JP5443132B2 - スクロール流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、外部動力によって回転する駆動スクロールユニットと、この駆動スクロールユニットの端板間に摺動自在に保持され、前記駆動スクロールユニットとの間に画成された圧縮空間を、駆動スクロールユニットの回転に同期して回転すると共に駆動スクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行う従動スクロールユニットを具備するスクロール流体機械に関する。

特許文献１は、鏡板上に渦巻状のラップが立設されてなる駆動スクロールを有し、且つ各々一対の第１駆動側係合部及び第２駆動側係合部が互いに直交する直径方向にそれぞれ配設され、軸心周りに回転可能に支持された駆動部材と、鏡板上に立設された渦巻状のラップが上記駆動スクロールのラップと互いに噛合するように配設されてなる従動スクロールを有し、且つ各々一対の第１従動側係合部及び第２従動側係合部が互いに直交する直径方向にそれぞれ配設され、上記駆動部材の軸心から偏心した軸心周りに回転可能に支持された従動部材と、上記駆動部材をその軸心周りに回転駆動する駆動手段と、上記駆動部材の第１駆動側係合部に係合してその回転方向での動きが規制されつつ直径方向に往復動可能に案内される一対の第１駆動用係止部と、従動部材の第１従動側係止部に係合してその回転方向での動きが規制され且つ直径方向に往復動可能に案内される一対の第１従動用係止部とを有し、駆動部材がその軸心周りを１回転する間に１回の自転を行いつつ２回の公転を行って駆動部材の回転力を従動部材に伝達する第１継手部材と、上記駆動部材の第２駆動側係合部に係合してその回転方向での動きが規制されつつ直径方向に往復動可能に案内される一対の第２駆動用係止部と、従動部材の第２従動側係合部に係合してその回転方向での動きが規制されつつ直径方向に往復動可能に案内される一対の第２従動側係止部とを有し、駆動部材がその軸心周りに１回転する間に１回の自転を行いつつ上記第１継手部材に対し１８０°の位相差で２回の公転を行って駆動部材の回転力を従動部材に伝達する第２継手部とを備え、上記第１及び第２継手部材は、各々公転時に発生する公転軸心周りの遠心力を互いに相殺するように構成されていること開示する。このように、この特許文献１では、円板状の鏡板の片面に渦巻状のラップが立設されてなる上下２枚の駆動スクロールを有する駆動部材と、円板状の鏡板の両面に渦巻状のラップがそれぞれ立設されてなる１枚の従動スクロールと、従動スクロールを保持して一体回転する従動部材とが開示されている。

特許文献２は、密閉容器内に電動要素とスクロール圧縮要素とを収納し、このスクロール圧縮要素を、前記電動要素に連結された駆動スクロールと、この駆動スクロールと同軸に配置された従動スクロールと、この従動スクロールと前記駆動スクロールとの間に配置され、これら両スクロールに対して偏心して配置された中間スクロールとからなり、これら駆動、従動、中間スクロールを同方向に回転させる回転式流体機械を開示する。

以上のスクロール流体機械に対して、本出願人は、特許文献３において示されるように、外部動力によって回転し、両端板によって挟持されたラップによって螺旋状の空間を画成する駆動スクロールユニットと、駆動スクロールユニットに摺動自在に挟持され、前記螺旋状の空間に配置される螺旋状のラップを有する従動スクロールユニットを有するスクロール流体機械を発明した。

特開平６−３１４３８１号公報 特開平７−２２９４８２号公報 特開２００４−２８６０２５号公報

本出願人による特許文献３で開示されたスクロール流体機械は、従動スクロールユニットが端板を有さないことから、特許文献１又は２に開示されるスクロール流体機械に比べて容量が確保できるという利点を有するので、圧縮比の低い送風機等に使用する場合には送風量を確保できるという利点を有するため、非常に有益であるが、高い圧縮比が要求される場合には、従動スクロールにかかる高い圧力や高速回転の遠心力によって変形が生じる可能性があることがわかった。

このため、この発明は、スクロールの圧縮容量を確保しつつ従動スクロールのラップ強度を高めたスクロール流体機械を提供することにある。

したがって、本願発明は、ハウジングと、ハウジングに回転自在に軸支され、外部動力によって回転する回転軸と同軸で回転する駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットに摺動自在に挟持され、前記駆動スクロールユニットと共に圧縮空間を画成し、前記駆動スクロールユニットによって該駆動スクロールユニットに対して偏心して回転する従動スクロールユニットとを具備し、前記従動スクロールユニットが、前記ハウジングに回転自在に支持される外周環状ブロック部と、該外周環状ブロック部の所定の位置から中心方向に螺旋状に延出すると共に、該外周環状ブロック部に沿った固定ラップ部及び前記外周環状ブロック部から中心方向に向かって延出する延出ラップ部によって構成され、前記外周環状ブロック部内に螺旋状空間を画成する従動側ラップ部を具備すると共に、前記駆動スクロールユニットが、前記回転軸と接続される第１及び第２の端板と、該第１及び第２の端板の間に設けられる駆動側ラップ部とを具備するスクロール流体機械において、前記従動スクロールユニットが、前記延出ラップ部及び前記固定ラップ部の所定の範囲の内側部分において軸方向略中央を径方向に連設して前記延出ラップ部を補強する補強部を具備すること、且つ、前記駆動側ラップ部が、第１の端板から第２の端板側へ突出する第１のラップ部と、第２の端板から第１の端板側へ突出する第２のラップとによって構成され、前記第２のラップ部は、第１の端板と第２の端板との間を橋架して固定する高壁ラップ部と、前記補強部に摺動自在に当接する低壁ラップ部とによって構成され、前記第１のラップ部は、前記第２のラップ部の低壁ラップ部に対応して前記補強部の低壁ラップ部が摺動自在に当接する面と反対側の面に摺動自在に当接することにある。

さらに、前記補強部は、従動側ラップのインボリュート中心よりインボリュート最外周端（φend）から内側に９０°〜１８０°の範囲内にある位置まで設けられ、前記駆動スクロールユニットの駆動側ラップ部の駆動スクロール保持部は、前記補強部の形成位置に対応して設けられることが望ましい。

本願発明によれば、従動スクロールの従動側ラップの延出部を保持する補強部を設けたことによって、従動ラップのラップ強度を向上させることができるため、内部発生圧力や遠心力での変形を防止できるという効果を奏する。また、これによって、高い圧縮比が要求されるものについても利用することができるようになるものである。

本願発明に係るスクロール流体機械の概略構成図である。 本願発明に係る従動スクロールユニットの概略構成図である。 本願発明に係る駆動スクロールユニットの概略構成図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例に係るスクロール流体機械１は、たとえば図１に示すように、圧縮部２と、この圧縮部２を駆動するための駆動部３とによって構成される。駆動部３は、通常電動モータである。

前記圧縮部２は、前記電動モータ３が装着され、吸入口４と吐出口５が形成されるハウジング６と、このハウジング６内に回転自在に収容される駆動スクロールユニット７と、この駆動スクロールユニット７に対して偏心して回転する従動スクロールユニット８とによって構成される。

前記従動スクロールユニット８は、従動スクロール部１０と、この従動スクロール部１０をハウジング６に対して回転自在に支持する従動スクロール保持部９とによって少なくとも構成される。従動スクロール部１０は、図２で示すように、前記ハウジング６に従動スクロール保持部９を介して回転自在に支持される外周環状ブロック部１１と、この外周環状ブロック部１１内に螺旋状空間１２を画成する従動側ラップ部１３とを具備する。また、従動側ラップ部１３は、前記外周環状ブロック部１１に沿った固定ラップ部１４と、外周環状ブロック部１１から中心部に向かって螺旋状に延出する延出ラップ部１５とによって構成される。この従動側ラップ部１３はインボリュート中心端１６と最外周側となるインボリュート最外周端（φend）１７の間で螺旋状を形成する。

また、前記従動ラップ部１３のインボリュート最外周端（φend）から−π/２のところからインボリュート中心端１６の位置まで、従動ラップ部１３の径方向内側を軸方向中心において一体に接続する補強部１８が設けられる。これによって、延出ラップ部１５が補強される。尚、補強部１８には、前記従動スクロール部１０の略中央に位置する部分に、開口部１９が形成されるものである。さらにまた、前記螺旋状空間１２は、補強部１８のない第１の螺旋空間１２ａと、補強部１８によって分割される第２の螺旋状空間１２ｂ及び第３の螺旋状空間１２ｃとによって構成され、前記第２及び第３の螺旋状空間１２ｂ，１２ｃは前記開口部１９を介して従動スクロール部１０の中央で連通されるものである。

前記駆動スクロールユニット７は、図３に示されるように、電動モータ３の駆動軸３０と接続され、前記ハウジング６に回転自在に軸支される第１の回転軸３１と一体に形成される第１の端板７１と、前記ハウジング６に回転自在に軸支される第２の回転軸３２と一体に形成される第２の端板７２と、前記第１の端板７１及び前記第２の端板７２の間に配される駆動側ラップ部７０とを具備する。

前記駆動側ラップ部７０は、第２の端板７２から第１の端板７１側へ突出する第２のラップ部７３と、第１の端板７１から第２の端板７２側へ突出した第１のラップ部７６とによって構成され、中央端から外周端に向かって螺旋状に形成され、前記従動スクロール部１０の従動側ラップ部１３と共に圧縮空間４１，４２，４３を画成するものである。

前記第２のラップ部７３は、前記従動スクロール部１０の第１の螺旋状空間１２ａを軸方向に貫通して第１の端板７１に形成された溝部７７に嵌入され、前記第１の端板７１と前記第２の端板７２との間を橋架して固定すると共に前記第１の螺旋状空間１２ａにおいて第１の圧縮空間４１を画成する高壁ラップ部７４と、前記補強部１８によって画成された第２の螺旋状空間１２ｂに突出すると共に前記補強部１８に摺動自在に当接して第２の圧縮空間４２を画成する低壁ラップ部７５とによって構成される。

さらに、前記第１の端板７１に形成された第１のラップ部７６は、前記第２のラップ部７３の低壁ラップ部７５に対応するもので、前記第１の端板７１から前記補強部１８によって画成された第３の螺旋状空間１２ｃに突出すると共に前記補強部１８に摺動自在に当接して第３の圧縮空間４３を画成するものである。

以上の構成により、電動モータ３が駆動すると、駆動スクロールユニット７が従動スクロールユニット８を伴って回転運動を行う。従動スクロールユニット８と駆動スクロールユニット７の間には、従動スクロールユニット８を駆動スクロールユニット７に対して相対的に揺動運動させるためのオルダム機構２０が設けられていることから、駆動スクロールユニット７と従動スクロールユニット８によって画成された圧縮空間４１，４２，４３は外周方向から中心方向に向かってその容積を縮小していくものである。これによって、ハウジング６に形成された吸入口４から、駆動軸空間５０及び貫通口５１を介して吸入空間５２に吸引された流体（空気等の気体若しくは水、油等の液体）が、圧縮空間４１，４２，４３の外周側開口部４４から吸引された圧縮され、第２の回転軸３２に形成された吐出孔４５を介して吐出口５から吐出されるものである。

この場合、従動スクロール部１０の延出ラップ部１５が補強部１８によって補強されていることから、電動モータ３の回転速度を上昇させても変形する恐れがないため、吐出量を増大させることができると共に、圧縮比を増大させることも可能となるものである。

また、前記補強部１８は、上述したように、インボリュート最外周端（φend）から−π/２のところからインボリュート中心端１６の位置まで設けることが最も好ましいが、インボリュート中心端１６より最外周端（φend）１７から内側に最大πの位置（φend−π）まで設けるものであってもよいものである。また、補強部１８の端部１８ａは、前記高壁ラップ部７４の端部７４ａとの隙間が最小となるように円弧状に形成されるものである。

また、前記高壁ラップ部７４の螺旋方向長さは、前記第１の螺旋状空間１２ａの螺旋方向長さに対応して形成されるものである。このため、前記補強部１８の螺旋方向長さを上述した範囲に限定することによって、この高壁ラップ部７４の螺旋方向長さを確保できるため、駆動スクロールユニット７を軸方向にしっかりと安定して固定することができるものである。

１ スクロール流体機械
２ 圧縮部
３ 駆動部
６ ハウジング
７ 駆動スクロールユニット
８ 従動スクロールユニット
１０ 従動スクロール部
１１ 外周環状ブロック部
１２ 螺旋状空間
１２ａ 第１の螺旋状空間
１２ｂ 第２の螺旋状空間
１２ｃ 第３の螺旋状空間
１３ 従動側ラップ部
１４ 固定ラップ部
１５ 延出ラップ部
１８ 補強部
３１ 第１の回転軸
３２ 第２の回転軸
７１ 第１の端板
７２ 第２の端板
７３ 第２のラップ部
７４ 高壁ラップ部
７５ 低壁ラップ部
７６ 第１のラップ部

Claims (2)

1. ハウジングと、ハウジングに回転自在に軸支され、外部動力によって回転する回転軸と同軸で回転する駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットに摺動自在に挟持され、前記駆動スクロールユニットと共に圧縮空間を画成し、前記駆動スクロールユニットによって該駆動スクロールユニットに対して偏心して回転する従動スクロールユニットとを具備し、前記従動スクロールユニットが、前記ハウジングに回転自在に支持される外周環状ブロック部と、該外周環状ブロック部の所定の位置から中心方向に螺旋状に延出すると共に、該外周環状ブロック部に沿った固定ラップ部及び前記外周環状ブロック部から中心方向に向かって延出する延出ラップ部によって構成され、前記外周環状ブロック部内に螺旋状空間を画成する従動側ラップ部を具備すると共に、前記駆動スクロールユニットが、前記回転軸と接続される第１及び第２の端板と、該第１及び第２の端板の間に設けられる駆動側ラップ部とを具備するスクロール流体機械において、
   前記従動スクロールユニットが、前記延出ラップ部及び前記固定ラップ部の所定の範囲の内側部分において軸方向略中央を径方向に連設して前記延出ラップ部を補強する補強部を具備すること、且つ、
   前記駆動側ラップ部が、第１の端板から第２の端板側へ突出する第１のラップ部と、第２の端板から第１の端板側へ突出する第２のラップとによって構成され、前記第２のラップ部は、第１の端板と第２の端板との間を橋架して固定する高壁ラップ部と、前記補強部に摺動自在に当接する低壁ラップ部とによって構成され、前記第１のラップ部は、前記第２のラップ部の低壁ラップ部に対応して前記補強部の低壁ラップ部が摺動自在に当接する面と反対側の面に摺動自在に当接することを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記補強部は、従動側ラップのインボリュート中心よりインボリュート最外周端から内側に９０°〜１８０°の範囲内にある位置まで設けられ、前記駆動スクロールユニットの駆動側ラップ部の駆動スクロール保持部は、前記補強部の形成位置に対応して設けられることを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。

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