JP4345001B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機、膨張機、真空ポンプ、流体モータ等に用いられるスクロール流体機械であって、特に、駆動スクロール、従動スクロールともに回転する全系回転形スクロール流体機械に関する。

従来の全系回転形スクロール圧縮機は、例えば特許文献１に開示されているように、駆動軸に連結される駆動スクロールと、従動軸に連結される従動スクロールのそれぞれの渦巻き状のラップを噛合させて閉鎖空間を画成し、駆動軸と従動軸の軸心が所定幅で偏心するように配置されるものである。

これによって、前記駆動スクロールの回転に同期して前記従動スクロールが回転し、前記閉鎖空間が外側から内側に容積を減じながら連続して移動し、圧縮作用を行うものである。
特開昭６４−３０２号公報

しかしながら、前記閉鎖空間に発生する圧力が、各端板に垂直で各端板を引き離す方向に作用する力（以下、「アキシャルフォース」という）と、駆動軸及び従動軸の軸心と垂直でラップ高さの半分の位置に作用する力（以下、「タンジェンシャルフォース」という）となり、駆動軸及び従動軸を保持しているベアリングへの負荷となる。

また、スクロール圧縮機の吐出量を増加させるためには、前記閉鎖空間を増大させる必要がある。このために、径方向のラップの間隔を大きくすると、アキシャルフォースが増大するという不具合が生じ、ラップの高さを高くすると、タンジェンシャルフォースの作用する高さが高くなり、転覆モーメントが大きくなるという不具合が生じる。さらに、これによって軸受への負荷が増大するため、軸受の寿命が短くなると言う不具合が生じる。このため、吐出量の増加を図ることには限界があった。

さらに、上記転覆モーメントは、端板を転覆させる方向に働くため、端板を片持ちで支持する駆動軸及び従動軸のベアリングを複数で構成する必要が生じるため、コストアップにつながるという不具合が生じる。

このため、この発明は、吐出量の増加を図ることが可能なスクロール流体機械を提供することにある。

したがって、本発明は、ケーシングと、該ケーシングに回転自在に保持される外周ブロック及び該外周ブロックから内側に渦巻き状に延出する従動ラップから少なくとも構成される従動スクロールユニットと、前記従動ラップと噛合する駆動ラップ、該駆動ラップを挟持固定するとともに前記従動ラップを摺動自在に挟持する一対の端板、及び前記従動スクロールユニットに対して偏心して前記ケーシングに回転自在に軸支され、前記端板を回転させる駆動軸からなり、前記従動スクロールユニットとともに圧縮空間を画成する駆動スクロールユニットと、前記外周ブロックに形成され、前記圧縮空間と連通する吸入孔と、前記駆動軸に形成され、前記圧縮空間と連通する吐出孔とによって少なくとも構成されることにある。また、前記外周ブロックは、両軸方向に延出する一対のボス部を有すると共に、前記従動スクロールユニットは、該一対のボス部の各々に固定される円板によって前記ケーシングに回転自在に保持されることが望ましい。さらに、前記駆動スクロールユニットの一対の端板は、駆動ラップの両端に固定されていることが望ましい。

これによって、駆動スクロールを構成する一対の端板が、駆動ラップによって連結固定されているので、軸方向に沿って作用するアキシャルフォースが相殺されるため、駆動スクロールを回転自在に軸支する軸受にはアキシャルフォースが作用せず、また従動スクロールユニットが、駆動スクロールユニットに挟持されている状態で存在するので、従動スクロールユニットにはアキシャルフォースがかからないことから、さらには、従動スクロールユニット及び駆動スクロールユニットは共に、軸方向両側にて回転自在に支持されていることから片持ちの状態とならず、タンジェンシャルフォースが転覆モーメントとならないため、安定した回転が得られる。

また、前記従動スクロールユニットと、前記駆動スクロールユニットは、連結手段によって同期回転可能に連結されることが望ましい。上記構成において、従動スクロールユニットが前記駆動スクロールユニットと所定の摩擦抵抗を有しているために、駆動スクロールユニットの回転によって従動スクロールユニットは追従する形で回転することができる。しかしながら、従動スクロールユニットの回転をより確実なものとするために、連結手段を設けることが望ましいものである。

さらに、前記駆動スクロールユニットと前記ケーシングの間には、冷却空間が画成され、該冷却空間は、吸気孔及び放気孔を介して外部と連通されることが望ましく、また前記駆動スクロールユニットの端板には、ファンブレードが形成されることが望ましい。これによって装置自体の加熱を防止することができるので、熱膨張等による不具合を解消することができるものである。

さらにまた、前記従動ラップの幅は、前記駆動ラップの幅よりも厚く形成されることが望ましい。これによって、従動ラップの強度を向上させることができる。また、駆動ラップは両端板によって挟持されているので、薄くすることができ、圧縮空間を確保することができる。

さらに、前記従動ラップは、内側先端方向に向かって漸次薄く形成され、前記駆動ラップは、外側先端方向に向かって漸次薄く形成されることが望ましい。また、前記従動ラップは、内側先端方向に向かって段階的に薄く形成され、前記駆動ラップは、外側先端方向に向かって段階的薄く形成されるものであっても良い。これによって、駆動ラップ、従動ラップの強度と容量との兼ね合いを最適な状態にすることができる。

したがって、本発明によれば、圧縮流体によって両端板を引き離す方向に作用する力や、転覆モーメントを効率よく受けることができるので、製品の寿命を延ばすことができる。また、これによって、ラップを高くすることができるので、吐出量を増大させることができる。

以下、本願発明のスクロール流体機械の実施例として全系回転形スクロール圧縮機（以下、スクロール圧縮機）を図１に示し、以下このスクロール圧縮機について説明する。

このスクロール圧縮機のケーシングは、第１の軸受部１ａ、第２の軸受部１ｂ及び第１の大径筒部１ｃによって構成される第１のケーシング１と、第３の軸受部２ａ、第４の軸受部２ｂ及び第２の大径筒部２ｃによって構成される第２のケーシング２とを、開口面を対峙させて接合することによって形成される。また、このケーシングにおいて、第１の軸受部１ａと第３の軸受部２ａは、軸線Ｏ_１−Ｏ_１を中心軸として形成され、第２の軸受部１ｂ及び第４の軸受部２ｂは、軸線Ｏ_１−Ｏ_１から所定の距離に設けられる軸線Ｏ_２−Ｏ_２を中心軸として形成される。また、前記第１のケーシング１には、第１のケーシング内外を連通する第１の放気穴１ｅが形成され、さらに前記第１の軸受部１ａと前記第２の軸受部１ｂとの間に、同様に前記第１のケーシング内外を連通する第１の貫通孔１ｄが形成される。同様に、前記第２のケーシング２には、第２のケーシング内外を連通する第２の放気穴２ｅが形成され、さらに前記第３の軸受部２ａと前記第４の軸受部２ｂとの間に、同様に前記第２のケーシング内外を連通する第２の貫通孔２ｄが形成される。

従動スクロールユニット３は、例えば図１及び図３に示されるように、外周ブロック３０と、該外周ブロック３０から内方に渦巻き状に延出する従動ラップ３ａと、前記外周ブロック３０から軸方向の両側に延出する第１のボス部３ｂ及び第２のボス部３ｃと、第１のボス部を３ｂに固着される第１の円板３ｄと、第２のボス部３ｃに固着される第２の円板３ｅとによって構成され、前記第１の円板３ｄの内周面はベアリング７を介して前記第２の軸受部１ｂに回転自在に保持され、さらに第２の円板３ｅの内周面はベアリング８を介して前記第４の軸受部２ｂに回転自在に保持される。また、第１のボス部３ｂには、前記第１の放気穴１ｅと対向する位置に複数の第３の放気穴３ｇが形成され、第２のボス部３ｃには、前記第２の放気穴２ｅと対向する位置に複数の第４の放気穴３ｈが形成される。さらに、前記外周ブロック３０を貫通して吸入孔３ｆが形成される。

駆動スクロールユニット４は、図１及び図２に示されるように、前記従動ラップ３ａと噛合して圧縮空間５２（図４に示される）を画成する駆動ラップ４ｃと、この駆動ラップ４ｃの両端に固定される第１の端板４ａ及び第２の端板４ｂと、第１の端板４ａに設けられる第１の駆動軸４ｆと、第２の端板４ｂに設けられる第２の駆動軸４ｄとによって少なくとも構成される。また、第１の駆動軸４ｆには、この駆動軸４ｆを貫通する吐出孔４ｊが形成される。以上の構成の駆動スクロールユニット４において、第１の駆動軸４ｆは、ベアリング９を介して前記第１の軸受部１ａに回転自在に保持され、さらに第２の駆動軸４ｄは、ベアリング１０を介して第３の軸受部２ａに回転自在に保持される。

さらにまた、前記吐出孔４ｊは、前記第１のケーシング１の第１の軸受部１ａの軸方向外方に固着された軸シール押さえ１１に形成された吐出口１１ａと連通する。

また、前記駆動スクロールユニット４と前記従動スクロールユニット３との当接面の所定の位置に、連結手段としての連結機構５，６を設け、駆動スクロールユニット４の回転に同期して従動スクロールユニット３が確実に回転旋回運動を行うようにするものである。

以上の構成のスクロール圧縮機において、駆動軸４ｄ，４ｆによって駆動スクロールユニット４が回転すると、これに同期して従動スクロールユニット３が回転し、前記圧縮空間５２を、図４で示されるように、前記従動スクロールユニット３に形成された吸入孔３ｆと連通する吸入空間５０から前記吐出孔４ｊと連通する吐出空間５１まで前記駆動ラップ４ｃ及び従動ラップ３ａの回転旋回運動によって漸次その容積を減少させ、吸入孔３ｆから吸引した流体、例えば空気等の気体、水、灯油等の液体を吸引して圧縮し、吐出孔３ｆ、さらには吐出口１１ａから吐出するものである。

さらに、この実施例では、前記駆動スクロールユニット４、前記従動スクロールユニット３及びケーシング１，２との間に冷却空間６０が画成され、前記駆動スクロールユニット４の端板４ａ，４ｂの冷却空間６０側の端面には、ファンブレード４ｋ，４ｌが形成され、駆動スクロールユニット４の回転によって前記貫通孔１ｄ，２ｄから空気を吸引して、前述した第１、第２、第３及び第４の放気穴１ｅ，２ｅ，３ｇ，３ｈを介して空気を排出し、第１、第２、第３及び第４の軸受部１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂの冷却、圧縮部分の冷却を行うものである。

また、図４は、従動スクロールユニット３の従動ラップ３ａの厚さを、駆動スクロールユニット４の駆動ラップ４ｃの厚さよりも厚く形成した実施例を示したものである。本願発明においては、従動ラップ３ａは、端板によって支持されていないため、駆動ラップ４ｃよりも厚く形成することによって強度を向上させるようにしたものである。また、従動ラップ３ａを厚くすることによって生じる圧縮空間５２の減少は、駆動ラップ４ｃが両端板４ａ，４ｂによって固定されていていることから薄くても強度を保持できるため、駆動ラップ４ｃを薄くすることによってその減少分を補填することができるものである。

さらに、図５（ａ）は、駆動スクロールユニット４の駆動ラップ４ｃの厚さを、渦巻きの中央部分から外方に向けて狭くしていった実施例を示したもので、特に４ｃ１，４ｃ２，４ｃ３と段階的に狭くしていった例を示したものである。また、図５（ｂ）は、従動スクロールユニット３の従動ラップ３ａを、外側部分から内方に向けて狭くしていった実施例を示したもので、特に３ａ１，３ａ２，３ａ３と段階的に狭くしていった例を示したものである。尚、３１は、従動スクロールユニット３によって画成された駆動ラップ４ｃの運動空間である。これによって、従動ラップ３ａにおいて強度的に最も強くしなければならない外周ブロック３０からの延出基端部分３ａ１を最も厚く形成し、先端に行くに従って薄くなるように形成して、前記延出基端部分３ａ１にかかる負荷を低減するようにしたものである。また、この従動ラップ３ａの形状に対応して圧縮空間５２を確保するために駆動ラップ４ｃの形状を図５（ａ）で示すように形成することが望ましい。

図６は、駆動スクロールユニット４の形成の一例を示したもので、駆動スクロールユニット４の第２の端板４ｂに渦巻き状の装着溝４ｉを形成し、この装着溝４ｉに、薄いばね鋼板や樹脂板にて形成されたラップ用プレート４ｃ１を嵌め込み、このラップ用プレート４ｃ１の開放端部に、図２で示すように、第１の端板４ａの装着溝４ｉを嵌着させて駆動スクロールユニット４を形成することを示したものである。

図７は、上記方法において、前記ラップ用プレート４ｃ１に代えて、複数枚の薄いばね鋼板や樹脂板からなるプレート４ｃ２１、４ｃ２２によって形成したラップ用プレート４ｃ２を示したものである。尚、プレート４ｃ２１及び４ｃ２２は、同一材料によって形成しても良いし、異なる材料を用いることによってその特性に変化を持たせても良いものである。

図８は、予め渦巻き状に形成されたラップ４ｃ３を前記装着溝４ｉに装着して、駆動スクロールユニット４を形成した例を示したものである。この場合は、予めラップを形成するので、ラップの寸法精度を向上させることができるという利点を有する。

本願発明の実施例に係るスクロール圧縮機の断面図である。 本願発明の実施例に係る駆動スクロールユニットの分解斜視図である。 本願発明の実施例に係る従動スクロールユニットの斜視図である。 従動ラップが駆動ラップよりも厚く形成された例を示した説明図である。 （ａ）は駆動ラップの幅が外側に向かって漸次狭く形成された例を示した説明図であり、（ｂ）は従動ラップの幅が内側に向かって漸次狭く形成された例を示した説明図である。 駆動スクロールユニットの形成の一例を示した説明図である。 駆動スクロールユニットの形成の別の例を示した説明図である。 駆動スクロールユニットの形成のさらに別の例を示した説明図である。

符号の説明

１，２ ケーシング
３ 従動スクロールユニット
４ 駆動スクロールユニット
５，６ 連結機構
７，８，９，１０ ベアリング
１１ 軸シール押さえ

Claims (6)

1. ケーシングと、
   該ケーシングに回転自在に保持される外周ブロック及び該外周ブロックから内側に渦巻き状に延出する従動ラップから少なくとも構成される従動スクロールユニットと、
   前記従動ラップと噛合する渦巻き状の駆動ラップ、該駆動ラップの軸方向両端を挟持固定するとともに前記従動ラップの軸方向両端を摺動自在に挟持する一対の端板、及び前記従動スクロールユニットに対して偏心して前記ケーシングに回転自在に軸支され前記端板を回転させる駆動軸からなる駆動スクロールユニットと、
   前記外周ブロックに形成され、前記圧縮空間と連通する吸入孔と、
   前記駆動軸に形成され、前記圧縮空間と連通する吐出孔とによって少なくとも構成され、
   前記一対の端板、従動ラップ及び駆動ラップによって画成された圧縮空間の容積を外側から内側に向けて減少させ、吸入孔から吸引した流体を吐出孔から吐出することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記外周ブロックは、両軸方向に延出する一対のボス部を有すると共に、前記従動スクロールユニットは、該一対のボス部の各々に固定される円板によって前記ケーシングに回転自在に保持されること特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記従動スクロールユニットと、前記駆動スクロールユニットは、連結手段によって同期回転可能に連結されることを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール流体機械。
4. 前記従動ラップの幅を厚く形成すると共に、この従動ラップの幅に対応して圧縮空間の容量を維持するように前記駆動ラップの幅を狭くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のスクロール流体機械。
5. 前記従動ラップは、前記外周ブロックからの延出基端部分を厚く形成し且つ内側先端方向に向かって漸次薄くなるように形成され、前記駆動ラップは、該従動ラップの厚さに対応して圧縮空間の容積を維持するように外側先端方向に向かって漸次薄く形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスクロール流体機械。
6. 前記従動ラップは、前記外周ブロックからの延出基端部分を厚く形成し且つ内側先端方向に向かって段階的に薄くなるように形成され、前記駆動ラップは、該従動ラップの厚さに対応して圧縮空間の容積を維持するように外側先端方向に向かって段階的薄く形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のスクロール流体機械。

Images