JPS581278B2 - スクロ−ル型圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は回転型の容積式流体圧縮機に関するもので、
特に側板上に固定されたうずまき体を有するスクロール
部材の二つが、両うずまき体が互に角度をずらせてかみ
合うように重ね合わされており、両うずまき体間に形成
される流体ポケットが、これらスクロール部材の相対的
な円軌道運動によって、中心方向へ移動されかつその容
積が減少されて、流体の圧縮が行なわれるようにした、
いわゆる、スクロール型圧縮機に関するものである。

このようなスクロール型圧縮機は、米国特許第８０１１
８２号明細書を初めとする多くの特許や文献に開示され
、その動作原理は良く知られている。

ところで、スクロール型圧縮機においては、互いにかみ
合った二つのうずまき体の線接触部間に流体ポケットが
限定されており、スクロール部材の相体的な円軌道運動
によって線接触部がうずまき体表面に沿って中心方向へ
移動されることによって、流体ポケットが容積を減少し
ながら中心方向へ移動して流体の圧縮が行われるので、
線接触部のシールが確実に保持される必要がある。

一方、両スクロール部材の相対的円軌道運動を行なわせ
るには、一対のスクロール部材のうち一方を固定配置し
て他方に軌道運動を行わせるのが普通である。

この軌道運動を行なう方のスクロール部材即ち可動スク
ロール部材は、そのうずまき体とは反対の側で駆動軸先
端のクランクビン上に設置され、駆動軸の回転によって
円軌道運動を行なう。

この場合、可動スクロール部材は片持ち支持であり、ま
た駆動点（クランクピン中間点）と圧縮負荷の作用点（
スクロールの軸方向長さの中間点）との間に軸方向のず
れが存在するので、可動スクロールの軸が傾くことにな
る。

この傾向は、容量を大とするためにうずまき体の軸方向
長さ（即ちスクロールの軸方向高さ）を犬とする程大き
くなる。

一方、両スクロール間の流体ポケット内の圧縮された流
体の圧力で町動スクロールには軸方向の力が作用するの
で、これを受けるため、通常、可動スクロール部材をス
ラスト支持する機構を付加している。

このスラスト支持機構は可動スクロール部材の軸の傾き
を防止する役割を果しでいる。

しかしながら、このようなスラスト支持機構のみては、
可動スクロール部材の軸の傾きを防止するには充分では
ない。

特に可動スクロール部材の直径に比して軸方向長さが太
きければ大きい程、また、発生するスラストカが小さい
程、軸の傾きが発生しやすい。

また、スラスト力の発生は圧縮動作の間のみでそれ以外
の時にはスラストカがないので軸の傾きが生じる恐れが
ある。

特に起動時においてこの傾向は強い。

その上、スラスト支持機構にころがり軸受けを用いた場
合、このような軸の傾きにより、フレツテイングや騒音
の発生の恐れがある。

本発明の目的は、一方のスクロール部材が固定され、他
方のスクロール部材が円軌道運動を行なうようにされ、
かつ可動スクロール部材の軸の傾きが防止されたスクロ
ール型圧縮機を提供することである。

本発明の別の目的は、径の小さなケースのままで圧縮容
量の大きなスクロールを軸ぶれなく支持できるような構
造のスクロール型圧縮機を提供することである。

本発明の他の目的は、可動スクロール部材にスラスト支
持機構を備えたスクロール型圧縮機において、可動スク
ロール部材に常にスラストカを印加する機構を備えて上
記目的を達成することである。

本発明の更に他の目的は、上記目的を、容積の増大がな
くしかも簡単な構造で達成することである。

本発明は、流体吸入口と流体排出口とを有する圧縮機ハ
ウジングと、第１の板体の一面上に固定された第１のう
ずまき体を有し上記ハウジング内に固定配置された固定
スクロール部材と、第２の板体の一面上に固定された第
２のうずまき体を有し該第２のうずまき体が上記第１の
うずまき体と角度をずらされて噛み合い、それらの間に
閉塞された流体ポケットを形成するように上記固定スク
ロール部材と重ね合わされた可動スクロール部材と、該
可動スクロール部材に自転を阻止しながら円軌道運動を
行わせる自転阻止駆動機構と、該可動スクロール部材を
その第２のうずまき体とは反対の側でスラスト支持する
ためのスラスト支持機構と、上記両うずまき体の中心部
に形成される流体ポケットと連通ずるように上記゛第１
の板体に形成された吐出孔と、上記ハウジング内で上記
固定スクロール部材の第１のうずまき体とは反対の側に
上記吐出孔および上記流体排出口と連通ずるように形成
された吐出室とを有し、上記可動スクロール部材の上記
円軌道運動によって、上記流体ポケットが容積を減少し
ながら上記両うずまき体の中心方向へ移動し、これによ
って流体の圧縮が行われ、圧縮流体が上記吐出口から吐
出室へ吐出されるスクロール型圧縮機において、上記固
定スクロール部材の第１の板体の中心に貫通孔を設け、
上記町動スクロールの上記一面の中心に球面状の凹部を
設け、両端に球面部を有するロツドを、一端の球面部を
上記球面状の四部に嵌合しかつ他端の球面部を上記貫通
孔に配置し、該他端の球面部と上記吐出室内面との間に
圧縮スプリングを配置し、これにより該可動スクロール
部材を上記スラスト支持機構へ押圧するようにしたこと
を特徴とするスクロール型圧縮機である。

以下に本発明を、実施例について、図面を参照して、詳
細に説明する。

第１図を参照しで、図示の圧縮機１は、円筒部１１と、
その前端に設置されたフロントエンドプレート１２と後
端に設置されたリャエンドプレート１３からなる圧縮機
ハウジング１０を有している。

フロントエンドプレート１２は、中心穴を有し、その中
にボールベアリング１４にて主軸１５を回転可能に支持
している。

またフロントエンドプレート１２は、主軸１５を取巻く
ように前方に伸びたスリーブ部分１６を有しており、内
部にシャフトシール組立体１７を組込まれている。

スリーブ部分１６の外面上には、ベアリング１８によっ
てプーリー１９が回転町能に支持されるとともに、電磁
石２０が固定されている。

一方、主軸１５の、スリーブ部分１６から突出した端部
上にはアーマチャプレート２１が弾性支持されている。

即ちプーリー１９、電磁石２０およびアーマチャプレー
ト２１により、電磁クラッチが構成されており、これに
よって外部駆動源（例えば自動車エンジン）の回転をベ
ルトを介しでプーリー１９へ伝え、電磁石２０への通電
によって、アーマチャプレート２１をプーリー１９へ吸
着することによって主軸１５へ回転力を伝達するように
している。

フロントエンドプレート１２は、円筒部１１の前端に、
その開口を塞ぐように、例えばボルト（図示せず）によ
って固定されており、Ｏ−リング２２によってシールさ
れている。

リャエンドプレート１３は、内部に隔壁２３によって、
吸入室２４と吐出室２５とを形成されるとともに、吸入
室２４および吐出室２５とそれぞれ連通した流体吸入口
２６および流体排出口（図示せず）を備えている。

このリャエンドプレート１３は、ボルトーナット２７に
よって、円筒部１１の後端に取付けられている。

このリャエンドプレート１３と円筒部１１の間に固定ス
クロール部材２８の側面２８１が挟持されている。

なお、２および３は流体漏れを防ぐガスケットである。

固定スクロール部材２８は側板２８１とその一面上に固
定されたうずまき体２８２からなっている。

側面２８１は、前述のように円筒部１１の後端とリャエ
ンドプレート１３の間に挟持されているので、円筒部１
１の後端開口は、側板２８１によって塞がれている。

うずまき体２８２は、円筒部１１の内部の室２９中に配
置されている。

側板２８１は円筒部１１の内部の部屋２９と吸入室２４
とを結ぶ孔２８３を有している。

室２９中には、可動スクロール部材３０が配置されてい
る。

可動スクロール部材３０は側板３０１とその一面に固定
されたうずまき体３０２からなり、うずまき体３０２は
、うずまき体２８２と１８０゜の角度ずれをもってかみ
合わされて、両うずまき体の間に流体ポケットを形成し
ている。

可動スクロール部材３０は、後述する駆動機構および回
転阻止機構と連結されていて、主軸１５の回転によって
、半径ＲＱの円軌道上を公転運動するようになっており
、これによって、前述した流体の圧縮が行われる。

円軌道の半径ＲＯは、一般に で与えられる。

次に、可動スクロールの，駆動機構を第１図の外に第２
図および第３図をも参照して説明する。

フロントエンドプレート１２にボールベアリング１４に
て支持された主軸１５の内端には大径部１５１が形成さ
れている。

この大径部１５１は、円筒部１１の前方開口中にボール
ベアリング３１によって回転可能に支持されている。

ボールベアリング３１の内輪は大径部１５１に設けたカ
ラー１５２に当接され、一方外輪は、円筒部１１の前方
開口に設けたつば１１１に当接されている。

またボールベアリング１４の内輪は主軸の段部１５３に
当接され、外輪は、フロントエンドプレート１２の開口
の肩部１２１に当接されている。

この結果、主軸１５、ボールベアリング１４および３１
は軸方向のがたつきなく支持される。

大径部１５１の先端面には、中心からずれた位置に駆動
ビン１５４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３０の側板３０１は、うずま
き体３０２とは反対の而に円環状のボス３０３を形成さ
れている。

なお、この実施例では、ボスの中心はうずまき体３０２
のうずまき中心と一致している。

ボス３０３中には、肉厚の厚い円板状あるいは短軸状の
プッシュ３３が嵌合され、二一ドルベアリング３４を介
して回転可能に支持されている。

プッシュ３３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３３１を有している。

プッシュ３３はまた、中心からずれた位置に、軸方向の
穴即ち偏心穴３３２を有し、この偏心穴３３２中には、
駆動ピン１５４が嵌合され、ニードルベアリング３２で
回転可能に支持されている。

主軸１５の中心Ｏｓ，プッシュ３３の中心Ｏｏ，穴３３
２従って駆動ピン１５４の中心ＯＤの位置関係は、第３
図に図示のとおりである。

即ち、この状態でＯＳとＯｃ間距離は前述した軌道半径
ＲＯに選ばれ、駆動ピン１５４の偏心距離ξ１と、偏心
穴３３２の偏心距離ξ２は、駆動ピン１５４を偏心穴３
３２に嵌合させたとき、両者の中心ＯＤがＯｃを通り、
ＯｃとＯｓを結ぶ線に直交する線に関してＯｓとは反対
側であって、ＯｃとＯｓとを結ぶ線より、主軸の回転方
向（第３図に示す矢印Ａの向き）に進んだ位置にあるよ
うに組立てられるように選ばれる。

このような駆動機構の構成において、プッシュ３３の中
心Ｏｃは駆動ピン１５４、従って、その中心ＯＤを中心
とし、半径ξ２を持つ円弧上を動くことが可能となる。

即ち、主軸１５が回転すると、プッシュ３３が駆動ピン
１５４にひかれてプッシュ３３の中心ＯｃがＯＳから離
れようとする力が働き、可動スクロールのうずまき体が
固定スクロールのうずまき体の側壁に当接する。

従って可動スクロール部材３０の中心は主軸中心Ｏｓの
周りを半径ＲＯをもって軌道運動をする。

もちろん、このとき、可動スクロール部材３０は後述す
る回転阻止機構によって回転を阻止されているので、軌
道運動のみを行い自転はしない。

一方プッシュは主軸の回転と同じ速度で回転を行う。

可動スクロール部材３０のこの軌道運動によって前述し
たとおり、流体ポケットが移動して流体の圧縮が行われ
る。

なお、うずまき体２８２と３０２の線接触部は、常に中
心軸ＯｓとＯｃの乗る平面上にある。

このような偏心穴３３２を有するプッシュ３３を使用し
て可動スクロール部材３０を駆動すると、流体圧縮の反
作用力で、両うずまき体３０２と２０８の線接触部での
押付力が自動的に得られ、これにより流体ポケットのシ
ールが確保される。

更に、偏心プッシュ３３の中心Ｏｃは駆動ピン１５４の
中心ｏＤの周りに回転可能であるので、例えばうずまき
体２８２や３０２の寸法誤差によってうずまきのピッチ
やうずまき体の肉厚が変っても、これに応じてＯｃ，Ｏ
Ｓ間距離が変化できる。

従って、このような寸法誤差があっても、可動スクロー
ル部材３０は滑かな運動を行うことができる。

なお、バランスウエート３３１は可動スクロール部材３
０、ベアリング３４、プッシュ３３の円軌道運動による
遠心力Ｆ１を打消すために設けたもので、バランスウエ
ート３３１の遠心力Ｆ２でＦ１が相殺される。

また第１図の実施例においては、遠心力Ｆ１，Ｆ２によ
るモーメントによって軸振れの発生を防止するために、
バランスウエート３５，３６を図示のとおりに設け、バ
ランスウエート３５と３６の遠心力によるモーメントで
遠心力Ｆ１とＦ２のモーメントを打消すようにしている
。

第４図は、第１図において、３７で示される回転阻止機
構の分解斜視図で、可動スクロール部材をスラスト支持
する機構を備えている。

同図を参照して、この回転阻止機構３７は可動スクロー
ル部材３０のボス３０３の周囲に配置されかつ円筒部１
１の内壁に設けた段部１１２にピン３７３によって回転
止めされている固定リング３７１を有している。

固定リング３７１は、可動スクロール部材３０に対向す
る軸方向端面に、一直径上に延在する一対のキー溝３γ
１ａ，３７ｌｂを有している。

固定リング３７１と可動スクロール部材３０の側板３０
１との間に摺動リング３７２が配置されている。

この摺動リング３７２は固定リング３７１に対向する面
に一直径上に延在する一対のキー３７２ａ ，３７２ｂ
を有しており、これらのキー３７２ａ ，３７２ｂは固
定リング３７１のキー溝３７１ａ，３７ｌｂにそれぞれ
嵌合されている。

この結果、摺動リング３７２は固定リング３７１に関し
て回転を阻止されているが、軸に直角な一方向即ちキー
溝およびキー３７１ａ−３７２ｂの延在方向に摺動可能
となっている。

摺動リング３７２は、また、可動スクロール部材３０の
側板３０１に対向する軸端面に、キー３７２ａ ，３７
２ｂの延在方向とは９０゜ずれたー直径上に延在するキ
ー３７２ｃ ，３７２ａを有している。

一方、可動スクロール部材３０の側板３０１は、摺動リ
ング３７２に対向する面上でボス３０３の両側に、キー
３ ７２ｃ ，３７２ｄを受ける一対のキー溝（第４図
で一方のキー溝３０１ａのみを示す。

他方はキー溝３０１ａと同一直径上に延在する。

）を有している。この結果、可動スクロール部材３０は
、摺動リング３７２に関して回転を阻止されているがキ
ーおよびキー溝３７２ｃ−３０１ａの延在方向に摺動可
能とされている。

回転阻止機構３７のこの構成において、可動スクロール
部材３０は摺動リング３７２とともに一直径方向に摺動
可能であり、また単独で他の直交する一直径方向に摺動
可能である。

したがって可動スクロール部材３０は、回転即ち自転は
阻止されるが、直交する二方向への移動を許されている
ので、前述した円軌道運動は許される。

摺動リング３７２は、軸方向に穿孔された複数のポケッ
ト３８を等角度間隔（但し、キー３ ７ ２ ａ −３
７２ｄの部分は除く）に形成されており、各ポケット３
８中には、軸受けボール３９（第４図では図示を省略し
た。

）が保持されている。軸受けボール３９の直径は摺動リ
ング３７２の厚みより大きく、固定リング３７１の対向
面および側板３０１の対向面上に接触する。

従って可動スクロール部材３０はボール３９を介して固
定リング３７１上にスラスト支持される。

なお、ポケット３８の直径は、ボール３９の直径より大
きければ良い。

しかしながら、可動スクロール部材３０の動きに追従し
て常にボールが転がるためには、ポケット３８の直径ｄ
は、可動スクロール部材の円軌道運動の半径ＲＯにボ
ールの直径ｄｂを加えたものと等しいかそれより大きく
（即ちｄｐ≧Ｒｏ＋ｄｂ）選ばれる。

これより小さいと、ボールが転がらず固定リングや可動
スクロールとの接触点が摺動しこれらに傷をつける恐れ
がある。

また、あまり太きすぎるとボール位置が一定せずがたつ
きの生ずる恐れがある。

なお、可動スクロール部材３０は、その軽量化のために
アルミあるいはアルミ合金で作られるとスラスト荷重を
受けるボールとの接触やキー３７２ｃおよび３７２ｄと
の摺動接触で摩耗しやすいので、側板３０１の端面に、
軸受用鋼、クロム・モリブデン鋼等の耐摩耗性材料の環
状板４３を固定する。

可動スクロール部材が鋳鉄などで形成される場合には、
このような環状板は不用であるが、代りに良好な表面仕
上げを必要とする。

第１図の圧縮機は、本発明に従って、可動スクロール部
材３０にスラストカを加えて、常に可動スクロール部材
が安定して支持されるようにしている。

即ち、固定スクロール部材２８の側板２８１はその中心
部において吐出室２５中へ突出する円筒部２８４を形成
されている。

この円筒部２８４中の孔２８５は側板２８１の反対面即
ち、うずまき体２８２を取り付けた面迄延在し、貫通孔
を形成している。

一方、可動スクロール部材３０の側板３０１の中心部に
は、うずまき体３０２を取付けた面に球面状の凹部３０
４を設けている。

貫通孔２８５および凹部３０４ともに、うずまき体２８
２および３０２の中央部の流体ポケットに面している。

この流体ポケット中にロンド４０が、その両端が孔２８
５およぴ凹部３０４に受けられるようにして配置されて
いる。

ロンド４０の両端には、半球４０１ ，４０２が形成さ
れている。

凹部３０４に受けられた半球４０１は凹部３０４の球状
凹面に一致した球状凸面に形成され、ロンドの自由な動
きを許している。

一方、孔２８５中には、半球４０２に一致した球状凹面
を有するスライダブロック４１が嵌装されている。

スライダブロック４１は、これと吐出室２５の内壁との
間に配置された圧縮スプリング４２によって、半球４０
２へ押しつけられている。

従って、可動スクロール３０はスプリング４２の復元力
によって、スライダブロック４１およびロツド４０を介
して軸方向に押され、軸受けボール３９および固定リン
グ３７１からなるスラストベアリングに押しつけられる
。

それ故、可動スクロールは、常にスラスト軸受にしっか
りと支持されるので、軸の傾きの発生が防止される。

なお、圧縮された流体が吐出室２５中へ吐出されるため
の吐出孔は、第１図に２８６で示されるように、孔２８
５の流体ポケットへの開口部近くから斜めに設けること
ができる。

上述の実施例において、外部駆動源からベルトを介して
プーリー１９を回転させ、電磁クラッチによって、主軸
１５へ回転を伝達すると、前述の駆動機構によって、可
動スクロール部材３０が半径ＲＯの円軌道運動を行なう
。

このとき、前述の回転阻止機構によって可動スクロール
部材３０の回転は阻止されている。

可動スクロール部材３０のこの円軌道運動によって、吸
入口２６から吸入室２４、孔２８３を通って室２９中へ
流入した流体例えば冷媒ガスは、両うずまき体の外終端
部から流体ポケット中に取り込まれ、流体ポケットの中
央部への移動とともに圧縮され、吐出孔２８６から吐出
室２５へ吐出され、そこから排出口を通って冷却回路へ
送り出される。

この間、可動スクロール部材３０は、圧縮スプリング４
２の復元力によってスライダブロック４１とロツド４０
を介して軸方向に押圧され、スラスト軸受にしっかりと
支持されでいるので、可動スクロール部材３０の片持支
持構造や、円軌道運動による遠心力による軸の傾きの発
生が防止される。

なお、ロツド４０の存在のためうずまき体２８２および
３０２の内端がうずまき基礎円中心にあまり近く迄延在
させると、ロッド４０との衝突を起す恐れがある。

今ロツド４０の長さをｌ、直径をＤ、可動スクロールの
円軌道運動の半径をＲｏとすると、各うずまき体は、そ
の基礎円中心から半径ａ＝Ｒｏ＋Ｄ・ｃｏｓθ／２（θ
＝ ｔａｎ−１ｒｏ／ｌ）なる範囲内に存在しないよう
にすれば良い。

以上、特定の構造の駆動機構、回転阻止機構およびスラ
スト支持機構のスクロール型圧縮機について、本発明の
一実施例を示したが、本発明はこれらに限定されるもの
ではないことは言う迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である圧縮機の中央縦断面
図である。 第２図は第１図の実施例における可動スクロール部材の
駆動部の分解斜視図である。 第３図は第１図の■−■線での断面図である。 第４図は第１図の実施例の回転阻止機構およびスラスト
軸受けの構造を示す分解斜視図である。 １０……圧縮機ハウジング、１５……主軸、１５４……
駆動ピン、２８……固定スクロール部材、３０……可動
スクロール部材、３０１……側板、３０３……ボス、３
７……回転阻止機構、３７１……固定リング、３７２…
…摺動リング、３ ８ ， ３ ８’……ポケット、３
９……軸受けボール、４０……ロツド、４１……スライ
ダブロック、４２……圧縮スプリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体吸入口と流体排出口とを有する圧縮機ハウジン
   グと、第１の板体の一面上に固定された第１のうずまき
   体を有し上記ハウジング内に固定配置された固定スクロ
   ール部材と、第２の板体の一面上に固定された第２のう
   ずまき体を有し該第２のうずまき体が上記第１のうずま
   き体と角度をずらされて噛み合い、それらの間に閉塞さ
   れた流体ポケットを形成するように上記固定スクロール
   部材と重ね合わされた可動スクロール部材と、該可動ス
   クロール部材に自転を阻止しながら円軌道運動を行わせ
   る自転阻止駆動機構と、該可動スクロール部材をその第
   ２のうずまき体とは反対の側でスラスト支持するための
   スラスト支持機構と、上記両うずまき体の中心部に形成
   される流体ポケットと連通ずるように上記第１の板体に
   形成された吐出孔と、上記ハウジング内で上記固定スク
   ロール部材の第１のうずまき体とは反対の側に上記吐出
   孔および上記流体排出口と庫通するように形成された吐
   出室とを有し、上記可動スクロール部材の上記円軌道運
   動によって、上記流体ポケットが容積を減少しながら上
   記両うずまき体の中心方向へ移動し、これによって流体
   の圧縮が行われ、圧縮流体が上記吐出口から吐出室へ吐
   出されるスクロール型圧縮機において、上記固定スクロ
   ール部材の第１の板体の中心に貫通孔を設け、上記可動
   スクロールの上記一面の中心に球面状の凹部を設け、両
   端に球面部を有するロンドを、一端の球面部を上記球面
   状の凹部に嵌合しかつ他端の球面部を上記貫通孔に配置
   し、該他端の球面部と上記吐出室内面との間に圧縮スプ
   リングを配置し、これにより該可動スクロール部材を上
   記スラスト支持機構へ押圧するようにしたことを特徴と
   するスクロール型圧縮機。