JPS62248888A - スクロ−ル型流体ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 本発明は、インボリュート曲線状に形成された歯を有す
る一対のスクロールを、一対、互に対向して配置し相互
の歯同志を噛合させ、相対的な回転運動による歯間の容
積変化を利用してポンプ作用を持たせる、いわゆるスク
ロール型読体ポンプマ関する・ このスクロール型流体ポンプは、真空ポンプやコンプレ
ッサ等各種流体ポンプに適応することができる。

〈背景及び従来技術〉 スクロール型流体ポンプとは、第９図に示すように、イ
ンボリュート曲線状に形成された歯を有する一対のスク
ロール１，２を互いに対向して配置し、一方のスクロー
ル１（固定スクロール）を回転させないで、他方のスク
ロール２（旋回スクロール）を自転することなく公転（
旋回）運動させ、両スクロール１．２の両壁間で構成さ
れる空間３の体積の変化を利用して、流体を吸入、吐出
しようとするものである。

従来のスクロール型流体ポンプにおいて、両スクロール
１．２の旋回機構は、一方のスクロール１を固定し他方
のスクロール２を自転することなく公転運動させるため
に、クランク機構と、自転防止機構を用いて為される場
合が殆どで有った。

しかし、クランク機構は高精度のウェイトパラン度を必
要とする欠点がある。また、自転防止機構は機構そのも
のが複雑で装置全体のコンパクト化を防げ、また、やは
り強度的な信頼性に問題を残していると言える。更に、
可動側のインボリュート渦巻きの公転半径は形状の制約
上、数闘でありこのために潤滑オイルなどを使用する場
合オイルの浸透が十分性なわれないと言う欠点を持って
いた０ 〈目的〉 本発明は、従来行なわれていたような、一方のインボリ
ュート渦巻きを固定し、他方のインボリュート渦巻きを
旋回させると言った方法とは全く異なり双方のスクロー
ルを所定量偏心させた状態で配置し同一方向に同一速度
で回転させることで、前述した様々な問題点を総て解消
する事が出来る、極めて優れたスクロール型流体ポンプ
を提供するものである。

〈発明の原理〉 本発明に於いては、対向配置された１対のインボリュー
ト渦巻き状の歯を有するスクロールの両方が同一方向へ
同一回転速度で回転する。ただし、この時のそれぞれの
スクロールの回転中心は、クランクタイプで言う公転半
径と等しい距離だけずれており、まさにこの点が本発明
の最も重要な役割を為している。即ち、互いに回転中心
を異にするインボリュート渦巻き状の歯を有するスクロ
ールが、同一方向に同一回転速度で回転しても、ある条
件下に於いては互いに衝突する事なく回転することが可
能であり、又そのときの互いの相対的位置関係は自転な
しの公転運動に相当するため、前記したクランク機構も
自転防止機構も必要とせず等速度回転のみで構成される
スクロール流体ポンプが提供できるのである。

〈公転原理〉 本発明の中心課題である、２物体の公転原理を図２を用
いて説明する。回転半径が同じで、回転中心がδ調だけ
ずれた２点ｐ及びｐ”が同一角速度で回転しているもの
とする。また、反時計方向を正の回転方向とし、回転開
始角０°においてｐおよびｐ′から伸びた各点の回転軌
道に対する法線は一致しているものとする。各点が回転
を開始し、を時間後間始線にたいしてα０の角度を成し
たとき各点ｐとｐ′の相対位置は、図中の（ａ）〜（ｅ
）のようになる。今、ｐ点からの法線ｎを基準に取り、
点ｐ”の相対角をβとすると、β＝−αであることは、
図から明らかである。これにたいし、点ｐ゛から伸びた
法線ｎ゛は回転角αに拘わりなく常に点Ｂから伸びた法
線ｎと平行になっている。即ち、ｐ′はｐに対して相対
的に自転０．公転角速度−αで公転していることになる
。また、この時の公転半径は偏心量δに等しい。

以上を数学的に証明すると、以下の様になる。

図３のごとく、（ｘ、ｙ）平面の原点Ｏからの距離ａ傾
斜角αｔの回転座標（原点０”）を想定する。この時任
意の位置に有る点ｐ（ｘ、ｙ）を回転座標系（ｘ、ｙ）
に投影するための座標変換公式は次式のようになる。

Ｘ二ｘｃｏｓαｔ＋ｙｓｉｎαｔ　−ａＹ　＝　ｙ　ｃ
ｏｓαｔ　−ｘ　ｓｉｎ　ａ　ｔ　　　　　　　−（１
）次に、図４のごとく原点Ｏを中心とし、半径ａ回転速
達度αで回転する点Ｐと、原点からＸ軸方向へδだけず
れた第２の原点Ｏ′を中心とし半径ａ１回転各速度αで
回転する点Ｐ”を考え２点の相対的位置関係の変化を考
察する。・ 弐ｉｔ）の座標変換公式を用いて、前述した点Ｐ゛の点
Ｐを原点とする回転座標に対する相対座標を求めると次
式のようになる。

点ｐ′の（ｘ、ｙ）平面に置ける座標は、Ｘ＝δ＋ａ　
Ｃ０８αｔ ｙ　＝　ａ　ｓｉｎ　ａ　ｔ　　　　　　　　　　　　
（２１式（２）を式ＩＩに代入すると・・・ Ｘ＝（δ＋ａｃｏｓαｔ）ｃｏｓαｔ＋（ａｓｉｎαｔ
）ｓｉｎαｔ　−ａＹ＝（ａｓｉｎαｔ）ｃｏｓαｔ−
（ａ＋ａｃｏｓαｔ）ｓｉｎαｔ　　　＝１３１整理し
て、 Ｘ：δｃｏｓαｔ−δｃｏｓ　（−α）ｔＹ＝−δｓｉ
ｎ　ａ　ｔ−δｓｉｎ　（−ａ　）　ｔ　　　　　・１
４１となり、点Ｐ゛は点Ｐに対して相対的に公転角速度
−α、公転半径δで公転しており線分０−ｐと線分ｏ’
＝ｐ’が回転αｔに拘わりなく常に平行であることから
、自転速度は０である事が証明されたことになる。

〈本発明の構成〉 本発明は、第２図に示すように基礎円半径をγとするイ
ンボリュート曲線状に形成された歯厚ｔの歯を形成する
一対のスクロール１．２を、第１図に示すように互いに
対向して、相互の歯同志を噛合するように配置しすると
共に、両スクロールの回転中心δを第２図に示す如くδ
＝πγ−ｔだけ偏心して配置し、第３，４図に示すよう
な駆動手段を設けて、第５図に示すように、両スクロー
ル１．　２を同一方向に同速度で回転させることで、歯
間容積の体積変化を利用して流体の吸入、吐出を行うも
のである。

〈実施例〉 以下本発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明実施例の断面図である。この第１図にお
いて、１は下面側に開放する第１スクロール、２は上面
側に開放する第２のスクロールである。

このスクロール１．２はそれぞれインボリュート曲線状
に形成された歯３，４を具備している。

この歯３，４は第２図に示すように、基礎円半径をγと
してこの基礎円上に巻きつけられた糸が描く軌跡として
形成されるものであって、その歯厚はそれぞれのスクロ
ール１．２ともむで形成されている。

これらスクロール１．２は上記歯８，４が噛合するよう
に相互に対向して配置されるものであって、それぞれの
スクロール１．　２は基礎円中心を以って回転自在に支
持され、その中心は距離ｌを以って偏心している。

この偏心量δはインボリュート渦巻きの基礎円半径γと
歯厚ｔとで一意的に決定される。

即ち、第２図に示すように基礎半径をγ、歯厚ｔ、偏心
量δとすると、両スクロール１．２の歯３．４に密閉空
間を形成する関係上、偏心量δ。

歯厚ｔ、１／基礎円周（”　”／２　・ｒ　）を加えた
ものは％・πγに等しい。

＝πγ−ｔ　　　　　　　　　　　　となる。

従って、偏心量δはδ＝πγ−ｔで表わせる値となり、
この偏心量δを以って両スクロールｌ。

２が回転自在に支持されている。

第１図に戻って、５，６は上下に分割されたケーシング
であって、内部に形成された空間７に上記噛合したスク
ロール１．２を気密に収納している。

８は吸入口であって、上記ケーシング５，６内空間内外
を連通し、移送流体がこの吸入口８より内部に導入され
る。

９は第１スクロール１に接続された回転軸であって、こ
の軸９はケーシング５に設けられた軸受１０にて支持さ
れ、この軸９がケーシング内外を貫通する部分をシール
材１１で密封している。

同様に、１２は第２スクロール２に接続された回転軸、
１８はこの軸１２を支持する軸受、１４はシール材であ
る。

−１５は上記回転軸１２に貫通して形成されている排気
通路であって、この排気通路１５は第１゜２スクロール
１．２中心部空間１６内外を連通ずるもので、ケーシン
グ６に形成された排気孔１７に接続されている。

次に上記両スクロール１，２を同一方向に同一速度で回
転するための機構の一例を第８，４図を用いて説明する
。

第８図はポンプの平面図、第４図はスクロール部分だけ
を取り出した側面図である。この第３゜４図において１
．２は上記スクロールである。このスクロール１．　２
の外周１８．１９には同一ピッチの平歯車が形成されて
おり、この両平歯車に噛合する動力伝達用歯車２０が両
スクロール１゜２側部に配置されている。

この動力伝達用歯車２０には電動機、内燃機関などの駆
動源（図示せず）が接続されている。

従って、この動力伝達用歯車２０を回転駆動することに
より、この歯車２０に接続されているスクロール１．２
双方が同一方向に同一速度で回転することになる。

上記スクロール１，２を同一方向に同一速度で回転させ
た状態を第５図に示す。第５図から明らかなように、両
スクロール１，２０回転に伴ってスクロール１．　２の
歯間体積は減少する方向に変化し、この体積変化によっ
て、第１図図示の吸入口８より流体が歯間空間内部に吸
引されて、最終的にスクロール内部空間内外を連通ずる
排気通路１５より排気口１７を通って排出される。この
吸入、排気により、移送流体がこのスクロールポンプを
介して送出されることになる。

第９図と比較しても分かるとりゃ旋回機構が全く異なる
にも拘わらず、両スクロールで囲まれた空間の容積変化
は全く同じものになっている。

このように、単純な等速回転運動のみで図１と同等な旋
回運動を得る事が出来ると言う事は、クランク機構や自
転防止機構に潜在的に内包される様々な問題点を根本か
ら除去する事を可能とする事を意味している。

尚、第３，４図図示の例において、スクロール１．２に
は動力伝達用歯車２０が直接噛合していたが、直接でな
くても、動力伝達歯車２０からベルト、チェーン等の伝
達機構で歯車２０とスクロール１，２とを接続しても良
い。又、別々の駆動源でスクロール１，２を駆動しても
良いが、同一速度で回転させることが困難になる可能性
がある。

従って、従来のクランク方式であれば、スクロールの形
状が決まった段階でクランクの偏芯量が決定されるため
、一つのスクロールに対して一つのクランクの設計が必
要となる。そのうえ、クランクの修正や微調整が容易で
ないため、スクロールの形状精度も相当の高精度のもの
が要求される。

その点、本発明に基づく２軸回転方式に因れば、どちら
か一方の回転軸を若干移動させるだけで、容易に偏芯量
を調整でき、ポンプ部と駆動部の自由度が飛躍的に高く
なる。

しかも、従来のクランク方式による旋回半径δは、数鱈
の非常に小さな値であり、仮にスクロール内に何等かの
異物が侵入した場合には、その異物は半径ｌの円内を周
回するだけで自動的に除去される事が無いため甚だしく
信頼性を損なうことになる。この点でも２軸回転方式で
あれば、両スクロールが高速で回転している事から、遠
心力により異物が徐々に外周方向へ移動するという利点
を持っている。又、この点は潤滑オイルの浸透が良いと
いう点にもつながる。

クランク方式の最大の欠点は、自転防止機構を必要とす
ると言う点である。自転防止機構に関しては様々な方法
が提案されているが、どの方法も比較的大きな容積を必
要とするうえに、強度的な信頼性に若干の不安を残すも
ので有った。これに対して本発明の、２軸回転方式では
自転防止機構は全く必要なく、ポンプ全体のコンパクト
化が容易であり、強度的な信頼性も軸受けの信頼性に匹
敵するものとなる事が予想できる。

更に、従来クランク方式ではウェイトバランスは不可欠
であるが、本発明の２軸回転方式ではそもそも絶対的に
偏芯している部分が皆無なのであるから、考慮する必要
が無いことになる。

以上のように、本発明に基づく２軸回転方式は（ｌｆｉ 従来のクランク方式に比べて非常に多くの利点を持って
いる。

〈発明の効果〉 以上述べて来たように、スクロール流体ポンプに於いて
、第１のスクロールと、第２のスクロールの回転中心を
δ＝πγ−を分だけ偏芯させ、第１１第２の両スクロー
ル共、同一方向へ同一速度で回転させることで、従来の
スクロール流体ポンプと全く同じ動作が得られる。

従って、本発明によれば、以下に列記するような効果が
期待できる。

〔１〕クランク機構を必要としないため、ウェイトバラ
ンスを取る必要が無い。

〔オ〕単純回転のみで構成されるため、強度的に信頼性
が高い。

〔８〕時点防止機構を必要としない。

〔４〕両スクロールに遠心力が働き、潤滑オイルの浸透
が良くなる。

〔６〕旋回半径の微調整が可能である。

〔７〕構造を簡単にすることが出来、コンパクト化が可
能である。

〈図面の簡単な説明〉 第１図は本発明実施例の断面図、 第２図は同例の要部拡大図、 第３図は同例の平面図、 第４図は同側面図、 第５図は同例の回転状態説明図、 第６図乃至第８図は回転原理説明図、 第９図は従来のスクロールの回転状態説明図。

１．２ニスクロール、２０：動力伝達用歯車。

代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）第１図 第２Ｉｌｌ 璽　第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．基礎円半径をγとするインボリュート曲線状に形成
   された歯厚ｔの歯を形成したスクロールを、一対、互い
   対向して配置し相互の歯同志を噛合して成るスクロール
   型流体ポンプにおいて、両スクロールの旋回中心δをδ
   ＝πγ−ｔだけ偏心して配置し、両スクロールを同一方
   向に同速度で回転させる駆動手段を設けたことを特徴と
   するスクロール型流体ポンプ。