(57)【要約】【課題】旋回軸受の径寸法が小さい小型のスクロール流体機械ではスライドブッシュ機構が適用できないのでラップ側壁間隙間が大きくなり内部漏れが増大し効率が大きく低下する問題があった。また旋回軸と主軸が一体の駆動軸とモータ軸を分離する駆動軸分離構造では旋回軸の旋回半径が固定されて効率向上が図れない問題があった。【解決手段】旋回軸受に挿入する旋回軸と１か所の転がり軸受で支えられた主軸が一体の駆動軸７と１本の円柱で形成されたモ−タ軸８とを分離し、駆動軸片側の主軸部円筒内に同心円で形成した直径の数倍以上の長さの取付穴の中に前記モ−タ軸を勘合隙間を設けて一定長さで挿入し回り止めをして連結するとともに、駆動軸には重錘を２か所設け、モ−タ軸と駆動軸との間に駆動軸の勘合隙間内での傾斜により旋回半径が拡大する方向に力が作用するようにバネ１３を装着して構成されたスクロール流体機械の軸構造。【選択図】  図１
2005030347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定スクロールと旋回スクロールで作動室を構成し、電動機の動力をシャフトを介して自転防止機構を装着した旋回スクロールに伝達して駆動する旋回駆動方式のスクロール流体機械において、
（１）１か所の転がり軸受ないしは軸受幅が軸直径の１／２以下のすべり軸受で支えられた主軸とこの主軸に対して中心が偏心し旋回スクロールの旋回軸受に挿入される旋回軸とを一体とした駆動軸を設ける。
（２）該駆動軸と分離されおよそ１本の円柱で形成されたモ−タ軸を該駆動軸片側の主軸部円筒内に同心円で形成した取付穴の中に勘合隙間を設けて直径の数倍以上の深さまで挿入すると同時に回り止めをして連結する。
（３）駆動軸の旋回軸とフレ−ムの主軸受との間で主軸に対する旋回軸の反偏心方向に遠心力が作用するように主重錘を装着する。
（４）駆動軸の電動機側軸端部で主重錘の反対側に遠心力が作用するように副重錘を装着する。
以上で構成されたことを特徴とするスクロール流体機械の軸構造。
【請求項２】
駆動軸の取付穴に装着されたモ−タ軸と駆動軸との間に、それらの軸間の勘合隙間内でモ−タ軸に対して駆動軸が傾斜して旋回軸の偏心量すなはち旋回半径が拡大する方向に力が作用するようにバネを装着して構成されたことを特徴とする請求項１のスクロール流体機械の軸構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動流体として気体を用いる冷凍空調用圧縮機や空気用圧縮機および真空ポンプに利用される容積式のスクロール流体機械に関し、特に旋回スクロ−ルの旋回半径を運転条件に応じて変化させる旋回半径可変機構を備えたスクロール流体機械の軸構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機で直接駆動されるスクロール流体機械は、電動機部とポンプ部から構成され、その両者は固定側のフレ−ムと電動機の動力を伝達する回転側のシャフトで連結されている。
【０００３】
ポンプ部の作動室は段差のある渦巻状ラップを設けた固定スクロールと段差のある渦巻状溝を設けた旋回スクロールとで形成されている。このような作動室内を階段状としたスクロール形状の公知例としては特開２００１−２２１１７４号公報がある。
【０００４】
シャフトは、電動機の回転体であるロ−タに固定されたモ−タ軸と、旋回スクロ−ルの旋回軸受に勘合するように該シャフトの一端に設けた旋回軸、及び該ロ−タと旋回軸の間にあってフレ−ムに設けた主軸受で支えられた主軸から構成されている。
【０００５】
主軸と旋回軸を一体とした駆動軸とモータ軸を分離する構成すなはち駆動軸分離構造の公知例としては特開平０７−８３１７９号公報や特開２００１−５９４８５号公報がある。
【０００６】
前者の公知例ではモ−タ軸と駆動軸の連結部はボルトで固定されて一体に結合され、駆動軸は旋回軸を挟んだ両側２か所の軸受で支持されている。そして、モ−タ軸に２個の重錘が設けられている。
【０００７】
後者の公知例ではモ−タ軸と駆動軸の連結部は相対的傾斜が自由な自在軸継ぎ手で結合されている、駆動軸の主軸部は軸受幅の長いすべり軸受で支持されている。しかし、重錘に関する記載はない。
【０００８】
いずれの公知例も、駆動軸は主軸受で径方向は完全に位置決めされて旋回半径を可変とする機能はなく、駆動軸には旋回スクロールの遠心力と径方向のガス力のみが旋回軸の偏心方向に作用する構成となっている。
【０００９】
一方旋回軸にスライド機構を設けて分離した旋回軸を内側で支える部位とモ−タ軸と主軸を一体として形成した駆動軸と旋回軸受に装着される旋回軸を形成する部位であるスライドブッシュから構成されたスライドブッシュ機構の公知例として特開平０７−３２４６８９号公報がある。
【００１０】
この公知例では、スライドブッシュに重錘を設けると同時に分離した旋回軸間に設けた弾性部材のバネを旋回半径が大きくなる方向に押している。しかし、駆動軸の支持構造の記載はないことから、一般的に２か所の軸受で傾斜しないように支えられていると考えられる。そして、低速時にはラップ間を接触させてシ−ルし、高速時には旋回スクロールの遠心力よりも重錘の遠心力が大きくなってラップ間の隙間が生じる構成となっている。
【特許文献１】特開２００１−２２１１７４号公報
【特許文献２】特開平０７−８３１７９号公報
【特許文献３】特開２００１−５９４８５号公報
【特許文献４】特開平０７−３２４６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
駆動軸分離構造に於いては、駆動軸の傾斜を抑えるように長い滑り軸受や２個の軸受で支えているので、旋回軸の旋回半径の大きさを運転条件などに応じて変化させることはできないので、効率向上が図れない問題や旋回スクロールがラップ側壁に接触した場合には、旋回スクロールの遠心力がそのままラップに作用するので、ラップの破損や騒音が増大する問題があった。
【００１２】
スライドブッシュ機構に於いては、旋回軸受内はスライドブッシュを収納した複雑な構造となっているので、旋回軸受の径寸法が小さくてスライドブッシュを収納する空間がない小型のスクロール流体機械には適用できず、ラップ側壁間隙間が小さくできなくて内部漏れが増大して効率が低下する問題があった。
【００１３】
またシャフトはモ−タ軸と主軸及び旋回軸の一部が一体で構成された複雑な形状でロ−タに固定されているので汎用モ−タが利用できない問題があった。
【００１４】
さらに、スライドブッシュに装着された重錘の遠心力に伴うモ−メントにより、スライドブッシュが旋回軸受内で傾斜して片当りが発生して、軸受を損傷する問題や高速側ではラップ側壁間隙間が拡大して効率が低下する問題があった。
【００１５】
加えて、駆動軸に勘合されてスライドするスライドブッシュの面は平担面で形成されているので円筒に比べて加工性が低下する問題があった。
【００１６】
機構解析上の問題として、公知例の本文に記載されている［式２］には旋回スクロールの遠心力とは反対方向に作用すべき径方向ガス力が記載されておらず、実際にはＦの値が広い範囲で負となり、ラップ側壁隙間の隙間が拡大して、効率が大きく低下する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記従来の課題を解決する手段として、例えば特開２００１−２２１１７４号公報に記載された階段状のスクロール形状を適用したスクロール式ポンプの旋回スクロールのおよそ中央部ラップ内の狭隘な場所に設けた旋回軸受に於いて、この軸受に装着した旋回軸と１か所の転がり軸受ないしは軸受幅が軸直径の１／２以下のすべり軸受で支えられた主軸を一体とした駆動軸７を形成する。
【００１８】
該駆動軸と分離されおよそ１本の円柱で形成されたモ−タ軸８を、駆動軸片側の主軸部円筒内に同心円で形成した取付穴の中に前記モ−タ軸を勘合隙間を設けて直径の数倍以上の深さまで挿入すると同時に回り止めをして連結される。
【００１９】
この場合の駆動軸７の最大傾斜角は主軸受部で拘束される角度よりも、該取付穴寸法で決まるモ−タ軸で拘束される角度が小さくなるように設定する。
【００２０】
シャフトには旋回スクロ−ルの遠心力との釣り合いを取るための重錘を２か所設ける。１つの主重錘は旋回軸とフレ−ムの主軸受との間に設け、他の一つの副重錘は電動機側の駆動軸端部ないしはその端部と電動機との間に設ける。
【００２１】
駆動軸の取付穴に装着されたモ−タ軸と駆動軸との間には、それらの軸間の勘合隙間内で駆動軸が傾斜して旋回半径が拡大する方向に力が作用するようにバネ１３を装着する。
【００２２】
駆動軸に前記２個の重錘を設けた場合には、旋回スクロールと２個の重錘による遠心力は釣り合いが取れており見掛け上駆動軸には遠心力は作用しない。
【００２３】
よって、主重錘の遠心力方向に作用する径方向ガス力と旋回スクロールの遠心力方向に作用するバネ力によるモ−メントの差により駆動軸の取付穴の勘合隙間内で傾斜させる方向が決まる。
【００２４】
このバネ力によるモーメントを径方向ガス力のそれよりも大きくなるように設定しているので、該勘合隙間内で駆動軸が傾斜して旋回半径が大きくなって、ラップ径方向隙間が大きく減少する。
【００２５】
旋回スクロールの自転防止機構として、旋回スクロールとフレ−ムとの間には楕円型のオルダムリングを用いたオルダム機構が設けられている。
【００２６】
上記発明の技術手段に基づくポンプ部の働きは以下の通りである。
【００２７】
主軸中心に対しておよそ旋回半径偏心して設けられた旋回軸中心回りに旋回スクロールはオルダム機構で自転を防止された公転運動すなはち旋回運動を行う。
【００２８】
運転当初は吐出圧力と吸入圧力はおよそ等しいので、吐出圧力と吸入圧力の差に比例する径方向ガス力は殆ど０になり、バネ力のみの作用により駆動軸が勘合隙間内で傾斜して旋回半径が拡大する。
【００２９】
すなはちバネ力による主軸受部を支点とするモーメントがラップ側壁間のシール力として旋回軸を介して旋回スクロールに作用するので、ラップ側壁間隙間の減少に伴う内部漏れの減少から、ガスの吐出量が増大することになる。
【００３０】
吐出圧力が所定の圧力に達する条件においては、径方向ガス力の増大により駆動軸を旋回半径方向に傾斜させるモーメントは減少するが、負にはならないので駆動軸の傾斜方向とラップ側壁間隙間は維持されて、性能が高くラップ間接触に伴う騒音は無いか減少する。
【００３１】
副重錘を駆動軸に設けないでモ−タ軸側に装着すると同時に駆動軸とモータ軸間にバネを装着しない他の発明では、所定の速度において径方向ガス力より遠心力による旋回半径を拡大するモ−メントが大きくなりラップ側壁間隙間が０ないしは最小隙間が保持される。
【発明の効果】
【００３２】
以上の如く構成されたスクロール流体機械において、旋回軸受が小さくてスライドブッシュ機構が適用できない上にラップ側壁間隙間からの漏れの影響が大きくなる小型のスクロール流体機械に運転時旋回半径を拡大できる旋回半径可変機構が適用できるので、大幅な効率向上が図れる効果がある。
【００３３】
固定スクロールと旋回スクロールのラップ側壁間は接触しないか接触しても接触力が小さいので騒音低減が図れる効果がある。
【００３４】
またシャフトをモ−タ軸と旋回軸と主軸を一体化した駆動軸に分離した上にモータ軸を一本の円柱で形成させることにより市販の電動機の利用が可能となるので生産性が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の一実施例を図１ないしは図４及び図６を用いて説明する。
【００３６】
本発明であるオイルフリ−向けスクロール流体機械は、図１の縦断面図に示すように、電動機部２とポンプ部３から構成され、それらは互いにポンプ部を固定するフレ−ム６と電動機の動力をポンプ部に伝達するするシャフトで連結されている。
【００３７】
ポンプ部３の作動室は、特開２００１−２２１１７４号公報に記載されているように、厚肉端板に渦巻状の溝を設けるとともに中央部は段差のある渦巻状のラップとした固定スクロール５と端板に渦巻状のラップを設けた設けるとともに中央部は段差のある渦巻状の溝とした旋回スクロール４とで形成されている。
【００３８】
旋回スクロール４の軸方向はフレ−ム６に設けた旋回スラスト軸受６ｂで支持され、径方向は駆動軸７の一部である旋回軸７ｂで支持されている。
【００３９】
シャフトは電動機のロ−タに固定されたモ−タ軸８とフレ−ムに装着した主軸受１４に支えられた主軸部７ａと旋回スクロールに装着した旋回軸受１５に挿入される旋回軸部７ｂとで形成される駆動軸７とを機械的に接続して構成される。
【００４０】
該主軸受１４は玉軸受などの転がり軸受ないしは軸受幅が軸直径の１／２以下のすべり軸受１か所から構成する。
【００４１】
図２に示されているように、旋回スクロール４の自転防止機構であるオルダムリング９が旋回スラスト軸受６ｂの外側に配置され、そのリング形状は長径と短径の差がおよそ旋回半径に等しい楕円形をしている。
【００４２】
一方、作動室のラップ側壁間のガス漏れを抑制するシ−ルはラップ側壁間を接触ないしは微少隙間を保持することで達成される。そのシール手段には、モ−タ軸８に対して駆動軸７を傾斜させて旋回軸の偏心量を変化させる旋回半径可変機構が適用されている。
【００４３】
その具体的な構成を図１、図３及び図４を用いて以下説明する。駆動軸７の外観図である図３に示すように主軸部７ａ中心に対して旋回軸７ｂ中心はおよそ作動室を形成するラップ形状から決まるおよそ旋回半径偏心している。
【００４４】
そして主軸部７ａの内部に端部が開口し他端が閉じた中心が主軸部外径中心に一致する円筒形状の取付穴７ｃが設けられている。この取付穴７ｃにモータ軸８が直径方向の勘合隙間を設けて、直径の２〜４倍の奥行きまで挿入されている。
【００４５】
該勘合隙間の大きさは、旋回軸７ｂの偏心量を拡大させるに必要な旋回半径拡大量で決められるが、およそ取付穴７ｃ直径の２／１０００〜５／１０００が好ましい。
【００４６】
そして、モ−タ軸８に対する駆動軸７の傾斜角は、主軸受１４で拘束される最大傾斜角よりも該取付穴７ｃ勘合隙間の大きさから決まるモ−タ軸８で拘束される最大傾斜角が小さくなるように設定する。
【００４７】
また、図１に示すように旋回軸部７ｂと主軸部７ａとの間の駆動軸には旋回スクロール４の遠心力の反対方向すなはち旋回軸の反偏心方向に主重錘１０が装着され、主軸部の電動機側端部には副重錘１１が装着されている。
【００４８】
そして、図１のＢ矢視部分拡大図である図３に示されているようにモ−タ軸８の旋回軸側端部に設けた収納孔８ａの中に、駆動軸に固定された主重錘１０の固定ボルト１２に抑え込まれたバネ１３が圧縮されて装着されている。
【００４９】
該バネ１３の押し付け力は固定されたモ−タ軸８に対して駆動軸７を旋回軸の偏心量が拡大する方向に傾斜させるように作用していると同時にモータ軸８に対する駆動軸８の回り止めの役目を果たしている。
【００５０】
なお該バネ１３は図３で示されているようなコイルスプリングの替わりに、モ−タ軸ないしは駆動軸取付穴内に設けた軸方向に長い溝に板バネ相当の弾性体を装着しても良い。
【００５１】
本発明のポンプを旋回スクロール４とフレ−ム６で挟まれた空間を真空側とする真空ポンプとして用いる場合には、フレ−ムの主軸受部にオイルシ−ルを装着するか封入したグリ−スが外部に流出しないようなシ−ル構造を設けた密封玉軸受を主軸受として用いても良い。
【００５２】
その他の発明を図５を用いて説明する。副重錘３１をモ−タ軸２８ないしは電動機のロ−タに装着して、駆動軸２７には主重錘３０のみ装着して構成する。この構成ではバネは無くても良い。そして、この副重錘位置とバネを装着しないこと以外は図１の発明とおよそ同じ構成となる。
【００５３】
以上のごとく構成されたスクロ−ル流体機械の働きについて以下説明する。
【００５４】
電動機の起動に伴い、モ−タ軸８に連結された駆動軸７が回転し、旋回スクロール４は主軸中心に対しておよそ旋回半径偏心して設けられた旋回軸７ｂ中心回りにオルダム機構で自転を防止された公転運動すなはち旋回運動を行う。
【００５５】
運転当初は吐出圧力は吸入圧力におよそ等しいので、吐出圧力と吸入圧力の差に比例する径方向ガス力は殆ど０に等しく、駆動軸７の旋回半径方向にはバネ力のみが作用して駆動軸が勘合隙間内で傾斜することにより旋回半径が拡大する。
【００５６】
すなはちバネ１３力による主軸受１０を支点とするモーメントがラップ側壁間隙間のシール力として旋回軸７ｂを介して旋回スクロール４に作用する。このラップ側壁間隙間の減少により作動室内の内部漏れが減少して、ガスの吐出量が増大することになる。
【００５７】
吐出圧力が所定の圧力に達すると径方向ガス力が増大して駆動軸７の旋回半径方向の力は減少するが、モ−メントが作用する方向に変化は内ので駆動軸の勘合隙間内傾斜角度は変化しないで、ラップ側壁間隙間が０ないしは最小となって性能が高くラップ間接触に伴う騒音が殆ど無い状態が実現される。
【００５８】
その駆動軸の旋回軸７ｂ偏心方向すなはち旋回半径方向に作用する力関係を図６の（ａ）釣り合い型を用いて説明する。
【００５９】
旋回スクロール４の遠心力Ｆｃと主重錘の遠心力Ｆｍと副重錘の遠心力Ｆｎは力及びモ−メントは釣り合っているので、見掛け上無いに等しい。残る力は径方向のガス力Ｆｒとバネ力Ｆｋである。
【００６０】
起動時は吐出圧力と吸入圧力が等しくて殆どＦｒ＝０となりＦｋのみとなるので、Ｆｋによる主軸受１０を支点とするモ−メントＭｋが作用して旋回半径を拡大する方向に駆動軸７を傾斜させる。
【００６１】
吐出圧力が上昇し所定の圧力に達するとＭｋの逆回転方向にＦｒによる主軸受を支点とするモ−メントＭｒが加わり、駆動軸７に作用するモーメント差であるＭｋ−Ｍｒは減少するが、その値は常に正となるように設定されており駆動軸の傾斜角に変化はないので、ラップ側壁間隙間のシール性は低下しない。
【００６２】
その際シール力は低下するのでラップ側壁間が接触した場合の衝撃力の減少に伴い騒音は減少する。
【００６３】
副重錘を駆動軸に設けないでモ−タ軸側に設けると同時に駆動軸とモータ軸間にバネを装着しない図５に示す他の発明では、所定速度において径方向ガス力より遠心力による旋回半径を拡大するモ−メントが大きくなりラップ側壁間隙間が縮小する。
【００６４】
その駆動軸２７の旋回軸偏心方向すなはち旋回半径方向に作用する力関係を図６の（ｂ）不釣り合い型を用いて説明する。駆動軸２７に作用する力は旋回スクロール２４の遠心力Ｆｃと主重錘３０の遠心力Ｆｍと径方向ガス力Ｆｒである。
【００６５】
起動時は吐出圧力と吸入圧力が等しくて殆どＦｒ＝０となり、残るＦｃとＦｍによるそれぞれの主軸受２７を支点とするモーメントの差Ｍｃ−Ｍｍが正となるので、旋回半径を拡大する方向に駆動軸を傾斜させることになる。
【００６６】
吐出圧力が上昇して所定の条件に達するとＭｍと同じ方向にＦｒによる主軸受を支点とするモ−メントＭｒが加わり、それらのモーメント差であるＭｃ−Ｍｍ−Ｍｒが減少するが、符号の反転はなく駆動軸の傾斜角に変化はないので、ラップ側壁間隙間のシール性は低下しない。
【００６７】
その際シール力は低下するので図１の発明と同様ラップ側壁間が接触した場合の衝撃力の減少に伴い騒音が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明のスクロール式ポンプの断面図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【図３】図１のＢ矢視部分拡大図
【図４】駆動軸の外観図
【図５】他の発明のスクロール式ポンプの断面図
【図６】駆動軸に作用する旋回軸偏心方向の力の関係図
【符号の説明】
【００６９】
３      ポンプ部
４      旋回スクロ−ル
４ａ    端板
６      フレ−ム
６ｂ    旋回スラスト軸受
７      駆動軸  
７ａ    主軸部  
７ｂ    旋回軸部  
７ｃ    取付穴
８      モ−タ軸
９      オルダムリング
１０      主重錘  
１１      副重錘
１２      固定ボルト
１３      バネ
１４      主軸受  
１５      旋回軸受
２７      駆動軸  
２８      モ−タ軸
３１      副重錘
【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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