JP2011241804A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受端部（軸穴の端部）に環状薄肉部を形成するための環状溝について、その深さを回転軸側が必要とする最小限の値に抑えた圧縮機を提供する。
【解決手段】圧縮機構の回転軸１を支持する軸受の軸穴端部に軸穴１１と同心の環状溝１３Ａにより形成された環状薄肉部１２Ａを備え、環状溝１３Ａの入口端部１５と回転軸１の有効軸端部１６とを回転軸方向で略一致させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば冷凍サイクル等に適用される圧縮機に関する。

従来、空調装置等の冷凍サイクルにおいては、冷媒を閉回路内で循環させるため、たとえばロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等のように、種々の圧縮機が用いられている。
図３は、圧縮機の一例として、２気筒を有するロータリ圧縮機の軸受周辺部を示す概略構成図である。図示のロータリ圧縮機は、回転軸１を支持する軸受１０の端部に、軸穴１１と同心円に設けた環状薄肉部１２を備えている。軸受１０は、上部軸受１０Ａ及び下部軸受１０Ｂにより構成されている。

上述した環状薄肉部１２は、回転軸１を挿通する軸穴１１の外周側に同心円状の環状溝１３を設けることにより形成されている。この環状薄肉部１２は、軸受負荷が高い運転状況において、図中に白抜矢印で示すガス圧の負荷を受けると、回転軸１の軸線ＣＬが図中に示す軸線ＣＬ′のように撓むことから、すなわち、回転軸１が傾いて片当たりの接触状態（図４参照）になるため、環状薄肉部１２が図３に示すように撓んで変形する。なお、回転軸１の軸線ＣＬ′はイメージ図であり、実際の変形を示すものではない。
この結果、軸受１０の片当り接触部に作用する面圧が下がり、潤滑油の油膜を形成しやすくなるので、ロータリ圧縮機の高い信頼性を確保することができる。

図３及び図４に示した従来構造では、回転軸１に小径部１ａが設けられている。この小径部１ａは、潤滑油の給油溝部として機能する段差部を形成するものであり、従って、小径部１ａの外周部は軸受として機能しない（回転軸１と接触しない）部分である。
すなわち、軸受１０の軸穴１１には、軸受として機能する軸方向の領域（長さ）Ｌと、軸受として機能しない領域Ｌｏとが存在しており、軸穴１１の端部から形成される環状溝１３の深さＨは、軸受として機能しない領域Ｌｏよりも長く（深く）なっている。

上述したロータリ圧縮機において、図中の符号２はロータ、３はシリンダ室、４はシリンダ本体、５は中間仕切板を示しており、上下一対設けられたロータ２、シリンダ室３及びシリンダ本体４を中間仕切板５により分離して、２気筒のロータリ圧縮機構が構成されている。なお、図４においては、ロータ２を設けた回転軸１の下部軸受１０Ｂ側が省略されている。
また、上述した軸受１０の環状薄肉部１２は、たとえば下記の特許文献１及び特許文献２に開示されたロータリ圧縮機にも設けられている。

特開平２−６７４９５号公報（第１図及び第２図等を参照） 特開平７−２５９７６７号公報（図１等を参照）

上述した従来構造において、軸受１０の軸穴１１には、軸受として機能する軸方向の領域（長さ）Ｌと、軸受として機能しない領域Ｌｏとが存在している。軸穴１１の端部から形成される環状溝１３の深さＨは、軸受として機能しない領域Ｌｏよりも長く（深く）なっており、領域Ｌｏに相当する環状薄肉部１２の領域Ｈｏは、単に環状薄肉部１２の剛性を押し上げている。環状薄肉部１２は剛性が小さいほどより撓んで変形し、面圧低減効果が生まれる。環状薄肉部１２の剛性を下げるには、環状薄肉部１２を形成する環状溝１３の深さＨを大きくすること、あるいは、環状薄肉部１２の板厚ｔを小さくすることが考えられるが、加工性を考慮すると、環状薄肉部１２の板厚ｔを小さくするよりは、環状溝１３の深さＨで調整するのが一般的である。
また、環状薄肉部１２を形成する環状溝１３は、環状薄肉部１２を残してリング状に深く削り込む加工を行うものとなる。このような機械加工は困難であり、その困難性は環状溝１３の深さＨが深くなればなるほど増大する。
すなわち、環状溝１３として深さＨが大きい値になるものを形成する場合には、機械加工の加工条件が厳しくなることや、加工のサイクルタイムが増大すること等の弊害が生じてくる。このような弊害は、いずれもコストアップの要因となるため好ましくない。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、軸受端部（軸穴の端部）に環状薄肉部を形成するための環状溝について、その深さＨを回転軸側が必要とする最小限の値に抑えた圧縮機を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る圧縮機は、圧縮機構の回転軸を支持する軸受の端部に軸穴と同心の環状溝により形成された環状薄肉部を備えている圧縮機において、前記環状溝の入口端部と前記回転軸の有効軸端部とを回転軸方向で略一致させたことを特徴とするものである。

このような本発明の圧縮機によれば、環状溝の入口端部と回転軸の有効軸端部とを回転軸方向で略一致させたので、回転軸として有効な軸部が存在する回転軸方向の範囲まで、すなわち、圧縮機の軸穴が軸受として機能する範囲までの環状薄肉部が形成される。
換言すれば、潤滑油の給油溝部となる小径部のように、回転軸より小径とした段差部が回転軸の有効軸端部となり、この有効軸端部と環状溝の入口端部とが回転軸方向において略一致しているので、回転軸として有効な軸部が存在する範囲から外れた有効軸端部より小径部側の領域には、環状薄肉部が存在しないこととなる。そうすることで、環状薄肉部の剛性を更に落とすことが出来、必要な面圧低減効果が得られる剛性の環状薄肉部を形成させるまで、環状溝深さＨを小さくすることができる。

上記の発明において、必要な面圧低減効果を得られる剛性の環状薄肉部を形成するには、上記のような矩形断面の環状薄肉部の形態だけではなく、環状薄肉部の入口端部から奥部まで漸次断面形状を変化させる手法もある。
この場合の環状溝は、加工が比較的容易なことから、環状薄肉部の入口端部から奥部まで円周方向幅を段階的に狭めて変化させることが望ましい。

上述した本発明によれば、圧縮機の軸穴が軸受として機能する範囲まで、必要最小限の深さ（高さ）を有する環状薄肉部を形成したので、環状溝を形成する加工の深さを小さく抑えることが可能になる。この結果、軸受としての機能及び環状薄肉部の面圧低減機能を維持しつつ、加工条件の緩和及びサイクルタイムの低減が可能になる。

本発明に係る圧縮機の一実施形態を示す軸受部の要部拡大断面図である。 図１に示した環状溝（環状薄肉部）の形状例を示す断面図であり、（ａ）は第１変形例、（ｂ）は第２変形例、（ｃ）は第３変形例を示している。 従来例としてロータリ圧縮機の軸受部周辺構造を示す概略構成の断面図である。 図３に示した軸受部の要部拡大断面図である。

以下、本発明に係る圧縮機の一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明は、圧縮機構の回転軸を支持する軸受の端部に軸穴と同心の環状溝により形成された環状薄肉部を備えている圧縮機に適用される。圧縮機の具体例としては、たとえば図３に示すように、２気筒のロータリ圧縮機等がある。

ロータリ圧縮機の圧縮機構は、回転軸１を支持するための軸受１０を備えている。この軸受１０は、上部軸受１０Ａ及び下部軸受１０Ｂにより構成されている。
上部軸受１０Ａ及び下部軸受１０Ｂには、回転軸１を挿通する軸穴１１が設けられ、さらに、上部軸受１０Ａ及び下部軸受１０Ｂには環状薄肉部１２が設けられている。この環状薄肉部１２は、シリンダ本体４との対向面である端部１４から回転軸方向に深さを有し、かつ、軸穴１１と同心円に設けられた環状溝１３により形成された薄肉円筒状の壁面である。
また、環状溝１３は、回転軸１の軸線ＣＬ方向から端部１４を見た場合、回転軸１を挿通する軸穴１１の外周側に設けたリング状の溝である。

このように、圧縮機構の回転軸１を支持する軸受１０の端部１４に軸穴１１と同心の環状溝１３により形成された環状薄肉部１２を備えている圧縮機に対し、図１に示す本実施形態では、環状溝１３Ａの内周側の入口端部１５と回転軸１の有効軸端部１６とが回転軸方向で略一致するようになっている。
ここで、環状溝１３Ａの内周側の入口端部１５は、端部１４の面から回転軸方向へ一段削り込まれた端面であり、本実施形態における環状薄肉部１２Ａの先端面となる。
また、有効軸端部１６は、回転軸１に設けた小径部１ａとの境界部である。この小径部１ａは、潤滑油の給油溝部となる段差部を形成するものであり、従って、小径部１ａの外周側となる軸穴１１は、回転軸１の回転を支持するという軸受本来の機能を有していない部分である。

図１に示す実施形態では、環状溝１３Ａの入口端部１５と回転軸１の有効軸端部１６とが回転軸方向において略一致しており、従って、回転軸１として有効な軸部１ｂが存在する回転軸方向の範囲内で、必要最小限の深さ（高さ）Ｈａを有する環状薄肉部１２Ａが形成されている。すなわち、上部軸受１０Ａの軸穴１１において、回転軸１として有効な軸部１ｂが存在する回転軸方向の範囲は、回転軸１と軸穴１１とが略同径であり、圧縮機の軸穴１１が回転軸１と接触して軸受１０として機能する範囲（軸方向の領域Ｌ）となる。
換言すれば、潤滑油の給油溝部となる小径部１ａのように、回転軸１より小径とした段差部が回転軸の有効軸端部１６となり、この有効軸端部１６と環状溝１３Ａの入口端部１５とが回転軸方向において一致または略一致しているので、回転軸１として有効な軸部１ｂが存在する範囲から外れた有効軸端部１６より小径部１ａ側の領域には、環状薄肉部１２Ａが存在していない。

このように、圧縮機の軸穴１１が軸受１０として必要最小限の面圧低減機能が得られる剛性の環状薄肉部とすることが出来、環状溝１３Ａを形成する加工の深さＨａを従来構造と比較して小さく（Ｈａ＜Ｈ）することができる。
この結果、回転軸１の回転を支持する軸受機能はもとより、ガス負荷を受けて撓む回転軸１の押圧に対する環状薄肉部１２Ａの面圧低減機能を維持し、さらに、環状溝１３Ａを機械加工する加工条件の緩和やサイクルタイムの低減が可能になる。従って、軸穴１１の端部に環状薄肉部１２Ａを形成するための環状溝１３Ａについて、その深さＨａを回転軸１側が必要とする最小限の値に抑えた圧縮機となるので、コスト面でも有利になる。

ところで、上述した環状溝１３Ａは矩形断面を有するものであるが、これに限定されることはなく、環状薄肉部の入口端部から奥部まで漸次断面形状を変化させてもよい。
図２に示す第１〜第３変形例の環状溝１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、いずれも断面形状が異なっている。すなわち、各変形例の環状溝１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄは、入口側となる内周側の入口端部１５から奥部へ向けて徐々に、あるいは段階的に、円周方向幅を狭めた断面形状を有している。

図２（ａ）に示す第１変形例は、曲面により円周方向幅を徐々に狭めた環状溝１３Ｂ、図２（ｂ）に示す第２変形例は傾斜面により円周方向幅を徐々に狭めた環状溝１３Ｃ、図２（ｃ）に示す第３変形例は、段階的に円周方向幅を徐々に狭めた環状溝１３Ｄであり、このような環状溝１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄにより形成される環状薄肉部１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄは、内周側の入口端部１５が存在する片持ち梁の先端部側ほど薄肉になる。このため、環状溝１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄを浅くしても撓みやすくなるので、良好な面圧低減機能を確保することができる。
なお、環状溝の断面形状は、図示の変形例に限定されることはなく、上述した曲面や傾斜面を組み合わせて、徐々にあるいは段階的に円周方向幅を狭めたものでもよい。

このように、上述した本実施形態及びその変形例によれば、回転軸１側には油供給溝部となる小径部１ａがあり、軸穴１１において小径部１１ａに対応する範囲は軸受本来の機能を有していない。このため、油供給溝部となる小径部１１ａに対応する範囲の軸穴１１では、特に環状薄肉部１２の必要がなく、従って、油供給溝部を除いた範囲の回転軸１に対応する範囲だけの環状薄肉部１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄを設ければ十分である。

また、上述した本発明は、ロータリ圧縮機に限定されることはなく、圧縮機構の回転軸を支持する軸受端部に軸穴と同心の環状溝により形成された環状薄肉部を備えている他の圧縮機にも適用可能なことはいうまでもない。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。

１ 回転軸
１ａ 小径部
１ｂ 軸部
１０ 軸受
１０Ａ 上部軸受
１０Ｂ 下部軸受
１１ 軸穴
１２，１２Ａ〜１２Ｄ 環状薄肉部
１３，１３Ａ〜１３Ｄ 環状溝
１４ 端部
１５ 入口端部
１６ 有効軸端部

Claims (3)

1. 圧縮機構の回転軸を支持する軸受の軸穴端部に軸穴と同心の環状溝により形成された環状薄肉部を備えている圧縮機において、
   前記環状溝の入口端部と前記回転軸の有効軸端部とを回転軸方向で略一致させたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記環状溝は、環状薄肉部の入口端部から奥部まで漸次断面形状を変化させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記環状溝は、環状薄肉部の入口端部から奥部まで円周方向幅を段階的に狭めて変化させることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
   

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