JP5963854B2 - 回転機械および冷凍サイクル機器 - Google Patents
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Description
≪第1実施形態≫
まず、図1〜図6を参照しながら本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るスクロール圧縮機100を示す縦断面図である。すなわち、この第1実施形態では、本発明の回転機械について、冷媒ガスの圧縮を行うスクロール圧縮機100の例を用いて説明する。
油膜を介して摺動する回転軸(例えばクランク軸106)と円筒状の軸受(例えば主軸受108)との界面で生じる油膜せん断力は、一般にペトロフの式と呼称される式(1)の関係を有することが知られている。
F=τA=η(V/h)A ・・・(1)
ここで、Fは油膜せん断力、τは油膜せん断応力、ηは絶対粘度、Vは回転軸の周速、hは半径隙間(油膜厚さ)、Aは油膜せん断に関わる軸受内周の面積である。
図3に示したような3個のすべり軸受ブッシュである上側ブッシュ120、中間ブッシュ121、および下側ブッシュ122を有する主軸受108を軸受ハウジング107aの貫通孔107b内に配置し、この主軸受108に対してクランク軸106が潤滑油を介して摺動した場合の油膜せん断による軸受損失の評価を行った。そして、本発明の第1実施形態に係る軸受構造における中間ブッシュ121とクランク軸106との間の隙間が軸受損失および最小油膜厚さに及ぼす影響を検証した。その検証結果を、図5および図6に示す。
上側ブッシュ120および下側ブッシュ122の材質として、中間ブッシュ121の材質よりも線膨脹率が小さいカーボン系、金属系、セラミクス系の材料が使用され得る。図3に示した例では、片当り時および油膜破断による直接接触摩擦時の耐摩耗性確保を重視し、黒鉛を含む炭素質基材に金属を含浸したカーボン軸受材料が使用されている。但し、上側ブッシュ120および下側ブッシュ122の材質として、適用する回転機械に要求される耐摩耗性や耐環境性等に合わせ、例えば、鋳鉄、炭素鋼、銅合金、黄銅、すず合金、アルミニウム合金、ジルコニア、アルミナ、炭化珪素、窒化珪素等が使用されてもよい。
中間ブッシュ121の材質として、上側ブッシュ120および下側ブッシュ122の材質よりも線膨脹率が大きい樹脂材料が使用され得る。但し、中間ブッシュ121の材質として、適用する回転機械の温度条件や期待する軸受隙間の変化量等に応じて、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ナイロン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン等、およびこれらの樹脂と焼結金属、粒子、繊維材料等による複合材が使用されてもよい。
図7は、第1実施形態の第1変形例に係る主軸受108a付近の拡大断面図である。図1〜図6に示した第1実施形態と同様の構成及び作用は、この第1変形例に取り込まれるものとして詳細な説明を省略し、相違する点について説明する(以降に説明するさらに別の変形例でも同様)。
図8は、第1実施形態の第2変形例に係る主軸受108b付近の拡大断面図である。
図8に示すように、第1実施形態の第2変形例では、クランク軸106の外径は、主軸受108bの中間ブッシュ121aに対向する部分において他の部分よりも小さくなっている。すなわち、主軸受108bの中央部における軸受隙間を拡大する方法は、第1実施形態のように中間ブッシュ121の内径を拡大する代わりに、中間ブッシュ121aに対向する部分のクランク軸106の外径を小さくすることによっても可能である。
図9は、第1実施形態の第3変形例に係る主軸受108c付近の拡大断面図である。
図9に示すように、第1実施形態の第3変形例では、中間ブッシュ121bの内周面に、当該内周面を周方向に分割する溝124が少なくとも一箇所形成されている。このような第1実施形態の第3変形例によれば、前記した第1実施形態と同様の作用効果を奏することができることに加えて、溝124を設けることにより、熱膨張時に中間ブッシュ121bにおける周方向の内部応力を緩和し、温度上昇に対する内径変化のばらつきを低減できるほか、溝124を設けた分だけ摺動面積が小さくなるので、軸受損失の更なる低減が可能となる。
図10は、第1実施形態の第4変形例に係る主軸受108d付近の拡大断面図である。
図10に示すように、第1実施形態の第4変形例では、中間ブッシュ121cの内周面には、当該内周面を周方向に分割する溝124aが形成されており、溝124aは、中間ブッシュ121cの軸方向における両端部から中央部に向けてクランク軸106の回転方向に傾斜して延びるV字状を呈している。このような第1実施形態の第4変形例によれば、前記した第1実施形態の第3変形例と同様の作用効果を奏することができることに加えて、更に次のような作用効果を奏する。すなわち、潤滑油が溝124aを通って中間ブッシュ121cの軸方向における両端部から中央部に寄せられて中央部付近の圧力が高まる。このため、特に高負荷時において動圧を向上させて、最小油膜厚さを増加させることが可能となる。
次に、図11を参照しながら本発明の第2実施形態について説明する。
図11は、本発明の第2実施形態に係るロータリ圧縮機130を示す縦断面図である。すなわち、この第2実施形態では、本発明の回転機械について、冷媒ガスの圧縮を行うロータリ圧縮機130の例を用いて説明する。
106 クランク軸(軸)
107a 軸受ハウジング(ハウジング部)
107b 貫通孔(穴)
108,108a〜108d 主軸受(すべり軸受)
117 潤滑油
120 上側ブッシュ(第1軸受部)
121,121a〜121c 中間ブッシュ(中間軸受部)
122,122a 下側ブッシュ(第2軸受部)
124,124a 溝
130 ロータリ圧縮機(回転機械)
132 回転シャフト(軸)
135a 軸受ハウジング(ハウジング部)
135b 貫通孔(穴)
140 上側ブッシュ(第1軸受部)
141 中間ブッシュ(中間軸受部)
142 下側ブッシュ(第2軸受部)
143 上軸受(すべり軸受)
Claims (10)
- 回転運動する軸と、
前記軸が挿入される穴を有するハウジング部と、
前記ハウジング部の前記穴内の軸方向における一方の端に最も近く配置される第1軸受部、他方の端に最も近く配置される第2軸受部、並びに前記第1軸受部と前記第2軸受部との間に配置され、線膨脹係数が前記ハウジング部、前記第1軸受部、および前記第2軸受部よりも大きく、かつ、少なくとも前記軸の回転起動前において前記軸の外周面との間の隙間が前記第1軸受部および前記第2軸受部よりも大きい中間軸受部を有し、前記軸の外周面に対して潤滑油を介して摺動するすべり軸受と、
を備えることを特徴とする回転機械。 - 前記軸の外径は、前記中間軸受部に対向する部分において他の部分よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の回転機械。
- 前記中間軸受部の内周面には、当該内周面を周方向に分割する溝が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の回転機械。
- 前記中間軸受部の内周面には、当該内周面を周方向に分割する溝が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の回転機械。
- 前記第1軸受部および前記第2軸受部の材質は黒鉛を含む炭素質基材に金属が含有されているカーボン軸受材料であり、前記中間軸受部の材質は樹脂を含むことを特徴とする請求項1に記載の回転機械。
- 前記第1軸受部および前記第2軸受部の材質は黒鉛を含む炭素質基材に金属が含有されているカーボン軸受材料であり、前記中間軸受部の材質は樹脂を含むことを特徴とする請求項2に記載の回転機械。
- 前記第1軸受部および前記第2軸受部の材質は黒鉛を含む炭素質基材に金属が含有されているカーボン軸受材料であり、前記中間軸受部の材質は樹脂を含むことを特徴とする請求項3に記載の回転機械。
- 前記第1軸受部および前記第2軸受部の材質は黒鉛を含む炭素質基材に金属が含有されているカーボン軸受材料であり、前記中間軸受部の材質は樹脂を含むことを特徴とする請求項4に記載の回転機械。
- 前記回転機械は、スクロール圧縮機あるいはロータリ圧縮機であることを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の回転機械。
- 請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の回転機械を冷凍または空調用の冷媒圧縮機として備えることを特徴とする冷凍サイクル機器。
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