(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡板の両側に渦巻状のスクロールラップを有する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板の両側に配置され、前記旋回スクロールのラップに噛み合うラップを有する二つの固定スクロールと、前記二つの固定スクロールに回転可能に支持され前記旋回スクロールを旋回運動させる駆動クランク軸及び補助クランク軸とを備え、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸とは平行に支持され、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸を同期回転運動させるための同期回転機構と、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸同士を結ぶ軸線方向に前記補助クランク軸を移動させるスライダと、前記スライダの移動方向に前記補助クランク軸と対称に設けられたダンパと、を有するスクロール圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載のスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールには前記補助クランク軸を回転自在に支持する軸受と、この軸受の外周には前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸とを結ぶ軸線方向と平行な平面を有するスリーブと、を有し、前記スライダは前記スリーブの平面と接触し、前記ダンパは前記スリーブの外周面と前記旋回スクロールとの間に設けられたスクロール圧縮機。
【請求項３】
請求項１及び２記載のスクロール圧縮機において、前記ダンパはダイラタント物質からなるスクロール圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気圧縮機や冷凍空調用に用いられる渦巻形のスクロールラップを有するスクロール圧縮機に係り、特に大型のスクロール圧縮機の振動騒音低減を実現するのに好適な鏡板の両側にスクロールラップを有するスクロール圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
鏡板の両側にラップを持つスクロール圧縮機（両歯式スクロール圧縮機もしくはダブルスクロール圧縮機と呼ばれる）は、スクロールラップの外周部に駆動クランク軸と補助クランク軸の２本が設置され、これらをタイミングベルトによって同期回転させることで旋回スクロールを駆動する外周駆動式を採用している。
【０００３】
このようなスクロール圧縮機（以下、単に、スクロール圧縮機と呼ぶ）を運転すると、圧縮機本体はもちろん、スクロールの中心部が圧縮熱によって高温になる。このため運転中は、外気に接している固定スクロールに対して、その固定スクロールの間に設置された旋回スクロールの方がより高温となる。
【０００４】
即ち運転中の相対的な熱膨張量は固定スクロールより旋回スクロールのほうが大きくなる。
【０００５】
特許文献１には、この熱膨張による伸びの差を許容するために、旋回スクロールが駆動軸線方向に移動可能とするスライダを、補助クランク軸受の軸線に関し対称に、対向して設けることを提案している。このスライダが固定スクロールと旋回スクロールの熱膨張による差を吸収することによって、ラップが接触せず安定した回転を維持することができる。さらに、このスライダと隣接する軸受部，旋回スクロール等の材料の違いによって生じる熱膨張差が原因となる振動騒音を低減するため、それら部品を線膨張係数の近い材料で構成することが提案されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３４８７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし特許文献１のスクロール圧縮機においてはこのスライダがあるために、スライド機構が滑る方向と同じ向きに旋回スクロールに力が作用する瞬間は補助クランク軸から旋回スクロールにトルクを伝達することができない。そのため駆動クランク軸から補助クランク軸へのトルクの伝達が、旋回スクロールが軸線方向に垂直の位置にくる時、即ち上死点と下死点の一回転ごとに二回発生することになる。この変動トルクによる加振力の発生が振動騒音の原因となっている。
【０００８】
本発明の目的は、上記スクロール圧縮機において、熱膨張による伸びを許容するスライダの特性を保ちながら、このスライダが存在するために新たに発生する変動トルクを低減し、安定した伝達トルクを保持することにより、振動騒音を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るスクロール圧縮機は、鏡板の両側に渦巻状のスクロールラップを有する旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板の両側に配置され、前記旋回スクロールのラップに噛み合うラップを有する二つの固定スクロールと、前記二つの固定スクロールに回転可能に支持され前記旋回スクロールを旋回運動させる駆動クランク軸及び補助クランク軸とを備え、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸とは平行に支持され、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸を同期回転運動させるための同期回転機構と、前記駆動クランク軸と前記補助クランク軸同士を結ぶ軸線方向に前記補助クランク軸を移動させるスライダと、前記スライダの移動方向に前記補助クランク軸と対称に設けられたダンパと、を有する構成とした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スクロール圧縮機の安定運動を達成できると共に振動騒音を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の両歯式のスクロール圧縮機の本体ブロックの縦断面図である。本実施例は、主として空気圧縮用に使用されるスクロール圧縮機を示すものである。
【００１２】
両歯式のスクロール圧縮機は、鏡板１Ａの両側に渦巻状のスクロールラップ１Ｂが形成された旋回スクロール１と、鏡板２Ａ，３Ａにスクロールラップ１Ｂと噛み合って圧縮作動室を構成する渦巻状のスクロールラップ２Ｂ，３Ｂが形成された固定スクロール２及び３をそれぞれ備えている。
【００１３】
旋回スクロール１の内側に設けられた冷却フィン１Ｃと、固定スクロール２及び３の外側に設けられた冷却フィン２Ｃ，３Ｃにより、両スクロールを冷却する。
【００１４】
また、本実施例におけるスクロール圧縮機は、旋回スクロール１を駆動する駆動クランク軸４と、この駆動クランク軸４と同期回転する補助クランク軸５と、駆動クランク軸４と補助クランク軸５を同期させるタイミングベルト６と、このタイミングベルト６が装架される駆動クランク軸４側のタイミングプーリ７Ａと、補助クランク軸５側のタイミングプーリ７Ｂと、駆動クランク軸４を駆動するモータ（図示せず）の動力を伝達するのに用いるＶプーリ８とを備えている。
【００１５】
二つの固定スクロール２，３のほぼ中央部には圧縮された空気を吐出する吐出口９Ａ，９Ｂが形成されている。
【００１６】
また旋回スクロール１には、駆動クランク軸４と補助クランク軸５を軸支持するそれぞれ二個の転がり軸受１０が設けられている。補助クランク軸５を軸支持する転がり軸受１０は、金属製のスリーブ１１に挿入され、駆動クランク軸４と補助クランク軸５間の熱膨張差等による微小な位置変動（位置的なずれ）を吸収するためのスライド機構（後述）を備えている。
【００１７】
駆動クランク軸４及び補助クランク軸５は、旋回スクロール１が自転することなく公転できるようになっている。これら駆動クランク軸４及び補助クランク軸５が同じ方向に偏心していることにより、旋回スクロール１の偏心回転（旋回）運動が可能となるが、反面、両クランク軸には過大な遠心力が作用する。この遠心力を相殺もしくは低減するために、両クランク軸にはバランスウエイト１２が４個取り付けられている。
【００１８】
駆動クランク軸４が回転すると、旋回スクロール１が旋回運動を行い、これより流体が吸込口（図示せず）から固定するクロールと旋回スクロール１のラップ１Ｂで形成される三日月状の圧縮室に吸い込まれる。その後旋回スクロール１が回転するにつれて吸い込まれた流体が圧縮され所定の圧力まで上昇した後、吐出口９Ａ，９Ｂより吐出される。
【００１９】
図２に旋回スクロール１の斜視図、図３にスライダ１３が取り付けられた旋回スクロール１の補助クランク軸５の貫通する部分の断面図を示す。
【００２０】
図２に示すように旋回スクロール１には、スリーブ１１が収納される孔１７が設けられている。補助クランク軸５側の孔１７の内面には軸線と平行に、スライダ用凹部１７Ａが二箇所対向した位置に形成されている。このスライダ用凹部１７Ａに直方体の形状を有したスライダ１３が固定される。このスライダ１３は、旋回スクロール１の熱膨張による伸びを許容するために、駆動クランク軸４と補助クランク軸５同士を結ぶ軸線方向に補助クランク軸５を微小に移動させる機能を有する。
【００２１】
またこのスライダ１３が固定されるスライダ用凹部１７Ａと垂直な方向であって軸線と平行な位置に、ダンパ用凹部１７Ｂが二箇所対向して設けられている。
【００２２】
このダンパ用凹部１７Ｂにダンパ１４としてダイラタンシー特性をもつ物質をシート状に加工したものを設置する。
【００２３】
図３に示すように転がり軸受１０はスリーブ１１に焼きばめにより嵌合され、補助クランク軸５の回転を支持する。スリーブ１１の外周には二箇所対向した位置に平坦部が形成されており、この平坦部が旋回スクロール１に固定されたスライダ１３と面で接触する。またスライダ１３と垂直の位置二箇所にスリーブ１１と旋回スクロール１の隙間をうめるようにダイラタンシー特性をもつシート状のダンパ１４が挟み込まれるように設置する。このダンパ１４として用いる物質は、ダイラタンシー性質をもつものであれば特に限定しない。
【００２４】
図４は図３のＡ−Ａ断面図である。補助クランク軸５は二個の軸受１０によって支持されている。これらの軸受１０は、スリーブ１１内に挿入されている。ダンパ１４は旋回スクロール１とスリーブ１１の隙間に設置され、押さえ板１６で固定支持されている。
【００２５】
上記構成の両歯式スクロール圧縮機の動作は次のようになる。モータで発生した動力がＶプーリ８へ伝達され、これにより駆動クランク軸４が回転し同期用のタイミングベルト６が及びタイミングプーリ７Ａ，７Ｂを介して補助クランク軸５に動力が伝達され補助クランク軸５が同期回転する。両クランク軸が同期回転すると旋回スクロール１が、固定スクロール２，３双方に対して自転することなく偏心運動する。流体は吸込口（図示せず）から吸い込まれ、旋回スクロール１の偏心運動が進むにつれ圧縮され、吐出口９Ａ，９Ｂから吐出される。この際、運転開始より本体ブロックは徐々に温度が上昇し、その中でも旋回スクロール１は固定スクロール２，３よりも温度が上昇し熱膨張する。
【００２６】
熱膨張による変形はスライダ１３とスリーブ１１面が滑ることにより吸収する。熱膨張は数分から数十分のオーダーでゆっくりと起こる、このような低周波振動、ここでは０．１Ｈｚ以下の振動、にはダンパ１４は追従して変形することができ、ラップ面の接触等は生じない。しかしこのスライダ１３の滑りがあるために、スライド機構が滑る方向と同じ向きに旋回スクロール１に力が作用する瞬間は補助クランク軸５から旋回スクロール１にトルクを伝達することができない。
【００２７】
そのため駆動クランク軸４から補助クランク軸５へのトルクの伝達は、旋回スクロール１が軸線方向に垂直の位置にくる時、即ち上死点と下死点にくるとき１００％の力が駆動クランク軸４にかかることになる。その他の状態では旋回スクロール１に伝達するトルクは駆動クランク軸４と補助クランク軸５で５０％ずつ均等に分担している。
【００２８】
しかし、スライダ１３の滑りのために旋回運動一回転ごとに二回トルクの変動が発生することになる。運転初期よりこの滑りによるトルク変動が発生するが、このような圧縮機の回転数に依存する早い振動に対してダンパ１４が変形せず力を伝達することで安定した回転運動を維持することができる。具体的には旋回スクロール１は回転数３０００rpm以上で運転しているので、ダンパ１４の性能としては高周波振動、即ちここでは１００Ｈｚ以上の振動に対してダンパ１４は変形しない。
【００２９】
ダイラタンシー特性を備えたシート状のダンパ１４に対して、図５に示すシール部材１５であるＯリングをダイラタンシー特性をもつ物質に置き換え、リングの断面形状を四角形に変更し、面で力を吸収する構造にすることでも同様の効果が得られる。この場合、ダンパ１４の場所には何も設置しなくてもよいし、または特にダイラタンシー特性を持たない、ゴムシートや樹脂材を設置しておいてもよい。
【００３０】
ダイラタンシーとは図６に示すようにせん断力が増大するにしたがって構造を形成する二次結合量力が大きくなる即ち粘度が増大する性質のことをいう。また速度（周波数）により応答性が異なるものであればダイラタント物質と明記されていないものでももちろん使用可能である。
【００３１】
ダイラタンシー特性とは非線形粘弾性の一種であり、通常は粘度が小さいが流動の速度が大きくなると急激に粘度が増大するという特性をさす。
【００３２】
非線形粘弾性とは分子間に作用する二次結合力が、通常はせん断応力に対してある条件下では不変であるのに対し、せん断応力の変化に伴って二次結合力が変化する特性のことである。そしてダイラタンシー特性の場合は、せん断応力が大きくなるほど二次結合力が増大する挙動をいう。
【００３３】
またダイラタンシー特性をもつ物質をダイラタント物質と呼ばれる。ダイラタント物質の粘度の劇的な変化は、その物質が流動する結果として生じるせん断速度がある閾値以上になった場合に生じる。通常ダイラタント物質は液状のものが多いが、シリコーンを基材として設計した粘土，ゴム等固形状のものもある。本実施例においては扱いやすいゴム状のものを使用するほうが簡便であるが、液状のものをパッキングしたものも使用可能である。
【００３４】
本実施例のおいては図７に示すような０.１Ｈｚ以下１００Ｈｚ以上において弾性率に差があるものであれば使用可能である。
【００３５】
ただし、今回の目的からはバネに代表されるような弾性体、即ち力と変形の関係が周波数に依存しないものでは効果を示さない。
【００３６】
以上本実施例において説明したように、本実施例におけるスクロール圧縮機は、補助クランク軸側に、クランク軸線に関し対称的に対向して設けてあるスライダとは垂直方向の位置に、クランク軸に対称に、対向したダンパを設けた。また、補助クランク軸側のスリーブ外周と旋回スクロールの隙間にダンパを設けた。
【００３７】
このダンパは熱変形のような速度の遅い（低周波振動による）変形には追従して変形するが、旋回スクロールの回転のような速い（高周波振動による）変形には強固な形状を保ち力の伝達が可能となるダンパを設置するものである。
【００３８】
本実施例に係るダンパはダイラタント物質（ダイラタンシー特性を持つ物質）からなることが好ましい。このダイラタント物質は好ましくは、シートあるいはリングの形状で、ダイラタンシー特性を有するゴムでもよい。
【００３９】
本実施例によれば、安定運動の達成によって、ベルトにかかる負荷が低減し、ベルトの寿命延長にも効果がある。さらに余分なスライダの滑りを低減するためスライダの減りも少なくする効果があり、それによる摺動ゴミの発生も抑えられ軸受の寿命も長くなる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るスクロール圧縮機本体ブロックの縦断面図。
【図２】本発明の実施形態を示す旋回スクロール斜視図。
【図３】本発明の実施形態を示す補助クランク軸周辺の軸直角断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図。
【図５】本発明の他の実施形態を示す図３のＡ−Ａ断面図。
【図６】本発明に使用するダンパの特性を示すせん断応力と粘度の関係図。
【図７】本発明に使用するダンパの特性を示すせん断速度と弾性率の関係図。
【符号の説明】
【００４１】
１  旋回スクロール
１Ａ，２Ａ，３Ａ  鏡板
１Ｂ，２Ｂ，３Ｂ  ラップ
１Ｃ，２Ｃ，３Ｃ  冷却フィン
２  第一の固定スクロール
３  第二の固定スクロール
４  駆動クランク軸
５  補助クランク軸
６  タイミングベルト
７Ａ，７Ｂ  タイミングプーリ
８  Ｖプーリ
９Ａ，９Ｂ  吐出口
１０  軸受
１１  スリーブ
１２  バランスウェイト
１３  スライダ
１４  ダンパ
１５  シール部材
１６  押さえ板
１７  孔
１７Ａ  スライダ用凹部
１７Ｂ  ダンパ用凹部
【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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