JP2011149339A - 自転防止機構およびそれを用いたスクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部材の外周部に逃げ部などを設けたりすることなく、従来と同じ圧縮機構部の大きさを保ちながら、旋回半径を拡大できる自転防止機構およびそれを用いることで吸い込み容積を大きく設計することができるスクロール圧縮機を提供すること。
【解決手段】自転防止機構であるオルダムリング１２の一面と他面とにそれぞれ設けられた一対のキー部１３、１４および、これらキー部１３、１４が摺動自在に勘合する被駆動部材である旋回スクロールと軸受部材６とにそれぞれ設けられた一対のキー溝部１５、１６を、その摺動面を平行に保ったまま、直径線上からずらした。これにより、旋回半径を大きく設計することができるので、圧縮機構部の外径や高さを大きくすることなく、その吸い込み容積を大きくすることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、駆動部材の回転力を被駆動部材へ伝達させる際に、被駆動部材が回転せずに自転運動させるための自転防止機構、および、それを用いたスクロール圧縮機に関するものである。

従来より、駆動部材の回転力を被駆動部材へ伝達させる際に、被駆動部材が回転せずに自転運動させるための自転防止機構の一つとして、オルダムリングが広く知られている。また、このオルダムリングは、スクロール圧縮機の旋回スクロールの自転防止機構として、従来より広く用いられている機構の一つである。

以下、この自転防止機構の一つであるオルダムリングおよびそれを用いた従来からあるスクロール圧縮機を用いて、図面を参照しながら説明する（例えば、特許文献１参照）。

図３（ａ）は、スクロール圧縮機の圧縮機構部の分解斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の旋回スクロールとオルダムリングを旋回スクロールの背面側から見た分解斜視図である。

図３（ａ）および図３（ｂ）において、圧縮機構部１０１を、偏心軸部１０２を有するクランク軸１０３と、このクランク軸１０３の主軸部１０４を回転自在に支承するための主軸受部１０５を有する軸受部材１０６と、前記偏心軸部１０２に回転自在に嵌合された駆動軸部１０７を旋回鏡板１０８上に設け、この旋回鏡板１０８の前記駆動軸１０７と反対面に旋回スクロール羽根１１０を設けた旋回スクロール１０９と、この旋回スクロール１０９の旋回スクロール羽根１１０と噛み合わせて複数の圧縮空間を形成する固定スクロール羽根（図示せず）を有する固定スクロール１１１と、オルダムリング１１２とで構成されている。また、前記軸受部材１０６の外周部１２２と、これに接する前記固定スクロール１１１とを複数のボルト（図示せず）で固定している。

前記オルダムリング１１２は、その一面と他面との直径線上に、互いに直交する向きのキー部１１３、１１４を一対ずつ設けてあり、一面側のキー部１１３は、旋回スクロール１０９の旋回鏡板１０８の背面１１７の直径線上に設けられた一対のキー溝１１５に摺動自在に嵌合され、他面側のキー部１１４は、軸受部材１０６の背面１１８の直径線上に設けられた一対のキー溝１１６に摺動自在に嵌合されている。

また、前記軸受部材１０６の背面１１８には、前記旋回鏡板１０８をスラスト方向に支持するスラスト支持部１１９が設けられているとともに、このスラスト支持部１１９には、環状溝１２０と、この環状溝１２０にシール部材１２１が設置されている。このシール部材１２１の内側と外側とで、異なった圧力を作用させ、圧縮機の運転時に最適な力で、旋回スクロール１０９を固定スクロール１１１に付勢させている。

クランク軸１０３から旋回スクロール１０９の駆動軸部１０７に伝達された回転力により、この旋回スクロール１０９に回転力が伝達される。このとき旋回スクロール１０９は、前記キー部１１３と前記キー溝１１５との嵌合によって規制される第１の方向の前記オルダムリング１１２を伴う移動と、前記キー部１１４と前記キー溝１１６との嵌合によって規制される前記第１の方向と直交する第２の方向の移動とにより、その自転が防止されるとともに、それら第１、第２の方向の移動が合成する形で連続した旋回半径ｅをなす旋回運動を行う。

また、前記旋回運動に伴い、前記軸受部材１０６のスラスト支持部１１９に設けられたシール部材１２１が、前記旋回鏡板１０８に接触する面も旋回半径ｅで変化し、旋回鏡板１０８側から見てその接触面の包絡円の直径は、前記シール部材１２１の外径に前記旋回半径ｅの２倍を加えた大きさとなる。

上記構成により、圧縮機構部１０１のクランク軸１０３に設けられた電動機部（図示せず）からの回転力が伝達されると、旋回スクロール１０９が固定スクロール１１１に付勢された状態で、前記複数の圧縮空間が、外周側から内周側に向かって順次圧縮され、圧縮動作を行い、圧縮機構部１０１の吸入口１２３から吸入された流体は、吐出口１２４から圧縮されて吐出される。

特開２０００−２１３４７４号公報

日本機械学会論文集（Ｃ編）５３巻４９１号１３６８〜１３７６頁「スクロール圧縮機の動的挙動」

従来からあるスクロール圧縮機では、その旋回スクロールおよび固定スクロールのスクロール羽根の形状を決定するパラメータである基礎円半径ａ、スクロール羽根の巻数（伸開角）ｋ、スクロール羽根の厚さｔ及び高さｈが決められると、外周側で圧縮空間として閉じこめられる容積、すなわち、吸い込み容積が一義的に決定される。（吸い込み容積の計算については、例えば、非特許文献１参照）。

すなわち、従来のスクロール圧縮機において、吸い込み容積を大きくするためには、（１）スクロール羽根の巻数（伸開角）ｋを大きくする、（２）スクロール羽根の高さｈを高くする、（３）スクロール羽根の羽根厚さｔを薄くする、あるいは、（４）スクロール羽根の基礎円半径ａを大きくする、のいずれか、もしくは、それらを組み合わせることが必要であった。なお、基礎円半径ａ、スクロール羽根の厚さｔ、および旋回半径ｅは、
（式１） ｅ＝ａ・π−ｔ（ここで、πは円周率）
の関係があるので、スクロール羽根の厚さｔを変えないとすれば、基礎円半径ａを大きくすることにより、必然的に旋回半径ｅも大きくなる。

上記吸い込み容積を大きくする手段のうち、（１）のスクロール羽根の巻数を大きくする、または（２）のスクロール羽根の高さを高くすれば、その分大きくなるので、それに応じて圧縮機構部も大きくなる。また、（３）のスクロール羽根の厚さを薄くすると、スクロール羽根の強度低下に伴い信頼性に影響することが懸念されるので、あまり薄くすることはできず、実用的でない。

また、（４）のスクロール羽根の基礎円半径を大きくする、すなわち、旋回半径ｅを大きくすると、部品どうしが干渉するため、旋回半径ｅは寸法的な制約があった。これを以下に図面を参照しながら説明する。

図４は、図３に示したスクロール圧縮機の軸受部材１０６およびオルダムリング１１２を軸受部材１０６の背面１１８側から見た図であり、旋回スクロール１０９の旋回鏡板１０８およびキー溝部１１５を点線で示している。また、軸受部材１０６に設置されたシー
ル部材１２１が前記旋回鏡板１０８の背面１１７に接する包絡円を二点鎖線で示している。

旋回鏡板１０８は、軸受部材１０６の外周部１２２内径φｂの内側で旋回半径ｅで旋回するので、その外径をφｍとすれば、
（式２） ｅ＜（φｂ−φｍ）／２
でなければならない。

また、オルダムリング１１２は、軸受部材１０６の外周部１２２内径φｂの内側でキー溝部１１４に沿って２・ｅの大きさで往復するが、軸受部材１０６の中心には、外径φｃのスラスト支持部１１９が設けられているので、その内径をφｇとすれば、
（式３） ｅ＜（φｇ−φｃ）／２
でなければならない。また、同じく、その一対のキー部１１４の外側の大きさをｖとすれば、
（式４） ｅ＜（φｂ−φｖ）／２
でなければならない。

また、軸受部材１０６のキー溝部１１６の直線部長さｐは、このキー溝部１１６が軸受部材１０６の直径線上に設けられているので、オルダムリング１１２のキー部１１４の往復運動方向の長さをｑとすれば、
（式５） ｅ＜（ｐ−ｑ）／２
でなければならない。ここで、このキー溝部１１６は、一般的にエンドミルで加工されるので、その幅をｓとすれば、その直線部長さｐは、
（式６） ｐ＜（φｂ−φｃ）／２−ｓ
でなければならない。

また、旋回鏡板１０８側の一対のキー溝部１１５は、外径φｄのシール部材１２１が旋回鏡板１０８の背面１１７に接した状態で旋回半径ｅで旋回したときの包絡円の外径φｎに干渉するとシール性が損なわれるので、オルダムリング１１２の一対のキー部１１３の外側の大きさをｕ、その往復運動方向の長さをｑ、その幅をｓとすれば、
（式７） φｎ＜ｕ−２・ｑ−ｓ
でなければならない。ここで、前記包絡円の外径φｎは、
（式８） φｎ＝φｄ＋２・ｅ
であるので、
（式９） ｅ＜（ｕ−ｓ−φｄ）／２−ｑ
でなければならない。

上記の通り、旋回半径ｅは設計上の種々の条件から大きく制限され、その値を大きくすることが困難であった。

なお、図３および図４に示した従来のスクロール圧縮機においては、軸受部材１０６の外周部１２２の内径φｂを見かけ上大きくとるために、逃げ部１２５を設けて、軸受部材１０６のキー溝部１１６を外周側へ延長させることで旋回半径ｅを大きくしていたが、その逃げ部１２５を設けることによってシール性低下や、軸受部材１０６の外周部の歪みが大きくなるといった別の課題が懸念されていた。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、軸受部材の外周部に逃げ部などを設けたりすることなく、従来と同じ圧縮機構部の大きさを保ちながら、旋回半径を拡大できる自転防止機構およびそれを用いることで吸い込み容積を大きく設計することができるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明は、自転防止機構であるオルダムリングの一面と他面とにそれぞれ設けられた一対のキー部および、これらキー部が摺動自在に勘合する被駆動部材と軸受部材とにそれぞれ設けられた一対のキー溝部を、その摺動方向を平行に保ったまま、直径線上からずらしたものである。また、このオルダムリングをスクロール圧縮機に用いたものである。

これにより、被駆動部材に設けられたキー溝部は、軸線部材のスラスト支持部に設けられたシール部材との接触面に干渉しない位置に設けることができるとともに、軸受部材の背面に設けられたキー溝部は、その中心に設けられたスラスト支持部から外周側に逃げる位置となるため、その分、軸受部材の外周部に逃げ部などを設けたりすることなく、キー溝部を長くすることができるので、旋回半径を大きく設計することができる。

また、この自転防止機構をスクロール圧縮機に用いることにより、同じ軸受部材の外径および同じ旋回スクロール羽根、固定スクロール羽根の高さであっても、旋回半径を大きく設計することにより、外周側で圧縮空間として閉じこめられる容積、すなわち、吸い込み容積を大きく取ることが可能となる。

本発明の自転防止機構、およびこれをスクロール圧縮機に用いることにより、圧縮機構部の外径や高さが同じであっても、その吸い込み容積を大きく設計することが可能となる。逆に言えば、同一の吸い込み容積であれば、圧縮機構部の外径を小さくすることが可能となり、小型、軽量化を実現することができる。

本発明の実施の形態１におけるスクロール式圧縮機の主要部品の平面図を示し、（ａ）および（ｂ）は軸受部材とオルダムリングとをそれぞれ軸受部材の背面側から見た平面図、（ｃ）は旋回スクロールを旋回鏡板の背面側から見た平面図 本発明の実施の形態１における旋回半径の説明図 従来のスクロール圧縮機の圧縮機構部を示し、（ａ）は固定スクロール側から見た全体の分解斜視図、（ｂ）は旋回スクロールとオルダムリングとを分解して背面側から見て示した斜視図 従来のスクロール圧縮機における旋回半径の説明図

第１の発明は、自転防止機構を、環状部材の一面に、前記環状部材の直径線上から互いにずらした位置に一対のキー部を設けるとともに、前記環状部材の他面に、前記環状部材の直径線上から互いにずらした位置に前記一面側のキー部の摺動方向と直交する向きに摺動する一対のキー部を設け、被駆動部材に、前記一面側の一対のキー部が摺動自在に嵌合するキー溝部を設け、軸受部材に、前記他面側の一対のキー部が摺動自在に勘合するキー部を設けて構成したものである。これにより、被駆動部材に設けられたキー溝部は、軸線部材のスラスト支持部に設けられたシール部材との接触面に干渉しない位置に設けることができるとともに、軸受部材の背面に設けられたキー溝部は、その中心に設けられたスラスト支持部から外周側に逃げる位置となるため、その分、旋回半径を大きく設計することができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、被駆動部材を旋回スクロールとし、圧縮機構を、偏心軸部を有するクランク軸と、このクランク軸を回転自在に支承する軸受部材と、前記偏心軸部に回転自在に嵌合された旋回スクロールと、この旋回スクロールと噛み合わ
せて圧縮空間を形成する固定スクロールと、上記第１に記載の自転防止機構とでスクロール圧縮機を構成したものである。これにより、同じ軸受部材の外径および同じ旋回スクロール羽根、固定スクロール羽根の高さであっても、旋回半径を大きく設計できることにより、吸い込み容積を大きくすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施の形態は、自転防止機構であるオルダムリングを用いたスクロール圧縮機について説明したものであり、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

また、図３および図４で説明した従来のスクロール圧縮機と同一の構成については、同一の番号を使用し、その説明は省略する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における自転防止機構の一つであるオルダムリング、軸受部材、および旋回スクロールの平面図を示し、（ａ）および（ｂ）は軸受部材とオルダムリングとをそれぞれ軸受部材の背面側から見た平面図、（ｃ）は旋回スクロールを旋回鏡板の背面側から見た平面図である。

また、図２は、オルダムリングと軸受部材とを組み合わせて軸受部材の背面側から見た図であり、旋回スクロールの旋回鏡板およびキー溝部を点線で示している。また、軸受部材に設置されたシール部材が前記旋回鏡板の背面に接する包絡円を二点鎖線で示している。

オルダムリング１２は、環状部材の一面に、その直径線上から互いにずらした位置に一対のキー部１３を設けるとともに、前記環状部材の他面に、その直径線上から互いにずらした位置に前記一面側のキー部１３の摺動方向と直交する向きに摺動する一対のキー部１４を設けている。

また、被駆動部材である旋回スクロール９の旋回鏡板８の背面１７に、前記オルダムリング１２の一面側の一対のキー部１３が摺動自在に嵌合するキー溝部１５を設けている。また、軸受部材６の背面１８に、前記オルダムリング１２の他面側の一対のキー部１４が摺動自在に勘合するキー溝部１６を設けている。

そして、クランク軸から旋回スクロール９の駆動軸部７に伝達された回転力により、この旋回スクロール９に回転力が伝達されるが、旋回スクロール９は、前記キー部１３と前記キー溝１５との嵌合によって規制される第１の方向の前記オルダムリング１２を伴う移動と、前記キー部１４と前記キー溝１６との嵌合によって規制される前記第１の方向と直交する第２の方向の移動とにより、その自転が防止されるとともに、それら第１、第２の方向の移動が合成する形で連続した旋回半径ｅ’をなす旋回運動を行う。

上記構成により、軸受部材６の背面１８に設けられる一対のキー溝部１６は、その中心に設けられたスラスト支持部１９から逃げる位置となるので、軸受部材６の直径線上に設ける場合に比べて、その直前部長さｐ’を長くすることができる。

また、外径φｄのシール部材２１が旋回鏡板８の背面１７に接する包絡円の外径φｎ’は、旋回半径ｅ’が大きくなるため、式８でも示した通り大きくなるが、旋回鏡板８の背面１７に設けられる一対のキー溝部１５は、この旋回鏡板８の直径線上から互いにずらせた位置としているので、前記包絡円φｎ’には干渉せず、シール性を損なうことはない。

これにより、旋回半径を大きく設計することができる。また、同じ軸受部材の外径およ
び同じ旋回スクロール羽根、固定スクロール羽根の高さと厚みであっても、旋回半径を大きく設計する、すなわち、基礎円半径を大きくすることができるので、吸い込み容積を大きくすることができる。

以上のように、本発明にかかる自転防止機構およびそれを用いたスクロール圧縮機により、従来と同一の吸い込み容積であれば、圧縮機構部の外形を小さくすることが可能となるので、圧縮機の小型化、さらには、この圧縮機を搭載する冷凍空調サイクルの小型化を図ることができる。

６ 軸受部材
８ 旋回鏡板
９ 旋回スクロール
１２ オルダムリング
１３ 旋回鏡板側のキー部
１４ 軸受部材側のキー部
１５ 旋回鏡板のキー溝部
１６ 軸受部材のキー溝部
１７ 旋回鏡板の背面
１８ 軸受部材の背面
１９ スラスト支持部
２０ 環状溝
２１ シール部材
２２ 外周部

Claims (2)

1. 環状部材の一面に、前記環状部材の直径線上から互いにずらした位置に一対のキー部を設けるとともに、前記環状部材の他面に、前記環状部材の直径線上から互いにずらした位置に前記一面側のキー部の摺動方向と直交する向きに摺動する一対のキー部を設け、被駆動部材に、前記一面側の一対のキー部が摺動自在に嵌合するキー溝部を設け、軸受部材に、前記他面側の一対のキー部が摺動自在に勘合するキー部を設けたことを特徴とする自転防止機構。
2. 圧縮機構を、偏心軸部を有するクランク軸と、このクランク軸を回転自在に支承する軸受部材と、前記偏心軸部に回転自在に嵌合された被駆動部材である旋回スクロールと、この旋回スクロールと噛み合わせて圧縮空間を形成する固定スクロールと、請求項１に記載の前記自転防止機構とで構成したスクロール圧縮機。