(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端板と、該端板に一体形成された螺旋状ラップとからなり、連動機構を介して互いに同期回転する一対の駆動スクロール体及び従動スクロール体を備え、両スクロール体の螺旋状ラップ間に形成した密閉空間に被処理流体を導入し、圧縮又は膨張させるようにしたスクロール式流体機械において、
前記駆動スクロール及び従動スクロールを収容したハウジングの半径方向外側壁に、該半径方向外側壁に開口し、流路壁が半径方向外側壁の内面に連なり、かつ開口が該半径方向外側壁内面の接線方向に配置された排出管を設け、該排出管から前記ハウジング内の液状物を排出するように構成し、
前記排出管の液状物の旋回方向下流側開口部に、前記ハウジングの半径方向外側壁から旋回流の流路に突出し、該半径方向外側壁の内面に沿って旋回する液状物を排出管に取り込む突出壁を設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、膨張機、及び真空ポンプとして機能するスクロール式流体機械に係り、特に、駆動スクロール体と従動スクロール体が互いに協動回転する両回転型スクロール式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール式流体機械は、駆動装置により回転駆動される駆動スクロール体と、該駆動スクロール体の軸心に対して偏心した位置に配置され、駆動スクロール体とは公転機構を介して連動し、駆動スクロール体の軸心回りに公転運動を行なう従動スクロールとを備えている。駆動スクロール及び従動スクロールは、回転軸線に対して直交する方向に配置された端板と、該端板に一体形成された螺旋状ラップとからなる。両スクロール体の互いに対向配置された端板及び螺旋状ラップ間に密閉空間を形成し、該密閉空間に圧縮性の被処理流体を導入し、該密閉空間の容積を変化させ、被処理流体を圧縮又は膨張させる。
【０００３】
スクロール式流体機械には、駆動スクロール体と従動スクロール体とが同期回転する両回転型と、同期回転しない型がある。また、油冷式スクロール式流体機械は、前記密閉空間に潤滑油を注入し、冷却と螺旋状ラップ間のシールを行なっている。被処理流体として冷媒が供給される膨張機の場合、急激な減圧で被処理流体が冷却されるため、冷媒の一部が液化する。非回転型の場合、吐出チャンバーに潤滑油や冷媒が液化した液体が溜まりやすくなっている。これら液体の貯留量が多くなると、吐出ポートからの冷媒ガスの吐出が妨げられ、余分な負荷がかかると共に、圧縮機の場合、起動時に過圧縮になってしまい、高い起動トルクが必要になり、起動が円滑にできなくなるという問題がある。
【０００４】
そこで、特許文献１〜３には、非回転型のスクロール式流体機械において、吐出ポート等に溜まった潤滑油を排出する手段が開示されている。特許文献１では、スクロール式圧縮機の吐出室にエジェクタパイプを設け、吐出ガスのエジェクタ効果によって、吐出室に溜まる潤滑油を排出するようにしている。
【０００５】
特許文献２では、スクロール式膨張機において、高圧流体を導入路から螺旋状ラップで形成される密閉空間に導入する手前で、高圧流体から潤滑油を分離する潤滑油分離部を設けた構成としている。
特許文献３では、スクロール式圧縮機において、吐出口の下流側に設けられた吐出チャンバーに、潤滑油を排出するためのリリーフ弁付きリリーフ通路を設けた構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９３８７１号公報
【特許文献２】特開２００６−３００００４号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５１０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
連動機構を介して互いに同期回転する一対の駆動スクロール及び従動スクロールを備えた両回転型のスクロール式流体機械では、潤滑油や冷媒が液化した液体の一部又はほぼ全部が、回転するスクロール体の遠心力によって螺旋状ラップの外側に出てくる。そして、螺旋状ラップの外側に出た液体は、ハウジングの半径方向外側壁の内側に溜まり、スクロール体の回転と共に、ハウジングの半径方向外側壁内面に沿って旋回しながら徐々に溜まっていく。そのため、余分な負荷が加わり、余分な動力を必要とすると共に、起動時に高いトルクを必要とし、起動が円滑にできなくなる問題が生じる。また、膨張機では、吐出ポートからの被処理流体の吐出が妨げられるという問題が発生する。
【０００８】
特許文献１〜３には、両回転型のスクロール式流体機械において、ハウジングの最外周内面に沿って回転する液状物をハウジング外に排出する手段は開示されていない。そこで、本発明者は、当初図５に示す排出管をハウジングに設けることを考えた。以下、この排出管の構成を図６により説明する。図６は図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図（図４）に相当する図である。
【０００９】
図６において、油冷式スクロール式圧縮機１００のハウジング１０２の内部に、駆動スクロール体（螺旋状ラップ１１０のみ図示）及び従動スクロール体１０４が収納されている。従動スクロール体１０４は、回転軸線と直交する方向に配置された円形の端板１０６と、端板１０６に対し回転軸線方向に向けて一体に形成された螺旋状ラップ１０８とからなる。螺旋状ラップ１０８と、駆動スクロール体を構成する螺旋状ラップ１１０とが互いに対向配置され、互いに嵌合して、端板１０６等と共に、密閉空間ｓを形成する。密閉空間ｓには、冷却とシールのため潤滑油が供給される。
【００１０】
駆動スクロール体と従動スクロール体１０４とを同期回転させながら、従動スクロール体１０４を駆動スクロール体の回転軸線の周囲に公転させる連動機構を構成する３個の構造体１１２ａ〜ｃが、端板１０６の周方向に等間隔に設けられている。構造体１１２ａ及び１１２ｂが、螺旋状ラップ１０８の最外周側面に一体形成され、構造体１１２ｃが端板１０６の外周縁領域に固設されている。螺旋状ラップ１０８及び１１０の外側領域に設けられた吸入口（図示省略）から密閉空間ｓに流体を導入する。
【００１１】
そして、前記連動機構によって、駆動スクロール体及び従動スクロール体１０４を同期回転させながら、従動スクロール体１０４を駆動スクロール体の回転軸線の周囲に公転させる。これによって、密閉空間ｓを螺旋状ラップの中心側へ移動させながら、密閉空間ｓの容積を減少させていくことで、流体を圧縮し、圧縮された流体を端板１０６の中心部に設けた吐出口１１４から吐出する。
【００１２】
ハウジング１０２の半径方向外側壁には、該側壁の接線ｔと直交する方向に、排出管１１６が取り付けられている。駆動スクロール体及び従動スクロール体１０４が矢印方向に回転すると、密閉空間ｓに供給された潤滑油及び被処理流体に含有した水蒸気が液化した水分は、遠心力により螺旋状ラップの外側へ移動し、ハウジング１０２の半径方向外側壁内面に沿って矢印方向に旋回する。排出管１１６及びその開口１１８は、液状物の旋回方向に対し直角方向に向いているので、液状物を開口１１８に送り込む力が発生せず、そのため、液状物が排出管１１６にほとんど排出されなかった。
【００１３】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、両回転型のスクロール式流体機械において、螺旋状ラップ及び端板で形成される密閉空間で発生した液状物を、低コストで効率良くハウジング外に排出する手段を実現することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
かかる課題を解決するため、本発明のスクロール式流体機械は、駆動スクロール及び従動スクロールを収容したハウジングの半径方向外側壁に、該半径方向外側壁に開口し、流路壁が半径方向外側壁の内面に連なり、かつ開口が該半径方向外側壁内面の接線方向に配置された排出管を設け、該排出管からハウジング内の液状物を排出するように構成したものである。
【００１５】
ほとんどの液状物はハウジングの半径方向外側壁内面に沿って移動し、遠心力に抗する力を外側壁内面から受けている。この遠心力に抗する力は、前記排出管の開口位置でなくなるため、液状物は遠心力によって外側壁内面の接線方向に飛び出し、排出管の流路に向う。そのため、余分な動力を要したり、被処理流体の吐出が妨げられるといった問題を解決できる。また、このように、遠心力を利用して液状物を排出管に導入するようにしているので、新たな駆動源や駆動装置を必要とせず、排出管を設けるだけの簡単かつ低コストな手段で済む。
【００１６】
本発明は、さらに、排出管の液状物の旋回方向下流側開口部に、ハウジングの半径方向外側壁から旋回流の流路に突出し、該半径方向外側壁の内面に沿って旋回する液状物を排出管に取り込む突出壁を設ける。一部の液状物は排出管の開口に飛び込まず、該開口を通過するものもある。これに対し、該突出壁を設けることで、被処理流体の流れが乱れ、この領域では気体と比べて重量が大きい液状物は急激な方向転換ができない。そのため、本来排出管の開口を通過する液状物をも突出壁で捕え、排出管に捕集できる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、排出管の開口がハウジングの半径方向外側壁内面の接線方向に対して２０°以内になるように配置されているとよい。これによって、排出管に捕集する液状物の量を減少させずに、高く維持できる。
【００１８】
本発明において、駆動スクロールと従動スクロールと同期回転させる連動機構を構成する構造体を、スクロール体の螺旋状ラップの外側領域に設け、該構造体とハウジングの半径方向外側壁内面との間に絞り流路を形成するようにするとよい。このように、連動機構を構成する構造体を利用して、ハウジングの半径方向外側壁内面に沿う被処理流体の流れを絞るようにすれば、排出管に捕捉できる液状物量を増加できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明装置によれば、端板と、該端板に一体形成された螺旋状ラップとからなり、連動機構を介して互いに同期回転する一対の駆動スクロール及び従動スクロールを備え、両スクロールの螺旋状ラップ間に形成した密閉空間に被処理流体を導入し、圧縮又は膨張させるようにしたスクロール式流体機械において、駆動スクロール及び従動スクロールを収容したハウジングの半径方向外側壁に、該半径方向外側壁に開口し、流路壁が半径方向外側壁の内面に連なり、かつ開口が該半径方向外側壁内面の接線方向に配置された排出管を設け、該排出管からハウジング内の液状物を排出するように構成しているので、ハウジングに排出管を設けるだけの簡単かつ低コストな手段で、ハウジング内に溜まった液状物を効率良く排出でき、これによって、被処理流体の吐出が妨げられたり、起動トルクが高くなったり、あるいは余分な負荷がかかるといった問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明装置の第１実施形態に係るスクロール式圧縮機の正面視断面図である。
【図２】前記スクロール式圧縮機が展開された斜視図である。
【図３】前記スクロール式圧縮機の斜視図である。
【図４】図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】本発明装置の第２実施形態に係るスクロール式圧縮機の正面視断面図である。
【図６】本発明に至る過程で本発明者が考えたスクロール式圧縮機（非公開の中間技術）の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００２２】
（実施形態１）
本発明を油冷式スクロール式圧縮機に適用した第１実施形態を図１〜図４によって説明する。図１及び図２において、本実施形態の油冷式スクロール式圧縮機１０Ａは、互いに協動するように配置された駆動スクロール体１２と従動スクロール体２２を備えている。駆動スクロール体１２は、円筒形状の端板１４と、端板１４に一体に形成された螺旋状ラップ１６とからなり、端板１４にボルト１７で連結された駆動軸１８によって回転駆動される。駆動軸１８は駆動モータ（図示省略）に連結されている。
【００２３】
従動スクロール体２２は、円筒形状の端板２４と、端板２４に一体形成された螺旋状ラップ２６とからなり、端板２４に従動軸２８がボルト２７で連結されている。従動軸２８の回転中心Ｏ２は、駆動軸１８の回転中心Ｏ１に対して、距離Ｌだけ偏心した位置にある。駆動スクロール１２及び従動スクロール２２は、螺旋状ラップ１６及び２６が互いに噛み合うように対面して配置され、吸入口（図示省略）を除き、ハウジング内の密閉空間に配置されている。
【００２４】
該ハウジングは、ハウジング３２、３４及び３６で構成されている。ハウジング３２は、円筒形の軸受部３２ａと円板体３２ｂとからなり、Ｌ型断面を形成している。ハウジング３４も同様に、円筒形の軸受部３４ａと円板体３４ｂとからなり、Ｌ型断面を形成している。円板体３２ｂ及び３４ｂが互いに対面して配置され、円板体３２ｂ及び３４ｂの外周縁に、短尺円筒形状のハウジング３６で連結している。駆動軸１８は、軸受部３２ａの内面に対して転がり軸受３８で回転可能に支持され、従動軸２８は、軸受部３４ａの内面に転がり軸受４０で回転可能に支持されている。
【００２５】
駆動スクロール体１２と従動スクロール体２２とを同期回転させるため、スクロール端板の周方向３箇所に、等間隔（１２０°ピッチ）に連動機構４２ａ〜ｃが設けられている。以下、連動機構４２ａ〜ｃの構成を説明する。３個の連動機構４２のうち、２個の連動機構４２ａ及び４２ｂでは、従動スクロール体２２の螺旋状ラップ２６の最外側部位の側面に一体形成された基台４４を備えている。残り１個の連動機構４２ｃでは、螺旋状ラップ２６との間に駆動スクロール１２の螺旋状ラップ１６が配置されるため、螺旋状ラップ２６とは別体の基台４６が端板２４に固定されている。
【００２６】
基台４４及び４６の上面（対向面）は、螺旋状ラップ２６と同一高さとなるように構成されている。基台４４及び４６の上面には、円筒形状の凹部４８が刻設されている。該凹部４８に、凹部４８と同一形状を有する円筒体５０が遊嵌されている。一方、基台４４及び４６の上面に対面する端板１４には、断面が円形の貫通孔が穿設され、該貫通孔に円筒形状のピン部材５２が挿入固定されている。
【００２７】
円筒体５０はアルミ材で製造されている。円筒体５０には、中心から偏心した位置に、軸方向に断面円形の貫通孔５０ａが穿設され、該偏心孔５０ａにピン部材５２が挿入遊嵌されている。円筒体５０の外周面及び偏心孔５０ａの表面は、表面硬化処理が施され、硬度が大きく、かつ耐摩耗性が良い軸受層が形成されている。
【００２８】
駆動スクロール体１２が回転中心Ｏ１を中心に自転すると、従動スクロール体２２は、回転中心Ｏ２を中心に同期回転すると共に、偏心距離Ｌを半径とした公転運動を行なう。連動機構４２ａ〜ｃでは、円筒体５０が凹部４８に遊嵌され、ピン部材５２が偏心孔５０ａに遊嵌されているため、これら摺動面で摺動しながら相対運動を行なうことで、駆動スクロール体１２と従動スクロール体２２の同期回転、及び従動スクロール体２２の公転運動を可能にする。
【００２９】
これによって、ハウジング３２、３４及び３６に設けられた吸入口（図示省略）から圧縮性流体が吸引され、端板１４、２４及び螺旋状ラップ１６、２６で形成された密閉空間ｓで圧縮された後、端板２４の中心部に設けられた吐出口２９、及び従動軸２８に設けられ、吐出口２９に連通した突出路３０から吐出される。
【００３０】
図３及び図４に示すように、ハウジング３６の軸方向中央に、排出管５４が設けられている。排出管５４及びその開口５６は、ハウジング３６の円弧状内面３６ａの接線ｔの方向に向けて、ハウジング３６に取り付けられている。排出管５４の流路を形成する内側面５７は、内面３６ａに段差なく連設され、かつ内面３６ａの接線ｔの方向に向けられている。排出管５４の途中には、管径が徐々に縮径されたロート部５８が形成されている。開口５６には、突出壁６０が形成されている。突出壁６０は、ハウジング３６の内面３６ａから内側に突出して形成されている。
【００３１】
かかる構成において、油冷式スクロール式圧縮機１０Ａでは、駆動スクロール体１２の端板１４及び螺旋状ラップ１６と、従動スクロール体２２の端板２４及び螺旋状ラップ２６とで形成される密閉空間ｓに潤滑油供給装置（図示省略）から潤滑油が注入される。この潤滑油には、被処理流体中に含有された水蒸気が凝縮した水分が含まれる。これら液状物ｒは、回転するスクロール体の遠心力によって、螺旋状ラップ１６、２６の外側へ押し出されてくる。押し出された液状物ｒは、ハウジング３６の内面３６ａに沿いながら、スクロール体の回転方向（矢印方向）に旋回する。
【００３２】
液状物ｒは、遠心力でハウジング３６の内面３６ａに押し付けられ、逆に、内面３６ａから遠心力と逆方向の抗力を受けている。液状物ｒが、排出管５４の開口５６に到達すると、前記抗力がなくなるため、そのまま接線ｔの方向に飛び出す。接線ｔの方向に排出管５４の流路があるので、液状物ｒそのまま排出管５４に排出される。
【００３３】
また、突出壁６０は、ハウジング３６の内面３６ａから内側に突出して形成されているので、ハウジング３６内の旋回流は突出壁６０にぶつかり、乱流が発生する。液状物ｒは気体と比べて重量が大きい。そのため、急激な方向転換ができず、突出壁６０にぶつかり、開口５６に捕集される、このように、排出管５４に飛び込まない液状物ｒでも、突出壁６０に当って排出管５４に導入されるので、液状物ｒの排出効率を向上できる。
【００３４】
従って、ハウジング内に滞留する液状物によって、余分な負荷が加わり、余分な動力を必要としたり、あるいは起動時に高いトルクを必要とし、起動が円滑にできなくなる問題を解決できる。本実施形態では、このように、ハウジング３６に排出管５４を設けるだけの簡単かつ低コストな手段で、液状物ｒを効率良く排出でき、特別な駆動源や駆動機構を必要としない。
【００３５】
本発明者の実験によれば、排出管５４及びその開口５６がハウジング内面３６ａの接線ｔに対して、２０°以内に設置されていれば、液状物ｒの排出量が低減せず、２０°を超えると、液状物ｒの排出量が低下し、スクロール式圧縮機の運転中、液状物ｒの排出がうまくいかないことがわかった。このことは、被処理流体として冷媒を扱う膨張機において、液化した冷媒がハウジング内に滞留する場合にも当てはまることがわかった。
【００３６】
また、本実施形態によれば、連動機構４２を構成する基台４４及び４６が螺旋状ラップ２６の外側に設けられ、スクロール体の回転により、ハウジング内面３６ａで回転する潤滑油の流路を一時的に絞っている。この絞り効果によって、潤滑油を排出管５４の開口５６に向けることができ、潤滑油の排出量を増加できることがわかった。
【００３７】
さらに付言すれば、連動機構４２において、円筒体５０には、駆動スクロール１２で従動スクロール２２を駆動するために必要な駆動荷重（単純な圧縮荷重）のみが付加され、モーメント荷重が付加されない。そのため、駆動スクロール１２から従動スクロール２２へ安定して回転力を伝達できると共に、凹部４８と円筒体５０の外周面、及び偏心孔５０ａの内周面とピン部材５２との間の摩耗を低減できる。これによって、円筒体５０を長寿命化できると共に、高強度材で製作する必要がなく、アルミ材や樹脂材等の軽量材料を用いることができ、低コスト化できる。
【００３８】
なお、連動機構４２ａ〜ｃでは、円筒体５０の外周面及び偏心孔５０ａの表面は、表面硬化処理が施され、硬度が大きく、かつ耐摩耗性が良い軸受層が形成されている。かかる軸受層の代わりに、基台４４、４６と円筒体５０との間、又は円筒体５０とピン部材５２との間に、ニードル軸受等の転がり軸受を介装するようにしてもよい。
【００３９】
（参考例）
次に、参考例を図５により説明する。図５は第１実施形態の図４に相当する図である。本参考例の油冷式スクロール式圧縮機１０Ｂは、第１実施形態と比べて、排出管の構成が異なり、その他の構成は第１実施形態と同一である。本参考例の排出管７０及びその開口７２は、ハウジング３６の円弧状内面３６ａの接線ｔの方向に向けて、ハウジング３６に取り付けられている。排出管７０の流路を形成する内側面７４は、内面３６ａに段差なく連設され、かつ内面３６ａの接線ｔの方向に向けられている。
【００４０】
排出管７０の軸線Ｃは、円弧状に形成されている。なお、第１実施形態のように、ハウジング３６の内面３６ａから内側に突出する突出壁は形成されていない。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一の部材には同一符号を付している。
【００４１】
本参考例によれば、ハウジング３６の内面３６ａに沿いながら、スクロール体の回転方向（矢印方向）に旋回する液状物ｒは、液状物ｒに加わる遠心力で排出管７０に飛び出る。そのため、液状物ｒの排出効率を向上できる。また、本実施形態の排出管７０は、軸線Ｃが円弧状をなしているので、液状物ｒは排出管７０の内壁を滑らかに流れ、乱流を起さない。そのため、液状物ｒを円滑に排出できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、両回転型のスクロール式流体機械において、螺旋状ラップ及び端板で形成される密閉空間で発生した液状物を、低コストな手段で効率良くハウジング外に排出できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０Ａ，１０Ｂ，１００    油冷式スクロール式圧縮機
１２                      駆動スクロール体
１４，２４，１０６        端板
１６，２６，１０８，１１０    螺旋状ラップ
１８                      駆動軸
２２，１０４              従動スクロール体
２８                      従動軸
２９                      吐出口
３０                      突出路
３２，３４，３６，１０２    ハウジング
３２ａ，３４ａ            軸受部
３２ｂ，３４ｂ            円板体
３８，４０                転がり軸受
４２ａ〜ｃ，１１２ａ〜ｃ    連動機構
４４，４６                基台
４８                      凹部
５０                      円筒体
５０ａ                    偏心孔
５２                      ピン部材
５４，７０，１１６        排出管
５６，７２，１１８        開口
５７，７４                内側面
５８                      ロート部
６０                      突出壁
Ｃ                        軸線
Ｌ                        偏心距離
Ｏ１，Ｏ２                回転中心
ｒ                        液状物
ｓ                        密閉空間
ｔ                        接線
【図１】
0005784374.tif 000002
【図２】
0005784374.tif 000003
【図３】
0005784374.tif 000004
【図４】
0005784374.tif 000005
【図５】
0005784374.tif 000006
【図６】
0005784374.tif 000007