JP5592838B2 - 流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、第１回動ユニット、第２回動ユニット及び従動クランク機構を備えた流体機械に関する。

従来、例えば車両用エンジンの廃熱を回収して利用するランキンサイクル装置に組み込まれる流体機械として、冷媒などの作動流体を循環させるポンプと、加熱蒸発された流体を膨張させるスクロール型の膨張機とを一体的に連結したポンプ一体型の膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ポンプ一体型の膨張機のように、複数の回動ユニットを一体的に備えた流体機械において、複数の回動ユニット間にオルダム継手を設け、各回動ユニットをオルダム継手の部分で分割させることで、各回動ユニットの作動評価を個別に行えるようにした流体機械が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−０７７８２７号公報 特開２０１０−２４９１３０号公報

しかし、主軸に設けた継手部分で各回動ユニットを分割させるようにすると、分割される回動ユニットそれぞれに主軸の軸受を設ける必要が生じ、これによって、流体機械の軸方向長さが長くなり、また、部品点数や加工，組み立て工数が増大して生産コストが高くなるなどの問題があった。

そこで、本発明は、各回動ユニットの作動評価を個別に行え、かつ、軸方向長さの短縮及び部品点数や加工，組み立て工数の低減を図ることができる流体機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る流体機械は、主軸回りに回動する第１回動ユニットと、固定スクロール、旋回スクロール、自転阻止機構を備えた第２回動ユニットと、前記主軸の大径部に対して偏心して設けたクランクピンと、前記クランクピンに対して揺動可能に挿入され、前記旋回スクロールに設けた軸受に保持される偏心ブッシュと、からなり、前記主軸の回転運動と前記旋回スクロールの旋回運動との間の変換を行うと共に、前記旋回スクロールの旋回半径が可変可能な従動クランク機構と、を備え、前記主軸の大径部を支持する軸受を備える第１筐体に、前記第１回動ユニットを支持すると共に前記主軸を介して前記従動クランク機構を支持し、第２筐体に、前記第２回動ユニットを支持し、前記第１筐体と前記第２筐体とを分割可能とした流体機械であって、前記第２筐体の開放端の内側に前記第１筐体の嵌挿部の外周が嵌合して、前記第１筐体と前記第２筐体とが結合され、かつ、前記第１筐体の嵌挿部の外周に設けたシール部材によって、前記第１筐体と前記第２筐体との間の嵌合隙間を密封する一方、前記偏心ブッシュの先端から前記シール部材までの軸方向における距離をＡ、前記第２筐体の開放端縁から前記旋回スクロールの軸受の開口端縁までの軸方向における距離をＢ、前記偏心ブッシュの先端から前記第１筐体の嵌挿部の先端までの軸方向における距離をＣとしたときに、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たすようにした。

本発明に係る流体機械によれば、第１筐体と第２筐体とに分割することで、第１回動ユニットの作動評価と第２回動ユニットの作動評価とを個別に行え、また、第１筐体は、第１回動ユニットと共に、主軸を介して従動クランク機構を支持するから、第２筐体側に主軸の軸受を設ける必要がなく、これによって、流体機械の軸方向長さの短縮を図り、また、流体機械の部品点数や加工，組み立て工数の低減を図ることができる。

本発明の第１実施形態における廃熱利用装置の概略構成を示す図である。 第１実施形態におけるポンプ一体型膨張機を示す断面図である。 第１実施形態におけるポンプ一体型膨張機の分割状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態における廃熱利用装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態における発電機一体型膨張機を示す断面図である。 第２実施形態における発電機一体型膨張機の分割状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、第１実施形態において、本発明に係る流体機械を組み込む廃熱利用装置１Ａの構成を示している。
廃熱利用装置１Ａは、エンジン１０と共に車両に搭載され、エンジン１０の廃熱を回収して利用する装置である。

廃熱利用装置１Ａは、ランキンサイクル装置２Ａと、ランキンサイクル装置２Ａの出力をエンジン１０に伝達する伝達機構３と、制御ユニット４と、を備えている。
エンジン１０は、水冷式の冷却装置を備えた内燃機関であり、前記冷却装置は、冷却水を循環させる冷却水循環路１１を備える。
冷却水循環路１１には、ランキンサイクル装置２Ａの蒸発器２２を配置してある。

ランキンサイクル装置２Ａは、エンジン１０の冷却水からエンジン１０の廃熱を回収し、回収した熱を駆動力に変換して出力する。
ランキンサイクル装置２Ａは、作動流体を循環させる循環路２１を備え、この循環路２１に、作動流体の流れ方向に沿って、蒸発器２２、膨張機２３、凝縮器２４及びポンプ２５Ａをこの順に配置してある。

蒸発器２２は、エンジン１０から熱を吸収し、冷却水循環路１１を流れる高温の冷却水と、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体との間で熱交換を行わせることによって、作動流体を加熱して蒸発（気化）させる。
膨張機２３は、蒸発器２２で気化し蒸気となった作動流体を膨張させることで、駆動力を発生するスクロール型の膨張機である。

凝縮器２４は、膨張機２３を経由した作動流体と外気との間で熱交換を行わせることによって、作動流体を冷却して凝縮（液化）させる。
ポンプ２５Ａは機械式ポンプであり、凝縮器２４で液化した作動流体を蒸発器２２へと圧送する。
このように、作動流体は、気化、膨張、凝縮を繰り返しながら循環路２１を循環する。

ここで、膨張機２３とポンプ２５Ａとを、回転軸２８で連結して一体化することで、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）として設けてある。即ち、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８は、膨張機２３の出力軸としての機能及びポンプ２５Ａの駆動軸として機能を有する。
そして、ランキンサイクル装置２Ａは、まずエンジン１０の出力によってポンプ２５Ａ（ポンプ一体型膨張機２９Ａにおけるポンプユニット）を駆動することによって起動し、その後、膨張機２３（ポンプ一体型膨張機２９Ａにおける膨張ユニット）が十分な駆動力を発生するようになると、膨張機２３の駆動力がポンプ２５Ａを駆動するようになる。

伝達機構３は、ランキンサイクル装置２Ａの出力であるポンプ一体型膨張機２９Ａのトルク（軸トルク）をエンジン１０に伝達すると共に、ランキンサイクル装置２Ａの起動時には、エンジン１０の出力トルクを、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（ポンプユニット）に伝達する。
伝達機構３は、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８に取り付けたプーリ３１と、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに取り付けたクランクプーリ３２と、プーリ３１及びクランクプーリ３２に巻回したベルト３３と、ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８とプーリ３１との間に設けた電磁クラッチ３４と、を備える。

そして、電磁クラッチ３４をオン（締結）／オフ（解放）することにより、エンジン１０（クランクシャフト１０ａ）とランキンサイクル装置２Ａ（ポンプ一体型膨張機２９Ａの回転軸２８）との間において、動力を伝達、遮断できるようになっている。
制御ユニット４は、電磁クラッチ３４の作動（オン（締結）／オフ（解放））を制御する機能を有し、電磁クラッチ３４をオン／オフ制御することで、ランキンサイクル装置２Ａの作動／停止を制御する。

即ち、制御ユニット４は、ランキンサイクル装置２Ａの作動条件の成立を判断すると、電磁クラッチ３４を締結（オン）して、エンジン１０によってポンプ２５Ａ（ポンプ一体型膨張機２９Ａにおけるポンプユニット）を作動させることで、作動流体（冷媒）の循環を開始させ、ランキンサイクル装置２Ａを起動する。
そして、膨張機２３が作動して駆動力を発生するようになると、膨張機２３で発生した駆動力の一部がポンプ２５Ａを駆動し、その余の駆動力を、伝達機構３を介してエンジン１０に伝達し、エンジン１０の出力（駆動力）をアシストする。

また、制御ユニット４は、ランキンサイクル装置２Ａの作動条件が不成立となった場合には、電磁クラッチ３４を解放（オフ）して、作動流体の循環を停止させることで、ランキンサイクル装置２Ａを停止させる。
尚、蒸発器２２は、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体と、エンジン１０の排気との間で熱交換を行う装置であってもよいし、また、エンジン１０の冷却水との間で熱交換を行うと共に、エンジン１０の排気との間で熱交換を行う装置であってもよい。

また、膨張機２３を迂回して作動流体を循環させるバイパス路、及び、当該バイパス路を開閉するバイパス弁を設け、電磁クラッチ３４を締結させたランキンサイクル装置２Ａの起動直後は、バイパス弁を開弁状態に保持させて、膨張機２３を迂回して作動流体を循環させる。そして、膨張機２３の前後における作動流体の圧力差が閾値を上回るようになってから、換言すれば、膨張機２３が駆動力を発生させるようになってから、バイパス弁を閉じ、膨張機２３を介して作動流体を循環させることができる。
係る構成であれば、ランキンサイクル装置２Ａの起動直後に、作動流体が膨張機２３をバイパスして流通すると共に、蒸発器２２内の圧力が低下して作動流体の蒸発温度が低くなるため、ランキンサイクル装置２Ａの起動性を向上させることができる。

次に、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）の構造を、図２及び図３に基づき詳細に説明する。
ポンプ一体型膨張機２９Ａは、前述のように、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体を循環させるポンプ２５Ａ（第１回動ユニット、第１流体ユニット）と、ポンプ２５Ａから圧送された後に、蒸発器２２で加熱されて気化した作動流体の膨張によって回転駆動力を発生する膨張機２３（第２回動ユニット、第２流体ユニット）とが共通の回転軸２８によって駆動される流体機械であり、回転軸２８とエンジン１０のクランクシャフト１０ａとの間での動力伝達を行う伝達機構３（動力伝達ユニット）を備えている。

ポンプ一体型膨張機２９Ａの膨張機２３の部分（膨張ユニット５０）は、ポンプ一体型膨張機２９Ａの軸方向の一端部に配置される固定スクロール５１と、旋回スクロール（回転体）５２と、スクロール収容空間５３を形成するケーシング部材５４とを備える。
固定スクロール５１は、円盤状の本体部５１ａと、本体部５１ａの一端面にリブ状に立設したスクロール部（渦巻き体）５１ｂと、本体部５１ａの軸心付近に貫通形成した作動流体の導入口５１ｃとを有する。

ケーシング部材５４は、両端開放の筒状に形成され、その内側に、固定スクロール５１の本体部５１ａの外周に嵌合する大内径部５４ａと、ポンプ２５Ａ側の部材が内部に嵌合する小内径部５４ｂとを有し、大内径部５４ａが囲む空間が、スクロール収容空間５３となる。
尚、大内径部５４ａに嵌合する本体部５１ａの外周部に溝９１を設け、この溝９１にＯリング（シール部材）９２を装着してあり、このＯリング９２によってケーシング部材５４と固定スクロール５１との間の嵌合隙間を密封し、作動流体の漏れを抑制している。嵌合箇所からの作動流体の漏れを抑制するためのシール部材としては、Ｏリング９２の他、例えばリップパッキンなどを用いることができ、後述するＯリングについてもリップパッキンなどへの変更が可能である。

旋回スクロール５２は、円盤状の本体部５２ａと、本体部５２ａの一端面にリブ状に立設したスクロール部（渦巻き体）５２ｂとを有する。
ここで、本体部５２ａのスクロール部５２ｂを形成した端面の反対面と、前記ケーシング部材５４の大内径部５４ａから小内径部５４ｂに至る段差部５４ｃとの間にボールカップリング５５を介装してあり、旋回スクロール５２は、ボールカップリング５５（自転阻止機構）によって、自転が防止されながら作動流体の膨張に伴って旋回運動を行う。

旋回スクロール５２の本体部５２ａのボールカップリング５５側の端面には、ドライブベアリング５６を設けてあり、このドライブベアリング５６に嵌合する偏心ブッシュ８３を介して、旋回スクロール５２の回転軸２８回りの旋回運動を、回転軸２８の回転駆動力として伝達する。
ポンプ一体型膨張機２９Ａのポンプ２５Ａ（ポンプユニット６０）として、本実施形態では、ギヤポンプ６１を採用する。ギヤポンプ６１は、回転軸２８に軸支した駆動歯車（回転体）６２と、回転軸２８と平行に回転可能に支持した従動軸６３と、従動軸６３に軸支され駆動歯車６２に噛み合う従動歯車６４と、駆動歯車６２及び従動歯車６４を収容するケーシング部材６５とを有する。

尚、本実施形態では、ポンプ２５Ａとしてギヤポンプ６１を採用したが、ベーンポンプなどを用いることができ、ポンプ２５Ａをギヤポンプ６１に限定するものではない。
ケーシング部材６５は、駆動歯車６２及び従動歯車６４の収容空間６８を凹陥形成したプーリ３１側の第１ケーシング部材６５ａと、第１ケーシング部材６５ａに接合して収容空間６８を閉塞する膨張機２３側の第２ケーシング部材６５ｂとからなる。

第１ケーシング部材６５ａ及び第２ケーシング部材６５ｂは、ギヤポンプ６１の従動軸６３を、軸方向に収容空間６８を横断するように回転可能に支持する。
第２ケーシング部材６５ｂの膨張ユニット５０側には、ケーシング部材５４の小内径部５４ｂの内側に嵌合する筒状部（嵌挿部）６５ｃを一体的に形成してあり、該筒状部６５ｃの内部には、回転軸２８の大径部２８ａを支持するボールベアリング６６ａを設けてある。

尚、筒状部６５ｃの外周に設けた溝９３にＯリング（シール部材）９４を装着してあり、このＯリング９４によって嵌合隙間を密封し、作動流体の漏れを抑制している。
また、駆動歯車６２を挟んで両側に、回転軸２８とケーシング部材６５との隙間を介して作動流体が漏れることを阻止するための軸シール６７ａ，６７ｂを配置してある。

第１ケーシング部材６５ａを貫通して外部に延設した回転軸２８には、伝達機構３を構成するプーリ３１と電磁クラッチ３４とを配置してある。
第１ケーシング部材６５ａの膨張ユニット５０側とは反対側の端面には、回転軸２８を内包する筒状部６５ｄを一体的に形成してある。この筒状部６５の内側の先端側に前記ボールベアリング６６ａと共に回転軸２８を支持するボールベアリング６６ｂを配置し、筒状部６５ｄの底部側（膨張ユニット５０側）には、前記軸シール６７ａを配置してある。
そして、筒状部６５ｄから突き出た回転軸２８の先端にクラッチ板７１を取り付け、また、筒状部６５ｄの外周に、ベアリング７２を介してプーリ３１を回転可能に取り付けてある。

更に、プーリ３１の膨張ユニット５０側の端面に形成した、回転軸２８を中心とする環状の溝３１ａにクラッチコイル７３を収容してあり、電磁クラッチ３４は、上記のクラッチ板７１、クラッチコイル７３で構成される。
係る構成において、クラッチコイル７３に通電すると、磁気吸引力が発生することでクラッチ板７１がプーリ３１に接触し、プーリ３１とクラッチ板７１（回転軸２８）とが連動するようになり、結果、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（回転軸２８）とエンジン１０（クランクシャフト１０ａ）との間で動力の伝達が行われるようになる。

また、第２ケーシング部材６５ｂを貫通して膨張機２３側に延びる回転軸（主軸）２８に対し、従動クランク機構８１を介して旋回スクロール（回転体）５２を連結してある。
従動クランク機構８１は、回転軸（主軸）２８の大径部２８ａに設けたフランジ部２８ｃ（大径部）の端面に、回転軸２８と平行にかつ回転軸２８に対して軸心をずらして立設したクランクピン８２と、クランクピン８２が嵌合するクランクピン孔８３ａを備え、旋回スクロール（回転体）５２に設けたドライブベアリング（軸受）５６に保持される偏心ブッシュ８３とを有し、偏心ブッシュ８３は、クランクピン８２に対し揺動可能に挿入され、クランクピン８２の旋回運動が、そのまま偏心ブッシュ８３の旋回運動（公転運動）になる構成である。
尚、偏心ブッシュ８３にクランクピンを立設する一方、この偏心ブッシュ８３に設けたクランクピンが嵌合するクランクピン孔を、回転軸２８の大径部２８ａに設けることができる。

また、偏心ブッシュ８３及び旋回スクロール５２とのバランスを取り、膨張機２３の振動発生を抑制するためのカウンタウェイト（バランスウェイト）８４を、偏心ブッシュ８３に対して例えばリベットのかしめによって固定してある。
更に、旋回スクロール５２の旋回半径を規制するために、回転軸２８のフランジ部２８ｃに規制用孔２８ｄを設けると共に、規制用孔２８ｄに嵌合する規制用突起８３ｂを偏心ブッシュ８３に設けてあり、規制用孔２８ｄと規制用突起８３ｂとの係合によって、クランクピン８２回りの偏心ブッシュ８３の揺動を規制している。

上記のように、ポンプユニット６０においては、筐体（第１筐体）としてのケーシング部材６５が、ギヤポンプ６１（第１回動ユニット）、回転軸２８及び従動クランク機構８１を支持し、膨張ユニット５０においては、本体部５１ａ及びケーシング部材５４からなる筐体（第２筐体）が、固定スクロール５１及び旋回スクロール５２からなる膨張機２３（第２回動ユニット）を支持する。
そして、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とは、ポンプユニット６０側の筒状部（嵌挿部）６５ｃと、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとを嵌合することで、一体化してポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）を構成する。

換言すれば、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）は、図３に示すように、ポンプユニット６０側の筒状部（嵌挿部）６５ｃと、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとの嵌合部分で分離し、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６から引き抜くようにすると、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とに分割できる。
また、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂにポンプユニット６０側の筒状部（嵌挿部）６５ｃを嵌合しつつ、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に嵌合させることで、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とが回転軸２８で連結されて一体化し、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）として機能するようになる。

更に、図３に示すように、偏心ブッシュ８３の膨張ユニット５０側の先端から、筒状部（嵌挿部）６５ｃに装着したＯリング（シール部材）９４までの軸方向における距離をＡ、ケーシング部材５４（第２筐体）のポンプユニット６０側の開放端から旋回スクロール（回転体）５２に設けたドライブベアリング（軸受）５６の開口縁までの軸方向における距離をＢ、偏心ブッシュ８３の膨張ユニット５０側の先端から筒状部（嵌挿部）６５ｃの先端までの軸方向における距離をＣとしたときに、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たすように、各部品の寸法を設定してある。

上記のポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）によると、ポンプユニット６０（ポンプ２５Ａ）と膨張ユニット５０（膨張機２３）とに分割できるから、ポンプ２５Ａの作動評価（性能試験）と、膨張機２３の作動評価（性能試験）とを個別に行える。
従って、例えば、無負荷時の膨張機２３のトルク測定を、ポンプユニット６０から分離させた膨張ユニット５０単体で行えば、トルクの測定精度が向上する。
また、ポンプ一体型膨張機２９Ａに不具合が発生したときに、個別に作動評価を行うことで、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とのいずれの側に不具合があるのかを特定できるから、例えば、不具合が発生しているユニットのみを交換することが可能で、ポンプ一体型膨張機２９Ａの生産効率及びメンテナンス性を向上させることができる。

また、例えば、回転軸２８の途中に設けた継手部分で、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とを分離させる場合、膨張ユニット５０側にも回転軸２８の軸受を設ける必要が生じ、これによって、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）の軸方向長さが長くなり、また、部品点数や加工，組み立て工数が増大して生産コストが高くなる。
これに対し、上記のポンプ一体型膨張機２９Ａでは、従動クランク機構８１及び回転軸２８（主軸）を含むポンプユニット６０と、膨張ユニット５０とに分割できるので、分離される膨張ユニット５０側には、回転軸２８（主軸）を軸支する軸受は不要である。
従って、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）の軸方向長さを短くでき、また、部品点数や加工，組み立て工数を低下させて、生産コストを低く抑えることができる。

また、上記のポンプ一体型膨張機２９Ａにおいて、距離Ａ，Ｂ，Ｃが、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすようにすることで、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とを一体化させる組み立て工程における作業性を向上させることができる。
即ち、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たすポンプ一体型膨張機２９Ａでは、Ｂ＞Ｃであるから、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とを一体化させるときに、偏心ブッシュ８３のドライブベアリング５６に対する嵌合が開始される前に、ポンプユニット６０側の筒状部（嵌挿部）６５ｃと膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとの嵌合が開始されることになる。
従って、膨張ユニット５０に対するポンプユニット６０の径方向の位置が確定した状態で、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６との位置合わせを行えばよく、ポンプユニット６０側の筒状部６５ｃを膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂに対して回転させると、回転軸２８（主軸）に対する偏心ブッシュ８３ｂの旋回半径が変化し、その結果、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に対して容易に嵌合させることができる。

これに対し、ポンプユニット６０側の筒状部（嵌挿部）６５ｃと膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとの嵌合よりも前に、偏心ブッシュ８３のドライブベアリング５６に対する嵌合が開始されるように設定される場合、即ち、Ｂ＜Ｃである場合、膨張ユニット５０とポンプユニット６０との芯合わせをしながら、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６との位置合わせをする必要がある。このため、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に対して嵌合させる作業が難しくなる。
ここで、旋回スクロール５２の旋回半径と、従動クランク機構８１における旋回半径とのずれは、規制用突起８３ｂと規制用孔２８ｄとの隙間（ガタ）と、クランクピン８２に対する偏心ブッシュ８３の回動とによって発生する旋回半径の許容幅によって吸収される。
尚、上記のように、本実施形態では、クランクピン８２に対する偏心ブッシュ８３の回動、及び、規制用突起８３ｂと規制用孔２８ｄとのガタによって、旋回スクロール５２の旋回半径と、従動クランク機構８１における旋回半径とのずれを吸収しているが、クランクピン８２と偏心ブッシュ８３に設けたクランクピン孔８３ａとが共に矩形状で、クランクピン８２に対して偏心ブッシュ８３が径方向にスライド可能に挿入されることによって、旋回半径のずれを吸収するスライダ式従動クランク機構であってもよい（例えば、特開２００６−３４２７９３号の図６参照）。

また、上記のポンプ一体型膨張機２９Ａでは、Ｂ＞Ｃであって、かつ、Ａ＞Ｂであるから、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とを一体化させるときに、偏心ブッシュ８３がドライブベアリング５６に対して嵌合し始めてから、その後に、Ｏリング９４が小内径部５４ｂに嵌合し始めることになる。
従って、Ｏリング９４と小内径部５４ｂとの嵌合によって、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０との間での相対的な動きが制限されるようになる前に、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６とを位置合わせすることができ、位置合わせを容易に行える。

これに対し、偏心ブッシュ８３がドライブベアリング５６に対して嵌合し始める前に、Ｏリング９４が小内径部５４ｂに嵌合し始める場合、即ち、Ｂ＞Ａである場合は、膨張ユニット５０に対してポンプユニット６０を動かし難くなり、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６との位置合わせが難しくなる。
このように、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たす上記のポンプ一体型膨張機２９Ａでは、ポンプユニット６０と膨張ユニット５０とを一体化させるときに、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に対して容易に嵌合でき、一体化の作業性を向上させることができる。

次に、本願発明の第２実施形態を示す。
図４は、第２実施形態において、本発明に係る流体機械を組み込む廃熱利用装置１Ｂの構成を示している。
前述した第１実施形態の廃熱利用装置１Ａは、ポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）を用い、膨張機２３が発生する駆動力で、ランキンサイクル装置２Ａの作動流体（冷媒）を循環させるポンプ２５Ａを駆動し、かつ、膨張機２３が発生する駆動力で、エンジン１０の出力をアシストする廃熱利用装置とした。

これに対し、図４に示す第２実施形態の廃熱利用装置１Ｂは、膨張機２３が発生する駆動力で発電機１０１を駆動することで、エンジン１０の廃熱を電気エネルギーに変換して利用する装置である。尚、図４においては、図１と同一要素には同一符号を付してあり、同一要素の機能は、第１実施形態と同様であるものとする。
図４において、廃熱利用装置１Ｂは、ランキンサイクル装置２Ｂと、ランキンサイクル装置２Ｂの出力で駆動される発電機１０１と、制御ユニット４と、を備えている。

ランキンサイクル装置２Ｂは、作動流体（冷媒）を循環させる循環路２１を備え、この循環路２１に、作動流体の流れ方向に沿って、蒸発器２２、膨張機２３、凝縮器２４及びポンプ２５Ｂをこの順に配置してある。
蒸発器２２は、エンジン１０の冷却水循環路１１内の高温の冷却水（又は、エンジン１０の排気）と、ランキンサイクル装置２Ｂの作動流体との間で熱交換を行わせることによって、ランキンサイクル装置２Ｂの作動流体を加熱して蒸発（気化）させる。

膨張機２３は、蒸発器２２で気化し蒸気となった作動流体を膨張させることで、駆動力を発生するスクロール型の膨張機である。
凝縮器２４は、膨張機２３を経由した作動流体と外気との間で熱交換を行わせることによって、作動流体を冷却して凝縮（液化）させる。

ポンプ２５Ｂは、例えば電動機からなる駆動ユニット２０１が駆動する電動式ポンプであり、凝縮器２４で液化した作動流体を蒸発器２２へと送出する。
尚、ポンプ２５Ｂとしては、ギヤポンプやベーンポンプなどの公知のポンプを適宜採用できる。
また、電動式のポンプ２５Ｂに代えて、エンジン１０のクランクシャフトで駆動される機械式ポンプを設け、エンジン１０からの機械式ポンプへの動力伝達を、第１実施形態と同様に、電磁クラッチなどで制御することができる。

制御ユニット４は、ポンプ２５Ｂの駆動／停止を制御する装置であり、ポンプ２５Ｂが、電動機（モータ）からなる駆動ユニット２０１で駆動される電動式ポンプであれば、電動機に対する通電を制御することで、ポンプ２５Ｂの駆動／停止を制御する。また、エンジン１０で駆動される機械式ポンプを用いる場合には、制御ユニット４は、エンジン１０からの駆動力を機械式ポンプに伝達する伝達機構に組み込まれる電磁クラッチのオン／オフを制御することで、ポンプの駆動／停止を制御する。

ここで、膨張機２３と発電機１０１とを、回転軸２８で連結して一体化することで、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）としてある。即ち、発電機一体型膨張機２９Ｂの回転軸２８は、膨張機２３の出力軸としての機能及び発電機１０１の入力軸として機能を有する。
そして、ランキンサイクル装置２Ｂは、ポンプ２５Ｂによる作動流体の循環を開始することで起動し、その後、膨張機２３（発電機一体型膨張機２９Ｂにおける膨張ユニット）が駆動力を発生するようになると、膨張機２３が出力する駆動力によって発電機１０１が駆動され、発電機１０１が発電する。

発電機１０１は、発電した電力を負荷３０１に供給する。負荷３０１は、車載のバッテリや車両の駆動力（エンジン１０のアシスト力）を発生する電動機（モータ）などであり、廃熱利用装置１Ｂは、エンジン１０の廃熱を電気エネルギーに変換して利用する装置である。
尚、膨張機２３を迂回して作動流体を循環させるバイパス路、及び、当該バイパス路を開閉するバイパス弁を備えることができる。

次に、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）の構造を、図５及び図６に基づき詳細に説明する。
発電機一体型膨張機２９Ｂの膨張機２３の部分（膨張ユニット５０）は、第１実施形態と同様に、発電機一体型膨張機２９Ｂの軸方向の一端部に配置される固定スクロール５１と、旋回スクロール（回転体）５２と、スクロール収容空間５３を形成するケーシング部材５４とを備える。

一方、発電機一体型膨張機２９Ｂの発電機１０１の部分（発電ユニット１２１）は、発電機１０１と、発電機１０１を支持するケーシング部材１１０とを有する。
発電機１０１は、ケーシング部材１１０内に延設される回転軸２８の部分に固定した、例えば永久磁石からなる回転子１０２と、回転子１０２を囲むようにケーシング部材１１０の内周面に固定したステータ１０３とを備える。
ステータ１０３は、ヨーク１０３ａと、ヨーク１０３ａに巻回した例えば３組のコイル１０３ｂとを有する。コイル１０３ｂは、回転子１０２の回転に伴って３相の交流電流を発生し、当該交流電流を外部の負荷３０１に供給する。
尚、発電ユニット１２１は、直流発電機であってもよい。

ケーシング部材１１０は、回転子１０２、ステータ１０３などの収容する空間１１０ｃを形成する有底筒状の第１ケーシング部材１１０ａと、第１ケーシング部材６５ａに接合して空間１１０ｃを閉塞する第２ケーシング部材１１０ｂとからなる。
第２ケーシング部材１１０ｂの膨張ユニット５０側には、膨張ユニット５０のケーシング部材５４の小内径部５４ｂの内側に嵌合する筒状部（嵌挿部）１１０ｄを一体的に形成してあり、該筒状部１１０ｄの内部には、回転軸２８の大径部２８ａを支持するボールベアリング６６ａを設けてある。

また、筒状部１１０ｄの外周に設けた溝１１０ｅにＯリング（シール部材）１２０を装着してあり、このＯリング１２０によって嵌合隙間を密封し、作動流体の漏れを抑制している。
更に、第１ケーシング部材１１０ａの底部には、回転軸２８の端部を回転可能に支持するボールベアリング１２２を配置し、第２ケーシング部材１１０ｂの回転軸２８が挿通される貫通孔１１０ｆの発電機１０１側の端部には、軸シール１２３を配置してある。
また、回転軸（主軸）２８に対し従動クランク機構８１を介して旋回スクロール（回転体）５２を連結してある。

従動クランク機構８１は、第１実施形態と同様に、回転軸（主軸）２８の大径部２８ａに設けたフランジ部２８ｃ（大径部）の端面に、回転軸２８と平行にかつ回転軸２８に対して軸心をずらして立設したクランクピン８２と、クランクピン８２が嵌合するクランクピン孔８３ａを備え、旋回スクロール（回転体）５２に設けたドライブベアリング（軸受）５６に保持される偏心ブッシュ８３とを有し、偏心ブッシュ８３はクランクピン８２に対し揺動可能に挿入される。
尚、偏心ブッシュ８３にクランクピンを立設する一方、この偏心ブッシュ８３に設けたクランクピンが嵌合するクランクピン孔を、回転軸２８の大径部２８ａに設けることができる。
更に、カウンタウェイト（バランスウェイト）８４を、偏心ブッシュ８３に対して例えばリベットのかしめによって固定してあり、また、回転軸２８のフランジ部２８ｃに規制用孔２８ｄを設けると共に、規制用孔２８ｄに嵌合する規制用突起８３ｂを偏心ブッシュ８３に設けてある。

上記のように、発電ユニット１２１においては、筐体（第１筐体）としてのケーシング部材１１０が、発電機１０１（第１回動ユニット）、回転軸２８及び従動クランク機構８１を支持し、膨張ユニット５０においては、本体部５１ａ及びケーシング部材５４からなる筐体（第２筐体）が、固定スクロール５１及び旋回スクロール５２からなる膨張機２３（第２回動ユニット）を支持する。
そして、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とは、発電ユニット１２１側の筒状部（嵌挿部）１１０ｄと、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとを嵌合することで、回転軸２８を介して連結され一体化し、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）を構成する。

換言すれば、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）は、図６に示すように、発電ユニット１２１側の筒状部（嵌挿部）１１０ｄと、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとの嵌合部分で分離し、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６から引き抜くようにすると、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とに分割できる。
また、膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂに発電ユニット１２１側の筒状部（嵌挿部）１１０ｄを嵌合しつつ、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に嵌合させることで、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とが回転軸２８で連結して一体化し、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）として機能する。

更に、図６に示すように、偏心ブッシュ８３の膨張ユニット５０側の先端から、筒状部（嵌挿部）１１０ｄに装着したＯリング（シール部材）１２０までの軸方向における距離をＡ、ケーシング部材５４（第２筐体）の発電ユニット１２１側の開放端から旋回スクロール（回転体）５２に設けたドライブベアリング（軸受）５６の開口縁までの軸方向における距離をＢ、偏心ブッシュ８３の膨張ユニット５０側の先端から筒状部（嵌挿部）１１０ｄの先端までの軸方向における距離をＣとしたときに、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たすように、各部品の寸法を設定してある。

上記の発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）によると、第１実施形態におけるポンプ一体型膨張機２９Ａ（流体機械）と略同様な作用、効果を奏する。
即ち、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とに分割できるから、発電機１０１の作動評価（性能試験）と、膨張機２３の作動評価（性能試験）とを個別に行え、また、発電機一体型膨張機２９Ｂに不具合が発生したときに、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とのいずれの側に不具合があるのかを特定できる。

また、旋回スクロール５２の旋回半径と、従動クランク機構８１における旋回半径とのずれは、規制用突起８３ｂと規制用孔２８ｄとの隙間（ガタ）と、クランクピン８２に対する偏心ブッシュ８３の揺動とによって発生する旋回半径の許容幅によって吸収できる。尚、第１実施形態と同様に、旋回半径のずれを吸収するスライダ式従動クランク機構を採用できる。
また、上記の発電機一体型膨張機２９Ｂでは、従動クランク機構８１及び回転軸２８（主軸）を含む発電ユニッ１２１と、膨張ユニット５０とに分割できるので、分離される膨張ユニット５０側には、回転軸２８（主軸）を軸支する軸受は不要である。
従って、発電機一体型膨張機２９Ｂ（流体機械）の軸方向長さが短くでき、また、部品点数や加工，組み立て工数が低下させて、生産コストが低く抑えることができる。

また、上記の発電機一体型膨張機２９Ｂにおいて、距離Ａ，Ｂ，Ｃが、Ａ＞Ｂ＞Ｃの関係を満たすようにすることで、発電機ユニット１２１と膨張ユニット５０とを一体化させる組み立て工程における作業性を向上させることができる。
即ち、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たす発電機一体型膨張機２９Ｂでは、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とを一体化させるときに、偏心ブッシュ８３のドライブベアリング５６に対する嵌合が開始される前に、発電ユニット１２１側の筒状部（嵌挿部）１１０ｄと膨張ユニット５０側の小内径部５４ｂとの嵌合が開始されることになる。

従って、膨張ユニット５０に対する発電ユニット１２１の径方向の位置が確定した状態で、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６との位置合わせを行えばよく、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に対して容易に嵌合させることができる。
また、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たす上記の発電機一体型膨張機２９Ｂでは、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とを一体化させるときに、偏心ブッシュ８３がドライブベアリング５６に対して嵌合し始めてから、その後に、Ｏリング１２０が小内径部５４ｂに嵌合し始めることになる。

従って、Ｏリング１２０と小内径部５４ｂとの嵌合によって、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０との間での相対的な動きが制限されるようになる前に、偏心ブッシュ８３とドライブベアリング５６とを位置合わせすることができ、位置合わせを容易に行える。
このように、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たす上記の発電機一体型膨張機２９Ｂでは、偏心ブッシュ８３をドライブベアリング５６に対して容易に嵌合でき、発電ユニット１２１と膨張ユニット５０とを一体化させる作業における作業性が向上する。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。
例えば、スクロール型の膨張ユニットと、発電ユニットと、ポンプユニットとを、共通の回転軸で連結して一体的に備える流体機械であってもよく、更に、発電ユニットは、発電機能と共にモータ機能を有するモータジェネレータであってもよい。

また、主軸に対して従動クランク機構を介して連結される回転体を備えた第２回動ユニットは、スクロール型膨張機に限定されず、スクロール型圧縮機であってもよい。更に、第２回動ユニットにおける回転体は、旋回スクロール（揺動スクロール）に限定されず、偏心回転式ピストンなどであってもよい。
例えば、特開２０１１−０３２９５８号公報に開示されるような偏心回転式ピストン機構を有する圧縮機（圧縮機ユニット；第２回動ユニット）と、モータ（電動機ユニット；第２回動ユニット）とを一体的に備える流体機械において、本願発明に係る分割構造を適用でき、この場合、偏心回転式のピストンが、主軸に対して従動クランク機構を介して連結される回転体となる。

１Ａ，１Ｂ…廃熱利用装置、２Ａ，２Ｂ…ランキンサイクル装置、１０…エンジン、２１…循環路、２２…蒸発器、２３…膨張機（第２回動ユニット）、２４…凝縮器、２５Ａ…ポンプ（第１回動ユニット）、２５Ｂ…ポンプ、２８…回転軸（主軸）、２８ａ…大径部、２８ｃ…フランジ部２８ｃ、２９Ａ…ポンプ一体型膨張機（流体機械）、２９Ｂ…発電機一体型膨張機（流体機械）、５０…膨張ユニット、５１…固定スクロール、５１ａ…本体部（第２筐体）、５２…旋回スクロール（回転体）、５４…ケーシング部材（第２筐体）、６０…ポンプユニット、６５…ケーシング部材（第１筐体）、６５ｃ，１１０ｄ…筒状部（嵌挿部）、８１…従動クランク機構、８２…クランクピン、８３…偏心ブッシュ、８３ａ…クランクピン孔、９４，１２０…Ｏリング（シール部材）、１０１…発電機、１２１…発電ユニット（第１回動ユニット）

Claims (3)

1. 主軸回りに回動する第１回動ユニットと、
   固定スクロール、旋回スクロール、自転阻止機構を備えた第２回動ユニットと、
   前記主軸の大径部に対して偏心して設けたクランクピンと、前記クランクピンに対して揺動可能に挿入され、前記旋回スクロールに設けた軸受に保持される偏心ブッシュと、からなり、前記主軸の回転運動と前記旋回スクロールの旋回運動との間の変換を行うと共に、前記旋回スクロールの旋回半径が可変可能な従動クランク機構と、を備え、
   前記主軸の大径部を支持する軸受を備える第１筐体に、前記第１回動ユニットを支持すると共に前記主軸を介して前記従動クランク機構を支持し、
   第２筐体に、前記第２回動ユニットを支持し、
   前記第１筐体と前記第２筐体とを分割可能とした流体機械であって、
   前記第２筐体の開放端の内側に前記第１筐体の嵌挿部の外周が嵌合して、前記第１筐体と前記第２筐体とが結合され、かつ、前記第１筐体の嵌挿部の外周に設けたシール部材によって、前記第１筐体と前記第２筐体との間の嵌合隙間を密封する一方、
   前記偏心ブッシュの先端から前記シール部材までの軸方向における距離をＡ、前記第２筐体の開放端縁から前記旋回スクロールの軸受の開口端縁までの軸方向における距離をＢ、前記偏心ブッシュの先端から前記第１筐体の嵌挿部の先端までの軸方向における距離をＣとしたときに、Ａ＞Ｂ＞Ｃを満たす、流体機械。
2. 前記第２回動ユニットがスクロール型の膨張機であり、前記第１回動ユニットがポンプユニットである、請求項１記載の流体機械。
3. 前記第２回動ユニットがスクロール型の膨張機であり、前記第１回動ユニットが発電ユニットである、請求項１記載の流体機械。