JP5109042B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は圧縮機、真空ポンプ、ブロワ、膨張機等のスクロール流体機械に関する。

両面にラップを持つ旋回スクロールの中心部を駆動して旋回スクロールを旋回運動させる構造のスクロール圧縮機が提案されている。例えば特開２０１０−７７９１３号公報が開示するスクロール流体機械は、駆動軸が旋回スクロールの中心部の中空部を貫通し、駆動軸が両側で回転可能に支持される。駆動軸の旋回スクロールの中心部を貫通する中間部は偏心軸になっている。偏心軸受が偏心軸と旋回スクロールとの間に設けられている。

特開２０１０−７７９１３号公報

従来のスクロール流体機械では、旋回軸受が旋回スクロールの中心部の中空部に設けられている。圧縮機や真空ポンプでは圧縮により流体が温度変化するから、旋回スクロールの中心部は高温になる。膨張機では旋回スクロールの中心部から高温高圧の流体が流入するから、旋回スクロールの中心部は高温になる。そのため、旋回軸受が高温になり、旋回軸受の耐久性が低下する問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、旋回軸受の耐久性が高いスクロール流体機械を提供することを目的とする。

請求項１に係る発明は、鏡板の両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロールおよび鏡板の片面に渦巻き状のラップを有する一対の固定スクロールを組み合わせて構成されたスクロール流体機械において、中空の旋回軸が前記旋回スクロールの中心部に設けられ、前記固定スクロールを貫通し、回転軸が前記旋回軸の中空部を貫通して前記固定スクロールの外面側に設置された一対のカバーに回転可能に支持され、旋回軸受が前記旋回軸の両端に設けられ、前記回転軸に設けられた偏心部に嵌合し、前記旋回スクロールの自転防止機構が前記旋回軸の一端に設けられたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記偏心部は前記回転軸の前記旋回軸受に対応する位置にのみ設けられ、前記回転軸の前記偏心部間は回転中心軸と同軸に形成されたことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、前記自転防止機構は、片側の前記固定スクロールに連結して設けられた一対の固定側キー溝と、前記旋回軸に設けられかつ前記旋回軸受を収容する旋回軸受ハウジングに前記固定側キー溝と直交するように設けられた一対の旋回側キー溝と、前記固定側キー溝と嵌合する一対のオルダムキーおよび前記旋回側キー溝と嵌合する一対のオルダムキーを有するオルダムリングとにより構成されることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、第１バランスウェイトが前記旋回軸の一端側の旋回軸受と前記回転軸を一方の前記カバーに回転可能に支持する回転軸受との間の前記回転軸に取り付けられ、第２バランスウェイトが前記旋回軸の他端側の旋回軸受と前記回転軸を他方の前記カバーに回転可能に支持する回転軸受の間の前記回転軸に取り付けられたことを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、旋回スクロールの中心部に設けられた旋回軸を支持する旋回軸受は旋回軸の両端にあり、旋回軸受は旋回スクロールの中心部にないから、旋回スクロールの熱は旋回軸受に伝わりにくい。旋回スクロールの中心部が高温になっても旋回軸受は高温にならない。したがって、旋回軸受の耐久性が高まる。また、旋回軸の径を小さくできるので、旋回スクロールの径を小さくできる。それによりスクロール流体機械をコンパクトにできる。

請求項２に係る発明においては、回転軸の偏心部は旋回軸受部の２か所だけである。回転軸のその他の部分は偏心していない。遠心力は回転軸の偏心していない部分には発生しない。それにより、回転軸の変形が小さくなる。したがって、スクロール流体機械の振動も小さくなる。

請求項３に係る発明においては、旋回軸受ハウジングが自転防止機構の部品を兼ねるので、スクロール流体機械の部品点数が減る。

請求項４に係る発明においては、第１、第２バランスウェイトと旋回軸受との距離を短くできるので、回転軸に作用するモーメントを小さくでき、軸の変形を抑えられる。

本発明を圧縮機に実施した形態例を示す軸方向断面図 図１の断面と直交する面で切った自転防止機構部の断面図

図１および図２は本発明を圧縮機に実施した形態例を示す。旋回スクロール１が圧縮機の内部に設置される。旋回スクロール１は鏡板1Ａの両面に渦巻状のラップ１Ｂと渦巻状のラップ１Ｃとを有する。第1固定スクロール２および第２固定スクロール３が旋回スクロール１を挟む。第1固定スクロール２および第２固定スクロール３は互いに固着されている。第１固定スクロール２は鏡板２Ａに渦巻状のラップ２Ｂを有する。第２固定スクロール３は鏡板３Ａに渦巻状のラップ３Ｂを有する。旋回スクロール１の鏡板１Ａおよびラップ１Ｂと第１固定スクロール２の鏡板２Ａおよびラップ２Ｂは圧縮室４を構成する。旋回スクロール１の鏡板１Ａおよびラップ１Ｃと第２固定スクロール３の鏡板３Ａおよびラップ３Ｂは圧縮室５を構成する。

中空の旋回軸１Ｄが鏡板１Ａの半径方向の中央部に設けられる。旋回軸１Ｄの軸方向の一端に第１旋回軸受ハウジング１１が固定される。第１旋回軸受ハウジング１１の中心部に第１旋回軸受１２が設けられる。旋回軸１Ｄの軸方向の他端に第２旋回軸受ハウジング１３が固定される。第２旋回軸受ハウジング１３の中心部に第２旋回軸受１４が設けられる。回転軸６が旋回軸１Ｄの中空部を貫通する。第１固定スクロール２は背面に円筒部２Ｃを有する。カバー７は円筒部２Ｃの端面に設置される。第１回転軸受８がカバー７の中心部に設けられる。第２固定スクロール３は背面に円筒部３Ｃを有する。カバー９は円筒部３Ｃの端面に設置される。第２回転軸受１０がカバー９の中心部に設けられる。回転軸６の一端６Ｃは第１回転軸受８に支持される。回転軸６の先端はカバー７を貫通して外部まで伸びている。シール部材１５がカバー７の中心部に設けられ、回転軸６とカバー７との間をシールする。回転軸６の他端６Ｄは第２回転軸受１０に支持される。回転軸６の２か所に偏心部６Ａ、６Ｂが形成される。回転軸６の偏心部６Ａと偏心部６Ｂとの間の部分は回転軸６の回転中心軸と同軸に形成される。第１旋回軸受１２は偏心部６Ａと嵌合する。第２旋回軸受１４は偏心部６Ｂと嵌合する。すなわち、偏心部６Ａ、６Ｂは回転軸６の第１、第２旋回軸受１２、１４に対応する位置にのみ設けられている。

第１旋回軸受ハウジング１１はフランジ部１１Ａを有する。フランジ部１１Ａは旋回側キー溝１１Ｂ、１１Ｂを有する。固定板１６が円筒部２Ｃの内面に固定される。オルダムリング１７がフランジ部１１Ａと固定板１６との間に嵌めこまれる。オルダムリング１７はオルダムキー１７Ａ、１７Ａを有する。オルダムキー１７Ａ、１７Ａは旋回側キー溝１１Ｂ、１１Ｂと嵌合する。
図２は図１の断面と直交する軸方向断面で切った部分断面図である。図２に示すように、オルダムリング１７はオルダムキー１７Ａ、１７Ａおよび反対側の面のオルダムキー１７Ａ、１７Ａを有する。オルダムキー１７Ａ、１７Ａとオルダムキー１７Ｂ、１７Ｂとは直交する。固定板１６はオルダムキー１７Ｂ、１７Ｂと対面する位置に固定側キー溝１６Ａ、１６Ａを有する。すなわち、第１固定スクロール２に連結して一対の固定側キー溝１６Ａ、１６Ａが設けられる。オルダムキー１７Ｂ、１７Ｂは固定側キー溝１６Ａ、１６Ａと嵌合する。オルダムリング１７、旋回側キー溝１１Ｂ、１１Ｂ、固定側キー溝１６Ａ、１６Ａにより自転防止機構が構成される。この自転防止機構により、第１旋回軸受ハウジング１１は回転を防止され旋回のみ可能である。したがって旋回スクロール１も回転せず旋回のみ可能である。

第１旋回軸受ハウジング１１はシール板１１Ｃを有する。一方シールリング１８が鏡板２Aに設置され、シール板１１Cと鏡板２Aとの間をシールする。
第２旋回軸受ハウジング１３はフランジ部１３Ａを有する。一方シール板１９が円筒部３Ｃの内面に装着される。
シールリング２０がシール板１９の外周面に設置される。シールリング２１がシール板１９の端面に設置される。シールリング２０およびシールリング２１が円筒部３Ｃの内面およびフランジ部１３Ａの端面とシール板１９との間をシールする。

カバー７と第１旋回軸受ハウジング１１との間にウェイト室２７が形成される。第１バランスウェイト２２がウェイト室２７内で回転軸６の第1回転軸受８と第1旋回軸受１２との間に装着される。カバー９と第２旋回軸受ハウジング１３との間にウェイト室２８が形成される。第２バランスウェイト２３がウェイト室２８内で回転軸６の第２回転軸受１０と第２旋回軸受１４との間に装着される。
吸入口２４が固定スクロール２の外周部に設けられる。鏡板１Ａの旋回軸１Ｄ隣接部に開口３８が設けられる。吐出室２５が固定スクロール３の鏡板３Ａの背面部に設けられる。吐出口２６が鏡板３Ａの外周部に設けられる。圧縮機は架台３７の一方部３７Ａの上に設置される。

電動機２９が架台３７の他方部３７Ｂの上に設置される。電動機２９の駆動軸２９Ａと回転軸６の一端６Ｃとは同軸上に設置され、キーなどにより回り止めをされてカップリング３０により連結される。

油タンク３１が設置される。潤滑油３２が油タンク３１の内部に溜まる。油吸入管３３が油タンク３１の下部に接続され、ポンプ３４の入り口に連結される。給油管３５がポンプ３４の出口に接続され、ウェイト室２７およびウェイト室２８の上部に連通する。油戻し管３６がウェイト室２７およびウェイト室２８の下部に接続され、油タンク３１に連通する。

次に本圧縮機の動作を説明する。電動機２９に通電されると、駆動軸２９Aが回転し、駆動軸２９Aと連結する回転軸６が回転する。回転軸６が回転すると旋回軸１Dが自転防止機構により自転を防止されて偏心駆動される。その結果、旋回軸１Ｄと一体である旋回スクロール１は旋回運動する。するとガスは圧縮室４および圧縮室５の中で体積が減少されながら外周から内周へ移動する。ガスは、吸入口２４から吸入され、圧縮室４および圧縮室５で圧縮され、吐出室２５へ吐き出され、吐出口２６から外部へ吐き出される。第１バランスウェイト２２および第２バランスウェイト２３により、旋回スクロール１の遠心力がキャンセルされる。このため振動はほとんど発生しない。

潤滑油３２が油タンク３１内から油吸入管３３を通り、ポンプ３４により加圧され、給油管３５からウェイト室２７およびウェイト室２８に滴下する。潤滑油３２は第1回転軸受８、第２回転軸受１０、第１旋回軸受１２、第２旋回軸受１４、オルダムキー１７Ａ、１７Ｂなどに供給され、これらの転がり部や摺動部を潤滑した後、ウェイト室２７およびウェイト室２８の下部から油戻し管３６を通って油タンク３１に戻る。

本実施の形態例によれば、第１旋回軸受１２および第２旋回軸受１４は旋回スクロール２の中心部にない。したがって、第１旋回軸受１２および第２旋回軸受１４は、旋回スクロール２が圧縮熱で高温になってもその影響を受けにくく、あまり高温にならない。すなわち圧縮機の耐久性が高まる。
また、旋回軸１Ｄの内部に軸受がないから、回転軸６の外周と旋回軸１Ｄの内周が近くなり、旋回軸１Ｄの径を小さくできる。したがって、旋回スクロール１、第１固定スクロール２および第２固定スクロール３の径を小さくでき、圧縮機をコンパクトにできる。

さらに、旋回スクロール１は第１旋回軸受１２および第２旋回軸受１４の中間に位置する。遠心力およびガス荷重は第１旋回軸受１２および第２旋回軸受１４に均等にかかる。したがって、旋回スクロール１は傾きを生じない。
また、第１旋回軸受１２と第１回転軸受８との距離および第２旋回軸受１４と第２回転軸受１０との距離が近い。第１バランスウェイト２２と第１旋回軸受１２との距離および第２バランスウェイト２３と第２旋回軸受１４との距離も近い。それにより、回転軸６に作用するモーメントが小さく、回転軸６の変形も小さい。
このため、旋回スクロール１は高速で運転されても設定された偏心量で安定して運転される。したがって、圧縮機に発生する振動が小さい。

本実施の形態例では圧縮機を説明した。しかし本発明は真空ポンプ、ブロワ、膨張機などのスクロール流体機械にも適用できる。

１ 旋回スクロール
２ 第１固定スクロール
３ 第２固定スクロール
８ 第１回転軸受
１０ 第２回転軸受
１１ 第１旋回軸受ハウジング
１２ 第１旋回軸受
１３ 第２旋回軸受ハウジング
１４ 第２旋回軸受
２２ 第１バランスウェイト
２３ 第２バランスウェイト

Claims (4)

1. 鏡板の両面に渦巻状のラップを有する旋回スクロールおよび鏡板の片面に渦巻き状のラップを有する一対の固定スクロールを組み合わせて構成されたスクロール流体機械において、
   中空の旋回軸が前記旋回スクロールの中心部に設けられ、前記固定スクロールを貫通し、
   回転軸が前記旋回軸の中空部を貫通して前記固定スクロールの外面側に設置された一対のカバーに回転可能に支持され、
   旋回軸受が前記旋回軸の両端に設けられ、前記回転軸に設けられた偏心部に嵌合し、
   前記旋回スクロールの自転防止機構が前記旋回軸の一端に設けられた
   ことを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記偏心部は前記回転軸の前記旋回軸受に対応する位置にのみ設けられ、
   前記回転軸の前記偏心部間は回転中心軸と同軸に形成された
   ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
3. 前記自転防止機構は、
   片側の前記固定スクロールに連結して設けられた一対の固定側キー溝と、
   前記旋回軸に設けられかつ前記旋回軸受を収容する旋回軸受ハウジングに前記固定側キー溝と直交するように設けられた一対の旋回側キー溝と、
   前記固定側キー溝と嵌合する一対のオルダムキーおよび前記旋回側キー溝と嵌合する一対のオルダムキーを有するオルダムリングとにより構成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のスクロール流体機械。
4. 第１バランスウェイトが前記旋回軸の一端側の前記旋回軸受と前記回転軸を一方の前記カバーに回転可能に支持する回転軸受との間の前記回転軸に取り付けられ、
   第２バランスウェイトが前記旋回軸の他端側の前記旋回軸受と前記回転軸を他方の前記カバーに回転可能に支持する回転軸受の間の前記回転軸に取り付けられた
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール流体機械。

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