JPH02149783A - スクロール形流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、たとえば圧縮機として使用されるスクロール
型流体機械に関する。

（従来の技術） 近年、空気調和機などに用いられる圧縮機として、圧縮
中での圧縮漏れが少なく効率が高いこと、トルク変動が
小さく振動や騒音が少ないこと、吸入弁や吐出弁が不要
なため弁に起因する流体損失や破損等の問題がないこと
などの理由から、スクロール形圧縮機が注目されている
。

従来のスクロール形圧縮機は、固定スクロールと旋回ス
クロールとを組合せで成立っている。つまり、電動機部
に直結した駆動軸に偏心した軸または軸受を取付け、そ
の輔または軸受に旋回スクロールのボス部を摺動可能に
嵌合させて電動機部の回転出力を旋回スクロールに伝え
ている。ただし、単に軸または軸受に旋回スクロールの
ボス部を摺動可能に嵌合させただけでは、旋回スクロ−
ルが自転してしまうため、オルダム機構などの連結機構
を介して両者を連結し、電動機部の回転出力を旋回スク
ロールに伝達し得る構成としている。

この場合、特に、高速回転した時の遠心力が問題となる
。つまり、従来の場合、旋回スクロールの重心は旋回ス
クロールのボス部の中心に一致させているため、旋回ス
クロールの質量をＭ１旋回半径をＲ１回転角速度をωと
すると、遠心力Ｆは、Ｆ−ＭＲω２　　　となる。

つまり、回転速度が一定であれば力も一定であるが、回
転速度が２倍になると遠心力は４倍となり、特に、スク
ロールの場合には、Ｒ（旋回半径）が小さいがＭ（質量
）が大きいため、高速運転時の遠心力が大きくなるとい
った問題がある。

なお、旋回スクロールの重心をボスの中心に一致させる
のは、Ｒ（旋回半径）を一定にするためであり、一致し
ない場合には、駆動軸が１回転する間にＲ（旋回半径）
が変わるためＦ（遠心力）が変化し、遠心力Ｆによる負
荷変動が大きくなり、振動騒音の原因になるためである
。

また、圧縮部の力が発生する個所と、その力を支える駆
動軸の軸受との距離かはなれているため、該軸受の旋回
スクロール側の端には、集中した応力が働くため、ボー
ル式またはコロ式などの大きな負荷に耐えられるベアリ
ングが必要であった。

このように、従来のスクロール形流体機械は、遠心負荷
が大きく、特に高速回転時に大きくなるといった欠点を
有していた。

そこで、これらの欠点を解決し得るものとして、第５図
に示すようなものが開発されつつある。

これは、駆動軸ａに取付けられて回転する第１の旋回ス
クロールｂと、この第１の旋回スクロルｂとの間に圧縮
室としての三日月状の密閉空間Ｃを形成する状態、かつ
第１の旋回スクロールｂとは偏心した状態にホルダ８部
に回転支持されるとともにオルダム機構のような旋回機
構ｆを介して前記第１の旋回スクロールｂと連動して回
転する第２の旋回スクロールｇとを設け、前記第１゜第
２の旋回スクロールｂ１ｇの旋回にともなう前記密閉空
間Ｃの容積変化により流体を圧縮するものである。また
、前記第２の旋回スクロールｇは、鏡板りの背面中央部
に突設されたボス部ｉを、ホルダｅの輔受部ｊに回転可
能に支持させ、かつ、ホルダｅに突設された環状突起部
からなるスラスト受にの端面と第２の旋回スクロールｇ
の鏡板りの背面とを摺接させることにより、第２の旋回
スクロールｇのスラスト方向の動きを規制する構成とな
っている。

しかして、このような構成のスクロール形圧縮機にあっ
ては、第１の旋回スクロールｂの重心を駆動軸ａの軸芯
に一致させることができるため、遠心力Ｆ−ＭＲω２の
Ｒ−０となるため、遠心力Ｆ−０とすることができるた
め、遠心負荷の問題は無くなる。また、第２の旋回スク
ロールｇにおいても重心をボスｉの軸芯に一致させれば
遠心力による負荷変動も防ぐことができる。

このように、第１．第２の旋回スクロールｂ。

ｇを有する構成とすると遠心負荷を無くすことができ、
高速運転が可能となる。

ところが、第１．第２の旋回スクロールｂ１ｇの鏡板背
面と圧縮室である密閉空間Ｃとの差圧により、第１．第
２の旋回スクロールｂ２ｇにはスラスト方向の力が生じ
る。このため、例えば鏡板りの背面が低圧（吸込み圧）
の場合には、スラスト力は背面側に働き、この力は大き
さによって異なるが、従来のものでは１００〜２００ｋ
ｇ程度働く　。

特に、駆動軸ａに連結されない第２の旋回スクロールｇ
の鏡板りの背面とホルダｅのスラスト受にとが強く接触
し、摺動損失が発生して高速運転の障害となるばかりで
な（、摺接部分が早期に摩耗するなど耐久性に問題があ
った。

（発明が解決しようとする課題） 前述したように、第１．第２の旋回スクロールを組合せ
てなる遠心負荷の無い高速運転が可能なスクロール形流
体機械において、従来は、駆動軸に連結されない第２の
旋回スクロールの鏡板りの背面とホルダｅのスラスト受
にとが強く接触し、摺動損失が発生して高速運転の障害
となるばかりでなく、摺接部分が早期に摩耗するなど耐
久性に問題があり、スラスト受を工夫しなければならな
いといった問題があった。

本発明は、前記事情に着目してなされたもので、その目
的とするところは、極めて簡単な構成でありながら、密
閉空間との差圧による駆動軸に取付けられていない側の
旋回スクロールのスラスト力をバランスでき、長期に亙
って安定した高速運転が行なえるスクロール形流体機械
を提供しようとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は、前記目的を達成するために、駆動軸に取付け
られて回転する第１の旋回スクロールと、この第１の旋
回スクロールとの間に密閉空間を形成し得る状態、かつ
第１の旋回スクロールとは偏心した状態にホルダにより
回転支持されるとともに旋回機構を介して前記第１の旋
回スクロールと連動して回転する第２の旋回スクロール
とを有し、前記第１．第２の旋回スクロールの旋回にと
もなう前記密閉空間の容積変化により流体を圧縮もしく
は膨張させるスクロール形流体機械において、前記第２
の旋回スクロールの鏡板背面と該第２の旋回スクロール
を回転支持するホルダとの間に、第２の旋回スクロール
のスラスト力をバランスする圧力を有した流体を導く構
成としたものである。

（作用） このように、駆動軸に取付けられていない第２の旋回ス
クロールの鏡板背面と該第２の旋回スクロールを回転支
持するホルダとの間に、密閉空間との圧力バランスを取
るような圧力を有する流体を導いたから、密閉空間との
差圧による駆動軸に取付けられていない側の旋回スクロ
ールのスラスト力をバランスできる。これにより、スラ
スト受との接触圧力を低減できて摺動損失を無くすこと
ができ、より高速運転が可能となるとともに接触部の摩
耗が低減して耐久性の向上が可能となる。

これにより、長期に亙って安定した高速運転が可能とな
る。また、圧力を有する流体を導くだけであるから、極
めて簡単な構成でよい。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

第２図はスクロール形圧縮機の概略構成を示すもので、
１は密閉ケースであり、２はこの密閉ケース１内に固着
されたフレームである。フレーム２の下方には電動機部
３が設けられている。電動機部３のロータ４には駆動軸
５が取付けられており、この駆動軸５はフレーム２の軸
受部２ａに回転自在に軸支されている。また、駆動軸５
の上端には、円弧状またはインボリュート形状の渦巻き
状の羽根（以後、ラップという）７を有する第１の旋回
スクロール８のボス９が相対的に回転しないように圧入
、焼成等の手段により固定されている。すなわち、第１
の旋回スクロール８は駆動軸５と一体に回転する。

また、第１の旋回スクロール８に噛合ようにラップ１０
を有する第２の旋回スクロール１１が配置され、これら
第１．第２の旋回スクロール８゜１１との間には、軸芯
の異なる軸間で回転を伝えるオルダム機構などの旋回機
構１２が配置されている。

また、第２の旋回スクロール１１の鏡板１５の背面中央
部に突設されたボス１６は、密閉ケース１またはフレー
ム２等の静止体に固定されたホルダ２０に回転可能に支
持されている。

ホルダ２０には、環状突起からなるスラスト受２１が形
成されていて、前記第２の旋回スクロール１１の鏡板１
５の背面と摺接するようになっており、第２の旋回スク
ロール１１の上方向のスラスト力を受けるようになって
いる。また、前記スラスト受２１の内側に形成される空
間２２には、孔２３を介して吐出ガスを導き得る構成と
なっていて、圧縮室としての密閉空間２８との差圧によ
るスラスト力をバランスさせるようになっている。

なお、スラスト受２１の外側に形成される空間２４には
、吸込ガスが導かれるようになっている。

一方、第１図に示すように、ホルダ２０の軸受２５の中
心は、駆動軸５の軸芯とは距ｆｌｌｅだけずれた状態と
なっている。このずれている距離ｅは、第１の旋回スク
ロール８と第２の旋回スクロール１１のそれぞれのラッ
プ７．１０の側面が摺接または接触または近接するよう
に決める。ラップ７゜１０の厚みをｔとし、ラップ７．
１０の間（溝）の間隔をｇとすると距１Ｉｌｔｅは、 ｅ−（Ｎ　−ｔ）　／２ で表わすことができる。

しかして、駆動軸５を回転すると第１の旋回スクロール
８は、一体に回転する。このとき、旋回機構１２によっ
てこの回転力が第２の旋回スクロール１１に伝えられ、
第２の旋回スクロール１１は駆動軸５とｅだけずれた軸
を中心に同一角速度で回転する。

そして、これら第１．第２の旋回スクロール８゜１１の
回転に伴う密閉空間２８の容積変化により圧縮ガスを圧
縮するようになっている。これにより、ガスは第２図中
矢印で示すようにガス導入管２６を介して密閉ケース１
内のフレーム下面側に吸込まれ、この後、フレーム２に
形成された通孔２ａを介してフレーム２の上面側の圧縮
機構部に導かれて第１．第２の旋回スクロール８．１１
の回転に伴って圧縮され、ついで、第２の旋回スクロー
ル１１に形成された吐出ボート３８を介して密閉ケース
１内上部に吐出され、この後、この圧縮ガスがガス吐出
管２７を介して密閉ケース１外に導出されるようになっ
ている。

つぎに、第３図を参照して圧縮の原理を説明する。第１
の旋回スクロール８は点０を中心に時計方向に回転し、
第１の旋回スクロール８が回転すると第２の旋回スクロ
ール１１は同一角速度で回転することになる。（イ）は
、ガスを旋回スクロール８，１１の外側から取込んだ状
態である。

（ロ）は旋回スクロール８，１１が９０″回転した状態
であり、圧縮室としての密閉空間２８は２８ａの状態か
ら２８ｂで示すようにその容積が小さくなる。さらに、
９０″ずつ回転すると（ロ）→（ハ）→（ニ）→（イ）
となり、密閉空間２８は（２８ｂ）→（２８ｃ）→（２
８ｄ）と小さくなり、吐出ボート３８より吐出される。

このように、ガスは旋回スクロール８，１１の外周より
内側に取込まれ、圧力を上昇した後に吐出ボート３８か
ら吐出される。

このとき、第１の旋回スクロール８の重心を駆動軸５の
軸芯と一致させると遠心負荷はバランスする。また、第
２の旋回スクロール１１も重心をボス１６の軸芯に一致
させれば、遠心負荷はバランスする。

一方、この一連の圧縮過程において、圧縮室としての密
閉空間２８内の圧力と鏡板１５背而に働く圧力との差圧
により第２の旋回スクロール１１に生じる上方向のスラ
スト力は、ホルダ２０と第２の旋回スクロール１１の鏡
板１５の背面との間に形成された空間２２に導かれた吐
出ガスの圧力により押し下げられてバランスし、スラス
ト受２１との摺接圧力は極めて小さい状態になっている
。

なお、圧縮室としての密閉空間２８内の圧力と第１の旋
回スクロール８の鏡板背面に働く圧力との差圧による第
１の旋回スクロール８の下方向のスラスト力は、フレー
ム２の上面に形成された環状突起からなるスラスト受３
９で受けるようになっているが、駆動軸５に対するロー
タ４の取付は位置を若干下方向にずらすことにより回転
時に上方向のスラスト力が生じるようにしてバランスさ
せるようになっている。そして、スラスト受３９との摺
接圧力は極めて小さい状態になっており、高速回転の妨
げや摩耗の原因とならないようになっている。

また、第１．第２の旋回スクロール８，１１を組合わせ
た構成として、遠心負荷をバランスさせたものにあって
は、旋回スクロール８，１１の重量に拘らず高速運転が
可能になるため、旋回スクロール８，１１の材料は切削
性、耐久性等により決定できるため軸９，１６に加わる
負荷も軽減できる。このため、入力が減り効率向上にな
る。

なお、第２の旋回スクロール１１の鏡板１５の背面に導
びかれる圧縮ガス圧縮ガスは、吐出ガスでも圧縮途中の
ガスでもよく、要は、圧縮室としての密閉空間２８との
圧力とバランスして、スラスト受２１との接触力を緩和
できればよい。

第４図は本発明の変形例を示すもので、駆動軸５の両端
に第１の旋回スクロール８．８を取付け、第１の旋回ス
クロール８．８のスラスト力を完全にバランスさせたも
のである。このように駆動軸５に取付けられた第１の旋
回スクロール８，８のスラスト力が完全にバランスする
と、人力源すなわち効率向上はもとより信頼性を大幅に
向上することができる。なお、この第４図の説明におい
て前述の一実施例と同一部分は同一の符号を付して詳細
な説明は省略する。

なお、本発明を圧縮機に適用して説明したが、ブロア、
送風機、ポンプ、膨張機などに応用してもよいことは勿
論である。

その他、本発明は要旨を変えない範囲で種々変形実施可
能なことは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、極めて簡単な構成
でありながら、密閉空間との差圧による駆動軸に取付け
られていない側の旋回スクロールのスラスト力をバラン
スでき、長期に亙って安定した高速運転が行なえるスク
ロール形流体機械を提供できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は要部の断面図、第２図はスクロール形圧縮機の
概略的な断面図、第３図は圧縮原理を説明する説明図、
第４図は本発明の変形例を示すスクロール形圧縮機の概
略的な断面図、第５図は従来例を示す図である。 ５・・・回転軸、８・・・第１の旋回スクロール、１１
・・・第２の旋回スクロール、１２・・・旋回機構、１
５・・・鏡板、２０・・・ホルダ、２８・・・密閉空間
。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　駆動軸に取付けられて回転する第１の旋回スクロール
   と、この第１の旋回スクロールとの間に密閉空間を形成
   し得る状態、かつ第１の旋回スクロールとは偏心した状
   態にホルダにより回転支持されるとともに旋回機構を介
   して前記第１の旋回スクロールと連動して回転する第２
   の旋回スクロールとを有し、前記第１、第２の旋回スク
   ロールの旋回にともなう前記密閉空間の容積変化により
   流体を圧縮もしくは膨張させるスクロール形流体機械で
   あって、 前記第２の旋回スクロールの鏡板背面と該第２の旋回ス
   クロールを回転支持するホルダとの間に、第２の旋回ス
   クロールのスラスト力をバランスする圧力を有した流体
   を導く構成としたことを特徴とするスクロール形流体機
   械。