JP4689050B2 - スクロール式機械 - 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、特にスクロール式機械において用いられる独特のオルダム継手に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
種々のタイプの流体を輸送するための機械として、一般に「スクロール式」機械と称されている部類の機械がある。この種の機械は流体膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）、輸送機関（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅ）、ポンプ、圧縮機等として具体化でき、この発明はこれらの機械の何れにも適用できる。しかし説明のために後述する実施例は、密閉型の冷媒圧縮機に係るものとされている。
【０００３】
スクロール式機械は一般的に言って、それぞれ各別の端板上にスクロール部材を形成するように支架してある類似形状の２個の螺旋状スクロール翼（ｓｃｒｏｌｌ ｗｒａｐ）を、備えている。２個のスクロール部材は、一方のスクロール翼が他方のスクロール翼から１８０°回転変位されるように、互いに嵌め合わされている。この機械は、一方のスクロール部材（旋回スクロール部材）を他方のスクロール部材（非旋回スクロール部材）に対し相対的に、それぞれの翼の側面（ｆｌａｎｋ）間で移動する線接触が得られて移動する孤立した三日月状の流体ポケットが形成されるように、旋回させることによって作動する。螺旋状のスクロール翼は普通、円の伸開線として形成されている。作動中にスクロール部材間の相対回転が何ら生じないこと、つまり運動が純粋な曲線並進（ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）（すなわち何らの線も回転しない。）となることが、理想的である。スクロール部材間の相対回転は普通、オルダム継手を用いることによって阻止される。
【０００４】
移動する流体ポケットは処理すべき流体を、流体入口が設けられているところのスクロール機械の第１の領域から流体出口が設けられているところのスクロール機械の第２の領域へと運ぶ。密封されている流体ポケットの容積は、同ポケットが第１の領域から第２の領域へと移動するにつれて変化する。如何なる瞬間においても少なくとも１対の密封された流体ポケットがあり、同時に複数対の流体ポケットが存在するときは各対が異なった容積をもつ。圧縮機では、第２の領域が第１の領域よりも高い圧力にあって物理的に機械の中心部に位置させてあり、第１の領域は機械の外周部に位置させてある。
【０００５】
スクロール部材間の相対回転を阻止するオルダム継手には種々の形式のものがあるが、一般に環状のリングから突出する２対のキーを備えている。このうち１対のキーは旋回スクロール部材に設けた溝穴に対し係合し、他の１対のキーは非旋回スクロール部材又は軸受箱のような静止ボデー（固定部材）に設けた溝穴に対し係合する。
【０００６】
２つのスクロール部材間を接続するところのかかるオルダム継手はこれらのスクロール部材間の回転を阻止するのに有効ではあるが、スクロール部材間での位置決めに関し設計上及び／又は組立て上の問題を有する。また別の用途ではオルダム継手をスクロール部材の放射方向外側で支持するために、追加の支持構造及び／又は外殻寸法の拡大が必要となる。
【０００７】
この発明はスクロール部材間の相対回転を有効に阻止するように、２つのスクロール部材間又は旋回スクロール部材とスクロール式機械の固定部材間を接続するオルダム継手であって、従来のものより構造がずっと単純であって設計上の問題を回避し、また要求される位置決め面の個数を減らしてあるオルダム継手を、提供しようとするものである。
【０００８】
【発明の要約】
この発明は、２つのスクロール部材に対し係合する１対のみの柱部を有するオルダム継手を提供するものである。旋回スクロール部材は１対の柱部ないしキーの下方部分に対し接触させ、非旋回スクロール部材は１対の柱部ないしキーの上方部分に対し接触させる。１対のみの柱部ないしキーは１つの実施例では環状のリングに取付けられ、他の実施例では該柱部ないしキー間を延びるところの環状リングの円弧状切片に取付けられる。
【０００９】
またこの発明は旋回スクロール部材を静止部材ないし主軸受箱に対し接続して、該旋回スクロール部材の回転を阻止するオルダム継手も提供するものである。このオルダム継手も、旋回スクロール部材と静止部材ないし主軸受箱とに係合する１対のみの柱部ないしキーを有するものに構成される。この１対のみの柱部ないしキーは環状のリングに取付けることも、環状リングの円弧状切片に取付けることもできる。
【００１０】
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。
【００１１】
【実施例】
この発明の原理とするところは数多くの種々の型式のスクロール式機械に対し適用できるが、例示的な目的からしてこの発明を密閉型のスクロール式圧縮機、特に空調システム及び冷凍システム用の冷媒の圧縮において特別の有用性を有することが判明しているスクロール式圧縮機において、実施した例について述べる。
【００１２】
図１，２にはこの発明に従った独特のオルダム継手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。スクロール式圧縮機１０はほぼ円筒形の密閉された外殻１２を備え、この外殻１２の上端にはキャップ１４を、また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、それぞれ溶着してある。キャップ１４には、内部に通常の吐出弁（図示せず）を有していてもよい冷媒吐出管継手１８を設けてある。外殻１２に取付けられている他の主な要素としては、キャップ１４が外殻１２に対し溶着されているのと同一の点において周縁を外殻１２に溶着されている横向きの仕切り板２２、外殻１２に対し適宜の方法で固定されている主軸受箱２４、及び外殻１２に対し適宜の方法で固定されている複数個の放射方向外向きの脚部を有する下部軸受箱２６がある。横断面形状がほぼ四角形であるが角部を丸められているモータ固定子２８を、外殻１２に対しプレス嵌めして設けてある。この固定子２８の丸められた角部間の平坦面部は固定子２８と外殻１２間に、外殻１２内の上部から底部にかけての潤滑油の戻し流れを促進する通路を提供する。
【００１３】
上端に偏心したクランクピン３２を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内の軸受３６とに回転可能に支持させて設けてある。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させてある小径の穴４０へと連通させてある。穴３８内には撹拌器４２を配置してある。外殻１２内の底部は、モータ回転子４６の下端よりも僅かに上方のレベルにまで潤滑油を収容する油溜まり４４に形成されており、穴３８は潤滑油をクランク軸３０上方向きに穴４０内へと汲み上げ、最終的には潤滑を必要とする圧縮機各部の全てに対し潤滑油を供給するポンプとして働く。
【００１４】
クランク軸３０は固定子２８、該固定子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上下の釣り合い重り５０，５２を有する回転子４６を含む電動モータによって、回転駆動される。
【００１５】
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。オルダム継手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。
【００１６】
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と仕切り板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。
【００１７】
この発明は、図３−５に示されているような独特のオルダム継手６８に係る。オルダム継手６８はリング９０を有し、このリング９０は、一直径線上で対向する２つの上向きに突出する一体的な柱部９２を有する。各柱部９２は、旋回スクロール部材に対する係合キー９４と非旋回スクロール部材に対する係合キー９６とを含む。図１，２に示すようにリング９０は旋回スクロール部材５６と主軸受箱２４間に配置されており、柱部９２は、旋回スクロール部材５６の溝穴９８を通して上方へ延び非旋回スクロール部材７０の溝穴１００内へ臨んでおり、キー９４が旋回スクロール部材５６に対し係合しキー９６が非旋回スクロール部材７０に対し係合している。
【００１８】
４つの場所で４個のキーを有する従来のオルダム継手では、４つのキー面がリングに接し４つのキー面がリングに対し垂直である。リングには対し垂直なキー面は全て、スクロール部材に対する接触面である。したがって４個のキーがリング周りに配置されていることからして、（主軸受箱上の）非旋回スクロール部材によって負荷されるところの直径方向で対向する２つのキー面は、旋回スクロール部材によって負荷されるところの直径方向で対向する２つのキー面に対し垂直な関係にあった。
【００１９】
この発明に係るオルダム継手６８は特定の角度だけ、好ましくは３０から６０度だけ回転変位させてある柱部９２、したがってキー９４，９６を有する。図示の好ましい実施例では図３に示すように水平軸線から、一方の柱部９２は５５°回転変位させてあり他方の柱部９２は５７°回転変位させてある。したがって溝穴９８，１００を対応して配置することにより、柱部９２の４つの面をすべてモーメントに対し抵抗するように使用できる。これによって非旋回スクロール部材７０と旋回スクロール部材５６とに対し、同一の柱部を使用することが可能となる。旋回スクロール部材５６はリング９０に近接する高さ位置でキー９４の対向する２つの面に係合しており、非旋回スクロール部材７０はリング９０から遠い高さ位置でキー９６の対向する他の２つの面に係合している。スクロール部材５６，７０に対し係合させるために４個のキー、つまり２個宛のキー９４，９６が設けられているが、２つの柱部９２が必要であるのみである。このオルダム継手は従来のものよりコンパクトであり、軽量であり、低いコストで提供される。
【００２０】
図６にはこの発明の他の実施例に従ったオルダム継手１６８を、示してある。オルダム継手１６８は湾曲アーム１９０を備え、該湾曲アーム１９０はその両端に位置させてある、互いに対向する２つの上向きに突出する一体的な柱部１９２を有する。各柱部１９２は、旋回スクロール部材に対する係合キー１９４と非旋回スクロール部材に対する係合キー１９６とを含む。湾曲アーム１９０は旋回スクロール部材５６と主軸受箱２４間に配置されるものに設計され、柱部１９２が、旋回スクロール部材５６の溝穴９８を通して上方へ延び非旋回スクロール部材７０の溝穴１００内へ臨み、キー１９４が旋回スクロール部材５６に対し係合しキー１９６が非旋回スクロール部材７０に対し係合するものとされている。
【００２１】
オルダム継手１６８は回転変位させてある柱部１９２、したがって前記キー９４，９６に類似して回転変位させてあるキー１９４，１９６を有する。したがって柱部１９２の４つの面をすべて、モーメントに対し抵抗するように使用できる。これによって非旋回スクロール部材７０と旋回スクロール部材５６とに対し、同一の柱部を使用することが可能となる。旋回スクロール部材５６は湾曲アーム１９０に近接する高さ位置でキー１９４の対向する２つの面に係合しており、非旋回スクロール部材７０は湾曲アーム１９０から遠い高さ位置でキー１９６の対向する他の２つの面に係合している。スクロール部材５６，７０に対し係合させるために４個のキー、つまり２個宛のキー１９４，１９６が設けられているが、２つの柱部１９２が必要であるのみである。このオルダム継手は従来のものよりコンパクトであり、軽量であり、低いコストで提供される。
【００２２】
図７，８にはこの発明の別の実施例に従ったオルダム継手２６８を、示してある。図１−５及び図６に示した実施例ではオルダム継手を、非旋回スクロール部材と旋回スクロール部材の両者に対しキー係合させた。利用可能な他の構造はオルダム継手を、圧縮機ボデー（つまり主軸受箱）と旋回スクロール部材とにキー係合させる構造である。オルダム継手のための本構造は、当業者によく知られている長所と欠点を有する。図７に示すように主軸受箱２２４は、オルダム継手２６８と結び付けるのに適当したものに形成されている。
【００２３】
オルダム継手２６８はリング２９０を備え、このリング２９０は、一直径線上で対向する２つの上向きに突出する一体的な柱部２９２を有する。各柱部２９２は、旋回スクロール部材に対する係合キー２９４と主軸受箱に対する係合キー２９６とを含む。図７に示すようにリング２９０は旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４間に配置されており、柱部２９２が旋回スクロール部材５６の溝穴９８と主軸受箱２２４の溝穴３００とを通して上方に延び、キー２９４がリング２９０から遠い点で旋回スクロール部材５６に対し係合すると共に、キー２９６がリング２９０に近接する点で主軸受箱２２４に対し係合している。
【００２４】
オルダム継手２６８は回転変位させてある柱部２９２、したがって前記キー９４，９６に類似して回転変位させてあるキー２９４，２９６を有する。したがって溝穴９８，３００を対応して配置することにより、柱部２９２の４つの面をすべて、モーメントに対し抵抗するように使用できる。これによって主軸受箱２２４と旋回スクロール部材５６とに対し、同一の柱部を使用することが可能となる。旋回スクロール部材５６はリング２９０に遠い位置でキー２９４の対向する２つの面に係合しており、主軸受箱２２４はリング２９０に近接した位置でキー２９６の対向する他の２つの面に係合している。旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４とに対し係合させるために４個のキー、つまり２個宛のキー２９４，２９６が設けられているが、２つの柱部２９２が必要であるのみである。このオルダム継手は従来のものよりコンパクトであり、軽量であり、低いコストで提供される。
【００２５】
図９にはこの発明のさらに他の実施例に従ったオルダム継手３６８を、示してある。オルダム継手３６８は湾曲アーム３９０を備え、該湾曲アーム３９０はその両端に位置させてある、互いに対向する２つの上向きに突出する一体的な柱部３９２を有する。各柱部３９２は、旋回スクロール部材に対する係合キー３９４と主軸受箱に対する係合キー３９６とを含む。湾曲アーム３９０は旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４間に配置されるものに設計されており、柱部３９２が旋回スクロール部材５６の溝穴９８と主軸受箱２２４の溝穴３００とを通して上方に延び、キー３９４が旋回スクロール部材５６に対し係合しキー３９６が主軸受箱２２４に対し係合するものとされている。
【００２６】
オルダム継手３６８は回転変位させてある柱部３９２、したがって前記キー９４，９６に類似して回転変位させてあるキー３９４，３９６を有する。したがって柱部３９２の４つの面をすべて、モーメントに対し抵抗するように使用できる。これによって主軸受箱２２４と旋回スクロール部材５６とに対し、同一の柱部を使用することが可能となる。旋回スクロール部材５６は湾曲アーム３９０に遠い位置でキー３９４の対向する２つの面に係合しており、主軸受箱２２４は湾曲アーム３９０に近接する位置でキー３９６の対向する他の２つの面に係合している。旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４とに対し係合させるために４個のキー、つまり２個宛のキー３９４，３９６が設けられているが、２つの柱部３９２が必要であるのみである。このオルダム継手は従来のものよりコンパクトであり、軽量であり、低いコストで提供される。
【００２７】
図１０にはこの発明のさらに別の実施例に従ったオルダム継手４６８を、示してある。オルダム継手４６８は図７，８に示したオルダム継手２６８に類似して、主軸受箱２２４と旋回スクロール部材５６とに対しキー係合するものに構成されている。オルダム継手４６８はリング４９０を備え、このリング４９０は、一直径線上で対向する２つの上下に突出する一体的な柱部４９２を有する。各柱部４９２は、旋回スクロール部材に対する係合キー４９４と主軸受箱に対する係合キー４９６とを含む。リング４９０は旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４間に配置するものに設計されており、柱部４９２がリング４９０の上下で旋回スクロール部材５６の溝穴９８内と主軸受箱２２４の溝穴３００内とに臨み、キー４９４が旋回スクロール部材５６に対し係合しキー４９６が主軸受箱２２４に対し係合するものとされている。
【００２８】
オルダム継手４６８は回転変位させてある柱部４９２、したがって前記キー９４，９６に類似して回転変位させてあるキー４９４，４９６を有する。したがって溝穴９８，３００を対応して配置することにより、柱部４９２の４つの面をすべて、モーメントに対し抵抗するように使用できる。これによって主軸受箱２２４と旋回スクロール部材５６とに対し、同一の柱部を使用することが可能となる。旋回スクロール部材５６はリング４９０の一面側の位置でキー４９４の対向する２つの面に係合しており、主軸受箱２２４はリング４９０の他面側の位置でキー４９６の対向する他の２つの面に係合している。旋回スクロール部材５６と主軸受箱２２４とに対し係合させるために４個のキー、つまり２個宛のキー４９４，４９６が設けられているが、２つの柱部４９２が必要であるのみである。このオルダム継手は従来のものよりコンパクトであり、軽量であり、低いコストで提供される。
【００２９】
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の各請求項に記載された発明範囲を外れることなしに実施例の構成に数多くの変形及び修正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】この発明に従ったオルダム継手を組込んであるスクロール式冷媒圧縮機の縦断面図である。
【図２】図１の冷媒圧縮機の横断面図で、横断面は図１の２−２線に沿う。
【図３】図１，２に示したオルダム継手の平面図である。
【図４】図３に示したオルダム継手の側面図である。
【図５】図３，４に示したオルダム継手の斜視図である。
【図６】この発明の他の実施例に従ったオルダム継手の斜視図である。
【図７】この発明の別の実施例に従ったオルダム継手により互いに接続してある、スクロール式機械の静止した構成要素と旋回スクロール部材とを示す模式的斜視図である。
【図８】図７に示したオルダム継手の斜視図である。
【図９】この発明のさらに他の実施例に従ったオルダム継手を示す斜視図である。
【図１０】この発明のさらに別の実施例に従ったオルダム継手を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ スクロール式圧縮機
２４，２２４ 主軸受箱
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
６８，１６８，２６８，３６８，４６８ オルダム継手
７０ 非旋回スクロール部材
７２ 螺旋翼
７４ 端板
９０，２９０，４９０ リング
９２，１９２，２９２，３９２，４９２ 柱部
９４，１９４，２９４，３９４，４９４ キー
９６，１９６，２９６，３９６，４９６ キー
９８ 溝穴
１００，３００ 溝穴
１９０，３９０ 湾曲アーム

Claims (7)

1. 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、
   第２の端板から突出する第２の螺旋翼を有する第２のスクロール部材であって、該第２の螺旋翼を上記第１の螺旋翼に対し、第１のスクロール部材に対し該第２のスクロール部材が相対的に旋回するときに該両螺旋翼間に複数個の可動の流体ポケットが形成されるように噛合わせてある第２のスクロール部材、
   第１及び第２のスクロール部材を支持する固定部材、
   第１のスクロール部材に対し相対的に第２のスクロール部材を旋回させる駆動部材、及び
   第２のスクロール部材と第１のスクロール部材又は上記固定部材との間に配置されており、第１及び第２のスクロール部材間の相対回転運動を阻止するオルダム継手、
   を備えたスクロール式機械であって、上記オルダム継手が、
   第１の表面及び前記第１の表面と反対側の第２の表面を有する接続部材、
   前記第１の表面から延設し且つ第２のスクロール部材と第１のスクロール部材とに係合する第１の柱部、及び
   前記第１の表面から延設し且つ第２のスクロール部材と第１のスクロール部材とに係合する第２の柱部、
   を備えているスクロール式機械。
2. 前記接続部材が、環状のリングである請求項１のスクロール式機械。
3. 前記接続部材が、湾曲アームである請求項１のスクロール式機械。
4. 前記第１の柱部に第１及び第２の面を形成してあり、前記第１のスクロール部材が該第１の柱部の第１の面に対し係合し前記第２のスクロール部材が該第１の柱部の第２の面に対し係合するものである請求項１から３までの何れか一項に記載のスクロール式機械。
5. 前記第１の面が、前記第２の面に対しほぼ垂直である請求項４のスクロール式機械。
6. 前記第２の柱部に第１及び第２の面を形成してあり、前記第１のスクロール部材が該第２の柱部の第１の面に係合し前記第２のスクロール部材が該第２の柱部の第２の面に対し係合するものである請求項４のスクロール式機械。
7. 前記第１の柱部の前記第１の面が該第１の柱部の前記第２の面に対しほぼ垂直であり、前記第２の柱部の前記第１の面が該第２の柱部の前記第２の面に対しほぼ垂直である請求項６のスクロール式機械。

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