JP3024267B2

JP3024267B2 - スクロールコンプレッサ

Info

Publication number: JP3024267B2
Application number: JP3138777A
Authority: JP
Inventors: 辰久田口
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-11
Filing date: 1991-06-11
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: JPH04362289A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷暖房・空調用等に使用
されるスクロールコンプレッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スクロールコンプレッサは圧縮原理上、
低振動，低騒音に大きな特徴を持つと共に、中型機（３
kw程度）以上では高いエネルギ効率を示し、近年パッケ
ージエアコン等で多く使用されてきている。また、１．
５kw以下の小型機でも高い加工，組立精度の確立やシー
ル技術の発明等によりルームエアコン用に開発されて、
一部実用化に至ったものもある。

【０００３】小型機におけるエネルギ効率（ＥＥＲ）の
向上のネックの１つに軸受等の機械摩擦損が大きいこと
が挙げられる。図１１は従来のスクロールコンプレッサ
の全体構成図である。１０１は駆動用モータであり、シ
ャフト１０２に回転動力を与える。前記シャフト１０２
の上端１０３にはシャフト１０２の中心に対し偏心して
設けられた旋回軸受部１０４が配設され、その軸受内を
動ハネ１０５の旋回軸１０６が旋回する。動ハネ１０５
はオルダムリング１０７により回転運動が阻止されてお
り、定ハネ１０８側に押圧されてシャフト１０２の回転
と共に旋回運動を行う。

【０００４】動ハネ１０５及び定ハネ１０８には１対の
渦巻状のハネが形成されており、お互いに噛み合って形
成された１対のポケット１０９（圧縮室）内のガスはハ
ネの外周から中央部へ圧縮移送される。

【０００５】ここで動ハネ１０５の鏡板１０５ａの背面
部は、軸シール１１０により、中央部には吐出圧力が作
用し、外周部には吸入圧力が作用する構成となってお
り、基本的に定ハネ１０８の方向に押圧されている。一
方、動ハネ１０５のハネ側では、圧縮作用により、各圧
縮室には中央部に向い、徐々に高くなるガス圧が作用
し、動ハネ１０５を定ハネ１０８から離脱させる方向に
力が働いている。前述した動ハネ１０５の背面部の力は
前記離脱力よりも大きな為、動ハネ１０５は鏡板の外周
部で定ハネの端面１０８ａに対しスラスト軸受支持され
る。

【０００６】このスラスト軸受の機械的な摩擦損失トル
クＴｒｓはＴｒｓ＝Ｆｓ×μｓ×Ｒｏで表され、スラスト荷重Ｆｓと摩擦係数μｓ及び旋回半
径Ｒｏの積であり、全体の摩擦損失の中でもっとも高い
比率を持つ。

【０００７】この課題に対し、実公昭６４−７２５８号
公報では、定ハネの端面でスラスト荷重を受ける構成に
おいて、静圧軸受型のポケットを形成し、その部分に絞
りを介した高圧油を供給する方法を提案している。また
特開昭６３−２５３１８９号公報では、動ハネ背面部材
に種々の油供給溝を形成し、潤滑油を供給することによ
る摩耗，摩擦力低減を図った提案を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、スク
ロールコンプレッサにおいて、動ハネのスラスト方向の
軸受構造は、効率の面のみならず、摩耗，焼付等信頼
性，耐久性の面でも最も重要な部分である。しかしなが
ら、全ての面において有用なスラスト軸受構造は未だ確
立されておらず、今までの提案には一長一短がある。

【０００９】即ち、前述した従来例では、静圧軸受の場
合、高圧油の供給において絞りを介する必要があり、そ
の絞りの孔径は設計上小さくなるため、ゴミづまりなど
の対策が必須である。また、単なる潤滑油の供給だけで
は、焼付，摩耗は防止できても積極的な機械損失トルク
の低減にはならない。

【００１０】以上の観点から、本発明が解決しようとす
る課題は、シンプルかつ安価な構成で積極的に機械損失
トルクを小さくし、かつ、信頼性，耐久性の高いスラス
ト軸受構造を提案することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、動ハネの鏡板
上面外周と定ハネの外周端面でスラスト軸受する構成に
おいて、いずれか一方に、動ハネの旋回運動により、動
ハネを微少量浮上させる油膜反力が発生するいわゆる動
圧型流体軸受を構成し、積極的な低機械損失スラスト軸
受を提供するものである。

【００１２】

【作用】本発明のスクロールコンプレッサでは、動ハネ
鏡板の外周上面または定ハネの外周端面に４ヶ以上に分
割して設けられた環状のステップ溝動圧型スラスト流体
軸受の油膜力の作用から動ハネを定ハネ端面に対して、
微少量浮上させて運転できる。この構成より、動ハネ鏡
板と定ハネ端面は金属接触することがないため、摩擦損
失トルクは少なく摩耗，焼付がない。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例について以下に説明する。
図１は本発明のスクロールコンプレッサの構造を示す断
面図である。シェル１に焼きばめされたステータ２の中
をロータが電磁力を受け回転し、ロータ３に圧入された
シャフト４に駆動力を伝達する。シャフト４は軸受ブロ
ック５とサイドプレート（図示せず）により軸受支持さ
れ回転する。シャフト４の上部にはシャフト４に偏心し
て設けられたブッシュ６が設置され、その中を動ハネ７
の旋回軸８が運動する。動ハネ７はオルダムリング９に
より回転が阻止され、シャフト４の回転に伴い、旋回，
運動を行う。動ハネ７は旋回軸８と鏡板１０および渦巻
状のハネ１１からなる。１２は定ハネで、動ハネ７と対
になったハネ１３と持ち、動ハネ７のハネ１１と噛み合
うことにより対になった複数の圧縮室１４が形成され
る。そして、動ハネ７の旋回運動により、圧縮室１４
は、その空間容積を徐々に減少させながら外周部から中
央部に移動する。かくして、吸入管１５より吸入された
ガスは徐々に圧縮されて、定ハネ１２に設けられた吐出
孔１６から、吐出室１７に吐出される。動ハネ７の鏡板
１０の定ハネ側外周には図２に示すごとく、４分割され
た環状の動圧発生溝１８が形成されている。この溝の深
さは数μｍ〜１０μｍ程度の微少量に加工されている。
そして各々の動圧発生溝１８の中央には、鏡板１０の外
周空間１９から潤滑油を導入すべく油導入溝２０が外側
に向けて開口している。また、動ハネ７の背面には背面
プレート２１に設けられた環状溝内に挿入された軸シー
ル材２２があり、環状の軸シール材２２の中に導入され
た高圧の潤滑油により軸シーツ材２２は動ハネ７の鏡板
１０の背面と前記環状溝の外壁に押え付けられ、シール
を行う。その結果、図３に示すごとく、動ハネ７は背面
から中央が高圧（Ｐｄ）、周辺が低圧（Ｐｓ）の圧力分
布で、定ハネ１２側に押圧される。一方、動ハネ７の上
面では、前記した圧縮作用により外側は吸入圧（Ｐ
ｓ）、中段は中間圧、中央部は高圧（Ｐｄ）の圧力分布
と、前述した動圧発生溝１８の部分の油膜圧力が動ハネ
７を軸受ブロック５側に押しもどす力が作用する。この
油膜の発生力は、基本的には動圧発生溝１８の形状と運
動速度および潤滑油の程度により決定されるが、動ハネ
の鏡板１０と定ハネ１２の端面１２ａとの隙間量δによ
り、その発生力は自己制御される。即ち、充分な油膜発
生力を持つ条件下では、動ハネ７を定ハネ１２に押圧す
る力に応じた油膜力が生じ、例えば、図４ａのごとく、
その押圧力が大きければ隙間量δは小さくなり、大きな
油膜圧力が発生する。逆に、押圧する力が小さくなる
と、隙間量は図４ｂの如く拡大し、発生力を小さくす
る。

【００１４】ところで、スクロールコンプレッサでは、
動ハネ７は旋回運動を行うため、回転運動に比べるとそ
の移動速度は小さいため、充分な動圧を発生させる軸受
構造は難しくなる。また、スクロールコンプレッサの場
合、前述した動ハネ上面，背面の圧力分布のみならず、
圧縮による転覆モーメントや、運動による慣性力等が複
雑に作用するため、鏡板１０のスラスト荷重支持部全体
になるべく均一な油膜反力を発生させる必要がある。こ
の油膜圧力分布やその発生力は、動圧発生溝１８の設計
により大きく変化する。解析結果の一例を図５，図６，
図７，図８に示す。図５は、分割のない動圧発生溝１８
の場合であり、動ハネ７が図の中で上から下へ移動した
時の圧力分布図である。油膜圧力は動圧発生溝１８の上
野部分に発生するが、下半分には発生しない。図６は、
４分割にした動圧発生溝１８の場合であるが、上部と、
中央やや下寄りに油膜力が発生している様子がわかる。
図７，図８は各々５，６分割の場合であるが、微少に圧
力分布の発生する位置と大きさが異なる。この発生力に
ついて、上半分，下半分及び全体の量を図９にプロット
した。この図から、分割数を多くすると、合計発生力は
徐々に低下してゆく。しかし、下半分で発生する力は
１，２分割では零であり、４分割が尤も大きいことが判
る。

【００１５】この解析の結果、動圧型スラスト流体軸受
をスクロールコンプレッサの動ハネのスラスト軸受支持
部に適用させるには、鏡板の大きさをさほど拡大する必
要のない狭い環状の動圧発生溝１８を鏡板外周部に設
け、形状的には、負荷容量的に大きくかつ、運動時に全
周でなるべく均一に油膜が発生する４分割以上のステッ
プ型形状が望ましいことが判明した。

【００１６】また、潤滑油の供給には、発生油圧を逃す
ことなく形成させるためには、各ステップ状の動圧発生
溝１８の中央から外側に開口した油導入溝２０が適切で
ある。

【００１７】図１０は本発明の第２の実施例を示す。動
圧発生溝１８を定ハネ１２の端面１２ａに形成した場合
であり、溝形状及び潤滑油の油導入溝２０は第１の実施
例と同様の考え方で良い。

【００１８】実施例２ではいずれも４分割の環状ステッ
プ型の動圧発生溝について示したが、分割数は４分割以
上であれば良い。

【００１９】また、動ハネ７を定ハネ側に付勢する手段
として、中央部を高圧、周辺部を低圧とする例を示した
が、全体を中間圧にしても良いことは言うまでもない。

【００２０】

【発明の効果】本発明では、動ハネの鏡板ないし定ハネ
の端面の両者の狭い接触部に、４ヶ以上に分割された環
状の狭くて浅い動圧発生溝を形成することにより、動ハ
ネは定ハネ端面から微少量浮上して運転できるため、両
者は強い金属接触することなくく、低い摩擦トルクのス
ラスト流体軸受が構成できる。この溝形状はシンプルか
つ加工性の良いことを特徴とするのみならず、詳細な流
体解析により最適化されたものであり、充分な負荷容量
と理想的な圧力分布を持つ。この結果、スクロールコン
プレッサは機械損失量が軽減され、高効率化が図れる。
又、スラスト軸受は摩耗，焼付等の面でも大幅な信頼
性，耐久性向上が期待できるなど、その効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるスクロールコンプレッ
サを示す断面図

【図２】本発明の一実施例による動ハネの平面図

【図３】動ハネに作用する圧力分布の概念図

【図４】（ａ）鏡板隙間が小さな場合の圧力分布の概念
図（ｂ）鏡板隙間が大きな場合の圧力分布の概念図

【図５】分割のない環状溝の場合の圧力分布を示す図

【図６】４分割環状溝の場合の圧力分布を示す図

【図７】５分割環状溝の場合の圧力分布を示す図

【図８】６分割環状溝の場合の圧力分布を示す図

【図９】分割数と発生力の関係を示すグラフ

【図１０】本発明の第２の実施例を示す平面図

【図１１】従来のスクロールコンプレッサを示す断面図

【図１２】従来のスクロールコンプレッサのハネの噛合
いを示す断面図

【符号の説明】

７動ハネ１２定ハネ１８動圧発生溝１９外周空間２０油導入溝２２軸シール

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】渦巻状のハネを有する定ハネと、前記定
ハネと対をなすハネを有する動ハネと、偏心部を持ち前
記動ハネを旋回駆動させるシャフトと、前記シャフトを
軸受すると共に、前記定ハネと締結された軸受ブロック
からなるスクロールコンプレッサにおいて、前記動ハネ
は、背面から付勢手段により定ハネ側に押圧され、前記
動ハネと前記定ハネの接触部である前記動ハネの鏡板外
周部ないし前記定ハネの端面部に、４分割以上に分割さ
れた環状の動圧発生溝を形成すると共に、各溝の中央部
には動ハネの外周空間に開口した油導入溝が連結されて
いることを特徴とするスクロールコンプレッサ。