JPS6315441B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧縮機、膨脹機モータあるいはポ
ンプとして用いられるスクロール流体装置に関す
る。

スクロール流体装置は、鏡板にインボリユート
曲線からなるうず巻き状のラツプを直立させて形
成した２つのスクロール部材を向い合わせ、両ス
クロール部材の間に、オルダムリングと称される
自転阻止部材が配置されている。また、鏡板の中
心部には高圧口が設けられており、この装置が圧
縮機およびポンプとして使用される場合、高圧口
は吐出口となり、膨脹機およびモータとして使用
される場合、高圧口は、作動流体の流入口とな
る。低圧口はラツプの外側に設けられており、低
圧口は、この装置が圧縮機およびポンプとして使
用される場合、吸入口となり、膨脹機およびモー
タとして使用される場合、作動流体の流出口とな
る。

旋回スクロール部材の背面（ラツプの反対側の
面）には流体圧力が加えられ、両スクロール部材
が分離するのを防いでいる。

このようなスクロール流体装置において、両ス
クロール部材間にとじ込められた流体圧力の作用
点はラツプの高さの1/2の位置にあり、一方旋回
スクロール部材を旋回させる力（圧縮機、ポンプ
の場合）および負荷が接続されているクランクシ
ヤフトへの力の伝達時の作用点は、反ラツプ側に
位置している。そのため、流体圧力の作用点と、
力の作用点とは、軸方向にはなれているとともに
両作用点に働く力は方向が正反対であるから、モ
ーメントが発生する。このモーメントは旋回スク
ロール部材を傾けるように作用し、その結果旋回
スクロール部材には強いスラストが局部的に作用
する。

このようなスラストの偏りは、接触摺動面の異
常摩耗の発生、摺動摩擦損失の増大、軸方向押付
け力の不安定化（軸方向シール力の低下）などの
弊害を招く。

この発明の目的は、旋回スクロール部材とこれ
を支える軸受部間に作用するスラストの偏りをな
くすることにある。

この発明の特徴は、旋回スクロール部材およ
び、旋回スクロール部材のスラスト力を支える摺
動面のいずれか一方に、平滑になつている方の摺
動面から測つた軸方向の距離が、スクロール部材
の中心からの距離の大きさによつて異なつている
面を有し、この面が旋回運動の際にくさび作用を
発揮して旋回スクロール部材に作用するスラスト
力が局部的に大きくなるのを抑制するものであ
る。

さらに具体的には、旋回スクロール部材の摺動
面または旋回スクロール部材を支えるスラスト軸
受部の摺動面に、半径方向に沿つて次第に深さが
浅くなつている傾斜面あるいは半径方向に深さが
異なるポケツトを設けたものである。

上記の構成であるから、軸方向の距離が異なる
面と、この面に対向している摺動面との間に、旋
回スクロール部材の移動方向に向つて先細り状の
空間が形成され、旋回スクロール部材が、旋回運
動したとき、旋回スクロール部材に付着している
液体が、前記先細り空間に押し込まれ、くさび作
用を発揮する。一方、くさび作用が生じている側
と、反対側は、旋回スクロール部材の移動方向に
向つて末広がりの空間となり、くさび作用は生じ
ない。

上記のように、くさび作用は一部の領域で発揮
し、残部で発生しないので、スラスト力が局部的
に大きくなる領域でくさび作用を発揮させること
ができ、スラスト力が局部的に大きくなるのを抑
制することができる。

以下この発明の実施例を図面によつて説明す
る。

なお、構成は、圧縮機、ポンプ、膨脹機および
モータのいずれもほぼ同じであるから以下の説明
では圧縮機の場合につき述べる。しかし、ポンプ
膨脹機およびモータに適用できる。

第１図、第２図、第３図および第４図は、この
発明の第１の実施例を示すものである。

固定スクロール部材３は、外周部に円環状の摺
動面１Ａを有する鏡板１と、この鏡板１に直立
し、インボリユート曲線あるいはこれに近似の曲
線に成形され、厚さおよび高さがほぼ一様なラツ
プ２とからなり、その中心部に吐出口８、ラツプ
２の外側に吸入口９を有する。この固定スクロー
ル部材３は、軸心O_sを中心とする円環状の溝１
３をその摺動面１Ａに備え、溝１３に連通してい
る１個以上の給油孔１０を鏡板１に備えている。

溝１３は、その深さが軸心O_sから遠ざかるに
ともなつて次第に浅く形成されている。

この溝１３の深さは最も深いところで数百ミク
ロン以下が望ましい。このように溝１３の深さは
数百ミクロン以下と浅く、図示できないので、図
では誇張してある。給油孔１０は絞り１１および
給油配管１２を経由して給油圧力源たとえば給油
ポンプ（図示せず）に連絡されている。給油孔１
０が複数個の場合には、各給油孔ごとに絞り１１
を設けてもよいし、給油配管１２の途中に１個設
けるだけでもよい。

旋回スクロール部材６は、円板状の鏡板４と、
この鏡板４に直立し、ラツプ２と同一形状に成形
されたラツプ５と、鏡板４の反ラツプ側の面（単
に背面という）に設けられたスクロールボス６ａ
とからなる。スクロールボス６ａの中心は、旋回
スクロール６の中心O_n線上に位置している。

固定スクロール部材３と旋回スクロール部材６
とは、ラツプ２，５が互いに向かい合つた状態で
ラツプ２の巻き終り端２ａとラツプ５の巻き終り
端５ａとが点Ｏ（O_s、O_nを結ぶ直線上の中間の
点）に関して点対称になるようにかみ合わされて
いる。

フレーム１４は、固定スクロール部材３の摺動
面１Ａに数本のボルトによつて固定され、固定ス
クロール部材３と向き合つている側には、おう部
１４Ａを備えている。このおう部１４Ａは、途中
に減圧弁１５が設けられた配管１６によつて吐出
口８に連絡されている。

また、配管１６を設けないで、旋回スクロール
部材６に、圧縮過程の圧縮室とおう部１４Ａとを
連絡する絞り穴２９を設けてもよい。

クランクシヤフト１７は、フレーム１４に取付
けられた軸受１８，１９に回転自在に支持され、
その軸心は固定スクロール部材３の中心O_sと一
致している。このクランクシヤフト１７は、その
端部にクランクピン１７ａを備え、このクランク
ピン１７ａの中心は、クランクシヤフト１７の軸
心から旋回半径εに相当する距離だけはなさたと
ころに位置している。このクランクピン１７ａ
は、スクロールボス６ａにはめ込まれ、クランク
ピン１７ａとスクロールボス６ａとの間に軸受２
０が設けられている。

バランシングウエイト２１は、クランクシヤフ
ト１７に取り付けられている。

オルダムリング７は、第２図に示すよう一方の
面に溝７ａを備え、他方の面に溝７ａに直交する
溝７ｂを備えている。このオルダムリング７は、
フレーム１４と旋回スクロール部材６の背面との
間に配置されている。オルダムリング７の溝７ａ
には、フレーム１４に固定されたオルダムキー２
２がはめ込まれ、溝７ｂには旋回スクロール部材
６の背面に固定されたオルダムキー（図示せず）
がはめ込まれている。

メカニカルシール２３は、フレーム１４に固定
されたハウジング２４に納められており、ハウジ
ング２４に固定されたシールリング２５と、クラ
ンクシヤフト１７に移動可能にはめ込まれたフロ
ーテングリング２６と、このフローテングリング
２６をシールリング２５に押し付けるばね２７
と、ハウジング２４とシールリング２５間および
クランクシヤフト１７とフローテングリング２６
間の気密を保つＯリング２８とからなる。

次にこの実施例の動作を説明する。

圧縮を行なう際の動作は、今までに知られてい
る装置と変らないのでその説明は省略し、旋回ス
クロール部材とこれを支える軸受部に加わる局部
的なスラストを打ち消す作用を述べる。第１図に
おいて、潤滑油は、給油配管１２を経由して絞り
１１に圧送されてくる。この潤滑油は絞り１１を
通つた後各給油孔１０を経由して溝１３の最大深
さの位置に送り込まれる。そして溝１３には潤滑
油が充満する。一方第１図、第３図、第４図に示
すように、旋回スクロール部材６を旋回させる力
すなわち圧縮をしようとする力Faは、旋回スク
ロール部材６の中心O_nの線上に作用し、圧縮を
妨げようとする力（すなわち密閉空間Va，Vb…
……のガス圧）Gaは、両スクロール部材３，６
の中心O_s、O_nを結ぶ線上で、両中心O_s、O_nから
等距離の点Ｏの線上に作用する。また軸方向につ
いは、力Faはクランクピン１７ａおよびスクロ
ールボス１２の軸方向長さの中間の位置に作用
し、力Gaは、旋回スクロール部材６のラツプ５
の半分の高さの位置Ｇに作用する。そこで両作用
点Ｆ、Ｇに加わる力は互いに対向しており、しか
も両作用点Ｆ、Ｇは軸方向に離れているので、旋
回スクロール部材６は矢印Ｍのようなモーメント
を受け、旋回スクロール部材６の鏡板４が固定ス
クロール部材３の鏡板１に局部的に強く押し付け
られる。

従つて、この偏つたスラストは、概ね旋回スク
ロール部材６の中心O_nと固定スクロール部材３
の中心O_sとを通る直線を境にして旋回スクロー
ル部材６を旋回させる力Faが向いている側に加
わる。力Faは常に旋回スクロール部材６の運動
方向に向いており、旋回スクロール部材６が中心
O_sのまわりを旋回運動したとき、この旋回運動
に同期して回転する。たとえば第１図のように、
旋回スクロール部材６の運動方向が矢印Ｓの場
合、偏つたスラストは、中心O_sより左側の部分
に作用する。

またこのとき、溝１３のうち、偏つたスラスト
が作用している部分すなわち第１図の左側に位置
している部分では、その深さが運動方向（矢印
Ｓ）に向つて次第に浅くなつているから、くさび
作用によつて供給されたときの圧力より高い油圧
が発生する。一方、溝１３の偏つたスラストが作
用していない部分すなわち右側に位置している部
分では、その深さが運動方向（矢印Ｓ）に向つて
次第に浅くなつていないから、くさび作用は生じ
ることがなく、溝１３のこの部分での油圧は上昇
しない。

要するに、旋回スクロール部材６に偏つたスラ
ストが作用する部合では、溝１３内に供給圧力よ
りも高い油圧が生じ、偏つたスラストが作用しな
い部分では、溝１３内の油圧は何ら高くならな
い。従つて、偏つたスラストの全部あるいは、そ
の大部分はくさび作用によつて生ずる油圧で相殺
され、偏つたスラストは取り除かれる。

固定スクロール部材３に溝１３を設ける代り
に、第５図のように旋回スクロール部材６の鏡板
４の摺動面に円環状の溝１３を設けても同様の効
果がある。

この場合、溝１３は、中心O_nから半径方向に
遠ざかるにともなつてその深さが次第に深く形成
されている。

また、第６図、第７図のように、溝１３の深さ
を２段階（複数段階）にしても同様の効果があ
る。第８図および第９図は、この発明の第２の実
施例である。第８図は旋回スクロール部材６の鏡
板４の外周面を面とりし、鏡板４に傾斜面１３Ａ
を形成したものである。

第９図は固定スクロール部材３の摺動面の内周
側角部を面とりし、固定スクロール部材３に傾斜
面１３Ａを形成したものである。

第１０図は、この発明の第３の実施例である。
この実施例は、旋回スクロール部材６を軸方向に
引き離そうとする力をフレーム１４で受けるよう
にしたものであつて、全体的な構成は第１の実施
例（第１図〜第４図）における減圧弁１５、配管
１６または絞り穴およびメカニカルシール２３が
とり除かれ、給油孔１０および溝１３の設置場所
が変更になつている。

給油孔１０は、フレーム１４に設けられてい
る。

溝１３は、フレーム１４の鏡板４に対向する位
置に設けられ、前記給油孔１０と連通している。
また、溝１３は中心O_sから遠ざかるにともなつ
て深さが深く形成されている。

次にこの実施例の動作を説明する。

運転時旋回スクロール部材６には軸方向に引き
離そうとするスラストすなわちガス圧によるスラ
ストが作用しこのスラストの作用点は、点Ｏで旋
回スクロール部材６の中心近傍であるためフレー
ム１４で受けるスラストはほぼ均一となる。従つ
て、引き離そうとするスラストもフレーム１４で
受けることになるが、引き離そうとするスラスト
自体が面圧の偏りということに関してはほとんど
影響しないので、除いて考えることにする。

旋回スクロール部材６には、ガス圧によるスラ
ストの他に、旋回運動をさせる際のモーメントが
作用する。このモーメントは、中心Ｏを通る直線
を境にし、一方の側では、旋回スクロール部材６
を固定スクロール部材３に向つて押付ける力とな
つて作用し、他方の側では、固定スクロール部材
３から引き離そうとするすなわちフレーム１４に
向つて押付けようとする力となつて作用する。た
とえば旋回スクロール部材６が矢印Ｓの方向に運
動したときは、図の左側が固定スクロール部材３
に向う押し付け力、右側がフレーム１４に向う押
付け力が作用する。

しかし、フレーム１４に向う押付け力が作用す
る部分における溝１３は、徐々に浅くなつている
から旋回スクロール部材６が矢印方向Ｓに運動し
たときにくさび効果が発生し、この部分でのフレ
ーム１４への押付け力は、打ち消される。

フレーム１４に環状の溝１３を設ける代りに、
第１１図のように、旋回スクロール部材６の鏡板
４に設けても同様の効果がある。この場合、溝１
３は、中心Ｏから遠ざかるにともなつてその深さ
が次第に浅くなるように形成されている。

また、第１２図、第１３図のように溝１３の深
さを２段階（複数段階）にしても同様の効果があ
る。

第１４図は、この発明の第４の実施例である。

この実施例は、環状の溝１３の複数個（望まし
くは３個以上）に分割し、ポケツト１３Ｂとした
ものである。勿論各ポケツト１３Ｂは中心Ｏから
遠ざかるにともなつてその深さが異なつている。
（深さが徐々に深くなつたり、浅くなつたり、段
階的になつたりしている） 図示しないけれど、この実施例には第１、第
２、第３の各実施例およびそれらの変形例におけ
る溝１３を分割することを含んでいる。

また、第１５図のようにポケツト１３Ｂを２重
（多重）にすること、および第１６図のように、
ポケツト１３Ｂ同士を互いに絞り通路３０で連絡
し、給油孔１０の数を減らすようにしてもよい。

この実施例のように、中心Ｏから遠ざかるにと
もなつてポケツト１３Ｂ深さを浅くしたり深くし
たりする（中心Ｏから遠ざかるにともなつてポケ
ツト１３Ｂの深さを異ならせる）とともに溝をポ
ケツトにすると、前記のくさび効果による軸方向
の押付け力の偏りを軽減できる上、軸方向押付け
力が大きく作用する部分に位置しているポケツト
１３Ｂから軸方向押付け力があまり大きくない部
分に位置しているポケツト１３Ｂへの油の流れを
阻止することができる。その結果油は軸方向押付
け力が大きく作用する部分に位置しているポケツ
ト１３Ｂ内にとじ込められ、そのポケツト１３Ｂ
に油圧が発生し、偏つた軸方向押付け力はとり除
かれる。

第１７図は、この発明の第５の実施例を示すも
のである。

この実施例は、前述の第１〜第４の実施例、変
形例における給油孔１０を固定スクロール部材
３、フレーム１４に設ける代りに旋回スクロール
部材６の鏡板４に設けたものである。この実施例
は、全体を覆う密閉容器３１の中に圧縮機および
モータ３３が納められている。クランクシヤフト
１７には給油孔１０に連通する偏心孔３２が設け
られている。

吐出口８は密閉容器３１の中に開口しており、
密閉容器３１内は吐出圧力になつている。

油は吐出圧力および偏心孔３２のポンプ作用に
よつて給油孔１０に送られ、給油孔１０から環状
の溝１３、各ポケツト１３Ｂに入る。偏つた軸方
向押付け力をとり除く動作は各実施で説明した通
りであるから省略する。

以上のようにこの発明は、旋回スクロール部材
および旋回スクロール部材のスラストを支える軸
受部の各摺動面のいずれかに、平滑面になつてい
る方の摺動面から測つた距離が半径方向に関して
異なる面を備えているので、旋回スクロール部材
が旋回運動した際に、偏つたスラストが作用する
部分にのみくさび効果が発生し、スラストの偏り
を解消できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は、この発明の第１の実施例の
説明図であつて、第１図は縦断面図、第２図は自
転阻止部材の正面図、第３図は第１図の−断
面図、第４図は動作説明図、第５図、第６図およ
び第７図は、第１の実施例の変形例の要部断面
図、第８図および第９図は、第２の実施例の要部
断面図、第１０図は、第３の実施例の要部断面
図、第１１図、第１２図および第１３図は第３の
実施例の変形例の要部断面図、第１４図は第４の
実施例の要部断面図、第１５図および第１６図は
第４の実施例の変形例の要部正面図、第１７図
は、第５の実施例の縦断面図である。 １，４……鏡板、２，５……ラツプ、３……固
定スクロール部材、６……旋回スクロール部材、
７……オルダムリング、１０……給油孔、１１…
…絞り、１２……給油配管、１３……溝、１３Ａ
……傾斜面、１３Ｂ……ポケツト、１４……フレ
ーム、１７……クランクシヤフト、１８，１９，
２０……軸受、２３……メカニカルシール、３１
……密閉容器、３２……偏心孔、３３……モー
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ラツプを有する固定スクロール部材と、鏡板
   およびラツプを有する旋回スクロール部材とは、
   ラツプ同士が向かい合つた状態でかみ合つてお
   り、旋回スクロール部材が自転を阻止された状態
   で旋回運動し、旋回運動の際旋回スクロール部材
   のスラスト力を支える摺動面を有するものにおい
   て、旋回スクロール部材および前記摺動面のいず
   れか一方に、平滑になつている方の摺動面から測
   つた軸方向の距離がスクロール部材の中心からの
   距離の大きさによつて異なつている面を有し、こ
   の面が旋回運動の際にくさび作用を発揮して旋回
   スクロール部材に作用するスラスト力が局部的に
   大きくなるのを抑制することを特徴とするスクロ
   ール流体装置。