JP6058512B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば圧縮機に用いて好適なスクロール式流体機械に関する。

従来のスクロール式流体機械として、特開２０００−４５９７号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、駆動軸のクランクピンにグリース溜りを設け、ここに充填したグリースにより旋回軸受を潤滑することが出来る構成が記載されている。

特開２０００−４５９７１号公報

特許文献１には、グリース溜りに充填したグリースが、圧縮運転時に旋回軸受の温度が上昇するに伴って粘度が低下することにより、旋回軸受に供給され、旋回軸受を潤滑することが出来る構成となっている。しかし、特許文献１は、旋回軸受の発熱により軸受温度が上昇するため、グリース溜りに充填されたグリースが劣化してしまうという点について考慮されていない。

すなわち、スクロール式流体機械において、旋回スクロール部は回転圧縮動作に伴う圧縮熱および軸受の発熱により各部の温度上昇が起こるため、軸受部に封入されたグリースの劣化による潤滑性の低下が発生しやすくなり、軸受の破損の原因となるという問題がある。

本発明は上記課題を解決するために、軸受のためのグリースを貯留するグリース溜りを、軸受と連通し、旋回スクロールの背面プレート上であって、旋回スクロールを冷却する冷却流体の流路上に突出して設けた。

本発明によれば、グリース溜り内のグリースの熱劣化を抑制し、軸受の信頼性を向上できる。

本発明の実施例１に係るスクロール式流体機械の縦断面図である。 本発明の実施例１に係る冷却フィンの具体例である。 本発明の実施例１に係るスクロール式流体機械の横断面図である。 本発明の実施例２に係るスクロール式流体機械の縦断面図である。 本発明の実施例３に係るスクロール式流体機械の横断面図である。 本発明の実施例３に係る蓋板を説明する図である。 本発明の実施例４に係る蓋板を説明する図である。 本発明の実施例４の旋回軸受部の拡大図である。 本発明の実施例５に係るスクロール式流体機械の横断面図である。 本発明の実施例６に係るスクロール式流体機械の横断面図である。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて、図面を用いて説明する。

図１は実施例１に係るスクロール式流体機械の縦断面図である。図１において、１はスクロール式空気圧縮機のケーシングで、該ケーシング１は、筒状に形成されたハウジング１Ａによって保持される軸受２７および軸受２８を介して、その内部に後述の駆動軸１５を回転可能に支持している。

２はケーシング１の開口側に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、図１に示すように、軸線Ｏ−Ｏを中心として略円板状に形成された鏡板３と、該鏡板３の表面となる歯底面に軸方向に立設された渦巻状のラップ部４と、該ラップ部４を取囲んで鏡板３の外径側に設けられた筒状の外周壁部５と、鏡板３の背面に突設された複数の冷却フィン６とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部４は、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、内径側から外径側に向けて例えば３巻前後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部４の歯先面は、相手方となる旋回スクロール８の鏡板９の歯底面から一定の軸方向寸法だけ離間している。

また、ラップ部４の歯先面には、ラップ部４の巻回方向に沿ってシール溝４Ａが設けられ、該シール溝４Ａ内には、旋回スクロール８の鏡板９に摺接するシール部材としてのチップシール７が設けられている。

８はケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール８は、固定スクロール２の鏡板３と対向して配置された略円板状の鏡板９と、該鏡板９の表面となる歯底面に立設された渦巻状のラップ部１０と、鏡板９の背面に突設された複数の冷却フィン１１と、該冷却フィン１１の先端側に位置して固定された背面プレート１２とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部１０は、固定スクロール２のラップ部４とほぼ同様に、例えば３巻前後の渦巻状をなしている。そして、ラップ部１０の歯先面は、相手方となる固定スクロール２の鏡板３の歯底面から一定の軸方向寸法だけ離間している。また、ラップ部１０の歯先面には、ラップ部１０の巻回方向に沿ってシール溝１０Ａが設けられ、該シール溝１０Ａ内には、固定スクロール２の鏡板３に摺接するシール部材としてのチップシール１３が設けられている。

また、背面プレート１２の中央側には、旋回軸受２９等を介して駆動軸１５のクランク部１５Ａと回転可能に連結される筒状のボス１４が形成されている。このとき、駆動軸１５の一端側には、ケーシング１の外部に位置してプーリ１５Ｂが設けられ、このプーリ１５Ｂは、例えば駆動源としての電動モータの出力側にベルト（いずれも図示せず）等を介して連結されている。これにより、駆動軸１５は、電動モータ等によって回転駆動し、固定スクロール２に対して旋回スクロール８を旋回運動させるものである。

なお、モータの回転軸を駆動軸１５と一体とした、モータ一体型のスクロール式空気圧縮機とし、プーリ１５Ｂや、ベルトを不要にした構成でも良い。

背面プレート１２の外径側とケーシング１との間には、旋回スクロール８の自転を防止する例えば３個の補助クランク１８（１個のみ図示）が設けられている。補助クランク１８は補助クランク軸受３０によって、背面プレート１２とケーシング１に回転可能に支持されている。

１９は固定スクロール２と旋回スクロール８との間に設けられた複数の圧縮室で、これらの圧縮室１９は、ラップ部４、１０の間に位置して外径側から内径側にわたって順次形成され、チップシール７、１３によって気密に保持されている。そして、各圧縮室１９は、旋回スクロール８が順方向に旋回運動するときに、ラップ部４、１０の外径側から内径側に向けて移動しつつ、これらの間で連続的に縮小される。

これにより、各圧縮室１９のうち最外径側の圧縮室１９には、後述する吸込口２０から外部の空気が吸込まれ、この空気は最内径側の圧縮室１９に達するまでに圧縮されて圧縮空気となる。そして、この圧縮空気は吐出口２２から吐出され、外部の貯留タンク（図示せず）に貯えられる。

２０は固定スクロール２の外径側に設けられた吸込口で、該吸込口２０は、鏡板３の外径側から外周壁部５にかけて開口し、外径側の圧縮室１９に連通している。また、吸込口２０は、固定スクロール２の鏡板３のうち旋回スクロール８のラップ部１０の外径側に位置して、チップシール１３が摺接しない範囲（非摺動領域）に開口している。そして、吸込口２０は、例えば大気圧の空気を吸込フィルタ２１を通じて外径側の圧縮室１９内に吸込むものである。

なお、吸込口２０は、加圧された空気を吸込む構成としてもよい。この場合、吸込フィルタ２１を取外して、加圧空気が供給される配管に吸込口２０を接続する構成としてもよい。

２２は固定スクロール２の鏡板３の内径側（中心側）に設けられた吐出口で、該吐出口２２は、最内径側の圧縮室１９に連通し、この圧縮室１９内の圧縮空気を外部に吐出させるものである。

２５は旋回スクロール８の鏡板９と対面する固定スクロール２の端面に設けられたフェイスシール溝で、該フェイスシール溝２５は、外周壁部５の外径側に位置し、外周壁部５を取囲む円環状に形成されている。また、フェイスシール溝２５内には円環状のフェイスシール２６が取付けられている。そして、フェイスシール２６は、固定スクロール２の端面と旋回スクロール８の鏡板９との間を気密にシールし、これらの間から外周壁部５内に吸込んだ空気が漏れるのを防止している。

３１は背面プレート１２上に筒状に設けられ、旋回軸受２９と連通しているグリース溜りであり、後述のように圧縮運転時に旋回軸受２９にグリースを供給する。また、グリース溜り３１は、図示のように、旋回スクロール８の冷却フィン１１側に突出して設けられている。

図２に冷却フィン１１の具体例を示す。冷却フィン１１はグリース溜り３１を避けて設ける必要があるので、図２に示すように、グリース溜り３１の周囲のみ冷却フィン１１の高さを低くする。これにより、冷却フィン１１の冷却能力の低下を抑えることができる。

次に、本実施例に係るスクロール式流体機械の冷却風の流れについて、図３を用いて説明する。図３は、実施例１に係るスクロール式流体機械の横断面図であり、図１を上から見た場合の断面図である。

図３において、プーリ１５Ｂにはボルト等を用いて冷却ファン１６が取付けられ、該冷却ファン１６は、ファンケーシング１７内で冷却風を発生させる。これにより、図３に矢印で示すように、冷却ファン１６は、冷却風をファンケーシング１７内のダクト等に沿ってケーシング１の内部や各スクロール２、８の背面側に送風し、ケーシング１、固定スクロール２、旋回スクロール８等を冷却する。また、グリース溜り３１は、冷却風の流路上に突出して設けられているため、グリース溜り３１の内部のグリースは冷却される。

本実施例に係るスクロール式空気圧縮機は上述したような構成を有するもので、次に、このスクロール式空気圧縮機の動作について説明する。

まず、電動モータ等の駆動源（図示せず）により駆動軸１５を回転駆動すると、旋回スクロール８は、自転防止機構によって自転が防止された状態で、駆動軸１５の軸線Ｏ−Ｏを中心として旋回運動を行ない、固定スクロール２のラップ部４と旋回スクロール８のラップ部１０間に画成される圧縮室１９は連続的に縮小する。これにより、固定スクロール２の吸込口２０から吸込んだ空気は各圧縮室１９で順次圧縮しつつ、固定スクロール２の吐出口２２から圧縮空気として外部のタンク等に吐出することができる。

ここで、本実施例では、背面プレート１２上にグリース溜り３１を設け、このグリース溜り３１内に旋回軸受２９を潤滑するためのグリースを充填する構造としたから、上述した圧縮運転時にはグリース溜り３１は旋回スクロール８とともに旋回運動を行い、内部に充填されたグリースは遠心力によりグリース溜り３１の円周上より旋回軸受２９に供給される。

従って本実施例のように旋回軸受２９には圧縮運転時にグリース溜り３１よりグリースが供給されることで、旋回軸受２９の潤滑状態をより長く維持することができ、該旋回軸受２９の耐久性、寿命等を向上でき装置の信頼性を高めることができる。

また、本実施例においては、グリース溜り３１は、冷却風の流路上に突出して設けられているため、グリース溜り３１から供給されるグリースは、冷却ファン１６の冷却風によって冷却されて、温度上昇による劣化が抑制され、潤滑性を維持したまま供給されるという効果がある。

さらに、グリース溜り３１を背面プレート１２上であって、冷却風の流路上に突出して設けたので、旋回軸受２９自体から発生する熱源から離して配置でき、さらに、グリース溜り３１に充填されたグリースの温度上昇による劣化が抑制されるという効果がある。

図４に、実施例２に係るスクロール式流体機械の縦断面図を示す。
実施例１では、グリース溜り３１は、旋回軸受部に設けたが、本実施例では、さらに、補助クランク軸受３０部に設けた場合を特徴としている。

すなわち、図４に示すように、背面プレート１２上の補助クランク軸受３０部にグリース溜り３１を設ける。これにより、グリース溜り３１に充填されたグリースが補助クランク軸受３０に供給されることで、補助クランク軸受３０の潤滑状態をより長く維持することができ、補助クランク軸受３０の耐久性、寿命等を向上でき装置の信頼性を高めることができる。

また、実施例１と同様に、グリース溜り３１は、冷却風の流路上に突出して設けられているため、グリース溜り３１から供給されるグリースは、冷却ファン１６の冷却風によって冷却されて、温度上昇による劣化が抑制され、潤滑性を維持したまま供給されるという効果がある。

さらに、グリース溜り３１を冷却風の流路上に突出して設けたので、補助クランク軸受３０自体から発生する熱源から離して配置でき、さらに、グリース溜り３１に充填されたグリースの温度上昇による劣化が抑制されるという効果がある。

図５は実施例３に係るスクロール式流体機械の横断面図を示す。

本実施例の特徴は、図５において、グリース溜り３１と旋回軸受２９との間に、蓋板３２を設ける点である。蓋板３２は、例えば、図６に示すような、円形の蓋板３２として、その円周上には小孔３３が複数設けられている。よって、グリース溜り３１と旋回軸受２９は該小孔３３によって連通することになる。

したがって、蓋板３２に設けられた小孔３３の径と数を、旋回スクロール８の回転速度や温度に応じて、任意に設定することにより、旋回軸受２９に供給されるグリースの量を調整し、余剰なグリース供給による攪拌抵抗による旋回軸受２９の性能低下を防ぐことができる。

図７は実施例４に係る蓋板３４を説明する図である。
本実施例の特徴は、図７に示すように、蓋板３４に、実施例３での小孔３３を駆動軸１５に対して傾けた小孔３５を設けた点である。

図８に、図７に示した蓋板３４をグリース溜り３１と旋回軸受２９の間に設けた場合の断面図を示す。図８に示すように、グリース溜り３１および旋回軸受２９内のグリースは、旋回スクロール８の回転方向に動く。したがって、小孔３５を駆動軸１５に対して傾けて設けることでグリースが流れる向きを任意に選ぶことができる。

グリースの流れる向きがグリース溜り３１から旋回軸受２９へと流れるように蓋板３４を設ければ、旋回軸受２９側の劣化したグリースとグリース溜り３１内のグリースが混ざることを防止でき、グリースの劣化をより抑えることができる。

図９は実施例５に係るスクロール式流体機械の横断面図を示す。

本実施例の特徴は、図９に示すように、グリース溜り３１にグリース供給機構としてグリースニップル３６を設ける点である。グリース溜り３１は冷却風流路に突出して設けられており、グリースニップル３６は圧縮機の冷却風出口、すなわち開口部に面して設けることができる。
これによりグリース溜り３１内のグリースが枯渇した場合でも、圧縮機を分解することなく開口部よりグリースニップル３６を通じて容易にグリースを供給することができる。

なお、グリース供給機構の変形例として図示はしないが、グリース溜り３１の開口部側にネジ穴を設け、たとえばブラインドネジ等で封止しておき、メンテナンス時にブラインドネジをはすし、グリースニップル等を前記ネジ穴に取り付けグリースを供給することも可能である。

また、他の変形例として、グリース溜り３１の旋回スクロール８の鏡板９との対向面にグリースニップル３６を設けてもよい。この場合、Ｌ字型のグリースニップル３６を採用しその給油口を圧縮機冷却風出口方向に向ければ同様にグリースを供給することが可能となる。なお、グリースニップル３６の給油口が冷却風出口方向に向いていない場合でも、グリースガンなどのノズル形状をL字等の屈曲したものを使うことで冷却風出口からグリースを供給することが可能となる。

さらに、グリースニップル３６の給油口を冷却風出口と逆の方向（冷却風入口）に向ける場合では、ファンケーシング１７のダクトを取り外すことで、冷却風入口からグリースを供給することが可能となる。

図１０は実施例６に係るスクロール式流体機械の横断面図を示す。

本実施例の特徴は、旋回スクロール８のラップ部１０が立設する鏡板９と、背面プレート１２の中心、すなわち、グリース溜り３１の底部に、貫通孔３７を設け、ピン３８によって位置決め締結を行う点である。

すなわち、図１０に示すように、貫通孔３７は、鏡板９の背面と、グリース溜り３１の底部から旋回軸受２９の端部まで設けられ、広い面積でピン３８を支持することができる。よって、ピン３８によって位置決め締結を行うことで、ラップ部材１０と背面プレート１２の傾きを低減することができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１…ケーシング、２… 固定スクロール、３、９…鏡板
４、１０…ラップ部、６、１１…冷却フィン、８…旋回スクロール
１２…背面プレート、１４…ボス、１６…冷却ファン、１６…冷却ファン、１８… 補助クランク
２９…旋回軸受、３０…補助クランク軸受、３３、３５…小孔、３３、３５…小孔、３３、３５…小孔、３６…グリースニップル
３７…貫通孔、３８…ピン

Claims (7)

1. 固定スクロールと、
   旋回スクロールであって、該旋回スクロールは、前記固定スクロールと対向して配置された鏡板と、該鏡板の表面に立設されたラップ部と、前記鏡板の背面に位置して固定された背面プレートと、該背面プレートに設けられたボスと、該ボスに設けられた軸受とから構成されており、
   さらに、前記旋回スクロールを冷却する流体の流れを発生する冷却ファンとを有し、
   前記軸受のためのグリースを貯留するグリース溜りを、前記軸受と連通し、前記背面プレート上であって、前記流体の流路上に突出して設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 請求項１に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記軸受は、前記旋回スクロールを旋回運動させるクランクを回転可能に支持する旋回軸受であることを特徴とするスクロール式流体機械。
3. 請求項１に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記軸受は、前記旋回スクロールの自転を防止する補助クランクを回転可能に支持する補助クランク軸受であることを特徴とするスクロール式流体機械。
4. 請求項１から３の何れかに記載のスクロール式流体機械であって、
   複数の小孔を設けた蓋板を、前記グリース溜りと前記軸受との間に設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
5. 請求項４に記載のスクロール式流体機械であって、
   前記蓋板の複数の小孔を前記旋回スクロールの駆動軸方向に対して傾けて設けることを特徴とするスクロール式流体機械。
6. 請求項１から５の何れかに記載のスクロール式流体機械であって、
   前記グリース溜りにグリース供給機構を設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
7. 請求項１から６の何れかに記載のスクロール式流体機械であって、
   前記旋回スクロールの鏡板と、前記グリース溜りに貫通孔を設け、該貫通孔にピンを挿入することで、前記旋回スクロールのラップ部と背面プレートの位置合わせを行うことを特徴とするスクロール式流体機械。

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