JP2002310080A

JP2002310080A - ロータリ圧縮機

Info

Publication number: JP2002310080A
Application number: JP2001118138A
Authority: JP
Inventors: Hideto Nakao; 英人中尾; Kimiaki Matsukawa; 公映松川; Yasuyuki Akahori; 康之赤堀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2001-04-17
Publication date: 2002-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】この発明は、ローリングピストンの外周面と
ベーンの先端部との線接触部の潤滑条件を緩和させ、該
線接触部における異常摩耗や焼き付けを防止し、摩擦損
失が少ないロータリ圧縮機を得る。【解決手段】ベーン２０は、深さ方向をベーン運動方
向とする溝２１ａが上端面に幅方向の全域にわたって凹
設されたベーン基部２１と、溝２１ａに組み込まれた摺
動部２２とから構成されている。この摺動部２２はフッ
素系樹脂で作製され、先端面２２ａが自己潤滑性を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、主に冷凍・冷蔵
庫および空調機器に用いられるロータリ圧縮機に関し、
特に、ローリングピストンとベーンとの接触部の潤滑構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のロータリ圧縮機を示す断面
図、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。図４および
図５において、従来のロータリ圧縮機は、固定子２およ
び回転子３によって構成される電動機部と、この電動機
部によって駆動される圧縮機構部とが密閉容器１内に収
納されて構成されている。圧縮機構部は、第１軸受とし
ての上軸受７および第２軸受としての下軸受８により上
下開口を閉塞されて作動室を形成するシリンダ６と、上
軸受７および下軸受８に回転自在に支持されたクランク
軸４の偏心部４ａに自転自在に嵌合されてシリンダ６の
作動室内に配設されたローリングピストン５と、シリン
ダ６に作動室内に出没自在に配設されたベーン１０と、
ベーン１０を作動室内に延出するように付勢するベーン
スプリング９とを備えている。そして、ベーン１０はベ
ーンスプリング９に付勢されて作動室内に延出し、その
先端面がローリングピストン５の外周面に当接して、作
動室を低圧の吸入室１５と高圧の圧縮室１６とに仕切っ
ている。また、吸入パイプ１１が吸入室１５に連結さ
れ、吐出口１２が圧縮室１６と密閉容器１内とを連通す
るように上軸受７に穿設されている。

【０００３】ここで、クランク軸４の一端側が上軸受７
および下軸受８に回転自在に、かつ、作動室と同軸に支
持されている。そして、回転子３がクランク軸４の他端
側に固着され、固定子２が回転子３を囲繞するように密
閉容器１に固着されている。また、偏心部４ａが上軸受
７と下軸受８との間に位置するようにクランク軸４の一
端側に設けられている。さらに、冷凍機油１４が密閉容
器１の底部に貯液されている。

【０００４】ついで、従来のロータリ圧縮機の動作につ
いて説明する。電動機部に通電されると、回転子３が回
転され、クランク軸４が回転駆動される。このクランク
軸４の回転により、偏心部４ａに嵌合されているローリ
ングピストン５がシリンダ６の作動室内を偏心回転運動
する。この時、ベーン１０は、このローリングピストン
５の偏心回転運動に伴って、作動室内への延出量を変え
つつベーンスプリング９の付勢力によりローリングピス
トン５の外周面に当接し、シリンダ６の作動室を吸入室
１５と圧縮室１６とに仕切っている。そこで、このロー
リングピストン５の外周面は、ベーン１０の先端面と線
接触状態を維持しつつ、ベーン１０の先端面上を摺動し
ている。そして、吸入パイプ１１を介して吸入室１５に
導入された作動流体（冷媒ガス）は、ローリングピスト
ン５の偏心回転運動により圧縮され、吐出口１２から密
閉容器１内に吐出され、吐出パイプ１３から外部の冷凍
回路（図示せず）に供給される。

【０００５】ここで、クランク軸４の回転に起因するポ
ンプ作用により、冷凍機油１４がクランク軸４に形成さ
れた給油溝（図示せず）に供給され、軸受摺動部の潤滑
がなされる。また、軸受摺動部に供給された冷凍機油１
４の一部がローリングピストン５の両端面からシリンダ
６の作動室内に漏れ、ローリングピストン５とベーン１
０との接触部の潤滑に供せられる。

【０００６】このように構成された従来のロータリ圧縮
機においては、ローリングピストン５の外周面とベーン
１０の先端面とが大きな摩擦を伴う線接触状態にあるた
め、ローリングピストン５の偏心回転運動に起因する温
度上昇が激しくなる。これにより、冷凍機油１４の粘度
が低下し、油膜形成が困難となり、異常摩耗や焼き付き
が発生してしまう、という問題がある。また、ローリン
グピストン５とベーン１０とが自己潤滑性を有しない金
属で作製されているので、摩耗量を低減させるために
は、ベーン１０に焼き入れ処理および窒化処理を施し、
ローリングピストン５に焼き入れ処理を施して、表面硬
度を高める必要があり、処理後の後加工が困難となる、
という問題が生じてしまう。

【０００７】そこで、ローリングピストンとベーンとの
接触部の潤滑性を高めて異常摩耗や焼き付けの発生を抑
えようとする試みが、例えば特開平８−３１９９７５号
公報に提案されている。この特開平８−３１９９７５号
公報によれば、図６に示されるように、ローリングピス
トン５Ａの外周面にローリングピストンとベーンとのヘ
ルツ圧力による接触幅よりも小さく、かつ、ローリング
ピストン５Ａの両端部に連通しない溝１７を設けること
により、ローリングピストン５Ａとベーン１０との接触
面に油膜を保持させて、ローリングピストン５Ａとベー
ン１０との間の摩擦を軽減し、摩耗を低減させることが
できる、としている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のロータリ圧縮機
においては、ローリングピストン５、５Ａとベーン１０
との微小な線接触部の圧力が高くなるので、該線接触部
に冷凍機油１４を供給するには、極めて高い圧力で冷凍
機油１４を送らなければならず、冷凍機油１４を該線接
触部に十分に供給することは不可能であり、異常摩耗や
焼き付きの発生を確実に防止することができない、とい
う課題があった。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、ローリングピストンの外周面と
ベーンの先端面との線接触部の潤滑条件を緩和させ、該
線接触部における異常摩耗や焼き付けを防止し、摩擦損
失が少ないロータリ圧縮機を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るロータリ
圧縮機は、固定子および回転子を有する電動機部と、シ
リンダ、該シリンダの両端開口を閉塞して作動室を形成
する第１および第２軸受、該第１および第２軸受に軸支
され、上記電動機部により回転駆動されるクランク軸、
該クランク軸の上記第１および第２軸受間に設けられた
偏心部に回転自在に取り付けられたローリングピスト
ン、上記シリンダに出没自在に取り付けられ、その先端
が上記ローリングピストンの外周面に接して上記作動室
を吸入室と圧縮室とに仕切るベーン、および、該ベーン
を上記ローリングピストンの方向に付勢するベーンスプ
リングを有する圧縮機構部と、上記電動機部および上記
圧縮機後部を収納する密閉容器と、上記密閉容器の底部
に貯液された冷凍機油とを備えたロータリ圧縮機におい
て、上記ベーンが、ベーン基部と、該ベーン基部の先端
部に組み込まれた摺動部とから構成され、上記ローリン
グピストンの外周面に接する上記摺動部の先端面が自己
潤滑性を有しているものである。

【００１１】また、上記摺動部がフッ素系樹脂で作製さ
れているものである。

【００１２】また、上記摺動部がカーボン系材料で作製
されているものである。

【００１３】また、上記摺動部が金属材料で作製され、
該摺動部の先端面に耐摩耗膜が成膜されているものであ
る。

【００１４】また、上記摺動部が焼結鋼で作製され、か
つ、上記冷凍機油が上記摺動部に含浸保持されているも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係るロ
ータリ圧縮機の圧縮機構部を示す断面図、図２はこの発
明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機に適用されるベ
ーン先端構造を説明する断面図である。図１および図２
において、ベーン２０は、ローリングピストン５の幅と
同等の幅を有する直方体に成形され、深さ方向をベーン
運動方向とする溝２１ａが上端面に幅方向の全域にわた
って凹設されたベーン基部２１と、ローリングピストン
５の幅と同等の幅を有し、かつ、溝２１ａの溝幅と同等
の厚みを有する直方体に成形され、溝２１ａに組み込ま
れた摺動部２２とから構成されている。また、摺動部２
２の先端部が円弧状断面に成形されている。そして、ベ
ーン基部２１は例えばＳＫＨ５１等の高速度工具鋼で作
製され、摺動部２２は例えば四フッ化エチレンの重合体
のようなフッ素系樹脂で作製されている。また、ローリ
ングピストン５は例えば鋳鉄で作製されている。

【００１６】なお、この実施の形態１によるロータリ圧
縮機は、ベーン１０に代えてベーン２０を搭載している
点を除いて、図４に示される従来のロータリ圧縮機と同
様に構成されている。

【００１７】ここで、この実施の形態１によるロータリ
圧縮機における特徴的な動作について説明する。ベーン
２０は、ベーンスプリング９の付勢力によりシリンダ６
の作動室内に延出されており、摺動部２２の先端面２２
ａがローリングピストン５の外周面に線接触状態で当接
している。そして、ベーン２０は、ローリングピストン
５の偏心回転運動に伴って、ベーンスプリング９を伸縮
させて作動室内への延出量が変えられ、ローリングピス
トン５の外周面と摺動部２２の先端面２２ａとの線接触
状態が維持される。つまり、ローリングピストン５は、
その外周面が摺動部２２の先端面２２ａ上を滑りながら
偏心回転運動している。

【００１８】このように、この実施の形態１によるベー
ン２０は、ベーン基部２１とベーン基部２１の上端に組
み付けられた摺動部２２とから構成されている。そし
て、摺動部２２が摩擦係数の小さいフッ素系樹脂で作製
されているので、ローリングピストン５の外周面と摺動
部２２の先端面２２ａとの接触部における摩擦が軽減さ
れる。即ち、当該接触部における摩擦を軽減する機能が
摺動部２２の先端面２２ａに備わっている。つまり、該
先端面２２ａが自己潤滑性を有している。そこで、ロー
リングピストン５の偏心回転運動に起因する摩擦熱の発
生が抑えられる。その結果、冷凍機油１４の粘度の低下
が抑えられるので、冷凍機油１４の粘度低下に起因する
油膜形成不良がなくなり、異常摩耗や焼き付けの発生が
防止され、高信頼性のロータリ圧縮機が得られる。

【００１９】また、摺動部２２を摩擦係数の小さいフッ
素系樹脂で作製し、ローリングピストン５の外周面と摺
動部２２の先端面２２ａとの間の摩擦を軽減しているの
で、冷凍機油１４がローリングピストン５の外周面と先
端面２２ａとの間に十分に供給されなくとも、さらには
冷凍機油１４が枯渇していても、異常摩耗や焼き付きの
発生を防止することができる。また、摺動部２２をフッ
素系樹脂で作製しているので、ローリングピストン５に
対する摺動部２２の先端面２２ａのなじみ性が向上す
る。これにより、圧縮室１６から吸入室１５への作動流
体の漏れが低減し、ロータリ圧縮機の効率を向上させる
ことができる。また、ベーンに焼き入れ処理および窒化
処理を施す必要がなく、ローリングピストン５に焼き入
れ処理を施す必要がないので、摩耗ロスを低減すること
ができるとともに、低コスト化を図ることができる。

【００２０】なお、上記実施の形態１では、ベーン基部
２１をＳＫＨ５１等の高速度工具鋼で作製するものとし
ているが、ベーン基部２１はローリングピストン５と接
触しないように構成されているので、その材料は高速度
工具鋼に限定されるものでない。

【００２１】実施の形態２．上記実施の形態１では、摺
動部２２をフッ素系樹脂で作製し、自己潤滑性を有する
先端面２２ａを形成するものとしているが、この実施の
形態２では、摺動部を例えばＫＣ−５１（炭素黒鉛質）
等のカーボン系材料で作製するものとしている。この実
施の形態２においても、カーボン系材料が低摩擦係数を
有していることから、摺動部の先端面は自己潤滑性を有
しており、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

【００２２】なお、上記実施の形態１、２では、摺動部
をフッ素系樹脂、カーボン系材料で作製するものとして
いるが、摺動部の材料はフッ素系樹脂やカーボン系材料
に限定されるものではなく、低摩擦係数を有する材料で
あればよい。

【００２３】実施の形態３．図３はこの発明の実施の形
態３に係るロータリ圧縮機に適用されるベーン先端構造
を説明する断面図である。図３において、ベーン２０Ａ
は、ベーン基部２１と、ローリングピストン５の幅と同
等の幅を有し、かつ、溝２１ａの溝幅と同等の厚みを有
する直方体に成形され、溝２１ａに組み込まれた摺動部
２３とから構成されている。また、摺動部２３の先端部
が円弧状断面に成形されている。この摺動部２３は例え
ばＳＫＨ５１等の高速度工具鋼で作製されている。そし
て、ＣｒＮが物理蒸着（Physical Vapor Deposition）
法により摺動部２３の少なくとも先端部に成膜されてい
る。そこで、摺動部２３の先端面２３ａがＣｒＮ膜２４
で形成されている。このＣｒＮ膜２４は超硬膜（耐摩耗
膜）となり耐摩耗性を有している。なお、この実施の形
態２では、摺動部２２に代えて摺動部２３を用いる点を
除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

【００２４】この実施の形態３では、摺動部２３の先端
面２３ａがＣｒＮ膜２４で形成されている。そして、Ｃ
ｒＮ膜２４が耐摩耗性を有する超硬膜であるので、ロー
リングピストン５の外周面と摺動部２３の先端面２３ａ
との接触部における摩擦が軽減される。即ち、当該接触
部における摩擦を軽減する機能が摺動部２３の先端面２
３ａに備わっている。つまり、該先端面２３ａが自己潤
滑性を有している。そこで、ローリングピストン５の偏
心回転運動に起因する摩擦熱の発生が抑えられる。従っ
て、この実施の形態３においても、上記実施の形態１と
同様に、異常摩耗や焼き付けを防止することができ、ベ
ーン基部の硬化処理が不要となる。また、摺動部２３の
先端面２３ａがＣｒＮ膜２４で形成されているので、ロ
ーリングピストン５に対する先端面２３ａのなじみ性が
向上し、圧縮室１６から吸入室１５への作動流体の漏れ
が低減し、ロータリ圧縮機の効率を向上させることがで
きる。

【００２５】なお、上記実施の形態３では、ＣｒＮを物
理蒸着法により摺動部２３に成膜して自己潤滑性を有す
る先端面２３ａを形成するものとしているが、耐摩耗膜
はＣｒＮ膜に限定されるものではなく、例えばＴｉＮ、
ＴｉＡＬＮ等の窒化膜、ＴｉＣ等の炭化膜でもよい。ま
た、ＩＩＩ−ＶＩ属のＢ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ等の炭化膜、窒化膜、酸化膜を
化学蒸着（Chemical Vapor Deposition）法により成膜
しても、同様の効果が得られる。

【００２６】実施の形態４．上記実施の形態３では、Ｃ
ｒＮを摺動部２３の先端部に成膜して自己潤滑性を有す
る先端面２３ａを形成するものとしているが、この実施
の形態４では、摺動部を例えばＳＭＦ１０２０（日本粉
末冶金工業界規格記号）等の焼結鋼で作製し、該摺動部
に冷凍機油を含浸保持させるものとしている。なお、他
の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。

【００２７】この実施の形態４では、冷凍機油が焼結鋼
で作製された摺動部に含浸されているので、ローリング
ピストン５の外周面と摺動部の先端面との間の接触部に
冷凍機油の油膜が形成され、ローリングピストン５の外
周面と摺動部の先端面との接触部における摩擦が軽減さ
れる。即ち、当該接触部における摩擦を軽減する機能が
この摺動部の先端面に備わっている。つまり、該先端面
が自己潤滑性を有している。そこで、ローリングピスト
ン５の偏心回転運動に起因する摩擦熱の発生が抑えられ
る。従って、この実施の形態４においても、上記実施の
形態３と同様に、異常摩耗や焼き付けを防止することが
できる。また、ベーン基部および摺動部の硬化処理が不
要となる。

【００２８】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されているような効果を奏する。

【００２９】この発明によれば、固定子および回転子を
有する電動機部と、シリンダ、該シリンダの両端開口を
閉塞して作動室を形成する第１および第２軸受、該第１
および第２軸受に軸支され、上記電動機部により回転駆
動されるクランク軸、該クランク軸の上記第１および第
２軸受間に設けられた偏心部に回転自在に取り付けられ
たローリングピストン、上記シリンダに出没自在に取り
付けられ、その先端が上記ローリングピストンの外周面
に接して上記作動室を吸入室と圧縮室とに仕切るベー
ン、および、該ベーンを上記ローリングピストンの方向
に付勢するベーンスプリングを有する圧縮機構部と、上
記電動機部および上記圧縮機後部を収納する密閉容器
と、上記密閉容器の底部に貯液された冷凍機油とを備え
たロータリ圧縮機において、上記ベーンが、ベーン基部
と、該ベーン基部の先端部に組み込まれた摺動部とから
構成され、上記ローリングピストンの外周面に接する上
記摺動部の先端面が自己潤滑性を有しているので、ロー
リングピストンの外周面とベーンの先端面との線接触部
の潤滑条件が緩和され、該線接触部における異常摩耗や
焼き付けが防止され、摩擦損失が少ないロータリ圧縮機
が得られる。

【００３０】また、上記摺動部がフッ素系樹脂で作製さ
れているので、特別な加工を施すことなく摺動部の先端
面に自己潤滑性を持たせることができ、ベーン基部の硬
化処理が不要となり、ベーンの作製が容易となる。

【００３１】また、上記摺動部がカーボン系材料で作製
されている特別な加工を施すことなく摺動部の先端面に
自己潤滑性を持たせることができ、ベーン基部の硬化処
理が不要となり、ベーンの作製が容易となる。

【００３２】また、上記摺動部が金属材料で作製され、
該摺動部の先端面に耐摩耗膜が成膜されているので、ベ
ーン基部の硬化処理が不必要となる。

【００３３】また、上記摺動部が焼結鋼で作製され、か
つ、上記冷凍機油が上記摺動部に含浸保持されているの
で、ベーン基部および摺動部の硬化処理が不必要とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮
機の圧縮機構部を示す断面図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮
機に適用されるベーン先端構造を説明する断面図であ
る。

【図３】この発明の実施の形態３に係るロータリ圧縮
機に適用されるベーン先端構造を説明する断面図であ
る。

【図４】従来のロータリ圧縮機を示す断面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面図である。

【図６】従来の他のロータリ圧縮機に適用されるロー
リングピストンを示す斜視図である。

【符号の説明】

１密閉容器、２固定子、３回転子、４クランク
軸、４ａ偏心部、５ローリングピストン、６シリン
ダ、７上軸受（第１軸受）、８下軸受（第２軸
受）、９ベーンスプリング、１４冷凍機油、１５
吸入室、１６圧縮室、２０、２０Ａベーン、２１
ベーン基部、２２摺動部、２２ａ先端面、２３摺
動部、２３ａ先端面、２４ＣｒＮ膜（耐摩耗膜）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者赤堀康之東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 3H029 AA04 AA13 AA21 AB03 BB01 BB32 BB44 BB50 CC19 CC38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子および回転子を有する電動機部
と、シリンダ、該シリンダの両端開口を閉塞して作動室
を形成する第１および第２軸受、該第１および第２軸受
に軸支され、上記電動機部により回転駆動されるクラン
ク軸、該クランク軸の上記第１および第２軸受間に設け
られた偏心部に回転自在に取り付けられたローリングピ
ストン、上記シリンダに出没自在に取り付けられ、その
先端が上記ローリングピストンの外周面に接して上記作
動室を吸入室と圧縮室とに仕切るベーン、および、該ベ
ーンを上記ローリングピストンの方向に付勢するベーン
スプリングを有する圧縮機構部と、上記電動機部および
上記圧縮機後部を収納する密閉容器と、上記密閉容器の
底部に貯液された冷凍機油とを備えたロータリ圧縮機に
おいて、上記ベーンが、ベーン基部と、該ベーン基部の先端部に
組み込まれた摺動部とから構成され、上記ローリングピ
ストンの外周面に接する上記摺動部の先端面が自己潤滑
性を有していることを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】上記摺動部がフッ素系樹脂で作製されて
いることを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】上記摺動部がカーボン系材料で作製され
ていることを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮
機。
【請求項４】上記摺動部が金属材料で作製され、該摺
動部の先端面に耐摩耗膜が成膜されていることを特徴と
する請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】上記摺動部が焼結鋼で作製され、かつ、
上記冷凍機油が上記摺動部に含浸保持されていることを
特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。