JPH09151868A

JPH09151868A - スクロール流体機械

Info

Publication number: JPH09151868A
Application number: JP7334342A
Authority: JP
Inventors: Shuji Haga; 修二芳賀
Original assignee: Anest Iwata Corp
Current assignee: Anest Iwata Corp
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 1997-06-10
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: EP1146232A2; US6186755B1; EP0777053A1; DE69627457T2; JP3423514B2; DE69627457D1; DE69631447T2; EP1146232B1; EP0777053B1; US6109897A; DE69631447D1; US5842843A; EP1146232A3

Abstract

(57)【要約】【課題】冷却効率のよいスクロール流体機械を提供す
る。【解決手段】端板の中央部から外周に向かって渦巻き
ラップを植設した固定スクロールと、前記渦巻ラップと
嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で駆動源
と連絡した回転軸１１Ａと連結して旋回駆動する旋回ス
クロールとを備えたスクロール流体機械において、前記
回転軸１１Ａ内に冷却手段を設けて構成したことによ
り、回転軸を直接冷却することができので、旋回スクロ
ールは端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸１１Ａに
より旋回駆動され、スクロールの周辺部から取り込んだ
流体を中央部に順次圧縮移送される過程において発生す
る熱を、最も高い中央部において冷却することができ、
旋回スクロールの中央部周辺に設けられたベアリングや
シール部材、また、回転軸周囲のベアリングやシール部
材を効率よく冷却することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定スクロールと
旋回スクロールとにより流体を圧縮して外部に吐出する
スクロール流体機械、更に詳しくは、固定スクロール端
板に中央部から外周に向かって植設した渦巻きラップと
嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で、駆動
源と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロ
ールを備えたスクロール流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】スクロール流体機械は周辺から取り込ん
だ流体を、固定スクロール及び旋回スクロールによって
形成される密閉空間により順次圧縮して中央部に送り、
その圧縮流体を中央部分から吐出する。その流体圧縮に
より、ラップ間の密閉空間は高温となるために、駆動部
分に設けられたベアリング、シール部材等の劣化を早め
るという問題があり、従来より、スクロールを冷却して
所定値以上の温度上昇を抑えるべく冷却が行われてい
る。

【０００３】この冷却方式は、固定スクロールを冷却す
る非駆動部冷却方式と、旋回スクロールを冷却する駆動
部冷却方式とが知られている。図１３に示す方式は、非
駆動部冷却方式に係る技術であり、密閉容器１０５内に
枠体１０９を設け、該枠体上に旋回スクロール１１６を
配置し、該旋回スクロールの端板１１４の下方に軸１１
３を垂下させ、枠体１０９の中央部に設けられた開口部
から、前記軸１１３を図示しない駆動源に連結した回転
軸１０４に偏心して連結するとともに、旋回スクロール
１１６のラップ１１５と嵌合するラップ１１１を植設し
た固定スクロール１１２が配置されている。

【０００４】固定スクロール１１２には、外周部に気体
吸入口１１８が開設され、回転軸１０４の回転により旋
回スクロール１１６が固定スクロール１１２に対して公
転揺動して、吸入された気体はラップ１１１及び１１５
によって形成される密閉空間が徐々に小さい容積を形成
することにより圧縮され、圧縮気体は固定スクロール１
１２の中央部に開設された吐出口１２１から吐出管１２
０を介して外部に吐出されるように構成されている。そ
して、固定スクロール１１２の端板１１０内には、前記
圧縮行程で発生した熱を冷却する複数のヒートパイプ１
２２が、中央部から外周に向かって放射状に配設されて
いる。

【０００５】また、図１４に開示されるような旋回スク
ロールを冷却する駆動部冷却方式も知られている。図
中、ケーシング２１１はケーシング本体２１２と前側ケ
ーシング２１３とから構成され、駆動軸２１４は軸受２
１５を介して前記ケーシング本体２１２の軸受部に回転
自在に軸支され、駆動軸２１４の一端側は軸受部外に突
出して図示しないモータと連結され、駆動軸２１４の軸
線Ｏ１−Ｏ１に対してクランク軸２１４Ｂの軸線Ｏ２−
Ｏ２は距離δだけ偏心している。

【０００６】旋回スクロール２１６は鏡板２１６ａと、
該鏡板２１６ａの前面側に形成された渦巻状のラップ部
２１６ｂと、鏡板２１６ａの背面側に位置して軸線Ｏ２
−Ｏ２を中心として形成され、延伸部２１３ｂの内周側
端面より小径となったボス部２１６ｃと、鏡板２１６ａ
の背面側でその周縁側に形成された環状突起２１６ｄ
と、該環状突起２１６ｄに対して径方向に形成された複
数の通気孔２１６ｅとから構成されている。

【０００７】固定スクロール２２１は鏡板２２１ａと、
該鏡板２２１ａに形成された渦巻状ラップ部２２１ｂ
と、該ラップ部２２１ｂの周辺に位置して形成された円
筒部２２１ｃとから構成されている。前記ラップ部２２
１ｂが旋回スクロール２１６のラップ部２１６ｂと所定
角度ずらして重なり合うように配置することにより、旋
回スクロールが旋回するとき各ラップは複数の圧縮室を
形成する。ハウジング２１２内の回転軸２１４にはカウ
ンタウエイト２２５が取付られ、該カウンタウエイト２
２５には駆動軸２１４の回転により、冷却風を発生する
遠心ファン２２６が取付られている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述する従来技術によ
ると、図１３に示す非駆動部冷却方式は、固定スクロー
ルの端板にヒートパイプ１２２が設けられているため
に、ヒートパイプ１２２の熱吸収部は、固定スクロール
より駆動する旋回スクロールは遠方に位置し、熱伝導路
は旋回スクロールのラップ１１５の先端と固定スクロー
ルの端板１１０及び前記端板１１０とラップが形成する
気体が圧縮される密閉空間で形成され、旋回スクロール
１１６と接触して駆動するベアリングやシール部材等の
周辺の冷却は固定スクロールの冷却と比べて能率が落ち
るとともに、温度分布が一定しないという問題がある。

【０００９】また、ヒートパイプ１２２の熱放出部分の
冷却は、吸入管１１９によって吸入される気体により満
たされる密閉容器内空間１０５ａに熱放出することによ
り行われる。そして、固定スクロールと旋回スクロール
が形成する圧縮空間が気体を吸入する吸入口１１８は前
記空間１０５ａに導通しているので、ヒートパイプ１２
２の熱放出により温度が上昇した気体が再度吸入口１１
８から前記圧縮空間に吸入することとなり、冷却効率が
低下する。この冷却効率を低下させないためには、吸入
管１１９が接続する外部において、特別の冷却手段を設
ける必要がある。これは構成を複雑にするとともに装置
が大型化するという問題がある。

【００１０】また、図１４に示す駆動部冷却方式は、駆
動軸２１４の回転により、遠心ファン２２６により吸気
通路２２７から外気を強制吸入し、環状空間部Ｂ、冷却
風通路２２０を経て排気通路２２８から排出される。こ
の方式は、旋回スクロール２１６の中央部分を冷却した
後の気体は旋回スクロール２１６の背面にそって排気通
路２２８から排気するために、この排気通路を必要と
し、また、さらに冷却効率を上げるためには別途固定ス
クロール２２１の背面を冷却するファンを設ける必要が
あり、装置が大型化するという問題があった。

【００１１】上述の事情に鑑み、本発明の目的は、冷却
効率のよいスクロール流体機械を提供する事を目的とす
る。また、本発明の他の目的は、耐久性のよいスクロー
ル流体機械を提供することである。また、本発明の他の
目的は、小型のスクロール流体機械を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、端板の
中央部から外周に向かって渦巻きラップを植設した固定
スクロールと、前記渦巻ラップと嵌合する渦巻ラップが
植設された端板の中央部で駆動源と連絡した回転軸と連
結して旋回駆動する旋回スクロールとを備えたスクロー
ル流体機械において、前記回転軸内に冷却手段を設けて
構成した。

【００１３】このように構成したので、回転軸を直接冷
却することができ、旋回スクロールは端板の中央部で駆
動源と連絡した回転軸により旋回駆動され、スクロール
の周辺部から取り込んだ流体を中央部に順次圧縮移送さ
れる過程において発生する熱を、最も高い中央部におい
て冷却することができ、旋回スクロールの中央部周辺に
設けられたベアリングやシール部材、また、回転軸周囲
のベアリングやシール部材を効率よく冷却することがで
きる。そして、固定スクロールと旋回スクロールとの熱
膨張による差をなくし、温度分布を一定にし、ラップの
かじりを防止し、グリスメンテナンス期間を延長するこ
とができ、よって、耐久性が向上することができる。ま
た、発熱を低減することにより各スクロールのクリアラ
ンスを小さくでき、また、高速運転を行うことができる
ことにより、到達圧力が向上できる。

【００１４】また、一端から冷却用気体を導入して他端
から排気する中空の冷却通路を、前記回転軸内に形成す
ると好ましい。また、この冷却通路内に、導入した冷却
用気体を攪拌する乱流形成手段を設けて構成すると、さ
らに好ましい。このように構成すると、簡単な構成で気
体による冷却手段を形成することができ、また、乱流形
成手段を設けることにより、冷却通路の内壁面近辺と中
心部分との気体の温度差が迅速にちじまり、効率のよい
冷却を行うことができる。

【００１５】また、前記回転軸の端部にファンを配設す
るとともに、前記冷却通路の他端に前記回転軸外周に向
かって導通する連通孔を開設し、前記ファンによって冷
却に寄与した気体を前記連通孔から強制排気することに
より前記旋回スクロールの中央部分を冷却するととも
に、前記連通孔を通らない気体により前記中央部分以外
を冷却するように構成すると好ましい。

【００１６】このように構成すると、冷却通路１１Ａｄ
（図１）、１１Ｂｄ（図２）内を冷却気体３２が通過す
ることにより、旋回スクロール３の中央部を冷却し、こ
の冷却に寄与した気体は連通孔１１Ａｃ（図１）、１１
Ｂｃ（図２）からファン１３により強制排気される。そ
して、ファン１３はさらに、ラップ７が植設された固定
スクロールであるハウジング４の背面を冷却した気体を
矢印４０（図８）のごとく排気する。よって、旋回スク
ロールの中央部のみでなく、それ以外の部分も冷却さ
れ、効率のよい冷却を行うことができる。

【００１７】また、前記回転軸内に中空路を形成し、該
中空路内に熱移動手段を配置して構成すると好ましい。
図３に示すように、回転軸１１Ｃの軸心方向に開設した
中空路１１Ｃｄ内にヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置
されている。図４に示すように、ヒートパイプ２４は、
銅、ステンレス鋼、ニッケル、タングステン、モリブデ
ン等により密閉容器２５内に設けられたウイック構造体
２８と、このウイック構造体２８に囲繞された内部空間
２５ｄと、前記ウイック構造体と前記内部空間２５ｄ間
を加熱及び冷却により状態を変化して気化及び液化して
循環する動作液とで構成され、蒸発部２５ａにより旋回
スクロールの中央部から熱を受け、動作液が気化し、矢
印３７に示すように凝縮部２５ｃに移動し、該凝縮部２
５ｃにおいて、放熱して液化してウイック構造体２８内
に動作液として戻る。前記ヒートパイプ２４の熱輸送量
は、熱伝導性のよい銅、アルミニウム等の金属に比較し
て数百倍も多量の熱輸送が行えるために、効率のよい旋
回スクロールの中央部の冷却を行うことができる。

【００１８】また、前記回転軸の端部にファンを配設
し、前記熱移動手段により旋回スクロールの中央部分を
冷却し、前記ファンにより前記熱移動手段の放熱部を含
み旋回スクロールもしくは固定スクロールの反ラップ部
を冷却するように構成すると好ましい。

【００１９】このように構成することにより、ファン１
２、１３によって図３に示すように矢印３５、３６方向
に冷却風が流れ、放熱部（凝縮部）を冷却する。また、
図６に示すように、端板の両方の面に旋回ラップを植設
したダブルラップ旋回スクロールと固定スクロールとの
組み合わせの場合は、前記ファン１２、１３の回転によ
り、矢印方向３９、４０（図８）に冷却風が移動し、前
記ファンによるヒートパイプの冷却とともにハウジング
４、５によって形成される固定スクロールの反ラップ部
を冷却した気体を排気することができる。

【００２０】また、端板の一方の面に旋回ラップを植設
したシングルラップ旋回スクロールと固定スクロールと
の組み合わせの場合にも適用されるものであり、この場
合は、前記ファンの近傍には固定スクロールが位置する
方式と、旋回スクロールが位置する方式とがあり、前記
ファンによりヒートパイプの冷却とともに固定スクロー
ルもしくは旋回スクロールの反ラップ部を冷却した気体
を排気することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特
に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。

【００２２】図１は、本発明の実施例に係るスクロール
流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例
図、図２は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械
の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例図、図３
は、本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸
とファンの組立構造を示す第３実施例図、図４は、ヒー
トパイプの構造図、図５は、本発明の実施例に係るスク
ロール流体機械の組立構造図、図６は、図５のＣ−Ｃ方
向から見た図、図７は、図５のＤ−Ｄ方向から見た図、
図８は、図１の部分拡大図、図９〜図１２は回転軸がそ
れぞれ９０゜ずつ回転変位した状態におけるスクロール
の作用を示す図であって、図９は、ガスバラスト用の気
体の導入を開始したスクロールの状態を示す概略図、図
１０は、ガスバラスト用の気体の導入をしているスクロ
ールの状態を示す概略図、図１１は、ガスバラスト用の
気体の導入終了直前のスクロールの状態を示す概略図、
図１２は、ガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したス
クロールの状態を示す概略図、図１３は、本発明の実施
例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構
造を示す第１実施例の改良実施例を示す図、図１４は、
本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回転軸とフ
ァンの組立構造を示す第２実施例の改良実施例を示す
図、図１５は、本発明の実施例に係るスクロール流体機
械の回転軸とファンの組立構造を示す第３実施例の改良
実施例を示す図、図１６は、非駆動部冷却方式を示す従
来例図、図１７は、駆動部冷却方式を示す従来例図であ
る。

【００２３】まず、本発明の実施例に係る回転軸冷却構
造を適用するスクロール流体機械の基本構造を説明す
る。図５において、ポンプ本体１の回転軸１１は右端を
モータ２の駆動軸に連結され、モータ２の回転力により
回転可能に設けられている。この回転軸１１の中央部分
は、その外周が回転中心軸線よりは幾分膨らんだ偏芯部
１１ａを有し、その偏芯部１１ａの両端部はハウジング
４及び５の軸受け及びパッキング部に支持され、回転可
能に設けられている。

【００２４】固定スクロールを構成するハウジング４及
び５は、それぞれ円蓋状をなし、ケーシングとして機能
するその周壁をシール部材を介して当接させてその内部
に密閉空間を形成している。ハウジング４には、ラップ
摺動面４ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面４ｂに
は、その中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａ
を外れた、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部
４ｉ（図８）が設けられ、その開口部近傍を先端７ａ
（図９）として矢印３０方向から見て時計方向回転に渦
巻状のラップ７が植設され、該ラップ７の上縁には溝が
設けられ、該溝には相手側摺動面と接触して密閉状態を
完全にするフッソ系樹脂等の自己潤滑性のあるチップシ
ール１４が嵌入（図８）されている。

【００２５】前記ラップ７の先端７ａの近傍の摺動面４
ｂに開口部を有する吐出孔４ｃ（図８、図９）が開設さ
れ、該吐出孔４ｃから吐出通路４ｄを通ってハウジング
４の外周面４ａに設けた吐出口部９から外部に圧縮気体
が排出されるように構成されている。また、ハウジング
４のラップと反対側面にある基部４ｆにはガスバラスト
用の気体を導入する導入管１０が設けられ、気体はこの
導入管１０から通路４ｇを通って導入孔４ｅから密閉空
間Ｒに導入される。

【００２６】また、ハウジング４の周壁部分には、１２
０゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７が設けら
れている。この公転機構１７は、後述する旋回スクロー
ルと連結している。また、ハウジング４の外周部４ａに
は、吸入口部８が設けられ、該吸入口部８は図示しな
い、真空にしようとする容器と連結され、その容器から
開口部８ａを介して、前記容器内の気体が吸引される。

【００２７】一方、ハウジング５には、ラップ摺動面５
ｂが軸方向垂直に設けられ、その摺動面５ｂには、その
中央部分に、前述の回転軸１１の偏芯部１１ａを外れ
た、偏芯しない部分が回転可能に嵌合する開口部が設け
られ、その開口部近傍を周端として矢印３１方向から見
て反時計方向回転に渦巻状のラップ６が植設され、該ラ
ップ６の上縁には溝が設けられ、該溝には相手側摺動面
と接触して密閉状態を完全にするチップシール１４が嵌
入（図８）されている。

【００２８】ハウジング４及び５が形成する内部空間に
は、旋回スクロール３が公転可能に嵌挿される。旋回ス
クロール３は、円盤状に形成されたプレートの摺動面３
ｄ及び３ｅに前記固定スクロールに設けられたラップと
嵌合可能なラップ２６及び２７が植設されている。

【００２９】前記ラップ２６は矢印３０方向から見て、
時計方向回転に設けられ、前記ラップ２７は矢印３１方
向から見て、反時計方向回転に設けられている。旋回ス
クロール３の中央部分には、前述した回転軸１１の偏芯
部分１１ａが回転可能に嵌合する開口部３ａが開設さ
れ、該開口部３ａの周囲は、前記回転軸１１の偏芯部分
１１ａの全長に亙ってラップ２６ａ及び２７ａによって
囲繞するように構成されている。

【００３０】ガスバラスト用の気体を導入する前述した
固定スクロールのラップ７と旋回スクロール３のラップ
２７とで形成される密閉空間Ｒに対応する、固定スクロ
ールのラップ６と旋回スクロール３のラップ２６とで形
成される密閉空間Ｌとの間には連通孔３ｅが開設され、
導入管１０から侵入する気体は、密閉空間Ｒから該連通
孔３ｅを通って密閉空間Ｌに充満されるように構成され
ている。

【００３１】また、ハウジング５の外側と、ハウジング
４の外側の回転軸１１には、この真空ポンプを冷却する
ファン１２、１３が設けられ、これらのファンを保護す
るために、中央部に開口孔１８ａを有したカバー１８、
及び１９がハウジング５及び４に取付られている。そし
て、カバー１８とハウジング５との間には多数の開口孔
２９Ｂａ、２９Ｂｂ（図７）を開設した遮蔽板２９Ｂ
が、カバー１９とハウジング４との間には多数の開口孔
２９Ａａ、２９Ａｂ（図６）を開設した遮蔽板２９Ａが
取付られている。また、旋回スクロールの外周部には、
前述したようにハウジング４に一端が支持され、１２０
゜ずつ円周方向３箇所に３対の公転機構１７の他端が支
持され、該公転機構１７を介して前記固定スクロールと
は偏心した回転中心を有して公転するように配置され
る。

【００３２】次に、上述のごとく構成された本実施例の
動作を、図９〜図１２を用いて説明する。図９〜図１２
中（ａ）は図２におけるＡ−Ａ方向から見た図であり、
（ｂ）はＢ−Ｂ方向から見た図である。図５において、
回転軸１１が回転すると、旋回スクロール３が公転し、
図示しない容器から気体を吸入し、固定スクロールのラ
ップ６、７の外周から気体を旋回スクロールのラップ２
６及び２７によって、それらの固定スクロール及び旋回
スクロールのラップによって形成する密閉空間に取り込
み、この密閉空間によって圧縮され、３個以上の密閉空
間により圧縮された後に、図１２（ａ）に示すＲ０密閉
空間から図９（ａ）に示す空間Ｒ１に到ると、導入管１
０からの導入通路が開成する。

【００３３】このとき、真空にしようとする容器内の圧
力が外部気圧に近いときは、前記導入孔から気体が導入
される密閉空間Ｒ１の内圧はすでに外部大気より高く、
また、ガスバラスト用の導入管１０から導入される気体
の圧力が前記内圧より低いと導入孔を通って気体は導入
されない。旋回スクロールの公転駆動により、密閉空間
Ｒ及びＬはＲ１、Ｌ１（図９）、Ｒ２、Ｌ２（図１
０）、Ｒ３、Ｌ３（図１１）、Ｒ４、Ｌ４（図１２）と
変化して圧縮気体は吐出孔４ｃから排出される。

【００３４】よって、前記空間Ｒ１、Ｌ１の時点で、す
でに容器内の気体が水蒸気を含んでいると最終密閉空間
Ｒ４、Ｌ４においては飽和蒸気圧以上となり、蒸気が凝
縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップの内壁に
付着して水分が蓄積される。

【００３５】もし、すでに空間Ｒ１、Ｌ１に到るまでに
水蒸気が液化した場合は、若干の水分が固定スクロール
の導入孔４ｅから導入管１０に逆流するが、導入孔４ｅ
は狭く、且つ、ガスバラスト用気体が存在するので、導
入管１０に侵入する水分は極めて少ない。

【００３６】真空にしようとする容器内の圧力が低下す
ると、容器内の水分は気化が進むがガスバラスト用の前
記導入孔から気体が導入される密閉空間Ｒ１、Ｌ１の内
圧は、該密閉空間に到るまでに取り込んだ流体が圧縮さ
れたとしても、前記導入孔から導入される気体の圧力よ
り低くなり、前記導入孔から気体が導入される。

【００３７】この時点で導入された気体中の水蒸気の比
率が低下する。そして、Ｒ２、Ｌ２（図１０）、Ｒ３、
Ｌ３（図１１）まで前記水蒸気を含んだ流体が圧縮され
る。この時、この空間の圧縮流体の圧力はガスバラスト
用の気体の圧力より大きくなるが、導入孔４ｅが小径で
あり、旋回スクロールの駆動速度が早くかつ、ガスバラ
スト用の気体が存在するので、導入孔４ｅから逆流する
圧縮流体は少なく、また、Ｒ４、Ｌ４（図１２）におい
て密閉空間が吐出孔４ｃと導通する直前に固定スクロー
ルの導入孔４ｅは旋回スクロールのラップ２６ａ及び２
７ａによって閉鎖される。

【００３８】そして、前記空間が圧縮され、吐出孔と導
通するとき（図１２）の水蒸気分圧を低下させ、スクロ
ールポンプの飽和蒸気圧以下とし、液化させずに、か
つ、前記凝縮して液化してラップ壁に付着した水分を気
化させるとともに、吐出孔から排出する。

【００３９】一方、図１２に示す空間Ｓ０（ａ）、Ｔ０
（ｂ）は、回転軸１１が９０゜回転すると、図９に示す
ようにＳ１（ａ）、Ｔ１（ｂ）と圧縮されるが、この圧
縮空間にはガスバラスト用の導入孔は存在しない。そし
て、図１０のＳ２、Ｔ２を経て図１１のＳ３、Ｔ３空間
が吐出孔４ｃと連通して圧縮流体は外部に吐出される。
よって、この行程においては、飽和蒸気圧以上となり、
蒸気が凝縮して液化し、最終密閉空間を形成するラップ
の内壁に付着して水分が蓄積される場合がある。

【００４０】この場合においても、ガスバラスト用の導
入管と連通する空間Ｒ４、Ｌ４（図１２）が、空間Ｓ
３、Ｔ３の圧縮流体を吐出孔４ｃから吐出後に続いて吐
出孔４ｃ導通するので、水蒸気分圧が低い、スクロール
ポンプの飽和蒸気圧以下の圧縮気体が、前記空間Ｓ３、
Ｔ３において凝縮して液化した水分を気化させつつ、吐
出孔から排出する。

【００４１】上述のように動作するスクロール流体機械
は、周辺から取り込んだ流体を中央部に向けて連続的に
圧縮するものであり、中央部が最高に圧縮されるため
に、中央部が最も高温になる。次に、この中央部を冷却
する冷却手段の構成を説明する。図１は、本発明の実施
例に係るスクロール流体機械の回転軸とファンの組立構
造を示す第１実施例図である。同図において、回転軸１
１Ａの回転軸中心にそって外部の気体を左端の開口１１
Ａｇから導入する冷却通路１１Ａｄが削設され、該冷却
通路１１Ａｄの右端には遮蔽板２３により遮蔽されてい
る。

【００４２】回転軸１１Ａの右端部１１Ａｂには、冷却
通路１１Ａｄから右端部１１Ａｂの外周面に向かって放
射状に複数の開口孔１１Ａｃが開設され、該開口孔１１
Ａｃは、前記右端部１１Ａｂに嵌合固着するファン１３
の嵌合部２０Ａに設けられた開口孔１３ａに連通して、
ファン１３の回転により、冷却通路１１Ａｄ内を冷却し
た冷却気体を前記開口孔１３ａから外部に矢印３４のご
とく排気可能に構成されている。

【００４３】回転軸１１Ａの左端部１１Ａｅには、該左
端部１１Ａｅに嵌合するファン１２の嵌合部２０Ｂが、
先端のネジ部１１Ａｆにナット２２によって固着され、
ファン１２の回転により、遮蔽板２９Ｂ（図７）に開設
された開口孔２９Ｂａからハウジング５の反ラップ面
（図５）を冷却した冷却気体を外部に矢印３９のごとく
排気可能に構成されている。

【００４４】このように構成されているので、冷却通路
１１Ａｄ内を冷却気体３２が通過することにより、旋回
スクロール３の中央部を冷却し、この冷却に寄与した気
体は連通孔１１Ａｃから遮蔽板２９Ａの開口孔２９Ａｂ
（図６）を通ってファン１３により強制排気される。

【００４５】図２は、本発明の実施例に係るスクロール
流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例
図である。同図において、回転軸１１Ｂの回転軸中心に
そって外部の気体を左端の開口１１Ｂｇから導入する冷
却通路１１Ｂｄと、該通路１１Ｂｄ内周面に溝１１Ｂｈ
がスパイラル状に削設され、該冷却通路１１Ｂｄの右端
には遮蔽板２３により遮蔽されている。

【００４６】回転軸１１Ｂの右端部１１Ｂｂには、冷却
通路１１Ｂｄから右端部１１Ｂｂの外周面に向かって放
射状に複数の開口孔１１Ｂｃが開設され、該開口孔１１
Ｂｃは、前記右端部１１Ｂｂに嵌合固着するファン１３
の嵌合部２０Ａに設けられた開口孔１３ａに連通して、
ファン１３の回転により、冷却通路１１Ｂｄ内を冷却し
た冷却気体を前記開口孔１３ａから外部に矢印３４のご
とく排気可能に構成されている。

【００４７】回転軸１１Ｂの左端部１１Ｂｅには、該左
端部１１Ｂｅに嵌合するファン１２の嵌合部２０Ｂが、
先端のネジ部１１Ｂｆにナット２２によって固着され、
ファン１２の回転により、遮蔽板２９Ｂ（図７）に開設
された開口孔２９Ｂａからハウジング５の反ラップ面
（図５）を冷却した冷却気体を外部に矢印３９のごとく
排気可能に構成されている。

【００４８】このように構成されているので、冷却通路
１１Ｂｄ内を冷却気体３２が通過することにより、旋回
スクロール３の中央部を冷却される、この際に、スパイ
ラル状に形成された溝１１Ｂｈにより導入した冷却用気
体を攪拌する乱流形成手段を設けているので、冷却通路
の内壁面近辺と中心部分との気体の温度差が迅速にちじ
まり、効率のよい冷却を行うことができる。尚、前記乱
流形成手段は、前記冷却通路１１Ｂｄ内にスパイラル状
のコイルスプリングを挿入してよい。また、前記冷却通
路１１Ｂｄの内径を外径とする、２液を混合するような
ミキシングパイプを前記冷却通路１１Ｂｄ内に挿入して
もよい。

【００４９】図３は、本発明の実施例に係るスクロール
流体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第３実施例
図である。同図において、回転軸１１Ｃの回転軸中心に
そって中空路１１Ｃｄが削設され、該中空路１１Ｃｄ内
にはヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置されている。

【００５０】回転軸１１Ｃの右端部１１Ｃｂには、ファ
ン１３の嵌合部２１Ａが嵌合固着し、ファン１３の回転
により、ヒートパイプ２４Ａの放熱部２５ｃを冷却した
冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成され
ている。回転軸１１Ｃの左端部１１Ｃｅには、該左端部
１１Ｃｅに嵌合するファン１２の嵌合部２１Ｂが、先端
のネジ部１１Ｃｆにナット２２によって固着され、ファ
ン１２の回転により、ヒートパイプ２４Ｂの放熱部２５
ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可
能に構成されている。

【００５１】前記ヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂは、図４
に示すように、銅、ステンレス鋼、ニッケル、タングス
テン、モリブデン等により形成された密閉容器２５内に
設けられたウイック構造体２８と、このウイック構造体
２８に囲繞された内部空間２５ｄと、前記ウイック構造
体２８と前記内部空間２５ｄ間を加熱及び冷却により状
態を変化して気化及び液化して循環する動作液とで構成
され、蒸発部２５ａにより旋回スクロール３の中央部か
ら熱を受け、動作液が気化し、矢印３７に示すように凝
縮部（放熱部）２５ｃに移動し、該凝縮部２５ｃにおい
て、放熱して液化してウイック構造体２８内に動作液と
して戻る。

【００５２】このように構成されたヒートパイプ２４
Ａ、２４Ｂを中空路１１Ｃｄ内に配置した第３実施例に
係る回転軸１１Ｃは、図３において、ヒートパイプ２４
Ａ、２４Ｂを形成する容器２５の加熱部（蒸発部）２５
ａにおいて旋回スクロール３により発生した熱を吸収
し、ヒートパイプ内の動作液を蒸発気化させ、この気化
した気体は凝縮部２５ｃにおいてファン１２、１３にお
いて矢印３５、３５として吸引する外部気体により冷却
され液化される。

【００５３】冷却に寄与した外部気体は遮蔽板２９Ａ、
２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａｂ、２９Ｂｂを通
って矢印３６、３６として外部に排出される。また、固
定スクロールのラップを植設したハウジング４、５の反
ラップ面を冷却した気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図
６、図７）の開口孔２９Ａａ、２９Ｂａを通って矢印３
９、４０（図８）として、前記旋回スクロール３の中央
部を冷却した気体とともに外部に排出される。

【００５４】前記ヒートパイプ２４の熱輸送量は、熱伝
導性のよい銅、アルミニウム等の金属に比較して数百倍
も多量の熱輸送が行えるために、効率のよい旋回スクロ
ールの中央部の冷却を行うことができる。また、ヒート
パイプは内部を中空に形成し、該中空の周面にウイック
構造体と動作液を配置しているだけであるので、軽量で
あり、熱源から離れた場所に、しかも少ない温度差で、
かつ極めて迅速に熱を移動することができ、効率のよい
中央部の冷却を行うことができる。また、断熱部２５ｂ
を適宜設計することにより、また、蒸発部２５ａおよび
凝縮部２５ｃの大きさ形状を設計することにより、熱移
動量を簡単に設定することができる。

【００５５】次に、本発明の実施例に係るスクロール流
体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例の
改良実施例を説明する。図１３は、第１実施例である図
１の改良に係るものであり、中心に冷却気体が導通する
冷却通路１１Ｄｄを有した円筒で形成された小径部１１
Ｄｋと、同じ径の冷却通路１１Ｄｄを有した円筒で形成
された中径部１１Ｄｂとの間に、前記冷却通路１１Ｄｄ
より大径の内部空間１１Ｄｊを有した大径の円筒で形成
された偏芯部１１Ｄａを挟んで、お互いの冷却通路１１
Ｄｄの内周面及び空間１１Ｄｊの内周面をラインＭ−Ｍ
を合わせて、お互いの円筒の接続端を４０Ａ〜４０ｄの
ごとくロー付けして、回転軸１１Ｄを構成したものであ
る。

【００５６】このように構成しているので、回転軸１１
Ｄが回転すると偏芯部１１Ｄａの内部空間１１Ｄｊが回
転し、冷却通路１１Ｄｄから導入された冷却気体は、空
間１１Ｄｊ部で気体は偏芯部分に広がるとともに、該部
分の気体は空間の偏芯部内周面で押され、乱流が発生
し、熱交換を効率よく行うことができる。

【００５７】次に、本発明の実施例に係るスクロール流
体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例の
改良実施例を説明する。図１４は、第２実施例である図
２の改良に係るものであり、中心に冷却気体が導通する
冷却通路１１Ｅｄを有した円筒で形成された小径部１１
Ｅｋと、同じ径の冷却通路１１Ｅｄを有した円筒で形成
された中径部１１Ｅｂとの間に、前記冷却通路１１Ｅｄ
より大径の内部空間１１Ｅｊを有した大径の円筒で形成
された偏芯部１１Ｅａを挟んで、お互いの冷却通路１１
Ｅｄの内周面及び空間１１Ｅｊの内周面をラインＮ−Ｎ
を合わせて、お互いの円筒の接続端を４０Ａ〜４０ｄの
ごとくロー付けするとともに、螺旋溝１１Ｅｈを削設し
て回転軸１１Ｅを構成したものである。

【００５８】このように構成しているので、回転軸１１
Ｅが回転すると螺旋溝１１Ｅｈにより冷却通路１１Ｅｄ
から導入された冷却気体は、乱流を発生し、さらに、偏
芯部１１Ｅａの内部空間１１Ｅｊが回転し、冷却気体
は、空間１１Ｅｊ部で偏芯部分に広がるとともに、該部
分の気体は空間の偏芯部内周面で押され、乱流が増長さ
れ、熱交換を効率よく行うことができる。尚、第２実施
例において説明したように、前記乱流形成手段として
は、前記冷却通路１１Ｅｄ内にスパイラル状のコイルス
プリングを挿入してよく、また、前記冷却通路１１Ｅｄ
の内径を外径とする、２液を混合するようなミキシング
パイプを前記冷却通路１１Ｅｄ内に挿入してもよいこと
は勿論のことである。

【００５９】次に、本発明の実施例に係るスクロール流
体機械の回転軸とファンの組立構造を示す第３実施例の
改良実施例を説明する。図１５は、第３実施例である図
３の改良に係るものであり、同図において、回転軸１１
Ｆの両端部から偏芯部１１Ｆａに向かって回転軸中心線
Ｐより角度αだけ傾斜した線Ｑを中心として中空路１１
Ｆｒ、１１Ｆｌが削設され、該中空路１１Ｆｒ、１１Ｆ
ｌ内にはヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂが配置されてい
る。

【００６０】回転軸１１Ｆの右端部１１Ｆｂには、ファ
ン１３の嵌合部２１Ａが嵌合固着し、ファン１３の回転
により、ヒートパイプ２４Ａの放熱部２５ｃを冷却した
冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可能に構成され
ている。回転軸１１Ｆの左端部１１Ｆｅには、該左端部
１１Ｆｅに嵌合するファン１２の嵌合部２１Ｂが、先端
のネジ部１１Ｆｆにナット２２によって固着され、ファ
ン１２の回転により、ヒートパイプ２４Ｂの放熱部２５
ｃを冷却した冷却気体を外部に矢印３６のごとく排気可
能に構成されている。

【００６１】このように構成された本実施例は、前記第
３実施例において説明したような動作により、熱交換が
行われる。すなわち、ヒートパイプ２４Ａ、２４Ｂを形
成する容器２５の加熱部（蒸発部）２５ａにおいて旋回
スクロール３により発生した熱を吸収し、ヒートパイプ
内の動作液を蒸発気化させ、この気化した気体は凝縮部
２５ｃにおいてファン１２、１３において矢印３５、３
５として吸引する外部気体により冷却され液化される。

【００６２】冷却に寄与した外部気体は遮蔽板２９Ａ、
２９Ｂ（図６、図７）の開口孔２９Ａｂ、２９Ｂｂを通
って矢印３６、３６として外部に排出される。また、固
定スクロールのラップを植設したハウジング４、５の反
ラップ面を冷却した気体は遮蔽板２９Ａ、２９Ｂ（図
６、図７）の開口孔２９Ａａ、２９Ｂａを通って矢印３
９、４０（図８）として、前記旋回スクロール３の中央
部を冷却した気体とともに外部に排出される。

【００６３】上述の熱交換過程において、本実施例は中
空路１１Ｆｒ、１１Ｆｌが中心線Ｐより傾斜しているの
で、加熱部２５ａは中心線Ｐを中心として偏芯して回転
することとなり、遠心力を発生し、凝縮部２５ｃにおい
て液化された動作液を加熱部に引き上げる作用をなし、
動作液の循環を助長させ、冷却効果が向上する。よっ
て、本実施例においては毛細管作用の動作液還流方法を
有するヒートパイプのみでなく、遠心力を利用した回転
式ヒートパイプにおいても使用可能であって、その利用
範囲は広い。

【００６４】尚、上述の実施例においては、図５に示す
ように、端板の両方の面に旋回ラップを植設したダブル
ラップ旋回スクロールと固定スクロールとの組み合わせ
で説明したが、これに限定されるものではなく、端板の
一方の面に旋回ラップを植設したシングルラップ旋回ス
クロールと固定スクロールとの組み合わせの場合にも適
用されるものであり、この場合は、前記ファンの近傍に
は固定スクロールが位置する方式と、旋回スクロールが
位置する方式とがあり、前記ファンによりヒートパイプ
の冷却とともに固定スクロールもしくは旋回スクロール
の反ラップ部を冷却した気体を排気することができるこ
とは勿論のことである。

【００６５】また、本実施例は前記回転軸の端部にファ
ンを配設するとともに、前記冷却通路の他端に前記回転
軸外周に向かって導通する連通孔を開設し、前記ファン
によって冷却に寄与した気体を前記連通孔から強制排気
することにより前記旋回スクロールの中央部分を冷却す
るとともに、前記連通孔を通らない気体により前記中央
部分以外を冷却するように構成している。すなわち、冷
却通路１１Ａｄ（図１）、１１Ｂｄ（図２）内を冷却気
体３２が通過することにより、旋回スクロール３の中央
部を冷却し、この冷却に寄与した気体は連通孔１１Ａｃ
（図１）、１１Ｂｃ（図２）からファン１３により強制
排気される。そして、ファン１３はさらに、ラップ７が
植設された固定スクロールであるハウジング４の背面を
冷却した気体を矢印４０のごとく排気する。よって、旋
回スクロールの中央部のみでなく、それ以外の部分も冷
却され、効率のよい冷却を行うことができる。

【００６６】上述したように、本実施例は、回転軸を直
接冷却することができので、旋回スクロールは端板の中
央部で駆動源と連絡した回転軸により旋回駆動され、ス
クロールの周辺部から取り込んだ流体を中央部に順次圧
縮移送される過程において発生する熱を、最も高い中央
部において冷却することができ、旋回スクロールの中央
部周辺に設けられたベアリングやシール部材、また、回
転軸周囲のベアリングやシール部材を効率よく冷却する
ことができる。そして、固定スクロールと旋回スクロー
ルとの熱膨張による差をなくし、温度分布を一定にし、
ラップのかじりを防止し、グリスメンテナンス期間を延
長することができ、よって、耐久性が向上することがで
きる。また、発熱を低減することにより各スクロールの
クリアランスを小さくでき、また、高速運転を行うこと
ができることにより、到達圧力が向上できる。

【００６７】また、上述した実施例の、ガスバラスト用
の前記導入孔の開口部を前記旋回スクロールのラップ摺
動面に設けるとともに、前記開口部の開口孔径を前記ラ
ップ幅より小に形成し、前記旋回スクロールのラップ駆
動により前記導入孔の開口を開閉可能に構成し、前記固
定スクロール及び旋回スクロールが形成する最終密閉空
間が外部への吐出通路と導通する時期に同期して前記導
入孔の開口部を閉鎖するように構成しているので、最終
密閉空間が吐出通路と導通しているときにガスバラスト
用の前記導入孔とは遮断され、前記導入孔へ圧縮流体が
逆流することが防止され、圧縮流体は吐出通路から外部
に排出される。したがって、導入孔開口部をラップ幅よ
り小さい径に設定するという簡単な構成で前記圧縮流体
の逆流が防止でき、前記気体導入孔の部分に特別な逆止
め弁を設ける必要がない。

【００６８】また、前記旋回スクロールのプレートの表
裏面にそれぞれラップを形成し、これらのラップとお互
いに嵌合するラップを有する第１固定スクロール及び第
２固定スクロールとにより前記旋回スクロールを旋回駆
動可能に設け、前記第１固定スクロール及び第２固定ス
クロールのうちの一方の固定スクロールにガスバラスト
用導入孔を設けるとともに、前記旋回スクロールのプレ
ートには他方の固定スクロールとで形成する密閉空間に
前記気体を送る連通孔を開設し、前記一方の固定スクロ
ールに吐出孔を設け、前記密閉空間内の圧縮流体を前記
気体とともに圧縮して外部に吐出するように構成してい
るので、一方の固定スクロールに前記導入孔を設けると
ともに、圧縮流体の吐出孔を設けているので、前記導入
孔及び吐出孔が片方の固定スクロール側のラップの反対
側の部分に集中配置され、それらを一方及び他方の固定
スクロールに分散させて配置するより、構成が簡単にな
り製造が容易になる。

【００６９】また、ガスバラスト用の前記導入孔から旋
回スクロールの一方のラップと一方の固定スクロールの
ラップとで形成される密閉空間に導入された気体は旋回
スクロールのプレートに設けられた前記連通孔を介して
旋回スクロールの他方のラップと他方の固定スクロール
のラップとで形成されるもう一方の密閉空間に導入して
いるので、両方の固定スクロールにガスバラスト用の気
体を導入する導入孔を設けなくても、一方の固定スクロ
ールに導入孔を設ければよいために、構成が簡単で製造
が容易になる。

【００７０】尚、本実施例は種々変形することができ
る。上述したように、Ｒ空間、Ｌ空間にガスバラスト用
の導入孔からの気体を導入しているが、必ずしもこれに
限定されるものではなく、Ｓ空間、Ｔ空間にガスバラス
ト用の気体を導入するように構成してもよい。また、ガ
スバラスト用の導入管１０及び吐出通路４ｃ、４ｄはハ
ウジング４側に取付られているが、これはハウジング５
側に設けてもよい。また、ガスバラスト用の気体はハウ
ジング４及び５の両方に導入管を設け、旋回及び固定ス
クロールのラップで形成される空間Ｒ及びＬに両方から
導入してもよい。その場合は、前記空間ＲとＬを連通す
る導入孔３ｅは不用となるとともに、両方から迅速にガ
スバラスト用の気体が導入されるので効率がアップす
る。また、吐出通路はハウジング４側の４ｃ、４ｄとと
もに、ハウジング５側にも設けてもよいことは勿論のこ
とである。

【００７１】また、ガスバラスト用の気体は導入管１０
から外部大気を導入してもよいが、空気またＮ₂ 等乾
燥ガスに熱を加えて導入するのが望ましい。この場合
は、スクロールラップ内の蒸気または液体の乾燥が早め
られ、劣化防止が促進される。また、本実施例は、容器
から有害なガスなどを吸引した場合は、導入管からＮ₂
等の希釈用ガスを導入して有害ガスを安全基準まで希釈
することができる。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は冷却効率
のよい冷却手段を用いることにより、ラップのかじりを
防止し、グリスメンテナンス期間を延長することがで
き、よって、耐久性が向上することができる。また、発
熱を低減することにより各スクロールのクリアランスを
小さくでき、また、高速運転を行うことができることに
より、到達圧力が向上できる。等の著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回
転軸とファンの組立構造を示す第１実施例図である。

【図２】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回
転軸とファンの組立構造を示す第２実施例図である。

【図３】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の回
転軸とファンの組立構造を示す第３実施例図である。

【図４】ヒートパイプの構造図である。

【図５】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の組
立構造図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ方向から見た図である。

【図７】図５のＤ−Ｄ方向から見た図である。

【図８】図１の部分拡大図である。

【図９】ガスバラスト用の気体の導入を開始したスクロ
ールの状態を示す概略図である。

【図１０】ガスバラスト用の気体の導入をしているスク
ロールの状態を示す概略図である。

【図１１】ガスバラスト用の気体の導入終了直前のスク
ロールの状態を示す概略図である。

【図１２】ガスバラスト用の気体の導入孔を閉鎖したス
クロールの状態を示す概略図である。

【図１３】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の
回転軸とファンの組立構造を示す第１実施例の改良実施
例を示す図である。

【図１４】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の
回転軸とファンの組立構造を示す第２実施例の改良実施
例を示す図である。

【図１５】本発明の実施例に係るスクロール流体機械の
回転軸とファンの組立構造を示す第３実施例の改良実施
例を示す図である。

【図１６】非駆動部冷却方式を示す従来例図である。

【図１７】駆動部冷却方式を示す従来例図である。

【符号の説明】

１ポンプ本体３旋回スクロール４、５ハウジング６、７、２６、２７ラップ８吸入口部９吐出口部１０導入管１１回転軸（１１Ａ、１１Ｂ、１１
Ｃ、１１Ｄ、１１Ｅ）１２、１３ファン１４チップシール１５、１６パッキング１８、１９カバー２０軸受（２０Ａ、２０Ｂ）２１軸受（２１Ａ、２１Ｂ）２４ヒートパイプ（２４Ａ、２４Ｂ）２５容器２８ウイック構造体２９遮蔽板（２９Ａ、２９Ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端板の中央部から外周に向かって渦巻き
ラップを植設した固定スクロールと、前記渦巻ラップと
嵌合する渦巻ラップが植設された端板の中央部で駆動源
と連絡した回転軸と連結して旋回駆動する旋回スクロー
ルとを備えたスクロール流体機械において、前記回転軸内に冷却手段を設けたことを特徴とするスク
ロール流体機械。
【請求項２】一端から冷却用気体を導入して他端から
排気する中空の冷却通路を、前記回転軸内に形成したこ
とを特徴とする請求項１記載のスクロール流体機械。
【請求項３】前記冷却通路内に、導入した冷却用気体
を攪拌する乱流形成手段を設けたことを特徴とする請求
項２記載のスクロール流体機械。
【請求項４】前記回転軸の端部にファンを配設すると
ともに、前記冷却通路の他端に前記回転軸外周に向かっ
て導通する連通孔を開設し、前記ファンによって冷却に
寄与した気体を前記連通孔から強制排気することにより
前記旋回スクロールの中央部分を冷却するとともに、前
記連通孔を通らない気体により前記中央部分以外を冷却
するように構成したことを特徴とする請求項２記載のス
クロール流体機械。
【請求項５】前記回転軸内に中空路を形成し、該中空
路内に熱移動手段を配置したことを特徴とする請求項１
記載のスクロール流体機械。
【請求項６】前記回転軸の端部にファンを配設し、前
記熱移動手段により旋回スクロールの中央部分を冷却
し、前記ファンにより前記熱移動手段の放熱部を含み旋
回スクロールもしくは固定スクロールの反ラップ部を冷
却することを特徴とする請求項５記載のスクロール流体
機械。