JP5011237B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気圧縮機、真空ポンプ等として好適に用いられるスクロール式流体機械に関する。

一般に、スクロール式流体機械としては、例えば電動モータ等の駆動源により旋回スクロールを固定スクロールに対し旋回駆動することによって、両スクロール間の圧縮室内で空気等の流体を連続的に圧縮する構成としたスクロール式圧縮機が知られている。

この種の従来技術によるスクロール式圧縮機は、筒状のケーシングと、該ケーシングに固定して設けられ板体に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、該固定スクロールと対向して前記ケーシング内に旋回可能に設けられ板体に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールと前記ケーシングとの間に設けられ、該旋回スクロールの自転を防止すると共に両者間のスラスト荷重を受承する偏心スラスト軸受等とを備えている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３２２１４９号公報

この特許文献１によるスクロール式圧縮機に設けられた偏心スラスト軸受は、旋回スクロールの背面側を全周に亘って延びる大径な形状、構造であるために、圧縮機の大型化、組立作業性の低下等が考えられる。

そこで、スクロール式圧縮機には、旋回スクロールの自転を防止する機構と、旋回スクロールとケーシングとの間のスラスト荷重を受承する機構とを分離する構成としたものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−８７８８３号公報

この特許文献２のスクロール式圧縮機では、旋回スクロールの自転を防止する機構として、第１のガイド、第２のガイドおよび該各ガイドに沿って摺動するスライダとからなるオルダム継手と呼ばれる自転防止機構を用いている。また、旋回スクロールとケーシングとの間のスラスト荷重を受承する機構として、球体を用いたスラスト荷重支持体を用いている。

さらに、特許文献２のスクロール式圧縮機に設けたスラスト荷重支持体は、ケーシングまたは旋回スクロールに設けられた球体収容筒と、該球体収容筒内に位置してケーシングと旋回スクロールとの間に転動可能に設けられ前記旋回スクロールに付加されるスラスト荷重を受承する球体と、前記球体収容筒内で該球体を保持すると共に、球体収容筒内の角隅に移動した潤滑剤を球体の転動軌道に戻す突起が設けられた球体保持器とにより構成されている。

ところで、上述した特許文献２によるスクロール式圧縮機では、球体を球体収容筒内に配置し、この球体収容筒内には潤滑剤を封入している。また、球体の転動軌道を外れて角隅に移動した潤滑剤は、球体保持器の突起により球体の転動軌道に戻すことができる。

しかし、特許文献２によるスクロール式圧縮機では、第１のガイド、第２のガイドに対してスライダを摺動させているから、旋回動作時に抵抗となって動力損失が大きくなるという問題がある。

また、特許文献２では、各ガイドとスライダとが摺動する部位に潤滑剤が必要となる。しかし、この部分に潤滑剤を保持しようとした場合、広範囲を覆うために圧縮機が大型化し、機構も複雑になるから、無給油式のスクロール式圧縮機に適用するのが困難である。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、旋回スクロールの自転を防止する機能とスラスト荷重を受承する機能とを１つにした上で、小さな抵抗で旋回スクロールの自転を防止でき、また、潤滑のための潤滑剤を保持できるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。

本発明によるスクロール式流体機械は、筒状のケーシングおよび該ケーシングに固定して設けられ板体に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールからなる固定側部材と、該固定側部材の固定スクロールと対向して前記ケーシング内に旋回可能に設けられ板体に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールと前記固定側部材との間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止すると共に両者の間のスラスト荷重を受承する少なくとも３つのボールカップリング機構とからなる。

そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ボールカップリング機構は、前記固定側部材側と旋回スクロール側とに対向してそれぞれ設けられた収容穴と、前記固定側部材側の収容穴の底面と旋回スクロール側の収容穴の底面との間に転動可能に設けられ前記旋回スクロールに付加されるスラスト荷重を受承する球体と、前記各収容穴間に位置して該球体を取囲むように設けられ前記各収容穴の内周面に転がり接触して前記旋回スクロールの自転を防止する筒状部材と、前記筒状部材と前記各収容穴との間に設けられ前記筒状部材の回転を利用し前記筒状部材の内部から流出した潤滑剤を該筒状部材の内部に向け押し戻す潤滑剤押し戻し手段とにより構成したことにある。

本発明によれば、旋回スクロールの自転を防止する機能とスラスト荷重を受承する機能とを１つにした上で、小さな抵抗で旋回スクロールの自転を防止でき、また、潤滑のための潤滑剤を保持することができる。

以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械として、無給油式のスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。

まず、図１ないし図７は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、１はスクロール式空気圧縮機の外形を構成するケーシングで、該ケーシング１は、軸線Ｏ1−Ｏ1に沿って延びた一側が開口した有底筒状体として形成されている。そして、ケーシング１は、後述の固定スクロール２と共に固定側部材を構成するものである。また、ケーシング１の軸方向他側には、軸線Ｏ1−Ｏ1上に後述の出力軸８Ａを有した電動モータ８が取付けられている。

この場合、ケーシング１は、軸方向の一側となる固定スクロール２側が開口した筒部１Ａと、該筒部１Ａの軸方向他側に一体形成され径方向内向きに延びた環状の底部１Ｂと、該底部１Ｂの内周側から軸方向一側に向けて突出した筒状の軸受取付部１Ｃとから大略構成されている。そして、ケーシング１の筒部１Ａ内には、後述の旋回スクロール４、偏心ブッシュ１２、バランスウエイト１４、ボールカップリング機構１５等が収容されている。

また、ケーシング１の底部１Ｂ側には、旋回スクロール４に付加されるスラスト荷重をボールカップリング機構１５を介して受承する複数、例えば３個の台座部１Ｄが設けられている。これらの台座部１Ｄは、ケーシング１の周方向に所定の間隔をもって配設されている。そして、各台座部１Ｄには、後述するボールカップリング機構１５の第１のスラスト受け１６が嵌合して取付けられる取付凹部１Ｅが形成されている。

２はケーシング１の筒部１Ａの開口端側に固定して設けられた固定スクロールで、該固定スクロール２は、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として円板状に形成された鏡板と呼ばれる板体２Ａと、該板体２Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部２Ｂと、該ラップ部２Ｂを取囲む位置で前記板体２Ａの外周側に設けられ、複数のボルト３等により筒部１Ａの開口端に締結された筒状の支持部２Ｃとにより大略構成されている。

４は固定スクロール２と軸方向に対向する位置でケーシング１内に旋回可能に設けられた旋回スクロールである。この旋回スクロール４は、図１、図２に示すように、軸線Ｏ2−Ｏ2を中心とする円板状の板体４Ａと、該板体４Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部４Ｂと、板体４Ａの背面、即ちラップ部４Ｂと反対側に突設され、後述の偏心ブッシュ１２に旋回軸受１３を介して取付けられる筒状のボス部４Ｃとにより大略構成されている。

また、旋回スクロール４の背面側には、例えば３個の取付凹部４Ｄ（図１中に１個のみ図示）が周方向に間隔をもって設けられ、これらの取付凹部４Ｄは、ケーシング１の取付凹部１Ｅと対応する位置に配設されている。そして、取付凹部４Ｄには、後述するボールカップリング機構１５の第２のスラスト受け１８が嵌合して取付けられる。

ここで、旋回スクロール４のボス部４Ｃは、その中心となる軸線Ｏ2−Ｏ2が固定スクロール２の中心となる軸線Ｏ1−Ｏ1に対して、偏心ブッシュ１２により予め決められた所定の寸法δだけ径方向に偏心して配置されている。この状態で、旋回スクロール４のラップ部４Ｂは、固定スクロール２のラップ部２Ｂと重なり合うように配置され、これらのラップ部２Ｂ，４Ｂの間には、複数の圧縮室５が形成されている。

そして、旋回スクロール４は、電動モータ８により後述の回転軸９、偏心ブッシュ１２を介して駆動され、ボールカップリング機構１５によって自転が規制されることにより固定スクロール２に対して旋回運動を行う。即ち、旋回スクロール４は、固定スクロール２の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して前記偏心寸法δの旋回半径をもって旋回動作するものである。

これにより、複数の圧縮室５のうち外径側の圧縮室５は、固定スクロール２の外周側に設けられた吸込口６から空気を吸込み、この空気は圧縮室５内で旋回スクロール４の旋回動作に伴って連続的に圧縮される。そして、内径側の圧縮室５は、固定スクロール２の中心側に設けられた吐出口７から圧縮空気を外部に向けて吐出する。

８はケーシング１の底部１Ｂ側に設けられた電動モータで、該電動モータ８は、その出力軸８Ａが後述の回転軸９に一体的に連結されている。そして、電動モータ８は、出力軸８Ａを回転することにより、旋回スクロール４を回転軸９、偏心ブッシュ１２等を介して旋回駆動するものである。

９は基端側が電動モータ８の出力軸８Ａに固着された回転軸で、該回転軸９は、電動モータ８によって回転駆動されるものである。また、回転軸９は、ケーシング１の軸受取付部１Ｃ内に軸受１０等を介して回転可能に支持されている。また、回転軸９の先端側には、偏心ブッシュ１２、旋回軸受１３を介して旋回スクロール４のボス部４Ｃが旋回可能に連結されている。

また、回転軸９の基端側には、径方向外向きに延びるサブウエイト１１が一体形成されている。このサブウエイト１１は、バランスウエイト１４と旋回スクロール４とが回転するときに生じる遠心力が回転軸９等を傾ける方向のモーメントとなって作用するのを打ち消すものである。

１２は回転軸９の先端側に設けられた段付筒状の偏心ブッシュで、該偏心ブッシュ１２には、旋回スクロール４のボス部４Ｃが旋回軸受１３を介して偏心状態で連結している。即ち、偏心ブッシュ１２は、回転軸９の軸線Ｏ1−Ｏ1に対して旋回スクロール４の軸線Ｏ2−Ｏ2を偏心寸法δの位置に配置している。そして、偏心ブッシュ１２は、回転軸９と一体に回転することにより、その回転を旋回スクロール４の旋回動作に変換することができる。なお、偏心ブッシュ１２の外周側には、旋回スクロール４の旋回動作を安定させるためのバランスウエイト１４が一体に形成されている。

次に、ケーシング１と旋回スクロール４との間に設けられ、旋回スクロール４の自転を防止する機能と旋回スクロール４に付加されるスラスト荷重を受承する機能との両方の機能を備えたボールカップリング機構１５の構成について述べる。

まず、１５はケーシング１の底部１Ｂと旋回スクロール４の背面側との間に設けられたボールカップリング機構を示している（図１参照）。このボールカップリング機構１５は、ケーシング１の３つの取付凹部１Ｅと旋回スクロール４の３つの取付凹部４Ｄとの間に複数個、例えば３個配設されている。これらのボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４に作用するスラスト荷重を受承すると共に、旋回スクロール４の自転を防止するものである。

そして、ボールカップリング機構１５は、図３、図４等に示す如く、後述する第１のスラスト受け１６、第２のスラスト受け１８、球体２０、筒状部材２１、潤滑剤押し戻し機構２３により大略構成されている。

ここで、ボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４からのスラスト荷重を安定的に受承するために、周方向に間隔をもって最低３箇所に配置する必要がある。また、旋回スクロール４の自転を防止するための後述の筒状部材２１等は最低２箇所に設けることで自転を防止することができる。

１６はケーシング１側に設けられた第１のスラスト受けで、該第１のスラスト受け１６は、例えば剛性を有する金属材料等を用いて形成されている。また、第１のスラスト受け１６は、短尺な大径部１６Ａと、該大径部１６Ａの他側に一体的に設けられた小径部１６Ｂとにより、一側が大径で他側が小径な軸線Ｘ1−Ｘ1をもった段付円柱体として形成されている。そして、第１のスラスト受け１６は、前記小径部１６Ｂがケーシング１の取付凹部１Ｅに嵌合して固着され、この状態で大径部１６Ａの先端面は、相手方となる第２のスラスト受け１８の大径部１８Ａの先端面に近接して対面している。

また、第１のスラスト受け１６には、大径部１６Ａ内を窪ませることにより、同一軸線上に円形状の収容穴１６Ｃが形成されている。この収容穴１６Ｃは、内周面１６Ｄと底面１６Ｅとを有し、底面１６Ｅの中央には、後述の受承板１７を嵌合するための嵌合穴１６Ｆが凹設されている。ここで、収容穴１６Ｃは、図３に示す如く、その内周面１６Ｄの内径寸法Ｄ1が後述する筒状部材２１の外径寸法Ｄ2よりも偏心寸法δだけ大径に形成されている。また、収容穴１６Ｃの深さ寸法は、筒状部材２１の軸方向寸法の約半分に設定されている。これにより、内周面１６Ｄには、筒状部材２１の外周面２１Ａが転がるように接触し、底面１６Ｅには、筒状部材２１の端面２１Ｃが摺接するようになっている。

１７は第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃの奥部に設けられた受承板で、該受承板１７の表面側は、底面１６Ｅの一部を構成している。そして、受承板１７は、例えば耐摩耗性の高い硬質材料等を用いて円板状に形成され、嵌合穴１６Ｆ内に嵌合して取付けられている。また、受承板１７の表面側には、円形の浅底溝からなるガイド溝１７Ａが形成されている。このガイド溝１７Ａは、旋回スクロール４の旋回動作時に後述の球体２０を円形の転動軌跡に沿ってガイドする機能を有している。

１８は第１のスラスト受け１６と対向して旋回スクロール４の背面側に設けられた第２のスラスト受けを示している。この第２のスラスト受け１８は、例えば前述した第１のスラスト受け１６とほぼ同様な材料を用い、大径部１８Ａと小径部１８Ｂとによりほぼ同様の段付円柱状に形成されている。

また、第２のスラスト受け１８にも収容穴１８Ｃが形成され、この収容穴１８Ｃの内周面１８Ｄは、第１のスラスト受け１６の内周面１６Ｃと同様の内径寸法Ｄ1となり、底面１８Ｅまでの深さ寸法も筒状部材２１の軸方向寸法の約半分に設定されている。さらに、収容穴１８Ｃの底面１８Ｅには、嵌合穴１８Ｆが形成され、該嵌合穴１８Ｆには、ガイド溝１９Ａを有する受承板１９が嵌合して固着されている。

そして、第２のスラスト受け１８は、図１に示す如く、その収容穴１８Ｃが第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃと対向した状態で、旋回スクロール４の取付凹部４Ｄ内に嵌合して固定されている。このときに、第２のスラスト受け１８は、図３に示す如く、その軸線Ｘ2−Ｘ2が第１のスラスト受け１６の軸線Ｘ1−Ｘ1に対して偏心寸法δだけずらして配設されている。なお、第１のスラスト受け１６と第２のスラスト受け１８とは、同一形状とすることもでき、該各スラスト受け１６，１８は共通部品として形成できるものである。

２０は第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃと第２のスラスト受け１８の収容穴１８Ｃとの間、詳しくは底面１６Ｅ，１８Ｅを構成する受承板１７，１９間に転動可能に設けられた球体である。この球体２０は、例えば硬度の高い鋼球等により形成されている。そして、球体２０は、その外周面が受承板１７，１９のガイド溝１７Ａ，１９Ａに転動可能に当接し、後述の如く圧縮運転時に旋回スクロール４の板体４Ａ等に付加されるスラスト荷重を、第１，第２のスラスト受け１６，１８と共にケーシング１の台座部１Ｄ側で受承させるものである。

２１は第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃと第２のスラスト受け１８の収容穴１８Ｃとの間に設けられた筒状部材で、該筒状部材２１は、外周面２１Ａ、内周面２１Ｂおよび両端面２１Ｃ，２１Ｄを有し、球体２０を取囲む円筒体として形成されている。また、筒状部材２１は、金属材料、樹脂材料等、例えば焼結含油金属材料、自己潤滑性樹脂材料等を用いて形成されている。

ここで、筒状部材２１の外周面２１Ａの外径寸法Ｄ2は、第１，第２のスラスト受け１６，１８の収容穴１６Ｃ，１８Ｃの内径寸法Ｄ1よりも偏心寸法δだけ小さく形成されている。これにより、筒状部材２１は、旋回スクロール４の旋回動作に伴って外周面２１Ａを収容穴１６Ｃ，１８Ｃの内周面１６Ｄ，１８Ｄに転がり接触させることができ、旋回スクロール４の自転を防止することができる。

一方、筒状部材２１の内周面２１Ｂの内径寸法は、球体２０の外径寸法よりも大きく形成され、内部で球体２０が転動するのを許す構成となっている。また、内周面２１Ｂは、凹湾曲状の凹面として形成されている。これにより、筒状部材２１は、後述の内部空間２２に多くの潤滑剤を保持できる。また、潤滑剤を球体２０の転動軌跡となる受承板１７，１９のガイド溝１７Ａ，１９Ａ付近に供給できるように、筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄを径方向に広幅に形成することができる。

さらに、筒状部材２１は、図３に示すように、軸方向の端面２１Ｃが第１のスラスト受け１６の底面１６Ｅに摺接し、反対側の端面２１Ｄが第２のスラスト受け１８の底面１８Ｅに摺接している。これにより、第１，第２のスラスト受け１６，１８内には、これらの底面１６Ｅ，１８Ｅと筒状部材２１の内周面２１Ｂとで囲まれた内部空間２２が形成され、この内部空間２２は、球体２０の周囲でグリース等の潤滑剤を保持する潤滑剤保持空間として使用されている。

この場合、スラスト受け１６，１８の底面１６Ｅ，１８Ｅと筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄとの間には、筒状部材２１にスラスト荷重が作用しないように微小な隙間が形成される。このため、内部空間２２内の潤滑剤は、その外側へと僅かに漏れ出る虞がある。しかし、筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄには、後述する潤滑剤押し戻し機構２３の渦巻溝２６，２７を形成しているから、スラスト受け１６，１８の底面１６Ｅ，１８Ｅと筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄとの隙間に漏れ出た潤滑剤を内部空間２２に押し戻すことができる。

次に、第１の実施の形態の特徴部分となる筒状部材２１に設けられた潤滑剤押し戻し機構２３について、図３ないし図７に従って述べる。

図３において、２３は筒状部材２１に設けられた潤滑剤押し戻し手段としての潤滑剤押し戻し機構を示している。この潤滑剤押し戻し機構２３は、筒状部材２１がスラスト受け１６，１８の内周面１６Ｄ，１８Ｄに対して転動したときの回転動作を利用し、内部空間２２から流出した潤滑剤を該内部空間２２内に向け押し戻すものである。具体的に、潤滑剤押し戻し機構２３は、筒状部材２１の外周面２１Ａに設けられ収容穴１６Ｃ，１８Ｃの開口側から底面１６Ｅ，１８Ｅに向けて潤滑剤を移動させる後述の螺旋溝２４，２５と、筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄに設けられ径方向中心側に向けて潤滑剤を移動させる後述の渦巻溝２６，２７とにより構成されている。

２４は筒状部材２１の外周面２１Ａの軸方向中間部からケーシング１側に設けられた軸方向押し戻し手段としての螺旋溝である。この第１のスラスト受け１６側の螺旋溝２４は、略コ字状の凹陥溝として形成され、１本または複数本形成されている。また、螺旋溝２４は、収容穴１６Ｃの底面１６Ｅに向けて潤滑剤を押し戻すものである。このために螺旋溝２４は、図５に示すように、収容穴１６Ｃの開口位置となる軸方向の中間部を先頭とし、回転方向の後側が端面２１Ｃに向かうように傾斜した螺旋構造の凹陥溝として形成されている。

これにより、螺旋溝２４は、旋回スクロール４の旋回動作に伴って筒状部材２１が矢示方向に回転すると、収容穴１６Ｃの内周面１６Ｄに付着した潤滑剤を掻き取り、螺旋構造によって収容穴１６Ｃの底面１６Ｅに向けて移動させることができる。そして、収容穴１６Ｃの底面１６Ｅに移動された潤滑剤は、後述の渦巻溝２６によって内部空間２２に押し戻すことができる。また、凹陥溝からなる螺旋溝２４は、潤滑剤を保持することができるから、筒状部材２１の外周面２１Ａと第１のスラスト受け１６の内周面１６Ｄとの間を確実に潤滑することができる。

２５は筒状部材２１の外周面２１Ａの軸方向中間部から旋回スクロール４側に設けられた軸方向押し戻し手段としての螺旋溝である。この第２のスラスト受け１８側の螺旋溝２５は、対称形状をなしている点を除いて第１のスラスト受け１６側の螺旋溝２４とほぼ同様に形成され、構成、機能も同様であるので、これらの説明は省略するものとする。そして、螺旋溝２４，２５は、収容穴１６Ｃ，１８Ｃの開口位置となる筒状部材２１の軸方向中間部を頂点とする逆Ｖ字状に形成されている。

２６は筒状部材２１の第１のスラスト受け１６側の端面２１Ｃに設けられた径方向押し戻し手段としての渦巻溝である。この渦巻溝２６は、略コ字状の凹陥溝として形成され、１本または複数本、例えば２本形成されている。そして、渦巻溝２６は、図６に示すように、筒状部材２１の回転方向の前側で大きな直径寸法となり、後側で小さな直径寸法となる渦巻構造をなしている。

これにより、旋回スクロール４の旋回動作に伴って筒状部材２１が矢示方向に回転すると、渦巻溝２６は、長さ方向の途中や外周側の開口端で捕らえた潤滑剤を渦巻構造によって中央側に移動させ、内部空間２２に配設された球体２０の摺動部位に戻すことができる。このときに、筒状部材２１は偏心寸法δをもって旋回動作しているから、図３に示すように、内周面２１Ｂが球体２０の転動軌道となる受承板１７のガイド溝１７Ａにまで達し、収容穴１６Ｃの径方向中心側となるガイド溝１７Ａに潤滑剤を供給することができる。また、凹陥溝からなる渦巻溝２６は、潤滑剤を保持することができるから、筒状部材２１に端面２１Ｃと第１のスラスト受け１６の底面１６Ｅとの間を確実に潤滑することができる。

２７は筒状部材２１の第２のスラスト受け１８側の端面２１Ｄに設けられた径方向押し戻し手段としての渦巻溝である。この渦巻溝２７は、対称形状をなしている点を除いて第１のスラスト受け１６側の渦巻溝２６とほぼ同様に形成され、構成、機能も同様であるので、これらの説明は省略するものとする。

第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

まず、電動モータ８に給電し、軸線Ｏ1−Ｏ1を中心として出力軸８Ａにより回転軸９と偏心ブッシュ１２とを回転駆動すると、旋回スクロール４は、各ボールカップリング機構１５により自転を規制された状態で、所定の旋回半径（偏心寸法δ）をもった旋回動作を行う。

これにより、固定スクロール２のラップ部２Ｂと旋回スクロール４のラップ部４Ｂとの間に画成された各圧縮室５のうち、外径側の圧縮室５は、固定スクロール２の外周側に設けた吸込口６から空気を吸込み、この空気を連続的に圧縮しつつ、内径側の圧縮室５から吐出口７を介して圧縮空気を吐出する。

また、空気圧縮機の圧縮運転時には、各圧縮室５内で圧縮された空気の圧力が旋回スクロール４の板体４Ａにスラスト荷重となって作用する。しかし、ケーシング１と旋回スクロール４との間には、ボールカップリング機構１５を配設しているから、旋回スクロール４に付加されるスラスト荷重を、ボールカップリング機構１５の第１，第２のスラスト受け１６，１８と球体２０との間で受承することができる。これにより、旋回スクロール４を安定的に旋回動作させることができる。また、ボールカップリング機構１５は、第１，第２のスラスト受け１６，１８の内周面１６Ｄ，１８Ｄに筒状部材２１の外周面２１Ａを転がり接触させることにより、旋回スクロール４の自転動作を規制することができる。

さらに、ボールカップリング機構１５は、内部空間２２内に充填したグリース等の潤滑剤によって球体２０、筒状部材２１等を潤滑している。しかし、内部空間２２の潤滑剤は、筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄとスラスト受け１６，１８の底面１６Ｅ，１８Ｅとの僅かな隙間から漏れ出すことがあり、潤滑剤が不足して潤滑不良を生じる虞がある。

しかし、内部空間２２から流出した潤滑剤のうち、収容穴１６Ｃ，１８Ｃの底面１６Ｅ，１８Ｅから開口に向けて流出しようとする潤滑剤は、筒状部材２１が転動して回転することにより、その外周面２１Ａに設けた螺旋溝２４，２５によって底面１６Ｅ，１８Ｅに向け押し戻すことができる。また、螺旋溝２４，２５によって底面１６Ｅ，１８Ｅに向け移動させた潤滑剤、筒状部材２１から漏れて内径側から外径側に流れる潤滑剤等は、渦巻溝２６，２７によって筒状部材２１の内径側となる内部空間２２に向け移動することができる。

かくして、第１の実施の形態によれば、ボールカップリング機構１５は、その球体２０を各スラスト受け１６，１８の底面１６Ｅ，１８Ｅとなる受承板１７，１９間で転動することにより、旋回スクロール４に付加されるスラスト荷重を受承することができる。また、筒状部材２１は、各スラスト受け１６，１８の収容穴１６Ｃ，１８Ｃ間で転動することにより、滑り接触に比較して抵抗が小さな転がり接触によって旋回スクロール４の自転を防止することができる。

この結果、ボールカップリング機構１５は、旋回スクロール４の自転を防止する機能とスラスト荷重を受承する機能の両方の機能を備えた上で、自転を防止する筒状部材２１とスラスト荷重を受承する球体２０との両方に対して簡単な構成で潤滑剤を保持することができ、スクロール式空気圧縮機の小型化、組立作業性の向上等を図ることができる。

また、筒状部材２１を収容穴１６Ｃ，１８Ｃの内周面１６Ｄ，１８Ｄに転がり接触させることにより、旋回スクロール４の自転を防止しているから、例えばオルダム継手のような滑り接触に比較して、摺動抵抗を小さくすることができ、運転時の動力損失を低減して運転効率を向上することができる。

しかも、第１の実施の形態によれば、ケーシング１と旋回スクロール４との間に設けたボールカップリング機構１５には、筒状部材２１とスラスト受け１６，１８の収容穴１６Ｃ，１８Ｃとの間に潤滑剤押し戻し機構２３を設ける構成としている。この潤滑剤押し戻し機構２３は、筒状部材２１が各収容穴１６Ｃ，１８Ｃの内周面１６Ｄ，１８Ｄで転動して回転することにより、この筒状部材２１の回転を動力源とし、内部空間２２から筒状部材２１と収容穴１６Ｃ，１８Ｃとの間に流出した潤滑剤を、内部空間２２に向け押し戻すものである。

具体的には、潤滑剤押し戻し機構２３は、筒状部材２１の外周面２１Ａに設けた螺旋溝２４，２５と、筒状部材２１の端面２１Ｃ，２１Ｄに設けた渦巻溝２６，２７とにより構成している。そして、筒状部材２１が回転動作したときには、螺旋溝２４，２５は、収容穴１６Ｃ，１８Ｃから流出しようとする潤滑剤を捕らえつつ、螺旋構造によって端面２１Ｃ，２１Ｄ（底面１６Ｅ，１８Ｅ）側に移動させることができる。また、渦巻溝２６，２７は、螺旋溝２４，２５によって底面１６Ｅ，１８Ｅ側に移動させた潤滑剤、長さ方向の途中や外周側の開口端で掻き取った潤滑剤を、渦巻構造によって球体２０の転動軌跡がある径方向中心側に移動させ、内部空間２２に戻すことができる。

この結果、筒状部材２１の内部空間２２から潤滑剤が流出するようなことがあっても、流出した潤滑剤は、潤滑剤押し戻し機構２３によって内部空間２２内に押し戻すことができるから、内部空間２２内には、常に潤滑剤を保持することができる。これにより、球体２０の転動軌道を確実に潤滑することができ、球体２０、収容穴１６Ｃ，１８Ｃの底面１６Ｅ，１８Ｅ等の摩耗や焼付きを防止して、これらの寿命を延ばすことができる。

また、スラスト受け１６，１８の収容穴１６Ｃ，１８Ｃの開口側から外部に潤滑剤が漏れ出すと、この潤滑剤は二度と内部空間２２に戻すことはできない。これに対しても、筒状部材２１の外周面２１Ａに設けた螺旋溝２４，２５は、収容穴１６Ｃ，１８Ｃから流出しようとする潤滑剤を該収容穴１６Ｃ，１８Ｃ内に戻すことができ、球体２０の周囲に潤滑剤を確実に保持することができる。

次に、図８ないし図１２は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、潤滑剤押し戻し手段を、収容穴の内周面に設けた螺旋溝と底面に設けた渦巻溝とによって構成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

図８において、３１はスラスト受け１６，１８の収容穴１６Ｃ，１８Ｃに設けられた潤滑剤押し戻し手段としての第２の実施の形態による潤滑剤押し戻し機構を示している。この潤滑剤押し戻し機構３１は、筒状部材２１が回転し、内周面１６Ｄ，１８Ｄ、底面１６Ｅ，１８Ｅに対して旋回移動したときに、内部空間２２から流出した潤滑剤を該内部空間２２内に向け押し戻すものである。具体的に、潤滑剤押し戻し機構３１は、収容穴１６Ｃ，１８Ｃの内周面１６Ｄ，１８Ｄに設けられ収容穴１６Ｃ，１８Ｃの開口側から底面１６Ｅ，１８Ｅに向けて潤滑剤を移動させる後述の螺旋溝３２，３４と、収容穴１６Ｃ，１８Ｃの底面１６Ｅ，１８Ｅに設けられ中央側に向けて潤滑剤を移動させる後述の渦巻溝３３，３５とにより構成されている。

３２は第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃの内周面１６Ｄに設けられた軸方向押し戻し手段としての螺旋溝である（図９参照）。この螺旋溝３２は、収容穴１６Ｃの開口側から底面１６Ｅに向けて潤滑剤を軸方向に移動させるものである。このために螺旋溝３２は、筒状部材２１の旋回方向に対し、内周面１６Ｄの開口側から底面１６Ｅに向けて傾斜した螺旋構造の凹陥溝として形成されている。

これにより、螺旋溝３２は、旋回スクロール４の旋回動作に伴って筒状部材２１が旋回すると、潤滑剤を螺旋構造によって底面１６Ｅ側に移動させることができる。そして、収容穴１６Ｃの底面１６Ｅ側に移動された潤滑剤は、渦巻溝３３によって内部空間２２に押し戻すことができる。また、螺旋溝３２は、潤滑剤を保持することができ、筒状部材２１と第１のスラスト受け１６との間を潤滑することができる。

３３は第１のスラスト受け１６の収容穴１６Ｃの底面１６Ｅに設けられた径方向押し戻し手段としての渦巻溝である。この渦巻溝３３は、略コ字状の凹陥溝として形成され、図１０に示すように、筒状部材２１の旋回方向の前側で大きな直径寸法となり、後側で小さな直径寸法となる渦巻構造に形成されている。

これにより、旋回スクロール４の旋回動作に伴って筒状部材２１が回転しつつ矢示方向に旋回すると、渦巻溝３３は、筒状部材２１の端面２１Ｃに付着した潤滑剤を渦巻構造によって中央側に移動させ、内部空間２２に押し戻すことができる。また、渦巻溝３３は、球体２０の転動軌道となる受承板１７のガイド溝１７Ａに潤滑剤を供給することができる。さらに、渦巻溝３３は、潤滑剤を保持することができるから、筒状部材２１と第１のスラスト受け１６との間を潤滑することができる。

一方、３４は収容穴１８Ｃの内周面１８Ｄに設けられた軸方向押し戻し手段としての螺旋溝である。この螺旋溝３４は、図１１に示すように、対称形状をなしている点を除いて第１のスラスト受け１６側の螺旋溝３２とほぼ同様に形成され、構成、機能も同様であるので、これらの説明は省略するものとする。

さらに、３５は第２のスラスト受け１８の収容穴１８Ｃの底面１８Ｅに設けられた径方向押し戻し手段としての渦巻溝である。この渦巻溝３５は、図１２に示すように、対称形状をなしている点を除いて第１のスラスト受け１６側の渦巻溝３３とほぼ同様に形成され、構成、機能も同様であるので、これらの説明は省略するものとする。

かくして、このように構成された第２の実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。

なお、第１の実施の形態では、潤滑剤押し戻し機構２３の螺旋溝２４，２５、渦巻溝２６，２７を筒状部材２１に設けた場合を例示し、第２の実施の形態では、潤滑剤押し戻し機構３１の螺旋溝３２，３４、渦巻溝３３，３５をスラスト受け１６，１８に設けた場合を例示している。しかし、本発明はこれらの構成に限らず、例えば図１３に示す第１の変形例による潤滑剤押し戻し機構４１のように、螺旋溝４２を筒状部材２１の外周面２１Ａに設け、渦巻溝４３をスラスト受け１６，１８の底面１６Ｅ，１８Ｅに設ける構成としてもよい。即ち、潤滑剤押し戻し機構はスラスト受けと筒状部材との間に設ける構成とすればよいものである。また、螺旋溝を廃止し、渦巻溝だけを設ける構成としてもよい。

また、第１の実施の形態では、筒状部材２１の外周面２１Ａに軸方向の中間部を頂点とするように逆Ｖ字状に並べて螺旋溝２４，２５を設けた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１４に示す第２の変形例のように、軸方向の中間部に全周に亘ってシールライン５１を設け、螺旋溝５２，５３をハ字状に形成する構成としてもよい。この構成によれば、筒状部材２１が転動するときに、各スラスト受け１６，１８間の隙間をシールライン５１によって閉塞することができ、潤滑剤の外部への漏れを抑制することができる。

また、第１の実施の形態では、ボールカップリング機構１５を第１，第２のスラスト受け１６，１８、受承板１７，１９、球体２０、筒状部材２１、潤滑剤押し戻し機構２３により構成した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１のスラスト受け１６に該当する部分をケーシング１の台座部１Ｄ側に一体に設け、第２のスラスト受け１８に該当する部分を旋回スクロール４の背面側に一体に設ける構成としてもよい。

また、受承板１７，１９についても、第１，第２のスラスト受け１６，１８と別体に形成する必要はない。そして、受承板１７に該当する部分を第１のスラスト受け１６と共にケーシング１の台座部１Ｄ側に一体に設け、受承板１９に該当する部分を第２のスラスト受け１８と共に旋回スクロール４の背面側に一体に設ける構成としてもよい。そして、これらの構成は、第２の実施の形態についても同様に適用することができるものである。

さらに、各実施の形態では、固定スクロール２と旋回スクロール４とからなるスクロール式の空気圧縮機を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば冷媒圧縮機等のスクロール式流体機械にも広く適用できるものである。

以上の各実施の形態で述べたように、請求項１の発明によれば、ボールカップリング機構の球体は、固定側部材側の収容穴の底面と旋回スクロール側の収容穴の底面との間で転動することにより、旋回スクロールに付加されるスラスト荷重を受承することができる。また、前記各収容穴間に設けた筒状部材は、固定側部材側の収容穴の内周面と旋回スクロール側の収容穴の内周面との間で転動することにより、滑り接触に比較して抵抗が小さな転がり接触によって旋回スクロールの自転を防止することができる。

この場合、各収容穴の底面と筒状部材の端面との間には、転動を許すために隙間が存在するから、各収容穴内で筒状部材が回転しつつ移動するときに、前記隙間から筒状部材内の潤滑剤が漏れ出ることがある。

しかし、各収容穴と筒状部材との間に設けた潤滑剤押し戻し手段は、筒状部材が各収容穴の内周面間で転動して回転することにより、この筒状部材の回転を動力源とし、筒状部材の内部から該筒状部材と前記各収容穴との間に流出した潤滑剤を、該筒状部材の内部に向け押し戻すことができる。

この結果、ボールカップリング機構は、旋回スクロールの自転を防止する機能とスラスト荷重を受承する機能の両方の機能を備えた上で、自転を防止する筒状部材とスラスト荷重を受承する球体との両方に対して簡単な構成で潤滑剤を保持することができ、圧縮機の小型化、組立作業性の向上等を図ることができる。

また、筒状部材を収容穴の内周面に転がり接触させることにより、旋回スクロールの自転を防止しているから、例えばオルダム継手のような滑り接触に比較して、摺動抵抗を小さくすることができ、運転時の動力損失を低減して運転効率を向上することができる。

しかも、筒状部材から流出する潤滑剤は、潤滑剤押し戻し手段によって筒状部材内に向け押し戻すことができるから、筒状部材内には、常に潤滑剤を保持することができる。これにより、球体の転動軌道を確実に潤滑することができ、球体、収容穴の底面等の摩耗や焼付きを防止して、これらの寿命を延ばすことができる。

請求項２の発明によれば、各収容穴の底面から開口に向けて流出しようとする潤滑剤は、軸方向押し戻し手段によって底面に向け移動することができる。また、軸方向押し戻し手段によって底面に向け移動した潤滑剤、筒状部材から漏れて内径側から外径側に流れる潤滑剤等は、径方向押し戻し手段によって筒状部材の内径側に向け移動することができる。

請求項３の発明によれば、軸方向押し戻し手段は、筒状部材の外周面または各収容穴の内周面に螺旋溝を形成するだけで、この螺旋溝の螺旋構造により筒状部材の回転を利用して収容穴の底面に向け潤滑剤を押し戻すことができる。これにより、軸方向押し戻し手段の構成を簡略化することができる。

請求項４の発明によれば、径方向押し戻し手段は、筒状部材の端面または各収容穴の底面に渦巻溝を形成するだけで、この渦巻溝の渦巻構造により筒状部材の回転を利用して、収容穴の径方向中心側に位置する球体の転動軌道付近に向け潤滑剤を押し戻すことができる。これにより、径方向押し戻し手段の構成を簡略化することができる。

本発明の第１の実施の形態によるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。 旋回スクロールとボールカップリング機構とを図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。 図１中のボールカップリング機構を拡大して示す縦断面図である。 図３に示すボールカップリング機構を分解した状態で示す分解斜視図である。 筒状部材の外周面を拡大して示す正面図である。 筒状部材の第１のスラスト受け側の端面を拡大して示す右側面図である。 筒状部材の第２のスラスト受け側の端面を拡大して示す左側面図である。 第２の実施の形態によるボールカップリング機構を示す縦断面図である。 第１のスラスト受けを単体で示す縦断面図である。 第１のスラスト受けを渦巻溝側からみた左側面図である。 第２のスラスト受けを単体で示す縦断面図である。 第２のスラスト受けを渦巻溝側からみた右側面図である。 第１の変形例によるボールカップリング機構を示す縦断面図である。 第２の変形例による筒状部材を示す正面図である。

符号の説明

１ ケーシング（固定側部材）
２ 固定スクロール（固定側部材）
２Ａ，４Ａ 板体
２Ｂ，４Ｂ ラップ部
４ 旋回スクロール
５ 圧縮室
６ 吸込口
７ 吐出口
１５ ボールカップリング機構
１６ 第１のスラスト受け
１６Ｃ，１８Ｃ 収容穴
１６Ｄ，１８Ｄ 内周面
１６Ｅ，１８Ｅ 底面
１７，１９ 受承板
１７Ａ，１９Ａ ガイド溝
１８ 第２のスラスト受け
２０ 球体
２１ 筒状部材
２１Ａ 外周面
２１Ｂ 内周面
２１Ｃ，２１Ｄ 端面
２２ 内部空間
２３，３１，４１ 潤滑剤押し戻し機構（潤滑剤押し戻し手段）
２４，２５，３２，３４，４２，５２，５３ 螺旋溝
２６，２７，３３，３５，４３ 渦巻溝

Claims (4)

1. 筒状のケーシングおよび該ケーシングに固定して設けられ板体に渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールからなる固定側部材と、該固定側部材の固定スクロールと対向して前記ケーシング内に旋回可能に設けられ板体に該固定スクロールのラップ部と重なり合って複数の圧縮室を形成する渦巻状のラップ部が立設された旋回スクロールと、該旋回スクロールと前記固定側部材との間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止すると共に両者の間のスラスト荷重を受承する少なくとも３つのボールカップリング機構とからなるスクロール式流体機械において、
   前記ボールカップリング機構は、
   前記固定側部材側と旋回スクロール側とに対向してそれぞれ設けられた収容穴と、
   前記固定側部材側の収容穴の底面と旋回スクロール側の収容穴の底面との間に転動可能に設けられ前記旋回スクロールに付加されるスラスト荷重を受承する球体と、
   前記各収容穴間に位置して該球体を取囲むように設けられ前記各収容穴の内周面に転がり接触して前記旋回スクロールの自転を防止する筒状部材と、
   前記筒状部材と前記各収容穴との間に設けられ前記筒状部材の回転を利用し前記筒状部材の内部から流出した潤滑剤を該筒状部材の内部に向け押し戻す潤滑剤押し戻し手段とにより構成したことを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記潤滑剤押し戻し手段は、前記各収容穴の開口から底面に向けて前記筒状部材の軸方向に潤滑剤を移動させる軸方向押し戻し手段と、前記筒状部材の外径側から内径側に向けて前記筒状部材の径方向に潤滑剤を移動させる径方向押し戻し手段とによって構成してなる請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記軸方向押し戻し手段は、前記筒状部材の外周面または前記各収容穴の内周面に設けられ前記収容穴の底面に向けて潤滑剤を押し戻す螺旋溝によって構成してなる請求項２に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記径方向押し戻し手段は、前記筒状部材の端面または前記各収容穴の底面に設けられ前記収容穴の径方向中心側に向けて潤滑剤を押し戻す渦巻溝によって構成してなる請求項２または３に記載のスクロール式流体機械。

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