JP2928371B2 - スクロール式機械 - Google Patents

スクロール式機械

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスラスト面を有するスクロール式機械、特
に機械のスラスト面に対し適切に潤滑油が供給されるよ
うに図る機構に、関するものである。
〔発明の背景〕
スクロール式圧縮機は普通、鉛直方向に沿わせてあつ
て電動機に接続されているクランク軸、ガスを圧縮する
ために互に嵌め合されている螺旋翼を有する旋回及び非
旋回スクロール部材であつてこのうち上記クランク軸に
よつて駆動される旋回スクロール部材がスラスト面を有
するものであるスクロール部材、及び旋回スクロール部
材を他方のスクロール部材に対し相対的に旋回させるた
めに上記スラスト面を支持する略平坦なスラスト面（ス
ラスト受け面）を有する軸受部材を、備えている。クラ
ンク軸は１個或は複数個のベアリングに支承されてお
り、下端部は潤滑油用の油溜まり中に浸漬されている。
ベアリングの全てを潤滑するためにポンプによつて油溜
まりから油が、クランク軸中心の通路を通し鉛直上方向
きに移送される。
潤滑油の供給が旋回スクロール部材のためのスラスト
面間の界面部を完全に満たすには不十分であると、或は
機械稼働時の負荷及び速度が完全な油膜の形成に適して
いないと、潤滑が不十分となりえスラスト面間に、両ス
ラスト面を引き離すように保持する油膜が存在しない領
域が存在しうることになる。慣性及び圧縮ガス力によつ
て荷重が増大するにつれてスラスト面に加わる力が、致
命的な摩耗を避けるような適切した潤滑をポンプによる
油給送によつて得ることが困難となる程度にまで大きく
なりうる。
この発明はかかる問題点を、既存の構造を利用した単
純な機構によつて解消しようとするものである。
〔発明の要約〕
この発明はスクロール機械用の自己加圧式の油膜を形
成する静圧軸受機構を提供するものであり、高荷重条件
下で生じうる上述のような問題を解消して機械の信頼性
及び全体としての性能を向上させる。
この発明は旋回するスクロール部材のスラスト面と位
置固定の軸受部材のスラスト面との間に、前者のスラス
ト面の旋回により油を加圧するポンプ機構を設ける。す
なわち同ポンプ機構は、上記した両スラスト面間に形成
された流体加圧用のチャンバーであってその外周端また
は内周端を、旋回スクロール部材の旋回軸線に対し平行
する軸線を有し旋回スクロール部材のスラスト面と共に
旋回する円筒面によって区画されており、この円筒面の
旋回により、該チャンバーに供給される潤滑油の圧力を
高めて両スラスト間の界面部の潤滑を促進するチャンバ
ーを、備えたものに構成される。上記した流体加圧用の
チャンバーは、一方のスラスト面に設けられた凹溝と他
方のスラスト面に設けられ該凹溝内への突入させてある
突起とによって形成するのが好ましい。
この発明に係る軸受機構はコスト的に望ましくない通
常の二次ポンプによらずして、上記チャンバーに供給さ
れる潤滑油の圧力を高め同潤滑油を、両スラスト面間の
界面部に強制移送する。旋回スクロール部材の通常の旋
回動と既存の潤滑油通路とを、旋回スクロール部材をス
ラスト受け面との係合解除方向に持上げるのに十分な圧
力にまで油圧を高めるために、有効に利用している。両
スラスト面間に加わるスラスト荷重が主として、両スク
ロール部材の螺旋翼間に形成され旋回軸線まわりで移動
する流体ポケットによって生ぜしめら、最大荷重負荷領
域が旋回スクロール部材の周方向で刻々変動するのに対
し、両スラスト面の潤滑を促進する流体加圧が、該旋回
軸線まわりで旋回する円筒面によって行われることか
ら、最大荷重負荷領域に追従して両スラスト面間の潤滑
必要部が十分な潤滑を受ける。
〔実 施 例〕
この発明に係る旋回スクロール駆動機構は各種型式の
スクロール機械において採用できるが、例示上の目的か
らしてスクロール式圧縮機、特に密閉型の冷媒圧縮機に
おいてこの発明を具体化した実施例について述べる。
第１図には機械の主な構成要素が示されており、これ
らの構成要素には密閉型の外殻10、溶接14によつて外殻
10に取付けられている主軸受箱（主軸受部材）12、主軸
受箱12に支持されている軸受組立体16、及び軸受組立体
16に支承されたクランク軸18を含む。クランク軸18は、
僅かに傾斜させて軸線方向上方向きに延設しクランク軸
上端へと開口させてある油供給通路20と軸受組立体16に
対し該組立体中の環状溝23を介し潤滑油を供給するため
の放射方向の油供給通路22とを有する。クランク軸18は
電動機回転子24に対し取付けられており、回転子24は第
１図に上部巻線26を示してある普通の電動機固定子によ
つて作動せしめられる。クランク軸18の上端部分は偏心
するクランクピン28を備え、このクランクピン28は、旋
回スクロール部材34から垂下するハブ32に回転可能に支
承されている駆動ブツシユ30に対し、該ブツシユ30を駆
動するように係合させてある。
旋回スクロール部材34は略平坦な上面38及び下面40を
有する端板36と螺旋翼42とを備え、螺旋翼42は端板上面
38から上方向きに延出し、また端板下面40は主軸受箱12
上のスラスト受け面44に対し摺動可能に係合している。
非旋回スクロール部材46は、中心部に吐出口を有する端
板（図示せず）と該端板から下方向きに延出する螺旋翼
48とを備え、螺旋翼48は普通の態様で旋回スクロール部
材34の螺旋翼42と噛合されている。冷媒ガスは両螺旋翼
42,48間で圧縮され、上記吐出口から吐出せしめられ
る。旋回及び非旋回スクロール部材34,46間の相対回転
は、旋回スクロール部材34と主軸受箱12間に配設されて
いる通常のオルダム継手50によつて阻止される。
旋回駆動機構は、密閉型の外殻10内の底部に配置され
ている油溜まり（図示せず）中に臨ませてあるクランク
軸下端部内に設けられた普通の型式の油ポンプ（図示せ
ず）によつて潤滑させる。同油ポンプにより油が油供給
通路20内を上方向きに給送されて全ての潤滑必要点に供
給され、過剰の油は通路20の上端開口からクランクピン
28及び駆動ブツシユ30上端面をほぼ横向きに流れ、ジヤ
ーナル軸受52及びクランクピン28とブツシユ30間を通つ
て油溜まりへと戻る。
軸受組立体16は略鉛直な溝54を含んでおり、この溝54
は油供給用の前記環状溝23から、スラスト受け面44中に
形成された環状溝56と連通する交差通路53,55へと油を
流し、これによつてスラスト受け面44と旋回スクロール
部材の端板36との間に潤滑される界面が形成される。
これ迄に説明して来たところは図外の圧縮機部分を含
めて、1988年８月30日付で発行された本願出願人の所有
に係る米国特許No.4,767,293に開示されている圧縮機と
実質的に等しい構造となつている。
本発明の第１の実施例（第１−５図）ではスラスト受
け面44中に、浅い溝の形の円環状チヤンバー58を形成し
ている。このチヤンバー58は、クランク軸18の軸線と略
同心配置の１対の円筒壁面60,62及び第２のスラスト受
け面64によつて区画形成されており、第２のスラスト受
け面64に、油供給通路20を介し給送される潤滑油が供給
される前記環状溝56を開口させてある。環状溝56は円筒
壁面60,62と同心配置され、該両円筒壁面60,62間のほぼ
中央に位置させてある。スラスト受け面64は平坦であ
り、スラスト受け面44とほぼ平行している。端板36の下
面40に環状の突起66を垂設してチヤンバー58内へと突入
させ、この突起66によつてスラスト受け面64に対して相
対的に旋回するピストンを構成している。この環状の突
起66はそれぞれ放射方向の外側及び内側を向く略平行す
る１対の円筒壁面68及び70と、スラスト受け面64に対し
摺動可能に係合するスラスト面72とを有する。突起66は
円筒壁面60,62が決定するチヤンバー58の深さと精密に
等しい高さを有するものとされ、これによつてスラスト
受け面44,64がスラスト面40,72に対しそれぞれ相対摺動
可能に係合し旋回スクロール端板36に加わる軸線方向ス
ラストが主ベアリング箱12へと伝達されることとされて
いる。突起66はチヤンバー58を、１対の三日月形の圧縮
チヤンバー74（外側）及び76（内側）に分割する。
第２図には、旋回スクロール部材34が非旋回スクロー
ル部材46に対し相対的に時計廻りに旋回する状態が示さ
れている。スクロール部材34が旋回するにつれて突起66
の各部分はチヤンバー58内で、油供給用の環状溝56との
重合位置及び非重合位置へと旋回する。第３−５図から
明らかなように環状溝56は円筒壁面60から放射方向の内
側に次のような距離だけ、すなわち突起66の円筒壁面68
が旋回スクロール部材34と一体に旋回するにつれて該円
筒壁面68が環状溝56を放射方向で横切って往復移動する
こととなるような距離だけ、隔てて設けてある。
圧縮チヤンバー74及び76の合計の容積は一定したまま
であるが、突起66の旋回する円筒壁面68及び70は油を圧
縮するポケット及び膨張させるポケットを形成する。壁
面68,70が進行して来る側のポケツト78,80内の潤滑油は
圧縮され（「＋」で図示）、壁面68,78が遠去つて行く
側のポケツト82,84内の潤滑油は膨張せしめられて圧力
を減じる（「−」で図示）。移動するポケツト78,80に
よつて環状溝56から供給される潤滑油の圧力が高めら
れ、高圧の潤滑油により旋回スクロール部材34が持上げ
られてスラスト面間に必要な油膜が保留される。環状溝
56中にはポンプにより常時潤滑油が供給され、供給され
る潤滑油圧が旋回する突起66の作用で高められて旋回ス
クロール部材34を主ベアリング箱12との係合解除方向に
附勢する。突起66とチヤンバー58は、潤滑油圧をいつそ
う高めて摺動可能に係合し合うスラスト面間の各部で潤
滑を確保する第２のポンプとして有効に機能する。
第６−10図には、旋回スクロール部材34が非旋回スク
ロール部材46に対し相対的に旋回するにつれてスラスト
面を自動的に加圧附勢するための単一チャンバー式の機
構を示してある。
第６−９図に示すように端板下面40から垂設した円形
の突起（ピストン）86を、チヤンバー58内に突入させて
ある。突起86はスクロール部材34の軸線（したがつてク
ランクピン28の軸線）と同心配置の円筒壁面88、及び軸
線方向のスラストを受けとらせるようにスラスト受け面
64に対し接当させてあるスラスト面90を有する。突起86
の円筒壁面88とチヤンバー58の円筒壁面60の各高さは、
端板下面40及び突起面90が対応するスラスト受け面44及
び64に対しそれぞれ摺動可能に係合することとなるよう
に設定されている。突起86とチヤンバー58は、溝56から
潤滑油を受けとるための固定容積空間を区画形成する。
突起86の円筒壁面88は、チヤンバー58内で旋回する突起
86によつて加圧されるところの常時移動する加圧可能な
チヤンバーを形成する寸法のものとされている。突起86
は旋回方向でみて、ハブ32に近接する領域92中の潤滑油
に高圧力を生じさせハブ32の直背後の領域94中の潤滑油
を低圧力とする。
第6,7及び８図はチヤンバー58内での突起86の種々の
旋回位置を示しており、これらの旋回位置には油溝56に
関し時計の９時側でみて、突起86が円筒壁面60から最も
遠く離れる第１の位置（第６図）、突起86が油溝56とほ
とんど重なり合う第２の位置（第７図）、及び突起86が
油溝56と重なり合うと共に円筒壁面60に対し最近接する
第３の位置（第８図）が含まれる。突起86が旋回すると
き環状の油溝56の一部分は覆わないままに残され、これ
からして通路55から供給される油がスラスト面間の界面
部に入り込みうる。円形の突起86の旋回によりチヤンバ
ー58内に高圧力波が生じて油溝56からの油が領域92で強
く加圧され、これによつて旋回スクロール部材34がスラ
スト受け面に対し相対的に鉛直方向で持上げられる。こ
の作用からして油溜まりからの潤滑油が、旋回スクロー
ル部材と軸受の係合面間の領域中へと強制給送される。
したがつてスクロール部材34の通常の旋回運動を利用し
た油の自動的加圧機構が提供され、スラスト軸受の潤滑
のために別の圧力油供給機構を設ける必要が無くされる
といつた利益が与えられる。
これまでの説明から理解できるように第１−５図のリ
ング形とした環状突起66を備えた機構は、複チャンバー
式の自己加圧スラスト軸受機構であり、他方、第６−10
図の円形突起86を備えた機構は単一チャンバー式の自己
加圧スラスト軸受機構である。チヤンバー58内の潤滑油
は、クランク軸の回転方向の如何に拘らず溝56から潤滑
油を引き寄せる圧力波を形成する。クランク軸に対し加
わる最大荷重は同圧力波の圧力が最高となるチヤンバー
位置に追随する点に、留意されるべきである。これから
して、圧縮の不均衡によつて旋回スクロールと軸受間の
油膜潤滑の欠乏がひき起されるようなことは生じない。
実施例の構成部材を単純に逆配置可能である点が、留
意されるべきである。例えば実施例では突起を旋回スク
ロール部材に、加圧されるチヤンバーを主軸受箱のスラ
スト受け面に、それぞれ設けたが、逆にこれらの部材
を、チヤンバーを旋回スクロール部材側に形成し突起を
主軸受箱側に設けるように逆配置することもできる。
ポンプ作用を行なうチヤンバーの全領域を相互に連通
状態としたことから、同チヤンバーの一部分内で油圧が
スクロール運動により上昇されようとするときチヤンバ
ー内の低圧部分へと油が、長い周方向の径路を通過して
移動しようとする傾向が生じる。このような無益な油移
動が起きるのを防止するため、円筒壁面60,88の高さは
極く小寸法で0.001インチ（0.0025cm）のオーダーのも
のとされる。ポンプチヤンバー58に与えるこのような小
鉛直方向高さからして加圧領域から高粘性の油が、同領
域でのポンプ作用を無効とするように長い周方向の径路
を通過して流れることが困難となる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１の実施例に係るスクロール式圧
縮機の一部分を示す縦断面図（縦断面は第２図のＩ−Ｉ
線にほぼ沿う。）、第２図は第１図のII−II線にほぼ沿
つた横断面図、第３図は第１図で鎖線IIIで囲んだ部分
の拡大図、第４図及び第５図はそれぞれ、第３図と類似
の断面図で第３図とは異なつた状態を示すもの、第６図
はこの発明の第２の実域例に係るスクロール式圧縮機の
一部分を示す横断面図、第７図及び第８図はそれぞれ、
第６図と類似の横断面図で第６図とは異なつた状態を示
すもの、第９図は第６図のIX−IX線にほぼ沿つた拡大断
面図、第10図は第８図のＸ−Ｘ線にほぼ沿つた拡大断面
図である。 12……主軸受箱、16……軸受組立体、18……クランク
軸、20……油供給通路、22……油供給通路、34……旋回
スクロール部材、36……端板、40……端板下面、42……
螺旋翼、44……スラスト受け面、46……非旋回スクロー
ル部材、48……螺旋翼、55……通路、56……環状溝、58
……チヤンバー、60,62……円筒壁面、64……スラスト
受け面、66……突起、68,70……円筒壁面、72……スラ
スト面、74,76……圧縮チヤンバー、86……突起、88…
…円筒壁面、90……スラスト面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01C 1/02 F04C 18/02 F01M 1/02

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】互いに噛合わされた螺旋翼をもつ２個のス
    クロール部材であって、少なくとも一方のスクロール部
    材が他方のスクロール部材に対し相対的に旋回軸線まわ
    りで旋回するとき上記両螺旋翼がその間に、移動する流
    体ポケットを形成するものとされている２個のスクロー
    ル部材、 ほぼ平坦で位置を固定されている第１のスラスト面をも
    つボデー部材であって上記流体ポケット内の圧力流体に
    より生ぜしめられる機械軸線方向のスラスト荷重を受け
    るように上記第１のスラスト面によって、上記した一方
    のスクロール部材上のほぼ平坦な第２のスラスト面を摺
    動可能に支持するボデー部材、及び 上記した両スラスト面間に形成された流体加圧用のチャ
    ンバーであってその外周端または内周端を、上記旋回軸
    線に対し平行する軸線を有し上記第２のスラスト面と共
    に旋回する円筒面によって区画されており、この円筒面
    の旋回により、該チャンバーに供給される潤滑油の圧力
    を高めて両スラスト面間の界面部の潤滑を促進するチャ
    ンバー、 を備えたスクロール式機械。
  2. 【請求項２】互いに噛合わされた螺旋翼をもつ２個のス
    クロール部材であって、少なくとも一方のスクロール部
    材が他方のスクロール部材に対し相対的に旋回軸線まわ
    りで旋回するとき上記両螺旋翼がその間に、移動する流
    体ポケットを形成するものとされている２個のスクロー
    ル部材、 ほぼ平坦で位置を固定されている第１のスラスト面をも
    つボデー部材であって上記流体ポケット内の圧力流体に
    より生ぜしめられる機械軸線方向のスラスト荷重を受け
    るように上記第１のスラスト面によって、上記した一方
    のスクロール部材上のほぼ平坦な第２のスラスト面を摺
    動可能に支持するボデー部材、及び 上記した第１及び第２のスラスト面のうちの一方のスラ
    スト面中の凹溝であって第１の円筒面を区画形成する凹
    溝、及び他方のスラスト面上の突起であって第２の円筒
    面をもつ突起を備え、 上記した第１及び第２の円筒面がそれぞれ前記旋回軸線
    に対し平行する軸線を有すると共に、機械放射方向でみ
    て一方の円筒面が他方の円筒面に対向位置させて該他方
    の円筒面の内側に配置されていて、該両円筒面間に次の
    ようなチャンバー、すなわち上記した一方のスクロール
    部材の旋回により一の円筒面が他の円筒面に対し相対的
    に旋回せしめられると流体を加圧するチャンバー、が形
    成されるように構成されており、 また上記チャンバーに対し潤滑油を供給する油供給手段
    を設けてあって、この油供給手段により供給される油が
    上記チャバーのポンプ作用によって上記第１及び第２の
    スラスト面間の界面部に対し強制移送されるように構成
    してあるスクロール式機械。
  3. 【請求項３】前記第２の円筒面をもつ前記突起を前記し
    た一方のスクロール部材上に、前記第１の円筒面よりも
    直径を小さく設定して設けてある請求項２のスクロール
    式機械。
  4. 【請求項４】前記油供給手段が、前記凹溝中に開口する
    環状の溝を備えている請求項３のスクロール式機械。
  5. 【請求項５】前記した環状の溝が前記第１の円筒面とほ
    ぼ同心的に配置され該第１の円筒面から放射方向の内側
    に次のような距離だけ、すなわち前記第２の円筒面が旋
    回するにつれてこの第２の円筒面が該溝を放射方向で横
    切って往復移動することとおなるような距離だけ、隔て
    てある請求項４のスクロール式機械。
  6. 【請求項６】前記凹溝の内底面を、前記突起の端面と係
    合する第３のスラスト面に構成してある請求項２のスク
    ロール式機械。
  7. 【請求項７】前記した第１及び第２の円筒面がそれぞ
    れ、直角円筒面状のものである請求項２のスクロール式
    機械。
  8. 【請求項８】前記した第１及び第２の円筒面が機械軸線
    方向での長さを実質上、互いに等しくするものに形成さ
    れている請求項７のスクロール式機械。
  9. 【請求項９】前記油供給手段が、前記した第１及び第２
    のスラスト面のうちの一方のスラスト面に形成された環
    状の溝を備えている請求項２のスクロール式機械。
  10. 【請求項１０】前記凹溝が環状のものであって前記第１
    の円筒面の他に第３の円筒面を区画形成しており、また
    前記突起が環状のものであって前記第２の円筒面の他に
    第４の円筒面をもち、該環状の突起を該環状の凹溝内に
    配置して上記した第３及び第４の円筒面により前記した
    両スラスト面間の界面部に対し油を強制移送するための
    他の流体加圧チャンバーを形成してある請求項２のスク
    ロール式機械。
  11. 【請求項１１】前記油供給手段が、前記凹溝中に開口す
    る環状の溝を備えている請求項10のスクロール式機械。
  12. 【請求項１２】前記第３及び第４の円筒面がそれぞれ、
    直角円筒面状のものである請求項10のスクロール式機
    械。
  13. 【請求項１３】前記凹溝の内底面と前記突起の端面とを
    互いに、前記スラスト荷重を受け入れるように係合させ
    てある請求項10のスクロール式機械。
  14. 【請求項１４】互いに係合する２つのスラスト面であっ
    てそのうちの一方のスラスト面が他方のスラスト面に対
    し相対的に旋回軸線まわりで旋回するものである２つの
    スラスト面用のスラスト受け構造において、 上記した両スラスト面間に形成された流体加圧用のチャ
    ンバーであってその外周端または内周端を、上記旋回軸
    線に対し平行する軸線を有し上記一方のスラスト面と共
    に旋回する円筒面によって区画されており、この円筒面
    の旋回により、該チャンバーに供給される潤滑油の圧力
    を高めて両スラスト面間の界面部の潤滑を促進するチャ
    ンバーを、設けてあるスラスト受け構造。
  15. 【請求項１５】前記チャンバーの深さを、該チャンバー
    内の高圧ポケット領域から低圧ポケット領域へと迅速に
    油が流れることによる油圧の低下を防ぐような小さな値
    に設定してある請求項14のスラスト受け構造。
  16. 【請求項１６】前記チャンバーの深さを、約0.0025cm又
    はそれより小さく設定してある請求項15のスラスト受け
    構造。
  17. 【請求項１７】前記チャンバーを形成するように前記各
    スラスト面上に設けてある段部を備えている請求項16の
    スラスト受け構造。
  18. 【請求項１８】前記両スラスト面のうちの一方のスラス
    ト面上の前記段部が円形の凹溝によって形成され、他方
    のスラスト面上の前記段部が円形の突起によって形成さ
    れている請求項17のスラスト受け構造。
  19. 【請求項１９】前記凹溝の深さを、前記突起の高さと等
    しく設定してある請求項18のスラスト受け構造。
  20. 【請求項２０】前記両スラスト面のうちの一方のスラス
    ト面上の前記段部が環状の凹溝によって形成され、他方
    のスラスト面上の前記段部が環状の突起によって形成さ
    れている請求項17のスラスト受け構造。
  21. 【請求項２１】前記凹溝の深さを、前記突起の高さと等
    しくして設定ある請求項20のスラスト受け構造。
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