JP2010112173A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さいロータリ圧縮機を提供すること。
【解決手段】ベーン溝１０の圧縮室側摺動面に臨む高圧溝１５を設けて、冷媒ガス吸入工程中に、密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを導入することにより、ベーン９にベーン溝１０の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させて、ベーン９がベーン溝１０の圧縮室側摺動面に押し当てられる力を軽減することができるので、ベーン９がベーン溝１０内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ルームエアコン、冷蔵庫、空気調和装置に組み込まれるロータリ圧縮機に関するものである。

従来のロータリ圧縮機は密閉容器内に電動機部と、電動機部によって駆動される圧縮機構部が収納されている。電動機部はステータとロータにて構成され、ロータの回転がシャフトを介して圧縮機構部に伝達される。圧縮機構部は、シリンダーと、このシリンダーの両端面に締結される上軸受け及び下軸受けを有しており、この上軸受けと下軸受けとの間に位置するシャフトの偏心部にはピストンが嵌合され、このピストンに当接するベーンにより、シリンダー内に仕切られた吸入室と圧縮室を形成する。ピストンの偏心回転とベーンの往復運動によって吸入室と圧縮室の容積が変化し、この容積変化により、圧縮機構部の吸入ポートからシリンダー内の吸入室に吸入された冷媒ガスが圧縮されて高温高圧の冷媒ガスとなり、シリンダー内の圧縮室より吐出ポート、吐出マフラー室を経て、密閉容器内に吐出される。そして、ロータリ圧縮機から吐出された冷媒ガスは冷凍サイクル内の放熱器で放熱した後、膨張弁で絞られて蒸発器で吸熱して再びロータリ圧縮機に吸入されるサイクルを繰り返す（例えば、特許文献１参照）。

図５は、特許文献１に記載された従来のロータリ圧縮機を示すものである。図５に示すように、ベーン３９の径方向外側にはベーンバネ３１が配置され、このベーンバネ３１を収納するベーンバネ孔３２は密閉容器内と連通しており、ベーン３９にはシリンダー３５内の吸入室側圧力Ｐｓと圧縮室側圧力Ｐｃ、密閉容器内の吐出圧力Ｐｄが作用する。ベーンがシリンダーの内側に最も突出した時点のシャフトの位置を０°とした場合に、略６０°以上１６０°未満の角度の冷媒ガス圧縮工程では、図６に示すように、シリンダー５内の圧縮室側圧力Ｐｃが吸入室側圧力Ｐｓに対して高いため、ベーン３９は圧縮室３４と吸入室３３の差圧により発生する力Ｆ１を受けて、接点２０１を支点としてベーン溝３０内で傾き、ベーン溝３０の吸入室側から密閉容器内の吐出圧力Ｐｄによる力を受けながら、接点２０１、２０２で線接触した状態でベーン溝３０内を摺動する。

上記圧縮工程で高温高圧となった冷媒ガスはシリンダー３５内の圧縮室３４に設けられた吐出ポートより吐出され、シャフトの位置が略１６０°の角度から圧縮室側圧力Ｐｃは徐々に低下し始め、略１９０°の角度で吸入室側圧力Ｐｓとほぼ同等の圧力となり、吸入工程へ移行する。シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程では、図７に示すように、シリンダー３５内の圧縮室側圧力Ｐｃは吸入工程の開始から徐々に上昇し始めるが、密閉容器内の吐出圧力Ｐｄに対して圧力が低いため、ベーン３９はベーン溝３０の吸入室側から密閉容器内の吐出圧力Ｐｄにより発生する力Ｆ２を受けて、ベーン溝３０の圧縮室側に押し当てられた状態でベーン溝３０と平行に、ベーン溝３０内を摺動する。なお、ベーン３９の径方向外側に配置されるベーンバネ孔３２は密閉容器内と連通しているので、この冷媒ガス吸入工程でベーン３９がベーン溝３０の圧縮室側に押し当てられたことにより形成される、ベーン３９とベーン溝３０の圧縮室側ベーンバネ孔凹部で囲われる空間に密閉容器内の吐出圧力Ｐｄを持った冷媒ガスが流れ込む。これにより、ベーン３９にはベーン溝３０の圧縮室側から吸入室側へ密閉容器内の吐出圧力Ｐｄにより発生する力Ｆ３が作用して、シリンダー径方向外側ではベーン３９がベーン溝３０の圧縮室側摺動面に押し当てられる力は軽減される。

ベーン３９とベーン溝３０との間にはクリアランスが設けられ、ベーン３９がベーン溝３０内を往復運動することにより摺動損失が発生するが、この摺動損失は、上記の（ベー
ンがベーン溝の摺動面を押し当てられる力）×（ベーンとベーン溝と間の動摩擦係数）×（ベーンがベーン溝内を往復運動する速度）であり、従来はベーン溝３０の吸入室側及び圧縮室側摺動面を研磨することにより、ベーン３９とベーン溝３０との間の摺動性を向上させて（ベーンとベーン溝との間の動摩擦係数）を小さくし、摺動損失の低減を図っていた。
特開２００３−２１４３６９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、前述のようにベーン３９がシリンダー３５の内側に最も突出した時点のシャフトの位置を０°とした場合に、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中にベーン３９がベーン溝３０の圧縮室側摺動面に押し当てられる力は、シリンダー径方向外側ではベーン溝３０の圧縮室側ベーンバネ孔凹部に流れ込む密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスにより軽減されるが、シリンダー内周面寄りでは、ベーンがベーン溝の吸入室側から密閉容器内の吐出圧力により発生する力を受けて、ベーン溝の圧縮室側摺動面に強く押し当てられるため、ベーンとベーン溝との間の摺動性が悪く、入力ロスを発生する問題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒ガス吸入工程中にベーンがベーン溝の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄りで軽減することによって、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さいロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のロータリ圧縮機は、ベーン溝の圧縮室側摺動面で、シリンダーの内周面寄りに臨み、かつ、密閉容器内と連通したシリンダーの厚み方向に形成された高圧溝を備えたものである。これにより、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中に、ベーンにベーン溝の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることができる。

また、本発明のロータリ圧縮機は、ベーン溝の圧縮室側摺動面に臨み、かつ、密閉容器内と連通したシリンダーの径方向に形成された高圧溝を備えたものである。これにより、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中に、ベーンにベーン溝の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることができる。

本発明のロータリ圧縮機は、ベーンがシリンダーの内側に最も突出した時点のシャフトの位置を０°とした場合に、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中に、ベーンがベーン溝の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄りで軽減することができる。従って、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さいロータリ圧縮機を提供することが可能となる。

第１の発明は、密閉容器内に、シリンダーと、シリンダーの両端面に締結される上軸受け及び下軸受けと、シリンダー内を回転するピストンと、ピストンを駆動するシャフトと、シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダーの径方向外側に配置されベーンを付勢するベーンバネと、シリンダーに形成され、ベーンが往復運動するベーン溝及びベーンバネが収納されるベーンバネ孔とを有して構成したロータリ圧縮機であって、ベーン溝の圧縮室側摺動面で、シリンダーの内周面寄りに臨み、かつ、密閉容器内と連通
したシリンダーの厚み方向に形成された高圧溝を備えたので、ベーンがシリンダーの内側に最も突出した時点のシャフトの位置を０°とした場合に、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程、即ち、ベーンがベーン溝の圧縮室側に押し当てられた状態の際に、ベーン溝の圧縮室側摺動面で、シリンダーの内周面寄りに設けたシリンダー厚み方向の高圧溝に密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを導入して、ベーンにベーン溝の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることができる。これにより、冷媒ガス吸入工程中に、ベーンがベーン溝の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄りで軽減することができる。

第２の発明は、特に第１の発明のロータリ圧縮機の高圧溝を、ベーンバネ孔と連通するように構成したことにより、従来の構成に高圧溝のみを追加して、密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを高圧溝へ導入することができる。

第３の発明は、特に第１の発明のロータリ圧縮機に、シリンダーの外側から高圧溝の内面に至る圧力導入孔を備えたことにより、シリンダー中心から高圧溝までの径方向距離を任意に選定できるので、ベーンバネ孔がシリンダー内周面寄りまで延びていない場合にも、ベーン溝の圧縮室側摺動面で、シリンダー内周面寄りに高圧溝を設けて、密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを高圧溝へ導入することができる。

第４の発明は、特に第１の発明のロータリ圧縮機を、シリンダーの中心から高圧溝までの径方向距離が、上軸受け及び下軸受けの、シリンダーへの締結面外周半径の距離よりも小となるように構成したことにより、高圧溝が密閉容器内と連通する通路の断面積を小さくすることができ、圧縮された冷媒ガスのシリンダー内からの漏れを抑制し、圧縮効率の低下を防ぐことができる。

第５の発明は、密閉容器内に、シリンダーと、シリンダーの両端面に締結される上軸受け及び下軸受けと、シリンダー内を回転するピストンと、ピストンを駆動するシャフトと、シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダーの径方向外側に配置されるベーンバネと、シリンダーに形成され、ベーンが往復運動するベーン溝及びベーンバネが収納されるベーンバネ孔とを有して構成したロータリ圧縮機であって、ベーン溝の圧縮室側摺動面に臨み、かつ、密閉容器内と連通したシリンダーの径方向に形成された高圧溝を備えたので、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程、即ち、ベーンがベーン溝の圧縮室側に押し当てられた状態の際に、ベーン溝の圧縮室側摺動面に設けたシリンダー径方向の高圧溝に圧縮機構部の外側から密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを導入して、ベーンにベーン溝の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることができる。これにより、冷媒ガス吸入工程中に、ベーンがベーン溝の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄り及びシリンダー径方向外側で軽減することができる。

第６の発明は、特に第５の発明のロータリ圧縮機の高圧溝を、ベーン溝の圧縮室摺動面に臨むベーンバネ孔とシリンダーの径方向に平行に延び、かつ、ベーンバネ孔のシリンダー厚み方向に複数個形成されたことにより、ベーンにベーン溝の圧縮室側から吸入室側へ作用する力をシリンダー厚み方向で均等にして、ベーンがベーン溝内でシリンダー厚み方向に傾いてベーン溝の摺動面に片当たりする等の不具合を防ぐことができる。

以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図、図２は図１
のＡ−Ａ矢視を示す断面図である。

図１において、１００はＲ４１０Ａを冷媒ガスとして使用するロータリ圧縮機で、このロータリ圧縮機１００は円筒状の密閉容器１と、この密閉容器１の内部上側に配置された電動機部１０２、及びこの電動機部１０２の下側に配置され、この電動機部１０２によって駆動される圧縮機構部１０１によって構成されている。

電動機部１０２は、密閉容器１の内部上側の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２と、このステータ２の内側に若干の隙間を設けて挿入されるロータ３からなっており、このロータ３は中心部で鉛直方向にシャフト４に固定されている。

圧縮機構部１０１は、シリンダー５と、このシリンダー５の電動機部１０２側端面に締結される上軸受け６と、反対側端面に締結される下軸受け７を有しており、この上軸受け６及び下軸受け７はシャフト４を径方向に支持している。上軸受け６と下軸受け７との間に位置するシャフト４の偏心部にピストン８が嵌合されている。

図２に示すように、シリンダー５にはベーン９を摺動自在に配置するためのベーン溝１０と、ベーンの半径方向外側に配置されるベーンバネ１１を収納するベーンバネ孔１２が設けられており、ベーン９はシャフト４の偏心回転によりベーン溝１０内を往復運動しながら、ベーンバネ１１によりバネ力を付勢されてピストン８の外周面に当接し、シリンダー５内にベーン９によって仕切られた吸入室１３と圧縮室１４を形成する。

図３は本実施の形態におけるロータリ圧縮機のベーン溝の圧縮室側摺動面の斜視図である。図３において、ベーン溝１０の圧縮室側摺動面にはシリンダー５の内周面寄りにシリンダー厚み方向の高圧溝１５を備えており、この高圧溝１５はベーンバネ孔１２と連通しており、かつ、シリンダー５の中心からこの高圧溝１５までの径方向距離が、上軸受け６及び下軸受け７の、シリンダー５への締結面外周半径の距離よりも小となるように構成されている。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作を説明する。

まず、電動機部１０２が起動するとロータ３が回転する。この回転により、シャフト４の回転と共に、シャフト４の偏心部に嵌合されたピストン８がシリンダー５の内周面にほぼ沿いながら偏心回転し、ベーン９によって仕切られた吸入室１３と圧縮室１４の容積が変化する。

これにより、吸入ライナ１６を経由してシリンダー５に形成された吸入ポート１７より、シリンダー５内の吸入室１３に吸入された冷媒ガスは、ピストン８とベーン９の動作により圧縮されて、シリンダー５内の圧縮室１４より吐出ポート１８、上軸受け６とこの上軸受け６の上側に配置固定されたバルブカバー１９によって囲まれる吐出マフラー室１０３を経由して、密閉容器１内に吐出される。

ベーン９がシリンダー５の内側に最も突出した時点のシャフト４の位置を０°とした場合に、シャフト４の位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中に、即ち、ベーン９がベーン溝１０の圧縮室側に押し当てられた状態の際に、ベーンバネ孔１２を経由して、ベーン溝１０の圧縮室側摺動面で、シリンダーの内周面寄りに設けたシリンダー厚み方向の上記高圧溝１５に密閉容器１内の吐出圧力を持った冷媒ガスを導入し、ベーン９にベーン溝１０の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることにより、ベーン９がベーン溝１０の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄りで軽減することができるので、ベーン９がベーン溝１０内を往復運動することにより発生す
る摺動損失を低減することができる。

また、本実施の形態１の、高圧溝１５への密閉容器１内の吐出圧力を持った冷媒ガスの導入手段を、シリンダー５の外側から高圧溝１５の内面に至る圧力導入孔を備えた高圧溝とすることにより、本実施の形態１と同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図４は本発明の本実施の形態２におけるロータリ圧縮機のベーン溝の圧縮室側摺動面の斜視図である。

図４において、ベーン溝１０の圧縮室側摺動面にはベーンバネ孔１２とシリンダー径方向に平行、かつ、ベーンバネ孔１２のシリンダー厚み方向の両側に溝幅が同じ、シリンダー径方向の高圧溝１５を備えており、この高圧溝１５は密閉容器内と連通するように構成されている。なお、ベーン溝１０の構成を除き、実質的に実施の形態１と同一のロータリ圧縮機であり、シャフトの位置が略１９０°以上３００°未満の角度の冷媒ガス吸入工程中に、高圧溝１５に密閉容器内の吐出圧力を持った冷媒ガスを導入し、ベーン９にベーン溝１０の圧縮室側から吸入室側へ作用する力を発生させることにより、ベーン９がベーン溝１０の圧縮室側摺動面に押し当てられる力をシリンダー内周面寄り及びシリンダー径方向外側で軽減することができるので、ベーン９がベーン溝１０内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減することができる。

以上のように、本発明にかかるロータリ圧縮機は、入力ロスを小さくすることができるため、給湯器用ＣＯ２圧縮機、空気圧縮の用途にも適用できる。

本発明の第１の実施の形態におけるロータリ圧縮機を示す縦断面図 図１のＡ−Ａ矢視を示す断面図 本発明の第１の実施の形態におけるロータリ圧縮機のベーン溝の圧縮室側摺動面の斜視図 本発明の第２の実施の形態におけるロータリ圧縮機のベーン溝の圧縮室側摺動面の斜視図 従来のロータリ圧縮機における圧縮機構部を示す断面図 従来のロータリ圧縮機の冷媒ガス圧縮工程中にベーンに作用する力を説明するための模式図 従来のロータリ圧縮機の冷媒ガス吸入工程中にベーンに作用する力を説明するための模式図

符号の説明

１ 密閉容器
２ ステータ
３ ロータ
４ シャフト
５ シリンダー
６ 上軸受け
７ 下軸受け
８ ピストン
９ ベーン
１０ ベーン溝
１１ ベーンバネ
１２ ベーンバネ孔
１３ 吸入室
１４ 圧縮室
１５ 高圧溝
１６ 吸入ライナ
１７ 吸入ポート
１８ 吐出ポート
１９ バルブカバー
１００ ロータリ圧縮機
１０１ 圧縮機構部
１０２ 電動機部
１０３ 吐出マフラー室
２０１ 接点
２０２ 接点

Claims (6)

1. 密閉容器内に、シリンダーと、該シリンダーの両端面に締結される上軸受け及び下軸受けと、前記シリンダー内を回転するピストンと、該ピストンを駆動するシャフトと、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記シリンダーの径方向外側に配置される前記ベーンを付勢するベーンバネと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝及び前記ベーンバネが収納されるベーンバネ孔とを有して構成したロータリ圧縮機であって、前記ベーン溝の圧縮室側摺動面で、前記シリンダーの内周面寄りに臨み、かつ、前記密閉容器内と連通した前記シリンダーの厚み方向に形成された高圧溝を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 高圧溝は、ベーンバネ孔と連通するように構成した請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. シリンダーの外側から高圧溝の内面に至る圧力導入孔を備えた請求項１に記載のロータリ圧縮機。
4. シリンダーの中心から高圧溝までの径方向距離が、上軸受け及び下軸受けのシリンダーへの締結面外周半径の距離よりも小となるように構成した請求項１に記載のロータリ圧縮機。
5. 密閉容器内に、シリンダーと、該シリンダーの両端面に締結される上軸受け及び下軸受けと、前記シリンダー内を回転するピストンと、該ピストンを駆動するシャフトと、前記シリンダー内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記シリンダーの径方向外側に配置される前記ベーンを付勢するベーンバネと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝及び前記ベーンバネが収納されるベーンバネ孔とを有して構成したロータリ圧縮機であって、前記ベーン溝の圧縮室側摺動面に臨み、かつ、前記密閉容器内と連通した前記シリンダーの径方向に形成された高圧溝を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。
6. 高圧溝は、ベーン溝の圧縮室摺動面に臨むベーンバネ孔とシリンダーの径方向に平行に延び、かつ、前記ベーンバネ孔のシリンダー厚み方向に複数個形成された請求項５に記載のロータリ圧縮機。