JP2006104949A

JP2006104949A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2006104949A
Application number: JP2004289183A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Ogasawara; 弘丞小笠原; Takehiro Nishikawa; 剛弘西川; Manabu Takenaka; 学竹中; Yoshihisa Kogure; 吉久小暮
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: JP4573613B2

Abstract

【課題】圧縮機の騒音を抑えると共に、圧縮機としての性能を向上させるようにした圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器１の内部に駆動要素２と圧縮要素３が配置されており、圧縮要素３は支持部材７とシリンダ８とが一体化されている。シリンダ８の側部に設けた切欠部８ｂと、この切欠部８ｂに対応させて支持部材７の側部に設けた切欠部７ｅと、シリンダ８の底面に取り付けた仕切板２４と、密閉容器１の側壁とで囲まれた空間によりマフラ２３を構成する。又、支持部材７にはマフラ２３の出口７ｆが、駆動装置２のステータ４とロータ６との間の僅かな隙間Ｓの下方位置に近接して設けられる。シリンダ８における切欠部８ｂの側壁に吐出バルブ１２が取り付けられ、シリンダ８の内部に形成されている通路８ａを開閉する。通路８ａは支持部材７に設けられている高圧冷媒ガス吐出口（図略）を介してシリンダ８内部の圧縮空間２０に連通している。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒ガス等の流体を圧縮して吐出する密閉型の圧縮機であって、特に回転軸と共に同心軸回転してシリンダ内の冷媒ガス等を圧縮する圧縮部材に特徴を有する圧縮機に関するものである。

圧縮機としては、従来種々の方式・形態のものが知られており、そのうち回転式圧縮機（ロータリ圧縮機）は密閉容器内に駆動要素と圧縮要素とが配置され、駆動要素のステータに通電してロータを軸回転させ、このロータに軸着されている回転軸によって圧縮要素のシリンダ内でローラを偏心回転させ、このローラの外周面に常時当接しているベーンによりシリンダ内が低圧室と高圧室とに区分されており、低圧室に吸入した冷媒ガスを圧縮して密閉容器内に吐出すると共に、この密閉容器から高圧冷媒ガスを吐出させて冷媒回路に供給するように構成したものである（例えば、特許文献１）。

上記従来の回転式圧縮機は、前記駆動要素のロータに軸着された回転軸の端部近傍に偏心円盤部を設け、この偏心円盤部の外周にローラを回転自在に配設している。そして、前記のように回転軸が軸回転すると、偏心円盤部の偏心回転に伴ってローラがシリンダの圧縮空間内を偏心回転し、シリンダ内の冷媒ガスを低圧室から高圧室に移動させながら圧縮するのである。

このような構造の回転式圧縮機では、回転軸に偏心円盤部を形成しなければならず、且つこの偏心円盤部の外周にローラを回転自在に設ける必要があることから、加工性が低下し且つ部品が増えてコストアップの原因の一つになっている。又、偏心円盤部を介してローラが偏心回転するため、振動とトルク変動が大きくなる傾向がある。

上記従来構造の回転圧縮機における加工性の低下、部品の増大及び振動とトルク変動の増大を防止するために、回転軸の偏心円盤部とローラとの組み合わせを用いず、回転軸に対して同心軸に圧縮部材を取り付け、この圧縮部材をシリンダの圧縮空間内を回転させることで吸入した冷媒ガスを圧縮できるようにした圧縮機が知られている（例えば、特許文献２）。

回転軸と同心軸回転する圧縮部材を備えた上記圧縮機は、圧縮部材として傾斜板が用いられており、この傾斜板の両面側で冷媒ガスを圧縮するためシリンダの圧縮空間に冷媒ガスを導く吸入路及び圧縮後の冷媒ガスを吐出するための吐出路を２つずつ設けなければならない。このような構造であると、シリンダ内全域において傾斜板の上下で高圧室と低圧室とが隣接する形となるため、高低圧差が大きくなり、冷媒ガスリークによる効率悪化が問題となる。これを防止するために、本出願人は圧縮部材を比較的肉厚な部材で形成し、片面側で冷媒ガスを圧縮するようにした圧縮機を開発して先に特許出願した（特願２００４−００３１４２号）。
特開平６−３０７３６３号公報特願２００４−００３１４２号

上記先行出願に係る圧縮機は、回転軸に対してほぼ円柱状の圧縮部材を同心軸に設け、この圧縮部材の上面に特殊形状の傾斜面を形成することにより冷媒ガスを圧縮できるようにしたもので、駆動要素のステータに通電してロータを回転させ、このロータに軸着されている回転軸によって圧縮要素におけるシリンダ内で圧縮部材を同心軸回転させ、この圧縮部材の傾斜面に常時当接しているベーンを介してシリンダ内が低圧室と高圧室とに区分されており、低圧室に吸入した冷媒ガスを圧縮して密閉容器内に吐出すると共に、この密閉容器から高圧冷媒ガスを吐出させて冷媒回路に供給するものである。

この先行出願に係る圧縮機の構成を概略説明すると、前記圧縮要素は密閉容器に固定されて駆動要素のロータに固定した回転軸を貫通させて軸支する支持部材と、この支持部材に固定されて圧縮空間を形成するシリンダと、回転軸に同心軸固定されてシリンダの圧縮空間内を回転し一面が回転軸を中心として一周すると最も高くなる上死点から最も低くなる下死点を経て上死点に戻る略正弦波形状の傾斜面に形成された圧縮部材と、前記支持部材に設けられたベーンスロットにコイルバネを介して装着され先端が圧縮部材の傾斜面に常時当接して圧縮空間内を低圧室と高圧室とに区分するベーンとを備えている。

しかしながら、上記圧縮機はシリンダの高圧室から密閉容器内に吐出される高圧冷媒ガスに起因する騒音が発生し、又高圧冷媒ガスに対する流路抵抗により圧縮機としての性能が低下する問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、圧縮機の騒音を抑えると共に、高圧冷媒ガスに対する流路抵抗を抑えて圧縮機としての性能を向上させるようにした圧縮機を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１の圧縮機は、密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素により駆動される圧縮要素とが配置され、前記圧縮要素は前記密閉容器に固定され前記駆動要素のロータに固定した回転軸を貫通させて軸支する支持部材と、この支持部材に固定されて圧縮空間を形成するシリンダと、前記回転軸に同軸心に固定されて前記シリンダの圧縮空間内を回転し一面が前記回転軸を中心として一周すると最も高くなる上死点から最も低くなる下死点を経て上死点に戻る略正弦波形状の傾斜面に形成された圧縮部材と、前記支持部材に設けられたベーンスロットにバネを介して装着され先端が前記圧縮部材の傾斜面に常時接触して前記圧縮空間内を低圧室と高圧室とに区分するベーンとを備え、前記低圧室に吸入した流体を前記圧縮部材により圧縮して前記高圧室から吐出する圧縮機であって、前記圧縮要素の側部に、前記高圧室から吐出される冷媒ガスを消音するためのマフラを設けたことを特徴とする。

本発明に係る請求項２の圧縮機は、請求項１において、前記マフラは、シリンダの側部に設けた切欠部と、このシリンダの上に位置する支持部材の側部に前記切欠部に対応させて設けた切欠部と、前記シリンダの底面に取り付けた仕切板と、前記密閉容器の側壁とで囲まれた空間により構成されることを特徴とする。

本発明に係る請求項３の圧縮機は、請求項１又は請求項２において、前記マフラの出口は、支持部材に駆動要素のステータとロータとの僅かな隙間の下方位置に近接させて設けたことを特徴とする。

上記請求項１の発明によれば、圧縮機の密閉容器内における圧縮要素の側部にマフラを設けたので、シリンダの高圧室から吐出される冷媒ガスを消音することができる。これにより、圧縮機の騒音を低く抑えることができる。

上記請求項２の発明によれば、シリンダの側部に設けた切欠部と、このシリンダの上に位置する支持部材の側部に前記切欠部に対応させて設けた切欠部と、前記シリンダの底面に取り付けた仕切板と、前記密閉容器の側壁とで囲まれた空間によりマフラを容易に構成することができる。

上記請求項３の発明によれば、マフラの出口を、支持部材に駆動要素のステータとロータとの僅かな隙間の下方位置に近接させて設けたので、マフラ出口から吐出される高圧冷媒ガスを、高圧冷媒ガスに対する流路抵抗の低い駆動要素の僅かな隙間を介して密閉容器内の上部領域に導くことができる。これにより、密閉容器上端の吐出配管から吐出すべき高圧冷媒ガスを十分確保することができ、且つ吐出ガスに含まれるオイルを効率良く分離でき、圧縮機としての性能を向上させることが可能となる。

次に、本発明に係る圧縮機の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る圧縮機の実施形態を示す概略縦断面図である。図２は本発明に係る圧縮機の実施形態におけるベーンの箇所を通る概略縦断面図である。図３は本発明に係る圧縮機の実施形態における概略横断面図である。各図において、１は密閉容器であり、有底円筒状の鉄製収納部材の上端部に、有蓋略円筒状の鉄製被覆部材を溶接することで構成され、この密閉容器１内の上方部には駆動要素２が、下方部には駆動要素２により駆動される圧縮要素３がそれぞれ配置されている。

上記駆動要素２は、密閉容器１の内壁に固定されたステータ４と、このステータ４の内側に配設されたロータ６とから電動モータが構成されており、ロータ６の中心軸部には回転軸５の上端部が軸着されている。この駆動要素２のステータ４の外周部と密閉容器１との間には上下の空間部を連通する隙間１０が複数箇所に形成されている。尚、図示は省略したが、前記密閉容器１における鉄製被覆部材には取付部材を介して端子が装着され、この端子とステータ４とが内部リード線で接続される。そして、端子には外部電源からの外部リード線が接続されて、ステータ４に通電するように構成される。

上記圧縮要素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の下にボルト（図略）により取り付けられたシリンダ８と、このシリンダ８内に配置された圧縮部材９（本実施形態では、スワッシュ部材と称する）と、支持部材７に対して上下動可能に装着されたベーン１１と、シリンダ８の切欠部８ｂ（図３）の側面に取り付けられた吐出バルブ１２等から構成されている。又、支持部材７の上面中央部は同心円柱状に上方に突出して回転軸５の主軸受け部１３が形成され、下面中央部は同心円柱状に下方へ突出して突出部１４が形成されており、その下面１４ａは平滑面になっている。

上記支持部材７にはベーンスロット１６が設けられ、このベーンスロット１６内に前記ベーン１１が上下動可能に装着されている。このベーンスロット１６の上部にはベーン１１に密閉容器１内の高圧を背圧として印加するための背圧孔１５が形成されると共に、ベーンスロット１６の中央部にはバネ装着孔１７が設けられ、ベーン１１を下方に常時付勢するためのコイルバネ１８が装着されている。

前記シリンダ８の中央部は下方に凹陥しており、この凹陥部１９内に圧縮空間２０が構成されている。又、シリンダ８の凹陥部１９の底面中央部には回転軸５を支持する副軸受け部２１が開口状態にて形成されている。尚、図６に示すように、シリンダ８の中央部に上面から下面に貫通する空所を設け、シリンダ８の下面にカバー板部材２７を取り付けて上記圧縮空間２０を構成し、且つカバー板部材２７の中央部に副軸受け部となる軸孔２７ａを設けて回転軸５の下端部を回転自在に軸支するように構成してもよい。

図１に示すように、前記支持部材７の内部には管接続口７ａと、この管接続口７ａに連通する通路７ｂ及び吸入口７ｃが設けられ、吸入口７ｃの端部は前記圧縮空間２０に開口している。又、密閉容器１に取り付けた吸込配管２２の端部が支持部材７の管接続口７ａに挿入固定されている。これにより、吸込配管２２から供給される冷媒ガスは、支持部材７の通路７ｂを通って吸入口７ｃから圧縮空間２０内に吸い込まれる。

図３に示すように、支持部材７における突出部１４の下端縁部には、突出部１４の下面１４ａ側から外周面側に抜ける吐出口７ｄが設けられ、この吐出口７ｄの下面側は前記圧縮空間２０に開口し、吐出口７ｄの外周面側はシリンダ８の内部に設けられた通路８ａに連通している。図１のように、シリンダ８の通路８ａは前記切欠部８ｂに開口している。そして、シリンダ８の切欠部８ｂの側面には前記吐出バルブ１２が取り付けられており、この吐出バルブ１２によって通路８ａが開閉される。これにより、圧縮空間２０内で圧縮された高圧冷媒ガスは、支持部材７の吐出口７ｃからシリンダ８の通路８ａを通り、吐出バルブ１２を介してマフラ２３内に吐出される。

上記マフラ２３は圧縮要素３の側部に設けられており、図４に示すようにシリンダ８の切欠部８ｂに対応させて支持部材７に切欠部７ｅを設け、シリンダ８の底面に仕切板２４を取り付けることにより、シリンダ８の切欠部８ｂと、支持部材７の切欠部７ｅと、仕切板２４と、密閉容器１の側壁とで囲まれた空間により構成されている（図１参照）。そして、支持部材７に出口７ｆを設けることで、マフラ２３内の空間と密閉容器１内の空間とを連通させてある。又、支持部材７の出口７ｆは、前記駆動要素２のステータ４とロータ６との僅かな隙間Ｓの下方位置に近接させて設けてある。これにより、前記吐出バルブ１２を介してマフラ２３内に吐出される高圧冷媒ガスは、このマフラ２３により消音されると共に支持部材７の出口７ｆから密閉容器１内に吐出され、大部分はステータ４とロータ６との僅かな隙間Ｓを通って密閉容器１内の上部領域に流入することになる。

前記ベーン１１は略矩形の板状に形成されており、図３に示すように圧縮空間２０に開口している支持部材７の吸入口７ｃと吐出口７ｄとの中間に位置しており、このベーン１１によって圧縮空間２０内が低圧室と高圧室とに区分されている。

前記回転軸５の下部にはスワッシュ部材９が一体に設けられ、このスワッシュ部材９は、全体形状としては回転軸５と同心軸の略円柱状を呈している。図５（ａ）、（ｂ）はスワッシュ部材９を含む回転軸５の側面図をそれぞれ示しており、一側の肉厚部９ａとこれに対向する他側の肉薄部９ｂとを有し、円周方向に沿う上面９ｃは肉厚部９ａにて高く、肉薄部９ｂにて低い連続する傾斜面に形成されている。即ち、スワッシュ部材９の上面９ｃは、回転軸５を中心として円周方向に一周すると最も高くなる上死点Ｐから最も低くなる下死点Ｑを経て上死点Ｐに戻る略正弦波形状を呈している。又、回転軸５を通る上面９ｃの断面形状は、回転軸５を中心として３６０度何れの角度の切断面においても前記支持部材７における突出部１４の下面１４ａと平行であり、この上面９ｃと突出部１４の下面１４ａとの間が前記圧縮空間２０となる。

上記スワッシュ部材９の上死点Ｐが支持部材７の突出部１４の下面１４ａに微少なクリアラスを介して移動自在に対向する。こ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される。又、前記ベーン１１は下端が先鋭の矢型に形成されて、板幅方向に沿って直線状の稜線となっており、その直線状の稜線がスワッシュ部材９の上面９ｃに常時当接している。前記コイルバネ１８はベーン１１を常時下向きに押圧することで、ベーン１１の下端がスワッシュ部材９の上面９ｃから離れないように保持し、且つベーン１１が支持部材７のベーンスロット１６に沿って円滑に上下動するのを制御する作用をなす。

又、図２のように、スワッシュ部材９の外周面はシリンダ８における凹陥部１９の内壁面との間に微少なクリアランスを形成し、スワッシュ部材９が回転自在とされている。このクリアランスも、密閉容器１内に封入されたオイルによってシールされる。冷媒ガスのリークを防止するためである。

前記密閉容器１の上端には、図１及び図２に示すように吐出配管２５が取り付けられており、前記密閉容器１内の上部領域に溜まる高圧冷媒ガスを外部に吐出する。この吐出配管２５から吐出された高圧冷媒ガスは、図示を省略した冷媒回路に供給され、この冷媒回路を循環して低圧となった冷媒ガスは、前記吸込配管２２から圧縮機に戻される。

尚、密閉容器１の内底部にはオイル溜め２６が構成され、このオイル溜め２６内のオイルが回転軸５を介して圧縮要素３の所要部位に供給される。更に、密閉容器１内には例えば二酸化炭素、Ｒ１３４ａ、或はＨＣ系の冷媒ガスが所定量封入される。

以上のように構成された本発明に係る圧縮機の動作に付いて説明する。この圧縮機は、駆動要素２のステータ４のコイルに通電するとロータ６が回転する。このロータ６の回転は、回転軸５を介してスワッシュ部材９に伝達され、これによりスワッシュ部材９はシリンダ８内において回転軸５と同心軸回転する。そして、スワッシュ部材９の上面９ｃの上死点Ｐがベーン１１を境にして吐出側にある時、ベーン１１を境にして吸入口７ｃ側でシリンダ８、支持部材７、スワッシュ部材９及びベーン１１で囲まれた空間（低圧室）内に吸込配管２２、支持部材７の通路７ｂ及び吸入口７ｃを介して冷媒ガスが吸い込まれる。

この状態からスワッシュ部材９が回転していくと、上死点Ｐがベーン１１、吸入口７ｃを過ぎた段階からスワッシュ部材９の上面９ｃの傾斜により低圧室の体積は狭められていき、高圧室内の冷媒ガスは圧縮されていく。これにより、上死点Ｐが支持部材７の吐出口７ｄを通過するまで高圧室内の高圧冷媒ガスは吐出口７ｄから吐出される。そして、上死点Ｐが支持部材７の吸入口７ｃを通過すると、低圧室の体積は拡大していくので吸入口７ｃから冷媒ガスが低圧室内に吸い込まれていく。

高圧室から支持部材７の吐出口７ｄに吐出された高圧冷媒ガスは、前記のようにシリンダ８の通路８ａを通り吐出バルブ１２を開いてマフラ２３内に吐出され、ここで消音されて支持部材７の出口７ｆから密閉容器１内に吐出される。密閉容器１内に吐出された高圧冷媒ガスは駆動要素２の隙間Ｓを通過して密閉容器１内の上部領域に至り、ここでオイルと分離され、吐出配管２５から吐出されて冷媒回路に供給される。一方、高圧冷媒ガスから分離されたオイルは、密閉容器１とステータ４との間に形成されている前記隙間１０から流下し、前記オイル溜め２６に戻る。

前記のようにマフラ２３の出口７ｆは駆動要素２の僅かな隙間Ｓの下方位置に近接して設けられているため、その出口７ｆから吐出される高圧冷媒ガスの大部分は隙間Ｓ内に流入する。高圧冷媒ガスの一部は前記隙間１０内に流入するが、この隙間１０は前記のようにオイルの戻り流路となっているため高圧冷媒ガスに対する流路抵抗が大きくなっており、高圧冷媒ガスが通過し難い。これに対して、上記隙間Ｓは高圧冷媒ガスに対する流路抵抗が小さいため、大部分の高圧冷媒ガスが通過する。これにより、吐出配管２５から吐出する高圧冷媒ガス量を密閉容器１の上部領域に十分確保することができ、圧縮機としての性能を向上させることが可能となる。

本発明に係る圧縮機は、小型で構造が簡単でありながら十分な圧縮機能を発揮することが可能である。前記のようにスワッシュ部材９は連続する肉厚部９ａと肉薄部９ｂを有して、その上面９ｃが略正弦波形状を呈して傾斜しているので、シリンダ８の高圧室に対応することになる肉厚部９ａにおいて圧縮空間２０の内壁面との間のシール寸法を十分に確保することができる。これにより、スワッシュ部材９とシリンダ８間における冷媒ガスリークの発生を効果的に防止できるようになり、圧縮効率の高い運転が可能となる。又、スワッシュ部材９はフライホイールの役割を果たすので、トルク変動も少なくなる。

上記実施形態で、シリンダ８が回転軸５の副軸受け部２１を有している場合には、回転軸５の副軸受け用支持部材を別途設ける必要がなくなり、部品点数の削減と更なる小型化が可能となる。又、支持部材７にベーン１１を装着するためのベーンスロット１６とバネ装着孔１７を設けたので、高い加工精度が必要となるシリンダ８にベーン装着機構を設ける必要がなくなり、加工性が改善される。更に、上記実施形態のごとくスワッシュ部材９を回転軸５に一体に形成すれば、スワッシュ部材９を回転軸５に取り付けるための部材が不要となり、更なる部品点数の削減が可能となる。

尚、上記実施形態では、冷凍機の冷媒回路に組み込んで使用する圧縮機について説明したが、これに限定されずに例えば空気を吸い込んで圧縮するエアーコンプレッサ等にも本発明を有効に適用することができる。

本発明は、特に冷媒ガスを圧縮して冷凍機等の冷媒回路に供給するための圧縮機として最適に利用することができる。

本発明に係る圧縮機の実施形態を示す概略縦断面図である。本発明に係る圧縮機の実施形態におけるベーンの箇所を通る概略縦断面図である。本発明に係る圧縮機の実施形態における概略横断面図である。本発明に係る圧縮機の実施形態における駆動要素と圧縮要素との結合状態を示す斜視図である。（ａ）、（ｂ）はいずれも本発明に係る圧縮機の実施形態におけるスワッシュ部材を含む回転軸の側面図である。本発明に係る圧縮機の他の実施形態における一部の概略縦断面図である。

符号の説明

１密閉容器
２駆動要素
３圧縮要素
４ステータ
５回転軸
６ロータ
７支持部材
７ｅ切欠部
７ｆ出口
８シリンダ
８ａ通路
８ｂ切欠部
９スワッシュ部材（圧縮部材）
１０隙間
１１ベーン
１２吐出バルブ
１３主軸受け部
１３ｂスリット状切欠部
１４突出部
１５背圧孔
１６ベーンスロット
１７バネ装着孔
１８コイルバネ
１９凹陥部
２０圧縮空間
２１副軸受け部
２２吸込配管
２３マフラ
２４仕切板
２５吐出配管
２６オイル溜め
２７カバー板部材
Ｓ駆動要素の僅かな隙間

Claims

密閉容器内に駆動要素と、この駆動要素により駆動される圧縮要素とが配置され、前記圧縮要素は前記密閉容器に固定され前記駆動要素のロータに固定した回転軸を貫通させて軸支する支持部材と、この支持部材に固定されて圧縮空間を形成するシリンダと、前記回転軸に同軸心に固定されて前記シリンダの圧縮空間内を回転し一面が前記回転軸を中心として一周すると最も高くなる上死点から最も低くなる下死点を経て上死点に戻る略正弦波形状の傾斜面に形成された圧縮部材と、前記支持部材に設けられたベーンスロットにバネを介して装着され先端が前記圧縮部材の傾斜面に常時接触して前記圧縮空間内を低圧室と高圧室とに区分するベーンとを備え、前記低圧室に吸入した流体を前記圧縮部材により圧縮して前記高圧室から吐出する圧縮機であって、前記圧縮要素の側部に、前記高圧室から吐出される冷媒ガスを消音するためのマフラを設けたことを特徴とする圧縮機。
前記マフラは、シリンダの側部に設けた切欠部と、このシリンダの上に位置する支持部材の側部に前記切欠部に対応させて設けた切欠部と、前記シリンダの底面に取り付けた仕切板と、前記密閉容器の側壁とで囲まれた空間により構成されることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
前記マフラの出口は、支持部材に駆動要素のステータとロータとの僅かな隙間の下方位置に近接させて設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮機。