JP4531952B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents
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Description
【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たものが知られている。
【０００３】
この種の従来技術による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の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流体を外部に向けて吐出する。
【０００４】
また、他の従来技術によるスクロール式流体機械として、圧縮空気量を増やすために、下記の如く構成されたものが知られている（例えば特開２０００−１３０３６５号公報等）。
【０００５】
即ち、この従来技術によるスクロール式流体機械は、ケーシング内に軸方向に離間して一対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、電動機を配設している。また、ケーシング内には、両端側が偏心軸受の外側転動体により支持された回転軸と、該回転軸の内周側に遊嵌され両端側が偏心軸受の内側転動体により支持された旋回軸とを設け、該旋回軸の両端側には各固定スクロールとそれぞれ対向して旋回スクロールを固定的に設ける構成としている。
【０００６】
そして、この従来技術によるスクロール式流体機械にあっては、電動機を作動してロータを回転すると、この回転によって回転軸は偏心軸受の外側転動体に支持された状態で回転運動を行うと共に、旋回軸は内側転動体に支持された状態で旋回運動を行い、これにより２個の旋回スクロールを同時に旋回させ、全体の圧縮空気量を増やす構成となっている。
【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は、圧縮効率を高めるために、固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を可能な限り小さくし、圧縮室内の密閉度を高く保つことが要求される。
【０００８】
しかし、特開２０００−１３０３６５号公報等に記載のスクロール式流体機械のように２個の固定スクロールの間に旋回軸と一体となった２個の旋回スクロールを配置する構成とした場合、前述の如く固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を縮小すると、以下のような問題が生じる。
【０００９】
即ち、運転時には電動機の発熱または圧縮室内の圧縮熱がケーシング、旋回軸等に伝わり、これらケーシング、旋回軸は軸方向に熱膨張する。ここで、ケーシングは外周側が直接外気と触れるため、ケーシングの熱は外部に放熱され易くなる。これに対し旋回軸はケーシング内に収容されるから、旋回軸の熱は外部に逃げにくくなり、旋回軸はケーシングよりも高温となる。
【００１０】
この結果、旋回軸の軸方向の熱膨張量はケーシングの軸方向の熱膨張量よりも大きくなり、旋回軸と一体となった旋回スクロールがケーシングと一体となった固定スクロール側へと接近する。そして、場合によっては旋回スクロールのラップ部が固定スクロールの鏡板と干渉し、両者の間でかじりが生じることがあるという問題がある。
【００１１】
また、このような固定スクロールと旋回スクロールとの干渉を避けるために、両者の間のスラスト方向の隙間を拡げると、圧縮性能が低下するという問題もある。
【００１２】
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、運転時にケーシングと旋回軸が軸方向に熱膨張したときでも、固定スクロールと旋回スクロールとが軸方向で干渉するのを抑えられ、固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の間隔を小さく保ち、圧縮効率を高められるようにした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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明によるスクロール式流体機械は、軸方向の中間部が筒状のケーシング本体となったケーシングと該ケーシングの軸線上に位置して該ケーシングの両端側に固定的に設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１，第２の固定スクロールとからなる固定側部材と、該第１，第２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、ロータとステータとが前記ケーシングの軸線と同一方向になるように配置された電動機と、前記ケーシングの軸線を中心とした外側転動体を有すると共に該外側転動体の内側に配置されケーシングの軸線に対し偏心した偏心軸線を中心として転動する内側転動体を有する偏心軸受と、前記電動機のロータを挟んで前記ケーシングの軸線方向に延び両端が前記偏心軸受の外側転動体に支持された中空軸体からなり前記ロータによって回転される回転軸と、該回転軸内を前記偏心軸線上に遊嵌して設けられ、前記偏心軸受の内側転動体に支持されて旋回運動する旋回軸と、該旋回軸の両端側に設けられ、第１，第２の固定スクロールと対面して鏡板に第１，第２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形成するラップ部が立設された第１，第２の旋回スクロールとを備えている。
【００１４】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ケーシングを構成する前記ケーシング本体の軸方向寸法と前記旋回軸の軸方向寸法とをほぼ同一の大きさとし、運転を開始して温度が平衡状態となるまでの前記ケーシング本体と前記旋回軸との温度上昇に応じて、運転時における前記ケーシング本体の熱膨張量と前記旋回軸の熱膨張量とがほぼ同一の大きさとなるように、前記ケーシング本体に用いる材料の熱膨張率を前記旋回軸に用いる材料の熱膨張率よりも大となるように設定す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、運転時に旋回軸がケーシング本体よりも高い温度状態におかれたときでも、ケーシング本体は旋回軸よりも大きな熱膨張率を有しているから、ケーシング本体の軸方向の熱膨張量を旋回軸の軸方向の熱膨張量とほぼ同等の大きさまで増大することができる。
【００１６】
また、請求項２の発明は、ケーシング本体に用いる材料はアルミ系材料により構成し、旋回軸に用いる材料は鉄系材料により構成としている。これにより、アルミ系材料からなるケーシング本体の熱膨張率を鉄系材料からなる旋回軸の熱膨張率に対して約２倍の大きさに設定することが可能となる。
【００１７】
【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、図１ないし図４の添付図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成し、後述の固定スクロール６Ａ，６Ｂと共に固定側部材を構成する筒状のケーシングを示し、該ケーシング１は、軸線Ｏ1−Ｏ1（図１参照）を有するケーシング本体２と、該ケーシング本体２の両端側に設けられた軸受取付筒３Ａ，３Ｂと、該軸受取付筒３Ａ，３Ｂの外周側に設けられた蓋部４Ａ，４Ｂとにより構成されている。
【００１９】
ここで、ケーシング１の軸方向の中間部となった筒状のケーシング本体２は、後述の旋回軸２１よりも大きな熱膨張率(熱膨張係数）α1をもった材料、例えばアルミ系材料等を用いて形成されている。そして、このケーシング本体２の熱膨張率α1は、後述する旋回軸２１の熱膨張率α2に対し約１．５〜２．５倍、好ましくは下記数１の如く約２倍程度の大きさに設定され、
【００２０】
【数１】
α1≒２×α2
となっている。
【００２１】
また、ケーシング１の蓋部４Ａ，４Ｂは、後述の吸込口３０Ａ，３０Ｂと連通する位置に開口部４Ａ1，４Ｂ1が穿設されている。そして、蓋部４Ａ，４Ｂは、ボルト５Ａ，５Ｂにより軸受取付筒３Ａ，３Ｂと一緒にケーシング本体２側に固定して取付けられている。
【００２２】
６Ａ，６Ｂはケーシング１の軸方向両側に位置して蓋部４Ａ，４Ｂの内周側にそれぞれ固定的に設けられた第１，第２の固定スクロールで、該第１の固定スクロール６Ａ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鏡板７Ａと、該鏡板７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部８Ａと、鏡板７Ａの外周側から該ラップ部８Ａを取囲むように軸方向に突出し、ケーシング本体２の内周側に嵌合して設けられた嵌合筒部９Ａとによって構成されている。また、第２の固定スクロール６Ｂについても、鏡板７Ｂ、ラップ部８Ｂおよび嵌合筒部９Ｂによって構成されている。
【００２３】
１０は固定スクロール６Ａ，６Ｂ間に位置してケーシング１内の中間部に設けれた電動機で、該電動機１０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１１と、該ステータ１１の内周側に該ステータ１１によって回転するように配設されたロータ１２とによって構成され、ステータ１１の軸線とロータ１２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１０は、ロータ１２を回転することにより後述の回転軸２０を駆動するものである。
【００２４】
１３Ａ，１３Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂと電動機１０との間に位置して、軸受取付筒３Ａ，３Ｂの内周側に設けられた第１，第２の偏心軸受で、該第１の偏心軸受１３Ａは、外輪１４Ａと、該外輪１４Ａの内周側に外側転動体となる複数の球体１５Ａによって回転可能に設けられ、回転軸２０の外周側に固着された外側中輪１６Ａと、回転軸２０の内周側に固着された内側中輪１７Ａと、該内側中輪１７Ａの内周側に内側転動体となる複数の球体１８Ａによって回転可能に設けられた内輪１９Ａとによって構成されている。
【００２５】
ここで、外輪１４Ａは、軸受取付筒３Ａの内周側に圧入されて取付けられ、軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置される。また、外側中輪１６Ａは、球体１５Ａによって外輪１４Ａの内周側に位置決めされ、軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置されている。そして、この状態で球体１５Ａは外輪１４Ａと外側中輪１６Ａとの間を軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として転動する。
【００２６】
これに対して内側中輪１７Ａは、外輪１４Ａの軸線Ｏ1−Ｏ1に対して径方向に一定寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。また、内輪１９Ａは、球体１８Ａによって内側中輪１７Ａの内周側に位置決めされ、偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。そして、この状態で球体１８Ａは偏心軸線Ｏ2−Ｏ2を中心に転動する。
【００２７】
かくして、偏心軸受１３Ａは、外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａとが回転軸２０と一体に回転することにより、旋回軸２１と一体となった内輪１９Ａ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うものである。また、第２の偏心軸受１３Ｂについても、外輪１４Ｂ、球体１５Ｂ、外側中輪１６Ｂ、内側中輪１７Ｂ、球体１８Ｂおよび内輪１９Ｂによって構成されている。
【００２８】
２０は電動機１０のロータ１２を挟んで両端側が偏心軸受１３Ａ，１３Ｂに設けられた回転軸で、該回転軸２０は、中空軸体として形成され、電動機１０のロータ１２内周側に挿嵌されて固定的に設けられている。そして、回転軸２０は、両端側がそれぞれ外側中輪１６Ａの内周側と内側中輪１７Ａの外周側にそれぞれ固着して取付けられ、ロータ１２と一体となって回転することにより外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａを回転させるものである。
【００２９】
ここで、回転軸２０は、図１に示すように、外周側が外輪１４Ａ，１４Ｂの軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置されるのに対し、内周側は軸線Ｏ1−Ｏ1に対して径方向に一定寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置される。
【００３０】
２１は回転軸２０内を遊嵌して設けられ、偏心軸受１３Ａ，１３Ｂの内輪１９Ａ，１９Ｂに固定的に支持された旋回軸で、該旋回軸２１は、中実な円柱体として形成され、偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。また、旋回軸２１の両端側は内輪１９Ａ，１９Ｂの内周側に挿嵌して固着されている。
【００３１】
さらに、旋回軸２１の両端側には第１，第２のスラスト受板２２Ａ，２２Ｂがボルト２３により廻止め状態で固定して取付けられている。そして、これらスラスト受板２２Ａ，２２Ｂは旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの鏡板２５Ａ，２５Ｂ背面側に当接することにより、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂに作用するスラスト荷重を支持するものである。
【００３２】
ここで、旋回軸２１はケーシング本体２よりも小さな熱膨張率α2をもった材料、例えば鉄系材料等を用いて形成されている。そして、この旋回軸２１の熱膨張率α2は、ケーシング本体２の熱膨張率α1に対し約２／５〜２／３倍、好ましくは１／２倍程度の大きさ（数１参照）に設定されるものである。
【００３３】
なお、鉄の熱膨張率は鉄の温度が２０度（２９３Ｋ）のとき１１．８×１０-6（１／Ｋ）であるのに対し、アルミの熱膨張率は、アルミの温度が２０度のとき２３．１×１０-6（１／Ｋ）である。
【００３４】
また、旋回軸２１は、図２、図３に示すようにケーシング本体２の軸方向寸法Ｌ1とほぼ同一の軸方向寸法Ｌ2をもって形成され、
【００３５】
【数２】
Ｌ1≒Ｌ2
となっている。
【００３６】
このため、後述するように運転時にケーシング本体２の温度がＴ1まで上昇し、旋回軸２１の温度が温度Ｔ1の約２倍の温度Ｔ2まで上昇したときには、ケーシング本体２の軸方向の熱膨張量ΔＬ1と旋回軸２１の軸方向の熱膨張量ΔＬ2とはほぼ同等の大きさとなる。
【００３７】
２４Ａ，２４Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂと対面して旋回軸２１の軸方向両端側にそれぞれ固定的に設けられた第１，第２の旋回スクロールで、該第１の旋回スクロール２４Ａは、円板状に形成された鏡板２５Ａと、該鏡板２５Ａの表面側から軸方向に立設された渦巻状のラップ部２６Ａとによって構成されている。また、鏡板２５Ａには、その内部を径方向に貫通して延びる複数の冷却風通路２７Ａ(１個のみ図示)が形成されている。
【００３８】
また、旋回スクロール２４Ａは、鏡板２５Ａの背面側をスラスト受板２２Ａの表面側に嵌合させ、この状態でボルト(図示せず)等を用いてスラスト受板２２Ａに一体に取付けられている。そして、旋回スクロール２４Ａのラップ部２６Ａは、固定スクロール６Ａのラップ部８Ａ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８Ａ，２６Ａ間には複数の圧縮室２８Ａ，２８Ａ，…が画成される。
【００３９】
そして、スクロール式空気圧縮機の運転時には、後述の吸込口３０Ａから外周側の圧縮室２８Ａ内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール２４Ａが旋回運動する間に各圧縮室２８Ａ内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室２８Ａから後述の吐出口３１Ａを介して外部に圧縮空気を吐出する。
【００４０】
ここで、固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａは、運転前の状態では図４中に実線で示す位置におかれ、このときラップ部２６Ａの先端と鏡板７Ａとの間のスラスト方向の隙間はＳとなっている。また、運転時には固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａは、後述するように図４中に二点鎖線で示す位置におかれ、このときラップ部２６Ａの先端と鏡板７Ａとの間のスラスト方向の隙間はＳ′となっている。
【００４１】
また、第２の旋回スクロール２４Ｂについても、鏡板２５Ｂ、ラップ部２６Ｂ、および冷却風通路２７Ｂ等によって構成され、固定スクロール６Ｂとの間に複数の圧縮室２８Ｂを画成している。
【００４２】
なお、２９Ａは軸受取付筒３Ａとスラスト受板２２Ａとの間に設けられたクランク軸、２９Ｂは軸受取付筒３Ｂとスラスト受板２２Ｂとの間に設けられた他のクランク軸（いずれも１個のみ図示）で、これら各クランク軸２９Ａ，２９Ｂは、スラスト受板２２Ａ，２２Ｂと一体となった旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの自転を防止するものである。
【００４３】
また、３０Ａ，３０Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂ外周側に位置してケーシング本体２に設けられた吸込口、３１Ａ，３１Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂ中心側に位置してケーシング１の蓋部４Ａ，４Ｂに設けられた吐出口を示している。
【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、電動機１０のロータ１２を回転すると、該ロータ１２と一体となった回転軸２０は、偏心軸受１３Ａ，１３Ｂの球体１５Ａ，１５Ｂによって回転運動を行い、このときに旋回軸２１は球体１８Ａ，１８Ｂによって回転軸２０の内周側で回転する。
【００４６】
ここで、前記球体１５Ａ，１５Ｂは、ケーシング１（外輪１４Ａ，１４Ｂ）の軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転するのに対し、球体１８Ａ，１８Ｂは軸線Ｏ1-Ｏ1に対して径方向に寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2を中心として回転するから、内輪１９Ａ，１９Ｂと一体となった旋回軸２１は、球体１８Ａ，１８Ｂにより軸線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い、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂを旋回させる。
【００４７】
この結果、固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａとの間に画成された各圧縮室２８Ａはそれぞれ連続的に縮小し、これにより固定スクロール６Ａの吸込口３０Ａから吸込んだ外気を各圧縮室２８Ａで順次圧縮しつつ、この圧縮空気を固定スクロール６Ａの吐出口３１Ａから外部の空気タンク（図示せず）等に貯留させる。
【００４８】
また、固定スクロール６Ｂと旋回スクロール２４Ｂとの間に画成された各圧縮室２８Ｂについても、それぞれが連続的に縮小することにより、圧縮空気を前記空気タンク等に貯留させる。
【００４９】
ところで、運転時には電動機１０の発熱または圧縮室２８Ａ，２８Ｂ内の熱がケーシング本体２、旋回軸２１等に伝わる。そして、ケーシング本体２は外周側が直接外気と触れるため、ケーシング本体２の熱は外部に放熱され易くなるのに対し、旋回軸２１はケーシング本体２内に収容されるから、旋回軸２１の熱は外部に逃げにくくなる。
【００５０】
この結果、運転を開始して当該スクロール式空気圧縮機の温度が平衡状態となるまでの間、ケーシング本体２が温度Ｔ1だけ上昇したとすると、旋回軸２１は例えば温度Ｔ1の約２倍の温度Ｔ2まで上昇し、下記数３のようになる。
【００５１】
ここで、本実施の形態では、数１の如くケーシング本体２の熱膨張率α1を、旋回軸２１の熱膨張率α2に対し約２倍程度の大きさに設定すると共に、数２のようにケーシング本体２の軸方向寸法Ｌ1を旋回軸２１の軸方向寸法Ｌ2とほぼ同一の大きさに形成している。
【００５２】
そして、前述の如くケーシング本体２の温度がＴ1だけ上昇したときのケーシング本体２の熱膨張量をΔＬ1（図２参照）とし、旋回軸２１の温度がＴ2だけ上昇したときの旋回軸２１の熱膨張量をΔＬ2（図３参照）としたとき、これらの熱膨張量ΔＬ1，ΔＬ2は、数４、数５の如く表される。
【００５３】
従って、数１〜数４によりケーシング本体２の熱膨張量ΔＬ1は、数６のように表され、数５、数６によりこのケーシング本体２の熱膨張量ΔＬ1と旋回軸２１の熱膨張量ΔＬ2とをほぼ同じ大きさ（ΔＬ1≒ΔＬ2）に設定することができる。
【００５４】
【数３】
Ｔ1≒１／２×Ｔ2
【００５５】
【数４】
ΔＬ1＝α1×Ｌ1×Ｔ1
【００５６】
【数５】
ΔＬ2＝α2×Ｌ2×Ｔ2
【００５７】
【数６】
ΔＬ1≒α2×Ｌ2×Ｔ2
【００５８】
かくして、本実施の形態では、図４に示すように運転時にケーシング本体２が熱膨張したときの固定スクロール６Ａ(６Ｂ）の軸方向への移動量（１／２×ΔＬ1）と、旋回軸２１が熱膨張したときの旋回スクロール２４Ａ(２４Ｂ）の軸方向への移動量（１／２×ΔＬ2）とをほぼ一致させることができ、固定スクロール６Ａの鏡板７Ａと旋回スクロール２４Ａのラップ部２６Ａとの間のスラスト方向の隙間Ｓ′を、運転前の隙間Ｓとほぼ同じ大きさ（Ｓ′＝Ｓ）に保つことができる。
【００５９】
これにより、運転前に固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂとの間のスラスト方向の隙間Ｓをほぼ零（Ｓ≒０）に設定した場合でも、固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂ、または固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの鏡板２５Ａ，２５Ｂとが干渉してかじりが発生するのを防止でき、これら固定スクロール６Ａ，６Ｂ、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの耐久性、寿命等を高めることができる。
【００６０】
そして、固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂとの間のスラスト方向の隙間Ｓ′を小さく保ち、圧縮性能を高めることができる。
【００６１】
なお、実施の形態では、偏心軸受１３Ａに用いる中輪を、外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａの２部材で構成する場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば図５に示す変形例のように、偏心軸受４１Ａの中輪４４Ａを１部材で構成してもよい。
【００６２】
ここで、偏心軸受４１Ａは、外輪４２Ａと、該外輪４２Ａの内周側に外側転動体となる球体４３Ａによって回転可能に設けられ回転軸２０の端部に嵌合して固着された中輪４４Ａと、該中輪４４Ａの内周側に内側転動体となる球体４５Ａによって回転可能に設けられ旋回軸２１の外周側に固着された内輪４６Ａとによって構成されている。
【００６３】
また、実施の形態では、ケーシング１のうちケーシング本体２のみをアルミ系部材で形成し、蓋部４Ａ，４Ｂ等を鉄系部材で形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えば蓋部についてもアルミ系部材を用いて形成してもよい。
【００６４】
また、実施の形態では、ケーシング本体２の熱膨張率α1を旋回軸２１の熱膨張率α2の約２倍に設定する場合を例に挙げて説明したが、ケーシング本体の熱膨張率および旋回軸の熱膨張率は、運転時におけるケーシング本体の温度と旋回軸の温度に応じて例えば１．５〜２．５倍の範囲内で適宜に変更してもよい。
【００６５】
さらに、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、例えば冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、ケーシング内に軸方向に離間して一対の固定スクロールを固定的に設け、これら各固定スクロール間には、電動機によって駆動される旋回軸を配置し、該旋回軸の両端側には固定スクロールと対向して旋回スクロールを固定的に設けると共に、ケーシング本体の軸方向寸法と前記旋回軸の軸方向寸法とをほぼ同一の大きさとし、運転を開始して温度が平衡状態となるまでの前記ケーシング本体と旋回軸との温度上昇に応じて、運転時における前記ケーシング本体の熱膨張量と前記旋回軸の熱膨張量とがほぼ同一の大きさとなるように、ケーシング本体は旋回軸よりも大きな熱膨張率をもった材料を用いて形成する構成としたので、運転時に旋回軸がケーシング本体よりも高い温度状態におかれたときでも、ケーシング本体の軸方向の熱膨張量を旋回軸の軸方向の熱膨張量とほぼ同等の大きさまで増やすことができ、ケーシングと一体となった固定スクロールと、旋回軸と一体となった旋回スクロールとが軸方向で干渉して両者の間にかじりが発生するのを抑えられ、これら固定スクロール、旋回スクロールの耐久性、寿命等を高めることができる。
【００６７】
そして、運転時における固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を運転前と同様に小さく保つことができ、圧縮性能を高めることができる。
【００６８】
また、請求項２の発明は、ケーシング本体に用いる材料はアルミ系材料であり、旋回軸に用いる材料は鉄系材料である構成としたので、ケーシング本体の熱膨張率を旋回軸の熱膨張率に対して約２倍程度まで大きく設定することができ、ケーシング本体の材料の選択を簡単に行うことができる。
【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中のケーシング本体を単体で示す断面図である。
【図３】第１の旋回軸を単体で示す断面図である。
【図４】図１中の固定スクロールおよび旋回スクロール等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の変形例によるスクロール式空気圧縮機を示す一部破断の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング（固定側部材）
２ ケーシング本体
６Ａ，６Ｂ 固定スクロール
７Ａ，７Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ 鏡板
８Ａ，８Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ラップ部
１０ 電動機
１１ ステータ
１２ ロータ
１３Ａ，１３Ｂ，４１Ａ 偏心軸受
１５Ａ，１５Ｂ，４３Ａ 球体（外側転動体）
１８Ａ，１８Ｂ，４５Ａ 球体（内側転動体）
２０ 回転軸
２１ 旋回軸
２４Ａ，２４Ｂ 旋回スクロール
２８Ａ，２８Ｂ 圧縮室
【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たものが知られている。
【０００３】
この種の従来技術による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の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流体を外部に向けて吐出する。
【０００４】
また、他の従来技術によるスクロール式流体機械として、圧縮空気量を増やすために、下記の如く構成されたものが知られている（例えば特開２０００−１３０３６５号公報等）。
【０００５】
即ち、この従来技術によるスクロール式流体機械は、ケーシング内に軸方向に離間して一対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、電動機を配設している。また、ケーシング内には、両端側が偏心軸受の外側転動体により支持された回転軸と、該回転軸の内周側に遊嵌され両端側が偏心軸受の内側転動体により支持された旋回軸とを設け、該旋回軸の両端側には各固定スクロールとそれぞれ対向して旋回スクロールを固定的に設ける構成としている。
【０００６】
そして、この従来技術によるスクロール式流体機械にあっては、電動機を作動してロータを回転すると、この回転によって回転軸は偏心軸受の外側転動体に支持された状態で回転運動を行うと共に、旋回軸は内側転動体に支持された状態で旋回運動を行い、これにより２個の旋回スクロールを同時に旋回させ、全体の圧縮空気量を増やす構成となっている。
【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は、圧縮効率を高めるために、固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を可能な限り小さくし、圧縮室内の密閉度を高く保つことが要求される。
【０００８】
しかし、特開２０００−１３０３６５号公報等に記載のスクロール式流体機械のように２個の固定スクロールの間に旋回軸と一体となった２個の旋回スクロールを配置する構成とした場合、前述の如く固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を縮小すると、以下のような問題が生じる。
【０００９】
即ち、運転時には電動機の発熱または圧縮室内の圧縮熱がケーシング、旋回軸等に伝わり、これらケーシング、旋回軸は軸方向に熱膨張する。ここで、ケーシングは外周側が直接外気と触れるため、ケーシングの熱は外部に放熱され易くなる。これに対し旋回軸はケーシング内に収容されるから、旋回軸の熱は外部に逃げにくくなり、旋回軸はケーシングよりも高温となる。
【００１０】
この結果、旋回軸の軸方向の熱膨張量はケーシングの軸方向の熱膨張量よりも大きくなり、旋回軸と一体となった旋回スクロールがケーシングと一体となった固定スクロール側へと接近する。そして、場合によっては旋回スクロールのラップ部が固定スクロールの鏡板と干渉し、両者の間でかじりが生じることがあるという問題がある。
【００１１】
また、このような固定スクロールと旋回スクロールとの干渉を避けるために、両者の間のスラスト方向の隙間を拡げると、圧縮性能が低下するという問題もある。
【００１２】
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、運転時にケーシングと旋回軸が軸方向に熱膨張したときでも、固定スクロールと旋回スクロールとが軸方向で干渉するのを抑えられ、固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の間隔を小さく保ち、圧縮効率を高められるようにした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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために本発明によるスクロール式流体機械は、軸方向の中間部が筒状のケーシング本体となったケーシングと該ケーシングの軸線上に位置して該ケーシングの両端側に固定的に設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１，第２の固定スクロールとからなる固定側部材と、該第１，第２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、ロータとステータとが前記ケーシングの軸線と同一方向になるように配置された電動機と、前記ケーシングの軸線を中心とした外側転動体を有すると共に該外側転動体の内側に配置されケーシングの軸線に対し偏心した偏心軸線を中心として転動する内側転動体を有する偏心軸受と、前記電動機のロータを挟んで前記ケーシングの軸線方向に延び両端が前記偏心軸受の外側転動体に支持された中空軸体からなり前記ロータによって回転される回転軸と、該回転軸内を前記偏心軸線上に遊嵌して設けられ、前記偏心軸受の内側転動体に支持されて旋回運動する旋回軸と、該旋回軸の両端側に設けられ、第１，第２の固定スクロールと対面して鏡板に第１，第２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形成するラップ部が立設された第１，第２の旋回スクロールとを備えている。
【００１４】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ケーシングを構成する前記ケーシング本体の軸方向寸法と前記旋回軸の軸方向寸法とをほぼ同一の大きさとし、運転を開始して温度が平衡状態となるまでの前記ケーシング本体と前記旋回軸との温度上昇に応じて、運転時における前記ケーシング本体の熱膨張量と前記旋回軸の熱膨張量とがほぼ同一の大きさとなるように、前記ケーシング本体に用いる材料の熱膨張率を前記旋回軸に用いる材料の熱膨張率よりも大となるように設定す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、運転時に旋回軸がケーシング本体よりも高い温度状態におかれたときでも、ケーシング本体は旋回軸よりも大きな熱膨張率を有しているから、ケーシング本体の軸方向の熱膨張量を旋回軸の軸方向の熱膨張量とほぼ同等の大きさまで増大することができる。
【００１６】
また、請求項２の発明は、ケーシング本体に用いる材料はアルミ系材料により構成し、旋回軸に用いる材料は鉄系材料により構成としている。これにより、アルミ系材料からなるケーシング本体の熱膨張率を鉄系材料からなる旋回軸の熱膨張率に対して約２倍の大きさに設定することが可能となる。
【００１７】
【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、図１ないし図４の添付図面に従って詳細に説明する。
【００１８】
１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成し、後述の固定スクロール６Ａ，６Ｂと共に固定側部材を構成する筒状のケーシングを示し、該ケーシング１は、軸線Ｏ1−Ｏ1（図１参照）を有するケーシング本体２と、該ケーシング本体２の両端側に設けられた軸受取付筒３Ａ，３Ｂと、該軸受取付筒３Ａ，３Ｂの外周側に設けられた蓋部４Ａ，４Ｂとにより構成されている。
【００１９】
ここで、ケーシング１の軸方向の中間部となった筒状のケーシング本体２は、後述の旋回軸２１よりも大きな熱膨張率(熱膨張係数）α1をもった材料、例えばアルミ系材料等を用いて形成されている。そして、このケーシング本体２の熱膨張率α1は、後述する旋回軸２１の熱膨張率α2に対し約１．５〜２．５倍、好ましくは下記数１の如く約２倍程度の大きさに設定され、
【００２０】
【数１】
α1≒２×α2
となっている。
【００２１】
また、ケーシング１の蓋部４Ａ，４Ｂは、後述の吸込口３０Ａ，３０Ｂと連通する位置に開口部４Ａ1，４Ｂ1が穿設されている。そして、蓋部４Ａ，４Ｂは、ボルト５Ａ，５Ｂにより軸受取付筒３Ａ，３Ｂと一緒にケーシング本体２側に固定して取付けられている。
【００２２】
６Ａ，６Ｂはケーシング１の軸方向両側に位置して蓋部４Ａ，４Ｂの内周側にそれぞれ固定的に設けられた第１，第２の固定スクロールで、該第１の固定スクロール６Ａ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鏡板７Ａと、該鏡板７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部８Ａと、鏡板７Ａの外周側から該ラップ部８Ａを取囲むように軸方向に突出し、ケーシング本体２の内周側に嵌合して設けられた嵌合筒部９Ａとによって構成されている。また、第２の固定スクロール６Ｂについても、鏡板７Ｂ、ラップ部８Ｂおよび嵌合筒部９Ｂによって構成されている。
【００２３】
１０は固定スクロール６Ａ，６Ｂ間に位置してケーシング１内の中間部に設けれた電動機で、該電動機１０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１１と、該ステータ１１の内周側に該ステータ１１によって回転するように配設されたロータ１２とによって構成され、ステータ１１の軸線とロータ１２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１０は、ロータ１２を回転することにより後述の回転軸２０を駆動するものである。
【００２４】
１３Ａ，１３Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂと電動機１０との間に位置して、軸受取付筒３Ａ，３Ｂの内周側に設けられた第１，第２の偏心軸受で、該第１の偏心軸受１３Ａは、外輪１４Ａと、該外輪１４Ａの内周側に外側転動体となる複数の球体１５Ａによって回転可能に設けられ、回転軸２０の外周側に固着された外側中輪１６Ａと、回転軸２０の内周側に固着された内側中輪１７Ａと、該内側中輪１７Ａの内周側に内側転動体となる複数の球体１８Ａによって回転可能に設けられた内輪１９Ａとによって構成されている。
【００２５】
ここで、外輪１４Ａは、軸受取付筒３Ａの内周側に圧入されて取付けられ、軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置される。また、外側中輪１６Ａは、球体１５Ａによって外輪１４Ａの内周側に位置決めされ、軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置されている。そして、この状態で球体１５Ａは外輪１４Ａと外側中輪１６Ａとの間を軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として転動する。
【００２６】
これに対して内側中輪１７Ａは、外輪１４Ａの軸線Ｏ1−Ｏ1に対して径方向に一定寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。また、内輪１９Ａは、球体１８Ａによって内側中輪１７Ａの内周側に位置決めされ、偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。そして、この状態で球体１８Ａは偏心軸線Ｏ2−Ｏ2を中心に転動する。
【００２７】
かくして、偏心軸受１３Ａは、外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａとが回転軸２０と一体に回転することにより、旋回軸２１と一体となった内輪１９Ａ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うものである。また、第２の偏心軸受１３Ｂについても、外輪１４Ｂ、球体１５Ｂ、外側中輪１６Ｂ、内側中輪１７Ｂ、球体１８Ｂおよび内輪１９Ｂによって構成されている。
【００２８】
２０は電動機１０のロータ１２を挟んで両端側が偏心軸受１３Ａ，１３Ｂに設けられた回転軸で、該回転軸２０は、中空軸体として形成され、電動機１０のロータ１２内周側に挿嵌されて固定的に設けられている。そして、回転軸２０は、両端側がそれぞれ外側中輪１６Ａの内周側と内側中輪１７Ａの外周側にそれぞれ固着して取付けられ、ロータ１２と一体となって回転することにより外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａを回転させるものである。
【００２９】
ここで、回転軸２０は、図１に示すように、外周側が外輪１４Ａ，１４Ｂの軸線Ｏ1−Ｏ1上に配置されるのに対し、内周側は軸線Ｏ1−Ｏ1に対して径方向に一定寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置される。
【００３０】
２１は回転軸２０内を遊嵌して設けられ、偏心軸受１３Ａ，１３Ｂの内輪１９Ａ，１９Ｂに固定的に支持された旋回軸で、該旋回軸２１は、中実な円柱体として形成され、偏心軸線Ｏ2−Ｏ2上に配置されている。また、旋回軸２１の両端側は内輪１９Ａ，１９Ｂの内周側に挿嵌して固着されている。
【００３１】
さらに、旋回軸２１の両端側には第１，第２のスラスト受板２２Ａ，２２Ｂがボルト２３により廻止め状態で固定して取付けられている。そして、これらスラスト受板２２Ａ，２２Ｂは旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの鏡板２５Ａ，２５Ｂ背面側に当接することにより、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂに作用するスラスト荷重を支持するものである。
【００３２】
ここで、旋回軸２１はケーシング本体２よりも小さな熱膨張率α2をもった材料、例えば鉄系材料等を用いて形成されている。そして、この旋回軸２１の熱膨張率α2は、ケーシング本体２の熱膨張率α1に対し約２／５〜２／３倍、好ましくは１／２倍程度の大きさ（数１参照）に設定されるものである。
【００３３】
なお、鉄の熱膨張率は鉄の温度が２０度（２９３Ｋ）のとき１１．８×１０-6（１／Ｋ）であるのに対し、アルミの熱膨張率は、アルミの温度が２０度のとき２３．１×１０-6（１／Ｋ）である。
【００３４】
また、旋回軸２１は、図２、図３に示すようにケーシング本体２の軸方向寸法Ｌ1とほぼ同一の軸方向寸法Ｌ2をもって形成され、
【００３５】
【数２】
Ｌ1≒Ｌ2
となっている。
【００３６】
このため、後述するように運転時にケーシング本体２の温度がＴ1まで上昇し、旋回軸２１の温度が温度Ｔ1の約２倍の温度Ｔ2まで上昇したときには、ケーシング本体２の軸方向の熱膨張量ΔＬ1と旋回軸２１の軸方向の熱膨張量ΔＬ2とはほぼ同等の大きさとなる。
【００３７】
２４Ａ，２４Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂと対面して旋回軸２１の軸方向両端側にそれぞれ固定的に設けられた第１，第２の旋回スクロールで、該第１の旋回スクロール２４Ａは、円板状に形成された鏡板２５Ａと、該鏡板２５Ａの表面側から軸方向に立設された渦巻状のラップ部２６Ａとによって構成されている。また、鏡板２５Ａには、その内部を径方向に貫通して延びる複数の冷却風通路２７Ａ(１個のみ図示)が形成されている。
【００３８】
また、旋回スクロール２４Ａは、鏡板２５Ａの背面側をスラスト受板２２Ａの表面側に嵌合させ、この状態でボルト(図示せず)等を用いてスラスト受板２２Ａに一体に取付けられている。そして、旋回スクロール２４Ａのラップ部２６Ａは、固定スクロール６Ａのラップ部８Ａ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８Ａ，２６Ａ間には複数の圧縮室２８Ａ，２８Ａ，…が画成される。
【００３９】
そして、スクロール式空気圧縮機の運転時には、後述の吸込口３０Ａから外周側の圧縮室２８Ａ内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール２４Ａが旋回運動する間に各圧縮室２８Ａ内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室２８Ａから後述の吐出口３１Ａを介して外部に圧縮空気を吐出する。
【００４０】
ここで、固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａは、運転前の状態では図４中に実線で示す位置におかれ、このときラップ部２６Ａの先端と鏡板７Ａとの間のスラスト方向の隙間はＳとなっている。また、運転時には固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａは、後述するように図４中に二点鎖線で示す位置におかれ、このときラップ部２６Ａの先端と鏡板７Ａとの間のスラスト方向の隙間はＳ′となっている。
【００４１】
また、第２の旋回スクロール２４Ｂについても、鏡板２５Ｂ、ラップ部２６Ｂ、および冷却風通路２７Ｂ等によって構成され、固定スクロール６Ｂとの間に複数の圧縮室２８Ｂを画成している。
【００４２】
なお、２９Ａは軸受取付筒３Ａとスラスト受板２２Ａとの間に設けられたクランク軸、２９Ｂは軸受取付筒３Ｂとスラスト受板２２Ｂとの間に設けられた他のクランク軸（いずれも１個のみ図示）で、これら各クランク軸２９Ａ，２９Ｂは、スラスト受板２２Ａ，２２Ｂと一体となった旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの自転を防止するものである。
【００４３】
また、３０Ａ，３０Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂ外周側に位置してケーシング本体２に設けられた吸込口、３１Ａ，３１Ｂは固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂ中心側に位置してケーシング１の蓋部４Ａ，４Ｂに設けられた吐出口を示している。
【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、電動機１０のロータ１２を回転すると、該ロータ１２と一体となった回転軸２０は、偏心軸受１３Ａ，１３Ｂの球体１５Ａ，１５Ｂによって回転運動を行い、このときに旋回軸２１は球体１８Ａ，１８Ｂによって回転軸２０の内周側で回転する。
【００４６】
ここで、前記球体１５Ａ，１５Ｂは、ケーシング１（外輪１４Ａ，１４Ｂ）の軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転するのに対し、球体１８Ａ，１８Ｂは軸線Ｏ1-Ｏ1に対して径方向に寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ2−Ｏ2を中心として回転するから、内輪１９Ａ，１９Ｂと一体となった旋回軸２１は、球体１８Ａ，１８Ｂにより軸線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い、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂを旋回させる。
【００４７】
この結果、固定スクロール６Ａと旋回スクロール２４Ａとの間に画成された各圧縮室２８Ａはそれぞれ連続的に縮小し、これにより固定スクロール６Ａの吸込口３０Ａから吸込んだ外気を各圧縮室２８Ａで順次圧縮しつつ、この圧縮空気を固定スクロール６Ａの吐出口３１Ａから外部の空気タンク（図示せず）等に貯留させる。
【００４８】
また、固定スクロール６Ｂと旋回スクロール２４Ｂとの間に画成された各圧縮室２８Ｂについても、それぞれが連続的に縮小することにより、圧縮空気を前記空気タンク等に貯留させる。
【００４９】
ところで、運転時には電動機１０の発熱または圧縮室２８Ａ，２８Ｂ内の熱がケーシング本体２、旋回軸２１等に伝わる。そして、ケーシング本体２は外周側が直接外気と触れるため、ケーシング本体２の熱は外部に放熱され易くなるのに対し、旋回軸２１はケーシング本体２内に収容されるから、旋回軸２１の熱は外部に逃げにくくなる。
【００５０】
この結果、運転を開始して当該スクロール式空気圧縮機の温度が平衡状態となるまでの間、ケーシング本体２が温度Ｔ1だけ上昇したとすると、旋回軸２１は例えば温度Ｔ1の約２倍の温度Ｔ2まで上昇し、下記数３のようになる。
【００５１】
ここで、本実施の形態では、数１の如くケーシング本体２の熱膨張率α1を、旋回軸２１の熱膨張率α2に対し約２倍程度の大きさに設定すると共に、数２のようにケーシング本体２の軸方向寸法Ｌ1を旋回軸２１の軸方向寸法Ｌ2とほぼ同一の大きさに形成している。
【００５２】
そして、前述の如くケーシング本体２の温度がＴ1だけ上昇したときのケーシング本体２の熱膨張量をΔＬ1（図２参照）とし、旋回軸２１の温度がＴ2だけ上昇したときの旋回軸２１の熱膨張量をΔＬ2（図３参照）としたとき、これらの熱膨張量ΔＬ1，ΔＬ2は、数４、数５の如く表される。
【００５３】
従って、数１〜数４によりケーシング本体２の熱膨張量ΔＬ1は、数６のように表され、数５、数６によりこのケーシング本体２の熱膨張量ΔＬ1と旋回軸２１の熱膨張量ΔＬ2とをほぼ同じ大きさ（ΔＬ1≒ΔＬ2）に設定することができる。
【００５４】
【数３】
Ｔ1≒１／２×Ｔ2
【００５５】
【数４】
ΔＬ1＝α1×Ｌ1×Ｔ1
【００５６】
【数５】
ΔＬ2＝α2×Ｌ2×Ｔ2
【００５７】
【数６】
ΔＬ1≒α2×Ｌ2×Ｔ2
【００５８】
かくして、本実施の形態では、図４に示すように運転時にケーシング本体２が熱膨張したときの固定スクロール６Ａ(６Ｂ）の軸方向への移動量（１／２×ΔＬ1）と、旋回軸２１が熱膨張したときの旋回スクロール２４Ａ(２４Ｂ）の軸方向への移動量（１／２×ΔＬ2）とをほぼ一致させることができ、固定スクロール６Ａの鏡板７Ａと旋回スクロール２４Ａのラップ部２６Ａとの間のスラスト方向の隙間Ｓ′を、運転前の隙間Ｓとほぼ同じ大きさ（Ｓ′＝Ｓ）に保つことができる。
【００５９】
これにより、運転前に固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂとの間のスラスト方向の隙間Ｓをほぼ零（Ｓ≒０）に設定した場合でも、固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂ、または固定スクロール６Ａ，６Ｂのラップ部８Ａ，８Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの鏡板２５Ａ，２５Ｂとが干渉してかじりが発生するのを防止でき、これら固定スクロール６Ａ，６Ｂ、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂの耐久性、寿命等を高めることができる。
【００６０】
そして、固定スクロール６Ａ，６Ｂの鏡板７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのラップ部２６Ａ，２６Ｂとの間のスラスト方向の隙間Ｓ′を小さく保ち、圧縮性能を高めることができる。
【００６１】
なお、実施の形態では、偏心軸受１３Ａに用いる中輪を、外側中輪１６Ａと内側中輪１７Ａの２部材で構成する場合を例に挙げて説明したが、これに替えて、例えば図５に示す変形例のように、偏心軸受４１Ａの中輪４４Ａを１部材で構成してもよい。
【００６２】
ここで、偏心軸受４１Ａは、外輪４２Ａと、該外輪４２Ａの内周側に外側転動体となる球体４３Ａによって回転可能に設けられ回転軸２０の端部に嵌合して固着された中輪４４Ａと、該中輪４４Ａの内周側に内側転動体となる球体４５Ａによって回転可能に設けられ旋回軸２１の外周側に固着された内輪４６Ａとによって構成されている。
【００６３】
また、実施の形態では、ケーシング１のうちケーシング本体２のみをアルミ系部材で形成し、蓋部４Ａ，４Ｂ等を鉄系部材で形成する場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ることなく、例えば蓋部についてもアルミ系部材を用いて形成してもよい。
【００６４】
また、実施の形態では、ケーシング本体２の熱膨張率α1を旋回軸２１の熱膨張率α2の約２倍に設定する場合を例に挙げて説明したが、ケーシング本体の熱膨張率および旋回軸の熱膨張率は、運転時におけるケーシング本体の温度と旋回軸の温度に応じて例えば１．５〜２．５倍の範囲内で適宜に変更してもよい。
【００６５】
さらに、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、例えば冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、ケーシング内に軸方向に離間して一対の固定スクロールを固定的に設け、これら各固定スクロール間には、電動機によって駆動される旋回軸を配置し、該旋回軸の両端側には固定スクロールと対向して旋回スクロールを固定的に設けると共に、ケーシング本体の軸方向寸法と前記旋回軸の軸方向寸法とをほぼ同一の大きさとし、運転を開始して温度が平衡状態となるまでの前記ケーシング本体と旋回軸との温度上昇に応じて、運転時における前記ケーシング本体の熱膨張量と前記旋回軸の熱膨張量とがほぼ同一の大きさとなるように、ケーシング本体は旋回軸よりも大きな熱膨張率をもった材料を用いて形成する構成としたので、運転時に旋回軸がケーシング本体よりも高い温度状態におかれたときでも、ケーシング本体の軸方向の熱膨張量を旋回軸の軸方向の熱膨張量とほぼ同等の大きさまで増やすことができ、ケーシングと一体となった固定スクロールと、旋回軸と一体となった旋回スクロールとが軸方向で干渉して両者の間にかじりが発生するのを抑えられ、これら固定スクロール、旋回スクロールの耐久性、寿命等を高めることができる。
【００６７】
そして、運転時における固定スクロールと旋回スクロールとの間のスラスト方向の隙間を運転前と同様に小さく保つことができ、圧縮性能を高めることができる。
【００６８】
また、請求項２の発明は、ケーシング本体に用いる材料はアルミ系材料であり、旋回軸に用いる材料は鉄系材料である構成としたので、ケーシング本体の熱膨張率を旋回軸の熱膨張率に対して約２倍程度まで大きく設定することができ、ケーシング本体の材料の選択を簡単に行うことができる。
【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中のケーシング本体を単体で示す断面図である。
【図３】第１の旋回軸を単体で示す断面図である。
【図４】図１中の固定スクロールおよび旋回スクロール等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図５】本発明の変形例によるスクロール式空気圧縮機を示す一部破断の縦断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング（固定側部材）
２ ケーシング本体
６Ａ，６Ｂ 固定スクロール
７Ａ，７Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ 鏡板
８Ａ，８Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ラップ部
１０ 電動機
１１ ステータ
１２ ロータ
１３Ａ，１３Ｂ，４１Ａ 偏心軸受
１５Ａ，１５Ｂ，４３Ａ 球体（外側転動体）
１８Ａ，１８Ｂ，４５Ａ 球体（内側転動体）
２０ 回転軸
２１ 旋回軸
２４Ａ，２４Ｂ 旋回スクロール
２８Ａ，２８Ｂ 圧縮室
Claims (2)
- 軸方向の中間部が筒状のケーシング本体となったケーシングと該ケーシングの軸線上に位置して該ケーシングの両端側に固定的に設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１，第２の固定スクロールとからなる固定側部材と、
該第１，第２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、ロータとステータとが前記ケーシングの軸線と同一方向になるように配置された電動機と、
前記ケーシングの軸線を中心とした外側転動体を有すると共に該外側転動体の内側に配置されケーシングの軸線に対し偏心した偏心軸線を中心として転動する内側転動体を有する偏心軸受と、
前記電動機のロータを挟んで前記ケーシングの軸線方向に延び両端が前記偏心軸受の外側転動体に支持された中空軸体からなり前記ロータによって回転される回転軸と、
該回転軸内を前記偏心軸線上に遊嵌して設けられ、前記偏心軸受の内側転動体に支持されて旋回運動する旋回軸と、
該旋回軸の両端側に設けられ、第１，第２の固定スクロールと対面して鏡板に第１，第２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形成するラップ部が立設された第１，第２の旋回スクロールとを備えてなるスクロール式流体機械において、
前記ケーシングを構成する前記ケーシング本体の軸方向寸法と前記旋回軸の軸方向寸法とをほぼ同一の大きさとし、運転を開始して温度が平衡状態となるまでの前記ケーシング本体と前記旋回軸との温度上昇に応じて、運転時における前記ケーシング本体の熱膨張量と前記旋回軸の熱膨張量とがほぼ同一の大きさとなるように、前記ケーシング本体に用いる材料の熱膨張率を前記旋回軸に用いる材料の熱膨張率よりも大となるように設定する構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。 - 前記ケーシング本体に用いる材料はアルミ系材料であり、前記旋回軸に用いる材料は鉄系材料である請求項１に記載のスクロール式流体機械。
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