(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングと、端板上に形成された渦巻体からなり前記ハウジング内部に固定された固定スクロール部材と、端板上に形成された渦巻体からなり前記固定スクロール部材と中心をずらして噛み合うように組み込まれた可動スクロール部材と、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材とから形成された複数の作動室と、前記フロントハウジングに回転自在に支持されるとともにクランクシャフト軸心に対して所定量偏心したクランク部を有し前記可動スクロール部材に公転運動を与えるクランクシャフトと、前記フロントハウジングに回転自在に支持され前記可動スクロール部材の公転のみを許容し自転を阻止するために設けられた補助クランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記補助クランクシャフトの加工誤差吸収手段として前記可動スクロール部材に組み込まれた弾性体とを備えており、
該弾性体は前記可動スクロール部材の回転中心に対し径方向のバネ定数は小さく、且つ、円周方向のバネ定数は大きくなっていて、径方向より円周方向の曲率を大きくした湾曲した板バネ材を用いることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項２】
吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングと、端板上に形成された渦巻体からなり前記ハウジング内部に固定された固定スクロール部材と、端板上に形成された渦巻体からなり前記固定スクロール部材と中心をずらして噛み合うように組み込まれた可動スクロール部材と、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材とから形成された複数の作動室と、前記フロントハウジングに回転自在に支持されるとともにクランクシャフト軸心に対して所定量偏心したクランク部を有し前記可動スクロール部材に公転運動を与えるクランクシャフトと、前記フロントハウジングに回転自在に支持され前記可動スクロール部材の公転のみを許容し自転を阻止するために設けられた補助クランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記補助クランクシャフトの加工誤差吸収手段として前記可動スクロール部材に組み込まれた弾性体とを備えており、
該弾性体は前記可動スクロール部材の回転中心に対し径方向のバネ定数は小さく、且つ、円周方向のバネ定数は大きくなっていて、径方向より円周方向に多数の湾曲を設けた板バネ材を用いることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項３】
吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングと、端板上に形成された渦巻体からなり前記ハウジング内部に固定された固定スクロール部材と、端板上に形成された渦巻体からなり前記固定スクロール部材と中心をずらして噛み合うように組み込まれた可動スクロール部材と、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材とから形成された複数の作動室と、前記フロントハウジングに回転自在に支持されるとともにクランクシャフト軸心に対して所定量偏心したクランク部を有し前記可動スクロール部材に公転運動を与えるクランクシャフトと、前記フロントハウジングに回転自在に支持され前記可動スクロール部材の公転のみを許容し自転を阻止するために設けられた補助クランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記補助クランクシャフトの加工誤差吸収手段として前記可動スクロール部材に組み込まれた弾性体とを備えており、
該弾性体は前記可動スクロール部材の回転中心に対し径方向のバネ定数は小さく、且つ、円周方向のバネ定数は大きくなっていて、径方向より円周方向のつぶしろを大きくした楕円状ゴム材を用いることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【請求項４】
吸入ポートと吐出ポートを有するハウジングと、端板上に形成された渦巻体からなり前記ハウジング内部に固定された固定スクロール部材と、端板上に形成された渦巻体からなり前記固定スクロール部材と中心をずらして噛み合うように組み込まれた可動スクロール部材と、前記固定スクロール部材と前記可動スクロール部材とから形成された複数の作動室と、前記フロントハウジングに回転自在に支持されるとともにクランクシャフト軸心に対して所定量偏心したクランク部を有し前記可動スクロール部材に公転運動を与えるクランクシャフトと、前記フロントハウジングに回転自在に支持され前記可動スクロール部材の公転のみを許容し自転を阻止するために設けられた補助クランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記補助クランクシャフトの加工誤差吸収手段として前記可動スクロール部材に組み込まれた弾性体とを備えており、
該弾性体は前記フロントハウジングに組み込まれたシャフト回転中心に対し径方向のバネ定数は小さく、且つ、円周方向のバネ定数は大きくなっていることを特徴とするスクロール型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機に係り、特に、体積効率の向上と円滑な運動を達成することができるスクロール型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池用スクロール型圧縮機において、吐出空気へのオイルの混入を防ぐためバネ部材及び複数個のグリス封入された軸受けを用い、潤滑オイルが少ない場合の構造部材のフレーキングおよび摺動面の焼き付きなどの不具合の発生を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロータ回りにさらに大きなモーメントが発生する大容量、高圧力の圧縮機においては、軸受けを保持する弾性体のバネ定数を小さく設定した場合、弾性体はロータの遠心力と圧縮反力によるロータ中心回りのモーメントを受けて大きく変形し、ロータとステータのスクロール歯間のクリアランスが大きくなるため体積効率の低下の原因となり、逆に、バネ定数を大きくした場合、バネの変形に対し大きな負荷変動を生じる問題点がある。
【０００４】
本発明は、叙上の問題点に鑑みて創出されたものであり、その目的とするところは、体積効率の向上及び円滑な運転を可能とするスクロール型圧縮機を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１記載の手段を採用することができる。
この手段によると、スクロール型圧縮機は、クランクシャフトによって駆動されることにより可動スクロール部材がクランクシャフトの回りに公転すると、可動スクロール部材には公転運動に伴い作動室での圧力差によって生じる圧縮反力および遠心力が働く。
可動スクロールには該圧縮反力と遠心力との合力により、クランク部の周りに自転しようとするモーメントが生じる。そして、ハウジングに回転可能に支持された補助クランクシャフトは、可動スクロール部材に組み込まれた弾性体を介しこのモーメントを受けるため、可動スクロール部材に対する自転は防止され、可動スクロール部材は公転運動をする。そして、可動スクロール部材の渦巻体と固定スクロール部材の渦巻体の噛み合いによって形成される作動室は、外周部から次第に中心部へ移動しながら容積を連続的に縮小させる。それによって圧縮すべき空気を圧縮することができる。
この時、上記弾性体は、可動スクロール部材の中心に対し円周方向の力を受けるが径方向のバネ定数に対して円周方向の変形に対するバネ定数を大きく設定しているため、可動スクロール部材の自転量を小さく抑えることが可能である。また、クランクシャフトと補助クランクシャフトの加工誤差吸収手段として可動スクロール部材に組み込まれた上記弾性体は、円周方向のバネ定数に対して径方向のバネ定数を小さくしてあるため、弾性体の径方向の変形に必要な力は小さい。従って、弾性体は径方向に容易に変形し、円滑な運転が可能である。
以上のように、本発明は円滑な公転運動を可能にすると共に、可動スクロール部材の自転量を小さくできるので、可動スクロール部材と固定スクロール部材間のクリアランスを小さくすることができ、体積効率の低下を防止することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施形態を図１から図６に基づいて説明する。
図において、リアハウジング２の中央孔に保持された軸受７，２１にはクランクシャフト４が回転自在に支持され、クランクシャフト４には回転軸より公転半径Ｒｋ１だけ偏心してクランク部１５が形成されている（図２参照）。クランクシャフト４には偏心部分に作用する遠心力を相殺するためのバランスウエイト１１，１２が一体的に取付けられ可動スクロール３の動的バランスを取っている。可動スクロール３の中央孔には軸受６が配置されクランクシャフト４のクランク部１５が回転自在に係合している。従って、クランクシャフト４の回転を受け可動スクロール３は半径Ｒｋ１を半径とした円軌跡で公転運動を行うことになる。可動スクロール３の端板３ａの両側には渦巻状の歯３ｂ，３ｃが形成されている。また、リアハウジング２とクランクシャフト４の間にはシャフトシール１３が配置され、圧縮空気の漏洩を防止している。また、リアハウジング２とフロントハウジング１の周面には圧縮すべき空気を吸入する吸入ポート、上部には圧縮空気を吐出する吐出ポートが形成されており、可動スクロール３の公転運動に伴い空気を吸入、圧縮、吐出する。
固定スクロールを構成するフロントハウジング１の端板上に形成される渦巻状の歯、即ち、渦巻体１ａと、可動スクロール３に形成される渦巻状の歯、即ち、渦巻体３ｂは１個以上の三日月形の作動室１６を形成している。また、固定スクロールを構成するリアハウジング２の端板上に形成される渦巻状の歯、即ち、渦巻体２ａと、可動スクロール３に形成される渦巻状の歯、即ち、渦巻体３ｃは１個以上の三日月形の作動室１７を形成している。
【０００７】
可動スクロール３の端板３ａには、複数の軸方向の円形穴２２が円周方向に均等に配分して設けられており、図３に示されるように、円形穴２２には弾性部材、好ましくは略波板状のバネ部材１４を介して軸受１０が配設されている。より詳しくは、円形穴２２の内周と軸受１０の外周との間には弾性部材、好ましくは略波板状のバネ部材１４が介在配設されている。軸受１０と同数の補助クランクシャフト１３には、図４に示されるように、一方のピン部５ｂと他方のピン部５ａが公転半径Ｒｋ２偏心した位置に反対向きになるよう形成され、他方のピン部５ａは軸受１０に回転自在に支持されている。通常、クランクシャフト４の公転半径Ｒｋ１と補助クランクシャフト５の公転半径Ｒｋ２は等しい。可動スクロール３の端板３ａに対面したフロントハウジング１の複数の軸方向孔９には、補助クランクシャフト５の一方のピン部５ｂを回転自在に支持する軸受８が軸受１０と同じ数だけ且つ軸受１０と対をなし相対的に同じ位置関係となるよう配設されており、偏心した補助クランクシャフト５により可動スクロール３の自転を防止している。
ここで、軸受７，２１，８，１０はグリスが封入された軸受もしくはセラミック球などを用いたドライ軸受とすると好適である。
【０００８】
上記略波板状の板バネ部材１４は、図３に示すように、複数の湾曲部により構成され中心部の軸受１０を保持できるよう湾曲部の頂点が同一円周上に配設されている。また、可動スクロール３の回転中心に対し板バネ部材１４の径方向の湾曲は曲率を大きくしてバネ定数を小さくし、一方、円周方向の湾曲の曲率は小さくしてバネ定数を大きくしている。また、板バネ部材１４は可動スクロール３の円形穴２２内に設けた溝３ｄに一端を嵌合固定している。
【０００９】
次に、本発明の第１実施形態の作用について説明する。
まず、スクロール型圧縮機は、クランクシャフト４によって駆動されることにより可動スクロール３がクランクシャフト４の回りに公転すると、可動スクロール３には公転運動に伴い作動室１６または１７での圧力差によって生じる圧縮反力およびロータに加わる遠心力が、図５に示すように働く。可動スクロール３には該圧縮反力と遠心力との合力により、クランク部１５の周りに自転しようとするモーメントが生じる。そして、フロントハウジング１に回転可能に支持された補助クランクシャフト５は軸受１０、板バネ部材１４を介しこのモーメントを受けるため、可動スクロール３に対する自転は防止され、可動スクロール３は公転運動をする。そして、可動スクロール３の渦巻状の歯３ｂ，３ｃとフロントハウジング１の渦巻状の歯１ａ、リアハウジング２の渦巻状の歯２ａとの噛み合いによって形成される作動室１６，１７は、外周部から次第に中心部へ移動しながら容積を連続的に縮小させる。それによって圧縮すべき空気を圧縮することができる。この時板バネ部材１４は、可動スクロール３の中心に対し円周方向の力を受けるが円周方向の変形に対するバネ定数を大きく設定しているため、可動スクロール３の自転量を小さく抑えることが可能である。
【００１０】
次に、クランクシャフトや補助クランクシャフト等の加工誤差による偏心量のばらつきの吸収について説明する。ここで、クランクシャフト４の中心をシャフト中心、クランク部１５の中心をクランク中心、補助クランクシャフト５の一方のピン部５ｂの中心を補助シャフト中心、他方のピン部５ａの中心を補助クランク中心、図２におけるクランクシャフト４の偏心量をＲｋ１、図４における補助クランクシャフト５の偏心量をＲｋ２とすると、通常、Ｒｋ１とＲｋ２は等しい。しかし、図６において加工誤差によりＲｋ１とＲｋ２の大きさが異なる場合、クランク中心と補助クランクの間にバネを挿入し中心間の距離を伸縮可能としてあればクランク運動が可能である。即ち、バネ部材１４が径方向に変形できれば可動スクロールの公転運動は可能であるが、バネ部材１４の径方向のバネ定数は小さくしてあるのでバネ部材の径方向の変形に必要な力は小さい。従って、バネ部材は径方向に容易に変形し、円滑な運転が可能である。
以上の作用の一例として円周方向と半径方向のバネ定数を同一にした場合の可動スクロールの自転量は１．０°（度）なのに対し、円周方向より半径方向のバネ定数を小さくした場合の可動スクロールの自転量は０．１°（度）と小さくできる。
従って、本発明は円滑な公転運動を可能にすると共に、可動スクロールの自転量を小さくできるので、可動スクロールと固定スクロールの歯間クリアランスを小さくすることができ、体積効率の低下を防止することができる。
【００１１】
図７に第２実施形態を示す。第１実施形態においては板バネ部材１４は板に曲率の異なる湾曲を施して円周方向と半径方向のバネ定数を変えていた。一方、第２実施形態においては同じ曲率の湾曲を半径方向より円周方向に多く加工することにより半径方向より円周方向のバネ定数を大きく設定することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
図８に第３実施例を示す。第１実施形態においては板バネ部材１４は板を曲率の異なる湾曲を施して円周方向と半径方向のバネ定数を変えていた。一方、第３実施形態においては外周が円形の軸受１０を嵌込み、該円形の軸受１０にて圧縮弾性変形されるべきつぶししろ２３を三日月形に構成した楕円状のゴム材２４を板バネ部材１４の代りに使用し、半径方向よりも円周方向の上記つぶししろ２３を大きくすることにより半径方向より円周方向のバネ定数を大きく設定することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００１３】
上記いずれの実施形態においては、軸受１０を略波板状のバネ部材１４又はゴム材２４を介して円形穴２２に配設する構成としたが、軸受１０，８のいずれか一方に略波板状の板バネ部材１４又はゴム部材２４を介して円形穴２２又は円形孔９に配設してもよく、また、軸受１０，８の両方とも波板状のバネ部材１４又はゴム部２４を介して円形穴２２及び軸方向孔９に配設する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスクロール型圧縮機の第１実施形態を示す縦断面図である。
【図２】クランクシャフトの正面図である。
【図３】可動スクロール端板の円形穴内周に波板状の板バネ部材を介して軸受が配設されている状態を示す一部欠截正面図である。
【図４】補助クランクシャフトの正面図である。
【図５】図１の断面Ａ−Ａ線に沿って切断した断面図である。
【図６】第１実施形態の作動説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示す要部正面図である。
【図８】本発明の第３実施形態を示す要部正面図である。
【符号の説明】
１…フロントハウジング
２…リアハウジング
３…可動スクロール
３ａ…端板
３ｂ，３ｃ…渦巻状の歯（渦巻体）
４…クランクシャフト
５…補助クランクシャフト
５ａ，５ｂ…ピン部
６，７，８，１０，２１…軸受
９…軸方向孔
１４…（略波板状の）板バネ部材
１５…クランク部
１６，１７…作動室
２２…軸方向の円形穴
２３…つぶししろ
２４…楕円状のゴム材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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