JP2010031794A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 無給油式で浮動バランスウエイトと駆動軸との間の摩耗等を防止する。
【解決手段】 駆動軸１５には、回転軸から偏心したクランクピン１６を設けると共に、回転バランスを保持するための固定バランスウエイト２２を設ける。また、浮動バランスウエイト２３には、旋回スクロール７の旋回軸受１９内に挿入される取付部２５を設けると共に、取付部２５には、クランクピン１６が挿入されるピン挿入孔２６を設ける。このとき、ピン挿入孔２６は、浮動バランスウエイト２３が駆動軸１５の径方向に対して変位可能となるように、楕円形状に形成する。また、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間には、潤滑剤Ｇを封入すると共に、シール部材２８を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば空気等の流体の圧縮機、真空ポンプ、膨張機等に用いて好適な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、空気、冷媒等の流体を圧縮する圧縮機、容器内を減圧する真空ポンプ、流体を膨張させる膨張機等がある。この種のスクロール式流体機械は、ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって前記固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、前記旋回スクロールを旋回動作するために前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸とを備えている。

そして、スクロール式流体機械は、モータ等の駆動源により駆動軸を介して旋回スクロールを旋回動作させる。これにより、スクロール式流体機械は、例えば空気、冷媒等の流体を各流体室内で順次圧縮する。

また、スクロール式流体機械として、駆動軸にはその回転バランスを保持するために固定バランスウエイトを設けると共に、駆動軸の径方向に変位可能な状態で駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイトを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、駆動軸が回転駆動したときには、浮動バランスウエイトは、旋回スクロールの遠心力が作用する方向と逆方向に変位し、旋回スクロールの遠心力の全部または一部を相殺する構成となっている。

特開平４−３２１７８５号公報

ところで、従来技術によるスクロール式流体機械では、ケーシングの内部に潤滑油を貯留し、該潤滑油を浮動バランスウエイトと駆動軸との摺動部位等に給油する構成となっている。しかし、無給油式のスクロール式流体機械に適用する場合には、浮動バランスウエイトと駆動軸との間に潤滑性がないと、これらの接触部に摩耗やフレッティング（fretting）が生じるという問題がある。

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、無給油式であっても浮動バランスウエイトと駆動軸との間の摩耗等を防止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。

本発明は、ケーシングと、該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって該固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、前記ケーシングに回転可能に設けられ先端側がクランクピンとなった駆動軸と、該駆動軸に設けられ該駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持する固定バランスウエイトと、前記駆動軸に設けられ前記駆動軸の径方向に変位可能な状態で前記駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイト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、前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、潤滑剤を封入すると共に当該潤滑剤の漏洩を防止するシール部材を設ける構成としたことにある。

請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、これらの間の潤滑性を保持する自己潤滑性部材を設ける構成としたことにある。

請求項３の発明が採用する構成の特徴は、前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトが変位するときに弾性変形する弾性体を設ける構成としたことにある。

請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、径方向のばね定数が小さく回転方向のばね定数が大きい異方性ばね部材を設ける構成としたことにある。

請求項１の発明によれば、浮動バランスウエイトの取付部には駆動軸のクランクピンが挿入されるピン挿入孔を設けたから、浮動バランスウエイトに遠心力が作用したときには、浮動バランスウエイトは、クランクピンに対して径方向に変位する。このとき、浮動バランスウエイトの遠心力は、駆動軸に作用することなく、旋回スクロールに作用する。このため、浮動バランスウエイトの遠心力によって、旋回スクロールの遠心力の全部または一部を相殺することができ、自転防止機構に作用する旋回スクロールの遠心力を低減することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には潤滑剤を封入する構成とした。このため、浮動バランスウエイトに遠心力が作用して、浮動バランスウエイトがクランクピンに対して径方向に変位したときでも、潤滑剤によってピン挿入孔とクランクピンとの間の摩擦を低減することができ、これらの摩耗やフレッティングを防止することができる。

さらに、ピン挿入孔と駆動軸のクランクピンとの間にはシール部材を設けたから、該シール部材によってピン挿入孔とクランクピンとの間から潤滑剤が漏洩するのを防ぐことができる。これにより、ピン挿入孔とクランクピンとの間に潤滑剤を確実に保持することができ、無給油式のスクロール式流体機械であっても、ピン挿入孔とクランクピンとの間を常に潤滑状態に保持することができる。

請求項２の発明によれば、浮動バランスウエイトの取付部には駆動軸のクランクピンが挿入されるピン挿入孔を設けたから、請求項１の発明と同様に、旋回スクロールの遠心力を低減することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には自己潤滑部材を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイトに遠心力が作用して、浮動バランスウエイトがクランクピンに対して径方向に変位したときでも、自己潤滑部材によってピン挿入孔とクランクピンとの間の摩擦を低減することができ、これらの摩耗やフレッティングを防止することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には自己潤滑性部材を設ける構成としたから、自己潤滑性部材によってピン挿入孔とクランクピンとの間を常に潤滑状態に保持することができる。

請求項３の発明によれば、浮動バランスウエイトの取付部には駆動軸のクランクピンが挿入されるピン挿入孔を設けたから、請求項１の発明と同様に、旋回スクロールの遠心力を低減することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には弾性体を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイトに遠心力が作用したときには、浮動バランスウエイトは、弾性体が弾性変形することによって、クランクピンに対して径方向に変位することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には弾性体を設けたから、クランクピンには摺接する部位がない。このため、クランクピン等に摩耗やフレッティングを生じることがなく、潤滑剤やシール部材を省くことができ、製造コストを軽減することができる。

請求項４の発明によれば、浮動バランスウエイトの取付部には駆動軸のクランクピンが挿入されるピン挿入孔を設けたから、請求項１の発明と同様に、旋回スクロールの遠心力を低減することができる。

また、ピン挿入孔と駆動軸のクランクピンとの間には、径方向のばね定数が小さく径方向と直交する回転方向のばね定数が大きい異方性ばね部材を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイトに遠心力が作用したときには、異方性ばね部材が径方向に弾性変形し、浮動バランスウエイトは、クランクピンに対して径方向に変位することができる。

また、ピン挿入孔とクランクピンとの間には異方性ばね部材を設けたから、ピン挿入孔とクランクピンとが接触することがない。このため、ピン挿入孔とクランクピンとの間で摩耗等を生じることがないから、信頼性、耐久性を高めることができると共に、潤滑剤やシール部材を省くことができ、製造コストを軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械として無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図６は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１は空気を圧縮するスクロール式空気圧縮機を示している。このスクロール式空気圧縮機１は、後述のケーシング２、固定スクロール４、旋回スクロール７、補助クランク機構１１、駆動軸１５等により大略構成されている。

２はスクロール式空気圧縮機１の外枠を形成するケーシングで、該ケーシング２は、軸方向の一側がほぼ閉塞され、他側が開口した段付筒状体として形成されている。また、ケーシング２は、大径筒部２Ａと、該大径筒部２Ａよりも小径な筒状に形成され該大径筒部２Ａの軸方向の一側から外側に向けて突出した小径な軸受筒部２Ｂと、該軸受筒部２Ｂと大径筒部２Ａとの間に形成された環状部２Ｃとにより大略構成されている。

さらに、ケーシング２の外周側には、固定側の軸受収容部３が周方向に離間して例えば３箇所（１箇所のみ図示）に設けられている。そして、軸受収容部３は、旋回スクロール７側が開口した段付の円形穴によって形成されると共に、その内部に後述する補助クランク機構１１のケーシング側軸受１２を収容している。

４はケーシング２の他側に設けられた固定スクロールである。この固定スクロール４は、ケーシング２の大径筒部２Ａを軸方向他側から閉塞するように該大径筒部２Ａの開口端に固定されている。また、固定スクロール４は、軸線Ｏ−Ｏを中心としてほぼ円板状に形成された鏡板４Ａと、該鏡板４Ａの表面に軸方向に立設された渦巻状のラップ部４Ｂと、該ラップ部４Ｂを取囲んで鏡板４Ａの外周側に設けられた筒部４Ｃと、鏡板４Ａの背面に突設された複数の冷却フィン４Ｄとによって大略構成されている。

５は固定スクロール４に設けられた例えば２個の吸込口で、該各吸込口５は、鏡板４Ａの外周側から筒部４Ｃにかけて開口し、後述する外周側の圧縮室１０に連通している。そして、吸込口５は、吸込フィルタ５Ａを通じて外周側の圧縮室１０内に空気を流通させるものである。

６は固定スクロール４の鏡板４Ａの中心側に設けられた吐出口で、該吐出口６は、最中心側の圧縮室１０に連通し、この圧縮室１０内の圧縮空気を吐出パイプ６Ａから外部に吐出させるものである。

７は固定スクロール４と対向してケーシング２の大径筒部２Ａ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。この旋回スクロール７は、固定スクロール４の鏡板４Ａと対向して配置されたほぼ円板状の鏡板７Ａと、該鏡板７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部７Ｂと、鏡板７Ａの背面に突設された複数の冷却フィン７Ｃと、該冷却フィン７Ｃの先端側に位置して固定された背面プレート７Ｄとによって大略構成されている。

また、背面プレート７Ｄの中央側には、後述する駆動軸１５のクランクピン１６と回転可能に連結される有底筒状のボス部８が一体形成されている。さらに、背面プレート７Ｄの外周側には、固定側の軸受収容部３と対応した位置に旋回側の軸受収容部９が例えば３箇所（１箇所のみ図示）に設けられている。そして、軸受収容部９は、ケーシング２の環状部２Ｃ側が開口した有底の円形穴によって形成され、その内部に後述する補助クランク機構１１のスクロール側軸受１３を収容している。

１０は固定スクロール４と旋回スクロール７との間に設けられた流体室としての複数の圧縮室である。これらの圧縮室１０は、旋回スクロール７が旋回運動するときに、ラップ部４Ｂ，７Ｂの外周側から中心側に向けて移動しつつ、これらの間で連続的に縮小される。これにより、各圧縮室１０のうち外周側の圧縮室１０には、吸込口５から空気が吸込まれ、この空気を中心側の圧縮室１０に達するまでに圧縮する。そして、この圧縮空気を吐出口６から吐出し、吐出パイプ６Ａを介して外部の空気タンク（図示せず）等に貯える。

１１はケーシング２の環状部２Ｃと旋回スクロール７との間に周方向に離間して例えば３個配設された自転防止機構としての補助クランク機構（１個のみ図示）を示している。これらの補助クランク機構１１は、図１に示すように、ケーシング側軸受１２、スクロール側軸受１３および補助クランク軸１４によって大略構成されている。

ここで、ケーシング側軸受１２は、ケーシング２の軸受収容部３内に収容されている。一方、スクロール側軸受１３は、旋回スクロール７の軸受収容部９内に収容されている。また、補助クランク軸１４は、駆動軸１５と実質的に同じ偏心量をもって偏心すると共に、その両端側がケーシング側軸受１２とスクロール側軸受１３とによって回転可能に支持されている。これにより、補助クランク機構１１は、旋回スクロール７が駆動軸１５の回転駆動によって旋回するときに、旋回スクロール７が自転するのを防止する。

１５はケーシング２の軸受筒部２Ｂに軸受１７，１８を介して回転可能に設けられた駆動軸である。この駆動軸１５は、モータ（図示せず）によって駆動されることにより、軸線Ｏ−Ｏを中心として回転し、旋回スクロール７を旋回動作させるものである。

ここで、駆動軸１５の他端側には、軸線Ｏ−Ｏに対して一定の寸法（偏心量ε）だけ径方向に偏心したクランクピン１６が設けられ、このクランクピン１６は、基端側に位置して外径寸法が大きい大径部１６Ａと、先端側に位置して外径寸法が小さい小径部１６Ｂとを備え、大径部１６Ａおよび小径部１６Ｂによって段付円柱状に形成されている。そして、クランクピン１６は、旋回軸受１９等を介して旋回スクロール７のボス部８に回転可能に連結されている。このとき、旋回軸受１９は、駆動軸１５のクランクピン１６に旋回スクロール７を回転可能に支持する。

また、駆動軸１５の一端側はケーシング２の外部に突出すると共に、その突出部分には軸線Ｏ−Ｏから径方向に位置ずれして副バランスウエイト２０が設けられている。このとき、副バランスウエイト２０は、後述する固定バランスウエイト２２、浮動バランスウエイト２３と一緒に駆動軸１５の回転バランスをとるものである。さらに、駆動軸１５の一端側は、モータの出力側にベルト（図示せず）等を介して接続される。

また、ボス部８の開口側には、旋回軸受１９の軸方向の一端側に位置してオイルシール２１が設けられている。そして、オイルシール２１は、グリース等の潤滑剤が旋回軸受１９から漏洩するのを防止している。

２２は駆動軸１５のうちクランクピン１６の基端側に設けられた固定バランスウエイトである。この固定バランスウエイト２２は、駆動軸１５の回転中心（軸線Ｏ−Ｏ）を挟んでクランクピン１６の反対側に配置されている。また、固定バランスウエイト２２は、図４に示すように、略扇形状に形成されると共に、その要部分が駆動軸１５に固着されている。そして、固定バランスウエイト２２は、駆動軸１５と一緒に回転して駆動軸１５の回転バランスを保持する。

２３は駆動軸１５の他端側に設けられた浮動バランスウエイトである。この浮動バランスウエイト２３は、固定バランスウエイト２２と重ね合わせた状態で駆動軸１５に取付けられている。ここで、浮動バランスウエイト２３は、扇形状に形成されたウエイト部２４と、該ウエイト部２４の要部分に位置して軸方向に延びる段付円筒状に形成された取付部２５とを備えている。

また、取付部２５には、駆動軸１５のクランクピン１６が挿入されるピン挿入孔２６が設けられている。このピン挿入孔２６は、クランクピン１６に対して浮動バランスウエイト２３を駆動軸１５の径方向に変位可能な状態で取付けるものである。

具体的には、ピン挿入孔２６は、クランクピン１６の大径部１６Ａと小径部１６Ｂに対応した大径孔２６Ａと小径孔２６Ｂとによって構成され、軸方向に貫通している。また、大径孔２６Ａは、大径部１６Ａの外径寸法よりも大きな内径寸法を有し、大径孔２６Ａの内周面と大径部１６Ａの外周面との間に隙間が形成されている。

一方、小径孔２６Ｂは、その断面が例えば略楕円形状に形成され、駆動軸１５の径方向が楕円の長軸となり、径方向と直交する駆動軸１５の回転方向が楕円の短軸となっている。このため、駆動軸１５の径方向に対しては、小径孔２６Ｂの内周面と小径部１６Ｂの外周面との間に大きな間隔をもった隙間Ｓ1が形成されている。一方、駆動軸１５の回転方向に対しては、小径孔２６Ｂの内周面と小径部１６Ｂの外周面とが互いに近接して配置されるため、隙間Ｓ1は殆ど形成されない。そして、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間には、例えばグリース等の潤滑剤Ｇが封入されている。

さらに、浮動バランスウエイト２３と固定バランスウエイト２２との間には、これらを連結する連結機構２７が設けられている。このとき、連結機構２７は、駆動軸１５の軸中心とクランクピン１６の軸中心とを結ぶ直線の延長線上に位置して固定バランスウエイト２２に設けられた円柱状の連結ピン２７Ａと、浮動バランスウエイト２３のウエイト部２４に設けられ連結ピン２７Ａが係合する係合穴２７Ｂとによって構成されている。ここで、連結ピン２７Ａは、例えば潤滑性を有する銅等の金属材料または自己潤滑性の樹脂材料を用いて形成されている。

そして、係合穴２７Ｂは、小径孔２６Ｂと同様に、その断面が例えば略楕円形状に形成され、駆動軸１５の径方向が楕円の長軸となり、駆動軸１５の回転方向が楕円の短軸となっている。このため、係合穴２７Ｂの内周面と連結ピン２７Ａの外周面との間には、駆動軸１５の径方向には大きな間隔をもった隙間Ｓ2が形成されるものの、駆動軸１５の回転方向には隙間Ｓ2が殆ど形成されてない。

これにより、浮動バランスウエイト２３は、連結機構２７によって固定バランスウエイト２２と連結し、固定バランスウエイト２２と同期して駆動軸１５と一緒に回転する。また、浮動バランスウエイト２３のピン挿入孔２６とクランクピン１６との間には、駆動軸１５の径方向に沿って隙間Ｓ1が形成されると共に、連結機構２７の係合穴２７Ｂと連結ピン２７Ａとの間にも駆動軸１５の径方向に沿って隙間Ｓ2が形成されている。このため、浮動バランスウエイト２３は、固定バランスウエイト２２に対して駆動軸１５の径方向に変位可能な状態で取付けられている。

さらに、取付部２５の外周面のうち大径孔２６Ａと対応した位置にはオイルシール２１が摺接すると共に、小径孔２６Ｂと対応した位置には旋回軸受１９の内輪が取付けられている。

なお、本実施の形態では、連結機構２７は、円柱状の連結ピン２７Ａと断面楕円形状の係合穴２７Ｂとによって構成するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば駆動軸１５の径方向に延びるキー部材と、駆動軸１５の径方向に延びるキー溝とを係合させる構成としてもよい。

２８はクランクピン１６の基端側に位置して大径部１６Ａの外周に取付けられたシール部材である。このシール部材２８は、例えばＯリング等によって構成され、大径部１６Ａの外周面に凹設された環状のシール装着溝２９に取付けられている。そして、シール部材２８は、大径孔２６Ａの内周面に弾性的に接触する。これにより、シール部材２８は、潤滑剤Ｇがピン挿入孔２６とクランクピン１６との間からクランクピン１６の基端側に向けて漏洩するのを防止している。

また、浮動バランスウエイト２３の取付部２５の外周側にはオイルシール２１が設けられている。このため、潤滑剤Ｇがピン挿入孔２６とクランクピン１６との間からクランクピン１６の先端側に漏洩するときでも、取付部２５とボス部８との間はオイルシール２１によって封止されている。この結果、シール部材２８とオイルシール２１は、潤滑剤Ｇがボス部８の底部側から漏洩するのを防ぐことができるから、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間を潤滑状態に保持することができると共に、旋回軸受１９から潤滑剤Ｇが漏洩するのも防止することができる。

第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機１は上述の如き構成を有するもので、次に、その動作について説明する。

まず、電動モータにより駆動軸１５を回転し、旋回軸受１９を介して旋回スクロール７を旋回動作させると、固定スクロール４のラップ部４Ｂと旋回スクロール７のラップ部７Ｂとの間に画成された圧縮室１０が連続的に縮小する。これにより、吸込口５から吸込んだ外気は、各圧縮室１０で順次圧縮することにより、圧縮空気として吐出口６から吐出し、外部の空気タンク等に貯留することができる。

この圧縮運転時に、各補助クランク機構１１は、旋回スクロール７の自転を防止しつつ、この旋回スクロール７を固定スクロール４に対して旋回動作させている。また、圧縮運転時には、各圧縮室１０の圧力がスラスト荷重となって旋回スクロール７に作用する。このスラスト荷重は、３個の補助クランク機構１１を用いて支持する。

然るに、旋回スクロール７の旋回運動に伴って、旋回スクロール７には遠心力が作用する。この遠心力は、旋回軸受１９および補助クランク機構１１によって分担して支持する。ここで、浮動バランスウエイト２３は、ピン挿入孔２６および連結機構２７によって駆動軸１５に径方向に変位可能な状態で連結されている。そして、浮動バランスウエイト２３にも遠心力が作用するから、浮動バランスウエイト２３は、遠心力によって駆動軸１５の径方向に向けて僅かに変位する。

このとき、浮動バランスウエイト２３の遠心力は、駆動軸１５に作用することなく、旋回スクロール７に作用する。また、浮動バランスウエイト２３の重心位置は、駆動軸１５の回転中心を挟んで旋回スクロール７の重心位置とは反対側に配置されている。このため、浮動バランスウエイト２３は、旋回スクロール７の遠心力が働く方向とは逆方向に向けて変位し、旋回スクロール７の遠心力の一部または全部を相殺する。この結果、補助クランク機構１１に作用する遠心力が減少するから、補助クランク機構１１等の信頼性、耐久性を高めることができる。

また、第１の実施の形態によれば、浮動バランスウエイト２３のピン挿入孔２６と駆動軸１５のクランクピン１６との間には潤滑剤Ｇを封入する構成とした。このため、浮動バランスウエイト２３に遠心力が作用して、浮動バランスウエイト２３がクランクピン１６に対して径方向に変位したときでも、潤滑剤Ｇによってピン挿入孔２６とクランクピン１６との間の摩擦を低減することができ、これらの摩耗やフレッティングを防止することができる。

さらに、浮動バランスウエイト２３の取付部２５にはピン挿入孔２６を設けると共に、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間にはシール部材２８を設けた。また、浮動バランスウエイト２３の取付部２５の外周側にはオイルシール２１を設けた。このため、旋回スクロール７のボス部８内には、シール部材２８およびオイルシール２１によって封止された潤滑剤Ｇの収容空間を形成することができる。

従って、シール部材２８およびオイルシール２１によって、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間および旋回軸受１９から潤滑剤Ｇが漏洩するのを防止することができる。この結果、無給油式のスクロール式空気圧縮機１であっても、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間を常に潤滑状態に保持することができるから、これらの間で摩耗やフレッティングが生じることがなく、信頼性、耐久性を高めることができる。

また、駆動軸１５のクランクピン１６と旋回軸受１９との間には、クランクピン１６に対して径方向に変位可能な取付部２５を設ける構成としたから、駆動軸１５は、軸受１７，１８によって２箇所で支持されるため、静定支持することができる。さらに、旋回スクロール７は、補助クランク機構１１によって３箇所で支持されるため、取付部２５が径方向に変位不能な場合に比べて、４点不静定から３点不静定に減少させることができる。これにより、位置誤差、熱膨張等に伴う不静定荷重を抑制することができ、軸受１２，１３，１７，１８等の破損を防止することができる。

なお、第１の実施の形態では、シール部材２８およびオイルシール２１によって、ピン挿入孔２６とクランクピン１６との間に潤滑剤Ｇを封止する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば取付部２５を有底筒状に形成した場合には、クランクピン１６の先端側が閉塞されるから、シール部材２８のみによってピン挿入孔２６とクランクピン１６との間に潤滑剤Ｇを封止することができる。

次に、図７および図８は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、浮動バランスウエイトのピン挿入孔と駆動軸のクランクピンとの間には、これらの間の潤滑性を保持する自己潤滑性部材を設ける構成としたことにある。なお、第２の実施の形態では、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は浮動バランスウエイト２３の取付部を示している。この取付部３１は、第１の実施の形態による取付部２５とほぼ同様に、扇形状をなすウエイト部２４の要部分に位置して段付円筒状に形成されている。

また、取付部３１には、駆動軸１５のクランクピン１６が挿入されるピン挿入孔３２が設けられている。このピン挿入孔３２は、第１の実施の形態によるピン挿入孔２６と同様に、大径孔３２Ａと小径孔３２Ｂとによって構成され、クランクピン１６に対して浮動バランスウエイト２３を駆動軸１５の径方向に変位可能な状態で取付けるものである。但し、小径孔３２Ｂは、その断面が例えば円形状に形成されている。

３３はピン挿入孔３２とクランクピン１６との間に設けられた自己潤滑性部材としてのスライドブッシュである。このスライドブッシュ３３は、例えば銅等の金属材料または四フッ化エチレン系の樹脂材料等のように自己潤滑性をもった材料を用いて略円筒状に形成されている。そして、スライドブッシュ３３は、その外周面が例えばピン挿入孔３２内に圧入固定され、廻止め状態で取付部３１に取付けられている。また、スライドブッシュ３３の内周側には、表面が平面状となった廻止め部３３Ａが形成されている。このため、スライドブッシュ３３の内部には、円形の一部を直線状に切欠いた断面形状となった貫通孔３４が形成されている。

一方、クランクピン１６の小径部１６Ｂには、円弧状の外周面の一部を平坦面状に切欠いた切欠き３５が形成されている。これにより、クランクピン１６の切欠き３５とスライドブッシュ３３の廻止め部３３Ａとが係合し、スライドブッシュ３３は、廻止め状態で小径部１６Ｂの外周側に取付けられている。

ここで、クランクピン１６の切欠き３５は、駆動軸１５の径方向と平行に延びている。また、スライドブッシュ３３の貫通孔３４は、小径部１６Ｂの外径寸法よりも大きな内径寸法を有している。このため、スライドブッシュ３３の貫通孔３４と小径部１６Ｂとの間には、駆動軸１５の径方向には大きな間隔をもった隙間Ｓ1が形成され、駆動軸１５の回転方向には殆ど隙間Ｓ1が形成されない。これにより、取付部３１は、クランクピン１６に対して駆動軸１５の径方向に変位可能な状態となり、スライドブッシュ３３の廻止め部３３Ａとクランクピン１６の切欠き３５とは互いに摺接する構成となっている。

かくして、このように構成された第２の実施の形態でも、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、第２の実施の形態では、ピン挿入孔３２とクランクピン１６との間にはスライドブッシュ３３を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイト２３に遠心力が作用して、浮動バランスウエイト２３がクランクピン１６に対して径方向に変位したときでも、スライドブッシュ３３によってピン挿入孔３２とクランクピン１６との間の摩擦を低減することができ、これらの摩耗やフレッティングを防止することができる。

また、ピン挿入孔３２とクランクピン１６との間にはスライドブッシュ３３を設ける構成としたから、スライドブッシュ３３によってピン挿入孔３２とクランクピン１６との間を常に潤滑状態に保つことができる。

次に、図９および図１０は本発明の第３の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、浮動バランスウエイトのピン挿入孔と駆動軸のクランクピンとの間には、弾性体を設ける構成としたことにある。なお、第３の実施の形態では、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は浮動バランスウエイト２３の取付部を示している。この取付部４１は、第１の実施の形態による取付部２５とほぼ同様に、扇形状をなすウエイト部２４の要部分に位置して段付円筒状に形成されている。

また、取付部４１には、駆動軸１５のクランクピン１６が挿入されるピン挿入孔４２が設けられている。このピン挿入孔４２は、第１の実施の形態によるピン挿入孔２６と同様に、大径孔４２Ａと小径孔４２Ｂとによって構成され、クランクピン１６に対して浮動バランスウエイト２３を駆動軸１５の径方向に変位可能な状態で取付けるものである。但し、小径孔４２Ｂは、その断面が例えば円形状に形成されている。

４３はピン挿入孔４２とクランクピン１６との間に設けられた弾性体としての弾性ブッシュである。この弾性ブッシュ４３は、弾性材料を用いて略円筒状に形成され、駆動軸１５の径方向および回転方向に対して弾性変形が可能となっている。そして、弾性ブッシュ４３は、ピン挿入孔４２内に挿嵌されると共に、その貫通孔４４にはクランクピン１６の小径部１６Ｂが挿入されている。

さらに、第１の実施の形態とは異なり、クランクピン１６の大径部１６Ａにはシール部材は設けられておらず、シール部材を省く構成となっている。

かくして、このように構成された第３の実施の形態においても、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、ピン挿入孔４２とクランクピン１６との間には弾性ブッシュ４３を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイト２３に遠心力が作用したときには、浮動バランスウエイト２３は、弾性ブッシュ４３が弾性変形することによって、クランクピン１６に対して径方向に変位することができる。

また、ピン挿入孔４２とクランクピン１６との間には弾性ブッシュ４３を設けたから、クランクピン１６には摺接する部位がない。このため、クランクピン１６との間の摩耗やフレッティングを生じることがなく、潤滑剤やシール部材を省くことができ、製造コストを軽減することができる。

次に、図１１ないし図１４は本発明の第４の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、浮動バランスウエイトのピン挿入孔と駆動軸のクランクピンとの間には、径方向のばね定数が小さく回転方向のばね定数が大きい異方性ばね部材を設ける構成としたことにある。なお、第４の実施の形態では、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。

５１は浮動バランスウエイト２３の取付部を示している。この取付部５１は、第１の実施の形態による取付部２５とほぼ同様に、扇形状をなすウエイト部２４の要部分に位置して段付円筒状に形成されている。

また、取付部５１には、駆動軸１５のクランクピン１６が挿入されるピン挿入孔５２が設けられている。このピン挿入孔５２は、第１の実施の形態によるピン挿入孔２６と同様に、大径孔５２Ａと小径孔５２Ｂとによって構成され、クランクピン１６に対して浮動バランスウエイト２３を駆動軸１５の径方向に変位可能な状態で取付けるものである。但し、小径孔５２Ｂは、その断面が例えば円形状に形成されている。

５３はピン挿入孔５２とクランクピン１６との間に設けられた異方性ばね部材である。この異方性ばね部材５３は、例えば外筒部５３Ａおよび内筒部５３Ｂによって二重筒状に形成されると共に、これらの間をばね性をもって周方向に延びる２本の梁部５３Ｃによって連結する構成となっている。

ここで、異方性ばね部材５３は、例えば薄鋼板をプレス加工した複数枚のプレートを積み重ねると共に、これらを接合することによって形成されている。積層後に精度出しが必要であれば、外径は旋盤で加工が可能であり、内径の仕上げは内面に均等な側圧が同時にかかるホーニングを用いれば円筒壁が異方性の剛性をもっていても、問題なく加工することができる。

また、梁部５３Ｃは、駆動軸１５の径方向の両端側に配置されている。このため、異方性ばね部材５３のうち径方向の両側位置には、梁部５３Ｃを挟んで２本のスリット５４Ａ，５４Ｂが形成されている。一方、異方性ばね部材５３のうち回転方向の両側位置には、外筒部５３Ａと内筒部５３Ｂとに挟まれた１本のスリット５４Ｃが形成されている。このため、異方性ばね部材５３は、径方向のばね定数が小さく回転方向のばね定数が大きい構成となっている。

そして、ピン挿入孔５２内に外筒部５３Ａが圧入嵌合されると共に、内筒部５３Ｂ内にはクランクピン１６の小径部１６Ｂが圧入嵌合されている。

なお、駆動軸１５の回転駆動に伴って、梁部５３Ｃには圧縮荷重または引張り荷重が加わる。梁部５３Ｃに圧縮荷重が作用すると、梁部５３Ｃの変形、座屈等が生じる虞れがある。このため、梁部５３Ｃに引張り荷重が作用する方向で、ピン挿入孔５２内に異方性ばね部材５３を装着するのが好ましい。

また、異方性ばね部材５３は、上述した製造方法に限らず、例えば円筒の壁にワイヤカット放電加工でスリット５４Ａ〜５４Ｃを形成する構成としてもよい。この場合、予め旋盤等によって内外径の精度を出しておけば、剛性の異方性の問題は発生しない。また、スリット加工後の変形は内外径の同心度が変化するのみで、内外径の寸法は殆ど変化しないから、使用上差し支えない。

かくして、このように構成された第４の実施の形態でも、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、ピン挿入孔５２とクランクピン１６との間には異方性ばね部材５３を設ける構成とした。このため、浮動バランスウエイト２３に遠心力が作用したときには、異方性ばね部材５３が径方向に弾性変形し、浮動バランスウエイト２３は、クランクピン１６に対して径方向に変位することができる。

また、ピン挿入孔５２とクランクピン１６との間には異方性ばね部材５３を設けたから、ピン挿入孔５２とクランクピン１６とが接触することがない。このため、ピン挿入孔５２とクランクピン１６との間で摩耗等を生じることがないから、信頼性、耐久性を高めることができると共に、潤滑剤やシール部材２８を省くことができ、製造コストを軽減することができる。

なお、前記第４の実施の形態では、異方性ばね部材５３は外筒部５３Ａと内筒部５３Ｂとの間を片持ち梁からなる梁部５３Ｃによって連結する構成とした。しかし、本発明はこの構成に限らず図１５に示す異方性ばね部材５３´のように、外筒部５３Ａ´と内筒部５３Ｂ´との間を両持ち梁部５３Ｃ´によって連結し、梁部５３Ｃ´を挟んで２本のスリット５４Ａ´と１本のスリット５４Ｂ´を設け、外筒部５３Ａ´と内筒部５３Ｂ´との間にスリット５４Ｃ´を設ける構成としてもよい。この構成により、回転方向に関係なく、異方性ばね部材５３´を適用することができる。

また、前記第２，第４の実施の形態では、ピン挿入孔３２，５２とクランクピン１６との間にシール部材２８を設ける構成としたが、スライドブッシュ３３や異方性ばね部材５３には必ずしも潤滑剤を供給する必要はなく、シール部材２８を省く構成としてもよい。この場合、旋回軸受１９の軸方向一側に設けたオイルシール２１に加えて、例えば軸方向他側にもオイルシール等を設け、旋回軸受１９から潤滑剤が漏洩するのを防止すればよい。

さらに、各実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機１を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、冷媒を圧縮する冷媒圧縮機、真空ポンプ、膨張機等を含めて他のスクロール式流体機械に適用してもよい。

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中のクランクピンの周囲を拡大して示す拡大断面図である。 図１中の浮動バランスウエイトおよび固定バランスウエイトを示す縦断面図である。 図３中の浮動バランスウエイトおよび固定バランスウエイトを示す左側面図である。 図３中の浮動バランスウエイトの取付部およびクランクピンの周囲を拡大して示す拡大縦断面図である。 浮動バランスウエイトの取付部およびクランクピン等を図５中の矢示VI−VI方向からみた拡大横断面図である。 第２の実施の形態によるスライドブッシュおよびクランクピンの周囲を示す図５と同様位置の拡大縦断面図である。 スライドブッシュ、クランクピン等を図７中の矢示VIII−VIII方向からみた拡大横断面図である。 第３の実施の形態による弾性ブッシュおよびクランクピンの周囲を示す図５と同様位置の拡大縦断面図である。 弾性ブッシュ、クランクピン等を図９中の矢示Ｘ−Ｘ方向からみた拡大横断面図である。 第４の実施の形態による異方性ばね部材およびクランクピンの周囲を示す図５と同様位置の拡大縦断面図である。 異方性ばね部材、クランクピン等を図１１中の矢示XII−XII方向からみた拡大横断面図である。 自由状態の異方性ばね部材を単体で示す正面図である。 異方性ばね部材の内筒部が径方向に変位した状態を示す正面図である。 異方性ばね部材の変形例を示す図１３と同様の正面図である。

符号の説明

１ スクロール式空気圧縮機（スクロール式流体機械）
２ ケーシング
４ 固定スクロール
４Ａ，７Ａ 鏡板
４Ｂ，７Ｂ ラップ部
７ 旋回スクロール
１０ 圧縮室（流体室）
１１ 補助クランク機構（自転防止機構）
１５ 駆動軸
１６ クランクピン
１９ 旋回軸受
２２ 固定バランスウエイト
２３ 浮動バランスウエイト
２５，３１，４１，５１ 取付部
２６，３２，４２，５２ ピン挿入孔
２８ シール部材
３３ スライドブッシュ（自己潤滑性部材）
４３ 弾性ブッシュ（弾性体）
５３，５３´ 異方性ばね部材

Claims (4)

1. ケーシングと、
   該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって該固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、
   該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、
   前記ケーシングに回転可能に設けられ先端側がクランクピンとなった駆動軸と、
   該駆動軸に設けられ該駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持する固定バランスウエイトと、
   前記駆動軸に設けられ前記駆動軸の径方向に変位可能な状態で前記駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイトとを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、
   該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、
   該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、潤滑剤を封入すると共に当該潤滑剤の漏洩を防止するシール部材を設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. ケーシングと、
   該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって該固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、
   該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、
   前記ケーシングに回転可能に設けられ先端側がクランクピンとなった駆動軸と、
   該駆動軸に設けられ該駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持する固定バランスウエイトと、
   前記駆動軸に設けられ前記駆動軸の径方向に変位可能な状態で前記駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイトとを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、
   該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、
   該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、これらの間の潤滑性を保持する自己潤滑性部材を設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
3. ケーシングと、
   該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって該固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、
   該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、
   前記ケーシングに回転可能に設けられ先端側がクランクピンとなった駆動軸と、
   該駆動軸に設けられ該駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持する固定バランスウエイトと、
   前記駆動軸に設けられ前記駆動軸の径方向に変位可能な状態で前記駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイトとを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、
   該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、
   該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトが変位するときに弾性変形する弾性体を設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
4. ケーシングと、
   該ケーシングに固定され鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   鏡板の表面に渦巻状のラップ部が立設され旋回運動によって該固定スクロールとの間に流体を圧縮または膨張する複数の流体室を画成する旋回スクロールと、
   該旋回スクロールの自転を防止する自転防止機構と、
   前記ケーシングに回転可能に設けられ先端側がクランクピンとなった駆動軸と、
   該駆動軸に設けられ該駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持する固定バランスウエイトと、
   前記駆動軸に設けられ前記駆動軸の径方向に変位可能な状態で前記駆動軸と一緒に回転する浮動バランスウエイトとを備えてなるスクロール式流体機械において、
   前記浮動バランスウエイトは、前記旋回スクロールの旋回軸受に取付けられる取付部を備え、
   該取付部には、前記駆動軸のクランクピンが挿入され該クランクピンに対して前記浮動バランスウエイトを径方向に変位可能な状態で取付けるピン挿入孔を設け、
   該ピン挿入孔と前記駆動軸のクランクピンとの間には、径方向のばね定数が小さく回転方向のばね定数が大きい異方性ばね部材を設ける構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。

Images