(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板の両側に渦巻き状の揺動スクロールラップを有する揺動スクロールと、該揺動スクロールの軸方向の両側に配置されると共に前記揺動スクロールラップと噛み合う固定スクロールラップを有する一対の固定スクロールと、前記揺動スクロールの径方向の外周端部に取り付けられた一対の揺動軸受と、該揺動軸受が嵌合する偏芯軸部を有する出力用又は入力用のクランク軸と、を備えたスクロール式流体機械において、
前記各揺動軸受の内輪に、前記揺動軸受のクランク軸芯回りの位相と略１８０°の位相差のウエイト重心を有するバランサ仕組みをそれぞれ取り付け、
該バランサ仕組みは、前記偏芯軸部の外周面に径方向の隙間を有するように嵌合すると共に、回転止め部材により前記偏芯軸部に対して相対回転しないように回転止めされており、
前記バランサ仕組みを収納する筒形のバランサ仕組みハウジングを、前記揺動スクロールの前記鏡板の前記揺動軸受近傍に設け、該バランサ仕組みハウジングと前記偏芯軸部の外周との間にシール部材を配設しているスクロール式流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載のスクロール式流体機械において、
前記バランサ仕組みハウジングの内周面に油溜め用の凹部を形成し、
該凹部と前記クランク軸の支持部材との間の潤滑油通路として、両端部が前記バランサ仕組みハウジングと前記支持部材とに、球面軸受を介して回動自在支持された潤滑油管を配置しているスクロール式流体機械。
【請求項３】
請求項１に記載のスクロール式流体機械において、
前記固定スクロールと、前記クランク軸を支持する支持部材とを別体とし、
前記両固定スクロール間で前記揺動スクロールを挟むと共に前記両固定スクロール同士を結合し、
結合された前記両固定スクロールを前記支持部材に取り付けているスクロール式流体機械。
【請求項４】
請求項３に記載のスクロール式流体機械において、
前記各クランク軸の端部は前記支持部材から外方に突出し、
前記各クランク軸の端部同士は、前記各クランク軸の端部に固着された回転輪と該両回転輪間に巻き掛けられた索状体とからなる同期装置により同期回転するよう連結されているスクロール式流体機械。
【請求項５】
請求項４に記載のスクロール式流体機械において、
前記両クランク軸の軸間距離と同じクランク軸間距離を有する追加のスクロール式流体機械を配設し、
該追加のスクロール式流体機械の各クランク軸の端部を、前記元のスクロール式流体機械の前記各クランク軸に連結しているスクロール式流体機械。
【請求項６】
請求項５に記載のスクロール式流体機械において、
前記元のスクロール式流体機械の前記一対のクランク軸が前記揺動スクロールの上方と下方に位置するように配置し、
前記下方のクランク軸の下方に、該下方のクランク軸と巻き掛け伝動機構により連結される駆動又は被駆動装置を配置しているスクロール式流体機械。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれか一つに記載のスクロール式流体機械において、
前記支持部材を取り付けるための取付部を有する取付台を備え、
前記取付部は、前記支持部材の垂直面に当接する垂直支持面と、前記支持部材の下端面を支持する下端支持部とを備えている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、容積型の膨張機または圧縮機として用いられるスクロール式流体機械に関し、特に、揺動スクロールの軸方向の両側に一対の固定スクロールを配置し、一対のクランク軸を径方向の外方に配置した外周駆動型のスクロール式流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロール式流体機械としては、上記のように、揺動スクロールの軸方向の両側に一対の固定スクロールを配置し、一対のクランク軸を径方向の外方に配置した外周駆動型のスクロール式流体機械（特許文献１、２及び３）と、揺動スクロールの鏡板の軸方向の片面のみに固定スクロールを配置し、クランク軸をスクロール軸芯部分に配置した中央駆動型のスクロール式流体機械（特許文献４等）がある。
【０００３】
前者の外周駆動型のスクロール式流体機械は、後者の中央駆動型のスクロール式流体機械と比べ、略２倍の容量を確保できると共に、内部の作動媒体から揺動スクロールの鏡面に掛かる軸方向の圧力が、軸方向の両方で均衡するので、結果的に、揺動スクロールに対しては軸方向のスラスト力が働かず、その分、機械損失を低減することができる。
【特許文献１】特開平５−５２１８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２７７７３号公報
【特許文献３】特開２００１−２２７４８１号公報
【特許文献４】特公平６−３１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが前者のような外周駆動型のスクロール式流体機械では、次のような課題が残っている。
【０００５】
一対の固定スクロールを備えた従来の外周駆動型スクロール式流体機械は、いずれもクランク軸の回転軸芯回りの揺動半径が一定に設定されているので、加工精度や作動中の熱膨張等により、固定スクロールラップと揺動スクロールラップとの径方向の過大な圧接力が発生するのを避けるために、固定スクロールラップと揺動スクロールラップとの間に、所定の径方向の隙間を確保するように設計しなければならない。ところが、このような隙間を確保していると、スクロールラップ間で形成された高圧側の部屋から低圧の部屋への作動媒体の漏れ量が大きくなり、駆動効率低下の原因になっている。
【０００６】
上記隙間からの作動流体の漏れを防ぐために、たとえば前記特許文献１では、固定スクロールと揺動スクロールとに間に特別の蛇腹状のシール部材を配置しているが、シール部材の寿命も長く維持することは困難である。
【０００７】
（発明の目的）
本発明は、固定スクロールラップと揺動スクロールラップとに間に、特別のシール部材を配設せずとも、スクロール内の部屋間の作動流体の漏れを確実に防止して駆動効率を向上させ、かつ、揺動スクロールが、摩擦抵抗等で作動不良になることなく、円滑に駆動できる外周駆動型スクロール式流体機械を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記課題を解決するため、本願発明は、鏡板の両側に渦巻き状の揺動スクロールラップを有する揺動スクロールと、該揺動スクロールの軸方向の両側に配置されると共に前記揺動スクロールラップと噛み合う固定スクロールラップを有する一対の固定スクロールと、前記揺動スクロールの径方向の外周端部に取り付けられた一対の揺動軸受と、該揺動軸受が嵌合する偏芯軸部を有する出力用又は入力用のクランク軸と、を備えたスクロール式流体機械において、前記各揺動軸受の内輪に、前記揺動軸受のクランク軸芯回りの位相と略１８０°の位相差のウエイト重心を有するバランサ仕組みをそれぞれ取り付け、該バランサ仕組みは、前記偏芯軸部の外周面に径方向の隙間を有するように嵌合すると共に、回転止め部材により前記偏芯軸部に対して相対回転しないように回転止めされており、前記バランサ仕組みを収納する筒形のバランサ仕組みハウジングを、前記揺動スクロールの前記鏡板の前記揺動軸受近傍に設け、該バランサ仕組みハウジングと前記偏芯軸部の外周との間にシール部材を配設している。
【００１９】
上記構成によると、クランク軸の偏芯軸部の外周面とバランサ仕組みの内周面との間に径方向の隙間を形成していることにより、揺動スクロールの公転半径が可変となり、かつ、揺動軸受の内輪にバランサ仕組みを取り付け、揺動スクロールの過大な遠心力を抑制しているので、固定スクロールラップと揺動スクロールラップのとの間に、適当な厚さの作動媒体を介在させてシール性を維持し、高駆動効率を確保しつつ、揺動スクロールの円滑な作動を確保することができる。
また、たとえば、作動媒体が蒸気の状態で漏れ出る場合でも、揺動軸受に給油された油や、隙間に充填したグリス等を、作動媒体から隔離し、揺動軸受の長寿命化を達成することができる。
【００２０】
本発明は、上記のようにバランサ仕組みを保護する手段を有するスクロール式流体機械において、前記バランサ仕組みハウジングの内周面に油溜め用の凹部を形成し、該凹部と前記クランク軸の支持部材との間の潤滑油通路として、両端部が前記バランサ仕組みハウジングと前記支持部材とに、球面軸受を介して回動自在支持された潤滑油管を配置することができる。
【００２１】
上記構成によると、たとえば、クランク軸内の給油通路を通った潤滑油は、偏芯ピースとバランサ仕組みとの間の隙間や、揺動軸受を潤滑、冷却した後、遠心力によりバランサ仕組みハウジングの内周面に沿って回ると共に油溜め用凹部に集まり、旋回状態の潤滑油自体の遠心力により、速やかに潤滑油管を通って排出される。これにより、揺動軸受等の寿命が延びると共に、油加圧用の特別の機構を備える必要もなく、動力損失も少なくなる。
【００２２】
本発明は、上記各スクロール式流体機械において、前記固定スクロールと、前記クランク軸を支持する支持部材、たとえば機械ケース等とを別体とし、両固定スクロール間で前記揺動スクロールを挟むと共に両固定スクロール同士を結合し、結合された両固定スクロールを前記機械ケース等の支持部材に取り付けることができる。
【００２３】
上記構成によると、たとえば、スクロールをアルミ合金で製作し、機械ケース等の支持部材を鋳鉄としても、前記隙間により熱膨張差を吸収でき、大形化及び低コスト化が達成できる。
【００２４】
本発明は、上記各スクロール式流体機械において、前記各クランク軸の端部は前記支持部材から外方に突出し、前記各クランク軸の端部同士は、各クランク軸の端部に固着されたタイミングギヤ等の回転輪と両回転輪間に巻き掛けられたタイミングベルト等の索状体とからなる同期装置により同期回転するよう連結されることができる。
【００２５】
上記構成によると、両クランク軸を簡単な構造により同期回転させることができると共に、同期装置のメンテナンスも容易である。
【００２６】
本発明は、上記のような同期装置を備えたスクロール式流体機械において、前記両クランク軸の軸間距離と同じクランク軸間距離を有する追加のスクロール式流体機械を増設し、該追加のスクロール式流体機械の各クランク軸の端部を、前記元のスクロール式流体機械の各クランク軸に連結することができる。
【００２７】
上記構成によると、追加のスクロール式流体機械が元のスクロール式流体機械と同じ仕様であれば、簡単に大容量化を達成でき、また、追加のスクロール式流体機械として、低圧仕様のものを増設すれば、高膨張比化を達成できる。すなわち、容量や膨張比（圧力比）の広範囲化ができる。
【００２８】
本発明は、上記各スクロール式流体機械において、前記一対のクランク軸が揺動スクロールの上方と下方に位置するように配置し、下方のクランク軸の下方に、該下方のクランク軸と巻き掛け伝動機構により連結される駆動又は発電機等の被駆動装置を配置することができる。
【００２９】
上記構成によると、駆動又は発電機等の被駆動装置に直接連結されていない上方のクランク軸からの力が、駆動装置又は被駆動装置からの力と対抗するように働くので、下方のクランク軸の揺動軸受にかかる荷重を減らすことができ、長寿命化及び小型化が達成できる。なお、両クランク軸を上下方向に間隔を置いて配置していることにより、たとえば、凝縮器や冷却器の配置場所として、設置面積を小さくすることができる。
【００３０】
本発明は、上記駆動装置または被駆動装置を備えたスクロール式流体機械において、機械ケース等の前記支持部材を取り付けるための取付部を有する取付台を備え、前記取付部は、前記支持部材の垂直面に当接する垂直支持面と、前記支持部材の下端面を支持する下端支持部とを備えることができる。
【００３１】
上記構成によると、増設するスクロール流体機械を取り付ける際には、たとえば吊り上げフックで吊り上げ、下端支持面及び垂直支持面で位置決めしつつ、下端支持面に沿って滑らせて、所定位置で固定すれば、元のスクロール式流体機械に対して簡単に位置決めし、クランク軸同士を結合することができ、取付作業、特に増設作業が容易になる。
【発明の効果】
【００３２】
要するに本発明によると、揺動スクロールの公転半径を可変とし、かつ、揺動軸受の内輪にバランサ仕組みを取り付け、揺動スクロールの過大な遠心力を抑制しているので、固定スクロールラップと揺動スクロールラップのとの間に、適当な厚さの作動媒体を介在させてシール性を維持し、高駆動効率を確保しつつ、揺動スクロールの円滑な作動を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
［第１の実施形態］
（スクロール式流体機械の基本構造）
図１乃至図１０は本発明の第１の実施形態であり、スクロール式流体機械の一例として、外周駆動型のスクロール式膨張機１を示しており、これらの図面に基づいて、まず、スクロール式膨張機１の基本構造を説明する。
【００３４】
図１は外周駆動型のスクロール式膨張機２の縦断面拡大図であり、スクロール式膨張機１は、カップ形の機械ケース２及びケースカバー３等のクランク軸支持部材で囲まれた収納室内に、単一の揺動スクロール５と、一対の固定スクロール６，６と、を収納している。機械ケース２及びケースカバー３の上下端部には、互いに平行で略水平なクランク軸１１がそれぞれ配置されており、各クランク軸１１は、軸方向両側の軸受１５，１６を介して機械ケース２及びケースカバー３に回転可能に支持されている。前記各固定スクロール６、６は、揺動スクロール５の軸方向の両側に配置されると共に、機械ケース２及びケースカバー３の上下方向の略中央部にそれぞれ固定されている。
【００３５】
揺動スクロール５は、鏡板５ａの両側に形成された各鏡面に渦巻き状の揺動スクロールラップ２５をそれぞれ一体に備えており、各揺動スクロールラップ２５は、各固定スクロール６，６の鏡板６ａ、６ａに形成された固定スクロールラップ２６，２６にそれぞれ軸方向に噛み合い、揺動スクロールラップ２５と固定スクロールラップ２６，２６との径方向の間で膨張室３０を形成している。径方向の最も内方端部の膨張室３０は、各固定スクロール６，６の中央部に形成された作動媒体入口３１を介し、機械ケース２及びケースカバー３の作動媒体取入部３２に連通し、各作動媒体取り入れ部３２は、図示しないが高温高圧の作動媒体供給装置に接続している。また、径方向の最も外方端部に形成される膨張室３０は、図示しないが作動媒体排出通路に連通している。
【００３６】
揺動スクロール５の鏡板５ａの径方向の外周端部には、上方と下方に延びる一対のアーム部４１が鏡板５ａと一体に形成され、各アーム部４１の先端には筒状の揺動軸受ハウジング４３が一体に形成され、各揺動軸受ハウジング４３の内周面には出力用の揺動軸受４４が嵌着されている。各揺動軸受４４の内輪４４ａの内周面には、揺動スクロール５の遠心力を抑制するためのバランサ仕組み３７が一体的に取り付けられ、各揺動軸受４４は、前記バランサ仕組み３７を介して、上下のクランク軸１１の偏芯軸部（クランクピン部）１２にそれぞれ嵌合している。上下一対の揺動軸受ハウジング４３は、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２回りに略１８０°の間隔を置いて配設されている。また、クランク軸１１には、上記バランサ仕組み３７とは別に、クランク軸芯（クランク軸１１の回転軸芯）Ｃ１回りに発生する偏芯軸部１２の遠心力を抑制するために、クランク軸用バランサウエイト１８が直接固定されており、このクランク軸用バランサウエイト１８は、クランク軸芯Ｃ１に対する偏芯軸部１２の偏芯方向と逆方向に偏芯している。
【００３７】
各揺動軸受ハウジング４３の軸方向両端には、それぞれ軸方向に突出する円筒状のバランサ仕組みハウジング４８が一体に形成され、各バランサ仕組みハウジング４８の軸方向の端面にはハウジングカバー４９が取り付けられている。すなわち、前記揺動軸受ハウジング４３と、バランサ仕組みハウジング４８と、ハウジングカバー４９とで構成される収納空間内に、揺動軸受４４、バランサ仕組み３７及び偏芯軸部１２を収納している。さらに、ハウジングカバー４９の内周端部と偏芯軸部１２との外周面との間には、
シール部材として環状シール１９が配設されている。
【００３８】
各クランク軸１１の軸方向の両端部はそれぞれ機械ケース２及びケースカバー３から軸方向に突出し、機械ケース２側から突出した各クランク軸１１の端部には、それぞれ同径のタイミングギヤ２０が固着され、上下のタイミングギヤ２０間にはタイミングベルト（歯付きベルト）２１が巻き掛けられている。すなわち、両タイミングギヤ２０及びタイミングベルト２１より、同期装置を構成しており、両クランク軸１１は、前記同期装置により、同期回転できるようになっている。さらに、下側のクランク軸１１の一端部には、前記タイミングギヤ２０と共に出力用のタイミングギヤ３８が固着され、前記下側のクランク軸１１は、出力用タイミングギヤ３８に巻き掛けられたタイミングベルト３９を介して、発電機等の適宜の被駆動装置に連結されている。
【００３９】
一方、各クランク軸１１のケースカバー３側の突出端部には、それぞれ膨張機増設用のカップリング２２が固着されている。
【００４０】
図２は、揺動スクロール５が上端位置まで揺動（公転）した状態を示す図１の揺動スクロールのII矢視図、図３は、図２の状態の上側の揺動軸受４４、偏芯軸部１２及びバランサ仕組み３７等の拡大図、図４は、揺動スクロールラップ２５と固定スクロールラップ２６との噛み合い状態を示す図１のIV-IV断面相当図である。図４において、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２は固定スクロールラップ２６の基礎円中心Ｏ１から所定距離（公転半径）ｒを隔てており、基礎円中心Ｏ２近傍の膨張室３０内に圧入される作動媒体が膨張してゆくことにより、揺動スクロール５は、その基礎円中心Ｏ２が固定スクロール６の基礎円中心Ｏ１回りを公転するように、矢印Ｒ11方向に揺動（公転）する。これにより、図１の上下の揺動軸受ハウジング４３、揺動軸受４４、バランサ仕組み３７及び偏芯軸部１２を介して、両クランク軸１１を同期回転させる。
【００４１】
（バランサ仕組み等の構造）
図２において、バランサ仕組み３７は、各揺動軸受４４の内輪４４ａの内周面に一定圧の締まり嵌めにより固着された筒状の内輪間座３６と、該内輪間座３６に固着されると共に揺動軸受４４の軸方向両側に配置された一対のバランサウエイト３５とから構成されている。
【００４２】
図３において、内輪間座３６の内周面と偏芯軸部１２の外周面との間には、公転半径ｒを可変とするために、一定寸法の径方向の隙間２３が形成されている。バランサウエイト３５は、揺動スクロール５の遠心力を効率よく打ち消すことができるように、クランク軸芯Ｃ１に対する偏芯軸部芯Ｏ２の偏芯方向と反対側に偏芯した位置に配設されている。さらに、内輪間座３６及びバランサウエイト３５には、揺動スクロール５が発生する駆動力Ｆ１に対して９０°の位相差の位置に、回転止め部材としてキー２８が固定されており、該キー２８は、偏芯軸部１２の偏芯方向側の端部に形成されたキー溝２８に、径方向及び周方向に遊びを有して係合している。これにより、偏芯軸部１２に対して、揺動スクロール５の揺動軸受ハウジング４３及び揺動軸受４４を、バランサウエイト３５からの遠心力Ｆ２の方向及びその逆方向に、上記隙間１９に相当する量だけ移動可能となっている。すなわち、揺動スクロール５が発生する駆動力Ｆ１に対して９０°の位相差の位置にキー２８を配置していると、作動媒体の膨張力で揺動スクロール５に発生する駆動力Ｆ１によって、内輪間座３６は偏芯軸部１２に押し付けられ、クランク軸１１を回転する力を偏芯軸部１２に伝えるが、キー２８とキー溝２９との径方向のスライドにより、公転半径ｒが変動すると共に、揺動スクロール用バランサウエイト３５の遠心力Ｆ２は、直接揺動スクロール５に作用し、揺動スクロール５の遠心力を略完全に打ち消すのである。
【００４３】
（揺動スクロール５の重心の設定）
図５は、揺動スクロール５に発生する遠心力Ｆ３等を示す図、図６乃至図９は、揺動スクロール５の揺動中における揺動軸受ハウジング４３とバランサ仕組み３７の状態を９０°毎に示す図であり、図６は、揺動スクロール５が上端に位置した状態、図７は図６の状態から９０°反時計回り（矢印Ｒ1回り）に揺動した状態であって、左端に位置した状態、図８は図７の状態から９０°反時計回り（矢印Ｒ1回り）に揺動した状態であって、下端に位置した状態、図９は図８の状態から９０°反時計回り（矢印Ｒ1回り）に揺動した状態であって、右端に位置した状態を示している。
【００４４】
図２において、クランク軸１１及び偏芯軸部１２とは別体で、揺動スクロール５と共に揺動する部品（揺動軸受４４を含む）のうち、前記バランサ仕組み３７を除いた揺動組立体の重心Ｇ２が、揺動スクロール５の構成部分、たとえば鏡板５ａの形状及び肉厚を調節することにより、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ１に位置するように設定されている。
【００４５】
これにより、バランサ仕組み３７を除いた揺動スクロール５及び揺動軸受４４等の揺動組立体による遠心力は、図５にＦ３で示すように、揺動スクロール５の揺動中、常に、大きさが一定で、固定スクロール６の基礎円中心Ｏ１から揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２に向かう方向に発生する。Ｆ１２は、作動媒体の圧力により揺動スクロール５に働く力（前記Ｆ１）の円周方向成分であり、Ｆ１３は、作動媒体の圧力により揺動スクロール５に働く力（Ｆ１）の円周方向成分である。上記のように重心Ｇ２を設定すると、揺動スクロール５の揺動中、図６乃至図９に示すように、所定の偏芯方向（揺動スクロール５の遠心力Ｆ３と反対方向）に設けられた一定質量の揺動スクロール用バランサウエイト３５により、常に、効率良く揺動スクロール５による遠心力Ｆ３を打ち消し、スクロール式膨張機１の駆動効率を維持できる。すなわち、上記揺動スクロール用バランサウエイト３５は、常に、クランク軸芯Ｃ１から一定距離を保っており、一定の遠心力により、前記揺動組立体の遠心力Ｆ３を打ち消すことができるのである。これにより、スクロールラップ２５，２６の接触部における接触圧力が過大になるのを防ぐと共に、接触部の隙間が大きくなる過ぎるのも防ぐ事ができ、駆動効率を高く維持できるのである。
【００４６】
（上下のバランサ仕組み３７の質量の設定）
図１０は、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２から上方の揺動軸受４４の中心Ｃ３（偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２と略同じ）までの距離Ｌ１及び揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２から下方の揺動軸受４４の中心Ｃ３（偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２と略同じ）までの距離Ｌ２と、上下の各バランサ仕組み３７の質量との関係を示している。
【００４７】
前記バランサ仕組み３７を除く揺動スクロール５等の揺動組立体の重心Ｇ２は、クランク軸１１と直交し、両揺動軸受４４の幅方向の中心を結ぶ線上に存在しており、前記各揺動スクロール用バランサウエイト３５の質量は、前記揺動組立体の基礎円中心Ｏ２（重心Ｇ２）と各揺動軸受４４の中心（偏芯軸部芯Ｃ２）との距離Ｌ１，Ｌ２の逆比で決定される大きさに設定されている。
【００４８】
すなわち、前記バランサ仕組み３７を除く揺動組立体の質量をｍ、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２から上側の揺動軸受４４の中心Ｃ３（Ｃ２）までの距離をＬ１とし、揺動スクロール５の基礎円中心Ｏ２から下側の揺動用軸受４４の中心Ｃ３（Ｃ２）までの距離をＬ２とすると、揺動組立体の質量ｍは、上側の揺動軸受４４の中心Ｃ３の質量ｍ１（＝ｍ×Ｌ２／（Ｌ１＋Ｌ２））と、下側の揺動軸受４４の中心Ｃ３の質量ｍ２（＝ｍ×Ｌ１／（Ｌ１＋Ｌ２））に、等価的に置き換えられる。ここで、上側のバランサ仕組み３７のクランク軸芯Ｃ１回りのモーメントを、ｍ１×ｒに、下側のバランサ仕組み３７のクランク軸芯Ｃ１回りのモーメントを、ｍ２×ｒになるように、各バランサウエイト３５の質量を決定する。要するに、上側の距離Ｌ１＞下側の距離Ｌ２であれば、上側のバランサ仕組み３７の質量ｍ１＜下側のバランサ仕組み３７の質量ｍ２となり、反対に、上側の距離Ｌ１＜下側の距離Ｌ２であれば、上側のバランサ仕組み３７の質量ｍ１＞下側のバランサ仕組み３７の質量ｍ２となる。
【００４９】
このように設定することにより、揺動スクロール５が固定スクロール６の基礎円中心Ｏ１回りに公転運動をしても、バランサ仕組み３７を含む揺動組立体全体の重心Ｇ３は、常に固定スクロール６の基礎円中心Ｏ１に位置し、移動しないので、バランサ仕組み３７を含む揺動組立体全体として遠心力が発生することはない。
【００５０】
なお、前記距離Ｌ１と距離Ｌ２が等しい場合には、上下のバランサ仕組み３７の質量ｍ１，ｍ２は同じ値となる。
【００５１】
上記構成は、バランサ仕組み３７のバランサウエイト３５の大きさ及び質量を、揺動スクロール５に発生する遠心力を略完全に打ち消す値に設定しているが、揺動スクロール５に発生する遠心力の一部を残すように設定し、残した一部の遠心力を、図４に示す固定スクロールラップ２６と揺動スクロールラップ２５との接触部Ｐ１のシール圧として利用する構成とすることもできる。すなわち、図６に示すように、揺動スクロール５の遠心力の一部（矢印Ｆ31）を残すことにより、偏芯軸部１２に対して揺動軸受４４及び揺動軸受ハウジング４３を、隙間２３に相当する量だけキー２８側に押圧し、それにより、図４に示す固定スクロールラップ２６と揺動スクロールラップ２５との接触部Ｐ１にシール圧を向上させることができる。これにより、作動媒体が膨張室３０間で漏れるのを防ぎ、駆動効率をさらに向上させることができる。
【００５２】
（バランサ仕組みハウジング４８，ハウジングカバー４９及びシール１９の作用）
図１において、揺動スクロール５の鏡板５ａと、固定スクロールラップ２６の軸方向間には、軸方向の摺動隙間６０が存在する。たとえば、作動媒体が蒸気である場合には、上記摺動隙間６０から上記が漏れ、この漏出蒸気が揺動軸受４４にかかる恐れがある。これを防ぐため、本第１の実施形態では、揺動軸受４４、バランサ仕組み３７を外部から隔離して収納するように、前述のように、バランサ仕組みハウジング４８及びハウジングカバー４９を設けると共に、偏芯軸部１２と内輪間座３６の間のシール１９を配設しているので、揺動軸受４４に給油された潤滑油や、隙間２３に充填したグリスを、蒸気状態の作動媒体から隔離でき、揺動軸受４４等の長寿命化を達成できる。
【００５３】
［第２の実施形態］
図１１乃至図１３は本発明の第２の実施形態であり、前記図１乃至１０の第１の実施形態と異なる構成は、偏芯軸部１２とバランサ仕組み３７との係合構造が、キーとキー溝からなる構造から、平行な平面部同士の係合構造に変更したものである。前記第１の実施形態の最後の説明では、揺動スクロール５の遠心力の一部を残すことにより、両スクロールラップ２５，２６間のシール圧の向上を図れることを説明しているが、上記構成では揺動スクロール５の回転速度（クランク軸１１の回転速度）が限定されるため、本実施の形態では、揺動スクロール５の遠心力を略完全に打ち消しつつ、スクロールラップ２５，２６間のシール圧も向上させる構成としている。なお、上記係合構造以外の構成は第１の実施形態と同じであり、同じ部品には同じ符号（番号）を付してある。
【００５４】
図１１は、前記図２と同様の揺動スクロールのII-II矢視図、図１２は図１１の揺動スクロールの揺動軸受４４の拡大図、図１３は、揺動スクロールラップ２５と固定スクロールラップ２６との関係を示す作用説明図である。
【００５５】
図１１において、内輪間座３６の内周面と偏芯軸部１２の外周面との間には、前記第１の実施形態と同様に径方向の隙間２３を形成し、偏芯軸部１２の外周面には、互いに平行な一対の平面部（切欠き部）５０を形成し、内輪間座３６の内周面には、前記両平面部５０に係合する一対の弦状の平面部５１を形成し、これにより、偏芯軸部１２に対し、上記隙間２３に相当する量だけ、内輪間座３６を平面部５０，５１と平行移動できるように構成されている。
【００５６】
図１２において、矢印Ｆ１２は作動媒体の圧力により揺動スクロール５に働く力の円周方向成分、矢印１３は作動媒体の圧力により揺動スクロール５に働く力の半径方向成分である。前記平面部５０，５１は、たとえば、前記円周方向成分Ｆ１２の方向に対する角度θ１が、９０°より少し大きくなるように設定されている。
【００５７】
したがって、図１３に示す両スクロールラップ２５，２６間の各接触部分Ｐ１における作動媒体の液膜の反力が大きい場合には、その反力により図１２の偏芯軸部１２に対して揺動スクロール５は平面部５０，５１と平行に矢印Ｓ１方向に移動し、反対に図１３の両スクロールラップ２５，２６間の各接触部分Ｐ１における作動媒体の液膜の反力が小さい場合には、偏芯軸部１２に対して揺動スクロール５は平面部５０，５１と平行に矢印Ｓ２方向に移動する。このように両スクロールラップ２５，２６間に存在する作動媒体の液膜の反力に応じて揺動スクロール５を偏芯軸部１２に対して移動でき、シール圧を所定圧に維持しつつ、揺動スクロール５の公転半径ｒが自動可変となるのである。
【００５８】
なお、上記平行平面部の角度θ１を変更することにより、揺動スクロール５の押し付け力を調節することができ、各スクロールラップ２５，２６の巻き数や肉厚が変更されても、適切な液膜厚さに保つことができ、製作誤差や、熱膨張があっても、常に、同じ接触状態を保て、シール性が向上する。
【００５９】
［第３の実施形態］
図１４乃至図２１は本発明の第３の実施形態であり、前記第２の実施形態と異なる構成は、偏芯軸部１２とバランサ仕組み３７との係合構造として、偏芯ピース５６を利用している。上記係合構造以外の構成は第１及び第２の実施形態と同じであり、同じ部品には同じ符号（番号）を付してある。
【００６０】
図１４は揺動スクロール５の揺動軸受４４の拡大図、図１５は図１４のXV-XV断面図、図１６は偏芯ピースの作用説明図、図１７乃至図１９は、公転半径の変化を示す作用説明図である。また、図２０はクリティカル時の作用説明図、図２１はクリティカル時によりもクランク角が進んだ状態の作用説明図である。
【００６１】
図１４において、内輪間座３６の内周面と、偏芯軸部１２の外周面との間に偏芯ピース５６が介装されている。偏芯ピース５６は、一対の半割部材５６ａ、５６ｂをボルト５２で結合することにより構成されており、偏芯軸部１２の外周面に径方向の隙間２３を置いて嵌合する嵌合孔５４と、該嵌合孔５４の中心（偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２）から偏芯すると共に内輪間座３６の内周面に嵌合する円筒状外周面と、を有している。したがって、円筒状外周面の中心は、揺動軸受４４の中心Ｃ３と一致する。偏芯ピース５６には嵌合孔５４内に突出する回転規制用の規制ピン５３が固着されており、該規制ピン５３は偏芯軸部１２の外周面に形成された凹部５５にピン長さ方向及びピン径方向の遊びを有して係合し、これにより、偏芯軸部１２に対するバランサ仕組み３７の相対回転を微小の所定角度内に規制し、概略の位置決めが行えるようになっている。偏芯ピース５６の嵌合孔５４の中心（偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２）に対する偏芯ピース５６の中心Ｃ３の偏芯方向は、図１６において、揺動スクロール５から揺動軸受４４を介して偏芯軸部１２に掛かる押圧力の一部、すなわち円周方向成分Ｆ１２により、偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２回りに偏芯ピース５６が若干回転できるように設定されており、これにより、図１５において、クランク軸芯Ｃ１回りの揺動軸受４４の公転半径ｒを可変にする。半径ｒを増大させようとする力は、図１６の偏芯方向の角度βの変更によって変更することができる。
【００６２】
図１７乃至図１９に、偏芯ピース５６が偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２回りに回転することにより、公転半径ｒが変化する様子を示しており、図１７は基準の公転半径rに於ける作動状態であり、図１８は偏芯ピース５６が偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２回りに矢印Ｘ１方向に回転して基準半径ｒよりも大きい公転半径ｒ１となった作動状態であり、逆に、図１９は偏芯ピース５６が偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２回りに矢印Ｘ２方向に回転しては初期の半径ｒよりも小さい公転半径ｒ２となった作動状態である。製作、組立時の誤差や、熱膨張等によって両スクロールラップ２５，２６が接触しつつ公転する半径が、前述の基準半径ｒよりずれた場合でも、上記偏芯ピース５６の回転により、そのずれに追従することができるのである。
【００６３】
また、図１４において、偏芯軸部１２と偏芯ピース５６の嵌合孔５４との間に径方向の隙間２３を設ける理由は、次の通りである。
【００６４】
図２０のように、上側の揺動軸受４４の中心Ｃ３と上側の偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２とを結ぶ上側の線５６-1と、下側の揺動軸受４４の中心Ｃ３と下側上側の偏芯軸部１２の軸芯Ｃ２とを結ぶ下側の線５６-2）とが平行になっている時が、クリティカル状態である。両スクロールラップ２５，２６間に作動媒体の液膜が存在する場合には、公転半径ｒ２は前記基準公転半径ｒよりも小さいので、何らかの外乱により、図２１に示すような状態になることもある。すなわち、本来、下側の揺動軸受４４の中心Ｃ３が符号Ｙ１示す位置に位置している状態が、前記両線５６-1，５６-2が平行となる正常な状態であるが、符号Ｙ２で示す異常点まで揺動軸受４４の中心Ｃ３が移動することがある。このままクランク角が進めば、公転半径ｒ２が増加し、スクロールラップ２５，２６同士が金属接触して、揺動スクロール５が揺動しなくなる。これに対し、偏芯軸部１２の外周面と偏芯ピース５６の内周面との間に、径方向の隙間２３を確保していることにより、スクロールラップ２５，２６同士の接触点を、てこにして、揺動軸受４４の中心号Ｃ３を正常点Ｙ１に戻すことができるのである。
【００６５】
［第４の実施形態］
図２２乃至図２４は本発明の第４の実施形態であり、揺動軸受４４の給油機構を備えた実施形態である。図２２は揺動スクロール５の揺動軸受４４の拡大図、図２３は図２２のXXIII- XXIII断面図、図２４は図２３の矢印Ｋ部分の拡大図である。上記給油機構以外の構成は第３の実施形態と同じであり、同じ部品には同じ符号（番号）を付してある。
【００６６】
揺動軸受４４がグリス封入式である場合や、潤滑剤を含浸したような潤滑油を供給せずに済む材質でできている場合を除くと、通常は給油が必要となる。該実施形態は、揺動軸受４４に給油が必要な場合における給油機構を備えている。
【００６７】
図２３において、クランク軸１１内には潤滑油供給部（図示せず）に連通する潤滑油通路６１が形成されており、該潤滑油通路６１は径方向の通路６１ａを介して揺動軸受４４に連通している。バランサ仕組みハウジング４８の下部には、径方向の外方（下方）に窪む凹部６２が形成されており、該凹部６２に対応する位置のハウジングカバー４９の部分に、球面軸受６５を介して潤滑油管６３の一端部が回動可能に支持されている。潤滑油管６３の他端部は、機械ケース２及びケースカバー３に、球面軸受６６を介して回動自在に支持され、機械ケース２外及びケースカバー３外に潤滑油を排出できるようになっている。
【００６８】
図２４において、各球面軸受６５，６６の管支持孔６７は、潤滑油管６３側と反対側の端部において、段部６７ａを介して小径となっており、また、段部６７ａと潤滑油管６３の端面との間には遊びが形成されている。また、潤滑油管６３の外周面は、Ｏリング６８を介して各管支持孔６７に嵌合している。
【００６９】
上記のような給油機構によると、クランク軸１１内の潤滑油通路６１、６１ａを通った潤滑油は、二分割形の偏芯ピース５６の外周面と内輪間座３６との隙間や、揺動軸受４４を潤滑し、冷却した後、遠心力により、バランサ仕組みハウジング４８の内周面に沿って張り付くように旋回し、凹部６２に集められる。凹部６２からの排出に必要な圧力ヘッドは揺動半径以上必要となるが、上記圧力ヘッドが得られなくとも、旋回している潤滑油の遠心力により、速やかに潤滑油管６３を通して外部に潤滑油を排出することができる。これより、揺動スクロール用バランサエイト３５よる油の撹拌損失を減少させることができる。また、最も外周側から潤滑油を排出するので、潤滑油を旋回させるのに要する動力損失も少ない。勿論、給油することよる長寿命化も達成できる。
【００７０】
さらに、球面軸受６５，６６により潤滑油管６３の両端部を支持しているので、潤滑油管６３を、揺動スクロール５の揺動に追従させて動かすことができ、揺動スクロール５の揺動に支障を来したり、潤滑油管を損傷したりするおそれがない。
【００７１】
［第５の実施形態］
図２５乃至図２６は第５の実施形態であるが、前記第１の実施形態の図１で既に開示しているので、実質的には第１の実施形態に含まれる構造であり、大容量化を図るために、固定スクロール６の形状を工夫している。図２５は図２に対応する揺動スクロール５及び固定スクロール６のII矢視相当図、図２６は図２５のXXVI- XXVI断面図である。
【００７２】
図２５において、両固定スクロール６の外周端部に外向きのフランジ部６ｂを一体に形成し、該フランジ部６ａには、揺動スクロール５の上下のアーム部４１を固定スクロール６内から上方及び下方に通過させることができる切欠き７０が形成されている。
【００７３】
組立時には、図１において、一対の固定スクロール６間で揺動スクロール５を挟み、フランジ部６ｂに挿通する位置決めピン７１により、両固定スクロール６を周方向に相互に位置決めする。そして、フランジ部６ｂにより両固定スクロール６を結合した後、機械ケース２及びケースカバー３に固定する。
【００７４】
上記構成によると、機械ケース２及びケースカバー３と、固定スクロール６とを、別部材で製作することが可能となる。たとえば、固定スクロール６をアルミ合金とし、機械ケース２及びケースカバー３を鋳鉄とすることができ、そのように構成しても、前述の隙間２３等により熱膨張を吸収できる構造とすることができ、大形化や低コストかができるのである。
【００７５】
［第６の実施形態］
図２７は第６の実施形態であり、前記第１乃至第５の実施形態で説明した外周駆動型スクロール式膨張機１（本実施形態では第１のスクロール式膨張機１と称する。）に、第２の外周駆動型スクロール式膨張機１０１を増設した２連式の膨張機である。
【００７６】
増設される第２のスクロール式膨張機１０１としては、低圧仕様のものを使用しており、基本構造は高圧仕様の第１のスクロール式膨張機１と同様であるが、スクロールラップ２５，２６の巻き数及び膨張室３０の形状が異なっている。第２のスクロール式膨張機１０１において、第１のスクロール式膨張機１と同じ部品には、同じ符号（番号）を付してある。
【００７７】
図２７において、第２のスクロール式膨張機１０１の上下のクランク軸１１の上下方向の間隔は、第１のスクロール式膨張機１の上下のクランク軸１１の上下方向の間隔と同一となっており、両スクロール式膨張機１，１０１の上側のクランク軸１１同士、下側のクランク軸同士１１は、それぞれカップリング２２により連結されている。
【００７８】
上記のように、低圧仕様の第２のスクロール式膨張機１０１を増設することにより、簡単に高膨張比が達成できる。しかも、第２のスクロール式膨張機１０１の上下のクランク軸１１は、第１のスクロール式膨張機１の同期装置（タイミングベルト２１等）により、第１のスクロール式膨張機１のクランク軸１１と共に同期回転するので、新たに同期装置を追加する必要もない。
【００７９】
増設される第２のスクロール式膨張機１０１として、第１のスクロール式膨張機１と同様の高圧仕様のものを連結することも可能であり、これによると、大容量化が達成できる。
【００８０】
［第７の実施形態］
図２８は第７実施形態であり、特に、前記第６の実施形態のような２連のスクロール式流体機械を取り付けるのに適した取付台８１を備えている。図２８において、取付台８１の下部に、スクロール式膨張機１等により駆動する被駆動装置、たとえば発電機７５等が設置されており、取付台８１の上部には、垂直上方に立ち上がるコラム部８３が形成され、該コラム部８３には、垂直取付面８２が形成されると共に上下位置決め用の位置決め突起８４が形成されている。一方、スクロール式膨張機１等の機械ケース２には、垂直な被取付面８０ａを有する取付ブラケット８０が設けられ、また、上端部には吊り環８６が設けられている。
【００８１】
スクロール式膨張機１を取付台８１に取り付ける際には、吊り上げフックを吊り環８６に引っ掛けてスクロール式膨張機１を吊り上げ、ブラケット８０の被取付面８０ａをコラム部８３の垂直取付面８２に押し当てると共に、ブラケット８０の下端を位置決め突起（下端支持面）８４に載せることにより、取付台８１上で位置決し、ボルト等の適宜の締結手段により取付台８１に固定する。
【００８２】
そして、前記図２７のような、第２のスクロール式膨張機１０１を増設する場合には、第１のスクロール式膨張機１と同様に、吊り上げフックを利用して吊り上げ、第２のスクロール式膨張機１０１の被取付面８０ａを垂直取付面８２に押し当てた状態で、位置決め突起８４上に載せ、位置決め突起８４上を第１のスクロール式膨張機１側へスライドさせることにより、両スクロール式膨張機１，１０１を、所定の相対位置で、正確に連結することができる。
【００８３】
スクロール式膨張機１から発電機７５に動力を伝達する機構としては、前記下側のクランク軸１１に設けられたタイミングギヤ３８と、発電機７５の入力軸７７に固着されたタイミングギヤ７８と、両タイミングギヤ３８，７８に巻き掛けられたタイミングベルト３９と、からなる巻き掛け式動力伝達機構が備えられている。このような巻き掛け式動力伝達機構を備えていることにより、発電機７５に連結されていない上側のクランク軸１１からの力は、発電機７５からの力と対抗するように働き、それにより下側のクランク軸１１の軸受１５等にかかる荷重を減少させることができ、長寿命化及び小型化が達成できる。
【００８４】
なお、一対のクランク軸１１を上下方向に間隔を置いて配置することにより、上方方向の寸法が大きくなるが、設置面積は小さくなり、たとえば、凝縮器７６や冷却器等の設置場所を確保することができる。
【００８５】
［その他の実施形態］
（１）本発明のスクロール式流体機械は、スクロール式膨張機に限定されるものではなく、スクロール式圧縮機としても利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明にかかる外周駆動型スクロール式膨張機の第１の実施形態の縦断面拡大図である。
【図２】図１の揺動スクロールが上端位置まで揺動した状態を示すII矢視図である。
【図３】図２の状態の上側の揺動軸受及びバランサ仕組み等の拡大図である。
【図４】揺動スクロールラップと固定スクロールラップとの噛み合い状態を示す図１のIV-IV断面相当図である。
【図５】揺動スクロールに発生する遠心力等を示す図である。
【図６】揺動スクロールが上端に位置した状態における揺動軸受ハウジングとバランサ仕組みの状態を示す図である。
【図７】揺動スクロールが図６の状態から９０°反時計回りに揺動した状態における揺動軸受ハウジングとバランサ仕組みの状態を示す図である。
【図８】揺動スクロールが図７の状態から９０°反時計回りに揺動した状態における揺動軸受ハウジングとバランサ仕組みの状態を示す図である。
【図９】揺動スクロールが図８の状態から９０°反時計回りに揺動した状態における揺動軸受ハウジングとバランサ仕組みの状態を示す図である。
【図１０】揺動スクロールの基礎円中心から一方の偏芯軸部の軸芯までの距離と、他方の偏芯軸部の軸芯までの距離と、上下の各バランサ仕組みの質量との関係を示す図である。
【図１１】本発明によるスクロール式膨張機の第２の実施形態であり、前記図２と同様のII矢視相当図である。
【図１２】図１１の揺動スクロールの揺動軸受の拡大図である。
【図１３】図１１の揺動スクロールラップと固定スクロールラップとの関係を示す図４と同様の図である。
【図１４】本発明によるスクロール式膨張機の第３の実施形態であり、揺動スクロールの揺動軸受の拡大図である。
【図１５】図１４のXV-XV断面図である。
【図１６】偏芯ピースの作用説明図である。
【図１７】揺動スクロールの公転半径を示す作用説明図である。
【図１８】揺動スクロールの公転半径の変化を示す作用説明図である。
【図１９】揺動スクロールの公転半径の変化を示す作用説明図である。
【図２０】クリティカル時の揺動スクロールの公転半径を示す作用説明図である。
【図２１】図２０のクリティカル時によりもクランク角が進んだ状態の作用説明図である。
【図２２】本発明によるスクロール式膨張機の第４の実施形態であり、揺動スクロールの揺動軸受の拡大図である。
【図２３】図２２のXXIII- XXIII断面図である。
【図２４】図２３の矢印Ｋ部分の拡大図である。
【図２５】本発明によるスクロール式膨張機の第５の実施形態であり、図２に対応するII矢視相当図である。
【図２６】図２５のXXVI- XXVI断面図である。
【図２７】本発明によるスクロール式膨張機の第６の実施形態であり、図１に相当する縦断面である。
【図２８】本発明によるスクロール式膨張機の第７実施形態であり、取付台に取り付けた状態を示す側面図である。
【符号の説明】
【００８７】
１  外周駆動型のスクロール式膨張機（スクロール式流体機械の一例）
２  機械ケース（支持部材）
３  ケースカバー（支持部材）
５  固定スクロール
５ａ  鏡板
６  揺動スクロール
６ａ  鏡板
１１  クランク軸
１２  偏芯軸部
１５，１６  クランク軸用の軸受
１８  クランク軸用のバランサウエイト
１９  シール（シール部材）
２０、２１  タイミングギヤ、タイミングベルト（同期装置）
２２  カップリング
２３  隙間
２５  揺動スクロールラップ
２６  固定スクロールラップ
２８、２９  キー、キー溝（回転止め部材）
３０  膨張室
３５  バランサウエイト
３６  内輪間座
３７  バランサ仕組み
３８、３９  タイミングギヤ、タイミングベルト（巻き掛け伝動機構）
４１  アーム部
４３  軸受ハウジング
４４  揺動軸受
４８  バランサ仕組むハウジング
４９  ハウジングカバー
５０、５１  平面部
５３  規制ピン（回転範囲規制手段）
５４  隙間
５６  偏芯ピース
６２  潤滑油用の凹部
６３  潤滑油管
６５，６６  球面軸受
Ｏ１  固定スクロールの基礎円中心
Ｏ２  揺動スクロールの基礎円中心
Ｃ１  クランク軸芯
Ｃ２  偏芯軸部の軸芯
Ｃ３  揺動軸受の中心
【図１】
0005096192.tif 000002
【図２】
0005096192.tif 000003
【図３】
0005096192.tif 000004
【図４】
0005096192.tif 000005
【図５】
0005096192.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005096192.tif 000008
【図８】
0005096192.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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