(57)【要約】【課題】  簡単な構成にして、固定及び可動渦巻壁間のクリアランスを可能な限り小さく維持し、所望の作業効率を発揮することができるスクロール型流体機械を提供する。【解決手段】  スクロール型流体機械としての圧縮機は、可動スクロール（３２）の可動端板（３４）を囲む囲繞壁（２４）を有し、可動スクロール（３２）の旋回運動中、可動端板（３４）の外周面は囲繞壁（２４）の内周面に潤滑層（３４ａ）又は円滑な硬化層（３４ｂ）を介して摺接することで、可動スクロール（３２）の実旋回半径を決定し、この実旋回半径は固定及び可動渦巻壁間のクリアランスが０となる基準旋回半径によりも小さい。【選択図】      図１
2007032386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定端板から突設された固定渦巻壁を有する固定スクロールと、
円形の可動端板から突設され且つ前記固定渦巻壁と噛み合う可動渦巻壁を有し、その基準旋回半径が前記固定渦巻壁に対して前記可動渦巻壁の摺接を伴う旋回により決定される可動スクロールと、
駆動軸からの回転動力を受けたとき、前記可動スクロールの自転を阻止しつつ前記固定スクロールに対して、前記可動スクロールを前記基準旋回半径に従い旋回させる従動クランク機構と
を備えたスクロール型流体機械において、
前記可動スクロールの前記可動端板を囲み、且つ、前記駆動軸と同心の内周面を有した固定の囲繞壁を更に備え、
前記基準旋回半径、前記囲繞壁の内周面の内径及び前記可動端板の外周面の外径がそれぞれＤ，ｄ１，ｄ２で表されるとき、Ｄ＞（ｄ１−ｄ２）／２の関係が満たされていることを特徴とするスクロール型流体機械。
【請求項２】
前記囲繞壁は前記固定スクロールと一体に形成され、筒状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のスクロール型流体機械。
【請求項３】
前記従動クランク機構は、
前記駆動軸の一端から突設されたクランクピンと、
前記クランクピンに取付けられた偏心ブッシュと、
前記偏心ブッシュと前記可動スクロールの可動端板との間に設けられ、前記偏心ブッシュに前記可動スクロールを支持させる軸受と
を含み、
前記クランクピンは前記偏心ブッシュ内に遊びを存して嵌合されていることを特徴とする請求項２に記載のスクロール型流体機械。
【請求項４】
前記内径ｄ１を規定する前記内周面及び前記外径ｄ２を規定する前記外周面の少なくとも一方は、固体潤滑材からなる潤滑層及び表面処理により得られた平滑な硬化層の何れかにより形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のスクロール型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機として使用されるスクロール型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のスクロール型流体機械、即ち、スクロール圧縮機は家庭用又は車両用のエアコンに広く使用され、更に、最近では燃料電池の電極に水素、酸素又は空気等の圧縮ガスを供給するためにも使用されつつある。
燃料電池のためのスクロール圧縮機にあっては、家庭用や車両用のエアコンのためのスクロール圧縮機とは異なり、その圧縮ガス中に潤滑油を含ませることはできない。このため、この種のスクロール圧縮機は内部の軸受に潤滑剤が封入された軸受を使用しており、この軸受には潤滑剤の漏出を防止する技術が採用されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開2002-70764号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献１のスクロール圧縮機の場合、その内部の軸受の潤滑は良好に維持されるものの、固定及び可動スクロールにおける渦巻壁の摺接面に関してはこれら摺接面の潤滑をなすことができない。
このため、可動スクロールの可動渦巻壁はクランク機構により、固定スクロールの固定渦巻壁に対して摺接することはなく、壁間クリアランスを存して旋回運動し、これにより、固定及び可動渦巻壁の焼き付きが防止されるようになっている。
【０００４】
上述した壁間クリアランスはスクロール型圧縮機の圧縮効率に大きく影響するので、可能な限り小さい方が望ましい。しかしながら、このような壁間クリアランスは、クランク機構を構成する個々の部品の加工精度やその組付け精度のばらつきにより大きく変動する。壁間クリアランスが過大になれば、スクロール圧縮機は所望の圧縮効率を達成することができず、逆に、壁間クリアランスが過小になると、固定及び可動スクロールの渦巻壁に摩耗を招くばかりでなく、最悪の場合には渦巻壁の焼き付きを招く。
【０００５】
本発明の目的は、上述した壁間クリアランスを簡単な構成にして正確に維持することができるスクロール型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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明のスクロール型流体機械は、固定端板から突設された固定渦巻壁を有する固定スクロールと、円形の可動端板から突設され且つ固定渦巻壁と噛み合う可動渦巻壁を有し、その基準旋回半径が固定渦巻壁に対して可動渦巻壁の摺接を伴う旋回により決定される可動スクロールと、駆動軸からの回転動力を受けたとき、可動スクロールの自転を阻止しつつ固定スクロールに対して、可動スクロールを基準旋回半径に従い旋回させる従動クランク機構とに加え、可動スクロールの可動端板を囲み、且つ、駆動軸と同心の内周面を有した固定の囲繞壁を更に備えており、ここで、基準旋回半径、囲繞壁の内周面の内径及び可動端板の外周面の外径がそれぞれＤ，ｄ１，ｄ２で表されるとき、Ｄ＞（ｄ１−ｄ２）／２の関係が満たされている（請求項１）。
【０００７】
上述したスクロール型圧縮機によれば、Ｄ＞（ｄ１−ｄ２）／２の関係が満たされているので、可動スクロールは固定スクロールに対し、基準旋回半径Ｄよりも小さい（ｄ１−ｄ２）／２の実旋回半径に拘束されながら旋回運動する。それ故、旋回運動中、可動スクロールの可動渦巻壁が固定スクロールの固定渦巻壁に摺接することはなく、また、可動スクロールに働く遠心力は囲繞壁により支持される。この場合、上述した壁間クリアランスの大きさはＤと（ｄ１−ｄ２）／２との間の差により決定される。
【０００８】
好ましくは、囲繞壁は固定スクロールと一体の筒状をなし（請求項２）、この場合、その可動端板の外周面を囲繞壁の内周面に摺接させた状態で、固定スクロールに対して組付けられる。
具体的には、従動クランク機構は、駆動軸の一端から突設されたクランクピンと、このクランクピンに取付けられた偏心ブッシュと、この偏心ブッシュと可動スクロールの可動端板との間に設けられ、偏心ブッシュに可動スクロールを支持させる軸受とを含み、クランクピンは偏心ブッシュ内に遊びを存して嵌合されている（請求項３）。
【０００９】
クランクピンと偏心ブッシュとの間の遊びは、クランク機構における各構成要素の寸法誤差やクランク機構及び可動スクロールの組付け誤差を吸収し、可動スクロールの前記実旋回半径を達成する。
好ましくは、内径ｄ１を規定する囲繞壁の内周面及び外径ｄを規定する可動端板の外周面の少なくとも一方は、固体潤滑材からなる潤滑層及び表面処理により得られた円滑な硬化層の何れかにより形成されている（請求項４）。このような潤滑層又は硬化層は、可動スクロールの旋回を円滑にする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１，３のスクロール型流体機械は、囲繞壁の内周面に可動端板の外周面を摺接させるだけの簡単な構成にて、可動スクロールの実旋回半径を基準旋回半径よりも小さくできるから、可動スクロールの旋回運動中、固定渦巻壁に対する可動渦巻壁の摺接を確実に避けることができる。しかも、壁間クリアランスは囲繞壁の内周面の内径と及び可動端板の外周面の外径との間の差により決定されるから、壁間クリアランスを可能な限り小さく抑えることができる。この結果、固定及び可動渦巻壁の摩耗の低減や、これら渦巻壁の焼き付きを確実に防止しつつ、所望の圧縮効率が達成される。
【００１１】
更に、旋回運動中、可動スクロールに働く遠心力が囲繞壁により支持されるから、可動スクロールが駆動軸の軸線方向に変位したり、駆動軸に曲げモーメントが発生することもない。
請求項２のスクロール型流体機械は、固定スクロールに囲繞壁が一体に形成されているので、固定スクロールへの可動スクロールの組付けと同時に、可動スクロールの実旋回半径が決定される。
【００１２】
請求項４のスクロール型圧縮機は、可動スクロールの円滑な旋回を達成し、囲繞壁や可動端板の摩耗を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、電動駆動のスクロール型圧縮機、即ち、電動スクロール圧縮機を示す。
圧縮機は、大きく分けてモータセクション２とスクロールセクション４とを有し、これらセクション２，４は仕切壁６により区画されている。
モータセクション４はモータケーシング８を有し、このモータケーシング８は仕切壁６側が開口した円筒形状をなし、仕切壁６に連結されている。モータケーシング８は電動子を収容し、この電動子はその中央に駆動軸１０を有する。駆動軸１０は仕切壁６からモータケーシング８の底壁間に亘って延び、これら仕切壁６及び底壁の双方に軸受１２を介して回転自在に支持されている。
【００１４】
駆動軸１０にはコア１４が取り付けられ、このコア１４はステータ１６に囲繞されている。このステータ１６はモータケーシング８の内周面に固定され、ステータコイル１８を有する。駆動軸１０、コア１４、ステータ１６及びステータコイル１８は電動子を構成し、駆動軸１０は一方向に回転可能である。
駆動軸１０の一端部は仕切壁６を貫通してスクロールセクション４内に延出している。スクロールセクション４は固定スクロール２０を有し、この固定スクロール４はスクロールセクション４のケーシングをも兼用する。
【００１５】
より詳しくは、固定スクロール２０はモータケーシング８と同様に、仕切壁６側が開口した円筒形状のスクロールケーシングを備え、このスクロールケーシングは仕切壁６と対向した固定端板２２と、この固定端板２２の外周縁からモータケーシング８に向けて延びる円筒状の囲繞壁２４とからなる。スクロールケーシングは囲繞壁２４にて仕切壁６に連結され、従って、図１から明らかなように仕切壁６は囲繞壁２４の開口端とモータケーシング８の開口端との間に挟み込まれている。
【００１６】
スクロールケーシング内はモータケーシング８から気密に保持されている。それ故、仕切壁６と駆動軸１０との間には軸シール２６が配置され、この軸シール２６は軸受１２により駆動軸１０の一端側に位置付けられている。
更に、固定スクロール２０は固定渦巻壁２８を有しており、この固定渦巻壁２８は固定端板２２及び囲繞壁２４と一体に形成され、固定端板２２から仕切壁６に向けて突設されている。
【００１７】
一方、スクロールケーシング内には可動スクロール３２が収容され、この可動スクロール３２は、仕切壁６側に位置し且つ固定端板２２と対向する可動端板３４を有する。この可動端板３４からは、固定端板２２に向けて可動渦巻壁３６が突設され、可動渦巻壁３６及び固定渦巻壁２８は互いに噛み合うようにして配置されている。
更に、固定渦巻壁２８及び可動渦巻壁３６にはチップシール２８ａ，３６ａがそれぞれ取付けられており、これらチップシール２８ａ，３６ａは可動端板３４の内端面及び固定端板２２の内端面に底シート（図示しない）を介して当接した状態にある。
【００１８】
更に、固定端板２２の中央には吐出孔３０が貫通して形成され、この吐出孔３０は吐出弁（図示しない）を介して、圧縮された作動ガスの受取り装置に接続されている。また、図１には示されていないが、固定端板２２の外周部には吸入孔が貫通して形成され、この吸入孔は吸入管を通じて圧縮機外の作動ガス供給源に接続される一方、スクロールケーシングの囲繞壁２４内にて開口し、囲繞壁２４と可動スクロール３２との間を吸入室として形成する。
【００１９】
可動スクロール３２は駆動軸１０に従動クランク機構を介して連結されており、この従動クランク機構は駆動軸１０の回転動力を可動スクロール３２に伝達し、可動スクロール３２を旋回させる。
より詳しくは、従動クランク機構は、駆動軸１０の一端から突出したクランクピン３８を有し、このクランクピン３８に偏心ブッシュ４０が取付けられている。偏心ブッシュ４０はクランクピン３８を挿通させるためのピン孔を有し、このピン孔の内径はクランクピン３８の外径よりも若干大きい。従って、クランクピン３８は偏心ブッシュ４０のピン孔に遊びを存して嵌合された状態にある。
【００２０】
図１から明らかなように偏心ブッシュ４０は可動端板３４の中央凹所に軸受４２を介して嵌合され、可動端板３４を回転自在に支持している。
一方、可動端板３４と仕切壁６とは複数の回転阻止カップリング４４を介して互いに連結され、これら回転阻止カップリング４４の１つが図１に示されている。回転阻止カップリング４４は可動端板３４の外周部と仕切壁６との間に配置されたディスク４６を備え、このディスク４６には一対のリンクピン４８の一端が遊びを存して挿入され、これらリングピン４８はディスク４６の両端面からそれぞれ突出する。これらリンクピン４８は可動端板３４及び仕切壁６のそれぞれに軸受５０を介して回転自在に支持され、これら軸受５０は一対のリンクピン４８をディスク４６の軸線から直径方向に逆向きに離間させ、そして、仕切壁６側の軸受５０は可動スクロール３２からのスラスト力を受けるスラスト軸受としても機能する。
【００２１】
なお、回転阻止カップリングとしては、上述したリンクピンに代えてボールを使用したボールカップリングや、オルダム継手を使用したオルダムカップリングであってもよい。
駆動軸１０の回転が上述した従動クランク機構を介して可動スクロール３２に伝達されると、可動スクロール３２は駆動軸１０の軸線回りに旋回し、この際、可動スクロール３２の自転は回転阻止カップリング４４により阻止される。つまり、可動スクロール３２はその自転が阻止された状態で旋回運動する。
【００２２】
駆動軸１０及びクランクピン３８の軸線間距離（回転阻止カップリング４４におけるリンクピン４８の軸線間距離）は可動スクロール３２の基準旋回半径Ｄに等しく、この基準旋回半径Ｄにて可動スクロール３２が旋回運動するとき、可動スクロール３２の可動渦巻壁３６は固定スクロール２０の固定渦巻壁２８に対する摺接を伴い、固定渦巻壁２８との間にて圧縮室を形成し、スクロールセクション４は作動ガスの吸入から圧縮を経て吐出に至る一連のプロセスを実行する。
【００２３】
より詳しくは、可動スクロール３２の旋回運動中、圧縮室は固定渦巻壁２８の外周部にて形成されるに先立ち、吸入室から作動ガスを吸入し、この後、固定渦巻壁２８の中央、つまり、吐出孔３０に向けて移動するに連れ、圧縮室の容積が減少され、圧縮室内にて吸入した作動ガスの圧縮が実行される。圧縮室が吐出孔３０に到達すると、圧縮された作動ガスは吐出弁の締切圧に打ち勝って、吐出弁を開き、圧縮室から高圧の作動ガスが吐出される。
【００２４】
図１から明らかなように、固定スクロール２０の囲繞壁２４は可動スクロール３２の可動端板３４を囲む円筒状の内周面２４ａを有し、この内周面２４ａは駆動軸１０の軸線と同心である。図１中、内周面２４ａの内径はｄ１で示されている。
一方、可動スクロール３２の可動端板３４はその外周面に潤滑層３４ａが形成されている。この潤滑層３４ａは固体潤滑材から形成され、可動端板３４の全外周に亘って延びている。潤滑層３４ａの外径は図１中にｄ２で示され、この外径ｄ２は可動端板３４における外周面自体の外径よりも若干大きい。
【００２５】
ここで、内周面２４ａの内径ｄ１と潤滑層３４ａの外径ｄ２との間の差Δｄ（＝ｄ１−ｄ２）は、可動スクロール３２の旋回を許容するスペースを確保し、差Δｄと前述した基準旋回半径Ｄとは下式を満たす関係にある。
Ｄ＞Δｄ／２
従って、差Δｄ／２は基準旋回半径Ｄよりも小さいので、可動スクロール３２が旋回運動する際、図２（ａ）〜（ｄ）に示されるように可動端板３４の外周面、即ち、潤滑層３４ａの外周面は、囲繞壁２４の内周面２４ａに摺接しながら旋回し、可動スクロール３２の実旋回半径は、基準旋回半径よりも小さいΔｄ／２に制限される。
【００２６】
即ち、可動スクロール３２の旋回運動中、可動渦巻壁３６が固定渦巻壁２８に摺接することなく、圧縮室は図１から明らかなように固定及び可動渦巻壁２８，３６間にクリアランスを確保した状態で形成され、ここでの壁間クリアランスの大きさはＤ−Δｄ／２となる。
このような実旋回半径の制限は、前述した従動クランク機構及び回転阻止カップリング４４内の遊びにより許容され、また、これらの遊びは従動クランク機構や回転阻止カップリング４４を構成する個々の部品の寸法誤差や組付け誤差をも吸収する。
【００２７】
それ故、上述した壁間クリアランスは、囲繞壁２４における内周面２４ａの内径ｄ１や、可動端板３４における潤滑層３４ａの外周面の外径ｄ２の寸法精度、そして、囲繞壁２４に対する可動スクロール３２の組付け精度のみにより決定できるから、壁間クリアランスを可能な限り小さく設定することも容易である。
この結果、作動ガスに潤滑油が含まれていなくても、スクロール圧縮機は、固定及び可動渦巻壁２８，３６の摩耗やこれら渦巻壁２８，３６の焼き付きを確実に防止したうえで、所望の圧縮効率を達成することができる。
【００２８】
また、可動スクロール３２の旋回運動中、図３中に矢印で示すように可動スクロール３２は遠心力を受けるが、この遠心力は可動スクロール３２の可動端板３４が潤滑層３４ａを介して摺接する囲繞壁２４からの反力により打ち消される。それ故、可動スクロール３２が駆動軸１０の軸線方向に変位したり、駆動軸１０に曲げモーメントが発生することもなく、可動スクロール３２の円滑な旋回運動が達成される。
【００２９】
この点、囲繞壁２４からの反力が受けられない場合、遠心力に対する反力は可動スクロール３２側の軸受１２に発生することから、駆動軸１０は大きな曲げモーメントを受ける。このような曲げモーメントは可動スクロール３２の旋回運動に振れを発生させ、壁間クリアランスの変動をもたらす。
可動端板３４の潤滑層３４ａは必要不可欠なものではないが、この潤滑層３４ａは可動スクロール３２の摺動抵抗を低減する。それ故、可動スクロール３２の旋回運動がより円滑になるばかりでなく、その旋回運動に要求される駆動力、つまり、モータセクション２の負荷を削減することができる。
【００３０】
本発明は上述した一実施例に制約されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、図４に示す変形例のスクロール圧縮機の場合、可動端板３４の外周面は、前述の潤滑層３４ａに代えて表面処理により得られた円滑な硬化層３４ｂから形成されており、この硬化層３４ｂの外径がｄ２に設定されている。
また、潤滑層３４ａ又は硬化層３４ｂは可動端板３４の外周面ではなく、囲繞壁２４の内周面２４ａに設けることもでき、更に、可動端板３４の外周面及び囲繞壁２４の内周面２４ａの双方に潤滑層３４ａ又は硬化層３４ｂを設けてもよいし、可動端板３４の外周面及び囲繞壁２４の内周面２４ａが潤滑層３４ａ同士或いは硬化層３４ｂ同士、又は、潤滑層３４ａと硬化層３４ｂとの組合せにて摺接するようにしてもよい。
【００３１】
本発明のスクロール型流体機械は圧縮機ではなく膨張機として使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】スクロール型流体機械としての一実施例のスクロール圧縮機を示した縦断面図である。
【図２】図１の囲繞壁及び可動端板を示し、（ａ）〜（ｄ）は囲繞壁内にて可動端板が旋回運動する様子を順次示した図である。
【図３】可動スクロールの旋回運動中、可動スクロールに働く遠心力が囲繞壁からの反力により打ち消される様子を示した図である。
【図４】変形例のスクロール圧縮機を示した縦断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０          駆動軸
２０          固定スクロール
２２          固定端板
２４          囲繞壁
２８          固定渦巻壁
３２          可動スクロール
３４          可動端板
３４ａ        潤滑層（外周面）
３４ｂ        硬化層（外周面）
３６          可動渦巻壁
３８          クランクピン（従動クランク機構）
４０          偏心ブッシュ（従動クランク機構）
４２          軸受（従動クランク機構）
４４          回転阻止カップリング
【図１】
2007032386.tif 000003
【図２】
2007032386.tif 000004
【図３】
2007032386.tif 000005
【図４】
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