JPS6329083A - スクロ−ル流体機械の給油装置 - Google Patents

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、圧縮機、膨張機あるいは流体ポンプなどに用
いられ、且つインバータ等にて回転数可変運転されるス
クロール流体機械の軸受給油装置に係シ、特に、可変速
運転時に、軸受部へ安定した給油が確保される給油装置
に関するものである〔従来の技術〕 従来の装置は、特開昭５７−７６２０１号に記載のよう
に、スクロール圧縮機の圧縮作用により、旋回スクロー
ルに作用する流体圧力により発生する軸受荷重について
は記載されているが、インバータ等で回転数を可変制御
する運転においては、スクロール圧縮機の旋回スクロー
ル軸受部にか＼る軸受荷重が、上述の流体圧力によシ発
生する荷重よりも、旋回スクロールの遠心力で発生する
荷重のほうが支配的になるにもか＼わらず、この点につ
いては開示されていなかった。この技術分野において、
年々、圧縮機の最高回転数は上昇しており、特に高速運
転時には遠心力による荷重の影響が重要となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、旋回スクロールの軸受部に作用する荷
重は、スクロール圧縮機の圧縮作用により、旋回スフロ
ー／Ｌ−に作用するガス圧力荷重よりも、遠心力により
発生する荷重の方が大きいにもか＼わらず、この遠心力
については配慮がなされておらず、回転数が可変制御さ
れるスクロール圧縮機では、特に高速運転の旋回スクロ
ール軸受の信頼性に問題があった。

本発明の目的は、回転数が可変制御されるスクロール流
体機械の旋回スクロール部の軸受へ、安定した給油が得
られると共に、充分な油膜厚さが確保できる軸受装置を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、クランク部の表面に設ける軸方向給油溝を
、遠心力によってシャフトの半径方向に作用する荷重が
、クランク部に作用する位置よりクランク部の回転方向
に向っては−：４５度進んだ位置に設けることによシ達
成される。

〔作用〕

旋回スクロールの軸受に係合するクランク部り摺動面で
、最小油膜厚さの形成される範囲は、インバータ付モー
タ等により可変速運転すると、流体圧荷重の作用する位
置から遠心力荷重が作用する位置の間を変動する。そし
て、この位置は、高速運転になる程、遠心力荷重が作用
する位置側に移行する。即ち、クランク部は、常に旋回
スクロールの遠心力作用の影響を強く受ける。

従って、旋回スクロールの旋回運動によって生起する遠
心力荷重がクランク部に作用する位置よりも、回転方向
ｒｃ向かいて進行する位置に溝を設け、この溝から給油
すれば、この油はクランク部の回転によシ、確実に上記
遠心力作用による荷重を受ける面に達し、充分に油が供
給され、油膜圧力が発生し、必要油膜厚さがＮ保される
ため旋回軸受とクランク部とは焼付くことはない。また
、上記進行角度は、はソ４５度の位置が、摩擦係数及び
油膜厚さ７）関係から良好である。

〔笑施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明−ｒる。

不失施例は、スクロール流体機械全圧縮機として用い比
例について説明する。

第１図乃至第３図は、インバータ制御のスクロール流体
機械の一例を示すもので、第２図において、１はチャン
バ、２μ固定スクロール、３は旋回スクロールである。

固定スクロール２と旋回スクロール３とは互いに円板状
の鏡板４．５とこれに直立して形成したうず巻状のラッ
プ６．７とを備え、これらのラップ６．７を内側に向け
てかみ合されている。旋回スクロール３にはその下面側
にすべり軸受８が装置されている。このすべり軸受８に
はクランクシャフト９のシャフト部９ａの中心に対して
偏心しているクランク部９ｂが係合している。クランク
シャフト９のシャフト部９ａはフレーム１０に表着した
上側のすべり軸受１１および下側のすべり軸受＋２ＶＣ
よって支持されている。クランクシャフト９は電動機１
３によって回転される。クランクシャフト９０回転によ
り、旋回スクロール３はオルダムリング１４とオルダム
キー１５とによって旋回運動をするが、見かけ上の自転
は阻止さ几る。この運動により、吸入パイプ１６から吸
入したガスは旋回スクロール３と固定スクロール２との
内部で圧縮され、吐出口１７からチャンバ１内に放出さ
れ、吐出パイプ１８から吐出される。両スクロール２，
３により閉じ込められた流体の圧縮作用により、旋回ス
クロール３、すべり軸受８およびクランクシャフト９の
クランク部９ｂを通してシャフト部９ａＹＣ作用す　−
る荷重はすべり軸受１１．１２Ｖｃよって受は止められ
る。またクランクシャフト９の回転により、クランク部
９ｂには次式による遠心力（Ｆ）が発生する。

ｐ＝ｍ・γ−ω３ ここで、ｍ：旋回スクロールの質量 γ：旋回半径（クランク部の偏心 量） ω：角速度（２πＮ） （Ｎ：回転速度） この遠心力Ｆｔ−ｆ、スベリ軸受８を介してクランク部
９ｂに作用する。

また、その方向は、クランク部９ｂの偏心方向となる。

クランクシャフト９内には給油孔１９が穿設されており
、チャンバ１底部の油が、油溜の圧力と、フレーム１０
、旋回スクロール３で形成される背圧室２５の圧力との
圧力差により、上記給油孔１９を上昇する。各軸受８．
ＩＩ、１２への給油の構造を第１図および第３図を参照
して説明する。この給油は、クランク部９ｂとすべり軸
受８と旋回スクロール３の壁面にて形成された油室２０
に導入され、次いで、クランクシャフト９のクランク部
９ｂの外周面に軸方向に欠設された給油溝２１に流入し
、旋回スクロールのすべり軸受８とクランク部とを潤滑
する。

すべり軸受８を潤滑した油はクランクシャフト９のクラ
ンク部９ｂとバランスウェイト２２との接続部に設けた
環状溝２３を通ってすべり軸受８の下部に一体に成形し
たスラスト軸受２４を潤滑したのち、フレーム１０と旋
回スクロール３とで画成される中間室２５に排出される
。

クランクシャフト９のシャフト部９ａを支持する上側の
すべり則受１１への給油は、給油路１９溝２７に供給す
ることによって行われる。このすべり軸受１１を潤滑し
た油はシャフト部９ａとバランスウェイト２２との接続
部に設けた環状溝２８を通してすべり軸受１１の上部に
一体に成形したスラスト軸受２９に流入し、これを潤滑
したのち、中間室２５に排出される。上側のすべり軸受
１１を潤滑した油の一部はこのすべり軸受１１の下端か
らシャフト部９ａ、フレーム１０、すべり軸受１１およ
びすべり軸受１２によって画成される排油室３０１Ｆ−
排出されたのち、フレーム１０に設けた排油孔３１を通
してチャンバ１に排出される。

前述した中間室２５に排出された油は旋回スクロール３
に設けられた細孔３２を通りて両スクロール２，３のか
み合い部に排出される。このため、中間室２５は吐出圧
力と吸入圧力との中間の圧く 力となる。したがって、上側ずぶり軸受１１と旋回スク
ロール３のすべり軸受へ給油は吐出圧力と中間圧力とに
よる差圧によって行われる。

クランクシャフト９のシャフト部９ａを支持する下側の
すべり軸受１２への給油は、給油路１９によって吸い上
げた油を、給油路１９に通ずる給油孔３３およびこれを
通じ、かつシャフト部９ａの外周面において軸方向に設
けた給油溝３４に供給することによって行われる。この
すべり軸受１２を潤滑した油はこのすべり軸受１２の上
端から排油室３０、排油孔３１を通ってチャンバ１に排
出されると共にすべり軸受１２の下端からチャンバＩＶ
ｃ排出される。

前述した軸方向の給油溝２＋、２７．３４および給油孔
２６．３３のうち、給油溝２１Ｖ′ｉクランクシヤフト
９のシャフト部９ａの中心Ｃとクランク部９ｂの中心Ｓ
とを結ぶ線Ｘ上よりもクランクシャツ５９０回転力回に
向いて４５度の位置に配置している。また他の給油溝２
７．３４および給油孔２６．３３は上記のＸ線上に配置
している。

即ち、給油溝２１０位置は、流体圧力Ｐ１に対して、ク
ランクシャフト９０回転方向に１３５度進んだ位置、換
言すれば、旋回スクロールにか＼る遠心力ＦＹｃ対して
、クランクシャフト９の回転方向に４５度進んだ位置で
ある。

給油溝２７は、流体圧力ＰＩＦ一対して、クランクシャ
フト９０回転方向に同って２７０度進んだ位置ｒζ設け
られ、虹に、給油溝３４は、給油溝２７に対し、１８０
度ずれた位置に設けられている。

これらの給油溝２１，２７．３４の配置は、軸受油膜反
力を有効に生起させるものである。

次に、上記構造のインバータ制御スクロール流体機械の
給油装置の作動について説明する。

インバータ（図示せず）で制御される電動機１３により
、第１図矢印Ａで示す方向にクランクシャフト９が回転
されると、旋回スクロール３は固定スクロール２に対し
て旋回運動を行い、吸入管１６を介し圧縮機の吸入室に
吸入されたガスは旋回スクロールの旋回運動により圧縮
され、吐出口１７から吐出される。このような圧縮工程
中において、両スクロール２．３にて形成される密閉空
間内の流体の圧力Ｐは第３図および第４図に示すように
旋回スクロール３、滑り軸受８を介してクランクシャフ
トのクランク部９ｂ）Ｃ作用する。−方、旋回スクロー
ル３ｔ：を旋回半径６で、固定スクロール２に対し旋回
運動することにより、その遠心力Ｆもすべり軸受８を介
してクランク部９ｂＶｃ作用する。このためクランクシ
ャフト９は、上側のすべり軸受１１と下側のすべり軸受
１２のｉ４１で煩く。この結果すベシ軸受１１には荷重
Ｐ２が、また、すべり軸受１２には荷重Ｐ３が作用する
一方、シャフトｉ９ａとクランク部９ｂとの間には、ク
ランク部と１８０度方向に、クランクシャフト９に対し
て、旋回スクロール３とクランク部９ｂによ多発生する
遠心力荷重に対抗するバランスウェイト２２が装着され
ておシ、クランクシャフト９の静的な釣合は保たれてい
る。即ち、回転軸としての設計は、両スクロール２．３
により形成される密閉を量的の流体圧力Ｐ１と、すべり
軸受１２の軸受反力ｊ、は同一方向となり、これに対し
、すべり軸受１１の軸受反力ｆ２は逆方向となる。また
、すべ９軸受１１およびすベク軸受１２の給油は、上記
傾きから最適な給油位置は、科開昭５７−７６２０１に
詳述されているように、荷重の作用点に対し、クランク
シャフト９の回転方向ＩＣ９０度進んだ位置に１袷油す
ればよい。

しかして、旋回スクロール３の軸受８では、電動機１３
０回転に伴ない、その遠心力Ｆが作用し、この力Ｆを軸
受８で受けなければならない。

次に、第５図を参照して、旋回スクロール３のすべり軸
受８とクランク部９ｂとの間で形成される油膜圧力分布
について説明する。

クランク部９ｂの中心８１１ｒｉ、クランクシャフトの
回転速度の大きさに伴ない、遠心力が犬きく作用するこ
とになり、すべり軸受８の中心Ｂ１から偏心する。（図
は軸受隙間を誇張して大きく図示している） 上記中心Ｓ１．　　Ｂ１を結ぶ線Ｙ１において、遠心力
Ｆが作用する側の軸受部に最小隙間Ｚａ□が、また同郡
と反対側に最大隙間ｚａ□が形成される。しかして上記
遠心力Ｆが作用する位置より、シャフトの回転方向側に
４５度進んだ位置の給油溝２１から軸受面に給油される
油は、給油圧とクランク部９ｂの回転により、クランク
部とすべり軸受との間の軸受隙間に引き出され、クラン
ク部の回転方向に向いて、隙間のせばまる軸受隙間の領
域に強制的に押し込まれ、所謂くさび作用が発生する。

このくさび作用の効果により、油膜圧力は最大すきま位
置ｚａ□から上昇し、最小すきま位置ｚａｔの手前で最
大となり、荷重Ｐ１に対向する油膜圧力Ｆ１を生起する
。その後、油膜圧力は減少し、最小すきま位ｆＺ３、で
ほぼ中間圧になる。クランク部９ｂの回転方向に沿って
形成される最小すきま位置Ｎａ１からの広がりすきまの
領域では、油膜圧力は最小すきま位置ｚａｌから低下し
、中間圧より低くなる。その後、油膜圧力は最小値とな
った後回復し給油溝２１０部分では給油圧になる。そし
て給油溝２１と最大すきま位置ｚａ２との間ではクラン
ク部９ｂの回転方向に対して広がりすきまとなるので、
油膜圧力は低下し、その後徐々に回復し、最大すきま位
ｔＩＩＺａ□ではほぼ中間圧になる。

上述のように軸受８Ｖｃおいては、その摺動面に旋回ス
クロールの遠心力による荷重Ｐ＝ｉさ＼えるに十分な油
膜圧力を連続的に、且つ適正に発生する。

第６図はクランク部９ｂ［係合するすべり軸受に対し、
クランク部９ｂの軸方向の位ｔ（角度）を変えた場合の
、軸受の摩擦係数を（ａ）図に、最小油膜厚さを（ｂ）
図に示すように、実験と計ｘＶＣより解明した結果を示
す。角度ＯＫ荷重作用点を固定し、軸方向の給油溝２１
の角１ｔ−９方向ＶｃＯ度から順次変えていくと、図示
のように（ａ）図の摩擦係数は０度を過ぎると減少し始
め、は’ｆ４５度付近で最小になシ、それ以後はや＼上
昇に移行する。

また（ｂ）図の最小油膜厚さは、０度を付近では上昇傾
向を示し、は’ｆ４５度付近で最大厚さになり、それ以
後は２００度位までその値を持続する。上記の摩擦係数
および油膜厚さの両者から、摩擦係数が小さく、且つ油
膜厚さが大きい位置は、はソ４５度付近が最適な状態を
示す。

また、固定スクロール、旋回スクロールの両スクロール
によシ形成される密閉空間内の流体圧力Ｐ１は遠心力Ｆ
の作用する方向よシも９０度遅れた位置にある。従って
、この隙受すき開位置でも、油膜圧力はその前に実線で
示す油膜圧力が発生しているので、間部には流体圧力Ｐ
１Ｙｃ対し、破線で示す如く、十分な油膜圧力となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変速駆動のスクロール流体機械の旋
回スクロールによる遠心力により発生する荷重に対して
、これに対抗する油膜反力を軸受内に生起させることが
でき、軸受の摩耗、焼付きを防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す給油装置を備えたクラ
ンクシャフト部分を拡大して示す縦断面図、第２図はス
クロール流体機械の縦断面図、第３図は給油溝と荷重作
用方向との関係を示すクランク部の拡大平面図、第４図
は荷重作用方向と軸受油膜圧力分布との関係を示すクラ
ンクシャフト部分の説明図、第５図Ｖ′ｉ第４図のｖ−
ｖ断面位置における旋回スクロール軸受部の荷重作用方
向と軸受油膜圧力分布図、第６図は給油溝の位置と、摩
擦係数および最少油膜厚さの関係？示す説明図で、（ａ
）図は摩擦係数、■）図は最小油膜厚さを示す線図であ
る。 ２・・・固定スクロール　　３・・・旋回スクロール８
・・・すベシ軸受　　９・・・クランクシャフト９ａ・
・・シャフト部　　９ｂ・・・クランク部　　１１．１
２・・・すベシ軸受　　１９・・・給油孔　　２１・・
・給油溝。 代理へ升埋士　小　川　勝　男 ￥２ｍ 円・・鈴油ＪＬ 第３ｍ Ｉ 第５圓 ２「

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．固定スクロールと、これに組合された旋回スクロー
   ルと、旋回スクロールのすべり軸受に係合されたクラン
   クシャフトのクランク部と、フレームの軸受に支承され
   たクランクシャフトと、クランクシャフトに連結した可
   変速駆動モータと、上記クランクシャフト及びクランク
   部に穿設された給油孔を備え、クランク部の端面空間を
   介し上記旋回スクロールのすべり軸受へ給油する装置に
   おいて、上記旋回スクロールの旋回運動によって生起す
   る遠心力によってシャフトの半径方向に作用する荷重が
   、シャフトのクランク部に作用する位置より、クランク
   部の回転方向に向いてほゞ４５度進んだ位置のクランク
   部表面に、軸線と平行に給油溝を設けてなることを特徴
   とするスクロール流体機械の給油装置。
2. ２．スクロール流体機械が、密閉容器内に収納され、密
   閉容器底部に油溜りを形成し、クランクシャフト下端の
   給油孔の開口端が油溜りの油中に浸潰されている特許請
   求の範囲第１項記載のスクロール流体機械の給油装置。
3. ３．密閉容器内を高圧雰囲気に保持している特許請求の
   範囲第２項記載のスクロール流体機械の給油装置。
4. ４．可変速駆動モータが、インバータ駆動モータである
   特許請求の範囲第１項記載のスクロール流体機械の給油
   装置。