JPS59138790A - 回転式流体機械 - 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】 本発明は一対のうす巻き体を有する回転式流体機械の改
良に関するものである。

回転式流体機械の一つにスクロール型圧縮機がある。こ
れは、一対のうず巻体な互いに角度をずらしてかみ合わ
せ、これらに相対的な旋回円運動（公転運動のみ）を与
えて、両５ず巻体間に形成される密閉小室を中心方向へ
移動させながら小室容積を漸時減少させて小室内の流体
を圧縮し、中心部より圧縮流体を吐き出させるようにし
た容積式の圧縮装置である。尚、上記各５す巻き体の曲
線にはインボリュート曲線等が用いられている。

このようなスクロール型の流体機械の原理は古くから知
られている。第１図（ａｔ　ｒ　（ｂｌ　、（ｃｌ　＊
　（ｄ）　　によυスクロール型圧縮機の原理を説明す
る。形状が同じである二つのうず巻体（１１（２１を相
対的に１８０゜位相をずらして互いにかみ合う状態に配
置すると、第１図（ｍｌに示す如く、二つのうず巻体ｆ
ｉｌ（２１間には、両者が接する点（ａ□）、（ｂ、）
間及び点（ａ２）、（ｈ２）間に密閉された小室（３α
）（３ｂ）が形成される。ここで、一方のうず巻体（２
）を固定しておき、他方のうず巻体（１）を上記一方の
うず巻体（２）の中心０を中心としてうず巻体（１１の
中心０′を半径００′でもってうず巻体（１）自体の自
転を禁じながら公転させると、密閉小室（３１２Ｘ３ｈ
）の容積が徐々に変化する。即ち、第１図（、）に示す
状態からうず巻体（１）を９０°公転させると、第１図
（ｂ）に示す状態となり、さらに１８００公転させると
第１図（、？）に示す状態となり、さらに２７０°公転
させる第１図（ｄ）に示す状態となシ、この間で小室（
３す（３りの容積が徐々に減少し、第１図（ｄ）に示す
状態では二つの小室（３す（３ｂ）は連通して、小室（
３）となる。第１図（ｄ、）の状態からさらに９０°公
転して公転角が６６０°になると、第１図（α）に示す
状態となシ、小室（３）の容積はさらに減少して行く。

この小室（３）は、うず巻体（１）の公転によりさらに
第１図（ｂ）、第１図（ｃ）に示す状態とその容積を減
少し、第１図（Ｃ）と第１図（ｄ）の間で最小の容積に
なる。ここで、二つのうず巻体ｆｌＨ２＋の軸方向端面
にシール端板を設け、一方のうず巻体のシール端板の略
中央部に吐出ポート（４）を設けておくことにより、圧
縮された流体はここから吐き出される。

尚、この間、第１図（ｂ）で開き始めた外側空間が第１
図（Ｃ）、第１図（、ｔｌから第１図（ａｌに移り、新
だな流体を取郵込んで密閉小室（３ａ）（３ｂ）を形成
し、以後これを繰り返す。

上記の作動原理に基づく実際のスクロール型圧縮機は、
略中夫に吐出ポートを有するシール端板を一方の端面に
一体的に有する一方のうず巻体を固定し、同様に一方の
端面にシール端板を一体的に有する同一形状の他方のう
ず巻体を前記一方のうず巻体と１８０°位相をずらし、
且つ互いに接触するように距離２ρ（＝うず巻体のうず
巻のピッチ−２×うず巻体の板厚）だけ相対的にずらし
て重ね合わせると共に、前記他方の−うず巻体の自転を
禁じ且つ公転可能とし、さらに他方のうず巻体をクラン
ク半径ρを有するクランク機構により　一方のうず巻体
の中心（第１図中の０に相当）回シに半径ρの公転運動
（第１図において、０を中心とするＯ′の半径ρの公転
運動）をなすように構成されている。

このように構成される従来のスクロール型圧縮機の中央
断面を第２図に、第２図の矢視■−■線に沿った断面を
第６図に示した。圧縮機のハウジング（１０）は、フロ
ントエンドプレート（１１）リヤエンドプレート（１２
）及び両者間を接続する円筒側壁（１３）　（図示の例
ではリヤエンドプレートと一体になっている）からなシ
、リヤエンドプレー）　（１２）に形成した流体吸入口
（１４）及び流体排出口（１５）で外部と連通した密閉
容器を形成している。前記フロントエンドプレー）　（
１１）には、これを貫通し且つこれにラジアルニードル
軸受（１６）を介して回転可能に支承された主軸（１７
）が取付けられてｂる。

主軸（１７）を取シ囲むように７四ントエンドプレー１
−　（１１）から正面に突出しだ筒体（１８）内には、
主軸（１７）の周りにシャフトシール機構（１９）が設
置され、まだ筒体（１８）の外部にはブーＩＪ　−（２
０）が軸受支持されておシ、このプーリー　（２０）は
前記主軸（１７）と結合されて、外部の駆動源（例えば
モータ等）からの回転力をベルトを介して主軸（１７）
へ伝達するようになっている。主軸（１７）の内端忙は
ロータ（２１）が固定されておシ、このロータ（２１）
は、フロントエンド９プレート（１１）の内面に、主軸
（１７）と同心に設けたスラストニードル軸受（２２）
により支承されている。ロータ（２１）のフロントエン
ドプレー）　（１１）の反対側には、ロータ（２１）か
ら突出し且つ前記主軸（１７）に対し偏心しだ軸（クラ
ンクピン）（２３）が設けられている。（２４）（２５
）は一対のスクロール部材で、スクロール部材（２４）
は、一枚の円板（２４１）の−面にうず巻体（２４２）
・が固定されると共に反対の面には軸方向丸孔を備えた
突部（２４３）が形成されており、との突部（２４３）
は、その軸方向丸孔内に、ラジアルニードル軸受（２６
）を設置した前記クランクピン（２３）が嵌合されてお
シ、これによってスクロール部材（２４）はクランクピ
ン（２３）上に軸受支持されている。スクロール部材（
２５）　ｕ、円板（２５１）の−面にうず巻体（２５２
）を固定しており、うず巻体（２５２）の略中心に相当
する円板（２５１）上の位置には、第１図中の吐出ポー
ト（４）に相当する貫通孔（２５３）が設けられており
、円板（２５２）の表面には前記貫通孔（２５３）を取
シ巻くように環状の突起（２５４）が設けられている。

一方、リヤエンドプレー）　（１２）の内面には、流体
排出口（１５）を取シ巻く位置から環状突起（１２１）
が形成されている。

突起（１２１）の外径は前記突起（２５４）の内径よシ
もわず゛かに小さくしである。突起（１２１）の先端外
縁は切取られて環状の凹部（１２２）が形成されておシ
、スクロール部材（２５）の環状突起（２５４）の内側
と環状の凹部（１２２）との間に環状の弾性体（例えば
ゴムリング）　（３０）が配置されている。この環状弾
性体（３０）は環状突起（２５４Ｘ１；１）の間をシー
ルして、環状突起（１２１）内を、流体排出口（１５）
及びスクロール部材（２５）の貫通孔（２５３）　Ｋ連
通した吐出室（３１１）としている。前記環状弾性体（
３ｏ）は、まだ、スクロール部材（２５）を軸方向及び
径方向に弾性的に支持している。尚、スクロール部材（
２５）については、その円板（２５１）の周縁部に部分
的に切欠きを設け、これに円筒側壁（１３）の内面から
突出した突部（１３１）を係合させてスクロール部材（
２５）の回転止めとしている。

スクロール型圧縮機は以上のように構成されているので
、主軸（１７）を外部駆動源とシーＩＪ　−（２０）と
を介して回転させれば、クランクピン（２３）の偏心運
動によってスクロール部材（２４）が円軌道上を運動す
る。このとき、スクロール部材（２４）の突部（２４３
）の回りに設けられている自転防止機構（２９）の働き
により、スクロール部利（２４）は自転が防止されるの
で、スクロール部材（２４）のスクロール部材（２５）
に対する働きは第１図と同様になり、この結果、うず巻
体（２４２）（２５２）の外周から取り込まれた流体は
、徐々に圧縮されながら中心に移動し、貫通孔（２５３
）から吐出室（３１１）へ吐出され、流体排出口（１５
）より排出されて、例えば冷却システム中を循環して吸
入口（１４）よりハウジング（１０）内へ戻る。

尚、スクロール部材（２４）の自転防止機構（２９）は
′次のような構造になっている。スクロール部材（２４
）の突部（２４３）にはフランジ体（２７）が相互回転
しないように結合されている。このフランジ体（２７）
と突部（２４３）との結合は、フラジジ体（２７）の中
央部の角筒部（２７１）を突部（２４３）にキー結合す
ることにより行なわれている。ここで、フランジ体（２
７）の角筒部（２７１）を含めた軸方向長さは、スクロ
ール部材（２４）の突部（２４３）の軸方向長さ以上と
する。とれによって、スクロール部材（２４）に加わる
スラスト荷重は７ランク体（２７）とロータ（２１）と
の間に設けたスラストニードル軸受（２８）を介してロ
ータ（２１）で支持される。前記角筒部（２７１）ｌに
は外形が四角形で且つ四角の穴（２９４）を備えた摺動
体（２９１）が設置されている。摺動体（２９１）の四
角の穴（２９４）は、第６図に示すように、対向する一
対の辺が角筒部（２７１）の一対の辺と同一寸法で、残
りの一対の辺が他の一対の辺よりも、クランクピン（２
３）の主軸（１７）に対する偏心量ρの２倍以上長くな
っており、これによって、角筒部（２７１）と摺動体（
２９１）とけ相互に一方向に摺動可能になっている。

摺動体（２９１）の周囲には、摺動体（２９１）を嵌合
したリング部材（２９２）が設置され、リング部材（２
９２）はキー（２９３）によってハウジング（１ｏ）の
円筒側壁（１３）の内面に回転止めされて設置されてい
る。リング部材（２９２）の中央部の穴（２９５）は角
穴で、摺動体（２９１）の外形の対向する一対の辺と同
じ寸法をもつ一対の辺と、残りの一対の辺よりもクラン
クピン（２３）の偏心量ρの２倍以上長い一対の辺とで
構成される四角形状をしており、摺動体（２９１）を角
筒部（２７１）との摺動方向とは直角方向に摺動するよ
うに案内する。かくして、角筒部（２７１）は互いに直
交する二方向に移動可能であるが自転は禁止されておυ
、従って、直交する二方向への移動の合成として円軌道
上の運動を許される。それゆえ、主軸（１７）の回転に
伴うクランクピン（２３）の偏心回転運動によって、角
筒部（２７１）従ってスクロール部材（２４）は、自転
Ｊずに円軌道上を公転する。

前記スクロール型圧縮機には次の欠点があった。

即ち、第１図（α）に示した二つのうす巻き体（１１＜
２１の当接点ａ□、　ｂｌ、　ｃＬ２．７２に、実際の
機械では若干のすきまが発生し、これらの当接点７！’
１＋　ｂｌ、　（１２、７＞２を所して圧力の高い小室
より圧力の低い小室へ（例えば当接点ｈ１にすきまが生
じると、小室（３）より小室（３ｂ）へ）ガスが流れる
だめ、圧縮機の性能を低下させるという欠点があった。

本発明は前記の問題点に対処するもので、一対のうす巻
き体を有する回転式流体機械において、前記各うす巻き
体の当接面の断面形状を波打ち状にしたことを特徴とす
る回転式流体機械に係シ、その目的とする処は、圧力の
高い小室から当接点のすきまを経た圧力の低い小室への
ガス洩れを極めて僅かなものにできて、回転式流体機械
の性能低下を防止できる改良された回転式流体機械を供
する点にある。

次に本発（ロ）回転式流体機械を第４図に示す一実施例
によシ説明すると、（４０１）（４０２）が一対のりす
巻き体で、これらは第１図の（ＩＨ２＋、第２図の（２
４２）（２５２）に相当している。　（４０１）は公転
うず巻き体、（４０２）は固定うす巻き体である。これ
らの（４０１）及び（４０２）はそのうす巻き体形状と
して同第４図に示すように、従来のもののインボリュー
ト曲線（必要ならば特願昭５６−１９７６７２号明細書
を参照されたい）に三角関数のＳｉｎ関数を重畳させて
、うす巻き体の当接面の断面形状を波打ち状に形成して
いる。このように当接面の断面形状を波打ち状に形成し
たうず巻き体（４０１）及び（４０２）を、第２図の（
２４２）（２５２）の代りに設ける。それ以外は従来の
ものと同じである。

本発明ｑ回転式流体機械は前記のように構成されており
、二つのうす巻き体（４０１）（４０２）の当接点（４
１０−１）（４１０−２）　（４１１−１）（４１１−
２）の接触長さが従来のもの（第１図参照）に比べると
はるかに大きくなる。従って当接点（４１０−１）（４
１０−２）　（４１１４）（４１１−２）に僅かなすき
まが生じたとしても、圧力の高い前室から圧力の低い後
室へのガス洩れが極めて少なくなる。そのため本発明で
は回転式流体機械の性能低下を防止できる効果がある。

なお前記実施例では、インボリュート曲線にＳｉｎ関数
を重畳して、うす巻き体の当接面の断面形状を得ている
が、当接面の断面形状が波打ち状なら上記例に限定され
ない。例えばインボリュート曲線とｃｏｓ関数などを重
畳したもの、あるいは円弧を接続した曲線にＳｉｎ、ｃ
ｏｓ　の三角関数などを重畳したものでもよい。またう
す巻き体の当接面の断面形状を波釘状にする範囲は適宜
状めればよい。

即ち、うす巻き体始点より終端まで、あるいは途中だけ
というように加工上、性能上から決めればよい。

また前記実施例では次の作用効果も達成できる。

即ち、一方のりす巻き体は固定され、他方のうす巻き体
は自転を禁じながら公転させる。その場合、二つのうず
きき体が波打ち状の当接面を介して接触していれば、他
方のうす巻き体の自転が禁じられる、従来必要であった
自転を禁じる機構（第２図の（２９）参照）が不用にな
シ、機械の大巾な低価格化が達成される。なお不発明は
エキスパンダ、ポンプ等の流体機械にも適用できる。　
まだうす巻き体の当接面の断面形状を波打ち状にしたも
のなち、スクロールの回転式流体機械、あるいは特願昭
５７−１４９０９２号明細書または実願昭５７−１３０
５５１号明細書に記載の回転式流体機械にも適用できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図はスクロール型圧縮機の原理説明図、第２図は従
来のスクロール型圧縮機の具体例を示す縦断側面図、第
３図は第２図矢視Ｉ−Ｉ線に沿う縦断正面図、第４図は
本発明に係る回転式流体機械の一実施例を示す縦断正面
図である。 （４０１）（４０２）・・・うず巻き体。 復代理人　弁理士　岡　本　重　文 外２名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一対のうす巻き体を有する回転式流体機械において、前
   記各うす巻き体の当接面の断面形状を波打ち状にしたこ
   とを特徴とする回転式流体機械。