JPH0373759B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は固定スクロール部材のうず巻体と回転
スクロール部材のうず巻体とを偏心してかみ合わ
せ、回転スクロール部材のうず巻体を公転させて
両うず巻体間に形成される密閉状の圧縮室を中心
方向へ移動させながら容積を減縮して中心部から
圧縮流体を吐出させるようにしたスクロール型圧
縮機における回転スクロール部材の駆動機構に関
するものである。 スクロール型圧縮機においては、互に噛合つた
二つのうず巻体の線接触部間に密閉状の圧縮室が
形成されており、スクロール部材の相対的な円軌
道運動によつて線接触部が、うず巻体表面に沿つ
て中心方向へ移動されることにより、圧縮室が容
積を減少しながら中心方向へ移動して流体の圧縮
が行なわれるので、線接触部のシール力が充分に
確保される必要がある。しかし、このシール力を
確保するため、接触力を大きくするとうず巻体に
摩耗が発生するので、適当なシール力を与えるよ
うに両うず巻体の接触力を選ぶ必要がある。とこ
ろが、この接触力はうず巻体の製造上の寸法誤差
によつて常に一定に保たれるわけではないし、寸
法誤差を小さくすると、製造が困難となる。 上記欠陥を解消するため、従来特開昭56−
129791号公報に示されるスクロール型圧縮機が提
案された。この圧縮機は各部品の寸法公差を吸収
するため、回転軸と該回転軸に偏心して装着され
た回転スクロール部材との間に前記偏心量を一定
の範囲内で変化させるようになつており、圧縮動
作中は圧縮ガス圧の反力により回転スクロール部
材が偏心量を増大する方向に移動され、うず巻体
の線接触部のシールを保つようになつていた。 ところが、上記従来のスクロール型圧縮機は、
回転軸の中心をOs、偏心軸を中心をOp、回転ス
クロール部材の中心をOcとしたとき、直線OsOc
と直線OcOpとにより形成される鋭角側の角度
θ、すなわち、偏心軸による回転スクロール部材
の押し付け方向角度θに対しての制限がないた
め、圧縮比が変動した場合、前記θが小さ過ぎる
と前記押し付け力に対してこれと反対方向の力が
加わり、通常運転時においてもうず巻体の線接触
部のシール力を充分に確保できないおそれがあ
り、一方、前記θが大き過ぎると前記押し付け力
が過大となつて、例えば液圧縮を起こした場合回
転スクロール部材及び固定スクロール部材のうず
巻体が離れることができず、吸入室及び吐出室に
連通されていない圧縮室内では異常高圧を発生
し、うず巻体等が破壊されるおそれがあつた。 本発明は上記従来の欠陥を解消するために成さ
れたものであつて、その目的は正常の圧縮動作中
においては回転スクロール部材及び固定スクロー
ル部材のうず巻体どうしのシール性を適正に保持
し、液圧縮や異物の噛み込み時においては回転ス
クロール部材の偏心量を減少させて異常高圧の発
生やうず巻体の傷損を防ぐことができ、さらに各
部品の寸法公差を緩和することができるスクロー
ル型圧縮機における回転スクロール部材の駆動機
構を提供することにある。 以下、本発明を具体化した一実施例を第１図〜
第９図について説明すると、センタハウジング１
の左端部にはフロントハウジング２が図示しない
複数本のボルトにより固定され、センタハウジン
グ１の右端部にはリヤハウジング３が一体的に設
けられている。 フロントハウジング２の中央部には円筒状のボ
ス部４が一体に形成され、その中心孔４ａには左
右一対のラジアルボールベアリング５により回転
軸６が支承され、外端部において駆動源に接続さ
れる。又、回転軸６とボス部４の間にはシヤフト
シール機構７が介装されており、このシール機構
７を収納するシール室Ｓの上部と連通するように
前記ボス部４の基端上部には冷媒ガスの導入孔４
ｂが設けられている。 前記回転軸６の内端部には偏心軸８が連結され
ており、この偏心軸８上には第４図に示すバラン
サー９及びブツシユ１０が相対回転可能に支承さ
れている。該バランサー９及びブツシユ１０は前
記偏心軸８を中心に一体的に相対回動するように
連結ピン１１により結合され、該連結ピン１１の
回転軸６側突出部を本発明における停止手段とし
て、該回転軸６の内端面中心部に凹設した本発明
における停止手段としての係合凹部６ａに緩く係
合して、ブツシユ１０が偏心軸８を中心に微小幅
（例えば１mm）内で回動し得るようになつている。 前記ブツシユ１０上には回転スクロール部材１
２を構成する円形状をなす基板１２ａの背面中心
部に一体形成したボス部１２ｂがラジアルニード
ルベアリング１３又はプレーンベアリングを介し
て回転可能に支承されている。前記回転スクロー
ル部材１２の基板１２ａ前面には、第３図に示す
ようにうず巻体１２ｃが一体的に形成されてい
る。 一方、センタハウジング１とフロントハウジン
グ２の接合部に形成された環状の係止段部には、
回転スクロール部材１２の自転防止を行なう固定
リング１４の外周縁がキー１５により回動不能に
係合されている。この固定リング１４を境として
フロントハウジング２側には吸入室Ａが形成さ
れ、センタハウジング１側には作動室Ｂが形成さ
れており、吸入室Ａにはフロントハウジング２の
外周上部に貫設した吸入口２ａにより外部回路か
ら冷媒ガスが導入される。さらに、固定リング１
４の外側部には第２図に示すように吸入通路１４
ａが複数（本実施例では４つあるが小孔を多数設
けても良い）箇所に設けられ、吸入室Ａから作動
室Ｂへ冷媒ガスが導入される。 前記回転スクロール部材１２の基板１２ａ背面
には、第１，２，５図に示すように中心を通る上
下方向に自転防止用のガイド溝１２ｄが刻設さ
れ、前記固定リング１４の前面には、第１，２，
５図に示すように左右方向に自転防止用のガイド
溝１４ｂが刻設されている。そして、ガイド溝１
２ｄには第５図に示すように四角環状をなす自転
防止リング１６が相対的に上下方向の摺動可能に
係合されていて、ガイド溝１４ｂにも自転防止リ
ング１６が第２図に示すように左右方向のスライ
ド可能に係合されている。 従つて、前記回転軸６により偏心軸８及びブツ
シユ１０が一定の円軌跡を描きながら第２図にお
いて反時計回り方向へ例えば90度回転されると、
一体的に形成された自転防止リング１６が固定リ
ング１４のガイド溝１４ｂに規制されているの
で、自転防止リング１６はガイド溝１４ｂに沿つ
て左方へ真直ぐに平行移動され、このため基板１
２ａのガイド溝１２ｄも上下同じ方向に保持さ
れ、回転スクロール部材１２の自転が防止され
る。 前記センタハウジング１とリヤハウジング３に
より形成された係止段部には、固定スクロール部
材１７を構成する円形状をなす厚肉の基板１７ａ
の外周縁が回動不能にかつ半径方向へ移動不能に
嵌着されている。この基板１７ａの前面には第３
図に示すようにうず巻体１７ｂが前記回転スクロ
ール部材のうず巻体１２ｃと常時２箇所以上で局
部的に接触するように一体的に固着されている。
又、前記基板１７ａのほぼ中心部には該基板１７
ａとリヤハウジング３とにより形成された吐出室
Ｄへ圧縮された冷媒ガスを吐出し得る吐出通路１
７ｃが透設されている。この吐出通路１７ｃは吐
出室Ｄ内においてリテーナ１８によつて位置規制
される吐出弁１９により閉鎖される。前記吐出室
Ｄの底部には吐出口３ａが透設されている。 従つて、前記偏心軸８により回転スクロール部
材１２のうず巻体１２ｃが固定スクロール部材１
７のうず巻体１７ｂに局部的に接触しながら第３
図時計方向へ公転（回転スクロール部材１２と固
定スクロール部材１７の間の相対的角運動を阻止
された状態での旋回）されると、両うず巻体１２
ｃ，１７ｂの線接触部がうず巻体１７ｂの内周面
上を中心へ向つて移動し、このため２つの接触部
によつて形成される密閉状の圧縮室Ｃが徐々に取
り込んだ冷媒ガスを圧縮しながら中心部へ移動さ
れ、吐出通路１７ｃから吐出室Ｄへ吐出されて吐
出口３ａから外部回路へ圧送される。 次に、本発明の可動スクロール部材１２の駆動
機構について詳述する。 前述したように、連結ピン１１のフロント側端
部は回転軸６の係合凹部６ａに緩く係合されてい
て、ブツシユ１０が偏心軸８を中心に微小距離振
れることができ、これにより固定スクロール部材
１７のうず巻体１７ｂに対し回転スクロール部材
１２のうず巻体１２ｃが微小幅内で接触・離間を
行なうようになつている。そして、各部材の寸法
公差の吸収あるいは異物噛み込み時の逃げ、さら
に液圧時の異常高圧を防止し得るようにしてい
る。 又、この実施例では第６図に示すように回転軸
６の中心Os（係合凹部６ａの中心もOsである）
と、連結ピン１１の中心とをほぼ一致させてお
り、ブツシユ１０の中心と該ブツシユ１０に装着
された回転スクロール部材１２の中心Ocとを一
致させている。そして、前記中心Osと偏心軸８
の中心Opとの距離は、中心OsとOcとの距
離よりも大きく設定され、前記距離は
中心Ocと中心Opの距離よりも大きく設定
されている。 ところで、本発明は回転スクロール部材１２の
偏心量を微小幅変更し得るように該スクロール部
材１２の駆動機構を構成し、回転スクロール部材
１２が固定スクロール部材１７に接触した状態
で、直線OsOcと直線OcOpとにより形成される
鋭角側の角度θ₀を、圧縮比εが８≦ε≦17の条件
のもとで後に詳述する次の式 θ＝tan^-1（Ｃ・ε^c′−１／ε−１） により設定することを要旨するものである。 そこで、上記式を解析するに至つた経過を説明
する。 まず、回転スクロール部材１２に作用する力に
ついて考えると、圧縮動作が行なわれていると
き、回転スクロール部材１２が受けるガス圧縮反
力Ｆは第６図に示すように、次の２つに分けられ
る。 Ft；接線方向の力 Fr；半径方向の力 前記接線方向の力Ftは理論ガス圧縮動力Ｎ
（Kg・cm／sec）に使われる力になり、ここに理論
ガス圧縮動力Ｎとは、冷媒ガスが吸入圧力で圧縮
室Ｃ内に取り込まれ、圧縮作用（断熱圧縮）を受
けた後、吐出圧力にて吐出されるという圧縮サイ
クルにおける仕事と考えられる。 ここで、 Ｖ；吸入量（cm³／rev） ｎ；回転数（ｒ・ｐ・ｍ） Ps；吸入圧力（Kg／cm²）（絶対圧） Pd；吐出圧力（Kg／cm²）（絶対圧） Ｋ；断熱指数 とすると、前記圧縮動力Ｎは Ｎ＝１／60n∫^Pd _PsＶ（Ｐ）dpであるから、 又、回転軸６の中心Osから回転スクロール部
材１２の中心Ocまでの距離を偏心量ｅ（cm）とす
ると、前記圧縮動力Ｎは接線方向の力Ftによる
トルク動力と考えられるので、 Ｎ＝１／602π・ｎ・ｅ・Ft ……(2) とも表され、前記(1)，(2)式より接線方向の力Ft
は となる。 一方、スクロール型圧縮機の場合、第１２図に
示すように、 Ｌ；うず巻体の基礎円Ｇの半径 β；うず巻体の内壁線遅れ角 α；うず巻体の巻角 Ｈ；うず巻体の高さ とすると、吸入量Ｖは最初に二つのうず巻体１２
ｃ，１７ｂによつて形成される、即ち、うず巻体
１２ｃ，１７ｂの最外周で形成される最大閉じ込
み容積であるから、 Ｖ＝2πL²(π-β)(2α-3π-β)Ｈ ……(4) で与えられる。 また、回転軸６の中心Osから回転スクロール
部材１２の中心Ocまでの距離である偏心量ｅは
回転スクロール部材１２の公転径であり、うず巻
体のうず巻ピツチから同うず巻体の壁厚を減じた
距離となるため、 ｅ＝Ｌ（π−β） ……(5) で表すことができる。 前記(3)〜(5)式からFtは次のようになる。 一方、前述した半径方向の力Frは、二つの圧
縮室Ｃの線接触部のずれの分に外、内の圧力差が
加わつたものであるから次式で表わされる。 Fr＝2LH（Pd−Ps） ……(7) これにより、直線OsOcに対するガス圧縮反力
Ｆの鋭角側の角度θは、次のようにして求められ
る。 ここで、Pd／Psを圧縮比ε、 2α−3π−β／２Ｋ／Ｋ−１をＣ、Ｋ−１／ＫをC′
と置換 すると、角度θは次式のようになる。 θ＝tan^-1（Ｃ・ε^c′−１／ε−１） ……(9) 上記(9)式から明らかなようにε＞１、C′＜１に
おいて、εが増加するとθは減少する。つまり、
圧縮比εが大きくなると、回転スクロール部材１
２に作用する力Ｆが下向きになつてくる。一例を
挙げると、下表のようになる。

【表】 このようにして回転スクロール部材１２に作用
する力Ｆの方向は、圧縮比εに左右されることが
解明されたが、本発明はこの理論をたくみに応用
したものである。つまり、回転スクロール部材１
２に作用する力Ｆの方向は圧縮比εが大きくなる
と角度θの減少にともなつて第６図の下方に変向
するので、直線OsOcとOcOpの角度θ₀よりも角度
θが小さくなり、この結果前記Ｆと偏心軸８が回
転スクロール部材１２を押す力F′との合成力が下
向きに作用してブツシユ１０が偏心軸８を中心に
第６図反時計回り方向すなわち偏心量ｅが減る方
向に回動され、固定スクロール部材１７から回転
スクロール部材１２が半径方向へ離間される。本
発明はこの点に着目し圧縮比εを８≦ε≦17の範
囲内で選定し、このときの(9)式から計算された角
度θを前記角度θ₀に設定したことを要旨とするも
のである。 そこで、前記のように構成した回転スクロール
部材１２の駆動機構の作用について第７図〜第９
図を中心に説明する。 通常の運転時においては、第７図に示すように
圧縮室Ｃ内のガスが回転スクロール部材１２を押
す力Fg₁と、偏心軸８が回転スクロール部材１２
を押す力Fp₁との合成力はFo₁であり、又角度θ₀
と直線OsOcと力Fg₁の角度θ₁とがθ₁≦θ₀の関係に
あるから、前記合成力Fo₁は回転スクロール部材
１２の偏心量ｅを増す方向に作用する。従つて、
回転スクロール部材１２は固定スクロール部材１
７に対し半径方向に押しつけられた状態で公転し
圧縮作用を行なう。 液圧縮が生じた場合には、圧縮比εは非常に高
くなり、第８図に示すように圧縮室Ｃ内のガスが
回転スクロール部材１２を押す力Fg₂と偏心軸８
が回転スクロール部材１２を押す力Fp₂との合成
力はFo₁であり、又前記角度θ₀とOsOcと力Fg₂の
角度θ₂とがθ₂＜θ₀の関係にあるから、前記合成力
Fo₂は回転スクロール部材１２の偏心量ｅを減ら
す方向に作用する。従つて、回転スクロール部材
１２は固定スクロール部材１７から離れ、圧縮室
Ｃ内に閉じ込められた液が吸入側、吐出側へ逃げ
ることができ異常高圧の発生を防ぐことができ
る。 ところで、前述した角度θ₀が大き過ぎると、通
常運転時（圧縮比εが３〜８）において、力Fg₁
の角度θ₁が角度θ₀よりも小さくなつて回転スクロ
ール部材１２が固定スクロール部材１７から離れ
てしまうおそれがある。反対に角度θ₀が小さ過ぎ
ると、圧縮室Ｃ内の圧力がかなり高くならないと
力Fg₂の角度θ₂が角度θ₀よりも小さくならないの
で、回転スクロール部材１２が固定スクロール部
材１７から離れず、各部に過大な応力が働くこと
になる。このことを考慮して本実施例では角度θ₀
を第９図の斜線を施した範囲に設定しており、こ
のとき圧縮比εは 10≦ε≦15 の関係にあるが、８≦ε≦17の条件で角度θ₀の範
囲を設定してもよい。回転スクロール部材に働く
摩擦力は接線方向の力Ftを大きくする方向に作
用する（同じεでもθは大きめになる）ため、摩
擦係数の大きな材料を使う場合はεを若干小さめ
にずらせる必要があるが、多くの場合摩擦力は接
線方向の力Ftに比較して非常に小さいため無視
してもよい。 なお、本発面は前記実施例に限定されるもので
はなく、次のように具体化することもできる。 (1) 第１０図及び第１１図に示すように偏心軸８
がブツシユ１０を押していくように偏心軸８、
ブツシユ１０及び連結ピン１１を配置するこ
と。この別例と作用及び効果も前述した実施例
と同様である。この場合は、直線OsOpが直線
OsOc、直線OcOpより長いとは限らない。 (2) 前記バランサー９、ブツシユ１０及び連結ピ
ン１１を一体に形成すること。 以上詳述したように、本発明は特に、回転スク
ロール部材が固定スクロール部材に接触した状態
にあるとき、直線OsOcと直線OcOpとにより形
成される鋭角側の角度θ₀を θ0＝tan^-1（Ｃ・ε^c′−１／ε−１） ８≦ε≦17 上記二式により設定するようにしたので、圧縮
比に左右されるガス圧縮反力の作用方向を、圧縮
比が正常な通常運転時においては、回転スクロー
ル部材を固定スクロール部材に対し半径方向に押
し付ける方向に作用させ、両うず巻体どうしのシ
ール性を適性に保持することができるとともに、
圧縮比が非常に高くなる液圧縮時あるいは異物の
噛み込み時においては、回転スクロール部材の偏
心量を減らして回転スクロール部材を固定スクロ
ール部材から離間する方向に作用させ、異常高圧
の発生やそれによるうず巻体の破損を防止するこ
とができ、さらに連結ピンが係合凹部に緩く係合
しているので、回転スクロール部材を支承するブ
ツシユを偏心軸を中心に全周方向に微動させるこ
とができ、この微小幅内で各部品の寸法公差を緩
くすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を具体化した一実施例を示す中
央部縦断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線断面
図、第３図は第１図のＹ−Ｙ線断面図、第４図は
本発明の要部である回転スクロール部材の駆動機
構を示す拡大分解斜視図、第５図は回転スクロー
ル部材の自転防止機構を示す分解斜視図、第６図
は回転スクロール部材の駆動機構をリヤ側から見
た正面図、第７図は通常運転時における駆動機構
の力の作用関係を示す正面図、第８図は液圧縮時
における駆動機構の力の作用関係を示す正面図、
第９図は回転スクロール部材に作用する力の方向
を示すグラフ、第１０図は本発明の駆動機構の別
例を示す通常運転時の正面図、第１１図は同じく
液圧縮時の正面図、第１２図はうず巻体の巻角及
びうず巻体の内壁線遅れ角を示す部分断面図であ
る。 ハウジング１〜３、回転軸６、偏心軸８、ブツ
シユ１０、連結ピン１１、回転スクロール部材１
２、固定リング１４、自転防止リング１６、固定
スクロール部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ハウジングのフロント側端面ほぼ中心部に回
   転軸を積極回転可能に貫通支承し、この回転軸の
   内端に固着された偏心軸に対し回転スクロール部
   材を相対回転可能に装着し、前記ハウジングの内
   側面には前記回転スクロール部材の自転防止機構
   を設け、さらにハウジングのリヤ側には固定スク
   ロール部材を配設してそのうず巻体と回転スクロ
   ール部材のうず巻体を少なくとも２個所以上で部
   分接触した状態で重ね合せ、前記回転スクロール
   部材を一定の円軌跡上を公転させて両うず巻体間
   に形成された密閉状の圧縮室を中心に向つて移動
   させながら容積の減縮を生じさせて一方向性連続
   圧縮作用を行なわせ、固定スクロール部材の基板
   に貫設した吐出通路から外部へ吐出するようにし
   たスクロール型圧縮機において、前記偏心軸に対
   しブツシユを相対回転可能に支承し、該ブツシユ
   には回転スクロール部材を前記偏心軸から偏心し
   た位置で相対回転可能に支承するとともに、前記
   回転軸側とブツシユとに対し係合凹部及び該係合
   凹部に対して緩く挿入される係合突起とからなる
   停止手段を設け、さらに、前記回転スクロール部
   材が固定スクロール部材に接触した状態にあると
   き、回転軸の中心をOs、偏心軸の中心をOp、回
   転スクロール部材の中心をOcとしたとき、直線
   OsOcと直線OcOpとにより形成される鋭角側の
   角度θ0を、 θ0＝tan^-1（Ｃ・ε^c′−１／ε−１） ……（） ８≦ε≦17 ……（） ここで、Ｃ＝2α−3π−β／２・Ｋ／Ｋ−１ C′＝Ｋ−１／Ｋ ε；圧縮比、α；うず巻体の巻角、 β；うず巻体の内壁線遅れ角、Ｋ；断熱指数 上記（），（）式により設定したこと特徴と
   するスクロール型圧縮機における回転スクロール
   部材の駆動機構。 ２ 前記（）式は10≦ε≦15であつて、これに
   より（）式の角度θ0が設定される特許請求の範
   囲第１項記載のスクロール型圧縮機における回転
   スクロール部材の駆動機構。