(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略渦巻き状のラップを備えた旋回スクロール部材と、
この旋回スクロール部材の前記ラップに対応した略渦巻き状のラップを備えた固定スクロール部材と、
前記旋回スクロール部材の径方向外周部のうち一の側又は他の側に接続されるクランク部をそれぞれ備え、前記旋回スクロール部材を揺動させる複数のクランク軸と、
これら複数のクランク軸の軸端部にそれぞれ設けた複数の歯付プーリと、
これら複数の歯付プーリに装架され、前記複数のクランク軸を同期回転させるためのタイミングベルトと、
このタイミングベルトの外周側に設けられ前記タイミングベルトの張力を調整するテンションプーリとを備え、
前記歯付プーリは、歯部表面に無電解ニッケルメッキ処理を施したスクロール圧縮機において、
前記タイミングベルトは、
ベルト長手方向に沿って複数の歯部を内周側に有する歯付きベルトで、
グラスファイバーの心線を埋設した外周側の背ゴムと、前記歯部を形成する歯ゴムと、前記歯ゴムの表面を被覆して前記歯付きプーリと接触する歯面帆布と、前記歯面帆布と同じ材料又は同じ耐摩耗性・耐オゾン性を有する材料からなり、大気中のオゾンに接触させないように前記背ゴムの表面を被覆して前記テンションプーリと接触する背面帆布とを有し、
前記背ゴムが剥き出しにならないように前記背面帆布の継目を長手方向に固定したことを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タイミングベルトにより複数のクランク軸を同期回転させるスクロール圧縮機に係わり、特に、空気圧縮機に用いて好適な両歯式スクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
鏡板に直立した略渦巻き状のラップを備えた固定スクロール部材と、この固定スクロール部材のラップに対応した（略噛合うような形状の）ラップを備えた旋回スクロール部材を有し、旋回スクロール部材を固定スクロール部材に対し揺動させて圧縮を行うスクロール圧縮機が、近年、低騒音であるという利点から空気圧縮用に用いられている。この空気圧縮用のスクロール圧縮機は、その使い勝手のよさから塗装用等の小風量用途のみならず工場空気源等の大風量用途にまでその需要が高まりつつある。そこで、このような大風量の需要を満たすために、鏡板の両側それぞれにラップを備えた旋回スクロール部材を有するいわゆる両歯式のスクロール圧縮機が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この両歯式スクロール圧縮機では、鏡板の両側にラップがある構造上、旋回スクロール部材を揺動させるためのクランク部を備えたクランク軸をラップの径方向中心部に配置するのが難しい。そこで、旋回スクロール部材の径方向外周部のうち一方側に１つのクランク軸のクランク部を接続し、径方向外周部のうち前記一方側からラップ軸心を挟んで反対側にもう１つのクランク軸のクランク部を接続するとともに、これら２つのクランク軸の軸端部にそれぞれ設けた歯付プーリにタイミングベルトを装架して、２つのクランク軸を同期回転させることにより、旋回スクロール部材を揺動（旋回）させるようになっている。
【０００４】
タイミングベルトは、長手方向に沿って複数の歯部を有する歯付きベルトであり、例えば、心線を埋設した背ゴムと、歯部を形成する歯ゴムと、例えばナイロン等で形成され内周側の歯ゴムの表面を被覆する歯布（高強度帆布）とで構成されている。そして、タイミングベルトの引張強度を考慮して、心線を例えばグラスファイバー等で形成し、グラスファイバー等との密着性を考慮して、背ゴム及び歯ゴムを例えばクロロプレン等で形成している。或いは、タイミングベルの耐摩耗性を考慮して、背ゴム及び歯ゴムを例えばポリウレタン等で形成し、ポリウレタン等との密着性を考慮して、心線を例えばアラミド等で形成している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような改善の余地があった。
すなわち、上記タイミングベルトは、耐摩耗性等を考慮して内周側の歯ゴムの表面を歯布で覆っているものの、外周側の背ゴムの表面を覆っていなかったため、大気中の微量なオゾンによって劣化する可能性があった。ところで、スクロール圧縮機の動作時は、ガス荷重の変動及び構造上の幾何学的な不連続点の存在等の理由からトルク変動が生じ、タイミングベルトには応力変動が生じる。また、例えばベルト張力調整用のテンションプーリを設けない場合は、熱膨張によりクランク軸間の距離が大きくなりタイミングベルトが過張力状態となって、タイミングベルトに生じる応力が増大する。そのため、タイミングベルトは、長期間の使用により、オゾンによる劣化と応力変動等の影響によってクラック（亀裂）が発生する可能性があった。
【０００７】
本発明の目的は、タイミングベルトのクラック発生を抑制し、信頼性を向上させることができるスクロール圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、略渦巻き状のラップを備えた旋回スクロール部材と、この旋回スクロール部材の前記ラップに対応した略渦巻き状のラップを備えた固定スクロール部材と、前記旋回スクロール部材の径方向外周部のうち一の側又は他の側に接続されるクランク部をそれぞれ備え、前記旋回スクロール部材を揺動させる複数のクランク軸と、これら複数のクランク軸の軸端部にそれぞれ設けた複数の歯付プーリと、これら複数の歯付プーリに装架され、前記複数のクランク軸を同期回転させるためのタイミングベルトと、このタイミングベルトの外周側に設けられ前記タイミングベルトの張力を調整するテンションプーリとを備え、前記歯付プーリは、歯部表面に無電解ニッケルメッキ処理を施したスクロール圧縮機において、前記タイミングベルトは、ベルト長手方向に沿って複数の歯部を内周側に有する歯付きベルトで、グラスファイバーの心線を埋設した外周側の背ゴムと、前記歯部を形成する歯ゴムと、前記歯ゴムの表面を被覆して前記歯付きプーリと接触する歯面帆布と、前記歯面帆布と同じ材料又は同じ耐摩耗性・耐オゾン性を有する材料からなり、大気中のオゾンに接触させないように前記背ゴムの表面を被覆して前記テンションプーリと接触する背面帆布とを有し、前記背ゴムが剥き出しにならないように前記背面帆布の継目を長手方向に固定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大気中のオゾンによる劣化を防止することができ、タイミングベルトのクラック発生を抑制することができる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
図２は、本発明のスクロール圧縮機が適用される空気圧縮機ユニットの概略構造を表す縦断面図である。
【００１６】
この図２において、空気圧縮機ユニット１は、その外郭及び骨格を形成する筐体２と、筐体２内のベース２ａ上に固定されこの種のものとして公知のモータ３と、筐体２内の支持部材２ｂに固定され圧縮空気を生成する外周駆動形スクロール圧縮機４と、筐体２内に外気を誘引してモータ３及びスクロール圧縮機４等を空気冷却する冷却ファン５と、スクロール圧縮機４からの圧縮空気を適正温度まで冷却する熱交換器６と、この熱交換器６からの圧縮空気を適正湿度まで除湿するドライヤ７とを備えている。
【００１７】
外周駆動形スクロール圧縮機４はＶプーリ８を備えており、モータ３の回転駆動とともに、モータ３の回転軸３ａの一方側（図２中右側）に設けたＶプーリ９及びこれらＶプーリ８，９に装架したＶベルト１０を介して回転動力が伝達されるようになっている。
【００１８】
冷却ファン５は、その回転軸がモータ回転軸３ａの他方側（図２中左側）に連結され、モータ３の駆動とともに駆動するようになっている。そして、この冷却ファン５の駆動により、図２中矢印Ａで示すように、吸気口１１Ａから筐体２内に外気を流入させ、冷却ファン５及びダクト１２を介して排気口１３Ａから排出している。これにより、筐体２内のモータ３及びスクロール圧縮機４等が外気冷却されるようになっている。また、これと同時に、図２中矢印Ｂで示すように、吸気口１１Ｂからの外気を冷却ファン５を介してダクト１１内に設けた上記熱交換器６に流出させ、その後排気口１３Ａから排出している。これにより、熱交換器６は、スクロール圧縮機４からの圧縮空気を適正温度まで冷却するようになっている。
【００１９】
ドライヤ７は、圧縮機７ａと、凝縮器７ｂと、キャピラリ７ｃと、蒸発器７ｄとを備えたヒートポンプ式の冷凍サイクルであり、これにより熱交換器６からの圧縮空気を適正湿度まで除湿するようになっている。また、このとき、ドライヤ７には、凝縮器７ｂ及び蒸発器７ｄを空気冷却するファン７ｅが備えられており、図２中矢印Ｃで示すように排気口１３Ｂから排気している。
【００２０】
図３は、本実施形態におけるスクロール圧縮機４の全体構造を表す側面図であり、図４は、スクロール圧縮機４の詳細構造を表す水平断面図である。なお、便宜上、図３においてＶプーリ８は図示せず、図４において後述のテンションプーリは図示しないものとする。
【００２１】
これら図３及び図４において、スクロール圧縮機４は、例えば圧縮作動室内をオイルフリー状態（潤滑油のない状態）で運転する両歯式スクロール圧縮機であり、略渦巻き状のラップ１４ａ，１４ｂを鏡板部１４ｃの両側（図４中左・右側）側面に備えた旋回スクロール部材１４と、この旋回スクロール１４のラップ１４ａ，１４ｂに対応した（略噛合うような形状の）略渦巻き状のラップ１５ａ，１６ａを鏡板部１５ｂ，１６ｂの内部側（図４中１５ｂの右側、１６ｂの左側）側面にそれぞれ備えた固定スクロール部材１５，１６と、旋回スクロール部材１４の径方向外周部の一方側（図４中下側）及びその反対側（図４中上側）に接続されるクランク部１７ａ，１８ａをそれぞれ中央に備え、旋回スクロール部材１４を揺動させる主クランク軸１７及び補助クランク軸１８と、主クランク軸１７の軸端部１７ｂ及び補助クランク軸１８の軸端部１８ｂにそれぞれ設けたプーリ１９Ａ，１９Ｂと、主クランク軸１７の軸端部１７ｂに設けた上記プーリ８と、プーリ１９Ａ，１９Ｂに装架され主クランク軸１７及び補助クランク軸１８を同期回転させるためのタイミングベルト２０と、このタイミングベルト２０の張力を調整するテンションプーリ２１とを有する。
【００２２】
旋回スクロール部材１４は、その揺動（旋回）運動に伴って、その略渦巻き状のラップ１４ａ，１４ｂと固定スクロール部材１５，１６の略渦巻き状のラップ１５ａ，１６ａとがそれぞれ噛合って圧縮作動室２２Ａ，２２Ｂを形成し、これら圧縮作動室２２Ａ，２２Ｂは径方向外周部から内周部に連続的に移動してその体積を減じるようになっている。また、旋回スクロール部材１４は、上記ラップ１４ａ，１４ｂと、上記鏡板部１４ｃと、鏡板部１４ｃの径方向中央に設けられ両側の圧縮作動室２２Ａ，２２Ｂを連通させる連通孔１４ｄと、鏡板部１４ｃ内を上下方向（図４中紙面に垂直方向）に連通して設けられ鏡板部１４ｃを空気冷却させるための複数の冷却空気用通路１４ｅとを備えている。
【００２３】
固定スクロール部材１５は、上記ラップ１５ａと、上記鏡板部１５ｂと、鏡板部１５ｂのラップ１５ａの径方向外周側に設けられ外部からのダスト侵入を防止する略円形状のダストラップ１５ｃと、このダストラップ１５ｃの径方向内側に設けられ連通する例えば２つの吸入口１５ｄと、鏡板部１５ｂの径方向中央に設けられ圧縮作動室２２Ａ内の圧縮空気を吐出する吐出口１５ｅと、鏡板部１５ｂの外部側（図４中左側）側面に設けた放熱フィン１５ｆとを備えている。また、固定スクロール部材１６は、固定スクロール部材１５と同様、上記ラップ１６ａと、上記鏡板部１６ｂと、鏡板部１５ｂのラップ１５ａの径方向外周側に設けられ外部からのダスト侵入を防止する略円形状のダストラップ１６ｃと、このダストラップ１６ｃの径方向内側に設けられ連通する例えば２つの吸入口１６ｄ（図示せず）と、鏡板部１６ｂの径方向中央に設けられ圧縮作動室２２Ｂ内の圧縮空気を吐出する吐出口１６ｅと、鏡板部１６ｂの外部側（図４中右側）側面に設けた放熱フィン１６ｆとを備えている。
【００２４】
そして、これら固定スクロール部材１５，１６が平行に組み合わされボルト（図示せず）等で互いに締結されて、旋回スクロール部材１４を内包するハウジングを構成している。なお、固定スクロール部材１５，１６の上下面には冷却空気用通気口（図示せず）がそれぞれ設けられており、この通気口から上述した冷却空気がハウジング内（詳細には、固定スクロール部材１５，１６内のダストラップ１５ｃ，１６ｃの外周側及び旋回スクロール部材１４の冷却空気用通路１４ｅ等）に流入・流出して、ハウジング内を冷却するようになっている。
【００２５】
主クランク軸１７は、固定スクロール部材１５，１６にそれぞれ設けた転がり軸受２３Ａ，２４Ａにより回動可能に支持されている。また、主クランク軸１７には、旋回スクロール部材１４の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバランスウエイト２５Ａ，２５Ｂが固定配置されている。補助クランク軸１８は、固定スクロール部材１５，１６にそれぞれ設けた転がり軸受２３Ｂ，２４Ｂにより回動可能に支持されている。また、補助クランク軸１８には、旋回スクロール部材１４の旋回運動に伴う不釣り合いを相殺するためにバランスウエイト２６Ａ，２６Ｂが固定配置されている。
【００２６】
主クランク軸１７のクランク部１７ａ及び補助クランク軸１８のクランク部１８ａはその軸線より同じ偏心量で偏心しており、旋回スクロール部材１４は、これらクランク部１７ａ，１８ａにおいて転がり軸受２７Ａ，２７Ｂを介して旋回運動可能に軸支されている。
【００２７】
テンションプーリ２１は、固定スクロール部材１５の外部側に取り付けた取付板２８と、この取付板２８にピン２９を介し回動可能に支持されたプーリ保持部材３０と、このプーリ保持部材３０に回転可能に支持されたプーリ３１と、プーリ保持部材３０のガイド３０ａを摺動させるガイド部材３２と、このガイド部材３２に収納され、ガイド３０ａに当接して保持部材３０を支持するコイルバネ３３（弾性体）とを備えている。なお、そして、コイルバネ３２の付勢力によってガイド３０ａを摺動させてプーリ保持部材３０を回動させ、プーリ３１をタイミングベルト２０の外周側に押し付けるようになっている。これにより、タイミングベルト２０の張力を適正に調整するようになっている。また、圧縮機運転時のトルク変動に伴うタイミングベルト２０の応力変動（張力変動）を吸収し、共振現象を防止するようになっている。
【００２８】
図１は、本実施形態の要部である上記タイミングベルト２０の詳細構造を表す断面図であり、図５は、歯付プーリ１９Ａ（又は１９Ｂ）の表面構造を表す断面図である。
【００２９】
これら図１及び図５において、タイミングベルト２０は、ベルト長手方向に沿って複数の歯部を有する歯付きベルトであり、心線２０ａを埋設した背ゴム２０ｂと、歯部を形成する歯ゴム２０ｃと、例えばナイロン等で形成され歯ゴム２０ｃの表面を被覆する歯面帆布（歯布）２０ｄと、例えばナイロン等で形成され大気中のオゾンと接触しないように背ゴム２０ｂの表面を被覆する背面帆布２０ｅとで構成されている。また、背面帆布２０ｅの長手方向の継目２０ｆは、縫い合わせている。
【００３０】
そして、タイミングベルト２０の引張強度は心線２０ａの強度により決まるので、心線２０ａがグラスファイバーで形成され、グラスファイバーとの密着性を考慮して、背ゴム２０ｂ及び歯ゴム２０ｃが例えばクロロプレン等で形成されている。なお、背面帆布２０ｅは、歯面帆布２０ｄと同じ機能（耐摩耗性、耐オゾン性等）を有する材料で形成されてもよく、例えばフッ素樹脂や四フッ化エチレン樹脂等で形成されてもよい。
【００３１】
歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂは、タイミングベルト２０の歯部と噛み合う歯部を有し、その歯部表面が表面硬化処理（無電解ニッケルメッキ）されている。そして、図５に示すように、鉄等の母材１９ａの表面に無電解ニッケルメッキ処理を施すことにより、皮膜１９ｂの膜厚管理が容易であり膜厚を均一にすることができ、歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの歯部の精度を維持することができるようになっている。また、密着性がよく、耐蝕性・耐摩耗性がよいので、タイミングプーリ１９Ａ，１９Ｂの歯部の摩耗を低減することができるようになっている。さらに、無電解ニッケルメッキに熱処理を行うことにより、耐摩耗性をさらに向上させることが可能である。
【００３２】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００３３】
上記本発明のスクロール圧縮機４が適用される圧縮機ユニット１において、工場空気源等に使用する場合には、モータ３を駆動し、Ｖプーリ８，９及びＶベルト１０を介して回転動力を伝達して、スクロール圧縮機４の主クランク軸１７を回転駆動させる。この主クランク軸１７の回転開始と同時に、歯付プーリ１９Ａ、１９Ｂ及びタイミングベルト２０を介して回転動力を伝達して、補助クランク軸１８が回転する。そして、これら主クランク軸１７及び補助クランク軸１８を同期回転させることにより、旋回スクロール部材１４は、自転運動を阻止された状態で、主クランク軸１７のクランク部１７ａの偏心量（＝補助クランク軸１８のクランク部１８ａの偏心量）に等しい半径の旋回運動をする。この旋回スクロール部材１４の旋回運動に伴って、吸入口１５ｄ，１６ｄから空気を流入し、流入した空気を圧縮作動室２２Ａ，２２Ｂ内でその容積を中心側に向かって減じながら所定の圧力まで圧縮して吐出口１５ｅ，１６ｅから吐出する。そして、スクロール圧縮機４からの圧縮空気は、熱交換器６で適正温度まで冷却し、ドライヤ７で適正湿度まで除湿して、空気圧縮機ユニット１から圧送する。
【００３４】
このようなスクロール圧縮機４の動作時は、ガス荷重の変動及び構造上の幾何学的な不連続点の存在等の理由からトルク変動が生じ、タイミングベルト２０には応力変動が生じる。そのため、タイミングベルト２０は、例えば外周側の背ゴム２０ｂの表面が剥き出しとなっていた場合、長期間の使用により、大気中のオゾンによる劣化と応力変動等の影響でクラックが発生する可能性があった。
【００３５】
本実施形態においては、タイミングベルト２０は、内周側の歯ゴム２０ｃの表面を歯面帆布２０ｄで被覆するとともに、大気中のオゾンに接触させないように外周側の背ゴム２０ｂの表面を背面帆布２０ｅで被覆する。また、背面帆布２０ｅの長手方向の継目２０ｆに曲げ応力が集中して継目２０ｆが裂け、背ゴム２０ｂが剥き出しとならないように、背面帆布２０ｅの長手方向の継目２０ｆを縫い合わせる。これにより、オゾンによる劣化を防止することができ、タイミングベルト２０のクラック発生を抑制することができる。したがって、信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、外周側の背ゴム２０ｂの表面を背面帆布２０ｅで被覆することにより、タイミングベルト２０の強度を高め耐久性を向上させることができる。また、テンションプーリ２１との摩擦による摩耗を低減することができる。
【００３７】
また、歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの歯部表面を表面硬化処理（無電解ニッケルメッキ）することにより、歯付プーリ１９Ａ、１９Ｂの耐摩耗性を向上させることができる。また、歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの歯部表面の錆び発生を防止し、歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂ及びタイミングベルト２０の摩耗量を低減することができる。その結果、主クランク軸１７及び補助クランク軸１８の同期回転の精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のスクロール圧縮機の一実施形態を構成するタイミングベルトの詳細構造を表す断面図である。
【図２】本発明のスクロール圧縮機が適用される空気圧縮機ユニットの概略構造を表す縦断面図である。
【図３】本発明のスクロール圧縮機の一実施形態の全体構造を表す側面図である。
【図４】本発明のスクロール圧縮機の一実施形態の詳細構造を表す横断面図である。
【図５】本発明のスクロール圧縮機の一実施形態を構成する歯付プーリの表面構造を表す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
４              スクロール圧縮機
１４            旋回スクロール部材
１４ａ，１４ｂ  ラップ
１５    固定スクロール部材
１５ａ  ラップ
１６    固定スクロール部材
１６ａ  ラップ
１７    主クランク軸
１７ａ  クランク部
１７ｂ  軸端部
１８    補助クランク軸
１８ａ  クランク部
１８ｂ  軸端部
１９Ａ  歯付プーリ
１９Ｂ  歯付プーリ
２０    タイミングベルト
２０ｂ  背ゴム
２０ｃ  歯ゴム
２０ｄ  歯面帆布
２０ｅ  背面帆布
２０ｆ  継目
【図１】
0004768455.tif 000002
【図２】
0004768455.tif 000003
【図３】
0004768455.tif 000004
【図４】
0004768455.tif 000005
【図５】
0004768455.tif 000006