JPH11210647A - スクロール型流体機械における可動スクロールの自転阻止機構 - Google Patents
スクロール型流体機械における可動スクロールの自転阻止機構Info
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Abstract
触面圧が相当に小さく、しかも、大量生産に好適なスク
ロール型流体機械における可動スクロールの自転阻止機
構を提供する。 【解決手段】 固定スクロールに対して公転する可動ス
クロール20に固定された可動レース25と、可動レー
スに対向する固定レース24が、それぞれ可動スクロー
ルの公転軌跡に沿う環状の複数の転走溝24c,25c
を有し、複数のボール26がそれぞれ可動レースの複数
の溝と固定レースの複数の溝との間で挾持される。可動
レース、複数のボール及び固定レースによって得られる
公転半径S1 を、可動スクロール及び固定スクロールの
各スクロール壁によって決定される公転半径S2 より小
さく構成する。
Description
プ及び膨張機等のスクロール型流体機械に関し、特にそ
の運転時に公転する可動スクロールの自転を阻止する機
構に関する。
れた従来のスクロール型圧縮機における可動スクロール
の自転阻止機構について説明する。
8を参照して説明する。図3において、スクロール型圧
縮機のハウジング10は、大径の有底円筒体から成るリ
アハウジング10aと、リアハウジング10aの開放端
に固定された、大径円筒部10b1及び小径円筒部10
b2から成るフロントハウジング10bとを備えてい
る。リアハウジング10aとフロントハウジング10b
とは、同心状に配設されている。
たシャフト11が、フロントハウジング10bの小径円
筒部10b2を通って、ハウジング10内に延びてい
る。シャフト11は、フロントハウジング10bの小径
円筒部10b2に包囲された小径部11aと、フロント
ハウジング10bの大径円筒部10b1に包囲された大
径部11bとを備えている。大径部11bの端面には、
軸線Xに平行に延びる駆動ピン12が、軸線Xから偏心
して固定されている。シャフト11は、大径部11bが
ボールベアリング13を介してフロントハウジング10
bの大径円筒部10b1により回転自在に支承され、小
径部11aがボールベアリング14を介してフロントハ
ウジング10bの小径円筒部10b2により回転自在に
支承されている。
0b2の径方向外方に電磁クラッチ15が配設されてい
る。電磁クラッチ15は、フロントハウジング10bの
小径円筒部10b2に回転自在に外嵌すると共に、図示
しないVベルトを介して図示しない外部駆動源に接続さ
れたプーリ15aと、フロントハウジング10bの小径
円筒部10b2に固定された励磁コイル15bと、シャ
フト11の小径部11aの端部に固定された回転伝達板
15cとを備えている。電磁クラッチ15を介して、図
示ない外部駆動源によりシャフト11が回転駆動され
る。
ール16が配設されている。
設されてリアハウジング10aに嵌合する円板状の端板
16aと、端板16aの一方の面に形成されたうず巻き
体16bと、端板16aの他方の面に形成された脚16
cとを備えている。端板16aの中心部には吐出穴16
a1が形成されている。固定スクロール16は、脚16
cがリアハウジング10aの底部10a1に当接した状
態で、ボルト17により、リアハウジング10aに固定
されている。固定スクロールの端板16aにより、リア
ハウジング10aの内部空間は吸入室18と吐出室19
とに仕切られている。
ール16に隣接して公転部材としての可動スクロール2
0が配設されている。可動スクロール20は、円板状の
端板20aと、端板20aの一方の面に形成されたうず
巻き体20bと、端板20aの他方の面に形成された環
状のボス20cとを備えている。端板20aの中心軸線
は、軸線Xから偏心している。可動スクロール20のう
ず巻き体20bは、固定スクロール16のうず巻き体1
6bとかみ合っている。
された厚肉円板状のブッシュ21が、ニードルベアリン
グ22を介して回転自在に内嵌している。ブッシュ21
には、軸線Xに平行に延びる偏心貫通穴21aが形成さ
れ、また、径方向に延びるバランスウエイト23が固定
されている。貫通穴21aは、シャフト11の大径部1
1bに固定された駆動ピン12を、摺動可能に収容して
いる。
0b1の端部に固定された固定レース24と、可動スク
ロール20の端板20aに固定された可動レース25
と、周方向に互いに間隔を隔てて固定レース24と可動
レース25との間に介在する複数のボール26とによ
り、可動スクロール20の自転を防止するためのボール
カップリング、即ち、自転阻止機構が構成されている。
ップリングについて説明する。固定レース24及び可動
レース25はいずれも、鉄を素材としてプレス成形によ
り製造されたものであり、円環状を成している。固定レ
ース24及び可動レース25にはそれぞれ一面に、周方
向に互いに間隔を隔てて複数の環状にのびた転走溝24
c,25cが形成されている。ボール26は軸受鋼より
なり、固定レース24の転走溝24cとこれに対峙する
可動レース25の転走溝25cとに挾持された状態で、
固定レース24と可動レース25との間に介在してい
る。
溝24c,25cの内面は、曲率半径R1をもつ曲面よ
りなる内周部24c1,25c1と、曲率半径R2をも
つ曲面よりなる外周部24c2,25c2と、これらの
間を接続した底部24c3,25c3とを有している。
内周部24c1,25c1の曲率半径R1と外周部24
c2,25c2の曲率半径R2は、互いに同じでもよい
し、また少し違っていてもよい。とにかく、曲率半径R
1とR2は、いずれもボール26の半径と近似しかつボ
ール26の半径よりも大きい値、即ち、ボール26の半
径よりも僅かに大きい値に設定されている。
1,25c1及び外周部24c2,25c2の接線とな
る平坦面とされている。換言すると、底部24c3,2
5c3は、内周部24c1,25c1及び外周部24c
2,25c2間をそれぞれ滑らかに接続した幾何学上の
曲面であって、曲率半径が大きい曲面である。底部24
c3,35c3の中央の直径は、可動スクロール20の
公転運動の半径と略同一値に設定されている。また底部
24c3,25c3の幅寸法は、実行転走跡幅の約1/
3に設定されている。底部24c3,25c3の幅寸法
を、スクロール型圧縮機のスクロールの形状誤差、レー
スの取付位置誤差及び転走溝の位置誤差を見込んだ幅に
設定することは好ましい。
25の反対面には平坦部24d,25dを設けている。
平坦部24d,25dは、底部24c3,25c3の幅
寸法よりも大きい。したがって固定レース24及び可動
レース25は、レース支持部材となるフロントハウジン
グ10bの大径円筒部10b1及び可動スクロール20
の端板20aに底部24c3,25c3の幅寸法よりも
大きい幅にわたって接触し支持される。
を備えたスクロール型圧縮機の作動につき説明する。図
示しない外部駆動源により、電磁クラッチ15を介し
て、シャフト11が回転駆動される。シャフト11が回
転すると、ブッシュ21が軸線Xの回りを公転し、可動
スクロール20が軸線Xの回りを公転する。可動スクロ
ール20の公転により、互いにかみ合う可動スクロール
のうず巻き体20bと固定スクロールのうず巻き体16
bとの間に形成された空間、すなわち圧縮室が、その容
積を減少させつつ、うず巻きの中心方向へ移動する。こ
の結果、外部流体回路からハウジング10に形成された
図示しない吸入ポートを通って吸入室18に流入した流
体が、両うず巻きの外周端部から圧縮室内に取り込ま
れ、圧縮室内で圧縮され、固定スクロールに形成された
吐出穴16a1を通って、吐出室19に流出する。吐出
室19に流入した加圧流体は、リアハウジング10aに
形成された図示しない吐出ポートを通って、外部流体回
路へ流出する。
加わる軸線X方向の反力と、径方向の可動スクロール自
転阻止力とは、可動レース25、ボール26、固定レー
ス24を介してフロントハウジング10bに伝達され
る。
ル26は、転走溝24c,25c内を、可動スクロール
20の公転半径と略同一直径の円軌道を描いて転走す
る。転走溝24c,25cの底部24c3,25c3の
直径は、可動スクロール20の公転運動の半径と略同一
値に設定されているので、可動スクロール20の公転に
伴って、ボール26は、転走溝24c,25cの底部2
4c3,25c3に押しつけられた状態で、転走溝24
c,25c内を可動スクロール20の公転半径と略同一
直径の円軌道を描いて滑らかに転走することができる。
この結果、可動スクロール20は、フロントハウジング
10b、ひいては固定スクロール16に対して、所定の
角度関係を維持しつつ、公転することになる。
スクロール20は、ブッシュ21の回りに自転しようと
する。しかし、ボール26の転走範囲が、転走溝24
c,25c内に限定されるので、可動スクロール20の
自転は阻止される。
c,25cの底部24c3,25c3に沿って転走する
ことになる。さらに、ボール26から固定レース24及
び可動レース25に作用するスラスト力F0 の作用線
は、互いにほぼ一致し軸方向に沿ったものとなる。
機構としてのボールカップリングを説明する。図4及び
図5に示したボールカップリングと同様な部分には同じ
符号を付して説明を省略する。
は、固定レース24及び可動レース25の転走溝24
c,25cの底部24c3,25c3の曲率半径R3
を、内周部24c1,25c1の曲率半径R1及び外周
部24c2,25c2の曲率半径R2のいずれよりもは
るかに大きい値に設定されている。この場合でも、底部
24c3,25c3を内周部24c1,25c1及び外
周部24c2,25c2の接線となるように形成するこ
とは勿論である。これによれば、転走溝24c,25c
の内面が連続的な曲面になるため、局所的な面圧の上昇
を防止できる。なお、曲率半径R1とR2は互いに同じ
でもよいし、また少し違っていてもよい。
4c3,25c3は、必ずしも平坦である必要はない。
即ち、内周部24c1,25c1及び外周部24c2,
25c2を曲率半径R1,R2の曲面とした場合には、
底部24c3,25c3を幾何学上の曲面であって曲率
半径R1,R2よりも大きい曲率半径の曲面とすればよ
い。
機構としてのボールカップリングを説明する。図5や図
6に示したボールカップリングと同様な部分には同じ符
号を付して説明を省略する。
は、固定レース24及び可動レース25の転走溝24
c,25cの内面を、環状の径方向に長軸をもつ楕円に
したがう曲面としている。換言すると、2つの焦点をも
つ楕円を長軸で割った半分または一部にしたがって固定
レース24及び可動レース25の転走溝24c,25c
の内面を形成している。これによっても、転走溝24
c,25cの内面が連続的な曲面になるため、局所的な
面圧の上昇を防止できる。
ール26の直径をdとすると、転走溝25cの底から楕
円eの焦点f1,f2までの距離Hは次式(1)を満た
すものとする。
f1,f2までの距離をA1、2つの焦点f1,f2の
相互間隔をC1とすると、次式(2)が成立する。
する場合の楕円の2つの焦点f1,f2の位置を求める
ことができる。
たが、固定レース24の転走溝24cの内面を形成する
場合も、同様に実施できる。
縮機における可動スクロールの自転阻止機構では、可動
レース、複数のボール及び固定レースによって得られる
公転半径S1 と、可動スクロール及び固定スクロールの
各スクロール壁によって決定される公転半径(可動スク
ロールの旋回半径)S2 とは、S1 =S2 の関係があっ
た。S1 =S2 のとき、各ボールが可動固定各レースの
各転走溝の底と接触するため、各ボールと可動固定各レ
ースとの間の接触面圧は最小であるから、自転阻止機構
の摩耗や変形が少なく、耐久性が増大する。
S1 =S2 の関係が成立するように製作すると、高精度
が要求されるから、コストが高価となるので、大量生産
が困難となる。
縮機における可動スクロールの自転阻止機構の欠点を改
良し、可動固定各レースと複数のボールとの間の接触面
圧が相当に小さく、しかも、大量生産に好適なスクロー
ル型流体機械における可動スクロールの自転阻止機構を
提供しようとするものである。
決するため、次の手段を採用する。
スクロールに固定された可動レースと、前記可動レース
に対向する固定レースが、それぞれ前記可動スクロール
の公転軌跡に沿う環状の複数の転走溝を有し、複数のボ
ールがそれぞれ前記可動レースの前記複数の転走溝と前
記固定レースの前記複数の転走溝との間で挾持されるス
クロール型流体機械において、前記可動レース、前記複
数のボール及び前記固定レースによって得られる公転半
径をS1 とし、前記可動スクロール及び前記固定スクロ
ールの各スクロール壁によって決定される公転半径をS
2 とするとき、S1 <S2 であるスクロール型流体機械
における可動スクロールの自転阻止機構。
ある前記1記載のスクロール型流体機械における可動ス
クロールの自転阻止機構。
から形成される前記1記載のスクロール型流体機械にお
ける可動スクロールの自転阻止機構。
動スクロールの自転阻止機構としてボールカップリング
を備えるスクロール型圧縮機について説明する。
の基本的構成は、従来のそれと同様である。したがっ
て、本実施の形態例の要点について図1と図2を参照し
て説明する。可動スクロールの自転阻止機構は、可動ス
クロールの公転を許容するが自転を許容しないものであ
り、可動スクロールとフロントハウジングとの間に設置
される。図1において、可動スクロール20のうず巻き
体20bは、固定スクロールのうず巻き体16bとかみ
合っている。可動スクロール20の端板20aと厚肉円
板状のブッシュ21とは、同心に配設され、ブッシュ2
1は、ニードルベアリング22を介して可動スクロール
20のボス20cに回転自在に内嵌している。
トハウジング10b側には、図2(a)に示される可動
レース25が固定されている。フロントハウジング10
bの可動スクロール20側には、図2(c)に示される
固定レース24が固定されている。可動レース25の6
個の転走溝25cと固定レース24の6個の転走溝24
cとの間には、それぞれボール26が介在されている。
なお、フロントハウジング10bとリアハウジングとの
間には、Oリング27が配設されている。
ス25の半径rの円周上には、6個の円形の転走溝25
cが等間隔で設けられている。各転走溝25cの中央に
は、凸部25eが形成され、凸部25eは、ボール26
が転走するときの中心となる。同様に図2(c)におい
て、リング状の固定レース24の半径rの円周上には、
6個の円形の転走溝24cが等間隔で設けられている。
各転走溝24cの中央には、凸部24eが形成され、凸
部24eは、ボール26が転走するときの中心となる。
ース25、6個のボール26及び固定レース24から構
成される。自転阻止機構によって得られる公転半径をS
1 、可動スクロール20及び固定スクロールの各スクロ
ール壁によって決定される公転半径(可動スクロールの
旋回半径)をS2 、固定レース24の各転走溝24cに
おける各ボール26の周回軌道の直径をA、可動レース
25の各転走溝25cにおける各ボール26の周回軌道
の直径をBとすると、本発明においては、 S1 =(A/2)+(B/2) S1 <S2 の関係が成立するように構成する。実験によると、S1
とS2 との差は0.3mm以内であることが望ましい。
ース24の転走溝24cの各断面形状を、円弧又は円弧
に近似した曲線により形成するから、製作しやすい。ま
た、S1 とS2 との差に起因してボール26が転走溝2
4c,25cの外縁24f,25fに乗り上げる量は、
圧縮機の可動スクロールと固定スクロールとの間の中心
軸線方向の隙間の調整のために用いるケーシングシムの
最小分解能以下の量であるから、生産性は低下しない。
更に、ボール26が乗り上げるときのボール26と可動
固定各レース24,25との接触角変動が小さいので、
圧縮動作時の可動スクロール壁と固定スクロール壁との
良好な接触を妨げる程の分力は生じない。
験データを下記の表1に示す。可動スクロールの自転阻
止機構のボールと可動固定各レースとの接触の形態は、
S1=S2 、S1 >S2 、S1 <S2 の各場合で異な
る。S1 =S2 の場合には、ボール26が可動固定各レ
ース24,25の転走溝24c,25cの底と接触する
ため、ボール26と可動固定各レース24,25との間
の接触面圧は最小である。S1 >S2 の場合には、ボー
ル26が可動固定各レース24,25の転走溝24c,
25cの中央の凸部24e,25eと接触するため、ボ
ール26と可動固定各レース24,25との間の接触面
圧は最大である。S1 <S2 の場合には、ボール26が
可動固定各レース24,25の転走溝24c,25cの
外縁24f,25fと接触するため、ボール26と可動
固定各レース24,25との間の接触面積はS1 >S2
の場合よりも広くなるので、接触面圧はS1 >S2 の場
合よりも小さく、S1 =S2 の場合よりも大きくなる。
によれば、次の効果を奏することができる。
レースから構成される自転阻止機構によって得られる公
転半径S1 を、可動スクロール及び固定スクロールの各
スクロール壁によって決定される公転半径(可動スクロ
ールの旋回半径)S2 よりも小さく構成したので、生産
性(部品精度及び組付精度)が向上する。
走溝の断面形状を、単純な円弧又は円弧に近似した曲線
により形成したから、従来の楕円や複数曲線の併用のよ
うな複雑な形状と対比して、製作しやすい。
ースとの間の接触面圧は、S1 =S2 の場合よりも大き
いが、実際上支障がある程大きくなく、また、S1 >S
2 の場合よりも小さい。したがって、自転阻止機構の耐
久性が向上する。
る。
ースとボールの諸図であり、(a)は可動レースの縮小
正面図、(b)は可動レースの転走溝におけるボールの
動きの説明図、(c)は固定レースの縮小正面図、
(d)は固定レースの転走溝におけるボールの動きの説
明図を、それぞれ示す。
備えるスクロール型圧縮機の縦断面図である。
示し、(a)は正面図、(b)は横断面図を、それぞれ
示す。
要部の拡大断面図である。
要部の拡大断面図である。
要部の拡大断面図である。
要部の説明である。
Claims (3)
- 【請求項1】 固定スクロールに対して公転する可動ス
クロールに固定された可動レースと、前記可動レースに
対向する固定レースが、それぞれ前記可動スクロールの
公転軌跡に沿う環状の複数の転走溝を有し、複数のボー
ルがそれぞれ前記可動レースの前記複数の転走溝と前記
固定レースの前記複数の転走溝との間で挾持されるスク
ロール型流体機械において、前記可動レース、前記複数
のボール及び前記固定レースによって得られる公転半径
をS1 とし、前記可動スクロール及び前記固定スクロー
ルの各スクロール壁によって決定される公転半径をS2
とするとき、S1 <S2 であることを特徴とするスクロ
ール型流体機械における可動スクロールの自転阻止機
構。 - 【請求項2】 S1 とS2 との差が0.3mm以内であ
ることを特徴とする請求項1記載のスクロール型流体機
械における可動スクロールの自転阻止機構。 - 【請求項3】 前記複数の転走溝の各断面形状が円弧か
ら形成されることを特徴とする請求項1記載のスクロー
ル型流体機械における可動スクロールの自転阻止機構。
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