JPS63266215A - ボ−ル継手機構 - 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″、スクロール流体装置における公転スクロー
ルなどの回転部材を自転することなく公転自在に保持す
るボール継手機構に関する。

（従来の技術） 一般に、例えば、冷凍機の圧縮機に用いられるスクロー
ル流体装置においては、ケース内に固定された固定スク
ロールに対し公転スクロールが互いにラップを噛合して
並設される一方、該公転スクロールに４３ける鏡板の背
面には回転軸がその軸心を公転スクロール中心より偏心
して連接され、上記公転スクロールを固定スクロールに
対して自転することなく公転せしめ、該両スクロールの
ラップ間に形成される密閉室を収縮して冷媒ガスを圧縮
するようにしている。

このスクロール流体装置において、公転スクロールの自
転を阻止する自転阻止機構にはオルダム継手機構やボー
ル継手機構が用いられているが、該オルダム継手機構に
あってはオルダム継手が往復動するので、バランスが取
り難く、振動が大きいという欠点がある。他方、上記ボ
ール継手機構は、特開昭５５−１５５９１６号公報に開
示されているように、例えば、公転スクロールの鏡板と
該鏡板背面側に設けられた固定フレームとに複数個のポ
ケット穴を形成して該ポケット穴間にボールを介設して
いるので、各要素が全て回転運動することになり、バラ
ンスが取り易く、振動を小さくすることができる。

このボール継手機構を、第２図及び第８図にＩＢづいて
詳述すると、公転スクロールの鏡板背面と固定フレーム
の上面とにそれぞれ環状のボール保持部材（ａ）、（ｂ
）が相対面して設けられ、該両保持部材（ａ）、（ｂ）
に複数個の円形ポケット穴（０）、（ｄ）がそれぞれ相
対峙して形成され、この相対峙する両ポケット穴（Ｃ）
、（ｄ）間にｍ製ボール（ｅ）が介設されて成り、上記
公転スクロールの回転に伴って上記ボール（ｅ　）が両
ポケット穴（ｃ）、（ｄ）を内を転勤し、該公転スクロ
ールの自転を阻止している。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したボール継手機構において、ポケット穴（Ｃ）、
（ｄ＞の底面（ｇ）、（ｈ）量比１１１１Ｌはボール（
ｅｉ）の直径Ｒに一致し、周側面（ｉ）。

（Ｊ　）は第８図に示すようにボール＜８　）に放った
球面、又は、第９図に示すように外側に向って広がるテ
ーパ面に形成されている。

そして、上記ボール（ｅ）は頂面と底面とが各ポケット
孔（ｃ）、（ｄ＞の底面（ｇ）、（ｈ）に、上部側面と
下部側面とが周側面（ｉ）、（ｊ＞に接して４点支持さ
れ、この４点接触したまま両ポケット穴（Ｃ）、（ｄ）
内を転勤している。

従って、上記ボール（ｅ　）には両ポケット（Ｃ）、（
ｄ）の周側面（ｉ）、（ｊ＞より公転スクロールの自転
を阻止する力ｆｂ＋　、　１２が作用すると共に、底面
（（Ｊ）、（ｈ）より公転スクロールのスラスト力ｆｔ
ｌ　、　ｆｔ２が作用することになる。よって、上記ス
クロール流体Ｍｌのように公転スクロールが大なるスラ
スト力を受ける場合、このスラスト力の支持も兼用して
いるため、自転阻止力ｆｂ＋　、　ｆｂｚ以外に極めて
大きなスラスト力ｆｊ＋　＊ｆｔｚも作用することにな
り、ボール（ｅ）や各保持部材（ａ）、（ｂ）の寿命が
短く、自転阻止機構として用いることが困難であるとい
う問題があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、ボールを両ポケット穴に３
点支持して該ボールの上方に間隙が存するようにし、ボ
ールの負荷を軽減することを目的とするものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明が講じた手段は、第
１図に示すように、回転部材（８）と固定部材（２２）
の対向面にそれぞれ形成された複数個のポケット穴（３
４）、（３５）間にボール（３６）を介設し、咳回転部
材（８）が固定部材（２２）に対して自転することなく
公転するようにしたボール継手機構を前提としている。

そして、上記相対峙する両ポケット穴（３４）。

（３５）の底面間距離が上記ボール（３６）の直径より
大きく設定された構成としている。

（作用） 上記構成により、本発明では、相対峙するポケット穴（
３４）、（３５）内において、ボール（３６）は、例え
ば、固定部材側ポケット穴（３４）の底面（３４ａ）及
び周側面（３４ｂ）と、回転部材側ポケット穴（３５）
の周側面（３５ｂ）どの３接触点Ｐ＋　、Ｐ２　、Ｐ３
で挾持されている。

そして、上記ボール（３６）は３接触点Ｐ１〜Ｐ３で支
持されつつ両ポケット穴（３４）、（３５）内を転勤し
て回転部材（８）の自転を阻止し、該回転部材（８）が
固定部材〈２２）に対して公転のみ行うようにしている
。

従って、上記ボール（３６）は３点支持され、ボール（
３６）の頂点とポケット穴（３５）の底面（３５ａ）と
の間に間隙が存するので、回転部材（８）、例えばスク
ロール流体装置における公転スクールのスラスト力を受
けることが少なく、耐久性を著しく向上させることがで
きる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第３図に示すように、（１）はスクロール流体装置で、
冷凍機における圧縮機に用いられ、冷媒ガスを高圧に圧
縮して吐出している。

該スクロール流体装置（１）は、密閉ケース（２）内に
スクロール機構（３）と駆動機構（４）とが収納されて
構成され、該ケース（２）の側部には吸入管（５）が、
上部には吐出管（６）が連設されている。上記スクロー
ル機構（３）は固定スクロール（７）と公転スクロール
（８）とより成り、また、上記駆動機構（４）は電ａｌ
ｊｌ（９）と回転軸であるクランク軸（１０）とより構
成されている。

上記固定スクロール（７）及び公転スクロール（８）は
鏡板（１１）、（１２）の前面にラップ（１３）、（１
４）が渦巻状に立設されて成り、両スクロール（７）、
（８）は鏡板＜１１）。

（１２）の前面を対面させて上下に並設され、両ラップ
（１３）、（１４）が噛合されている。上記固定スクロ
ール（７〉は鏡板（１１）の外周縁にフランジ（１１ａ
）が連設され、該フランジ（１１ａ＞にてケース（２）
に固定され、該ケース（２）内が固定スクロール（７）
上方の高圧室（２ａ）と下方の低圧室（２ｂ）とに区画
されている。また、上記公転スクロール（８）の鏡板（
１２）の背面中央部にはスクロール軸（１２ａ）が突設
される一方、上記クランク軸（１０）はクランク主軸（
１０ａ）の上端に凹状のスクロール軸受孔（１０ｂ）を
有するジャーナル（１０ｃ）が連接されて構成されてい
る。更に、上記ケース（２）には開口（１５ａ）を有す
る支持フレーム（１５）が固設され、該支持フレーム（
１５）の中央部に上記クランク主軸（１０ａ）がライナ
（１６）を介して嵌挿されて上記クランク軸（１０）が
支持されている。上記クランク主軸（１０ａ）には電動
機（９）が取付けられており、スクロール軸受孔（１０
ｂ）はその軸受中心（０＋　）がクランク主軸（１０ａ
）の軸心（０２）より偏心して設けられ、該スクロール
軸受孔（１０ｂ）に前記公転スクロール（８）のスクロ
ール軸（１２ａ）がライナ（１７）を介して嵌合されて
いる。

そして、該スクロール軸受孔（１０ｂ）の偏心により上
記公転スクロール（８）が固定スクロール（７）に対し
て公転し、このスクロール軸受孔（１０ｂ）の中心（０
＋　）（スクロール軸（１２ａ）の中心）が公転スクロ
ール（８）の可動支点、クランク主軸（１０ａ＞の軸心
（０２）が公転中心となっている。

上記固定スクロール（７）と公転スクロール（８）は両
ラップ＜１３）、（１４）が側面にて多点接触（１８）
するように設けられると共に、各ラップ（１３）、（１
４）の端面が他方の鏡板（１２）、（１１に接し、接触
（１８）間に密閉室（１９）が形成されている。また、
上記固定スクロール〈７）のフランジ（１１ａ＞と公転
スクロール（８）のラップ（１４）間には吸入空間（２
０）が形成される一方、固定スクロール（７）の鏡板（
１１）の中央部には吐出口（２１）が穿設され、該吸入
空間（２０）より冷媒ガスが密閉室（１９）に供給され
る一方、圧縮冷媒ガスが吐出口（２１）より高圧室（２
ａ）に吐出されるように成っている。

また、上記公転スクロール（８）の鏡板（１２）背面側
にはケース（２）に固着されたドーナツ状の固定フレー
ム（２２）が鏡板（１２）と平行に形成されている。該
固定フレーム（２２）の外周部には貫通孔（２２ａ）が
穿設されると共に、中央部には上記クランク軸（１０）
のジャーナル（１０Ｃ）がライナ（２３〉を介して嵌入
され、該ジャーナル（１０ｃ）が回転自在に支持されて
いる。更に、回転部材である上記公転スクロール〈８）
の鏡板（１２）と固定部材である上記固定フレーム（２
２）との間には、本発明の特徴であるボール継手（３１
）とリング状のスラスト軸受（４１）とが設けられ、該
ボール継手（３１）が上記公転スクロール（８）の自転
を阻止して該公転スクロール（８）が固定スクロール（
７）に対して自転することなく公転するように構成され
ている。

尚、第３図における（２４）は潤滑油の油溜めであり、
該潤滑油はクランク主軸＜１０ａ）内に形成された給油
路（１０ｄ）からライナ（１７）。

（２３）に供給されている。また、（２５）は支持フレ
ーム（１５）と固定フレーム（２２）間に形成されたバ
ランサ室で、ジャーナル（１０ｃ＞に連接されたバラン
サ（２６）の回転により開口（１５ａ）を通過した冷媒
ガス中のミスト状の潤滑油を側壁に衝突させ、通路（２
７）を介して油溜め（２４）に戻すように成っている。

次に、本発明の特徴であるボール継手機構について説明
する。

上記ボール継手（３１）は、第１図及び第２図に拡大し
て示すように、ボール保持部材（３２）。

（３３）に複数個の円形ポケット穴（３４）。

（３５）が形成されると共に、複数個のボール（３６）
が介設されて構成されている。そして、該ボール継手（
３１）が主として公転スクロール（８）の自転阻止力を
、上記スラスト軸受（４１）が主として公転スクロール
（８）のスラスト力を受けるように成っている。上記両
保持部材（３２）、（３３）はほぼドーナツ板状に形成
されており、一方の保持部材（３２）が上記固定フレー
ム（２２）の上面・にクランク主軸（１０ａ）の軸心（
０２）と同心上に固定され、他方の保持部材（３３）が
上記公転スクロール鏡板（１２）の背面にスクロール軸
（１２ａ　）の中心（０＋　＞と同心上に固定されてい
る。

上記各ポケット穴（３４）、（３５）は両保持部材（３
２）、（３３）に環状に配列形成されるとともに、固定
側と回転側の保持部材（３２）。

（３３）における各ポケット穴（３４）、（３５）が相
対峙して一対となっている。そして、この相対峙する両
ポケット穴（３４）、（３５）間に鋼製のボール（３６
）が設けられている。更に、上記各ポケット穴（３４）
、（３５）はボール（３６）の直径Ｒより大径の平面視
円形に形成され、底面（３４ａ　）、（３５ａ　）より
連続して外側に向って広がるテーパ而の周側面（３４ｂ
）、（３５ｂ）が形成されている。

更にまた、上記固定側ポケット穴（３４）の底面（３４
ａ　）と回転側ポケット穴（３５）の底面（３５ａ）と
の距離りは上記ボール（３６）の直径Ｒより大きく設定
されている。そして、該ボール（３６）は底点と下部側
面が固定側ポケット穴（３４）１７）底面（３４ａ）、
！：周側面（３４ｂ　）とに接しくＰ＋　）、（Ｐ２　
）、上部側面が回転側ポケット穴（３５）の周側面（３
５ｂ）に接して（Ｐ３）３点支持され、該ボール（３６
）の頂点と回転側ポケット穴（３５）の底面（３５ａ）
との間には少隙が存するように設定され、該ボール（３
６）が接触点Ｐ盲、Ｐ２　＊　Ｐａで挾持されて両ポケ
ット穴（３４）、（３５）内を転勤するように設けられ
ている。

一方、上記固定側ポケット穴（３４）における周側面（
３４ｂ）のテーパ角αｉは回転側ポケット穴（３５）に
おける周側面（３５ｂ）のテーパ角α２より小さく設定
されており（αｌ〈α２）、ボール（３６）の浮動現象
を防止づるようにしている。

つまり、第４図及び第５図に示すように、固定側と回転
側とのポケット穴（３４）、（３５）における周側面（
３４ｂ）、（３５ｂ）のテーパ角αｌ、α２を等しくす
ると、ボール（３６）の両回側面（３４ｂ）、（３５ｂ
）より受ける拘束力ｆｂ＋　、　ｆｂｚがほぼ等しくな
り、該ボール（３６）が両回側面（３４ｂ　）、（３５
ｂ　）に添って上下にすべり移動することになり（ボー
ル〈３６）の浮動現象）、このすべりによりボール（３
６）の耐久性が劣化することになる。

また、第６図及び第７図に示すように、上記両局側面（
３４ｂ）、（３５ｂ）のテーパ角α１゜α２を単に異な
らせたのみでは、公転スクロール（８）の公転に伴うボ
ール（３６）の回転運動により該ボール（３６）に遠心
力ｆｃが作用するので、この遠心力ｆｃがボール（３６
）の拘束力ｆｂ＋　、　ｒｂ２に比して大きいと、この
遠心力ｆｃによってボール（３６）が浮動し、テーパ角
α１．α２が等しい場合と同様にすべりにより耐久性が
劣化することになる。

そこで、本発明においては、固定側ポケット穴（３４）
と回転側ポケット穴（３５）とにおける周側面（３４ｂ
　）、（３５ｂ　）のテーパ角α１゜α２が次式を充足
するように設定されている。

ｆｒ（ｔａｎ　ａ２−ｔａｎ　α１） −ｍｂ−ｒｂ−ω’　　−ｔａｎ　ａ　、　＞　Ｑ　　
　　・・・■ｆｒ：ボール（３６）の拘束力ｆｂ、　、
　ｆｂｚにおけるラジアル方向力 ｌｌ１ｂ二ボール（３６）の質量 ｒｂ＝ボール（３６）の公転半径 ω：ボール（３６）の角速度 この０式を充足することによりボール（３６）が浮動す
ることなく両ポケット穴（３４）、（３５）内を転勤す
るように成っている。つまり、ボール（３６）が周側面
（３４ｂ）、（３５ｂ）より受ける力ｆｂ１．　ｒｂ２
のうち下方に押圧する力ｒｔが遠心力ｆｃによる該ボー
ル（３６）を持ち上げる力より大きくなるように設定さ
れている。

一方、上記スラスト軸受（４１）はボール継手（３１〉
の外方に設けられ、上記公転スクロール（８）のスラス
ト力のうち大部分を受は止めている。つまり、上記ボー
ル継手（３１）におけるボール（３６）が回転側ポケッ
ト穴（３５）の周側面（３５ｂ）より受ける拘束力ｆｂ
ｚは、遠心力ｆｃを無視すると、 ｆｂｚ　−ｆｒ／　ｃｏｓ　（Ｘ　ｚ　　　　　　　　
　””■であり、この拘束力ｆｂｚのうちスラスト力ｆ
ｔは、ｆｔ＝　ｆｒ　ｅ　ｔａｎ　ＣＲ２”’■となる
。このボール継手（３１）が受は止めるスラスト力ｆｔ
を除いた公転スクロール（８）のスラスト力を受は止め
ている。

次に、このスクロール流体装置く１）の作用について説
明する。

先ず、冷媒ガスは吸入管（５）よりケース（２）内に流
入し、低圧室（２ｂ）において、電動機（９）のエアギ
ャップを通り、支持フレーム（１５）の開口（１５ａ）
、バランサ室（２５＞、固定フレーム（２２）の貫通孔
（２２ａ）を順に介して固定スクロール（７）の吸入空
間（２０）より密閉室（１９）に導入する。

一方、公転スクロール（８）はクランク軸（１０）の回
転により偏心して回転すると共に、ボール継手（３１）
により、固定スクロール（７）に対して自転することな
く公転し、密閉室（１９）が両ラップ（１３）、（１４
）間で順次形成されて収縮する。そして、密閉室（１９
）に導入された冷媒ガスは圧縮され、固定スクロール（
７）の吐出口（２１）より高圧室（２ａ）に吐出され、
吐出管（６）を介してケース（２）外に導出される。

この圧縮動作中において、ボール継手（３１）における
ボール（３６）は固定側と回転側との両ポケット穴（３
４）、（３５）内を転勤して公転スクロール（８）の自
転を阻止している。そして、上記公転スクロール（８）
は密閉室（１９）の高圧冷媒ガスによって下方向にスラ
スト力を受けることになり、こ“のスラスト力は主とし
てスラスト軸受（４１）で受は止められる。つまり、上
記ボール継手（３１）におけるボール（３６）は、固定
側と回転側とにおけるポケット穴（３４）。

（３５）の底面（３４ａ　）、（３５ａ　）間距離りが
ボール（３６）の直径Ｒより大きいので、底面と下部側
面及び上部側面の３接触点ＰＩ−Ｐ３で支持されること
になり、回転側ポケット穴（３５）の周側面（３５ｂ）
より受番プる拘束力ｆｂ２のうち上下方向のスラスト力
「ｔは０式に示す通り小さく、ボール（３６）並びに保
持部材（３２）、（３３）の受ける力のうち大部分が自
転阻止力となる。そして、該ボール継手（３１）が受け
るスラスト力ｆｔを除いた公転スクロール（８）のスラ
スト力がスラスト軸受（４１）で受は止められている。

従って、ボール継手（３１）には公転スクロール（８）
のスラスト力がそのまま作用しないので、ボール（３６
）並びに保持部材（３２）、（３３）を長寿命なものに
することができる。また、固定側と回転側とのポケット
穴（３４）、（３５）における周側面（３４ｂ）、＜３
５ｂ）のテーパ角α１．α２が上記０式を充足するので
、ボール（３６）が浮動することがなく、この浮動によ
るすべりが生じることがなく、ボール（３６）の劣化を
防止することができる。

尚、本実施例におけるボール継手（３１）は、公転スク
ロール（８）と固定フレーム（２２）間に設けたが、公
転スクロール（８）と固定スクロール（７）間に設けて
もよく、また、本発明のボール継手機構は、スクロール
流体装置に限られず、各種の圧縮機などに適用すること
ができることは勿論である。

（発明の効果） 以上のように、本発明のボール継手機構によれば、ボー
ルを３点支持すると共に、該ボールの上方に間隙が生じ
るようにしたために、例えば、スクロール流体装置にお
ける公転スクロールのスラスト力が作用することがなく
、主として自転阻止力のみが作用するようにすることが
できるので、負荷を軽減することができ、耐久性を著し
く向上させることができる。よって、スラスト力の大き
い圧縮機などにも十分適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本発明の一実施例を示し、第１図はボ
ール継手の要部を示す拡大断面図、第２図はボール継手
の正面図である。第３図はボール継手を用いたスクロー
ル流体装置の縦断面図である。第４図及び第５図はポケ
ット穴における周側面のテーパ角を同じくした場合のボ
ールの浮動現象を示すボール継手の要部の拡大図、第６
図及び第７図は遠心力によるボールの浮動現象を示す同
拡大断面図である。第８図及び第９図は従来例を示し、
それぞれボール継手の要部を示す断面図である。 （１）・・・スクロール流体装置、（７）・・・固定ス
クロール、（８）・・・公転スクロール、（１０）・・
・クランク軸、（１９）・・・密ｍ室、（２２）・・・
固定フレーム、（３１）・・・ボール継手、（３２）。 （３３）・・・ボール保持部材、（３４）、（３５）・
・・ポケット穴、（３４ａ　）’、（３５ａ　）・・・
底面、（３４ｂ）、（３５ｂ）・・・周側面、（３６）
・・・ボール、（４１）・・・スラスト軸受、（Ｐ＋　
＞、　　（Ｐ２）、（Ｐ３）・・・接触点。 Ｌ 代　　　　　理　　　　　人　　　前　　１）　　　　
弘　　　’；１．Ｌｊｒ−：ｌ−’第１因 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　回転部材（８）が固定部材（２２）に対して近
   接対面して設けられ、該回転部材（８）と固定部材（２
   ２）との対向面にはそれぞれ複数個の円形ポケット穴（
   ３４）、（３５）が相対峙して形成され、この相対峙す
   る両ポケット穴（３４）、（３５）間にボール（３６）
   が介設されて成り、上記回転部材（８）が固定部材（２
   ２）に対して自転することなく公転するようにしたボー
   ル継手機構において、 上記相対峙する両ポケット穴（３４）、（３５）の底面
   間距離が上記ボール（３６）の直径より大きく設定され
   ていることを特徴とするボール継手機構。
2. （２）　相対峙するポケツト穴（３４）、（３５）の周
   側面（３４ｂ）、（３５ｂ）は、テーパ角が異っている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載のボー
   ル継手機構。
3. （３）　相対峙するポケット穴（３４）、（３５）にお
   ける周側面（３４ｂ）、（３５ｂ）のテーパ角α＿１、
   α＿２は、ボール（３６）に作用する遠心力をｆｃとし
   、回転部材（８）のポケツト穴（３５）のテーパ周側面
   （３５ｂ）とボール（３６）との接触点から該ボール（
   ３６）に作用するラジアル方向力をｆｒとした場合、 ｆｒ（ｔａｎα＿２−ｔａｎα＿１） −ｆｃ・ｔａｎα＿１＞０ の関係となるように設定されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載のボール継手機構。