JP2014101791A - スクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮能力を向上させるための手段を設けたスクロール流体機械を提供する。
【解決手段】駆動スクロールユニット６が、従動スクロールユニット７を挟持する一対の駆動スクロール部材６１，６２を具備し、駆動スクロール部材が、ハウジング４に支持される回転軸６３，６６、回転軸から径方向に延出する端板６４，６８、及び端板から軸方向に延出し且つ端板の中央から外周方向に延出する駆動ラップ部６５，６９を具備し、従動スクロールユニットが、鏡板７１及び従動ラップ部７２，７３を具備する従動スクロール部材と、従動スクロール部材をハウジングに回転自在に保持する一対の従動スクロール受け８１，８２とを具備し、一対の駆動スクロール部材は複数の支持ピン２１，２２，２３によって固定し、従動スクロール部材には、支持ピンを貫通させ、支持ピンの旋回範囲の開口面積を有する開口部７５，７６，７７を支持ピンに対応する位置に形成する。
【選択図】図１

Description

本願発明は、電動機等の外部動力に接続される回転軸の回転に伴って回転する駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニットと共に回転すると共に該駆動スクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行い、駆動スクロールユニットの間に形成される圧縮空間を外方から中央に向けて漸次縮小して流体を圧縮吐出する従動スクロールユニットとによって構成されるスクロール流体機械に関する。

特許文献１（特開２０１１−９９３６２号公報）は、スクロールの圧縮容量を確保しつつ従動スクロールのラップ強度を高めるために、スクロール流体機械において、従動スクロールユニットが、外周環状ブロック部と、該環状ブロック部から中心方向に螺旋状に延出すると共に、固定ラップ部及び前記外周環状ブロック部から中心方向に向かって延出する延出ラップ部によって構成され、前記外周環状ブロック部に螺旋状空間を画成する従動側ラップ部と、前記延出ラップ部及び前記固定ラップ部の所定の範囲の内側部分において軸方向略中央を径方向に連設して前記延出ラップを補強する補強部を具備し、駆動側ラップが、前記補強部が形成されない螺旋状空間内に配され、前記一対の端板間を連設する駆動スクロール保持部と、前記一対の端板から軸方向に延出して前記補強部に摺動自在に当接する当接部とからなることを開示する。

特許文献２（特開平７−１０３１５４号公報）は、吸込口を通るガスに作用する遠心力を低減し、圧縮空間にガスが良好に送り込まれるようにするために、吸込口を従動スクロールの軸中心側に変位させると共に、吸込口の変位方向に従動スクロールのラップの基礎円中心を従動スクロールの軸中心に対して偏心させ、さらに従動スクロールのラップの基礎円中心の偏心に対応して、駆動スクロールのラップの基礎円中心を駆動スクロールの軸中心に対して偏心させたスクロール圧縮機を提供する。

特許文献３（特開平７−１０３１６０号公報）は、規制される条件の下でスクロールの排除容積を増大させるようにするために、インボリュートラップそれぞれのインボリュート基礎円を楕円又は長円としたスクロール圧縮機を提供する。

特開２０１１−９９３６２号公報 特開平７−１０３１５４号公報 特開平７−１０３１６０号公報

上述したように、従来のスクロール流体機械においては、スクロールの圧縮容量を確保すること、圧縮空間への流体の取り込みを良好にすること、従動スクロールのラップ強度を増加させることなどの課題があり、上述した特許文献１〜３はそれぞれその課題を解決するための手段を有するものであるが、その課題のすべてを解決することはなかなか困難であった。

このため、本願発明は、従来の課題を解決するためにいろいろな手段を講じると共に、圧縮能力を向上させるための手段を設けたスクロール流体機械を提供することを課題とするものである。

したがって、この発明は、ハウジングと、該ハウジングに回転自在に支持される駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニット内に配置され、前記駆動スクロールユニットと間に形成された圧縮空間の容積を変化させる従動スクロールユニットと、該従動スクロールユニットを前記駆動スクロールユニットと共に回転させながら前記駆動スクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行わせる回転同期機構とを具備するスクロール流体機械において、前記駆動スクロールユニットが、前記従動スクロールユニットを挟持するように配置された一対の駆動スクロール部材を具備し、それぞれの駆動スクロール部材が、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸、該回転軸から径方向に延出する端板、及び該端板から軸方向に延出し且つ前記端板の中央から外周方向に螺旋状に延出する駆動ラップ部を具備すること、前記従動スクロールユニットが、前記一対の駆動スクロール部材間に配置される鏡板、及び該鏡板から軸方向両側に延出し、前記それぞれの駆動ラップ部と噛合して圧縮空間を画成する一対の従動ラップ部を具備する従動スクロール部材と、該従動スクロール部材を前記それぞれの駆動スクロール部材の外方から前記ハウジングに回転自在に保持する一対の従動スクロール受けとを具備すること、前記一対の駆動スクロール部材が、お互いの駆動スクロール部材の外周近傍を所定の間隔で連結する複数の支持ピンによって固定され、前記従動スクロール部材には、前記支持ピンが貫通し、該支持ピンの旋回範囲の開口面積を有する開口部が前記支持ピンに対応する位置に形成されることにある。

これによって、駆動スクロール部材が、従動スクロール部材を貫通する複数、例えば３つの支持ピンによって軸方向に固定されるため、圧縮空間に発生する内部圧力によるスラスト荷重を相殺することができる。また、これによって駆動ラップ部及び従動ラップ部にかかるスラスト荷重も一定になることから、駆動ラップ部及び従動ラップ部の先端に設けられるチップシールが均等な接触力で摺動することができるものである。

また、前記開口部の１つが、前記従動ラップ部の巻き終わり近傍に位置することが望ましい。これによって、開口部及び支持ピンが、外周近傍の１２０°間隔で配置されるものである。

これによって、前記従動スクロール部材の外径を小さくすることが可能になるものである。

さらに、前記従動スクロール部材の外周部分には、外周リブが形成され、該外周リブの径方向の厚さを、従動スクロール部材の回転中心と重心が一致するように調整することが望ましい。例えば、これは、外周リブの外径中心と内径中心の位置を変化させることによって、外周リブの厚さを不均一にし、スクロールラップの重心の偏りを相殺することによって達成することができる。

さらにまた、それぞれの駆動スクルール部材の外周部分には、外周リブが形成され、該外周リブの径方向の厚さを、該駆動スクロール部材の回転中心と重心を一致させるように調整することが望ましい。例えば、これは、外周リブの外径中心と内径中心の位置を変化させることによって、外周リブの厚さを不均一にし、スクロールラップの重心の偏りを相殺することによって達成することができる。

これによって、従動スクロールユニット及び駆動スクロールユニットの重心を回転中心に合致させることができるため、バランスウェート等を設けることなく、回転バランスを良好に保つことできるものである。

また、前記回転同期機構は、それぞれの前記駆動スクロールユニットの端板と前記従動スクロール受けの間に設けることが望ましい。これによって回転同期機構を駆動スクロール部材の両側に配置することができるため、回転同期機構への負荷を半減させることができるものである。

本願発明によれば、一対の駆動スクロール部材を３本の支持ピンで固定することから、内部発生圧力によるスラスト荷重を相殺することができるので、駆動スクロール部材をハウジングに回転自在に保持するための保持手段、例えばベアリングへのスラスト荷重が発生しないため、寿命を延ばすことができる。

また、従動スクロールユニット及び駆動スクロールユニットの重心を回転中心に合致させるため、バランスウェート等を設けることなく、回転バランスを良好に保つことできるので、回転速度を増加させることが可能となるため、吐出容量を増加させることが可能となるものである。

図１は、本願発明に係るスクロール流体機械の概略構成図である。 図２は、本願発明に係る駆動スクロール部材の説明図であり、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその背面図である。 図３は、本願発明に係る従動スクロール部材の説明図であり、（ａ）はその左側面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）はその右側面図である。 図４は従動スクロール部材と駆動スクロール部材の配置を示した説明図である。

以下、この発明の実施例について図面により説明する。

本願発明の実施例に係るスクロール流体機械１は、図１に示されるように、駆動手段としての電動機２と、電動機２に接続される圧縮部３とによって構成されるが、駆動手段としては電動機２に限定されるものではない。

圧縮部３は、前記電動機２が固定されると共に収納空間５を画成するハウジング４と、該ハウジング４内に回転自在に収納される駆動スクロールユニット６と、該駆動スクロールユニット６との間に圧縮空間８，９を画成する従動スクロールユニット７とによって構成される。

前記ハウジング４は、前記電動機２が固定される第１のハウジング４１と、これと対峙して設けられる第２のハウジング４２と、前記第１のハウジング４１と第２のハウジング４２の間を連結する略円筒状の第３のハウジング４３とによって構成され、該第３のハウジング４３には、流体が導入される導入口４４が形成される。

前記駆動スクロールユニット６は、第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２によって構成される。第１の駆動スクロール部材６１は、例えば図２で示されるように、前記電動機２の回転軸２０にカップリングを介して連結され、前記第１のハウジング４１にベアリング３１を介して回転自在に支持される第１の回転軸６３と、この第１の回転軸６３から径方向に円盤状に延出する第１の端板６４と、該第１の端板６４の第２の駆動スクロール部材６２と対峙する面に、第１の端板６４の中心から外周近傍に螺旋状に延出する第１の駆動ラップ部６５とによって構成される。また、前記端板６４の背面には、回転同期機構３５としてのオルダムリングが噛合するオルダムリング溝３５ａが形成される。

また、第２の駆動スクロール部材６２は、前記第２のハウジング４２にベアリング３２を介して回転自在に支持されると共に内部に吐出孔６６が形成された第２の回転軸６７と、この第２の回転軸６７から径方向に円盤状に延出する第２の端板６８と、該第２の端板６８の第１の駆動スクロール部材６１と対峙する面に、第２の端板６８の中心から外周近傍に螺旋状に延出する第２の駆動ラップ部６９とによって構成される。

さらに、前記第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２は、図４で示すように、支持ピン２１，２２，２３によって所定の間隔に保持固定されるものである。また、この支持ピン２１，２２，２３は第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２の第１及び第２の端板６４，６８の外周部分に円弧状に突出するボス部（図２（ａ）における第１の端板６４における２４，２５，２６）にボルトによって固定されるものである。尚、図２（ａ），（ｃ）において、ボルトが挿通する装着孔が２１ａ，２２ａ，２３ａとして示される。

さらに、前記第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２において、それぞれの駆動スクロール部材６１，６２の外周部分には、リブ部６４ａが形成される。このリブ部６４ａの径方向厚さＷｄは、第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２の回転中心Ｃｄが、第１及び第２のスクロール部材６１，６２の第１及び第２の駆動ラップ部６５，６９によって偏った重心を回転中心Ｃに一致させるように調整されるものである。これは例えば、リブ部６４ａの外径中心と内径中心の位置を変えることによって達成することができる。これによって、支持ピン２１，２２，２３によって固定された駆動スクロールユニット６の回転中心Ｃｄと重心とを一致させることができるため、円滑な回転を得ることができるものである。

従動スクロールユニット７は、従動スクロール部材７０と、該従動スクロール部材７０の外周部分に固定され、該従動スクロール部材７０を第１のハウジング４１及び第２のハウジング４２に対して回転自在に保持するための第１及び第２の従動スクロール受け８１，８２とによって構成される。前記従動スクロール部材７０は、図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、径方向に円盤状に延出する鏡板７１と、該鏡板７１の両面からそれぞれ第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２側に設けられ、前記第１及び第２の駆動ラップ部６５，６９とそれぞれ噛合する第１及び第２の従動ラップ部７２，７３とを具備し、さらに前記支持ピン２１，２２，２３に対応する位置に開口する開口部７５，７６，７７が形成される。この開口部７５，７６，７７は、その１つが第１及び第２の従動ラップ部７２，７３の巻き終わりφend近傍に設けられるもので、他の２つは、それぞれ基礎円Ｒの中心で１２０°等分になるように同心円上に配置され、さらに従動スクロール部材７０の外径が小さくなるように形成されるものである。さらにまた、前記従動スクロール部材７０の中心部分には、貫通口７８が形成され、第１の圧縮空間８で圧縮された流体が第２の圧縮空間９で圧縮された流体と合流できるようになっているものである。

また、前記開口部７５，７６，７７は、前記支持ピン２１，２２，２３の旋回範囲に略等しい面積を有するものであるが、特に本願発明では、図４に示すように、支持ピン２１，２２，２３が開口部７５，７６，７７の周縁に接触しないように形成されることが望ましい。このため、開口部７５，７６，７７の直径をφＤ、旋回半径をＲ、支持ピン直径をφｄ、接触防止隙間をαとした場合、φＤ＝（Ｒ＋ｄ／２＋α）×２とすることが望ましいものである。

さらに、前記従動スクロール部材７０の外周部分には、外周リブ７４が形成される従動スクロール部材７０の外周を補強するようになっている。この従動スクロール部材の外周リブ７４には、前記開口部７５，７６，７７に対応して従動スクロール部材７０の外径をできるだけ小さく形成すると共に、前記第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２のボス部２４，２５，２６が干渉しないように逃がすための円弧状の切り欠き部９０，９１，９２，９３，９４，９５が外周リブ７４の両側に形成されるものである。さらに、外周リブ７４には、外周部分の重量を軽減するための逃がし溝９６が外周に沿って形成され、この逃がし溝９６と前記切り欠き部９０〜９５とを連通させることによって３箇所の吸込口１０１，１０２，１０３を形成するものである。

さらに、本願発明において、従動スクロール部材７０の外周リブ７４の径方向の厚さＷｆを変化させて、従動スクロール部材７０の重心を回転中心Ｃｆと一致させるものである。これも駆動スクロール部材６１の場合と同様に、これは例えば、外周リブ７４の外径中心と内径中心の位置を変えることによって達成することができる。これによって、従動ラップ部７２，７３による重心の偏差を、バランスウェートを使用することなく外周リブ７４の厚さＷｆを変化させることで調整できるものである。また、従動スクロール部材７０の回転を安定させることができるため、従動スクロール受け８１，８２を保持するベアリング３３，３４にかかる負荷を均等にすることができるものである。

また、従動スクロール部材７０は、前記外周リブ７４を両側から保持する第１及び第２の従動スクロール受け８１，８２によってベアリング３３，３４を介して第１及び第２のハウジング４１，４２に回転自在に保持されるものである。基本的に第１及び第２の従動スクロール受け８１，８２は前記外周リブ７４を貫通するボルト等によって従動スクロール部材７０を保持するものである。また、この従動スクロール受け８１，８２と第１及び第２の駆動スクロール部材６１，６２との間には、回転同期機構としてオルダムリング３５，３６がそれぞれ配置されるものである。

また、本願発明のスクロール流体機械１において、前記第１及び第２の駆動ラップ部６５，６９の先端であって鏡板７１との当接部分及び第１及び第２の従動ラップ部７２，７３と第１及び第２の端板６４，６８との当接部分には、チップシールが配置される。本願発明では、スラスト荷重が支持ピン２１，２２，２３によって相殺されていることから、これらのチップシールは均等な接触力で摺動可能となるため、シールの寿命が延びると共に効率的なシールを維持できるものである。

以上説明したように、本願発明のスクロール流体機械１は、最小限の外径を有すると共に、回転要素、例えば駆動スクロールユニット６及び従動スクロール部材７０の回転中心と重心とが一致するために、回転が円滑であると共に外周部分に係る遠心力を減少させることができると共に、外周リブによって補強することができるので、回転速度を向上させることができるため、吐出量を増加させることができるものである。

１ スクロール流体機械
２ 電動機
３ 圧縮部
４ ハウジング
６ 駆動スクロールユニット
７ 従動スクロールユニット
８，９ 圧縮空間
２１，２２，２３ 支持ピン
３１，３２，３３，３４ ベアリング
４１ 第１のハウジング
４２ 第２のハウジング
４３ 第３のハウジング
６１ 第１の駆動スクロール部材
６２ 第２の駆動スクロール部材
６３ 第１の回転軸
６４ 第１の端板
６５ 第１の駆動ラップ部
６６ 吐出孔
６７ 第２の回転軸
６８ 第２の端板
６９ 第２の駆動ラップ部
７０ 従動スクロール部材
７１ 鏡板
７２ 第１の従動ラップ部
７３ 第２の従動ラップ部
７５，７６，７７ 開口部
７８ 連通口
８１ 第１の従動スクロール受け
８２ 第２の従動スクロール受け
１０１，１０２，１０３ 吸込口

Claims (4)

1. ハウジングと、該ハウジングに回転自在に支持される駆動スクロールユニットと、該駆動スクロールユニット内に配置され、前記駆動スクロールユニットと間に形成された圧縮空間の容積を変化させる従動スクロールユニットと、該従動スクロールユニットを前記駆動スクロールユニットと共に回転させながら前記駆動スクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行わせる回転同期機構とを具備するスクロール流体機械において、
   前記駆動スクロールユニットが、前記従動スクロールユニットを挟持するように配置された一対の駆動スクロール部材を具備し、それぞれの駆動スクロール部材が、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸、該回転軸から径方向に延出する端板、及び該端板から軸方向に延出し且つ前記端板の中央から外周方向に螺旋状に延出する駆動ラップ部を具備すること、
   前記従動スクロールユニットが、前記一対の駆動スクロール部材間に配置される鏡板、及び該鏡板から軸方向両側に延出し、前記それぞれの駆動ラップ部と噛合して圧縮空間を画成する一対の従動ラップ部を具備する従動スクロール部材と、該従動スクロール部材を前記それぞれの駆動スクロール部材の外方から前記ハウジングに回転自在に保持する一対の従動スクロール受けとを具備すること、且つ、
   前記一対の駆動スクロール部材が、お互いの駆動スクロール部材の外周近傍を所定の間隔で連結する複数の支持ピンによって固定され、前記従動スクロール部材には、前記支持ピンが貫通し、該支持ピンの旋回範囲の開口面積を有する開口部が前記支持ピンに対応する位置に形成されることを特徴とするスクロール流体機械。
2. 前記開口部の１つが、前記従動ラップ部の巻き終わり近傍に位置することを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
3. 前記従動スクロール部材の外周部分には、外周リブが形成され、該外周リブの径方向の厚さを、該従動スクロール部材の回転中心と重心が一致するように調整したことを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール流体機械。
4. それぞれの駆動スクルール部材の外周部分には、外周リブが形成され、該外周リブの径方向の厚さを、該駆動スクロール部材の回転中心と重心を一致させるように調整したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスクロール流体機械。

Images