JP2015151953A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】旋回スクロールの熱膨張による半径方向へのクランクピンの変位を許容できることに加え、旋回スクロールにねじれが発生するのを防止する。【解決手段】スクロール圧縮機１は、固定スクロール２０と、固定スクロール２０に対して公転旋回運動するとともに、固定スクロール２０との間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされた旋回スクロール３０と、ピンクランク式による旋回スクロール３０の自転防止機構４０とを備える。自転防止機構４０は、旋回スクロール３０と一体的なボス３８に保持され、クランクピン４３を支持する軸受４２を備える。自転防止機構４０は、旋回スクロール３０の半径方向における、クランクピン４３の許容変位量をδｒとし、旋回スクロール３０の周方向における、クランクピン４３の許容変位量をδθとすると、δｒ ＞ δθを満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、スクロール圧縮機の自転防止機構に関する。

スクロール圧縮機は、固定スクロールと、旋回スクロールとを備えている。固定スクロールおよび旋回スクロールは、いずれも円板状の端板の一面側に、渦巻状のラップが設けられたものである。このような固定スクロールと旋回スクロールとを、ラップを噛み合わせた状態で対向させ、固定スクロールに対して旋回スクロールを公転旋回運動させる。そして、双方のスクロールの間に形成される圧縮空間の容積を旋回スクロールの旋回に伴って減少させることで、その空間内の流体の圧縮を行う。

旋回スクロールの自転を防止する機構として、クランクピン式の自転防止機構が知られている。クランクピン式の自転防止機構は、軸受によりクランクピンを支持するが、軸受と軸受箱の間、又は、クランクピンと軸受の間に所定のクリアランスを設けるとともに、軸受と軸受箱の間、又は、クランクピンと軸受の間に、当該クリアランスを埋める弾性部材、典型的にはＯリングを介在させることが行われている（例えば、特許文献１、特許文献２）。このようにクリアランスを設けそこに弾性部材を介在させる構成を採用する理由はいくつかあるが、その一つとして、流体の圧縮に伴って生じる旋回スクロールの熱膨張が掲げられる。つまり、旋回スクロールが熱膨張することによりクランクピンが旋回スクロールの半径方向に変位するのを、弾性体であるＯリングにより吸収することにより、熱膨張による旋回スクロールの破損を防止する。

特開平１１−８２３２８号公報 特開２００３−２６９１０１号公報

ところが、Ｏリングを介在させる上記従来の技術においては、所定のクリアランスがＯリングに対応して周方向の全域に設けられているので、クリアランスは旋回スクロールの半径方向のみならず、周方向にも存在することになる。したがって、クランクピンが周方向に変位してしまうと、この変位に伴って旋回スクロールが周方向に変位し、旋回スクロールと固定スクロールの間にねじれが発生する。このねじれにより、流体を正常に圧縮することができなくなり、また、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップとが強く接触しすぎて損傷するおそれがある。
本発明は、このような課題に基づいてなされたもので、熱膨張による旋回スクロールの変位を吸収でき、かつ旋回スクロールのねじれを防止できるスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールに対して公転旋回運動するとともに、固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされた旋回スクロールと、旋回スクロールの自転防止機構と、を備える。
この自転防止機構は、第１ピンと第２ピンを有するピンクランクと、旋回スクロールと一体的な軸受箱に保持され、第１ピンを支持する第１軸受と、固定側である密閉容器又は固定スクロールに保持され、第２ピンを支持する第２軸受と、を有する。
この自転防止機構は、旋回スクロールの半径方向における、第１ピンの許容変位量をδｒとし、旋回スクロールの周方向における、第１ピンの許容変位量をδθとすると、
δθ ＜ δｒ … 式（１）
を満足することを特徴とする。

本発明のスクロール圧縮機によると、自転防止機構が上記式（１）を満足するので、周方向への変位を小さく抑えることができる。したがって、本発明のスクロール圧縮機によると、旋回スクロールの熱膨張による半径方向へのクランクピンの変位を吸収できることに加え、旋回スクロールにねじれが発生するのを防止できる。

本発明のスクロール圧縮機において、式（１）を実現するには、少なくとも以下の第1形態〜第３形態がある。
第１形態は、軸受を保持する軸受箱の開口が、半径方向に長軸を有し、かつ、半径方向に短軸を有する形状をなす。第１形態は、軸受箱の形状を特定することにより、目的を達成するところに、第２形態、第３形態と相違する。ただし、第１形態において、Ｏリングなどの弾性部材を設けることを妨げない。

次に、第２形態及び第３形態は、第１軸受と軸受箱の間、又は、第１ピンと軸受箱の間に設ける弾性部材の形状を特定する。
その中で、第２形態は、半径方向の厚みをｔｒ、周方向の厚みをｔθとすると、
ｔｒ ＜ ｔθ … 式（２）
を満足する弾性部材を用いる。
また、第３形態は、半径方向の弾性係数をＥｒ、周方向の弾性係数をＥθとすると、
Ｅｒ ＜ Ｅθ … 式（３）
を満足する弾性部材を用いる。

第１〜第３形態のいずれも、半径方向への第1ピンの変位許容量を大きくできる一方、周方向への第1ピンの変位許容量を小さくできる。
したがって、第１〜第３形態によるスクロール圧縮機は、旋回スクロールの熱膨張による半径方向へのクランクピンの変位を吸収できることに加え、旋回スクロールにねじれが発生するのを防止できる。
また、第２形態及び第３形態によるスクロール圧縮機は、軸受箱の開口を長軸と短軸を有する例えば長円に加工する必要が無いので、軸受箱の加工が容易である。

本発明のスクロール圧縮機によると、旋回スクロールの熱膨張による半径方向へのクランクピンの変位を許容できることに加え、旋回スクロールにねじれが発生するのを防止できる。

本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機の要部を示す縦断面図である。 図１のスクロール圧縮機の自転防止機構の第１要素部分を含む横断面図である。 （ａ）は図２の第１要素の部分だけを抜き出して示した図であり、（ｂ）は（ａ）のIIIｂ−IIIｂ線矢視断面図であり、（ｃ）は（ａ）のIIIｃ−IIIｃ線矢視断面図である。 （ａ）は固定スクロールのラップ周りを正面側から示す斜視図、（ｂ）は旋回スクロールのラップの周りを正面側から示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機を示し、図３に対応する図である。 本発明の第３実施形態に係るスクロール圧縮機を示し、図３に対応する図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。

［第１実施形態］
本実施形態のスクロール圧縮機１は、図１及び図２に示すように、スクロール圧縮機1の外殻をなすハウジング１０と、ハウジング１０に固定される固定スクロール２０と、ハウジング１０の内部に旋回可能に収容される旋回スクロール３０とを主たる構成要素として備えている。これらの主たる構成要素は、アルミニウム系合金、鉄系合金等の金属材料から形成されている。
スクロール圧縮機１は、周方向のみならず高さ方向にも流体を圧縮することで高圧縮比を得ることができる、３Ｄスクロール（登録商標）と呼ばれるタイプのスクロール圧縮機である。

［ハウジング１０］
ハウジング１０は、図１に示すように、第１ハウジング１０ａと、第２ハウジング１０ｂとからなる密閉容器である。
第１ハウジング１０ａは、固定スクロール２０に固定され、内部に固定スクロール２０の冷却フィン２４を収容する。第１ハウジング１０ａは、固定スクロール２０の吐出ポート２１ｅから吐出される圧縮流体を外部に向けて吐出する吐出ポート１２を備えている。
第２ハウジング１０ｂは、収容室１１ｂの内部に、旋回スクロール３０、自転防止機構４０及び駆動軸５０を収容し、かつ保持する。第２ハウジング１０ｂは、収容室１１ｂの内部に、自転防止機構４０の第２要素４５を収容する収容室１１ｃと、駆動軸５０及び主軸受５４を収容する収容室１１ｄを備えている。

［固定スクロール２０］
固定スクロール２０は、図１に示すように、概ね円板状に形成された端板２１と、端板２１の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ２２と、端板２１の他方の面側に設けられる冷却フィン２４と、固定スクロール２０の最外周を取り囲む外周壁２６とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。外周壁２６には、圧縮の対象となる流体を吸い込む吸入口２７が設けられている。また、外周壁２６は、外部に露出しており、ハウジング１０の一部を構成している。なお、固定スクロール２０において、ラップ２２が設けられる側を正面といい、冷却フィン２４が設けられる側を背面ということにする。

３Ｄタイプのスクロール圧縮機１は、ラップ２２の背の高さが外周側よりも内周側が低くなるように、端板２１に低段部２１ａと高段部２１ｂを設けており、低段部２１ａに形成されるラップ２２は背が高く、高段部２１ｂに形成されるラップ２２は背が低い。なお、低段部２１ａと高段部２１ｂの境界の段差は、端板２１の背面にも現れている。
ラップ２２は、その先端に、旋回スクロール３０の端板３１の正面側と接触して圧縮室を封止する自己潤滑性を有するチップシール２３が設けられている。

端板２１は、その表裏を貫通する吐出ポート２１ｅが形成されており、固定スクロール２０と旋回スクロール３０により圧縮された流体は、吐出ポート２１ｅを通って、吐出ポート１２から外部に吐出される。

端板２１の背面には複数の冷却フィン２４が設けられており、ハウジング１０に形成される開口（図示を省略）から流入する外気が冷却フィン２４を通過することで、固定スクロール２０を冷却する。本実施形態においては、複数の板状の冷却フィン２４が同じ方向を向いて形成されているが、例えば、端板２１の中心から放射状に複数の冷却フィン２４を設けることもできる。これは、旋回スクロール３０についても同様である。

［旋回スクロール３０］
旋回スクロール３０は、図１に示すように、概ね円板状に形成された端板３１と、端板３１の一方の面側に設けられる渦巻き状のラップ３２と、端板３１の他方の面側に設けられる冷却フィン３４とを備えており、例えばアルミニウム合金を鋳造することにより一体的に形成される。なお、固定スクロール２０において、ラップ３２が設けられる側を正面といい、冷却フィン３４が設けられる側を背面ということにする。

旋回スクロール３０のラップ３２は、固定スクロール２０のラップ２２に対応しており、背の高さが外周側よりも内周側が低くなるように形成されている。また、端板３１には低段部３１ａと高段部３１ｂが設けられており、低段部３１ａに形成されるラップ３２は背が高く、高段部２１ｂに形成されるラップ３２は背が低い。なお、低段部３１ａと高段部３１ｂの境界の段差は、端板３１の背面にも現れており、当該部分には、正面に向かって後退する凹溝３１ｃが形成される。
ラップ３２は、その先端に、固定スクロール２０の端板２１の正面側と接触して圧縮室を封止する自己潤滑性を有するチップシール３３が設けられている。

端板３１の背面には複数の冷却フィン３４が設けられており、ハウジング１０に形成される開口（図示を省略）から流入する外気が冷却フィン３４を通過することで、旋回スクロール３０を冷却する。複数の板状の冷却フィン３４は、同じ方向を向いて形成されている。

旋回スクロール３０は、冷却フィン３４の先端側に固定される旋回プレート３５を備えている。
旋回プレート３５は、中央部分に軸受３７を収容し、かつ固定するボス３６を備えている。ボス３６に保持される軸受３７は、駆動軸５０の偏心軸５３を支持している。
また、旋回プレート３５は、自転防止機構４０の第１要素４１を収容する３つのボス３８を、図２に示すように、周方向に等間隔で備えている。

［自転防止機構４０］
自転防止機構４０は、ピンクランク式の自転防止機構であり、第１要素４１と第２要素４５を備えている。スクロール圧縮機１は、３つの自転防止機構４０を備えている。
第１要素４１は、軸受４２を備える。軸受４２は、例えば、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に設けられる球状の転動体とを備える玉軸受からなる。軸受４２の内輪にはクランクピン（第１ピン）４３が嵌合され、軸受４２とともに第１要素４１を構成する。第１要素４１は、旋回プレート３５のボス３８の内部に収容されるが、このボス３８は軸受４２の軸受箱として機能する。なお、図示を省略しているが、軸受４２とクランクピン４３の間、又は、軸受４２の外周に、Ｏリングなどの弾性部材を設けることができる。第２要素４５についても同様である。
第２要素４５は、第１要素４１と同様の構成を有しており、軸受４６と、軸受４６の内輪に挿入されるクランクピン（第２ピン）４７と、を備えている。第２要素４５は、ハウジング１０の収容室１１ｃに収容、保持される。

第１要素４１のクランクピン４３と第２要素４５のクランクピン４７は、偏心軸４４を介して一体的に接続されており、クランクピン４３、クランクピン４７及び偏心軸４４は、一体のクランク軸を構成する。

ボス３８は、図２及び図３に示すように、内壁３８ａを有しており、この内壁３８ａは軸受４２が変位する量及び向きを規制する。この内壁３８ａの開口は、真円と異なり、半径方向に長径Ｄ_Ｌを有し、周方向に短径Ｄ_Ｓを有する長円形状をなしている。一方、軸受４２は、外形が真円（直径Ｄ）をなしている。したがって、図３に示すように、内壁３８ａで取り囲まれる領域の中心と軸受３７の中心が一致するものと仮定すると、半径方向の変位許容量δｒ及び周方向の変位許容量δθは、以下の通りである。
δｒ＝（Ｄ_Ｌ−ｄ）／２ ， δθ＝（Ｄ_Ｓ−ｄ）／２
ここで、Ｄ_Ｌ＞Ｄ_Ｓであるから、δｒ＞δθとなる。つまり、ボス３８と軸受４２は、許容される軸受４２（クランクピン４７）の変位量が、半径方向に大きく、周方向に小さいという異方性を有している。

［駆動軸５０］
駆動軸５０は、図示を省略する駆動原、例えば電動モータの回転駆動力を旋回スクロール３０に伝達する。
駆動軸５０は、図１に示すように、駆動原に接続される接続端５１が一方端側に設けられ、旋回プレート３５に保持される軸受３７に保持される偏心軸５３が他方端に設けられている。
駆動軸５０は、主軸受５４と副軸受５５の二つの軸受により、ハウジング１０に回転可能に支持されている。主軸受５４は偏心軸５３の近傍で駆動軸５０を支持し、副軸受５５は接続端５１の近傍で駆動軸５０を支持する。

［スクロール圧縮機１の動作］
次に、以上の構成を備えるスクロール圧縮機１の動作は以下の通りである。
図示を省略する駆動原の回転に従って駆動軸５０が回転すると、旋回スクロール３０が公転旋回運動を開始する。そうすると、吸入口２７から吸入される流体は、ラップ２２とラップ３２によって形成される三日月形状の圧縮空間において圧縮され、中央部分に設けられる吐出ポート１２から吐出される。
スクロール圧縮機1が動作している間、自転防止機構４０は、旋回スクロール３０が自転するのを防止する。

［スクロール圧縮機１の効果］
次に、スクロール圧縮機１の効果を説明する。
流体が圧縮されると温度上昇するので、スクロール圧縮機１が駆動されている間に、固定スクロール２０と旋回スクロール３０は高温に晒され、熱膨張する。スクロール圧縮機１は、旋回スクロール３０の自転防止機構４０が、許容される軸受４２の変位量が、半径方向に大きく、周方向に小さいという異方性を有している。したがって、旋回スクロール３０が熱膨張しても、軸受４２は半径方向への変位は、最大で２δｒの範囲で吸収される。一方で、周方向への変位許容量δθが半径方向の変位許容量δｒよりも小さいので、軸受４２が周方向へ変位する量を小さく抑えることができる。したがって、旋回スクロール３０が固定スクロール２０に対してねじれるのを抑制できる。

次に、スクロール圧縮機１は、３Ｄタイプの圧縮機であり、流体は周方向のみならず高さ方向にも圧縮されるので、高い圧縮比を得ることができる。ところが、この３Ｄタイプの圧縮機は、固定スクロール２０が低段部２１ａと高段部２１ｂを備えており、図４（ａ）に示すように、ラップ２２の先端（歯先）と、端板２１との接続部（歯底）との各々にステップ２９ａ，２９ｂが設けられる。図４（ｂ）に示すように、旋回スクロール３０についても同様に、ラップ３２の歯先と歯底にステップ３９ａ，３９ｂが設けられる。固定スクロール２０のステップ２９ａ，２９ｂと旋回スクロール３０のステップ３９ａ，３９ｂは、両者が正常な状態では、干渉することはない。しかし、旋回スクロール３０が周方向に変位して、固定スクロールとの間に生じるねじれが大きくなると、例えば、固定スクロール２０のステップ２９ａと旋回スクロール３０のステップ３９ｂが、また、固定スクロール２０のステップ２９ｂと旋回スクロール３０のステップ３９ａが接触することがある。そうすると、所望する気密性が損なわれるので圧縮性能が低下し、あるいはラップ２２，３２が破損するに至ることもある。本実施形態のように、軸受４２が周方向へ変位する量を小さく抑え、旋回スクロール３０の周方向への変位を抑えることにより、３Ｄタイプのスクロール圧縮機１における段差同士の接触を避けることができる。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明による第３実施形態について説明する。
第２実施形態に係るスクロール圧縮機２の基本的な構成は、第１実施形態のスクロール圧縮機１と同じであるから、以下では相違点であるボス３８における軸受４２の支持構造について説明する。

第２実施形態におけるボス３８は、内壁３８ａが真円をなし、また、軸受４２は、外形が真円をなしている。また、軸受４２の外周にリング状の弾性部材４８を嵌合している。ただし、弾性部材４８は、内周の形状は軸受４２の外形形状に対応して真円に形成されているが、外周は長径Ａ_Ｌと短径Ａｓを有する長円に形成されている。つまり、弾性部材４８は、長径Ａ_Ｌ方向の厚みｔ_Ｌが短径Ａｓ方向の厚みｔ_ｓよりも厚く形成されている。そして、弾性部材４８は、短径Ａｓが半径方向に沿い、かつ、長径Ａ_Ｌが周方向に沿うように、軸受４２の外周に嵌合されている。

ここで、内壁３８ａの直径をＤ_０とすると、直径Ｄ_０、長径Ａ_Ｌ及び短径Ａｓは、以下の関係を有している。
直径Ｄ_０＝長径Ａ_Ｌ＞短径Ａｓ
つまり、ボス３８の内側において、軸受４２の周囲に配置される弾性部材４８は、内壁３８ａとの間に、半径方向には（Ｄ_０−Ａｓ）／２＝δｒに相当するクリアランスが設けられているが、周方向にはクリアランスはない。したがって、弾性部材４８を含めて、軸受４２（クランクピン４３）は、クリアランスに相当する分（２×δｒ）だけ、半径方向への変位が許容される。一方で、周方向については、軸受４２は変位することはできるものの、弾性部材４８が圧縮する量の範囲に限られ、この変位許容量（２×δθ）は半径方向の変位許容量（２×δｒ）より小さい。

以上の通りであるから、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、旋回スクロール３０が熱膨張しても、軸受４２は半径方向への変位は吸収される一方で、周方向へ変位する量を小さく抑えることができるので、旋回スクロール３０が固定スクロール２０に対してねじれるのを抑制できる。

次に、例えば鋳造により旋回スクロール３０を作製したままでは、内壁３８ａの表面精度が不十分であり、機械加工を施す必要がある。このとき、第１実施形態のように長円を加工するにはフライスなどの工具を長径Ｄ_Ｌ方向に往復移動させる必要があるのに対して、第２実施形態のように真円を加工するには工具を軸方向に移動させるだけで足りる。したがって、第２実施形態は、第１実施形態に比べてボス３８の加工が容易である。

［第３実施形態］
次に、図６を参照して、本発明による第３実施形態について説明する。
第３実施形態に係るスクロール圧縮機３の基本的な構成は、第２実施形態のスクロール圧縮機２と同じであり、ボス３８の内壁３８ａは真円をなしている。したがって、以下では、第２実施形態との相違点である弾性部材４９に焦点をあてて説明する。

第３実施形態の弾性部材４９は、４つのアーク状のセグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄからなる。セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄは、軸受４２と内壁３８ａの間に均等な間隔で配置されている。
セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄは、いずれも弾性体から構成されており、形状及び寸法は同じであるが、セグメント４９ａ，４９ｂとセグメント４９ｃ，４９ｄとは、構成される材料の弾性係数が相違する。つまり、セグメント４９ａ，４９ｂは同じ材料Ｍ１で構成されており、その材料の弾性係数はＥ１であり、セグメント４９ｃ，４９ｄは同じ材料Ｍ２で構成されており、その材料の弾性係数はＥ２である。ただし、弾性係数Ｅ１（半径方向）は弾性係数Ｅ２（周方向）よりも大きい（Ｅ１＞Ｅ２）。

第３実施形態は、弾性係数Ｅ１の大きいセグメント４９ａ，４９ｂを半径方向に沿って配置し、弾性係数Ｅ２の小さいセグメント４９ｃ，４９ｄを周方向に沿って配置している。したがって、周囲を弾性部材４９（セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄ）により拘束されている軸受４２は、半径方向への変位が容易であり、これに比べて周方向への変位は困難であるから、半径方向への変位許容量δｒは、周方向への変位許容量δθよりも大きくなる。

以上の通りであるから、第３実施形態にかかるスクロール圧縮機１も第２実施形態と同様の効果を奏するのに加えて、弾性部材４９がセグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄに分割されているので、リング状の弾性部材４８に比べて、軸受４２の周囲に装着するのが容易である。また、セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄの厚さが一定であるので、弾性部材４９の製作が容易である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、第１実施形態〜第３実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

例えば、旋回スクロール３０の周方向に均等に配置した３つの自転防止機構４０の全てについて、変位許容量δｒを変位許容量δθよりも大きくするという本発明を適用したが、少なくとも１つの自転防止機構に本発明を適用してもよい。

また、第１実施形態は、内壁３８ａの開口形状を長円にすることで変位許容量δｒを変位許容量δθよりも大きくしているが、内壁３８ａの開口形状を真円にする一方、シム等の別部材を内壁３８ａの周方向に介在させることによって、変位許容量δｒを変位許容量δθよりも大きくすることができる。
また、第１実施形態は、内壁３８ａの開口形状を長円にする例を示したが、変位許容量δｒを変位許容量δθよりも大きくできるのであれば、長円に限る必要はなく、例えば、矩形の開口形状とすることもできる。第２実施形態の弾性部材４８についても同様である。

また、第２，３実施形態は、弾性部材４８，４９を軸受４２の外輪と内壁３８ａの間に介在させた例を示したが、弾性部材は軸受４２の内輪とクランクピン４３，４７の間に介在させることもできる。
また、第２実施形態の弾性部材４８を、第３実施形態のように複数のセグメントに分割することもできる。この場合、各セグメントは同じ厚さとするが、半径方向よりも周方向に介在させるセグメントの枚数を増やせばよい。例えば、半径方向には１枚のセグメントを介在させるが、周方向には２枚のセグメントを介在させれば、変位許容量δｒを変位許容量δθよりも大きくすることができる。
さらに、第３実施形態は、弾性部材４９を４つのセグメント４９ａ〜４９ｄに分割した例を示したが、弾性係数の異なる２種類の材料を一体的に形成した複合材からなる弾性部材４９とすることもできる。

その他に、スクロール圧縮機１はあくまで一例であり、本発明は、ピンクランク式の自転防止機構を用いるスクロール圧縮機に広く適用することができる。

１ スクロール圧縮機
１０ ハウジング
１０ａ 第１ハウジング
１０ｂ 第２ハウジング
１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 収容室
１２ 吐出ポート
２０ 固定スクロール
２１ 端板
２１ａ 低段部
２１ｂ 高段部
２１ｅ 貫通孔
２２ ラップ
２３ チップシール
２４ 冷却フィン
２６ 外周壁
２７ 吸入口
２９ａ，２９ｂ ステップ
３０ 旋回スクロール
３１ 端板
３１ａ 低段部
３１ｂ 高段部
３１ｃ 凹溝
３２ ラップ
３３ チップシール
３４ 冷却フィン
３５ 旋回プレート
３６ ボス
３７ 軸受
３８ ボス
３８ａ 内壁
３９ａ，３９ｂ ステップ
４０ 自転防止機構
４１ 第１要素
４２ 軸受
４３ クランクピン（第１ピン）
４４ 偏心軸
４５ 第２要素
４６ 軸受
４７ クランクピン（第２ピン）
４８，４９ 弾性部材
４９ａ，４９ｂ，４９ｃ，４９ｄ セグメント
５０ 駆動軸
５１ 接続端
５３ 偏心軸
５４ 主軸受
５５ 副軸受
Ａ_Ｌ 長径
Ａｓ 短径
Ｄ 直径
Ｄ_０ 直径
Ｄ_Ｌ 長径
Ｄ_Ｓ 短径
δｒ 変位許容量
δθ 変位許容量

かかる目的のもとなされた、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールと、固定スクロールに対して公転旋回運動するとともに、固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされた旋回スクロールと、旋回スクロールの自転防止機構と、を備える。
この自転防止機構は、第１ピンと第２ピンを有するピンクランクと、旋回スクロールと一体的な軸受箱に保持され、第１ピンを支持する第１軸受と、軸受箱の近傍に設けられる第２軸受収容空間又は固定スクロールに保持され、第２ピンを支持する第２軸受と、を有する。
この自転防止機構は、旋回スクロールの半径方向における、第１ピンの許容変位量をδｒとし、旋回スクロールの周方向における、第１ピンの許容変位量をδθとすると、
δθ ＜ δｒ … 式（１）
を満足することを特徴とする。

本発明のスクロール圧縮機において、式（１）を実現するには、少なくとも以下の第１形態〜第３形態がある。
第１形態は、軸受を保持する軸受箱の開口が、半径方向に長軸を有し、かつ、周方向に短軸を有する形状をなす。第１形態は、軸受箱の形状を特定することにより目的を達成するところが、第２形態、第３形態と相違する。ただし、第１形態において、Ｏリングなどの弾性部材を設けることを妨げない。

［自転防止機構４０］
自転防止機構４０は、ピンクランク式の自転防止機構であり、第１要素４１と第２要素４５を備えている。スクロール圧縮機１は、３つの自転防止機構４０を備えている。
第１要素４１は、軸受（第１軸受）４２を備える。軸受４２は、例えば、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に設けられる球状の転動体とを備える玉軸受からなる。軸受４２の内輪にはクランクピン（第１ピン）４３が嵌合され、軸受４２とともに第１要素４１を構成する。第１要素４１は、旋回プレート３５のボス３８の内部に収容されるが、このボス３８は軸受４２の軸受箱として機能する。なお、図示を省略しているが、軸受４２とクランクピン４３の間、又は、軸受４２の外周に、Ｏリングなどの弾性部材を設けることができる。第２要素４５についても同様である。
第２要素４５は、第１要素４１と同様の構成を有しており、軸受（第２軸受）４６と、軸受４６の内輪に挿入されるクランクピン（第２ピン）４７と、を備えている。第２要素４５は、ハウジング１０の収容室１１ｃに収容、保持される。

ボス３８は、図２及び図３に示すように、内壁３８ａを有しており、この内壁３８ａは軸受４２が変位する量及び向きを規制する。この内壁３８ａの開口は、真円と異なり、旋回スクロール３０の一部である旋回プレート３５の半径方向に長径Ｄ_Ｌを有し、旋回プレート３５の周方向に短径Ｄ_Ｓを有する長円形状をなしている。一方、軸受４２は、外形が真円（直径Ｄ）をなしている。したがって、図３に示すように、内壁３８ａで取り囲まれる領域の中心と軸受３７の中心が一致するものと仮定すると、半径方向の変位許容量δｒ及び周方向の変位許容量δθは、以下の通りである。
δｒ＝（Ｄ_Ｌ−Ｄ）／２ ， δθ＝（Ｄ_Ｓ−Ｄ）／２
ここで、Ｄ_Ｌ＞Ｄ_Ｓであるから、δｒ＞δθとなる。つまり、ボス３８と軸受４２は、許容される軸受４２（クランクピン４７）の変位量が、旋回プレート３５の半径方向に大きく、旋回プレート３５の周方向に小さいという異方性を有している。

［駆動軸５０］
駆動軸５０は、図示を省略する駆動源、例えば電動モータの回転駆動力を旋回スクロール３０に伝達する。
駆動軸５０は、図１に示すように、駆動源に接続される接続端５１が一方端側に設けられ、旋回プレート３５に保持される軸受３７に保持される偏心軸５３が他方端に設けられている。
駆動軸５０は、主軸受５４と副軸受５５の二つの軸受により、ハウジング１０に回転可能に支持されている。主軸受５４は偏心軸５３の近傍で駆動軸５０を支持し、副軸受５５は接続端５１の近傍で駆動軸５０を支持する。

［スクロール圧縮機１の動作］
次に、以上の構成を備えるスクロール圧縮機１の動作は以下の通りである。
図示を省略する駆動源の回転に従って駆動軸５０が回転すると、旋回スクロール３０が公転旋回運動を開始する。そうすると、吸入口２７から吸入される流体は、ラップ２２とラップ３２によって形成される三日月形状の圧縮空間において圧縮され、中央部分に設けられる吐出ポート１２から吐出される。
スクロール圧縮機１が動作している間、自転防止機構４０は、旋回スクロール３０が自転するのを防止する。

［スクロール圧縮機１の効果］
次に、スクロール圧縮機１の効果を説明する。
流体が圧縮されると温度上昇するので、スクロール圧縮機１が駆動されている間に、固定スクロール２０と旋回スクロール３０は高温に晒され、熱膨張する。スクロール圧縮機１は、旋回スクロール３０の自転防止機構４０が、許容される軸受４２の変位量が、旋回スクロール３０の一部である旋回プレート３５の半径方向に大きく、旋回プレート３５の周方向に小さいという異方性を有している。したがって、旋回スクロール３０が熱膨張しても、軸受４２は半径方向への変位は、最大で２δｒの範囲で吸収される。一方で、周方向への変位許容量δθが半径方向の変位許容量δｒよりも小さいので、軸受４２が周方向へ変位する量を小さく抑えることができる。したがって、旋回スクロール３０が固定スクロール２０に対してねじれるのを抑制できる。

［第２実施形態］
次に、図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、本発明による第２実施形態について説明する。
第２実施形態に係るスクロール圧縮機の基本的な構成は、第１実施形態のスクロール圧縮機１と同じであるから、以下では相違点であるボス３８における軸受４２の支持構造について説明する。

第２実施形態におけるボス３８は、内壁３８ａが真円をなし、また、軸受４２は、外形が真円をなしている。また、軸受４２の外周にリング状の弾性部材４８を嵌合している。ただし、弾性部材４８は、内周の形状は軸受４２の外形形状に対応して真円に形成されているが、外周は長径Ａ_Ｌと短径Ａｓを有する長円に形成されている。つまり、弾性部材４８は、長径Ａ_Ｌ方向の厚みｔθが短径Ａｓ方向の厚みｔｒよりも厚く形成されている。そして、弾性部材４８は、短径Ａｓが半径方向に沿い、かつ、長径Ａ_Ｌが周方向に沿うように、軸受４２の外周に嵌合されている。

ここで、内壁３８ａの直径をＤ_０とすると、直径Ｄ_０、長径Ａ_Ｌ及び短径Ａｓは、以下の関係を有している。
直径Ｄ_０＝長径Ａ_Ｌ＞短径Ａｓ
つまり、ボス３８の内側において、軸受４２の周囲に配置される弾性部材４８は、内壁３８ａとの間に、旋回プレート３５の半径方向には（Ｄ_０−Ａｓ）／２＝δｒに相当するクリアランスが設けられているが、旋回プレート３５の周方向にはクリアランスはない。したがって、弾性部材４８を含めて、軸受４２（クランクピン４３）は、クリアランスに相当する分（２×δｒ）だけ、半径方向への変位が許容される。一方で、周方向については、軸受４２は変位することはできるものの、弾性部材４８が圧縮する量の範囲に限られ、この変位許容量は半径方向の変位許容量（２×δｒ）より小さい。

第３実施形態の弾性部材４９は、４つのアーク状のセグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄからなる。セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄは、軸受４２と内壁３８ａの間に均等な間隔で配置されている。
セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄは、いずれも弾性体から構成されており、形状及び寸法は同じであるが、セグメント４９ａ，４９ｂとセグメント４９ｃ，４９ｄとは、構成される材料の弾性係数が相違する。つまり、セグメント４９ａ，４９ｂは同じ材料Ｍ１で構成されており、その材料の弾性係数はＥ１であり、セグメント４９ｃ，４９ｄは同じ材料Ｍ２で構成されており、その材料の弾性係数はＥ２である。ただし、弾性係数Ｅ１は弾性係数Ｅ２よりも大きい（Ｅ１＞Ｅ２）。

第３実施形態は、弾性係数Ｅ１の大きいセグメント４９ａ，４９ｂを周方向に沿って配置し、弾性係数Ｅ２の小さいセグメント４９ｃ，４９ｄを半径方向に沿って配置している。したがって、周囲を弾性部材４９（セグメント４９ａ，４９ｂ，４９ｃ及び４９ｄ）により拘束されている軸受４２は、半径方向への変位が容易であり、これに比べて周方向への変位は困難であるから、半径方向への変位許容量δｒは、周方向への変位許容量δθよりも大きくなる。

Claims (5)

1. 固定スクロールと、
   前記固定スクロールに対して公転旋回運動するとともに、前記固定スクロールとの間に流体を圧縮する圧縮空間を形成するように組み合わされた旋回スクロールと、
   前記旋回スクロールの自転防止機構と、を備え、
   前記自転防止機構は、
   第１ピンと第２ピンを有するピンクランクと、
   前記旋回スクロールと一体的な軸受箱に保持され、前記第１ピンを支持する第１軸受と、
   固定側である前記密閉容器又は前記固定スクロールに保持され、前記第２ピンを支持する第２軸受と、を有し、
   前記旋回スクロールの半径方向における、前記第１ピンの許容変位量をδｒとし、
   前記旋回スクロールの周方向における、前記第１ピンの許容変位量δθとすると、
   δｒ ＞ δθ
   を満足することを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記自転防止機構は、
   前記軸受箱の開口が、前記半径方向に長軸を有し、かつ、前記半径方向に短軸を有する形状をなしている、
   請求項１に記載のスクロール圧縮機。
3. 前記自転防止機構は、
   前記第１軸受と前記軸受箱の間、又は、前記第１ピンと前記軸受箱の間に介在される弾性部材を備え、
   前記弾性部材は、
   前記半径方向の厚みをｔｒとし、
   前記周方向の厚みをｔθとすると、
   ｔｒ ＜ ｔθ
   を満足する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
4. 前記自転防止機構は、
   前記第１軸受と前記軸受箱の間、又は、前記第１ピンと前記軸受箱の間に介在される弾性部材を備え、
   前記弾性部材は、
   前記半径方向の弾性係数をＥｒとし、
   前記周方向の弾性係数をＥθとすると、
   Ｅｒ ＜ Ｅθ
   を満足する請求項１に記載のスクロール圧縮機。
5. 前記固定側ラップ、及び、前記旋回側ラップは、各々、
   歯先、及び、根元に段差を設けることで、外周側の方が内側側よりも背が高い、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクロール圧縮機。

Images