JPH02115588A - スクロール型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は、スクロール型圧縮機に関し、特に駆動ピンの
取付は位置を工夫することによってカウンタウェイトを
軽く或いは省略できるようにし、且つ、異常負荷状態で
圧縮することの無い機能を得られるようにしたスクロー
ル型圧縮機に関する。

［従来の技術］ この種のスクロール型圧縮機は、ハウジングと、第１の
板体の一面に第１のうず巻体を有し上記ハウジング内に
固定された固定スクロール部材と、第２の板体の一面に
第２のうず巻体を有し該第２のうず巻体と上記第１のう
ず巻体との間に流体ポケットを形成する様に上記固定ス
クロール部材に組み合わされた可動スクロール部材と、
上記ハウジング内に回転可能に設けられた主軸とを含み
、上記可動スクロール部材は上記第２の板体の他面にボ
スを有し且つ回転阻止装置によって回転を阻止されてお
り、上記ボス内には偏心孔を有するブツシュが回転可能
に配置されており、上記主軸の一端には駆動ピンが偏心
して設けられており、該駆動ピンを上記偏心孔に回転可
能に挿入することによって上記可動スクロール部材に上
記主軸を中心とした円軌道運動をさせて上記流体ポケッ
ト内の流体を圧縮する様になっている。

そして上記駆動ピンの中心は、上記ブツシュの中心を原
点とし、上記ブッユの中心と上記主軸の中心を通る直線
をｙ軸とし、このｙ軸に直交し且つ上記ブツシュの中心
を通る直線をｙ軸とした座標平面を想定した場合、主軸
側から見て第２象限に位置している（例えば、特公昭５
８−１９８７５号公報参照）。

この従来のスクロール型圧縮機の場合、駆動ピン等に作
用する力は第９図の如くなる。

第９図を参照して、主軸が矢印Ａの方向に回転している
場合、ブツシュ５の中心ＯＢには圧縮ガス力Ｆｇが加わ
る。この圧縮ガス力Ｆｇは、ガスを圧縮する際の反作用
として生じる。ブツシュ５の中心ＯＢは駆動ピン４ａの
中心ＯＰを中心として回動できる。この為、ブツシュ５
の中心ＯＢには、駆動ピン４ａの中心０２周りのモーメ
ントＭ１が生じる。このモーメントＭ１により、主軸の
中心Ｏ８とブツシュ５の中心ＯＢを通る直線ｙ上に力Ｆ
ｙｌか生じる。この力Ｆｙｌは、固定スクロール部材の
第１のうず巻体に可動スクロール部材の第２のうず巻体
を押し付ける力となる。この力Ｆｙｌによって第１のう
ず巻体と第２のうず巻体の間に形成される流体ポケット
の気密性を高める様になっている。

一方、可動スクロール部材は、主軸の中心Ｏ８を中心に
して半径ｒＯの円軌道運動をするので、可動スクロール
部材の遠心力Ｆｓかブツシュ５の中心ＯＢに加わる。こ
の遠心力Ｆｓの向きは力Ｆｙｌと同じである。従ってこ
の遠心力Ｆｓも第１のうず巻体に第２のうず巻体を押し
付ける力となる。

このように、ブツシュ５の中心ＯＢに、力Ｆｙ１のみな
らず、遠心力Ｆｓも加わると、第１のうず巻体に第２の
うず巻体を押し付ける力が大きくなり過ぎて、第１のう
ず巻体と第２のうず巻体との間の摩擦力が過大となり、
色々な不都合か生じてしまう。この為、従来のスクロー
ル型圧縮機では、遠心力Ｆｓを相殺する遠心力Ｆｃｌが
生じる様にブツシュ５にカウンタウェイト８を設けであ
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第１０図の如くカウンタウェイト８をブ
ツシュ５に設けると、カウンタウェイト８の厚さのため
軸間距離Ｌ１が長くなってしまう。

この結果、軸受９の寿命が短くなる不都合が生じた。

それ故に、本発明の課題は、カウンタウェイトを軽く或
いは省略できる様にして軸間距離を短くし、以って軸受
の寿命を向上させたスクロール型圧縮機を提供すること
にある。

一方、従来のスクロール型圧縮機は、気化されていない
冷媒等の液体を吸い込み、これを圧縮したような場合、
第９図のＦｇと同じ向きて、Ｆｇよりかなり大きな力が
このボスの中心ＯＢに加わってしまう。

このような場合、従来のスクロール型圧縮機では、可動
スクロール部材が固定スクロール部材に無理やり押し付
けられ、これらが破損する危険が生じる。

それ故に、本発明のもう一つの課題は、液体等の圧縮で
きないものを吸い込んでしまった場合、自動的に各スク
ロール部材を保護する機能が働くようにしたスクロール
型圧縮機を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、ハウジングと、第１の板体の−面に第
１のうず巻体を有し上記ハウジング内に固定された固定
スクロール部材と、第２の板体の一面に第２のうず巻体
を有し該第２のうず巻体と上記第１のうず巻体との間に
流体ポケットを形成する様に上記固定スクロール部材に
組み合わされた可動スクロール部材と、上記ハウジング
内に回転可能に設けられた主軸とを含み、上記可動スク
ロール部材は上記第２の板体の他面にボスを有しＲつ回
転阻１ト装置によって回転を阻１トされており、上記ボ
ス内には偏心孔を有するブツシュが回転可能に配置され
ており、上記主軸の一端には駆動ビンか偏心して設けら
れており、該駆動ビンを上記偏心孔に回転可能に挿入す
ることによって上記可動スクロール部材に上記主軸を中
心とした円軌道運動をさせて上記流体ポケット内の流体
を圧縮する様にしたスクロール型圧縮機において、上記
駆動ビンは、上記流体を圧縮する際に上記ブツシュに加
わる圧縮ガス力により、上記円軌道運動の軌道半径を減
少させる方向の上記駆動ビン族りのモーメントが上記ブ
ツシュに生じる位置にあることを特徴とするスクロール
型圧縮機が得られる。

［作用］ 本発明のスクロール型圧縮機は、運転時、流体ポケット
に取り込んだ流体を圧縮する際に生じる圧縮ガス力によ
り、駆動ビンの中心周りのモーメントがブツシュに生じ
る。このモーメントは、可動スクロール部材が行う円軌
道運動の軌道半径を減少させる方向に作用する。

即ち、このモーメントは、可動スクロール部材を固定ス
クロール部材から引き離す方向の力として作用し、第１
のうず巻体から第２のうず巻体を引き離す方向の力とな
る。

従って、この力の分、第１のうず巻体に第２のうず巻体
を押し付ける方向に作用する可動スクロール部材の遠心
力を相殺するためのカウンタウェイトを軽減することが
Ｒ１能となる。またこのモーメントの大きさ如何によっ
ては、カウンタウェイトを廃することが口Ｊ能となる。

一方、本発明のスクロール型圧縮機は、運転時に液体等
の圧縮できないものを吸い込んた場合、この非圧縮物を
圧縮しようとする際に生じる反力は、圧縮ガス力と同じ
方向にブツシュに作用する。

この為、駆動ビンの中心周りのモーメントがブツシュに
生じる。このモーメントは、圧縮ガス力によって生じる
モーメントと同様に、第１のうず巻体から第２のうず巻
体を引き離す方向の力となる。

この結果、非圧縮物を吸い込んでも、非圧縮物を圧縮し
ようとする際に、第１のうず巻体と第２のうず巻体とが
離れ、非圧縮物を圧縮することかない。

［実施例〕 第１図は、本発明の一実施例によるスクロール型圧縮機
の縦断面図、第２図は第１図の■−■線での横断面図で
あり、主軸側から見ている。

第１図及び第２図を参照して、図中１はハウジングであ
る。

図中２は固定スクロール部材である。固定スクロフル部
材２の第１の板体２ａは、ハウジング１に固定しである
。第１の板体２ａの一面には、第１のうず巻体２Ｃが設
けである。

図中３は可動スクロール部材である。可動スクロール部
材３の第２の板体３ａの一面には、第２のうず巻体３Ｃ
が設けである。可動スクロール部月３は、回転阻止装置
１１によって回転を阻止されている。第２の板体３ａの
他面の中心部には、ボス３ｂが設けである。

図中４は主軸である。主軸４の一端部は、ハウジング１
内に回転可能に配置されている。主軸４の一端には、駆
動ビン４ａが偏心して設けられている。

図中５はブツシュである。ブツシュ５は偏心孔５ａを角
°シている。このブツシュ５は、ニードルベアリング６
によってボス３ｂ内に回転可能に配置されている。ブツ
シュ５の偏心孔５ａには、ニードルベアリング７を介在
させて駆動ビン４ａが回転可能に挿入されている。これ
によって主軸４が回転すると、可動スクロール部材３が
円軌道運動する様になっている。また、ブツシュ５には
、カウンタウェイト８が設けられている。

駆動ビン４ａの中心ＯＰは、ブツシュ５の中心ＯＢを原
点とし、ブツシュ５の中心ＯＢと主軸４の中心Ｏ８を通
る直線をｙ軸とし、このｙ軸に直交し且つブツシュ５の
中心ＯＢを通る直線をｙ軸とした座標平面を想定した場
合、主軸側から見て第３象限に位置している。このよう
に駆動ピン４ａの中心ＯＰが第３象限に位置していると
、流体ポケット内の流体を圧縮する際に生じる圧縮ガス
力により、ブツシュ５に、可動スクロール部材３の軌道
半径を減少させる方向の駆動ピン４ａ周りのモーメント
が生じる。

第３図は、本発明の他の実施例によるスクロル型圧縮機
の横断面図である。

第１図及び第２図に示す第１の実施例と第３図に示す第
２の実施例との差異は、駆動ピンの設置位置とカウンタ
ウェイトの有無だけであり、同し部分については説明を
省略する。尚、第３図は第２図と同し所で切断してあり
、主軸側から見ている。

第３図を参照して、駆動ピン４ａの中心ＯＰは、ブノン
ユ５の中心ＯＢを原点とし、ブツシュ５の中心ＯＢと主
軸４の中心Ｏ８を通る直線をｙ軸とし、このｙ軸に直交
し且つブツシュ５の中心ＯＢを通る直線をｙ軸とした座
標平面を想定した場合、主軸側から見て第１象限に位置
している。このように駆動ピン４ａの中心ＯＰが第１象
限に位置していると、駆動ピン４ａの中心ＯＰが第３象
限に位置している場合と同様に、流体ポケット内の流体
を圧縮する際に生じる圧縮ガス力により、ブツシュ５に
、可動スクロール部材３の軌道半径を減少させる方向の
駆動ピン４ａ周りのモーメントが生じる。

本実施例では、ブツシュ５の中心ＯＢと駆動ピン４ａの
中心ＯＰを通る直線と、ブツシュ５の中心ＯＢと主軸４
の中心Ｏ８を通る直線に直交し且つブツシュ５の中心Ｏ
Ｂを通る直線とか成す角度αを大きく取ってあり、これ
によってカウンタウェイトを廃している。なお、カウン
タウェイトが省略されることによるトータル慣性茶杓り
合いについては、主軸部に釣り合せ錘を適切に取付ける
ことてキャンセル出来る。この点については、通常の釣
り合せ技術の範鴫にあるので、説明を省略する。

第１図及び第２図に示す第１の実施例の作用を第４図乃
至第６図に基づいて説明する。

第４図を参照して、主軸が矢印Ａの方向に回転すると、
ブツシュ５の中心ＯＢに圧縮ガス力Ｆｇが加わる。駆動
ピン４ａの中心ＯＰは、ブツシュ５の中心ＯＢを原点と
し、ブツシュ５の中心ｏＰと主軸の中心Ｏ８を通る直線
をｙ軸とし、このｙ軸に直交し且つブツシュ５の中心Ｏ
Ｂを通る直線をｙ軸とした座標平面を想定した場合、駆
動ピン４ａの中心ＯＰが、主軸側からみて第３象限に位
置しているので、ブツシュ５の中心ＯＢに圧縮ガス力Ｆ
ｇが加わると、ブツシュ５の中心ＯＢを主軸の中心Ｏ８
に近付ける方向の駆動ピン４ａ周りのモーメントＭ２が
ブツシュ５の中心ＯＢに生じる。

第５図を参照して、ブツシュの中心ＯＢと主軸の中心Ｏ
８を通る直線ｙに直交し且つブツシュの中心ＯＢを通る
直線ｘ１と、駆動ピンの中心ＯＰとブツシュの中心ＯＢ
を通る直線ｇとが成す角度をαとし、駆動ピンの中心Ｏ
Ｐとブツシュの中心ＯＢとの距離（偏心孔の偏心距離）
をεとし、直線Ωに直交しブツシュの中心ＯＢを通る直
線をｍとした場合、圧縮ガス力のＦｇの直線ｍ方向の分
力Ｆｍは、 Ｆｍ＝Ｆｇ−ｓｉｎα・・・■である。

従って、圧縮ガス力Ｆｇによって生じる駆動ピンの中心
０２周りのモーメントＭ２は、Ｍ２−Ｆｍ・ε・・・■
である。

■、■式より、Ｍ２＝Ｆｇ・εｓｉ口α・・・■となる
。このモーメントＭ２によって生じる直線ｙ方向の力を
Ｆｙ２とすると、この力Ｆｙ２によって生じる駆動ピン
の中心０２周りのモーメントＭ２は、 Ｍ２’−Ｆｙ２・εＣＯＳ　α・・・■となる。

モーメントＭ２’　とモーメントＭ２は同じものである
ので、Ｍ２’−Ｍ２である。すなわち■。

■式より、Ｆｙ２ａＥｃｏｓα−Ｆｇ＠εａｓ１ｎαで
ある。従って力ＦＹ２は、 ’−Ｆ　”／　２−Ｆ　ｇ−ｔａｎ　ａ−■となる。

第１のうず巻体と第２のうず巻体の接触点すなわち流体
ポケットのシール点は、常に主軸の中心Ｏ８と駆動ピン
の中心ＯＢを通る直線ｙの近傍にある。従って力ＦＹ２
は第１のうず巻体と第２のうず巻体とを引き離す力とな
る。また、力Ｆｙ２は、主軸の中心Ｏ８を中心として軌
道半径「０の円軌道運動をするブツシュの中心ＯＢを主
軸の中心Ｏ８に近づけようとする方向の力、すなわち軌
道半径ｒＯを小さくするように作用する力でもある。

一方、第１のうず巻体と第２のうず巻体との間には次の
様な力も作用する。第６図を参照して、第１のうず巻体
２ｃと第２のうず巻体３ｃの接触点は、ブツシュの中心
ＯＢと主軸の中心Ｏ８を通る直線ｙの近傍にある。そし
て、ブツシュの中心ＯＢと主軸の中心Ｏ８を結ぶ直線の
中点Ｏｍを通り且つ直線ｙと直交する直線Ｘ３を境にし
て、ブツシュの中心ＯＢ側にある接触点及び主軸の中心
Ｏ８側にある接触点は、夫々直線ｙからｒｇだけ離れて
おり、同一線上にはない。この為、この接触点のずれ幅
２ｒｇと、主軸の軸線方向の各うず巻体の高さＨによる
面積２ｒｇＨにガス圧力が作用する。このガス圧力をＦ
ｐとし、各流体ポケットの圧力を外側の方からＰＯ，Ｐ
ｉ、Ｐ２とすると、 Ｆｐ＝２ｒｇＨ（Ｐ２−ＰＩ） ＋２　　ｒ　　ｇＨ（Ｐ　　１−ＰＯ）＝２　？　ｇＨ
（Ｐ２−ＰＯ）となる。

Ｐ２は吐出圧力であり、ＰＯは吸入圧力であるので、吐
出圧力をＰｄ、吸入圧力をＰｓとすると１、゛、　Ｆ　
ｐ　＝　２　ｒ　ｇ　Ｈ（Ｐ　ｄ−Ｐ　ｓ　）　＝■と
なる。

このガス圧力Ｆｐは、直線ｙ方向に作用し、第１のうず
巻体と第２のうず巻体を引き離す力となる。

第４図乃び第５図に戻り、可動スクロール部材は、主軸
の中心Ｏ８を中心として、゛ト径「０の円軌道運動をす
るが、この円軌道運動によって、ｌ’ＩＪ動スクロール
部祠の部材力が生じる。このｎＩ動スクロール部部材遠
心力をＦｓとし、ｉ■動スクロル部）イの重量をＷ　ｓ
　、角速度をω、重力加速度をｇとすれば、 Ｆｓ−ｒＯω　・・・■となる。

この遠心力Ｆｓは、直線ｙ方向に作用し、第１のうず巻
体に第２のうず巻体を押し付ける力となる。

また、第４図の如く、ブノンユ５にカウンタウェイト８
が設けである場合、カウンタウェイト８が回転すると、
カウンタウェイト８の遠心力が生しる。このカウンタウ
ェイト８の遠心力をＦｅ２とし、カウンタウェイト８の
重量をｗｃ、角速度ω、重力加速度をｇ、カウンタウェ
イト８の重心と主軸中心Ｏ８の距離をｒＣとすれば、ｃ Ｆ　ｃ　２−−　　　　　　ｒ　ｃω　・・・■となる
。

この遠心力Ｆｃ’）は、直線ｙ方向に作用し、第１のう
ず巻体と第２のうず巻体とを引き離す力となる。

以上の様に、第１のうず巻体と第２のうず巻体には、こ
れらを押し付けるカと引き離すカが作用するか、今、第
１のうず巻体に第２のうず巻体を押し付ける押圧力をＦ
ｗとすれば１ 、’、Ｆｗ−Ｆ　ｓ−Ｆ　ｃ　２−Ｆ　ｇ−ｔａｎ　ａ
２　ｒ　ｇ　Ｈ（Ｐ　ｄ　−Ｐ　ｓ　）　−■となる。

従って、αの値を適正値とすることにより、押圧力Ｆｗ
を適正値にすることができる。しがもαの値を大きくす
れば、Ｆｅ２の値を小さくするが或いは０にすることが
できる。すなわち、カウンタウェイトの厚さを薄くした
り、或いはカウンタウェイトを廃することができる。勿
論、■式から明らかな様に、圧縮ガス力Ｆｇが増大する
と、押圧力Ｆｗは低下するため、運転条件の中で生じる
最大の圧縮ガス力Ｆｇを考慮したαの設定が必要である
。この圧縮ガス力Ｆｇの最大値を設計的に得るのは容易
である。又、この点を利用して圧縮ガス力Ｆｇが動作上
の最大値より大きい状態になると（液体等の圧縮できな
いものを吸い込んだような場合）、それ以上圧縮しなく
なる一種の自己保護機能も設定出来る。

尚、＝Ｊ動ススクロール部材遠心力は０式から明らかな
様に、角速度ωの２乗に比例する。従って主軸の回転が
ごく遅い時には遠心力Ｆｓは小さく、■式から明らかな
様に、第１のうず巻体に第２のうず巻体を押し付ける押
圧力Ｆｗも極めて小さい。

この結果、立上り時、主軸の回転数がごく低いうちは、
流体ポケットのシール力が得られないため、圧縮開始が
遅れ、スタートトルクが小さくて済む。

回転数については回転数の上昇によってシール力か上昇
するため、回転変化範囲の広いものは適さない。しかし
、通常の固定回転数用途では問題ない。又、変化範囲の
小さいものであれば適正値を得るのは容易である。

第３図に示す第２の実施例の作用を第７図及び第８図に
基づいて説明する。

第７図を参照して、主軸が矢印Ａの方向に回転すると、
ブツシュ５の中心ＯＢに圧縮ガス力Ｆｇが加わる。駆動
ピン４ａの中心ＯＰは、ブツシュ５の中心ＯＢを原点と
し、ブツシュ５の中心ＯＰと主軸の中心Ｏ８を通る直線
をＸ軸とし、このＸ軸に直交し且つブツシュ５の中心Ｏ
Ｂを通る直線をＸ軸とした座標・１シ而を想定した場合
、駆動ピン４ａの中心ＯＰが、主軸側からみて第１象限
に位置しているので、ブツシュ５の中心ＯＢに圧縮ガス
力Ｆｇが加わると、ブツシュ５の中心ＯＢを主軸の中心
Ｏ８に近付ける方向の駆動ピン４ａの周りのモーメント
Ｍ３がブツシュ５の中心ＯＢに生じる。

この時に生じる力は、第８図の如くなり、第５図に示す
第１の実施例の力関係と同じになる（第８図中、第５図
と同一記号のものは、第５図と同じものを示している）
。

そして、０〜０式は、Ｍ２をＭ３に、Ｍ２′をＭ３’　
に夫々置き換え、また、カウンタウェイトを設けてない
ので、Ｆｃ２−０と置けば、そのまま第２の実施例に適
用される。

従って、−第２の本実施例もａの値を適正値にすること
により、押圧力Ｆｗを適正値にすることかできる。また
、■式の圧縮ガス力Ｆｇが動作上の最大値より大きくな
った場合（成体等の圧縮できないものを吸い込んだよう
な場合）、それ以上圧縮しなくなる一種の自己保護機能
も作用する。

［発明の効果］ 本発明のスクロール型圧縮機は、カウンタウェイトを軽
減或いは廃することかできるので、その分軸間距離を短
くすることができる。この為、軸受の寿命が延びる。ま
た、立上り時、スタートトルクが小さくてすむので、立
上り時の駆動側への過負荷を低減し、スタートのショッ
クを和らげ、またコンプレッサへの負担も低減できる。

更に、立上り時に液戻り等が生じても、トルクが上昇す
ると各スクロール部材が互いに離れ、圧縮しなくなるの
で、液圧縮のないスクロール型圧縮機を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスクロール型圧縮機の縦断
面図、第２図は第１図の■−■線での断面図、第３図は
他の実施例のスクロール型圧縮機の横断面図、第４図乃
至第６図は第１図及び第２図に示す実施例の作用図、第
７図及び第８図は第３に示す実施例の作用図、第９図は
従来のスクロール型圧縮機の一例の作用図、第１０図は
従来のスクロール型圧縮機の一例の要部の断面図である
。 １・・・ハウジング、２・・・固定スクロール部材、２
ａ・・・第１の板体、２Ｃ・・・第１のうず巻体、３・
・ロ■動スクロール部材、３ａ・・・第２の板体、′：
３ｂ・・ボス、３Ｃ・・・第２の板体、４・・・主軸、
４ａ・・・駆動ピン、５・・・ブツシュ、５ａ・・・偏
心孔、６，７・・・ニードルベアリング、８・・・カウ
ンタウェイト、１１・・・回転阻ＩＬ機構。 第１図 第８図 シ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジングと、第１の板体の一面に第１のうず巻体
   を有し上記ハウジング内に固定された固定スクロール部
   材と、第２の板体の一面に第２のうず巻体を有し該第２
   のうず巻体と上記第１のうず巻体との間に流体ポケット
   を形成する様に上記固定スクロール部材に組み合わされ
   た可動スクロール部材と、上記ハウジング内に回転可能
   に設けられた主軸とを含み、上記可動スクロール部材は
   上記第２の板体の他面にボスを有し且つ回転阻止装置に
   よって回転を阻止されており、上記ボス内には偏心孔を
   有するブッシュが回転可能に配置されており、上記主軸
   の一端には駆動ピンが一心して設けられており、該駆動
   ピンを上記偏心孔に回転可能に挿入することによって上
   記可動スクロール部材に上記主軸を中心とした円軌道運
   動をさせて上記流体ポケット内の流体を圧縮する様にし
   たスクロール型圧縮機において、上記駆動ピンは、上記
   流体を圧縮する際に上記ブッシュに加わる圧縮ガス力に
   より、上記円軌道運動の軌道半径を減少させる方向の上
   記駆動ピン周りのモーメントが上記ブッシュに生じる位
   置にあることを特徴とするスクロール型圧縮機。