JP2006097632A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧縮機の摺動部への給油を円滑に行い、性能及び信頼性の向上を図る。
【解決手段】 シリンダ８内に配置されて回転軸５により回転駆動され、吸込ポート２７から吸い込まれた流体（冷媒）を圧縮して吐出ポート２８より吐出する圧縮部材９と、吸込ポート２７と吐出ポート２８間に配置されて圧縮部材９の一面（上面３３）に当接し、シリンダ８内の圧縮空間２１を低圧室ＬＲと高圧室ＨＲとに区画するベーン１１と、回転軸５に構成されたオイルポンプ４０と、回転軸５内の中心に形成され、オイルポンプ４０に連通するオイル通路４２と、このオイル通路４２から回転軸５の軸方向となる圧縮部材９の側面に渡って形成された圧縮部材用オイル孔４７とを備え、この圧縮部材用オイル孔４７を、オイル通路４２の範囲内で回転軸の中心より反回転方向側にオフセットした。
【選択図】図７

Description

本発明は、冷媒や空気などの流体を圧縮して吐出する圧縮機に関するものである。

従来より例えば冷凍機においては圧縮機を用いて冷媒を圧縮し、回路内を循環させる方式が採られている。この場合の圧縮機の方式としては、回転式圧縮機と称されるロータリ圧縮機（例えば、特許文献１参照。）やスクロール圧縮機、スクリュー圧縮機などがある。

上記ロータリ圧縮機は構造が比較的簡単で生産コストが安価である利点があるものの、振動とトルク変動が大きくなる問題がある。また、スクロール圧縮機やスクリュー圧縮機はトルク変動は小さいものの、加工性が悪く、コストが高騰する問題があった。

そこで、シリンダ内に回転する圧縮部材としての斜板を設け、この斜板の上下に構成される圧縮空間をベーンで区画して流体を圧縮する方式も開発されている（例えば、特許文献２参照。）。係る方式の圧縮機によれば、構造比較的簡単にして振動の少ない圧縮機を構成できる利点がある。
特開平５−９９１７２号公報 特表２００３−５３２００８号公報

しかしながら、上記特許文献２のような構造の場合、シリンダ内全域において斜板の上下で高圧室と低圧室とが隣接するかたちとなるため、高低圧差が大きくなり、冷媒リークによる効率悪化が問題となる。

また、上記圧縮機は従来の圧縮機と同様に密閉容器内下部がオイル溜めとされ、回転軸の下端に取り付けられたオイルポンプによりオイル溜めからオイルを吸引し、圧力差を利用して回転軸内に形成されたオイル通路から圧縮部材やベーン周辺部などの摺動部に給油するものとされていたが、当該回転軸から離れた位置となるシリンダ内壁と当該シリンダ内に設けられた圧縮部材の周面との間への給油は不足しがちとなっていた。

更に、圧縮部材は圧縮過程で、圧縮空間の圧力が高くなると当該圧力に押されて傾き易く、これにより、クリアランスが狭くなり摺動性に悪影響を及ぼす恐れがあった。

本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、圧縮機の摺動部への給油を円滑に行い、性能及び信頼性の向上を図ることを目的とする。

本発明の圧縮機は、内部に圧縮空間が構成されるシリンダから構成された圧縮要素と、シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、シリンダの開口を閉塞する支持部材と、この支持部材に形成された軸受に支持されて回転する回転軸と、この回転軸の軸方向に交差する一面が上死点と下死点の間で連続して傾斜すると共に、シリンダ内に配置されて回転軸により回転駆動され、吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して吐出ポートより吐出する圧縮部材と、吸込ポートと吐出ポート間に配置されて圧縮部材の一面に当接し、シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンと、回転軸に構成されたオイルポンプと、回転軸内の中心に形成され、オイルポンプに連通するオイル通路と、このオイル通路から回転軸の軸方向となる圧縮部材の側面に渡って形成された圧縮部材用オイル孔とを備え、この圧縮部材用オイル孔を、オイル通路の範囲内で回転軸の中心より反回転方向側にオフセットしたものである。

請求項２の発明の圧縮機は、上記発明に加えてオイル通路から軸受部分の回転軸側面に渡って形成された軸受用オイル孔を備え、圧縮部材用オイル孔の径を軸受用オイル孔よりも小さくしたものである。

請求項３の圧縮機は、請求項２の発明において吐出ポートに設けられた吐出バルブを備え、この吐出バルブが開き始めるときの圧縮部材の上死点とベーンとの間となる位置に軸受用オイル孔を形成したものである。

本発明の圧縮機によれば、回転軸内の中心に形成され、オイルポンプに連通するオイル通路から回転軸の軸方向となる圧縮部材の側面に渡って圧縮部材用オイル孔を形成すると共に、該圧縮部材用オイル孔をオイル通路の範囲内で回転軸の中心より反回転方向側にオフセットすることで、回転軸の回転による遠心力を利用して当該圧縮部材用オイル孔からの給油を円滑に行うことができるようになる。

また、請求項２の如くオイル通路から軸受部分の回転軸側面に渡って軸受用オイル孔を形成することで、軸受部分への給油も円滑に行うことが可能となる。更に、圧縮部材用オイル孔の径を軸受オイル孔よりも小さくすることで、圧縮部材用オイル孔を流れるオイルの流速を上げることができるようになり、圧縮部材用オイル孔からの給油が不足する不都合も回避することができるようになる。

更に、請求項３の如く軸受オイル孔を吐出バルブが開き始めるときの圧縮部材の上死点とベーンとの間となる位置に設けることで、圧縮部材と支持部材間のクリアランスが最も狭くなる箇所へ効果的に給油することができるようになり、良好な摺動性を確保することができるようになる。

これらにより、圧縮機の摺動部への円滑な給油が可能となり、当該圧縮機の性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、以後説明する実施例の圧縮機Ｃは、例えば冷凍機の冷媒回路を構成し、冷媒を吸い込んで圧縮し、回路内に吐出する役割を果たすものである。

図１は本発明の一実施例の圧縮機Ｃの縦断側面図、図２はもう一つの縦断側面図、図３は圧縮機Ｃの圧縮要素３の斜視図、図４は圧縮機Ｃの圧縮要素３のもう一つの斜視図をそれぞれ示している。各図において、１は密閉容器であり、この密閉容器１内には上側に駆動要素２が、下側にこの駆動要素２の回転軸５により駆動される圧縮要素３がそれぞれ収納されている。

駆動要素２は、密閉容器１の内壁に固定され、固定子コイルが巻装された固定子４と、この固定子４の内側で中央に回転軸５を有する回転子６とで構成された電動モータである。尚、この駆動要素２の固定子４の外周部と密閉容器１間には所々上下を連通する隙間１０が形成されている。

圧縮要素３は、密閉容器１の内壁に固定された支持部材７と、この支持部材７の下面にボルトにより取り付けられ、内部に圧縮空間２１が構成されたシリンダ８と、このシリンダ８内に配置された圧縮部材９と、ベーン１１、吐出バルブ１２等から構成されている。支持部材７の上面中央部は同心状に上方に突出し、そこに回転軸５の主軸受１３が形成されており、下面中央部は同心円柱状に下方へ突出し、この突出部１４の下面１４Ａは平滑面とされている。

支持部材７の突出部１４内にはスロット１６が形成され、このスロット１６内に前記ベーン１１が上下往復動自在に挿入される。このスロット１６の上部には背圧室１７が形成されると共に、スロット１６内にはベーン１１の上面を下方に押圧する付勢手段としてのコイルバネ１８が配置されている。

そして、シリンダ８の上開口部は上記支持部材７により閉塞され、これにより、当該シリンダ８内部（前記圧縮部材９と支持部材７の突出部１４の間のシリンダ８内部）には圧縮空間２１が構成される。また、シリンダ８には吸込通路２４が形成されると共に、密閉容器１には吸込配管２６が取り付けられてこの吸込通路２４に接続されている。シリンダ８には圧縮空間２１に連通する吸込ポート２７と吐出ポート２８が形成されており、吸込通路２４は吸込ポート２７に連通し、吐出ポート２８はシリンダ８の側面にて密閉容器１内に連通している。また、前記ベーン１１はこの吸込ポート２７と吐出ポート２８の間に配置されて、圧縮部材９の一面に当接し、シリンダ８内の圧縮空間２１を低圧室ＬＲと高圧室ＨＲとに区画している。

前記回転軸５は、支持部材７に形成された主軸受１３と副支持部材２２に形成された副軸受２３に支持されて回転する。即ち、回転軸５は係る支持部材７、シリンダ８、及び副支持部材２２の中央に挿通され、上下方向の中央部を主軸受１３により回転自在に軸支されると共に、下方は副支持部材２２の副軸受２３にて回転自在に軸支されている。そして、圧縮部材９は係る回転軸５の下部に一体に形成され、シリンダ８内に配置されている。

そして、上記圧縮部材９は上述の如くシリンダ８内に配置されて、回転軸５により回転駆動され、吸込ポート２７から吸い込まれた流体（本実施例では冷媒）を圧縮して吐出ポート２８より密閉容器１内に吐出するためのものであり、全体としては回転軸５と同心の略円柱状を呈している。そして、圧縮部材９は一側の肉厚部３１と他側の肉薄部３２とが連続した形状を呈して、回転軸５の軸方向に交差する上面３３（一面）が肉厚部３１にて高く、肉薄部３２にて低い傾斜面とされている。即ち、上面３３は、最も高くなる上死点３３Ａから最も低くなる下死点３３Ｂを経て上死点３３Ａに戻る上死点３３Ａから下死点３３Ｂの間で連続して傾斜する形状を呈している。

前記シリンダ８の下開口部は副支持部材２２により閉塞され、前記圧縮部材９の下面（本発明の圧縮部材９の他面）と副支持部材２２の間（圧縮空間２１の背面側）には、当該圧縮部材９と支持部材７にて閉塞された密閉空間５４が形成されている。

尚、圧縮部材９の上死点３３Ａと支持部材７の突出部１４の下面１４Ａとの間のクリアランスは、密閉容器１内に封入されたオイルによってシールすることで、ガスのリークを回避することができ、高効率な運転を維持することができる。

また、圧縮部材９の周面はシリンダ８の内壁との間に微少なクリアランスを構成し、これにより、圧縮部材９は回転自在とされている。そして、この圧縮部材９の周面とシリンダ８の内壁との間もオイルによってシールされる。

前記吐出ポート２８には吐出バルブ１２が設けられている。即ち、吐出バルブ１２は吐出ポート２８の外側のシリンダ８の圧縮空間２１の側面に取り付けられている。また、密閉容器１の上端には吐出配管３７が取り付けられると共に、密閉容器１内下部にはオイル溜め３６が構成されている。そして、回転軸５の下端にはオイルポンプ４０が構成され、当該オイルポンプ４０の一端がオイル溜め３６内に浸漬されている。そして、当該オイルポンプ４０により吸い上げられたオイルは、回転軸５内中心に形成され、オイルポンプ４０に連通するオイル通路４２を介して、このオイル通路４２から回転軸５の軸方向となる圧縮部材９の側面に渡って形成された圧縮部材用オイル孔４７、或いは、オイル通路４２から軸受部分となる主軸受１３及び副軸受２３の回転軸５側面に渡って形成された軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂ、４９から圧縮要素３の摺動部等に供給される。また、密閉容器１内には例えばＣＯ₂（二酸化炭素）、Ｒ−１３４ａ、或いは、ＨＣ系の冷媒が所定量封入される。

ここで、前述した圧縮部材用オイル４７及び軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂ、４９について図５乃至図７を用いて説明する。図５は圧縮機Ｃの圧縮部材９の平面図、図６は圧縮機Ｃの圧縮部材９の底面図、図７は圧縮機Ｃの圧縮部材９を含む回転軸５の側面図をそれぞれ示している。尚、図５及び図６の矢印は当該圧縮部材９の回転方向を示している。図５及び図６に示すように圧縮部材用オイル孔４７は、オイル通路４２から回転軸５の軸方向となる圧縮部材９の肉厚部３１の側面に渡って水平方向（左右方向）に形成された孔である。そして、当該圧縮部材用オイル孔４７は、オイル通路４２の範囲内で回転軸５の中心より反回転方向側にオフセットされている。

また、前記軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂは、オイル通路４２から主軸受１３の回転軸５側面に渡って水平方向に形成された孔で、軸受用オイル孔４８Ａは主軸受１３の上側、軸受用オイル孔４８Ｂは軸受用オイル４８Ａの真下の回転軸５側面に形成されている。

両軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂは、前記吐出バルブ１２が開き始めるときの圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間となる位置に形成されている。即ち、本実施例の圧縮機Ｃでは、圧縮部材９の上死点３３Ａが吐出ポート２８に位置する地点を０°とする回転角度において、圧縮部材９が矢印で示す回転方向に２１０°回転すると（圧縮部材９の上死点３３Ａがベーン１１と略対称となる位置に来ると）、吐出バルブ１２が開き始めるものとされているが、この吐出バルブ１２が開き始めたときの圧縮部材９の上死点３３Ａが位置する箇所から回転方向に５０°乃至７０°回転したところの直上に位置する回転軸５（吐出ポート２８から回転方向に２６０°乃至２８０°回転した位置の回転軸５）に軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂが上下に隣接して形成されている。

一方、前記軸受用オイル孔４９は、オイル通路４２から副軸受２３の回転軸５側面に渡って水平方向に形成された孔で、回転軸５の軸受用オイル孔４８Ａ及び４８Ｂの下部で、且つ、両軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂと略対称となる位置に形成されている。即ち、吐出ポート２８から回転方向に８０°乃至１００°回転した位置の直下に位置する回転軸５に軸受用オイル孔４９が形成されている。

また、圧縮部材用オイル孔４７の径は、１．８ｍｍ〜２．５ｍｍとされており、軸受用オイル孔４８Ａ、４９Ｂ、４９の径よりも小さく設定されている。

以上の構成で、駆動要素２の固定子４の固定子コイルに通電されると、回転子６が下から見て時計回り方向に回転する。この回転子６の回転は回転軸５を介して圧縮部材９に伝達され、これにより、圧縮部材９はシリンダ８内において下から見て時計回り方向に回転する（上から見て反時計回り方向に回転）。今、圧縮部材９の上面３３の上死点３３Ａが吐出ポート２８のベーン１１側にあり、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）内に吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が吸い込まれているものとする。

そして、その状態から圧縮部材９が回転していくと、上死点３３Ａがベーン１１、吸込ポート２７を過ぎた段階から上面３３の傾斜により上記空間の体積は狭められていき、空間（高圧室ＨＲ）内の冷媒は圧縮されていく。そして、上死点３３Ａが吐出ポート２８から回転方向に２１０°回転すると、圧縮空間２１の高圧室ＨＲ側の圧力が最も高くなり、吐出バルブ１２が開き始めて冷媒が密閉容器１内に吐出される。

一方、圧縮機Ｃが起動すると、オイル溜め３６内のオイルがオイルポンプ４０から吸い上げられ、回転軸５に形成されたオイル通路４２を介して圧縮要素３の摺動部等に供給される。このとき、圧縮部材９の周面とシリンダ８の内壁との間にも、前述の圧縮部材用オイル孔４７により給油することができるようになる。特に、当該圧縮部材用オイル孔４７をオイル通路４２の範囲内で回転軸５の中心より反回転方向側にオフセットすることで、回転軸５の回転による遠心力を利用して、オイル通路４２から圧縮部材用オイル孔４７にオイルが流れやすくなり、当該圧縮部材９の周面とシリンダ８の内壁の間への給油の不足を解消することができるようになる。

他方、前記吐出バルブ１２が開き始めた時点から吐出バルブ１２が閉じるまでの間、圧縮空間２１の高圧室ＨＲ側は最も高い圧力となるが、圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間となる圧縮空間２１の高圧室ＨＲの係る高圧により、圧縮部材９と当該圧縮部材９と一体に形成された回転軸５が傾き、回転軸５と主軸受１３及び回転軸５と副軸受２３のクリアランスが不均一となる恐れがある。即ち、圧縮空間２１の高圧室ＨＲ側に位置する圧縮部材９が当該高圧により下側に押されるため、当該圧縮部材９と一体に形成された回転軸５が傾く。これにより、圧縮部材９の上面３３側では、吐出バルブ１２が開き始めるときの圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間となる位置の回転軸５と主軸受１３のクリアランスが狭くなる。また、圧縮部材９の下面側では、吐出バルブ１２が開き始めるときの圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間の略対称となる位置の回転軸５と副軸受２３のクリアランスが狭くなる。

ここで、クリアランスが最も狭くなる吐出バルブ１２が開き始めるときの圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間となる位置に前述の如く主軸受１３の軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂを形成することで、当該軸受用オイル孔４８Ａ、４８Ｂにより最もクリアランスが狭くなる回転軸５と主軸受１３との間に効果的に給油することができるようになり、良好な摺動性を確保することができるようになる。

同様に、圧縮部材９の下面側において、吐出バルブ１２が開き始めるときの圧縮部材９の上死点３３Ａとベーン１１との間の略対称となる位置に副軸受２３の軸受用オイル孔４９を形成することで、最もクリアランスが狭くなる回転軸５と副軸受２３との間に効果的に給油することができるようになり、良好な摺動性を確保することができるようになる。

また、前記圧縮部材用オイル孔４７の径を軸受用オイル孔４８Ａ、４９Ｂ、４９の径よりも小さくすることで、圧縮部材用オイル孔４７を流れるオイルの流速を上げることができるようになり、オイル通路４２が形成された回転軸５から離れた位置となる圧縮部材９の周面とシリンダ８内壁間の圧縮部材用オイル孔４７からの給油が不足する不都合も回避することができるようになる。

これらにより、圧縮機Ｃの各摺動部への給油量を最適な状態として、且つ、円滑な給油が可能となるので、当該圧縮機Ｃの性能及び信頼性の向上を図ることができるようになる。

尚、上死点３３Ａが吐出ポート２８を通過するまで圧縮された冷媒は吐出ポート２８から吐出され続ける。一方、上死点３３Ａが吸込ポート２７を通過した後、ベーン１１の吸込ポート２７側でシリンダ８、支持部材７、圧縮部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室ＬＲ）の体積は拡大していくので、吸込配管２６及び吸込通路２４を介して吸込ポート２７から冷媒回路内の冷媒が圧縮空間２１内に吸い込まれていく。

吐出ポート２８から吐出バルブ１２を介して、密閉容器１内に吐出された高圧冷媒は、駆動要素２の固定子４と回転子６とのエアギャップを通過し、密閉容器１内の上部（駆動要素２の上方）にてオイルと分離し、吐出配管３７より冷媒回路に吐出される。一方、分離したオイルは、密閉容器１と固定子４の間に形成された隙間１０から流下し、オイル溜め３６に戻ることとなる。

このような構成により、圧縮機Ｃは小型で構造簡単でありながら、十分な圧縮機能を発揮することができるようになる。特に、従来の如くシリンダ８内全域で高圧と低圧とが隣接することも無くなると共に、圧縮部材９は連続する肉厚部３１と肉薄部３２を有して上面３３（一面）が傾斜する形状を呈しているので、高圧室ＨＲに対応することになる肉厚部３２においてシリンダ８の内壁との間のシール寸法を十分に確保することができる。

これらにより、圧縮部材９とシリンダ８間における冷媒リークの発生を効果的に防止できるようになり、効率的な運転が可能となる。また、圧縮部材９の肉厚部３１はフライホールの役割を果たすので、トルク変動も少なくなる。また、圧縮機Ｃは所謂内部高圧型の圧縮機であるので構造の更なる簡素化が図れる。

また、支持部材７（支持部材７の突出部１４）にベーン１１のスロット１６を構成し、更にコイルバネ１８を当該支持部材７内に設けているので、精度が必要となるシリンダ８にベーン取付構造を形成する必要が無くなり、加工性が改善される。更に、実施例の如く圧縮部材９を回転軸５に一体に形成すれば、部品点数の削減を計ることができるようになる。

尚、実施例では冷凍機の冷媒回路に使用されて冷媒を圧縮する圧縮機を例にとって説明したが、それに限らず、空気を吸い込んで圧縮し、吐出する所謂エアーコンプレッサにも本発明は有効である。

また、本実施例で使用した圧縮機Ｃは、密閉容器１内の上側に駆動要素２、下側に圧縮要素３を収納するものとしたが、これに限らず、密閉容器内の上側に圧縮要素、下側に駆動要素が収納された圧縮機や、圧縮空間が本実施例とは反対側となる圧縮部材の下面に構成された圧縮機等に本発明を適用しても有効である。

本発明の第１の実施例の圧縮機の縦断側面図である。 図１の圧縮機のもう一つの縦断側面図である。 図１の圧縮機の圧縮要素の斜視図である。 図１の圧縮機の圧縮要素のもう一つの斜視図である。 図１の圧縮機の圧縮部材の平面図である。 図１の圧縮機の圧縮部材の底面図である。 図１の圧縮機の圧縮部材を含む回転軸の側面図である。

符号の説明

Ｃ 圧縮機
１ 密閉容器
２ 駆動要素
３ 圧縮要素
４ 固定子
５ 回転軸
６ 回転子
７ 支持部材
８ シリンダ
９ 圧縮部材
１１ ベーン
１３ 主軸受
１６ スロット
１８ コイルバネ
２１ 圧縮空間
２２ 副支持部材
２３ 副軸受
２４ 吸込通路
２６ 吸込配管
２７ 吸込ポート
２８ 吐出ポート
３１ 肉厚部
３２ 肉薄部
３３ 上面
３６ オイル溜め
３７ 吐出配管
４０ オイルポンプ
４２ オイル通路
４７ 圧縮部材用オイル孔
４８Ａ、４８Ｂ、４９ 軸受用オイル孔

Claims (3)

1. 内部に圧縮空間が構成されるシリンダから構成された圧縮要素と、
   前記シリンダ内の圧縮空間に連通する吸込ポート及び吐出ポートと、
   前記シリンダの開口を閉塞する支持部材と、
   該支持部材に形成された軸受に支持されて回転する回転軸と、
   該回転軸の軸方向に交差する一面が上死点と下死点の間で連続して傾斜すると共に、前記シリンダ内に配置されて前記回転軸により回転駆動され、前記吸込ポートから吸い込まれた流体を圧縮して前記吐出ポートより吐出する圧縮部材と、
   前記吸込ポートと吐出ポート間に配置されて前記圧縮部材の一面に当接し、前記シリンダ内の圧縮空間を低圧室と高圧室とに区画するベーンと、
   前記回転軸に構成されたオイルポンプと、
   前記回転軸内の中心に形成され、前記オイルポンプに連通するオイル通路と、
   該オイル通路から前記回転軸の軸方向となる前記圧縮部材の側面に渡って形成された圧縮部材用オイル孔とを備え、
   該圧縮部材用オイル孔を、前記オイル通路の範囲内で前記回転軸の中心より反回転方向側にオフセットしたことを特徴とする圧縮機。
2. 前記オイル通路から前記軸受部分の回転軸側面に渡って形成された軸受用オイル孔を備え、
   前記圧縮部材用オイル孔の径を前記軸受用オイル孔よりも小さくしたことを特徴とする請求項１の圧縮機。
3. 前記吐出ポートに設けられた吐出バルブを備え、
   該吐出バルブが開き始めるときの前記圧縮部材の上死点と前記ベーンとの間となる位置に前記軸受用オイル孔を形成したことを特徴とする請求項２の圧縮機。

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