JPS61205385A

JPS61205385A - 流体圧縮装置

Info

Publication number: JPS61205385A
Application number: JP4405885A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山; Tadayuki Onoda; 斧田　忠幸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-03-06
Publication date: 1986-09-11
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPH0678754B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、回転機械の支持手段に特徴を有する流体圧縮
装置に関するものである。

従来の技術従来、例えばルームエアコンに用いられる圧縮機の回転
主軸部分に用いられる軸受には、円筒型。

あるいは針状型のころがシ軸受、！銅鋳物等の焼給金金
を用いたスリーブ軸受等が用いられている。

第７図は、スクロール型圧縮機の従来例を示すもので、
１は回転軸、２は旋回スクロール、３は固定スクロール
、４はケーシング、５はモータのコア、６はモータのス
テータ、７．８は回転軸１とケーシング４の間に設けら
れたスリーブ軸受、９は円筒コロ軸受、１ｏはクラ／り
軸、１１はクランク軸１０と旋回スクロール２の間に設
けられたスリーブ軸受、１２はシェル容器、１３は圧縮
機の吸入孔、１４は吐出孔である。

スクロール圧縮機は、近年実用化が急速に進められてい
るもので、シェル容器１２に固定された固定スクロール
３に対して、旋回スクロール２を歳差運動させることに
よシ、冷媒を外周部に設けた吸入孔１３から、吐出孔１
４が設けられた中心部に送り込んで圧縮する容積型の圧
縮機である。

吸入弁、吐出弁が不要であり、圧縮気体の漏れが少ない
、摺動速度が小さい、トルク変動が小さいなどの特徴が
あるので、圧縮機を高速回転で駆動できる可能性がある
。

発明が解決しようとする問題点近年ルームエアコンにおいて、快適性向上と省エネルギ
ーの要望から、圧縮機の回転数を可変にすることにより
、冷凍能力を任意に制御し得るインバータ・エアコンの
開発が進められている。この場合、大きな課題の一つは
、高速回転でも効率を低下させないで使用出来る、信頼
性の高い圧縮機をいかにして実現するかということであ
る。通常、製品には油交換などのメインテナンスがなく
、長期（設計寿命１０年）にわたる信頼性を確保せねば
ならない。とくに、冷暖を兼ねたインバーターエアコン
の場合、システムの使用頻度が増し、従来以上に信頼性
の余裕度が要求される。

しかし、例えば、第７図で示したスクロール型圧縮機を
インバータ・エアコンに適用し、高速１万ｒｐｍ程度で
駆動させたとき、長期使用後、軸受部７，８，９．１１
に異常な剥離をともなう摩耗が発生し、焼付き（ロック
）に到るトラブルの要因となることが分かった。それは
、下記の理由によるものである。

第７図で示すスクロール圧縮機では、旋回スクロール２
はクランク軸１０を軸芯として、クランク軸１０の回転
と共に旋回する。両スクロール２゜３を微小なギャップ
を保った状態で、対向させて配置し、吐出行程終了時に
羽根室の容積ｖ−Ｏにさせるために、両スクロール２．
３の中心部に吐出孔１４を形成せねばならない本形式の
圧縮機では、旋回スクロール２を支持する軸受部は片持
ち構造となる。この軸受部に加わるラジアル荷重は、羽
根室内の圧力に起因するものでと遠心力に起因するもの
があり、特に前者は極めて大きく、通常ｆｒ＝１００１
１Ｐ以上ある。また、圧縮機の軸受部７゜８．９．１１
に供給される潤滑流体は、非圧縮性のオイルではなく、
通常冷媒ガスが混合した高温（Ｔｄ＝９０〜１００″Ｃ
）の気液２相流であシ、良好な潤滑状態と言い難い。ま
た荷重ｔｘは、旋回スクロール２と回転軸１に加わる不
つりあいの動的荷重であり、これが軸受やすべり面を介
して装置の静止部分に作用し、振動と騒音をもたらす要
因となった。

本発明は、かかる動的変動を有する流体回転機械におい
て、高速回転に対しても高い信頼性を有し、また装置全
体の振動・騒音し低減しうるものである。

問題点を解決するための手段本発明は、上記問題点を解決するため、クランク軸と旋
回スクロールの間に、あるいは回転軸と装置の固定部の
間に、軸芯に対して非対称な静圧軸受を形成したもので
ある。

作　　用以上の構成によシ羽根室の圧力による不つりあいの動的
ラジアル荷重を消去し、軸受負荷の大幅な軽減゛を図る
ものである。

実施例最初に本発明を原理図である第１図、第２図を用いて説
明する。６０は回転軸、５１は回転軸６０に対してεだ
け偏芯して形成されたクラ／り軸、６２はクランク軸６
１の外輪部、５３はロータである旋回スクロール、６４
は６３と６２の間に設けられたコロ軸受、６６は高圧オ
イルの供給路、６６はクランク軸６１に形成された高圧
側静圧軸受のポケット、６７は６６に対してクランク軸
６１の裏面に形成された低圧側静圧軸受のポケット、５
８は旋回スクロール６３のスラスト荷重を支持する玉軸
受、６９は低圧源と５７を連絡する低圧側流通路、６ｏ
は固定部である固定スクロール、６９は吸入孔、７０は
吐出孔の７２は６３と６０で形成される羽根室でおる。

第２図に、回転軸６ｏ及びクランク軸６１に加わる６力
の作用点と力の方向を図示する００′は回転軸６０の軸
芯、０をクランク軸６１の軸芯とすれば、クラ／り軸６
ｏに加わる羽根室圧力による回転方向の力Ｆθは、０σ
に対して直角方向に働く。

その力の作用点は、００′の距離をεとすれば、０から
ε々の位置にある。ちなみに、Ｔ＝−εＦθが圧縮機の
駆動トルクとなる。０αを結ぶ直線と同方向に荷重羽根
室圧力による荷重Ｆｒ　　も働くが、本実施例で示すス
クロール圧縮機の場合、通常Ｆθに対してＦｒは１／１
ｏ　程度である。また、０σと同一方向に遠心力ＦＣも
働く。

第１図において、クランク軸６１の外表面には、低圧及
び高圧源に連絡する静圧軸受のポケットが、００／を結
ぶ直線に対して、概略対称に形成されている。各ポケッ
ト５６．５７はクランク軸５１と共に回転するので、こ
の静圧力による旋回スクロール５３に働くラジアル方向
の荷重ＦＢ第１図←）は、前述した羽根室圧力による荷
重、すなわち、ＦθとＦｒの合力Ｆｓを相殺するように
働く。その結果、回転軸６ｏと旋回スクロール６３に働
くラジアル方向の外力ＦＢは、みかけ上消去され、装置
全体の振動・騒音を低減させるだけではなく、コロ軸受
６４の負荷を大幅に軽減させる効果をもたらすことにな
る。不クリあい質量による動的変動荷重を消去するため
に、バランスウェイトを用いる１法が従来から用いられ
ているが、この場合回転数の２乗に比例して遠心力が変
化してしまう。

エアコンシステムに用いられる圧縮機の場合、吸入、吐
出の圧力条件が一定となる様に制御されるために、回転
数が変っても、羽根室内圧力は工程変化しない。それゆ
え広い回転数領域で用いられるイノバータ・エアコンに
おいて、回転数に対する依存性の少ないラジアル荷重Ｆ
ｓを消去する方法として、本発明は極めて有用である。

以下実施例であるスクロール圧縮機の正面断面図（第３
図）を用いて説明する。６１はケーシング、６２，６３
はそれぞれモータのコア及びステータ、６４は５２に形
成したバランスウェイト、６６はケーシング６１と回転
軸６０の間に設けられたスリーブ軸受、６６はクランク
軸６１の外輪部６２の底面とケーシング６１の間に設け
られたスラスト軸受、６８は圧縮機を密閉するシェル容
器７１は油室である。

バランスウェイト６４は第３図で図示した遠心力Ｆ’ｃ
　による不つりあい荷重を消去するものである。

さて、吸入圧力Ｐｓ　＝ｏ、ａＭＰａ、吸入温度Ｔｓ＝
２８３に吐出圧力Ｐｄ　＝　２．１８ＭＰａの条件下で
、表１の仕様（実施例）によるスクロール圧縮機の、羽
根室圧力による荷重Ｆθ、Ｆｒ　の解析結果を第４図、
第５図に示す。

本圧縮機では、回転中の荷重の変動は少なく、Ｆθ＝　
１．５　ＫＮ程度であり、またＦθ）Ｆｒである。

実施例において形成した静圧軸受のポケット５６の高さ
Ｈ：０．０２５ｍ　　であり、高圧側と低圧側の圧力差
ΔＰがラジアル荷重として有効に作用するとすれば、ｌ
’ｓ＝ΔＰＸＨＸＤ＝１．１９ＫＮであり、荷重Ｆθを
軽減するための十分な負荷能力を得ることができる。

第１図の実施例では、非対称の静圧軸受をクランク軸６
１の外周部と旋回スクロール５３の間に形成したが、本
発明の他の実施例゛である第６図に示すように、クラン
ク軸の内輪部の内面と旋回スクロールの間に静圧軸受を
形成してもよい。第６図において８０は回転軸、８１は
クランク軸、８２はクランク軸の外輪部、８３は旋回ス
クロール、８４は固定スクロール、８６は旋回スクロー
ルのスラスト荷重を支持するボール、８６はオイル供給
路、８７はクランク軸の外輪部８２の内周面に形成され
た非対称静圧軸受のポケット、８８は固定部であるケー
シング、８９はケーシング８８と外輪部８２の外周面に
形成された静圧軸受のポケットである。９ｏはクランク
軸８１の外周部と旋回スクロール８３の内周面で形成さ
れる動圧軸受部を示す。

本実施例で示した位置に非対称静圧軸受を形成すること
により、第１図で示した構造よりも、外径の大きな分だ
け大きな負荷能力を得ることができる。また本実施例で
はクランク軸の外周部にも静圧軸受９０を形成している
。非対称の静圧軸受８７によっても、荷重Ｆｓ　の反力
は、やはり回転軸８０に加わることになるが、静圧軸受
９ｏによって、上記Ｆｓ　を支持することができるため
に、回転軸８０は高速時においてもより安定な状態を保
つことができる。

本実施例で示した非対称静圧軸受は片反面のみに高圧側
と連絡するポケットを形成しているが、例えば、通常の
静圧軸受と同様に、全周面に対称に複数個の静圧軸受を
形成し、絞９の大きさく内径あるいは長さ）のみを非対
称としてもよく、あるいはポケットの大きさを非対称と
してもよい０要は、偏心の大きさに対して発生する負荷
能力が非対称となる様に静圧軸受が形成されていればよ
い、第１図の実施例では、非対称静圧軸受６６の外側に
コロ軸受６４．第６図の実施例では非対称静圧軸受８７
の内側に動圧型の流体軸受９ｏを形成している。この２
重スリーブの構造により、本発明では軸受５４，９０に
加わる負荷を大幅に軽減を図ることができる。但し、ラ
ジアル荷重が十分に小さければ、非対称の静圧軸受だけ
でもよい。例えば、第７図の構造でスリーブ軸受１１の
代りにかつ軸と一体で形成されたクランク軸と、このク
ランク軸と連結したロータと、前記軸を駆動する手段と
、前記ロータを収納する固定部と、この固定部と前記ロ
ータの間で形成される圧縮室と、この圧縮室と外部を連
絡し、前記固定部に形成された流体の吸入孔及び吐出孔
と、前記圧縮室に発生する流体圧による軸径方向荷重Ｆ
ａ　を支持するだめの前記軸もしくはクランク軸に設け
られた軸受と、この軸受と連絡した高圧流体の供給流通
路より構成される流体回転装置において、前記軸受は軸
芯に対して非対称に形成された前記供給流通路の開孔部
を有する静圧軸受を有し、かつこの静圧軸受による軸径
方向荷重ＦＢは、前記圧縮機に発生する流体圧による軸
径方向荷重Ｆｓ　を消去する方向に働くように、前記開
孔部を配置することにより、羽根室圧力により不つりあ
いの動的ラジアル荷重を消去し、軸受負荷の大幅な軽減
を図ると同時に、装置全体の大幅な振動・騒音の低減を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図イは本発明の原理を示す正面断面図、第１図口は
同側面断面図、第２図は本発明の圧縮機に働く力の作用
点とその方向を示す図、第３図はある。５０・・・・・・軸、６２・・・・・・クランク軸、６
３・・・・・・ロータ、６ｏ・・・・・・固定部、６９
・・・・・・吸入孔、Ｔｏ・・・・・・吐出孔、６６・
・・・・・高圧流体供給路、５６・・・・・・静圧軸受
の開孔部。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図第２図筒４図クランク回転々膚θ　ｄり第５図クランク回転角崖θｄｅ５纂６図

Claims

【特許請求の範囲】

　軸芯に対して偏芯し、かつ軸と一体で形成されたクラ
ンク軸と、このクランク軸と連結したロータと、前記軸
を駆動する手段と、前記ロータを収納する固定部と、こ
の固定部と前記ロータの間で形成される圧縮室と、この
圧縮室と外部を連絡し、前記固定部に形成された流体の
吸入孔及び吐出孔と、前記圧縮室に発生する流体圧によ
る軸径方向荷重を支持するための前記軸もしくはクラン
ク軸に設けられた軸受と、この軸受と連絡した高圧流体
の供給流通路より構成され、前記軸受は軸芯に対して非
対称に形成された前記供給流通路の開孔部を有する静圧
軸受を有し、かつこの静圧軸受による軸径方向荷重は、
前記圧縮室に発生する流体圧による軸径方向荷重を消去
する方向に働くように、前記開孔部が配置されているこ
とを特徴とする流体圧縮装置。