WO2015064612A1 - スクロール型流体機械 - Google Patents

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movable scroll
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type fluid
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飯塚　二郎
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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
    • F04C18/0215—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
    • 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
    • F01C17/06—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • 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
    • F04C18/0253—Details concerning the base
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    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/02—Lubrication; Lubricant separation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/06—Silencing

Definitions

  • the present invention relates to a scroll type fluid machine that includes a fixed scroll member and a movable scroll member, and compresses or expands fluid by changing the volume of a sealed space formed by the fixed scroll member, and in particular, a rotation prevention mechanism for the movable scroll member.
  • a scroll type fluid machine that includes a fixed scroll member and a movable scroll member, and compresses or expands fluid by changing the volume of a sealed space formed by the fixed scroll member, and in particular, a rotation prevention mechanism for the movable scroll member.
  • the scroll type fluid machine has a fixed scroll member and a movable scroll member, and a scroll unit that forms a sealed space between spiral wraps engaged with each other facing each other, and prevents the movable scroll from rotating.
  • a rotation prevention mechanism and while the rotation prevention mechanism prevents rotation of the movable scroll member, the movable scroll member revolves around the axis of the fixed scroll member to change the volume of the sealed space to compress the fluid. Or inflate.
  • a rotation prevention mechanism of such a scroll type fluid machine for example, there is a pin & hole type rotation prevention mechanism as described in Patent Document 1.
  • This rotation prevention mechanism has a pin projecting on one of the movable scroll member and the housing wall side that receives the thrust force of the movable scroll member, forming a ring hole on the other side, and engaging the pin with the ring hole.
  • the movable scroll member is configured to prevent rotation of the movable scroll when the movable scroll member turns around the axis of the fixed scroll member.
  • the PV value (P is the surface pressure, V is the peripheral speed) in the sliding contact operation between the pin and the ring hole peripheral wall is high, and the degree of freedom of material selection is low.
  • a selection range of usable materials is narrow.
  • the movable scroll member moves due to expansion of the high-pressure gas remaining when the clutch is turned off, and noise is generated. There is a problem.
  • 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 having a rotation prevention mechanism capable of suppressing the generation of abnormal noise with a wide selection range of materials.
  • the scroll type fluid machine of the present invention has a fixed scroll member and a movable scroll member, and forms a sealed space between spiral wraps of the fixed scroll member and the movable scroll member engaged with each other.
  • a scroll unit that rotates, and a rotation prevention mechanism for the movable scroll member.
  • the rotation prevention mechanism prevents the rotation of the movable scroll member while rotating the movable scroll member around the axis of the fixed scroll member.
  • a scroll type fluid machine that moves and changes the volume of the sealed space, wherein the rotation prevention mechanism is configured to apply a thrust force from the movable scroll member to face the rear side end surface and the rear side end surface of the movable scroll member.
  • a plurality of circular holes are formed on one of the receiving housing walls, and the same number as the circular holes on the other A structure in which a pin is protruded, a disc having an eccentric hole in each circular hole is provided with a gap, and a gap is provided in the eccentric hole so that the pin is fitted to prevent rotation of the movable scroll member.
  • AOR is the turning radius of the movable scroll member defined by the contact between the wrap of the fixed scroll member and the wrap of the movable scroll member, and the gap and the eccentric hole between the circular hole and the disc of the rotation prevention mechanism
  • the rotation prevention mechanism is accommodated with a circular hole formed in one of the movable scroll member side and the housing side provided with an eccentric hole, and the eccentric hole is accommodated in the other.
  • the PV value in the rotation prevention mechanism can be lowered.
  • the material selection range is widened and the cost can be reduced.
  • the orbiting scroll turning radius AOR defined by the contact between the wraps of the fixed scroll member and the movable scroll member is determined by the clearance of the movable scroll defined by the clearance between the circular hole and the disc and the clearance between the eccentric hole and the pin.
  • the maximum allowable turning radius LPOR and the minimum allowable turning radius SPOR are appropriately set.
  • the movable scroll member can be smoothly turned, and abnormal wear and abnormal noise between the laps can be suppressed.
  • Sectional drawing which shows the whole structure of the scroll compressor which shows one Embodiment of this invention. Illustration of scroll unit Enlarged sectional view of the rotation prevention mechanism Arrangement explanatory diagram of rotation prevention mechanism State diagram of rotation prevention mechanism at maximum allowable turning radius State diagram of rotation prevention mechanism at minimum allowable turning radius The figure which shows the comparison of PV value of the rotation prevention mechanism of this embodiment, and a pin & hall system The figure of the experimental result which shows the noise reduction effect of the rotation prevention mechanism of this embodiment
  • the scroll type fluid machine according to the present invention can be used as a compressor or an expander.
  • an example of the 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 view of a scroll unit
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a rotation prevention mechanism
  • FIG. 4 is an explanatory view of the arrangement of the rotation prevention mechanism.
  • the scroll compressor 1 includes a scroll unit 4 having a fixed scroll member 2 and a movable scroll member 3 that are arranged to face each other in the central axis direction.
  • the fixed scroll member 2 has a spiral wrap 2b integrally formed on an end plate 2a.
  • the movable scroll member 3 is integrally formed with a spiral wrap 3b on an end plate 3a.
  • Both scroll members 2 and 3 mesh both wraps 2b and 3b, and the protruding side edge of the wrap 2b on the fixed scroll member 2 side contacts the end plate 3a on the movable scroll member 3 side, and the movable scroll member 3 side
  • the protruding side edge of the wrap 3b is disposed so as to contact the end plate 2b on the fixed scroll member 2 side.
  • a tip seal is provided on the protruding edge of both wraps 2b and 3b.
  • the scroll members 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 member 3 is assembled with its center (axial center) 3c being eccentric with respect to the center (axial center) 2c of the fixed scroll member 2, and is fixed by the drive mechanism while being prevented from rotating by a rotation preventing mechanism 30 described later.
  • a revolving turning motion is performed with a turning radius AOR defined by the contact between the 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 as a casing (outer shell) of the scroll unit 4 integrally with the fixed scroll member 2.
  • the fixed scroll member 2 and the center housing 6 may be separate members, and the fixed scroll member 2 may be housed and fixed in the center housing 6.
  • the center housing 6 the rear side is closed by the end plate 2a, and the front side is opened.
  • 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 member 3 in the thrust direction and houses a drive mechanism for the movable scroll member 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.
  • the bulging portion 10 extends in a direction parallel to the central axis of the compressor and extends from the suction chamber 9 on the front housing 7 side to the vicinity of the outer ends of the laps 2b and 3b on the center housing 6 side.
  • a fluid passage space 11 for guiding the fluid is formed.
  • the rear housing 8 is fastened to the end plate 2a side of the center housing 6 with bolts 12 to form the fluid discharge chamber 13 between the rear housing 8 and the end plate 2a.
  • a compressed fluid discharge hole 14 is formed at the center of the end plate 2 a of the fixed scroll member 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 to the discharge chamber 13 in the rear housing 8 from the discharge hole 14 formed in the center portion of the end plate 2a of the fixed scroll member 2, and is led out to the outside through the discharge port.
  • the front housing 7 receives the thrust force from the end plate 3a of the movable scroll member 3 through the thrust plate 16 on the inner side of the outer peripheral portion fastened to the opening side of the center housing 6 by a bolt (not shown).
  • a thrust receiving portion 17 is provided.
  • the front housing 7 also rotatably supports a drive shaft 20 that forms the core of the drive mechanism of the movable scroll member 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 side of the drive shaft 20 is connected to the movable scroll member 3 via a crank mechanism.
  • crank mechanism is attached to a cylindrical boss 23 projecting from the back surface of the end plate 3a of the movable scroll member 3 and a crank 24 provided at the end of the drive shaft 20 in an eccentric state.
  • An eccentric bush 25 is included, and 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 when the movable scroll member 3 operates.
  • the rotation prevention mechanism 30 includes a circular hole 31 formed on a rear side end surface of the end plate 3 a of the movable scroll member 3 (opposite the thrust receiving portion 17 of the front housing 7).
  • a pin 32 protruding from the thrust receiving portion 17 side of the front housing 7 and penetrating through the thrust plate 16; and a disc 33 having an eccentric hole 33a and being accommodated with a gap in the circular hole 31; 32 is configured such that a gap is provided in the eccentric hole 33a of the disk 33 and the rotation of the movable scroll member 2 is prevented by the engagement of the pin 32 and the eccentric hole 33a.
  • FIG. 4 As shown in FIG. 4, four circular holes 31 are arranged at substantially equal intervals along the circumferential direction near the outer peripheral portion of the end plate 3 a in this embodiment, and the pins 32 are also arranged in the circumferential direction of the thrust receiving portion 17. The same number of circular holes 31 are provided along the projection. Although the number of the circular holes 31 and the pins 32 is four in this embodiment, the rotation of the movable scroll member 3 can be prevented as a rotation prevention mechanism by arranging at least three or more in appropriate positions. .
  • the movable scroll member 3 in which the circular hole 31 is formed is formed of a light alloy (for example, an aluminum alloy).
  • the pin 32 and the disk 33 are made of, for example, iron.
  • resins such as polyphenylene sulfide resin (PPS), polytetrafluoroethylene resin (PTFE), polyether ether ketone resin (PEEK), polyimide resin (PI), and light alloys ( (Aluminum) may be used.
  • PPS polyphenylene sulfide resin
  • PTFE polytetrafluoroethylene resin
  • PEEK polyether ether ketone resin
  • PI polyimide resin
  • PI light alloys
  • the rotation preventing mechanism 30 has a maximum allowable turning radius LPOR and a minimum allowable value of the movable scroll member 3 as shown in FIGS. 6 and 7 due to the clearance between the circular hole 31 and the disk 33 and the clearance between the eccentric hole 33a and the pin 32.
  • the turning radius SPOR is defined.
  • a turning radius AOR of the movable scroll member 3 defined by the contact 3b satisfies a relationship of SPOR ⁇ AOR ⁇ LPOR.
  • the maximum allowable turning radius LPOR of the rotation prevention mechanism 30 is a deviation amount from the normal eccentric amount of the centers 2c and 3c of the scroll members 2 and 3 generated by the manufacture and assembly of the fixed scroll member 2 and the movable scroll member 3 ( Taking into account the misalignment amount), when the tolerance of the misalignment amount is ⁇ , the relationship of AOR + ⁇ ⁇ LPOR is satisfied. Further, the minimum allowable turning radius SPOR is set in order to secure an escape amount when foreign matter is caught between the wraps 2b and 3b during the revolution turning motion of the movable scroll member 3 or liquid compression occurs.
  • the minimum allowable turning radius SPOR has some play with respect to the turning radius AOR of the movable scroll member 3 defined by the contact between the wrap 2b of the fixed scroll member 2 and the wrap 3b of the movable scroll member 3.
  • the play amount is set as ⁇ , SPOR ⁇ AOR ⁇ .
  • the gap A between the circular hole 31 and the disk 33 is larger than the gap B between the eccentric hole 33a of the disk 33 and the pin 32 (A> B). is doing.
  • the difference in curvature radius between the eccentric hole 33a and the pin 32 can be made smaller than the difference in curvature radius between the circular hole 31 and the disk 33, and the PV value at the contact portion between the eccentric hole 33a and the pin 32 having high surface pressure can be lowered. it can.
  • the rotation prevention mechanism 30 even if a gap is generated or strongly hit between the wraps 2 b and 3 b of the fixed scroll member 2 and the movable scroll member 3, the rotation prevention mechanism 30 can satisfactorily absorb and decrease the compression efficiency. Can be prevented, and wear between both wraps 2b and 3b can be suppressed. Therefore, conventionally, the driven crank mechanism provided with the eccentric bush makes the orbiting radius AOR of the movable scroll member 3 variable so as to avoid an excessive or excessive contact between the laps 2b and 3b.
  • the rotation preventing mechanism 30 has a function of restricting the turning radius of the movable scroll member 3. For this reason, it is not necessary to strictly manage the processing accuracy of the parts in the crank mechanism, and the crank mechanism can be easily manufactured and the manufacturing cost can be reduced.
  • FIG. 7 shows the experimental results when bearing steel is used as the sliding material and it is used in an automobile air conditioner.
  • the PV value can be reduced, and the lubricating oil As a result, the durability can be improved.
  • FIG. 8 shows the result of measuring the sound pressure level using a conventional driven crank mechanism and inserting spacers having different thicknesses into the gaps on the side that restricts the minimum turning radius of the driven crank mechanism. It can be seen from FIG. 8 that the sound pressure level is lowered when the gap is made smaller than when the spacer is not inserted (shown as the original in the figure).
  • the play amount ⁇ on the minimum allowable turning radius SPOR side of the turning radius AOR of the movable scroll member 3 is set to 0.15 mm or less.
  • the circular hole 31 in the rotation prevention mechanism 30 may be formed on the front housing 7 side, and the pin 32 may protrude from the movable scroll member 3 side.
  • the pin 32 may protrude from the movable scroll member 3 side.

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Abstract

【課題】自転阻止機構のＰＶ値を小さくすると共に、低コストで異音の発生を抑制できるスクロール型流体機械を提供する。 【解決手段】可動スクロール部材３の自転阻止機構３０を、可動スクロール部材３の端板２ａ側に形成した円形穴３１と、フロントハウジング７のスラスト受け部１７側に突設したピン３２と、偏心穴３３ａを有し円形穴３１に隙間を設けて収容した円板３３とを含み、ピン３２を偏心穴３３ａに隙間を設けて嵌合させる構成とし、固定スクロール部材２と可動スクロール部材３の両ラップ２ｂ，３ｂの接触により規定される可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲと、円形穴３１と円板３３との隙間及び偏心穴３３ａとピン３２との隙間により規定される可動スクロールの最大許容旋回半径ＬＰＯＲと、最小許容旋回半径ＳＰＯＲとの関係を、ＳＰＯＲ＜ＡＯＲ＜ＬＰＯＲとした。

Description

スクロール型流体機械
　本発明は、固定スクロール部材と可動スクロール部材とを備え、これらにより形成される密閉空間の容積を変化させることで流体を圧縮又は膨張させるスクロール型流体機械に関し、特に、可動スクロール部材の自転阻止機構に関する。
　スクロール型流体機械は、固定スクロール部材と可動スクロール部材を有し、両スクロール部材の互いに対向して噛み合わせた渦巻き状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部材の自転を阻止しつつ、可動スクロール部材を固定スクロール部材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に記載されたようなピン＆ホール方式の自転阻止機構がある。この自転阻止機構は、可動スクロール部材とこの可動スクロール部材のスラスト力を受けるハウジング壁側のどちらか一方に、ピンを突設し、他方にリング穴を形成し、ピンとリング穴との係合により、可動スクロール部材が固定スクロール部材の軸心周りに旋回する際に、可動スクロールの自転を阻止するように構成されている。
特開２００８－２０８７１５号公報
　しかしながら、このようなピン＆ホール方式の自転阻止機構の場合、ピンとリング穴周壁との摺接動作におけるＰＶ値（Ｐは面圧、Ｖは周速度）が高く、材料選択の自由度が低く、使用できる材料の選択幅が狭いという問題がある。また、外部の駆動源からクラッチを介して動力が入力される開放型のスクロール型圧縮機では、クラッチをＯＦＦしたときに残存する高圧ガスの膨張により可動スクロール部材が移動して異音が発生するという問題がある。
　本発明は上記問題点に着目してなされたもので、材料の選択幅が広く、異音の発生を抑制できる自転阻止機構を備え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、固定スクロール部材と可動スクロール部材を有し、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材の互いに対向して噛み合わせた渦巻き状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、前記可動スクロール部材の自転阻止機構と、を備え、前記自転阻止機構により前記可動スクロール部材の自転を阻止しつつ、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材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部材の背面側端面と前記背面側端面と対向して可動スクロール部材からのスラスト力を受けるハウジング壁のどちらか一方に複数の円形穴を形成し、他方に前記円形穴と同数のピンを突設し、前記各円形穴に偏心穴を有する円板を隙間を設けて収容し、前記偏心穴に隙間を設けて前記ピンを嵌合させて前記可動スクロール部材の自転を阻止する構成とし、前記固定スクロール部材の前記ラップと前記可動スクロール部材の前記ラップとの接触により規定される可動スクロール部材の旋回半径をＡＯＲ、前記自転阻止機構の円形穴と円板との前記隙間及び偏心穴とピンとの前記隙間により規定される可動スクロールの最大許容旋回半径と最小許容旋回半径をそれぞれＬＰＯＲ、ＳＰＯＲとしたとき、ＳＰＯＲ＜ＡＯＲ＜ＬＰＯＲの関係を満たしていることを特徴とする。
　本発明のスクロール型流体機械によれば、自転阻止機構を、可動スクロール部材側とハウジング側の一方に形成した円形穴に偏心穴を設けた円板を隙間を設けて収容し、他方に偏心穴に隙間を設けて嵌合するピンを他方に突設して、偏心穴とピンとの係合により可動スクロール部材の自転を阻止する構成としたことにより、自転阻止機構におけるＰＶ値を下げることができ、材料の選択幅が広がりコストの低減が可能となる。また、固定スクロール部材と可動スクロール部材の互いのラップ間の接触により規定される可動スクロールの旋回半径ＡＯＲを、円形穴と円板との隙間及び偏心穴とピンとの隙間により規定される可動スクロールの最大許容旋回半径ＬＰＯＲと最小許容旋回半径ＳＰＯＲの範囲内に規制してあるので（ＳＰＯＲ＜ＡＯＲ＜ＬＰＯＲの関係を満たしている）、最大許容旋回半径ＬＰＯＲと最小許容旋回半径ＳＰＯＲを適切に設定することにより、可動スクロール部材を円滑に旋回でき、ラップ間の異常摩耗及び異音発生を抑制できる。これにより、従来、可動スクロール部材の旋回半径ＡＯＲの可変範囲を規定している従動クランク機構の部品の製造コストを低減でき、クランク機構の製造が容易となり製造コストを低減できる。
本発明の一実施形態を示すスクロール型圧縮機の全体構成を示す断面図 スクロールユニットの説明図 自転阻止機構の拡大断面図 自転阻止機構の配置説明図 最大許容旋回半径における自転阻止機構の状態図 最小許容旋回半径における自転阻止機構の状態図 本実施形態の自転阻止機構とピン＆ホール方式のＰＶ値の比較を示す図 本実施形態の自転阻止機構の騒音低減効果を示す実験結果の図
　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、圧縮機ある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は自転阻止機構の拡大断面図、図４は自転阻止機構の配置説明図である。
　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部材２と可動スクロール部材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、固定スクロール部材２は、端板２ａ上に渦巻き状のラップ２ｂが一体に形成されている。可動スクロール部材３は、同様に、端板３ａ上に渦巻き状のラップ３ｂが一体に形成されている。
　両スクロール部材２、３は、両ラップ２ｂ、３ｂを噛み合わせ、固定スクロール部材２側のラップ２ｂの突出側の端縁が可動スクロール部材３側の端板３ａに接触し、可動スクロール部材３側のラップ３ｂの突出側の端縁が固定スクロール部材２側の端板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、両スクロール部材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。
　可動スクロール部材３は、その中心（軸心）３ｃが固定スクロール部材２の中心（軸心）２ｃ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部材２の軸心（中心ｃ）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、固定スクロール部材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、固定スクロール部材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部材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、リア側が端板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、可動スクロール部材３をスラスト方向に支持すると共に、可動スクロール部材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の端板２ａ側にボルト１２により締結され、端板２ａとの間に上記流体の吐出室１３を形成している。固定スクロール部材２の端板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、固定スクロール部材２の端板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、可動スクロール部材３の端板３ａ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部材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部材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、可動スクロール部材３の端板３ａの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、可動スクロール部材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、可動スクロール部材３の端板３ａの背面側端面（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を貫通するピン３２と、偏心穴３３ａを有し円形穴３１に隙間を設けて収容された円板３３とを含み、ピン３２を円板３３の偏心穴３３ａに隙間を設けて嵌合させて構成され、ピン３２と偏心穴３３ａの係合により可動スクロール部材２の自転を阻止する構成である。
　前記円形穴３１は、図４に示すように本実施形態では端板３ａの外周部寄りに周方向に沿って略等間隔に４個配置されており、ピン３２もスラスト受け部１７の周方向に沿って円形穴３１と同数突設されている。尚、円形穴３１及びピン３２の個数は、本実施形態では４個としたが、少なくとも３個以上を適所に配置することで、自転阻止機構として可動スクロール部材３の自転を阻止することができる。
　ここで、円形穴３１が形成される可動スクロール部材３は、軽合金（例えばアルミニウム合金等）で形成されている。また、ピン３２と円板３３は、例えば鉄製である。尚、円板３３については、鉄の他、ポリフェニレンスルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）等の樹脂や軽合金（アルミニウム）で形成してもよい。軽合金を使用する場合、凝着摩耗を回避するために、外周面を凝着摩耗防止用の表面処理を施すことが望ましい。円板３３に樹脂や軽合金を使用すれば軽量化が図れる。
　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部材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部材２の軸心周りに公転旋回運動する。可動スクロール部材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の外端部側からラップ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、固定スクロール部材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。
　ここで、自転阻止機構３０について詳述する。
　自転阻止機構３０は、円形穴３１と円板３３との隙間及び偏心穴３３ａとピン３２との隙間により、図６及び図７に示すように可動スクロール部材３の最大許容旋回半径ＬＰＯＲと最小許容旋回半径ＳＰＯＲを規定している。そして、固定スクロール部材２の中心２ｃに対する可動スクロール部材３の中心３ｃの偏心量により規定される可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲ、言い換えれば、固定スクロール部材２と可動スクロール部材３の両ラップ２ｂ，３ｂの接触により規定される可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲが、ＳＰＯＲ＜ＡＯＲ＜ＬＰＯＲの関係を満たすようになっている。
　そして、自転阻止機構３０の最大許容旋回半径ＬＰＯＲは、固定スクロール部材２と可動スクロール部材３の製造、組み立てにより生ずる両スクロール部材２，３の中心２ｃ，３ｃの正規の偏心量からのずれ量（芯ずれ量）を考慮し、この芯ずれ量の公差をβとしたとき、ＡＯＲ＋β≦ＬＰＯＲの関係が満たされている。また、最小許容旋回半径ＳＰＯＲは、可動スクロール部材３の公転旋回運動中にラップ２ｂ，３ｂ間に異物が噛み込まれたり液圧縮があった場合の逃げ量を確保するために設定される。このため、最小許容旋回半径ＳＰＯＲは、固定スクロール部材２のラップ２ｂと可動スクロール部材３のラップ３ｂとの接触により規定される可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲに対して若干の遊びを持たせて設定され、この遊び量をγとしたときに、ＳＰＯＲ≦ＡＯＲ－γとしている。
　更に、本実施形態の自転阻止機構３０では、円形穴３１と円板３３との間の隙間Ａを、円板３３の偏心穴３３ａとピン３２との間の隙間Ｂより大きく（Ａ＞Ｂ）している。これにより、偏心穴３３ａとピン３２の曲率半径差を、円形穴３１と円板３３の曲率半径差より小さくでき、面圧が高い偏心穴３３ａとピン３２の接触部におけるＰＶ値を下げることができる。
　かかる自転阻止機構３０によれば、固定スクロール部材２と可動スクロール部材３の両ラップ２ｂ，３ｂに隙間が生じたり強く当たったりしても、自転阻止機構３０によって良好に吸収でき、圧縮効率の低下を防止できると共に両ラップ２ｂ，３ｂ間の摩耗を抑制できる。従って、従来では偏心ブッシュを備えた従動クランク機構によって、可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲを可変にして、両ラップ２ｂ，３ｂ間の過大又は過小な接触を回避するようにしていたが、本実施形態では自転阻止機構３０に可動スクロール部材３の旋回半径規制の機能を持たせた。このため、クランク機構における部品の加工の精度を厳密に管理しなくて済み、クランク機構の製造が容易となって製造コストを低減できる。
　また、この自転阻止機構３０では、図７に示すように、ピンとリング穴との係合により可動スクロール部材の自転を阻止するピン＆ホール方式のＰＶ値に比べて、ピン３２と円板３３との嵌合面及び円板３３外面におけるＰＶ値が格段に小さい。このため、材料の選択幅が広がり、クランク機構の製造の容易化と併せてスクロール型流体機械１の製造コストを低減できる。尚、図７は摺動材として軸受鋼を使用し、自動車の空調装置に使用した場合の実験結果である。
　また、円形穴３１と円板３３との間の隙間Ａを、円板３３の偏心穴３３ａとピン３２との間の隙間Ｂより大きくすることにより、ＰＶ値を小さくできることに加えて、潤滑油の供給が良好となって耐久性を向上できる。
　また、本実施形態のような開放型のスクロール型圧縮機１の場合、電磁クラッチ２１をＯＦＦしたときに残存する高圧ガスの膨張により可動スクロール部材３が移動して異音が発生する。最小許容旋回半径ＳＰＯＲの設定において、遊び量γを小さくすることで前記異音を低減できることが実験で分かった。図８は、従来の従動クランク機構を用い、従動クランク機構の最小旋回半径を規制する側の隙間に厚さの異なるスペーサを入れて音圧レベルを測定した結果を示している。図８からスペーサを入れない場合（図中オリジナルとして示してある）と比較して、隙間を小さくした場合に音圧レベルが低下していることがわかる。この実験結果を踏まえて、本実施形態では、可動スクロール部材３の旋回半径ＡＯＲの最小許容旋回半径ＳＰＯＲ側における遊び量γを０．１５ｍｍ以下にしている。これにより、スクロールユニット４における異音を、従来のピン＆ホール方式の自転阻止機構と比較して抑制でき、スクロール型圧縮機１からの騒音を低減できる。
　尚、自転阻止機構３０における円形穴３１をフロントハウジング７側に形成し、ピン３２を可動スクロール部材３側に突設してもよい。但し、この場合、ピン３２の突入長さを可動スクロール部材３の端板３ａの厚さより短くする必要があり、ピン３２が抜け落ちるリスクがある。従って、本実施形態のように、円形穴３１を可動スクロール部材３側に形成し、ピン３２をフロントハウジング７側に突設することが望ましい。
１　　スクロール型圧縮機
２　　固定スクロール部材
２ａ　　端板
２ｂ　　ラップ（固定スクロール部材側）
２ｃ　　固定スクロール部材の中心
３　　可動スクロール部材
３ａ　　端板
３ｂ　　ラップ（可動スクロール部材側）
３ｃ　　可動スクロール部材の中心
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　　円板
３３ａ　　偏心穴
ＡＯＲ　　可動スクロールの旋回半径
ＬＰＯＲ　　最大許容旋回半径
ＳＰＯＲ　　最小許容旋回半径

Claims (10)

  1. 　固定スクロール部材と可動スクロール部材を有し、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材の互いに対向して噛み合わせた渦巻き状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、前記可動スクロール部材の自転阻止機構と、を備え、前記自転阻止機構により前記可動スクロール部材の自転を阻止しつつ、前記可動スクロール部材を前記固定スクロール部材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部材の背面側端面と前記背面側端面と対向して可動スクロール部材からのスラスト力を受けるハウジング壁のどちらか一方に複数の円形穴を形成し、他方に前記円形穴と同数のピンを突設し、前記各円形穴に偏心穴を有する円板を隙間を設けて収容し、前記偏心穴に隙間を設けて前記ピンを嵌合させて前記可動スクロール部材の自転を阻止する構成とし、
    　前記固定スクロール部材の前記ラップと前記可動スクロール部材の前記ラップとの接触により規定される可動スクロール部材の旋回半径をＡＯＲ、前記自転阻止機構の円形穴と円板との前記隙間及び偏心穴とピンとの前記隙間により規定される可動スクロールの最大許容旋回半径と最小許容旋回半径をそれぞれＬＰＯＲ、ＳＰＯＲとしたとき、ＳＰＯＲ＜ＡＯＲ＜ＬＰＯＲの関係を満たしていることを特徴とするスクロール型流体機械。
  2. 　前記最大許容旋回半径ＬＰＯＲは、前記固定スクロール部材の軸心と可動スクロール部材の軸心の芯ずれ量の公差をβとしたとき、ＡＯＲ＋β≦ＬＰＯＲの関係が満たされている請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  3. 　前記最小許容旋回半径ＳＰＯＲは、固定スクロール部材のラップと前記可動スクロール部材のラップとの接触により規定される前記旋回半径ＡＯＲの遊び量を考慮し、この遊び量をγとしたとき、ＳＰＯＲ≦ＡＯＲ－γの関係が満たされている請求項１又は２に記載のスクロール型流体機械。
  4. 　前記遊び量γを、０．１５ｍｍ以下とした請求項３に記載のスクロール型流体機械。
  5. 　円形穴と円板との前記隙間を、偏心穴とピンとの前記隙間より大きくした請求項１～４のいずれか１つに記載のスクロール型流体機械。
  6. 　前記円形穴を形成する部材を軽合金製とし、前記ピンを鉄製とすると共に、前記円板を鉄、樹脂及び軽合金から選択されたいずれか１つの材料で形成した請求項１～５のいずれか１つに記載のスクロール型流体機械。
  7. 　前記円板が軽合金製であるとき、外周囲に凝着摩耗防止用表面処理を施す請求項６に記載のスクロール型流体機械。
  8. 　前記軽合金は、アルミニウム合金である請求項６又は７に記載のスクロール型流体機械。
  9. 　前記樹脂は、ポリフェニレンスルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）及びポリイミド樹脂（ＰＩ）から選択されたいずれか１つの樹脂である請求項６に記載のスクロール型流体機械。
  10. 　前記円形穴を前記可動スクロール部材の背面側端面に形成し、前記ピンを前記ハウジング壁に形成した請求項１～９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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