JPH0567761B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧縮機、膨張機、モータ、ポンプ等と
して利用できるスクロール型流体機械に関する。

第１図ないし第５図に従来のスクロール型圧縮
機の１例が示され、第１図において、１０はハウ
ジングで、カツプ状部分１２とこの開口部を閉塞
するフロントエンドプレート１１からなり、カツ
プ状部分１２の開口縁に穿設された固定穴１２３
とフロントエンドプレート１１の周縁に穿設され
た固定穴１１３を貫通する固定ボルト１７により
締結されている。フロントエンドプレート１１の
端面には前方に突出するスリーブ部１５が固定さ
れ、スリーブ部１５内及びフロントエンドプレー
ト１１の中央部を貫通する主軸１４がボールベア
リング１６，１３を介して回転自在に支承されて
いる。ハウジング１０内には固定スクロール部材
２０と、可動スクロール部材２１と後に詳述する
可動スクロール部材２１の駆動機構と自転阻止機
構２２とが内蔵されている。固定スクロール部材
２０は側板２０１とその１側面上に植設されたう
ず巻体２０２及び該うず巻体２０２とは反対側の
側面上に設けた脚部２０３を具え、脚部２０３を
カツプ状部分１２の外方より該カツプ状部分１２
の底部１２１を貫通するボルトを締結することに
よつて該底部１２１内壁上に固定され、側板２０
１の外周面とカツプ状部分１２の内壁面間をＯリ
ング等でシールすることによつてハウジング１０
内の空間を吸入室２５と吐出室２６とに仕切つて
いる。さらに側板２０１の中央部にはスクロール
部材２０と２１間に形成された密閉空間２３と吐
出室２６を連通する連通孔（開示略）が穿設され
ている。

可動スクロール部材２１は側板２１１とその１
側面上に植設されたうず巻体２１２とより構成さ
れている。この可動スクロール部材２１はうず巻
体２１２が前記固定スクロール部材２０のうず巻
体２０２と180゜の角度ずれをもつように噛み合さ
れている。すると、うず巻体２０２と２１２とは
複数の点で接触し、締切位置、即ち、うず巻体２
０２と２１２の外端が対手側うず巻体２１２，２
０２のフランク面に設したときは第４図に示すよ
うに、点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄで接触する。接触点Ａ及
びＢを結ぶ線又はＣ及びＤ結ぶ線に直角で可動ス
クロール部材２１の公転運動の中心即ち主軸１４
の軸芯或は固定スクロール部材２０の中心Osを
通る軸Ｙ上において、固定スクロール部材２０及
び可動スクロール部材２１にそれぞれ位置決め孔
２０８，２１８が穿設され、第１図に示すように
位置決め孔２０８の１部に螺水２０９が形成さ
れ、かつ、位置決め孔２０８と同一軸線上におい
てカツプ状部分１２の底部１２１に貫通孔１２２
が穿設されている。

可動スクロール部材２１の回転阻止機構２２は
第１図及び第２図に示されるようにフロントエン
ドプレート１１の内面に埋設固定されたリング状
固定プレート２２１と、この固定レース２２１を
被つてフロントエンドプレート１１の内面に当設
固定された固定リング２２２と、可動スクロール
部材２１の側板２１１の外面に埋設固定されたリ
ング状固定レース２１４と、この固定レース２１
４を被つて側板２１１の外面に当接固定された可
動リング２１５と、固定リング２２２、可動リン
グ２１５に穿設されて軸方向に貫通する複数のポ
ケツト２２２ａ，２１５ａのそれぞれの中に嵌合
されたボール２２４からなる。可動スクロール部
材２１が第２図中時計方向へ駆動されると可動リ
ング２１５もその中心が半径Rorの円を描くよう
にを円軌道運動する。この時可動スクロール部材
２１には密閉空間２３内で圧縮される流体の反力
作用点と駆動力作用点とのずれにより図中時計方
向への回転力すなわちモーメントが生ずるため、
可動スクロール部材２１は可動リング２１５の中
心まわりに時計方向へ回転しようとする。しか
し、図中上方の９個のボール２２４が固定リング
２２２のポケツト２２２ａの縁部と可動リング２
１５のポケツト２１５ａの縁部とで挾まれるた
め、可動リング２１５は回転することができず、
これによつて可動スクロール部材２１の回転が阻
止される。なお図示の状態では可動リング２１５
の中心が図中最も右方にあつて回転阻止力分布は
c₁〜c₅のようになる。このように図中最上部の
ボール２２４が最も大きく寄与しており、これか
ら離れるに従つて小さくなつて図中下半分の９個
のボール２２４は回転阻止の用はなしていない。
しかし圧縮力の反力により可動スクロール部材２
１の軸方向に加わる圧力は可動レース２１４、す
べてのボール２２４を介して固定レース２２１に
スラスト支持される。

続いて可動スクロール部材２１の駆動機構につ
いて説明する。主軸１４の内端部に形成された大
径部１４１はポールベアリング１３によつて支承
されている。また大径部１４１の先端面にはその
中心から偏心した位置に駆動ピン（図示略）が軸
方向へ突出するように設けられている。一方、可
動スクロール部材２１の側板２１１から突突出す
る環状のボス２１３中には肉厚の厚い円板状ある
いは短軸状のブツシユ２７がニードルベアリング
２８を介して回転可能に支持されている。ブツシ
ユ２７はこれと一体で半径方向に伸びた円板状の
バランスウエート２７１を有しているとともに、
ブツシユ２７の中心Ocからずれた位置に軸方向
に伸びる偏心孔を有し、この偏心孔中には前記駆
動ピンが嵌合されニードルベアリングを介して回
転可能に支持されている。

しかして、可動スクロール部材２１の円軌道運
動によつて流体圧縮が行なわれると、その反作用
力がうず巻体２１２を介して可動スクロール部材
２１へその円軌道の接線方向に作用する。この力
は結局、ブツシユ２７の中心Ｏへ第３図のFdで
示すように作用する。ところでブツシユ２７は駆
動ピンまわりに回転可能とされているから駆動ピ
ンの中心Odの回りに回転するモーメントを力Fd
によつて受ける。このモーメントは力Fdの方向
とブツシユ中心Ocと駆動ピンの中心Odを結ぶ線
との角度が第３図に示すようにθであるとき
Fd・ε₂Sinθで表わせる。この結果ブツシユ２７
上に支持された可動スクロール部材２１は駆動ピ
ンの中心Odの回りに回転するモーメントを受け
ることとなり、これによりうず巻体２１２がうず
巻体２０２へ押し付けられることになる。。この
押し付け力をFpとするとFp・ε₂cosθ＝Fd・
ε₂Sinθであるから、 Fp＝Fd・tanθ で与えられる。

即ち、偏心孔を有するブツシユ２７と可動スク
ロール部材２１を駆動すると、流体圧縮の反作用
力で両うず巻体２１２と２０２の線接触部での押
し付け力が自動的に得られ、これにより密閉空間
２３のシールが確保される さらに、上述のようにブツシユ２７の中心Oc
は駆動ピンの中心Odの回りに回転可能であるの
で、たとえば、うず巻体２０２や２１２の寸法誤
差によつてうず巻体の肉厚が変つてもこれに応じ
てOc・Os間距離が変化できる。即ち、Oc点は第
３図に示すようにOdを中心にした半径ε₂の円弧
上を例えばOc′やOc″の点に移動可能である。こ
の結果、そのような寸法誤差があつても可動スク
ロール部材２１は滑かな運動を行なうことができ
る。

このスクロール型圧縮機を組み立てる場合に
は、まず、固定孔１１３，１２３にボルト１７を
螺入することによつて固定スクロール部材２０と
可動スクロール部材２１を仮止めし、次いで固定
スクロール部材２０及び可動スクロール部材２１
に穿設した位置決め孔２０８，２１８を一致させ
た後、カツプ状部分１２の底部１２１に設けた貫
通孔１２２に挿通した位置決め棒１８を上記置決
め孔２０８，２１８内に挿通させる。この結果、
可動スクロール部材２１は位置決め棒１８を中心
とする一定の角度範囲内での自由度を有すること
となる。即ち、可動スクロール部材２１はブツシ
ユ２７の遊び量の範囲内で動き、このブツシユ２
７の動作角度範囲と等量の角度分だけ可動リング
２１５のポケツト２１５ａも動くこととなる。可
動スクロール部材２１の回転運動を阻止している
回転阻止機構２２は、その動作時にあつては常に
可動リング２１５と固定リング２２２のポケツト
２１５ａと２２２ａの縁部に〓間なく挾まれるこ
とにより、両スクロール部材２０と２１の正しい
噛み合い角度位置が決定されるため、固定リング
２２２が固着されているフロントエンドプレート
１１を主軸１４の回転方向と反対方向に回転移動
させ、ボール２２４が固定リング２２２と可動リ
ング２１５のポケツト２２２ａと２１５ａの縁部
隙〓間なく挾まれる状態として、両スクロール部
材２０と２１とを正しい噛み合い角度位置にする
必要がある。ここで、フロントエンドプレート１
１の固定孔１１３の内径はボルト１７の外径より
大きくされているため、ボルト１７をカツプ状部
分１２の固定抗１２３に挿入された状態で、フロ
ントエンドプレート１１を主軸１４の回転方向と
反対方向に回転移動させる。この後で、ボルト１
７を締め付けることによりフロントエンドプレー
ト１１とカツプ状部分１２を結合して固着する。
これによつて両スクロール部材２０，２１の正し
い噛み合い角度位置が定まることとなる。なお、
カツプ状部分１２とフロントエンドプレート１１
とを結合した後に位置決め棒１８を抜き取り、そ
の後カツプ状部分１２の底部１２１に設けた貫通
孔１２２を貫通するボルト１９を固定スクロール
部材２０に穿設した位置決め孔２０８の螺糸２０
９に螺合することにより、該両位置決め孔２０
８，２１８と貫通孔１２２を固定する。

しかし、上記した従来の組立方法によると以下
に示す欠点が生じる。即ち、 (1) カツプ状部分１２とフロントエンドプレート
１１とを複数の固定孔１１３，１２３にボルト
１７を螺入することによつて仮止めし、 (2) 両スクロール部材２０，２１に穿設した位置
決め孔２０８，２１８を一致させ、この位置決
め孔２０８，２１８内に位置決め棒１８を挿入
し、 (3) フロントエンドプレート１１を主軸１４の回
転方向とは反対方向に移動が停止するまで回転
させ、 (4) カツプ状部分１２とフロントエンドプレート
１１をボルト１７で完全に締結し、 (5) 位置決め棒１８を抜き取り、ボルト１９にて
カツプ状部分１２とフロントエンドプレート１
１を締結する。

上記手順によつて両スクロール部材２０，２１
の噛み合い角度を設定すると、初期摩耗により、
両スクロール部材２０，２１のうず巻体２０２，
２１２が互に接触して決まる可動スクロール部材
２１の円軌道運動の旋回半径が大きくなつた場合
に、可動スクロール部材２１の駆動機構により旋
回半径を追従させても固定スクロール部材２０に
対する可動スクロール部材２１の駆動軸中心まわ
りの位相がずれることになり、両うず巻体２０
２，２１２のフランク面即ち側面間に隙間が生
じ、この結果この隙間からガス洩れが発生し圧縮
機の性能を著しく低下させるという不具合があつ
た。

本発明は上記問題点に対処するために発明され
たものであつて、その目的とするところはうず巻
体のフランク面の初期摩耗によつて生ずるフラン
ク面相互間の隙間をなくし、この隙間からのガス
洩れを防止しようとするものであつて、その要旨
とするところは、それぞれ側板の側面上にうず巻
体を立設してなる一対の固定スクロール部材と、
可動スクロール部材とを位相をずらせて噛合せ、
可動スクロール部材を自転阻止機構を介してその
自転を阻止しながら、駆動機構により公転旋回駆
動せしめると共に、駆動機構が駆動軸の偏心駆動
ピン回りに回動可能なブツシユを嵌合し、同ブツ
シユに前記可動スクロール部材を嵌合してなる可
変旋回半径機構構を有してなるスクロール型流体
機械において、可動スクロール部材と固定スクロ
ール部材の位相をこれらのうず巻体の初期摩耗に
応じて可動スクロール部材の旋回方向にずらせて
組み立てたことを特徴とするスクロール型流体機
械にある。

本発明においては上記構成を具えているので、
うず巻体の初期摩耗によつて可動スクロール部材
と固定スクロール部材との位相がずれてもうず巻
体のフランク面相互間に間隙は生ぜず、この間隙
からの流体の漏洩を防いでスクロール型流体機能
の性培低下を阻止できる。

なお、上記の記載におけるうず巻体の初期摩耗
は、加工精度の不充分により生ずるフランク面の
凸部、理論インボリユートカーブからの誤差でず
れた部分等において、部分的に面圧が大きくなる
ことにより発生する。またフランク面に実施して
いる表面処理に基づく表面粗度の悪化部分又は比
較的軟い部分が初期摩耗を生じ易い。

本発明を第６図に示す１実施例を参照しながら
説明する。第６図は第４図に対応する図で、従来
のものと同一の部材には同じ符号が付されてい
る。２０８ａは固定スクロール部材２０に穿設さ
れた位置決め孔で、該位置決め孔２０８ａは、予
め予想される、各うず巻体２０２，２１２のフラ
ンク面の初期摩耗をaμ、各フランク面のインボ
リユート曲線の基礎円半径をｂmmとした時、後述
する理由により、ε＝1/1000・ａ／ｂで決る角度 εradだけ、可動スクロール部材２１に穿設され
た位置決め孔２１８から主軸１４の回転方向にず
れた位置に設けられる。ａ＝10〜40μとすると、
ｂ＝５mmのときεdeg＝0.1゜〜0.5゜である。固定ス
クロール部材２０に穿設した位置決め孔２０８ａ
を、可動スクロール部材２１の位置決め孔２１８
よりεradだけ主軸１４の回転方向即ち可動スク
ロール部材２１の旋回方向にずらして設け、これ
ら位置決め孔２０８ａと２１８に位置決め棒１８
を挿入することによつて固定スクロール部材２０
と可動スクロール部材２１との位相を可動スクロ
ール部材２１の旋回方向にずらせて組立てる。し
かして、各うず巻体２０２，２１２のフランク面
の初期摩耗によつて、可動スクロール部材２１の
位相がずれても、フランク面相互間に間隙は生ぜ
ず、従つて、この間隙からガス洩れが生じること
はないので、性能のよいスクロール型圧縮機を得
ることができる。

このガス洩れを生じない理由を以下に説明す
る。

先ず、可動スクロール部材２１とと固定スクロ
ール部材２０の相対位置ずれには、次の３通りあ
る。

(イ) 可動スクロール部材２１と固定スクロール部
材２０のＸ，Ｙ軸の回転ずれがなく軸中心が(R)
小さくなつたとき（半径Rorに対し小さいと
き）、第７図の様に各シール点→Ｐのすきまが
開き、シール性が悪くなり洩れを生じる。

(ロ) 可動スクロール部材２１のＸ，Ｙ軸が回転
（反時計方向）したとき、第８図の様にシール
点→Ｑの所ですきまが開き、洩れてしまう。

(ハ) 可動スクロールのＸ，Ｙ軸が回転（時計方
向）したとき、第９図の様にシール点→Ｑの所
ですきまが開き、洩れてしまう。

上記の様に、可動スクロール部材２１と固定ス
クロール部材２０の相対位置ずれは、すきま確保
に対し重要はフアクターとなる。

可動スクロール部材２１は、ガス圧により座標
軸に対し、第８図の様に回転する方向に力を受け
る。この為、→Ｐに当る所が初期摩耗するため、
初期摩耗分だけ結果的に可動スクロールの座標が
回転したと同様の結果となつてしまい、→Ｑ側の
ポイントにすきまを生じ、漏洩を生じる。

次に、第１０図及び第１１図を参考にして、本
発明の作用、効果を説明する。

第１０図は第８図の摩耗ポイントの拡大図であ
り、斜線の部分に、ガス圧力による接触面部の荷
重がかかり、摩耗し易くなり、初期摩耗が終つた
時点で、第８図に示すように、摩耗で減つた分だ
け軸が移動し、→Ｑの所ですきまがあく。

このため、初期摩耗で回転するとみなされる分
を前もつて反対側に回転させ、第１１図の様にす
る。

よつて初期摩耗を生じた時点で、Ｘ，Ｙ軸が正
しい位置となり、→Ｐ及び→Ｑの両サイドのすき
まがキープされ、洩れを防止できる。

ここで重要なポイントは、可動スクロール部材
２１と固定スクロール部材２０の相対位置関係が
常に噛み合う様に、自動調芯機構を有しているこ
とである。

次に、回転させる角度ε（rad）の決定理由に
ついて説明する。

うず巻体２０２，２１２のフランク面は、基礎
円半径ｂに対する、インボリユートカーブとな
り、インボリユートカーブの座標は、下記の様に
基礎円の開始ポイントを定めることにより定ま
る。

インボリユートカーブは、基礎円の外径に糸を
巻き、糸を巻きもどす時の軌跡となるので、第１
２図に示す様に、Ａ点はＡ−A₁の長さと、A₀−
A₁の長さが等しいポイントとなる。

ここでA₀−A₁の長さは、ｂ・ε₀（円弧の長さ）
となる（ε₀…rad単位）。

次に、第１３図に示す様に、フランク面が摩耗
し、Ｂ点を通るインボリユートカーブになつた時
（Ａ−Ｂの長さが摩耗分）のインボリユートカー
ブの座標は、B₀点をインボリユートカーブ開始
ポイントするカーブとなる。

ここでA₁とB₀の開始ポイントのずれ角εは次
の式で表される。

ε＝A₀−B₀／ｂ （A₀−B₀は円弧長さ） ここで A₀−B₀＝Ａ−Ｂ（摩耗長さ） ＝ ａ （摩耗長さ） となる。

よつて ε＝ａ／ｂとなり、ａの単位をμ、ｂの単位をmm とすると、単位を合わせて、 ε＝１／1000ａ／ｂとなる。

以上から、aμ摩耗すると、インボリユートの
形状があたかも座標がεだけずれた形状となるこ
とがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は従来のスクロール型圧縮
機の１例を示し、第１図は組立過程における縦断
面図、第２図は回転阻止機構を可動リング側より
見た図、第３図は可動スクロール部材に働く押付
力を説明する線図、第４図は固定スクロール部材
のうず巻体と可動スクロール部材のうず巻体と位
置決め孔との相対位置を示す図、第５図は組立後
の縦断面図である。第６図は本発明のの１実施例
を示す第４図に対応する図、第７図乃至第９図は
可動スクロール部材と固定スクロール部材の相対
位置ずれを示す図、第１０図は第８図の摩耗ポイ
ントの拡大図、第１１図は本発明により初期摩耗
分を補償した状態の拡大図、第１２図及び第１３
図は本発明により初期摩耗に対して可動スクロー
ル部材を予め回転させる角度を決定するための理
論説明図である。 可動スクロール部材…２１、うず巻体…２１
２、固定スクロール部材…２０、うす巻体…２０
２。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ それぞれ側板の側面上にうず巻体を立設して
   なる一対の固定スクロール部材と、可動スクロー
   ル部材とを位相をずらせて噛合せ、可動スクロー
   ル部材を自転阻止機構を介してその自転を阻止し
   ながら、駆動機構により公転旋回駆動せしめると
   共に、駆動機構が駆動軸の偏心駆動ピン回りに回
   動可能なブツシユを嵌合し、同ブツシユに前記可
   動スクロール部材を嵌合してなる可変旋回半径機
   構を有してなるスクロール型流体機械において、
   可動スクロール部材と固定スクロール部材の位相
   をこれらのうず巻体の初期摩耗に応じて可動スク
   ロール部材の旋回方向にずらせて組み立てたこと
   を特徴とするスクロール型流体機械。