JPWO2015125261A1 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、旋回スクロールから自転防止機構に直接伝熱しないようにすることで自転防止機構の信頼性向上および長寿命化を実現することを目的とする。本発明は、固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、前記旋回スクロールを駆動する駆動軸と、前記旋回スクロールに締結され、前記駆動軸にボス部にて接続される背面プレートと、前記ケーシングと前記ボス板との間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とを備え、前記背面プレートは前記自転防止機構と一体に設けられた自転防止機構側背面プレートと前記ボス部と一体に設けられた駆動軸側背面プレートとを有し、前記自転防止機構側背面プレートは前記旋回スクロールと非接触であることを特徴とする。

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

特許文献１には『少なくとも補助クランク用ボス部の背面と前記回転軸用ボス部対応部分の中央部が前記旋回スクロール側の冷却フィン頂部と当接して前記旋回スクロールと一体化することを特徴とするスクロール流体機械における冷却構造』が開示されている。

特許第４１３０２８５号

特許文献１に開示されたスクロール式流体機械は、旋回スクロール背面のフィン先端と補助クランク軸受ハウジング部材のボス背面が当接しており、スクロールラップの温度が当接部から伝熱して補助クランク軸受の温度上昇を引き起こし、軸受やグリースの寿命を低下する問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、旋回スクロールから自転防止機構に直接伝熱しないようにすることで自転防止機構の信頼性向上および長寿命化を実現したスクロール式流体機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、前記旋回スクロールを駆動する駆動軸と、前記旋回スクロールに締結され、前記駆動軸にボス部にて接続される背面プレートと、前記ケーシングと前記背面プレートとの間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とを備え、前記背面プレートは前記自転防止機構と一体に設けられた自転防止機構側背面プレートと前記ボス部と一体に設けられた駆動軸側背面プレートとを有し、前記自転防止機構側背面プレートは前記旋回スクロールと非接触であることを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。

本発明によれば、旋自転防止機構の信頼性向上および長寿命化を実現したスクロール式流体機械を提供することができる。

本発明の実施例に係るスクロール式流体機械の断面図である。 本発明の実施例に係る旋回スクロールの斜視図である。 本発明の実施例に係る背面プレートの斜視図である。 本発明の実施例に係る旋回スクロールと背面プレートの斜視図である。

以下、本発明の実施例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、添付図面に従って詳細に説明する。

本発明の実施例を図１、２、３，４を用いて説明する。

図１に本実施例におけるスクロール式圧縮機の断面図を示す。スクロール式空気圧縮機のケーシング１は、筒状に形成されると共に、旋回スクロール８の外側に設けられ、その内部に駆動軸１５を回転可能に支持している。

ケーシング１の開口側に設けられた固定スクロール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、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、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。さらに、外周壁部５は、略円形状をなして固定スクロール２の端面に開口している。そして、外周壁部５は、旋回スクロール８のラップ部１０との干渉を避けるため、ラップ部１０の径方向外側に配置されている。

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、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とによって大略構成されている。冷却フィン１１の先端側には、駆動軸１５に接続される背面プレート１２が設けられている。

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１４a、軸受ハウジング１４bを介して駆動軸１５のクランク部１５Ａと連結される筒状のボス部１４が一体形成されている。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。

また、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。

さらに、背面プレート１２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個の自転防止機構としての補助クランク１８（１個のみ図示）が設けられている。補助クランク１８は、ケーシング１と背面プレート１２にそれぞれ形成された補助クランクボス部１８b内に補助クランク軸受を介して配置されている。

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１９は、ラップ部４，１０の間に位置して径方向外側から径方向内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の径方向外側から径方向内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のうち径方向外側に位置する圧縮室１９Ａには、後述する吸込口２０から外部の空気が吸込まれ、この空気は径方向内側に位置する圧縮室１９Ｂ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。

固定スクロール２の外径側に設けられた吸込口２０は、鏡板３の外径側から外周壁部５にかけて開口し、径方向外側に位置する圧縮室１９Ａ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の径方向外側に位置して、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を通じて径方向外側に位置する圧縮室１９Ａ内に空気を吸込むものである。

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。

固定スクロール２の鏡板３の径方向内側（中心側）に設けられた吐出口２２は、径方向内側に位置する圧縮室１９Ｂに連通し、この圧縮室１９Ｂ内の圧縮空気を外部に吐出させるものである。

固定スクロール２のラップ部４より径方向外側に位置するフランジ２４は、固定スクロール２をケーシング１にケーシング１のフランジ１aにて固定するものである。固定スクロール２とケーシング１との位置合わせは位置合わせ孔３７にて位置決め部材を挿通することにより行われる。

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２５は、外周壁部５の径方向外側に位置し、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。

本実施例によ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（図示せず）に向け吐出することができる。

本実施例による、スクロール式空気圧縮機の冷却構造について説明する。冷却ファン１６によって発生した冷却風は、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の背面側に流通し、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。

図２−４を用いて、本実施例における旋回スクロール８、背面プレート１２の詳細な構成を説明する。

図２に本実施例における旋回スクロール８の背面を示す。旋回スクロール８には、鏡板９の背面側に冷却フィン１１が形成されている。また、旋回スクロール８の背面には、背面プレート１２と締結される締結部３８が複数設けられている。ここで、冷却フィン１１と締結部３８を一体に形成してもよい。このようにすることで、冷却フィン１１間の冷却風の流れが締結部３８によって妨げられることがなくなるため、旋回スクロール８、背面プレート１２の冷却効率を低下させずに旋回スクロール８と背面プレート１１を締結することができる。

なお、旋回スクロール８だけでなく、背面プレート１２にも冷却フィンを設けてもよい。これにより、さらに背面プレートの温度上昇を抑制することができる。

図３に旋回スクロール８と締結される背面プレート１２を示す。背面プレート１２は、駆動軸１５に連結されるボス部１４と一体に形成された駆動軸側背面プレート１２ａと、複数の補助クランク１８を収容する補助クランク軸受ハウジング１８ｂと一体に形成された自転防止機構側背面プレート１２ｂとにより構成される。駆動軸側背面プレート１２ａと自転防止機構側背面プレート１２ｂの間に中空部３９を設け，駆動軸側背面プレート１２ａと自転防止機構側背面プレート１２ｂの間は径方向には接続しない構造とした。

背面プレート１２のうち、自転防止機構側背面プレート１２ｂは接続部１３を介して駆動軸側背面プレート１２ａと周方向に接続されている。圧縮運転により旋回スクロール８の鏡板９、背面プレート１２が熱膨張によって変形したとき、中空部３９によって熱変形を吸収することができる。そのため、駆動軸側背面プレート１２ａの熱膨張が自転防止機構側背面プレート１２ｂに伝達されず、補助クランク軸受ハウジング１８ｂの歪みを抑制することが可能となる。

ここで、駆動軸側背面プレート１２ａを自転防止機構側背面プレート１２ｂよりも剛性の低い材料で形成してもよい。これにより、背面プレート１２が熱膨張による変形を駆動軸側背面プレート１２ａでより多く吸収でき、補助クランク軸受ハウジング１８ｂの歪みをさらに効果的に抑制し、補助クランク１８の信頼性・寿命をさらに向上させることができる。

図４に、旋回スクロール８に背面プレート１２を締結したものを示す。本実施例では、旋回スクロール８と背面プレート１２を締結部３８にて締結した状態で、旋回スクロール８の背面側に形成された冷却フィン１１は自転防止機構側背面プレート１２ｂとは接触しないように構成してある。一方で、駆動軸側背面プレート１２ａと対向する位置では、自転防止機構側背面プレート１２ｂと対向する位置よりも冷却フィン１１の軸方向（駆動軸１５の長手方向）の寸法を大きく形成し、冷却フィン１１は、駆動軸側背面プレート１２ａと接触するように構成されている。

これにより、旋回スクロール８から自転防止機構側背面プレート１２ｂへ直接の伝熱を低減でき、各補助クランク軸受および補助クランク軸受内グリースの温度上昇を効果的に抑えることができ、信頼性向上・長寿命化を実現することができる。

一方で、冷却フィン１１は駆動軸側背面プレート１２ａとは接触するように構成されているため、旋回スクロール８の熱を効果的に逃がすことができる。このように構成しても、駆動軸側背面プレート１２ａと自転防止機構側背面プレート１２ｂの間は径方向には接続されていないため、自転防止機構側背面プレート１２ｂへの伝熱は大きくならない。なお、接続部１３では、冷却フィン１１と非接触とすることにより、自転防止機構側背面プレート１２ｂへの伝熱をさらに抑制することができる。

また、駆動軸側背面プレート１２ａと自転防止機構側背面プレート１２ｂの間に中空部３９には、旋回スクロール８と背面プレート１２との間に形成される空間に流入した冷却風が流通するため、旋回スクロール８の熱を効果的に逃がしつつ、自転防止機構側背面プレート１２ｂ、補助クランク１８の温度上昇を抑えることができる。

以上より、本実施例によれば、旋回スクロール８の熱を効果的に逃がしつつ、自転防止機構側背面プレート１２ｂ、補助クランク１８の温度上昇を抑えることができる。さらに、補助クランク１８の温度低減を部品追加することなく実施可能でありコストを低減でき、機械加工部位が減少するため加工工数(加工時間)も低減できる。

本実施例では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、真空ポンプ等の他のスクロール式流体機械に適用してもよい。また、スクロール式流体機械を備えたタンク一体型パッケージ圧縮機や窒素ガス発生装置といったシステムに適用してもよい。

これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ ケーシング
１a フランジ
２ 固定スクロール
３，９ 鏡板
４，１０ ラップ部
５ 外周壁部
６，１１ 冷却フィン
７，１３ チップシール
８ 旋回スクロール
１２ 背面プレート
１２a 駆動軸側背面プレート
１２b 自転防止機構側背面プレート
１３ 接続部
１４ ボス部
１４a 旋回軸受
１４b 軸受ハウジング
１５ 駆動軸
１６ 冷却ファン
１７ ファンケーシング
１８ 補助クランク
１８a 補助クランク軸受
１８b 補助クランクボス部
１９ 圧縮室
２０ 吸込口
２１ 吸込フィルタ
２２ 吐出口
２４ フランジ
２５ フェイスシール溝
２６ フェイスシール
３７ 位置決め穴
３８ 締結部
３９ 中空部

上記課題を解決するために、本発明は、固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、前記旋回スクロールを駆動する駆動軸と、前記旋回スクロールに締結され、前記駆動軸にボス部にて接続される背面プレートと、前記ケーシングと前記背面プレートとの間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とを備え、前記背面プレートは前記自転防止機構と一体に設けられた自転防止機構側背面プレートと前記ボス部と一体に設けられた駆動軸側背面プレートとを有し、前記自転防止機構側背面プレートは前記旋回スクロールと非接触であり、前記駆動軸側背面プレートは前記旋回スクロールに形成された冷却フィンと接触することを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。

本発明によれば、自転防止機構の信頼性向上および長寿命化を実現したスクロール式流体機械を提供することができる。

背面プレート１２のうち、自転防止機構側背面プレート１２ｂは接続部１２ｃを介して駆動軸側背面プレート１２ａと周方向に接続されている。圧縮運転により旋回スクロール８の鏡板９、背面プレート１２が熱膨張によって変形したとき、中空部３９によって熱変形を吸収することができる。そのため、駆動軸側背面プレート１２ａの熱膨張が自転防止機構側背面プレート１２ｂに伝達されず、補助クランク軸受ハウジング１８ｂの歪みを抑制することが可能となる。

一方で、冷却フィン１１は駆動軸側背面プレート１２ａとは接触するように構成されているため、旋回スクロール８の熱を効果的に逃がすことができる。このように構成しても、駆動軸側背面プレート１２ａと自転防止機構側背面プレート１２ｂの間は径方向には接続されていないため、自転防止機構側背面プレート１２ｂへの伝熱は大きくならない。なお、接続部１２ｃでは、冷却フィン１１と非接触とすることにより、自転防止機構側背面プレート１２ｂへの伝熱をさらに抑制することができる。

１ ケーシング
１a フランジ
２ 固定スクロール
３，９ 鏡板
４，１０ ラップ部
５ 外周壁部
６，１１ 冷却フィン
７，１３ チップシール
８ 旋回スクロール
１２ 背面プレート
１２a 駆動軸側背面プレート
１２b 自転防止機構側背面プレート
１２ｃ 接続部
１４ ボス部
１４ａ 旋回軸受
１４ｂ 軸受ハウジング
１５ 駆動軸
１６ 冷却ファン
１７ ファンケーシング
１８ 補助クランク
１８ａ 補助クランク軸受
１８ｂ 補助クランクボス部
１９ 圧縮室
２０ 吸込口
２１ 吸込フィルタ
２２ 吐出口
２４ フランジ
２５ フェイスシール溝
２６ フェイスシール
３７ 位置決め穴
３８ 締結部
３９ 中空部

Claims (12)

1. 固定スクロールと、
   前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、
   前記旋回スクロールを駆動する駆動軸と、
   前記旋回スクロールに締結部にて締結され、前記駆動軸にボス部にて接続される背面プレートと、
   前記ケーシングと前記背面プレートとの間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とを備え、
   前記背面プレートは前記自転防止機構と一体に設けられた自転防止機構側背面プレートと前記ボス部と一体に設けられた駆動軸側背面プレートとを有し、
   前記自転防止機構側背面プレートは前記旋回スクロールと非接触であることを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記駆動軸側背面プレートは前記旋回スクロールに形成された冷却フィンと接触することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記駆動軸側背面プレートを前記自転防止機構側背面プレートよりも剛性の低い材料で形成することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記旋回スクロールと前記背面プレートとを締結する締結部を設け、前記締結部と前記冷却フィンを一体に形成することを特徴とする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記駆動軸側背面プレートと前記自転防止機構側背面プレートとの間に中空部を有することを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
6. 前記背面プレートに冷却フィンを設けることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
7. 固定スクロールと、
   前記固定スクロールに対向して設けられ、旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、
   前記旋回スクロールを駆動する駆動軸と、
   前記旋回スクロールに締結され、前記駆動軸に接続される背面プレートと、
   前記ケーシングと前記背面プレートとの間に設けられ、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構とを備え、
   前記背面プレートは前記自転防止機構と一体に設けられた自転防止機構側背面プレートと前記駆動軸に接続される駆動軸側背面プレートとを有し、
   前記自転防止機構側背面プレートと前記旋回スクロールに形成された冷却フィンとの間に冷却風通路を設けることを特徴とするスクロール式流体機械。
8. 前記駆動軸側背面プレートは前記旋回スクロールに形成された冷却フィンと接触することを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
9. 前記駆動軸側背面プレートを前記自転防止機構側背面プレートよりも剛性の低い材料で形成することを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
10. 前記旋回スクロールと前記背面プレートとを締結する締結部を設け、前記締結部と前記冷却フィンを一体に形成することを特徴とする請求項８に記載のスクロール式流体機械。
11. 前記駆動軸側背面プレートと前記自転防止機構側背面プレートとの間に中空部を有することを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
12. 前記背面プレートに冷却フィンを設けることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。

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