JP5114639B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、偏心旋回駆動装置を用いたスクロール流体機械に関し、特に気密性に優れ、かつ小型のスクロール流体機械に関する。

スクロール流体機械は、固定スクロールと、駆動装置の軸に固定された可動スクロールとを有し、固定スクロールと可動スクロールを噛合させてガス圧縮室を形成するとともに、可動スクロールを自転させずに旋回運動させることで、吸入管から流入した気体を圧縮させて吐出管から吐出する。

スクロール流体機械に用いる駆動装置として、旋回軸を有する偏心旋回駆動装置が提案されている。特許文献１（特開2006-22775号公報）が開示するスクロール流体機械100は、図８に示すように、ケーシング10，20と、ケーシング20に固定された固定スクロール９と、ケーシング10に固定されたステータ２と、ケーシング10に固定された軸受部３によりケーシング10に回転可能に支持された回転軸４と、回転軸４に固定されたロータ５と、回転軸４に偏心して回転可能に支持された旋回軸６と、旋回軸６の一方の端部に筒状体７を介して取り付けられ、固定スクロール９と噛合する旋回スクロール８と、旋回軸６の偏心旋回を許容しかつ上記旋回軸の自転を防止する自転防止手段（図示せず）とを設けている。

ガス圧縮効率を高めるために、固定スクロールと可動スクロールとを有するガス圧縮室には、吸入管及び吐出管以外の部分から空気等の気体の流出入がないのが望ましい。そのため、駆動装置を含むスクロール流体機械全体をケーシングで覆うことにより、その内部全体の吸引圧力を調整する手段が用いられている。しかしながら、かかる手段を用いるとスクロール流体機械が大型化するのに加えて、駆動装置の駆動熱が蓄積するという問題がある。

従って、スクロール流体機械全体の吸引圧力を調整してガス圧縮室への気体の流出入を阻止するのではなく、気体の流出入を阻止したいガス圧縮室のみを封止するのが好ましい。例えば、駆動装置の回転軸とケーシングとの間をシールリング等で覆うことが考えられる。しかしながら、偏心旋回駆動装置を用いたスクロール流体機械では、旋回軸は旋回するため、旋回軸の側面をシールリングする方法ではガス圧縮室を封止することができない。

そこで、図９に示すように、旋回スクロール８の縁部に封止材30を設け、旋回スクロール８と固定スクロール９とが噛合する部分を封止することが考えられる。しかしながら、旋回スクロールに稼働時での遠心力がかかるため旋回スクロールの縁部に軸方向の揺れが起こり、旋回スクロール８と封止材30との間に隙間が生じるため、十分な気密性を保てない。さらに、封止材30は旋回スクロール８に接しているため、スクロール流体機械の駆動熱を受けやすく、耐久性が悪いという問題もある。

特開2006-22775号公報

本発明の目的は、気密性に優れ、かつ小型化が可能なスクロール流体機械を提供することである。

上記課題に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、偏心旋回駆動装置を有するスクロール流体機械において、旋回軸に垂設した旋回板と開口部を残しつつ圧縮室を形成する封止板に載置されたシールとにより圧縮室の開口部を封止する、又は旋回軸に垂設した旋回板と開口部を残しつつ圧縮室を形成する封止板に設けられた封止室に載置されたシールとにより圧縮室の開口部を封止することにより、圧縮室の気密性が高められ、もってガス圧縮性能に優れ、かつ小型化が可能なスクロール流体機械が得られることを発見し、本発明に想到した。

即ち、本発明は以下の特徴を有している。

(1) ステータと、前記ステータを固定する第一のケーシングと、前記第一のケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の一端に固定された旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合する固定スクロールを有する第二のケーシングと、前記第二のケーシングに取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部を残しつつ第二のケーシングとともに圧縮室を形成する封止部とを具備し、前記旋回軸には旋回板が垂設されており、前記封止部に載置されたシールと前記旋回板とにより前記開口部を封止することを特徴とするスクロール流体機械。
(2) 上記(1) に記載のスクロール流体機械において、前記シールが前記封止部に２以上設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
(3) ステータと、前記ステータを固定する第一のケーシングと、前記第一のケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の一端に固定された旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合する固定スクロールを有する第二のケーシングと、前記第二のケーシングに取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部を残しつつ第二のケーシングとともに圧縮室を形成する封止部とを具備し、前記旋回軸には旋回板が垂設されており、前記封止部は前記旋回板を旋回可能に内包する封止室を有し、前記封止室の両面に載置されたシールと前記旋回板とにより前記開口部を封止することを特徴とするスクロール流体機械。
(4) 上記(3) に記載のスクロール流体機械において、前記シールが前記封止室の両面にそれぞれ２以上設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
(5) 上記(1)〜(4) のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記シールは円環状であり、かつスプリングを内包していることを特徴とするスクロール流体機械。

本発明のスクロール流体機械は、偏心旋回駆動装置を具備し、旋回軸に垂設した旋回板と開口部を残しつつ圧縮室を形成する封止板に載置されたシールとにより圧縮室の開口部を封止する、又は旋回軸に垂設した旋回板と開口部を残しつつ圧縮室を形成する封止板に設けられた封止室に載置されたシールとにより圧縮室の開口部を封止することにより、圧縮室の気密性が高められ、もってガス圧縮性能に優れ、かつ小型化が可能なスクロール流体機械が得られる。

また旋回板を旋回スクロールから離れて設置するため、スクロール流体機械の駆動時に旋回スクロールからの駆動熱を受けにくいので封止部の温度が低く、シールの耐久性にも優れている。

上記旋回板の両面をシールを介して封止する、又は２重のシールを介して封止することにより、シール性に優れ、開口部をバランス良く封止することができる。

[1] スクロール流体機械
(1-1) スクロール流体機械の構成
本発明の一実施例であるスクロール流体機械1aの構成を図１及び図２を参照して以下説明する。スクロール流体機械1aは、ステータ２と、ステータ２を固定する第一のケーシング10と、第一のケーシング10に固定された軸受部３により回転可能に支持された回転軸４と、回転軸４に固定されたロータ５と、回転軸４に軸受14、15を介して回転可能に支持された旋回軸６と、旋回軸６の一方端部に筒状体７を介して取り付けられた旋回スクロール８と、旋回軸６の他端端部に取り付けられた自転防止機構（図示せず）と、旋回スクロール８と噛合する固定スクロール９を有する第二のケーシング20と、第二のケーシング20に取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部24aを有する封止部20aとを有する。第二のケーシング20と封止部20aとにより、流体の吸入、圧縮及び吐出を行う圧縮室24が形成されている。旋回軸６には、図２に示すように、旋回板11が垂設されている。封止部20aの旋回板11側の面には円環状の溝22が設けられており、円環状の溝22には円環状のシール12が載置されている。円環状のシール12と旋回板11により圧縮室24の開口部24aが封止されている。

ステータ２、回転軸４及びロータ５によりモータが構成されており、第一のケーシング10、モータ、回転軸４、旋回軸６、自転防止手段により偏心旋回駆動装置が構成されている。固定スクロール９、旋回スクロール８等により偏心旋回駆動装置により駆動されるスクロール流体機械が構成されている。ステータ２の巻線に通電すると、ロータ５及び回転軸４が回転し、旋回軸６は回転軸４の中心線を中心として偏心旋回するが、自転防止機構が設けられているため旋回軸６は自転しない。このため、旋回スクロール８が固定スクロール９に対して回転せず、旋回スクロール８と固定スクロール９との間に形成された空間を徐々に縮小するように偏心旋回する。それにより、空気等の被圧縮ガスが第二のケーシング20の側面に設けられた吸入管25から吸引され、圧縮室24の旋回スクロール８と固定スクロール９とが噛合する領域内で圧縮されて第二のケーシング20の中央部に設けられた吐出管26から吐出される。自転防止機構については、特開2006-22775号公報に開示されているため、説明を省略する。

旋回板11と封止部20aの溝22に載置された円環状のシール12とにより圧縮室24の開口部24aを封止することにより、圧縮室24への空気等の気体の流入を抑えることができる。そのため、圧縮室24において被圧縮ガスを有効に吸入、圧縮及び吐出を行うことができる。また旋回板11を旋回スクロール８から離れて旋回軸６に垂設されているため、スクロール流体機械1aの駆動時に旋回スクロールからの駆動熱を受けにくい。そのため、旋回板11、封止部20a及びシール12の温度を低く保つことができ、シール12の優れた耐久性が得られる。

円環状のシール12，13は、図３に示すように、断面が円状のスプリングを内蔵している。シール12，13の表面は摺動性に優れ、かつ耐摩耗性を有するのが好ましい。シール12，13はスプリングにより弾力性を有し、かつ摺動面は低摩擦であるため、摺動する旋回板11と封止部20aとの間を適切に封止することができる。シール12，13は、耐摩耗性及び摺動性に優れているものであれば特に限定されず、図４に示すように、断面がコ状のスプリングを内蔵した円環状のシールでも良い。

本発明の別の実施例であるスクロール流体機械1bを図５に示す。図５に示すスクロール流体機械1bは、封止部20aの旋回板11側の面に２重の円環状の溝22a，22bが形成されており、それぞれに円環状のシール12a，12bが設置されている以外は、図１に示すスクロール流体機械1aと同じである。円環状のシールを２重に設けることで、シール性に優れ、かつ開口部24aをバランス良く封止することができる。

本発明のさらに別の実施例であるスクロール流体機械1cを図６に示す。スクロール流体機械1aは、ステータ２と、ステータ２を固定する第一のケーシング10と、第一のケーシング10に固定された軸受部３により回転可能に支持された回転軸４と、回転軸４に固定されたロータ５と、回転軸４に軸受14、15を介して回転可能に支持された旋回軸６と、旋回軸６の一方端部に筒状体７を介して取り付けられた旋回スクロール８と、旋回軸６の他端端部に取り付けられた自転防止機構（図示せず）と、旋回スクロール８と噛合する固定スクロール９を有する第二のケーシング20と、第二のケーシング20に取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部24aを有する封止部21とを有する。第二のケーシング20と封止部21とにより、流体の吸入、圧縮及び吐出を行う圧縮室24が形成されている。旋回軸６には、図２に示すように、旋回板11が垂設されている。封止部21は、旋回板11を旋回自在に内包する封止室21aを有する。封止室21aの両面にはそれぞれ円環状の溝22，23が設けられており、円環状の溝22，23には円環状のシール12，13が載置されている。円環状のシール12，13と旋回板11により圧縮室24の開口部24aが封止されている。

旋回板11と封止室21aの溝22，23に載置された円環状のシール12，13とにより圧縮室24の開口部24aを封止することにより、圧縮室24への空気等の気体の流入を抑えることができる。そのため、圧縮室24において被圧縮ガスを有効に圧縮することができる。旋回板11は２つの円環状のシール12，13と両面で接しているため、２カ所で圧縮室24への空気の流入を抑えることができる。また、旋回軸６の軸方向にぶれに伴う旋回板11の軸方向の移動により、旋回板11の一方の面とシール12，13のいずれかとの間に隙間が生じた場合であっても、旋回板11の他方の面とシール12，13のいずれかとの間は封止される。そのため、シール性に優れ、開口部24aをバランス良く封止することができ、圧縮室24への空気の流入を十分に抑えることができる。

本発明のさらに別の実施例であるスクロール流体機械1dを図７に示す。図５に示すスクロール流体機械1bは、封止室21aの両面にそれぞれ２重の円環状の溝22a，22b，23a，23bが形成されており、それぞれに２つずつの円環状のシール12a，12b及び13a，13bが設置されている以外は、図１に示すスクロール流体機械1aと同じである。円環状のシールを２重に設けることで、シール性をさらに高めるとともに、開口部24aをバランス良く封止することができる。

本発明のスクロール流体機械は、例えば、真空ポンプ等のポンプ、空気圧縮機、冷媒ガス圧縮機、酸素吸入機用圧縮機等として用いることができる。本発明のスクロール流体機械は、本発明の思想を逸脱しない限りは、上記の実施例に限らず、用途に応じて種々の形態を取ることができる。

本発明の一実施例であるスクロール流体機械を示す断面図である。 旋回軸の一例を示す斜視図である。 シールの一例を示す斜視図である。 図３(a) のシールを示す断面図である。 シールの別の例を示す断面図である。 本発明の別の実施例であるスクロール流体機械を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施例であるスクロール流体機械を示す断面図である。 本発明のさらに別の実施例であるスクロール流体機械を示す断面図である。 従来のスクロール流体機械を示す断面図である。 従来のスクロール流体機械を示す部分断面図である。

符号の説明

1a，1b，1c，1d・・・スクロール流体機械
２・・・ステータ
３・・・軸受部
４・・・回転軸
５・・・ロータ
６・・・旋回軸
７・・・筒状体
８・・・旋回スクロール
９・・・固定スクロール
10・・・第一のケーシング
11・・・旋回板
12，13・・・シール
14，15・・・軸受
20・・・第二のケーシング
20a，21・・・封止部
21a・・・封止室
22，22a，22b，23，23a，23b・・・溝
24・・・圧縮室
24a・・・開口部
25・・・吸入管
26・・・吐出管

Claims (5)

1. ステータと、前記ステータを固定する第一のケーシングと、前記第一のケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の一端に固定された旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合する固定スクロールを有する第二のケーシングと、前記第二のケーシングに取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部を残しつつ第二のケーシングとともに圧縮室を形成する封止部とを具備し、前記旋回軸には旋回板が垂設されており、前記封止部に載置されたシールと前記旋回板とにより前記開口部を封止することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 請求項１に記載のスクロール流体機械において、前記シールが前記封止部に２以上設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
3. ステータと、前記ステータを固定する第一のケーシングと、前記第一のケーシングに回転可能に支持された回転軸と、前記回転軸に固定されたロータと、前記回転軸に偏心して回転可能に支持された旋回軸と、前記旋回軸の自転を防止する自転防止手段と、前記旋回軸の一端に固定された旋回スクロールと、前記旋回スクロールと噛合する固定スクロールを有する第二のケーシングと、前記第二のケーシングに取り付けられ、前記旋回軸が旋回可能な開口部を残しつつ第二のケーシングとともに圧縮室を形成する封止部とを具備し、前記旋回軸には旋回板が垂設されており、前記封止部は前記旋回板を旋回可能に内包する封止室を有し、前記封止室の両面に載置されたシールと前記旋回板とにより前記開口部を封止することを特徴とするスクロール流体機械。
4. 請求項３に記載のスクロール流体機械において、前記シールが前記封止室の両面にそれぞれ２以上設けられていることを特徴とするスクロール流体機械。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のスクロール流体機械において、前記シールは円環状であり、かつスプリングを内包していることを特徴とするスクロール流体機械。

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