JPH06317263A - スクロール圧縮機 - Google Patents

スクロール圧縮機

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JPH06317263A
JPH06317263A JP5106895A JP10689593A JPH06317263A JP H06317263 A JPH06317263 A JP H06317263A JP 5106895 A JP5106895 A JP 5106895A JP 10689593 A JP10689593 A JP 10689593A JP H06317263 A JPH06317263 A JP H06317263A
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main shaft
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達也 杉田
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隆史 山本
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賢志 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 主軸5bと主軸受3aとの相対傾き角が大き
いため、十分な負荷容量が発生せず、入力の増加、軸の
摩耗進行、軸の焼付きが発生するのを防止する。 【構成】 主軸5bの円筒面とロータ軸5dの円筒面に
対して副軸5cの円筒面を偏芯させ、偏芯量を1/10
000<偏芯量/軸受スパン<20/10000とし、
かつ偏芯方向をクランク部5aがガス圧縮荷重を受ける
方向に対して上バランスウエイト8の遠心方向に0゜〜
40゜とし、ガス圧縮負荷と上バランスウエイト8によ
る遠心荷重によって発生する傾き角と逆の初期相対傾き
角を主軸5bに付けた。 【効果】 圧縮機運転時に負荷撓み角と初期撓み角とが
打ち消しあって主軸受3aと主軸5bを平行にし、入力
を減少させ、軸の摩耗を減らし軸の焼付きをおさえる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、冷凍用及び空調用に
使用されるスクロール圧縮機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図14は実願平2−128896号明細
書に示された従来のスクロール圧縮機の横断面図であ
り、図において、1は固定スクロールで、渦巻部1aを
下部に形成しており、ボルトによってフレーム3に締結
されている。2は揺動スクロールで、上部に前記固定ス
クロール1の渦巻部1aと同一形状の渦巻部2aを下部
に中空ボス部2bを配置し、その内側面に揺動軸受2c
を形成している。また、揺動スクロール2はスラスト面
2dを介してフレーム3のスラスト面3bに摺動自在に
軸方向に支持されている。5はクランク軸で上端部に軸
芯から偏芯した円筒状のクランク軸5aが設けられてお
り、前記揺動軸受2cと回転自在に嵌合されており、ま
た、主軸円筒面5b及び副軸円筒面5cは、それぞれフ
レーム3に設けられた主軸受3a及びサブフレーム4に
設けられた副軸受4aによってラジアル方向に回転可能
に支持されている。クランク軸5のロータ軸5dにはロ
ータ6が焼嵌められており、ステータ7と共にモータ部
を形成している。運転中、揺動スクロール2の遠心力と
つりあわせるために上バランスウエイト8及び下バラン
スウエイト9をクランク軸5に配置している。尚、特開
昭64−87890に「主軸受3aと主軸5bとの軸受
すき間の大きさの範囲内で互いに偏芯するようにした」
という記述が見受けられるが、図17と図14を比較し
てわかるように、構造が全く異なる。図17は主軸受3
aと副軸受4aが隣接して配置され、一般的に径方向す
き間の大きな転がり軸受を使用しており発明の目的もラ
ジアルすき間分だけ主軸が傾くことに起因している。こ
れに対し、当発明では、主軸受3aと副軸受4aとの間
にロータ6を配置しており、主軸受3aと副軸受4aは
隣接することはない。主軸受3aと副軸受4aが隣接し
ていないので、クランクの弾性変形が無視できなくな
り、発明の目的で記したように主軸5bと主軸受3aと
の相対傾き角が大きくなり、問題となっている。総じて
いえば、発生している問題点も構造も異なり、解決する
内容も異なるといえる。
【0003】ステータ7に通電されると、その駆動力に
よってクランク軸5に回転力が与えられ、クランク部5
aを介して揺動スクロール2に回転力が伝達される。こ
の回転力により揺動スクロール2は揺動運動を行い、固
定スクロール1との間の圧縮室を容積変化させて、圧縮
作用を行う。クランク軸5は、ロータ6をはさんで、主
軸受3aと副軸受4aで支持されており、圧縮作用によ
りクラブ5aに負荷されるガス負荷と、上バランスウエ
イト8の遠心力及び下バランスウエイト9の遠心力(下
バランスウエイトの遠心力は微少のため以後無視する)
を支持する。次にクランク軸5について説明する。図1
5はクランク軸5に負荷が作用していない状態を示し、
図16はクランク軸5に負荷が作用している状態を示
す。圧縮機運転時においては、クランク部5aにはガス
圧縮負荷FN が作用し、クランク軸5の主軸円筒面5b
には主軸受3aから主軸反力F1 が作用し、副軸円筒面
5cには副軸受4aから副軸反力F2 が作用しており、
これらの3つの力FN ,F1 ,F2 によって主軸5は力
の釣合が取れている。これら3つの力によって弾性体で
あるクランク軸5は撓みを生じ、その結果、主軸受3a
及び副軸受4aの軸受に対して主軸は比較的大きな相対
傾き角を持つ。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール圧縮
機は以上のように構成されており、主軸5bと主軸受3
aとの相対傾き角が大きいため、十分な負荷容量が発生
せず、主軸受3aでは軸受内の相対傾き角と負荷の大き
さの両方について厳しいので、メタル接触による入力の
増加、軸の摩耗の進行、また、軸の焼付きが発生し、圧
縮機の信頼性を著しく低下させる上、電気消費量が大き
かった。
【0005】この発明は上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、圧縮機運転時に主軸受3aと
主軸5bとの相対傾き角を小さくでき、主軸受3aでの
機械損失が少なく、軸受信頼性の高いスクロール圧縮機
を得ることを目的とする。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、圧縮機運転時に主軸受3aと主軸5bとの
相対傾き角を小さくでき、主軸受3aでの機械損失が少
なく、軸受信頼性の高く、さらに、ロータ軸5dとステ
ータ7の不平衡による電磁音の発生の少ないスクロール
圧縮機を得ることを目的とする。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、圧縮機運転時に主軸受3a内での主軸受3
aと主軸5bとの相対傾き角を小さくでき、主軸受3a
での機械損失が少なく、軸受信頼性の高く、さらに、圧
縮機運転時に副軸受4aと副軸5cとの相対傾き角が大
きくなる場合でも、副軸受4aでの機械損失が少なく、
軸受信頼性の高いスクロール圧縮機を得ることを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】 この発明に係わるスクロール圧縮機は、主軸5bの円
筒面とロータ軸5dの円筒面に対して、副軸5cの円筒
面を偏芯させ、主軸受3aの軸方向の中心と、副軸受4
aの軸方向の中心との間の距離を軸受スパンと定義した
とき、偏芯量を1/10000<偏芯量/軸受スパン<
20/10000とし、かつ、偏芯方向をクランク部5
aがガス圧縮荷重を受ける方向に対して上バランスウエ
イト8の遠心方向に0゜〜40゜とし、ガス圧縮荷重と
バランスウエイトによる遠心荷重によって発生する傾き
角と逆の初期相対傾き角を主軸5bに付けたものであ
る。 この発明に係わるスクロール圧縮機は、主軸5bの円
筒面に対して、ロータ軸5dと副軸5cの円筒面を偏芯
させ、偏芯量を1/10000<偏芯量/軸受スパン<
20/10000とし、かつ、偏芯方向をクランク部5
aがガス圧縮荷重を受ける方向に対して上バランスウエ
イト8の遠心方向に0゜〜40゜とし、ガス圧縮荷重と
バランスウエイトによる遠心荷重によって発生する傾き
角と逆の初期相対傾き角を主軸5bに付けたものであ
る。 この発明に係わるスクロール圧縮機は、項1、項2の
偏芯軸を使用し、かつ、副軸受4aに転がり軸受を使用
したものである。
【0007】
【作用】 この発明におけるスクロール圧縮機は、主軸5bの円
筒面とロータ軸5dの円筒面に対して、副軸5cの円筒
面を偏芯させ、偏芯量を1/10000<偏芯量/軸受
スパン<20/10000とし、かつ、偏芯方向をクラ
ンク部5aがガス圧縮荷重を受ける方向に対して上バラ
ンスウエイト8の遠心方向に0゜〜40゜とし、主軸受
3aと副軸受4aを通る軸芯(これらは同芯)に対して
クランク軸5は各荷重によって傾きを生じるがガス圧縮
荷重とバランスウエイトによる遠心荷重によって発生す
る傾き角(図16に示す傾き角θ)と逆の初期相対傾き
角(図1に示す初期傾き角α)を主軸5bに付けたの
で、圧縮機運転時に負荷撓み角と初期撓み角とが打ち消
しあって、主軸受3aと主軸5bの円筒面とをほぼ平行
となるようにする。 この発明におけるスクロール圧縮機は、主軸5bの円
筒面に対して、ロータ軸5dと副軸5cの円筒面を偏芯
させているので、ガス圧縮荷重とバランスウエイトによ
る遠心荷重によって発生する傾き角と逆の初期相対傾き
角を主軸5bに付けたので、圧縮機運転時に負荷撓み角
と初期撓み角とが打ち消しあって、主軸受3aと主軸5
bの円筒面とをほぼ平行となるようにする一方、ロータ
軸5dとステータ7の不平衡による電磁音の発生をおさ
える。 この発明におけるスクロール圧縮機は、副軸5cに転
がり軸受を使用しているので、項1、項2の偏芯軸を使
用して、副軸5cの傾き角が大きくなった場合でも転が
り軸受の許容傾き角が大きいので、性能、信頼性の低下
を防ぐことができる。
【0008】
【実施例】
実施例1. 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図
1は、この発明に係わるクランク軸5のガス圧縮負荷F
N 及び遠心力FC が作用しない時(圧縮機停止時)の形
状を誇張して描いたものである。また、図2はクランク
軸5にガス圧縮負荷FN 及び遠心力FC が作用した時
(圧縮機運転時)の形状を誇張して描いたものである。
さらに、図3は、主軸5b円筒面に対して副軸5c円筒
面を偏芯させる位置関係を示したものである。尚、スク
ロール圧縮機の特長として、揺動スクロール2が偏芯し
ている方向に揺動スクロール2の遠心力が発生し、クラ
ンク軸5の回転方向に対して90゜遅れた位相にガス圧
縮負荷FN (ガス圧が揺動スクロール2を押す力)が発
生する。図に示すように、主軸5b円筒面に対して、副
軸5c円筒面は偏芯させており、ガス圧縮負荷FN 及び
上バランスウエイト8の遠心負荷FC によって発生する
負荷撓み角と逆の初期相対傾き角を予め主軸5に与えて
いる。 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図
4は、この発明に係わるクランク軸5のガス圧縮負荷F
N 及び遠心力FC が作用しない時(圧縮機停止時)の形
状を誇張して描いたものである。また、図5はクランク
軸5にガス圧縮負荷FN 及び遠心力FC が作用した時
(圧縮機運転時)の形状を誇張して描いたものである。 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図
6は、この発明に係わるクランク軸5のガス圧縮負荷F
N 及び遠心力FC が作用しない時(圧縮機停止時)の形
状を誇張して描いたものである。また、図7はクランク
軸5にガス圧縮負荷FN 及び遠心力FC が作用した時
(圧縮機運転時)の形状を誇張して描いたものである。
副軸受4aには転がり軸受を使用し、副軸5cの傾斜角
を吸収している。
【0009】次に動作について説明する。図1は、クラ
ンク軸5にガス負荷FN が作用しない形状を示し、図2
は、クランク軸5にガス負荷FN が作用する形状を示
す。クランク軸5に作用するガス負荷FN の方向は、ク
ランク軸5の回転に同期して回転する。また、上バラン
スウエイト8の遠心力方向もクランク軸5に同期して回
転する。つまり、クランク軸5にとってはガス負荷の作
用方向も上バランスウエイト8による遠心方向も常に一
定である。ガス負荷FN 及び遠心力FC によってクラン
ク軸5は撓むが、この撓みと予めクランク軸5に与えら
れた偏芯量及び初期相対傾き角とが打ち消しあうことに
より、主軸5bは主軸受3aに対してほぼ平行となる。
その結果、軸受特性が大幅に向上し、機械損失の減少と
軸受け信頼性の向上が期待できる。主軸5bの傾斜角と
最小油膜厚さの関係を図8に示す。ここに示す通り、主
軸5bの傾斜角が大きくなると、最小油膜厚さは極端に
小さくなり、メタル接触をひきおこし、軸受信頼性を低
下させるが、本発明による偏芯軸を使用することによ
り、主軸5bの傾斜角を減少でき、最小油膜厚さが改善
できる。実際に使用する圧縮機の軸受スパンと軸に作用
する荷重を加味し、偏芯量を軸受スパンで割った値を考
えると、1/10000<偏芯量/軸受スパン<20/
10000の範囲において、主軸傾斜角を改善する効果
がある。また、図9に軸に作用する力の方向と副軸5c
の偏芯方向を示した。運転周波数15Hz〜200Hz
の実使用条件におけるガス負荷FN と上バランスウエイ
ト8遠心力FC の値は、当方のデータベースよりわかっ
ており、FN とF’C との合力方向である副軸5c偏芯
方向は、θ=0゜〜40゜の間にしか存在し得ない。図
10、図11に荷重方向と偏芯方向を定性的に示すよう
に、FN のベクトル方向と逆方向に副軸を偏芯させ、F
C のベクトル方向に副軸を偏芯させれば各々同芯軸運転
時の傾き角と、偏芯軸停止時の初期傾き角αの方向が互
いに逆になり、偏芯軸運転時(図示せず)の主軸傾き角
は、互いにキャンセルされて0に近くなる。そこで図9
では、FN の逆ベクトルとFC との合力方向に副軸を偏
芯させている。尚、当方で偏芯量と偏芯角度をそれぞれ
変えて試験をしたところ、図12、図13に示す通り、
偏芯量1/10000<偏芯量/軸受スパン<20/1
0000の範囲、また、偏芯角度は図13に示すよう
に、軸受損失と偏芯角度の関係は運転回転数により異な
るが、偏芯角度0゜〜40゜の範囲にあり、偏芯角度の
選択は、どの運転回転数を重視して設計するかで決まる
が、上記偏芯角度0゜〜40゜の範囲で軸受損失が著し
く低下しており、請求項1の効果が確認されている。請
求項1、2記載の偏芯軸を使用すると、運転中の主軸5
bの傾きは改善され、軸受損失は低下するが、その反
面、副軸5cの傾きは同芯軸(一般的な軸)に比べて大
きくなる。そこで、傾き角が生じても軸受損失が悪化し
にくい転がり軸受を使用することが前提条件になる場合
もある。転がり軸受の許容傾き角は、一般に3/100
00(rad)といわれているが、当発明による偏芯軸
を使用した場合の副軸5cの傾き角は、1/10000
(rad)程度であり、副軸の傾き角は転がり軸受で吸
収できる。圧縮機の構造上、但えば図14を見ても上バ
ランスウエイト8が下バランスウエイト9に比べて軸方
向に長いことなどにより、一般にロータ6の軸方向位置
は、主軸5bに比べて副軸5cに近い。このため、主軸
5bとロータ軸5dに対して副軸5cを偏芯させると、
ロータ6とステータ7の径方向位置が不均一になりやす
い。ロータ6とステータ7の不均一は、電磁音の発生、
磁気吸引力の発生を増加させ、圧縮機の性能、信頼性を
低下させる。そこで、主軸5bに対して、ロータ軸5
d、副軸5cを偏芯させることにより、ロータ6とステ
ータ7の不均一を改善し、圧縮機の性能、信頼性を高め
た。
【0010】
【発明の効果】以上のように、この発明によればクラン
ク軸5の副軸5c円筒面を主軸5b円筒面に対して偏芯
させ、偏芯量を1/10000<偏芯量/軸受スパン<
20/10000とし、かつ、偏芯方向をクランク部5
aがガス圧縮荷重を受ける方向に対して上バランスウエ
イト8の遠心方向に0゜〜40゜とし、ガス圧縮荷重と
バランスウエイトによる遠心荷重によって発生する傾き
角と逆の初期相対傾き角を主軸5bに付けたことによ
り、圧縮機運転時に負荷撓み角と初期相対撓み角とが打
ち消しあって、主軸受3aと主軸5bとをほぼ平行とな
るように構成したので、主軸受3aでの機械損失が少な
く、また、軸受信頼性の高いものが得られる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】主軸にガス圧縮負荷とバランスウエイト遠心力
が作用しない時の主軸の形状を示す説明図である。
【図2】主軸にガス圧縮負荷とバランスウエイト遠心力
が作用する時の主軸の形状を示す説明図である。
【図3】主軸に発生する力と偏芯方向を示す説明図であ
る。
【図4】請求項2による主軸にガス圧縮負荷とバランス
ウエイト遠心力が作用しない時の主軸の形状を示す説明
図である。
【図5】請求項2による主軸にガス圧縮負荷とバランス
ウエイト遠心力が作用する時の主軸の形状を示す説明図
である。
【図6】請求項3による主軸にガス圧縮負荷とバランス
ウエイト遠心力が作用しない時の主軸の形状を示す説明
図である。
【図7】請求項3による主軸にガス圧縮負荷とバランス
ウエイト遠心力が作用する時の主軸の形状を示す説明図
である。
【図8】主軸傾斜角と最小油膜厚さの関係を示す計算
値。
【図9】荷重方向と偏芯方向の関係を示す計算値。
【図10】FN が発生したときの傾斜角θと初期傾き角
αを示す説明図。
【図11】FC が発生したときの傾斜角θと初期傾き角
αを示す説明図。
【図12】偏芯量/軸受スパンと軸受損失の関係を示す
試験結果。
【図13】偏芯角度と軸受損失の関係を示す試験結果。
【図14】従来のスクロール圧縮機を示す断面図。
【図15】従来のスクロール圧縮機の主軸にガス圧縮負
荷とバランスウエイト遠心力が作用しない時の主軸の形
状を示す説明図。
【図16】従来のスクロール圧縮機の主軸にガス圧縮負
荷とバランスウエイト遠心力が作用する時の主軸の形状
を示す説明図。
【図17】特開昭64−87890に示されたスクロー
ル圧縮機の説明図。
【図18】特開昭64−87890に示されたスクロー
ル圧縮機の説明図。
【図19】特開昭64−87890に示されたスクロー
ル圧縮機の説明図。
【符号の説明】
1 固定スクロール 1a 渦巻部 2 揺動スクロール 2a 渦巻部 2b 中空ボス部 2c 揺動軸受 2d スラスト面 3 フレーム 3a 主軸受 3b スラスト面 4 サブフレーム 4a 副軸受 5 クランク軸 5a クランク部 5b 主軸 5c 副軸 5d ロータ軸 6 ロータ 7 ステータ 8 上バランスウエイト 9 下バランスウエイト

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 台板上で巻き方向が互いに逆の渦巻部を
    組み合わせることにより、両渦巻部に圧縮室を形成する
    固定スクロール及び、揺動スクロールと、電動機によっ
    て回転駆動されるクランク軸と、電動機のロータを固定
    するクランク軸のロータ軸と、クランク軸の主軸及び副
    軸を回転可能に支持する主軸受と副軸受を電動機の上下
    に配置し、揺動スクロールの遠心力とバランスをとるた
    めの上バランスウエイトと下バランスウエイトを電動機
    の上下に配置し、前記揺動スクロールを軸支する揺動軸
    を有するスクロール圧縮機において、主軸の円筒面とロ
    ータ軸の円筒面に対して、副軸の円筒面を偏芯させ、主
    軸受の軸方向の中心と副軸受の軸方向の中心との間の距
    離を軸受スパンと定義したとき、偏芯量を1/1000
    0<偏芯量/軸受スパン<20/10000とし、か
    つ、偏芯方向を揺動軸がガス圧縮荷重を受ける方向に対
    して上バランスウエイトの遠心方向に0゜〜40゜と
    し、ガス圧縮負荷とバランスウエイトによる遠心荷重に
    よって発生する傾き角と逆の初期相対傾き角を主軸に付
    けたことを特徴とするスクロール圧縮機。
  2. 【請求項2】 主軸の円筒面に対して、ロータ軸と副軸
    の円筒面を偏芯させたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のスクロール圧縮機。
  3. 【請求項3】 請求項1項、2項に対して、副軸受が転
    がり軸受けであることを特徴とするスクロール圧縮機。
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