JP5998012B2 - 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。

特許文献１には、旋回スクロール部材と背面プレートとの両部材に貫通孔を設け、両貫通孔に平行ピンを挿入し、両者を締結するスクロール式流体機械が記載されている。

特開２００５−３３７１８９号公報

特許文献１に記載されたスクロール式流体機械は、平行ピンは位置合わせ精度には適しているが、圧縮空気のシールには適していないことは考慮されていなかった。そのため、圧縮流体のシールが不十分であり、圧縮効率を向上させるには不十分であった。また、位置決め用の平行ピンと貫通孔との隙間から漏れた圧縮流体は高温であるため、軸受やグリース等の潤滑油の熱劣化やグリース漏れを抑制することができず、信頼性を向上させるには不十分であった。

上記問題点に鑑み、本発明は、旋回スクロール部材と背面プレートとを精度よく位置決めしつつ、貫通孔を封止する部材を設けることにより、圧縮効率と信頼性を向上させ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、前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を形成して旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回クロールを駆動する駆動軸と、前記駆動軸と前記旋回スクロールとの間に設けられる背面プレートとを備え、前記旋回スクロールと前記背面プレートに位置合わせ孔を設け、前記位置合わせ孔に位置合わせを行う位置合わせピンと前記圧縮室をシールするシール部材を設け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、旋回スクロール部材と背面プレートとを精度よく位置決めしつつ、貫通孔を封止する部材を設けることにより、圧縮効率と信頼性を向上させ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１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１に係るスクロール式流体機械の部分断面図である。 本発明の実施例２に係るスクロール式流体機械の部分断面図である。 本発明の実施例３に係るスクロール式流体機械の部分断面図である。 本発明の実施例４に係るスクロール式流体機械の部分断面図である。 本発明の実施例４に係るスクロール式流体機械の部分断面図である。 本発明の実施例５に係る旋回スクロールラップの正面図である。 本発明の実施例５に係る旋回スクロールラップ中心部の正面拡大図である。

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１を図１、２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流体機械の断面図を示す。図２はスクロール式流体機械の中の特に旋回スクロール８と背面プレート１２の断面図である。

スクロール式圧縮機の構成について図１を用いて説明する。

ケーシング１は、筒状に形成されると共に、その内部に後述の駆動軸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、該鏡板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、該ラップ部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の外径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、該鏡板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。また、該冷却フィン１１の先端側に位置して旋回スクロール８と駆動軸１５とを接続する背面プレート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等を介して駆動軸１５のクランク部１５Ａと回転可能に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の外径側とケーシング１との間には、旋回スクロール８の自転を防止する自転防止機構としての補助クランク１８が例えば３個（１個のみ図示）設けられている。

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の間に位置して外径側から内径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の外径側から内径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のうち最外径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、この空気は最内径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、最外径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の外径側に位置して、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を通じて最外径側に位置する圧縮室１９Ａ内に吸込むものである。

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の内径側（中心側）に設けられた吐出口２２は、最内径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。

ラップ部４より外周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に固定するものである。

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の外径側に位置し、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。

固定スクロール２のラップ部４の位置決めに関する構成を図１を用いて説明する。固定スクロール２は、そのラップ部４に対して高精度な複数の位置決め穴３４がフランジ２４部に設けられている。位置決め穴３４は、ケーシング１のフランジ１aに対応する高精度な位置決め穴３７と、位置決めピン３５によって位置決めされている。位置決め穴３７はケーシング１の主軸１５を保持するための主軸受３６のハウジング１bに対して高精度に設けられており、主軸１５の径方向中心位置と、固定スクロールのラップ部４の径方向の位置決めを高精度に行うことができる。

旋回スクロール８のラップ部１０の位置決めに関する構成を図２を用いて説明する。旋回スクロール８と駆動軸１５との間に設けられ、旋回スクロール８と駆動軸１５とを接続する背面プレート１２には、旋回スクロール８に作用する圧縮荷重あるいは遠心力等を受けるため、複数の補助クランク軸受１８aと旋回軸受１４aを保持するための軸受ハウジング１４b、１８bを設けてある。さらに背面プレート１２中心には軸受ハウジング１４b、１８bと同時(同工程)加工した精度の良い位置合わせ孔としての貫通孔１２aを設けてある。なお、加工を容易にするため、位置合わせ孔は貫通孔１２aとして貫通させてある。貫通孔１２aは位置合わせの精度を上げるため、少なくとも駆動軸１５（のクランク部１５Ａの外周面）よりは内側に設けられている。一方、旋回スクロール８の鏡板９、ラップ部１０、冷却フィン１１によって構成される旋回スクロール８のラップ部材８cのラップ中心にはラップ加工と同時(同工程)加工した精度の良い位置合わせ孔としての貫通孔８aを設けてあり、両者はそれぞれの貫通孔１２a、８aを精度の良い位置合わせピン２９によって位置決めした後、複数のボルト３１で締結されている。

位置合わせピン２９は貫通孔１２a、８aに対して圧入で挿入してあり、位置ズレが発生しないように設定してある。また、位置合わせピン２９には、ネジ溝（または突起）を設けないことにより、位置合わせの精度を向上させている。さらに、旋回軸受内のグリース漏れを確実に防止するためには、位置合わせピン２９と貫通孔１２a、８aとの微小隙間（表面粗さレベル）には接着剤等のシール剤を塗布しても良い。

ここで、特許文献１においては、旋回スクロールのラップ部材と背面プレートとの位置決め締結には貫通孔と平行ピンを用いている。しかし、平行ピンは位置合わせ精度には優れているが、封止機能が高くないことが考慮されていなかった。また、貫通孔は、旋回スクロールの中心側に設けられており、旋回スクロールの中心側の圧縮室は圧力が高くなるため、流体機械、特に圧縮機として使用する場合には貫通孔から流体が漏れやすくなり、圧縮効率を向上できなかった。

そこで、本実施例では、図２に示すとおり、位置合わせは位置合わせに適した位置合わせピン２９によって行い、旋回スクロール８側の貫通孔８aに位置合わせピン２９よりも軸方向旋回スクロール８側に位置合わせピン２９とは別部材の封止部材（シール部材）３０を設け、精度のよい位置決めを行えるようにしつつ、圧縮流体のラップ外への漏れを防止している。なお、封止部材３０と貫通孔８aとの間に接着剤等のシール剤を充填することによりさらにシール性を向上させることができる。

ここで、位置合わせピン２９の径よりも封止部材３０の径を大きくし、それに伴い、旋回スクロール８側に設けた貫通孔８aの封止部材３０が入る部分の径を位置合わせピン２９が入る部分の径よりも大きくしてもよい。このようにすることで、封止部材３０を深く挿入しすぎて位置合わせピン２９を押し出してしまうことを防止することができる。また、封止部材３０にネジ溝（または突起）を設け、貫通孔８aの封止部材３０が入る部分に封止部材３０のネジ溝（または突起）に対応するネジ溝（または突起）３２を設けてもよい。これにより、封止部材３０と貫通孔８aとをネジにより強く締結することができ、シール性を向上させることができる。さらに、封止部材３０にシール材を塗布あるいは巻きつけて挿入してもよい。これにより、ネジ溝が形成された封止部材３０とメネジ３２との隙間をシール材にて封止することができシール性を向上させることができる。

なお、旋回スクロール８のラップ１０と、背面プレート１２に設けた補助クランク軸受１８aとの回転ズレに関しては、背面プレート１２側には駆動軸１５よりも径方向外側に回転位置決め用の貫通孔(図示せず)を設け、旋回スクロール８には、その位置に対応した穴(図示せず)を設け、それぞれの穴に対してある一定の隙間（ガタ）を有するピン (図示せず)等にて一時的に位置決めし、両者をボルト３１等で締結した後に取り外している。ここで、回転位置決め用のピンは、部材に接着等により挿入したままでもよい
以上より本実施例によれば、旋回スクロール８のラップ部材８cと背面プレート１２、即ちラップ部１０（渦巻き）と軸受１４a、１８aとを高精度に位置決めすることが可能であり、かつラップ部材８cには貫通孔８aに封止部材３０を設けてあるため圧縮流体の漏れを防止でき、圧縮効率と信頼性の向上を図ることができる

本発明の実施例２を図３を用いて説明する。実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例は、封止部材３０の先端（駆動軸１５側）に先端（駆動軸１５側）に向けて径が小さくなるようにテーパ部３３を設けたことが特徴である。封止部材３０が挿入されるラップ部材８cの貫通孔８aのテーパ部３３と接触する部分（ネジ溝３２よりも駆動軸１５側）も駆動軸１５側に向けて径が小さくなるようにテーパ上に形成した。これにより、封止部材３０を締め込んだ際に封止部材３０と貫通孔８aのテーパ面どうしが密着してシールすることができる。

本実施例によれば、実施例１よりも密着面積を増加することができるため、シール性をさらに向上させることができる。また、一般的に使用される止めネジ（とがり先）といった汎用部品が簡単に使用できる。

本発明の実施例３を図４を用いて説明する。実施例１、２と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例は、封止部材３０の先端（圧縮室１９側）に先端（圧縮室１９側）に向けて径が大きくなるようなテーパ部３３を設けたことが特徴である。封止部材３０が挿入されるラップ部材８cの貫通孔８aのテーパ部３３と接触する部分（ネジ溝３２よりも駆動軸１５側）も圧縮室１９側に向けて径が大きくなるようにテーパ上に形成した。

本実施例によれば、テーパ面どうしの密着面積を広く取ることが可能であり、シール性をさらに向上することができる。また、一般的に使用される皿ボルトや皿ネジといった汎用部品を使用できる。

本発明の実施例４を図５、６を用いて説明する。実施例１−３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例は、実施例１―３における封止部材３０と、位置合わせピン２９とを一体化したもことが特徴である。実施例１−３と同様に封止部材３０に対応する部分（圧縮室１９側）にはネジ溝または突起を設け、位置合わせピン２９に対応する部分（駆動軸１５側）にはネジ溝または突起を設けていない。

本実施例によれば、部品点数および組立て工数を低減できる。

本発明の実施例５を図７、８を用いて説明する。実施例１−４と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

図７、８は、封止部材３０を取り付けた旋回スクロールラップ部材８cを駆動軸の長手方向から見た図である。本実施例は、旋回スクロール８のラップ部１０の中心部８d(巻き始め)において、封止部材３０を構成するために、中心部８dの内壁部８eを切り欠き部を形成したことが特徴である。

本実施例では、旋回スクロール８の旋回半径が小さく、貫通孔８aおよび封止部材３０（特に実施例３のテーパ部３３）が構成し難い場合にラップ中心部８dの内壁部８eを切り欠くことにより、貫通孔８aおよび封止部材３０の形成を容易にすることができる。

これまで説明してきた各実施例では、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。また、実施例１乃至５を組み合わせることにより本発明を実施してもよい。

１ ケーシング
１a フランジ
１b ハウジング
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
８a 貫通孔
８c 旋回スクロールラップ部材
８d ラップ中心部
８e 切り欠き部
１２ 背面プレート
１２a 貫通孔
１４ ボス
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 軸受ハウジング
１９ 圧縮室
２０ 吸込口
２１ 吸込フィルタ
２２ 吐出口
２３ 固定スクロール傾斜部
２４ フランジ
２５ フェイスシール溝
２６ フェイスシール
２７ 凹溝部
２８ 固定スクロール凸部
２９ 位置合わせピン
３０ 封止部材
３１ ボルト
３２ ネジ溝（または突起）
３３ テーパ部
３４ 位置決め穴
３５ ピン
３６ 主軸受
３６a ハウジング
３７ 位置決め穴

Claims (18)

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、前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を形成して旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回クロールを駆動する駆動軸と、
   前記駆動軸と前記旋回スクロールとの間に設けられる背面プレートとを備え、
   前記旋回スクロールと前記背面プレートに位置合わせ孔を設け、前記位置合わせ孔に位置合わせを行う位置合わせピンと前記圧縮室をシールするシール部材を設け、前記位置合わせピンは前記位置合わせ孔に圧入されることを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記位置合わせ孔を前記駆動軸よりも内側に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。
3. 前記位置合わせピンは、ネジ溝または突起が設けられていない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. 前記シール部材は、ネジ溝または突起が設けられてい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。
5. 前記シール部材の径を前記位置合わせピンの径よりも大きく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. 前記シール部材と前記位置合わせ孔との間にシール剤を充填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。
7. 前記シール部材の先端を径が変化するように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。
8. 前記位置合わせピンと前記シール部材とを一体に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。
9. 前記旋回スクロールのラップ部の中心側の内壁に切り欠き部を形成した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
10. 前記位置合わせピンは前記旋回スクロール側および前記背面プレート側の位置合わせ孔に設けられ、前記シール部材は前記旋回スクロール側の位置合わせ孔に設けられ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。
11. 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、前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を形成して旋回運動する旋回スクロールと、
    前記旋回クロールを駆動する駆動軸と、
    前記駆動軸と前記旋回スクロールとの間に設けられる背面プレートとを備え、
    前記旋回スクロールと前記背面プレートに位置合わせ孔を設け、前記位置合わせ孔にネジ溝または突起が設けられていない位置合わせピンとネジ溝または突起が設けられたシール部材を設け、前記位置合わせピンは前記位置合わせ孔に圧入されることを特徴とするスクロール式流体機械。
12. 前記位置合わせ孔を前記駆動軸よりも内側に設けることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
13. 前記シール部材の径を前記位置合わせピンの径よりも大きくすることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
14. 前記シール部材と前記位置合わせ孔との間にシール剤を充填することを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
15. 前記シール部材の先端を径が変化するように形成することを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
16. 前記位置合わせピンと前記シール部材とを一体に形成することを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
17. 前記シール部材を前記位置合わせピンよりも前記旋回スクロール側に設けることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
18. 前記位置合わせピンは前記旋回スクロール側および前記背面プレート側の位置合わせ孔に設けられ、前記シール部材は前記旋回スクロール側の位置合わせ孔に設けられることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。

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