JP2004124780A - スクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒ガスを圧縮する際、主軸は軸方向に対して撓む。これにより、主軸スラスト面も傾き、軸スラスト面とスラストプレート接触角度が大きくなり、接触面圧が上昇し摺動面の摩耗が大きくなる。
【解決手段】主軸スラスト面に、中心部が外周部に対して凸となるような傾斜を設けることにより、主軸スラスト面とスラストプレートとの接触角度を低減でき、それにより接触面圧を小さくできる。スラスト面の摺動面に油を給油するための溝を設け前記主軸スラスト面の摺動面に油を給油するための溝を設けた主軸とスラストプレート間の摩耗を防止する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷凍空調機器に使用される冷媒圧縮機に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５を用いて具体的に説明する。図は従来の冷凍空調用に使用されるスクロール圧縮機である。図で密閉容器１０の内側に電動要素とスクロール圧縮要素とが内蔵されている。前記電動要素は前記密閉容器１０の内壁面側に固定されたステータ２５と、このステータ２５の内側に回転自在に支持されたロータ８とからなり、このロータ８には回転軸４が貫通状態に結合されている。この回転軸４の一端は上記スクロール圧縮要素の一部を構成する支持フレーム３５に回転自在に支持されている。電動要素を挟んで圧縮要素の反対側には密閉容器１０の内壁面に固定されたサブフレーム６が設けられこのサブフレーム６の内側は前記回転軸を回転自在に支持する副軸受け６ａが設けられている。さらに前記サブフレーム６には前記回転軸４を軸端面４ｅで軸方向に支持するスラストプレート２１を備えている。主軸４の中央部には軸方向に貫通した油穴４ｇが設けられているが、この油穴４ｇに冷凍機油を供給するため、軸下端において油穴４ｇにオイルパイプ４１を取り付け、このオイルパイプ４１の下端面を密閉容器１０下部の冷凍機油１０ｅに没するようにしている。
【０００３】
前記支持フレーム３５に貫通する状態に支持された上記回転軸４の一端部はその中心が前記回転軸４の軸芯と偏芯して設けたピン部（クランク部）４ｂとして形成されており、このピン部４ｂには揺動スクロール２が連接されている。この揺動スクロール２は円盤状に形成されており一側面の中央部に上記ピン部４ｂが接続されるボス穴部２ｃが形成されている。この揺動スクロール２の他側面には渦巻き形状の板状渦巻歯２ｂが一体に形成されている。また、前記支持フレーム３５には、固定スクロール１が結合されている。この固定スクロール１には前記揺動スクロール２に対面する部分に渦巻き形状のラップ１ｂが形成されており、前記板状渦巻歯２ｂとの間に複数の圧縮室を形成している。これらの圧縮室は吸入管３７を経て外周部で冷媒ガスを吸込み、漸次中心に移動していくことで容積を縮小して冷媒ガスを圧縮し、圧縮された冷媒ガスは固定スクロール１の他側面の中央部に設けた吐出ポート１ｆから密閉容器内１０の高圧空間内に吐出され、この空間で同伴した冷凍機油が分離され、脈動が低減され吐出管３９から吐出される。
【０００４】
図１６にサブフレーム６近傍を拡大して示すように、オイルパイプ４１から副軸受６ａの摺動部への冷凍機油を供給するために回転軸４に横穴４ｋが設けられており、矢印で示したようにオイルパイプ４１から回転軸横穴４ｋを経て副軸受６ａの摺動部へ供給された冷凍機油は、回転軸４に設けられた給油溝４ｈを通って上方に流れて摺動部を潤滑して吐出されるようになっている。そして、スラストプレート２１にはクリアランス６ｂに流れ込んだ少量の冷凍機油を外部に逃がすための穴２１ａが前記クリアランス６ｂに連通して設けられている。給油溝４ｈの下方の前記回転軸４と前記サブフレーム６との間の前記クリアランス６ｂに流れ込んだ少量の冷凍機油は穴２１ａを経て外部に逃がすことができ、外部に出た冷凍機油は循環使用されるので冷凍機油の停滞や劣化を防止できる。（例えば特許文献１参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−１８２４７３号公報（第２−３頁、第２図、第５図）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のスクロール圧縮機では、冷媒ガスを圧縮した時、主軸スラスト面が主軸の撓みにより傾くことを考慮しておらず、主軸スラスト面とスラストプレートが片あたりし面圧が高まるため、摩耗量が大きくなることがある。また主軸スラスト面への冷凍機油の供給が積極的になされていないため、主軸スラスト面の油切れが発生し、焼き付き、異常摩耗が発生することがある。またスラストプレートにはクリアランスに流れ込んだ少量の冷凍機油を外部に逃がすための穴がクリアランスに連通して設けられているが、冷凍機油が少量しか流れない場合、スラストプレートで発生した摩耗粉を除去できず、スラスト面の摩耗が大きくなることがある。さらに軸の材料とスラストプレートの材料について特別に考慮されておらず、焼きつきに至る可能性があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、この発明の目的は冷媒ガスを圧縮したときに生じる主軸の撓みによる主軸スラストの傾きを考慮し、主軸スラスト面とスラストプレートとの接触角を小さくし、接触面圧を小さくするものである。さらにこの発明の目的は、主軸スラスト面への冷凍機油の供給を積極的に行うものである。またこの発明の目的は、主軸スラスト面とスラストプレート凝着を防止するものである。次いで、この発明の目的は、副軸受け下部に設けられた主軸側面とサブフレーム内側で構成される隙間に密閉容器下部に溜まっている冷凍機油を満たし、主軸スラスト面とスラストプレートを常に冷凍機油中にあるようにするものである。また、この発明の目的は主軸が過度的に浮上した場合でも、主軸に締結したバランスウェイトの上端面と揺動スクロールスラスト面が接触することのない信頼性に優れたスクロール圧縮機を得るものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るスクロール圧縮機において、スラストプレートの場面において摩耗を低減するよう主軸のスラスト面を中心部が凸となる形状にしたものである。
【０００９】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記スラスト面の摺動面に油を給油するための溝を設け前記主軸スラスト面の摺動面に油を給油するために主軸に溝を設けたものである。
【００１０】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記主軸スラスト面より硬度が高い材料の前記スラストプレートを備えたものである。
【００１１】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記サブフレームに前記サブフレームの内径と前記主軸外周によって構成される隙間と密閉容器内側の冷凍機油が溜まっている空間とを連通する溝または穴を設けたものである。
【００１２】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記スラストプレートに前記サブフレームの内径と前記主軸外周によって構成される隙間と、密閉容器内側の冷凍機油が溜まっている空間とを連通する溝または穴を設けたものである。
【００１３】
この発明に係るスクロール圧縮機において、揺動スクロールのボス部の底部と主軸上端面の隙間を前記揺動スクロールのスラスト面と主軸に締結したバランスウェイト上端面の隙間よりも小さくするように配置したものである。
【００１４】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記主軸スラスト面に対するテーパ傾斜に対し略接触角と同等にしたものである。
【００１５】
この発明に係るスクロール圧縮機において、前記スラストプレートを保持する前記スラストホルダーを前記サブフレームと別体としたものである。
【００１６】
この発明に係るスクロール圧縮機において、焼入した炭素鋼を前記スラストプレートとし、焼入しない高速度鋼を前記主軸として組合せたものである。
【００１７】
この発明に係るスクロール圧縮機において前記主軸の径Ｄと前記テーパＴの比率を主軸の半径であるＤ／２を用い、Ｔ／（Ｄ／２）＝６×１０−４としたことを特徴としたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図６において、本発明の実施の形態１の説明を行なう。図１において示す内容を説明する。本発明の実施の形態１の縦断面図である。固定スクロール１はその外周部をガイドフレーム１５にボルト（図示せず）によって締結されており、また台板部１ａの一方の面（図において下側）には板状渦巻歯１ｂが形成されていると同時に、外周部には２個１対のオルダム案内溝１ｃがほぼ一直線上に形成される。このオルダム案内溝１ｃにはオルダム機構９の２個１対の固定側キー９ｃが往復摺動自在に係合されている。前記電動要素は前記密閉容器１０の内壁面側に固定されたステータ２５と、このステータ２５の内側に回転自在に支持されたロータ８とからなり、このロータ８には回転軸４が貫通状態に結合されている。また、揺動スクロール２は、台板部２ａの一方の面（図において上側）には前記固定スクロール１の板状渦巻歯１ｂと実質的に同一形状の渦巻歯である板状渦巻歯２ｂが形成されている。前記固定スクロール１には前記揺動スクロール２に対面する部分に渦巻き形状のラップ１ｂが形成されており、前記板状渦巻歯２ｂとの間に複数の圧縮室を形成している。これらの圧縮室は吸入管３７を経て外周部で冷媒ガスを吸込み、漸次中心に移動していくことで容積を縮小して冷媒ガスを圧縮し、圧縮された冷媒ガスは固定スクロール１の他側面の中央部に設けた吐出ポート１ｆから密閉容器内１０の高圧空間内に吐出され、この空間で同伴した冷凍機油が分離され、脈動が低減され吐出管３９から吐出される構成となっている。また台板部２ａの前記板状渦巻歯２ｂと反対側の面（図において下側）の中心部には中空円筒状のボス部２ｆが形成されている。この前記ボス部２ｆの内側面には揺動軸受２ｃが形成されている。また前記ボス部２ｆと同じ側の面の外周部に、コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａと圧接摺動可能なスラスト面２ｄが形成されている。また前記揺動スクロール２の台板部２ａの外周部には、前記固定スクロールのオルダム案内溝１ｃとほぼ９０度の位相差を持つ２個１対のオルダム案内溝２ｅがほぼ一直線上に形成されており、このオルダム案内溝２ｅにはオルダム機構９の２個１対の揺動側キー９ａが往復摺動自在に係合されている。揺動スクロールの台板部２ａには、前記固定スクロール１側の面（図１において上側の面）と、前記コンプライアントフレーム３側の面（図１において下側の面）とを連通する細い穴である抽気孔２ｊが形成されている。そしてこの抽気孔２ｊのコンプライアントフレーム側の面の開口部、すなわち下開口部２ｋは通常運転時にはその円軌跡がコンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａの内部に常時収まるように配置されている。
【００１９】
更に、図１に基づき構成を説明する。前記コンプライアントフレーム３の中心部には、電動機によって回転駆動される主軸４を半径方向に支持する主軸受３ｃおよび補助主軸受３ｈが形成されている。更に、前記コンプライアントフレーム３には主軸に締結され、回転系のバランスをとるバランスウェイト２０を収納するバランスウェイト収納空間３ｊが形成されている。また前記コンプライアントフレーム３には、前記揺動スクロール下開口部２ｋと対峙する位置にスラスト軸受３ａからフレーム空間１５ｆに連通する連通穴３ｓが形成されている。また、前記コンプライアントフレーム３には、バランスウェイト収納空間３ｊの圧力を調整する弁３ｔ、バネ押え３ｌ、中間圧調整バネ３ｍを収納するための中間圧調整弁収納空間３ｐが設けられている。そして前記中間圧調整スプリング３ｍは自然長より縮められて収納されている。
【００２０】
ガイドフレーム１５の内側面の前記固定スクロール側（図１において上側）には、上嵌合円筒面１５ａが形成されており、コンプライアントフレーム３の外周面に形成された上嵌合面３ｄと係合されている。他方、前記ガイドフレーム１５の内側面の電動機側（図１において下側）には、下嵌合円筒面１５ｂが形成されており、前記コンプライアントフレーム３の外周面に形成された下嵌合円筒面３ｅと係合されている。また、前記ガイドフレーム１５の内側面には前記コンプライアントフレーム３の座面３ｆと接触することによって、前記コンプライアントフレーム３の軸方向の移動を規制するための座面１５ｍが設けられている。
【００２１】
前記ガイドフレーム１５の前記内側面と前記コンプライアントフレーム３外側面とによって形成されるフレーム空間１５ｆは、その上下をリング状の上シール材１６ａ、１６ｂで仕切られている。ここでは、ガイドフレーム内周面にシール材を収納するリング状のシール溝が２ヶ所に形成されているが、このシール溝はコンプライアントフレーム外周面に形成されていてもよい。また、コンプライアントフレーム３のスラスト軸受３ａ外周側の空間、すなわち揺動スクロール２の台板外周部空間２ｉは吸入ガス雰囲気（吸入圧）の低圧空間となっている。
【００２２】
前記主軸４の揺動スクロール側（図１において上側）端部には、前記揺動スクロール２の揺動軸受２ｃと回転自在に係合する揺動軸部４ｂが形成されており、その下側には前記コンプライアントフレーム３の主軸受３ｃおよび補助主軸受３ｈと回転自在に係合する主軸部４ｃが形成されている。そして前記揺動軸部４ｂと前記主軸部４ｃの間には鍔４ｊが形成され、回転系のバランスをとるためのバランスウェイト２０が締結されている。また前記主軸４の他端部には、外周部が密閉容器１０に固定されたサブフレーム６の副軸受６ａと回転自在に係合する副軸部４ｄが形成されており、この副軸部４ｄと前述した前記主軸部４ｃとの間に電動機回転子８が焼嵌られている。さらに前記主軸４の下端面には主軸を軸方向に指示するためのスラスト軸端面４ｅが形成されており、サブフレーム６に取り付けられたスラストプレート２１と圧接摺動可能に係合している。
【００２３】
図２を用いて前記主軸のスラスト軸端面４ｅとスラストプレート間の摺動を説明する。図における前記主軸４のスラスト軸端面４ｅは中心部が外周部に対して凸となるような傾斜を設けるとともに、油溝４ｆが設けられている。この場合、ある相対する２面の内１面におけるある区域における凸状態とは、概平面である相手面との距離において隣接区域より接近した状態である。更にこのある区域例えば図２（ａ）、（ｂ）で円筒下端面における中心点から見て下端面内で隣接する区域例えば外周部に向かって、水平面に対し連続的に相手面との距離が増加する場合をテーハ゜状態を形成するという。また、主軸スラスト面４ｅとスラストプレート２１の相互２部材に関して硬度差を設けるか、または異種材料を使用することによって共金作用による凝着を防ぐことができる。図に示すように、この主軸４の下端面である前記スラスト端面４ｅと前記スラストプレート２１は前記密閉容器１０の底部に溜まった前記冷凍機油１０ｅに常に浸かっている。
【００２４】
図１を用いて前記主軸のスラスト軸端面４ｅと前記スラストプレート２１間の摺動を説明する。前記サブフレーム６には前記副軸受６ａと前記サブフレーム６に取り付けられたスラストプレート２１の間に主軸４の外周部とサブフレーム６の内径部によって構成されるクリアランス６ｂが構成されている。そして、サブフレーム６には前記クリアランス６ｂと密閉容器下部の冷凍機油が溜まっている空間とを連通する連通穴または溝６ｃが設けられている。これにより、このクリアランス６ｂは密閉容器下部の冷凍機油１０ｅと同じ油面高さを保つことができ、軸スラスト端面４ｅとスラストプレート２１は十分な油を供給される。
【００２５】
次に、図１に基づいて、スクロール圧縮機の動作について説明する。定常運転時には密閉容器空間１０ｄが吐出ガス雰囲気の高圧となるので、密閉容器１０の底部の冷凍機油１０ｅは主軸４に軸方向に貫通して設けられた高圧油給油穴４ｇを図１において上方向に向かって流れる。前記揺動スクロール２のボス部空間２ｇに導かれた高圧油は揺動軸受２ｃで減圧されて吸入圧より高く、吐出圧以下の中間圧となり、前記コンプライアントフレーム３のバランスウェイト収納空間３ｊに流れる。他方もう一つの径路として、前記高圧油給油穴４ｇの高圧油は、前記主軸４に設けられた横穴から前記主軸受３ｃの高圧側端面（図１において下端面）に導かれ、この前記主軸受３ｃで減圧されて中間圧となり、同じく前記コンプライアントフレーム３のバランスウェイト収納空間３ｊに流れる。前記バランスウェイト収納空間３ｊの中間圧となった冷凍機油１０ｅ（冷凍機油に溶解していた冷媒の発砲で、一般にはガス冷媒と冷凍機油の２相流になっている）は、前記中間圧調整弁収納空間３ｐを通る際に前記中間圧調整スプリング３ｍによって負荷される力に打ち勝って前記中間圧調整弁３ｔを押し上げて前記フレーム空間１５ｈに流れ、その後前記調整弁後流路３ｎを通って前記オルダム機構９の環状部９ｂの内側に排出される。他方、もう１つの径路として、前記揺動スクロール２の前記スラスト面２ｄと前記コンプライアントフレーム３の前記スラスト軸受３ａの摺動部に給油したあと、前記オルダム機構９の前記環状部９ｂの内側に排出される。そして、これらから排出された油は前記オルダム機構９の前記環状部９ｂの摺動面およびキー摺動面に給油した後、前記台板外周部空間２ｉに開放される。　以上に説明したように、前記バランスウェイト収納空間３ｊの中間圧力Ｐｍ１は、前記中間圧調整スプリング３ｍのバネ力と前記中間圧調整弁３ｔの中間圧露出面積とによってほぼ決定される所定の圧力αによって、Ｐｍ１＝Ｐｓ＋α（Ｐｓは吸入雰囲気圧力すなわち低圧）で制御されている。
【００２６】
他方、前記揺動スクロール２の前記台板部２ａに設けられた前記抽気孔２ｊの前記下開口部２ｋは前記コンプライアントフレーム３に設けられた前記連通穴３ｓの前記スラスト軸受開口部すなわち前記上開口部３ｕ（図１において上側の開口部）と、常時もしくは間欠的に連通する。このため、前記固定スクロール１と前記揺動スクロール２とで形成される圧縮室からの圧縮途上の吸入圧より高く、吐出圧力以下の中間圧の冷媒ガスが、前記揺動スクロール２の抽気孔２ｊおよび前記コンプライアントフレーム３の連通穴３ｓを介して前記フレーム空間１５ｆに導かれる。但し導かれるといっても前記フレーム空間１５ｆは前記上シール材１６ａと下シール材１６ｂとで密閉された閉空間なので、定常運転時は圧縮室の圧力変動に呼応して圧縮室と前記フレーム空間１５ｆとは双方向に微少な流れを有する、いわば呼吸している状態となる。以上に説明したように、前記フレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２は、連通する圧縮室の位置でほぼ決定される所定の倍率βによって、Ｐｍ２＝Ｐｓ×β（Ｐｓは吸入雰囲気圧力すなわち低圧）で制御される。
【００２７】
さて、前記コンプライアントフレーム３には、前記バランスウェイト収納空間３ｊの中間圧Ｐｍ１に起因する力およびスラスト軸受３ａを介しての前記揺動スクロール２からの押し付け力の合計が下向きの力として作用するものの、前記フレーム空間１５ｆの中間圧Ｐｍ２に起因する力および下端面の高圧雰囲気に露出している部分に作用する高圧に起因する力の合計が上向きの力として作用し、そして定常運転時にはこの上向きの力が前述した下向きの力より大きくなるように設定されている。このため前記コンプライアントフレーム３は、前記上嵌合円筒面３ｄを前記ガイドフレーム１５の上嵌合円筒面１５ａに、前記下嵌合円筒面３ｅを前記ガイドフレーム１５の前記下嵌合円筒面１５ｂに案内され、即ち、前記コンプライアントフレーム３は前記ガイドフレーム１５に対して軸方向に摺動可能となっており、前記固定スクロール側（図１において上方）に浮き上がっている。また、圧縮機停止時，圧縮機起動直後の過度期や、圧縮室の内圧が異常に上昇したとき等には、前記ガイドフレーム１５側へ押し付けられる。
【００２８】
図３では（ａ）起動時負荷が小さいので、（ｂ）に示すθ角は小さいが、（ａ）下図との前記主軸スラスト面１０ｅに対する主軸４の下端面は冷凍機油を円周方向に掻き混ぜるので、軸方向での前記主軸４の主軸スラスト面１０ｅとスラストプレート２１面の間に油膜を形成する。（ｂ）にて定常運転時は軸負荷Ｆによりθが増加するので、より主軸スラスト面１０ｅから離れた高い位置にて冷凍機油を（ｂ）下図の如く、主軸スラスト面１０ｅと対する下端面において円周方向に掻き回すので軸方向での主軸スラスト面１０ｅとスラストプレート２１との間に油膜を形成する。
【００２９】
図４に基づき前記コンプライアントフレーム３が上下動をする状況を以下に示す。前記コンプライアントフレーム３は上下に移動する。過度的に前記コンプライアントフレーム３が上下動を繰り返した場合、前記主軸４も前記コンプライアントフレーム３に設けられた前記主軸受３ｃおよび前記補助主軸受３ｈと前記主軸４ｃとの間の摩擦力によって，上下動する場合がある。しかし図３に示すように，主軸４の上端面４ｈと揺動スクロールボス底部２ｍとの隙間δ１は，主軸４に締結されたバランスウェイト２０の上端面２０ａと揺動スクロール２のスラスト面２ｄとの隙間δ２よりも小さく、δ１＜δ２となる。よって、主軸が浮上した場合でも高速で回転するバランスウェイト２０が揺動スクロール２のスラスト面２ｄに接触することはない。
【００３０】
また、図５に基づき前記主軸４が運転時に荷重を受けた状態を示す。前記主軸４は冷媒ガスを圧縮するときの負荷やバランスウェイト２０、前記揺動スクロール２の遠心力によって、運転中撓んでいる。図５で（ａ）は圧縮機停止中または負荷がかかっていない状態である、これに対し（ｂ）は揺動軸に力Ｆが作用した場合である。図に示すように前記主軸４が鉛直方向に対して撓んだ状態になると、前記主軸スラスト面４ｅも水平方向に対して傾いた状態となる。しかしながら主軸スラスト面４ｅに，中心部が外周部に対して凸となるような傾斜を設けることによりスラストプレート２１と主軸スラスト面４ｅの接触角を低減することができる。
【００３１】
図６に基づき前記主軸４の主軸スラスト面４ｅに付けたテーパ効果を示す。図６で（ａ）は主軸スラスト面４ｅが平面の場合で、（ｂ）は主軸スラスト面４ｅにテーパを設けたものである。図６の（ａ）で冷媒ガスを圧縮する際の荷重による主軸スラスト面４ｅの傾きがθ１であるとき、主軸スラスト面４ｅとスラストプレート２１との接触角θはθ＝θ１となる。また、図６の（ｂ）で冷媒ガスを圧縮する際の荷重による主軸スラスト面４ｅの傾きがθ１、主軸スラスト面４ｅのテーパがθ２とすると、主軸スラスト面４ｅとスラストプレート２１の接触角θ’はθ’＝θ１−θ２となる。よってθ＞θ’となり、主軸スラスト面４ｅにテーパを設けた場合、接触角度が小さくなる。図６（ａ）において示したスラストプレート２１に対する主軸スラスト面がなす接触角θ１は図５の主軸への負荷荷重Ｆが規定値２０００Ｎの場合に相当する６×１０−４のオーダの接触角の大きさとなって、図６におけるテーパ無しの場合であって、主軸スラスト面４ｅの外周円である縁部で点接触状態となり面圧が高まった状態である。本発明では図６（ｂ）おけるθは６×１０−４のオーダの接触角をなすがθ２≒６×１０−４オーダのテーパを主軸スラスト面４ｅに形成する事により、θ≒０になり面接触状態へと接触圧が抑制された主軸４とスラストプレート間での摩耗や、万一の主軸４とスラストプレート２１間への冷凍機油１０ｅの供給量低減時においても主軸４とスラストプレート２１間の摩耗、凝着の防止に有利となる。
【００３２】
図７に基づき前記主軸４の主軸スラスト面に付けたテーパ効果を負荷する荷重を横軸にとり、縦軸に図７のθに相当する接触角度をとったグラフで、運転時間の最も多い条件２０００Ｎの荷重が作用するときに、接触角度が０となるように主軸スラスト面４ｅのテーパθ２を６×１０−４と決めればスラスト面の圧力を低減でき、主軸スラスト面４ｅの摩耗を小さくすることができる。
【００３３】
図８〜図１１を用いて、スラストプレートの摩耗低減に有効であるテーパの設定例を示す。図９において示すようにテーパＴとは主軸スラスト面図中の図８〜１０において、前記主軸スラスト面４ｅにおけるテーパＴの設定例と各設定量に対するテーパ部の前記スラスト面４ｅからの浮き上がり量を圧縮機の停止時及び運転時における模式図で示す。また、図１１において図８〜図１０の条件下での試験結果を示す。図１１において、横軸は試験経過時間であり、縦軸に摩耗量を示す。図８はテーパ無しの状態であり前記主軸スラスト面４ｅの外周縁に沿いスラストプレート２１が接触し面圧が高くなり、スラストプレートの摩耗量は図１１に示す曲線で示すよう試験経過時間６００時間で０．６ｍｇでありの他の図９、１０に比較し最大摩耗量を示す。図９では、テーパが適当な大きさのため面圧は小さいため摩耗量はほぼ０と考えられる。図１０では、テーパ大の場合であり試験経過６００時間で摩耗量０．６ｍｇとなり、テーパ適当な場合は６００時間で摩耗量無しと考えられ、テーパ大の場合は６００時間で摩耗量０．３ｍｇになる。
【００３４】
図１２を用いてスラストプレート２１と主軸４において両者を摺動した結果を示す。図において、前記スラストプレート２１を焼き入れた高速度鋼とし、前記主軸４を炭素鋼材で焼き入れ有りまたは無しとし、図８または図９に示した前記軸径のＤに対する前記テーパのＴであるＴ／Ｄを０または２．８×１０−４とし、圧縮機へ搭載した試験結果でスラスト摩耗量を調査した結果を示す。他の条件を固定した場合に、主軸４の条件の焼き入れ有りまたは無しで、焼き入れ無しでは焼入れ有りの場合に比較しスラスト摩耗量を少なくできる。また、他の条件を固定した場合に、Ｔ／Ｄを２．８×１０−４またはテーパ０とした場合に、Ｔ／Ｄを２．８×１０−４とした場合にスラスト摩耗量を少なくできる。結果として、主軸４は焼き入れ無し、Ｔ／Ｄを２．８×１０−４とした場合スラスト摩耗量を最小化可能である。ここでθ≒０になり面接触状態へと接触圧が抑制された主軸４とスラストプレート間での摩耗や、万一の主軸４とスラストプレート２１間への冷凍機油１０ｅの供給量低減時においても主軸４とスラストプレート２１間の摩耗、凝着の防止に有利となる角度であった主軸スラスト面４ｅのテーパθ２≒６×１０−４に相当した角度として主軸４の半径＝Ｄ／２に対する前記テーパＴの比をもって定義するならばＴ／（Ｄ／２）≒６×１０−４を得られる。
【００３５】
実施の形態２．
上記実施の形態では、前記サブフレーム６に直接スラストプレート２１を取り付けたものを示した。図１３を用いて軸受部とフランジ部を別体とした図１とは異なる他の実施の形態を示す。なお、本実施の形態に記載以外の構成と動作は上記実施の形態１と同一である。
【００３６】
図１２において、前記サブフレーム６の構造は前記前記サブフレーム６に軸方向に長い円筒状の前記スラストホルダー３１をネジで締結して取り付け、このスラストホルダー３１に前記スラストプレート２１を取り付ける構成である。前記スラストホルダー３１には、側面部に前記スラストホルダー３１内周と外周各面を貫通する穴３１ａを設けている。
【００３７】
次いで図１３に示した構成のスクロール圧縮機の軸受部につき動作を説明する圧縮機停止時に、密閉容器１０の底に溜めた冷凍機油１０ｅは、前記穴３１ａを通過し直接前記穴３１ａから隙間６ｂの狭い空間へと流れこ込み、前記スラストホルダー３１の内周面と軸４の外周面と冷凍機前記油１０ｅとの表面張力にの作用により前記スラストホルダー３１の内周面と軸４の外周面とが構成する空間を満たす。
【００３８】
圧縮機の起動後の軸４回転時は、冷凍機油１０ｅは軸４の周囲の油圧が軸停止時より低下し、隙間６ｂへ冷凍機油吸込まれるため、冷凍機油１０ｅはスラストホルダー３１の内周面と軸４の外周面とが構成する空間を満たす。なお、従来は、油圧によりオイルハ゜イフ゜から吸引された冷凍機油１０ｅを横穴４ｋを経由し狭い給油溝４ｈに対して給油して後、軸端面４ｅとスラストプレート２１の間に初めて冷凍機油１０ｅを供給したので、給油溝を僅かな量の冷凍機油１０ｅが通過するに過ぎなかった。一方、本実施の形態によれば冷凍機油１０ｅは前記穴３１ａを通過し直接前記穴３１ａから前記隙間６ｂの狭い空間へと流れ込み前記軸端面４ｅと前記スラストプレート２１の間に初めて前記冷凍機油１０ｅを供給できる。前記軸４の外周と前記スラストホルダー３１の内径によって構成される前記隙間６ｂの油面は密閉容器１０に溜まっている前記冷凍機油１０ｅの油面と同一にすることができ、前記主軸スラスト面４ｅと前記スラストプレート２１の摺動面に十分な油を供給できる。例えば、製品組立時に前記スラストホルダー３１をサブフレーム６に組付ける前にスラストホルダー３１の内周を予め、前記冷凍機油１０ｅで潤滑しておき、主軸４の周囲の潤滑状態を確認しておくことが可能となる。
【００３９】
また、前記スラストホルダー３１を単品で前記サブフレーム６から外すことにより、前記スラストホルダー３１を取り外し分解可能とした。よって、主軸の抜取りを容易にするので、リサイクル目的で製品を解体し、スクロール圧縮機の主軸とサブフレームと間での解体が容易になり解体コストを低減できる。
【００４０】
実施の形態３．
図１３及び１４を使用して本発明の実施の形態の構成を説明する。上記の他の実施の形態では、前記サブフレーム６または前記サブフレームホルダー３１に穴または溝を設けていた。しかし、図１３に示すように主軸４外周と前記サブフレーム６または前記サブフレームホルダー３１内周によって構成される隙間６ｂの油面を、前記密閉容器１０内の前記冷凍機油１０ｅと同一油面とするためには、前記スラストプレート２１に密閉容器１０内と前記隙間６ｂを連通する穴２１ａを設けた。なお、本実施の形態に記載以外の構成と動作は実施の形態と同一である。穴２１ａは溝であってもよい。
【００４１】
図１４に基づいて、スクロール圧縮機の軸受部の動作について説明する。圧縮機停止時に、前記密閉容器１０の底に溜めた冷凍機油１０ｅは、前記穴３１ａを通過し直接前記穴３１ａから隙間６ｂの狭い空間へと流れこ込み、スラストホルダー３１の内周面と軸４の外周面と前記冷凍機油１０ｅとの表面張力の作用により前記スラストホルダー３１の内周面と前記軸４の外周面とが構成する空間を満たす。圧縮機の起動後の前記軸４回転時は、前記冷凍機油１０ｅは前記軸４の周囲の油圧が軸停止時より低下し、前記隙間６ｂへ冷凍機油吸込まれるため前記、冷凍機油１０ｅは前記スラストホルダー３１の内周面と前記軸４の外周面とが構成する空間を満たす。なお、従来は、油圧によりオイルハ゜イフ゜から吸引された前記冷凍機油１０ｅを横穴４ｋを経由し狭い給油溝４ｈに対して給油して後、軸端面４ｅとスラストプレート２１の間に初めて冷凍機油１０ｅを供給したので、給油溝を僅かな量の冷凍機油１０ｅが通過するに過ぎなかった。一方、本実施の形態によれば前記冷凍機油１０ｅは前記穴３１ａを通過し、直接前記穴３１ａから前記隙間６ｂの狭い空間へと流れ込み前記軸端面４ｅと前記スラストプレート２１の間に前記冷凍機油１０ｅを供給できる。そこで、例えば、製品組立時前記にスラストホルダー３１をサブフレーム６に組付ける前に前記スラストホルダー３１の内周を、予め前記冷凍機油１０ｅを直接に塗布または注入しておき、前記主軸４の先端部等を潤滑しておくことが可能となる。
【００４２】
また、前記スラストホルダー３１を単品で前記サブフレーム６から外すことにより、前記スラストホルダー３１を取り外し分解可能とした。よって、主軸の抜取りを容易にするので、リサイクル目的で製品を解体し、スクロール圧縮機の主軸とサブフレームと間での解体が容易になり解体コストを低減できる。
【００４３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので，以下に示すような効果を奏する。
【００４４】
主軸下端スラスト面を中心部が外周部に対して凸となるような形状としたので、冷媒を圧縮する際の主軸の撓みによって、主軸スラスト面が傾いた場合でもスラストプレートとの接触角度を小さくすることができ、さらには接触面圧の上昇を抑えることができ、良好な摺動状態を得ることができる。
【００４５】
また、主軸スラスト面に油溝を設けることによって、主軸スラスト面とスラストプレートとの摺動面に十分な冷凍機油を供給することができ、良好な摺動状態を得ることができる。
【００４６】
さらに、サブフレームにサブフレーム内周と主軸外周で構成される隙間と密閉容器内部の冷凍機油溜まりを連通する溝または穴を設けることによって、この隙間の油面を密閉容器内部の冷凍機油溜まりとを同一油面とすることができ、主軸スラスト面とスラストプレートの摺動面に十分な冷凍機油が供給できると共に、磨耗粉等も排出でき信頼性の高い主軸スラスト軸受を構成することができる。
【００４７】
また、スラストプレートに，サブフレーム内周と主軸外周で構成される隙間と密閉容器内部の冷凍機油溜まりを連通する溝または穴を設けることによって、この隙間の油面を密閉容器内部の冷凍機油溜まりとを同一油面とすることができ、主軸スラスト面とスラストプレートの摺動面に十分な冷凍機油が供給できると共に，磨耗粉等も排出でき信頼性の高い主軸スラスト軸受を構成することができる。
【００４８】
また、主軸上端面と揺動スクロールボス底部との隙間を，主軸に締結されたバランスウェイト上端面と揺動スクロールスラスト面との隙間より小さくしたことによって、コンプライアントフレームの不安定な上下動により，主軸が過度的に浮上した場合でも、バランスウェイト上端面が揺動スクロールスラスト面に接触することがないものである。
【００４９】
前記主軸スラスト面に対するテーパ傾斜に対し略接触角と同等にすることにより、冷媒を圧縮する際の主軸の撓みによって、主軸スラスト面が傾いた場合でもスラストプレートとの接触角度を小さくすることができ、さらには接触面圧の上昇を抑えることができ、良好な摺動状態を得ることができる。
【００５０】
前記スラストプレートを保持する前記スラストホルダーを前記サブフレームと別体としたことにより、主軸スラスト面とスラストプレートとの摺動面に十分な冷凍機油を供給することができ、良好な摺動状態を得ることができる。また、スクロール圧縮機の組立て時に主軸とスラストホルダー間に冷凍機油を行き渡らせ良好な摺動状態を得ることができる。また、スクロール圧縮機において主軸とサブフレーム間解体が容易になり解体コストを低減できる。
【００５１】
焼入した炭素鋼を前記スラストプレートとし、焼入しない高速度鋼を前記主軸として組合せたことによって、スラストプレートが主軸と接触して摩耗する事を防止することができる。
【００５２】
この発明に係るスクロール圧縮機において前記主軸の径Ｄと前記テーパＴの比率を６／１０　０００の値とし、主軸スラスト面とスラストプレートとの摺動面に十分な冷凍機油を供給することができ、良好な摺動状態を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の軸及び軸受要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の要部断面図である。
【図４】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の主軸の撓みと主軸スラスト面の傾きの関係を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の軸及び軸受要部断面図である。
【図６】この発明の実施の形態関するスクロール圧縮機の軸及び軸受特性グラフである。
【図７】この発明の実施の形態に関する比較例を示す要部断面図である。
【図８】この発明の実施の形態を示す要部断面図である．
【図９】この発明の実施の形態に関する比較例を示す要部断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態及び比較例を示す特性グラフである。
【図１１】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の軸及び軸受要部断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態での試験結果を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の要部断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態を示すスクロール圧縮機の要部断面図である。
【図１５】従来のスクロール圧縮機を示す断面図である。
【図１６】従来のスクロール圧縮機を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１　固定スクロール　、　２　揺動スクロール　、　３　コンプライアントフレーム　、　４　主軸　、　６　サブフレーム、　１０　密閉容器　、　１５ガイドフレーム　、　２１　スラストプレート。

Claims (10)

1. 密閉容器内に設けられ台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、この揺動スクロールを駆動する主軸を軸方向に支持する前記密閉容器の下方で冷凍機油中に配置されたスラストプレートと、前記主軸と前記スラストプレートとの接触面に中心部が外周部に対して凸となるようなテーパと、を備えた構成を特徴とするスクロール圧縮機。
2. 密閉容器内に設けられ台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、この揺動スクロールを駆動する主軸を軸方向に支持する前記密閉容器の下方で冷凍機油中に配置されたスラストプレートと、前記主軸においてスラスト面の摺動面に油を給油するための溝と、を備えた構成を特徴とするスクロール圧縮機。
3. 密閉容器内に設けられ、台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、前記密閉容器に締結され、前記揺動スクロールを軸方向に支持すると共にこの前記揺動スクロールを駆動する主軸を半径方向に支持するガイドフレームと、前記ガイドフレームの下方に配置され前記密閉容器に締結された電動機部と、さらに電動機部下方に配置され前記密閉容器に締結されるとともに前記主軸を半径方向に支持するサブフレームと、サブフレームに取り付けられるとともに前記密閉容器下方の冷凍機油中に配置され、前記主軸を主軸スラスト面で軸方向に支持し前記主軸スラスト面より硬度が高い材料の前記スラストプレートと、を備えたことを特徴とするスクロール圧縮機。
4. サブフレームに前記サブフレームの内径と主軸外周によって構成される隙間と密閉容器の内側の冷凍機油が溜まっている空間とを連通する溝または穴を設け、前記主軸下端のスラスト面と前記スラストプレートを前記冷凍機油中に没し隙間より前記主軸スラスト面の摺動部に対し前記冷凍機油を十分に供給できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
5. スラストプレートにサブフレームの内径と主軸の外周によって構成される隙間と、密閉容器の内側の冷凍機油が溜まっている空間とを連通する溝または穴を設け、前記主軸スラスト面と前記スラストプレートを前記冷凍機油中に没し、前記隙間より前記主軸スラスト摺動部に対し冷凍機油を十分に供給できることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
6. 密閉容器内に設けられ台板上にそれぞれの板状渦巻歯が相互間に圧縮室を形成するように噛み合わされた固定スクロール及び揺動スクロールと、前記揺動スクロールの前記板状渦巻歯の反対側に設けられたボス部に揺動軸部を挿入することによって前記揺動スクロールを駆動する主軸と、前記揺動スクロールを前記主軸の軸方向に支持すると共に前記主軸に設けられた主軸部で半径方向に支持するコンプライアントフレームと、前記主軸の揺動軸部と主軸部の間に設けられた鍔部に締結され前記コンプライアントフレームの内側に設けられた空間に収まるように配置されたバランスウェイトと、前記コンプライアントフレームを半径方向に支持し前記密閉容器に締結されたガイドフレームと、前記ガイドフレームの下方に配置された電動機部と、この電動機部の下方に配置され前記密閉容器に締結され、前記主軸を半径方向に支持するサブフレームと、このサブフレームに取り付けられ前記密閉容器の下方にある冷凍機油中に配置するとともに前記主軸を軸方向に支持するスラストプレートを備え、揺動スクロールのボス部の底部と主軸上端面の隙間が前記揺動スクロールのスラスト面と主軸に締結したバランスウェイト上端面の隙間よりも小さく、主軸が過度的に浮上した場合でも、前記バランスウェイトが前記揺動スクロールスラスト面に接触することのない位置関係となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
7. 主軸スラスト面に対するテーパ傾斜に対し接触角と同等にすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
8. スラストプレートを保持する前記スラストホルダーを前記サブフレームと別体としたことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載のスクロール圧縮機。
9. 焼入した炭素鋼を前記スラストプレートとし、焼入しない高速度鋼を前記主軸として組合せたことを特徴とする請求項１乃至請求項６記載のいずれかに記載のスクロール圧縮機。
10. 前記主軸の径Ｄと前記テーパＴの比率を主軸の半径であるＤ／２を用い、Ｔ／（Ｄ／２）＝６×１０−４としたことを特徴とした請求項１乃至請求項８記載のスクロール圧縮機。

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