(57)【要約】【課題】スクロール形流体機械の小型化及び軽量化を図る。【解決手段】回転軸１２にクランク軸３２を設け、クランク軸３２に揺動スクロール３３を回転自在に連結し、揺動スクロール３３のラップ部４０に固定スクロール３４のラップ部４６を噛み合わせて配置する。揺動スクロール３３が自転することなく固定スクロール３４に対して揺動旋回するように、揺動スクロール３３の運動を規制部材５２によって規制する。規制部材５２は、揺動スクロール３３に係合する係合部５４を備え、揺動スクロール３３は、台板３８の板面から突出するとともに揺動スクロール３３の重心位置をクランク軸３２の軸心Ｏ３に一致させるようにバランスを図るバランサ５１を備える。このバランサ５１によって、係合部５４に係合する被係合部５６を構成する。【選択図】図１
2007170285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に設けられるとともに該回転軸の軸心に平行で且つ偏心した軸心を有するクランク軸と、クランク軸に回転可能に連結される台板と該台板に設けられた渦巻き型のラップ部とを有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに向き合って配置されるとともに前記ラップ部に噛み合う渦巻き型のラップ部を有する固定スクロールと、前記揺動スクロールが、自転することなく前記固定スクロールに対して前記回転軸の軸心回りに揺動旋回するように、前記揺動スクロールの運動を規制する規制部材と、を備えているスクロール形流体機械において、
前記規制部材が、前記揺動スクロールに係合する係合部を備えており、
前記揺動スクロールが、前記台板の板面から突出し且つ前記揺動スクロールの重心を前記クランク軸の軸心に一致させるようにバランスを図るバランサを備えており、
前記バランサが、前記係合部に係合する被係合部を構成していることを特徴とする、スクロール形流体機械。
【請求項２】
前記揺動スクロールのラップ部の重心が、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されており、
前記バランサの重心及び前記台板の重心が、前記クランク軸の軸心に対する前記ラップ部の重心の偏心を補って、前記揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるように、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されていることを特徴とする請求項１記載のスクロール形流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はスクロール形流体機械に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、圧縮機として用いられるスクロール形流体機械が開示されている。このスクロール形流体機械は、モーターの駆動軸の先端に偏心した軸心を有するクランク軸を形成し、該クランク軸に揺動スクロールを回転自在に連結し、該揺動スクロールに向き合わせて固定スクロールを配置している。揺動スクロール及び固定スクロールは、円盤状の台板の板面に渦巻き型のラップ部を突設してなり、互いのラップ部を噛み合わせることによって、ラップ部間にできた空間を圧縮室としている。
前記揺動スクロールの背面には、該揺動スクロールの運動を規制する規制部材が設けられている。規制部材は、揺動スクロールが固定スクロールに対して自転することなく駆動軸の軸心回りに揺動旋回するように運動を規制する。規制部材は、リング状に形成されるとともに、一方の面に揺動スクロールの背面に係合する係合突起を形成し、他方の面に、スクロール形流体機械のフレームに係合する係合突起を形成している。
【特許文献１】特公平６−１５８６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記スクロール形流体機械は、揺動スクロールが固定スクロールに対して揺動旋回するようになっているので、その遠心力を一定にするために、揺動スクロールの重心をクランク軸の軸心と一致させなければならない。揺動スクロールのラップ部は、インボリュート曲線からなる渦巻き型であり、必ずしもその重心位置をクランク軸に一致させることができない。従って、クランク軸心とラップ部重心とのズレを補うため、従来は、クランク軸心に対するラップ部重心の偏心側とは反対側に、台板を大きく偏心させていた。
【０００４】
しかし、台板は、揺動スクロールの最大外形部分であるので、該台板を大きく偏心させることによって、揺動スクロールを収納するケーシングを大きくする必要があり、流体機械全体の大型化を招くという問題があった。
【０００５】
一方、前記規制部材は、揺動スクロールの台板を彫り込んで形成した溝に係合突起を係合することによって、揺動スクロールの運動を規制するようになっていた。このような溝を形成するため、揺動スクロールの台板はある程度の厚さが必要となるので、これが機械の重量増の原因となっていた。
【０００６】
したがって、本発明は、上記の問題を解決し、スクロール形流体機械の小型化及び軽量化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、回転軸と、該回転軸に設けられるとともに該回転軸の軸心に平行で且つ偏心した軸心を有するクランク軸と、クランク軸に回転可能に連結される台板と該台板に設けられた渦巻き型のラップ部とを有する揺動スクロールと、前記揺動スクロールに向き合って配置されるとともに前記ラップ部に噛み合う渦巻き型のラップ部を有する固定スクロールと、前記揺動スクロールが、自転することなく前記固定スクロールに対して前記回転軸の軸心回りに揺動旋回するように、前記揺動スクロールの運動を規制する規制部材と、を備えているスクロール形流体機械において、前記規制部材が、前記揺動スクロールに係合する係合部を備えており、前記揺動スクロールが、前記台板の板面から突出し且つ前記揺動スクロールの重心を前記クランク軸の軸心に一致させるようにバランスを図るバランサを備えており、前記バランサが、前記係合部に係合する被係合部を構成していることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記揺動スクロールのラップ部の重心が、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されており、前記バランサの重心及び前記台板の重心が、前記クランク軸の軸心に対する前記ラップ部の重心の偏心を補って、前記揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるように、前記クランク軸の軸心に対して偏心して配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明によれば、揺動スクロールの台板にバランサを設けているので、該揺動スクロール全体の重心をクランク軸の軸心に一致させるのに必要な、クランク軸の軸心に対する台板の偏心量を、小さくするか又は無くすことができる。したがって、揺動スクロールを収納するケーシングを大きくする必要もなく、スクロール形流体機械の小型化を図ることができる。
【００１０】
また、バランサを台板から突出して形成しているので、規制部材の係合部が係合する被係合部として構成することができ、別途被係合部を形成する場合に比べて構造の簡素化を図ることができる。また、従来のように、係合部が係合するための溝を台板に形成する必要がなくなるので、台板全体を厚肉にする必要も無く、揺動スクロールの軽量化ひいてはスクロール形流体機械の軽量化を図ることができる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、台板は、その重心がクランク軸の軸心に対して偏心していることによって、自身も一種のバランサとして機能するので、その分、台板から突出するバランサの重量を小さくすることができる。したがって、台板の偏心量とバランサの重量とのバランスを考慮して、スクロール形流体機械の小型化と軽量化とを好適に両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るスクロール形流体機械の縦断面図である。スクロール形流体機械１は、回転軸１２、クランク軸３２、ハウジング（軸受ハウジング）３１、揺動スクロール３３、固定スクロール３４、スラスト軸受３５等を備えている。回転軸１２は、ハウジング３１に軸受３６を介して回転自在に支持されており、ハウジング３１内に配置された回転軸１２の端部にクランク軸３２が形成されている。クランク軸３２の軸心Ｏ３は、回転軸１２の軸心Ｏ２に平行で且つ偏心している。
【００１３】
揺動スクロール３３は、円盤状の台板３８の一方の板面に筒形のボス部３９を軸心Ｏ３方向に突設し、他方の板面にインボリュート曲線からなる渦巻き型のラップ部４０を軸心Ｏ３方向に突設してなる。ボス部３９は、その内周側に嵌装した軸受４１を介してクランク軸３２に回転自在に支持されている。
【００１４】
固定スクロール３４は、揺動スクロール３３を挟んでハウジング３１の反対側に配設され、揺動スクロール３３のラップ部４０の先端面に対向する外壁部４３と、外壁部４３の外周部から揺動スクロール３３側に屈曲して延びる周壁部４４と、周壁部４４の端部から径方向外側に延びるフランジ部４５とを有する。周壁部４４の径方向内側には、外壁部４３から揺動スクロール３３側に突出する渦巻き型のラップ部４６が形成されている。このラップ部４６は、揺動スクロール３３のラップ部４０に噛み合い、先端面が台板３８に対向している。これにより、揺動スクロール３３と固定スクロール３４との間には、複数の室４７（膨張室又は圧縮室）が形成されるようになっている。
【００１５】
固定スクロール３４の外壁部４３の略中央には、流体の第１流通口６１が貫通して形成されており、同じく、外壁部４３の外周部には、流体の第２流通口６２が形成されている。
【００１６】
ハウジング３１の外周部には、フランジ部４８が設けられている。このフランジ部４８と、固定スクロール３４のフランジ部４５とは、スラスト軸受３５の外周部を間に挟んでボルト４９によって連結されている。スラスト軸受３５はリング形状であり、スラスト軸受３５の内周部は、揺動スクロール３３の台板３８の背面（ボス部３９側の面）に摺動自在に当接している。
【００１７】
揺動スクロール３３は、クランク軸３２の軸心Ｏ３上に重心が配置されるように形状が設定されている。図２は、揺動スクロール３３を示す図１のII−II矢視図であり、図中の点Ａは、ラップ部４０の重心位置を示し、点Ｂは、台板３８の重心位置を示している。ラップ部４０の重心Ａは、軸心Ｏ３に対して偏心して配置されている。
【００１８】
台板３８の重心Ｂは、クランク軸３２の軸心Ｏ３とラップ部４０の重心Ａとを結ぶ線Ｌ１上であって、軸心Ｏ３を挟んでラップ部４０の重心Ａとは反対側に配置されている。これによって、揺動スクロール３３全体の重心が軸心Ｏ３に近づくようになっている。さらに、重心Ｂの偏心だけでは、揺動スクロール３３全体の重心をクランク軸３２の軸心Ｏ３上に配置するに足りない分を補うため、台板３８にはバランサ５１が設けられている。
【００１９】
バランサ５１は、クランク軸３２の軸心Ｏ３を中心とする円弧状に台板３８を部分的に厚肉にし、台板３８から突出させた形状に形成されている。バランサ５１は、その重心Ｃが、線Ｌ１上であって軸心Ｏ３を挟んでラップ部４０の重心Ａとは反対側に配置されている。また、バランサ５１の重心Ｃは、台板３８の重心Ｂよりも径方向外側に配置されている。このようなラップ部４０、台板３８、及びバランサ５１の配置によって、揺動スクロール３３全体の重心が、クランク軸３２の軸心Ｏ３上に配置されるようになっている。
【００２０】
図１に示すように、揺動スクロール３３の台板３８の背面側には、規制部材（継手部材）５２が設けられている。規制部材５２は、揺動スクロール３３が自転することなく固定スクロール３４に対して軸心Ｏ２回りに旋回揺動するように、揺動スクロール３３の運動を規制するものである。
【００２１】
図３は、揺動スクロール３３及び規制部材５２を示す斜視図である。規制部材５２は、リング状の環状部５３と、環状部５３の各側面から突出する係合部５４，５５とを備えている。環状部５３の一方の側面には、１８０°間隔で２つの係合部５４が設けられている。他方の側面には、１８０°間隔で２つの係合部５５が設けられ、該係合部５５は、一方の側面の係合部５４に対して９０°位相をずらして配置されている。
【００２２】
揺動スクロール３３側に突出した２つの係合部５４は、台板３８に形成した２つの被係合部５６にそれぞれ係合するようになっている。各被係合部５６は、各係合部５４を周方向両側から挟むように台板３８から突設された一対の被係合片５６ａ、５６ａを備えている。一方（図３の下側）の被係合部５６の片側の被係合片５６ａは、前記バランサ５１によって構成されており、バランサ５１の端部に係合部５４が係合するようになっている。
【００２３】
図１に示すように、ハウジング３１内には、クランク軸３２の外周側にリング部材５７が嵌合されており、該リング部材５７には、規制部材５２の反揺動スクロール３３側に突出した２つの係合部５５が係合する径方向に延びる被係合溝５７Ａが形成されている。なお、図１では、理解を容易にするために、環状部５３の一側面の係合部５４と他側面の係合部５５とが１８０°位相をずらして同じ平面上に示されているが、実際は、図３のように、９０°位相がずれた関係となっている。
【００２４】
規制部材５２は、リング部材５７の被係合溝５７Ａに沿って径方向に移動可能となっている。また、揺動スクロール３３は、この規制部材５２の移動可能な方向に直交する方向に移動可能となっている。したがって、揺動スクロール３３は、自転することはなく固定スクロール３４に対して回転軸１２の軸心Ｏ２回りに揺動旋回（公転）することができる。
【００２５】
（スクロール形流体機械の利用形態）
図４は、スクロール形流体機械１の利用形態の１つとして、該流体機械１をランキンサイクル発電装置２に適用した例を示すブロック図である。この場合、流体機械１は膨張機を構成している。該発電装置２は、蒸気発生器２１、発電機２２、膨張機（スクロール形流体機械）１、凝縮器２３、復水ポンプ２４、作動媒体通路２５Ａ〜２５Ｃを有している。なお、点線で示す通路２５Ａ、２５Ｂは、作動媒体が気体（気相）の状態、又は、気体及び液体（液相）の状態である場合を示し、実線で示す通路２５Ｃは、作動媒体が液体の状態である場合を示す。
【００２６】
発電機２２は、膨張機１の出力軸（回転軸）１２（図１）に直接的又は間接的に接続されている。膨張機１は、蒸気発生器２１から通路２５Ａを介して供給された蒸気（作動媒体）により作動し、発電機２２を駆動する。膨張機１を経た作動媒体は通路２５Ｂを通って凝縮器２３に供給され、冷却水によって凝縮され、液体になる。更に、作動媒体は、復水ポンプ２４によって凝縮器２３から通路２５Ｃを通って蒸気発生器２１に供給され、蒸気発生器２１で高温ガスによって蒸発する。このサイクルを繰り返し行うことで、発電機１により発電を行うようになっている。
【００２７】
図５は、上記のようにスクロール形流体機械１を膨張機として用いた場合の作動状態を示す説明図である。揺動スクロール３３のラップ部４０と固定スクロール３４のラップ部４６との間には、複数の膨張室が形成されている。まず、図５の（１）において、スクロール形流体機械１には、中央の第１流通口６１から中央の第１膨張室４７Ａに作動媒体の蒸気が流入する。そして、（２）において、蒸気の圧力によって第１膨張室４７Ａが拡大し、揺動スクロール３３が回転軸１２の軸心Ｏ２（図４）回りに揺動旋回し始め、これによってクランク軸３２（図４）を介して回転軸１２が回転する。（３）では、更に第１膨張室４７Ａが拡大するともに、中央側に新たな膨張室（第２膨張室）４７Ｂが形成され、該第２膨張室４７Ｂに第１流通口６１から継続して蒸気が流入する。その後、（４）（５）において、第１，第２膨張室４７Ａ，４７Ｂがそれぞれ拡大するとともに揺動スクロール３３が揺動旋回し、（６）において、揺動スクロール３３のラップ部４０の外周端が固定スクロール３４のラップ部４６から離れたところで第１膨張室４７Ａが開放され、蒸気が排気される。排気された蒸気は、図１に示す第２流通口６２から外部に排出される。
【００２８】
なお、スクロール形流体機械１を圧縮機として用いる場合は、第２流通口６２が流体の入口となり、第１流通口６１が流体の出口となる。そして、モーター等の駆動装置により回転軸１２を回転し、揺動スクロール３３を揺動旋回させて圧縮室４７内に第２流通口６２から流体を吸引し、流体を圧縮しつつ中央の第１流通口６１から排出するようになっている。
【００２９】
〔本実施形態の作用効果〕
以上詳述した構成によって本実施形態では次のような作用効果を奏する。
（１）図２に示すように、揺動スクロール３３の台板３８の背面に、バランサ５１を形成しているので、クランク軸３２の軸心Ｏ３に対する台板３８の重心Ｂの偏心量をできるだけ小さくして、揺動スクロール３３の重心をクランク軸３２の軸心Ｏ３に一致させることができる。したがって、揺動スクロール３３（台板３８）を収納するケーシング３１の外形を可及的に小さくすることができ、スクロール形流体機械１の小型化を図ることができる。
【００３０】
なお、揺動スクロール３３の重心をクランク軸３２の軸心Ｏ３に一致させるためには、例えば、台板３８の重心位置Ｂをクランク軸３２の軸心Ｏ３に一致させ、クランク軸３２の軸心Ｏ３に対するラップ部４０の重心Ａの偏心を、バランサ５１のみで補うことも考えられる。この場合、揺動スクロール３３をより小さくすることができるが、バランサ５１を本実施形態よりも大きく、重くする必要があり、却って揺動スクロール３３の重量増を招く恐れがある。この点を考えると、本実施形態は、クランク軸３２の軸心Ｏ３に対するラップ部４０の重心Ａの偏心を、バランサ５１と台板３８との双方の偏心によって補っているので、バランサ５１の大きさ及び重量をそれほど大きくする必要なく、且つ、台板３８の偏心量もそれほど大きくする必要なく、揺動スクロール３３全体の重心をクランク軸心Ｏ３に一致させることができる。したがって、スクロール形流体機械の小型化と軽量化とを好適に両立することができる。
【００３１】
（２）揺動スクロール３３に形成したバランサ５１を規制部材５２に対する被係合部５６としても用いているので、別途被係合部を形成する場合に比べて、構造の簡素化を図ることができる。また、従来技術のように台板に溝を形成する場合に比べて、台板３８自体を薄くすることができるので、軽量化を図ることができる。
【００３２】
（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように適宜設計変更可能である。
（１）図２に示すように、台板３８の重心Ｂやバランサ５１の重心Ｃは、クランク軸３２の軸心Ｏ３とラップ部４０の重心Ａとを結ぶ線Ｌ１上に配置されているが、揺動スクロール３３全体の重心をクランク軸心Ｏ３上に配置する限りにおいて、必ずしも線Ｌ１上になくてもよい。
【００３３】
（２）クランク軸３２は、筒形に形成することができる。この場合、台板３８に、ボス部３９に代えてピンを形成するとともに、軸受を介してピンをクランク軸３２の筒内に挿入して回転可能に連結することができる。
【００３４】
（３）バランサ５１は、台板３８と同じ材質によって一体的に形成することもできるし、同じ又は異なる材質の別体のものを台板３８に固着することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、ランキンサイクル発電装置の膨張機や各種空調機器の圧縮機等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】スクロール形流体装置の縦断面図である。
【図２】揺動スクロールを示す図１のII−II矢視図である。
【図３】揺動スクロール及び規制部材の斜視図である。
【図４】流体機械をランキンサイクル発電装置に適用した例を示すブロック図である。
【図５】流体機械を膨張機として用いた場合のスクロール形流体装置の作動状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  スクロール形流体機械
１２  回転軸
３２  クランク軸
３３  揺動スクロール
３４  固定スクロール
３８  台板
４０  ラップ部
４６  ラップ部
５２  規制部材
５４  係合部
【図１】
2007170285.tif 000003
【図２】
2007170285.tif 000004
【図３】
2007170285.tif 000005
【図４】
2007170285.tif 000006
【図５】
2007170285.tif 000007