(57)【要約】【課題】固定スクロールと旋回スクロールのラップ部先端と鏡板の接触を防止し、高い信頼性を実現したスクロール式流体機械を提供すること。【解決手段】固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間と、スクロール式流体機械の外部が連通し、スクロール式流体機械の外部からこの空間内への流体の流れを調整する圧力調整弁を設け、吸入閉塞や旋回スクロールが逆転した場合でもこの空間内の減圧を防止し、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部先端と鏡板の接触を防止し、高信頼性を実現することができる。【選択図】図６
2008002313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定フレームとその固定フレームの中心部に転がり軸受けを介して回転可能に設けられ、先端がクランク部となった駆動軸と、前記固定フレーム内に位置してその駆動軸のクランク部に鏡板に設けられた軸受けを介して旋回可能に設けられた前記鏡板にラップ部が立設された旋回スクロールと、その旋回スクロールに対向して前記固定フレームの他端側に設けられた鏡板に旋回スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を形成するラップが立設された固定スクロールと、前記旋回スクロールの自転運動を防止するために前記旋回スクロールと前期固定フレームとの間に設けられた補助クランク機構部とを備え、固定フレームの反圧縮室側にモータを配置し、このモータが前記駆動軸を回転させることにより、前記旋回スクロールを旋回運動させて前記圧縮室の容積を連続的に変化させることで、前記固定スクロールに設けられた吸入口から吸入ポートを経て流体を吸入し、前記圧縮室内で連続的に流体を圧縮し、前記固定スクロールに設けられた吐出ポートから吐出口を経て流体を吐出する行程を繰り返すスクロール式流体機械であって、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間と、スクロール式流体機械の外部が連通し、スクロール式流体機械の外部からこの空間内への流体の流れを調整する圧力調整弁を設けてなるスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記圧力調整弁を前記吸入ポートと連通させてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記圧力調整弁を前記吐出ポートと連通させてなる請求項２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
前記圧力調整弁を吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室と連通させてなる請求項１から請求項３に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
前記圧力調整弁をボールとコイルばねで構成してなる請求項１から請求項４に記載のスクロール式流体機械。
【請求項６】
前記圧力調整弁を板ばねで構成してなる請求項１から請求項５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、流体の圧縮、膨張および圧送を行なうスクロール式流体機械、特に固定スクロールに対して、旋回スクロールの回転阻止機構を有したスクロール式流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のオイルレススクロール式流体機械の構成は図８に示すように、固定スクロール１が固定スクロールラップ部２、固定スクロール鏡板３、及び吸入口４を備えたケーシング５と一体形状になっており、フレーム６に固定支持されている。旋回スクロール７は旋回スクロールラップ部８、旋回スクロール鏡板９、及び旋回スクロールボス部１０と一体形状になっており、旋回スクロールラップ部８は固定スクロールラップ部２に対して噛み合い、密閉空間が作られるようになっている。固定スクロール鏡板３および旋回スクロール鏡板９に自己潤滑性摺動板１１が設置されている。また、固定スクロールラップ部２および旋回スクロールラップ部８の先端にはチップシール１２が設置されている。更に旋回スクロール鏡板９とボス部１０は、軸受１３を介して駆動軸１４より所定量偏心した偏心駆動軸１５に、回転自在に支持されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０６−３３０８７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、吸入口が閉塞した場合や、旋回スクロールを通常の圧縮運転とは逆旋回させた場合において、前記固定スクロールと前記旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間の圧力がスクロール式流体機械の外部の圧力より低くなり、旋回スクロールが固定スクロールに強く吸い寄せられ、固定スクロール鏡板および旋回スクロール鏡板に設置している自己潤滑性摺動板と、固定スクロールラップ部および旋回スクロールラップ部の先端に設置されているチップシールが強く接触し、チップシールが異常磨耗し、スクロール式流体機械の信頼性を低下させる可能性があった。特に、スクロール式流体機械を燃料電池のスタックへの送気用として使用する場合、チップシールの異常磨耗によって発生する磨耗粉がスタックの流路に堆積し、発電効率を低下させる恐れがあるという課題を有していた。
【０００４】
また、チップシールを設けない場合においても、旋回スクロールが固定スクロールに強く吸い寄せられ、固定スクロール鏡板および旋回スクロール鏡板と、固定スクロールラップ部および旋回スクロールラップ部の先端が強く接触し、表面処理の剥離や焼き付きが発生する恐れがあるという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高信頼性を実現できるスクロール式流体機械の提供を目的とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール式流体機械は、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間と、スクロール式流体機械の外部が連通し、スクロール式流体機械の外部からこの空間内への流体の流れを調整する圧力調整弁を設けたものである。
【０００７】
これによって、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間内の圧力をスクロール式流体機械の外部の圧力以上に保ち、減圧による旋回スクロールの固
定スクロールへの吸付き力を抑えることで、旋回スクロールと固定スクロールの接触を抑制し、接触による旋回スクロールと固定スクロールの摩耗や焼き付きを防ぐことが可能となる。
【０００８】
よって、スクロール式流体機械の信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスクロール式流体機械は、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間内の圧力をスクロール式流体機械の外部の圧力以上に保ち、旋回スクロールと固定スクロールの接触による摩耗や焼き付きを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第１の発明は、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間と、スクロール式流体機械の外部が連通し、スクロール式流体機械の外部からこの空間内への流体の流れを調整する圧力調整弁を設けることで、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板およびラップで囲まれた空間内の圧力をスクロール式流体機械の外部の圧力以上に保ち、減圧による旋回スクロールの固定スクロールへの吸付き力を抑え、旋回スクロールと固定スクロールの接触を抑制することで、旋回スクロールと固定スクロールの摩耗や焼き付きを防ぐことが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明は、圧力調整弁を吸入ポートと連通するように設置することで、旋回スクロールが正回転している場合において、吸入口が閉塞したときの吸入ポート内で発生する減圧を抑え、旋回スクロールと固定スクロールの摩耗や焼き付きを効果的に抑制することが可能となり、信頼性を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明は、圧力調整弁を吐出ポートと連通するように設置することで、旋回スクロールを逆旋回させたときに発生する吐出ポート内の流体の膨張により発生する減圧を抑え、旋回スクロールと固定スクロールの摩耗や焼き付きをさらに効果的に防ぐことが可能となり、信頼性をさらに向上させることができる。
【００１３】
第４の発明は、圧力調整弁を吐出ポートに加えて、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室と連通する場所に設置することで、旋回スクロールを逆旋回させたときに発生する、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室内の流体の膨張により発生する減圧を抑え、旋回スクロールと固定スクロールの摩耗や焼き付きを効果的に防ぐことが可能となり、信頼性をさらに向上させることができる。
【００１４】
第５の発明は、圧力調整弁をボールとコイルばねで構成することで、圧力調整弁を小型に構成することが可能となり、圧力調整弁の設置場所の自由度を増すことができる。
【００１５】
第６の発明は、圧力調整弁を板ばねで構成することで、圧力調整弁の部品点数を減らし、連通穴の加工が容易になるため、低コスト化が可能となる。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械の縦断面図を示している。図２は、本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図を示している。また、図３は、本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械のボールとばねで構成される圧力調整弁２８の縦断面図を示している。図４は、本発明の実施
の形態１におけるスクロール式流体機械の板ばね３８で構成される圧力調整弁２８の縦断面図を示している。
【００１８】
本実施の形態においては、モータケーシング１６内に電動機の固定子１７が固定されており、駆動軸１４に電動機の回転子１８が固定されている。駆動軸１４の先端はクランク状になり旋回スクロール７の鏡板中心に旋回スクロール玉軸受け１９を介して回転可能に接合されている。また、駆動軸１４は固定フレーム２０にある主玉軸受け２１と、副玉軸受け固定プレート２２に設けられた副玉軸受け２３でもって回転自在に支持されている。
【００１９】
前記旋回スクロール７の鏡板にはラップ部８が立設され、その旋回スクロール７に対向して前記固定フレーム２０の他端側に設けられた鏡板部３にその旋回スクロールラップ部８との間で複数の圧縮室２４を形成するラップ部２が立設された固定スクロール１がある。固定スクロール１の外周部には吸入ポート２５と吸入口４を設けており、中心部には吐出ポート２６と吐出口２７を設けている。吐出口２７は図示しない圧縮流体を必要とする機器に接続されている。また、吸入ポート２５に圧力調整弁２８を設けている。
【００２０】
前記旋回スクロール７の自転運動を防止するために旋回スクロール７と固定フレーム２０の間に補助クランク機構部２９が設置されている。この補助クランク機構部２９には少なくとも３個以上の補助クランク３０（１個のみ図示）が旋回スクロール７側に設置された旋回スクロール側玉軸受け３１と固定フレーム２０側に設置された固定フレーム側玉軸受け３２により回転自在に設置されている。固定フレーム２０と固定スクロール１の間にリング状のスペーサ３３が挿入されボルト等で固定されている。
【００２１】
固定スクロール１、旋回スクロール７および固定フレーム２０はアルミ材で構成されおり、スペーサ３３および補助クランク３０は鉄材で構成されている。
【００２２】
以上のように構成されたスクロール式流体機械について、以下その動作、作用を説明する。
【００２３】
まず、図示しない電源部から入力された電流を得て、回転子１８と固定子１７の間の磁気作用により回転子１８は回転トルクを得て回転運動を行い、回転子１８と一体となった駆動軸１４を回転させる。駆動軸１４が回転すると補助クランク機構部２９により自転防止されながら旋回スクロール７が公転し、旋回スクロールラップ部８と固定スクロールラップ部２に囲まれた圧縮室２４が形成される。
【００２４】
同時に、吸入口４から吸入ポート２５を経て、圧縮室２４に流体が吸入される。旋回スクロール７が公転すると、圧縮室２４の容積が連続的に変化し、吸入された流体が圧縮され、吐出ポート２６を経て吐出口２７より流体が吐出される。
【００２５】
かかる構成によれば、旋回スクロール７は固定フレーム側玉軸受け３２を介して固定フレーム２０に設置されており、旋回スクロール側玉軸受け３１、および固定フレーム側玉軸受け３２の内輪の軸方向隙間分は軸方向に移動可能である。
【００２６】
大気圧の流体を吸入口４から吸入し、圧縮室２４で圧縮して大気圧以上の高圧で流体を吐出する場合、旋回スクロール７は大気圧以上となる流体のガス力で常時反固定スクロール１側へ押し付けられて運転されるため、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３は接触することなく運転可能である。
【００２７】
しかし、吸入口４が閉塞した場合、吸入ポート２５内の圧力が大気圧より低くなり、旋
回スクロール７が固定スクロール１側へ吸い寄せられる。スクロールラップ部先端の隙間が玉軸受内輪の軸方向隙間よりも小さい場合は、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３が接触し磨耗することで、スクロールラップ部先端の軸方向隙間が大きくなり、流体の漏れによる性能低下や磨耗粉の発生、焼き付きが発生する。
【００２８】
図３に示す圧力調整弁２８を設けることで、吸入ポート２５内の圧力を大気圧以上に保ち、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３の接触を防止する。
【００２９】
圧力調整弁２８は、固定スクロール鏡板３に途中がテーパ形状の貫通穴３４を設けており、この中に設置されたボール３５とコイルばね３６と台座３７によって構成されている。台座３７は中心部に貫通穴を設けており、固定スクロール鏡板３にねじ止め、圧入などの手段で固定されている。
【００３０】
吸入ポート２５内の圧力が大気圧以上の場合、ボール３５のコイルばね３６側の圧力が反コイルばね３６側の圧力である大気圧より大きくなるため、ボール３５は反コイルばね３６側へ押えつけられ、貫通穴３４のテーパ形状の部分とボール３５の外周面が密着することでシール作用を果たす。逆に吸入ポート２５内の圧力が大気圧より低くなった場合、ボール３５のコイルばね３６側の圧力が反コイルばね３６側の圧力である大気圧より小さくなるため、ボール３５はコイルばね３６側へ押えつけられ、コイルばね３６を縮めて貫通穴３４のテーパ形状の部分とボール３５の外周面が離れ、ここから大気圧の流体を流入させ、吸入ポート２５内の圧力を大気圧に回復させる。
【００３１】
図３に示した構造の場合、貫通穴３４の内部にボール３５とコイルばね３６を内蔵するため、圧力調整弁２８を小型に構成することが可能となり、設置場所の自由度を増すことができる。図４に示す構造の場合、ボール３５とコイルばね３６に換えてを板ばね３８で構成している。板ばね３８は固定スクロール１にねじ３９で固定している。よって、圧力調整弁２８の部品点数を減らすことができる。同時に、貫通穴３４のテーパ加工の必要がないため、加工の容易性が向上し、低コスト化が可能となる。
【００３２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図を示している。
【００３３】
本実施の形態においては、吐出ポート２６に圧力調整弁２８を設けている。
【００３４】
実施の形態２におけるスクロール式流体機械の動作、および圧力調整弁２８の動作は、実施の形態１と同様である。
【００３５】
大気圧の流体を吸入口４から吸入し、圧縮室２４で圧縮して大気圧以上の高圧で流体を吐出する場合は、旋回スクロール７は大気圧以上となる流体のガス力で常時反固定スクロール１側へ押し付けられて運転するため、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３は接触することなく運転可能である。
【００３６】
しかし、吐出口２７から流体を吸入し、吸入口４から吐出するような場合、すなわち駆動軸１４を逆回転させたとき、吐出口２７に接続される機器に圧力損失がある場合には、吐出ポート２６内の圧力が大気圧より低くなってしまう。
【００３７】
そのため、旋回スクロール７が固定スクロール１側へ吸い寄せられる。スクロールラップ部先端の隙間が玉軸受内輪の軸方向隙間よりも小さい場合は、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３が接触し、スクロールラップ部先端の軸方向隙間が大きくなり、流体の漏れによる性能低下や磨耗粉の発生、焼き付きが発生するが、図３もしくは図４に示す圧力調整弁２８を設けることで、吐出ポート２６内の圧力を大気圧以上に保ち、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３の接触を防止する。
【００３８】
また、圧力調整弁２８は吐出ポート２６に加えて、吸入ポート２５にも設けて良い。
【００３９】
（実施の形態３）
図６および図７は、本実施の形態３におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面を示している。
【００４０】
本実施の形態においては、圧力調整弁２８を吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室と連通する場所に設置している。
【００４１】
図６は旋回スクロール７の外側で閉じ込んだ流体の、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室の状態を示している。
【００４２】
図７は旋回スクロール７の内側で閉じ込んだ流体の、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室の状態を示している。
【００４３】
本実施の形態において、圧力調整弁２８は、固定スクロール鏡板３に途中がテーパ形状の貫通穴３４を設けており、この中に設置されたボール３５とコイルばね３６と台座３７によって構成されている。台座３７は中心部に貫通穴を設けてあり、固定スクロール鏡板３にねじ止め、圧入などの手段で固定されており、旋回スクロールラップ部８の幅よりも直径の小さい台座３７の内径の圧力調整弁２８を固定スクロールラップ部２に隣接させて、固定スクロール鏡板３に２箇所設置している。
【００４４】
実施の形態３におけるスクロール式流体機械の動作、および圧力調整弁２８の動作は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
大気圧の流体を吸入口４から吸入し、圧縮室２４で圧縮して大気圧以上の高圧で流体を吐出する場合は、旋回スクロール７は大気圧以上となる流体のガス力で常時反固定スクロール１側へ押し付けられて運転するため、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３は接触することなく運転可能である。
【００４６】
しかし、吐出口２７から流体を吸入し、吸入口４から吐出するような場合、すなわち駆動軸１４を逆回転させた場合は、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の圧縮室２４内に閉じ込められている流体を膨張させるため、吸入完了直後から吐出開始直前までの間の圧縮室２４内の流体の圧力が吸入圧力である大気圧より低くなってしまう。
【００４７】
そのため、旋回スクロール７が固定スクロール１側へ吸い寄せられる。スクロールラップ部先端の隙間が玉軸受内輪の軸方向隙間よりも小さい場合は、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３が接触し、スクロールラップ部先端の軸方向隙間が大きくなり、流体の漏れによる性能低下や磨耗粉の発生、焼き付きが発生するが、図６もしくは図７に示す圧力調整弁
２８を２箇所に設けることで、旋回スクロール７の外側で閉じ込んだ流体の吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室４０においても、旋回スクロール７の内側で閉じ込んだ流体の吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室４１においても、双方同時に吸入完了直後から吐出開始直前までの間の圧縮室２４内の流体の圧力を大気圧以上に保ち、固定スクロール鏡板９と固定スクロールラップ部２先端、もしくは旋回スクロールラップ部８先端と固定スクロール鏡板３の接触を防止する。
【００４８】
また、圧力調整弁２８は吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室と連通する場所に加えて、吐出ポート２６や吸入ポート２５にも設けて良い。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかるスクロール式流体機械は、高い信頼性を確保できるため、流体送風機、流体圧縮の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械のボールとばねで構成される圧力調整弁の縦断面図
【図４】本発明の実施の形態１におけるスクロール式流体機械の板ばねで構成される圧力調整弁の縦断面図
【図５】本発明の実施の形態２におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図
【図６】本実施の形態３におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図
【図７】本実施の形態３におけるスクロール式流体機械の圧縮機構部の横断面図
【図８】従来のクロール式流体機械の縦断面図
【符号の説明】
【００５１】
１  固定スクロール
２  固定スクロールラップ部
３  固定スクロール鏡板
４  吸入口
５  ケーシング
６  フレーム
７  旋回スクロール
８  旋回スクロールラップ部
９  旋回スクロール鏡板
１０  旋回スクロールボス部
１１  自己潤滑性摺動板
１２  チップシール
１３  軸受
１４  駆動軸
１５  偏心駆動軸
１６  モータケーシング
１７  固定子
１８  回転子
１９  旋回スクロール玉軸受
２０  固定フレーム
２１  主玉軸受け
２２  副玉軸受固定プレート
２３  副玉軸受け
２４  圧縮室
２５  吸入ポート
２６  吐出ポート
２７  吐出口
２８  圧力調整弁
２９  補助クランク機構部
３０  補助クランク
３１  旋回スクロール側玉軸受け
３２  固定フレーム側玉軸受け
３３  スペーサ
３４  貫通穴
３５  ボール
３６  コイルばね
３７  台座
３８  板ばね
３９  ねじ
４０  旋回スクロールの外側で閉じ込んだ流体の吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室
４１  旋回スクロールの内側で閉じ込んだ流体の吸入完了直後から吐出開始直前までの間の気室
【図１】
2008002313.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008002313.tif 000007
【図６】
2008002313.tif 000008
【図７】
2008002313.tif 000009
【図８】
2008002313.tif 000010