JP4618591B2 - 旋回継ぎ手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧のスクロール圧縮機の渦巻羽根（メンバ）の側面に生ずるスラスト反力を旋回駆動するとともに支承する旋回継ぎ手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一対の渦巻状の羽根を相対回転を禁じながら旋回させた時に、渦巻状の羽根の間にできる三か月状の空間容積が、中心方向に向かうに従って収縮する原理を利用したスクロール圧縮機に於いて、スクロールメンバの側圧を支える旋回部位には、自転を禁じて旋回するオルダム継ぎ手とスラスト軸受けとの複合機能の部材を要する。従来この部位にはオルダム継ぎ手と平軸受け、別の形態では、鋼球を二枚の軌道輪間に挟設して円形のポケット内に鋼球を旋回させて自転を禁じ転がり軸受けとした旋回カップリング（ＵＳ特許４２５９０４３）更には、前記鋼球の代わりに両頭の円すいころを配置して成る旋回ころ軸受けＵＳ．ＰＡＴＥＮＴ５８４６，０００（Ｄｅｃ．８，１９９８）並びに実施例に記載の円筒ころを直交させたタンデム形軸受け図１、並びに、特願平５−２９５９１３〔当出願人による〕図２がある。転がり接触の旋回カップリングは、平軸受けの滑り摩擦係μ＝０．０８に対して、摩擦係数がμ＝０．００３以下に低下するので圧縮機の機械効率を著しく向上させる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年環境改善のため冷媒ガスをフロンからＣＯ_２等に変更を要し、それに対応するスクロール圧縮機に於いては、高圧化に備え羽根を厚肉化して強度を確保し、更にスクロールメンバの旋回半径を小さくして回転を高速化し吐出量を確保する等の対応策を要する。従いスクロールメンバの側面を支持する旋回軸受けの旋回半径も小さくなる。例えば前記の第二図に示す両頭の円すいころを用いた場合、旋回径が８ミリ以下になると軸受けのころの一辺の長さも４ミリ以下となり、同時にスクロールの側面反力が数百キロに達する。これを支える軸受け部材の収容スペースは装置の外径が制限されるので、転動体の収容数も制限され、転動ころの接触面圧が過大となる、例えば毎分１万回転で耐久強度が千時間を要する場合従来の前記転動ころでは困難であった。
【０００４】
円筒状のころを用いて定格荷重を増大せしめる従来技術に、第一図に示す、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ４，２５９，０４３号 Ｍａｒ．３１，１９８１ Ｓｈｅｅｔ７ｏｆ７、の、旋回側と固定側メンバにキー溝を設け、該溝内にローラを配置し転がり接触とするものがある。実施に於いては、少なくともキー溝部には焼き入れ鋼で硬さがＨＲＣ６０度以上を要し、焼き入れ歪みを除去した後、全ローラが均等な面圧を負荷するために各溝底の平坦度を２ミクロン以下で且つ、一対の溝底の相互差を２ミクロン以下に揃えた平滑な仕上げ面を要し、更にスクロール羽根の自転を禁止するために、ころの長さを揃えて且つキー溝の内側面と高精度で平滑な摺接を要し製造上著しい困難性を伴う。運転時ローラは毎分一万回以上揺動するので、自転禁止を満たすに要する端面の有る太いころでは大きな慣性力を伴う、又装置の剛性、弾性歪み等で全ローラに均等な負荷が得られず滑りを伴う。従ってころは慣性力に逆らって転動できず不規則な転がり接触となる等の問題点が多く２０年経過するも実施例はない。 又、前記平軸受けの代わりに、油圧を導いて流体軸受けとした場合、構造が複雑化するとともに油圧発生のための動力損失を伴う。
【０００５】
これ等の課題が多く、当該部位では改良のための多くの発明提案があるが、所望の寿命を得る好適な手法が未だ見出されていない。
本発明は、上記の耐久強度及び製造方法に関する諸問題を解消し、信頼性が高く容易に製造可能な技術を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
転がり軸受けの種類の中で、針状ころ軸受けが、最もコンパクトで定格荷重が大きく、そのため針状ころ軸受けが重負荷用として使用例の多いことは周知である。例えば自動車の駆動力伝達の自在継ぎ手における十字軸のトラニオン部の針状ころは、ころの最大接触面圧力が２５０Ｋｇ／ｍｍ^２以上の高負荷で、且つ高速の揺動運動で而も微量の初期の封入潤滑剤で驚くほどの長寿命が得られている。そこでスクロールメンバの旋回運動を支持するカップリング部位においても針状ころでの支持が好適である。
【０００７】
その手段として旋回運動を縦方向と横方向の直線方向の相対変位に分け、それぞれの方向にのみ転動する針状ころを複数個適宜配列して保持器で保持し、タンデム形の二段で成る保持器付のスラストころ軸受けを構成する。軸受けの定格荷重は、ころの本数ところの有効接触長さ、ころの直径で決るので、極めて高密度で小型で軽量の所望の寿命を有する高速で往復揺動に適した軸受けが得られる。例えば直径が２ミリ×長さ７ミリの針状ころを第一軌道輪と第二軌道輪間のそれぞれ８０本挟設した場合、ＪＩＳ規格のＢ１５１８（１９８１）の寿命計算式に従えば、定格荷重Ｃは約２６０００Ｎに達し、運転速度を毎分１万回転、使用荷重７０００Ｎ揺動距離を５ミリの例では、計算寿命時間Ｌｈ＝１３００時間に達する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
相対変位する二枚の軌道輪間に挟設された転動体が転動する距離は、軌道輪の相対変位量の二分の一である、しかし高速運転では、ころに大きな慣性抗力及び振動等の外力が作用するとともに、全てのころの接触面圧が均等でないこと、潤滑油膜の厚さ、粘性抵抗差で摩擦に不釣り合いを生じ、転がりと滑りが混在する等の理由でころが一方に偏ってしまう問題がある。特に当該部位では、圧縮圧の反力の中心が偏るので、軸受けには偶力モーメントが混在した不均衡なスラスト荷重が作用する、そのため軸受には負荷圏と無負荷圏が出来て、負荷を受けたころ（ローラ）のトラクション（摩擦力）よりも、無負荷圏のころ（ローラ）と、ワンピース（一体の鋼板製）保持器の合算質量による慣性抗力が大きいため、全体のローラが転がらずに激しくスリップするといった、当該圧縮機特有の、早期に磨耗、焼け付の問題がある。又 軌道輪に挟まれたころ（ローラ）は荷重が入った時だけローラは転がり、荷重が無いときは、振動等で、軌道間を浮遊して、重力で軌道の片端に偏る。従いころ（ローラに）を正常に転動させるには、慣性抗力、振動加速度（ｇ）に対抗する、外力でもって、転がり、をアシストする手段が不可欠となる。
このためころを所定の位置に保持する保持器部材に、旋回部材と固定部材に固定した旋回ピンに、前記保持器をリンクさせ、そのリンクモーションで保持器を強制的に変位させることで常に保持器を中立位置にもたらす、結果、前述の内圧の偏りで受圧面にできる無負荷で浮遊状態のローラと、１枚板保持器の質量が慣性抗力として作用し、負荷のローラが揺動できない、といった課題は、この保持器の外力による同期、駆動、手段で解消する。
【０００９】
高速で微小ストロークする振動的揺動では、フレッチング磨耗による疑似圧痕を生ずる恐れがあり、かかる問題には直径の小さな針状ころを用い、ころに十分な転動量を付与して隣接のローラの軌道上の転送面にオーバラップさせることで解消する。小径の針状ころの使用では、慣性力も軽減し一層好適である。又ころを保持器で配置するとき、ころの分布を中間軌道輪の表裏で同じ位置にすることで、中間軌道輪の変形を防止する。中間軌道輪は、旋回メンバと固定側メンバに固定されたピンに中間軌道輪のキー溝に係合しスクロールメンバの自転を禁止する力の媒体部材であってこれによってガスの圧縮動力を得る。従って前記キー溝とピンの係合摺接面には適度の強度を要するので中間軌道輪は厚肉の板を要する。更にガス圧がスクロールの中心に向かうに従い高圧化するので側面の最大圧力発生付近にころを集中的に配置する、所謂不等配分、で寿命向上を得ることができる。又前記ピンと中間軌道輪のキー溝内の摺接部は比較的高面圧で高速度で摺接するためＰＶ値が高く、ピンの外周にブッシュ又は転がり軸受けのトラックローラを装設する手段（実施例省略）が有効である。
【作用】
当発明の構成は、主に素材には鋼板を使用し、加工の容易なプレス成型を主体にし、軸受け用標準の針状ころを使用することで、極めて安価に得られる。又転動体のころは、旋回部材の旋回運動と同期させた保持器手段で強制的に揺動駆動させるので、外部からの激しい振動の作用、高速運転下でも常に正しい転がり接触が得られ磨耗が皆無となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を以下に説明する、本発明の実施例を、図３の側面図、と平面図で説明する。 図中の符号１は、旋回側軌道輪（平面図省略）２、は固定側軌道輪（平面図省略）、３は、第一保持器でその平面図を図５、に示し、周上２箇所対称位置にキー溝４、が設けてあり、キー溝は自転を禁止するためのもので長さ寸法は、スクロールの固定側メンバに固定されたピン６、９、７、８の直径にスクロールメンバの旋回径を加えた値以上で成り、幅寸法は、該ピンの外径と等しくしてあり、ピンとスライドして摺接する。 又、前記キー溝に対して９０°の位置の周上２箇所にダ円穴５、１５が設けてあり、旋回側メンバに固定のピン７、８、と係合する。ダ円穴５、１５、の長径寸法は、ピンの外径寸法に旋回径を加えた値で、短径はピンの外径に旋回半径を加えた値である。 図４の中間軌道輪１０の周上４箇所には、ピンと係合する平行のキー溝１１、１２、２１、２２が等配で設けてあり、旋回側と固定側のメンバそれぞれに固定された前記のピン６、９および７、８と係合する。 固定側軌道輪２、と中間軌道輪１０、との間には第一保持器３、が介在し保持器３、のポケット穴には直動するころ１４が挟設されている。 中間軌道輪１０と保持器３、は、そのキー溝にピン６、９が係合しており図３では縦の方向にのみ可動である。旋回側に固定された旋回ピン７，８の旋回円運動で、図３の平面図で説明すると、中間輪１０は旋回径に等しい距離縦方向に揺動駆動されるのに対して、保持器３は、固定側軌道輪２、に対してダ円穴５，１５で駆動され、その量はダ円の短径からピン径を差し引いた値だけ、中間輪１０に対しては少なく、固定輪２に対しては多く、揺動駆動される。 つまり固定側軌道輪２、と中間軌道輪１０、との相対変位量の半分の距離が揺動駆動される。 同様に図３、の状態で、中間軌道輪１０は、固定側のピン６、９、に対して縦向きのキー溝２１、２２に係合するので、横方向に動かない。第二保持器１３、は、旋回ピン７、８、とその横向きのキー溝１６、２６に係合するので、旋回軌道輪１、と縦方向には相対変位せず、横方向にのみ相対変位が可能である。 その状態で保持器１３のダ円穴１８、２８に固定ピン６，９が係合しているので旋回ピン７，８、でもって保持器が旋回させられると旋回側軌道輪１に対して横方向にのみダ円の短径とピンの外径の差だけが相対変位する。旋回軌道輪１が旋回径でもって旋回すると、左右に動かない中間軌道輪１０と、旋回輪１とは旋回径に等しい距離の相対変位を生ずる、この量に対して、第二保持器１３、とそれに収容のころは、そのダ円穴でもって駆動され、その量は両軌道輪の相対変位の半分になる。
【００１４】
【発明の効果】
以上の発明によれば、最も機構が簡素で小型であるスクロール圧縮機の弱点とされ、且つＣＯ_２ガス採用時の難点とされてきた旋回継ぎ手の耐久強度の不足問題が全て解消し、更に圧縮機の一層の高圧化と、旋回継ぎ手自体を外形が９０ミリ、総幅が９ミリ以下の小型化をもたらし、当該圧縮機の車両への搭載を容易にし、且つ本発明が、磨き帯鋼板からのプレス成型を主体としており、更にＪＩＳ標準の針状ころを使用することで安価に提供でき、而も摩擦抵抗を転がり抵抗のμ＝０．００３に軽減させるのでえ省エネに寄与する。
【００１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】スクロールメンバの側面に直動するローラをタンデムに配置し旋回接ぎ手を構成したＵＳ特許４２５９０４３実施例の側面図
【図２】前記実施例のローラ継ぎ手を、二枚の軌道輪間に両頭の円すいころを挟設した、ＵＳ．ＰＡＴＥＮＴ ５，８４６，０００実施例。
【図３】は、本発明の実施の代表例の断面と平面の略視図を示す
【図４】は、本願の構成略視図
【図５】は、構成部材配置略視図
【図６】は、保持器のだ円穴と旋回ピン、キー溝と固定ピンによる揺動駆動の作用説明図
【図７】は、だ円穴内の旋回ピンの作用説明図
【図８】は、中間軌道輪と旋回軌道輪の両Ｒ溝の交点の鋼球で保持を揺動駆動する作用の説明図
【図９】は、同 鋼球と溝と保持器の実施略視図
【図１０】は、ロッドで保持器を揺動駆動する作用説明図
【図１１】は、ロッドと保持器の係合略視図
【符号の説明】
１・・旋回側軌道輪 ２・・固定側軌道輪 ３・・第一保持器
４・・保持器のキー溝 ５、１５・・保持器のだ円穴
６、９・・固定側メンバに固定のピン７、
８・・旋回側メンバに固定のピン １０・・中間軌道輪
１１、２１、１２、２２・・中間軌道輪のキー溝
１３・・第ニ保持器 １４・・転動ころ
１６、２６・・第二保持器のキー溝
１８、２８・・第二保持器のダ円穴３０、３１・・Ｒ溝
３２、３２ａ・・交点 ３３，３３ａ・・保持器溝
３４・・保持器変位量 ３５・・鋼球
４０，４１・・旋回軌道輪変位量
４２・・ロッド ４０，４０ａ・・旋回軌道の変位位置
４８・・保持器のロッドと勘合穴 ４９・・ロッド変位角度
５０・・軌道の相対変位距離 ５３・・旋回径 ５４・・ピン固定穴
５５・・だ円長径 ５６・・短径 ５８・・不感帯 ５９・・抗力

Claims (1)

1. 旋回側の軌道輪と中間軌道輪と固定側の軌道輪間に、第一保持器と第二保持器手段で直動する複数個のローラーを挟設し、旋回側部材と固定側部材の相対変位で、前記第一と第二保持器それぞれを、該保持器に設けたダ円穴の長径が、固定部材と旋回部材それぞれに固定されたピンの外径寸法に旋回径を加算した値で、短径が前記ピンの外径に旋回半径を加算した値で成る該ダ円内に、前記ピンを係合させて、前記第一と第二保持器を直角方向に揺動駆動させることを特徴とした旋回継ぎ手。

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