JP3575201B2

JP3575201B2 - Scroll type fluid machine

Info

Publication number: JP3575201B2
Application number: JP34506396A
Authority: JP
Inventors: 謙治松葉; 弘之黒岩
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1996-12-25
Filing date: 1996-12-25
Publication date: 2004-10-13
Anticipated expiration: 2016-12-25
Also published as: JPH10184567A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮機、真空ポンプ、膨張機等に用いられるスクロール形流体機械に関するものであり、特に可動スクロールの鏡板に背圧力を加えることによって可動スクロールを固定スクロールに押付けるようにしたスクロール形流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスクロール形流体機械は、たとえば、特開平５−２９６１６３号公報に開示されている。この公報にも開示されているが、スクロール形流体機械の動作中においては、可動スクロールに対して種々の力が作用している。具体的には、可動スクロールの鏡板の背面に加えられる軸方向に向く背圧力、固定スクロールおよび可動スクロールの渦巻体間に閉込められるガスによって作り出されるガス荷重、公転運動する可動スクロールによって作り出される遠心力等が存在する。
【０００３】
可動スクロールに対して作用する種々の力の位置関係により転覆モーメントが働き、そのため、可動スクロールの鏡板部等で片当たりが生じたり、可動スクロールが倒れて可動スクロールの軸受け部の負荷が増大したりする問題が生ずる。
【０００４】
特開平５−２９６１６３号公報に開示されたスクロール形流体機械においては、可動スクロールの鏡板の背面に偏心した円形のシールリングを設けることによって、可動スクロールに作用する転覆モーメントを低減しようとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平５−２９６１６３号公報に開示されたような偏心シールリングを設けようとすれば、加工コストが増大する。また、偏心シールリングを設けても、転覆モーメントの低減は十分ではない。
【０００６】
図９は、スクロール形流体機械の動作中において、可動スクロールに対して作用する力がどのように変化するかを示している。縦軸は力の大きさを示し、横軸は公転運動する可動スクロールの回転角度を示している。
【０００７】
Ｆ_ｂｐは、可動スクロールの鏡板の背面に作用する軸方向に向く背圧力荷重であり、可動スクロールの回転角度にかかわらずほぼ一定の大きさとなっている。
【０００８】
固定スクロールの渦巻体と可動スクロールの渦巻体との間に閉込められるガスによって作り出されるガス荷重が、可動スクロールに作用する。Ｆ_ｐａは、そのようなガス荷重の軸方向成分であり、Ｆ_ｐｔはガス荷重の接線方向成分であり、Ｆ_ｐｒはガス荷重の半径方向成分である。ガス荷重は、両スクロールの渦巻体間に閉込められるガス圧によって変化する。とくに、ガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａは、吐出開始時において最大となり、吸込み完了時において最小となる。
【０００９】
Ｆ_ｉｒは、公転運動する可動スクロールに作用する遠心力荷重であり、動作中においてはほぼ一定の大きさである。
【００１０】
背圧力荷重Ｆ_ｂｐおよびガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａは可動スクロールの鏡板に対して軸方向に作用する。この両荷重の差圧はスラスト反力Ｆ_ａとして、可動スクロールの鏡板に作用する。
【００１１】
図９に示すように、スラスト反力Ｆ_ａは、Ｆ_ｂｐからＦ_ｐａを差し引いた力の大きさ、すなわちＦ_ｂｐ−Ｆ_ｐａである。そのため、スラスト反力Ｆ_ａの大きさは、スクロール形流体機械の吐出開始時に最も小さくなり、吸込み完了時に最も大きくなる。
【００１２】
上述のように、スラスト反力Ｆ_ａは可動スクロールの回転角度に応じて変化する。モーメントの釣合いのために、スラスト反力Ｆ_ａの作用点も、可動スクロールの回転角度に応じて変化する。スラスト反力Ｆ_ａの大きさが小さいときには、可動スクロール中心からスラスト反力作用点までの距離は大きくなり、スラスト反力Ｆ_ａの大きさが大きいときには可動スクロール中心からスラスト反力作用点までの距離は小さくなる。
【００１３】
図１０は、可動スクロール１とともにスラスト反力作用点の軌跡Ｌを示している。２は鏡板、３は渦巻体、４はオルダムキー溝である。図示するように、スラスト反力作用点は、動作中において、可動スクロール中心からの距離が刻々と変化する。吐出開始時、すなわちガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａが最大になるときにスラスト反力が最小となるため、スラスト反力の作用点が可動スクロール中心から最も遠ざかる。その際、スラスト反力作用点は可動スクロール１の鏡板中心２から外方に外れたところに位置する。鏡板外径が充分でないと、スラスト反力を受ける作用点が鏡板２上に位置しないようになるため、軸方向に作用する力のバランスが崩れ、可動スクロール１が傾いてしまう。図１０に示すような状態では、可動スクロールは、１回転中に一度、すなわち吐出開始時に傾いてしまうことになる。
【００１４】
この発明の目的は、特に製造コストを増大することなく、可動スクロールに対する転覆モーメントを低減することのできるスクロール形流体機械を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明の前提となるスクロール形流体機械は、渦巻体を有する固定スクロールと、固定スクロールの渦巻体に摺接する渦巻体を鏡板上に有する可動スクロールとを備え、可動スクロールの鏡板の背面に軸方向に向く背圧力を加えることによって可動スクロールを固定スクロールに押付け、背圧力荷重と、両スクロールの渦巻体間に閉込められるガスによって作り出されるガス荷重の軸方向成分との差圧に釣り合うスラスト反力を可動スクロールの鏡板に作用させるようにするものである。
【００１６】
請求項１に記載のスクロール形流体機械は、吐出開始時にあるときの固定スクロール中心から可動スクロール中心を通る半直線をＸとし、可動スクロール中心を起点とし半直線Ｘに対して回転方向に９０°回転させた半直線をＹとし、半直線Ｘと半直線Ｙとによって囲まれた領域を第１領域、さらに９０°ずつ回転方向に回転させた領域を順に第２領域、第３領域、第４領域としたとき、吐出開始時に可動スクロール中心から最も遠ざかるようになるスラスト反力の作用点を受止める反力受止め部を可動スクロール鏡板の第２領域に設けたことを特徴とする。
【００１７】
本願発明者は、スラスト反力の作用点が可動スクロール中心から最も遠ざかる領域は、第２領域になることを見出した。したがって、請求項１に記載の発明においては、第２領域に設けられた反力受止め部が確実にスラスト反力の作用点を受止めるので、吐出開始時における可動スクロールの傾きを効果的に防止することができる。
【００１８】
請求項２に記載のスクロール形流体機械では、可動スクロール鏡板の主たる外径の中心位置を、可動スクロールの駆動軸中心に対して第２領域に偏心させることによって、反力受止め部を第２領域に設けている。この請求項２に記載の発明によれば、反力受止め部を形成するのに特別な加工を必要としないので、製造コストの増大を抑えることができる。さらに、可動スクロールの重量を増加させることはない。
【００１９】
請求項３に記載のスクロール形流体機械では、第２領域に位置する可動スクロール鏡板の外縁を半径方向外方に膨出させることによって、反力受止め部を第２領域に設けている。この請求項３に記載の発明によれば、膨出部が確実にスラスト反力の作用点を受止めるので、可動スクロールの転覆を効果的に防止することができる。
【００２０】
請求項４に記載のスクロール形流体機械では、膨出部分にオルダムキー溝が形成されている。オルダムキー溝は、公転運動する可動スクロールが自転しないようにするために、この種のスクロール形流体機械においては必ず形成されるものである。請求項４に記載の発明では、必ず必要となるオルダムキー溝の位置を第２領域にし、膨出部分と兼用することによって、スラスト反力を受止めるようにしている。このようにすれば、製造コストの増大を防止することができる。
【００２１】
請求項５に記載のスクロール形流体機械においては、膨出部分の厚みを、他の部分に比べて薄くしている。膨出部分を形成することによってその部分の重みが負荷されることになるが、請求項５に記載の発明のように、その厚みを小さくすれば、重量の増加を防ぐことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、固定スクロール１０の渦巻体１１と、可動スクロール１２の渦巻体１３とが噛合っている状態を示す断面図である。可動スクロール１２は、鏡板１４と、駆動軸の偏心ピンを受入れるピン受け筒部１５とを備える。
【００２３】
可動スクロール１２の鏡板１４の背面にはシール部材１６および１７が配置されており、この両シール部材間に背圧室１８が形成される。両スクロールの渦巻体間に形成される中間圧力はガス通路１９を経由して背圧室１８に導かれる。
【００２４】
背圧室１８によって形成される背圧力Ｆ_ｂｐは、可動スクロール１２を固定スクロール１０に向かって軸方向に押付ける。また、両スクロールの渦巻体間に閉込められるガスによって作り出されるガス荷重の軸方向成分Ｆ_ｐａは、可動スクロール１２を、固定スクロール１０から軸方向に遠ざけるように作用する。図９を用いて説明したように、背圧力荷重Ｆ_ｂｐはガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａよりもかなり大きいため、可動スクロール１２は間隔ｄだけ浮上がる。可動スクロール１２の鏡板１４の外周部分は固定スクロール１０に押付けられ、そのため鏡板１４に対してスラスト反力Ｆ_ａが背圧力とは逆方向に作用する。Ｆ_ａ＝Ｆ_ｂｐ−Ｆ_ｐａである。
【００２５】
図２および図３は、可動スクロール１２に作用する種々の力を図解的に示している。図２は可動スクロールを上方から見た図であり、図３は可動スクロールを側方から見た図である。
【００２６】
可動スクロールに作用する力の関係をまとめると、以下の表１のようになる。
【００２７】
【表１】

【００２８】
表１に示された各力について、図２および図３を用いて詳しく説明する。可動スクロールは固定スクロールの中心Ｏ_ｆｓのまわりを回転する。可動スクロールの中心をＯ_ｏｓとし、その回転の半径をＲ_ｏｒとする。回転方向は、図２において反時計方向である。固定スクロール中心Ｏ_ｆｓから可動スクロール中心Ｏ_ｏｓを通る方向をｒ軸とし、可動スクロール中心Ｏ_ｏｓを通る接線の方向をｔ軸とする。また、可動スクロール中心Ｏ_ｏｓを通って紙面に対して垂直方向に延びる軸をａ軸とする。
【００２９】
ガス荷重Ｆ_ｐａ、Ｆ_ｐｔ、Ｆ_ｐｒは、固定スクロール中心Ｏ_ｆｓと可動スクロール中心Ｏ_ｏｓとの間の中点に作用する。ガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａは軸方向に沿って下向きに作用する。ａ軸に沿って下向きの方向を負とすると、表１に示すようにガス荷重のａ軸成分は−Ｆ_ｐａとなる。その作用点座標は、ｒ軸で見ると−Ｒ_ｏｒ／２である。
【００３０】
ガス荷重接線方向成分Ｆ_ｐｔのａ軸方向の作用点は、渦巻体の高さの中央の位置である。したがって、図３に示すようにａ軸方向の作用点の座標はｈ_ｐとなる。ｔ軸方向で見ると負であるので、力の成分は−Ｆ_ｐｔとなる。
【００３１】
ガス荷重半径方向成分Ｆ_ｐｒは、ｒ軸方向に見たとき負であるので、力の成分は−Ｆ_ｐｒとなる。Ｆ_ｐｒのａ軸方向の作用点座標はｈ_ｐである。
【００３２】
遠心力Ｆ_ｉｒは、可動スクロール中心Ｏ_ｏｓに作用する。ｒ軸方向に見たとき正であるので力の成分はＦ_ｉｒである。ａ軸方向に見たとき、遠心力Ｆ_ｉｒの作用点は、可動スクロールの重心位置となるので、ａ軸の座標はｈ_ｉである。
【００３３】
ｒ軸方向の力の成分で見たとき、ガス荷重半径方向成分Ｆ_ｐｒよりも遠心力荷重Ｆ_ｉｒの方がかなり大きい。このことは図９からも明らかである。そのため、その力の差に対応するピン軸反力が、駆動軸の偏心ピンを受入れるピン受け筒部１５に作用する。ピン軸反力のｒ軸成分Ｒ_ｒは遠心力Ｆ_ｉｒと逆向きであるため、−Ｒ_ｒとなる。
【００３４】
ｔ軸方向の力の成分を見ると、ガス荷重接線方向成分Ｆ_ｐｔと同じ力の大きさで、逆向きのピン軸反力ｔ軸成分Ｒ_ｔがピン受け筒部１５に作用する。ピン軸反力ｔ軸成分は、ガス荷重接線方向成分Ｆ_ｐｔと逆向きであるため、ｔ軸成分はＲ_ｔとなる。ピン軸反力Ｒ_ｒ、Ｒ_ｔの作用点は、図２においては可動スクロール中心Ｏ_ｏｓであり、図３に示したａ軸方向においては、ピン受け筒部１５の高さの約２分の１の位置である。したがって、ａ軸の作用点座標は、−ｈ_ｒとなる。
【００３５】
背圧力Ｆ_ｂｐは固定スクロール中心Ｏ_ｆｓを通って上方に作用する。したがって、ａ軸に沿う力の成分は、Ｆ_ｂｐであり、作用点座標は−Ｒ_ｏｒである。
【００３６】
ａ軸方向の力の成分を見たとき、下向きのガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａよりも上向きの背圧力荷重Ｆ_ｂｐの方がかなり大きい。このことは、図９からも明らかである。そのため、ａ軸方向の力の釣合いをとるために、背圧力荷重Ｆ_ｂｐとガス荷重軸方向成分Ｆ_ｐａとの力の差に対応するスラスト反力Ｆ_ａが、背圧力荷重Ｆ_ｂｐとは逆向きに作用する。この作用点座標を、ｒ軸に見たときＡ_ｒとし、ｔ軸に見たときＡ_ｔとする。ａ軸方向にみたとき、スラスト反力の作用点は、鏡板１４の上面であるので、ｈ_ｓである。
【００３７】
次に、スラスト反力Ｆ_ａの作用点がどこに位置するのかについて検討してみる。そのために、モーメントの釣合いを考える。
【００３８】
まず、ｒ軸まわりのモーメントの釣合いを考えてみる。正のモーメントはＦ_ａ・Ａ_ｔである。一方、ｒ軸まわりの負のモーメントは、Ｒ_ｔ・ｈ_ｒおよびＦ_ｐｔ・ｈ_ｐである。
【００３９】
次にｔ軸まわりのモーメントについて考えてみる。ｔ軸まわりの正のモーメントは、Ｆ_ａ・Ａ_ｒである。また、Ｆ_ｂｐ・Ｒ_ｏｒ、Ｒ_ｒ・ｈ_ｒ、Ｆ_ｉｒ・ｈ_ｉもｔ軸まわりの正のモーメントとなる。一方、Ｆ_ｐｒ・ｈ_ｐおよびＦ_ｐａ・Ｒ_ｏｒ／２がｔ軸まわりの負のモーメントとなる。
【００４０】
上述したモーメントの釣合いを整理すると、次のようになる。
【００４１】
【数１】

【００４２】
図４を参照して、吐出開始時にあるときの固定スクロール中心Ｏ_ｆｓから可動スクロール中心Ｏ_ｏｓを通る半直線をＸとし、可動スクロール中心Ｏ_ｏｓを起点とし半直線Ｘに対して回転方向に９０°回転させた半直線をＹとし、半直線Ｘと半直線Ｙとによって囲まれた領域を第１領域、さらに９０°ずつ回転方向に回転させた領域を順に第２領域、第３領域、第４領域とする。
【００４３】
上述の式（１）を満足するためには、Ｆ_ａ・Ａ_ｔは必ず正でなければならない。Ｆ_ａは正であるので、Ａ_ｔも正でなければならない。ということは、Ｆ_ａの作用点は、必ず第１領域または第２領域に存在しなければならない。
【００４４】
次に、式（２）に記載されている（Ｆ_ｂｐ・Ｒ_ｏｒ＋Ｒ_ｒ・ｈ_ｒ＋Ｆ_ｉｒ・ｈ_ｉ）と（Ｆ_ｐｒ・ｈ_ｐ＋Ｆ_ｐａ・Ｒ_ｏｒ／２）の大きさを比較してみる。図９を参照して、Ｆ_ｂｐはＦ_ｐａよりもかなり大きい。また、Ｒ_ｏｒはＲ_ｏｒ／２よりも大きいため、Ｆ_ｂｐ・Ｒ_ｏｒ≫Ｆ_ｐａ・Ｒ_ｏｒ／２の関係となる。
【００４５】
図９から、Ｆ_ｉｒはＦ_ｐｒよりもかなり大きいことがあきらかである。一方、ｈ_ｉとｈ_ｐとはそれほど大きさに差はない。したがって、Ｆ_ｉｒ・ｈ_ｉ＞Ｆ_ｐｒ・ｈ_ｐの関係が成り立つ。さらに、Ｒ_ｒ・ｈ_ｒが正成分として作用するので、確実に以下の関係式が成り立つ。
【００４６】
【数２】

式（３）の関係でなおかつ式（２）の条件を満足するためには、Ｆ_ａ・Ａ_ｒは負でなければならない。Ｆ_ａは正の力成分であるので、Ａ_ｒは負である。
【００４７】
以上のモーメントの釣合いから考えると、Ａ_ｔは正であり、Ａ_ｒは負である。そのような領域は、第２領域である。
【００４８】
以上のことから、スラスト反力の作用点は、必ず第２領域に位置することになる。その作用点は吐出開始時に最大となる。言換えれば、吐出開始時に可動スクロール中心Ｏ_ｏｓから最も遠ざかるようになるスラスト反力Ｆ_ａの作用点は、必ず第２領域に位置する。そこでこの発明では、そのようなスラスト反力Ｆ_ａの作用点を受止める反力受止め部を可動スクロール鏡板の第２領域に設ける。
【００４９】
図５に示した実施例では、可動スクロール１２の鏡板１４の主たる外径の中心位置Ｃを、可動スクロールの駆動軸中心Ｏ_ｏｓに対して第２領域に偏心させている。したがって、オルダムキー溝２１を除いて、可動スクロール中心Ｏ_ｏｓから鏡板１４の外縁に至るまでの距離は、第２領域において最大となる。スラスト反力の作用点の軌跡Ｌから明らかなように、吐出開始時にスラスト反力の作用点が可動スクロール中心Ｏ_ｏｓから最も遠ざかる。その際、大きな面積を占めるようになった第２領域の鏡板が反力受止め部２０となってスラスト反力を受止める。こうして、可動スクロールの転覆を防止できる。
【００５０】
図６は、この発明に従った他の実施例を示している。この実施例では、第２領域に位置する可動スクロール鏡板１４の外縁を半径方向外方に膨出させることによって、スラスト反力を受止める反力受止め部２０を形成している。膨出部２２は反力受止め部２０を形成するために設けられたものであるが、可動スクロールのバランサとして作用させるようにしてもよい。
【００５１】
図７は、この発明のさらに他の実施例を図示している。この実施例では、反力受止め部を形成するための膨出部２２の厚みを小さくすることによって、重量の増加を防いでいる。
【００５２】
図８は、この発明に従ったさらに他の実施例を図示している。図８では、オルダムキー溝２１を適正な場所に位置させることによって、オルダムキー溝２１に反力受止め部２０を形成するようにしている。この実施例では、オルダムキー溝２１の位置を適正に選ぶだけでよいので、製造コストおよび重量の増加を防ぐことができる。
【００５３】
以上図示しかつ説明した実施例はこの発明を例示的に示したものにすぎない。したがって、この発明の均等の範囲内において、種々の修正や変形が可能である。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、吐出開始時に可動スクロール中心から最も遠ざかるようになるスラスト反力の作用点を受止める反力受止め部を可動スクロール鏡板の第２領域に設けたので、可動スクロールの転覆モーメントを確実に低減することができる。
【００５５】
請求項２に記載の発明によれば、可動スクロール鏡板の主たる外径の中心位置を可動スクロールの駆動軸中心に対して偏心させることによって反力受止め部を形成するものであるので、製造コストの増加を防ぐことができる。
【００５６】
請求項３に記載の発明によれば、可動スクロール鏡板の外縁を半径方向外方に膨出させることによって反力受止め部を形成しているので、スラスト反力の作用点を確実に受止めることができる。
【００５７】
請求項４に記載の発明によれば、オルダムキー溝を利用して反力受止め部を形成するものであるので、製造コストの増加を防ぐことができる。
【００５８】
請求項５に記載の発明によれば、膨出部分の厚みを小さくしているので、重量の増加を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固定スクロールと可動スクロールとが噛合っている状態を示す断面図である。
【図２】可動スクロールに作用する種々の力を上方から見た図である。
【図３】可動スクロールに作用する力を側方から見た図である。
【図４】可動スクロールを４つの領域に区分した図である。
【図５】この発明に従った実施例を示す図である。
【図６】この発明に従った他の実施例を示す図である。
【図７】この発明に従ったさらに他の実施例を示す図である。
【図８】この発明に従ったさらに他の実施例を示す図である。
【図９】可動スクロールに作用する種々の力と回転角度との関係を示す図である。
【図１０】従来の可動スクロールを示す図である。
【符号の説明】
１２可動スクロール
１３渦巻体
１４鏡板
２０反力受止め部
Ｌスラスト反力作用点の軌跡
Ｃ主たる外径の中心
Ｏ_ｏｓ可動スクロール中心
２１オルダムキー溝[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a scroll type fluid machine used for a compressor, a vacuum pump, an expander, and the like, and more particularly to a scroll type fluid machine in which a movable scroll is pressed against a fixed scroll by applying a back pressure to an end plate of the movable scroll. The present invention relates to a fluid machine.
[0002]
[Prior art]
This type of scroll type fluid machine is disclosed, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-296163. As disclosed in this publication, various forces act on the orbiting scroll during the operation of the scroll fluid machine. Specifically, the back pressure in the axial direction applied to the back of the end plate of the movable scroll, the gas load created by gas trapped between the fixed scroll and the scroll of the movable scroll, and the centrifugal force created by the orbiting movable scroll There are forces and the like.
[0003]
An overturning moment acts due to the positional relationship of various forces acting on the orbiting scroll, so that the end of the orbiting scroll or the like may be hit, or the orbiting scroll may collapse and the load on the bearing of the orbiting scroll may increase. Problems arise.
[0004]
In the scroll type fluid machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-296163, an attempt is made to reduce the overturning moment acting on the movable scroll by providing an eccentric circular seal ring on the back surface of the end plate of the movable scroll.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
If an eccentric seal ring as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-296163 is provided, the processing cost increases. Further, even if an eccentric seal ring is provided, reduction of the overturning moment is not sufficient.
[0006]
FIG. 9 shows how the force acting on the orbiting scroll changes during the operation of the scroll fluid machine. The vertical axis indicates the magnitude of the force, and the horizontal axis indicates the rotation angle of the orbiting scroll that revolves.
[0007]
F _bp is an axially-directed back pressure load acting on the back surface of the end plate of the orbiting scroll, and has a substantially constant magnitude regardless of the rotation angle of the orbiting scroll.
[0008]
The gas load created by the gas trapped between the fixed scroll scroll and the movable scroll scroll acts on the movable scroll. F _pa is the axial component of such a gas load, F _pt is the tangential component of the gas load, and F _pr is the radial component of the gas load. The gas load changes depending on the gas pressure confined between the scrolls of both scrolls. In particular, the gas load axial component F _pa becomes maximum at the start of discharge and becomes minimum at the completion of suction.
[0009]
F _ir is a centrifugal force load acting on the orbiting orbiting scroll, and is substantially constant during operation.
[0010]
The back pressure load _Fbp and the gas load axial component _Fpa act on the end plate of the orbiting scroll in the axial direction. The pressure difference between the two loads acts on the end plate of the movable scroll as _a thrust reaction force Fa.
[0011]
As shown in FIG. 9, the thrust reaction forces _{F _a,} the force of the magnitude obtained by subtracting the _{F pa} from _{F bp,} i.e., _F bp _{-F pa.} Therefore, the magnitude of the thrust reaction force F _a is most reduced at the start of discharge of the scroll type fluid machine, most increases at the suction completion.
[0012]
As described above, the thrust reaction force F _a is changed in accordance with the rotation angle of the orbiting scroll. For balancing the moment, the point of action of the thrust reaction force F _a is also changed in accordance with the rotation angle of the orbiting scroll. When the magnitude of the thrust reaction force F _a is small, the distance from the movable scroll center to the thrust reaction force acting point increases, from the movable scroll center when the magnitude of the thrust reaction force F _a to the thrust reaction force acting point The distance becomes smaller.
[0013]
FIG. 10 shows the locus L of the thrust reaction force acting point together with the orbiting scroll 1. 2 is a head plate, 3 is a spiral body, and 4 is an Oldham keyway. As shown in the drawing, the distance from the center of the orbiting scroll changes momentarily during the operation of the thrust reaction force application point. At the start of discharge, that is, when the gas load axial component _Fpa is maximized, the thrust reaction force is minimized, so that the point of application of the thrust reaction force is farthest from the center of the movable scroll. At that time, the thrust reaction force application point is located at a position deviated outward from the center 2 of the end plate of the movable scroll 1. If the end plate outer diameter is not sufficient, the point of application of the thrust reaction force will not be located on the end plate 2, so that the balance of the forces acting in the axial direction will be lost, and the orbiting scroll 1 will tilt. In the state as shown in FIG. 10, the movable scroll is tilted once during one rotation, that is, at the start of ejection.
[0014]
An object of the present invention is to provide a scroll-type fluid machine capable of reducing the overturning moment for the orbiting scroll without increasing the manufacturing cost.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
A scroll type fluid machine which is a premise of the present invention includes a fixed scroll having a spiral body, and a movable scroll having a spiral body which is in sliding contact with the spiral body of the fixed scroll on a head plate, and has an axial direction on a rear surface of the head plate of the movable scroll. Thrust reaction force that balances the differential pressure between the back pressure load and the axial component of the gas load created by the gas trapped between the scrolls of both scrolls by applying a back pressure toward the fixed scroll On the end plate of the movable scroll.
[0016]
The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein X is a half line passing through the movable scroll center from the fixed scroll center at the time of the start of discharge, and is 90 ° in the rotational direction with respect to the half line X starting from the movable scroll center. The rotated half line is defined as Y, the region surrounded by the half line X and the half line Y is a first region, and the regions rotated by 90 ° in the rotation direction are a second region, a third region, and a fourth region. A reaction force receiving portion for receiving a point of application of a thrust reaction force that is most distant from the center of the orbiting scroll at the time of starting discharge is provided in the second region of the orbiting scroll head plate.
[0017]
The inventor of the present application has found that the region where the point of action of the thrust reaction force is farthest from the center of the movable scroll is the second region. Therefore, in the first aspect of the present invention, the reaction force receiving portion provided in the second area reliably receives the point of action of the thrust reaction force, so that the inclination of the movable scroll at the start of discharge can be effectively reduced. Can be prevented.
[0018]
In the scroll type fluid machine according to the second aspect, the center position of the main outer diameter of the movable scroll head plate is eccentric to the second region with respect to the center of the drive shaft of the movable scroll, so that the reaction force receiving portion is in the second position. It is provided in the area. According to the second aspect of the present invention, no special processing is required to form the reaction force receiving portion, so that an increase in manufacturing cost can be suppressed. Further, the weight of the movable scroll is not increased.
[0019]
In the scroll type fluid machine according to the third aspect, the reaction force receiving portion is provided in the second region by expanding the outer edge of the movable scroll head plate located in the second region radially outward. According to the third aspect of the present invention, since the bulging portion reliably receives the point of action of the thrust reaction force, it is possible to effectively prevent the movable scroll from overturning.
[0020]
In the scroll type fluid machine according to the fourth aspect, the Oldham keyway is formed in the bulging portion. The Oldham keyway is always formed in this kind of scroll type fluid machine in order to prevent the orbiting movable scroll from rotating. According to the fourth aspect of the invention, the position of the Oldham keyway, which is always required, is set to the second region, and the thrust reaction force is received by also using the bulging portion. This can prevent an increase in manufacturing cost.
[0021]
In the scroll type fluid machine according to the fifth aspect, the thickness of the bulging portion is made smaller than that of the other portions. The weight of the bulging portion is imposed by forming the bulging portion. However, if the thickness is reduced as in the invention of claim 5, an increase in weight can be prevented.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a sectional view showing a state in which a spiral body 11 of a fixed scroll 10 and a spiral body 13 of a movable scroll 12 are engaged. The movable scroll 12 includes a head plate 14 and a pin receiving cylinder portion 15 that receives an eccentric pin of a drive shaft.
[0023]

Seal members

16 and 17 are disposed on the back surface of the end plate 14 of the movable scroll 12, and a back pressure chamber 18 is formed between the two seal members. The intermediate pressure formed between the scrolls of the two scrolls is guided to the back pressure chamber 18 via the gas passage 19.
[0024]
Back pressure F _bp formed by the back pressure chamber 18 is pressed axially toward the movable scroll 12 to fixed scroll 10. Further, the axial component F _pa of the gas load generated by the gas trapped between the scrolls of the two scrolls acts to move the movable scroll 12 away from the fixed scroll 10 in the axial direction. As described with reference to FIG. 9, since the back pressure load F _bp is considerably larger than the gas load axial component F _pa , the orbiting scroll 12 floats by the distance d. The outer peripheral portion of the end plate 14 of the movable scroll 12 is pressed against the fixed scroll 10, so that a thrust reaction force Fa acts on the end plate 14 in _a direction opposite to the back pressure. A _F _a = F bp _{-F pa.}
[0025]
2 and 3 schematically illustrate various forces acting on the orbiting scroll 12. FIG. FIG. 2 is a diagram of the movable scroll as viewed from above, and FIG. 3 is a diagram of the movable scroll as viewed from the side.
[0026]
Table 1 below summarizes the relationship of the forces acting on the orbiting scroll.
[0027]
[Table 1]

[0028]
Each force shown in Table 1 will be described in detail with reference to FIGS. The orbiting scroll rotates around the center _Ofs of the fixed scroll. The center of the movable scroll is O _os, and the radius of its rotation is R _or . The rotation direction is a counterclockwise direction in FIG. The direction through the movable scroll center O _os from the stationary scroll center O _fs and r-axis, the direction of the tangent line passing through the movable scroll center O _os the t axis. The axis extending in the direction perpendicular to the paper surface through the movable scroll center O _os is _defined as the a-axis.
[0029]
The gas loads F _pa , F _pt , and F _pr act on the midpoint between the fixed scroll center _Offs and the movable scroll center O _os . The gas load axial component F _pa acts downward along the axial direction. When a negative downward direction along the a-axis, a-axis component of the gas load becomes -F _pa as shown in Table 1. The action point coordinates are -R _or / 2 when viewed on the r-axis.
[0030]
The point of _application of the gas load tangential component F _{pt in} the a-axis direction is a position at the center of the height of the spiral body. Thus, the coordinates of the point in the a-axis direction as shown in FIG. 3 is a h _p. Since it is negative when viewed in the t-axis direction, the force component is -F _pt .
[0031]
Since the gas load radial direction component _Fpr is negative when viewed in the r-axis direction, the force component is _-Fpr . The point coordinates in the a-axis direction of F _pr is _{h p.}
[0032]
The centrifugal force F _ir acts on the movable scroll center O _os . The force component is F _{ir since} it is positive when viewed in the r-axis direction. when viewed in a direction, the point of application of the centrifugal force F _ir, since the center of gravity of the movable scroll, the coordinates of the a-axis is h _i.
[0033]
When viewed in terms of the r-axis force component, the centrifugal load F _ir is considerably larger than the gas load radial component F _pr . This is clear from FIG. Therefore, a pin shaft reaction force corresponding to the difference between the forces acts on the pin receiving cylinder portion 15 that receives the eccentric pin of the drive shaft. Since the r-axis component _{R r} of the pin shaft reaction force is centrifugal force _{F ir} the opposite direction, the -R _r.
[0034]
Looking at the components of the t-axis direction force, the size of the same force as the gas load tangential component F _pt, pin shaft reaction force t-axis component R _t in the reverse direction is applied to the pin receiving cylinder 15. Pin shaft reaction force t-axis component are the gas load tangential component F _pt and opposite, t-axis component becomes R _t. The point of action of the pin shaft reaction forces R _r , R _t is the movable scroll center O _os in FIG. 2, and in the a-axis direction shown in FIG. 1 position. Therefore, the point coordinates of the a-axis becomes -h _r.
[0035]
The back pressure _Fbp acts upward through the fixed scroll center _Ofs . Therefore, the force component along the a-axis is F _bp , and the action point coordinates are -R _or .
[0036]
When looking at the force component in the a-axis direction, the upward back pressure load _Fbp is considerably larger than the downward gas load axial component _Fpa . This is clear from FIG. Therefore, in order to balance the a-axis direction of the force, the thrust reaction force F _a that corresponds to the difference between the force of the back pressure load F _bp and gas loading axis direction component F _pa is contrary to the back pressure load F _bp Acts in the direction. The action point coordinates, and A _r when viewed in the r-axis, and A _t when viewed in t axis. When viewed in the a-axis direction, the thrust reaction force acting point, since the upper surface of the end plate 14, is h _s.
[0037]
Next, try to consider whether to position where the point of action of the thrust reaction force F _a. For that purpose, consider the balance of the moment.
[0038]
First, consider the balance of the moment about the r-axis. Positive moment is a _F a · _{A t.} On the other hand, a negative moment about the r axis _is the R t · _{h r} and _F pt · _{h p.}
[0039]
Next, consider the moment about the t-axis. Positive moment around t axis _is F a · _{A r.} In _{_{_{_{addition, F bp · R or, R}}}} r · h r, also _F ir · _{h i} a positive moment about the t-axis. On the other _{hand, F} pr · _{h p} and _F pa · _{R or} / 2 is a negative moment around t axis.
[0040]
The following is a summary of the moment balance described above.
[0041]
(Equation 1)

[0042]
Referring to FIG. 4, a half line passing through the movable scroll center O _os from the fixed scroll center O _fs at the time of the start of discharge is _defined as X, and the movable scroll center O _os is set as a starting point in the rotation direction by 90 degrees. The rotated half line is defined as Y, the region surrounded by the half line X and the half line Y is defined as a first region, and the regions further rotated by 90 ° in the rotation direction are sequentially defined as a second region, a third region, and a third region. There are four areas.
[0043]
In order to satisfy the above equation (1) is, F a _· A _t must always be positive. Since the F _a is positive, _{A t} must also be positive. That is, the point of application of F _a should always exist in the first region or the second region.
[0044]
Then, by comparing the magnitude of the formula (2) has been that _{_{_{_{(F bp · R or + R}}}} r · h r + F ir · h i) and according to _{_{_{(F pr · h p + F}}} pa · R or / 2) Try. Referring to FIG. 9, _Fbp is much larger than _Fpa . Further, since R _or is larger than R _or / 2, there is a relation of F _bp · R _or ≫F _pa · R _or / 2.
[0045]
From FIG. 9, it is clear that F _ir is much larger than F _pr . On the other hand, there is no difference in the very size and _{h i} and _{h p.} _Therefore, the relationship of _{_{F ir · h i> F pr}} · h p holds. Furthermore, since the R r _· h _r acts as a positive component, it holds securely the following relational expression.
[0046]
(Equation 2)

To satisfy the conditions of yet formula (2) in relation to formula (3) is, F a _· A _r must be negative. Since _Fa is a positive force component, _Ar is negative.
[0047]
Considering because the balance of the above moment, A _t is positive, A _r is negative. Such an area is a second area.
[0048]
From the above, the point of action of the thrust reaction force is always located in the second region. The action point becomes maximum at the start of discharge. In other words, the point of action of the thrust reaction forces F _a which becomes farthest from the movable scroll center O _os at ejection start is always located in the second region. Therefore, in the present invention, _a reaction force receiving portion for receiving the point of action of such a thrust reaction force Fa is provided in the second region of the movable scroll head plate.
[0049]
In the embodiment shown in FIG. 5, the center position C of the main outer diameter of the end plate 14 of the orbiting scroll 12 is eccentric to the second region with respect to the center _Oos of the driving shaft of the orbiting scroll. Therefore, except for the Oldham keyway 21, the distance from the movable scroll center O _os to the outer edge of the end plate 14 is the largest in the second region. As is clear from the locus L of the thrust reaction force acting point, the point of action of the thrust reaction force is most away from the movable scroll center O _os at the start of discharge. At this time, the end plate in the second region, which occupies a large area, serves as the reaction force receiving portion 20 and receives the thrust reaction force. Thus, the movable scroll can be prevented from overturning.
[0050]
FIG. 6 shows another embodiment according to the present invention. In this embodiment, a reaction force receiving portion 20 for receiving a thrust reaction force is formed by expanding the outer edge of the movable scroll head plate 14 located in the second region outward in the radial direction. The bulging portion 22 is provided to form the reaction force receiving portion 20, but may be configured to act as a balancer for the movable scroll.
[0051]
FIG. 7 shows still another embodiment of the present invention. In this embodiment, an increase in weight is prevented by reducing the thickness of the bulging portion 22 for forming the reaction force receiving portion.
[0052]
FIG. 8 illustrates yet another embodiment according to the present invention. In FIG. 8, the reaction force receiving portion 20 is formed in the Oldham key groove 21 by locating the Oldham key groove 21 at an appropriate place. In this embodiment, it is only necessary to appropriately select the position of the Oldham keyway 21, so that an increase in manufacturing cost and weight can be prevented.
[0053]
The embodiments shown and described above are merely illustrative of the invention. Therefore, various modifications and variations are possible within the equivalent scope of the present invention.
[0054]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the reaction force receiving portion that receives the point of application of the thrust reaction force that is most distant from the center of the movable scroll at the start of discharge is provided in the second region of the movable scroll head plate. The overturning moment of the orbiting scroll can be reliably reduced.
[0055]
According to the second aspect of the present invention, the reaction force receiving portion is formed by eccentricizing the center position of the main outer diameter of the movable scroll head with respect to the center of the drive shaft of the movable scroll. Can be prevented from increasing.
[0056]
According to the third aspect of the present invention, the reaction force receiving portion is formed by bulging the outer edge of the movable scroll head plate radially outward, so that the action point of the thrust reaction force is reliably received. be able to.
[0057]
According to the fourth aspect of the present invention, since the reaction force receiving portion is formed using the Oldham keyway, an increase in manufacturing cost can be prevented.
[0058]
According to the fifth aspect of the present invention, since the thickness of the bulging portion is reduced, an increase in weight can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state where a fixed scroll and a movable scroll are meshed.
FIG. 2 is a diagram showing various forces acting on a movable scroll as viewed from above.
FIG. 3 is a diagram showing a force acting on a movable scroll as viewed from a side.
FIG. 4 is a diagram in which a movable scroll is divided into four regions.
FIG. 5 is a diagram showing an embodiment according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another embodiment according to the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing still another embodiment according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing still another embodiment according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating a relationship between various forces acting on a movable scroll and a rotation angle.
FIG. 10 is a view showing a conventional movable scroll.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 12 movable scroll 13 spiral body 14 end plate 20 reaction force receiving portion L locus C of thrust reaction force application point center of main outer diameter O _os movable scroll center 21 Oldham keyway

Claims

A fixed scroll (10) having a spiral body (11); and a movable scroll (12) having a spiral body (13) on a head plate (14) in sliding contact with the spiral body of the fixed scroll. The movable scroll is pressed against the fixed scroll by applying a back pressure (F _bp ) directed in the axial direction to the back surface of the scroll, and the gas created by the back pressure load (F _bp ) and the gas trapped between the scrolls of both scrolls. In a scroll-type fluid machine in which _a thrust reaction force (F _a ) that balances a pressure difference with an axial component (F _pa ) of a load is applied to a head plate of a movable scroll,
Let X be a half-line passing from the fixed scroll center (O _fs ) to the movable scroll center (O _os ) at the time of the start of discharge, and set the movable scroll center (O _os ) as a starting point in the rotational direction with respect to the half-line X. The rotated half line is defined as Y, the region surrounded by the half line X and the half line Y is defined as a first region, and the regions further rotated by 90 ° in the rotation direction are sequentially defined as a second region, a third region, and a third region. When four areas are set, the reaction force receiving portion (20) that receives the action point (L _max ) of the thrust reaction force (F _a ) that becomes the most distant from the center of the movable scroll (O _os ) at the start of discharge is movable. A scroll-type fluid machine provided in a second region of a scroll head plate.

By decentering the center position (C) of the main outer diameter of the movable scroll end plate (14) with respect to the center (O _os ) of the drive shaft of the movable scroll, the reaction force receiving portion (20) The scroll type fluid machine according to claim 1, wherein (1) is provided in the second region.

The scroll type fluid according to claim 1, wherein the reaction force receiving portion (20) is provided in the second region by bulging an outer edge of the movable scroll head plate located in the second region radially outward. machine.

The scroll type fluid machine according to claim 3, wherein the bulging portion (22) is provided with an Oldham keyway (21).

The scroll-type fluid machine according to claim 3, wherein the bulging portion (22) has a smaller thickness than other portions.