JPS5867903A - 起動時アンロ−デイングを可能にした容積式流体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は容積式流体装置、特に旋回ピストンを利用した
流体装置に関するものである。

スコッチョーク３２の軸により駆動される流体装置には
いくつかの型式があるが、米国特許第１９０６１４２号
では軸方向に突出した環状のシリンダー壁及び該シリン
ダー内に配設されＪこ環状の壁を有し、偏心的に可動す
るピストンを有する旋回型流体装置が開示されている。

また、第８０１１８２号、あるいは第３５６０１１９号
には、一対のスクロール部材を用いたスクロール型流体
装置が開示されている。さらに、本発明は容積式流体装
置、すなわち環状のピストンを用１また流体装置あるい
はスクロール部材を用いた流体装置等、主軸の回転によ
りピストン部材を旋回運動させるような竿式の装置に用
いることができるが、以降の説明ではスクロール型圧縮
機に限定して説明することとする。

米国特許８０１１８２号には二つのスクロール部材を有
しているスクロール型流体装置が開示されＣいるが、そ
の各々のスクロール部材は円形のエンドプレートと、螺
旋状ないしはインボリュートのうず巻体とより構成され
ている。そして、両スクロール部材は角度方向及び半径
方向に中心をずらせて組み合わされているので二つのス
クロール部材は両うず巻体間に複数の線接触を保つよう
に重なり合うこととなる。その結果、少なくとも一対の
密閉された流体ポケットが形成されることとなる。そし
て、これらのスクロール部材を相対的に旋回運動させる
ことにより、線接触がうず巻体曲線に沿って移動するの
で、流体ポケットの容積は徐々に変化する。容積の増減
はうず巻体の旋回方向によって決定されるので、スクロ
ール型流体装置は流体の圧縮、膨張、吸排などに応用で
きるものである。

このようなスクロール型流体装置を圧縮機として用いた
１合、圧縮１をモータあるいは原動機を動力源として駆
動ノる必要がある。ここで、圧縮機の起動時には大きな
動力を要するため通常の平均的運転時にマツチした出力
のモータや原動機を使用すると起動時に充分な出力が得
られず起動が行なえないという問題点があった。このよ
うな問題点を解消するため、出力の大きなモータや原動
機を用いると、サイズや重量が大きくなるとともに、コ
ストの高いものとなりさらには、駆動モータや原動機の
スタータ七−夕の起動時に大電流を要する等の欠陥を有
するものであった。通常このような欠陥を解消りるため
に吸入ラインに電磁弁を設けるなどして圧縮機の運上を
停止にする前に吸入側のガスを吐出側にポンプダウンし
、次の始動時には、高低圧が平衡した状態から始動させ
ることにより臨時的大流量高負荷が発生することのない
ようにするなどの工夫がなされてきた。しかし、電磁弁
を用いるとその制御回路も必要なため」スト高となるだ
けでなり１ＩＩＩ１１装置が複雑となるという欠陥を有
するものであった。またこのような対策を施しても圧縮
機吐出弁の密着が恩かつたすすると逆流により高低圧が
平衡状態になりやすいため、上記のような効果がなくな
るなどの問題があった。

本発明の目的は、（１）起動の容易な旋回型圧縮機を提
供すること、及び、 （２）それにより低コストで信頼性のある空調システム
を提供すること、である。

ここで、第１図を参照して本発明の詳細な説明づる。

第１図は、スクロール型圧縮機の断面構造図で、圧縮機
は、フロントエンドプレート１１とこれに設置されたカ
ップ状部分１２とによ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１１は、中央部にハウジ
ング１０の中心線上に中心を有する貫通孔１１１を有し
、その中にボールベアリング１３を介して主軸１４を支
承してぃる。このため、Ｊ軸１４の軸心は、ハウジング
１０の中心軸線と一致することとなる。また、−フロン
トエンドプレ−１・！１は、その前端面主軸１４の外周
を取り巻くように前方に突出したスリーブ部１５を有し
、該スリーブ部１５内にはシャフトシール１６を配置し
ている。またスリーブ部１５の外周上には、電磁クラッ
チ装置１７を配設している。この装置は、外部駆動源よ
りの回転運動をＶベルト（図示せず）を介してプーリ１
７１に伝達し、更に励磁コイル１７２への通電制御によ
ってプーリ１７１から主軸１４への回転運動の伝達を制
御している。フ［１ントエンドプレート１１の後端面に
は輪方向に突出した円筒状突起部１１２が形成されてお
り、カップ状部分１２の開［１内周面が、突起部１１２
の外周面に接合しこの接合面は突起部１１２の外周面に
配設した０リング１８によってシールされている。また
、カップ状部分１２はボルト等に五つ−Ｃフロントエン
ドプレー１・１１に固定されている。なお、第１図にお
いてスリーブ部１５は）し１ントエンドプレート１１と
は別体に形成されているため、ボルト等によって固定さ
れているとともに接合面は０リング１９によってシール
されている。

フロントエンドプレート１１によって開口部を閉塞され
たカップ状部分１２内には固定スクロール部材２０、可
動スクロール部材２１、可動スクＬ１−ル部材駆動機構
及び回転阻止機構２２が配設されている。

ここで固定スクロール部材２０は、側板２０１と側板２
０１の一面上に形成されたうず巻体２０２及び該うず巻
体２０２とは反対側の側板２０１上に設けた脚部２０３
とより構晟されている。該脚部２０３はその先端面がカ
ップ状部分１２の内面に接触した状態で該カップ状部分
１２の底部１２１の外方からこれを貫通するようにして
脚部２０３に螺入されたボルト２３によってカップ状部
分１２内に固定されている。また側板２０１の外周［に
カップ状部分１２の内壁面との間をシールＪる０リング
２４を配設置ることによってカップ状部分１２内を吸入
室２５と吐出室２６とに仕切っている。さらに、側板２
０１の中央部には、スフ０−ル部材間の中央部に形成さ
れた高圧密閉空間と吐出室２６を連通する連通孔２０４
をｑ設している。

可動スクロール部材２１は吸入室２５側に配設され側板
２１１と、側板２１１の一面上に形成されたうず巻体２
１２とより構成されている。可動スクロール部材２１の
うず巻体２１２は前記固定スクロール部材２０のうず巻
体２０２と１８０゜の角度ずれをもつとともにうず巻体
２１２の中心が固定スクロール部材２０のうず巻体２０
２のうず巻中心より距離Ｒｏｒだけ離れるようにしてか
み合されている。これによって両うず巻体間に線接触部
が形成され、密閉空間を形成することが可能となる。ま
た可動スクロール部材２１は、後述づる駆動機構及び回
転阻止機構と連結されており、主軸１４の回転によって
半径Ｒｏｒの円軌道上を公転運吻する。この結果両うず
巻体間に形成された線接触部はうず巻体の面に沿って移
動するため流体の圧縮動作が行なわれる。

ここで、可動スクロール部材の円軌道半径Ｒｏｒは、一
般に （うず巻体のピッチ）−２Ｘ（うず　　の壁厚）で与え
られる。

従って、外部流体回路からハウジング１ｏの外周上に設
けた吸入ボート３５を通ってハウジング１０内の吸入室
２５に流入した流体は、両うず巻体の外終端部から流体
ポケット中に取り込まれ、Ｉｆ縮された流体は両うず巻
体の中心部の流体ポケットから連通孔２０４を通って吐
出室２６へ送り出される。更に吐出室２６からハウジン
グ１ｏ上に設けた吐出ポート３６を介して外部流体回路
へ流出することとなる。

次に可動スクロール部材の駆動機構を第２図、第３図、
第４図をも参照して説明する。

フロントエンドプレート１１の貫通孔１１１を貫通Ｊる
主軸１４の内端部には大径部１４１を形成しており、該
大径部１４１を貫通孔１１１の内周に配設したボールベ
アリング１３によって支承されている。また太径部１４
１の先端面には軸心から偏心した位置に駆動ビン１４２
が軸方向へ突出するように設けられＣいるとともに、四
部３４が同一面上に設けられでいる。

一方、可動スフ【］−ル部材２１の側板２１１は、うず
巻体２１２とは反対の面に環状のボス２１３を有してい
る。ボス２１３中には、肉厚の厚い円板状あるいは短軸
状の偏心ブツシュ２７が嵌合されている。該ブツシュ２
７はこれと一体で半径方向に伸びた・円板状のバランス
フエート２７１を有しているとともに、中心からずれた
位置に軸方向の孔、すなわち−心穴２７２を有している
。そして、該偏心穴２７２と同一面上に凸部３３が設置
Ｊられており、該−心穴２７２中には駆動ピン１４２が
嵌合され、該ブツシュ２７とともにニードルベアリング
２日によって回転可能に支持され−（いる。

また、凸部３３は間隙をもって凹部３４に挿入されてお
り、該間隙には、主軸１４の回転がある設定回転数に達
するまで、該うず巻体２１２と該うず巻体２０２とが接
触をしないように該ダッシュ２７を付勢するスプリング
３２を配設している。

このような偏心孔２７２を有するブツシュ２７を用いる
利点を第５図、第６図をも参照して以下に説明する。　
　　゛ 前述のように、可動スクロール部材２１の円軌道運動に
よって流体圧縮が行なわれると、その反作用がうず巻体
２１２、すなわち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、ブツシュ２７の
中心Ｑ、ｃへ第５図のＦｄで示すように作用するものと
考えることができる。ところでブツシュ２７は駆動ピン
１４２上（・回転可能とされているから、駆動ビン１４
２の中心Ｏｄの周りに回転するモーメントを力Ｆｄによ
って受ける。このモーメントは、力１”ｄの方向とＱＣ
とＯｄを結ぶ線との角度を第５図に示したようにθとし
たとき、Ｆｄ　・ε２ｓｉｎθで表わされる。この結果
、ブツシュ２７上に支持された可動スクロール部材２１
は、駆動ビン１４２の中心Ｏｄの周りに回転するモーメ
ントを受けることになり、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１ナノＪをＦ’ｐとすると、Ｆｐ　・ε２ｃｏｓθ＝
Ｆｄ　・ε２ｓｉｎθであるから、 Ｅｐ＝Ｆｄ−ｉａｎθ で与えられる。

即ち、偏心孔２７２を有するブツシュ２７を使用して可
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
は力が自動的に１８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、上−述したように、ブツシュ２７の中心ＯＣは駆
動ビン１４２の中心Ｏｄの周りに回転ｉｌｌ　ｔｉであ
るので、例えば、うず巻体２０２や２１２の寸法誤差に
よって、うず巻のピッチやうず巻体の肉厚が変っても、
これに応じて、Ｏｃ　−Ｑｓ　化１距離が変化できる。

即ち、Ｑｃ点【ま第５図に示１ように、Ｑｄを中心にし
た半径ε２の円弧上を例えばｏ　ｃ　ｌ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っ
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。

上述のような可動スクロール部材２１のうず巻体２１２
への押し付は力Ｆｐを得るとともに、中心Ｑｃの従動性
ｆＩＲるためだけならブツシュ２７にはバランスフエー
ト２７１は不要である。しかしながら、このバランスフ
エート２７１がないと、うｆ’Ｓ体２１２のうず巻体２
０２への押し付は力は、実際には、上記のＦｌ）の外に
可動スクロール部４４２１．ベアリング２８およびブツ
シュ２７の半（￥Ｒｏｒなる旋回運動による遠心力Ｆ、
が加わるので、押し付は力が大となる。この結果内うず
巻体２０２と２１２との間の摩擦力が大きくなり、両者
の摩耗が大となる。それ故、バランスウェーｉ〜２７１
を設けその遠心力Ｆ２　によって、上述の遠心力ＦＩ　
　を打消すようにしている。この結果、うず巻体２０２
および２１２の摩耗を少なくしながら適当なシール力を
得て、可動スクロール部材２１の滑かな運動が可能とな
る。

Ｊｆ縮機全体の力のバランスを第６図を参照して説明す
る。

カＦ＋　の作用点は、可動スクロール部材２１、ブツシ
ュ２７、べ）ｌリング２８全体の重心Ｇ１　（・あり、
力Ｆ２　の作用点、すなわちバランスウェイト２７１の
重心Ｇ２と軸方向に距離ｅ１　　だけずれているので、
図中反時計方向のモーメントが発生する。このため、こ
のようなモーメントを打消１バランスウエート１４３．
３０（第１図参照）を設ける。バランスウェイト１４３
．３０の重心はそれぞれＧ　３　、Ｇ４　で両重心は距
＃Ｉｅ２だけずれているとともにＦ３、Ｆ４　、で表わ
される遠心力を発生させる。ここで両者のモーメントの
釣り合いは、 Ｆ　ｌｅｔ　−１−Ｆ３ｅ２　＝−０ で表わされ、これによって圧縮機の振動を防」トできる
。

さらに可動スフ【１一層部材の回転阻止機構をイの分解
図である第７図をも参照して説明する。

回転阻止機４Ｍ２２は、固定部、可動部、ボヘル素子よ
りなり、可動スクロール部材２１のボス２１３の外周上
に配置される。まず固定部について説明すると、フロン
トエンドプレー１−１１の端面にリング状固定レース２
２１と固定レース２２１を被うようにその端面に当接さ
れた固定リング２２２とを配設し、これらレース２２１
とリング２２２をスプリングビン２２３によりフロント
エン１ぐプレート１１に同定している。一方、可動部に
ついては、可動スクロール部材２１の側板２１１寄りの
ボス２１３の外周に、リング状可動レース２１４と可動
レース２１４を被うようにその端面に当接された可動リ
ング２１５を配設し、これらレース２１４とリング２１
５は、スプリングビン２１６により側板２１１に固定し
ている。なお固定リング２２２と可動リング２１５との
間に、わずかな間隔ができるよう両リングを配設してい
る。

第７図に示されているように可動リング２１５と固定リ
ング２２２にはそれぞれ、直径、ピッチ、ピッチ円の等
しい複数のポケット２１５ａ、２２２ａが軸方向にがい
孔され各々対向するポケット間にボール素子２２．４が
挟持されている。

さて、可動リング２１５と固定リング２２２との関係を
可動スフ［１−ル側から見た第８図をも参照して回転阻
止作用について説明する。

回転阻止は、固定リング２２２のポケット２２２ａの縁
部と可動リング２１５のポケツｌ−２１５ａの縁部とで
ボール索子２２４を挾むことにより行なわれる。すなわ
ち可動スクロール部材が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ＲＯ「の円を描くよう
に旋回運動づる。

この時可動スフ［：１一層部材には圧縮力の反力作用点
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、可動スフ０−ル部材
は可動リング２１５の中心を中心として時計方向へ回転
しようとする。しかし図中上方の９個のボール素子２２
４が固定リング２２２のポケット２２２ａの縁部と可動
リング２１５のポケット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【
こよって可動スクロール部材の回転が阻止される。

なお図示の状態では１１Ｉ動リング２１５の中心が、図
中最も右方にあって回転阻止力分布はＦＣ１〜ＦＣ５の
ようｋなる。このように回転用止は図中最上部のボール
素子が最も大きく寄与しており、これから離れるにした
がって小さくなって図中下半分の９個のボール素子２２
４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の軸方向に加わる圧力は、
可動レース２１４とすべてのボール素子２２４を介して
固定レース２２１にスラスト支持される。

次に本発明の詳細な説明する。

従来可動スクロール部材およびボールカップリングの可
動部などから成る旋回部のアンバランスｎｉｌ　ＬＪ　
Ｏ８（ｇ−ＣＩ）と偏心ブツシュに取付けられたカウン
タウェイトのアンバランスｉＭＵｃｗ（ｇ−ｃｍ）を等
しくすることでうず巻体壁面どうしの接触力を第６図に
示したような偏心ブツシュ機構により得られる半径方向
力のみとし、特に高速での壁の摩耗を防止するようにし
ていた。ここでこの二つのアンバランス鑓の関係を Ｕ　Ｏ８＞　Ｕ　ｃｗ とし、その差ＬＪ　ｏｓ　−ｔＪ　ｃ、ｗ−ΔＵを選ぶ
ことにより、コンプレッサを起動してからある設定した
回転数を越えるまでは、１１縮動作をさせないようにＪ
ることができる。

即ち、スプリングの押し付は力Ｆ（ｋｇｒ）を設定回転
数における合成遠心力と等しくなるようにきめればよい
。スノ゛リングの押し付はカＦＧよ△　（）　ω２−　
Ｆ で表わされωは設定回転数におけるシャフト角速度であ
る。

例えば、設定回転数を１５００ｒＤｍとずればω＝５０
　　π　（ｒａｄ　　、／ｓａｃ　　）　　、またΔＬ
ｊ＝２００　（ｇ−ＣＩ）とすれば８０ となる。従って約５ｋｏｆのスプリングを用いれば圧縮
機は始動時から主軸の回転数が１５００ｒｌ）ｍに達す
るまでは偏心ブツシュが駆動ピンの周りを回転しないた
めうず巻体間に十分なすきまが保持されており、ｒＦ縮
動作はほとんど行なわれず回転数が１５００ｒｌ）Ｉを
わずがでも越えると遠心力の方が打ち克って、偏心ブツ
シュ２７が駆動ビンの周りを回転し、両うず巻体の接触
できまる必要旋回半径に達して効率のよい圧縮が開始す
る。

つづいて、第９図をも参照して第２の実施例を説明する
。第９図（ａ　）の第４図との相違点は、バランスウェ
ート２７１の取り付は位置がブツシュ２７の端面ではな
く、これに対向する主軸１４の人＆！８１１１４１の先
端面に変更されたことである。

ｋ４４図の構造の利点は、ブツシュ２７に取り付けられ
ているバランスウェート２７１により、可動うず巷２１
２及びその他の旋回部分の遠心力を相殺し、動作中の両
うず巻体２１２と２０２１Ｊの摩擦損失を減少させるこ
とであった。しかし、運転速瓜があまり高くない応用の
場合には遠心力を完全に相殺する必要はなく、むしろ本
構造の場合、ｆ’？　１．８Ｆｆにスプリング３２によ
ってバランスウェイト２７１の重心が軸心より離れる方
向に位置されるため起動時に可動うず巻２１２の遠心力
がバランスウェイト２７１の遠心力とスプリング３２の
バネ力の和に打ら克ら、うず巻体間に接触部を形成する
ためには、ｉｌ　ｆｄ）うず巻体を高速で回転させる必
要があり低速［１１転では十分なアン［ｌ−ドができな
いという問題がある。これを解決するためにバランスウ
ェー１−２７１を主軸１４の大径部１４１側に固定し、
両うず巻体間の接触部形成に対りるバランスウェートの
遠心力の影響を除去したものが第９図（ａ　）に示づ構
成である。本構成によれば、圧縮開始回転数を低い回転
数まで下げられるので、低速回転域で使用される流体装
置に用（入ることが可能となる。第９図（ｂ）は本構成
における動バランス関係を示す説明図で第５図に示づＦ
　が主軸１４側に移動しただけで、全体としての動バラ
ンスに（ま何の変化もないことが理解されよう。

さらに、第１０図をも参照して第３の実施例を説明する
。第１０図（ａ　＞に示す実施例はバランスウエート２
７１を軸心プッシュ２７の端面側バランスウェート２７
１ａ　、と主軸の大径部１４１側バランスウエート２７
１ｂとの両側に設しりる構成ｅあり偏心ブツシュ２７側
に配設したバランスウェート社を調整することによりア
ンロードの程庭、及び圧縮開始回転数を自由に選択でき
るという利点を有する。

このように、起動時にはモータあるいはその伯の駆動源
に負荷がかからず充分安定回転が得られ゛（から自動的
に圧縮がはじまり口筒が生じるようなものになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はすでに提案されているスクロール型圧縮機の断
面構造図、第２図（ａ　）は駆動機構の分解斜視図、第
２図（ｂ）は偏心ブツシュの斜視図、第り図は偏心ブツ
シュのスイングを制限するためのスプリングを配した場
合の軸方向からの図、第４図は第３図を軸方向から見た
図、第５図はそのうちの偏心ブツシュの作用を説明する
ための図、第６図は第１図の動的バランスを説明するた
めの図、第７図は第１図の回転阻止機構の分解斜視図、
第８図は回転阻止の原理を説明するための図、第９図＜
ａ　＞はバランスウエート２７１の取り付け位置を主軸
側に：安中した図、第９図（ｂ）は第９図（ａ　）の動
バランス関係を示す図、第１０図（ａ）はバランスウェ
イト１７１の取り付は位置をブツシュ側と土軸側゛両方
に配設した図、第１０図（ｂ　）は第１０図（ａ　）の
動バランス関係を示す図である。 図中、１０は圧縮機ハウジング、１１はフロントエンド
プレート、１２はカップ状部分、１４は主軸、２０は討
定スクロール部林、２１は可動スクロール部材、２２は
回転阻止機構、２２４はボール阻止、３０、１４３．２
７１．２７１′２７２　″はバランスウェイトである。 ゛パ　し二′ 第２図 （し） 第５ｔ・１ 第　８　ｔそ：４ Ｙ 第９０ （α） （し） ｉ１０図 ＜ａ） ＣＦ）） 手　　続　　補　　正　　書　（５式）％式％ １、事件の表示 昭和５６年特許願第１６８３２０号 ３、補正をする者 ４、補正命令の日付 昭和５７年２月４日 （発送日　昭和５７年２月２３日） ５、補正の対象 明細書の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フロントエンドプレートを有するノ１ウジング、該
   ハウジングに固定するように配置された固定ピストン部
   材、該ハウジング内に配設され密口１した流体ポケット
   を形成するため、少なくとも一対の線接触部を形成４る
   よう該固定ピストン部材に重ね合わされた旋回ピストン
   部材、及びフ【二１ントエンドプレートに回転自在に支
   承された主軸を含み、該旋回ピストン部材に旋回運動を
   与える駆動機構より成゛る容積式流体装置にお６ｓで、
   主軸の端部に、旋回ピストン部材に装着した偏心ブツシ
   ュをスイング可能に結合し、該主軸と偏心ブツシュ間に
   該偏心ブツシュのスイング角を制限するストッパ機構を
   設けるとともに、該ストツノＩＩ内に旋回ピストン部材
   の旋回運動半径を最小とづる方向に該旋回ピストン部材
   を付勢する弾性体を配設したことを特徴とする起動詩ア
   ンローデングをｉ１能にした容積式流体装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の容積式流体装置におい
   て、偏心ブツシュに旋回部分の運動により生ずる遠心力
   を相殺するバランスウェイトを設けるとともに該バラン
   スウェイトのアンバランス８を、偏心ブツシュに対する
   旋回部分全体の正規旋回半径におけるアンバランス醋よ
   りも小さくしたことを特徴とする起動時アンローディン
   グを可能にした容積式流体装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の容積式流体装置におい
   て、主軸の端部に旋回部分の運動により生ずる遠心力と
   対向する遠心力を発生させるバランスウェイトを設ける
   とともに該バランスウェイトのアンバランスωを、偏心
   ブツシュに対する旋回部分全体の正規旋回半径における
   アンバランス舖よりも小さくしたことを特徴とする起動
   時アンローディングを可能にした容積式流体装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の容積式流体装置におい
   て、偏心ブツシュと主軸の端部に旋回部分の運動により
   生ずる遠心力と対向する遠心力を発生させるバランスウ
   ェイトを設けるとともに該バランスウェイトのアンバラ
   ンス量を、偏心ブツシュに対する旋回部分全体の正規旋
   回半径にＪｊけるアンバランス量よりも小さくしたこと
   を特徴とする起動時アンローディングを可能にした容積
   式