(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３組の固定ラップを持つ固定スクロールに、３組の旋回ラップを持つ旋回スクロールを向かい合わせて組み合わせ、各ラップ部によりポンプ室を形成し、
固定スクロールの中心部に主軸受を設け、
固定スクロールと一体化した軸受ハウジングに副軸受を設け、
主軸受と副軸受に支持されるクランク軸を有する回転軸を設け、
旋回スクロールの中心部に旋回ラップ先端側の面に開口する旋回軸受ハウジングを設け、
旋回軸受ハウジングに旋回軸受を設け、
旋回軸受がクランク軸と嵌合し、
クランク軸に回転リングを装着し、
回転リングは長穴を有し、
クランク軸は長穴と隙間嵌めで嵌合する扁平部を有し、
回転リングはクランク軸に対し、長穴の中心軸方向へ微小量移動でき、
回転リングの長穴およびクランク軸の扁平部は回転方向に対して後退角を持ち、
旋回スクロールに設けた旋回ラップの中心部に吐出ポートを設け、
旋回ラップと反対側の面に旋回ラップの外周径と同程度の径の位置にシール部材を設け、
シール部材の内部空間に吐出ポートから吐出された流体の圧力を作用させることを特徴とするスクロール液ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液冷媒や油のような液体用のスクロール液ポンプに関する。  
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、従来のスクロール液ポンプは、固定スクロールおよび旋回スクロールにそれぞれ複数組の旋回ラップと固定ラップを設ける。旋回スクロールは背面が旋回軸に固定されて旋回駆動する。固定スクロールは軸方向に移動可能に設置される。ポンプ室の圧力による荷重と背面の吐出圧力による荷重の差により、固定スクロールを旋回スクロールに押し付け、旋回ラップの先端と固定ラップ溝底および固定ラップの先端と旋回ラップ溝底それぞれのシールを行う。流体が最初に流入する吸入室（固定体）と外側のシールは、旋回スクロール外周壁（移動体）で行う。流体のシールを固定体と移動体の間で行うから、流体の漏れは０にならない。外側が外気のとき、シール部から漏れた流体は外部に流出される。スクロール液ポンプを油で潤滑し、外側が駆動部空間のとき、シール部から漏れた流体は駆動部空間へ流入し、潤滑油を希釈するから軸受の潤滑不良を起こす。また、旋回スクロールは、旋回軸に固定されるから、旋回軸の旋回半径からずれた位置に移動できない。したがって旋回ラップと固定ラップの径方向隙間を０にできなく、ポンプ室の密閉は十分ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１０／０１３３５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】課題は旋回ラップと固定ラップの隙間から漏れた液体が外部や駆動部に漏れないようにし、旋回ラップと固定ラップの径方向隙間をほぼ０にし、ポンプ室の密閉性の良いスクロール液ポンプ（以下“本ポンプ”と言う）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
フレームと一体であり、３組の固定ラップを持つ固定スクロールに、３組の旋回ラップを持つ旋回スクロールを向かい合わせて組み合わせる。各ラップ部によりポンプ室を形成する。固定スクロールの中心部に主軸受を設ける。固定スクロールと一体の軸受ハウジングに副軸受を設ける。主軸受と副軸受に支持されるクランク軸を有する回転軸を設ける。旋回スクロールの中心部に旋回ラップ先端側の面に開口する軸受ハウジングを設ける。軸受ハウジングに旋回軸受を設ける。旋回軸受がクランク軸の回転部と嵌合する。
【０００６】
クランク軸の回転部は回転リングである。回転リングは長穴を有する。クランク軸は長穴と隙間嵌めで嵌合する扁平部を有する。回転リングは扁平部に対し、長穴の中心軸方向へ微小量移動できる。回転リングの長穴および扁平部の中心線は回転方向に対して後退角を持つ。
【０００７】
旋回スクロールの中心部に吐出ポートを設ける。旋回ラップと反対側の面に各旋回ラップの外周径と同程度の径の位置にシール部材を設ける。シール部材の内部空間に吐出ポートから吐出された流体の圧力を作用させる。
【０００８】
【０００９】
吸入室１ａは吸入ポート４と連通するのみであり、他の部分とは遮蔽される。従って、吸入室から外部や駆動部空間へ流体が漏れない。旋回スクロール３は径方向にも軸方向にも隙間がほぼ０になるように小さい力で固定スクロール２に押し付けられるので、密閉性が向上し、体積効率が上がる。この時、押し付け力は小さい力なので機械損失は少なく摩耗も小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本ポンプの断面図。
【図２】本ポンプの固定スクロールを示す平面図。
【図３】本ポンプの旋回スクロールを示す平面図。
【図４】本ポンプの固定ラップと旋回ラップが重ね合わされた状態の断面図。
【図５】本ポンプの旋回軸受部の断面図。
【図６】本ポンプの内カバーの平面図。
【図７】クランク軸の後退角θが１２°の荷重シミュレーション結果。
【図８】クランク軸の後退角θが１４°の荷重シミュレーション結果。
【図９】クランク軸の後退角θが２０°の荷重シミュレーション結果。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１１】
図１のように、フレーム１と一体に固定スクロール２が設けられる。フレーム１の後部にハウジング１０が取付けられる。フレーム１に主軸受１１が設けられる。ハウジング１０に副軸受１２が設けられる。主軸受１１と副軸受１２に支持されて回転軸１３が回転自在に設置される。回転軸１３の先端に軸中心が偏心したクランク軸１３ａが一体に設けられる。図5のように、クランク軸１３ａは扁平部１３ｂを有し、長穴７ａと隙間嵌めで嵌合される。長穴７aの長径は扁平部１３ｂの長径よりわずかに大きい。従って回転リング７は扁平部１３ｂと相対回転しないが、長穴７ａの長径方向にわずかに移動できる。中心線１３ｃは長穴７ａおよび扁平部１３ｂの中心線である。中心線１３ｃは回転軸１３の中心と扁平部１３ｂの中心を結ぶ線から回転方向１３ｄに対して所定角度だけ後退角θを持つように傾斜する。図1のように、内カバー８の外側に外カバー１４が装着される。外カバー１４は連通ポート８ａから流出した流体が滞留する吐出室１４ａを有する。外カバー１４は流体を外部へ排出する排出ポート１４ｂを有する。偏心質量との回転バランスを取るために、主バランスウェイト１５および副バランスウェイト１６が回転軸１３に装着される。
【００１２】
図２のように固定スクロール２に３つの固定ラップ２ａが立つ。隣接する固定ラップ２ａは配置角度を１２０度間隔にし、互いの位相は１２０度ずつずれる。固定スクロール２の外周部にシール壁２ｂが設けられる。固定スクロール２に吸入ポート４が設けられる。図１のフレーム１の内部には吸入ポート４に連通する吸入室１ａが設けられる。
【００１３】
図３の旋回スクロール３が、図２の固定スクロール２と向い合せに設けられる。旋回スクロール３に３つの旋回ラップ３ａが立つ。隣接する二つの旋回ラップ３a、３aの配置間隔は120度であり、互いの位相は１２０度ずつずれる。旋回ラップ３ａの中心部に吐出ポート３ｂが設けられる。
【００１４】
固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａは図４のように組み合わせられてポンプ室５を形成する。旋回スクロール３の中心に旋回軸受６が設けられる。旋回軸受６に回転リング７が嵌合される。
【００１５】
図５のように、回転リング７に長円形の長穴７ａが設けられる。
【００１６】図６の内カバー８が旋回スクロール３の背面に設けられる。旋回スクロール３の吐出ポート３ｂと連通する連通ポート８ａが内カバー８に設けられる。連通ポート８ａの周囲にシール溝８ｂが設けられる。シール溝８ｂにリング状のシール部材９（図１）が装着される。シール部材９は旋回スクロール３の背面に密着して、内外の圧力差をシールする。【００１７】
動作を説明する。回転軸１３が電動機により駆動されて回転する。それに伴いクランク軸１３ａが回転する。クランク軸１３ａは回転リング７を回転させる。回転リング７は旋回軸受６を駆動して旋回スクロール３を偏心運動させる。偏心運動によりポンプ室５は外周側から体積を減少しながら中心側へ移動する。流体は吸入ポート４から吸引され、吸入室１ａを経由し、ポンプ室５の内周側へ押し込まれる。その時、流体力が旋回スクロール３に旋回方向の向かい側から作用する。図５のように流体力は旋回軸受６及び回転リング７の接線流体力Ｆｔとして作用する。クランク軸１３ａは扁平部１３ｂを有する。クランク軸１３aは扁平部１３ｂの中心線１３ｃが回転方向１３ｄに対して後退角θを持つように傾斜する。回転リング７は中心線１３ｃに沿って移動できるから回転リング７に接線力Ｆｔの分力として半径力Ｆｔｒが生じる。半径力Ｆｔｒは旋回スクロール３を旋回半径が大きくなる方向へ押す。
【００１８】
本ポンプを運転時に旋回スクロール３の半径方向内側向きに半径方向流体力Ｆｒが作用する。旋回スクロール３には遠心力Ｆｃが半径方向外側向きに発生する。低速回転時には半径方向流体力Ｆｒが遠心力Ｆｃより大きくなることがある。このとき半径力Ｆｔｒが半径方向流体力Ｆｒと遠心力Ｆｃの差よりもわずかに大きくなるように後退角θを設定すると、合力により旋回スクロール３は半径方向外側へ小さい力で押される。このため、旋回ラップ３ａは固定ラップ２ａに接するまで移動し、径方向の隙間がほぼ０になる。従ってポンプ室５の密閉性が向上する。
【００１９】
図７は後退角θを１２°に設定した時の半径力Ｆｔｒと半径方向流体力Ｆｒのシミュレーション結果である。３つのポンプ室５の個々の半径方向流体力（図示せず）は旋回ラップ３ａおよび固定ラップ２ａの位相にかかわらずほぼ一定なので3組のポンプ室を総合した半径方向流体力Ｆｒはほぼ一定値になる。これに対し、ポンプ室５の個々の半径力（図示せず）は一周期内で変動するので、3組のポンプ室を総合した半径力Ｆｔｒは固定ラップ２ａおよび旋回ラップ３ａの位相差の周期で変動する。実施例１では位相差が１２０°なので半径力Ｆｔｒは１２０°周期で変動する。後退角θが１２°の時は１周期中、半径力Ｆｔｒが半径方向流体力Ｆｒを僅かに下回る時期があるが、平均的には半径力Ｆｔｒが半径方向流体力Ｆｒを上回る。従って後退角θの１２°は下限値である。
【００２０】
図８は後退角θを１４°に設定した時の半径力Ｆｔｒと半径方向流体力Ｆｒのシミュレーション結果である。１周期中、半径力Ｆｔｒが半径方向流体力Ｆｒを常に上回るから、後退角θの１４°は適正値である。
【００２１】
図９は後退角θを２０°に設定した時の半径力Ｆｔｒと半径方向流体力Ｆｒのシミュレーション結果である。１周期中、半径力Ｆｔｒの平均値が半径方向流体力Ｆｒの約２倍なので、十分安定的に旋回ラップ３ａを固定ラップ２ａに密着できる。一方、これ以上の半径力Ｆｔｒで押し戻せば、半径方向流体力Ｆｒよりも大きい力で旋回ラップ３ａを固定ラップ２ａに押し付け、接触面圧が過大になり、摩擦損失や摩耗の増大を招くので好ましくない。従って、後退角θの２０°は上限値である。
【００２２】
以上の検討から後退角θは１２°乃至２０°の範囲に設定することが望ましい。
【００２３】ポンプ室５内の圧力は吐出圧力に等しい。ポンプ室５の平面方向断面積は吸入開始時に最大で、吐出終了時に最低となる。この断面積に比例してポンプ室５内の吐出圧力は旋回スクロール３を固定スクロール２から引き離そうとする力を発生する。旋回スクロール背面の圧力は吐出圧力である。この吐出圧力が作用する面積はシール部材９の内側の面積である。この内側の面積はポンプ室５が吸入開始時の最大の水平方向断面積よりわずかに大きくなるようにシール部材９の径を決める。それにより、旋回スクロール３は圧力差により、小さい力で固定スクロール２に押し付けられる。従って、軸方向の隙間がほぼ０になり、ポンプ室５の密閉性が向上する。【００２４】
ポンプ室で内周側へ押し込まれた流体は吐出ポート３ｂ、連通ポート８ａ、吐出室１４ａを経由して排出ポート１４ｂから外部へ排出される。旋回スクロール３には流体力により回転軸１３の回転方向１３ｄと同一方向に自転トルクが発生する。しかし、固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａが１２０度間隔で３組あり、旋回スクロール３の自転力は３組の固定ラップ２ａと旋回ラップ３ａのいずれかのラップ接触部で受けるので、旋回スクロール３の自転は防止される。従って、本ポンプに専用の自転防止機構は必要ない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005540192.tif 000008
【図８】
0005540192.tif 000009
【図９】
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