JPH08291795A - スクロール式圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転軸の一端側において２つの軸受手段を介し
て枢支し、他端側においても枢支することを前提とし
て、各軸受に対する荷重配分を改善し、回転軸の安定し
た回転による旋回スクロールの傾きを防止し、圧縮性能
および信頼性の向上を図れるスクロール式圧縮機を提供
する。 【構成】枢支手段として、回転軸の主軸部一端を、第１
の軸受具であるコロ軸受Ａおよび第２の軸受具であるす
べり軸受Ｂを介して枢支する支持フレーム２と、主軸部
他端を、第３の軸受具Ｃを介して枢支する副軸受２１と
からなり、第３の軸受具に対し第１の軸受具を第２の軸
受具よりも遠い位置に設け、第１の軸受具と回転軸との
クリアランスをＣａ，第２の軸受具と回転軸とのクリア
ランスをＣｂとしたとき、Ｃａ＜Ｃｂの関係に設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば空気調和機の
冷凍サイクルを構成する圧縮機として用いられるスクロ
ール式圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、空気調和機の冷凍サイクルを
構成する圧縮機においては、通常のロータリ式圧縮機と
比較して、運動騒音が極めて低く、かつ吸込弁や吐出弁
など不要で部品点数が少なくてすみ、しかも圧縮性能の
よいスクロール式圧縮機が多用される傾向にある。

【０００３】この種のスクロール式圧縮機は、密閉ケー
ス内に、回転軸の一端側に電動機部、他端側に圧縮機部
を連結してなる電動圧縮機本体を収容している。上記圧
縮機構部は、固定スクロールと旋回スクロールとからな
り、各スクロールの渦巻状の翼部相互を噛合させ、これ
ら翼部と各スクロールの鏡板部とで圧縮空間を形成す
る。

【０００４】上記回転軸の回転にともなって旋回スクロ
ールが旋回運動し、圧縮空間に被圧縮ガスである低圧の
ガス冷媒を吸込み、圧縮空間の容積減少により、圧縮し
て吐出するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで問題は、旋回ス
クロールと掛合するクランク部を備えた回転軸と、この
回転軸を軸受具を介して枢支する枢支手段とのクリアラ
ンス（隙間）の関係である。

【０００６】すなわち、上記枢支手段である支持フレー
ムは孔加工された軸受孔部を備え、ここに軸受具が嵌め
込まれる。この軸受具に切削加工された回転軸が嵌挿さ
れ、軸受具を介して回転軸が支持フレームに枢支され
る。

【０００７】上記支持フレームと回転軸は、それぞれの
加工精度を高く保持しているが、それでもある程度のバ
ラツキが生じることは避けられない。そして、軸受具自
体においても、ラジアル方向にクリアランスを有する。

【０００８】実際の組立て完成品として、これら支持フ
レームと回転軸の加工バラツキと軸受具の隙間の組み合
わせで、互いに異なる現象で回転軸の傾きが生じ、この
クランク部に掛合する旋回スクロールの傾きにつながる
不具合となる。

【０００９】そこで、実公平４−５５２７２号公報が提
案されている。このスクロール圧縮機では、旋回軸受お
よび上下主軸受のうち、少なくとも上主軸受を円筒コロ
軸受とし、この円筒コロ軸受の軸受隙間を旋回軸受隙間
より小さくしたことが特徴であり、旋回スクロールの傾
きをより少なくすることを目的としている。

【００１０】しかるに、ここで開示されているスクロー
ル圧縮機においては、回転軸（駆動軸）の最上端に備え
られるクランク軸部およびこのクランク軸部と連設され
る回転軸上部のみを枢支する構成で、いわゆる片持ち構
造となっている。

【００１１】一方、回転軸の下部には電動機のロータが
嵌着され、さらに回転軸下端部は下方に延出されて、密
閉容器の底部に形成された油溜めに浸漬されており、全
長としてはかなり長いものである。

【００１２】このように従来のスクロール圧縮機は、回
転軸の一端部のみの枢支で、他端部の枢支がない。した
がって、完全確実に回転軸の傾きをなくして安定運転を
なすまでには至らない。

【００１３】そしてこの圧縮機では、回転軸の軸方向を
垂直方向に向けた、いわゆる縦形のものであり、回転軸
の自由端におけるふれ回りの発生が比較的が少なくてす
む。しかるに、圧縮機の据付けスペースの点で有利な横
置き形（回転軸ほかの軸方向が水平方向になる）では、
自由端側に電動機のロータが嵌着される。このロータは
重量が大であり、停止時ばかりでなく回転時にも重力の
影響を受けることから、信頼性を保持する意味で何らか
の処置が必要となる。

【００１４】本発明は上記事情に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、回転軸の一端側にお
いて２つの軸受手段を介して枢支し、他端側においても
枢支することを前提として、各軸受に対する荷重配分を
改善し、回転軸の安定した回転による旋回スクロールの
傾きを防止し、圧縮性能および信頼性の向上を図れるス
クロール式圧縮機を提供しようとするものである。

【００１５】

【課題を解決する手段】上記目的を満足するため、本発
明のスクロール式圧縮機は、請求項１として、翼部を備
えた固定スクロールと、この固定スクロールの翼部と噛
合する翼部を備え、これらの間に圧縮空間を形成する旋
回スクロールと、この旋回スクロールと回転自在に掛合
するクランク部を備え、このクランク部と一体に主軸部
が連設される回転軸と、この回転軸の主軸部を回転自在
に枢支する枢支手段と、この枢支手段によって枢支され
た回転軸を回転駆動する駆動手段とを具備し、旋回スク
ロールを旋回運動させて圧縮空間に被圧縮ガスを吸込
み、圧縮して吐出するスクロール式圧縮機において、上
記枢支手段は、回転軸の主軸部一端を、第１の軸受具で
あるコロ軸受および第２の軸受具であるすべり軸受を介
して枢支する主軸受と、主軸部他端を、第３の軸受具を
介して枢支する副軸受とからなり、上記第３の軸受具に
対して、第１の軸受具は第２の軸受具よりも遠い位置に
設けられ、第１の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣ
ａ，第２の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣｂとし
たとき、Ｃａ＜Ｃｂの関係に設定したことを特徴とす
る。

【００１６】請求項２として、請求項１記載の上記第２
の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣｂ，第３の軸受
具と回転軸とのクリアランスをＣｃとしたとき、Ｃｂ＞
Ｃｃの関係に設定したことを特徴とする。

【００１７】請求項３として、請求項１記載の上記駆動
手段は、回転軸に嵌着されるロータと、このロータの外
周に狭小の間隙を存して配置されるステータとからなる
電動機であり、上記第１の軸受具と回転軸とのクリアラ
ンスをＣａとしたとき、Ｃａ＜７５μm の関係に設定し
たことを特徴とする。

【００１８】請求項４として、請求項１記載の上記固定
スクロールと、旋回スクロール、回転軸、枢支手段およ
び駆動手段はその軸方向が全て水平に向けられ、圧縮機
として横置き形であることを特徴とする。

【００１９】

【作用】請求項１および請求項２の発明によれば、運転
時の圧縮荷重を、主軸受に備えた第１の軸受具であるコ
ロ軸受と、第３の軸受具を備えた副軸受とで受けるた
め、回転軸の傾きを最小として、ロックの発生がない。

【００２０】請求項３の発明によれば、回転軸が傾いて
も、電動機のモータギャップを適正に保持でき、起動不
良がない。請求項４の発明によれば、回転軸や、他の構
成部品に重力が作用するが、上記設定により重力の影響
を最小に抑制する。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面にもとづい
て説明する。図１は、横置き型のスクロール式圧縮機を
示す。図中１は、水平方向に長い密閉ケースである。こ
の密閉ケース１内の、図において右側部に主軸受である
支持フレーム２が設けられる。左側部にはスティ２０が
取着固定され、このスティの延出端部に副軸受２１が取
付けボルト２２を介して取付け固定される。

【００２２】上記支持フレーム２および副軸受２１とも
に、その軸方向が水平方向に向けられる。そして、支持
フレーム２は後述する第１の軸受具Ａと第２の軸受具Ｂ
を介して、かつ副軸受２１は後述する第３の軸受具Ｃを
介して、水平方向に延出される回転軸３を回転自在に枢
支している。

【００２３】上記回転軸３の上記支持フレーム２側に
は、圧縮機構部４が連結され、他の位置にはステータ５
とロータ６とからなる電動機部７が設けられる。上記圧
縮機構部４は、上記支持フレーム２にオルダムリング１
０を介して旋回自在に支持される旋回スクロール１１
と、この旋回スクロール１１と噛合する固定スクロール
１２とから構成される。上記オルダムリング１０は、旋
回スクロール１１の自転を規制し、旋回運動のみ行わせ
る。

【００２４】上記回転軸３は、上記ロータ６が嵌着され
るとともに各軸受具Ａ，Ｂ，Ｃに枢支される部位を主軸
部３ａと呼び、この主軸部の図において右側端部にバラ
ンサ部３ｂが設けられ、さらに主軸部と偏心して一体に
クランク部３ｃが設けられている。そしてこのクランク
部３ｃに、上記旋回スクロール１１に一体に設けられる
ボス部１１ｃが回転自在に係合する。

【００２５】上記旋回スクロール１１は、ボス部１１ｃ
を備えた鏡板部１１ａと、この鏡板部１１ａの上面側に
一体に突設される渦巻状の翼部１１ｂとからなる。上記
固定スクロール１２は、鏡板部１２ａと、この鏡板部１
２ａの下面側に一体に突設され旋回スクロール１１の翼
部１１ｂと噛合する渦巻状の翼部１２ｂとからなる。

【００２６】これら旋回，固定スクロール１１，１２の
鏡板部１１ａ，１２ａと翼部１１ｂ，１２ｂとで、一対
の圧縮空間ａが形成され、周端部側から被圧縮ガスであ
る冷媒ガスを取り込んで、中心部側に移動するとともに
その容積を縮小させ、圧縮作用を行えるようになってい
る。

【００２７】上記固定スクロール鏡板部１２ａの中央部
には、上記圧縮空間ａの渦巻き中心と連通するよう吐出
ポート１３が貫通して設けられる。上記鏡板部１２ａ端
面にはバルブカバー１４が取着され、吐出ポート１３に
対向する密閉空間である高圧吐出室１５を形成してい
る。

【００２８】上記高圧吐出室１５には、図示しない吐出
管が接続される。この吐出管は、密閉ケース１を貫通し
て外部に延出され、ここでは図示しない冷凍サイクルの
凝縮器に連通する。

【００２９】また、密閉ケース１の図において上部中央
には吸込管１６が接続され、ケース１内部空間と連通す
る。上記吸込管１６は、ここでは図示しない冷凍サイク
ルの蒸発器と連通する。

【００３０】上記副軸受２１には、容積形の給油ポンプ
１７が設けられる。この給油ポンプ１７から油吸上げ管
１８が延出され、この端部に取着されるフィルタ１８ａ
は、密閉ケース１内底部に形成される油溜り部１９の潤
滑油に浸漬する。

【００３１】つぎに、上記軸受具について詳述する。回
転軸３における主軸部３ａの最も右側部位であるバラン
サ部３ｂと隣接する部位に挿嵌される上記第１の軸受具
Ａは、コロ軸受である。

【００３２】上記第２の軸受具Ｂは、第１の軸受具Ａを
基準にしてバランサ部３ｂとは反対側の部位に備えられ
ていて、鉛青銅軸受とも呼ばれるすべり軸受である。上
記副軸受２１に備えられる第３の軸受具Ｃは、ボール軸
受である。

【００３３】回転軸３および支持フレーム２と副軸受２
１の加工精度条件から、各軸受Ａ，Ｂ，Ｃと回転軸３と
の間に生じるクリアランス（隙間）は、以下のような条
件に設定される。

【００３４】図２に示すように、コロ軸受Ａと回転軸３
との間のクリアランスをＣａ，すべり軸受Ｂと回転軸３
との間のクリアランスをＣｂ，ボール軸受Ｃと回転軸３
との間のクリアランスをＣｃとしたとき、 （１） Ｃａ ＜ Ｃｂ （２） Ｃｂ ＞ Ｃｃ （３） Ｃｂ ＜ ７５μm である。

【００３５】しかして、電動機部７に通電して圧縮機構
部４を駆動すると、蒸発器で蒸発した低圧の冷媒ガス
が、吸込管１６を介して密閉ケース１内に導入され、内
部空間に充満する。

【００３６】この冷媒ガスは、旋回スクロール１１と固
定スクロール１２とで形成される圧縮空間ａの外周部に
吸込まれる。そして、旋回スクロール１１の旋回運動に
ともなって徐々に中心部に移送され、空間容量が減少す
ることにより圧縮される。

【００３７】所定圧まで上昇したところで、高圧の冷媒
ガスは吐出ポート１３からバルブカバー１４内の高圧吐
出室１５へ吐出され、充満する。さらに、高圧吐出室１
５と連通する吐出管を介して外部の凝縮器に導かれる。

【００３８】この凝縮器で高圧の冷媒ガスは凝縮して液
冷媒に変ってから、断熱膨張をなし、さらに蒸発器に導
かれて蒸発し、被空調室に対する冷房作用をなす。蒸発
冷媒は再び圧縮機の吸込管１６から吸込まれ、上述のサ
イクルを循環する。

【００３９】図３に示すように、上記旋回スクロール１
１の旋回運動にともなって、この旋回スクロールと係合
する回転軸３のクランク部３ｃが圧縮荷重Ｆを受けると
き、回転軸は各軸受具Ａ〜Ｃとのクリアランスの範囲内
で移動する。

【００４０】このクリアランスが先に説明したように、
コロ軸受Ａと回転軸３との間のクリアランスをＣａ，す
べり軸受Ｂと回転軸３との間のクリアランスをＣｂ，ボ
ール軸受Ｃと回転軸３との間のクリアランスをＣｃとし
たとき、（１）Ｃａ＜Ｃｂ、（２）Ｃｂ＞Ｃｃであるか
ら、回転軸３にかかった圧縮荷重Ｆをコロ軸受Ａとボー
ル軸受Ｃとで受ける。

【００４１】換言すれば、回転軸３はコロ軸受Ａとボー
ル軸受Ｃとのクリアランスの範囲内で圧縮荷重を受けて
軸移動をなし、すべり軸受Ｂには圧縮荷重が及ばない。
しかも、コロ軸受Ａとボール軸受Ｃは回転軸３に対して
最大限長く離間した距離で枢支することになるので、回
転軸の傾きがなくなって安定した運転を得る。

【００４２】また回転軸３が最大の圧縮荷重を受けて回
転軸３が傾いても、（３）Ｃｂ＜７５μm の条件によ
り、ステータ５とロータ６との隙間であるモータギャッ
プを、０．２０mm以上確保できる。すなわち、どのよう
な条件下にあっても、常にモータギャップを適正に保持
でき、起動不良を防止する。

【００４３】以上の理由により、ロータ６のふれ回りを
最大限抑制でき、磁力の発生が安定して、回転トルクの
減少を防止する。たとえば、駆動トルクが圧縮機構部４
における圧縮荷重やスラスト荷重より小さくなると駆動
不良となり、またロータ６のふれ回りが大きくなると振
動も大になるが、先に述べた設定から起動不良を防止で
き、ロータのふれ回りもない。

【００４４】なお、回転軸３を主軸受である支持フレー
ム２において第１の軸受具であるコロ軸受Ａと、第２の
軸受具であるすべり軸受Ｂで枢支することと、副軸受２
１において第３の軸受具であるボール軸受Ｃで枢支する
ことを前提として、これら軸受Ａ，Ｂ，Ｃの回転軸３に
対するクリアランスの設定は、第１条件として、Ｃａ＜
Ｃｂと限定した。

【００４５】しかしながら、実際のクリアランスには、
上記（１）の条件のほか、Ｃａ＝Ｃｂ、Ｃａ＞Ｃｂの関
係が残されている。Ｃａ＝Ｃｂの場合は（１）の条件に
近いので許容されるが、Ｃａ＞Ｃｂである条件の設定は
全く許容されない。

【００４６】Ｃａ＞Ｃｂの場合は、図４に示すように、
回転軸３が圧縮荷重Ｆを受けた状態で軸移動すると、コ
ロ軸受Ａには接触せず、すべり軸受Ｂに接触してしま
う。すべり軸受Ｂは鉛青銅板である薄板を軸に巻装した
ものであるから，大きな圧縮荷重を受けると回転軸３を
枢支することができずにロックに至り易い。

【００４７】図５（Ａ）は、本発明のクリアランス条件
Ｃａ＜Ｃｂを具体的に表し、同図（Ｂ）は先のクリアラ
ンス条件Ｃａ＞Ｃｂを具体的に表す。同図（Ａ）におけ
る実測値をもって説明すると、回転軸３にかかる圧縮荷
重Ｆを１００％としたときに各軸受に荷重がかかる割合
は、コロ軸受Ａでは１２２％となるが、すべり軸受では
０％、ボール軸受では２２％である。

【００４８】これに対して同図（Ｂ）のＣａ＞Ｃｂの条
件下では、回転軸３にかかる圧縮荷重Ｆを１００％とし
たときに各軸受に荷重がかかる割合は、コロ軸受Ａでは
０％、すべり軸受Ｂでは１３７％、すべり軸受Ｃでは３
７％である。

【００４９】すなわち、Ｃａ＞Ｃｂの条件下では、コロ
軸受Ａで荷重を受けることがなく、そのほとんどをすべ
り軸受Ｂで受ける。しかも、このときのすべり軸受Ｂ
は、本発明の設定条件（Ｃａ＜Ｃｂ）におけるコロ軸受
Ａが受ける荷重よりも大きな荷重を受け、単品での信頼
性が低いことから、回転軸３のロックに至り易い。

【００５０】また、回転軸３を水平にして、いわゆる横
置き形とした。上記回転軸３は、軸方向に沿って重量の
大である電動機部７のロータ６が嵌着されているところ
から、その重力の影響を受ける。

【００５１】しかしながら本発明では、回転軸３は上記
ロータ６嵌着部の一側部を第１の軸受具Ａと第２の軸受
具Ｂを介して支持フレーム２に枢支されているとともに
他側部を第３の軸受具Ｃを介して副軸受２１に枢支され
る。

【００５２】すなわち、本発明のスクロール式圧縮機は
横置き形であり、ロータ６の重量全てが回転軸３にかか
り重力が影響するが、上記構造を採用したので、いかな
る状況にあっても回転軸３がロックすることなく、安定
した作動をなす。

【００５３】なお、上記実施例のスクロール式圧縮機
は、横置き形に限定されるものではなく、縦置き形に変
更しても同様の効果を得ることができる。また、上記ス
クロール式圧縮機は、空気調和機の冷凍サイクルを構成
するものとして説明したが、これに限定されるものでは
なく、他の被圧縮ガスを圧縮する圧縮機として使用でき
る。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、第１の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣａ，
第２の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣｂとしたと
き、Ｃａ＜Ｃｂの関係に設定したから、運転時の圧縮荷
重を第１の軸受具であるコロ軸受と、第２の軸受具であ
る副軸受とで受けることになり、回転軸の傾きを最小と
してロックを確実に防止でき、信頼性の向上を図れる効
果を奏する。

【００５５】請求項２の発明によれば、第２の軸受具と
回転軸とのクリアランスをＣｂ，副軸受に備えられる第
３の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣｃとしたと
き、Ｃｂ＞Ｃｃの関係に設定したから、運転時の圧縮荷
重をコロ軸受と副軸受とで受けるため、回転軸の傾きを
最小としてロックを確実に防止でき、信頼性の向上を図
れる効果を奏する。

【００５６】請求項３の発明によれば、駆動手段をロー
タとステータとからなる電動機とし、第１の軸受具と回
転軸とのクリアランスをＣａとしたとき、Ｃａ＜７５μ
m の関係に設定したから、回転軸が傾いても、モータギ
ャップを適正に保持でき、起動不良がなく、信頼性の向
上を図れる効果を奏する。

【００５７】請求項４の発明によれば、固定スクロール
と、旋回スクロール、回転軸、枢支手段および駆動手段
の軸方向を全て水平に向け、圧縮機として横置き形とし
たから、回転軸を水平にすることにより、この回転軸と
他の部品に重力が作用するが、重力の影響を最小限に抑
制して円滑な回転を保持し、信頼性の向上を図れる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、横置き形のスクロー
ル式圧縮機の縦断面図。

【図２】同実施例の、回転軸に対する各軸受具の関係を
模式的に表す図。

【図３】同実施例の、回転軸が圧縮荷重を受けた状態の
関係を模式的に表す図。

【図４】本発明と異なる条件下での、回転軸が圧縮荷重
を受けた状態の関係を模式的に表す図。

【図５】（Ａ）は、本発明の各軸受にかかる荷重を説明
する図。（Ｂ）は、本発明とは異なる条件下での各軸受
にかかる荷重を説明する図。

【符号の説明】

１２…固定スクロール、１１…旋回スクロール、３ｃ…
クランク部、３ａ…主軸部、３…回転軸、Ａ…第１の軸
受具（コロ軸受）、Ｂ…第２の軸受具（すべり軸受）、
２…主軸受（支持フレーム）、Ｃ…第３の軸受具（ボー
ル軸受）、２１…副軸受、５…ステータ、６…ロータ、
７…電動機部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】翼部を備えた固定スクロールと、 この固定スクロールの翼部と噛合する翼部を備え、これ
   らの間に圧縮空間を形成する旋回スクロールと、 この旋回スクロールと回転自在に掛合するクランク部を
   備え、このクランク部と一体に主軸部が連設される回転
   軸と、 この回転軸の主軸部を回転自在に枢支する枢支手段と、 この枢支手段によって枢支された回転軸を回転駆動する
   駆動手段とを具備し、旋回スクロールを旋回運動させて
   圧縮空間に被圧縮ガスを吸込み、圧縮して吐出するスク
   ロール式圧縮機において、 上記枢支手段は、 回転軸の主軸部一端を、第１の軸受具であるコロ軸受お
   よび第２の軸受具であるすべり軸受を介して枢支する主
   軸受と、 主軸部他端を、第３の軸受具を介して枢支する副軸受と
   からなり、 上記第３の軸受具に対して、第１の軸受具は第２の軸受
   具よりも遠い位置に設けられ、 第１の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣａ，第２の
   軸受具と回転軸とのクリアランスをＣｂとしたとき、
   Ｃａ ＜ Ｃｂ の関係に設定したことを特徴とする流
   体圧縮機。
2. 【請求項２】上記第２の軸受具と回転軸とのクリアラン
   スをＣｂ，第３の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣ
   ｃとしたとき、 Ｃｂ ＞ Ｃｃ の関係に設定したこ
   とを特徴とする請求項１記載の流体圧縮機。
3. 【請求項３】上記駆動手段は、回転軸に嵌着されるロー
   タと、このロータの外周に狭小の間隙を存して配置され
   るステータとからなる電動機であり、 上記第１の軸受具と回転軸とのクリアランスをＣａとし
   たとき、Ｃａ ＜ ７５μm の関係に設定したことを特
   徴とする請求項１記載の流体圧縮機。
4. 【請求項４】上記固定スクロールと、旋回スクロール、
   回転軸、枢支手段および駆動手段はその軸方向が全て水
   平に向けられ、圧縮機として横置き形であることを特徴
   とする請求項１記載のスクロール式圧縮機。