JP4768457B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

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Description

本発明は、スクロール真空ポンプもしくはスクロール圧縮機械等のスクロール流体機械に関する。
スクロール流体機械においては、渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、固定ラップと噛合する旋回ラップを有し、かつ駆動源に連結された駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支されて、駆動軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、駆動軸をもって回転させられ、固定スクロールの表面に設けられた多数の冷却フィンを冷却するための冷却ファンとを備え、駆動軸の軸線上に、冷却気体を一端から導入して他端側から排出する冷却通路を貫設することにより、旋回スクロールの旋回運動により、その外周から取り入れた外気を中央部に順次圧縮移送する過程において発生する熱を、最も高温になる中央部において冷却し、旋回スクロールの中央部周辺に設けられたベアリングやシール部材を、効率よく冷却するようにしたしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−１５１８６８号公報
しかし、上述のようなスクロール流体機械は、冷却ファンの回転によって冷却フィンを冷却した冷却済み気体（温められた気体）を外部に排出する途中において、冷却済み気体が冷却ファンとこの冷却ファンを覆うファンカバーとの間の隙間に流入して、駆動軸の一端に設けられた開口から冷却通路に侵入するおそれがある。これにより、冷却通路に未使用の外気を導入したにも拘わらず、冷却通路を効果的に冷却することができないこととなる。
本発明は、上記したような従来のスクロール流体機械における問題を解決することを目的とするもので、その具体的手段は、特許請求の範囲に記載されている通りであり、次の如くである。
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）渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、前記固定ラップと噛合することにより圧縮室を形成する渦巻状の旋回ラップを有し、かつ駆動源に連結された駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支されて前記駆動軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、前記駆動軸をもって回転させられる冷却ファンとを備え、該冷却ファンにより、冷却部分の外周部より吸引した外気をもって、該冷却部分を冷却させるようにしたスクロール流体機械において、前記駆動軸に、その一端から冷却用の外気を導入して、他端側から排出させるようにした冷却孔を設け、かつ前記駆動軸に、その回転に伴い、前記冷却部分を冷却した外気が、前記駆動軸の一端から前記冷却孔内へ吸引されないように、外周方向に押し返すべく作用する遠心気流生成体を設ける。
（２）上記(１)項において、冷却ファンの基板における冷却用の主フィンが設けられる面と反対側の面に、回転に伴って遠心方向の気流を生成させるべく形状及び配向を定めた副フィンを設けて、遠心気流生成体とする。
（３）上記(１)項において、冷却ファンとは別体をなす基板に、回転に伴って遠心方向の気流を生成させるべく形状及び配向を定めたフィンを設けることにより、遠心気流生成体とする。
（４）上記(１)〜(３)項のいずれかにおいて、遠心気流生成体を、駆動軸の一端における冷却孔の開口部の周辺から外周に向けて延出させる。
（５）上記(１)〜(４)項のいずれかにおいて、遠心気流生成体を、カバーにより覆うとともに、該カバーの中心部に、冷却用の外気を駆動軸の一端から冷却孔内に導入させるための吸気口、同じく外周部に冷却部分を冷却した外気を排出させるための排気口をそれぞれ設ける。
本発明によれば、次のような効果が奏せられる。
（ａ）請求項１記載の発明によると、冷却部分を冷却した外気が駆動軸内の冷却孔に侵入することを阻止することができ、冷却孔を効率よく冷却することが可能となる。
（ｂ）請求項２記載の発明によると、冷却ファンに設けた副フィンにより、冷却部分を冷却した外気を外周方向に確実に押し返すことができる。
（ｃ）請求項３記載の発明によると、冷却ファンとは別体をなす基板に設けた副フィンにより、冷却部分を冷却した外気を外周方向に確実に押し返すことができる。
（ｄ）請求項４記載の発明によると、遠心気流生成体により遠心方向の気流を効果的に生成することができるとともに、冷却部分を冷却した外気が駆動軸内の冷却孔に侵入することをより確実に阻止することができる。
（ｅ）請求項５記載の発明によると、遠心気流生成体とカバーとの間の隙間に、遠心気流生成体により遠心方向の気流を効果的に生成して、冷却部分を冷却した外気を確実に排出することができるとともに、冷却孔内への冷却用の外気導入を促進させることができる。
図１は、スクロール流体機械の一例を示す縦断側面図、図２は、冷却ファンの前面図、図３は、冷却ファンの後面図、図４は、図１における要部の拡大縦断面図である。なお、以下の説明においては、図１、図４における左方を前方、同じく右方を後方とする。
(１)は、後側の筐体(３)と前側の蓋体(４)とからなる薄型円筒状のハウジングで、その外周部適所には、外気をハウジング(１)内に吸入するための吸入口(1a)が、中央部適所には、ハウジング(１)内で圧縮した圧縮気体を吐出するための吐出口（図示略）がそれぞれ設けられている。
筐体(３)及び蓋体(４)は、互いに対向する円板状の固定端板(31)(41)をそれぞれ有し、固定端板(31)(41)の対向面には、それぞれ、渦巻状（インボリュート曲線）の固定ラップ(32)(42)が立設されて、固定スクロール(33)(43)が形成されている。
各固定スクロール(33)(43)の外側面（固定スクロール(33)においては後面、固定スクロール(43)においては前面）には、それぞれ放射状の多数の冷却部分をなす冷却フィン(10)(11)が設けられている。
各固定スクロール(33)(43)の間における密閉された収容室(２)内には、ハウジング(１)の中心部に回動自在に枢支された駆動軸(６)の偏心軸部(61)に旋回自在に支持された旋回スクロール(５)が設けられている。
駆動軸(６)は、その後端部が駆動源をなすモータ（図示略）に連結され、かつ各固定端板(31)(41)の中心部に設けた軸孔(31a)(41a)に、ベアリング(14)(15)を介して枢支されている。
旋回スクロール(５)は、両面に、固定ラップ(32)(42)に対して１８０°ずらした状態で噛み合う旋回ラップ(51)(51)を立設してなり、互いに等間隔をもって同一円周上に配設された、公知の３個のピンクランク式自転防止機構(７)を介して、固定端板(31)と連係されている。
駆動軸(６)がモータ（図示略）により回転させられると、それに伴って、旋回スクロール(５)は、旋回運動を行い、各固定ラップ(32)(42)と旋回ラップ(51)(51)とによりそれぞれ仕切られた圧縮室(21)(22)の容積が、外周から内周に向かって漸次減少する。これにより、吸入口(1a)から圧縮室(21)(22)に吸入された外気を内周方向に向かって漸次圧縮し、最終的に中央部の吐出口から吐出させる。
駆動軸(６)における固定端板(41)(31)から外部に突出する前、後端部には、それぞれ駆動軸(６)と一体になって回転する前、後部冷却ファン(８)(９)が取り付けられている。
後部冷却ファン(９)は、駆動軸(６)の後端部に固定されている円板状の基板(93)の前面（固定スクロール(33)側の冷却フィン(10)に対向する面）に、予め定めた方向へ回転することにより、遠心方向の気流を生成する複数のフィン(94)を設けたものである。
前部冷却ファン(８)は、駆動軸(６)の前端部に固定される円板状の基板(81)の前面及び後面に、それぞれ予め定めた方向へ回転することにより遠心方向の気流を生成する、図２に示すように駆動軸(６)の前端が位置する中心の周辺から一定方向に傾斜して外周に向けて延出する複数の気流生成部をなす副フィン(82)及び図３に示すような一定方向へ傾斜する複数の主フィン(83)を設けたものである。
基板(81)の前面における副フィン(82)は、基板(81)の後面における主フィン(83)に比して、小さなものとしている。
前、後部の冷却ファン(８)(９)には、駆動軸(６)の回転を円滑するためのバランスウェイト(84)(95)が、それぞれ設けられている。このバランスウェイト(84)(95)は、図１に示すように、各基板(81)(93)における下半分の板厚を上半分の板厚よりも大とすることにより形成されている。
なお、副フィン(82)の形状は、本実施形態に特定されるものではない。例えば、基板(81)にバランスウェイト(84)を形成する際に、基板(81)の前面に形成される段差部(85)（図２参照）をもって、これに代えることができる。
駆動軸(６)内には、その軸線方向に沿って、外気を前端の開口部(161)から導入する冷却孔(16)が穿設され、冷却孔(16)の後端は、遮蔽部材(17)により遮蔽されている。
駆動軸(６)の後端部には、冷却孔(16)から外周方向に向かう放射状に複数の吐気孔(162)が開設されている。吐気口(162)は、駆動軸(６)の後端部に嵌合固定される後部ファン(９)のボス部(91)に設けられた通孔(92)に連通している。
蓋体(４)の前面及び筐体(３)の後面には、それぞれ、ドーナツ状のカバープレート(12)(12a)が固定されている。また、蓋体(４)に固定されるカバープレート(12)の前面には、前部冷却ファン(８)を覆うファンカバー(13)が取り付けられる。
ファンカバー(13)は、蓋体(４)の前面に複数のボルト(18)により固定され、前部冷却ファン(８)の副フィン(82)と対向する前壁(131)の中心、及びその周辺には、外気を冷却孔(16)内へ導入させるための複数の吸気口(132)が穿設されている。また、前壁(131)の外周付近には、固定スクロール(43)における冷却フィン(11)を冷却した冷却済み気体を排出するための排気口(133)が穿設されている。
次に、前、後部冷却ファン(８)(９)の回転による気流の流れについて説明する。後部冷却ファン(９)が、モータにより所定の方向へ回転させられると、その基板(93)の前面側に遠心方向の気流が生成される。
これにより、図１に矢印(Ａ)で示す如く、外気がファンカバー(13)の吸気口(132)を通って開口部(161)から冷却孔(16)内へ導入される。そして、冷却孔(16)を通って駆動軸(６)を冷却した冷却済み気体は、吐気口(162)、通孔(92)を通って矢印(Ｂ)の如く外側（後方）へ排出される。また、それと同時に、矢印(Ｃ)の如く、冷却フィン(10)の外周部から吸引して冷却フィン(10)を冷却した冷却済み気体は、カバープレート(12a)に設けた開口部(121a)から吸引して後方へ排出される。
前部冷却ファン(８)が回転すると、その後面側においては、主フィン(83)により生成される遠心方向の気流をもって、矢印(Ｄ)の如く、冷却フィン(11)の外周部から吸引して冷却フィン(11)を冷却した冷却済み気体を、カバープレート(12)に設けた開口部(121)から吸引して、ファンカバー(13)の外周部の排気口(133)から前方へ排出する。
また、前部冷却ファン(８)の前面側においては、矢印(Ｅ)の如く、副フィン(83)とファンカバー(13)との間の隙間に、副フィン(82)によって遠心方向の気流が生成される。
矢印(Ｅ)に流れる外気の気流は、冷却フィン(11)の外周部から矢印(Ｄ)のように流れる冷却済み気体が、前部冷却ファン(８)の前面と、ファンカバー(13)の前壁(131)との間の隙間に入り込まないように、外周方向へ押し返すとともに、矢印(Ａ)で示すように、外気を、ファンカバー(13)の中心の吸気口(132)から冷却孔(16)内へ案内して導入させる。
この結果、冷却フィン(11)を冷却した際に温められた冷却済み気体が、冷却孔(16)に流入することを確実に阻止することができる。
また、外気を直接、冷却孔(16)に導入し、高温になりやすい中心付近に配置されている駆動軸(６)やベアリング(14)(15)等を、効率的に冷却することができる。
なお、上記実施の形態は、両面型の旋回スクロール(５)を、２個の固定スクロール(33)(43)の間に配置した両面型スクロール流体機械に関するものであるが、本発明は、片面型の固定スクロールに片面型の旋回スクロールを噛合させた片面型のスクロール流体機械にも、等しく適用しうることは言うまでもない。
また、遠心気流生成体を、冷却ファンとは別体をなす基板に、回転に伴って遠心方向の気流を生成させるべく形状及び配向を定めたフィンとしても良い。
本発明に係わるスクロール流体機械の一例を示す縦断面図である。 冷却ファンの前面図である。 冷却ファンの後面図である。 図１における要部の拡大縦断面図である。
符号の説明
(１)ハウジング
(1a)吸入口
(２)収容室
(３)筐体
(４)蓋体
(５)旋回スクロール
(６)駆動軸
(７)ピンクランク式自転防止機構
(８)前部冷却ファン
(９)後部冷却ファン
(10)(11)冷却フィン（冷却部分）
(12)(12a)カバープレート
(13)ファンカバー
(14)(15)ベアリング
(16)冷却孔
(17)遮蔽部材
(18)ボルト
(21)(22)圧縮室
(31)固定端板
(31a)軸孔
(32)固定ラップ
(33)固定スクロール
(41)固定端板
(41a)軸孔
(42)固定ラップ
(43)固定スクロール
(51)旋回ラップ
(61)偏心軸部
(81)基板
(82)副フィン（遠心気流生成体）
(83)主フィン
(84)バランスウェイト
(85)段差部
(91)ボス部
(92)通孔
(93)基板
(94)フィン
(95)バランスウェイト
(121)(121a)開口部
(131)前壁
(132)吸気口
(133)排気口
(161)開口部
(162)吐気口

Claims (5)

  1. 渦巻状の固定ラップを有する固定スクロールと、前記固定ラップと噛合することにより圧縮室を形成する渦巻状の旋回ラップを有し、かつ駆動源に連結された駆動軸と一体をなす偏心軸部に枢支されて前記駆動軸の回転により旋回運動する旋回スクロールと、前記駆動軸をもって回転させられる冷却ファンとを備え、該冷却ファンにより、冷却部分の外周部より吸引した外気をもって、該冷却部分を冷却させるようにしたスクロール流体機械において、
    前記駆動軸に、その一端から冷却用の外気を導入して、他端側から排出させるようにした冷却孔を設け、かつ前記駆動軸に、その回転に伴い、前記冷却部分を冷却した外気が、前記駆動軸の一端から前記冷却孔内へ吸引されないように、外周方向に押し返すべく作用する遠心気流生成体を設けたことを特徴とするスクロール流体機械。
  2. 冷却ファンの基板における冷却用の主フィンが設けられる面と反対側の面に、回転に伴って遠心方向の気流を生成させるべく形状及び配向を定めた副フィンを設けて、遠心気流生成体としたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
  3. 冷却ファンとは別体をなす基板に、回転に伴って遠心方向の気流を生成させるべく形状及び配向を定めたフィンを設けることにより、遠心気流生成体としたことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
  4. 遠心気流生成体を、駆動軸の一端における冷却孔の開口部の周辺から外周に向けて延出させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスクロール流体機械。
  5. 遠心気流生成体を、カバーにより覆うとともに、該カバーの中心部に、冷却用の外気を駆動軸の一端から冷却孔内に導入させるための吸気口、同じく外周部に冷却部分を冷却した外気を排出させるための排気口をそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール流体機械。
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