(57)【要約】【目的】スクロール圧縮機の旋回カップリングの性能向上【構成】ＸとＹ方向に直動する保持器付き針状ころをレースワッシャ間に積層して成る旋回カップリングの、保持器の楕円穴に旋回ピンが係合旋回することでローラが旋回中心に位置決めされ、ローラの異常磨耗と保持器の干渉による破損を防ぐ構成のユニット化とガイドピンの旋回による給油【効果】スクロール圧縮機の高圧化、高速化、旋回半径の最小化に対応した好適な旋回カップリングの提供【選択図】　　　　　　　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一軌道輪と第二軌道輪の間にＸ方向に、第二軌道輪と第三軌道輪の間にＹ方向にそれぞれ転動するローラを配置し保持部材第一と第二（保持器）にローラの脱落を防ぐカバー部材を被せるとともにカバー部材の内または外周から延長した腕部の先端を第二軌道輪に旋廻可動にフック状に連結して成るスクロール圧縮機の旋回カップリング。
【請求項２】
前記カップリングにおいて各軌道輪と各保持器のガイドピン用の穴にガイドピンを貫通し該ガイドピンの端部に設けた拡大部で第一と第三軌道輪を相対的に旋廻可動に連結すると共にピンの外周と軌道輪のピン穴内径との間でピンが旋回運動することにより遠心ポンプ効果をもたらして潤滑油を軌道間に導入することを特徴とした前記旋回カップリング。
【請求項３】
前記旋回カップリングにおいて、第一軌道輪の内周または外周に設けた腕部材又は、第一保持部材に併設の請求項１のローラ脱落防止のカバーの内周または外周に設けた腕部材でころの転動する方向に第一軌道輪と第一保持器とを可動に連結し、同様に第三軌道輪の内又は外周に設けた腕部材又は第二保持器に併設のローラ脱落防止のカバーの内又は外周に設けた腕部材でころの転動する方向に第３軌道輪と第二保持器とを可動に連結した前記旋回カップリング。
【請求項４】
前記旋回カップリングにおいて、第一軌道輪の内周又は外周に設けた腕部材で第二軌道輪とＸ方向に、第三軌道輪の内周又は外周に設けた腕部材で第二軌道輪とＹ方向にそれぞれ可動に連結し、第一軌道輪と第三軌道輪が相対的に旋回可能に連結されてなる前記旋回カップリング。
【請求項５】
前記旋回カップリングの第一軌道輪と第三軌道輪とを連結用クリップ部材を前記軌道輪の内又は外周に遊嵌して連結して成るスクロール圧縮機の前記旋回カップリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
スクロールコンプレサの旋回部に使用のカップリングに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来スクロール圧縮機の前記部位にはフロン冷媒ではオルダムリング叉はボールカップリングが実用されＣＯ２冷媒ではオルダムリング叉はローラカップリングが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】地球環境の改善課題の内エアコンでは脱フロン化、中でも自然冷媒である炭酸ガス冷媒の実用化が急がれる。炭酸ガス冷媒ではフロンに比べ５〜１０倍もの高圧化を要し圧縮機の強度確保が課題である。圧縮機の種類の内、一対の渦巻き羽根を互いに自転を禁止し相対的に旋回運動することで、二枚の羽根で形成される空間部の容積が外側から中心に向かうに従って収縮する原理のスクロール方式が、部品点数ならびに圧縮時の脈動が少なく且つ小型化、高速回転、高効率化に有利であるとされる。当該圧縮機では冷媒を炭酸ガス等の自然冷媒にすると旋回するスクロールメンバの軸方向の圧縮反力が増大しこれを支えるカップリングのスラスト負荷が巨大化する。当部位には圧縮圧力の作用点の偏心による偏心スラストとスクロールメンバのラジアル反力から生ずるモーメント荷重との合成で激しいモーメント負荷を伴う。そのため従来のボールカップリング及びオルダムリングでは強度確保と耐磨耗性、摩擦損失の点で不足しＣＯ２冷媒化を妨げる技術課題であった。特にスクロール形圧縮機では高効率を得るために高速回転で高圧化が望まれ一回転当りの吐出量を小さくする傾向があり、スクロールメンバの相対旋回半径が数ミリ以下まで小さくなる。
【０００４】
当部位にはＸ方向とＹ方向に転動するローラを軌道輪の表裏に配置して成るタンデム式の旋廻ススラスト軸受がＵＳＰＡＴ　４，２５９，０４３　及び特開２０００−１８６６８０で提案されている。しかし上記２発明には三つの致命的問題点がある、一つはローラを常に旋回中心に位置決めする機構が欠落しているためローラと保持器は変動する負荷とＧで不規則に動き回って周囲と衝突を繰り返し破損に至る問題がある。次の問題は提案されている太いローラでは毎分１万回もの高速のしかも微小ストロークの揺動振幅では質量による慣性抵抗が過大で正しく転がらずに滑りを伴い軌道を損傷させる問題である。特にモーメントスラスト荷重を負荷する当部位では軌道上全面には荷重か均等に作用せず、片側半円分のみに集中しもう片方は無負荷になる。円筒ローラは接触圧が低下すると正しく転がらずにスベリによる軌道の損傷を招くことが古くから経験則で知られ、ベアリングメーカのカタログで定格荷重の３％以下の軽荷重での使用を厳禁している。特にカーエアコンでは、冬季エアコンを長時間停止して走行する場合があり叉車両を貨車で長距離輸送の際など、微小振動を長時間連続負荷するとローラ接触面に擬似圧痕を生ずる。又長期間停止すると潤滑剤が軸受部から流出し、一瞬潤滑剤が枯渇することがある、この状態でスタートするとローラの慣性抵抗が大きいと転がらずにスリップし致命的損傷を招く、従ってローラは可能な限り質量を減し慣性抵抗を軽減する必要がある。更なる問題点にスクロール圧縮機の如く旋回径が小さい場合、ローラの径に比べて揺動距離が小さいのでローラは狭い範囲に限局して高速揺動し接触面から潤滑剤が払拭されローラは金属接触に至り軌道面に圧痕損傷を招く、上記の２項目についてはローラの径を小さくして軽量化とともにローラの転動角度を増やし更にローラ間隔を狭くして（総ローラ式）隣接のローラで新しい潤滑油が送り込む機能を活かすことで解決する。例えば旋回半径２ミリ（揺動振幅が４ミリ）ではローラの径はφ２ミリ程度が好適となる。上記問題点を解決した発明に特願平１１−１９３５２５がある。即ち保持器とローラを保持器に設けた楕円穴の内径でガイドピンが旋回することで強制的に保持器をローラの転がり運動に同期するように駆動するので上記の問題は確実に解消される。叉前記平１１−１９３５２５では高負荷に対応するために細いローラを最大限に配置の総ころ方式を採用している。しかし当発明の難点は細いローラを多量に保持すると、小さな保持器のポケット穴に細いローラを大量に配置することとなりこれを実施するには細密なローラ止めの工作が課題となる。例えば前記の外径φ１００ミリ内径φ６０ミリ程度のサイズの当部位への好適なスラスト軸受では、使用ローラは径がφ２．０ミリ、長さが７ミリで８０〜９０本の大量のローラを中間軌道輪の両側にそれぞれＸとＹ方向に円滑に転がるように固定するといった従来の転がり軸受の製造技術では成し得ないような困難性がある。
【０００５】
次なる課題は圧縮機本体に当カップリングを組み付ける方法に関する。スクロール圧縮機では圧縮室と駆動クランク部とがスクロールメンバの旋回側と固定側とをカップリング部を境にして分割する構造であるので、圧縮機にカップリングを組み付ける順序はスクロール本体の旋廻側メンバーの側面に（スラスト軸受）カップリングを配置しガイドピンとの位置合わせをししつつ固定側のカバーハウジングを被せて本体ケースとをねじで締結し組立てを完了する。その作業中に万一カップリングからローラが１本でも脱落すれば運転中に重大な事故を招く。従って通常の転がり軸受同様にローラが保持器に確実に固定されるか叉は軌道輪でローラを挟み非分解のユニット化が不可欠である。
【０００６】
更なる課題に、スクロールの羽根の幅寸法の加工ばらつき誤差を吸収するための当該旋回カップリング部にはシムを挟み幅寸法の微調整を要する、当要望への対応手段にカップリングの軌道輪の板厚を選択組み合わせして調節することで充足される。軌道輪の板厚不同の許容範囲は、寿命、機密性の観点で５ミクロン以下のレベルを要し、通常のシムを挟設して調整する方法では精度確保が困難であるので軸受軌道輪の厚さでの選択組み合わせが好ましい。これらの課題が未解決のため前記の特願Ｈ１１−１９３５２５は実施にいたっていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本課題は前述の通り、細いローラを多数収容し且つ確実に保持することと、圧縮機への組み付け作業が容易であること、材料歩留まりの点で機械加工を減らし帯鋼板からのプレス成型を主体の製造工程で部品点数を減らしコストを最小にすることに関する。
請求項１はスクロールの圧縮圧力の増大と高速回転に備えることを目的とし、ガイドピンの駆動力で生ずる第二軌道輪の長穴との摺接面の面圧Ｐと摺接速度Ｖとの積ＰＶ値を下げるため第二軌道輪の板厚を増しガイドピンの接触長さ確保するとともにガイドピンの駆動トルク負荷による曲げモーメント荷重に備えるためガイドピンをスクロールの旋回側と固定側に強固に固定する必要があり相手側にシメシロを持って圧入固定するかねじで締結する。本発明の構成では第一軌道輪と第二軌道輪の間にＸ方向に転動するローラを配置し、第二軌道輪と第三軌道輪の間にＹ方向に転動するローラを配置し、第一保持部材に収容した前記Ｘ方向に転動するローラと第二保持部材に収容の前記Ｙ方向に転動するローラに、それぞれ円盤状の薄板カバーを被せる。該カバーにはローラが抜け落ちない程度にローラの本数分だけローラの径よりも少し小さい穴を穿孔しローラの外径がカバーの穴から突出するとともに該カバー部材の外周又は内周には半径方向に複数箇所に連結用の腕部を設けて該連結腕部材で第二軌道輪に可動に連結する。これによって保持器ポケット内に収容したローラは第二軌道輪と薄板カバーとで挟設されるので脱落することは無く、第二軌道輪は表裏にＸ，Ｙ方向のローラが一体化されたケージ＆ローラ＋軌道ワッシャのユニット品となり、組みつけが容易になる。連結部の腕は運転中は無用であって組み付け後は非接触である。従って腕は単なる輸送中とか組み付け工程での分離防止の機能が求められ強度を要しない。両端の第一軌道輪と第三軌道輪は分離しており各種板厚寸法を準備することでスクロールメンバの幅寸法のばらつきから生ずる旋回摺接面の最適スキマを得るシム調整の代替として活かすか、相手側スクロールメンバの側面が転がり軸受の軌道輪に相当する強度を有すれば軌道輪を廃止しても良い。第二軌道輪の板厚は表裏にＸ、Ｙ方向に交差して高面圧でローラが転動するので剛性を要し厚肉になる、叉第二軌道輪はオルダムキーとして長穴の内壁をガイドピンが摺接して駆動トルクを伝達するのでピンの該摺接面圧を下げる観点から肉厚を増してガイドピンとの接触幅を拡大する。
【０００８】
請求項２に記載の手段は、ガイドピンで駆動力を伝達しない場合の好適な手段であって、ガイドピンを相手側の受け面に設けたピン穴にルーズな嵌め合いのみで固定する図５の方式を説明すると、ローラの転動方向を常にＸ−Ｙの直交状態を保証するためにスクローメンバの旋廻側ピン穴に挿入したガイドピンを第一軌道輪を貫通し、第一保持器と第二軌道輪（中間軌道輪）の長穴と第二保持器の楕円穴に貫通させて、前記の各長穴では軌道輪と保持器の自転を禁止しつつＸ，Ｙ方向への動きを担保し、保持器の楕円穴をガイドピンが旋回することで保持器をローラの転がり量に同期させて駆動する発明技術の特願平−１９３５２５に対して前記ガイドピンの先端を拡張し例えばフランジ部材を装設してピンによって軌道輪を連結すれば、保持器に組み込んであるローラが軌道輪間に挟まれたままで脱落することはなく通常の玉軸受同様に容易に扱うことができる。ピンの先端部のフランジは軌道輪の裏面から突出して旋廻するので、取り付ける相手側にはピン先端の逃げポケットを設ける。ピンの先端は輸送中の分離を防ぐのみの軽微な止め輪で足りプラスチックでも良い。スクロールの旋回速度が毎分１万回以上に達するのでピンと第二軌道輪との摺接部およびローラの揺動接触部は発熱し強制給油を要する、そのためピン外周と軌道のピンが貫通する穴との間の空間内でのピンの高速旋回運動で遠心ポンプ効果をもたらし潤滑油を吸い込みカップリング内部に吐出させる強制潤滑機能を得る。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１の手段に対してスクロールメンバの側面がローラが高面圧で転動するに耐える品質が得られない場合であって第一と第三軌道輪をローラと一体化してローラの脱落を防ぎつつ旋回を可能にする好適手段である。第二軌道輪は各種の厚さ寸法を揃えてスクロールメンバの組立て幅の誤差を調整するシム機能を具備する。第一、第三軌道輪は厚さが一種類の圧延鋼板で成り、第一保持部材に収容のローラを、図４の如くローラよりも僅かに小さい穴を穿孔した薄板で成るカバーを保持器に被せてローラの外径をカバーから突出させ、図８の符号５４の如く第一軌道輪の内周または外周に設けた連結腕５４又は、図７の第一保持部材に併設のローラ脱落防止のカバーの内周または外周に設けた連結腕符号４６で連結しＸ方向にのみ転がる第一軌道輪とローラでなる保持器付き軌道輪ユニットとし同様に第三軌道輪と第二保持部材とを第三軌道輪の内又は外周に設けた腕又は第二保持部材に併設のローラ脱落防止のカバーの内又は外周に設けた腕でＹ方向にのみ可動に連結しＹ方向にのみ転がる保持器付き軌道輪ユニットとする。圧縮機への組み付け方法は、予め固定側スクロールメンバ符号６０に圧入固定されたガイドピン５８に合わせて前記のＸ方向に転がる保持器付きころと軌道輪の組み立て体を乗せ、その上に第二軌道輪を配置し、更に保持器付きころと第三軌道輪の組み立て体を乗せて積層し第三軌道輪のピン穴に旋回側スクロールメンバに固定のピンを合わせてボルトで締結する。
【００１０】
請求項４に記載の手段によれば、図９の如くＸ方向に直動するローラを保持部材に収納し第一軌道輪２と第二軌道輪１の間に挟み、該軌道輪の内又は外周に設けた腕部材５９で第二軌道輪１とＸ方向に可動に連結する。同様にＹ方向に直動するローラ４を第三軌道輪３と中間の第二軌道輪１で挟み軌道輪の内又は外周に設けた腕部材５９で第二軌道輪１とＹ方向に可動に連結する。これで第一軌道輪と第三軌道輪が相対的に旋回可能に連結される、この手段では請求項１，３の如きローラを保持するための薄板でなるカバーを省略し代わりに第一、第三軌道輪がプレスによる曲げ加工が容易な１ミリ程度の薄板帯鋼板からのプレス成型に限られ、負荷の小さな場合に好適で低コスト化をもたらす。
【００１１】
請求項５に記載の手段に依れば、第一軌道輪と第三軌道輪をコの字形のクリップ部材を前記軌道輪の内又は外周に遊嵌して旋回可能に連結するもので、旋回径が小さい場合に好適である、コの字形のクリップ部材は金属に限らず樹脂、ゴム製で足り、円周上の一部又は全周に外径、又は内径側からクリップ状に組み付ける。当然運転中には無用の部材であって、軌道輪との摺接をなくすため、一個の軌道輪にはしまり嵌めか接着固定とし、他の軌道輪とは運転中非接触とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】各請求項の実施の形態を実施例の図面で説明する。
実施例の図１は従来のクロスタンデムニードルを用いたスラストカップリングの特願平１１−１９３５２５である。当提案では軌道輪が分離可能でローラは保持器ポケットから容易に脱落する。叉軌道輪と保持器とのスキマが狭くローラの転送面、及びガイドピンの摺接部に潤滑油が行き渡らない問題がある。
【００１３】
請求項１の実施の形態を実施例の図２に示し図中の符号をもって説明する。図３の符号４６、４７の厚さが１．４ミリの鋼板をプレスで打ち抜き複数個の角穴ポケットを設けた保持器４６の上に厚さが０．２ミリの鋼板を同じくプレス成型した薄板５を被せる、薄板５にはローラの径より僅かに狭い穴をローラ個数分搾孔して図４の如く穴からローラ外径が僅かに突出するように配置する。上記薄板カバー５の外周から腕部２１を出してコの字に折り曲げて図３に示す第二軌道輪の溝符号２２に６の如く係合する。かくして第二軌道輪１の両側にＸ，Ｙそれぞれの方向に転がるケージ＆ローラの構造体が図３の腕２１で連結されＸ−Ｙ方向の直動軸受け体から成る旋回カップリング組み立て体図２が得られる。薄板のカバー５は輸送中の単なるローラのばらけ防止と軌道輪への連結機能があれば足り運転中は不要部材であるので厚さが０．１〜０．２ミリのＳＰＣ材等のミガキ帯鋼板とする。軌道輪１，２，３は高強度を要するので軸受鋼ＳＵＪ−２叉はＳＫ−５の帯鋼板をプレス打ち抜き後焼入れ焼き戻しを施し硬さがＨＲＣ６０〜６５の硬さにする。
【００１４】
請求項２は、図１の従来の形態に対する改良発明の態様を図５に示す。図５は当発明を組み立てた状態を示し図５の切断Ｂ−Ｂの断面を図６に示す。ガイドピン２３の先端に軌道輪の分離を防ぐ止め輪２４を設けて軌道輪１，２，３の間にローラ４を収容した保持器４６，４７が挟設されて一体化してある。第三軌道輪２とピン２３は相対的に旋回するので第三軌道輪２の孔４５はピンの旋回の妨げにならぬよう十分に大きくしてある。ピン２３の中央軸外周部１０と中間軌道輪１との接触部は軌道輪の慣性モーメント並びに圧縮駆動力を負荷するので高い面圧で高速で摺接する。叉軌道輪間のローラも高負荷下で高速で揺動する、しかしローラ並びにピンの周辺は隙間が極端に狭く冷却を兼ねた大量の給油は困難である。これらの課題にはピン先端をカップリングの外部に露出させ軌道輪の外の油を吸い込み内部に吐出すれば足りる。実施例の図６ではカップリングの外側の逃げ空間１７に溜まる潤滑油をピン先端の止め輪８の隙間から吸引してカップリング内部に吐出する。上記のポンピング原理は第三軌道輪２の孔の空間４５内でのピンの高速旋回運動と軌道輪の穴の面取り角度とピン外径で成す僅かな開口面積差で空間４５の前後に圧力差を生ぜしめて止め輪２４のスキマから潤滑油を吸い込みカップリング内部に送り込むことで十分な潤滑を施すことができる。
【００１５】
請求項３の実施の形態を図７，８で説明する。前述の請求項１の実施の形態で説明のローラの脱落を防ぐ保持部材の上に被せる薄板でなるカバーの外周叉は内周に延長した腕５５を折り曲げて第一軌道輪５０にフック状に係合し同様に第３軌道輪５１にも実施する。図８においてはスラスト負荷が小さい場合第一軌道輪５２と第３軌道輪５３をプレス成型可能な厚さ約１．０ミリ前後の薄板製とし軌道輪の周囲から延長した腕５４を折り曲げこれを保持器にフック状に係合させる。かくして第一軌道輪とＸ方向に転がる直動のケージ＆ローラのユニットとなり、叉第三軌道輪とＹ方向に直動するケージ＆ローラのユニットとなる。ピン５８のガイドによって第一と第三軌道輪は第二軌道輪を介して旋回運動を可能にする。この場合第二軌道輪は厚さが３．０〜４．０ミリの一枚のワッシャとなり取り扱いは一層容易である。
【００１６】
請求項４の実施の形態は、実施例を図９に示す、当発明は第一と第三軌道輪がプレス成型の容易な厚さが１．０ミリ前後の鋼板製で、比較的軽荷重の場合に適する。図９の符号２，３の薄板の軌道輪の外周（内周でも可）から腕を延長しこれを図の５９の如く折り曲げてそれぞれ第二軌道輪の溝６３にフック状に引っかける。第二軌道輪１の表裏にはＸとＹ方向に転がるローラが第一、第三軌道輪で挟まれて配置されカップリングのユニットとなる。
求項５の実施の形態を図９，１０に沿って説明すると図１の要素を組み立てた後図１０に示す断面がコの字形の環状部材３１を被せて第一軌道輪２、と第三軌道輪３を旋回運動の妨げにならぬようにスキマをもって縛り非分離のユニットとする。環状部材３１は一箇所が３３の如くスリットが入り各軌道輪を収容した後に弾性で収縮して図９の如くユニットになる。図１０に示した環状部材は運転中は全く強度を要せずゴムまたは薄板のプラスチックが好適である。図１０の実施例では潤滑の妨げにならぬように窓５７を設けてあるが、代わりに板をコの字に折り曲げた形の樹脂クリップを円周上複数個配置すれば足り潤滑油の通過障害並びに運転中に脱落、摩擦など妨げにならなければ良い。図１０のガイドピン先端の円すい形状６３が旋回することで油穴６４との間で遠心ポンプ作用を得て油が内部に吸引される。
【００１７】
【実施例】請求項１の発明の実施例を図３、図４に示す、図４はφ２ミリのローラを保持する時のカバーの板厚は０．２ミリである。図４の符号５は柱を示し幅が０．４ミリとなる。圧延鋼板ＳＰＣ材の硬さをＨｖ１５０程度としブランク加工時の柱の抜きダレも少なく高精度のブランク加工が可能である。叉薄板カバーは外周または内周の断面をコの字形に折り曲げたフックの２１以外の周囲は絞り加工されて保持器４６の円周叉は内周に嵌合しプレスでかしめて固定される。
請求項２の実施例の平面図を図５にＢ−Ｂ断面を図６に示す、ガイドピン２３は台当り４本必要であるが内２本に先端の止め輪２４を装設すれば足りる。
請求項３の実施例を図７，８に示す。
請求項４の実施例を図９に示す。
請求項５の発明の実施例を図１０，１１に示す。
【発明の効果】当発明の実施の手段は鋼板からのプレス成型を主体にした製法であって、叉試用するローラはベアリングに多量に使用される針状ころを用い極めて安価な生産手段で、機能においては正確なローラの転がり運動を担保し且つ精密な運転を高信頼度で得るもので次世代の圧縮機に好適な作用をもたらす。スクロール形圧縮機の高圧化を容易にし結果従来のフロン系冷媒をＣＯ２ガス容易に変換を可能にするので地球環境改善に寄与する
【図面の簡単な説明】
【図１】は従来の発明の出願平１１−１９３５２５を示す。
【図２】は当発明技術の請求項１の実施例の略視図
【図３】は当発明技術の実施例の断面図
【図４】は
【図３】の補足説明図
【図５】は請求項２の実施例略視図
【図６】は
【図５】のＢ−Ｂ断面略視図
【図７】
【，８】は請求項３の実施例の断面略視図
【図９】は請求項４の実施例の断面略視図
【図１０】
【図１１】は請求項５の実施例の略視図
【符号の説明】
１・・・第二軌道輪
２、５０、５２・・・第一軌道輪
３、５１、５３・・・第三軌道輪
４・・・ローラ
５・・・薄板保持カバー
２３、５８・・・ガイドピン
２４・・・止め輪
３１・・・保持環
４６、４７・・・保持器
６０，６１スクロールメンバ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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