JPH10196563A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】スクロール流体機械において、駆動スクロール
と従動スクロールを偏心係合させ各々が自転して圧縮す
る構成で、オイルフリー形スクロール流体機械をして活
用できる。 【解決手段】同期機構をスクロール本体１内に設け、両
スクロール歯２ａ，６ａが対峠するシール面に隙間を与
えて、接触なしで回転でき、チップシール１１は弾性力
を付勢し、シールリング１２は周速が低くなる構成にし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は駆動スクロールと従動ス
クロールとを、同期回転させる全系回転形のスクロール
流体機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この構成のスクロール流体機械は、双方
のスクロール歯を夫々の軸心の回りに回転させる全系回
転形のもので、原理は既に公知である。この従来の全系
回転形のスクロール流体機械の構造の例を、図４及び図
５に示す。上例の様に構成されたものにおいては、２駆
動スクロールはモータ等の駆動源によりそのＣ１軸心を
中心として回転し、６従動スクロールもＣ２軸心を中心
に、２駆動スクロールの回転に同期して回転する。然る
に２駆動スクロールの回転力を、６従動スクロールへ伝
達させるには、図４にみる如く２ａ駆動スクロール歯の
係合面と６ａ従動スクロールの係合面が共働して流体を
圧縮する両スクロールのインボリュート曲線を利用し、
直接接触させながら同一方向に同速度で回転する構造と
している。又図５に示す外周に位置する６ａ従動スクロ
ール歯の外側にリング状の１６継手と２駆動スクロール
に設けた１７突起部によって、１６継手に設けた１６ａ
第１係合部と１６ｂ第２係合部と摺動係合して、２駆動
スクロールの回転力を、６従動スクロールに伝達する方
法を構成している。

【０００３】これ等の方法は図４にみる構成の如く、両
スクロール歯の係合面を接触させることで回転力を伝達
しているので、両スクロール歯の係合する対峠面シール
線に隙間をあけて回転することは不可能である。又図５
に例示する構成は、剛体の継手を介して回転を伝えるた
めに、継手関連部が摺動し、摩耗や焼き付きを発生させ
るので、たとえ当初、両スクロール歯の係合する対峠面
に隙間を与えても、短時間で接触が発生する上、継手の
構造が潤滑油の必要構造であるため、これ等は隙間を与
えて回転する最大のメリットであるオイルフリー形スク
ロール流体機械を構成することはできない。

【０００４】次に全系回転形スクロール流体機械では、
特に真空ポンプとして構成した場合、吸入側の高真空度
を保持させる必要性から、流体漏洩の防止方法が極めて
むつかしい問題で懸案となっている。油潤滑方式のスク
ロール流体機械のときは、回転軸付近の構成が油の封止
力に助けられて比較的に容易であるが、オイルフリー方
式の場合は極めて困難である。又スクロール歯端面の流
体漏洩の封止も懸案事項である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール流体
機械は、以上の如く構成され、メタリックコンタクトに
よるスクロール歯同志の接触による回転力の伝達や、リ
ング状の剛体継手の摺動中心の回転力の伝達による同期
回転であるために、摩耗、焼き付きが起こってスクロー
ル歯同志の接触は避けられない、従って、スクロール歯
の対峠面に隙間を与えての同期回転は不可能である。又
最適の流体漏洩の防止構造を軸部とスクロール歯端面に
設ける必要もあった。本発明は上記のような問題点を解
消するために、両スクロール歯の係合する中心部を空間
にして、ゼロバックラッシュで、捩り剛性の小さい捩り
振動を充分に吸収する継手を構築することで、位相ずれ
のない完全な同期回転の運転ができ、その特徴を利用し
て、両スクロール歯の係合する対峠面のシール線に隙間
を与えて、接触することなく回転できる構成のスクロー
ル流体機械を得ることを目的とし、これに付帯して流体
漏洩の防止構造も、合理的な方策で簡単、安価に構成で
きることを次の課題とした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】駆動スクロール及び従動
スクロール共、係合する両スクロール歯を中心部まで構
成せず、該、中心部を空間とし、駆動スクロール軸、従
動スクロール歯を各々のスクロール歯丈内に延設し、両
軸は完全な同期回転をする軸連結部材で、前記の延設し
た両軸間を結合し、夾持した構成において、圧縮室を構
成する両スクロール歯のラップ部の対峠面、シール線は
微少の隙間を与え、接触せずに回転する構造を請求項１
の発明としている。次に駆動スクロール、従動スクロー
ルの各鏡板背面とケーシング及びサイドカバー等の対峠
面の軸心にもっとも近い位置にシールリングを介装し
て、漏洩を防止する構成を請求項２の発明とした。請求
項３の発明は、完全な同期回転をする駆動スクロール歯
と従動スクロール歯の端面は摺動し乍ら封止する構成で
あるので、この構造に合致した弾性力を付勢したチップ
シールを該、端面に嵌入する構造を骨子とした。

【０００７】

【作用】この発明に係わるスクロール流体機械は、駆動
源により回転駆動される駆動スクロール歯と、これと同
期回転される従動スクロール歯との対峠面のシール線は
一定の隙間を保って回転し、圧縮作動をする。又両スク
ロール歯、端面に嵌入したチップシールは偏心量を半径
にして摺動するので、これに対応する弾性力をもったチ
ップシールを構成した。吸入圧を摺動封止するシールリ
ングは、最も低い摺動速度になる構成位置に装着した。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図７の必要
図の参照により、各構成を説明する。図１は本発明に係
わる請求項１の構成を示すが、この構成は既に整理番号
Ａ０００８Ｓ２２−４、スクロール流体機械の特許願で
説明しているが、再度構成を述べる。全系回転型のスク
ロール流体機械として、２は駆動スクロールで、６従動
スクロールとは偏心量ｍを保って、２ａ及び６ａの両ス
クロール歯ラップ部により、Ｖ１及びＶ２の圧縮室を構
成し、両スクロールの同期回転によって１４吸入口より
流入した流体は、前記、圧縮室を縮小させながら、１ケ
ーシングの外周部より中心部へ圧縮し、６従動スクロー
ルに設けた１３通気孔より、１５吐出口に圧縮流体は吐
出される。１５ａは吐出口の展開図で吐出流体の通路を
示している。３は駆動軸で、２駆動スクロールのボス部
軸孔とはトマリ嵌めで嵌合され、該、駆動スクロールと
は一体で構成し、１ケーシングの円筒空間に、４軸受、
２つにてＣ１軸心で回転自在に保持する。７は従動軸
で、６従動スクロールのボス部で軸孔とはトマリ嵌めで
嵌合して、従動スクロールとは一体で構成し、１ケーシ
ングの円筒空間に５サイドカバーを介して、４軸受、２
つにてＣ２軸心で回転自在に構成する。Ｃ１軸心とＣ２
軸心とは偏心量ｍによって偏心に保持し、２ａ、６ａの
両スクロール歯ラップ部を構成する。偏心量ｍはスクロ
ール歯ピッチ、スクロール歯厚み、シングルかダブルか
の、スクロール渦数によって決まる数値である。

【０００９】３駆動軸及び７従動軸は、各々のスクロー
ル歯丈内に延設した３ａ駆動軸先端軸部と７ａ従動軸先
端軸部を設け、偏心量ｍを保持して、８及び９の軸連結
部材を１０のトルクディスクを介在して、２ａ、６ａの
両スクロール歯、端面の隙間を確保する組立寸法にて装
着する。１１はチップシールで前述の両スクロール歯、
端面の隙間を補填し、両スクロールの鏡板内面に接触
し、偏心量ｍを半径で摺動回転する。１４は流体吸入
口、１３は通気孔、１５は流体吐出口を示す。１２はシ
ールリングである。

【００１０】次に８、９に軸連結部材及び１０のトルク
ディスクを装着した２駆動スクロール、６従動スクロー
ルに関連する作動を、図３の回転圧縮推移図によって説
明する。図３において、（Ａ）図は、２ａ駆動スクロー
ル歯ラップ部がＶ１の圧縮室を封止した状態で、Ｓ接点
線で２ａと６ａの両スクロール歯はどの回転位置にても
同一のシール線を構成する。６ａの従動スクロール歯
は、２ａの駆動スクロール歯に対して９０度の角度差で
矢印方向に回転する。（Ｂ）図は１８０度位置で、６ａ
従動スクロール歯ラップ部がＶ２の圧縮室を封止した状
態を示し、この回転位置でＶ１の容積は図示するように
圧縮を終え、吐出側に開口している。Ｖ２も同様に
（Ｃ）図、２７０度位置で圧縮を終え、吐出側に開口す
る。このように一回転に（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、
（Ｄ）にみる如く４回も圧縮室を封止すると共に、同じ
く４回の圧縮、吐出も同時に行う作用構成である。これ
らの作用構成を成すためには、２駆動スクロールと６従
動スクロールは、同一角速度で同期回転することが必要
であるが次にその構成について説明する。

【００１１】図３、図６に示す如く、８、９の軸連結部
材は外周と軸嵌合内径は完全な同心に構成し、１０トル
クディスクの１０ａ短形溝部がはまり込む８ａ、９ａの
短形凸部との嵌合公差はＨ６／ｇ６隙間のスベリ嵌めに
構成する。更に１０のトルクディスクは３駆動軸の軸心
Ｃ１と、従動軸の軸心Ｃ２とで生じるｍ偏心量の位相差
によって負荷され生じる繰り返し捩れに対して、該トル
クディスクを変形することがなく、且つトルクに対して
ラジアル方向に何度の捩れが生じるかを示す、捩り剛性
（度／ｋｇ−ｃｍ）を０に近い極度に小さい捩れ剛性構
造とし、これらの機能を保持し、保証する材質（例えば
特殊ブレンド、ポリアセタール樹脂）にしているので、
バックラッシュをゼロにすることが可能である。これら
の構成は極度に低い慣性を実現しているので高速回転の
伝達や、ひんぱんな起動−停止にも、このトルクディス
クには変形荷重を掛けることはなく、軸受に不規則なラ
ジアル荷重をかけることがない。更に１０のトルクディ
スクは、ポリアセタール樹脂の如く自己潤滑性のある材
質を使用することによって、従来構造の如き油潤滑を必
要としない特徴をもっている。又８、９軸連結部材と１
０トルクディスクは充分な余裕をもって設定されている
ので、完全な同期回転が保証されることより、２ａ駆動
スクロール歯と６ａ従動スクロール歯との対峠面で、微
少の隙間を常に保持して同期回転する構成を必要とする
オイルフリー型のスクロール流体機械には、充分な機能
を発揮できうる構成である。

【００１２】図２は２ａ駆動スクロール歯及び６ａ従動
スクロール歯の渦を創成する構成を示し、Ｉはインボリ
ュート曲線にて、スクロール歯の中心線を示し、ａ基礎
円半径とＸ基線との交点を起点としている。又、ｘ１、
ｙ１及びｘ２、ｙ２はインボリュート曲線の中心線プロ
ット点を示し、関係角θ１、θ２によって計算される。
ｔ１は係合された両スクロール歯で隙間なし歯厚の状態
を示し、Ｓ_１＋Ｓ_２が本発明の両スクロール歯、対峠面
シール線の隙間を示す。ｔ２は両スクロール歯の隙間
有、歯厚で有限幅のインボリュート曲線として、外周、
内周面の各基礎円上のインボリュート始点角から容易に
創成できる。尚必要隙間（Ｓ_１＋Ｓ_２）は、両スクロー
ル歯の外周、内周面から均等に与えたが、外周面で（Ｓ
_１＋Ｓ_２）を、又内周面で（Ｓ_１＋Ｓ_２）の必要隙間を
与えてもよい。

【００１３】図７に示す１１はチップシールで、２ａ、
及び６ａの両スクロール歯、端面の凹溝に嵌入して構成
するが、両スクロールは前述した同期回転の機能で、２
ａ駆動スクロール歯、端面は１１チップシールを介して
６従動スクロール鏡板内面と接触し、摺動しながら回転
する。６ａの従動スクロール歯、端面も同様の構成であ
る。２ａ、６ａの両スクロール歯、端面には、インボリ
ュート曲線、中心線に沿って螺旋に断面短形状の１１ａ
シール溝を凹設し、該シール溝には弾力性を有する螺旋
状の１１チップシールを、自己潤滑性を付与したシール
材として嵌着し、相手側、６、２の両スクロール鏡板内
面で弾性保持させる。また１１チップシールは背面側に
１１ｂ弾性部材を付帯させて弾力性を付与する構成でも
よい。

【００１４】１２シールリングは、２駆動スクロール鏡
板背面及び６従動スクロール鏡板背面と対峠する、１ケ
ーシング、５サイドカバー内部側面の３、７の両軸、軸
心に近い内部側面に環状に構成し、真空ポンプに使用す
る場合は、１４の吸入流体に外気の侵入を封止してい
る。又１２シールリングの構成において、オイルフリー
型スクロール流体機械とする際は、１２ａ自己潤滑性部
材と１２ｂ弾性付勢部材とで構成し、凹設してなる１ケ
ーシング及び５サイドカバーのシールリング溝とで溝側
面との封止性を保ち乍ら、２、６の両スクロール鏡板背
面との摺動面は、弾性力と自己潤滑性により摺動封止を
完全にしている。高真空度仕様の真空ポンプとする場合
には、該、１２シールリングをラジアル方向に複数、構
成すれば絶大な効果を見出せる。又１２シールリングは
弾力性と自己潤滑性を共有している単一部材で構成する
こともできる。更にシールリングの溝内の封止増大をは
かるために１２シールリング背面とシールリング溝底面
を接着剤で接着することも有効である。尚、スクロール
歯創成に関し、実施例はインボリュート曲線のスクロー
ル歯としているが、合成円弧でスクロール歯を創成する
ことも可能である。

【００１５】

【発明の効果】従来から全系回転形のスクロール流体機
械は、両スクロールが必要な偏心量を保って、同期回転
することが絶対条件である。数ある駆動構成はスクロー
ル歯同志及び継手のメタリックコンタクトを主体として
いるので騒音、摩耗と同期安定性が極めて悪く、完全な
同期機構の出現が期待されていた。本発明は偏心して成
る両スクロールを角速度を等しく、完全に同期回転でき
る軸連結部材とトルクディスクの同期構成を主体とし
て、両スクロール歯を接触させないスクロール渦の創成
を構成させ、両スクロール歯、対峠面シール線に微少の
隙間を設けて、オイルフリーのスクロール流体機械を構
成することができたので、油を嫌う流体の真空ポンプ、
圧縮機には新規の需要展開が期待できる。又機構上、旋
回型スクロール流体機械の如く、ピンクランクやバラン
スウェイトが不要となり、低コストのオイルフリースク
ロール流体機械が実現できる。シールリングの嵌装は駆
動軸、従動軸各々の軸心にもっとも近いケーシング及び
サイドカバーの対峠面に設けた故、シール面の回転周速
度は極めて低いので、シール面圧Ｐｋｇ／ｃｍ^２と回転
周速度Ｖｍ／ｓの積（ＰＶ値・ｍ／ｓ・ｋｇｔ／ｃ
ｍ^２）が大なる程、摩耗寿命が短くなる現実からみる
と、このシールリングは回転速度、Ｖが小に選定される
ので、必然的にＰＶ値も小さくなって、シールリングの
寿命が長くなる特徴をもっている。チップシールは弾力
性を付加することによって、密着性が増大し、流体のブ
ローバイを防止でき、容積効率の高い流体機械を得る等
の種々の著効を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係わるスクロール流体機械の全体構
成図。

【図２】 同じくスクロール流体機械におけるスクロー
ル歯創成説明図。

【図３】 同じくスクロール流体機械の同期回転を示す
スクロールラップ推移構成図。

【図４】 従来構造のスクロール流体機械でスクロール
ラップの接触回転を示すスクロール構成図。

【図５】 従来構造のスクロール流体機械で剛体構造の
継手によるスクロール構成図。

【図６】 本発明に係わるスクロール流体機械の同期回
転を構成する軸連結部材立体展開図。

【図７】 同じくスクロール流体機械のチップシール構
成図。

【符号の説明】

１……ケーシング ２……駆動スクロ
ール ２ａ……駆動スクロール歯 ５……サイドカバ
ー ６………従動スクロール ６ａ……従動スク
ロール歯 ８、９……軸連結部材 １０………トルク
ディスク １１………チップシール １１ａ……チップ
シール溝 １２………シールリング １２ａ……シール
リング自己潤滑性部材 １２ｂ……シールリング弾性付勢部材 ｍ………偏心量 Ｃ１……駆動軸心 Ｃ２……従動軸
心 Ｉ………インボリュート曲線（中心線） ａ……基礎円
半径 ｔ１……スクロール歯、隙間なし歯厚 ｔ２……スクロール歯、隙間有、歯厚 Ｓ１＋Ｓ２……スクロール歯、必要隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングとサイドカバー並びに、駆動ス
   クロールと駆動軸および、従動スクロールと従動軸より
   成り、駆動スクロールは駆動軸心で自転し、従動スクロ
   ールは駆動軸心と偏心して成る従動軸心で自転し、且
   つ、両スクロールは同期回転すると共に、駆動、従動両
   スクロールの各鏡板より、共に軸方向にスクロール歯を
   設けたラップ部で圧縮室を構成し、該容積を外周より、
   中心に向けて圧縮する構成のスクロール流体機械におい
   て、駆動、従動両スクロールが構成する相互のスクロー
   ル歯は、９０度の角度差をつけて係合、構築して成り、
   該、両スクロール歯が前記、圧縮室を構成するラップ
   部、対峠面のシール線は、微少の隙間を保持して構成
   し、駆動、従動両スクロール歯の該ラップ部、対峠面シ
   ール線は互に接触することなく、両スクロールを同一方
   向に同速度で回転させることを特徴とするスクロール流
   体機械。
2. 【請求項２】駆動、従動スクロールの鏡板背面と対峠す
   るケーシング及びサイドカバー側面との間に、シールリ
   ングを介装する構成にあって、該シールリングは駆動、
   従動両軸心に近い夾面位置に装着させたことを特徴とす
   る、特許請求範囲、請求項１記載のスクロール流体機
   械。
3. 【請求項３】駆動、従動スクロールの両スクロール歯と
   該駆動、従動スクロール、各鏡板内面と対峠する両スク
   ロール歯、端面夫々に弾性力を付勢したチップシールを
   嵌入して、該チップシールを介在して、鏡板内面とスク
   ロール歯、端面を封止する構成にした事を特徴とする、
   特許請求範囲、請求項１記載のスクロール流体機械。