WO2009125737A1 - スクロール型流体機械 - Google Patents

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WO2009125737A1
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fluid machine
type fluid
movable
crankshaft
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飯塚二郎
寺内清
横山裕之
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サンデン株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/02—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents
    • F01C1/0207—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form
    • F01C1/0215—Rotary-piston machines or engines of arcuate-engagement type, i.e. with circular translatory movement of co-operating members, each member having the same number of teeth or tooth-equivalents both members having co-operating elements in spiral form where only one member is moving
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C17/00—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing
    • F01C17/06—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements
    • F01C17/066—Arrangements for drive of co-operating members, e.g. for rotary piston and casing using cranks, universal joints or similar elements with an intermediate piece sliding along perpendicular axes, e.g. Oldham coupling

Definitions

  • the present invention relates to a structure of a scroll part of a scroll type fluid machine such as a scroll type compressor, and more particularly to a rotation prevention mechanism of a movable scroll and a related scroll part structure.
  • a scroll type fluid machine In a scroll type fluid machine, a fixed scroll and a movable scroll that is swung in a state where rotation is prevented from meshing with each other mesh with each other to form a fluid pocket.
  • a fluid pocket In a compressor, a fluid pocket is moved in a radial direction. By reducing the volume, the expander expands the volume while moving the fluid pocket in the radial direction, thereby compressing or expanding the fluid.
  • the movable scroll needs to be swung in a state in which the rotation is prevented, and in order to prevent the rotation, a coupling, pin-and-pin called ball coupling or EM coupling is required.
  • Techniques using ring coupling and pin-and-link coupling are known. However, the coupling itself has a natural turning radius, and these cannot be completely matched with the movable scroll turning radius and the locus determined by the scroll wall.
  • Oldham coupling for preventing the rotation of the movable scroll.
  • This Oldham coupling does not have an inherent turning radius, there is vibration due to reciprocating motion. Since the distance between the bearing of the movable scroll and the bearing provided in the housing is increased by the thickness of the ring, the moment load on the bearing also increases, and is therefore unsuitable for speeding up.
  • Patent Document 1 discloses a structure in which the movable scroll swings like a swing by the rotation of the crankshaft, but it is difficult to achieve a balance and is not suitable for speeding up.
  • Patent Document 2 Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5 disclose structures in which the rotation of the movable scroll is prevented by a groove provided on the movable scroll bottom plate and a pin provided on the housing. .
  • the Oldham coupling is not suitable for speeding up as described above, and a space for installing it is required, so it is difficult to reduce the size.
  • the movable scroll is a mechanism that is allowed to perform a revolving motion with a worst-case swing motion of 180 degrees.
  • the scroll wall is formed in a state of being sandwiched between spiral curves having a phase difference of 90 degrees or less.
  • the above-mentioned patent having a large swing motion angle, there is a risk of deviating from the region. Walls may not be formed.
  • the problem of the present invention is to pay attention to each problem in the various conventional rotation prevention mechanisms as described above, without having its own natural turning radius, and can be easily assembled with high accuracy in the target assembly state, Stable and high productivity, quietness and performance are obtained, and since there is no rotation prevention part between the movable scroll and the housing, it can be easily downsized especially in the axial direction, thereby achieving weight reduction.
  • the scroll type fluid machine having a movable scroll rotation prevention mechanism that can easily obtain a desired fixed scroll wall profile capable of suppressing the swinging motion angle of the movable scroll and performing an appropriate seal. Is to provide.
  • a scroll type fluid machine includes a fixed scroll, a movable scroll that meshes with the fixed scroll and forms a fluid pocket that moves in the scroll radial direction, and the movable scroll engages with the movable scroll. And a housing provided with a crankshaft for driving the movable scroll and a bearing for supporting the crankshaft, and the movable scroll is turned with respect to the fixed scroll by a driving torque transmitted through the crankshaft.
  • the fixed scroll and the housing constitute a non-orbiting member, and extends over at least one of the fixed scroll and the housing constituting the non-orbiting member and the movable scroll to prevent the rotation of the movable scroll.
  • the rotation preventing member is provided with a rotation preventing member movable mechanism that allows the rotation preventing member to allow the rotation preventing member itself to move, which is necessary for allowing the orbiting movement of the movable scroll. .
  • the rotation preventing member is fixed to the outer peripheral portion of the movable scroll and extends from the outer peripheral portion of the movable scroll toward the radially outer side.
  • the rotation preventing member movable mechanism is provided in at least one of the fixed scroll and the housing, and has a rotating body space having an axis parallel to the main shaft portion of the crankshaft, and is rotatably fitted in the rotating body space. It is possible to adopt a configuration in which the rotation prevention member is configured to be slidably held by a rotating body.
  • the rotation prevention member is made of, for example, a flat plate-like member, and is configured integrally with, for example, a scroll wall of a movable scroll.
  • a rotation preventing member movable mechanism is provided, and a configuration constituted by the rotating body space and the rotating body as described above can be adopted. More specifically, the rotating body is configured to slidably hold the rotation prevention member between the opposed flat bottom surfaces in a pair of two columnar shoes each having an arc surface and a flat bottom surface. Can be formed from
  • the distance from the axis of the rotating body space to the axis of the main shaft of the crankshaft is set to be 1.5 times or more and 15 times or less the turning radius of the movable scroll.
  • the rotating body space is a cylindrical space having a diameter D1
  • the thickness of the maximum thickness portion on the basis of the flat bottom surface of one of the columnar shoes is T1
  • the flat bottom surface of the other columnar shoe is
  • the thickness is set so as to satisfy the relationship of D1> T1 + T2 + Ts where T2 is the thickness of the maximum thickness portion based on the above and Ts is the thickness of the rotation prevention member. Accordingly, the pair of columnar shoes can smoothly perform a desired movement as the rotating body while holding the rotation preventing member slidably.
  • the scroll type fluid machine it is possible to effectively utilize the lubricating oil circulation structure in the scroll type fluid machine previously proposed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2008-83834. That is, the back of the movable scroll slides with the housing to form a drive mechanism housing space for the crankshaft partitioned from the suction chamber, and lubricates the drive mechanism housing space from the oil reservoir below the discharge chamber. It is possible to adopt a structure in which a lubricating oil path capable of supplying oil is provided (so far, the previous proposal), and the lubricating oil path is formed via the rotating body space. is there.
  • Circulating and supplying lubricating oil from the oil reservoir below the discharge chamber to the drive mechanism housing space of the crankshaft improves the lubricity of this drive mechanism while improving the substantial volume efficiency of the fluid machine, It is possible to improve the heat exchange efficiency of this fluid machine built-in system by reducing the outflow amount of the lubricating oil to the outside of the fluid machine, and further reduce the power of the fluid machine and system by reducing the pressure loss in the piping. And since this lubricating oil path
  • the mechanism of the present invention is easy to apply when it is composed of a horizontal type scroll type fluid machine in which the main shaft portion of the crankshaft is disposed in the horizontal direction in the operating posture.
  • Lubricating oil path is easy to form.
  • the position of the rotation prevention member and the rotating body space is not particularly limited, but when the rotating body space is arranged above or below the fixed scroll, it is easy to design the turning posture of the movable scroll, It is easy to design the lubricating oil path.
  • the rotation preventing member is rotatably engaged with the outer peripheral portion of the movable scroll, and radially outward from the outer peripheral portion of the movable scroll.
  • a reciprocating slide comprising a member extending, wherein the rotation preventing member movable mechanism is provided on at least one of the fixed scroll and the housing and extends in a direction perpendicular to the main shaft portion of the crankshaft and slidably holds the rotation preventing member.
  • It can also be a structure comprised of a moving hole. That is, the rotation preventing member that is rotatably engaged with the movable scroll side is slidably held in the reciprocating sliding hole formed on the fixed member side. Such a structure also prevents rotation of the movable scroll while ensuring a predetermined orbiting motion of the movable scroll.
  • the rotation engagement portion of the rotation prevention member to the outer peripheral portion of the movable scroll is the crankshaft in the movable scroll. It is preferable that the distance to the axis of the main shaft is set at a location that is 1.5 times or more the turning radius of the movable scroll.
  • the mechanism of the present invention can be easily applied to the lubricating oil path when the main shaft portion of the crankshaft is arranged in a horizontal direction in the operating posture and is easily applied. Is easy to form.
  • the bearing center on the back of the movable scroll and the origin of the spiral curve forming the scroll wall coincide with each other. It is preferable to adopt a structure in which the center of the main shaft portion of the crankshaft rotatably supported by the bearing of the housing coincides with the origin of the spiral curve forming the scroll wall of the fixed scroll. If it does in this way, it can prevent that the scroll wall of the other party becomes thin too much.
  • a bush integrated with the counterweight is interposed between the crankpin of the crankshaft and the bearing on the back of the movable scroll, whereby torque from the crankpin is transferred to the movable scroll. It is preferable that the centrifugal force of the movable scroll be offset and reduced at the same time as the signal is transmitted. Accordingly, a driven crank mechanism that can cope with variations in the shape and position of the scroll wall is configured, and productivity can be increased, and the efficiency of the fluid machine can be increased by improving the scroll wall sealing performance.
  • one or both of scroll walls of the movable scroll and the fixed scroll have a thickness that decreases outward. That is, the thickness of the scroll wall is not repeatedly increased and decreased, and the thickness is reduced in one way. As a result, it becomes possible to further reduce the size and weight.
  • Such a scroll type fluid machine according to the present invention can be configured as a scroll type compressor or a scroll type expander that is particularly required to be reduced in size and weight and to operate smoothly. Moreover, the scroll type fluid machine according to the present invention is particularly suitable as a scroll type fluid machine for vehicles, which is required to be quiet and durable.
  • the rotation preventing member of the movable scroll extending between the movable scroll side and the fixed member side, and the rotation preventing member necessary for allowing the rotation preventing member to orbit the scroll.
  • FIG. 2 is a perspective view showing various forms (A) to (C) that can be adopted as a rotating body in the fluid machine of FIG. 1. It is the front view (A) and longitudinal cross-sectional view (B) of the movable scroll which concern on another embodiment different from FIG.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a scroll mechanism section showing a turning operation and a rotation prevention operation of a movable scroll in the fluid machine of FIG. 1 in the order of (A) to (F). It is a schematic block diagram of the scroll type fluid machine which concerns on another embodiment different from FIG.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show an embodiment of the first aspect of the present invention described above.
  • the scroll fluid machine 1 includes a fixed scroll 2, a movable scroll 3 that meshes with the fixed scroll 2 and forms a fluid pocket 4 that moves in the scroll radial direction, and engages with the movable scroll 3 to move the movable scroll 3.
  • a crankshaft 5 to be driven and a housing 7 provided with a bearing 6 for supporting the crankshaft 5 are provided.
  • the crankshaft 5 has a crankpin 8 at an eccentric portion, and the movable scroll 3 is cranked by the crankpin 8, an eccentric bush 9 in which the crankpin 8 is rotatably fitted, and a drive torque transmitted via a bearing 10. It is turned with respect to the fixed scroll 2 around the main shaft portion 5a of the shaft 5.
  • the scroll type fluid machine 1 can function as a compressor by moving the fluid pocket 4 in the central direction while reducing the volume, and conversely, the expander by moving toward the radially outer side while increasing the volume. Can function as. In this embodiment, a case where it functions as a scroll compressor will be described.
  • a fluid (for example, a refrigerant) sucked into the suction chamber 11 is compressed by a scroll mechanism including the fixed scroll 2 and the movable scroll 3, and then is discharged into the discharge chamber 13 through a discharge hole 12 provided at the center of the fixed scroll 2.
  • the compressed fluid is sent to the external circuit through the discharge port 14 from there.
  • An oil sump 15 for separating and storing the lubricating oil contained in the fluid (for example, refrigerant) is formed in the lower part of the discharge chamber 13.
  • the crankshaft 5 is rotationally driven through, for example, a pulley 16, an electromagnetic clutch 17, and an armature 18 to which a driving force from an external driving source is input.
  • the fixed scroll 2 and the housing 7 constitute a non-orbiting member, and at least one of the fixed scroll 2 and the housing 7 constituting the non-orbiting member (in the present embodiment, the stationary scroll 2 constitutes the housing 7 and the cylinder head 19).
  • a rotation preventing member 21 extending between the fixed scroll member 20) and the movable scroll 3 and preventing the rotation of the movable scroll 3 is provided.
  • FIG. As shown, the rotation preventing member 21 is formed integrally with the movable scroll 3 and extends in a flat plate shape from the outer peripheral portion of the scroll wall of the movable scroll 3 toward the radially outer side.
  • a rotation prevention member movable mechanism 22 that allows the rotation prevention member 21 itself to move, which is necessary for the rotation prevention member 21 to allow the orbiting movement of the movable scroll 3, is provided.
  • the rotation preventing member movable mechanism 22 is provided on at least one of the fixed scroll 2 and the housing 7 (in this embodiment, provided on the fixed scroll member 20), and an axis parallel to the main shaft portion 5a of the crankshaft.
  • a rotating body 24 that is rotatably fitted in the rotating body space 23 and holds the rotation preventing member 21 in a slidable manner.
  • the rotating body 24 is configured to hold the rotation prevention member 21 slidably between the opposed flat bottom surfaces in a pair of two columnar shoes 24a and 24b each having an arc surface and a flat bottom surface. Formed from things.
  • the rotating body 25 composed of hemispherical bodies 25a and 25b, and tapered semi-cylindrical bodies 26a and 26b.
  • the rotation preventing member 32 can be formed integrally with the movable scroll 31 on the back side shoulder of the movable scroll 31.
  • 33 indicates the center of gravity of the scroll wall of the movable scroll 31.
  • the back surface of the movable scroll 3 slides with the housing 7, and the drive mechanism portion accommodation space 41 of the crankshaft 5 partitioned from the suction chamber 11 is formed.
  • the oil reservoir 15 below the discharge chamber 13 is provided with a lubricating oil path 42 through which lubricating oil can be supplied to the drive mechanism housing space 41, and a throttle 43 is provided in the middle.
  • the lubricating oil path 42 is formed so as to pass through the rotating body space 23 described above.
  • the lubricating oil path 42 is particularly easy to form when it is made of a horizontal scroll type fluid machine in which the main shaft portion 5a of the crankshaft is disposed in the horizontal direction in the operating posture. Further, when the rotation preventing member 21 and the rotating body space 23 are arranged above or below the fixed scroll 2, it is easy to design the turning posture of the movable scroll, and the lubricating oil path is also designed. It is easy and is arrange
  • the rotating body 24 is rotated while being held in the rotating body space 23.
  • the rotation preventing member 21 can tolerate the orbiting motion of the movable scroll 3 with almost no resistance. Further, since the position of the rotation prevention member 21 is always restricted above the movable scroll 3 (above the fixed scroll 2), the rotation of the movable scroll 3 formed integrally with the rotation prevention member 21 is reliable. Will be blocked.
  • the rotation prevention mechanism does not have its own natural turning radius, and the assembly accuracy between other members and other mechanisms is not substantially required. Can be assembled with high accuracy. In addition, since a large amount of rotation or sliding is not required, high silence and durability can be expected. Therefore, high productivity, quietness, and performance can be stably obtained as a whole fluid machine including the rotation blocking mechanism of the movable scroll 3.
  • the rotation preventing mechanism does not include any member or mechanism between the movable scroll 3 and the housing 7 in the axial direction, the size can be easily reduced particularly in the axial direction, thereby achieving weight reduction.
  • swinging motion angle of the movable scroll 3 (swinging motion angle of the rotation preventing member 21) can be suppressed to an extremely small value, a suitable profile of the wall on the fixed scroll 2 side, that is, an appropriate tip seal or the like can be used. It is possible to easily obtain a desired fixed scroll wall profile that can be performed.
  • the lubricating oil path 42 is formed so as to pass through the rotating body space 23, the lubricating oil returned from the oil reservoir 15 below the discharge chamber 13 to the drive mechanism housing space 41 is also effective in the rotating body space 23 portion. Therefore, smoother operation (rotation and sliding operation) of the rotation prevention mechanism is ensured.
  • the lubricating oil path 42 can circulate the lubricating oil in a desired form to the drive mechanism portion side of the crankshaft 5, so that the performance of the scroll type fluid machine 1 as a whole is improved and the system incorporating the scroll type fluid machine 1 is incorporated. It can contribute to overall performance improvement (improvement of system side heat exchange efficiency due to reduction of oil circulation rate in system and reduction of power consumption due to reduction of pressure loss in piping).
  • the rotation prevention member 51 is rotatably engaged with the outer peripheral portion of the movable scroll 52 and the outer peripheral portion of the movable scroll 52.
  • the rotation preventing member movable mechanism according to the present invention is provided on at least one of the fixed scroll and the housing (that is, provided on the fixed member 53 side), and the crankshaft main shaft portion 5a. It is also possible to adopt a structure that includes a reciprocating sliding hole 54 that extends in a direction perpendicular to the rotation stopper and holds the rotation preventing member 51 slidably. Even with such a structure, the movable scroll 52 is prevented from rotating while the predetermined turning motion of the movable scroll 52 is ensured.
  • the scroll type fluid machine according to the present invention can be applied to a scroll type compressor and an expander that require a reduction in size and weight and smooth operation, and is particularly suitable for a scroll type fluid machine for a vehicle that also requires quietness and durability. It is a thing.

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Abstract

　非旋回部材を構成する固定スクロールとハウジングの少なくとも一方と可動スクロールとにわたって延び、可動スクロールの自転を阻止する自転阻止部材を設けるとともに、該自転阻止部材に対し、自転阻止部材が可動スクロールの旋回運動を許容するために必要な自転阻止部材自身の動きを許容する自転阻止部材可動機構を設けたことを特徴とするスクロール型流体機械。本発明により、容易に目標とする状態に組み付けることができ、小型、軽量化が可能な、可動スクロールの回転阻止機構を備えたスクロール型流体機械を提供できる。

Description

スクロール型流体機械
　本発明は、スクロール型圧縮機等のスクロール型流体機械のスクロール部の構造に関し、とくに、可動スクロールの回転阻止機構およびそれに関連したスクロール部構造に関する。
　スクロール型流体機械においては、固定スクロールとそれに対して回転を阻止された状態で旋回される可動スクロールとが互いに噛み合って間に流体ポケットを形成し、圧縮機では流体ポケットを径方向に移動させつつ容積を縮小することにより、膨張機では流体ポケットを径方向に移動させつつ容積を拡大することにより、流体の圧縮または膨張を行うようになっている。このようなスクロール型流体機械では、可動スクロールは回転を阻止された状態で旋回運動される必要があり、回転阻止のために、ボールカップリングやＥＭカップリングと呼ばれているカップリング、ピンアンドリングカップリング、ピンアンドリンクカップリングを用いる技術が知られている。しかし、これらはすべてカップリング自体が固有旋回半径を持っており、スクロール壁で決定される可動スクロール旋回半径及び軌跡と完全な一致はできなかった。
　一方、可動スクロールの回転阻止のためにオルダムカップリングと呼ばれているカップリングを用いる技術も知られており、このオルダムカップリングは固有旋回半径を持たないものの往復動による振動があり、オルダムカップリングの厚さ分可動スクロールの軸受とハウジングに設けられる軸受の間隔が開くこととなるので、軸受へのモーメント荷重も大きくなり、そのため高速化には不向きである。
　また、特許文献１には、クランクシャフトの回転によって可動スクロールがブランコのように揺動する構造が開示されているが、バランスを取るのが困難であり、高速化には不向きである。
　さらに、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５には、可動スクロール底板に設けた溝とハウジングに設けたピンにより可動スクロールの回転阻止を行うようにした構造が開示されている。
特許第2751318号公報 特許第3874018号公報 特許第3976070号公報 特許第3976081号公報 特許第4013992号公報
　しかしながら、前述のような、自身が固有旋回半径を持つ回転阻止機構では、可動スクロールの旋回半径とのズレや可動スクロールの軌跡との位置ズレにより、流体機械の性能や耐久性の低下を来すおそれがあるとともに、騒音・振動の発生のおそれがあった。
　また、オルダムカップリングは、前述のように高速化に適しておらず、それを設置するためのスペースが必要になるため、小型化も困難であった。
　また、特許文献１に記載の回転阻止機構は、前述のように高速化に適しておらず、かつ、小型化も困難であった。
　さらに、特許文献２～５に記載の回転阻止機構では、可動スクロールの中心から外周に向けてのスクロール壁厚の増減の程度について考慮していないが、通常、小型化等のためにスクロール壁厚を変化させることがあり、スクロール壁厚が過剰に変化すると、スクロール先端面に設けられるチップシールの装着を困難にし、安定した性能を確保し難くなる。また、渦巻の角度ズレに関する方策がなく、寸法のばらつきによっては性能や振動騒音への悪影響が懸念される。
　また、これら特許文献２～５に記載の回転阻止機構では、可動スクロールは最悪１８０度の首振り運動を伴った公転運動を行うことが許容される機構となっている。通常、スクロール壁は、位相差９０度以内の螺旋曲線で挟まれた状態で形成されるが、首振り運動角度の大きい上記特許ではその領域を逸脱するおそれがあり、その場合には例えば固定スクロール壁が形成できないおそれがある。
　本発明の課題は、上記のような種々の従来の回転阻止機構における各問題点に着目し、自身の固有旋回半径を持たず、容易に目標とする組み付け状態に高い精度をもって組み付けることができ、安定して高い生産性と静粛性及び性能が得られ、かつ、可動スクロールとハウジングの間に回転阻止部が介在しないため、とくに軸方向に容易に小型化でき、それによって軽量化も達成でき、しかも、可動スクロールの首振り運動角度を小さく抑え、適正なシールを行うことが可能な所望の固定スクロール壁のプロファイルを容易に得ることができる、可動スクロールの回転阻止機構を備えたスクロール型流体機械を提供することにある。
　また、潤滑が望ましいと考えられる、可動スクロールの回転阻止機構の特定の部位に対し、スクロール型流体機械全体に対する潤滑油循環経路を有効に利用して潤滑を行えるようにし、回転阻止機構のより円滑な動作を確保するとともに、併せて、潤滑油の望ましい形態での循環により、スクロール型流体機械の性能向上および該スクロール型流体機械を組み込んだシステム全体の性能向上に寄与できるようにすることも、本発明の課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明に係るスクロール型流体機械は、固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合ってスクロール径方向に移動される流体ポケットを形成する可動スクロールと、該可動スクロールに係合して可動スクロールを駆動するクランクシャフトと、該クランクシャフトを支持する軸受が設けられたハウジングを備え、前記クランクシャフトを介して伝達される駆動トルクにより前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して旋回させるスクロール型流体機械において、前記固定スクロール及びハウジングが非旋回部材を構成しており、該非旋回部材を構成する固定スクロールとハウジングの少なくとも一方と前記可動スクロールとにわたって延び、可動スクロールの自転を阻止する自転阻止部材を設けるとともに、該自転阻止部材に対し、自転阻止部材が可動スクロールの旋回運動を許容するために必要な自転阻止部材自身の動きを許容する自転阻止部材可動機構を設けたことを特徴とするものからなる。
　この本発明に係るスクロール型流体機械においては、とくに第１の形態として、上記自転阻止部材が、上記可動スクロールの外周部に固着され可動スクロールの外周部から径方向外方に向かって延びる部材からなり、上記自転阻止部材可動機構が、固定スクロールとハウジングの少なくとも一方に設けられ、クランクシャフトの主軸部と平行な軸線を有する回転体空間と、該回転体空間内に回転可能に嵌合され上記自転阻止部材を摺動可能に保持する回転体とから構成されている形態を採用できる。上記自転阻止部材は、例えば平板プレート状の部材からなり、例えば可動スクロールのスクロール壁と一体に構成されている。この自転阻止部材の可動スクロール回転方向の動きを阻止すれば、可動スクロールの回転は阻止されることになるが、同時に可動スクロールは旋回運動を行わなければならないので、その旋回運動を許容するために、自転阻止部材にも、揺動方向及び摺動方向の動きが許容されなければならない。この自転阻止部材自身の動きを許容するために、自転阻止部材可動機構が設けられており、上記の如き回転体空間と回転体とから構成されている形態を採用できる。より具体的には、この回転体は、円弧面と平坦底面とを有する柱状シューが２個一対の形態で、対向する平坦底面間に上記自転阻止部材を摺動可能に保持するように構成されたものから形成できる。
　また、本発明に係るスクロール型流体機械においては、上記回転体および回転体空間により、自転阻止部材の動きを適正に規制し、それを介して可動スクロールの回転阻止を確実に行わせるために、上記回転体空間の軸心から上記クランクシャフトの主軸部軸心までの距離が上記可動スクロールの旋回半径の１．５倍以上１５倍以下に設定されていることが好ましい。
　また、より具体的な設計に際しては、上記回転体空間を直径Ｄ１の円筒状空間とし、上記柱状シューの一方について平坦底面を基準にした最大厚み部の厚みをＴ１、他方の柱状シューについて平坦底面を基準にした最大厚み部の厚みをＴ２、上記自転阻止部材の厚みをＴｓとしたとき、Ｄ１＞Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔｓの関係となるように設定されていることが好ましい。これにより、自転阻止部材を摺動可能に保持しつつ、一対の柱状シューが回転体として望ましい動きを円滑に行えるようになる。
　また、本発明に係るスクロール型流体機械においては、本出願人が特願２００８－８３８３４号で先に提案したスクロール型流体機械における潤滑油の循環構造を有効に利用することが可能である。すなわち、上記可動スクロールの背面がハウジングと摺動し、吸入室と区画された上記クランクシャフトの駆動機構部収容空間を形成しており、吐出室下部の油溜りから上記駆動機構部収容空間に潤滑油を供給することが可能な潤滑油経路が設けられており（ここまでが、先の提案）、該潤滑油経路が上記回転体空間を経由して形成されている構造を採ることが可能である。吐出室下部の油溜りからクランクシャフトの駆動機構部収容空間に潤滑油を循環、供給することにより、この駆動機構部の潤滑性を向上しつつ、流体機械の実質的な体積効率の向上や、潤滑油の流体機械外部への流出量低減による、この流体機械組み込みシステムの熱交換効率の向上、さらには配管内の圧力損失低減による流体機械やシステムの動力低減をはかることができる。そして、この潤滑油経路が回転体空間を経由して形成されることにより、回転体および自転阻止部材部分が良好に潤滑され、より円滑な作動が可能になる。
　また、本発明に係るスクロール型流体機械においては、稼動時姿勢でクランクシャフトの主軸部が水平方向に配された横型のスクロール型流体機械からなる場合、本発明の機構が適用しやすく、とくに上記潤滑油経路が形成しやすい。また、自転阻止部材や上記回転体空間の位置は、とくには限定しないが、回転体空間が固定スクロールの上方または下方に配置されていると、可動スクロールの旋回姿勢の設計が行いやすく、また、上記潤滑油経路の設計も行いやすい。
　本発明に係るスクロール型流体機械においては、第２の形態として、上記自転阻止部材が、上記可動スクロールの外周部に回動自在に係合され可動スクロールの外周部から径方向外方に向かって延びる部材からなり、上記自転阻止部材可動機構が、上記固定スクロールとハウジングの少なくとも一方に設けられ、上記クランクシャフトの主軸部と直交する方向に延び上記自転阻止部材を摺動可能に保持する往復摺動穴から構成されている構造とすることもできる。すなわち、可動スクロール側に回動自在に係合された自転阻止部材が、固定部材側に形成された往復摺動穴に摺動可能に保持される構造である。このような構造によっても、可動スクロールの所定の旋回運動が確保されつつ、可動スクロールの回転が阻止される。
　この第２の形態においては、上記の回転阻止の動作が適正に行われるために、上記自転阻止部材の上記可動スクロールの外周部への回動自在な係合部が、可動スクロールにおける上記クランクシャフトの主軸部軸心までの距離が上記可動スクロールの旋回半径の１．５倍以上の場所に設定されていることが好ましい。
　また、この第２の形態においても、本出願人が特願２００８－８３８３４号で先に提案したスクロール型流体機械における潤滑油の循環構造を有効に利用することが可能である。すなわち、上記可動スクロールの背面がハウジングと摺動し、吸入室と区画された上記クランクシャフトの駆動機構部収容空間を形成しており、吐出室下部の油溜りから上記駆動機構部収容空間に潤滑油を供給することが可能な潤滑油経路が設けられており、該潤滑油経路が上記往復摺動穴を経由して形成されている形態を採用することが可能である。
　また、この第２の形態においても、稼動時姿勢でクランクシャフトの主軸部が水平方向に配された横型のスクロール型流体機械からなる場合、本発明の機構が適用しやすく、とくに上記潤滑油経路が形成しやすい。
　また、上記第１、第２の形態を含めて、本発明に係るスクロール型流体機械においては、上記可動スクロールの背面の軸受中心とスクロール壁を形成する螺旋曲線の原点が一致しており、上記ハウジングの軸受に回転支持されるクランクシャフトの主軸部中心と固定スクロールのスクロール壁を形成する螺旋曲線の原点が一致している構造を採ることが好ましい。このようにすれば、相手側のスクロール壁が薄くなりすぎるのを防止することができる。
　また、本発明に係るスクロール型流体機械においては、上記クランクシャフトのクランクピンと可動スクロール背面の軸受との間にカウンターウェイトと一体となったブッシュが介在され、これによってクランクピンからのトルクが可動スクロールに伝達されると同時に可動スクロールの遠心力が相殺軽減されるように構成されていることが好ましい。これにより、スクロール壁の形状や位置のばらつきに対応できる従動クランク機構が構成され、生産性を高めることができるとともに、スクロール壁シール性向上により流体機械の効率を高めることができる。
　さらに、本発明に係るスクロール型流体機械においては、可動スクロールと固定スクロールの一方または両方のスクロール壁が、外方に向かって肉厚が減じられていることが好ましい。すなわち、スクロール壁の肉厚に増減が繰り返されず、ワンウェイで肉厚が減じられている構成である。これによって、より小型、軽量化をはかることが可能になる。
　このような本発明に係るスクロール型流体機械は、とくに、小型軽量化や円滑な動作が要求されるスクロール型圧縮機やスクロール型膨張機として構成可能である。また、本発明に係るスクロール型流体機械は、静粛性や耐久性の要求が強い車両用スクロール型流体機械としてとくに好適なものである。
　本発明に係るスクロール型流体機械によれば、可動スクロール側と固定部材側とにわたって延びる可動スクロールの自転阻止部材と、該自転阻止部材が可動スクロールの旋回運動を許容するために必要な自転阻止部材自身の動きを許容する自転阻止部材可動機構とを設けることにより、自身の固有旋回半径を持たず、容易に目標とする組み付け状態に高い精度をもって組み付けることができる可動スクロールの回転阻止機構を実現でき、この回転阻止機構を含め流体機械全体として安定して高い生産性と静粛性及び性能が得られる。また、軸方向において可動スクロールとハウジングの間に回転阻止部が介在しないため、とくに軸方向に容易に小型化でき、それによって軽量化も達成できる。さらに、可動スクロールの首振り運動角度を小さく抑えることができるので、適正なシールを行うことが可能な所望の固定スクロール壁のプロファイルを容易に得ることができる。
　また、本出願人が特願２００８－８３８３４号で先に提案したスクロール型流体機械における潤滑油の循環構造を上記回転阻止機構にも有効に利用することにより、回転阻止機構のより円滑な動作を確保できるとともに、潤滑油を望ましい形態でクランクシャフトの駆動機構部側に循環させることにより、スクロール型流体機械全体としての性能向上および該スクロール型流体機械を組み込んだシステム全体の性能向上に寄与できるようになる。
本発明の一実施態様に係るスクロール型流体機械の縦断面図である。 図１の流体機械のスクロール機構部の横断面図である。 図１の流体機械の可動スクロールの正面図（Ａ）および縦断面図（Ｂ）である。 図１の流体機械における回転体として採用可能な各種形態（Ａ）～（Ｃ）を示す斜視図である。 図３とは別の実施態様に係る可動スクロールの正面図（Ａ）および縦断面図（Ｂ）である。 図１の流体機械における可動スクロールの旋回動作および回転阻止動作を（Ａ）～（Ｆ）の順に示すスクロール機構部の横断面図である。 図１とは別の実施態様に係るスクロール型流体機械の概略構成図である。
　以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１、図２は、前述の本発明の第１の形態についての一実施態様を示しており、図において、１はスクロール型流体機械全体を示している。スクロール型流体機械１は、固定スクロール２と、該固定スクロール２と噛み合ってスクロール径方向に移動される流体ポケット４を形成する可動スクロール３と、該可動スクロール３に係合して可動スクロール３を駆動するクランクシャフト５と、該クランクシャフト５を支持する軸受６が設けられたハウジング７を備えている。クランクシャフト５は偏心部位にクランクピン８を有しており、クランクピン８、それが回転自在に嵌合された偏心ブッシュ９、軸受１０を介して伝達される駆動トルクにより、可動スクロール３がクランクシャフト５の主軸部５ａを中心に、固定スクロール２に対して旋回される。スクロール型流体機械１は、流体ポケット４が容積を縮小しながら中心方向に移動されることにより圧縮機として機能でき、逆に容積を拡大しながら径方向外側に向けて移動されることにより膨張機として機能できる。本実施態様では、とくに、スクロール型圧縮機として機能する場合について説明する。
　吸入室１１に吸入された流体（例えば、冷媒）は、固定スクロール２と可動スクロール３からなるスクロール機構で圧縮された後、固定スクロール２の中心部に設けられた吐出孔１２を通して吐出室１３内に吐出され、そこから吐出ポート１４を介して外部回路に圧縮された流体が送られる。吐出室１３の下部には、流体（例えば、冷媒）中に含まれていた潤滑油を分離、貯留するための油溜り１５が形成されている。クランクシャフト５は、例えば、外部駆動源からの駆動力が入力されるプーリ１６、電磁クラッチ１７、アーマチュア１８を介して回転駆動される。
　固定スクロール２とハウジング７は非旋回部材を構成しており、該非旋回部材を構成する固定スクロール２とハウジング７の少なくとも一方（本実施態様では、固定スクロール２を構成し、ハウジング７とシリンダヘッド１９との間に挟持された固定スクロール部材２０）と、可動スクロール３とにわたって延び、可動スクロール３の自転を阻止するための自転阻止部材２１が設けられており、本実施態様では、図３にも示すように、自転阻止部材２１は可動スクロール３と一体に形成されて可動スクロール３のスクロール壁外周部から径方向外側に向けて平板状に延設されている。
　また、上記自転阻止部材２１に対し、自転阻止部材２１が可動スクロール３の旋回運動を許容するために必要な自転阻止部材２１自身の動きを許容する自転阻止部材可動機構２２が設けられている。本実施態様では、自転阻止部材可動機構２２は、固定スクロール２とハウジング７の少なくとも一方に設けられ（本実施態様では、固定スクロール部材２０に設けられ）、クランクシャフトの主軸部５ａと平行な軸線を有する回転体空間２３と、該回転体空間２３内に回転可能に嵌合され上記自転阻止部材２１を摺動可能に保持する回転体２４とから構成されている。この回転体２４は、円弧面と平坦底面とを有する柱状シュー２４ａ、２４ｂが２個一対の形態で、対向する平坦底面間に上記自転阻止部材２１を摺動可能に保持するように構成されたものから形成されている。
　回転体２４のシューの形状としては、例えば図４に示すように、一対の半円筒体２４ａ、２４ｂ形状のほか、半球体２５ａ、２５ｂからなる回転体２５、テーパー状の半円筒体２６ａ、２６ｂからなる回転体２６とすることも可能である。また、自転阻止部材２１の形状や設置位置としても、例えば図５に示すように、可動スクロール３１の背面側肩部に自転阻止部材３２を可動スクロール３１と一体に形成することも可能である。なお、図５において、３３は可動スクロール３１のスクロール壁の重心を示している。
　再び図１を参照するに、本実施態様においては、可動スクロール３の背面がハウジング７と摺動し、吸入室１１と区画されたクランクシャフト５の駆動機構部収容空間４１が形成されている。吐出室１３下部の油溜り１５からは、駆動機構部収容空間４１に潤滑油を供給することが可能な潤滑油経路４２が設けられており、途中に絞り４３が設けられている。この潤滑油経路４２は、前述の回転体空間２３を経由するように形成されている。
　なお、上記潤滑油経路４２は、稼動時姿勢でクランクシャフトの主軸部５ａが水平方向に配された横型のスクロール型流体機械からなる場合、とくに形成しやすい。また、自転阻止部材２１や回転体空間２３の位置は、固定スクロール２の上方または下方に配置されていると、可動スクロールの旋回姿勢の設計が行いやすく、また、上記潤滑油経路の設計も行いやすく、本実施態様では固定スクロール２の上方に配置されている。
　図１、図２に示した実施態様について、可動スクロール３の旋回動作および回転阻止動作を、図６を参照しながら説明する。図６の（Ａ）は、固定スクロール２の中心に対する可動スクロール３の中心の位相（旋回位置）が０°の場合、（Ｂ）は６０°、（Ｃ）は１２０°、（Ｄ）は１８０°、（Ｅ）は２４０°、（Ｆ）は３００°の位相の場合を、それぞれ示している。旋回動作に伴う位相の変化に伴って、可動スクロール３は自転阻止部材２１とともに小角度、図の左右に揺動し、それに伴って、自転阻止部材２１は、回転体２４の一対の柱状シュー２４ａ、２４ｂ間を図の上下方向に摺動する。このとき、回転体２４は、回転体空間２３内に保持された状態で回動される。これらの動作により、自転阻止部材２１は、可動スクロール３の旋回運動をほとんど抵抗なく許容できるようになる。また、自転阻止部材２１は、常時可動スクロール３の上方（固定スクロール２の上方）に位置が拘束されることになるので、自転阻止部材２１と一体に形成されている可動スクロール３の回転は確実に阻止されることになる。
　このように、上記回転阻止機構は、自身の固有旋回半径を持っておらず、他の部材や他の機構との間の組み付け精度等は実質的に要求されないので、容易に目標とする組み付け状態に高い精度をもって組み付けることができる。また、大きな回動量や摺動量も必要ないことから、高い静粛性と耐久性も期待できる。したがって、可動スクロール３の回転阻止機構を含め流体機械全体として安定して高い生産性と静粛性及び性能が得られる。
　また、軸方向において可動スクロール３とハウジング７との間に部材や機構が介在しない回転阻止機構であるため、とくに軸方向に容易に小型化でき、それによって軽量化も達成できる。
　また、可動スクロール３の首振り運動角度（自転阻止部材２１の首振り運動角度）を極めて小さく抑えることができるので、固定スクロール２側の壁の望ましいプロファイル、つまり、先端チップシール等により適正なシールを行うことが可能な所望の固定スクロール壁のプロファイルを容易に得ることができる。
　さらに、潤滑油経路４２が回転体空間２３を経由するように形成されているので、吐出室１３下部の油溜り１５から駆動機構部収容空間４１に戻される潤滑油が回転体空間２３部分でも有効に利用されることになり、上記回転阻止機構のより円滑な動作（回動および摺動動作）が確保される。同時に、潤滑油経路４２により潤滑油を望ましい形態でクランクシャフト５の駆動機構部側に循環させることができるので、スクロール型流体機械１全体としての性能向上および該スクロール型流体機械１を組み込んだシステム全体の性能向上（システム内オイル循環割合の低下によるシステム側熱交換効率の向上や配管内の圧力損失低減による消費動力の低減など）に寄与できる。
　本発明においては、前述したように、第２の形態として、例えば図７に示すように、自転阻止部材５１が、可動スクロール５２の外周部に回動自在に係合され可動スクロール５２の外周部から径方向外方に向かって延びる部材からなり、本発明における自転阻止部材可動機構が、固定スクロールとハウジングの少なくとも一方に設けられ（つまり固定部材５３側に設けられ）、クランクシャフトの主軸部５ａと直交する方向に延び自転阻止部材５１を摺動可能に保持する往復摺動穴５４から構成されている構造とすることもできる。このような構造によっても、可動スクロール５２の所定の旋回運動が確保されつつ、可動スクロール５２の回転が阻止される。
　本発明に係るスクロール型流体機械は、小型軽量化や円滑な動作が要求されるスクロール型圧縮機や膨張機に適用でき、とくに静粛性や耐久性も要求される車両用スクロール型流体機械に好適なものである。
１　スクロール型流体機械
２　固定スクロール
３　可動スクロール
４　流体ポケット
５　クランクシャフト
５ａ　クランクシャフトの主軸部
６　軸受
７　ハウジング
８　クランクピン
９　偏心ブッシュ
１０　軸受
１１　吸入室
１２　吐出孔
１３　吐出室
１４　吐出ポート
１５　油溜り
１６　プーリ
１７　電磁クラッチ
１８　アーマチュア
１９　シリンダヘッド
２０　固定スクロール部材
２１　自転阻止部材
２２　自転阻止部材可動機構
２３　回転体空間
２４　回転体
２４ａ、２４ｂ　柱状シュー
２５　回転体
２５ａ、２５ｂ　シュー
２６　回転体
２６ａ、２６ｂ　シュー
３１　可動スクロール
３２　自転阻止部材
３３　可動スクロールのスクロール壁の重心
４１　駆動機構部収容空間
４２　潤滑油経路
４３　絞り
５１　自転阻止部材
５２　可動スクロール
５３　固定部材
５４　往復摺動穴

Claims (18)

  1. 　固定スクロールと、該固定スクロールと噛み合ってスクロール径方向に移動される流体ポケットを形成する可動スクロールと、該可動スクロールに係合して可動スクロールを駆動するクランクシャフトと、該クランクシャフトを支持する軸受が設けられたハウジングを備え、前記クランクシャフトを介して伝達される駆動トルクにより前記可動スクロールを前記固定スクロールに対して旋回させるスクロール型流体機械において、前記固定スクロール及びハウジングが非旋回部材を構成しており、該非旋回部材を構成する固定スクロールとハウジングの少なくとも一方と前記可動スクロールとにわたって延び、可動スクロールの自転を阻止する自転阻止部材を設けるとともに、該自転阻止部材に対し、自転阻止部材が可動スクロールの旋回運動を許容するために必要な自転阻止部材自身の動きを許容する自転阻止部材可動機構を設けたことを特徴とするスクロール型流体機械。
  2. 　前記自転阻止部材が、前記可動スクロールの外周部に固着され可動スクロールの外周部から径方向外方に向かって延びる部材からなり、前記自転阻止部材可動機構が、前記固定スクロールとハウジングの少なくとも一方に設けられ、前記クランクシャフトの主軸部と平行な軸線を有する回転体空間と、該回転体空間内に回転可能に嵌合され前記自転阻止部材を摺動可能に保持する回転体とから構成されている、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  3. 　前記自転阻止部材が、可動スクロールのスクロール壁と一体に構成されている、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  4. 　前記回転体は、円弧面と平坦底面とを有する柱状シューが２個一対の形態で、対向する平坦底面間に前記自転阻止部材を摺動可能に保持するように構成されている、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  5. 　前記回転体空間の軸心から前記クランクシャフトの主軸部軸心までの距離が前記可動スクロールの旋回半径の１．５倍以上１５倍以下に設定されている、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  6. 　前記回転体空間を直径Ｄ１の円筒状空間とし、前記柱状シューの一方について平坦底面を基準にした最大厚み部の厚みをＴ１、他方の柱状シューについて平坦底面を基準にした最大厚み部の厚みをＴ２、前記自転阻止部材の厚みをＴｓとしたとき、Ｄ１＞Ｔ１＋Ｔ２＋Ｔｓの関係となるように設定されている、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  7. 　前記可動スクロールの背面がハウジングと摺動し、吸入室と区画された前記クランクシャフトの駆動機構部収容空間を形成しており、吐出室下部の油溜りから前記駆動機構部収容空間に潤滑油を供給することが可能な潤滑油経路が設けられており、該潤滑油経路が前記回転体空間を経由して形成されている、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  8. 　稼動時姿勢でクランクシャフトの主軸部が水平方向に配された横型のスクロール型流体機械からなる、請求項２に記載のスクロール型流体機械。
  9. 　前記回転体空間が前記固定スクロールの上方または下方に配置されている、請求項８に記載のスクロール型流体機械。
  10. 　前記自転阻止部材が、前記可動スクロールの外周部に回動自在に係合され可動スクロールの外周部から径方向外方に向かって延びる部材からなり、前記自転阻止部材可動機構が、前記固定スクロールとハウジングの少なくとも一方に設けられ、前記クランクシャフトの主軸部と直交する方向に延び前記自転阻止部材を摺動可能に保持する往復摺動穴から構成されている、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  11. 　前記自転阻止部材の前記可動スクロールの外周部への回動自在な係合部が、可動スクロールにおける前記クランクシャフトの主軸部軸心までの距離が上記可動スクロールの旋回半径の１．５倍以上の場所に設定されている、請求項１０に記載のスクロール型流体機械。
  12. 　前記可動スクロールの背面がハウジングと摺動し、吸入室と区画された前記クランクシャフトの駆動機構部収容空間を形成しており、吐出室下部の油溜りから前記駆動機構部収容空間に潤滑油を供給することが可能な潤滑油経路が設けられており、該潤滑油経路が前記往復摺動穴を経由して形成されている、請求項１０に記載のスクロール型流体機械。
  13. 　稼動時姿勢でクランクシャフトの主軸部が水平方向に配された横型のスクロール型流体機械からなる、請求項１０に記載のスクロール型流体機械。
  14.   前記可動スクロールの背面の軸受中心とスクロール壁を形成する螺旋曲線の原点が一致しており、前記ハウジングの軸受に回転支持されるクランクシャフトの主軸部中心と固定スクロールのスクロール壁を形成する螺旋曲線の原点が一致している、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  15. 　前記クランクシャフトのクランクピンと可動スクロール背面の軸受との間にカウンターウェイトと一体となったブッシュが介在され、これによってクランクピンからのトルクが可動スクロールに伝達されると同時に可動スクロールの遠心力が相殺軽減されるように構成されている、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  16. 　可動スクロールと固定スクロールの一方または両方のスクロール壁が、外方に向かって肉厚が減じられている、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  17. 　スクロール型圧縮機またはスクロール型膨張機からなる、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
  18. 　車両に搭載される車両用スクロール型流体機械からなる、請求項１に記載のスクロール型流体機械。
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