JP4494885B2

JP4494885B2 - スクロール式流体機械

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Publication number: JP4494885B2
Application number: JP2004194559A
Authority: JP
Inventors: 寿和原島; 大輔田邊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2004-06-30
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-06-30
Also published as: JP2006017013A

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は、電動モータ等の回転源で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ものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−４５９７１号公報

そして、この種の従来技術によるスクロール式流体機械は、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部間に形成するラジアル方向の隙間を可能な限り小さくし、前記各圧縮室から圧縮流体が漏れるのを抑えることによって、圧縮効率等を高めるようにしている。

また、固定スクロールと旋回スクロールの鏡板には、その背面側にそれぞれ一方向に互いに平行になって延びる複数の冷却フィンを設け、これらの冷却フィンに沿って冷却風を流通させることにより前記鏡板を背面側から冷やし、圧縮熱等の影響で前記ラップ部が変形するのを防ぐようにしている。

ところで、上述した従来技術のスクロール式流体機械では、例えば固定スクロールの鏡板背面側に、互いに平行になって一方向に延びる複数の冷却フィンを設ける構成としているので、固定スクロール全体の剛性は、前記冷却フィンが延びる一方向で高く、これと垂直な方向では剛性が低くなってしまう。

このため、例えば圧縮室内に発生する流体の圧力、圧縮熱等の影響により固定スクロールのラップ部が変形するときには、冷却フィンの伸長方向（一方向）と垂直な方向でより大きな変形が生じ易く、これによって固定スクロールと旋回スクロールのラップ部間に形成するラジアル方向の隙間が不均一となり、スクロール式流体機械としての性能が低下する原因になるという問題がある。

また、前述の如くラップ部が変形すると、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部間の隙間が不均一になるばかりでなく、場合によっては固定スクロールと旋回スクロールのラップ部が互いに接触し、装置の信頼性や寿命が低下す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、圧縮熱等の影響があってもラップ部間のラジアル方向隙間を適正に保つことができ、装置の性能低下を防ぐことができると共に、信頼性や寿命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。

上述した課題を解決するために請求項１の発明は、鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された第１のスクロール部材と、該第１のスクロール部材に対向して配置され鏡板の表面に該第１のスクロール部材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第２のスクロール部材とを備え、前記第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材には、前記鏡板の背面側に一方向に延びる複数の冷却フィンを設けてなるスクロール式流体機械において、前記第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材のラップ部には、該ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの延びる方向に対して直交する線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも縮径する部分の内周面に薄肉部を形成し、前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの方向に延びる直線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも拡径する部分の外周面に他の薄肉部を形成する構成としたことを特徴としてなる構成を採用している。

また、請求項２の発明によると、前記一方のスクロール部材は、ケーシングに一体または別体で固定して設けられる固定スクロールにより構成している。

また、請求項３の発明によると、前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの延びる方向に対して直交する線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内にある複数の内周面のうち少なくとも１つの内周面には薄肉部を形成しないことを特徴としている。
さらに、請求項４の発明によると、前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの方向に延びる直線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内にある複数の外周面のうち少なくとも１つの外周面には他の薄肉部を形成しないことを特徴としている。

上述の如く、請求項１に記載の発明によれば、第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材のラップ部には、該ラップ部の中心を通り冷却フィンの延びる方向に対して直交する線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも縮径する部分の内周面に肉削ぎを施すことにより薄肉部を形成することができる。このため、例えば圧縮室内に発生する流体の圧力、圧縮熱等の影響によりスクロール部材のラップ部が変形したとしても、前記第１，第２のスクロール部材は、ラップ部間のラジアル方向隙間を適正（ほぼ均一）に保つことができ、スクロール式流体機械としての性能が低下するのを防ぐことができる。

従って、第１，第２のスクロール部材は、例えば圧縮室内に発生する流体の圧力、圧縮熱等の影響によりスクロール部材のラップ部が変形した場合でも、両者のラップ部が互いに接触したり、干渉したりするのを防止でき、装置の信頼性を向上できると共に、寿命を延ばすことができる。

また、第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材のラップ部には、該ラップ部の中心を通り冷却フィンの方向に延びる直線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも拡径する部分の外周面に肉削ぎを施すことにより他の薄肉部を形成することができる。このため、例えば圧縮室内に発生する流体の圧力、圧縮熱等の影響によりスクロール部材のラップ部が変形したとしても、第１，第２のスクロール部材は、ラップ部間のラジアル方向隙間を適正（ほぼ均一）に保つことができ、スクロール式流体機械としての性能が低下するのを防ぐことができる。

また、請求項２に記載の発明は、一方のスクロール部材を固定スクロールにより構成しているので、例えば背面側にボス部を有して耐変形性が高い旋回スクロールに比較し、背面側に冷却フィンしか持たず、耐変形性が低い固定スクロールのラップ部に薄肉部を形成することにより、固定スクロールと旋回スクロールのラップ部が互いに接触したり、干渉したりするのを防止でき、装置の信頼性を向上できると共に、寿命を延ばすことができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械として、スクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面の図１ないし図７に従って詳細に説明する。

図中、１はスクロール式流体機械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、大径筒部１Ａと、該大径筒部１Ａよりも小径な筒状に形成され該大径筒部１Ａの軸方向一側から外側に向けて突出した小径な軸受筒部１Ｂと、該軸受筒部１Ｂと前記大径筒部１Ａとの間に形成された環状部１Ｃとにより構成されている。

２はケーシング１と共に固定側部材を構成する第１のスクロール部材としての固定スクロールで、該固定スクロール２は、ケーシング１の大径筒部１Ａを軸方向他側から閉塞するように大径筒部１Ａの他側（開口側）に固定して設けられている。そして、固定スクロール２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２Ａと、該鏡板２Ａの表面に中心側が巻始め端となり外周側が巻終り端となって立設された渦巻状のラップ部２Ｂとにより大略構成されている。

また、固定スクロール２の鏡板２Ａには、その背面側に複数本の冷却フィン２Ｃ，２Ｃ，…が形成され、これらの冷却フィン２Ｃは、例えば図２中のＸ−Ｘ線に沿って互いに平行（一方向）に延びている。そして、各冷却フィン２Ｃは、図２中に示すＹ−Ｙ線（ラップ部２Ｂの中心Ｏ1 を通りＸ−Ｘ線に直交する線）の方向で互いに離間し、後述する冷却ファン１６からの冷却風を各冷却フィン２Ｃ間に流通させることにより、固定スクロール２の鏡板２Ａ等を背面側から冷却するものである。

３，３は固定スクロール２に設けられた吸込口で、該各吸込口３は、図２、図３に示すように鏡板２Ａの外周側に形成され、例えば空気等の流体を後述の吸込フィルタ１７（図１参照）等を介して圧縮室９内に吸込むものである。

４は鏡板２Ａの中心側に位置して固定スクロール２に設けられた吐出口で、該吐出口４は、図１に示すように後述の圧縮室９内で圧縮された圧縮空気を吐出パイプ１８から外部に吐出させるものである。

５は第２のスクロール部材としての旋回スクロールで、この旋回スクロール５は、図１に示す如く固定スクロール２と対向してケーシング１の大径筒部１Ａ内に旋回可能に設けられている。そして、旋回スクロール５は、図１に示すようにケーシング１の軸方向で固定スクロール２と対向した旋回スクロール本体６と、該旋回スクロール本体６の背面側に固着して設けられた背面プレート７とにより構成されている。

ここで、旋回スクロール本体６は、略円板状に形成された鏡板６Ａと、該鏡板６Ａから固定スクロール２側に向けて立設された渦巻状のラップ部６Ｂとから構成されている。また、旋回スクロール本体６の鏡板６Ａには、背面プレート７との間に複数本の冷却フィン６Ｃ，６Ｃ，…が形成され、これらの冷却フィン６Ｃは、固定スクロール２の冷却フィン２Ｃと同様に一方向（例えば、図２中に示すＸ−Ｘ線と平行な方向）に延び、冷却ファン１６からの冷却風によって旋回スクロール５の鏡板６Ａ等を冷却するものである。

また、旋回スクロール５の背面プレート７は、鏡板６Ａの背面側に複数のボルト等を用いて固定され、背面プレート７の中央側には筒状のボス部７Ａが一体形成されている。そして、このボス部７Ａ内には、後述する駆動軸１０のクランク部１０Ａが旋回軸受１３等を介して回転可能に取付けられるものである。

また、背面プレート７の外周側には、ケーシング１の環状部１Ｃとの間に周方向に離間して例えば３個の補助クランク機構８（図１中に１個のみ図示）が設けられている。そして、これらの補助クランク機構８は、旋回スクロール５がケーシング１内で自転するのを抑え、後述の偏心量ｅをもって旋回運動するのを補償するものである。

９，９，…は固定スクロール２と旋回スクロール５との間に形成された複数の圧縮室で、これらの圧縮室９は、固定スクロール２のラップ部２Ｂと旋回スクロール５（旋回スクロール本体６）のラップ部６Ｂとを所定角度だけずらして重なり合うように配設することにより、両者の間に形成される複数の密閉空間から構成されるものである。

そして、各圧縮室９は、後述の駆動軸１０により旋回スクロール５が旋回運動するときに、ラップ部２Ｂ，６Ｂ間で連続的に縮小され、例えば空気等の流体を後述の吸込フィルタ１７側から吸込みつつ、このときの圧縮空気を後述の吐出パイプ１８から外部に吐出させるものである。

１０はケーシング１の軸受筒部１Ｂ内に軸受１１，１２を介して回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸１０は、その軸方向一側が軸受筒部１Ｂからケーシング１の外部へと突出し、軸方向他側（先端側）は、ケーシング１の大径筒部１Ａ内へと伸長するクランク部１０Ａとなっている。

ここで、クランク部１０Ａは、その軸線Ｏ2 −Ｏ2 がケーシング１（駆動軸１０）の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対し、図１中に示す偏心量ｅだけ偏心して形成されている。そして、クランク部１０Ａは、旋回軸受１３を介して旋回スクロール５（背面プレート７）のボス部７Ａ内に回転可能に取付けられている。また、駆動軸１０には、図１に示すようにバランスウエイト部１０Ｃが一体に設けられ、該バランスウエイト部１０Ｃは駆動軸１０の回転バランスをとるものである。

１４は駆動軸１０の突出端側に設けられたプーリで、該プーリ１４は、駆動源となる電動モータにベルト（いずれも図示せず）等を介して連結され、電動モータの回転に従って駆動軸１０を回転駆動するものである。

１５はケーシング１の軸受筒部１Ｂ側に設けられたファンケーシング、１６は該ファンケーシング１５内に設けられた冷却ファンで、この冷却ファン１６は、図１に示すようにプーリ１４にボルト等を用いて連結され、プーリ１４と一体に回転する。そして、冷却ファン１６は、ファンケーシング１５内で冷却風を発生させ、この冷却風によりケーシング１、固定スクロール２および旋回スクロール５等を冷却するものである。

１７，１７は固定スクロール２の外周側に設けられた吸込フィルタで、これらの吸込フィルタ１７は、固定スクロール２の外部から各吸込口３を介して圧縮室９内に向けて吸込まれる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。

１８は固定スクロール２の鏡板２Ａ中心側に吐出口４を介して設けられた吐出パイプで、該吐出パイプ１８は、固定スクロール２と旋回スクロール５との間に形成された複数の圧縮室９のうち最内周側（最高圧側）の圧縮室９と吐出口４を介して連通し、例えば圧縮空気を外部の空気タンク（図示せず）等に向けて吐出するものである。

次に、２１Ａ〜２１Ｆは固定スクロール２のラップ部２Ｂに設けた薄肉部で、これらの薄肉部２１Ａ〜２１Ｆは、ラップ部２Ｂのうち図２中のＹ−Ｙ線と交わる部位の近傍に形成されている。即ち、薄肉部２１Ａ〜２１Ｆは、図２に示すようにラップ部２Ｂによる渦巻きの接線方向がＸ−Ｘ線とほぼ平行となる部位の近傍で、その内周面に予め決められた角度範囲にわたって肉削ぎを施すことにより形成されるものである。

この場合、薄肉部２１Ａ〜２１Ｆのうち最も外側に位置する薄肉部２１Ａは、図２に示す如くラップ部２Ｂの最外周側に近い位置でＹ−Ｙ線と交わる部位の近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２１Ｂは、図２に示す如く薄肉部２１Ａからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度の角度だけ離れた位置で、Ｙ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

また、薄肉部２１Ｃは、図２に示す如く薄肉部２１Ｂからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２１Ａからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｙ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２１Ｄは、薄肉部２１Ｃからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２１Ｂからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｙ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

また、薄肉部２１Ｅは、図２に示す如く薄肉部２１Ｄからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２１Ｃからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｙ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２１Ｆは、薄肉部２１Ｅからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２１Ｄからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｙ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

なお、後述する理由によって、ラップ部２Ｂの変形は、ラップ部２Ｂの外周側よりも内周側の方が小さくなる。このため、前述した薄肉部２１Ａ〜２１Ｆのうち、ラップ部２Ｂの内周側寄りに位置する薄肉部２１Ｅ，２１Ｆは、必ずしも設ける必要がなく、場合によっては、これらの薄肉部２１Ｅ，２１Ｆは省略してもよい。

２２Ａ〜２２Ｆは固定スクロール２のラップ部２Ｂに設けた他の薄肉部で、これらの薄肉部２２Ａ〜２２Ｆは、ラップ部２Ｂのうち図２中のＸ−Ｘ線とほぼ直交する部位の近傍に形成されている。即ち、薄肉部２２Ａ〜２２Ｆは、図２に示すようにラップ部２Ｂによる渦巻きの接線方向がＸ−Ｘ線に対してほぼ垂直（Ｙ−Ｙ線とほぼ平行）となる部位の近傍で、その外周面に予め決められた角度範囲にわたって肉削ぎを施すことにより形成されている。

この場合、薄肉部２２Ａ〜２２Ｆのうち最も外側に位置する薄肉部２２Ａは、図２に示す如くラップ部２Ｂの最外周側に近い位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２２Ｂは、図２に示す如く薄肉部２２Ａからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度の角度だけ離れた位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

また、薄肉部２２Ｃは、図２に示す如く薄肉部２２Ｂからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２２Ａからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２２Ｄは、薄肉部２２Ｃからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２２Ｂからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

また、薄肉部２２Ｅは、図２に示す如く薄肉部２２Ｄからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２２Ｃからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。そして、薄肉部２２Ｆは、薄肉部２２Ｅからラップ部２Ｂの渦巻き方向内側へとほぼ１８０度（薄肉部２２Ｄからは約１周分内側に）離れた位置で、Ｘ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周面に円弧状をなして肉削ぎを施すことにより形成されている。

なお、前述した薄肉部２２Ａ〜２２Ｆのうち、ラップ部２Ｂの内周側寄りに位置する薄肉部２２Ｅ，２２Ｆは、必ずしも設ける必要がなく、場合によっては、これらの薄肉部２２Ｅ，２２Ｆは省略してもよいものである。

本実施の形態によるスクロール式流体機械は上述の如き構成を有するもので、次に、空気圧縮機として用いた場合の作動について説明する。

まず、駆動軸１０をプーリ１４を介して電動モータ等により回転駆動すると、この駆動軸１０の回転は、クランク部１０Ａから旋回軸受１３を介して旋回スクロール５に伝えられる。そして、旋回スクロール５は、各補助クランク機構８によって自転が防止され、駆動軸１０の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として偏心量ｅの旋回運動が与えられる。

そして、旋回スクロール５の旋回運動により、固定スクロール２のラップ部２Ｂと旋回スクロール５のラップ部６Ｂとの間に画成される圧縮室９，９，…が連続的に縮小される。これによって各圧縮室９は、吸込フィルタ１７側から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出パイプ１８から外部の空気タンクに向けて吐出する。

ここで、固定スクロール２と旋回スクロール５（旋回スクロール本体６）は、ラップ部２Ｂ，６Ｂ間に形成するラジアル方向の隙間を可能な限り小さくすることによって、各圧縮室９から圧縮空気が漏れるのを抑え、空気圧縮機としての効率等を高めるようにしている。

また、固定スクロール２の鏡板２Ａには、その背面側にそれぞれ一方向（図２中のＸ−Ｘ線）に互いに平行になって延びる複数の冷却フィン２Ｃ，２Ｃ，…を設け、これらの冷却フィン２Ｃに沿って冷却風を流通させることにより鏡板２Ａを背面側から冷やし、圧縮熱等の影響で渦巻状のラップ部２Ｂが変形するのを防ぐようにしている。

ところで、このような固定スクロール２は、鏡板２Ａの背面側に設けた各冷却フィン２Ｃが図２、図５中のＸ−Ｘ線に沿って互いに平行に延びているので、固定スクロール２全体の剛性は、冷却フィン２Ｃが延びるＸ−Ｘ線の方向で高く、これと垂直なＹ−Ｙ線の方向では剛性が低くなってしまう傾向がある。

このため、例えば圧縮室９内に発生する圧縮空気の圧力、圧縮熱等の影響によって固定スクロール２のラップ部２Ｂが変形するときに、該ラップ部２Ｂは、例えば図５中に示す矢示Ｆ1 ，Ｆ1 方向で縮径され、矢示Ｆ2 ，Ｆ2 方向で拡径するように変形され、固定スクロール２全体は、図６に例示するように変形する可能性がある。

そして、固定スクロール２のラップ部２Ｂは、図７中に実線で示す特性線２３のようにラップ部２Ｂの歯先側が変形し、ラップ部２Ｂの歯元側は、図７中に二点鎖線で示す特性線２４の如くほぼ比例的に変形することが確認された。また、図７中に破線で示す特性線２５は、旋回スクロール５のラップ部６Ｂにおける歯元側の変形を表したものである。

この場合、図７中の特性線２３，２４は、横軸の伸開角がラップ部２Ｂの巻始め端（内周端）からの角度をラジアン（ｒａｄ）で示したもので、例えば３．１ラジアンの位置は、ラップ部２Ｂの巻始め端から渦巻き方向外側へと約１８０度（約１／２周分）離れた位置である。また、例えば６．３ラジアンの位置は、ラップ部２Ｂの巻始め端から渦巻き方向外側へと約３６０度（約１周分）離れた位置である。

そして、図７中に特性線２３で例示するように、ラップ部２Ｂの巻始め端から１１ラジアン程度となる位置（例えば、図２中の薄肉部２１Ｄに対応する位置）、１４．１ラジアン程度となる位置（図２中の薄肉部２１Ｃに対応する位置）、１７．２ラジアン程度となる位置（図２中の薄肉部２１Ｂに対応する位置）、２０．４ラジアン程度となる位置（図２中の薄肉部２１Ａに対応する位置）の近傍では、固定スクロール２と旋回スクロール５のラップ部２Ｂ，６Ｂ間に形成されるラジアル方向の隙間が、本来のラジアル方向の隙間Ｓよりも小さくなり、不均一となっていることが分かる。

そこで、本実施の形態では、固定スクロール２のラップ部２Ｂのうち、その渦巻きの接線方向が図２中のＸ−Ｘ線とほぼ平行となる位置に薄肉部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆを形成する構成としている。即ち、これらの薄肉部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆは、ラップ部２Ｂのうち図２中のＹ−Ｙ線と交わる部位近傍の内周側に予め決められた角度範囲にわたって肉削ぎを施すことにより形成する構成としている。

この結果、例えば各圧縮室９内に発生する圧縮空気の圧力、圧縮熱等の影響によって固定スクロール２のラップ部２Ｂが、図５中の矢示Ｆ1 ，Ｆ1 方向に圧縮されるように変形したとしても、固定スクロール２と旋回スクロール５とは、ラップ部２Ｂ，６Ｂ間のラジアル方向の隙間を適正に保つことができる。

即ち、図７中に実線で示す特性線２３のように、ラジアル方向の隙間が本来の隙間Ｓよりも小さくなる位置で、ラップ部２Ｂの内周側に肉削ぎを施して薄肉部２１Ａ〜２１Ｆを形成することにより、ラップ部２Ｂ，６Ｂ間のラジアル方向の隙間をほぼ均一に保つことが可能となり、各圧縮室９内から圧縮空気が漏れるのを抑えることができる。

また、本実施の形態では、固定スクロール２のラップ部２Ｂのうち、その渦巻きの接線方向が図２中のＹ−Ｙ線とほぼ平行となる位置、即ちラップ部２Ｂのうち図２中のＸ−Ｘ線と交わる部位近傍の外周側に予め決められた角度範囲にわたって肉削ぎを施すことにより、他の薄肉部２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ，２２Ｆを形成する構成としている。

このため、例えば各圧縮室９内に発生する圧縮空気の圧力、圧縮熱等の影響によって固定スクロール２のラップ部２Ｂが、図５中の矢示Ｆ2 ，Ｆ2 方向に変形したとしても、固定スクロール２と旋回スクロール５とは、ラップ部２Ｂ，６Ｂ間のラジアル方向の隙間をほぼ均一に保つことができ、各圧縮室９からの圧縮空気の漏れを防止できる。

従って、本実施の形態によれば、各圧縮室９内に発生する圧縮空気の圧力、圧縮熱等の影響により固定スクロール２と旋回スクロール５のラップ部２Ｂ，６Ｂが変形した場合でも、両者のラップ部２Ｂ，６Ｂが互いに接触したり、干渉したりするのを防止でき、スクロール式流体機械としての性能を高めることができると共に、装置の信頼性を向上でき、その寿命を延ばすことができる。

なお、前記実施の形態では、固定スクロール２のラップ部２Ｂに、その内周側に肉削ぎを施すことにより薄肉部２１Ａ〜２１Ｆを形成する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、例えばラップ部２Ｂの内周側寄りに位置する薄肉部２１Ｅ，２１Ｆは、場合によっては省略してもよい。また、ラップ部２Ｂの内周側寄りに位置する薄肉部２２Ｅ，２２Ｆについても、場合によっては省略してもよいものである。

また、前記実施の形態では、固定スクロール２のラップ部２Ｂに薄肉部２１Ａ〜２１Ｆ、２２Ａ〜２２Ｆを形成する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば旋回スクロール５のラップ部６Ｂについても、薄肉部２１Ａ〜２１Ｆ、２２Ａ〜２２Ｆとほぼ同様の薄肉部を形成する構成としてもよい。特に、旋回スクロールにおいては、鏡板の背面側に一体に設けられたフィンやボスの配置により、ラップ部が内周側または外周側へ熱により部分的に変形する箇所を薄肉部を設ける構成としてもよいものである。

また、固定スクロールと旋回スクロールの間、またはケーシングと旋回スクロールの間に設けられる自転防止機構としての補助クランクの位置によりそれぞれのラップ部が内周側または外周側へ熱により部分的に変形する場合であっても、薄肉部を形成するように構成してもよい。

また、前記実施の形態では、例えば固定スクロール２のラップ部２Ｂの外周側に薄肉部２２Ａ〜２２Ｆを設けるものとして説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば外周側に薄肉部を設けた部分の内周側に、ラジアルギャップを超えない範囲で肉盛り部を設けるように構成してもよい。このように構成した場合には、薄肉部を設けたことによる効率の減少を無くすことができる。

また、前記実施の形態では、固定スクロール２と旋回スクロール５からなるスクロール式流体機械を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば特開平３−１４５５８８号公報等に記載のように、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式流体機械等、種々の型式のスクロール式流体機械にも適用できるものである。

さらに、前記実施の形態では、スクロール式流体機械を空気圧縮機として用いる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、例えば冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、真空ポンプ等を含めて他のスクロール式流体機械に適用してもよいものである。

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１中の固定スクロールを単体としてラップ部側からみた拡大正面図である。固定スクロールを図２中の矢示 III−III 方向からみた断面図である。固定スクロールを図２中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。固定スクロールのラップ部が変形する方向等を示す図２とほぼ同様の正面図である。固定スクロールの変形状態を示す図５の左側面図である。固定スクロールのラップ部が変形するときの特性線図である。

符号の説明

１ケーシング
２固定スクロール（第１のスクロール部材）
２Ａ，６Ａ鏡板
２Ｂ，６Ｂラップ部
２Ｃ，６Ｃ冷却フィン
３吸込口
４吐出口
５旋回スクロール（第２のスクロール部材）
６旋回スクロール本体
７背面プレート
９圧縮室
１０駆動軸
１０Ａクランク部
１６冷却ファン
２１Ａ〜２１Ｆ薄肉部
２２Ａ〜２２Ｆ他の薄肉部

Claims

鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された第１のスクロール部材と、該第１のスクロール部材に対向して配置され鏡板の表面に該第１のスクロール部材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第２のスクロール部材とを備え、前記第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材には、前記鏡板の背面側に一方向に延びる複数の冷却フィンを設けてなるスクロール式流体機械において、
前記第１，第２のスクロール部材のうち少なくとも一方のスクロール部材のラップ部には、
該ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの延びる方向に対して直交する線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも縮径する部分の内周面に薄肉部を形成し、
前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの方向に延びる直線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内であって、当該流体機械の駆動時に前記ラップ部の歯先側が歯元側よりも拡径する部分の外周面に他の薄肉部を形成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。
前記一方のスクロール部材は、ケーシングに一体または別体で固定して設けられる固定スクロールにより構成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの延びる方向に対して直交する線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内にある複数の内周面のうち少なくとも１つの内周面には薄肉部を形成しないことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記ラップ部の中心を通り前記冷却フィンの方向に延びる直線と交わる部位を含む予め決められた角度範囲内にある複数の外周面のうち少なくとも１つの外周面には前記他の薄肉部を形成しないことを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。