JP2009180198A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 自転防止機構およびスラスト荷重を支持する機構を小型化する。
【解決手段】 ケーシング１と旋回スクロール４との間には、３個のボールカップリング機構１５を設ける。また、ボールカップリング機構１５は、ケーシング１と旋回スクロール４とにそれぞれ取付けられた一対の支持部材１６，１７と、支持部材１６，１７の中心側に設けられた自転防止機構１８と、自転防止機構１８を取囲んで支持部材１６，１７間に設けられた複数のボール２１と、支持部材１６，１７にそれぞれ設けられ各ボール２１の転動範囲を規制する円環状溝２２，２３とによって構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ等として好適に用いられるスクロール式流体機械に関する。

一般に、スクロール式流体機械としては、例えば固定スクロールに対して旋回スクロールを旋回駆動させることによって、両スクロールの間の圧縮室内で空気等の流体を連続的に圧縮する構成としたスクロール式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

この種の従来技術によるスクロール式圧縮機は、ケーシングに固定して設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固定スクロールと対向してケーシング内に旋回可能に設けられ鏡板に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を画成するラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールの背面側と前記ケーシングとの間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構等とにより構成されている。

特開２００３−３２２１４９号公報 特開２０００−１６１２５０号公報

ところで、上述した特許文献１には、保持リングの貫通孔にピンを挿入して自転防止機構を構成するのに加えて、旋回スクロールのスラスト方向の荷重（スラスト荷重）を支持する荷重支持機構を設けた構成が開示されている。しかし、旋回スクロールの駆動軸を取囲んで自転防止機構と荷重支持機構とが周方向に環状に設けられているため、これら２つの機構が占める面積が大きくなる。この結果、荷重支持機構にグリス潤滑を用いる場合には、グリスのシールが難しい傾向がある。また、旋回スクロールの背面に冷却風を通して旋回スクロールの冷却を行う場合には、自転防止機構および荷重支持機構が邪魔になって、通風の抵抗となり、冷却効果を阻害するという問題もある。

一方、特許文献２には、スライダとガイドとを用いて自転防止機構を構成すると共に、四角形状のスライダをガイドを用いて２軸方向に案内して旋回スクロールの自転を防止する構成が開示されている。また、引用文献２には、スライダ内にスラスト荷重を支持するボールを設けた構成も開示されている。しかし、ガイドが２軸方向に延びているから、ガイドとスライダとの摺動面に潤滑剤を供給するためには、ガイドを含めた全体に潤滑剤を保持する機構を設ける必要があり、潤滑剤の保持機構が大型化し易い。

また、スライダの外周面がガイドに沿って摺動変位するため、スライダの摺動抵抗が大きい。このため、自転防止機構による動力損失が大きくなるという問題もある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、自転防止機構およびスラスト荷重を支持する機構を小型化することができるスクロール式流体機械を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、ケーシングと、該ケーシングに設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、鏡板にラップ部が立設され該固定スクロールのラップ部と重ねた状態で旋回運動することによって各ラップ部間の流体室で流体を圧縮または膨張する旋回スクロールと、該旋回スクロールとケーシングまたは固定スクロールとの間に設けられスラスト荷重を支持する複数のボールカップリング機構とを備えてなるスクロール式流体機械に適用される。

そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ボールカップリング機構のうち少なくとも１つは、前記旋回スクロールとケーシングまたは固定スクロールとの間でボール支持面を対面させて設けられた一対の支持部材と、該一対の支持部材の中心側に位置して前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、該自転防止機構の周囲に位置して前記一対の支持部材間に設けられスラスト方向の荷重を支持する複数のボールと、前記一対の支持部材のボール支持面側に位置して該各ボールの数に対応して設けられ該各ボールが転動する範囲を規制するボール規制手段とによって構成したことにある。

請求項２の発明では、前記自転防止機構は、一方の支持部材の中心側に固定されスラスト方向に延びるピンと、他方の支持部材の中心側に配設され該ピンが挿入される挿入穴とからなり、該挿入穴の内周面に前記ピンが摺接することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としている。

請求項３の発明では、前記自転防止機構は、前記一対の支持部材の中心側に固定してそれぞれ設けられスラスト方向に延びる一対のピンと、前記一対の支持部材の間に配設され該一対のピンが両方とも挿入されるリング部材とからなり、該リング部材の内周面に前記一対のピンが転がり接触することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としている。

請求項４の発明では、前記自転防止機構は、前記一対の支持部材の中心側にそれぞれ設けられ環状に突出した一対の環状突起部と、前記一対の支持部材の間に配設され該一対の環状突起部内に設けられたボールとからなり、該ボールが前記一対の環状突起部の内周面に転がり接触することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としている。

請求項５の発明では、前記ボールカップリング機構は、３箇所に配置する構成とし、前記旋回スクロールの中心位置を通る直線上を除いた位置で前記旋回スクロールの周方向に間隔をもって少なくとも２箇所に前記自転防止機構を配置する構成としている。

請求項１の発明によれば、ボールカップリング機構は、一対の支持部材の中心側に設けられた自転防止機構を備える構成とした。このため、自転防止機構を用いて、旋回スクロールの自転を防止することができる。また、ボールカップリング機構は、自転防止機構の周囲に位置して一対の支持部材間に設けられた複数のボールと、一対の支持部材のボール支持面側に設けられたボール規制手段とを備える構成とした。このため、複数のボールを用いて、スラスト方向の荷重を支持することができる。

また、複数のボールカップリング機構のうち少なくとも１つは、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、スラスト方向の荷重を支持する複数のボールとを別個に備える構成とした。このとき、自転防止機構にはスラスト方向の荷重が作用しないから、自転防止機構は、旋回スクロールの自転力だけが作用する。このため、旋回スクロールの慣性モーメントの大きい大型のスクロール式流体機械に適用した場合でも、自転防止機構を用いて自転力を確実に支持することができる。この結果、旋回スクロールの自転方向の挙動が安定し、自転防止を確実にできる。

また、ボールカップリング機構は、旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、スラスト方向の荷重を支持する複数のボールとを別個に備える構成とした。このため、自転防止機構とボールとを用いることによって、自転を防止する機能とスラスト荷重を支持する機能とを分離することができる。このため、自転防止機構は、自転力の大きさのみに基づいて設計することができる。一方、ボールやボール規制手段は、スラスト荷重の大きさのみに基づいて設計することができる。この結果、旋回スクロールのスラスト荷重の支持と自転防止との２つの機能を兼用した場合に比べて、自転防止機構、ボール、ボール規制手段等の寸法公差を緩めることができるから、製造コストおよび管理コストを低減することができる。

さらに、ボールカップリング機構は、一対の支持部材間に自転防止機構の周囲に位置して複数のボールを設けると共に、一対の支持部材のボール支持面側にボール規制手段を設ける構成とした。このため、複数のボールは一対の支持部材間から逸脱することがないから、一対の支持部材間にグリス等の潤滑剤を保持することによって、ボールおよび自転防止機構の両方に潤滑剤を供給することができる。そして、一対の支持部材間に潤滑剤を保持すればよいから、例えば旋回スクロールの背面側に全周に亘って自転防止機構および荷重支持機構を設けた場合や、互いに対向した一対のガイドの内側にスライダを配置した場合に比べて、潤滑剤の保持機構を小さくすることができる。

また、ボールカップリング機構は旋回スクロールとケーシング側との間に複数個設ける構成としたから、複数のボールカップリング機構の間を通じて旋回スクロールに冷却風を供給することができる。このため、例えば旋回スクロールの背面側に全周に亘って自転防止機構および荷重支持機構を設けた場合に比べて、旋回スクロールに冷却風を容易に供給することができる。

請求項２の発明によれば、自転防止機構は、一方の支持部材の中心側に固定されスラスト方向に延びるピンと、他方の支持部材の中心側に配設され該ピンが挿入される挿入穴とによって構成した。このため、挿入穴の内周面にピンが摺接することによって旋回スクロールの自転を防止することができる。このとき、ピンおよび挿入穴の断面形状はいずれも円形に形成するから、ピンと挿入穴の内周面との間の摺動抵抗を小さくすることができる。この結果、例えばガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構の動力損失を低減することができる。

請求項３の発明によれば、自転防止機構は、一対の支持部材の中心側に固定してそれぞれ設けられスラスト方向に延びる一対のピンと、一対の支持部材の間に配設され該一対のピンが両方とも挿入されるリング部材とによって構成した。このため、リング部材の内周面に一対のピンが転がり接触することによって、旋回スクロールの自転を防止することができる。この結果、例えばガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構の動力損失を低減することができる。

請求項４の発明によれば、自転防止機構は、一対の支持部材の中心側にそれぞれ設けられ環状に突出した一対の環状突起部と、一対の支持部材の間に配設され該一対の環状突起部内に設けられたボールとによって構成した。このため、ボールが一対の環状突起部の内周面に転がり接触することによって、旋回スクロールの自転を防止することができる。この結果、例えばガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構の動力損失を低減することができる。

請求項５の発明によれば、ボールカップリング機構は、旋回スクロールの中心位置を通る直線上を除いた位置で旋回スクロールの周方向に間隔をもって少なくとも３箇所に配置し、このうち２箇所に自転防止機構を配置した。このため、例えば全ての方向の自転トルクを２個の自転防止機構を用いて確実に支持することができ、ボールカップリング機構の数をできるだけ少なくすることができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械を、無給油式の空気圧縮機に適用した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図４は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１はスクロール式空気圧縮機の外殻を構成するケーシングで、該ケーシング１は、図１に示す如く軸方向一側が開口した有底筒状体として形成されている。また、ケーシング１の軸方向他側には、軸線Ｏ1−Ｏ1上に後述の出力軸８Ａを有した電動モータ８が着脱可能に取付けられている。

この場合、ケーシング１は、軸方向一側（後述の固定スクロール２側）が開口した筒部１Ａと、該筒部１Ａの軸方向他側に一体形成され径方向内向きに延びた環状の底部１Ｂと、該底部１Ｂの内周側から軸方向一側に向けて突出した筒状の軸受取付部１Ｃとから大略構成されている。そして、ケーシング１の筒部１Ａ内には、後述の旋回スクロール４、偏心ブッシュ１２、バランスウェイト１３、ボールカップリング機構１５等が収容されている。

また、ケーシング１の底部１Ｂ側には、後述の旋回スクロール４に付加される軸方向（スラスト方向）のスラスト荷重をボールカップリング機構１５を介して受承する複数の台座部１Ｄ（図１、図２中に１個のみ図示）が設けられ、これらの台座部１Ｄは、ケーシング１の周方向に所定の間隔をもって配設されている。そして、各台座部１Ｄには、後述するボールカップリング機構１５のボール２１を収容するグリス収容部２４が設けられている。

２はケーシング１（筒部１Ａ）の開口端側に固定して設けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、ケーシング１と共に固定側部材を構成している。そして、固定スクロール２は、図１に示す如く軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として円板状に形成された鏡板２Ａと、該鏡板２Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２Ｂと、該ラップ部２Ｂを取囲む位置で鏡板２Ａの外周側に設けられ、複数のボルト３等によりケーシング１（筒部１Ａ）の開口端側に締結された筒状の支持部２Ｃとにより大略構成されている。

４は固定スクロール２と軸方向に対向する位置でケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールを示している。そして、該旋回スクロール４は、図１中に示すように軸線Ｏ2−Ｏ2を中心とする円板状の鏡板４Ａと、該鏡板４Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部４Ｂと、鏡板４Ａの背面（ラップ部４Ｂと反対側の面）側に突設され、後述の偏心ブッシュ１２に旋回軸受１４を介して取付けられる筒状の連結軸部４Ｃとにより大略構成されている。

また、旋回スクロール４の背面部の外径側には、後述するボールカップリング機構１５の支持部材１７が取付けられる複数の取付凹部４Ｄ（図１、図２中に１個のみ図示）が、旋回スクロール４の周方向に間隔をもって設けられている。そして、これらの取付凹部４Ｄは、ケーシング１の各台座部１Ｄ（取付凹部１Ｅ）と軸方向で対向する位置に配設されている。

ここで、旋回スクロール４の連結軸部４Ｃは、その中心となる軸線Ｏ2−Ｏ2が固定スクロール２の中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1に対して、後述の偏心ブッシュ１２により予め決められた所定の寸法δ分だけ径方向に偏心して配置されている。この状態で、旋回スクロール４のラップ部４Ｂは、固定スクロール２のラップ部２Ｂと重なり合うように配置され、これらのラップ部２Ｂ，４Ｂの間には、複数の圧縮室５（流体室）が画成されている。

そして、旋回スクロール４は、電動モータ８により後述の回転軸９と偏心ブッシュ１２とを介して駆動され、後述のボールカップリング機構１５によって自転を規制された状態で固定スクロール２に対し旋回運動を行う。即ち、旋回スクロール４は、固定スクロール２の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して前記寸法δ分の旋回半径をもって旋回動作するものである。

これにより、複数の圧縮室５のうち外径側の圧縮室５は、固定スクロール２の外周側に設けられた吸込口６から空気を吸込み、この空気は各圧縮室５内で旋回スクロール４の旋回動作に伴って連続的に圧縮される。そして、内径側の圧縮室５は、固定スクロール２の中心側に設けられた吐出口７から圧縮空気を外部に向けて吐出するものである。

８はケーシング１の底部１Ｂ側に設けられた駆動源としての電動モータで、該電動モータ８は、その出力軸８Ａが後述の回転軸９に一体的に連結されている。そして、電動モータ８の出力軸８Ａは、図１に示す軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転することにより、旋回スクロール４を後述の回転軸９、偏心ブッシュ１２等を介して旋回駆動するものである。

９はケーシング１の軸受取付部１Ｃ内に軸受１０等を介して回転可能に設けられた回転軸で、該回転軸９は、図１に示す如く基端側が電動モータ８の出力軸８Ａに着脱可能に固着され、電動モータ８によって回転駆動される。また、回転軸９の先端側には、偏心ブッシュ１２と旋回軸受１４とを介して旋回スクロール４の連結軸部４Ｃが旋回可能に連結されている。

また、回転軸９の基端側には、図１に示すように径方向外向きに延びるサブウェイト１１が一体形成され、このサブウェイト１１は、後述のバランスウェイト１３と旋回スクロール４とが回転するときにそれぞれ生じる遠心力が回転軸９等を傾ける方向の外力（モーメント力）となって作用するのを打消す機能を有するものである。

１２は回転軸９の先端側に設けられた段付筒状の偏心ブッシュで、該偏心ブッシュ１２は、旋回スクロール４の連結軸部４Ｃ側を回転軸９に後述の旋回軸受１４を介して偏心状態で連結している。そして、偏心ブッシュ１２は、回転軸９と一体に回転し、その回転を旋回スクロール４の旋回動作に変換するものである。また、偏心ブッシュ１２の外周側には、旋回スクロール４の旋回動作を安定させるためにバランスウェイト１３が一体に形成されている。

１４は旋回スクロール４の連結軸部４Ｃと偏心ブッシュ１２との間に配設された旋回軸受を示している。そして、旋回軸受１４は、旋回スクロール４の連結軸部４Ｃを偏心ブッシュ１２に対して旋回可能に支持し、旋回スクロール４が回転軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して旋回半径（寸法δ）をもって旋回動作するのを補償する。

１５はケーシング１の底部１Ｂと旋回スクロール４の背面側との間に設けられた複数（例えば３個）のボールカップリング機構で、該各ボールカップリング機構１５は、ケーシング１の各台座部１Ｄと旋回スクロール４の各取付凹部４Ｄとの間にそれぞれ位置して、例えば軸線Ｏ1−Ｏ1を中心にして周方向に等間隔（例えば１２０度間隔）に配置されている。これら３個のボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４の自転を防止すると共に、各圧縮室５の圧力によって旋回スクロール４に作用するスラスト荷重を支持する。そして、ボールカップリング機構１５は、後述する支持部材１６，１７、自転防止機構１８、ボール２１、円環状溝２２，２３によって構成されている。

１６はケーシング１の台座部１Ｄに設けられたケーシング側支持部材である。このケーシング側支持部材１６は、例えば圧入等の手段を用いてグリス収容部２４の奥部に回転不能に嵌合されている。また、ケーシング側支持部材１６は、例えば段付円筒状に形成され、小径側のボール支持面１６Ａは、後述のボール２１に当接している。

１７は旋回スクロール４の取付凹部４Ｄに設けられた旋回スクロール側支持部材である。この旋回スクロール側支持部材１７は、例えば取付凹部４Ｄに半分程度まで圧入等の手段を用いて回転不能に嵌合されている。ここで、旋回スクロール側支持部材１７は、例えば段付円柱状に形成され、大径な基端側が取付凹部４Ｄ内に挿嵌されている。一方、旋回スクロール側支持部材１７のうち小径な先端側は、ケーシング１のグリス収容部２４内に挿入されると共に、その先端面がケーシング側支持部材１６のボール支持面１６Ａとの間でボール２１を挟持するボール支持面１７Ａとなっている。

また、旋回スクロール側支持部材１７は、大径部分と小径部分との間に段部１７Ｂが形成されている。このとき、段部１７Ｂは、軸方向でグリス収容部２４の開口付近に位置している。そして、段部１７Ｂには、後述のシール部材２６が取付けられている。

１８は各支持部材１６，１７の中心側に設けられた自転防止機構で、該自転防止機構１８は、旋回スクロール側支持部材１７の中心側に固定されスラスト方向に延びる円柱状のピン１９と、ケーシング側支持部材１６の中心側に配設され該ピン１９が挿入される断面円形の挿入穴２０とによって構成されている。このとき、挿入穴２０の内径寸法φ1は、ピン１９の外径寸法φ2よりも旋回半径の２倍（寸法δ×２）だけ大きな値に設定されている。そして、旋回スクロール４が旋回運動するときには、ピン１９は、挿入穴２０の内周面に接触しつつ挿入穴２０の内周面に沿って変位する。これにより、自転防止機構１８は、挿入穴２０の内周面にピン１９が摺接することによって、旋回スクロール４の自転を防止している。

なお、本実施の形態では、旋回スクロール側支持部材１７にピン１９を設け、ケーシング側支持部材１６に挿入穴２０を設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、旋回スクロール側支持部材１７に挿入穴を設け、ケーシング側支持部材１６にピンを設ける構成としてもよい。

２１は自転防止機構１８の周囲に位置してケーシング側支持部材１６のボール支持面１６Ａと旋回スクロール側支持部材１７のボール支持面１７Ａとの間に設けられた複数のボールである。これらのボール２１は、例えば鋼球等の高い剛性をもった材料からなる球体によって形成され、自転防止機構１８を取囲んで周方向に等間隔に例えば６個設けられている。また、各ボール２１は、後述の円環状溝２２，２３に沿って転動することにより、該各円環状溝２２，２３によって転動する範囲が規制された状態となっている。

２２，２３は支持部材１６，１７のボール支持面１６Ａ，１７Ａにそれぞれ複数設けられた円環状溝である。ここで、旋回スクロール４の旋回動作に伴ってボール２１は予め決められた円軌跡に沿って転動するから、円環状溝２２，２３は、ボール２１の円軌跡に沿って設けられている。

そして、円環状溝２２，２３は、ボール２１のうちスラスト方向の両端側と転がり接触すると共に、接触箇所の断面が円弧状に形成されている。このとき、円環状溝２２，２３の断面の曲率半径は、ボール２１の半径（直径Ｄ1の半分）よりも大きな値に設定されている。これにより、円環状溝２２，２３は、支持部材１６，１７とボール２１との接触応力を低減している。

また、円環状溝２２，２３は、その溝深さが浅く形成され、ボール２１のうちスラスト方向の両端側以外の箇所とは殆ど接触しない。このため、旋回スクロール４に対して自転力が作用したときに、ボール２１等に比べて、自転防止機構１８が受ける自転力の方が大きい構成となっている。

２４はケーシング１の台座部１Ｄに設けられたグリス収容部で、該グリス収容部２４は、図２および図３に示すように台座部１Ｄに凹設された有底穴によって形成されている。また、グリス収容部２４の底面側には、ケーシング側支持部材１６が取付けられている。そして、グリス収容部２４の内部には、ケーシング側支持部材１６に加えて、旋回スクロール側支持部材１７のボール支持面１７Ａ、自転防止機構１８およびボール２１が収容されると共に、潤滑剤としてのグリスＧが収容されている。これにより、グリス収容部２４は、ボール２１の周囲に位置してボール２１を取囲むと共に、その内部にグリスＧを収容するためのグリス収容空間２５を画成している。

２６は旋回スクロール側支持部材１７の外周側に設けられたシール部材である。このシール部材２６は、例えば樹脂材料を用いて円形の鍔状に形成され、軸方向に対してグリス収容部２４の開口部と旋回スクロール側支持部材１７の段部１７Ｂとの間に挟持されている。これにより、シール部材２６は、内部のグリスＧが漏れ出さないように、グリス収容部２４の開口部と旋回スクロール側支持部材１７の外周との間をシールする。また、このシール部材２６は、グリス収容部２４に対して旋回スクロール側支持部材１７が旋回動作した場合でも、グリス収容部２４を閉塞できるように、その径寸法が設定されている。

本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

まず、電動モータ８に外部から給電して出力軸８Ａにより、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として回転軸９と偏心ブッシュ１２とを回転駆動すると、例えば３組のボールカップリング機構１５によって自転が規制された状態で、旋回スクロール４は所定の旋回半径（図１中の寸法δ）をもった旋回動作を行う。

これにより、固定スクロール２のラップ部２Ｂと旋回スクロール４のラップ部４Ｂとの間に画成された各圧縮室５は、外径側から内径側に向けて連続的に縮小される。そして、これらの圧縮室５のうち外径側の圧縮室５は、固定スクロール２の外周側に設けた吸込口６から空気を吸込み、この空気を各圧縮室５内で連続的に圧縮しつつ、内径側の圧縮室５から吐出口７を介して圧縮空気が外部に向けて吐出される。

また、このような圧縮運転時には、各圧縮室５内で圧縮された空気の圧力が旋回スクロール４の鏡板４Ａにスラスト荷重となって作用する。しかし、ケーシング１の底部１Ｂと旋回スクロール４の背面側との間には、例えば３組のボールカップリング機構１５が配置され、これらのボールカップリング機構１５は、一対の支持部材１６，１７の間で転動する複数のボール２１を備える構成している。

このため、旋回スクロール４の鏡板４Ａに付加されるスラスト荷重は、支持部材１６，１７とボール２１との間で受承することができる。これにより、旋回スクロール４がケーシング１の軸方向に変位したり、固定スクロール２に対して斜めに傾いたりするのを防ぎ、旋回スクロール４の旋回動作を安定させることができる。

一方、旋回スクロール４の自転力は、ピン１９と挿入穴２０からなる自転防止機構１８で受承することができる。これにより、旋回スクロール４の慣性モーメントの大きい大型のスクロール式流体機械に適用した場合でも、自転防止機構１８を用いて旋回スクロール４の自転力を確実に支持することができる。この結果、旋回スクロール４の自転方向の挙動が安定し、自転防止を確実にできる。

かくして、本実施の形態によれば、ボールカップリング機構１５は、一対の支持部材１６，１７の中心側に設けられた自転防止機構１８を備える構成とした。このため、自転防止機構１８を用いて、旋回スクロール４の自転を防止することができる。また、ボールカップリング機構１５は、自転防止機構１８の周囲に位置して一対の支持部材１６，１７間に設けられた複数のボール２１と、一対の支持部材１６，１７のボール支持面１６Ａ，１７Ａ側に設けられた円環状溝２２，２３とを備える構成とした。このため、複数のボール２１を用いて、スラスト方向の荷重を支持することができる。

また、ボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４の自転を防止する自転防止機構１８と、スラスト方向の荷重を支持する複数のボール２１とを別個に備える構成とした。このとき、自転防止機構１８にはスラスト方向の荷重が作用しないから、自転防止機構１８は、旋回スクロール４の自転力だけが作用する。このため、旋回スクロール４の慣性モーメントの大きい大型のスクロール式流体機械に適用した場合でも、自転防止機構１８を用いて自転力を確実に支持することができる。この結果、旋回スクロール４の自転方向の挙動が安定し、自転防止を確実にできる。

また、ボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４の自転を防止する自転防止機構１８と、スラスト方向の荷重を支持する複数のボール２１とを別個に備える構成とした。このため、自転防止機構１８とボール２１とを用いることによって、自転を防止する機能とスラスト荷重を支持する機能とを分離することができる。このため、自転防止機構１８は、自転力の大きさのみに基づいて設計することができる。一方、ボール２１や円環状溝２２，２３は、スラスト荷重の大きさのみに基づいて設計することができる。この結果、旋回スクロール４のスラスト荷重の支持と自転防止との２つの機能を兼用した場合に比べて、自転防止機構１８、ボール２１、円環状溝２２，２３等の寸法公差を緩めることができるから、製造コストおよび管理コストを低減することができる。

さらに、ボールカップリング機構１５は、一対の支持部材１６，１７間に自転防止機構１８の周囲に位置して複数のボール２１を設けると共に、一対の支持部材１６，１７のボール支持面１６Ａ，１７Ａ側に円環状溝２２，２３を設ける構成とした。このため、複数のボール２１は一対の支持部材１６，１７間から逸脱することがないから、グリス収容部２４内にボールカップリング機構１５を収容して一対の支持部材１６，１７間にグリスＧを保持することによって、ボール２１および自転防止機構１８の両方にグリスＧを供給することができる。そして、一対の支持部材１６，１７間にグリスＧを保持すればよいから、例えば特許文献１のように、旋回スクロールの背面側に全周に亘って自転防止機構および荷重支持機構を設けた場合や、特許文献２のように、互いに対向した一対のガイドの内側にスライダを配置した場合に比べて、グリス収容部２４を小さくすることができる。

また、ボールカップリング機構１５は旋回スクロール４とケーシング１との間に複数個設ける構成としたから、複数のボールカップリング機構１５の間を通じて旋回スクロール４に冷却風を供給することができる。このため、例えば特許文献１のように、旋回スクロール４の背面側に全周に亘って自転防止機構および荷重支持機構を設けた場合に比べて、旋回スクロール４に冷却風を容易に供給することができる。

さらに、自転防止機構１８は、旋回スクロール側支持部材１７の中心側に固定されたピン１９と、ケーシング側支持部材１６の中心側に配設され該ピン１９が挿入される挿入穴２０とによって構成した。このため、挿入穴２０の内周面にピン１９が摺接することによって、旋回スクロール４の自転を防止することができる。このとき、ピン１９および挿入穴２０の断面形状はいずれも円形に形成するから、ピン１９と挿入穴２０の内周面との間の摺動抵抗を小さくすることができる。この結果、例えば特許文献２のように、ガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構１８の動力損失を低減することができる。

次に、図５および図６は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、自転防止機構を、一対の支持部材にそれぞれ設けられた一対のピンと、一対の支持部材の間に配設され該一対のピンが両方とも挿入されるリング部材とによって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

３１は本実施の形態による自転防止機構を示し、該自転防止機構３１は、第１の実施の形態で述べた自転防止機構１８と同様に、一対の支持部材１６，１７の中心側に配置されている。但し、自転防止機構３１は、一対の支持部材１６，１７にそれぞれ設けられた一対のピン３２，３３と、一対の支持部材１６，１７の間に配設され該一対のピン３２，３３が両方とも挿入されるリング部材３４とによって構成されている点で、第１の実施の形態による自転防止機構１８とは異なる。

ここで、ピン３２は、ケーシング側支持部材１６の中心側に固定され、旋回スクロール４に向けてスラスト方向に延びている。一方、ピン３３は、旋回スクロール側支持部材１７の中心側に固定され、ケーシング１に向けてスラスト方向に延びている。そして、ピン３２，３３は、一対の支持部材１６，１７の間で互いに交差している。

また、リング部材３４は、ピン３２，３３を取囲む円筒状に形成されている。ここで、リング部材３４の内径寸法は、ピン３２，３３をリング部材３４の径方向両端に位置して内周面に接触させたときに、ピン３２の中心軸とピン３３の中心軸とが旋回半径（寸法δ）だけ離間した位置となる値に設定されている。具体的には、リング部材３４の内径寸法は、旋回半径にピン３２の半径寸法とピン３３の半径寸法とを加えた値に設定されている。

そして、旋回スクロール４が旋回運動するときには、ピン３２，３３は、リング部材３４の内周面に転がり接触しつつ、リング部材３４の内周面に沿って変位する。これにより、自転防止機構３１は、リング部材３４の内周面に一対のピン３２，３３が転がり接触することによって、旋回スクロール４の自転を防止している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、自転防止機構３１は、一対の支持部材１６，１７にそれぞれ設けられた一対のピン３２，３３と、一対の支持部材１６，１７の間に配設され該一対のピン３２，３３が両方とも挿入されるリング部材３４とによって構成した。このため、リング部材３４の内周面に一対のピン３２，３３が転がり接触することによって、旋回スクロール４の自転を防止することができる。この結果、例えばガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構３１の動力損失を低減することができる。

次に、図７および図８は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、自転防止機構を、一対の支持部材にそれぞれ設けられ環状に突出した一対の環状突起部と、一対の支持部材の間に位置して該一対の環状突起部内に設けられた自転防止用ボールとによって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

４１は本実施の形態による自転防止機構を示し、該自転防止機構４１は、第１の実施の形態で述べた自転防止機構１８と同様に、一対の支持部材１６，１７の中心側に配置されている。但し、自転防止機構４１は、一対の支持部材１６，１７にそれぞれ設けられた一対の環状突起部４２，４３と、一対の支持部材１６，１７の間に配設され該一対の環状突起部４２，４３内に設けられた自転防止用ボール４４とによって構成されている点で、第１の実施の形態による自転防止機構１８とは異なる。

ここで、環状突起部４２，４３は、支持部材１６，１７のボール支持面１６Ａ，１７Ａに円環状に突出して形成され、その内部に円形溝を形成している。これにより、環状突起部４２，４３の内部には、円形平面からなる底面４２Ａ，４３Ａが形成されている。そして、環状突起部４２，４３の内周面は、自転防止用ボール４４のうちスラスト方向から傾斜した方向の両端側と転がり接触すると共に、接触箇所の断面が直線状に形成されている。

これにより、環状突起部４２，４３は、自転防止用ボール４４に対して、スラスト方向と直交する方向（径方向や周方向）の力を作用させることができる。このため、自転防止用ボール４４および環状突起部４２，４３を用いることによって、ケーシング１の底部１Ｂ側で旋回スクロール４の自転力を支持することができる。

そして、環状突起部４２，４３は、旋回スクロール４の旋回動作に伴って自転防止用ボール４４を予め決められた円軌跡に沿ってガイドする。このとき、自転防止用ボール４４は、例えば環状突起部４２，４３と転がり接触する箇所が自転軸と直交した赤道位置に該当している。

また、自転防止用ボール４４は、スラスト荷重を支持するボール２１と同様に例えば鋼球等の高い剛性をもった材料からなる球体によって形成されている。さらに、自転防止用ボール４４の直径Ｄ2は、底面４２Ａ，４３Ａ間の離間寸法Ｔよりも小さい値（Ｄ2＜Ｔ）に設定されている。一方、ボール２１の直径Ｄ1は、支持部材１６，１７の円環状溝２２，２３の底面と常に接触する値に設定されている。これにより、自転防止用ボール４４のスラスト方向の両端側は底面４２Ａ，４３Ａから離間している。そして、自転防止機構４１は、自転防止用ボール４４が一対の環状突起部４２，４３の内周面に転がり接触することによって、旋回スクロール４の自転を防止している。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、自転防止機構４１は、一対の支持部材１６，１７にそれぞれ設けられた一対の環状突起部４２，４３と、一対の支持部材１６，１７の間に配設され該一対の環状突起部４２，４３内に設けられた自転防止用ボール４４とによって構成した。このため、自転防止用ボール４４が一対の環状突起部４２，４３の内周面に転がり接触することによって、旋回スクロール４の自転を防止することができる。この結果、例えばガイドとスライダを摺動させる自転防止機構に比べて、自転防止機構４１の動力損失を低減することができる。

次に、図９および図１０は本発明の第４の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、自転防止機構は、旋回スクロールの中心位置を通る直線上を除いた位置で旋回スクロールの周方向に間隔をもって２箇所に配置する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

また、本実施の形態では、電動モータ８と回転軸９とを連結する部分に遠心ファンからなる冷却ファン５１が取付けられているものの、他の構成は第１の実施の形態とほぼ同様である。さらに、冷却ファン５１は、ファンケーシング５２内に収容されると共に、該ファンケーシング５２の内部はケーシング４の外周側に取付けられたダクト５３に連通している。これにより、冷却ファン５１は、ファンケーシング５２およびダクト５３を通じて、ケーシング１内に位置する旋回軸受９等に向けて冷却風を供給するものである。

６１は本実施の形態によるボールカップリング機構を示し、該ボールカップリング機構６１は、第１の実施の形態によるボールカップリング機構１５とほぼ同様に、支持部材１６，１７、自転防止機構１８、ボール２１、円環状溝２２，２３によって構成されている。

但し、第１の実施の形態による自転防止機構１８は旋回スクロール４の周方向に等間隔に３個配置されているのに対し、本実施の形態による自転防止機構１８は、旋回スクロール４の中心位置を通る直線上を除いた位置で旋回スクロール４の周方向に間隔をもって２箇所に配置されている点で異なる。

具体的には、ボールカップリング機構６１は、旋回スクロール４の周方向に等間隔な３箇所のうち２箇所に配置されているものの、残余に１箇所には自転防止機構を省いた他のボールカップリング機構６２が配置されている。

即ち、ボールカップリング機構６１は、ケーシング１の軸受取付部１Ｃの外周側に位置して、軸受取付部１Ｃを中心として周方向に離間した位置に配置されている。また、２個のボールカップリング機構６１と軸受取付部１Ｃの中心とが形成する角度は、例えば１２０度程度に設定されている。これにより、２個のボールカップリング機構６１と旋回スクロール４の中心位置とが一直線に並ばないように配置されている。

かくして、このように構成される本実施の形態でも、前記第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、３個のボールカップリング機構６１，６２を３箇所に配置すると共に、ボールカップリング機構６１の自転防止機構１８は、旋回スクロール４の中心位置を通る直線上を除いた位置で旋回スクロール４の周方向に間隔をもって２箇所に配置する構成とした。

ここで、例えば２個の自転防止機構を旋回スクロール４の中心位置を挟んで径方向の反対側に配置した場合には、２個の自転防止機構と旋回スクロール４の中心位置とが一直線に並ぶ。この場合、この直線と直交する方向の自転トルク（自転力）は、これら２個の自転防止機構では支持できなくなる。

これに対し、本実施の形態では、２個の自転防止機構１８は、旋回スクロール４の中心位置を通る直線上を除いた位置で旋回スクロール４の周方向に間隔をもって２箇所に配置した。このため、全ての方向の自転トルクを２個の自転防止機構１８を用いて確実に支持することができ、旋回スクロール４の自転を防止することができる。

また、本実施の形態では、２個のボールカップリング機構６１とは周方向の異なる位置に他のボールカップリング機構６２を設けたから、旋回スクロール４のスラスト荷重は、ボールカップリング機構６１，６２を用いて３箇所で支持することができる。このため、旋回スクロール４の挙動を安定させることができる。

なお、前記第４の実施の形態では、ボールカップリング機構６１は、第１の実施の形態による自転防止機構１８を備える構成としたが、第２，第３の実施の形態による自転防止機構３１，４１を備える構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、ボールカップリング機構１５，６１は６個のボール２１を備える構成としたが、本発明はこれに限らず、２〜５個のボールを備える構成としてもよく、７個以上のボールを備える構成としてもよい。

また、前記第１〜第３の実施の形態では、ボールカップリング機構１５は、周方向に間隔をもった３箇所に設ける構成としたが、４箇所以上に設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、支持部材１６，１７は取付対象となるケーシング１、旋回スクロール４とは別部材によって形成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば支持部材を取付対象となるケーシング、旋回スクロール等と一体に形成する構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、ボールカップリング機構１５，６１はケーシング１と旋回スクロール４との間に設ける構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば旋回スクロールと固定スクロールとが接近する方向に向けてスラスト荷重が作用するときには、旋回スクロールと固定スクロールとの間にボールカップリング機構を設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、スクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にもスクロール式流体機械として広く適用できるものである。

本発明の第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。 図１中のボールカップリング機構を拡大して示す要部縦断面図である。 図２中のボールカップリング機構を拡大して示す拡大縦断面図である。 ボールカップリング機構を図３中の矢示IV−IV方向からみた断面図である。 第２の実施の形態によるボールカップリング機構を拡大して示す図３と同様位置の拡大縦断面図である。 ボールカップリング機構を図５中の矢示VI−VI方向からみた断面図である。 第３の実施の形態によるボールカップリング機構を拡大して示す図３と同様位置の拡大縦断面図である。 ボールカップリング機構を図７中の矢示VIII−VIII方向からみた断面図である。 第４の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を図１０中の矢示IX−IX方向からみた縦断面図である。 第４の実施の形態によるケーシングおよび自転防止機構の一部を図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた右側面図である。

符号の説明

１ ケーシング
２ 固定スクロール
４ 旋回スクロール
２Ａ，４Ａ 鏡板
２Ｂ，４Ｂ ラップ部
５ 圧縮室（流体室）
１５，６１ ボールカップリング機構
１６ ケーシング側支持部材（支持部材）
１７ 旋回スクロール側支持部材（支持部材）
１６Ａ，１７Ａ ボール支持面
１８，３１，４１ 自転防止機構
１９，３２，３３ ピン
２０ 挿入穴
２１ ボール
２２，２３ 円環状溝（ボール規制手段）
３４ リング部材
４２，４３ 環状突起部
４４ 自転防止用ボール

Claims (5)

1. ケーシングと、該ケーシングに設けられ鏡板に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、鏡板にラップ部が立設され該固定スクロールのラップ部と重ねた状態で旋回運動することによって各ラップ部間の流体室で流体を圧縮または膨張する旋回スクロールと、該旋回スクロールとケーシングまたは固定スクロールとの間に設けられスラスト荷重を支持する複数のボールカップリング機構とを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記ボールカップリング機構のうち少なくとも１つは、
   前記旋回スクロールとケーシングまたは固定スクロールとの間でボール支持面を対面させて設けられた一対の支持部材と、
   該一対の支持部材の中心側に位置して前記旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、
   該自転防止機構の周囲に位置して前記一対の支持部材間に設けられスラスト方向の荷重を支持する複数のボールと、
   前記一対の支持部材のボール支持面側に位置して該各ボールの数に対応して設けられ該各ボールが転動する範囲を規制するボール規制手段とによって構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記自転防止機構は、一方の支持部材の中心側に固定されスラスト方向に延びるピンと、他方の支持部材の中心側に配設され該ピンが挿入される挿入穴とからなり、該挿入穴の内周面に前記ピンが摺接することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記自転防止機構は、前記一対の支持部材の中心側に固定してそれぞれ設けられスラスト方向に延びる一対のピンと、前記一対の支持部材の間に配設され該一対のピンが両方とも挿入されるリング部材とからなり、該リング部材の内周面に前記一対のピンが転がり接触することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記自転防止機構は、前記一対の支持部材の中心側にそれぞれ設けられ環状に突出した一対の環状突起部と、前記一対の支持部材の間に配設され該一対の環状突起部内に設けられたボールとからなり、該ボールが前記一対の環状突起部の内周面に転がり接触することによって前記旋回スクロールの自転を防止する構成としてなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記ボールカップリング機構は、３箇所に配置する構成とし、前記旋回スクロールの中心位置を通る直線上を除いた位置で前記旋回スクロールの周方向に間隔をもって少なくとも２箇所に前記自転防止機構を配置する構成としてなる請求項１，２，３または４に記載のスクロール式流体機械。

Images