(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、先端側に嵌合穴を有する駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板の表面側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渦巻状のラップ部が立設され、鏡板の背面側にボス部が設けられた旋回スクロールと、前記駆動軸の嵌合穴と該旋回スクロールのボス部とにそれぞれ嵌合して設けられ、該旋回スクロールの旋回半径を可変とする可変クランクとを備えたスクロール式流体機械において、
前記駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間には、常温状態では前記駆動軸に対して可変クランクが回動するのを許し、運転時の熱によって加熱されることにより前記駆動軸に対する可変クランクの回動を規制する回動規制部材を設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記回動規制部材は前記駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に設けられた熱膨張材料であり、該熱膨張材料は常温状態では前記駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保し、運転時の加熱状態では熱膨張によって前記隙間を埋め前記可変クランクの回動位置を一時的に固定する特性を有する請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記可変クランクには鍔部を設け、前記駆動軸には嵌合穴の開口側に位置して該鍔部が嵌合する鍔受段部を設け、該鍔受段部は前記可変クランクが所望の角度だけ回動したときに前記鍔部が当接するように前記嵌合穴の軸心に対し偏心させて配置してなる請求項２に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
前記回動規制部材は前記駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に設けられた熱硬化性樹脂材料であり、該熱硬化性樹脂材料は常温状態では前記駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保し、運転時の加熱状態で熱膨張によって前記隙間を埋めた状態で硬化した後、前記可変クランクの回動位置を恒常的に固定する特性を有する請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項５】
前記回動規制部材は前記駆動軸の嵌合穴内周面と前記可変クランク外周面との間に挿嵌される筒体として形成してなる請求項１，２，３または４に記載のスクロール式流体機械。
【請求項６】
前記駆動軸の嵌合穴にはその開口側に前記可変クランクの軸方向の移動を規制するストッパ部材を設け、前記回動規制部材は前記駆動軸の嵌合穴底面と可変クランク端面との間に設けられた板体であり、該板体は加熱状態では熱膨張して前記ストッパ部材との間で可変クランクを固定する構成としてなる請求項１，２，３または４に記載のスクロール式流体機械。
【請求項７】
前記固定スクロールのラップ部と前記旋回スクロールのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部には、ラップ部よりも軟質な材料からなる表面被覆層を設けてなる請求項１，２，３，４，５または６に記載のスクロール式流体機械。
【請求項８】
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、先端側に嵌合穴を有する駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板の表面側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渦巻状のラップ部が立設され、鏡板の背面側にボス部が設けられた旋回スクロールと、前記駆動軸の嵌合穴と該旋回スクロールのボス部とにそれぞれ嵌合して設けられ、該旋回スクロールの旋回半径を可変とする可変クランクとを備えたスクロール式流体機械において、
前記可変クランクは熱膨張材料によって形成し、該可変クランクは常温状態では前記駆動軸の嵌合穴との間に隙間を確保し、運転時の加熱状態では熱膨張によって前記隙間を埋め駆動軸に対する回動位置を一時的に固定する特性を有することを特徴とする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、例えば空気圧縮機や真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械に関し、特に、旋回スクロールの旋回半径を可変とする可変クランクが設けられた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、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渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールとによって大略構成されている。
【０００３】
また、昨今のスクロール式流体機械には、特開平９−１４４６７４号公報のように、駆動軸の先端側に嵌合穴を設けると共に旋回スクロールにボス部を設け、該駆動軸の嵌合穴と旋回スクロールのボス部との間には、嵌合穴とボス部にそれぞれ嵌合し、該旋回スクロールの旋回半径を可変とする可変クランクを設けたものがある。ここで、可変クランクは、駆動軸の軸線に対して偏心して位置し該駆動軸の先端側に回動可能に挿嵌された第１の軸部と、該第１の軸部の軸線と駆動軸の軸線とに対してそれぞれ偏心して位置し、旋回スクロールに回転可能に接続された第２の軸部とによって大略構成されている。
【０００４】
さらに、駆動軸と可変クランクとの間には、該可変クランクによる旋回スクロールの旋回半径の変化量を所定の変化量範囲で規制するストッパが設けられ、該ストッパは、駆動軸側に設けられたピンと、可変クランク側に形成され、微小な隙間を介して該ピンに嵌合するピン穴とによって構成されている。そして、ストッパは、前記ピンとピン穴との間の微小な隙間によって旋回スクロールの旋回半径の変化量範囲を規定している。
【０００５】
この種の従来技術によるスクロール式流体機械では、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の流体を吸込みつつ、この流体を固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部との間に形成される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流体を吐出する。
【０００６】
また、この運転時には、可変クランクが旋回スクロールのラップ部を固定スクロールのラップ部に押付けるように該旋回スクロールの旋回半径を調整し、各ラップ部間に形成される圧縮室の気密性を高めている。さらに、ストッパは、例えばラップ部を覆うように設けられた表面被覆層等が摺動により摩耗してラップ部が露出する前に、旋回スクロールの旋回半径の変位を停止させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械では、駆動軸側のピンと、該ピンに微小な隙間を介して嵌合した可変クランク側のピン穴とによってストッパを構成し、該ストッパは、旋回スクロールの旋回半径の変化量を所定の変化量範囲で規制するもので、ラップ部を覆う表面被覆層等の摩耗の進行を摩耗限界で食止めるものである。
【０００８】
しかし、表面被覆層の膜厚は例えば数十μｍ（３０μｍ程度）に設定されているため、ラップ部が露出する前に摩耗の進行を止めるには、旋回スクロールの旋回半径の変化量を数十μｍで停止させる必要がある。このため、ストッパを構成するピン、ピン穴をそれぞれ高い精度をもって加工しなくてはならないから、加工作業に多大な労力と時間を要するという問題がある。
【０００９】
しかも、駆動軸、固定スクロール、旋回スクロール等を組付けるときの累積公差を考慮した場合、旋回スクロールの旋回半径の変化量が数十μｍとなるようにストッパを機能させるのは非常に困難であるという問題がある。
【００１０】
これらのことにより、ストッパによって旋回スクロールの旋回半径の変化量を規制するときに遅れが生じる虞れがあり、この場合には表面被覆層が摩耗してラップ部が露出してしまい、各ラップ部間にかじり等が生じてしまうという問題がある。
【００１１】
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、可変クランクによる旋回スクロールの旋回半径の変化量を所望の位置で確実に規制でき、圧縮性能、寿命等を向上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。
【００１２】
【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、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、先端側に嵌合穴を有する駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板の表面側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渦巻状のラップ部が立設され、鏡板の背面側にボス部が設けられた旋回スクロールと、前記駆動軸の嵌合穴と該旋回スクロールのボス部とにそれぞれ嵌合して設けられ、該旋回スクロールの旋回半径を可変とする可変クランクとによって構成されている。
【００１３】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１による発明が採用する構成の特徴は、駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間には、常温状態では駆動軸に対して可変クランクが回動するのを許し、運転時の熱によって加熱されることにより駆動軸に対する可変クランクの回動を規制する回動規制部材を設けたことにある。
【００１４】
このように構成したことにより、運転初期段階のような常温状態では回動規制部材が駆動軸に対して可変クランクの回動を許しているから、該可変クランクによって旋回スクロールの旋回半径が変化し、旋回スクロールのラップ部が固定スクロールのラップ部に押付けられる。また、連続して運転を行ない、圧縮熱、摩擦熱等の熱が発生している加熱状態では、この熱が回動規制部材に加わると、該回動規制部材は駆動軸に対する可変クランクの回動を規制するから、可変クランクによる旋回スクロールの旋回半径の変化量を旋回スクロールのラップ部を固定スクロールのラップ部に押付けた適正位置で保持する。
【００１５】
請求項２の発明は、回動規制部材は駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に設けられた熱膨張材料であり、該熱膨張材料は常温状態では駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保し、運転時の加熱状態では熱膨張によって前記隙間を埋め前記可変クランクの回動位置を一時的に固定する特性を有したことにある。
【００１６】
このように構成したことにより、運転初期段階のような常温状態では駆動軸、可変クランクと回動規制部材との間に隙間が確保されるから、可変クランクの回動を許すことができる。また、加熱状態では回動規制部材を熱膨張させて前記隙間を埋め、駆動軸に対する可変クランクの回動位置を一時的に固定することができる。
【００１７】
請求項３の発明は、可変クランクには鍔部を設け、駆動軸には嵌合穴の開口側に位置して該鍔部が嵌合する鍔受段部を設け、該鍔受段部は可変クランクが所望の角度だけ回動したときに前記鍔部が当接するように嵌合穴の軸心に対し偏心させて配置したことにある。
【００１８】
このように構成したことにより、圧縮運転の停止、開始の繰り返しにより固定スクロール、旋回スクロールのラップ部が当接して摩耗を生じた場合に、例えばラップ部の摩耗限界で鍔部を鍔受段部に当接させることができ、可変クランクによる旋回半径の変位を規制することができる。
【００１９】
請求項４の発明は、回動規制部材は駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に設けられた熱硬化性樹脂材料であり、該熱硬化性樹脂材料は常温状態では駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保し、運転時の加熱状態で熱膨張によって前記隙間を埋めた状態で硬化した後、可変クランクの回動位置を恒常的に固定する特性を有したことにある。
【００２０】
このように構成したことにより、運転初期段階のような常温状態では駆動軸、可変クランクと回動規制部材との間に隙間が確保されるから、可変クランクの回動を許すことができる。また、加熱状態では回動規制部材を熱膨張させて前記隙間を埋めた状態で該回動規制部材が硬化するから、駆動軸に対する可変クランクの回動位置を恒常的に固定することができる。
【００２１】
請求項５の発明は、回動規制部材は駆動軸の嵌合穴内周面と可変クランク外周面との間に挿嵌される筒体として形成したことにある。これにより、筒体を熱膨張させることによって可変クランクを径方向から押圧して固定することができる。
【００２２】
請求項６の発明は、駆動軸の嵌合穴にはその開口側に可変クランクの軸方向の移動を規制するストッパ部材を設け、回動規制部材は駆動軸の嵌合穴底面と可変クランク端面との間に設けられた板体であり、該板体は加熱状態では熱膨張して前記ストッパ部材との間で可変クランクを固定する構成としたことにある。これにより、板体を熱膨張させることによってストッパ部材との間で可変クランクを軸方向に挟んで固定することができる。
【００２３】
請求項７の発明は、固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部には、ラップ部よりも軟質な材料からなる表面被覆層を設けたことにある。
【００２４】
これにより、相対するラップ部との摺動摩擦によって表面被覆層の表面が円滑になるから、該表面被覆層によって旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部との間の気密性が向上する。
【００２５】
また、上述した課題を解決するために、請求項８による発明が採用する構成の特徴は、可変クランクは熱膨張材料によって形成し、該可変クランクは常温状態では駆動軸の嵌合穴との間に隙間を確保し、運転時の加熱状態では熱膨張によって前記隙間を埋め駆動軸に対する回動位置を一時的に固定する特性を有したことにある。
【００２６】
このように構成したことにより、運転初期段階のような常温状態では駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間が確保されるから、可変クランクは回動すことができる。また、加熱状態では可変クランクが熱膨張して前記隙間を埋めるから、可変クランクは駆動軸に対し回動位置が一時的に固定される。
【００２７】
【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無給油式の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。
【００２８】
まず、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示し、１はスクロール式空気圧縮機の外殻をなすケーシングで、該ケーシング１は、図２に示す如く、段付の小径筒状に形成された軸受部１Ａと、該軸受部１Ａの基端側から径方向外向きに延びた円板状の蓋部１Ｂと、該蓋部１Ｂの外周側から軸方向に延びた大径部１Ｃとによって大略構成され、前記大径部１Ｃにはフランジ部１Ｄが径方向外向きに突出して設けられている。
【００２９】
２はケーシング１の先端側に取付けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、例えばアルミニウム系材料、鉄系材料等の硬質な材料によって形成されている。また、固定スクロール２は、略円板状に形成され、中心が後述する駆動軸３の軸線Ｏ1 −Ｏ1 （平面上では軸心Ｏ1 という）と一致するように配設された鏡板２Ａと、該鏡板２Ａの外縁側からケーシング１に向け軸方向に延びた筒部２Ｂと、該筒部２Ｂの外周側から径方向外側に突出し、ケーシング１のフランジ部１Ｄと衝合するフランジ部２Ｃと、前記鏡板２Ａの表面側に軸方向に立設された渦巻状のラップ部２Ｄと、鏡板２Ａの背面側に並列に多数立設された放熱板２Ｅ，２Ｅ，…とによって構成されている。ここで、固定スクロール２のラップ部２Ｄは、図３、図４に示す如く、加工誤差等によって表面が凹凸形状をなしている。
【００３０】
３はケーシング１の軸受部１Ａ内に回転可能に軸支された駆動軸で、該駆動軸３は鉄系材料によって円柱状に形成され、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心にして回転駆動する。また、駆動軸３は、基端側が電動モータ（図示せず）等に連結され、先端側がケーシング１の軸受部１Ａ内へと伸長している。さらに、駆動軸３の先端側には、図５、図６に示す如く、後述する可変クランク１１の嵌合軸部１２が筒体１５と一緒に嵌合する有底の嵌合穴４と、該嵌合穴４の開口に位置し、可変クランク１１の鍔部１４が嵌合する鍔受段部５とが形成されている。
【００３１】
ここで、嵌合穴４は、その軸心Ｏ2 が駆動軸３の軸心Ｏ1 から寸法αだけ偏心した位置となるように配設されている。また、嵌合穴４の内径寸法は、その内周面４Ａと筒体１５の外周面１５Ｂとの間に後述する隙間δ1 を有する寸法、即ち筒体１５の外形寸法よりも隙間δ1 の２倍だけ小さい直径寸法に設定されている。
【００３２】
さらに、鍔受段部５は、その軸心Ｏ3 が嵌合穴４の軸心Ｏ2 から寸法βだけ偏心した位置となるように配設されている。なお、本実施の形態では、鍔受段部５の軸心と鍔部１４の軸心とが同じ０3 となり、その偏心量が同じ寸法βに設定されているが、鍔受段部５の軸心は嵌合穴４の軸心Ｏ2 に対して偏心していればよく、必ずしも鍔部１４の軸心と同じ偏心量とする必要はない。また、鍔受段部５の内径寸法は、嵌合穴４の軸心Ｏ2 を中心にして可変クランク１１が回動したときに、該可変クランク１１の鍔部１４が所望の回動角度で当接する直径寸法に設定されている。
【００３３】
６は固定スクロール２と対向してケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール６は、例えばアルミニウム系材料、鉄系材料等の硬質な材料によって形成されている。また、旋回スクロール６は、円板状に形成された鏡板６Ａと、該鏡板６Ａの表面側に軸方向に立設された渦巻状のラップ部６Ｂと、前記鏡板６Ａの背面側に並列に多数立設された放熱板６Ｃ，６Ｃ，…とによって大略構成されている。また、旋回スクロール６には、各放熱板６Ｃの先端部に円板状の旋回プレート６Ｄが設けられ、該旋回プレート６Ｄの背面側中央にはボス部６Ｅが突設されている。
【００３４】
そして、旋回スクロール６は、固定スクロール２のラップ部２Ｄに対し、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６Ｂ，２Ｄ間には複数の圧縮室７，７，…が画成される。
【００３５】
８は固定スクロール２のラップ部２Ｄの周面に形成された表面被覆層、９は旋回スクロール６のラップ部６Ｂの周面に形成された表面被覆層をそれぞれ示し、該表面被覆層８，９はアルミニウム系材料、鉄系材料によって形成されたラップ部２Ｄ，６Ｂよりも軟質な材料、例えば二流化モリブデン、ふっ素系樹脂、りん酸皮膜等の軟質材料によって形成されている。また、表面被覆層８，９は、その膜厚寸法が例えば３０μｍ程度に設定されている。
【００３６】
ここで、表面被覆層８，９は、固定スクロール２のラップ部２Ｄに対し円滑に接して該ラップ部２Ｄとの間の摩擦抵抗を低減すると共に、各ラップ部２Ｄ，６Ｂ間の気密性を高めるものである。
【００３７】
１０は旋回スクロール６の自転を防止する自転防止機構をなす可動プレートで、該可動プレート１０は、固定スクロール２と旋回スクロール６の旋回プレート６Ｄとの間で互いに直交する２軸方向に摺動可能にガイドされている。これにより、可動プレート１０は、旋回スクロール６の自転を防止し、該旋回スクロール６に旋回半径εをもった円運動（旋回運動）を与えるようになっており、所謂オルダム継手を構成している。
【００３８】
１１は駆動軸３の先端側と旋回スクロール６との間に設けられた可変クランクで、該可変クランク１１は、従来技術で述べた特開平９−１４４６７４号公報に記載された可変クランクとほぼ同様に構成されるものである。
【００３９】
そして、可変クランク１１は、図７に示すように、駆動軸３の嵌合穴４に嵌合される第１の軸部としての嵌合軸部１２と、旋回スクロール６のボス部６Ｅ内に回転可能に嵌合した第２の軸部としての偏心軸部１３とを有し、嵌合軸部１２と偏心軸部１３との間は円板状の鍔部１４となっている。
【００４０】
ここで、可変クランク１１は、偏心軸部１３の軸線Ｏ4 −Ｏ4 （図１、図６中に図示）が駆動軸３の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して寸法εだけ偏心した位置に配設されている。なお、この偏心寸法εは、可変クランク１１の回動位置によって変化する値である。
【００４１】
そして、可変クランク１１は当該スクロール式空気圧縮機の運転時に駆動軸３と一体となって回転することにより、旋回スクロール６を寸法εの旋回半径をもって旋回運動させるものである。さらに、可変クランク１１は、圧縮室７内の圧力と駆動軸３の回転による遠心力との合力を受けることにより、駆動軸３に対して回動しつつ、旋回スクロール６のラップ部６Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付ける。
【００４２】
１５は駆動軸３の嵌合穴４と可変クランク１１の嵌合軸部１２との間に設けられた回動規制部材としての筒体で、該筒体１５はブッシュ、スリーブ等と言われるものであり、円筒状に形成され、内周面１５Ａが嵌合軸部１２の外周面１２Ａに嵌着している。また、筒体１５の外形寸法は嵌合穴４の内径寸法よりも小さく、該筒体１５の外周面１５Ｂと嵌合穴４の内周面４Ａとの間には隙間δ1 が形成される。
【００４３】
ここで、筒体１５は、駆動軸３、可変クランク１１を形成する鉄系材料よりも十分に大きな熱膨張率を有する材料、例えばスチレン系熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル系熱可塑性樹脂等の熱膨張材料によって形成されている。また、筒体１５の外周面１５Ｂと嵌合穴４の内周面４Ａとの間の隙間δ1 は、当該スクロール式空気圧縮機を連続運転する加熱時では、圧縮室７の圧縮熱、各摺動部位の摩擦熱等による熱で筒体１５が熱膨張して当該隙間δ1 を埋め、駆動軸３に対し可変クランク１１を径方向から押圧して固定できる寸法に設定されている。
【００４４】
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。
【００４５】
まず、電動モータにより駆動軸３を回転させると、旋回スクロール６は駆動軸３を中心として旋回半径εをもった旋回運動を行い、固定スクロール２のラップ部２Ｄと旋回スクロール６のラップ部６Ｂとの間に画成された圧縮室７，７，…が連続的に縮小する。これにより、固定スクロール２の外周側に設けられた吸込口１６を通って外周側の圧縮室７内に空気が吸込まれ、この空気は旋回スクロール６が旋回運動する間に各圧縮室７内で順次圧縮され、最後に中心側の圧縮室７から固定スクロール２の中央に設けられた吐出口１７を介して外部の空気タンク（図示せず）に供給される。また、この圧縮運転時には、可変クランク１１によって旋回スクロール６のラップ部６Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けるようにしている。
【００４６】
ここで、上述したスクロール式空気圧縮機の運転時において、運転初期段階のような常温状態では、筒体１５の外周面１５Ｂと回動軸３の嵌合穴４との間に隙間δ1 が確保されているから、可変クランク１１は駆動軸３に対して回動することができ、旋回スクロール６のラップ部６Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けて気密性を高めることができる。
【００４７】
また、このときには、図４に示すように、固定スクロール２のラップ部２Ｄに形成された表面被覆層８、旋回スクロール６のラップ部６Ｂに形成された表面被覆層９が互いに摺接して表面を滑らかにする。
【００４８】
さらに、スクロール式空気圧縮機の運転を連続して行なっている加熱時には、圧縮室７の圧縮熱、各摺動部位の摩擦熱等の熱によって筒体１５が加熱されると、該筒体１５が熱膨張して隙間δ1 を埋めるから、駆動軸３に対し可変クランク１１を径方向から押圧して固定することができる。これにより、可変クランク１１による旋回スクロール６の旋回半径εを適正位置で保持することができ、高気密性を持続することができる。
【００４９】
また、圧縮運転を停止し、筒体１５が常温状態になると、該筒体１５が収縮するから、筒体１５と回動軸３の嵌合穴４との間に隙間δ1 が形成される。
【００５０】
また、圧縮運転の停止、開始を繰り返すことにより、固定スクロール２のラップ部２Ｄの表面被覆層８と旋回スクロール６のラップ部６Ｂの表面被覆層９とが当接することによる該各表面被覆層８，９の摩耗が進行する。ここで、この摩耗が持続して進行する場合にはラップ部２Ｄ，６Ｂが露出することとなる。
【００５１】
しかし、本実施の形態においては、ラップ部２Ｄ，６Ｂが露出する前、即ち、ラップ部２Ｄ，６Ｂの歯厚が所定値以下になる前（摩耗限界）に、可変クランク１１の鍔部１４が駆動軸３の鍔受段部５に当接し、旋回スクロール６の旋回半径の変位が規制されるので、表面被覆層８，９の摩耗の進行を止めることができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、運転初期段階のような常温状態では、筒体１５と駆動軸３の嵌合穴４との間に隙間δ1 を形成することにより、可変クランク１１の回動を許し、旋回スクロール６のラップ部６Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けて圧縮室７の気密性を高めることができる。しかも、連続して運転を行なっている加熱時には、筒体１５を熱膨張させて隙間δ1 を埋め、駆動軸３に対し可変クランク１１の回動位置を固定することができる。
【００５３】
これにより、圧縮運転時には、加工精度の固体差に関係なく、固定スクロール２のラップ部２Ｄと旋回スクロール６のラップ部６Ｂとの間を自動的に高気密状態で保持することができるから、圧縮効率、寿命の向上を図ることができる。また、ラップ部２Ｄ，６Ｂ間の騒音を低減することができる。
【００５４】
しかも、従来技術のように高精度の加工を必要としない上に、組付け時の累積公差を許容することができるから、組立作業等の作業性の向上、製造コストの低減を図ることができる。
【００５５】
また、駆動軸３の鍔受段部５と可変クランク１１の鍔部１４とにより、該可変クランク１１の回動量を規制することができるから、ラップ部２Ｄ，６Ｂの表面被覆層８，９が摩耗してラップ部２Ｄ，６Ｂが露出するのを防止でき、ラップ部２Ｄ，６Ｂ間のかじりを防止することができると共に、ラップ部２Ｄ，６Ｂ自体が摩耗し、その強度が所定値以下まで低下するのを防止することができる。
【００５６】
次に、図８は本発明の第２の実施の形態を示すに、本実施の形態の特徴は、回動規制部材を駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に設けられた熱硬化性樹脂材料によって形成し、該熱硬化性樹脂材料は例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂といった常温状態では駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保し、運転時の加熱状態では熱膨張によって前記隙間を埋めた状態で硬化して可変クランクの回動位置を恒常的に固定する特性を有したことにある。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。
【００５７】
２１は第１の実施の形態による筒体１５に代えて用いられた本実施の形態による筒体で、該筒体２１は、第１の実施の形態による筒体１５とほぼ同様に、円筒状に形成され、嵌合軸部１２に嵌着している。また、筒体２１と嵌合穴４との間には隙間δ1 が形成される。
【００５８】
しかし、本実施の形態による筒体２１は、駆動軸３、可変クランク１１を形成する鉄系材料よりも十分に大きな熱膨張率を有し、かつ連続運転時に加熱されて例えば８０〜１００℃以上となったときに硬化する特性を有した材料、例えばフェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の熱硬化性樹脂材料によって形成されている点で第１の実施の形態による筒体１５と相違している。
【００５９】
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、前記第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が、特に、本実施の形態では、最初の連続運転で設定した旋回スクロール６の旋回半径を恒常的に維持することができるから、表面被覆層８，９の摩耗を最小限に抑えることができ、高気密性を持続できる上に、寿命を延ばすことができる。
【００６０】
次に、図９は本発明の第３の実施の形態を示すに、本実施の形態の特徴は、駆動軸の嵌合穴開口側に可変クランクの軸方向の移動を規制するストッパ部材を設け、回動規制部材を駆動軸の嵌合穴底面と可変クランク端面との間に設けられた板体とし、該板体は加熱状態では熱膨張して前記ストッパ部材との間で可変クランクを固定す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。
【００６１】
３１は第１の実施の形態による駆動軸３に代えて用いられた本実施の形態による駆動軸で、該駆動軸３１には、第１の実施の形態による駆動軸３とほぼ同様に、嵌合穴３２、鍔受段部３３が形成されている。しかし、本実施の形態による駆動軸３１は、前記嵌合穴３２が第１の実施の形態による嵌合穴４よりも深く形成されている点で第１の実施の形態による駆動軸３と相違している。
【００６２】
３４は第１の実施の形態による可変クランク１１に代えて用いられた本実施の形態による可変クランクで、該可変クランク３４は、前記第１の実施の形態による可変クランク１１とほぼ同様に、嵌合軸部３５、偏心軸部３６、鍔部３７によって構成されている。しかし、本実施の形態による可変クランク３４は、嵌合軸部３５の外周面３５Ａと駆動軸３１の嵌合穴３２の内周面３２Ａとの間に僅かな隙間を有する程度に大径に形成されている点、鍔部３７が薄肉に形成されている点で第１の実施の形態による可変クランク１１と相違している。
【００６３】
３８は駆動軸３１の先端側に位置して嵌合穴３２の開口側に設けられたストッパ部材としてのストッパプレートで、該ストッパプレート３８は、可変クランク３４の偏心軸部３６を囲む円環状に形成され、その内周側が可変クランク３４の鍔部３７に係合することにより、該可変クランク３４の軸方向上側への移動を規制している。
【００６４】
３９は嵌合穴３２の底面３２Ｂと嵌合軸部３５の端面３５Ｂとの間に設けられた回動規制部材としての板体で、該板体３９は、シム、スペーサ等と言われるものであり、前記第１の実施の形態による筒体１５と同様に、駆動軸３１、可変クランクを形成する材料よりも十分に大きな熱膨張率を有する熱膨張材料によって円板状に形成されている。
【００６５】
そして、板体３９は、圧縮室７の圧縮熱、各摺動部位の摩擦熱等による加熱時には、この熱で熱膨張することにより、可変クランク３４の鍔部３７とストッパプレート３８との間の隙間δ2 と、嵌合軸部３５の端面３５Ｂと板体３９の上端面３９Ａとの間の隙間δ3 を埋め、駆動軸３１に対し可変クランク３４を軸方向から挟んで固定するものである。
【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、前記第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。
【００６７】
なお、第１の実施の形態では、円筒状の筒体１５の内周面１５Ａを嵌合軸部１２の外周面１２Ａに嵌着し、外周面１５Ｂと嵌合穴４の内周面４Ａとの間に隙間δ1 を形成した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば、図１０に示す第１の変形例の如く、筒体４１の外周面４１Ｂを嵌合穴４の内周面４Ａに嵌着し、内周面４１Ａと嵌合軸部１２の外周面１２Ａとの間に隙間δ4 を形成してもよい。
【００６８】
また、筒体の外周面と嵌合穴の内周面との間、筒体の内周面と嵌合軸部の外周面との間の両方に隙間を形成してもよい。これらの構成は、第２の実施の形態にも適用することができる。
【００６９】
また、各実施の形態では、駆動軸３，３１と可変クランク１１，３４との間に熱膨張材料によって形成された筒体１５，２１，４１、板体３９を設ける構成としているが、本発明はこれに限らず、例えば、図１１に示す第２の変形例の如く、可変クランク５１を駆動軸３よりも十分に大きな熱膨張率を有する熱膨張金属材料によって形成してもよい。この場合には、可変クランク５１の嵌合軸部５２を大径にし、該嵌合軸部５２と駆動軸３の嵌合穴４との間に隙間δ1 を設ける構成とすればよく、偏心軸部５３、鍔部５４は各実施の形態と同様の形状となっている。
【００７０】
また、第３の実施の形態では、板体３９を大きな熱膨張率を有する熱膨張材料によって形成した場合を例示したが、これに替えて、板体３９を大きな熱膨張率を有し、かつ加熱されることにより硬化する特性を有した熱硬化性樹脂材料によって形成してもよい。
【００７１】
また、第１の実施の形態では、熱膨張率の大きな材料としてスチレン系熱可塑性樹脂、ポリ塩化ビニル系熱可塑性樹脂等の熱膨張材料を用いた場合を例示したが、本発明はこれに限らず、例えば形状記憶合金、セラミックス等の他の熱膨張材料を用いてもよい。
【００７２】
さらに、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式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することができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、運転初期段階のような常温状態では回動規制部材によって駆動軸に対する可変クランクの回動を許すことにより、該可変クランクによって旋回スクロールの旋回半径を変化させ、旋回スクロールのラップ部を固定スクロールのラップ部に押付けて隙間を適正状態とすることができる。また、連続して運転を行ない、圧縮熱、摩擦熱等の熱が発生している加熱状態では、この熱によって回動規制部材が加熱されることにより、該回動規制部材によって駆動軸に対する可変クランクの回動を規制することができるから、可変クランクによる旋回スクロールの旋回半径の変化量を適正位置で保持することができる。
【００７４】
この結果、運転時には、加工精度の固体差に関係なく、固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部との間を自動的に高気密状態に保持することができるから、圧縮効率、寿命等を向上することができる。しかも、組付け時の累積公差を許容することができるから、組立作業等の作業性の向上、製造コストの低減を図ることができる。
【００７５】
請求項２の発明によれば、運転初期段階のような常温状態では駆動軸、可変クランクと回動規制部材との間に隙間を確保できるから、可変クランクの回動を許すことができる。また、加熱状態では回動規制部材を熱膨張させて前記隙間を埋め、駆動軸に対する可変クランクの回動位置を一時的に固定することができる。これにより、毎回の圧縮運転時には各ラップ部間の気密性を高めて圧縮効率を向上することができる。
【００７６】
請求項３の発明によれば、圧縮運転の停止、開始の繰り返しにより固定スクロール、旋回スクロールのラップ部が当接して摩耗を生じた場合に、例えばラップ部の摩耗限界で鍔部を鍔受段部に当接させ、可変クランクによる旋回半径の変位を規制することができるから、ラップ部の異常摩耗やかじり等を防止でき、寿命を延ばすことができる。
【００７７】
請求項４の発明によれば、運転初期段階のような常温状態では駆動軸、可変クランクと回動規制部材との間に隙間を確保できるから、可変クランクの回動を許すことができる。また、加熱状態では回動規制部材を熱膨張させて前記隙間を埋めた状態で該回動規制部材を硬化させることにより、駆動軸に対する可変クランクの回動位置を恒常的に固定することができる。これにより、最初の圧縮運転時における各ラップ部間の高気密性を維持でき、圧縮効率を向上することができる。
【００７８】
請求項５の発明によれば、回動規制部材を駆動軸の嵌合穴内周面と可変クランク外周面との間に挿嵌される筒体として形成しているから、筒体を熱膨張させることにより可変クランクを径方向から押圧して固定することができる。
【００７９】
請求項６の発明によれば、駆動軸の嵌合穴開口側に可変クランクの軸方向の移動を規制するストッパ部材を設け、回動規制部材を駆動軸の嵌合穴底面と可変クランク端面との間に設けられた板体として形成し、該板体は加熱状態では熱膨張して前記ストッパ部材との間で可変クランクを固定する構成としているから、板体を熱膨張させることによって可変クランクをストッパ部材との間で軸方向に挟んで固定することができる。
【００８０】
請求項７の発明によれば、固定スクロールのラップ部と旋回スクロールのラップ部のうち少なくとも一方のラップ部に、ラップ部よりも軟質な材料からなる表面被覆層を設けているから、相対するラップ部との摺動摩擦によって表面被覆層の表面を円滑にでき、該表面被覆層によって旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部との間の気密性を向上することができる。
【００８１】
請求項８の発明によれば、運転初期段階のような常温状態では駆動軸の嵌合穴と可変クランクとの間に隙間を確保できるから、可変クランクを回動させることができる。また、加熱状態では可変クランクを熱膨張させて前記隙間を埋めることができるから、駆動軸に対する可変クランクの回動位置を一時的に固定することができる。これにより、毎回の圧縮運転時には各ラップ部間の気密性を高めて圧縮効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によ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中のケーシング、駆動軸、旋回スクロール、可変クランク等を示す分解斜視図である。
【図３】運転の初期段階における固定スクロールのラップ部、旋回スクロールのラップ部、表面被覆層を拡大して示す図１中の矢示 III−III 方向断面図である。
【図４】圧縮運転によって表面被覆層が摩耗した状態を示す図３と同様位置からみた断面図である。
【図５】図１中の駆動軸、可変クランク、筒体を拡大して示す要部拡大縦断面図である。
【図６】駆動軸、可変クランク、筒体を示す図５の平面図である。
【図７】駆動軸、可変クランク、筒体を分解した状態で示す示す分解縦断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による筒体を駆動軸、可変クランクと一緒に示す図５と同様位置からみた要部拡大縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態による駆動軸、可変クランク、板体を示す図５と同様位置からみた要部拡大縦断面図である。
【図１０】本発明の第１の変形例による筒体を示す図５と同様位置からみた要部拡大縦断面図である。
【図１１】本発明の第２の変形例による可変クランクを示す図５と同様位置からみた要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  固定スクロール
２Ａ，６Ａ  鏡板
２Ｄ，６Ｂ  ラップ部
３，３１  駆動軸
４，３２  嵌合穴
４Ａ，３２Ａ，１５Ａ，４１Ａ  内周面
５，３３  鍔受段部
６  旋回スクロール
７  圧縮室
８，９  表面被覆層
１１，３４，５１  可変クランク
１２，３５，５２  嵌合軸部
１２Ａ，３５Ａ，１５Ｂ，４１Ｂ  外周面
１４，３７，５４  鍔部
１５，２１，４１  筒体（回動規制部材）
３２Ｂ  底面
３５Ｂ  端面
３８  ストッパプレート（ストッパ部材）
３９  板体（回動規制部材）
δ1 ，δ2 ，δ3 ，δ4   隙間
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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