JP5193703B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

スクロール式流体機械には、ケーシングと、一端側がケーシング内に設けられ他端側がケーシング外に伸長する駆動軸と、ケーシング内にて駆動軸の延長上に設けられた固定スクロールと、固定スクロールと対向して駆動軸の一端側に設けられた旋回スクロールと、ケーシング内で駆動軸に設けられたファンとを有するものがある。このようなスクロール式流体機械において、ガイド板を設けることにより、ファンによる冷却風を、固定スクロールに向けた流れと旋回スクロールに向けた流れと旋回軸受に向けた流れとに分流するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１００７７７号公報

ところで、例えば、同種のスクロール式流体機械に対して、それぞれ性能が異なる駆動モータを組み合わせることで、仕様の異なる複数の装置とすることがある。つまり、スクロール式流体機械に対して比較的低回転型の安価な駆動モータを組み合わせることで比較的低出力であっても安価な装置としたり、同種のスクロール式流体機械に対して高回転型の駆動モータを組み合わせることで高出力の装置としたりするのである。このような場合に、高出力用のものにおいても低出力用のものと同様に冷却風を流していたのでは、旋回スクロールおよび固定スクロールの熱バランスが崩れて、熱膨張による変形量の差が大きくなり、各部に影響を与える可能性があった。

したがって、本発明は、低回転・低出力型および高回転・高出力型のいずれの機種として使用しても旋回スクロールおよび固定スクロールの熱膨張による変形量の差の拡大を抑制することができるスクロール式流体機械の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ファンによって発生する冷却風を固定スクロールへ向けた流れと旋回スクロールへ向けた流れとに分けるガイド部材をケーシング内に設け、駆動軸の軸方向または駆動軸に対する径方向の少なくともいずれか一方に、ガイド部材の取付位置を調整可能とした。

本発明によれば、低回転・低出力型および高回転・高出力型のいずれの機種として使用しても旋回スクロールおよび固定スクロールの熱膨張による変形量の差の拡大を抑制することができる。

「第１実施形態」
本発明に係るスクロール式流体機械の第１実施形態である空気圧縮機を図１および図２を参照して以下に説明する。
第１実施形態の空気圧縮機１１は、図示略の吸込ポートから吸い込んだ空気を圧縮して吐出ポート１３から吐出するスクロール式コンプレッサであり、箱状をなすとともに一側の中央に開口部１４が形成されたケーシング１５と、このケーシング１５内に固定されたベース１６と、一端側がケーシング１５内に設けられ他端側が開口部１４からケーシング１５外に伸長するようにベース１６に回転可能に支持された駆動軸１７と、ケーシング１５内にて駆動軸１７の延長上に設けられた固定スクロール１８と、固定スクロール１８と対向して駆動軸１７の一端側に設けられた旋回スクロール１９と、ケーシング１５内で駆動軸１７の中間部に設けられたファン２０とを有している。

固定スクロール１８は、ベース１６と同等の外径を有する鏡板２３と、鏡板２３の旋回スクロール１９側の表面に立設された渦巻状のラップ部２４とを有している。旋回スクロール１９は、固定スクロール１８と同等の外径を有する鏡板２６と、鏡板２６の固定スクロール１８側の表面に、固定スクロール１８のラップ部２４と重なり合うように立設された渦巻状のラップ部２７とを有している。

駆動軸１７は、一側でベース１６に回転自在に支持されるとともに旋回スクロール１９を回転可能に支持し、他側がベース１６から開口部１４側に突出する第１軸３０と、開口部１４からケーシング１５外に延出する第２軸３１とに分割されており、これら第１軸３０と第２軸３１とがファン２０により同軸上に配置された状態で連結されている。なお、駆動軸１７は、第２軸３１のケーシング１５外に延出する部分において図示略の駆動用モータの駆動力を受ける。

固定スクロール１８には、外周側の圧縮室３３に開口するように上記した図示略の吸込ポートが設けられ、中心側の圧縮室３４に開口するように上記した吐出ポート１３が設けられている。

そして、空気圧縮機１１は、駆動軸１７が図示略の駆動用モータにより駆動されて回転することにより旋回スクロール１９が旋回運動することになり、これによって、吸込ポートから吸い込んだ空気を固定スクロール１８および旋回スクロール１９の間に形成された各圧縮室３３，３４で圧縮して吐出ポート１３から吐出する。

ファン２０は、駆動軸１７と同軸の略円筒状をなしており、回転することで、円筒状に配列された複数のフィン３６により、内側の空気を半径方向外側に放出する。これにより、ケーシング１５外の空気が開口部１４からファン２０の内側に流入することになる。

そして、第１実施形態においては、ベース１６の外周側に、ファン２０によって発生する冷却風を固定スクロール１８へ向けた流れと旋回スクロール１９へ向けた流れとに分けるガイド部材３８が設けられている。

このガイド部材３８は、駆動軸１７の軸線方向（つまり固定スクロール１８、旋回スクロール１９およびファン２０の配列方向）に沿う姿勢で、固定スクロール１８、旋回スクロール１９およびファン２０と、ケーシング１５との間に配置されている。ガイド部材３８は、駆動軸１７の軸線方向に沿って延在する中間板部３９と、この中間板部３９の前記軸線方向におけるファン２０側の一端から駆動軸１７の半径方向（駆動軸１７の軸線方向に対し垂直方向。具体的には駆動軸１７とガイド部材３８とを結ぶ方向。以下同。）においてファン２０側に湾曲する一端湾曲板部４０と、中間板部３９の前記軸線方向における固定スクロール１８側の他端から駆動軸１７の半径方向において固定スクロール１８側に湾曲する他端湾曲板部４１とを有している。

これにより、ファン２０によりその半径方向外方に向けて放出される冷却風は、一部がガイド部材３８のファン２０側に形成された内側流路４４を通って旋回スクロール１９側に吹き付けられることになり、残りの一部がガイド部材３８とケーシング１５との間の外側流路４５を通って固定スクロール１８側に吹き付けられることになる。なお、外側流路４５は、ガイド部材３８と、ケーシング１５の後壁部４７、天井部４８および前壁部４９との間に形成されることになる。この外側流路４５を円滑な形状とするために、ケーシング１５の後壁部４７と天井部４８との間には、ガイド部材３８の一端湾曲板部４０に沿って湾曲する後側湾曲角部５０が形成され、天井部４８と前壁部４９との間には、ガイド部材３８の他端湾曲板部４１に沿って湾曲する前側湾曲角部５１が形成されている。

そして、ガイド部材３８は、駆動軸１７の軸方向または駆動軸１７に対する径方向の少なくともいずれか一方に、取付位置を調整可能とし、ファン２０による冷却風の固定スクロール１８および旋回スクロール１９への分配流量を変更可能となっている。つまり、ガイド部材３８の中間板部３９の他端湾曲板部４１側に、駆動軸１７の半径方向においてベース１６側に突出する有底筒状の取付ボス部５４が形成されており、この取付ボス部５４の底部に形成された、駆動軸１７の軸線方向に長い形状をなす取付穴５５にボルト５６が挿通され、このボルト５６がさらにベース１６に螺合されることで、ガイド部材３８がベース１６に固定される。これにより、ボルト５６を緩めた状態で、この取付穴５５の範囲内でボルト５６を相対移動させることで、ガイド部材３８は駆動軸１７の軸線方向の位置を変更可能となっている。また、ガイド部材３８の取付ボス部５４とベース１６との間にはボルト５６を内側に挿通させてワッシャ６０が設けられており、このワッシャ６０の数を変更することで、ガイド部材３８は、駆動軸１７の半径方向の位置が変更可能となっている。

そして、ガイド部材３８を駆動軸１７の軸線方向におけるファン２０側に位置させるほど外側流路４５が狭くなり、ファン２０による冷却風は、旋回スクロール１９への分配流量が多くなる一方、固定スクロール１８への分配流量が少なくなる。逆に、ガイド部材３８を駆動軸１７の軸線方向における固定スクロール１８側に位置させるほど外側流路４５が広くなり、ファン２０による冷却風は、旋回スクロール１９への分配流量が少なくなる一方、固定スクロール１８への分配流量が多くなる。

また、ワッシャ６０の数を増やすことでガイド部材３８を駆動軸１７の半径方向における外側に位置させるほど外側流路４５が狭くなり、ファン２０による冷却風は、旋回スクロール１９への分配流量が多くなる一方、固定スクロール１８への分配流量が少なくなる。逆に、図２に示すように、ワッシャ６０をなくすまたは減らすことでガイド部材３８を駆動軸１７の半径方向における内側に位置させるほど外側流路４５が広くなり、ファン２０による冷却風は、旋回スクロール１９への分配流量が少なくなる一方、固定スクロール１８への分配流量が多くなる。

以上に述べた第１実施形態によれば、ファン２０による冷却風を固定スクロール１８への流れと旋回スクロール１９への流れとに分配するガイド部材３８が、これら固定スクロール１８および旋回スクロール１９のそれぞれへの分配流量を変更可能であるため、駆動軸１７の回転数の上限値に応じて、例えば、上限値が低い低回転・低出力型として使用する場合に、旋回スクロール１９側への分流流量を少なくし、上限値が高い高回転・高出力型として使用する場合に、発熱量が多くなる旋回スクロール１９側への分流流量を多くすることができ、低回転・低出力型および高回転・高出力型のいずれの機種として使用しても旋回スクロール１９および固定スクロール１８の熱膨張による変形量の差の拡大を抑制することができる。つまり、出力毎に旋回スクロール１９側への冷却風量を増減させることにより、旋回スクロール１９とケーシング１５との熱膨張による変形量の差を異なった出力でも一定に保つことができるため、旋回スクロール１９とケーシング１５とのＰＣＤ差（＝補正値）を全ての出力で共通の値とすることができ、部品の共用化が図れる。また、冷却風を機種毎に最適化できるため、温度に起因する補助クランク破損事故を防止することができる。さらに、ガイド部材３８で整流することで冷却効率を向上でき、信頼性が向上する。

また、ガイド部材３８が、固定スクロール１８、旋回スクロール１９およびファン２０の配列方向に沿ってこれらとケーシング１５との間に配置されるとともに、この配列方向の位置が変更可能とされているため、簡素な構造で分流流量を調整可能となる。

さらに、ガイド部材３８が、固定スクロール１８、旋回スクロール１９およびファン２０の配列方向に対し垂直方向の位置が変更可能とされているため、簡素な構造で分流流量を詳細に調整可能となる。

「第２実施形態」
次に、本発明の第２実施形態の空気圧縮機を図３に基づいて説明する。なお、第１実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第２実施形態においては、第１実施形態に対して、ガイド部材３８の位置調整構造が相違している。

つまり、ガイド部材３８に、取付ボス部５４ではなく端縁部からベース１６側に延出する取付片部６５を形成し、この取付片部６５に駆動軸１７の半径方向に長い取付穴６６を形成する。そして、ボルト６７をこの取付穴６６に挿通させてベース１６に螺合させることで、ガイド部材３８をベース１６に取り付ける。ボルト６７を緩めると取付穴６６の範囲内で、ガイド部材３８が駆動軸１７の半径方向に位置変更可能となる。

このような第２実施形態によれば、より簡素な構造でガイド部材３８を駆動軸１７の半径方向に位置変更可能にできる。

「第３実施形態」
次に、本発明の第３実施形態の空気圧縮機を図４に基づいて説明する。なお、第２実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第３実施形態においては、第２実施形態に対してガイド部材３８の位置調整方向が相違している。

つまり、ガイド部材３８の端縁部のベース１６側に延出する取付片部６５に、駆動軸１７の軸線方向に長い取付穴７０を形成する。そして、ボルト６７をこの取付穴７０に挿通させてベース１６に螺合させることで、ガイド部材３８をベース１６に取り付ける。ボルト６７を緩めると取付穴７０の範囲内で、ガイド部材３８が駆動軸１７の軸線方向に位置変更可能となる。

このような第３実施形態によれば、より簡素な構造でガイド部材３８を駆動軸１７の軸線方向に位置変更可能にできる。

「第４実施形態」
次に、本発明の第４実施形態の空気圧縮機を図５に基づいて説明する。なお、第２実施形態と共通する部位については、同一称呼、同一の符号で表す。

第４実施形態においては、第２実施形態に対してガイド部材３８の位置調整方向が相違している。

つまり、ガイド部材３８の端縁部のベース１６側に延出する取付片部６５に、駆動軸１７の軸線方向においてファン２０側ほど駆動軸１７の半径方向においてファン２０から離れる方向に傾斜する取付穴７２を形成する。そして、ボルト６７をこの取付穴７２に挿通させてベース１６に螺合させることで、ガイド部材３８をベース１６に取り付ける。ボルト６７を緩めると取付穴７２の範囲内で、ガイド部材３８が駆動軸１７の軸線方向および半径方向に同時に位置変更可能となる。つまり、一側に移動させるとガイド部材３８は駆動軸１７の軸線方向および半径方向の両方向で外側流路４５を狭めることになり、逆側に移動させるとガイド部材３８は駆動軸１７の軸線方向および半径方向の両方向で外側流路４５を拡げることになる。

このような第４実施形態によれば、より簡素な構造でガイド部材３８を駆動軸１７の半径方向および軸線方向の両方向に位置変更可能にできる。

なお、第１〜第４実施形態において、取付穴５５，６６，７０，７２を長穴とするのではなく、位置調整方向に配列された複数の丸穴で構成し、適宜選択した丸穴を用いることで、ガイド部材３８の位置を調整するようにしても良い。

本発明に係るスクロール式流体機械の第１実施形態である空気圧縮機を示すもので（ａ）は部分断面図、（ｂ）はガイド部材の部分平面図である。 本発明に係るスクロール式流体機械の第１実施形態である空気圧縮機を示す部分断面図である。 本発明に係るスクロール式流体機械の第２実施形態である空気圧縮機を示す部分断面図である。 本発明に係るスクロール式流体機械の第３実施形態である空気圧縮機を示す部分断面図である。 本発明に係るスクロール式流体機械の第４実施形態である空気圧縮機を示す部分断面図である。

符号の説明

１１ 空気圧縮機（スクロール式流体機械）
１５ ケーシング
１７ 駆動軸
１８ 固定スクロール
１９ 旋回スクロール１９
２０ ファン
３８ ガイド部材

Claims (1)

1. ケーシングと、
   一端側が該ケーシング内に設けられ他端側が前記ケーシング外に伸長する駆動軸と、
   前記ケーシング内にて前記駆動軸の延長上に設けられた固定スクロールと、
   前記固定スクロールと対向して前記駆動軸の一端側に設けられた旋回スクロールと、
   前記ケーシング内で前記駆動軸に設けられたファンとを有するスクロール式流体機械において、
   前記ファンによって発生する冷却風を前記固定スクロールへ向けた流れと前記旋回スクロールへ向けた流れとに分けるガイド部材を前記固定スクロール、前記旋回スクロールおよび前記ファンと前記ケーシングとの間に設け、前記ガイド部材の内側に前記旋回スクロールに向けた内側流路を形成し、前記ガイド部材と前記ケーシングとの間に前記固定スクロールに向けた外側流路を形成し、前記駆動軸の軸方向または前記駆動軸に対する径方向の少なくともいずれか一方に、前記ガイド部材の取付位置を調整可能としたことを特徴とするスクロール式流体機械。

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