JP2008157115A - 回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造上の必要性から、回転軸の主軸部や副軸部を小径に形成せざるを得ない場合にも、主軸部や副軸部の変形を防止し、信頼性の向上を図ることのできる回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】本回転式圧縮機は、シリンダ室を形成するシリンダと回転軸の偏心部に係合してシリンダ室内を偏心回転するローラと、回転軸の主軸部を支持する主軸受と、回転軸の副軸部を支持する副軸受を備え、回転軸の主軸部および副軸部の少なくとも一方の外周面に円筒状のブッシュを固定して設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置に係り、特に偏心部を備える回転軸を改良した回転式圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に関する。

回転式圧縮機の回転軸は、主軸部、偏心部および副軸部が一体に形成されているが、部品製作工程あるいは組立工程など製造上の必要性から、主軸部、副軸部の一方又は両方を小径に形成せざるを得ない場合がある。

さらに、この種、回転式圧縮機において、摺動部の摩擦損失を低減し、効率を向上させるためには、回転軸の摺動部で最も直径の大きな偏心部を可能な限り小径化することが有効である。また、シリンダ室の直径や高さを小さくするとともに、偏心量を大きくとって回転軸にかかる荷重を小さくして摩擦力を低減することも有効である。

このため、特許文献１には、偏心部の偏心量を大きくすると共に、ローラを偏心部に組立てるために、副軸部の直径を小径に形成した回転式圧縮機が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載の回転式圧縮機のように、偏心部や副軸部を小径に形成すると、荷重によって変形が生じ信頼性が低下するという問題がある。

また、回転軸の小径化に伴い、回転軸の曲げ変形に起因する軸受摺動面圧の上昇緩和策として、軸受側にリング状の溝を設ける方法が知られているが、溝幅に対し溝深さが極めて大きいため、製造上困難であった。さらに、リング溝形成により軸受とローラ端面のシール幅が減少するため、偏心量等の設計が制限されていた。
特開２００３−３２８９７２号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、製造上の必要性から、回転軸の主軸部や副軸部を小径に形成せざるを得ない場合にも、主軸部や副軸部の変形を防止し、信頼性の向上を図ることのできる回転式圧縮機およびこれを用いた冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

また、信頼性の向上を図ることのできる冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る回転式圧縮機は、シリンダ室を形成するシリンダと回転軸の偏心部に係合してシリンダ室内を偏心回転するローラと、前記回転軸の主軸部を支持する主軸受と、前記回転軸の副軸部を支持する副軸受を備えた回転式圧縮機において、前記回転軸の主軸部および副軸部の少なくとも一方の外周面に円筒状のブッシュを固定して設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、前記回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る回転式圧縮機によれば、製造上の必要性から、回転軸の主軸部や副軸部を小径に形成せざるを得ない場合にも、主軸部や副軸部の変形を防止し、信頼性の向上を図ることのできる回転式圧縮機を提供することができる。

また、本冷凍サイクル装置によれば、信頼性の向上を図ることのできる冷凍サイクル装置を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置の概念図であり、図２はその圧縮機構部を拡大して示す縦断面図である。

図１に示すように、本発明の冷凍サイクル装置３１は、本発明の回転式圧縮機１と、凝縮器３２と、膨張装置３３と、蒸発器３４をサイクル状に連通して形成される。

回転式圧縮機１は例えば密閉縦型であり、密閉ケース２を備える。

この密閉ケース２内の上部には電動機部３が設けられ、その下部には圧縮機構部４が設けられ、電動機部３と圧縮機構部４は回転軸５を介して連結され、これらで電動圧縮機本体６が構成される。

電動機部３は、密閉ケース２の内周壁に嵌合固定されるステータ７と、このステータ７の内側に所定の間隙を存して配置され、かつ回転軸５に嵌着されるロータ８とから構成される。

圧縮機構部４は、回転軸５の下部にシリンダ９を備える。このシリンダ９の上面部には主軸受１０が取付固定され、下面部には副軸受１１が取付固定される。これらシリンダ９と主軸受１０および副軸受１１で囲続される空間部にシリンダ室１２が形成される。

このシリンダ室１２には、回転軸５に一体に設けられる偏心部５ａと、この偏心部５ａの周面に係合されるローラ１３が配置される。

偏心部５ａにローラ１３が係合された回転軸５は、偏心部５ａの上方の主軸部５ｂにおいて主軸受１０で支持され、偏心部５ａの下方の副軸部５ｃにおいて副軸受１１で支持され、副軸部５ｃの下端部は副軸受１１の開口を塞ぐように設けられ、油供給孔１４ａを有するスラストプレート１４によって支持される。このスラストプレート１４は副軸受１１を覆う副軸受カバー１５に当接する支持部材１７によって支持される。なお、副軸受１１と同様、主軸受１０も、通気孔１８ａを備えマフラー機能をなす主軸受カバー１８に覆われる。

上記副軸部５ｃの軸径を主軸部５ｂの軸径に比べて小さく形成する。その理由は以下の通りである。

回転軸５の摺動部の摩擦損失を低減し、回転式圧縮機１の効率を向上させるためには、回転軸５の摺動部で最も直径の大きな偏心部５ａを可能な限り小径化することが必要である。この偏心部５ａの小径化に伴って、圧縮機構部４の組立時、ローラ１３を偏心部５ａに係合させる場合に、副軸部５ｃが邪魔にならないように、偏心部５ａの一側と副軸部５ｃの一側を同一面にすることが求められ、副軸部５ｃの軸径を小さくする必要がある。これにより、回転式圧縮機１の効率が向上し、副軸部５ｃが邪魔にならず、組立性が向上する。

一方、副軸部５ｃの軸径を小さくすることは、強度が低下する。そこで、副軸部５ｃに、金属製の円筒状のブッシュ１５を外嵌固定する。これにより、副軸部５ｃの強度が向上して変形を防止でき、信頼性が向上する。

このように、ブッシュ１５を副軸部５ｃに設けることにより、副軸部５ｃの実質的な摺動径が拡大し、ブッシュ１５のブッシュ端面１５ａをスラストプレート１４によって受けることで、スラスト荷重Ｆの受圧面積も増加し、スラスト荷重Ｆを確実に受け、性能向上と信頼性向上の両立を図ることができる。

なお、ブッシュ１５の外面の表面粗さを、ブッシュ内面の表面粗さより小さくするのが好ましい。すなわち、副軸受５と摺動するブッシュ１５の外面の表面粗さが、回転軸５に固定するブッシュ１５の内面の表面粗さに比べて、より小さくなる。これにより、摺動部では性能と信頼性が向上し、固定部ではより固着力が向上する。

また、ブッシュ１５の外周あるいはスラスト荷重を受ける端面に表面処理を施すのが好ましい。これにより、耐摩耗性向上、摩擦係数低減、潤滑性向上、防錆、表面硬度向上等が実現し、さらに、性能向上の目的で回転軸全体に表面処理を行う従来の技術と異なり、ブッシュ１５にのみ施すことで同等の処理効果が得られるので、表面処理面積低減や処理効率の向上を図ることができる。

表面処理の例としては、リン酸マンガン処理、黒染め処理、リン酸亜鉛処理、ＤＬ（Ｄｉａｍｏｎｄ ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）コーティング、固体潤滑剤塗布などが挙げられる。

また、ブッシュ１５の線膨張係数は、回転軸５の線膨張係数以下であるのが好ましい。これにより、ブッシュ１５が副軸受５と摺動し発熱しても、熱膨張の差によりブッシュ１５と回転軸５の固着力が弱まるのを防ぐことができる。

ブッシュ１５は焼結鉄で作るのが好ましい。これにより、ブッシュの肉厚を変化させる場合、加工時間が少なくて済み、コストの低減を図ることができる。

さらに、上述のように、回転軸５の偏心部５ａに係合するローラ１３は、その周方向に沿う肉厚は全て同一であり、回転軸５の回転にともなって偏心部５ａとともに偏心回転をなす。ローラ１３の軸方向に沿う外周壁一部はシリンダ９の内周壁に略接触するようになっており、ローラ１３の偏心回転にともなって、その接触位置がシリンダ９の周方向に沿って徐々に変位する。

また、ローラ１３の外周壁には軸方向に沿ってブレード１９が当接している。すなわち、ブレード１９の一端部はばね収容孔２０に収容されるばね部材２１によって弾性的に押圧付勢され、よってブレード１９の他端部はローラ１３の周面に弾性的に当接している。

ブレード１９はシリンダ室１２へ突出するとともに、一端がシリンダ室１２に開口し、他端が背面孔１７に開口するブレード溝２２内を摺動して、シリンダ室１２を主軸受１０に設けられる吐出部２３に連通する圧縮室側と、吸込孔２４に連通する吸込室側とに仕切っている。

さらに、吐出部２３は凝縮器３２に、吸込孔２１は蒸発器３４に各々連通する。

本第１実施形態の回転式圧縮機によれば、製造上の必要性から、回転軸の主軸部や副軸部を小径に形成せざるを得ない場合にも、副軸部の変形を防止し、信頼性の向上を図ることのできる回転式圧縮機が実現する。

本第１実施形態の回転式圧縮機を備える本発明の冷凍サイクル装置によれば、信頼性の向上を図ることのできる冷凍サイクル装置が実現する。

また、本発明の第２実施形態に係る回転式圧縮機について説明する。

本第２実施形態は、第１実施形態が副軸部の外周面に円筒状のブッシュを外嵌固定するのに対して、副軸部に加えて主軸部にもブッシュを外嵌固定する。

例えば、図３に示すように、本第２実施形態の回転式圧縮機１の回転軸５Ａは、全長に渡って第１実施形態における副軸部と同様に小径に形成されている。

回転軸５Ａには、副軸部５ｃに円筒状のブッシュ１５が外嵌固定されているのに加えて、主軸部５Ａｂに円筒状のブッシュ２４を外嵌固定する。

さらに、ブッシュ１５の外周と副軸受５ｃとの摺動部は、ブッシュ１５の内周と回転軸５Ａとの固定部に比較して、より長くシリンダ室１２近傍まで延び、同様に、ブッシュ２４の外周と主軸受５Ａｂとの摺動部は、ブッシュ２４の内周と回転軸５Ａとの固定部に比較して、より長くシリンダ室１２近傍まで延びている。

これにより、主軸部５Ａｂの強度が向上して変形に起因する軸受摺動面の面圧上昇を緩和でき、信頼性が向上する。

また、本発明の第２実施形態に係る回転式圧縮機に用いるブッシュの第１変形例について説明する。

例えば、図４に示すように、第１変形例のブッシュ１５Ｂ、２４Ｂは、固定部からシリンダ室１２側に近づくに従い、その内径が拡大する末広拡径部１５Ｂａ、２４Ｂａが設けられる。

これにより、シリンダ室に近づくに従いブッシュの肉厚が減少し弾性変形し易くなり、回転軸に曲げ変形が生じても、ブッシュ外周の摺動部がより主軸受及び副軸受にならい易くなり、摺動面の面圧の上昇を緩和でき、軸摺動部の信頼性が向上する。

また、ブッシュの第２変形例について説明する。

例えば、図５に示すように、第２変形例のブッシュ１５Ｃ、２４Ｃは、各々外径がＤｏであり、シリンダ室１２側端部の内径が長さＬだけ、ＤからＤｉに拡大する拡径部１５Ｃａ、２４Ｃａが設けられる。

そして、Ｄｏ、Ｄｉ及びＬは次のような関係式が成立するように設定するのが好ましい。
［数１］
Ｄｉ≧０．７５×Ｄｏ … 関係式１
Ｌ≧０．１５×Ｄｏ … 関係式２

これにより、ブッシュの弾性変形を確実にし、信頼性をより向上させることができる。

なお、上記各実施形態では１個のシリンダ室を備えたシングルタイプの回転式圧縮機を用いた例で説明したが、シリンダ室を２個以上備えた多気筒タイプの回転式圧縮機においても、同等の効果が得られる。

本発明の第１実施形態の回転式圧縮機、冷凍サイクル装置の概念図。 本発明の第１実施形態の回転式圧縮機の圧縮機構部を拡大して示す縦断面図。 本発明の第２実施形態の回転式圧縮機の圧縮機構部を拡大して示す縦断面図。 本発明の第２実施形態の回転式圧縮機に第１変形例のブッシュを用いた圧縮機構部の縦断面図。 本発明の第２実施形態の回転式圧縮機に第２変形例のブッシュを用いた圧縮機構部の縦断面図。

符号の説明

１…回転式圧縮機、２…密閉ケース、３…電動機部、４…圧縮機構部、５…回転軸、５ａ…偏心部、５ｂ…主軸部、５ｃ…副軸部、６…電動圧縮機本体、９…シリンダ、１０…主軸受、１１…副軸受、１２…シリンダ室、１３…ローラ、１４…スラストプレート、１５…ブッシュ、１６…副軸受カバー、１７…支持部材、１８…主軸受カバー、１９…ブレード、２１…ばね部材、２２…ブレード溝、３１…冷凍サイクル装置、３２…凝縮器、３３…膨張装置、３４…蒸発器。

Claims (5)

1. シリンダ室を形成するシリンダと回転軸の偏心部に係合してシリンダ室内を偏心回転するローラと、前記回転軸の主軸部を支持する主軸受と、前記回転軸の副軸部を支持する副軸受を備えた回転式圧縮機において、前記回転軸の主軸部および副軸部の少なくとも一方の外周面に円筒状のブッシュを固定して設けたことを特徴とする回転式圧縮機。
2. 前記ブッシュの端面をスラスト摺動面としたことを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
3. 前記ブッシュの外周と軸受との摺動部長さは、前記ブッシュの内周と回転軸との固定部長さによりシリンダ室側に長く延びて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の回転式圧縮機。
4. 前記ブッシュのシリンダ側端部は内径が拡大していることを特徴とする請求項３に記載の回転式圧縮機。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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