(57)【要約】【課題】転覆モーメントによる旋回スクロールの傾きを防止し、各位相における固定スクロールと旋回スクロールとのクリアランスの差を少なくするスクロール式流体機械を提供する。【解決手段】スクロール式流体機械１０１は、固定スクロール３０と旋回スクロール２０と回転軸６０とを有し、回転軸６０は回転中心Ｏから偏心する偏心部６０ｃを有し、偏心部６０ｃには旋回スクロール２０を回転可能に支持する旋回支持軸受４２が設けられ、旋回支持軸受４２の端面に対向する位置にスペーサ４３が偏心部６０ｃに対して固定して設けられ、スペーサ４３には旋回スクロール２０に対して転覆モーメントによるスラスト荷重がかかる位相に対応する位置に凸部４３ａが設けられ、凸部４３ａは旋回支持軸受４２の端面と弾性的に接触する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと、該固定スクロールと対向する旋回スクロールと、該旋回スクロールと連結された回転軸とを有するスクロール式流体機械であって、
前記回転軸は、前記回転軸の回転中心から偏心する偏心部を有し、
該偏心部には、前記旋回スクロールを回転可能に支持する旋回支持軸受が設けられるとともに、
該旋回支持軸受の端面に対向する位置にスペーサが前記偏心部に対して固定して設けられ、
該スペーサには、前記旋回スクロールに対して転覆モーメントによるスラスト荷重がかかる位相に対応する位置に凸部が設けられ、
該凸部は前記旋回支持軸受の前記端面と弾性的に接触することを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記旋回スクロールを前記固定スクロールに押し付ける方向に圧力をかける背圧構造を有する請求項１に記載の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、内部に導入された流体を、スクロールの旋回運動により圧縮又は膨張させて吐出するスクロール流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクロール式流体機械は、一般に固定スクロールと旋回スクロールを有している。固定スクロールと旋回スクロールは互いに噛合う渦巻壁を有している。旋回スクロールは、モータに連結された回転軸により駆動されて、旋回運動するように構成されている。そして、固定スクロールの渦巻壁と旋回スクロールの渦巻壁との間に形成された密閉空間が旋回スクロールの旋回中に拡大と縮小を繰り返す際に、流体を圧縮し又は膨張させ、吐出するように構成されている。
【０００３】
この密閉空間に封じ込められた流体の流体圧力により、旋回スクロールに対して、回転軸の軸線方向の押圧力（スラスト荷重）及び半径方向の力（ラジアル荷重）がかかる。また、旋回スクロールが旋回する際に発生する遠心力により、旋回スクロールはさらなるラジアル荷重を受ける。そのため、特許文献１に記載のスクロール式流体機械では、旋回スクロールにかかるスラスト荷重及びラジアル荷重を、クランク軸と旋回スクロールとの間の組み合わせアンギュラ軸受で受ける構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５８−３７９８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、旋回スクロールにはスラスト荷重やラジアル荷重の他に旋回スクロールを傾けようとする転覆モーメントが作用する。そのため、特許文献１のスクロール式流体機械では、転覆モーメントによるスラスト荷重と流体圧力によるスラスト荷重の合力が組み合わせアンギュラ軸受にかかる。従って、組み合わせアンギュラ軸受にかかるスラスト荷重が位相によって異なるため、旋回スクロールと固定スクロールとの間のクリアランスも位相によって異なる。その結果、旋回スクロールと固定スクロールとが接触しないように、両者の間にあらかじめクリアランスを設定すると、最も狭い部分の反対位相の部位のクリアランスが大きくなり、流体の漏れ損失が増える。また、運転中にクリアランスが生じないようにあらかじめ締め込んでおくと、最も狭い部分が今度は締め代が大きくなり、機械損失が増える。
【０００６】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、転覆モーメントによる旋回スクロールの傾きを防止し、固定スクロールと旋回スクロールとの各位相におけるクリアランスの差を少なくするスクロール式流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るスクロール式流体機械は、固定スクロールと、固定スクロールと対向する旋回スクロールと、旋回スクロールと連結された回転軸とを有するスクロール式流体機械であって、回転軸は、回転軸の回転中心から偏心する偏心部を有し、偏心部には、旋回スクロールを回転可能に支持する旋回支持軸受が設けられるとともに、旋回支持軸受の端面に対向する位置にスペーサが偏心部に対して固定して設けられ、スペーサには、前記旋回スクロールに対して転覆モーメントがかかる位相に対応する位置に凸部が設けられ、凸部は旋回支持軸受の端面と弾性的に接触することを特徴とする。
よって、旋回スクロールに転覆モーメントが作用しても、スペーサの凸部が旋回スクロールの傾きが最も大きい部分を押し返すことができる。
【０００８】
この発明に係るスクロール式流体機械は、旋回スクロールを固定スクロールに押し付ける方向に圧力をかける背圧構造を有してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、スクロール式流体機械において、転覆モーメントによる旋回スクロールの傾きを防止し、固定スクロールと旋回スクロールとの各位相におけるクリアランスの差を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態に係るスクロール式流体機械の構成を示す模式断面側面図である。
【図２】図１に記載のスクロール式流体機械をＩ−Ｉに沿って切った断面の様子を模式的に示す図である。
【図３】図１に記載のスクロール式流体機械において偏心部と偏心部に取り付けられたスペーサの様子を図１の紙面右側から見た様子を示す模式平面図である。
【図４】図３に記載の偏心部と偏心部に取り付けられたスペーサの様子を示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は図３に記載のスペーサの斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に記載のスペーサをIII−IIIに沿って切った断面の様子を模式的に示す図である。
【図６】図１に記載のスクロール式流体機械において、偏心部と旋回支持軸受とスペーサとをII−IIに沿って切った断面の様子と、旋回支持軸受にスラスト方向に働く力を示した模式断面図である。
【図７】スペーサの別の実施の形態に係る形状を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
図１を参照すると、この発明の実施の形態に係るスクロール式流体機械１０１が示されている。本実施の形態に係るスクロール式流体機械１０１は、流体の圧縮機として使用されるものである。スクロール式流体機械１０１は、固定スクロール３０と、固定スクロール３０と一体に連結されるハウジング１０と、固定スクロール３０とハウジング１０との間に収納され、固定スクロール３０と対向する旋回スクロール２０とを有している。
【００１２】
固定スクロール３０は、略円筒形状をなしており、一方の端面の中央部に開口した窪み３０ａを有する。この窪み３０ａの内側には、渦巻状に延びる固定渦巻壁３０ｂが形成されている。また、窪み３０ａの底面の中央には第一流体出入口２１が形成され、窪み３０ａの底面の端部には第二流体出入口２２が形成される。本実施の形態において、第一流体出入口２１は流体の吐出口としての機能を有し、第二流体出入口２２は流体の吸入口としての機能を有する。
【００１３】
旋回スクロール２０は、固定スクロール３０に対向するように延在する基板２０ａと、基板２０ａから固定スクロール３０に向かう方向へ突出する渦巻壁２０ｂとを一体に有している。そして、渦巻壁２０ｂは、基板２０ａの上で渦巻状に延びて、固定スクロール３０の固定渦巻壁３０ｂの間にはまりこんでいる。これにより、旋回スクロール２０の渦巻壁２０ｂは、固定スクロール３０の固定渦巻壁３０ｂと当接することによって、図２に示すように、閉鎖された空間である流体室２３を形成することができる。また、旋回スクロール２０の基板２０ａには、渦巻壁２０ｂと反対側に、筒状の軸係合部２０ｃが一体に突出して形成されている。
【００１４】
また、スクロール式流体機械１０１は、旋回スクロール２０の軸係合部２０ｃ側に、旋回スクロール２０と連結された回転軸６０を有している。回転軸６０は旋回スクロール２０を駆動する。また、回転軸６０は、軸係合部２０ｃ内に延びる偏心部６０ｃと、偏心部６０ｃより径が大きくなった拡径部６０ｂと、拡径部６０ｂから偏心部６０ｃとは反対側に延びる主軸６０ａとを一体に有している。回転軸６０の回転中心となる回転中心軸はＯである。一方、偏心部６０ｃは、回転軸６０の回転中心軸Ｏから偏心する中心軸Ｏ’を有する。さらに、偏心部６０ｃには、旋回支持軸受４２が取り付けられ、偏心部６０ｃは、旋回支持軸受４２を介して軸係合部２０ｃと回転自在に嵌合している。すなわち、偏心部６０ｃは旋回支持軸受４２を介して旋回スクロール２０を回転可能に支持する。また、拡径部６０ｂとハウジング１０との間にもハウジング支持軸受５２が配置され、ハウジング支持軸受５２はハウジング１０により拡径部６０ｂを支持している。回転軸６０はハウジング支持軸受５２を介してハウジング１０に対して回転可能となっている。また、偏心部６０ｃは、拡径部６０ｂ側の端部にスペーサ受部６０ｄを有する。偏心部６０ｃには、旋回支持軸受４２とスペーサ受部６０ｄとの間において、凸部４３ａを有する環状のスペーサ４３が旋回支持軸受４２の端面に対向するように取り付けられる。スペーサ４３は、偏心部６０ｃに対して固定されている。すなわち、偏心部６０ｃが回転する際、スペーサ４３は偏心部６０ｃとともに一体的に回転する。
ここで、旋回支持軸受４２及びハウジング支持軸受５２には、アンギュラ玉軸受、円錐ころ軸受を用いるのが好ましいが、これに限定されない。
【００１５】
主軸６０ａは拡径部６０ｂとは反対側の一端において、回転軸６０の駆動力を発生させるモータ（図示せず）と接続している。すなわち、モータによって、主軸６０ａ及び拡径部６０ｂが回転し、それと共に偏心部６０ｃが主軸６０ａ及び拡径部６０ｂの回転中心軸Ｏの回りを旋回運動する。そして、旋回運動する偏心部６０ｃと軸係合部２０ｃで嵌合する旋回スクロール２０は、回転軸６０の回転中心軸Ｏの回りを公転運動する。これにより、旋回スクロール２０の渦巻壁２０ｂと固定スクロール３０の固定渦巻壁３０ｂとの間には、旋回スクロール２０の公転に伴って移動しつつ容積を減少させる流体室２３が形成される。
【００１６】
また、スクロール式流体機械１０１は、旋回スクロール２０の背面側、すなわち固定スクロール３０と反対側に、旋回スクロール２０とハウジング１０とに囲まれて形成された背圧室１１を有する。また、互いに接続されているハウジング１０と固定スクロール３０の外周付近には、第一通気路１２及び第二通気路１３が形成されている。第一通気路１２及び第二通気路１３は背圧室１１に連通している。第一通気路１２から背圧室１１には気体が流入し、流入する気体は第一通気路１２で絞られて、背圧室１１を高圧にする。よって、背圧室１１内の高圧の気体は、旋回スクロール２０を固定スクロール３０に向かって押し付ける。そのため、旋回スクロール２０の渦巻壁２０ｂと、固定スクロール３０の固定渦巻壁３０ｂとの間の流体室２３の密閉性が高まる。また、背圧室１１内の気体は第二通気路１３を通って流出する。ここで、第一通気路１２の通路断面積が第二通気路１３よりも小さいことにより、背圧室１１に所定の圧力をかけることができる。すなわち第一通気路１２及び第二通気路１３は流出入する気体に対して、絞りの機能を有している。ここで、背圧室１１、第一通気路１２及び第二通気路１３は背圧構造を構成する。
【００１７】
ここで、説明の便宜上、偏心部６０ｃが主軸６０ａ及び拡径部６０ｂに対して偏心する方向をＸ軸正方向と規定する。すなわち、Ｘ軸正方向は偏心部６０ｃの偏心方向をいい、具体的には回転軸６０の回転中心軸Ｏから見て偏心部６０ｃの中心軸Ｏ’が延在している方向をいう。また、Ｘ軸に対して垂直かつ偏心部６０ｃが図１紙面上左から右へ延びる方向をＹ軸正方向とする。さらに、Ｘ軸及びＹ軸に垂直かつ図１紙面に鉛直上に延びる方向をＺ軸正方向とする
【００１８】
図１及び６を参照して、旋回スクロール２０に働く転覆モーメントについて説明する。
図１に示すように、本実施の形態における旋回スクロール２０は固定スクロール３０に対して矢印Ｑの向きに公転する。この時、図６に示すように、旋回スクロール２０には、旋回スクロール２０をＺ軸正方向に傾ける、Ｘ軸回りの転覆モーメントＭが作用している。
【００１９】
このような転覆モーメントＭが旋回スクロール２０に働くと、流体室２３内の流体圧力によるスラスト荷重に加えて、転覆モーメントＭの影響によるスラスト荷重が旋回支持軸受４２にかかる。そのため、図６に示すように、旋回支持軸受４２にかかるスラスト荷重の大きさにも位相ごとにばらつきが生じる。すなわち、旋回支持軸受４２において、偏心部６０ｃの中心軸Ｏ’から見てＺ軸正方向に位置する箇所に、最も大きなスラスト荷重Ｐｓ１がかかる。一方、中心軸Ｏ’から見てＺ軸負方向に位置する箇所には、転覆モーメントＭから生ずるスラスト荷重は少なく、Ｐｓ１よりも小さなスラスト荷重Ｐｓ２がかかる。
【００２０】
次に、スペーサ４３の詳細な形状と偏心部６０ｃに対する配置について図３〜６を参照して説明する。
まず、スペーサ４３において、スラスト荷重Ｐｓ１が旋回支持軸受４２にかかる位相に対応する箇所を部分Ａとする。部分Ａは、スペーサ４３を偏心部６０ｃに取り付けた状態において、偏心部６０ｃの中心軸Ｏ’から見てＺ軸正方向に位置する箇所である。また、スペーサ４３において部分Ａと反対位相に位置する部分をＡ’とする。部分Ａ’は、スラスト荷重Ｐｓ２が旋回支持軸受４２にかかる位相に対応する箇所である。図３に示すように、スペーサ４３は部分Ａにおいて、弾性のある凸部４３ａを有する。すなわち、スペーサ４３において、旋回スクロール２０に対して転覆モーメントＭによるスラスト荷重Ｐｓ１がかかる位相に対応する位置に凸部４３ａが設けられていることになる。
【００２１】
図４に示すようにスペーサ４３は、偏心部６０ｃに嵌め込まれ、スペーサ受部６０ｄに当接するように固定されて取り付けられる。スペーサ４３は偏心部６０ｃと一体に動くため、回転軸６０が回転して偏心部６０ｃが旋回しながら回転しても、部分Ａにおける凸部４３ａの位置は偏心部６０ｃに対して常に変わらない。
【００２２】
ここで、スペーサ４３は、細長の矩形断面を有する環状部材である。また、凸部４３ａは、図５に示すように、部分Ａに当たる箇所をスペーサ４３の裏からポンチで押し出したように、盛り上がった略半球形状をなしている。そして、凸部４３ａは旋回支持軸受４２の端面と弾性的に接触する。すなわち、スペーサ４３は凸部４３ａにおいて、旋回支持軸受４２をスラスト方向に支持し、旋回スクロール２０から伝達されるスラスト荷重の一部を受けている。
なお、スペーサ４３の素材には、ばね鋼が用いられているが、これに限られない。
【００２３】
さらに次に、図６を参照して、凸部４３ａを有するスペーサ４３から生ずる効果について、説明する。
まず、旋回スクロール２０に転覆モーメントＭが作用すると、旋回支持軸受４２を介してスペーサ４３の部分Ａにスラスト荷重Ｐｓ１が、部分Ａ’にスラスト荷重Ｐｓ２がかかる。旋回支持軸受４２はスペーサ４３と凸部４３ａにおいて接触しているので、スラスト荷重Ｐｓ１により凸部４３ａを押圧する。押圧された凸部４３ａは、たわむことにより発生する弾性力により旋回支持軸受４２を押し返す。この時の凸部４３ａの弾性力をＰｅとする。よって、スペーサ４３に負荷するスラスト荷重の大きさは、Ｐｓ１−Ｐｅとなる。スラスト荷重Ｐｓ１−Ｐｅの大きさは、スペーサ４３の部分Ａ’におけるスラスト荷重Ｐｓ２の大きさと同程度である。
【００２４】
以上より、凸部４３ａを有するスペーサ４３の存在により、旋回スクロール２０に転覆モーメントＭが作用しても、旋回スクロール２０の各位相に働くスラスト荷重の大きさのばらつきは小さくなる。従って、固定スクロール３０と旋回スクロール２０との間のクリアランスの各位相において均一になり、差が生じなくなるため、流体室２３の密閉性が保持される。
【００２５】
また、スペーサ４３を用いない場合、転覆モーメントＭによって旋回スクロール２０と固定スクロール３０とが離れるのを防止するため、旋回スクロール２０にかかるスラスト荷重を超える過剰背圧を背圧室１１からかけなければならない。この過剰背圧は旋回スクロール２背面の全域にかかる。そのため、スラスト荷重が小さい位相（部分Ａ’）においては、背圧が旋回スクロール２０を固定スクロール３０に過剰に押し付け、機械損失が増えることになる。また、背圧が高いと、背圧をかけるために流入する高圧流体に対するシール部材の損失が生じたり、ハウジング１０の強度を上げる必要も生じたりする。しかしながら、凸部４３ａを有するスペーサ４３を用いることにより、凸部４３ａが、固定スクロール３０と旋回スクロール２０とが最も離れる部分を効果的に押し返す。そのため、背圧室１１から旋回スクロール２０に過剰な背圧をかけなくとも、旋回スクロール２０と固定スクロール３０とが離れることを防止することができる。
【００２６】
また、スクロール式流体機械１０１は、必要に応じて膨張機として使用することもできる。この場合、旋回スクロール２０は図１における矢印Ｑと反対の方向に公転し、第一流体出入口２１は流体の吐出口となり、第二流体出入口２２は流体の吸入口となる。そのため、第一流体出入口２１から流体が流体室２３に流入し、流体室２３が旋回スクロール２０の公転に伴って体積を膨張させるとともに、流体も膨張し、第二流体出入口２２から吐出される。この時、回転軸６０は、旋回スクロール２０の回転力を外部へ出力する出力軸として機能する。このようにスクロール式流体機械１０１を膨張機として使用する場合であっても、圧縮機として使用する場合と同様に、旋回スクロール２０には転覆モーメントＭが作用する。従って、圧縮機と同様に、スペーサ４３には、旋回スクロール２０に対して転覆モーメントＭによるスラスト荷重Ｐｓ１がかかる位相に対応する位置（部分Ａ）に凸部４３ａが設けられる。
【００２７】
なお、この発明に使用されるスペーサは、スペーサ４３のように半球状の凸部４３ａを有するものに限られず、図７のように環状部材であるスペーサ４３’の一部が持ち上げられたように形成された凸部４３ａ’を有するものであってもよい。凸部４３ａ’は、スペーサ４３’の一部が略半円筒形の山形に隆起したような構造となっている。また、凸部４３ａ’は旋回支持軸受４２と弾性的に接触している。
【符号の説明】
【００２８】
１１  背圧室（背圧構造）、１２  第一通気路（背圧構造）、１３  第二通気路（背圧構造）、２０  旋回スクロール、３０  固定スクロール、４２  旋回支持軸受、４３，４３’  スペーサ、４３ａ，４３ａ’  凸部、６０  回転軸、６０ｃ  偏心部、１０１，１０２  スクロール式流体機械。
【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】
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