JP2006283673A - スクロール式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボールカップリングを一体に組み付けた仮り組状態で保持することができ、生産ラインで容易に扱うことができるスクロール式圧縮機を提供する。
【解決手段】 固定スクロール３と旋回スクロール１１とからなるスクロール圧縮機において、旋回スクロール１１の自転を防止するためにボールカップリング２０が設けられる。
このボールカップリング２０は、一対のカップリング２１，２２と、その間に転動可能に設けたボール２３とからなり、このボールカップリング２０には、カップリング２１，２２とボール２３を組み付けた状態で保持するカバー部材２４が取付けられる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いられるスクロール式流体機械の自転防止機構に関する。

従来、端板の内面にうず巻き状のラップを形成した一対の固定スクロールと旋回スクロールをかみ合わせて気体を圧縮する空冷オイルレス圧縮機のスラスト軸受機構として、メインハウジング側の受圧板と旋回スクロール側の受圧板との間の複数個所に、旋回スクロールの自転を防止すると共に、旋回スクロールのスラスト荷重を支承するボールカップリングを設けたスクロール式流体機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。このボールカップリングは、底面の中央部に先端がとがった突出部を有する円形くぼみを持った一対の軌道輪がメインハウジング側の受圧板と旋回スクロール側の受圧板に埋め込まれ、それらを組み立てる際に該軌道輪間にグリース等の潤滑剤とボールを挟み込む構成とされている。

ここで、スクロール式流体機械を組み立てる際には、固定スクロールに対して旋回スクロールを平行に組み付けると共に、スラスト方向の位置を数十ミクロン単位で微調整する必要がある。そのため、旋回スクロールを平行に組み付けるには、ボールカップリングのスラスト方向の寸法を高精度に管理する必要がある。

特開昭６３−１７９１８５

しかし、上記特許文献１に示す一対の軌道輪とボールの３部材からなるボールカップリングは、組み立てる前に３部材を一体に組み付けて保持することができないので仮り組ができず、例えば、ボールカップリングを組み付けた状態のスラスト方向寸法を測定することが困難であったり、組み立て工程前に潤滑剤を入れておくことができないなどから、生産ラインで扱い難いという課題があった。

そこで、本発明は、ボールカップリングを一体に組み付けた仮り組状態で保持することができ、生産ラインで容易に扱うことができるスクロール式流体機械を提供する。

本発明は、上記課題を解決すべく、請求項１に記載のように、ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、前記ケーシングと旋回スクロールの背面との間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止するボールカップリングとを備えてなるスクロール式圧縮機において、前記ボールカップリングが一対のカップリングと、該一対のカップリングの間に転動可能に狭持するボールとからなり、前記一対のカップリングに、該カップリングとボールを組み付けた状態で保持するカバー部材を組み付けてなるスクロール式圧縮機を提供する。

本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載のスクロール式流体機械において、請求項１に記載のスクロール式圧縮機において、前記カバー部材が前記一対のカップリング間の隙間を覆うように組み付ける構成としてなるスクロール式圧縮機を提供する。

本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記カバー部材に前記カップリングを嵌挿する嵌挿孔を設け、該嵌挿孔の内周と前記カップリングの外周に、前記カバー部材にカップリングを掛止するための掛止手段を設けてなるスクロール式流体機械を提供する。

本発明に係るスクロール式流体機械は、請求項１に記載のように、ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、前記ケーシングと旋回スクロールの背面との間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止するボールカップリングとを備えてなるスクロール式圧縮機において、前記ボールカップリングが一対のカップリングと、該一対のカップリングの間に転動可能に狭持するボールとからなり、前記一対のカップリングに、該カップリングとボールを組み付けた状態で保持するカバー部材を組み付けてなる構成を有することにより、前記一対のカップリングとボールをカバー部材により一体に組み付けた仮り組状態で保持することができるから、例えば、ボールカップリングを組み付けた状態でスラスト方向の寸法を測定できるなど、生産ラインで容易に扱うことができる。

本発明は、請求項２に記載のように、請求項１に記載のスクロール式流体機械において、前記カバー部材が前記一対のカップリング間の隙間を覆うように組み付けてなる構成を有することにより、前記カバー部材によりカップリング間の隙間を覆うことができるから、前記カップリング内にグリース等の潤滑油が満たされている場合、外部に飛散あるいは漏洩することを確実に防止できる効果がある。

本発明は、請求項３に記載のように、請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記カバー部材に前記カップリングを嵌挿する嵌挿孔を設け、該嵌挿孔の内周上と前記カップリングの外周上に、前記カバー部材にカップリングを掛止するための掛止手段を設けてなる構成を有することにより、前記カップリング、ボール及びカバー部材を一体化することができるから、搬送途中あるいはスクロール式流体機械の組み立て工程の途中で前記カップリング、ボール及びカバー部材が分解することを防止できる効果がある。

以下、本発明に係るスクロール式流体機械の第一の実施の形態を図１乃至図５に示し説明する。１は軸方向一端側が開口した有底筒状のケーシングで、該ケーシング１は、軸方向他端側に位置してケーシング１の底部をなす環状板部１Ａと、環状板部１Ａの中心側に設けられ主軸受７が収容されたボス部１Ｂと、環状板部１Ａの外周側から軸方向一端側に向けて延びる筒部１Ｃと、該筒部１Ｃの先端に設けられ後述の固定スクロール３が取付けられるフランジ部１Ｄとによって大略構成されている。ケーシング１の軸方向他端側は、電動モータ２が取付けられている。

３はケーシング１に取付けられた固定スクロールで、固定スクロール３は、円板状の鏡板３Ａと、この鏡板３Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部３Ｂと、鏡板３Ａの外縁側からケーシング１に向けて軸方向に突出した筒部３Ｃとにより構成されている。該筒部３Ｃの先端面は、ラップ部３Ｂの歯先面とほぼ同一面を形成し、ラップ部３Ｂの歯先には紐状のチップシール４が取付けられている。また、筒部３Ｃにはケーシング１のフランジ部１Ｄと対向した位置に複数のボルト挿通孔３Ｄが穿設してあり、該ボルト挿通孔３Ｄには固定ボルト５が挿入されると共に、該固定ボルト５はケーシング１のフランジ部１Ｄに螺着され、固定スクロール３は、固定ボルト５を用いてフランジ部１Ｄに固定される。

なお、ボルト挿通孔３Ｄの孔径を固定ボルト５の外径よりも僅かに大きく形成してあることにより、固定ボルト５を仮止めした状態では、固定スクロール３は、ケーシング１や後述の旋回スクロール１１のラジアル方向（径方向）に対して僅かに変位可能となる。一方、固定ボルト５を仮止め状態からさらに締付けて締着した状態では、固定スクロール３はケーシング１等のラジアル方向に対しても変位不能に固定されるものである。

６はケーシング１のボス部１Ｂ内に主軸受７を介して回転可能に設けられた駆動軸で、該駆動軸６は、基端側が電動モータ２の回転軸２Ａに対して螺着され、電動モータ２によって回転駆動する。また、駆動軸６の基端側には大径の段部６Ａが形成されると共に、駆動軸６の先端側には略円筒状をなす偏心ブッシュ８が取付けられている。偏心ブッシュ８の基端側には駆動軸６の先端側を収容する駆動軸穴８Ａが形成される。該駆動軸穴８Ａの周囲には駆動軸６側に向けて突出した円環状の凸部８Ｂが形成されている。

一方、偏心ブッシュ８の先端側には旋回軸受１３を収容する旋回軸受穴８Ｃが形成され、旋回軸受穴８Ｃは、駆動軸穴８Ａに対して一定の偏心寸法をもって偏心している。そして、偏心ブッシュ８は、止め輪９とボルト１０とを用いて駆動軸６の先端に固定されている。これにより、主軸受７は偏心ブッシュ８の凸部８Ｂと駆動軸６の段部６Ａとの間に挟みつけられるから、駆動軸６はケーシング１に対して傾斜せずに回転可能な構成となっている。

１１は固定スクロール３と対向して駆動軸６の先端側に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール１１は、円板状に形成された鏡板１１Ａと、該鏡板１１Ａの表面側に立設された渦巻状のラップ部１１Ｂとにより大略構成され、該ラップ部１１Ｂの歯先には固定スクロール３と同様にチップシール１２が取付けられている。また、鏡板１１Ａの背面側には、その中央部位に位置して円筒状のボス部１１Ｃが突設されている。そして、ボス部１１Ｃの外周側には旋回軸受１３が取り付けられる。また、旋回軸受１３は偏心ブッシュ８の旋回軸受穴８Ｃ内に挿入されている。このとき、旋回軸受１３と旋回軸受穴８Ｃとの間には僅かな隙間が形成されている。これにより、旋回スクロール１１は、旋回軸受１３と一緒に軸方向に変位可能となっている。

また、旋回スクロール１１は、鏡板１１Ａ表面（歯底面）がケーシング１のフランジ部１Ｄ端面と略同一面をなす位置に配置されたときに、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａ表面が固定スクロール３のラップ部３Ｂ歯先に設けられたチップシール４に接触すると共に、固定スクロール３の鏡板３Ａ表面が旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂ歯先に設けられたチップシール１２に接触する。このため、鏡板１１Ａ表面とフランジ部１Ｄ端面との軸方向位置が一致するように、旋回スクロール１１の位置を調整することによって、ラップ部３Ｂ，１１Ｂと鏡板１１Ａ，３Ａとの間のスラスト隙間を調整することができる。

また、旋回スクロール１１は、固定スクロール３のラップ部３Ｂに対し例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部３Ｂ，１１Ｂ間には複数の圧縮室１４，１４…が画成される。また、スクロール式流体機械の運転時には、固定スクロール１１の外周側に設けた吸込口１５から外周側の圧縮室１４内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール１１が駆動軸６によって旋回運動（偏心回動）する間に各圧縮室１４内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室１４から固定スクロール３の中心に設けた吐出口１６を介して外部に圧縮空気を吐出する。

１７は鏡板１１Ａの背面側に設けられた例えば３個の旋回スクロール側収容穴（１個のみ図示）で、該旋回スクロール側収容穴１７は、鏡板１１Ａの背面側に凹陥された円形の有底穴によって構成されている。また、３個の旋回スクロール側収容穴１７は、例えばボス部１１Ｃの周囲に位置して円周方向に等間隔となる位置（１２０度毎）に配置してある。また、旋回スクロール側収容穴１７内には、ボールカップリング２０の旋回スクロール側カップリング２２が収容されている。

１８はケーシング１の環状板部１Ａに設けられた例えば３個のケーシング側収容穴（１個のみ図示）で、該ケーシング側収容穴１８は、ケーシング１の筒部１Ｃ内に位置して環状板部１Ａの表面側に凹陥された円形の有底穴によって構成されている。また、３個のケーシング側収容穴１８は、各旋回スクロール側収容穴１７とそれぞれ対向し、ボス部１Ｂの周囲に位置して円周方向に等間隔となる位置（１２０度毎）に配置してある。また、ケーシング側収容穴１８内には、ボールカップリング２０のケーシング側カップリング２１が収容されている。

２０はケーシング１のケーシング側収容穴１８と旋回スクロール１１の旋回スクロール側収容穴１７との間に設けられた３個のボールカップリングで、該ボールカップリング２０は、カップリング２１，２２、ボール２３等によって構成されている。

２１はケーシング１のケーシング側収容穴１８に取付けられたケーシング側カップリングで、該ケーシング側カップリング２１は、略円板状に形成され、円形穴をなすケーシング側収容穴１８に軸方向に嵌め込まれている。また、ケーシング側カップリング２１のうち旋回スクロール側カップリング２２との対向面には、ボール２３を案内する円環状のガイド溝２１Ａが凹設されている。

２２は旋回スクロール１１の旋回スクロール側収容穴１７に取付けられた旋回スクロール側カップリングで、該旋回スクロール側カップリング２２は、ケーシング側カップリング２１と同様に略円板状に形成され、円形穴をなす旋回スクロール側収容穴１７に嵌め込まれている。また、旋回スクロール側カップリング２２のうちケーシング側カップリング２１との対向面には、ボール２３を案内する円環状のガイド溝２２Ａが凹設されている。

２３は２つのカップリング２１，２２の間にグリース等の潤滑剤を介して転動可能に挟持されたボールで、該ボール２３は、鋼材等を用いて形成され、カップリング２１，２２のガイド溝２１Ａ，２２Ａに沿って転動する。これにより、ボールカップリング２０は、旋回スクロール１１に作用するスラスト荷重を支持すると共に、旋回スクロール１１が自転するのを防止している。

２４は、カップリング２１，２２に組み付けられカップリング２１，２２とボール２３を組み付けた状態で保持する略筒形状のカバー部材で、ポリアセタール等の耐熱性及び耐摩耗性の高い性質を有する材料で構成してある。図３乃至図５に示すように、カバー部材２４には、カップリング２１，２２をそれぞれ嵌挿する略円形の嵌挿孔２４Ａ，２４Ｂをカップリング２１，２２が偏心した位置で組み付けられるように偏心して設けてある。また、カバー部材２４の内周には、段部２４Ｃ，２４Ｄを設けてあり、カップリング２１，２２は、ボール２３を挟持しない状態で、この段部２４Ｃ，２４Ｄの深さまで嵌挿できるように構成してある。そして、カップリング２１，２２の間にボール２３が挟持された状態で、カバー部材２４とカップリング２１，２２のスラスト方向の間には僅かな隙間を形成するように構成してあり、ボール２３がガイド溝２１Ａ，２２Ａから離れるのを防止している。

本発明に係るスクロール式流体機械は、上述の如き構成を有するもので、電動モータ２によって駆動軸６を回転駆動すると、駆動軸６の回転は、偏心ブッシュ８から旋回軸受１３を介して旋回スクロール１１に伝えられる。これにより、旋回スクロール１１は、ボールカップリング２０によって自転運動が防止された状態で駆動軸６を中心に公転運動する。このとき、固定スクロール３のラップ部３Ｂと旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂとの間に画成された圧縮室１４は、連続的に縮小する。この結果、スクロール式流体機械は、吸込口１５から吸込んだ外気を各圧縮室１４で順次圧縮し、この圧縮空気を吐出口１６から外部の空気タンク(図示せず)等に向けて吐出する。

次に、図１乃至図５に記載の実施の形態によるスクロール式流体機械の製造方法について説明する。

図７に記載の実施の形態によるスラスト隙間調整工程では、固定スクロール３を取外した状態で、ケーシング１に対して旋回スクロール１１、カバー部材２４により保持されスラスト方向の基準寸法を有する基準ボールカップリング等を取付ける。このとき、前記基準ボールカップリングのケーシング側カップリング２１がケーシング側収容穴１８の底面に接触するように、旋回スクロール１１をケーシング１側に向けて押付ける。この状態で、スラスト隙間の寸法として、鏡板１１Ａの表面（歯底面）とフランジ部１Ｄの端面との間の軸方向の位置ずれ寸法Δｈを測定する。このとき、実際に組み付けるボールカップリング２０のスラスト方向の寸法Ｓは、鏡板１１Ａの表面とフランジ部１Ｄの端面との間の位置ずれ寸法Δｈよりも寸法δだけ小さい値に設定する（Ｓ＝Δｈ-δ）。ここで、寸法δは、スクロール３，１１のラップ部３Ｂ，１１Ｂが熱膨張等により相手方の鏡板１１Ａ，３Ａと接触するのを防止する程度の小さな値である。

次に、カップリング２１，２２とボール２３をカバー部材２４により図３に示すように仮り組してスラスト方向の寸法を測定し（３部材を重ねるので各公差の組合せにより異なるスラスト寸法のものが生じる。）、予め寸法別に複数種類のスラスト方向の寸法を有するボールカップリング群を用意しておく。そして、その中から寸法Ｓを満たすボールカップリング２０を選定して上記基準ボールカップリングと交換する。このとき、旋回スクロール１１は、旋回軸受１３と一緒に軸方向に変位可能となっているから、基準ボールカップリングからスラスト方向の寸法Ｓを有するボールカップリング２０に交換すると、旋回スクロール１１は、寸法Ｓに応じて固定スクロール３側に向けて変位する。この結果、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの表面は、ケーシング１のフランジ部１Ｄの端面よりも寸法δだけケーシング１の底部（環状板部１Ａ）側にしずんだ位置に配置されるから、ラップ部３Ｂ，１１Ｂ歯先のチップシール４，１２は相手方の鏡板１１Ａ，３Ａに良好な状態で摺接し、固定スクロール３と旋回スクロール１１との間のスラスト隙間は最適な状態に設定される。なお、ボールカップリング２０は、予めカバー部材２４により保持されグリース等の潤滑剤を封入した状態で組み付けることもでき、ケーシング１に旋回スクロール１１を組み付ける際に、カップリング２１，２２、ボール２３及びカバー部材２４を組み付けてグリース等の潤滑剤を封入することもできる。

次に、固定スクロール仮組み工程では、ケーシング１に対して固定スクロール３を仮り組み状態で取付ける。このとき、固定ボルト５をある程度緩めた状態で締付け、固定スクロール３をケーシング１、旋回スクロール１１に対して径方向に変位可能な状態にする。

次に、ラジアル隙間調整工程では、旋回スクロール１１を低速で旋回運動させながら、仮組み状態の固定ボルト５を徐々に締付ける。このとき、ラップ部３Ｂ，１１Ｂのチップシール４，１２は相手方の鏡板１１Ａ，３Ａ表面に接触しないから、固定スクロール３のラップ部３Ｂ側面が旋回スクロール１１のラップ部１１Ｂ側面に押されることによって、固定スクロール３は径方向に移動し、固定スクロール３の径方向位置は自動的に決まる。これにより、各ラップ部３Ｂ，１１Ｂの間のラジアル方向の隙間は最小になり、固定スクロール３は自動調心される。そして、自動調心の終了後には、固定ボルト５を締付けて固定スクロール３をケーシング１に対して変位不能な状態で固定する。

本第一の実施の形態では、上記構成のカバー部材２４により、カップリング２１，２２とボール２３を組み付けた状態で保持することができるから、ボールカップリング２０のスラスト方向の寸法を容易に測定することができ、カップリング２１，２２及びボール２３をそれぞれ組み替えて寸法を測定し、ボールカップリング２０を寸法別に管理することが容易にできる。

また、上記構成のカバー部材２４により、ガイド溝２１Ａ，２２Ａに封入されたグリース等の潤滑剤（図示せず）がカップリング２１，２２間から外部に飛散あるいは漏洩するのを阻止し、ボール２３とガイド溝２１Ａ，２２Ａとの間の良好な潤滑状態を保つことができる。

次に、図６及び図７に他の実施の形態を示し説明する。この他の実施の形態は、カバー部材２４の嵌挿孔２４Ａ，２４Ｂの内周とカップリング２１，２２の外周に、カバー部材２４にカップリング２１，２２を掛止するための掛止手段を設けてあり、該掛止手段によりカップリング２１，２２、ボール２３及びカバー部材２４を一体に組み付けた状態で維持できるように構成してある。

図６に記載の実施の形態では、上記掛止手段は、カバー部材２４の嵌挿孔２４Ａ，２４Ｂの内周に設けた環状凸部２４Ｅと、カップリング２１，２２の外周に設けた環状凹部２１Ｂ，２２Ｂとからなり、環状凸部２４Ｅに環状凹部２１Ｂ，２２Ｂを摺動可能に嵌着するように構成してある。なお、図示しない実施の形態では、環状凸部２４Ｅを環状凹部とし、環状凹部２１Ｂ，２２Ｂをそれぞれ環状凸部として、摺動可能に嵌着することも勿論可能である。

図７に記載の実施の形態では、上記掛止手段は、カバー部材２４の嵌挿孔２４Ａ，２４Ｂの端部内周に設けた環状突出部２４Ｆと、カップリング２１，２２の対向面側の外周に設けた環状突出部２１Ｃ，２２Ｃとからなり、環状突出部２４Ｆに環状突出部２１Ｃ，２２Ｃを掛止するように構成してある。また、図６及び図７に記載の実施の形態の場合においても、図３に記載の実施の形態の場合と同様に、カップリング２１，２２の間にボール２３が挟持された状態で、スラスト方向のカバー部材２４とカップリング２１，２２の間には僅かな隙間を形成するように構成してあり、ボール２３がガイド溝２１Ａ，２２Ａから離れるのを防止している。

なお、前記各実施の形態では、旋回スクロール１１の鏡板１１Ａの背面に、３個のボールカップリング２０を設ける構成としたが、４個以上のボールカップリング２０を設ける構成としてもよい。

また、前記各実施の形態では、ラップ部３Ｂ，１１Ｂの歯先にチップシール４，１２を取付ける構成としたが、ラップ部３Ｂ，１１Ｂのうち両方または一方のチップシールを省く構成としてもよい。

また、カバー部材２４は、カップリング２１，２２を結合できればその側面に穴がある形状であってもよい。

また、カップリング２１，２２及びボール２３は、スクロール式流体機械の組み立て工程の際に、カバー部材２４により予め仮り組した状態で組み立てることもでき、また、３部材をいったんばらして順番に組み付けてもよい。

さらに、前記実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール式流体機械を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用できるものである。

本発明に係るスクロール式流体機械の実施の形態を示す概略縦断面図。 その実施の形態の要部を拡大して示す概略縦断面図。 本発明の一実施形態の要部を示す概略縦断面図。 その一実施の形態の要部を分解して示す概略分解説明図。 その一実施の形態の要部の形態を示す概略平面図。 本発明の他の実施形態の要部を示す概略縦断面図。 本発明の他の実施形態の要部を示す概略縦断面図。

符号の説明

１ ケーシング
３ 固定スクロール
６ 駆動軸
１１ 旋回スクロール
２０ ボールカップリング
２１ カップリング
２２ カップリング
２３ ボール
２４ カバー部材

Claims (3)

1. ケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ前記固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、前記ケーシングと旋回スクロールの背面との間に設けられ該旋回スクロールの自転を防止するボールカップリングとを備えてなるスクロール式流体機械において、前記ボールカップリングが一対のカップリングと、該一対のカップリングの間に転動可能に狭持するボールとからなり、前記一対のカップリングに、該カップリングとボールを組み付けた状態で保持するカバー部材を組み付けてなるスクロール式流体機械。
2. 請求項１に記載のスクロール式式流体機械において、前記カバー部材が前記一対のカップリング間の隙間を覆うように組み付ける構成としてなるスクロール式流体機械。
3. 請求項１又は２に記載のスクロール式流体機械において、前記カバー部材に前記カップリングを嵌挿する嵌挿孔を設け、該嵌挿孔の内周と前記カップリングの外周に、前記カバー部材にカップリングを掛止するための掛止手段を設けてなるスクロール式流体機械。
   
   

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