(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる筒状のケーシングと、
該ケーシングの両端側にそれぞれ固定して設けられ表面に渦巻状のラップ部が立設された低圧側、高圧側の固定スクロールと、
該低圧側、高圧側の固定スクロール間に位置して前記ケーシング内に設けられ前記ケーシングの軸線と等しく配置された出力軸を有する電動機と、
前記低圧側、高圧側の固定スクロールと対向するように該電動機の出力軸の両端側に設けられ表面に前記低圧側、高圧側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画成するラップ部が立設された低圧側、高圧側の旋回スクロールと、
前記低圧側の圧縮室から吐出された圧縮空気を高圧側の圧縮室に吸込ませるために該各圧縮室間を連通する連通路とを備え、
前記ケーシングと高圧側の固定スクロールとの間には高圧側の旋回スクロールの裏面側に位置して背圧室を画成し、
前記高圧側のケーシングには、前記連通路を介して前記背圧室に低圧側の圧縮室から吐出された圧縮流体を流入させる圧縮流体流入口を設け、
前記高圧側のケーシングと前記電動機の出力軸との間には、前記背圧室を気密に保持するためのシール部材を設ける構成としてなるスクロール式流体機械において、
前記低圧側の旋回スクロールとケーシングとの間には、前記旋回スクロールの回転バランスを整える低圧側の偏心ブッシュウエイトと前記旋回スクロールの自転を防止する低圧側の自転防止機構とを設け、
前記高圧側の旋回スクロールとケーシングとの間には、前記旋回スクロールの回転バランスを整える高圧側の偏心ブッシュウエイトと前記旋回スクロールの自転を防止する高圧側の自転防止機構とを設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記シール部材は、前記電動機の出力軸の外周側に設けられた環状の凹溝と、該凹溝に収容された弾性リングと、該弾性リングの外周側に設けられた環状のバンド部材とにより構成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記低圧側の偏心ブッシュウエイトと高圧側の偏心ブッシュウエイトとは、前記電動機の出力軸に対して周方向で同一位置に取付ける構成としてなる請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
前記ケーシング、電動機の出力軸、偏心ブッシュウエイトおよび自転防止機構は、低圧側と高圧側で対称に配置する構成としてなる請求項１，２または３に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
前記自転防止機構は、規定の円弧上で転動する球体を有するボールカップリング機構により構成してなる請求項１，２，３または４に記載のスクロール式流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
一般に、低圧側と高圧側の２段階で空気を圧縮する２段式のスクロール式流体機械は、軸方向に延びる筒状のケーシングと、該ケーシングの両端側にそれぞれ固定して設けられ表面に渦巻状のラップ部が立設された低圧側、高圧側の固定スクロールと、該低圧側、高圧側の固定スクロール間に位置して前記ケーシング内に設けられ前記ケーシングの軸線と等しく配置された出力軸を有する電動機と、前記低圧側、高圧側の固定スクロールと対向するように該電動機の出力軸の両端側に設けられ表面に前記低圧側、高圧側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画成するラップ部が立設された低圧側、高圧側の旋回スクロールとにより大略構成されている。また、低圧側の圧縮室と高圧側の圧縮室との間には、低圧側の圧縮室から吐出された圧縮空気を高圧側の圧縮室に吸込ませるために該各圧縮室間を連通する配管等の連通路が設けられている。
【０００３】
ここで、低圧側の旋回スクロールとケーシングとの間には、旋回スクロールの自転を防止すると共に、該旋回スクロールに作用するスラスト荷重を受承する自転防止機構が設けられている。
【０００４】
一方、ケーシングと高圧側の固定スクロールとの間には、高圧側の旋回スクロールの裏面側に位置して背圧室を画成し、この背圧室に低圧側の圧縮室から吐出された圧縮空気を中間圧力として流入させることにより、高圧側の旋回スクロールの圧力バランスをとってスラスト荷重を低減している。このときに、高圧側の旋回スクロールの中央部分は、電動機の出力軸によってスラスト方向に位置決めすることができる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１６４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のスクロール式流体機械では、高圧側の旋回スクロールの外周側に作用するスラスト荷重を受承するための機構が存在しないから、旋回スクロールが変形して圧縮漏れを生じる虞があり、圧縮効率が低下するという問題がある。
【０００７】
そこで、旋回スクロールの変形を抑えるために、鏡板の厚さ寸法を増大して剛性を高めることが考えられるが、この場合には、旋回スクロールが大型化し、その質量も増大するから、スクロール式流体機械の小型化、軽量化の妨げとなっている。
【０００８】
本発明の目的は、高圧側の旋回スクロールを大型化することなく、スラスト方向の変形を防止することにより、小型化、軽量化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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、本発明が採用する構成の特徴は、低圧側の旋回スクロールとケーシングとの間には、旋回スクロールの回転バランスを整える低圧側の偏心ブッシュウエイトと旋回スクロールの自転を防止する低圧側の自転防止機構とを設け、高圧側の旋回スクロールとケーシングとの間には、旋回スクロールの回転バランスを整える高圧側の偏心ブッシュウエイトと旋回スクロールの自転を防止する高圧側の自転防止機構とを設ける構成としたことにある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低圧側と高圧側の旋回スクロールの回転バランスを専用の偏心ブッシュウエイトによって整えることができる。また、各旋回スクロールに作用するスラスト荷重は、専用の自転防止機構によって受承することができる。特に、高圧の圧縮空気によって大きなスラスト荷重が作用する高圧側の旋回スクロールにおいても、剛性を高めるための構造変更等を行うことなく、高圧側の自転防止機構によって鏡板等の変形を防止することができる。これにより、高圧側の旋回スクロールが大型化するのを防止でき、スクロール式流体機械全体を小型化、軽量化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態による２段式のスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１中のシール部材等を示す要部拡大の断面図である。
【図３】低圧側のスクロールを用いて１段式のスクロール式空気圧縮機を構成した状態を示す縦断面図である。
【図４】高圧側のスクロールを用いて１段式のスクロール式空気圧縮機を構成した状態を示す縦断面図である。
【図５】本発明の変形例による低圧側のスクロールを用いた１段式のスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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、低圧側の圧縮部と高圧側の圧縮部とを有する２段式のスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、図１ないし図４に従って詳細に説明する。
【００１３】
図１において、１は本実施の形態による２段式のスクロール式空気圧縮機を示している。このスクロール式空気圧縮機１は、後述のケーシング２、固定スクロール９Ａ，９Ｂ、電動モータ１４、回転軸１７、偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂ、旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂ、自転防止機構３５Ａ，３５Ｂ、シール部材４０等により構成されている。
【００１４】
なお、スクロール式空気圧縮機１は、１段目となる低圧側と２段目となる高圧側とがほぼ同一の構成要素を有しているから、以下の説明では、低圧段側の構成要素に符号「Ａ」を付し、高圧段側の構成要素に符号「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、主に低圧段側の構成要素について説明し、高圧断側の構成要素は、特徴を備えた構成要素についてのみ説明し、その他の構成要素については説明を省略するものとする。
【００１５】
２はスクロール式空気圧縮機１の外枠を形成する筒状のケーシングである。このケーシング２は、図１中の左，右方向に延びる軸線Ｏ1−Ｏ1を中心とする段付円筒体として形成されている。ケーシング２の右，左両端側には、左，右方向で対称となるように軸受取付体３Ａ，３Ｂが設けられている。
【００１６】
低圧段側となる右側に位置する軸受取付体３Ａは、大径筒部４Ａと小径な軸受筒部５Ａとにより二重筒状に形成されている。各筒部４Ａ，５Ａ間には、周方向の複数個所、例えば３箇所にカップリング収容穴６Ａが設けられている。一方、大径筒部４Ａには、空気（大気）が流入する空気流入口７Ａが形成され、該空気流入口７Ａから流入する空気は、後述する固定スクロール９Ａと旋回スクロール２８Ａの外周側の隙間を通じて最外周側の圧縮室３４Ａに供給される。さらに、軸受筒部５Ａのケーシング２側は、縮径されて回転軸挿通孔８Ａとなっている。
【００１７】
ここで、高圧段側となる左側に位置する軸受取付体３Ｂに設けた流入口７Ｂは、後述の連通配管４３を介して背圧室３９に低圧側の圧縮室３４Ａから吐出された圧縮空気を流入させるための圧縮流体流入口としての圧縮空気流入口となっている。
【００１８】
９Ａはケーシング２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で、該固定スクロール９Ａは、中心がケーシング２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１０Ａと、該鏡板１０Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部１１Ａと、鏡板１０Ａの外周側から該ラップ部１１Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部１２Ａとにより大略構成されている。固定スクロール９Ａの鏡板１０Ａには、その中心側（軸線Ｏ1−Ｏ1上）に位置して圧縮空気の流出口１３Ａが設けられている。そして、固定スクロール９Ａは、筒部１２Ａの開口側が軸受取付体３Ａの大径筒部４Ａにボルト等を介して取付けられている。
【００１９】
ここで、高圧段の固定スクロール９Ｂのラップ部１１Ｂは、低圧段，高圧段の旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂが同じ旋回半径をもって旋回動作されることから、低圧側のラップ部１１Ａと同じ渦巻形状に形成され、圧力を高めるために高さ寸法だけが小さく形成されている。
【００２０】
１４はケーシング２内に設けられた電動機としての電動モータである。この電動モータ１４は、ケーシング２の内周側に固定された永久磁石等からなるステータ１５と、該ステータ１５の内周側に回転可能に配設された筒状のロータ１６等とにより構成されている。電動モータ１４は、ステータ１５およびロータ１６の軸線がケーシング２の軸線Ｏ1−Ｏ1と同一軸線上に配置され、この軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として後述の回転軸１７を回転駆動するものである。
【００２１】
１７は電動モータ１４によって回転駆動される出力軸としての回転軸である。この回転軸１７は、軸受取付体３Ａ，３Ｂの軸受筒部５Ａ，５Ｂ内に主軸受１８Ａ，１８Ｂを介して回転可能に支持されている。回転軸１７は、電動モータ１４のロータ１６内に圧入等の手段を用いて嵌合され、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転するものである。
【００２２】
回転軸１７には、左，右方向で対称となる低圧段側の軸端部，高圧段側の軸端部にそれぞれ雌ねじ穴１９Ａ，１９Ｂが形成されている。この雌ねじ穴１９Ａ，１９Ｂは、後述する偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂを取付けるためのボルト２７Ａ，２７Ｂが螺着されるものである。また、雌ねじ穴１９Ａ，１９Ｂは、回転軸１７の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して同じ方向に同じ距離だけ偏心した位置、例えば回転軸１７の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して寸法δだけ偏心した軸線Ｏ2−Ｏ2の位置に配置されている。これにより、雌ねじ穴１９Ａ，１９Ｂにボルト２７Ａ，２７Ｂを用いて取付けられる偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂは、中心からずれたボルト２７Ａ，２７Ｂによって回止め状態で取付けることができ、また回転軸１７に対して周方向で同一位置に取付けることができる。
【００２３】
さらに、回転軸１７のうち、高圧側となる左側には、後述するシール部材４０の一部を構成する環状の凹溝２０が設けられている。この凹溝２０は、高圧側となる軸受取付体３Ｂの回転軸挿通孔８Ｂの内面と対面する位置に配置されている。凹溝２０内には、回転軸挿通孔８Ｂとの間を気密にシールするために、後述の弾性リング４１とバンド部材４２が収容される。
【００２４】
２１Ａは回転軸１７の右端部に設けられた偏心ブッシュウエイトで、該偏心ブッシュウエイト２１Ａは、ケーシング２等の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して寸法δだけ偏心した軸線Ｏ2−Ｏ2上に後述の旋回スクロール２８Ａを配置するものである。そして、偏心ブッシュウエイト２１Ａは、回転軸１７に対して旋回スクロール２８Ａを偏心した位置に配置する偏心部位と、該偏心部位の外周側に設けられた重錘部位とにより構成されている。
【００２５】
偏心ブッシュウエイト２１Ａの偏心部位は、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として電動モータ１４側に配置され回転軸１７が挿嵌される主軸穴２２Ａと、該主軸穴２２Ａから寸法δだけ偏心した軸線Ｏ2−Ｏ2を中心として固定スクロール９Ａ側に配置され後述のワッシャ２６Ａが挿嵌される旋回軸穴２３Ａとを有し、該旋回軸穴２３Ａを取囲むように軸受収容筒２４Ａが突設されている。一方、偏心ブッシュウエイト２１Ａには、主軸穴２２Ａに対する旋回軸穴２３Ａの偏心方向とは反対側に位置してウエイト部２５Ａが設けられている。このウエイト部２５Ａは、旋回スクロール２８Ａと反対側となる電動モータ１４側に延びた円弧状の重錘として形成されている。
【００２６】
偏心ブッシュウエイト２１Ａは、主軸穴２２Ａに回転軸１７の右端部を挿嵌した後、旋回軸穴２３Ａにワッシャ２６Ａを嵌め込み、このワッシャ２６Ａに挿通したボルト２７Ａを回転軸１７の雌ねじ穴１９Ａに螺着する。これにより、偏心ブッシュウエイト２１Ａを回転軸１７に取付けることができる。
【００２７】
なお、低圧段（低圧側）の偏心ブッシュウエイト２１Ａと高圧段（高圧側）の偏心ブッシュウエイト２１Ｂとは、左，右方向で対称に配置され、例えば同一部材とすることで、重心位置Ｇ1，Ｇ2が同一位置であり、ウエイト部２５Ａ，２５Ｂの質量も等しくなっている。しかも、低圧段，高圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂは、回転軸１７に対して周方向で同一位置（同位相ともいう）に取付けられている。
【００２８】
２８Ａは固定スクロール９Ａと対面してケーシング２内に旋回可能に設けられた低圧段の旋回スクロールである。この低圧段の旋回スクロール２８Ａは、略円板状に形成された鏡板２９Ａと、該鏡板２９Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部３０Ａ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２８Ｂも、略円板状に形成された鏡板２９Ｂと渦巻状のラップ部３０Ｂと、前記鏡板２９Ａの背面（ラップ部３０Ａと反対側の面）側に突設された筒状のボス部３１Ａとにより大略構成されている。このボス部３１Ａは、偏心ブッシュウエイト２１Ａの軸受収容筒２４Ａ内に旋回軸受３２Ａを介して取付けられる。
【００２９】
また、旋回スクロール２８Ａの背面の外径側には、後述する自転防止機構３５Ａの第２のスラスト受３７Ａが嵌合して取付けられる取付凹部３３Ａが周方向の複数個所、例えば３箇所（図１中に１個のみ図示）が設けられ、これらの取付凹部３３Ａは、軸受取付体３Ａのカップリング収容穴６Ａと対応する位置に配置されている。
【００３０】
一方、旋回スクロール２８Ａのボス部３１Ａは、その中心が固定スクロール９Ａの中心（軸線Ｏ1−Ｏ1）に対して寸法δだけ径方向に偏心した軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。この状態で、旋回スクロール２８Ａのラップ部３０Ａは、固定スクロール９Ａのラップ部１１Ａと重なり合うように配置され、これらのラップ部２２Ａ，３０Ａの間には、複数個の圧縮室３４Ａが形成されている。
【００３１】
そして、旋回スクロール２８Ａは、後述の電動モータ１４により回転軸１７、偏心ブッシュウエイト２１Ａを介して駆動され、自転防止機構３５Ａによって自転が規制された状態で固定スクロール９Ａに対し旋回動作を行う。これにより、外径側に画成された圧縮室３４Ａは、空気流入口７Ａからの空気を吸込み、この空気を各圧縮室３４Ａ内で連続的に圧縮する。そして、所定圧まで圧縮された空気は、中央側の圧縮室３４Ａから固定スクロール９Ａの流出口１３Ａを介して後述の連通配管４３に吐出される。
【００３２】
ここで、低圧段の旋回スクロール２８Ａと高圧段の旋回スクロール２８Ｂとは、同一形状の偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂによって旋回動作されるものであるから、旋回半径が等しくなっている。しかも、各旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂは、それぞれの質量が等しく、重心位置Ｇ3，Ｇ4がほぼ同一位置となるように形成されている。
【００３３】
具体的には、高圧段の旋回スクロール２８Ｂに設けたラップ部３０Ｂは、低圧段の旋回スクロール２８Ａのラップ部３０Ａと同じ渦巻き形状に形成されているから、中間圧まで圧縮された空気をさらに圧縮するために、高さ寸法が低く形成されている。これに伴ってラップ部３０Ｂの質量が小さくなるから、鏡板２９Ｂの厚さ寸法等を大きくして質量を増やすことで、高圧段の旋回スクロール２８Ｂと低圧段の旋回スクロール２８Ａとを同じ質量にしている。
【００３４】
３５Ａはケーシング２の軸受取付体３Ａと旋回スクロール２８Ａの鏡板２９Ａ背面との間に設けられた複数個、例えば３個の自転防止機構（１個のみ図示）である。これらの自転防止機構３５Ａは、ボールカップリング機構により構成されている。自転防止機構３５Ａは、旋回スクロール２８Ａの自転を防止し、かつスラスト荷重を受承するもので、軸受取付体３Ａのカップリング収容穴６Ａと旋回スクロール２８Ａの取付凹部３３Ａとの間にそれぞれ配設されている。
【００３５】
即ち、ボールカップリング機構からなる自転防止機構３５Ａは、軸受取付体３Ａのカップリング収容穴６Ａの底部に挿嵌された第１のスラスト受３６Ａと、該第１のスラスト受３６Ａと軸方向で対向して旋回スクロール２８Ａの取付凹部３３Ａに挿嵌された第２のスラスト受３７Ａと、第１，第２のスラスト受３６Ａ，３７Ａ間に転動可能に設けられた鋼球等からなる球体３８Ａとを含んで構成されている。
【００３６】
これにより、自転防止機構３５Ａは、各圧縮室３４Ａ内の圧力によって旋回スクロール２８Ａの鏡板２９Ａ等に作用するスラスト荷重を、スラスト受３６Ａ，３７Ａと球体３８Ａを介してケーシング２側に受承させることができる。また、自転防止機構３５Ａは、スラスト受３６Ａ，３７Ａに形成した円形の軌道（図示せず）に沿って球体３８Ａを転動させることにより、旋回スクロール２８Ａの自転を防止している。なお、低圧段の自転防止機構３５Ａと高圧段の自転防止機構３５Ｂとは、同一部材を左，右対称に配置しているものである。
【００３７】
３９は高圧段側で軸受取付体３Ｂと固定スクロール９Ｂとの間に位置して旋回スクロール２８Ｂの裏面側に画成された背圧室である。この背圧室３９は、低圧段の圧縮室３４Ａから吐出された中間圧の圧縮空気を圧縮空気流入口７Ｂを通じて流入させることにより、この圧縮空気によって旋回スクロール２８Ｂを押圧し、スラスト荷重を受承するものである。
【００３８】
４０は高圧段側の軸受取付体３Ｂと回転軸１７との間、即ち、回転軸１７の凹溝２０に設けられたシール部材を示している。このシール部材４０は、背圧室３９内の空気が電動モータ１４内に漏れないように、気密に保持するものである。シール部材４０は、図２に示すように、軸受取付体３Ｂの回転軸挿通孔８Ｂに対応するように回転軸１７に設けた前述の凹溝２０と、該凹溝２０に収容された弾性リング４１と、該弾性リング４１の外周側に設けられた環状のバンド部材４２とにより構成されている。
【００３９】
ここで、弾性リング４１は、バンド部材４２を回転軸挿通孔８Ｂの内面に押付けるもので、Ｏリングと呼ばれる一般的なゴムリングを用いることができる。一方、バンド部材４２は、例えば自己潤滑性を有する樹脂材料からなる帯状体を円環状に丸めて形成され、回転軸挿通孔８Ｂの内面に摺動自在に面接触するものである。
【００４０】
４３は低圧段の圧縮室３４Ａと高圧段の圧縮室３４Ｂとを連通させる連通路としての連通配管である。この連通配管４３は、ケーシング２の外側に位置して低圧段の固定スクロール９Ａと高圧段側の軸受取付体３Ｂとの間に設けられた金属配管等により構成されている。そして、連通配管４３は、上流側の端部が固定スクロール９Ａの流出口１３Ａに接続され、下流側の端部が軸受取付体３Ｂの圧縮空気流入口７Ｂに接続されている。
【００４１】
連通配管４３の途中には、圧縮熱等によって温度上昇した中間圧の圧縮空気を冷やすためのインタクーラ４４が設けられている。このインタクーラ４４は、圧縮熱によって熱膨張した圧縮空気の体積を縮小させることができ、後段の圧縮室３４Ｂによる圧縮効率を高めることができる。
【００４２】
次に、２段式のスクロール式空気圧縮機１を稼働したときの回転バランスの整え方について説明する。
【００４３】
スクロール式空気圧縮機１の重心位置は、全体の中心部となる軸線Ｏ1−Ｏ1上の位置Ｇ0に位置している。この重心位置Ｇ0から偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂの重心位置Ｇ1，Ｇ2までの距離寸法は同じ寸法Ｌ1となっている。さらに、重心位置Ｇ0から旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂの重心位置Ｇ3，Ｇ4までの距離寸法は同じ寸法Ｌ2となっている。
【００４４】
ここで、低圧段の旋回スクロール２８Ａと偏心ブッシュウエイト２１Ａとを回転駆動したときには、旋回スクロール２８Ａの偏心質量Ｍが旋回半径Ｒによる遠心力によって径方向外側に向かうモーメントＦ1を発生する。このモーメントＦ1の大きさは、ＭＲ×Ｌ2で表すことができる。一方、偏心ブッシュウエイト２１Ａの偏心質量ｍが旋回半径ｒによる遠心力によって、旋回スクロール２８ＡのモーメントＦ1と反対方向に向かうモーメントＦ2を発生し、このモーメントＦ2は、ｍｒ×Ｌ1で表すことができる。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、旋回スクロール２８ＡのモーメントＦ1と偏心ブッシュウエイト２１ＡのモーメントＦ2とを等しくし（Ｆ1=Ｆ2）、低圧段側のバランスを整えるようにしている。
【００４６】
同様に、高圧段側でも、旋回スクロール２８ＢのモーメントＦ1と偏心ブッシュウエイト２１ＢのモーメントＦ2とを等しくすることにより、高圧段側のバランスを整えることができる。
【００４７】
一般的に、２段式のスクロール式空気圧縮機１は、３個の偏心質量によって回転バランスを整えることができる。これに対し、本実施の形態では、低圧側と高圧側でそれぞれ２個の偏心質量を設け、合計で４個設ける構成としている。この構成は、後述するように低圧段または高圧段のいずれかを省略することで１段式のスクロール式空気圧縮機５１，６１を形成する場合に、１個の偏心質量を加えるだけで、容易に回転バランスを整えられる構成となっている。
【００４８】
次に、２段式のスクロール式空気圧縮機１の構成部材を利用し、１段式のスクロール式空気圧縮機５１を製造する場合について説明する（図３参照）。この１段式のスクロール式空気圧縮機５１は、高圧段のスクロール９Ｂ，２８Ｂを省略することにより、低圧段のスクロール９Ａ，２８Ａだけを備えている。
【００４９】
スクロール式空気圧縮機５１は、高圧段側の軸受取付体３Ｂに低圧段の固定スクロール９Ａを取付け、この固定スクロール９Ａに対面するように旋回スクロール２８Ａを偏心ブッシュウエイト２１Ｂに取付ける。一方、低圧段側では、取外した軸受取付体３Ａに代えて段付筒状の蓋体５２を取付け、軸受５３によって回転軸１７を支持する。さらに、回転軸１７の右端部にバランスウエイト５４を取付けることにより、１段式のスクロール式空気圧縮機５１を製造することができる。なお、背圧室３９は大気圧となるために、回転軸１７のシール部材４０は省略されている。
【００５０】
ここで、１段式のスクロール式空気圧縮機５１を稼働したときの回転バランスの整え方について説明する。
【００５１】
スクロール式空気圧縮機５１の重心位置は、全体の中心部となる軸線Ｏ1−Ｏ1上の位置Ｇ5となっている。この重心位置Ｇ5から偏心ブッシュウエイト２１Ｂの重心位置Ｇ2までの距離寸法は寸法Ｌ3となっている。重心位置Ｇ5から旋回スクロール２８Ａの重心位置Ｇ3までの距離寸法は寸法Ｌ4となっている。さらに、重心位置Ｇ5からバランスウエイト５４の重心位置Ｇ6までの距離寸法は寸法Ｌ5となっている。
【００５２】
ここで、旋回スクロール２８Ａと偏心ブッシュウエイト２１Ｂとを回転駆動したときには、旋回スクロール２８Ａの偏心質量Ｍが旋回半径Ｒによる遠心力によって径方向外側に向かうモーメントＦ3を発生する。このモーメントＦ3の大きさは、ＭＲ×Ｌ4で表すことができる。一方、偏心ブッシュウエイト２１Ｂの偏心質量ｍが旋回半径ｒによる遠心力によって、旋回スクロール２８ＡのモーメントＦ1と反対方向に向かうモーメントＦ4を発生し、このモーメントＦ4は、ｍｒ×Ｌ3で表すことができる。
【００５３】
さらに、バランスウエイト５４の偏心質量Ｍ′が旋回半径Ｒ′による遠心力によって、旋回スクロール２８ＡのモーメントＦ3と同じ方向（偏心ブッシュウエイト２１ＢのモーメントＦ4と反対方向）に向かうモーメントＦ5を発生し、このモーメントＦ5は、Ｍ′Ｒ′×Ｌ5で表すことができる。ここで、バランスウエイト５４の重心位置Ｇ6は、重心位置Ｇ5から大きく離れているから、偏心質量Ｍ′を小さく設定でき、蓋体５２をコンパクトに形成することができる。
【００５４】
この１段式のスクロール式空気圧縮機５１は、旋回スクロール２８ＡのモーメントＦ3と偏心ブッシュウエイト２１ＡのモーメントＦ4とバランスウエイト５４のモーメントＦ5とを下記数１の関係に設定している。
【００５５】
【数１】
0005681019.tif 000002
【００５６】
これにより、２段式のスクロール式空気圧縮機１の構成部材を利用し、１段式のスクロール式空気圧縮機５１を製造することができる。しかも、バランスウエイト５４によって稼働時の回転バランスを整えることができる。
【００５７】
次に、低圧段のスクロール９Ａ，２８Ａを省略することにより、高圧段のスクロール９Ｂ，２８Ｂだけを備えた１段式のスクロール式空気圧縮機６１を製造する場合について説明する（図４参照）。
【００５８】
スクロール式空気圧縮機６１は、取外した軸受取付体３Ａに代えて前述した蓋体５２と軸受５３を取付ける。この上で、回転軸１７の右端部には、スクロール式空気圧縮機６１に専用のバランスウエイト６２を取付けることにより製造することができる。なお、スクロール式空気圧縮機６１の回転バランスの整え方については、スクロール式空気圧縮機５１とほぼ同様であるので省略するものとする。
【００５９】
本実施の形態による２段式のスクロール式空気圧縮機１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。
【００６０】
まず、電動モータ１４のステータ１５側に通電してロータ１６を回転駆動すると、回転軸１７が軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転する。この回転軸１７と一緒に各偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂが回転し、旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂを寸法δの旋回半径で旋回動作させる。これにより、低圧段側では、ケーシング２の軸受取付体３Ａの外周側に設けた空気流入口７Ａから外気を吸込みつつ、この空気を低圧段の固定スクロール９Ａと旋回スクロール２８Ａとの間の各圧縮室３４Ａ内で順次圧縮する。そして、該各圧縮室３４Ａ内で圧縮された圧縮空気は、固定スクロール９Ａの中心部に設けた流出口１３Ａから連通配管４３内に吐出される。
【００６１】
一方、高圧段側では、連通配管４３から供給される中間圧の圧縮空気を軸受取付体３Ｂの圧縮空気流入口７Ｂに流入させ、この圧縮空気を背圧室３９を介して高圧段の固定スクロール９Ｂと旋回スクロール２８Ｂとの間の各圧縮室３４Ｂ内で順次圧縮する。そして、該各圧縮室３４Ｂ内でさらに圧縮された高圧な圧縮空気は、固定スクロール９Ｂの中心部に設けた流出口１３Ｂ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。
【００６２】
ここで、電動モータ１４によって各旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂを旋回動作させたときには、該各旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂが回転中心から偏心していることで、径方向外側に向かうモーメントＦ1を発生する。しかし、各旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂに対応するように、偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂを設けているから、この偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂによる逆方向のモーメントＦ2によって各旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂをバランスよく旋回動作させることができる。
【００６３】
また、圧縮運転時には、圧縮室３４Ａ，３４Ｂ内の圧力が旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂを電動モータ１４側に押圧する（スラスト荷重）。これに対し、それぞれの旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂの裏面側に設けたボールカップリング機構からなる自転防止機構３５Ａ，３５Ｂは、旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂに作用するスラスト方向の荷重を受承することで、鏡板２９Ａ，２９Ｂ等の変形を抑えて圧縮漏れを防止することができる。
【００６４】
かくして、本実施の形態によれば、２段式のスクロール式空気圧縮機１において、低圧段の旋回スクロール２８Ａとケーシング２との間に低圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ａと自転防止機構３５Ａを設け、高圧段の旋回スクロール２８Ｂとケーシング２との間に高圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ｂと自転防止機構３５Ｂを設ける構成としている。
【００６５】
従って、低圧段の旋回スクロール２８Ａの回転バランスを専用の偏心ブッシュウエイト２１Ａによって整えることができ、高圧段の旋回スクロール２８Ｂの回転バランスを専用の偏心ブッシュウエイト２１Ｂによって整えることができる。また、圧縮室３４Ａ，３４Ｂ内の圧縮空気によって旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂに作用するスラスト荷重は、自転防止機構３５Ａ，３５Ｂによって受承することができる。特に、高圧の圧縮空気によって大きなスラスト荷重が作用する高圧段の旋回スクロール２８Ｂにおいても、鏡板２９Ｂを厚くするなどの剛性を高めるための構造変更等を行うことなく、自転防止機構３５Ｂによって鏡板２９Ｂ等の変形を防止することができる。
【００６６】
この結果、高圧段の旋回スクロール２８Ｂを大型化することなく、鏡板２９Ｂ等のスラスト方向の変形を防止することができるから、スクロール式空気圧縮機１全体を小型化、軽量化することができる。
【００６７】
しかも、低圧段，高圧段の旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂに対応する偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂを設けているから、例えば、低圧段、高圧段のいずれか一方のスクロールを取外し、この部分に蓋体５２、軸受５３、バランスウエイト５４，６２等を取付けるだけで、１段式のスクロール式空気圧縮機５１，６１を形成できる。これにより、多くの部分を共通化することで、１段式のスクロール式空気圧縮機５１，６１を簡単に、また安価に製造することができる。
【００６８】
また、回転軸１７には、軸受取付体３Ｂとの間にシール部材４０を設けているから、背圧室３９を気密に保持することができる。このシール部材４０は、弾性リング４１によって自己潤滑性を有する樹脂材料からなる環状のバンド部材４２を回転軸挿通孔８Ｂの内面に押付ける構成としている。これにより、背圧室３９の圧力を安定的に維持しつつ、軸受取付体３Ｂとの間の摩擦抵抗を小さくすることができ、圧縮効率を高めることができる。
【００６９】
一方、低圧段，高圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂは、それぞれ回転軸１７の周方向で同一位置に配置している。これにより、低圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ａと高圧段の偏心ブッシュウエイト２１Ｂとは、回転軸１７に対し同様の周方向位置に同様の取付構造で取付けることができ、誤組付けの抑止、生産性の向上等を図ることができる。
【００７０】
スクロール式空気圧縮機１では、ケーシング２、回転軸１７、偏心ブッシュウエイト２１Ａ，２１Ｂおよび自転防止機構３５Ａ，３５Ｂを低圧段と高圧段で対称に配置しているから、これらは同様の作業で容易に組立てることができる。また、低圧段と高圧段で共通の部品として用いることもできる。
【００７１】
さらに、自転防止機構３５Ａ，３５Ｂを、ボールカップリング機構によって形成しているから、旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂを円滑に旋回動作させることができ、球体３８Ａ，３８Ｂを介してスラスト荷重を受承することができる。
【００７２】
なお、実施の形態では、高圧段のスクロール９Ｂ，２８Ｂを省略し、この位置に低圧段のスクロール９Ａ，２８Ａを付け替えることにより１段式のスクロール式空気圧縮機５１を構成している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図５に示す変形例による１段式のスクロール式空気圧縮機７１のように構成してもよい。即ち、スクロール式空気圧縮機７１は、高圧段側の軸受取付体３Ｂに代えて蓋体５２と軸受５３を取付ける。この上で、回転軸１７の左端部には、スクロール式空気圧縮機７１に専用のバランスウエイト７２を取付けることにより製造することができる。このスクロール式空気圧縮機７１では、発熱源となるブラシ周りをスクロール９Ａ，９Ｂから遠ざけることができる。
【００７３】
また、実施の形態では、電動機として、各部品を適宜に組付ける形式のブラシ式の電動モータ１４を例に挙げて図示した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば、組立て済みのブラシ式の電動モータ、ブラシレスの電動モータ等を電動機として用いる構成としてもよい。
【００７４】
また、実施の形態では、低圧段，高圧段の旋回スクロール２８Ａ，２８Ｂは、同じ旋回半径、同じ質量に形成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、低圧段，高圧段の旋回スクロールの旋回半径、質量を異ならせる構成としてもよい。これは、各旋回スクロールに専用の偏心ブッシュウエイトを設けているために可能になるものである。
【００７５】
さらに、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１，５１，６１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。
【００７６】
次に、上記実施の形態に含まれる発明について述べる。即ち、本発明では、シール部材は、電動機の出力軸の外周側に設けられた環状の凹溝と、該凹溝に収容された弾性リングと、該弾性リングの外周側に設けられた環状のバンド部材とにより構成している。これにより、シール部材によってケーシングと出力軸との間を気密に保持でき、背圧室の圧力を安定的に維持することができる。しかも、バンド部材は、出力軸挿通孔の内面に対して摺動自在に面接触することができるから、ケーシングと出力軸との間の摩擦抵抗を小さくすることができ、圧縮効率を高めることができる。
【００７７】
また、本発明によると、低圧側の偏心ブッシュウエイトと高圧側の偏心ブッシュウエイトとは、電動機の出力軸に対して周方向で同一位置に取付ける構成としている。これにより、低圧側の偏心ブッシュウエイトと高圧側の偏心ブッシュウエイトとは、出力軸に対し同様の周方向位置に同様の取付構造で取付けることができ、誤組付けの抑止、生産性の向上等を図ることができる。
【００７８】
本発明によると、ケーシング、電動機の出力軸、偏心ブッシュウエイトおよび自転防止機構は、低圧側と高圧側で対称に配置する構成としている。これにより、低圧側と高圧側で対称に配置されたケーシング、電動機の出力軸、偏心ブッシュウエイトおよび自転防止機構は、同様の作業で容易に組立てることができる。また、低圧側と高圧側で共通の部品として用いることもできる。
【００７９】
本発明によると、自転防止機構は、規定の円弧上で転動する球体を有するボールカップリング機構により構成している。これにより、自転防止機構は、旋回スクロールを円滑に旋回動作させることができ、球体を介してスラスト荷重を受承することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  ２段式のスクロール式空気圧縮機（スクロール式流体機械）
２  ケーシング
３Ａ，３Ｂ  軸受取付体
７Ａ  空気流入口
７Ｂ  圧縮空気流入口（圧縮流体流入口）
９Ａ，９Ｂ  固定スクロール
１０Ａ，１０Ｂ，２９Ａ，２９Ｂ  鏡板
１１Ａ，１１Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ  ラップ部
１３Ａ，１３Ｂ  流出口
１４  電動モータ（電動機）
１７  回転軸（出力軸）
２０  凹溝
２１Ａ，２１Ｂ  偏心ブッシュウエイト
２５Ａ，２５Ｂ  ウエイト部
２８Ａ，２８Ｂ  旋回スクロール
３４Ａ，３４Ｂ  圧縮室
３５Ａ，３５Ｂ  自転防止機構
３８Ａ，３８Ｂ  球体
３９  背圧室
４０  シール部材
４１  弾性リング
４２  バンド部材
４３  連通配管（連通路）
５１，６１  １段式のスクロール式空気圧縮機
Ｏ1−Ｏ1  ケーシングの軸線
Ｏ2−Ｏ2  旋回軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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