WO2015041284A1 - スクロール型流体機械 - Google Patents

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宏 本田
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サンデン株式会社
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/02—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0269—Details concerning the involute wraps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0215—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
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    • F04C18/0207—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F04C18/0246—Details concerning the involute wraps or their base, e.g. geometry
    • F04C18/0253—Details concerning the base

Definitions

  • the present invention relates to a scroll type fluid machine, and more particularly to a rotation prevention mechanism of a movable scroll.
  • the scroll type fluid machine has a fixed scroll and a movable scroll having a spiral wrap standing on a bottom plate, meshes opposed to each other, forms a sealed space between the wraps of both scrolls, and a movable scroll.
  • a rotation prevention mechanism that prevents rotation, and while preventing the rotation of the movable scroll by the rotation prevention mechanism, the movable scroll is revolved around the axis of the fixed scroll to change the volume of the sealed space to change the fluid. Compress or expand.
  • a rotation prevention mechanism of the scroll type fluid machine for example, one described in Patent Document 1 is known. Specifically, a plurality of rotation preventing portions each including a pin projecting from the movable scroll side and the housing side and a ring engaged with both pins are arranged in the circumferential direction of the movable scroll. Yes. In such a configuration, when the movable scroll turns around the axis of the fixed scroll, the pin on the movable scroll side of the rotation prevention portion turns around the pin on the housing side while being regulated by the ring, and the rotation of the movable scroll is prevented. Is done.
  • the rotation prevention mechanism described in Patent Document 1 shows an arrangement configuration of a plurality of rotation prevention portions so that the load is not concentrated on one rotation prevention portion when the rotation moment is maximum.
  • the rotation prevention is also taken into account by taking into account the fluctuation of the rotational moment due to the orbiting position of the movable scroll. It is important to determine the arrangement of the portions in order to reduce the load acting on the rotation prevention portion and improve the durability of the rotation prevention mechanism.
  • the present invention has been made paying attention to the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a scroll type fluid machine capable of downsizing the scroll type fluid machine and improving the durability of the rotation prevention mechanism.
  • the scroll type fluid machine of the present invention includes a fixed scroll and a movable scroll in which a spiral wrap is erected on the bottom plate and the center of the bottom plate and the spiral center of the wrap are eccentric to each other.
  • a scroll unit that meshes with each other to form a sealed space, a circular hole formed in one of the back surface of the bottom plate of the movable scroll and the housing wall facing the back surface, and the circular hole on the other.
  • a rotation prevention mechanism configured to prevent rotation of the movable scroll by disposing at least three or more rotation prevention portions formed of protruding pins in the circumferential direction of the movable scroll, and the movable scroll by the rotation prevention mechanism.
  • the volume of the sealed space is changed by revolving orbiting the movable scroll around the axis of the fixed scroll while preventing rotation of the sealed scroll. And a center of the circular hole on a straight line that is perpendicular to a straight line connecting the center of the bottom plate of the movable scroll and the spiral center of the wrap and passes through the center of the bottom plate. It is characterized in that at least one of the rotation preventing portions is arranged so as to be positioned.
  • the three or more pins & are arranged so that the center of the circular hole is positioned on the straight line that is orthogonal to the straight line connecting the center of the movable scroll bottom plate and the center of the wrap spiral and passes through the bottom plate center. Since at least one of the Hall-type rotation preventing portions is positioned, in the scroll type fluid machine in which the center of the movable scroll bottom plate and the center of the wrap vortex are eccentric, the center of the compression reaction force from the center of the bottom plate during one turn of the movable scroll Is the longest distance from the center of the movable scroll bottom plate to the rotation preventing portion. Therefore, it is possible to reduce the load acting on the pin of the rotation prevention portion due to the rotation moment generated by the movable scroll, and it is possible to improve the durability of the rotation prevention mechanism while reducing the size of the scroll type fluid machine.
  • the front view of the scroll compressor which shows 1st Embodiment of this invention. Illustration of scroll unit Enlarged cross-sectional view of the rotation prevention portion constituting the rotation prevention mechanism Arrangement of rotation prevention part of rotation prevention mechanism in movable scroll bottom plate Explanatory drawing of distance fluctuation between the center of the compression reaction force and the center of the movable scroll when the movable scroll is turned Explanatory drawing of the distance fluctuation from the center of the movable scroll bottom plate to the rotation prevention part during the movable scroll turning Explanatory drawing of the arrangement
  • positioning procedure of the rotation prevention part of this embodiment The figure which shows the analysis result of the movable scroll posture when changing the amount of eccentricity of the center of the movable scroll and the spiral center of the lap
  • the scroll type fluid machine according to the present invention can be used as a compressor or an expander.
  • a compressor an example of a compressor will be described.
  • FIG. 1 to 4 show the configuration of the scroll compressor according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration
  • FIG. 2 is an explanatory diagram of the scroll unit
  • FIG. 3 is a rotation that constitutes a rotation prevention mechanism.
  • FIG. 4 is an enlarged sectional view of the blocking portion
  • FIG. 4 is a layout view of the rotation blocking portion of the rotation blocking mechanism in the movable scroll bottom plate.
  • the scroll compressor 1 includes a scroll unit 4 having a fixed scroll 2 and a movable scroll 3 that are opposed to each other in the central axis direction.
  • the fixed scroll 2 has a spiral wrap 2b erected integrally on a bottom plate 2a.
  • the movable scroll 3 has a spiral wrap 3b erected integrally on the bottom plate 3a.
  • Both the wraps 2b and 3b are involute or have a curved shape close to the involute, and the wrap 2b of the fixed scroll 2 has a spiral center 2d (the center of the involute base circle, hereinafter referred to as the center of the involute).
  • the center of the fixed spiral is made eccentric.
  • the wrap 2b of the movable scroll 3 is formed by decentering the spiral center 3d (the center of the involute base circle, hereinafter referred to as the movable spiral center) with respect to the bottom plate center 3c of the movable scroll 3.
  • the outer diameter of the scroll unit 4 can be reduced, the body diameter of the scroll compressor 1 can be reduced, and the scroll compressor 1 can be reduced in size.
  • both scrolls 2 and 3 mesh both wraps 2b and 3b
  • the edge on the protruding side of the wrap 2b of the fixed scroll 2 contacts the bottom plate 3a of the movable scroll 3, and the end of the movable scroll 3 on the protruding side of the wrap 3b
  • the edge is disposed so as to contact the bottom plate 2 b of the fixed scroll 2.
  • a tip seal is provided on the protruding edge of both wraps 2b and 3b.
  • the scrolls 2 and 3 are arranged such that the side walls of the wraps 2b and 3b are partially in contact with each other in a state where the circumferential angles of the wraps 2b and 3b are shifted from each other. Thereby, the fluid pocket 5 which is a crescent-shaped sealed space is formed between both wraps 2b and 3b.
  • the movable scroll 3 is assembled with its bottom plate center 3c (axial center) eccentric with respect to the bottom plate center 2c (axial center) of the fixed scroll 2, and is fixed by the drive mechanism while being prevented from rotating by a rotation prevention mechanism 30 described later.
  • a revolving turning motion is performed with a turning radius AOR defined by the contact between both laps 2b and 3b. Accordingly, the fluid pocket 5 formed between the wraps 2b and 3b is moved from the outer end portion of the wraps 2b and 3b toward the center while the two wraps 2b and 3b are in contact with each other.
  • the volume changes in the reduction direction. Therefore, the fluid (for example, refrigerant gas) taken into the fluid pocket 5 from the outer end side of the wraps 2b and 3b is compressed.
  • the volume of the fluid pocket 5 changes in an increasing direction by moving the fluid pocket 5 from the center of the wraps 2b and 3b toward the outer end.
  • the fluid taken into the fluid pocket 5 from the center side of 3b is expanded.
  • the housing of the scroll compressor 1 includes a center housing 6 that encloses the scroll unit 4, a front housing 7 disposed on the front side, and a rear housing 8 disposed on the rear side.
  • the center housing 6 is formed integrally with the fixed scroll 2 as a casing (outer shell) of the scroll unit 4.
  • the fixed scroll 2 and the center housing 6 may be separate members, and the fixed scroll 2 may be housed and fixed in the center housing 6.
  • the center housing 6 is closed on the rear side by the bottom plate 2a and opened on the front side.
  • the front housing 7 is fastened to the opening side of the center housing 6 with bolts (not shown).
  • the front housing 7 supports the movable scroll 3 in the thrust direction and houses a drive mechanism for the movable scroll 3.
  • the front housing 7 is also formed therein with a suction chamber 9 for the fluid connected to a suction port (not shown) formed on the outer wall of the front housing 7.
  • a bulging portion 10 is formed in part of the circumferential direction. Inside the bulging portion 10, extending in a direction parallel to the compressor central axis, outer end portions of both laps 2 b and 3 b of the scroll unit 4 on the center housing 6 side from the suction chamber 9 on the front housing 7 side. A fluid passage space 11 for guiding the fluid is formed in the vicinity.
  • the rear housing 8 is fastened to the bottom plate 2a side of the center housing 6 with bolts 12 to form the fluid discharge chamber 13 between the rear surface of the bottom plate 2a.
  • a compressed fluid discharge hole 14 is formed at the center of the bottom plate 2 a of the fixed scroll 2, and a one-way valve 15 is attached to the discharge hole 14.
  • the discharge hole 14 is connected to the discharge chamber 13 via the one-way valve 15.
  • the discharge chamber 13 is connected to a discharge port (not shown) formed on the outer wall of the rear housing 8.
  • the fluid is introduced into the suction chamber 9 in the front housing 7 from the suction port, passes through the fluid passage space 11 inside the bulging portion 10 of the front housing 7 and the center housing 6, and is on the outer end side of the scroll unit 4. Are taken into the fluid pocket 5 formed by the contact between the wraps 2b and 3b and subjected to compression.
  • the compressed fluid is discharged from the discharge hole 14 formed in the center of the bottom plate 2a of the fixed scroll 2 to the discharge chamber 13 in the rear housing 8, and is led out to the outside through the discharge port.
  • the front housing 7 faces the back surface of the bottom plate 3a of the movable scroll 3 on the inner side of the outer peripheral portion fastened to the opening side of the center housing 6 by bolts (not shown), and applies the thrust force from the movable scroll 3 to the thrust plate.
  • a thrust receiving portion 17 is provided through 16.
  • the front housing 7 also rotatably supports a drive shaft 20 that forms the core of the drive mechanism of the movable scroll 3 at the center.
  • One end of the drive shaft 20 protrudes outside the front housing 7, and a pulley 22 is attached to the drive shaft 20 via an electromagnetic clutch 21. Accordingly, the drive shaft 20 is rotationally driven by the rotational driving force input from the pulley 22 via the electromagnetic clutch 21.
  • the other end portion side of the drive shaft 20 is connected to the movable scroll 3 via a crank mechanism.
  • the crank mechanism includes a cylindrical boss portion 23 protruding from the back surface of the bottom plate 3a of the movable scroll 3, and an eccentric bush 25 attached to a crank 24 provided at an end of the drive shaft 20 in an eccentric state.
  • the eccentric bush 25 is fitted inside the boss portion 23 via a bearing 26.
  • a balancer weight 27 is attached to the eccentric bush 25 so as to face the centrifugal force during the operation of the movable scroll 3.
  • the rotation prevention mechanism 30 includes a circular hole 31 formed on the back surface of the bottom plate 3 a of the movable scroll 3 (opposite the thrust receiving portion 17 of the front housing 7), and the front housing 7.
  • the rotation preventing portion 33 including a pin 32 that protrudes on the thrust receiving portion 17 side and penetrates the thrust plate 16 and engages with the circular hole 31 is provided as a bottom plate of the movable scroll 3.
  • a plurality (5 in this embodiment) are arranged at equal intervals along the circumferential direction in the vicinity of the outer peripheral edge of the back surface of 3a. If there are at least three rotation preventing portions 33, the movable scroll 3 can revolve around the axis of the fixed scroll 2 without rotating.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of a change in distance between the center of the compression reaction force and the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 when the movable scroll is turned.
  • FIG. 5A shows that the distance between the compression reaction force center and the movable bottom plate center 3c is the minimum.
  • the movable scroll position becomes.
  • (B) shows the state which turned 90 degrees in the winding direction of the lap
  • (D) shows the state which turned 270 degrees in the winding direction of the lap
  • the compression reaction force center is a midpoint between the fixed spiral center 2d and the movable spiral center 3d due to the force relationship generated between the wraps 2b and 3b by the compressed fluid in the fluid pocket 5 of the scroll unit 4.
  • the distance between the rotation preventing portion that receives a load due to the rotation moment generated in the movable scroll 3 and the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 also varies during one turn of the movable scroll 3.
  • the wrap 2b of the fixed scroll 2 and the wrap 3b of the movable scroll 3 In order to reliably contact the wrap 3b of the movable scroll 3, each rotation prevention portion of the rotation prevention mechanism 30 with respect to the turning radius AOR defined by the contact between the wrap 2b of the fixed scroll 2 and the wrap 3b of the movable scroll 3
  • the allowable turning radius POR of the movable scroll 3 defined by the clearance between the 33 circular holes 31 and the pins 32 is increased (AOR ⁇ POR).
  • the turning radius AOR defined by the contact between the wrap 2b and the wrap 3b and the allowable turning radius POR of the movable scroll 3 defined by the gap between the circular hole 31 and the pin 32 of the rotation preventing portion 33 are as follows.
  • AOR ⁇ POR as shown in FIG. 6A, even if a plurality of rotation prevention portions 33 (five in the figure) are arranged, one rotation prevention portion 33 is provided on the movable scroll 3. It is responsible for the rotation prevention force (equivalent to the load acting on the pin 32 by the rotation moment) for preventing the rotation.
  • FIG. 6A shows that is responsible for the rotation prevention force (equivalent to the load acting on the pin 32 by the rotation moment) for preventing the rotation.
  • the distance from the bottom plate center 3c (rotation center) of the movable scroll 3 to the point of action of the rotation moment is the shortest, and the rotation The rotation prevention force in the prevention part 33 becomes the maximum.
  • p is a rotation prevention pitch circle indicating the center of each rotation prevention portion 33 of the rotation prevention mechanism 30, and the length from the bottom plate center 3 c of the movable scroll 3 to the center of the circular hole 31. It is a pitch circle with the radius as the radius.
  • the boss portion 23 in the movable scroll 3 is omitted for simplification of the drawing.
  • the scroll type fluid machine 1 of the present embodiment takes into account the above-described fluctuation of the rotation moment during one turn of the movable scroll 3 and the fluctuation of the distance from the bottom plate center 3c (rotation center) of the movable scroll 3 to the point of action of the rotation moment.
  • the movable scroll position where the distance between the center of the compression reaction force and the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 becomes the maximum during one turn of the movable scroll 3, from the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 to the rotation prevention unit 33.
  • the arrangement of the rotation preventing portion 33 in the circumferential direction of the movable scroll was determined so that the distance was the longest.
  • At least one of the rotation preventing portions 33 is arranged on a straight line that is orthogonal to a straight line connecting the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 and the movable spiral center 3d (the spiral center of the wrap 3b) and passes through the bottom plate center 3c. To be located.
  • FIGS. 7A to 7C A specific arrangement procedure of the rotation prevention unit 33 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7C, the left side shows the lap standing side of the bottom plate 3a of the movable scroll 3, and the right side shows the back side of the bottom plate 3a of the movable scroll 3 on the side where the circular hole 31 is formed.
  • a straight line A is drawn from the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 toward the rotation spiral pitch circle toward the movable spiral center 3d (the spiral center of the wrap 3b).
  • the straight line A is rotated 90 ° in the direction opposite to the winding direction of the wrap 3b around the bottom plate center 3c of the movable scroll 3, and the rotated straight line A is centered on the bottom plate center 3c.
  • a point intersecting with the rotation prevention pitch circle p having a radius from the center to the center of the circular hole 31 is set as the center position of the first rotation prevention portion 33.
  • the center positions of the other rotation prevention portions 33 are arranged at equal intervals (an equal angle) on the rotation prevention pitch circle p with reference to the center point B of the rotation prevention portion 33 determined in (b) above. .
  • the rotation preventing portion 33 is caused to rotate by the rotation moment generated by the movable scroll 3.
  • the acting load can be reduced, and the durability of the rotation prevention mechanism 30 can be improved while downsizing the scroll fluid machine 1.
  • the amount of eccentricity between the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 and the spiral center 3d of the wrap 3b is 1 / of the turning radius R0.
  • the amount of eccentricity between the bottom plate center 3c of the movable scroll 3 and the spiral center 3d of the lap 3b is set to 1/3 or less of the turning radius R0, noise can be reduced by the smooth turning operation of the movable scroll 3.
  • the circular hole 31 is formed on the movable scroll 3 side and the pin 32 protrudes on the front housing 7 side.
  • the circular hole 31 is formed on the front housing 73 side, and the pin It is good also as a structure which protrudes 32 to the movable scroll 3 side.
  • the length of the pin 32 entering is regulated by the thickness of the bottom plate 3a of the movable scroll 3, it is necessary to make the bottom plate 3a of the movable scroll 3 sufficiently thick in order to avoid the risk of the pin 32 falling off.

Abstract

底板中心（３ｃ）とラップ渦巻中心（３ｄ）が偏心している固定スクロール（２）及び可動スクロール（３）を有するスクロールユニット（４）と、可動スクロール（３）側の円形穴（３１）とハウジングのピン（３２）とで構成される自転阻止部（３３）を可動スクロール（３）周方向に複数配置した自転阻止機構（３０）と、を備えたスクロール型流体圧縮機の自転阻止機構（３０）を、可動スクロール底板中心（３ｃ）とラップ渦巻中心（３ｄ）を結ぶ直線Ａを、底板中心を中心としてラップ（３ｂ）の巻き方向と反対方向に９０°回転させ、回転後の直線Ａが、自転阻止ピッチ円ｐと交わる点を、１つの自転阻止部（３３）の中心位置とし、この自転阻止部（３３）を基準として自転阻止ピッチ円ｐ上に他の自転阻止部（３３）を等間隔で配置した。

Description

スクロール型流体機械
　本発明は、スクロール型流体機械に関し、特に、可動スクロールの自転阻止機構に関する。
　スクロール型流体機械は、底板に渦巻状のラップが立設された固定スクロールと可動スクロールを有し、互いに対向して噛み合わせ両スクロールのラップ間に密閉空間を形成するスクロールユニットと、可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構と、を備え、自転阻止機構により可動スクロールの自転を阻止しつつ、可動スクロールを固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動させて密閉空間の容積を変化させて流体を圧縮又は膨張させる。
　このようなスクロール型流体機械の自転阻止機構として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。具体的には、可動スクロール側とハウジング側に対向して突設された各ピンと、両ピンと係合させたリングとからなる自転阻止部を、可動スクロールの周方向に複数配置して構成されている。かかる構成では、可動スクロールが固定スクロールの軸心周りに旋回するときに、自転阻止部の可動スクロール側のピンがハウジング側のピンの周りをリングによって規制されながら旋回し、可動スクロールの自転が阻止される。
特開２００８－２０８７１５号公報
　ところで、例えばスクロール型圧縮機では、圧縮に伴う圧縮反力によって、可動スクロールに自転モーメントが発生し、この自転モーメントによる荷重が自転阻止部に作用し、１つの自転阻止部に荷重が集中すると、ピンが破損する等の問題を生じる。そこで、特許文献１に記載された自転阻止機構では、自転モーメントが最大のときに１つの自転阻止部に荷重が集中しないような複数の自転阻止部の配置構成を示している。
　しかしながら、スクロール型流体機械の小型化（圧縮機の胴径縮小）を図るために、可動スクロールの底板中心に対して渦巻状のラップ中心を偏心させた場合に関しては、特許文献１には示されていない。可動スクロールの底板中心に対して渦巻状のラップ中心が偏心している場合、可動スクロールの１旋回中に、可動スクロールの底板中心から可動スクロールに作用する圧縮反力の中心までの距離が変化し、圧縮反力が一定だとしても、可動スクロールの旋回位置によって発生する自転モーメントが変動する。このため、小型化を図るために、可動スクロールの底板中心に対して渦巻状のラップ中心を偏心させたスクロール型流体機械については、可動スクロールの旋回位置による自転モーメントの変動も考慮して自転阻止部の配置を決定することが、自転阻止部に作用する荷重を低減して自転阻止機構の耐久性を向上させるには重要である。
　本発明は上記問題点に着目してなされたもので、スクロール型流体機械の小型化及び自転阻止機構の耐久性向上を可能としたスクロール型流体機械を提供することを目的とする。
　このため、本発明のスクロール型流体機械は、底板に渦巻状のラップが立設されて前記底板の中心と前記ラップの渦巻中心とが互いに偏心している固定スクロール及び可動スクロールを、互いのラップを対向して噛み合わせて密閉空間を形成するスクロールユニットと、前記可動スクロールの底板の背面と前記背面と対向するハウジング壁のどちらか一方に形成した円形穴と他方に前記円形穴と係合させて突設したピンとで構成される自転阻止部を、前記可動スクロールの周方向に少なくとも３以上配置して前記可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構と、を備え、前記自転阻止機構により前記可動スクロールの自転を阻止しつつ、前記可動スクロールを前記固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動させて前記密閉空間の容積を変化させるスクロール型流体機械であって、前記自転阻止機構を、前記可動スクロールの底板中心と前記ラップの渦巻中心とを結ぶ直線と直交し且つ前記底板中心を通る直線上に、前記円形穴の中心が位置するように前記自転阻止部の少なくとも１つを配置するように構成したことを特徴とする。
　本発明のスクロール型流体機械によれば、可動スクロール底板中心とラップ渦巻中心とを結ぶ直線と直交し且つ底板中心を通る直線上に、円形穴の中心が位置するように３つ以上のピン＆ホール方式の自転阻止部の少なくとも１つが位置するようにしたので、可動スクロール底板中心とラップ渦巻中心とを偏心させたスクロール型流体機械において、可動スクロールの１旋回中で底板中心から圧縮反力中心までの距離が最大のときに可動スクロール底板中心から自転阻止部までの距離が最も長くなる。従って、可動スクロールの発生する自転モーメントにより自転阻止部のピンに作用する荷重を低減でき、スクロール型流体機械の小型化を図りつつ自転阻止機構の耐久性を向上できる。
本発明の第１実施形態を示すスクロール型圧縮機の正面図 スクロールユニットの説明図 自転阻止機構を構成する自転阻止部の拡大断面図 可動スクロール底板における自転阻止機構の自転阻止部の配置図 可動スクロール旋回時の圧縮反力中心と可動スクロール底板中心間の距離変動の説明図 可動スクロール旋回時の可動スクロール底板中心から自転阻止部までの距離変動の説明図 本実施形態の自転阻止部の配置手順の説明図 可動スクロール底板中心とラップの渦巻中心の偏心量を変化させた場合の可動スクロール姿勢の解析結果を示す図
　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。尚、本発明に係るスクロール型流体機械は、圧縮機或いは膨張機として使用することができるが、ここでは圧縮機の例で説明する。
　図１～図４は本実施形態のスクロール型圧縮機の構成を示しており、図１は全体構成を示す断面図、図２はスクロールユニットの説明図、図３は自転阻止機構を構成する自転阻止部の拡大断面図、図４は可動スクロール底板における自転阻止機構の自転阻止部の配置図である。
　スクロール型圧縮機１は、中心軸方向に対向配置される固定スクロール２と可動スクロール３とを有するスクロールユニット４を備えている。図２に示すように、固定スクロール２は、底板２ａ上に渦巻状のラップ２ｂが一体に立設されている。可動スクロール３も、同様に、底板３ａ上に渦巻状のラップ３ｂが一体に立設されている。両ラップ２ｂ，３ｂは、インボリュート若しくはインボリュートに近い曲線形状をしており、固定スクロール２のラップ２ｂは、固定スクロール２の底板中心２ｃに対してその渦巻中心２ｄ（インボリュートの基礎円中心、以下、固定渦巻中心とする）を偏心させて形成されている。また、可動スクロール３のラップ２ｂは、可動スクロール３の底板中心３ｃに対してその渦巻中心３ｄ（インボリュートの基礎円中心、以下、可動渦巻中心とする）を偏心させて形成されている。これにより、スクロールユニット４の外径を小さくでき、スクロール型圧縮機１の胴径を縮小でき、スクロール型圧縮機１の小型化を図ることができる。
　両スクロール２、３は、両ラップ２ｂ、３ｂを噛み合わせ、固定スクロール２のラップ２ｂの突出側の端縁が可動スクロール３の底板３ａに接触し、可動スクロール３のラップ３ｂの突出側の端縁が固定スクロール２の底板２ｂに接触するように配設される。尚、両ラップ２ｂ、３ｂの突出側の端縁にはチップシールが設けられている。
　また、両スクロール２、３は、両ラップ２ｂ、３ｂの周方向の角度が互いにずれた状態で、両ラップ２ｂ、３ｂの側壁が互いに部分的に接触するように配設される。これにより、両ラップ２ｂ、３ｂ間に三日月状の密閉空間である流体ポケット５が形成される。
　可動スクロール３は、その底板中心３ｃ（軸心）が固定スクロール２の底板中心２ｃ（軸心）に対して偏心して組み付けられ、後述する自転阻止機構３０によって自転が阻止されつつ、駆動機構により固定スクロール２の底板中心２ｃ回りに両ラップ２ｂ、３ｂ間の接触により規定される旋回半径ＡＯＲで公転旋回運動される。これにより、両ラップ２ｂ、３ｂ間が接触しつつ両ラップ２ｂ、３ｂ間に形成される流体ポケット５がラップ２ｂ、３ｂの外端部から中心部へ向かって移動されることにより、流体ポケット５の容積が縮小方向に変化する。従って、ラップ２ｂ、３ｂの外端部側から流体ポケット５内に取込まれた流体（例えば冷媒ガス）が圧縮される。
　尚、膨張機の場合には、流体ポケット５が逆にラップ２ｂ、３ｂの中心部から外端部へ向かって移動されることにより、流体ポケット５の容積が増大方向に変化し、ラップ２ｂ、３ｂの中心部側から流体ポケット５内に取込まれた流体が膨張される。
　スクロール型圧縮機１のハウジングは、スクロールユニット４を内包するセンターハウジング６と、その前側に配置されるフロントハウジング７と、後側に配置されるリアハウジング８とから構成されている。
　センターハウジング６は、本実施形態では、固定スクロール２と一体にスクロールユニット４の筐体部（外殻シェル）として形成されている。但し、固定スクロール２とセンターハウジング６とを別部材として、センターハウジング６内に固定スクロール２を収納固定する構造としてもよい。センターハウジング６は、リア側が底板２ａにより閉止され、フロント側が開口している。
　フロントハウジング７は、センターハウジング６の開口部側にボルト（図示せず）により締結されている。フロントハウジング７は、可動スクロール３をスラスト方向に支持すると共に、可動スクロール３の駆動機構を収納している。
　フロントハウジング７はまた、その内部に、フロントハウジング７の外壁に形成される吸入ポート（図示せず）に接続する上記流体の吸入室９が形成されている。
　フロントハウジング７及びセンターハウジング６には、周方向の一部に、膨出部１０が形成されている。膨出部１０の内部には、圧縮機中心軸と平行な方向に延在して、フロントハウジング７側の吸入室９からセンターハウジング６側のスクロールユニット４の両ラップ２ｂ、３ｂの外端部付近へ、上記流体を案内する流体通路空間１１が形成されている。
　リアハウジング８は、センターハウジング６の底板２ａ側にボルト１２により締結され、底板２ａ背面との間に上記流体の吐出室１３を形成している。固定スクロール２の底板２ａの中心部には、圧縮流体の吐出孔１４が形成され、吐出孔１４には一方向弁１５が付設されている。吐出孔１４は、一方向弁１５を介して吐出室１３に接続される。吐出室１３は、リアハウジング８の外壁に形成される吐出ポート（図示せず）に接続している。
　上記流体は、吸入ポートからフロントハウジング７内の吸入室９に導入され、フロントハウジング７及びセンターハウジング６の膨出部１０内側の流体通路空間１１を経由して、スクロールユニット４の外端部側からラップ２ｂ，３ｂの接触により形成される流体ポケット５内に取込まれ、圧縮に供される。圧縮された流体は、固定スクロール２の底板２ａの中央部に穿設された吐出孔１４から、リアハウジング８内の吐出室１３に吐出され、そこから吐出ポートを介して外部に導出される。
　フロントハウジング７は、センターハウジング６の開口部側にボルト（図示せず）により締結される外周部の内側に、可動スクロール３の底板３ａ背面と対向し可動スクロール３からのスラスト力を、スラストプレート１６を介して受けるスラスト受け部１７を有する。
　フロントハウジング７は、また、中心部に可動スクロール３の駆動機構の中核をなす駆動軸２０を回転自在に支承している。駆動軸２０の一端部側はフロントハウジング７外に突出しており、ここに電磁クラッチ２１を介してプーリ２２が取付けられている。従って、プーリ２２から電磁クラッチ２１を介して入力される回転駆動力により、駆動軸２０が回転駆動される。駆動軸２０の他端部側は、クランク機構を介して可動スクロール３に連結されている。
　前記クランク機構は、本実施形態では、可動スクロール３の底板３ａ背面に突出形成された円筒状のボス部２３と、駆動軸２０の端部に設けたクランク２４に偏心状態で取付けた偏心ブッシュ２５と、を含んで構成され、前記偏心ブッシュ２５は前記ボス部２３の内部に軸受２６を介して嵌合している。尚、偏心ブッシュ２５には、可動スクロール３の動作時の遠心力に対向するバランサウエイト２７が取付けられる。
　自転阻止機構３０は、図３の拡大断面図で示すように、可動スクロール３の底板３ａ背面（フロントハウジング７のスラスト受け部１７に対向する）に形成された円形穴３１と、フロントハウジング７のスラスト受け部１７側に突設されてスラストプレート１６を貫通して前記円形穴３１に係合するピン３２とで構成される自転阻止部３３を、図４に示すように、可動スクロール３の底板３ａ背面の外周縁近傍の周方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では５個）配置して構成されている。尚、自転阻止部３３は、少なくとも３個以上あれば、可動スクロール３は自転をすることなく固定スクロール２の軸心周りに公転旋回運動することができる。
　かかる構成のスクロール型圧縮機１の動作について簡単に説明する。
　外部からの回転駆動力によりプーリ２２が回転すると、電磁クラッチ２１を介して駆動軸２０が回転し、クランク機構を介して可動スクロール３が、自転阻止機構３０により自転が阻止されつつ固定スクロール２の軸心周りに公転旋回運動する。可動スクロール３の公転旋回運動により、流体（冷媒ガス）が吸入ポートから吸入室９及び流体通路空間１１を経由してスクロールユニット４のラップ２ｂ、３ｂ間の流体ポケット５内に取込まれ、流体ポケット５の容積の縮小変化によって圧縮された流体は、固定スクロール２中央部の吐出孔１４から吐出室１３に吐出される。吐出室１３に吐出された流体は、吐出ポートを介して外部に導出される。
　次に、本実施形態の自転阻止機構３０について詳述する。
　本実施形態のスクロール型流体機械１では、前述したように、可動スクロール３の底板中心３ｃとラップ３ｂの可動渦巻中心３ｄを互いに偏心させている。この場合、図５に示すように、可動スクロール３の１旋回中で、可動スクロール３に作用する圧縮反力の中心と可動スクロール３の底板中心３ｃとの距離が変動する。このため、可動スクロール３の１旋回中で、圧縮反力が一定だとしても可動スクロール３に発生する自転モーメントは変動する。図５は、可動スクロール旋回時の圧縮反力中心と可動スクロール３の底板中心３ｃ間の距離変動の説明図で、（ａ）は、圧縮反力中心と可動底板中心３ｃ間の距離が最小となる可動スクロール位置を示す。（ｂ）は、（ａ）の可動スクロール位置からラップ３ｂの巻き方向に９０°旋回した状態を示す。（ｃ）は、（ａ）の可動スクロール位置からラップ３ｂの巻き方向に１８０°旋回した状態を示し、圧縮反力中心と可動底板中心３ｃ間の距離が最大となる可動スクロール位置を示す。（ｄ）は、（ａ）の可動スクロール位置からラップ３ｂの巻き方向に２７０°旋回した状態を示す。尚、圧縮反力中心は、スクロールユニット４の流体ポケット５における圧縮流体によりラップ２ｂ，３ｂ間に発生する力関係により、固定渦巻中心２ｄと可動渦巻中心３ｄの中点となる。
　また、可動スクロール３に発生する自転モーメントによる荷重を受ける自転阻止部と可動スクロール３の底板中心３ｃとの距離も、可動スクロール３の１旋回中で変動する。本実施形態の自転阻止機構３０では、固定スクロール２と可動スクロール３の製造、組み立てにより両スクロール２，３の底板中心２ｃ，３ｃの位置にずれが生じたとしても、固定スクロール２のラップ２ｂと可動スクロール３のラップ３ｂとを確実に接触させるために、固定スクロール２のラップ２ｂと可動スクロール３のラップ３ｂとの接触により規定される旋回半径ＡＯＲに対して自転阻止機構３０の各自転阻止部３３の円形穴３１とピン３２との隙間により規定される可動スクロール３の許容旋回半径ＰＯＲを大きくしている（ＡＯＲ＜ＰＯＲ）。
　このように、ラップ２ｂとラップ３ｂとの接触により規定される旋回半径ＡＯＲと、自転阻止部３３の円形穴３１とピン３２との隙間により規定される可動スクロール３の許容旋回半径ＰＯＲとが、ＡＯＲ＜ＰＯＲの関係にある場合、図６（ａ）に示すように、自転阻止部３３を複数個（図では５個）に配置したとしても、１箇所の自転阻止部３３が可動スクロール３の自転を阻止するための自転阻止力（自転モーメントによりピン３２に作用する荷重と等価）を受け持つことになる。ただし、図６（ｂ）に示すように、自転阻止力を受け持つ自転阻止部３３の移行時では、瞬間的には２箇所の自転阻止部３３で自転阻止力を受け持つことになる。このため、一定の自転モーメント下においては、（ａ）のように１箇所の自転阻止部３３で自転モーメントによる荷重を受ける場合には、可動スクロール３の底板中心３ｃ（自転中心）から自転阻止力を受け持つ自転阻止部３３までの距離が最も長く、自転阻止部３３による自転阻止力は最小となる。また、（ｂ）のように２箇所の自転阻止部３３で自転阻止力を受け持つ場合には、可動スクロール３の底板中心３ｃ（自転中心）から自転モーメントの作用点までの距離が最も短く、自転阻止部３３における自転阻止力は最大となる。このように、可動スクロール３の１旋回中において、可動スクロール３の底板中心３ｃ（自転中心）から自転モーメント作用点までの距離も変動する。図６中、ｐは、自転阻止機構３０の各自転阻止部３３の中心を示す自転阻止ピッチ円で、可動スクロール３の底板中心３ｃを中心とし当該底板中心３ｃから円形穴３１の中心までの長さを半径とするピッチ円である。尚、図６は、図の簡素化のため可動スクロール３におけるボス部２３は図示省略してある。
　本実施形態のスクロール型流体機械１は、可動スクロール３の１旋回中における上述の自転モーメントの変動と可動スクロール３の底板中心３ｃ（自転中心）から自転モーメントの作用点までの距離の変動を考慮し、可動スクロール３の１旋回中で圧縮反力中心と可動スクロール３の底板中心３ｃとの間の距離が最大になる可動スクロール位置で、可動スクロール３の底板中心３ｃから自転阻止部３３までの距離が最も長くなるように、自転阻止部３３の可動スクロール周方向における配置を決定した。具体的には、可動スクロール３の底板中心３ｃと可動渦巻中心３ｄ（ラップ３ｂの渦巻中心）とを結ぶ直線と直交し且つ底板中心３ｃを通る直線上に、自転阻止部３３の少なくとも１つを位置するようにした。
　具体的な本実施形態の自転阻止部３３の配置手順について、図７（ａ）～（ｃ）を用いて説明する。尚、図７（ａ）～（ｃ）において、左側は可動スクロール３の底板３ａのラップ立設側を示し、右側は可動スクロール３の底板３ａの円形穴３１形成側となる背面側を示している。
　まず、（ａ）に示すように、可動スクロール３の底板中心３ｃから可動渦巻中心３ｄ（ラップ３ｂの渦巻中心）に向かって自転阻止ピッチ円まで直線Ａを引く。
　次に、可動スクロール３の底板中心３ｃを中心にして上記直線Ａを、ラップ３ｂの巻き方向と反対方向に９０°回転させ、回転後の直線Ａが、底板中心３ｃを中心としこの底板中心３ｃから円形穴３１の中心までの長さを半径とする自転阻止ピッチ円ｐと交わる点を、第１の自転阻止部３３の中心位置とする。
　次に、他の自転阻止部３３の中心位置を、上記（ｂ）において決定した自転阻止部３３の中心点Ｂを基準として自転阻止ピッチ円ｐ上に等間隔（等分の角度）で配置する。
　かかる本実施形態のスクロール型流体機械１によれば、可動スクロール３の底板中心３ｃとラップ３ｂの渦巻中心３ｄとを偏心させた場合において、可動スクロール３の発生する自転モーメントにより自転阻止部３３に作用する荷重を低減でき、スクロール型流体機械１の小型化を図りつつ自転阻止機構３０の耐久性を向上できる。
　図８（ａ）～（ｅ）に、可動スクロール３の底板中心３ｃとラップ３ｂの渦巻中心３ｄの偏心量を変化させた場合の可動スクロール３の姿勢（渦巻き姿勢）について解析した結果を示す。尚、参考までに偏心量が０の場合についても示している。
　固定スクロール２の軸心を中心とした可動スクロール３の旋回半径をＲ０とすると、図８から、可動スクロール３の底板中心３ｃとラップ３ｂの渦巻中心３ｄの偏心量を、旋回半径Ｒ０の１／３以下とすることで、可動スクロール３の姿勢が安定し、可動スクロール３が滑らかに旋回し始める。従って、可動スクロール３の底板中心３ｃとラップ３ｂの渦巻中心３ｄの偏心量を旋回半径Ｒ０の１／３以下に設定すれば、可動スクロール３の滑らかな旋回動作により騒音を低減できる。
　尚、本実施形態の自転阻止機構３０では、円形穴３１を可動スクロール３側に形成し、ピン３２をフロントハウジング７側に突設したが、円形穴３１をフロントハウジング７３側に形成し、ピン３２を可動スクロール３側に突設する構成としてもよい。ただし、この場合、ピン３２の突入長さが可動スクロール３の底板３ａの厚さによって規制されるので、ピン３２が抜け落ちるリスクを回避するためには、可動スクロール３の底板３ａを十分厚くする必要がありスクロールユニット４の重量増を招く。従って、本実施形態のように、円形穴３１を可動スクロール３側に形成し、ピン３２をフロントハウジング７側に突設する構成が好ましい。
１　　スクロール型圧縮機
２　　固定スクロール
２ａ　　底板
２ｂ　　ラップ（固定スクロール側）
２ｃ　　底板中心（固定スクロール側）
２ｄ　　渦巻中心（固定スクロール側）
３　　可動スクロール
３ａ　　底板
３ｂ　　ラップ（可動スクロール側）
３ｃ　　底板中心（可動スクロール側）
３ｄ　　渦巻中心（可動スクロール側）
４　　スクロールユニット
５　　流体ポケット（密閉空間）
６　　センターハウジング
７　　フロントハウジング
８　　リアハウジング
９　　吸入室
１３　　吐出室
１４　　吐出孔
１５　　一方向弁
１６　　スラストプレート
１７　　スラスト受け部
２０　　駆動軸
２４　　クランク
２５　　偏心ブッシュ
２７　　ボス部
３０　　自転阻止機構
３１　　円形穴
３２　　ピン
３３　　自転阻止部

Claims (4)

  1. 　底板に渦巻状のラップが立設されて前記底板の中心と前記ラップの渦巻中心とが互いに偏心している固定スクロール及び可動スクロールを、互いのラップを対向して噛み合わせて密閉空間を形成するスクロールユニットと、前記可動スクロールの底板の背面と前記背面と対向するハウジング壁のどちらか一方に形成した円形穴と他方に前記円形穴と係合させて突設したピンとで構成される自転阻止部を、前記可動スクロールの周方向に少なくとも３以上配置して前記可動スクロールの自転を阻止する自転阻止機構と、を備え、前記自転阻止機構により前記可動スクロールの自転を阻止しつつ、前記可動スクロールを前記固定スクロールの軸心周りに公転旋回運動させて前記密閉空間の容積を変化させるスクロール型流体機械であって、
    　前記自転阻止機構を、前記可動スクロールの底板中心と前記ラップの渦巻中心とを結ぶ直線と直交し且つ前記底板中心を通る直線上に、前記円形穴の中心が位置するように前記自転阻止部の少なくとも１つを配置するように構成したことを特徴とするスクロール型流体機械。
  2. 　前記自転阻止機構は、前記可動スクロールの底板中心と前記ラップの渦巻中心とを結ぶ直線を、前記底板中心を中心として前記可動スクロールのラップの巻き方向と反対方向に９０°回転させ、回転後の前記直線が、前記底板中心を中心とし当該底板中心から前記円形穴の中心までの長さを半径とするピッチ円と交わる点を、１つの前記自転阻止部の中心位置とし、この自転阻止部を基準として前記ピッチ円上に他の自転阻止部を等間隔で配置した請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  3. 　前記円形穴を、前記可動スクロールの底板の背面に形成し、前記ピンを、前記ハウジング側に突設した請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
  4. 　前記可動スクロールの底板中心と前記ラップの渦巻中心との偏心量を、前記固定スクロールの軸心を中心として旋回する前記可動スクロールの旋回半径の１/３以下とした請求項１～３のいずれか１つに記載のスクロール型流体機械。
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