JPH0330681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、冷媒圧縮圧縮機、空気圧縮機のよ
うな圧縮機、流体ポンプ、タービン膨張機などと
して用いるスクロール流体機械に関するものであ
る。

〔従来の技術〕 従来のスクロール流体機械を圧縮機の場合を例
として説明する。

まず、スクロール圧縮機の原理について簡単に
述べる。

第５図はスクロール圧縮機の基本的な構成要素
と圧縮限理を示しており、同図において、１は固
定スクロール、２は揺動スクロール、３は吐出
口、４は圧縮室、Ｏは固定スクロール上の定点、
O′は揺動スクロール上の定点である。上記固定
スクロール１および揺動スクロール２は同一形状
で巻方向が互いに反対のインボリユート曲線、円
弧などから構成された渦巻１ａ，２ａを有してい
る。

次に動作について説明する。固定スクロール１
は空間に対して静止しており、揺動スクロール２
は固定スクロール１と第５図に示すように組合わ
され、その姿勢を空間に対し変化させないで、第
５図ａ〜ｄに示すように0゜、90゜、180゜、270゜のよ
うに運動する。揺動スクロール２の移動に伴つて
固定スクロール１の渦巻１ａと揺動スクロール２
の渦巻２ａとの間に形成される三日月状の圧縮室
４が順次容積を減じ、圧縮室４に取込まれたガス
が圧縮されて吐出口３から吐出される。この間に
第５図の定点Ｏ−O′の距離は一定に保持され、
渦巻の間隔をａ、厚さをｔで表わすと、OO′＝
ａ／２−ｔとなつている。なお、ａは渦巻のピツチ に相当している。

スクロール圧縮機の名前で知られている装置の
概略は以上のとおりである。

次に、従来のスクロール圧縮機の具体的な構成
および動作について説明する。

第６図は従来のスクロール圧縮機の一例を示す
圧縮機構部を示す縦断側面図である。第６図にお
いて、１は固定スクロールであり、インボリユー
ト形状などの渦巻１ａ、この渦巻１ａが突出した
端板（天板）１ｂ、端板１ｂに設けた吐出口３、
吸入口５によつて構成されている。２は揺動スク
ロールであり、固定スクロール１の渦巻１ａと同
形状で巻方向が逆な渦巻２ａ、この渦巻２ａが突
出した端板（底板）２ｂ、端板２ｂの底面から突
出したボス１３によつて構成されている。４は固
定スクロール１の渦巻１ａ、端板１ｂ、揺動スク
ロール２の渦巻２ａ、端板２ｂによつて形成され
る圧縮室、６は軸受支え、７は軸受支え６に設け
られて揺動スクロール２の端板２ｂ底面を支承す
るスラスト軸受、８は偏心穴１４を有する主軸で
あり、偏心穴１４に揺動スクロール２のボス１３
が回転自在に嵌合されている。９は揺動スクロー
ル２が軸であるボス１３回りの自転を防止しクラ
ンク軸である主軸８の回りに公転させるオルダム
継手などからなる自転防止機構、１０はバランサ
である。以上圧縮機構部の主要な要素である。そ
して、揺動スクロール２と固定スクロール１の渦
巻２ａと２ｂが対向して嵌合され、揺動スクロー
ル２のボス１３が主軸８の偏心穴１４に連結され
ている。主軸８は軸受支え６に回転自在に嵌合支
持され、軸受支え６と固定スクロール１がボルト
など（図示せず）によつて結合されている。ま
た、軸受支え６に取付けられたスラスト軸受７上
面と揺動スクロール２の端板２ｂの渦巻２ａと反
対側の底面とが互いに接し、主軸８にはバランサ
１０が圧入嵌合により固定されている。

第７図〜第１０図は従来のスクロール圧縮機の
スラスト軸受摺動部の作用説明図であり、第７図
〜第１０図ａは圧縮機の運転前または運転後のガ
ス圧がない状態、ｂは運転中のスラスト荷重の負
荷時に揺動スクロール２の端板２ａが歪んだ状態
をそれぞれ示し、第７図〜第１０図中δ₁〜δ₃は揺
動スクロール２の端板２ｂの変位またはスラスト
軸受７の内周側と外周側との軸方向の高さの差を
示している。そして、第７図は、部品状態での形
状が、揺動スクロール２の端板２ｂ底面のスラス
ト軸受７上面との摺動面、およびスラスト軸受７
上面の上記端板２ｂ底面との摺動面がそれぞれ軸
方向に直角すなわち摺動面の内周側と外周側が水
平な平面である場合、第８図はスラスト軸受７上
面の内周側が外周側に対しδ₂だけ中凸形状になつ
ている場合、第９図は揺動スクロール２の端板２
ｂ底面の内周側が外周側に対し第１１図に示すよ
うにδ₃だけ中凸形状になつている場合、第１０図
はスラスト軸受７上面が第８図と同様にδ₂だけ中
凸形状になつていると共に揺動スクロール２の端
板２ｂ底面が第９図と同様にδ₃だけ中凸形状にな
つている場合の状態をそれぞれ示している。な
お、第７図〜第１１図の各図では、説明を理解し
やすくするために、スラスト軸受７、揺動スクロ
ール２の端板２ｂの形状を軸方向に拡大して描い
てある。

次に、上述のように構成されたスクロール圧縮
機の動作について説明する。電動機のような駆動
部（図示せず）から回転トルクが主軸８に伝達さ
れて主軸８が回転すると、ボス１３を介して揺動
スクロール２が旋回を開始するが、揺動スクロー
ル２は自転防止機構９によつて自転を防止されて
いるため、固定スクロール１と揺動スクロール２
とが第５図に示し上述した圧縮原理によつて作動
流体を圧縮する。ここで、揺動スクロール２は偏
心公転運動をするが、その静的および動的な釣合
いをバランサ１０によつて行う。また、このよう
なスクロール圧縮機では、作動流体の圧縮中に、
固定スクロール１と揺動スクロール２を軸方向に
開こうとするスラスト力が発生するため、軸受支
え６上に設けられたスラスト軸受７の上面によつ
て揺動スクロール２の端板２ｂ底面を支承するこ
とにより、上記スラスト力を受けている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のように構成された従来のスクロール圧縮
機は、第５図に示すスクロール圧縮機の原理から
理解できるように、運転中に固定スクロールおよ
び揺動スクロールの中心に向うほど圧力が高くな
り、第７図ｂに示すように圧縮されたガスの荷重
によつて揺動スクロール２の端板２ｂが例えば歪
み量δ₁中凸形状に歪む。このため、揺動スクロー
ル２の端板２ｂ底面とスラスト軸受７上面の内周
側縁部とが片当り摺動を起こし、圧縮機の運転中
にこの現象が起こることにより、片当り摺動部が
異常摩耗したり焼付いたりしやすく、圧縮機を損
傷させたり、機械的なロスを増大させたりする原
因になるという問題点があつた。このような片当
り現象は、第８図、第９図に示すようにスラスト
軸受７上面または揺動スクロール２の端板２ｂ底
面が加工時の状態などにより、内周側が外周側に
対し中凸形状になつている場合や、第１０図に示
すようにスラスト軸受７上面と上記端板２ｂ底面
の両方とも内周側が外周側に対し中凸形状になつ
ている場合に顕著に現われ、スラスト軸受の異常
摩耗、焼付などを起こす確率が高かつた。

この発明は、上記のような問題点を解決しよう
とするもので、運転中すなわち作動流体の圧縮中
にスラスト力を受けても、揺動スクロールの端板
底面とスラスト軸受内周側縁部とが片当りを生ず
ることがなく、軸受部の信頼性が高いスクロール
圧縮機などのスクロール流体機械を得ることを目
的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るスクロール流体機械は、スラス
ト軸受の揺動スクロール端板を支承する面、また
は揺動スクロール端板のスラスト軸受に支承され
る面を半径方向に傾斜させ、内周側が外周側に対
し軸方向に微少寸法だけ凹む中凸形状に形成した
ものである。

〔作用〕

この発明におけるスクロール流体機械は、スラ
スト軸受の上面または揺動スクロール端板の底面
のような支承面または被支承面を中凹形状に形成
したので、ガス圧縮時に上記端板がスラスト荷重
によつて中凸形状に歪んでも、揺動スクロールの
端板がスラスト軸受内周側縁部と片当り摺動する
ことなく、スクロール圧縮機のような流体機械を
運転することができ、したがつて摺動部の異常摩
耗や焼付を生じにくい。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図ないし第３
図によつて説明する。

第１図において、第６図と同一符号は同一また
は相当部分を示し、７ａは軸受支え６と別個に形
成されたスラスト軸受７の上面であり、この上面
７ａは、半径方向に傾斜され、内周側が外周側に
対し軸方向下方に10〜20μm程度の微少寸法だけ
凹む中凹形状に加工されている。７ｂはスラスト
軸受７の上面７ａと揺動スクロール２の端板２ｂ
下面との間に組立時に形成される隙間、１１はス
ラスト軸受７を軸受支え６上面に固定するボルト
であり、ボルト１１の頭部１１ａがスラスト軸受
７の上面７ａから突出しないように、この上面７
ａにはボルト１１の頭部１１ａを収容する凹部７
ｃが形成されている。第３図ａおよびｂはスラス
ト軸受の平面図および縦断面図であり、第３図ａ
において、１５はスラスト軸受７の上面に放射状
などに形成した潤滑用の油溝である。また、第２
図の各図はこの実施例のスラスト軸受摺動部の作
用説明図であり、第２図ａはスクロール圧縮機の
ガス圧のない状態、ｂ，ｃはスラスト荷重の負荷
時に揺動スクロール２の端板２ｂがスラスト荷重
の負荷時に歪んだ状態をそれぞれ示している。な
お、この実施例の上述した以外の構成は、第６図
に示す従来のものと同様である。

以上のように構成された一実施例のスクロール
圧縮機では、運転時にガスが圧縮された時に発生
するスラスト荷重によつて揺動スクロール２の端
板２ｂが歪み、端板２ｂの底面が中凸形状に変形
した時、スラスト軸受７の上面７ａが第２図ａに
示すように中凹形状に形成されていることによ
り、第２図ｂに示すようにスラスト軸受７の上面
７ａ内周側縁部は揺動スクロール２の端板２ｂ下
面と片当りすることなく、ガス圧によつて歪んだ
状態で、上記端板２ｂ底面をより大きな軸受面積
で支承することができる。この時、ガス圧によつ
ては、第２図ｃに示すように、揺動スクロール２
の端板２ｂ底面とスラスト軸受７の上面７ａの摺
動面で、外周側部の片当りが発生ることがある
が、軸受面積は半径の２乗に比例するため、仮に
スラスト軸受７の内外径比を１：２にすると、ス
ラスト軸受７の上面７ａの有効な軸受面積が、従
来の内周側縁部での片当り摺動に比べて４倍とな
り、その軸受負荷容量を著しく向上させることが
できる。ただし、スラスト軸受７の上面７ａの中
凹形状の高さδ₄は、揺動スクロール２の端板２ｂ
がスラスト荷重によつて歪んで変形する高さ絶対
値δ₁に対し、例えば10倍以上の大きな値になる
と、圧縮機の運転中にスラスト軸受７の上面７ａ
の外周側部だけで上記端板２ｂと片当り摺動を行
い、異常摩擦や焼付を生ずることがあるので、上
記高さδ₁に対しδ₄の上限は３〜４倍程度にしてお
く必要がある。

第４図はこの発明の他の実施例による揺動スク
ロールの縦断側面図である。この実施例では、揺
動スクロール２の端板２ｂの底面２ｃを外周側よ
り内周側が10μm程度凹む中凹形状にしてある。
なお、この実施例の上述した以外の構成は第６図
に示すものと同様である。この実施例でも、上記
底面２ｃがスラスト軸受の上面の内周側縁部への
片当りを防止でき、第１図ないし第３図に示した
実施例と同様な効果が得られる。

この発明において、スラスト軸受は軸受支えと
一体に形成してもよい。また、この発明は、上述
した実施例のスクロール圧縮機だけではなく、流
体ポンプ、タービン圧縮機などにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、スラ
スト軸受の揺動スクロール支承面または揺動スク
ロールのスラスト軸受での被支承面を、半径方向
に傾斜させて中凹形状に形成したことにより、流
体圧縮中の揺動スクロール端板の底面の歪みによ
るスラスト軸受上面の内周側縁部への片当り摺動
をなくし、摺動部の異常摩耗、焼付などによる機
械の損傷、機械的ロスの増大を防止することがで
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるスクロール
圧縮機の圧縮機構部を示す縦断側面図、第２図
ａ，ｂ，ｃは同互いに異なつた状態の作用説明
図、第３図ａおよびｂは同スラスト軸受の平面図
および縦断面図、第４図はこの発明の他の実施例
によるスクロール圧縮機の揺動スクロールを示す
縦断側面図、第５図ａ，ｂ，ｃ，ｄはスクロール
圧縮機の互い異なつた動作状態を示す作動原理
図、第６図は従来のスクロール圧縮機の圧縮機構
部を示す縦断側面図、第７図、第８図、第９図、
第１０図はこれらのａが停止状態ｂが運転状態を
示す従来のスクロール圧縮機の互い異なつたスラ
スト軸受部の作用説明図、第１１図は第１０図の
揺動スクロールの縦断側面図である。 １……固定スクロール、１ａ……渦巻、１ｂ…
…端板、２……揺動スクロール、２ａ……渦巻、
２ｂ……端板、２ｃ……中凹形状の底面、４……
圧縮室、６……軸受支え、７……スラスト軸受、
７ａ……中凹形状の上面、８……主軸、９……自
転防止機構。なお、図中同一符号は同一または相
当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インボリユートなどからなる渦巻を端板面に
   突設し上記渦巻を互いに偏心させて組合せ圧縮室
   を形成する固定スクロールおよび揺動スクロール
   と、この揺動スクロールに電動機の駆動力を伝達
   する主軸と、上記揺動スクロールおよび主軸を支
   承しスラスト荷重を受持つ軸受支えと、この軸受
   支えに設け上記揺動スクロールの端板を支承する
   スラスト軸受と、上記揺動スクロールの軸回りの
   自転を防止し主軸回りに公転させる自転防止機構
   とを備えたスクロール流体機械において、上記ス
   ラスト軸受の揺動スクロール端板を支承する面、
   または揺動スクロール端板のスラスト軸受に支承
   される面を、半径方向に傾斜させ、内周側が外周
   側に対し、軸方向に微少寸法だけ凹む中凹形状に
   形成したことを特徴とするスクロール流体機械。