(57)【要約】【課題】熱膨張、熱収縮の影響に起因する性能の低下、およびスクロールのラップ部と鏡板の接触による破損等を防ぎ、かつ安定した性能のスクロール流体機械を提供すること。【解決手段】ヒータ１５によって固定フレーム２、旋回スクロール１またはモータフレーム１４を加熱し低温運転状態を防止することで、スラスト隙間Ｈの減少を抑制し、スクロールラップ部と鏡板との接触、破損を回避でき、かつスラスト隙間の初期設定を小さくすることが可能となる。【選択図】図１
2008002367.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、及び前記モータを収納するモータフレームを配置し、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空気を吸入し、前記圧縮室内で連続的に空気を圧縮し、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空気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、前記固定フレームに加熱手段を設けることを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
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、及び前記モータを収納するモータフレームを配置し、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空気を吸入し、前記圧縮室内で連続的に空気を圧縮し、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空気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、前記モータフレームに加熱手段を設けることを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項３】
加熱手段はモータフレーム内のモータステータとする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
加熱手段は電熱式ヒータとする請求項１、または２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
加熱手段の作動条件を固定フレームの外郭温度が０℃以下時作動、５℃以上時停止とする請求項１から４いずれか１項に記載のスクロール式流体機械。
【請求項６】
スクロール式流体機械の起動条件を固定フレームの外郭温度が０℃以上時とし、かつ起動と同時に加熱手段の作動を停止する請求項１から５いずれか１項に記載のスクロール式流体機械。
【請求項７】
固定フレームに外郭温度計測手段を設けることを特徴とする請求項１から６いずれか１項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において、特に旋回スクロールの自転防止機構として補助クランクを設けるように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、例えば無給油型のスクロール式流体機械の場合、旋回スクロールの自転を防止するために補助クランク機構が広く採用されている。前記補助クランク機構の旋回スクロール側、固定フレーム側にはそれぞれ玉軸受が配設され回転可能に支持し、各スクロールの鏡板とラップ部先端との間には干渉を防止する目的でスラスト隙間が設けられるが、このスラスト隙間より各圧縮室の圧縮流体が漏れ出し圧縮効率の低下に大きな影響を与えている。このため圧縮効率を向上させるためにスラスト隙間を小さく押えることが重要なポイントになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
材質は、遠心力を小さく、かつ熱放熱性向上、および軽量化を図るため旋回スクロール、固定フレームにはアルミ材で、また補助クランクピンは強度を維持するため鋼材で構成されているのが一般的である。
【０００４】
図５は、特許文献１に記載された従来のスクロール式流体機械の補助クランク機構部の詳細を示すものである。図５に示すように旋回スクロール１、固定フレーム２を連結する補助クランクピン３および旋回スクロール側玉軸受４、固定フレーム側軸受５より構成されている。また、それぞれのクランク機構部の前記玉軸受３５端面と固定フレーム側の玉軸受用穴端面の間にスラスト隙間を調整するスペーサ６が挿入されている。これにより、スラスト隙間を小さく抑えることができる。
【特許文献１】特開平１１−２４７７７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の構成では、旋回スクロール、固定フレームがアルミ材で、補助クランク材が鋼材であり、それぞれの熱膨張率が大きく異なるため組立時に設定したスラスト隙間の数値が温度により変化する。低温時にはスラスト隙間が小さくなり、運転開始時スクロールラップ部と鏡板が接触破損する恐れがある。また、高温時にはスラスト隙間が増大し性能低下するので流量確保のために回転数をアップさせる必要があり、結果遠心力、入力、および騒音の増大等の可能性が生じる。
【０００６】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、温度変化によるスラスト隙間の変化を抑え、高温時スラスト隙間拡大による性能の低下、および低温時のスクロールのラップ部と鏡板の接触を防ぎ、かつ安定した性能のスクロール流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明のスクロール流体機械は、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、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を介して旋回可能に設けられた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、旋回スク
ロールの自転運動を防止するために旋回スクロールと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、及びモータを収納するモータフレームを配置し、このモータが駆動軸を回転させることにより、旋回スクロールを旋回運動させて圧縮室の容積を連続的に変化させることで、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空気を吸入し、圧縮室内で連続的に空気を圧縮し、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空気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、固定フレームに加熱手段を設けるものである。
【０００８】
これにより、低温運転時においても、本体を加熱することでスラスト隙間減少によるスクロールラップ部と鏡板との接触破損を防止でき、かつスラスト隙間を小さく設定することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のスクロール流体機械は、低温運転時においても、本体を加熱することでスラスト隙間減少によるスクロールラップ部と鏡板との接触破損を防止し、かつスラスト隙間を小さく設定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
請求項１に記載の本発明は、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、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を介して旋回可能に設けられた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、旋回スクロールの自転運動を防止するために旋回スクロールと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、及びモータを収納するモータフレームを配置し、このモータが駆動軸を回転させることにより、旋回スクロールを旋回運動させて圧縮室の容積を連続的に変化させることで、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空気を吸入し、圧縮室内で連続的に空気を圧縮し、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空気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、固定フレームに加熱手段を設けるものである。この構成によれば、低温雰囲気運転時においても、固定フレームから本体を加熱することで、スラスト隙間減少によるスクロールラップ部と鏡板との接触破損を防止でき、かつスラスト隙間を小さく設定することが可能となる。
【００１１】
請求項２に記載の本発明は、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、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を介して旋回可能に設けられた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、旋回スクロールの自転運動を防止するために旋回スクロールと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、及びモータを収納するモータフレームを配置し、このモータが駆動軸を回転させることにより、旋回スクロールを旋回運動させて圧縮室の容積を連続的に変化させることで、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空気を吸入し、圧縮室内で連続的に空気を圧縮し、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空気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、モータフレームに加熱手段を設けるものである。この構成によれば、低温雰囲気運転時においても、モータフレームから本体を加熱することで、スラスト隙間減少によるスクロールラップ部と鏡板との接触破損を防止でき、かつスラスト隙間を小さく設定することが可能となる。
【００１２】
請求項３に記載の本発明は、特に請求項２の発明のモータフレームに設けた加熱手段をモータステータとするものである。この構成によれば、加熱手段をモータステータで代用することで、省コスト、省スペースが可能となる。
【００１３】
請求項４に記載の本発明は、特に請求項１、または２のいずれか１つの発明の加熱手段を電熱式ヒータとするものである。この構成によれば、熱膨張差によるスラスト隙間の減少を防止し、低温雰囲気運転時においても安定した性能を確保することができる。
【００１４】
請求項５に記載の本発明は、特に請求項１〜４のいずれか１つの発明の加熱手段において作動条件を固定フレームの外郭温度が０℃以下時作動、５℃以上時停止とするものである。この構成によれば、作動温度を限定することにより、不必要な入力増加を抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項６に記載の本発明は、特に請求項１〜５のいずれか１つの発明のスクロール式流体機械本体において、起動条件を固定フレームの外郭温度が０℃以上時とし、かつ起動と同時に加熱手段の作動を停止するものである。この構成によれば、本体起動条件を制限することで、低温起動時スラスト隙間小による、運転開始時スクロールラップ部と鏡板が接触破損するリスクを回避でき、かつ本体起動と同時に加熱手段が停止することで、入力増加を抑制することが可能となる。
【００１６】
請求項７に記載の本発明は、特に請求項１〜６のいずれか1つの発明の固定フレームに温度外郭温度計測手段を設けるものである。この構成によれば、より正確な温度制御が可能となり、スラスト隙間の変動を防止することができる。
【００１７】
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。
【００１８】
（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流体機械の断面図を示すものである。
また図２は、本発明の実施の形態１におけるスクロール流体機械の圧縮機構部位を拡大表示するものである。図１、図２において、図５の従来のスクロール流体機械と同じ構成要素については同じ符号を使い、説明を省略する。
【００１９】
図１において、固定フレーム２と、その固定フレーム２の中心部に主軸玉軸受７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８と、固定フレーム２内に位置して駆動軸８のクランク部に鏡板に設けられた偏心軸玉軸受９を介して旋回可能に設けられた鏡板にラップ部が立設された旋回スクロール１と、その旋回スクロール１に対向して固定フレーム２の他端側に設けられた鏡板に旋回スクロール１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１０と、旋回スクロール１の自転運動を防止するために旋回スクロール１と固定フレーム２との間には、クランクピン３、旋回スクロール側玉軸受４、固定フレーム側玉軸受５によって構成された補助クランク機構部Ａとを備え、固定フレーム２の反圧縮室側にロータ１１、ステータ１２とでなるモータ１３、及びモータ１３を収納するモータフレーム１４を配置し、固定フレーム２内にはヒータ１５が内蔵される。
【００２０】
また図２に示すように、旋回スクロール１と固定スクロール１０のラップ先端には組立時にスラスト隙間Ｈが設定される。
【００２１】
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。
【００２２】
スクロール式流体機械を構成する旋回スクロール１、および固定フレーム２などアルミ材の部品は熱膨張が大きく、補助クランク機構Ａのクランクピン３など鋼材からなる部品は熱膨張が小さい。
【００２３】
固定フレーム２は熱時、熱膨張を起こし固定スクロール１０を押し上げようとする。また旋回スクロール１を支持しているクランクピン３も熱膨張し旋回スクロール１を押し上げようとするが、鋼材はアルミ材よりも熱膨張係数が小さいため、熱膨張の量に差異が生じ、旋回スクロール１と固定スクロール１０のラップ先端に存在するスラスト隙間Ｈは拡大方向に作用する。逆に低温時においては固定フレーム２の熱収縮により、固定スクロール１０が旋回スクロール１側に下がるためスラスト隙間Ｈは縮小方向に作用する。固定フレーム２内のヒータ１５によって固定フレーム２、旋回スクロール１を加熱し低温運転状態を防止することで、スラスト隙間Ｈの減少を抑制が可能となり、スクロールラップ部と鏡板との接触破損を回避でき、かつスラスト隙間の初期設定を小さくすることが可能となる。
【００２４】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるスクロール流体機械の断面図を示すものである。
【００２５】
図３のスクロール流体機械は実施の形態１におけるスクロール流体機械のヒータ１５をモータフレーム１４に取り付けるものである。この構成により実施の形態１のスクロール流体機械と同様な効果を得ることができる。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態２において、ヒータ１５をモータフレーム１４内に設置したモータ１３のステータ１２とするものである。この構成により実施の形態２のスクロール流体機械と同様な効果を得ることができ、かつ省コスト、省スペースが可能となる。
【００２７】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態１、実施の形態２において、ヒータ１５を電熱式とするものである。この構成により実施の形態１のスクロール流体機械と同様な効果を得ることができる。
【００２８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態１〜実施の形態４において、ヒータ１５の作動条件を固定フレーム２の外郭温度が０℃以下時作動、５℃以上時停止とするものである。
【００２９】
運転時において固定フレーム２の外郭温度が０〜５℃前後からスラスト隙間の狭小化が進行する傾向にあるため（図４参照）、この条件時にヒータ１５を作動させることで、この実施の形態１〜実施の形態４のスクロール流体機械と同様な効果を得ることができ、かつ
作動条件の制限により入力増加の抑制が可能となる。
【００３０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態１〜実施の形態５において、スクロール式流体機械本体の起動条件を固定フレーム２の外郭温度が０℃以上時とし、かつ起動と同時にヒータ１５の作動を停止するものである。この構成によれば、低温起動時スラスト隙間小による、運転開始時スクロールラップ部と鏡板との接触破損を回避でき、かつ本体起動と同時にヒータ１５が停止することで、入力増加の抑制が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
以上のように、本発明にかかるスクロール式流体機械は、温度変化によるスラスト隙間の変化を抑え温度上昇による性能の低下、および低温時のスクロールのラップ部と鏡板の接触を防ぎ、かつ安定した性能を供給できるので流体送風機、空気圧縮の用途への適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるスクロール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流体機械の断面の部分拡大図
【図３】本発明の実施の形態２におけるスクロール流体機械の総断面図
【図４】固定フレーム外郭温度とスラスト隙間の相関を示すグラフ
【図５】従来のスクロール流体機械の部分拡大断面図
【符号の説明】
【００３３】
１  旋回スクロール
２  固定フレーム
３  クランクピン
４  旋回スクロール側玉軸受
５  固定フレーム側玉軸受
６  スペーサ
７  主軸玉軸受
８  駆動軸
９  偏心軸玉軸受
１０  固定スクロール
１１  ロータ
１２  ステータ
１３  モータ
１４  モータフレーム
１５  ヒータ
【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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