JP4031223B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ及び膨張機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】
従来、スクロール式流体機械としては、例えば特許第２９７１６５２号公報に示されているようなものがある。
この装置においては、交流電動モータによって回転させられる駆動軸に旋回可能に設けられ、一側面に渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールと、旋回スクロールに対向し、旋回スクロールの旋回ラップとの間で複数の圧縮室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された固定スクロールとを備え、固定スクロールの固定ラップの先端面に、旋回スクロールの表面に摺接することによって、圧縮室をシールするチップシールを設けている。
【０００３】
例えば、東日本用の周波数（５０Hz）で設定されている前述のスクロール式圧縮機を西日本で使用する場合には、固定ラップの巻終り側をシールしないように、チップシールを短いものとし、西日本の周波数（６０Ｈz）により交流電動モータの回転数が高くなっても、スクロール式流体機械がオーバーロード運転にならないようにしている。すなわち、交流電動モータに印加される交流電圧の周波数に応じて、チップシールの長さを変えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来のスクロール式流体機械は、使用条件に応じて、チップシールの長さを変える必要があるため、長さの異なる複数種類のチップシールを用意しなければならない。そのため、チップシールの共用化ができず、コストの上昇を招き、またチップシールの交換には、他の部品を取り外す必要がある等、交換作業が面倒である等の問題がある。
【０００５】
本発明は、従来の技術が有する上記のような問題点に鑑み、使用条件が変化しても、部品を交換することなく、オーバーロードを防止することが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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、上記課題は、次のようにして解決される。
（１）ハウジングと、該ハウジングに固定されるとともに、外周側に吸込口が、また中心側に吐出口が、それぞれ設けられ、一側面に渦巻き状の固定ラップ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、前記ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸に旋回可能に設けられ、一側面に前記固定ラップとの間で圧縮室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備えるスクロール式流体機械において、前記吐出口を、前記固定ラップの巻き方向に沿って互いに所定量離間させて複数個設け、使用条件に応じて、選択的に、前記複数個の吐出口のうち１個の吐出口を開口し、他の吐出口を閉塞部材により選択的に閉塞可能として、前記閉塞部材を前記固定スクロールの外側から着脱可能とする。
【０００７】
（２）ハウジングと、該ハウジングに固定されるとともに、外周側に吸込口が、また中心側に吐出口が、それぞれ設けられ、一側面に渦巻き状の固定ラップ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、前記ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸に旋回可能に設けられ、一側面に前記固定ラップとの間で圧縮室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備え、前記固定ラップと旋回ラップの外周側に形成される低圧加圧段部と両ラップの内周側に形成される高圧加圧段部とを遮断し、前記低圧加圧段部で加圧された気体を、前記低圧加圧段部に設けた低圧側の吐出口から吐出し、その気体を前記高圧加圧段部に設けた高圧側の吸込口から前記高圧加圧段部に導いてさらに加圧するようにしたスクロール式流体機械において、前記低圧側の吐出口または高圧側の吸込口のいずれか一方を、前記固定ラップの巻き方向に沿って互いに所定量離間させて複数個設け、使用条件に応じて、選択的に、それらのうち１個を開口し、他を閉塞部材により閉塞可能として、前記閉塞部材を前記固定スクロールの外側から着脱可能とする。
【０００８】
（３）上記(２)項において、低圧側の吐出口を複数個とし、複数個のうち１個の吐出口を、低圧加圧段部の最内周側に、また他の吐出口を、前記１個の吐出口より外周側に設け、 開口したままの前記低圧側の吐出口と高圧側の吸込口を、低圧加圧段部で加圧された気体を前記低圧側の吐出口から前記高圧側の吸込口へ導くための導管を介して選択的に接続可能とする。
【０００９】
（４）上記(２)項において、高圧側の吸込口を複数個とし、複数個のうち１個の吸込口を、高圧加圧段部の最外周側に、また他の吸込口を、前記１個の吸込口より内周側に設け、低圧側の吐出口と前記開口したままの高圧側の吸込口を、低圧加圧段部で加圧された気体を低圧側の吐出口から前記高圧側の吸気口へ導くための導管を介して選択的に接続可能とする。
【００１０】
（５）上記(２)〜(４)項のいずれかにおいて、閉塞部材を、低圧側の吐出口または高圧側の吸込口に螺合して接続される導管の取付部と同一形状のねじ部を有するものとする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。図１は、スクロール式圧縮機の縦断側面図、図２は、図１におけるII−II線縦断面図である。
【００１２】
(１)は、固定スクロールで、外周部適所に吸込口(２)を有し、かつ中心部に最終吐出口(３)を有するハウジング(４)と一体をなす固定端板(５)の前面（図１における右方）に、中心側から外周側に向けて渦巻状の固定ラップ(６)を立設し、かつ同じく後面に、等高の多数の冷却フィン(７)を、ほぼ等間隔をもって立設して形成されている。最終吐出口(３)は、例えば、外部のエアタンク等に導管(図示略)を介して接続される。(6a)は、固定ラップ(６)の先端面に設けられ、後述の旋回端板(10)の前面に摺接するチップシールである。
【００１３】
(８)は、固定スクロール(１)の前面に対向して配置される旋回スクロールで、ハウジング(９)内に設けた円形の旋回端板(10)の前面、すなわち固定スクロール(１)と対向する面に、中心側から外周側に向けて渦巻状の旋回ラップ(11)を立設し、かつ同じく後面に、多数の等高の冷却フィン(12)を、ほぼ等間隔をもって立設して形成されている。(11a)は、旋回ラップ(11)の先端面に設けられ、固定端板(５)の前面に摺接するチップシールである。
【００１４】
旋回スクロール(８)の後側に固定されたベアリングプレート(13)の後面、すなわち旋回ラップ(11)と反対側の面の中心部には、駆動軸(14)の偏心軸部(15)をベアリング(16)を介して枢支する筒状ボス(17)を突設してあり、同じく外周部適所には、例えば公知のクランクピン型式の自転防止機構(18)を３組組み込んで、ハウジング(９)に対し旋回しうるように構成してある。
【００１５】
固定スクロール(１)と旋回スクロール(８)は、旋回スクロール(８)の中心を、固定スクロール(１)及び駆動軸(14)の中心に対して、偏心軸部(15)の偏心量に相当する距離だけ偏心させた状態で、図２に示すように、旋回スクロール(８)の旋回ラップ(11)が固定スクロール(１)の固定ラップ(６)に噛み合うように配設される。
【００１６】
固定スクロール(１)の後面に押圧板(19)を当接して、適宜の締付けねじ(20)で締付け、かつ旋回スクロール(８)の後面にベアリングプレート(13)の前面を当接させて、両者を締付けねじ(21)等で締付けて一体化させることにより、スクロール式圧縮機は組立てられている。
【００１７】
駆動軸(14)は、ハウジング(９)の外部に設けられるモータ(図示略)にプーリ及びＶベルト等を介して連結されるか、あるいはハウジング(９)に収容されるモータ(図示略)の回転軸に直結され、モータによって所定の方向へ回転させられる。
【００１８】
このスクロール式圧縮機においては、固定スクロール(１)と旋回スクロール(８)の外周側、すなわち固定ラップ(６)の巻終り部側である低圧加圧段部(Ａ)と、両スクロール(１)(８)の内周側、すなわち固定ラップ(６)の巻始め部側である高圧加圧段部(Ｂ)とは、図２及び図３に示すように、固定ラップ(６)の中間部に設けられた画壁(22)をもって、加圧気体の流路が遮断されるように区分されている。
【００１９】
固定端板(５)には、固定ラップ(６)の低圧加圧段部(Ａ)側に通じるとともに、固定端板(５)を軸線方向に貫通する第１及び第２の低圧側吐出口(23)(24)と、固定ラップ(６)の高圧加圧段部(Ｂ)側に通じるとともに、固定端板(５)を軸線方向に貫通する高圧側吸込口(25)が設けられている。
【００２０】
第１の低圧側吐出口(23)は、低圧加圧段部(Ａ)における最内周側である画壁(22)の近傍に、また第２の低圧側吐出口(24)は、第１の低圧側吐出口(23)より外周側（巻き終わり部側）に、それぞれ設けられる。
【００２１】
各低圧側吐出口(23)(24)は、使用条件に応じて、例えば図４及び図５に示すような閉塞部材(26)をもって選択的に閉塞される。例えば、東日本用の周波数(５０Ｈz)で使用する場合には、第１の低圧側吐出口(23)を開口したままとし、第２の低圧側吐出口(24)を閉塞部材(26)により閉塞する。一方、西日本用の周波数(６０Ｈz)で使用する場合は、第２の低圧側吐出口(24)を開口したままとし、第１の低圧側吐出口(23)を閉塞部材(26)により閉塞して閉塞する。
【００２２】
各低圧側吐出口(23)(24)のうち開口されている方の低圧側吐出口は、導管(27)を介して、加圧気体を冷却するための中間冷却器(28)の入口側へ接続され、また高圧加圧段部吸込口(25)は、導管(29)を介して、中間冷却器(28)の出口側に接続されている。
【００２３】
閉塞部材(26)は、主に図５に示すように、段付き円柱状をなし、拡径部分に雄ねじ部(26a)が螺設され、この雄ねじ部(26a)を、図４に示すように、各低圧側吐出口(23)(24)の内周面に螺設された雌ねじ部(24a)に螺合させることによって、各低圧側吐出口(23)(24)の内周面に隙間なく嵌合して、各低圧側吐出口(23)(24)を完全に閉塞する。また、この閉塞部材(26)は、固定端板(５)を取り外すことなく、スクロール式圧縮機の外側から低圧吐出口(23)(24)に螺合させることができるようになっている。閉塞部材(26)の雄ねじ部(26a)は、各低圧側吐出口(23)(24)に接続される導管(27)の取付部と同一形状となっている。
【００２４】
図６は、第２の低圧側吐出口(24)を閉塞した状態、図７は、第１の低圧側吐出口(23)を閉塞した状態をそれぞれ示し、図２に関連する動作説明図である。
【００２５】
モータに印加される交流電圧の周波数が５０Ｈzのときは、中間冷却器(28)に接続される導管(27)を第１の低圧側吐出口(23)に接続し、第２の低圧側吐出口(24)を閉塞部材(26)により閉塞することにより、モータの回転により旋回スクロール(８)が旋回すると、固定スクロール(１)の吸込口(２)から入り込んだ空気は、低圧加圧段部(Ａ)内において固定ラップ(６)と旋回ラップ(11)間に形成される圧縮室により順次圧縮されつつ、図６において反時計方向、すなわち中心側へ向けて移動させられる。
【００２６】
ここで、吸込口(２)から入り込んだ空気は、図６に示すように、固定ラップ(６)と旋回ラップ(11)とが互いに接触するシール点(ａ)(ａ)間に形成される圧縮室(Ｃ)の容積に相当する量まで圧縮され、低圧加圧段部(Ａ)の最内周側に設けられた第１の低圧側吐出口(23)から吐出され、圧縮により発生した圧縮熱を中間冷却器(28)により冷却された後、高圧側吸込口(25)から高圧加圧段部(Ｂ)に送り込まれ、高圧加圧段部(Ｂ)内においてさらに圧縮されて、最終的に、最終吐出口(３)から吐出され、エアタンクに送出される。
【００２７】
一方、周波数が６０Ｈzのときは、導管(27)を第２の低圧側吐出口(24)に接続し、第１の低圧側吐出口(23)を閉塞部材(26)により閉塞する。これにより、吸込口(２)から入り込んだ空気は、図７に示すように、前述の圧縮室(Ｃ)より大きな容積を形成する圧縮室(Ｄ)の容積に相当する量までしか圧縮されないため、５０Ｈzのときに比して圧縮比が小さくなって、交流電動モータの回転数が高くなってもオーバーロードすることがない。すなわち、第１の低圧側吐出口(23)を閉塞した場合は、固定ラップ(６)と旋回ラップ(11)とが互いに接触するシール点(ｂ)(ｂ)が、前記シール点(ａ)(ａ)より外周側となるため、シール点(ｂ)(ｂ)間に形成される圧縮室(Ｄ)の容積は、圧縮室(Ｃ)の容積より大きくなって圧縮比が小さくなる。
【００２８】
図８及び図９は、本発明の第２実施形態を示す動作図である。
この実施形態は、前記実施形態に係わる低圧加圧段部(Ａ)に設けられる低圧側吐出口を第１の低圧側突出口(23)のみの１個とし、その代わりに、高圧加圧段部(Ｂ)に、画壁(22)の近傍に設けられる高圧側吸込口(25)と、高圧吸込口(25)より内周側に位置する他の高圧側吸込口(25a)とを設けてある。
【００２９】
周波数が５０Ｈzのときは、導管(29)を高圧側吸込口(25)に接続し、他の高圧側吸込口(25a)を閉塞部材(26)によって閉塞し、一方、６０Ｈzのときは、導管(29)を他の高圧側吸込口(25a)に接続し、高圧側吸込口(25)を閉塞部材(26)によって閉塞する。
【００３０】
これにより、周波数が５０Ｈzのとき、低圧側吐出口(23)から吐出された圧縮空気は、高圧側吸込口(25)から高圧加圧段部(Ｂ)内に送り出され、図８に示すように、高圧加圧段部(Ｂ)において固定ラップ(６)と旋回ラップ(11)とが互いに接触するシール点(ｃ)(ｃ)間に形成される圧縮室(Ｅ)により順次圧縮されつつ、図８において反時計方向、すなわち中心側へ向けて移動させられて最終吐出口(３)から吐出される。
【００３１】
一方、６０Ｈzのときには、低圧側吐出口(23)から吐出された圧縮空気は、他の高圧側吸込口(25a)から高圧加圧段部(Ｂ)内に送り出され、図９に示すように、高圧加圧段(Ｂ)において固定ラップ(６)と旋回ラップ(11)とが互いに接触するシール点(ｄ)(ｄ)間に形成される圧縮室(Ｆ)により順次圧縮されつつ、図９において反時計方向、すなわち中心側へ向けて移動させられて、最終吐出口(３)から吐出される。この場合、圧縮室(Ｆ)は、前記圧縮室(Ｅ)より内周側に形成されるため、圧縮室(Ｆ)の容積は、圧縮室(Ｅ)の容積よりも小さくなって、高圧加圧段部(Ｂ)に入り込む空気量が少なくなるので、圧縮比が下がり、交流電動モータの回転数が高くなってもオーバーロードすることがない。
【００３２】
なお、上記の実施形態においては、低圧加圧段部(Ａ)と高圧加圧段部(Ｂ)とを分離した、いわゆる単巻多段式のスクロール式圧縮機に適用したものを示したが、本発明は、低圧加圧段部(Ａ)と高圧加圧段部(Ｂ)とを連続して形成した、いわゆる単巻単段式のスクロール式圧縮機にも適用することもできる。
【００３３】
この場合には、図示しないが、低圧側吐出口及び高圧側吸込口を設けず、最終吐出口(２)の他に、最終吐出口(３)より外周側に他の最終吐出口を設けて、５０Ｈzのときは、最終吐出口(３)をエアタンクに接続するとともに、他の最終吐出口を閉塞部材(26)によって閉塞し、一方、６０Ｈzのときは、他の最終吐出口をエアタンクに接続するとともに、最終吐出口(３)を閉塞部材(26)により閉塞する。
【００３４】
本発明は、スクロール式圧縮機のみならず、他の全てのスクロール式流体機械に適用可能である。また、上述のようなオイルフリーのスクロール式流体機械に限らず、給油式のスクロール式流体機械にも適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明は、使用条件に応じて、圧縮比を変化させることによって、従来のように部品を交換することなく、オーバーロードを防止することができる。
また、チップシール、固定スクロール及び旋回スクロール等の全ての部品の共用化が可能となるため、機種の共通化を図り、大幅なコスト低減を図ることができる。
閉塞部材の脱着を、スクロール式流体機械の外側から行うことができ、部品を取り外すことなく、簡単に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態におけるスクロール式圧縮機の一例を示す縦断側面図である。
【図２】 図１におけるII−II線縦断面図である。
【図３】 図１における固定スクロールを、前方すなわち固定ラップを有する側から見た斜視図である。
【図４】 図２におけるIV−IV線縦断面図である。
【図５】 閉塞部材を取り付ける前の図２におけるIV−IV線に相当する縦断面図である。
【図６】 第２の低圧側吐出口を閉塞したときに形成される圧縮室を説明するための動作図である。
【図７】 第１の低圧側吐出口を閉塞したときに形成される圧縮室を説明するための動作図である。
【図８】 本発明の他の実施形態における他の高圧側吸込口を閉塞したときに形成される圧縮室を説明するための動作図である。
【図９】 同じく、高圧側吸込口を閉塞したときに形成される圧縮室を説明するための動作図である。
【符号の説明】
(１)固定スクロール
(２)吸込口
(３)最終吐出口（吐出口）
(４)ハウジング
(５)固定端板
(６)固定ラップ
(6a)チップシール
(７)冷却フィン
(８)旋回スクロール
(９)ハウジング
(10)旋回端板
(11)旋回ラップ
(12)冷却フィン
(13)ベアリングプレート
(14)駆動軸
(15)偏心軸部
(16)ベアリング
(17)筒状ボス
(18)自転防止機構
(19)押圧板
(20)(21)締付けねじ
(22)画壁
(23)第１の低圧側吐出口（吐出口）
(24)第２の低圧側出口（吐出口）
(24a)雌ねじ部
(25)高圧側吸込口
(25a)他の高圧側吸込口
(26)閉塞部材
(26a)雄ねじ部
(27)導管
(28)中間冷却器
(29)導管
(Ａ)低圧加圧段部
(Ｂ)高圧加圧段部
(Ｃ)(Ｄ)(Ｅ)(Ｆ)圧縮室
(ａ)(ｂ)(ｃ)(ｄ)シール点

Claims (5)

  1. ハウジングと、該ハウジングに固定されるとともに、外周側に吸込口が、また中心側に吐出口が、それぞれ設けられ、一側面に渦巻き状の固定ラップ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、前記ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸に旋回可能に設けられ、一側面に前記固定ラップとの間で圧縮室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備えるスクロール式流体機械において、
    前記吐出口を、前記固定ラップの巻き方向に沿って互いに所定量離間させて複数個設け、使用条件に応じて、選択的に、前記複数個の吐出口のうち１個の吐出口を開口し、他の吐出口を閉塞部材により閉塞可能として、前記閉塞部材を前記固定スクロールの外側から着脱可能としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
  2. ハウジングと、該ハウジングに固定されるとともに、外周側に吸込口が、また中心側に吐出口が、それぞれ設けられ、一側面に渦巻き状の固定ラップ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、前記ハウジングに回転可能に設けられた駆動軸に旋回可能に設けられ、一側面に前記固定ラップとの間で圧縮室を形成する渦巻き状の旋回ラップが立設された旋回スクロールとを備え、前記固定ラップと旋回ラップの外周側に形成される低圧加圧段部と両ラップの内周側に形成される高圧加圧段部とを遮断し、前記低圧加圧段部で加圧された気体を、前記低圧加圧段部に設けた低圧側の吐出口から吐出し、その気体を前記高圧加圧段部に設けた高圧側の吸込口から前記高圧加圧段部に導いてさらに加圧するようにしたスクロール式流体機械において、
    前記低圧側の吐出口または高圧側の吸込口のいずれか一方を、前記固定ラップの巻き方向に沿って互いに所定量離間させて複数個設け、使用条件に応じて、選択的に、それらのうち１個を開口し、他を閉塞部材により閉塞可能として、前記閉塞部材を前記固定スクロールの外側から着脱可能としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
  3. 低圧側の吐出口を複数個とし、複数個のうち１個の吐出口を、低圧加圧段部の最内周側に、また他の吐出口を、前記１個の吐出口より外周側に設け、開口したままの前記低圧側の吐出口と高圧側の吸込口を、低圧加圧段部で加圧された気体を前記低圧側の吐出口から前記高圧側の吸込口へ導くための導管を介して選択的に接続可能とした請求項２記載のスクロール式流体機械。
  4. 高圧側の吸込口を複数個とし、複数個のうち１個の吸込口を、高圧加圧段部の最外周側に、また他の吸込口を、前記１個の吸込口より内周側に設け、低圧側の吐出口と前記開口したままの高圧側の吸込口を、低圧加圧段部で加圧された気体を低圧側の吐出口から前記高圧側の吸気口へ導くための導管を介して選択的に接続可能とした請求項２記載のスクロール式流体機械。
  5. 閉塞部材を、低圧側の吐出口または高圧側の吸込口に螺合して接続される導管の取付部と同一形状のねじ部を有するものとした請求項２〜４のいずれかに記載のスクロール式流体機械。
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