JP3123627B2 - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば空気圧縮機等に
用いて好適なスクロール式圧縮機に関し、特に、旋回ス
クロールのラップ部と固定スクロールのラップ部との間
に油を供給しない無給油式あるいは半給油式のスクロー
ル式圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、例えば無給油式のスクロール式
圧縮機としては、ケーシングと、該ケーシング内に駆動
軸を介して旋回可能に設けられ、鏡板にうず巻き状のラ
ップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロー
ルに対向して前記ケーシングに設けられ、鏡板にうず巻
き状のラップ部が形成された固定スクロールと、該固定
スクロールのラップ部に前記旋回スクロールのラップ部
が重なり合って旋回する間に形成される複数の圧縮室
と、該各圧縮室のうち低圧側の圧縮室に連通して設けら
れ、外気を吸込む吸込口と、各圧縮室のうち高圧側の圧
縮室に連通して設けられ、圧縮空気を外部の空気タンク
等に吐出する吐出口とを備えたものが知られている。

【０００３】そして、この種のスクロール式圧縮機は、
駆動軸を電動モータ等によって回転駆動すると、この回
転により、旋回スクロールは補助クランク等の自転防止
機構によってその自転運動を防止されつつ、駆動軸の軸
線を中心として旋回運動を行ない、該旋回スクロールの
ラップ部と固定スクロールのラップ部とが重なり合うこ
とにより、旋回角度に応じて拡縮する複数の圧縮室が連
続的に形成される。次に、この各圧縮室は、吸込口から
吸込んだ空気を低圧状態から中間圧状態を経て所定の最
高圧まで順次圧縮し、この圧縮空気を吐出口から外部の
空気タンク等に吐出して圧縮作用を行なう。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術による無給油式のスクロール式圧縮機では、油を
含まない清浄な圧縮空気を吐出供給できるが、圧縮作用
時には各圧縮室内で圧縮熱が生じるばかりか、旋回軸受
やスラスト軸受等の各軸受部で摩擦熱が発生するため、
これらの熱によって旋回スクロール等が温度上昇し、こ
の温度上昇に応じて熱膨張する。

【０００５】このため、上述した従来技術によるもので
は、熱膨張によって旋回スクロールや旋回軸受等に熱変
形が生じ、旋回運動に支障を来すばかりか、旋回軸受等
からグリース等の封入油が漏洩して該軸受等が損傷し、
性能や信頼性、寿命等が大幅に低下するという問題があ
る。特に、固定スクロール側は、鏡板の背面側に冷却通
路を形成し、この冷却通路に空気や油等の冷却用流体を
流通させることにより冷却することも可能であるが、旋
回スクロール側はケーシングによって全体を覆われてい
るため、半給油式のスクロール式圧縮機はともかく、無
給油式のスクロール式圧縮機では旋回スクロールを冷却
することができず、該旋回スクロール側の温度上昇は著
しい。

【０００６】また、前述のように、旋回スクロール側に
は旋回軸受等の熱源が配設され、その全体がケーシング
によって覆われているから、該旋回スクロール側の方が
固定スクロール側よりも温度が上昇し易い。このため、
上述した従来技術によるものでは、旋回スクロール側の
温度と固定スクロール側の温度が不均一化し、熱膨張に
よる熱変形に差異が生じるから、各スクロールのラップ
部にカジリ現象が発生したり、スクロールのねじれによ
って補助クランク等が損傷したりするという問題もあ
る。

【０００７】本発明は上述した従来技術の問題に鑑みな
されたもので、旋回スクロールおよび固定スクロール等
を効果的に冷却しつつ温度を均一化し、信頼性や寿命等
を向上できるようにしたスクロール式圧縮機を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明が採用する構成は、ケーシングと、該ケ
ーシング内に回転可能に設けられ、鏡板にうず巻き状の
ラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロ
ールに対向して前記ケーシングに設けられ、鏡板にうず
巻き状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固
定スクロールのラップ部に前記旋回スクロールのラップ
部が重なり合って旋回する間に形成される複数の圧縮室
と、前記旋回スクロールの背面側に位置して前記ケーシ
ング内に設けられた一側圧力室と、前記固定スクロール
側に設けられた他側圧力室と、該他側圧力室と前記一側
圧力室とを連通する連通路と、前記一側圧力室と前記他
側圧力室とをそれぞれ冷却する冷却手段と、前記一側圧
力室と前記他側圧力室のうち少なくともいずれか一の圧
力室と前記各圧縮室のうち中間圧の圧縮室とを連通する
流通孔とからなる。

【０００９】

【作用】旋回スクロールの旋回運動によって中間圧まで
圧縮された圧縮気体は、中間圧の圧縮室から流通孔を介
して各圧力室のうち少なくともいずれか一の圧力室に流
入し、連通路によって接続された各圧力室内はやがて中
間圧に達して同圧状態となる。そして、この状態で旋回
スクロールが回転すると、該旋回スクロールの回転角度
に応じて中間圧の圧縮室は拡縮し、当該圧縮室に圧力変
動が生じる。これにより、圧縮気体は流通孔を介して中
間圧の圧縮室と各圧力室との間で流通し、中間圧の圧縮
室内の高温の圧縮気体と冷却手段によって冷却される各
圧力室内の低温の圧縮気体との間で熱交換が行なわれ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図４に基
づき、空気圧縮機に用いた場合を例に挙げて説明する。

【００１１】図において、１は段付筒状のケーシングを
示し、該ケーシング１は大径筒部１Ａと、該大径筒部１
Ａの内周側から軸方向一側に向けて突出形成された小径
筒状の軸受部１Ｂとから大略構成され、大径筒部１Ａの
内周側には後述する旋回スクロール４の背面側と摺接し
てスラスト方向の荷重を受承するスラスト受部１Ｃが径
方向内側に向けて突設されている。

【００１２】２はケーシング１の軸受部１Ｂに軸受３，
３，…を介して回転可能に軸支された駆動軸を示し、該
駆動軸２の先端側はケーシング１の大径筒部１Ａ内に伸
長してクランク２Ａとなり、該クランク２Ａの軸線は駆
動軸２の軸線に対して所定寸法ｄだけ偏心している。ま
た、該駆動軸２は、その基端側がケーシング１の軸受部
１Ｂから外部に突出して電動モータ（図示せず）に連結
されており、該電動モータによって回転駆動されるもの
である。

【００１３】４はケーシング１の大径筒部１Ａ内に位置
して駆動軸２のクランク２Ａ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４は、円盤状に
形成された鏡板４Ａと、該鏡板４Ａに中心側が巻始め端
となり、外周側が巻終り端となって立設されたうず巻き
状のラップ部４Ｂと、鏡板４Ａの背面側中央に設けられ
たボス部４Ｃとから構成され、該ボス部４Ｃ内には駆動
軸２のクランク２Ａが旋回軸受５を介して取付けられて
いる。

【００１４】６は旋回スクロール４と対向してケーシン
グ１の大径筒部１Ａ他端側に設けられ、取付ボルト（図
示せず）を介して固着された固定スクロールを示し、該
固定スクロール６は、中心が駆動軸２の軸線とほぼ一致
するようにして中央部に配設された鏡板６Ａと、該鏡板
６Ａから旋回スクロール４のラップ部４Ｂと同様に立設
されたうず巻き状のラップ部６Ｂと、鏡板６Ａの外周側
に設けられた筒部６Ｃとから構成されている。

【００１５】７，７，…は旋回スクロール４のラップ部
４Ｂと固定スクロール６のラップ部６Ｂとの間に形成さ
れた複数の圧縮室を示し、該各圧縮室７は、旋回スクロ
ール４のラップ部４Ｂが固定スクロール６のラップ部６
Ｂに対し、所定角度周方向にずれた状態で重なり合って
旋回する間に形成されるものである。ここで、該各圧縮
室７は図２ないし図４に示す如く、最外周側に位置し、
低圧Ｐ1 の圧力を有する低圧圧縮室７Ａ，７Ａ（図４参
照）と、該各低圧圧縮室７Ａよりも径方向内側に位置
し、中間圧Ｐ2 を有する中間圧圧縮室７Ｂ，７Ｂと、最
内周側に位置し、高圧Ｐ3 を有する高圧圧縮室７Ｃ，７
Ｃとから構成されている。

【００１６】８は旋回スクロール４の外周側と固定スク
ロール６の外周側との間に位置し、周方向に離間して例
えば３個設けられた自転防止機構としての補助クランク
（１個のみ図示）を示し、該補助クランク８は、駆動軸
２の回転によって旋回スクロール４に回転運動が与えら
れると、該旋回スクロール４の自転運動を防止し、これ
により、旋回スクロール４を駆動軸２の軸線を中心とし
て旋回させるものである。

【００１７】９はケーシング１の大径筒部１Ａに径方向
に穿設された吸込口、１０は固定スクロール６の鏡板６
Ａに穿設された吐出口をそれぞれ示し、該吸込口９は最
外周側の低圧圧縮室７Ａと連通し、吐出口１０は最中央
側の高圧圧縮室７Ｃとそれぞれ連通している。なお、前
記吸込口９は固定スクロール６に形成してもよい。

【００１８】１１は旋回スクロール４の鏡板４Ａ背面側
に位置してケーシング１の大径筒部１Ａ内に形成され、
クランク室を構成する一側圧力室、１２は固定スクロー
ル６の鏡板６Ａ背面側に位置し、吐出口１０を取囲むよ
うに形成された環状の他側圧力室をそれぞれ示し、該各
圧力室１１，１２は連通路１３を介して接続されてい
る。

【００１９】１４は一側圧力室１１の外周側を取囲むよ
うにしてケーシング１の大径筒部１Ａに形成された略Ｃ
字状の一側冷却流路、１５は他側圧力室１２の外周側を
取囲むようにして固定スクロール６の筒部６Ｃに形成さ
れた略Ｃ字状の他側冷却流路をそれぞれ示し、該各冷却
流路１４，１５は冷却配管を介して熱交換器、ポンプ
（いずれも図示せず）等とそれぞれ接続され、冷却手段
を構成している。そして、該各冷却流路１４，１５は
水，油，空気等の冷却用流体を流通させることにより、
各圧力室１１，１２内の空気を冷却するものである。

【００２０】１６，１６は固定スクロール６の鏡板６Ａ
に穿設された流通孔を示し、該各流通孔１６は、図２な
いし図４にも示す如く、その一端側が各圧縮室７のうち
中間圧圧縮室７Ｂに連通し、その他端側は他側圧力室１
２に連通している。そして、該各流通孔１６は、各中間
圧圧縮室７Ｂ内の圧力変動に応じて圧縮空気を流通させ
ることにより、呼吸作用を行なわせるものである。

【００２１】なお、１７は駆動軸２に固着されたカウン
タウェイト、１８は旋回スクロール４の鏡板４Ａ外周側
とスラスト受部１Ｃとの間に配設されたスラストシール
である。

【００２２】本実施例によるスクロール式空気圧縮機
は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動に
ついて図２ないし図４を参照しつつ説明する。

【００２３】まず、駆動軸２を電動モータによって回転
駆動すると、この回転はクランク２Ａから旋回軸受５を
介して旋回スクロール４に伝えられ、該旋回スクロール
４は、補助クランク８により自転運動を防止されつつ駆
動軸２の軸線を中心として旋回半径ｄの旋回運動を行な
う。

【００２４】次に、この旋回運動によって各ラップ部４
Ｂ，６Ｂとの間に画成される圧縮室７，７，…は連続的
に縮小し、吸込口９から吸込んだ空気を各低圧圧縮室７
Ａ、各中間圧圧縮室７Ｂにより中間圧Ｐ2 まで圧縮し
て、該各中間圧圧縮室７Ｂから各流通孔１６を介して他
側圧力室１２内に吐出することにより、連通路１３によ
って連通された各圧力室１１，１２内はやがて中間圧Ｐ
2 を有する同圧状態に達し、実質的に該各圧力室１１，
１２および連通路１３は中間圧圧縮室７Ｂの一部とな
る。

【００２５】そして、各圧力室１１，１２等が中間圧Ｐ
2 に達した状態で、旋回スクロール４の旋回運動が行な
われると、図２ないし図４に示す如く、該旋回スクロー
ル４の旋回角度に応じて各中間圧縮室７Ｂの容積が増減
するから、この容積変化に応じて該各中間圧圧縮室７Ｂ
内に圧力変動が生じる。この圧力変動により、各中間圧
圧縮室７Ｂは各流通孔１６を介して各圧力室１１，１２
との間で圧縮空気をやり取りし、いわゆる呼吸作用を行
なう。

【００２６】即ち、図２に示す如く、旋回スクロール４
の回転角度θが−７７．２１５°に達し、最外周側の低
圧圧縮室７Ａ内に吸込まれた外気が各中間圧圧縮室７Ｂ
によって圧縮された場合は、該各中間圧圧縮室７Ｂは形
成直後の初期状態にあり、その容積が大きいから、その
圧力は後述する均衡状態の中間圧Ｐ2 よりも低い圧力Ｐ
2 L となり（Ｐ2 ＞Ｐ2 L ）、各圧力室１１，１２内で
各冷却流路１４，１５によって冷却された中間圧Ｐ2 を
有する圧縮空気の一部が各流通孔１６を介して各中間圧
圧縮室７Ｂ内に流入する。

【００２７】次に、図３に示す如く、旋回スクロール４
の旋回角度θが−２１２．２１５°に達し、各中間圧圧
縮室７Ｂの容積が小さくなった場合は、該各中間圧圧縮
室７Ｂ内の圧力が中間圧Ｐ2 まで上昇し、各圧力室１
１，１２内の圧力Ｐ2 と均衡する均衡状態となる。

【００２８】さらに、図４に示す如く、旋回スクロール
４の旋回角度が１２．７８５°に達し、各中間圧圧縮室
７Ｂの容積が縮小した場合は、この容積変化に応じて該
各中間圧圧縮室７Ｂ内の圧力は均衡状態の中間圧Ｐ2 よ
りも高い圧力Ｐ2 H となるから（Ｐ2 H ＞Ｐ2 ）、各中
間圧圧縮室７Ｂ内の圧力Ｐ2 H を有する圧縮空気は、前
述した図２に示す初期状態において各圧力室１１，１２
から各中間圧圧縮室７Ｂ内に流出した圧縮空気による圧
力低下分だけ、各流通孔１６を介して各圧力室１１，１
２内に流入し、該各圧力室１１，１２内で各冷却流路１
４，１５により冷却される。

【００２９】最後に、各中間圧縮室７Ｂによって所定の
中間圧Ｐ2 まで圧縮された圧縮空気は、さらに各高圧圧
縮室７Ｃによって高圧Ｐ3 まで圧縮された後、吐出口１
０から吐出配管等を介して外部の空気タンクに吐出され
る。

【００３０】かくして、本実施例によれば、旋回スクロ
ール４側に設けられ、一側冷却流路１４によって冷却さ
れた一側圧力室１１と固定スクロール６側に設けられ、
他側冷却流路１５によって冷却された他側圧力室１２と
を連通路１３で接続し、各中間圧圧縮室７Ｂと他側圧力
室１２とを各流通孔１６によって連通する構成としたか
ら、旋回スクロール４の旋回角度に応じて変動する各中
間圧圧縮室７Ｂ内の圧力変動を利用して、圧縮作用によ
り高温となった各中間圧圧縮室７Ｂ内の圧縮空気と各冷
却流路１４，１５により冷却された低温の圧縮空気とを
互いに流通させて、呼吸作用を行なうことができる。

【００３１】この結果、各圧縮室７内と各圧力室１１，
１２との間の熱交換を行なうことによって、冷却不足に
なり易い旋回スクロール４側を一側冷却流路１４による
外側からの冷却に加えて内側（各圧縮室７側）からも冷
却することができ、旋回スクロール４側と固定スクロー
ル６側との温度を効果的に均一化して、温度の不均一に
よる熱変形の差によって生じる各スクロール４，６のね
じれ現象や旋回軸受５等の損傷を防止でき、各ラップ部
４Ｂ，６Ｂにカジリ現象が発生したりするのを防止し
て、信頼性や寿命等を大幅に向上することができる。

【００３２】なお、前記実施例では、固定スクロール６
側に各流通孔１６を設けるものとして述べたが、これに
替えて、旋回スクロール４側に設けてもよく、あるい
は、両スクロール４，６の双方に設けてもよい。

【００３３】また、前記実施例では、２個の流通孔１
６，１６を介して各中間圧圧縮室７Ｂを他側圧力室１２
に連通させる場合を例示したが、これに替えて、単一の
流通孔によっていずれか一の中間圧圧縮室７Ｂと各圧力
室１１，１２のうちいずれか一の圧力室とを連通させる
構成としてもよい。

【００３４】さらに、前記実施例では、無給油式のスク
ロール式圧縮機に用いる場合を例に挙げて説明したが、
本発明はこれに限らず、旋回スクロールの外周側と固定
スクロールまたはケーシングとの間にＵ字状のシール部
材を配設し、該Ｕ字状シール部材によって旋回スクロー
ル側に供給された油液が各圧縮室内に浸入するのを防止
した半給油式のスクロール式圧縮機にも適用できる。こ
の場合には、各流通孔を他側圧力室側に設ければよい。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、旋
回スクロール側に設けられ、冷却手段により冷却された
一側圧力室と、固定スクロール側に設けられ、冷却手段
により冷却された他側圧力室とを連通路を介して連通
し、各圧力室のうちいずれか一の圧力室と中間圧の圧縮
室とを流通孔を介して連通する構成としたから、旋回ス
クロールの旋回角度に応じて変動する圧縮室内の圧力変
動を利用して、圧縮作用により高温となった中間圧の圧
縮室内の圧縮気体と冷却手段により冷却された各圧力室
内の圧縮気体とを流通孔を介して互いに流通させること
により、圧縮室内と各圧力室との間で効果的に熱交換を
行なうことができる。この結果、冷却不足になり易い旋
回スクロール側を冷却手段による外側からの冷却に加え
て内側からも冷却することができ、両スクロールの温度
を均一化して、ねじれ現象やカジリ現象の発生を未然に
防止でき、信頼性や寿命等を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるスクロール式圧縮機の縦
断面図である。

【図２】旋回角度が−７７．２１５°の場合に、図１中
の矢示II−II方向を拡大して示す断面図である。

【図３】旋回角度が−２１２．２１５°の場合に、流通
孔と圧縮室との関係を示す図２と同様の断面図である。

【図４】旋回角度が１２．７８５°の場合に、流通孔と
圧縮室との関係を示す図２と同様の断面図である。

【符号の説明】

１ ケーシング ４ 旋回スクロール ４Ａ 鏡板 ４Ｂ ラップ部 ６ 固定スクロール ６Ａ 鏡板 ６Ｂ ラップ部 ７ 圧縮室 ７Ａ 低圧圧縮室 ７Ｂ 中間圧圧縮室 １１ 一側圧力室 １２ 他側圧力室 １３ 連通路 １４ 一側冷却流路（冷却手段） １５ 他側冷却流路（冷却手段） １６ 流通孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ケーシングと、該ケーシング内に回転可
   能に設けられ、鏡板にうず巻き状のラップ部が立設され
   た旋回スクロールと、該旋回スクロールに対向して前記
   ケーシングに設けられ、鏡板にうず巻き状のラップ部が
   立設された固定スクロールと、該固定スクロールのラッ
   プ部に前記旋回スクロールのラップ部が重なり合って旋
   回する間に形成される複数の圧縮室と、前記旋回スクロ
   ールの背面側に位置して前記ケーシング内に設けられた
   一側圧力室と、前記固定スクロール側に設けられた他側
   圧力室と、該他側圧力室と前記一側圧力室とを連通する
   連通路と、前記一側圧力室と前記他側圧力室とをそれぞ
   れ冷却する冷却手段と、前記一側圧力室と前記他側圧力
   室のうち少なくともいずれか一の圧力室と前記各圧縮室
   のうち中間圧の圧縮室とを連通する流通孔とから構成し
   てなるスクロール式圧縮機。