JP6286654B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空調・冷凍機等に搭載されるスクロール圧縮機に関するものである。さらに詳しくは、旋回スクロールのスラスト軸受摺動部の潤滑性能向上により、効率向上とさらなる信頼性向上を実現するスクロール圧縮機に関するものである。

従来、空気調和装置等の冷凍サイクルの圧縮機としてスクロール圧縮機が用いられている。そのスクロール圧縮機の代表的なスクロール型圧縮機１は、例えば図４に示される様な縦型の構成になっている（例えば、特許文献１参照）。両端が閉鎖された筒状の密閉容器２の内側には電動要素３とスクロール圧縮要素４とが内蔵されている。上記電動要素３は上記密閉容器２の内壁面側に固定されたステータ３ａとそのステータ３ａの内側で回転するロータ３ｂとからなっている。またスクロール圧縮要素４は、上記密閉容器２に対して固定された渦巻き状のラップを有する固定スクロール５ａと、固定スクロール５ａの渦巻き状のラップを互いに噛合せて圧縮室を形成しつつ相対的に旋回運動する渦巻き状のラップを有する旋回スクロール４ａとからなっている。

回転軸６にはロータ３ｂが貫通され固定結合されており、ロータ３ｂをはさんで上方の主軸部６ａと下方の副軸部６ｂ、また主軸部６ａ上方の端部に、回転軸６の軸心から偏心した偏心軸部（クランク部）６ｃを有している。そして回転軸６と一体のロータ３ｂは、主軸部６ａと副軸部６ｂを、各々第１支持フレーム７の主軸受部７ａと第２支持フレーム１０の副軸受部１０ａを介して、回転自在に支持されている。上記第１支持フレーム７には、主軸部６ａのラジアル荷重を支持する主軸受（ジャーナル軸受）７ａおよび、旋回スクロール４ａのスラスト荷重を支持する環状の主スラスト軸受部７ｃを備え、主フレーム支持部７ｂを介して密閉容器２に固定されている。上記第２支持フレーム１０には、密閉容器２内に装着されて回転軸６のラジアル荷重を支持する副軸受（ジャーナル軸受）１０ｂおよびスラスト荷重を支持する副スラスト軸受１０ｄを備え、フレーム支持部１０ｃを介して密閉容器２に固定されている。

固定スクロール５ａは、上記旋回スクロール４ａに対面する部分に渦巻き形状のラップ５ｂが形成され、渦巻きの中央部にラップ面側から半ラップ面側へ貫通して設けた吐出穴１７が形成されており、上記第１支持フレーム７に外周部をボルト等で固定結合されている。旋回スクロール４ａは、円盤状の鏡板４ｃの一方の平面には渦巻き形状のラップ４ｂが形成され、反ラップ側の平面には、中央部に上記偏心軸部６ｃが接続されるボス状の偏心軸受部４ｄと、その外周に主スラスト軸受部７ｃとの旋回摺動部４ｅが形成されている。そして偏心軸受部４ｄに偏心軸部６ｃが回転自在に勘合されるとともに、第１支持フレーム７の主スラスト軸受部７ｃ上に設置され、オルダムリング（図示せず）を介して偏心軸部６ｃの偏心回転に伴い、旋回運動を行う。

上記構成で、スクロール圧縮要素４による圧縮動作と冷媒の搬送動作を説明する。旋回スクロール４ａの旋回運動によって、上記両方のラップ４ｂ、５ｂとで形成された複数の圧縮室１５は、吸入管１６から密閉容器２の低圧空間２ｃに収容された低圧の冷媒ガスを外周部で吸込み、回転軸６の回転に伴い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が圧縮される。圧縮された冷媒ガスは、吐出穴１７から密閉容器２の高圧空間２ｂに吐出され、さらに吐出管１８から空調システム側（図示せず）へ吐出搬送される。また、潤滑油８の給油動作を説明する。上記回転軸６の油吸込管６ｄは上記密閉容器２の底部の貯油部２ａの潤滑油８に没するように下方に延長されており、潤滑油８は回転軸６の回転に伴い油吸込管６ｄ内で回転して、生じた遠心力で、油吸込管６ｄを上昇し、さらに給油縦孔１２を上昇し、副軸受部１０ａ、主軸受部７ａ、偏心軸受部４ｄへ給油される。その後、偏心軸受部４ｄと第１支持フレーム７とのボス空間９に流れ込んだ潤滑油８は、主スラスト軸受部７ｃを給油され、第１支持フレーム７から流出し、底部の貯油部２ａへ還流する。

図５は、図４のスクロール型圧縮機１の第１支持フレーム７の近傍を拡大して示した図である。圧縮動作中、主スラスト軸受部７ｃは、旋回スクロール４ａにかかる圧縮圧力等から生じるスラスト荷重を受ける。旋回スクロール４ａの圧縮室１５側の鏡板面にかかる圧力分布（図中Ｆｐ）は、圧縮室１５の内圧力（図中矢印Ｐ参照）に応じて外周の吸入圧力から中央の吐出圧力まで次第に高くなっている。通常、旋回スクロール４ａ及び主スラスト軸受部７ｃは鋳鉄（例えばＦＣ２５０）で構成されており弾性を有している。そのため、主スラスト軸受部７ｃにかかるスラスト荷重の圧力分布（図中Ｆｔ１）は、上記圧力室側の圧力分布に応じ外周より内周側が高い圧力分布となっている。

また、鏡板４ｃのボス空間９に面した部分は、上記圧縮室１５の圧力により下方に撓み鏡板４ｃの変形（図中Ｒｔ）を生じさせる。この変形を生じながら旋回スクロール４ａが旋回運動し主スラスト軸受部７ｃの内周部と接触摺動する際、部分的に高い接触面での圧力（すなわち面圧）を生じやすく、その場合も同様にスラスト荷重の圧力分布（図中Ｆｔ１）は主スラスト軸受部７ｃの外周より内周側が高い圧力分布となる。

また、固定スクロール５ａが第１支持フレーム７に対し軸方向に可動可能で、固定スクロール５ａの半ラップ側から旋回スクロール４ａ方向へ押接される構造の場合（例えば、特許文献２）、固定スクロールに作用する押接力は旋回スクロール４ａにかかる為、主スラスト軸受部７ｃにかかるスラスト荷重が、その押接力分増加しより高い圧力分布が局所的に生じ易いやすい。

このように接触面での圧力の高い、すなわち面圧の高い主スラスト軸受部７ｃの内周部では、より厳しい摺動条件の場合は、摺動損失の増大や摩耗が生じる可能性があり、効率向上およびさらなる信頼性面向上が必要となる課題を有していた。このような課題に鑑みて、主スラスト軸受部７ｃの面圧を緩和し潤滑性能を良好とすることで、摺動損失の低減による性能向上、さらには、より潤滑条件の厳しい運転条件でも耐摩耗や耐焼付き性向上による信頼性のさらなる向上を実現できるスクロール圧縮機を提供する必要があった。

特開平１１−１８２４７３号公報 特許第３０６８９０６号公報

このように旋回スクロール４ａと接触摺動する主スラスト軸受部７ｃとの接触面では、局所的に高い圧力分布が生じ易く、局所的に摺動条件が厳しくなり、その部分での摺動損失等が性能に影響を生じやいという課題があった。本発明の目的は、旋回スクロールを支持する主スラスト軸受面にかかるスラスト荷重に応じて傾斜可能とすることで、接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和することで、主スラスト軸受での潤滑性能を向上させ、高効率でより信頼性の高いスクロール圧縮機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明のスクロール圧縮機は、固定スクロールが旋回スクロール側へ押接され、前記スラスト軸受にかかるスラスト荷重が前記押接力分増加する構成であって、前記スラスト軸受に切欠溝を設けて旋回スクロールを支持する力に応じて傾斜可能な傾斜弾性部を設け、前記傾斜弾性部は主スラスト軸受の内周と外周の両方に併設し、前記旋回スクロールを支持するスラスト力に応じてスラスト軸受面を傾斜可能としている。これにより、高いスラスト力がかかる部分の接触面圧が、スラスト軸受面の傾斜により、局所的に高い接触面圧の発生を抑制できる。さらに、この構成によれば、旋回スクロールの圧縮室側の鏡板面にかかる圧力分布が、内周と外周の両方が高い場合であっても、接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和できる。

本発明のスクロール圧縮機によれば、固定スクロールが旋回スクロールへ押接され、その押接荷重が主スラスト軸受面にスラスト荷重として増加する場合でも、そのスラスト荷重に応じて主スラスト軸受面を傾斜させ、スラスト軸受面の局所的な接触面圧を緩和できるため、高効率でより信頼性の高いスクロール圧縮機を、高い生産性で安価に提供することができる。さらに、この構成によれば、旋回スクロールの圧縮室側の鏡板面にかかる圧力分布が、内周と外周の両方が高い場合であっても、接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和できる。

本発明の実施の形態１における、主スラスト軸受部の説明図 本発明の実施の形態２における、主スラスト軸受部の説明図 本発明の実施の形態３における、主スラスト軸受部の説明図 従来のスクロール圧縮機の縦断面図 同スクロール圧縮機における主スラスト軸受部の拡大断面図

第１の発明は、鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された固定スクロールと、前記固定スクロールのラップ部との間に複数の圧縮室を形成する渦巻き状のラップ部が鏡板に立設され、前記固定スクロールに対向して旋回可能に設けられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板の反ラップ側の面を支持するスラスト軸受と、前記旋回スクロールを旋回駆動する駆動軸と、前記駆動軸を回転支持するとともに前記スラスト軸受を有する支持フレームと、を有し、前記固定スクロールは、前記旋回スクロール側へ押接され、前記スラスト軸受にかかるスラスト荷重が前記押接力分増加する構成とし、前記スラスト軸受に切欠溝を設けて旋回スクロールを支持する力に応じて傾斜可能な傾斜弾性部を設け、前記傾斜弾性部は主スラスト軸受の内周と外周の両方に併設し、かつ、前記スラスト軸受は、前記旋回スクロールを支持する力に応じてスラスト軸受面を傾斜可能として設けたものである。この構成によれば、固定スクロールが旋回スクロールへ押接され、その押接荷重が主スラスト軸受面にスラスト荷重として増加する場合でも、そのスラスト荷重に応じて主スラスト軸受面を傾斜させ、接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和できるため、主スラスト軸受での潤滑性能が向上し、摺動部の損失低減、摩耗や焼付き防止ができ、効率向上および信頼性をより向上できる。

さらに、この構成によれば、旋回スクロールの圧縮室側の鏡板面にかかる圧力分布が、内周と外周の両方が高い場合であっても、接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記スラスト軸受は前記支持フレームと一体に弾性体で構成するとともに、そのスラスト軸受面は環状に形成して、内周側に傾斜可能とする片持ち構造の傾斜弾性部を設けたものである。この構成によれば、旋回スクロールから主スラスト軸受面を環状にすることで、局部的に高い接触面圧が発生しやすい受圧面の淵部を少なく出来る。また、圧縮室圧力から主スラスト軸受面にかかるスラスト力が外周より内周側が高い圧力分布を生じ易いが、内周側に傾斜し易くすることで、主スラスト軸受面の内周側近傍の接触摺動面の局所的な高い圧力分布を緩和できるため、主スラスト軸受での潤滑性能が向上し、摺動部の損失低減、摩耗や焼付き防止ができ、効率向上および信頼性をさらに向上できる。加えて、従来の構成において容易な加工により、旋回スクロールを支持する主スラスト軸受面をスラスト荷重に応じて傾斜させる構成が実現できるため、高い生産性で、効率向上および信頼性をより向上できる。

また、前記固定スクロールが、前記旋回スクロール側へ押接された構成で、前記主スラスト軸受面を傾斜可能とするものである。この構成によれば、固定スクロールが旋回スクロールへ押接され、その押接荷重が主スラスト軸受面にスラスト荷重として増加する場合でも、そのスラスト荷重に応じて主スラスト軸受面を傾斜させる構成が実現できるため、高い生産性で、効率向上および信頼性をより向上できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。尚、図示されていない部分は、図４の従来例の圧縮機と同等であるため説明を省略する。また、従来例の圧縮機と同等の機能を有する部分は、図４および図５と同じ番号を付け、説明を省略する。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態によるスクロール圧縮機の第１支持フレームの主スラスト軸受部の近傍を拡大して示した図である。図１において、第１支持フレーム７には、環状の主スラスト軸受部７ｃが一体となって設けられており、特に、ボス空間９の内壁側から主スラスト軸受部７ｃの下方に切欠溝２１を設けることで、主スラスト軸受部７ｃが内周側に片持ち構造として傾斜弾性部２２を設けている。

旋回スクロール４ａの圧縮室１５側の鏡板面にかかる圧力分布（図中Ｆｐ）は、従来と同様に圧縮室１５の内圧力（図中矢印Ｐ参照）に応じて外周の吸入圧力から中央の吐出圧力まで次第に高くなる。主スラスト軸受部７ｃにかかるスラスト荷重による圧力分布は、片持ち構造の傾斜弾性部２２がスラスト荷重に応じて下方（図中矢印Ｋ）に撓むため、その圧力分布は（図中Ｆｔ２）は傾斜弾性部２２に対応する主スラスト軸受部７ｃの内周側の接触面圧が緩和され、局所的に高い面圧が発生することを防止できる。これにより主スラスト軸受部７ｃでの良好な潤滑状態が確保され、スラスト摺動損失を抑えることができる。併せて、摺動部の摩耗や焼付き等の発生も抑制することできる。したがって、効率の向上とより高い信頼性の向上を実現できるスクロール圧縮機を提供できる。

また、上記固定スクロール５ａが第１支持フレーム７に対し軸方向に可動可能で、固定スクロール５ａの半ラップ側から旋回スクロール４ａ方向へ押接される形態の場合は、傾斜弾性部２２を設けた形態とすることでより効果的に局所的に高い面圧が発生することを防止できる。すなわち、主スラスト軸受部７ｃにかかるスラスト荷重が押接力分増加しても、傾斜弾性部２２により増加したスラスト荷重に応じて傾斜し、圧力分布を緩和することができる。

なお、上記形態では、第１支持フレーム７と主スラスト軸受部７ｃを一体構成としたが、別部品として構成しても良い。

なお、上記形態では、主スラスト軸受部７ｃを環状としたが、分割された場合でも上記同様に効果を得られることはいうまでもない。

（実施の形態２）
実施の形態１では、切欠溝２１が矩形断面で構成されているが、本実施の形態においては、図２に示すように切欠溝２１ｂを台形断面としている。図２は、実施の形態２におけるスクロール圧縮機の第１支持フレームの主スラスト軸受部の近傍を拡大して示した図である。傾斜弾性部２２ｂの内周側の端部厚み（図中Ｙａ）が外周側の根元厚み（図中Ｙｂ：切欠溝２１ｂ底部に対応する厚み）より薄くなるようにすることで、傾斜弾性部２２ｂの根元の強度を確保しつつ傾斜確保することが出来る為、矩形断面の形態よりさらに主スラスト軸受部７ｃの圧力分布（Ｆｔ３）を緩和することができる。

なお、旋回スクロール４ａの鏡板４ｃの厚みＴｂにくらべ傾斜弾性部の厚み（Ｙａ，Ｙｂ）を薄く設定することで、鏡板４ｃの変形Ｒｔに沿って傾斜しやすくなるため、より主スラスト軸受部７ｃの圧力分布（図中Ｆｔ３）を緩和し平坦にでき、良好な潤滑の摺動状態を実現できる。

なお、主スラスト軸受部７ｃの幅Ｑｔは旋回スクロール４ａの旋回半径Ｅｓより大きくすることで、ボス空間９内の潤滑油８が旋回摺動部４ｅに付着し主スラスト軸受部７ｃに給油しやすく、より良好な潤滑を実現できる。さらに、切欠溝２１ｂの深さＹｈは、傾斜弾性部２２ｂの内周端部厚みＹａより大きくすることでも、傾斜弾性部２２ｂが、傾斜し易くすくなるため、より主スラスト軸受部７ｃの圧力分布（図中Ｆｔ３）を緩和し平坦にでき、良好な潤滑の摺動状態を実現できる。

（実施の形態３）
なお、上記形態では、傾斜弾性部２２を主スラスト軸受部７ｃの内周側に設けたが、旋回スクロール４ａの圧縮室１５側の鏡板面にかかる圧力分布が、内周側より外周側が高い場合や、内周と外周が高い場合は、図３に示すように内周と外周に傾斜弾性部を設けてもよい。すなわち、内周側には切欠溝２１ｂと傾斜弾性部２２ｂとが設けられ、外周部には切欠溝２１ｃと傾斜弾性部２２ｃとが設けられている。

以上のように、本発明にかかるスクロール圧縮機は、旋回スクロールを支持する主スラスト軸受が高い潤滑性能を有するため、高い性能およびより高い信頼性を実現できる。したがって、空調・冷凍用に限らず、車載用含め、同様の主スラスト軸受を有するスクロール式の流体機械にも適用できる。

１ スクロール型圧縮機
２ 密閉容器
２ａ 貯油部
２ｂ 高圧空間
２ｃ 低圧空間
３ 電動要素
３ａ ステータ
３ｂ ロータ
４ スクロール圧縮要素
４ａ 旋回スクロール
４ｂ ラップ
４ｃ 鏡板
４ｄ 偏心軸受部
４ｅ 旋回摺動部
５ａ 固定スクロール
５ｂ ラップ
６ 回転軸
６ａ 主軸部
６ｂ 副軸部
６ｃ 偏心軸部
６ｄ 油吸込管
７ 第１支持フレーム
７ａ 主軸受部
７ｂ 主フレーム支持部
７ｃ 主スラスト軸受部
８ 潤滑油
９ ボス空間
１０ 第２支持フレーム
１０ａ 副軸受部
１０ｃ フレーム支持部
１０ｄ 副スラスト軸受
１５ 圧縮室
１６ 吸入管
１７ 吐出穴
１８ 吐出管
２１ 切欠溝
２１ｂ 切欠溝
２１ｃ 切欠溝
２２ 傾斜弾性部
２２ｂ 傾斜弾性部
２２ｃ 傾斜弾性部

Claims (2)

1. 鏡板に渦巻き状のラップ部が立設された固定スクロールと、
   前記固定スクロールのラップ部との間に複数の圧縮室を形成し、渦巻き状のラップ部が鏡板に立設され、前記固定スクロールに対向して旋回可能に設けられた旋回スクロールと、前記旋回スクロールの鏡板の反ラップ側の面を支持するスラスト軸受と、
   前記旋回スクロールを旋回駆動する駆動軸と、
   前記駆動軸を回転支持するとともに前記スラスト軸受を有する支持フレームと、
   を有し、
   前記固定スクロールは、前記旋回スクロール側へ押接され、前記スラスト軸受にかかるスラスト荷重が前記押接力分増加する構成とし、
   前記スラスト軸受に切欠溝を設けて旋回スクロールを支持する力に応じて傾斜可能な傾斜弾性部を設け、前記傾斜弾性部は主スラスト軸受の内周と外周の両方に併設し、
   かつ、前記スラスト軸受は、前記旋回スクロールを支持する力に応じてスラスト軸受面を傾斜可能としたことを特徴とするスクロール圧縮機。
2. 前記スラスト軸受は前記支持フレームと一体に弾性体で構成するとともに、そのスラスト軸受面は環状に形成して、内周側に傾斜可能とする片持ち構造の傾斜弾性部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクロール圧縮機。