JP2007205206A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度センサをスクロールの鏡板の背面側に取付けることにより、センサの取付構造を簡略化し、生産性を向上させる。
【解決手段】 圧縮機１を固定スクロール３、旋回スクロール１０、駆動軸１９等によって構成し、コントロールユニット３０によって制御する。また、固定スクロール３の鏡板４の背面４Ｂ側には、その内径側に位置する内径側温度センサ２５と、鏡板４の外径側に位置する外径側温度センサ２６とを設ける。そして、各センサ２５，２６の検出信号をコントロールユニット３０に入力し、固定スクロール３の温度状態に応じた制御を行う。これにより、温度センサ２５，２６の取付構造を簡略化することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、例えば空気、冷媒等の圧縮機または真空ポンプ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。

一般に、スクロール式流体機械としては、例えばモータ等の駆動源によって２個のスクロールを相対的に旋回運動させることにより、圧縮運転を行うようにしたスクロール式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１４４９８５号公報

この種の従来技術によるスクロール式圧縮機は、互いに対向して配置された固定スクロールと旋回スクロールとを有し、これらのスクロールは鏡板の表面（歯底面）に渦巻状のラップ部がそれぞれ立設されている。そして、各ラップ部の間には、鏡板の内径側から外径側にわたって複数の圧縮室が画成されている。

また、旋回スクロールの背面側には、これを固定スクロールに対して旋回運動させるモータ等の駆動源が連結されている。そして、圧縮機の運転時には、モータによって旋回スクロールが駆動されることにより、各圧縮室が鏡板の外径側から内径側に向けて移動しつつ連続的に縮小する。この結果、外径側の圧縮室に空気が吸込まれ、この空気は圧縮空気となって内径側の圧縮室から吐出される。

このような圧縮機の運転時には、何らかの異常、故障等によってラップ部等の温度が上昇することがある。このため、従来技術では、固定スクロールの内径側と外径側とにそれぞれ温度センサを設け、これら２個の温度センサにより検出される温度の差が大きくなったり、内径側の検出温度が上昇したときには、コントロールユニットによってモータを強制的に停止させる構成としている。

この場合、旋回スクロールの内径側と外径側には、小径で細長いピン穴がそれぞれ設けられ、これらのピン穴は、鏡板の背面側からラップ部の先端側まで延びている。また、２個の温度センサは、各ピン穴内に挿入されるピン状の部品として形成されている。そして、各温度センサの先端側に位置する検出部は、ラップ部の外径側及び内径側でラップ部内にそれぞれ挿入され、これらの部位の温度を検出するようになっている。

ところで、上述した従来技術では、旋回スクロールの内径側と外径側にピン穴を設け、これらのピン穴内に温度センサを挿入する構成としている。しかし、このピン穴の形成時には、例えばドリル等の工具によって旋回スクロールの背面側からラップ部の先端側まで細くて深い穴加工を施す必要がある。

このため、旋回スクロールの形成時には、ピン穴の穿設作業が難しいものとなり、この穿設作業に時間と手間がかかるため、生産性が低下するという問題がある。また、薄肉な突起物であるラップ部の内部にピン穴を穿設することになるため、ラップ部の強度を確保するのが難しいという問題もある。

一方、従来技術では、温度センサの検出温度が上昇したときに、圧縮機を強制的に停止させるようにしている。しかし、例えば圧縮機の吐出圧（負荷）が低いときには、その構成部品に加わる圧力が比較的小さいから、センサの検出温度が上昇したとしても、必ずしも圧縮機を停止する必要がない場合もある。

このため、従来技術では、例えば圧縮運転を続けることが可能な状態であっても、センサの検出温度が上昇しただけで圧縮機を不必要に停止させてしまうことがあり、圧縮機の取扱いが面倒になるという問題がある。

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、温度センサの取付構造を簡略化することができ、この状態でもセンサの検出精度を十分に確保できると共に、生産性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。

また、本発明の他の目的は、運転停止が必要な状態を正確に判定することができ、不必要な停止動作を減らすことができると共に、取扱いが容易なスクロール式流体機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために本発明は、鏡板の表面に渦巻状のラップ部がそれぞれ立設され互いのラップ部の間に内径側から外径側にわたって複数の圧縮室を画成する２個のスクロールと、これら２個のスクロールを相対的に旋回させて圧縮運転を行う駆動源と、前記２個のスクロールのうち少なくとも一方のスクロールに設けられ温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出結果に応じて前記駆動源を制御する制御手段とを備えたスクロール式流体機械に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記温度センサは、前記一方のスクロールの内径側に位置して前記鏡板の背面側に取付けられた第１の温度センサと、該第１の温度センサよりも外径側に位置して前記鏡板の背面側に取付けられた第２の温度センサとにより構成したことにある。

また、請求項２の発明によると、前記鏡板の背面には冷却フィンを設け、前記第１，第２の温度センサは前記冷却フィンに取付ける構成としている。

また、請求項３の発明では、前記圧縮室から外部に吐出される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、前記第１，第２の温度センサにより検出した温度の温度差が温度閾値よりも大きいか否かを判定する温度差判定手段と、前記圧力センサにより検出した圧力が圧力閾値よりも高いか否かを判定する圧力判定手段と、前記温度差判定手段によって前記温度差が大きいと判定し、かつ前記圧力判定手段によって前記圧力が高いと判定したときに前記駆動源による運転を停止させる運転停止手段とを設ける構成としている。

また、請求項４の発明では、前記温度差が前記温度閾値よりも大きいと判定し、かつ前記圧力が前記圧力閾値以下であると判定したときに警報を発生する警報手段を設ける構成としている。

さらに、請求項５の発明では、前記圧縮流体の圧力を常時監視し前記圧力が所定の高圧となったときに圧縮運転を停止し前記圧力が所定の低圧となったときに圧縮運転を再開する圧力式運転制御手段を設け、該圧力式運転制御手段によって圧縮運転を停止しているときには前記温度差判定手段の判定処理を停止する構成としている。

請求項１の発明によれば、第１，第２の温度センサは、スクロールの内径側と外径側の温度を鏡板の背面側から検出することができ、このような背面側の検出位置でも各温度センサの検出精度を十分に確保することができる。このため、制御手段は、鏡板の内径側と外径側の温度状態（温度分布）等に応じて各種の制御を円滑に行うことができる。

また、スクロール式流体機械の組立時には、例えばねじ止め等の簡単な手段によって第１，第２の温度センサを鏡板の背面側に取付けることができる。このため、従来技術のようにスクロールの鏡板やラップ部にセンサ挿入用の深い穴等を穿設する必要がないから、温度センサの取付構造を簡略化することができ、またラップ部の強度等も十分に確保することができる。そして、センサの取付作業を効率よく行うことができ、生産性を向上させることができる。

また、温度センサを鏡板の背面側に露出した状態で配置することができ、従来技術のように温度センサがスクロールの内部に挿入されていないから、センサの点検、交換等を容易に行うことができ、メンテナンス性を高めることができる。

また、請求項２の発明によれば、第１，第２の温度センサを、鏡板の背面に設けた冷却フィンに取付けることができる。この場合、鏡板側で発生する熱は冷却フィンに短い距離で伝わるから、冷却フィンの位置でもスクロールの温度状態を十分な精度で検出することができる。従って、例えば鏡板の背面側にセンサの取付スペースが少ない場合でも、冷却フィンを利用して温度センサを取付けることができ、スクロールの冷却性能を維持しつつ、温度センサの取付部位を容易に確保することができる。

また、請求項３の発明によれば、温度差判定手段は、第１，第２の温度センサにより検出した温度の温度差が温度閾値よりも大きいか否かを判定することができ、その判定結果に応じて、例えば各スクロールの間をシールするチップシールの摩耗状態等を容易に検出することができる。これにより、チップシールの摩耗等を検出したときには、例えば機械の使用者等に警報を行うことができ、メンテナンスや取扱いが容易なスクロール式流体機械を実現することができる。

また、圧力判定手段は、圧力センサによって検出した圧力が圧力閾値よりも高いか否かを判定することができる。そして、例えば温度差判定手段によって温度差が大きいと判定し、かつ圧力判定手段によって圧力も高いと判定したときには、各スクロールの歪み等によってラップ部同士が接触し易い状態であることを容易に検出でき、運転停止手段によって駆動源を強制的に停止させることができる。従って、例えばチップシールが摩耗した状態で高圧の圧縮運転が行われ、これによってスクロールが連鎖的に損傷するのを確実に防止でき、耐久性や信頼性を高めることができる。

さらに、スクロールの内径側と外径側の温度差が大きくても、圧力が小さい場合には、圧縮運転を続行しつつ、必要に応じて警報等の適切な対処を行うことができる。このため、例えば低圧であれば圧縮運転が可能な軽度の不具合等が生じたときに、圧縮運転が不必要に停止されるのを防止でき、スクロール式流体機械の運転操作性を高めることができる。

また、請求項４の発明によれば、例えばチップシールの摩耗等によってスクロールの内径側と外径側に大きな温度差が生じたとしても、低圧の圧縮運転を行っているときには、警報手段によって機械の使用者等にチップシールが摩耗したことを知らせることができる。

さらに、請求項５の発明によれば、圧力式運転制御手段によって圧縮運転を断続的に行うことにより、例えばタンク内の圧力が所定の範囲内に収まるように制御することができる。この場合、圧縮運転を停止したときには、スクロールの内径側と外径側の温度差が一時的に温度閾値よりも大きくなることがある。しかし、温度差判定手段は、圧縮運転が停止している間は判定処理を行わないので、運転停止時の一時的な温度上昇による誤判定を防止することができ、判定精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

ここで、図１ないし図１３は第１の実施の形態を示し、本実施の形態では、スクロール式流体機械として空気圧縮装置を例に挙げて述べる。

図中、１は空気圧縮装置の本体部分を構成するスクロール式の圧縮機で、該圧縮機１は、軸方向一側が開口した略筒状のケーシング２と、後述の固定スクロール３、旋回スクロール１０、駆動軸１９とによって大略構成されている。

３はケーシング２の開口側に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール３は、例えばアルミニウム等の金属材料、またはその合金等を用いて形成され、図２、図３に示す如く、軸線Ｏ−Ｏを中心として略円板状に形成された鏡板４と、該鏡板４の表面となる歯底面４Ａに軸方向に立設された渦巻状のラップ部５と、該ラップ部５を取囲んで鏡板４の外径側に設けられた筒部６と、鏡板４の背面４Ｂに突設された複数の冷却フィン７とによって大略構成されている。

ここで、鏡板４の背面４Ｂは、ケーシング２内に配置された歯底面４Ａと軸方向の反対側に位置し、ケーシング２の外部に露出している。また、ラップ部５は、例えば最内径端を巻始め端として、最外径端を巻終り端としたときに、内径側から外径側に向けて例えば３巻前，後の渦巻状に巻回されている。そして、ラップ部５の歯先面５Ａは、相手方となる旋回スクロール１０の鏡板１１の歯底面１１Ａから一定の軸方向寸法だけ離間し、この歯先面５Ａ側には後述のチップシール１７が設けられている。

また、各冷却フィン７は、例えば鏡板４の背面４Ｂ側に一体形成され、細長い板状をなして背面４Ｂから突出すると共に、互いに間隔をもってほぼ平行に延びている。そして、一部の冷却フィン７の先端部には、後述の温度センサ２５，２６が取付けられる２箇所のねじ穴７Ａ（図５参照）が穿設されている。

８は固定スクロール３の外径側に設けられた例えば２個の吸込口で、該各吸込口８は、図２、図３に示す如く、鏡板４の外径側から筒部６にかけて開口し、後述する外径側の圧縮室１６に連通している。そして、吸込口８は、例えば空気等の流体を吸込フィルタ８Ａを通じて外径側の圧縮室１６内に吸込むものである。

９は固定スクロール３の鏡板４の内径側（中心側）に設けられた吐出口で、該吐出口９は、最内径側の圧縮室１６に連通し、この圧縮室１６内の圧縮空気を吐出パイプ９Ａから外部に吐出させるものである。

１０はケーシング２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１０は、例えばアルミニウム等の金属材料、またはその合金等を用いて形成され、図２に示す如く、固定スクロール３の鏡板４と対向して配置された略円板状の鏡板１１と、該鏡板１１の表面となる歯底面１１Ａに立設された渦巻状のラップ部１２と、鏡板１１の背面１１Ｂに突設された複数の冷却フィン１３と、該冷却フィン１３の先端側に位置して固定された背面プレート１４とによって大略構成されている。

ここで、ラップ部１２は、固定スクロール３のラップ部５とほぼ同様に、例えば３巻前，後の渦巻状をなしている。そして、ラップ部１２の歯先面１２Ａは、相手方となる固定スクロール３の鏡板４の歯底面４Ａから一定の軸方向寸法だけ離間し、この歯先面１２Ａ側には後述のチップシール１８が設けられている。

また、背面プレート１４の中央側には、後述する駆動軸１９のクランク部１９Ａと回転可能に連結される筒状のボス部１４Ａが一体形成されている。また、背面プレート１４の外径側とケーシング２との間には、旋回スクロール１０の自転を防止する例えば３個の補助クランク１５（１個のみ図示）が設けられている。

１６は固定スクロール３と旋回スクロール１０との間に設けられた複数の圧縮室で、これらの圧縮室１６は、図２に示す如く、ラップ部５，１２の間に位置して外径側から内径側にわたって順次形成され、チップシール１７，１８によって気密に保持されている。そして、各圧縮室１６は、旋回スクロール１０が旋回運動するときに、ラップ部５，１２の外径側から内径側に向けて移動しつつ、これらの間で連続的に縮小される。

これにより、各圧縮室１６のうち最外径側の圧縮室１６には、吸込口８から例えば空気等の流体が吸込まれ、この空気は最内径側の圧縮室１６に達するまでに圧縮されて圧縮空気となる。そして、この圧縮空気は吐出口９から外部に吐出され、後述のタンク２４に貯えられる。

１７，１８は各圧縮室１６の気密性を確保する例えば２個のチップシールで、これらのチップ１７，１８は、例えば耐熱性、耐摩耗性、摺動性に優れた樹脂材料として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等を含む樹脂材料を用いて渦巻状に形成されている。

そして、一方のチップシール１７は、図２に示す如く、固定スクロール３のラップ部５の歯先面５Ａ側に設けられ、旋回スクロール１０の鏡板１１の歯底面１１Ａに摺接すると共に、これらの歯先面５Ａと歯底面１１Ａとの間を気密にシールしている。また、他方のチップシール１８は、旋回スクロール１０のラップ部１２の歯先面１２Ａ側に設けられ、固定スクロール３の鏡板４の歯底面４Ａに摺接すると共に、これらの間を気密にシールしている。

１９はケーシング２に軸受等を介して回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸１９は、後述のモータ２３によって駆動されることにより、図１中に示す軸線Ｏ−Ｏを中心として回転し、このときに旋回スクロール１０を旋回運動させるものである。

ここで、駆動軸１９の一端側には、軸線Ｏ−Ｏに対して一定の寸法だけ径方向に偏心したクランク部１９Ａが設けられ、このクランク部１９Ａは、旋回軸受等を介して旋回スクロール１０の背面プレート１４のボス部１４Ａに回転可能に連結されている。また、駆動軸１９の他端側には、ケーシング２の外部に位置してプーリ１９Ｂが設けられ、このプーリ１９Ｂは、モータ２３の出力側にベルト（図示せず）等を介して連結されている。

２０は駆動軸１９のプーリ１９Ｂにボルト等を用いて取付けられた冷却ファンで、該冷却ファン２０は、ケーシング２の外側に設けられたファンケーシング２１内に収容されている。この場合、ケーシング２の外側には、ファンケーシング２１の位置から固定スクロール３の背面側に設けられたカバー２２の位置まで延びるダクト（図示せず）が設けられている。

そして、冷却ファン２０は、ファンケーシング２１内で冷却風を発生させ、この冷却風をダクト等に沿ってケーシング２の内部や各スクロール３，１０の背面側に送風することにより、ケーシング２、固定スクロール３、旋回スクロール１０等を冷却するものである。

次に、図６を参照しつつ、圧縮機１に付設された他の機器について説明すると、まず２３は駆動源としてのモータを示している。このモータ２３は、後述のコントロールユニット３０によって制御されることにより、駆動軸１９を回転駆動し、旋回スクロール１０を旋回運動させるものである。

２４は圧縮機１の吐出口９（吐出パイプ９Ａ）に接続されたタンクで、該タンク２４は、圧縮機１から吐出される圧縮空気を貯えるものである。そして、タンク２４内の圧縮空気は、必要に応じて外部の機器等に供給される。

２５は固定スクロール３の鏡板４の内径側に設けられた第１の温度センサとしての内径側温度センサを示している。この内径側温度センサ２５は、圧縮機１の吐出口９に近い内径側の位置（例えばラップ部５の最内周端から２巻以内、好ましくは前記最内周端から１巻以内となる位置）に配置され、この位置で固定スクロール３の中心部の温度ｔ1を検出することにより、温度ｔ1に対応する検出信号をコントロールユニット３０に出力するものである。

ここで、内径側温度センサ２５は、図３ないし図５に示す如く、例えばシース構造型のセンサ部品として形成され、後述の取付ねじ２７を用いて鏡板４の背面４Ｂ側に露出した状態で取付けられている。この場合、本実施の形態では、内径側温度センサ２５を、鏡板４の背面４Ｂ側に位置する冷却フィン７の先端部に取付けた場合を例示している。

また、内径側温度センサ２５は、例えば熱伝導性の良好な金属板等によって環状またはフォーク形状に形成されたベース板２５Ａ（本実施の形態では、環状のものを例示）と、該ベース板２５Ａ上に搭載された感温素子２５Ｂと、該感温素子２５Ｂをベース板２５Ａ上に樹脂封止する保護層２５Ｃと、感温素子２５Ｂに接続されて通電、信号出力等を行う配線２５Ｄとによって構成されている。

この場合、ベース板２５Ａは、圧着端子等のように、取付ねじ２７によって冷却フィン７の先端部に密着した状態で固定されている。また、感温素子２５Ｂは、例えばサーミスタ、白金抵抗体等によって構成され、温度を抵抗値の変化によって検出するものである。また、保護層２５Ｃは、例えば耐熱性と絶縁性とを有するイミド系、フェノール系の接着材等によって形成されている。

２６は固定スクロール３の鏡板４の外径側に設けられた第２の温度センサとしての外径側温度センサを示している。この外径側温度センサ２６は、内径側温度センサ２５と同様のセンサ部品等によって構成され、図３に示す如く、内径側温度センサ２５よりも外径側の位置（例えばラップ部５の最内周端から２巻以降、好ましくは前記最内周端から３巻以降となる位置）に配置されている。

そして、外径側温度センサ２６は、圧縮機１の吸込口８に近い外径側の位置で冷却フィン７の先端部に取付けられ、この位置で固定スクロール３の外径側の温度ｔ2を検出することにより、温度ｔ2に対応する検出信号をコントロールユニット３０に出力するものである。

この場合、外径側の温度ｔ2には、吸込口８から吸込まれる外気の温度が反映されるので、固定スクロール３の中心部で検出した温度ｔ1から外径側の温度ｔ2を減算することにより、外気温の影響を補正することができる。

２７は各温度センサ２５，２６をそれぞれ冷却フィン７の先端部にねじ止めする取付ねじで、該取付ねじ２７は、図４、図５に示す如く、温度センサ２５，２６のベース板２５Ａ等を介して冷却フィン７のねじ穴７Ａに螺着されている。

次に、２８は圧縮機１の吐出圧（圧縮空気の圧力）を検出する圧力センサで、該圧力センサ２８は、例えばタンク２４、または圧縮機１の吐出口９とタンク２４との間に接続された吐出パイプ９Ａ等に設けられている。そして、圧力センサ２８は、図６に示す如く、圧縮空気の圧力Ｐに対応する検出信号をコントロールユニット３０に出力するものである。

２９は警報手段としての警報器で、該警報器２９は、後述の如く固定スクロール３の内径側と外径側との温度差Δｔが大きくなったときに、コントロールユニット３０によって駆動され、例えばランプ、ブザー音、音声等によって警報を発生するものである。

３０はマイクロコンピュータ等からなる制御手段としてのコントロールユニットで、該コントロールユニット３０の入力側には各センサ２５，２６，２８等が接続され、出力側にはモータ２３、警報器２９等が接続されている。また、コントロールユニット３０には、圧縮機１の運転を制御するプログラムと、後述の閾値ｔ_Ｌ，Ｐ_Ｌ、最大値Ｐ_max、最小値Ｐ_min等が予め記憶されている。

そして、コントロールユニット３０は、内径側温度センサ２５と外径側温度センサ２６の検出信号を用いて、固定スクロール３の内径側の温度ｔ1と外径側の温度ｔ2とを検出する。また、内径側の温度ｔ1から外径側の温度ｔ2を減算した値、即ちスクロール中心部の温度ｔ1に対して外気温の影響等を温度ｔ2によって補正した温度差Δｔを下記数１のように演算する。

そして、コントロールユニット３０は、この温度差Δｔと、圧力センサ２８によって検出した圧縮空気の圧力Ｐとに応じてモータ２３を運転または停止することにより、圧縮機１が過度の高温・高圧状態で運転されるのを規制する。これにより、圧縮運転時には、高温、高圧状態によって各スクロール３，１０に大きな歪みが生じたり、この歪みが原因でラップ部５，１２同士の接触（かじり）等が発生するのを防止することができる。

ここで、圧縮運転時に温度が上昇する原因について述べると、この原因の一例としては、チップシール１７，１８が大きく摩耗した場合が考えられる。即ち、チップシール１７，１８の摩耗量が許容限度を超えた場合には、そのシール性が低下し、内径側から外径側の圧縮室１６に向けて高い温度の圧縮空気が漏れ易くなる。そして、この圧縮空気は吸込空気と一緒に再圧縮されるから、固定スクロール３の内径側の温度ｔ1は、圧縮空気の漏れがない場合と比べて上昇する。

この結果、固定スクロール３の内径側と外径側の温度差Δｔは、例えば図７中の特性線Ｌ0，Ｌ1に示すように、チップシール１７，１８が許容限度を超えて摩耗したときに増大する傾向がある。

そこで、コントロールユニット３０は、例えば特性線Ｌ0，Ｌ1の差異等に応じて適切な値に設定された温度閾値ｔ_Ｌと、温度差Δｔとを比較することにより、チップシール１７，１８の摩耗等による温度上昇を検出する。この場合、本実施の形態では、例えば温度閾値ｔ_Ｌを２７deg程度の値に設定している。

また、コントロールユニット３０は、温度差Δｔ（即ちスクロール中心部の温度）が過度に上昇したときに許容される圧力の最大値を、所定の圧力閾値Ｐ_Ｌとして予め記憶しており、この圧力閾値Ｐ_Ｌと圧縮空気の圧力Ｐとを比較する。この場合、本実施の形態では、例えば圧力閾値Ｐ_Ｌを０．７６ＭＰａ程度の値に設定している。

そして、例えば図７中の運転領域Ａ1に示すように、温度差Δｔが温度閾値ｔ_Ｌよりも大きく、かつ圧力Ｐが圧力閾値Ｐ_Ｌよりも大きい場合には、例えば特性線Ｌ1の仮想線部分に沿った圧縮運転、即ちチップシール１７，１８が摩耗した状態で高圧の圧縮運転が行われていると判定する。このような運転状態では、例えば各スクロール３，１０に大きな歪みが生じることにより、ラップ部５，１２同士の接触等が発生し易くなるので、コントロールユニット３０によって圧縮機１（モータ２３）の運転を強制的に停止する。

また、図７中の運転領域Ａ2に示すように、温度差Δｔが温度閾値ｔ_Ｌを超えた状態でも、圧力Ｐが圧力閾値Ｐ_Ｌ以下である場合には、チップシール１７，１８が摩耗していたとしても、圧縮機１が低圧で運転されているから、各スクロール３，１０の歪みはラップ部５，１２同士が接触しない程度に抑えられる。このため、コントロールユニット３０は、圧縮機１の運転を続行しつつ、その使用者等にチップシール１７，１８の摩耗を知らせるために警報器２９を作動させる構成となっている。

さらに、図７中の運転領域Ａ0に示すように、温度差Δｔが温度閾値ｔ_Ｌ以下である場合には、例えば特性線Ｌ0や特性線Ｌ1の実線部分に沿って、正常な温度範囲内で圧縮運転が行われていると判定することができる。

一方、コントロールユニット３０は、図８に示す如く、圧縮空気の圧力Ｐ（即ちタンク２４内の圧力）が予め設定された最大値Ｐ_maxと最小値Ｐ_minとの間に収まるように、モータ２３を断続的に運転または停止し、これによって圧力式運転制御を行う。

この圧力式運転制御によってモータ２３を停止させたときには、冷却ファン２０の回転が停止することにより、温度差Δｔが一時的に増大することがある。この場合、温度閾値ｔ_Ｌは、一時的に増大した温度差Δｔよりも大きな値となるように予め設定されているが、温度環境等によっては、図８中に仮想線で示すように、温度差Δｔが温度閾値ｔ_Ｌを超えることもある。このため、コントロールユニット３０は、圧力制御によってモータ２３を停止させているときに、前述した温度差Δｔの判定処理も停止し、誤判定を防止する構成となっている。

本実施の形態による空気圧縮装置は上述の如き構成を有するもので、次に、圧縮機１の作動について説明する。

まず、モータ２３が作動すると、その回転がプーリ１９Ｂ等を介して駆動軸１９に伝達され、駆動軸１９が軸線Ｏ−Ｏを中心として回転する。このとき、駆動軸１９のクランク部１９Ａに連結された旋回スクロール１０は、補助クランク１５によって自転を防止された状態で、軸線Ｏ−Ｏを中心として一定の旋回半径で旋回運動を行う。

これにより、固定スクロール３のラップ部５と旋回スクロール１０のラップ部１２との間に画成された各圧縮室１６は、外径側から内径側に向けて移動しつつ、連続的に縮小する。このため、外径側の圧縮室１６には、固定スクロール３の吸込口８から外気が吸込まれ、この空気は個々の圧縮室１６内で圧縮されることによって圧縮空気となる。そして、この圧縮空気は、内径側の圧縮室１６から吐出口９を介して外部に吐出され、タンク２４に貯えられる。

次に、図９ないし図１１を参照しつつ、温度センサ２５，２６の取付位置について説明する。

まず、空気圧縮装置の設計時には、図９に示す如く、温度センサ２５，２６の取付位置の一例として、固定スクロール３の鏡板４の内径側から外径側にわたって例えば８箇所の検出位置ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈを選定した。そして、圧縮機１を運転しつつ、これらの検出位置ａ〜ｈにおいて、鏡板４の歯底面４Ａの温度と、冷却フィン７の先端部の温度とをそれぞれ個別に検出すると、図１０に示すようになった。

この場合、鏡板４側で発生する熱は、その背面４Ｂに一体形成された冷却フィン７に短い距離で伝わる。このため、鏡板４の温度と冷却フィン７の温度とは、図１０から判るように、検出位置ａ〜ｈ全体としてほぼ同様の温度分布を示している。従って、固定スクロール３の温度分布を検出するときには、これを鏡板４の歯底面４Ａ、ラップ部５等の位置で検出しなくても、冷却フィン７の位置で十分に精度よく検出可能であることが確認できた。

また、個々の検出位置ａ〜ｈにおいて、チップシール１７，１８が摩耗したときの温度の上昇量（即ち、チップシールの非摩耗時と摩耗時の温度差）を調べると、図１１に示すようになった。

この図１１から判るように、何れの検出位置ａ〜ｈにおいても、チップシール１７，１８が摩耗することによって温度が上昇し、その上昇量は、例えば鏡板４の内径側に位置する検出位置ｄ，ｅ等で大きくなり、外径側に位置する検出位置ａ，ｈ等で小さくなっている。

この結果、内径側と外径側の温度差によってチップシール１７，１８の摩耗状態を検出しようとする場合には、シールの摩耗時に出来るだけ大きな温度差が生じるように、検出位置ｄ，ｅの何れか一方に内径側温度センサ２５を設け、検出位置ａ，ｈの何れか一方に外径側温度センサ２６を設ければよいことが判る。

このため、本実施の形態では、図３、図９に示すように、例えば検出位置ｅに内径側温度センサ２５を設け、検出位置ｈに外径側温度センサ２６を設けることにより、チップシール１７，１８の摩耗を高い精度で検出する構成としている。

次に、図１２及び図１３を参照しつつ、コントロールユニット３０による圧縮機１の制御について説明する。

まず、図１２では圧力式運転制御を行う。この圧力式運転制御は、タンク２４内の圧力Ｐを常時監視しつつ、この圧力Ｐが所定の最大値Ｐ_maxとなったときに圧縮運転を停止し、圧力Ｐが所定の最小値Ｐ_minとなったときに圧縮運転を再開するものである。

この圧力式運転制御において、まずステップ１では、圧力センサ２８の検出信号を用いて圧力Ｐを検出する。また、ステップ２では、後述の温度・圧力判定処理で圧縮機１が強制停止中であるか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、後述のステップ７に移る。

また、ステップ２で「ＮＯ」と判定したときには、ステップ３で圧力Ｐが最大値Ｐ_maxよりも低いか否かを判定する。そして、ステップ３で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ４で圧力Ｐが最小値Ｐ_minよりも低いか否かを判定し、さらに「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ５で圧縮運転を開始し、ステップ６で温度・圧力判定処理を行った後に、ステップ９に移る。

一方、ステップ３で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが最大値Ｐ_max以上であるから、ステップ７で圧縮運転を停止し、ステップ９に移る。また、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、圧力Ｐが最小値Ｐ_minと最大値Ｐ_maxとの間にあるから、ステップ８で圧縮運転中であるか否かを判定する。そして、ステップ８で「ＹＥＳ」と判定したときには、ステップ５で圧縮運転を続行し、「ＮＯ」と判定したときには、ステップ７で運転停止の状態を保持する。

このように、圧力式運転制御では、圧縮機１が断続的に運転または停止されることにより、圧力Ｐが最小値Ｐ_minと最大値Ｐ_maxとの間に収まるように制御される。そして、ステップ９では、圧縮機１の電源がＯＦＦされるまでステップ１〜９の処理を繰返し実行する。

次に、図１３に示す温度・圧力判定処理について述べると、まずステップ１１では、圧力センサ２８によって圧力Ｐを検出し、ステップ１２では、内径側温度センサ２５の検出信号を用いて固定スクロール３の内径側の温度ｔ1を検出する。また、ステップ１３では、外径側温度センサ２６の検出信号を用いて外径側の温度ｔ2を検出し、ステップ１４では、温度差Δｔを演算する。

そして、ステップ１５では、温度差Δｔが温度閾値ｔ_Ｌよりも大きいか否かを判定し、「ＹＥＳ」と判定したときには、例えばチップシール１７，１８の摩耗量が許容限度を超えているために、スクロール中心部の温度ｔ1が通常の圧縮運転時よりも上昇し、温度差Δｔが増大していると考えられる。そこで、この場合には、温度と圧力とによる各スクロール３，１０の歪み状態を推定するために、後述のステップ１６に移る。

また、ステップ１５で「ＮＯ」と判定したときには、例えば図７中の運転領域Ａ0に示すように、温度差Δｔが小さく、チップシール１７，１８の摩耗等が生じていない正常な運転状態であるから、ステップ１９でリターンする。

次に、ステップ１６では、圧力Ｐが圧力閾値Ｐ_Ｌよりも高いか否かを判定する。そして、ステップ１６で「ＹＥＳ」と判定したときには、例えば図７中の運転領域Ａ1に示すように、各スクロール３，１０に加わる温度ｔ1及び圧力Ｐが過大な状態であり、この状態で圧縮運転を続行すると、ラップ部５，１２同士の接触等が生じる虞れがある。従って、この場合には、ステップ１７でモータ２３への通電を遮断することにより、圧縮機１の運転を強制的に停止させ、ステップ１９でリターンする。

また、ステップ１６で「ＮＯ」と判定したときには、例えば運転領域Ａ2に示すように、温度差Δｔが大きくても圧力Ｐが比較的小さい状態であるから、チップシール１７，１８は摩耗しているものの、このまま圧縮運転を続行してもラップ部５，１２同士の接触等は生じない。そこで、この場合には、圧縮機１の運転を続行しつつ、ステップ１８で警報器２９を作動させることにより、圧縮機１の使用者等にチップシール１７，１８の摩耗が大きいことを警報し、ステップ１９でリターンする。

かくして、本実施の形態によれば、内径側温度センサ２５と外径側温度センサ２６とは、固定スクロール３の鏡板４の背面４Ｂ側に位置する冷却フィン７に取付ける構成としたので、これらの温度センサ２５，２６によって固定スクロール３の内径側の温度ｔ1と外径側の温度ｔ2とを鏡板４の背面４Ｂ側から検出することができる。

この場合、鏡板４側で発生する熱は冷却フィン７に短い距離で伝わるから、冷却フィン７の位置でも固定スクロール３の温度状態（温度分布）を十分な精度で検出することができる。従って、例えば鏡板４の背面４Ｂ側にセンサの取付スペースが少ない場合でも、冷却フィン７を利用して温度センサ２５，２６を取付けることができ、圧縮機１の冷却性能を維持しつつ、温度センサ２５，２６の取付部位を容易に確保することができる。

また、圧縮機１の組立時には、例えばねじ止め等の簡単な手段によって温度センサ２５，２６を冷却フィン７に取付けることができる。このため、従来技術のように鏡板４やラップ部５にセンサ挿入用の深い穴等を穿設する必要がないから、温度センサ２５，２６の取付構造を簡略化することができ、またラップ部５の強度等も十分に確保することができる。そして、センサ２５，２６の取付作業を効率よく行うことができ、生産性を向上させることができる。

また、温度センサ２５，２６を鏡板４の背面４Ｂ側に露出した状態で配置することができ、従来技術のようにセンサ２５，２６が固定クロール３の内部に挿入されていないから、温度センサ２５，２６の点検、交換等を容易に行うことができ、メンテナンス性を高めることができる。

一方、コントロールユニット３０は、内径側の温度ｔ1と外径側の温度ｔ2との温度差Δｔを演算し、その演算値と温度閾値ｔ_Ｌとを比較、判定するようにしたので、温度差Δｔと温度閾値ｔ_Ｌとの大小関係に応じてチップシール１７，１８の摩耗状態等を容易に検出することができる。そして、シール１７，１８の摩耗を検出したときには、警報等によって適切に対処することができ、メンテナンスや取扱いが容易な圧縮機１を実現することができる。

また、コントロールユニット３０は、圧力センサ２８によって検出した圧力Ｐが圧力閾値Ｐ_Ｌよりも高いか否かを判定するようにしたので、例えば温度差Δｔが大きいと判定し、かつ圧力Ｐも高いと判定したときには、各スクロール３，１０の歪み等によってラップ部５，１２同士が接触し易い状態であることを容易に検出でき、モータ２３を強制的に停止させることができる。従って、例えばチップシール１７，１８が摩耗した状態で高圧の圧縮運転が行われ、これによって各スクロール３，１０が連鎖的に損傷するのを確実に防止でき、耐久性や信頼性を高めることができる。

さらに、内径側と外径側の温度差Δｔが大きくても、圧力Ｐが小さい場合には、圧縮運転を続行しつつ、警報器２９を作動させることができる。このため、ラップ部５，１２同士の接触等が生じない程度の低圧運転にも拘らず、圧縮運転が不必要に停止されるのを防止でき、圧縮機１の運転操作性を高めることができる。しかも、チップシール１７，１８の摩耗については、警報器２９によって使用者等に確実に知らせることができ、メンテナンス性を高めることができる。

一方、コントロールユニット３０は、圧力制御によって圧縮運転を停止したときに、温度差Δｔと圧力Ｐの判定処理を停止するようにしたので、圧縮運転の停止時に温度差Δｔが一時的に温度閾値ｔ_Ｌを超えたとしても、このときに誤判定が行われるのを確実に防止でき、判定精度を高めることができる。

次に、図１４は本発明による第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、温度センサを鏡板の背面に直接取付ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前記第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。

３１は固定スクロールで、該固定スクロール３１は、第１の実施の形態とほぼ同様に、鏡板３２と、該鏡板３２の歯底面３２Ａに立設されたラップ部３３と、筒部３４、冷却フィン３５、吸込口３６、吐出口３７とによって大略構成されている。

しかし、内径側温度センサ３８と外径側温度センサ３９とは、例えば取付ねじ４０によって鏡板３２の背面３２Ｂに直接的に取付けられ、各冷却フィン３５の間に配置されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、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。そして、特に本実施の形態では、内径側温度センサ３８と外径側温度センサ３９とを鏡板３２の背面３２Ｂに直接的に取付ける構成としたので、これらの温度センサ３８，３９によって固定スクロール３１の温度を圧縮室に近い位置で検出することができ、その検出精度を高めることができる。

なお、前記第１の実施の形態では、図１２中のステップ１〜８が圧力式運転制御手段の具体例を示している。また、図１３中のステップ１５が温度差判定手段の具体例を示し、ステップ１６が圧力判定手段の具体例を示し、ステップ１７が運転停止手段の具体例を示しているものである。

また、第１の実施の形態では、温度センサ２５，２６を固定スクロール３の冷却フィン７に取付け、第２の実施の形態では、温度センサ３８，３９を固定スクロール３１の鏡板３２の背面３２Ｂに取付ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２中に二点鎖線で示すように、温度センサ４１を旋回スクロール１０の冷却フィン１３に取付ける構成としてもよい。また、温度センサを固定スクロールと旋回スクロールの両方に取付ける構成としてもよい。

また、本発明では、温度センサの取付部位についても、冷却フィンや鏡板自体だけに限るものではなく、鏡板の背面側に位置する任意の構造物（例えば突起、ボス等）に取付けてよいものである。

さらに、実施の形態では、２個の温度センサ２５，２６（３８，３９）を固定スクロール３，３１の内径側と外径側とに１個ずつ配置する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１の温度センサとして複数個の温度センサを用いたり、第２のセンサとして複数個の温度センサを用いることにより、全体として３個以上の温度センサを用いる構成としてもよい。そして、これらの温度センサは、例えば検出位置ａ〜ｈのうちの複数個所に適宜配置すればよい。

一方、実施の形態では、温度センサ２５，２６，３８，３９の取付位置として、図９に示す検出位置ａ〜ｈを例に挙げて説明した。しかし、本発明の温度センサはこれらの検出位置に限らず、鏡板の背面側となる任意の位置に取付けてよいものである。

また、実施の形態では、温度センサ２５，２６，３８，３９を取付ねじ２７，４０によって締着する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば接着、リベット止め、かしめ固定等からなる他の取付方法によって温度センサを取付ける構成としてもよい。

また、実施の形態では、ケーシング２に固定された固定スクロール３，３１に対して旋回スクロール１０を旋回させる構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２個のスクロールが互いに対向した状態で両方とも旋回運動を行う全系回転型のスクロール式圧縮機に適用してもよい。

また、実施の形態では、コントロールユニット３０によって圧力式運転制御を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばタンク２４内の圧力Ｐが所定の高圧となったときにモータ２３への通電を遮断し、圧力Ｐが所定の低圧となったときにモータ２３への通電を再開する圧力開閉器式の運転制御手段を用いる構成としてもよい。

さらに、実施の形態では、スクロール式流体機械として空気圧縮機装置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できるものである。

本発明の第１の実施の形態による空気圧縮装置の圧縮機を示す縦断面図である。 図１中の固定スクロールと旋回スクロールとを拡大して示す部分拡大断面図である。 固定スクロール、内径側温度センサ、外径側温度センサ等を背面側からみた外観図である。 図３中の内径側温度センサ等を拡大して示す要部拡大図である。 内径側温度センサを図４中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた拡大断面図である。 空気圧縮装置の全体を示す構成図である。 スクロールの内径側と外径側との温度差、圧縮空気の圧力及びチップシールの摩耗状態の関係を示す特性線図である。 圧縮運転の有無、スクロールの温度差及び温度・圧力判定処理の有無の関係を示す特性線図である。 固定スクロールの背面側で温度を検出するときの検出位置の例を示す外観図である。 図９中の各検出位置で検出した鏡板の温度と冷却フィン先端部の温度とを比較して示す特性線図である。 チップシールが摩耗したときの温度の上昇量を各検出位置毎に示す特性線図である。 コントロールユニットの圧力式運転制御を示す流れ図である。 図１２中の温度・圧力判定処理を示す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態による空気圧縮装置の圧縮機を図３と同様位置からみた外観図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ ケーシング
３，３１ 固定スクロール
４，１１，３２ 鏡板
４Ａ，１１Ａ，３２Ａ 歯底面（表面）
４Ｂ，１１Ｂ，３２Ｂ 背面
５，１２，３３ ラップ部
７，１３，３５ 冷却フィン
８，３６ 吸込口
９，３７ 吐出口
１０ 旋回スクロール
１６ 圧縮室
１７，１８ チップシール
２３ モータ（駆動源）
２５，３８，４１ 内径側温度センサ（第１の温度センサ）
２５Ａ ベース板
２５Ｂ 感温素子
２５Ｃ 保護層
２５Ｄ 配線
２６，３９ 外径側温度センサ（第２の温度センサ）
２８ 圧力センサ
２９ 警報器（警報手段）
３０ コントロールユニット（制御手段）
ｔ1，ｔ2 温度
Δｔ 温度差
Ｐ 圧力
ｔ_Ｌ 温度閾値
Ｐ_Ｌ 圧力閾値

Claims (5)

1. 鏡板の表面に渦巻状のラップ部がそれぞれ立設され互いのラップ部の間に内径側から外径側にわたって複数の圧縮室を画成する２個のスクロールと、これら２個のスクロールを相対的に旋回させて圧縮運転を行う駆動源と、前記２個のスクロールのうち少なくとも一方のスクロールに設けられ温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出結果に応じて前記駆動源を制御する制御手段とを備えたスクロール式流体機械において、
   前記温度センサは、前記一方のスクロールの内径側に位置して前記鏡板の背面側に取付けられた第１の温度センサと、該第１の温度センサよりも外径側に位置して前記鏡板の背面側に取付けられた第２の温度センサとにより構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記鏡板の背面には冷却フィンを設け、前記第１，第２の温度センサは前記冷却フィンに取付け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. 前記圧縮室から外部に吐出される圧縮流体の圧力を検出する圧力センサと、前記第１，第２の温度センサにより検出した温度の温度差が温度閾値よりも大きいか否かを判定する温度差判定手段と、前記圧力センサにより検出した圧力が圧力閾値よりも高いか否かを判定する圧力判定手段と、前記温度差判定手段によって前記温度差が大きいと判定し、かつ前記圧力判定手段によって前記圧力が高いと判定したときに前記駆動源による運転を停止させる運転停止手段とを設けてなる請求項１または２に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記温度差が前記温度閾値よりも大きいと判定し、かつ前記圧力が前記圧力閾値以下であると判定したときに警報を発生する警報手段を設けてなる請求項３に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記圧縮流体の圧力を常時監視し前記圧力が所定の高圧となったときに圧縮運転を停止し前記圧力が所定の低圧となったときに圧縮運転を再開する圧力式運転制御手段を設け、該圧力式運転制御手段によって圧縮運転を停止しているときには前記温度差判定手段の判定処理を停止する構成としてなる請求項３または４に記載のスクロール式流体機械。
   

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