JP2012188989A

JP2012188989A - 外周駆動型スクロール流体機械

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Publication number: JP2012188989A
Application number: JP2011052814A
Authority: JP
Inventors: 康之 ▲濱▼地; Yasuyuki Hamachi
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP5753708B2

Abstract

【課題】熱膨張差を吸収するために揺動スクロールを偏心シャフトに対して移動できるようにしながら、遠心力によって発生する偏心シャフトに対する揺動スクロールの振動を抑制できるスクロール流体機械を提供することである。
【解決手段】スクロール式流体機械において、揺動スクロールは、偏心シャフトを受ける軸受２２と、軸受２２が揺動スクロールの長手方向に移動できるように軸受２２を収納する第１開口部２３と、第１開口部２３と軸受２２との間に形成される２つの隙間Ｇ２３の間を連通する凹部と、隙間Ｇ２３及び凹部の内部を密封する密封部材２６と、隙間Ｇ２３及び凹部の内部に満たされる液体２７と、を備えている。
【選択図】図４

Description

圧縮機又は膨張機として利用できる外周駆動型スクロール流体機械に関する。

外周駆動型のスクロール式圧縮機は、揺動スクロールの外周側に複数のクランクを備えている。各クランクは、回転シャフトと、回転シャフトに対して偏心している偏心シャフトとを備えている。回転シャフトは、固定スクロール又は固定スクロールとは別体のケース（支持部材）に軸受を介して支持されている。偏心シャフトは揺動スクロールに軸受を介して取り付けられている。

スクロール流体機械は、圧縮機又は膨張機として利用することが可能である。スクロール流体機械が運転されるとき、揺動スクロールと固定スクロールとの間に発生する摩擦熱、流体の圧縮によって発生する熱、及び流体が有する熱により、揺動スクロール及び固定スクロールが加熱される。また、ケースも加熱される。この結果、揺動スクロール、固定スクロール、及びケースが熱膨張する。固定スクロールやケースは外気に近い側に配置されており、揺動スクロールと固定スクロール又はケースとの間には、熱膨張差が発生する。この熱膨張差のため、揺動スクロールの軸受が偏心シャフトに突き当たり、偏心シャフトの回転が阻害されてしまう。

特許文献１、２は、熱膨張差を吸収することによって、偏心シャフトの回転が阻害されることを防止する技術を開示している。特許文献１では、回転スクロール（３）に角形溝（２３）が形成されており、角形溝（２３）内に補助軸受箱（２４）が配置されている。補助軸受箱（２４）には、補助クランク軸（５）の軸受（１１）が固定されている。補助軸受箱（２４）は、角形溝（２３）内をクランクの軸受間方向（一方向）にのみ移動できる。軸受（１１）と角形溝（２３）との間に隙間（２２）が形成されており、隙間（２２）内に弾性体（２１）が配置されている。以上構成において、熱膨張差が、軸受（１１）が角形溝（２３）内を移動することによって吸収される。このため、回転スクロール（３）の熱膨張によって補助クランク軸（５）の回転は阻害されない。特許文献２では、回転スクロール部材（３）に形成されるハウジングボア（３５）内に、補助クランク軸（５）を受ける軸受（１１ｂ）、軸受ハウジング（２７）、弾性支持部材（１３）が配置されている。軸受（１１ｂ）及び軸受ハウジング（２７）は、スライダ（２９ａ、２９ｂ）により、ハウジングボア（３５）内で一方向にのみ移動できる。熱膨張差が、軸受（１１ｂ）がハウジングボア（３５）内を移動することによって吸収されるので、回転スクロール部材（３）の熱膨張によって補助クランク軸（５）の回転は阻害されない。

特開２０００−０２７７７３号公報特開２００１−２２７４８１号公報

特許文献１、２に記載される技術では、揺動スクロール内に開口部としての角形溝（２３）又はハウジングボア（３５）が形成され、偏心シャフトが開口部内を一方向で移動できる。一方、揺動スクロールが揺動するときに、揺動スクロールは外周側に遠心力を受ける。遠心力の方向は、揺動スクロールの揺動（回転）に伴って絶えず変化する。このため、偏心シャフト及び軸受が、熱膨張差を吸収するために設けた開口部内を、遠心力の作用により往復運動する。この結果、揺動スクロールの揺動の中心位置も変動する。しかし、揺動の中心位置が変動すると、揺動スクロールが固定スクロールに突き当たるようになり、揺動スクロールが良好に揺動できなくなる。特許文献１、２において、弾性体（２１）又は弾性支持部材（１３）は、揺動スクロールの揺動の中心位置を所定の基準位置に復帰させようと弾性力を揺動スクロールに加えるが、遠心力によって発生する揺動スクロールの振動（揺動の中心位置の変動）自体を抑制することは出来ない。

本発明の目的は、熱膨張差を吸収するために揺動スクロールを偏心シャフトに対して移動できるようにしながら、遠心力によって発生する偏心シャフトに対する揺動スクロールの振動を抑制できるスクロール流体機械を提供することである。

本発明は、揺動スクロールと、揺動スクロールの両側にそれぞれ配置される２つの固定スクロールと、揺動スクロールの外周側において、揺動スクロールを駆動する又は揺動スクロールによって駆動される複数のクランクであって、各クランクが、回転シャフトと、回転シャフトに固定され且つ回転シャフトに対して偏心している偏心シャフトとを備えている、複数のクランクと、クランク毎に設けられ、揺動スクロールと偏心シャフトとの間に弾性力を及ぼす弾性機構と、複数の回転シャフトを支持する支持部材と、を備えている外周駆動型のスクロール式流体機械であって、揺動スクロールは、偏心シャフトを受ける軸受と、軸受が揺動スクロールの長手方向に移動できるように軸受を収納する第１開口部と、第１開口部と軸受との間に形成される２つの隙間の間を連通する連通通路と、隙間及び連通通路の内部を密封する密封部材と、隙間及び連通通路の内部に満たされる液体と、を備えている、外周駆動型のスクロール式流体機械を提供する。

（ａ）好ましくは、軸受の外面と第１開口部の内面との間に弾性力を及ぼすように、第１開口部内に配置されている。

（ｂ）好ましくは、回転シャフトの中心軸と偏心シャフトの中心軸との間の軸間距離が、偏心シャフトに対する揺動スクロールの最大移動量、揺動スクロールの形状、及び固定スクロールの形状によって特定される揺動スクロールの最大回転半径と同じ長さに設定されている。

（ｃ）揺動スクロールの熱状態が冷態時から熱膨張時に移行するにつれて、各弾性機構の平均長さが自然長さに近づくように、各弾性機構が配置されている。

（ｄ）軸受は、軸受の中心軸と回転シャフトの中心軸との間の軸間距離を変更できるように、軸受に対する偏心シャフトの相対的な移動を許容する、第２開口部を備えており、弾性機構は、偏心シャフトの外面と軸受の内面との間に弾性力を及ぼすように、第２開口部内に配置されている。

本発明に係るスクロール式流体機械は、熱膨張差を吸収するために揺動スクロールを偏心シャフトに対して移動できるようにしながら、遠心力によって発生する偏心シャフトに対する揺動スクロールの振動を抑制できる。

スクロール式流体機械の軸断面図である（第１実施形態）。揺動スクロールの平面図である（第１実施形態）。偏心シャフトの支持構造を示す平面図である（第１実施形態）。図３のＡ−Ａ断面図である。図３のＢ−Ｂ断面図である。冷態時における揺動スクロールの平面図である（第１実施形態）。熱膨張時における揺動スクロールの平面図である（第１実施形態）。揺動スクロールの低速時における偏心シャフトに対する開口部の移動量の変化を示している。揺動スクロールの高速時における偏心シャフトに対する開口部の移動量の変化を示している。偏心シャフトの支持構造を示す平面図である（第２実施形態）。クランク長と実効クランク長を示すクランク長可変機構の平面図である（第２実施形態）。揺動中における揺動スクロールの平面図である（第２実施形態）。

（第１実施形態）
図１は、スクロール式流体機械１の断面図である。スクロール式流体機械１は、揺動スクロール２、２つの固定スクロール３、正面側カバー４、背面側カバー５、及び２つのクランク６を備えている。

図面には、基礎円中心軸ＡＢ、厚み方向ＤＴ、長手方向ＤＬ、短手方向ＤＳ（図２）が示されている。基礎円中心軸ＡＢは、揺動スクロール２のスクロール壁２１を描くインボリュート曲線の基礎円の中心を通過する軸である。厚み方向ＤＴは、基礎円中心軸ＡＢに平行な方向である。長手方向ＤＬは、揺動スクロール２の長手方向であり、厚み方向ＤＴに対して垂直な方向である。長手方向ＤＬに沿って、一方のクランク６、基礎円、及び他方のクランク６が並んでいる。短手方向ＤＳは、揺動スクロール２の短手方向であり、長手方向ＤＬ及び厚み方向ＤＴの双方に直交する。

図２は、揺動スクロール２の平面図である。揺動スクロール２は、鏡板２０及びスクロール壁２１を備えている。

鏡板２０は、厚み方向ＤＴに対して垂直な板状部材であり、長手方向ＤＬに沿って延びている。鏡板２０は、スクロール支持部２０１と、２つのクランク支持部２０２と、２つの連結部２０３と、を備えている。スクロール支持部２０１が中央にあり、２つのクランク支持部２０２がスクロール支持部２０１の両側にある。連結部２０３は、スクロール支持部２０１とクランク支持部２０２とを連結している。

スクロール壁２１は、鏡板２０に対して垂直な壁である。上述したように、厚み方向ＤＴより見て、スクロール壁２１の内面及び外面は、インボリュート曲線を描くように形成されている。スクロール壁２１は、スクロール支持部２０１に固定されている。

図１において、固定スクロール３は、鏡板３０及びスクロール壁３１を備えている。鏡板３０は、鏡板２０に対応している。鏡板３０は、厚み方向ＤＴに対して垂直な板状部材であり、長手方向ＤＬに沿って延びている。スクロール壁３１は、揺動スクロール２のスクロール壁２１に対応している。スクロール壁３１は、鏡板３０に対して垂直な壁である。厚み方向ＤＴより見て、スクロール壁３１の内面及び外面は、インボリュート曲線を描くように形成されている。スクロール壁３１は、鏡板３０に固定されている。

鏡板３０は、中央部及び端部において、厚み方向ＤＴに沿って貫通されている。中央部に形成された貫通孔が、作動流体の供給口３０ａである。端部に形成された貫通孔が、作動流体の排出口３０ｂである。

揺動スクロール２と固定スクロール３との間に、複数の膨張室（圧縮室）が形成される。スクロール壁２１は複数の箇所において、スクロール壁３１に接触している。このため、厚み方向ＤＴより見て、スクロール壁２１及びスクロール壁３１によって囲まれる各膨張室（圧縮室）の形状は、三日月状である。揺動スクロール２が固定スクロール３に対して揺動することによって、スクロール壁２１とスクロール壁３１との接触位置が移動する。この結果、各膨張室（圧縮室）の容量が変化する。

図２において、２つのクランク６は、基礎円中心軸ＡＢの半径方向において、固定スクロール３の外側に配置されている。つまり、本実施形態のスクロール式流体機械１における駆動方式は、外周駆動型である。

図１において、クランク６は、２つの回転シャフト６１と、１つの偏心シャフト６２と、を備えている。偏心シャフト６２の両側に回転シャフト６１が配置されている。クランク６は一体的に形成されており、偏心シャフト６２は２つの回転シャフト６１に固定されている。偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２は、回転シャフト６１の中心軸Ａ６１に対して偏心している。このため、回転シャフト６１が自転するとき、偏心シャフト６２は回転シャフト６１の回りを公転する。

図２において、揺動スクロール２は、クランク６毎に軸受２２及び第１開口部２３を備えている。

各軸受２２は、クランク６の偏心シャフト６２を受ける。軸受２２は、ボールベアリングであり、内輪２２１及び外輪２２２を有している。また、内輪２２２の外側に、軸受ハウジング２４が嵌め込まれている。

第１開口部２３は、クランク支持部２０２を厚み方向ＤＴに沿って貫通することによって形成されたクランク支持部２０２の内部である。第１開口部２３は、長手方向ＤＬに沿って形成された長穴である。軸受２２及び軸受ハウジング２４は、第１開口部２３内に配置されている。

図１において、揺動スクロール２は、更に、バランスウェイト１１を備えている。バランスウェイト１１は、偏心シャフト６２に固定されている。ここで、揺動スクロール２が揺動するときに、揺動スクロール２の重心位置も揺動する。バランスウェイト１１は、揺動スクロール２の重心位置の変化による荷重の発生を打ち消すために、設けられている。

図１において、図の右側は、スクロール式流体機械１の正面側であり、図の左側は、スクロール式流体機械１の背面側である。正面側に正面側カバー４が配置されており、背面側に背面側カバー５が配置されている。

スクロール式流体機械１は、クランク６毎に、１組の軸受９１、９２を備えている。一方の軸受９１は正面側カバー４に支持されており、正面側の回転シャフト６１を回転自在に支持する。他方の軸受９２は背面側カバー５に支持されており、背面側の回転シャフト６１を回転自在に支持する。

スクロール式流体機械１は、２つの回転シャフト６１の回転を同期させるために、ベルト１２及び２つのプーリ１３を備えている。プーリ１３は軸受９の背面側において回転シャフト６１に固定されている。ベルト１２は、２つのプーリ１３を巻いている。

膨張機として用いられるスクロール式流体機械１の概略的な作動を説明する。作動流体が各供給口３０ａから揺動スクロール２と各固定スクロール３との間に形成される膨張室に供給され、各固定スクロール３の排出口３０ｂより排出される。このとき作動流体は、揺動スクロール２と各固定スクロール３との間を進みながら膨張室を拡張させる。この結果、作動流体の圧力の一部が失われると共に、固定スクロール３、３に対して揺動スクロール２を揺動させる。このようにして、スクロール式流体機械１は、作動流体の圧力損失によって、２つのクランク６、６を駆動する動力を得る。一方、スクロール式流体機械１が圧縮機として用いられる場合、スクロール式流体機械１は、２つのクランク６、６を駆動する動力により、作動流体を圧縮させる。

図３、図４、及び図５を参照して、揺動スクロール２に対する偏心シャフト６２の支持構造をより詳しく説明する。図３は、偏心シャフト６２の支持構造を示す平面図である。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ断面図である。

図３において、第１開口部２３の内面は、第１開口部２３の中心軸Ａ２３と平行に形成されている。該内面は、平行面２３ａ、２３ａ、円弧面２３ｂ、２３ｂを有している。平行面２３ａ、２３ａは、互いに平行な面であり、長手方向ＤＬと平行である。円弧面２３ｂ、２３ｂは、厚み方向ＤＴより見て円弧状の曲面である。

軸受ハウジング２４の外面は、偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２と平行に形成されている。該外面は、平行面２４ａ、２４ａ、及び円弧面２４ｂ、２４ｂを有している。平行面２４ａ、２４ａは、互いに平行な面であり、長手方向ＤＬと平行である。円弧面２４ｂ、２４ｂは、厚み方向ＤＴより見て円弧状の曲面である。

第１開口部２３の平行面２３ａ、２３ａは、軸受ハウジング２４の平行面２４ａ、２４ａに対向しており、第１開口部２３の円弧面２３ｂ、２３ｂは、軸受ハウジング２４の円弧面２４ｂ、２４ｂに対向している。第１開口部２３の平行面２３ａは、長手方向ＤＬにおいて、軸受ハウジング２４の平行面２４ａよりも長い。円弧面２３ｂと円弧面２４ｂとの間には、隙間Ｇ２３が形成されている。一方、平行面２３ａと平行面２４ａとの間には、隙間は形成されていない。このため、軸受ハウジング２４は、第１開口部２３内を長手方向ＤＬに沿って移動できるが、第１開口部２３内を短手方向ＤＳに沿って移動できない。

図３において、揺動スクロール２は、クランク６毎に４つの弾性機構２５を備えている。各隙間Ｇ２３内に２つの弾性機構２５が配置されており、１つの弾性機構２５は、直列に配置された複数の皿バネ（弾性体）によって構成されている。弾性機構２５は、揺動スクロール２と偏心シャフト６２との間に弾性力を及ぼすために設けられている。

図４において、軸受ハウジング２４の外面は４つの凹部２４ｃを有しており、各凹部２４ｃ内に弾性機構２５が配置されている。長手方向ＤＴの両端にそれぞれ２つの凹部２４ｃが設けられている。図３において、凹部２４ｃは、円弧面２４ｂの中央部と重なる位置にある。弾性機構２５は軸受ハウジング２４の円弧面２４ｂよりも外側に突出している。このため、弾性機構２５は、軸受ハウジング２４の外面と第１開口部２３の内面との間に弾性力を及ぼすことができる。

揺動スクロール２は、クランク６毎に液体式ダンパー機構を備えている。液体式ダンパー機構は、ピストン部（軸受２２）、シリンダ部（クランク支持部２０２、２つの密封部材２６）、シリンダ部内に満たされる液体２７、ピストンに粘性抵抗を加えるための絞り（凹部２４ｄ）を備えている。凹部２４ｄ、密封部材２６、及び液体２７を以下で説明する。

図５において、軸受ハウジング２４の外面は、２つの凹部２４ｄ（連通通路）を有している。図３において、各凹部２４ｄは平行面２４ａと重なる位置にある。各凹部２４ｄは、２つの隙間Ｇ２３、Ｇ２３間を連通している。

図５において、２つの密封部材２６は、２つの隙間Ｇ２３及び２つの凹部２４ｄの内部を密封している。密封部材２６は、環状の側蓋２６１とＯリング２６２とからなっている。各側蓋２６１は、クランク支持部２０２に固定されており、厚み方向ＤＴの一側から、２つの隙間Ｇ２３、Ｇ２３の全体、及び軸受ハウジング２４の全体を被覆している。各Ｏリング２６２は、各側蓋２６１と軸受ハウジング２４との間を密封している。このため、２つの隙間Ｇ２３及び２つの凹部２４ｄの内部は、第１開口部２３の内面、軸受ハウジング２４の外面、及び２つの密封部材２６によって、密封されている。

図３において、２つの隙間Ｇ２３、Ｇ２３及び２つの凹部２４ｄ内には、液体２７が満たされている。

図６、図７を参照して、熱膨張によるスクロール式流体機械１の作動を説明する。図６は、冷態時における揺動スクロール２の平面図である。図７は、熱膨張時における揺動スクロール２の平面図である。図６、図７において、隙間Ｇ２３の大きさは、やや誇張して描かれている。

スクロール式流体機械１の運転によって、膨張室／圧縮室の周辺に熱が発生し、揺動スクロール２及び固定スクロール３が熱膨張する。カバー４、５もクランク６、６を介して揺動スクロール２及び固定スクロール３に繋がっており、揺動スクロール２及び固定スクロール３からの放熱を受けるので、熱膨張する。しかし、揺動スクロール２が受ける熱量の方が、カバー４、５が受ける熱量よりも大きいため、揺動スクロール２の熱膨張率の方がカバー４、５の熱膨張率よりも大きい。この結果、揺動スクロール２とカバー４、５との間に熱膨張差が発生する。この結果、揺動スクロール２がカバー４、５に対して相対的に膨張する。特に、長手方向ＤＬに大きく膨張する。クランク６、６はカバー４、５に支持されているため、熱膨張差を吸収するように、揺動スクロール２の各クランク支持部２０２が各偏心シャフト６２に対して移動する。

図６、図７において、中心軸間距離Ｌ２３は、２つの第１開口部２３の中心軸Ａ２３間の距離を指しており、中心軸間距離Ｌ６２は、２つの偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２間の距離を指している。熱膨張差の変化により、中心軸間距離Ｌ２３と中心軸間距離Ｌ６２との間に距離差が変化する。

図６において、スクロール式流体機械１は運転されておらず停止しており、揺動スクロール２は冷態時にある。このとき、中心軸間距離Ｌ６２は中心軸間距離Ｌ２３よりも長くなっており、各第１開口部２３において、内側の隙間Ｇ２３の大きさと外側の隙間Ｇ２３の大きさとが異なっている。ここで、各第１開口部２３は、同じ構造により、偏心シャフト６２に支持されている。このため、４つの弾性機構２５は、一方のクランク６側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力と、他方のクランク６側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力とが釣り合うように、偏心シャフト６２に対して揺動スクロール２を移動させる。２つの偏心シャフト６２の位置は、中心軸ＡＢを通過する平面に対して鏡映対称となり、２つの内側の隙間Ｇ２３の大きさは等しく、２つの外側の隙間Ｇ２３の大きさも等しい。２つの中心軸Ａ６２は２つの中心軸Ａ２３の外側にあり、各第１開口部２３において、内側の隙間Ｇ２３が外側の隙間Ｇ２３よりも大きい。各クランク６において、内側の弾性機構２５が揺動スクロール２に及ぼす弾性力Ｆ２５ａは、外側の弾性機構２５が揺動スクロール２に及ぼす弾性力Ｆ２５ｂよりも大きい。

図７において、スクロール式流体機械１は運転されており、揺動スクロール２は熱膨張している。４つの弾性機構２５は、熱膨張時においても、一方のクランク６側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力と、他方のクランク６側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力とが釣り合うように、偏心シャフト６２に対して揺動スクロール２を移動させる。２つの偏心シャフト６２の位置は、中心軸ＡＢを通過する平面に対して鏡映対称となり、２つの内側の隙間Ｇ２３の大きさは等しく、２つの外側の隙間Ｇ２３の大きさも等しい。

本実施形態では、揺動スクロール２の熱状態が冷態時から熱膨張時に移行するにつれて、各弾性機構２５の平均長さが自然長さに近づくように、各弾性機構２５が配置されている。ここで、各弾性機構２５の平均長さは各弾性機構２５の長さの平均値であり、各弾性機構２５の長さは、各弾性機構２５の長手方向ＤＬにおける長さは偏心シャフト６２に対する第１開口部２３の振動によって変動する。

スクロール式流体機械１は、熱膨張時に、中心軸間距離Ｌ６２が中心軸間距離Ｌ２３に等しくなり、内側の隙間Ｇ２３の大きさと外側の隙間Ｇ２３の大きさとが等しくなり、隙間Ｇ２３内に配置される各弾性機構２５の平均長さが自然長さに等しくなるように、設計されている。このため、熱膨張時に、各中心軸Ａ６２は中心軸Ａ２３に一致し、内側の隙間Ｇ２３の大きさは外側の隙間Ｇ２３の大きさに等しい。このとき、各クランク６において、内側の弾性機構２５が揺動スクロール２に及ぼす弾性力Ｆ２５ａは、外側の弾性機構２５が揺動スクロール２に及ぼす弾性力Ｆ２５ｂに等しい。

図８、図９は、揺動スクロール２からクランク６に同じ力を加えた時の偏心シャフト６２に対する第１開口部２３の移動量の変化を示している。図８は低速時を示しており、図９は高速時を指している。なお、低速時は始動時を指しており、高速時は定常運転時を指しており、低速時及び高速時において同一の圧力の作動流体がスクロール式流体機械１に供給されている。

図８、図９において、横軸は、クランク角度を示している。クランク角度は、第１開口部２３の長手方向とクランク長方向ＤＬＣとの成す角である。第１開口部２３の長手方向は揺動スクロール２の長手方向ＤＬに等しい。クランク長方向ＤＬＣは、回転シャフト６１の中心軸Ａ６１から偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２に向かう方向である。縦軸は、無次元化された移動量の比率を指している。移動量は、偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２に対する第１開口部２３の中心軸Ａ２３の変位量を示している。この移動量は、冷態時における第１開口部２３の位置と、回転時における第１開口部２３の位置との差である。

図７において、スクロール式流体機械１の運転時に、揺動スクロール２は、固定スクロール２（回転シャフト６１の中心軸Ａ６１）に対して公転する。揺動スクロール２の公転により揺動スクロール２には遠心力が作用する。遠心力の方向は、クランク長方向ＤＬＣに等しい。一方、遠心力の方向は長手方向ＤＬに対して変化する。ここで、第１開口部２３の移動は、第１開口部２３の長手方向のみに制限されている。このため、遠心力の長手方向成分のみが第１開口部２３を移動させる。クランク角度が０度又は１８０度であるとき、クランク６のクランク長方向ＤＬＣが揺動スクロール２の長手方向ＤＬと平行になっており、遠心力の長手方向成分の大きさは遠心力の大きさに等しくなる。このとき、第１開口部２３は最大の遠心力を受ける。このため、クランク角度が０度及び１８０度の付近において、第１開口部２３の移動量が最大となる。なお、弾性機構２５の伸縮に要する時間のため、第１開口部２３の移動量が最大となるクランク角度が、０度及び１８０度からズレた角度になっている。

図８、図９に示されるように、高速時における移動量の振幅は、低速時における移動量の振幅と比べて極めて小さい。

上述の結果は、揺動スクロール２に設けられている液体式ダンパー機構によってもたらされている。絞りとしての凹部２４ｄの開口面積が一定であるため、第１開口部２３に力が加えられた時点から第１開口部２３の変位が完了する時点までに遅れが発生する。このため、液体式ダンパー機構は、第１開口部２３に加わる力の大きさや方向が高速で変化する場合に、第１開口部２３の変位に対して抵抗するが、第１開口部２３に加わる力の大きさや方向が低速で変化する場合には、第１開口部２３の変位に対して抵抗しない。この結果、揺動スクロール２の公転速度が高速になるほど第１開口部２３の移動量が小さくなる。また、液体式ダンパー機構は、低速の変化には抵抗しないため、熱膨張による揺動スクロール２のゆっくりとした移動に抵抗することなく、変位を許容する。このため、揺動スクロール２の熱膨張に応じて、揺動スクロール２の位置が適切に調整される。

図６、図７を参照して、クランク長ＬＣと揺動スクロール２の最大回転半径との関係を説明する。揺動スクロール２はクランク６によって揺動するため、揺動スクロール２の実際の回転半径は、クランク６の構造によって決定されるクランク長ＬＣに等しい。クランク長ＬＣは、回転シャフト６１の中心軸Ａ６１と偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２との距離を指している。

本実施形態では、揺動スクロール２が固定スクロール３に対して突き当たることなくスムーズに公転できるように、クランク長ＬＣが揺動スクロール２の最大回転半径の最小値と同じ長さに設定されている。揺動スクロール２の最大回転半径は、固定スクロール３のスクロール壁３１に揺動スクロール２のスクロール壁２１が接触しながら揺動スクロール２が公転するときの揺動スクロール２の回転半径を示している。この最大回転半径は、固定スクロール３に対する揺動スクロール２の揺動の中心位置、揺動スクロール２のスクロール壁２１の形状、及び固定スクロール３のスクロール壁３１の形状によって決定される。

揺動スクロール２の揺動の中心位置の変化に応じて、揺動スクロール２の最大回転半径は変化する。揺動スクロール２の揺動の中心位置が所定の基準位置にあるとき、揺動スクロール２の最大回転半径は最大値を取る。所定の基準位置は、スクロール壁２１及び３１のインボリュート曲線を決定するパラメータに基づいて特定される。揺動スクロール２の揺動の中心位置が基準位置から離れるにつれて、最大回転半径は小さくなる。基本的には、揺動スクロール２の揺動の中心位置が所定の基準位置に一致するように、スクロール式流体機械１は構成されている。しかし、揺動スクロール２の揺動により、第１開口部２３は偏心シャフト６２に対して振動する。このため、揺動スクロール２の揺動の中心位置も基準位置に対して振動し、必ずしも基準位置に保たれない。

図６、図７に示されるある瞬間において、２つの内側の隙間Ｇ２３の大きさは等しく、２つの外側の隙間Ｇ２３の大きさも等しい。このとき、揺動スクロール２の揺動の中心位置は基準位置にあり、最大回転半径は最大値である。揺動スクロール２の揺動の中心位置が基準位置に保たれている限り、熱膨張によって揺動スクロール２の長さが変化しても、揺動スクロール２の最大回転半径は最大値に保たれている。

揺動スクロール２は２つのクランク６を介して固定スクロール３に支持されているため、固定スクロール３に対する揺動スクロール２の揺動の中心位置は、偏心シャフト６２に対する揺動スクロール２の移動量に応じて変化する。上述したように揺動スクロール２の揺動の中心位置が基準位置から離れるにつれて、揺動スクロール２の最大回転半径は小さくなる。このため、偏心シャフト６２に対する揺動スクロール２の移動量が最大であるとき、揺動スクロール２の最大回転半径は最小値を取る。このため、揺動スクロール２の最大回転半径の最小値は、偏心シャフト６２に対する揺動スクロール２の最大移動量、揺動スクロールの形状、及び固定スクロールの形状によって特定される。揺動スクロール２の最大移動量は、偏心シャフト６２に対する第１開口部２３の最大振幅に基づいて特定される。第１開口部２３の最大振幅は、第１開口部２３及び軸受ハウジング２４の形状に基づいて特定される。

揺動スクロール２の回転半径を決定するクランク長ＬＣが、揺動スクロール２の最大回転半径の最小値に設定されているので、揺動スクロール２が偏心シャフト６２に対して振動しても、揺動スクロール２が固定スクロール３に突き当たって抵抗を受けることが防止される。

なお、揺動スクロール２の最大回転半径は、偏心シャフト６２に対する揺動スクロール２の移動量に応じて最大値と最小値との間で変動するが、クランク長ＬＣはクランク６の構造によって一定値に保たれている。このため、スクロール壁２１とスクロール壁３１との間に隙間が発生しうる。しかしながら、揺動スクロール２と固定スクロール３との間は、作動流体自体又はシール剤によってシール性が確保されている。このため、クランク長ＬＣと揺動スクロール２の最大回転半径との間に揺動スクロール２の最大移動量程度の差が発生しても、揺動スクロール２と固定スクロール３とのシール性は維持されている。

第１実施形態に係るスクロール式流体機械１は、次の効果を有している。

スクロール式流体機械１は、クランク６毎に２つの弾性機構２５と液体式ダンパー機構（軸受２２、クランク支持部２０２、２つの密封部材２６、液体２７、凹部２４ｄ）とを備えている。このため、スクロール式流体機械１は、熱膨張差を吸収するために揺動スクロール２を偏心シャフト６２に対して移動できるようにしながら、遠心力によって発生する偏心シャフト６２に対する揺動スクロール２の振動を抑制できる。

スクロール式流体機械１では、弾性機構２５が第１開口部２３内に配置されている。スクロール式流体機械１は、コンパクト化を実現している。

スクロール式流体機械１では、クランク長ＬＣが揺動スクロール２の最大回転半径の最小値と同じ長さに設定されている。このため、スクロール式流体機械１は、熱膨張差を吸収するために揺動スクロールを偏心シャフトに対して移動できるようにしながら、揺動スクロール２が固定スクロール３に対して突き当たることが防止される。

スクロール式流体機械１では、熱膨張時に、各弾性機構２５の平均長さが自然長さに近づくように、各弾性機構２５が配置されている。ここで、各弾性機構２５は、熱膨張時に揺動スクロール２の揺動によって伸縮を繰り返す。このため、スクロール式流体機械１は、各弾性機構２５の寿命の均質化を実現できる。

（第２実施形態）
図１０、図１１、及び図１２を参照して、第２実施形態を説明する。第２実施形態は、第１実施形態の構成に加えて、クランク長可変機構を備えている。また、第１実施形態では、弾性機構２５は、液体式ダンパー機構に含まれる第１開口部Ｇ２３の内部に配置されているが、第２実施形態では、弾性機構２５は、クランク長可変機構に含まれる第２開口部Ｇ２９の内部に配置されている。つまり、第２実施形態では、弾性機構２５の位置が変更されている。以下、第１及び第２実施形態において共通する部分には同符号を用いると共に、共通する部分の説明は適宜省略し、相違する部分の説明を行う。

図１０は、偏心シャフト１６２の支持構造を示す平面図である。クランク長可変機構は、内輪間座２８、第２開口部２９、偏心シャフト１６２、及び４つの弾性機構２５を備えている。内輪間座２８は、軸受２２の内輪２２１の内側に嵌め込まれている。第２開口部２９は、内輪間座２８を厚み方向ＤＴに沿って貫通することによって形成された内輪間座２８の内部である。偏心シャフト１６２は、第１実施形態における偏心シャフト６２に相当するシャフトであるが、外周面の形状が異なるために符号が変更されている。

図１０において、第２開口部２９の内面は、内輪間座２８の中心軸Ａ２８と平行に形成されている。該内面は、平行面２９ａ、２９ａ、円弧面２９ｂ、２９ｂを有している。平行面２９ａ、２９ａは、互いに平行な面であり、厚み方向ＤＴに直交する第１方向Ｄ１と平行である。円弧面２９ｂ、２９ｂは、厚み方向ＤＴより見て円弧状の曲面である。

偏心シャフト１６２の外面は、偏心シャフト１６２の中心軸Ａ１６２と平行に形成されている。該外面は、平行面１６２ａ、１６２ａ、及び円弧面１６２ｂ、１６２ｂを有している。平行面１６２ａ、１６２ａは、互いに平行な面であり、第１方向Ｄ１と平行である。円弧面１６２ｂ、１６２ｂは、厚み方向ＤＴより見て円弧状の曲面である。

第２開口部２９の平行面２９ａ、２９ａは、偏心シャフト１６２の平行面１６２ａ、１６２ａに対向しており、第２開口部２９の円弧面２９ｂ、２９ｂは、偏心シャフト１６２の円弧面１６２ｂ、１６２ｂに対向している。第２開口部２９の平行面２９ａは、長手方向ＤＬにおいて、偏心シャフト１６２の平行面１６２ａよりも長い。円弧面２９ｂと円弧面１６２ｂとの間には、隙間Ｇ２９が形成されている。一方、平行面２９ａと平行面１６２ａとの間には、隙間は形成されていない。このため、偏心シャフト１６２は、第２開口部２９内を第１方向Ｄ１に沿って移動できるが、第１開口部２３内を第２方向Ｄ２に沿って移動できない。第２方向Ｄ２は、厚み方向ＤＴ及び第１方向Ｄ１に直交する方向である。

図１０において、偏心シャフト１６２の外面は４つの凹部１６２ｃを有しており、各凹部１６２ｃ内に弾性機構２５が配置されている。凹部１６２ｃは、図４において軸受ハウジング２４に形成される４つの凹部２４ｃと同様に構成されている。第１方向Ｄ１の両端にそれぞれ２つの凹部１６２ｃが設けられている。凹部１６２ｃは、円弧面１６２ｂの中央部と重なる位置にある。偏心シャフト１６２に形成される４つの凹部１６２ｃは、弾性機構２５は、偏心シャフト１６２の円弧面１６２ｂよりも外側に突出している。このため、弾性機構２５は、偏心シャフト１６２の外面と第２開口部２９の内面との間に弾性力を及ぼすことができる。

図１０において、偏心シャフト１６２の外面は、２つの凹部１６２ｄ（連通通路）を有している。各凹部１６２ｄは平行面１６２ａと重なる位置にある。各凹部１６２ｄは、２つの隙間Ｇ２９、Ｇ２９間を連通している。

図１１を参照して、クランク長可変機構によってもたらされる実効クランク長ＬＥＣを説明する。図１１は、クランク長ＬＣと実効クランク長ＬＥＣを示すクランク長可変機構の平面図である。

揺動スクロール２が揺動するときに、軸受２２は、回転シャフト６１の周りを公転する。第１実施形態では、偏心シャフト６２の中心軸Ａ６２の位置が揺動スクロール２の軸受２２に対して変動しないので、揺動スクロール２の回転半径はクランク長ＬＣに等しい。一方、第２実施形態では、偏心シャフト１６２の中心軸Ａ１６２の位置が揺動スクロール２の軸受２２に対して変動する。このため、揺動スクロール２の回転半径は、軸受２２の中心軸Ａ２２の位置と回転シャフト６１の中心軸Ａ６１との間の軸間距離に等しい。実効クランク長ＬＥＣは、この軸間距離を示している。第２実施形態では、偏心シャフト１６２が第２開口部２９内を移動するので、実効クランク長ＬＥＣが変化する。このため、第２実施形態では、クランク長ＬＣではなく実効クランク長ＬＥＣが、揺動スクロール２の回転半径に等しい。偏心シャフト１６２の中心軸Ａ１６２が軸受２２の中心軸Ａ２２に一致する場合のみ、実効クランク長ＬＥＣがクランク長ＬＣに等しい。このように、クランク長可変機構は、実効クランク長ＬＥＣを変更できる。

図１２を参照して、熱膨張によるスクロール式流体機械１の作動を説明する。図１２は、揺動中における揺動スクロール２の平面図である。

揺動スクロール２の公転に伴って、偏心シャフト１６２も回転シャフト６１に対して回転する。ここで、クランク長方向（中心軸Ａ１６２と中心軸Ａ６１との間の軸間方向）と平行に偏心シャフト１６２の平行面１６２ａ、１６２ａが形成されており、第２開口部２９が形成される第１方向Ｄ１もクランク長方向に平行である。このため、揺動スクロール２の公転に伴って、第１方向Ｄ１も変化する。第１方向Ｄ１は３６０度回転する。

上述したように、隙間Ｇ２９内の弾性機構２５は、偏心シャフト１６２と軸受２２との間に弾性力を及ぼす。弾性力の短手方向ＤＳにおける成分が軸受２２及び軸受ハウジング２４からクランク支持部２０２に伝達される。短手方向ＤＳにおける成分は、第２開口部２９の形成される第１方向Ｄ１が第１開口部２３の形成される長手方向ＤＬと重なる場合（０度、１８０度）を除いて、必ず存在している。このため、弾性機構２５は、偏心シャフト１６２と揺動スクロール２との間に弾性力を及ぼす。

この結果、４つの弾性機構２５は、一方の第２開口部２９側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力Ｆ２と、他方の第２開口部２９側の弾性機構２５が及ぼす弾性力の合力Ｆ２とが釣り合うように、偏心シャフト６２に対して揺動スクロール２を移動させる。つまり、第２実施形態も、第１実施形態と同様に、４つの弾性機構２５による釣り合い位置に、揺動スクロール２を移動させる。

また、４つの弾性機構２５を利用してクランク長可変機構が構成されているので、偏心シャフト１６２に対する揺動スクロール２の移動によって揺動スクロール２の最大回転半径が変化しても、クランク長可変機構が最大回転半径と同じ長さに実効クランク長ＬＥＣを変化させる。このため、スクロール壁２１とスクロール壁３１との接触が常に保たれる。

第２実施形態に係るスクロール式流体機械１は、次の効果を有している。

揺動スクロール２は、クランク６毎に２つの弾性機構２５と液体式ダンパー機構（軸受２２、クランク支持部２０２、２つの密封部材２６、液体２７、凹部２４ｄ）とを備えている。このため、スクロール式流体機械１は、熱膨張差を吸収するために揺動スクロール２を偏心シャフト１６２に対して移動できるようにしながら、遠心力によって発生する偏心シャフト１６２に対する揺動スクロール２の振動を抑制できる。

また、スクロール式流体機械１は、クランク長可変機構（内輪間座２８、第２開口部２９、偏心シャフト１６２、及び４つの弾性機構２５）を備えている。このため、スクロール式流体機械１は、スクロール壁２１とスクロール壁３１との接触を常に保つことが出来る。

１スクロール式流体機械
２揺動スクロール
３固定スクロール
４正面側カバー（支持部材）
５背面側カバー（支持部材）
６クランク
２２軸受
２３第１開口部
２４ｄ凹部（連通通路）
２６密封部材
２７液体
２９第２開口部
６１回転シャフト
６２偏心シャフト
２５弾性機構
Ａ６１（回転シャフトの）中心軸
Ａ６２（偏心シャフトの）中心軸
ＬＣクランク長（回転シャフトの中心軸と偏心シャフトの中心軸との間の軸間距離）
ＬＥＣ実効クランク長（軸受の中心軸と回転シャフトの中心軸との間の軸間距離）

Claims

揺動スクロールと、
揺動スクロールの両側にそれぞれ配置される２つの固定スクロールと、
揺動スクロールの外周側において、揺動スクロールを駆動する又は揺動スクロールによって駆動される複数のクランクであって、各クランクが、回転シャフトと、回転シャフトに固定され且つ回転シャフトに対して偏心している偏心シャフトとを備えている、複数のクランクと、
クランク毎に設けられ、揺動スクロールと偏心シャフトとの間に弾性力を及ぼす弾性機構と、
複数の回転シャフトを支持する支持部材と、を備えている外周駆動型のスクロール式流体機械であって、
揺動スクロールは、偏心シャフトを受ける軸受と、軸受が揺動スクロールの長手方向に移動できるように軸受を収納する第１開口部と、第１開口部と軸受との間に形成される２つの隙間の間を連通する連通通路と、隙間及び連通通路の内部を密封する密封部材と、隙間及び連通通路の内部に満たされる液体と、を備えている、
外周駆動型のスクロール式流体機械。
弾性機構は、軸受の外面と第１開口部の内面との間に弾性力を及ぼすように、第１開口部内に配置されている、
請求項１に記載の外周駆動型のスクロール式流体機械。
回転シャフトの中心軸と偏心シャフトの中心軸との間の軸間距離が、偏心シャフトに対する揺動スクロールの最大移動量、揺動スクロールの形状、及び固定スクロールの形状によって特定される揺動スクロールの最大回転半径と同じ長さに設定されている、
請求項１又は２に記載の外周駆動型のスクロール式流体機械。
揺動スクロールの熱状態が冷態時から熱膨張時に移行するにつれて、各弾性機構の平均長さが自然長さに近づくように、各弾性機構が配置されている、
請求項１から３のいずれか１つに記載の外周駆動型のスクロール式流体機械。
軸受は、軸受の中心軸と回転シャフトの中心軸との間の軸間距離を変更できるように、軸受に対する偏心シャフトの相対的な移動を許容する、第２開口部を備えており、
弾性機構は、偏心シャフトの外面と軸受の内面との間に弾性力を及ぼすように、第２開口部内に配置されている、
請求項１から４のいずれか１つに記載の外周駆動型のスクロール式流体機械。