JPH0327722B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空気圧縮機、冷媒圧縮機あるいは
膨張機として利用するスクロール式流体機械に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来のスクロール流体機械の具体的な構成、動
作を第３図乃至第８図により説明する。

第３図は、スクロール流体機械の原理を示して
おり、１は固定スクロール、２は揺動スクロー
ル、５は固定スクロール１と揺動スクロール２と
の間隙からなる圧縮室、６は吸入室、８′は最内
周に形成された吐出室である。またＯは固定スク
ロール１の中心である。固定スクロール１及び揺
動スクロール２はインボリユートあるいは円弧な
どを組合せた同一形状の渦巻であり、互いに180゜
ずらして組合せて圧縮室が形成される。このよう
な状態で第３図ａ，ｂ，ｃ，ｄに示すように揺動
スクロールのみを、その姿勢を角度的に一定に保
ちながら、すなわち自転運動をせずに固定スクロ
ール１の中心Ｏの回りを回転運動する揺動運動を
する。このような揺動運動に伴ない、圧縮室５は
順次その容積を減じ、吸入室６から取込まれた気
体は固定スクロール１の中央部の吐出口８′から
吐出される。

第４図は、特開昭59−103981に示されている従
来のスクロール圧縮機であり、スクロール圧縮機
を例えば冷凍または空調あるいは空気圧縮機に応
用しようとするる場合の具体的な実施例であつ
て、フロンなどのガス体の圧縮機として構成した
ものである。第４図において、１は固定スクロー
ル、１ａは固定スクロール１の台板であつて、後
述するシエルの一部を兼ねている。２は揺動スク
ロール、３は揺動スクロール２の台板、４は揺動
スクロール軸、５は圧縮室、６は圧縮室５の吸入
室、７は吸入孔、８は吐出孔、８′は吐出室、９
は揺動スクロール２の台板３背面を支承するスラ
スト軸受、１０は固定スクロール１とボルトなど
で固定された軸受支え、１１は揺動スクロール１
の自転を防止しこれを揺動させるためのオルダム
継手、１２は揺動スクロール２の台板２と軸受支
え１０の間に形成されたオルダム室、１３は軸受
支え１０にあけられてオルダム室１２と後述する
電動機室を連絡する返油孔、１４は揺動スクロー
ル２を駆動させるクランク軸、１５はクランク軸
１４内に偏心してあけられた油孔、１６はクラン
ク軸１４に偏心して設けられて揺動スクロール軸
４と嵌合する揺動軸受、１７はクランク軸１４上
部の大径部を半径方向に支持する主軸受、１８は
クランク軸１４下部と嵌合する電動機側軸受、１
９は電動機ステータ、２０は電動機ロータ、２１
は電動機ロータ２０上部のクランク軸１４に固定
された第１バランサ、２２は電動機ロータ２０の
下端に固定された第２バランサ、２３は固定スク
ロール１、軸支え１０、電動機ステータ１９、お
よび電動機側軸受１８を固定して圧縮機全体を密
封するシエル、２４はシエル２３底部の油溜めに
貯溜された油、２５は電動機ステータ１９および
電動機ロータ２０などを収容した電動機室であ
る。

このように構成されたスクロール圧縮機の動作
を説明する。電動機ステータ１９に通電すると、
電動機ロータ２０はトルクを発生してクランク軸
１４と共に回転する。クランク軸１４が回転を始
めると、クランク軸１４に偏心して設けた揺動軸
受１６に嵌合されている揺動スクロール４に回転
力が伝えられ、揺動スクロール２はオルダム継手
１１にガイドされて揺動運動を行い、第３図ａ，
ｂ，ｃ，ｄに示す上述したような圧縮作用を行
う。

気体は、吸入孔７から揺動スクロール２外周部
の吸入室６に吸入されて圧縮室５内に取込まれ、
クランク軸１４の回転と共に順次内側に送込まれ
て、固定スクロールの中央部に設けた吐出孔８か
ら吐出される。なお、クランク軸１４の回転に伴
う揺動スクロール２の揺動運動は圧縮機全体に不
釣合力による振動を引起そうとするが、第１バラ
ンサ２１と第２バランサ２２で静的および動的に
クランク軸１４回りの釣合をとることができ、異
常な振動を生ずることなく、圧縮機を運転でき
る。

また、第５図は第４図の部分詳細図である。第
５図ａはガス圧縮が行われず揺動スクロール軸４
が揺動スクロール２と台板３などの遠心力のみに
より揺動軸受１０方向へ押付けられた状態の揺動
スクロール軸４、クランク軸１４および渦巻の一
部の軸方向断面図であり、第５図ｂは第５図ａの
部分横断面図である。これらの図において、O₁
は主軸受１７の軸心、O₂はクランク軸１４の軸
心、O₃は揺動軸受１６の軸心、O₄は揺動スクロ
ール軸４の軸心、FCは揺動スクロール２と台板
３などの遠心力、ｒは揺動軸受１６のクランク軸
１４に対する偏心量、d₁は揺動軸受１６の軸受隙
間、d₂は主軸受１７の軸受隙間、Ｂは固定スクロ
ール１の渦巻間の溝幅、Ｄは揺動スクロール２の
実際の揺動幅、ｔは揺動スクロール２の渦巻の板
厚、ＣおよびC₁は固定スクロール１および揺動
スクロール２の渦巻間に形成される半径方向隙間
であり、一般にはＣ＝C₁である。

そして、上述のような従来のスクロール圧縮機
では、揺動スクロール２の実際の揺動幅Ｄは次の
ようになる。

Ｄ＝２（ｒ＋d₁／２＋d₂／２）＋ｔ ＝2r＋ｔ＋d₁＋d₂ ………１ したがつて、固定スクロール１と揺動スクロー
ル２の渦巻間の半径方向隙間Ｃは、 Ｃ＝（Ｂ−Ｄ）／２ ＝｛Ｂ−(2r+t+d₁+d₂)｝／２ ＝｛(B-2r-t)−(d₁+d₂)｝／２ ………２ となる。従来のスクロール圧縮機では、上記２式
の（Ｂ−2r−ｔ）が（d₁＋d₂）より大きくなるよ
うに設定しており、このため、固定スクロール１
と揺動スクロール２の渦巻間には常に半径方向隙
間Ｃが形成されている。しかも、第６図に示すよ
うに、一般的な運転状態では、揺動スクロール軸
４に対して遠心力FCの他にこれと直角方向のガ
ス圧縮負荷Fgが作用するために、これらの合力
Ｆは第６図に示す方向に作用することになり、揺
動スクロール軸４は合力Ｆの方向へ押付けられ
る。したがつて、このような状態での固定スクロ
ール１と揺動スクロール２の渦巻間の半径方向隙
間C′は遠心力FCのみが作用する場合の半径方向
隙間Ｃよりさらに大きくなる。このように、渦巻
間の半径方向隙間ＣあるいはC′が存在すると、ス
クロール圧縮機の運転中に固定スクロール１と揺
動スクロール２の渦巻の接触は起り得ず、したが
つて渦巻の側面が摩耗するという問題はないが、
圧縮室５の半径方向隙間のシールを行いにくく、
上記半径方向隙間ＣあるいはC′を通じて圧縮室５
のガスが吸入側へ漏れてしまうことが多かつた。
圧縮室５内部のガスが下流側へ漏れると、最終的
に吐出管８から吐出されるガス量が減少して体積
効率が低下し、また漏れたガスを再度圧縮するこ
とになり、電動機の入力が増加し、成積係数が低
下するという欠点があつた。

また、上述の欠点を解消するために上記(2)式の
（Ｂ−2r−ｔ）より（d₁＋d₂）を大きく設定する
という手段も半径方向隙間のシール方法として有
効ではあるが、実際の溝幅Ｂ、偏心量ｒおよび板
厚ｔには加工精度のばらつきがあるため上記（Ｂ
−2r−ｔ）の値は各々ばらつきを加算したばらつ
きを示し、従つてどのようなクランク軸回転位置
においても常に（Ｂ−2r−ｔ）より（d₁＋d₂）を
大きくするには軸受隙間d₁およびd₂を充分に大き
く設定する必要がある。しかるに、一般に軸受隙
間はその本来の目的である潤滑機能を充分果たす
ためには最適な値があり、必要以上に軸受隙間を
大きくすると潤滑機能を損うことになる。従つて
上記溝幅Ｂ、偏心量ｒおよび板厚ｔの加工精度を
非常に高くする必要があつた。さらに、固定スク
ロール１の中心Ｏと主軸受１７の軸心O₁が何ら
かの理由でずれた場合、第５図ａに示す隙間Ｃと
C₁は等しくなくなり、極端な場合いずれか一方
のみが大きくなつてしまい、上記の隙間d₁，d₂で
はこの隙間ＣおよびC₁を常に０にすることがで
きないことになる。

従つて主軸受１７の軸心0₁に対する固定スクロ
ール１の組立精度も充分高く設定しなければなら
なかつた。

さらに特開昭59−162383には、上述の欠点を解
消するために第７図、第８図に示すようにクラン
ク軸１４に設けられた偏心穴に、所定量だけ偏心
した揺動軸受を有する偏心ブツシユを嵌入し、こ
の揺動軸受と揺動スクロール軸を嵌入させること
により、揺動スクロール２の実際の揺動巾Ｄが自
在に変化できるようにし、圧縮室５の半径方向隙
間を０とする手段も示されている。以下、この手
段について第７図ａ，ｂ及び第８図ａ，ｂにより
簡単に説明する。第７図は、クランク軸１４の偏
心穴１６′に、偏心ブツシユ２６が回転自在に嵌
入され、さらに偏心ブツシユ２６に偏心量ｅをも
つて設けられた揺動軸受１６″に、揺動スクロー
ル軸４が回転自在に嵌入された状態を示したもの
であり、第７図ａは上方向からみた断面図、第７
ｂ図は側面からみた断面図である。第８図は、こ
のような手段の動作を示したものである。第８図
ａは、固定スクロール１の側板が加工および組立
のばらつきにより比較的、中心寄りに位置してい
る場合で、揺動スクロール２も中心寄りに押され
た形となり、偏心ブツシユ２６は左回りに回転
し、揺動半径Ｒは小さくなつている状態を示して
いる。また第８図ｂは、逆に固定スクロール１の
側板が比較的外寄りに位置している場合で、揺動
スクロール２は自らに作用している力Ｆにより偏
心ブツシユ２６を右回りに回転させ、固定スクロ
ールとの半径方向接触を保つている状態を示して
いる。このように偏心ブツシユを用いることによ
り、常に圧縮室の半径方向シールを行なうことが
理論的には可能である。しかしながら実際は、偏
心ブツシユ２６には揺動スクロール軸４から力Ｆ
が作用しているため偏心ブツシユ２６の外周と偏
心穴１６′の間には摩擦力（図示せず）が存在し、
このため偏心ブツシユの外周のすべりに対し摩擦
抵抗が働くことになり、偏心ブツシユの回転を阻
止する方向に作用する。もし偏心ブツシユ２６の
外周と偏心穴１６′との摩擦係数がそれらの材料、
仕上精度、給油状態等により大きくなれば、偏心
ブツシユは自由に回転せず、この結果圧縮室５の
半径方向シールを達成することはできなくなる。
以上述べたように、偏心ブツシユを使う場合でも
問題があつた。

以上のような偏心ブツシユの問題点を解決でき
るような技術を、特公昭58−28433は示している。
特公昭58−28433には、偏心形状の取付板を有す
るクランク軸及びこの取付板に立てられたピボツ
トピンに係止された揺動リンクを備え、揺動リン
クの一端に設けられたブツシングに揺動スクロー
ルを嵌入するように構成されたスクロール圧縮機
が示されている。このように構成されたスクロー
ル圧縮機においては、揺動リンクは比較的小径の
ピボツトピンに係止されているため、揺動リンク
が揺動する際の摩擦抵抗は非常に小さいものとな
り、従つて揺動スクロールは半径方向に自由に追
従して固定スクロールと接触し、半径方向のシー
ルを達成することができる。しかし、このような
スクロール圧縮機においては、クランク軸は揺動
リンク及びピボツトピンを介して揺動スクロール
からの負荷を受けるのに対し、主軸を支える軸受
は軸方向にずれた位置に配置されることになる。
従つて、クランク軸は大きいモーメントを受ける
ことになり、この結果軸受に大きな負担がかかり
軸受焼付等の問題が発生する恐れがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来のスクロール圧縮機で
は、圧縮室の半径方向隙間のシールを行ないにく
く、体積効率の低下および成積係数が低下すると
いう欠点があつた。さらに、半径方向のシールを
行なうために、偏心ブツシユを使用する従来のス
クロール圧縮機では、偏心ブツシユ外周の摩擦の
ために安定したシールを得ることは困難であり、
やはり体積効率の低下および成積係数が低下する
という欠点があつた。

この発明は、上記の欠点に鑑み、圧縮室の半径
方向隙間のシールを達成して体積効率および成積
係数が良くなおかつ信頼性の高いスクロール圧縮
機を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記の欠点を解消するために、クラ
ンク軸に設けた偏心穴に、同心円筒状のブツシユ
を所定のすき間をもつて遊嵌し、上記ブツシユの
内周に揺動スクロール軸を回転自在に嵌入させた
ものである。

〔作用〕

固定スクロール及び揺動スクロール側板に加工
あるいは組立によるばらつきが生じても、上記ブ
ツシユがその外周のすき間内をごろがることによ
り、揺動スクロール側板は固定スクロール側板に
追従接触し、圧縮室の半径方向シールが達成され
る。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第７図ａ，ｂに対
応する第１図ａ，ｂ及び第８図ａ，ｂに対応する
第２図ａ，ｂにより説明する。

第１図において１６′はクランク軸１４に所定
量だけ偏心して設けられた偏心穴、２７は偏心欠
１６′に嵌入されたいわゆる軸受材でできた円筒
状のブツシユ、１６″はブツシユ２７の外周と同
心のいわゆる内周面に相当する揺動軸受、d₃はブ
ツシユ２７の外周と偏心穴１６′とのすき間、0₁
は主軸の軸心、0₄は揺動スクロール軸４の軸心、
Ｒは0₁と0₄の距離すなわち揺動スクロール軸の揺
動半径である。その他の符号は第５図もしくは第
７図と同一であるため説明は省略する。また第１
図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂにおいて主軸受１７
とクランク軸１４の間、および揺動軸受１６″と
揺動スクロール軸４の間にはそれぞれ軸受隙間が
存在するが、特に必要ないので図示は省略する。

以上のように構成されたこの発明の一実施例の
スクロール圧縮機においては、ブツシユ２７の外
周にはすき間d₃が存在するために、ブツシユ２７
はすき間d₃の範囲で移動することができる。すな
わち、揺動半径Ｒがd₃の範囲内で自在に変化する
ことになる。このことを第２図ａ，ｂにおいてわ
かりやすく説明する。第２図ａは、固定スクロー
ル１の側板が加工や組立のばらつきにより比較的
中心寄りに位置している部分を示している。Ｆは
前述したような遠心力Fcとガス圧縮負荷Fgの合
力で、揺動軸受１６″に実質的に作用する力であ
る。このような方向に力Ｆが作用するとブツシユ
２７は揺動半径Ｒが大きくなる方向へ移動しよう
とするが、揺動スクロールと固定スクロールの側
板が接触する位置で、ブツシユ２７は静止するこ
とになる。この場合のブツシユ２７の外周と偏心
穴１６′の接触点をM₁で示す。また第２図ｂは、
固定スクロール１の側板が比較的外寄りに位置し
ている部分を示している。このような状態でも、
合力Ｆはブツシユ２７を揺動半径Ｒが大きくな
り、揺動スクロール２の側板が固定スクロール１
の側板に接触する位置まで移動させる。この場合
のブツシユ２７の外周と偏心穴１６′の接触点は
M₂となる。このようにブツシユ２７は偏心穴１
６′内で接触点をM₁からM₂へ、またM₂からM₁
へ変える移動がなされるが、この移動はブツシユ
２７の外周面と偏心穴１６′の内周面の間のすべ
り運動によつてなされてもよいし、偏心穴１６′
内周面上をブツシユ２７がころがる形でなされて
もよい。しかし、一般的にはころがり運動の方が
すべり運動より抵抗がはるかに小さいので、通常
上記の移動はころがりによつてなされる。従つ
て、本発明のブツシユの場合は従来例で説明した
ような偏心ブツシユの外周面の摩擦抵抗が大きく
て揺動スクロールの半径方向への追従機能に問題
があるということがなく、ブツシユのころがりに
より常に固定スクロール１と揺動スクロール２の
各々の側板は接触することが可能である。

このように固定スクロール１の側板の位置に関
係なく、圧縮機運転中は常に揺動スクロール２の
側板は固定スクロールの側板に追従し押しつけら
れるため、圧縮室５の半径方向シールを確実に行
なうことができる。従つて圧縮室５からのガスの
漏れが減少するため体積効率が増加し、しかも漏
れたガスを再度圧縮することによる電動機入力の
増加も減少するため、成積係数も大巾に向上す
る。もちろん揺動半径Ｒの変化量には限界がある
が、一般的な加工および組立のばらつきをカバー
できるように、すき間d₃を設定しておけばよい。

また、ブツシユ２７と主軸受１７はクランク軸
の軸方向においてほぼ同じ位置に配設されるた
め、揺動スクロール軸４から受ける力Ｆは主軸に
モーメントを与えず、主軸受反力は最小のものと
なり信頼性面でも大きな効果を得ることができ
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、クランク軸上部の大径部内
に設けた偏心穴に、同心円筒状のブツシユを所定
のすき間をもつて遊嵌し、このブツシユの内周に
揺動スクロール軸を回転自在に嵌入させるような
構造とし、クランク軸の大径部を主軸受により半
径方向に支持したので、効率が高く信頼性も高い
スクロール圧縮機を提供できるという効果を得る
ことができる。

なおこの発明の実施例はスクロール圧縮機につ
いて述べたが、これが例えば膨張機のような装置
であつても同様な効果が得られることは明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す部分断面
図、第２図はこの発明の効果を説明する部分断面
図、第３図はスクロール圧縮機の作動原理図であ
る。第４図はスクロール圧縮機の全体構造を示す
断面図である。第５図、第６図は従来の圧縮機の
要点を示す部分断面図である。第７図は別の従来
の圧縮機の要点を示す部分断面図、第８図はその
作動を示す図である。図中、１は固定スクロー
ル、２は揺動スクロール、４は揺動スクロール
軸、５は圧縮室、１４はクランク軸、１６′は偏
心穴、１７は主軸受、２７はブツシユである。な
お、図中、同一符号は同一または相当部分を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれインボリユートなどの渦巻状側板を
   台板面に突設して形成され、互いに組合せること
   により上記側板及び台板間に圧縮室を形成する固
   定スクロールと揺動スクロールと、この揺動スク
   ロールに渦巻状側板とは反対側に突出して設けら
   れた揺動スクロール軸と、上部の大径部内に所定
   量だけ偏心して偏心穴が設けられ、この偏心穴に
   上部揺動スクロール軸を揺動軸受を介して半径方
   向に支持し上記揺動スクロールを揺動運動させる
   クランク軸と、このクランク軸を主軸受を介して
   支承する軸受支えと、上記揺動スクロールが上記
   揺動スクロール軸回りに自転することを阻止して
   主軸受回りに揺動運動させる自転防止機構とを備
   えたスクロール流体機械において、外周と同心の
   内周を有する円筒状のブツシユを、上記クランク
   軸の偏心穴に所定のすき間をもつて遊嵌し、上記
   ブツシユの内周に上記揺動スクロール軸を回転自
   在に嵌入させ上記揺動軸受を兼ねており、上記主
   軸受は上記クランク軸の大径部を半径方向に支持
   したことを特徴とするスクロール流体機械。