JP3252687B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、低速回転にも使
用するスクロール圧縮機のスラスト軸受改善に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は出願人が先に出願した特願平２
ー１８６１８１号明細書に示された従来のスクロール圧
縮機を示す断面図で、図において、１は固定スクロー
ル、２は固定スクロール１とともに圧縮室を成形する揺
動スクロール、２ａは揺動スクロール２の反圧縮室側に
あるスラスト面、３は揺動スクロール２に嵌合されたス
ライダ、４は揺動スクロール２に駆動力を伝達するクラ
ンク軸、５は揺動スクロールのスラスト面２ａを支承す
るフレーム、７はロータ、８はロータ７と共に回転力を
発生するステータ、９はシェル、１０は外部より冷媒を
導く吸入管、１１は吐出管、１２はオルダムリング、１
３はサブフレーム、１４はシェル９底部に貯溜された潤
滑油、１５はクランク軸４内に設けられた油穴で、潤滑
油を各摺動部に導いている。１６はスラスト軸受５ａの
内周側に設けられたスラスト内周部油通路、１７は潤滑
油をシェル９底部に戻す油戻し穴である。

【０００３】次に動作について説明する。ロ−タ７およ
びステ−タ８で発生した回転力はクランク軸４に伝達さ
れ、スライダ３を介して揺動スクロ−ル２に伝えられ
る。揺動スクロ−ル２は自転防止機構であるオルダムリ
ング１２により円軌道を動く揺動運動を行い固定スクロ
−ル１との間に形成される圧縮室の容量変化に従って冷
媒の圧縮が行われる。ガス冷媒は吸入管１０より流入
し、固定スクロ−ル１と揺動スクロ−ル２で形成される
圧縮室内で圧縮された後、高圧となり吐出管１１より流
出する。さて、揺動スクロ−ル２に作用する冷媒の圧縮
負荷のうち、スラスト方向のスラスト荷重はフレ−ム５
の上面部と揺動スクロ−ルのスラスト面２ａとで構成さ
れるスラスト軸受５ａにより支持され、ラジアル方向力
はクランク軸４に伝達され、クランク軸４はフレ−ム５
とサブフレ−ム１３により支持されている。運転中に揺
動スクロ−ル２は揺動運動をしており、スラスト軸受５
ａのスラスト面２ａは揺動運動を繰り返す。一般にスク
ロ−ル圧縮機の揺動半径は他の軸受半径に比べて非常に
小さく、特に低速回転における揺動速度が極めて小さ
く、軸受内の油膜形成が難しい。シェル９底部に貯溜さ
れた潤滑油１４はクランク軸１４の回転に伴う遠心力等
により油穴１５を通り、スラスト内周部油通路１６、油
戻し穴１７を通って再びシェル９底部に戻るサイクルを
繰り返している。この際、一部の油が各摺動部を潤滑し
ており、スラスト軸受５ａについてもスラスト内周部油
通路１６の潤滑油の一部がスラスト軸受５ａに導かれ潤
滑作用を行っている。

【０００４】スラスト軸受５ａを形成する揺動スクロー
ル２の内外周のコーナ形状は図１２、または、図１３に
示す面取り形状にするのが一般的である。図１２および
図１３には矢印で揺動スクロール２が揺動運動をすると
きのある瞬間の揺動スクロール２の進行方向と、それに
伴い油通路に存在する油がスラスト軸受５ａに入り込む
方向を示している。図１２，図１３の場合、一部の油が
スラスト軸受５ａに入り込んでいる。

【０００５】図１４にスラスト軸受５ａについて実験を
行った結果を縦軸に摩擦係数，横軸にμＵ／Ｐｍ（μは
油の粘度，Ｕは軸受の周速，Ｐｍは軸受にかかる面圧）
でまとめて示す。ここで、図１２の場合をＢ，図１３の
場合をＣで示すように、軸受の特性はほとんど変わら
ず、通常の面取り形状ではスラスト軸受５ａの改善には
効果がない。

【０００６】なお、図１５は図１２，図１３の補足説明
を示す図である。揺動スクロール２は揺動半径ｒの揺動
運動をしており、ある瞬間を考えるとＵ＝２πｒの周速
で運動している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のスクロール圧縮
機は以上のように構成されており、スラスト軸受内に入
り込み潤滑作用を行う油が微量であり、特にスラスト荷
重が大きく回転数が低い低速回転域においては、スラス
ト軸受における油膜形成は難しく、スラスト軸受の損失
が増加し、入力値が異常増加を引き起こす上、スラスト
軸受の摩耗，焼付き等を生じ、また、近年圧縮機の運転
範囲を超低速から行う市場要求に対して厳しいなどの問
題があった。

【０００８】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、スクロール圧縮機が超低速で運
転される場合においても、スラスト軸受における摺動損
失が少ないので、超低速での運転が可能にでき、軸受の
摩耗，焼付き等の損傷を生じることのない信頼性の高い
スクロール圧縮機を得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係るスクロー
ル圧縮機は、スラスト軸受を構成する揺動スクロールの
スラスト面外周のコーナ形状のテーパ巾を揺動半径ｒの
１／２０倍〜１倍とし、かつ、テーパ角度を１／１００
０ｒａｄ〜１／１００ｒａｄとしたものである。

【００１０】この発明におけるスクロール圧縮機は、ス
ラスト軸受を構成する揺動スクロールのスラスト面外周
のコーナ形状のテーパ巾を揺動半径ｒの１／２０倍〜１
倍とし、かつ、テーパ角度を１／１０００ｒａｄ〜１／
１００ｒａｄとしたことにより、揺動スクロールが揺動
運動する際にスラスト軸受の外周に存在する潤滑油をス
ラスト軸受面内に引き込み易くし、スラスト軸受の油膜
形成が著しく向上し、スラスト軸受の軸受負荷能力が向
上する。

【００１１】

【発明の実施の形態】

発明の実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を
図１〜図４について説明する。図において、２は揺動ス
クロールで、このスラスト面２ａ外周のコーナ形状のテ
ーパ巾を揺動半径ｒの１／２０倍〜１倍とし、かつ、テ
ーパ角度を１／１０００ｒａｄ〜１／１００ｒａｄとし
ている。

【００１２】図４に示すように、ある瞬間の揺動スクロ
ール２の進行方向に対して、油通路に存在する油がスラ
スト軸受５ａに入り込むが、図１２，図１３の場合と比
較して、潤滑油の入り込む量が多いと考えられる。図１
４にスラスト軸受５ａについて行った実験結果を縦軸に
摩擦係数，横軸にμＵ／Ｐｍ（μは油の粘度，Ｕは軸受
の周速，Ｐｍは軸受にかかる面圧）でまとめて示す。こ
こで、図４の場合をＡ，図１２の場合をＢ，図１３の場
合をＣで示すように、図４のテーパ形状をつけた軸受は
同一のμＵ／Ｐｍにおける摩擦係数が低く（同一条件に
おける摩擦係数が低い）、特に低速運転時の摩擦係数を
比較すると従来のＢ，Ｃに比べＡは１／２以下に下が
り、軸受性能が格段に向上し、揺動スクロールのスラス
ト面２ａ外周のコーナ形状のテーパ巾を揺動半径ｒの１
／２０倍〜１倍とし、かつ、テーパ角度を１／１０００
ｒａｄ〜１／１００ｒａｄとする範囲において、摩擦係
数の低下が著しいことが上記のスラスト軸受５ａに関す
る試験より認められる。スラスト軸受５ａの摩擦係数の
低下により軸受損失が低下し、総入力が低減でき、超低
速運転が可能になる上、長時間運転の際の摩耗が減少
し、軸受信頼性が向上する。

【００１３】また、図５，図６にテーパ巾とテーパ角度
をそれぞれ振ったときの最小油膜厚さを理論計算で求め
て示した。ここで最小油膜厚さは軸受計算上にしばしば
用いられる数値であり、最小油膜厚さが大きいほど軸受
性能は高い。図５，図６よりテーパ巾を揺動半径ｒの１
／２０倍〜１倍の範囲、および、テーパ角度を１／１０
００ｒａｄ〜１／１００ｒａｄとする範囲において、最
小油膜厚さが顕著に高くなっており、この範囲において
軸受性能がきわだって高くなっており、スラスト軸受の
軸受性能を高める効果が著しい。

【００１４】なお、上記実施例では揺動スクロ−ルのス
ラスト面外周２ｂのコ−ナ形状のテ−パ巾を揺動半径ｒ
の１／２０倍〜１倍の範囲、かつ、テ−パ角度を１／１
０００ｒａｄ〜１／１００ｒａｄの範囲にしたものを示
したが、スラスト軸受５ａである、揺動スクロ−ルのス
ラスト面２ａと相手部材（例えばスラストプレ−ト６）
との位置関係は図７〜図１０に示す４種類に分類でき、
以下に示すように各々効果がある。図中、ｒは揺動半径
であり、揺動スクロ−ル２は実線から破線の位置まで揺
動運動を繰り返す。

【００１５】発明の実施の形態２．図７はスラストプレ
ート６の上部に揺動スクロールのスラスト面２ａが接し
ており、常にスラストプレート外周６ａの内側に揺動ス
クロールのスラスト面外周２ｂが位置し、常にスラスト
プレート内周６ｂの外側に揺動スクロールのスラスト面
内周２ｃが位置するタイプであり、揺動スクロールのス
ラスト面２ａ内，外周のコーナ形状をテーパにすると、
摩擦係数低減に効果がある。

【００１６】発明の実施の形態３．図８は常にスラスト
プレート外周６ａの内側に揺動スクロールのスラスト面
外周２ｂが位置するが、スラストプレート内周６ｂに対
して揺動スクロールのスラスト面内周２ｃの位置は内，
外に運動する場合であり、このタイプの場合、揺動スク
ロールのスラスト面外周２ｂのコーナ形状の効果が一番
大きく、揺動スクロールのスラスト面内周２ｃとスラス
トプレート内周６ｂのコーナ形状の効果がついで大き
い。

【００１７】発明の実施の形態４．図９はスラストプレ
ート外周６ａに対して揺動スクロールのスラスト面外周
２ｂの位置は内外に運動するが、常にスラストプレート
内周６ｂの外側に揺動スクロールのスラスト面内周２ｃ
が位置するタイプで、このタイプの場合、揺動スクロー
ルのスラスト面内周２ｃの効果が大きく、揺動スクロー
ルのスラスト面外周２ｂとスラストプレート外周６ａの
コーナ形状の効果が次いで大きい。

【００１８】発明の実施の形態５． 図１０はスラストプレ−ト外周６ａに対して、揺動スク
ロ−ル外周２ｂの位置は内、外に運動し、スラストプレ
−ト内周６ｂに対して揺動スクロ−ルのスラスト面内周
の位置も内、外に運動する場合であり、この場合、揺動
スクロ−ルの内外周、スラストプレ−トの内外周のコ−
ナ形状が全て摩擦係数に対して効果がある。

【００１９】また、上記実施例では揺動スクロールのス
ラスト面外周２ｂのコーナ形状のテーパ巾を揺動半径ｒ
の１／２０倍〜１倍の範囲、かつ、テーパ角度を１／１
０００ｒａｄ〜１／１００ｒａｄの範囲にしたものを示
したが、コーナ形状のテーパ加工が困難な場合には、図
３に示すように実質的に所定のテーパが得られていれば
よい。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、この発明によればスラス
ト軸受を構成する揺動スクロールのスラスト面外周のコ
ーナ形状のテーパ巾を揺動半径ｒの１／２０倍〜１倍と
し、かつ、テーパ角度を１／１０００ｒａｄ〜１／１０
０ｒａｄとした構成としたので、揺動スクロールが揺動
運動する際にスラスト軸受の外周に存在する潤滑油をス
ラスト軸受面内に引き込み易くし、スラスト軸受の油膜
形成が容易になり、スラスト軸受の軸受負荷能力が著し
く向上でき、また、スラスト軸受の構造としては極めて
単純であり、コストを高くせずに軸受負荷能力を上げる
ことができ、特に低速運転時における軸受信頼性，軸受
損失の低下できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるスクロール圧縮
機を示す断面図である。

【図２】図１の揺動スクロールのスラスト面の要部拡大
図である。

【図３】図１の他の実施例による揺動スクロールのスラ
スト面の要部拡大図である。

【図４】図１の揺動スクロールのスラスト面の進行方向
と油の流れを示す説明図である。

【図５】図１のスラスト軸受のテーパ巾と最小油膜厚さ
の関係を示す説明図である。

【図６】図１のスラスト軸受のテーパ角度と最小油膜厚
さの関係を示す説明図である。

【図７】この発明の実施の形態２によるスクロール圧縮
機を示す要部拡大図である。

【図８】この発明の実施の形態３によるスクロール圧縮
機を示す要部拡大図である。

【図９】この発明の実施の形態４によるスクロール圧縮
機を示す要部拡大図である。

【図１０】この発明の実施の形態５によるスクロール圧
縮機を示す要部拡大図である。

【図１１】従来のスクロール圧縮機を示す断面図であ
る。

【図１２】図１１の揺動スクロールのスラスト面の進行
方向と油の流れを示す説明図である。

【図１３】図１１の他の実施例による揺動スクロールの
スラスト面の進行方向と油の流れを示す説明図である。

【図１４】この発明の実施例と従来例とのスラスト軸受
の摩擦係数とμＵ／Ｐｍの関係を示す説明図である。

【図１５】図１１の揺動スクロールのスラスト面の進行
方向を示す補足説明図である。

【符号の説明】

１ 固定スクロール ２ 揺動スクロール ２ａ スラスト面 ４ クランク軸 ５ フレーム ５ａ スラスト軸受 ７ ロータ ８ ステータ ９ シェル

フロントページの続き (72)発明者 萩原 正二 静岡市小鹿三丁目18番１号 三菱電機株 式会社 静岡製作所内 (56)参考文献 特公 平５−55718（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平１−14436（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/02 311

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 台板上で巻き方向が互いに逆の渦巻部を
   組み合わせるこにより両渦巻部に圧縮室を形成する固定
   スクロ−ルと揺動スクロ−ルと、揺動スクロ−ルに駆動
   力を伝達するクランク軸と、クランク軸を半径方向に支
   承するフレ−ムと、クランク軸を駆動するロ−タとステ
   −タと、上記部材を密閉し、固定支持するシェルと、揺
   動スクロ−ルに作用する冷媒のスラスト方向のスラスト
   荷重を受けるスラスト軸受とを備えたスクロ−ル圧縮機
   において、スラスト軸受を揺動スクロ−ルの反圧縮室側
   のスラスト面部とこれに接するフレ−ム側の面部とで構
   成し、上記揺動スクロ−ルの反圧縮室側のスラスト面部
   外周のコ−ナ形状のテ−パ巾を揺動半径ｒの１／２０倍
   〜１倍とし、かつ、テ−パ角度を１／１０００ｒａｄ〜
   １／１００ｒａｄとしたことを特徴とするスクロ−ル圧
   縮機。