(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に第１のスクロールユニットと、該第１のスクロールユニットの回転に伴って回転すると共に該第１のスクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行う第２のスクロールユニットとを具備し、前記第１のスクロールユニットと前記第２のスクロールユニットによって画成された圧縮空間の容積を変化させて吸引吐出を行うスクロール流体機械において、
前記第１のスクロールユニットは、前記ハウジングに回転自在に支持される一対の端板と、これら両端板間に固定され、所定の中心角で均等に配置された複数の渦巻き状のラップからなる第１ラップ群とを具備し、
前記第２のスクロールユニットは、前記第１のスクロールユニットの一対の端板間に摺動可能に挟持される円筒状外周リング部と、略中央部分に配される連結ブロック部と、前記リング部から前記連結ブロック部にかけて延出して前記第１のラップ群のそれぞれのラップが挿入される複数の挿入空間を画成し、前記第１のラップ群のラップとの間に前記圧縮空間を形成する複数の渦巻き状のラップからなる第２のラップ群とを具備することを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
前記第１のラップ群、第２のラップ群はそれぞれインボリュート曲線からなるラップを２枚用い、その始点を１８０度ずらし構成したことを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項３】
前記第２のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角は前記第１のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角に対しπ／２増加して構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のスクロール流体機械。
【請求項４】
前記第２のスクロールユニットのリング部には、前記それぞれの噛合空間と連通する吸気口が前記第２のラップの終端近傍に形成され、前記連結ブロック部には、前記支持軸に形成された吐出口と連通する連通部が形成されることを特徴とする請求項１，２又は３記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一方のスクロールと、この一方のスクロールに対して相対的に旋回運動を行う他方のスクロールとを具備するスクロール流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、駆動スクロール端板と従動スクロール端板に、渦巻き状ラップを立設し、向かい合わせて噛合させ、駆動スクロールに対して従動スクロールを公転させて、両者の回転によって生じる閉鎖空間を、外周側より内周側に順次縮小移動して、流体を圧縮して吐出する全系回転形スクロール流体機械を開示する。
【０００３】
特許文献２は、本出願人によるもので、ケーシングと、このケーシングに回転自在に保持される外周ブロック及びこの外周ブロックから内側に渦巻き状に延出する従動ラップから少なくとも構成される従動スクロールユニットと、前記従動ラップに噛合する駆動ラップ、この駆動ラップを挟持固定すると共に前記従動ラップを摺動自在に挟持する一対の端板及び前記従動スクロールユニットに対して偏心して前記ケーシングに回転自在に軸支され、前記端板を回転させる駆動軸からなり、前記従動スクロールユニットと共に圧縮空間を画成する従動スクロールユニットと、前記外周ブロックに形成され、前記圧縮空間と連通する吸入口と、前記駆動軸に形成され、前記圧縮空間と連通する吐出口とによって少なくとも構成されるスクロール流体機械を開示する。
【０００４】
非特許文献１は、２枚の渦巻きを用いたバランス形の羽根車を組み合わせ、一方をモータの軸に直結し、他方を渦巻き側壁で従動するようにして、ファンあるいはブロワを構成することを開示する。
【特許文献１】特開平９−１３３０８７号公報
【特許文献２】特開２００４−２８６０２５号公報
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｂ編）５４巻第４９８号（昭６３−２）、論文Ｎｏ．８７−０４３６Ｂ「スクロールファン及びブロワの研究」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示される全系回転形スクロール流体機械は、駆動スクロールの回転に伴って従動スクロールが回転しつつ前記駆動スクロールに対して旋回運動を行い、閉鎖空間の容積を縮小するものであるが、閉鎖空間を画成する端板には各端板を引き離す方向に作用するスラスト荷重が働き、ベアリングに大きな負荷がかかるという不具合があった。また、吐出容量を増大させるために、閉鎖空間の容積を大きくする場合、渦巻きラップの高さを高くする必要があるが、この場合、ラップ高さの半分の位置に軸と直角方向にラジアル荷重がかかるため、特許文献１のような片持ちタイプの場合、転覆モーメントが大きくなるという不具合が生じる。
【０００６】
このため、本出願人は、特許文献２おいて、駆動スクロールのラップをその両端で挟持するように一対の端板を設け、さらに前記両端板間で従動スクロールのラップを旋回可能としたことによって、軸方向にかかる荷重を駆動スクロールのラップ強度で相殺し、ベアリングにスラスト荷重が作用しない構成としたため、圧縮空間の容量を増大させることができるスクロール流体機械を開示した。
【０００７】
非特許文献１に開示されるスクロール流体機械は、駆動スクロール側と従動スクロール側において、同様形状の2枚ラップを用い、またそれぞれを、π／２（９０度）ずらし組み合わされていることから、その終端部分もπ／２（９０度）ずれた状態で配置されるため、圧縮に寄与しない部分が生じているという不具合がある。
【０００８】
特許文献２に開示されるスクロール流体機械においては、従動スクロールのラップ強度をさらに向上させることによって吐出能力を向上させることが可能となる。また、上述した引例の場合、駆動スクロール及び従動スクロールが共に回転することから、回転バランスを向上させることによってさらに能力を向上させることができることが推測される。
【０００９】
このため、本願発明は、ラップ強度の向上と共に回転バランスの向上が図られ、ラップ間の無駄な空間を排除したスクロール流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
よって、この発明は、ハウジングと、該ハウジング内に回転自在に第１のスクロールユニットと、該第１のスクロールユニットの回転に伴って回転すると共に該第１のスクロールユニットに対して相対的に旋回運動を行う第２のスクロールユニットとを具備し、前記第１のスクロールユニットと前記第２のスクロールユニットによって画成された圧縮空間の容積を変化させて吸引吐出を行うスクロール流体機械において、前記第１のスクロールユニットは、前記ハウジングに回転自在に支持される一対の端板と、これら両端板間に固定され、所定の中心角で均等に配置された複数の渦巻き状のラップからなる第１ラップ群とを具備し、前記第２のスクロールユニットは、前記第１のスクロールユニットの一対の端板間に摺動可能に挟持される円筒状外周リング部と、略中央部分に配される連結ブロック部と、前記リング部から前記連結ブロック部にかけて延出して前記第１のラップ群のそれぞれのラップが挿入される複数の挿入空間を画成し、前記第１のラップ群のラップとの間に前記圧縮空間を形成する複数の渦巻き状のラップからなる第２のラップ群とを具備することにある。尚、第１のスクロールユニット及び第２のスクロールユニットの一方が駆動スクロールユニットであり、他方が従動スクロールユニットであることが望ましい。
【００１１】
前記第１のラップ群、第２のラップ群はそれぞれインボリュート曲線からなるラップを2枚用い、その始点を１８０度ずらし構成し、前記第２のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角（Φend）は前記第１のラップ群を構成するそれぞれのラップの最終端部の伸開角（Φend）に対しπ／２（９０度）増加して構成されることが望ましい。
【００１２】
さらに、前記中心角は１８０度であり、第１のラップ群及び第２のラップ群は、それぞれ２枚のラップから構成されることが望ましいが、例えば１２０度ずつでそれぞれ３枚のラップから構成されるものでもよいものであり、その数については特に限定されるものではない。
【００１３】
また、前記第２のスクロールユニットのリング部には、前記それぞれの噛合空間と連通する吸気口が前記第２のラップの終端Φend近傍に形成され、前記連結ブロック部には、前記支持軸に形成された吐出口と連通する連通部が形成されることが望ましい。尚、前記連通部は、溝形式であっても、孔の形式であっても良い。
【発明の効果】
【００１４】
したがって、この発明は、第２のスクロールユニットの第２のラップ群のラップのそれぞれの両端が、径方向外側のリング部及び径方向内側の連結ブロック部で保持されているので、十分な強度を保持でき、さらに、ラップの回転中心に対してバランスがとれているため、高速回転が可能となるものである。
【００１５】
さらに、前記第２のラップ群のラップによって画成された挿入空間に、前記第１のラップ群のラップが挿入され、且つこの第１のラップ群のラップの外周端部Φendまで前記第２のラップ群のラップのΦendが延出しているため、第１のラップ群及び第２のラップ群によって構成される圧縮空間が前記第１のラップのΦend外側壁も有効に働くことになるため、吐出容量を増大させることが可能となるものである。
【００１６】
これによって、この発明によれば、強度が十分であり、回転バランスが良好で高速回転が可能であり、さらに十分な吐出容量を確保できると共に、回転速度の変動を円滑に行うことができるので、吐出流体の脈動を減少させることができると共に、吐出容量の変動に即座に対応することが可能となるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
【実施例】
【００１８】
本願発明に係るスクロール流体機械１は、例えば図１に示すもので、ベース２に固定されるハウジング３と、このハウジングに回転自在に保持される第１のスクロールユニット（この実施例では、駆動スクロールユニット）１０と、この駆動スクロールユニット１０に摺動自在に挟持され、回転同期機構３０によって前記駆動スクロールユニット１０に対して旋回運動を行う第２のスクロールユニット（この実施例では従動スクロールユニット）２０とを少なくとも具備し、前記駆動スクロールユニット１０及び前記従動スクロールユニット２０とによって画成された圧縮空間４０の容積を外周側から中央側へ順次縮小させて圧縮作用を行うものである。
【００１９】
前記ハウジング３は、円筒状の第１のハウジング３Ａと、この第１のハウジング３Ａを軸方向両側から閉塞する第２のハウジング３Ｂ及び第３のハウジング３Ｃとによって構成され、前記第２のハウジング３Ｂ及び前記第３のハウジング３Ｃは、ベアリング６２，６３を介して前記駆動スクロールユニット１０を回転自在に保持するものである。尚、６１はオイルシール部である。
【００２０】
前記駆動スクロールユニット１０は、図２（ａ），（ｂ）に示すような第１の駆動スクロール部材１０Ａと、図３（ａ），（ｂ）に示すような駆動スクロール受け部材１０Ｂとによって構成される。前記第１の駆動スクロール部材１０Ａは、前記第３のハウジングにベアリング６２を介して回転自在に保持される回転軸１１と、この回転軸１１が一体に形成されたディスク状の第１の端板部１２と、この第１の端板部１２から軸方向に立設するように一体に形成されると共に、所定の中心角を配して均等に設けられた複数の渦巻き状のラップ（駆動ラップ）１３とによって構成される。尚、複数の駆動ラップ１３によって第１ラップ群が構成される。
【００２１】
また、前記駆動スクロール受け部材１０Ｂは、前記第２のハウジング３Ｂにベアリング６３を介して回転自在に支持される支持軸１４と、この支持軸１４が一体に形成されたディスク状の第２の端板部１５とによって構成され、前記第２の端板部１５には、前記駆動ラップ１３の軸方向端部が挿着される装着溝１８が形成されると共に、前記支持軸１４には吐出孔１６が貫通して設けられる。この実施例では、下記する従動スクロールユニット２０を装着した後、前記駆動スクロール部材１０Ａと前記駆動スクロール受け部材１０Ｂとをネジ止めにて固定するものである。尚、前記回転軸１１には、カップリング５４を介して外部動力が伝達される。
【００２２】
従動スクロールユニット２０は、図４（ａ），（ｂ）で示されるように、外周部分に位置する外周リング部２１と、中央部分に位置する連結ブロック部２３と、前記外周リング部２１と前記連結ブロック部２３を渦巻き状に連結し、前記第１のラップ群の駆動ラップ１３が挿入される挿入空間２６を画成する複数のラップ（従動ラップ）２２とによって構成される。さらに、この挿入空間２６に前記駆動ラップ１３が挿入されることによって、前記従動ラップ２２との間に複数の圧縮空間４０が画成されるものである。
【００２３】
また、前記従動ラップ２２は、前記外周リング部２１に沿ってこの外周リング部２１と一体に形成され、内周側側面に沿って前記挿入空間２６が形成されるブロックラップ部２２Ｂと、このブロックラップ部２２Ｂから前記挿入空間２６に沿って連結ブロック部２３まで渦巻き状に延出する延出ラップ部２２Ａとによって構成され、この複数の従動ラップ２２によって第２ラップ群が構成される。さらに、図５で示すように、前記従動ラップ２２のブロックラップ部２２Ｂの端部、いわゆる従動ラップ２２のΦendＥは、前記駆動ラップ１３の外周端部（Φend）と近接する位置まで延出している。このため、ラップ１３の外側壁がΦendまで有効に活用されることになるため、前記圧縮空間４０の容量を確保できるものである。
【００２４】
また、前記連結ブロック部２３には、前記圧縮空間４０と前記吐出孔１６との間を連通する連通溝２４が形成される。また、前記従動ラップ２３の軸方向両端部には、シール部材７０が装着される装着溝２７が形成される。
【００２５】
さらに、前記従動スクロールユニット２０には、前記リング部２１の外周近傍に固定され、前記駆動スクロールユニット１０の両端板部１２，１５の外側に位置し、前記第２及び第３のハウジング３Ｂ、３Ｃに対してベアリング６４，６５を介して回転自在に支持される一対のスクロール受け（従動スクロール受け）２８，２９が設けられる。
【００２６】
また、前記支持軸１４の外周縁には、オイルシール部材５１が設けられ、このオイルシール部材５１を保持するオイルシール受け部材５０が前記第２のハウジング３Ｂに固定される。さらに、このオイルシール受け部材５０の端部には、キャップ部５２が配され、このキャップ部５２には前記吐出孔１６と連通する吐出口５３が形成される。
【００２７】
前記駆動スクロールユニット２０の端板１２，１５と前記従動スクロール受け部材２７，２８の間には、回転同期機構３０が設けられる。この回転同期機構３０として、ＳＰピン３１とこれが噛合するＳＰリング３２によって構成されるもの、端板１２，１５側に形成されたオルダム溝３４、前記従動スクロール受け部材２７，２８側に形成されたオルダム溝３３、及びそれぞれのオルダム溝３３，３４に噛合するオルダムスライダーによって構成されるものが、それぞれ図１に記載されている。これらは、いずれか一つのものが設けられれば良いものであり、他の回転同期機構が用いられても良いものである。
【００２８】
以上の構成により、図１及び図５で示すように、ハウジング３の第１のハウジング３Ａに形成された吸入口４１から、ハウジング３によって画成された内部空間４２を介して吸入孔２５を介して、圧縮空間４０の拡大行程において気体及び液体（以下、流体）が吸引され、圧縮空間４０の中央方向に移動に伴って行われる縮小行程において前記流体が圧縮され、中央端部において前記連通溝２３から、吐出孔１６及び吐出口５３を介して吐出されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
以上の構成によるスクロール流体機械は、吸入口を外気に開放することによって空気を圧縮吐出することができるため、空気ポンプとして利用できる。また、空気ブロワとして、水滴飛散システム等に利用できる。
【００３０】
また、吸入口に配管設備を設けることによって、液体等を吸引吐出するオイルポンプ、水ポンプ、真空ポンプとして利用することができる。
【００３１】
さらに、回転バランスがよいため、回転速度の急激な変化に対応でき、また急吐出容量の急激な変化要求に対応できるので、内燃機関等のターボ機構等に利用することもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本願発明のスクロール流体機械の概略構成図である。
【図２】（ａ）は本願発明のスクロール流体機械の駆動スクロール部材の一部断面側面図であり、（ｂ）は正面図である。
【図３】（ａ）は駆動スクロール受け部材の正面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図４】（ａ）は従動スクロール部材の正面図であり、（ｂ）はその断面図である。
【図５】本願発明のスクロール流体機械の構成を示した説明断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  スクロール流体機械
２  ベース
３  ハウジング
１０  駆動スクロールユニット
１０Ａ  駆動スクロール部材
１０Ｂ  駆動スクロール受け部材
１１  回転軸
１２  端板
１３  （駆動）ラップ
１４  支持軸
１５  端板
１６  吐出孔
２０  従動スクロールユニット
２１  リング部
２２  （従動）ラップ
２３  連結ブロック部
２４  連通溝
２７，２８  （従動）スクロール受け
３０  回転同期機構
４０  圧縮空間
４１  吸入口
【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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