(57)【要約】【課題】テンションプーリを用いなくても、ベルト張力を適正に確保することができるスクロール圧縮機を提供する。【解決手段】旋回スクロール部材１４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１７ａ，１８ａをそれぞれ備え、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、これら主クランク軸１７及び補助クランク軸１８の軸端部１７ｂ，１８ｂに設けた歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂと、これら歯付プーリ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とを備えたスクロール圧縮機４において、タイミングベルト２０は円弧状に形成された複数の歯部２８を内周側に有し、歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂは円弧状に形成された複数の溝部２９をそれぞれ有する。【選択図】    図１
2005002906.tif 000002
【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を備えたスクロール圧縮機において、
前記タイミングベルトは、円弧状に形成された複数の歯部を内周側に有し、
前記歯付プーリは、前記タイミングベルトの前記歯部に対応して円弧状に形成された複数の溝部を有することを特徴とするスクロール圧縮機。
【請求項２】
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を備えたスクロール圧縮機において、
前記タイミングベルトは、複数の歯部を内周側に有し、
前記歯付プーリは、前記タイミングベルトの前記歯部に対応する複数の溝部を有し、
前記タイミングベルトの前記歯部及び前記歯付きプーリの前記溝部のうちいずれか一方が円弧状に形成されていることを特徴とするスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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す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。
【０００２】
【従来の技術】
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機に用いられている。
【０００３】
例えば両歯式のスクロール圧縮機は、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しているため、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】
ところが、スクロール圧縮機は、その動作時に圧縮熱の影響により温度上昇して熱膨張するので、上記２つのクランク軸の軸間距離が長くなり、タイミングベルトの張力が増加する。
【０００５】
そこで、これに対応し、タイミングベルトの緩み側のベルト内周側に張力調整用のアイドラプーリ（テンションプーリ）が配置され、このテンションプーリを備えた回転軸を固定スクロール部材に取り付けた構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。この従来技術では、テンションプーリの配置をタイミングベルトの進行方向に対し垂直な方向に調整変更することで、タイミングベルトの張力を適正に確保するようになっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−９１５６号公報（第４頁、第３図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、テンションプーリをタイミングベルトの内周側に設け、このテンションプーリの回転軸を固定スクロール部材の径方向中央部に取り付けた構造となっている。ところが、固定スクロール部材の径方向中央部には圧縮空気を吐出する吐出口及びこの吐出口に接続された配管等が設けられるため、上記テンションプーリ方式では構成によっては干渉回避の観点から好ましくない、あるいは設置不可能な場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、テンションプーリを用いなくても、タイミングベルトの張力を適正に確保す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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）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を備えたスクロール圧縮機において、前記タイミングベルトは、円弧状に形成された複数の歯部を内周側に有し、前記歯付プーリは、前記タイミングベルトの前記歯部に対応して円弧状に形成された複数の溝部を有する。
【００１０】
例えばタイミングベルトの歯部及びこれに対応する歯付プーリの溝部を四角状にそれぞれ形成する場合は、タイミングベルトの歯部側面と歯付プーリの溝側面とが噛合い誤差により干渉しないように隙間（バックラッシュ）を形成する。そのため、タイミングベルトの歯部側面と歯付プーリの溝部側面とのトルク伝達が不十分となるので、タイミングベルトの歯部先端を歯付プーリの溝底面に押し付けながら噛合わせてトルク伝達する必要がある。ところが、スクロール圧縮機の動作時に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あるため、タイミングベルトの歯部先端と歯付プーリの溝部底面とが相対変動しわずかに摺動する。そのため、歯部先端の押し付け力が大きくなると、歯部先端と溝部底面との摩擦力が大きくなってタイミングベルトが摩耗し、ベルト張力が低下する可能性があった。
【００１１】
本発明においては、タイミングベルトの歯部を円弧状に形成し、これに対応する歯付プーリの溝部を円弧状に形成するので、タイミングベルトの歯部と歯付プーリの溝部とがどこで噛合っても滑らかに噛合う。これにより、上述したような隙間を形成して歯部先端を溝部底面に意図的に押し付ける必要がなくなり、タイミングベルトと歯付プーリとの摩擦力が低減され、摩耗によるベルト張力の低下を抑えることができる。したがって、テンションプーリを用いなくても、ベルト張力を適正に確保することができる。
【００１２】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、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を備えたスクロール圧縮機において、前記タイミングベルトは、複数の歯部を内周側に有し、前記歯付プーリは、前記タイミングベルトの前記歯部に対応する複数の溝部を有し、前記タイミングベルトの前記歯部及び前記歯付きプーリの前記溝部のうちいずれか一方が円弧状に形成されている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図３は、本発明のスクロール圧縮機４の一実施形態の全体構造を表す側面図であり、図４は横断面図である。なお、図３においては、便宜上上記プーリ８を図示していない。
【００２０】
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及び補助クランク軸１８の軸端部１７ｂ，１８ｂにそれぞれ設けたプーリ１９Ａ，１９Ｂと、これらプーリ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、主クランク軸１７の軸端部１７ｂに設けた上記プーリ８とを有する。
【００２１】
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２１Ａ，２１Ｂを形成し、これら圧縮作動室２１Ａ，２１Ｂ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２１Ａ、２１Ｂ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。
【００２２】
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２１Ａ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２１Ｂ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。
【００２３】
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。
【００２４】
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２２Ａ，２３Ａ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２４Ａ、２４Ｂ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２２Ｂ，２３Ｂ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２５Ａ、２５Ｂが固定配置されている。
【００２５】
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２６Ａ，２６Ｂを介して旋回運動可能に軸支されている。
【００２６】
図１は、上記タイミングベルト２０及び上記歯付プーリ１９Ａ（または１９Ｂ）の詳細構造を表す縦断面図である。
【００２７】
この図１において、タイミングベルト２０は、環状に形成された背部２７と、この背部２７の長手方向に沿って内周側（図１中下側）に設けた複数の歯部２８とで構成されている。また、プーリ１９Ａ，１９Ｂは、歯部２８に対応する複数の溝部２９が外周側（図１中上側）に形成されている。
【００２８】
そして、本発明の大きな特徴として、タイミングベルト２０の歯部２８は円弧状に形成され、これに対応する上記プーリ１９Ａ，１９Ｂの溝部２９もそれぞれ円弧状に形成されている。これにより、タイミングベルト２０の歯部２８と歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの溝部２９とがどこで噛合っても滑らかに噛合うようになっている。
【００２９】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００３０】
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を図３中矢印Ｄ方向に回転駆動させる。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２１Ａ，２１Ｂ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。
【００３１】
このようなスクロール圧縮機４の動作時において、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にもし位相差θが生じた場合（同期回転しない場合）、旋回スクロール部材１４自体に自転運動が発生することとなり、圧縮性能が低下する可能性がある。また、主クランク軸１７及び補助クランク軸１８の位相差θが大きくなった場合には、旋回スクロール部材１４のラップ１４ａ，１４ｂと固定スクロール部材１５，１６のラップ１５ａ，１６ａとがそれぞれ接触し、耐久性に悪影響を及ぼす可能性もある。これを防止するため、タイミングベルト２０の張力を適正に確保する必要がある。このような本実施形態の作用を説明するための第１の比較例によるタイミングベルト及び歯付プーリの詳細構造を表す縦断面図を図５に示す。この図５において、上記本発明の一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３２】
図５において、比較例によるタイミングベルト２０’の歯部３０及びこれに対応する歯付プーリ１９Ａ’，１９Ｂ’の溝部３１は四角状に形成され、歯部側面３０ａと溝部側面３１ａとが噛合い誤差により干渉しないように隙間（バックラッシュ）３２が形成されている。そのため、タイミングベルト２０’の歯部側面３０ａと歯付プーリ１９Ａ’，１９Ｂ’の溝部側面３１ａとのトルク伝達が不十分となるので、歯部先端３０ｂを溝部底面３１ｂに押し付けながら噛合わせてトルク伝達する必要がある。
【００３３】
ところが、スクロール圧縮機４の動作時には、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あるため、タイミングベルト２０’の歯部先端３０ｂと歯付プーリ１９Ａ’，１９Ｂ’の溝部底面３１ｂとが周方向（図５中左右方向）に相対変動しわずかに摺動する（なお、タイミングベルト２０’の背部２７の内周側（図５中下側）は歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの外周側（図５中上側）に対しわずかに摺動する）。そのため、歯部先端３０ｂの押し付け力が大きくなると、歯部先端３０ｂと溝部底面３１ｂとの摩擦力（及びタイミングベルト２０’の背部２７の内周側と歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの外周側との摩擦力）が大きくなってタイミングベルト２０’が摩耗し、ベルト張力が低下する可能性があった。
【００３４】
そして、ベルト張力が低下した場合は噛合い誤差が大きくなり、特にタイミングベルト２０’の緩み側（前述の図３中下側）で、タイミングベルト２０’の歯部側面３０ａと歯付きプーリ１９Ａ’，１９Ｂ’の溝部側面３１ａとが干渉するようになり、このとき歯部３０に生じる過大な衝撃荷重によりタイミングベルト２０’が破損する可能性があった。
【００３５】
これに対し、上記本発明の一実施形態においては、タイミングベルト２０の歯部２８を円弧状にそれぞれ形成し、これに対応する歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの溝部２９を円弧状にそれぞれ形成するので、タイミングベルト２０の歯部２８と歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの溝部２９とがどこで噛合っても滑らかに噛合う。これにより、上記比較例のように隙間を形成して歯部先端を溝部底面に意図的に押し付ける必要がなくなり、タイミングベルト２０と歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂとの摩擦力が低減し、摩耗によるベルト張力の低下を抑えることができる。また、本願発明者らがタイミングベルトの摩耗量を同一条件で測定する実験的研究を行ったところ、上記比較例に比べ、タイミングベルト２０の摩耗量が数分の一程度まで減少することがわかった。したがって、テンションプーリを用いなくても、ベルト張力を適正に確保することができる。
【００３６】
また、スクロール圧縮機４の熱膨張により主クランク軸１７と補助クランク軸１８との軸間距離が長くなってタイミングベルト２０のベルト張力が増加した場合、上記比較例のように歯部先端を溝部底面に押し付けていないため、その負荷をタイミングベルト２０全体で負担することができ、信頼性の向上が図れる。また、タイミングベルト２０の歯部２８と対応する歯付プーリ１９Ａ，１９Ｂの溝部２９とが滑らかに噛合っているので、上記比較例に比べ騒音が低減する効果もある。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、テンションプーリを用いなくても、ベルト張力を適正に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【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及び歯付プーリの詳細構造を表す。
【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比較例を構成するタイミングベルト及び歯付プーリの詳細構造を表す縦断面図である。
【符号の説明】
４      スクロール圧縮機
１４    旋回スクロール部材
１４ａ  ラップ
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
２８    タイミングベルトの歯部
２９    歯付プーリの溝部
【図１】
2005002906.tif 000003
【図２】
2005002906.tif 000004
【図３】
2005002906.tif 000005
【図４】
2005002906.tif 000006
【図５】
2005002906.tif 000007