JP3881432B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気圧縮機や真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。
【０００２】
【従来の技術】
図７ないし図１０を参照して従来技術によるスクロール式流体機械を空気圧縮機として用いた場合を例に挙げて述べる。
【０００３】
図において、１はスクロール式空気圧縮機の本体を構成するケーシングで、該ケーシング１は、軸受部１Ａと、該軸受部１Ａの一端側に一体形成されたフランジ部１Ｂと、該フランジ部１Ｂの外周側に一体形成された筒部１Ｃとから大略構成されている。また、フランジ部１Ｂには環状の支持板２が一体に設けられ、該支持板２は後述する旋回スクロール６側からのスラスト荷重を後述の各球体１５を介して受承するものである。
【０００４】
３はケーシング１の筒部１Ｃに一体に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール３は中心が駆動軸４の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と一致するように配設された略円板状の鏡板３Ａと、該鏡板３Ａの外縁側から突出し、外周側が筒部１Ｃの開口端側に一体に取付けられた取付フランジ部３Ｂと、鏡板３Ａの表面側から軸方向に立設され、中心側が巻始め端となり外周側が巻終り端となった渦巻状のラップ部３Ｃとから大略構成されている。
【０００５】
４はケーシング１の軸受部１Ａに軸受（図示せず）等を介して回転自在に支持された駆動軸で、該駆動軸４の先端側はケーシング１内へと伸長してクランク４Ａとなり、該クランク４Ａの軸線Ｏ2 −Ｏ2 は駆動軸４の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して所定寸法δ（以下、偏心寸法δという）だけ偏心している。そして、駆動軸４は、ケーシング１外に突出した基端側が駆動源（図示せず）に連結され、駆動源で回転駆動されることにより、クランク４Ａを介して旋回スクロール６を旋回運動させる。また、前記クランク４Ａの基端側にはバランスウェイト５が固着され、旋回スクロール６の旋回運動に対して駆動軸４全体の回転バランスをとっている。
【０００６】
６は固定スクロール３と対向するようにケーシング１内に旋回可能に配設された旋回スクロールを示し、該旋回スクロール６は、円板状に形成された鏡板６Ａと、該鏡板６Ａの表面に立設され、該鏡板６Ａの中心側が巻始め端となり外周側が巻終り端となった渦巻状のラップ部６Ｂと、前記鏡板６Ａの背面中央に設けられたボス部６Ｃとから大略構成されている。
【０００７】
そして、旋回スクロール６はボス部６Ｃが旋回軸受７を介して駆動軸４のクランク４Ａに回転可能に取付けられている。ここで、旋回スクロール６は、ラップ部６Ｂが固定スクロール３のラップ部３Ｃに所定角度だけずらして重なり合うように配設され、該ラップ部３Ｃ，６Ｂ間に複数の圧縮室８，８，…を形成している。そして、スクロール空気圧縮機の運転時には、固定スクロール３の外周側に設けた吸込口９から外周側の圧縮室８内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール６が旋回運動する間に各圧縮室８内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室８から固定スクロール３の中心に設けた吐出口１０を介して外部に圧縮空気を吐出する。
【０００８】
１１は旋回スクロール６の自転を防止する自転防止機構を示し、該自転防止機構１１は図７および図８に示す如く、後述の各継手ガイド１２，１３および可動プレート１４から構成されている。
【０００９】
１２，１２，…はケーシング１の支持板２に一体に設けられた第１の継手ガイドで、該各継手ガイド１２は図８に示す如く、Ｙ軸方向に沿って延びた側面が可動プレート１４に摺接する各摺動面１２Ａとなり、可動プレート１４がケーシング１に対してＹ軸方向に相対変位するのを補償し、Ｘ軸方向に相対変位するのを規制している。
【００１０】
１３，１３，…は旋回スクロール６に設けられた第２の継手ガイドで、該各継手ガイド１３は図９に示す如く、Ｘ軸方向に沿って延びた側面が可動プレート１４に摺接する各摺動面１３Ａとなり、旋回スクロール６が可動プレート１４に対してＸ軸方向へと摺動変位するのを補償し、Ｙ軸方向に相対変位するのを規制している。
【００１１】
１４はケーシング１と旋回スクロール６との間に摺動可能に設けられた可動継手としての可動プレートで、該可動プレート１４は図７および図８に示す如く、樹脂材料または金属板等から略正方形の平板状に形成され、その中央部には旋回スクロール６のボス部６Ｃが貫通する逃がし穴１４Ａが穿設されている。また、可動プレート１４の４隅には、厚さ（軸）方向に延びる各貫通穴１４Ｂが形成され、該各貫通穴１４Ｂ内には各球体１５が挿入されている。
【００１２】
さらに、可動プレート１４は、Ｘ軸方向で対向した側面が各継手ガイド１２に摺接する各摺動面１４Ｃとなり、Ｙ軸方向で対向した側面が各継手ガイド１３に摺接する他の各摺動面１４Ｄとなっている。そして、可動プレート１４は各継手ガイド１２によりケーシング１に対してＹ軸方向にガイドされると共に、各継手ガイド１３により旋回スクロール６に対してＸ軸方向にガイドされる。
【００１３】
１５，１５，…は可動プレート１４の各貫通穴１４Ｂ内に挿入された球体で、該各球体１５は、ケーシング１の支持板２および旋回スクロール６の鏡板６Ａに対して転動可能に接触し、可動プレート１４が支持板２および鏡板６Ａに対して直接摺動接触するのを防止すると共に、旋回スクロール６からのスラスト荷重を支持板２を介して受承している。
【００１４】
従来技術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、駆動軸４を駆動源によって図７、図８中の矢示Ａ方向に回転駆動すると、この回転がクランク４Ａを介して旋回スクロール６に伝達される。これにより、旋回スクロール６は固定スクロール３に対して旋回運動し、吸込口９から吸込んだ空気を各圧縮室８内で圧縮し、吐出口１０から外部に吐出する。
【００１５】
そして、このように旋回スクロール６が旋回運動するときには、各継手ガイド１２，１３および可動プレート１４からなる自転防止機構１１によって旋回スクロール６の自転が防止され、該旋回スクロール６は駆動軸４を中心として偏心寸法δの旋回半径をもった円運動が与えられる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した各従来技術によるスクロール式流体機械では、圧縮運転時に可動プレート１４を各継手ガイド１２，１３によりそれぞれＸ，Ｙ軸方向に摺動変位（ガイド）させる構成としているため、圧縮運転を繰返すうちに各継手ガイド１２，１３の摺動面１２Ａ，１３Ａと可動プレート１４の摺動面１４Ｃ，１４Ｄとの間には、図８、図９中に一点鎖線で示す如く徐々に摩耗が進行して隙間が生じ易くなる。なお、このような隙間はこれら各継手ガイド１２，１３および可動プレート１４の加工誤差等に起因して形成される場合もある。
【００１７】
そして、これらの摺動面１２Ａ，１３Ａ，１４Ｃ，１４Ｄ間に生じる隙間が大きくなってくると、前記旋回スクロール６からの矢示Ａ方向に向けた自転トルクによる負荷が可動プレート１４に作用することにより、該可動プレート１４は、図８中に一点鎖線で示す如く各継手ガイド１２に接触するまで矢示Ａ方向に傾くことになる。
【００１８】
さらに、可動プレート１４が傾くことにより、旋回スクロール６側の各継手ガイド１３全体も図９中に一点鎖線で示す如く、可動プレート１４の傾きに応じて矢示Ａ方向に傾くようになる。これにより、継手ガイド１３と一体となった旋回スクロール６は、図１０中に実線で示す組付位置から矢示Ａ方向に角度θ1 分だけケーシング１に対して回転移動するようになる。
【００１９】
ここで、可動プレート１４が摩耗するに従って旋回スクロール６が回転する角度θ1 は下記数１によって求められる。
【００２０】
【数１】

θ1 ：旋回スクロール６の回転角
Ｌ：可動プレートの対角線距離
α：可動プレート１４の各継手ガイド１２側での摩耗量
β：可動プレート１４の各継手ガイド１３側での摩耗量
【００２１】
この結果、旋回スクロール６のラップ部６Ｂは図１０中に一点鎖線で示すように固定スクロール３のラップ部３Ｃに対して強く押付けられるように接触（干渉）してしまう場合が生じる。そして、このようにラップ部３Ｃ，６Ｂが互いに干渉した状態で運転を圧縮運転を継続すると、ラップ部３Ｃ，６Ｂが早期に摩耗してしまい、装置の寿命等が短くなるばかりでなく、信頼性等を著しく低下させるという問題がある。
【００２２】
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、本発明は可動継手が継手ガイドとの間で摩耗した場合でも、固定スクロールと旋回スクロールの各ラップ部が互いに強く接触するのを防止でき、長期に亘って旋回スクロールの旋回動作を安定させることができると共に、耐久性や寿命を確実に向上できるように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。
【００２３】
【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は、ケーシングと、該ケーシングに一体的に設けられた固定スクロールと、基端側が前記ケーシングに回転可能に支持され先端側がクランクとなった駆動軸と、該駆動軸のクランクに旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転運動を防止する自転防止機構とからなるスクロール式流体機械を採用している。
【００２４】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、記載前記自転防止機構を、前記ケーシング側に設けられる第１の継手ガイドと、前記旋回スクロールの背面側に設けられる第２の継手ガイドと、該第１，第２の継手ガイド間に摺動可能に配設され該第１，第２の継手ガイドにより互いに異なる方向にガイドされる可動継手とから構成し、該可動継手は、前記第１，第２の継手ガイドに摺接する摺動面のうち、少なくとも一方の摺動面を前記駆動軸の回転方向とは反対側に傾斜する傾斜面として形成し、前記第１，第２の継手ガイドの各摺動面のうち該傾斜面に摺接する摺動面は、該傾斜面に対応して傾斜させる構成としたことにある。
【００２５】
上記構成により、旋回スクロールの組付時には、旋回スクロールを可動継手と各継手ガイドとに設けた傾斜面（摺動面）の傾斜量に比例して、駆動軸の回転方向とは反対側に予めオフセット（回転移動）させることができ、これに伴って、旋回スクロールのラップ部を固定スクロールのラップ部から僅かに離した状態に保持でき、圧縮流体の洩れ等を抑えることができる。
【００２６】
そして、圧縮運転を続けるうちに、可動継手と継手ガイドとの摺動面で摩耗が進行し、両者の間に隙間が生じた場合でも、前記傾斜面の傾斜量を適宜に設定することにより、旋回スクロールのラップ部が固定スクロールのラップ部に強く接触するのを長期に亘って防止できる。
【００２７】
また、請求項２の発明では、前記可動継手は平行四辺形状をなす可動プレートからなり、該可動プレートの４つの側面のうち互いに対向する少なくとも一方の各側面を前記傾斜面により形成している。
【００２８】
これにより、可動プレートを平行四辺形状の平板として形成でき、可動プレートの傾斜面を継手ガイド側の傾斜面に摺接させることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００３０】
ここで、図１ないし図５は本発明の第１の実施例を示し、本実施例では前述した従来技術と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３１】
図中、２０は本実施例による自転防止機構を示し、該自転防止機構２０は図２および図３に示す如く、第１の継手ガイド２１、後述の第２の継手ガイド２２および可動プレート２３とから従来技術による自転防止機構１１とほぼ同様に構成されている。また、各継手ガイド２１は従来技術で述べた各継手ガイド１２と同様に構成され、ケーシング１の支持板２上にＸ軸方向およびＹ軸方向に離間して合計４個設けられている。そして、各継手ガイド２１は図２に示すようにＹ軸方向に沿って延びた側面が可動プレート２３に対する摺動面２１Ａとなっている。
【００３２】
２２，２２，…は旋回スクロール６の背面側に設けられた第２の継手ガイドを示し、該各継手ガイド２２は従来技術による各継手ガイド１３とほぼ同様に形成され、鏡板６Ａの外周側４箇所にそれぞれ配設されている。そして、各継手ガイド２２は鏡板６Ａの背面からケーシング１のフランジ部１Ｂに向けて突出し、Ｘ軸方向で互いに対向した内側面が可動プレート２３に摺接する摺動面２２Ａとなっている。
【００３３】
しかし、該継手ガイド２２の各摺動面２２Ａは図３に示す如く、後述する可動プレート２３の各摺動面２３Ｄに対応して、駆動軸４の回転方向（矢示Ａ方向）とは逆向きに斜めに傾斜した傾斜面として形成され、可動プレート２３を図３中に示すＸ′軸方向に向けてガイドする構成となっている。
【００３４】
ここで、Ｘ′軸はＹ軸に対して角度θ2 分だけ傾いた位置にあり、少なくとも当該スクロール式空気圧縮機の運転初期段階では、旋回スクロール６が可動プレート２３等を介してＸ′軸とＹ軸の２軸方向に沿ってガイドされ、自転防止が行われる。
【００３５】
２３は本実施例による可動継手としての可動プレートを示し、該可動プレート２３は従来技術による可動プレート１４とほぼ同様に構成され、逃がし穴２３Ａ、各貫通穴２３Ｂおよび各摺動面２３Ｃ，２３Ｄを有している。しかし、可動プレート２３は図３および図５に示す如く外形状が平行四辺形状をなした平板体として形成されている。そして、該可動プレート２３の各摺動面２３Ｃ，２３Ｄのうち各継手ガイド２２に摺接する各摺動面２３Ｄは、駆動軸４の回転方向（矢示Ａ方向）とは反対側に斜めに傾斜している。
【００３６】
ここで、該各摺動面２３Ｄは、図５に示すように角度θ2 分だけ斜めに傾いた傾斜面として形成されている。そして、旋回スクロール６を各継手ガイド２２および可動プレート２３を介してケーシング１に組付けた状態では、旋回スクロール６は図４中に一点鎖線で示す従来技術における初期組付け位置を基準として反時計廻りに前記傾斜角θ2 分だけオフセットされるようになる。
【００３７】
２４はケーシング１の支持板２側に設けた環状受承板、２５は旋回スクロール６の背面側に設けた環状受承板を示し、該環状受承板２４，２５は図１ないし図３に示す如く各球体１５と対向する位置で駆動軸４の周囲を取囲むように配設されている。
【００３８】
ここで、環状受承板２４，２５は、例えば軸受鋼または工具鋼等の硬質な耐摩耗性材料により環状体として形成されている。そして、環状受承板２４，２５は各球体１５をスラスト方向両側から挟み込むようにして互いに対向配置され、旋回スクロール６からのスラスト荷重を各球体１５との間で受承する構成になっている。
【００３９】
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、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。
【００４０】
然るに本実施例では、可動プレート２３を略平行四辺形状をなした板状体として形成することにより、各継手ガイド２２と可動プレート２３との各摺動面２２Ａ，２３Ｄを駆動軸４の回転方向とは反対側に傾斜角θ2 をもって傾斜した傾斜面として形成している。
【００４１】
これにより、旋回スクロール６を可動プレート２３および各継手ガイド２１，２２を介してケーシング１に組付けることで、旋回スクロール６を図４中に一点鎖線で示す従来技術における初期組付け位置から軸心Ｏ2 を中心として反時計廻りに前記傾斜角θ2 分だけオフセット（回転移動）させることができる。そして、これに伴って、旋回スクロール６のラップ部６Ｂを前記傾斜角θ2 に対応した分だけ、固定スクロール３のラップ部３Ｃから僅かにした状態で保持されるようになる。
【００４２】
この結果、圧縮運転を繰返すうちに、例えば可動プレート２３の各摺動面２３Ｃ，２３Ｄは摩耗が生じ、この摩耗の進行に応じて従来技術でも述べたように旋回スクロール６は時計廻りに徐々に回転移動するようになる。しかし、各摺動面２３Ｄは予め傾斜角θ2 をもって形成し、この傾斜角θ2 を従来技術で述べた角度θ1 とほぼ等しく設定しておくことにより、可動プレート２３の各摺動面２３Ｃ，２３Ｄが摩耗した状態でも、ラップ部６Ｂを図４中に一点鎖線で示す従来技術における初期組付け位置へと配置することができる。
【００４３】
従って、本実施例によれば、可動プレート２３に形成した各摺動面２３Ｄの傾斜角θ2 を摩耗量α，βに合わせて適当な大きさに設定することにより、圧縮運転を繰返し行う場合でも、旋回スクロール６のラップ部６Ｂが固定スクロール３のラップ部３Ｃに強く接触するのを長期に亘って防止でき、当該スクロール式空気圧縮機を長期に亘って安定して作動できると共に、装置の寿命、耐久性等が確実に延ばすことができ、信頼性等を向上させることができる。
【００４４】
また、可動プレート２３を耐摩耗性に優れた材料で形成したり、該可動プレート２３の加工精度を特別に高めたりする必要がなくなり、これによって、可動プレート２３全体の製作コスト等を確実に低減できる。
【００４５】
次に、図６は本発明の第２の実施例を示し、本実施例では、前記第１の実施例で述べた可動プレート２３に替えて可動継手としての可動プレート３１をケーシング１の支持板２と旋回スクロール６の鏡板６Ａとの間に摺動可能に設け、該可動プレート３１の各摺動面３１Ｃ，３１Ｄを全て傾斜面として形成すると共に、可動プレート３１に摺接する第１，第２の継手ガイドの摺動面（いずれも図示せず）を該各摺動面３１Ｃ，３１Ｄに対応して傾斜させる構成としたことにある。
【００４６】
ここで、前記可動プレート３１は、前記第１の実施例で述べた可動プレート２３とほぼ同様に形成され、逃がし穴３１Ａ、各貫通穴３１Ｂおよび各摺動面３１Ｃ，３１Ｄを有している。しかし、該各摺動面３１Ｃ，３１Ｄは、駆動軸４の回転方向とは反対側に角度（θ2 ／２）分だけ斜めに傾いた傾斜面として形成されている点で前記第１の実施例のものとは異なっている。
【００４７】
かくして、このように構成される本実施例でも、旋回スクロール６を可動プレート３１等を介して固定スクロール３側に組付けることにより、旋回スクロール６全体を従来技術における初期組付け位置を基準として反時計廻りに傾斜角θ2 分だけオフセットさせることができ、前記第１の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
なお、前記実施例では、スクロ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説明したが、本発明はこれに限らず、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。
【００４９】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１に記載の発明では、第１，第２の継手ガイドに摺接する可動継手の摺動面のうち、少なくとも一方の摺動面を駆動軸の回転方向とは反対側に傾斜する傾斜面として形成し、前記第１，第２の継手ガイドの各摺動面のうち該傾斜面に摺接する摺動面を該傾斜面に対応して傾斜させる構成としたから、圧縮運転を繰返し行う場合でも、可動継手と継手ガイドとの摺動面に生じる摩耗量に応じて、前記傾斜面の傾斜量を適宜に設定することにより、旋回スクロールのラップ部が固定スクロールのラップ部に強く接触するのを長期に亘って防止でき、当該スクロール式空気圧縮機を長期に亘って安定して作動できると共に、装置の寿命、耐久性等を確実に延ばすことができ、信頼性等を向上させることができる。
【００５０】
また、請求項２の発明では、前記可動継手を平行四辺形状をなす可動プレートとして形成し、該可動プレートの４つの側面のうち互いに対向する少なくとも一方の各側面を傾斜面により形成したから、可動プレートの全体形状を簡略化でき、該可動プレートの加工時の作業性等を大幅に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１中の矢示II−II方向断面図である。
【図３】図１中の矢示III −III 方向断面図である。
【図４】図１中の矢示IV−IV方向からみた拡大断面図である。
【図５】図２中の可動プレートを単体で示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例によるスクロール式空気圧縮機の可動プレートを単体で示す断面図である。
【図７】従来技術によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図８】図７中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図である。
【図９】図７中の矢示IX−XI方向からみた断面図である。
【図１０】図７中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング
３ 固定スクロール
３Ｃ ラップ部
４ 駆動軸
４Ａ クランク
６ 旋回スクロール
８ 圧縮室
２０ 自転防止機構
２１ 第１の継手ガイド
２１Ａ 摺動面
２２ 第２の継手ガイド
２２Ａ 摺動面
２３，３１ 可動プレート（可動継手）
２３Ｃ 摺動面
２３Ｄ，３１Ｃ，３１Ｄ 摺動面（傾斜面）

Claims (2)

1. ケーシングと、該ケーシングに一体的に設けられた固定スクロールと、基端側が前記ケーシングに回転可能に支持され先端側がクランクとなった駆動軸と、該駆動軸のクランクに旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転運動を防止する自転防止機構とからなるスクロール式流体機械において、
   前記自転防止機構は、前記ケーシング側に設けられる第１の継手ガイドと、前記旋回スクロールの背面側に設けられる第２の継手ガイドと、該第１，第２の継手ガイド間に摺動可能に配設され該第１，第２の継手ガイドにより互いに異なる方向にガイドされる可動継手とから構成し、
   該可動継手は、前記第１，第２の継手ガイドに摺接する摺動面のうち、少なくとも一方の摺動面を前記駆動軸の回転方向とは反対側に傾斜する傾斜面として形成し、前記第１，第２の継手ガイドの各摺動面のうち該傾斜面に摺接する摺動面は、該傾斜面に対応して傾斜させる構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記可動継手は平行四辺形状をなす可動プレートからなり、該可動プレートの４つの側面のうち互いに対向する少なくとも一方の各側面を前記傾斜面により形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。

Images