JP4659199B2 - スクロール式機械、スクロール部材及びスクロール部材製作法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスクロール式機械、特にその内部に軸受がプレス嵌めされるハブが截頭円錐形の穴を有するスクロール式圧縮機に、関するものである。軸受の挿入後に穴の截頭円錐状形状は、ハブに生じる曲がりの変動と結び付いて圧縮機用の直線状軸受を提供するものとなる。
【０００２】
【発明の背景】
スクロール式機械は冷凍用及び空調用の圧縮機として、主として極めて効率のよい作動を行う能力を有することからますます多く使用されるようになって来ている。スクロール式圧縮機は一般に互いに噛合わされた１対の螺旋翼を有し、そのうちの一方の螺旋翼は他方の螺旋翼に対し相対的に、外側の吸入ポートから中心の吐出ポートに向けて旋回するにつれ次第に容積を減少する１個又は複数個の可動の流体ポケットを形成するように、旋回される。モータ回転子に取付けられた適当な駆動軸を介し旋回スクロール部材を駆動する電動モータが、設けられている。密閉型の圧縮機では密閉された外殻の底部が普通、潤滑用及び冷却用の油を収容する油溜まりとして利用されている。
【０００３】
電動モータは一般に、圧縮機の外殻に固定されている固定子を含んでいる。モータ回転子は固定子内で回転して、モータ回転子に対し普通プレス嵌めされているクランク軸に対し回転を与える。クランク軸は、上部軸受箱と下部軸受箱とに支持されている１対の軸受によって回転可能に支持されている。クランク軸は、旋回スクロール部材のハブ中に形成された穴内へ延びている偏心クランクピンを含む。クランクピンと穴の内面間には、ハブの穴内にプレス嵌めされている軸受に支えられた駆動ブッシュが、配置されている。
【０００４】
旋回スクロール部材のハブは、該スクロール部材の端板から垂直に延出している。ハブの穴は該ハブの開口端から、旋回スクロール部材の端板に隣接する位置にまで延びている。したがってハブの穴は、該ハブの先端に位置する開口端と旋回スクロール部材の端板に隣接する位置にある閉鎖端とを有する盲穴である。旋回スクロール部材の製作中にハブの穴が機械加工され、この機械加工された穴内に軸受がプレス嵌めされる。軸受と穴とのプレス嵌め関係からして、軸受の組込み中にハブと軸受との両者に曲がりが生じる。この曲がりの合計の量は、全体としてのハブのこわさによって決定される。穴の開口端におけるハブの曲がりは、穴の閉鎖端におけるハブの曲がりよりも大きい。この不均等な曲がりが生じる主な理由は、穴の開口端ではハブが支持されておらず穴の閉鎖端ではハブが端板によって支持されているためである。不均等な曲がりによって組込まれた軸受が、閉鎖端でよりも開口端でより大きな直径を有することとなる。このようにテーパー付けされた軸受は該軸受の長期間の性能、したがってスクロール式機械の長期間の性能に対し悪影響を与える。
【０００５】
【発明の要約】
この発明はテーパー付けされた軸受が与えられるといった問題点を、軸受の組込み前に截頭円錐形の軸受用の穴を設けることによって解決するものである。軸受用の截頭円錐形の穴は、該穴の開口端でより小さな直径を有し閉鎖端でより大きな直径を有するものとする。ハブの不均等な曲がりにより軸受の組込み後に組込まれた軸受が、従来技術による場合よりもより円筒形のものとなる。より円筒形の軸受はより長く性能を維持し、軸受及び圧縮機の長期間の耐久性を増す。より円筒形の軸受は、該軸受と駆動ブッシュ間に一様な空隙を与えることによって耐久性を増す。一様な空隙により軸受に対しより一様な圧力が加わることになって、軸受の負荷容量が増す。他の長所には軸受を組込むのにより一様なプレス荷重が要求され、この一様なプレス荷重が組込みのより良い指標となることが含まれる。さらに本発明に従った機構は個別の構成要素の寸法変動によって影響されることが少なく、個別的な寸法に対する公差を或る程度拡げることを可能とする。
【０００６】
この発明の他の特徴と長所とするところは、添付図面を参照して行う以下の説明から明瞭に理解できる。
【０００７】
【実施例】
図１にはこの発明に従った補償機構を組込んであるスクロール式圧縮機を、符号１０で全体を指して示してある。圧縮機１０はほぼ円筒形の外殻１２を有し、この外殻１２の上端にはキャップ１４を、下端には一体形成された複数の据付け脚（図示せず）を有する基台部１６を、それぞれ溶着固定してある。キャップ１４には、内部に通常の吐出弁を有していてもよい冷媒吐出管接手１８を設けてある。外殻１２に取付けられた他の主な要素としては、その外周端まわりにおきキャップ１４と同一の点で外殻１２に対し溶着されている横向きの仕切り壁２２、放射方向外向きの複数脚部でもって外殻１２に対し適宜に固定してある主軸受箱２４、及び放射方向外向きの複数脚部でもって外殻１２に対し適宜に固定してある下部軸受箱２６がある。横断面形状がほぼ四角形又は六角形であるがコーナー部を丸められているモータ固定子２８を、外殻１２にプレス嵌めして設けてある。固定子２８の丸められたコーナー部間の平坦部は、外殻１２の頂部から底部にかけての潤滑油の戻り流れを促進する通路を提供する。
【０００８】
偏心したクランクピン３２を上端に有する駆動軸ないしクランク軸３０を、主軸受箱２４内の軸受３４と下部軸受箱２６内の第２の軸受３６とに回転可能に支持させてある。クランク軸３０はその下端部に比較的大径の同心的な穴３８を有し、この穴３８は、クランク軸３０の上端にまで延びているところの放射方向外向きに傾斜したより小径の穴４０へと連通している。穴３８内には撹拌器４２を配置してある。外殻１２内の下部は、モータ回転子４６の下端よりも僅かに上方のレベルまで潤滑油を満たしてある油溜まり４４を提供し、穴３８は、潤滑油をクランク軸３０の上方向きに穴４０内へと汲上げ最終的には潤滑を必要とする圧縮機の種々の部分の全てに対し供給するように働く。
【０００９】
クランク軸３０は固定子２８、該固定子２８を貫通している巻線４８、及びクランク軸３０上にプレス嵌めされており上下の釣り合い重り５０，５２を有する回転子４６を備えた電動モータによって回転駆動される。
【００１０】
主軸受箱２４の上面には平坦なスラスト受け面５４を設けてあり、このスラスト受け面５４上に、端板６０から上方向きに突出する通常の螺旋翼５８を有する旋回スクロール部材５６を配置してある。この旋回スクロール部材５６の端板６０の下面から内部にジャーナル軸受６２を有する円筒形のハブを下方向きに突出させてあり、このハブ内に穴６６を有する駆動ブッシュ６４を回転可能に配置してあり、穴６６内にクランクピン３２を配置してある。クランクピン３２はその一面に、穴６６の一部に形成してある平坦面に対し駆動的に係合する平坦面（以上、図示せず）を有し、これによって例えば本願出願人の所有に係る米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２に記載されているような放射方向で融通性を有する駆動機構が提供されており、ここに上記米国特許を引用してその記載を加入する。オルダム接手６８を、旋回スクロール部材５６と主軸受箱２４間に位置させ旋回スクロール部材５６と非旋回スクロール部材７０とにキー結合して設けて、旋回スクロール部材５６の回転運動を阻止してある。オルダム接手６８は本願出願人の所有に係る米国特許Ｎｏ．５，３２０，５０６に記載されたタイプのものであるのが好ましく、ここに同米国特許を引用してその記載を加入する。
【００１１】
端板７４から下方向きに突出する螺旋翼７２を有する非旋回スクロール部材７０も設けられており、螺旋翼７２は、旋回スクロール部材５６の螺旋翼５８と噛合うように位置させてある。非旋回スクロール部材７０は中心に配置された吐出通路７６を有し、この吐出通路７６は上向きに開放する凹溝７８に連通し、凹溝７８が、キャップ１４と仕切り壁２２とによって形成された吐出消音室８０と連通している。非旋回スクロール部材７０には環状の凹溝８２も形成してあり、この凹溝８２内には浮動シール組立体８４を配置してある。凹溝７８，８２とシール組立体８４は軸線方向での２つの圧力付勢チャンバを形成し、螺旋翼５８，７２によって圧縮された加圧流体を該圧力付勢チャンバが受け取って非旋回スクロール部材７０に対し軸線方向の付勢力を及ぼし、もって螺旋翼５８，７２の翼先がそれに対向する端板７４，６０面に対しそれぞれ密封的に係合することとする。シール組立体８４は米国特許Ｎｏ．５，１５６，５３９に詳細に記載されているタイプのものであるのが好ましく、ここに同米国特許を引用してその記載を加入する。非旋回スクロール部材７０は主軸受箱２４に対し、例えば前述の米国特許Ｎｏ．４，８７７，３８２又は米国特許Ｎｏ．５，１０２，３１６に記載されているような適当な態様で支架させるものに設計されており、ここにこれらの米国特許を引用してその記載を加入する。
【００１２】
図２，３について述べると旋回スクロール部材５６のハブは、端板６０からほぼ垂直に延出する環状壁９０を含む。環状壁９０は、軸受６２が内部に位置せしめられる穴９２を形成している。旋回スクロール部材５６の製作過程は、穴９２の機械加工と穴９２内への軸受６２の組込みを含む。穴９２の寸法と軸受６２の寸法とは、軸受６２の外径と穴９２の内径との間で締まり嵌めないし干渉嵌め（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）が生じるように選択される。典型的には組込みに設定される干渉量は、旋回スクロール部材５６と軸受６２とが鋼から製作される場合には０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）である。この干渉量は勿論、旋回スクロール部材５６が異なった素材から製作される場合には変更される。これらの寸法は、穴９２の穴径が約３０ｍｍであるものについて典型的なものである。
【００１３】
穴９２内への軸受６２の組込み中に、締まり嵌め（干渉嵌め）からして環状壁９０と軸受６２との両者に曲がりが生じる。鋼或いは鋳鉄製の旋回スクロール部材５６の場合、典型的には環状壁９０が干渉量の約４０％だけ外向きに曲がり、軸受６２が干渉量の約６０％だけ内向きに曲がる。曲がり量間の関係は、旋回スクロール部材５６が異なった素材から製作される場合には変更される。
【００１４】
図３には穴９２を示してある。穴９２はその開放端で第２の直径９６を、閉鎖端で第１の直径９８を含む。直径９６，９８間での穴９２の形状は直線関係であり、直径９６が直径９８よりも小さい。直径９６と直径９８間の差は、０．００１０インチ（０．０２５４ｍｍ）と０．００１２インチ（０．０３０５ｍｍ）との間にあるのが好ましい。
【００１５】
図４には穴９２’を示してある。穴９２’はその開放端で第２の直径９６’を、閉鎖端で第１の直径９８’を含む。直径９６’，９８’間での穴９２’の形状は、実線で示すように或る特定の距離の間は直径９８’向きに直径９６’がそのままに延び（つまり直径９６’のままで一定する。）次に直線関係をとるか、或いは破線で示すように直径９６’，９８’間で曲線関係をとるかの何れかである。直径９６’は直径９８’よりも小さい。直径９６’と直径９８’間の差は、穴９２’の開放端と閉鎖端間の距離の約６０％にわたって直径９６’が延びるものについて０．０００６インチ（０．０１５２ｍｍ）と０，００１２インチ（０．０３０５ｍｍ）との間にあるのが好ましい。
【００１６】
図５には穴９２”を示してある。穴９２”はその開放端で第２の直径９６”を、閉鎖端で第１の直径９８”を含む。直径９６”，９８”間での穴９２”の形状は曲線関係ないしアーチ形面関係であり、直径９６”が直径９８”よりも小さい。直径９６”と直径９８”間の差は、０，０００６インチ（０．０１５２ｍｍ）と０．００１０インチ（０，０２５４ｍｍ）との間にあるのが好ましい。
【００１７】
この発明の好ましい実施例について説明して来たが、この発明は特許請求の範囲に記載の各請求項の適正な範囲を外れることなしに実施例の構成に種々の修正或いは変形を加えて実施可能であることが、理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従ってハブの截頭円錐形の穴に軸受を組込んであるスクロール式冷媒圧縮機の中心線を含む面に沿った縦断正面図である。
【図２】図１に示した圧縮機の旋回スクロール部材のハブ及び軸受の拡大縦断正面図である。
【図３】図１，２に示した旋回スクロール部材のハブを軸受の組込み前の状態で画いた拡大縦断正面図で、この発明に従ったハブの截頭円錐形の穴を示している。
【図４】図３に類似の拡大縦断正面図で、この発明の他の実施例に従ったハブの截頭円錐形の穴を示している。
【図５】図３に類似の拡大縦断正面図で、この発明の別の実施例に従ったハブの截頭円錐形の穴を示している。
【符号の説明】
１２ 外殻
３０ クランク軸
３２ クランクピン
５６ 旋回スクロール部材
５８ 螺旋翼
６０ 端板
６２ ジャーナル軸受
６４ 駆動ブッシュ
６６ 穴
７０ 非旋回スクロール部材
７２ 螺旋翼
７４ 端板
９０ 環状壁
９２ 穴
９６，９６’，９６” 直径
９８，９８’，９８” 直径

Claims (22)

1. 外殻と、
   この外殻内に配置されており、第１の端板とこの第１の端板から突出する第１の螺旋翼を有する第１のスクロール部材と、
   上記外殻内に配置されており、第２の端板とこの第２の端板から突出する第２の螺旋翼を有し、該第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼と噛合わせてある第２のスクロール部材と、
   上記した両スクロール部材を互いに対し相対的に旋回させて上記した両螺旋翼に、吸入領域と吐出領域間で次第に容積を変更して行く可動の流体ポケットを形成させる駆動部材と、
   上記第１の端板から延設し且つその内部に上記駆動部材を配置する穴を設けたハブであって、上記した穴が、上記第１の端板に隣接する第１の直径と、該第１の端板の反対側の端に位置する第２の直径とを有するハブと、
   上記したハブの穴内において、該ハブとプレス嵌め関係で配置される軸受と、
   を備え、上記軸受が上記穴内にプレス嵌めされる前に、上記穴の上記第１の直径が上記第２の直径よりも大きく、上記穴の上記第１及び第２の直径の部分は、上記軸受が上記ハブ内に据え付けられたときに上記軸受と接触しているスクロール式機械。
2. 前記穴内に前記軸受がプレス嵌めされる前に該穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼ直線状に直径を変更するものである請求項１のスクロール式機械。
3. 前記穴内に前記軸受がプレス嵌めされる前に該穴が、前記第２の端から特定の距離だけ前記第２の直径をそのまま有するものである請求項１のスクロール式機械。
4. 前記した特定の距離が、前記した第１の直径と第２の直径間の距離の約６０パーセントである請求項３のスクロール式機械。
5. 前記した穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼ直線状に直径を変更するものである請求項３のスクロール式機械。
6. 前記穴内に前記軸受がプレス嵌めされる前に該穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼアーチ状に直径を変更するものである請求項１のスクロール式機械。
7. 前記穴の前記第１及び第２の直径の部分が、前記軸受を前記穴内に組み込んだ後に円筒形を維持させる請求項１のスクロール式機械。
8. 前記第１の直径と前記第２の直径との間の周面が円錐形である請求項１のスクロール式機械。
9. 第１の面及び第２の面を有する端板と、
   この端板の上記第１の面から突出させてある螺旋翼と、
   上記端板の上記第２の面から延設し且つ穴を設けたハブであって、該穴が、上記端板に隣接する第１の直径と該端板の反対側の端に位置する第２の直径とを有しており、第１の直径が第２の直径よりも大であるハブと、
   上記ハブ内に収容され、上記第１の直径の部分で上記ハブと接触し且つ上記第２の直径の部分で上記ハブと接触している軸受と、
   を備えたスクロール部材。
10. 前記した穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼ直線状に直径を変更するものである請求項９のスクロール部材。
11. 前記した穴が前記第２の端から特定の距離だけ、前記第２の直径をそのまま有するものである請求項９のスクロール部材。
12. 前記した特定の距離が、前記した第１の直径と第２の直径間の距離の約６０パーセントである請求項１１のスクロール部材。
13. 前記した穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼ直線状に直径を変更するものである請求項１１のスクロール部材。
14. 前記した穴が、前記した第１の直径と第２の直径間でほぼアーチ状に直径を変更するものである請求項９のスクロール部材。
15. 前記穴の前記第１及び第２の直径の部分が、前記軸受を前記穴内に組み込んだ後に円筒形を維持させる請求項９のスクロール部材。
16. 前記第１の直径と前記第２の直径との間の周面が円錐形である請求項９のスクロール部材。
17. ハブの穴にプレス嵌めされた軸受を有するスクロール部材を製作する方法であって、
    上記ハブにおいて、上記穴をその第１の閉鎖端で第１の直径に且つその第２の開放端で第２の直径に機械加工し、上記第１の直径を上記第２の直径よりも大きく機械加工し、
    上記軸受が上記第１の直径の部分及び上記第２の直径の部分と接触し、且つ上記第１の直径の部分での上記ハブの変形が、上記第２の直径の部分での変形よりも小さくなるように、上記軸受を上記穴の内へプレス嵌めする製作法。
18. 前記ハブに前記穴を機械加工する工程において、該穴が前記した第１の端と第２の端間でほぼ直線状に直径を変更するように機械加工する請求項１７の製作法。
19. 前記ハブに前記穴を機械加工する工程において、この穴が前記第２の端から特定の距離だけ前記第２の直径をそのまま有するように機械加工する請求項１７の製作法。
20. 前記した特定の距離が、前記した第１の直径と第２の直径間の距離の約６０パーセントである請求項１９の製作法。
21. 前記ハブに前記穴を機械加工する工程において、該穴が前記特定の距離の端と前記第１の端間でほぼ直線状に直径を変更するように機械加工する請求項１９の製作法。
22. 前記ハブに前記穴を機械加工する工程において、該穴が前記した第１の端と第２の端間でほぼアーチ状に直径を変更するように機械加工する請求項１７の製作法。

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