JP2001517753A - 流れダイバータ、多先端部シール及びセミラジアル順応機構を有するスクロール型流体押退け装置 - Google Patents
流れダイバータ、多先端部シール及びセミラジアル順応機構を有するスクロール型流体押退け装置Info
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Abstract
Description
に溜まった非圧縮性の液体を、スクロールによって形成された2つの吸込みポケ
ットが均等に取り込むことのできる細かい液滴の状態に粉砕するよう吸入流体流
を差し向ける流れダイバータ機構を備えた改良スクロール型流体押退け装置に関
する。本発明はまた、スクロールによって形成された圧縮ポケットを半径方向に
封止遮断する多溝付き先端部シール(封止)機構に関する。本発明はさらに、軌
道運動スクロールの半径方向順応機能を維持すると同時に、その軌道半径が、遠
心力に起因して軌道運動スクロールによって及ぼされる固定スクロールへの荷重
がクランクシャフトにシフトするように予め定められたセミラジアル順応機構(
semi-radial compliant mechanism )に関する。
クス(Creux )氏に付与された米国特許第801,182号は、それぞれが円形
エンドプレート及び渦巻形又はインボリュートスクロール要素を有する2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。これらスクロール要素は、
同一の螺旋形状を有し、これらの湾曲面相互間の複数の線接触部を形成するよう
角度及び半径方向にずれをもって嵌まり合っている。かくして、嵌合関係にある
スクロール要素は、少なくとも一対の流体ポケットを封止遮断した状態でこれを
構成する。一方のスクロール要素を他方に対して軌道運動させることにより、線
接触部は、螺旋形湾曲面に沿ってシフトし、それにより流体ポケットの容積を変
化させる。この容積は、スクロール要素の相対的軌道運動の方向に応じて増減し
、かくしてこの装置を用いると流体を圧縮したり膨張させることができる。
を潤滑する必要がある。その後、油は、シェーファー(Schaffer)氏に付与され
た米国特許第399,633号に開示されているようにオイルサンプ(油受)と
呼ばれている圧縮機内の最も低いところに溜まる。次に、油は通常油ポンプによ
って再循環される。しかしながら、このオイルサンプは、過剰のエネルギを消費
するだけでなく、故障時の事故の潜在的な原因となる。
号は、圧縮ポケット相互間の半径方向の密封を行う先端部シール機構を開示して
いる。この機構では、先端部シールは、スクロールベーンの先端部のところに設
けられた螺旋状溝に嵌め込まれている。これは、螺旋形溝に沿って連続して延び
る。先端部シールは、機械的装置、例えば弾性材料又は空気圧の力によって押圧
されて他方のスクロール部材の基部に接触し、かくして半径方向の封止を行う。
タラウチ(Tarauchi)氏等に付与された米国特許第4,437,820号は、流
体圧力を用いて一方のスクロール部材の先端部溝内の先端部シールを駆動して別
のスクロール部材の基部に接触させる機構を開示している。タダウチ氏等の米国
特許第4,437,820号で開示された機構は以下の3つの欠点を有している
。
先端表面と呼ぶ。先端表面と反対側の先端部シールの表面を後方表面と呼ぶ。螺
旋状溝内の先端部シールは、中央領域から周辺領域に延びている。互いに異なる
場所では、先端部シールの先端表面は、大まかにはその側部の両方のところの流
体圧力の平均として計算できる互いに異なる圧力を受ける。先端部シールの先端
表面に加わる圧力が高い中央領域では、先端部シールの後方表面を押してその先
端表面に加わる圧力に打ち勝つには大きな背圧が必要である。他方、先端表面に
作用する圧力が低い周辺領域では、低い背圧が必要となる。単一の空気圧力源(
中央領域には十分であるが)は、周辺領域で先端部シールの後方表面に過剰の力
を及ぼす。これにより、過剰の摩擦損失が生じると共に先端部シールの摩耗が促
進される。
シールを必要とする。かくして、先端部シールの後方表面に作用する押圧流体は
、先端部シールと溝との間の隙間から圧縮ポケット内へ漏れる。この内部流体漏
れは、エネルギ効率を下げると共にオーバーヒート状態を引き起こす。
とその長さに比例した熱膨張を生じる。先端部シールが長ければ長いほどそれだ
けいっそう種々の温度のもとで溝内にこれを嵌めることが困難になる。
号は、軌道運動スクロールハブの周囲のところに配置されたハブ軸受に取り付け
られていて、軌道運動スクロールの遠心力に少なくとも部分的に反対に作用する
カウンターウェイトを備えた固定行程クランク機構を開示している。この機構は
、駆動力と遠心力を別々に2つの軸受に分配し、即ち駆動力を軌道ハブの内側に
設けられた軌道軸受に伝え、遠心力をハブの外側に位置したハブ軸受に伝える。
かくして、軸受の動作条件は著しく向上する。しかしながら、この機構は、固定
行程クランクに適するだけであって、スクロール装置について良好な結果をもた
らす構造であることが判明している半径方向順応機構には適していない。
号は、軌道運動スクロール部材によって及ぼされる遠心力の少なくとも一部と反
対の方向に作用する手段(即ち、機械的ばね)を更に有する半径方向順応性機械
的連接手段を備えた機構を開示している。しかしながら、この機構は軌道運動ス
クロールハブの周囲に設けられたハブ軸受に取り付けられるカウンターウェイト
を備えていない。軌道運動スクロールの質量及び(又は)クランクシャフトの角
速度が大きくなると、遠心力は連結機構によっては実質的に釣合いをとることが
できなくなる。その結果、軌道運動スクロールのフランクは、軌道運動による遠
心力によって引き起こされる過剰の力を固定スクロールのフランクに及ぼす。そ
れゆえ、スクロール部材相互間には過度の摩耗と摩擦が生じ、スクロール要素の
疲れ破損が起こる。
これを吐出流体圧力によって再循環させる吸入流体を用いることによりオイルサ
ンプを不要にしている。本発明は、溜まった油を、スクロールによって形成され
た2つの吸込みポケットが均等に取り込むことのできる液滴の状態に粉砕できる
チャンネルの所定の方向に流れる吸入流体を用いる流れダイバータ機構を提供す
る。本発明はまた、圧縮ポケットを半径方向に封止遮断する多溝付き先端部シー
ル機構を提供する。本発明はさらに、駆動力と遠心力を軌道運動スクロールに設
けられた2つの軸受に別々に分配して軌道運動スクロールの半径方向順応機能を
維持すると同時に軌道運動スクロールの遠心力を固定スクロールからクランクシ
ャフトに伝えるセミラジアル順応機構を提供する。
メインハウジングと、入口ポートと連通した入口流体通路とを有するスクロール
型流体押退け装置を提供することにある。スクロール型流体押退け装置は、少な
くとも1つの軸受及び入口流体通路と連通した排出部と、流体の流れを一方向に
差し向けるダイバータとを更に有する。
、スクロール部材が各々、エンドプレートから外方に延びるスクロール要素を有
するスクロール型流体押退け装置を提供することにある。各スクロール要素は、
先端部を有し、先端部のうち少なくとも1つは、スクロール要素の中心の近くに
位置した第1の端及びスクロール要素の周辺の近くに位置した第2の端を備える
少なくとも1つの溝を有する。スクロール型流体押退け装置は、溝の第1の端の
近くに位置していて、溝を圧力源に空気圧の作用で連絡させるオリフィスと、溝
内に可動状態で嵌め込まれたシール要素とを更に有する。
ール部材と、駆動力をスクロール部材に伝えるシャフトとを有するスクロール型
流体押退け装置を提供することにある。スクロール型流体押退け装置は、軌道運
動軸受に装着されていて、シャフトにより駆動されるスライダを更に有する。ス
ライダは、スクロール部材を軌道運動軸受中へ駆動する。スクロール型流体押退
け装置は、スクロール部材の支承ハブに取り付けられたハブ軸受と、ハブ軸受に
取り付けられたフロントバランサとを更に有する。スクロール型流体押退け装置
は、シャフトと同期回転し、フロントバランサを駆動してスクロール部材に対し
て回転させる駆動装置を更に有する。
縮機ユニット10は、メインハウジング20、第1のスクロール部材60及び第
2のスクロール部材50を有している。シャフトシール22を備えたリヤカバー
21が、従来方法で(例えばボルト止めにより)メインハウジング20に取り付
けられている。メインハウジング20は、フロント軸受30及びリヤ軸受31を
保持している。メインシャフト40が、軸受30,31によって回転自在に支持
されており、このメインシャフトは、電動機又はエンジン(図示せず)によって
プーリ32を介して駆動されるとその軸線S1−S1に沿って回転する。ハウジ
ング内の潤滑剤及び流体が逃げ出たり、外部の流体及び汚れが入らないようにす
るためにシャフトシール22がシャフト40を封止している。駆動ピン42が、
メインシャフト40の前方端部から吐出し、この駆動ピンの中心軸線S2−S2
は、メインシャフトの軸線S1−S1から、第2のスクロール部材50の軌道半
径Rorに等しい距離だけずれている。軌道半径は、第2のスクロール部材50が
第1のスクロール部材60に対して軌道運動している時に第2のスクロール部材
50の描く軌道円の半径である。
2がこのエンドプレートから延びている。第1のスクロール部材60は、参照符
号64で示す適当な隙間が一方のスクロール部材のスクロール要素の先端部と他
方のスクロール部材のエンドプレートの基部との間に維持されるような方法でメ
インハウジング20に取り付けられている。加うるに、第1のスクロール部材6
0は、補強リブ63及び吐出コネクタ65を有している。逆止弁66及び逆止弁
ガイド67が、吐出コネクタ65の内部に設けられている。圧縮機の作動中、逆
止弁66は第1のスクロール部材60の吐出ポート68を開く。圧縮機が停止す
ると、逆止弁66は吐出ポート68を閉じる。
ト51の前面に固定された状態でこれから延びるスクロール要素52を有してい
る。第2のスクロール部材50は、エンドプレートの後面に取り付けられた状態
でこれから延びる軌道運動支承ハブ53を更に有している。
うに1又は2以上の切欠き部37を有するのがよい。これら切欠き部37は、ス
クロール要素の有効性を殆ど又は全く損なわないで、スクロール要素の重量を減
少させる。切欠き部37は、製造上及び消費者の好みに応じて任意所望の形状又
は大きさのものであるのがよい。また、好ましくは軌道運動スクロールのスクロ
ール要素の切欠き部は、図1に示すようにプレート38によって流体から封止遮
断されている。
る半径方向のずれをもって嵌まり合っている。それにより、少なくとも一対の封
止遮断流体ポケットが、スクロール要素52,62とエンドプレート51,61
との間に形成されている。第2のスクロール部材50は、駆動ピン軸受43及び
駆動スライダ44を介して駆動ピン42に連結されていると共に回転防止オルダ
ムリング80に連結されている。第2のスクロール部材50は、駆動シャフト4
0の回転により軌道半径Rorで軌道運動状態で駆動され、それにより流体を圧縮
する。動作流体は、入口ポート74から圧縮機10に入り、次に入口流体通路9
1に入る。入口流体通路91は、図1に示すようにハウジング20とスラスト軸
受23との間に形成されている。
、ポート35及び通路36,37を通ってメインハウジング20に入る。シャフ
ト軸受30,31、クランクピン軸受43及びスラスト軸受23の潤滑後、余分
な油は、図2に示すように排出部25を通って領域Bに流れる。吸入流体は、入
口ポート74に入ると直ぐに、ダイバータ24によって偏向され、このダイバー
タは吸入流体が時計回りの方向に流れないようにする。かくして、吸入流体は、
流体通路91に沿って矢印Cによって示されるように下方(反時計回りの方向)
にしか流れることができない。この一方向の流れは、領域B内に溜まった油を吹
き飛ばして小さな液滴の状態に粉砕するのに十分な速度を有している。油滴は、
流体の流れによって運び去られ、次に第1のスクロール部材60と第2のスクロ
ール部材50との間に形成された吸込みポケットによって均等に取り込まれる。
かくして、周期的な油の蓄積及び吸込みポケット内への蓄積された油の突然の不
均等な取込みによって生じるオルダムリングに加わる過度の荷重、振動及び騒音
は無くなる。流体は、入口流体通路91から2つのスクロール部材相互間の吸込
みポケット(図示せず)に流入し、次にスクロール部材によって圧縮される。圧
縮された流体は、吐出穴68、室94,95及び吐出ポート96を通って出る。 図3、図4、図5a〜図5f、図6a〜図6d、及び図7a〜図7fを参照し
て、本発明の多溝付き先端部シール機構を説明する。以下の説明は第1のスクロ
ール部材の先端部シール機構に関するが、これはそのまま第2のスクロール部材
に適用できる。第1のスクロール部材60は、先端部154及び基部155を有
している。第1のスクロール部材60の先端部154のところには、第1の溝1
36及び第1の溝とは別個であってこれから間隔をおいた第2の溝236が設け
られている。第1及び第2の溝は、それぞれ第1のスクロール部材の螺旋状先端
部の周辺部分及び中央部分に設けられている。螺旋形の溝の延びる方向を長手方
向という。くどくないようにすると共に不必要な繰返しをなくすために、第1の
溝136についてのみ以下に詳細に説明する。というのは、溝136の詳細な構
造は、長手方向の長さ及び曲率を除き溝236と同一だからである。第1の溝1
36を説明するために用いられる同一の参照符号は、第2の溝236に適用でき
る。ただし、第1の溝を示すために用いられた各参照符号の最初の数字(即ち「
1」)は、第2の溝を参照する場合には「2」で置き換えられている。例えば、
第1の溝について136という参照符号は、第2の溝については236になって
いる。
た第1の端部140及び第1の端部と反対側の第2の端部141を有している。
第2の端部近傍の流体圧力は、第1の端部近傍の流体圧力よりも高い。図3及び
図5a〜図5fを参照すると、溝136は、第1の端部140のところに設けら
れた第1のピン穴151及び第2の端部141のところに設けられた第2のピン
穴152を有している。図6a〜図6dを参照すると、ピン131,132が、
それぞれ第1のピン穴151及び第2のピン穴152内に嵌まっている。図6a
〜図6d及び図7a〜図7fを参照すると、先端部シール要素137aは、長手
方向に閉じた螺旋形状のものであり、第1の端部154と第2の端部146の両
方を有している。ピン131,132は、シール要素137aの第1の端部及び
第2の端部をそれぞれ溝136の第1の端部及び第2の端部にぴったりと密着保
持する。かくして、先端部シール要素137aは、熱による伸びの影響を受けな
いで溝136の両方の端部を効果的に封止することができる。加うるに、先端部
摩擦要素137bを先端部シール要素137aの頂部に設けるのがよい。先端部
シール要素137a及び先端部摩擦要素137bは、互いに別個のものであって
も、或いは一体のものであってもよい。
リフィス153が設けられており、このオリフィス153は溝を高圧流体に空気
的に連結している。オリフィス153の配設場所は、最適封止圧力が溝136内
に導入されるよう選択されている。このいわゆる最適封止圧力は、溝136内に
導入された流体が先端部シール要素137a及び先端部摩擦要素137bを上に
押してこれらを嵌合スクロールの基部に押し付けることができ、かくして2つの
スクロールによって形成された圧縮ポケット相互間の半径方向の封止を行うこと
ができる最小圧力を意味している。
ウェイトを備えた本発明のセミラジアル順応機構を説明する。シャフト40が回
転すると、クランクピン42はスライダ44を駆動して図8に矢印Bで示すよう
に反時計回りの回転を行わせる。次に、スライダ44は軸受の内レース43a、
ローラ43b及び外レース43c(ひとまとめにして以下、43a−43b−4
3cという)を介して第2のスクロールハブ53を駆動する。第2のスクロール
部材50は、オルダムリング80の案内作用を受けて軌道運動を行い、これは遠
心力Fcoの作用を受ける。
ピン49がフロントバランサ46に設けられた長円形穴55内に位置していて、
ねじ82によって中間バランサ47に取り付けられている。中間バランサ47が
シャフト40と一緒に回転すると、ピン49はフロントバランサ46を駆動する
。フロントバランサ46は、軸受の内レース45a、ローラ45b及び外レース
45c(ひとまとめにして以下、43a−43b−43cという)を介して第2
のスクロール部材50のハブ53に取り付けられている。第2のスクロール部材
50が第1のスクロール部材60に対して軌道運動を行うと、フロントバランサ
46は第2のスクロール部材50のハブ53の回りに回転する。フロントバラン
サ46に作用する遠心力Fcc1 は、第2のスクロール部材50に作用する遠心力
Fcoの一部をバランスさせる。長円形の穴55により、第2のスクロール要素5
2は、軸受43a−43b−43c、スライダ44、軸受45a−45b−45
c、及びフロントバランサ46と一緒に、正味の力(Fco−Fcc1 )を受けて第
1のスクロール要素62に向かって移動することができる(即ち、偏心率Rorを
増大させる)。
空間39内に挿入されている。スペーサ41は、第1のスクロール要素62と第
2のスクロール要素52の隙間が0〜δの範囲にあるように非常に綿密に作られ
た厚さのものであり、このδは、スクロール要素の加工精度である。換言すると
、第2のスクロール要素53、軸受43a−43b−43c、フロントバランサ
46、軸受45a−45b−45c、及びスライダ44は、スライダ44がスペ
ーサ41を介して駆動ピン42によって停止させられる間で、或いは第2のスク
ロール要素53がスクロール要素相互間のフランクの接触により第1のスクロー
ル要素63によって停止させられるまで、力(Fco−Fcc1 )を受けて移動する
ことになる。後者の場合、スクロール要素のフランク上の高いところに位置する
当りが摩耗すると、駆動ピン42及びスペーサ41は最終的にスライダ44を停
止させ、そして第2のスクロール要素52を停止させてこれが第1のスクロール
要素52に向かってそれ以上移動しないようにする。かくして、スクロール要素
のならし運転後においては第1のスクロール要素と第2のスクロール要素のフラ
ンク相互間の隙間は0である。この場合、正味の遠心力(Fco−Fcc1 )がスク
ロール要素からクランクピン42に伝えられ、それにより第1及び第2のスクロ
ール要素の疲労を防止する。しかしながら、第2のスクロール部材に作用する半
径方向分離力が、2つのスクロール部材のフランク相互間の液体の圧縮又はこれ
らフランク相互間に詰まった汚染要因物に起因して過剰になると、第2のスクロ
ール部材50及びこれに取り付けられた部品(即ち、スライダ44、軸受43a
−43b−43c、軸受45a−45b−45c、及びフロントバランサ46)
は、遠心力Fcoと反対側の方向に撓んで2つのスクロール要素のフンラク相互間
の隙間を大きくする。
薄いシム41aがエポキシ41bを備えている。シム内に配置されたエポキシの
量は、スペース39を十分に埋めるが、エポキシの過剰の広がりを防止するよう
注意深く秤量されている。 圧縮機が始動すると、正味の遠心力(Fco−Fcc1 )が第2のスクロールハブを駆動し、そしてスライダ44を下方に駆動する(図
8)。スライダ44はスペーサ41を締め付け、その厚さを変えてついには第2
のスクロールのフランクが第1のスクロールフランクによって停止させられるよ
うにする。圧縮機は、エポキシのスペーサ41が最終的に硬化するまで作動状態
を保つ。
作ってもよい。これは、空間31を測定し、スペーサ41を空間39に嵌まり込
むよう設計することによって達成される。
ルラジアル(full radial )順応構成の場合とちょうど同じようなラジアル運動
自由度を与えるが、このラジアル運動自由度を制御された範囲内に制限する。そ
の結果、最初のならし運転後、2つのスクロール要素のフランク相互間の隙間は
0であり且つ締め代が0であり、これは、当該技術分野で知られているフルラジ
アル順応構成では、通常の作動中、フランク間接触が常時維持されるのと異なっ
ている。本発明のセミラジアル順応構成は、遠心力を第1及び第2のスクロール
要素からクランクピンにアンロードする。したがって、この構成は、遠心力が種
々の作動条件のもとで過剰になる場合、或いはスクロール部材に用いられる材料
の疲れ強さが低い場合、例えばこれがアルミニウム合金である場合に特に有用で
ある。
なる従来型スクロール装置に用いることができる。特に、これらの機構は、米国
特許第5,458,471号に開示されたスクロール装置に用いるのに適してお
り、かかる米国特許は本出願人に譲渡されており、本明細書の一部を形成するも
のとしてここに引用する。
明の真の範囲から逸脱することなく、構造、配置、組成等の設計変更を想到でき
よう。本発明は、請求の範囲の記載に基づいて定められ、請求の範囲の文言上の
意味及び均等範囲に含まれる全ての装置及び(又は)方法は、本発明の範囲に属
する。
−A線矢視断面図である。
スクロール部材を示す図である。
機構の溝のg−g線矢視断面図である。
機構の溝のi−i線矢視断面図である。
機構の溝のh−h線矢視断面図である。
機構の溝のj−j線矢視断面図である。
である。
である。
である。
A−A線矢視部分断面図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 入口ポート及び少なくとも1つの軸受を有するメインハウジ
ングと、入口ポートと連通した入口流体通路と、少なくとも1つの軸受及び入口
流体通路と連通した排出部と、流体の流れを一方向に差し向けるダイバータとを
有することを特徴とするスクロール型流体押退け装置。 - 【請求項2】 排出部は、スラスト軸受内に設けられていることを特徴とす
る請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 少なくとも1つの軸受からの流体が、排出部及び入口流体通
路に流入することを特徴とする請求項1記載の装置。 - 【請求項4】 流体は、入口流体通路内の流体を小さな粒子に粉砕するよう
入口ポート及び入口流体通路中に流れることを特徴とする請求項3記載の装置。 - 【請求項5】 スクロール型流体押退け装置であって、第1のスクロール部
材及び第2のスクロール部材を有し、前記スクロール部材は各々、エンドプレー
トから外方に延びるスクロール要素を有し、各スクロール要素は、先端部を有し
、先端部のうち少なくとも1つは、前記スクロール要素の中心の近くに位置した
第1の端及び前記スクロール要素の周辺の近くに位置した第2の端を備える少な
くとも1つの溝を有し、前記スクロール型流体押退け装置は、溝の第1の端の近
くに位置していて、溝を圧力源に空気圧の作用で連絡させるオリフィスと、前記
溝内に可動状態で嵌め込まれた先端部シール要素とを有することを特徴とする装
置。 - 【請求項6】 前記溝の少なくとも一つの端の近くに設けられていて、前記
先端部シール要素を前記溝の端に空気圧の作用で密着保持する保持装置を更に有
することを特徴とする請求項5記載の装置。 - 【請求項7】 前記保持装置は、前記端の近くで前記溝の底部に設けられた
穴と、該穴内に設けられていて、前記先端部シール要素を前記溝の端に空気圧の
作用で密着保持するピンとから成ることを特徴とする請求項6記載の装置。 - 【請求項8】 スクロール要素のうち少なくとも1つは、少なくとも1つの
切欠き部を有することを特徴とする請求項5記載の装置。 - 【請求項9】 スクロール型流体押退け装置であって、支承ハブ及び軌道運
動軸受を有するスクロール部材と、駆動力を前記スクロール部材に伝えるシャフ
トと、軌道運動軸受に装着されていて、前記シャフトにより駆動され、前記スク
ロール部材を前記軌道運動軸受中へ駆動するスライダと、前記支承ハブに取り付
けられたフロントバランサと、前記シャフトと同期回転し、前記フロントバラン
サを駆動して前記スクロール部材に対して回転させる駆動装置とを有することを
特徴とする装置。 - 【請求項10】 前記駆動装置は、前記シャフトに対して固定された駆動,
ピンであることを特徴とする請求項9記載の装置。 - 【請求項11】 前記フロントバランサは、スロットを有し、前記駆動ピン
は、前記スロット内へ嵌まって前記フロントバランサを駆動し、前記フロントバ
ランサは、前記駆動ピンに対して摺動することを特徴とする請求項10記載の装
置。 - 【請求項12】 少なくとも1つのスペーサが、前記スライダと前記クラン
クピンとの間のスペース内に挿入され、前記スペーサは、所定の厚さを有してい
ることを特徴とする請求項9記載の装置。 - 【請求項13】 スペーサは、エポキシ材料で作られていることを特徴とす
る請求項12記載の装置。
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