JP4625590B2 - Scroll type fluid machinery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可動スクロール部材の旋回半径の変化に対向できる可動スクロール部材とカンウンターウエイトを基本としたバランス量をもつスクロール型流体機械に属する。
【0002】
【従来の技術】
従来技術としては、可動スクロール部材の遠心力よりカウンターウエイトの遠心力を反対方向に大きくするスクロール型流体機械が、特開昭59−215984号公報に開示されている。
【0003】
従来技術におけるスクロール型流体機械は、図4に示すように、フロントエンドプレート11と、このフロントエンドプレート11の端面に接合されるように設置されたカップ状のケーシング12とからなる圧縮機ハウジング10を有している。
【0004】
フロントエンドプレート11の中心には、主軸13を挿通させた貫通孔111が形成されている。フロントエンドプレート11の背面には、貫通孔111と同心状の環状突起部112が形成されている。ケーシング12は、その開口をフロントエンドプレート11の環状突起部112上に嵌合し固着されている。
【0005】
なお、フロントエンドプレート11とケーシング12との接合面は、環状突起部112上に配置されたO−リング14によってシールされている。フロントエンドプレート11は、主軸13を取り巻くように突出したスリーブ15を有している。スリーブ15と主軸13との間に形成された空間内には、シャフトシール組立体16が配置されている。
【0006】
スリーブ15は、フロントエンドプレート11と一体に形成されてもよいが、図4の例では、別個に形成され、ネジ(図示せず)によってフロントエンドプレート11の前面に取り付けられている。スリーブ15の外周上には電磁クラッチ17が配置されている。電磁クラッチ17は、外部駆動源の回転運動をベルト(図示せず)を介して主軸13に伝達するようになっている。
【0007】
フロントエンドプレート11によって開口が閉塞されたケーシング12内には、固定スクロール部材18,可動スクロール部材19,可動スクロール部材19の駆動機構及び回転阻止機構21が配置されている。
【0008】
固定スクロール部材18は、側板181(第1の板体)と、この側板181の一面上に固定されたうず巻体(第1のうず巻体)182とにより構成されている。うず巻体182を設けた面とは反対側の側板181面上には、複数の脚部(図示せず)が設けられている。各脚部は、その先端面が、ケーシング12の端板部分121の外方から螺入されたネジ22によってケーシング12内に固定されている。
【0009】
なお、ネジ22に沿った流体の漏れを防ぐため、ネジ22の頭部と端板部分121との間にO−リング(図示せず)が配置されている。また、側板181の外側面には、溝が形成されている。この溝内にはO−リング24を配置している。ケーシング12内は、側板181によって吸入室25と吐出室26とに分離されている。
【0010】
吸入室25内には、可動スクロール部材19が配置されている。可動スクロール部材19は、側板191(第2の板体)と、この側板191の一面上に固定されたうず巻体(第2のうず巻体)192とからなる。
【0011】
可動スクロール部材19のうず巻体192は、固定スクロール部材18のうず巻体182と180度の角度ずれをもってかみ合わされて、うず巻体182,192間に流体ポケットを形成するように重ね合わされている。可動スクロール部材19は、後述する駆動機構及び回転阻止機構21と連結されていて、主軸13に回転によって半径Rorの円軌道上を公転運動して流体の圧縮を行う。
【0012】
ここで、円軌道の半径Rorは、一般に、(うず巻体のピッチ)−2×(うず巻体の壁厚)/2で与えられる。そして、可動スクロール部材19のうず巻体192のうず巻中心は、固定スクロール部材18のうず巻体182のうず巻中心から距離Rorだけ離れるように配置される。
【0013】
したがって、主軸13の回転によって可動スクロール部材19が半径Rorの円軌道上を公転運動する。これによって、うず巻体182,192間に形成され、流体ポケットを限定する線接触部が、うず巻体182,192の表面に沿って中心方向へ移動し、この結果、流体ポケットが容積を減少しながら、うず巻体182,192の中心方向へ移動する。これによって、流体の圧縮が行われることになる。
【0014】
圧縮機ハウジング10には、ケーシング12に外部の流体回路と接続するための吸入ポート29と吐出ポート30とが設けられている。ここで、吸入ポート29からケーシング12内の吸入室25へ導入された流体は、スクロール部材18,19間に形成される流体ポケット内に取り込まれ、可動スクロール部材19の円軌道運動により圧縮されながら、うず巻体182,192の中心部へ移動する。圧縮流体は、流体ポケットの中央室より固定スクロール部材18の側板181に穿孔された吐出孔218を通って吐出室26へ吐出し、吐出ポート30を介して流体回路へ流出する。
【0015】
次に、可動スクロール部材19の駆動機構を図4、図5及び図6をも参照して説明する。主軸13は、フロントエンドプレート11のスリーブ15内に配置されたボールベアリング31によって回転自在に支持されている。主軸13の内端には、ディスクロータ部131が形成されている。このディスクロータ部131は、フロントエンドプレート11の貫通孔111内に配置されているボールベアリング32によって回転自在に支持されている。ディスクロータ部131の先端には、中心からずれた位置に駆動ピン132が軸方向へ突出するように設けられている。
【0016】
一方、可動スクロール部材19の側板191には、うず巻体192とは反対の面上に、円環状ボス193が形成されている。ボス193中には肉厚の厚い円板状あるいは短軸状のブッシュ33がニードルベアリング34を介して回転可能に支承されるよう嵌合されている。ブッシュ33は、ブッシュ33と一体で半径方向に延びた円弧板状のカウンターウエイト331を有している。
【0017】
また、ブッシュ33には、中心からずれた位置に偏心穴332が設けられている。この偏心穴332中には、駆動ピン132が嵌合されている。このため、ブッシュ33は駆動ピン132上に回転可能に支承されることとなる。
【0018】
なお、回転阻止機構21、ボールベアリング31、32、及びニードルベアリング34は、これらでうず巻駆動軸受け構成要素を構成している。
【0019】
図5および図6に示すように、主軸13の中心S,ブッシュ33の中心B,ブッシュ33の偏心穴332に従う駆動ピン132の中心Dの位置関係は、中心Sと中心Bとの間の距離は前述した軌道半径Rorとなり、駆動ピン132の中心Dをブッシュ33の中心Bを通りブッシュ33の中心Bと主軸13の中心Sを結ぶ線に直交する線に関し、主軸13の中心Sとは反対側であって、主軸13の中心Sとブッシュ33の中心Bを結ぶ線より主軸13の回転方向(図6に矢印Aで示す)に進んだ側にあるように位置させている。
【0020】
このような、駆動機構に構成において、ブッシュ33の中心Bは、駆動ピン132の中心Dを中心とし半径B〜Dを持つ円弧上を動くことが可能となる。即ち、主軸13が回転すると、ブッシュ33が駆動ピン132にひかれてブッシュ33の中心Dが主軸13の中心Sから離れようとする力が働き、可動スクロール部材19のうず巻体192が、固定スクロール部材18のうず巻体182の側壁191に当接する。
【0021】
したがって、可動スクロール部材19の中心は、主軸13の中心Sの周りを,半径Rorをもって軌道運動をする。この時、可動スクロール部材19は、回転阻止機構21によって回転運動を阻止されているので、軌道運動のみを行い、自転はしない。
【0022】
図7は、固定スクロール部材18のうず巻体182の基礎円座標を基準座標とし、X軸上に駆動ピンが位置する場合において、固定スクロール部材18のうず巻体182と固定スクロール部材19のうず巻体192との組み合わせ状態を示している。
【0023】
まず、この図7において、X軸方向に発生するガス圧縮力Fxは,両うず巻体182,192の側壁のシール点S1 ,S2 ,S3 ,S4が左右方向で同一直線上にないため、うず巻体192の基礎半径をrgとすると、このずれ幅2・rgとスクロール部材のうず巻体壁高さHによる面積(2・rg・H)に加わることになる。
【0024】
うず巻体壁高さHは、可動スクロール部材19の側板191から延びているうず巻体192の高さ寸法を言う。ここで、シール点S1 ,S2 ,S3 ,S4 で形成された各流体ポケットの圧力を、うず巻体182,192の中心から外方へ向かってP2 ,P1 とし、うず巻体182,192の外周部分の圧力をPoとすると、上記ガス圧力Fxは、Fx=2・rg・H・(P2 −P1 )+2・rgH・(P1 −P0 )=2・rg・H・(P2 −P0 )と表せる。
【0025】
また、Y軸方向に発生するガス圧縮反力Fyは、ブッシュ33の中心と主軸13の中心とを結ぶ線と直交しているため、軸トルクをT、軌道半径をroとすると、T=ro・Fyと表され、圧縮負荷としての力に等しい。従って、Fy=T/roとなる。ここで、ガス圧縮反力とは、図7に示した固定スクロール部材18及び可動スクロール部材19で取り込まれたガスが圧縮され、固定・可動スクロール部材18,19の壁で閉じられた各部屋の圧力差(P2>P1)によって発生する力をいう。
【0026】
一方、可動スクロール部材19の軌道運動によって流体の圧縮が行われると、上述したガス圧縮反力Fyの反作用がブッシュ33の中心Bへ図8中のFyで示すように作用するものと考えることができる。ところで、ブッシュ33は、駆動ピン132上で回転可能とされていることから、駆動ピン132の中心Dの周りに回転するモーメントをガス圧縮反力Fyによって受ける。このモーメントは、ガス圧縮反力Fyの方向と中心Dと中心Bを結ぶ線との角度を図8に示した角度αとすると、Fy・L・sinαで表せる。ただし、Lは中心Dと中心Bとの間に距離である。
【0027】
この結果、ブッシュ33上に支持された可動スクロール部材19は、駆動ピン132の中心Dの周りに回転するモーメントを受けることになる。これにより可動スクロール部材19のうず巻体192は、固定スクロール部材18のうず巻体182の側壁181へ押し付けられることになる。この押付力をfxとすると、fx=Fy・tanαで与えられる。
【0028】
ところで、可動クロール部材19の回転阻止は、図9に示したように回転阻止機構21に加わる可動スクロール部材19の遠心力Fsと、クランク方向に働く力−FB とにより形成される偶力によって行われる。ここで、可動クロール部材19の回転モーメントをMsとすると、ガス圧縮反力Fyが固定スクロール部材18及び可動スクロール部材19のうず巻体192の基礎円中心を結ぶ線の中間点に作用すると考えてよいから、この作用と駆動点とのずれが回転モーメントMsを発生させる。中心駆動を行う場合、駆動点は,可動スクロール部材19のうず巻体192の基礎円中心に一致させるため、ガス圧縮反力Fyの作用点とのずれ量は、1/2・roとなる。従って、モーメントMsは、Ms=ro/2・Fyであるから、Ms=1/2・Tとなる。
【0029】
この回転モーメントMsを、ボール素子を用いた回転阻止機構21によって受けるとき、回転阻止機構21の回転阻止点からブッシュ33までの距離をLとすれば、Fs=Ms/L=1/2・T/Lと表され、この反作用力−FB がブッシュ33のX軸方向に加わる。
【0030】
ブッシュ33には、上述した力の他に、可動スクロール部材19およびブッシュ33の円軌道運動によって発生する遠心力Fsとブッシュ33に設けたカウンターウエイト331の運動によって発生する遠心力Fcの各々が、図10中に示すように加わる。
【0031】
以上、ブッシュ33に作用する力の関係を説明したが、X軸方向に加わる力の総和ΣXF が可動スクロール部材19のうず巻体192に作用する力となり、ΣXF >0の場合には、可動スクロール部材19のうず巻体192が固定スクロール部材192のうず巻体182側壁に押し付けられることとなる。ここで、X軸方向の総和である壁押し付け力ΣXF は、ΣXF =fx−Fa+Fs−Fc−Fxと表すことができ、従来の装置では、ΣXF >0となるように設定していた。
しかし、ΣXF >0と設定すると、以下のような欠点を生じる。
【0032】
つまり、スクロール型流体機械においては、互いにかみ合ったうず巻体182,192の線接触部間に限定されている。線接触部は、スクロール部材の相対的な円軌道運動によって、うず巻体182,192の表面に沿って、その容積を減少させながらうず巻体182,192の中心方向へ移動し、流体の圧縮が行われるため、線接触部のシール力が十分に確保される必要がある。
【0033】
しかるに、シール力を確保するために接触力を大きくすると、うず巻体182,192に磨耗が生じることとなる。特に、スクロール型流体機械が高速回転で使用されると、駆動されている可動スクロール部材19のうず巻体192が固定スクロール部材18のうず巻体192に強く押し付けられこととなる。よって、スクロール型流体機械の駆動力が上昇するとともに、うず巻体182,192の磨耗により磨耗粉が多量に発生し、スクロール型流体機械あるいはスクロール型流体機械を含んだシステムなどに悪影響を及ぼすばかりか、機械効率が低下することとなる。
【0034】
したがって、図10に示したように、スクロール型流体機械の使用回転数の上限でΣXF =0あるいはΣXF <0となるように、カウンターウエイト331の遠心力Fcを設定している。
【0035】
また、スクロール型流体機械は、図5及び図9に示したように、回転可能な角度範囲規制機構を備えている。即ち、主軸13がディスクロータ部131のブッシュ33と対向する端面には、凹陥部133が形成されているとともに、ブッシュ33のディスクロータ部131の凹陥部133と対向する端面には突出部333が設けらている。この突出部333は、凹陥部133に隙間をもって嵌入配置されている。ここで、突出部333が凹陥部133内で移動できる範囲が、ブッシュ33の回転可能角度範囲となり、うず巻体182,192間の最大隙間がこれにより決定される。
【0036】
図11は、静・動バランスの例を示している。可動スクロール部材19のアンバランス量は、カウンターウエイト331及びクラッチアーマチュアのバランスウエイト36で調整可能している。なお、図10において、Usは、可動スクロール部材19のアンバランス量であり、Ucは、カウンターウエイト331のアンバランス量であり、Ubは、バランスウエイト35のアンバランス量であり、Uaは、アーマチュアのバランスウエイト36のアンバランス量であり、L1 ,L2 ,L3は、主軸13に対する長手方向における各バランス間の距離である。
【0037】
このように、ブッシュ33に設けられたカウンターウエイト331を、その遠心力Fcが可動スクロール部材19、ブッシュ33の円軌道運動によって生じる遠心力Fsより大きくなるように設定しているので、高速回転時における両うず巻体182,192間の過剰な接触を防き、うず巻体182,192間の磨耗を小さく抑えている。
【0038】
しかるに、可動スクロール部材19などの軌道運動によって生じる遠心力Fsとカウンターウエイト331の遠心力FcとがFc>Fsとなるため、アンバランスを生じじ振動を発生させることとなる。このため、スクロール型流体機械全体の動バランスを保持する必要がある。
【0039】
さらに、図4の例では、主軸13上に遠心力Fa,Fbを発生させるバランスウエイト35,36を設けている。即ち、図1において、主軸13上にはカウンターウエイト331に近い位置にカウンターウエイト331と同じ向きに遠心力を発生させるバランスウエイト35を配するとともに、バランスウエイト35の関して、カウンターウエイト331とは軸方向において反対の位置で電磁クラッチ17のアーマチュアのバランスウエイト36を配している。
【0040】
なお、バランスウエイト35は、主軸13のディスクロータ部131に端面に適当な固着手段によって取り付けられているともに、アーマチュアのバランスウエイト36は、電磁クラッチの一部に一体に設けられている。
【0041】
上述したように、従来のスクロール型流体機械では、図10に示したように、ブッシュ33にかかる荷重はガス圧縮反力Fyと、壁押し付け力ΣXF (X軸方向の総和ΣXF と、可動スクロール部材19の円軌道運動とによって発生する遠心力に対してバランスをとるため反対方向に遠心力)を発生させるカウンターウエイト331の遠心力Fcの合力F1 となる。
【0042】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術のスクロール型流体機械では、可動スクロール部材19のうず巻体192、及び固定スクロール部材18のうず巻体182のシールする付勢力を高速回転で低減し、うず巻体182,192の磨耗を低減している。この場合のガス圧縮反力(偏心ブッシュ駆動力)Fyと、可動スクロール部材19のうず巻体192、及び固定スクロール部材18のうず巻体182をシールする付勢力と、カウンターウエイト331の遠心力Fcの合力がブッシュ33に加わり、この荷重がブッシュ33と嵌合するドライブ軸受け34の寿命を短くしている。
【0043】
また、この荷重は主軸13を支持している他の軸受け31,32にも、モーメント荷重としてかかり、負荷容量の大きい軸受けを使用しなくてはならない。
【0044】
それ故に、本発明の課題は、ブッシュと嵌合するドライブ軸受け34にかかる荷重を低減し、さらに、主軸を支持している他の軸受け3,32にかかる荷重も低減し、負荷容量の小さい軸受けの使用が可能とし、部品コストの低減ができるスクロール型流体機械を提供することにある。
【0045】
また、特に、回転数が高い時に荷重が低減するため、高回転の運転が可能となり、本発明の他の課題は、壁押し付け力、及び静・動バランスを変えることなく、ブッシュにかかる荷重を低減することが可能で、負荷容量の小さい軸受けを使用することができるスクロール型流体機械を提供することにある。
【0046】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、主軸の回転を、該主軸の大径部、該大径部に設けた駆動ピン、該駆動ピンが嵌合した偏心穴を有するブッシュ、該ブッシュに結合されたカウンターウエイト、及びうず巻駆動軸受け構成要素によって、固定スクロール部材に対し所定距離だけ偏心して組み合わされた可動スクロール部材の公転運動に変え、流体を前記可動スクロール部材の外周から内周に移動しながら圧縮が行われるものであり、前記カウンターウエイトにより、前記可動スクロール部材の公転運動によって発生する遠心力に対して反対方向に遠心力を発生させるスクロール型流体機械において、前記可動スクロール部材に働く遠心力の方向をX軸としたとき該X軸に対し前記カウンターウエイトを非対称形状になし、これにより前記カウンターウエイトに対し、前記可動スクロール部材の遠心力とは反対方向に作用するアンバランス量と前記ブッシュに加わるガス圧縮反力を減少する方向に作用するアンバランス量とを付加したことを特徴とするスクロール型流体機械が得られる。
【0047】
【作用】
本発明によると、ガス圧縮反力の反対方向にカウンターウエイトのアンバランス量を付加することで遠心力が発生する。アンバランス量とは、回転軸に取り付けられた質量をもつ固体の回転軸中心から重心までの距離と固体の重量を積したものである。
【0048】
また、遠心力の方向にもアンバランス量の方向と、ブッシュの中心から主軸の駆動ピン位置の角度を付加することで遠心力が発生する。これれらの合力は、主軸の回転数が上昇することで、ブッシュに加わる荷重を減少することが可能となる。
【0049】
また、遠心力による壁押し付け力(壁押し付け力(総和))の増加を遠心力の方向のアンバランス量による遠心力によってキャンセルできる。
【0050】
また、ブッシュにかかる荷重が低減することでブッシュと嵌合している軸受け、及び主軸を支持している他の軸受けにかかるモーメント荷重も減少することになる。
【0051】
さらに、カウンターウエイトのアンバランス量を付加したことで生じる静・動バランスの不釣合は、カウンターウエイト及びクラッチアーマチュアのバランスウエイトで調整可能である。
【0052】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明によるスクロール型流体機械の一実施の形態例を説明する。図1は、偏心ブッシュにかかる荷重を示している。図2は、静・動バランスの例を示している。図3は偏心ブッシュにかかる荷重・ベクトル、および合力を示している。
【0053】
なお、本実施の形態例によるスクロール型流体機械は、図4において、説明したスクロール型流体機械の構成と概略構成が同じであることから、同じ部分には同じ符号を付し、要部を除く部分の説明を省略する。
【0054】
図1及び図2とともに図3を参照して、ブッシュ33は、可動スクロール部材19の円軌道運動によって発生する遠心力Fsに対してバランスを取るために、反対方向に遠心力(可動スクロール部材19の遠心力Fsの反力Fc )を発生させるカウンターウエイト331を有している。
【0055】
カウンターウエイト331は、可動スクロール部材19の遠心力Fsよりも大きくなるようにアンバランス量Fc1−Fcを付加し、かつブッシュ33に加わるガス圧縮反力Fyを減少する方向にもカウンターウエイト331にアンバランス量Uc2を付加している。
【0056】
次に、図2を参照して、カウンターウエイト331のアンバランス量Vc1は、可動スクロール部材19のうず巻体192の遠心力Usに対してバランスを取るためのアンバランス量をUc、ブッシュ33に加わるガス圧縮反力Fyの方向とブッシュ33の中心から主軸13の駆動ピン132位置の角度をα、ガス圧縮反力Fyを減少する方向に付加したアンバランス量をUc2 とすると、可動スクロール部材19に発生する遠心力Fsの反対方向に有するカウンターウエイト331のアンバランス量Uc1 は、Uc1 =Uc+Uc2 ×tanαの関係となる。
【0057】
すなわち、図1に示したガス圧縮反力Fyの反対方向にカウンターウエイト331のアンバランス量Uc2 を付加することで、遠心力Fc2 が発生する。
【0058】
また、遠心力Fc1 の方向にもアンバランス量Uc2 ×tanα(αはブッシュ33に加わるガス圧縮反力Fyの方向と、ブッシュ33の中心から主軸13の駆動ピン132位置の角度を付加することで遠心力Fc1 が発生する。
【0059】
さらに、カウンターウエイト331のアンバランス量Uc1−Ucを付加したことで生じる静・動バランスの不釣合は、カウンターウエイト331及びクラッチアーマチュアのバランスウエイト36で調整可能である。
【0060】
図2に示したように、全体の動バランスを保持するには、以下のアンバランス量を満足するように設定すればよい。
【0061】
Us;可動スクロール部材19のうず巻体192のアンバランス量。
Uc1 ;カウンターウエイト331のアンバランス量。
Ub1 ;バランスウエイト35のアンバランス量。
Ua1 ;アーマチュアのバランスウエイト36のアンバランス量。
Ub2 ;カウンターウエイト331に付加したアンバランス量Uc2で生じる静・動バランスの不均合を調整するバランスウエイト35のアンバランス量。
Uc2 ;ガス圧縮反力Fyの反対方向に付加したバランスウエイト35のアンバランス量。
Ua2;カウンターウエイト331に付加したアンバランス量Uc2で生じる静・動バランスの不均合を調整するクラッチアーマチュアのバランスウエイト36のアンバランス量。
【0062】
ここで、L1 ,L2 ,L3 ;主軸に対する長手方向における各バランス間距離とすると、
Us−Uc1 −Ub1 +Ua1 =0
Uc2 −Ub2 +Ua2 =0
Ub1 ・+Uc1 ・(L2 +L3 )−Us(L1 +L2 +L3 )=0
Ub2 ・L3 −Uc2 ・(L2 +L3 )=0
【0063】
図3を参照して、これれらガス圧縮反力Fy,遠心力Fc2,遠心力Fc1,壁押し付け力ΣXF の合力F2 は、主軸13の回転数が上昇することで、ブッシュ33に加わる荷重を減少することが可能となる。
【0064】
また、遠心力Fc2 による壁押し付け力ΣXF 壁押し付け力ΣXF の増加を遠心力Fc2の方向のアンバランス量Uc2 ×tanαによる遠心力(Fc1 −Fc)によってキャンセルできる。
【0065】
また、ブッシュ33にかかる荷重が低減することでブッシュ33と嵌合している軸受け34、及び主軸13を支持している他の軸受け31,32にかかるモーメント荷重も減少することになる。
【0066】
なお、ブッシュ33及び軸受けまわりの荷重・バランスなどに関する詳細な説明は、従来技術として特開昭59−215984号公報に開示されている。
【0067】
また、本発明は、上述したスクロール型流体機械として真空ポンプや膨脹機用としても、この技術を利用することが可能である。
【0068】
【発明の効果】
本発明のスクロール型流体機械によれば、ブッシュ33と嵌合するドライブ軸受け34にかかる荷重を低減し、さらに、主軸を支持している他の軸受け31,32にかかる荷重も低減できることから、負荷容量の小さい軸受けの使用が可能となり、部品コストの低減ができる。
【0069】
また、壁押し付け力、及び静・動バランスを変えることなく、ブッシュにかかる荷重を低減することが可能であり、負荷容量の小さい軸受けを使用することができ、コスト低減を図れる。
【0070】
特に、本発明のスクロール型流体機械によれば、回転数が高い時に荷重が低減するため、高回転の運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のスクロール型流体機械の偏心ブッシュにかかる荷重を説明する説明図である。
【図2】本発明のスクロール型流体機械の静・動バランスの例を示す説明図である。
【図3】本発明のスクロール型流体機械の偏心ブッシュにかかる荷重・ベクトル、および合力を説明する説明図である。
【図4】従来技術としてのスクロール型流体機械の中央断面図である。
【図5】図4に用いられている駆動機構の分解斜視図である。
【図6】図4に示したスクロール型流体機械の偏心ブッシュの動作を説明するための説明図である。
【図7】図4に示したスクロール型流体機械の可動スクロール部材のうず巻体に加わる力を説明するための説明図である。
【図8】図4に示したスクロール型流体機械の偏心ブッシュに加わる力を説明するための説明図である。
【図9】図4に示したスクロール型流体機械の回転阻止機構によって生じる力を説明するための説明図である。
【図10】図4に示したスクロール型流体機械の偏心ブッシュにかかる荷重・ベクトル、および合力を説明する説明図である。
【図11】図4に示したスクロール型流体機械の静・動バランスを説明するための説明図である。
【符号の説明】
10 圧縮機ハウジング
13 主軸
18 固定スクロール部材
19 可動スクロール部材
33 ブッシュ
35,36 バンランスウエイト
132 駆動ピン
331 カウンターウエイト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to a scroll type fluid machine having a balance amount based on a movable scroll member and a counterweight that can be opposed to a change in the turning radius of the movable scroll member.
[0002]
[Prior art]
As a prior art, a scroll type fluid machine in which the centrifugal force of the counterweight is increased in the opposite direction relative to the centrifugal force of the movable scroll member is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-215984.
[0003]
As shown in FIG. 4, the scroll type fluid machine in the prior art includes a
[0004]
A through hole 111 through which the
[0005]
Note that the joint surface between the front end plate 11 and the
[0006]
The
[0007]
In the
[0008]
The
[0009]
In order to prevent fluid leakage along the
[0010]
A
[0011]
The
[0012]
Here, the radius Ror of the circular orbit is generally given by (spiral winding pitch) −2 × (spiral winding wall thickness) / 2. Then, the spiral center of the
[0013]
Therefore, the
[0014]
The
[0015]
Next, the drive mechanism of the
[0016]
On the other hand, an
[0017]
Further, the
[0018]
The
[0019]
As shown in FIGS. 5 and 6, the positional relationship between the center S of the
[0020]
In such a configuration of the drive mechanism, the center B of the
[0021]
Accordingly, the center of the
[0022]
FIG. 7 shows the spiral of the fixed
[0023]
First, in FIG. 7, the gas compression force Fx generated in the X-axis direction is swirled because the seal points S1, S2, S3, and S4 of the side walls of the
[0024]
The spiral body wall height H refers to the height dimension of the
[0025]
Further, since the gas compression reaction force Fy generated in the Y-axis direction is orthogonal to the line connecting the center of the
[0026]
On the other hand, when the fluid is compressed by the orbital movement of the
[0027]
As a result, the
[0028]
By the way, the rotation prevention of the
[0029]
When this rotation moment Ms is received by the
[0030]
In addition to the above-described force, the
[0031]
The relationship between the forces acting on the
However, if ΣXF> 0 is set, the following drawbacks occur.
[0032]
That is, in the scroll type fluid machine, it is limited between the line contact portions of the spiral wound
[0033]
However, if the contact force is increased to ensure the sealing force, the
[0034]
Therefore, as shown in FIG. 10, the centrifugal force Fc of the
[0035]
Further, the scroll type fluid machine includes a rotatable angle range regulating mechanism as shown in FIGS. 5 and 9. That is, a
[0036]
FIG. 11 shows an example of static / dynamic balance. The unbalance amount of the
[0037]
In this way, the
[0038]
However, since the centrifugal force Fs generated by the orbital motion of the
[0039]
Further, in the example of FIG. 4,
[0040]
The
[0041]
As described above, in the conventional scroll type fluid machine, as shown in FIG. 10, the load applied to the
[0042]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the scroll-type fluid machine of the prior art, the urging force that seals the
[0043]
Further, this load is applied as moment load to the
[0044]
Therefore, an object of the present invention is to reduce the load applied to the drive bearing 34 fitted to the bush, further reduce the load applied to the
[0045]
In particular, since the load is reduced when the number of rotations is high, it is possible to operate at a high speed, and another object of the present invention is to apply the load applied to the bush without changing the wall pressing force and the static / dynamic balance. It is an object of the present invention to provide a scroll type fluid machine that can be reduced and can use a bearing having a small load capacity.
[0046]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the rotation of the main shaft is caused by the large diameter portion of the main shaft, A drive pin provided in the large diameter portion and an eccentric hole into which the drive pin is fitted bush, Coupled to the bush The counterweight and the spiral drive bearing component change the revolving motion of the movable scroll member that is eccentrically combined with the fixed scroll member by a predetermined distance, and compress the fluid while moving from the outer periphery to the inner periphery of the movable scroll member. Is done, By the counterweight , Against the centrifugal force generated by the revolving motion of the movable scroll member Anti In a scroll type fluid machine that generates centrifugal force in the opposite direction, When the direction of the centrifugal force acting on the movable scroll member is the X axis, the counterweight is made asymmetrical with respect to the X axis, so that the centrifugal force of the movable scroll member is opposite to the counterweight. The amount of unbalance that acts In a direction to reduce the gas compression reaction force applied to the bush Act Unbalance amount When A scroll type fluid machine characterized in that is added can be obtained.
[0047]
[Action]
According to the present invention, centrifugal force is generated by adding an unbalance amount of the counterweight in the direction opposite to the gas compression reaction force. The unbalance amount is obtained by multiplying the distance from the center of the rotation axis of the solid having the mass attached to the rotation axis to the center of gravity and the weight of the solid.
[0048]
Further, the centrifugal force is generated by adding the direction of the unbalance amount and the angle of the drive pin position of the main shaft from the center of the bush to the direction of the centrifugal force. These resultant forces can reduce the load applied to the bush by increasing the rotational speed of the main shaft.
[0049]
Further, an increase in the wall pressing force (wall pressing force (sum)) due to the centrifugal force can be canceled by the centrifugal force due to the unbalance amount in the direction of the centrifugal force.
[0050]
Further, since the load applied to the bush is reduced, the moment load applied to the bearing fitted to the bush and other bearings supporting the main shaft is also reduced.
[0051]
Furthermore, the imbalance between the static and dynamic balance caused by adding the counterweight unbalance amount can be adjusted by the balance weight of the counterweight and the clutch armature.
[0052]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a scroll type fluid machine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the load applied to the eccentric bush. FIG. 2 shows an example of static / dynamic balance. FIG. 3 shows the load / vector and resultant force applied to the eccentric bush.
[0053]
Note that the scroll type fluid machine according to the present embodiment has the same configuration as that of the scroll type fluid machine described in FIG. Description of the part is omitted.
[0054]
Referring to FIG. 3 together with FIG. 1 and FIG. 2, the
[0055]
The
[0056]
Next, referring to FIG. 2, the unbalance amount Vc1 of the
[0057]
That is, the centrifugal force Fc2 is generated by adding the unbalance amount Uc2 of the
[0058]
Further, the unbalance amount Uc2 × tan α (α is the direction of the gas compression reaction force Fy applied to the
[0059]
Further, the imbalance between the static and dynamic balance caused by adding the unbalance amount Uc1-Uc of the
[0060]
As shown in FIG. 2, in order to maintain the overall dynamic balance, the following unbalance amount may be set.
[0061]
Us: Unbalance amount of the
Uc1: Unbalance amount of the
Ub1: Unbalance amount of the
Ua1: the unbalance amount of the
Ub2: an unbalance amount of the
Uc2: Unbalance amount of the
Ua2: an unbalance amount of the
[0062]
Where L1, L2, L3; distances between balances in the longitudinal direction with respect to the main axis,
Us-Uc1 -Ub1 + Ua1 = 0
Uc2 -Ub2 + Ua2 = 0
Ub1. + Uc1. (L2 + L3) -Us (L1 + L2 + L3) = 0
[0063]
Referring to FIG. 3, the resultant force F2 of the gas compression reaction force Fy, the centrifugal force Fc2, the centrifugal force Fc1, and the wall pressing force ΣXF increases the load applied to the
[0064]
Further, the increase in the wall pressing force ΣXF due to the centrifugal force Fc2 can be canceled by the centrifugal force (Fc1−Fc) due to the unbalance amount Uc2 × tanα in the direction of the centrifugal force Fc2.
[0065]
Further, since the load applied to the
[0066]
A detailed description of the load and balance around the
[0067]
The present invention can also utilize this technique for the above-described scroll type fluid machine for a vacuum pump or an expander.
[0068]
【The invention's effect】
According to the scroll type fluid machine of the present invention, the load applied to the drive bearing 34 fitted to the
[0069]
Further, the load applied to the bush can be reduced without changing the wall pressing force and the static / dynamic balance, and a bearing with a small load capacity can be used, thereby reducing the cost.
[0070]
In particular, according to the scroll type fluid machine of the present invention, the load is reduced when the number of revolutions is high, so that a high revolution operation is possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view for explaining a load applied to an eccentric bush of a scroll type fluid machine of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of static / dynamic balance of the scroll type fluid machine of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a load / vector and resultant force applied to an eccentric bush of the scroll type fluid machine of the present invention.
FIG. 4 is a central sectional view of a conventional scroll type fluid machine.
FIG. 5 is an exploded perspective view of the drive mechanism used in FIG. 4;
6 is an explanatory diagram for explaining an operation of an eccentric bush of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
7 is an explanatory diagram for explaining a force applied to a spiral body of a movable scroll member of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
8 is an explanatory diagram for explaining a force applied to an eccentric bush of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
9 is an explanatory diagram for explaining a force generated by a rotation prevention mechanism of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
10 is an explanatory diagram for explaining a load / vector and resultant force applied to an eccentric bush of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
11 is an explanatory diagram for explaining a static / dynamic balance of the scroll type fluid machine shown in FIG. 4; FIG.
[Explanation of symbols]
10 Compressor housing
13 Spindle
18 Fixed scroll member
19 Movable scroll member
33 Bush
35, 36 Banlance weight
132 Drive pin
331 counterweight
Claims (2)
前記可動スクロール部材に働く遠心力の方向をX軸としたとき該X軸に対し前記カウンターウエイトを非対称形状になし、これにより前記カウンターウエイトに対し、前記可動スクロール部材の遠心力とは反対方向に作用するアンバランス量と前記ブッシュに加わるガス圧縮反力を減少する方向に作用するアンバランス量とを付加したことを特徴とするスクロール型流体機械。Rotation of the main shaft includes a large-diameter portion of the main shaft, a drive pin provided in the large-diameter portion, a bush having an eccentric hole into which the drive pin is fitted , a counterweight coupled to the bush , and a spiral drive bearing configuration the elements, instead of the revolving motion of only eccentrically combined movable scroll predetermined distance with respect to the stationary scroll member, which compression is performed while moving to the inner periphery of the fluid from the outer periphery of the movable scroll member, said counter weight by, in the scroll type fluid machine for generating a centrifugal force in opposition direction to the centrifugal force generated by the revolution of the movable scroll member,
When the direction of the centrifugal force acting on the movable scroll member is defined as the X axis, the counterweight is asymmetrically formed with respect to the X axis, so that the counterweight is opposite to the centrifugal force of the movable scroll member. scroll fluid machine, characterized in that the addition of the amount of unbalance acting in the direction of reducing the gas compression reaction force acting on the bush unbalanced weight acting.
Uc1 =Uc+Uc2 ×tanαThe scroll fluid machine of claim 1, wherein the amount of unbalance to balance against centrifugal force before Symbol movable scroll member Uc, the direction of the gas compression reaction force applied to the bushing from the center of the bush If the angle of the drive pin position of the main shaft is α and the unbalance amount acting in the direction of decreasing the gas compression reaction force is Uc2, the unbalance amount Uc1 acting in the direction opposite to the centrifugal force of the movable scroll member is A scroll type fluid machine characterized by the following formula.
Uc1 = Uc + Uc2 x tan α
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