JP4237516B2

JP4237516B2 - Scroll type fluid machine

Info

Publication number: JP4237516B2
Application number: JP2003053622A
Authority: JP
Inventors: 和孝末藤; 晋坂本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2009-03-11
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: JP2004263604A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気等の流体を圧縮するのに好適に用いられるスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ケーシングの軸方向両側にそれぞれ固定スクロールと旋回スクロールとを設け、前記ケーシング内には前記各旋回スクロールを旋回駆動するための電動機を設けてなる所謂ツインラップ型のスクロール式流体機械は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０３６５号公報
【０００４】
この種の従来技術によるツインラップ型のスクロール式流体機械は、ケーシングの軸方向一側に設けた固定スクロールと旋回スクロールとにより低圧段の圧縮室を形成し、ケーシングの軸方向他側に設けた固定スクロールと旋回スクロールとにより高圧段の圧縮室を形成する構成としている。
【０００５】
また、前記ケーシング内には、低圧段の旋回スクロールと高圧段の旋回スクロールとの間に位置して電動機が設けられ、該電動機は、出力軸を回転駆動することにより前記各旋回スクロールに旋回運動を与えるものである。また、電動機の出力軸と前記ケーシング等との間には複数の軸受が設けられ、これらの軸受は、前記出力軸に付加されるラジアル方向またはスラスト方向の荷重を受承する構成となっている。
【０００６】
そして、高圧段の固定スクロールは、その吸込側を低圧段の固定スクロールの吐出側に配管等を用いて接続し、前記低圧段の圧縮室から吐出される圧縮流体を高圧段の圧縮室でさらに圧縮することにより、流体の２段圧縮を行う構成としているものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるツインラップ型のスクロール式流体機械では、ケーシングの軸方向両側に配置される低圧段の圧縮室と高圧段の圧縮室との間に大きな圧力差が発生し、これらの圧縮室間で電動機の出力軸等には軸方向のスラスト荷重が付加されることになる。
【０００８】
このため、前記ケーシングと電動機の出力軸等との間に配置した軸受は、大きなスラスト荷重を受承する必要が生じ、軸受荷重が大となって摩擦損失が大きくなると共に、軸受内での発熱も大きくなる。これにより、軸受の耐久性、寿命が低下し、スクロール式流体機械としての性能、信頼性を高めることが難しいという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、電動機の出力軸等に付加されるスラスト荷重が軸方向の両側でアンバランスになるのを抑えることができ、軸受の耐久性、寿命を向上できると共に、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明にあっては、ケーシングと該ケーシングの軸線上に位置して該ケーシングの両端側にそれぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の固定スクロールとからなる固定側部材と、該低圧段の固定スクロールと高圧段の固定スクロールとの間に位置して前記ケーシング内に設けられ、出力軸が前記ケーシングの軸線と同一の方向に配置された電動機と、前記低圧段，高圧段の固定スクロールと対面して該電動機の出力軸の両端側にそれぞれ設けられ、鏡板に前記低圧段，高圧段の固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械において、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には、両者のラップ部を径方向外側から取囲み前記圧縮室内を外部に対して遮断する環状のシール部材を設け、該シール部材の径寸法は、前記低圧段の固定スクロールのラップ部の最外径寸法よりも小さい寸法とし、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、前記シール部材の径方向内側となる部位で前記圧縮室内の圧力を受圧する構成とし、さらに、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記圧縮室に対する受圧面積を前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも大なる受圧面積をもって形成し、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも前記各ラップ部の厚さを小さくする構成としている。
【００１１】
このように、高圧段におけるラップ部の厚みを低圧段のラップ部よりも薄肉に形成することによって、例えば高圧段の旋回スクロールが圧縮室内の圧力を受圧する受圧面積を、低圧段の旋回スクロールに比較して小さくすることが容易となり、受圧面積と圧力との積により決められるスラスト荷重が低圧段と高圧段との間でアンバランスとなるのを小さく減じることができる。
【００１２】
しかも、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には、両者のラップ部を径方向外側から取囲み圧縮室内を外部に対して遮断する環状のシール部材を設け、該シール部材の径寸法は、前記低圧段の固定スクロールのラップ部の最外径寸法よりも小さい寸法とし、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、該シール部材の径方向内側となる部位で前記圧縮室内の圧力を受圧する構成としている。
【００１３】
これにより、高圧段の圧縮室内で発生した流体の圧力が外部に漏洩するのを環状のシール部材で防ぐことができ、高圧段の圧縮室内を高い圧力に保つことができる。そして、高圧段側での旋回スクロールの受圧面積をシール部材の径方向内側となる範囲内に制限することができ、この受圧面積を低圧段側での旋回スクロールの受圧面積よりも小さくすることができる。
【００１４】
また、請求項２の発明によると、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室から吐出される流体を、内部の圧縮室内に吸込んでさらに高い圧力に圧縮する構成としている。
【００１５】
この場合には、低圧段の圧縮室から吐出される流体を、高圧段の圧縮室内で圧縮することにより流体の２段圧縮を行うことができる。そして、高圧段の圧縮室から低圧段の圧縮室に向けて大きなスラスト荷重が電動機の出力軸等に付加されるのを、前述の如く受圧面積を変えることによって十分に小さく抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械を、ツインラップ型のスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面の図１ないし図３に従って詳細に説明する。
【００１９】
図中、１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として略円筒状に形成されたケーシング本体２と、該ケーシング本体２の右，左両端側にそれぞれ固着して設けられた右，左の軸受取付体３Ａ，３Ｂとにより構成されている。そして、ケーシング１は後述の固定スクロール５Ａ，５Ｂと共に固定側部材を構成するものである。
【００２０】
ここで、ケーシング本体２の一側（図１中の右側）に位置する軸受取付体３Ａは、後述の固定スクロール５Ａ、旋回スクロール２０Ａ等と共に低圧段圧縮部となる低圧スクロール部４Ａを構成するものである。また、ケーシング本体２の他側（図１中の左側）に位置する軸受取付体３Ｂは、後述の固定スクロール５Ｂ、旋回スクロール２０Ｂ等と共に高圧段圧縮部となる高圧スクロール部４Ｂを構成している。そして、固定スクロール５Ａ，５Ｂは非駆動側スクロールを構成し、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは駆動側スクロールを構成するものである。
【００２１】
なお、低圧スクロール部４Ａと高圧スクロール部４Ｂとは、それぞれほぼ同一の構成要素を有しているので、以下の説明では、低圧段に符号「Ａ」を付し、高圧段には符号「Ｂ」を付して説明する。また、低圧段と高圧段とで説明が重複するのを避けるため、主に低圧スクロール部４Ａの構成要素について説明し、高圧スクロール部４Ｂの構成要素については、その説明を省略するものとする。
【００２２】
５Ａはケーシング１の軸受取付体３Ａ側に設けられた低圧段の固定スクロールを示し、該固定スクロール５Ａは、中心がケーシング１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と一致するように配設された略円板状の鏡板６Ａと、該鏡板６Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部７Ａと、鏡板６Ａの外周側から該ラップ部７Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部８Ａと、該筒部８Ａの外周側から径方向外向きに突出したフランジ部９Ａとにより構成されている。
【００２３】
そして、固定スクロール５Ａは、フランジ部９Ａの外周側が軸受取付体３Ａの開口側にボルト等を介して着脱可能に取付けられている。また、固定スクロール５Ａの鏡板６Ａには、例えば空気（外気）等の流体を後述の圧縮室２３Ａ内に吸込むための吸込口１０Ａが外周寄りの位置に設けられ、鏡板６Ａの中心側（軸線Ｏ1 −Ｏ1 上）には圧縮空気の吐出口１１Ａが設けられている。
【００２４】
１２は低圧段の固定スクロール５Ａと高圧段の固定スクロール５Ｂとの間に位置してケーシング本体２内に設けられた駆動手段となる電動機で、該電動機１２は、ケーシング本体２の内周側に固定して設けられた筒状のステータ１３と、該ステータ１３の内周側に回転可能に配設された筒状のロータ１４等とにより構成されている。
【００２５】
ここで、電動機１２は、ステータ１３およびロータ１４の軸線がケーシング１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と同一軸線上に配置されている。そして、電動機１２は、ロータ１４を回転することにより後述の回転軸１５を軸線Ｏ1 −Ｏ1 の周囲で回転駆動するものである。
【００２６】
１５はケーシング１の右，左両側で軸受取付体３Ａ，３Ｂの内周側に回転軸受１６Ａ，１６Ｂを介して回転可能に設けられた段付筒状の回転軸で、該回転軸１５は、電動機１２のロータ１４内に圧入等の手段を用いて嵌合された中空軸体からなり、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心としてロータ１４と一体に回転するものである。
【００２７】
そして、回転軸１５は、電動機１２のロータ１４内を軸方向に貫通して設けられ、後述の旋回軸１８と共に電動機１２の出力軸を構成している。また、回転軸１５の内周側は、ケーシング１等の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して寸法δだけ偏心した段付きの偏心穴１７となっている。
【００２８】
ここで、軸受取付体３Ａ，３Ｂの内周側で回転軸１５を回転可能に支持する回転軸受１６Ａ，１６Ｂのうち、例えば低圧スクロール部４Ａ側の回転軸受１６Ａは、回転軸１５に働く径方向のラジアル荷重と軸方向のスラスト荷重とを共に受承可能な軸受により構成されている。また、高圧スクロール部４Ｂ側の回転軸受１６Ｂは、回転軸１５に働く径方向のラジアル荷重を受承可能な軸受により構成されている。
【００２９】
１８は回転軸１５の偏心穴１７内に相対回転可能に設けられた旋回軸で、該旋回軸１８は、中実な段付きの軸体として形成され、ケーシング１等の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2 −Ｏ2 上に配置されている。そして、旋回軸１８は、回転軸１５の偏心穴１７内で旋回軸受１９Ａ，１９Ｂを用いて回転軸１５内に相対回転可能に取付けられ、回転軸１５と共に電動機１２の出力軸を構成している。
【００３０】
また、旋回軸１８の軸方向両端側は、回転軸１５（偏心穴１７）の両端から軸方向に突出し、その突出端側には後述の旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂが右，左に離間して設けられている。そして、旋回軸１８は、回転軸１５の回転に追従して旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂに旋回運動を与えるものである。
【００３１】
また、回転軸１５の偏心穴１７内で旋回軸１８を回転可能に支持する旋回軸受１９Ａ，１９Ｂのうち、例えば低圧スクロール部４Ａ側の旋回軸受１９Ａは、旋回軸１８に働くラジアル荷重とスラスト荷重とを共に受承可能な軸受により構成されている。また、高圧スクロール部４Ｂ側の旋回軸受１９Ｂは、旋回軸１８に働く径方向のラジアル荷重を受承可能な軸受により構成されている。
【００３２】
２０Ａは固定スクロール５Ａと対面してケーシング１内に旋回可能に設けられた低圧段の旋回スクロールで、該低圧段の旋回スクロール２０Ａは、略円板状に形成された鏡板２１Ａと、該鏡板２１Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２２Ａとにより大略構成されている。また、高圧段の旋回スクロール２０Ｂも、略円板状に形成された鏡板２１Ｂと渦巻状のラップ部２２Ｂとにより大略構成されている。
【００３３】
ここで、低圧段，高圧段の旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは、鏡板２１Ａ，２１Ｂの背面側中央部が旋回軸１８の両端側にそれぞれボルト等を用いて一体に固定され、電動機１２からの駆動力によって旋回軸１８と一緒に旋回動作を行うものである。また、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは、ラップ部２２Ａ，２２Ｂが固定スクロール５Ａ，５Ｂのラップ部７Ａ，７Ｂと所定角度（例えば１８０度）だけずらして重なり合うように配設されている。
【００３４】
そして、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａは、両者のラップ部７Ａ，２２Ａ間に外周側から内周側にわたって低圧段の圧縮室２３Ａ，２３Ａ，…をそれぞれ画成している。また、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、両者のラップ部７Ｂ，２２Ｂ間に外周側から内周側にわたって高圧段の圧縮室２３Ｂ，２３Ｂ，…をそれぞれ画成している。
【００３５】
また、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａは、図２に示すようにラップ部７Ａ，２２Ａが比較的大きい厚みＴa （肉厚）を有し、ラップ部７Ａ，２２Ａの最外径は、例えば旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａが図２中に示す如く寸法Ｄa に設定されている。
【００３６】
一方、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、図３に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂが厚みＴb を有し、この厚みＴb は、低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａよりも小さく（薄肉に）形成されている（Ｔb ＜Ｔa ）。そして、ラップ部７Ｂ，２２Ｂの最外径は、後述するシール部材２４の径寸法Ｄb よりもさらに小さく形成されている。
【００３７】
また、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、図１に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂの高さ（歯高）が低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａよりも小さく形成され、これにより、高圧段の圧縮室２３Ｂを低圧段の圧縮室２３Ａに比較して小さい容積に設定しているものである。
【００３８】
２４は高圧段の圧縮室２３Ｂを外部に対して遮断する環状のシール部材で、該シール部材２４は、固定スクロール５Ｂのラップ部７Ｂと旋回スクロール２０Ｂのラップ部２２Ｂとを径方向外側から取囲む環状のフェイスシール等によって構成され、例えば鏡板２１Ｂの外周側に設けた環状のシール溝内に取付けられている。
【００３９】
そして、シール部材２４は、固定スクロール５Ｂの筒部８Ｂ側に摺接することにより、固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂ（鏡板２１Ｂ）との摺動面間を気密にシールし、両者のラップ部７Ｂ，２２Ｂ間で画成される各圧縮室２３Ｂ内の圧力が外部に漏洩するのを防ぐものである。
【００４０】
また、シール部材２４は、図３に示す如く径寸法Ｄb をもって形成され、この径寸法Ｄb は、図２に例示した旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａの最外径に対応する寸法Ｄa よりも小さい寸法（Ｄb ＜Ｄa ）となっている。
【００４１】
２５，２５は旋回スクロール２０Ａの自転を防止する自転防止機構としての補助クランクで、該各補助クランク２５は、低圧スクロール部４Ａ側に位置してケーシング１の軸受取付体３Ａと旋回スクロール２０Ａの鏡板２１Ａとの間に設けられている。また、高圧スクロール部４Ｂ側にもケーシング１の軸受取付体３Ｂと旋回スクロール２０Ｂの鏡板２１Ｂとの間に同様の補助クランク（図示せず）が設けられるものである。
【００４２】
２６は低圧スクロール部４Ａ側に設けた吸込フィルタで、該吸込フィルタ２６は、低圧段の固定スクロール５Ａの吸込口１０Ａに着脱可能に設けられ、吸込口１０Ａから圧縮室２３Ａ内に向けて吸込まれる外気（空気）等を清浄化すると共に、空気の吸込音等を低減化する消音器としても機能するものである。
【００４３】
２７は低圧段の圧縮室２３Ａと高圧段の圧縮室２３Ｂとを連通させる連通路としての導管で、該導管２７は、ケーシング１の外側に位置して低圧段の固定スクロール５Ａと高圧段の固定スクロール５Ｂとの間に設けられている。そして、導管２７は、一方の端部２７Ａが固定スクロール５Ａの吐出口１１Ａに接続され、他方の端部２７Ｂは、固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに接続されている。
【００４４】
本実施の形態によるツインラップ型のスクロール式空気圧縮機は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００４５】
まず、電動機１２のステータ１３側に通電してロータ１４を回転駆動すると、該ロータ１４と一体となった回転軸１５は、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心としてロータ１４と一体に回転する。
【００４６】
そして、回転軸１５の回転により、軸線Ｏ2 −Ｏ2 上に配置された旋回軸１８は、回転軸１５の偏心穴１７内で寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行なう。これにより、旋回軸１８の両端側に設けた旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂが、固定スクロール５Ａ，５Ｂに対して寸法δの旋回半径をもった旋回動作を行うものである。
【００４７】
このため、低圧スクロール部４Ａ側では、固定スクロール５Ａの外周側に設けた吸込口１０Ａから吸込フィルタ２６を介して外気を吸込みつつ、この空気を各圧縮室２３Ａ内で順次圧縮する。そして、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａとの間の圧縮室２３Ａ内で、例えば０．３ＭＰａ程度の圧力まで圧縮された圧縮空気は、固定スクロール５Ａの中心部に設けた吐出口１１Ａから導管２７内に向けて吐出される。
【００４８】
また、高圧スクロール部４Ｂ側では固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに、このときの圧縮空気が導管２７を通じて供給される。そして、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間では、このときの圧縮空気を各圧縮室２３Ｂ内でさらに圧縮し、例えば１．０ＭＰａ程度の圧力まで圧縮された圧縮空気が、固定スクロール５Ｂの中心部に設けた吐出口１１Ｂから外部に向けて吐出され、例えば空気タンク（図示せず）等に貯留される。
【００４９】
ここで、低圧スクロール部４Ａは、例えば旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａが図２に示す寸法Ｄa なる最外径を有する場合に、低圧段の圧縮室２３Ａに対する受圧面積Ｓa が、下記の数１式により求められる。
【００５０】
【数１】
Ｓa ＝π×（Ｄａ／２）^２
【００５１】
そして、低圧段の旋回スクロール２０Ａは、圧縮室２３Ａ内で発生する圧縮空気の圧力Ｐa （各圧縮室２３Ａ内の圧力を平均化した圧力）を受圧面積Ｓa で受承するため、旋回スクロール２０Ａから旋回軸１８に向けて働く軸方向のスラスト荷重Ｆa は、下記の数２式によって求められる。
【００５２】
【数２】
Ｆa ＝Ｐa ×Ｓa
【００５３】
一方、高圧スクロール部４Ｂは、低圧スクロール部４Ａ側で発生した圧縮空気が導管２７を通じて固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに供給され、この圧縮空気をさらに高い圧力に圧縮するため、固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間に設けたシール部材２４の径方向内側となる部位（全範囲）が、高圧段の圧縮室２３Ｂに対する受圧面積Ｓb となり、この受圧面積Ｓb は、図３に示すシール部材２４の径寸法Ｄb に基づいて下記の数３式により求められる。
【００５４】
【数３】
Ｓb ＝π×（Ｄb ／２）^２
【００５５】
また、高圧段の旋回スクロール２０Ｂは、圧縮室２３Ｂ内で発生する圧縮空気の圧力Ｐb （各圧縮室２３Ｂ内の圧力を平均化した圧力）を受圧面積Ｓb で受承するため、旋回スクロール２０Ｂから旋回軸１８に向けて働く軸方向のスラスト荷重Ｆb は、下記の数４式によって求められる。
【００５６】
【数４】
Ｆb ＝Ｐb ×Ｓb
【００５７】
そして、低圧段の旋回スクロール２０Ａから旋回軸１８に向け図１に示す如く付加されるスラスト荷重Ｆa と、高圧段の旋回スクロール２０Ｂから旋回軸１８に付加されるスラスト荷重Ｆb とが不釣り合い（アンバランス）になると、例えば軸受１６Ａ，１９Ａ等により大きなスラスト荷重を受承する必要が生じる。
【００５８】
然るに、本実施の形態にあっては、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂを、図３に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂの厚みＴb が、低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａの厚みＴa よりも薄肉（Ｔb ＜Ｔa ）になるように形成している。
【００５９】
これにより、高圧段におけるラップ部７Ｂ，２２Ｂの巻数を、仮に低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａと同等の巻数に形成した場合でも、ラップ部７Ｂ，２２Ｂの厚みＴb がラップ部７Ａ，２２Ａの厚みＴa よりも小さくなっている分だけ、その最外径寸法を確実に小さく形成することが可能となり、圧縮室２３Ｂに対する受圧面積も小さくすることができる。
【００６０】
そして、高圧スクロール部４Ｂの固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間に設けたシール部材２４を、図３に示す如く径寸法Ｄb をもって形成し、この径寸法Ｄb を、図２に例示した旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａの寸法Ｄa よりも小さい寸法（Ｄb ＜Ｄa ）にする構成としている。
【００６１】
このため、前述した数１式による低圧段の受圧面積Ｓa を、数３式による高圧段の受圧面積Ｓb よりも大きい面積（Ｓa ＞Ｓb ）に形成することができる。そして、低圧段，高圧段の圧縮室２３Ａ，２３Ｂ内で発生する圧力Ｐa ，Ｐb 間に大きな圧力差（Ｐa ＜Ｐb ）が発生する場合でも、両者の間で旋回軸１８等に付加される前記数２，数３式のスラスト荷重Ｆa ，Ｆb を、ほぼ等しい大きさ（荷重）に設定することができる。
【００６２】
【数５】
Ｆa ≒Ｆb
【００６３】
この結果、低圧段の旋回スクロール２０Ａと高圧段の旋回スクロール２０Ｂとの間で旋回軸１８に軸方向両側から付加されるスラスト荷重Ｆa ，Ｆb を互いに相殺させることが可能となり、例えば回転軸受１６Ａ、旋回軸受１９Ａが受承するスラスト荷重Ｆa ，Ｆb 間のアンバランスを小さく減じることができる。
【００６４】
従って、本実施の形態によれば、回転軸受１６Ａ、旋回軸受１９Ａ等に付加されるスラスト荷重を小さく減じることができ、軸受１６Ａ，１９Ａの摩擦損失、発熱等を低減できると共に、装置全体の耐久性、寿命を向上でき、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができる。
【００６５】
なお、前記実施の形態では、回転軸受１６Ａ，１６Ｂのうち一方の回転軸受１６Ａを、回転軸１５に作用するラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成し、他方の回転軸受１６Ｂをラジアル荷重を受承可能な軸受により構成するものとして説明した。
【００６６】
しかし、本発明はこれに限らず、例えば回転軸受１６Ｂをラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成し、回転軸受１６Ａをラジアル荷重を受承可能な軸受により構成してもよい。また、回転軸受１６Ａ，１６Ｂを共にラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成してもよい。そして、これらの点は、旋回軸受１９Ａ，１９Ｂについても同様である。
【００６７】
また、前記実施の形態では、ケーシング１と固定スクロール５Ａ，５Ｂとを別体として形成し、ケーシング１の両端側にボルト等を用いて固定スクロール５Ａ，５Ｂを固定する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばケーシング１と固定スクロール５Ａ，５Ｂとを予め一体に形成し、これにより固定側部材を構成してもよい。
【００６８】
また、前記実施の形態では、２段のスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば３段または４段以上の多段スクロール式圧縮機に適用してもよいものである。また、多風量を得るために、２台の一段圧縮機を並列に接続し、これらの圧縮機をモータ（駆動手段）の両側に設ける構成としたものでもよい。
【００６９】
また、前記実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【００７０】
また、前記実施の形態では、駆動手段としての電動機１２の回転軸１５、旋回軸１８を旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂに固定する例を示したが、これに限らず、例えば旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂ間にプーリが取付けられた従動側の回転軸を設け、ケーシングの外部に設けたモータ（駆動手段）の回転軸と前記プーリとの間にベルト等を介装することにより、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂを旋回駆動する構成としてもよい。
【００７１】
また、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂの中心部に回転軸を取付けるのではなく、例えば特開平７−１０３１５１号公報のように、回転軸を１つの補助クランクに取付ける構成としてもよい。そして、この場合は、２つの旋回スクロールの鏡板を共通の鏡板とすることもできる。
【００７２】
さらに、前記実施の形態では、固定スクロールと旋回スクロールからなるスクロール圧縮機を例としたが、これに限らず、例えば特開平３−１４５５８８号公報のように、駆動されるスクロールに対向するスクロールが同期回転する全回転系のスクロール流体機械に用いてもよい。この場合、同期回転するスクロールが非駆動スクロールとなる。
【００７３】
また、前記実施の形態では、高圧段の固定スクロール５Ｂのラップ部７Ｂと旋回スクロール２０Ｂのラップ部２２Ｂの両方の厚みを薄くする例を示したが、いずれか一方の厚さを薄くすることでも、少なくなるが本発明の効果を得ることができるものである。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には、両者のラップ部を径方向外側から取囲み圧縮室内を外部に対して遮断する環状のシール部材を設け、該シール部材の径寸法は、低圧段の固定スクロールのラップ部の最外径寸法よりも小さい寸法とし、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、前記シール部材の径方向内側となる部位で前記圧縮室内の圧力を受圧する構成とし、さらに、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記圧縮室に対する受圧面積を前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも大なる受圧面積をもって形成し、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールにおける各ラップ部の厚さを、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールにおける各ラップ部の厚さよりも小さくする構成としているので、高圧段の旋回スクロールが圧縮室内の圧力を受圧する受圧面積を、低圧段の旋回スクロールに比較して小さくすることが容易となり、受圧面積と圧力との積により決められるスラスト荷重が低圧段と高圧段との間でアンバランスとなるのを小さく減じることができる。従って、電動機の出力軸を支持する軸受等に大きなスラスト荷重が付加されるのを抑えることができ、軸受の摩擦損失、発熱等を低減できる。そして、装置全体の耐久性、寿命を向上でき、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができる。
【００７５】
しかも、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間に環状のシール部材を設け、該シール部材の径寸法は、低圧段の固定スクロールのラップ部の最外径寸法よりも小さい寸法とし、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、該シール部材の径方向内側となる部位で圧縮室内の圧力を受圧する構成としているので、高圧段の圧縮室内で発生した流体の圧力が外部に漏洩するのを環状のシール部材で防ぐことができ、高圧段の圧縮室内を高い圧力に保つことができる。そして、高圧段側での旋回スクロールの受圧面積をシール部材の径方向内側となる範囲内に制限することができ、この受圧面積を低圧段側での旋回スクロールの受圧面積よりも小さくして、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができる。
【００７６】
また、請求項２に記載の発明によれば、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室から吐出される流体を内部の圧縮室内に吸込んでさらに高い圧力に圧縮する構成としているので、例えば流体の２段圧縮を行うことができると共に、高圧段の圧縮室から低圧段の圧縮室に向けて大きなスラスト荷重が電動機の出力軸等に付加されるのを、受圧面積を変えることによって十分に小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】低圧スクロール部のラップ部等を図１中の矢示II−II方向からみた拡大断面図である。
【図３】高圧スクロール部のラップ部等を図１中の矢示 III−III 方向からみた拡大断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング（固定側部材）
４Ａ低圧スクロール部
４Ｂ高圧スクロール部
５Ａ低圧段の固定スクロール（非駆動側スクロール）
５Ｂ高圧段の固定スクロール（非駆動側スクロール）
６Ａ，６Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ鏡板
７Ａ，７Ｂ，２２Ａ，２２Ｂラップ部
１２電動機（駆動手段）
１３ステータ
１４ロータ
１５回転軸（出力軸）
１６Ａ，１６Ｂ回転軸受
１８旋回軸（出力軸）
１９Ａ，１９Ｂ旋回軸受
２０Ａ低圧段の旋回スクロール（駆動側スクロール）
２０Ｂ高圧段の旋回スクロール（駆動側スクロール）
２３Ａ低圧段の圧縮室
２３Ｂ高圧段の圧縮室
２４シール部材
２５補助クランク（自転防止機構）
２６吸込フィルタ
２７導管（連通路）
Ｆa ，Ｆb スラスト荷重
Ｔa ，Ｔb ラップ部の厚み[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scroll fluid machine that is preferably used to compress a fluid such as air.
[0002]
[Prior art]
In general, a so-called twin-wrap type scroll type fluid machine is known in which a fixed scroll and a turning scroll are provided on both sides in the axial direction of a casing, and an electric motor for driving the turning scroll is provided in the casing. (For example, refer to Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2000-130365 A
[0004]
This type of prior art twin-wrap type scroll type fluid machine has a low pressure stage compression chamber formed by a fixed scroll and an orbiting scroll provided on one side of the casing in the axial direction and provided on the other side in the axial direction of the casing. A high pressure stage compression chamber is formed by the fixed scroll and the orbiting scroll.
[0005]
In the casing, an electric motor is provided between the low-pressure stage orbiting scroll and the high-pressure stage orbiting scroll, and the electric motor rotates the output shaft to rotate the orbiting scroll. Is to give. Further, a plurality of bearings are provided between the output shaft of the electric motor and the casing or the like, and these bearings are configured to receive a radial or thrust load applied to the output shaft. .
[0006]
The high-pressure stage fixed scroll has its suction side connected to the discharge side of the low-pressure stage fixed scroll using piping or the like, and the compressed fluid discharged from the low-pressure stage compression chamber is further passed through the high-pressure stage compression chamber. By compressing, the fluid is compressed in two stages.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the twin wrap type scroll fluid machine according to the above-described prior art, a large pressure difference is generated between the compression chamber of the low pressure stage and the compression chamber of the high pressure stage arranged on both sides in the axial direction of the casing. An axial thrust load is applied to the output shaft of the motor between the compression chambers.
[0008]
For this reason, the bearing disposed between the casing and the output shaft of the motor needs to receive a large thrust load, the bearing load becomes large and the friction loss increases, and the heat generated in the bearing is increased. Also grows. Thereby, there exists a problem that durability and lifetime of a bearing fall and it is difficult to improve the performance and reliability as a scroll type fluid machine.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and the object of the present invention is to prevent the thrust load applied to the output shaft or the like of the motor from becoming unbalanced on both sides in the axial direction. An object of the present invention is to provide a scroll type fluid machine that can improve the durability and life of a bearing, and improve the performance and reliability during a compression operation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, in the first aspect of the present invention, a spiral wrap portion is provided on the end plate that is provided on both ends of the casing and located on the casing and the axial line of the casing. A fixed-side member composed of a low-pressure stage and a high-pressure stage fixed scroll; and a fixed-side member disposed between the low-pressure stage fixed scroll and the high-pressure stage fixed scroll; and the output shaft is an axis of the casing. Facing the low-pressure stage and the high-pressure stage fixed scroll, respectively, at both ends of the output shaft of the motor, and the end plate wraps the low-pressure stage and high-pressure stage fixed scroll A scroll type fluid machine having a low-pressure stage and a high-pressure stage orbiting scroll in which a spiral lap part is formed to overlap with the part to form a plurality of compression chambers,Between the fixed scroll and the orbiting scroll of the high-pressure stage, an annular seal member is provided that surrounds both lap portions from the outside in the radial direction and blocks the compression chamber from the outside, and the diameter dimension of the seal member is The fixed scroll and the orbiting scroll of the high-pressure stage have a size smaller than the outermost diameter dimension of the lap portion of the fixed scroll of the low-pressure stage, and the pressure in the compression chamber is a portion that is radially inward of the seal member. It is configured to receive pressure, andThe low pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll have a pressure receiving area with respect to the compression chamber larger than that of the high pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll. The thickness of each lap portion is made smaller than that of the fixed scroll and the orbiting scroll.
[0011]
In this way, by forming the wrap portion in the high-pressure stage to be thinner than the lap portion in the low-pressure stage, for example, the pressure receiving area in which the orbiting scroll in the high-pressure stage receives the pressure in the compression chamber is changed to the orbiting scroll in the low-pressure stage. In comparison with this, it is easy to make it smaller, and the thrust load determined by the product of the pressure receiving area and the pressure can be reduced to a small extent that the imbalance between the low pressure stage and the high pressure stage becomes unbalanced.
[0012]
  Moreover,AboveBetween the fixed scroll of the high-pressure stage and the orbiting scroll, an annular seal member that surrounds both lap portions from the outside in the radial direction and blocks the compression chamber from the outside is provided.The diameter dimension of the seal member is smaller than the outermost diameter dimension of the lap portion of the fixed scroll of the low-pressure stage,The fixed scroll and the orbiting scroll of the high-pressure stage are configured to receive the pressure in the compression chamber at a portion that is radially inward of the seal member.
[0013]
Accordingly, the pressure of the fluid generated in the compression chamber of the high pressure stage can be prevented from leaking to the outside by the annular seal member, and the high pressure stage of the compression chamber can be maintained at a high pressure. The pressure receiving area of the orbiting scroll on the high pressure stage side can be limited to a range that is radially inward of the seal member, and the pressure receiving area can be made smaller than the pressure receiving area of the orbiting scroll on the low pressure stage side. it can.
[0014]
  Claims2According to the invention, the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll suck the fluid discharged from the compression chamber between the low-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll into the internal compression chamber and compress it to a higher pressure. It is configured.
[0015]
In this case, the fluid discharged from the compression chamber of the low pressure stage can be compressed in the compression chamber of the high pressure stage to compress the fluid in two stages. The large thrust load applied from the high-pressure stage compression chamber to the low-pressure stage compression chamber can be sufficiently reduced by changing the pressure receiving area as described above.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the scroll type fluid machine according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3 of the accompanying drawings, taking as an example a case where the scroll type fluid machine is applied to a twin wrap type scroll type air compressor.
[0019]
In the figure, reference numeral 1 denotes a cylindrical casing forming an outer frame of a scroll type air compressor. The casing 1 includes a casing main body 2 formed in a substantially cylindrical shape centering on an axis O1 -O1, and the casing main body 2. The right and left bearing mounting bodies 3A and 3B are provided to be fixed to the right and left both end sides, respectively. And the casing 1 comprises the fixed side member with the below-mentioned fixed scroll 5A, 5B.
[0020]
Here, the bearing mounting body 3A located on one side (the right side in FIG. 1) of the casing main body 2 constitutes a low-pressure scroll portion 4A that becomes a low-pressure stage compression portion together with the fixed scroll 5A and the orbiting scroll 20A, which will be described later. It is. Further, the bearing mounting body 3B located on the other side (the left side in FIG. 1) of the casing body 2 constitutes a high-pressure scroll portion 4B serving as a high-pressure stage compression portion together with a fixed scroll 5B, a turning scroll 20B and the like described later. . The fixed scrolls 5A and 5B constitute a non-drive side scroll, and the orbiting scrolls 20A and 20B constitute a drive side scroll.
[0021]
Note that the low-pressure scroll unit 4A and the high-pressure scroll unit 4B have substantially the same components, and therefore, in the following description, the low-pressure stage is denoted by the symbol “A”, and the high-pressure stage is denoted by the symbol “B. "Will be described. Further, in order to avoid overlapping description between the low-pressure stage and the high-pressure stage, the components of the low-pressure scroll unit 4A will be mainly described, and the description of the components of the high-pressure scroll unit 4B will be omitted.
[0022]
Reference numeral 5A denotes a low-pressure stage fixed scroll provided on the bearing mounting body 3A side of the casing 1, and the fixed scroll 5A is a substantially disk-like shape arranged so that its center coincides with the axis O1-O1 of the casing 1. The end plate 6A, a spiral wrap portion 7A standing on the surface of the end plate 6A, a tube portion 8A protruding in the axial direction so as to surround the wrap portion 7A from the outer peripheral side of the end plate 6A, and the tube The flange portion 9A protrudes radially outward from the outer peripheral side of the portion 8A.
[0023]
The fixed scroll 5A is detachably mounted on the outer peripheral side of the flange portion 9A on the opening side of the bearing mounting body 3A via a bolt or the like. In addition, the end plate 6A of the fixed scroll 5A is provided with a suction port 10A for sucking a fluid such as air (outside air) into a compression chamber 23A, which will be described later, at a position near the outer periphery, and the center side (axis O1) of the end plate 6A. -O1) is provided with a discharge port 11A for compressed air.
[0024]
An electric motor 12 is located between the low-pressure stage fixed scroll 5A and the high-pressure stage fixed scroll 5B and serves as a driving means provided in the casing main body 2. The electric motor 12 is disposed on the inner peripheral side of the casing main body 2. A cylindrical stator 13 provided in a fixed manner, a cylindrical rotor 14 disposed rotatably on the inner peripheral side of the stator 13, and the like.
[0025]
Here, in the motor 12, the axes of the stator 13 and the rotor 14 are arranged on the same axis as the axis O 1 -O 1 of the casing 1. The electric motor 12 rotates the rotor 14 to rotate a rotating shaft 15 (described later) around the axis O1-O1.
[0026]
15 is a stepped cylindrical rotary shaft that is rotatably provided on the right and left sides of the casing 1 on the inner peripheral side of the bearing mounting bodies 3A and 3B via rotary bearings 16A and 16B. The hollow shaft body is fitted into the rotor 14 of the electric motor 12 by means such as press fitting, and rotates integrally with the rotor 14 about the axis O1-O1.
[0027]
The rotating shaft 15 is provided so as to penetrate the rotor 14 of the electric motor 12 in the axial direction, and constitutes an output shaft of the electric motor 12 together with a turning shaft 18 described later. Further, the inner peripheral side of the rotary shaft 15 is a stepped eccentric hole 17 which is eccentric by a dimension δ with respect to the axis O1 -O1 of the casing 1 or the like.
[0028]
Here, among the rotary bearings 16A and 16B that rotatably support the rotary shaft 15 on the inner peripheral side of the bearing mounting bodies 3A and 3B, for example, the rotary bearing 16A on the low pressure scroll portion 4A side is the radial direction acting on the rotary shaft 15 The bearing is capable of receiving both the radial load and the axial thrust load. Further, the rotary bearing 16B on the high pressure scroll portion 4B side is configured by a bearing capable of receiving a radial radial load acting on the rotary shaft 15.
[0029]
A revolving shaft 18 is provided in the eccentric hole 17 of the rotating shaft 15 so as to be relatively rotatable. The revolving shaft 18 is formed as a solid stepped shaft body, and is formed with respect to an axis O1-O1 of the casing 1 or the like. Are arranged on an eccentric axis O2-O2 eccentric by a dimension δ. The turning shaft 18 is attached to the rotating shaft 15 so as to be relatively rotatable in the eccentric hole 17 of the rotating shaft 15 using the turning bearings 19A and 19B, and constitutes an output shaft of the electric motor 12 together with the rotating shaft 15. .
[0030]
Further, both ends in the axial direction of the orbiting shaft 18 protrude in the axial direction from both ends of the rotary shaft 15 (eccentric hole 17), and orbiting scrolls 20A and 20B, which will be described later, are provided on the projecting end side so as to be separated to the right and left. It has been. The orbiting shaft 18 follows the rotation of the rotating shaft 15 to give orbiting motion to the orbiting scrolls 20A and 20B.
[0031]
Of the slewing bearings 19A and 19B that rotatably support the orbiting shaft 18 in the eccentric hole 17 of the rotating shaft 15, for example, the orbiting bearing 19A on the low pressure scroll portion 4A side has a radial load and a thrust load acting on the orbiting shaft 18. And a bearing capable of receiving both. The orbiting bearing 19B on the high-pressure scroll portion 4B side is configured by a bearing capable of receiving a radial radial load acting on the orbiting shaft 18.
[0032]
Reference numeral 20A denotes a low-pressure stage orbiting scroll that is provided in the casing 1 so as to face the fixed scroll 5A. The low-pressure stage orbiting scroll 20A includes an end plate 21A formed in a substantially disc shape, and the end plate 21A. And a spiral wrap portion 22A erected on the surface. The orbiting scroll 20B of the high-pressure stage is also roughly constituted by an end plate 21B formed in a substantially disc shape and a spiral wrap portion 22B.
[0033]
Here, in the orbiting scrolls 20A and 20B of the low pressure stage and the high pressure stage, the center portions on the back side of the end plates 21A and 21B are integrally fixed to the both end sides of the orbiting shaft 18 using bolts or the like, respectively. Thus, the swivel operation is performed together with the swivel shaft 18. Further, the orbiting scrolls 20A and 20B are arranged so that the wrap portions 22A and 22B are overlapped with the wrap portions 7A and 7B of the fixed scrolls 5A and 5B while being shifted by a predetermined angle (for example, 180 degrees).
[0034]
The low-pressure stage fixed scroll 5A and the orbiting scroll 20A define low-pressure stage compression chambers 23A, 23A,... Between the wrap portions 7A and 22A from the outer peripheral side to the inner peripheral side. The high-pressure stage fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B define high-pressure stage compression chambers 23B, 23B,... Between the wrap portions 7B and 22B from the outer peripheral side to the inner peripheral side.
[0035]
Further, as shown in FIG. 2, the fixed scroll 5A and the orbiting scroll 20A in the low pressure stage have a relatively large thickness Ta (thickness) in the wrap portions 7A and 22A, and the outermost diameters of the wrap portions 7A and 22A are For example, the lap portion 22A of the orbiting scroll 20A is set to the dimension Da as shown in FIG.
[0036]
On the other hand, in the high-pressure stage fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B, as shown in FIG. 3, the wrap portions 7B and 22B have a thickness Tb, and this thickness Tb is smaller than the lap sections 7A and 22A in the low-pressure stage (thinly thinner). ) Formed (Tb <Ta). The outermost diameters of the wrap portions 7B and 22B are formed to be smaller than a diameter dimension Db of a seal member 24 described later.
[0037]
Further, as shown in FIG. 1, the high-pressure stage fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B are formed such that the height (tooth height) of the wrap portions 7B and 22B is smaller than that of the low-pressure stage wrap portions 7A and 22A. The stage compression chamber 23B is set to have a smaller volume than the low-pressure stage compression chamber 23A.
[0038]
Reference numeral 24 denotes an annular seal member that blocks the compression chamber 23B of the high-pressure stage from the outside. The seal member 24 surrounds the wrap portion 7B of the fixed scroll 5B and the wrap portion 22B of the orbiting scroll 20B from the outside in the radial direction. It is comprised by the cyclic | annular face seal etc., for example, is attached in the cyclic | annular seal groove provided in the outer peripheral side of the end plate 21B.
[0039]
And the sealing member 24 seals between the sliding surfaces of the fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B (end plate 21B) by slidingly contacting the cylindrical portion 8B side of the fixed scroll 5B, and the wrap portions 7B, The pressure in each compression chamber 23B defined between 22B is prevented from leaking outside.
[0040]
Further, the seal member 24 is formed with a diameter Db as shown in FIG. 3, and this diameter Db is smaller than a dimension Da corresponding to the outermost diameter of the wrap portion 22A of the orbiting scroll 20A illustrated in FIG. (Db <Da).
[0041]
Reference numerals 25 and 25 denote auxiliary cranks as a rotation prevention mechanism for preventing the rotation of the orbiting scroll 20A. The auxiliary cranks 25 are located on the low pressure scroll portion 4A side and are end plates of the bearing mounting body 3A of the casing 1 and the orbiting scroll 20A. 21A. A similar auxiliary crank (not shown) is also provided between the bearing mounting body 3B of the casing 1 and the end plate 21B of the orbiting scroll 20B on the high pressure scroll portion 4B side.
[0042]
26 is a suction filter provided on the low pressure scroll portion 4A side. The suction filter 26 is detachably provided at the suction port 10A of the fixed scroll 5A at the low pressure stage, and sucks into the compression chamber 23A from the suction port 10A. It also functions as a silencer that cleans the outside air (air) and the like and reduces air suction noise.
[0043]
Reference numeral 27 denotes a conduit as a communication path that connects the compression chamber 23A of the low pressure stage and the compression chamber 23B of the high pressure stage. The conduit 27 is located outside the casing 1, and is fixed to the fixed scroll 5A of the low pressure stage and the high pressure stage. It is provided between the scroll 5B. The conduit 27 has one end 27A connected to the discharge port 11A of the fixed scroll 5A and the other end 27B connected to the suction port 10B of the fixed scroll 5B.
[0044]
The twin wrap type scroll type air compressor according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation thereof will be described.
[0045]
First, when the rotor 14 is rotationally driven by energizing the stator 13 side of the electric motor 12, the rotary shaft 15 integrated with the rotor 14 rotates integrally with the rotor 14 about the axis O1-O1.
[0046]
As the rotary shaft 15 rotates, the turning shaft 18 arranged on the axis O 2 -O 2 performs a turning motion with a turning radius of the dimension δ within the eccentric hole 17 of the rotating shaft 15. Thereby, the orbiting scrolls 20A and 20B provided on both ends of the orbiting shaft 18 perform the orbiting operation with the orbiting radius of the dimension δ with respect to the fixed scrolls 5A and 5B.
[0047]
For this reason, on the low pressure scroll portion 4A side, the air is sequentially compressed in each compression chamber 23A while sucking outside air from the suction port 10A provided on the outer peripheral side of the fixed scroll 5A via the suction filter 26. The compressed air compressed to a pressure of, for example, about 0.3 MPa in the compression chamber 23A between the fixed scroll 5A at the low pressure stage and the orbiting scroll 20A is discharged from the discharge port 11A provided at the center of the fixed scroll 5A. The liquid is discharged into the conduit 27.
[0048]
On the high-pressure scroll unit 4B side, compressed air at this time is supplied through the conduit 27 to the suction port 10B of the fixed scroll 5B. And between the fixed scroll 5B of the high pressure stage and the orbiting scroll 20B, the compressed air at this time is further compressed in each compression chamber 23B, and the compressed air compressed to a pressure of about 1.0 MPa, for example, is fixed to the fixed scroll. It is discharged toward the outside from a discharge port 11B provided at the center of 5B, and is stored, for example, in an air tank (not shown).
[0049]
Here, for example, when the lap portion 22A of the orbiting scroll 20A has the outermost diameter of the dimension Da shown in FIG. 2, the low pressure scroll portion 4A has a pressure receiving area Sa with respect to the compression chamber 23A of the low pressure stage, It is calculated by.
[0050]
[Expression 1]
Sa = π × (Da / 2)²
[0051]
Since the low-pressure stage orbiting scroll 20A receives the pressure Pa of the compressed air generated in the compression chamber 23A (pressure obtained by averaging the pressure in each compression chamber 23A) in the pressure receiving area Sa, the orbiting scroll 20A The axial thrust load Fa acting toward the turning shaft 18 is obtained by the following equation (2).
[0052]
[Expression 2]
Fa = Pa × Sa
[0053]
On the other hand, the high-pressure scroll unit 4B is supplied with the compressed air generated on the low-pressure scroll unit 4A side through the conduit 27 to the suction port 10B of the fixed scroll 5B and compresses the compressed air to a higher pressure. A portion (entire range) on the radially inner side of the sealing member 24 provided between the scroll member 20B and the scroll member 20B becomes a pressure receiving area Sb for the compression chamber 23B of the high-pressure stage, and this pressure receiving area Sb is the pressure receiving area Sb shown in FIG. Based on the diameter Db, the following equation (3) is used.
[0054]
[Equation 3]
Sb = π × (Db / 2)²
[0055]
Further, the orbiting scroll 20B in the high pressure stage receives the pressure Pb of the compressed air generated in the compression chamber 23B (pressure obtained by averaging the pressure in each compression chamber 23B) in the pressure receiving area Sb. The axial thrust load Fb acting toward the turning shaft 18 is obtained by the following equation (4).
[0056]
[Expression 4]
Fb = Pb × Sb
[0057]
The thrust load Fa applied from the low-pressure stage orbiting scroll 20A to the orbiting shaft 18 as shown in FIG. 1 and the thrust load Fb applied from the high-pressure stage orbiting scroll 20B to the orbiting shaft 18 are unbalanced (unbalanced). In the case of (balance), it becomes necessary to receive a large thrust load by the bearings 16A, 19A, for example.
[0058]
However, according to the present embodiment, the fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B in the high pressure stage have a thickness Tb of the wrap portions 7B and 22B as shown in FIG. 3, and a thickness Ta of the lap parts 7A and 22A in the low pressure stage. Is also formed to be thin (Tb <Ta).
[0059]
Thus, even when the number of turns of the wrap portions 7B and 22B in the high pressure stage is set to be equal to the number of turns of the wrap portions 7A and 22A of the low pressure stage, the thickness Tb of the wrap portions 7B and 22B is the thickness of the wrap portions 7A and 22A. Since the outer diameter is smaller than Ta, the outermost diameter can be reliably reduced, and the pressure receiving area for the compression chamber 23B can be reduced.
[0060]
Then, the seal member 24 provided between the fixed scroll 5B and the orbiting scroll 20B of the high-pressure scroll portion 4B is formed with a diameter dimension Db as shown in FIG. It is set as the structure (Db <Da) smaller than dimension Da of 20A lap | wrap part 22A.
[0061]
For this reason, the pressure receiving area Sa of the low pressure stage according to the above-described equation (1) can be formed to an area (Sa> Sb) larger than the pressure receiving area Sb of the high pressure stage according to the equation (3). Even when a large pressure difference (Pa <Pb) is generated between the pressures Pa and Pb generated in the compression chambers 23A and 23B of the low-pressure stage and the high-pressure stage, it is added to the swivel shaft 18 or the like between them. The thrust loads Fa and Fb in the equations (2) and (3) can be set to substantially equal magnitudes (loads).
[0062]
[Equation 5]
Fa ≒ Fb
[0063]
As a result, the thrust loads Fa and Fb applied to the orbiting shaft 18 from both sides in the axial direction can be canceled between the low-pressure stage orbiting scroll 20A and the high-pressure stage orbiting scroll 20B. The imbalance between the thrust loads Fa and Fb received by the slewing bearing 19A can be reduced.
[0064]
Therefore, according to the present embodiment, it is possible to reduce the thrust load applied to the rotary bearing 16A, the slewing bearing 19A, etc., and to reduce the friction loss, heat generation, etc. of the bearings 16A, 19A and to improve the durability of the entire apparatus. Performance and life can be improved, and performance and reliability during compression operation can be improved.
[0065]
In the embodiment described above, one of the rotary bearings 16A and 16B is constituted by a bearing capable of receiving a radial load and a thrust load acting on the rotary shaft 15, and the other rotary bearing 16B is constituted. The description has been made assuming that the bearing is configured by a bearing capable of receiving a radial load.
[0066]
However, the present invention is not limited to this. For example, the rotary bearing 16B may be configured by a bearing capable of receiving a radial load and a thrust load, and the rotary bearing 16A may be configured by a bearing capable of receiving a radial load. Further, both the rotary bearings 16A and 16B may be constituted by bearings capable of receiving a radial load and a thrust load. These points also apply to the slewing bearings 19A and 19B.
[0067]
In the embodiment, the casing 1 and the fixed scrolls 5A and 5B are formed as separate bodies, and the fixed scrolls 5A and 5B are fixed to both ends of the casing 1 using bolts or the like. I gave it as an explanation. However, the present invention is not limited to this. For example, the casing 1 and the fixed scrolls 5A and 5B may be integrally formed in advance, and thereby the fixed-side member may be configured.
[0068]
In the above embodiment, a two-stage scroll type air compressor has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and may be applied to, for example, a three-stage or four-stage or more multi-stage scroll compressor. In order to obtain a large air volume, two single-stage compressors may be connected in parallel, and these compressors may be provided on both sides of the motor (driving means).
[0069]
Moreover, in the said embodiment, the scroll type air compressor was mentioned and demonstrated as an example as a scroll type fluid machine. However, the present invention is not limited to this, and can be widely applied to, for example, vacuum pumps, refrigerant compressors, and the like.
[0070]
Moreover, in the said embodiment, although the example which fixes the rotating shaft 15 and the turning shaft 18 of the electric motor 12 as a drive means to turning scroll 20A, 20B was shown, it is not restricted to this, For example, between turning scroll 20A, 20B A rotating shaft on the driven side to which a pulley is attached is provided, and a belt or the like is interposed between the rotating shaft of a motor (driving means) provided outside the casing and the pulley, thereby turning the orbiting scrolls 20A and 20B. It may be configured to drive.
[0071]
Further, instead of attaching the rotating shaft to the center part of the orbiting scrolls 20A and 20B, the rotating shaft may be attached to one auxiliary crank as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 7-103151. In this case, the end plates of the two orbiting scrolls can be a common end plate.
[0072]
Furthermore, in the above-described embodiment, the scroll compressor including the fixed scroll and the orbiting scroll is taken as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 3-145588, there is a scroll that faces the driven scroll. You may use for the scroll fluid machine of the full rotation type which carries out synchronous rotation. In this case, the scroll that rotates synchronously becomes the non-driven scroll.
[0073]
Moreover, in the said embodiment, although the example which makes thin the thickness of both the lap | wrap part 7B of the fixed scroll 5B of a high voltage | pressure stage and the lap | wrap part 22B of the turning scroll 20B was shown, it is also possible to make either one thickness thin. However, the effect of the present invention can be obtained although the number is reduced.
[0074]
【The invention's effect】
  As detailed above, according to the invention of claim 1,An annular seal member is provided between the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll so as to surround both lap portions from the outside in the radial direction and shut off the compression chamber from the outside. The fixed scroll and the orbiting scroll of the high-pressure stage are configured to receive the pressure in the compression chamber at a portion that is radially inward of the seal member. Further, the fixed scroll and the orbiting scroll of the low pressure stage are formed such that the pressure receiving area with respect to the compression chamber is larger than that of the fixed scroll and the orbiting scroll of the high pressure stage,The thickness of each lap portion in the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll is configured to be smaller than the thickness of each lap portion in the low-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll. It is easy to reduce the pressure receiving area for receiving pressure compared to the orbiting scroll of the low pressure stage, and the thrust load determined by the product of the pressure receiving area and the pressure is unbalanced between the low pressure stage and the high pressure stage. Can be reduced. Therefore, it is possible to suppress a large thrust load from being applied to the bearing or the like that supports the output shaft of the electric motor, and it is possible to reduce the friction loss and heat generation of the bearing. And durability and lifetime of the whole apparatus can be improved, and performance and reliability at the time of compression operation etc. can be improved.
[0075]
  Moreover,AboveAn annular sealing member is provided between the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll,The seal member has a diameter smaller than the outermost diameter of the lap portion of the fixed scroll at the low pressure stage,The high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll are configured to receive the pressure in the compression chamber at the radially inner portion of the seal member, so that the fluid pressure generated in the high-pressure stage compression chamber leaks to the outside. This can be prevented by the annular sealing member, and the compression chamber of the high pressure stage can be kept at a high pressure. Then, the pressure receiving area of the orbiting scroll on the high pressure stage side can be limited to a range that is radially inward of the seal member, and the pressure receiving area is made smaller than the pressure receiving area of the orbiting scroll on the low pressure stage side,Improved performance and reliability during compression operationCan.
[0076]
  Claims2According to the invention described in the above, the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll are configured so that the fluid discharged from the compression chamber between the low-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll is sucked into the internal compression chamber and further increased in pressure. Since it is configured to compress, for example, it is possible to perform two-stage compression of the fluid, and a large thrust load is applied to the output shaft of the motor from the high-pressure stage compression chamber to the low-pressure stage compression chamber. By changing the pressure receiving area, it can be kept sufficiently small.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a scroll type air compressor according to an embodiment of the present invention.
2 is an enlarged cross-sectional view of a lap portion and the like of a low-pressure scroll portion viewed from the direction of arrows II-II in FIG.
3 is an enlarged cross-sectional view of the wrap portion of the high-pressure scroll portion viewed from the direction of arrows III-III in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Casing (fixed side member)
4A Low pressure scroll part
4B High pressure scroll part
5A Low pressure stage fixed scroll (non-drive side scroll)
5B High-pressure stage fixed scroll (non-drive side scroll)
6A, 6B, 21A, 21B End plate
7A, 7B, 22A, 22B Wrap
12 Electric motor (drive means)
13 Stator
14 Rotor
15 Rotating shaft (Output shaft)
16A, 16B slewing bearing
18 Rotating axis (output shaft)
19A, 19B Slewing bearing
20A orbiting scroll at low pressure stage (drive side scroll)
20B Orbiting scroll of high-pressure stage (drive side scroll)
23A Low pressure stage compression chamber
23B High pressure stage compression chamber
24 Seal member
25 Auxiliary crank (rotation prevention mechanism)
26 Suction filter
27 Conduit (communication path)
Fa, Fb Thrust load
Ta, Tb Wrap thickness

Claims

A fixed-side member comprising a casing and a fixed scroll of a low-pressure stage and a high-pressure stage provided on both end sides of the casing and positioned on both end sides of the casing, and having a spiral wrap portion standing on the end plate;
An electric motor that is located between the low-pressure stage fixed scroll and the high-pressure stage fixed scroll and is provided in the casing, the output shaft being disposed in the same direction as the axis of the casing;
A plurality of compression chambers are formed on both ends of the output shaft of the electric motor so as to face the low-pressure stage and high-pressure stage fixed scrolls, and overlap with the lap portions of the low-pressure stage and high-pressure stage fixed scrolls. In a scroll type fluid machine having a low-pressure stage with a spiral wrap and a high-pressure stage orbiting scroll,
Between the fixed scroll of the high-pressure stage and the orbiting scroll, an annular seal member is provided that surrounds both lap portions from the outside in the radial direction and blocks the compression chamber from the outside.
The diameter dimension of the seal member is smaller than the outermost diameter dimension of the lap portion of the fixed scroll of the low-pressure stage,
The high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll are configured to receive the pressure in the compression chamber at a portion located radially inside the seal member,
Furthermore, the fixed scroll and the orbiting scroll of the low pressure stage form a pressure receiving area with respect to the compression chamber with a larger pressure receiving area than the fixed scroll and the orbiting scroll of the high pressure stage,
The scroll fluid machine according to claim 1, wherein the high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll are configured so that the thickness of each lap portion is smaller than that of the low-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll.

The high-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll are configured such that fluid discharged from a compression chamber between the low-pressure stage fixed scroll and the orbiting scroll is sucked into an internal compression chamber and compressed to a higher pressure. The scroll fluid machine according to claim 1 .