JP2004270654A - 回転型圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】運転中に発生する作動媒体の圧縮反力により生じていたアンバランス状態を解消して、騒音及び振動の発生を抑制することができる回転型圧縮機を提供する。
【解決手段】スクロール型圧縮機において、ロータ旋回スクロール１６ａを有するロータ部材（公転圧縮部材）１６と、カウンタウエイト１４と、前部バランスウエイト１０ｂと、後部バランスウエイト１０ａとを備える。そして、カウンタウエイト１４及び各バランスウエイト１０ｂ，１０ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｃ，Ｇｂ，Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向及び／又は回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からクランク軸７の回転方向に対して所定遅れ角度θだけ遅れた方向とする。
【選択図】図２
【解決手段】スクロール型圧縮機において、ロータ旋回スクロール１６ａを有するロータ部材（公転圧縮部材）１６と、カウンタウエイト１４と、前部バランスウエイト１０ｂと、後部バランスウエイト１０ａとを備える。そして、カウンタウエイト１４及び各バランスウエイト１０ｂ，１０ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｃ，Ｇｂ，Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向及び／又は回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からクランク軸７の回転方向に対して所定遅れ角度θだけ遅れた方向とする。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機及びローリングピストン型圧縮機等の回転型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転型圧縮機は、運転中に低振動・低騒音を実現するため、特開昭５９−２１５９８４号に開示されたバランス設計がなされている。この公報に開示されたスクロール型圧縮機を図９及び図１０に示す。図９は断面図を示し、図１０は図９のスクロール型圧縮機におけるバランスの説明図を示す。図９に示すように、従来のスクロール型圧縮機は、偏心軸１３２を有する回転軸（クランク軸）１３と、偏心軸１３２に固定されたロータ部材（公転部材）１９と、第１バランスウエイト３３１と、第２バランスウエイト３５と、第３バランスウエイト３６とを有する。各バランスウエイト３３１，３５，３６は、回転軸１３に固定されている。
【０００３】
従来のスクロール型圧縮機の各バランスウエイト３３１，３５，３６によるバランス設計手法について図１０を用いて説明する。従来のバランス設計は、各バランスウエイトを配設することにより、ロータ部材１９の旋回運動（公転運動）により発生する遠心力Ｆｒを打ち消すようにしている。まず、第１バランスウエイト３３１の回転軸心に対する重心位置Ｇｃ方向を、回転軸１３の回転軸心に対するロータ部材１９の重心位置Ｇｒ方向の反対方向に一致させている。すなわち、第１バランスウエイト３３１が発生する遠心力Ｆｃにて、静バランスの釣り合いをとっている。
【０００４】
また、スクロール型圧縮機全体の動バランスは、第２バランスウエイト３５が発生する遠心力Ｆａ及び第３バランスウエイト３６が発生する遠心力Ｆｂにより釣り合いをとっている。具体的には、第２バランスウエイト３５の重心位置Ｇａ方向は、第１バランスウエイト３３１の重心位置Ｇｃ方向と同一方向とし、第３バランスウエイト３６の重心位置Ｇｂ方向は、第１バランスウエイト３３１の重心位置Ｇｃ方向と反対方向としている。
【０００５】
また、ローリングピストン型圧縮機についても、ほぼ同様のバランス設計を行っている。ただし、ローリングピストン型圧縮機の場合のバランス設計は、シリンダ数に応じて異なる。シリンダが一つの場合は、上述のスクロール型圧縮機と同様である。シリンダが二つの場合であって、それぞれのシリンダの重心位置方向が反対方向である場合は、上述の第２バランスウエイト及び第３バランスウエイトのみを使用する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−２１５９８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示すスクロール型圧縮機の運転中には、作動媒体の圧縮反力により、回転軸１３又は偏心軸１３２等の撓みや歪み、さらには回転軸１３又は偏心軸１３２と軸受とのクリアランス等によって、ロータ部材（公転部材）１９が回転方向に対して遅れる場合が生じる。すなわち、ロータ部材１９の重心位置方向と各バランスウエイトとの重心位置方向にずれが生じることになる。従って、アンバランス状態となり、騒音や振動が発生する。
【０００８】
特に、作動媒体として二酸化炭素等の媒体を使用した場合には、圧縮後の圧力が臨界圧力以上となり非常に大きな圧縮反力を生じるため、上述の現象が生じやすい。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、運転中においてアンバランス状態の生じないバランス設計がなされた回転型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及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、バランスウエイトの取付角度をずらすことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の回転型圧縮機は、ハウジングと、クランク軸と、公転圧縮部材と、バランスウエイトと、駆動手段とを備える。ここで、クランク軸は、ハウジングに回転軸心まわりに回転自在に軸支された主回転軸と、主回転軸に固定され回転軸心から偏心した偏心軸とを有する軸である。公転圧縮部材は、クランク軸の偏心軸に連結され、ハウジングとの間の隙間を維持しながらハウジングに対して公転運動をすると共に、公転運動により作動媒体を圧縮する部材である。バランスウエイトは、クランク軸に配設され、公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対してバランスをとるウエイトである。駆動手段は、クランク軸を回転駆動する手段である。
【００１２】
そして、本発明の特徴的なことは、バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向からクランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向としていることである。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向及び／又は該重心位置方向の反対方向である。所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向がクランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１３】
つまり、回転型圧縮機の静止状態において、バランスウエイトの重心位置方向が、公転圧縮部材の重心位置方向若しくは公転圧縮部材の重心位置方向の反対方向である基準方向と一致していない。しかし、回転型圧縮機の運転中においては、上述したように、公転圧縮部材が作動媒体の圧縮反力により、クランク軸の回転方向に対して遅れた方向、すなわち公転圧縮部材の回転方向の逆方向に所定遅れ角度だけずれる。そして、その遅れ角度分だけバランスウエイトの重心位置方向をずらすことにより、回転型圧縮機の運転中においてバランスのとれた状態にすることができる。従って、回転型圧縮機の運転中において、騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００１４】
なお、バランスウエイトの取付角度は実験により求めることができる。例えば、まず、重心位置方向を適当な角度にバランスウエイトを取付け、回転型圧縮機を運転させる。そして、回転型圧縮機の振動及び騒音データに基づき、最適なバランスウエイトの取付角度を求める。ここで、この角度は、圧縮時の作動媒体の圧縮反力、クランク軸の剛性、クランク軸と軸受けとのクリアランス、及び公転圧縮部材とクランク軸との取付ガタ等によって異なるものである。
【００１５】
また、バランスウエイトは公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して静バランスをとる静バランスウエイトであって、静バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向から、クランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向であるようにするとよい。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向の反対方向である。また、所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向がクランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１６】
静バランスをとるためには、静バランスウエイトの重心位置方向が公転圧縮部材の重心位置方向の反対側に設けるのがよい。そこで、上述のように、静バランスウエイトを前記所定遅れ角度だけ遅れた位置に取り付けることにより、回転型圧縮機の運転中に確実に静バランスをとることができる。なお、静バランスウエイトが必要な圧縮機としては、例えば、スクロール型圧縮機や、１シリンダのローリングピストン型圧縮機等がある。
【００１７】
また、バランスウエイトは公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して動バランスをとる動バランスウエイトであって、動バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向から、クランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向であるようにするとよい。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向、及び該重心位置方向の反対方向である。所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向が、クランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１８】
動バランスをとるためには、一般に、２以上の動バランスウエイトが必要となる。そして、一方の動バランスウエイトの重心位置方向を公転圧縮部材の重心位置側に、他方の動バランスウエイトの重心位置方向を公転圧縮部材の重心位置方向の反対側に設けるのがよい。そこで、上述のように、動バランスウエイトを前記所定遅れ角度だけ遅れた位置に取り付けることにより、回転型圧縮機の運転中に確実に動バランスをとることができる。なお、動バランスウエイトが必要な圧縮機としては、例えば、スクロール型圧縮機や、１シリンダのローリングピストン型圧縮機、及び複数シリンダのローリングピストン型圧縮機等がある。
【００１９】
また、公転圧縮部材は、スクロール型であるようにしてもよい。すなわち、回転型圧縮機がスクロール型圧縮機である。また、公転圧縮部材は、ローリングピストン型であるようにしてもよい。すなわち、回転型圧縮機がローリングピストン型圧縮機である。
【００２０】
また、駆動手段は、電動機としてもよいし、原動機としてもよい。電動機の場合は、ハウジング内に固定した構成としてもよい。また、原動機は、例えば、車両用の内燃機関等である。
【００２１】
また、作動媒体は、冷凍サイクル内を流通する冷媒であって、圧縮後の圧力が臨界圧力以上である媒体としてもよい。このような作動媒体としては、例えば、二酸化炭素冷媒である。圧縮後の圧力が臨界圧力以上となる場合には、作動媒体による圧縮反力が非常に大きくなる。つまり、大きな圧縮反力により、公転圧縮部材が回転方向に対して大きく遅れることになる。この場合に、従来のようなバランス設計では、非常に大きな騒音や振動が発生するおそれがある。そこで、本発明のバランス設計を行うことで、上述の作動媒体を使用したとしても、騒音や振動の発生を確実に抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本実施形態における回転型圧縮機について図１〜図５を参照して説明する。ここで、本実施形態における回転型圧縮機として、一体化された電動モータにより駆動されるスクロール型圧縮機を例に取り説明する。図１には、スクロール型圧縮機の断面図を示す。
【００２４】
図１に示すように、スクロール型圧縮機は、外形がフロントハウジング（ハウジング）１、ミドルハウジング（ハウジング）２、シェル（ハウジング）３、及びリアプレート（ハウジング）４から構成される。そして、内部側には、駆動部と、軸部と、圧縮部と、バランスウエイトとから構成される。
【００２５】
駆動部（駆動手段）は、電動モータ（電動機）から構成される。電動モータは、ステータモータ８と、ロータモータ９とから構成される。ステータモータ８は、フロントハウジング１の内周側に固定されている。ロータモータ９は、複数個の永久磁石により構成され、ステータモータ８の内側に回転可能に配設されている。なお、電動モータは、ブラシレスモータを構成している。
【００２６】
軸部は、クランク軸６，６ａと、フロント玉軸受け１１と、ミドル軸受け１２と、ブッシュ１３と、ロータ軸受け１５とから構成される。クランク軸は、シャフト（主回転軸）７と、シャフト偏心部（偏心軸）７ａとから構成される。シャフト７は、ロータモータ９に固定されている。すなわち、ロータモータ９の回転に伴いシャフト７が回転する。シャフト偏心部７ａは、シャフト７の一端側に固定されており、シャフト７の回転軸心から偏心した位置に配設されている。フロント玉軸受け１１は、フロントハウジング１内部の一端側に配設され、ミドル軸受け１２は、フロントハウジング１内部の他端側に配設されている。そして、フロント玉軸受け１１及びミドル軸受け１２により、シャフト７を支承している。ブッシュ１３は、クランク軸のシャフト偏心部７ａに固定されている。ロータ軸受け１５は、ブッシュ１３の外周側に配設され、後述するロータ部材１６をブッシュ１３に対して回動可能に支承している。
【００２７】
圧縮部は、ロータ部材１６と、ピン１７と、上述したシェル３と、スラスト受け部２ａとから構成される。ロータ部材１６は、ロータ旋回スクロール１６ａと、ロータボス部１６ｂとから構成される。ロータ旋回スクロール１６ａは、渦巻状の羽根部が形成されている。ロータボス部１６ｂは、ロータ旋回スクロール１６ａの反対側に配設され、上述したロータ軸受け１５の外周側に取り付けられる。また、ロータ部材１６には、位置決め用の穴が形成され、この位置決め用の穴にピン１７が嵌挿されている。スラスト受け部２ａは、ロータ部材１６とミドルハウジング２との間に配設されている。そして、シェル３は、ロータ旋回スクロール１６ａに対向する面にロータ旋回スクロール１６ａの羽根部とほぼ同様の羽根部からなるシェル固定スクロール３ａが形成されている。また、シェル３には、作動媒体の吸入口及び吐出口が形成されている。そして、シェル固定スクロール３ａとロータ旋回スクロール１６ａとの間には、作動室（所定隙間）２２が形成されており、この作動室２２にて作動媒体が圧縮される。
【００２８】
ここで、ロータ部材１６は、シャフト７から公転駆動部２３を介して電動モータの駆動力が伝達されて、シェル３に対して公転運動するように構成されている。この公転駆動部２３は、シャフト偏心部７ａと、ブッシュ１３と、ロータ軸受け１５と、ロータボス部１６ｂとスラスト受け部２ａとから構成されている。
【００２９】
バランスウエイトは、カウンタウエイト（静バランスウエイト）１４と、前部バランスウエイト（動バランスウエイト）１０ｂと、後部バランスウエイト（動バランスウエイト）１０ａとからなる。カウンタウエイト１４は、図４又は図５に示すような形状をなしている。すなわち、カウンタウエイトは、取付軸と、重り部とからなる。取付軸は、中央にブッシュ１３が嵌挿される穴が形成されているリング状の部分である。重り部は、略半月状の形状に形成されている。この重り部は、図４に示すような対称形状であってもよいし、図５に示すような非対称形状であってもよい。
【００３０】
前部バランスウエイト１０ｂ及び後部バランスウエイト１０ａは、カウンタウエイト１４とほぼ同様の形状をなしている。ただし、前部及び後部バランスウエイト１０ｂ，１０ａは、カウンタウエイト１４に比べて、小さな重り部を有している。そして、この前部及び後部バランスウエイト１０ｂ，１０ａは、ロータモータ９の両端側にそれぞれ配設されている。前部バランスウエイト１０ｂは、ロータモータ９の前側、すなわちフロント玉軸受け１１側に配設されている。後部バランスウエイト１０ａは、ロータモータ９の後側、すなわちミドル軸受け１２側に配設されている。
【００３１】
次に、図２及び図３を参照して、バランスウエイトの位置関係及び遠心力の関係について説明する。図２は、図１のスクロール型圧縮機の内部構成部品の斜視図である。すなわち、シャフト７と、ロータモータ９と、ブッシュ１３と、ロータ部材１６と、各バランスウエイト１０ｂ，１０ａ，１４とを示す。図３は、ロータ部材１６と、各バランスウエイト１０ｂ，１０ａ，１４の重心位置関係について模式的に示した図である。なお、図２及び図３の各構成部品の位置関係は、スクロール型圧縮機の停止中の位置関係を示す。
【００３２】
まず、バランスウエイトの重心位置の関係について説明する。図２及び図３に示すように、シャフト７の回転軸心をＺ軸とする。そして、このシャフト７等は、図示するように、時計回りに回転させる。また、ロータ部材１６の重心位置ＧｒがＹ軸上に位置するとする。すなわち、シャフト偏心部７ａがシャフト７の回転軸心に対してＹ軸方向に偏心している場合である。そして、カウンタウエイト１４の重心位置Ｇｃは、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒとはほぼ反対側に位置する。詳細には、カウンタウエイト１４の回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｃ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。図４又は図５に示すような形状のカウンタウエイト１４は、それぞれ図示するような位置に取り付けられる。
【００３３】
また、後部バランスウエイト１０ａは、後部バランスウエイト１０ａの重心位置Ｇａ方向が、カウンタウエイト１４と同様の方向となるように取り付けられる。すなわち、後部バランスウエイト１０ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００３４】
また、前部バランスウエイト１０ｂは、前部バランスウエイト１０ｂの重心位置Ｇｂ方向が、カウンタウエイト１４及び後部バランスウエイト１０ａの重心位置Ｇｃ，Ｇａ方向の反対方向となるように取り付けられる。すなわち、前部バランスウエイト１０ｂの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｂ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００３５】
次に、バランスウエイト及びロータ部材１３の遠心力の関係について図３を参照して説明する。ロータ部材１６の重心位置はＧｒであって、遠心力はＦｒとなる。カウンタウエイト１４の重心位置はＧｃであって、遠心力はＦｃとなる。そして、遠心力Ｆｃ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。ここで、ロータ部材１６の遠心力Ｆｒとカウンタウエイト１４の遠心力Ｆｃとは、同じ大きさである。カウンタウエイト１４はロータ部材１６より小さな質量からなるものであるが、回転軸心Ｚ軸と重心位置Ｇｃとの距離を回転軸心Ｚ軸と重心位置Ｇｒとの距離より大きくしていることにより、遠心力を同一とすることができる。
【００３６】
そして、前部バランスウエイト１０ｂの重心位置はＧｂであって、遠心力はＦｂである。この遠心力Ｆｂ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。後部バランスウエイト１０ａの重心位置はＧａであって、遠心力はＦａである。この遠心力Ｆａ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。これらバランスウエイト１０ｂ，１０ａの遠心力Ｆｂ，Ｆａは、ロータ部材１６の遠心力Ｆｒ及びカウンタウエイトの遠心力Ｆｃより小さい。
【００３７】
次に、上述のように構成されたスクロール型圧縮機の動作について説明する。まず、電動モータの回転駆動により、シャフト７が回転する。シャフト７の回転に伴って、シャフト偏心部７ａが回転する。そして、シャフト偏心部７ａの回転により、ロータ部材１６がシェル３に対して公転運動する。この公転運動により、作動室に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。
【００３８】
次に、スクロール型圧縮機を動作させた場合におけるスクロール型圧縮機のバランスについて説明する。スクロール型圧縮機を動作させると、上述したように、ロータ部材１６が公転運動を行う。このときに発生する遠心力Ｆｒの方向は、図３に示したようなＹ軸方向とは一致しない。これは、ロータ部材１６が回転方向の反対方向に発生する作動媒体の圧縮反力によるものである。従って、作動媒体の圧縮反力により、実際には、回転方向の反対方向に所定遅れ角度θ１だけ遅れた方向にロータ部材１６の遠心力が発生することになる。この遅れ角度θ１は、作動媒体の圧縮反力、シャフト７の剛性、シャフト７と各軸受けとのクリアランス、及びロータ部材１６とブッシュ１３との取付ガタ等によって決定される。
【００３９】
そして、ロータ部材１６の遠心力方向の遅れ角度θ１とカウンタウエイト１４及び前部バランスウエイト１０ｂ及び後部バランスウエイト１０ａの遠心力Ｆｃ，Ｆｂ，Ｆａ方向のＹ軸方向とのずれ角度θとが一致する場合は、静バランス及び動バランスが釣り合っている状態となる。つまり、スクロール型圧縮機の運転中に騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態における回転型圧縮機について図６〜図８を参照して説明する。ここで、本実施形態における回転型圧縮機として、一体化された電動モータにより駆動される２シリンダのローリングピストン型圧縮機を例に取り説明する。図６には、ローリングピストン型圧縮機の断面図を示す。
【００４１】
図６に示すように、ローリングピストン型圧縮機は、外形が、ハウジング３１と、アッパハウジング３２とから構成される。そして、内部側には、駆動部と、軸部と、圧縮部と、バランスウエイトとから構成される。
【００４２】
駆動部（駆動手段）は、電動モータ（電動機）から構成される。電動モータは、ステータモータ３４と、ロータモータ３５とから構成される。ステータモータ３４は、ハウジング３１の内周側に固定されている。ロータモータ３５は、複数個の永久磁石により構成され、ステータモータ３４の内側に回転可能に配設されている。なお、電動モータは、ブラシレスモータを構成している。
【００４３】
軸部は、クランク軸３６，３６ａ，３６ｂと、フロント軸受け３８ａと、リヤ軸受け４０ａとから構成される。クランク軸は、シャフト（主回転軸）３６と、フロントシャフト偏心部（偏心軸）３６ａと、リヤシャフト偏心部（偏心軸）３６ｂとから構成される。シャフト３６は、ロータモータ３５に固定されている。すなわち、ロータモータ３５の回転に伴いシャフト３６が回転する。フロントシャフト偏心部３６ａ及びリヤシャフト偏心部３６ｂは、シャフト３６の一端側に一体化されており、シャフト３６の回転軸心から偏心した位置に配設されている。そして、フロントシャフト偏心部３６ａの偏心方向とリヤシャフト偏心部３６ｂの偏心方向は、反対方向を向いている。
【００４４】
そして、フロント軸受け３８ａと、リヤ軸受け４０ａは、それぞれ、後述するフロントプレート３８、リヤプレート４０、ハウジング１に固定されて、クランク軸を支承している。
【００４５】
圧縮部は、フロントプレート３８と、ミドルプレート３９と、リヤプレート４０と、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、フロントベーン４３と、リヤベーン４４と、フロントシリンダ４５と、リヤシリンダ４６とから構成される。まず、フロントプレート３８、フロントシリンダ４５、ミドルプレート３９、リヤシリンダ４６、リヤプレート４０の順にハウジング１に固定されている。そして、上述したフロント軸受け３８ａは、フロントプレート３８の内周側に配設され、リヤ軸受け４０ａは、リヤプレート４０の内周側に配設されている。
【００４６】
そして、フロントロータ（公転圧縮部材）４１は、フロントシャフト偏心部６ａに回転摺動可能に嵌合され、フロントシリンダ４５内にて配設されている。また、リヤロータ（公転圧縮部材）４２は、リヤシャフト偏心部６ｂに回転摺動可能に嵌合され、リヤシリンダ４６内にて配設されている。つまり、シャフト３６が回転することにより、フロントロータ４１及びリヤロータ４２は、フロントシリンダ４５及びリヤシリンダ４６に対して公転運動を行う。
【００４７】
フロントベーン４３は、フロントロータ４１に接しており、フロントシリンダ４５に対して摺動可能に配設されている。このフロントベーン４３は、フロントロータ４１，フロントシリンダ４５，フロントプレート３８及びミドルプレート３９により形成される作動室４７を高圧室と低圧室とに区画している。また、リヤベーン４４は、リヤロータ４２に接しており、リヤシリンダ４６に対して摺動可能に配設されている。このリヤベーン４４は、リヤロータ４２，リヤシリンダ４６，ミドルプレート３９及びリヤプレート４０により形成される作動室４７を高圧室と低圧室とに区画している。
【００４８】
バランスウエイトは、前部バランスウエイト（動バランスウエイト）３７ｂと、後部バランスウエイト（動バランスウエイト）３７ａとからなる。これらのバランスウエイトは、第１実施形態におけるバランスウエイトとほぼ同一形状をなしている。そして、この前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａは、ロータモータ３５の両端側にそれぞれ配設されている。前部バランスウエイト３７ｂは、ロータモータ３５の前側に配設されている。後部バランスウエイト３７ａは、ロータモータ３５の後側に配設されている。
【００４９】
次に、図７及び図８を参照して、バランスウエイトの位置関係及び遠心力の関係について説明する。図７は、図６のローリングピストン型圧縮機の内部構成部品の斜視図である。すなわち、シャフト３６と、ロータモータ３５と、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａとを示す。図８は、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａの重心位置関係について模式的に示した図である。なお、図７及び図８の各構成部品の位置関係は、ローリングピストン型圧縮機の停止中の位置関係を示す。
【００５０】
まず、バランスウエイトの重心位置の関係について説明する。図７及び図８に示すように、シャフト３６の回転軸心をＺ軸とする。そして、このシャフト３６等は、図示するように、時計回りに回転させる。また、リヤロータ４２の重心位置Ｇｒ１がＹ軸正方向上に位置するとする。すなわち、リヤシャフト偏心部３６ｂがシャフト３６の回転軸心に対してＹ軸正方向に偏心している場合である。さらに、フロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２がＹ軸負方向上に位置するとする。すなわち、フロントシャフト偏心部３６ａがシャフト３６の回転軸心に対してＹ軸負方向に偏心している場合である。
【００５１】
そして、後部バランスウエイト３７ａの重心位置Ｇａは、回転軸心Ｚ軸に対するフロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２方向とほぼ同一側に位置する詳細には、後部バランスウエイト３７ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するフロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２方向からずれ角度θだけ、シャフト３６の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００５２】
また、前部バランスウエイト３７ｂは、前部バランスウエイト３７ｂの重心位置Ｇｂ方向が、後部バランスウエイト３７ａの重心位置Ｇａ方向の反対方向となるように取り付けられる。すなわち、前部バランスウエイト３７ｂの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｂ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するリヤロータ４２の重心位置Ｇｒ１方向からずれ角度θだけ、シャフト３６の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００５３】
次に、バランスウエイト及び各ロータの遠心力の関係について図８を参照して説明する。リヤロータ４２の重心位置はＧｒ１であって、遠心力はＦｒ１となる。フロントロータ４１の重心位置はＧｒ２であって、遠心力はＦｒ２となる。そして、後部バランスウエイト３７ａの重心位置はＧａであって、遠心力はＦａである。この遠心力Ｆａ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。前部バランスウエイト３７ｂの重心位置はＧｂであって、遠心力はＦｂである。この遠心力Ｆｂ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。
【００５４】
次に、上述のように構成されたローリングピストン型圧縮機の動作について説明する。まず、電動モータの回転駆動により、シャフト３６が回転する。シャフト３６の回転に伴って、フロントシャフト偏心部３６ａ及びリヤシャフト偏心部３６ｂが回転する。そして、フロントシャフト偏心部３６ａの回転により、フロントロータ４１がフロントシリンダ４５に対して公転運動する。この公転運動により、作動室４７に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。さらに、リヤシャフト偏心部３６ｂの回転により、リヤロータ４２がリヤシリンダ４６に対して公転運動する。この公転運動により、作動室４７に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。
【００５５】
次に、ローリングピストン型圧縮機を動作させた場合におけるローリングピストン型圧縮機のバランスについて説明する。ローリングピストン型圧縮機を動作させると、上述したように、フロントロータ４１及びリヤロータ４２が公転運動を行う。このときに発生する遠心力Ｆｒ１，Ｆｒ２の方向は、図３に示したようなＹ軸方向とは一致しない。これは、フロントロータ４１及びリヤロータ４２が回転方向の反対方向に発生する作動媒体の圧縮反力によるものである。従って、作動媒体の圧縮反力により、実際には、回転方向の反対方向に所定遅れ角度θ１だけ遅れた方向にフロントロータ４１及びリヤロータ４２の遠心力が発生することになる。この遅れ角度θ１は、作動媒体の圧縮反力、シャフト３６の剛性、シャフト３６と各軸受けとのクリアランス等によって決定される。
【００５６】
そして、フロントロータ４１及びリヤロータ４２の遠心力方向の遅れ角度θ１と、前部バランスウエイト３７ｂ及び後部バランスウエイト３７ａの遠心力Ｆｂ，Ｆａ方向のＹ軸方向とのずれ角度θとが一致する場合は、動バランスが釣り合っている状態となる。つまり、ローリングピストン型圧縮機の運転中に騒音や振動の発生を抑制することができる。なお、静バランスは、２シリンダとすることにより、フロントロータ４１とリヤロータ４２のみにより釣り合っている。
【００５７】
なお、第２実施形態では、２シリンダのローリングピストン型圧縮機としているが、複数のシリンダを有するローリングピストン型圧縮機であって、ロータの静バランスが釣り合っている圧縮機であれば適用することができる。また、１シリンダのローリングピストン圧縮機等のように、ロータの静バランスが釣り合っていない圧縮機の場合には、第１実施形態に示した構成が適用できる。
【００５８】
また、作動媒体として、例えば、二酸化炭素冷媒（炭酸ガス冷媒）を用いた圧縮機においては、作動室の圧力が５〜１０ＭＰａという高圧となる。そのため、ロータ部材に加わるラジアル方向の冷媒ガス圧縮反力が非常に大きくなる。従って、作動媒体として二酸化炭素冷媒等を用いた場合には、ロータ部材の重心Ｇｒの遅れ角度θ１も大きくなるためアンバランスを発生しやすい特徴がある。また、前記遅れ角度θ１は、軸受け及びその他の回転摺動部のクリアランスの大小等にも依存するが、第１実施例におけるスクロール型圧縮機では、行程容積４．５ｃｍ３で、一般的な基準に従い設計製作したものにおいて、この遅れ角度θ１は約３°であった。
【００５９】
また、図３に示す実施形態においては、カウンタウエイト１４の重心Ｇｃ、後部バランスウエイト１０ａの重心Ｇａ、前部バランサウエイト１０ｂの重心Ｇｂともずれ角度θだけ回転方向に対して遅らせて取り付けているが、最も影響の大きいカウンタウエイト１４の重心Ｇｃのみをずれ角度θ遅らせて取り付ける構成としてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、電動モータを使用した電動圧縮機としたが、原動機等の外部駆動力により運転される開放型圧縮機としてもよい。また、作動媒体のうち冷凍サイクルに用いられる冷媒としては、二酸化炭素（炭酸ガス）冷媒に限定されるものではなく、フロン、ハイドロカーボンその他の冷媒システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるスクロール型圧縮機の断面図である。
【図２】図１の内部構成部品を示す斜視図である。
【図３】バランスウエイト及びロータ部材の重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【図４】カウンタウエイトを示す図である。
【図５】カウンタウエイトを示す図である。
【図６】第２実施形態におけるローリングピストン型圧縮機の断面図である。
【図７】図６の内部構成部品を示す斜視図である。
【図８】バランスウエイト及び各ロータの重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【図９】従来のスクロール型圧縮機の断面図である。
【図１０】図９のバランスウエイト及びロータ部材の重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１：フロントハウジング、 ２：ミドルハウジング、 ３：シェル、
３ａ：シェル固定スクロール、 ４：リアプレート、 ７：シャフト、
７ａ：シャフト偏心部、 ８：ステータモータ、 ９：ロータモータ、
１０ａ：後部バランスウエイト、 １０ｂ：前部バランスウエイト、
１１：フロント玉軸受け、 １２：ミドル軸受け、 １３：ブッシュ、
１４：カウンタウエイト、 １５：ロータ軸受け、 １６：ロータ部材、
１６ａ：ロータ旋回スクロール、 １６ｂ：ロータボス部、 １７：ピン、
２２：作動室、 ２３：公転駆動部、 ３１：ハウジング、
３４：ステータモータ、 ３５：ロータモータ、 ３６：シャフト、
３６ａ：フロントシャフト偏心部、 ３６ｂ：リヤシャフト偏心部、
３７ａ：後部バランスウエイト、 ３７ｂ：前部バランスウエイト、
４１：フロントロータ、 ４２：リヤロータ、 ４３：フロントベーン、
４４：リヤベーン、 ４５：フロントシリンダ、 ４６：リヤシリンダ、
４７：作動室
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクロール型圧縮機及びローリングピストン型圧縮機等の回転型圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転型圧縮機は、運転中に低振動・低騒音を実現するため、特開昭５９−２１５９８４号に開示されたバランス設計がなされている。この公報に開示されたスクロール型圧縮機を図９及び図１０に示す。図９は断面図を示し、図１０は図９のスクロール型圧縮機におけるバランスの説明図を示す。図９に示すように、従来のスクロール型圧縮機は、偏心軸１３２を有する回転軸（クランク軸）１３と、偏心軸１３２に固定されたロータ部材（公転部材）１９と、第１バランスウエイト３３１と、第２バランスウエイト３５と、第３バランスウエイト３６とを有する。各バランスウエイト３３１，３５，３６は、回転軸１３に固定されている。
【０００３】
従来のスクロール型圧縮機の各バランスウエイト３３１，３５，３６によるバランス設計手法について図１０を用いて説明する。従来のバランス設計は、各バランスウエイトを配設することにより、ロータ部材１９の旋回運動（公転運動）により発生する遠心力Ｆｒを打ち消すようにしている。まず、第１バランスウエイト３３１の回転軸心に対する重心位置Ｇｃ方向を、回転軸１３の回転軸心に対するロータ部材１９の重心位置Ｇｒ方向の反対方向に一致させている。すなわち、第１バランスウエイト３３１が発生する遠心力Ｆｃにて、静バランスの釣り合いをとっている。
【０００４】
また、スクロール型圧縮機全体の動バランスは、第２バランスウエイト３５が発生する遠心力Ｆａ及び第３バランスウエイト３６が発生する遠心力Ｆｂにより釣り合いをとっている。具体的には、第２バランスウエイト３５の重心位置Ｇａ方向は、第１バランスウエイト３３１の重心位置Ｇｃ方向と同一方向とし、第３バランスウエイト３６の重心位置Ｇｂ方向は、第１バランスウエイト３３１の重心位置Ｇｃ方向と反対方向としている。
【０００５】
また、ローリングピストン型圧縮機についても、ほぼ同様のバランス設計を行っている。ただし、ローリングピストン型圧縮機の場合のバランス設計は、シリンダ数に応じて異なる。シリンダが一つの場合は、上述のスクロール型圧縮機と同様である。シリンダが二つの場合であって、それぞれのシリンダの重心位置方向が反対方向である場合は、上述の第２バランスウエイト及び第３バランスウエイトのみを使用する。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５９−２１５９８４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図９に示すスクロール型圧縮機の運転中には、作動媒体の圧縮反力により、回転軸１３又は偏心軸１３２等の撓みや歪み、さらには回転軸１３又は偏心軸１３２と軸受とのクリアランス等によって、ロータ部材（公転部材）１９が回転方向に対して遅れる場合が生じる。すなわち、ロータ部材１９の重心位置方向と各バランスウエイトとの重心位置方向にずれが生じることになる。従って、アンバランス状態となり、騒音や振動が発生する。
【０００８】
特に、作動媒体として二酸化炭素等の媒体を使用した場合には、圧縮後の圧力が臨界圧力以上となり非常に大きな圧縮反力を生じるため、上述の現象が生じやすい。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、運転中においてアンバランス状態の生じないバランス設計がなされた回転型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及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、バランスウエイトの取付角度をずらすことを思いつき、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の回転型圧縮機は、ハウジングと、クランク軸と、公転圧縮部材と、バランスウエイトと、駆動手段とを備える。ここで、クランク軸は、ハウジングに回転軸心まわりに回転自在に軸支された主回転軸と、主回転軸に固定され回転軸心から偏心した偏心軸とを有する軸である。公転圧縮部材は、クランク軸の偏心軸に連結され、ハウジングとの間の隙間を維持しながらハウジングに対して公転運動をすると共に、公転運動により作動媒体を圧縮する部材である。バランスウエイトは、クランク軸に配設され、公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対してバランスをとるウエイトである。駆動手段は、クランク軸を回転駆動する手段である。
【００１２】
そして、本発明の特徴的なことは、バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向からクランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向としていることである。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向及び／又は該重心位置方向の反対方向である。所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向がクランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１３】
つまり、回転型圧縮機の静止状態において、バランスウエイトの重心位置方向が、公転圧縮部材の重心位置方向若しくは公転圧縮部材の重心位置方向の反対方向である基準方向と一致していない。しかし、回転型圧縮機の運転中においては、上述したように、公転圧縮部材が作動媒体の圧縮反力により、クランク軸の回転方向に対して遅れた方向、すなわち公転圧縮部材の回転方向の逆方向に所定遅れ角度だけずれる。そして、その遅れ角度分だけバランスウエイトの重心位置方向をずらすことにより、回転型圧縮機の運転中においてバランスのとれた状態にすることができる。従って、回転型圧縮機の運転中において、騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００１４】
なお、バランスウエイトの取付角度は実験により求めることができる。例えば、まず、重心位置方向を適当な角度にバランスウエイトを取付け、回転型圧縮機を運転させる。そして、回転型圧縮機の振動及び騒音データに基づき、最適なバランスウエイトの取付角度を求める。ここで、この角度は、圧縮時の作動媒体の圧縮反力、クランク軸の剛性、クランク軸と軸受けとのクリアランス、及び公転圧縮部材とクランク軸との取付ガタ等によって異なるものである。
【００１５】
また、バランスウエイトは公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して静バランスをとる静バランスウエイトであって、静バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向から、クランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向であるようにするとよい。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向の反対方向である。また、所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向がクランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１６】
静バランスをとるためには、静バランスウエイトの重心位置方向が公転圧縮部材の重心位置方向の反対側に設けるのがよい。そこで、上述のように、静バランスウエイトを前記所定遅れ角度だけ遅れた位置に取り付けることにより、回転型圧縮機の運転中に確実に静バランスをとることができる。なお、静バランスウエイトが必要な圧縮機としては、例えば、スクロール型圧縮機や、１シリンダのローリングピストン型圧縮機等がある。
【００１７】
また、バランスウエイトは公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して動バランスをとる動バランスウエイトであって、動バランスウエイトの回転軸心に対する重心位置方向は、基準方向から、クランク軸の回転方向に対して、所定遅れ角度だけ遅れた方向であるようにするとよい。ここで、基準方向とは、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向、及び該重心位置方向の反対方向である。所定遅れ角度とは、作動媒体の圧縮反力により、公転圧縮部材の回転軸心に対する重心位置方向が、クランク軸の回転方向に対して遅れる角度である。
【００１８】
動バランスをとるためには、一般に、２以上の動バランスウエイトが必要となる。そして、一方の動バランスウエイトの重心位置方向を公転圧縮部材の重心位置側に、他方の動バランスウエイトの重心位置方向を公転圧縮部材の重心位置方向の反対側に設けるのがよい。そこで、上述のように、動バランスウエイトを前記所定遅れ角度だけ遅れた位置に取り付けることにより、回転型圧縮機の運転中に確実に動バランスをとることができる。なお、動バランスウエイトが必要な圧縮機としては、例えば、スクロール型圧縮機や、１シリンダのローリングピストン型圧縮機、及び複数シリンダのローリングピストン型圧縮機等がある。
【００１９】
また、公転圧縮部材は、スクロール型であるようにしてもよい。すなわち、回転型圧縮機がスクロール型圧縮機である。また、公転圧縮部材は、ローリングピストン型であるようにしてもよい。すなわち、回転型圧縮機がローリングピストン型圧縮機である。
【００２０】
また、駆動手段は、電動機としてもよいし、原動機としてもよい。電動機の場合は、ハウジング内に固定した構成としてもよい。また、原動機は、例えば、車両用の内燃機関等である。
【００２１】
また、作動媒体は、冷凍サイクル内を流通する冷媒であって、圧縮後の圧力が臨界圧力以上である媒体としてもよい。このような作動媒体としては、例えば、二酸化炭素冷媒である。圧縮後の圧力が臨界圧力以上となる場合には、作動媒体による圧縮反力が非常に大きくなる。つまり、大きな圧縮反力により、公転圧縮部材が回転方向に対して大きく遅れることになる。この場合に、従来のようなバランス設計では、非常に大きな騒音や振動が発生するおそれがある。そこで、本発明のバランス設計を行うことで、上述の作動媒体を使用したとしても、騒音や振動の発生を確実に抑制することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
本実施形態における回転型圧縮機について図１〜図５を参照して説明する。ここで、本実施形態における回転型圧縮機として、一体化された電動モータにより駆動されるスクロール型圧縮機を例に取り説明する。図１には、スクロール型圧縮機の断面図を示す。
【００２４】
図１に示すように、スクロール型圧縮機は、外形がフロントハウジング（ハウジング）１、ミドルハウジング（ハウジング）２、シェル（ハウジング）３、及びリアプレート（ハウジング）４から構成される。そして、内部側には、駆動部と、軸部と、圧縮部と、バランスウエイトとから構成される。
【００２５】
駆動部（駆動手段）は、電動モータ（電動機）から構成される。電動モータは、ステータモータ８と、ロータモータ９とから構成される。ステータモータ８は、フロントハウジング１の内周側に固定されている。ロータモータ９は、複数個の永久磁石により構成され、ステータモータ８の内側に回転可能に配設されている。なお、電動モータは、ブラシレスモータを構成している。
【００２６】
軸部は、クランク軸６，６ａと、フロント玉軸受け１１と、ミドル軸受け１２と、ブッシュ１３と、ロータ軸受け１５とから構成される。クランク軸は、シャフト（主回転軸）７と、シャフト偏心部（偏心軸）７ａとから構成される。シャフト７は、ロータモータ９に固定されている。すなわち、ロータモータ９の回転に伴いシャフト７が回転する。シャフト偏心部７ａは、シャフト７の一端側に固定されており、シャフト７の回転軸心から偏心した位置に配設されている。フロント玉軸受け１１は、フロントハウジング１内部の一端側に配設され、ミドル軸受け１２は、フロントハウジング１内部の他端側に配設されている。そして、フロント玉軸受け１１及びミドル軸受け１２により、シャフト７を支承している。ブッシュ１３は、クランク軸のシャフト偏心部７ａに固定されている。ロータ軸受け１５は、ブッシュ１３の外周側に配設され、後述するロータ部材１６をブッシュ１３に対して回動可能に支承している。
【００２７】
圧縮部は、ロータ部材１６と、ピン１７と、上述したシェル３と、スラスト受け部２ａとから構成される。ロータ部材１６は、ロータ旋回スクロール１６ａと、ロータボス部１６ｂとから構成される。ロータ旋回スクロール１６ａは、渦巻状の羽根部が形成されている。ロータボス部１６ｂは、ロータ旋回スクロール１６ａの反対側に配設され、上述したロータ軸受け１５の外周側に取り付けられる。また、ロータ部材１６には、位置決め用の穴が形成され、この位置決め用の穴にピン１７が嵌挿されている。スラスト受け部２ａは、ロータ部材１６とミドルハウジング２との間に配設されている。そして、シェル３は、ロータ旋回スクロール１６ａに対向する面にロータ旋回スクロール１６ａの羽根部とほぼ同様の羽根部からなるシェル固定スクロール３ａが形成されている。また、シェル３には、作動媒体の吸入口及び吐出口が形成されている。そして、シェル固定スクロール３ａとロータ旋回スクロール１６ａとの間には、作動室（所定隙間）２２が形成されており、この作動室２２にて作動媒体が圧縮される。
【００２８】
ここで、ロータ部材１６は、シャフト７から公転駆動部２３を介して電動モータの駆動力が伝達されて、シェル３に対して公転運動するように構成されている。この公転駆動部２３は、シャフト偏心部７ａと、ブッシュ１３と、ロータ軸受け１５と、ロータボス部１６ｂとスラスト受け部２ａとから構成されている。
【００２９】
バランスウエイトは、カウンタウエイト（静バランスウエイト）１４と、前部バランスウエイト（動バランスウエイト）１０ｂと、後部バランスウエイト（動バランスウエイト）１０ａとからなる。カウンタウエイト１４は、図４又は図５に示すような形状をなしている。すなわち、カウンタウエイトは、取付軸と、重り部とからなる。取付軸は、中央にブッシュ１３が嵌挿される穴が形成されているリング状の部分である。重り部は、略半月状の形状に形成されている。この重り部は、図４に示すような対称形状であってもよいし、図５に示すような非対称形状であってもよい。
【００３０】
前部バランスウエイト１０ｂ及び後部バランスウエイト１０ａは、カウンタウエイト１４とほぼ同様の形状をなしている。ただし、前部及び後部バランスウエイト１０ｂ，１０ａは、カウンタウエイト１４に比べて、小さな重り部を有している。そして、この前部及び後部バランスウエイト１０ｂ，１０ａは、ロータモータ９の両端側にそれぞれ配設されている。前部バランスウエイト１０ｂは、ロータモータ９の前側、すなわちフロント玉軸受け１１側に配設されている。後部バランスウエイト１０ａは、ロータモータ９の後側、すなわちミドル軸受け１２側に配設されている。
【００３１】
次に、図２及び図３を参照して、バランスウエイトの位置関係及び遠心力の関係について説明する。図２は、図１のスクロール型圧縮機の内部構成部品の斜視図である。すなわち、シャフト７と、ロータモータ９と、ブッシュ１３と、ロータ部材１６と、各バランスウエイト１０ｂ，１０ａ，１４とを示す。図３は、ロータ部材１６と、各バランスウエイト１０ｂ，１０ａ，１４の重心位置関係について模式的に示した図である。なお、図２及び図３の各構成部品の位置関係は、スクロール型圧縮機の停止中の位置関係を示す。
【００３２】
まず、バランスウエイトの重心位置の関係について説明する。図２及び図３に示すように、シャフト７の回転軸心をＺ軸とする。そして、このシャフト７等は、図示するように、時計回りに回転させる。また、ロータ部材１６の重心位置ＧｒがＹ軸上に位置するとする。すなわち、シャフト偏心部７ａがシャフト７の回転軸心に対してＹ軸方向に偏心している場合である。そして、カウンタウエイト１４の重心位置Ｇｃは、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒとはほぼ反対側に位置する。詳細には、カウンタウエイト１４の回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｃ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。図４又は図５に示すような形状のカウンタウエイト１４は、それぞれ図示するような位置に取り付けられる。
【００３３】
また、後部バランスウエイト１０ａは、後部バランスウエイト１０ａの重心位置Ｇａ方向が、カウンタウエイト１４と同様の方向となるように取り付けられる。すなわち、後部バランスウエイト１０ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向の反対方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００３４】
また、前部バランスウエイト１０ｂは、前部バランスウエイト１０ｂの重心位置Ｇｂ方向が、カウンタウエイト１４及び後部バランスウエイト１０ａの重心位置Ｇｃ，Ｇａ方向の反対方向となるように取り付けられる。すなわち、前部バランスウエイト１０ｂの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｂ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するロータ部材１６の重心位置Ｇｒ方向からずれ角度θだけ、シャフト７の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００３５】
次に、バランスウエイト及びロータ部材１３の遠心力の関係について図３を参照して説明する。ロータ部材１６の重心位置はＧｒであって、遠心力はＦｒとなる。カウンタウエイト１４の重心位置はＧｃであって、遠心力はＦｃとなる。そして、遠心力Ｆｃ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。ここで、ロータ部材１６の遠心力Ｆｒとカウンタウエイト１４の遠心力Ｆｃとは、同じ大きさである。カウンタウエイト１４はロータ部材１６より小さな質量からなるものであるが、回転軸心Ｚ軸と重心位置Ｇｃとの距離を回転軸心Ｚ軸と重心位置Ｇｒとの距離より大きくしていることにより、遠心力を同一とすることができる。
【００３６】
そして、前部バランスウエイト１０ｂの重心位置はＧｂであって、遠心力はＦｂである。この遠心力Ｆｂ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。後部バランスウエイト１０ａの重心位置はＧａであって、遠心力はＦａである。この遠心力Ｆａ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。これらバランスウエイト１０ｂ，１０ａの遠心力Ｆｂ，Ｆａは、ロータ部材１６の遠心力Ｆｒ及びカウンタウエイトの遠心力Ｆｃより小さい。
【００３７】
次に、上述のように構成されたスクロール型圧縮機の動作について説明する。まず、電動モータの回転駆動により、シャフト７が回転する。シャフト７の回転に伴って、シャフト偏心部７ａが回転する。そして、シャフト偏心部７ａの回転により、ロータ部材１６がシェル３に対して公転運動する。この公転運動により、作動室に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。
【００３８】
次に、スクロール型圧縮機を動作させた場合におけるスクロール型圧縮機のバランスについて説明する。スクロール型圧縮機を動作させると、上述したように、ロータ部材１６が公転運動を行う。このときに発生する遠心力Ｆｒの方向は、図３に示したようなＹ軸方向とは一致しない。これは、ロータ部材１６が回転方向の反対方向に発生する作動媒体の圧縮反力によるものである。従って、作動媒体の圧縮反力により、実際には、回転方向の反対方向に所定遅れ角度θ１だけ遅れた方向にロータ部材１６の遠心力が発生することになる。この遅れ角度θ１は、作動媒体の圧縮反力、シャフト７の剛性、シャフト７と各軸受けとのクリアランス、及びロータ部材１６とブッシュ１３との取付ガタ等によって決定される。
【００３９】
そして、ロータ部材１６の遠心力方向の遅れ角度θ１とカウンタウエイト１４及び前部バランスウエイト１０ｂ及び後部バランスウエイト１０ａの遠心力Ｆｃ，Ｆｂ，Ｆａ方向のＹ軸方向とのずれ角度θとが一致する場合は、静バランス及び動バランスが釣り合っている状態となる。つまり、スクロール型圧縮機の運転中に騒音や振動の発生を抑制することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
本実施形態における回転型圧縮機について図６〜図８を参照して説明する。ここで、本実施形態における回転型圧縮機として、一体化された電動モータにより駆動される２シリンダのローリングピストン型圧縮機を例に取り説明する。図６には、ローリングピストン型圧縮機の断面図を示す。
【００４１】
図６に示すように、ローリングピストン型圧縮機は、外形が、ハウジング３１と、アッパハウジング３２とから構成される。そして、内部側には、駆動部と、軸部と、圧縮部と、バランスウエイトとから構成される。
【００４２】
駆動部（駆動手段）は、電動モータ（電動機）から構成される。電動モータは、ステータモータ３４と、ロータモータ３５とから構成される。ステータモータ３４は、ハウジング３１の内周側に固定されている。ロータモータ３５は、複数個の永久磁石により構成され、ステータモータ３４の内側に回転可能に配設されている。なお、電動モータは、ブラシレスモータを構成している。
【００４３】
軸部は、クランク軸３６，３６ａ，３６ｂと、フロント軸受け３８ａと、リヤ軸受け４０ａとから構成される。クランク軸は、シャフト（主回転軸）３６と、フロントシャフト偏心部（偏心軸）３６ａと、リヤシャフト偏心部（偏心軸）３６ｂとから構成される。シャフト３６は、ロータモータ３５に固定されている。すなわち、ロータモータ３５の回転に伴いシャフト３６が回転する。フロントシャフト偏心部３６ａ及びリヤシャフト偏心部３６ｂは、シャフト３６の一端側に一体化されており、シャフト３６の回転軸心から偏心した位置に配設されている。そして、フロントシャフト偏心部３６ａの偏心方向とリヤシャフト偏心部３６ｂの偏心方向は、反対方向を向いている。
【００４４】
そして、フロント軸受け３８ａと、リヤ軸受け４０ａは、それぞれ、後述するフロントプレート３８、リヤプレート４０、ハウジング１に固定されて、クランク軸を支承している。
【００４５】
圧縮部は、フロントプレート３８と、ミドルプレート３９と、リヤプレート４０と、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、フロントベーン４３と、リヤベーン４４と、フロントシリンダ４５と、リヤシリンダ４６とから構成される。まず、フロントプレート３８、フロントシリンダ４５、ミドルプレート３９、リヤシリンダ４６、リヤプレート４０の順にハウジング１に固定されている。そして、上述したフロント軸受け３８ａは、フロントプレート３８の内周側に配設され、リヤ軸受け４０ａは、リヤプレート４０の内周側に配設されている。
【００４６】
そして、フロントロータ（公転圧縮部材）４１は、フロントシャフト偏心部６ａに回転摺動可能に嵌合され、フロントシリンダ４５内にて配設されている。また、リヤロータ（公転圧縮部材）４２は、リヤシャフト偏心部６ｂに回転摺動可能に嵌合され、リヤシリンダ４６内にて配設されている。つまり、シャフト３６が回転することにより、フロントロータ４１及びリヤロータ４２は、フロントシリンダ４５及びリヤシリンダ４６に対して公転運動を行う。
【００４７】
フロントベーン４３は、フロントロータ４１に接しており、フロントシリンダ４５に対して摺動可能に配設されている。このフロントベーン４３は、フロントロータ４１，フロントシリンダ４５，フロントプレート３８及びミドルプレート３９により形成される作動室４７を高圧室と低圧室とに区画している。また、リヤベーン４４は、リヤロータ４２に接しており、リヤシリンダ４６に対して摺動可能に配設されている。このリヤベーン４４は、リヤロータ４２，リヤシリンダ４６，ミドルプレート３９及びリヤプレート４０により形成される作動室４７を高圧室と低圧室とに区画している。
【００４８】
バランスウエイトは、前部バランスウエイト（動バランスウエイト）３７ｂと、後部バランスウエイト（動バランスウエイト）３７ａとからなる。これらのバランスウエイトは、第１実施形態におけるバランスウエイトとほぼ同一形状をなしている。そして、この前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａは、ロータモータ３５の両端側にそれぞれ配設されている。前部バランスウエイト３７ｂは、ロータモータ３５の前側に配設されている。後部バランスウエイト３７ａは、ロータモータ３５の後側に配設されている。
【００４９】
次に、図７及び図８を参照して、バランスウエイトの位置関係及び遠心力の関係について説明する。図７は、図６のローリングピストン型圧縮機の内部構成部品の斜視図である。すなわち、シャフト３６と、ロータモータ３５と、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａとを示す。図８は、フロントロータ４１と、リヤロータ４２と、前部及び後部バランスウエイト３７ｂ，３７ａの重心位置関係について模式的に示した図である。なお、図７及び図８の各構成部品の位置関係は、ローリングピストン型圧縮機の停止中の位置関係を示す。
【００５０】
まず、バランスウエイトの重心位置の関係について説明する。図７及び図８に示すように、シャフト３６の回転軸心をＺ軸とする。そして、このシャフト３６等は、図示するように、時計回りに回転させる。また、リヤロータ４２の重心位置Ｇｒ１がＹ軸正方向上に位置するとする。すなわち、リヤシャフト偏心部３６ｂがシャフト３６の回転軸心に対してＹ軸正方向に偏心している場合である。さらに、フロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２がＹ軸負方向上に位置するとする。すなわち、フロントシャフト偏心部３６ａがシャフト３６の回転軸心に対してＹ軸負方向に偏心している場合である。
【００５１】
そして、後部バランスウエイト３７ａの重心位置Ｇａは、回転軸心Ｚ軸に対するフロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２方向とほぼ同一側に位置する詳細には、後部バランスウエイト３７ａの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇａ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するフロントロータ４１の重心位置Ｇｒ２方向からずれ角度θだけ、シャフト３６の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００５２】
また、前部バランスウエイト３７ｂは、前部バランスウエイト３７ｂの重心位置Ｇｂ方向が、後部バランスウエイト３７ａの重心位置Ｇａ方向の反対方向となるように取り付けられる。すなわち、前部バランスウエイト３７ｂの回転軸心Ｚ軸に対する重心位置Ｇｂ方向は、回転軸心Ｚ軸に対するリヤロータ４２の重心位置Ｇｒ１方向からずれ角度θだけ、シャフト３６の回転方向の反対方向に回転させた方向である。
【００５３】
次に、バランスウエイト及び各ロータの遠心力の関係について図８を参照して説明する。リヤロータ４２の重心位置はＧｒ１であって、遠心力はＦｒ１となる。フロントロータ４１の重心位置はＧｒ２であって、遠心力はＦｒ２となる。そして、後部バランスウエイト３７ａの重心位置はＧａであって、遠心力はＦａである。この遠心力Ｆａ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。前部バランスウエイト３７ｂの重心位置はＧｂであって、遠心力はＦｂである。この遠心力Ｆｂ方向は、Ｙ軸からずれ角度θだけずれている。
【００５４】
次に、上述のように構成されたローリングピストン型圧縮機の動作について説明する。まず、電動モータの回転駆動により、シャフト３６が回転する。シャフト３６の回転に伴って、フロントシャフト偏心部３６ａ及びリヤシャフト偏心部３６ｂが回転する。そして、フロントシャフト偏心部３６ａの回転により、フロントロータ４１がフロントシリンダ４５に対して公転運動する。この公転運動により、作動室４７に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。さらに、リヤシャフト偏心部３６ｂの回転により、リヤロータ４２がリヤシリンダ４６に対して公転運動する。この公転運動により、作動室４７に吸入された作動媒体、例えば、冷凍サイクル内を流通させる二酸化炭素冷媒を圧縮させることができる。
【００５５】
次に、ローリングピストン型圧縮機を動作させた場合におけるローリングピストン型圧縮機のバランスについて説明する。ローリングピストン型圧縮機を動作させると、上述したように、フロントロータ４１及びリヤロータ４２が公転運動を行う。このときに発生する遠心力Ｆｒ１，Ｆｒ２の方向は、図３に示したようなＹ軸方向とは一致しない。これは、フロントロータ４１及びリヤロータ４２が回転方向の反対方向に発生する作動媒体の圧縮反力によるものである。従って、作動媒体の圧縮反力により、実際には、回転方向の反対方向に所定遅れ角度θ１だけ遅れた方向にフロントロータ４１及びリヤロータ４２の遠心力が発生することになる。この遅れ角度θ１は、作動媒体の圧縮反力、シャフト３６の剛性、シャフト３６と各軸受けとのクリアランス等によって決定される。
【００５６】
そして、フロントロータ４１及びリヤロータ４２の遠心力方向の遅れ角度θ１と、前部バランスウエイト３７ｂ及び後部バランスウエイト３７ａの遠心力Ｆｂ，Ｆａ方向のＹ軸方向とのずれ角度θとが一致する場合は、動バランスが釣り合っている状態となる。つまり、ローリングピストン型圧縮機の運転中に騒音や振動の発生を抑制することができる。なお、静バランスは、２シリンダとすることにより、フロントロータ４１とリヤロータ４２のみにより釣り合っている。
【００５７】
なお、第２実施形態では、２シリンダのローリングピストン型圧縮機としているが、複数のシリンダを有するローリングピストン型圧縮機であって、ロータの静バランスが釣り合っている圧縮機であれば適用することができる。また、１シリンダのローリングピストン圧縮機等のように、ロータの静バランスが釣り合っていない圧縮機の場合には、第１実施形態に示した構成が適用できる。
【００５８】
また、作動媒体として、例えば、二酸化炭素冷媒（炭酸ガス冷媒）を用いた圧縮機においては、作動室の圧力が５〜１０ＭＰａという高圧となる。そのため、ロータ部材に加わるラジアル方向の冷媒ガス圧縮反力が非常に大きくなる。従って、作動媒体として二酸化炭素冷媒等を用いた場合には、ロータ部材の重心Ｇｒの遅れ角度θ１も大きくなるためアンバランスを発生しやすい特徴がある。また、前記遅れ角度θ１は、軸受け及びその他の回転摺動部のクリアランスの大小等にも依存するが、第１実施例におけるスクロール型圧縮機では、行程容積４．５ｃｍ３で、一般的な基準に従い設計製作したものにおいて、この遅れ角度θ１は約３°であった。
【００５９】
また、図３に示す実施形態においては、カウンタウエイト１４の重心Ｇｃ、後部バランスウエイト１０ａの重心Ｇａ、前部バランサウエイト１０ｂの重心Ｇｂともずれ角度θだけ回転方向に対して遅らせて取り付けているが、最も影響の大きいカウンタウエイト１４の重心Ｇｃのみをずれ角度θ遅らせて取り付ける構成としてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、電動モータを使用した電動圧縮機としたが、原動機等の外部駆動力により運転される開放型圧縮機としてもよい。また、作動媒体のうち冷凍サイクルに用いられる冷媒としては、二酸化炭素（炭酸ガス）冷媒に限定されるものではなく、フロン、ハイドロカーボンその他の冷媒システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態におけるスクロール型圧縮機の断面図である。
【図２】図１の内部構成部品を示す斜視図である。
【図３】バランスウエイト及びロータ部材の重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【図４】カウンタウエイトを示す図である。
【図５】カウンタウエイトを示す図である。
【図６】第２実施形態におけるローリングピストン型圧縮機の断面図である。
【図７】図６の内部構成部品を示す斜視図である。
【図８】バランスウエイト及び各ロータの重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【図９】従来のスクロール型圧縮機の断面図である。
【図１０】図９のバランスウエイト及びロータ部材の重心位置及び遠心力の関係を示す図である。
【符号の説明】
１：フロントハウジング、 ２：ミドルハウジング、 ３：シェル、
３ａ：シェル固定スクロール、 ４：リアプレート、 ７：シャフト、
７ａ：シャフト偏心部、 ８：ステータモータ、 ９：ロータモータ、
１０ａ：後部バランスウエイト、 １０ｂ：前部バランスウエイト、
１１：フロント玉軸受け、 １２：ミドル軸受け、 １３：ブッシュ、
１４：カウンタウエイト、 １５：ロータ軸受け、 １６：ロータ部材、
１６ａ：ロータ旋回スクロール、 １６ｂ：ロータボス部、 １７：ピン、
２２：作動室、 ２３：公転駆動部、 ３１：ハウジング、
３４：ステータモータ、 ３５：ロータモータ、 ３６：シャフト、
３６ａ：フロントシャフト偏心部、 ３６ｂ：リヤシャフト偏心部、
３７ａ：後部バランスウエイト、 ３７ｂ：前部バランスウエイト、
４１：フロントロータ、 ４２：リヤロータ、 ４３：フロントベーン、
４４：リヤベーン、 ４５：フロントシリンダ、 ４６：リヤシリンダ、
４７：作動室
Claims (10)
- ハウジングと、
前記ハウジングに回転軸心まわりに回転自在に軸支された主回転軸と該主回転軸に固定され該回転軸心から偏心した偏心軸とを有するクランク軸と、
前記クランク軸の前記偏心軸に連結され前記ハウジングとの間の隙間を維持しながら該ハウジングに対して公転運動をすると共に公転運動により作動媒体を圧縮する公転圧縮部材と、
前記クランク軸に配設され前記公転圧縮部材の前記公転運動により発生する遠心力に対してバランスをとるバランスウエイトと、
前記クランク軸を回転駆動する駆動手段と、
を備えた回転型圧縮機において、
前記バランスウエイトの前記回転軸心に対する重心位置方向は、前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向及び／又は該重心位置方向の反対方向である基準方向から、前記クランク軸の回転方向に対して、前記作動媒体の圧縮反力により前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向が前記クランク軸の回転方向に対して遅れる所定遅れ角度だけ遅れた方向であることを特徴とする回転型圧縮機。 - 前記バランスウエイトは前記公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して静バランスをとる静バランスウエイトであって、
前記静バランスウエイトの前記回転軸心に対する重心位置方向は、前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向の反対方向である基準方向から、前記クランク軸の回転方向に対して、前記作動媒体の圧縮反力により前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向が前記クランク軸の回転方向に対して遅れる所定遅れ角度だけ遅れた方向であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。 - 前記バランスウエイトは前記公転圧縮部材の公転運動により発生する遠心力に対して動バランスをとる動バランスウエイトであって、
前記動バランスウエイトの前記回転軸心に対する重心位置方向は、前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向及び該重心位置方向の反対方向である基準方向から、前記クランク軸の回転方向に対して、前記作動媒体の圧縮反力により前記公転圧縮部材の前記回転軸心に対する重心位置方向が前記クランク軸の回転方向に対して遅れる所定遅れ角度だけ遅れた方向であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。 - 前記公転圧縮部材はスクロール型であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。
- 前記公転圧縮部材はローリングピストン型であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。
- 駆動手段は電動機であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機
- 前記電動機は、前記ハウジングに固定されることを特徴とする請求項６記載の回転型圧縮機。
- 駆動手段は原動機であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。
- 前記作動媒体は、冷凍サイクル内を流通する冷媒であって、圧縮後の圧力が臨界圧力以上であることを特徴とする請求項１記載の回転型圧縮機。
- 前記作動媒体は、二酸化炭素冷媒であることを特徴とする請求項９記載の回転型圧縮機。
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