JP2010053844A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 旋回スクロールの駆動力の反作用による駆動軸の傾きや振動を防止しつつ、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スクロール式流体機械を提供する。
【解決手段】 駆動軸１５には、クランクピン１６の基端側に位置して主バランスウエイト２２を設ける。また、第１の軸受２０の内周側には、駆動軸１５が挿入されたスライダブッシュ２３を設ける。そして、スライダブッシュ２３と駆動軸１５との間には、クランクピン１６の偏心方向に隙間Ｓが形成される。一方、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向では、スライダブッシュ２３と駆動軸１５は互いに接触する。これにより、駆動軸１５は、クランクピン１６の偏心方向に変位可能となっている。
【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板体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、板体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例えば補助クランク等の自転防止機構と、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。また、駆動軸の先端側には偏心したクランクピンを有すると共に、駆動軸の両端側は第１，第２の軸受によって回転可能に支持されている。

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、異常負荷時にクランクピンやラップに加わる負荷を半径方向のいかなる方向にも逃すことができるようにするために、第１の軸受と駆動軸との間に環状弾性体を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平３−１４１８８３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、旋回スクロールの旋回運動に伴って遠心力が発生する。この旋回スクロールの遠心力は、駆動軸を支持する第１の軸受と自転防止機構とによって分担して支持する構成となっている。このため、例えば旋回スクロールが高速で旋回運動したときには、自転防止機構に過大な遠心力が作用し、自転防止機構の耐久性が低下する虞れがある。

一方、特許文献１の構成では、第１の軸受と駆動軸との間に環状弾性体を設けたから、バランスウエイトの遠心力を直接的に旋回スクロールに作用させることができる。このため、旋回スクロールの遠心力をバランスウエイトの遠心力によって低減できるから、自転防止機構に作用する遠心力も低減することができる。

しかし、特許文献１の構成では、駆動軸の径方向に対していかなる方向にも負荷を逃すようにするために、環状弾性体は全周に亘って一様に剛性が弱くなっている。このため、旋回スクロールの駆動力の反作用によっても駆動軸が変位し、駆動軸が傾いて第１，第２の軸受に悪影響を与えたり、駆動軸が振動して信頼性や耐久性が低下す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、旋回スクロールの駆動力の反作用による駆動軸の傾きや振動を防止しつつ、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板体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、板体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、先端側に偏心したクランクピンを有すると共に、該クランクピンが前記旋回スクロールに連結された駆動軸と、前記ケーシングに設けられ該駆動軸の先端側を回転可能に支持する第１の軸受と、前記ケーシングに設けられ前記駆動軸の基端側を回転可能に支持する第２の軸受と、前記駆動軸の先端側に設けられ、前記駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持するために前記クランクピンの偏心方向と逆方向に配置された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、前記第１の軸受の内周側には、前記駆動軸を挿入する筒状のスライダブッシュを設け、該スライダブッシュは、前記第１の軸受の内周側と前記駆動軸との間に前記クランクピンの偏心方向に位置して隙間が形成されると共に、前記クランクピンの偏心方向と直交する方向では前記駆動軸と接触し、前記駆動軸が前記クランクピンの偏心方向に変位するのを許容した状態で前記駆動軸と一緒に回転する構成としたことにある。

また、請求項４の発明が採用する構成の特徴は、前記第１の軸受の内周側には、前記駆動軸を挿入する筒状の異方性ばね部材を設け、該異方性ばね部材は、前記クランクピンの偏心方向のばね定数が小さく、前記クランクピンの偏心方向と直交する方向のばね定数が大きく形成され、前記駆動軸が前記クランクピンの偏心方向に変位するのを許容した状態で前記駆動軸と一緒に回転する構成としたことにある。

本発明によれば、旋回スクロールの駆動力の反作用による駆動軸の傾きや振動を防止しつつ、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。

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３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板体４Ａと、該板体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を取囲んで板体４Ａの外周側に設けられた筒部４Ｃと、板体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、板体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の板体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の板体４Ａと対向して配置されたほぼ円板状の板体７Ａと、該板体７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部７Ｂと、板体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内に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の先端側には、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が形成されている。そして、クランクピン１６は、円柱状に形成されると共に、旋回軸受１７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１７は、駆動軸１５のクランクピン１６に対して旋回スクロール７を回転可能に支持する。

また、駆動軸１５には、クランクピン１６の基端側に位置して後述の主バランスウエイト２２が取付けられている。さらに、駆動軸１５のうち主バランスウエイト２２の近傍には、軸方向に対して主バランスウエイト２２を挟んでクランクピン１６の反対側に位置して、後述する第１の軸受２０が取付けられる軸受取付部１５Ａが形成されている。そして、軸受取付部１５Ａの基端側には、後述のスライダブッシュ２３を抜止めするためのワッシャ１５Ｂが取付けられている。

また、駆動軸１５の基端側はケーシング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１８が設けられている。このとき、副バランスウエイト１８は、後述する主バランスウエイト２２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の基端側は、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１７の軸方向の一端側に位置してオイルシール１９が設けられている。そして、オイルシール１９は、グリース等の潤滑剤が旋回軸受１７から漏洩するのを防止している。

２０はケーシング２の軸受筒部２Ｂ内に設けられた第１の軸受で、この第１の軸受２０は、軸受筒部２Ｂのうち軸方向の他端側に位置して駆動軸１５の先端側を回転可能に支持している。ここで、軸受２０は、ケーシング２の軸受筒部２Ｂに例えば圧入等によって嵌合して固定された外輪２０Ａと、該外輪２０Ａの内周側に設けられた内輪２０Ｂと、外輪２０Ａと内輪２０Ｂとを回転可能に連結する複数個の鋼球等からなる転動体２０Ｃとによって構成されている。また、主軸受２０は、外輪２０Ａと内輪２０Ｂとの間に例えばグリス等の潤滑剤が封入されている。そして、内輪２０Ｂ内には、後述のスライダブッシュ２３を介して駆動軸１５が挿入されている。

２１はケーシング２の軸受筒部２Ｂ内に設けられた第２の軸受で、この第２の軸受２１は、軸受筒部２Ｂのうち軸方向の一端側に位置して駆動軸１５の基端側を回転可能に支持している。これにより、第１，第２の軸受２０，２１は、駆動軸１５の両端側に配置され、駆動軸１５を軸線Ｏ−Ｏを中心に回転可能に支持している。

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バランスウエイトとしての主バランスウエイトである。この主バランスウエイト２２は、径方向に対して駆動軸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。即ち、主バランスウエイト２２は、径方向に対して駆動軸１５の回転中心を挟んでクランクピン１６の偏心方向と逆方向に配置されている。また、主バランスウエイト２２は、例えば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、主バランスウエイト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は第１の軸受２０内に設けられたスライダブッシュである。このスライダブッシュ２３は、例えば銅等の金属材料、潤滑油を含浸した焼結含油金属材料、四フッ化エチレン系の樹脂材料等のように自己潤滑性材料を用いて略円筒状に形成されている。そして、スライダブッシュ２３の外周面は、軸受２０の内輪２０Ｂ内にしまり嵌め固定されている。また、スライダブッシュ２３内には、駆動軸１５の軸受取付部１５Ａが挿入されている。

ここで、スライダブッシュ２３の内周側には、表面が平面状となった廻止め部２３Ａが形成されている。このため、スライダブッシュ２３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２４が形成されている。

一方、駆動軸１５の軸受取付部１５Ａ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２５が形成されている。これにより、駆動軸１５の切欠き２５とスライダブッシュ２３の廻止め部２３Ａとが係合し、スライダブッシュ２３は、廻止め状態で駆動軸１５の外周側に取付けられている。このため、スライダブッシュ２３は、駆動軸１５と一緒に回転する。

また、駆動軸１５の切欠き２５は、クランクピン１６の偏心方向と平行な平面を形成している。さらに、スライダブッシュ２３の貫通孔２４は、駆動軸１５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、スライダブッシュ２３の貫通孔２４と駆動軸１５との間には、駆動軸１５の偏心方向に大きな間隔をもった隙間Ｓが形成され、偏心方向と直交する方向には殆ど隙間Ｓが形成されない。これにより、駆動軸１５はクランクピン１６の偏心方向には拘束されずに変位可能な状態となり、スライダブッシュ２３の廻止め部２３Ａと駆動軸１５の切欠き２５とは互いに摺接する構成となっている。

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１７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１７および補助クランク機構１１によって分担して支持する。このとき、主バランスウエイト２２にも遠心力が作用する。

また、主バランスウエイト２２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、主バランスウエイト２２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作用する。

一方、スライダブッシュ２３は、駆動軸１５との間にクランクピン１６の偏心方向に位置して隙間Ｓが形成されている。このため、駆動軸１５の軸受取付部１５Ａは、主バランスウエイト２２の近傍に位置してスライダブッシュ２３内でクランクピン１６の偏心方向に向けて径方向に変位可能な状態となっている。

これにより、主バランスウエイト２２の遠心力は、第１の軸受２０によって支持されることなく、旋回スクロール７に対して直接的に作用する。このため、主バランスウエイト２２の遠心力によって、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とができる。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、スライダブッシュ２３は、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向では、スライダブッシュ２３の廻止め部２３Ａと駆動軸１５の切欠き２５とが摺接し、駆動軸１５と接触する構成とした。このため、旋回スクロール７の駆動力の反作用が生じても、駆動軸１５がクランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対して変位することがなく、駆動軸１５の傾きや振動を防ぐことができる。これにより、クランクピン１６の旋回力は旋回スクロール７に確実に伝達されるから、旋回スクロール７を安定して旋回運動させることができる。

さらに、駆動軸１５と第１の軸受２０との間には、駆動軸１５をクランクピン１６の偏心方向に変位可能に支持するスライダブッシュ２３を設ける構成とした。このため、駆動軸１５の先端側は、旋回軸受１７および旋回スクロール７を介して補助クランク機構１１によって支持されると共に、駆動軸１５の基端側は、第２の軸受２１によって支持される。これにより、駆動軸１５は２箇所で支持されるから、静定支持することができる。

これに加えて、駆動軸１５の先端に位置するクランクピン１６も偏心方向に変位可能となっているから、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。このため、クランクピン１６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１２，１３，１７，２０，２１等の破損を防止することができる。

また、スライダブッシュ２３は自己潤滑性材料を用いて形成したから、駆動軸１５がクランクピン１６の偏心方向に変位したときでも、スライダブッシュ２３と駆動軸１５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。

次に、図４および図５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、駆動軸には、スライダブッシュと駆動軸との間に位置して潤滑剤貯留部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は第２の実施の形態によるスライダブッシュを示している。このスライダブッシュ３１は、例えば金属材料を用いて略円筒状に形成されている。そして、スライダブッシュ３１は、第１の実施の形態によるスライダブッシュ２３と同様に、例えば軸受２０の内輪２０Ｂ内にしまり嵌めの状態で装着されている。また、スライダブッシュ３１内には、駆動軸１５の軸受取付部１５Ａが挿入されている。

ここで、スライダブッシュ３１の内周側には、表面が平面状となった廻止め部３１Ａが形成されている。このため、スライダブッシュ３１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３２が形成されている。そして、スライダブッシュ３１の廻止め部３１Ａは、駆動軸１５の切欠き２５と係合している。これにより、スライダブッシュ３１は、廻止め状態で駆動軸１５の外周側に取付けられ、駆動軸１５と一緒に回転する。

また、駆動軸１５の切欠き２５は、クランクピン１６の偏心方向と平行な平面を形成している。さらに、スライダブッシュ３１の貫通孔３２は、駆動軸１５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、スライダブッシュ３１の貫通孔３２と駆動軸１５との間には、駆動軸１５の偏心方向に大きな間隔をもった隙間Ｓが形成され、偏心方向と直交する方向には殆ど隙間Ｓが形成されない。これにより、駆動軸１５はクランクピン１６の偏心方向に変位可能な状態となり、スライダブッシュ３１の廻止め部３１Ａと駆動軸１５の切欠き２５とは互いに摺接する構成となっている。

３３は駆動軸１５とスライダブッシュ３１との間に位置して駆動軸１５の軸受取付部１５Ａに設けられた潤滑剤貯留部で、この潤滑剤貯留部３３の内部には、グリース等の潤滑剤Ｇが収容されている。また、潤滑剤貯留部３３は、駆動軸１５の切欠き２５に設けられ、軸方向に延びる長溝によって形成されている。そして、駆動軸１５とスライダブッシュ３１とが互いに摺接する部位として、例えば廻止め部３１Ａと切欠き２５との間に潤滑剤Ｇを供給する。

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、駆動軸１５の軸受取付部１５Ａにはスライダブッシュ３１と駆動軸１５との間に位置して潤滑剤貯留部３３を設けたから、駆動軸１５がクランクピン１６の偏心方向に変位したときでも、スライダブッシュ３１と駆動軸１５との間は潤滑剤貯留部３３から潤滑剤Ｇを供給することができる。このため、スライダブッシュ３１と駆動軸１５との間を潤滑状態に保つことができるから、これらの間の摩擦を低減することができ、スライダブッシュ３１や駆動軸１５の摩耗やフレッティングを防止することができる。

なお、第２の実施の形態では、駆動軸１５の外周側に潤滑剤貯留部３３を設ける構成としたが、スライダブッシュ３１の内周側に潤滑剤貯留部を設ける構成としてもよく、スライダブッシュ３１および駆動軸１５の両方に潤滑剤貯留部を設ける構成としてもよい。

次に、図６ないし図９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、第１の軸受の内周側には駆動軸を挿入する異方性ばね部材を設け、該異方性ばね部材は、クランクピンの偏心方向のばね定数が小さく、クランクピンの偏心方向と直交する方向のばね定数が大きく形成する構成としたことにある。なお、第３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。

４１は第１の軸受２０と駆動軸１５との間に設けられた筒状の異方性ばね部材である。この異方性ばね部材４１は、第１の軸受２０の内周側に取付けられると共に、内部に駆動軸１５が挿入されている。また、異方性ばね部材４１は、例えば外筒部４１Ａおよび内筒部４１Ｂ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４１Ｃによって連結する構成となっている。このとき、梁部４１Ｃは、円弧状の片持ち梁によって形成され、一端側が外筒部４１Ａに取付けられると共に、他端側が内筒部４１Ｂに取付けられている。

ここで、異方性ばね部材４１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４１Ｃは、クランクピン１６の偏心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４１のうち偏心方向の両側位置には、梁部４１Ｃを挟んで２本のスリット４２Ａ，４２Ｂが形成されている。一方、異方性ばね部材４１のうちクランクピン１６の偏心方向と直交した方向の両側位置には、外筒部４１Ａと内筒部４１Ｂとに挟まれた１本のスリット４２Ｃが形成されている。

これにより、クランクピン１６の偏心方向に対しては２本の梁部４１Ｃが片持ち梁として撓むから、異方性ばね部材４１の剛性は低い。これに対し、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対しては２本の梁部４１Ｃは殆ど伸び縮みしないから、異方性ばね部材４１の剛性は高い。この結果、異方性ばね部材４１は、クランクピン１６の偏心方向に対してばね定数が小さく、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対してばね定数が大きい構成となっている。

そして、第１の軸受２０の内輪２０Ｂ内に外筒部４１Ａがしまり嵌め状態で装着されると共に、内筒部４１Ｂ内には駆動軸１５の軸受取付部１５Ａがしまり嵌め状態で取付けられている。これにより、異方性ばね部材４１は、駆動軸１５と一緒に回転する。このとき、軸受取付部１５Ａは、第１の実施の形態とは異なり、切欠きが省かれている。このため、軸受取付部１５Ａの断面は、円形状に形成されている。

なお、駆動軸１５の回転駆動に伴って、梁部４１Ｃには圧縮荷重または引張り荷重が加わる。梁部４１Ｃに圧縮荷重が作用すると、梁部４１Ｃの変形、座屈等が生じる虞れがある。このため、梁部４１Ｃに引張り荷重が作用する方向で、第１の軸受２０内に異方性ばね部材４１を装着するのが好ましい。

また、異方性ばね部材４１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４２Ａ〜４２Ｃ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３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。具体的に説明すると、異方性ばね部材４１は、クランクピン１６の偏心方向のばね定数が小さく、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向のばね定数が大きく形成した。即ち、駆動軸１５はクランクピン１６の偏心方向に対する拘束力が弱く、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対する拘束力が強い。このため、バランスウエイト２２に遠心力が作用したときには、異方性ばね部材４１がクランクピン１６の偏心方向に弾性変形し、バランスウエイト２２の遠心力は、第１の軸受２０に作用することなく、旋回スクロール７に対して直接的に作用する。この結果、バランスウエイト２２の遠心力によって、旋回スクロール７の遠心力の全部または一部を相殺することができ、補助クランク機構１１に作用する旋回スクロール７の遠心力を低減することができる。

また、異方性ばね部材４１は、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向ではばね定数が大きく、剛性が高いから、旋回スクロール７の駆動力の反作用が生じても、駆動軸１５がクランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対して変位することがなく、駆動軸１５の傾きや振動を防ぐことができる。

さらに、駆動軸１５と第１の軸受２０との間には、駆動軸１５をクランクピン１６の偏心方向に変位可能に支持する異方性ばね部材４１を設ける構成とした。このため、駆動軸１５は２箇所で支持されるから、駆動軸１５を静定支持することができる。また、旋回スクロール７は、補助クランク機構１１によって３箇所で支持されるから、駆動軸１５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１２，１３，２０，２１等の破損を防止することができる。

特に、本実施の形態では、第１の軸受２０と駆動軸１５との間には異方性ばね部材４１を設けたから、異方性ばね部材４１を弾性変形させることによって旋回スクロール７の遠心力を低減することができる。このため、駆動軸１５が異方性ばね部材４１に対して摺動変位することがなく、異方性ばね部材４１と駆動軸１５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、潤滑剤を省くことができ、製造コストを軽減することができる。

また、異方性ばね部材４１は、クランクピン１６の偏心方向ではスリット４２Ａ，４２Ｂが多く、梁部４１Ｃが片持ち梁として撓み易い構造とし、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向ではスリット４２Ｃが少なく、撓む部分がない構成とした。このため、異方性ばね部材４１は、クランクピン１６の偏心方向のばね定数を小さくすると共に、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向のばね定数を大きくすることができる。

次に、図１０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、第１の軸受の内周側には駆動軸を挿入する異方性ばね部材を設けると共に、該異方性ばね部材は、外筒部と内筒部との間を両持ち梁によって連結した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は第１の軸受２０と駆動軸１５との間に設けられた筒状の異方性ばね部材である。この異方性ばね部材５１は、第１の軸受２０の内周側に取付けられると共に、内部に駆動軸１５が挿入されている。また、異方性ばね部材５１は、第３の実施の形態による異方性ばね部材４１とほぼ同様に、外筒部５１Ａおよび内筒部５１Ｂ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た２本の梁部５１Ｃによって連結する構成となっている。

このとき、異方性ばね部材５１は、第３の実施の形態による異方性ばね部材４１と同様に、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て接合する構成としてもよく、円筒の壁にワイヤカット放電加工を施す構成としてもよい。

但し、本実施の形態による梁部５１Ｃは、第３の実施の形態による片持ち梁からなる梁部４１Ｃと異なり、両持ち梁によって形成されている。このため、梁部５１Ｃは、その両端側が外筒部５１Ａに取付けられると共に、その長さ方向の中間部分が内筒部５１Ｂに取付けられている。

また、梁部５１Ｃは、クランクピン１６の偏心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５１のうちクランクピン１６の偏心方向の両側位置には、梁部５１Ｃを挟んで２本のスリット５２Ａ，５２Ｂが形成されているから、梁部５１Ｃが両持ち梁として撓み易くなっている。一方、異方性ばね部材５１のうちクランクピン１６の偏心方向と直交した方向の両側位置には、外筒部５１Ａと内筒部５１Ｂとに挟まれた１本のスリット５２Ｃが形成されており、撓む部分がない構成とした。このため、異方性ばね部材５１は、クランクピン１６の偏心方向のばね定数が小さく、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向のばね定数が大きい構成となっている。

そして、第１の軸受２０の内輪２０Ｂ内に外筒部５１Ａがしまり嵌め状態で装着されると共に、内筒部５１Ｂ内には駆動軸１５の軸受取付部１５Ａがしまり嵌め状態で取付けられている。これにより、異方性ばね部材５１は、駆動軸１５と一緒に回転する。このとき、軸受取付部１５Ａは、第１の実施の形態とは異なり、切欠きが省かれている。このため、軸受取付部１５Ａの断面は、円形状に形成されている。

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，第３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、外筒部５１Ａと内筒部５１Ｂとの間を両持ち梁からなる梁部５１Ｃによって連結した。このため、クランクピン１６の偏心方向と直交する方向に対して、梁部５１Ｃの中央部分を中心にして異方性ばね部材５１を対称な形状に形成することができる。この結果、回転方向に関係なく、異方性ばね部材５１を適用することができるから、異方性ばね部材５１の誤組付けを防止できると共に、回転方向が異なる２種類のスクロール式空気圧縮機１に適用することができる。

また、前記各実施の形態では、補助クランク機構１１を用いて自転防止機構を構成するものとしたが、例えばボールカップリング機構等を用いて自転防止機構を構成してもよい。

さらに、前記各実施の形態では、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。

以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、スライダブッシュは、駆動軸との間にクランクピンの偏心方向に位置して隙間が形成される構成とした。このため、バランスウエイトの遠心力は、第１の軸受に作用することなく、旋回スクロールに対して直接的に作用する。このとき、バランスウエイトの遠心力は旋回スクロールの遠心力とは逆方向に発生するから、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、スライダブッシュは、クランクピンの偏心方向と直交する方向では駆動軸と接触する構成としたから、旋回スクロールの駆動力の反作用が生じても、駆動軸がクランクピンの偏心方向と直交する方向に対して変位することがなく、駆動軸の傾きや振動を防ぐことができる。これにより、クランクピンの旋回力は旋回スクロールに確実に伝達されるから、旋回スクロールを安定して旋回運動させることができる。

請求項２の発明によれば、スライダブッシュは自己潤滑性材料を用いて形成したから、駆動軸がクランクピンの偏心方向に変位したときでも、スライダブッシュと駆動軸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（fretting）を防止することができる。

請求項３の発明によれば、スライダブッシュと駆動軸とのうち少なくともいずれか一方には、スライダブッシュと駆動軸との間に位置して潤滑剤貯留部を設けたから、駆動軸がクランクピンの偏心方向に変位したときでも、スライダブッシュと駆動軸との間は潤滑剤貯留部から潤滑剤を供給することができる。このため、スライダブッシュと駆動軸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。

請求項４の発明によれば、第１の軸受の内周側には駆動軸を挿入する筒状の異方性ばね部材を設け、該異方性ばね部材は、クランクピンの偏心方向のばね定数が小さく、クランクピンの偏心方向と直交する方向のばね定数が大きく形成した。このため、バランスウエイトに遠心力が作用したときには、異方性ばね部材がクランクピンの偏心方向に弾性変形し、バランスウエイトの遠心力は、第１の軸受に作用することなく、旋回スクロールに対して直接的に作用する。このとき、バランスウエイトの遠心力は旋回スクロールの遠心力とは逆方向に発生するから、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、異方性ばね部材は、クランクピンの偏心方向と直交する方向ではばね定数が大きく、剛性が高いから、旋回スクロールの駆動力の反作用が生じても、駆動軸がクランクピンの偏心方向と直交する方向に対して変位することがなく、駆動軸の傾きや振動を防ぐことができる。これにより、クランクピンの旋回力は旋回スクロールに確実に伝達されるから、旋回スクロールを安定して旋回運動させることができる。

さらに、第１の軸受と駆動軸との間には異方性ばね部材を設けたから、異方性ばね部材の弾性変形によって旋回スクロールの遠心力を低減することができる。このため、駆動軸が異方性ばね部材に対して摺動変位することがなく、異方性ばね部材と駆動軸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５の発明によれば、異方性ばね部材は、クランクピンの偏心方向ではスリットが多く、クランクピンの偏心方向と直交する方向ではスリットが少ない構成とした。このため、異方性ばね部材は、クランクピンの偏心方向のばね定数を小さくすると共に、クランクピンの偏心方向と直交する方向のばね定数を大きくすることができる。

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中のスライダブッシュおよび第１の軸受の周囲を拡大して示す拡大縦断面図である。 スライダブッシュおよび駆動軸を図２中の矢示III−III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ダブッシュおよび第１の軸受の周囲を拡大して示す図２と同様位置の拡大縦断面図である。 スライダブッシュおよび駆動軸を図４中の矢示Ｖ−Ｖ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異方性ばね部材および第１の軸受の周囲を拡大して示す図２と同様位置の拡大縦断面図である。 異方性ばね部材および駆動軸を図６中の矢示VII−VII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クランクピンの偏心方向に変位した状態を示す正面図である。 第４の実施の形態による異方性ばね部材の変形例を示す図８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 板体
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
１７ 旋回軸受
２０ 第１の軸受
２１ 第２の軸受
２２ 主バランスウエイト（バランスウエイト）
２３，３１ スライダブッシュ
３３ 潤滑剤貯留部
４１，５１ 異方性ばね部材
４２Ａ〜４２Ｃ，５２Ａ〜５２Ｃ スリット

Claims (5)

1. ケーシングと、
   該ケーシングに固定され板体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、
   板体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、先端側に偏心したクランクピンを有すると共に、該クランクピンが前記旋回スクロールに連結された駆動軸と、
   前記ケーシングに設けられ該駆動軸の先端側を回転可能に支持する第１の軸受と、
   前記ケーシングに設けられ前記駆動軸の基端側を回転可能に支持する第２の軸受と、
   前記駆動軸の先端側に設けられ、前記駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持するために前記クランクピンの偏心方向と逆方向に配置された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、
   前記第１の軸受の内周側には、前記駆動軸を挿入する筒状のスライダブッシュを設け、
   該スライダブッシュは、前記第１の軸受の内周側と前記駆動軸との間に前記クランクピンの偏心方向に位置して隙間が形成されると共に、前記クランクピンの偏心方向と直交する方向では前記駆動軸と接触し、前記駆動軸が前記クランクピンの偏心方向に変位するのを許容した状態で前記駆動軸と一緒に回転す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. 前記スライダブッシュは、自己潤滑性材料を用いて形成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記スライダブッシュと駆動軸とのうち少なくともいずれか一方には、前記スライダブッシュと駆動軸との間に位置して潤滑剤を供給する潤滑剤貯留部を設けてなる請求項１に記載の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板体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、
   板体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、先端側に偏心したクランクピンを有すると共に、該クランクピンが前記旋回スクロールに連結された駆動軸と、
   前記ケーシングに設けられ該駆動軸の先端側を回転可能に支持する第１の軸受と、
   前記ケーシングに設けられ前記駆動軸の基端側を回転可能に支持する第２の軸受と、
   前記駆動軸の先端側に設けられ、前記駆動軸と一緒に回転して回転バランスを保持するために前記クランクピンの偏心方向と逆方向に配置された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、
   前記第１の軸受の内周側には、前記駆動軸を挿入する筒状の異方性ばね部材を設け、
   該異方性ばね部材は、前記クランクピンの偏心方向のばね定数が小さく、前記クランクピンの偏心方向と直交する方向のばね定数が大きく形成され、前記駆動軸が前記クランクピンの偏心方向に変位するのを許容した状態で前記駆動軸と一緒に回転する構成としたことを特徴とするスクロール式流体機械。
5. 前記異方性ばね部材は、前記クランクピンの偏心方向ではスリットが多く、前記クランクピンの偏心方向と直交する方向ではスリットが少ない構成としてなる請求項４に記載のスクロール式流体機械。

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