WO2017150603A1 - 流体機械 - Google Patents

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thrust plate
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央幸 木全
洋悟 高須
一樹 高橋
太一 舘石
拓馬 山下
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三菱重工サーマルシステムズ株式会社
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    • F04C2240/00Components
    • F04C2240/80Other components

Definitions

  • the present invention relates to a fluid machine.
  • a vertical hermetic compressor accommodates a compression mechanism and a motor (electric motor) for driving the compression mechanism in a housing, and the compression mechanism and the motor rotor are coupled by the same crankshaft.
  • the crankshaft is provided such that the axial direction is a vertical direction, and a thrust load is applied to the lower end portion of the crankshaft.
  • the thrust load is the axial weight of the crankshaft and the motor rotor and the magnet pull force generated during operation.
  • Patent Documents 1 and 2 describe that lubricating oil is supplied to a thrust bearing to improve lubricity in the thrust bearing. And in the sliding region of the lower end of the crankshaft and the thrust bearing, an oil supply groove for supplying lubricating oil to the thrust bearing is formed extending all over the radial direction, that is, from the inner peripheral portion to the outer peripheral portion. .
  • the oil passage inside the compressor is formed at the center of the crankshaft and is branched to a journal bearing and a compression mechanism that support a radial load.
  • Lubricating oil is supplied from a pump installed around the lower end of the crankshaft to an oil passage provided at the center of the crankshaft, and then supplied to a journal bearing and a compression mechanism via the oil passage.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and can reduce friction loss generated at the lower end portion of the crankshaft and reliably supply lubricating oil to other sliding portions. It is an object of the present invention to provide a fluid machine capable of performing the above.
  • the fluid machine of the present invention employs the following means. That is, the fluid machine according to one aspect of the present invention is mounted on an annular plate portion having a through-hole through which lubricating oil flows, and an upper surface of the plate portion, and the through-hole of the plate portion is disposed inside.
  • a crankshaft formed with a flow passage through which the lubricating oil that has passed through is formed, and in the sliding region of the crankshaft and the plate portion, at least one of the crankshaft and the plate portion has the through-hole
  • a concave groove portion to which the lubricating oil is supplied from the hole is formed, and an outer end portion in the radial direction of the groove portion is located on the inner side of the outermost peripheral portion in the sliding region.
  • the through hole is formed in the plate portion, the flow passage is formed inside the crankshaft placed on the upper surface of the plate portion, and after the lubricating oil flows through the through hole of the plate portion, Lubricating oil flows through the shaft passage.
  • a groove portion is formed in at least one of the crankshaft and the plate portion, and lubricating oil is supplied to the groove portion from the through hole.
  • the lubricating oil supplied to the groove is outer peripheral from the inner peripheral side of the sliding region. Hard to leak to the side.
  • the outer end in the radial direction of the groove is a position on the inner side of about 10% of the radius of the outermost periphery in the sliding region.
  • the outer end in the radial direction of the groove may be outside the intermediate position between the innermost peripheral portion and the outermost peripheral portion in the sliding region.
  • the groove portion can supply the lubricating oil to the outside from the intermediate position between the innermost peripheral portion and the outermost peripheral portion in the sliding region.
  • the area of the region in which the groove is formed in the sliding region is 50% or more and 80% of the total area inside the outer end in the radial direction of the groove in the sliding region. It may be the following.
  • a tapered surface may be formed in a radially inner portion of the groove portion or a portion of the crankshaft or the plate portion facing the radially inner portion of the groove portion.
  • the radially inner portion of the groove portion or the portion facing the groove portion is a tapered surface, the radially inner side of the groove portion is widened in the height direction, and the lubricating oil is lubricated with respect to the inside of the groove portion. Becomes easy to be supplied.
  • the groove portion may have a step shape, a taper shape, or a dimple shape.
  • a hermetic scroll compressor 1 as a scroll fluid machine includes a cylindrical hermetic housing 2 that is long in the vertical direction and whose bottom is sealed by a lower cover.
  • the upper portion of the sealed housing 2 is sealed by a discharge cover 3 and an upper cover 4, and a discharge chamber 5 is formed between the discharge cover 3 and the upper cover 4 for discharging compressed high-pressure gas. .
  • An upper bearing member (frame member) 6 is fixedly installed in the upper part of the hermetic housing 2, and a scroll compression mechanism 7 is incorporated via the upper bearing member 6, and a stator 8 and a rotor 9 are installed in the lower part thereof.
  • An electric motor 10 comprising: The electric motor 10 is incorporated by fixing the stator 8 to the hermetic housing 2, and a crankshaft 11 is fixed to the rotor 9.
  • crankshaft 11 At the upper end of the crankshaft 11, a crankpin 12 whose shaft center is eccentric by a predetermined dimension is provided, and the scroll compression mechanism 7 is driven by the electric motor 10 by connecting the crankpin 12 to the scroll compression mechanism 7. It is possible.
  • the crankshaft 11 is rotatably supported by the journal bearing portion 6 ⁇ / b> A of the upper bearing member 6, and the lower end portion is rotatably supported by the lower journal bearing 13 provided at the lower portion of the sealed housing 2. ing.
  • a positive displacement oil pump 14 is provided between the lower journal bearing 13 and the lower end portion of the crankshaft 11, and the lubricating oil 15 filled in the bottom of the hermetic housing 2 is sucked in via the suction pipe 16, It is configured to discharge into a flow passage 17 that is formed in the shaft 11 along the axial direction.
  • the lubricating oil 15 can be supplied to parts that require lubrication, such as the upper bearing member 6, the scroll compression mechanism 7, and the lower journal bearing 13, through the flow passage 17.
  • the scroll compression mechanism 7 includes the upper bearing member 6 as one of the components, and is slidably supported by a fixed scroll 18 fixedly installed on the upper bearing member 6 and a thrust bearing portion 6B of the upper bearing member 6. And is interposed between the orbiting scroll 19 that forms the compression chamber 20 by meshing with the fixed scroll 18, and the upper bearing member 6 and the orbiting scroll 19.
  • a rotation preventing mechanism 21 such as an Oldham ring to be allowed is provided between the crank pin 12 of the crankshaft 11 and a bearing boss 19C provided on the back surface of the orbiting scroll 19, and the rotational force of the crankshaft 11 is applied to the orbiting scroll 19.
  • Drive bush 22 and swivel bearing (needle bearing) 23, and the center portion of the end plate of the fixed scroll 18 is It is installed on the upper bearing member 6 in a state connected to the scan charge cover 3.
  • the fixed scroll 18 includes an end plate 18A and a spiral wrap 18B erected on the end plate 18A, a discharge port 24 is provided at the center of the end plate 18A, and the wrap teeth of the spiral wrap 18B.
  • the tip seal 25 is installed on the front surface.
  • the orbiting scroll 19 includes an end plate 19A and a spiral wrap 19B standing on the end plate 19A.
  • a bearing boss 19C is provided on the back surface of the end plate 19A, and the spiral wrap 19B is wrapped.
  • the tip seal 26 is installed on the tooth tip surface.
  • the scroll compression mechanism 7 opens the refrigerant gas sucked into the sealed housing 2 through the suction pipe 27 opened at a position facing the stator winding 8 ⁇ / b> A of the electric motor 10 into the sealed housing 2.
  • the air is sucked into the compression chamber 20 from the suction port 28 and compressed into a high temperature and high pressure gas.
  • This compressed gas is discharged into the discharge chamber 5 through the discharge port 24 provided in the center of the fixed scroll 18 and the discharge valve 29 provided in the discharge cover 3, and further connected to the discharge chamber 5. It is sent to the outside of the compressor through the discharge pipe 30 that is present.
  • the thrust plate 40 is a plate-like member provided in contact with the lower end surface of the crankshaft 11.
  • the thrust plate 40 has a thickness of about 1 mm, for example.
  • the thrust plate 40 is installed between the lower surface of the lower journal bearing 13 and the upper surface of the suction pipe 16.
  • a through hole 41 through which the lubricating oil 15 flows is formed.
  • the flow passage 51 formed in the suction pipe 16 and the flow passage 17 formed in the crankshaft 11 communicate with each other.
  • the lubricating oil 15 that has passed through the suction pipe 16 flows through the through hole 41 of the thrust plate 40, and after the lubricating oil 15 flows through the through hole 41 of the thrust plate 40, the crankshaft The lubricating oil 15 flows through the 11 flow passages 17.
  • the groove portion 42 is formed in the thrust plate 40 in a sliding region between the crankshaft 11 and the thrust plate 40.
  • the sliding area between the crankshaft 11 and the thrust plate 40 is an area where the lower end surface of the crankshaft 11 and the upper surface of the thrust plate 40 face each other.
  • the groove portion according to the present invention may be formed only on the crankshaft 11 in the sliding region between the crankshaft 11 and the thrust plate 40 or may be formed on both the crankshaft 11 and the thrust plate 40. Good.
  • the groove portion 42 is formed in a concave shape in the thrust plate 40, and the lubricating oil 15 is supplied from the through hole 41. That is, the groove 42 communicates with the flow passage 51 formed in the suction pipe 16 and the flow passage 17 formed in the crankshaft 11 on the through hole 41 side of the thrust plate 40.
  • the formation of minute dents in the thrust plate 40 generates dynamic pressure in the sliding area, and floats due to the oil film pressure. As a result, friction loss generated between the lower end surface of the crankshaft 11 and the upper surface of the thrust plate 40 can be reduced.
  • the depth of the groove 42 is, for example, 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the depth of the groove 42 is determined according to the ratio ( ⁇ value) of the oil film thickness generated between the lower end surface of the crankshaft 11 and the upper surface of the thrust plate 40 and the combined roughness of the sliding surface.
  • ⁇ value oil film thickness / sliding surface combined roughness
  • the ⁇ value tends to be 3 or less.
  • the ⁇ value can maintain a value greater than 3. That is, when the rotation speed of the crankshaft 11 is low, the range of the depth of the groove 42 that can be larger than 3 is narrower than when the rotation speed of the crankshaft 11 is high.
  • the crankshaft 11 has a diameter of 10 mm to 40 mm, the rotation speed of the crankshaft 11 is 10 rps to 140 rps, the lubricating oil viscosity is 2 mPa ⁇ s to 30 mPa ⁇ s, the crankshaft 11 and the rotor
  • the depth range of the groove portion 42 of the thrust plate 40 is preferably 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. It was.
  • the depth of the groove 42 is desirably 5 ⁇ m, and the rotation speed of the crankshaft 11 is relatively high. In some cases, for example, at 90 rps or more, it was found that the depth of the groove 42 is preferably 10 ⁇ m. This shows the same tendency as the above-described analysis for calculating the ⁇ value.
  • FIG. 8 shows a graph when the overall efficiency of the compressor is set to 1 when a thrust plate without the groove 42 is provided during the cooling intermediate operation.
  • the efficiency of the groove 42 is 5 ⁇ m higher than that of the groove 42 is 10 ⁇ m.
  • the efficiency is higher when the depth of the groove 42 is 10 ⁇ m than when the depth of the groove 42 is 5 ⁇ m.
  • the APF Annual
  • the APF has a higher weight during intermediate operation than during rated operation.
  • the outer end 42 a in the radial direction of the groove 42 is located on the inner side of the outermost peripheral portion in the sliding region of the crankshaft 11 and the thrust plate 40. That is, the groove part 42 does not communicate from the inner side in the radial direction to the outermost peripheral part in the sliding region. Therefore, the lubricating oil 15 supplied from the through hole 41 to the groove 42 is likely to stay in the groove 42 and is less likely to leak to the outer peripheral side than the sliding region.
  • the lubricating oil 15 flows out of the distribution system, and the journal The amount of the lubricating oil 15 supplied to the bearing and the compression mechanism is reduced.
  • the groove portion 42 does not communicate from the radially inner side to the outermost peripheral portion in the sliding region, the journal bearing, the compression mechanism, etc. without reducing the amount of the lubricating oil 15. Sufficient lubricating oil 15 can be supplied.
  • the outer end 42a in the radial direction of the groove 42 is a position on the inner side of about 10% of the radius of the outermost periphery in the above-described sliding region.
  • the outer end 42a in the radial direction of the groove portion 42 is outside the intermediate position between the innermost peripheral portion and the outermost peripheral portion in the sliding region. Thereby, the lubricating oil 15 can be supplied to the outer side by the groove part 42 rather than the intermediate position between the innermost peripheral part and the outermost peripheral part in the sliding region.
  • r ave ( (r out ⁇ r in ) / 2) ⁇ r ⁇ 0.9 ⁇ r out
  • r is the radius of the outer end 42a of the groove 42, that is, the radius of the boundary where the step is formed
  • r out is the radius of the outermost peripheral portion in the sliding region
  • r in is the outermost portion of the sliding region.
  • the area of the region where the groove 42 is formed in the sliding region is 50% or more and 80% or less with respect to the entire area inside the outer end 42a in the radial direction of the groove 42 in the sliding region. It is desirable.
  • the area of the sliding area where the groove 42 is formed is Astep, and the area of the sliding area inside the outer edge 42a in the radial direction of the groove 42 and not the groove 42 (land area) is Aland. Then, it is expressed by the following formula. 0.5 ⁇ Astep / (Astep + Aland) ⁇ 0.8
  • the groove portion 42 has a fan shape with a central angle of 60 °, and is provided at four locations every 90 ° in the circumferential direction. Therefore, Astep / (Astep + Aland) is 0.67. .
  • a tapered surface 43 is formed in a portion of the crankshaft 11 facing the radially inner portion of the groove 42.
  • the tapered surface 43 is formed on the side where the lubricating oil 15 is introduced in the groove portion 42, so that the inner side in the radial direction of the groove portion 42 becomes wider in the height direction, and lubricates the inside of the groove portion 42. Oil 15 is easily supplied.
  • a taper surface is not restricted to the case where it forms in the part facing a groove part, You may provide in the inner peripheral part of a groove part. Also in this case, the lubricating oil 15 is easily supplied to the inside of the groove.
  • the cross-sectional shape cut along the circumferential direction of the groove 42 has, for example, a step shape (FIG. 4), a taper shape (FIG. 5), or a dimple shape (FIG. 6). That is, a general shape used in a thrust bearing or the like can be applied to this embodiment.
  • a pump rotor 45 of the positive displacement oil pump 14 is provided outside the sliding region. Since the lower surface of the crankshaft 11 is the same surface as the lower surface of the pump rotor 45, even if the lubricating oil 15 leaks slightly from the sliding region of the crankshaft 11 and the thrust plate 40, the lubricating oil 15 The space between the lower surface of the pump rotor 45 and the upper surface of the thrust plate can be lubricated. In that case, the efficiency of the positive displacement oil pump 14 can be improved.
  • the through hole 41 is formed in the thrust plate 40, and the flow passage 17 is formed in the crankshaft 11 placed on the upper surface of the thrust plate 40.
  • the lubricating oil 15 flows through the hole 41, the lubricating oil 15 flows through the flow passage 17 of the crankshaft 11.
  • a groove portion 42 is formed in the thrust plate 40, and the lubricating oil 15 is supplied from the through hole 41 to the groove portion 42.
  • the lubricating oil 15 is filled in the sliding region between the crankshaft 11 and the thrust plate 40 to form an oil film, and friction loss can be reduced.
  • the lubricating oil 15 supplied to the groove portion 42 is contained in the sliding region. Difficult to leak from the circumferential side to the outer circumferential side.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can be applied to a rotary compressor and a reciprocating compressor.
  • the fluid machine according to the present invention is not limited to a compressor, and can be applied to an expander.
  • FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a sealed single cylinder as an example of a rotary compressor.
  • an embodiment applied to a single-cylinder rotary compressor will be described for the sake of convenience, but the present invention can be similarly applied not only to a two-cylinder rotary compressor but also to a rotary compression mechanism of a compressor having a plurality of different compression mechanisms. Needless to say.
  • the hermetic rotary compressor 61 includes a housing 62 having a hermetic structure.
  • the housing 62 includes a cylindrical center housing 62A, an upper housing 62B that seals the upper part of the center housing 62A, and a lower housing 62C that seals the lower part of the center housing 62A.
  • An electric motor 64 including a stator 65 and a rotor 66 is fixedly installed as a drive source on the upper side in the center housing 62A.
  • a crankshaft (rotary shaft) 67 is integrally coupled to the rotor 66.
  • a single-cylinder rotary compression mechanism 63 is installed below the electric motor 64.
  • the rotary compression mechanism 63 includes a cylinder body 69 in which a cylinder chamber 68 is formed, an upper bearing 70 and a lower bearing 71 that are fixedly installed on the upper and lower portions of the cylinder body 69 and seal the upper and lower portions of the cylinder chamber 68.
  • a rotor 72 that is fitted to the eccentric portion 67A of the crankshaft 67 and rotates on the inner peripheral surface of the cylinder chamber 68; a blade and a blade pressing spring (not shown) that partitions the inside of the cylinder chamber 68 into a suction side and a discharge side; It is set as the structure provided with.
  • the rotary compression mechanism 63 is fixedly installed by either the cylinder main body 69 or the upper bearing 70 being fixed to the inner peripheral surface of the center housing 62A by plug welding or caulking at a plurality of locations on the circumference. Can be integrally assembled to the fixedly installed member.
  • the rotary compression mechanism 63 sucks the low-pressure refrigerant gas of the compressed fluid into the cylinder chamber 68 from the accumulator 74 provided integrally with the rotary compressor 61 via the suction pipe 73, and this refrigerant gas is rotated by the rotor 72. , And then discharged into the upper muffler chamber 75 and the lower muffler chamber 76 formed using the upper bearing 70 and the lower bearing 71.
  • the compressed high-pressure refrigerant gas joins in the upper muffler chamber 75 and is then discharged into the center housing 62A.
  • the inside of the upper muffler chamber 75 and the lower muffler chamber 76 and the inside of the center housing 62A are in a state where there is substantially no pressure difference.
  • This high-pressure refrigerant gas flows through a gas passage hole (not shown) provided around the electric motor 64 and is guided to the upper space of the electric motor 64, and further, a rotary compressor is connected via a discharge pipe 77. It is sent out to the outside of 61, ie, the refrigerating cycle side.
  • the rotary compression mechanism 63 described above includes a cylinder body 69, an upper bearing 70 and a lower bearing 71 disposed above and below the cylinder body 69, and a lower muffler 7A that forms a lower muffler chamber 76 below the lower bearing 71.
  • the bolts 78 that penetrate in the axial direction of the crankshaft 67 are integrated by screwing.
  • the upper muffler chamber 75 and the lower muffler chamber 76 are portions where there is no pressure difference between inside and outside. However, in the illustrated configuration example, since the sealing performance against the lubricating oil 15 is required, only the lower muffler 76A is fastened by the bolt 78, but both the upper muffler 75A and the lower muffler 76A are fastened by the bolt 78. There is no particular limitation, such as a structure to be used, or a structure in which only one of them is fastened with a bolt 78.
  • the thrust plate 40 is a plate-like member provided in contact with the lower end surface of the crankshaft 67.
  • the thrust plate 40 has a thickness of about 1 mm, for example.
  • the thrust plate 40 is installed between the lower surface of the lower journal bearing 13 and the upper surface of the lower muffler 76A.
  • a centrifugal oil pump (not shown) is provided at the lower end of the crankshaft 67, and the lubricating oil 15 filled in the bottom of the housing 62 is sucked in via the centrifugal oil pump, It discharges to a flow passage (not shown) drilled along the axial direction.
  • the lubricating oil 15 can be supplied to parts requiring lubrication, such as the upper bearing 70 and the lower bearing 71, through the flow passage.
  • the groove portion 42 is formed in the thrust plate 40 in the sliding region between the crankshaft 67 and the thrust plate 40.
  • the groove 42 is formed in a concave shape in the thrust plate 40, and the lubricating oil 15 is supplied from the through hole 41. That is, the groove 42 communicates with a centrifugal oil pump and a flow passage formed in the crankshaft 67.
  • a thrust plate 40 having the same configuration as that described in the scroll compressor 1 is provided.
  • the sliding region between the crankshaft 67 and the thrust plate 40 is filled with the lubricating oil 15 to form an oil film, and friction loss can be reduced.
  • the lubricating oil 15 supplied to the groove portion 42 is contained in the sliding region. Difficult to leak from the circumferential side to the outer circumferential side.

Abstract

密閉型スクロール圧縮機は、潤滑油が流通する貫通孔(41)を有する円環形状のスラストプレート(40)と、スラストプレート(40)の上面に載置され、内部にスラストプレート(40)の貫通孔(41)を通過した潤滑油が流通する流通路(17)が形成されたクランク軸(11)とを備え、クランク軸(11)とスラストプレート(40)の摺動領域において、クランク軸(11)及びスラストプレート(40)の少なくともいずれか一方には、貫通孔(41)から潤滑油が供給される凹状の溝部(42)が形成され、溝部(42)の半径方向の外側端部(42a)は、摺動領域における最外周部よりも内側に位置している。

Description

流体機械
 本発明は、流体機械に関するものである。
 縦形の密閉型圧縮機は、ハウジング内に、圧縮機構と、圧縮機構を駆動するモータ(電動機)を収容し、圧縮機構とモータロータが、同一のクランク軸で結合されている。クランク軸は、軸方向が鉛直方向になるように設けられ、クランク軸の下端部にはスラスト荷重がかかる。ここで、スラスト荷重は、クランク軸及びモータロータの自重と、動作時に発生するマグネットプル力の軸方向の力である。
 上述のスラスト荷重を支持する際、クランク軸の下端部には摩擦損失が発生する。そこで、下記の特許文献1及び2で記載されているように、クランク軸下端部に接触するスラスト軸受が設置される。
実開昭62-78389号公報 特開2014-152747号公報
 特許文献1及び2では、スラスト軸受に対して潤滑油を供給して、スラスト軸受での潤滑性を向上させることが記載されている。そして、クランク軸下端部とスラスト軸受の摺動領域において、スラスト軸受へ潤滑油を供給するための給油溝が、半径方向全てにわたって、すなわち、内周部分から外周部分まで貫通して形成されている。
 圧縮機内部の油通路は、クランク軸の中心に形成され、ラジアル荷重を支持するジャーナル軸受や圧縮機構に分岐されている。潤滑油は、クランク軸下端部の周囲に設置されたポンプから、クランク軸の中心に設けられた油通路へ供給され、その後、油通路を介して、ジャーナル軸受や圧縮機構へ供給される。
 そのため、ポンプで昇圧された潤滑油がスラスト軸受にも供給される場合、クランク軸下端部とスラスト軸受の摺動領域において形成される給油溝が半径方向全てにわたって形成されていると、潤滑油がこの給油溝を通過することになる。その結果、ポンプで昇圧された潤滑油が給油溝から多量に流出してしまい、ジャーナル軸受や圧縮機構などへ供給される潤滑油の量が減少するという問題がある。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、クランク軸下端部で生じる摩擦損失を低減することができ、かつ、他の摺動部にも潤滑油を確実に給油することが可能な流体機械を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明の流体機械は以下の手段を採用する。
 すなわち、本発明の一態様に係る流体機械は、潤滑油が流通する貫通孔を有する円環形状のプレート部と、前記プレート部の上面に載置され、内部に前記プレート部の前記貫通孔を通過した前記潤滑油が流通する流通路が形成されたクランク軸とを備え、前記クランク軸と前記プレート部の摺動領域において、前記クランク軸及び前記プレート部の少なくともいずれか一方には、前記貫通孔から前記潤滑油が供給される凹状の溝部が形成され、前記溝部の半径方向の外側端部は、前記摺動領域における最外周部よりも内側に位置している。
 この構成によれば、プレート部に貫通孔が形成され、プレート部上面に載置されたクランク軸の内部に流通路が形成されており、プレート部の貫通孔を潤滑油が流通した後、クランク軸の流通路を潤滑油が流れる。クランク軸とプレート部の摺動領域において、クランク軸及びプレート部の少なくともいずれか一方には溝部が形成されて、溝部に対して貫通孔から潤滑油が供給される。その結果、クランク軸とプレート部の摺動領域に潤滑油が充填されて油膜が形成され、摩擦損失を低減できる。また、溝部の半径方向の外側端部は、上述の摺動領域における最外周部よりも内側に位置していることから、溝部に供給された潤滑油が、摺動領域の内周側から外周側へ漏れにくい。
 例えば、溝部の半径方向の外側端部は、上述の摺動領域における最外周部の半径の10%程度内側の位置である。
 上記態様において、前記溝部の半径方向の外側端部は、前記摺動領域における最内周部と前記最外周部との間の中間位置よりも外側でもよい。
 この構成によれば、溝部によって、摺動領域における最内周部と前記最外周部との間の中間位置よりも外側まで潤滑油を供給できる。
 上記態様において、前記摺動領域において前記溝部が形成されている領域の面積は、前記摺動領域のうち前記溝部の半径方向の外側端部より内側の全面積に対して、50%以上80%以下でもよい。
 この構成によれば、溝部に供給された潤滑油によって、クランク軸とプレート部の摺動領域に油膜が形成されやすい。
 上記態様において、前記溝部の半径方向の内側部分、又は、前記クランク軸又は前記プレート部における前記溝部の半径方向の内側部分に対向する部分において、テーパ面が形成されてもよい。
 この構成によれば、溝部の半径方向の内側部分、又は、それに対向する部分が、テーパ面であるため、溝部の半径方向の内側が高さ方向に広くなり、溝部の内部に対して潤滑油が供給されやすくなる。
 上記態様において、前記溝部は、段差形状、テーパ形状、又は、ディンプル形状を有してもよい。
 本発明によれば、クランク軸下端部で生じる摩擦損失を低減することができ、かつ、他の摺動部にも潤滑油を確実に給油することができる。
本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のスラストプレートを示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のスラストプレートを示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のスラストプレートに形成された溝部の一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のスラストプレートに形成された溝部の一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のスラストプレートに形成された溝部の一例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスクロール型圧縮機のクランク軸の下端部、スラストプレート及び吸入パイプを示す縦断面図である。 運転モード又は性能評価ごとの空気調和装置の効率を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係るロータリー型圧縮機を示す縦断面図である。
 以下に、本発明の一実施形態に係る密閉型スクロール圧縮機について、図面を参照して説明する。
 図1に示すように、スクロール流体機械としての密閉型スクロール圧縮機1は、底部が下部カバーによって密閉された上下方向に長い円筒状の密閉ハウジング2を備えている。この密閉ハウジング2の上部は、ディスチャージカバー3及び上部カバー4により密閉されており、このディスチャージカバー3と上部カバー4間に、圧縮された高圧のガスが吐出される吐出チャンバー5が形成されている。
 密閉ハウジング2内には、上方部位に上部軸受部材(フレーム部材)6が固定設置されており、上部軸受部材6を介してスクロール圧縮機構7が組み込まれるとともに、その下方部位にステータ8とロータ9とからなる電動モータ10が設置されている。この電動モータ10は、ステータ8が密閉ハウジング2に固定設置されることにより組み込まれ、そのロータ9には、クランク軸11が固定されている。
 クランク軸11の上端には、軸心が所定寸法だけ偏心されているクランクピン12が設けられ、そのクランクピン12をスクロール圧縮機構7に連結することによって、スクロール圧縮機構7が電動モータ10により駆動可能とされている。クランク軸11は、上部軸受部材6のジャーナル軸受部6Aに上方部が回転自在に支持されるとともに、下端部が密閉ハウジング2の下方部位に設けられている下部ジャーナル軸受13により回転自在に支持されている。
 下部ジャーナル軸受13とクランク軸11の下端部との間には、容積型給油ポンプ14が設けられ、密閉ハウジング2の底部に充填されている潤滑油15を、吸入パイプ16を介して吸い込み、クランク軸11内に軸方向に沿って穿設されている流通路17に吐出するように構成されている。この潤滑油15は、流通路17を介して上部軸受部材6、スクロール圧縮機構7及び下部ジャーナル軸受13等の潤滑が必要な部位に給油可能とされている。
 スクロール圧縮機構7は、上部軸受部材6を構成部品の1つとし、その上部軸受部材6上に固定設置されている固定スクロール18と、上部軸受部材6のスラスト軸受部6Bに摺動自在に支持され、固定スクロール18と噛み合わされることにより圧縮室20を形成する旋回スクロール19と、上部軸受部材6と旋回スクロール19との間に介在され、旋回スクロール19の自転を阻止し、公転旋回運動を許容するオルダムリング等の自転阻止機構21と、クランク軸11のクランクピン12と旋回スクロール19の背面に設けられている軸受ボス19Cとの間に設けられ、旋回スクロール19にクランク軸11の回転力を伝えるドライブブッシュ22及び旋回軸受(ニードル軸受)23と、を備え、固定スクロール18の端板中心部がディスチャージカバー3に接続された状態で上部軸受部材6上に設置されている。
 固定スクロール18は、端板18Aと、その端板18A上に立設された渦巻き状ラップ18Bとを備え、端板18Aの中心部に吐出口24が設けられるとともに、渦巻き状ラップ18Bのラップ歯先面にチップシール25が設置された構成とされている。また、旋回スクロール19は、端板19Aと、その端板19A上に立設された渦巻き状ラップ19Bとを備え、端板19Aの背面に軸受ボス19Cが設けられるとともに、渦巻き状ラップ19Bのラップ歯先面にチップシール26が設置された構成とされている。
 スクロール圧縮機構7は、電動モータ10のステータ巻線8Aに対向する位置に開口されている吸入配管27を介して密閉ハウジング2内に吸い込まれた冷媒ガスを、密閉ハウジング2内に開口されている吸入口28から圧縮室20内に吸い込み、高温高圧のガスに圧縮するものである。この圧縮ガスは、固定スクロール18の中心部に設けられている吐出口24及びディスチャージカバー3に設けられている吐出弁29を介して吐出チャンバー5内に吐出され、更に吐出チャンバー5に接続されている吐出配管30を介して圧縮機の外部へと送出されるようになっている。
 以下、図2から図7を参照して、本実施形態に係る圧縮機に設けられるスラストプレート40について説明する。
 スラストプレート40は、クランク軸11の下端面に接触して設けられる板状部材である。スラストプレート40は、厚さが例えば約1mmである。スラストプレート40は、下部ジャーナル軸受13の下面と吸入パイプ16の上面との間に設置される。
 スラストプレート40には、潤滑油15が流通する貫通孔41が形成されている。貫通孔41によって、吸入パイプ16に形成された流通路51と、クランク軸11に形成された流通路17とが連通する。その結果、図7に示すように、吸入パイプ16を通過した潤滑油15は、スラストプレート40の貫通孔41を流通し、スラストプレート40の貫通孔41を潤滑油15が流通した後、クランク軸11の流通路17を潤滑油15が流れる。
 スラストプレート40には、クランク軸11とスラストプレート40との間の摺動領域において、溝部42が形成される。なお、クランク軸11とスラストプレート40と間の摺動領域は、クランク軸11の下端面とスラストプレート40の上面とが互いに対向する領域である。以下では、溝部42がスラストプレート40にのみ形成される場合について説明するが、本発明は、この例に限定されない。例えば、本発明に係る溝部は、クランク軸11とスラストプレート40との間の摺動領域においてクランク軸11にのみ形成されてもよいし、クランク軸11とスラストプレート40の両方に形成されてもよい。
 溝部42は、スラストプレート40において凹状に形成され、貫通孔41から潤滑油15が供給される。すなわち、溝部42は、スラストプレート40の貫通孔41側において、吸入パイプ16に形成された流通路51や、クランク軸11に形成された流通路17と連通している。
 スラストプレート40に微小な凹みが形成されることによって、摺動領域に動圧が発生し、油膜圧力による浮上が生じる。その結果、クランク軸11の下端面とスラストプレート40の上面の間に生じる摩擦損失を低減できる。
 溝部42の深さは、例えば5μm以上10μm以下である。溝部42の深さは、クランク軸11の下端面とスラストプレート40の上面との間に発生する油膜厚さと、摺動面の合成粗さの比(Λ値)に応じて決定される。Λ値(=油膜厚さ/摺動面の合成粗さ)が、3よりも大きい値であるとき、油膜による浮上が確実に生じることが知られており、油膜によってクランク軸11をスラストプレート40に対して浮上させることができる。また、クランク軸11の回転数の高低に関わらず、溝部42の深さが浅すぎたり、深すぎたりすると、Λ値が低い値になる。すなわち、クランク軸11の回転数の高低に関わらず、Λ値が極大値になる最適な溝部42の深さがある。
 なお、クランク軸11の回転数が低い場合、溝部42の深さを深くすると、Λ値が3以下になりやすい一方、クランク軸11の回転数が高い場合、溝部42の深さを深くしても、Λ値は、3よりも大きい値を維持できる。すなわち、クランク軸11の回転数が低い場合、3よりも大きい値にできる溝部42の深さの範囲は、クランク軸11の回転数が高い場合よりも狭い。
 発明者らによって、圧縮機において、クランク軸11の直径を10mm以上40mm以下、クランク軸11の回転数を10rps以上140rps以下、潤滑油粘度を2mPa・s以上30mPa・s以下、クランク軸11及びロータ9の合計自重10N以上100N以下に設定したとき、Λ値を算出する解析を行った結果、スラストプレート40の溝部42の深さの範囲は、5μm以上10μm以下の範囲が望ましいという知見が得られた。
 また、発明者らによって、実証実験に基づいて、クランク軸11の回転数が比較的低いとき、例えば40rps未満では、溝部42の深さは5μmが望ましく、クランク軸11の回転数が比較的高いとき、例えば90rps以上では、溝部42の深さは10μmが望ましいという知見が得られた。これは、Λ値を算出する上述した解析と同じ傾向を示している。
 例えば冷房中間運転時、溝部42のないスラストプレートを設けた場合の圧縮機の総合効率を1としたときのグラフを図8に示す。その結果、クランク軸11の回転数が比較的低い冷房中間運転時、溝部42の深さを5μmにした場合、溝部42の深さを10μmにした場合よりも効率が高い。一方、クランク軸11の回転数が比較的高い暖房定格運転時は、溝部42の深さを10μmにした場合、溝部42の深さを5μmにした場合よりも効率が高い。
 すなわち、定格運転時よりも中間運転時の重みづけが高いAPF(Annual
Performance Factor:通年エネルギー消費効率)で、空気調和装置の省エネルギー性能を評価する場合、溝部42の深さを10μmよりも5μmに設定することが望ましい。
 溝部42の半径方向の外側端部42aは、クランク軸11とスラストプレート40の摺動領域における最外周部よりも内側に位置している。すなわち、溝部42は、摺動領域において半径方向の内側から最外周部にかけて連通していない。したがって、貫通孔41から溝部42へ供給された潤滑油15は、溝部42内に留まりやすく、摺動領域よりも外周側へは漏れにくい。
 溝部42が、本実施形態と異なり、摺動領域の半径方向全てにわたって、すなわち、内周部分から外周部分まで貫通して形成されている場合、潤滑油15が流通系統から流出してしまい、ジャーナル軸受や圧縮機構などに供給される潤滑油15の量が減少する。これに対して、本実施形態の場合、溝部42が、摺動領域において半径方向の内側から最外周部にかけて連通していないため、潤滑油15の量を減らすことなく、ジャーナル軸受や圧縮機構などに十分な潤滑油15を供給できる。
 溝部42の半径方向の外側端部42aは、上述の摺動領域における最外周部の半径の10%程度内側の位置である。これにより、溝部42に供給された潤滑油15が、摺動領域の内周側から外周側へ漏れることを確実に防止できる。
 溝部42の半径方向の外側端部42aは、摺動領域における最内周部と最外周部との間の中間位置よりも外側である。これにより、溝部42によって、摺動領域における最内周部と最外周部との間の中間位置よりも外側まで潤滑油15を供給できる。
 以上の関係を式で表すと下記のとおりとなる。
  rave(=(rout-rin)/2)<r<0.9×rout
 ここで、rは、溝部42の外側端部42a、すなわち段差が形成される境界部分の半径であり、routは、摺動領域における最外周部の半径、rinは、摺動領域における最内周部の半径である。
 また、摺動領域において溝部42が形成されている領域の面積は、摺動領域のうち溝部42の半径方向の外側端部42aより内側の全面積に対して、50%以上80%以下であることが望ましい。
 摺動領域において溝部42が形成されている領域の面積をAstepとし、摺動領域のうち溝部42の半径方向の外側端部42aより内側で、溝部42ではない領域(ランド領域)の面積をAlandとすると、以下の式で表される。
  0.5≦Astep/(Astep+Aland)≦0.8
 この条件を満たすことにより、摺動領域において、動圧が発生し、油膜圧力による浮上が生じやすくなる。図3に示す例では、溝部42は、中心角が60°である扇形状を有し、周方向に90°毎に4箇所に設けられているため、Astep/(Astep+Aland)は、0.67である。
 また、図2に示すように、クランク軸11における溝部42の半径方向の内側部分に対向する部分において、テーパ面43が形成されている。このように、テーパ面43が、溝部42において潤滑油15が導入される側に形成されることで、溝部42の半径方向の内側が高さ方向に広くなり、溝部42の内部に対して潤滑油15が供給されやすくなる。なお、本発明においてテーパ面は、溝部に対向する部分に形成される場合に限られず、溝部の内周部にも設けられてもよい。この場合も、溝部の内部に対して潤滑油15が供給されやすくなる。
 溝部42の周方向に沿って切断した断面形状は、例えば、段差形状(図4)、テーパ形状(図5)、又は、ディンプル形状(図6)を有する。すなわち、スラスト軸受等で用いられる一般的な形状を本実施形態でも適用できる。
 なお、図2や図7に示すように、摺動領域よりも外側には、容積型給油ポンプ14のポンプロータ45が設けられている。そして、クランク軸11の下面は、ポンプロータ45の下面と同一面であることから、クランク軸11とスラストプレート40の摺動領域から僅かに潤滑油15が漏れたとしても、その潤滑油15でポンプロータ45の下面とスラストプレートの上面との間を潤滑させることができる。その場合、容積型給油ポンプ14の効率を向上させることができる。
 以上、本実施形態によれば、スラストプレート40に貫通孔41が形成され、スラストプレート40の上面に載置されたクランク軸11の内部に流通路17が形成されており、スラストプレート40の貫通孔41を潤滑油15が流通した後、クランク軸11の流通路17を潤滑油15が流れる。クランク軸11とスラストプレート40の摺動領域において、スラストプレート40に溝部42が形成されて、溝部42に対して貫通孔41から潤滑油15が供給される。その結果、クランク軸11とスラストプレート40の摺動領域に潤滑油15が充填されて油膜が形成され、摩擦損失を低減できる。また、溝部42の半径方向の外側端部42aは、上述の摺動領域における最外周部よりも内側に位置していることから、溝部42に供給された潤滑油15が、摺動領域の内周側から外周側へ漏れにくい。
 したがって、摩擦損失を低減できるだけでなく、潤滑油15の量を減らすことなく、ジャーナル軸受や圧縮機構などに十分な潤滑油15を供給できる。その結果、圧縮機の高効率化及び信頼性の向上を図ることができる。
 なお、上述した実施形態では、スクロール型圧縮機の場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、ロータリ型圧縮機、レシプロ型圧縮機にも適用できる。さらに、本発明に係る流体機械は、圧縮機に限定されず、膨張機にも適用可能である。
 以下、ロータリ型圧縮機に対して、本実施形態に係るスラストプレート40を適用する場合について説明する。
 図9は、ロータリ圧縮機の一例として、密閉型とした単気筒の構成例を示す縦断面図である。なお、以下では、便宜上、単気筒のロータリ圧縮機に適用した実施形態を説明するが、2気筒のロータリ圧縮機はもとより、異なる複数の圧縮機構を有する圧縮機のロータリ圧縮機構でも同様に適用可能なことは言うまでもない。
 密閉型のロータリ圧縮機61は、密閉構造のハウジング62を備えている。このハウジング62は、円筒状のセンターハウジング62Aと、センターハウジング62Aの上部を密閉する上部ハウジング62Bと、センターハウジング62Aの下部を密閉する下部ハウジング62Cとから構成されている。センターハウジング62A内の上部側には、駆動源として、ステータ65とロータ66とから構成される電動モータ64が固定設置されている。
 また、ロータ66には、クランク軸(回転軸)67が一体に結合されている。
 電動モータ64の下部には、単気筒のロータリ圧縮機構63が設置されている。このロータリ圧縮機構63は、シリンダ室68が形成されているシリンダ本体69と、シリンダ本体69の上部及び下部に固定設置され、シリンダ室68の上部及び下部を密閉する上部軸受70及び下部軸受71と、クランク軸67の偏心部67Aに嵌合され、シリンダ室68の内周面を回動するロータ72と、シリンダ室68内を吸入側と吐出側とに仕切る図示省略のブレード及びブレード押えバネ等とを備えた構成とされている。
 このロータリ圧縮機構63は、シリンダ本体69又は上部軸受70のいずれかがセンターハウジング62Aの内周面に、円周上の複数箇所で栓溶接又はカシメ固定されることによって固定設置され、他の部材は、その固定設置された部材に対して一体に組み付けられるようになっている。
 ロータリ圧縮機構63は、吸入管73を介してロータリ圧縮機61と一体に設けられているアキュームレータ74からシリンダ室68内に圧縮流体の低圧冷媒ガスを吸入し、この冷媒ガスをロータ72の回動により圧縮した後、上部軸受70及び下部軸受71を利用して形成されている上部マフラ室75及び下部マフラ室76内に吐出する。こうして圧縮された高圧冷媒ガスは、上部マフラ室75で合流した後、センターハウジング62A内に吐出されるように構成されている。なお、上部マフラ室75及び下部マフラ室76の内部と、センターハウジング62Aの内部とは、実質的に圧力差のない状態となっている。
 この高圧冷媒ガスは、電動モータ64の周りに設けられているガス通路孔(図示せず。)を流通して電動モータ64の上部空間に導かれ、さらに、吐出配管77を介してロータリ圧縮機61の外部、すなわち冷凍サイクル側へと送り出されるようになっている。
 述したロータリ圧縮機構63は、シリンダ本体69と、シリンダ本体69の上下に配設される上部軸受70及び下部軸受71と、下部軸受71の下方に下部マフラ室76を形成する下部マフラ7Aとが、クランク軸67の軸方向に貫通するボルト78の螺合締結により一体化される。
 上部マフラ室75及び下部マフラ室76は、いずれも内外の圧力差がない部分である。しかし、図示の構成例では、潤滑油15に対するシール性を求められることから、下部マフラ76Aのみをボルト78により締結しているが、上部マフラ75A及び下部マフラ76Aについては、両方をボルト78で締結する構造、あるいは、いずれか一方のみをボルト78で締結する構造など、特に限定されることはない。
 ここで、スラストプレート40は、クランク軸67の下端面に接触して設けられる板状部材である。スラストプレート40は、厚さが例えば約1mmである。スラストプレート40は、下部ジャーナル軸受13の下面と下部マフラ76Aの上面との間に設置される。
 クランク軸67の下端部には、遠心式給油ポンプ(図示せず。)が設けられ、ハウジング62の底部に充填されている潤滑油15を、遠心式給油ポンプを介して吸い込み、クランク軸67内に軸方向に沿って穿設されている流通路(図示せず。)に吐出するように構成されている。この潤滑油15は、流通路を介して上部軸受70及び下部軸受71等の潤滑が必要な部位に給油可能とされている。
 スラストプレート40には、クランク軸67とスラストプレート40との間の摺動領域において、溝部42が形成される。溝部42は、スラストプレート40において凹状に形成され、貫通孔41から潤滑油15が供給される。すなわち、溝部42は遠心式給油ポンプや、クランク軸67に形成された流通路と連通している。ロータリ圧縮機61の場合も、スクロール圧縮機1において説明した場合と同様の構成を有するスラストプレート40が設けられる。そして、クランク軸67とスラストプレート40の摺動領域に潤滑油15が充填されて油膜が形成され、摩擦損失を低減できる。また、溝部42の半径方向の外側端部42aは、上述の摺動領域における最外周部よりも内側に位置していることから、溝部42に供給された潤滑油15が、摺動領域の内周側から外周側へ漏れにくい。
 したがって、摩擦損失を低減できるだけでなく、潤滑油15の量を減らすことなく、ジャーナル軸受や圧縮機構などに十分な潤滑油15を供給できる。その結果、圧縮機の高効率化及び信頼性の向上を図ることができる。詳細な構成や作用効果については、スクロール圧縮機1において説明した内容と重複するため省略する。
1   :密閉型スクロール圧縮機
2   :密閉ハウジング
3   :ディスチャージカバー
4   :上部カバー
5   :吐出チャンバー
6   :上部軸受部材
6A  :ジャーナル軸受部
6B  :スラスト軸受部
7   :スクロール圧縮機構
7A  :下部マフラ
8   :ステータ
8A  :ステータ巻線
9   :ロータ
10  :電動モータ
11  :クランク軸
12  :クランクピン
13  :下部ジャーナル軸受
14  :容積型給油ポンプ
15  :潤滑油
16  :吸入パイプ
17  :流通路
18  :固定スクロール
18A :端板
18B :渦巻き状ラップ
19  :旋回スクロール
19A :端板
19B :渦巻き状ラップ
19C :軸受ボス
20  :圧縮室
21  :自転阻止機構
22  :ドライブブッシュ
24  :吐出口
25  :チップシール
26  :チップシール
27  :吸入配管
28  :吸入口
29  :吐出弁
30  :吐出配管
40  :スラストプレート
41  :貫通孔
42  :溝部
42a :外側端部
45  :ポンプロータ
51  :流通路
61  :ロータリ圧縮機
62  :ハウジング
62A :センターハウジング
62B :上部ハウジング
62C :下部ハウジング
63  :ロータリ圧縮機構
64  :電動モータ
65  :ステータ
66  :ロータ
67  :クランク軸
67A :偏心部
68  :シリンダ室
69  :シリンダ本体
70  :上部軸受
71  :下部軸受
72  :ロータ
73  :吸入管
74  :アキュームレータ
75  :上部マフラ室
75A :上部マフラ
76  :下部マフラ室
76A :下部マフラ
77  :吐出配管
78  :ボルト
 

Claims (5)

  1.  潤滑油が流通する貫通孔を有する円環形状のプレート部と、
     前記プレート部の上面に載置され、内部に前記プレート部の前記貫通孔を通過した前記潤滑油が流通する流通路が形成されたクランク軸と、
    を備え、
     前記クランク軸と前記プレート部の摺動領域において、前記クランク軸及び前記プレート部の少なくともいずれか一方には、前記貫通孔から前記潤滑油が供給される凹状の溝部が形成され、
     前記溝部の半径方向の外側端部は、前記摺動領域における最外周部よりも内側に位置している流体機械。
  2.  前記溝部の半径方向の外側端部は、前記摺動領域における最内周部と前記最外周部との間の中間位置よりも外側である請求項1に記載の流体機械。
  3.  前記摺動領域において前記溝部が形成されている領域の面積は、前記摺動領域のうち前記溝部の半径方向の外側端部より内側の全面積に対して、50%以上80%以下である請求項1又は2に記載の流体機械。
  4.  前記溝部の半径方向の内側部分、又は、前記クランク軸又は前記プレート部における前記溝部の半径方向の内側部分に対向する部分において、テーパ面が形成されている請求項1から3のいずれか1項に記載の流体機械。
  5.  前記溝部は、段差形状、テーパ形状、又は、ディンプル形状を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の流体機械。
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