(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部の両面に渦巻き状の旋回ラップが設けられた旋回スクロール本体が、旋回スクロールベースの片面から中央部の穴に着脱可能に取り付けられて構成される旋回スクロールと、
端板の片面に渦巻き状の固定ラップが設けられ、この固定ラップを前記旋回ラップと噛み合わせて、前記旋回スクロールを挟むよう設けられる一対の固定スクロールと、
前記旋回スクロールベースの周方向複数箇所に設けられ、前記旋回スクロールベースが軸受を介して保持される偏心軸部を同期して回転させることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回させる複数のクランク軸と
を備えることを特徴とするスクロール流体機械。
【請求項２】
前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールは、ハウジングに取り付けられ、
このハウジングは、前記旋回ラップが旋回可能に収容される収容穴を貫通形成されると共に、この収容穴を取り囲む周方向複数箇所に前記クランク軸が収容穴の軸線と平行に設けられ、且つ、そのクランク軸の偏心軸部の収容空間が前記収容穴へ開口部を介して連通されており、
前記ハウジングには、前記旋回スクロール本体の基板部が前記収容穴の軸線と垂直に配置されると共に、前記旋回スクロールベースが前記開口部を介して前記クランク軸の偏心軸部に保持され、且つ、前記旋回スクロール本体を挟むよう前記固定スクロールが着脱可能に設けられる
ことを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械。
【請求項３】
前記ハウジングには、前記収容穴の軸方向中途部に、一対のフランジが、前記収容穴の軸方向に離隔すると共に前記収容穴の内側へ延出して形成され、
前記旋回スクロールの外周部は、前記一対のフランジ間の開口部を介して、前記ハウジングの前記収容穴よりも外側において、前記クランク軸により前記固定スクロールに対し旋回可能に保持され、
前記ハウジングのフランジに前記固定スクロールの端板が重ね合わされて着脱可能に固定される
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。
【請求項４】
前記複数のクランク軸として、供給動力または回収動力にて駆動される駆動クランク軸と、この駆動クランク軸と回転同期機構を介して同期回転する従動クランク軸とを備え、
前記旋回スクロールベースに対する前記旋回スクロール本体の着脱方向と逆側に、前記回転同期機構が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項５】
前記旋回スクロール本体と前記旋回スクロールベースとは、直接に接触しないように第一の中間材を介在させて一体化され、
前記第一の中間材は、前記旋回スクロールベースよりも熱伝導率の低い材質から形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項６】
前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールは、ハウジングに取り付けられ、
前記固定スクロールは、前記ハウジングとは直接に接触しないように第二の中間材を介在させて固定され、
前記第二の中間材は、前記ハウジングよりも熱伝導率の低い材質から形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項７】
前記旋回スクロールベースには、前記旋回スクロール本体の基板部を受け入れる受入穴が形成され、
この受入穴の周側壁には、周方向三以上の箇所に、前記受入穴内へ先端部を突出させて支持材が設けられ、
前記旋回スクロール本体の基板部は、前記受入穴に隙間をあけてはめ込まれると共に、前記支持材の先端部により前記受入穴に対する径方向の位置決めがなされる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項８】
前記クランク軸は、前記旋回スクロールベースの周方向三以上の箇所に設けられ、
前記三以上の箇所の全てにおいて、前記軸受の外輪と前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に、円環状の付勢材が設けられる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項９】
前記旋回スクロールベースの軸受穴は、前記旋回スクロールベースの周方向等間隔に設けられると共に、前記軸受の外輪よりも大径に形成されており、
前記軸受の外輪の外周面に、前記円環状の付勢材の内周部がはめ込まれる装着溝が形成されるか、前記旋回スクロールベースの軸受穴の内周面に、前記円環状の付勢材の外周部がはめ込まれる装着溝が形成されている
ことを特徴とする請求項８に記載のスクロール流体機械。
【請求項１０】
前記旋回スクロールベースの軸受穴に、円筒状のガイドリングがはめ込まれ、
前記円環状の付勢材は、前記偏心軸部の軸受の外輪と前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に設置されることに代えて、前記偏心軸部の軸受の外輪と前記ガイドリングの内穴との隙間に設置される
ことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のスクロール流体機械。
【請求項１１】
前記クランク軸は、同一軸線上に配置された主軸部間に、前記偏心軸部が偏心して設けられ、
前記クランク軸は、前記偏心軸部を挟んだ両側の主軸部において、前記一対の固定スクロールまたはこれと一体の部材に、軸受を介して回転可能に保持され、
前記偏心軸部を挟んだ両側の主軸部の内、一方の主軸部を保持する軸受の内輪の片方の端面が当接される第一段部と、前記偏心軸部を保持する軸受の内輪の片方の端面が当接される第二段部とが、前記クランク軸に設けられている
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスクロール流体機械。
【請求項１２】
前記一方の主軸部を保持する軸受の内輪は、主軸部が圧入された状態で、主軸部にねじ込まれた第一の留めナットと前記第一段部とにより挟み込まれ、
前記一方の主軸部を保持する軸受の外輪は、前記固定スクロールまたはこれと一体の部材に固定され、
前記偏心軸部を保持する軸受の内輪は、偏心軸部が圧入された状態で、偏心軸部にねじ込まれた第二の留めナットと前記第二段部とにより挟み込まれ、
前記偏心軸部を保持する軸受の外輪は、軸方向に位置決めされると共に、径方向には前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に円環状の付勢材を介して取り付けられる
ことを特徴とする請求項１１に記載のスクロール流体機械。
【請求項１３】
前記偏心軸部を保持する軸受として、複数の軸受を備え、
この軸受同士は、端面同士を重ね合わされるか、端面間にアジャスタを介して重ね合わされる
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のスクロール流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機、膨張機またはブロワなどとして用いられるスクロール流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、下記特許文献１に開示されるスクロール流体機械が知られている。このスクロール流体機械は、ケーシング（１）をスペーサ（４）と共に構成する第１，第２の固定スクロール（２，３）間に、旋回スクロール（２１）が旋回可能に設けられる。固定スクロール（２，３）の支持部（９，１０）には、旋回スクロール（２１）の自転を防止する補助クランク（１１）と駆動軸（１３）とが、それぞれ軸受（１４，１４、１５，１６）を介して回転可能に設けられる。そして、駆動軸（１３）により、旋回スクロール（２１）を固定スクロール（２，３）に対し所定寸法（ｅ）なる旋回半径をもって旋回運動させる。この旋回運動によって、ラップ部（７，２３）間の各圧縮室（３０）と、ラップ部（８，２４）間の各圧縮室（３１）とを、それぞれ連続的に縮小させ、吸込ポート（３２，３３）からそれぞれ吸込んだ空気を各圧縮室（３０，３１）内で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出ポート（３４，３５）から外部へ吐出する。
【０００３】
旋回スクロール（２１）は、鏡板部（２２Ａ，２２Ｂ）間に多数の冷却フィン（２２Ｃ，２２Ｃ，…）が列設された鏡板（２２）と、この鏡板（２２）の鏡板部（２２Ａ，２２Ｂ）表面から立設されたラップ部（２３，２４）と、鏡板（２２）の外周側から径方向外向きに突出した３個の張出し部（２５，２６，２７）とから構成される。そして、張出し部（２５，２６，２７）が、補助クランク（１１，１２）と駆動軸（１３）の各クランク軸（１１Ａ，１３Ａ）に、それぞれ旋回軸受（２８，２９）を介して回転可能に支持され、駆動軸（１３）が回転駆動されるときに、補助クランク（１１，１２）で自転が防止され、前記寸法（ｅ）の旋回半径をもった旋回運動が与えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２０５５２号公報（要約、段落００１３−００２２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術では、旋回スクロールは、鏡板の外周部に一体形成された張出し部に、旋回軸受の軸受穴が形成されている。そのため、旋回スクロールのラップ部のメンテナンスを行う場合には、クランク軸から旋回スクロール全体を取り外す必要があり、軸受部での着脱作業が必要となる。
【０００６】
また、従来技術では、固定スクロールは、鏡板の外周部に一体形成された支持部に、主軸受の軸受穴が形成されている。そのため、固定スクロールのラップ部のメンテナンスを行う場合には、クランク軸から固定スクロール全体を取り外す必要があり、軸受部での着脱作業が必要となる。
【０００７】
従って、従来技術では、表面処理や素材に起因した部品の交換や再処理、異物の噛み込みの解消、内部の清掃などを容易に行うことができない。たとえば、固定ラップや旋回ラップの先端部に設けられるチップシールは、摺動により摩耗する消耗部品であり定期的な交換が必要であるが、このチップシールを容易に交換することができない。
【０００８】
さらに、従来技術では、前述したように、旋回スクロールは、鏡板の外周部に一体形成された張出し部において、旋回軸受を介してクランク軸に保持される。このような構成の場合、ラップ部からの熱が軸受部に伝わりやすく、軸受部においてグリース切れを起こすおそれがある。たとえば、スクロール流体機械を水蒸気の膨張機（つまり蒸気を用いて旋回スクロールを回転させて動力を取り出すスチームモータ）として用いる場合、旋回スクロールの中央部（鏡板やラップ部）は高温の蒸気に晒され、その熱が軸受部に伝達されて、軸受部において潤滑不良を起こすおそれがある。スクロール流体機械を圧縮機として用いる場合も同様に、圧縮熱が旋回スクロールの軸受部に伝達されて不都合を生じるおそれがある。その他、旋回スクロールの熱膨張は、スクロール流体機械の運転中の振動の原因にもなる。
【０００９】
一方、固定スクロールについても同様に、固定スクロールの中央部（鏡板やラップ部）から外周部（支持部）の軸受部への伝熱により、軸受部において潤滑不良を起こすおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、旋回スクロールの他、好ましくは固定スクロールについても、メンテナンスを容易に行うことができるスクロール流体機械を提供することにある。また、旋回スクロールの中央部から外周部への伝熱や、固定スクロールの中央部から外周部への伝熱を防止して、軸受部の保護を図ることのできるスクロール流体機械を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、基板部の両面に渦巻き状の旋回ラップが設けられた旋回スクロール本体が、旋回スクロールベースの片面から中央部の穴に着脱可能に取り付けられて構成される旋回スクロールと、端板の片面に渦巻き状の固定ラップが設けられ、この固定ラップを前記旋回ラップと噛み合わせて、前記旋回スクロールを挟むよう設けられる一対の固定スクロールと、前記旋回スクロールベースの周方向複数箇所に設けられ、前記旋回スクロールベースが軸受を介して保持される偏心軸部を同期して回転させることで、前記固定スクロールに対し前記旋回スクロールを旋回させる複数のクランク軸とを備えることを特徴とするスクロール流体機械である。
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、旋回スクロールは、両面に旋回ラップを有する旋回スクロール本体と、この旋回スクロール本体が片面から着脱される旋回スクロールベースとから構成され、旋回スクロールベースがクランク軸の偏心軸部に軸受を介して保持される。旋回スクロールベースから旋回スクロール本体を取り外すことで、軸受部での分解を要することなく、旋回スクロール本体のメンテナンスを容易に行うことができる。しかも、両面に旋回ラップが設けられた旋回スクロール本体を、旋回スクロールベースの片面から一気に着脱できるので、メンテナンス時の着脱作業が容易で、作業時間を短縮することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールは、ハウジングに取り付けられ、このハウジングは、前記旋回ラップが旋回可能に収容される収容穴を貫通形成されると共に、この収容穴を取り囲む周方向複数箇所に前記クランク軸が収容穴の軸線と平行に設けられ、且つ、そのクランク軸の偏心軸部の収容空間が前記収容穴へ開口部を介して連通されており、前記ハウジングには、前記旋回スクロール本体の基板部が前記収容穴の軸線と垂直に配置されると共に、前記旋回スクロールベースが前記開口部を介して前記クランク軸の偏心軸部に保持され、且つ、前記旋回スクロール本体を挟むよう前記固定スクロールが着脱可能に設けられることを特徴とする請求項１に記載のスクロール流体機械である。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、旋回スクロールは、旋回ラップをハウジングの収容穴内に配置して、ハウジングに旋回可能に保持される。一方、固定スクロールは、ハウジングの収容穴を閉じるように、ハウジングに着脱可能に設けられる。従って、ハウジングに対する旋回スクロールの軸受部を分解することなく、ハウジングから固定スクロールを容易に取り外すことができ、内部のメンテナンスも容易に行える。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記ハウジングには、前記収容穴の軸方向中途部に、一対のフランジが、前記収容穴の軸方向に離隔すると共に前記収容穴の内側へ延出して形成され、前記旋回スクロールの外周部は、前記一対のフランジ間の開口部を介して、前記ハウジングの前記収容穴よりも外側において、前記クランク軸により前記固定スクロールに対し旋回可能に保持され、前記ハウジングのフランジに前記固定スクロールの端板が重ね合わされて着脱可能に固定され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である。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、ハウジングの収容穴に設けたフランジに対し、固定スクロールを着脱することができる。フランジは、収容穴の軸方向中途部に設けられるので、収容穴内に固定スクロールの端板を配置して取り付けることができ、コンパクトに組み立てることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記複数のクランク軸として、供給動力または回収動力にて駆動される駆動クランク軸と、この駆動クランク軸と回転同期機構を介して同期回転する従動クランク軸とを備え、前記旋回スクロールベースに対する前記旋回スクロール本体の着脱方向と逆側に、前記回転同期機構が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、旋回スクロールベースに対する旋回スクロール本体の着脱方向は、各クランク軸同士の回転同期機構とは逆側である。従って、旋回スクロールベースに対する旋回スクロール本体の着脱を、回転同期機構で邪魔されず、容易に行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、前記旋回スクロール本体と前記旋回スクロールベースとは、直接に接触しないように第一の中間材を介在させて一体化され、前記第一の中間材は、前記旋回スクロールベースよりも熱伝導率の低い材質から形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、旋回スクロール本体と旋回スクロールベースとは、旋回スクロールベースよりも熱伝導率の低い第一の中間材を介して一体化されるので、旋回スクロール本体から旋回スクロールベースへの伝熱を防止して、旋回スクロールベースの軸受部の保護を図ることができる。また、旋回スクロールベースの熱膨張を防止して、振動の発生を防止することができる。
【００２１】
請求項６に記載の発明は、前記旋回スクロールおよび前記固定スクロールは、ハウジングに取り付けられ、前記固定スクロールは、前記ハウジングとは直接に接触しないように第二の中間材を介在させて固定され、前記第二の中間材は、前記ハウジングよりも熱伝導率の低い材質から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００２２】
請求項６に記載の発明によれば、固定スクロールは、ハウジングよりも熱伝導率の低い第二の中間材を介してハウジングに固定されるので、固定スクロールからハウジングへの伝熱を防止して、ハウジングの軸受部の保護を図ることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、前記旋回スクロールベースには、前記旋回スクロール本体の基板部を受け入れる受入穴が形成され、この受入穴の周側壁には、周方向三以上の箇所に、前記受入穴内へ先端部を突出させて支持材が設けられ、前記旋回スクロール本体の基板部は、前記受入穴に隙間をあけてはめ込まれると共に、前記支持材の先端部により前記受入穴に対する径方向の位置決めがなされることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００２４】
請求項７に記載の発明によれば、旋回スクロール本体の基板部は、旋回スクロールベースの受入穴に隙間をあけてはめ込まれると共に、周方向三箇所以上において支持材の先端部により受入穴に対する径方向の位置決めがなされる。つまり、旋回スクロール本体の基板部の外周面と、旋回スクロールベースの受入穴の内周面とは、当接することなく、支持材の先端部を介して位置決めされる。従って、旋回スクロール本体から旋回スクロールベースへの伝熱を防止して、旋回スクロールベースの軸受部の保護を図ることができる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記クランク軸は、前記旋回スクロールベースの周方向三以上の箇所に設けられ、前記三以上の箇所の全てにおいて、前記軸受の外輪と前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に、円環状の付勢材が設けられることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、全てのクランク軸の偏心軸部において、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に、円環状の付勢材が設けられる。そのため、旋回スクロールの旋回時に、クランク軸に対し旋回スクロールが遠心力により振れても、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間が埋まるのを抑制して、固定ラップと旋回ラップとの側面間の隙間を所望に保つことができる。また、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間が完全に埋まるとしても、付勢材の作用により衝撃を緩和して、各ラップの破損を防止することができる。付勢材を、旋回スクロールベースよりも熱伝導率の低い材質から形成すれば、旋回スクロールベースから旋回軸受への伝熱の防止にも寄与する。
【００２７】
請求項９に記載の発明は、前記旋回スクロールベースの軸受穴は、前記旋回スクロールベースの周方向等間隔に設けられると共に、前記軸受の外輪よりも大径に形成されており、前記軸受の外輪の外周面に、前記円環状の付勢材の内周部がはめ込まれる装着溝が形成されるか、前記旋回スクロールベースの軸受穴の内周面に、前記円環状の付勢材の外周部がはめ込まれる装着溝が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のスクロール流体機械である。
【００２８】
請求項９に記載の発明によれば、旋回スクロールを周方向等間隔な位置でクランク軸に保持することで、旋回スクロールの回転を円滑に保つことができる。また、軸受の外輪の外周面に装着溝を設けて、その装着溝に付勢材の内周部をはめ込むか、旋回スクロールベースの軸受穴の内周面に装着溝を設けて、その装着溝に付勢材の外周部をはめ込んでおくことで、組立作業を容易とし、取付強度も確保することができる。
【００２９】
請求項１０に記載の発明は、前記旋回スクロールベースの軸受穴に、円筒状のガイドリングがはめ込まれ、前記円環状の付勢材は、前記偏心軸部の軸受の外輪と前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に設置されることに代えて、前記偏心軸部の軸受の外輪と前記ガイドリングの内穴との隙間に設置されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のスクロール流体機械である。
【００３０】
請求項１０に記載の発明によれば、旋回スクロールベースの軸受穴に円筒状のガイドリングをはめ込んで、旋回スクロールベースとクランク軸との径方向の位置調整を図ることができる。そして、偏心軸部の軸受の外輪とガイドリングの内穴との隙間に付勢材を設けることで、請求項８または請求項９に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。なお、ガイドリングの内穴の内周面に装着溝を設けて、その装着溝に付勢材の外周部をはめ込んでもよい。
【００３１】
請求項１１に記載の発明は、前記クランク軸は、同一軸線上に配置された主軸部間に、前記偏心軸部が偏心して設けられ、前記クランク軸は、前記偏心軸部を挟んだ両側の主軸部において、前記一対の固定スクロールまたはこれと一体の部材に、軸受を介して回転可能に保持され、前記偏心軸部を挟んだ両側の主軸部の内、一方の主軸部を保持する軸受の内輪の片方の端面が当接される第一段部と、前記偏心軸部を保持する軸受の内輪の片方の端面が当接される第二段部とが、前記クランク軸に設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスクロール流体機械である。
【００３２】
請求項１１に記載の発明によれば、クランク軸に第一段部と第二段部とを設け、第一段部を固定スクロール側への位置決めに用い、第二段部を旋回スクロール側への位置決めに用いることで、各クランク軸の軸方向に対する各スクロールの位置決めが容易となる。
【００３３】
請求項１２に記載の発明は、前記一方の主軸部を保持する軸受の内輪は、主軸部が圧入された状態で、主軸部にねじ込まれた第一の留めナットと前記第一段部とにより挟み込まれ、前記一方の主軸部を保持する軸受の外輪は、前記固定スクロールまたはこれと一体の部材に固定され、前記偏心軸部を保持する軸受の内輪は、偏心軸部が圧入された状態で、偏心軸部にねじ込まれた第二の留めナットと前記第二段部とにより挟み込まれ、前記偏心軸部を保持する軸受の外輪は、軸方向に位置決めされると共に、径方向には前記旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に円環状の付勢材を介して取り付けられることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール流体機械である。
【００３４】
請求項１２に記載の発明によれば、一方の主軸部を保持する軸受と、偏心軸部を保持する軸受とは、それぞれ、内輪が軸部に圧入された状態で、留めナットで段部に押し付けられて固定される。これにより、各軸受を各軸部に確実に固定することができる。また、一方の主軸部を保持する軸受の外輪は、固定スクロールまたはこれと一体の部材に固定されるが、偏心軸部を保持する軸受の外輪は、旋回スクロールベースに対し軸方向には位置決めされるが径方向には位置決めされることなく、旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に円環状の付勢材を介して取り付けられる。全てのクランク軸の偏心軸部において、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間に、円環状の付勢材を設けておくことで、旋回スクロールの旋回時に、クランク軸に対し旋回スクロールが遠心力により振れても、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間が埋まるのを抑制して、固定ラップと旋回ラップとの側面間の隙間を所望に保つことができる。また、軸受の外輪と旋回スクロールベースの軸受穴との隙間が完全に埋まるとしても、付勢材の作用により衝撃を緩和して、各ラップの破損を防止することができる。
【００３５】
さらに、請求項１３に記載の発明は、前記偏心軸部を保持する軸受として、複数の軸受を備え、この軸受同士は、端面同士を重ね合わされるか、端面間にアジャスタを介して重ね合わされることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のスクロール流体機械である。
【００３６】
請求項１３に記載の発明によれば、偏心軸部を保持する複数の軸受は、端面同士を重ね合わされるか、端面間にアジャスタを介して重ね合わされることで、旋回スクロールベースとクランク軸との軸方向の位置調整を図ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明のスクロール流体機械によれば、旋回スクロールの他、好ましくは固定スクロールについても、メンテナンスを容易に行うことができる。また、実施形態によっては、旋回スクロールの中央部から外周部への伝熱や、固定スクロールの中央部から外周部への伝熱を防止して、軸受部の保護を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例のスクロール流体機械を示す概略底面図である。
【図２】図１におけるII−II断面図である。
【図３】図１のスクロール流体機械の旋回スクロールの分解斜視図である。
【図４】図２の左端部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４０】
図１から図４は、本発明の一実施例のスクロール流体機械１を示す概略図であり、図１は底面図、図２は図１におけるII−II断面図、図３は旋回スクロール２の分解斜視図、図４は図２の左端部の拡大図である。なお、以下において、説明の便宜上、図２（厳密にはII−II断面図であるからその左半分または右半分）における上下および左右として方向を述べることがあるが、この方向はスクロール流体機械１の姿勢を限定する趣旨ではない。そのため、スクロール流体機械１の使用時、クランク軸３を上下方向に沿って配置する以外に、たとえば左右方向に沿って配置してもよい。
【００４１】
本実施例のスクロール流体機械１は、ハウジング４と、このハウジング４に複数のクランク軸３を介して旋回可能に保持される旋回スクロール２と、この旋回スクロール２を挟むようにハウジング４に着脱可能に固定される一対の固定スクロール５とを備える。なお、クランク軸３は、旋回スクロール２の外周部において、少なくとも二箇所、好ましくは三箇所以上に設けられる。本実施例では、クランク軸３は、旋回スクロール２の外周部において、周方向等間隔の三箇所に設けられる。
【００４２】
ハウジング４は、本実施例では、略矩形の箱状に形成され、平面視中央部には旋回スクロール２の旋回ラップ６を旋回可能に収容する収容穴７が上下に貫通して形成されている。ハウジング４には、収容穴７を取り囲む周方向複数箇所にクランク軸３が収容穴７の軸線と平行に設けられ、且つ、そのクランク軸３の偏心軸部８の収容空間９が収容穴７へ開口部１０を介して連通されている。
【００４３】
具体的には、本実施例のハウジング４は、略矩形の平板状の上板１１と下板１２とを備え、これらは互いに対応した大きさに形成されている。そして、上板１１と下板１２とは、上下に離隔して平行に対面して配置され、外端辺同士を適宜の側板１３で接続される。この際、上板１１と下板１２とは、図１の前後の端辺（つまり図２の右側）のように、上板１１の下面と下板１２の上面とを、側板１３で接続してもよいし、図１の左右の端辺（つまり図２の左側）のように、上板１１の端面と下板１２の端面とを、側板１３で接続してもよい。また、各側板１３は、図１の右側の側板１３のように、上板１１および下板１２の端辺の全域に設けてもよいし、図１の左側の側板１３のように、上板１１および下板１２の端辺の一部に設けてもよい。各板１１〜１３は、ボルト１４を用いて着脱可能に組み立てられ、これにより、たとえば、各側板１３に対し上板１１を取り外すことができる。なお、前記ボルト１４として、文字通りのボルトに限らず各種のネジを用いてもよく、このことは後述するその他のボルトについても同様である。
【００４４】
上板１１および下板１２には、対応する箇所に、前記収容穴７の開口部（言い換えればハウジング４内の中空部の開口部）として、開口穴７Ａが貫通形成されている。上下の開口穴７Ａは、同じ大きさの丸穴から形成されている。図示例の場合、上方の開口穴７Ａの周壁は、上板１１の下面よりも下方へ突出しており、下方の開口穴７Ａの周壁は、下板１２の上面よりも上方へ突出している。
【００４５】
各開口穴７Ａの底部には、円環状のフランジ１５が形成されている。具体的には、上方の開口穴７Ａの周壁の下端部には、径方向内側へ延出してフランジ１５が設けられる一方、下方の開口穴７Ａの周壁の上端部には、径方向内側へ延出してフランジ１５が設けられる。ハウジング４内には、各フランジ１５よりも径方向外側に、環状の中空部が形成されており、この中空部が、クランク軸３の偏心軸部８の収容空間９となる。そして、この収容空間９は、一対のフランジ１５間の開口部１０を介して、周方向に沿って連続的に収容穴７（上下の開口穴７Ａとその間を仮想的に接続した空洞部）へ開口している。
【００４６】
旋回スクロール２は、図２および図３に示すように、基板部１６の両面に渦巻き状の旋回ラップ６が設けられた旋回スクロール本体１７が、旋回スクロールベース１８の片面（ここでは上面）から中央部の受入穴１９に着脱可能に取り付けられて構成される。
【００４７】
旋回スクロール本体１７は、円板状の基板部１６の上面および下面に、これら面と垂直に延出して、一または複数の板状の旋回ラップ６が設けられて構成される。具体的には、基板部１６の上面に、上方へ向けて旋回ラップ６が設けられる一方、基板部１６の下面に、下方へ向けて旋回ラップ６が設けられる。この際、各旋回ラップ６は、基板部１６の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成される。本実施例では、図２から明らかなとおり、上下の旋回ラップ６は、互いに対応した形状、大きさおよび配置で形成される。
【００４８】
図２に示すように、各旋回ラップ６には、基板部１６からの延出先端部（上側の旋回ラップ６の上端部、下側の旋回ラップ６の下端部）に、固定スクロール５の端板２０との隙間を埋めるためのチップシール２１が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられる。なお、図３では、チップシール２１を省略して示している。
【００４９】
図３に示すように、基板部１６の外周部には、径方向外側への延出片２２が、周方向複数箇所に設けられる。本実施例では、隣接して配置された一対の延出片２２を一セットとして、このセットが周方向等間隔に複数設けられる。具体的には、一対の延出片２２が三セット、１２０度間隔で、基板部１６の外周部に一体形成される。
【００５０】
各延出片２２は、上面が基板部１６と連続的な板状に形成され、図２の右側に示すように、基板部１６よりもやや薄く形成されている。そして、図３に示すように、各延出片２２の板面には、基板部１６の周方向へ離隔して、それぞれ二つのボルト挿通穴２３が上下に貫通して形成されている。また、基板部１６の略径方向に対向して、二つの延出片２２には、後述するロックピン２４がはめ込まれるピン穴２５も形成されている。
【００５１】
旋回スクロールベース１８は、平面視において、たとえば略円形状でもよいが、本実施例では図３に示すように、略三角形状に形成されている。いずれにしても、旋回スクロールベース１８の中央部には、旋回スクロール本体１７の基板部１６を受け入れる受入穴１９が貫通形成されている。
【００５２】
後述するように、旋回スクロール本体１７から旋回スクロールベース１８への伝熱を防止する場合、受入穴１９の内径は基板部１６の外径よりも設定寸法だけ大きい。その場合、旋回スクロールベース１８の受入穴１９には、旋回スクロール本体１７の基板部１６が、受入穴１９の内周面と基板部１６の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。
【００５３】
旋回スクロールベース１８には、受入穴１９の周囲に、旋回スクロール本体１７の延出片２２を受け入れる凹部２６が、受入穴１９の内周壁を切り欠くようにして、上方へ開口して形成されている。この凹部２６の底面は、受入穴１９の軸方向中央部に配置される。旋回スクロールベース１８の凹部２６に旋回スクロール本体１７の延出片２２をはめ込みつつ、旋回スクロールベース１８の受入穴１９に旋回スクロール本体１７の基板部１６をはめ込むことができる。
【００５４】
旋回スクロールベース１８の各凹部２６の底面には、旋回スクロール本体１７の延出片２２に形成したボルト挿通穴２３と対応して、ネジ穴２７が形成されている。また、受入穴１９の略径方向に対向した二箇所において、凹部２６の底面には、ロックピン２４が上方へ突出して設けられる。従って、旋回スクロールベース１８の凹部２６のロックピン２４に、旋回スクロール本体１７の延出片２２のピン穴２５をはめ込むことで、旋回スクロールベース１８に対する旋回スクロール本体１７の周方向の位置決めを図ることができる。そして、延出片２２のボルト挿通穴２３を介して、凹部２６のネジ穴２７に、ボルト２８をねじ込むことで、旋回スクロール本体１７を旋回スクロールベース１８に着脱可能に固定することができる。但し、ロックピン２４およびピン穴２５は、場合により設置を省略可能である。
【００５５】
詳細は後述するが、旋回スクロールベース１８の三つの角部には、それぞれクランク軸３の偏心軸部８に旋回スクロールベース１８を保持するために、旋回軸受２９が設けられる（図２）。この旋回軸受２９の保護（より具体的にはグリース切れの防止）のために、旋回スクロール本体１７から旋回スクロールベース１８への伝熱を防止するのが好ましい。そのために、図３に示すように、旋回スクロール本体１７と旋回スクロールベース１８とは、直接接触しないように、第一の中間材３０を介して重ね合わされるのが好ましい。
【００５６】
本実施例では、延出片２２の下面と凹部２６の底面との間に、ワッシャ状の中間材３０を介在させている。つまり、旋回スクロールベース１８に旋回スクロール本体１７を固定するためのボルト２８は、旋回スクロール本体１７の延出片２２のボルト挿通穴２３と、中間材３０の穴とを介した後、旋回スクロールベース１８のネジ穴２７にねじ込まれる。
【００５７】
図示例では、旋回スクロール本体１７は、旋回スクロールベース１８に対し、１２本のボルト２８で固定されるが、その内、半数の箇所で、中間材３０は断熱材３０Ａとされ、残り半分の箇所で、中間材３０はスペーサ３０Ｂとされる。具体的には、略三角形状の旋回スクロールベース１８の各角部に対応して配置される一対の凹部２６と、これに取り付けられる一対の延出片２２との間には、受入穴１９の周方向へ沿って、たとえば、スペーサ３０Ｂ、断熱材３０Ａ、断熱材３０Ａおよびスペーサ３０Ｂの順で、中間材３０が設けられる。
【００５８】
なお、本実施例では、断熱材３０Ａもスペーサ３０Ｂも、互いに略同一の形状および大きさとされるが、場合により異なってもよい。断熱材３０Ａの厚みや硬さに応じたスペーサ３０Ｂを用いることで、断熱材３０Ａの材料選定が容易となる。また、後述するようにスペーサ３０Ｂを金属材料から形成すれば、厚み精度を出しやすく、ボルト２８による締め付け荷重による変形も抑えられる。凹部２６と延出片２２との間に断熱材３０Ａだけでなく金属製スペーサ３０Ｂも挟み込むことで、旋回スクロールベース１８に対する旋回スクロール本体１７の設置高さを所定に維持できるから、旋回スクロール２と固定スクロール５との上下方向の配置が所定に定まり、組立後のチップシール２１，５１の箇所でのクリアランス変動が抑えられ、流体漏れを防止することができる。
【００５９】
いずれにしても、中間材３０は、旋回スクロールベース１８よりも熱伝導率の低い材質から形成される。その点からいうと、中間材３０が前述したスペーサ３０Ｂである場合も、そのスペーサ３０Ｂは一種の断熱材としても機能する。本実施例では、旋回スクロール本体１７および旋回スクロールベース１８は、軽量なアルミニウム合金から形成されるが、中間材３０は、たとえばセラミックもしくは合成樹脂製の断熱材３０Ａ、またはステンレス製のスペーサ３０Ｂとされる。そして、前述したように、旋回スクロールベース１８の受入穴１９には、旋回スクロール本体１７の基板部１６が、受入穴１９の内周面と基板部１６の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。また、旋回スクロールベース１８の凹部２６と旋回スクロール本体１７の延出片２２とは、凹部２６の底面と延出片２２の下面とが中間材３０を介して直接接触しないだけでなく、延出片２２よりも一回り大きく凹部２６が形成されることで、凹部２６の側面と延出片２２の外縁とも直接接触しない。さらに、旋回スクロールベース１８に旋回スクロール本体１７を固定するのに用いるボルト２８の他、好ましくはロックピン２４も、旋回スクロールベース１８（アルミニウム合金）よりも熱伝導率の低い材質（ここではステンレス）から形成されている。このようにして、旋回スクロール本体１７から旋回スクロールベース１８への伝熱を防止して、旋回軸受２９の保護を図ることができる。
【００６０】
ところで、旋回スクロールベース１８の受入穴１９に、旋回スクロール本体１７の基板部１６を、隙間をあけてはめ込む場合、旋回スクロールベース１８に対する旋回スクロール本体１７の径方向の位置決めを次のようにして行うのが好ましい。すなわち、受入穴１９の周側壁には、好ましくは周方向等間隔で、周方向三箇所以上に、受入穴１９内へ先端部を突出させて支持材（３１）が設けられる。本実施例では、略三角形状の旋回スクロールベース１８には、三つの端辺の各中央部に、径方向へ貫通してネジ穴３２が形成され、そのネジ穴３２に支持材としてのイモネジ３１（たとえば六角穴付き止めネジ）がねじ込まれる。そして、イモネジ３１の先端部は、受入穴１９の周側壁から内側へ突出する。イモネジ３１の先端部を、旋回スクロール本体１７の基板部１６の外周部に当接して、基板部１６を保持（チャッキング）することで、受入穴１９に対する基板部１６の径方向の位置決めを行うことができる。ネジ穴３２に対してイモネジ３１を進退させることで、受入穴１９に対する基板部１６の位置を調整することができる。また、所望により、接着剤を用いて、旋回スクロールベース１８に対しイモネジ３１を固定してもよい。受入穴１９に対する基板部１６の位置をイモネジ３１で確定後は、イモネジ３１の位置は固定しつつ、旋回スクロールベース１８に対し旋回スクロール本体１７を軸方向（基板部１６の板面と垂直方向）に着脱することができる。旋回スクロール本体１７から旋回スクロールベース１８への伝熱を防止するために、イモネジ３１も、旋回スクロールベース１８よりも熱伝導率の低い材質から形成されるのが好ましく、本実施例ではステンレスから形成されている。なお、このような構成を採用する場合、前述したロックピン２４とピン穴２５とは、隙間嵌めにてはまり合うよう構成されている。
【００６１】
旋回スクロールベース１８の外周部には、周方向等間隔の三箇所に、クランク軸３への軸受穴３３が形成されている。本実施例では、旋回スクロールベース１８は、平面視で略三角形状とされるが、その三つの角部に、軸受穴３３が上下に貫通して形成されている。各軸受穴３３は、段付き穴とされ、上部に大径穴３３ａ、下部に小径穴３３ｂが配置されている。
【００６２】
旋回スクロール２は、ハウジング４の収容穴７に旋回ラップ６を配置した状態で、収容穴７の軸線と垂直に基板部１６および旋回スクロールベース１８が配置される。この際、旋回スクロールベース１８は、ハウジング４のフランジ１５間の開口部１０を介して、収容穴７より外方へ延出する。これにより、旋回スクロールベース１８の各軸受穴３３は、ハウジング４のフランジ１５よりも径方向外側に配置される。そして、軸受穴３３に取り付けられる旋回軸受２９を介して、旋回スクロール２はクランク軸３に保持される。この保持構造については、後述する。なお、図１に示すように、クランク軸３は、ハウジング４の周方向等間隔の三箇所に設けられ、本実施例では互いに同一構造である。また、図２に示すように、各クランク軸３は、その軸線を上下方向に沿って配置される。この際、各クランク軸３は、ハウジング４の中空部を上下に貫通するよう設けられる。
【００６３】
図２（特に左側）および図４に示すように、各クランク軸３は、同一軸線上に配置された主軸部３４，３５間に、偏心軸部８が偏心して設けられる。本実施例では、下側の主軸部３５は、下方へ行くに従って段階的に縮径して、大径部３５ａ、中径部３５ｂおよび小径部３５ｃに分けられる。また、偏心軸部８の下端部には、拡径部８ａが同心に形成されている。
【００６４】
各クランク軸３は、偏心軸部８を挟んだ両側の主軸部３４，３５において、ハウジング４の上板１１および下板１２に回転自在に保持される。本実施例では、上方の主軸部３４は、上軸受３６を介してハウジング４の上板１１に回転自在に保持され、下方の主軸部３５の中径部３５ｂは、下軸受３７を介してハウジング４の下板１２に回転自在に保持される。
【００６５】
各クランク軸３には、偏心軸部８を挟んだ両側の主軸部３４，３５の内、一方の主軸部（図２において下方の主軸部）３５の軸方向中途部に第一段部３ａが設けられる。具体的には、下方の主軸部３５は、前述したように段付き棒状に形成されており、大径部３５ａと中径部３５ｂとの段付き部（大径部３５ａの下面）が第一段部３ａとされる。この第一段部３ａには、下軸受３７の内輪の上端面が当接される。
【００６６】
各クランク軸３には、偏心軸部８の内、軸方向一端部（図２において下端部）に、第二段部３ｂが設けられる。具体的には、偏心軸部８は、前述したように下端部に拡径部８ａが設けられており、その拡径部８ａとの間の段付き部（拡径部８ａの上面）が第二段部３ｂとされる。この第二段部３ｂには、旋回軸受２９の内輪の下端面が当接される。なお、偏心軸部８に設ける旋回軸受２９は、単数でも複数でもよく、複数の場合、最も下方に配置される旋回軸受２９の内輪の下端面が、第二段部３ｂに当接される。図示例では、偏心軸部８には、二つの旋回軸受２９が、上下に重ね合わされて設置される。
【００６７】
ハウジング４の上板１１および下板１２には、クランク軸３の設置位置と対応した周方向三箇所において、上下に貫通して軸取付穴３８，３９が形成されている。ハウジング４の上板１１の軸取付穴３８は、段付き穴に形成されており、下方に小径穴３８ａ、上方に大径穴３８ｂが形成されている。ハウジング４の下板１２の軸取付穴３９も、段付き穴に形成されており、上方に小径穴３９ａ、下方に大径穴３９ｂが形成されている。
【００６８】
上軸受３６および下軸受３７は、本実施例では、いずれも転がり軸受により構成される。転がり軸受は、周知のとおり、同心円状に配置された略円筒状の内輪と外輪との間に、その周方向へ配列されて多数の転動体が保持されて構成される。これにより、転がり軸受は、内輪と外輪とが転動体を介して回転自在とされる。なお、偏心軸部８に設けられる各旋回軸受２９も、本実施例では、上軸受３６および下軸受３７と同様の構成とされる。
【００６９】
ハウジング４の下板１２への下軸受３７の固定は、次のように行われる。すなわち、下板１２の軸取付穴３９の小径穴３９ａと大径穴３９ｂとの段付き部（大径穴３９ｂの上面）に外輪の上端面が当接するまで、大径穴３９ｂに下軸受３７の外輪を圧入する。そして、円環状の留めリング４０を下板１２の下面に重ね合わせてボルト４１で固定する。これにより、下軸受３７は、外輪が、軸取付穴３９の段付き部と留めリング４０との間で挟み込まれて固定される。
【００７０】
下軸受３７の内輪には、下方の主軸部３５の中径部３５ｂが圧入される。すなわち、第一段部３ａに下軸受３７の内輪の上端面が当接するまで、下軸受３７の内輪に主軸部３５の中径部３５ｂを圧入する。そして、中径部３５ｂの下端部はネジ部とされているので、そのネジ部に第一の留めナット４２をねじ込む。これにより、下軸受３７は、内輪が、第一段部３ａと留めナット４２との間で挟み込まれて固定される。
【００７１】
ハウジング４の上板１１への上軸受３６の固定は、次のように行われる。すなわち、上軸受３６は外輪が軸受ケース４３に保持され、上板１１の上面に軸受ケース４３のフランジ下端面が当接するまで、大径穴３８ｂに軸受ケース４３がはめ込まれる。そして、軸受ケース４３のフランジを上板１１の上面にボルト４４で固定する。一方、上軸受３６の内輪には、上方の主軸部３４が圧入される。
【００７２】
三本のクランク軸３は、偏心軸部８の位置を揃えて（つまり位相を揃えて）、回転同期機構４５により同期回転する。回転同期機構４５は、歯車を用いてもよいが、本実施例ではタイミングベルト４６を用いている。具体的には、各クランク軸３の下方の主軸部３５（小径部３５ｃ）には、歯付きプーリ４７が固定されており、これら歯付きプーリ４７間をタイミングベルト４６が掛け回されている。この際、図１に示すように、タイミングベルト４６は、テンションローラ４８にも引っ掛けられており、テンションローラ４８の位置（収容穴７の径方向に対する位置）を調整することで、タイミングベルト４６の張力を調整可能とされる。
【００７３】
なお、三本のクランク軸３の内、一本（本実施例では図１において右下のクランク軸）は、外部から供給動力が入力される（または外部へ回収動力を出力する）駆動クランク軸３Ａとされ、残り二本は、そのような入力（または出力）を直接には行わない従動クランク軸３Ｂとされる。詳細は、後述するが、スクロール流体機械１が圧縮機またはブロワの場合、駆動クランク軸３Ａに外部から供給動力が与えられ（つまり動力が入力され）、それに伴い、回転同期機構４５を介して従動クランク軸３Ｂも回転させつつ、旋回スクロール２を旋回させる。一方、スクロール流体機械１が膨張機の場合、供給される流体により旋回スクロール２を旋回させ、回転同期機構４５を介して各クランク軸３を回転させて、駆動クランク軸３Ａに回収動力が与えられる（つまり動力が出力される）。
【００７４】
各クランク軸３には、旋回スクロール２の円滑な回転のために、ウェイトバランサ４９が設けられる。本実施例では、上側の主軸部３４の下端部と、下側の主軸部３５の大径部３５ａの上端部とに、それぞれウェイトバランサ４９が設けられる。
【００７５】
各固定スクロール５は、円板状の端板２０の片面に、その板面と垂直に、一または複数の板状の固定ラップ５０が設けられている。具体的には、図２において、上側の固定スクロール５は、端板２０の下面に、下方へ向けて固定ラップ５０が設けられており、下側の固定スクロール５は、端板２０の上面に、上方へ向けて固定ラップ５０が設けられている。この際、固定ラップ５０は、旋回ラップ６と対応した個数、形状および大きさで設けられ、端板２０の中央部から外周部へ向けて、インボリュート曲線の渦巻き状に湾曲して形成されている。各固定ラップ５０には、端板２０からの延出先端部（上側の固定ラップ５０の下端部、下側の固定ラップ５０の上端部）に、旋回スクロール２の基板部１６との隙間を埋めるためのチップシール５１が、着脱可能に、渦巻きに沿って設けられている。
【００７６】
各固定スクロール５には、固定ラップ５０を取り囲むように、円筒状の外周ラップ５２が設けられている。具体的には、図２において、上側の固定スクロール５は、端板２０の下面に、下方へ向けて外周ラップ５２が設けられており、下側の固定スクロール５は、端板２０の上面に、上方へ向けて外周ラップ５２が設けられている。外周ラップ５２の高さ（端板２０からの延出寸法）は、固定ラップ５０の高さ（端板２０からの延出寸法）と略対応している。各外周ラップ５２には、端板２０からの延出先端部（上側の外周ラップ５２の下端部、下側の外周ラップ５２の上端部）に、一または複数の環状の外部シール５２Ａが、着脱可能に、周方向に沿って設けられている。
【００７７】
各固定スクロール５は、固定ラップ５０を旋回ラップ６と噛み合わせた状態で、ハウジング４の上下に着脱可能に設けられる。具体的には、上側の固定スクロール５は、ハウジング４の上側のフランジ１５の上面に、端板２０の外周部が重ね合わされて、ボルト５３により着脱可能に固定される。また、下側の固定スクロール５は、ハウジング４の下側のフランジ１５の下面に、端板２０の外周部が重ね合わされて、ボルト５３により着脱可能に固定される。なお、ハウジング４のフランジ１５には、周方向複数箇所にロックピン５５が設けられており、このロックピン５５が固定スクロール５の端板２０に設けたピン穴にはめ込まれて、ハウジング４に対する固定スクロール５の周方向の位置決めがなされる。
【００７８】
旋回スクロール２の場合と同様、固定スクロール５についても、ハウジング４に設けた上軸受３６および下軸受３７の保護（より具体的にはグリース切れの防止）のために、固定スクロール５からハウジング４への伝熱を防止するのが好ましい。そのために、図２および図４に示すように、固定スクロール５とハウジング４とは、直接接触しないように、第二の中間材５４を介して重ね合わされるのが好ましい。
【００７９】
具体的には、ハウジング４のフランジ１５と固定スクロール５の端板２０とを、中間材５４を介して重ね合わさせればよい。この中間材５４は、固定スクロール５の端板２０をハウジング４のフランジ１５に固定するためのボルト５３が通されるワッシャ状でもよいし、ハウジング４のフランジ１５の周方向全体に重ね合わされる円環状でもよい。また、旋回スクロール２の場合と同様、中間材５４として、断熱材とスペーサとを組み合わせてもよい。いずれにしても、中間材５４は、ハウジング４よりも熱伝導率の低い材質から形成される。
【００８０】
そして、ハウジング４の開口穴７Ａには、固定スクロール５の端板２０が、開口穴７Ａの内周面と端板２０の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。また、ハウジング４のフランジ１５の箇所でも、固定スクロール５の外周ラップ５２が、フランジ１５の内周面と外周ラップ５２の外周面との間に隙間をあけてはめ込まれる。さらに、ハウジング４に固定スクロール５を固定するのに用いるボルト５３の他、好ましくはロックピン５５も、ハウジング４よりも熱伝導率の低い材質（ここではステンレス）から形成されるのがよい。このようにして、固定スクロール５からハウジング４への伝熱を防止して、上軸受３６および下軸受３７の保護を図ることができる。
【００８１】
次に、図２および図４に基づき、クランク軸３の偏心軸部８への旋回スクロール２の保持構造について説明する。クランク軸３の偏心軸部８には、旋回軸受２９の内輪が圧入されて固定される。本実施例では、二つの旋回軸受２９が上下に重ねられて、偏心軸部８に圧入される。その際、下方の旋回軸受２９の内輪の下端面を、第二段部３ｂに当接する。そして、偏心軸部８の上端部はネジ部とされているので、そのネジ部に第二の留めナット５６をねじ込む。これにより、旋回軸受２９は、内輪が、第二段部３ｂと留めナット５６との間で挟み込まれて固定される。
【００８２】
一方、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３（大径穴３３ａ）との間には、僅かな隙間を開けると共に、その隙間には円環状の付勢材５７が設けられる。この付勢材５７は、弾性を有するリング（たとえばＯリング）でもよいし、非弾性のリング（たとえばエンジニアリングプラスチック製の樹脂リング）でもよい。なお、付勢材５７を、旋回スクロールベース１８よりも熱伝導率の低い材質から形成すれば、旋回スクロールベース１８から旋回軸受２９への伝熱の防止にも寄与する。
【００８３】
より詳細には、旋回スクロールベース１８の軸受穴３３の大径穴３３ａは、旋回軸受２９の外輪よりも設定寸法だけ大径に形成されている。また、本実施例では、旋回軸受２９の外輪の外周面には、付勢材５７の内周部がはめ込まれる装着溝が周方向へ沿って形成されている。そして、円環状の付勢材５７は、内周部が外輪の装着溝にはめ込まれる一方、外周部が旋回スクロールベース１８の軸受穴３３にはめ込まれる。但し、このような構成に代えて、軸受穴３３の内周面に装着溝を設けて、円環状の付勢材５７は、外周部が軸受穴３３の装着溝にはめ込まれる一方、内周部が旋回軸受２９の外輪にはめ込まれてもよい。いずれにしても、円環状の付勢材５７は、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロールベース１８の軸受穴３３との隙間に、配置される。なお、本実施例では、各旋回軸受２９は、外輪の外周面の上下二箇所において、円環状の付勢材５７を介して軸受穴３３に保持される。
【００８４】
そして、旋回スクロールベース１８には、軸受穴３３の周側壁上面に、留めリング５８がボルト５９により固定される。この留めリング５８は、外輪に対する旋回スクロール２の径方向の移動は許容しつつ、軸方向の移動は規制するのがよい。
【００８５】
偏心軸部８と軸受穴３３とが同心に配置され回転されるとして、旋回軸受２９の外輪の外周面と、軸受穴３３の大径穴３３ａの内周面との隙間（片側）Ｘは、本実施例では、固定ラップ５０と旋回ラップ６との側面間の隙間（ラップの径方向の隙間）Ｙの最少設定値（最も近接した状態における両ラップ５０，６間の設計隙間）よりも小さく、たとえば、前記最少設定値の略半分（たとえば２０〜３０μｍ）とされる。この場合、仮に、偏心軸部８に対し旋回スクロール２が遠心力により振れて、前記隙間Ｘが埋まり、固定ラップ５０に旋回ラップ６が衝突しようとしても、旋回軸受２９の外輪の外周面に軸受穴３３の大径穴３３ａの内周面が先に当たるので、両ラップ５０，６の衝突による破損を防止することができる。しかも、付勢材５７により、前記隙間Ｘが埋まるのが防止されると共に、前記隙間Ｘが埋まるとしても、緩やかに埋めることができる。
【００８６】
このようにして、旋回軸受２９の外周面と大径穴３３ａの内周面との隙間を円環状の付勢材５７で保持する。これにより、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３との隙間が、付勢材５７により埋められると共に、弾性変形可能な場合には、隙間の調整が可能とされる。
【００８７】
一対の固定スクロール５には、図１および図２に示すように、それぞれ外周側に第一開口６０が設けられる一方、中央部に第二開口６１が設けられている。なお、第一開口６０および第二開口６１には、パイプ状の開口材６２，６３を取り付けている。また、図２において、上下に示される第二開口６１は、場合により、旋回スクロール２の基板部１６の中央に貫通穴をあけて互いに連通させてもよい。
【００８８】
本実施例のスクロール流体機械１の組立ては、次のように行うのが好適である。すなわち、まず、下板１２に下軸受３７を取り付けておく。一方、旋回スクロール２には、各クランク軸３を旋回軸受２９および付勢材５７を介して取り付けておく。そして、下板１２の下軸受３７に、旋回スクロール２の各クランク軸３をはめ込んで取り付ける。その際、各クランク軸３は、所定の態勢（つまり偏心軸部８の位置を合わせた位相差のない状態）で取り付けられる。その後、上板１１を取り付けるが、その際、上板１１とクランク軸３との間に上軸受３６を設ける。最後に、上板１１および下板１２の開口穴７Ａに、固定スクロール５を固定すればよい。
【００８９】
本実施例のスクロール流体機械１は、以上のように構成されるので、たとえば、圧縮機またはブロワとして用いる場合、駆動クランク軸３Ａを回転させればよい（つまり動力を入力する）。たとえば、駆動クランク軸３Ａの一方の主軸部３５には、モータ（図示省略）の出力軸が直結、つまりカップリングを介して接続される。
【００９０】
これにより、固定スクロール５に対し旋回スクロール２を旋回させることができる。この際、駆動クランク軸３Ａへの供給動力は、回転同期機構４５を介して従動クランク軸３Ｂにも伝達され、三本のクランク軸３が同期回転する。固定スクロール５に対し旋回スクロール２を旋回させると、第一開口６０から流体を吸入し、その流体を旋回ラップ６と固定ラップ５０との間で圧縮しながら、その渦巻きの外端側から内端側へ移動させ、第二開口６１から吐出させることができる。
【００９１】
一方、たとえば膨張機として用いる場合、流体により旋回スクロール２を回転させて、駆動クランク軸３Ａに回転駆動力が与えられる（つまり動力が出力される）。たとえば、駆動クランク軸３Ａには、被動機（膨張機により駆動される機械）の入力軸が直結、つまりカップリングを介して接続される。
【００９２】
そして、流体を第二開口６１から流入させると、流体の力で旋回スクロール２が旋回し、流体は膨張しながら第一開口６０から吐出する。これにより、旋回スクロール２の回転駆動力を、回収動力として駆動クランク軸３Ａから取り出すことができる。なお、この際も、従動クランク軸３Ｂは、回転同期機構４５を介して駆動クランク軸３Ａと同期回転する。
【００９３】
その他、本実施例のスクロール流体機械１は、駆動クランク軸３Ａをモータにより逆方向へ回転させて、流体を第二開口６１から吸入して、第一開口６０へ吐出させて使用してもよい。
【００９４】
このようにして、本実施例のスクロール流体機械１は、圧縮機、膨張機、ブロワ、真空ポンプなどとして用いることができる。なお、圧縮または膨張等させる流体は特に問わず、空気、蒸気、冷媒など、各種の流体に対応することができる。
【００９５】
本実施例のスクロール流体機械１では、旋回スクロール２は、旋回ラップ６をハウジング４の収容穴７内に配置して、収容穴７よりも外側においてハウジング４に旋回可能に保持される。一方、固定スクロール５は、固定ラップ５０をハウジング４の収容穴７内に配置して、ハウジング４の収容穴７を閉じるように、収容穴７のフランジ１５に着脱可能に設けられる。その際、固定スクロール５の端板２０も収容穴７内に収容することで、コンパクトな構成とできる。
【００９６】
このような構成であるから、ハウジング４に対する旋回スクロール２の軸受部を分解することなく、ハウジング４から固定スクロール５を容易に取り外すことができる。これにより、表面処理や素材に起因した部品の交換や再処理、異物の噛み込みの解消、内部の清掃などを容易に行うことができる。たとえば、旋回ラップ６のチップシール２１、固定ラップ５０のチップシール５１、および外周ラップ５２の外部シール５２Ａの交換を容易に行うことができる。
【００９７】
さらに、旋回スクロールベース１８に対し旋回スクロール本体１７を着脱することもできる。この場合、図示例ではハウジング４の上軸受３６での多少の分解が必要になるものの、旋回軸受２９での分解を要することなく、旋回スクロール本体１７を旋回スクロールベース１８から上方へ取り外すことができる。従って、固定スクロール５と同様に、旋回スクロール本体１７のメンテナンスも容易に行うことができる。しかも、両面に旋回ラップ６が設けられた旋回スクロール本体１７を、旋回スクロールベース１８の上方から一気に着脱できるので、メンテナンス時の着脱作業が容易で、作業時間を短縮することができる。
【００９８】
なお、旋回スクロールベース１８に対し旋回スクロール本体１７を着脱可能とする際、ハウジング４の収容穴７を介して、旋回スクロールベース１８に対し旋回スクロール本体１７を着脱可能とすれば一層好ましい。その場合、旋回スクロール本体１７の基板部１６の外径は、ハウジング４の収容穴７の内径、さらには収容穴７のフランジ１５の内径よりも小さく形成される。従って、ハウジング４から固定スクロール５を取り外した後、旋回スクロールベース１８から旋回スクロール本体１７をさらに取り外すことができる。しかも、その作業をハウジング４の収容穴７を介して行うことができ、いずれの軸受部での着脱を伴わないため、作業性が一層向上する。
【００９９】
また、本実施例のスクロール流体機械１によれば、全てのクランク軸３の偏心軸部８において、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３との隙間に円環状の付勢材５７が設けられる。これにより、旋回スクロール２の旋回時に、クランク軸３に対し旋回スクロール２が遠心力により振れても、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３との隙間が埋まるのを抑制して、固定ラップ５０と旋回ラップ６との側面間の隙間Ｙを所望に保つことができる。
【０１００】
たとえば、図２の左半分に示すように、クランク軸３の偏心軸部８が最も左側へ配置された状態では、旋回スクロール２は遠心力により左側に振れ、偏心軸部８の右側周側面では、旋回軸受２９のはめ合い隙間Ｘが埋まるように荷重がかかり、固定ラップ５０と旋回ラップ６とが近接しようとする。ところが、その荷重を付勢材５７が支えることで、旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３との隙間Ｘが埋まるのを抑制して、固定ラップ５０と旋回ラップ６との側面間の隙間Ｙを所望に保つことができる。また、仮に旋回軸受２９の外輪と旋回スクロール２の軸受穴３３との隙間Ｘが完全に埋まるとしても、付勢材５７の作用により衝撃を緩和して、各ラップ５０，６の破損を防止することができる。このような作用を、旋回スクロール２の旋回に伴い、クランク軸３の周方向に沿って順次に連続的に図ることができる。このように、ラップ５０，６間の隙間Ｙを自動調整できるので、各部品の機械加工精度や組立精度を従前よりも緩和できる。さらに、ラップ５０，６間の隙間Ｙが自動調整できるので、スクロール流体機械１の性能を安定させることもできる。
【０１０１】
また、本実施例のスクロール流体機械１によれば、クランク軸３に第一段部３ａと第二段部３ｂとを設け、第一段部３ａを固定スクロール５側への位置決めに用い、第二段部３ｂを旋回スクロール２側への位置決めに用いることで、各クランク軸３の軸方向に対する各スクロール２，５の位置決めが容易となる。言い換えれば、固定スクロール５を保持するハウジング４の下板１２の軸受当て面（下軸受３７の上端面を当接する段付き部）を基準として、各部材を組み立てていくことで、機械的に旋回スクロール２の軸方向位置が定まることになる。しかも、偏心軸部８に設ける旋回軸受２９は、内輪は偏心軸部８に固定されるが、外輪は軸受穴３３に固定されないので、上述したラップ５０，６間の径方向の隙間Ｙの調整機能を阻害することがない。
【０１０２】
本発明のスクロール流体機械１は、前記実施例の構成に限らず適宜変更可能である。特に、（ａ）基板部１６の両面に渦巻き状の旋回ラップ６が設けられた旋回スクロール本体１７が、旋回スクロールベース１８の片面から中央部の受入穴１９に着脱可能に取り付けられて構成される旋回スクロール２と、（ｂ）端板２０の片面に渦巻き状の固定ラップ５０が設けられ、この固定ラップ５０を旋回ラップ６と噛み合わせて、旋回スクロール２を挟むよう設けられる一対の固定スクロール５と、（ｃ）旋回スクロールベース１８の周方向複数箇所に設けられ、旋回スクロールベース１８が旋回軸受２９を介して保持される偏心軸部８を同期して回転させることで、固定スクロール５に対し旋回スクロール２を旋回させる複数のクランク軸３と、を備えるのであれば、その他の構成は適宜に変更可能である。
【０１０３】
たとえば、前記実施例において、固定スクロール５とハウジング４とを一体形成してもよい。具体的には、上板１１と上側の固定スクロール５とを一体形成し、下板１２と下側の固定スクロール５とを一体形成してもよい。
【０１０４】
また、前記実施例において、旋回スクロールベース１８の外周部に、冷却用のフィンを設けてもよい。たとえば、旋回スクロールベース１８の外周面に、周方向等間隔で外方へ延出するフィンを設けてもよい。この際、フィンは、旋回スクロールベース１８に一体形成してもよいし、旋回スクロールベース１８の外周部に重ね合わされて一体化されてもよい。後者の場合、旋回スクロールベース１８とフィンとの密着性を向上するために、両者の間に放熱シートを介在させてもよい。旋回スクロールベース１８にフィンを設けておくことで、旋回スクロール２が旋回した際には、旋回運動により外気との強制対流熱伝達が発生し、旋回スクロール２の冷却が促進される。
【０１０５】
また、旋回スクロールベース１８の外周部に、適宜の溝（たとえば旋回スクロールベース１８の厚さ方向に離隔すると共にそれぞれ旋回スクロールベース１８の周方向へ延出して矩形状溝）を形成することで、フィンと同様の作用効果を持たせてもよい。旋回スクロールベース１８の外周部に多数の溝を周方向に沿って設けることで、伝熱面積を増加して、効果的に空冷を図ることができる。また、矩形状溝とすることで、強度低下も少なく、冷却空気の流れが軸方向ではなく軸と直角方向の流れとなるので、溝に対する空気の流れを阻害することなく、旋回スクロール２の空冷を効率よく行うこともできる。
【０１０６】
また、前記実施例において、固定スクロール５を、特に端板２０において、空冷または水冷してもよい。たとえば、固定スクロール５の端板２０には、固定ラップ５０とは逆側の面またはこれに重ね合わされる部材との間で、通水部を形成するジャケット材を設け、その通水部に水を流通されてもよい。
【０１０７】
また、前記実施例において、旋回スクロールベース１８に旋回スクロール本体１７を取り付けた旋回スクロール２を平面視でみた場合、旋回スクロール２の理想重心位置と、旋回スクロール本体１７の旋回ラップ６の重心位置とが若干異なる場合、旋回スクロールベース１８に適宜のバランス調整用の余肉を設けて、旋回スクロール２の重心位置を調整してもよい。つまり、旋回スクロール本体１７の重心の位置を、旋回スクロールベース１８の側で調整することができる。しかも、旋回スクロールベース１８の外形を拡大することなく、旋回スクロール２全体のバランス取りが可能となる。なお、旋回スクロールベース１８に設けた余肉部に部品コードを表示すれば、部品管理も容易となる。
【０１０８】
また、前記実施例において、旋回ラップ６のチップシール２１、固定ラップ５０のチップシール５１、および外周ラップ５２の外部シール５２Ａの内、いずれか一以上のシールは、その設置を省略してもよい。その場合でも、ハウジング４に対する固定スクロール５の着脱や、旋回スクロールベース１８に対する旋回スクロール本体１７の着脱が容易であるから、内部のメンテナンスを容易に行うことができる。従って、部品の表面処理や素材への対応、異物の噛み込みの解消、内部の清掃などを容易に行うことができる。
【０１０９】
また、前記実施例では、ハウジング４は、平面視において、略矩形状に形成されたが、これに限らず、円形状、三角形状、その他の多角形状とされてもよい。
【０１１０】
また、前記実施例では、ハウジング４の収容穴７にフランジ１５を設けて、そのフランジ１５に固定スクロール５の端板２０の外周部を重ね合わせて取り付けたが、フランジ１５の設置を省略して、ハウジング４の上下面（上板１１の上面、下板１２の下面）に固定スクロール５の端板２０の外周部を重ね合わせて取り付けるようにしてもよい。その場合も、ボルト５３などを用いて、ハウジング４に対し固定スクロール５を着脱可能に構成しておけばよい。
【０１１１】
また、前記実施例では、クランク軸３の本数を三本としたが、四本以上とすることもできる。その場合も、その内の一本を駆動クランク軸３Ａとし、残りを従動クランク軸３Ｂとして、回転同期機構４５を介して同期回転させるのがよい。
【０１１２】
また、前記実施例において、旋回スクロールベース１８の軸受穴３３に、円筒状のガイドリングをはめ込んでもよい。その場合、円環状の付勢材５７は、偏心軸部８の外輪と旋回スクロールベース１８の軸受穴３３との隙間に設置されることに代えて、偏心軸部８の外輪とガイドリングの内穴との隙間に設置される。このようにして、旋回スクロール２とクランク軸３との径方向の位置調整を図ることができる。
【０１１３】
さらに、前記実施例において、偏心軸部８を保持する軸受として、複数の旋回軸受２９を備えたが、この旋回軸受２９同士は、端面同士を重ね合わされる以外に、端面間にアジャスタを介して重ね合わされてもよい。アジャスタは、たとえば、円筒状に形成され、外輪に配置される。このようにして、旋回スクロール２とクランク軸３との軸方向の位置調整を図ることができる。同様に、旋回軸受２９が一つの場合でも、アジャスタを用いて、旋回スクロール２とクランク軸３との軸方向の位置調整を図ることができる。
【符号の説明】
【０１１４】
１  スクロール流体機械
２  旋回スクロール
３  クランク軸（３ａ：第一段部、３ｂ：第二段部）
３Ａ  駆動クランク軸
３Ｂ  従動クランク軸
４  ハウジング
５  固定スクロール
６  旋回ラップ
７  収容穴
８  偏心軸部
９  収容空間
１０  開口部
１５  フランジ
１６  基板部
１７  旋回スクロール本体
１８  旋回スクロールベース
１９  受入穴
２０  端板
２９  旋回軸受
３０  第一の中間材
３１  イモネジ（支持材）
３３  軸受穴
３４  （上側の）主軸部
３５  （下側の）主軸部
３６  上軸受
３７  下軸受
４０  留めリング
４２  第一の留めナット
４５  回転同期機構
４６  タイミングベルト
５０  固定ラップ
５４  第二の中間材
５６  第二の留めナット
５７  付勢材
５８  留めリング
６０  第一開口
６１  第二開口
【要約】
【課題】旋回スクロールのメンテナンスが容易なスクロール流体機械を提供する。
【解決手段】旋回スクロール２は、基板部１６の両面に渦巻き状の旋回ラップ６が設けられた旋回スクロール本体１７が、旋回スクロールベース１８の片面から中央部の受入穴１９に着脱可能に取り付けられて構成される。固定スクロール５は、端板２０の片面に渦巻き状の固定ラップ５０が設けられ、固定ラップ５０を旋回ラップ６と噛み合わせて、旋回スクロール２を挟むよう設けられる。クランク軸３は、旋回スクロールベース１８の周方向複数箇所に設けられ、旋回スクロールベース１８が旋回軸受２９を介して保持される偏心軸部８を同期して回転させることで、固定スクロール５に対し旋回スクロール２を旋回させる。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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