JP3136267B2 - スクロール型圧縮機の回転阻止機構 - Google Patents

スクロール型圧縮機の回転阻止機構

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JP3136267B2
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    • F01C17/063Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements with only rolling movement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
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    • F16C2360/42Pumps with cylinders or pistons

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Pivots And Pivotal Connections (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスクロール型圧縮機
に関し、特に、それの運転時に公転運動を行う公転部材
の回転を阻止する回転阻止機構に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、特開平5−33811号公報及
び特開平5−87131号公報には、スクロール型圧縮
機の固定部材とこれに対して公転運動を行う公転部材と
に互いに対向する対のレース部材を夫々備え、これらの
レース部材間にボールを介在させた回転阻止機構が開示
されている。その回転阻止機構は、図7に示すように固
定部材1及び公転部材2に夫々取り付けたレース部材3
の各々の一面に公転運動の軌跡に沿って環状にのびた転
走溝4を形成し、この転走溝4にボール5を受けること
により公転部材2の回転を阻止するものである。ここで
転走溝4の内面はボール5の半径とほぼ等しい一つの曲
率半径Rをもつ曲面にしたがって形成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この回転阻止機構によ
ると、公転部材に備えたレース部材は公転運動の軌跡に
したがって公転する。換言すると、公転するレース部材
は転走溝により定まる公転半径をもつ。したがって設計
上では、ボールは転走溝の溝底に沿って転走する筈であ
る。
【0004】しかしながら、実際の製造においては部品
の寸法公差や組付けズレを避け得ないため、転走溝の半
径とレース部材の実際の公転半径とに寸法差が生じ、図
7に示すようにボール5が転走溝4の溝底からずれた曲
面、即ち、転走溝の内面の外周部分や内周部分に乗り上
げた状態で転走することがある。このとき、ボール5か
らレース部材3に作用するスラスト力F1の作用線は互
いに食い違う。
【0005】しかもこの場合のボールの乗り上げ量はば
らつくため、スクロール型圧縮機の可動スクロールを実
際に支持する箇所がスラスト力F1に原因して摩滅や変
形をしたり、またこの摩滅のために、負荷を受けている
箇所の負荷が増したりして、結果として回転阻止機構の
寿命を引き下げてしまう。
【0006】さらにボールの乗り上げ量のばらつきは、
スクロール型圧縮機の可動スクロールの支持を不確実に
したり、またスクロール型圧縮機の可動スクロールと固
定スクロールとの間に隙間を生じさせて圧縮性能を損ね
る原因になったりする。
【0007】それ故に本発明の課題は、ボールが転走溝
の内面の外周部分や内周部分に乗り上げた状態で転走す
るのを防止した回転阻止機構を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、スクロ
ール型圧縮機の固定部材とこれに対して公転運動を行う
公転部材とにそれぞれ備えた互いに対向する対のレース
部材と、前記対のレース部材間に介在したボールとを含
み、前記対のレース部材の各々は前記公転運動の軌跡に
沿って環状にのびた転走溝を一面にもち、前記転走溝に
前記ボールを受けることによって前記公転部材の回転を
阻止する回転阻止機構において、前記転走溝の内面は、
前記ボールの半径と近似しかつ前記ボールの半径よりも
大きい曲率半径の曲面よりなる外周部及び内周部と、前
記外周部及び前記内周部の接線となる解析幾何学上の曲
面であって前記曲率半径よりも大きい曲率半径の曲面よ
りなる底部とを有し、前記底部の前記外周部と前記内周
部との間の幅寸法を、前記スクロール型圧縮機のスクロ
ール部材の形状誤差、前記レースの取付位置誤差、及び
前記転走溝の位置誤差を見込んだ幅に設定したことを特
徴とする回転阻止機構が得られる。
【0009】前記底部の曲率半径は前記外周部及び前記
内周部の曲率半径よりもはるかに大きいことが望まし
い。
【0010】前記底部の曲率半径は無限大であり、した
がって前記底部は平坦面であることは好ましい。
【0011】
【0012】前記スクロール型圧縮機は前記レースを支
持するレース支持部材を備えており、前記対のレースの
各々に、前記レース支持部材に接触する平坦部を前記底
部の前記外周部と前記内周部との間の幅寸法よりも大き
く設けることは好ましい。
【0013】また本発明によれば、スクロール型圧縮機
の固定部材とこれに対して公転運動を行う公転部材とに
それぞれ備えた互いに対向する対のレース部材と、前記
対のレース部材間に介在したボールとを含み、前記対の
レース部材の各々は前記公転運動の軌跡に沿って環状に
のびた転走溝を一面にもち、前記転走溝に前記ボールを
受けることによって前記公転部材の回転を阻止する回転
阻止機構において、前記転走溝の内面は、前記環状の径
方向に長軸をもつ楕円にしたがう曲面であることを特徴
とする回転阻止機構が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】次に、本発明の第1の実施の形態
に係る回転阻止機構としてのボールカップリングを備え
るスクロール型圧縮機を、図面を参照して説明する。図
1において、10はスクロール型圧縮機の固定部材であ
るハウジングである。ハウジング1Oは、大径の有底円
筒体から成るリアハウジング10aと、リアハウジング
10aの開放端に固定された、大径円筒部10b1及び
小径円筒部10b2から成るフロントハウジング10b
とを備えている。リアハウジング10aとフロントハウ
ジング10bとは、同心状に配設されている。
【0015】ハウジング10の中心軸線X上に配設され
たシャフト11が、フロントハウジング10bの小径円
筒部10b2を通って、ハウジング10内に延びてい
る。シャフト11は、フロントハウジング10bの小径
円筒部10b2に包囲された小径部Ilaと、フロント
ハウジング10bの大径円筒部10b1に包囲された大
径部Ilbとを備えている。大径部11bの端面には、
軸線Xに平行に延びる駆動ピン12が、軸線Xから偏心
して固定されている。シャフト11は、大径部1Ibが
ボールベアリング13を介してフロントハウジング10
bの大径円筒部1Oblにより回転自在に支承され、小
径部11aがボールベアリング14を介してフロントハ
ウジング10bの小径円筒部10b2により回転自在に
支承されている。
【0016】フロントハウジング10bの小径円筒部1
0b2の径方向外方に電磁クラッチ15が配設されてい
る。電磁クラッチ15は、フロントハウジング10bの
小径円筒部10b2に回転自在に外嵌すると共に、図示
しないVベルトを介して図示しない外部駆動源に接続さ
れたプーリ15aと、フロントハウジング10bの小径
円筒部10b2に固定された励磁コイル15bと、シャ
フト11の小径部11aの端部に固定された回転伝達板
15cとを備えている。電磁クラッチ15を介して、図
示しない外部駆動源によりシャフト11が回転駆動され
る。
【0017】リアハウジング10a内には、固定スクロ
ール16が配設されている。
【0018】固定スクロール16は、軸線Xと同心に配
設されてリアハウジング10aに嵌合する円板状の端板
16aと、端板16aの一方の面に形成されたうず巻き
体16bと、端板16aの他方の面に形成された脚16
cとを備えている。端板16aの中心部には吐出穴16
alが形成されている。固定スクロール16は、脚16
cがリアハウジング10aの底部10a1に当接した状
態で、ポルト17により、リアハウジング10aに固定
されている。固定スクロールの端板16aにより、リア
ハウジング10aの内部空間は吸入室18と吐出室19
とに仕切られている。
【0019】リアハウジング10a内には、固定スクロ
ール16に隣接して公転部材としての可動スクロール2
0が配設されている。可動スクロール20は、円板状の
端板20aと、端板2Oaの一方の面に形成されたうず
巻き体20bと、端板20aの他方の面に形成された環
状のボス20cとを備えている。端板20aの中心軸線
Yは、軸線Xから距離rs偏心している。可動スクロー
ル20のうず巻き体20bは、固定スクロール16のう
ず巻き体16bと、180゜の角度のずれをもってかみ
合っている。
【0020】ボス20cには、端板20aと同心に配設
された厚肉円板状のブッシュ21が、ニードルベアリン
グ22を介して回転自在に内嵌している。ブッシュ21
には、軸線Xに平行に延びる偏心貫通穴21aが形成さ
れ、また、径方向に延びるバランスウエイト23が固定
されている。貫通穴21aは、シヤフト11の大径部I
lbに固定された駆動ピン12を、摺動可能に収容して
いる。ブッシュ21に形成されたピン21bが、シャフ
ト11の大径部11bの端部に形成されたピン21bよ
りも僅かに大径の穴に嵌合している。
【0021】フロントハウジング10bの大径円筒部1
0b1の端部に固定された固定側レース24と、可動ス
クロール20の端板20aに固定された可動側レース2
5と、周方向に互いに間隔を隔てて固定側レース24と
可動側レース25との間に介在する複数のボール26と
により、可動スクロール20の自転を防止するためのボ
ールカップリング、即ち、自転阻止機構が構成されてい
る。
【0022】図2(a),(b)を参照して、ボールカ
ップリングについて説明する。固定側レース24及び可
動側レース25はいずれも、鉄又はクロム・モリブデン
鋼よりプレス成形により製造されたものであり、円環状
を成している。固定側レース24及び可動側レース25
には夫々一面に、周方向に互いに間隔を隔てて複数の環
状にのびた転走溝24c,25cが形成されている。ボ
ール26は軸受鋼よりなり、固定側レース24の転走溝
24cとこれに対峙する可動側レース25の転走溝25
cとに挟持された状態で、固定側レース24と可動側レ
ース25との間に介在している。
【0023】さらに図3を参照して説明を続ける。転走
溝24c,25cの内面は、曲率半径R1をもつ曲面よ
りなる内周部24c1,25c1と、曲率半径R2をも
つ曲面よりなる外周部24c2,25c2と、これらの
間を接続した底部24c3,25c3とを有している。
内周部24c1,25c1の曲率半径R1と外周部24
c2,25c2の曲率半径R2は互いに同じでもよいし
また少し違っていてもよい。とにかく、曲率半径R1と
R2は、いずれもボール26の半径と近似しかつボール
26の半径よりも大きい値、即ち、ボール26の半径よ
りも僅かに大きな値に設定されている。
【0024】底部24c3,25c3は外周部24c
1,25c1及び内周部24c2,25c2の接線とな
る平坦面とされている。換言すると、底部24c3,2
5c3は外周部24c1,25c1及び内周部24c
2,25c2間を滑らかに接続した解析幾何学上の曲面
であって曲率半径が無限大の曲面である。底部24c
3,25c3の中央の直径は、可動スクロール20の公
転運動の半径rsと略同一値に設定されている。また底
部24c3,25c3の幅寸法は、実行転走跡幅の約1
/3に設定されている。底部24c3,25c3の幅寸
法を、スクロール型圧縮機のスクロール部材の形状誤
差、レースの取付位置誤差、及び転走溝の位置誤差を見
込んだ幅に設定することは好ましい。
【0025】一方、固定側レース24及び可動側レース
25の反対面には平坦部24d,25dを設けている。
平坦部24d,25dは底部24c3,25c3の幅寸
法よりも大きい。したがって固定側レース24及び可動
側レース25は、レース支持部材となるフロントハウジ
ング10bの大径円筒部10b1及び可動スクロール2
0の端板20aに底部24c3,25c3の幅寸法より
も大きな幅にわたって接触し支持される。
【0026】図1に戻り、上述したボールカップリング
を備えたスクロール型圧縮機の作動につき説明する。図
示しない外部駆動源により、電磁クラッチ15を介し
て、シャフト11が回転駆動される。シャフト11が回
転すると、ブッシュ21が軸線Xの回りを公転し、可動
スクロール20が軸線Xの回りを公転する。可動スクロ
ール20の公転により、互いにかみ合う可動スクロール
のうず巻き体20bと固定スクロールのうず巻き体16
bとの間に形成された空間、すなわち圧縮室が、その容
積を減少させつつ、うず巻きの中心方向へ移動する。こ
の結果、外部流体回路からハウジング10に形成された
図示しない吸入ポートを通って吸入室18に流入した流
体が、両うず巻きの外周端部から圧縮室内に取り込ま
れ、圧縮室内で圧縮され、固定スクロールに形成された
吐出穴16a1を通って、吐出室19に流出する。吐出
室19に流入した加圧流体は、リアハウジング1Oaに
形成された図示しない吐出ポートを通って、外部流体回
路へ流出する。
【0027】流体を圧縮する際に可動スクロール20に
加わる軸線X方向の反力と、径方向の可動スクロール自
転阻止力とは、可動スクロール側レース25、ボール2
6、固定側レース24を介してフロントハウジング10
bに伝達される。
【0028】可動スクロール20の公転に伴って、ボー
ル26は、転走溝24c、25c内を、可動スクロール
20の公転半径rsと略同一直径の円軌道を描いて転走
する。転走溝24c、25cの底部24c3,25c3
の直径d0は、可動スクロール20の公転運動の半径と
略同一値に設定されているので、可動スクロール20の
公転に伴って、ボール26は、転走溝24c,25cの
底部24c3,25c3に押しつけられた状態で、転走
溝24c、25c内を可動スクロール20の公転半径r
sと略同一直径の円軌道を描いて滑らかに転走すること
ができる。この結果、可動スクロール20はフロントハ
ウジング10b、ひいては固定スクロール16に対し
て、所定の角度関係を維持しつつ、公転することにな
る。
【0029】可動スクロール20が公転する際に、可動
スクロール20は、ブッシュ21の回りに自転しようと
する。しかし、ボール26の転走範囲が、転走溝24
c、25c内に限定されるので、可動スクロール90の
自転は阻止される。
【0030】このときボール26は概ね転走溝24c、
25cの底部24c3,25c3に沿って転走すること
になる。即ち、たとえスクロール型圧縮機の実際の製造
において部品の寸法公差や組付けズレにより転走溝24
c、25cの半径と可動側レース25の実際の公転半径
とに寸法差が生じたとしても、ボール26が転走溝24
c、25cの底部24c3,25c3からずれた曲面、
つまり、外周部24c1,25c1及び内周部24c
2,25c2に乗り上げた状態で転走する虞はほとんど
ない。さらに、ボール26から固定側レース24及び可
動側レース25に作用するスラスト力F0の作用線は互
いにほぼ一致し軸方向に沿ったものとなる。
【0031】また一般に、スクロール型圧縮機では可動
スクロール20にかかる圧縮反力への抗力を発生する必
要がある。この抗力を発生するために、ボール26が転
走溝24c,25cの溝底から溝曲面を乗り上げようと
する力を受けることが想定される。この時、固定側レー
ス24及び可動側レース25はその背面が曲面となって
いると、ボール26の乗り上げによる分力によりレース
支持部材への食い込み又は着脱を繰り返し、これにより
フレッチング摩耗を起こす。これに対し、上述したよう
に固定側レース24及び可動側レース25の背面に平坦
部24d,25dを設けると、レース支持部材との接触
面の面圧低下が起こると共にボール26の下にレースの
浮いている箇所がなくなる。したがってフレッチング摩
耗を予防できる。
【0032】図4に移り、本発明の第2の実施の形態に
係る回転阻止機構としてのボールカップリングを説明す
る。図2及び図3に示したボールカップリングと同様な
部分には同じ符号を付して説明を省略する。
【0033】図4に示すボールカップリングにおいて
は、固定側レース24及び可動側レース25の転走溝2
4c,25cの底部24c3,25c3の曲率半径R3
を、外周部24c1,25c1の曲率半径R1及び内周
部24c2,25c2の曲率半径R2のいずれよりもは
るかに大きい値に設定されている。この場合でも、底部
24c3,25c3を外周部24c1,25c1及び内
周部24c2,25c2の接線となるように形成するこ
とは勿論である。これによれば、転走溝24c,25c
の内面が連続的な曲面になるため、局所的な面圧の上昇
を防止できる。なお曲率半径R1とR2は互いに同じで
もよいしまた少し違っていてもよい。
【0034】このように転走溝24c,25cの底部2
4c3,25c3は必ずしも平坦である必要はない。即
ち、外周部24c1,25c1及び内周部24c2,2
5c2を曲率半径R1,R2の曲面とした場合には、底
部24c3,25c3を解析幾何学上の曲面であって曲
率半径R1,R2よりも大きい曲率半径の曲面とすれば
よい。
【0035】図5に移り、本発明の第3の実施の形態に
係る回転阻止機構としてのボールカップリングを説明す
る。図3や図4に示したボールカップリングと同様な部
分には同じ符号を付して説明を省略する。
【0036】図5に示すボールカップリングにおいて
は、固定側レース24及び可動側レース25の転走溝2
4c,25cの内面を、環状の径方向に長軸をもつ楕円
にしたがう曲面としている。換言すると、2つの焦点を
もつ楕円を長軸で割った半分または一部にしたがって固
定側レース24及び可動側レース25の転走溝24c,
25cの内面を形成している。これによっても、転走溝
24c,25cの内面が連続的な曲面になるため、局所
的な面圧の上昇を防止できる。
【0037】図6を用いてさらに具体的に説明する。ボ
ール26の直径をdとすると、転送溝25cの底から楕
円eの焦点f1,f2までの距離Hは次式(1)を満た
すものとする。
【0038】 H=(d/2)+r (1) ここでr≧0とする。
【0039】また可動側レース25の一面から2つの焦
点f1,f2までの距離をA1、2つの焦点f1,f2
の相互間隔をC1とすると、次式(2)が成立する。
【0040】 A1+B1+C1=A2+B2+C1 (2) したがって可動側レース25転走溝25cの内面を形成
する場合の楕円の2つの焦点f1,f2の位置を求める
ことができる。
【0041】なお図6では可動側レース25について示
したが、固定側レース24の転走溝24cの内面を形成
する場合も、同様に実施できる。
【0042】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ボールが転走溝の内面の外周部分や内周部分に乗り上げ
た状態で転走するのを防止した回転阻止機構を提供でき
る。したがって回転阻止機構の耐久性の向上、固定スク
ロールと可動スクロールとの軸方向隙間の適正化による
性能の安定及び生産性の向上、及び回転阻止機構の摩耗
の減少を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る回転阻止機構
を備えるスクロール型圧縮機の縦断面図。
【図2】図1のスクロール型圧縮機の回転阻止機構のみ
を示し、(a)は正面図(b)は横断面図。
【図3】図2の回転阻止機構の要部拡大図。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る回転阻止機構
の要部拡大図。
【図5】本発明の第3の実施の形態に係る回転阻止機構
の要部拡大図。
【図6】図5の回転阻止機構の説明図。
【図7】従来のスクロール型圧縮機の回転阻止機構の要
部拡大図。
【符号の説明】
10 ハウジング 10b フロントハウジング 10b1 大径円筒部 16 固定スクロール 20 可動スクロール 20a 端板 24 固定側レース 25 可動側レース 26 ボール 24c,25c 転走溝 24c1,25c1 内周部 24c2,25c2 外周部 24c3,25c3 底部 24d,25d 平坦部 R1,R2 曲率半径
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−138388(JP,A) 特開 平5−33811(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04C 18/02 311

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スクロール型圧縮機の固定部材とこれに
    対して公転運動を行う公転部材とにそれぞれ備えた互い
    に対向する対のレース部材と、前記対のレース部材間に
    介在したボールとを含み、前記対のレース部材の各々は
    前記公転運動の軌跡に沿って環状にのびた転走溝を一面
    にもち、前記転走溝に前記ボールを受けることによって
    前記公転部材の回転を阻止する回転阻止機構において、
    前記転走溝の内面は、前記ボールの半径と近似しかつ前
    記ボールの半径よりも大きい曲率半径の曲面よりなる外
    周部及び内周部と、前記外周部及び前記内周部の接線と
    なる解析幾何学上の曲面であって前記曲率半径よりも大
    きい曲率半径の曲面よりなる底部とを有し、前記底部の
    前記外周部と前記内周部との間の幅寸法を、前記スクロ
    ール型圧縮機のスクロール部材の形状誤差、前記レース
    の取付位置誤差、及び前記転走溝の位置誤差を見込んだ
    幅に設定したことを特徴とする回転阻止機構。
  2. 【請求項2】 前記底部の曲率半径は前記外周部及び前
    記内周部の曲率半径よりもはるかに大きいことを特徴と
    する請求項1記載の回転阻止機構。
  3. 【請求項3】 前記底部の曲率半径は無限大であり、し
    たがって前記底部は平坦面である請求項1記載の回転阻
    止機構。
  4. 【請求項4】 前記スクロール型圧縮機は前記レースを
    支持するレース支持部材を備えており、前記対のレース
    の各々に、前記レース支持部材に接触する平坦部を前記
    底部の前記外周部と前記内周部との間の幅寸法よりも大
    きく設けたことを特徴とする請求項1−3のいずれかに
    記載の回転阻止機構。
  5. 【請求項5】 スクロール型圧縮機の固定部材とこれに
    対して公転運動を行う公転部材とにそれぞれ備えた互い
    に対向する対のレース部材と、前記対のレース部材間に
    介在したボールとを含み、前記対のレース部材の各々は
    前記公転運動の軌跡に沿って環状にのびた転走溝を一面
    にもち、前記転走溝に前記ボールを受けることによって
    前記公転部材の回転を阻止する回転阻止機構において、
    前記転走溝の内面は、前記環状の径方向に長軸をもつ楕
    円にしたがう曲面であることを特徴とする回転阻止機
    構。
  6. 【請求項6】 請求項1−5のいずれかに記載の回転阻
    止機構を備えたスクロール型圧縮機。
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