(57)【要約】【課題】高圧側の圧縮室から圧縮流体が外部に漏洩するのを防止し、圧縮効率を向上する。【解決手段】ケーシング１の軸受取付筒部３Ｂと高圧側の固定スクロール４Ｂとの間には、旋回スクロール１９Ｂの裏面側に位置して背圧室２５を画成し、この背圧室２５には低圧側の圧縮室２３Ａから圧縮空気を流入させる構成とする。これにより、背圧室２５は、圧縮室２３Ａによって旋回スクロール１９Ｂに作用するスラスト荷重を受承し、圧縮室２３Ａの気密性を高めて圧縮効率を向上する。また、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間から圧縮空気が漏洩したとしても、この圧縮空気は、背圧室２５に流入するだけで外部に漏洩しないから、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間のシール部材を廃止し、旋回スクロール１９Ｂ等を小径化することができる。【選択図】　　　　図１
2004116471.tif 000002
【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鏡板の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に対して偏心して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、鏡板の表面に前記低圧側，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が立設された低圧側，高圧側の旋回スクロールとを備え、
前記低圧側の圧縮室から吐出された圧縮空気は、高圧側の圧縮室に吸込ませる構成としてなるスクロール式流体機械において
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鏡板の裏面側に位置して背圧室を画成し、
前記ケーシング、高圧側の固定スクロール、高圧側の旋回スクロールのうち少なくともいずれかの部材には、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】
前記背圧室を前記電動機側に対して気密にシールするシール部材と、前記背圧室を前記ケーシングと高圧側の固定スクロールとの外側に対して気密にシールするシール部材とを設ける構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記ケーシングまたは高圧側の固定スクロールには前記背圧室との間で圧縮流体を循環して流通させる循環経路を設け、該循環経路の途中には流通する圧縮流体を冷却する冷却手段を設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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気圧縮機等として好適に用いられるスクロール式流体機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに設けられ、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板に前記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旋回スクロールとを備えている。
【０００３】
このスクロール式流体機械は、外部から駆動軸を回転駆動し、旋回スクロールを固定スクロールに対して一定の偏心寸法をもって旋回運動させることにより、固定スクロールの外周側に設けた吸込口から空気等を吸込みつつ、この空気を前記各圧縮室内で順次圧縮し、固定スクロールの中心部に設けた吐出口から圧縮空気として外部に向け吐出する。
【０００４】
また、スクロール式流体機械には、圧縮空気量を増大するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１３４９２号公報
【０００６】
このようなスクロール式流体機械においては、ケーシングの軸方向に離間して第１，第２の固定スクロールを設け、これら各固定スクロール間には、ケーシング内に位置して電動機を配設している。また、ケーシング内には、電動機のロータ内に固着された筒状の回転軸と、該回転軸の内周側に回転可能に偏心して支持された旋回軸とを設け、該旋回軸の両端側には、第１，第２の固定スクロールとそれぞれ対向して第１，第２の旋回スクロールを設ける構成としている。
【０００７】
そして、このようなスクロール式流体機械は、電動機を駆動してロータを回転すると、この回転によって回転軸は回転運動を行ない、該回転軸内の旋回軸は旋回運動を行なう。これにより、旋回軸に設けられた第１，第２の旋回スクロールは第１，第２の固定スクロールに対して旋回動作し、吸込んだ空気を圧縮室内で順次圧縮する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１によるスクロール式流体機械は、２段圧縮機として用いる場合があり、この場合には、第１，第２の固定スクロールのうち低圧側となる固定スクロールの吐出口と高圧側となる固定スクロールの吸込口とを接続する流体経路を設け、低圧側の固定スクロールと旋回スクロールとの間で圧縮した圧縮空気を、さらに高圧側の固定スクロールと旋回スクロールとの間に導くことにより、２段階で圧縮した高圧な圧縮空気をタンク等に貯えるものである。
【０００９】
しかし、このような２段のスクロール圧縮機を用いる構成とした場合、高圧側の圧縮室内では最外周側の圧縮室が大気圧よりも高い圧力となっているので、最外周側の圧縮室から圧縮空気が外部に漏洩する虞れがあり、圧縮効率を向上できないという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、高圧側の圧縮室から圧縮流体が外部に漏洩するのを防止でき、圧縮効率を向上することが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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による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鏡板の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に対して偏心して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、鏡板の表面に前記低圧側，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が立設された低圧側，高圧側の旋回スクロールとを備え、前記低圧側の圧縮室から吐出された圧縮空気は、高圧側の圧縮室に吸込ませる構成としている。
【００１２】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、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鏡板の裏面側に位置して背圧室を画成し、ケーシング、高圧側の固定スクロール、高圧側の旋回スクロールのうち少なくともいずれかの部材には、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る構成としたことにある。
【００１３】
このように構成したことにより、低圧側の圧縮室から吐出された圧縮流体は高圧側の圧縮室に供給され、また圧縮流体流入口から背圧室に流入する。そして、背圧室は、流入した圧縮流体によって圧縮室から旋回スクロールに作用するスラスト荷重を受承し、圧縮室の気密性を向上する。しかも、固定スクロールと旋回スクロールとの間から漏れ出た圧縮空気は、密閉された背圧室に流入するから、この圧縮空気が電動機側や外部に漏洩するのを防止することができる。
【００１４】
請求項２の発明によると、背圧室を電動機側に対して気密にシールするシール部材と、背圧室をケーシングと高圧側の固定スクロールとの外側に対して気密にシールするシール部材とを設ける構成としたことにある。
【００１５】
このように構成したことにより、背圧室を電動機側に対して気密にシールするシール部材は、背圧室内の圧縮流体が電動機側に漏洩するのを防止する。また、背圧室をケーシングと高圧側の固定スクロールとの外側に対して気密にシールするシール部材は、ケーシングと固定スクロールと隙間から背圧室内の圧縮流体が外側に漏洩するのを防止する。
【００１６】
請求項３の発明によると、ケーシングまたは高圧側の固定スクロールには背圧室との間で圧縮流体を循環して流通させる循環経路を設け、該循環経路の途中には流通する圧縮流体を冷却する冷却手段を設ける構成としたことにある。
【００１７】
このように構成したことにより、背圧室に流入した圧縮流体の一部は、循環経路に流入し、該循環経路と背圧室との間を循環流通する。そして、冷却手段は、循環経路を流通する圧縮流体を冷却する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１９】
まず、図１および図２は本発明の第１の実施の形態を示している。１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、軸線Ｏ１−Ｏ１を有するケーシング本体２と、該ケーシング本体２の両端側に固着された低圧側，高圧側の軸受取付筒部３Ａ，３Ｂとにより構成されている。そして、低圧側の軸受取付筒部３Ａは環状部３Ａ１と筒部３Ａ２とにより構成されている。また、高圧側の軸受取付筒部３Ｂは環状部３Ｂ１と筒部３Ｂ２とにより構成され、前記筒部３Ｂ２の先端部には後述のシール部材２６が取付けられるシール取付溝３Ｂ３が形成されている。
【００２０】
４Ａ，４Ｂはケーシング１の両端側にそれぞれ固定的に設けられた低圧側，高圧側の固定スクロールで、低圧側の固定スクロール４Ａは、略円板状に形成され中心がケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と一致するように配設された鏡板５Ａと、該鏡板５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部６Ａと、前記鏡板５Ａの外周側から該ラップ部６Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部７Ａと、該筒部７Ａの外周側から径方向外向きに突出したフランジ部８Ａとにより構成されている。
【００２１】
そして、低圧側の固定スクロール４Ａは、フランジ部８Ａが低圧側の軸受取付筒部３Ａの筒部３Ａ２開口端にボルト止め等の手段によって一体的に取付けられている。また、固定スクロール４Ａには、その外周側に位置して外気を吸込む低圧側の吸込口９Ａが設けられ、鏡板５Ａの中央には後述する低圧側の圧縮室２３Ａから圧縮空気を吐出する低圧側の吐出口１０Ａが設けられている。
【００２２】
一方、高圧側の固定スクロール４Ｂは、低圧側の固定スクロール４Ａとほぼ同様に、鏡板５Ｂ、ラップ部６Ｂ、筒部７Ｂおよびフランジ部８Ｂ、高圧側の吸込口９Ｂおよび高圧側の吐出口１０Ｂによって構成されている。ここで、高圧側の吸込口９Ｂは、後述の導入通路２９と共に背圧室２５に圧縮空気を流入する圧縮流体流入口を構成している。
【００２３】
１１は固定スクロール４Ａ，４Ｂ間に位置してケーシング１のケーシング本体２内に設けられた電動機で、該電動機１１は、ケーシング本体２の内周側に固定的に設けられたステータ１２と、該ステータ１２の内周側に回転可能に配設されたロータ１３とによって大略構成されている。また、ステータ１２の軸線とロータ１３の軸線はケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と同一軸線上に配置されている。そして、電動機１１は、ロータ１３を回転することにより後述の回転軸１４を駆動するものである。
【００２４】
１４はロータ１３の内周側に一体的に固着され、後述の旋回軸１７と共に出力軸を構成する回転軸で、該回転軸１４は、中空軸体として形成され、両端側が低圧側の軸受取付筒部３Ａの環状部３Ａ１と高圧側の軸受取付筒部３Ｂの環状部３Ｂ１とに軸受１５，１６を介して回転可能に支持されている。
【００２５】
１７は後述の旋回スクロール１９Ａ，１９Ｂ間に設けられた旋回軸で、該旋回軸１７は、中実な円柱体として形成され、軸線Ｏ１−Ｏ１から寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ２−Ｏ２上に配置されている。そして、旋回軸１７は、両端側が回転軸１４の両端側に軸受１８を介して回転可能に支持され、該回転軸１４と共に電動機１１の出力軸を構成している。
【００２６】
１９Ａ，１９Ｂは低圧側，高圧側の固定スクロール４Ａ，４Ｂと対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた低圧側，高圧側の旋回スクロールで、低圧側の旋回スクロール１９Ａは、低圧側の固定スクロール４Ａと共に低圧側の空気圧縮部を構成している。そして、低圧側の旋回スクロール１９Ａは、固定スクロール４Ａ，４Ｂと同様に、鏡板２０Ａと、該鏡板２０Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２１Ａ等とによって構成されている。
【００２７】
また、旋回スクロール１９Ａには、その背面中央に位置してボス部２２Ａが突設され、該ボス部２２Ａ内には、旋回軸１７がボルト止め等により一体的に取付けられている。さらに、旋回スクロール１９Ａは、ラップ部２１Ａが固定スクロール４Ａのラップ部６Ａと所定角度（例えば１８０度）だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部６Ａ，２１Ａ間には複数の圧縮室２３Ａが画成されている。
【００２８】
一方、高圧側の旋回スクロール１９Ｂは、高圧側の固定スクロール４Ｂと共に高圧側の空気圧縮部を構成している。そして、高圧側の旋回スクロール１９Ｂは、低圧側の旋回スクロール１９Ａとほぼ同様に、鏡板２０Ｂ、ラップ部２１Ｂおよびボス部２２Ｂによって大略構成され、このボス部２２Ｂ内には旋回軸１７がボルト止め等の手段により固定して取付けられている。また、高圧側の旋回スクロール１９Ｂは、高圧側の固定スクロール４Ｂとの間で複数の圧縮室２３Ｂを画成している。
【００２９】
２４は低圧側の固定スクロール４Ａと高圧側の固定スクロール４Ｂとの間に設けられた圧縮空気配管で、該圧縮空気配管２４は、一端が低圧側の固定スクロール４Ａの吐出口１０Ａに接続され、他端が高圧側の固定スクロール４Ｂの吸込口９Ｂに接続されている。これにより、圧縮空気配管２４は、低圧側の圧縮室２３Ａから吐出される圧縮空気を高圧側の圧縮室２３Ｂに向けて流通するものである。
【００３０】
次に、２５は高圧側の軸受取付筒部３Ｂと固定スクロール４Ｂとの間に位置して旋回スクロール１９Ｂの鏡板２０Ｂの裏面側に画成された背圧室で、該背圧室２５は、低圧側の圧縮室２３Ａで圧縮された空気が圧縮空気配管２４等を介して流入する空間をなしている。また、背圧室２５は、後述するシール部材２６，２７，２８により外側や電動機１１側に対して密閉されている。
【００３１】
そして、背圧室２５は、流入した圧縮空気によって高圧側の旋回スクロール１９Ｂを裏面側から押圧することにより、圧縮室２３Ｂから該旋回スクロール１９Ｂに作用するスラスト荷重を受承し、圧縮室２３Ｂの気密性を高めるものである。
【００３２】
さらに、背圧室２５は、高圧側の固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間から圧縮空気が漏れ出たときに、この圧縮空気を流入させて外部に漏洩するのを防止することもできる。これにより、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの摺動部位に設けられていたシール部材を廃止することができる。
【００３３】
２６は高圧側の軸受取付筒部３Ｂと高圧側の固定スクロール４Ｂとの間に設けられたシール部材で、該シール部材２６は、断面円形状のＯリングとして形成されている。そして、シール部材２６は、軸受取付筒部３Ｂのシール取付溝３Ｂ３に取付けられ、固定スクロール４Ｂのフランジ部８Ｂとの間を気密にシールすることにより、背圧室２５内の圧縮空気がケーシング１、固定スクロール４Ｂの外側に漏洩するのを防止するものである。
【００３４】
２７は高圧側の軸受取付筒部３Ｂと電動機１１の回転軸１４との間に設けられたシール部材で、該シール部材２７は、その外周側が軸受取付筒部３Ｂの内周面に取付けられている。また、シール部材２７の内周側は回転軸１４の回転を許しつつ、該回転軸１４との間を気密にシールしている。
【００３５】
また、２８は電動機１１の回転軸１４と旋回軸１７との間に設けられたシール部材で、該シール部材２８は、その外周側が回転軸１４の内周面に取付けられている。また、シール部材２８の内周側は旋回軸１７の回転を許しつつ、該旋回軸１７との間を気密にシールしている。
【００３６】
このようにシール部材２７，２８は、背圧室２５内の圧縮空気が軸受取付筒部３Ｂと回転軸１４との間、回転軸１４と旋回軸１７との間に形成される隙間から電動機１１側に漏洩するのを防止するものである。
【００３７】
２９は高圧側の固定スクロール４Ｂに設けられ、前述した高圧側の吸込口９Ｂと共に圧縮流体流入口を構成する導入通路で、該導入通路２９は、一端が吸込口９Ｂに連通し、他端が背圧室２５に連通するようにフランジ部８Ｂの表面に溝状に形成されている。そして、導入通路２９は、圧縮空気配管２４、吸込口９Ｂを介して供給される圧縮空気を背圧室２５に導くものである。
【００３８】
この導入通路２９は、圧縮室２３Ｂの外周側のフランジ部８Ｂに溝状に形成すればよいため、固定スクロール４Ｂの鋳造時またはダイキャスト成形時に予め設けておくことができ、容易に形成することができる。
【００３９】
なお、３０は低圧側の軸受取付筒部３Ａと低圧側の旋回スクロール１９Ａとの間に設けられた複数の補助クランク（図１中に図示）で、該補助クランク３０は、旋回スクロール１９Ａ，１９Ｂの自転を防止するものである。
【００４０】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は、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。
【００４１】
まず、電動機１１によって回転軸１４を回転すると、該回転軸１４内で旋回軸１７が軸線Ｏ１−Ｏ１を中心として寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行なう。これにより、旋回軸１７に取付けられた旋回スクロール１９Ａ，１９Ｂは、固定スクロール４Ａ，４Ｂに対して旋回運動する。
【００４２】
そして、低圧側の旋回スクロール１９Ａは、低圧側の固定スクロール４Ａとの間に形成した圧縮室２３Ａに吸込口９Ａから空気を吸込むことにより、この空気を旋回スクロール１９Ａが旋回運動する間に順次圧縮し、吐出口１０Ａから圧縮空気配管２４内に吐出する。
【００４３】
また、高圧側の旋回スクロール１９Ｂも、低圧側と同様に、高圧側の固定スクロール４Ｂとの間に圧縮室２３Ｂを形成する。これにより、低圧側の圧縮室２３Ａから圧縮空気配管２４を介して吸込口９Ｂに供給された圧縮空気を、複数の圧縮室２３Ｂ内でさらに圧縮し、高圧の圧縮空気を吐出口１０Ｂから外部の空気タンク（図示せず）等に吐出する。
【００４４】
このときに、高圧側の吸込口９Ｂに流入する圧縮空気の一部は、導入通路２９を通って背圧室２５に流入する。そして、背圧室２５に流入した圧縮空気は、圧縮室２３Ｂから高圧側の旋回スクロール１９Ｂに作用するスラスト荷重を受承し、圧縮室２３Ｂの気密性を維持する。しかも、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間から圧縮空気が漏れ出たとしても、この圧縮空気は、背圧室２５に流入するだけで外側や電動機１１側に漏洩することはない。従って、低圧側の空気圧縮部から供給される圧縮空気を高圧側の空気圧縮部で効率よく圧縮することができる。
【００４５】
かくして、本実施の形態によれば、高圧側の軸受取付筒部３Ｂと高圧側の固定スクロール４Ｂとの間には、旋回スクロール１９Ｂの裏面側に位置して背圧室２５を画成し、該背圧室２５には低圧側の圧縮室２３Ａから供給される圧縮空気を吸込口９Ｂ、導入通路２９を介して流入させる構成としている。従って、圧縮室２３Ｂ内の圧力によって旋回スクロール１９Ｂが固定スクロール４Ｂから軸方向に離間しようとしても、背圧室２５は、流入した圧縮空気によりこのときのスラスト荷重を受承することができ、圧縮室２３Ｂの気密性を維持して圧縮効率を向上することができる。
【００４６】
しかも、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間から圧縮空気が漏れ出たとしても、この圧縮空気は、背圧室２５に流入するだけで外部に漏洩することはない。これにより、固定スクロール４Ｂと旋回スクロール１９Ｂとの間にシール部材を設ける必要がなくなるため、シール部材を廃止した分だけ旋回スクロール１９Ｂを小径化することができる。
【００４７】
この結果、旋回スクロール１９Ｂの小径化に伴なってスクロール式空気圧縮機全体を小型化することができる。また、旋回スクロール１９Ｂの重量も軽減することができるから、軸受１６，１８等の負荷を軽減して、これらの耐久性を向上することができる。
【００４８】
また、シール部材２６は、背圧室２５内の圧縮空気がケーシング１、固定スクロール４Ｂの外側に漏洩するのを防止でき、シール部材２７，２８は、背圧室２５内の圧縮空気が電動機１１側に漏洩するのを防止できる。これにより、背圧室２５の密閉性を確実なものにすることができ、圧縮効率をより一層向上することができる。
【００４９】
さらに、シール部材２７，２８は、旋回スクロールに設けられていたシール部材に比較して小径化することができるから、シールライン（シールを必要とする長さ寸法）を短くすることができ、圧縮空気の漏れに対する信頼性を向上することができる。
【００５０】
次に、図３および図４は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ケーシングまたは高圧側の固定スクロールには背圧室との間で圧縮流体を循環して流通させる循環経路を設け、該循環経路の途中には流通する圧縮流体を冷却する冷却手段を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５１】
３１は本実施の形態によるケーシング、３２Ｂは該ケーシング３１に固着された高圧側の軸受取付筒部で、該軸受取付筒部３２Ｂは、第１の実施の形態による高圧側の軸受取付筒部３Ｂとほぼ同様に、環状部３２Ｂ１と筒部３２Ｂ２とから有底筒状に形成され、筒部３２Ｂ２の先端部にはシール取付溝３２Ｂ３が形成されている。また、筒部３２Ｂ２には、後述の圧縮空気流入口４７と圧縮空気流出口４９とが設けられている。
【００５２】
３３は軸受取付筒部３２Ｂの中央側に設けられた摺接リングで、該摺接リング３３は、薄肉な環状円板として形成され、環状部３２Ｂ１に嵌着、圧入、ねじ止め等の手段を用いて気密に取付けられている。また、摺接リング３３は、後述の摺接シール４６が摺接するものである。
【００５３】
３４Ｂはケーシング３１の軸受取付筒部３２Ｂに固定的に設けられた本実施の形態による高圧側の固定スクロールで、該固定スクロール３４Ｂは、第１の実施の形態による高圧側の固定スクロール４Ｂとほぼ同様に、鏡板３５Ｂ、ラップ部３６Ｂ、筒部３７Ｂ、フランジ部３８Ｂによって大略構成されている。しかし、本実施の形態による固定スクロール３４Ｂは、第１の実施の形態で設けられていた吸込口と導入通路が廃止されている点で、第１の実施の形態による固定スクロール４Ｂと相違している。
【００５４】
３９Ｂは高圧側の固定スクロール３４Ｂと対向してケーシング３１内に旋回可能に設けられた本実施の形態による高圧側の旋回スクロールで、該旋回スクロール３９Ｂは、第１の実施の形態による高圧側の旋回スクロール１９Ｂとほぼ同様に、鏡板４０Ｂ、ラップ部４１Ｂ、ボス部４２Ｂによって大略構成されている。しかし、本実施の形態による高圧側の旋回スクロール３９Ｂは、ボス部４２Ｂの先端部に後述する摺接シール４６が取付けられるシール取付溝４３Ｂが形成されている点で、第１の実施の形態による旋回スクロール１９Ｂと相違している。
【００５５】
ここで、高圧側の旋回スクロール３９Ｂは、固定スクロール３４Ｂとの間に高圧側の圧縮室４４Ｂを複数画成している。そして、旋回スクロール３９Ｂは、そのボス部４２Ｂ内に旋回軸１７の端部を挿嵌した状態で該旋回軸１７にボルト止めされている。
【００５６】
４５は高圧側の軸受取付筒部３２Ｂと固定スクロール３４Ｂとの間に位置して旋回スクロール３９Ｂの鏡板４０Ｂの裏面側に画成された背圧室で、該背圧室４５は、低圧側の圧縮室２３Ａで圧縮された空気が後述の圧縮空気配管５０等を介して流入する空間を形成している。また、背圧室４５は、後述する循環配管５２との間で圧縮空気を循環流通させる通路としての機能も有している。そして、背圧室４５は、シール部材２６と後述の摺接シール４６とにより外側と電動機１１側とに対して密閉されている。
【００５７】
４６は旋回スクロール３９Ｂのシール取付溝４３Ｂに取付けられたシール部材としての摺接シールで、該摺接シール４６は、径方向外向きに開口する断面Ｕ字状に形成されている。また、摺接シール４６には、一方の開口端側に位置してシール取付溝４３Ｂの底面に接触してシールするリップ部４６Ａと、他方の開口端側に位置して摺接リング３３に摺接してシールするリップ部４６Ｂとが設けられている。
【００５８】
そして、摺接シール４６は、旋回スクロール３９Ｂと摺接リング３３との間を気密にシールしている。これにより、摺接シール４６は、背圧室４５内の圧縮空気が軸受取付筒部３２Ｂと回転軸１４との間、回転軸１４と旋回軸１７との間に形成される隙間から電動機１１側に漏洩するのを防止することができる。
【００５９】
４７は軸受取付筒部３２Ｂの筒部３２Ｂ２に設けられた圧縮流体流入口としての圧縮空気流入口で、該圧縮空気流入口４７には後述の圧縮空気配管５０が接続されている。これにより、圧縮空気流入口４７は背圧室４５に低圧側の圧縮室２３Ａから吐出された圧縮空気を流入させる。
【００６０】
４８は旋回スクロール３９Ｂの鏡板４０Ｂに形成された高圧側の吸込口で、該吸込口４８は、例えば鏡板４０Ｂの表面を径方向外向きに切欠くことによって形成されている。そして、吸込口４８は、圧縮空気流入口４７から背圧室４５に供給される圧縮空気を圧縮室４４Ｂに導くものである。
【００６１】
また、４９は軸受取付筒部３２Ｂの筒部３２Ｂ２に設けられた圧縮流体流出口としての圧縮空気流出口で、該圧縮空気流出口４９は圧縮空気流入口４７から背圧室４５に供給される圧縮空気の一部を後述の循環配管５２側に流出するものである。
【００６２】
５０は低圧側の固定スクロール４Ａと高圧側の軸受取付筒部３２Ｂとの間に設けられた圧縮空気配管で、該圧縮空気配管５０は、一端が低圧側の固定スクロール４Ａの吐出口１０Ａに接続され、他端が高圧側の軸受取付筒部３２Ｂの圧縮空気流入口４７に接続されている。これにより、圧縮空気配管５０は、低圧側の圧縮室２３Ａから吐出された圧縮空気を高圧側の背圧室４５に向けて流通する。
【００６３】
また、５１は圧縮空気配管５０の途中に設けられた中間冷却器で、該中間冷却器５１は、例えば熱交換器５１Ａ、ファン５１Ｂ等を備えた冷却装置として構成されている。そして、中間冷却器５１は、低圧側の圧縮室２３Ａから背圧室４５側に供給される圧縮空気を冷却するものである。
【００６４】
５２は一端が圧縮空気流出口４９に接続され、他端が圧縮空気流入口４７の近傍で圧縮空気配管５０に接続された循環経路としての循環配管で、該循環配管５２は、圧縮空気流出口４９から流出する背圧室４５内の圧縮空気を圧縮空気流入口４７側に向け流通させるものである。これにより、圧縮空気は、背圧室４５と循環配管５２とで循環流通する。
【００６５】
また、５３は循環配管５２の途中に設けられた冷却手段としての循環冷却器で、該循環冷却器５３は、前述した中間冷却器５１と同様に、熱交換器５３Ａ、ファン５３Ｂ等によって構成されている。そして、循環冷却器５３は、循環配管５２内を流通する圧縮空気を冷却するものである。
【００６６】
かくして、このように構成された本実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態によれば、圧縮空気配管５０を低圧側の圧縮室２３Ａから高圧側の背圧室４５に向けて流通する圧縮空気は、該圧縮空気配管５０の途中に設けた中間冷却器５１によって冷却することができる。これにより、圧縮空気の熱膨張を抑えて圧縮効率を向上することができる。
【００６７】
また、冷却した圧縮空気を高圧側の圧縮室４４Ｂ内に送りこむことにより、この冷却空気は、固定スクロール３４Ｂのラップ部３６Ｂ、旋回スクロール３９Ｂのラップ部４１Ｂを冷却することができるから、各ラップ部３６Ｂ，４１Ｂ間の接触を防止でき、信頼性を向上することができる。
【００６８】
さらに、背圧室４５内の圧縮空気を循環配管５２を用いて循環流通させ、この循環配管５２の途中に循環冷却器５３を設けて循環流通する圧縮空気を冷却しているから、固定スクロール３４Ｂのラップ部３６Ｂ、旋回スクロール３９Ｂのラップ部４１Ｂ等をより効果的に冷却することができ、圧縮性能、信頼性等を向上することができる。また、軸受１６，１８、シール部材２６、摺接シール４６、リップシール等も冷却することができ、これらの耐久性を向上することができる。
【００６９】
なお、第２の実施の形態では、高圧側の圧縮部に背圧室４５との間で圧縮空気を循環流通するための圧縮空気流出口４９と循環配管５２を設け、該循環配管５２の途中に循環流通する圧縮空気を冷却する循環冷却器５３を設け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、例えば高圧側の圧縮部から圧縮空気流出口４９、循環配管５２、循環冷却器５３を廃止する構成としてもよい。
【００７０】
また、第２の実施の形態では、摺接シール４６は、断面Ｕ字状に形成し、一方の開口端側に形成されたリップ部４６Ａをシール取付溝４３Ｂの底面に接触させてシールし、他方の開口端側に形成されたリップ部４６Ｂを摺接リング３３に摺接させてシールする構成としている。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摺接シール６１のように、シール取付溝４３Ｂの底面に対してはリング取付段部６１Ａに取付けられたＯリング６２を用いてシールし、摺接リング３３に対しては他方の開口端側に形成されたリップ部６１Ｂを用いてシールする構成としてもよい。
【００７１】
また、第２の実施の形態では、圧縮空気流入口４７を高圧側の軸受取付筒部３２Ｂの筒部３２Ｂ２に設け、圧縮空気配管５０を圧縮空気流入口４７に接続した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、高圧側の固定スクロール３４Ｂのフランジ部３８Ｂに圧縮空気流入口を設け、該圧縮空気流入口に圧縮空気配管５０を接続する構成としてもよい。
【００７２】
また、第２の実施の形態では、循環配管５２は、一端を高圧側の軸受取付筒部３２Ｂの筒部３２Ｂ２に設けられた圧縮空気流出口４９に接続し、他端を圧縮空気流入口４７の近傍で圧縮空気配管５０に接続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、例えば循環配管５２の一端は、高圧側の固定スクロール３４Ｂのフランジ部３８Ｂに接続する構成としてもよい。また、循環配管５２の他端は、圧縮空気配管５０と切離して高圧側の軸受取付筒部３２Ｂの筒部３２Ｂ２または高圧側の固定スクロール３４Ｂのフランジ部３８Ｂに接続する構成としてもよい。
【００７３】
また、各実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、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。
【００７４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、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鏡板の裏面側に位置して背圧室を画成し、ケーシング、高圧側の固定スクロール、高圧側の旋回スクロールのうち少なくともいずれかの部材には、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る構成としている。
【００７５】
従って、低圧側の圧縮室から吐出された圧縮流体は高圧側の圧縮室に供給でき、また圧縮流体流入口から背圧室に流入させることができる。そして、背圧室は、流入した圧縮流体によって圧縮室から旋回スクロールに作用するスラスト荷重を受承できるから、圧縮室の気密性を向上して圧縮効率を向上することができる。
【００７６】
しかも、固定スクロールと旋回スクロールとの間から漏れ出た圧縮空気は、密閉された背圧室に流入するから、この圧縮空気が電動機側や外部に漏洩するのを防止することができる。これにより、固定スクロールと旋回スクロールとの間にシール部材を設ける必要がなくなるから、シール部材を廃止した分だけ旋回スクロールを小径化することができる。
【００７７】
この結果、旋回スクロールの小径化に伴なってスクロール式空気圧縮機全体を小型化することができる。また、旋回スクロールの重量も軽減することができるから、軸受等の負荷を軽減して、これらの耐久性を向上することができる。
【００７８】
請求項２の発明によれば、背圧室を電動機側に対して気密にシールするシール部材は、背圧室内の圧縮流体が電動機側に漏洩するのを防止することができる。また、背圧室をケーシングと高圧側の固定スクロールとの外側に対して気密にシールするシール部材は、ケーシングと固定スクロールと隙間から背圧室内の圧縮流体が外側に漏洩するのを防止することができる。これにより、背圧室を外部に対して確実に密閉することができ、より一層圧縮効率を向上することができる。
【００７９】
請求項３の発明によれば、ケーシングまたは高圧側の固定スクロールには背圧室との間で圧縮流体を循環して流通させる循環経路を設け、該循環経路の途中には流通する圧縮流体を冷却する冷却手段を設ける構成としている。従って、背圧室に流入した圧縮流体の一部は、循環経路に流入し、該循環経路と背圧室との間を循環流通する。そして、冷却手段は、循環経路を流通する圧縮流体を冷却することができる。これにより、高圧側の固定スクロール、旋回スクロールのラップ部を冷えた圧縮空気で冷却することができるから、該各ラップ部間の接触を防止でき、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に適用される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中の高圧側の固定スクロール、旋回スクロール、シール部材等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に適用されるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図４】図３中の摺接シール等を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図５】本発明の変形例による摺接シールを拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１，３１　ケーシング
４Ａ　低圧側の固定スクロール
５Ａ，５Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ，３５Ｂ，４０Ｂ　鏡板
６Ａ，６Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ，３６Ｂ，４１Ｂ　ラップ部
９Ａ　低圧側の吸込口
１０Ａ　低圧側の吐出口
４Ｂ，３４Ｂ　高圧側の固定スクロール
９Ｂ，４８　高圧側の吸込口（圧縮流体流入口）
１０Ｂ　高圧側の吐出口
１１　電動機
１４　回転軸（出力軸）
１７　旋回軸（出力軸）
１９Ａ　低圧側の旋回スクロール
２３Ａ　低圧側の圧縮室
１９Ｂ，３９Ｂ　高圧側の旋回スクロール
２３Ｂ，４４Ｂ　高圧側の圧縮室
２４，５０　圧縮空気配管
２５，４５　背圧室
２６，２７，２８　シール部材
２９　導入通路（圧縮流体流入口）
４６，６１　摺接シール（シール部材）
４７　圧縮空気流入口（圧縮流体流入口）
４９　圧縮空気流出口（圧縮流体流出口）
５２　循環配管（循環経路）
５３　循環冷却器（冷却手段）
【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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