JPS60175793A

JPS60175793A - 回転式流体機械

Info

Publication number: JPS60175793A
Application number: JP3098984A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Hirano; 隆久平野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1984-02-21
Filing date: 1984-02-21
Publication date: 1985-09-09

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】本発明は圧縮機、ポンプ、エキスパンダ等の回転式流体
機械に関する。

例えば、公知のスクロール型圧縮機は、第１図作動原理
図に示すように、同一形状の２つのりす巻き体の一方２
を略中夫に吐出口４を有するシール端板に固定し、他方
のうす巻き体１を他方の端板に固定し、両者を、同図に
示・すように、相対的に１８０°回転させ、かっこの両
者が５１．５２及び５１’、５２’の４点で互いに接触
するように、距離２ρ（＝うす巻きのピッチ−２×うす
巻きの板厚）だけ相対的にずらして、互いに両うす巻き
体を重ね合せ、一方のうす巻き体２を静止し、他方のり
す巻き体１をクランク半径ρを有するクランク機構にて
、一方のうず巻き体２の中心０の周りに自転を行なうこ
となく半径ρ＝００′で公転運動をなすように構成され
る。

そうすると、２つのうす巻き体１．２間には、両者が当
接する点５１．５２及び点５１′。

５２′間に密閉された小室３．３が形成され、密閉小室
３．３の容積がうす巻き体１の公転に伴い徐々に変化す
る。

すなわち、同図（１）の状態からうず巻き体１をまず９
０’公転させると、同図（２）となり、１８０°公転さ
せると同図（３）に、２７ｏ°公転させると同図（４）
となり、この間、／」へ室３の容積は徐々に減少し、同
図（４）では２つの小室３．３は連通して密閉小室５３
となり、同図（４）の状態から更に９０’公転すると、
同図（１）となり、小室５３の容積は同図（２）より同
図（３）へとその容積を減少し、同図（３）と同図（４
）の間で最小の容積となり、この間、同図（２）で開き
始めた外側空間が同図（３）、同図（４）から同図（１
）に移り、新たな気体を取シこんで密閉小室を形成し、
以後これを繰返し、うす巻き体外側空間より取りこまれ
た気体が圧縮され、吐出口４よシ吐出される０上記は、スクロール型圧縮機の作動原理であるが、スク
ロール型圧縮機は具体的には、第２図縦断面図に示すよ
うに、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．シリンダグレート１３より々
す、リヤエンドプレート１２に吸入口１４、吐出口１５
を突設すると＼もに、うず巻き体２５２及び円板２５１
よりなる静止スクロール部材２５を固定し、フロントエ
ンドプレート１１にクランクピン２３を有する主軸１７
を枢着し、クランクピン２３に、第３図（第２図ロＴ−
Ｎ（ｉ断面図）に示すように、ラジアルニードル軸受２
６．可動スクロール部材２４のボス２４３．角筒部材２
７１．摺動体２９１．リング部材２９２２回り止め２９
３等より々る不転旋回機構を介して、うず巻き体２４２
及び円板２４１より々る可動スクロール部材２４が付設
されている。

こ＼で、１６は主軸１７のラジアル軸受、２７は角筒部
拐２７１と一体的に設置される可動スラスト板、２１は
プレート、２０および２２はそれぞれスラストベアリン
グで、以上の部材により、スラスト力を受けるようにな
っている。

しかしながら、この種の圧縮機においては。

いわゆるスコッチョーク方式の不転旋回機構を採用して
いるので、下記のような欠点がある。

（１）構成部品の数が多い。

（２）摺動部のすきまは高精度で作る必要がある等によ
シ、流体機械に大きなコスト上昇を来たしている。

（３）　すきまの精度が十分に得られ彦い場合には、摺
動部間でた＼きが生じ、これにより流・体機械が異常音
を出し、特に、このような場合には摺動部の異常摩耗が
発生し１機械の寿命を著しく短くする。

そこで、これらの欠点を除去するため（（、本発明者等
はさきに、前記不転旋回機構を省略した回転式流体機械
を特願昭５７−２０５４１３号、同５７−１４９０９２
号およ、、％ｚ　７−１３０５５１号として提案した。

まず、特願昭５７−２０５４１３号の作動原理は、第４
図に示すように、２つのうす巻き体の一方（固定うす巻
き体）５００を略中夫に吐出孔（図示せず）を有するシ
ール端板に固定し、他方のりす巻き体（可動うす巻き体
）５０１を他方の端板に固定し、両者が５０２、　５０
３及び５０２’、５０３’で当接するように組み合せる
。

こ＼で、可動うず巻き体５０１に半径ρの旋回運動を行
わせる駆動ピン（図示せず）の中心Ｐ′と半径ｒの円弧
ｑｑ’上を往復運動させる点Ｐとの間の距離ｌを一定と
し、可動うず巻き体５０１を旋回半径ρ（駆動軸中心０
′と駆動ピン中心Ｐ′間距離）にて駆動軸中心Ｏ′まわ
りに旋回運動をさせる。

すなわち１点Ｐ′と点ＰＦｉＰＰ’　＝ｌを・保ちなが
ら、点Ｐ′は半径ρ上の円を旋回運動し、点Ｐは点Ｏ″
を中心とし半径ｒの円弧ｑｑ’上を往復運動する。

このようにすると、２つのりす巻き体５００゜５０１間
には両者が酒楼する点５０２．　５０３及び５０２’　
、５０３’間に密閉された小室５０４．５０４’が形成
され、密閉小室５０４゜５０４′の容積が可動うず巻き
体５０１の公転に伴い徐々に減少する。

すなわち、第４図（１１の状態から可動うず巻き体５０
１を４５°公転させると、同図（２）と々９．９０°公
転させると同図（３）となり、以下同様にして３１５°
公転させると同図（８）となる。

この間、小室５０４，５０４’の容積は徐々に減少して
行き、更に、同図（８）より４５゜進むと、同図（１）
になり、小室５０４，５０４’は小室５０５，５０５’
となり、こ＼で２つの小室５０５，５０５’は連通する
。

更に、公転が進むと、同図（１）よシ同図（２）＋（３
）・・・と進み、同図（８）にて小室の容積は最小とな
り、この間、同図（１）で外側に開き始めた外側空間が
同図（２）、　（３）・・・（８）へ移９、更に同図（
１）に移り、新たな気体を取りこんで密閉小室を形成し
、以後これを繰り返し、うす巻き体外側空間より取込ま
れた気体が圧縮され、固定うず巻き体５００の略中央に
設けられた吐出孔（図示せず）より外部へ吐出される。

具体的には、第５図部分縦断面図及び第６図Ｖｌ−ＶＴ
横断面図に示すように、固定うず巻き体６００をハウジ
ング１０に固定し、一方、フロントエンドプレート１１
にクランクピン２３を有する駆動軸（主軸）１７を枢着
し。

クランクピン２３にラジアルニードル軸受２６を介して
可動うず巻き体６０１のボス２４３を介装する。

また、ボス２４３に、一体的に突設されたアーム６０７
の先端はピン６０８を介してリンク６０９の一端に、リ
ンク６０９の他端はピン６１１を介してハウジング１ｏ
のシリンダプレート１３に一体的に突設された固定具６
１０に枢着されているので、主軸１７を回転すると、可
動うず巻き体６０１の中心部は主軸１７とクランクピン
２３間の距離（旋回半径ρ）にて公転運動を行なうと＼
もに、可動うず巻き体６０１のアーム６０７のピン６０
８中心点はピン６１１中心を中心とした円弧上を往復運
動をすることとなるのである。

このような回転式圧縮機のうす巻き体のうす巻きの形状
は作動原理で示したように、２つのりす巻き体が複数の
当接点を有するものならいかなる形状のものでも良く、
従来必要であった不転旋回機構に基因する欠点はすべて
解消されるのであるが、さらに、小型化、コスト低減お
よびスラスト力支持機構の簡単化を狙って、第７図部分
縦断面図、第８図Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図に示すよ
うな構造を採ることもできる。

すなわち、上図において、可動うず巻き体６０１の円板
６０５のフロント側端面に球状凹穴７００及び７０３を
複数個設け、フロントエンドプレート１１のリア側端面
７０５に円弧状凹穴７０１を１ヶ設け、凹穴７０１は中
心をＯ″、半径ｒの円弧にて形成し、球状凹穴７００と
円弧状凹穴７０１の両者に嵌合するようにボール７０４
を介装すると＼もに、球状四穴７０３とフロントエンド
プレート１１のリア側端面７０５間にボール７１５を球
状凹穴７０３の数だけ介装してフロントエンドプレート
１１及び可動うずまき体６０１を組立てる。

こ＼で１球状凹穴７００９円弧状凹穴７０１の深さは両
者を合計した値がボール７０４の直径以下とし、また、
円弧状凹穴７０１の長さは、ボール７０４を介装した状
態で可動うす巻き体の円弧上の往復運動の距離がとれる
値以上とし、更に円弧状凹穴７０１の巾はボール７０４
を介装したとき、凹穴の巾方向にボールがほとんど動か
ないように定め、凹穴７００の球径はボール７０４の球
径とはソ等しくしておく。

そうすると、可動うず巻き体６０１の球状凹穴７００に
嵌挿されるボール７０４は第４図作動原理に示すＰ点に
相当し、ボール７０４は、フロントエンドプレート１１
のリア側端面７０５に設けられる円弧状凹穴７０１にょ
シ規制されるため、中心をＯ／／とし半径をｒとする円
弧上での運動のみが許容され１作動原理で示したＰ点の
円弧上の往復運動が可能となり、またボール７０４はス
ラスト力を受けもつこと＼な９、他方、球状凹穴７０３
とボール７１５．フロントエントフＶ−）１１のリア側
端面７０５を前記のように配置することによりスラスト
力が受けられ、小型軽量化、高信頼性および低価格化が
実現される。

なお、こ＼で、下記するように、種々の変形例を採るこ
とも可能である。

（１１第９図に示すように、円弧状凹穴７０１を形成す
る部材８０１を端面７０５に一体的に形成しても良い。

（２）球状凹穴７００及び７０３の代わシに、ボール７
０４及び７０５の位置を決めることができるものならば
、第１０図に示すように、断面が短形状の四穴８０２を
設けることもできる。

（３）円弧状凹穴７０１の断面は、第１０図８０３に示
すように、曲率を有する断面形状でも勿論良い〇（４）球状凹穴７００の代わりに、例えば、第１１図（
Ａ）、（Ｂ）の構造でも良く。

８０４は球状凹穴８０５を有する位置決め部材、８０６
は位置決めのためのリング材で、これらの部材を可動う
ず巻き体６０１の円板６０５に一体的に設置しても良く
、球状凹穴７０３についても全く同様である０（５）球
状凹穴７０３を可動うず巻き体６０１の円板６０５に設
ける代りにフロントエンドプレート１１のリア側端面に
球状凹穴を設けても良く、また１球状穴７０３は球状で
ある必要はなく、第１２図に示すように。

ガイド材８０８を端面７０５に一体的に形成しても良い
。

（６）球状凹穴７００と円弧状凹穴７０１の間にボール
７０４を直接介装する代わりに、第１３図に示すように
、スリッパ８０９を介装しても良く１球状凹穴７０３．
ボール７１５も同様である。

（カ　ボール７０４の代わシに第１４図（Ａ）に示すよ
うに、ピン８１０を採用しても良く、″また、ピンの代
わりに同図（Ｂ）に示すように、凸部を円板６０５に形
成しても良く、ピｙ８１０あるいは凸部８１１はスラス
ト力の保持はできないが、直線往復運動をさせることは
でき、さらに、同図（Ｃ）に示すように、ピン８１２の
先端を球状にしてスラスト力を受けるようにしても良い
。

（８）以上の変形例では、可動うず巻き体６０１の円板
６０５とフロントエンドプレート１１のリア側端面７０
５で直接にスラスト力を受ける構造を示したが、これら
の部材の上に耐久性を上げるためのスラストプレートを
介在させても良いことは勿論である。

（９）各球状凹穴、円弧状四穴及びボールが組み合さる
部分には適宜潤滑構造を採用することができる。

さらに、本発明者等は、同一の目的を達成する構造とし
て、可動うす巻き体の中心部が公転運動をすると＼もに
中心から離れた部分が直線運動を打力うようにした構造
を実願昭として提案した。

しかしながら、以上述べた構造の回転式流体機械におい
ては、うす巻き体の相対的ねじ卆位置を設定することが
、非常に重要で、相対的ねじ９位置が適切でないと、２
つのうす巻き体間にすきまが形成され、このすきまから
流体が洩れ１機械の性能を低下させる。

この点まず、第５図、第６図の構造のものでは、固定う
ず巻き体６００はハウジング１０に固定され、一方、可
動うず巻き体６０１は、アーム６０７．ピン６０８．リ
ンク６０９を連結して、ハウジング１０の固定具６１０
にピン６１１にて枢着され、両うす巻き体の相対的なね
じり位置関係は、ハウジング１０を介して設定される。

このため、固定うず巻き体６００とハウジング１０の円
周方向位置、及び固定具６１０とハウジング１００円周
方向位置を正確にだすことが必要であるにもか＼わらず
、これを有効に行なうことは困難である。

次に、第７図、第８図の構造のものでは、固定うず巻き
体６００はハウジング１ｏに固定され、一方、可動うず
巻き体６０１は、ボール７０４及びフロントプレトフＬ
／　−）　１１の凹穴７０１を介して組立てられるので
、両うす巻き体の相対的なねじシ位置関係はハウジング
１０及びフロントプレート１１を介して設定される。

このため固定うず巻き体６００とハウジング１０の円周
方向位置及びフロントエンドプレートとハウジング１ｏ
の円周方向位置を正確に設定することが必要であるにも
が＼ゎらず、これを有効に行なうことが困難である。

従って、これらの構造では、両スクロール間の相対的ね
じり位置を適切に設定することが困難で、これにより機
械の性能低下を招き、また、上述した各部材の相対位置
を設定するために１機械のコストを高める結果と表って
いる。

本発明はこのような事情に鑑みて提案されたもので、固
定うす巻き体と可動うす巻き体との相対位置の設定を簡
単にすると＼もに、安定的に精度良く行なうことにより
性能を向上すると＼もに、コスト低減を図る回転式流体
機械を提供することを目的とする。

そのために本発明は、２つのりす巻き体を互いに嵌め合
せ、一方を固定側うず巻き体とし、他方を可動側うず巻
き体としてその中心部を上記固定側うず巻き体の中心の
周りの円周に沿って公転させると＼もに中心部から離れ
た部位を直線又は円弧に沿って往復運動させることによ
り流体を吸入吐出するようにした回転式流体機械におい
て、両うす巻き体間に直接付設され両うす巻き体の相対
的ねじれ位置を規制する部材を具えたことを特徴とする
０本発明の一実施例を図面について説明すると、第１５図
はその部分縦断面図、第１６図は第１５図の変形例を示
・す同じく縦断面図。

第１７図　（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第１６図のボール
介装部の変形例を示゛す同じく縦断面図である。

まず、第１５図は、公知の第５図に対応し、第５図と同
一の記号はそれぞれ同図と同一の部材を示し、固定うず
巻き体６００はハウジング１０に固定され、一方、可動
うず巻き体６０１の円板６０５に、ピン６５０を突設し
。

ピン６５０にてリンク６５１の一端を枢着し、その他端
を固定うす巻き体の円板６０３に設けたピン６５２によ
り枢着している。

こ＼で、６５３は固定うず巻き体６００の円板６０３に
設けられたリンク６５１を枢着するピン６５０が円弧上
の往復運動を行なうために設けた逃げ用の凹部である。

このような構造において、第５〜６図の従来のものと同
様に、リンク６５１にょシ、可動うず巻き体６０１のピ
ン部は円弧上を往復運動することができる。

また、固定うず巻き体６００と可動うず巻き体６０１の
相対的位置関係は、両うす巻き体のみによって決まシ、
即ち両者の相対的位１関係は１両うす巻き体のピンの位
置及びリンクの工作精度のみによって決まり、ハウジン
グあるいはフロントエンドプレート等地の部材とは無関
係であるので、これらの位置決めを正確に行なう必要性
は全く無くなる。

その結果、このような回転式流体機械によれば、下記の
効果が奏せられる。

（１）従来のものでは多大の配慮を要したフロントエン
ドプレート、ハウジング等と両スクロールの相対的位置
の正確な設定の必要はなくなシ、大巾な機械のコスト低
下が可能となる。

（２）両うす巻き体の相対的位置関係は、上述のように
、両うす巻き体のみによって決まるので、これらの工作
精度を必要なだけ高めれば１両うす巻き体の間にすきま
による洩れの発生はなくなシ、機械の性能を大巾に向上
させることができ、更に、機械間の性能バラツキが小さ
くなり、良好な性能の機械を安定的に提供することが可
能となる。

次に、第１６図は、従来の第７図、第８図の構造に対応
するもので、可動うず巻き体６０１のスラスト荷重を受
ける構造は、従来のものと同様に、円板６０５に複数個
の球状四穴７０３を設け、これにそれぞれボール７０／
１を嵌挿すると＼もに、可動うず巻き体６０１の円板６
０５の固定うず巻き体６００側端面の一部に、球状四穴
７５０を設け、固定うず巻き体６００の円板６０３の可
動うず巻き体６０１側端面の一部には円弧状凹穴７５２
（第８図（Ａ）と同様な形状とする）を設け、これらの
間にボール７５１を介装する。

このような構造において、従来の第７〜８図の場合と同
様に、可動うす巻き体の一部は円弧上を往復運動するよ
うになシ、更に両うす巻き体の相対位置関係は、両うす
巻き体及びこれらの間に介装されるボールのみによって
決定される。

彦お、こ＼で、ボールの代わシに、第１７図（Ａ）。

（Ｂ）に示すような変形例を採用することができるつま
ず、同図（Ａ）においては、可動うず巻き体６０１の円
板６０５にピン穴９００を設け、これにピン９０１を挿
入し、一方、固定うず巻き体６００には円弧状凹穴９０
２を設けている。

次に、同図（Ｂ）においては、上記可動うず巻き体６０
１の円板６０５にピン部９０３を一体的に形成する。

なお、従来のもの＼第９〜１３図の構造にて、フロント
エンドプレート１１０代ｈｌＫ、可動うす巻き体の円板
とし、可動うす巻き体の円板の代わ９に固定うす巻き体
の円板にそれぞれの部材を設けても良く、これらの場合
にはボールがスラスト荷重を受けることは必ずしも必要
ではない。

また、ピン、リンクあるいはボール、ピン球状凹穴に適
宜潤滑を行なう構造を採用することもできる。

その際、若干のクリアランスを設け、スラスト荷重がボ
ールにか＼らないようにしても勿論よいことはいうまで
もない。　４更にボールもしくはピンを可動うす巻き体の円板の代わ
シに固定うす巻き体の円板に設　。

け、円弧状凹穴を固定うず巻き体の円板に代えて可動う
ず巻き体の円板に設けても良い。

本発明は圧縮機、ポンプ、エキスパンダ等何れの用途に
も適用することができる。

要するに本発明によれば、２つのりす巻き体を互いに嵌
め合せ、一方を固定側うす巻き体とし、他方を可動側う
す巻き体としてその中心部を上記固定側うず巻き体の中
心の周りの円周に沿って公転させると＼もに中心部から
離れた部位を直線又は円弧に沿って往復運動させること
によ多流体を吸入吐出するようにした回転式流体機械に
おいて、両うす巻き体間に直接付設され両うす巻き体の
相対的ねじれ位置を規制する部材を具えたことによシ、
高性能及び低コストの回転式流体機械を得るから、本発
明は産業上極めて有益なものであるＯ

【図面の簡単な説明】

第１図は公知のスクロール型圧縮機の作動原理説明図、
第２図は公知のスクロール型圧縮機を示す縦断面図、第
３図は第２図のＴＴ［−■に沿った横断面図、第４図は
本発明者等によりさきに提案された特願昭５７−２０５
４１３号所載の回転式流体機械の作動原理説明図、第５
図は第４図の原理に基づく回転式流体機械を示す縦断面
図、第６図は第５図のＶｌ−ＶＩに沿った横断面図、第
７図は第５図の変形例を示す同じく縦断面図、第８図（
Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ第７図のＡ−ＡおよびＢ−Ｂに
沿った横断面図、第９図、第１０図、第１１図。第１２図、第１３図、第１４図はそれぞれ第７図のボー
ル介装部の変形例を示す部分縦断面図、第１５図は本発
明の一実施例を示す部分縦断面図、第１６図は第１５図
の変形例を示す同じく縦断面図、第１７図　（Ａ）。（Ｂ）はそれぞれ第１６図のボール介装部の変形例を示
す同じく縦断面図である。１０・・ハウジング、６００・・固定うず巻き体、６０
１・・可動うず巻き体、６０３・・円板、６０５・・円
板、６５０・・ピン、６５１・・リンク、６５２・・ピ
ン、６５３・・凹部、７０３・・球状凹穴、７０４・・
ボール。７５０・・球状凹穴、７５１・・ボール、７５２・・円
弧状凹穴、９００・・ピン穴、９０１・・ピン、９０２
・・円弧状凹穴、９０３・・ピン部、復代理人　弁理士　塚　本　正　文筆７図（３）　（１１）第２図第３図ｑ　℃ ＾ハｒつ　１第５図第６図第７図４第９図　第１Ｏ図第ε図（ハ）（８）７ｏＦｙｔｓ　６０７０５＆・・嘱拶　や０３１５２３２６２４３（Ａ）（Ｂ）第１２図　第７３図第７５図１０第７６図０７５０　７５１

Claims

【特許請求の範囲】

２つのりす巻き体を互いに嵌め合せ、一方を固定側うす
巻き体とし、他方を可動側うす巻き体としてその中心部
を上記固定側うす巻き体の中心の周りの円周に沿って公
転させると＼もに中心部から離れた部位を直線又は円弧
に沿って往復運動させることにょシ流体を吸入吐出する
ようにした回転式流体機械において１両うす巻き体間に
直接付設され両うす巻き体の相対的ねじれ位置を規制す
る部材を具えたことを特徴とする回転式流体機械。