機の定格運転時にラップ
部24等が相手方の歯底に熱膨張によって接触したり、
摩耗やカジリ等の問題が生じたりするのを確実に防止で
き、さらに、ラップ部24の加工を簡略化でき、製造コ
ストを下げることができる。
し、本実施例の特徴は、固定スクロールは従来技術と同
一の形状とし、旋回スクロールはラップ部の歯先を、最
外周側の1巻き部分が最大高さ寸法をもった外周側フラ
ット面となり、該外周側フラット面から最内周部との間
に、その高さ寸法が2段階で減少するように第1の傾斜
面と第2の傾斜面とを形成したことにある。なお、本実
施例では前記第1の実施例で述べたのと同一の構成要素
に同一符号を付し、その説明を省略する。
圧縮機に用いる旋回スクロールを示し、該旋回スクロー
ル31は前記第1の実施例で述べた旋回スクロール21
とほぼ同様に、鏡板32、ボス部33、ラップ部34と
から大略構成されているものの、該旋回スクロール31
はラップ部34が後述の外周側フラット部35、第1の
傾斜部36、第2の傾斜部37によって形成されてい
る。なお、本実施例でも、旋回スクロール31は組立状
態(常温状態)の形状を図示している。
フラット部35は前記第1の実施例で述べた外周側フラ
ット部25とほぼ同様に、ラップ部34のうち、実質的
に1巻目となる部分に該当し、鏡板32の歯底32Aか
ら歯先までの高さ寸法が最大となり、その歯先面は、平
坦な外周側フラット面35Aとなっている。そして、旋
回スクロール31を図5に示す如く相手方の固定スクロ
ール1と組合わせたときに、外周側フラット面35Aと
固定スクロール1の歯底2Aとの間には最小のスラスト
方向ギャップを残して最外周側の圧縮室11が形成され
る。
部36はラップ部34のうち、前記外周側フラット部3
5の内周端に連続し、その歯先面は、平坦な第1の傾斜
面36Aとなっている。そして、該第1の傾斜部36
は、第1の傾斜面36Aが外周側フラット面35Aとの
間に一定の傾斜角θ1 をなすように1巻きまたは1巻き
半前,後に亘り巻き形成され、鏡板32の歯底32Aか
ら第2の傾斜面37Aまでの高さ寸法が直線的に減少し
ている。
部37はラップ部34のうち、前記第1の傾斜部36の
内周端に連続し、その歯先面は、平坦な第2の傾斜面3
7Aとなっている。そして、該第2の傾斜部37は、第
2の傾斜面37Aが外周側フラット面35Aとの間に一
定の傾斜角θ2 (θ2 >θ1 )をなすように1巻きまた
は1巻き半前,後に亘り巻き形成され、鏡板32の歯底
32Aから第2の傾斜面37Aまでの高さ寸法が直線的
に減少している。
も、前記第1の実施例で述べたのとほぼ同様の作用、効
果を奏するものの、特に本実施例では、前述の如く、旋
回スクロール31が旋回動作をすることによって気体の
圧力が上昇しない最内周側の圧縮室11を、第2の傾斜
部37によって形成することにより、ラップ部34の加
工を一層容易にすることができる。
21(31)のラップ部24(34)に外周側フラット
部25(35)、内周側フラット部26および傾斜部2
7(36,37)を形成するものとして説明したが、本
発明はこれに限るものではなく、例えば図6に示す変形
例の如く、固定スクロール41を鏡板42、ラップ部4
3等から構成し、該ラップ部43に外周側フラット部4
4、内周側フラット部45を形成すると共に、該外周側
フラット部44と内周側フラット部45との間に一定の
傾斜角をもって鏡板42の歯底42Aから歯先までの高
さ寸法が減少する傾斜部46を形成し、該固定スクロー
ル41と従来技術で述べた旋回スクロール5とを組合わ
せてもよい。
固定スクロール41と第2の実施例で用いた旋回スクロ
ール31とを組合わせてもよく、さらに固定スクロール
41と第1の実施例で用いた旋回スクロール21とを組
合わせてもよい。
ロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、例えば真
空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用することができ
る。
れば、旋回スクロールまたは固定スクロールのうち少な
くとも一方のラップ部は、相手方歯底との間のスラスト
方向ギャップが複数段階で変化するように形成し、かつ
該ラップ部の歯先は、最内周側に最小高さ寸法をもった
内周側フラット面を有し、該内周側フラット面と最外周
側との間を傾斜面として形成したから、ラップ部と相手
方歯底との間のスラスト方向ギャップを、スクロール式
流体機械の圧縮運転時におけるラップ部歯先の温度上昇
に合わせて変えることができ、ラップ部の温度分布に対
応させて該ラップ部の加工を行うことができる。そし
て、ラップ部が熱膨張したときの歯先と相手方歯底との
スラスト方向ギャップを適正に保つことができると共
に、ラップ部が熱膨張したときの歯底とラップ部間のス
ラスト方向ギャップを小さくすることができ、圧縮流体
の漏れを防げると同時に、スクロール部材のカジリの発
生を防止できる。
とし、その歯先を内周側フラット面として形成したか
ら、相手方の歯底等との間の摩擦力が増大したり、互い
が摺動し合うことに基づくカジリの発生を防止できる。
の最外周部から最内周部との間に、外周側から内周側へ
向かうにつれてラップ高さが減少する複数の傾斜面を有
し、該複数の傾斜面は、隣り合う2つの傾斜面のうち内
周側に位置する傾斜面が外周側の傾斜面よりも大なる傾
斜角に形成しているので、圧縮運転時の温度分布に従っ
てラップ部の内周側に向かうほど温度の上がり方が大き
くなり、ラップ部の熱膨張の仕方も内周側の方が顕著に
なったとしても、隣り合う2つの傾斜面のうち内周側に
位置する傾斜面、外周側に位置する傾斜面が相手方歯底
との間になすスラスト方向ギャップを、ラップ部の温度
上昇による熱膨張分に対応させて小さく保つことがで
き、圧縮機の効率を向上させることができる。
プ部の最内周側を最小高さ寸法に形成し、その歯先をフ
ラット面としたから、相手方の歯底等との間の摩擦力が
増大したり、互いが摺動し合うことに基づくカジリの発
生を防止できる。
流体機械のラップ部の歯先と相手方の鏡板との間に熱膨
張によるカジリ等が発生するのを効果的に防止でき、圧
縮された気体の漏れ等の発生を確実に低減でき、圧縮効
率や耐久性を大幅に向上でき、コストダウンを図ること
ができる。
ールの正面図である。
る。
ールの要部拡大断面図である。
組合わせた状態を示す要部拡大図である。
部拡大断面図である。
である。
を示す断面図である。
プ部の温度分布を示す特性線図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された
固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可
能に設けられ、前記固定スクロールのラップ部との間に
複数の圧縮室を形成する渦巻き状のラップ部が立設され
た旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械にお
いて、 前 記旋回スクロールまたは固定スクロールのうち少なく
とも一方のラップ部は、相手方歯底との間のスラスト方
向ギャップが複数段階で変化するように形成し、かつ該
ラップ部の歯先は、最内周側に最小高さ寸法をもった内
周側フラット面を有し、該内周側フラット面と最外周側
との間を傾斜面として形成したことを特徴とするスクロ
ール式流体機械。 - 【請求項2】 鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された
固定スクロールと、該固定スクロールに対向して旋回可
能に設けられ、前記固定スクロールのラップ部との間に
複数の圧縮室を形成する渦巻き状のラップ部が立設され
た旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械にお
いて、 前記旋回スクロールまたは固定スクロールのうち少なく
とも一方のラップ部は、最外周部から最内周部との間
に、外周側から内周側へ向かうにつれてラップ高さが減
少する複数の傾斜面を有し、 該複数の傾斜面は、隣り合う2つの傾斜面のうち内周側
に位置する傾斜面が外周側の 傾斜面よりも大なる傾斜角
に形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。 - 【請求項3】 前記ラップ部の歯先は、最内周側を最小
高さ寸法をもった内周側フラット面として形成してなる
請求項2に記載のスクロール式流体機械。
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