JP6766920B1

JP6766920B1 - スクロール圧縮機

Info

Publication number: JP6766920B1
Application number: JP2019097712A
Authority: JP
Inventors: 健一佐多
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-05-24
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: CN113710897A; EP3951180A4; EP3951180B1; WO2020240922A1; US20220074411A1; JP2020193570A; US11460025B2; EP3951180A1

Abstract

【課題】スクロール圧縮機において、偏心軸部の撓みに起因するすべり軸受の摩耗や焼付きを抑制する。【解決手段】スクロール圧縮機は、可動スクロール（11）を有するスクロール型の圧縮要素（10）と、可動スクロール（11）を旋回運動させる駆動軸（15）と、可動スクロール（11）の背面側に設けられ且つ駆動軸（15）の上端部の偏心軸部（15a）を回転自在に支持するボス部（11b）と、ボス部（11b）と偏心軸部（15a）との間に設けられたすべり軸受（17）とを備える。ボス部（11b）における軸方向の中央部（111）の剛性は、ボス部（11b）における可動スクロール（11）との接続部（112）の剛性よりも大きい。【選択図】図２

Description

本開示は、スクロール圧縮機に関する。

スクロール圧縮機は、主として、モータと圧縮要素とから構成される。モータと圧縮要素とは、駆動軸によって連結される。圧縮要素は、固定スクロールと、モータによって旋回駆動される可動スクロールとから構成される。

駆動軸の上端部には、駆動軸に対して偏心した偏心軸部が設けられる。偏心軸部は、可動スクロールの背面側に設けられた略円筒状のボス部内にすべり軸受を介して回転自在に支持される。これにより、駆動軸の駆動力が可動スクロールに伝達され、可動スクロールは旋回する。

固定スクロール及び可動スクロールはそれぞれ、互いにかみ合うように設けられた渦巻き状歯部を有する。固定スクロール及び可動スクロールの各うず巻状歯部によって構成される圧縮室の容積は、可動スクロールの旋回に伴って次第に縮小し、圧縮室に外部から供給された冷媒ガスが圧縮される。

特開２０１４−１６３３３２号公報

スクロール圧縮機において、偏心軸部は片持ち構造であるため、可動スクロールの旋回に伴う負荷を受けると、偏心軸部は撓みにより傾く。このため、偏心軸部からの面圧が、ボス部の先端付近や付け根付近で局所的に大きくなる結果、ボス部の先端付近や付け根付近では、すべり軸受の摩耗や焼付きが生じやすい。

これに対し、特許文献１には、すべり軸受の軸方向端部にテーパ部（クラウニング）を設けることによって、すべり軸受の摩耗や焼付きを抑制することが開示されている。

しかしながら、特許文献１のすべり軸受においては、大きな荷重が生じる摺動開始直後において軸方向の中央部のみで荷重を支えることになるので、摺動状態によっては軸方向の中央部が荷重を支えられず、摩耗や焼付きを生じる恐れがある。

本開示の目的は、スクロール圧縮機において、偏心軸部の撓みに起因するすべり軸受の摩耗や焼付きを抑制することにある。

本開示の第１の態様は、可動スクロール（11）を有するスクロール型の圧縮要素（10）と、前記可動スクロール（11）を旋回運動させる駆動軸（15）と、前記可動スクロール（11）の背面側に設けられ且つ前記駆動軸（15）の上端部の偏心軸部（15a）を回転自在に支持するボス部（11b）と、前記ボス部（11b）と前記偏心軸部（15a）との間に設けられたすべり軸受（17）とを備えるスクロール圧縮機において、前記ボス部（11b）における軸方向の中央部（111）の剛性は、前記ボス部（11b）における前記可動スクロール（11）との接続部（112）の剛性よりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機である。

第１の態様では、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、軸方向の中央部（111）の剛性は、可動スクロール（11）との接続部（112）の剛性よりも大きい。このため、偏心軸部（15a）が撓みにより傾いても、偏心軸部（15a）からの面圧がボス部（11b）の接続部（112）で増大することを抑制できる。従って、ボス部（11b）の接続部（112）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きを抑制できる。

本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記ボス部（11b）の前記中央部（111）の剛性は、前記ボス部（11b）の先端部（113）の剛性よりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機である。

第２の態様では、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、軸方向の中央部（111）の剛性は、先端部（113）の剛性よりも大きい。このため、偏心軸部（15a）が撓みにより傾いても、偏心軸部（15a）からの面圧がボス部（11b）の先端部（113）で増大することを抑制できる。従って、ボス部（11b）の先端部（113）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きを抑制できる。

本開示の第３の態様は、第１又は２の態様において、前記ボス部（11b）の前記中央部（111）の肉厚は、前記ボス部（11b）の前記接続部（112）の肉厚よりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機である。

第３の態様では、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）の肉厚が接続部（112）の肉厚よりも大きいため、中央部（111）の剛性を接続部（112）の剛性よりも大きくすることができる。

本開示の第４の態様は、第１又は２の態様において、前記ボス部（11b）の前記中央部（111）は、前記ボス部（11b）の前記接続部（112）と同じ第１材料で構成された内周部（111a）と、前記第１材料よりも剛性の大きい第２材料で構成された外周部（111b）とを有することを特徴とするスクロール圧縮機である。

第４の態様では、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）は、接続部（112）と同じ第１材料で構成された内周部（111a）と、第１材料よりも剛性の大きい第２材料で構成された外周部（111b）とを有する。このため、中央部（111）の剛性を接続部（112）の剛性よりも大きくすることができる。

本開示の第５の態様は、第１乃至４のいずれか１つの態様において、前記偏心軸部（15a）の端部に、凹部（15b）が設けられることを特徴とするスクロール圧縮機である。

第５の態様では、偏心軸部（15a）の端部に凹部（15b）が設けられることにより、偏心軸部（15a）の端部に弾性が生じる。このため、偏心軸部（15a）が撓みにより傾いても、ボス部（11b）の接続部（112）で面圧が増大することをより一層抑制できる。従って、ボス部（11b）の接続部（112）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きをより一層抑制できる。

図１は、実施形態に係るスクロール圧縮機の構成の一部を示す断面図である。図２は、図１に示すスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。図３は、比較例に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。図４は、実施形態に係るスクロール圧縮機及び比較例に係るスクロール圧縮機のそれぞれにおけるボス部の軸方向面圧分布を示す図である。図５は、変形例１に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。図６は、変形例２に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。図７は、変形例３に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。図８は、図７に示すスクロール圧縮機におけるボス部の軸方向面圧分布を示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

〈スクロール圧縮機の構成〉
図１は、実施形態に係るスクロール圧縮機の構成の一部を示す概略断面図である。

図１に示すスクロール圧縮機は、主に、モータ（図示省略）、スクロール型の圧縮要素（10）、及び、モータを駆動する駆動軸（15）を密閉容器（20）内に備える。モータと圧縮要素（10）とは、密閉容器（20）内において上部ハウジング（21）により区画される。駆動軸（15）の上部は、軸受（22）を介して上部ハウジング（21）に支持される。また、図示は省略しているが、駆動軸（15）の下部は、軸受を介して下部ハウジングに支持される。

圧縮要素（10）は、駆動軸（15）によって旋回運動する可動スクロール（11）と、上部ハウジング（21）に固定された固定スクロール（13）とを有する。固定スクロール（13）は、可動スクロール（11）の上側において可動スクロール（11）と対向するように配置される。可動スクロール（11）及び固定スクロール（13）にはそれぞれ、他方に向けて突出する渦巻き状歯部（11a）、(13a)が設けられる。

駆動軸（15）の上端部には、駆動軸（15）に対して偏心した偏心軸部（15a）が設けられる。可動スクロール（11）の背面側には、略円筒状のボス部（11b）が設けられる。偏心軸部（15a）は、ボス部（11b）内にすべり軸受（17）を介して回転自在に支持される。これにより、駆動軸（15）の駆動力がボス部（11b）を介して可動スクロール（11）に伝達され、可動スクロール（11）は公転する。

可動スクロール（11）が公転すると、可動スクロール（11）及び固定スクロール（13）の各うず巻状歯部（11a）、(13a)によって構成される圧縮室が、スクロールの外周側から内周側へと徐々に体積を減じながら移動する。これにより、圧縮室中の冷媒ガスが徐々に圧縮されて最内周の圧縮室に至り、そこから吐出口を経由して吐出される。

尚、駆動軸（15）には、密閉容器（20）の下方から偏心軸部（15a）の端面まで達する給油用孔が設けられてもよい。これにより、給油用孔を通じて、密閉容器（20）下方の油溜りから油を偏心軸部（15a）の端面に導き、偏心軸部（15a）とボス部（11b）との摺動部へ供給することができる。

また、圧縮要素（10）によって圧縮される冷媒としては、例えば、塩素を含まないハイドロフルオロカーボン系の代替冷媒を用いてもよい。

〈ボス部の構成〉
図２は、図１に示すスクロール圧縮機におけるボス部（11b）及びその周辺の断面構造を示す図である。

図２に示すように、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、軸方向の中央部（111）の肉厚は、可動スクロール（11）との接続部（112）の肉厚、及び、先端部（113）の肉厚よりも大きい。言い換えると、可動スクロール（11）のボス部（11b）は、中央部（111）が外方に膨らんだ形状を持つ。

これにより、ボス部（11b）の中央部（111）の剛性を、接続部（112）の剛性、及び、先端部（113）の剛性よりも大きくすることができる。

−実施形態の効果−
本実施形態のスクロール圧縮機によると、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、軸方向の中央部（111）の剛性は、可動スクロール（11）との接続部（112）の剛性よりも大きい。このため、ボス部（11b）の中央部（111）が負荷を支持する能力が高くなるので、偏心軸部（15a）が可動スクロール（11）の旋回に伴う負荷を受けて撓みにより傾いても、偏心軸部（15a）からの面圧がボス部（11b）の接続部（112）で局所的に増大することを抑制できる。すなわち、ボス部（11b）の軸方向の面圧分布を平準化して、接続部（112）の面圧を低減できるので、すべり軸受（17）全体として負荷を支持する能力が向上する。従って、潤滑条件が厳しい場合であっても、ボス部（11b）の接続部（112）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きを抑制できる。

また、本実施形態のスクロール圧縮機によると、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、軸方向の中央部（111）の剛性は、先端部（113）の剛性よりも大きい。このため、ボス部（11b）の中央部（111）が負荷を支持する能力が高くなるので、偏心軸部（15a）が可動スクロール（11）の旋回に伴う負荷を受けて撓みにより傾いても、偏心軸部（15a）からの面圧がボス部（11b）の先端部（113）で局所的に増大することを抑制できる。すなわち、ボス部（11b）の軸方向の面圧分布を平準化して、先端部（113）の面圧を低減できるので、すべり軸受（17）全体として負荷を支持する能力が向上する。従って、潤滑条件が厳しい場合であっても、ボス部（11b）の先端部（113）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きを抑制できる。

また、本実施形態のスクロール圧縮機によると、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）の肉厚が、接続部（112）の肉厚、及び、先端部（113）の肉厚よりも大きい。このため、中央部（111）の剛性を、接続部（112）の剛性、及び、先端部（113）の剛性よりも大きくすることができる。

〈比較例〉
図３は、比較例に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。尚、図３において、図１に示す実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。

本比較例のスクロール圧縮機が、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機と異なっている点は、図３に示すように、可動スクロール（11）のボス部（11b）の肉厚が軸方向に一定になっていることである。すなわち、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）の肉厚は、接続部（112）の肉厚、及び、先端部（113）の肉厚と等しい。これにより、中央部（111）の剛性は、接続部（112）の剛性、及び、先端部（113）の剛性と等しくなる。

このため、本比較例のスクロール圧縮機においては、偏心軸部（15a）が可動スクロール（11）の旋回に伴う負荷を受けて撓みにより傾くと、偏心軸部（15a）からの面圧がボス部（11b）の接続部（112）や先端部（113）で局所的に増大する。その結果、ボス部（11b）の接続部（112）付近や先端部（113）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きが生じてしまう。

図４は、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機及び本比較例のスクロール圧縮機のそれぞれにおけるボス部（11b）の軸方向面圧分布を示す図である。図４において、横軸は、面圧の大きさであり、縦軸は、軸方向の位置（ボス部（11b）の先端からの軸方向距離）である。また、図４において、実線は、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機におけるボス部（11b）の軸方向面圧分布を示し、破線は、本比較例のスクロール圧縮機におけるボス部（11b）の軸方向面圧分布を示す。

尚、図４に示す結果は、ボス部（11b）全体の剛性を低くすることにより、偏心軸部（15a）が撓みにより傾いた際に、ボス部（11b）の接続部（112）において面圧集中が生じやすくなるようにして得られたものである。

図４に示すように、実施形態のスクロール圧縮機では、ボス部（11b）の軸方向の中央部（111）の剛性を接続部（112）の剛性よりも大きくすることにより、本比較例のスクロール圧縮機と比較して、接続部（112）で面圧が局所的に増大することを抑制できている。

〈変形例１〉
図５は、変形例１に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。尚、図５において、図１に示す実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。

本変形例のスクロール圧縮機が、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機と異なっている点は、図５に示すように、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）の肉厚が先端部（113）の肉厚と等しくなっていることである。言い換えると、中央部（111）の肉厚、及び、先端部（113）の肉厚は、接続部（112）の肉厚よりも大きい。

これにより、ボス部（11b）において、接続部（112）の剛性を他の部分の剛性よりも小さくすることができる。

−変形例１の効果−
以上に説明した本変形例のスクロール圧縮機によると、例えば、ボス部（11b）全体の剛性が低く、偏心軸部（15a）が撓みにより傾いた際に接続部（112）に面圧集中が生じやすい場合において、次のような効果を得ることができる。すなわち、ボス部（11b）において、接続部（112）の剛性が他の部分の剛性よりも小さいため、偏心軸部（15a）からの面圧が接続部（112）でより一層増大しにくくなる。従って、ボス部（11b）の接続部（112）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きをより一層抑制できる。

〈変形例２〉
図６は、変形例２に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。尚、図６において、図１に示す実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。

本変形例のスクロール圧縮機が、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機と異なっている点は、図６に示すように、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）は、接続部（112）と同じ第１材料で構成された内周部（111a）と、第１材料よりも剛性の大きい第２材料で構成された外周部（111b）とを有することである。

内周部（111a）を構成する第１材料としては、例えばアルミニウム等を用いてもよいし、外周部（111b）を構成する第１材料としては、例えば鉄鋼等を用いてもよい。

本変形例のスクロール圧縮機は、例えば、外周部（111b）を除くボス部（11b）を第１材料で成形した後、第２材料からなる外周部（111b）を内周部（111a）に焼きばめすることにより、製造することができる。

また、ボス部（11b）において、内周部（111a）の肉厚を、接続部（112）の肉厚及び先端部（113）の肉厚よりも小さくすることにより、内周部（111a）と外周部（111b）とを合わせた中央部（111）の肉厚を小さくしてもよい。例えば、中央部（111）の肉厚を、接続部（112）の肉厚及び先端部（113）の肉厚と同程度にしてもよい。

−変形例２の効果−
以上に説明した本変形例のスクロール圧縮機によると、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）は、接続部（112）と同じ第１材料で構成された内周部（111a）と、第１材料よりも剛性の大きい第２材料で構成された外周部（111b）とを有する。このため、中央部（111）の剛性を接続部（112）の剛性よりも大きくすることができるので、前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

〈変形例３〉
図７は、変形例３に係るスクロール圧縮機におけるボス部及びその周辺の断面図である。尚、図７において、図１に示す実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付している。

本変形例のスクロール圧縮機が、図１に示す実施形態のスクロール圧縮機と異なっている点は、図７に示すように、偏心軸部（15a）の端部に、凹部（15b）が設けられることである。ここで、凹部（15b）は、少なくともボス部（11b）の接続部（112）とオーバーラップするように設けられる。

−変形例３の効果−
以上に説明した本変形例のスクロール圧縮機によると、偏心軸部（15a）の端部に凹部（15b）が設けられることにより、偏心軸部（15a）の端部に弾性が生じる。このため、偏心軸部（15a）が可動スクロール（11）の旋回に伴う負荷を受けて撓みにより傾いても、ボス部（11b）の接続部（112）で局所的に面圧が増大することをより一層抑制できる。従って、ボス部（11b）の接続部（112）付近において、すべり軸受（17）の摩耗や焼付きをより一層抑制できる。

《その他の実施形態》
前記実施形態（変形例を含む）では、可動スクロール（11）のボス部（11b）において、中央部（111）と接続部（112）や先端部（113）との間には段差があったが、これに代えて、中央部（111）から接続部（112）や先端部（113）まで、肉厚をなだらかに変化させてもよい。

また、図１、図６、図７に示すスクロール圧縮機では、接続部（112）の肉厚と、先端部（113）の肉厚とを同じにしたが、これに代えて、中央部（111）の肉厚よりも小さい範囲で、接続部（112）の肉厚と先端部（113）の肉厚との間に差を設けてもよい。

尚、本発明の適用対象となるスクロール圧縮機の構成が特に制限されないことは言うまでもない。

以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。さらに、以上に述べた「第１」、「第２」…という記載は、これらの記載が付与された語句を区別するために用いられており、その語句の数や順序までも限定するものではない。

本開示は、スクロール圧縮機について有用である。

１０圧縮要素
１１可動スクロール
１１ａ渦巻き状歯部
１１ｂボス部
１１１中央部
１１１ａ内周部
１１１ｂ外周部
１１２接続部
１１３先端部
１３固定スクロール
１３ａ渦巻き状歯部
１５駆動軸
１５ａ偏心軸部
１５ｂ凹部
１７すべり軸受
２０密閉容器
２１上部ハウジング
２２軸受

Claims

可動スクロール（11）を有するスクロール型の圧縮要素（10）と、前記可動スクロール（11）を旋回運動させる駆動軸（15）と、前記可動スクロール（11）の背面側に設けられ且つ前記駆動軸（15）の上端部の偏心軸部（15a）を回転自在に支持するボス部（11b）と、前記ボス部（11b）と前記偏心軸部（15a）との間に設けられたすべり軸受（17）とを備えるスクロール圧縮機において、
前記ボス部（11b）における軸方向の中央部（111）の剛性は、前記ボス部（11b）における前記可動スクロール（11）との接続部（112）の剛性よりも大きく、
前記ボス部（11b）は、前記中央部（111）が外方に膨らんだ形状を持つ
ことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１において、
前記ボス部（11b）の前記中央部（111）の剛性は、前記ボス部（11b）の先端部（113）の剛性よりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１又は２において、
前記ボス部（11b）の前記中央部（111）の肉厚は、前記ボス部（11b）の前記接続部（112）の肉厚よりも大きいことを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１又は２において、
前記ボス部（11b）の前記中央部（111）は、前記ボス部（11b）の前記接続部（112）と同じ第１材料で構成された内周部（111a）と、前記第１材料よりも剛性の大きい第２材料で構成された外周部（111b）とを有することを特徴とするスクロール圧縮機。
請求項１乃至４のいずれか１つにおいて、
前記偏心軸部（15a）の端部に、凹部（15b）が設けられることを特徴とするスクロール圧縮機。