JP5986940B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。
本発明の背景技術として、特許文献１には、旋回スクロールが静止スクロールに対して自転するのを防止するクランク型自転防止機構を旋回スクロールの鏡板に設け、クランク型自転防止機構と鏡板との間の隙間に弾性体を設けたスクロール流体機械が記載されている。
また、特許文献２には、旋回スクロールの鏡板の背面側に設けられた支持プレートの旋回側軸受を保持する軸受ハウジングにラジアル方向に弾性変形可能なステーを設けたスクロール式流体機械が記載されている。
また、特許文献３には、旋回スクロールの鏡板に対峙して連結板を設け、連結板に冷却風の流路となる通口を設けたオイルフリースクロール流体機械が記載されている。
特開昭６２−０７８４９４号公報 特開平０９−２２８９６６号公報 特開２００３−６５２６７号公報
スクロール式流体機械には、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構が旋回スクロールとケーシングとの間に設けられている。圧縮熱によって旋回スクロールは大きく熱膨張する一方で、ケーシングは旋回スクロールほど大きくは熱膨張しない。そのため、両者の熱膨張差によって自転防止機構には過度な負荷がかかっていた。
特許文献１に記載されたスクロール流体機械は、旋回スクロールの鏡板にクランク型自転防止機構が直接取り付けられている。そのため、旋回スクロールとケーシングとの熱膨張差が大きく、クランク型自転防止機構と鏡板との間の隙間に弾性体を設けただけでは、自転防止機構の負荷を低減させるには不十分であった。
特許文献２に記載されたスクロール式流体機械は、自転防止機構（補助クランク）が旋回スクロールの鏡板に直接設けられてはおらず、旋回スクロールから離間した支持プレートに設けられている。このため、支持プレートは、旋回スクロールよりは熱膨張しにくいため、特許文献１に比較して、自転防止機構（補助クランク）にかかる負荷は低減されている。しかし、それでも支持プレートとケーシングとの間の熱膨張差は十分に小さくなく、自転防止機構（補助クランク）に負荷をさらに低減させる必要があった。
特許文献２の構造では、ステーと支持プレートとが接触しているため、接触面の摩擦抵抗によって支持プレートとケーシングとの熱膨張差を十分に吸収することができなかった。また、支持プレートの中心（駆動軸がある部分）と自転防止機構（補助クランク）との間は径方向につながっており、支持プレートとケーシングとの間に熱膨張差が生じた場合に支持プレートが旋回スクロールとケーシングとの熱膨張差を十分に吸収することができなかった。そのため、自転防止機構の負荷を低減させることができなかった。
特許文献３に記載されたオイルフリースクロール流体機械も特許文献２と同様に旋回スクロールから離間した連結板とケーシングとの間に設けられている。しかし、連結板に通口が設けられているものの、連結板の中心（駆動軸がある部分）と自転防止機構との間は径方向につながっている。そのため、連結板とケーシングとの間に熱膨張差が生じた場合に連結板の自転防止機構がある部分が中心側に弾性変形できずに自転防止機構の負荷を低減させることができなかった。
上記問題点に鑑み、本発明は、自転防止機構にかかる負荷を低減させることにより、寿命向上を可能にしたスクロール式流体機械を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、固定スクロールと前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、前記旋回クロールを旋回運動させる駆動軸と、前記旋回スクロールから離間して設けられ、前記駆動軸に接続されたボス板部と、前記ボス板部と前記ケーシングとの間に設けられた複数の自転防止機構とを備え、前記ボス板部は自転防止機構に接続される複数の自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸に接続される駆動軸側ボス板部とを有し、前記自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸側ボス板部との間に空間部を設け、複数の前記自転防止機構側ボス板部の間を支持部により接続し、前記支持部と前記駆動軸側ボス板部とを接続することを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。
本発明によれば、自転防止機構にかかる負荷を低減させることにより、寿命向上を可能にしたスクロール式流体機械を提供することができる。
本発明の実施例によるオイルフリースクロール圧縮機の縦断面図である。 従来構造の旋回スクロールの構成図である。 本発明の実施例による旋回スクロールの構成図である。 本発明の実施例による旋回スクロールとボス板部の分解斜視図である。 本発明の実施例による旋回スクロールの拡大図である。 本発明の実施例によるオイルフリースクロール圧縮機の横断面図である。
本発明のスクロール式流体機械の実施例としてのスクロール式圧縮機を図１から図５に基づき説明する。
図１は本実施例におけるスクロール式圧縮機の縦断面図である。
圧縮機本体１は、スクロール式の空気圧縮機が用いられ、後述のケーシング２、固定スクロール３、旋回スクロール４、駆動軸１０、クランク部１１および自転防止機構１７等より構成されている。
ケーシング２は圧縮機本体１の外殻を構成し、図１に示す如く軸方向の一側が閉塞され、軸方向の他側が開口した有底筒状体として形成されている。即ち、ケーシング２は、軸方向の他側（後述の固定スクロール３側）が開口した筒部２Ａと、該筒部２Ａの軸方向一側に一体形成され径方向内向きに延びた環状の底部２Ｂと、該底部２Ｂの内周側から軸方向の両側に向けて突出した筒状の電動モータ５の取付部２Ｃとから大略構成されている。
また、ケーシング２の筒部２Ａ内には、後述の旋回スクロール４、クランク部１１および自転防止機構１７等が収容されている。
一のスクロール部材としての固定スクロール３は、ケーシング２（筒部２Ａ）の開口端側に固定して設けられている。固定スクロール３は、円板状に形成された鏡板３Ａと、該鏡板３Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部３Ｂと、該ラップ部３Ｂを径方向外側から取囲むように鏡板３Ａの外周側に設けられ、複数のボルト（図示せず）等によりケーシング２（筒部２Ａ）の開口端側に固定された筒状の支持部３Ｃと、鏡板３Ａを挟んでラップ部３Ｂの反対側に配置された冷却フィン３Ｄにより大略構成されている。
他のスクロール部材を構成する旋回スクロール４は、固定スクロール３と軸方向で対向してケーシング２内に旋回可能に設けられている。そして、旋回スクロール４は、図１に示すように円板状の鏡板４Ａと、該鏡板４Ａの表面に立設されたラップ部４Ｂと、ラップ部４Ｂと反対側に立設された複数の冷却フィン４Ｃと、鏡板４Ａの背面（ラップ部４Ｂと反対側の面）側に突設され、後述のクランク部１１に旋回軸受１３を介して取付けられる筒状のボス板部６とにより大略構成されている。
圧縮機後方に設けられた電動モータ５は、2つの軸受５Ａ、５Ｂによって回転自由に支持された駆動軸１０を回転させる。
旋回スクロール４のボス板部６は、旋回スクロール４から離間して旋回スクロール４とクランク部１１との間に設けられている。ボス板部６の中心は固定スクロール３の中心に対して予め決められた所定の寸法（旋回半径）分だけ径方向に偏心して配置されている。
固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール４のラップ部４Ｂとの間に重なり合うように画成された複数の圧縮室７は、これらのラップ部３Ｂ、４Ｂ間に鏡板３Ａ、４Ａに挟まれてそれぞれ形成される。
固定スクロール３の外周側に設けられた吸入口８は、例えば吸気フィルタ８Ａ等を介して外部から空気を吸込むものである。吸入口８によって吸込まれた空気は各圧縮室７内で旋回スクロール４の旋回動作に伴って連続的に圧縮される。
固定スクロール３の中心側に設けられた吐出口９は、前記複数の圧縮室７のうち、最内径側の圧縮室７から圧縮空気を後述の貯留タンク（図示せず）側に向けて吐出するものである。
電動モータ５の軸受５Ａ、５Ｂを介して回転可能に設けられた駆動軸１０は、ケーシング２に着脱可能に連結された電動モータ５よって回転駆動される。また、駆動軸１０の先端側（軸方向の他側）には、旋回スクロール４のボス部４Ｃが後述のクランク部１１と旋回軸受１３とを介して旋回可能に連結されている。駆動軸１０には、旋回スクロール４の旋回動作を安定させるためにバランスウェイト１２が設けられ、圧縮機運転時に駆動軸１０と一体で回転する。
駆動軸１０の先端側に一体化して設けられた駆動軸１０のクランク部１１は、旋回スクロール４のボス部板部６に，軸受けボス６Ａに収容された旋回軸受１３を介して連結されている。そして、クランク部１１は駆動軸１０と一体に回転する。このときの回転は旋回軸受１３を介して旋回スクロール４の旋回動作に変換されるものである。
旋回スクロール４は、電動モータ５に駆動軸１０とクランク部１１とを介して駆動され、後述の自転防止機構１７によって自転を規制された状態で固定スクロール３に対し旋回運動を行う。
これにより、複数の圧縮室７のうち外径側の圧縮室７は、固定スクロール３の吸入口８から空気を吸込み、この空気は各圧縮室７内で連続的に圧縮される。そして、内径側の圧縮室７は、鏡板３Ａの中心側に位置する吐出口９から圧縮空気を外部に向けて吐出する。
旋回スクロール４のボス板部６とクランク部１１との間に配設された旋回軸受１３は、旋回スクロール４のボス部４Ｃをクランク部１１に対して旋回可能に支持する。旋回軸受１３は、旋回スクロール４が駆動軸１０の軸線に対し所定の旋回半径をもって旋回動作するのを補償するものである。
ボス板部６の外径側には、ケーシング２の底部２Ｂとの間に自転防止機構１７（図１中に１個のみ図示）が旋回スクロール４の周方向に所定の間隔をもって配設されている。自転防止機構１７は、旋回スクロール４の自転を防止すると共に、旋回スクロール４からのスラスト荷重をケーシング２の底部２Ｂ側で受承させるものである。自転防止機構１７は、例えば補助クランク１９、ケーシング２側と旋回スクロール４側それぞれの補助クランク軸受２０、２１により構成されている。そして、補助クランク軸受２０、２１はケーシング２、ボス板部６にそれぞれに設けられた軸受ボス２Ｄ、６Ｂに収容されている。
駆動軸１０後端に取り付けられた冷却ファン２２は、駆動軸１０と共に回転することで冷却風を発生させる。冷却風は導風ダクト２３によって固定スクロール３、旋回スクロール４それぞれの冷却フィン３Ｄ、４Ｃに導かれてフィン間と、ボス板部６のケーシング２側を通過し、圧縮熱によって高温となる各部を冷却する。
図２に従来構造の旋回スクロール４、ボス板部６を示す。圧縮運転時において旋回スクロール４は，圧縮室７で発生する熱により、ケーシング２よりも大きく熱膨張する。これにより旋回スクロール４のボス板部６に複数設けた軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，ケーシング２に複数設けられた軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離とに寸法差が発生する。さらに、ボス板部６と、旋回スクロール４の冷却フィン４Ｃの先端のほとんどの部分が接しており、また複数の締結ボルト６Ｄによって強固に固着されている。このため圧縮室７で発生する熱が、旋回スクロール４からボス板部６へ伝達しやすく、ボス板部６全体が大きく熱膨張する。また補助クランク軸受２１の軸受ボス６Ｂ近傍に締結ボルト６Ｄがあるため、旋回スクロール４の鏡板４Ａが変形すると、ボス板部６も一体的に変形してしまうことから，前述の軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差はさらに大きくなる。さらに冷却風下流側の軸受ボスは冷却風が当りにくく、温度がさらに上昇して軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差を発生させる。以上より，軸受ボス２Ｄと軸受ボス６Ｂとの間にある自転防止機構１７、補助クランク軸受２０、２１に過大な負荷がかかる構造となっている。
図３に本実施例における旋回スクロール４を示し、図４に本実施例における旋回スクロール４とボス板部６の分解斜視図を示す。本実施例は、ボス板部６の軸受ボス部６Ａがある駆動軸側ボス板部６Ｆと，複数の軸受ボス部６Ｂがある自転防止機構側ボス板部６Ｅとの間に空間部２４を設け，自転防止機構側ボス板部６Ｅと駆動軸側ボス板部６Ｆとの間は径方向には接続しない構造とした。ボス板部６の複数の自転防止機構側ボス板部６Ｅは，それぞれの自転防止機構側ボス板部６Ｅを円環状に繋ぐ支持部２４Ａを介して駆動軸側ボス板部６Ｆと接続される。圧縮運転により旋回スクロール４の鏡板４Ａが熱膨張によって変形したとき，支持部２４Ａが弾性変形することで自転防止機構側ボス板部６Ｅの変形を吸収して，軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差の発生を抑制することが可能となる。同様にボス板部６自身の熱膨張による軸受ボス６Ｂ、自転防止機構側ボス板部６Ｅの変形を，支持部２４Ａが弾性変形することで吸収し，軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差の発生を抑制することが可能となる。
本実施例では、ボス板部６（駆動軸側ボス板部６Ｆ）の中心部と自転防止機構側ボス板部６Ｅとを結ぶ直線上に空間部２４が形成されている。そのため、圧縮室７で発生する熱の影響により、ボス板部６がケーシング２に対して大きく熱膨張したとしても、自転防止機構側ボス板部６Ｅが駆動軸側ボス板部６Ｆに対して相対的に径方向内側に移動する。これにより、軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差が小さくなり、自転防止機構１７、補助クランク軸受２０、２１への過大な負荷を軽減することができる。
支持部２４Ａの断面は、図５に示すように半径方向の幅より駆動軸１０と平行な軸方向の幅を長く構成し、スラスト方向ガス力を伝達する軸方向の剛性を確保しながら、径方向への弾性変形を容易にする構成となっている。
ここで、図６を用いて、本実施例におけるスクロール式圧縮機の冷却について説明する。冷却ファン２２で発生した冷却風は、導風ダクト２３によりケーシング２と固定スクロール３の側面まで導かれ、ケーシング２の冷却風入口開口部Ｘから流入する旋回スクロール側冷却風と、固定スクロール３の側面から流入する固定スクロール側冷却風とに大別される。
固定スクロール側冷却風は、冷却フィン３Ｄ間を通過しながら固定スクロール３を冷却しながら、圧縮機本体の外部へ排出される。
旋回スクロール側の冷却風は、鏡板４Ａとボス板部６との間に設けられ、冷却風の流れる方向と平行に設けられた複数の冷却フィン４Ｃの間を通り旋回スクロール４を冷却する『フィン間流れ』と、ケーシング２とボス板部６との間を通りボス板部６を冷却する『ボス板流れ』に大別される。
ここで空間部２４が冷却風が流通する通風孔となり、旋回スクロール側の冷却風の『フィン間流れ』と『ボス板流れ』が交差する。これにより、図４で示した軸受ボス部６Ａと軸受ボス部６Ｂへ効果的に冷却風を導入できることから、ボス板部６全体の温度が低減でき、ボス板部６の熱膨張自体を小さくできる。
さらに、本実施例では、旋回スクロール４の冷却フィン４Ｃとボス板部６とを離間させた。これにより、圧縮室７からボス板部６への熱伝導を抑制し、ボス板部６の熱膨張をさらに小さくすることができる。
また、本実施例では、図３、４に示すとおり、旋回スクロール４とボス板部６の接触部を、旋回スクロール４とボス板部６を締結する締結ボルト６Ｄ周辺のみとした。さらに締結ボルト６Ｄを駆動軸側ボス板部６Ｆまたは、支持部２４Ａに設け、自転防止機構側ボス板部６Ｅには接触させないようにした。これにより、旋回スクロール４の鏡板４Ａの熱膨張による変形が自転防止機構側ボス板部６Ｅへ伝わりにくくなり、自転防止機構１７、補助クランク軸受２０、２１の負荷をさらに低減させることができる。また、圧縮室７から補助クランク軸受２０への熱伝導を抑制し、補助クランク軸受２１の温度を低減し、潤滑剤の劣化を極端に早めることがなく、軸受の信頼性を向上することができる。
以上より、本実施例によれば、ボス板部６の軸受ボス部６Ａがある駆動軸側ボス板部６Ｆと軸受ボス部６Ｂがある自転防止機構側ボス板部６Ｅとの間に空間部２４を設けることで、ボス板部６が熱膨張したとしても、軸受ボス６Ａの鏡板３Ａの中心からの距離と，軸受ボス２Ｄのケーシング２中心からの距離との寸法差が小さくなり、自転防止機構１７、補助クランク軸受２０、２１の負荷を低減することができる。
また空間部２４を通風孔とすることにより、ボス板部６各部の冷却効率を向上させてボス板部６の温度を下げることで、ボス板部６の熱膨張自体を抑制し、自転防止機構１７、補助クランク軸受２０、２１の負荷をさらに低減することができる。また、各軸受ボスに収容される旋回軸受１３、補助クランク軸受２１の温度を低減し、潤滑剤の劣化を極端に早めることがなく、軸受の信頼性を向上することができる。
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
１ 圧縮機本体
２ ケーシング
２Ａ 筒部
２Ｂ 底部
２Ｃ 軸受取付部
２Ｄ 軸受ボス
３ 固定スクロール（スクロール部材）
３Ａ 鏡板
３Ｂ ラップ部
３Ｃ 支持部
３Ｄ 冷却フィン
４ 旋回スクロール
４Ａ 鏡板
４Ｂ ラップ部
４Ｃ 冷却フィン
４Ｄ 締結部
５ 電動モータ
５Ａ、５Ｂ 軸受
６ ボス板部
６Ａ 軸受ボス(旋回軸受)
６Ｂ 軸受ボス(補助クランク軸受)
６Ｃ 締結部(ボス板)
６Ｄ 締結ボルト
６Ｅ 自転防止機構側ボス板部
６Ｆ 駆動軸側ボス板部
７ 圧縮室
８ 吸入口
８Ａ 吸気フィルタ
９ 吐出口
１０ 駆動軸
１１ クランク部
１２ バランスウェイト
１３ 旋回軸受
１７ 自転防止機構
１９ 補助クランク
２０ 補助クランク軸受(ケーシング側)
２１ 補助クランク軸受(旋回スクロール側)
２２ 冷却ファン
２３ 導風ダクト
２４ 空間部
２４Ａ 支持部

Claims (12)

  1. 固定スクロールと
    前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、
    前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、
    前記旋回クロールを旋回運動させる駆動軸と、
    前記旋回スクロールから離間して設けられ、前記駆動軸に接続されたボス板部と、
    前記ボス板部と前記ケーシングとの間に設けられた複数の自転防止機構とを備え、
    前記ボス板部は自転防止機構に接続される複数の自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸に接続される駆動軸側ボス板部とを有し、前記自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸側ボス板部との間に空間部を設け、複数の前記自転防止機構側ボス板部の間を支持部により接続し、前記支持部と前記駆動軸側ボス板部とを接続することを特徴とするスクロール式流体機械。
  2. 前記空間部を冷却風を通過させることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  3. 少なくとも前記ボス板部の中心部と前記自転防止機構の中心部とを結ぶ直線上に空間部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  4. 前記旋回スクロールに冷却フィンを設け、前記冷却フィンと前記ボス板部とを離間させることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  5. 前記ボス板部と前記旋回スクロールとを締結する締結部を前記支持部または前記駆動軸側ボス板部に設け、前記自転防止機構側ボス板部には設けないことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  6. 前記支持部の駆動軸方向の寸法を径方向の寸法よりも長くすることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
  7. 固定スクロールと
    前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、
    前記旋回クロールを旋回運動させる駆動軸と、
    前記旋回スクロールから離間して設けられ、前記駆動軸に接続されたボス板部と、
    前記旋回スクロールが自転するのを防止する複数の自転防止機構とを備え、
    前記ボス板部は自転防止機構に接続される複数の自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸に接続される駆動軸側ボス板部とを有し、前記自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸側ボス板部との間は径方向に接続されておらず、前記ボス板部は複数の前記自転防止機構側ボス板部を接続する支持部を有し、前記支持部と前記駆動軸側ボス板部とを接続することを特徴とするスクロール式流体機械。
  8. 前記自転防止機構側ボス板部と前記駆動軸側ボス板部との間は、冷却風が通過する通風孔であることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
  9. 少なくとも前記ボス板部の中心部と前記自転防止機構の中心部とを結ぶ直線上は前記通風孔であることを特徴とする請求項８に記載のスクロール式流体機械。
  10. 前記旋回スクロールに冷却フィンを設け、前記冷却フィンと前記ボス板部とを離間させることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
  11. 前記ボス板部と前記旋回スクロールとを締結する締結部を前記支持部または前記駆動軸側ボス板部に設け、前記自転防止機構側ボス板部には締結部を設けないことを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
  12. 前記支持部の駆動軸方向の寸法を径方向の寸法よりも長くすることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
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