JP4943987B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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し、特に、回転軸の軸方向両側に２つ圧縮部を備えてなるツインラップ型のスクロール式流体機械に関する。

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回転源としての電動機を備え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）。

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部を構成し、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部を構成している。そして、低圧段の固定スクロールと旋回スクロールとの間には自転防止機構を設け、この自転防止機構によって低圧段の旋回スクロールと共に高圧段の旋回スクロールが自転するのを防止する構成としている。

特開２００６−９７７６号公報

ところで、上述した従来技術では、２つの旋回スクロールのうち低圧段の旋回スクロール側に自転防止機構を設けているので、当該旋回スクロールが旋回駆動に伴う遠心力の作用で振れ回るように振動することはない。しかし、高圧段の旋回スクロール側には自転防止機構を設けていないため、高圧段の旋回スクロールは旋回駆動に伴う遠心力の作用等で振れ回るように振動することがある。

そして、高圧段の旋回スクロールが高圧段の固定スクロールに対して径方向に振動を繰返す（振れ回る）ように挙動すると、両者のラップ部間の径方向隙間が過度に縮小し、場合によってはラップ部同士、またはラップ部と鏡板とが接触、干渉することがあり、これにより装置の耐久性、寿命が低下する原因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、例えば高圧段の旋回スクロールが旋回駆動時に振れ回るように振動するのを抑えることができ、装置としての耐久性、寿命を向上す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、本発明は、筒状のケーシングと該ケーシングの長さ方向両側に設けられ鏡板の表面に渦巻状のラップ部がそれぞれ立設された第１，第２の固定スクロールとからなる固定側部材と、前記ケーシング内に回転可能に支持して設けられた中空軸体からなり回転源によって回転駆動される筒状回転体と、該筒状回転体の軸線に対し予め決められた寸法だけ偏心した状態で該筒状回転体内に挿通して設けられた偏心軸と、前記筒状回転体の軸方向両側に位置して該偏心軸と筒状回転体との間に設けられ該偏心軸を旋回可能に支持する第１，第２の旋回軸受と、前記第１，第２の固定スクロールと対面する位置で前記偏心軸の端部に固定して設けられ鏡板の表面に前記第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画成する渦巻状のラップ部が立設された第１，第２の旋回スクロールと、前記固定側部材と第１の旋回スクロールとの間に設けられ前記第１，第２の旋回スクロールが自転するのを防止する自転防止機構とを備えてなる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、前記偏心軸の質量（Ｍ）は、前記第２の旋回スクロールの質量（ｍ）以上となる質量（Ｍ ≧ｍ）に形成し、前記第２の旋回スクロールは、前記偏心軸の軸端からラップ部の先端までの距離（Ｌa ）が、前記偏心軸の軸方向における前記第１，第２の旋回軸受間の距離（Ｌb ）の０．３倍以下となる関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）に設定する構成としたことにある。

また、請求項２の発明は、前記第１の旋回スクロールは第１の固定スクロールと共に低圧段の圧縮部を構成し、前記第２の旋回スクロールは第２の固定スクロールと共に高圧段の圧縮部を構成している。

上述の如く、請求項１の発明によれば、偏心軸の質量（Ｍ）を第２の旋回スクロールの質量（ｍ）に対し、これ以上となる質量（Ｍ ≧ｍ）に形成し、前記第２の旋回スクロールは、前記偏心軸の軸端からラップ部の先端までの距離（Ｌa ）が、前記偏心軸の軸方向における前記第１，第２の旋回軸受間の距離（Ｌb ）に対して０．３倍以下となる関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）に設定する構成としているので、第２の旋回スクロールを第１の旋回スクロールと共に旋回駆動するときに、偏心軸が大きく撓むように変形するのを防止でき、第２の旋回スクロールが遠心力の作用で振れ回るように振動するのも抑えることができる。

この結果、第２の旋回スクロールの振れ回り（径方向の振動）を小さくでき、第２の固定スクロールと旋回スクロールとの間で両者のラップ部間の径方向隙間を小さくしても、ラップ部同士、またはラップ部と鏡板とが接触、干渉するのを防止することができる。これにより、装置の耐久性、寿命を向上できると共に、圧縮時の流体損失を低減でき、効率の向上化等を図ることができる。また、旋回スクロールの振れ回りを小さくすることにより、偏心軸を支持する旋回軸受に余分な負荷が掛かるのを防止し、旋回軸受の信頼性を向上できると共に、偏心軸の撓みによる旋回軸受への片当たり等をなくし、軸受の長寿命化も図ることができる。

また、請求項２の発明によれば、第２の旋回スクロールが第２の固定スクロールと共に高圧段の圧縮部を構成しているので、高圧段の旋回スクロールが固定スクロールに対して径方向に振動するように振れ回るのを抑えることができ、高圧段の圧縮部側でラップ部同士、またはラップ部と鏡板とが接触、干渉するのを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械として、ツインラップ型の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５に従って詳細に説明する。

図中、１はスクロール式空気圧縮機の外枠を構成する筒状のケーシングで、該ケーシング１は、図１に示す如く軸線Ｏ1 −Ｏ1 に沿って軸方向に延び、後述の固定スクロール７Ａ，７Ｂと共に固定側部材を構成するものである。そして、ケーシング１は、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心とした略円筒体からなる筒形ケース２と、該筒形ケース２の左，右両側に取付けられた側部ケース３Ａ，３Ｂとにより構成されている。

この場合、筒形ケース２の軸方向一側（図１中の右側）に位置する第１の側部ケース３Ａは、例えばボルト等の締結手段を用いて筒形ケース２の軸方向一側（右側）に着脱可能に固定して取付けられ、内周側に後述の回転軸受２０Ａが設けられた環状部４Ａと、該環状部４Ａの外周側から筒状をなして軸方向に延設された筒状部５Ａとにより構成されている。

一方、筒形ケース２の軸方向他側（図１中の左側）に位置する第２の側部ケース３Ｂは、例えばボルト等の手段を用いて筒形ケース２の軸方向他側（左側）に着脱可能に固定して取付けられ、内周側に後述の回転軸受２０Ｂが設けられた環状部４Ｂと、該環状部４Ｂの外周側から筒状をなして軸方向に延設された筒状部５Ｂとにより構成されている。

そして、第１，第２の側部ケース３Ａ，３Ｂには、筒状部５Ａ，５Ｂの先端側に後述する第１，第２の固定スクロール７Ａ，７Ｂが一体または別体で固定して設けられている。また、側部ケース３Ａ，３Ｂと固定スクロール７Ａ，７Ｂとの間には、後述の冷却ファン３１Ａ，３１Ｂと第１，第２の旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂとが収容されるものである。

ここで、ケーシング１の一側（右側）に位置する第１の側部ケース３Ａは、第１の固定スクロール７Ａ、第１の旋回スクロール２４Ａ等と共に低圧段の圧縮部である低圧スクロール部６Ａを構成している。また、ケーシング１の他側（左側）に位置する第２の側部ケース３Ｂは、第２の固定スクロール７Ｂ、第２の旋回スクロール２４Ｂ等と共に高圧段の圧縮部である高圧スクロール部６Ｂを構成するものである。

なお、本実施の形態にあっては、低圧スクロール部６Ａと高圧スクロール部６Ｂとが同一の構成要素を有しているので、以下の説明では、低圧スクロール部６Ａの構成要素に符号「Ａ」を付し、高圧スクロール部６Ｂの構成要素には符号「Ｂ」を付して説明する。また、低圧スクロール部６Ａと高圧スクロール部６Ｂ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６Ａの構成要素について説明し、高圧スクロール部６Ｂの構成要素については、その説明を省略するものとする。

７Ａはケーシング１の側部ケース３Ａの筒状部５Ａに設けられた低圧段の固定スクロールで、該固定スクロール７Ａは、図１に示す如く略円板状に形成され、その中心がケーシング１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と一致するように配設された鏡板８Ａと、該鏡板８Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部９Ａと、鏡板８Ａの外周側から該ラップ部９Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部１０Ａと、該筒部１０Ａから径方向外向きに突出し、側部ケース３Ａの筒状部５Ａにボルト等を用いて着脱可能に取付けられたフランジ部１１Ａとにより構成されている。

ここで、鏡板８Ａの外周側には、例えば空気等の流体を吸込む吸込口１２Ａが図１中に示す如く設けられ、鏡板８Ａの中心側には圧縮空気の吐出口１３Ａが設けられている。また、鏡板８Ａの裏面には、複数の冷却フィン１４Ａが立設されている。

なお、図１に示す側部ケース３Ｂの筒状部５Ｂ側に設けられた第２（高圧段）の固定スクロール７Ｂについても、低圧段の固定スクロール７Ａとほぼ同様に、鏡板８Ｂ、ラップ部９Ｂ、筒部１０Ｂ、フランジ部１１Ｂ等により構成され、鏡板８Ｂには、吸込口１２Ｂ（図１中に点線で図示）と吐出口１３Ｂとが設けられている。また、鏡板８Ｂの背面側には、冷却風の流れ方向に沿って垂直方向に延びる複数の冷却フィン１４Ｂが立設されている。

１５はケーシング１の筒形ケース２内に設けられた回転源としての電動モータで、該電動モータ１５は、図１に示す如く、低圧段の固定スクロール７Ａと高圧段の固定スクロール７Ｂとの間に配置され、筒形ケース２の内周側に固定された筒状のステータ１６と、該ステータ１６の内周側に回転可能に配設された筒状のロータ１７等とにより構成されている。そして、電動モータ１５は、外部から給電されることにより、後述の筒状回転体１８を軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として回転駆動するものである。

１８はケーシング１に回転可能に設けられた筒状回転体で、該筒状回転体１８は、図１に示す如く後述の回転軸１９と左，右の偏心筒体２１Ａ，２１Ｂとにより構成されている。そして、これらの偏心筒体２１Ａ，２１Ｂは、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として回転軸１９と一体に回転駆動されるものである。

１９は筒状回転体１８の主要部となる回転軸で、該回転軸１９は、例えば段付円筒状の中空軸体からなり、軸方向の中間部位が電動モータ１５のロータ１７内に嵌着されている。そして、回転軸１９は、電動モータ１５により軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心としてロータ１７と一体に回転駆動されるものである。

２０Ａは側部ケース３Ａの環状部４Ａ内に設けられた右側（第１）の回転軸受で、該回転軸受２０Ａは、例えば図１に示すように玉軸受等により構成され、環状部４Ａ内で回転軸１９を回転可能に支持するものである。そして、回転軸受２０Ａは、その外輪側が環状部４Ａの内周側に固定して設けられ、内輪側は回転軸１９の外周側に固定して取付けられている。この場合、側部ケース３Ｂの環状部４Ｂ側に設けられる左側（第２）の回転軸受２０Ｂについても、第１の回転軸受２０Ａと同様の構成を有するものである。

２１Ａは回転軸１９の軸方向一側に設けられた右側（第１）の偏心筒体で、該偏心筒体２１Ａは、回転軸１９の外周側に嵌合して設けられ、回転軸受２０Ａの内輪側を抜止め状態に保持している。そして、偏心筒体２１Ａは、ケーシング１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として回転軸１９と一体に回転駆動されるものである。

ここで、偏心筒体２１Ａの内周側には、後述する旋回軸受２３Ａの外輪側が固定して設けられている。そして、旋回軸受２３Ａは、回転軸１９等の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して寸法εだけ偏心した偏心軸線Ｏ2 −Ｏ2 上に配置されている。また、回転軸１９の軸方向他側に設けられる左側（第２）の偏心筒体２１Ｂについても、第１の偏心筒体２１Ａと同様の構成を有するものである。

２２は筒状回転体１８の内周側に隙間をもって挿通された偏心軸で、該偏心軸２２は、例えば捩り剛性等が高い段付円柱状の軸体（強度部材）により大きな重量（質量M）をもって形成されている。そして、偏心軸２２の質量Ｍは、後述する旋回スクロール２４Ｂの質量ｍに対し、下記の数１の関係を満たすように形成されている。

この場合、偏心軸２２は、例えば軸径がφ３０ｍｍ程度で、縦弾性係数が２１０ＧＰａ程度の鉄系材料を用いて形成される。また、偏心軸２２の両端側は、回転軸１９から軸方向に突出する小径円柱状のクランク部２２Ａ，２２Ｂとなっている。そして、これらのクランク部２２Ａ，２２Ｂには、後述する旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのボス部２７Ａ，２７Ｂが固定して設けられる。

ここで、偏心軸２２は、筒状回転体１８の偏心筒体２１Ａ，２１Ｂ内に後述の旋回軸受２３Ａ，２３Ｂを介して相対回転可能に取付けられ、回転軸１９等の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して寸法εだけ偏心した偏心軸線Ｏ2 −Ｏ2 上に配置されている。そして、偏心軸２２は、筒状回転体１８（回転軸１９）が回転するときに、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂと一緒に旋回運動するものである。

２３Ａは筒状回転体１８の偏心筒体２１Ａ内で偏心軸２２を回転可能に支持する右側（第１）の旋回軸受で、該旋回軸受２３Ａは、例えばローラ軸受、ニードル軸受等のころ軸受を用いて構成されている。これにより、旋回軸受２３Ａは、例えば玉軸受を用いた場合よりも径方向寸法を小さくし、小型化して形成できるものである。

また、偏心軸２２の軸方向他側に設けられる左側（第２）の旋回軸受２３Ｂについても、第１の旋回軸受２３Ａと同様に構成されている。そして、偏心軸２２の軸方向における第１，第２の旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離は、図４に示す如く距離Ｌb に設定されている。

２４Ａは固定スクロール７Ａと対面して側部ケース３Ａ内に旋回可能に設けられた第１（低圧段）の旋回スクロールで、該旋回スクロール２４Ａは、図１に示す如く略円板状に形成された鏡板２５Ａと、該鏡板２５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２６Ａと、鏡板２５Ａの裏面に立設された筒状のボス部２７Ａとにより大略構成されている。また、鏡板２５Ａの裏面には、複数の冷却フィン２８Ａが立設されている。

ここで、固定スクロール７Ｂと対面して側部ケース３Ｂ内に旋回可能に設けられる第２（高圧段）の旋回スクロール２４Ｂについても、第１の旋回スクロール２４Ａとほぼ同様に構成され、鏡板２５Ｂ、ラップ部２６Ｂ、ボス部２７Ｂおよび冷却フィン２８Ｂ等を有している。

そして、第１，第２の旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂは、そのラップ部２６Ａ，２６Ｂが固定スクロール７Ａ，７Ｂのラップ部９Ａ，９Ｂと所定の角度（例えば、１８０度）だけずらして重なり合うように配設される。これにより、低圧スクロール部６Ａ側では、ラップ部９Ａ，２６Ａ間に複数の圧縮室２９Ａが画成される。また、高圧スクロール部６Ｂ側では、ラップ部９Ｂ，２６Ｂ間に複数の圧縮室２９Ｂが画成されるものである。

この場合、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのボス部２７Ａ，２７Ｂは、偏心軸２２のクランク部２２Ａ，２２Ｂにそれぞれボルト、廻止めキー（図示せず）等を用いて一体に固定されている。そして、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂは、電動モータ１５により筒状回転体１８、偏心軸２２および旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ等を介して駆動され、偏心量（寸法ε）に対応する一定の旋回半径をもって旋回運動を行う。これにより、各圧縮室２９Ａ，２９Ｂ内では、後述の如く空気を順次圧縮するものである。

また、第２（高圧段）の旋回スクロール２４Ｂは、前記数１式の関係を満たすようにアルミニウム系の材料を用いて形成される。そして、高圧段の旋回スクロール２４Ｂは、図４に示すように偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa が、前記第１，第２の旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb に対して、例えば０．３倍以下となる関係に後述する理由によりに設定されている。

３０は低圧段の固定スクロール７Ａと旋回スクロール２４Ａとの間に設けられた自転防止機構としての補助クランクで、該補助クランク３０は、固定スクロール７Ａの周方向に離間して複数個（例えば３個）設けられ、電動モータ１５により旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂを旋回駆動するときに、これらの旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂが自転するのを防止するものである。

また、補助クランク３０は、スラスト荷重受承手段を構成し、前記圧縮室２９Ａ，２９Ｂ内に発生する圧縮空気の圧力差等で偏心軸２２、旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂに発生する軸方向のスラスト荷重を受承する機能も有している。このため、回転軸１９の内側で偏心軸２２が軸線Ｏ2 −Ｏ2 に沿って軸方向に変位することはなく、固定スクロール７Ａ，７Ｂと旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂとの間のスラスト方向ギャップも、補助クランク３０によってほぼ一定に保持されるものである。

３１Ａは筒状回転体１８の軸方向一側に設けられた第１の冷却ファンで、該冷却ファン３１Ａは、例えば遠心ファン等からなり、図１に示す如く偏心筒体２１Ａの外周側に嵌合して設けられている。そして、冷却ファン３１Ａは、軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として偏心筒体２１Ａと一体に回転され、径方向外側に向けた冷却風を発生させるものである。

また、筒状回転体１８の軸方向他側には、第２の冷却ファン３１Ｂが設けられている。そして、該冷却ファン３１Ｂは、第１の冷却ファン３１Ａと同様に構成され、偏心筒体２１Ｂと一体に回転することにより、径方向外側に向けた冷却風を発生させるものである。この場合、冷却ファン３１Ａ，３１Ｂは、ケーシング１内で側部ケース３Ａ，３Ｂ内に収容され、電動モータ１５と旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂとの間に配置されている。

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。

まず、電動モータ１５に外部から給電を行うと、そのロータ１７により筒状回転体１８（回転軸１９）が軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心として回転駆動される。これにより、筒状回転体１８内に設けた偏心軸２２が左，右の旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ、補助クランク３０等を介して旋回運動を行い、その両端側に連結された旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂも、固定スクロール７Ａ，７Ｂに対して寸法εの旋回半径をもった旋回運動を行う。

この結果、低圧スクロール部６Ａ側では、固定スクロール７Ａの外周側に設けた吸込口１２Ａから吸込サイレンサ（図示せず）等を介して空気を吸込みつつ、この空気を各圧縮室２９Ａ内で順次圧縮する。そして、低圧段の圧縮室２９Ａ内で圧縮された中間圧の圧縮空気は、固定スクロール７Ａの吐出口１３Ａから空気導管（図示せず）等を介して高圧スクロール部６Ｂへと吐出される。

また、高圧スクロール部６Ｂは、低圧スクロール部６Ａで圧縮された中間圧の圧縮空気が前記空気導管等を介して固定スクロール７Ｂの吸込口１２Ｂに供給されると、この圧縮空気を各圧縮室２９Ｂ内でさらに圧縮し、高圧の圧縮空気を吐出口１３Ｂから外部の空気タンク（図示せず）等に向けて吐出するものである。

ところで、このようなツインラップ型のスクロール式空気圧縮機では、２つの旋回スクロール２４Ａ，２４Ｂのうち低圧段の旋回スクロール２４Ａ側に自転防止機構としての補助クランク３０を設けているので、低圧段の旋回スクロール２４Ａが旋回駆動に伴う遠心力の作用で振れ回るように振動することはない。しかし、高圧段の旋回スクロール２４Ｂ側には自転防止機構を設けていないため、高圧段の旋回スクロール２４Ｂは、旋回駆動に伴う遠心力の作用等で振れ回るように振動することがある。

そして、高圧段の旋回スクロール２４Ｂが高圧段の固定スクロール７Ｂに対して径方向に振動を繰返す（振れ回る）ように挙動すると、両者のラップ部９Ｂ，２６Ｂ間の径方向隙間が過剰に縮小し、場合によってはラップ部９Ｂ，２６Ｂ同士、またはラップ部９Ｂ，２６Ｂと鏡板８Ｂ，２５Ｂとが接触、干渉することがある。

そこで、本発明者等は、高圧段の旋回スクロール２４Ｂが旋回駆動時に振れ回るのを抑えるための研究、実験を鋭意に重ねた結果、偏心軸２２の質量Ｍに対する高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍの関係と、偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa に対する旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb の関係とが、前述の如き振れ回りの挙動に大きな影響を与えているとの知見を得た。

即ち、偏心軸２２の質量Ｍを所定の重量（例えば、Ｍ＝１．５ｋｇ）に保った状態で、高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍを順次変えた場合の旋回駆動時における特性（ラップ部先端の撓み特性）は、図２に示す特性線３２，３３，３４，３５に沿った関係となることが確認された。この場合、特性線３２は、偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa と旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えばβ＝０．１４とし、Ｌa ＝０．１４×Ｌb となる関係に設定した場合を示している。

また、図２中の特性線３３は、距離Ｌa と距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えばβ＝０．３０に設定し、Ｌa ＝０．３０×Ｌb なる関係とした場合を示している。一方、特性線３４は、距離Ｌa と距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えばβ＝０．３６とし、Ｌa ＝０．３６×Ｌb なる関係に設定した場合を示し、特性線３５は、距離Ｌa と距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．４３とし、Ｌa ＝０．４３×Ｌb なる関係に設定した場合を示している。

そして、図２に示す特性線３２の場合には、高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍを偏心軸２２の質量Ｍに対し、例えば質量比（Ｍ／ｍ）を０．５以上とする限り、高圧段の旋回スクロール２４Ｂにおけるラップ部２６Ｂの先端での撓み量δは、許容撓み量Ａ（例えば、−４５μｍ≦ Ａ ≦ ４５μｍ）の範囲内に収まることが確認された。

また、特性線３３の場合は、偏心軸２２と旋回スクロール２４Ｂとの質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば０．９以上とする限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲内に収まることが確認された。

一方、前述した距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．３６に設定した特性線３４の場合は、偏心軸２２と旋回スクロール２４Ｂとの質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば１．５以上としない限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲よりも大きくなることが確認された。

また、距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、０．４３に設定した特性線３５の場合は、質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば２．１以上としない限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲よりも大きくなることが確認された。

次に、高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍを所定の質量（例えば、ｍ＝１．５ｋｇ）に保った状態で、偏心軸２２の質量Ｍを順次変えた場合の特性は、図３に示す特性線３６，３７，３８，３９に沿った関係となることが確認された。この場合、特性線３６は、前述した距離Ｌa と距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．１４とし、Ｌa ＝０．１４×Ｌb となる関係に設定した場合を示している。

また、図３中の特性線３７は、距離Ｌa と距離Ｌb との比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．３０に設定し、Ｌa ＝０．３０×Ｌb なる関係とした場合を示している。一方、特性線３８は、距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を例えば０．３６とし、Ｌa ＝０．３６×Ｌb なる関係に設定した場合を示し、特性線３９は、距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．４３とし、Ｌa ＝０．４３×Ｌb なる関係に設定した場合を示している。

そして、図３に示す特性線３６の場合には、高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍと偏心軸２２の質量Ｍとの質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば０．７以上とする限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは、その先端での撓み量δが許容撓み量Ａの範囲内に収まることが確認された。また、特性線３７の場合は、偏心軸２２と旋回スクロール２４Ｂとの質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば０．９〜１．０以上とする限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲内に収まることが確認された。

一方、前述した距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、例えば０．３６に設定した特性線３８の場合は、偏心軸２２と旋回スクロール２４Ｂとの質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば１．２以上としない限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲よりも大きくなることが確認された。また、距離の比率β（Ｌa ／Ｌb ）を、０．４３に設定した特性線３９の場合は、質量比（Ｍ／ｍ）を、例えば１．４７以上としない限り、旋回スクロール２４Ｂのラップ部２６Ｂは先端での撓み量δが、許容撓み量Ａの範囲よりも大きくなることが確認された。

かくして、本実施の形態によれば、偏心軸２２の質量Ｍを高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍに対して前記数１式を満たす関係（Ｍ ≧ｍ）に形成し、高圧段の旋回スクロール２４Ｂは、偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa が、偏心軸２２の軸方向における旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb に対して、前記数２式に示すように０．３倍以下となる関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）に設定する構成としている。

これにより、高圧段の旋回スクロール２４Ｂを低圧段の旋回スクロール２４Ａと共に旋回駆動するときに、偏心軸２２が大きく撓むように変形するのを防止でき、高圧段の旋回スクロール２４Ｂが遠心力の作用で振れ回るように振動するのも抑えることができ、ラップ部２６Ｂの先端での撓み量δを、例えば許容撓み量Ａ（図２、図３参照）の範囲内に収めることができる。

即ち、本実施の形態にあっては、上記数１式、数２式の関係を満たすように偏心軸２２、旋回スクロール２４Ｂ等を形成することにより、ラップ部２６Ｂの先端側における撓み量δ1を、図４に示すように小さく（例えば、δ1 ≦５〜１０μｍ）することができ、高圧段の旋回スクロール２４Ｂが旋回駆動時に振れ回るように振動するのを抑えることができる。

一方、図５に示す比較例では、高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍを偏心軸２２の質量Ｍよりも重くした場合（Ｍ ＜ ｍ）であり、この場合に、高圧段の旋回スクロール２４Ｂは、質量ｍが過大になるために旋回駆動時の遠心力が大きくなる。このため、ラップ部２６Ｂの先端側における撓み量δ2 が図５に示す如く大きくなり（δ2 ＞ δ1）、高圧段の旋回スクロール２４Ｂが旋回駆動時に振れ回るように振動してしまう。

従って、本実施の形態によれば、偏心軸２２、旋回スクロール２４Ｂ等を上述した数１式、数２式の関係を満たすように形成することにより、例えば高圧段の旋回スクロール２４Ｂが旋回駆動時に振れ回るように振動するのを抑えることができ、装置としての耐久性、寿命を向上することができる。

そして、高圧段における旋回スクロール２４Ｂの振れ回り（径方向の振動）を小さくできるため、固定スクロール７Ｂと旋回スクロール２４Ｂとの間で両者のラップ部９Ｂ，２６Ｂ間の径方向隙間を小さくしても、ラップ部９Ｂ，２６Ｂ同士、またはラップ部９Ｂ，２６Ｂと鏡板８Ｂ，２５Ｂとが接触、干渉するのを防止することができる。

これにより、ツインラップ型のスクロール式流体機械としての耐久性、寿命を向上できると共に、圧縮時の流体損失を低減でき、効率の向上化等を図ることができる。また、旋回スクロール２４Ｂの振れ回りを小さくすることにより、偏心軸２２を支持する旋回軸受２３Ａ，２３Ｂに余分な負荷が掛かるのを防止でき、旋回軸受２３Ａ，２３Ｂの信頼性を向上できると共に、偏心軸２２の撓みによる旋回軸受２３Ａ，２３Ｂへの片当たり等をなくし、軸受の長寿命化も図ることができる。

また、前述した図２、図３に示す特性線３２〜３９からも明らかな如く、偏心軸２２と旋回スクロール２４Ｂとの質量比（Ｍ／ｍ）が、例えば２〜３以上となるように、偏心軸２２の質量Ｍを大きくして剛性を高めるようにすれば、ラップ部２６Ｂの先端における撓み量δを、前記許容撓み量Ａの範囲内に収めることができる。しかし、偏心軸２２の質量Ｍを大きくすれば、全体の重量が増加し、装置の小型、軽量化を図る上での阻害要因となる。

また、高圧段の旋回スクロール２４Ｂを軽量化し質量ｍを小さくすることにより、質量比（Ｍ／ｍ）が例えば２〜３以上となるようすれば、ラップ部２６Ｂの先端における撓み量δを、前記許容撓み量Ａの範囲内に収めることができる。しかし、この場合には旋回スクロール２４Ｂを過度に軽量化すると、ラップ部２６Ｂ等の緒元の変更が必要となり、本来の性能、寿命を確保するのが難しくなる虞れもある。

そこで、本実施の形態によれば、偏心軸２２の質量Ｍを高圧段の旋回スクロール２４Ｂの質量ｍに対して前記数１式を満たす関係（Ｍ ≧ｍ）に形成するだけでなく、高圧段の旋回スクロール２４Ｂは、偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa が、旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb に対して前記数２式に示すように０．３倍以下となる関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）に設定する構成としたものである。

これにより、偏心軸２２の質量Ｍを前記数１式（Ｍ ≧ｍ）を満たす範囲で、旋回スクロール２４Ｂの質量ｍに近付けるように偏心軸２２を軽量化した場合でも、偏心軸２２の軸端からラップ部２６Ｂの先端までの距離Ｌa を旋回軸受２３Ａ，２３Ｂ間の距離Ｌb に対し、前記数２式に示す関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）に設定することにより、旋回スクロール２４Ｂの振れ回りを抑えることができ、装置としての信頼性、寿命を向上することができる。しかも、偏心軸２２の質量Ｍを可能な限り小さくして、装置の小型、軽量化を図ることができる。

なお、前記実施の形態では、筒状回転体１８を構成する回転軸１９と左，右の偏心筒体２１Ａ，２１Ｂとを別部材として形成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、例えば筒状回転体１８の回転軸１９と左，右の偏心筒体２１Ａ，２１Ｂとを同一の部材によって形成する構成としてもよい。

また、前記実施の形態では、ケーシング１の長さ方向両側に低圧段，高圧段の固定スクロール７Ａ，７Ｂを設ける構成としたツインラップ型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、本発明はこれに限らず、例えば第１，第２の固定スクロールと第１，第２の旋回スクロールとにより、ケーシングの長さ方向両側でほぼ同等な圧力段となる２つの圧縮部を形成する構成としてもよいものである。

また、前記実施の形態では、低圧段の固定スクロール７Ａと旋回スクロール２４Ａとの間に補助クランク３０を設け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、例えばオルダム継手またはボールカップリング等の自転防止機構を設ける構成としてもよい。

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、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。 偏心軸の質量を一定とし、旋回スクロールの質量を順次変えた場合の旋回駆動時におけるラップ部先端の撓み特性を示す特性線図である。 旋回スクロールの質量を一定とし、偏心軸の質量を順次変えた場合の旋回駆動時におけるラップ部先端の撓み特性を示す特性線図である。 図１中の偏心軸が高圧段の旋回スクロール部と共に撓み変形する状態を示す模式図である。 比較例による高圧段の旋回スクロール部と偏心軸との撓み変形状態を示す模式図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 筒形ケース
３Ａ，３Ｂ 側部ケース
６Ａ 低圧スクロール部（低圧段の圧縮部）
６Ｂ 高圧スクロール部（高圧段の圧縮部）
７Ａ，７Ｂ 固定スクロール
８Ａ，８Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ 鏡板
９Ａ，９Ｂ，２６Ａ，２６Ｂ ラップ部
１２Ａ，１２Ｂ 吸込口
１３Ａ，１３Ｂ 吐出口
１５ 電動モータ（回転源）
１８ 筒状回転体
１９ 回転軸
２０Ａ，２０Ｂ 回転軸受
２１Ａ，２１Ｂ 偏心筒体
２２ 偏心軸
２３Ａ，２３Ｂ 旋回軸受
２４Ａ，２４Ｂ 旋回スクロール
２９Ａ，２９Ｂ 圧縮室
３０ 補助クランク（自転防止機構）

Claims (2)

1. 筒状のケーシングと該ケーシングの長さ方向両側に設けられ鏡板の表面に渦巻状のラップ部がそれぞれ立設された第１，第２の固定スクロールとからなる固定側部材と、
   前記ケーシング内に回転可能に支持して設けられた中空軸体からなり回転源によって回転駆動される筒状回転体と、
   該筒状回転体の軸線に対し予め決められた寸法だけ偏心した状態で該筒状回転体内に挿通して設けられた偏心軸と、
   前記筒状回転体の軸方向両側に位置して該偏心軸と筒状回転体との間に設けられ該偏心軸を旋回可能に支持する第１，第２の旋回軸受と、
   前記第１，第２の固定スクロールと対面する位置で前記偏心軸の端部に固定して設けられ鏡板の表面に前記第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画成する渦巻状のラップ部が立設された第１，第２の旋回スクロールと、
   前記固定側部材と第１の旋回スクロールとの間に設けられ前記第１，第２の旋回スクロールが自転するのを防止する自転防止機構とを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記偏心軸の質量（Ｍ）は、前記第２の旋回スクロールの質量（ｍ）以上となる質量（Ｍ ≧ｍ）に形成し、
   前記第２の旋回スクロールは、前記偏心軸の軸端からラップ部の先端までの距離（Ｌa ）が、前記偏心軸の軸方向における前記第１，第２の旋回軸受間の距離（Ｌb ）の０．３倍以下となる関係（Ｌa ≦０．３×Ｌb ）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。
2. 前記第１の旋回スクロールは第１の固定スクロールと共に低圧段の圧縮部を構成し、前記第２の旋回スクロールは第２の固定スクロールと共に高圧段の圧縮部を構成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。

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