JP2857234B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

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加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−Ｏ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１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O₁−O₁は駆
動軸４の軸線Ｏ−Ｏ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−Ｏ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１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16と連通
するように支持部14の外周側に穿設され、吐出口18は最
も中央側の圧縮室16と連通するように鏡板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エイトを示し、該カウンタウ
エイト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を大きく開弁した
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ち電
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にリード線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20のバルブ22が大きく開弁した状態でも、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8,13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41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12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
磁弁を用いてもよく、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から
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く、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。

〔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、無駄なく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（温度検出手段）、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)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。