JP2000500546A - 滑り面スラスト軸受を有するスクロール型流体変位装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 スクロール型流体変位圧縮装置に於いて、二方ガス吸込およびオイル−ガス混合潤滑板スラスト軸受並びに片側オルダムリングと呼ばれる構造が、オイルとガスの混合物を作り、それがこの装置に入り、２方向に流れて、大部分の作動ガス媒体が流れ方向を変え、スクロール部材の吸込室に直接吸込まれ、一方大部分の潤滑オイルミストは、或る流路を通ってこの滑り板スラスト軸受を流れ、それをよく潤滑する。この滑り板スライド軸受の支持面積を、この片側オルダムリングの構造のために、拡大できる。その結果、この変位スクロール型流体圧縮装置を広範囲の速度および角度位置で使うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 滑り面スラスト軸受を有するスクロール型流体変位装置 発明の背景 この発明は、一般的に流体変位装置に関する。更に詳しくは、“滑り面スラス ト軸受”、およびこのスラスト軸受にオイルミスト潤滑状態で十分な潤滑剤の供 給を保証するための“二方吸込オイル−ガス流路”、および可変速度用途のため にこの滑り面スラスト軸受の作動面積を最大にするための“片側にキーの付いた オルダムリング”を備えた、改良したスクロール型流体変位装置に関する。 スクロール型流体変位装置は、この技術分野でよく知られている。例えば、ク ロイックスの米国特許第８０１，１８２号は、各々円形のエンドプレートおよび 渦巻状またはインボリュートのスクロール要素を有する二つのスクロール部材を 含むスクロール装置を開示している。これらのスクロール要素は、同じ渦巻形状 を有し、角度方向および半径方向にオフセットして絡み合い、それらの渦巻状湾 曲面間に複数の線接触を生ずる。それで、絡み合うスクロール要素が密封し、少 なくとも１対の流体ポケットを形成する。一つのスクロール要素が他に対して周 回することによって、線接触が渦巻状湾曲面に沿って移動し、それによって流体 ポケットの容積を変える。この容積は、これらのスクロール要素の周回運動に対 する方向に依って増減し、従ってこの装置を流体を圧縮または膨張するために使 うことができる。 次に、図１ａ〜図１ｄを参照して、従来のスクロール圧縮機の一般的動作を説 明する。図１ａ〜図１ｄは、流体を圧縮するために絡み合う渦巻形スクロール要 素１および２の相対運動を模式的に示す。スクロール要素１および２は、互いに 角度方向および半径方向にオフセットし、絡み合っている。図１ａは、各スクロ ール要素の外終末先端が他のスクロール要素と接触していること、即ち、吸込み が丁度終り、対称の対の流体ポケットＡ１およびＡ２が丁度出来たことを示す。 図１ｂ〜図１ｄの各々は、先の図に示す角度から前進した、特定の駆動軸クラ ンク角でのスクロール要素の位置を示す。このクランク角が前進すると、流体ポ ケットＡ１およびＡ２が絡み合うスクロール要素の中心の方へ角度方向および半 径方向に移動し、各流体ポケットＡ１およびＡ２の容積が次第に減少する。流体 ポケットＡ１およびＡ２は、クランク角が図１ｃに示す状態から図１ｄに示す状 態へ移ると、中心部Ａで一緒に合体する。合体した単一ポケットの容積は、追加 の駆動軸回転によって更に減少する。スクロール要素の相対周回運動中、図１ｂ および図１ｄでは開いているように示す、外側スペース、即ち吸込室は、新しい 密封した流体ポケットを作るように変り、その中に圧縮すべき流体の次の量が閉 じ込められる（図１ｃおよび図１ａはこれらの状態を示す）。 自動車のエアコン圧縮機のような、或る用途では、圧縮機が８００〜６０００ ｒｐｍの可変速度で回転し、それは、圧縮機のスラスト軸受にとって大変な難題 である。自動車エアコン圧縮機のスラスト軸受を、住宅のエアコン圧縮機に使用 するオイルポンプによる潤滑は頼りにならない。それは、自動車エアコン圧縮機 の油だめの油面が、自動車の姿勢、即ち、登り坂、下り坂または水平に依って常 に変るからである。従って、オイルミスト潤滑案が従来技術の自動車エアコン圧 縮機に使われている。十分に潤滑した滑り面スラスト軸受は、安価で静粛運転お よび安定した支援ができる。それは、住宅用スクロールエアコン圧縮機に首尾よ く使われているが、上記の理由で自動車用スクロールエアコン圧縮機には使われ ていない。その代りに、自動車エアコン圧縮機では、スラスト玉軸受を使ってい る。例えば、サンデン コーポレーション製のスクロールエアコン圧縮機に使わ れている、玉スラスト軸受は、少ない潤滑に耐える。しかし、玉スラスト軸受は 、高価である。それは、高速で大きい騒音を出し、玉とレースの間の接触点での 接触応力が高いために急速に摩滅する。 本発明は、改良したスクロール型流体変位装置を提供する。二方吸込オイル− ガス流路の機構を設けることによって、オイルミストの中の大部分のオイルを集 め、次に滑り面スラスト軸受に向けて潤滑要件に合わせ、且つ同時に吸込圧力損 失を最少にする。この滑り面スラスト軸受は、広範囲に変動する回転速度で作動 できる。片側にキーの付いたオルダムリングがこのスラスト軸受の作動面を最大 にさせる。 発明の概要 従って、本発明の目的は、最大の有効軸受面を有する滑り面スラスト軸受が可 変回転速度で作動できる、スクロール型流体変位装置を提供することである。 二方吸込オイル−ガス流路の機構を提供することも本発明の目的である。冷媒 とオイルミストの戻り混合物がこれらの流路を通過するとき、その中の大部分の オイルを集めてオイルの濃い混合物を作る。このオイルの濃い混合物は滑り面ス ラスト軸受へ供給され、これを潤滑する。大部分の冷媒ガスは、スクロール装置 の吸込口へ直接流れる。それで、吸込圧力損失が最少になる。 これらおよびその他の目的を達成するために、本発明の開示した実施例は、流 体入口と流体出口を有するハウジングを含む、スクロール型流体変位装置を提供 する。第１スクロール部材がエンドプレートを有し、それから第１スクロール要 素が軸方向にこのハウジングの内部へ伸びる。第２スクロール部材もエンドプレ ートを有し、それから第２スクロール要素が軸方向に伸びる。この第２スクロー ル部材は、第１スクロール部材に対して非回転周回運動をするように可動式に配 置されている。滑り面スラスト軸受がこの第２スクロール部材の第２エンドプレ ートを支持する。 この第１スクロール要素および第２スクロール要素は、角度方向および半径方 向にオフセットして絡み合い、複数の線接触を生じ、それが少なくとも１対の密 封した流体ポケットを形成する。駆動手段がこれらのスクロール部材に作動する ように結合され、オルダムリングによってそれらの相対回転を防ぎながら、それ らの相対周回運動を行わせ、それによってこれらの流体ポケットの容積を変えさ せる。 本発明の開示した実施例は、二方吸込オイル−ガス流路の機構を提供する。流 体入口からこのハウジングに入る、冷媒とオイルミストの混合物は、二つの流路 に沿って二つの異なる方向に流れることができる。一つの方向は、入口の真っ直 ぐの延長で、混合物をハウジングの中央部および溜へ導く。大部分のオイルミス トおよび油滴は、その密度が高いことによって慣性が大きいために、この方向に 流れ、オイルミストの濃い混合物を作る。このオイルの濃い混合物は、主軸軸受 の隙間およびスラスト軸受の作動面の放射状流路を流れ、それによってこのスラ スト軸受面を潤滑する。他の方向は、この入口から二つのスクロール要素によっ て作られる吸込室までの鋭い曲りで、そこは全ハウジング中で圧力が最も低い。 この入口と吸込室の間の圧力差によって駆動される大部分の冷媒ガスは、鋭く曲 って吸込室へ流れる。それで、戻り冷媒ガスの圧力低下が最少になる。 本発明の他の側面では、スクロール型流体変位装置がその作動面上に少なくと も一つの放射状流路を有する滑り面スラスト軸受含み、主軸軸受からのオイルの 濃い混合物にこのスラスト軸受の作動面を貫流および潤滑させて、次に吸込室へ 流す。 本発明の他の側面で、このスラスト軸受の作動面にある放射状流路は、この作 動面上の何れかの点から放射状流路までの最小距離が第２スクロール部材の非回 転円形周回運動の直径より大きくないように配置されている。 本発明の更に他の側面では、オルダムリングがこのリングの同じ側に位置する 二つのグループのキーを有し、それで“片側にキーの付いたオルダムリング”と 呼ばれ、各グループに二つのキーがあり、それらは直径の両端に位置し、二つの グループのキーの中心線が互いに垂直である。このリングと第２スクロール部材 は、滑り面スラスト軸受の異なる側に位置する。 図面の簡単な説明 この発明は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明を考慮して検討すればよ りよく理解できよう。それらの図面で： 図１ａ〜図１ｄは、従来のスクロール圧縮機のスクロール要素の相対周回運動 を示す模式図であり、 図２は、本発明による二方吸込オイル−ガス流路を備える、スクロール型自動 車用エアコン圧縮機の断面図を示し、 図３ａ〜図３ｂは、本発明による、濃いオイルミストが貫流する放射状流路を 備えそれによって潤滑する、滑り面スラスト軸受を示し、 図４ａ〜図４ｂは、本発明による、“片側にキーの付いたオルダムリング”を 示し、 図５ａ〜図５ｂは、従来技術の典型的オルダムリングを示す。 現在好適な実施例の詳細な説明 図２を参照すると、本発明に従って設計したスクロール型自動車用エアコン圧 縮機が示されている。この圧縮機ユニット１０には、主ハウジング２０、前シェ ル２１、後カバー１１および第１スクロール部材（固定スクロール部材）６０が あり、全部で圧縮機シェル本体を形成する。主ハウジング２０は、主軸受３２を 保持する。主軸４０が主軸受３２および前シェル２１が保持する後軸受３４によ って回転可能に支持され、電磁クラッチ２２によって駆動されるとき、その軸線 Ｓ₁−Ｓ₁に沿って回転する。 駆動ピン４２が主軸４０の後端から突出し、この駆動ピンの中心軸線Ｓ₂−Ｓ₂ は、主軸の軸線Ｓ₁−Ｓ₁から第２スクロール部材（周回スクロール部材）５０の 周回半径Ｒｏｒに等しい距離だけオフセットしている。この周回半径とは、第２ スクロール部材５０が第１スクロール部材６０に関して周回するとき、第２スク ロール部材が旋回する軌道円の半径である。 第１スクロール部材６０は、エンドプレート６１を有し、それからスクロール 要素６２が伸びる。この第１スクロール部材は、軸線Ｓ₁−Ｓ₁に垂直であり、一 つのスクロール部材の先端と他のスクロール部材のベースの間に適当な隙間が維 持されるように、主ハウジング２０の表面に取付けられている。 これらの隙間は、製作公差および正常運転中のスクロール要素の熱成長を考慮 に入れても、スクロール部材の先端とベースが互いに接触するのを防ぐに十分広 くなければならない。他方、これらの隙間は、スクロール部材の先端の渦巻形溝 にある先端シール６６によって機械的に、および正常運転中に潤滑剤の膜によっ て流体力学的に密閉するに十分小さくもなければならない。 第２スクロール部材５０には、円形エンドプレート５１、このエンドプレート ５１の後面から伸びそれに固着されたスクロール要素５２、およびエンドプレー ト５１の前面から伸びそれに固着された周回軸受ボス５３がある。 スクロール要素５２および６２は、１８０度の角度オフセットで、および周回 半径Ｒｏｒの半径方向オフセットで絡み合う。それによって、少なくとも１対の 密閉された流体ポケットがスクロール要素５２および６２、並びにエンドプレー ト５１および６１の間にできる。第２スクロール部材５０は、駆動ピン軸受４３ および駆動ナックル４１を介して駆動ピン４２に結合されている。オルダムリン グ４５の機能は、第２スクロール部材５０が回転するのを防ぐことである。第２ スクロール部材５０は、駆動軸４０の回転によって周回半径Ｒｏｒの周回運動を するように駆動され、それによって流体を圧縮する。吸込口９１からの作動媒体 は、中間流路９３を経てスクロール要素５０および６０が形成する吸込室９５に 入り、次にこれらのスクロール要素によって圧縮され、最後に排出口７０から流 路７１および７２を経て排出される。冷媒とオイルミストの混合物が吸込口９１ に入ってから、大部分の冷媒ガスは、矢印Ａで示すように、その流れ方向を変え 、少量のオイルミストと共に流路９３を経て吸込室９５へ流れる。大部分のオイ ルミストは、その密度が高いため、この圧縮機に入ってから、このハウジングの 中心部の方へ流れ続ける。この吸込口からの濃いオイルミストは、油だめ９６の 中にあって釣合い錘９８によって溌ねとばされた油滴と共に、主軸受３２の隙間 を経て中央室８２へ流れ、次に静止スラスト軸受８４の放射状流路８６を流れ、 同時にこのスラスト軸受を潤滑する。 釣合い錘９７、９８および９９は、それぞれ、第２スクロール部材５０、可動 スラスト軸受２７、駆動ナックル４１および駆動ピン４２の周回運動および回転 によって生ずる遠心力と釣合う。 図３ａ〜図３ｂを参照すると、主ハウジング２０に固定された静止スラスト軸 受８４が示されている。図３ａは正面図であり、図３ｂは線Ａ−Ａによる断面図 である。この静止スラスト軸受のベース４０１は、バビット合金の層４０２によ って被覆されたネズミ鋳鉄である。静止スラスト軸受８４の作動面上に幾つかの 放射状溝８６がある。しかし、これらの溝は、可動スラスト軸受２７（図２）上 に、または静止および可動の両スラスト軸受上にあってもよい。それでも、流路 ８６の配置に関する以下の原理が重要である： １）これらの流路は、濃いオイルミストにスラスト軸受の全表面を濡らさせ且つ 濃いオイルミストを吸込室９５へ流れさせるべきであり； ２）この滑り面スラスト軸受の作動面上の何れかの点からこれらの流路までの最 小距離は、第２スクロール部材５０の非回転円形周回運動の直径よりあまり大き くあるべきでない。従って、可動スラスト軸受の作動面上のどの点もこの流路を 流れる濃いオイルミストで濡らされ、従って潤滑される機会がある。他方、可動 スラスト軸受の濡れた面は、主ハウジング上の静止スラスト軸受８４の作動面に オイルをもたらす。この様にして、滑り面スラスト軸受への十分な潤滑が保証さ れる。 この濃いオイルミストが流路８６を通過し、吸込室９５に入る。流路８６の配 置は、上述の原理に従う限り種々にでき、スラスト軸受への十分な潤滑を保証で きる。 図４ａおよび図４ｂを参照すると、“片側にキーの付いたオルダムリング”が 示されている。円形リング４５の同じ側に、四つの矩形キーが等間隔に配置され ている。これは、従来技術の古いリング（図５ａ〜図５ｂに示す）と異なる。こ れら四つのキーは、高いキーと低いキーの二つのグループに分けられている。オ ルダムリング４５は、静止スラスト軸受８４の下に位置する（図２参照）。二つ の低いキー１４５および１４６（図４ａおよび図４ｂ）は、それぞれ、静止スラ スト軸受８４（図３ａ）の溝１８８および１８９に挿入され、これらの溝の中を 滑動できる。高いキー１４７および１４８は、溝１８６および１８７を貫通し、 可動スラスト軸受２７の溝の中を滑動できる。従来技術では、オルダムリングが 静止軸受がある近接場所で滑動し、それで静止スラスト軸受の作動面積を制限す る。この片側にキーの付いたオルダムリングは、静止スラスト軸受の下に位置す るので、それが静止スラスト軸受の作動面積を最大にさせる。 上に説明したこの発明の実施例は好適であるが、当業者は、この発明の真の範 囲から逸脱しない、構造、配置、配合等の変更を思いつくだろう。この発明は、 添付の請求項によって定義し、文字通りであれ、均等物によってであれ、これら の請求項の意味の範囲に入る全ての装置および／または方法をそれに包含する意 図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． スクロール型流体変位装置であって： 潤滑剤溜並びに入口および出口を有し、作動媒体および潤滑剤がこの入口から この装置に入る、シェル本体； このシェル本体に固定され、第１エンドプレートを有し、それから第１スクロ ール要素が伸びる第１スクロール部材； 第２エンドプレートを有し、それから第２スクロール要素が伸びる第２スクロ ール部材で、上記第１スクロール要素および第２スクロール要素が互いに対して 線接触で接触して密封したポケットおよび吸込室を作るように配置されたスクロ ール部材； 上記第２スクロール部材を上記第１スクロール部材に対して非回転周回運動を するように駆動し、それによって密封したポケットの容積を変える軸； 上記第２スクロール部材の上記第２エンドプレートに固着された可動スラスト 軸受を支持する、静止滑り面スラスト軸受；並びに 上記第２スクロール部材の回転を防ぐオルダムリングを含む装置に於いて； 少なくとも二つの回路が作動媒体と潤滑剤を上記入口から流れ続けさせ、上記 回路の第１回路が上記入口からの大部分の作動媒体の流れ方向を変えさせて上記 吸込室へ流す中間流路を含み；並びに 上記回路の第２回路が、上記入口の真っ直ぐの延長であって大部分の潤滑剤を 上記潤滑剤溜へ流れさせる第１流路；上記第１流路からの潤滑剤を上記静止滑り 面スラスト軸受の中央室へ流れさせる第２流路；および上記第２流路からの作動 媒体と潤滑剤ミスとの混合物を貫流させ、それによってこのスラスト軸受を潤滑 し、次に上記吸込室へ流れさせる、上記静止面スラスト軸受の作動面上の第３流 路を含むという改良。 ２． 請求項１の装置に於いて、上記第２回路の第３流路が、少なくとも一つ の放射状溝を含み；上記溝は、上記滑りスラスト軸受の作動面上の何れかの点か ら上記第２回路の上記第３流路までの最小距離が上記第２スクロール部材の非回 転円形周回運動の直径より大きくないように配置されている装置。 ３． 請求項２の装置に於いて、上記放射状溝が上記静止滑り面スラスト軸受 および／または可動滑り面スラスト軸受の作動面上に位置する装置。 ４． 請求項３の装置に於いて、上記放射状流路が上記滑り面スラスト軸受の 外周の中心部から配置されている装置。 ５． 請求項４の装置に於いて、上記第２回路の上記第２流路が上記軸を支持 する主軸受の隙間によって形成される流路から成り、この作動媒体と潤滑剤ミス との混合物を上記スラスト軸受の中心部へおよび上記第３流路を貫流させて、上 記スラスト軸受の作動面を潤滑し、次に上記吸込室へ流れさせる装置。 ６． 請求項１の装置に於いて、上記オルダムリングが円形リング、第１グル ープのキーおよび第２グループのキーから成り、上記第１グループのキーおよび 第２グループのキーが上記リングの同じ側にあり、上記キーのグループの各々に 二つのキーがあり、上記各グループの上記二つのキーが上記リングの直径の両端 にあり、各グループの上記二つのキーの中心線が互いに垂直であり、上記リング と上記第２スクロール部材が上記滑り面スラスト軸受の異なる側に位置し；上記 可動滑り面スラスト軸受がキー溝を持たねばならず； 上記静止滑り面スラスト軸受が四つのキー溝を有し、上記四つのキー溝の二つ が上記オルダムリングの上記第１グループのキーとよい滑り嵌めをし；上記第２ グループのキーが上記四つのキー溝の残りの二つのキー溝から伸び且つ上記別の 二つのキー溝の中を自由に滑動でき；上記第２グループのキーが上記可動滑り面 スラスト軸受の上記キー溝とよい滑り嵌めをし；上記オルダムリングが自由に滑 動でき、それによって上記第２スクロール部材の回転を防ぐ装置。