JPWO2020157902A1 - すべり軸受構造及びスクロール圧縮機 - Google Patents

Abstract

スクロール圧縮機の回転軸とすべり軸受との隙間において効果的に油膜圧力を増大させ、回転軸及びすべり軸受の焼付きを抑制するすべり軸受構造を得ることを目的とする。本発明に係るすべり軸受構造（５０）及びスクロール圧縮機（１００）は、スクロール圧縮機の揺動スクロールを駆動する回転軸（６）と、回転軸の径方向荷重を支持するすべり軸受（１５）と、を備える。回転軸（６）は、すべり軸受（１５）に相対する外周面に軸方向に延びる溝（２０）を備え、溝（２０）は、ポンピング作用を生じるように形成され、回転軸（６）の外周面は、外周面において周方向の所定の角度範囲で設定される領域Ｐと、領域Ｐ以外の外周面の領域Ｑと、を備える。領域Ｐにおける外周面の面積に対する溝（２０）が占める割合は、領域Ｑにおける前記外周面の面積に対する前記溝（２０）が占める割合よりも大きい。

Description

本発明は、スクロール圧縮機のスクロール部を駆動する回転軸を支持するすべり軸受構造及びそのすべり軸受構造を備えるスクロール圧縮機に関する。

従来、スクロール圧縮機は、揺動スクロールを駆動するための回転軸を備え、回転軸に作用する径方向変動荷重を支持するためにすべり軸受を備える。スクロール圧縮機のすべり軸受は冷凍機油等の流体により潤滑され、すべり軸受と回転軸との隙間には油膜と称される流体膜が形成される。スクロール圧縮機の運転中において、回転軸の軸中心は、回転軸に掛かる径方向荷重により、すべり軸受の軸受中心に対して偏心して回転運動を行う。そのため、回転軸とすべり軸受との隙間には、回転方向に向かって周方向の隙間が次第に減少するくさび油膜部と呼ばれる領域が形成される。この領域は、回転軸の回転に伴い冷凍機油が狭い空間に引込まれるため、油膜による圧力（油膜圧力）が生じて回転軸に掛かる径方向荷重を支持することができる。これをくさび効果と呼ぶ。

スクロール圧縮機の回転軸の回転数が十分に高い場合、すべり軸受と回転軸との間の隙間のくさび油膜部では高い油膜圧力が発生する。従って、回転軸とすべり軸受とは、十分な厚さの油膜によって隔てられ、直接接触しない。一方、回転軸の回転数が低下すると、くさび油膜部の油膜圧力が低下し、回転軸とすべり軸受との隙間は、油膜切れの状態となり易い。そのため、回転軸とすべり軸受とが接触（固体接触）し、摩擦及び摩耗が生じ、すべり軸受は、焼付きに至る場合がある。

近年、空調機器に用いられるスクロール圧縮機は、建築物の高断熱化等により、低負荷、低回転数領域での運転が求められる場合が多い。また、低外気温時にも、低負荷での冷房運転が必要となる場合がある。よって、スクロール圧縮機のすべり軸受は、低回転数時においても十分な油膜圧力を確保し、焼付きの発生を抑制する必要がある。

従来のスクロール圧縮機のすべり軸受構造は、油膜切れの状態を回避し、回転軸との接触による焼付きを抑制するため、回転軸の摺動部の全面に亘って複数のくの字状の軸方向に延びる溝を一様に分布させて備えている。そして、すべり軸受構造は、溝に沿って冷凍機油を引込むポンピング作用により圧力（動圧）を発生させる構成を備える（例えば特許文献１）。

特開平４−３７０３８８号公報

特許文献１に開示されているスクロール圧縮機のすべり軸受構造においては、回転軸の外周面の全周に亘って一様に溝が形成されている。そのため、ポンピング作用により生じる動圧は、回転軸の全周で発生する。従って、外周面の全周の各々の溝による圧力発生効果が互いに打ち消しあい、回転軸とすべり軸受との隙間の油膜圧力を増大させる効果が得難く、焼付きを抑制することができないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決しようとするものであり、スクロール圧縮機の回転軸とすべり軸受との隙間において効果的に油膜圧力を増大させ、回転軸及びすべり軸受の焼付きを抑制するすべり軸受構造及びスクロール圧縮機を得ることを目的とするものである。

本発明に係るすべり軸受構造は、スクロール圧縮機の揺動スクロールを駆動する回転軸と、前記回転軸の径方向荷重を支持するすべり軸受と、を備え、前記回転軸は、前記すべり軸受に相対する外周面に軸方向に延びる溝を備え、前記溝は、ポンピング作用を生じるように形成され、前記回転軸の前記外周面は、前記外周面において周方向の所定の角度範囲で設定される領域Ｐと、前記領域Ｐ以外の前記外周面の領域Ｑと、を備え、前記領域Ｐにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合は、前記領域Ｑにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合よりも大きい。

本発明に係るスクロール圧縮機は、上記のすべり軸受構造を備える。

本発明によれば、くさび効果による油膜圧力が発生する領域に設けた溝によるポンピング作用により動圧が発生し、回転軸の径方向変動荷重に対する付加的な抵抗力となり、回転軸とすべり軸受との間の油膜厚さが増大する。さらに、油膜厚さが大きい領域においては単位面積あたりの軸方向溝の数をより小さくするか、零とするように軸方向溝を分布させることができるので、ポンピング作用による動圧発生効果が互いに打ち消し合うという課題を解消できる。その結果、すべり軸受構造及びスクロール圧縮機は、従来より油膜圧力が増大し、より効果的に焼付きを抑制できるという効果を奏するものである。

実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の断面構造の説明図である。 実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０周辺の断面図である。 実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０の断面の説明図である。 実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０を説明する模式図である。 図４のすべり軸受構造５０の軸方向に垂直な断面構造の説明図である。 実施の形態１に係るすべり軸受構造５０において、溝２０が配置される領域Ｐと溝２０の形状とを変動させた場合の流体潤滑解析結果である。 図６の解析結果に使用した解析条件を示している。 実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の回転軸６の外周面に形成された溝２０の変形例を示す図である。 実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の回転軸６の外周面に形成された溝２０の変形例を示す図である。 実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の回転軸６の外周面に形成された溝２０の変形例を示す図である。 実施の形態１に係る回転軸６の外周を展開した状態の断面図である。 実施の形態１に係る回転軸６の外周を展開した状態の断面図である。 実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造２５０を説明する模式図である。 実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造３５０を説明する模式図である。

以下に、スクロール圧縮機のすべり軸受構造の実施の形態について説明する。なお、図面の形態は一例であり、本発明を限定するものではない。また、各図において同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。また、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であって、本発明は明細書内の記載のみに限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適用することができる。添字で区別等している複数の同種の機器等について、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字を省略して記載する場合がある。図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００の断面構造の説明図である。図１に示される様に、スクロール圧縮機１００は、台板１ａの下面に渦巻状の突起が設けられた固定スクロール１と台板２ａの上面に渦巻状の突起が設けられた揺動スクロール２とを組み合わせて形成されるスクロール圧縮機構６０を備える。固定スクロール１の渦巻突起と揺動スクロール２の渦巻突起とが互いに組み合わされて圧縮室５が形成されている。

固定スクロール１及び揺動スクロール２は、圧力容器１１内の上部に配置されている。圧力容器１１は、底部に油たまり１２を有し、側壁に冷媒吸入管１３及び冷媒吐出管１４が接続されている。冷媒吸入管１３は一端が圧力容器１１内の吸入口３に、冷媒吐出管１４は一端が圧力容器１１内の吐出口４にそれぞれ連通されている。冷媒回路からの冷媒は、冷媒吸入管１３から吸入口３を経てスクロール圧縮機構６０内の圧縮室５に流入し、圧縮されて吐出口４から冷媒吐出管１４から冷媒回路に吐出される。

揺動スクロール２の台板２ａの下面には、偏心穴２ｂが設けられており、回転軸６が嵌合している。回転軸６は、圧力容器１１の高さ方向の中央部に設置されている電動機９に接続されており、電動機９の駆動力を揺動スクロール２に伝達するものである。電動機９は、ハウジング８を構成する上部ハウジング８ａと下部ハウジング８ｂとの間に配置されている。電動機９は、ロータ９ａとステータ９ｂとからなる。ロータ９ａは、主軸６ａの外周面に固定されている。ステータ９ｂは、圧力容器１２の内周面に固定され、ロータ９ａを、所定の隙間を持って囲んでいる。

回転軸６は、主軸６ａの上端に偏心軸６ｂを備える。偏心軸６ｂは、主軸６ａの中心に対して偏心して設けられている。主軸６ａを支持する主軸受１５ａは、圧力容器１１の側壁面内に固定された上部ハウジング８ａに設けられている。主軸受１５ａは、主軸６ａを回転自在に支持する。また、上部ハウジング８ａは、その上端部に固定スクロール１が固定されている。固定スクロール１と上部ハウジング８ａとの間に揺動スクロール２が位置している。揺動スクロール２と上部ハウジング８ａとの間には、オルダムリング１０が設けられている。オルダムリング１０は、揺動スクロール２の自転を阻止しつつ揺動スクロール２を旋回させるものである。

圧力容器１１の側壁面内に固定された下部ハウジング８ｂには副軸受１６が設けられている。副軸受１６は、電動機９の下方において主軸６ａを回転自在に支持する。即ち、回転軸６の主軸６ａは、電動機９の上方において上部ハウジング８ａにより回転自在に支持され、電動機９の下方において下部ハウジング８ｂにより支持されている。

図２は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０周辺の断面図である。実施の形態１において、スクロール圧縮機１００は、上部ハウジング８ａが回転軸６を支持する部分に形成されたすべり軸受構造５０ａと、揺動スクロール２と回転軸６とが接続する部分に形成されたすべり軸受構造５０ｂと、を備える。すべり軸受構造５０ａは、上部ハウジング８ａの中央の穴に固定された主軸受１５ａと回転軸６の主軸６ａとが嵌合している。すべり軸受構造５０ｂは、揺動スクロール２の偏心穴２ｂに固定された揺動軸受１５ｂと回転軸６の偏心軸６ｂとが嵌合している。なお、以下の説明において、主軸受１５ａと揺動軸受１５ｂとを総称してすべり軸受１５と称する場合がある。

主軸受１５ａは、上部ハウジング８ａの中央部に形成された穴に圧入固定され、主軸６ａと摺動自在に支持している。ただし、主軸受１５ａの構造は、図１に示した形態のみに限定されるものでは無く、例えば上部ハウジング８ａの穴自体を主軸受１５ａとしても良いし、主軸受１５ａが上部ハウジング８ａと別体であったとしても圧入固定以外の方法で固定しても良い。

揺動軸受１５ｂは、揺動スクロール２に設けられた偏心穴２ｂ内に圧入固定され、偏心軸６ｂと摺動自在に接続される。ただし、揺動軸受１５ｂの構造は、図１に示した形態のみに限定されるものでは無く、例えば偏心穴２ｂ自体を揺動軸受１５ｂとしても良いし、揺動軸受１５ｂが偏心穴２ｂと別体であったとしても圧入固定以外の方法で固定しても良い。

回転軸６は、軸方向に貫通する軸方向給油孔７ａが形成されている。回転軸６の下端は、電動機９の下方においてポンプ７ｂと嵌合している。ポンプ７ｂの下端開口７ｅは、圧力容器１１の下部の油たまり１２の冷凍機油中に浸漬されている。回転軸６の軸方向に貫通する軸方向給油孔７ａは、主軸受１５ａに相対する主軸６ａの表面に開口した径方向給油出口７ｃと接続されている。また、軸方向給油孔７ａは、回転軸６の上端面に開口した給油出口７ｄと接続されている。ポンプ７ｂにより油たまり１２から汲み上げられた冷凍機油は、軸方向給油孔７ａを通り、径方向給油出口７ｃ、給油出口７ｄに分流し、すべり軸受構造５０ａ、５０ｂに供給される。即ち、軸方向給油孔７ａ、ポンプ７ｂ、径方向給油出口７ｃ、給油出口７ｄは、スクロール圧縮機１００のすべり軸受１５への給油機構を構成している。

（スクロール圧縮機１００の動作）
次にスクロール圧縮機１００の動作について説明する。電動機９が駆動されると、ロータ９ａとともに回転軸６が回転する。電動機９の駆動力は、回転軸６により揺動スクロール２に伝達される。揺動スクロール２は、オルダムリング１０により自転を阻止されながら旋回運動を行う。これにより、揺動スクロール２と固定スクロール１とのそれぞれの渦巻状突起の組合せにより形成された圧縮室５は、次第に容積を減じながら中心側に移動する。冷媒吸入管１３を経て吸入口３から圧縮室５に吸入された冷媒は、次第にその圧力を高め、吐出口４を経て冷媒吐出管１４からスクロール圧縮機１００外の冷媒配管へ圧送される。

以上の一連の動作において、回転軸６には、冷媒ガスの圧縮作用によるガス荷重と揺動スクロール２の旋回運動による遠心力とが主に作用する。ガス荷重と遠心力との合力は、回転軸６の回転に同期して回転する径方向変動荷重Ｗとなる。

（実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の作用）
図３は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０の断面の説明図である。図３においては、すべり軸受構造５０に形成される溝２０は、省略されている。つまり、図３は、すべり軸受１５に相対する回転軸６の外周面に溝２０が形成されていないすべり軸受構造５０を示している。径方向変動荷重Ｗが回転軸６に作用した際、径方向変動荷重Ｗにより、回転軸６は、その軸心をすべり軸受１５の軸心から偏心した状態で回転する。回転軸６とすべり軸受１５とに挟まれた領域は、径方向給油出口７ｃ又は給油出口７ｄを通じてすべり軸受１５に供給された冷凍機油で満たされ、油膜１８を形成している。ここで、回転軸６の偏心により回転方向に向かって周方向の流路がくさび状に次第に狭くなる領域を、くさび領域１８ａと称する。また、くさび領域１８ａとは逆に回転方向に向かって周方向の流路が逆くさび状に次第に広がる領域を、逆くさび領域１８ｂと称する。くさび領域１８ａでは、冷凍機油が回転軸６の回転によって狭い領域に引込まれるため、油膜圧力１９が発生する。径方向変動荷重Ｗと釣合うだけの油膜圧力１９が生じると、回転軸６とすべり軸受１５とは、油膜１８によって隔てられ、直接接触しない状態で回転する。

スクロール圧縮機１００の回転軸６に作用する径方向変動荷重Ｗの方向は、回転軸６の表面のある周方向位置と所定の位相差を維持する。ここで、回転軸６の軸中心を起点とした径方向変動荷重の作用線Ｌ０が回転軸６の外周面と交差する周方向位置を、回転軸の外周面の周方向角度位置の原点と定義する。また、角度θの向きは回転軸の回転方向と逆方向を正として、原点を０°と定義する。よってθは０°以上３６０°以下の範囲の値をとる。

図４は、実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０を説明する模式図である。図５は、図４のすべり軸受構造５０の軸方向に垂直な断面構造の説明図である。実施の形態１に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造５０は、すべり軸受１５に相対する回転軸６の表面に複数の軸方向に延びる溝２０を有する。

実施の形態１において、回転軸６の外周面の０°からθまでの周方向角度範囲では、軸方向に延びる溝２０が表面積に占める割合は、回転軸６の外周面のそれ以外の部分における溝２０が表面積に占める割合よりも大きい。回転軸６の外周面の０°からθまでの周方向角度範囲の領域を、領域Ｐと称する。また、回転軸６の外周面の領域Ｐ以外の領域を、領域Ｑと称する。図４は、一例として回転軸６の外周面の領域Ｑにおいて、溝２０が表面積に占める割合を０とした場合を示している。即ち、図４において、回転軸６の外周面は、領域Ｐのみに溝２０が設けられ、領域Ｐ以外の領域Ｑに溝２０を設けない構成となっている。また、図５は、一例として、θ＝９０°とし、０°≦θ≦９０°の周方向角度範囲以外の外周面においては溝２０が表面積に占める割合を０としたすべり軸受構造５０の例を示している。

図４に示されるように、軸方向に延びる溝２０は、回転軸６の外周面において屈曲した形状とされている。即ち、溝２０は、すべり軸受１５に相対する回転軸６の外周面の軸方向両端部から中央部に向かうに従い、回転方向と逆方向に周方向位置が後退する２つの流路で構成され、屈曲部２１において２つの流路が合流するように構成されている。言い換えると、溝２０は、回転軸６の回転方向側が開いたＶ字形状に形成されている。軸方向に延びる溝２０を屈曲した形状にすることで、回転軸６の回転に伴い、溝２０の内部の壁面に沿って溝２０の軸方向両端部から屈曲部２１に向かう冷凍機油の流れが生じる。さらに言うと、すべり軸受構造５０は、すべり軸受１５に相対する回転軸６の表面において、軸方向両端部から中央部に向かう冷凍機油の流れが生じる。この冷凍機油の流れは、溝２０の屈曲部２１で合流し、屈曲部２１で冷凍機油の圧縮による圧力（動圧）が生じる。この動圧が生じる現象は、動圧溝によるポンピング効果と呼ばれる。

図４および図５に示されるように、回転軸６は、中心部に軸方向に貫通した軸方向給油孔７ａを備える。図５に示されるように、軸方向給油孔７ａと回転軸６の外周面とは、軸中心から径方向に貫通した径方向給油出口７ｃを有する構成としている。回転軸６の外周面における径方向給油出口７ｃの開口位置は、回転軸６の外周面の０°からθまでの周方向角度範囲以外、即ち領域Ｑに設けることが望ましい。又は、すべり軸受構造５０ｂのように、偏心軸６ｂの軸方向端部に給油出口７ｄを設け、揺動軸受１５ｂと偏心軸６ｂとの隙間に冷凍機油を供給する構造が望ましい。

実施の形態１に係るすべり軸受構造５０によれば、油膜１８のくさび領域１８ａにおいて溝２０が回転軸６の外周面に占める割合が大きく、くさび領域１８ａ以外の領域において溝２０が回転軸６の外周面に占める割合が小さくなるよう、溝２０を配置することができる。これにより、油膜厚さが小さくなるくさび領域１８ａにおいて溝２０のポンピング作用による動圧が発生し、回転軸６の回転による油膜圧力にポンピング作用による動圧が加わって径方向変動荷重Ｗに対する抵抗力となる。そして、くさび領域１８ａの油膜厚さが増大するため、すべり軸受構造５０は、焼付きが抑制される。

一方、従来技術においては、回転軸６の外周面の全域に亘って溝２０を配置しており、油膜１８の全域に亘って、溝２０によるポンピング作用による動圧が発生する。そのため、油膜１８のくさび領域１８ａにおいて溝２０によるポンピング作用により発生する動圧は、くさび領域１８ａ以外の領域において溝２０によるポンピング作用により発生する動圧により相殺される。従って、従来技術のように回転軸６の外周面の全域に亘って溝２０を配置した場合においては、くさび領域１８ａには、回転軸６の回転による油膜圧力１９のみが径方向変動荷重Ｗに対する抵抗力となり、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０と比較して油膜厚さを増大させる効果が得られない。

これに対し、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０は、油膜圧力１９に加えてポンピング作用により発生する動圧が働くため、くさび領域１８ａの油膜厚さが増大し、焼付きが抑制される効果が高いことが言える。即ち、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０は、油膜１８において、油膜厚さが比較的大きい領域では、溝２０が回転軸６の外周面に占める割合が少ない、又は溝２０が回転軸６の外周面に占める割合を０とすることができる。つまり、すべり軸受構造５０は、油膜１８のくさび領域１８ａ以外の領域においてはポンピング作用による動圧の発生を抑え、くさび領域１８ａでポンピング作用による動圧を発生させている。よって、すべり軸受構造５０は、くさび領域１８ａで発生するポンピング作用による動圧を打ち消すことなく、径方向変動荷重Ｗに対する抵抗力とすることができ、さらに効果的に油膜厚さを増大させ、焼付きを抑制できる。

図６は、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０において、溝２０が配置される領域Ｐと溝２０の形状とを変動させた場合の流体潤滑解析結果である。図６においては、溝２０を設ける領域Ｐの周方向角度範囲の上限値である角度θと、周方向に対して溝２０の流路の成す角度の鋭角成分である角度βと、をパラメータとしている。そして、図６は、角度θが０〜３６０°まで変化した場合及びβが０°〜９０°まで変化した場合のそれぞれのθと角度βとの組み合わせにおける最小油膜厚さを示している。ここで、すべり軸受１５と回転軸６との最小隙間を最小油膜厚さと定義する。そして、図６に示された最小油膜厚さの数値は、回転軸６に溝２０を全く設けない場合のすべり軸受における最小油膜厚さに対する比（最小油膜厚さ比）として表している。ここで、周方向に対して溝２０の成す角度の鋭角成分である角度βは、図４中に示されるβであり、溝２０を構成する流路の回転軸６の中心軸に平行な仮想線Ｌ１に対する傾斜角度を示している。

図７は、図６の解析結果に使用した解析条件を示している。図６の解析結果は、すべり軸受構造５０の各部の寸法を、すべり軸受１５の内径を３０ｍｍ、すべり軸受１５の軸方向長さを３０ｍｍ、すべり軸受１５と回転軸６との半径隙間を３０μｍ、溝２０の回転軸６の外周面からの深さを３０μｍとして解析したものである。また、回転軸６から掛かる径方向変動荷重Ｗは、５０００Ｎとなっており、回転軸６の回転数を３０００ｒｐｍとしている。図６の解析結果は、ハッチングで示した領域内の角度θと角度βの組合せにおいて、最小油膜厚さ比が１を超えることを表している。即ち、図６のハッチングで示された領域は、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の構成において、従来のすべり軸受の最小油膜厚さを上回るθとβとの組み合わせを示している。つまり、すべり軸受構造５０が従来のすべり軸受より大きい油膜圧力が得られるθとβとの組合せを示している。

図６に示される様に、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の構成において、従来のすべり軸受の最小油膜厚さを上回るθとβとの組み合わせが存在する領域は、角度範囲の組合せで示すと、４０°＜θ＜２７０°と４０°＜β＜６５°との組合せ、３０°＜θ＜２５０°と２５°＜β＜６０°との組合せ、又は７０°＜θ＜２２０°と１５°＜β＜６５°との組合せとなる。θとβとは、上記に示した角度範囲内から任意に選択することができる。

なお、θ＝３６０°である条件は、回転軸の全周に一様に溝２０を形成する場合に対応する。これは先行技術文献である特開平４−３７０３８８号公報に開示された構成を示している。図６に示されるように、θ＝３６０°である場合は、全ての角度βに対して最小油膜厚さ比が１未満となるため、回転軸６に溝２０をつけない構成と比較して油膜厚さを増大させる効果がなく、かえって油膜厚さを減少させていることがわかる。即ち、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０は、溝２０を領域Ｐに設け、その領域Ｐの周方向角度範囲を変動させることにより、全周に溝２０を設けた場合よりも油膜厚さを増大させることができ、焼付きを抑制できる。

なお、以上においては、回転軸６の外周面において領域Ｐにのみ溝２０を設け、それ以外の領域Ｑについては、溝２０を設けない形態について説明したが、領域Ｑに溝２０を設けることもできる。ただし、領域Ｐ及び領域Ｑのそれぞれの外周面に対し同じ割合で溝２０を設けると、先行技術文献に記載した構成と同様な構成になり、くさび領域１８ａにおいて溝２０によるポンピング作用による油膜圧力を増加させる効果が相殺されてしまう。よって、領域Ｑに溝２０を設ける場合は、領域Ｐよりも外周面の面積に対し溝２０が占める割合を減少させると良い。これにより、すべり軸受構造５０は、くさび領域１８ａにおいて、溝２０によるポンピング作用により油膜圧力が増加し、全周に均一な割合で溝２０を設けた場合よりも油膜厚さを増大させることができ、焼付きを抑制できる。

（溝２０の変形例）
以上の説明においては、回転軸６の軸方向に延びる溝２０の形状として、直線状で均一な幅の２つの流路をすべり軸受１５の軸方向長さの中心に対して対称に配置し、屈曲部２１で合流するように配置した例を示した。だが、溝２０の形状は、この形態だけに限定されるものではなく、屈曲部２１を挟む流路が回転軸６の回転方向に対して軸方向両端から周方向に後退するように構成されていればよい。

図８〜１０は、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の回転軸６の外周面に形成された溝２０の変形例を示す図である。溝２０の変形例としては、図８に示される溝２０ａの様に、屈曲部２１ａの位置を回転軸６の軸方向にずらして設けたものがある。即ち、溝２０ａは、回転軸６の軸方向において非対称のＶ字形状になっている。

図９に示される溝２０ｂは、軸方向の両端から延びる流路の幅が屈曲部２１ｃに向かうに従い狭くなる非等幅になっているＶ字形状になっている。また、図１０に示される溝２０ｃは、回転軸６の軸方向の両端から延びる流路が湾曲し、Ｕ字形状になっている。以上に示した溝２０ａ〜２０ｃは、いずれもポンピング作用による動圧を発生することができるため、溝２０を適用したすべり軸受構造５０のように、溝２０ａ〜２０ｃの何れかを設けることにより、油膜圧力を増加させ、焼付きを抑制できる。

図１１及び図１２は、実施の形態１に係る回転軸６の外周を展開した状態の断面図である。図１１に示される様に、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０の溝２０の断面形状は、例えば矩形に形成されている。しかし、溝２０の断面形状は、回転軸６の回転方向において後側に位置する溝２０の端部である後側端部２５において、回転軸６とすべり軸受１５との隙間の減少により油膜圧力が生じうる形状であれば、矩形に限定されるものではない。

図１２に示される溝２０ｄは、図１１に示される周方向に矩形断面形状を有する溝２０の変形例である。溝２０ｄは、Ｖ字状の断面形状であっても良い。さらには、溝２０ｄは、図１２の断面において回転軸６の中心を通る仮想線について対称な形状に限定されず、例えば図１２に示されるように非対称なＶ字形状であっても良い。溝２０ｄによれば、回転軸６の回転方向において前側に位置する溝２０ｄの端部である前側端部２２から始まる勾配の小さい斜面２３では、回転軸６の回転により斜面２３に沿って冷凍機油の流れが生じやすい。そのため、溝２０ｄは、冷凍機油を溝２０ｄ内に引込む効果が得られやすい。また、回転軸６の回転方向において後側に位置する溝２０ｄの端部である後側端部２５においては、溝２０ｄは、勾配の大きい斜面２４を備えるため、回転軸６とすべり軸受１５との隙間が急激に減少する。従って、大きな油膜圧力を発生させる効果を得やすい。なお、斜面２４の角度は、外周面の接線に対し直角でも良い。また、溝２０ｄは、斜面２３に沿った冷凍機油の流れが生じ易いことから、斜面２４において急激に冷凍機油の流れを減少させるため、より油膜圧力を増加させやすいという効果が得られる。なお、斜面２３及び斜面２４の角度は適宜変更することができる。また、溝２０は、図１１に示される溝２０の底面２６の角度を変更し、溝２０の深さが回転軸６の回転方向逆向きに向かうに従い深くなるように構成しても良い。さらには、斜面２３、斜面２４、及び底面２６は、平面であっても曲面であっても良い。なお、斜面２３は、第１斜面と称し、斜面２４は、第２斜面と称する。

実施の形態２．
実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造２５０は、実施の形態１に係るすべり軸受構造５０に対し、回転軸６の軸方向の両端部に周方向給油溝３０を追加したものである。実施の形態２においては、実施の形態１に対する変更点を中心に説明する。

図１３は、実施の形態２に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造２５０を説明する模式図である。図１３に示される様に、回転軸６は、領域Ｐに溝２０が設けられているが、溝２０の軸方向両端部に回転軸６の周方向に延びる周方向給油溝３０が設けられている。周方向給油溝３０は、回転軸６のすべり軸受１５と相対しておらず、すべり軸受１５からはみ出した状態となっている。また、周方向給油溝３０は、回転軸６の軸方向に延びる溝２０の軸方向端部と接続されている。周方向給油溝３０は、冷凍機油を周方向給油溝３０から溝２０へ流入することができる。このような構成によれば、周方向給油溝３０で保持される冷凍機油がすべり軸受１５と回転軸６との隙間に供給されるため、すべり軸受構造２５０での冷凍機油の枯渇を抑えることができる。

周方向給油溝３０は、回転軸６の軸方向に延びる溝２０に接続されている。そのため、周方向給油溝３０が保持する冷凍機油が溝２０へ流入され、実施の形態１よりも溝２０に冷凍機油が引込まれる量が増大する。そのため、溝２０が設けられている領域の油膜１８は、高い油膜圧力を得ることができる。

周方向給油溝３０は、その底面がすべり軸受１５と相対しないように設けられているため、すべり軸受１５が支持できる回転軸６の外周面の面積を減少させることがない。よって、溝２０に連通する周方向給油溝３０を設けた場合であっても、すべり軸受１５の受けられる荷重が低下することがない。なお、周方向給油溝３０の底面は、軸方向給油孔７ａと径方向給油出口７ｃを通じて接続されていてもよい。周方向給油溝３０が径方向給油出口７ｃと連通することにより、径方向給油出口７ｃから供給された冷凍機油が軸方向に延びる溝２０に供給されるため、さらにすべり軸受構造２５０での冷凍機油の枯渇を抑えることができる。

以上のような構成により、軸方向給油孔７ａを通じてポンプ７ｂから供給される冷凍機油を、周方向給油溝３０に直接流入させることができる。そのため、周方向給油溝３０によって保持される冷凍機油の油量をより効果的に増大させることができる。また、径方向給油出口７ｃの周方向給油溝３０の底面における開口位置は、回転軸６とすべり軸受１５との隙間に流入する冷凍機油の油量が多くなる周方向位置に設けられることが望ましい。例えば、θが０°となる位置に径方向給油出口７ｃの開口部を設ければ、溝２０と径方向給油出口７ｃとが近いため、軸方向給油孔７ａから径方向給油出口７ｃを通じて周方向給油溝３０に供給された冷凍機油が溝２０に最短の経路で供給できる。そのため、最も効果的にすべり軸受構造２５０に冷凍機油を供給できる。

実施の形態３．
実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造３５０は、実施の形態２に係るすべり軸受構造２５０に対し、回転軸６の外周面の領域Ｑに軸方向給油溝４０を追加したものである。実施の形態３においては、実施の形態１及び実施の形態２に対する変更点を中心に説明する。

図１４は、実施の形態３に係るスクロール圧縮機１００のすべり軸受構造３５０を説明する模式図である。実施の形態３に係るすべり軸受構造３５０は、回転軸６に軸方向に延びる溝２０を設ける点、回転軸６の外周面の周方向角度範囲が０°からθの範囲に溝２０を設け、またそれ以外の角度範囲では溝２０が表面積に占める割合を０とする点、溝２０を屈曲部を有する動圧溝として構成する点において実施の形態１及び実施の形態２と同様である。また、すべり軸受構造３５０は、溝２０に接続する周方向給油溝３０を設ける点において実施の形態２と同一である。

実施の形態３に係る回転軸６は、すべり軸受１５に相対する表面に設けた径方向給油出口７ｃが設けられている。また、溝２０が設けられていない回転軸６の外周面の領域Ｑに、軸方向給油溝４０が設けられている。軸方向給油溝４０は、底面に径方向給油出口７ｃが開口しており、軸方向給油孔７ａと連通している。さらに、軸方向給油溝４０の軸方向の両端は、周方向給油溝３０と接続されており、軸方向給油孔７ａから、径方向給油出口７ｃ、軸方向給油溝４０を経て、周方向給油溝３０までの冷凍機油の流れを生じうる構成となっている。そして、周方向給油溝３０に流れ込んだ冷凍機油は、接続している軸方向に延びる溝２０に流れ込む。

実施の形態２では、すべり軸受１５に相対していない周方向給油溝３０に径方向給油出口７ｃが開口されていたため、すべり軸受１５に相対する回転軸６の外周面から外部に、供給した冷凍機油が流出することが避けられない構成となっている。しかし、すべり軸受構造３５０の構成によれば、径方向給油出口７ｃがすべり軸受１５に相対する回転軸６の外周面で開口しているため、ポンプ７ｂにより軸方向給油孔７ａ、径方向給油出口７ｃを通じて供給される冷凍機油の全量が、すべり軸受１５と回転軸６との隙間内に供給される。よって、すべり軸受１５と回転軸６との隙間への冷凍機油の供給を増大させることが可能となる。

また、径方向給油出口７ｃが軸方向給油溝４０と接続していることで、冷凍機油を軸方向給油溝４０で保持することが可能となる。そのため、すべり軸受構造は、さらに効果的に冷凍機油の枯渇を防止することが可能となっている。さらに、軸方向給油溝４０が周方向給油溝３０に接続しているため、実施の形態２と同様、周方向給油溝３０でも冷凍機油を保持することができると共に、周方向給油溝３０による溝２０への冷凍機油の供給を、増大させることができる。

また、軸方向給油溝４０は、軸方向両端部から中央部に向かうに従い、回転方向と同方向に周方向位置が前進する２つの流路で構成されており、２つの流路が屈曲部４１で交わるように構成されている。即ち、軸方向給油溝４０は、回転軸６の回転方向逆向きに開いたＶ字形状となっている。そして、径方向給油出口７ｃは、屈曲部４１に設けることができる。即ち、軸方向給油溝４０を構成し屈曲部４１から軸方向に延びる流路は、径方向給油出口７ｃと屈曲部４１において合流している。

実施の形態１で説明した溝２０は、回転軸６とすべり軸受１５との隙間へ冷凍機油の流入を促進し、ポンピング作用により径方向変動荷重Ｗを支持する方向の動圧を効果的に発生させることを目的としていた。一方、実施の形態３に係るすべり軸受構造３５０においては、軸方向給油溝４０は、軸方向給油孔７ａから径方向給油出口７ｃを通じて回転軸６とすべり軸受１５との隙間に供給された冷凍機油を効率よく周方向給油溝３０に供給する流れを生じさせることを目的とするものである。つまり、軸方向給油溝４０は、屈曲部４１を有し、屈曲部４１から延びる２つの流路が回転軸６の回転方向と逆向きに傾斜するように延びる構造となっている。このことから、軸方向給油溝４０を流れる冷凍機油は、回転軸６の回転にともない軸方向給油溝４０の壁面に引きずられて周方向給油溝３０へ向かう流れが生じる。この流れによって、軸方向給油溝４０から周方向給油溝３０へ供給される冷凍機油の油量が増大し、周方向給油溝３０から溝２０に供給される冷凍機油の油量が増大するため、くさび領域１８ａにおいて高い油膜圧力を得ることができる。そして、すべり軸受構造３５０は、冷凍機油の枯渇を抑えつつ、油膜厚さを増大させることができ、焼付きを抑制できる。

１ 固定スクロール、１ａ 台板、２ 揺動スクロール、２ａ 台板、２ｂ 偏心穴、３ 吸入口、４ 吐出口、５ 圧縮室、６ 回転軸、６ａ 主軸、６ｂ 偏心軸、７ａ 軸方向給油孔、７ｂ ポンプ、７ｃ 径方向給油出口、７ｄ 給油出口、７ｅ 下端開口、８ ハウジング、８ａ 上部ハウジング、８ｂ 下部ハウジング、９ 電動機、９ａ ロータ、９ｂ ステータ、１０ オルダムリング、１１ 圧力容器、１２ 圧力容器、１３ 冷媒吸入管、１４ 冷媒吐出管、１５ すべり軸受、１５ａ 主軸受、１５ｂ 揺動軸受、１６ 副軸受、１８ 油膜、１８ａ 領域、１８ｂ 領域、１９ 油膜圧力、２０
溝、２０ａ 溝、２０ｂ 溝、２０ｃ 溝、２０ｄ 溝、２１ 屈曲部、２１ａ 屈曲部、２１ｃ 屈曲部、２２ 前側端部、２３ 斜面、２４ 斜面、２５ 後側端部、２６
底面、３０ 周方向給油溝、４０ 軸方向給油溝、４１ 屈曲部、５０ すべり軸受構造、５０ａ すべり軸受構造、５０ｂ すべり軸受構造、６０ スクロール圧縮機構、１００ スクロール圧縮機、２５０ すべり軸受構造、３５０ すべり軸受構造、Ｌ０ 作用線、Ｌ１ 仮想線、Ｐ 領域、Ｑ 領域、Ｗ 径方向変動荷重、β 角度、θ 角度。

本発明に係るすべり軸受構造は、スクロール圧縮機の揺動スクロールを駆動する回転軸と、前記回転軸の径方向荷重を支持するすべり軸受と、を備え、前記回転軸は、前記すべり軸受に相対する外周面に軸方向に延びる溝を備え、前記溝は、ポンピング作用を生じるように形成され、前記回転軸の前記外周面は、前記外周面において周方向の所定の角度範囲で設定される領域Ｐと、前記領域Ｐ以外の前記外周面の領域Ｑと、を備え、前記領域Ｐにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合は、前記領域Ｑにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合よりも大きく、前記回転軸の中心を起点とした径方向変動荷重の作用線が前記回転軸の前記外周面と交差する周方向位置を０°位置とし、前記回転軸の回転方向と逆向きに角度θをとるとき、前記領域Ｐは、０°からθまでの角度範囲に設けられ、前記領域Ｐに設けられた前記溝は、前記回転軸の軸方向に平行な仮想線Ｌ１と成す角度の鋭角成分を角度βとすると、前記角度θがとり得る値の範囲と前記角度βがとり得る値の範囲との組合せは、３０°＜θ＜２７０°と１５°＜β＜６５°との組合せから選択され、前記角度θと前記角度βとは、選択した組合せの範囲を満たす角度に設定される。

本発明に係るすべり軸受構造は、スクロール圧縮機の揺動スクロールを駆動する回転軸と、前記回転軸の径方向荷重を支持するすべり軸受と、を備え、前記回転軸は、前記すべり軸受に相対する外周面に軸方向に延びる溝を備え、前記溝は、ポンピング作用を生じるように形成され、前記回転軸の前記外周面は、前記外周面において周方向の所定の角度範囲で設定される領域Ｐと、前記領域Ｐ以外の前記外周面の領域Ｑと、を備え、前記領域Ｐにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合は、前記領域Ｑにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合よりも大きく、前記回転軸の中心を起点とした径方向変動荷重の作用線が前記回転軸の前記外周面と交差する周方向位置を０°位置とし、前記回転軸の回転方向と逆向きに角度θをとるとき、前記領域Ｐは、０°からθまでの角度範囲に設けられ、前記領域Ｐに設けられた前記溝は、前記回転軸の軸方向に平行な仮想線Ｌ１と成す角度の鋭角成分を角度βとすると、前記角度θがとり得る値の範囲と前記角度βがとり得る値の範囲との組合せは、４０°＜θ＜２７０°と４０°＜β＜６５°との組合せ、３０°＜θ＜２５０°と２５°＜β＜６０°との組合せ、又は７０°＜θ＜２２０°と１５°＜β＜６５°との組合せのうち何れかの組合せから選択される。

Claims (14)

1. スクロール圧縮機の揺動スクロールを駆動する回転軸と、
   前記回転軸の径方向変動荷重を支持するすべり軸受と、を備え、
   前記回転軸は、
   前記すべり軸受に相対する外周面に軸方向に延びる溝を備え、
   前記溝は、
   ポンピング作用を生じるように形成され、
   前記回転軸の前記外周面は、
   前記外周面において周方向の所定の角度範囲で設定される領域Ｐと、
   前記領域Ｐ以外の前記外周面の領域Ｑと、を備え、
   前記領域Ｐにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合は、
   前記領域Ｑにおける前記外周面の面積に対する前記溝が占める割合よりも大きい、すべり軸受構造。
2. 前記領域Ｑは、
   前記溝が形成されていない、請求項１に記載のすべり軸受構造。
3. 前記溝の軸方向の両端部は、
   当該溝の中央部よりも前記回転軸の周方向において回転方向側に位置する、請求項１又は２に記載のすべり軸受構造。
4. 前記溝は、
   前記回転軸の回転方向に開いたＶ字状である、請求項３に記載のすべり軸受構造。
5. 前記回転軸の中心を起点とした径方向変動荷重の作用線が前記回転軸の前記外周面と交差する周方向位置を０°位置とし、前記回転軸の回転方向と逆向きに角度θをとるとき、
   前記領域Ｐは、
   ０°からθまでの角度範囲に設けられ、
   前記領域Ｐに設けられた前記溝は、
   前記回転軸の軸方向に平行な仮想線Ｌ１と成す角度の鋭角成分を角度βとすると、
   前記角度θがとり得る値の範囲と前記角度βがとり得る値の範囲との組合せは、
   ４０°＜θ＜２７０°と４０°＜β＜６５°との組合せ、
   ３０°＜θ＜２５０°と２５°＜β＜６０°との組合せ、
   又は７０°＜θ＜２２０°と１５°＜β＜６５°との組合せのうち何れかの組合せから選択され、
   前記角度θと前記角度βとは、
   選択した組合せの範囲を満たす角度に設定される、請求項１〜４の何れか１項に記載のすべり軸受構造。
6. 前記溝の底面は、
   深さが前記回転軸の回転方向と逆方向に向かって増大するように形成された、請求項１〜５の何れか１項に記載のすべり軸受構造。
7. 前記溝の底面は、
   斜面である、請求項６に記載のすべり軸受構造。
8. 前記溝は、
   前記回転軸の回転方向において前側に位置する前側端部と、前記回転軸の回転方向において後側に位置する後側端部と、
   前記前側端部から前記後側端部に向かうに従い深くなる第１斜面と、
   前記第１斜面と接続し、前記後側端部に向かうに従い浅くなる第２斜面と、を備え、
   前記第１斜面は、
   前記第２斜面よりも勾配が小さい、請求項１〜５の何れか１項に記載のすべり軸受構造。
9. 前記回転軸の軸方向に貫通した軸方向給油孔と、
   前記軸方向給油孔に接続され、前記回転軸の前記外周面の前記領域Ｑに開口した径方向給油出口と、を備える、請求項１〜８の何れか１項に記載のすべり軸受構造。
10. 前記回転軸は、
    前記すべり軸受に相対する領域の外の前記外周面に周方向に延びる周方向給油溝を備え、
    前記周方向給油溝は、
    前記溝の軸方向両端部に接続している、請求項１〜８の何れか１項に記載のすべり軸受構造。
11. 前記回転軸は、
    前記領域Ｑに軸方向に延びる軸方向給油溝を更に備え、
    前記軸方向給油溝は、
    前記周方向給油溝と軸方向両端部において接続している、請求項１０に記載のすべり軸受構造。
12. 前記回転軸の軸方向に貫通した軸方向給油孔と、
    前記軸方向給油孔に接続され、前記回転軸の前記外周面の前記領域Ｑに開口した径方向給油出口と、を備える、請求項１１に記載のすべり軸受構造。
13. 前記軸方向給油溝は、
    前記回転軸の回転方向逆向きに開いたＶ字状であり、軸方向の中央部に屈曲部を有し、
    前記軸方向給油溝は、
    軸方向の中央部において前記径方向給油出口と接続する、請求項１２に記載のすべり軸受構造。
14. 請求項１〜１３の何れか１項に記載されているすべり軸受構造を備える、スクロール圧縮機。

Images