JP2000234593A - スクロール圧縮機用可変軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の縦型スクロール圧縮機は、旋回と固定ス
クロールのラップ間隙間を狭めて圧縮性能を向上するた
めに、加工精度の極端な向上努力や可変クランク機構を
適用している。この結果、製作コストの向上や可変クラ
ンク部の摩耗、製造コストアップが問題となる。本発明
は上記の可変クランクと同じ機能を持たせながら、摩耗
やコスト高の問題がないスクロール圧縮機用の軸受構造
を提案する。 【解決手段】上記課題を解決するために、本発明ではス
クロール圧縮機の旋回スクロールを支持する軸受部の軸
受に勘合する軸表面を、この軸のクランク方向の軸表面
を掘り込んだり、弾性体あるいは多孔質体を配すること
によってクランク方向の軸受剛性を低減し、かつ軸のク
ランク量を大き目にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
極力小さくした、旋回スクロールを支持する軸受に関す
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クの外
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のカ
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
じ機能を持たせながら、摩耗を低減し、さらにコスト低
減を図った軸受構造を提案する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、スクロール
圧縮機の旋回スクロールを支持する軸受部の軸受に勘合
する軸表面を、この軸のクランク方向又は、クランク方
向と反対方向の軸表面を掘り込んだり、弾性体あるいは
多孔質体を配することによってこの方向の軸受剛性を低
減し、かつ軸のクランク量を大きめにしたものである。
あるいは他の方法として、従来の軸受半径隙間より隙間
を大きくしてかつ軸のクランク量を大き目にする。この
手段によって従来の可変クランクと一般に呼ばれる機構
と同様な機能を持つ軸受（可変軸受）が形成できる。

【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の勘合部である軸
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を用いて本発明の一実
施例を説明する。

【００１３】図２は本発明の旋回スクロール１１とクラ
ンク軸２０の勘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２
０'が旋回スクロール１１の軸受部１２に勘合される。
旋回スクロール１１には図のように上側に旋回ラップ１
１ａ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）に示は従来の隙間のものと、本
発明の隙間のものを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、本発明の他の実施例を図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２
０"（凹部）が勘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は本発明のさらに他の実施例を図示し
たものである。

【００２０】先の実施例と異なる点は、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に勘合する軸部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、先の実施
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、先の実施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
性能を実現できる可変軸受が得られる。

【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20
h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できる
ことが分かる。

【００２５】図９は軸受に勘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がで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は軸受に勘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しめしたものである。
例えば図９に示した軸掘り込み部を形成する場合、クラ
ンク軸の軸受と勘合する部分の軸径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
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は上記可変軸受を構成するにあた
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可変軸受端部に潤滑
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、不要な潤滑液の巡回を防止して軸受周
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、高性能な可変軸受を実現でき
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可変軸受を実現できる。

【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
られた可変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。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】これまで説明した可変軸受を装備したス
クロール圧縮機は、信頼性を確保したまま固定ラップと
旋回ラップの隙間を小さくでき、その結果高い圧縮性能
を実現できる。

【００４２】また、このような可変軸受を装備したスク
ロール圧縮機を、冷凍機や空調機あるいは冷蔵庫で現在
用いられている圧縮機に代えて搭載すれば、スクロール
圧縮機の高い圧縮性能が選られるため、その結果高効率
な冷凍空調機器や冷蔵庫が実現でき、今後より一層重要
性が増す省エネルギー化に貢献できる。

【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】本発明の旋回スクロール軸受部の斜視図。

【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】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５】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、21…シールリング、
31…硬質膜コーティング用マスク。

フロントページの続き (72)発明者 柳瀬 裕一 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 東條 健司 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 桜井 和夫 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 関口 浩一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 (72)発明者 田村 貴寛 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 稲葉 恒一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 Ｆターム(参考） 3H039 AA03 AA04 AA12 BB04 BB28 CC02 CC12 CC13 CC16 CC19

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】チャンバー内に設けられた固定スクロール
   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用可変軸受にお
   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
   の半径隙間を1.5/1000以上に大きくしたことを特徴とす
   るスクロール圧縮機用可変軸受。
2. 【請求項２】チャンバー内に設けられた固定スクロール
   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用可変軸受にお
   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
   の軸受と勘合する軸表面のうち、クランク方向と同方向
   又は反対方向の軸表面を前記軸受の幅にわたって切り込
   みを設けたことを特徴とするスクロール圧縮機用可変軸
   受。
3. 【請求項３】請求項２記載のスクロール圧縮機用可変軸
   受において、前記可変軸受の軸表面の掘り込み部または
   軸受表面に形成された切り込み部の深さを円周方向の切
   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用可変軸受。
4. 【請求項４】請求項２記載のスクロール圧縮機用可変軸
   受において、前記可変軸受の軸表面または軸受表面に形
   成された切り込み部の曲率半径を軸の極率半径または軸
   受の極率半径と異なる寸法にしたことを特徴とするスク
   ロール圧縮機用可変軸受。