JP5032554B2

JP5032554B2 - スクロール式流体機械

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Publication number: JP5032554B2
Application number: JP2009260038A
Authority: JP
Inventors: 裕二駒井; 寿和原島; 和孝末藤
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2019-09-08
Also published as: US6224357B1; JP2010031877A

Description

本発明は、例えば空気圧縮機や真空ポンプ等に用いて好適な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、ケーシングと、該ケーシングに設けられ、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ、鏡板に前記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旋回スクロールとによって大略構成されている。

また、昨今のスクロール式流体機械には、駆動軸の先端側に嵌合部を設けると共に旋回スクロールにボス部を設け、該駆動軸の嵌合部と旋回スクロールのボス部との間には、嵌合部とボス部にそれぞれ嵌合し、該旋回スクロールの旋回半径を可変とする旋回半径可変機構を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１４４６７４号公報

そこで、このような従来技術によるスクロール式流体機械として無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げて図８ないし図１２に従って説明する。

１はスクロール式空気圧縮機の外殻をなすケーシングで、該ケーシング１は、段付の小径筒状に形成された軸受部１Ａと、該軸受部１Ａの基端側から径方向外向きに延びた円板状の蓋部１Ｂと、該蓋部１Ｂの外周側から軸方向に延びた大径部１Ｃとによって大略構成され、前記大径部１Ｃにはフランジ部１Ｄが径方向外向きに突出して設けられている。

２はケーシング１の先端側に取付けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、例えばアルミニウム系材料、鉄系材料等の硬質な材料によって形成されている。また、固定スクロール２は、略円板状に形成され、中心が後述する駆動軸３の軸線Ｏ1−Ｏ1と一致するように配設された鏡板２Ａと、該鏡板２Ａの外縁側からケーシング１に向け軸方向に延びた筒部２Ｂと、該筒部２Ｂの外周側から径方向外側に突出し、ケーシング１のフランジ部１Ｄと衝合するフランジ部２Ｃと、前記鏡板２Ａの表面側に軸方向に立設された渦巻状のラップ部２Ｄと、鏡板２Ａの背面側に並列に多数立設された放熱板２Ｅ，２Ｅ，…とによって構成されている。

そして、固定スクロール２のラップ部２Ｄは、図９に示すようにほぼ全周に亘って均一の厚さ寸法Ｔ1をもって形成されている。また、固定スクロール２のラップ部２Ｄは、軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置する内周面２Ｄ1と径方向外側に位置する外周面２Ｄ2とを有し、内周面２Ｄ1、外周面２Ｄ2は周方向に向って延びている。

３はケーシング１の軸受部１Ａ内に位置して旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1の周りに回転可能に軸支された駆動軸で、該駆動軸３は、基端側が電動モータ（図示せず）等に連結され、先端側はケーシング１の軸受部１Ａ内へと伸長している。また、駆動軸３の先端側には、後述する可変クランク５の嵌合軸部５Ｂが挿嵌される嵌合部としての挿嵌穴３Ａが設けられ、この挿嵌穴３Ａは、図１１に示すようにその軸線Ｏ2−Ｏ2が駆動軸３の軸線Ｏ1−Ｏ1から偏心した位置に配設されている。

４はケーシング１の大径部１Ｃ内に設けられ、後述する旋回スクロール８の一部を構成する旋回プレートで、該旋回プレート４の背面側中央にはボス部４Ａが突設されている。

５は駆動軸３の先端側と旋回プレート４のボス部４Ａとの間に設けられた旋回半径可変機構としての可変クランクで、該可変クランク５は、特許文献１に記載された可変クランクとほぼ同様に構成されるものである。

そして、可変クランク５は、図１０、図１１に示す如く円盤部５Ａと、該円盤部５Ａの一側端面に突設され駆動軸３の挿嵌穴３Ａに回転可能に嵌合される嵌合軸部５Ｂと、円盤部５Ａの他側端面に突設され図８に示すように旋回プレート４のボス部４Ａ内に回転可能に嵌合される偏心軸部５Ｃとによって構成されている。

また、可変クランク５の円盤部５Ａには後述のストッパピン７が挿入されるピン穴５Ｄが穿設されている。さらに、偏心軸部５Ｃは、その軸線Ｏ3−Ｏ3が駆動軸３の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して寸法δだけ偏心した位置に配設されている。

そして、可変クランク５は、当該スクロール式空気圧縮機の運転時に駆動軸３と一体となって回転することにより、旋回プレート４と共に旋回スクロール８を寸法δの旋回半径をもって旋回運動させるものである。

ここで、可変クランク５は、運転時に駆動軸３の回転による遠心力と後述する圧縮室９内の圧力との合力を受けることにより、嵌合軸部５Ｂを中心として駆動軸３に対し図１１中に示す矢示Ｃ1方向へと相対回転する構成となっている。このため、図１２に示すように可変クランク５は、運転時に偏心軸部５Ｃの軸線Ｏ3−Ｏ3が軸線Ｏ3′−Ｏ3′の位置まで移動し、旋回スクロール８の旋回半径である寸法δをδ′の如く僅かに大きく変化させ、これにより旋回スクロール８のラップ部８Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに接近させる側に押付ける構成となっている。

また、可変クランク５にはバランスウエイト６が一体的に設けられ、該バランスウエイト６は、旋回スクロール８の旋回運動に対して、可変クランク５を含めた駆動軸３全体の回転バランスをとるものである。さらに、このバランスウエイト６は、前述の如く駆動軸３の回転によって可変クランク５に付加される遠心力とのバランスをとり、旋回スクロール８のラップ部８Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けるときの押付け力が過大になるのを抑えている。

７は駆動軸３の先端に突設されたストッパピンで、このストッパピン７は、可変クランク５のピン穴５Ｄ内に隙間をもって挿入されている。そして、後述するように固定スクロール２のラップ部２Ｄ、旋回スクロール８のラップ部８Ｂにそれぞれ形成された表面被覆層が摺動により摩耗したときには、ストッパピン７が可変クランク５のピン穴５Ｄに係合することにより、可変クランク５の回転量を規制し、表面被覆層の摩耗の進行を止める構成となっている。

８は固定スクロール２と対向してケーシング１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８は、例えばアルミニウム系材料、鉄系材料等の硬質な材料によって形成されている。また、旋回スクロール８は、円板状に形成された鏡板８Ａと、該鏡板８Ａの表面側に軸方向に立設された渦巻状のラップ部８Ｂと、前記鏡板８Ａの背面側に並列に多数立設された放熱板８Ｃ，８Ｃ，…とによって大略構成されている。さらに、旋回スクロール８は、各放熱板８Ｃを介して旋回プレート４に一体的に固着され、該旋回プレート４と一緒に旋回運動する。

そして、旋回スクロール８のラップ部８Ｂは、図９に示すようにほぼ全周に亘って均一の厚さ寸法Ｔ2をもって形成され、この厚さ寸法Ｔ2は、固定スクロール２のラップ部２Ｄの厚さ寸法Ｔ1とほぼ同じ値に設定されている。また、旋回スクロール８は、固定スクロール２のラップ部２Ｄに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部２Ｄ，８Ｂ間には複数の圧縮室９，９，…が画成される。そして、旋回スクロール８のラップ部８Ｂは、軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置する内周面８Ｂ1と径方向外側に位置する外周面８Ｂ2とを有し、内周面８Ｂ1、外周面８Ｂ2は周方向に向って延びている。

また、旋回スクロール８のラップ部８Ｂの内周面８Ｂ1、外周面８Ｂ2には、例えば二流化モリブデン、ふっ素系樹脂、りん酸皮膜等の軟質材料からなる表面被覆層（図示せず）が形成されている。一方、固定スクロール２のラップ部２Ｄの内周面２Ｄ1、外周面２Ｄ2にも、同様の軟質材料からなる表面被覆層（図示せず）が形成されている。そして、これらの表面被覆層は、固定スクロール２のラップ部２Ｄと旋回スクロール８のラップ部８Ｂとの間の摩擦抵抗を低減すると共に、ラップ部２Ｄ，８Ｂ間の気密性を高めるものである。

１０は旋回スクロール８の自転を防止する自転防止機構をなす可動プレートで、該可動プレート１０は、ケーシング１に設けられたガイド１１と旋回プレート４に設けられたガイド１２との間で互いに直交する２軸方向に摺動可能にガイドされている。これにより、可動プレート１０は、旋回スクロール８の自転を防止し、該旋回スクロール８に寸法δの旋回半径をもった円運動（旋回運動）を与えるようになっており、所謂オルダム継手を構成している。

従来技術による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、電動モータにより駆動軸３を回転させると、旋回スクロール８は駆動軸３を中心として旋回半径δをもった旋回運動を行い、固定スクロール２のラップ部２Ｄと旋回スクロール８のラップ部８Ｂとの間に画成された圧縮室９，９，…が連続的に縮小する。これにより、固定スクロール２の外周側に設けられた吸込口１３を通って外周側の圧縮室９内に空気が吸込まれ、この空気は旋回スクロール８が旋回運動する間に各圧縮室９内で順次圧縮され、最後に中心側の圧縮室９から固定スクロール２の中央に設けられた吐出口１４を通じて外部の空気タンク（図示せず）に供給される。

また、この運転時には、図１２に示すように可変クランク５が矢示Ｃ1方向へと駆動軸３に対して相対回転することにより、旋回スクロール８の旋回半径δをδ′の如く僅かに大きく変化させ、これにより旋回スクロール８のラップ部８Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに接近する側に押付け、各ラップ部２Ｄ，８Ｂ間に形成される各圧縮室９の気密性を高めている。

また、このように旋回スクロール８のラップ部８Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けた状態で運転を継続することによって、ラップ部２Ｄ，８Ｂにそれぞれ形成された表面被覆層が摺動により徐々に摩耗したときには、ストッパピン７が可変クランク５のピン穴５Ｄに係合し、可変クランク５の回転量が規制され、これにより表面被覆層の摩耗の進行を停止させ、ラップ部２Ｄ，８Ｂの表面が露出するのを防止している。

ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械では、可変クランク５によって旋回半径を調整し、旋回スクロール８のラップ部８Ｂを固定スクロール２のラップ部２Ｄに押付けている。このため、旋回スクロール８のラップ部８Ｂは、図９に示すように固定スクロール２のラップ部２Ｄに例えば４つの接触点ａ〜ｄで接触している。

このとき、４つの接触点ａ〜ｄのうち２つの接触点ａ，ｂでは、旋回スクロール８のラップ部８Ｂの内周面８Ｂ1が固定スクロール２のラップ部２Ｄの外周面２Ｄ2に接触し、他の２つの接触点ｃ，ｄでは、旋回スクロール８のラップ部８Ｂの外周面８Ｂ2が固定スクロール２のラップ部２Ｄの内周面２Ｄ1に接触している。

そして、この状態で旋回スクロール８が、駆動軸３の回転に伴って図９中の矢示Ａ方向に向って移動する場合を想定すると、旋回スクロール８の各接触点ａ〜ｄにあっては、旋回スクロール８が移動する矢示Ａ方向とは逆向きの摩擦力が矢示Ｂ方向へと作用することになる。

一方、旋回スクロール８は、可動プレート１０等によってその自転運動が規制されているものの、可動プレート１０とガイド１２，１１との間の遊び等によって軸線Ｏ2−Ｏ2を中心に僅かな自転運動が可能となっている。また、旋回スクロール８には、旋回運動に伴って図９中の矢示Ｃ1方向に向う自転トルクが作用している。

そして、旋回スクロール８は、２つの接触点ａ，ｂでは摩擦力と自転トルクとが同じ方向に作用し、他の２つの接触点ｃ，ｄでは摩擦力と自転トルクとが逆方向に作用する。このため、２つの接触点ｃ，ｄでの摩擦力が大きくなるときには、旋回スクロール８は、図９中の矢示Ｃ2方向に僅かに自転し、矢示Ｃ1方向と矢示Ｃ2方向との間で微小振動することになる。このため、旋回スクロール８は微小振動を繰り返すことになり、振動、騒音等が増大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、旋回スクロールを自転トルクが作用する方向に常時付勢しつつ、円滑に旋回運動させ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、ケーシングと、該ケーシング内に配置され、鏡板に渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の回転により旋回運動を行うように前記ケーシング内に配置され、前記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鏡板に設けられた旋回スクロール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、前記旋回スクロールの中心を前記固定スクロールの中心に一致させ、前記固定スクロールのラップ部を前記駆動軸の軸線を中心に１８０度回転して前記旋回スクロールのラップ部に重ね合わせた場合において、前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールが他方のスクロールよりもラップ部内周面またはラップ外周面のいずれか一方または双方を前記駆動軸の軸線側に位置するように形成し、前記一方のスクロールのラップ部内周面と前記他方のスクロールのラップ部外周面との間には接触する部位を設け、前記一方のスクロールのラップ部外周面と前記他方のスクロールのラップ部内周面との間には接触する部位を設けないことにある。

本発明によれば、旋回スクロールを自転トルクが作用する方向に常時付勢しつつ、円滑に旋回運動させることができる。

本発明の第１の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第２の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第３の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第４の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第５の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第６の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。第７の実施の形態による旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とを示す横断面図である。従来技術によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。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を示す図８中の矢示IX−IX方向からみた横断面図である。図９中の駆動軸、可変クランクを図１１中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた縦断面図である。駆動軸、可変クランクを図１０中の矢示XI−XI方向からみた側面図である。可変クランクを駆動軸に対して時計廻りに相対回転させた状態を示す図１１と同様の側面図である。

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無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、図１ないし図７に従って詳細に説明する。

まず、図１は本発明の第１の実施の形態を示し、本実施の形態では前記従来技術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。

２１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール２１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部２１Ａを有している。そして、固定スクロール２１のラップ部２１Ａは、内周面２１Ａ1と外周面２１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ3が全周に亘ってほぼ均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

２２は固定スクロール２１と対向して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２２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部２２Ａを有している。そして、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａは、固定スクロール２１のラップ部２１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されているものの、ラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1側には厚さ寸法ΔＴ分の肉盛りが施され、その内周面２２Ａ1と外周面２２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ4は固定スクロール２１のラップ部２１Ａの厚さ寸法Ｔ3よりも寸法ΔＴ分だけ大きくなっている。

なお、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａは、厚さ寸法Ｔ3を有したラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1側に沿って厚さ寸法ΔＴのラップ部を金属材料を用いて肉盛しているが、これに代えて、旋回スクロール２２の初期成形時に、ラップ部２２Ａ全体を厚さ寸法Ｔ4以上の厚さをもった単一の金属材料で一体に形成することにより、ΔＴの肉盛部を形成してもよい。

このため、旋回スクロール２２の内周面２２Ａ1が、図１中に仮想線で示す固定スクロール２１の内周面２１Ａ1よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置ずれして設けられている点で固定スクロール２１のラップ部２１Ａとは異なるものである。

これにより、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1は、図１中に仮想線で示す固定スクロール２１の内周面２１Ａ1に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1側に配設されている。

そして、旋回スクロール２２は、固定スクロール２１のラップ部２１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部２１Ａ，２２Ａ間には複数の圧縮室２３，２３，…が画成されている。

また、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール２１のラップ部２１Ａの外周面２１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの外周面２２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール２１のラップ部２１Ａの内周面２１Ａ1から離間し、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの外周面２２Ａ2と固定スクロール２１のラップ部２１Ａの内周面２１Ａ1との間には、全周に亘って隙間が形成されている。

このため、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として接触点ａ，ｂとほぼ径方向対称位置では、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの外周面２２Ａ2と固定スクロール２１のラップ部２１Ａの内周面２１Ａ1とが最も接近しているものの、両者の間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

本実施の形態による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、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。そして、圧縮運転時には可変クランク５が駆動軸３に対して相対回転することにより旋回スクロール２２の旋回半径を可変に調整し、これによって旋回スクロール２２のラップ部２２Ａを固定スクロール２１のラップ部２１Ａに押付けて、各圧縮室２３の気密性を高めている点については、従来技術と同様である。

しかし、本実施の形態では、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1を固定スクロール２１のラップ部２１の内周面２１Ａ1よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置ずれして設けている。これにより、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1と固定スクロール２１のラップ部２１Ａの外周面２１Ａ2とが接触する。また、厚肉に形成された旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの内周面２２Ａ1と固定スクロール２１のラップ部２１Ａの外周面２１Ａ2とが接触するから、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの外周面２２Ａ2と固定スクロール２１のラップ部２１Ａの内周面２１Ａ1との間に少なくとも微小隙間ｅを形成することができる。

このため、旋回スクロール２２が矢示Ａ方向に旋回運動するときに、２つの接触点ａ，ｂでは矢示Ｂ方向に向う摩擦力が発生する。また、旋回スクロール２２には、矢示Ｃ1方向に向う自転トルクが作用している。このとき、摩擦力と自転トルクとがほぼ同じ方向に作用し、従来技術のように自転トルクと逆方向となる矢示Ｃ2方向の摩擦力が作用することがないから、旋回スクロール２２に微小振動等が発生することがなく、旋回スクロール２２を安定して旋回運動させることができる。

また、固定スクロール２１と旋回スクロール２２との接触点ａ，ｂの数が従来技術に比べてほぼ半分に減少するから、旋回スクロール２２に作用する摩擦力を減少させることができる。このため、旋回スクロール２２の動力損失を減少させスクロール式空気圧縮機全体のエネルギー効率を向上させることができる。

かくして、本実施の形態によれば、旋回スクロール２２の内周面２２Ａ1側には肉盛りが施され、旋回スクロール２２のラップ部２２Ａの厚さ寸法Ｔ4は、固定スクロール２１のラップ部２１Ａの厚さ寸法Ｔ3よりも大きくなっている。このため、摩擦力と自転トルクとがほぼ同じ方向に作用する位置でのみ固定スクロール２１と旋回スクロール２２とを接触させることができ、旋回スクロール２２に微小振動等が発生することがなく、旋回スクロール２２を円滑に旋回運動させることができる。

図２は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロールのラップ部には外周面側に肉盛りを施し、固定スクロールのラップ部の厚さ寸法を、旋回スクロールのラップ部の厚さ寸法よりも大きくしたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール３１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部３１Ａを有している。そして、固定スクロール３１のラップ部３１Ａは、内周面３１Ａ1と外周面３１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ5が全周に亘ってほぼ均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

また、固定スクロール３１の外周面３１Ａ2側には厚さ寸法ΔＴ分の肉盛りが施され、ラップ部３１Ａの厚さ寸法Ｔ5は、後述する旋回スクロール３２のラップ部３２Ａの厚さ寸法Ｔ6よりも大きくなっている。そして、固定スクロール３１の外周面３１Ａ2は、図２中に仮想線で示す旋回スクロール３２の外周面３２Ａ2よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に位置ずれして設けられている。

なお、固定スクロール３１のラップ部３１Ａは、厚さ寸法Ｔ6を有したラップ部３１Ａの外周面３１Ａ2側に沿って厚さ寸法ΔＴのラップ部を金属材料を用いて肉盛しているが、これに代えて、固定スクロール３１の初期成形時に、ラップ部３１Ａ全体を厚さ寸法Ｔ5以上の厚さをもった単一の金属材料で一体に形成することにより、ΔＴの肉盛部を形成してもよい。

このため、固定スクロール３１のラップ部３１Ａの外周面３１Ａ2は、図２中に仮想線で示す旋回スクロール３２の外周面３２Ａ2に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ径方向外側に配設されている。

３２は固定スクロール３１と対向して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３２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部３２Ａを有している。そして、旋回スクロール３２のラップ部３２Ａは、固定スクロール３１のラップ部３１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されると共に、その内周面３２Ａ1と外周面３２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ6が全周に亘って固定スクロール３１のラップ部３１Ａの厚さ寸法Ｔ5よりも小さな値に設定されている。

そして、旋回スクロール３２は、固定スクロール３１のラップ部３１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部３１Ａ，３２Ａ間には複数の圧縮室３３，３３，…が画成されている。

また、旋回スクロール３２のラップ部３２Ａの内周面３２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール３１のラップ部３１Ａの外周面３１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール３２のラップ部３２Ａの外周面３２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール３１のラップ部３１Ａの内周面３１Ａ1から離間し、両者が最も接近している部位にあっても旋回スクロール３２のラップ部３２Ａの外周面３２Ａ2と固定スクロール３１のラップ部３１Ａの内周面３１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

かくして、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。

図３は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、旋回スクロールのラップ部には外周面側に肉削ぎを施し、旋回スクロールのラップ部の厚さ寸法を、固定スクロールのラップ部の厚さ寸法よりも小さくしたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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。

４１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール４１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部４１Ａを有している。そして、固定スクロール４１のラップ部４１Ａは、内周面４１Ａ1と外周面４１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ7がほぼ全周に亘って均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

４２は固定スクロール４１と対向して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４２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部４２Ａを有している。また、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａは、固定スクロール４１のラップ部４１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されているものの、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａには外周面４２Ａ2側に肉削ぎが施され、その内周面４２Ａ1と外周面４２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ8が固定スクロール４１のラップ部４１Ａの厚さ寸法Ｔ7よりも小さくなっている。そして、旋回スクロール４２の外周面４２Ａ2が図３中に仮想線で示す固定スクロール４１の外周面４１Ａ2よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置ずれしている。

なお、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａは、予めラップ部４２Ａを厚さ寸法Ｔ7をもって形成した後に外周面４２Ａ2側に厚さ寸法ΔＴの肉削ぎ加工を施して形成しているが、これに代えて、旋回スクロール４２の初期成形時にラップ部４２Ａ全体を厚さ寸法Ｔ8以上の厚さをもって一体に形成することにより、ΔＴの肉削ぎ部を形成してもよい。

このため、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａの外周面４２Ａ2は、図３中に仮想線で示す固定スクロール４１の外周面４１Ａ2に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1側に配設されている。

そして、旋回スクロール４２は、固定スクロール４１のラップ部４１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部４１Ａ，４２Ａ間には複数の圧縮室４３，４３，…が画成されている。

また、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａの内周面４２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール４１のラップ部４１Ａの外周面４１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール４２のラップ部４２Ａの外周面４２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール４１のラップ部４１Ａの内周面４１Ａ1から離間し、両者が最も接近している部位にあっても旋回スクロール４２のラップ部４２Ａの外周面４２Ａ2と固定スクロール４１のラップ部４１Ａの内周面４１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

図４は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロールのラップ部には内周面側に肉削ぎを施し、固定スクロールのラップ部の厚さ寸法を、旋回スクロールのラップ部の厚さ寸法よりも小さくしたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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。

５１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール５１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部５１Ａを有している。そして、固定スクロール５１のラップ部５１Ａは、内周面５１Ａ1と外周面５１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ9が全周に亘ってほぼ均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

また、固定スクロール５１のラップ部５１Ａには内周面５１Ａ1側に肉削ぎが施され、ラップ部５１Ａの厚さ寸法Ｔ9は、後述する旋回スクロール５２のラップ部５２Ａの厚さ寸法Ｔ10よりも小さくなっている。そして、固定スクロール５１の内周面５１Ａ1は、図４中に仮想線で示す旋回スクロール５２の内周面５２Ａ1よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に位置ずれして設けられている。

なお、固定スクロール５１のラップ部５１Ａは、予めラップ部５１Ａを厚さ寸法Ｔ10をもって形成した後に内周面５１Ａ1側に厚さ寸法ΔＴの肉削ぎ加工を施して形成しているが、これに代えて、固定スクロール５１の初期成形時にラップ部５１Ａ全体を厚さ寸法Ｔ9以上の厚さをもって一体に形成することにより、ΔＴの肉削ぎ部を形成してもよい。

このため、固定スクロール５１のラップ部５１Ａの内周面５１Ａ1は、旋回スクロール５２の内周面５２Ａ1に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に配設されている。

５２は固定スクロール５１と対向して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５２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部５２Ａを有している。そして、旋回スクロール５２のラップ部５２Ａは、固定スクロール５１のラップ部５１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されると共に、その内周面５２Ａ1と外周面５２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ10が固定スクロール５１のラップ部５１Ａの厚さ寸法Ｔ9よりも大きな値に設定されている。

そして、旋回スクロール５２は、固定スクロール５１のラップ部５１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部５１Ａ，５２Ａ間には複数の圧縮室５３，５３，…が画成されている。

また、旋回スクロール５２のラップ部５２Ａの内周面５２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール５１のラップ部５１Ａの外周面５１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール５２のラップ部５２Ａの外周面５２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール５１のラップ部５１Ａの内周面５１Ａ1から離間し、両者が最も接近している場所にあっても旋回スクロール５２のラップ部５２Ａの外周面５２Ａ2と固定スクロール５１のラップ部５１Ａの内周面５１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

図５は本発明の第５の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、旋回スクロールのラップ部は固定スクロールのラップ部に対して周方向に微小角度分だけ位相をずらして設けたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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。

６１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール６１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部６１Ａを有している。そして、固定スクロール６１のラップ部６１Ａは、内周面６１Ａ1と外周面６１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ11が全周に亘ってほぼ均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

６２は固定スクロール６１と対向して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６２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部６２Ａを有している。そして、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａは、固定スクロール６１のラップ部６１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されている。また、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａは、その内周面６２Ａ1と外周面６２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ12が全周に亘って固定スクロール６１のラップ部６１Ａの厚さ寸法Ｔ11とほぼ等しい値に設定されている。

そして、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａは、旋回スクロール６２の中心となる軸線Ｏ3−Ｏ3を中心として例えば自転トルクの作用する矢示Ｃ1方向（時計周り方向）と反対の矢示Ｃ2方向（反時計周り方向）に向けて周方向に微小角度Δθだけ位相をずらして設ける構成としている。

このため、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａは、図５中に仮想線で示す従来技術による旋回スクロール８よりも、微小角度Δθだけ相対回転している。即ち、旋回スクロール６２は、固定スクロール６１のラップ部６１Ａに対し、例えば１８０度よりも微小角度Δθだけ少ない角度分ずらして重なり合うように配設されている。そして、両者のラップ部６１Ａ，６２Ａ間には複数の圧縮室６３，６３，…が画成されている。

これにより、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａの内周面６２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール６１のラップ部６１Ａの外周面６１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａの外周面６２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール６１のラップ部６１Ａの内周面６１Ａ1から離間し、両者が最も接近している場所にあっても旋回スクロール６２のラップ部６２Ａの外周面６２Ａ2と固定スクロール６１のラップ部６１Ａの内周面６１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

図６は本発明の第６の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、旋回スクロールのラップ部には内周面側に肉盛りを施すと共に、外周面側に肉削ぎを施し、旋回スクロールのラップ部の厚さ寸法を、固定スクロールのラップ部の厚さ寸法とほぼ等しくしたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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。

７１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール７１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部７１Ａを有している。そして、固定スクロール７１のラップ部７１Ａは、内周面７１Ａ1と外周面７１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ13がほぼ全周に亘って均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

７２は固定スクロール７１と対向して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７２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部７２Ａを有している。また、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａは、固定スクロール７１のラップ部７１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されているものの、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａには内周面７２Ａ1側に肉盛りが施されると共に、外周面７２Ａ2側に肉削ぎが施されている。このため、ラップ部７２Ａの内周面７２Ａ1と外周面７２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ14は固定スクロール７１のラップ部７１Ａの厚さ寸法Ｔ13とほぼ等しくなっている。

なお、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａは、内周面７２Ａ1側に厚さ寸法Δのラップ部を金属材料を用いて肉盛すると共に、外周面７２Ａ2側に厚さ寸法ΔＴの肉削ぎ加工を施して形成しているが、これに代えて、旋回スクロール７２の初期成形時に、ラップ部７２Ａ全体を厚さ寸法Ｔ14以上の厚さをもった単一の金属材料で一体に形成することにより、ΔＴの肉盛部とΔＴの肉削部を形成してもよい。

そして、旋回スクロール７２の内周面７２Ａ1，外周面７２Ａ2が図６中に仮想線で示す固定スクロール７１の内周面７１Ａ1，外周面７１Ａ2よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1側に位置ずれしている。このため、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａの内周面７２Ａ1は、図６中に仮想線で示す固定スクロール７１の内周面７１Ａ1に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1側に配設されている。また、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａの外周面７２Ａ2は、図６中に仮想線で示す固定スクロール７１の外周面７１Ａ2に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1側に配設されている。

そして、旋回スクロール７２は、固定スクロール７１のラップ部７１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部７１Ａ，７２Ａ間には複数の圧縮室７３，７３，…が画成されている。

また、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａの内周面７２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール７１のラップ部７１Ａの外周面７１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール７２のラップ部７２Ａの外周面７２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール７１のラップ部７１Ａの内周面７１Ａ1から離間し、両者が最も接近している部位にあっても旋回スクロール７２のラップ部７２Ａの外周面７２Ａ2と固定スクロール７１のラップ部７１Ａの内周面７１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

図７は本発明の第７の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロールのラップ部には内周面側に肉削ぎを施すと共に、外周面側に肉盛りを施し、固定スクロールのラップ部の厚さ寸法を、旋回スクロールのラップ部の厚さ寸法とほぼ等しくしたことにある。なお、本実施の形態では前記従来技術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。

８１は本実施の形態による固定スクロールで、該固定スクロール８１は従来技術で述べた固定スクロール２のラップ部２Ｄとほぼ同様のラップ部８１Ａを有している。そして、固定スクロール８１のラップ部８１Ａは、内周面８１Ａ1と外周面８１Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ15が全周に亘ってほぼ均一の値に設定され、渦巻状に形成されている。

また、固定スクロール８１のラップ部８１Ａには、内周面８１Ａ1側に肉削ぎが施される共に、外周面８１Ａ2側に肉盛りが施されている。このため、ラップ部８１Ａの厚さ寸法Ｔ15は、後述する旋回スクロール８２のラップ部８２Ａの厚さ寸法Ｔ16とほぼ等しくなっている。そして、固定スクロール８１の内周面８１Ａ1，外周面８１Ａ2は、図７中に仮想線で示す旋回スクロール８２の内周面８２Ａ1，外周面８２Ａ2よりも旋回中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に位置ずれして設けられている。

なお、固定スクロール８１のラップ部８１Ａは、内周面８１Ａ1側に厚さ寸法ΔＴの肉削ぎ加工を施すと共に、外周面８１Ａ2側に厚さ寸法Δのラップ部を金属材料を用いて肉盛しているが、これに代えて、固定スクロール８１の初期成形時に、ラップ部８１Ａ全体を厚さ寸法Ｔ15以上の厚さをもった単一の金属材料で一体に形成することにより、ΔＴの肉盛部とΔＴの肉削部を形成してもよい。

このため、固定スクロール８１のラップ部８１Ａの内周面８１Ａ1は、図７中に仮想線で示す旋回スクロール８２の内周面８２Ａ1に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に配設されている。また、固定スクロール８１のラップ部８１Ａの外周面８１Ａ2は、図７中に仮想線で示す旋回スクロール８２の外周面８２Ａ2に比べて全周に亘って例えば１０〜１００μｍ程度の寸法ΔＴだけ軸線Ｏ1−Ｏ1から径方向外側に配設されている。

８２は固定スクロール８１と対向して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８２は従来技術で述べた旋回スクロール８のラップ部８Ｂとほぼ同様のラップ部８２Ａを有している。そして、旋回スクロール８２のラップ部８２Ａは、固定スクロール８１のラップ部８１Ａとほぼ同様の渦巻状に形成されると共に、その内周面８２Ａ1と外周面８２Ａ2との間の厚さ寸法Ｔ16が固定スクロール８１のラップ部８１Ａの厚さ寸法Ｔ15とほぼ等しい値に設定されている。

そして、旋回スクロール８２は、固定スクロール８１のラップ部８１Ａに対し、例えば１８０度だけずらして重なり合うように組付けられ、両者のラップ部８１Ａ，８２Ａ間には複数の圧縮室８３，８３，…が画成されている。

また、旋回スクロール８２のラップ部８２Ａの内周面８２Ａ1は、例えば２つの接触点ａ，ｂで固定スクロール８１のラップ部８１Ａの外周面８１Ａ2に接触している。一方、旋回スクロール８２のラップ部８２Ａの外周面８２Ａ2は、全周に亘って固定スクロール８１のラップ部８１Ａの内周面８１Ａ1から離間し、両者が最も接近している場所にあっても旋回スクロール８２のラップ部８２Ａの外周面８２Ａ2と固定スクロール８１のラップ部８１Ａの内周面８１Ａ1との間には例えば１０〜１００μｍ程度の僅かな微小隙間ｅが形成されている。

なお、前記第５の実施の形態では、旋回スクロール６２のラップ部６２Ａを、軸線Ｏ3−Ｏ3を中心として反時計周り方向に向けて周方向に微小角度Δθだけ位相をずらして設けたが、本発明はこれに限らず、固定スクロールのラップ部を、固定スクロールの中心となる旋回中心（軸線Ｏ1−Ｏ1）を中心として時計周り方向に向けて周方向に微小角度だけ位相をずらす構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、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することができる。

１ケーシング
３駆動軸
５可変クランク
２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１固定スクロール
２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，５１Ａ，６１Ａ，７１Ａ，８１Ａラップ部
２１Ａ1，３１Ａ1，４１Ａ1，５１Ａ1，６１Ａ1，７１Ａ1，８１Ａ1 内周面
２１Ａ2，３１Ａ2，４１Ａ2，５１Ａ2，６１Ａ2，７１Ａ2，８１Ａ2 外周面
２２，３２，４２，５２，６２，７２，８２旋回スクロール
２２Ａ，３２Ａ，４２Ａ，５２Ａ，６２Ａ，７２Ａ，８２Ａラップ部
２２Ａ1，３２Ａ1，４２Ａ1，５２Ａ1，６２Ａ1，７２Ａ1，８２Ａ1 内周面
２２Ａ2，３２Ａ2，４２Ａ2，５２Ａ2，６２Ａ2，７２Ａ2，８２Ａ2 外周面
２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３圧縮室
ｅ微小隙間

Claims

ケーシングと、該ケーシング内に配置され、鏡板に渦巻状のラップ部が設けられた固定スクロールと、前記ケーシング内に回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の回転により旋回運動を行うように前記ケーシング内に配置され、前記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鏡板に設けられた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、
前記旋回スクロールの中心を前記固定スクロールの中心に一致させ、前記固定スクロールのラップ部を前記駆動軸の軸線を中心に１８０度回転して前記旋回スクロールのラップ部に重ね合わせた場合において、前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールが他方のスクロールよりもラップ部内周面またはラップ外周面のいずれか一方または双方を前記駆動軸の軸線側に位置するように形成し、
前記一方のスクロールのラップ部内周面と前記他方のスクロールのラップ部外周面との間には接触する部位を設け、前記一方のスクロールのラップ部外周面と前記他方のスクロールのラップ部内周面との間には接触する部位を設けないことを特徴とするスクロール式流体機械。
前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールのラップ部は、内周面側または外周面側のいずれか一方を肉盛りすることにより、他方のラップ部よりも厚肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールのラップ部は、内周面側または外周面側のいずれか一方を肉削ぎすることにより、他方のラップ部よりも薄肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールのラップ部は、内周面側を肉盛りし、外周面側を肉削ぎすることにより、厚さ寸法を他方のスクロールのラップ部の厚さ寸法と略等しく形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記旋回スクロールまたは前記固定スクロールのうち一方のスクロールのラップ部は、外周面側を肉盛りし、内周面側を肉削ぎすることにより、厚さ寸法を他方のスクロールのラップ部の厚さ寸法と略等しく形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
前記旋回スクロールのラップ部と固定スクロールのラップ部とのうちいずれか一方のスクロールのラップ部は、他方のスクロールのラップ部に対して周方向に微小角度だけ位相をずらして設けた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。
前記旋回スクロールの中心を前記固定スクロールの中心に一致させた場合において、前記一方のスクロールのラップ部内周面と前記他方のスクロールのラップ部外周面との間の隙間を前記一方のスクロールのラップ部外周面と前記他方のスクロールのラップ部内周面との間の隙間よりも狭くすることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のスクロール式流体機械。