JP4914989B2 - 旋回接ぎ手装置 - Google Patents
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Description
特にオルダム接ぎ手のような巨大な偶力を伴った偏心スラスト荷重を受けつつ高速の微小の揺動振幅するスベリ接触の軸受では、流体力学的に油膜の形成が甚だ困難な上、冷媒ガスの気泡を含有した圧力冷凍油を導入して負荷を軽減する方法では、最も寸法変動を嫌い且つ剛性を要する個所には軟弱で、片当たり、油路の詰まり、異物の噛み込み、剛性不足の焼け付、磨耗の課題が多い。そのため当部位には、軸受部の簡素化、摩擦抵抗の軽減、偶力に対する傾きの剛性に対する有利性から転がり接触が望ましく、転動体にニードルローラーを用いた手段として近時、特開2000−186680、2000−345982、2002−242940、202−242939、2002−242927、2002−242857など転がり軸受が提案されて来た。
特に当該接ぎ手では偏心荷重と偶力で軸受の半周が浮きあがることが想定される。この状態で運転されると面圧の低い側のローラーは潤滑油が接触面に閉じ込められて出来る弾性流体潤滑膜(EHL)のせん断強度で生ずる回転駆動力が得られずローラーの慣性が勝って、軌道の高速揺動変位に追随せず、激しいバックスピンのようなスリップを繰り返して擦過焼けを生じて軌道表面の損傷を助長する。又 CO2冷媒の圧縮機では冷媒が潤滑油中に溶け込み粘度の低下で、転がり接触の構成要件である前記EHLの油膜形成能力の低下が予想され、更にCO2ガスと潤滑油の混合比率が5%以下の貧潤滑状態であるから磨耗の課題が顕在し、圧縮機の密封性能を低下させる。
次の課題に、当該軸受の構成部材の内、X向きとY向きに転がる転動ローラーに挟接される中間の軌道輪は、高速で揺動振幅するため質量が大きいと周囲を加振するので大きな振動騒音原因となり、当該環境重視の設備では騒音は致命的課題である。そのため接ぎ手の軌道輪の揺動による振動を打ち消すカウンタバランサーを中間軌道輪に直接追加した特開2005−42692(当発明者による)の請求項1、並びに軸方向に離れた位置にバランサーを設けた特開2004−324462が提案されて来た。又 振動を減らす目的の軽量化の工夫に前記特開2005−42692の請求項3の如く、軌道輪の内外周の余肉を削ぎ落として階段状の段付き形状にして、ローラーの転送面のみを残した軽量化技術が提案されてきた
更なる課題に、当該軸受では、ローラーが何年間も、永久に軌道輪上の1.5〜3mmの狭い範囲を高圧で、しかも高速揺動するため、接触面に局部的な陥没状の磨耗痕を生ずる。特に当該軸受では軌道が積層されるため、ローラーとの接触面は4面になる、その個々の磨耗量の累計がスクロールの摺接面の隙間になる。例えば軌道面が0.004mm磨耗してもローラーの摩耗量を加えた合計の0.02mmが該隙間が拡大し、圧縮低下に繋がる。
以上の課題を図面で説明すると、図7の中間軌道輪2は表側と裏側からローラー6と7で最大接触面圧1Gpa以上の高圧で挟接されてX,Y方向に揺動するので、当該軌道輪には高い圧縮並びに33の如く繰返し曲げ応力を生ずる。肉厚が薄い場合ここに疲労破損を招くとともに、20に示す如くローラーのエッジに応力集中を生じ寿命低下を招く。更に図5は、軌道輪を介してローラーの接触状態の模式図で、X向きローラー7とY向きローラー6の交点31を展開した状態を図4に示す。X,Yの交点31の全数がそれぞれ動的旋回範囲44の円内に形成されていればスラスト荷重を全交点で均等に受圧することとなるが、旋回に伴い交点が減少すると残された交点の面圧分担荷重が上昇して寿命低下を招く。
前記交点を形成するための各寸法の相関の法則の根拠を詳述すると、例えば当発明者本人による特開2000−345982の楕円のカム穴でローラーの偏りを防いでローラーを常に幾何学的定位置にセンタリングする制御部材の実施例図2を活用した場合で説明すると、図2の4,5の制御部材のローラーを収容するポケット穴の中に配置したローラーの位置関係を示す断面略視図6、では、図6のローラーの全長18をLとし、ローラーの直径をd両端のローラーの軌道輪との接触点間距離を36、とした時にローラーが旋回によって転動変位して36が37に移動する。この時37が18の範囲内であれば、旋回時の交点は正しく形成されている。37が18より外に、図7の6の長さから16の位置のように外れると、両端に配置されたローラーは交点を形成せず、受圧可能なローラー交点数が減るので定格荷重は計算値より低くなる。
従ってローラーの交点を管理すれば、所定の軸受寿命を得る、その関係を数式化すると、ローラー直径をdポケット内のローラー収容数n旋回半径をeとしたとき、d×(n−1)+2ε≦Lの関係を満たすこととなる。従来は面圧の集中避けるため、軌道輪を厚肉にして面圧を分散する方策が採られて来た。その結果スラスト軸受の総重量が増して、それによる振動騒音が増し、これを軽減するためにわざわざバランサーを追加する特開2004−324462の技術が提案され、その結果重量が増し、部品点数が増加、厚肉による軌道輪加工性の悪さ、コスト押し上、といった悪循環を招いてきた。
高速、高面圧で揺動するローラーは、前述の交点数を多くすることと、慣性抗力によるスピンスリップを減らすため慣性を小さくする質量の小さな極細ローラーを用い、更に転がり接触下の油膜の枯渇を防ぐためローラーを複数個接触させて配置しローラーとローラーの接触でもって相互に潤滑剤を転がり接触面に補給し合う工夫がなされ、特開2000−345982、及び2005−42692の実施例で提案されている。
即ち図3に示す如く、センタリング部材4,5のローラーを収容するポケットの位置をX,Y座標で表示すると、X軸から時計方向にn番目のポケットの中心PXnとX軸の角度nα°とY軸から反時計方向にn番目のポケット中心PYnとY軸の成す角度nβ°を等しくし、更にPXnとO点間距離と、PYnとO点間距離を等しくする。これを実施すると、中間軌道輪の片面に、X用センタリング部材を、もう一方の面に同じ部材を90°位相してY用センタリング部材として積層したとき、X、Yローラーを投影することで形成される交点31全てが、図4に示す旋回径44の範囲内に形成される。
両端の第一第三の軌道輪も同様に、スクロールメンバの側面と受け面のそれぞれに設けた溝内に遊嵌し移動可能に収納するだけでよい。
本発明の実施の形態を説明すると、図2の第一軌道輪1、と中間の第二軌道輪2と、第三軌道輪3とで構成されており、各軌道輪は、特殊鋼の例えばSUJ−2、SK−5といった材料を用い、特に第二の中間軌道輪2は、高速で揺動運動するため振動騒音原因となるので質量を減らすために板厚を薄くし且つ内外周を階段状に段付きの、ローラーの転送面のみを確保した形状である。又材料の硬さはHRC60〜63に焼き入れ焼き戻し処理を施し、表面を平滑に研摩仕上げをしてある。当該装置の必要精度は、スクロールの旋回メンバと固定メンバとで圧縮ガスを密封するのであるからスクロール羽根の先端の密封摺接面はスキマも摺接圧力も共にゼロでの摺接を担保するもので、軸受精度は、接ぎ手の幅寸法の変動、ばらつきは極限まで小さく抑える必要があり、各軌道輪の平面度は0.01mm以下が望ましい。
ローラーをセンタリングする制御板は、厚さがローラー直径よりも薄く磨き帯鋼板をプレス成型し、表面を硬さHV500以上に熱処理で硬化し耐摩耗性を備える。
ガイドピン8は、焼き入れ硬化の鋼で、硬さがHRC55以上に硬化し耐摩耗性の表面処理を施す。
又 センタリング制御板はX,Y用で両者は当然共通部材が好ましく、X向きで製造品を90°回転させればY向き用にもなり裏返しても使用できる。
更に当該スラスト軸受には高荷重で且つ偏心荷重、強大な偶力が作用するため、片側半面のみに大きな荷重が作用する、従ってローラーは前述の如く軌道表面に均等配分では不都合で、荷重に対応して適宜不等配分の最適配置が好ましい。この場合は、センタリング制御板のポケット穴は図3に示す一定の法則の線分PxnからO点の距離とPynからO点までの距離が等しく、α°=β°の条件で配置すれば実荷重に対応した合理的配置となる。
当該実施例では、外径φ80で圧縮反力が10000Nの条件で定格荷重は30000Nが得られる。ローラーの最大接触面圧は0.8Gpaで回転速度5000rpmの時、転がり軸受としての計算寿命は1万時間となり半永久的となる。
請求項2の実施の形態を説明すると、図8の例では、外枠48がガイドピン52でスクロールメンバに対してX,Y方向に相対的には揺動駆動され自転せずにただ旋回するだけである。外枠48の中には軌道輪47が55の嵌合面に案内され回動するように収納されている。また軌道輪47はX.Yローラーでもって両側から挟まれている。外枠48は、図8の形状の環状に鋼板材からプレスで打ち抜き成型し、焼き入れ硬化する。
この揺動枠部材48の内側には47のようにローラーを圧受する前記の中間軌道輪相当を遊嵌して案内面55で回動可能に装設する。揺動枠との嵌合面の55は平滑な面を形成し、硬さをHRC60以上に表面を硬化して耐摩耗性を確保する。嵌合部の隙間は、径方向に0.2から0.5ミリ程度移動するようにしても良く、転送面の位置が円周方向又は径方向の何れの方に変化しても良い。旋回に伴って軌道輪が連れ回りする速さは、概ね嵌合部の隙間値に比例するので、隙間値の決定の方法は、軌道輪に予め位置マークを施し運転時間毎に移動量を実測して最適値を決める。
この時スクロールメンバ41の側面には圧縮反力が生じて軸受46に荷重が作用する。当該部位の軸受の構成品の形状は図2に示す、1は固定側の軌道輪、3は旋回側の軌道輪で中間の軌道輪を2に示す、軌道輪1と2の間には図2の矢印のX向き転動ローラー6が挟設されており中間軌道輪2と第三軌道輪3の間には図2の矢印のY向きに転がるローラー7が挟設され、又ローラーはセンタリング部材4と5のポケットで位置決めされている。
そこで図6に示す如くY向きローラーの長さ18よりもX向きローラーの転動変位量が小さければ図7の応力集中、曲げ応力の発生は無い。
又 図3の如く薄板の鋼板材4に窓ポケットを設け、ポケットの位置関係を座標で示す如く、線分PXnと原点0の距離=線分PYnと0点で、角度A0X軸=B0Y軸になるように配置すると、90°回転させて重ねても窓位置は整合するので収容したローラーの投影に於ける交点は全ポケットで形成される。
ここで制御部材のポケット内へのローラー収容形態の例として、ローラーを輸送中に脱落しないように、制御部材の片側又は両側から薄板の例えば0.2mmの鋼板にローラーの接触面のみが露出するようなメッシュ状の穴をパンチングプレスで穿孔し薄板でローラーを覆い、薄板と制御部材とはリベット又は爪で密着固定すれば足る。(図示省略)及びポケットに潤滑油を含浸した樹脂でローラーを保持する(図省略)方法がある。
又前記の楕円穴でセンタリングを制御する部材の代わりに、当発明者による特開平2005−42692の如く、スクロールを駆動する偏心入力軸の外径に、内径を楕円穴にしたセンタリングプレートを摺接させて、入力軸でセンタリングプレートをローラーの転動距離と同期させて駆動する方式でも同じ効果が得られる。(図省略)
外枠の内側に内装された軌道輪47は外枠の中で自由に動く。尚 圧縮機が更なる高圧になる場合は、定格荷重の増大を要するので、軌道輪を前記の揺動枠48の外側に配置し(図省略)軌道輪の受圧面積を拡大することとなる。
更に旋回枠48をワッシャー状にして、ここにローラー収納ポケット毎にポケットの略対角線の長さの直径の円形の穴を穿孔し、該穴にコイン状の軌道円盤を嵌合してポケット単位で自転可能な小さな軌道輪(図省略)としても良い。
4,5・センタリング部材
6,7・ローラー 8・ガイドピン 9・楕円穴 10・キー溝
7,17・ポケット内の両端ローラーの最大転動位置
24・中間軌道輪の旋回時の変位位置 7・変位24の時のローラーの位置
31・X,Yローラーの投影交点 33・曲げ応力
36・ローラーの両端中心間距離 37・ローラーの転動距離
40・ローラー最大転動時の接触位置
44・Xローラーに対するYローラーの旋回径
Claims (2)
- 第一軌道輪と中間軌道輪の間にX方向に直動するローラーを介装し、中間軌道輪と第三軌道輪の間に、前記の第一軌道輪と中間軌道輪の間に介装した、X方向に直動するローラーと同じ寸法の、Y方向に直動するローラーを介装して成り、前記中間軌道輪とは、スクロール圧縮機の旋回側と固定側とに係合して自転が禁止されて、旋回だけするものであって、スクロール圧縮機の旋回ローラー接ぎ手において、ローラーの位置の偏りを防ぐ板状の部材の、ポケット穴に、複数個のローラーを収容したとき、ローラーの直径dと、ローラーの並列配置の本数nと、ローラーの全長Lと、スクロールの旋回半径 eとが、d×(n−1)+e≦Lの関係の法則で成ること、並びに、前記板状部材のポケットの位置をX、Y座標で表示したとき、X軸から時計方向に数えてn番目のポケット中心点 PXnから、座標の0点までの距離Aと、Y軸から反時計方向に数えてn番目のポケット中心点の PYnから、前記0点までの距離Bとが、A=Bの関係で、PXnと0点を結ぶ線分と、X軸との成す交角∠ α° と、 PYnと0点を結ぶ線分と Y軸とで成す交角∠ β° が∠ α° =∠ β° の法則でなる、旋回接ぎ手装置。
- 請求項1に記載の旋回接ぎ手装置において、中間軌道輪を、スクロールの旋回側と固定側とに係合して自転を禁止されて旋回する揺動部材と、前記揺動部材に遊嵌される別部材とから構成し、前記別部材を転走面として 径方向又は円周方向に自由に移動可能とした、旋回接ぎ手装置。
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