JPH0135196B2

JPH0135196B2 -

Info

Publication number: JPH0135196B2
Application number: JP20920481A
Authority: JP
Inventors: Eiji Sato; Shigeru Machida; Masato Ikegawa; Naoki Maeda; Nobukatsu Arai
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-12-25
Filing date: 1981-12-25
Publication date: 1989-07-24
Also published as: JPS58110885A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、スクロール流体機械に係り、特に高
速回転用および大型用として好適なスクロール流
体機械に関する。

従来のスクロール機械は、ハウジングに固定ス
クロールを固定し、固定スクロールの中心の回り
に旋回スクロールを旋回運動させるように構成さ
れている。

しかし、前記従来のものは、旋回スクロールの
駆動軸が片持ち構造となつているので、高速回転
用のものでは振動が大きくなる。また、大型用の
ものでは旋回スクロールの遠心力が非常に大きく
なり、旋回スクロールの背部に設けられた軸受に
作用する荷重が増大し、効率の低下や信頼性の低
下を招く問題がある。

一方、高速回転用のスクロール流体機械とし
て、米国特許第3884599号明細書に、両スクロー
ルが回転し、さらに一方のスクロールに対して他
方のスクロールを旋回する型式のものが示されて
いる。しかしながら、この型式のものは次のよう
な問題がある。

すなわち、旋回するスクロールを駆動軸に対し
て揺動させるようにしているので、高速回転時、
旋回するスクロールが激しく振動する恐れがあ
り、高速回転用のスクロール流体機械として必ず
しも満足すべきものではない。さらに、前記従来
のものは旋回するスクロールの背面と駆動軸の間
に空間を設け、この空間に吐出圧力を作用させ、
旋回するスクロールと固定しているスクロール間
の軸方向密封力をうるようにしているので、かか
る手段では吐出圧力によつて生ずる大きなスラス
ト力が駆動軸に作用し、特に大型のものではこの
スラスト力が非常に大きいので、効率および信頼
性が低下する。また、前述の吐出圧力を利用して
旋回するスクロールと固定しているスクロールの
軸方向密封力をうる手段では、吸入圧力と吐出圧
力が変動する場合に、適正な軸方向密封力は得ら
れない問題がある。

本発明の目的は、高速回転用および大型用に適
し、しかも高効率、高信頼性のスクロール流体機
械を提供するにある。

本発明の特徴は、互いに同じ方向に回転しうる
ように設置された第１、第２のスクロールの、第
１のスクロールの端板とこれに対向するハウジン
グの内壁との間、および第２のスクロールの端板
とこれに対向するハウジングの内壁との間に、そ
れぞれシール機能を有する摺動リングで密閉空間
を形成し、さらに第１、第２のスクロールの端板
に、ガスの圧縮または膨張過程の途中で当該密閉
空間にガス圧を導入するガス通孔を設けたところ
にあり、この構成により前記目的を確実に達成で
きたものである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図〜第５図は、本発明の一実施例を示す。

これらの図に示される実施例のものは、ハウジ
ング１、吐出チヤンバ６、前記ハウジング１の内
部に収納された駆動スクロールである第１のスク
ロール９および被動スクロールである第２のスク
ロール１０、第１のスクロール９と一体の駆動軸
である回転軸２１、第２のスクロール１０と一体
の被動軸である回転軸２２、第１、第２のスクロ
ール９，１０の駆動源である電動機２９、摺動リ
ング３７により第１のスクロール９の端板１１と
これに対向する第１のハウジング部材２の内壁
２′間に形成された密封空間４３、摺動リング３
８により第２のスクロール１０の端板１２とこれ
に対向する第２のハウジング部材３の内壁３′間
に形成された密封空間４４、潤滑系路とを備えて
いる。

前記ハウジング１は、第１図に示されるよう
に、第１、第２のハウジング部材２，３を組み合
わせて構成されている。前記第２のハウジング部
材３の側部にはガスの吸入ポート３０が形成さ
れ、また筒部４の端部には給油孔４９を有するエ
ンドカバー５が取り付けられている。

前記吐出チヤンバ６は、第１図に示されるよう
に、前記第１のハウジング部材２に連結され、ま
たこの吐出チヤンバ６の側部にはガスの排出口３
４が形成され、さらに筒部７には給油孔４７が設
けられ、筒部７の端部にはエンドカバー８が取り
付けられている。

前記第１のスクロール９は、端板１１およびラ
ツプ１３を有している。一方、前記第２のスクロ
ール１０は端板１２、ラツプ１４、前記端板１２
に設けれた周縁部１５、前記第１のスクロール９
の端板１１に外縁部に対向させて前記周縁部１５
に設けらられたフランジ１６とを有している。前
記第２のスクロール１０は周縁部１５の内部は密
閉室３２とされ、また周縁部１５にはガスの吸入
口３１が設けられている。前記ラツプ１３，１４
は、第５図に示されるように、インボリユートま
たはこれと類似の曲線からなる渦巻状に形成され
かつ互いにかみ合わされている。前記端板１１，
１２には、密閉室３２から当該密閉空間４３，４
４内にガス圧を導入するガス通孔３５，３６が設
けられている。さらに、前記第１のスクロール９
の端板１１と第２のスクロール１０のフランジ１
６間にはオルダムリング１７が組み込まれ、第１
のスクロール９が駆動されるに伴い、第２のスク
ロール１０が同じ方向に駆動され、かつ停止時に
は第１のスクロール９に対して第２のスクロール
１０が自転しないように駆動連結されている。

なお、第１図中１８は第２のスクロール１０の
ラツプ１４と第１のスクロール９の端板１１との
摺動面、１９は第１のスクロール９のラツプ１３
と第２のスクロール１０の端板１２との摺動面を
示す。

前記第１のスクロール９の回転軸２１と第２の
スクロール１０の回転軸２２とは、第１図および
第５図に示されるように、中心O₁，O₂が互いに
間隔ε、偏心させて取り付けられている。前記第
１のスクロール９の回転軸２１の端板１１側半部
には、ラツプ１３，１４間に形成された密閉室３
２から吐出チヤンバ６に通ずるガスの吐出ポート
３３が設けられている。また、第１のスクロール
９の回転軸２１は第１のハウジング部材２のボス
部に設けられた軸受２３との吐出チヤンバ６の筒
部７内に設けられた軸受２４とにより支持され、
軸方向の定位置で回転しうるようになつており、
かつ電動機２９に直結されている。なお、第１の
スクロール９の回転軸２１と第１のハウジング部
材２のボス部間には、給油管４５に連通する給油
孔４６を有するプツシユ２５が設けられ、同回転
軸２１と吐出チヤンバ６の筒部７とこれに取り付
けられたエンドカバー８間にはメカニカルシール
２６が組み付けられている。一方、前記第２のス
クロール１０の回転軸２２は、第２のハウジング
部材３内に設けられた軸受２７と筒部４内に設け
られた軸受２８とにより支持され、第２のスクロ
ール１０と一緒に軸方向に移動しうるように取り
付けられている。

前記摺動リング３７，３８のうちの、第２のハ
ウジング部材３と第２のスクロール１０の端板１
２間に介装された摺動リング３８には、その摺動
面に第２図に示されるごとく、円周方向に等間隔
をおいて複数個の油膜形成用の溝３９が設けられ
ており、各溝３９は第３図に拡大示されるよう
に、第２のスクロール１０の回転方向ａに長さｌ
が長くかつ回転方向ａに向かつて深さを漸減する
くさび型に形成されている。また、この摺動リン
グ３８は第４図に示されるように、第２のハウジ
ング部材３に形成された嵌合溝４０に嵌合されて
いる。そして、摺動リング３８と嵌合溝４０の一
側部間にはシール部材４１が組み込まれ、かつ摺
動リング３８はガイドピン４２に沿つて第２のス
クロール１０の回転軸２２の軸方向に摺動しうる
ように支持されている。さらに、前記摺動リング
３８の背部にはガス圧が印加され、このガス圧の
作用で摺動リング３８は第２のスクロール１０の
端板１２に密着しうるように構成されている。一
方、第１のハウジング部材２と第１のスクロール
９の端板１１間に介装された摺動リング３７は、
前記摺動リング３８と上下対称に装着され、第１
のスクロール９の回転軸２１の軸方向に摺動し、
かつ背部に印加されるガス圧の作用で第１のスク
ロール９の端板１１に密着しうるように構成され
ていること、前記摺動リング３８と同様である。

而して、この実施例では前記摺動リング３７に
より第１のスクロール９の端板１１と第１のハウ
ジング部材２の内壁２′間に形成された密封空間
４３に対して、前記摺動リング３８により第２の
スクロール１０の端板１２と第２のハウジング部
材３の内壁３′間に形成された密封空間４４を大
容積とし、第１、第２のスクロール９，１０の端
板１１，１２に、ガス通孔３５，３６をラツプ１
３，１４の巻き角度のほぼ同じ位置に設け、密閉
空間４３，４４のガス圧をほぼ同じにしても、第
２のスクロール１０の端板１２に作用する押圧力
を大きくなしうるように構成されている。

前記潤滑系路は、二つの系路を有している。そ
の一つの系路は、第１図に示されるように、潤滑
油５０が吐出チヤンバ６、給油管４５およびブツ
シユ２５に形成された給油孔４６を通つて軸受２
３を潤滑し、ついで第１のスクロール９の端板１
１と第１のハウジング部材２の内壁２′間に形成
された密封空間４３に入り、摺動リング３７を潤
滑した後、摺動リング３７と第１のスクロール９
の端板１１間の隙間を経てハウジング１の内部に
入るようにしている。他の一つの系路は、同第１
図に示されるように、潤滑油５０が吐出チヤンバ
６から該吐出チヤンバ６の筒部７に流れ、軸受２
４を潤滑し、ついで前記筒部７に設けられた給油
孔４７、給油配管４８および給油孔４９を経て第
２のハウジング部材３の筒部４に入り、軸受２
７，２８を潤滑した後、第２のスクロール１０の
端板１２と第２のハウジング部材３の内壁３′間
に形成された密封空間４４に入り、摺動リング３
８を潤滑し、ついで摺動リング３８と第２のスク
ロール１０の端板１２間の隙間を通り、ハウジン
グ１の内部に入るようにしている。そして、ハウ
ジング１の内部で合流した潤滑油は噴霧状態にさ
れ、オルダムリング１７を潤滑するとともに、ガ
スと一緒に吸入口３１から密閉室３２に流れ、第
２のスクロール１０のラツプ１４と第１のスクロ
ール９の端板１１との摺動面１８と、第１のスク
ロール９のラツプ１３と第２のスクロール１０の
端板１２との摺動面１９とを潤滑した後、ガスと
一緒に第１のスクロール９の回転軸２１に設けら
れた吐出ポート３３を通つて吐出チヤンバ６に戻
され、ここで潤滑油はガスと分離されるようにな
つている。

前記実施例のスクロール流体機械は、圧縮機ま
たは膨張機としての機能を有しているが、圧縮機
としては次のように作用する。

電動機２９を駆動すると、第１のスクロール９
の回転軸２１を通じて駆動スクロールである第１
のスクロール９の回転駆動され、ついでこの回転
力がオルダムリング１７を介して被駆動スクロー
ルである第２のスクロール１０に伝達され、第
１、第２のスクロール９，１０が互いに間隔ε、
偏心した位置で、同じ方向に回転操作される。

前記第１、第２のスクロール９，１０が回転操
作されると、第２のハウジング部材３に形成され
た吸入ポート３０によりガスが吸入され、そのガ
スはハウジング１の内部に入り、ついで第２のス
クロール１０に設けられた吸入口３１を経て密閉
室３２に入る。

そして、第５図Ａに示されるガス吸入完了状態
より、第１、第２のスクロール９，１０が平面か
ら見て反時計方向に回転操作されると、第５図
Ｂ，ＣおよびＤに示されるように、密閉室３２の
容積が逐次減少され、したがつてて密閉室３２内
に吸入されたガスが圧縮される。

前記密閉室３２の容積が最も減少した状態で
は、第５図Ｄに示されるごとく、密閉室３２が吐
出ポート３３に連通し、密閉室３２内の圧縮ガス
が吐出ポート３３から吐出チヤンバ６内に入り、
該吐出チヤンバ６が設けられた排出口３４から排
出される。

前述のガスの圧縮過程で、密閉室３２の圧力が
上昇し、第２のスクロール１０に第１のスクロー
ル９から離脱させる方向の力が作用するが、圧縮
過程の途中で、第２のスクロール１０の端板１２
に設けられたガス通孔３６から、第２のスクロー
ル１０の端板１２と第２のハウジング部材３の内
壁３′間に摺動リング３８によつて形成された密
閉空間４４内へガス圧が導入され、該密閉空間４
４内に吸入圧力よりも高く、吐出圧力よりも低い
適正な圧力が印加されるので、第２のスクロール
１０の離脱を防止できかつ第１、第２のスクロー
ル９，１０の摺動面１８，１９に過大な押圧力を
与えることなく、しかも第１、第２のスクロール
９，１０の軸方向のシールを達成することができ
る。

この際、摺動リング３７，３８には当該第１、
第２のスクロール９，１０の端板１１，１２に密
着させる方向にガス圧が作用するので、密閉空間
４３，４４のシールを確実に行うことができる。

前述のシール作用と同時に、第１のスクロール
９の端板１１に設けられたガス通孔３５から、第
１のスクロール９の端板１１と第１のハウジング
部材２の内壁２′間に摺動リング３７によつて形
成された密封空間４３内にガス圧が導入され、こ
のガス圧により第１のスクロール９の回転軸２１
を支持している軸受２３，２４のスラスト荷重を
大幅に軽減することができる。

その間、吐出チヤンバ６内の潤滑油５０が給油
管４５、プツシユ２５に設けられた給油孔４６を
通つて第１のスクロール９の回転軸２１の軸受２
３に供給され、該軸受２３を潤滑した後、第１の
スクロール９の端板１１と第１のハウジング部材
２の内壁２′間に形成された密閉空間４３を経て
第１のスクロール９の端板１１と摺動リング３７
間に入り、該潤滑油により両部材間に油膜が形成
され、油膜形成後、潤滑油はハウジング１の内部
に流れる。

そして、前記摺動リング３７には油膜形成用の
くさび型の溝３９が円周方向に等間隔をおいて設
けられているため、摺動リング３７と第１のスク
ロール９の端板１１間に確実に油膜が形成される
ので、前記端板１１と摺動リング３７との固体接
触をなくすことができ、したがつて摩擦損失を少
なくできるし、密封空間４３からのガス漏れを非
常に少なくすることができる。

一方、前記吐出チヤンバ６内の潤滑油５０は同
吐出チヤンバ６の筒部７に流れ、第１のスクロー
ル９の回転軸２１の軸受２４を潤滑した後、前記
筒部７に設けられた給油孔４７、給油配管４８、
第２のハウジング部材３の筒部４のエンドカバー
５に設けられた給油孔４９を通つて前記第２のハ
ウジング部材３の筒部４に入り、第２のスクロー
ル１０の回転軸２２の軸受２７，２８を潤滑し、
ついで第２のスクロール１０の端板１２と第２の
ハウジング部材３の内壁３′間に形成された密閉
空間４４に流れ、さらに摺動リング３８と第２の
スクロール１０の端板１２間に入り、該潤滑油に
より両部材間に油膜が形成され、さらに潤滑油は
ハウジング１内に流れる。

その際、前記摺動リング３８にも油膜形成用の
溝３９が設けられているので、確実に油膜が形成
され、該油膜により第２のスクロール１０の端板
１２と摺動リング３８間の固定接触を防止できか
つ密閉空間４４からのガス漏れを極めて少なくな
しうる。

前記ハウジング１内に流れた潤滑油は、オルダ
ムリング１７を潤滑し、またガスと一緒に第２の
スクロール１０の環状の周縁部１５に設けられた
吸入口３１を通つて密閉室３２に入り、第１、第
２のスクロール９，１０の摺動面１８，１９を潤
滑した後、密閉室３２から吐出ポート３３を通つ
て吐出チヤンバ６に環戻され、ここでガスと潤滑
油に分離され、潤滑油は吐出チヤンバ６内に貯え
られる。

なお、前記スクロール流体機械を膨張機として
使用するときは、第１、第２のスクロール９，１
０を第５図Ａ〜Ｄに示される回転方向と逆方向に
回転操作すればよい。

次に、第６図は本発明において使用する摺動リ
ングの他の実施例を示すもので、この実施例では
摺動リング３８の摺動面側にチツプシール５１を
取り付け、該チツプシール５１を第２のスクロー
ル１０の端板１２に接触させている。前記チツプ
シール５１は、テフロンまたはカーボン等の固体
潤滑性を有する材料で作られている。

この実施例に示される摺動リングは、油膜形成
用の溝を省略しても、チツプシール５１の潤滑作
用によつて、第５図に示される摺動リングと同様
の潤滑機能を発揮しうる外は、前記第５図に示さ
れるものと同様であり、上下対称に組み付けるこ
とによつて第１のスクロール９の第１のハウジン
グ部材２の内壁２′間に介装し、使用できること
も第５図に示されるものと同様である。

なお、摺動リングと嵌合溝間に圧縮ばねを設
け、摺動リングを当該第１、第２のスクロール
９，１０の端板１１，１２に圧接させるようにし
てもよい。

また、図示実施例ではガス通孔３５，３６を、
第１、第２のスクロール９，１０のラツプ１３，
１４の巻き角度のほぼ同じ位置に設け、第２のス
クロール１０の端板１２と第２のハウジング部材
３の内壁３′間に形成された密閉空間４４の容積
を、第１のスクロール９の端板１１と第１のハウ
ジング部材２の内壁２′間に形成された密閉空間
４３の容積よりも大きくし、第２のスクロール１
０の端部１２に印加する押圧力を大きくなしうる
ようにしているが、密閉空間４３，４４の容積を
同一にし、第２のスクロール１０の端板１２と第
２のハウジング部材３の内壁３′間に形成された
密閉空間４４に通ずるガス通孔３６を、第１のス
クロール９の端板１１と第１のハウジング部材２
の内壁２′間に形成された密閉空間４３に通ずる
ガス通孔３５よりも、ラツプの巻き始め位置寄り
に設け、前記密閉空間４４に高いガス圧を導入す
るようにしてもよい。

本発明は、以上説明した構成、作用のもので、
本発明によれば第１、第２のスクロールを互いに
偏心位置に設けた回転軸を介して同じ方向に回転
させる型式を採用しているので、高速回転用およ
び大型用として優れた効果を有する。

また、本発明では第１のスクロールの端板とこ
れに対向するハウジングの内壁との間、および第
２のスクロールの端板とこれに対向するハウジン
グの内壁との間に、それぞれシール機能を有する
摺動リングで密閉空間を形成し、ガスの圧縮また
は膨張過程の途中で当該密閉空間にガス圧を導入
するようにしているので、第１、第２のスクロー
ルの軸方向に適正なシール圧を付与でき、しかも
前記ガス圧により第１、第２のスクロールの回転
運動を安定化できるので、高効率および高信頼化
を図りうる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断正面図、第２
図は密閉空間形成用の摺動リングの底面図、第３
図は第２図の−線から見た一部拡大断面図、
第４図は摺動リングの介装状態の縦断拡大断面
図、第５図Ａ〜Ｄは第１、第２のスクロールの平
面から見た作用説明図、第６図は摺動リングの他
の実施例を示す縦断拡大断面図である。１……ハウジング、２，３……第１、第２のハ
ウジング部材、２′，３′……第１、第２のハウジ
ング部材の内壁、６……吐出チヤンバ、９，１０
……第１、第２のスクロール、１１，１２……第
１、第２のスクロールの端板、１３，１４……同
ラツプ、１７……オルダムリング、２１，２２…
…第１、第２のスクロールの回転軸、O₁，O₂…
…回転軸の中心、ε……回転軸の間隔、２９……
電動機、３２……密閉室、３５，３６……第１、
第２のスクロールの端板に設けられたガス通孔、
３７，３８……摺動リング、３９……摺動リング
に設けられた油膜形成用の溝、４３……第１のス
クロールの端板と第１のハウジング部材の内壁間
に形成された密閉空間、４４……第２のスクロー
ルの端板と第２のハウジング部材の内壁間に形成
された密閉空間、５１……摺動リングに設けられ
たチツプシール。

Claims

【特許請求の範囲】１ハウジングの内部に、端板にインボリユート
またはこれと類似する曲線からなる渦巻状のラツ
プを形成した第１、第２のスクロールを、互いに
ラツプをかみ合わせて収納するとともに、第１、
第２のスクロールを、各端板に互いに偏心位置に
設けた回転軸を介して同じ方向に回転しうるよう
に設置したスクロール流体機械において、前記第
１のスクロールの端板とこれに対向するハウジン
グの内壁との間、および前記第２のスクロールの
端板とこれに対向するハウジングの内壁との間
に、それぞれシール機能を有する摺動リングで密
閉空間を形成し、さらに第１、第２のスクロール
の端板に、ガスの圧縮または膨張過程の途中で当
該密閉空間にガス圧を導入するガス通孔を設けた
ことを特徴とするスクロール流体機械。２前記第１、第２のスクロールの端板に当該摺
動リングを密着させうるよう、各摺動リングにガ
ス圧を作用させるように構成したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のスクロール流体機
械。