JP6511458B2 - スクロール式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、スクロール式流体機械に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１では、自転防止機構として、ピンクランクを用いたものにおいて、軸受箱との嵌め合いは標準よりも隙間の大きい嵌め合いとすると共にゴム等の摩擦力の大きい弾性体を介在して支承させたスクロール形流体機械が記載されている。

特開昭６１−１８２４０１

特許文献１に記載のスクロール式流体機械は、該当軸受を可動の状態に保つため、運転時に軸受が動いてしまい、軸受の信頼性・寿命を向上させることができない。一方、軸受を固定した場合、軸受の信頼性と寿命を向上させるためには、旋回スクロールの位置決めを高精度に行う必要があるため、各部品の生産性を低下させてしまう。

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、信頼性を確保しつつ、生産性を向上させたスクロール式流体機械を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記固定スクロールに対向して設けられ旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、前記旋回クロールを旋回運動させる駆動軸と、前記旋回スクロールに前記駆動軸の回転運動を伝達する旋回軸受と、前記旋回スクロールの自転を防止する複数の自転防止機構とを備え、前記自転防止機構はクランク軸と、前記クランク軸を支持するクランク軸受を有し、前記クランク軸と前記クランク軸受との間の隙間を前記駆動軸と前記旋回軸受との間の隙間よりも大きくすることを特徴とするスクロール式流体機械を提供する。

本発明によれば、信頼性を確保しつつ、生産性を向上させたスクロール式流体機械を提供することができる。

本発明の実施例１におけるスクロール式流体機械の断面図である。 本発明に実施例１におけるスクロール式流体機械の関連部品模式図である。 本発明の実施例２におけるスクロール式流体機械の関連部品模式図である。 本発明の実施例３におけるスクロール式流体機械の関連部品模式図である。 本発明の実施例４におけるスクロール式流体機械の関連部品模式図である。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本実施例１におけるスクロール式流体機械の全体構造を示す断面図である。ケーシング１は、軸受を保持し、旋回スクロール３の外側に設けられる。固定スクロール２は、ケーシング１に設けられ渦巻状のラップ部が立設される。旋回スクロール３は、駆動軸４を介して駆動され、固定スクロール２と対向する位置で該固定スクロール２のラップ部との間に複数の圧縮室６を画成する渦巻状のラップ部が立設される。

旋回スクロール３は、先端側に偏心した偏心部を有する駆動軸４によって、旋回スクロール３に保持された旋回軸受５を介して回転運動が伝達され、旋回運動を行う。この旋回運動によって、流体は外側に形成された圧縮室６から中心側に形成された圧縮室６に向い、その体積を縮小させることで圧縮される。

旋回スクロール３の旋回駆動を行う際に、旋回スクロール３は自転を防止するための自転防止機構（自転防止用クランク）を複数有している。自転防止機構は、自転防止クランク軸７、ケーシング１に取り付けらえたケーシング側自転防止クランク軸受８と旋回スクロール３に取り付けられた旋回スクロール側クランク軸受９により構成される。

自転防止クランク軸７と旋回スクロール側自転防止クランク軸受９は、旋回スクロール３に固定される。これにより、組み立て後に自転防止クランク軸７が旋回スクロール側自転防止クランク軸受９内で動くことがなくなるため、信頼性を確保することができる。自転防止クランク軸７は、締結部材１０によって旋回スクロール３と相対するケーシング１側からケーシング１に設けられたケーシング側自転防止クランク軸受８に隙間をもって締結される。このとき、旋回軸受５は旋回軸受外輪５ａおよび旋回軸受転動体５ｂは旋回スクロール３に固定され、旋回軸受内輪５ｃは駆動軸４へ固定され、自転防止クランク軸７の締結の際に組み合わされる。

なお、本実施例では、自転防止クランク軸７を旋回スクロール側自転防止クランク軸受９によって固定し、ケーシング側自転防止クランク軸受８に隙間を持って締結したが、ケーシング側自転防止クランク軸受８に固定し、旋回スクロール側自転防止クランク軸受９に隙間を持って締結してもよい。つまり、自転防止クランク軸７は一方のクランク軸受によって固定し、他方のクランク軸受に隙間を持って締結されていることになる。

また、本実施例では、締結部材１０によってケーシング１側から自転防止クランク軸７をケーシング側自転防止クランク軸受８に締結したが、旋回スクロール３側から旋回スクロール側自転防止クランク軸受９に締結してもよい。

図２を用いて、自転防止クランク軸７とケーシング側自転防止クランク軸受８との隙間について説明する。

図２は本実施例１における関連する部品の組立概略図である。図２において、ε₁は旋回スクロール３を旋回運動するための駆動軸４の偏心量である。またε₂は自転防止クランク軸７の偏心量である。Ｌは駆動軸４とケーシング側自転防止クランク軸受８の中心間の距離であり、旋回軸受５の中心と旋回スクロール側自転防止クランク軸受９の中心間の距離ｌと等しい。また、数式１に示す通り、ケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク７との隙間は、旋回軸受内輪５ｃと旋回軸受転動体５ｂの隙間よりも大きくなるよう設定されている。

(φD₂-φd₂)>(φD₁-φd₁) （数式１）
このとき自転防止用クランクにおける旋回半径ε_２’はケーシング側自転防止クランク軸受８の中心Ａ−Ａ’から旋回スクロール側自転防止クランク軸受９の中心Ｂ−Ｂ’の距離となるため以下の数式２であらわされる。

ε₂’=ε₁±(φD₁-φd₁)/2+(L-l)=ε₁±(φD₁-φd₁) /2 （数式２）
数式２より、自転防止クランク軸７における旋回半径ε_２’は自転防止クランク軸７の偏心量ε_２の影響を受けることはない。

ここで、自転防止クランク軸７における旋回半径ε_２’が自転防止クランク軸７の偏心量ε_２の影響を受けた場合、自転防止クランク軸７転防止クランク軸７の偏心量ε_２を精度高く設計しないと、自転防止クランク軸７に過度な負荷がかかってしまう。そのため、自転防止クランク軸７の信頼性、寿命を向上するためには、自転防止クランク軸７の偏心量ε_２の精度を高くすることが必要となり、生産性が低下してしまう。

一方、本実施例では、数式１、２が成立するようにケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク７との隙間と旋回軸受内輪５ｃと旋回軸受転動体５ｂの隙間とを設計したため、自転防止クランク軸７の信頼性、寿命と生産性を両立させることができる。

（数式１）、（数式２）より、以下の（数式３）が成立する。

｜φD₂-φd₂｜/2＞｜ε₂’-ε₁｜ （数式３）
つまり、ケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク軸７との隙間は、駆動軸４の偏心量と自転防止クランク軸７の旋回半径との差よりも大きくなる。

以上のように、本実施例では数式１、数式３を満たすようケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク７との隙間を設定することで、自転防止クランク軸７における旋回半径ε_２’は自転防止クランク７の偏心量ε_２の影響を受けないため、自転防止クランク軸７の偏心量ε_２の精度が高くなくても、スクロール式流体機械の信頼性を確保することができる。

また、これにより、自転防止クランク軸７の太さφd₂と偏心量ε₂の公差を緩和することが可能となり、自転防止クランク軸７を高精度に加工する必要がなくなるため、生産性を向上させることができる。また隙間が広いことから組立性を向上させることができる。

また、本実施例は、特許文献１とは異なり、自転防止クランク軸７を旋回スクロール側自転防止クランク軸受９によって固定し、締結部材１０によってケーシング１側から自転防止クランク軸７をケーシング側自転防止クランク軸受８に締結したため、組立後も軸受全体が可動とならないため、信頼性を損なうこともない。

本発明の実施例２を図３を用いて説明する。実施例１と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、実施例１と同様のスクロール式流体機械において、前述の数式１の寸法関係を満たすとともに、ケーシング１に対して旋回スクロール３の位置を決める位置決め孔を設けた点が特徴である。すなわち、図３に示すようにケーシング１に位置決め孔１１、旋回スクロール３に位置決め孔１２を設けた点が特徴である。

これにより、自転防止用クランク７の締結の際にたとえば位置決めピン１３を使用することでケーシング１に対する旋回スクロール３の位置を容易に決めることが可能となる。そのため、本構造による位置決めを行わない場合と比較して、旋回スクロール３が旋回軸受内輪５ｃと旋回軸受転動体５ｂの隙間およびケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク７との隙間の範囲で移動することを防止することが可能となる。

即ち、本実施例ではケーシング１に対する旋回スクロール３の位置決めを自転防止用クランク軸７ではなく、位置決め孔１１、１２と位置決めピン１３によって行っている。即ち、自転防止用クランク軸７には位置決め機能をもたせず、位置決め孔１１、１２と位置決めピン１３に位置決め機能を持たせている。

つまり、ケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク軸７との隙間よりも、組み付け時における位置決め孔１１、１２の中心位置の（径方向または周方向の）離間寸法を小さくした。

これにより、自転防止クランク軸７の偏心量ε_２の精度が高くなくても、位置決め精度を確保することができる。そのため、実施例１と同様に自転防止クランク軸７を高精度に加工する必要がなくなるため、生産性が向上させることができる。また隙間が広いことから組立性が向上させることができる。

ここで、固定スクロール２と旋回スクロール３との摺動面よりも径方向内側に設けた場合、位置合わせをした後に圧縮室６を密閉するために旋回スクロール３側の位置決め孔１１をふさぐ必要があり、生産性を向上させることができない。本実施例では、生産性を向上させるため、位置決め孔１１、１２は、固定スクロール２と旋回スクロール３との摺動面よりも径方向外側に設けることとした。

以上より、本実施例によれば、位置決め孔１１、１２と位置決めピン１３により、旋回スクロール２の位置決めができ、ケーシング側自転防止クランク軸受８と自転防止クランク軸７との隙間によらず旋回スクロール３の偏心量を規定できる。そのため、実施例１に記載の効果に加え、固定スクロール２と旋回スクロール３の渦巻き状のラップ部の接触を防止しながら圧縮空気の漏れの原因となる隙間を最小限とし、信頼性と性能が向上させることができる。

なお、本実施例では、位置決めピン１３をケーシング１側から挿入しているが、これに限らず、旋回スクロール３側から挿入して組み立てることも可能である。

本発明の実施例３を図４を用いて説明する。実施例１、２と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例では、実施例２と同様のスクロール式流体機械において、前述の位置決め孔１１および位置決め孔１２を複数組設けた点が特徴である。すなわち図４に示すようにケーシング１に位置決め孔１１、旋回スクロール３に位置決め孔１２を複数設けた点が特徴である。

ここで、位置決め孔１１、１２がそれぞれ１つであった場合、位置決め孔を中心として、回転方向に位置がずれる可能性がある。一方、本実施例では、位置決め孔を少なくとも２つ設けたため、回転方向への位置ずれを防止し、実施例２と比較してさらに位置決めの精度を向上させることができる。これにより、複数ある自転防止機構の旋回半径のずれを抑制することができ、自転防止機構にかかる負荷を低減し、さらに信頼性を向上させることができる。

以上のように本実施例では旋回スクロール２の位置決めに加え回転方向の姿勢を決めることが容易になるため、実施例２と比較して信頼性と性能をさらに向上させることができる。

なお、本実施例では、位置決めピン１３をケーシング１側から挿入しているが、これに限らず、旋回スクロール３側から挿入して組み立てることも可能である。

本発明の実施例４を図５を用いて説明する。実施例１〜３と同一の構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施例は、実施例３と同様のスクロール式流体機械において、前述のケーシング１に設けられた位置決め孔１２の一つを、駆動軸４の端面に設けた点が特徴である。すなわち図５に示すように位置決め孔１２を駆動軸４の端面、位置決め孔１１を旋回スクロールの端面に設けた点が特徴である。

スクロール式流体機械において、信頼性と性能を向上させるためには、固定スクロール２と旋回スクロール３のラップ部同士位置合わせに加え、駆動軸４と旋回軸受５の位置合わせの精度を上げることが必要となる。特に、駆動軸４と旋回軸受５の位置合わせは、駆動軸４の偏心部が旋回運動をする範囲内で行う必要がある。

そこで、本実施例では、位置決め孔１２を駆動軸４の偏心部の端面に設けたことにより、駆動軸４の偏心量ε₁によらず旋回軸受５の内輪５ｃの軸中心と外輪５ａの中心の位置を合わせることが容易となった。

以上より、本実施例によれば、駆動軸４と旋回軸受５との位置合わせを精度高く容易に行うことができ、旋回軸受５への負荷低減が可能となるため、実施例３と比較して、旋回軸受の信頼性をさらに向上させることができる。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１ ケーシング
２ 固定スクロール
３ 旋回スクロール
４ 駆動軸
５ 旋回軸受
５ａ 旋回軸受外輪
５ｂ 旋回軸受転動体
５ｃ 旋回軸受内輪
６ 圧縮室
７ 自転防止クランク軸
８ ケーシング側自転防止クランク軸受
９ 旋回スクロール側自転防止クランク軸受
１０ 締結部材
１１ 位置決め孔
１２ 位置決め孔
１３ 位置決めピン

Claims (14)

1. 渦巻状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   前記固定スクロールに対向して設けられ旋回運動する旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、
   前記旋回スクロールに設けられた旋回軸受によって支持され、前記旋回スクロールを旋回運動させる駆動軸と、
   前記旋回スクロールに前記駆動軸の回転運動を伝達する旋回軸受と、
   前記旋回スクロールの自転を防止する複数の自転防止機構とを備え、
   前記自転防止機構はクランク軸と、前記旋回スクロールに取り付けられ前記クランク軸を支持する第１クランク軸受と、前記ケーシングに取り付けられ前記クランク軸を支持する第２クランク軸受と、を有し、
   前記クランク軸と前記第１クランク軸受との間の隙間、もしくは前記クランク軸と前記第２クランク軸受との隙間の一方の隙間を、前記旋回軸受の内輪と前記旋回軸受の転動体の隙間よりも大きくし、他方の隙間を前記一方の隙間よりも小さくすることを特徴とするスクロール式流体機械。
2. 前記ケーシングに対して前記旋回スクロールの位置を決める位置決め孔を前記ケーシングおよび前記旋回スクロールに設けることを特徴とする請求項１に記載のスクロール式流体機械。
3. 前記位置決め孔を前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの摺動面よりも外側に設けることを特徴とする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
4. 前記位置決め孔を前記旋回スクロールと前記ケーシングに複数設けることを特徴とする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
5. 前記位置決め孔を前記駆動軸の端面に設けることを特徴とする請求項２に記載のスクロール式流体機械。
6. 固定スクロールと、
   前記固定スクロールに対向して設けられた旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの外側に設けられたケーシングと、
   前記旋回スクロールに設けられた旋回軸受によって支持され、前記旋回スクロールを旋回運動させる駆動軸と、
   前記旋回スクロールに前記駆動軸の回転運動を伝達する旋回軸受と、
   前記旋回スクロールの自転を防止する複数の自転防止機構とを備え、
   前記自転防止機構はクランク軸と、前記旋回スクロールに取り付けられ前記クランク軸を支持する第１クランク軸受と、前記ケーシングに取り付けられ前記クランク軸を支持する第２クランク軸受と、を有し、
   前記駆動軸の偏心量と前記クランク軸の旋回半径との差よりも、前記クランク軸と前記第１クランク軸受との隙間、もしくは前記クランク軸と前記第２クランク軸受との隙間の一方の隙間を大きくし、他方の隙間を前記一方の隙間よりも小さくすることを特徴とするスクロール式流体機械。
7. 前記ケーシングに対して前記旋回スクロールの位置を決める位置決め孔を前記ケーシングおよび前記旋回スクロールに設けることを特徴とする請求項６に記載のスクロール式流体機械。
8. 前記位置決め孔を前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの摺動面よりも外側に設けることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
9. 前記位置決め孔を前記旋回スクロールと前記ケーシングに複数設けることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
10. 前記位置決め孔を前記駆動軸の端面に設けることを特徴とする請求項７に記載のスクロール式流体機械。
11. 請求項１において、
    前記ケーシングに対して前記旋回スクロールの位置を決める位置決め孔を前記ケーシングおよび前記旋回スクロールに設け、
    前記ケーシングに設けられた位置決め孔の中心位置と前記旋回スクロールに設けられた位置決め孔の中心位置との組み付け時における離間寸法を、前記クランク軸と前記第１クランク軸受との隙間および前記クランク軸と前記第２クランク軸受との隙間のうち前記旋回軸受の内輪と前記旋回軸受の転動体の隙間よりも隙間の大きい方の隙間よりも小さくすることを特徴とするスクロール式流体機械。
12. 前記位置決め孔を前記固定スクロールと前記旋回スクロールとの摺動面よりも外側に設けることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
13. 前記位置決め孔を前記旋回スクロールと前記ケーシングに複数設けることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。
14. 前記位置決め孔を前記駆動軸の端面に設けることを特徴とする請求項１１に記載のスクロール式流体機械。

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