JPS61265301A - スクロ−ル流体機械 - 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〕 この発明は、空気圧縮機、冷媒圧縮機あるいは膨張機と
して利用するスクロール式流体機械に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来のスクロール流体機械の具体的な構成、動作を第８
図乃至第８図により説明する。

第８図は、スクロール流体機械の原理を示しており、（
１）は固定スフロー／Ｌ／％（２）は揺動スクロール、
（５）は固定スフａ　＋　１ｖ（１）と揺動スフ０−　
／Ｉ／　（２）との間隙からなる圧縮室、（６）は吸入
室、（８１は最内周に形成された吐出室である。また（
０）は固定スクロール（１）の中心である。固定スフロ
ー／Ｌ／　（１）及び揺動スクローＡ／　（２）はイン
ボリュートあるいは円弧などを組合せた同一形状の渦巻
であり、互いに１８０°ずらして組合せて圧縮室が形成
される。このような状態で第８図ａ　ｙ　Ｉ）　ＨＣ２
ｄに示すように揺動スクロールのみを、その姿勢を角度
的に一定に保ちながら、すなわち自転運動をせずに固定
スフロー１ｖ（１）の中心Ｏの回りを回転運動する揺動
運動をする。この上うな揺動運動に伴ない、圧縮室（５
）は順次その容積を減じ、吸入室（６）から取込まれた
気体は固定スフローＩｖ（１）の中央部の吐出口（８）
から吐出される。

第４図は、特開昭５９−１０８９８１に示されている従
来のスクロール圧縮機であり、スクロール圧縮機を例え
ば冷凍または空調あるいは空気圧縮機に応用しようとす
るる場合の具体的な実施例であって、フロンなどのガス
体の圧縮機として構成したものである。第４図において
、（１）は固定スクロール、（ｌａ）は固定スクロール
（１）の合板であづて、後述するシェルの一部を兼ねて
いる。（２）は揺動スクロール、（３）は揺動スフロー
Ａ／　（２）の合板、（４）は揺動ヌクロール軸、（５
）は圧縮室、（６）は圧縮室（５）の吸入室、（７）は
吸入孔、（８）は吐出孔、（ｓ＜は吐出室、（９）は揺
動スフロー／Ｌ’　（２）の合板（３）背面を支承する
ヌラスト軸受、αＱは固定スクロール（１）とボ／＆）
などで固定された軸受支え、Ｑｌ）は揺動スフローＡ／
　（１）の自転を防止しこれを揺動させるためのオルダ
ム継手、（２）は揺動スクロール（２）の合板（２）と
軸受支えａＯの間に形成されたオルダム室、＠は軸受支
えＱＧにあけられてオルダム室（６）と後述する電動機
室を連絡する返油孔、α尋は揺動スフローＡ／　（２１
を駆動させるクランク軸、（至）はクランク軸（ロ）内
に偏心してあけられた油孔、αＱはクランク軸α尋に偏
心して設けられて揺動スクロール軸（４）と嵌合する揺
動軸受、αηはクランク軸α４上部と嵌合する主軸受、
（至）はクランク軸α４下部と嵌合する電動機側軸受、
ａｌは電動機ステータ、勾は電動機ロータ、（２）は電
動機ロータ勾上部のクランク軸ａ４に固定された第１バ
ランサ、（２）は電動機ロータ翰の下端に固定された第
２バランサ、（至）は固定ヌクロー／１／（１）ｌ軸支
えＱＧ　、　［動機ヌテータα伜、および電動機側軸受
■を固定して圧縮機全体を密封するシェル、（ハ）はシ
ェル（財）底部の油溜めに貯溜された油、（至）は電動
機ステータＱｌおよび電動機ロータ曽などを収容した電
動機室であるＯ このように構成されたスクロール圧縮機の動作を説明す
る。電動機ステータ（至）に通電すると、電動機ロータ
勾はトルクを発生してクランク軸α４と共に回転する。

クランク軸αくが回転を始めると、クランク軸α４に偏
心して設けた揺動軸受ａＳに嵌合されている揺動スクロ
ール軸（４）に回転力が伝えられ、揺動スフロー／Ｉ／
　（２）はオルダム継手Ｑｌ）にガイドされて揺動運動
を行い、第８図ａ　ｅ　ｔ）　＊　Ｃ＋　ｄに示す上述
したような圧縮作用を行う。

気体は、吸入孔（７）から揺動スフロー／ｌ／　（２）
外局部の吸入室（６）に吸入されて圧縮室（５）内に取
込まれ、クランク軸Ｑ４の回転と共に順次内側に送込ま
れて、固定スクロールの中央部に設けた吐出孔（８）か
ら吐出される。なお、クランク軸α４の回転に伴う揺動
スフロー／Ｉ／　（２）の揺動運動は圧縮機全体に不釣
合力による振動を引起そうとするが、第１バランサ（ハ
）と第２バ２ンサ（２）で静的および動的にクランク軸
Ｑ４回りの釣合をとることができ、異常な振動を生ずる
ことなく、圧縮機を運転できる。

また、第５図は第４図の部分詳細図である。第５図ａは
ガヌ圧縮が行われず揺動スクロール軸（４）が揺動ヌク
ローＡ／　（２）と合板（３）などの遠心力のみにより
揺動軸受ａ０方向へ押付けられた状態の揺動スクロール
軸（４）、クランク軸Ｑ４および渦巻の一部の軸方向断
面図であり、第５図すは第５図ａの部分横断面図である
。これらの図において、０１は主軸受αηの細心、Ｏｔ
はクランク軸σ養の軸心、０．は揺動軸受ａＱの軸心、
０４は揺動スクロール軸（４）の軸心、ＦＣは揺動スフ
ロー／ｌ／　（２）と合板（３）などの遠心力）ｒは揺
動軸受αＱのクランク軸Ｑ４）に対する偏心量、ｄｌは
揺動軸受αＱの軸受隙間、ｄｌは主軸受Ｑηの軸受隙間
、Ｂは固定スクロール（１）の渦巻間の溝幅、Ｄは揺動
スフロー／ｌ／　（２）の実際の揺動幅、ｔは揺動スフ
ロー）ｖ　（２１の渦巻の板厚、ＣおよびＣ１は固定ヌ
クロー／Ｌ’　（１）および揺動スクロール（２）の渦
巻間に形成される半径方向隙間であり、一般にはｃ　＝
　Ｏ，である。

そして、上述のような従来のスクロール圧縮機では、揺
動スクロール（２）の実際の揺動＠Ｄは次のようになる
。

Ｄ　＝＝　２　（ｒ　＋　”／２＋　ｄＶ２）　＋　ｔ
：　２ｒ＋ｔ＋ｄ、＋ｄ、・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・１したがって、固定スフローＡ／　（
１）と揺動スフローＡ／　（２）の渦巻間の半径方向隙
間Ｃは、Ｃ＝　（Ｂ−Ｄ　）／２ ＝　（Ｂ−（２ｒ　＋　ｔ　＋ｄｔ＋ｄ＝）　）／　２
：（（Ｂ−２ｒ−ｔ　）−（ｄ＋＋ｄｔ）　）／２・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
　　２となる。従来のスクロール圧縮機では、上記２式
の（Ｂ−２ｒ−ｔ）が（ｄ、＋ｄ、）より大きくなるよ
うに設定しており、このため、固定スフローＡ／　（１
）と揺動スフロー／ｌ／　（２）の渦巻間には常に半径
方向隙間Ｃが形成されている。しかも、第６図に示すよ
うに、一般的な運転状態では、揺動スクロール軸（４）
に対して遠心力ＦＣの他にこれと直角方向のガス圧縮負
荷Ｆｇが作用するために、これらの合力Ｆは第６図に示
す方向に作用することになり、揺動スクロール軸（４）
は合力Ｆの方向へ押付けられる。したがって、このよう
な状態での固定スフローＡ／　（１）と揺動スフローＡ
／　（２）の渦巻間の半径方向隙間Ｃ′は遠心力ＦＣの
みが作用する場合の半径方向隙間Ｃよりさらに大きくな
る。このように、渦巻間の半径方向隙間ＣあるいはＣ′
が存在すると、スクロール圧縮機の運転中に固定スフロ
ーＡ／　（１）と揺動スクロール（２）の渦巻の接触は
起り得ず、したがって渦巻の側面が摩耗するという問題
はないが、圧縮室（５）の半径方向隙間のシーｙを行い
に＜＜、上記半径方向隙間ＣあるいはＣ′を通じて圧縮
室（５）のガスが吸入側へ漏れてしまうことが多かった
。圧縮室（５）内部のガスが下流側へ漏れると、最終的
に吐出管（８）から吐出されるガス量が減少して体積効
率が低下し、また漏れたガスを再度圧縮することになり
、電動機の入力が増加し、成積係数が低下するという欠
点があった。

また、上述の欠点を解消するために上記（２）式の（Ｂ
−２ｒ−ｔ）より（ｄ＋＋ｄｔ）　　を大きく設定する
という手段も半径方向隙間のシー〃方法として有効では
あるが、実際の溝幅Ｂ、偏心量ｒおよび板厚ｔには加工
精度のばらつきがあるため上記（ｆ３．２ｒ−ｔ）の値
は各々のばらつきを加算したばらつきを示し、従ってど
のようなりランク軸回転位置においても常に（Ｂ−２ｒ
−ｔ）より（ｄ、＋ｄｔ）を大きくするには軸受隙間ｄ
１およびｄ！を充分大きく設定する必要がある。しかる
に、一般に軸受隙間はその本来の目的である潤滑機能を
充分果たすためには最適な値があり、必要以上に軸受隙
間を大きくすると潤滑機能を損うことになる。従って上
記溝幅Ｂ。

偏心量ｒおよび板厚ｔの加工精度を非常に高くする必要
があった。さらに、固定スフロー／Ｌ’　（１）の中心
０と主軸受（１７１の軸心Ｏｔが何らかの理由でずれた
場合、第５図（ａ）に示す隙間ＣとＣ８は等しくなくな
り、極端な場合いずれか一方のみが大きくなってしまい
、上記の隙間ｄ、、ｄ、ではこの隙間ＣおよびＣ１を常
に０にすることができないことになる。

従って主軸受αηの軸心０．に対する固定スフロー／Ｉ
／（１）の組立精度も充分高く設定しなければならなか
った。

さらに特開昭５９−１６２８８８には、上述の欠点を解
消するために第５図、第６図に示すようにクランク軸α
４に設けられた偏心穴に、所定量だけ偏心した揺動軸受
を有する偏心ブツシュを嵌入し１この揺動軸受と揺動ス
クロール軸を嵌入させることにより、揺動スフロー／ｌ
／　（２）の実際の揺動中りが自在に変化できるように
し、圧縮室（５）の半径方向隙間を０とする手段も示さ
れている。以下、この手段について第７図（ａ）　（ｂ
）及び第８図（ａ）（ｂ）により簡単に説明する。第７
図は、クランク軸α４の偏心穴ａ６に、偏心ブツシュ（
１）が回転自在に嵌入され、さらに偏心ブツシュ（至）
に偏心量ｅをもって設けられた揺動軸受（１６つに、揺
動ヌクロール軸（４）が回転自在に嵌入された状態を示
したものであり、第７図（ａ）は上方向からみた断面図
、第７（ｂ）図は側面からみた断面図である。第８図は
、このような手段の動作を示したものである。第８図（
ａｔは、固定スフロ−／Ｌ／（１）の側板が加工お組立
のばらつきにより比較的、中心寄りに位置している部分
で、揺動スクロ−／Ｌ’（２１も中心寄りに押された形
となり、同心ブツシュ（ホ）は左回りに回転し、揺動半
径Ｒは小さくなっている状態を示している。また第８図
（ｂ）は、逆に固定スフロー／ｌ／　（１）の側板が比
較的外寄りに位置している部分で、揺動スクロール（２
）は自らに作用している力Ｆにより偏心ブツシュ（ホ）
を右回りに回転させ、固定スクロールとの半径方向接触
を保っている状態を示している。このように偏心ブツシ
ュを用いることにより、常に圧縮室の半径方向シールを
行なうことが理論的には可能である。しかしながら実際
は、偏心ブツシュ（ホ）には揺動スクロール軸（４）か
ら力Ｆが作用しているため偏心ブツシュ（ホ）の外周と
偏心穴（１６″）の間には摩擦力（図示せず）が存在し
、このため偏心ブツシュの外周のすべりに対し摩擦抵抗
が働くことになり、偏心ブツシュの回転を阻止する方向
に作用する。もし偏心ブツシュ（至）の外周と偏心穴Ｑ
ｇ’）との摩擦係数がそれらの材料、仕上精度、給油状
態等により大きくなれば、偏心ブツシュは自由に回転せ
ず、この結果圧縮室（５）の半径方向シールを達成する
ことばできなくなる。以上述べたように、偏心ブツシュ
を使う場合でも問題があった。

以上のような偏心ブツシュの問題点を解決できるような
技術を、特公昭５ｇ−２８４１１１８は示している。

特公昭５８−２８４８８には第９図に示すように、偏心
形状の取付板を有するクランク軸及びこの取付板に立て
られたピボットビンに係止された揺動リンクを備え、揺
動リンクの一端に設けられたブッシングに揺動ヌクロー
〜を嵌入するように構成されたスクロール圧縮機が示さ
れている。このように構成されたスクロール圧縮機にお
いては、揺動リンクは比較的小径のピボットビンに係止
されているため、揺動リンクが揺動する際の摩擦抵抗は
非常に小さいものとなり、従って揺動スクロールは半径
方向に自由に追従して固定スクロールと接触し、半径方
向のシーμを達成することができる。

しかし、このようなスクロール圧縮機においては、クラ
ンク軸は揺動リンク及びピボットビンを介して揺動スク
ロールからの負荷を受けるのに対し、主軸を支える軸受
は軸方向にずれた位置に配置されることになる。従って
、クランク軸は大きいモーメントを受けることになり、
この結果軸受に大きな負担がかかり軸受焼付等の問題が
発生する恐れがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来のスクロール圧縮機では、圧縮
室の半径方向隙間のシールを行ないにくく、体積効率の
低下および収積係数が低下するという欠点があった。さ
らに、半径方向のシーｙを行なうために、偏心ブツシュ
を使用する従来のスクロール圧縮機では、偏心ブツシュ
外周の摩擦のために安定したシールを得ることは困難で
あり、やはり体積効率の低下および収積係数が低下する
という欠点があった。

この発明は、上記の欠点に鑑み、圧縮室の半径方向隙間
のシーμを達成して体積効率および収積係数が良くなお
かつ信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は上記の欠点を解消するために１クランク軸に
設けた偏心穴に、同心円筒状のブツシュを所定のすき間
をもって遊嵌し、上記ブツシュの内周に揺動スフロー〃
軸を回転自在に嵌入させたものである。

〔作用〕

固定スクロール及び揺動スクロール側板に加工あるいは
組立によるばらつきが生じても、上記ブツシュがその外
周のすき閣内をごろがることにより、揺動スクロール側
板は固定スクロール側板に追従接触し、圧縮室の半径方
向シールが達成される。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第７図（ａｌ　（ｂ）に対
応する第１図（ａ）　、　（ｂ）及び第８図（ａｌ　（
ｂ）に対応する第２図（ａ）　、　（ｂ）により説明す
る。

第１図において（１６’）はクランク軸ａ４に所定量だ
け偏心して設けられた偏心穴、鋤は偏心穴（１６′）に
嵌入されたいわゆる軸受材でできた円筒状のブツシュ・
（１６つはブツシュ（財）の外周と同心のいわゆる内周
面に相当する揺動軸受、ｄ３はブツシュ■の外周と偏心
穴（１６’）とのすき間、Ｏ，は主軸の軸心、０４は揺
動スクロール軸（４）の軸心、几は０１と０．の距離す
なわち揺動スクロール軸の揺動半径である。その他の符
号は第５図もしくは第７図と同一であるため説明は省略
する。また第７図（ａ）　、　（ｂ）において主軸受Ｑ
ηとクランク軸α４の間、および揺動軸受αＱと揺動ス
クロール軸（４）の間にはそれぞれ軸受隙間が存在する
が、特に必要ないので図示は省略する口以上のように構
成されたこの発明の一実施例のスクロール圧縮機におい
ては、ブツシュ（２）の外周にはすき間ｄ、が存在する
ために、ブツシュ匈はすき間ｄ、の範囲で移動すること
ができる。すなわち、揺動半径孔がｄ３の範囲内で自在
に変化することになる。このことを第７図ａｅｂにおい
てわかりやすく説明する。第２図（ａ）は、固定スフロ
ー／Ｉ／　（１）の側板が加工や組立のばらつきにより
比較的中心寄りに位置している部分を示している。Ｆは
前述したように遠心力ＦＣとガス圧縮負荷Ｆｇの合力で
、揺動軸受（１６’）に実質的に作用する力である。こ
のような方向に力Ｆが作用するとブツシュ（２）は揺動
半径孔が大きくなる方向へ移動しようとするが、揺動ス
クロールと固定スクロールの側板が接触する位置で、ブ
ツシュ（２）は静止することになる。この場合のブツシ
ュ（財）の外局と偏心穴（１６’）の接触点をＭｌで示
す。また第２図（ｂ）は、固定スフロー／ｌ／　（１）
の側板が比較的外寄りに位置している部分を示している
。このような状態でも、合力Ｆはブツシュ（ロ）を揺動
半径８が大きくなり、揺動スフローＡ／　（２１の側板
が固定スフローＡ／　（１）の側板に接触する位置まで
移動させる。この場合のブツシュ勾の外周と偏心穴（ｘ
８′）の接触点は鴇となる。このようにブツシュ（支）
は偏心穴（１σ）内で接触点をＭｌからＭ、へ、また鳩
からＭｌへ変える移動が女されるが、この移動はブツシ
ュ（財）の外周面と偏心穴（Ｉｌｌ’）の内周面の間の
すべり運動によってなされてもよいし、偏心穴（１６′
）内周面上をブツシュ匈がころがる形でなされてもよい
。しかし、一般的にはころがり運動の方がすべり運動よ
り抵抗がはるかに小さいので、通常上記の移動はころが
りによってなされる。従って、本発明のブツシュの場合
は従来例で説明したような偏心ブツシュの外周面の摩擦
抵抗が大きくて揺動スクロールの半径方向への追従機能
に問題があるということがなく、ブツシュのころがりに
より常に固定スフロー／ｌ／　（ｔ）と揺動スフロー１
ｖ（２）の各々の側板は接触することが可能である。

このように固定スフロー／ｌ／　（１）の側板の位置に
関係なく、圧縮機運転中は常に揺動スフロー／Ｉ／　（
２）の側板は固定スクロールの側板に追従し押しつけら
れるため、圧縮室（５）の半径方向シーμを確実に行な
うことができる。従って圧縮室（５）からのガスの漏れ
が減少するため体積効率が増加し、しかも漏れたガスを
再度圧縮することによる電動機入力の増加も減少するた
め、成績係数も大巾に向上する。

もちろん揺動半径孔の変化量には限界があるが、一般的
な加工および組立のばらつきをカバーできるように、す
き間ｄ、を設定しておけばよい。

また、ブツシュ（２）と主軸受αηはクランク軸の軸方
向においてほぼ同じ位置に配設されるため、揺動スクロ
ール軸（４）から受ける力Ｆは主軸にモーメントを与え
ず・主軸受反力は最小のものとなり信頼性面でも大きな
効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、主軸に設けた偏心穴に、同心円筒状
のブツシュを所定のすき間をもって遊嵌し１このブツシ
ュの内周に揺動スクロール軸を回転自在に嵌入させるよ
うな構造とすることにより、効率が高く信頼性も高いス
クロール圧縮機を提供できるという効果を得ることがで
きる。

なおこの発明の実施例はスクロール圧縮機について述べ
たが、これが例えば膨張機のような装置　−であっても
同様な効果が得られることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を示す部分断面図、第２
図はこの発明の詳細な説明する部分断面図、第８図はス
クロール圧縮機の作動原理図である。第４図はスクロー
ル圧縮機の全体構造を示す断面図である。第６図、第６
図は従来の圧縮機の要点を示す部分断面図である。第７
図は別の従来の圧縮機の要点を示す部分断面図、第８図
はその作動を示す図である。図中、（１）は固定スクロ
ール、（２）は揺動スクロール、（４）は揺動スクロー
ル軸、（５）は圧縮室、α→はクランク軸−（１６勺は
偏心穴％（ロ）は主軸受、匈はブツシュである。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）夫々インボリュートなどの渦巻状側板を台板面に
   突設して形成され、互いに組合せることにより上記側板
   及び台板間に圧縮室を形成する固定スクロールと揺動ス
   クロールと、この揺動スクロールの渦巻状側板と反対側
   に設けられた揺動スクロール軸を、所定量だけ偏心して
   設けられた偏心穴を介して支承し上記揺動スクロールを
   揺動運動させるクランク軸と、このクランク軸を主軸受
   を介して支承する軸受支工と、上記揺動スクロールが上
   記揺動スクロール軸回りに自転することを阻止して主軸
   受回りに揺動運動させる自転防止機構とを備えたスクロ
   ール流体機械において、上記クランク軸の偏心穴に外周
   と同心の内周を有する円筒状のブッシュを所定のすき間
   をもつて遊嵌し、上記ブッシュの内周に上記揺動スクロ
   ール軸を回転自在に嵌入させたことを特徴とするスクロ
   ール流体機械。
2. （２）クランク軸を支承する主軸受のうち少くとも１つ
   を、上記クランク軸の長手方向において円筒状ブッシュ
   とほぼ同位置に配設したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載のスクロール流体機械。