JPH0583753B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスクロール流体機械（圧縮機、真空ポ
ンプ、膨脹機、流体ポンプなど）のうち主に圧縮
機や真空ポンプに係り、特にクリーンな圧縮ガス
やクリーンな真空を得るためのスクロール流体機
械に関する。

〔従来の技術〕

スクロール圧縮機と真空ポンプにおける作動
は、基本的に同じである。ガスの圧縮により発生
する熱により、運転時にスクロールラツプの温
度が上り、ラツプが熱膨脹し、初期ギヤツプが小
さいと、スクロール同士が接触を起す。特に軸方
向が問題。外周部よりガスを吸入し、中央部へ
向つて圧縮を行うため、中央部が外周部に較べて
高温となり、このため中央部と外周部に熱膨脹の
差が生じる。構造によつては、他の部品の熱膨
脹がスクロールラツプの軸方向相対位置に影響す
る。などの問題がある。従つて、組立時に熱膨脹
に相当する軸方向ギヤツプをスクロールラツプの
先端面と対向する端板面の間に設けて、スクロー
ル同士の接触を防止しないと、機械損失の増大
や、ラツプ損傷の原因となる。また、初期ギヤツ
プが大きいと、圧縮作業を行わず、性能が得られ
ない。一方、高温部の温度レベルが高すぎる（概
略200℃以上）と、熱膨脹だけでなく、部材の強
度面にも問題が生じるから、部材の冷却による温
度の低下が重要な課題である。

従来、熱膨脹による悪影響を解消することを目
的とする発明としては、特開昭57−171002号公
報、特開昭57−183589号公報などが知られてい
る。特開昭57−171002号公報に開示された発明
は、スクリーン部材のラツプと等しい膨脹係数の
デスタントピースを高温度となる領域および低温
度領域の両方にそれぞれ設置し、各位置の温度レ
ベルに合つたすなわち、熱膨脹量に合つた量だけ
変位させて、ラツプの先端と端板との間の〓間を
適正に維持しようとするものである。

特開昭57−183589号に、固定スクロール部材の
端板内に放射状にヒートパイプを埋め込む、ある
いは端板外壁に接合して、固定スクロール部材の
温度の均一化を計り、ラツプ先端の軸方向ギヤツ
プを均一にする方法が開示されている。

又、昭和10年実用新案出願公告第15342号公報
には、可動翼形のロータリ圧縮機において圧縮行
程側（排出室側）のケーシングに水套部を設け冷
却水を流すことが開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕 しかし、特開昭57−171002号公報、特開昭57−
183589号公報、特開昭57−171002号公報に記載さ
れた発明は、デスタントピースが温度レベルに異
なる領域に別々に設置されているために、両デス
タントピースによつて異なる変位量をスクロール
部材間に強制的に加えられる。そのため、スクロ
ール部材の端板に反りが生じ、これに伴い、ラツ
プも軸心方向に対して傾き、ラツプの先端側とラ
ツプ根元部が局部的に当り、相対的に運動する２
つのスクロール部材間の接触を避けるという所期
の目的を達成されない。

又、特開昭57−183589号公報に記載されたもの
は、ヒートパイプ等の熱移動手段を固定スクロー
ルの端板に設けて、端板の内部中心より外部に向
けて移動するように構成はしているものの、ヒー
トパイプは周方向に間隔をおいてしか配置できな
いものであり、凝縮部と蒸発部との間に温度差を
有さないと働かないものであるため、径方向及び
周方向に温度むらを生じやすいものであつた。
又、固定スクロール部材のフレームへの支持部材
には、ヒートパイプが形成されておらず、そのた
め、固定スクロール部材はフレームに対して軸方
向にほとんど変位しない。

又、昭和10年実用新案公告第15342号公報に開
示のものは、冷却水を流す水套部を備えてはいる
ものの、単に排気側を冷却するものであり、スク
ロール流体機械特有の熱変形によるラツプの先端
側とラツプ根元側の接触については配慮されてい
ないものであつた。

そのため、ラツプ先端が、端板に接触してしま
う。

また、この発明は、低圧チランバ方式の空調用
圧縮機に関するものであり、これによると、固定
スクロールの環状ハウジングの内外周面は、低温
の吸入ガスに接する。従つて、固定スクロール端
板上部のみ熱を伝えても、吸入ガスの冷却によ
り、該環状ハウジングの温度は均一にならず、中
央部に相当する熱膨脹は得られない。また、吸入
ガスの過熱を増大させ、性能を低下させるという
欠点がある。すなわち、この場合は、ある閉じら
れた系（作動ガス→作動ガス）内で熱を移動させ
ている。

本発明の目的は、対のスクロール部材のラツプ
間の〓間特に軸方向〓間を微小に適正に維持でき
るスクロール流体機械を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のスクロール流体機械は、上記目的を達
成するために、端板に鉛直に、かつ渦巻状に形成
されたラツプを備えた一対のスクロール部材を、
そのラツプ同士を対向させてかみ合わせ、第１の
スクロール部材を直接あるいは間接に静止フレー
ムに固定し、前記第２のスクロール部材を前記第
１のスクロール部材に対して旋回運動させて気体
を圧縮あるいは膨脹させるとともに、スクロール
部材を冷却する熱移送手段を備えたスクロール流
体機械において、前記熱移送手段が冷却流体を流
通させるものであつて、冷却流体の通路手段を、
前記第１のスクロール部材の外部に設けられたケ
ーシング手段の内壁面と第１のスクロール部材の
反ラツプ側の端板面との間、および前記ケーシン
グ手段の環状ハウジングの内壁面と前記第１のス
クロール部材の外周壁部分に設けられ前記静止フ
レームにより支持され静止フレームの静止力を伝
える軸方向に延びた環状ハウジングの壁面との間
で形成し、前記第１のスクロール部材の反ラツプ
側の端板面が前記冷却流体に接する伝熱フインを
備えるものであつて、前記冷却流体を第１のスク
ロール部材の反ラツプの側の端板面のほぼ全周に
わたつて中央から外周部へ向かつて流れるととも
に前記第１のスクロールの環状ハウジングの壁面
部に接して流れるように構成したことを特徴とす
るものである。

〔作用〕

前記冷却流体の通路手段を、第１のスクロール
部材の外部に設けられたケーシング手段の内壁面
と第１のスクロール部材の反ラツプ側の端板面と
の間、および前記第１のスクロール部材の外周壁
部分に設けられ、前記静止フレームにより支持さ
れ静止フレームの静止力を伝える軸方向に延びた
環状ハウジングの壁面で形成し、かつ前記冷却流
体を第１のスクロール部材の反ラツプ側の端板面
のほぼ全周にわたつて中央から外周部へ向つて流
れるとともに前記環状ハウジングの壁面部を流れ
るように構成しているので、第１のスクロール部
材の中央部を冷却することができ、この加熱され
た冷却流体がほぼ全周にわたつて外周部に向つて
流れるため、第１のスクロール部材の径方向、周
方向に温度むらび生じるのを少なくできる。又、
第１のスクロール部材の外周壁部分に設けられ静
止フレームにより支持された静止フレームの静止
力を伝える軸方向に延びた環状ハウジング部分
に、第１のスクロール部材の高温領域を冷却した
後の熱媒体を導入し、この熱媒体によつて環状ハ
ウジング部を加熱して環状ハウジング部分を軸方
向に膨脹させるので、ラツプの高さを、ラツプの
全長にわたつて実質的に均一にし同時にラツプの
軸方向の熱膨脹量に実質的に見合う量だけ、環状
ハウジング部分を軸方向に膨脹させることができ
る。

又、フインを設けることにより圧力差によるた
わみ及び温度差による端板のそり等に対する強度
を保てる。

〔実施例〕

以下本発明を圧縮機に適用した一実施例を第１
図、第２図により説明する。

第１図、第２図において、１は固定スクロール
（第１のスクロール部材）で、その端板１ａに直
立したラツプ１ｂが旋回スクロール２（第２のス
クロール部材）の端板２ａに直立したラツプ２ｂ
とかみ合つて配置されている。固定スクロール１
は、フレーム３にその環状ハウジング部４ｂが固
定されたケーシング手段４の端板４ａにボルト５
で固定されている。このケーシング手段４と固定
スクロール１の反ラツプ側面との間には、ほぼ全
周にわたつて冷却流体が流れる通路が形成されて
いる。ボルト５はさらに別のボルトで端板４ａに
固定されたボルト押え６で押えられている。固定
スクロール１の環状ハウジング１ｃの外周面は、
フレーム台座部３ａの内周面で径方向位置決めが
されている。旋回スクロール２は、端板２ａより
反ラツプ側に設けたボス２ｃの部分が、駆動軸７
の主軸部７ａと一対に形成された偏心部７ｂに、
針状コロ軸受などの形式の軸受８を介して装着さ
れている。駆動軸７は、フレーム３と一体の軸受
ハウジング３ｂに固定された、第１の主軸受９及
び第２主軸受１０で支持されている。旋回軸受８
は押え部品１１で、第２主軸受１０は、押え部品
１２で各外輪部分が固定されている。駆動軸７
は、旋回スクロール２の運動により発生する遠心
力と逆向きの遠心力を駆動軸７に与える付加質量
７ｆが結合されている。１３は、旋回スクロール
２に作用するスラスト力をボール１３ａを介して
フレーム３で受けるスラスト軸受、１４は、やは
り旋回スクロール２に作用する回転力を、フレー
ムに固定され、一直線上に配置された２個のキー
１５及び、キー１５と直角方向一直線上に配置さ
れ、旋回スクロール端板２ａ背面の２個のキー１
５′（図示せず）を介して受けて、旋回スクロー
ル２の自転を防止するオルダムリングである。１
６は、固定スクロール１に設けられたガス吸入孔
１ｆに結合された断熱材製の吸入管であり、ケー
シング手段４に固定された接続ピース１７を介し
て吸入配管１８に接続している。吸入管１６及び
吸入配管１８のピース１７内接部には、各々Ｏリ
ングが設けられており、その結果、吸入管１６及
び吸入配管１８は、ケーシング手段４に対し、軸
方向に微少移動可能である。１ｇは吐出孔１ｈを
形成する固定スクロール１と一体に作られた吐出
管である。吐出管１ｇは、ハウジング４の突出部
４ｃに設けたＯリングを介し、吸入管１６と同様
な構造で吐出配管１９に接続している。２０は、
旋回スクロール２の固定スクロール１側への変位
を抑制するモーメント支持部材としての摺動体
で、この場合リング状に形成されている。摺動体
２０は、円柱状のピースとしてもよい。材質とし
ては摩耗しにくく、低摩擦係数を持つた合成樹
脂、あるいはカーボン等で作られる。２１は摺動
リング２０のバツクアツプをする金属リングであ
り、２２は金属リング２１を介して摺動リング２
０の位置決めをするボルドである。ボルト２２の
位置は、組立て時に決められ、スプリング２３に
よりゆるまないようにされている。２４はケーシ
ング手段４の突出部４ｃに結合された結油管、２
５は、フレームの軸受ハウジング３ｂに結合した
給油管である。２６は潤滑油５０のタンクであ
る。２７はタンク２６から潤滑油を排出する排油
管である。２８は、給油管２５からの潤滑油を駆
動軸７の中心部に設けられた油供給孔７ｃに円環
溝７ｅ、放射状油孔７ｄを介して供給するための
摺動円筒状部材である。潤滑油は別体のポンプあ
るいは駆動軸７に結合されたポンプ（図示せず）
により、必要に応じてオイルクーラ（図示せず）
等を介して循環させられる。２９は、摺動リング
２０とラツプ１ｂ，２ｂの中間に配置された潤滑
油シール用のベローズで、このベローズ２９は作
動ガス及び油が不浸透で、かつ旋回スクロール２
の運転に追従して十分な耐久性のある高分子材
料、ゴム、あるいは金属で作製される。３０，３
１は、ベローズ２９の両端に、ベローズ２９と一
体となつて結合した弾性体で、一方、３０は固定
スクロール端板１ａの内壁の環状ハウジング部１
ｃの内周面に近い位置に設けられたリング状の溝
に、他方３１は、旋回スクロール２のリング状突
起２ｄに設けられたリング状溝にはめ込まれてい
る。図では明解でないが、ベローズ２９は、全長
時には固定スクロール１と旋回スクロールが十分
離れ得る長さを有する。取付け構造に関しては、
固定スクロールの環状ハウジング部分１ｃを分割
形とするなど、あるいは、ベローズ両端の弾性体
３０，３１の形状、材質等この実施例の限りでは
ない。

３２は、固定スクロールの環状ハウジング部分
の内壁に接合された断熱材である。また、４ｅは
ケーシング４の外部放熱を防止する断熱材を示
す。また、１ｉ，４ｄは各々の伝熱フインを示
す。１ｊ，３ｄ，３ｅは潤滑油の通路孔で、各々
複数個設けられている。３ｆは円周状に設けられ
た潤滑油の逃げ溝である。

３２は潤滑油の外部への漏れを防止するオイル
シール手段である。

コーテイング材は、フエノール樹脂系、エポキ
シ樹脂系など金属に接合しやすく、耐熱性の高い
樹脂に、二硫化モリブデン微粒子とガラス維持、
又はカーボンフアイバ等を混入したものが適す
る。

１ｅ，２ｅは、各々固定スクロール１及び旋回
スクロール２のラツプ１ｂ，２ｂ及び端板１ａ，
２ａの内面に施された、30〜50μｍの厚さを持つ
自己潤滑性材料の層である。

次に上記のような構成からなる第１の実施例の
作用について説明する。

モータ等（図示せず）により駆動される駆動軸
７の回転に伴つて、旋回スクロール２は、オルダ
ムリング１４とキー１５及び１５′により自転を
阻止された状態で、主軸部７ａと偏心軸部７ｂの
偏心距離を半径とする旋回運動をする。この運動
により、作動ガスは固定スクロール１の吸入孔１
ｆより吸入室４０ａに吸引され、その後まず、両
スクロール１，２の鏡板１ａ，２ａとラツプ１
ｂ，２ｂとで形成されるラツプ最外周部の圧縮室
４０に閉じ込められる。この圧縮室４０は、旋回
スクロール２の運動に伴つて、ラツプ外周部より
中心部に向つて体積を縮少しながら移動するた
め、ガスは圧縮され、この高圧となつたガス吐出
孔１ｈより外部へ吐出される。

上記のようにガスに与えられた圧縮動力のうち
の大部分が熱に変換され、この熱によりガス自身
の温度と、両スクロール１，２の温度が上昇する
と共に、前記熱に、旋回スクロールボス部２ｃ及
び軸受８を介して駆動軸７にも伝導される。従つ
て、両スクロール１，２、駆動軸７等の部品の熱
膨脹を招くことは周知のことである。また、通常
は、両スクロール１，２の外周部は、低温の吸入
ガスにさらされ、両スクロール１，２の中央部と
外周部で温度差、すなわち熱膨脹量に差が生じ
る。当然中央部の熱膨脹量が大きい。さらに、端
板を含めた固定スクロール１と旋回スクロール２
の軸方向寸法の差や、材質の違いがあれば、両ス
クロール１，２のそれぞれの場所の熱膨脹量にも
差が生ずる。

本実施例は、両スクロール１，２の材質及びケ
ーシング手段４の材質を等しくしており、ケーシ
ング手段４の環状ハウジング部４ｂと、フレーム
３の台座部３ａを含め、固定スクロール１のラツ
プ先端面からの軸方向寸法を固定スクロール１の
軸方向寸法より若干大きくとつてある。これは、
ラツプ１ｂ、端板１ａ中央部の温度と冷却体
（油）の温度、該環状ハウジング部４ｂの温度を
完全には等しくはできないことによる。

外部で冷却され、低温となつた潤滑油を、給油
管２４より、固定スクロール１の中央部分より供
給することにより、温度差の大なる状態で、固定
スクロール端部１ａの中央部に放射状等に設けた
フイン１ｉを介して多量の熱を潤滑油が奪い、フ
イン１ｉを出る時点では潤滑油の温度は固定スク
ロール端板１ａ中央部の温度に近づく。このと
き、潤滑油は固定スクロール端部のほぼ全周にわ
たつて中央から外周部に流れるので、周方向、径
方向に温度むらを生じることが少ない。フイン１
ｉを設ける部分の端板は、ラツプ側とフイン側の
温度勾配が小さくなるよう、端板１ａ外周部より
薄くし、圧力差によるたわみ及び温度差による端
板１ａのそり等に対する強度はフイン１ｉに負わ
せるよう形成している。潤滑油の供給温度と、供
給量の調整により、端板中央部と潤滑油の温度差
は10〜20℃にできる。吐出ガスの温度そのもの
も、潤滑油を供給しない場合に較べれば、大幅に
低下している。

熱を奪つた潤滑油は、固定スクロール１の端板
１ａの外壁とケーシング手段４の内壁との間に形
成された潤滑油流路４１を、径方向全体に渡つて
均等に流れる。さらに固定スクロール１の環状ハ
ウジング部１ｃの外周面とケーシング手段４の環
状ハウジング部４ｂの内面及び環状ハウジング４
ｂの内周面に設けられたフイン４ｄで作られる流
路４２を通つて流れ、ここで、ケーシング手段４
の環状ハウジング４ｂは、潤滑油より熱を受け、
温度を端板１ａ中央部の温度に近づける。その
後、潤滑油は油孔１ｊを通つて旋回スクロールが
位置するフレーム内（駆動軸７側）の空間４３へ
流れ込む。この時、大部分は、フレーム３の油通
路３ｄ（複数個）を通つて空間４３へそして、油
孔３ｅ（複数個）を通つてタンク２６へ直接流れ
るようになつている。一部の潤滑油は、摺動リン
グ２０の摺動面、スラスト軸１３とオルダムリン
グ１４とキー１５，１５′等の潤滑を行う。

昇温されたケーシング手段の環状ハウジング部
４ｄ及び端板４ａ、およびフレーム台座部３ａの
一部の熱膨張量の総和の分、ケーシング手段４
が、例えば、フレーム３のスラスト軸受支持面に
対し図面上で上方に移動する。従つて、ボルト５
を介して固定スクロール１の位置も上方へ移動す
る。これにより固定スクロール１の中央部におけ
るラツプ１ｂ先端面と旋回スクロール２の端板２
ａ及び、旋回スクロールラツプ２ｂ先端と固定ス
クロール端板１ａ間のギヤツプ維持、あるいは強
い当りの防止が達成される。加えて、潤滑油が流
路４１を径方向全体に渡つて流れるため、固定ス
クロール１はなかりな程度で温度が均一化され、
ラツプ１ｂの熱膨張量は、中央部と外周部で大き
な差が生じない。すなわちギヤツプにも大きな差
は生じない。

一方、ボルト５により、ケーシング手段４と固
定スクロール１の位置決めが組立時に行われる。
すなわち、旋回スクロール２の図示の状態を組ん
だ後、固定スクロール１を旋回スクロール２にの
せた状態で組み合わせ、次にケーシング４を、ボ
ルト５の位置関係に合わせてかぶせ、フレーム３
に仮止めする。その後、ボルト５（３本以上）を
ケーシング端板４ａの穴より入れて、固定スクロ
ール端板１ａのネジ穴にネジ込み、ボルト５の頭
の下端面がケーシング端板４ａの上面に接するま
で入れる。固定スクロール１のフレーム３（旋回
スクロール２）に対する回転方向の位置決めをケ
ーシング４を介して行つた後、ケーシング４をフ
レーム３に完全に固定する。その後、ボルト押え
６によりボルト５をケーシング４に対し軸方向に
移動不能なように押え込む。このようにしたこと
で、ボルト５をボルト押え６の穴６ａを通つて、
六角スパナ等でまわすと、固定スクロール１が旋
回スクロール２に対し、軸方向に動く。従つて、
ボルト５の操作により微細な初期調整及び、運転
状況に応じたギヤツプ設定変更が可能となつてい
る。

一方、摺動リング２０は前述のように旋回スク
ロール端板２ａのラツプ側端面に対し微小なすき
まで組立時に位置決めされ、旋回スクロール２
の、ラツプ２ｂに作用するガス力のモーメントで
生ずる傾きを、小さなギヤツプの範囲で押え、姿
勢を安定させる。これにより、ラツプ１ｂ，２ｂ
同士の当り防止と、圧縮室の漏れ防止が十分とな
る。

ベローズ２９は、潤滑油の圧縮室への侵入を完
全に防止しており、この位置に配置したことで、
前述の摺動リング２０の潤動面の油潤滑が可能と
なつている。

一方、給油管２５から給油された潤滑油は、駆
動軸７の給油孔７ｃを通つて旋回スクロール２の
端板２ａの背面中央部の空〓４５に供給される。
給油孔７ｃを通る時点で、潤滑油は駆動軸７を冷
却し、空間４５に入つた時点で旋回スクロール２
の端板２ａの中央部（高温部）を冷却し、この近
傍の端板２ａ及びラツプ２ｂの温度を低下させ
る。これに伴い、前述の固定スクロール１側の冷
却と共に、吐出温度そのものの低下にも役立つ。
また、旋回スクロール２の端板外周部は、場合に
よつては固定スクロール１の冷却を行つた潤滑油
によりむしろ加熱され、結果として旋回スクロー
ル２の温度の均一化が達成される。これはラツプ
２ｂの軸方向の熱膨張の均一化、すなわちギヤツ
プの均一化をも達成するものである。さらに、固
定スクロール１の端板１ａと旋回スクロール２の
端板２ａの温度の相違を小さく押えることが出
来、その結果、両端板１ａ，２ａの半径方向の熱
膨張量の差が小さくなる。すなわち、偏心軸７ｂ
の偏心量の設定によつて、両スクロールラツプ１
ｂ，１ａの各接点側面に設けられた「半径方向す
きま」が、運転中形成されるすべての接点位置で
は、ほぼ一定に保たれる。これは、初期設定すき
まを十分小さく押えられる利点がある。

第３図〜第５図は、第１図、第２図の実施例に
対し、固定スクロール１の中央部の温度が伝達さ
れ、熱膨張して固定スクロール１に軸方向変位を
与える環状ハウジングの部分を設ける部材を変更
したものである。

第２図は、該環状ハウジング部分を固定スクロ
ール１自身の環状ハウジング１ｃとしたものであ
る。環状ハウジング１ｃをフレーム３にボルト３
４で固定するので、固定スクロール１にフレーム
の静止力を伝える部材とは固定スクロール自身と
なる。第１図のフイン４ｄの代りに、固定スクロ
ール環状ハウジング１ｃの外周面にフイン１ｋが
設けられている。

固定スクロール１と旋回スクロール２の組立時
に位置決め及びその後の調整は、テーパ溝付リン
グ６０をテーパブロツク６１により軸方向に動か
すことにより、リング６０上のスラスト軸受１３
の軸方向位置を変えて行う。すなわち、テーパブ
ロツク６１をボルト６３により押すとリング６０
が上がり、ボルト６３をゆるめると、バネ６２に
よりブロツク６１がボルト６３側へ戻つて、リン
グが下がる。潤滑油のシール手段１００は固定ス
クロールの環状ハウジング１ｃの下端面に設けら
れた溝にＯリング１０１と共に挿入されたリング
部材である。このリング部材は、摺動体２０と同
様な材質で製作されている。摺動体２０がリング
の場合にはシールが２段あると同じ効果がある。

第４図は、フレーム３に固定された固定スクロ
ール１の環状ハウジング部７０を固定スクロール
１とは別体で、かつ固定スクロール１より熱膨張
係数の大きい材質で製作した、固定スクロール１
に結合したものである。該環状ハウジング７０は
端板１ａにボルト７１等で固定されている。組立
時の固定スクロール１と旋回スクロール２の位置
決め調整は、テーパ溝付リング６５、テーパブロ
ツク６６、ボルト６７、押え６８の組合せ機能に
より、ボルト６７の操作で行われる。固定スクロ
ール１の環状ハウジング１ｃの部分には、第１図
で説明した旋回スクロール２のモーメント支持機
構部材２０，２２等と、潤滑油の作動室への侵入
を防止するシールリング１００が、Ｏリング１０
１と共に配置されている。

潤滑油を熱輸送媒体としているため、固定スク
ロール１の中央部と前記環状ハウジング７０の温
度は完全に等しくは出来ない。従つて、該環状ハ
ウジング７０を熱膨張係数の大きな材質とするこ
とにより若干低い温度でも中央部の熱膨張量と等
しい熱膨張量を得ることができる。

第５図は固定スクロール１に軸方向変化を与え
る環状ハウジングの部分をフレーム２の台座部３
ａを一部延長して形成したものである。固定スク
ロール１の端板１ａの外周部をフレーム３に設け
られた環状ハウジング３ｆにボルト７２で固定し
ている。該環状ハウジング３ｆには、伝熱フイン
３ｇが設けられており、熱輸送媒体としての潤滑
油との熱交換を促進して、該環状ハウジング３ｆ
の温度と固定スクロール１の中央部の温度差が極
力小さくなるようにしている。実際に生じてしま
う温度差の程度により、該環状ハウジング３ｆの
鉛直方向寸法を固定スクロール１の鉛直方向寸法
より長くする、あるいは、フレーム３そのものを
両スクロール１，２の材質より熱膨張係数の大き
な材質で作つてもよい。

組立時の両スクロール１，２の位置決めは、第
３図の実施例と同様に、スラスト軸受１３の軸方
向位置調整にて行われる。

第６図は、第１図の実施例に対し、旋回スクロ
ール１の支持構造が異なり、この構造に適応させ
るため、ケーシング手段４を、両スクロール１，
２の材質よりも熱膨張係数の大きな材質に変更し
た実施例である。旋回スクロール１は、そのボス
部１ｃの部分で組合せアンギユラ軸受等の軸受３
５と、軸受固定ボルト３６及び押え１１により、
駆動軸７の偏心部７ｂに支持されるよう構成して
いる。この場合、旋回スクロール１の軸方向の動
きは駆動軸７と一体となる。すなわち旋回スクロ
ール１に作用するスラスト力は軸に伝達される。
また、駆動軸７はフレーム３に、組合せアンギユ
ラ軸受等の軸受３７で、フレーム３に対する軸方
向の動きがないように支持されている。従つて、
前記スラスト力は、最終的に、軸受３７で受け、
旋回スクロール１を支持している。

この場合、駆動軸７の軸受３７から図面上で上
の部分の熱膨張量が、旋回スクロール１の熱膨張
量に加えて、旋回スクロール１の位置、すなわち
両スクロールラツプの軸方向ギヤツプに影響す
る。従つて、第１図の実施例に対し、軸方向のギ
ヤツプ変化量が大となるので、この分を補償でき
るよう、ケーシング４を熱膨張係数のより大きな
材質のもので作製している。この実施例の利点
は、スラスト軸受（第１図の１３）が不要とな
り、そのスペース分小形設計が可能となること
と、機械損失が比較的小さくできることである。

第４図、第５図に示したような構造と第５図の
軸受構造の組合せも可能である。また、第５図で
は、第１図のピース１７をケーシング４で一体で
成形した１ｅとし、潤滑油５０をフレーム３に設
けた空間３ｉに溜める構造としている。また、本
実施例では、固定スクロール１だけにコーテイン
グ１ｅを施してある。また、固定スクロール１の
環状ハウジング部１ｃに配置された旋回スクロー
ル２のモーメント支持部材１０２は、旋回スクロ
ール２との当接部がボールであるリング状部材と
している。

第７図はさらに別の実施例で、圧縮途中の作動
室４０から吸圧圧力から吐出圧力に至る中間の適
当な圧力を、固定スクロール１の端板１ａの小孔
１ｎより抽出し、パイプ７４、ケーシング手段４
の突出部４ｃの穴４ｆ、配管７５、逆止弁７６、
配管７７、フレーム３の台座部３ａの小孔３ｍを
通じて、旋回スクロール２の背面の空間４４に導
いている。逆止弁７６は、潤滑油の作動室内への
逆流を防止するものである。尚、潤滑油の回路
は、空間４４の中間圧力を保つために、完全な閉
サイクルに構成されている。中間圧のガス圧が旋
回スクロール２の背面に作用することにより旋回
スクロール２を固定スクロール１に押し付けるこ
とができる。熱膨張により両スクロール１，２間
のギヤツプの変化が、ケーシング４の環状ハウジ
ング４ｂにより補償されることにより、このよう
な押し付け駆動が可能となる。中間圧による合力
は、作動室内のガスの圧力に浜る力の合力より若
干大きくなるよう中間圧のレベルが決められ、こ
の中間圧の合力による逆スラスト力は、旋回スク
ロール２の端板２ａの外周面と固定スクロール１
の環状ハウジング１ｃの下端面の間に設けられた
スラスト軸受７８で受けられる。図１でスラスト
を受けた軸受１３は、今後は旋回スクロール２の
傾き防止機構として作用する。

固定スクロール１の中央部の突出部１ｍには、
吐出孔１ｂに通ずるネジ穴が切つてあり、ここに
は、ガス通路となる丸孔７２ａ及び六角穴７２ｂ
を持つ特別のボルト７２がねじ込まれている。こ
のボルト７２は、ケーシング手段の突出部４ｃに
固定されたカバー７３と、ケーシング突出部４ｃ
に設けられた段差部分で押え込まれている。吐出
配管１９を挿入する前に、前記六角穴７２ｂを用
いて、ボルト７２を回転させることにより、固定
スクロール１を上下（前後）に動かすことがで
き、位置の調整ができる。位置決めがなされた後
はボルト３８をしめ込んでケーシング４と完全に
一体とする。

第８図は、本発明の別の実施例で、温度均衡手
段を構成する熱輸送媒体を気体としたもので、特
に空気圧縮機に適する。まず、第１図等で示した
実施例と構成上異なる主な点を説明する。

旋回スクロール２の自転防止機構として、グリ
ース潤滑によるスクロール１の外周部に設けられ
た軸受７９、及び旋回スクロール２の外周部に設
けられた軸受８０で支えられたピンデイスク８１
を用いている。小径のピン部の軸芯と、大径のデ
イスクの軸芯の偏心は、駆動軸７の主軸７ａと偏
心ピン部７ｂの軸芯のずれとほぼ等しくされてい
る。ピンデイスク８１は、旋回スクロール２の運
動に伴い各々の軸受７９，８０部分で回転する
が、デイスク部分が固定スクロール１により支持
されているから、旋回スクロール２は回転は阻止
され、旋回運動が実現する。ピンデイスク装置７
９〜８１は、２組以上設けられるのが望ましい。

旋回スクロール２は、端板２ａとラツプ２ｂか
らなる本体２と、この本体２に複数のボルト８３
によつて固定された背板８２から構成されてい
る。本体２の背面中央部には、放射状等に形成さ
れたフイン２ｇを含むくぼみが設けられており、
熱移送媒体を封入するための空〓２ｆが背板８２
の端板８２ａとの間に形成される。背板８２の中
央部のボス部８２ｂの内部にグリース潤滑される
軸受８′が配置され、駆動軸７の動力を旋回スク
ロール２に伝達する。ボス部８２ｂの外周面に
は、伝熱フイン８２ｃが放射状等に設けられてい
る。背板８２の外周部には、カーボングラフアイ
トあるいはセラミツクとテフロン等の複合材製の
低摩耗、低摩擦係数を有するリング状又はピース
状に成形された無潤滑摺動部材８４が埋め込まれ
ており、同様な材質で製作されたスラスト受部材
８５とでスラスト軸受を構成している。スラスト
受部材８５は、フレーム３の環状ハウジング３ｆ
下部の内周面に周接して組み込まれた環状部材８
６の上端面部８６ａに設め込まれている。環状部
材８６は、ボルト８７により軸方向に移動可能と
なつており、組立時の旋回スクロール２の位置決
めが行われる。８８はボルトのゆるみ止め用バネ
部材である。また、環状部材８６には、空気通路
の穴８６ｂが全周にわたつて複数個設けられ、こ
の穴はフレーム環状ハウジング３ｆに設けられた
穴３ｊと連通している。

旋回スクロール２の背板８２の背面の空間４７
には、背板８２等すべてを含む旋回スクロール２
全体の遠心力に対抗する反対向きの遠心力を発生
するバランスウエイト８９ｂを一体とした羽根８
９ｃを有するフイン８９が駆動軸７の主軸７ａと
軸芯を同じくして回転するように取り付けられて
いる。フイン８９の端板８９ａには、空気通路と
なる複数個の穴８９ｄが設けられ、フレームの３
ｌ部分には同様に穴３ｋが複数個設けられてい
る。

固定スクロール１は、その端板１ａの外周端
で、フレーム３のフイン３ｇを外周に備えた環状
ハウジング３ｆの上端にボルトで固定されてい
る。固定スクロール１の中央部には伝熱フイン１
ｉが、図１の実施例などとほぼ同様に、但し、比
較的大きく形成されている。駆動軸７には冷却空
気を循環させるシロツコフアン９０が取り付けら
れている。フアン９０は、フアンが効率よく作動
する形状に成形されたフアンケーシング９１に囲
まれている。このフアンケーシング９１に接続し
て、冷却空気の流路４６を形成する第４図の実施
例のケーシング手段４に対応するダクト手段９２
が、固定スクロール１及びフレーム３をおおうよ
うに設けられている。ダクト手段９２には、固定
スクロール１の中央部に対応する位置に空気取入
口９２ａが、また外周部のフアンケーシング９１
に近づいた位置には別の空気取入口（複数）９２
ｂが設けられている。空気取入口９２ｂには、ダ
クト９３が接続し、このダクト９３はさらに、フ
レーム３に固定されフレーム３の鏡板３ｌとの間
に別の空気流路４８を形成するダクト手段９４に
接続している。円筒部材８５は、給気管１６の断
熱と、流路４６と外部とのシールを兼ねた弾性部
材、円筒部材９６はダクト９３に対して同様の作
用をする弾性部材である。

本実施例の効果を説明する。フアン９０の回転
により、外気（冷却空気）が空気取入口９２ａよ
り流入し、高温のフアン１ｉに接して加熱（固定
スクロールは冷却）される。加熱された空気は固
定スクロールの端板１ａの外壁にそつて流路４６
を全半径方向に均一に流れる。このため、まず冷
却空気と固定スクロール１の熱授受により、固定
スクロールの温度均一化が計れる。次に、温度が
高められた冷却空気は、フレーム３のフイン３ｇ
に熱を与え、環状ハウジング３ｆの熱膨張をうな
がす。冷却空気の実効温度と固定スクロール１の
中央部の温度の差を考慮した長さが該環状ハウジ
ング３ｆには与えられているので、環状ハウジン
グ３ｆは熱膨張により固定スクロール１を軸方向
に移動させスクロールラツプ１ｂ，２ｂの先端ギ
ヤツプはほぼ一定に保たれる。フイン３ｇを通過
後の空気は、流路４９を経てフアン９０を通つて
外部へ放出される。

一方、空間４７に置かれたフアン８９の回転に
より、空気取入口９２ｂより大気が吸引され、ダ
クト９３、流路４８、穴３ｋ，８９ｄを通つて旋
回スクロール２の背板８２に設けられたフイン８
２ｃの部分に流入する。大気とフイン８２ｃの熱
交換により、背板８２が冷却される。固定スクロ
ール端板２ａ中央部と背板８２によつて形成され
る空〓には、フロン冷媒もしくは水、あるいはそ
の他の冷媒がその種類に応じて適当な圧力で封入
されており、端板２ａ及びフイン２ｇの接触部で
蒸発、背板８２接触部で凝縮しこの空〓中を循環
して旋回スクロール端板２ａ及び背板８２側と交
互に熱交換して、最終的に背板のフイン８２ｃの
大気に熱を効率よく放出する。これにより、旋回
スクロール３ａの冷却が良好に行われると共に、
背板２ａの温度均一化を達成している。フイン８
２ｃ冷却後の大気は、穴８６ｂ，３ｊを通つて、
流路４６に合流し、最終的には、フイン９０によ
つて外部へ放出される。

空〓２ｆ内での熱交換を良好にする為に、フイ
ン２ｇの半径を背板８２側に設けて交互に配置す
ることも考えられる。また、冷媒を用いずに油等
の顕熱だけ利用する媒体を用いてもある程度目的
は達せられる。

本実施例は空気圧縮機について述べたが、冷却
体系路を閉サイクルとし、ガスクーラ等を別途配
置するなどして、別の流体に応用可能である。

スラスト軸受を構成する部材８４及び８５の両
者に低摩耗な無潤滑摺動材を用いるのは、スラス
ト軸受の摩耗によるスクロールラツプ先端部の軸
方向ギヤツプの変化を微小とするためである。一
方だけを低摩耗な無潤滑摺動としても、通常この
種の材料は非常に硬度があるため、相手材が通常
の鋼などでは、相手材が大きく摩耗する。従つ
て、摩耗によるギヤツプ変化が大きくなり、本発
明を適用するしないにかかわらず性能低下の原因
となるので、両者とも低摩耗材で構成すべきであ
る。

第９図は、第８図の実施例で旋回スクロール２
の背面の冷却を冷媒を中間媒体にして行つたもの
を、固定スクロール側へも適用した実施例であ
る。固定スクロール１の外壁とカバー９７の間及
びフレーム３の環状ハウジング３ｆの内周面の間
で冷媒の封入空間９９及び３ｌを形成する。フレ
ーム３の環状ハウジング３ｆは図面上で上方へか
なり立ち上げてあり、それに合わせて固定スクロ
ール１のフランジ部１ｐも立ち上げ、１ｐのフラ
ンジとの境の立ち上げ部分には、２つの空間９９
と３ｌを結ぶ穴１ｑが全周にわたつて複数個設け
られている。一方、固定スクロールの端板１ａに
は、径方向の貫通穴１ｏが複数個放射状に設けら
れており、この穴１ｏは空間３ｌと固定スクロー
ル中央フイン部１ｉとの空間を連絡している。

作用を説明する。中央フイン部１ｉで蒸発した
冷媒は、圧力を若干上昇し、空間９９を圧力の若
干低い（温度の若干低い）外周部に向つていわゆ
る熱サイフオン効果によつて流れる。フレーム３
の環状ハウジング３ｆは外部で空冷されており、
フイン３ｋを介して冷媒は凝縮する。この時、環
状ハウジング３ｆは冷媒により加熱されることに
より、必要な熱膨張を生じる。凝縮後の冷媒は、
貫通孔１ｏを通つて再び中央部へ供給される。冷
媒をこのように用いることにより、非常に効果的
に温度の均衡が得られる。

なお、固定スクロールを中央の熱膨張に応じて
軸方向に動かすという作用は、固定スクロールを
フレームに対して支えている環状ハウジング部分
を吐出ガスを周囲に流して加熱する。あるいは温
度制御されたヒータを巻いて加熱するなどの方法
でも達成できるが、この場合、冷却作用は期待で
きず、全体が高温になり、材料の信頼性が問題と
なるし、また、吸入ガスの加熱防止が難かしくな
り、性能も低下する。

一方、実施例としては開示しなかつたが、冷却
体に水を用いることも可能である。例えば、基本
的な冷却体通路構成は第１図のごとくで、但し、
第１図の油孔１ｊの代りにケーシング手段４の環
状ハウジング４ｂに水の排出孔を設けて、旋回ス
クロール２の背面へは水が流入しないように構成
すれば良い。また、第３図、第４図あるいは第５
図に示したように、固定スクロール１をフレーム
３に直接固定し、但しケーシング４を設けず、固
定スクロール１の端板外壁及び外周リブの外壁に
接して水配管をコイル状に巻き付けて、冷却水を
固定スクロールの中央部から、環状ハウジング方
向に流しても本発明の目的はある程度達成でき
る。これは、第８図の実施例を一部変更すること
によつても実施可能である。

しかし、一般に水を冷却体に使うことは、軸受
等の潤滑を油で行うものにとつては、水の冷却サ
イクルを別途設けるか、冷却水をたれ流しにする
ことにより、最適とはいえない。また、小形の空
気圧縮機等では、空冷化が望まれるという点で、
最適とはいえない。もちろん、水冷を採用しても
十分メリツトのある場合は採用してもいつこうに
さしつかえない。

これも実施例として特に開示しなかつたが、例
えば第１図の実施例で、ラツプ側を下にした配
置、すなわち、機械を逆さまにした構成も考えら
れる。この場合、タンク２６等は不要となり、給
油方法も軸受１０の潤滑等も考慮して変更する必
要があるが、目的とする効果の一部は十分達成で
きる。すなわち、旋回スクロール２の背面中央部
に供給されて温度上昇した潤滑油が、固定スクロ
ール１の環状ハウジング部１ｃに設けられた軸絡
孔１ｊを通つてケーシング手段４の環状ハウジン
グ４ｂの内周壁に沿つて流れるから、該環状ハウ
ジング４ｂは加熱され、第１図の実施例に近い効
果が得られる。固定スクロール１に対しては、固
定スクロール１の径方向の温度変化と、潤滑油の
温度変化が並行流の関係となり、温度の均一化の
面ではむしろ良好な結果が得られる可能性があ
る。パイプ２４はこの場合、潤滑油の排出孔とな
る。

さらに、別の実施例に言及すれば、例えば、第
１図でタンク２６をもつと大きくして、駆動軸に
結合されるモータ、ポンプ等を収納して、密閉形
の機械とする構成が考えられる。第７図の実施例
にこの構成を適用することは非常に意味があり、
特殊な流体を扱う場合等有効である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、第１のス
クロール部材の反ラツプの側の端板面の中央部か
ら外周部へ冷却流体をほぼ全周にわたつて流して
いるため、高温領域を冷却した後、加熱された冷
却流体によりスクロール部材の径方向、周方向に
温度が均一化される。又、環状ハウジングの壁面
部を流れるように構成しているので、温度を端板
中央部の温度に近づけることができる。又、スク
ロールラツプの熱膨脹に応じて、固定スクロール
の静止系からの絶対位置を軸方向に変えられ、両
スクロール中央部のラツプ先端と端板面とのギヤ
ツプを常に微小に維持することが可能となると共
に、冷却により部材の最高温度レベルを変形強度
やクリープ等の問題が生じない程度にまで下げら
れ、かつ固定スクロール及び旋回スクロール各部
の温度均一化、すなわち、前述のギヤツプが、両
スクロールラツプの各位置で微小に維持される効
果がある。これにより、圧縮室への給油を行わな
くとも、性能、信頼性共高く、かつ、小形なスク
ロール流体機械が実現できる。

又、フインを設けることにより圧力等によるた
わみ及び温度差による端板のそり等に対する強度
を保てる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体縦断面図、第
２図はラツプのかみ合い状態を示す平面図、第３
図〜第５図はそれぞれ第１図の実施例に対し、発
明の環状ハウジング部分を設ける部分を変更した
別の実施例の部分縦断面図、第６図、第８図は別
の実施例の全体縦断面図、第７図、第９図は別の
実施例の部分断面図である。 １……固定スクロール、１ｉ……伝熱フイン、
１ｃ……固定スクロールの環状ハウジング、２…
…旋回スクロール、３……フレーム、３ｆ……フ
レームの環状ハウジング、４……ケーシング、４
ｂ……ケーシングの環状ハウジング、７……駆動
軸、１３，７８，８７，８５……スラスト軸、２
０……摺動性（リング又はピース）、２９……潤
滑油シール手段（ベローズ）、３２……吸入室の
断熱材、４０……作動室、４１，４２……潤滑油
通路、４５……旋回スクロール１背面中央部の空
〓、４６〜４９……冷却気体通路、９０……フア
ン、９２……ダクト手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 端板に鉛直に、かつ渦巻状に形成されたラツ
   プを備えた一対のスクロール部材を、そのラツプ
   同士を対向させてかみ合わせ、第１のスクロール
   部材を直接あるいは間接に静止フレームに固定
   し、前記第２のスクロール部材を前記第１のスク
   ロール部材に対して旋回運動させて気体を圧縮あ
   るいは膨脹させるとともに、スクロール部材を冷
   却する熱移送手段を備えたスクロール流体機械に
   おいて、 前記熱移送手段が冷却流体を流通させるもので
   あつて、冷却流体の通路手段を、前記第１のスク
   ロール部材の外部に設けられたケーシング手段の
   内壁面と第１のスクロール部材の反ラツプ側の端
   板面との間、および前記ケーシング手段の環状ハ
   ウジングの内壁面と前記第１のスクロール部材の
   外周壁部分に設けられ前記静止フレームにより支
   持され静止フレームの静止力を伝える軸方向に延
   びた環状ハウジングの壁面との間で形成し、前記
   第１のスクロール部材の反ラツプ側の端板面が前
   記冷却流体に接する伝熱フインを備えるものであ
   つて、前記冷却流体を第１のスクロール部材の反
   ラツプ側の端板面のほぼ全周にわたつて中央から
   外周部へ向かつて流れるとともに前記第１のスク
   ロールの環状ハウジングの壁面部に接して流れる
   ように構成したことを特徴とするスクロール流体
   機械。 ２ 前記第１のスクロール部材の環状ハウジング
   の部分が、前記第１のスクロール部材の前記ラツ
   プを形成している部材の材質に比べて熱膨脹係数
   の大きな材質で製作されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のスクロール流体機
   械。 ３ 前記第１のスクロール部材の環状ハウジング
   の前記冷却流体に接する部分に伝熱フインを備え
   ている特許請求の範囲第１項に記載のスクロール
   流体機械。 ４ 前記圧縮あるいは膨脹させる気体と前記冷却
   流体とのシール手段を伸縮可能なベローズで構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載のスクロール流体機械。 ５ 前記ケーシング手段の前記環状ハウジングの
   部分が、環状ハウジングの軸方向の熱膨脹変位を
   前記第１のスクロール部材に伝達するボルト等の
   手段を有し、かつ第１のスクロール部材の下端部
   は前記フレームの内周部に、軸方向に移動可能な
   ように収納されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載のスクロール流体機械。 ６ 前記第１のスクロール部材を冷却する冷却流
   体が空気であり、該空気は、前記静止フレームの
   外部に出た部分の前記第２のスクロール部材を駆
   動する駆動軸に取り付けられたフアンにより、前
   記ケーシング手段の外部より吸引されるよう構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のスクロール流体機械。 ７ 前記第２のスクロール部材を冷却する冷却流
   体が空気であり、該空気は、前記第２のスクロー
   ル部材の背面側の前記静止フレーム内に設けられ
   た前記第２のスクロール部材を駆動する駆動軸に
   取り付けられたフアンにより流動するように構成
   したことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第４項記載のスクロール流体機械。 ８ 前記第２のスクロール部材を冷却する前記フ
   アンが、バランスウエイトを兼ねていることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項記載のスクロール
   流体機械。 ９ 前記第２のスクロール部材の反ラツプ側の端
   板面と前記静止フレームの間に前記冷却流体の通
   路を形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項記載のスクロール流体機械。