涡旋压缩机
阅读：912发布：2020-05-12
专利汇可以提供涡旋压缩机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且在涡旋 压缩机 中，低速运转时的滑动损失的降低和耐磨损性的提高很困难。因此，本 发明 提供高效率、高可靠性的 涡旋压缩机 ，其能够不引起由 轴承 部的 接触 造成的表面损伤地降低滑动损失。具备：由具有端板和立设于该端板的漩涡状的涡旋齿的固定涡旋盘和旋转涡旋盘相互 啮合 而形成的压缩室；使该旋转涡旋盘旋转运动的 曲轴 ；使该旋转涡旋盘和该曲轴的偏心销部能够沿旋 转轴 方向移动且旋转自如地支承的、装配在旋转涡旋盘的背面的 旋转轴 承部；和将旋转自如地支承该曲轴的支承部配设于 框架 部件的中央部的 主轴 承部，在所述旋转轴承部和主轴承部使用 滑动轴承 ，其材料是将 碳 纤维 含在 树脂 类材料中的材料，并具备在轴承开口侧的端部扩开的锥形部。，下面是涡旋压缩机专利的具体信息内容。
1.一种涡旋压缩机，具备：
压缩室，所述压缩室由固定涡旋盘和旋转涡旋盘相互啮合而形成，所述固定涡旋盘和旋转涡旋盘具有端板和立设于所述端板的漩涡状的涡旋齿；
曲轴，所述曲轴使所述旋转涡旋盘旋转运动；
旋转轴承部，所述旋转轴承部设置于所述旋转涡旋盘的背面侧，并将所述曲轴的上部的偏心销部旋转自如地支承；以及
主轴承部，所述主轴承部设置于框架部件，并将所述曲轴旋转自如地支承，所述涡旋压缩机的特征在于，
在所述旋转轴承部使用滑动轴承，所述滑动轴承在金属衬背的表面形成有使碳纤维含在树脂类材料中的材料，
在所述旋转轴承部的下部设置以从所述偏心销部离开的方式倾斜的锥形部，所述锥形部的、从所述偏心销部的开口角度θ为0.002～0.0025rad，从而使下述关系成立：θ≥C/L1，其中，L1是所述滑动轴承的平坦面长度，C是轴承直径间隙。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机，其特征在于，
在所述主轴承部使用滑动轴承，所述滑动轴承在金属衬背的表面形成有使碳纤维含在树脂类材料中的材料。
3.根据权利要求1或2所述的涡旋压缩机，其特征在于，
含有所述树脂类材料和所述碳纤维的所述旋转轴承部或所述主轴承部的材料的拉伸强度是50～80MPa。
4.根据权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征在于，
作为所述主轴承部或所述旋转轴承部所含有的所述树脂类材料的成分，使用含有聚醚醚酮或聚苯硫醚、和氟树脂的材料。
5.根据权利要求3所述的涡旋压缩机，其特征在于，
在所述旋转轴承部的下部设置以从所述偏心销部离开的方式倾斜的锥形部，并且在所述主轴承部的上部和下部设置以从所述曲轴离开的方式倾斜的锥形部。
6.根据权利要求5所述的涡旋压缩机，其特征在于，
所述锥形部构成为具有近似平缓的锥形角度θ的台阶形状。
涡旋压缩机
技术领域
背景技术
[0002] 作为本技术领域的背景技术，有日本专利第3823325号公报(专利文献1)。在该公报中，记载了如下内容：“多孔青铜类合金和含浸在多孔青铜类合金的孔内的树脂材料形成于里衬金属上，在与曲轴的接触面上，多孔青铜类合金和树脂材料露出，接触面上的多孔青铜类合金的露出面积的比例是作为耐磨损性的下限值即5％以上，且是作为耐烧性的上限值即60％以下。由此，能够得到边界润滑时的烧灼耐力大且由滑动造成的磨损量少的轴承。”
[0003] 另外，根据日本特开2002－147377号公报(专利文献2)，记载了如下内容：“在旋转涡旋盘轴承的下端部和主轴承的上端部形成环状槽，使轴承端部的刚性下降。由此，当扭矩施加在旋转轴上而产生滑动轴承内的旋转轴的倾斜，负荷分布在滑动轴承的端部变大的情况下，通过滑动轴承的端部的变形，从而降低旋转轴与滑动轴承的端部的接触应力。因此，能够避免轴承端部附近与旋转轴直接接触而引起表面损伤的情况。”
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1:日本专利第3823325号公报
[0007] 专利文献2:日本特开2002－147377号公报
发明内容
[0008] 发明要解决的课题
[0009] 根据日本专利第3823325号中的公知技术(专利文献1)，将滑动面上的多孔青铜类合金的露出面积的比例设为5％以上且60％以下是因为，如果小于5％则由滑动产生的磨损量变大，如果超过60％则容易发生烧灼。像这样，即使是将多孔青铜类合金的露出面积的比例设为按照规定的范围，如果露出面积比例小则轴承容易磨损，如果露出面积比例大则容易发生烧灼。因此，存在如下课题：需要能够将多孔青铜类合金的露出面积比例维持在5～30％左右的高精度的加工方法。
[0010] 另外，根据日本特开2002－147377号中的公知技术(专利文献2)，当在滑动轴承的端部形成环状槽，旋转轴的倾斜变大的情况下，由于滑动轴承的端部发生变形，所以难以形成能够得到滑动轴承的环状槽的内侧部分所需要的强度的厚度，并且，为了得到对于该内侧部分足够的强度，需要使用昂贵的材料的滑动轴承。此外，存在如下课题：在运转中，重复进行滑动轴承的环状槽的内侧部分的变形和复原，因此，存在环状槽的内侧部分发生疲劳损伤的危险，从而导致滑动轴承的可靠性的下降。
[0011] 因此，本发明提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机不需要高精度的加工，并且通过提高滑动轴承的耐磨损性、耐烧性来实现可靠性的提高。
[0012] 用于解决课题的手段
[0014] 本申请包含多个解决上述课题的手段，举其中的一例来说，“一种涡旋压缩机，具备：压缩室，该压缩室由固定涡旋盘和旋转涡旋盘相互啮合而形成，该固定涡旋盘和旋转涡旋盘具有端板和立设于该端板的漩涡状的涡旋齿；曲轴，该曲轴使所述旋转涡旋盘旋转运动；旋转轴承部，该旋转轴承部设置于所述旋转涡旋盘的背面侧，并将所述曲轴的上部的偏心销部旋转自如地支承；主轴承部，该主轴承部设置于框架部件，并将所述曲轴旋转自如地支承，所述涡旋压缩机的特征在于，在所述旋转轴承部使用滑动轴承，并且使用使碳纤维含在树脂类材料中的材料作为滑动轴承的材料。
[0015] 发明的效果
[0016] 根据本发明，能够提供一种涡旋压缩机，该涡旋压缩机不需要高精度的加工，通过提高滑动轴承的耐磨损性、耐烧性就能够实现可靠性的提高。
[0018] 图1是第一实施例中的涡旋压缩机的整体结构图。
[0019] 图2是第一实施例中的旋转涡旋盘轴承部和主轴承附近的放大图。
[0020] 图3是本发明的滑动轴承的剖面结构图。
[0021] 图4是第二实施例中的主轴承部的细节放大图。
[0022] 图5是第三实施例中的主轴承部的细节放大图。
[0023] 图6是说明轴承平均表面压力和摩擦系数的关系的图。
[0024] 图7是说明轴承锥形角度和摩擦系数的关系的图。
具体实施方式
[0025] 以下，参照附图详细地说明本发明的实施例。
[0026] 实施例1
[0027] 关于表示本发明的第一实施例的涡旋压缩机，利用图1～2详细地说明。下面说明表示本发明的第一实施例的涡旋压缩机的整体结构。
[0028] 涡旋压缩机1将压缩机构部2和驱动部3收纳于密闭容器100内而构成。该压缩机构部2由固定涡旋盘110、旋转涡旋盘120和框架160构成。固定涡旋盘110具有端板110b和与该端板110b垂直地立设的漩涡状涡旋齿110a，在涡旋齿中央部具有排出口110e，固定涡旋盘110经由多个螺栓固定于该框架160。该旋转涡旋盘120具有端板120b和与该端板120b垂直地立设的漩涡状涡旋齿120a，并且在该端板120b的背面侧，由轴套部120e和轴套部端面
120f构成。
120f构成。
[0029] 由固定涡旋盘110和旋转涡旋盘120啮合而形成的压缩室130通过该旋转涡旋盘120相对于固定涡旋盘110做旋转运动，从而进行压缩室的容积减少的压缩动作。利用该压缩动作，伴随着该旋转涡旋盘120的旋转运动，工作流体从吸入口140被吸入该压缩室130，被吸入的工作流体经过压缩行程而从固定涡旋盘110的排出口110e向密闭容器100内的排出空间136排出，然后经由排出口150从密闭容器100排出。由此，密闭容器100内的空间被保持为排出压力。
[0030] 使旋转涡旋盘120做旋转运动的驱动部3由如下部分构成：定子108和转子107、曲轴101、旋转涡旋盘120的自转防止机构的主要部件即十字联轴器134、框架160、主轴承104、副轴承105、以及旋转轴承103。曲轴101一体地具备主轴部101b和上部的偏心销部101a而构成。主轴承104设置于框架160，副轴承105设置于轴承箱205，并构成为利用该主轴承104和副轴承105，以曲轴101能够沿旋转轴方向移动且旋转自如的方式支承曲轴101。此外，框架160和轴承箱205固定于密闭容器100。
[0031] 旋转轴承103以使曲轴101的上部的偏心销部101a能够沿旋转轴方向移动且旋转自如地支承偏心销部101a的方式，设置于旋转涡旋盘120背面侧的轴套部120e。旋转自如地支承曲轴101的主轴承104、副轴承105分别配置于由定子108和转子107构成的电动机的压缩机构部2侧和储油部131侧。
[0032] 在本实施例中，优选使用滑动轴承作为该压缩机构部2侧附近的旋转轴承103和主轴承104。尤其是，由于旋转轴承103设置于旋转涡旋盘120的背面侧的轴套部120e，因此如果采用其它种类的轴承，则由于背压室180的空间的尺寸限制，需要使轴套部120e成为薄的形状，存在导致强度上的可靠性降低的危险。不过，对于主轴承104来说，由于在设置框架160的空间中，在空间上有一定程度的富余，因此主轴承104也可以采用滚动轴承。
[0033] 对于储油部131附近的副轴承105，除了图示那样的滑动轴承之外，也可以采用能够适应使用条件的滚动轴承或其它球面轴承部件。十字联轴器134配设在由旋转涡旋盘120和框架160构成的背压室180，是固定涡旋盘110和旋转涡旋盘120的自转防止部件。形成于十字联轴器134的正交的两组键部分中的一组在构成于框架160的键槽中滑动，另外一组在构成于旋转涡旋盘120的背面侧的键槽中滑动。
[0034] 利用图1、2，说明用滑动轴承构成旋转轴承103和主轴承104的情况。
[0035] 图2是图1的旋转涡旋盘轴承部和主轴承附近的放大图(图1的A部)。构成于旋转涡旋盘120的背面侧的空间是由旋转涡旋盘120、框架160、和固定涡旋盘110包围而构成的空间。高压室和背压室的分离机构具备如下部分而构成：旋转涡旋盘背面的轴套部端面120f、与其相对的框架的端面部164、构成于该端面部164的环状槽161、和配设于该环状槽161的密封部件172。在这里，该轴套部端面120f是与该密封部件172接触的密封面。该密封部件172是将背压室180和高压室181在压力上分离的密封机构。
[0036] 高压室181用密封部件172将从旋转轴承103、主轴承104、止推轴承204排出的润滑油密封，虽然受到由泵送作用造成的升压作用和通过轴承部和间隙部时的减压作用，但大致成为排出压力左右的压力空间。配设在背压室180内的十字联轴器134等的滑动部为了将向高压室181供给的润滑油的一部分进行供给，将断续地或者连续地连通排出路径空间185和第二背压室180的小孔170设置在旋转轴支承部端面120f。
[0037] 利用设置在曲轴101内的供油路径102和供油泵106向旋转轴承103、主轴承104和副轴承105进行供油。即，用供油泵106吸引储存在密闭容器100的下部空间的润滑油131，通过供油通路102来向各部分供给润滑油。作为供油泵，虽未图示，但可以利用构成于曲轴101的、通过偏心旋转动作来实现的离心泵作用。
[0038] 利用图3来说明本实施例的用滑动轴承构成旋转轴承103或主轴承104的剖面结构。本实施例的滑动轴承具有金属衬背104a、碳纤维104b、和树脂类材料104c，金属衬背104a设置在旋转涡旋盘120的背面侧的轴套部120e。碳纤维104b混合于树脂类材料104c中，并形成于金属衬背104a上。通过使用这样的材料，可以不像以往那样严格地考虑多孔质青铜的露出率，而是只考虑尺寸公差即可，因此能够实现生产时间和成本的降低。
[0039] 图6表示对本实施例的上述的滑动轴承的摩擦特性进行测定的结果。本实施例的滑动轴承的树脂类材料的成分含有聚醚醚酮和氟树脂，并且为了实现高强度而混合了碳纤维。以往的滑动轴承材料是在树脂类材料中含有多孔青铜类合金的材料，作为实验，使滑动面表面的多孔青铜类合金的面积露出比例是20％。
[0040] 图6表示轴承平均表面压力和摩擦系数的关系。在这里，轴承平均表面压力通过(负荷N/滑动轴承内径D×滑动轴承高度L)求得。关于纵轴的摩擦系数比，以本实施例的轴承平均表面压力为6.5MPa时的值作为1，以该值为基准来表示。如图6所示可知，本实施例的滑动轴承具有比以往更能够维持低摩擦的特性。其理由是，氟树脂和碳是具有润滑性的固体润滑材料，可以将碳考虑为能够发挥低摩擦化作用的成分。大体上，本实施例的滑动轴承相比以往的滑动轴承，能够使摩擦系数降低30％左右，可见其是对于节能化很有效的轴承材料。
[0041] 此外，关于图6所示的滑动轴承的材料的拉伸强度，采用了拉伸强度大致是50～80MPa的材料。其拉伸强度大则能够实现强度方面的可靠性提高，但另一方面，如果拉伸强度过大则存在导致摩擦系数上升的危险。因此，通过采用拉伸强度为50～80MPa左右的材料作为滑动轴承的材料，能够在耐磨损性和耐烧性等方面维持可靠性，并且降低上述摩擦系数来实现节能。此外，以往的材料的拉伸强度大致是20MPa，图6所示的滑动轴承具有其4倍左右的高强度。
[0042] 在本实施例中，树脂类材料的成分中含有聚醚醚酮和氟树脂，并且为了实现高强度而混合了碳纤维，通过采用这种材料，能够将拉伸强度保持为80MPa左右，不过在聚醚醚酮以外，采用聚苯硫醚来与氟树脂和碳纤维混合也能够维持50MPa的拉伸强度，能够得到相同的效果。
[0043] 实施例2
[0044] 利用图4说明表示本发明的第二实施例的涡旋压缩机。图4是图2的B部的主轴承附近的剖视图。曲轴101一体地具备主轴部101b和偏心销部101a而构成。主轴承104、副轴承105以将曲轴101旋转自如地支承的方式构成。旋转轴承103以使曲轴101的偏心销部101a能够沿旋转轴方向移动并且旋转自如地支承偏心销部101a的方式，装配于旋转涡旋盘的轴套部120e。旋转自如地支承曲轴的主轴承104、副轴承105分别配置于由定子108和转子107构成的电动机的压缩机构部2侧和储油部131侧。
[0045] 曲轴101由于由旋转产生的旋转涡旋盘120的离心力、以及旋转涡旋盘120压缩气体时经由旋转轴承103而受到的轴向的负荷，发生微小倾斜。尤其是，由于构成为用位于驱动部3的两侧的主轴承104、副轴承105来支承曲轴101，因此在偏心销部101a和主轴承部101b容易发生倾斜。因此，在主轴承104的两端的端部内周面设置从平坦部104d向端部扩开的锥形部104e。锥形部104e设置在主轴承104的上部和下部，并构成为以从曲轴101离开的方式倾斜。
[0046] 如图2所示，在旋转轴承103中，通过在开口侧的端部内周面设置扩开锥形部也能够得到相同的效果。此外，由于曲轴101以上端或下端为支点偏心，因此在曲轴101的上端，与旋转轴承103接触的面的倾斜是微小的程度。因此，在本实施例中，对于旋转轴承103，只在下部设置以从偏心销部101a离开的方式倾斜的锥形部，而在图示的上部没有设置锥形部，但是设置在上部也能够得到相同的效果。由于锥形部是在将滑动轴承安装在旋转涡旋盘的轴套部120e或框架160之后形成的部分，因此在安装于轴套部120e之后没有用于进行加工的空间，锥形部的加工本身很困难。因此，通过如上所述地仅在旋转轴承103的下部设置锥形部，能够抑制由微小倾斜造成的表面压力上升，并且能够提高生产效率。
[0047] 主轴承104的锥形部104e以平缓的锥形角度θ形成，该锥形角度θ的轴向的尺寸是数毫米级，径向的尺寸是数十微米级。这样，通过在主轴承104的两端面设置锥形部104f的结构，即使在曲轴101发生微小倾斜的情况下，曲轴101也不会与主轴承104的两端锥形部104e发生单侧接触，能够平滑地以面接触，具有使表面压力上升平缓的效果，因此能够提高滑动轴承的可靠性。
[0048] 此外，近年来，希望实现节能化，作为节能化的指标，显示全年能源消耗效率(Annual Performance Factor：APF)，尤其是被称为中间条件的低速条件的重要性增加。为了提高低速条件下的压缩机效率，减少滑动轴承部的滑动损失消耗是有效的手段。因此，作为本实施例中说明的涡旋压缩机用的滑动轴承，利用树脂类材料与碳纤维混合的材料在轴承开口侧的端部设置扩开锥形部，由此，能够实现低摩擦化，能够实现轴承磨损量的减少和烧灼耐力的提高。
[0049] 实施例3
[0050] 利用图5说明表示本发明的第三实施例的涡旋压缩机。图5是图2的B部的主轴承附近的剖视图。该第三实施例在以下所述的方面与第二实施例不同，其它方面与第二实施例基本相同。
[0051] 在该第三实施例中，设置从主轴承104的两端的端部内周面的平坦部104d向端部扩开的微型台阶部104f。即，将锥形部构成为台阶形状。虽未图示，但是通过在旋转轴承103中，在开口侧的端部内周面设置扩开的微型台阶部也能够得到同样的效果。主轴承104的微型台阶部104f被加工成阶段性地扩开的圆筒部，并形成为近似平缓的锥形角度θ，其轴向的尺寸是数毫米级，径向的尺寸是数微米级。
[0052] 这样，通过在主轴承的两端面设置微型台阶部104f的结构，即使在曲轴101发生微小倾斜的情况下，曲轴101也不会与主轴承104的两端微型台阶部104f发生单侧接触，能够平滑地以面接触，具有使表面压力上升平缓的效果，因此能够提高滑动轴承的可靠性。本实施例那样的加工方法是利用磨削对轴承内周面的平坦面104d高精度地精加工，并能够进一步利用磨削加工构成微型台阶的方法。不仅仅是微型台阶加工，在用磨削实施锥形加工的情况下，都必须制作专用的磨削砥石形状，在成本方面处于劣势，不实用。
[0053] 实施例4
[0054] 利用图4和图5说明表示本发明的第四实施例的涡旋压缩机的结构，并利用图7说明其效果。
[0055] 如图4所示的主轴承的细节剖视图所记载的那样，在主轴承104的两端部的内周面设置扩开的锥形部104e，锥形部104e的从曲轴101的开口角度θ设定为：轴承直径间隙C和滑动轴承104的平坦面104d的长度L1的关系是θ≥C/L1。此外，在是旋转轴承103的情况下，该开口角度θ表示锥形部从偏心销部以多大的幅度开口。例如，图7表示在轴承内径D＝35mm、轴承直径间隙C＝0.05mm、轴承平坦面104d的长度L1＝25mm的情况下的开口角度θ(轴承锥形角度)与摩擦系数比的关系。在这里，表示轴倾斜的情况下的摩擦系数，摩擦系数比的基准表示为摩擦系数最小的轴承锥形角度θ＝0.002rad。
[0056] 可见，扩开的开口角度θ(轴承锥形角度)是0.002～0.0025rad时，摩擦系数最低，这与用轴承平坦面长度L1除轴承间隙C所得的值0.002rad大致相等，因此上述关系式成立。
[0057] 附图标记说明
[0058] 1…涡旋压缩机、2…压缩机构部、3…驱动部、100…密闭容器、101…曲轴、101a…偏心销部、101b…主轴部、102…曲轴的供油路径、103…旋转轴承、104…主轴承、104a…金属衬背、104b…强化纤维、104c…树脂类材料、104d…平坦面、104e…锥形部、104f…微型台阶部、105…副轴承、106…供油泵、107…转子、108…定子、110…固定涡旋盘、110a…漩涡状涡旋齿、110b…端板、110e…排出口、120…旋转涡旋盘、120a…漩涡状涡旋齿、120b…端板、120e…轴套部、120f…轴套部端面、130…压缩室、131…储油部、134…十字联轴器、136…排出空间、140…吸入口、150…排出口、160…框架、161…环状槽、164…框架端面部、170…小孔、172…密封部件、180…背压室、181…高压室、204…止推轴承、205…轴承箱。
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