JP2014196692A - 固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】固定スクロールの端板中心部の吐出ポートを含む圧縮空間部の容積を調整することで改善した、固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械を提供する。【解決手段】ハウジング3に固定された固定スクロール体７と、該固定スクロール体７に対して旋回可能に噛合うことで、圧縮空間を移動可能に形成する旋回スクロール体６と、前記圧縮空間のうち、前記固定スクロール体７の中心に対応する固定スクロール体７の端板７ａに設けられる吐出ポート８とを有する固定スクロール体７およびそれを用いたスクロール流体機械において、前記固定スクロール体７の端板７ａ中心部の前記吐出ポート８の近傍に、前記固定スクロール体７の中心に対応する圧縮空間の容積を拡大する凹部２０を備えた、ことを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、使用環境によって所定の圧縮率を得られなくなったり、過圧縮となる問題を、固定スクロールの端板中心部の吐出ポートを含む圧縮空間部の容積を調整することで改善した、固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械に関するものである。

固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械は、吸入締切り時の圧縮空間容積と圧縮終了時の圧縮空間容積との比によって決まる設計圧縮比が一定であることが知られている。従って、特定の吸入圧力および吐出圧力となる一つの運転条件に対しては、最適な設計圧縮比を設定し、高効率で運転することができる。
しかし、高低圧差が小さくなる運転条件やインバータによる高Ｈｚ運転条件下では、いわゆる過圧縮現象が生じてしまい、圧縮動力の増加によって圧縮効率が低下するという問題が発生する。

そこで、運転条件で異なる回転数、圧力など異なる負荷の使用に対応するためには、ラップ（渦巻き）の高さを変更したり、スクロールの渦巻き長さを変更することで対応してきた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、旋回スクロールのラップ高さを変更したり、渦巻き長さを変更すると、変更前に対してアンバランスとなり、振動や騒音の要因となる。個別にバランス量を変更することは可能であるが、量産性が低下する。

一方、特許文献２では、固定スクロールの端板中心部の吐出ポートに加えてリリーフポートを設け、必要なリリーフポート面積を確保すべく、リリーフポートを渦巻き状ラップの渦巻き方向に沿って穿設した複数孔群のポートにより構成するとともに、その複数孔群のリリーフポートを１つに集約し、それに対して共通のリリーフ弁を設けるようにしている。

特開平５−１７２０６７号公報 特開２００８−２８６０９５号公報

しかしながら、上記特許文献２では、リリーフポートの位置に対応してその位置にリリーフ弁を設置しなければならず、その分、部品点数が増える。また、リリーフ弁の設置位置がリリーフポート位置によって制約されるため、リリーフ弁の配置に自由度がないという課題があった。
本発明は、以上のような課題を改善するために提案されたものであって、固定スクロールの端板中心部の吐出ポートを含む圧縮空間部の容積を調整することで改善した、固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、請求項１にかかる本発明では、端板と、端板に設けられる渦巻き状の固定ラップと、固定ラップで囲まれた領域であって、端板の中心部における領域に吐出ポートとを有する固定スクロール体において、吐出ポートの近傍に、固定スクロール体の中心に対応する圧縮空間の容積を拡大する凹部を備えた、ことを特徴とする。

これにより、圧縮流体の圧力が最も高められる端板の中心部における領域の圧縮空間の容積が、吐出ポート近傍の凹部により拡大されるため、その分、過圧縮状態を緩和することができる。

また、請求項２にかかる本発明では、ハウジングに固定された固定スクロール体と、該固定スクロール体に対して旋回可能に噛合うことで、圧縮空間を移動可能に形成する旋回スクロール体と、圧縮空間のうち、固定スクロール体の中心に対応する固定スクロール体の端板に設けられる吐出ポートとを有する固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械において、固定スクロール体の端板中心部の吐出ポートの近傍に、固定スクロール体の中心に対応する圧縮空間の容積を拡大する凹部を備えた、ことを特徴とする。

これにより、圧縮流体の圧力が最も高められる端板の中心部における領域の圧縮空間の容積が、吐出ポート近傍の凹部により拡大されるため、その分、過圧縮状態を緩和することができる。

また、請求項３にかかる本発明では、凹部は、吐出ポートに連通している、ことを特徴とする。

これにより、圧縮された圧縮流体は、必要以上の圧縮率をスムーズに低下させ、適切な圧縮率の圧縮流体として吐出口が吐出させることができる。

さらに、請求項４にかかる本発明では、前記凹部は、容積調整可能に構成されている、ことを特徴とする。

これにより、スクロール流体機械を能力の範囲内で自在に調整して使用することができる。したがって、過圧縮状態を解消するだけでなく、予め、要求される吐出圧の圧縮流体を自在に得ることができ、様々な使用要求に対応することができる。

本発明によれば、従来のようにリリーフポートと、リリーフポートに対応してリリーフ弁を設置する必要がなく、固定スクロールの端板中心部の吐出ポートを含む圧縮空間部の容積を調整することで改善した、固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械を提供することができる。

本発明にかかるスクロール流体機械全体における実施形態の一例を示す断面図である。 図１に示すスクロール流体機械における固定スクロール体の断面図である。 図２に示す固定スクロール体の平面図である。 図３に示す固定スクロール体のIV−IV線の切断断面図である。

以下、本発明にかかる固定スクロール体およびそれを用いた固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械についての実施形態を挙げ、添付された図面に基づいて、詳細に説明する。

図１に、本発明にかかる固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械１の実施形態の一例を断面的に示す。
この固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械１は、クランク軸の旋回スクロール体を駆動する側の偏心軸部側が、軸受部材を介して支持する片持ち支持の、いわゆる片持ち式の固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械を構成している。
かかる固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械１について概略説明すると、固定スクロール体およびそれを用いたスクロール流体機械１は、図中、ｘ軸方向左端側を開口した第１ハウジング２と、第１ハウジング２にｘ軸方向に連設され、第１ハウジング２に比較してｙ方向の寸法を大とした第２ハウジング３とを有する。第１ハウジング２内には、ｘ軸方向左端側の開口の中心をｘ軸方向に沿う中心軸ｘ１に同心的に配置した第３ハウジング４を有する。

第３ハウジング４内には、中心軸ｘ１を回転中心とするファン５が配設される。
また、第２ハウジング３内には、旋回スクロール体６と固定スクロール体７とが配設される。固定スクロール体７は第２ハウジング３、第３ハウジング４に固定される。また固定スクロール体７は、後述するが旋回スクロール体６と固定スクロール体７とを連結するピンクランク軸受におけるベアリング押さえ部材を介して第３ハウジング４に固定される。
なお、第２ハウジング３には、冷却空気を取り入れるための複数の取入れ口３in（後述）、第１ハウジング２と第３ハウジング４には、冷却通路が設けられる。

旋回スクロール体６と固定スクロール体７とは、端板６ａ、７ａと、端板６ａ、７ａに設けた渦巻き状の旋回ラップ６ｒ、固定ラップ７ｒとを有する。
旋回スクロール体６の旋回ラップ６ｒは、端板６ａ上に突設され、固定スクロール体７側の固定ラップ７ｒは、端板７ａが旋回ラップ６ｒの高さ分、渦巻き溝が形成されるように設けられている。
以上のような構造により、旋回スクロール体６と固定スクロール体７とは、旋回スクロール体６の端板６ａ上の旋回ラップ６ｒが、固定スクロール体７の端板７ａに形成された渦巻き溝に係合し、旋回ラップ６ｒと固定ラップ７ｒとが互いに噛合う状態で、それぞれの端板６ａ、７ａの摺擦面がｙ方向に指向するように配設される。そして、旋回ラップ６ｒと固定ラップ７ｒとが互いに噛合うことで、三日月状の圧縮空間Ｓを形成している。なお、旋回ラップ６ｒと固定ラップ７ｒとは、対向する端板６ａ、７ａと接触する先端にチップシール６ｒｓ、７ｒｓが嵌着されている。圧縮空間Ｓには、外側の箇所から圧縮流体が導入されるように導入口（図示省略）が連通され、中央の圧縮空間Ｓには、所定圧の圧縮流体として吐出するように、吐出口８が連通されている。

以上のような旋回スクロール体６は、第３ハウジング４およびファン５を貫いてｘ１軸に沿って挿通された駆動軸９の先端偏心軸９ａに、軸受部材１０を介して接続されている。偏心軸９ａは、軸心ｘ２が、ｘ１軸に対してＬ偏心している。なお、駆動軸９は、図示しない駆動モータの出力軸に接続される。
そして、旋回スクロール体６と固定スクロール体７とは、互いに摺擦する端板６ａ、７ａの外周近傍の複数箇所（ここでは３か所）に、ピンクランク軸受１１が配設されている。
ピンクランク軸受１１は、固定スクロール体７側の端板７ａにころ軸受１２を介して軸着した第１軸１１ａと、旋回スクロール体６側の端板６ａにころ軸受１２を介して軸着され、第１軸１１ａの軸心に対して軸心をＬ偏心させた第２軸１１ｂとを具備する。また、ピンクランク軸受１１は、第２ハウジング３にベアリング押さえ部材１３を介して固定される。
また、固定スクロール体７には、端板７ａの背面側には、冷却用フィンｆ_７が設けられている。なお、旋回スクロール体６側にも、冷却フィンｆ_６が設けられている。

スクロール流体機械１は、概略以上のように構成されるものであり、次に、固定スクロール体７について、図２、図３を参照してさらに詳細に説明する。
固定スクロール体７は、例えばアルミ材料によって成形され、端板７ａが略円盤形状に成形されている。端板７ａの旋回スクロール６との摺擦面側には、前述のように渦巻き溝が形成されるように固定ラップ７ｒが成形されている。
この場合、固定ラップ７ｒの巻き始めは、端板７ａの中心部に位置し、巻き終りは端板７ａの外周側に位置している。
かかる渦巻き状の固定ラップ７ｒにより、図２に示すように、断面視上、端板７ａの径方向に圧縮空間Ｓ_０〜Ｓ_４が列設されることとなる。
ここで、中央の圧縮空間Ｓ_０が、設定された最も高い圧力の圧縮空間となっている。かかる圧縮空間Ｓ_０には、吐出口８が穿設されている。

圧縮空間Ｓ_０の設計圧縮比は、吸入締切り時の圧縮空間容積と圧縮終了時の圧縮空間容積との比によって決まるが、様々な条件によって、例えば高低圧差が小さくなる運転条件やインバータによる高Ｈｚ運転条件下で過圧縮となったりすることがあるため、そのようなことを回避するために、最も高い圧力となる中央の圧縮空間Ｓ_０の容積を拡大して過圧縮状態を解消すればよいこととなる。

そこで、図３に示すように、中央の圧縮空間Ｓ_０の端板７ａには、所定工具で掘り下げ加工した凹部２０が形成されている。凹部２０は、最大圧力の降下率を調整できるように、扇形溝状に形成されている。すなわち、凹部２０の掘り下げ深さを一定値に定めれば、形状中心に沿う長さを調整すれば、拡大容積が調整できることになる。

本発明にかかるスクロール流体機械１は、以上のとおりであるので、固定スクロール体７において、旋回スクロール６との摺擦動作によって、旋回ラップ６ｒと固定ラップ７ｒとが互いに噛合いながら、三日月状の圧縮空間Ｓが移動可能に形成される。
三日月状の圧縮空間ＳがＳ_４から中央のＳ_０に移動するに従って、容積が小さくなり、これにより、中央の圧縮空間Ｓ_０において、設定された圧力の圧縮流体として吐出口８から吐出することができる。

係る設定された圧力の圧縮流体は、使用される環境によって、あるいは、様々な条件や不可抗力によって過圧縮となったりしても、予め、最大で何%設定圧から降下させて、圧縮流体を吐出させることで、過圧縮状態を解消することができる。
このように、中央の圧縮空間Ｓ_０の端板７ａには、所定工具で掘り下げ加工した凹部２０は、その掘り下げ容積が調整可能であるので、スクロール流体機械１を能力の範囲内で自在に調整して使用することができるという利点がある。
したがって、過圧縮状態を解消するだけでなく、予め、要求される吐出圧の圧縮流体を自在に得ることができ、様々な使用要求に対応したスクロール流体機械１を提供することができる。

以上、本発明にかかるスクロール流体機械１について一実施形態を挙げ、説明した。本発明は、上記実施形態に限定されるものではないことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、中央の圧縮空間Ｓ._０の端板７ａに形成された凹部２０は、扇形溝状に限らない。
また、凹部２０は、吐出口８と必ずしも連通していなくてもよい。要は、容積を拡大する凹部であれば何でもよい。

本発明は、あらゆる型のスクロール流体機械に適用可能である。

１ スクロール流体機械
２ 第１ハウジング
３ 第２ハウジング
３in 取入れ口
４ 第３ハウジング
５ ファン
６ 旋回スクロール体
６ｒ 旋回ラップ
７ 固定スクロール体
７ｒ 固定ラップ
６ｒｓ、７ｒｓチップシール
８ 吐出口
９ 駆動軸
９ａ 偏心軸
１０ 軸受部材
１１ ピンクランク軸受
１１ａ 第１軸
１１ｂ 第２軸
１２ ころ軸受
１３ ベアリング押さえ部材
２０ 凹部
Ｓ_０〜Ｓ_４ 圧縮空間
ｆ_６、ｆ_７ フィン

Claims (4)

1. 端板と、該端板に設けられる渦巻き状の固定ラップと、該固定ラップで囲まれた領域であって、前記端板の中心部における領域に吐出ポートとを有する固定スクロール体において、
   前記吐出ポートの近傍に、前記固定スクロール体の中心に対応する圧縮空間の容積を拡大する凹部を備えた、ことを特徴とする固定スクロール体。
2. ハウジングに固定された固定スクロール体と、該固定スクロール体に対して旋回可能に噛合うことで、圧縮空間を移動可能に形成する旋回スクロール体と、前記圧縮空間のうち、前記固定スクロール体の中心に対応する固定スクロール体の端板に設けられる吐出ポートとを有するスクロール流体機械において、
   前記固定スクロール体の端板中心部の前記吐出ポートの近傍に、前記固定スクロール体の中心に対応する圧縮空間の容積を拡大する凹部を備えた、ことを特徴とするスクロール流体機械。
3. 前記凹部は、前記吐出ポートに連通している、ことを特徴とする請求項２に記載のスクロール流体機械。
4. 前記凹部は、容積調整可能に構成されている、ことを特徴とする請求項２または３に記載のスクロール流体機械。

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