JP3851183B2 - スクロール圧縮機の自転防止装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係るもので、詳しくは、流体を圧縮するとき、旋回スクロールが自転(rotation)することを防止するスクロール圧縮機の自転防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール圧縮機は、２つの螺旋状のラップ間に気体が流入された状態で旋回することによって空気や冷媒ガスなどの流体を圧縮させる機械である。このようなスクロール圧縮機は、駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部から伝達された駆動力を利用してガスを圧縮させる圧縮機構部とにより構成されている。
【０００３】
そして、従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮機構部では、図８に示すように、フレーム１の上面にインボリュート曲線(involute curve)状のラップ２ａが形成された固定スクロール２が結合され、該固定スクロール２のラップ２ａに係合するようにインボリュート曲線状のラップ３ａが形成された旋回スクロール３がフレーム１と固定スクロール２間に旋回運動できるように偏心して結合されている。
【０００４】
固定スクロール２は、一方側面に流体が吸入される吸入孔２ｂが穿孔形成され、上方側中央部には圧縮されたガスが排出される吐出孔２ｃが穿孔形成されている。
旋回スクロール３の底面にはボス部３ｄが突出して、前記電動機構部（未図示）によって回転される回転軸４の偏心部４ａに結合される。
【０００５】
特に、フレーム１と旋回スクロール３間には、旋回スクロール３が自転することを防止するように、オルダム継手(Oldham coupling)と称される自転防止部材１０が配設されている。
図中、未説明符号Ｐ１及びＰ２は、固定スクロール２のラップ２ａと旋回スクロール３のラップ３ａ間に形成される圧縮空間をそれぞれ示している。
【０００６】
そして、自転防止部材１０では、図９に示すように、円形リング状に形成された本体１１の上面に四角状に突出した第１、第２キー１２ａ、１２ｂが一直線上に配置され、本体１１の底面の第１、第２キー１２ａ、１２ｂを連結する直線に対して直交する直線上には四角状に突出した第３、第４キー１２ｃ、１２ｄが配置されている。
【０００７】
旋回スクロール３の底面には、第１、第２キー１２ａ、１２ｂが挿入して直線運動できるように各キー溝(key groove)３ｂ、３ｃが一直線上にそれぞれ形成され、また、フレーム１の上面には、第３、第４キー１２ｃ、１２ｄが挿入して直線運動できるように各キー溝１ａ、１ｂがそれぞれ形成されている。
【０００８】
フレーム１の中央には回転軸４が貫通する貫通孔１ｃが穿孔形成され、該貫通孔１ｃの周辺には、旋回スクロール３の底面を回転可能に支持するようにスラストベアリング面(thrust bearing face)を成す段差部１ｄが形成されている。
【０００９】
自転防止部材１０をフレーム１と旋回スクロール３間に組立てる際、第１、第２キー１２ａ、１２ｂは旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃにそれぞれ挿入され、第３、第４キー１２ｃ、１２ｄはフレーム１の各キー溝１ａ、１ｂにそれぞれ挿入される。
【００１０】
以下、図１０を参照して、従来技術によるスクロール圧縮機の動作過程を説明する。
先ず、電動機構部（未図示）に電源が印加されて駆動力が回転軸４に伝達されると、旋回スクロール３が自転防止部材１０によって固定スクロール２と係合して旋回され、この過程で固定スクロール２のラップ２ａと旋回スクロール３のラップ３ａとの間に存在する一対の圧縮空間Ｐ１、Ｐ２が連続して吐出孔２ｃに向かって移動しながら次第に体積が減少されるので、吸入孔２ｂを介して吸入された気体が圧縮されて吐出孔２ｃを介して外部に排出される。
【００１１】
より詳細には、旋回スクロール３は回転軸４と一緒に偏心回転しようとするが、自転防止部材１０の各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがそれらの上下方向に配置された旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃ及びフレーム１の各キー溝１ａ、１ｂに半径方向だけにスライディングできるように挿入されてあるので、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの一方側面が各キー溝３ｂ、３ｃ、１ａ、１ｂの対応面に接触しながら旋回スクロール３が自転することを防止するようになる。
【００１２】
従って、旋回スクロール３は、自転防止部材１０によって自転運動が不可能になった条件下で、フレーム１の上面で所定軌跡を維持した状態で旋回運動を行いながら固定スクロール２との間で流体を圧縮するようになっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来技術によるスクロール圧縮機では、次のような不都合な点がある。
即ち、自転防止部材１０が円形のリング構造に形成されてあるため、図１１に示すように、旋回スクロール３が旋回する際、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力Ｆo、Ｆfによって本体１１に主に曲げ応力(bending stress)が作用するが、該曲げ応力は、通常、引張応力や圧縮応力よりも相対的に遥かに大きいため、自転防止部材１０の変形を招き、そこで、自転防止部材１０の変形を防止するために、該自転防止部材１０の大きさを必要以上に大きく設計すべきであるため、材料費が増加するという不都合な点がある。
【００１４】
このように自転防止部材１０を大きく設計すると、自重が増加して、慣性に大いに影響を受ける各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの反力の変化幅が増加して、実質的に自転防止部材１０の各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに作用する最大反力の増加を誘発する。
【００１５】
詳しくは、図１２は、自転防止部材１０の質量が前記旋回スクロールの質量の１／３の値を有する場合に、旋回角度による自転防止部材１０の各接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力値を示したグラフで、図１３は、自転防止部材１０の質量がゼロの場合に、旋回角度による自転防止部材１０の各接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力値を示したグラフであって、自転防止部材１０の質量が大きくなるほど、旋回スクロール３に接触する前記自転防止部材の各接触面Ｏo1、Ｏo2間の反力が大きくなることが分かる。
【００１６】
従って、上述したように自転防止部材１０の質量が大きくなると、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの摩耗発生が大きくなり、よって、圧縮ガスが漏洩するか、または、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと各キー溝３ｂ、３ｃ、１ａ、１ｂとが衝接して発生する衝突騷音が大きくなるなど、逆機能が発生するという不都合な点があった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、自転防止部材に曲げ応力の代わりに引張応力及び圧縮応力が作用するように構成して、自転防止部材のサイズを縮小し、製作費用を節減し得るスクロール圧縮機の自転防止装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、自転防止部材の軽量化を実現することで、キーとキー溝間の反力を減少させて摩耗発生を最小化し、圧縮機の信頼性を向上させ、圧縮効率を向上し得るスクロール圧縮機の自転防止装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１に記載の発明のスクロール圧縮機の自転防止装置では、直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、該本体の上面から突成して旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、本体の下面から突成してフレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴としている。
【００２０】
請求項２に記載の発明では、前記本体は直線状の前記内側面を有するが、直線状の前記外側面に代えて円形の外側面を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、前記本体は直線状の外側面を有するが、直線状の内側面に代えて円形の内側面を有することを特徴とし、前記１対の第１キーが、外側面が形成する四角形状の一方の対角線上で本体外縁近傍に形成され、前記１対の第２キーが、外側面が形成する四角形状の他方の対角線上で本体外縁近傍に形成されることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、フレームと、該フレームに固定される固定スクロールと、フレームと固定スクロール間で固定スクロールと係合されて流体を圧縮する旋回スクロールと、該旋回スクロールとフレーム間、または、旋回スクロールと固定スクロール間に半径方向にスライディングできるように装着されて、旋回スクロールの自転を防止する自転防止装置とを備えて構成されたスクロール圧縮機において、自転防止装置は、直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、該本体の上面から突成して旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、前記内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、本体の下面から突成してフレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、前記内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明に係る自転防止装置が具備されるスクロール圧縮機の圧縮機構部では、図１に示すように、密閉容器（未図示）の内部に固定されたフレーム１１０と、該フレーム１１０の上部に固定される固定スクロール２と、フレーム１と固定スクロール２間で固定スクロール２のラップ２ａと自分のラップ３ａとが相互係合して結合され、電動機構部（未図示）に結合された回転軸４に偏心結合される旋回スクロール３と、フレーム１１０と旋回スクロール３の間に半径方向にスライディング可能に位置されて旋回スクロール３の自転を防止する自転防止部材１２０とを包含して構成されている。
【００２４】
フレーム１１０の中央には、電動機構部の回転子（未図示）に結合された回転軸４が貫通されると同時に該回転軸４に対してラジアルベアリング面(radial bearing face)を成すように貫通孔１１１が穿孔形成され、該貫通孔１１１の周辺には、自転防止部材１２０が安着されると共に自転防止部材１２０が所定軌跡を有して運動するように溝形状に形成された受容部１１２が形成され、該受容部１１２には、後述する自転防止部材１２０の第３キー１２２ｃ及び第４キー１２２ｄが挿入される第３キー溝１１３ａ及び第４キー溝１１３ｂが同一直線上に形成されている。
【００２５】
受容部１１２の外郭のフレーム１１０の上面には、旋回スクロール３と面接触するように平面に精密加工されたスラストベアリング面１１５が形成されている。ここで、スラストベアリング面１１５は、自転防止部材の内側に位置していた従来の構造とは相違して、自転防止部材１２０が位置される部分の外郭に位置して、旋回スクロール３に一層安定した接触支持構造を提供する。
【００２６】
旋回スクロール３は、固定スクロール２のラップ２ａと係合して一対の圧縮空間Ｐ１、Ｐ２を形成するラップ３ａが上面に形成され、底面の両方側には自転防止部材１２０の第１キー１２２ａ及び第２キー１２２ｂがスライディング可能に挿入される第１キー溝３ｂ及び第２キー溝３ｃが同一直線上に形成される。
【００２７】
自転防止部材１２０は、図２に示すように、四角のリング状に形成されてフレーム１１０の受容部１１２に受容される本体１２１と、該本体１２１の上面に四角状に突出して旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃに滑り挿入される第１キー１２２ａ及び第２キー１２２ｂと、本体１２１の底面に四角状に突出してフレーム１１０の各キー溝１１３ａ、１１３ｂに滑り挿入される第３キー１２２ｃ及び第４キー１２２ｄとにより構成されている。
【００２８】
ここで、本体１２１は、図３に示すように、内側面及び外側面が直線を有する四角状に形成され、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄは、本体１２１の各直線部が接するた頂点部にそれぞれ形成される。特に、前記直線部の体積範囲は、旋回スクロール３に接触する各キー１２２ａ、１２２ｂの接触面Ｏo1、Ｏo2の中心とフレーム１１０に接触する他のキー１２２ｃ、１２２ｄの接触面Ｏf1、Ｏf2の中心とを連結した中心線ＣLを外れない範囲内で形成される。
【００２９】
図３は、本体１２１の直線部が、中心線ＣLを外れずに、接触面Ｏ o1 と接触面Ｏ f1 の、及び接触面Ｏ f1 と接触面Ｏ o2 の、及び接触面Ｏ o2 と接触面Ｏ f2 の、及び接触面Ｏ f2 と接触面Ｏ o1 の、回転軸に対する各々の内方の端と外方の端同士を結ぶ線分により形成される範囲にほぼ全体が重なるように形成されていることを示している。
【００３０】
一方、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ中何れか１つのキー１２２ａから対角線方向に位置する他のキー１２２ｂまでの接触面中心を連結する長さＬoは、他の２つのキー１２２ｃ、１２２ｄの接触面中心を連結する対角線の長さＬfと同一に形成することが好ましいが、圧縮機の設計条件によっては、両対角線の長さＬo、Ｌfを相違するように形成することもできる。
図１において、未説明符号２ｂは吸入口、２ｃは吐出口をそれぞれ示したものである。
【００３１】
以下、本実施形態によるスクロール圧縮機の自転防止装置の作用を説明する。先ず、電動機構部に電源を印加して回転軸４が回転すると、該回転軸４に偏心して結合された旋回スクロール３がフレーム１１０の上面で旋回しながら固定スクロール２との圧縮空間に冷媒ガスを連続的に吸入、圧縮して吐出する一連の過程が反復して行われる。
【００３２】
この時、フレーム１１０と旋回スクロール３間には自転防止部材１２０が結合されて旋回スクロール３の自転運動を抑制させるが、この過程で自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが旋回スクロール３またはフレーム１１０の各キー溝３ｂ、３ｃ、１１３ａ、１１３ｂに接触する時、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄには反力が作用され、このようにそれらキー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに反力が作用する時、自転防止部材１２０が四角形の構造に形成されてあるため、本体１２１の直線部には主に圧縮応力または引張応力が作用する。
【００３３】
ここで、前記圧縮応力または引張応力は、円形構造を有した従来の自転防止部材から主に発生していた曲げ応力よりも著しく減少された応力値を有するため、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの反力の最大値を減少させる。
【００３４】
以下、自転防止部材１２０の作用について詳細に説明する。
通常、自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに作用する反力は、大きく分けて、旋回スクロール３の自転を防止するために作用するトルクによる反力と、旋回スクロール３との接触面Ｏo1、Ｏo2で作用する自転防止部材１２０の自体慣性力とがある。
【００３５】
このとき、トルクによる反力は、圧縮機の容量が決定されると各キー間の距離によって調節することができるが、各キー間の距離が一定であると仮定すると、旋回スクロール３の自転モーメント及び自転防止のためのトルクは決定される一方、自転防止部材１２０の自体慣性力は、該自転防止部材１２０の構造によって大きさを加減することができる。
【００３６】
即ち、図２に示すように、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが接触面に対して垂直にモーメントを受ける場合、本体１２１の直線部は、主に圧縮応力及び引張応力を受けるようになるが、それは図１１に示すように本体１２が円形に形成されて主に曲げ応力を受ける時よりも応力値の大きさが遥かに減少される。
【００３７】
このような結果は、図５に示す従来自転防止部材が円形であったときの応力分布と、図６に示す本発明の自転防止部材が四角であるときの応力分布とを比較して見れば確認することができる。
【００３８】
次の表は、円形構造を有する従来自転防止部材（図５）と、四角構造を有する本発明の自転防止部材（図６）と、の最大応力値をそれぞれ示したものである。
【表１】
【００３９】
従って、自転防止部材本体の断面積が同様であると仮定すると、本発明に係る自転防止部材１２０は、強度が増加して旋回スクロール３の駆動を安定的に維持させ、反対に、自転防止部材１２０の強度を同一にしようとするとき、本発明のように本体１２１を直線状に形成すると、強度が良くなって本体１２１の断面積を縮小し得るので、結局、自転防止部材１２０を製作する時、高価のアルミニウム部材の使用量を低減させて製作費用を低下させることができる。
【００４０】
自転防止部材１２０の質量を低減させると、図１２及び図１３から確認できるように、旋回スクロール３との「反力の変化幅」を小さくして、実質的に自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに作用する最大反力を低減させ、従って、それらキー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄまたはキー溝３ｂ、３ｃ、１１３ａ、１１３ｂの摩耗を抑制して、圧縮機の信頼性向上は勿論で、効率向上及び騷音低減を達成することができる。
【００４１】
一方、図２に示すように、自転防止部材１２０をフレーム１１０の内側の受容部１１２内に装着させ、フレーム１１０及び旋回スクロール３のスラストベアリング面１１５を自転防止部材１２０の外側に形成することによって、旋回スクロール３の回転中心を起点とするモーメントアームの長さを増加させ、よって、旋回スクロール３が傾く傾向に対する復元モーメントが大きくなって、旋回スクロール３の駆動安全性を向上させる要因として作用することができる。
【００４２】
そして、本発明に係る自転防止部材の第２実施形態では、図７に示すように、本体１２１を直線状にして四角形状に自転防止部材１２０を形成する第１実施形態とは相違して、本体２２１の内側面は直線状に形成するが、外側面は円形に形成して自転防止部材２２０のスラスト面を増加させるか、その他の理由によって本体２２１の断面積を増加させてある。
【００４３】
反対に、本体の内側面は円形に形成して、外側面を直線状に形成することもできる。
図中、未説明符号２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄはキーで、ＣLは各キー２２２ａ、２２２ｂの接触面の中心から他のキー２２２ｃ、２２２ｄの接触面の中心を連結した中心線を示したものである。
【００４４】
なお、本明細書では、自転防止部材をフレームと旋回スクロール間に装着した場合を例示しているが、場合によっては自転防止部材を固定スクロールと旋回スクロール間に装着させることも可能で、このときも自転防止部材を多角形状に形成することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止装置では、フレームと旋回スクロール間、または、固定スクロールと旋回スクロール間に、半径方向にスライディング運動できるように装着されて、旋回スクロールの自転を防止する自転防止部材を直線状に形成することで、自転防止部材を小型軽量化して製造コストを節減させ、キーとキー溝間の摩耗を減らして旋回スクロールの安全性を維持すると共に、ガス漏洩を予防して圧縮機の信頼性及び効率を向上し得る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部を示した縦断面図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止部材の第１実施形態を示した平面図である。
【図４】図３の自転防止部材に作用する反力の状態を示した概略図である。
【図５】円形構造を有する自転防止部材に発生する応力分布を示した図である。
【図６】四角構造を有する自転防止部材に発生する応力分布を示した図である。
【図７】本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止部材の第２実施形態を示した平面図である。
【図８】従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示した縦断面図である。
【図９】図８の分解斜視図である。
【図１０】従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮原理を示した動作順序図である。
【図１１】従来技術によるスクロール圧縮機の自転防止部材に作用する反力の状態を示した概略図である。
【図１２】従来自転防止部材の質量が旋回スクロールの質量の１／３である場合、自転防止部材の各接触面から発生する反力の変化を示したグラフである。
【図１３】従来自転防止部材の質量がゼロである場合、自転防止部材の各接触面から発生する反力の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
２…固定スクロール
３…旋回スクロール
３ａ…ラップ
３ｂ…第１キー溝
３ｃ…第２キー溝
１１０…フレーム
１１１…貫通孔
１１３ａ…第３キー溝
１１３ｂ…第４キー溝
１２０…自転防止部材
１２１…本体
１２２ａ…第１キー
１２２ｂ…第２キー
１２２ｃ…第３キー
１２２ｄ…第４キー
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール圧縮機に係るもので、詳しくは、流体を圧縮するとき、旋回スクロールが自転(rotation)することを防止するスクロール圧縮機の自転防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール圧縮機は、２つの螺旋状のラップ間に気体が流入された状態で旋回することによって空気や冷媒ガスなどの流体を圧縮させる機械である。このようなスクロール圧縮機は、駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部から伝達された駆動力を利用してガスを圧縮させる圧縮機構部とにより構成されている。
【０００３】
そして、従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮機構部では、図８に示すように、フレーム１の上面にインボリュート曲線(involute curve)状のラップ２ａが形成された固定スクロール２が結合され、該固定スクロール２のラップ２ａに係合するようにインボリュート曲線状のラップ３ａが形成された旋回スクロール３がフレーム１と固定スクロール２間に旋回運動できるように偏心して結合されている。
【０００４】
固定スクロール２は、一方側面に流体が吸入される吸入孔２ｂが穿孔形成され、上方側中央部には圧縮されたガスが排出される吐出孔２ｃが穿孔形成されている。
旋回スクロール３の底面にはボス部３ｄが突出して、前記電動機構部（未図示）によって回転される回転軸４の偏心部４ａに結合される。
【０００５】
特に、フレーム１と旋回スクロール３間には、旋回スクロール３が自転することを防止するように、オルダム継手(Oldham coupling)と称される自転防止部材１０が配設されている。
図中、未説明符号Ｐ１及びＰ２は、固定スクロール２のラップ２ａと旋回スクロール３のラップ３ａ間に形成される圧縮空間をそれぞれ示している。
【０００６】
そして、自転防止部材１０では、図９に示すように、円形リング状に形成された本体１１の上面に四角状に突出した第１、第２キー１２ａ、１２ｂが一直線上に配置され、本体１１の底面の第１、第２キー１２ａ、１２ｂを連結する直線に対して直交する直線上には四角状に突出した第３、第４キー１２ｃ、１２ｄが配置されている。
【０００７】
旋回スクロール３の底面には、第１、第２キー１２ａ、１２ｂが挿入して直線運動できるように各キー溝(key groove)３ｂ、３ｃが一直線上にそれぞれ形成され、また、フレーム１の上面には、第３、第４キー１２ｃ、１２ｄが挿入して直線運動できるように各キー溝１ａ、１ｂがそれぞれ形成されている。
【０００８】
フレーム１の中央には回転軸４が貫通する貫通孔１ｃが穿孔形成され、該貫通孔１ｃの周辺には、旋回スクロール３の底面を回転可能に支持するようにスラストベアリング面(thrust bearing face)を成す段差部１ｄが形成されている。
【０００９】
自転防止部材１０をフレーム１と旋回スクロール３間に組立てる際、第１、第２キー１２ａ、１２ｂは旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃにそれぞれ挿入され、第３、第４キー１２ｃ、１２ｄはフレーム１の各キー溝１ａ、１ｂにそれぞれ挿入される。
【００１０】
以下、図１０を参照して、従来技術によるスクロール圧縮機の動作過程を説明する。
先ず、電動機構部（未図示）に電源が印加されて駆動力が回転軸４に伝達されると、旋回スクロール３が自転防止部材１０によって固定スクロール２と係合して旋回され、この過程で固定スクロール２のラップ２ａと旋回スクロール３のラップ３ａとの間に存在する一対の圧縮空間Ｐ１、Ｐ２が連続して吐出孔２ｃに向かって移動しながら次第に体積が減少されるので、吸入孔２ｂを介して吸入された気体が圧縮されて吐出孔２ｃを介して外部に排出される。
【００１１】
より詳細には、旋回スクロール３は回転軸４と一緒に偏心回転しようとするが、自転防止部材１０の各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄがそれらの上下方向に配置された旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃ及びフレーム１の各キー溝１ａ、１ｂに半径方向だけにスライディングできるように挿入されてあるので、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの一方側面が各キー溝３ｂ、３ｃ、１ａ、１ｂの対応面に接触しながら旋回スクロール３が自転することを防止するようになる。
【００１２】
従って、旋回スクロール３は、自転防止部材１０によって自転運動が不可能になった条件下で、フレーム１の上面で所定軌跡を維持した状態で旋回運動を行いながら固定スクロール２との間で流体を圧縮するようになっていた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来技術によるスクロール圧縮機では、次のような不都合な点がある。
即ち、自転防止部材１０が円形のリング構造に形成されてあるため、図１１に示すように、旋回スクロール３が旋回する際、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力Ｆo、Ｆfによって本体１１に主に曲げ応力(bending stress)が作用するが、該曲げ応力は、通常、引張応力や圧縮応力よりも相対的に遥かに大きいため、自転防止部材１０の変形を招き、そこで、自転防止部材１０の変形を防止するために、該自転防止部材１０の大きさを必要以上に大きく設計すべきであるため、材料費が増加するという不都合な点がある。
【００１４】
このように自転防止部材１０を大きく設計すると、自重が増加して、慣性に大いに影響を受ける各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの反力の変化幅が増加して、実質的に自転防止部材１０の各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに作用する最大反力の増加を誘発する。
【００１５】
詳しくは、図１２は、自転防止部材１０の質量が前記旋回スクロールの質量の１／３の値を有する場合に、旋回角度による自転防止部材１０の各接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力値を示したグラフで、図１３は、自転防止部材１０の質量がゼロの場合に、旋回角度による自転防止部材１０の各接触面Ｏo1、Ｏo2、Ｏf1、Ｏf2に発生する反力値を示したグラフであって、自転防止部材１０の質量が大きくなるほど、旋回スクロール３に接触する前記自転防止部材の各接触面Ｏo1、Ｏo2間の反力が大きくなることが分かる。
【００１６】
従って、上述したように自転防止部材１０の質量が大きくなると、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの摩耗発生が大きくなり、よって、圧縮ガスが漏洩するか、または、各キー１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと各キー溝３ｂ、３ｃ、１ａ、１ｂとが衝接して発生する衝突騷音が大きくなるなど、逆機能が発生するという不都合な点があった。
【００１７】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、自転防止部材に曲げ応力の代わりに引張応力及び圧縮応力が作用するように構成して、自転防止部材のサイズを縮小し、製作費用を節減し得るスクロール圧縮機の自転防止装置を提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明の他の目的は、自転防止部材の軽量化を実現することで、キーとキー溝間の反力を減少させて摩耗発生を最小化し、圧縮機の信頼性を向上させ、圧縮効率を向上し得るスクロール圧縮機の自転防止装置を提供することである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、請求項１に記載の発明のスクロール圧縮機の自転防止装置では、直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、該本体の上面から突成して旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、本体の下面から突成してフレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴としている。
【００２０】
請求項２に記載の発明では、前記本体は直線状の前記内側面を有するが、直線状の前記外側面に代えて円形の外側面を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項３に記載の発明では、前記本体は直線状の外側面を有するが、直線状の内側面に代えて円形の内側面を有することを特徴とし、前記１対の第１キーが、外側面が形成する四角形状の一方の対角線上で本体外縁近傍に形成され、前記１対の第２キーが、外側面が形成する四角形状の他方の対角線上で本体外縁近傍に形成されることを特徴としている。
【００２２】
請求項４に記載の発明では、フレームと、該フレームに固定される固定スクロールと、フレームと固定スクロール間で固定スクロールと係合されて流体を圧縮する旋回スクロールと、該旋回スクロールとフレーム間、または、旋回スクロールと固定スクロール間に半径方向にスライディングできるように装着されて、旋回スクロールの自転を防止する自転防止装置とを備えて構成されたスクロール圧縮機において、自転防止装置は、直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、該本体の上面から突成して旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、前記内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、本体の下面から突成してフレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、前記内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本発明に係る自転防止装置が具備されるスクロール圧縮機の圧縮機構部では、図１に示すように、密閉容器（未図示）の内部に固定されたフレーム１１０と、該フレーム１１０の上部に固定される固定スクロール２と、フレーム１と固定スクロール２間で固定スクロール２のラップ２ａと自分のラップ３ａとが相互係合して結合され、電動機構部（未図示）に結合された回転軸４に偏心結合される旋回スクロール３と、フレーム１１０と旋回スクロール３の間に半径方向にスライディング可能に位置されて旋回スクロール３の自転を防止する自転防止部材１２０とを包含して構成されている。
【００２４】
フレーム１１０の中央には、電動機構部の回転子（未図示）に結合された回転軸４が貫通されると同時に該回転軸４に対してラジアルベアリング面(radial bearing face)を成すように貫通孔１１１が穿孔形成され、該貫通孔１１１の周辺には、自転防止部材１２０が安着されると共に自転防止部材１２０が所定軌跡を有して運動するように溝形状に形成された受容部１１２が形成され、該受容部１１２には、後述する自転防止部材１２０の第３キー１２２ｃ及び第４キー１２２ｄが挿入される第３キー溝１１３ａ及び第４キー溝１１３ｂが同一直線上に形成されている。
【００２５】
受容部１１２の外郭のフレーム１１０の上面には、旋回スクロール３と面接触するように平面に精密加工されたスラストベアリング面１１５が形成されている。ここで、スラストベアリング面１１５は、自転防止部材の内側に位置していた従来の構造とは相違して、自転防止部材１２０が位置される部分の外郭に位置して、旋回スクロール３に一層安定した接触支持構造を提供する。
【００２６】
旋回スクロール３は、固定スクロール２のラップ２ａと係合して一対の圧縮空間Ｐ１、Ｐ２を形成するラップ３ａが上面に形成され、底面の両方側には自転防止部材１２０の第１キー１２２ａ及び第２キー１２２ｂがスライディング可能に挿入される第１キー溝３ｂ及び第２キー溝３ｃが同一直線上に形成される。
【００２７】
自転防止部材１２０は、図２に示すように、四角のリング状に形成されてフレーム１１０の受容部１１２に受容される本体１２１と、該本体１２１の上面に四角状に突出して旋回スクロール３の各キー溝３ｂ、３ｃに滑り挿入される第１キー１２２ａ及び第２キー１２２ｂと、本体１２１の底面に四角状に突出してフレーム１１０の各キー溝１１３ａ、１１３ｂに滑り挿入される第３キー１２２ｃ及び第４キー１２２ｄとにより構成されている。
【００２８】
ここで、本体１２１は、図３に示すように、内側面及び外側面が直線を有する四角状に形成され、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄは、本体１２１の各直線部が接するた頂点部にそれぞれ形成される。特に、前記直線部の体積範囲は、旋回スクロール３に接触する各キー１２２ａ、１２２ｂの接触面Ｏo1、Ｏo2の中心とフレーム１１０に接触する他のキー１２２ｃ、１２２ｄの接触面Ｏf1、Ｏf2の中心とを連結した中心線ＣLを外れない範囲内で形成される。
【００２９】
図３は、本体１２１の直線部が、中心線ＣLを外れずに、接触面Ｏ o1 と接触面Ｏ f1 の、及び接触面Ｏ f1 と接触面Ｏ o2 の、及び接触面Ｏ o2 と接触面Ｏ f2 の、及び接触面Ｏ f2 と接触面Ｏ o1 の、回転軸に対する各々の内方の端と外方の端同士を結ぶ線分により形成される範囲にほぼ全体が重なるように形成されていることを示している。
【００３０】
一方、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ中何れか１つのキー１２２ａから対角線方向に位置する他のキー１２２ｂまでの接触面中心を連結する長さＬoは、他の２つのキー１２２ｃ、１２２ｄの接触面中心を連結する対角線の長さＬfと同一に形成することが好ましいが、圧縮機の設計条件によっては、両対角線の長さＬo、Ｌfを相違するように形成することもできる。
図１において、未説明符号２ｂは吸入口、２ｃは吐出口をそれぞれ示したものである。
【００３１】
以下、本実施形態によるスクロール圧縮機の自転防止装置の作用を説明する。先ず、電動機構部に電源を印加して回転軸４が回転すると、該回転軸４に偏心して結合された旋回スクロール３がフレーム１１０の上面で旋回しながら固定スクロール２との圧縮空間に冷媒ガスを連続的に吸入、圧縮して吐出する一連の過程が反復して行われる。
【００３２】
この時、フレーム１１０と旋回スクロール３間には自転防止部材１２０が結合されて旋回スクロール３の自転運動を抑制させるが、この過程で自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが旋回スクロール３またはフレーム１１０の各キー溝３ｂ、３ｃ、１１３ａ、１１３ｂに接触する時、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄには反力が作用され、このようにそれらキー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに反力が作用する時、自転防止部材１２０が四角形の構造に形成されてあるため、本体１２１の直線部には主に圧縮応力または引張応力が作用する。
【００３３】
ここで、前記圧縮応力または引張応力は、円形構造を有した従来の自転防止部材から主に発生していた曲げ応力よりも著しく減少された応力値を有するため、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄの反力の最大値を減少させる。
【００３４】
以下、自転防止部材１２０の作用について詳細に説明する。
通常、自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに作用する反力は、大きく分けて、旋回スクロール３の自転を防止するために作用するトルクによる反力と、旋回スクロール３との接触面Ｏo1、Ｏo2で作用する自転防止部材１２０の自体慣性力とがある。
【００３５】
このとき、トルクによる反力は、圧縮機の容量が決定されると各キー間の距離によって調節することができるが、各キー間の距離が一定であると仮定すると、旋回スクロール３の自転モーメント及び自転防止のためのトルクは決定される一方、自転防止部材１２０の自体慣性力は、該自転防止部材１２０の構造によって大きさを加減することができる。
【００３６】
即ち、図２に示すように、各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄが接触面に対して垂直にモーメントを受ける場合、本体１２１の直線部は、主に圧縮応力及び引張応力を受けるようになるが、それは図１１に示すように本体１２が円形に形成されて主に曲げ応力を受ける時よりも応力値の大きさが遥かに減少される。
【００３７】
このような結果は、図５に示す従来自転防止部材が円形であったときの応力分布と、図６に示す本発明の自転防止部材が四角であるときの応力分布とを比較して見れば確認することができる。
【００３８】
次の表は、円形構造を有する従来自転防止部材（図５）と、四角構造を有する本発明の自転防止部材（図６）と、の最大応力値をそれぞれ示したものである。
【表１】
従って、自転防止部材本体の断面積が同様であると仮定すると、本発明に係る自転防止部材１２０は、強度が増加して旋回スクロール３の駆動を安定的に維持させ、反対に、自転防止部材１２０の強度を同一にしようとするとき、本発明のように本体１２１を直線状に形成すると、強度が良くなって本体１２１の断面積を縮小し得るので、結局、自転防止部材１２０を製作する時、高価のアルミニウム部材の使用量を低減させて製作費用を低下させることができる。
【００４０】
自転防止部材１２０の質量を低減させると、図１２及び図１３から確認できるように、旋回スクロール３との「反力の変化幅」を小さくして、実質的に自転防止部材１２０の各キー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄに作用する最大反力を低減させ、従って、それらキー１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄまたはキー溝３ｂ、３ｃ、１１３ａ、１１３ｂの摩耗を抑制して、圧縮機の信頼性向上は勿論で、効率向上及び騷音低減を達成することができる。
【００４１】
一方、図２に示すように、自転防止部材１２０をフレーム１１０の内側の受容部１１２内に装着させ、フレーム１１０及び旋回スクロール３のスラストベアリング面１１５を自転防止部材１２０の外側に形成することによって、旋回スクロール３の回転中心を起点とするモーメントアームの長さを増加させ、よって、旋回スクロール３が傾く傾向に対する復元モーメントが大きくなって、旋回スクロール３の駆動安全性を向上させる要因として作用することができる。
【００４２】
そして、本発明に係る自転防止部材の第２実施形態では、図７に示すように、本体１２１を直線状にして四角形状に自転防止部材１２０を形成する第１実施形態とは相違して、本体２２１の内側面は直線状に形成するが、外側面は円形に形成して自転防止部材２２０のスラスト面を増加させるか、その他の理由によって本体２２１の断面積を増加させてある。
【００４３】
反対に、本体の内側面は円形に形成して、外側面を直線状に形成することもできる。
図中、未説明符号２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄはキーで、ＣLは各キー２２２ａ、２２２ｂの接触面の中心から他のキー２２２ｃ、２２２ｄの接触面の中心を連結した中心線を示したものである。
【００４４】
なお、本明細書では、自転防止部材をフレームと旋回スクロール間に装着した場合を例示しているが、場合によっては自転防止部材を固定スクロールと旋回スクロール間に装着させることも可能で、このときも自転防止部材を多角形状に形成することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止装置では、フレームと旋回スクロール間、または、固定スクロールと旋回スクロール間に、半径方向にスライディング運動できるように装着されて、旋回スクロールの自転を防止する自転防止部材を直線状に形成することで、自転防止部材を小型軽量化して製造コストを節減させ、キーとキー溝間の摩耗を減らして旋回スクロールの安全性を維持すると共に、ガス漏洩を予防して圧縮機の信頼性及び効率を向上し得る効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスクロール圧縮機の圧縮機構部を示した縦断面図である。
【図２】図１の分解斜視図である。
【図３】本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止部材の第１実施形態を示した平面図である。
【図４】図３の自転防止部材に作用する反力の状態を示した概略図である。
【図５】円形構造を有する自転防止部材に発生する応力分布を示した図である。
【図６】四角構造を有する自転防止部材に発生する応力分布を示した図である。
【図７】本発明に係るスクロール圧縮機の自転防止部材の第２実施形態を示した平面図である。
【図８】従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮機構部を示した縦断面図である。
【図９】図８の分解斜視図である。
【図１０】従来技術によるスクロール圧縮機の圧縮原理を示した動作順序図である。
【図１１】従来技術によるスクロール圧縮機の自転防止部材に作用する反力の状態を示した概略図である。
【図１２】従来自転防止部材の質量が旋回スクロールの質量の１／３である場合、自転防止部材の各接触面から発生する反力の変化を示したグラフである。
【図１３】従来自転防止部材の質量がゼロである場合、自転防止部材の各接触面から発生する反力の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
２…固定スクロール
３…旋回スクロール
３ａ…ラップ
３ｂ…第１キー溝
３ｃ…第２キー溝
１１０…フレーム
１１１…貫通孔
１１３ａ…第３キー溝
１１３ｂ…第４キー溝
１２０…自転防止部材
１２１…本体
１２２ａ…第１キー
１２２ｂ…第２キー
１２２ｃ…第３キー
１２２ｄ…第４キー
Claims (4)
- 直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、
該本体の上面から突成して前記旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、前記内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、
前記本体の下面から突成して前記フレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、前記内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、
前記１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、前記旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、
前記１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、前記旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、
前記各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する前記第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴とするスクロール圧縮機の自転防止装置。 - 前記本体は直線状の前記内側面を有するが、直線状の前記外側面に代えて円形の外側面を有することを特徴とする、請求項１に記載のスクロール圧縮機の自転防止装置。
- 前記本体は直線状の前記外側面を有するが、直線状の前記内側面に代えて円形の内側面を有することを特徴とする、請求項１に記載のスクロール圧縮機の自転防止装置であって、
前記１対の第１キーが、前記外側面が形成する四角形状の一方の対角線上で本体外縁近傍に形成され、
前記１対の第２キーが、前記外側面が形成する四角形状の他方の対角線上で本体外縁近傍に形成されることを特徴とする、スクロール圧縮機の自転防止装置。 - フレームと、該フレームに固定される固定スクロールと、前記フレームと固定スクロール間で固定スクロールと係合されて流体を圧縮する旋回スクロールと、該旋回スクロールとフレーム間、または、前記旋回スクロールと固定スクロール間に半径方向にスライディングできるように装着されて、旋回スクロールの自転を防止する自転防止装置とを備えて構成されたスクロール圧縮機において、
前記自転防止装置は、
直線状の内側面及び外側面を有する四角形状に形成されて、旋回スクロールとフレーム間に配設される本体と、
該本体の上面から突成して前記旋回スクロールのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第１キーにして、前記内側面が形成する四角形状の一方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第１キーと、
前記本体の下面から突成して前記フレームのキー溝にそれぞれ挿入される１対の第２キーにして、前記内側面が形成する四角形状の他方の対角線の延長線上で本体外縁近傍に形成された１対の第２キーとにより構成され、
前記１対の第１キーが第１接触面をそれぞれ有し、該第１接触面が、前記旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、
前記１対の第２キーが第２接触面をそれぞれ有し、該第２接触面が、前記旋回スクロールの回転の接線方向に平行な法線を有して延在し、
前記各第１キーの第１接触面の中心と該第１接触面に隣接する前記第２キーの第２接触面の中心とを結ぶ４本の線分が前記内側面より内側を通らないように前記内側面は配置され、且つ前記４本の線分が前記外側面より外側を通らないように前記外側面は配置されることを特徴とするスクロール圧縮機。
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