JPH0481589A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば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し、特に、旋回スクロールと
固定スクロールとの間に潤滑油等を供給しない無給油式
のスクロール式流体機械に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来技術のスクロール式流体機械を横置き型の
空気圧縮機として用いた場合を例にあげて説明する。

図において、１はケーシング、２は該ケーシング１を後
述の前側ケーシング３と共に構成する有底筒状のケーシ
ング本体を示し、該ケーシング本体２は、円板状の底部
２Ａと、該底部２Ａの内周側からケーシング本体２内に
延びた軸受部２Ｂと、底部２Ａの外周側から前側ケーシ
ング３の方向に延びた円筒部２Ｃとから構成されている
。

３はケーシング本体２の円筒部２Ｃ先端側に位置して一
体的に設けられ、短尺の段付円筒状に形成された前側ケ
ーシングを示し、該前側ケーシング３の内周側には径方
向内向きに環状部３Ａが一体に突設され、該環状部３Ａ
の内周側には後述する旋回スクロール６の背面７Ｂ外周
側に摺接してスラスト方向の荷重を受承するスラスト受
部３Ｂが形成されている。そして、該スラスト受部３Ｂ
には旋回スクロール６との間に自転防止機構（図示せず
）が配設されるようになっている。

４はケーシング本体２の軸受部２Ｂに軸線Ｏ−０を中心
として軸受５，５．により回転可能に支持された駆動軸
を示し、該駆動軸４の先端側はケーシングｌ内へと伸長
してクランク軸４Ａとなり、該クランク軸４Ａの軸線０
．−〇、は駆動軸４の軸線０−０に対して所定寸法ｄだ
け偏心するようになっている。そして、該駆動軸４の基
端側はケーシング１外でモータ（図示せず）に連結され
、このモータにより回転駆動されるようになっている。

６は前側ケーシング３のスラスト受部３Ｂと後述する固
定スクロール１１のスラスト受部１５との間に位置し、
クランク軸４Ａに回転可能に取付けられた旋回スクロー
ルを示し、該旋回スクロール６は、円盤状に形成された
鏡板７と、該鏡板７の前面７Ａ側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うず巻状の
ラップ部８と、鏡板７の背面７Ｂ側中央に設けられたボ
ス部９とからなり、該ボス部９内にはクランク軸４Ａが
旋回軸受１０を介して取付けられている。

そして、該旋回スクロール６は駆動軸４を回転駆動する
ときに、クランク軸４Ａにより寸法ｄの旋回半径をもっ
た円運動が与えられると共に、自転防止機構によって自
転運動が防止され、駆動軸４の軸線Ｏ−０を中心にして
旋回（公転）し続けるようになっている。

１１はケーシングｌの先端側を施蓋するように前側ケー
シング３の先端面に衝合して固着された固定スクロール
を示し、該固定スクロール１１は、その中心が駆動軸４
の軸線Ｏ−Ｏと一致するように中央部側に配設された鏡
板１２と、該鏡板１２の内面側に立設されたうず巻状の
ラップ部１３と、鏡板１２の外周側に位置して断面コ字
形状に形成された筒状の支持部１４とから大略構成され
、該支持部１４の先端側には前側ケーシング３と衝合す
る環状板１５が一体に形成されている。そして、該環状
板１５の内周側には、旋回スクロール６の鏡板７に摺接
することにより、該旋回スクロール６からのスラスト方
向の荷重を受承する環状のスラスト受部１５Ａが、前側
ケーシング３のスラスト受部３Ｂと対向して形成されて
いる。

ここで、該固定スクロール１１のラップ部１３は旋回ス
クロール６のラップ部８と所定角度だけずらして重なり
合うように配設され、旋回スクロール６が旋回するとき
に、ラップ部８との間で連続的に縮小する複数の密閉空
間としての圧縮室１６．１６．・・・を画成するように
なっている。

１７．１８は固定スクロール１１に形成された吸込口お
よび吐出口を示し、該吸込口１７は最外周側の圧縮室１
６と連通ずるように支持部１４の外周側に穿設され、吐
出口・１８は最中実測の圧縮室１６と連通ずるように鏡
板１２の中心部に穿設されている。１９は駆動軸４にケ
ーシング１内に位置して設けられたカウンタウェイトを
示し、該カウンタウェイト１９は駆動軸４および旋回ス
クロール６等の回転バランスをとる構成となっている。

２０は圧縮空気を貯蔵する空気タンクで、該空気タンク
２０は吐出管２１を介して固定スクロール１１の吐出口
１８に接続されている。２２は該空気タンク２０の吐出
側に設けられた手動式のバルブを示し、該バルブ２２の
弁開度を調節することにより空気タンクから外部の空気
圧機器に供給される圧縮空気の量を調整できるようにな
っている。

従来技術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、駆動軸４をモータによって回転駆動す
ると、この回転はクランク軸４Ａから旋回軸受１０を介
して旋回スクロール６に伝えられ、旋回スクロール６は
駆動軸４の軸線Ｏ−Ｏを中心とし、寸法ｄの旋回半径を
もって旋回するようになり、該旋回スクロール６のラッ
プ部８と固定スクロール１１のラップ部１３との間に画
成される各圧縮室１６を連続的に縮小させ、吸込口１７
から吸込んだ空気を各圧縮室１６内で圧縮しつつ、この
圧縮空気を吐出口１８から順次吐出管２１を介して空気
タンク２０に吐出させることによって圧縮作用を行うよ
うになっている。そして、空気タンク２０内に貯蔵され
た圧縮空気はバルブ２２を介して外部の空気圧機器等に
供給されるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

然るに、上述した従来技術では、圧縮作用時には各圧縮
室１６内で圧縮熱が発生し、また旋回スクロール６と旋
回軸受１０、固定スクロール１１のスラスト受部１５Ａ
等との間には回転による摩擦熱が発生するから、これら
の熱が旋回スクロール６や固定スクロール１１に伝わり
、旋回スクロール６および固定スクロール１１の各ラッ
プ部８．１３の温度が上昇する。特に、無給油式のスク
ロール式空気圧縮機では、給油式のものと比べてこれら
の温度上昇が著しいから、各ラップ部８．１３がこの温
度上昇に応じて熱膨張し、各ラップ部８，１３先端と各
鏡板７．１２の歯底との間のスラスト方向クリアランス
δが減少してしまい、各ラップ部８．１３の歯先面がそ
れぞれ各鏡板７，１２と接触して「カジリ」現象を生じ
易い。

このため従来技術では、圧縮機の運転状態の温度上昇に
応じて熱膨張する寸法分だけ、予め各ラップ部８．１３
の高さ寸法を短くし、スラスト方向クリアランスδを大
きくするようになっているものの、各ラップ部８．１３
が圧縮作用により温度上昇して熱膨張し、スラスト方向
クリアランスδが最適な所定寸法に達するまで時間がか
かるから、圧縮機の立上がり性能が低下し、圧縮効率が
低下するという問題がある。特に、バルブ２２を大きく
開弁じた状態で圧縮機を起動、運転する場合は、空気タ
ンク２０、吐出管２１内等の圧力が所定圧まで上昇する
のに時間がかかるから、圧縮作用の効率が低下して圧縮
機の立上がり性能が大幅に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
、本発明は圧縮機の起動開始後に、各ラップ部と各鏡板
との間のスラスト方向クリアランスを速やかに所定寸法
にすることができ、圧縮機の立上がり性能を大幅に向上
できるようにしたスクロール式流体機械を提供するもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

上述した課題を解決するために本発明が採用する構成の
特徴は、固定スクロールの吐出口側に設けられた電磁弁
と、起動後に旋回スクロールと固定スクロールとの間の
スラスト方向クリアランスが所定寸法に達するまで該電
磁弁を閉弁状態に制御する電磁弁制御手段とを備えたこ
とにある。

また、前記電磁弁制御手段は起動後の所定時間を設定す
るタイムコントローラから構成するのが好ましい。

さらに、前記電磁弁制御手段は、旋回スクロールまたは
固定スクロールの温度を検出する温度検出手段からの検
出信号に基づき前記電磁弁を閉弁状態に制御する構成と
してもよい。

［作用］ 上記構成により、電磁弁制御手段によって起動時に電磁
弁は閉弁し、吸込口から吸込んだ流体を密閉空間内で繰
返し圧縮し続けることができる。

そして、密閉空間内の圧力が上昇することにより、旋回
スクロールまたは固定スクロールの各ラップ部は温度上
昇して熱膨張し、旋回スクロールと固定スクロールとの
間のスラスト方向クリアランスを速やかに所定寸法にす
ることができ、このスラスト方向クリアランスが所定寸
法に達したときに、電磁弁制御手段は電磁弁を開弁させ
て通常運転を行うことができる。

また、前記電磁弁制御手段をタイムコントローラから構
成した場合に、予め起動後の圧縮作用によって旋回スク
ロールと固定スクロールとの間のスラスト方向クリアラ
ンスが所定寸法に達する時間を設定しておけば、この所
定時間の経過後に自動的に電磁弁を開弁することができ
る。

さらに、温度検出手段は旋回スクロールまたは固定スク
ロールの温度を検出でき、電磁弁制御手段はこの検出信
号に基づき、旋回スクロールと固定スクロールとの間の
スラスト方向クリアランスが所定寸法に達する温度にな
るまで電磁弁を閉弁状態にすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図および第２図に基づき、
横置き型の空気圧縮機として用いた場合を例にあげて説
明する。なお、実施例では、上述した従来技術と同一の
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。

而して、第１図は本発明の第１の実施例を示している。

図において、３１は吐出管を示し、該吐出管３１は従来
技術で述べた吐出管２１とほぼ同様に、吐出口１８と空
気タンク２０との間を接続して設けられているものの、
該吐出管３１の途中には後述の電磁弁３２が設けられて
いる。

３２は吐出口１８側に位置して吐出管３１の途中に設け
られ、外部からの通電により閉弁する常開型の電磁弁を
示し、該電磁弁３２はリード線３３を介して後述のタイ
ムコントローラ３４に接続されている。そして、該電磁
弁３２はタイムコントローラ３４からリード線３３を介
して給電されたときに閉弁し、吐出口１８と空気タンク
２０との間を遮断するようになっている。

３４は電磁弁制御手段としてのタイムコントローラで、
該タイムコントローラ３４には、圧縮作用により各ラッ
プ部８．１３が熱膨張し、スラスト方向クリアランスδ
が所定寸法に達するまでの起動後からの所定時間が予め
設定されるようになっている。そして、該タイムコント
ローラ３４は圧縮機の起動後に、この設定された所定時
間が経過するまで電磁弁３２にリード！！３３を介して
通電し、電磁弁３２を閉弁させて各圧縮室１６内の圧力
を上昇させ、これにより各ラップ部８゜１３を熱膨張さ
せてスラスト方向クリアランスδを所定寸法にすると共
に、所定時間が経過した後は電磁弁３２への通電を停止
して開弁させ、圧縮機の通常運転を許すようになってい
る。

本実施例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、その基本的動作については格別差異
はない。

然るに、本実施例では、吐出口１８側に位置して吐出管
３１の途中に設けられた電磁弁３２と、起動後から予め
設定された所定時間が経過するまで該電磁弁３２に通電
して閉弁させるタイムコントローラ３４とを備えたから
、例えば空気タンク２ｏのバルブ２２が大き（開弁じた
状態でも、圧縮機の起動時から所定時間が経過するまで
電磁弁３２を閉弁し、吐出管３１内を遮断して、吸込口
１７から吸込んだ空気を各圧縮室１６で繰り返し圧縮さ
せることができ、これにより各圧縮室１６内の圧力を効
率的に上昇させ、このときの圧縮熱で各ラップ部８，１
３を速やかに熱膨張させて、スラスト方向クリアランス
δを速やかに所定寸法にすることができ、当該空気圧縮
機の立上がり性能を大幅に向上することができる等、種
々の効果を奏する。

また、第２図は本発明の第２の実施例を示し、本実施例
の特徴は、固定スクロールの鏡板に設けた温度センサの
検出信号に基づき、電磁弁を閉弁状態に制御するように
したことにある。

図中、４１は固定スクロール１１の鏡板１２に設けられ
た温度検出手段としての温度センサで、該温度センサ４
１はサーミスタ等の感温性材料から構成されている。そ
して、該温度センサ４１は各ラップ部８，１３や鏡板１
２等の温度を検出し、この検出信号をリード線４２を介
して後述の温度調節器４３に出力するようになっている
。

４３は電磁弁制御手段としての温度調節器を示し、該温
度調節器４３は起動時に温度センサ４１が検出した各ラ
ップ部８，１３等の温度が所定温度よりも低い場合に、
電磁弁３２にリード線３３を介して通電し、電磁弁３２
を閉弁させて吸込管３１を遮断し、これにより各圧縮室
１６内の圧力を増大させて各ラップ部８．１３を熱膨張
させると共に、各ラップ部８，１３が温度上昇し、スラ
スト方向クリアランスδが所定寸法になる温度に達した
場合には、電磁弁３２への通電を停止して吐出口１８と
空気タンク２０との間を連通させ、通常運転を許すよう
になっている。

かくして、このように構成される本実施例でも、前記第
１の実施例とほぼ同様の作用効果を得ることができるが
、特に、本実施例では、温度センサ４１が検出した各ラ
ップ部８，１３の温度に基づいて温度調節器４３は電磁
弁３２を閉弁状態に制御するように構成したから、夏、
冬等の気温変化がある場合や運転停止直後の再起動等の
場合でも、無駄なく確実に当該空気圧縮機の立上がり性
能を向上することができる。

なお、前記各実施例では、外部からの通電により閉弁す
る常開型の電磁弁３２を用いるものとして述べたが、こ
れに替えて、外部からの通電により開弁する常開型の電
磁弁を用いてもよ（、この場合は、運転停止後に空気タ
ンク２０からの圧縮空気が吐出管３１を吐出口１８に向
けて逆流し、これにより旋回スクロール６が逆回転する
のを防止することができる上に、例えば駆動軸４を回転
駆動するのに三相モータを用い、このモータの結線を間
違えて旋回スクロール６が逆回転した場合でも、吐出口
１８がら空気を吸込むことができないから各圧縮室１６
での圧縮作用を防止することができ、当該空気圧縮機の
フェイルセーフ機能を大幅に向上することができる。

また、前記第２の実施例では、温度検出手段としての温
度センサ４１はサーミスタから構成し、固定スクロール
１１の鏡板１２に設けるものとして述べたが、本発明は
これに限らず、例えば温度検出手段としてバイメタル等
からなる温度リレーを用い、これを旋回スクロール６の
鏡板７等に設けるようにしてもよ（、この場合には、温
度リレーが電磁弁制御手段を兼ねることができるから、
温度調節器４３を廃止してより簡単に構成することがで
きる。

さらに、前記各実施例では、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が、本
発明はこれに限定されず、例えば真空容器等と接続して
、真空を発生させるようにした真空ポンプとして用いる
ようにしてもよい。

また、前記各実施例では、無給油式のスクロール式流体
機械を例にあげて説明したが、本発明はこれに限らず、
給油式のスクロール式流体機械にも適用することができ
る。また、固定スクロール１１と環状板１５とは別体に
形成して、ボルト等で固着するようにしてもよい。

Ｃ発明の効果〕 以上詳述した通り本発明によれば、固定スクロールの吐
出口側に設けられた電磁弁と、起動後に旋回スクロール
と固定スクロールとの間のスラスト方向クリアランスが
所定寸法に達するまで該電磁弁を閉弁状態に制御する電
磁弁制御手段とを備えたから、電磁弁制御手段によって
起動時に電磁弁は閉弁でき、吸込口から吸込んだ流体を
密閉空間内で繰返し圧縮し続けることができ、この圧力
上昇により生じる圧縮熱によって旋回スクロールまたは
固定スクロールの各ラップ部を速やかに熱膨張させ、旋
回スクロールと固定スクロールとの間のスラスト方向ク
リアランスを所定の寸法にすることができ、当該スクロ
ール式空気圧縮機の立上がり性能を大幅に向上すること
ができる。

また、前記電磁弁制御手段をタイムコントローラから構
成すれば、予め起動後の圧縮作用によって旋回スクロー
ルと固定スクロールとの間のスラスト方向クリアランス
が所定寸法に達する時間を設定しておき、この所定時間
の経過後に自動的に電磁弁を開弁することができる。

さらに、電磁弁制御手段は温度検出手段の検出信号に基
づき電磁弁を閉弁状態に制御するようにすれば、夏、冬
等の気温差がある場合や運転停止直後の再起動時等の場
合でも、無駄な（速やかにスラスト方向クリアランスを
所定寸法にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すスクロール式空気
圧縮機の縦断面図、第２図は本発明の第２の実施例を示
すスクロール式空気圧縮機の縦断面図、第３図は従来技
術を示すスクロール式圧縮機の縦断面図である。 １・・・ケーシング、４・・・駆動軸、４Ａ・・・クラ
ンク軸、６・・・旋回スクロール、７．１２・・・鏡板
、８゜１３・・・ラップ部、１０・・・旋回軸受、１１
・・・固定スクロール、１６・・・圧縮室（密閉空間）
、１７・・・吸込口、１８・・・吐出口、３２・・・電
磁弁、３４・・・タイムコントローラ（電磁弁制御手段
）、４１・・・温度センサ（温度検圧手段）、４３・・
・温度調節器（電磁弁制御手段）、δ・・・スラスト方
向クリアランス。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ケーシングと、該ケーシングに回転可能に支持さ
   れ、該ケーシング内に伸びる先端側がクランク軸となっ
   た駆動軸と、該駆動軸のクランク軸に旋回軸受を介して
   回転可能に設けられ、鏡板にうず巻状のラップ部が立設
   された旋回スクロールと、前記ケーシングに設けられ、
   鏡板に該旋回スクロールのラップ部との間で密閉空間を
   形成するうず巻状のラップ部が立設された固定スクロー
   ルと、該固定スクロールに設けられた流体の吸込口およ
   び吐出口とからなるスクロール式流体機械において、前
   記固定スクロールの吐出口側に設けられた電磁弁と、起
   動後に前記旋回スクロールと固定スクロールとの間のス
   ラスト方向クリアランスが所定寸法に達するまで該電磁
   弁を閉弁状態に制御する電磁弁制御手段とを備えたこと
   を特徴とするスクロール式流体機械。
2. （２）前記電磁弁制御手段は起動後の所定時間を設定す
   るタイムコントローラから構成してなる請求項（１）記
   載のスクロール式流体機械。
3. （３）前記電磁弁制御手段は、旋回スクロールまたは固
   定スクロールの温度を検出する温度検出手段からの検出
   信号に基づき前記電磁弁を閉弁状態に制御する構成とし
   てなる請求項（１）記載のスクロール式流体機械。