(57)【要約】【課題】軸受端部の剛性が低下することなく軸受端部の摩耗を低減することができ、信頼性を向上させることができる圧縮機を提供する。【解決手段】固定スクロール１及び旋回スクロール２からなる圧縮機構と、旋回スクロール２に連結された回転軸３と、この回転軸３を回転可能に支持する円筒状のすべり軸受（主軸受１８、副軸受１９、及び旋回軸受２０）と、回転軸３を回転駆動する電動機４とを備えた圧縮機において、主軸受１８を保持する上部フレーム６は、主軸受１８の上端外周部に対向する内周部の内径寸法Ｄ１が主軸受１８の中央外周部に対向する内周部の内径寸法Ｄ２より大きくなるように、主軸受１８の上端外周面に対向する内周面に段差溝６ｂを形成する。【選択図】図３
2009185706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構に連結された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する円筒状のすべり軸受と、前記すべり軸受を保持する軸受保持部と、前記回転軸を回転駆動する電動機とを備えた圧縮機において、
前記軸受保持部は、前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周部に対向する内周部の内径寸法が前記すべり軸受の中央外周部に対向する内周部の内径寸法より大きくなるように、前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周面に対向する内周面に凹部を形成したことを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の圧縮機において、前記軸受保持部の凹部は、径方向深さが軸方向に一定であることを特徴とする圧縮機。
【請求項３】
請求項２記載の圧縮機において、前記軸受保持部の凹部は、径方向深さが前記すべり軸受の肉厚に対する比率で０を超え０．０５以下とし、前記すべり軸受に対向する部分の軸方向長さが前記すべり軸受の軸方向全長に対する比率で０を超え０．３以下としたことを特徴する圧縮機。
【請求項４】
請求項１記載の圧縮機において、前記軸受保持部の凹部は、径方向深さが前記すべり軸受の中央側から端部側に向かって次第に大きくなることを特徴とする圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の圧縮機において、前記圧縮機構は、渦巻き状のラップを有する固定スクロールと、前記固定スクロールのラップと噛み合って作動室を形成する渦巻き状のラップを有する旋回スクロールとで構成されており、前記回転軸は、前記旋回スクロールに連結されたことを特徴とする圧縮機。
【請求項６】
流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構に連結された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する円筒状のすべり軸受と、前記すべり軸受を保持する軸受保持部と、前記回転軸を回転駆動する電動機とを備えた圧縮機の製造方法において、
前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周部に対向する前記軸受保持部の内周部の内径寸法が前記すべり軸受の中央外周部に対向する前記軸受保持部の内周部の内径寸法より大きくなるように、前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周面に対向する前記軸受保持部の内周面に凹部を形成した後、前記軸受保持部に前記すべり軸受を挿入し、その後、前記すべり軸受の内周面を仕上げ加工することを特徴とする圧縮機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＨＦＣ系冷媒や自然系冷媒等の流体を圧縮する圧縮機に係り、特に、円筒状のすべり軸受及びこれを保持する軸受保持部を備えた圧縮機及び圧縮機の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機の一つであるスクロール圧縮機は、他の圧縮機に比べて高効率、高信頼化、静音などの優位性が得られるため、冷凍空調機器用の圧縮機として様々な分野で活用されている。スクロール圧縮機は、例えば、固定スクロール及び旋回スクロールからなる圧縮機構と、旋回スクロールに連結された回転軸（クランク軸）と、この回転軸を回転駆動する電動機とを備えている。回転軸は、主軸受及び副軸受（すべり軸受）により回転可能に支持されるとともに、その一方側端部である偏芯ピン部が旋回軸受（すべり軸受）を介し旋回スクロールに連結されている。主軸受及び副軸受はそれぞれ、例えば、軸受保持部材に固定された円筒状のブッシュ材で構成されている。旋回軸受は、例えば、旋回スクロールのボス部に固定された円筒状のブッシュ材で構成されている。そして、電動機によって回転軸が回転駆動すると、固定スクロールに対して旋回スクロールが旋回運動を行う。この旋回スクロールの旋回運動に伴い、固定スクロールのラップと旋回スクロールのラップとの間で形成された作動室は、中心側に移動しつつ容積が縮小されて作動流体を圧縮するようになっている。
【０００３】
旋回スクロールには流体圧縮及び遠心力による径方向荷重が作用しており、その径方向荷重は旋回軸受及び回転軸を介して主軸受及び副軸受で支持される。このとき、過負荷等の運転条件においては、回転軸はモーメントが加わって撓み変形が生じ、軸受端部で片当たり現象が生じる。そのため、軸受端部の摩耗が増大し、信頼性を損なう恐れがあった。そこで、これに対応するため、例えば、主軸受（ブッシュ材）の上側端面及び旋回軸受（ブッシュ材）の下側端面に環状溝を形成して、主軸受の上側端部及び旋回軸受の下側端部の剛性を低くする構造が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造においては、主軸受の上側端部及び旋回軸の下側端部は、回転軸の撓み変形（傾斜）に追従して変形可能となる。その結果、軸受端部と回転軸との接触応力が減少し、軸受端部の摩耗を低減するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】２００２−１４７３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来技術には次のような課題が存在する。すなわち、上記特許文献１に記載の従来技術では、円筒状のすべり軸受（ブッシュ材）の端面に環状溝を形成して、軸受端部の剛性を低くするようになっている。そのため、流体圧縮等による過大な荷重が作用した場合に軸受端部が損傷する恐れがあった。
【０００６】
本発明の目的は、軸受端部の剛性が低下することなく軸受端部の摩耗を低減することができ、信頼性を向上させることができる圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、流体を圧縮する圧縮機構と、前記圧縮機構に連結された回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持する円筒状のすべり軸受と、前記すべり軸受を保持する軸受保持部と、前記回転軸を回転駆動する電動機とを備えた圧縮機において、前記軸受保持部は、前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周部に対向する内周部の内径寸法が前記すべり軸受の中央外周部に対向する内周部の内径寸法より大きくなるように、前記すべり軸受の軸方向一方側又は両側の端部外周部に対向する内周面に凹部を形成する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、軸受端部の剛性が低下することなく軸受端部の摩耗を低減することができ、信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態によるスクロール圧縮機の全体構造を表す断面図であり、図２は、図１中II部の部分拡大断面図である。
【００１１】
これら図１及び図２において、スクロール圧縮機は、固定スクロール１及び旋回スクロール２からなる圧縮機構と、旋回スクロール２に連結された回転軸（クランク軸）３と、この回転軸３を回転駆動する電動機４と、固定スクロール１、旋回スクロール２、回転軸３、及び電動機４等を収納する密閉容器５とを備えている。
【００１２】
固定スクロール１は、端板１ａと、この端板１ａに立設された渦巻き状のラップ１ｂと、端板の外周部に形成された吸入口１ｃと、端板１ａの中心部に形成された吐出口１ｄとを有している。旋回スクロール２は、端板２ａと、この端板２ａに立設された渦巻き状のラップ２ｂと、端板２ｂの背面側（図１及び図２中下側）に形成されたボス部２ｃとを有している。また、旋回スクロール２は、上部フレーム６に収納されるとともに、オルダム継手７を介し自転を阻止された状態で旋回可能に支持されている。そして、旋回スクロール２が固定スクロール１に対し旋回すると、旋回スクロール２のラップ２ａと固定スクロール１のラップ１ｂとの間で形成された作動室８は、中心側に移動しつつ容積が縮小される。これにより、外部からの作動流体が吸込管９及び固定スクロール１の吸込口１ｃを介し作動室８に吸込まれて圧縮される。そして、作動室８で圧縮された作動流体が固定スクロール１の吐出口１ｄから密閉容器５内の吐出空間１０に吐出され、さらに吐出管１１を経由して外部に供給される。
【００１３】
なお、図示しないが、密閉容器５内の固定スクロール１の上方側空間と上部フレーム６の下方側空間は連通されており、密閉容器５内は吐出圧力程度に保たれている。また、旋回スクロール２のボス部２ｃの端面と上部フレーム６との間にはシール機構１２（詳細には、フレーム６の環状溝に配設されたシール部材）が設けられており、このシール機構１２によって第１の背圧室１３（吐出圧力にほぼ等しい圧力となる背圧室）と第２の背圧室１４（吐出圧力よりも低い圧力となる背圧室）とが区分されている。
【００１４】
回転軸３は、主軸部１５と、この主軸部１２上方側に鍔部１６を介し接続された偏芯ピン部１７とで構成されている。回転軸３の主軸部１５は主軸受１８及び副軸受１９で回転可能に支持されており、偏芯ピン部１７は旋回軸受２０を介し旋回スクロール２のボス部２ｃに連結されている（言い換えれば、偏芯ピン部１７は旋回軸受２０で回転可能に支持されている）。なお、主軸受１８は、上部フレーム６に固定された円筒状のブッシュ材で構成され、副軸受１９は、下部フレーム２１に固定された円筒状のブッシュ材で構成され、旋回軸受２０は、旋回スクロール２のボス部２ｃに固定された円筒状のブッシュ材で構成されている。そして、旋回スクロール２に作用する径方向荷重は、旋回軸受２０及び回転軸３を介して主軸受１８及び副軸受１９で支持されるようになっている。また、回転軸３の鍔部１６の下面側には、軸方向の荷重を支持するスラストリング２２が配設されている。
【００１５】
密閉容器５内の底部には油溜り２３が形成されており、この油溜り２３の潤滑油が主軸受１８、副軸受１９、旋回軸受２０、スラストリング２２、及びオルダム継手７等に供給されるようになっている。以下、その詳細を説明する。
【００１６】
回転軸３の下方側端部には給油ポンプ２４が設けられている。また、回転軸３には、軸方向に貫通する給油通路２５ａと、給油通路２５ａ及び副軸受１９の内周部に対向する外周部にそれぞれ開口する横孔２５ｂと、給油通路２５ａ及び主軸受１８の内周部に対向する外周部にそれぞれ開口する横孔２５ｃとが形成されている。そして、油溜り２３の潤滑油は、給油ポンプ２４によって回転軸３の給油通路２５ａに供給され、その後、横孔２５ｂ，２５ｃを介し副軸受１９及び主軸受１８に供給される。副軸受１９を潤滑した潤滑油は、自由落下により油溜り２３に戻される。
【００１７】
また、回転軸３の給油通路２５ａに供給され副軸受１９及び主軸受１８の潤滑に使われなかった残りの潤滑油は、旋回スクロール２のボス部２ｃの内側底面に到達し、旋回軸受２０に供給される。旋回軸受２０を潤滑した潤滑油は、さらにシール機構１２及びスラストリング２２を潤滑する。そして、スラストリング２２を潤滑した潤滑油は、主軸受１８を潤滑した潤滑油と合流した後、上部フレーム５に形成された油戻し通路６ａ及びこれに接続された油戻しパイプ２６を経由して油溜り２３に戻される。
【００１８】
また、旋回スクロール２のボス部２ｃの端面には穴２ｄが形成されており、この穴２は、旋回スクロール２の旋回運動に伴って第１背圧室１３又は第２背圧室１４に断続的に連通するようになっている。そして、旋回スクロール２の穴２ｄを介し第１背圧室１３から第２背圧室１４に潤滑油が供給されて、第２背圧室１４内のオルダム継手７が潤滑される。
【００１９】
ここで本実施形態の大きな特徴として、上部フレーム６は、主軸受１８の上端外周面に対向する内周面に段差溝６ｂが形成されており、主軸受１８の上端外周部に対向する内周部の内径寸法Ｄ１が主軸受１８の中央外周部に対向する内周部の内径寸法Ｄ２より大きくなっている（図３参照）。段差溝６ｂは、径方向深さｂが軸方向（図３中上下方向）に一定となるように形成されている。
【００２０】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００２１】
電動機４によって回転軸３が回転駆動すると、固定スクロール１に対して旋回スクロール２が旋回運動を行う。この旋回スクロール２の旋回運動に伴い、固定スクロール１のラップ１ｂと旋回スクロール２のラップ２ｂとの間で形成された作動室８は、中心側に移動しつつ容積が縮小されて作動流体を圧縮する。旋回スクロール２には流体圧縮及び遠心力による径方向荷重が作用しており、その径方向荷重は旋回軸受２０及び回転軸３を介して主軸受１８及び副軸受１９で支持される。このとき、過負荷等の運転条件においては、回転軸３はモーメントが加わって撓み変形が生じ、軸受端部で片当たり現象が生じる。
【００２２】
本実施形態においては、上部フレーム６は、主軸受１８の上端外周面に対向する内周面に段差溝６ｂが形成されているので、主軸受１８の上端部との隙間が主軸受１８の中央部との隙間に比べて若干大きくなっている。これにより、回転軸３の撓み変形が生じても、回転軸３の撓み変形に倣うように主軸受１８を変形させることができ、片当たりを軽減することができる。したがって、主軸受１８の端部の摩耗を低減することができる。また、例えば主軸受１８の端面に環状溝を形成する従来構造とは異なり、主軸受１８の端部の剛性は低下することがない。したがって、主軸受１８の端部の損傷を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【００２３】
また、上部フレーム６の段差溝６ｂは、径方向深さｂが主軸受１８の肉厚ｔに対する比率で０を超え０．０５以下とし、主軸受１８に対向する部分の軸方向長さｈが主軸受１８の軸方向全長Ｌに対する比率で０を超え０．３以下とすることが好ましい（前述の図３参照）。このように設定することで、主軸受１８の端部の変形量を制限するとともに、最大変位となった端部に作用する荷重を支持することができ、主軸受１８の端部の疲労損傷を抑制することができる。なお、本願発明者らが検証実験を行ったところ、上部フレーム６に段差溝６ｂ（但し、径方向深さｂを主軸受１８の肉厚ｔに対する比率で０．０３、主軸受１８に対向する部分の軸方向長さｈを主軸受１８の軸方向全長Ｌに対する比率で０．１４とする）を設けた構造は、段差溝６ｂを設けない構造と比べ、主軸受１８の摩耗量が５０％程度低減することを確認した。
【００２４】
また、例えば主軸受が直接形成された上部フレームの軸方向端面に環状溝を形成する従来構造（例えば上記特許文献１の図６及び図７参照）と比較して、本実施形態では次のような効果が得られる。上部フレームの軸方向端面に環状溝を形成する従来構造では、溝幅が小さい環状溝を形成するために、特殊なバイトが必要になったり加工工程が増加したりして、製造コストが割高となる。これに対し、本実施形態の製造方法では、図４に示すように、鋳物材からなる上部フレーム６に段差溝６ｂを仕上げた後、主軸受１８（円筒状のブッシュ材）を挿入し、その後、主軸受１８の内周面を仕上げ加工する。したがって、上部フレーム６の段差溝６ｂの形成は比較的容易であるから、製造コストの低減を図ることができる。また、主軸受１８は上部フレーム６とは別部材であるから、材料選定の自由度が多いばかりか、材料コストの低減も図ることができる。
【００２５】
本発明の実施形態を図５により説明する。本実施形態は、上記段差溝に代えてテーパ溝を形成した実施形態である。なお、本実施形態において、上記一実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２６】
図５は、本実施形態によるスクロール圧縮機の要部構造を表す部分拡大図である。
【００２７】
本実施形態では、上部フレーム６は、主軸受１８の上端外周面に対向する内周面にテーパ溝６ｃが形成されており、主軸受１８の上端外周部に対向する内周部の内径寸法が主軸受１８の中央外周部に対向する内周部の内径寸法より大きくなっている。上部フレーム６のテーパ溝６ｃは、径方向深さが主軸受１８の中央部側から端部側に向かって次第に大きくなるように形成されている。
【００２８】
以上のように構成された本実施形態においても、上記一実施形態同様、主軸受１８の端部の剛性が低下することなく端部の摩耗を低減することができる。また、本実施形態では、上部フレーム６の内周面にテーパ溝６ｃを形成するので、段差溝６ｂを形成した場合に比べ、変形した軸受端部との接触面積を大きくすることができ、面圧を低減することができる。したがって、軸受端部の摩耗をさらに低減することができ、信頼性を向上させることができる。
【００２９】
なお、上記実施形態においては、主軸受１８を保持する上部フレーム６に本発明の特徴を適用した場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えば副軸受１９を保持する下部フレーム２１に適用してもよい。また、旋回軸受２０を保持する旋回スクロール２のボス部２ｃに適用してもよい。このような変形例を図６により説明する。
【００３０】
図６は、本発明の一変形例によるスクロール圧縮機の要部構造を表す部分拡大断面図である。なお、本変形例において、上記実施形態と同等の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００３１】
本変形例では、旋回スクロール２のボス部２ｃは、旋回軸受２０の下端外周面に対向する内周面に段差溝２ｅ（但しテーパ溝としてもよい）が形成されており、旋回軸受２０の下端外周部に対向する内周部の径方向寸法が旋回軸受の中央外周部に対向する内周部の内径寸法より大きくなっている。これにより、旋回スクロール２のボス部２ｃは、旋回軸受２０の下端部との隙間が旋回軸受２０の中央部との隙間に比べて若干大きくなっている。これにより、回転軸３の撓み変形が生じても、回転軸３の撓み変形に倣うように旋回軸受２０を変形させることができ、片当たりを軽減することができる。したがって、旋回軸受２０の端部の摩耗を低減することができる。また、例えば旋回軸受２０の端面に環状溝を形成する従来構造とは異なり、旋回軸受２０の端部の剛性は低下することがない。したがって、旋回軸受２０の端部の損傷を抑制することができ、信頼性を向上させることができる。
【００３２】
なお、以上においては、本発明の適用対象としてスクロール圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、例えばロータリ圧縮機等の他の圧縮機に適用してもよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態によるスクロール圧縮機の全体構造を表す断面図である。
【図２】図１中II部の部分拡大断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における上部フレームの軸受保持部の構造を説明するための図である。
【図４】本発明の一実施形態における上部フレーム及び主軸受の加工順序を説明するための図である。
【図５】本発明の他の実施形態によるスクロール圧縮機の要部構造を表す部分拡大断面図である。
【図６】本発明の一変形例によるスクロール圧縮機の要部構造を表す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    固定スクロール
１ａ  端板
１ｂ  ラップ
２    旋回スクロール
２ａ  端板
２ｂ  ラップ
２ｃ  ボス部（軸受保持部）
２ｄ  穴
２ｅ  段差溝
３    回転軸
４    電動機
６    上部フレーム（軸受保持部）
６ａ  油戻し通路
６ｂ  段差溝（凹部）
６ｃ  テーパ溝（凹部）
１８  主軸受（すべり軸受）
１９  副軸受（すべり軸受）
２０  旋回軸受（すべり軸受）
２１  下部フレーム（軸受保持部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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