JP3713999B2 - スクロール圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスクロール圧縮機に係り、特に、旋回スクロールと固定スクロールの隙間を極力小さくできるようにした旋回スクロールを支持する軸受部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機では、旋回スクロールと固定スクロールの各ラップの隙間を極力小さくすることが圧縮性能向上に大きな効果がある。そのため、旋回／固定のラップが互いに接触しない範囲でラップの隙間を１０μｍ以下に小さくする方法が取られている。
【０００３】
また、特開平９-７９１４９号公報に記載された、可変クランクが採用されているスクロール圧縮機がある。この可変クランクとは、旋回スクロールを支持する軸受に勘合する軸を２つの部位に分割し、圧縮ガスの荷重によって上記２つの部位のうち軸と相対移動する部位を、ガス圧縮荷重を受ける旋回スクロールによって旋回／固定スクロールのラップ間の隙間をなくすように微動させるものである。この公報では、偏心部の偏心方向に対して１８０゜反対側となるスイングリングの外周面に切欠部を設けてオイルの供給を円滑に行わせるようにした構成が開示されている。
【０００４】
また、特開平５−２６１８１号公報には、スクロール圧縮機の旋回スクロールの下方の偏心ブッシュが結合される駆動軸の駆動ピンの一側に弦月形状の切断部を形成し、これに相応して偏心ブッシュの偏心孔の一側に弦月形状の平坦部を形成して、これらの間に所定の空間部が形成されるようにしたスクロール圧縮機が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平８−２００２６３号公報には、モータ駆動軸クランク部の中心部分に穿設された給油路を通して、流体力によって生じる半径方向荷重の作用線に対応した角位置に、軸表面の一部をフラットにカットして設けた軸方向の給油溝に冷媒の溶解した潤滑油の供給装置において、給油溝の周方向の側縁に潤滑油導入用のくさび状溝を設けた構成が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
旋回／固定のラップの隙間を１０μｍ以下に小さくした方法では、旋回スクロール1と固定スクロールの加工精度を高める必要があり、加工困難やコスト高となり易い。
【０００７】
上記いずれの、従来例にも旋回スクロールを回転時に、旋回スクロールと固定スクロールとが、特に偏心軸を備えた駆動軸で回転したきに、クランク方向側で接触し、それによって生じる摩耗の問題、及び騒音の問題に関する開示がない。
【０００８】
本発明の目的は、上記の可変クランクと同様の機能を持たせながら、スクロールラップの摩耗及び騒音を低減し、さらに高い信頼性を確保しつつ高い圧縮性能も実現できるスクロール圧縮機を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成する圧縮部と、前記旋回スクロールに滑り軸受部を介して連結されたクランク軸を備えたスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールとクランク軸を連結する前記軸受部における前記クランク軸側の軸表面のうち、クランク方向（偏心方向）と同方向又は反対方向の軸表面に、或いは前記クランク軸側に滑り軸受を設けた場合にはその軸受表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸受表面に、掘り込み部を設けたことにある。
ここで、前記軸受表面または軸表面に形成された掘り込み部は、その深さを円周方向の掘り込み範囲全体にわたって同じに形成しても良く、或いは掘り込み部の曲率半径を軸の曲率半径または軸受の曲率半径と異なる寸法にして形成しても良い。
また、前記掘り込み部に弾性体あるいは多孔質体を配するようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用したスクロール圧縮機の構造を示したものである。
【００１１】
スクロール圧縮機では、ケースに固定された固定スクロール１０と旋回可能な旋回スクロール１１が互いに噛み合い、相対的に旋回することによって圧縮室を徐々に減少させ、作動流体を圧縮する。その際、旋回スクロール１１を自転させないためにオルダムリング機構１４、および偏心させかつ旋回させるために旋回スクロールを回転支持したクランク軸２０が存在する。上記軸受への潤滑油は図１中の底部潤滑液溜り部１６からクランク軸２０の中心部に開けられた孔を通って、上記クランク軸２０と旋回スクロール１１の嵌合部である軸受に供給される。なお旋回スクロール１１はモータ１５によって駆動される。本発明は、このクランク軸２０の軸受部の構造を軸受剛性が小さくなるようにし、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップの接触反力を小さくして接触による摩耗を低
減し、かつ騒音を低減したものである。
【００１２】
以下、図２及び図３を用いて本発明の参考例を説明する。
【００１３】
図２は旋回スクロール１１とクランク軸２０の嵌合部をさらに詳しく説明する図である。クランク量Δを有するクランク軸２０のクランク部２０'が旋回スクロール１１の軸受部１２に嵌合される。旋回スクロール１１には図のように上側に旋回ラップ１１ａが下側にオルダムキー溝１３と軸受部１２が設けられている。
【００１４】
ところで、従来の一般的な軸受では軸と軸受間の半径隙間は、信頼性の観点から軸径の1.5/1000程度である。従来はクランクさせているため、クランク方向の軸受間隙間が小さくなり、クランク方向の軸受剛性が増加する。また旋回スクロールがクランク方向に偏り、固定スクロールのクランク方向のギャプがなくなり、最終的に接触状態となり、摩耗や、騒音を発生させる原因となっている。
【００１５】
本構成で従来例と異なる点は、この半径隙間を大きくすることによって、例えば軸径の1.5/1000〜4/1000にすることによって、図３（ａ）中のクランク方向の軸受隙間ηが大きくなる。その結果、クランク方向の軸受剛性を小さくし、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップの接触力を低減し、接触しても離れ易くすることで接触による摩耗を抑制し、騒音の発生も低減することができるようにしたものである。
【００１６】
図３（ｂ）は従来の隙間のものと、本参考例の隙間のものとの軸剛性を示したものである。図のようにスクロール圧縮機の旋回／固定ラップの接触反力を低減でき、信頼性の高いスクロール圧縮機用軸受を構成できる。またこの場合、軸受隙間の増大に伴う潤滑液量の増大が懸念されるが、後述のシールリング等による潤滑液量調整機構を併用すれば解決できる。従って、可変軸受の特長を実現でき、その結果、スクロール圧縮機の圧縮性能と信頼性を向上できる。
【００１７】
次に、他の参考例を図４を用いて説明する。
【００１８】
図４は旋回スクロールの底部に軸部１２'が存在し、クランク軸側の先端に形成された軸受部２０"（凹部）が嵌合するスクロール圧縮機の場合を示したものであり、この場合も前述と同じく半径隙間を大きくすることで、図２と同様な機能が保たれる。
【００１９】
図５は本発明の実施例を図示したものである。
【００２０】
先の参考例と異なる点は、軸と軸受間の間隔を大きくする変わりに、クランク軸のクランク方向の軸表面を掘り込んだ（切り欠いた）ものである。クランク軸20のクランク量Δをδ分だけ大きくして旋回／固定のラップ間の隙間を無くし、かつ旋回スクロール11の軸受12に嵌合する軸部20'のクランク方向の軸表面20bをξ分掘り込んだものである。このようにすると、先の参考例では、軸と軸受間のキャップが大きくなり、駆動力の伝達が小さくなる恐れもあるが、本実施例の構成ではその心配がなくなり、先の参考例同様に軸受剛性を低くすることができ、同じ効果を得ることができる。
【００２１】
また、図６（ａ）はその際の軸受部のガス圧縮荷重に対する潤滑液反力をクランク軸端部側から示したものである。この具体的実施例により、クランク軸20のクランク量をδ分だけ大きくしたことによって旋回ラップ11aと固定ラップ10aが互いに接触摺動しやすくなる。そして、接触することによって旋回スクロール11は固定側から接触反力を受ける。その力は図６（ａ）に示すように、回転とは非同期の力として軸受部に付加される。
【００２２】
しかし、軸表面20b部を掘り込んであるために、クランク方向の軸受剛性が図６（ｂ）に示すように小さくなり、上記反力を軽減する効果が生じる。即ち、旋回ラップ11aと固定ラップ10aが仮に接触しても旋回スクロール11が固定スクロール10から離れやすくなり、接触荷重が小さくなって摩耗に対する問題が低減される。さらに、ラップ隙間を極小状態に保持して高圧縮性能を実現できる軸受構造が得られる。
【００２３】
また、図７は旋回スクロールの底部に軸部12'が存在し、クランク軸側に軸受部20"が存在する際の、本発明に関する実施例を示したものである。この場合、クランク軸に形成された軸受20"部のクランク方向と逆側の内面に掘り込み部20hを形成したものである。
【００２４】
この場合も図８（ａ）に示すように、旋回スクロールの軸側から回転と非同期のラップ接触荷重がクランク軸の軸受に負荷されても、軸受の掘り込み部20hによりクランク方向と逆方向の軸受剛性が小さくなるため、上記ラップ同士の接触荷重を低減できる。図８（ｂ）にはクランク方向（Ｘ方向）軸受剛性を示す。図のように、従来の真円の軸受の場合に比べて軸受剛性を低減でき、ラップ刃が接触しても接触荷重が低減されることが分かる。
【００２５】
図９は軸受に嵌合される掘り込み量ξが、掘り込み部の周方向の大きさΘが60°〜120°程度の全体にわたって同一の場合を示したものである。また、掘り込み部の深さξは掘り込みが無いとした場合の軸受半径隙間ｃの0.5〜４倍程度が相応しい。この実施例によれば軸表面の掘り込みをエンドミル等で容易に加工できる。あるいは、掘り込み部21b以外をマスキングして、他部をエッチングによって形成することも、微妙な掘り込み深さξを実現するのに適している。
【００２６】
図1０は軸受に嵌合される掘り込み部を軸の曲率半径より大き目に形成したものであり、この軸断面形状でも同様な効果が期待できる。
【００２７】
図７に示すように、図９とは逆にクランク軸側に軸受部20"が存在する際の軸受の形状の場合は、クランク方向と逆方向に深さξの均一する構成もある。また、図1０とは逆の掘り込み部が軸受内面の極率半径より小さくして最大深さξを形成するようにすることも可能である。これによっても本発明が目指す機能を実現できる。
【００２８】
なお、前述のように、掘り込み部の大きさは周方向(Θ)で60°〜120°程度が、また掘り込み部の深さξは掘り込みが無いとした場合の軸受半径隙間ｃの0.5〜４倍程度が相応しい。掘り込み部の軸方向の長さは、軸と軸受内面の接触を防止するため当然軸受幅以上が必要となる。
【００２９】
図1１は上記軸部の掘り込み部を機械加工によって削るのではなく、逆に掘り込み部以外の表面を例えばニッケルリンメッキや硬質クロムめっきのような硬質膜でコーティングする方法を示したものである。例えば、図９に示した軸掘り込み部を形成する場合、クランク軸の軸受と嵌合する部分の軸径Ｄを事前に直径にして２×ξだけ小さ目に加工しておき、図1１に示すようなマスク31を掘り込み部に相当する個所に取り付け、その後上記硬質材のメッキを施す。この際不要な部署へのめっき付着を防止するためのマスクの必要なことは当然である。この方法によれば、軸の掘り込み部以外は耐摩耗性の高い表面処理を施した軸が形成でき、より信頼性の高い可変軸受を実現できる。
【００３０】
図1２はクランク軸に形成される軸受内面に掘り込みを形成する場合の例を示したものであり、この場合も上述のように軸受内径を２×ξだけ大き目に形成しておき、マスク31'を掘り込み部に相当する内面に取付けたのち、厚みξ分の軸受材料を他部分に形成する例を示したものである。これによっても、軸受内面の掘り込み形状を形成でき、かつ内面に薄い軸受材料を配することができる。
【００３１】
図１３および図１４は上記軸表面の掘り込み部20d,20eにほぼ真円になるように多孔質材をコートした場合を示したものである。多孔質材としては、金属系やセラミックス系、樹脂系あるいはそれらの複合からなる粒子の焼結材が適してきる。この実施例のように多孔質材を軸表面に配することにより、軸受内に形成された潤滑液圧力が多孔質材の微細孔を通って抜けるため、クランク方向の軸受剛性を小さくする効果がある。この実施例によっても旋回／固定のラップ同士が接触してもその接触反力を低減することが可能となる。
【００３２】
またこのように掘り込み部に多孔質を形成することは、クランク軸に軸受が存在する例に軸受内面の掘り込み部に配しても同様の効果が得られる。
【００３３】
図１５、図１６は上記軸表面の掘り込み部20f,20gにほぼ真円になるように弾性体を配したものである。弾性体としては樹脂系等があげられる。この場合は、弾性体の変形量を稼ぐために弾性体の厚み即ち図19中のξ'あるいは図１６中のR"を大きくする必要がある。この実施例でもクランク方向の軸受剛性を小さくする効果があり、旋回／固定のラップ同士が接触してもその接触反力を低減することが可能となる。この方法は軸受を有するクランク軸の場合に軸受内面の掘り込み部にも形成でき、弾性体の変形によってクランク方向と逆方向の軸受剛性を低減できる。
【００３４】
図１７は上記軸受部を構成するにあたり、軸掘り込み部20bの形成によって軸受部の潤滑液量の増大を防止することを目的として軸受端部に潤滑液量の調整機構であるシールを設けた実施例を示したものである。シールリング21を軸20側に形成した溝部にはめ込み、旋回スクロール11の軸受部12に設けたシールリング用切り欠き部12aにはめ込む。
【００３５】
図１８（ａ）は図１７の実施例において軸を軸受部にはめ込んだ状態を示した断面図である。これにより、潤滑液量が軸の掘り込み部によって増大しても液量を低減でき、不要な潤滑液の循環を防止して軸受周りのメカニカル損失を低減できる。
【００３６】
図１８（ｂ）は図１８（ａ）のシールリング21に関し、その内周と両端部を軟質かつ潤滑性のある物質21aでコートした場合を示したものである。組立て時は、シールリング21をクランク軸20に形成されたシールリング溝20cにはめ込み、軸受12の内周に形成されたテーパ部12cをガイドとして押し込む。突起部12bはシールリング21の外れを防止するためのものであり、これにより容易にシールリングを組立て、かつ固定できる。この実施例の場合、軸20と軸受12が軸方向に相対的にづれてもシールリング21とクランク軸20の溝部20cが摺動摩耗して焼き付くことがなく、信頼性の高い潤滑液量の調整が可能となり、その結果、高性能な軸受構造を実現できる。
【００３７】
図１９はシールリング21による潤滑液量の調整をより精度よく行えるように、シールリング21の軸方向に各種開口部を設けた実施例を示したものである。
【００３８】
図１９（ａ）はシールリング21をクランく軸20の溝部20cにはめ込むために必要な切り欠き部21bの切り欠き長さＬを調整し、必要な潤滑液量が軸受部を流れるようにしたものである。切り欠き長さＬが小さいと潤滑液量が小さくなり、軸受部の温度上昇さらには焼き付きの原因となる危険性がある。この切り欠き部Ｌの大きさを最適値に設定することはシールリング21の周方向長さを調整摺るだけよく、加工が簡単である。この実施例によって信頼性の高い軸受構造を実現できる。
【００３９】
図１９（ｂ）は軸受の潤滑液量を調整するその他の実施例を示したものである。シールリング21に軸方向に貫通する小孔21cを開け、その数や大きさによって最適な潤滑液量を実現できる。またこの実施例では、複数個の小孔をシールリング周方向に等ピッチで形成することにより、周方向にわたってほぼ均一な流量を配分でき、冷却の均一化を実現でき、軸受の安定性を高めることができる。
【００４０】
図１９（ｃ）はシールリング21が取り付けられた軸受における潤滑液量を調整するその他の実施例を示したものである。即ち、シールリング21の内面部に切り欠き部21dを形成し、その長さL2や深さL3を最適値に設定することによって最適な潤滑液量を調整できる。またこの切り欠き部は複数個内周側や逆に外周側に形成しても同様の効果が期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のスクロール圧縮機によれば、旋回スクロールとクランク軸を連結する軸受部におけるクランク軸側の軸表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸表面に、或いは前記クランク軸側に滑り軸受を設けた場合にはその軸受表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸受表面に、掘り込み部を設けるようにしたので、軸受部におけるクランク方向の軸受剛性を小さくすることができる。この結果、クランク軸のクランク量（偏心量）を大きめに取ることができるから、旋回／固定のスクロールラップ間の隙間を小さくできると共に、旋回／固定のスクロールラップの接触反力を小さくできるから、ラップどうしが強く接触して摩耗するのを低減し、かつラップ接触に伴って発生する騒音も低減できる効果がある。
従って、高い信頼性を確保しつつ高い圧縮性能も実現できるスクロール圧縮機が得られる。
【００４２】
また、このような軸受構造を装備したスクロール圧縮機を、冷凍機や空調機或いは冷蔵庫用の圧縮機として採用すれば、高い圧縮性能が得られるため、高効率な冷凍空調機器や冷蔵庫を実現でき、一層重要性が増す省エネルギー化にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したスクロール圧縮機の全体構成図。
【図２】旋回スクロールとクランク軸の嵌合部を詳しく説明する斜視図。
【図３】スクロール軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図４】旋回スクロール軸受部の他の例を示す斜視図。
【図５】本発明の旋回スクロール軸受部の実施例を示す斜視図。
【図６】図５の軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図７】本発明の旋回スクロール部の他の実施例の斜視図。
【図８】図７の軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図９】本発明の軸受部の軸の掘り込み部を示す図。
【図１０】本発明の軸受部の軸の掘り込み部の他の実施例を示す図。
【図１１】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の斜視図。
【図１２】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１３】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１４】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１５】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１６】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１７】本発明の軸受部のシール構造を示す斜視図。
【図１８】本発明の軸受シール部の他の実施例を示す図。
【図１９】本発明の軸受シールリングの実施例の斜視図。
【符号の説明】
10…固定スクロール、11…旋回スクロール、12…軸受、13…旋回側キー溝、14…オルダムリング、15…モータ、16…潤滑液溜り、20…クランク軸、20b,20d 〜 20h …掘り込み部、21…シールリング、31…硬質膜コーティング用マスク。
【発明の属する技術分野】
本発明はスクロール圧縮機に係り、特に、旋回スクロールと固定スクロールの隙間を極力小さくできるようにした旋回スクロールを支持する軸受部の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のスクロール圧縮機では、旋回スクロールと固定スクロールの各ラップの隙間を極力小さくすることが圧縮性能向上に大きな効果がある。そのため、旋回／固定のラップが互いに接触しない範囲でラップの隙間を１０μｍ以下に小さくする方法が取られている。
【０００３】
また、特開平９-７９１４９号公報に記載された、可変クランクが採用されているスクロール圧縮機がある。この可変クランクとは、旋回スクロールを支持する軸受に勘合する軸を２つの部位に分割し、圧縮ガスの荷重によって上記２つの部位のうち軸と相対移動する部位を、ガス圧縮荷重を受ける旋回スクロールによって旋回／固定スクロールのラップ間の隙間をなくすように微動させるものである。この公報では、偏心部の偏心方向に対して１８０゜反対側となるスイングリングの外周面に切欠部を設けてオイルの供給を円滑に行わせるようにした構成が開示されている。
【０００４】
また、特開平５−２６１８１号公報には、スクロール圧縮機の旋回スクロールの下方の偏心ブッシュが結合される駆動軸の駆動ピンの一側に弦月形状の切断部を形成し、これに相応して偏心ブッシュの偏心孔の一側に弦月形状の平坦部を形成して、これらの間に所定の空間部が形成されるようにしたスクロール圧縮機が開示されている。
【０００５】
さらに、特開平８−２００２６３号公報には、モータ駆動軸クランク部の中心部分に穿設された給油路を通して、流体力によって生じる半径方向荷重の作用線に対応した角位置に、軸表面の一部をフラットにカットして設けた軸方向の給油溝に冷媒の溶解した潤滑油の供給装置において、給油溝の周方向の側縁に潤滑油導入用のくさび状溝を設けた構成が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
旋回／固定のラップの隙間を１０μｍ以下に小さくした方法では、旋回スクロール1と固定スクロールの加工精度を高める必要があり、加工困難やコスト高となり易い。
【０００７】
上記いずれの、従来例にも旋回スクロールを回転時に、旋回スクロールと固定スクロールとが、特に偏心軸を備えた駆動軸で回転したきに、クランク方向側で接触し、それによって生じる摩耗の問題、及び騒音の問題に関する開示がない。
【０００８】
本発明の目的は、上記の可変クランクと同様の機能を持たせながら、スクロールラップの摩耗及び騒音を低減し、さらに高い信頼性を確保しつつ高い圧縮性能も実現できるスクロール圧縮機を得ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成する圧縮部と、前記旋回スクロールに滑り軸受部を介して連結されたクランク軸を備えたスクロール圧縮機において、前記旋回スクロールとクランク軸を連結する前記軸受部における前記クランク軸側の軸表面のうち、クランク方向（偏心方向）と同方向又は反対方向の軸表面に、或いは前記クランク軸側に滑り軸受を設けた場合にはその軸受表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸受表面に、掘り込み部を設けたことにある。
ここで、前記軸受表面または軸表面に形成された掘り込み部は、その深さを円周方向の掘り込み範囲全体にわたって同じに形成しても良く、或いは掘り込み部の曲率半径を軸の曲率半径または軸受の曲率半径と異なる寸法にして形成しても良い。
また、前記掘り込み部に弾性体あるいは多孔質体を配するようにしても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用したスクロール圧縮機の構造を示したものである。
【００１１】
スクロール圧縮機では、ケースに固定された固定スクロール１０と旋回可能な旋回スクロール１１が互いに噛み合い、相対的に旋回することによって圧縮室を徐々に減少させ、作動流体を圧縮する。その際、旋回スクロール１１を自転させないためにオルダムリング機構１４、および偏心させかつ旋回させるために旋回スクロールを回転支持したクランク軸２０が存在する。上記軸受への潤滑油は図１中の底部潤滑液溜り部１６からクランク軸２０の中心部に開けられた孔を通って、上記クランク軸２０と旋回スクロール１１の嵌合部である軸受に供給される。なお旋回スクロール１１はモータ１５によって駆動される。本発明は、このクランク軸２０の軸受部の構造を軸受剛性が小さくなるようにし、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップの接触反力を小さくして接触による摩耗を低
減し、かつ騒音を低減したものである。
【００１２】
以下、図２及び図３を用いて本発明の参考例を説明する。
【００１３】
図２は旋回スクロール１１とクランク軸２０の嵌合部をさらに詳しく説明する図である。クランク量Δを有するクランク軸２０のクランク部２０'が旋回スクロール１１の軸受部１２に嵌合される。旋回スクロール１１には図のように上側に旋回ラップ１１ａが下側にオルダムキー溝１３と軸受部１２が設けられている。
【００１４】
ところで、従来の一般的な軸受では軸と軸受間の半径隙間は、信頼性の観点から軸径の1.5/1000程度である。従来はクランクさせているため、クランク方向の軸受間隙間が小さくなり、クランク方向の軸受剛性が増加する。また旋回スクロールがクランク方向に偏り、固定スクロールのクランク方向のギャプがなくなり、最終的に接触状態となり、摩耗や、騒音を発生させる原因となっている。
【００１５】
本構成で従来例と異なる点は、この半径隙間を大きくすることによって、例えば軸径の1.5/1000〜4/1000にすることによって、図３（ａ）中のクランク方向の軸受隙間ηが大きくなる。その結果、クランク方向の軸受剛性を小さくし、旋回スクロールのラップと固定スクロールのラップの接触力を低減し、接触しても離れ易くすることで接触による摩耗を抑制し、騒音の発生も低減することができるようにしたものである。
【００１６】
図３（ｂ）は従来の隙間のものと、本参考例の隙間のものとの軸剛性を示したものである。図のようにスクロール圧縮機の旋回／固定ラップの接触反力を低減でき、信頼性の高いスクロール圧縮機用軸受を構成できる。またこの場合、軸受隙間の増大に伴う潤滑液量の増大が懸念されるが、後述のシールリング等による潤滑液量調整機構を併用すれば解決できる。従って、可変軸受の特長を実現でき、その結果、スクロール圧縮機の圧縮性能と信頼性を向上できる。
【００１７】
次に、他の参考例を図４を用いて説明する。
【００１８】
図４は旋回スクロールの底部に軸部１２'が存在し、クランク軸側の先端に形成された軸受部２０"（凹部）が嵌合するスクロール圧縮機の場合を示したものであり、この場合も前述と同じく半径隙間を大きくすることで、図２と同様な機能が保たれる。
【００１９】
図５は本発明の実施例を図示したものである。
【００２０】
先の参考例と異なる点は、軸と軸受間の間隔を大きくする変わりに、クランク軸のクランク方向の軸表面を掘り込んだ（切り欠いた）ものである。クランク軸20のクランク量Δをδ分だけ大きくして旋回／固定のラップ間の隙間を無くし、かつ旋回スクロール11の軸受12に嵌合する軸部20'のクランク方向の軸表面20bをξ分掘り込んだものである。このようにすると、先の参考例では、軸と軸受間のキャップが大きくなり、駆動力の伝達が小さくなる恐れもあるが、本実施例の構成ではその心配がなくなり、先の参考例同様に軸受剛性を低くすることができ、同じ効果を得ることができる。
【００２１】
また、図６（ａ）はその際の軸受部のガス圧縮荷重に対する潤滑液反力をクランク軸端部側から示したものである。この具体的実施例により、クランク軸20のクランク量をδ分だけ大きくしたことによって旋回ラップ11aと固定ラップ10aが互いに接触摺動しやすくなる。そして、接触することによって旋回スクロール11は固定側から接触反力を受ける。その力は図６（ａ）に示すように、回転とは非同期の力として軸受部に付加される。
【００２２】
しかし、軸表面20b部を掘り込んであるために、クランク方向の軸受剛性が図６（ｂ）に示すように小さくなり、上記反力を軽減する効果が生じる。即ち、旋回ラップ11aと固定ラップ10aが仮に接触しても旋回スクロール11が固定スクロール10から離れやすくなり、接触荷重が小さくなって摩耗に対する問題が低減される。さらに、ラップ隙間を極小状態に保持して高圧縮性能を実現できる軸受構造が得られる。
【００２３】
また、図７は旋回スクロールの底部に軸部12'が存在し、クランク軸側に軸受部20"が存在する際の、本発明に関する実施例を示したものである。この場合、クランク軸に形成された軸受20"部のクランク方向と逆側の内面に掘り込み部20hを形成したものである。
【００２４】
この場合も図８（ａ）に示すように、旋回スクロールの軸側から回転と非同期のラップ接触荷重がクランク軸の軸受に負荷されても、軸受の掘り込み部20hによりクランク方向と逆方向の軸受剛性が小さくなるため、上記ラップ同士の接触荷重を低減できる。図８（ｂ）にはクランク方向（Ｘ方向）軸受剛性を示す。図のように、従来の真円の軸受の場合に比べて軸受剛性を低減でき、ラップ刃が接触しても接触荷重が低減されることが分かる。
【００２５】
図９は軸受に嵌合される掘り込み量ξが、掘り込み部の周方向の大きさΘが60°〜120°程度の全体にわたって同一の場合を示したものである。また、掘り込み部の深さξは掘り込みが無いとした場合の軸受半径隙間ｃの0.5〜４倍程度が相応しい。この実施例によれば軸表面の掘り込みをエンドミル等で容易に加工できる。あるいは、掘り込み部21b以外をマスキングして、他部をエッチングによって形成することも、微妙な掘り込み深さξを実現するのに適している。
【００２６】
図1０は軸受に嵌合される掘り込み部を軸の曲率半径より大き目に形成したものであり、この軸断面形状でも同様な効果が期待できる。
【００２７】
図７に示すように、図９とは逆にクランク軸側に軸受部20"が存在する際の軸受の形状の場合は、クランク方向と逆方向に深さξの均一する構成もある。また、図1０とは逆の掘り込み部が軸受内面の極率半径より小さくして最大深さξを形成するようにすることも可能である。これによっても本発明が目指す機能を実現できる。
【００２８】
なお、前述のように、掘り込み部の大きさは周方向(Θ)で60°〜120°程度が、また掘り込み部の深さξは掘り込みが無いとした場合の軸受半径隙間ｃの0.5〜４倍程度が相応しい。掘り込み部の軸方向の長さは、軸と軸受内面の接触を防止するため当然軸受幅以上が必要となる。
【００２９】
図1１は上記軸部の掘り込み部を機械加工によって削るのではなく、逆に掘り込み部以外の表面を例えばニッケルリンメッキや硬質クロムめっきのような硬質膜でコーティングする方法を示したものである。例えば、図９に示した軸掘り込み部を形成する場合、クランク軸の軸受と嵌合する部分の軸径Ｄを事前に直径にして２×ξだけ小さ目に加工しておき、図1１に示すようなマスク31を掘り込み部に相当する個所に取り付け、その後上記硬質材のメッキを施す。この際不要な部署へのめっき付着を防止するためのマスクの必要なことは当然である。この方法によれば、軸の掘り込み部以外は耐摩耗性の高い表面処理を施した軸が形成でき、より信頼性の高い可変軸受を実現できる。
【００３０】
図1２はクランク軸に形成される軸受内面に掘り込みを形成する場合の例を示したものであり、この場合も上述のように軸受内径を２×ξだけ大き目に形成しておき、マスク31'を掘り込み部に相当する内面に取付けたのち、厚みξ分の軸受材料を他部分に形成する例を示したものである。これによっても、軸受内面の掘り込み形状を形成でき、かつ内面に薄い軸受材料を配することができる。
【００３１】
図１３および図１４は上記軸表面の掘り込み部20d,20eにほぼ真円になるように多孔質材をコートした場合を示したものである。多孔質材としては、金属系やセラミックス系、樹脂系あるいはそれらの複合からなる粒子の焼結材が適してきる。この実施例のように多孔質材を軸表面に配することにより、軸受内に形成された潤滑液圧力が多孔質材の微細孔を通って抜けるため、クランク方向の軸受剛性を小さくする効果がある。この実施例によっても旋回／固定のラップ同士が接触してもその接触反力を低減することが可能となる。
【００３２】
またこのように掘り込み部に多孔質を形成することは、クランク軸に軸受が存在する例に軸受内面の掘り込み部に配しても同様の効果が得られる。
【００３３】
図１５、図１６は上記軸表面の掘り込み部20f,20gにほぼ真円になるように弾性体を配したものである。弾性体としては樹脂系等があげられる。この場合は、弾性体の変形量を稼ぐために弾性体の厚み即ち図19中のξ'あるいは図１６中のR"を大きくする必要がある。この実施例でもクランク方向の軸受剛性を小さくする効果があり、旋回／固定のラップ同士が接触してもその接触反力を低減することが可能となる。この方法は軸受を有するクランク軸の場合に軸受内面の掘り込み部にも形成でき、弾性体の変形によってクランク方向と逆方向の軸受剛性を低減できる。
【００３４】
図１７は上記軸受部を構成するにあたり、軸掘り込み部20bの形成によって軸受部の潤滑液量の増大を防止することを目的として軸受端部に潤滑液量の調整機構であるシールを設けた実施例を示したものである。シールリング21を軸20側に形成した溝部にはめ込み、旋回スクロール11の軸受部12に設けたシールリング用切り欠き部12aにはめ込む。
【００３５】
図１８（ａ）は図１７の実施例において軸を軸受部にはめ込んだ状態を示した断面図である。これにより、潤滑液量が軸の掘り込み部によって増大しても液量を低減でき、不要な潤滑液の循環を防止して軸受周りのメカニカル損失を低減できる。
【００３６】
図１８（ｂ）は図１８（ａ）のシールリング21に関し、その内周と両端部を軟質かつ潤滑性のある物質21aでコートした場合を示したものである。組立て時は、シールリング21をクランク軸20に形成されたシールリング溝20cにはめ込み、軸受12の内周に形成されたテーパ部12cをガイドとして押し込む。突起部12bはシールリング21の外れを防止するためのものであり、これにより容易にシールリングを組立て、かつ固定できる。この実施例の場合、軸20と軸受12が軸方向に相対的にづれてもシールリング21とクランク軸20の溝部20cが摺動摩耗して焼き付くことがなく、信頼性の高い潤滑液量の調整が可能となり、その結果、高性能な軸受構造を実現できる。
【００３７】
図１９はシールリング21による潤滑液量の調整をより精度よく行えるように、シールリング21の軸方向に各種開口部を設けた実施例を示したものである。
【００３８】
図１９（ａ）はシールリング21をクランく軸20の溝部20cにはめ込むために必要な切り欠き部21bの切り欠き長さＬを調整し、必要な潤滑液量が軸受部を流れるようにしたものである。切り欠き長さＬが小さいと潤滑液量が小さくなり、軸受部の温度上昇さらには焼き付きの原因となる危険性がある。この切り欠き部Ｌの大きさを最適値に設定することはシールリング21の周方向長さを調整摺るだけよく、加工が簡単である。この実施例によって信頼性の高い軸受構造を実現できる。
【００３９】
図１９（ｂ）は軸受の潤滑液量を調整するその他の実施例を示したものである。シールリング21に軸方向に貫通する小孔21cを開け、その数や大きさによって最適な潤滑液量を実現できる。またこの実施例では、複数個の小孔をシールリング周方向に等ピッチで形成することにより、周方向にわたってほぼ均一な流量を配分でき、冷却の均一化を実現でき、軸受の安定性を高めることができる。
【００４０】
図１９（ｃ）はシールリング21が取り付けられた軸受における潤滑液量を調整するその他の実施例を示したものである。即ち、シールリング21の内面部に切り欠き部21dを形成し、その長さL2や深さL3を最適値に設定することによって最適な潤滑液量を調整できる。またこの切り欠き部は複数個内周側や逆に外周側に形成しても同様の効果が期待できる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のスクロール圧縮機によれば、旋回スクロールとクランク軸を連結する軸受部におけるクランク軸側の軸表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸表面に、或いは前記クランク軸側に滑り軸受を設けた場合にはその軸受表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸受表面に、掘り込み部を設けるようにしたので、軸受部におけるクランク方向の軸受剛性を小さくすることができる。この結果、クランク軸のクランク量（偏心量）を大きめに取ることができるから、旋回／固定のスクロールラップ間の隙間を小さくできると共に、旋回／固定のスクロールラップの接触反力を小さくできるから、ラップどうしが強く接触して摩耗するのを低減し、かつラップ接触に伴って発生する騒音も低減できる効果がある。
従って、高い信頼性を確保しつつ高い圧縮性能も実現できるスクロール圧縮機が得られる。
【００４２】
また、このような軸受構造を装備したスクロール圧縮機を、冷凍機や空調機或いは冷蔵庫用の圧縮機として採用すれば、高い圧縮性能が得られるため、高効率な冷凍空調機器や冷蔵庫を実現でき、一層重要性が増す省エネルギー化にも貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したスクロール圧縮機の全体構成図。
【図２】旋回スクロールとクランク軸の嵌合部を詳しく説明する斜視図。
【図３】スクロール軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図４】旋回スクロール軸受部の他の例を示す斜視図。
【図５】本発明の旋回スクロール軸受部の実施例を示す斜視図。
【図６】図５の軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図７】本発明の旋回スクロール部の他の実施例の斜視図。
【図８】図７の軸受部に加わる荷重と軸受剛性を示した図。
【図９】本発明の軸受部の軸の掘り込み部を示す図。
【図１０】本発明の軸受部の軸の掘り込み部の他の実施例を示す図。
【図１１】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の斜視図。
【図１２】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１３】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１４】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１５】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１６】本発明の旋回スクロール軸受部の他の実施例の断面図。
【図１７】本発明の軸受部のシール構造を示す斜視図。
【図１８】本発明の軸受シール部の他の実施例を示す図。
【図１９】本発明の軸受シールリングの実施例の斜視図。
【符号の説明】
10…固定スクロール、11…旋回スクロール、12…軸受、13…旋回側キー溝、14…オルダムリング、15…モータ、16…潤滑液溜り、20…クランク軸、20b,20d 〜 20h …掘り込み部、21…シールリング、31…硬質膜コーティング用マスク。
Claims (4)
- 固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成する圧縮部と、前記旋回スクロールに滑り軸受部を介して連結されたクランク軸を備えたスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールとクランク軸を連結する前記軸受部における前記クランク軸側に設けた軸受の軸受表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸受表面に掘り込み部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 固定スクロールと旋回スクロールを組み合わせて圧縮室を形成する圧縮部と、前記旋回スクロールに滑り軸受部を介して連結されたクランク軸を備えたスクロール圧縮機において、
前記旋回スクロールとクランク軸を連結する前記軸受部における前記クランク軸側の軸表面のうち、クランク方向と同方向又は反対方向の軸表面に掘り込み部を設けたことを特徴とするスクロール圧縮機。 - 請求項１または２記載のスクロール圧縮機において、前記軸受表面または軸表面に形成された掘り込み部の深さを円周方向の掘り込み範囲全体にわたって同じ深さにしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
- 請求項１または２記載のスクロール圧縮機において、前記軸受表面または軸表面に形成された掘り込み部の曲率半径を軸の曲率半径または軸受の曲率半径と異なる寸法にしたことを特徴とするスクロール圧縮機。
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