JP2003106268A - スクロール流体機械の逆転阻止機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】動力伝達軸であるシャフトに装着するワンウェ
イクラッチは大きなサイズが必要とされ高コストで大き
な装着空間を占めて流体機械が大きくなる等の問題があ
った。またスクロール部材とシャフトの間にカム機構を
装着する方式では機構が複雑でコスト高になる問題や大
型化や信頼性が低下する問題があった。 【解決手段】ピンクランク機構を用いたスクロール流体
機械では、シャフトより径の細いピンクランク軸にワン
ウェイクラッチを設けるか爪部５８ａとバランサー部５
８ｂを対向して配置するとともに移動が可能で円環状を
した可動体５８と可動体を押すバネをシャフトに固定さ
れた枠体内に収納するとともに前記枠体をストッパー溝
を有するケース内に収納して構成される遠心式の逆転阻
止機構をシャフトに装着したスクロール流体機械。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動流体として気
体を用いるとともに冷凍空調用圧縮機や空気用圧縮機さ
らには真空ポンプに適用されるスクロール流体機械に関
し、特に動力伝達軸の逆転を防止する逆転阻止機構に関
する。

【０００２】

【従来の技術】端板上の片面に渦巻状突起を設けたスク
ロール部材２個を１組として、互いの渦巻状突起を噛み
合わせて作動室を形成するとともに前記１組のスクロー
ル部材間を自転防止機構を介して互いに機械的に結合し
て相対的に旋回運動をさせて作動ガスをスクロール部材
の外周から作動室に吸い込み圧縮して高圧ガスとして中
央部に設けた吐出孔から流出させるスクロール流体機械
の動作原理は多くの公知例が示している。旋回運動は、
一方のスクロール部材を電動機などの動力を伝達するシ
ャフトを介して駆動することとスクロール部材間に装着
した前記自転防止機構をにより達成される。

【０００３】このようにスクロール部材の外周から吸い
込んだ作動ガスを圧縮してスクロール部材中央に設けた
吐出孔から流出させる必要があるので、起動時シャフト
が逆転するとガスの流れが逆流して能力が出ないと同時
に吐出側が真空状態になったり、また吸い込み側に流入
したガスで異常高圧が発生したりして流体機械が破損す
ることがあった。

【０００４】また作動ガスが圧縮される正規回転方向で
運転し吐出圧力が一定値以上に上昇した後に停止した場
合、高圧と低圧の差圧がスクロール部材に作用して、シ
ャフトが逆転するが、その際回転数が高いと異常音を発
生したり摺動部が損傷したりして、不具合が生じるの
で、このような停止時の逆転も防止する必要がある。こ
のような逆転を防止する手段として、動力伝達軸である
シャフトに逆転阻止機構を装着する公知例として特開平
８−２４７０５０号公報や特開平１０−１４１２５２号
公報などがある。前者は針状の転がり軸受から構成され
るワンウェイクラッチがシャフト下部に設けられてお
り、後者は逆転時にスクロール部材を駆動させて作動室
を空回りさせるカム機構が一方のスクロール部材とシャ
フトを支えるフレームとの間に装着されている。

【０００５】その他、一方のスクロール部材の軸受ボス
外周にブレーキ装置を装着した特表平０８−５０２８０
３号公報も見られる。

【０００６】

【発明が解決しようとしている課題】動力伝達軸である
シャフトに装着するワンウェイクラッチは電動機で駆動
する場合はその最大トルクが止めれる耐力が要求される
ために、それ相応のサイズが必要とされ高コストで大き
な装着空間を占めて流体機械が大きくなる等の問題があ
った。またスクロール部材とシャフトの間にカム機構を
装着する方式では機構が複雑でコスト高になる問題やス
クロール部材に装着されることにより大型化や信頼性が
低下する問題さらには逆転を確実に止めることは困難と
なるので、異常音の発生や相対的摺動による摩耗粉が発
生するなどの問題があった。

【０００７】本発明の目的は、小型軽量で簡素構造を図
った低コスト構造を用いて逆転を１回転以内で静止させ
れる逆転阻止機構を備えたスクロール流体機械を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来の課題を解決する第
一の手段を用いた第一の発明として、固定スクロールと
旋回スクロールから作動室が形成されるオイルフリース
クロール圧縮機の自転防止機構として通常用いられてい
る特許２５９９６２６号公報等に記載されているピンク
ランク軸とそのラジアル荷重を支える転がり軸受から構
成されるピンクランク機構を３か所用いた自転防止機構
の構成に対しては、１か所ないしは複数か所のピンクラ
ンク軸にワンウェイクラッチ１２を装着して逆転阻止機
構を構成すること、または前記ピンクランク軸を支える
転がり軸受の１か所をラジアル荷重を支える能力を有す
るワンウェイクラッチ３２を１か所のピンクランク機構
ないしは複数か所のピンクランク機構に装着して逆転阻
止機構を構成する。

【０００９】上記の如く第一の発明で構成された逆転阻
止機構を設けたスクロール流体機械において、電動機へ
の配線を間違えて起動時流体機械が逆転すると、旋回ス
クロールの公転半径に対する旋回スクロールの渦巻き中
心とピンクランク軸中心までの距離との比に反比例した
荷重が作用するのでピンクランク軸の装着したワンウェ
イクラッチには大きなトルクは作用せず、小さなサイズ
のワンウェイクラッチで電動機の最大トルクが阻止でき
る。また、運転中に吐出圧力が高圧状態で停止した場合
も同様に、シャフトに加わるトルクよりもピンクランク
軸に作用するトルクは大幅に小さくなるので小さなサイ
ズのワンウェイクラッチで十分阻止できる。

【００１０】次に従来の課題を解決する第二の手段を用
いた第二の発明として、阻止板５９と支持板６０を一体
としてシャフトに固定した内部にシャフトの回転に伴い
動作する円環状の可動体５８と当該可動体を押すバネを
設けて構成された逆転阻止機構５７をシャフトと副フレ
ームなどの固定された部位との間に設け、可動体に設け
た爪部が副フレームのストッパ溝に嵌り込んた状態の時
逆転させるとクラッチ機能が作動してシャフトがロック
された状態となり逆転は阻止される。そして副フレーム
に設けたストッパ溝が１か所の場合は逆転を１回転以内
で静止させれ、２か所の場合は半回転以内で静止させれ
ることになる。このような逆転阻止機構は旋回スクロー
ルと主フレームとの間に設けられる主バランサーに装着
することも可能となる。

【００１１】第二の発明の場合、シャフトが停止した状
態では可動体５７に作用しているバネ力で副フレームの
ストッパ溝側に押されているで、シャフトの１回転ない
しは半回転以下の間に可動体の爪がストッパ溝に嵌り込
むことになる。運転中に吐出圧力が高圧状態で停止した
場合も同様にシャフトの１回転ないしは半回転以下の間
に可動体の爪がストッパ溝に嵌り込むことになる。

【００１２】シャフトが正規方向の回転をした場合に
は、回転数の上昇に伴い、可動体のバランサー部５８ｂ
の遠心力がバネ力よりも大きくなって、可動体がバラン
サー部側に移動して爪部がストッパ溝から離れるので、
回転部と固定部が互いに摺動することはない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、第一の発明の実施例を図１
から図３を参照して説明し、第二の発明の実施例を図４
から図９を参照して説明する。

【００１４】図１は第一の発明の実施例を示した空気用
圧縮機や真空ポンプに用いられるオイルフリー式のスク
ロール流体機械機構部の断面図である。

【００１５】作動ガスを密閉空間に閉じ込めて圧縮する
作動室１は、渦巻状溝ないしは突起を設けた固定スクロ
ール２と端板の片面に渦巻状突起を設けた旋回スクロー
ル３を互いに噛み合わせて形成される。固定スクロール
２は図示されていない電動機の動力を伝達するシャフト
５をフレーム６のおよそ中央部に装着された主軸受と副
軸受の２個の転がり軸受で支える一方、シャフト５の一
端を形成する偏心軸を旋回スクロール３のおよそ中央部
に設けた転がり軸受で構成される旋回軸受４に嵌合さ
れ、旋回スクロール３に作用する偏心軸回りの自転を阻
止する自転防止機構として、旋回スクロール端板に設け
た旋回ピン軸受９とフレーム側に設けた固定第一ピン軸
受１０と穴の奥側に設けられた固定第二ピン軸受１１の
３個の転がり軸受で支えられるピンクランク軸８を１組
として通常円周上に等間隔で３組配置して構成されるピ
ンクランク機構７から支えられている。

【００１６】図１のピンクランク機構７のフレーム側を
拡大した図２に示しているように、固定第一ピン軸受１
０と固定第二ピン軸受１１との間にワンウェイクラッチ
１２を装着して逆転阻止機構が構成されている。このワ
ンウェイクラッチ１２の内輪側はピンクランク軸８に固
定され、外輪側はフレーム６内面に固定されたスリーブ
１３に固定されている。図２の替わりに、ワンウェイク
ラッチ１２を旋回側ないしは固定第二ピン軸受１１に対
して固定第一ピン軸受１０の反対側に設けても逆転阻止
機構は構成される。

【００１７】また、図３に示すように図２の固定第二ピ
ン軸受の替わりにラジアル荷重が支えられる能力を有す
るワンウェイクラッチ３２をピンクランク軸２８に装着
しても機能上有意差はない。いずれにしても、ピンクラ
ンク機構を構成する３本のピンクランク軸の内１本ない
しは複数本にワンウェイクラッチを設けることにより逆
転阻止機能が達成される。

【００１８】上記の如く第一の発明で構成された逆転阻
止機構を設けたスクロール流体機械において、電動機へ
の配線を間違えて起動時流体機械が逆転すると、旋回ス
クロール３の公転半径に対する旋回スクロールの渦巻き
中心とピンクランク軸８中心までの距離との比に反比例
した荷重が作用するのでピンクランク軸の装着したワン
ウェイクラッチ１２には大きなトルクは作用せず、小さ
なサイズのワンウェイクラッチで電動機の最大トルクが
阻止できる。また、運転中に吐出圧力が高圧状態で停止
した場合も同様に、シャフト５に加わるトルクよりもピ
ンクランク軸８に作用するトルクは大幅に小さくなるの
で小さなサイズのワンウェイクラッチ１２で十分阻止で
きる。

【００１９】図４は第二の発明の実施例を示した密閉形
スクロール圧縮機下部の断面図である。ステータ５１と
ロータ５２から構成される電動機の動力を作動室を形成
する旋回スクロールに伝達するシャフト５３の一端を支
持する副軸受５５を設けた副フレーム５４は密閉容器５
０に固定されている。そして、図４のＡ−Ａ線断面図で
ある図５に示されているように、阻止板５９と支持板６
０を一体としてシャフト５３に固定した内側にくちばし
に似た爪部５８ａとバランサー部５８ｂを有する円環状
の可動体５８とバネ６１を設けて構成された逆転阻止機
構５７を副軸受５５とロータ５２との間で副フレームに
設けた円筒状の土手５４ｃ内の空間に収納されている。

【００２０】副フレームの土手内周面には１か所ないし
は複数か所ストッパ溝５４ｅが設けられており、シャフ
ト５３に装着されている部位の展開図を示した図６よ
り、可動体５８の爪部５８ａとバランサー部５８ｂはシ
ャフト５３を挟んで配置され、バネ６１は可動体の爪部
を土手内周面に押し付けるように爪部と支持板との間い
に装着されている。そして、阻止板５９には可動体５８
のガイド兼回転力を支えるストッパＡ５９ａとストッパ
Ｂ５９ｂが設けられている。

【００２１】また、可動体５８に一体成型されたバラン
サー部５８ｂはロータ下端に通常設けられるバランサー
と兼用することできる。

【００２２】上記のごとく構成された逆転阻止機構５７
はシャフト５３のどの位置、例えば旋回スクロール近傍
に設けられる主バランサーに一体に組み付けることもで
きるし、旋回スクロールとシャフトを支えるフレームと
の間に装着しても逆転阻止機構としての機能を果すこと
ができる。

【００２３】図５の運転停止状態に対して、図７は通常
の運転状態を現しており、流体機械が起動されてシャフ
ト５３が正規回転を始めると、可動体の爪部５８ａが副
フレームのストッパ溝５４ｅから離れると同時に可動体
に作用する遠心力により内側に引っ込んで運転されるこ
とになる。

【００２４】可動体５８に作用する力関係をシャフト５
３がロックされた状態を表す図８と運転状態を表す図９
を用いて説明する。

【００２５】流体機械の起動時電動機への配線ミスなど
によりシャフトが逆回転した場合や吐出圧力が一定以上
の高圧になった状態で流体機械の電源を切断して高圧ガ
スの逆流によりシャフトが逆回転した場合、図８に示す
ように、逆転前シャフト５３は停止状態にあるので、可
動体５８に働くバネ力により爪部５８ａが副フレームの
土手５４ｃ内周面に押し付けられており、およそ半回転
以下でストッパ溝５４ｅに嵌り込んで確実にシャフトが
停止する。その際爪部５８ａには力Ｆｓが作用し、その
力をストッパＡ５９ａとストッパＢ５９ｂで受け止める
ために、図中に示すように、それぞれには力Ｆｔと力Ｆ
ｕが作用するが、剛性は十分確保されているので強度上
問題はない。

【００２６】また、運転中は図９に示すように、可動体
の重心位置は図中のＯｇに示すようにバランサー部５８
ｂ側にあるので、一定回転以上になると図中のバネ力Ｆ
ｋよりも遠心力Ｆｃが大きくなるので、可動体はバラン
サー部側に移動して、爪部がストッパ溝から外れること
になる。

【００２７】さらには、可動体の爪部と副フレームの土
手内周面のストッパ溝との間にシャフトの回転を阻止し
たトルクを検知するロードセルを設けて、その値が一定
値を超えると電動機の電源を切断することにより、ロッ
ク電流による電動機の破損を防止することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上の如く構成されたスクロール流体機
械において、第一の発明の場合には、シャフトの径に装
着するのに比べて相当に細いピンクランク軸にワンウェ
イクラッチが装着できるので、低コスト化と省スペース
化が図れる効果がある。

【００２９】また第二の発明の場合は、部品数が少ない
上に従来から設けられているシャフトに固定されるバラ
ンサー兼用ができることと逆転を確実に阻止できまた運
転中に摺動する部位は全く発生しないことから、低コス
ト化、省スペース化が図れさらには信頼性が高まる効果
がある。

【００３０】

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の発明の逆流阻止機構を装着したスクロー
ル流体機械機構部周辺の部分断面図

【図２】図１のピンクランク機構の一部を拡大した部分
断面図

【図３】ピンクランク機構にその他の発明を適用した部
分断面図

【図４】第二の発明の逆流阻止機構を装着したスクロー
ル流体機械副フレーム周辺の部分断面図

【図５】流体機械が停止した状態の図４のＡ−Ａ断面図

【図６】逆転阻止機構の展開図

【図７】図５を運転状態にした場合の断面図

【図８】停止状態の時に可動体に作用する荷重状態図

【図９】運転状態の時に可動体に作用する荷重状態図

【符号の説明】

１は作動室、２は固定スクロール、３は旋回スクロー
ル、５はシャフト ７はピンクランク機構、８はピンクランク軸、１０は第
一固定ピン軸受 １１は第二固定ピン軸受、１２はワンウェイクラッチ ２７はピンクランク機構、２８はピンクランク軸、３０
は第一固定ピン軸受 ３１は第二固定ピン軸受、３２はワンウェイクラッチ、
５２はロータ ５３はシャフト、５４は副フーム、５４ｃは土手、５４
ｄは収納室 ５４ｅはストッパ溝、５７は逆転阻止機構、５８は可動
体、５８ａは爪部 ５８ｂはバランサー部、５８ｃは環状体、５９は阻止カ
バー ５９ａはストッパＡ、５９ｂはストッパＢ、６０はバネ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】端板の片面に渦巻状の溝または突起を設け
   たスクロール部材Ａと端板の片面に渦巻状の突起を設け
   たスクロール部材Ｂの渦巻形状部を互いに噛み合わせて
   作動室を形成するとともに互いのスクロール部材を相対
   的に自転のない公転運動をさせる機構としてピンクラン
   ク機構を用いたスクロール流体機械において、当該ピン
   クランク機構を構成する１か所ないしは複数か所のピン
   クランク軸にワンウェイクラッチ１２を各１個装着して
   構成されたピンクランク機構７を設けたことを特徴とす
   るスクロール流体機械。
2. 【請求項２】端板の片面に渦巻状の溝または突起を設け
   たスクロール部材Ａと端板の片面に渦巻状の突起を設け
   たスクロール部材Ｂの渦巻形状部を互いに噛み合わせて
   作動室を形成するとともに電動機などの動力を伝達する
   シャフト５を用いて一方のスクロール部材を駆動するス
   クロール流体機械において、爪部５８ａとバランサー部
   ５８ｂを対向して設けた往復動が可能で円環状をした可
   動体５８とこの可動体を押すバネをシャフトに固定され
   た枠体内に収納するとともに前記枠体をトッパー溝を有
   するケース内に収納して構成される遠心式の逆転阻止機
   構５７を装着したことを特徴とするスクロール流体機
   械。