JP6627557B2 - 軸受ハウジング、および、回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、軸受ハウジング、および、回転機械に関する。

冷凍装置に用いられる圧縮機等は、回転するシャフトと連結される回転機械を備えている。シャフトは、軸受によって支持され、軸方向に交差する方向の荷重を回転機械から受ける。そのため、シャフト表面と接する軸受表面には面圧がかかる。軸受表面には、シャフトの撓みによって面圧分布の偏りが発生する場合がある。面圧分布が偏っているほど、軸受にかかるピーク面圧が大きくなるので、軸受の耐力が低下しやすい。軸受の耐力の低下は、回転機械の効率の低下につながる。そのため、軸受表面の面圧分布は、できるだけ偏っていないことが好ましい。

通常、シャフトが撓んで傾いている場合の面圧は、軸受の軸方向端部において最大となる。従来、特許文献１（特開２００３−２０６８７３号公報）に開示されているように、面圧が最大となる端部を弾性変形させることで、当該端部の面圧を抑える方法が用いられている。しかし、この方法では、軸受表面全体でシャフトの荷重を均等に受けることができず、シャフトが傾いていない状態と同等の面圧分布を実現することができない。

本発明の課題は、軸受部にかかる面圧を分散させることができる軸受ハウジング、および、それを備える信頼性が高い回転機械を提供することにある。

本発明の第１観点に係る軸受ハウジングは、軸受部と、本体部と、連結部とを備える。軸受部は、軸方向に交差する径方向の荷重を受けるシャフトを支持する。連結部は、第１端部において、軸受部と本体部とを連結する。第１端部は、シャフトが荷重を受ける箇所から軸方向においてより遠い側に位置する軸受部の端部である。連結部の軸方向の寸法は、連結部の径方向の寸法の２０％〜４０％である。

第１観点に係る軸受ハウジングは、軸受部に支持されるシャフトが傾斜または湾曲しても、シャフトの形状に沿うように軸受部を傾斜または変形させることができる。これにより、シャフトから軸受部が受ける荷重によって軸受部にかかる面圧は、シャフトの軸方向において均等に分散される。従って、第１観点に係る軸受ハウジングは、軸受部にかかる面圧を分散させることができる。

本発明の第２観点に係る軸受ハウジングは、第１観点に係る軸受ハウジングであって、軸受部は、軸受部とシャフトとの間の第１隙間を形成する。

第２観点に係る軸受ハウジングは、軸受部に支持されるシャフトが傾斜または湾曲しても、シャフトの形状に沿うように軸受部を傾斜または変形させることができる。

本発明の第３観点に係る軸受ハウジングは、第１観点または第２観点に係る軸受ハウジングであって、軸受部は、円筒形状を有する。また、連結部は、軸受部と本体部との間に円筒形状の隙間である第２隙間を形成する。

第３観点に係る軸受ハウジングは、第２隙間の存在によって、軸受部に支持されるシャフトが傾斜しても、シャフトの形状に沿うように軸受部を傾斜させることができる。

本発明の第４観点に係る軸受ハウジングは、第１観点または第２観点に係る軸受ハウジングであって、連結部は、軸受部と本体部との間の隙間である第３隙間を形成する。第３隙間の寸法は、第１端部から第２端部に向かって大きくなっている。第２端部は、第１端部の反対側の軸受部の端部である。

第４観点に係る軸受ハウジングは、第１端部よりも薄く変形しやすい第２端部を有する軸受部を備える。そのため、この軸受ハウジングは、第３隙間の存在によって、軸受部に支持されるシャフトが湾曲しても、シャフトの形状に沿うように軸受部を変形させることができる。

本発明の第５観点に係る軸受ハウジングは、第１乃至第４観点のいずれか１つに係る軸受ハウジングであって、軸受部、本体部、および、連結部は、一体の部材である。

第５観点に係る軸受ハウジングは、鋳造等によって容易に製造可能である。

本発明の第６観点に係る軸受ハウジングは、第１乃至第４観点のいずれか１つに係る軸受ハウジングであって、連結部は、軸受部および本体部の少なくとも一方とは別の部材である。

第６観点に係る軸受ハウジングは、それぞれ異なる材質からなる軸受部、本体部および連結部を備えることができる。

本発明の第７観点に係る回転機械は、第１乃至第６観点のいずれか１つに係る軸受ハウジングと、回転機構と、シャフトとを備える。シャフトは、荷重を受ける側において回転機構と連結される。

第７観点に係る回転機械は、軸受部にかかる面圧を分散させることができる軸受ハウジングを備えるので、小型かつ低損失の軸受の設計が可能となる。従って、第７観点に係る回転機械は、信頼性を低下させることなく効率的な運転を行うことができる。

本発明の第１観点乃至第６観点に係る軸受ハウジングは、軸受部にかかる面圧を分散させることができる。

本発明の第７観点に係る回転機械は、信頼性を低下させることなく効率的な運転を行うことができる。

第１実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 固定スクロールの下面図である。 可動スクロールの上面図である。 可動スクロールの第２ラップおよび圧縮室が示された固定スクロールの下面図である。 ハウジングの斜視図である。 鉛直方向に切断されたハウジングの斜視図である。 図６に示されるハウジングの断面の一部の拡大図である。 クランクシャフトが圧縮荷重を受けていない状態における、ハウジングの断面を示す図である。 クランクシャフトが圧縮荷重を受けている状態における、ハウジングの断面を示す図である。 第２実施形態における、ハウジングの断面の一部の拡大図である。 第２実施形態における、クランクシャフトが圧縮荷重を受けている状態における、ハウジングの断面を示す図である。 第３実施形態における、ハウジングの断面の一部の拡大図である。 第３実施形態における、クランクシャフトが圧縮荷重を受けている状態における、ハウジングの断面を示す図である。 変形例Ｄにおける、鉛直方向に切断されたハウジングの斜視図である。 図１４に示されるハウジングの断面の一部の拡大図である。 変形例Ｅにおける、鉛直方向に切断されたハウジングの斜視図である。 図１６に示されるハウジングの断面の一部の拡大図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係るスクロール圧縮機１０１について、図面を参照しながら説明する。スクロール圧縮機１０１は、蒸発器、凝縮器および膨張機構と共に冷媒回路を構成する。スクロール圧縮機１０１は、冷媒回路を循環する冷媒を圧縮する。冷媒回路は、空気調和装置等の冷凍装置に備えられる。

スクロール圧縮機１０１は、互いに噛み合う渦巻状のラップを有する２つのスクロール部材を用いて冷媒を圧縮する圧縮機である。スクロール圧縮機１０１は、高低圧ドーム型のスクロール圧縮機である。

（１）スクロール圧縮機の構成
図１は、スクロール圧縮機１０１の縦断面図である。スクロール圧縮機１０１は、主として、ケーシング１０と、圧縮機構１５と、ハウジング２３と、駆動モータ１６と、下部軸受６０と、クランクシャフト１７と、吸入管１９と、吐出管２０とから構成される。スクロール圧縮機１０１は、本発明の回転機械に相当する。ハウジング２３は、本発明の軸受ハウジングに相当する。

（１−１）ケーシング
ケーシング１０は、略円筒状の胴部ケーシング部１１と、胴部ケーシング部１１の上端部に気密状に溶接される椀状の上壁部１２と、胴部ケーシング部１１の下端部に気密状に溶接される椀状の底壁部１３とから構成される。ケーシング１０は、ケーシング１０の内部および外部において圧力および温度が変化した場合に、変形および破損が起こりにくい剛性部材で成型されている。ケーシング１０は、胴部ケーシング部１１の略円筒状の軸方向が鉛直方向に沿うように設置される。

ケーシング１０の内部には、圧縮機構１５と、圧縮機構１５の下方に配置されるハウジング２３と、ハウジング２３の下方に配置される駆動モータ１６と、鉛直方向に延びるように配置されるクランクシャフト１７等が収容されている。ケーシング１０の壁部には、吸入管１９および吐出管２０が気密状に溶接されている。

ケーシング１０の底部には、潤滑油が貯留される油溜まり空間１０ａが形成されている。潤滑油は、スクロール圧縮機１０１の運転中において、圧縮機構１５等の摺動部の潤滑性を良好に保つために使用される。

（１−２）圧縮機構
圧縮機構１５は、ケーシング１０の内部に収容され、低温低圧のガス冷媒を吸引および圧縮して、高温高圧のガス冷媒（以下、「圧縮冷媒」という。）を吐出する。圧縮機構１５は、主に、固定スクロール２４と、可動スクロール２６とから構成される。固定スクロール２４は、ケーシング１０に対して固定されている。可動スクロール２６は、固定スクロール２４に対して公転運動を行う。図２は、鉛直方向下方から視た固定スクロール２４の平面図である。図３は、鉛直方向上方から視た可動スクロール２６の平面図である。

固定スクロール２４は、第１鏡板２４ａと、第１鏡板２４ａに直立して形成されるインボリュート形状の第１ラップ２４ｂとを有する。第１鏡板２４ａには、主吸入孔２４ｃが形成されている。主吸入孔２４ｃは、吸入管１９と、後述する圧縮室４０とを接続する空間である。主吸入孔２４ｃは、低温低圧の冷媒を吸入管１９から圧縮室４０に導入するための吸入空間を形成する。第１鏡板２４ａの中央部には、吐出孔４１が形成され、第１鏡板２４ａの上面には、吐出孔４１と連通する拡大凹部４２が形成されている。拡大凹部４２は、第１鏡板２４ａの上面に凹設された空間である。固定スクロール２４の上面には、拡大凹部４２を塞ぐように蓋体４４がボルト４４ａにより固定されている。固定スクロール２４および蓋体４４は、ガスケット（図示せず）を介して密着してシールされている。拡大凹部４２に蓋体４４が覆い被せられることにより、圧縮機構１５の運転音を消音させるマフラー空間４５が形成されている。固定スクロール２４には、マフラー空間４５と連通し、固定スクロール２４の下面に開口する第１圧縮冷媒流路４６が形成されている。第１鏡板２４ａの下面には、図２に示されるように、Ｃ字形状の油溝２４ｅが形成されている。

可動スクロール２６は、第２鏡板２６ａと、第２鏡板２６ａに直立して形成されるインボリュート形状の第２ラップ２６ｂとを有する。第２鏡板２６ａの下面中央部には、上端軸受２６ｃが形成されている。可動スクロール２６には、給油細孔６３が形成されている。給油細孔６３は、第２鏡板２６ａの上面外周部と、上端軸受２６ｃの内側の空間とを連通している。

固定スクロール２４および可動スクロール２６は、第１ラップ２４ｂと第２ラップ２６ｂとが噛み合うことにより、第１鏡板２４ａと、第１ラップ２４ｂと、第２鏡板２６ａと、第２ラップ２６ｂとによって囲まれる空間である圧縮室４０を形成する。圧縮室４０の容積は、可動スクロール２６の公転運動によって徐々に減少する。可動スクロール２６の公転中に、固定スクロール２４の第１鏡板２４ａおよび第１ラップ２４ｂの下面は、可動スクロール２６の第２鏡板２６ａおよび第２ラップ２６ｂの上面と摺動する。以下、可動スクロール２６と摺動する固定スクロール２４の面を、スラスト摺動面２４ｄと呼ぶ。図４は、可動スクロール２６の第２ラップ２６ｂの位置および圧縮室４０が示された固定スクロール２４の下面図である。図４において、ハッチングされた領域は、固定スクロール２４のスラスト摺動面２４ｄを表す。図４において、スラスト摺動面２４ｄの外縁は、公転する可動スクロール２６の第２鏡板２６ａの外縁の軌跡を表す。図４に示されるように、固定スクロール２４の油溝２４ｅは、スラスト摺動面２４ｄに納まるように第１鏡板２４ａの下面に形成されている。

（１−３）ハウジング
ハウジング２３は、圧縮機構１５の下方に配置されている。ハウジング２３の外周面は、ケーシング１０の内面に気密状に接合されている。これにより、ケーシング１０の内部空間は、ハウジング２３の下方の高圧空間Ｓ１と、ハウジング２３の上方の空間である上部空間Ｓ２とに区画されている。

ハウジング２３の上には、固定スクロール２４が載せられている。ハウジング２３は、オルダム継手３９を介して、固定スクロール２４と共に可動スクロール２６を挟持している。オルダム継手３９は、可動スクロール２６の自転運動を防止するための環状部材である。ハウジング２３の外周部には、第２圧縮冷媒流路４８が鉛直方向に貫通して形成されている。第２圧縮冷媒流路４８は、ハウジング２３の上面において第１圧縮冷媒流路４６と連通し、ハウジング２３の下面において高圧空間Ｓ１と連通する。

ハウジング２３の上面には、クランク室Ｓ３が凹設されている。ハウジング２３には、円筒形状のハウジング貫通孔３１が形成されている。ハウジング貫通孔３１は、クランク室Ｓ３の底面中央部から、ハウジング２３の下面中央部まで、ハウジング２３を鉛直方向に貫通している。ハウジング２３には、ケーシング１０の内面近傍の高圧空間Ｓ１とクランク室Ｓ３とを連通する油戻し通路２３ａが形成されている。ハウジング２３の詳細な構成については後述する。

（１−４）駆動モータ
駆動モータ１６は、ハウジング２３の下方に配置されるブラシレスＤＣモータである。駆動モータ１６は、主に、ケーシング１０の内面に固定されるステータ５１と、ステータ５１の内側にエアギャップを設けて配置されるロータ５２とから構成される。

ステータ５１の外周面には、ステータ５１の上端面から下端面に亘り、かつ、周方向に所定間隔をおいて切欠形成されている複数のコアカット部が設けられている。コアカット部は、胴部ケーシング部１１とステータ５１との間を鉛直方向に延びるモータ冷却通路５５を形成する。

ロータ５２は、その回転中心を鉛直方向に貫通するクランクシャフト１７に連結されている。ロータ５２は、クランクシャフト１７を介して、圧縮機構１５に接続されている。

（１−５）下部軸受
下部軸受６０は、駆動モータ１６の下方に配置される。下部軸受６０の外周面は、ケーシング１０の内面に気密状に接合されている。下部軸受６０は、クランクシャフト１７を支持する。下部軸受６０の上端には、油分離板７３が取り付けられている。油分離板７３は、ケーシング１０の内部に収容される平板状の部材である。油分離板７３は、下部軸受６０の上端面に固定されている。

（１−６）クランクシャフト
クランクシャフト１７は、ケーシング１０の内部に収容される。クランクシャフト１７の軸方向は、鉛直方向に沿っている。クランクシャフト１７の上端部の軸心は、上端部を除く部分の軸心（クランクシャフト１７の回転軸）に対してわずかに偏心している。クランクシャフト１７は、バランスウェイト１８を有する。バランスウェイト１８は、ハウジング２３の下方かつ駆動モータ１６の上方の高さ位置において、クランクシャフト１７に密着して固定されている。

クランクシャフト１７は、ハウジング２３のハウジング貫通孔３１を通過する。クランクシャフト１７は、ロータ５２の回転中心を鉛直方向に貫通してロータ５２に連結されている。クランクシャフト１７の上端部は、可動スクロール２６の上端軸受２６ｃに嵌め込まれている。

クランクシャフト１７は、その軸方向に延びている主給油路６１を内部に有している。主給油路６１の上端は、クランクシャフト１７の上端面と第２鏡板２６ａの下面とによって形成される油室８３と連通している。油室８３は、第２鏡板２６ａの給油細孔６３を介して、スラスト摺動面２４ｄおよび油溝２４ｅに連通し、圧縮室４０を介して最終的に低圧空間Ｓ２に連通する。主給油路６１の下端は、油溜まり空間１０ａに連通している。

クランクシャフト１７は、主給油路６１から分岐する第１副給油路６１ａ、第２副給油路６１ｂおよび第３副給油路６１ｃを有している。第１副給油路６１ａ、第２副給油路６１ｂおよび第３副給油路６１ｃは、水平方向に延びている。第１副給油路６１ａは、クランクシャフト１７と可動スクロール２６の上端軸受２６ｃとの摺動面に開口している。第２副給油路６１ｂは、クランクシャフト１７とハウジング２３との摺動面に開口している。第３副給油路６１ｃは、クランクシャフト１７と下部軸受６０との摺動面に開口している。

クランクシャフト１７は、スクロール圧縮機１０１の運転中に、回転軸周りに回転する。回転しているクランクシャフト１７は、回転軸に対して偏心回転している上端部が受けるモーメント荷重である圧縮荷重を受ける。圧縮荷重は、クランクシャフト１７の上端部に作用し、クランクシャフト１７の軸方向（鉛直方向）に交差する径方向（水平方向）の荷重である。

（１−７）吸入管
吸入管１９は、ケーシング１０の外部から圧縮機構１５へ、冷媒回路の冷媒を導入するための管である。吸入管１９は、ケーシング１０の上壁部１２に気密状に嵌入されている。吸入管１９は、上部空間Ｓ２を鉛直方向に貫通するとともに、内端部が固定スクロール２４の主吸入孔２４ｃに嵌入されている。

（１−８）吐出管
吐出管２０は、高圧空間Ｓ１からケーシング１０の外部へ、圧縮冷媒を吐出するための管である。吐出管２０は、ケーシング１０の胴部ケーシング部１１に気密状に嵌入されている。吐出管２０は、高圧空間Ｓ１を水平方向に貫通する。ケーシング１０内にある吐出管２０の開口部２０ａは、ハウジング２３の近傍に位置している。

（２）ハウジングの詳細な構成
図５は、ハウジング２３の外観図である。図６は、円筒形状のハウジング貫通孔３１の中心軸、および、第２圧縮冷媒流路４８を通るように鉛直方向に切断されたハウジング２３の斜視図である。図６では、ハウジング２３の断面はハッチング領域で示されている。図７は、図６に示されるハウジング２３の断面の一部の拡大図である。図８は、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けていない状態における、ハウジング２３の断面の一部を示す図である。図９は、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けている状態における、ハウジング２３の断面の一部を示す図である。

ハウジング２３は、主として、上部軸受３２と、ハウジング本体３３と、連結部３４とから構成される。ハウジング２３は、上部軸受３２、ハウジング本体３３および連結部３４が一体となった部材である。図面では、上部軸受３２と連結部３４との境界、および、ハウジング本体３３と連結部３４との境界が実線で示されている。

上部軸受３２は、ハウジング貫通孔３１を通過するクランクシャフト１７を支持する円筒形状の軸受部材である。上部軸受３２は、すべり軸受である。すなわち、図８に示されるように、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けていない場合、上部軸受３２の内周面と、ハウジング貫通孔３１を通過するクランクシャフト１７の外周面との間には、円筒形状の軸受隙間である第１隙間３６が形成される。

ハウジング本体３３は、上部軸受３２および連結部３４を除く、ハウジング２３の大部分を占める部材である。ハウジング本体３３は、クランク室Ｓ３、第２圧縮冷媒流路４８および油戻し通路２３ａ等を有する。

連結部３４は、上部軸受３２とハウジング本体３３とを連結する環状部材である。連結部３４は、上部軸受３２の下端部である第１端部３５ａと、ハウジング本体３３の下端部とを連結する。連結部３４によって、上部軸受３２とハウジング本体３３との間には、円筒形状の隙間である第２隙間３７が形成される。

上部軸受３２の第１端部３５ａは、上部軸受３２の鉛直方向の両端部のうち、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受ける箇所である上端部から、鉛直方向においてより遠い側に位置する上部軸受３２の端部である。クランクシャフト１７は、ハウジング２３の上方において圧縮荷重を受けるので、第１端部３５ａは、上部軸受３２の下端部である。

上部軸受３２および連結部３４の寸法は、圧縮荷重を受けているクランクシャフト１７から上部軸受３２が荷重を受けた場合に、連結部３４が弾性変形して、上部軸受３２の円筒形状が維持された状態で上部軸受３２が傾斜するように設定されている。具体的には、図７には、連結部３４の水平方向の寸法Ｌ１、および、連結部３４の鉛直方向の寸法Ｌ２が示されている。Ｌ２とＬ１との比は、０．２〜０．４である。

（３）スクロール圧縮機の動作
本実施形態に係るスクロール圧縮機１０１の動作について説明する。最初に、スクロール圧縮機１０１を備える冷媒回路を循環する冷媒の流れについて説明する。次に、スクロール圧縮機１０１内部における潤滑油の流れについて説明する。

（３−１）冷媒の流れ
最初に、駆動モータ１６が駆動することによって、ロータ５２が回転する。これにより、ロータ５２に固定されているクランクシャフト１７が回転する。クランクシャフト１７の回転運動は、上端軸受２６ｃを介して可動スクロール２６に伝達される。クランクシャフト１７の上端部の軸心は、クランクシャフト１７の回転運動の軸心に対して偏心している。また、可動スクロール２６は、オルダム継手３９によって自転が防止される。これにより、可動スクロール２６は、自転することなく、固定スクロール２４に対して公転運動を行う。

圧縮される前の低温低圧の冷媒は、吸入管１９から主吸入孔２４ｃを経由して、圧縮機構１５の圧縮室４０に供給される。可動スクロール２６の公転運動により、圧縮室４０は容積を徐々に減少させながら固定スクロール２４の外周部から中心部に向かって移動する。その結果、圧縮室４０の冷媒は圧縮されて圧縮冷媒となる。圧縮冷媒は、吐出孔４１からマフラー空間４５へ吐出された後、第１圧縮冷媒流路４６および第２圧縮冷媒流路４８を経由して、高圧空間Ｓ１へ吐出される。そして、圧縮冷媒は、モータ冷却通路５５を下降して、駆動モータ１６の下方の高圧空間Ｓ１に到達する。そして、圧縮冷媒は、流れの向きを反転させて、他のモータ冷却通路５５および駆動モータ１６のエアギャップを上昇する。最終的に、圧縮冷媒は、吐出管２０からスクロール圧縮機１０１の外部に吐出される。

（３−２）潤滑油の流れ
最初に、クランクシャフト１７の回転によって圧縮機構１５が駆動して、高圧空間Ｓ１に圧縮冷媒が吐出されると、高圧空間Ｓ１内の圧力が上昇する。主給油路６１の下端は、高圧空間Ｓ１に連通している。主給油路６１の上端は、油室８３および給油細孔６３を介して低圧空間Ｓ２に連通している。これにより、主給油路６１の上端と下端との間に差圧が発生する。その結果、油溜まり空間１０ａに貯留されている潤滑油は、差圧によって、主給油路６１の下端から吸引され、主給油路６１内を油室８３に向かって上昇する。

主給油路６１を上昇する潤滑油のほとんどは、順に、第３副給油路６１ｃ、第２副給油路６１ｂおよび第１副給油路６１ａに分流する。第３副給油路６１ｃを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７と下部軸受６０との摺動面を潤滑した後、高圧空間Ｓ１に供給されて油溜まり空間１０ａに戻される。第２副給油路６１ｂを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７とハウジング２３の上部軸受３２との摺動面を潤滑した後、高圧空間Ｓ１およびクランク室Ｓ３に供給される。高圧空間Ｓ１に供給された潤滑油は、油溜まり空間１０ａに戻される。クランク室Ｓ３に供給された潤滑油は、ハウジング２３の油戻し通路２３ａを経由して高圧空間Ｓ１に供給され、油溜まり空間１０ａに戻される。第１副給油路６１ａを流れる潤滑油は、クランクシャフト１７と可動スクロール２６の上端軸受２６ｃとの摺動面を潤滑した後、クランク室Ｓ３に供給され、高圧空間Ｓ１を経由して、油溜まり空間１０ａに戻される。

主給油路６１内を上端まで上昇して油室８３に到達した潤滑油は、差圧によって、給油細孔６３を流れて油溝２４ｅに供給される。油溝２４ｅに供給された潤滑油の一部は、スラスト摺動面２４ｄをシールしながら、低圧空間Ｓ２および圧縮室４０に漏れる。このとき、高温高圧である潤滑油は、低圧空間Ｓ２および圧縮室４０に存在する圧縮前の冷媒を加熱する。また、圧縮室４０に流入した潤滑油は、微小な油滴の状態で圧縮冷媒に混入される。圧縮冷媒に混入された潤滑油は、圧縮冷媒と同じ経路を通って、圧縮室４０から高圧空間Ｓ１へ吐出される。その後、潤滑油は、圧縮冷媒と共にモータ冷却通路５５を下降した後に、油分離板７３に衝突する。油分離板７３に付着した潤滑油は、高圧空間Ｓ１を落下して油溜まり空間１０ａに到達する。

（４）スクロール圧縮機の特徴
図８に示されるように、圧縮荷重を受けていないクランクシャフト１７と上部軸受３２との間には、第１隙間３６が形成されている。スクロール圧縮機１０１の運転中、回転するクランクシャフト１７は、ハウジング２３の上方の上端部において、水平方向の圧縮荷重を受ける。クランクシャフト１７の上端部が圧縮荷重を受けると、第１隙間３６の存在によって、クランクシャフト１７が傾斜する。傾斜するクランクシャフト１７は、上部軸受３２と接触して、ハウジング２３の上部軸受３２の内周面に圧力を加える。以下、回転するクランクシャフト１７が上部軸受３２の内周面に加える圧力を、面圧と呼ぶ。

スクロール圧縮機１０１では、上部軸受３２とハウジング本体３３との間には、第２隙間３７が形成されている。上部軸受３２の下端部である第１端部３５ａは、連結部３４を介してハウジング本体３３に連結されている。クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けて傾斜すると、図９に示されるように、連結部３４が弾性変形して、上部軸受３２の円筒形状が維持された状態で上部軸受３２が傾斜する。このとき、上部軸受３２の傾斜角度は、クランクシャフト１７の傾斜角度と同じである。これにより、上部軸受３２は、クランクシャフト１７から受ける荷重によってかかる面圧を、上部軸受３２の内周面全体で均等に受けることができる。すなわち、上部軸受３２にかかる面圧は、クランクシャフト１７の軸方向において均等に分散される。従って、ハウジング２３の上部軸受３２にかかる面圧が分散されるので、上部軸受３２の耐力の低下が抑制される。

ここで、ハウジング２３の上部軸受３２にかかる面圧が偏っているほど、上部軸受３２にかかるピーク面圧が大きくなり、上部軸受３２の特定の部位においてクランクシャフト１７から大きな力を集中的に受けるので、上部軸受３２の耐力が低下しやすくなる。しかし、本実施形態のハウジング２３は、傾斜可能な上部軸受３２によって上部軸受３２にかかる面圧を分散させて、上部軸受３２の耐力の低下を抑制することができる。その結果、ハウジング２３は、上部軸受３２の信頼性を向上させ、上部軸受３２の軸受としての能力を効果的に発揮させることができる。また、これにより、小型かつ低損失の上部軸受３２を有するハウジング２３の設計が可能となる。従って、ハウジング２３を備えるスクロール圧縮機１０１は、小型化を実現でき、かつ、信頼性を低下させることなく効率的な運転を行うことができる。

なお、図７において、比Ｌ２／Ｌ１が小さいほど、連結部３４の剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｌ２／Ｌ１が小さいほど、クランクシャフト１７から上部軸受３２が受ける荷重によって連結部３４が弾性変形しやすくなる。しかし、連結部３４が弾性変形しすぎると、上部軸受３２の下部に面圧が集中して、上部軸受３２にかかる面圧が偏り、上部軸受３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｌ２／Ｌ１の下限値が設定されている。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るスクロール圧縮機１０１について説明する。本実施形態の基本的な構成、動作および特徴は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機１０１と同一であるので、第１実施形態との相違点を主に説明する。

本実施形態のスクロール圧縮機１０１は、第１実施形態のハウジング２３とは異なるハウジング１２３を備える。ハウジング１２３以外の構成要素は、第１実施形態と同じである。図１０は、ハウジング１２３の断面の一部の拡大図である。図１１は、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けている状態における、ハウジング１２３の断面を示す図である。

ハウジング１２３は、主として、上部軸受１３２と、ハウジング本体１３３と、連結部１３４とから構成される。ハウジング１２３は、上部軸受１３２、ハウジング本体１３３および連結部１３４が一体となった部材である。上部軸受１３２とハウジング本体１３３との間には、第３隙間１３７が形成されている。

第３隙間１３７の寸法は、鉛直方向に沿って、上部軸受１３２の下端部である第１端部１３５ａから、上部軸受１３２の上端部である第２端部１３５ｂに向かって、一定の割合で徐々に大きくなっている。図１０において、上部軸受１３２の外周面である軸受外周面１３２ａは、平面である。そのため、上部軸受１３２の水平方向の寸法は、鉛直方向下方から上方に向かって、一定の割合で徐々に小さくなっている。

図１０には、連結部１３４の水平方向の寸法Ｌ３、連結部１３４の鉛直方向の寸法Ｌ４、上部軸受１３２の水平方向の寸法Ｗ１，Ｗ２が示されている。Ｗ１は、上部軸受１３２の水平方向の寸法の最大値である。Ｗ２は、上部軸受１３２の水平方向の寸法の最小値である。Ｌ４とＬ３との比は、第１実施形態と同様に、０．２〜０．４である。Ｗ２とＷ１との比は、０．６〜０．９である。

スクロール圧縮機１０１の運転中、ハウジング１２３の上部軸受１３２に支持されるクランクシャフト１７は、ハウジング１２３の上方で受ける圧縮荷重、および、回転運動による自身の撓みによって、湾曲して変形することがある。しかし、本実施形態では、図１１に示されるように、回転するクランクシャフト１７が変形しても、上部軸受１３２は、クランクシャフト１７の形状に合わせて弾性変形することができる。

上部軸受１３２の水平方向の寸法は、鉛直方向上方ほど小さくなっている。そのため、上部軸受１３２の上端部は、上部軸受１３２の下端部よりも、水平方向の力を受けて弾性変形しやすい。本実施形態では、上部軸受１３２の上端部を弾性変形しやすくすることで、スクロール圧縮機１０１の運転中、上部軸受１３２の形状を、クランクシャフト１７の形状に合わせて変形させることができる。これにより、上部軸受１３２は、変形したクランクシャフト１７から受ける荷重によってかかる面圧を、上部軸受１３２の内周面全体で均等に受けることができる。従って、ハウジング１２３の上部軸受１３２にかかる面圧が分散されるので、上部軸受１３２の耐力の低下が抑制される。

なお、図１０において、比Ｌ４／Ｌ３が小さいほど、連結部１３４の剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｌ４／Ｌ３が小さいほど、クランクシャフト１７から上部軸受１３２が受ける荷重によって連結部１３４が弾性変形しやすくなる。しかし、連結部１３４が弾性変形しすぎると、上部軸受１３２の下部に面圧が集中して、上部軸受１３２にかかる面圧が偏り、上部軸受１３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｌ４／Ｌ３の下限値が設定されている。

また、図１０において、比Ｗ２／Ｗ１が小さいほど、上部軸受１３２の剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｗ２／Ｗ１が小さいほど、クランクシャフト１７から上部軸受１３２が受ける荷重によって、上部軸受１３２の第１端部１３５ａが弾性変形しやすくなる。しかし、第１端部１３５ａが弾性変形しすぎると、上部軸受１３２の下部に面圧が集中して、上部軸受１３２にかかる面圧が偏り、上部軸受１３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｗ２／Ｗ１の下限値が設定されている。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係るスクロール圧縮機１０１について説明する。本実施形態の基本的な構成、動作および特徴は、第１実施形態に係るスクロール圧縮機１０１と同一であるので、第１実施形態との相違点を主に説明する。

本実施形態のスクロール圧縮機１０１は、第１実施形態のハウジング２３とは異なるハウジング２２３を備える。ハウジング２２３以外の構成要素は、第１実施形態と同じである。図１２は、ハウジング２２３の断面の一部の拡大図である。図１３は、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けている状態における、ハウジング２２３の断面を示す図である。

ハウジング２２３は、主として、上部軸受２３２と、ハウジング本体２３３と、連結部２３４とから構成される。ハウジング２２３は、上部軸受２３２、ハウジング本体２３３および連結部２３４が一体となった部材である。上部軸受２３２とハウジング本体２３３との間には、第３隙間２３７が形成されている。

第３隙間２３７の寸法は、鉛直方向に沿って、上部軸受２３２の下端部である第１端部２３５ａから、上部軸受２３２の上端部である第２端部２３５ｂに向かって、段階的に大きくなっている。図１２において、上部軸受２３２は、第１端部２３５ａを有する上部軸受下部２３２ａと、第２端部２３５ｂを有する上部軸受上部２３２ｂとから構成される。上部軸受上部２３２ｂの水平方向の寸法は、上部軸受下部２３２ａの水平方向の寸法より小さい。そのため、上部軸受２３２の水平方向の寸法は、鉛直方向下方から上方に向かって、段階的に小さくなっている。

本実施形態では、第３隙間２３７の水平方向の寸法は、２種類ある。図１２には、上部軸受下部２３２ａの水平方向の寸法Ｗ１１、上部軸受上部２３２ｂの水平方向の寸法Ｗ１２、上部軸受上部２３２ｂの鉛直方向の寸法Ｈ１１、および、上部軸受２３２全体の鉛直方向の寸法Ｈ１２が示されている。Ｗ１２とＷ１１との比は、０．６〜０．９である。Ｈ１１とＨ１２との比は、０．２〜０．３５である。

スクロール圧縮機１０１の運転中、ハウジング２２３の上部軸受２３２に支持されるクランクシャフト１７は、ハウジング２２３の上方で受ける圧縮荷重、および、回転運動による自身の撓みによって、湾曲して変形することがある。しかし、本実施形態では、図１３に示されるように、回転するクランクシャフト１７が変形しても、上部軸受２３２は、クランクシャフト１７の形状に合わせて弾性変形することができる。

上部軸受２３２の水平方向の寸法は、鉛直方向上方ほど小さくなっている。そのため、上部軸受２３２の上端部は、上部軸受２３２の下端部よりも、水平方向の力を受けて弾性変形しやすい。本実施形態では、上部軸受２３２の上端部を弾性変形しやすくすることで、スクロール圧縮機１０１の運転中、上部軸受２３２の形状を、クランクシャフト１７の形状に合わせて変形させることができる。これにより、上部軸受２３２は、変形したクランクシャフト１７から受ける荷重によってかかる面圧を、上部軸受２３２の内周面全体で均等に受けることができる。従って、ハウジング２２３の上部軸受２３２にかかる面圧が分散されるので、上部軸受２３２の耐力の低下が抑制される。

なお、図１２において、比Ｌ１２／Ｌ１１が小さいほど、連結部２３４の剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｌ１２／Ｌ１１が小さいほど、クランクシャフト１７から上部軸受２３２が受ける荷重によって連結部２３４が弾性変形しやすくなる。しかし、連結部２３４が弾性変形しすぎると、上部軸受２３２の下部に面圧が集中して、上部軸受２３２にかかる面圧が偏り、上部軸受２３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｌ１２／Ｌ１１の下限値が設定されている。

また、図１２において、比Ｗ１２／Ｗ１１が小さいほど、および、比Ｈ１１／Ｈ１２が大きいほど、上部軸受上部２３２ｂの剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｗ１２／Ｗ１１が小さいほど、および、比Ｈ１１／Ｈ１２が大きいほど、クランクシャフト１７から上部軸受２３２が受ける荷重によって上部軸受上部２３２ｂが弾性変形しやすくなる。しかし、上部軸受上部２３２ｂが弾性変形しすぎると、上部軸受２３２の下部に面圧が集中して、上部軸受２３２にかかる面圧が偏り、上部軸受２３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｗ１２／Ｗ１１の下限値および比Ｈ１１／Ｈ１２の上限値が設定されている。

＜変形例＞
本発明の実施形態に対する適用可能な変形例について説明する。

（１）変形例Ａ
第１実施形態では、上部軸受３２を有するハウジング２３は、スクロール圧縮機１０１に用いられる。しかし、上部軸受３２は、回転するシャフトを支持するための軸受を有する任意の部材に採用されてもよい。本変形例は、第２実施形態および第３実施形態にも適用可能である。

（２）変形例Ｂ
第２実施形態において、図１０に示される上部軸受１３２の軸受外周面１３２ａは、平面である。しかし、第３隙間１３７の寸法が、鉛直方向に沿って、上部軸受１３２の第１端部１３５ａから第２端部１３５ｂに向かって徐々に大きくなるのであれば、軸受外周面１３２ａは湾曲面であってもよい。

（３）変形例Ｃ
第３実施形態において、図１２に示されるように、上部軸受２３２は、水平方向の寸法が異なる２つの部分である、上部軸受下部２３２ａおよび上部軸受上部２３２ｂから構成される。しかし、上部軸受２３２は、水平方向の寸法が異なる３つ以上の部分から構成されてもよい。すなわち、上部軸受２３２は、第１端部２３５ａから第２端部２３５ｂに向かって水平方向の寸法が段階的に小さくなるような他の形状を有していてもよい。

（４）変形例Ｄ
第１実施形態では、ハウジング２３は、上部軸受３２、ハウジング本体３３および連結部３４が一体となった部材である。しかし、連結部３４は、上部軸受３２およびハウジング本体３３の少なくとも一方と別部材であってもよい。例えば、上部軸受３２は、連結部３４であるボルト等によって、ハウジング本体３３に固定されてもよい。

また、本変形例では、例えば、連結部３４の材質として、上部軸受３２およびハウジング本体３３よりも剛性が低く弾性変形しやすい物質を用いてもよい。これにより、ハウジング本体３３の強度を確保しつつ、圧縮荷重を受けて傾斜するクランクシャフト１７を支持する際に、上部軸受３２を変形しにくく、かつ、傾斜しやすくすることができる。そのため、上部軸受３２にかかる面圧を効果的に分散させることができる。本変形例は、第２実施形態および第３実施形態にも適用可能である。

次に、本変形例を第３実施形態に適用したスクロール圧縮機１０１について説明する。このスクロール圧縮機１０１は、第３実施形態のハウジング２２３とは異なるハウジング３２３を備える。ハウジング３２３以外の構成要素は、第３実施形態と同じである。図１４は、鉛直方向に切断されたハウジング３２３の斜視図である。図１５は、ハウジング３２３の断面の一部の拡大図である。

ハウジング３２３は、主として、軸受部材３３２と、ハウジング本体３３３と、連結部材３３４とから構成される。軸受部材３３２、ハウジング本体３３３および連結部材３３４は、それぞれ、別の部材である。軸受部材３３２とハウジング本体３３３との間、および、連結部材３３４とハウジング本体３３３との間には、第３隙間３３７が形成されている。

軸受部材３３２は、軸受本体部３３２ａと、軸受突起部３３２ｂとから構成される。軸受本体部３３２ａは円筒形状を有する部分である。軸受突起部３３２ｂは、軸受本体部３３２ａの外周面から突出している部分である。軸受突起部３３２ｂの外周面は、連結部材３３４と接触する面である。軸受部材３３２は、連結部材３３４に嵌め込まれて固定されている。

連結部材３３４は、内周部３３４ａと、中間部３３４ｂと、外周部３３４ｃとから構成される。内周部３３４ａの内周面は、軸受部材３３２の軸受突起部３３２ｂの外周面と接触する面である。中間部３３４ｂは、内周部３３４ａと外周部３３４ｃとを連結する。中間部３３４ｂは、第３実施形態の連結部２３４に相当する。外周部３３４ｃは、ハウジング本体３３３に複数の締結ボルト３３９で固定される部分である。外周部３３４ｃおよびハウジング本体３３３は、それぞれ、締結ボルト３３９が嵌め込まれる複数の孔を有する。第３隙間３３７は、第３実施形態の第３隙間２３７に相当し、ハウジング本体３３３と、連結部材３３４の内周部３３４ａとの間の隙間、および、ハウジング本体３３３と、軸受部材３３２の軸受本体部３３２ａとの間の隙間である。第３隙間３３７の水平方向の寸法は、下方から上方に向かって段階的に大きくなっている。

図１５には、軸受本体部３３２ａの鉛直方向の寸法Ｈ２１、軸受突起部３３２ｂの鉛直方向の寸法Ｈ２２、軸受部材３３２の水平方向の寸法Ｗ２１、軸受本体部３３２ａの水平方向の寸法Ｗ２２、中間部３３４ｂの水平方向の寸法Ｌ２１、および、中間部３３４ｂの鉛直方向の寸法Ｌ２２が示されている。Ｈ２２とＨ２１との比は、０．４〜０．７である。Ｗ２２とＷ２１との比は、０．６〜０．９である。Ｌ２２とＬ２１との比は、０．２〜０．４である。Ｌ２１と、クランクシャフト１７の直径との比は、０．１〜０．２である。

本変形例では、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けて傾斜すると、連結部材３３４が弾性変形して、上部軸受３３２の軸受本体部３３２ａの円筒形状が維持された状態で軸受本体部３３２ａが傾斜する。このとき、軸受本体部３３２ａの傾斜角度は、クランクシャフト１７の傾斜角度と同じである。これにより、軸受本体部３３２ａは、傾斜したクランクシャフト１７から受ける荷重によってかかる面圧を、軸受本体部３３２ａの内周面全体で均等に受けることができる。すなわち、軸受本体部３３２ａにかかる面圧は、クランクシャフト１７の軸方向において均等に分散される。従って、ハウジング３２３の軸受本体部３３２ａにかかる面圧が分散されるので、軸受本体部３３２ａの耐力の低下が抑制される。

なお、図１５において、比Ｌ２２／Ｌ２１が小さいほど、連結部３３４の剛性が低下する傾向にある。すなわち、比Ｌ２２／Ｌ２１が小さいほど、クランクシャフト１７から軸受部材３３２が受ける荷重によって連結部３３４が弾性変形しやすくなる。しかし、連結部３３４が弾性変形しすぎると、軸受部材３３２の下部に面圧が集中して、軸受部材３３２にかかる面圧が偏り、軸受部材３３２の耐力が低下しやすくなる。そのため、上述したように、比Ｌ２２／Ｌ２１の下限値が設定されている。

（５）変形例Ｅ
実施形態および変形例Ａ〜Ｄでは、ハウジング２３，１２３，２２３，３２３は、傾斜可能な上部軸受３２，１３２，２３２，３３２を備えることで、上部軸受３２，１３２，２３２，３３２にかかる面圧を分散させて、上部軸受３２，１３２，２３２，３３２の耐力の低下を抑制することができる。しかし、上部軸受３２，１３２，２３２，３３２の内側には、軸受メタルが嵌め込まれて固定されていてもよい。

次に、本変形例を変形例Ｄに適用したスクロール圧縮機１０１について説明する。このスクロール圧縮機１０１は、変形例Ｄのハウジング３２３の上部軸受３３２に軸受メタル３３８が取り付けられている構成を有する。ハウジング３２３自体の構成は、変形例Ｄと同じである。図１６は、鉛直方向に切断された本変形例のハウジング３２３の斜視図である。図１７は、図１６に示されるハウジング３２３の断面の一部の拡大図である。図１７に示される寸法Ｈ２１，Ｈ２２，Ｗ２１，Ｗ２２，Ｌ２１，Ｌ２２は、図１５に示されるものと同じである。

本変形例では、ハウジング３２３は、軸受メタル３３８を備える。ハウジング３２３の上部軸受３３２の軸受本体部３３２ａの内側には、軸受メタル３３８が嵌め込まれて固定されている。軸受メタル３３８は、クランクシャフト１７と摺動する筒状部材である。軸受メタル３３８は、樹脂製または金属製の部材である。クランクシャフト１７は、軸受メタル３３８の内側の空間を貫通する。

スクロール圧縮機１０１の運転中、軸受メタル３３８には、クランクシャフト１７から受ける荷重によって面圧がかかる。しかし、クランクシャフト１７が圧縮荷重を受けて傾斜すると、連結部材３３４が弾性変形して、上部軸受３３２の軸受本体部３３２ａの円筒形状が維持された状態で軸受本体部３３２ａが傾斜する。このとき、軸受本体部３３２ａの傾斜角度は、クランクシャフト１７の傾斜角度と同じである。これにより、軸受本体部３３２ａの内側の軸受メタル３３８は、傾斜したクランクシャフト１７から受ける荷重によってかかる面圧を、軸受メタル３３８の内周面全体で均等に受けることができる。すなわち、軸受メタル３３８にかかる面圧は、クランクシャフト１７の軸方向において均等に分散される。従って、ハウジング３２３の軸受メタル３３８にかかる面圧が分散されるので、軸受メタル３３８の耐力の低下が抑制される。なお、図１７において、比Ｗ２２／Ｗ２１および比Ｈ２２／Ｈ２１の下限値は、軸受メタル３３８の保持力の確保の観点から決定される。

本発明に係る軸受ハウジングは、軸受部にかかる面圧を分散させることができる。

１５ 圧縮機構（回転機構）
１７ クランクシャフト（シャフト）
２３ ハウジング（軸受ハウジング）
３２ 上部軸受（軸受部）
３３ ハウジング本体（本体部）
３４ 連結部
３５ａ 第１端部
３６ 第１隙間
３７ 第２隙間
１０１ スクロール圧縮機（回転機械）
１３２ 軸受部
１３３ 本体部
１３４ 連結部
１３５ａ 第１端部
１３５ｂ 第２端部
１３７ 第３隙間

特開２００３−２０６８７３号公報

Claims (7)

1. 軸方向に交差する径方向の荷重を受けるシャフト（１７）を支持する軸受部（３２）と、
   本体部（３３）と、
   前記シャフトが前記荷重を受ける箇所から前記軸方向においてより遠い側に位置する前記軸受部の端部である第１端部（３５ａ）において、前記軸受部と前記本体部とを連結する連結部（３４）と、
   を備え、
   前記連結部の前記軸方向の寸法は、前記連結部の前記径方向の寸法の２０％〜４０％である、
   軸受ハウジング（２３）。
2. 前記軸受部は、前記軸受部と前記シャフトとの間の第１隙間（３６）を形成する、
   請求項１に記載の軸受ハウジング。
3. 前記軸受部は、円筒形状を有し、
   前記連結部は、前記軸受部と前記本体部との間に円筒形状の隙間である第２隙間（３７）を形成する、
   請求項１または２に記載の軸受ハウジング。
4. 前記連結部（１３４）は、前記軸受部（１３２）と前記本体部（１３３）との間の隙間である第３隙間（１３７）を形成し、
   前記第３隙間の寸法は、前記第１端部（１３５ａ）から、前記第１端部の反対側の前記軸受部の端部である第２端部（１３５ｂ）に向かって大きくなっている、
   請求項１または２に記載の軸受ハウジング。
5. 前記軸受部、前記本体部、および、前記連結部は、一体の部材である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の軸受ハウジング。
6. 前記連結部は、前記軸受部および前記本体部の少なくとも一方とは別の部材である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の軸受ハウジング。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の前記軸受ハウジングと、
   回転機構（１５）と
   前記荷重を受ける側において前記回転機構と連結される前記シャフトと、
   を備える回転機械（１０１）。

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