JP2004263604A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機の出力軸等に付加されるスラスト荷重が軸方向の両側でアンバランスになるのを抑え、軸受の耐久性、寿命を向上できるようにする。
【解決手段】ケーシング１の軸方向両側に固定スクロール５Ａ、旋回スクロール２０Ａ等からなる低圧スクロール部４Ａと、固定スクロール５Ｂ、旋回スクロール２０Ｂ等からなる高圧スクロール部４Ｂとを設ける。ケーシング１内には、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂを回転軸１５、旋回軸１８等を介して旋回駆動するための電動機１２を設ける。高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、ラップ部７Ｂ，２２Ｂの厚みを低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａよりも薄肉に形成する。そして、高圧段の旋回スクロール２０Ｂは、圧縮室２３Ｂに対する受圧面積を低圧段の旋回スクロール２０Ａよりも小さくする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば空気等の流体を圧縮するのに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、ケーシングの軸方向両側にそれぞれ固定スクロールと旋回スクロールとを設け、前記ケーシング内には前記各旋回スクロールを旋回駆動するための電動機を設けてなる所謂ツインラップ型のスクロール式流体機械は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１３０３６５号公報
【０００４】
この種の従来技術によるツインラップ型のスクロール式流体機械は、ケーシングの軸方向一側に設けた固定スクロールと旋回スクロールとにより低圧段の圧縮室を形成し、ケーシングの軸方向他側に設けた固定スクロールと旋回スクロールとにより高圧段の圧縮室を形成する構成としている。
【０００５】
また、前記ケーシング内には、低圧段の旋回スクロールと高圧段の旋回スクロールとの間に位置して電動機が設けられ、該電動機は、出力軸を回転駆動することにより前記各旋回スクロールに旋回運動を与えるものである。また、電動機の出力軸と前記ケーシング等との間には複数の軸受が設けられ、これらの軸受は、前記出力軸に付加されるラジアル方向またはスラスト方向の荷重を受承する構成となっている。
【０００６】
そして、高圧段の固定スクロールは、その吸込側を低圧段の固定スクロールの吐出側に配管等を用いて接続し、前記低圧段の圧縮室から吐出される圧縮流体を高圧段の圧縮室でさらに圧縮することにより、流体の２段圧縮を行う構成としているものである。
【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ツインラップ型のスクロール式流体機械では、ケーシングの軸方向両側に配置される低圧段の圧縮室と高圧段の圧縮室との間に大きな圧力差が発生し、これらの圧縮室間で電動機の出力軸等には軸方向のスラスト荷重が付加されることになる。
【０００８】
このため、前記ケーシングと電動機の出力軸等との間に配置した軸受は、大きなスラスト荷重を受承する必要が生じ、軸受荷重が大となって摩擦損失が大きくなると共に、軸受内での発熱も大きくなる。これにより、軸受の耐久性、寿命が低下し、スクロール式流体機械としての性能、信頼性を高めることが難しいという問題がある。
【０００９】
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、電動機の出力軸等に付加されるスラスト荷重が軸方向の両側でアンバランスになるのを抑えることができ、軸受の耐久性、寿命を向上できると共に、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることが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。
【００１０】
【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、請求項１の発明にあっては、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それぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の固定スクロールとからなる固定側部材と、該低圧段の固定スクロールと高圧段の固定スクロールとの間に位置して前記ケーシング内に設けられ、出力軸が前記ケーシングの軸線と同一の方向に配置された電動機と、前記低圧段，高圧段の固定スクロールと対面して該電動機の出力軸の両端側にそれぞれ設けられ、鏡板に前記低圧段，高圧段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渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械において、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記圧縮室に対する受圧面積を前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも大なる受圧面積をもって形成し、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも前記各ラップ部の厚さを小さくする構成としている。
【００１１】
このように、高圧段におけるラップ部の厚みを低圧段のラップ部よりも薄肉に形成することによって、例えば高圧段の旋回スクロールが圧縮室内の圧力を受圧する受圧面積を、低圧段の旋回スクロールに比較して小さくすることが容易となり、受圧面積と圧力との積により決められるスラスト荷重が低圧段と高圧段との間でアンバランスとなるのを小さく減じることができる。
【００１２】
また、請求項２の発明によると、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には、両者のラップ部を径方向外側から取囲み圧縮室内を外部に対して遮断する環状のシール部材を設け、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、該シール部材の径方向内側となる部位で前記圧縮室内の圧力を受圧する構成としている。
【００１３】
これにより、高圧段の圧縮室内で発生した流体の圧力が外部に漏洩するのを環状のシール部材で防ぐことができ、高圧段の圧縮室内を高い圧力に保つことができる。そして、高圧段側での旋回スクロールの受圧面積をシール部材の径方向内側となる範囲内に制限することができ、この受圧面積を低圧段側での旋回スクロールの受圧面積よりも小さくすることができる。
【００１４】
また、請求項３の発明によると、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室から吐出される流体を、内部の圧縮室内に吸込んでさらに高い圧力に圧縮する構成としている。
【００１５】
この場合には、低圧段の圧縮室から吐出される流体を、高圧段の圧縮室内で圧縮することにより流体の２段圧縮を行うことができる。そして、高圧段の圧縮室から低圧段の圧縮室に向けて大きなスラスト荷重が電動機の出力軸等に付加されるのを、前述の如く受圧面積を変えることによって十分に小さく抑えることができる。
【００１６】
一方、請求項４の発明にあっては、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それぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された２つの非駆動側スクロールと、該２つの非駆動側スクロールと対面して設けられ鏡板に前記２つの非駆動側スクロールのラップ部とそれぞれ重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された２つの駆動側スクロールと、該２つの駆動側スクロールに接続されて該駆動側スクロールを駆動する駆動手段が接続される回転軸とからなるスクロール式流体機械において、前記２つの駆動側スクロールおよび前記２つの非駆動側スクロールの少なくとも１つのラップ部が、他のラップ部とそのラップ部の厚みを異ならせたことにある。
【００１７】
この場合には、厚みの薄いラップ部がある側のスクロールは、同じ効率でラップ部を同じ厚さにした圧縮機と比べ、受圧面積を小さくすることができ、この調整により、駆動手段の回転軸（駆動軸）に加わるスラスト荷重を調整することができる。
【００１８】
【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を、ツインラップ型のスクロール式空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面の図１ないし図３に従って詳細に説明する。
【００１９】
図中、１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、軸線Ｏ１ −Ｏ１ を中心として略円筒状に形成されたケーシング本体２と、該ケーシング本体２の右，左両端側にそれぞれ固着して設けられた右，左の軸受取付体３Ａ，３Ｂとにより構成されている。そして、ケーシング１は後述の固定スクロール５Ａ，５Ｂと共に固定側部材を構成するものである。
【００２０】
ここで、ケーシング本体２の一側（図１中の右側）に位置する軸受取付体３Ａは、後述の固定スクロール５Ａ、旋回スクロール２０Ａ等と共に低圧段圧縮部となる低圧スクロール部４Ａを構成するものである。また、ケーシング本体２の他側（図１中の左側）に位置する軸受取付体３Ｂは、後述の固定スクロール５Ｂ、旋回スクロール２０Ｂ等と共に高圧段圧縮部となる高圧スクロール部４Ｂを構成している。そして、固定スクロール５Ａ，５Ｂは非駆動側スクロールを構成し、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは駆動側スクロールを構成するものである。
【００２１】
なお、低圧スクロール部４Ａと高圧スクロール部４Ｂとは、それぞれほぼ同一の構成要素を有しているので、以下の説明では、低圧段に符号「Ａ」を付し、高圧段には符号「Ｂ」を付して説明する。また、低圧段と高圧段とで説明が重複するのを避けるため、主に低圧スクロール部４Ａの構成要素について説明し、高圧スクロール部４Ｂの構成要素については、その説明を省略するものとする。
【００２２】
５Ａはケーシング１の軸受取付体３Ａ側に設けられた低圧段の固定スクロールを示し、該固定スクロール５Ａは、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た略円板状の鏡板６Ａと、該鏡板６Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部７Ａと、鏡板６Ａの外周側から該ラップ部７Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部８Ａと、該筒部８Ａの外周側から径方向外向きに突出したフランジ部９Ａとにより構成されている。
【００２３】
そして、固定スクロール５Ａは、フランジ部９Ａの外周側が軸受取付体３Ａの開口側にボルト等を介して着脱可能に取付けられている。また、固定スクロール５Ａの鏡板６Ａには、例えば空気（外気）等の流体を後述の圧縮室２３Ａ内に吸込むための吸込口１０Ａが外周寄りの位置に設けられ、鏡板６Ａの中心側（軸線Ｏ１ −Ｏ１ 上）には圧縮空気の吐出口１１Ａが設けられている。
【００２４】
１２は低圧段の固定スクロール５Ａと高圧段の固定スクロール５Ｂとの間に位置してケーシング本体２内に設けられた駆動手段となる電動機で、該電動機１２は、ケーシング本体２の内周側に固定して設けられた筒状のステータ１３と、該ステータ１３の内周側に回転可能に配設された筒状のロータ１４等とにより構成されている。
【００２５】
ここで、電動機１２は、ステータ１３およびロータ１４の軸線がケーシング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１２は、ロータ１４を回転することにより後述の回転軸１５を軸線Ｏ１ −Ｏ１ の周囲で回転駆動するものである。
【００２６】
１５はケーシング１の右，左両側で軸受取付体３Ａ，３Ｂの内周側に回転軸受１６Ａ，１６Ｂを介して回転可能に設けられた段付筒状の回転軸で、該回転軸１５は、電動機１２のロータ１４内に圧入等の手段を用いて嵌合された中空軸体からなり、軸線Ｏ１ −Ｏ１ を中心としてロータ１４と一体に回転するものである。
【００２７】
そして、回転軸１５は、電動機１２のロータ１４内を軸方向に貫通して設けられ、後述の旋回軸１８と共に電動機１２の出力軸を構成している。また、回転軸１５の内周側は、ケーシング１等の軸線Ｏ１ −Ｏ１ に対して寸法δだけ偏心した段付きの偏心穴１７となっている。
【００２８】
ここで、軸受取付体３Ａ，３Ｂの内周側で回転軸１５を回転可能に支持する回転軸受１６Ａ，１６Ｂのうち、例えば低圧スクロール部４Ａ側の回転軸受１６Ａは、回転軸１５に働く径方向のラジアル荷重と軸方向のスラスト荷重とを共に受承可能な軸受により構成されている。また、高圧スクロール部４Ｂ側の回転軸受１６Ｂは、回転軸１５に働く径方向のラジアル荷重を受承可能な軸受により構成されている。
【００２９】
１８は回転軸１５の偏心穴１７内に相対回転可能に設けられた旋回軸で、該旋回軸１８は、中実な段付きの軸体として形成され、ケーシング１等の軸線Ｏ１ −Ｏ１ に対して寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ２ −Ｏ２ 上に配置されている。そして、旋回軸１８は、回転軸１５の偏心穴１７内で旋回軸受１９Ａ，１９Ｂを用いて回転軸１５内に相対回転可能に取付けられ、回転軸１５と共に電動機１２の出力軸を構成している。
【００３０】
また、旋回軸１８の軸方向両端側は、回転軸１５（偏心穴１７）の両端から軸方向に突出し、その突出端側には後述の旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂが右，左に離間して設けられている。そして、旋回軸１８は、回転軸１５の回転に追従して旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂに旋回運動を与えるものである。
【００３１】
また、回転軸１５の偏心穴１７内で旋回軸１８を回転可能に支持する旋回軸受１９Ａ，１９Ｂのうち、例えば低圧スクロール部４Ａ側の旋回軸受１９Ａは、旋回軸１８に働くラジアル荷重とスラスト荷重とを共に受承可能な軸受により構成されている。また、高圧スクロール部４Ｂ側の旋回軸受１９Ｂは、旋回軸１８に働く径方向のラジアル荷重を受承可能な軸受により構成されている。
【００３２】
２０Ａは固定スクロール５Ａと対面してケーシング１内に旋回可能に設けられた低圧段の旋回スクロールで、該低圧段の旋回スクロール２０Ａは、略円板状に形成された鏡板２１Ａと、該鏡板２１Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２２Ａとにより大略構成されている。また、高圧段の旋回スクロール２０Ｂも、略円板状に形成された鏡板２１Ｂと渦巻状のラップ部２２Ｂとにより大略構成されている。
【００３３】
ここで、低圧段，高圧段の旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは、鏡板２１Ａ，２１Ｂの背面側中央部が旋回軸１８の両端側にそれぞれボルト等を用いて一体に固定され、電動機１２からの駆動力によって旋回軸１８と一緒に旋回動作を行うものである。また、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂは、ラップ部２２Ａ，２２Ｂが固定スクロール５Ａ，５Ｂのラップ部７Ａ，７Ｂと所定角度（例えば１８０度）だけずらして重なり合うように配設されている。
【００３４】
そして、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａは、両者のラップ部７Ａ，２２Ａ間に外周側から内周側にわたって低圧段の圧縮室２３Ａ，２３Ａ，…をそれぞれ画成している。また、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、両者のラップ部７Ｂ，２２Ｂ間に外周側から内周側にわたって高圧段の圧縮室２３Ｂ，２３Ｂ，…をそれぞれ画成している。
【００３５】
また、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａは、図２に示すようにラップ部７Ａ，２２Ａが比較的大きい厚みＴａ （肉厚）を有し、ラップ部７Ａ，２２Ａの最外径は、例えば旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａが図２中に示す如く寸法Ｄａ に設定されている。
【００３６】
一方、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、図３に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂが厚みＴｂ を有し、この厚みＴｂ は、低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａよりも小さく（薄肉に）形成されている（Ｔｂ ＜Ｔａ ）。そして、ラップ部７Ｂ，２２Ｂの最外径は、後述するシール部材２４の径寸法Ｄｂ よりもさらに小さく形成されている。
【００３７】
また、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂは、図１に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂの高さ（歯高）が低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａよりも小さく形成され、これにより、高圧段の圧縮室２３Ｂを低圧段の圧縮室２３Ａに比較して小さい容積に設定しているものである。
【００３８】
２４は高圧段の圧縮室２３Ｂを外部に対して遮断する環状のシール部材で、該シール部材２４は、固定スクロール５Ｂのラップ部７Ｂと旋回スクロール２０Ｂのラップ部２２Ｂとを径方向外側から取囲む環状のフェイスシール等によって構成され、例えば鏡板２１Ｂの外周側に設けた環状のシール溝内に取付けられている。
【００３９】
そして、シール部材２４は、固定スクロール５Ｂの筒部８Ｂ側に摺接することにより、固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂ（鏡板２１Ｂ）との摺動面間を気密にシールし、両者のラップ部７Ｂ，２２Ｂ間で画成される各圧縮室２３Ｂ内の圧力が外部に漏洩するのを防ぐものである。
【００４０】
また、シール部材２４は、図３に示す如く径寸法Ｄｂ をもって形成され、この径寸法Ｄｂ は、図２に例示した旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａの最外径に対応する寸法Ｄａ よりも小さい寸法（Ｄｂ ＜Ｄａ ）となっている。
【００４１】
２５，２５は旋回スクロール２０Ａの自転を防止する自転防止機構としての補助クランクで、該各補助クランク２５は、低圧スクロール部４Ａ側に位置してケーシング１の軸受取付体３Ａと旋回スクロール２０Ａの鏡板２１Ａとの間に設けられている。また、高圧スクロール部４Ｂ側にもケーシング１の軸受取付体３Ｂと旋回スクロール２０Ｂの鏡板２１Ｂとの間に同様の補助クランク（図示せず）が設けられるものである。
【００４２】
２６は低圧スクロール部４Ａ側に設けた吸込フィルタで、該吸込フィルタ２６は、低圧段の固定スクロール５Ａの吸込口１０Ａに着脱可能に設けられ、吸込口１０Ａから圧縮室２３Ａ内に向けて吸込まれる外気（空気）等を清浄化すると共に、空気の吸込音等を低減化する消音器としても機能するものである。
【００４３】
２７は低圧段の圧縮室２３Ａと高圧段の圧縮室２３Ｂとを連通させる連通路としての導管で、該導管２７は、ケーシング１の外側に位置して低圧段の固定スクロール５Ａと高圧段の固定スクロール５Ｂとの間に設けられている。そして、導管２７は、一方の端部２７Ａが固定スクロール５Ａの吐出口１１Ａに接続され、他方の端部２７Ｂは、固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに接続されている。
【００４４】
本実施の形態によるツインラップ型の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１２のステータ１３側に通電してロータ１４を回転駆動すると、該ロータ１４と一体となった回転軸１５は、軸線Ｏ１ −Ｏ１ を中心としてロータ１４と一体に回転する。
【００４６】
そして、回転軸１５の回転により、軸線Ｏ２ −Ｏ２ 上に配置された旋回軸１８は、回転軸１５の偏心穴１７内で寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行なう。これにより、旋回軸１８の両端側に設けた旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂが、固定スクロール５Ａ，５Ｂに対して寸法δの旋回半径をもった旋回動作を行うものである。
【００４７】
このため、低圧スクロール部４Ａ側では、固定スクロール５Ａの外周側に設けた吸込口１０Ａから吸込フィルタ２６を介して外気を吸込みつつ、この空気を各圧縮室２３Ａ内で順次圧縮する。そして、低圧段の固定スクロール５Ａと旋回スクロール２０Ａとの間の圧縮室２３Ａ内で、例えば０．３ＭＰａ程度の圧力まで圧縮された圧縮空気は、固定スクロール５Ａの中心部に設けた吐出口１１Ａから導管２７内に向けて吐出される。
【００４８】
また、高圧スクロール部４Ｂ側では固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに、このときの圧縮空気が導管２７を通じて供給される。そして、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間では、このときの圧縮空気を各圧縮室２３Ｂ内でさらに圧縮し、例えば１．０ＭＰａ程度の圧力まで圧縮された圧縮空気が、固定スクロール５Ｂの中心部に設けた吐出口１１Ｂから外部に向けて吐出され、例えば空気タンク（図示せず）等に貯留される。
【００４９】
ここで、低圧スクロール部４Ａは、例えば旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａが図２に示す寸法Ｄａ なる最外径を有する場合に、低圧段の圧縮室２３Ａに対する受圧面積Ｓａ が、下記の数１式により求められる。
【００５０】
【数１】
Ｓａ ＝π×（Ｄａ ／２）^２
【００５１】
そして、低圧段の旋回スクロール２０Ａは、圧縮室２３Ａ内で発生する圧縮空気の圧力Ｐａ （各圧縮室２３Ａ内の圧力を平均化した圧力）を受圧面積Ｓａ で受承するため、旋回スクロール２０Ａから旋回軸１８に向けて働く軸方向のスラスト荷重Ｆａ は、下記の数２式によって求められる。
【００５２】
【数２】
Ｆａ ＝Ｐａ ×Ｓａ
【００５３】
一方、高圧スクロール部４Ｂは、低圧スクロール部４Ａ側で発生した圧縮空気が導管２７を通じて固定スクロール５Ｂの吸込口１０Ｂに供給され、この圧縮空気をさらに高い圧力に圧縮するため、固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間に設けたシール部材２４の径方向内側となる部位（全範囲）が、高圧段の圧縮室２３Ｂに対する受圧面積Ｓｂ となり、この受圧面積Ｓｂ は、図３に示すシール部材２４の径寸法Ｄｂ に基づいて下記の数３式により求められる。
【００５４】
【数３】
Ｓｂ ＝π×（Ｄｂ ／２）^２
【００５５】
また、高圧段の旋回スクロール２０Ｂは、圧縮室２３Ｂ内で発生する圧縮空気の圧力Ｐｂ （各圧縮室２３Ｂ内の圧力を平均化した圧力）を受圧面積Ｓｂ で受承するため、旋回スクロール２０Ｂから旋回軸１８に向けて働く軸方向のスラスト荷重Ｆｂ は、下記の数４式によって求められる。
【００５６】
【数４】
Ｆｂ ＝Ｐｂ ×Ｓｂ
【００５７】
そして、低圧段の旋回スクロール２０Ａから旋回軸１８に向け図１に示す如く付加されるスラスト荷重Ｆａ と、高圧段の旋回スクロール２０Ｂから旋回軸１８に付加されるスラスト荷重Ｆｂ とが不釣り合い（アンバランス）になると、例えば軸受１６Ａ，１９Ａ等により大きなスラスト荷重を受承する必要が生じる。
【００５８】
然るに、本実施の形態にあっては、高圧段の固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂを、図３に示す如くラップ部７Ｂ，２２Ｂの厚みＴｂ が、低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａの厚みＴａ よりも薄肉（Ｔｂ ＜Ｔａ ）になるように形成している。
【００５９】
これにより、高圧段におけるラップ部７Ｂ，２２Ｂの巻数を、仮に低圧段のラップ部７Ａ，２２Ａと同等の巻数に形成した場合でも、ラップ部７Ｂ，２２Ｂの厚みＴｂ がラップ部７Ａ，２２Ａの厚みＴａ よりも小さくなっている分だけ、その最外径寸法を確実に小さく形成することが可能となり、圧縮室２３Ｂに対する受圧面積も小さくすることができる。
【００６０】
そして、高圧スクロール部４Ｂの固定スクロール５Ｂと旋回スクロール２０Ｂとの間に設けたシール部材２４を、図３に示す如く径寸法Ｄｂ をもって形成し、この径寸法Ｄｂ を、図２に例示した旋回スクロール２０Ａのラップ部２２Ａの寸法Ｄａ よりも小さい寸法（Ｄｂ ＜Ｄａ ）にする構成としている。
【００６１】
このため、前述した数１式による低圧段の受圧面積Ｓａ を、数３式による高圧段の受圧面積Ｓｂ よりも大きい面積（Ｓａ ＞Ｓｂ ）に形成することができる。そして、低圧段，高圧段の圧縮室２３Ａ，２３Ｂ内で発生する圧力Ｐａ ，Ｐｂ 間に大きな圧力差（Ｐａ ＜Ｐｂ ）が発生する場合でも、両者の間で旋回軸１８等に付加される前記数２，数３式のスラスト荷重Ｆａ ，Ｆｂ を、ほぼ等しい大きさ（荷重）に設定することができる。
【００６２】
【数５】
Ｆａ ≒Ｆｂ
【００６３】
この結果、低圧段の旋回スクロール２０Ａと高圧段の旋回スクロール２０Ｂとの間で旋回軸１８に軸方向両側から付加されるスラスト荷重Ｆａ ，Ｆｂ を互いに相殺させることが可能となり、例えば回転軸受１６Ａ、旋回軸受１９Ａが受承するスラスト荷重Ｆａ ，Ｆｂ 間のアンバランスを小さく減じることができる。
【００６４】
従って、本実施の形態によれば、回転軸受１６Ａ、旋回軸受１９Ａ等に付加されるスラスト荷重を小さく減じることができ、軸受１６Ａ，１９Ａの摩擦損失、発熱等を低減できると共に、装置全体の耐久性、寿命を向上でき、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができる。
【００６５】
なお、前記実施の形態では、回転軸受１６Ａ，１６Ｂのうち一方の回転軸受１６Ａを、回転軸１５に作用するラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成し、他方の回転軸受１６Ｂをラジアル荷重を受承可能な軸受により構成するものとして説明した。
【００６６】
しかし、本発明はこれに限らず、例えば回転軸受１６Ｂをラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成し、回転軸受１６Ａをラジアル荷重を受承可能な軸受により構成してもよい。また、回転軸受１６Ａ，１６Ｂを共にラジアル荷重とスラスト荷重とを受承可能な軸受により構成してもよい。そして、これらの点は、旋回軸受１９Ａ，１９Ｂについても同様である。
【００６７】
また、前記実施の形態では、ケーシング１と固定スクロール５Ａ，５Ｂとを別体として形成し、ケーシング１の両端側にボルト等を用いて固定スクロール５Ａ，５Ｂを固定する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えばケーシング１と固定スクロール５Ａ，５Ｂとを予め一体に形成し、これにより固定側部材を構成してもよい。
【００６８】
また、前記実施の形態では、２段のスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば３段または４段以上の多段スクロール式圧縮機に適用してもよいものである。また、多風量を得るために、２台の一段圧縮機を並列に接続し、これらの圧縮機をモータ（駆動手段）の両側に設ける構成としたものでもよい。
【００６９】
また、前記実施の形態では、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。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。
【００７０】
また、前記実施の形態では、駆動手段としての電動機１２の回転軸１５、旋回軸１８を旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂに固定する例を示したが、これに限らず、例えば旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂ間にプーリが取付けられた従動側の回転軸を設け、ケーシングの外部に設けたモータ（駆動手段）の回転軸と前記プーリとの間にベルト等を介装することにより、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂを旋回駆動する構成としてもよい。
【００７１】
また、旋回スクロール２０Ａ，２０Ｂの中心部に回転軸を取付けるのではなく、例えば特開平７−１０３１５１号公報のように、回転軸を１つの補助クランクに取付ける構成としてもよい。そして、この場合は、２つの旋回スクロールの鏡板を共通の鏡板とすることもできる。
【００７２】
さらに、前記実施の形態では、固定スクロールと旋回スクロールからなるスクロール圧縮機を例としたが、これに限らず、例えば特開平３−１４５５８８号公報のように、駆動されるスクロールに対向するスクロールが同期回転する全回転系のスクロール流体機械に用いてもよい。この場合、同期回転するスクロールが非駆動スクロールとなる。
【００７３】
また、前記実施の形態では、高圧段の固定スクロール５Ｂのラップ部７Ｂと旋回スクロール２０Ｂのラップ部２２Ｂの両方の厚みを薄くする例を示したが、いずれか一方の厚さを薄くすることでも、少なくなるが本発明の効果を得ることができるものである。
【００７４】
【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、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールにおける各ラップ部の厚さを、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールにおける各ラップ部の厚さよりも小さくする構成としているので、高圧段の旋回スクロールが圧縮室内の圧力を受圧する受圧面積を、低圧段の旋回スクロールに比較して小さくすることが容易となり、受圧面積と圧力との積により決められるスラスト荷重が低圧段と高圧段との間でアンバランスとなるのを小さく減じることができる。従って、電動機の出力軸を支持する軸受等に大きなスラスト荷重が付加されるのを抑えることができ、軸受の摩擦損失、発熱等を低減できる。そして、装置全体の耐久性、寿命を向上でき、圧縮運転時等の性能、信頼性を高めることができる。
【００７５】
また、請求項２に記載の発明は、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間に環状のシール部材を設け、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、該シール部材の径方向内側となる部位で圧縮室内の圧力を受圧する構成としているので、高圧段の圧縮室内で発生した流体の圧力が外部に漏洩するのを環状のシール部材で防ぐことができ、高圧段の圧縮室内を高い圧力に保つことができる。そして、高圧段側での旋回スクロールの受圧面積をシール部材の径方向内側となる範囲内に制限することができ、この受圧面積を低圧段側での旋回スクロールの受圧面積よりも小さくして、請求項１の発明と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
また、請求項３に記載の発明によれば、高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室から吐出される流体を内部の圧縮室内に吸込んでさらに高い圧力に圧縮する構成としているので、例えば流体の２段圧縮を行うことができると共に、高圧段の圧縮室から低圧段の圧縮室に向けて大きなスラスト荷重が電動機の出力軸等に付加されるのを、受圧面積を変えることによって十分に小さく抑えることができる。
【００７７】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、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それぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された２つの非駆動側スクロールと、該２つの非駆動側スクロールと対面して設けられ鏡板に前記２つの非駆動側スクロールのラップ部とそれぞれ重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された２つの駆動側スクロールと、該２つの駆動側スクロールに接続されて該駆動側スクロールを駆動する駆動手段が接続される回転軸とからなるスクロール式流体機械において、前記２つの駆動側スクロールおよび前記２つの非駆動側スクロールの少なくとも１つのラップ部が、他のラップ部とそのラップ部の厚みを異ならせた構成とすることで、厚みの薄いラップ部がある側のスクロールは、同じ効率でラップ部を同じ厚さにした圧縮機と比べ、受圧面積を小さくすることができ、このラップ厚さの設定により、駆動手段の回転軸に加わるスラスト荷重を調整することができる。
【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】低圧スクロール部のラップ部等を図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた拡大断面図である。
【図３】高圧スクロール部のラップ部等を図１中の矢示 ＩＩＩ−ＩＩＩ 方向からみた拡大断面図である。
【符号の説明】
１ ケーシング（固定側部材）
４Ａ 低圧スクロール部
４Ｂ 高圧スクロール部
５Ａ 低圧段の固定スクロール（非駆動側スクロール）
５Ｂ 高圧段の固定スクロール（非駆動側スクロール）
６Ａ，６Ｂ，２１Ａ，２１Ｂ 鏡板
７Ａ，７Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ ラップ部
１２ 電動機（駆動手段）
１３ ステータ
１４ ロータ
１５ 回転軸（出力軸）
１６Ａ，１６Ｂ 回転軸受
１８ 旋回軸（出力軸）
１９Ａ，１９Ｂ 旋回軸受
２０Ａ 低圧段の旋回スクロール（駆動側スクロール）
２０Ｂ 高圧段の旋回スクロール（駆動側スクロール）
２３Ａ 低圧段の圧縮室
２３Ｂ 高圧段の圧縮室
２４ シール部材
２５ 補助クランク（自転防止機構）
２６ 吸込フィルタ
２７ 導管（連通路）
Ｆａ ，Ｆｂ スラスト荷重
Ｔａ ，Ｔｂ ラップ部の厚み

Claims (4)

1. 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それぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の固定スクロールとからなる固定側部材と、
   該低圧段の固定スクロールと高圧段の固定スクロールとの間に位置して前記ケーシング内に設けられ、出力軸が前記ケーシングの軸線と同一の方向に配置された電動機と、
   前記低圧段，高圧段の固定スクロールと対面して該電動機の出力軸の両端側にそれぞれ設けられ、鏡板に前記低圧段，高圧段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渦巻状のラップ部が立設された低圧段，高圧段の旋回スクロールとを備えたスクロール式流体機械において、
   前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記圧縮室に対する受圧面積を前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも大なる受圧面積をもって形成し、
   前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールは、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールよりも前記各ラップ部の厚さを小さく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。
2. 前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には、両者のラップ部を径方向外側から取囲み前記圧縮室内を外部に対して遮断する環状のシール部材を設け、前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、該シール部材の径方向内側となる部位で前記圧縮室内の圧力を受圧する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記高圧段の固定スクロールと旋回スクロールとは、前記低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間の圧縮室から吐出される流体を、内部の圧縮室内に吸込んでさらに高い圧力に圧縮する構成としてなる請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
4. 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それぞれ設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された２つの非駆動側スクロールと、該２つの非駆動側スクロールと対面して設けられ鏡板に前記２つの非駆動側スクロールのラップ部とそれぞれ重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された２つの駆動側スクロールと、該２つの駆動側スクロールに接続されて該駆動側スクロールを駆動する駆動手段が接続される回転軸とからなるスクロール式流体機械において、
   前記２つの駆動側スクロールおよび前記２つの非駆動側スクロールの少なくとも１つのラップ部が、他のラップ部とそのラップ部の厚みを異ならせたことを特徴とするスクロール式流体機械。

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