涡旋型流体设备的制作方法

本发明涉及一种涡旋型流体设备，详细而言涉及一种使以阿基米德螺线形成环绕件的涡卷形状的涡旋单元的轴向上的密封性得到提高的涡旋型流体设备。

背景技术：

涡旋型流体设备包括涡旋单元，该涡旋单元具有在底板立设有涡卷状的环绕件的定涡盘和动涡盘，并在彼此相对地啮合的两个涡盘的环绕件之间形成密闭空间，上述涡旋型流体设备通过自转阻止机构阻止动涡盘的自转，并且使动涡盘绕定涡盘的轴心进行公转回旋运动，来使密闭空间的容积变化，以使流体压缩或是膨胀。

作为这种涡旋型流体设备，例如存在专利文献1所记载的这种流体设备。上述涡旋型流体设备用阿基米德螺线的方式形成动涡盘和动涡盘的各环绕件的涡卷形状。若将环绕件的涡卷形状设为阿基米德螺线，则由于能使环绕件的壁厚随着从环绕件的中央部向外周部而逐渐减小(变薄)，因此，能实现涡旋单元的小型轻量化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第3291844号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

然而，在涡旋单元1中，为了防止单元在轴向上的流体泄漏，在环绕件各自的上端面形成顶端密封槽，以配置顶端密封件。在由通常的渐开曲线(日文：インボリュート曲線)形成环绕件的涡卷形状的情况下，由于环绕件的壁厚是固定的，因此，将配置顶端密封件的环绕件上端面的顶端密封槽的螺旋形状形成为从环绕件的中央部(卷绕开始部)至外周部(卷绕结束部)相同的螺旋形状，从而能配置足以防止流体泄漏的长度的顶端密封件。然而，在以阿基米德螺线形成环绕件的涡卷形状的情况下，由于环绕件壁厚随着从环绕件的中央部(卷绕开始部)向外周部(卷绕结束部)减小(变薄)，因此，无法将顶端密封件配置到直至环绕件外周部，与以渐开曲线形成环绕件的涡卷形状的情况相比，存在有损涡旋单元在轴向上的密封性的可能性。

本发明是着眼于上述问题点而作，其目的在于提供一种涡旋型流体设备，实现了涡旋单元的小型轻量化，并且使以阿基米德螺线形成环绕件的涡卷形状的涡旋单元在轴向上的密封性得到提高。

解决技术问题所采用的技术方案

因此，本发明的涡旋型流体设备包括涡盘单元，该涡盘单元使在底板立设有涡卷状的环绕件的、且在形成于环绕件的上端面的顶端密封槽中配置有顶端密封件的定涡盘及动涡盘彼此相对，来使各自的环绕件啮合，自转受到阻止的上述动涡盘一边与上述定涡盘接触一边进行公转，在各环绕件之间形成容积随着公转发生变化的密闭空间，上述涡旋型流体设备以使环绕件壁厚随着从环绕件的中央部向外周部减小的阿基米德螺线形成上述两个涡盘的环绕件的涡卷形状，其特征是,将上述两个涡盘中的至少一个涡盘的环绕件外周部的精加工终点附近的环绕件壁厚设为能够配置上述顶端密封件的最小壁厚。

发明效果

根据本发明的涡旋型流体设备，在以环绕件壁厚随着从环绕件的中央部向外周部减小的阿基米德螺线形成涡盘的环绕件涡卷形状的涡旋单元中，由于将涡盘的环绕件外周部的精加工终点附近的环绕件壁厚设为能够配置顶端密封件的最小壁厚，因此，即使在以阿基米德螺线形成环绕件涡卷形状的情况下，也能可靠地将顶端密封件配置到环绕件的外周部。因而，能使涡旋单元小型轻量化，并且能提高以阿基米德螺线形成环绕件的涡旋单元的轴向上的密封性。

附图说明

图1是表示本实施方式的涡旋型压缩机的整体结构的剖视图。

图2是从环绕件一侧观察的定涡盘的俯视图。

图3是从环绕件一侧观察的动涡盘的俯视图。

图4是涡旋单元的说明图。

图5是环绕件上端面的顶端密封件的配置状态的说明图。

图6是由图2的虚线包围的X部分的放大图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施方式进行详细说明。另外，本发明的涡旋型流体设备能用作压缩机或膨胀器，在此以压缩机的例子进行说明。

图1至图4表示本实施方式的涡旋型压缩机的结构，其中，图1是表示整体结构的剖视图，图2是从环绕件一侧观察的定涡盘的俯视图，图3是从环绕件一侧观察的动涡盘的俯视图，图4是涡旋单元的说明图。

涡旋型压缩机1包括涡旋单元4，该涡旋单元4具有沿中心轴向相对配置的定涡盘2和动涡盘3。如图2所示，定涡盘2在底板2a上一体地立设有涡卷状的环绕件2b。如图3所示，动涡盘3也同样地在底板3a上一体地立设有涡卷状的环绕件3b。

两个涡盘2、3配置为，使两个环绕件2b、3b啮合，定涡盘2的环绕件2b的上端面与动涡盘3的底板3a接触，动涡盘3的环绕件3b的上端面与底板2a接触。在两个环绕件2b、3b的上端面形成有顶端密封槽2c、3c(图5所示)以供顶端密封件40、41嵌入。

此外，如图4所示，两个涡盘2、3配置成在两个环绕件2b、3b的周向的角度相互错开的状态下，使两个环绕件2b、3b的侧壁彼此局部接触。藉此，在两个环绕件2b、3b之间形成新月状的密闭空间、即流体凹口(日文：流体ポケット)5。另外，图4中的虚线表示动涡盘3的底板3a的外缘部。

动涡盘3通过驱动机构和后述的自转阻止机构30而绕着定涡盘2的中心轴进行公转运动，而自转则受到阻止。藉此，因形成在两个环绕件2b、3b间的流体凹口5从两个环绕件2b、3b的外周部朝向中央部移动，而使流体凹口5的容积朝缩小方向变化。因而，从环绕件2b、3b的外周部侧吸入至流体凹口5内的流体(例如制冷剂气体)被压缩。

另外，在膨胀器的情况下，因流体凹口5相反地从环绕件2b、3b的中央部朝向外周部移动，而使流体凹口5的容积朝增大方向变化，并使从环绕件2b、3b的中央部侧吸入流体凹口5内的流体膨胀。

涡旋型压缩机1的外壳由将涡旋单元4内置在其中的中心外壳6、配置在该中心外壳6前侧的前外壳7及配置在该中心外壳6后侧的后外壳8构成。

在本实施方式中，中心外壳6与定涡盘2的底板2a一体地形成为涡旋单元4的筐体部(外壳罩)。但是，也可以采用将定涡盘2和中心外壳6设为不同的构件，并将定涡盘2收容固定在中心外壳6内的结构。中心外壳6的后侧被底板2a封闭，前侧开口。

前外壳7通过螺栓(未图示)而紧固在中心外壳6的开口部一侧。前外壳7沿推力方向对动涡盘3进行支承，并且对动涡盘3的驱动机构进行收纳。

前外壳7在其内部形成有上述流体的吸入室9，该吸入室9与形成于前外壳7的外壁的吸入端口(未图示)连接。

在前外壳7及中心外壳6中形成有流体通路空间10，该流体通路空间10沿与压缩机中心轴平行的方向延伸，以将上述流体从前外壳7一侧的吸入室9向中心外壳6一侧的涡旋单元4的两个环绕件2b、3b的外周部附近引导。

后外壳8通过螺栓(未图示)紧固在中心外壳6的靠定涡盘2的底板2a一侧，并在与底板2a背面之间形成上述流体的排出室11。在定涡盘2的底板2a的中央部形成有压缩流体的排出孔12，在排出孔12附连设置有单向阀13。排出孔12经由单向阀13而与排出室11连接。排出室11与形成于后外壳8的外壁的排出孔(未图示)连接。

上述流体从吸入端口导入前外壳7内的吸入室9，并经由前外壳7及中心外壳6的流体通路空间10，从涡旋单元4的外周部侧吸入至通过环绕件2b、3b的接触而形成的流体凹口5内，以供压缩。经压缩后的流体从穿设于定涡盘2的底板2a的中央部处的排出孔12排出到后外壳8内的排出室11，并从排出室11经由排出端口导出到外部。

前外壳7在通过螺栓(未图示)紧固于中心外壳6的开口部侧的外周部的内侧具有推力承受部15，该推力承受部15与动涡盘3的底板3a背面相对，并经由推力板14承受来自动涡盘3的推力。

前外壳7还在中央部处将动涡盘3的构成驱动机构的中心部分的驱动轴20支承成自由旋转。驱动轴20的一端侧突出到前外壳7，在此经由电磁离合器21安装有带轮22。因而，在从带轮22经由电磁离合器21输入的旋转驱动力的作用下，对驱动轴20进行驱动而使其旋转。驱动轴20的另一端部侧经由曲柄机构而与动涡盘3连接。

在本实施方式中，上述曲柄机构构成为包括：圆筒状的轴套部23，该轴套部23突出形成于动涡盘3的底壁3a背面；以及偏心衬套25，该偏心衬套25以偏心状态安装于设置在驱动轴20端部的曲柄24，上述偏心衬套25隔着轴承26嵌合在上述轴套部23的内部。另外，在偏心衬套25上安装有平衡配重27，该平衡配重27用于克服动涡盘3动作时的离心力。

自转阻止机构30构成为沿动涡盘3的底板3a背面的外周缘附近的周向等间隔地配置多个(例如四个)自转阻止部33，该自转阻止部33由圆形孔31和销32构成，其中，上述圆形孔31形成于动涡盘3的底板3a背面(与前外壳7的推力承受部15相对)，上述销32突出设置于前外壳7的推力承受部15一侧，并贯穿推力板14而与上述圆形孔31卡合。另外，若自转阻止部33具有至少三个以上，则动涡盘3能在不自转的情况下绕定涡盘2的轴心进行公转回旋运动。

对上述结构的涡旋型压缩机1的动作进行简单说明。

若带轮22在来自外部的旋转驱动力的作用下发生旋转，则通过电磁离合器21而使驱动轴210旋转，通过曲柄机构使动涡盘3一边被自转阻止机构30阻止自转，一边绕定涡盘2的轴心进行公转回旋运动。因动涡盘3的公转回旋运动，而使流体(制冷剂气体)从吸入端口经由吸入室9及流体通路空间10而流入涡旋单元4的环绕件2b、3b间的流体凹口5内，因流体凹口5的容积的缩小变化而被压缩的流体从定涡盘2中央部的排出孔12朝喷出室11排出。排出到排出室11的流体经由排出端口导出到外部。

接着，对本实施方式的涡旋单元4的定涡盘2及定涡盘3进行详细说明。

如上所述，图2所示的定涡盘2在底板2a上一体地立设有涡卷状的环绕件2b，并在环绕件2b的上端面形成有大致コ字形的顶端密封槽2c(图5所示)，以供顶端密封件40嵌入。此外，在底板2a的中央部处形成有圧缩流体的排出孔12。上述环绕件2b的涡卷形状以阿基米德螺线形成为图5所示的环绕件壁厚A随着从环绕件2b的中央部向外周部减小(变薄)。定涡盘2在铸造后通过端铣刀等来对环绕件2b进行精加工，并将图2的由虚线所围成的X部分放大后的图6所示的精加工终点处的环绕件壁厚A形成为能配置顶端密封件40的最小壁厚As。在此，为了在环绕件2b上端面配置顶端密封件40，而需要一定程度的、从图5所示的环绕件2b上端面端部至顶端密封槽2c的壁厚B1、B2(其中，B1是从环绕件2b外壁至顶端密封槽2c的壁厚，B2是从环绕件2b内壁至顶端密封槽2c的壁厚)，能供顶端密封件40配置的最小壁厚As是在侧壁厚度B1、B2的所需最小限度的厚度B1s、B2s上加上顶端密封件的宽度c(固定)后的厚度。在此，由于B1s＝B2s，因此，最小壁厚As为As＝2×B1s(或B2s)+c。此外，将定涡盘2的顶端密封槽2c的螺旋形状(顶端密封槽2c的轮廓)形成为在从环绕件2b的中央部至环绕件2b的外周部的精加工终点附近之间，使在环绕件2b的比中央部更靠外壁一侧沿外壁从环绕件2b外壁至顶端密封槽2c的距离(图5的壁厚B1)固定，从精加工终点附近至顶端密封槽2c末端之间，使在环绕件2b的比中央部更靠内壁一侧沿内壁从环绕件2b内壁至顶端密封槽2c的距离(图5的壁厚B2)固定。即，在图6的精加工终点附近前后，切换顶端密封件的配置形态。

如上所述，图3所示的动涡盘3同样地在底板3a上一体地立设有涡卷状的环绕件3b，并在环绕件3b的上端面形成有大致コ字形的顶端密封槽3c(图5所示)，以供顶端密封件41嵌入。上述环绕件3b的涡卷形状与定涡盘2的环绕件2b同样地，以阿基米德螺线形成为环绕件壁厚随着从环绕件3b的中央部向外周部减小(变薄)。动涡盘3也同样在铸造后通过端铣刀等来对环绕件3b进行精加工，精加工终点处的环绕件3b的壁厚至少形成为能配置顶端密封件41的最小壁厚以上。此外，将动涡盘3的顶端密封槽3c的螺旋形状(顶端密封槽2c的轮廓)也与定涡盘2同样形成为，在从环绕件3b的中央部至环绕件3b的外周部的精加工终点附近之间，使环绕件3b的比中央部更靠外壁一侧沿外壁从环绕件3b外壁至顶端密封槽3c的距离(图5的壁厚B1)固定，在从精加工终点附近至顶端密封槽3c末端之间，使环绕件3b的比中央部更靠内壁侧沿内壁从环绕件3b内壁至顶端密封槽3c的距离(图5的壁厚B2)固定，并且在精加工终点附近前后，切换顶端密封件的配置形态。另外，动涡盘3的顶端密封槽3c的螺旋形状也可以在从环绕件3b的中央部至顶端密封槽3c末端之间不进行切换，而是形成为从环绕件3b内壁至顶端密封槽2c的距离固定。

根据上述结构的涡旋型压缩机，由于环绕件形状形成为使阿基米德螺线的定涡盘2及动涡盘3的精加工终点处的环绕件的壁厚A为能配置顶端密封件40、41的最小壁厚As，因此，能可靠地将顶端密封件40、41配置在阿基米德螺线的环绕件2b、3b的外周部。因而，能实现定涡盘2及动涡盘3的小型轻量化，进而能实现涡旋单元4的小型轻量化，并且提高涡旋单元4的轴向上的密封性。

此外，由于在从环绕件2b中央部(卷绕开始部)至环绕件2b外周部(卷绕结束部)的精加工终点附近之间，将配置于定涡盘2的环绕件2b上端面的顶端密封件40沿外壁配置在环绕件2b的比中央部更靠外壁侧的位置，因此，在排出孔12的入口部变成复杂形状的环绕件2b中央部处，与将顶端密封件41配置在靠环绕件2b的内壁侧的情况相比，能使顶端密封件41的卷绕开始部进一步延伸至环绕件2b中央部，从而能提高涡旋单元4中央部处的单元轴向上的密封性，并能抑制流体的内部泄漏。此外，由于在精加工终点附近之后，对顶端密封槽2c的螺旋形状进行切换，在从精加工终点附近至顶端密封件41的末端部之间，将顶端密封件40沿内壁配置在环绕件2b的比中央部更靠内壁侧，因此，与在精加工终点附近之后仍不切换顶端密封槽2c的螺旋形状而继续在环绕件2b的比中央部更靠外壁侧的位置配置顶端密封件41的情况相比，不易超出图4的虚线所示的动涡盘3的底板3a外缘部，从而能在不超出的范围内使顶端密封件40的卷绕结束部延伸得更长，并能提高涡旋单元4的外周部的单元轴向上的密封性，还能抑制流体的内部泄漏。因而，能抑制涡旋单元4的轴向上的流体泄漏，并能提高以阿基米德螺线形成环绕件的涡卷形状的涡旋型压缩机的运转效率。

另外，在本实施方式中，将定涡盘2及动涡盘3的精加工终点的环绕件的壁厚设为能配置顶端密封件的最小壁厚As，但也可以仅将定涡盘2及动涡盘3中的一方的、精加工终点的环绕件壁厚设为能配置顶端密封件的最小壁厚As。

此外，在本实施方式中，在从环绕件2b中央部(卷绕开始部)至环绕件2b外周部(卷绕结束部)的精加工终点附近之间，将配置于定涡盘2的环绕件2b上端面的顶端密封件40沿外壁配置在环绕件2b的比中央部靠外壁侧的位置，但也可以配置在环绕件2b上端面的大致中央部处。

(符号说明)

1 涡旋型压缩机；

2 定涡盘；

2a 底板；

2b 环绕件(定涡盘侧)；

2c 顶端密封槽(定涡盘侧)；

3 动涡盘；

3a 底板；

3b 环绕件(动涡盘侧)；

3c 顶端密封槽(动涡盘侧)；

4 涡旋单元；

5 流体凹口(密闭空间)；

20 驱动轴；

23 轴套部；

24 曲柄；

25 偏心衬套；

30 自转阻止机构；

40、41 顶端密封件。