JP2004232608A

JP2004232608A - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP2004232608A
Application number: JP2003024829A
Authority: JP
Inventors: Yuji Komai; 裕二駒井; Kazutaka Suefuji; 和孝末藤
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】圧縮部を径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の熱を奪うことができ、スクロール最中央部のラップの熱による変形を防止するよう構成したスクロール式流体機械を提供する。
【解決手段】回転軸１７および該回転軸１７の偏心部１８Ａ、１８Ｂを中空筒状に形成し、回転軸１７の内部に、旋回スクロール６Ａ、６Ｂの最中央部６Ａ１、６Ｂ１と連結する熱伝達部材としての連結軸２８を設け、前記回転軸１７の内部と前記連結軸２８との間に連通路５２を形成し、該連通路５２内からケーシング１外に冷却風を流通させる冷却手段としての冷却ファン５３を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、互いに鏡板の一側にうず巻状のラップ部が立設され、該ラップ部が重なり合って圧縮室を形成する一対のスクロールを有し、前記スクロールの少なくとも一側を駆動すべく、その鏡板背面の中央部に回転軸が嵌合されたスクロール式流体機械は知られている。
【０００３】
そして、この種のスクロール式流体機械を空気圧縮機として用いる場合には、駆動軸を電動機等で回転駆動することにより一方、もしくは一対のスクロールを回転、もしくは旋回駆動し、一対のスクロールで画成された複数の圧縮室により外部から吸込んだ空気を圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口から外部の空気タンク等に向けて吐出させるようになっている。
【０００４】
ところで、スクロール式流体機械は、一対のスクロールの外周側から中央側に向うにつれ、圧力を高めるように圧縮運転しているため、その最中央部は最も圧縮熱による温度上昇が顕著になる。そして、その最も高温の熱により、最中央部のラップが変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を招くという問題がある。また、一方のスクロールが旋回駆動するスクロールにあっては、一方のスクロールの鏡板背面の最中央部に軸受を介して回転軸を嵌合させている。よって、最も高温の熱は、スクロール背面の最中央部に伝わった後、そこに位置する軸受に伝わる。そのため、軸受は、高温の熱が軸受に封入されたグリース等に直接伝わることにより、軸受内のグリース等が漏洩して寿命を低下させるという問題がある。
【０００５】
そこで、このような問題を解決するために、従来技術では、駆動軸の軸方向に冷却路を貫通して形成し、その内部に冷却風や冷却水を流通させることで旋回軸受などを冷却している（特許文献１、２）。また、別の従来技術では、旋回スクロール背面の熱を旋回軸受に直接伝えないようにするため、旋回スクロールを２部材で形成して、旋回スクロール背面と旋回軸受とを直接接しないように構成し、その間に冷却風を流して冷却している（特許文献３）。
【０００６】
【特許文献１】
実開昭６４−３２４８７号公報
【特許文献２】
特開昭６１−２００３９１号公報
【特許文献３】
特開２００２−１３４９２号公報（図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した特許文献１に示す従来技術では、一対のスクロールの最中央圧縮室内に冷却路を有する駆動軸を貫通させる構成としている。そのため、圧縮室が径方向に大型化してしまうという問題がある。また、最中央圧縮室内に回転体である駆動軸が設けられているため、圧縮流体が漏れないよう最中央圧縮室と駆動軸との間をシールする必要がある。
【０００８】
また、特許文献２に示す従来技術では、旋回軸受の熱を回転軸に伝えて、その熱を回転軸内に流通させている冷却水により奪う構成としている。しかし、旋回スクロール鏡板背面の最中央部と回転軸とが非接触であるため、熱の伝達は旋回スクロール鏡板の最も高温の熱を旋回軸受を介して回転軸に熱を伝えることになる。そのため、旋回軸受に一度高温の熱を伝えるため、旋回軸受の寿命を低下させる恐れがある。
【０００９】
さらに、特許文献３に示す従来技術では、旋回スクロールを２部材で形成しているため、型代、加工費、材料費等が１部材で形成した場合と比して大幅に高くなり、さらには組み立てが困難になるという問題がある。
【００１０】
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、圧縮室を径方向に大型化することなく、スクロールの鏡板背面の最中央部の熱を効率的に放熱することができるスクロール式流体機械を提供することを目的としている。
【００１１】
【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によるスクロール式流体機械は、互いに、鏡板の一側にうず巻状のラップ部が立設され、該ラップ部が重なり合って圧縮室を形成する一対のスクロールと、該一対のスクロールの少なくとも一方を駆動すべく、その鏡板背面の中央部に嵌合された回転軸と、を備えたスクロール式流体機械において、前記回転軸を中空筒状に形成し、前記回転軸の内部に前記一方のスクロールの鏡板背面の最中央部と接続される熱伝達部材を前記回転軸の軸方向に延在して設け、前記回転軸の内部と前記熱伝達部材との間に連通路を形成し、冷却媒体を前記連通路内に流通させる冷却手段を設ける構成とした。
【００１２】
このように構成したことにより、圧縮室を径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の最中央部の熱を熱伝達部材を介して効率的に奪うことができ、スクロール最中央部のラップが熱により変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を生じるという問題を低減することができる。また、スクロールを１部材で構成することができるため、コストを低減し、製作を容易にできる。
【００１３】
また、請求項２のスクロール式流体機械は、ケーシングと、該ケーシングに一体的に設けられ、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、該固定スクロールと対向して前記ケーシング内に設けられ、前記固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を画成すべく鏡板に渦巻状のラップが立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールを旋回駆動すべく、その鏡板背面の中央部に軸受を介して回転可能に嵌合された偏心部を有する回転軸と、を備えたスクロール式流体機械において、前記回転軸および該回転軸の偏心部を中空筒状に形成し、前記回転軸の内部に、前記旋回スクロールの鏡板背面の最中央部と接続される熱伝達部材を前記回転軸の軸方向に延在して設け、前記回転軸の内部と前記熱伝達部材との間に連通路を形成し、冷却媒体を前記連通路内から前記ケーシング外に流通させる冷却手段を設ける構成とした。
【００１４】
このように構成したことにより、圧縮室を径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の最中央部の熱を熱伝達部材を介して効率的に奪うことができ、スクロール最中央部のラップが熱により変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を生じるという問題を低減することができる。また、スクロールを１部材で構成することができるため、コストを低減し、製作を容易にできる。
【００１５】
また、請求項３のスクロール式流体機械は、請求項２に記載のスクロール式流体機械において、前記旋回スクロール最中央部および前記熱伝達部材と前記軸受との間に断熱空間を設ける構成としている。
【００１６】
このように、構成したことにより、旋回スクロールの鏡板背面の最中央部及び、熱伝達部材からの高温の熱が旋回軸受に伝わることを断熱空間により低減することができ、旋回軸受の寿命を向上させることができる。
【００１７】
また、請求項４のスクロール式流体機械は、請求項１及至３のいずれかに記載のスクロール式流体機械において、前記熱伝達部材には、前記回転軸内表面に向けて突出させた放熱フィンを形成している。
【００１８】
このように構成したことにより、熱伝達部材の放熱面積が増すので、スクロール最中央部の熱をより奪うことができる。
【００１９】
また、請求項５のスクロール式流体機械は、筒状のケーシングと、該ケーシングの軸方向両端側にそれぞれ設けられ、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１、第２の固定スクロールと、該第１、第２の固定スクロール間に位置して前記ケーシング内に設けられ、回転軸が前記ケーシングの軸方向に延びるように配置された電動機と、前記回転軸の両端に設けられ、該回転軸の軸線から所定寸法だけ偏心した第１、第２の偏心部と、該第１、第２の偏心部にそれぞれ設けられた第１、第２の旋回軸受と、前記第１、第２の固定スクロールと対向するように前記第１、第２の偏心部に前記第１、第２の旋回軸受を介してそれぞれ設けられ、鏡板に前記第１、第２の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ラップ部が立設された第１、第２の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、前記回転軸および第１、第２の偏心部を中空筒状に形成し、該回転軸内部に、両端部が前記第１、第２の旋回スクロールの鏡板背面の最中央部とそれぞれ連結する連結軸を設け、前記回転軸の内部と前記連結軸との間に連通路を形成し、冷却媒体を前記連通路内から前記ケーシング外に流通させる冷却手段を設ける構成としている。
【００２０】
このように構成したことにより、回転軸の両端にスクロール式の圧縮室を有するスクロール式流体機械においても、圧縮室を径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の熱を奪うことができ、スクロール最中央部のラップが熱により変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を生じるという問題を低減することができる。また、スクロールを１部材で構成することができるため、コストを低減し、製作を容易にすることができる。
【００２１】
また、請求項６のスクロール式流体機械は、請求項５に記載のスクロール式流体機械において、前記旋回スクロール最中央部および前記連結軸と前記旋回軸受との間に断熱空間を設ける構成としている。このように構成したことにより、旋回スクロールの鏡板背面の最中央部及び熱伝達部材からの高温の熱が旋回軸受に伝わることを断熱空間により低減することができ、旋回軸受の寿命を向上させることができる。
【００２２】
また、請求項７に記載のスクロール式流体機械は、請求項５又は６に記載のスクロール式流体機械において、前記連結軸には、前記回転軸内表面に向けて突出させた放熱フィンを形成してなる構成としている。
【００２３】
このように構成したことにより、さらに熱が集中する回転軸の両端にスクロール式の圧縮室を有するスクロールにおいても、熱伝達部材の放熱面積が増すので、回転軸両端のスクロール最中央部の熱をより奪うことができる。
【００２４】
また、請求項８に記載のスクロール式流体機械は、請求項５及至７のいずれかに記載のスクロール式流体機械において、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止手段を前記第１、第２の旋回スクロールのうちのいずれか一方側にのみ配置する構成としている。
【００２５】
このように構成したことにより、部品点数を低減することができるため、コストを低減でき、また製作を容易にすることができる。
【００２６】
また、請求項９に記載のスクロール式流体機械は、請求項５及至８のいずれかに記載のスクロール式流体機械において、前記ケーシングの前記第１、第２の旋回スクロール背面近傍にそれぞれケーシング連通穴を設け、前記回転軸の両端側には、回転軸連通穴を複数形成し、一方の前記ケーシング連通穴、一方の前記回転軸連通穴、前記回転軸内の連通路、他方の前記回転軸連通穴および他方の前記ケーシング連通穴の順に冷却媒体が流れる冷却通路を形成する構成としている。
【００２７】
このように構成したことにより、回転軸の両端にスクロール式の圧縮室を有するスクロール式流体機械においても、冷却媒体により冷却が必要な箇所から効率良く熱を奪うことができ、信頼性の高いスクロール式流体機械を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械をスクロール式空気圧縮装置に適用した例を挙げて説明する。
【００２９】
ここで、図１ないし図４は本発明の実施の形態を示し、１はスクロール式空気圧縮装置の外枠をなす段付筒状のケーシングで、本実施の形態では、該ケーシング１は、図１に示すように筒状のケーシング本体２と、軸受取付筒部３Ａ、３Ｂとにより構成されている。
【００３０】
３Ａ、３Ｂはケーシング本体２の両端側に固定的に設けられた第１、第２の軸受取付筒部である。第１の軸受取付筒部３Ａは、筒状部３Ａ１と該筒状部３Ａ１の内周側に一体形成された環状部３Ａ２とによって構成されている。また、軸受取付筒部３Ａの環状部３Ａ２内周には、取付穴部３Ａ３と該取付穴部３Ａ３よりも径方向内側に突出した突部３Ａ４とが設けられている。そして、軸受取付筒部３Ａは、ボルト（図示せず）等を用いてケーシング本体２の軸方向一側に一体に取付けられている。
【００３１】
また、第２の軸受取付筒部３Ｂについても、筒状部３Ｂ１、環状部３Ｂ２、取付穴部３Ｂ３および突部３Ｂ４とによって構成されている。そして、この軸受取付筒部３Ｂはボルト（図示せず）等を用いてケーシング本体２の軸方向他側に一体に取付けられている。
【００３２】
４Ａはケーシング１の軸方向一側に設けられた高圧側の圧縮機で、該圧縮機４Ａは、固定スクロール５Ａ、および旋回スクロール６Ａ等によって構成されている。
【００３３】
４Ｂはケーシング１の軸方向他側に設けられた低圧側の圧縮機で、該圧縮機４Ｂは、後述の固定スクロール５Ｂ、旋回スクロール６Ｂ等によって構成されて
いる。
【００３４】
５Ａ、５Ｂはケーシング１の両端側に固定的に設けられた第１、第２の固定スクロールである。第１の固定スクロール５Ａは、略円板状に形成され、中心がケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と一致するように配設された鏡板７Ａと、該鏡板７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部８Ａと、鏡板７Ａの外周側から該ラップ部８Ａを取囲むように軸方向に突出した筒部９Ａと、該筒部９Ａから径方向外側に突出し、軸受取付筒部３Ａの筒状部３Ａ１端部に固定して取付けられた環状のフランジ部１０Ａと、によって構成されている。
【００３５】
また、第２の固定スクロール５Ｂについても、第１の固定スクロール５Ａと同様にラップ部８Ｂ、筒部９Ｂおよびフランジ部１０Ｂによって構成されている。
【００３６】
６Ａ、６Ｂは固定スクロール５Ａ、５Ｂにそれぞれ対向して設けられた旋回スクロールである。第１の旋回スクロール６Ａは、円板状に形成された鏡板１１Ａと、該鏡板１１Ａの表面から軸方向に立設された渦巻状のラップ部１２Ａとによって構成されている。ここで、第１の旋回スクロール６Ａのラップ部１２Ａは固定スクロール５Ａのラップ部８Ａに重なり合うように配設され、両者のラップ部８Ａ、１２Ａ間には複数の圧縮室１３Ａ、１３Ａ、…が画成される。そして、これらの圧縮室１３Ａは、高圧側の圧縮機４Ａの圧縮室を構成している。
【００３７】
また、第２の旋回スクロール６Ｂについても、鏡板１１Ｂ、ラップ部１２Ｂ等によって大略構成されている。そして、第２の旋回スクロール６Ｂのラップ部１２Ｂと固定スクロール５Ｂのラップ部８Ｂとの間には複数の圧縮室１３Ｂ、１３Ｂ、…が画成され、これらの圧縮室１３Ｂは、低圧側の圧縮機４Ｂの圧縮室を構成するものである。
【００３８】
１４は高圧側圧縮機４Ａ、低圧側圧縮機４Ｂ間に位置してケーシング１内に設けられた電動機である。該電動機１４は、ケーシング本体２の内周側に固定的に設けられたステータ１５と、該ステータ１５の内周側に回転可能に配設された中空筒状のロータ１６と、によって構成され、ステータ１５の軸線とロータ１６の軸線は、ケーシング１の軸線Ｏ１−Ｏ１と同一軸線上に配置されている。そして、電動機１４は、ロータ１６を回転することにより回転軸１７を駆動するものである。
【００３９】
１７は電動機１４のロータ１６と一体に回転するように該ロータ１６を軸方向に貫通して設けられた中空筒状の回転軸で、該回転軸１７は電動機１４のロー
タ１６内周側に挿嵌されてロータ１６に固定されている。そして、回転軸１７の両端側は、回転軸１７の外形に対して偏心した偏心部１８Ａ、１８Ｂとなっている。
【００４０】
そして、回転軸１７は、軸本体が軸線Ｏ１−Ｏ１上に配置されるのに対し、その両端の偏心部１８Ａ、１８Ｂは、軸線Ｏ１−Ｏ１に対して径方向に一定寸法δだけ偏心した偏心軸線Ｏ２−Ｏ２上に配置されるものである。
【００４１】
また、図２に示すように回転軸１７の外周側には、軸方向の一側に位置して軸受当接段部１９Ａが形成され、軸方向の他側には他の軸受当接段部１９Ｂが形成されている。一方、偏心部１８Ａ、１８Ｂの外周側にも、軸方向に位置して軸受当接段部２０Ａ、２０Ｂが形成されている。
【００４２】
２１Ａはケーシング１の軸受取付筒部３Ａと回転軸１７との間に設けられた第１の回転軸受で、該回転軸受２１Ａは、軸受取付筒部３Ａと回転軸１７との間に作用するラジアル方向の荷重を受承する所謂ラジアル玉軸受により構成されている。
【００４３】
ここで、第１の回転軸受２１Ａは、軸受取付筒部３Ａの取付穴部３Ａ３内に嵌合して取付けられて突部３Ａ４に当接した外輪２２Ａと、回転軸１７の一側外周にすきま嵌めで取付けられた内輪２３Ａと、該内輪２３Ａと外輪２２Ａとの間に設けられた転動体としての球体２４Ａとによって構成されている。
【００４４】
そして、第１の回転軸受２１Ａは、外輪２２Ａ、内輪２３Ａと球体２４Ａとの間に僅かな隙間が形成され、外輪２２Ａと内輪２３Ａとはこの隙間分だけ軸方向に相対移動できるように構成されている。
【００４５】
２１Ｂ１、２１Ｂ２はケーシング１の第２の軸受取付筒部３Ｂと回転軸１７との間に設けられた第２の回転軸受で、該回転軸受２１Ｂ１、２１Ｂ２は、ラジアル荷重とスラスト荷重とを受承する所謂アンギュラ玉軸受として構成されている。
【００４６】
そして、回転軸受２１Ｂ１は、軸受取付筒部３Ｂの取付穴部３Ｂ３内にすきま嵌めで取付けられて突部３Ｂ４に当接した外輪２２Ｂ１と、回転軸１７の外周側に嵌合して取付けられた内輪２３Ｂ１と、該内輪２３Ｂ１と外輪２２Ｂ１との間に設けられた転動体としての球体２４Ｂ１とによって構成されている。
【００４７】
この場合、回転軸受２１Ｂ１の外輪２２Ｂ１と内輪２３Ｂ１は、球体２４Ｂ１に対する転動面が軸線Ｏ１−Ｏ１に対して斜めに傾斜し、これによってラジアル荷重だけでなく、スラスト荷重も受承できるものである。
【００４８】
また、回転軸受２１Ｂ２は、軸受取付筒部３Ｂの取付穴部３Ｂ３内にすきま嵌めで取付けられた外輪２２Ｂ２と、回転軸１７の外周側に嵌合して取付けられた内輪２３Ｂ２と、該内輪２３Ｂ２と外輪２２Ｂ２との間に設けられた転動体としての球体２４Ｂ２とによって構成されている。
【００４９】
この場合、回転軸受２１Ｂ２の外輪２２Ｂ２と内輪２３Ｂ２は、球体２４Ｂ２に対する転動面が軸線Ｏ１−Ｏ１に対して回転軸受２１Ｂ１とは逆の斜めに傾斜し、これによってラジアル荷重だけでなく、スラスト荷重も受承できるものである。そして、これらのアンギュラ玉軸受からなる回転軸受２１Ｂ１、２１Ｂ２は、図２に示すように正面合せで軸受取付筒部３Ａの取付穴部３Ａ３と回転軸１７との間に取付けられている。
【００５０】
２５は軸受取付筒部３Ｂの突部３Ｂ４内周側に装着された軸シール、２６は後述の押え板２７の内周側に装着された軸シールである。軸シール２５、２６は回転軸１７の外周面に摺接することにより、回転軸受２１Ｂ１、２１Ｂ２内に封入された潤滑油やグリース等が外部に漏洩するのを防止する。
【００５１】
２７はケーシング１の軸受取付筒部３Ｂと電動機１４との間に位置して軸受取付筒部３Ｂの環状部３Ｂ２に設けられた規制部材としての押え板で、該押え板２７は、環状板として形成され、複数の図示しないねじによって環状部３Ｂ２の端面に固定されている。そして、押え板２７は、回転軸受２１Ｂ２の外輪２２Ｂ２に当接することにより、軸受取付筒部３Ｂの突部３Ｂ４との間で外輪２２Ｂ２に予圧を与えると共に、この外輪２２Ｂ２を取付穴部３Ｂ３内に抜止め状態で保持するものである。
【００５２】
２８は前記旋回スクロール６Ａ、６Ｂの鏡板１１Ａ、１１Ｂ背面の最中央部６Ａ１、６Ｂ１に設けられたボス２９Ａ、２９Ｂにボルト３０Ａ、３０Ｂによって固定して取り付けられた熱伝達部材としての連結軸である。該連結軸２８は、偏心軸線Ｏ２−Ｏ２上に沿って配置され、回転軸１７内及びその偏心部１８Ａ、１８Ｂ内を軸方向に貫通して延びている。回転軸１７の内部と連結軸２８との間には連通路５２が形成され、連結軸２８には放熱面積を増やすために、回転軸１７内表面に向けて連通路５２内に突出する冷却フィン２８Ａ、２８Ａ、・・・を形成している。
【００５３】
３１Ａ１、３１Ａ２は偏心部１８Ａと旋回スクロール６Ａの鏡板１１Ａ背面の取り付け穴３２Ａとの間に設けられた２個の第１の旋回軸受で、該旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２は、ラジアル方向の荷重とスラスト方向の荷重を受承するアンギュラ玉軸受により構成されている。
【００５４】
これらの旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２のうち一方の旋回軸受３１Ａ１は、旋回スクロール６Ａの背面の取り付け穴３２Ａ内にすきま嵌めで取付けられた外輪３３Ａ１と、偏心部１８Ａ外周に嵌合して取付けられた内輪３４Ａ１と、外輪３３Ａ１と内輪３４Ａ１との間に設けられた球体３５Ａ１とによって構成されている。
【００５５】
この場合、旋回軸受３１Ａ１の外輪３３Ａ１と内輪３４Ａ１は、球体３５Ａ１に対する転動面が軸線Ｏ１−Ｏ１に対して斜めに傾斜しているため、ラジアル荷重だけでなく、スラスト荷重も受承できるものである。
【００５６】
また、他方の旋回軸受３１Ａ２は、旋回スクロール６Ａの背面の取付穴部３２Ａ内にすきま嵌めで取付けられた外輪３３Ａ２と、回転軸１７の軸受当接段部２０Ａに当接した内輪３４Ａ２と、該内輪３４Ａ２と外輪３３Ａ２との間に設けられた球体３５Ａ２とによって構成されている。
【００５７】
この場合、旋回軸受３１Ａ２の外輪３３Ａ２と該内輪３４Ａ２は、球体３５Ａ２に対する転動面が軸線Ｏ１−Ｏ１に対して旋回軸受３１Ａ１とは逆の斜めに傾斜し、これによってラジアル荷重だけでなく、スラスト荷重も受承できるものである。そして、これらのアンギュラ玉軸受からなる旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２は、図２に示すように正面合せで取付けられている。
【００５８】
そして、旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２は旋回スクロール６Ａの最中央部６Ａ１及び連結軸２８とは非接触となるように、その間に断熱空間３６Ａが構成され、旋回スクロール６Ａの最も温度が高い最中央部６Ａ１の熱が旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２に直接伝わらないようにしている。
【００５９】
３１Ｂは低圧段の旋回スクロール６Ｂの鏡板１１Ｂ背面の取付穴部３２Ｂと偏心部１８Ｂ外周に嵌合して取付けられた第２の旋回軸受で、該旋回軸受３１Ｂは、ラジアル方向の荷重を受承する所謂ラジアル玉軸受として構成されている。
【００６０】
そして、旋回軸受３１Ｂは、旋回スクロール６Ｂ背面の取付穴部３２Ｂに嵌合して取付けられた外輪３３Ｂと、偏心部１８Ｂの外周にすきま嵌めで取付けられた内輪３４Ｂと、外輪３３Ｂと内輪３４Ｂとの間に設けられた球体３５Ｂとによって構成されている。
【００６１】
また、旋回軸受３１Ｂは旋回スクロール６Ｂの鏡板１１Ｂ背面の最中央部６Ｂ１及び連結軸２８とは非接触になるように、その間に断熱空間３６Ｂが構成され、旋回スクロール６Ｂの最も温度が高い最中央部６Ｂ１の熱が旋回軸受３１Ｂに直接伝わらないようにしている。
【００６２】
３７は旋回軸受３１Ａ２の外輪３３Ａ２に当接することにより外輪３３Ａ２に与圧を与える規制部材としての押え板で、該押え板３７は、環状板として形成され、複数のねじ３８、３８、…（２個のみ図示）によって旋回スクロール６Ａの鏡板１１Ａ背面の端部に固定されている。
【００６３】
３９は旋回スクロール６Ａ背面の取付穴部３２Ａ内周側に装着された軸シール、４０は前述の押え板３７の内周側に装着された軸シールである。軸シール３９、４０は偏心部１８Ａの外周面に摺接することにより、旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２内に封入された潤滑油やグリース等が外部に漏洩するのを防止する。
【００６４】
４１Ａは固定スクロール５Ａの外周側に設けられた吸込口で、４１Ｂは固定スクロール５Ｂの外周側に設けられた吸込口を示している。４２Ａは固定スクロール５Ａの中心側に設けられた吐出口、４２Ｂは固定スクロール５Ｂの中心側に設けられた吐出口を示している。そして、低圧側圧縮機４Ｂの吐出口４２Ｂから圧縮空気は図示せぬ連通管により、高圧側圧縮機４Ａの吸込口４１Ａに導かれるようになっている。
【００６５】
また、高圧側の圧縮機４Ａの吐出口４２Ａから圧縮空気は、図示せぬ空気タンクに導かれるようになっている。
【００６６】
なお、４３、４３は旋回スクロール６Ｂとケーシング１の軸受取付筒部３Ｂ
との間に設けられた補助クランクで、該補助クランク４３は、第２の旋回スクロール６Ｂの自転を防止するものである。本実施の形態のスクロール式空気圧縮装置は、旋回スクロール６Ａ、６Ｂとが連結軸２８によって固定されているため、一方の旋回スクロール６Ｂ側に補助クランク４３を設けることによって一方の旋回スクロール６Ｂと所定の位置関係にある他方の旋回スクロール６Ａの自転も防止することができる。
【００６７】
次に、冷却構造について、図３、図４も併せて説明する。図３は、図１中の矢示Ｉ−Ｉ方向からみた断面図、図４は図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた断面図である。５０Ｂは、低圧側の圧縮機４Ｂの軸受取付筒部３Ｂの筒状部３Ｂ１に設けられたケーシング連通穴で、略９０°間隔で周方向に配されている。同様に、５０Ａは、高圧側の圧縮機４Ａの軸受取付筒部３Ａの筒状部３Ａ１に設けられたケーシング連通穴で、略９０°間隔で周方向に配されている。５１Ｂは、回転軸１７の低圧側の偏心部１８Ｂに設けられた回転軸連通穴で、略４５°間隔で周方向に８個設けられている。同様に、５１Ａは、回転軸１７の高圧側の偏心部１８Ａに設けられた回転軸連通穴で、略４５°間隔で周方向に８個設けられている。そして、ケーシング連通穴５０Ａ−回転軸連通穴５１Ａ−連通路５２−回転軸連通穴５１Ｂ−ケーシング連通穴５０Ｂとで冷却通路が構成されている。５３は、冷却手段としての冷却ファンで、本実施の形態では、遠心ファンを用いている。
【００６８】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮装置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。
【００６９】
まず、電動機１４のロータ１６を回転すると、該ロータ１６と一体となった回転軸１７は、回転軸受２１Ａ、２１Ｂ１、２１Ｂ２に支持されて軸線Ｏ１−Ｏ１を中心として回転運動を行なう。
【００７０】
これにより、旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ｂと一体となった偏心部１８Ａ、１８Ｂは、軸線Ｏ１−Ｏ１に対し寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行ない、この偏心部１８Ａ、１８Ｂにより旋回スクロール６Ａ、６Ｂ、連結軸２８をそれぞれ旋回させる。そして、このように旋回スクロール６Ａ、６Ｂが旋回するときに、旋回スクロール６Ａ、６Ｂは補助クランク４３及び連結軸２８によって自転が防止され、公転のみを行なう。
【００７１】
そして、スクロール式空気圧縮装置の運転時に低圧側の圧縮機４Ｂは、外気を吸込口４１Ｂから外周側の圧縮室１３Ｂ内に吸込みつつ、この空気を旋回スクロール６Ｂが旋回運動する間に各圧縮室１３Ｂ内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室１３Ｂから吐出口４２Ｂを介して図示せぬ連通管に圧縮空気を吐出する。
【００７２】
また、高圧側の圧縮機４Ａは、低圧側の圧縮機４Ｂから連通管（図示せず）を介して吸込口４１Ａに導かれた圧縮空気を、旋回スクロール６Ａが旋回運動する間に複数の圧縮室１３Ａ内でさらに圧縮し、高圧の圧縮空気を吐出口４２Ａから外部の空気タンク（図示せず）等に吐出する。
次に圧縮動作や摺動により発生した熱の放熱について詳述する。高圧側の圧縮機４Ａ、低圧側の圧縮機４Ｂが圧縮運転すると、空気を圧縮する際に生じる熱が旋回スクロール６Ａ、６Ｂの鏡板１１Ａ、１１Ｂおよびラップ部１２Ａ、１２Ｂに伝わる。外周側から中央側に向うにしたがって圧縮空気の温度が上昇するため、最中央部が最も高温となる。圧縮動作により旋回スクロール６Ａ、６Ｂの中でも最も高温になる最中央部６Ａ１、６Ｂ１の熱は、その最中央部６Ａ１、６Ｂ１に設けられたボルト３０Ａ、３０Ｂ、ボス２９Ａ、２９Ｂを介して、連結軸２８にその熱を伝える。そして、連結軸２８に設けられた冷却フィン２８Ａ、２８Ａ、…を介して回転軸１７内に熱を放出する。
【００７３】
一方、回転軸１７が回転駆動することにより冷却手段としての冷却ファン５３は回転を開始する。冷却ファン５３が回転を開始すると、ケーシング連通穴５０Ｂ、５０Ｂ、…を介してケーシング３Ｂ内に冷却風として外気が吸込まれる。ケーシング３Ｂ内に吸込まれた冷却風は、自転防止機構としての補助クランク４３の摺動部、旋回スクロール６Ｂ背面を通り冷却し、回転軸連通穴５１Ｂ、５１Ｂ、…を介して回転軸１７内の連通路５２（中空筒部）に冷却風を導入する。そして、回転軸１７内の連通路５２に導入された冷却風は、前述した熱の集中部である連結軸２８と冷却フィン２８Ａ、２８Ａ、…、回転軸１７を冷却する。
【００７４】
その後、連結軸２８と回転軸１７内壁とで形成される連通路５２から、もう一方の回転軸連通穴５１Ａ、５１Ａ、・・・を介して回転軸１７の外にでた冷却風は、押え板３７、旋回スクロール６Ａ背面を冷却し、ケーシング連通穴５０Ａ、５０Ａ、・・・を介してケーシング３Ａ外に排出する。
【００７５】
このように、高圧側の圧縮機４と比して上昇温度の少ない低圧側の圧縮機４を冷却した後に、高圧側の圧縮機４Ａを冷却するようにしたことにより、冷却風の流れの下流側に位置する部位が冷却風により暖められるようなことがないようにしている。
【００７６】
また、回転軸受１８Ａ、１８Ｂ１、１８Ｂ２は回転時の摩擦により発熱すると、回転軸１７にその熱を伝える。回転軸１７の外周側に伝わった熱は、回転軸１７内周側を冷却していることにより、その熱を奪うことができる。
【００７７】
かくして、本実施の形態では、回転軸１７内部を中空筒状に形成し、回転軸１７の内部に一方のスクロールの鏡板背面の最中央部と接続される熱伝達部材２８を設け、回転軸１７と熱伝達部材２８との間に連通路５２を形成し、その間に冷却媒体を流通させる冷却手段としての冷却ファン５３を設けたので、圧縮機４Ａ、４Ｂを径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の熱を奪うことができる。よって、スクロール最中央部のラップが熱により変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を生じるという問題を低減することができる。また、スクロールを１部材で構成しているため、コストを低減し、製作を容易にすることができる。
【００７８】
また、旋回スクロール６Ａ、６Ｂの最中央部６Ａ１、６Ｂ１および熱伝達部材２８と旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ｂとの間に断熱空間３６Ａ、３６Ｂを設けたことにより、旋回スクロール６Ａ、６Ｂの鏡板１１Ａ、１１Ｂ背面の高温の熱が旋回軸受３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ｂに伝わることを断熱空間３６Ａ、３６Ｂにより低減することができ、その寿命を向上させることができる。
【００７９】
また、熱伝達部材２８の放熱面積を増やすために冷却フィン２８Ａを設けたので、旋回スクロール６Ａ、６Ｂの最中央部６Ａ１、６Ｂ１の熱をより奪うことができる。
【００８０】
また、本実施の形態では、旋回スクロールの自転を防止する自転防止手段である補助クランク４３を、一方側のみに配置する構成としている。補助クランク４３は、一つにつき三つの軸受とクランクピンにより構成しているため、一つ増えるだけでも部品点数が増え、また軸受を用いているため、信頼性や寿命が低下するといった問題があった。本実施の形態に示す構成とすることによって大幅に部品点数を抑えることができ、また信頼性の高いスクロール式流体機械を提供することができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、冷却風が旋回スクロール６Ａ、６Ｂの鏡板１１Ａ、１１Ｂの背面や補助クランク４３等の冷却が必要な箇所を通るように冷却通路を構成しているため、効率良く熱を奪うことができる。
【００８２】
尚、本実施の形態では、回転軸の両端にスクロール式空気圧縮装置を有する構成のスクロール式流体機械を例に挙げて説明したが、それに限らず例えば、回転軸の一方にのみ圧縮機を有するスクロール圧縮機に適用してもよいのはもちろんである。また、互いに鏡板の一側にうず巻状のラップ部が立設され、ラップ部が重なり合って圧縮室を形成する一対のスクロールとからなる全系回転形のスクロール式流体機械に適用してもよい。
【００８３】
また、本実施の形態では、一方の圧縮機４Ｂで圧縮した後に、もう一方の圧縮機４Ａでさらに高い圧力にする二段圧縮機のスクロール式空気圧縮装置を例に挙げて説明したが、これに限らず、例えば、取り出す圧縮空気の量を増やすため、各々から圧縮空気を取り出す一段圧縮式のスクロール式空気圧縮装置に適用してもよい。
【００８４】
また、本実施の形態では、スクロール式空気圧縮装置を例にあげて説明したが、本発明はこれに限らず、例えばスクロール式真空ポンプに用いてもよい。
【００８５】
さらに、本実施の形態では冷却媒体として冷却風を用いたが、これに限らず、例えば、冷却風の連通路に配管を設け、水、油などの冷却媒体により冷却してもよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、圧縮室を径方向に大型化することなく、スクロール鏡板背面の熱を奪うことができ、スクロール最中央部のラップが熱により変形し、相手側のラップと接触し、かじり現象を生じるという問題を低減させることができる。また、スクロールを１部材で構成しているため、コストを低減させ、製作を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮装置を示す断面図である。
【図２】図１中の回転軸受、回転軸、旋回軸受および偏心部等を拡大して示す部分拡大断面図である。
【図３】図１中の矢示Ｉ−Ｉ方向からみた断面図である。
【図４】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向からみた断面図である。
【符号の説明】
１ケーシング
５Ａ、５Ｂ固定スクロール
６Ａ、６Ｂ旋回スクロール
７Ａ、７Ｂ固定スクロールの鏡板
８Ａ、８Ｂ固定スクロールのラップ部
１１Ａ、１１Ｂ旋回スクロールの鏡板
１２Ａ、１２Ｂ旋回スクロールの鏡板
１３Ａ、１３Ｂ圧縮室
１７回転軸
１８Ａ、１８Ｂ偏心部
２１Ａ、２１Ｂ１、２１Ｂ２第１の回転軸受
２８熱伝達部材（連結軸）
２８Ａ冷却フィン
３１Ａ１、３１Ａ２、３１Ｂ旋回軸受
３６Ａ、３６Ｂ断熱空間
４３補助クランク
５０Ａ、５０Ｂケーシング連通穴
５１Ａ、５１Ｂ回転軸連通穴
５２連通路
５３冷却手段（冷却ファン）

Claims

互いに、鏡板の一側にうず巻状のラップ部が立設され、該ラップ部が重なり合って圧縮室を形成する一対のスクロールと、
該一対のスクロールの少なくとも一方を駆動すべく、その鏡板背面の中央部に嵌合された回転軸と、
を備えたスクロール式流体機械において、
前記回転軸を中空筒状に形成し、
前記回転軸の内部に前記一方のスクロールの鏡板背面の最中央部と接続される熱伝達部材を前記回転軸の軸方向に延在して設け、
前記回転軸の内部と前記熱伝達部材との間に連通路を形成し、
冷却媒体を前記連通路内に流通させる冷却手段を設けた構成とすることを特徴とするスクロール式流体機械。
ケーシングと、
該ケーシングに一体的に設けられ、鏡板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと、
該固定スクロールと対向して前記ケーシング内に設けられ、前記固定スクロールのラップとの間に複数の圧縮室を画成すべく鏡板に渦巻状のラップが立設された旋回スクロールと、
該旋回スクロールを旋回駆動すべく、その鏡板背面の中央部に軸受を介して回転可能に嵌合された偏心部を有する回転軸と、
を備えたスクロール式流体機械において、
前記回転軸および該回転軸の偏心部を中空筒状に形成し、
前記回転軸の内部に、前記旋回スクロールの鏡板背面の最中央部と接続される熱伝達部材を前記回転軸の軸方向に延在して設け、
前記回転軸の内部と前記熱伝達部材との間に連通路を形成し、
冷却媒体を前記連通路内から前記ケーシング外に流通させる冷却手段を設けた構成とする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最中央部および前記熱伝達部材と前記軸受との間に断熱空間を設けてなる請求項２に記載のスクロール式流体機械。
前記熱伝達部材には、前記回転軸内表面に向けて突出させた放熱フィンを形成してなる請求項１及至３のいずれかに記載のスクロール式流体機械。
筒状のケーシングと、
該ケーシングの軸方向両端側にそれぞれ設けられ、鏡板に渦巻状のラップ部が立設された第１、第２の固定スクロールと、
該第１、第２の固定スクロール間に位置して前記ケーシング内に設けられ、回転軸が前記ケーシングの軸方向に延びるように配置された電動機と、
前記回転軸の両端に設けられ、該回転軸の軸線から所定寸法だけ偏心した第１、第２の偏心部と、
該第１、第２の偏心部にそれぞれ設けられた第１、第２の旋回軸受と、
前記第１、第２の固定スクロールと対向するように前記第１、第２の偏心部に前記第１、第２の旋回軸受を介してそれぞれ設けられ、鏡板に前記第１、第２の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ラップ部が立設された第１、第２の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、前記回転軸および第１、第２の偏心部を中空筒状に形成し、
該回転軸内部に、両端部が前記第１、第２の旋回スクロールの鏡板背面の最中央部とそれぞれ連結する連結軸を設け、
前記回転軸の内部と前記連結軸との間に連通路を形成し、
冷却媒体を前記連通路内から前記ケーシング外に流通させる冷却手段を設けたスクロール式流体機械。
前記旋回スクロール最中央部および前記連結軸と前記旋回軸受との間に断熱空間を設けてなる請求項５に記載のスクロール式流体機械。
前記連結軸には、前記回転軸内表面に向けて突出させた放熱フィンを形成してなる請求項５又は６に記載のスクロール式流体機械。
請求項５及至７のいずれかに記載のスクロール式流体機械において、前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止手段を前記第１、第２の旋回スクロールのうちのいずれか一方側にのみ配置することを特徴とするスクロール式流体機械。
前記ケーシングの前記第１、第２の旋回スクロール背面近傍にそれぞれケーシング連通穴を設け、
前記回転軸の両端側には、回転軸連通穴を複数形成し、
一方の前記ケーシング連通穴、一方の前記回転軸連通穴、前記回転軸内の連通路、他方の前記回転軸連通穴および他方の前記ケーシング連通穴の順に冷却媒体が流れる冷却通路を形成してなる請求項５及至８のいずれかに記載のスクロール式流体機械。