JP2007126972A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化によるそれぞれのスクロールのラップ部と鏡板のスラストすきまの変化が大きいため、それを緩和できる構成が必要であった。
【解決手段】旋回スクロール５の自転運動を防止するために前記旋回スクロール５と前記固定フレーム７との間に設けられた補助クランク機構１２とを備えてなるスクロール式流体機械とし、前記固定スクロール１１の固定部と固定フレーム７の間にスペーサを挿入固定し、前記スペーサ１６の高さＨ２を補助クランク１３の高さＨ１とほぼ同等にし、また材質を前記補助クランク１３の熱膨張率と同等の鉄材で構成したことにより、温度変化によるスラストすきまの変化を緩和することが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧縮、膨張および圧送を行なうスクロール式流体機械、特に固定スクロールに対して、旋回スクロールの回転阻止機構を有したスクロール式流体機械に関する。

従来のこの種の無給型スクロール式流体機械には、旋回スクロールの自転を防止するためには補助クランク機構が広く使用されている。前記補助クランク機構の旋回スクロール側、固定フレーム側にはそれぞれ玉軸受けが使用され回転自在に軸支している（例えば、特許文献１参照）。

また、この種のスクロール式流体機械では各スクロールの鏡板とラップ部とのすきまにスラストすきまが存在する場合には、このスラストすきまより各圧縮室の圧縮流体が漏れ出し圧縮効率の低下に大きな影響を与えている。このため圧縮効率を向上させるためにはスラストすきまを小さく押さえることが重要なポイントになっている。

一般に旋回スクロールの遠心力を小さくするために、また固定フレームの熱放熱性および軽量化のため旋回スクロール、固定フレームにはアルミ材が使用されており、補助クランクは玉軸受けに挿入されるために鋼材で構成されている。

図５は、特許文献１に記載された従来のスクロール式流体機械の縦断面図を示すものである。図５に示すように旋回スクロール５１、固定フレーム５２を連結する補助クランク５３および玉軸受け５４、５５より構成されている。また、固定フレーム５２は固定スクロール５６まで伸びていて材質はアルミで出来ている。
特開平１１−２４７７７０号公報（図１）

しかしながら、前記従来の構成では旋回スクロール、固定フレームがアルミ材で、補助クランク材が鋼材であり、それぞれの熱膨張率が大きく異なるため組立て時のスラストすきまが温度変化により変化する。低温時にはスラストすきまが小さくなり、スクロールラップ部と鏡板が接触破損する恐れがある。また、高温時にはスラストすきまが増大し性能低下するので流量確保のために回転数をアップさせる必要があった。回転数をアップさせると遠心力の増大、入力の増大および騒音の増大等の課題があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、温度変化によるスラストすきまの変化を押さえ温度上昇による性能の低下、および低温時のスクロールのラップ部と鏡板の接触を防ぐスクロール式流体機械を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、旋回スクロールの自転運動を防止するために前記旋回スクロールと前記固定フレームとの間に設けられた補助クランク機構とを備えてなるスクロール式流体機械とし、前記固定スクロールの固定部と固定フレームの間にスペーサを挿入固定し、前記スペーサの高さを補助クランクの高さとほぼ同等にし、また材質を前記補助クランクの熱膨張率と同等の鉄材で構成したことを特徴とする。

このことにより、温度変化によるスラストすきまの変化を緩和することが出来る。

また、請求項２に記載の発明は、固定スクロールの固定フレーム側の端面円周に段付き部を構成し、前記段付き部と前記固定フレームの間にスペーサを挿入固定したことを特徴とする。

このことにより温度変化によるスラストすきまの変化を緩和することが出来る。また、旋回スクロールの厚みを小さくすることができ旋回スクロールの回転による遠心力を低減することができる。

本発明のスクロール式流体機械は、温度変化によるスラストすきまの変化を緩和することができ、温度上昇による流量の低下の緩和および、低温時のスクロールのラップ部と鏡板の接触を防止することが出来る。

第１の発明は固定フレームとその固定フレームの中心部に回転可能に設けられ、先端がクランク部となった駆動軸と前記固定フレーム内に位置してその駆動軸のクランク部に旋回スクロール側玉軸受けを介して旋回可能に設けられ鏡板にラップ部が立設された旋回スクロールと、その旋回スクロールに対向して前記固定フレームの他端側に設けられて鏡板にその旋回スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するラップが立設された固定スクロールと、前記旋回スクロールの自転運動を防止するために前記旋回スクロールと前記固定フレームとの間に設けられた補助クランク機構とを備えてなるスクロール式流体機械とし、前記固定スクロールの固定部と固定フレームの間にスペーサを挿入固定し、前記スペーサの高さを補助クランクの高さとほぼ同等にし、また材質を前記補助クランクの熱膨張率と同等の鉄材で構成したことにより、前記補助クランク高さとスペーサの高さとがほぼ等しく温度差による熱膨張率による膨張量および収縮量が等しくなりスラストすきまの変化を押さえることが出来る。

第２の発明は固定スクロールの固定フレーム側の端面円周に段付き部を構成し、前記段付き部と前記固定フレームの間にスペーサを挿入固定したことにより、旋回スクロールの厚さｔを小さくすることが出来、前記旋回スクロールに働く遠心力を小さくすることができる。

第３の発明は特に、第１の発明の固定フレームの固定スクロール側の端面円周に段付き部を構成し、前記段付き部と前記固定スクロールの固定部の間にスペーサを挿入固定したことにより、。旋回スクロールの厚さを小さくすることが出来、前記旋回スクロールに働く遠心力を小さくすることができる。また、固定スクロールの旋回スクロール側の端面を平面で構成できるため加工が容易になる。

第４の発明は特に、第１の発明の固定フレームと固定スクロールの互いに向かい合う端面の円周にそれぞれ段付き部を設け、それぞれの前記段付き部の間にスペーサを挿入固定したことにより、スペーサの高さを十分確保することが出来るため、玉軸受けが大きくなり補助クランクの高さが高くなっても高さをほぼ同等に確保することが出来る。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかるスクロール式流体機械の縦断面図を示している
。

図１に示されるように、モータケーシング１内に電動機の固定子２が固定されており、駆動軸３に電動機の回転子４が固定されている。駆動軸３の先端はクランク状になり旋回スクロール５の鏡板中心に旋回スクロール玉軸受け６を介して回転可能に接合されている。また、駆動軸３は固定フレーム７に主軸玉軸受け８でもって回転自在に支持されている。前記旋回スクロール５の鏡面にラップ部９が立設され、その旋回スクロール５に対向して前記固定フレーム７の他端側に設けられて鏡板にその旋回スクロールのラップ部９との間で複数の圧縮室を形成するラップ部１０が立設された固定スクロール１１がある。

また、前記旋回スクロール５の自転運動を防止するために旋回スクロール５と固定フレーム７の間にクランク機構１２が設置されている。またこのクランク機構１２には少なくとも３個以上の補助クランク１３（１個のみ図示）と旋回スクロール側および固定フレーム側に旋回スクロール側玉軸受け１４、固定フレーム側玉軸受け１５により回転自在に設置されている。固定フレーム７と固定スクロール１１の間にリング状のスペーサ１６が挿入されボルト等で固定されている。

固定スクロール１１、旋回スクロール５および固定フレーム７はアルミ材で構成されおり、スペーサ１６およびクランク１３は鉄材で構成されている。熱膨張率の違いによるスラスト方向の変化を押さえるためには、スペーサ１６の材質は補助クランク１３の熱膨張率と同等の鉄材が適している。

以上のように構成されたスクロール式流体機械について、以下その動作、作用を説明する。

まず、駆動軸３が回転するとクランク機構１２により自転防止されながら旋回スクロール５が公転し、旋回スクロールのラップ部９と固定スクロールのラップ部１０に囲まれた空間が圧縮され固定スクロールに設けられた吐出口１７より圧縮流体が吐出される。

また、この圧縮により圧縮熱が発生し、旋回スクロール５、固定スクロール、固定フレーム７、補助クランク１３およびスペーサ１６に熱が伝わり熱膨張を起こす。また、それぞれ材質が異なり熱膨張率が異なるためスクロールのラップと鏡板のスラストすきまは高温の場合は広がる方向にまた、低温の場合には狭まる方向に変化を起こす。

補助クランク１３の高さＨ１とスペーサ１６の高さＨ２をほぼ同等の高さとし材質を同じ鉄材で構成しているため、温度変化による熱膨張率差によるスラスト方向の変化量を押さえることが出来、スラストすきまの変化量を押さえることが出来る。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２にかかるスクロール式流体機械の縦断面図を示している。なお、実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して、説明を省略する。

図２に示されるように固定スクロール１１の固定フレーム側の端面円周に段付き部１８を構成し、前記段付き部１８と前記固定フレーム７の間にスペーサ１６を挿入固定している。

以上のように構成されたスクロール式流体機械について、以下その動作、作用を説明する。

まず、補助クランク１３の高さＨ１とスペーサ１６の高さＨ２をほぼ同等の高さおよび
材質を同じ鉄材で構成されているため、温度変化による熱膨張率差によるスラスト方向の変化量を押さえることが出来、スラストすきまの変化量を押さえることが出来る。また、旋回スクロール５の厚さｔを固定スクロール１１と固定フレーム７の間に単に挿入する場合と比較して薄く構成することが出来、旋回スクロール５の回転により発生する遠心力を小さくすることが出来る。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３にかかるスクロール式流体機械の縦断面図を示している。なお、実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して、説明を省略する。

図３に示されるように固定フレーム７の固定スクロール側の円周に段付き部１９を構成し、前記段付き部１９と前記固定スクロール１１の間にスペーサ１６を挿入固定している。

以上のように構成されたスクロール式流体機械について、以下その動作、作用を説明する。

まず、補助クランク１３の高さＨ１とスペーサ１６の高さＨ２をほぼ同等の高さとし材質を同じ鉄材で構成しているため、温度変化による熱膨張率差によるスラスト方向の変化量を押さえることが出来、スラストすきまの変化量を押さえることが出来る。また、旋回スクロール５の厚さｔを固定スクロール１１と固定フレーム７の間に単に挿入する場合と比較して薄く構成することが出来、旋回スクロール５の回転により発生する遠心力を小さくすることが出来る。さらに固定スクロール１１の旋回スクロール側の端面を平面で構成できるため加工が容易になる。

（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４にかかるスクロール式流体機械の縦断面図を示している。なお、実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して、説明を省略する。

図４に示されるように固定フレーム７と固定スクロール１１の互いに向かい合う端面の円周にそれぞれ段付き部１９、１８を設け、それぞれの前記段付き部１９、１８の間にスペーサ１６を挿入固定している。

以上のように構成されたスクロール式流体機械について、以下その動作、作用を説明する。

まず、補助クランク１３の高さＨ１とスペーサ１６の高さＨ２をほぼ同等の高さとし材質を同じ鉄材で構成しているため、温度変化による熱膨張率差によるスラスト方向の変化量を押さえることが出来、スラストすきまの変化量を押さえることが出来る。また、旋回スクロール５の厚さｔを固定スクロール１１と固定フレーム７の間に単に挿入する場合と比較して薄く構成することが出来、旋回スクロール５の回転により発生する遠心力を小さくすることが出来る。さらにスペーサの高さを十分確保することが出来るため、玉軸受けが大きくなり補助クランクの高さが高くなっても高さをほぼ同等に確保することが出来る。

以上のように、本実施の形態においては旋回スクロールの自転運動を防止するために前記旋回スクロールと前記固定フレームとの間に設けられた補助クランク機構とを備えてなるスクロール式流体機械とし、前記固定スクロールの固定部と固定フレームの間にスペーサを挿入固定し、前記スペーサの高さを補助クランクの高さとほぼ同等にし、また材質を前記補助クランクの熱膨張率と同等の鉄材で構成したことにより、前記補助クランク高さ
とスペーサの高さとがほぼ等しく温度差による熱膨張率による膨張量および収縮量が等しくなりスラストすきまの変化を押さえることが出来る。

上述したように、本発明にかかるスクロール式流体機械は、温度変化によるスラストすきまの変化を押さえているため流体送風機、空気圧縮の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１にかかるスクロール式流体機械の縦断面図 本発明の実施の形態２にかかるスクロール式流体機械の縦断面図 本発明の実施の形態３にかかるスクロール式流体機械の縦断面図 本発明の実施の形態４にかかるスクロール式流体機械の縦断面図 従来のスクロール式流体機械における補助クランク機構の縦断面図

符号の説明

１ モータケーシング
２ 固定子
３ 駆動軸
４ 回転子
５ 旋回スクロール
６ 旋回スクロール玉軸受け
７ 固定フレーム
８ 主軸玉軸受け
９ 旋回スクロールのラップ部
１０ 固定スクロールのラップ部
１１ 固定スクロール
１２ 補助クランク機構部
１３ 補助クランク
１４ 旋回スクロール側玉軸受け
１５ 固定フレーム側玉軸受け
１６ スペーサ
１７ 吐出口
１８ 固定スクロール側の段付き部
１９ 固定フレーム側の段付き部

Claims (4)

1. 固定フレームとその固定フレームの中心部に回転可能に設けられ、先端がクランク部となった駆動軸と前記固定フレーム内に位置してその駆動軸のクランク部に旋回スクロール側玉軸受けを介して旋回可能に設けられ鏡板にラップ部が立設された旋回スクロールと、その旋回スクロールに対向して前記固定フレームの他端側に設けられて鏡板にその旋回スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するラップが立設された固定スクロールと、前記旋回スクロールの自転運動を防止するために前記旋回スクロールと前記固定フレームとの間に設けられた補助クランク機構とを備えてなるスクロール式流体機械とし、前記固定スクロールの固定部と固定フレームの間にスペーサを挿入固定し、前記スペーサの高さを補助クランクの高さとほぼ同等にし、また材質を前記補助クランクの熱膨張率と同等の鉄材で構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 固定スクロールの固定フレーム側の端面円周に段付き部を構成し、前記段付き部と前記固定フレームの間にスペーサを挿入固定したことを特徴とする請求項１記載のスクロール式流体機械。
3. 固定フレームの固定スクロール側の端面円周に段付き部を構成し、前記段付き部と前記固定スクロールの固定部の間にスペーサを挿入固定したことを特徴とする請求項１記載のスクロール式流体機械。
4. 固定フレームと固定スクロールの互いに向かい合う端面の円周にそれぞれ段付き部を設け、それぞれの前記段付き部の間にスペーサを挿入固定したことを特徴とする請求項１記載のスクロール式流体機械。

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