スクロール式流体機械
【課題】 圧縮運転時に固定スクロールと旋回スクロールのラップ部が熱変形した場合でも、各ラップ部を常に非接触状態に保持できるようにする。
【解決手段】 固定スクロール２１のラップ部２４を渦巻き状に延びるラップ部２４の径方向中間部位よりも径方向内側部位では外周面２４Ｃを肉削ぎし、径方向中間部位よりも径方向外側部位では内周面２４Ｄを肉削ぎする。これにより、ラップ部２４の径方向内側部位および径方向外側では、それぞれ相手方のラップ部２８との間のクリアランスを径方向中間部位に比較して大きく形成する。また旋回スクロール２５のラップ部２８についても、ラップ部２４と同様の位置で部分に肉削ぎする。これにより、ラップ部２８の径方向外側部位および径方向内側部位では、それぞれ相手方のラップ部２４との間のクリアランスを径方向中間部位に比較して大きく形成する。
【解決手段】 固定スクロール２１のラップ部２４を渦巻き状に延びるラップ部２４の径方向中間部位よりも径方向内側部位では外周面２４Ｃを肉削ぎし、径方向中間部位よりも径方向外側部位では内周面２４Ｄを肉削ぎする。これにより、ラップ部２４の径方向内側部位および径方向外側では、それぞれ相手方のラップ部２８との間のクリアランスを径方向中間部位に比較して大きく形成する。また旋回スクロール２５のラップ部２８についても、ラップ部２４と同様の位置で部分に肉削ぎする。これにより、ラップ部２８の径方向外側部位および径方向内側部位では、それぞれ相手方のラップ部２４との間のクリアランスを径方向中間部位に比較して大きく形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
図１１ないし図１５に従来技術によるスクロール式流体機械として無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明する。
【０００３】
図において、１はスクロール式空気圧縮機のケーシングの一部を構成する固定スクロールで、該固定スクロール１は、大略有蓋筒状をなしたケーシング本体（図示せず）の開口端側を施蓋するように該開口端側に固着されている。
【０００４】
そして、固定スクロール１は、表面側が歯底面２Ａとなって円板状に形成され、その中心が後述する駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と一致するように配設された鏡板２と、該鏡板２の歯底面２Ａに立設されたラップ部３と、鏡板２の外周側に位置し、該ラップ部３を囲むように筒状に形成された支持部４とから大略構成されている。また、ラップ部３は、図１４に示すように、巻始め端３Ａから巻終り端３Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成されている。
【０００５】
５は固定スクロール１と対向するように前記ケーシング本体内に旋回可能に配設された旋回スクロールで、該旋回スクロール５は、表面側が歯底面６Ａとなって円板状に形成された鏡板６と、該鏡板６の歯底面６Ａから固定スクロール１の鏡板２に向けて立設され、該固定スクロール１のラップ部３と同様に渦巻き状に形成されたラップ部７と、鏡板６の背面側中央に設けられたボス部８とから大略構成され、該ボス部８は後述する駆動軸１１のクランク１１Ａに回転可能に取付けられている。
【０００６】
また、旋回スクロール５のラップ部７は、固定スクロール１のラップ部３に所定角度だけずらして重なり合うように配設され、該ラップ部３，７間に複数の圧縮室９，９，…を形成している。そして、スクロール空気圧縮機の運転時には、固定スクロール１の外周側に設けた吸込口（図示せず）から外周側の圧縮室９内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール５が旋回運動する間に各圧縮室９内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室９から固定スクロール１の中心に設けた吐出口１０に向けて外部に圧縮空気を吐出する。
【０００７】
ここで、旋回スクロール５のラップ部７は、該旋回スクロール５が旋回運動したときに相手方となる固定スクロール１のラップ部３に接触することのないように、該ラップ部３との間に微小なクリアランスを形成するようにして位置決めされている。
【０００８】
即ち、旋回スクロール５が旋回運動し、旋回スクロール５のラップ部７が固定スクロール１のラップ部３に最も接近した状態では、ラップ部３，７間には図１３に示すように微小なクリアランスＳ1 が形成されるようになる。
【０００９】
１１は固定スクロール１のケーシング本体側に回転可能に設けられる駆動軸を示し、該駆動軸１１は、その先端側がケーシング本体内に延びるクランク１１Ａとなり、該クランク１１Ａの軸線Ｏ2 −Ｏ2 は駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して一定寸法δだけ偏心している。そして、駆動軸１１のクランク１１Ａには、旋回スクロール５のボス部８が旋回軸受１２を介して旋回可能に取付けられ、旋回スクロール５は自転防止機構（図示せず）等を介して旋回運動が与えられる。
【００１０】
従来技術によるスクロール式空気圧縮機は上述のような構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００１１】
まず、駆動軸１１をモータ等の駆動源（図示せず）によって回転駆動すると、この回転は駆動軸１１のクランク１１Ａから旋回軸受１２を介して旋回スクロール５に伝えられ、該旋回スクロール５は駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心にして寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行う。そして、この旋回運動によって各ラップ部３，７の間に画成された圧縮室９，９，…は中央側に向けて連続的に縮小し、吸込口から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口１０から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械では、旋回スクロール５が旋回運動したときに、ラップ部７が相手方となる固定スクロール１のラップ部３と接触することのないようにラップ部３，７間には微小なクリアランスＳ1 を形成する構成としている。
【００１３】
しかし、圧縮運転時には各圧縮室９内で発生した高温の圧縮熱が固定スクロール１および旋回スクロール５に伝わるため、以下のような問題が生じる。即ち、圧縮運転時における固定スクロール１の温度分布を調査した結果、図１４および図１５に示すように温度分布が生じることが確認された。なお、旋回スクロール５についても、固定スクロール１の場合とほぼ同様の温度分布が得られるものである。
【００１４】
そして、図１４および図１５から明らかなように、ラップ部３は、渦巻き状に延びるラップ部３の径方向中間部位Ａ1 を境とし、そこから巻始め端３Ａに至るまでの径方向内側部位Ａ2 （巻始め端３Ａから１〜１．５巻き程度の部分）では、歯先側で温度上昇が最も大きくなり、これに比べて歯底側では相対的に温度上昇が小さくなる傾向にある。これにより、該ラップ部３の径方向内側部位Ａ2 は、図１５に示すように歯先側がラップ部３の径方向に対して外側へと反るように傾斜して熱変形することが分かった（図１２中に示す一点鎖線参照）。
【００１５】
これに対し、前記径方向中間部位Ａ1 を境とし、そこからラップ部３の巻終わ端３Ｂに至るまでの径方向外側部位Ａ3 （巻終り端３Ｂから１〜１．５巻き程度の部分）では、歯底側で温度上昇が最も大きくなり、これに比べて歯先側では相対的に温度上昇が小さくなる傾向にある。これにより、ラップ部３の径方向外側部位Ａ3 は、図１５に示すように、歯先側がラップ部３の径方向に対して内側へと反るように傾斜して熱変形することが分かった（図１２中に示す一点鎖線参照）。
【００１６】
一方、ラップ部３の径方向中間部位Ａ1 では、歯先側から歯底側に亘ってほぼ均一に温度上昇する傾向にあり、歯先側はラップ部３の径方向外，内側いずれの方向に対しても実質的に熱変形は生じていないことが分かった。
【００１７】
そして、これと同様に旋回スクロール５のラップ部７についても、その径方向内側部位では歯先側が径方向の外側に、径方向外側部位では歯先側が径方向の内側にそれぞれ熱変形する傾向にあることが分かった。また、該ラップ部７の径方向中間部位では、歯先側がラップ部７の径方向外，内側いずれの方向に対しても実質的に熱変形は生じていないことが分かった。
【００１８】
この結果、各圧縮室９の気密性を高めるために、例えばラップ部３，７間のクリアランスＳ1 を小さく形成した場合には、圧縮運転時に熱変形したラップ部３の歯先側が相手方となるラップ部７の歯底側に接触（摺動）したり、逆に熱変形したラップ部７の歯先側が相手方となるラップ部３の歯底側に接触したりして、かじり等が発生することがあり、この場合には装置の信頼性が著しく低下してしまうという問題がある。
【００１９】
また、これとは反対にラップ部３，７間のクリアランスＳ1 を大きく形成した場合には、各圧縮室９の気密性は低下し、装置の圧縮性能等に影響を及ぼしてしまう等の問題が生じる。
【００２０】
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、圧縮運転時に固定スクロールと旋回スクロールとのラップ部が熱変形したとしても、両者のラップ部を常に非接触状態に保持しつつ、両者間に確保されるクリアランスを必要最小限の大きさに抑えることができ、装置の信頼性等を向上できると共に、圧縮性能等を高めることができるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決するために本発明は、鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロールとからなるスクロール式流体機械に適用される。
【００２２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位では当該中間部位に比較して外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では当該中間部位に比較して内周面を薄肉に形成したことにある。
【００２３】
上記構成により、ラップ部の径方向内側部位では、その外周面を薄肉にした分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成することができる。また、ラップ部の径方向外側部位についても、その内周面を薄肉にした分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成することができる。
【００２４】
この結果、圧縮運転時にラップ部の歯先が径方向内側部位および径方向外側部位から相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、各ラップ部同士が互いに接触（摺動）するのを避けることができ、各ラップ部を常に非接触状態に保持することができる。
【００２５】
また、請求項２の発明では、前記ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向外側部位は内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成している。
【００２６】
さらに、請求項３の発明では、前記ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向内側部位は内周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成している。
【００２７】
さらにまた、請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位を当該中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位は当該中間部位に比較して径方向外側へとオフセットさせた位置に形成したことにある。
【００２８】
上記構成により、ラップ部の径方向内側部位では、径方向中間部位に比較して径方向内側にオフセットされるから、このオフセット分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成できる。また、ラップ部の径方向外側部位についても、径方向中間部位に比較して径方向外側にオフセットされるから、このオフセット分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成できる。
【００２９】
この結果、圧縮運転時にラップ部の歯先が径方向内側部位および径方向外側部位から相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、請求項１の発明と同様に、各ラップ部同士が互いに接触（摺動）するのを避けることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の通り、本発明によれば、請求項１の発明では、固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部を、該ラップ部の径方向中間部位を境として径方向内側部位では外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では内周面を薄肉に形成する構成としたから、圧縮運転時にラップ部の径方向内側部位と径方向外側部位とで歯先側が相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、各ラップ部間を常に非接触状態に保持することができ、両者間に確保されるクリアランスを径方向中間部位、径方向外側部位および径方向内側部位いずれの部位においても必要最小限の大きさに抑えることができる。
【００３１】
従って、固定スクロールと旋回スクロールとのラップ部間でかじり等が生じるのを抑えることができ、旋回スクロールを円滑に旋回運動させる続けることができ、装置の信頼性を高めることができる。そして、各ラップ部間に形成される圧縮室の気密性を高めることができ、当該スクロール流体機械の性能を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項２の発明では、ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎし、ラップ部の径方向外側部位では内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘り肉削ぎする構成としたから、ラップ部の径方向内側部位、径方向外側部位では、それぞれ相手方ラップ部との間のクリアランスを径方向中間部位よりも大きく形成でき、これによって、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、請求項３の発明では、ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎし、ラップ部の径方向内側部位では内周面をテーパ状に肉削ぎする構成としたから、ラップ部の径方向内側部位、径方向外側部位では、相手方ラップ部との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位に比較して大きく形成でき、これによっても、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３４】
さらにまた、請求項４の発明では、固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部を、径方向内側部位では径方向中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位では径方向外側へとオフセットさせた位置に形成する構成としたから、ラップ部の径方向内側部位と径方向外側部位とでは、それぞれラップ部をオフセットさせた分だけ相手方ラップ部との間のクリアランスを大きく形成でき、これによっても、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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機の固定スクロールおよび旋回スクロール等を示す縦断面図である。
【図２】図１中の固定スクロールを単体で示す拡大断面図である。
【図３】図１中の旋回スクロールを単体で示す拡大断面図である。
【図４】固定スクロールのラップ部を示す図１中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】旋回スクロールのラップ部を示す図１中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の旋回スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の旋回スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図１０】固定スクロールのラップ部を示す図８中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。
【図１１】従来技術によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールおよび旋回スクロール等を示す縦断面図である。
【図１２】固定スクロールのラップ部等を示す正面図である。
【図１３】図１１中のラップ部等を示す要部拡大図である。
【図１４】固定スクロールのラップ部に生じる温度分布を示す図１２と同様の正面図である。
【図１５】ラップ部が熱変形した状態で固定スクロールの温度分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って詳述する。ここで、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。なお、本実施の形態では前述した従来技術の構成要素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。
【００３７】
図において、２１は本実施の形態で用いる固定スクロールで、該固定スクロール２１は、従来技術による固定スクロール１とほぼ同様に、歯底面２２Ａを有する円板状の鏡板２２と、該鏡板２２の外周側に設けられた支持部２３とから大略構成されている。
【００３８】
２４は固定スクロール２１の歯底面２２Ａに立設されたラップ部を示し、該ラップ部２４は、巻始め端２４Ａから巻終り端２４Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成されている。そして、該ラップ部２４は、従来技術で述べたラップ部３と同様に、図４および図６に示す如く渦巻き状に延びるラップ部２４の径方向中間部位Ｂ1 を境とし、そこから巻始め端２４Ａに至るまでの部分、即ち、巻始め端２４Ａから１〜１．５巻き程度の部分が径方向内側部位Ｂ2 となっている。
【００３９】
また、ラップ部２４は径方向中間部位Ｂ1 を境とし、そこから巻終り端２４Ｂに至るまでの部分、即ち、巻終り端２４Ｂから１〜１．５巻き程度の部分が径方向外側部位Ｂ3 となっている。そして、ラップ部２４の径方向中間部位Ｂ1 は、従来技術による固定スクロール１のラップ部３と同様の板厚（歯厚）をもって形成されている。
【００４０】
しかし、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 は、図２および図４中に一点鎖線で示すように、外周面２４Ｃが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。また、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ3 は、内周面２４Ｄが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。これにより、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ2 および径方向内側部位Ｂ3 は、径方向中間部位Ｂ1 に比較して薄肉に形成されている。
【００４１】
２５は本実施の形態で用いる旋回スクロールで、該旋回スクロール２５は、従来技術による旋回スクロール５とほぼ同様に、歯底面２６Ａを有する円板状の鏡板２６と、該鏡板２６の背面側に設けられたボス部２７と、後述のラップ部２８とから大略構成されている。
【００４２】
２８は旋回スクロール２５の歯底面２６Ａに立設されたラップ部を示し、該ラップ部２８は、巻始め端２８Ａから巻終り端２８Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成され、固定スクロール２１のラップ部２４との間に複数の圧縮室２９，２９，…を画成している。そして、ラップ部２８は、従来技術で述べたラップ部７と同様に、図５および図７に示す如く渦巻き状に延びるラップ部２８の径方向中間部位Ｃ1 を境とし、そこから巻始め端２８Ａに至るまでの部分、即ち、巻始め端２８Ａから１〜１．５巻き程度の部分が径方向内側部位Ｃ2 となっている。
【００４３】
また、ラップ部２８は径方向中間部位Ｃ1 を境とし、そこから巻終り端２８Ｂに至るまでの部分、即ち、巻終り端２８Ｂから１〜１．５巻き程度の部分が径方向外側部位Ｃ3 となっている。そして、ラップ部２８の径方向中間部位Ｃ1 は従来技術による旋回スクロール５のラップ部７と同様の板厚（歯厚）をもって形成されている。
【００４４】
しかし、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 は、図３および図５中に一点鎖線で示すように、外周面２８Ｃが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。また、ラップ部２８の径方向外側部位Ｃ3 は、内周面２８Ｄが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。これにより、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 は、径方向中間部位Ｃ1 に比較して薄肉に形成されている。
【００４５】
なお、３０は固定スクロール２１の鏡板２２に形成された吐出口で、該突出口３０は、内周側の圧縮室２９内に開口し、該圧縮室２９からの圧縮空気を外部に吐出させるものである。
【００４６】
本実施の形態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、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。
【００４７】
然るに本実施の形態では、固定スクロール２１のラップ部２４を径方向内側部位Ｂ2 では外周面２４Ｃを肉削ぎし、径方向外側部位Ｂ3 では内周面２４Ｄを肉削ぎする構成としたから、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 では、図１に示すように相手方となる旋回スクロール２５のラップ部２８との間のクリアランスＳ2 を径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成することができる。そして、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ3 についても、相手方となる旋回スクロール２５のラップ部２８との間のクリアランスＳ3 を径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成することができる。
【００４８】
これにより、圧縮運転時にラップ部２４の歯先側が径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 から相手方のラップ部２８に向けて接近するように熱変形したとしても、前記クリアランスＳ2 ，Ｓ3 をラップ部２４の変形量に対応した大きさに予め設定しておくことにより、径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 では、ラップ部２４を径方向中間部位Ｂ1 と同様に相手方のラップ部２８に対して離した状態に保持することができ、ラップ部２４の歯先側がラップ部２８に強く接触して干渉するのを避けることができる。
【００４９】
そして、このようにラップ部２４が熱変形した状態では、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 においては、相手方のラップ部２８との間のクリアランスを、径方向中間部位Ｂ1 と同様に必要最小限の大きさに狭めることができ、微小なクリアランスを確保できる。
【００５０】
また、固定スクロール２１と同様に旋回スクロール２５についても、ラップ部２８を径方向内側部位Ｃ2 では外周面２８Ｃを肉削ぎし、径方向外側部位Ｃ3 では内周面２８Ｄを肉削ぎする構成としたから、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 では、相手方となる固定スクロール２１のラップ部２４との間のクリアランスＳ4 を、図１に示すように径方向中間部位Ｃ1 よりも大きく形成することができる。そして、ラップ部２８の径方向外側部位Ｃ3 についても、相手方となる固定スクロール２１のラップ部２４との間のクリアランスＳ5 を径方向中間部位Ｃ1よりも大きく形成することができる。
【００５１】
これにより、圧縮運転時にラップ部２８の歯先側が径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 から相手方のラップ部２８に向けて接近するように熱変形したとしても、前記クリアランスＳ4 ，Ｓ5 をラップ部２８の変形量に対応した大きさに予め設定しておくことにより、ラップ部２８を径方向中間部位Ｂ1 と同様に相手方のラップ部２４に対して離した状態に保持することができ、ラップ部２８の歯先側がラップ部２４に強く接触して干渉するのを避けることができる。
【００５２】
そして、このようにラップ部２８が熱変形した状態では、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 においては、相手方のラップ部２４との間に確保されるクリアランスを、径方向中間部位Ｃ1 と同様に必要最小限の大きさに狭めることができ、微小なクリアランスを確保できる。
【００５３】
従って、本実施の形態によれば、圧縮運転時には、固定スクロール２１と旋回スクロール２５とのラップ部２４，２８を常に非接触状態に保持することができ、両者間でかじり等が発生するのを抑えることができる。これによって、旋回スクロール２５を円滑に旋回運動させ続けることができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００５４】
しかも、圧縮運転時にはラップ部２４，２８間に確保されるクリアランスＳ2，Ｓ3 ，Ｓ4 ，Ｓ5 を必要最小限の大きさに抑えることができ、これによって、各圧縮室２９の気密性を高めることができ、当該スクロール空気圧縮機の圧縮性能を向上することができる。
【００５５】
次に、図６および図７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロール４１のラップ部４４を、該ラップ部４４の径方向中間部位Ｂ1 よりも径方向内側部位Ｂ2 では、外周面４４Ａを歯底側から歯先側に向けてテーパ状に傾斜させることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、当該中間部位Ｂ1 よりも径方向外側部位Ｂ3 では、内周面４４Ｂを歯底側から歯先側に向けてテーパ状に傾斜させることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成すると共に、旋回スクロール４６のラップ部４９についても、外周面４９Ａおよび内周面４９Ｂを固定スクロール４１のラップ部４４と同様の位置で部分的に薄肉に形成したことにある。
【００５６】
ここで、前記固定スクロール４１は、歯底面４２Ａを有する円板状の鏡板４２と、該鏡板４２の外周側に設けられた支持部４３と、ラップ部４４とから大略構成され、鏡板４２には吐出口４５が設けられている。また、ラップ部４４は、前記第１の実施の形態で述べた固定スクロール２１のラップ部２４とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００５７】
しかし、ラップ部４４の径方向内側部位Ｂ2 は、図６中に一点鎖線で示すように、外周面４４Ａを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。そして、ラップ部４４の径方向外側部位Ｂ3 は、内周面４４Ｂを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００５８】
また、前記旋回スクロール４６は、歯底面４７Ａを有する円板状の鏡板４７と、該鏡板４７の背面側に設けられたボス部４８と、ラップ部４９とから大略構成されている。そして、ラップ部４９は、前記第１の実施の形態で述べた旋回スクロール２５のラップ部２８とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００５９】
しかし、ラップ部４９の径方向内側部位Ｃ2 は、図７中に一点鎖線で示すように、外周面４９Ａを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。また、ラップ部４９の径方向外側部位Ｃ3 は、内周面４９Ｂを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００６０】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、ラップ部４４の径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 は、相手方のラップ部４９との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成できると共に、ラップ部４９の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 は、相手方のラップ部４４との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位Ｃ1 よりも大きく形成でき、これによっても、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
次に、図８ないし図１０は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロール５１のラップ部５４のうち径方向中間部位Ｂ1 よりも径方向内側部位Ｂ2 を、当該中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側にオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位Ｂ3 では、当該中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側にオフセットさせた位置に形成すると共に、旋回スクロール５６のラップ部５９についても、固定スクロール５１のラップ部５４と同様にオフセットさせて形成したことにある。
【００６２】
ここで、前記固定スクロール５１は、歯底面５２Ａを有する円板状の鏡板５２と、該鏡板５２の外周側に設けられた支持部５３と、ラップ部５４とから大略構成され、鏡板５２には吐出口５５が設けられている。そして、ラップ部５４は、前記第１の実施の形態で述べた固定スクロール２１のラップ部２４とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００６３】
しかし、ラップ部５４の径方向内側部位Ｂ2 は、図８および図１０中に一点鎖線で示すように径方向中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態ものとは異なっている。そして、ラップ部５４の径方向外側部位Ｂ3 は、径方向中間部位Ｂ1 に比較して径方向外側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態ものとは異なっている。
【００６４】
また、前記旋回スクロール５６は、歯底面５７Ａを有する円板状の鏡板５７と、該鏡板５７の背面側に設けられたボス部５８と、ラップ部５９とから大略構成されている。そして、ラップ部５９は、前記第１の実施の形態で述べた旋回スクロール２５のラップ部２８とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００６５】
しかし、ラップ部５９の径方向内側部位Ｃ2 は、図９中に一点鎖線で示すように、径方向中間部位Ｃ1 に比較して径方向内側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。また、ラップ部５９の径方向外側部位Ｃ3 は、径方向中間部位Ｃ1 に比較して径方向外側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００６６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、ラップ部５４の径方向内側部位Ｂ2 と径方向外側部位Ｂ3 とでは、それぞれ相手方のラップ部５９との間に径方向中間部位Ｂ1 よりも大きなクリアランスを確保できると共に、ラップ部５９の径方向内側部位Ｃ2 と径方向外側部位Ｃ3 とでは、それぞれ相手方のラップ部５４との間に径方向中間部位Ｃ1 よりも大きなクリアランスを形成することができ、これによっても、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６７】
なお、前記第１，２の実施の形態では、固定スクロール２１（４１）と旋回スクロール２５（４６）との両方のラップ部２４，２８（４４，４９）を、それぞれ径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 において薄肉に形成するものとして述べたが、これに替えて、固定スクロール２１（４１）および旋回スクロール２５（４６）のうち、いずれか一方のラップ部のみを径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 において薄肉に形成する構成としてもよい。
【００６８】
また、前記第３の実施の形態では、固定スクロール５１と旋回スクロール５６との両方のラップ部５４，５９を、それぞれ径方向内側部位Ｂ2 ，Ｃ2 と径方向外側部位Ｂ3 ，Ｃ3 とでオフセットさせて形成するものとして述べたが、これに替えて、固定スクロール５１および旋回スクロール５６のうち、いずれか一方のラップ部のみを径方向内側部位Ｂ2 ，Ｃ2 と径方向外側部位Ｂ3 ，Ｃ3 とでオフセットさせて形成する構成としてもよい。
【００６９】
さらに、前記各実施の形態では、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、空気以外の気体を圧縮する圧縮機にも適用でき、また真空ポンプ等にも適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
２１，４１，５１ 固定スクロール
２２，２６，４２，４７，５２，５７ 鏡板
２２Ａ，２６Ａ，４２Ａ，４７Ａ，５２Ａ，５７Ａ 歯底面
２４，２８，４４，４９，５４，５９ ラップ部
２４Ｃ，２８Ｃ，４４Ａ，４９Ａ 外周面
２４Ｄ，２８Ｄ，４４Ｂ，４９Ｂ 内周面
２５，４６，５６ 旋回スクロール
２９ 圧縮室
Ｂ1 ，Ｃ1 径方向中間部位
Ｂ2 ，Ｃ2 径方向内側部位
Ｂ3 ，Ｃ3 径方向外側部位
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
図１１ないし図１５に従来技術によるスクロール式流体機械として無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明する。
【０００３】
図において、１はスクロール式空気圧縮機のケーシングの一部を構成する固定スクロールで、該固定スクロール１は、大略有蓋筒状をなしたケーシング本体（図示せず）の開口端側を施蓋するように該開口端側に固着されている。
【０００４】
そして、固定スクロール１は、表面側が歯底面２Ａとなって円板状に形成され、その中心が後述する駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 と一致するように配設された鏡板２と、該鏡板２の歯底面２Ａに立設されたラップ部３と、鏡板２の外周側に位置し、該ラップ部３を囲むように筒状に形成された支持部４とから大略構成されている。また、ラップ部３は、図１４に示すように、巻始め端３Ａから巻終り端３Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成されている。
【０００５】
５は固定スクロール１と対向するように前記ケーシング本体内に旋回可能に配設された旋回スクロールで、該旋回スクロール５は、表面側が歯底面６Ａとなって円板状に形成された鏡板６と、該鏡板６の歯底面６Ａから固定スクロール１の鏡板２に向けて立設され、該固定スクロール１のラップ部３と同様に渦巻き状に形成されたラップ部７と、鏡板６の背面側中央に設けられたボス部８とから大略構成され、該ボス部８は後述する駆動軸１１のクランク１１Ａに回転可能に取付けられている。
【０００６】
また、旋回スクロール５のラップ部７は、固定スクロール１のラップ部３に所定角度だけずらして重なり合うように配設され、該ラップ部３，７間に複数の圧縮室９，９，…を形成している。そして、スクロール空気圧縮機の運転時には、固定スクロール１の外周側に設けた吸込口（図示せず）から外周側の圧縮室９内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール５が旋回運動する間に各圧縮室９内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室９から固定スクロール１の中心に設けた吐出口１０に向けて外部に圧縮空気を吐出する。
【０００７】
ここで、旋回スクロール５のラップ部７は、該旋回スクロール５が旋回運動したときに相手方となる固定スクロール１のラップ部３に接触することのないように、該ラップ部３との間に微小なクリアランスを形成するようにして位置決めされている。
【０００８】
即ち、旋回スクロール５が旋回運動し、旋回スクロール５のラップ部７が固定スクロール１のラップ部３に最も接近した状態では、ラップ部３，７間には図１３に示すように微小なクリアランスＳ1 が形成されるようになる。
【０００９】
１１は固定スクロール１のケーシング本体側に回転可能に設けられる駆動軸を示し、該駆動軸１１は、その先端側がケーシング本体内に延びるクランク１１Ａとなり、該クランク１１Ａの軸線Ｏ2 −Ｏ2 は駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 に対して一定寸法δだけ偏心している。そして、駆動軸１１のクランク１１Ａには、旋回スクロール５のボス部８が旋回軸受１２を介して旋回可能に取付けられ、旋回スクロール５は自転防止機構（図示せず）等を介して旋回運動が与えられる。
【００１０】
従来技術によるスクロール式空気圧縮機は上述のような構成を有するもので、次にその作動について説明する。
【００１１】
まず、駆動軸１１をモータ等の駆動源（図示せず）によって回転駆動すると、この回転は駆動軸１１のクランク１１Ａから旋回軸受１２を介して旋回スクロール５に伝えられ、該旋回スクロール５は駆動軸１１の軸線Ｏ1 −Ｏ1 を中心にして寸法δの旋回半径をもった旋回運動を行う。そして、この旋回運動によって各ラップ部３，７の間に画成された圧縮室９，９，…は中央側に向けて連続的に縮小し、吸込口から吸込んだ空気を順次圧縮しつつ、この圧縮空気を吐出口１０から外部のエアタンク（図示せず）等に向けて吐出する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械では、旋回スクロール５が旋回運動したときに、ラップ部７が相手方となる固定スクロール１のラップ部３と接触することのないようにラップ部３，７間には微小なクリアランスＳ1 を形成する構成としている。
【００１３】
しかし、圧縮運転時には各圧縮室９内で発生した高温の圧縮熱が固定スクロール１および旋回スクロール５に伝わるため、以下のような問題が生じる。即ち、圧縮運転時における固定スクロール１の温度分布を調査した結果、図１４および図１５に示すように温度分布が生じることが確認された。なお、旋回スクロール５についても、固定スクロール１の場合とほぼ同様の温度分布が得られるものである。
【００１４】
そして、図１４および図１５から明らかなように、ラップ部３は、渦巻き状に延びるラップ部３の径方向中間部位Ａ1 を境とし、そこから巻始め端３Ａに至るまでの径方向内側部位Ａ2 （巻始め端３Ａから１〜１．５巻き程度の部分）では、歯先側で温度上昇が最も大きくなり、これに比べて歯底側では相対的に温度上昇が小さくなる傾向にある。これにより、該ラップ部３の径方向内側部位Ａ2 は、図１５に示すように歯先側がラップ部３の径方向に対して外側へと反るように傾斜して熱変形することが分かった（図１２中に示す一点鎖線参照）。
【００１５】
これに対し、前記径方向中間部位Ａ1 を境とし、そこからラップ部３の巻終わ端３Ｂに至るまでの径方向外側部位Ａ3 （巻終り端３Ｂから１〜１．５巻き程度の部分）では、歯底側で温度上昇が最も大きくなり、これに比べて歯先側では相対的に温度上昇が小さくなる傾向にある。これにより、ラップ部３の径方向外側部位Ａ3 は、図１５に示すように、歯先側がラップ部３の径方向に対して内側へと反るように傾斜して熱変形することが分かった（図１２中に示す一点鎖線参照）。
【００１６】
一方、ラップ部３の径方向中間部位Ａ1 では、歯先側から歯底側に亘ってほぼ均一に温度上昇する傾向にあり、歯先側はラップ部３の径方向外，内側いずれの方向に対しても実質的に熱変形は生じていないことが分かった。
【００１７】
そして、これと同様に旋回スクロール５のラップ部７についても、その径方向内側部位では歯先側が径方向の外側に、径方向外側部位では歯先側が径方向の内側にそれぞれ熱変形する傾向にあることが分かった。また、該ラップ部７の径方向中間部位では、歯先側がラップ部７の径方向外，内側いずれの方向に対しても実質的に熱変形は生じていないことが分かった。
【００１８】
この結果、各圧縮室９の気密性を高めるために、例えばラップ部３，７間のクリアランスＳ1 を小さく形成した場合には、圧縮運転時に熱変形したラップ部３の歯先側が相手方となるラップ部７の歯底側に接触（摺動）したり、逆に熱変形したラップ部７の歯先側が相手方となるラップ部３の歯底側に接触したりして、かじり等が発生することがあり、この場合には装置の信頼性が著しく低下してしまうという問題がある。
【００１９】
また、これとは反対にラップ部３，７間のクリアランスＳ1 を大きく形成した場合には、各圧縮室９の気密性は低下し、装置の圧縮性能等に影響を及ぼしてしまう等の問題が生じる。
【００２０】
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、圧縮運転時に固定スクロールと旋回スクロールとのラップ部が熱変形したとしても、両者のラップ部を常に非接触状態に保持しつつ、両者間に確保されるクリアランスを必要最小限の大きさに抑えることができ、装置の信頼性等を向上できると共に、圧縮性能等を高めることができるようにした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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決するために本発明は、鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロールとからなるスクロール式流体機械に適用される。
【００２２】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位では当該中間部位に比較して外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では当該中間部位に比較して内周面を薄肉に形成したことにある。
【００２３】
上記構成により、ラップ部の径方向内側部位では、その外周面を薄肉にした分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成することができる。また、ラップ部の径方向外側部位についても、その内周面を薄肉にした分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成することができる。
【００２４】
この結果、圧縮運転時にラップ部の歯先が径方向内側部位および径方向外側部位から相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、各ラップ部同士が互いに接触（摺動）するのを避けることができ、各ラップ部を常に非接触状態に保持することができる。
【００２５】
また、請求項２の発明では、前記ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向外側部位は内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成している。
【００２６】
さらに、請求項３の発明では、前記ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向内側部位は内周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成している。
【００２７】
さらにまた、請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位を当該中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位は当該中間部位に比較して径方向外側へとオフセットさせた位置に形成したことにある。
【００２８】
上記構成により、ラップ部の径方向内側部位では、径方向中間部位に比較して径方向内側にオフセットされるから、このオフセット分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成できる。また、ラップ部の径方向外側部位についても、径方向中間部位に比較して径方向外側にオフセットされるから、このオフセット分だけ相手方のラップ部との間のクリアランスを大きく形成できる。
【００２９】
この結果、圧縮運転時にラップ部の歯先が径方向内側部位および径方向外側部位から相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、請求項１の発明と同様に、各ラップ部同士が互いに接触（摺動）するのを避けることができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上の通り、本発明によれば、請求項１の発明では、固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部を、該ラップ部の径方向中間部位を境として径方向内側部位では外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では内周面を薄肉に形成する構成としたから、圧縮運転時にラップ部の径方向内側部位と径方向外側部位とで歯先側が相手方のラップ部に向けて近付くように熱変形したとしても、各ラップ部間を常に非接触状態に保持することができ、両者間に確保されるクリアランスを径方向中間部位、径方向外側部位および径方向内側部位いずれの部位においても必要最小限の大きさに抑えることができる。
【００３１】
従って、固定スクロールと旋回スクロールとのラップ部間でかじり等が生じるのを抑えることができ、旋回スクロールを円滑に旋回運動させる続けることができ、装置の信頼性を高めることができる。そして、各ラップ部間に形成される圧縮室の気密性を高めることができ、当該スクロール流体機械の性能を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項２の発明では、ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎし、ラップ部の径方向外側部位では内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘り肉削ぎする構成としたから、ラップ部の径方向内側部位、径方向外側部位では、それぞれ相手方ラップ部との間のクリアランスを径方向中間部位よりも大きく形成でき、これによって、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、請求項３の発明では、ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎし、ラップ部の径方向内側部位では内周面をテーパ状に肉削ぎする構成としたから、ラップ部の径方向内側部位、径方向外側部位では、相手方ラップ部との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位に比較して大きく形成でき、これによっても、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００３４】
さらにまた、請求項４の発明では、固定スクロールと旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部を、径方向内側部位では径方向中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位では径方向外側へとオフセットさせた位置に形成する構成としたから、ラップ部の径方向内側部位と径方向外側部位とでは、それぞれラップ部をオフセットさせた分だけ相手方ラップ部との間のクリアランスを大きく形成でき、これによっても、請求項１の発明とほぼ同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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機の固定スクロールおよび旋回スクロール等を示す縦断面図である。
【図２】図１中の固定スクロールを単体で示す拡大断面図である。
【図３】図１中の旋回スクロールを単体で示す拡大断面図である。
【図４】固定スクロールのラップ部を示す図１中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。
【図５】旋回スクロールのラップ部を示す図１中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の旋回スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機の旋回スクロールを単体で示す縦断面図である。
【図１０】固定スクロールのラップ部を示す図８中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた断面図である。
【図１１】従来技術によるスクロール式空気圧縮機の固定スクロールおよび旋回スクロール等を示す縦断面図である。
【図１２】固定スクロールのラップ部等を示す正面図である。
【図１３】図１１中のラップ部等を示す要部拡大図である。
【図１４】固定スクロールのラップ部に生じる温度分布を示す図１２と同様の正面図である。
【図１５】ラップ部が熱変形した状態で固定スクロールの温度分布を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って詳述する。ここで、本発明の第１の実施の形態を図１ないし図５に基づいて説明する。なお、本実施の形態では前述した従来技術の構成要素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。
【００３７】
図において、２１は本実施の形態で用いる固定スクロールで、該固定スクロール２１は、従来技術による固定スクロール１とほぼ同様に、歯底面２２Ａを有する円板状の鏡板２２と、該鏡板２２の外周側に設けられた支持部２３とから大略構成されている。
【００３８】
２４は固定スクロール２１の歯底面２２Ａに立設されたラップ部を示し、該ラップ部２４は、巻始め端２４Ａから巻終り端２４Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成されている。そして、該ラップ部２４は、従来技術で述べたラップ部３と同様に、図４および図６に示す如く渦巻き状に延びるラップ部２４の径方向中間部位Ｂ1 を境とし、そこから巻始め端２４Ａに至るまでの部分、即ち、巻始め端２４Ａから１〜１．５巻き程度の部分が径方向内側部位Ｂ2 となっている。
【００３９】
また、ラップ部２４は径方向中間部位Ｂ1 を境とし、そこから巻終り端２４Ｂに至るまでの部分、即ち、巻終り端２４Ｂから１〜１．５巻き程度の部分が径方向外側部位Ｂ3 となっている。そして、ラップ部２４の径方向中間部位Ｂ1 は、従来技術による固定スクロール１のラップ部３と同様の板厚（歯厚）をもって形成されている。
【００４０】
しかし、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 は、図２および図４中に一点鎖線で示すように、外周面２４Ｃが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。また、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ3 は、内周面２４Ｄが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。これにより、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ2 および径方向内側部位Ｂ3 は、径方向中間部位Ｂ1 に比較して薄肉に形成されている。
【００４１】
２５は本実施の形態で用いる旋回スクロールで、該旋回スクロール２５は、従来技術による旋回スクロール５とほぼ同様に、歯底面２６Ａを有する円板状の鏡板２６と、該鏡板２６の背面側に設けられたボス部２７と、後述のラップ部２８とから大略構成されている。
【００４２】
２８は旋回スクロール２５の歯底面２６Ａに立設されたラップ部を示し、該ラップ部２８は、巻始め端２８Ａから巻終り端２８Ｂに向けて曲率半径を拡大させながらほぼ４周する渦巻き状に形成され、固定スクロール２１のラップ部２４との間に複数の圧縮室２９，２９，…を画成している。そして、ラップ部２８は、従来技術で述べたラップ部７と同様に、図５および図７に示す如く渦巻き状に延びるラップ部２８の径方向中間部位Ｃ1 を境とし、そこから巻始め端２８Ａに至るまでの部分、即ち、巻始め端２８Ａから１〜１．５巻き程度の部分が径方向内側部位Ｃ2 となっている。
【００４３】
また、ラップ部２８は径方向中間部位Ｃ1 を境とし、そこから巻終り端２８Ｂに至るまでの部分、即ち、巻終り端２８Ｂから１〜１．５巻き程度の部分が径方向外側部位Ｃ3 となっている。そして、ラップ部２８の径方向中間部位Ｃ1 は従来技術による旋回スクロール５のラップ部７と同様の板厚（歯厚）をもって形成されている。
【００４４】
しかし、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 は、図３および図５中に一点鎖線で示すように、外周面２８Ｃが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。また、ラップ部２８の径方向外側部位Ｃ3 は、内周面２８Ｄが歯先から歯底までに至る全面に亘って均一に肉削ぎされている点で従来技術のものとは異なっている。これにより、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 は、径方向中間部位Ｃ1 に比較して薄肉に形成されている。
【００４５】
なお、３０は固定スクロール２１の鏡板２２に形成された吐出口で、該突出口３０は、内周側の圧縮室２９内に開口し、該圧縮室２９からの圧縮空気を外部に吐出させるものである。
【００４６】
本実施の形態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、その基本的作動については従来技術によるものと格別差異はない。
【００４７】
然るに本実施の形態では、固定スクロール２１のラップ部２４を径方向内側部位Ｂ2 では外周面２４Ｃを肉削ぎし、径方向外側部位Ｂ3 では内周面２４Ｄを肉削ぎする構成としたから、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 では、図１に示すように相手方となる旋回スクロール２５のラップ部２８との間のクリアランスＳ2 を径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成することができる。そして、ラップ部２４の径方向外側部位Ｂ3 についても、相手方となる旋回スクロール２５のラップ部２８との間のクリアランスＳ3 を径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成することができる。
【００４８】
これにより、圧縮運転時にラップ部２４の歯先側が径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 から相手方のラップ部２８に向けて接近するように熱変形したとしても、前記クリアランスＳ2 ，Ｓ3 をラップ部２４の変形量に対応した大きさに予め設定しておくことにより、径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 では、ラップ部２４を径方向中間部位Ｂ1 と同様に相手方のラップ部２８に対して離した状態に保持することができ、ラップ部２４の歯先側がラップ部２８に強く接触して干渉するのを避けることができる。
【００４９】
そして、このようにラップ部２４が熱変形した状態では、ラップ部２４の径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 においては、相手方のラップ部２８との間のクリアランスを、径方向中間部位Ｂ1 と同様に必要最小限の大きさに狭めることができ、微小なクリアランスを確保できる。
【００５０】
また、固定スクロール２１と同様に旋回スクロール２５についても、ラップ部２８を径方向内側部位Ｃ2 では外周面２８Ｃを肉削ぎし、径方向外側部位Ｃ3 では内周面２８Ｄを肉削ぎする構成としたから、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 では、相手方となる固定スクロール２１のラップ部２４との間のクリアランスＳ4 を、図１に示すように径方向中間部位Ｃ1 よりも大きく形成することができる。そして、ラップ部２８の径方向外側部位Ｃ3 についても、相手方となる固定スクロール２１のラップ部２４との間のクリアランスＳ5 を径方向中間部位Ｃ1よりも大きく形成することができる。
【００５１】
これにより、圧縮運転時にラップ部２８の歯先側が径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 から相手方のラップ部２８に向けて接近するように熱変形したとしても、前記クリアランスＳ4 ，Ｓ5 をラップ部２８の変形量に対応した大きさに予め設定しておくことにより、ラップ部２８を径方向中間部位Ｂ1 と同様に相手方のラップ部２４に対して離した状態に保持することができ、ラップ部２８の歯先側がラップ部２４に強く接触して干渉するのを避けることができる。
【００５２】
そして、このようにラップ部２８が熱変形した状態では、ラップ部２８の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 においては、相手方のラップ部２４との間に確保されるクリアランスを、径方向中間部位Ｃ1 と同様に必要最小限の大きさに狭めることができ、微小なクリアランスを確保できる。
【００５３】
従って、本実施の形態によれば、圧縮運転時には、固定スクロール２１と旋回スクロール２５とのラップ部２４，２８を常に非接触状態に保持することができ、両者間でかじり等が発生するのを抑えることができる。これによって、旋回スクロール２５を円滑に旋回運動させ続けることができ、装置の信頼性を高めることができる。
【００５４】
しかも、圧縮運転時にはラップ部２４，２８間に確保されるクリアランスＳ2，Ｓ3 ，Ｓ4 ，Ｓ5 を必要最小限の大きさに抑えることができ、これによって、各圧縮室２９の気密性を高めることができ、当該スクロール空気圧縮機の圧縮性能を向上することができる。
【００５５】
次に、図６および図７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロール４１のラップ部４４を、該ラップ部４４の径方向中間部位Ｂ1 よりも径方向内側部位Ｂ2 では、外周面４４Ａを歯底側から歯先側に向けてテーパ状に傾斜させることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、当該中間部位Ｂ1 よりも径方向外側部位Ｂ3 では、内周面４４Ｂを歯底側から歯先側に向けてテーパ状に傾斜させることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成すると共に、旋回スクロール４６のラップ部４９についても、外周面４９Ａおよび内周面４９Ｂを固定スクロール４１のラップ部４４と同様の位置で部分的に薄肉に形成したことにある。
【００５６】
ここで、前記固定スクロール４１は、歯底面４２Ａを有する円板状の鏡板４２と、該鏡板４２の外周側に設けられた支持部４３と、ラップ部４４とから大略構成され、鏡板４２には吐出口４５が設けられている。また、ラップ部４４は、前記第１の実施の形態で述べた固定スクロール２１のラップ部２４とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００５７】
しかし、ラップ部４４の径方向内側部位Ｂ2 は、図６中に一点鎖線で示すように、外周面４４Ａを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。そして、ラップ部４４の径方向外側部位Ｂ3 は、内周面４４Ｂを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００５８】
また、前記旋回スクロール４６は、歯底面４７Ａを有する円板状の鏡板４７と、該鏡板４７の背面側に設けられたボス部４８と、ラップ部４９とから大略構成されている。そして、ラップ部４９は、前記第１の実施の形態で述べた旋回スクロール２５のラップ部２８とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００５９】
しかし、ラップ部４９の径方向内側部位Ｃ2 は、図７中に一点鎖線で示すように、外周面４９Ａを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。また、ラップ部４９の径方向外側部位Ｃ3 は、内周面４９Ｂを歯底側から歯先側に向けて漸次薄肉となるようにテーパ状に肉削ぎしている点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００６０】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、ラップ部４４の径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 は、相手方のラップ部４９との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位Ｂ1 よりも大きく形成できると共に、ラップ部４９の径方向内側部位Ｃ2 および径方向外側部位Ｃ3 は、相手方のラップ部４４との間のクリアランスをそれぞれ歯先側で径方向中間部位Ｃ1 よりも大きく形成でき、これによっても、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６１】
次に、図８ないし図１０は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、固定スクロール５１のラップ部５４のうち径方向中間部位Ｂ1 よりも径方向内側部位Ｂ2 を、当該中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側にオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位Ｂ3 では、当該中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側にオフセットさせた位置に形成すると共に、旋回スクロール５６のラップ部５９についても、固定スクロール５１のラップ部５４と同様にオフセットさせて形成したことにある。
【００６２】
ここで、前記固定スクロール５１は、歯底面５２Ａを有する円板状の鏡板５２と、該鏡板５２の外周側に設けられた支持部５３と、ラップ部５４とから大略構成され、鏡板５２には吐出口５５が設けられている。そして、ラップ部５４は、前記第１の実施の形態で述べた固定スクロール２１のラップ部２４とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００６３】
しかし、ラップ部５４の径方向内側部位Ｂ2 は、図８および図１０中に一点鎖線で示すように径方向中間部位Ｂ1 に比較して径方向内側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態ものとは異なっている。そして、ラップ部５４の径方向外側部位Ｂ3 は、径方向中間部位Ｂ1 に比較して径方向外側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態ものとは異なっている。
【００６４】
また、前記旋回スクロール５６は、歯底面５７Ａを有する円板状の鏡板５７と、該鏡板５７の背面側に設けられたボス部５８と、ラップ部５９とから大略構成されている。そして、ラップ部５９は、前記第１の実施の形態で述べた旋回スクロール２５のラップ部２８とほぼ同様に渦巻き状に形成されている。
【００６５】
しかし、ラップ部５９の径方向内側部位Ｃ2 は、図９中に一点鎖線で示すように、径方向中間部位Ｃ1 に比較して径方向内側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。また、ラップ部５９の径方向外側部位Ｃ3 は、径方向中間部位Ｃ1 に比較して径方向外側に一定寸法だけオフセットした位置に配設している点で前記第１の実施の形態のものとは異なっている。
【００６６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、ラップ部５４の径方向内側部位Ｂ2 と径方向外側部位Ｂ3 とでは、それぞれ相手方のラップ部５９との間に径方向中間部位Ｂ1 よりも大きなクリアランスを確保できると共に、ラップ部５９の径方向内側部位Ｃ2 と径方向外側部位Ｃ3 とでは、それぞれ相手方のラップ部５４との間に径方向中間部位Ｃ1 よりも大きなクリアランスを形成することができ、これによっても、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００６７】
なお、前記第１，２の実施の形態では、固定スクロール２１（４１）と旋回スクロール２５（４６）との両方のラップ部２４，２８（４４，４９）を、それぞれ径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 において薄肉に形成するものとして述べたが、これに替えて、固定スクロール２１（４１）および旋回スクロール２５（４６）のうち、いずれか一方のラップ部のみを径方向内側部位Ｂ2 および径方向外側部位Ｂ3 において薄肉に形成する構成としてもよい。
【００６８】
また、前記第３の実施の形態では、固定スクロール５１と旋回スクロール５６との両方のラップ部５４，５９を、それぞれ径方向内側部位Ｂ2 ，Ｃ2 と径方向外側部位Ｂ3 ，Ｃ3 とでオフセットさせて形成するものとして述べたが、これに替えて、固定スクロール５１および旋回スクロール５６のうち、いずれか一方のラップ部のみを径方向内側部位Ｂ2 ，Ｃ2 と径方向外側部位Ｂ3 ，Ｃ3 とでオフセットさせて形成する構成としてもよい。
【００６９】
さらに、前記各実施の形態では、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、空気以外の気体を圧縮する圧縮機にも適用でき、また真空ポンプ等にも適用できる。
【符号の説明】
【００７０】
２１，４１，５１ 固定スクロール
２２，２６，４２，４７，５２，５７ 鏡板
２２Ａ，２６Ａ，４２Ａ，４７Ａ，５２Ａ，５７Ａ 歯底面
２４，２８，４４，４９，５４，５９ ラップ部
２４Ｃ，２８Ｃ，４４Ａ，４９Ａ 外周面
２４Ｄ，２８Ｄ，４４Ｂ，４９Ｂ 内周面
２５，４６，５６ 旋回スクロール
２９ 圧縮室
Ｂ1 ，Ｃ1 径方向中間部位
Ｂ2 ，Ｃ2 径方向内側部位
Ｂ3 ，Ｃ3 径方向外側部位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロール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と旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位では当該中間部位に比較して外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では当該中間部位に比較して内周面を薄肉に形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向外側部位は内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向内側部位は内周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロール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と旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位を当該中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位は当該中間部位に比較して径方向外側へとオフセットさせた位置に形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項１】
鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロール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と旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位では当該中間部位に比較して外周面を薄肉に形成し、径方向外側部位では当該中間部位に比較して内周面を薄肉に形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【請求項２】
前記ラップ部の径方向内側部位は外周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向外側部位は内周面を歯先から歯底までに至る全面に亘って肉削ぎすることにより薄肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項３】
前記ラップ部の径方向内側部位は外周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成し、前記ラップ部の径方向内側部位は内周面をテーパ状に肉削ぎすることにより少なくとも歯先側を薄肉に形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
【請求項４】
鏡板の歯底面に渦巻き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対向して設けられ、該固定スクロールのラップ部との間で複数の圧縮室を画成するように鏡板の歯底面から渦巻き状のラップ部が立設された旋回スクロール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と旋回スクロールのうち少なくともいずれか一方のラップ部は、渦巻き状に延びる該ラップ部の径方向中間部位を境として、径方向内側部位を当該中間部位に比較して径方向内側へとオフセットさせた位置に形成し、径方向外側部位は当該中間部位に比較して径方向外側へとオフセットさせた位置に形成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２５７３４３（Ｐ２００９−２５７３４３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８５７５２（Ｐ２００９−１８５７５２）
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【分割の表示】特願平９−３４２１４８の分割
【原出願日】平成９年１１月２７日（１９９７．１１．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１０日（２００９．８．１０）
【分割の表示】特願平９−３４２１４８の分割
【原出願日】平成９年１１月２７日（１９９７．１１．２７）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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