JP4106088B2 - 滑り面スラスト軸受を有するスクロール型流体変位装置 - Google Patents

Description

発明の背景
この発明は、一般的に流体変位装置に関する。更に詳しくは、“滑り面スラスト軸受”、およびこのスラスト軸受にオイルミスト潤滑状態で十分な潤滑剤の供給を保証するための“二方吸込オイル−ガス流路”、および可変速度用途のためにこの滑り面スラスト軸受の作動面積を最大にするための“片側にキーの付いたオルダムリング”を備えた、改良したスクロール型流体変位装置に関する。
スクロール型流体変位装置は、この技術分野でよく知られている。例えば、クロイックスの米国特許第８０１，１８２号は、各々円形のエンドプレートおよび渦巻状またはインボリュートのスクロール要素を有する二つのスクロール部材を含むスクロール装置を開示している。これらのスクロール要素は、同じ渦巻形状を有し、角度方向および半径方向にオフセットして絡み合い、それらの渦巻状湾曲面間に複数の線接触を生ずる。それで、絡み合うスクロール要素が密封し、少なくとも１対の流体ポケットを形成する。一つのスクロール要素が他に対して周回することによって、線接触が渦巻状湾曲面に沿って移動し、それによって流体ポケットの容積を変える。この容積は、これらのスクロール要素の周回運動に対する方向に依って増減し、従ってこの装置を流体を圧縮または膨張するために使うことができる。
次に、図１ａ〜図１ｄを参照して、従来のスクロール圧縮機の一般的動作を説明する。図１ａ〜図１ｄは、流体を圧縮するために絡み合う渦巻形スクロール要素１および２の相対運動を模式的に示す。スクロール要素１および２は、互いに角度方向および半径方向にオフセットし、絡み合っている。図１ａは、各スクロール要素の外終末先端が他のスクロール要素と接触していること、即ち、吸込みが丁度終り、対称の対の流体ポケットＡ１およびＡ２が丁度形成されたことを示す。
図１ｂ〜図１ｄの各々は、順次進角した、特定の駆動軸クランク角でのスクロール要素の位置を示す。このクランク角が前進すると、流体ポケットＡ１およびＡ２が絡み合うスクロール要素の中心の方へ角度方向および半径方向に移動し、各流体ポケットＡ１およびＡ２の容積が次第に減少する。流体ポケットＡ１およびＡ２は、クランク角が図１ｃに示す状態から図１ｄに示す状態へ移ると、中心部Ａで一緒に合体する。合体した単一ポケットの容積は、さらなる駆動軸の回転によって更に減少する。スクロール要素の相対施回運動中、図１ｂおよび図１ｄでは開放している状態の外側スペース、即ち吸込室は、新しい密封した流体ポケットを形成させ、その流体ポケット中に圧縮すべき流体の次の量が閉じ込められる（図１ｃおよび図１ａはこれらの状態を示す）。
自動車のエアコン圧縮機どでは、圧縮機が８００〜６０００ｒｐｍの可変速度で回転し、圧縮機のスラスト軸受にとって過酷な状態となる。住宅のエアコン圧縮機に使用するオイルポンプでは自動車エアコン圧縮機のスラスト軸受を充分に、潤滑ができない。なぜなら、自動車エアコン圧縮機のオイルサンプ油面が、自動車の姿勢、即ち、登り坂、下り坂または水平の姿勢で常に変るからである。従って、オイルミスト潤滑による方式が自動車エアコン圧縮機に広く使われている。滑り面スラスト軸受を充分に潤滑することにより、安価で静粛運転および安定支持が可能となる。しかしながら、滑り面スラスト軸受は住宅用スクロールエアコン圧縮機に首尾よく使われているが、上記の理由で自動車用スクロールエアコン圧縮機には使われていない。自動車エアコン圧縮機では、スラスト玉軸受が使用されている。例えば、サンデン コーポレーション製のスクロールエアコン圧縮機に使われている、玉スラスト軸受は、少ない潤滑に耐える。しかし、玉スラスト軸受は、高価である。それは、高速で大きい騒音を出し、玉とレースの間の接触点での接触応力が高いために急速摩滅の問題が生じる。
本発明は、改良したスクロール型流体変位装置を提供する。二方吸込オイル−ガス流路の機構を設けることによって、オイルミストの中の大部分のオイルを集めて滑り面スラスト軸受に指向させ充分な潤滑をし、且つ同時に吸込圧力損失を最少にする。この滑り面スラスト軸受は、広範囲に変動する回転速度で作動できる。片面にキーの付いたオルダムリングを設けることによりこのスラスト軸受の作動面を最大にさせる。
発明の概要
従って、本発明の目的は、最大の有効軸受面を有する滑り面スラスト軸受が可変回転速度で作動できる、スクロール型流体変位装置を提供することである。
二方吸込オイル−ガス流路の機構を提供することも本発明の目的である。冷媒とオイルミストの戻り混合物がこれらの流路を通過するとき、その中の大部分のオイルを集めてオイルの濃い混合物を作る。このオイルの濃い混合物は滑り面スラスト軸受へ供給され、これを潤滑する。大部分の冷媒ガスは、スクロール装置の吸込口へ直接流れ、吸込圧力損失が最少になる。
上記およびその他の目的を達成するために、本発明の開示した実施例は、吸込口と排出口を有するハウジングを含む、スクロール型流体変位装置を提供する。第１スクロール部材が第１エンドプレートを有し、この第１エンドプレートから第１スクロール要素が軸方向にこのハウジングの内部へ伸びる。第２スクロール部材も第２エンドプレートを有し、この第２エンドプレートから第２スクロール要素が軸方向に伸びる。この第２スクロール部材は、第１スクロール部材に相対的に非自転施回運動をするように可動式に配置されている。滑り面スラスト軸受がこの第２スクロール部材の第２エンドプレートを支持する。
この第１スクロール要素および第２スクロール要素は、角度方向および半径方向にオフセットして絡み合い、複数の線接触を生じ少なくとも１対の密封した流体ポケットを形成する。駆動手段がこれらのスクロール部材に作動するように設けられ、オルダムリングによってそれらの自転を防ぎながら、それらの相対施回運動を行わせ、それによってこれらの流体ポケットの容積を変えさせる。
本発明の開示した実施例は、二方吸込オイル−ガス流路の機構を提供する。吸入口からこのハウジングに入った冷媒とオイルミストの混合物は、二つの流路を通り二つの異なる方向に流れることができる。一つの方向は、入口の真っ直ぐの延長で、混合物をハウジングの中央部およびオイルサンプへ導く。大部分のオイルミストおよび油滴は、その密度が高いことによって慣性が大きいために、この方向に流れ、オイルミストの濃い混合物を作る。このオイルの濃い混合物は、主軸軸受の隙間およびスラスト軸受の作動面の放射状流路を流れ、上述スラスト軸受面を潤滑する。もう一の方向は、この入口から鋭角に曲げられ二つのスクロール要素によって画成される吸込室へ向う。この吸込室はハウジング中で圧力が最も低い場所である。この吸込口と吸込室の間の圧力差によって導入される大部分の冷媒ガスは、鋭く曲って吸込室へ流入する。これにより、戻り冷媒ガスの圧力低下が最少になる。
本発明の他の側面では、スクロール型流体変位装置がその作動面上に少なくとも一つの放射状流路を有する滑り面スラスト軸受含み、主軸軸受からのオイルの濃い混合物は、このスラスト軸受の作動面を流れて潤滑させて、その後に吸込室へ流入する。
本発明の他の側面で、このスラスト軸受の作動面にある放射状溝は、この作動面上の何れかの点から放射状溝までの最小距離が第２スクロール部材の非自転軌道運動の直径より大きくないように配置されている。
本発明の更に他の側面では、オルダムリングがこのリングの同じ側面に位置する二つのグループのキーを有し、それで“片面キー付きオルダムリング”と呼ばれ、各グループは二つのキーを有し、それらは直径の両端に位置し、二つのグループのキーの中心線が互いに垂直である。このリングと第２スクロール部材は、滑り面スラスト軸受の異なる側に位置する。
【図面の簡単な説明】
この発明は、添付の図面を参照する以下の詳細な説明を考慮して検討すればよりよく理解できよう。それらの図面で：
図１ａ〜図１ｄは、従来のスクロール圧縮機のスクロール要素の相対施回運動を示す模式図であり、
図２は、本発明による二方吸込オイル−ガス流路を備える、スクロール型自動車用エアコン圧縮機の断面図を示し、
図３ａ〜図３ｂは、本発明による、濃いオイルのミストが流れる潤滑用放射状溝を備える滑り面スラスト軸受を示し、
図４ａ〜図４ｂは、本発明による、“片面キー付きオルダムリング”を示し、
図５ａ〜図５ｂは、従来技術の典型的オルダムリングを示す。
現在好適な実施例の詳細な説明
図２を参照すると、本発明に従って設計したスクロール型自動車用エアコン圧縮機が示されている。この圧縮機１０は、主ハウジング２０、前シェル２１、後カバー１１および第１スクロール部材（固定スクロール部材）６０を含む圧縮機シェル本体を有する。主ハウジング２０は、主軸受３２を保持する。主軸４０が主軸受３２および前シェル２１が保持する後軸受３４によって回転可能に支持され、電磁クラッチ２２によって駆動されるとき、その軸線Ｓ₁−Ｓ₁に沿って回転する。
駆動ピン４２が主軸４０の後端から突出し、この駆動ピンの中心軸線Ｓ₂−Ｓ₂は、主軸の軸線Ｓ₁−Ｓ₁から第２スクロール部材（施回スクロール部材）５０の施回半径Ｒｏｒに等しい距離だけオフセットしている。この施回半径とは、第２スクロール部材５０が第１スクロール部材６０に相対的に施回するとき、第２スクロール部材が旋回する軌道円の半径である。
第１スクロール部材６０は、第１エンドプレート６１を有し、この第１エンドプレート６１からスクロール要素６２が延在する。この第１スクロール部材は、軸線Ｓ₁−Ｓ₁に垂直であり、一つのスクロール部材の先端と他のスクロール部材のベースの間に適当な隙間が維持されるように、主ハウジング２０の表面に取付けられている。
これらの隙間は、製作公差および正常運転中のスクロール要素の熱膨張を考慮して、二つのスクロール部材の一方の先端と他方のスクロール部材のベースが互いに接触するのを防ぐに十分広くなければならない。他方、これらの隙間は、スクロール部材の先端の渦巻形溝にある先端シール６６によって機械的に、および正常運転中に潤滑剤の膜によって流体力学的に密閉できるように十分小さくもなければならない。
第２スクロール部材５０には、円形第２エンドプレート５１、この第２エンドプレート５１の後面から伸びそれに固着されたスクロール要素５２、および第２エンドプレート５１の前面から伸びそれに固着された施回軸受ボス５３がある。
スクロール要素５２および６２は、１８０度の角度オフセットで、および施回半径Ｒｏｒの半径方向オフセットで絡み合う。それによって、少なくとも１対の密閉された流体ポケットがスクロール要素５２および６２、並びにエンドプレート５１および６１の間にできる。第２スクロール部材５０は、駆動ピン軸受４３および駆動ナックル４１を介して駆動ピン４２に結合されている。オルダムリング４５の機能は、第２スクロール部材５０が回転するのを防ぐことである。第２スクロール部材５０は、駆動軸４０の回転によって施回半径Ｒｏｒの施回運動をするように駆動され、それによって流体を圧縮する。吸込口９１からの作動媒体は、中間流路９３を経てスクロール要素５０および６０が形成する吸込室９５に入り、次にこれらのスクロール要素によって圧縮され、最後に排出口７０から流路７１および７２を経て排出される。冷媒とオイルミストの混合物が吸込口９１に入ってから、大部分の冷媒ガスは、矢印Ａで示すように、その流れ方向を変え、少量のオイルミストと共に流路９３を経て吸込室９５へ流れる。大部分のオイルミストは、その密度が高いため、この圧縮機に入ってから、このハウジングの中心部の方へ流れ続ける。この吸込口からの濃いオイルミストは、オイルサンプ９６内で釣合い錘９８によって溌ねとばされた油滴と共に、主軸受３２の隙間を経て中央室８２へ流れ、次に静止スラスト軸受８４の放射状流路８６を流れてこのスラスト軸受を潤滑する。
釣合い錘９７、９８および９９は、それぞれ、第２スクロール部材５０、可動スラスト軸受２７、駆動ナックル４１および駆動ピン４２の軌道運動や回転によって生ずる遠心力をバランスさせるものである。
図３ａ〜図３ｂを参照すると、主ハウジング２０に固定された静止スラスト軸受８４が示されている。図３ａは正面図であり、図３ｂは線Ａ−Ａによる断面図である。この静止スラスト軸受のベース４０１は、バビット合金の層４０２によって被覆されたネズミ鋳鉄である。静止スラスト軸受８４の作動面上に作動面上の中心孔から延在する幾つかの放射状溝８６がある。しかし、これらの溝は、可動スラスト軸受２７（図２）上に、または静止および可動の両スラスト軸受上にあってもよい。いずれにしろ、放射溝８６は、以下の役目をする流路であることが重要である：
１）これらの流路は、濃いオイルミストにスラスト軸受の全表面を濡らし且つ濃いオイルミストを吸込室９５へ導入させる役目となり；
２）この滑り面スラスト軸受の作動面上の何れかの点からこれらの流路までの最小距離は、第２スクロール部材５０の非自転施回運動の直径より小さく、可動スラスト軸受の作動面上のどの点もこの流路を流れる濃いオイルミストで濡らされ、よって流路は可動スラスト軸受の作動面を潤滑させる。他方、可動スラスト軸受の濡れた面は、主ハウジング上の静止スラスト軸受８４の作動面にオイルをもたらす。この様にして、放射状の溝は滑り面スラスト軸受への十分な潤滑を保証する役目をする。
この濃いオイルミストが流路８６を通過し、吸込室９５に入る。流路８６は、上述の原理に従う限り種々の形態ととることができ、スラスト軸受への十分な潤滑を保証できる。
図４ａおよび図４ｂを参照すると、“片面キー付きオルダムリング”が示されている。円形リング４５の同じ側面に、四つの矩形キーが等間隔に配置されている。これは、従来技術リング（図５ａ〜図５ｂに示す）と異なる。これら四つのキーは、高いキーと低いキーの二つのグループに分けられている。オルダムリング４５は、静止スラスト軸受８４の下に位置する（図２参照）。二つの低いキー１４５および１４６（図４ａおよび図４ｂ）は、それぞれ、静止スラスト軸受８４（図３ａ）の溝１８８および１８９に挿入され、これらの溝の中を滑動できる。高いキー１４７および１４８は、溝１８６および１８７を貫通し、可動スラスト軸受２７の溝の中を滑動できる。従来技術では、オルダムリングが静止軸受がある近接場所で滑動し、それで静止スラスト軸受の作動面積を制限する。この片側にキーの付いたオルダムリングは、静止スラスト軸受の下に位置するので、それが静止スラスト軸受の作動面積を最大にさせる。
上に説明したこの発明の実施例は好適であるが、当業者は、この発明の真の範囲から逸脱しない、構造、配置、配合等の変更を思いつくだろう。この発明は、添付の請求項によって定義し、文字通りであれ、均等物によってであれ、これらの請求項の意味の範囲に入る全ての装置および／または方法をそれに包含する意図である。

Claims (5)

1. スクロール型流体変位装置であって：
   潤滑剤サンプ並びに吸込口および排出口を有し、作動媒体および潤滑剤のミストがこの吸込口からこの装置に流入するようにした、シェル本体；
   このシェル本体に固定され、第１エンドプレートを有し、該第１エンドプレートから第１スクロール要素が伸びる第１スクロール部材；
   第２エンドプレートを有し、該第２エンドプレートから第２スクロール要素が延びる第２スクロール部材、
   上記第１スクロール要素および第２スクロール要素は、互いに対して線接で接触して密封したポケットおよび吸込室を作るように配置され、
   上記第２スクロール部材を上記第１スクロール部材に相対的に非自転旋回運動をするように駆動し、それによって前記密封したポケットの容積を変える駆動手段、
   前記第１スクロール部材の反対側で、前記第２スクロール部材の第２エンドプレートに固定された可動スラスト軸受、
   前記シェル本体側に保持され、すべり面と該すべり面の中央部分に形成された中心孔とを有し、前記すべり面で前記可動スラスト軸受を支持する、静止スラスト軸受；並びに
   前記第２スクロール部材の自転を防ぐオルダムリングを含む装置に於いて；
   作動媒体と潤滑剤のミストが前記吸込口から流入する二つの回路、すなわち第１および第２の回路が設けられ、該第１回路が中間流路を有し、該中間流路により前記吸込口からの前記作動媒体と潤滑剤のミストの流れの方向が変更されて該作動媒体のほとんどが前記吸込室に流入し、前記第２回路は、前記吸込口の直延長であり、該潤滑剤のミストのほとんどを、該潤滑剤のミストを濃厚にするために潤滑剤を貯留する前記潤滑剤サンプに流入させる第１流路と、該濃厚潤滑剤ミストを該潤滑剤サンプから前記静止スラスト軸受の中心孔に導く第２の流路と、前記濃厚潤滑剤のミストが流れて該静止スラスト軸受および前記可動スラスト軸受を潤滑して後濃厚潤滑剤のミストを吸込室に導く第３の流路とを有することを特徴とするスクロール型流体変位装置。
2. 請求項１の装置に於いて、前記第２回路の第３流路が、前記静止スラスト軸受の中心孔から外周に延在する複数の放射状の溝を含み、該溝は、該第３の流路の上記すべり面のどの点からの最小距離も上記第２スクロール部材の非自転旋回運動の直径より大きくないように構成されている装置。
3. 請求項２の装置に於いて、前記放射状の溝が前記静止スラスト軸受のすべり面上に形成されていることを特徴とする装置。
4. 請求項１の装置に於いて、第２流路が前記駆動手段の主軸受内の隙間を含むことを特徴とする装置。
5. 請求項１の装置に於いて、上記オルダムリングが円形リング、第１グループの二つのキーおよび第２グループの二つのキーから構成され、これら各グループのキイが前記円形リングの径の両端にあり、該第１グループのキイの中心線が該第２グループのキイの中心線と直交し、前記静止スラスト軸受と前記可動スラスト軸受は、前記第２スクロール部材と前記円形リングとの間に介在され、前記静止スラスト軸受は、４つのキイ溝を有し、該キイ溝の二つには、前記オルダムリングの前記第１グループのキイが滑動可能にはめ込まれ、該キイ溝の残りの二つには、該オルダムリングの第２グループのキイが挿入され、該第２グループのキイは、該残りのキイ溝中で自由に動きうるようにされ、前記可動スラスト軸受は、該オルダムリングの該第２グループのキイが滑動可能に嵌めこまれる二つのキイ溝を有し、これにより該オルダムリングが、自由に動きうるとともに、前記第２スクロール部材の自転を防止することを特徴とする装置。

Images