JP2012117425A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの熱膨張を確実に抑制する。
【解決手段】圧縮機は、圧縮室および圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、シリンダの軸方向両端に配置されるフロントヘッドおよびリアヘッドと、圧縮室およびブレード収容部の内側に配置されるピストン４０とを備えている。ピストン４０は、圧縮室に配置された環状のローラ４１と、ローラ４１の外周面から延在し且つブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレード４２とを有する。ピストン４０の外周面に、ピストン４０の基材４３よりも熱伝導率の小さいコーティング層４４ａが形成された断熱領域と、断熱領域が形成されていない領域とを設ける。断熱領域は、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に設ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、冷媒を圧縮するための圧縮機に関するものである。

特許文献１には、圧縮室が形成されたシリンダと、シリンダの圧縮室に配置されるローラを有するピストンとを備えたロータリ圧縮機が開示されている。圧縮室は、ピストンによって冷媒が導入される低圧室と冷媒が圧縮される高圧室とに区画されている。ローラは、モータによって回転駆動されるシャフトの偏心部に装着されており、シャフトの回転に伴って、圧縮室の周壁面に沿って移動する。そして、ローラの移動に伴って、高圧室において冷媒が圧縮される。

係るロータリ圧縮機においては、ピストンの軸方向端面とこの端面に対向して配置される端板部材との間には、摺動による焼付き防止などのために、隙間が形成されている。この隙間の大きさは、冷媒や潤滑油の漏れを防止する観点から、できるだけ小さく設定されている。

特開２０１０−０２５１０３号公報

上述のようなロータリ圧縮機においては、高圧室で圧縮され高温となった冷媒によって、シリンダおよびピストンが熱せられる。ピストンの熱膨張量がシリンダの熱膨張量よりも大きくなった場合には、上述のようなピストンの端面と端板部材との間の微小な隙間が無くなり、摺動による焼付きが生じる。

そこで、ピストンの外周面側からピストンに熱が与えられるのを防ぐために、ピストンの外周面を全周にわたって断熱することが考えられる。しかしながら、ピストンに対しては、その外周面側からだけでなく、内周面側からも熱が与えられる。すなわち、ピストンのローラと、このローラが装着される偏心部との間に介在する高温の潤滑油によって、ピストンが熱せられる。上述のように、ピストンの外周面を全周にわたって断熱すると、内周面側からの熱をピストンの外周面から放熱することができず、ピストンに熱が籠ってしまう。

そこで、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ピストンの熱膨張を確実に抑制できる圧縮機を提供することを目的とする。

第１の発明に係る圧縮機は、圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、前記シリンダの軸方向両端にそれぞれ配置される端板部材と、前記圧縮室に配置された環状のローラ、および前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードを有するピストンとを備えている。前記ピストンは、前記ローラが前記圧縮室の周壁面に沿って移動しつつ前記ブレードと共に前記圧縮室を高圧室と低圧室とに区画するものであって、前記ピストンの外周面は、前記ピストンの基材よりも熱伝導率の小さい断熱材料が設けられた断熱領域と、前記断熱材料が設けられていない非断熱領域とを有しており、前記断熱領域は、前記ピストンの外周面において、少なくとも、前記ローラの外周面と前記圧縮室の内周面との間のすき間が最も小さくなる位置に前記ピストンがある際に、前記高圧室を画定する部分の一部を含む領域に形成されている。

この圧縮機では、高圧室で圧縮されて高温となった冷媒により、ピストンの外周面側からピストンに与えられる熱を、比較的熱伝導率の小さい断熱領域により断熱できる。同時に、ピストンの内周面側からピストンに与えられた熱を、断熱領域に比べて熱伝導率の大きい非断熱領域により放熱できる。したがって、ピストンの熱膨張を確実に抑制できる。

第２の発明に係る圧縮機は、第１の発明に係る圧縮機において、前記断熱領域は、前記ローラの外周面において、前記ブレードとの境界部を一端とし、その境界部から高圧室側へローラ下死点に向かって延びる領域に設けられている。

この圧縮機では、最も長い時間高圧室となる部分に断熱領域を設けることで、高圧室側からピストンに与えられる熱を確実に断熱できる。

第３の発明に係る圧縮機は、第１または第２の発明に係る圧縮機において、前記シリンダは、前記圧縮室の周壁面に開口し且つ前記圧縮室に冷媒を導入するための吸入孔をさらに有し、前記非断熱領域は、少なくとも、前記ローラの外周面において、前記圧縮室の軸方向から視て前記圧縮室の軸中心から前記ローラの軸中心側に向かって延在する直線が前記吸入孔における前記ローラの移動方向下流側の端部を通る際に、前記低圧室を画定する部分を含む領域に形成されている

この圧縮機では、ローラの外周面における吸入孔の近傍に非断熱領域が形成される。したがって、吸入孔から導入される比較的低温の冷媒により、ピストンに与えられた熱を効率よく放熱できる。

第４の発明に係る圧縮機は、第１〜第３のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記非断熱領域の少なくとも一部には、前記ピストンの基材よりも熱伝導率の大きい放熱材料が設けられている。

この圧縮機では、放熱材料により、ピストンに与えられた熱を確実に放熱できる。

第５の発明に係る圧縮機は、第１〜第４のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記非断熱領域は、前記ローラの外周面において、前記圧縮室の軸方向から視て前記圧縮室の軸中心から前記ローラの軸中心側に向かって延在する直線が前記吸入孔における前記ローラの移動方向下流側の端部を通る際に、前記低圧室を画定する部分に形成された凹部および凸部の少なくともいずれか一方を有している

この圧縮機では、凹部や凸部によりローラの外周面の表面積を増加させることで、ピストンに与えられた熱を確実に放熱できる。

第６の発明に係る圧縮機は、第１〜第５のいずれかの発明に係る圧縮機において、前記ピストンの軸方向端面は、前記ピストンの基材よりも熱伝導率の小さい断熱材料が設けられた断熱領域を有している。

この圧縮機では、端板部材のシリンダ側とは反対側の熱が、端板部材を介してピストンに伝わるのを防ぐことができる。

以上の説明に述べたように、本発明によれば、以下の効果が得られる。

第１の発明では、高圧室で圧縮されて高温となった冷媒により、ピストンの外周面側からピストンに与えられる熱を、比較的熱伝導率の小さい断熱領域により断熱できる。同時に、ピストンの内周面側からピストンに与えられた熱を、断熱領域に比べて熱伝導率の大きい非断熱領域により放熱できる。したがって、ピストンの熱膨張を確実に抑制できる。

第２の発明では、最も長い時間高圧室となる部分に断熱領域を設けることで、高圧室側からピストンに与えられる熱を確実に断熱できる。

第３の発明では、ローラの外周面における吸入孔の近傍に非断熱領域が形成される。したがって、吸入孔から導入される比較的低温の冷媒により、ピストンに与えられた熱を効率よく放熱できる。

第４の発明では、放熱材料により、ピストンに与えられた熱を確実に放熱できる。

第５の発明では、凹部や凸部によりローラの外周面の表面積を増加させることで、ピストンに与えられた熱を確実に放熱できる。

第６の発明では、端板部材のシリンダ側とは反対側の熱が、端板部材を介してピストンに伝わるのを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る圧縮機の概略断面図である。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であって、シリンダ内でのピストンの動作を示す図である。 図１に示した圧縮機のピストンの斜視図である。 図１の部分拡大図を模式的に示した図である。 図２に示すようにローラが移動する際のローラの外周面と圧縮室の周壁面との間の径方向隙間の大きさの変化を示すグラフである。 図３に示したピストンの平面図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は高圧室側から見た側面図、（ｃ）は低圧室側から見た側面図である。 本発明の第２実施形態に係る圧縮機の概略断面図である。 図７のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 第１実施形態の第１変形例に係る圧縮機のピストンの斜視図である。 第１実施形態の第２変形例に係る圧縮機のピストンの斜視図である。 第１実施形態の第３変形例に係る圧縮機の図２（ｂ）に相当する図である。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
本実施形態は、１シリンダ型のロータリ圧縮機に本発明を適用した一例である。
図１に示すように、本実施形態の圧縮機１は、密閉ケーシング２と、密閉ケーシング２内に配置される圧縮機構１０および駆動機構６を備えている。なお、図１は、駆動機構６の断面を示すハッチングを省略して表示している。この圧縮機１は、例えば、空調装置などの冷凍サイクルに組み込まれて使用され、後述する吸入管３から導入された冷媒（本実施形態では、ＣＯ２）を圧縮して排出管４から排出する。図１の上下方向を単に上下方向として、圧縮機１について以下説明する。

密閉ケーシング２は、両端が塞がれた円筒状の容器であり、その上部には、圧縮された冷媒を排出するための排出管４と、駆動機構６の後述する固定子７ｂのコイルに電流を供給するためのターミナル端子５が設けられている。なお、図１では、コイルとターミナル端子５とを接続する配線は省略して表示している。また。密閉ケーシング２の側部には、圧縮機１に冷媒を導入するための吸入管３が設けられている。また、密閉ケーシング２内の下部には、圧縮機構１０の摺動部の動作を滑らかにするための潤滑油Ｌが貯留されている。密閉ケーシング２の内部には、駆動機構６と、圧縮機構１０とが上下に並んで配置されている。

駆動機構６は、圧縮機構１０を駆動するために設けられており、駆動源となるモータ７と、このモータ７に取り付けられたシャフト８とから構成されている。

モータ７は、密閉ケーシング２の内周面に固定されている略円環状の固定子７ｂと、この固定子７ｂの径方向内側にエアギャップを介して配置される回転子７ａとを備えている。回転子７ａは磁石（図示省略）を有し、固定子７ｂはコイルを有している。モータ７は、コイルに電流を流すことによって発生する電磁力によって、回転子７ａを回転させる。また、固定子７ｂの外周面は、全周にわたって密閉ケーシング２の内周面に密着しているわけではなく、固定子７ｂの外周面には、上下方向に延び且つモータ７の上下の空間を連通させる複数の凹部（図示省略）が、周方向に並んで形成されている。

シャフト８は、モータ７の駆動力を圧縮機構１０に伝達するために設けられており、回転子７ａの内周面に固定されて、回転子７ａと一体的に回転する。また、シャフト８は、後述する圧縮室３１内となる位置に、偏心部８ａを有している。偏心部８ａは、円柱状に形成されており、その軸心がシャフト８の回転中心から偏心している。この偏心部８ａには、圧縮機構１０の後述するローラ４１が装着されている。

また、シャフト８の下側略半分の内部には、上下方向に延在する給油路８ｂが形成されている。この給油路８ｂの下端部には、シャフト８の回転に伴って潤滑油Ｌを給油路８ｂ内に吸い上げるための螺旋羽根形状のポンプ部材（図示省略）が挿入されている。さらに、シャフト８には、給油路８ｂ内の潤滑油Ｌをシャフト８の外側に排出するための複数の排出孔８ｃが形成されている。

圧縮機構１０は、密閉ケーシング２の内周面に固定されるフロントヘッド（端板部材）２０と、フロントヘッド２０の上側に配置されるマフラー１１と、フロントヘッド２０の下側に配置されるシリンダ３０と、シリンダ３０の内部に配置されるピストン４０と、シリンダ３０の下側に配置されるリアヘッド（端板部材）５０とを備えている。詳細は後述するが、図２に示すように、シリンダ３０は、略円環状の部材であって、その中央部に圧縮室３１が形成されている。シリンダ３０は、リアヘッド５０と共に、フロントヘッド２０の下側にボルトにより固定されている。なお、図２は、シリンダ３０に形成されているボルト孔は省略して表示している。

図１に示すように、フロントヘッド２０は、略円環状の部材であって、その中央部に、シャフト８が回転可能に挿通される軸受け孔２１が形成されている。フロントヘッド２０の外周面は、密閉ケーシング２の内周面にスポット溶接などによって固定されている。フロントヘッド２０の下面は、シリンダ３０の圧縮室３１の上端を閉塞している。フロントヘッド２０には、圧縮室３１において圧縮された冷媒を吐出するための吐出孔２２（図２参照）が形成されている。吐出孔２２は、上下方向から視て、シリンダ３０の後述するブレード収容部３３の近傍に形成されている。図示は省略するが、フロントヘッド２０の上面には、圧縮室３１内の圧力に応じて吐出孔２２を開閉する弁機構が取り付けられている。また、フロントヘッド２０のシリンダ３０よりも径方向外側の部分には、複数の油戻し孔２３が周方向に並んで形成されている。フロントヘッド２０は、金属材料で形成されている。

リアヘッド５０は、略円環状の部材であって、その中央部にシャフト８が回転可能に挿通される軸受け孔５１が形成されている。リアヘッド５０は、シリンダ３０の圧縮室３１の下端を閉塞している。リアヘッド５０は、金属材料で形成されている。

マフラー１１は、フロントヘッド２０の吐出孔２２から冷媒が吐出される際の騒音を低減するために設けられている。マフラー１１は、フロントヘッド２０の上面にボルトによって取り付けられ、フロントヘッド２０との間にマフラー空間Ｍを形成している。また、図示は省略するが、マフラー１１には、マフラー空間Ｍ内の冷媒を排出するためのマフラー吐出孔が形成されている。

図１および図２に示すように、シリンダ３０には、上述した圧縮室３１と、圧縮室３１内に冷媒を導入するための吸入孔３２と、ブレード収容部３３が形成されている。なお、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図であって、フロントヘッド２０の吐出孔２２は本来表れないが、説明の便宜上表示している。シリンダ３０は、金属材料で形成されている。

吸入孔３２は、シリンダ３０の径方向に延在して形成されている。吸入孔３２の一端は、圧縮室３１の周壁面に開口した吸入口３２ａとなっている。また、吸入孔３２の吸入口３２ａ側とは反対側の端部には、吸入管３の先端が内嵌されている。

ブレード収容部３３は、シリンダ３０を上下方向に貫通しており、圧縮室３１と連通している。ブレード収容部３３は、圧縮室３１の径方向に延在している。ブレード収容部３３は、上下方向から視て、吸入孔３２とフロントヘッド２０の吐出孔２２との間の位置に形成されている。このブレード収容部３３内には、一対のブッシュ３４が配置されている。一対のブッシュ３４は、略円柱状の部材を半分割した形状に形成されている。この一対のブッシュ３４の間にブレード４２が配置されている。一対のブッシュ３４は、その間にブレード４２が配置された状態で、ブレード収容部３３内において周方向に揺動可能となっている。

図３に示すように、ピストン４０は、円環状のローラ４１と、このローラ４１の外周面から径方向外側に延在するブレード４２とから構成されている。図２に示すように、ローラ４１は、偏心部８ａの外周面に相対回転可能に装着されて、圧縮室３１内に配置されている。ブレード４２は、ブレード収容部３３に配置された一対のブッシュ３４の間に進退可能に配置されている。

また、図４に示すように、ピストン４０の上下方向長さＨ１は、圧縮室３１の上下方向長さＨ２よりも僅かに小さく、その差は例えば１０〜３０μｍ程度である。また、ローラ４１の外径は、偏心部８ａに装着された状態でローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面との間に、微小な隙間ｄ（以下、この隙間を径方向隙間ｄという）が生じる大きさとなっている。この径方向隙間ｄの大きさは、後で詳述するように、圧縮機１の駆動中に、例えば１０〜１００μｍ程度の範囲内で変化する。このように径方向隙間ｄが微小であるので、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、ブレード４２がブレード収容部３３から圧縮室３１側に出ている状態では、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面との間に形成される空間は、ブレード４２によって低圧室３１ａと高圧室３１ｂに区画される。

図３、図４に示すように、本実施形態のピストン４０は、基材４３と、基材４３の表面を被覆する薄膜状のコーティング層４４ａ、４４ｂとから構成されている。基材４３は、例えば、熱伝導率４８Ｗ／ｍｋの鋳鉄などの金属材料からなる。基材４３の外形は、ほぼピストン４０の外形を構成している。コーティング層４４ａ、４４ｂは、いずれも基材４３の表面におけるピストン４０に外周面に対応する部分の一部を被覆している。つまり、コーティング層４４ａ、４４ｂは、ピストン４０の外周面の一部に形成されている。

コーティング層４４ａは、基材４３よりも熱伝導率が小さい、例えば、熱伝導率１３Ｗ／ｍｋのニッケルクロム合金などの金属材料からなる。したがって、ピストン４０の外周面においてコーティング層４４ａが形成された領域は断熱領域となっている。なお、ピストン４０の外周面においてコーティング層４４ａが形成されていない領域は非断熱領域となっている。コーティング層４４ｂは、上記の非断熱領域の一部に形成されており、基材４３よりも熱伝導率が大きい、例えば、熱伝導率２３６Ｗ／ｍｋのアルミニウムなどの金属材料からなる。したがって、コーティング層４４ｂが形成された領域は放熱領域となっている。ピストン４０の外周面における断熱領域と放熱領域との具体的な位置関係については、後で詳述する。

次に、本実施形態の圧縮機１の動作について、図２（ａ）〜図２（ｄ）、および図５を参照して説明する。図２（ａ）は、ピストン４０が上死点にある状態を示しており、図２（ｂ）〜図２（ｄ）は、図２（ａ）の状態からのシャフト８の回転角度が、それぞれ、α°、１８０°（下死点）、β°である状態を示している。ここで、図２（ｂ）に示すシャフト８の回転角度がα°である状態とは、圧縮室３１の上下方向から視て圧縮室３１の軸中心からローラ４１の軸中心側に向かって延在する直線Ｌが吸入孔３２におけるローラ４１の移動方向（図中時計回り方向）下流側の端部を通る状態を意味する。また、図２（ｄ）に示すシャフト８の回転角度がβ°である状態とは、後述するように、径方向隙間ｄが最も小さくなる状態を意味する。図５に示すグラフは、シャフト８の回転角度θに対する径方向隙間ｄの変化の概略（図中実線で示す）と、高圧室３１ｂ内の圧力変化の概略（図中破線で示す）とを描いたものである。

吸入管３から吸入孔３２を介して圧縮室３１に冷媒を供給しつつ、モータ７の駆動によりシャフト８を回転させると、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示すように、偏心部８ａに装着されたローラ４１は、圧縮室３１の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室３１内で冷媒が圧縮される。冷媒が圧縮される工程について、以下、詳細に説明する。

図２（ａ）の状態から偏心部８ａが図中の矢印方向に回転すると、図２（ｂ）に示すように、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面とによって形成される空間が、低圧室３１ａと高圧室３１ｂに区画される。さらに偏心部８ａが回転すると、図２（ｂ）〜図２（ｄ）に示すように、低圧室３１ａの容積が大きくなるため、吸入管３から吸入孔３２を介して低圧室３１ａ内に冷媒が吸い込まれていく。同時に、高圧室３１ｂの容積が小さくなるため、高圧室３１ｂにおいて冷媒が圧縮される。なお、図２（ｂ）に示すように、シャフト８の回転角度がα°となった時、ローラ４１の外周面が、吸入孔３２におけるローラ４１の移動方向下流側の端部に最も近づく。このとき、ローラ４１の外周面において、吸入孔３２におけるローラ４１の移動方向下流側の端部に最も近づく部分をＰ１で示す。

図５に示すように、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面との間の径方向隙間ｄの大きさは、シャフト８が上死点から９０°回転するまでの間に最大となり、そこから次第に小さくなる。そして、図２（ｄ）に示すように、シャフト８の回転角度がβ°となった時、径方向隙間ｄが最小となる。なお、回転角度β°は、１８０°よりも大きく３３０°以下である。このとき、ローラ４１の外周面において圧縮室３１の周壁面に最も近づく部分をＰ２で示す。また、このとき、ブレード４２の側面において、高圧室３１ｂを画定している部分のローラ４１側とは反対側の端部をＰ３で示す。

そして、高圧室３１ｂ内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド２０に設けられた弁機構が開弁して、高圧室３１ｂ内の冷媒が吐出孔２２を介してマフラー空間Ｍに吐出される。なお、径方向隙間ｄが最小となった時（すなわち、シャフト８の回転角度がβ°となった時）、高圧室３１ｂ内の冷媒の圧力は、弁機構が開弁する所定の圧力に達する。その後、図２（ａ）の状態に戻り、高圧室３１ｂからの冷媒の吐出が完了する。この工程を繰り返すことにより、吸入管３から圧縮室３１に供給された冷媒が連続的に圧縮されて排出される。マフラー空間Ｍに吐出された冷媒は、マフラー１１のマフラー吐出孔（図示省略）から圧縮機構１０の外に吐出される。

上述のような圧縮機構１０から吐出された冷媒は、固定子７ｂと回転子７ａとの間のエアギャップなどを通過した後、最終的に、排出管４から密閉ケーシング２の外に排出される。このとき、シャフト８の排出孔８ｃから圧縮室３１内に供給された潤滑油Ｌの一部は、冷媒と共に吐出孔２２からマフラー空間Ｍに吐出された後、マフラー１１のマフラー吐出孔（図示省略）から圧縮機構１０の外に吐出される。圧縮機構１０の外に吐出された潤滑油Ｌの一部は、フロントヘッド２０の油戻し孔２３を通って密閉ケーシング２の下部の貯留部に戻される。また、圧縮機構１０の外に吐出された潤滑油Ｌの他の一部は、冷媒と共に固定子７ｂと回転子７ａとの間のエアギャップを通過した後、固定子７ｂの外周面に形成された凹部（図示省略）と密閉ケーシング２の内周面との間と、フロントヘッド２０の油戻し孔２３とを通って、密閉ケーシング２の下部の貯留部に戻される。

次に、図３および図６を参照しつつ、ピストン４０の外周面において、コーティング層４４ａが形成され断熱領域となる領域と、コーティング層４４ｂが形成され放熱領域となる領域との位置について説明する。

コーティング層４４ａは、図３、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ブレード４２の側面に位置するＰ３で示す部分から、ローラ４１とブレード４２との境界部までの領域、および、ローラ４１の外周面において、ローラ４１とブレード４２との境界部を一端として、その境界部から高圧室３１ｂ側へローラ下死点に向かって、Ｐ２で示す部分まで延びる領域の全面に形成されている。なお、ローラ下死点とは、ローラ４１の外周面において、ピストン４０が下死点にある際に圧縮室３１の周壁面に最も近づく部分である。ここで、Ｐ２は、上述のように、径方向隙間ｄが最小となる際に圧縮室３１の周壁面に最も近づく部分であり、Ｐ３は、径方向の隙間ｄが最小となる際にブレード４２の側面において高圧室３１ｂを画定する部分のローラ４１側とは反対側の端部である。

コーティング層４４ｂは、ローラ４１の外周面における図３、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においてＰ２で示す部分から、Ｐ４で示す部分までの領域の全面に形成されている。ここで、Ｐ４は、低圧室側（図６（ａ）中右側）のローラ４１とブレード４２との境界部である。

すなわち、コーティング層４４ａが形成された断熱領域は、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際（すなわち、図２（ｄ）に示すようにシャフト８の回転角度がβ°である際）に、高圧室３１ｂを画定する部分に設けられている。また、コーティング層４４ｂが形成された放熱領域は、ローラ４１の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際に、低圧室３１ａを画定する部分に設けられている。なお、放熱領域は、図３、図６（ａ）、（ｃ）においてＰ１で示す部分からＰ４で示す部分までの領域、つまり、ローラ４１の外周面が吸入孔３２におけるローラ４１の移動方向下流側の端部に最も近づく位置にピストン４０がある際（すなわち、図２（ｂ）に示すようにシャフト８の回転角度がα°である際）に、低圧室３１ａを画定する部分を含んでいる。

以上のように、本実施形態の圧縮機１では、ピストン４０の外周面に、ピストン４０の基材４３よりも熱伝導率の小さいコーティング層４４ａが設けられた断熱領域と、断熱領域が設けられていない領域（非断熱領域）とを有している。そして、断熱領域は、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に形成されている。したがって、高圧室３１ｂ側からピストン４０に与えられる熱を断熱領域により断熱しつつ、ピストン４０に与えられた熱を断熱領域が設けられていない領域から放熱できる。よって、ピストン４０の熱膨張を確実に抑制できる。

また、本実施形態の圧縮機１では、断熱領域は、ローラ４１の外周面において、ローラ４１とブレード４２との境界部を一端として、その境界部から高圧室３１ｂ側へローラ下死点に向かって延びる領域に形成されている。したがって、最も長い時間高圧室３１ｂとなる部分に断熱領域を設けることで、高圧室３１ｂ側からピストン４０に与えられる熱を確実に断熱できる。

また、本実施形態の圧縮機１では、ピストン４０の外周面において断熱領域が設けられていない領域（非断熱領域）の一部に、ピストン４０の基材４３よりも熱伝導率の大きいコーティング層４４ｂが形成された放熱領域が設けられている。したがって、コーティング層４４ｂにより、ピストン４０に与えられた熱を確実に放熱できる。

さらに、本実施形態の圧縮機１では、放熱領域は、ローラ４１の外周面において、ローラ４１の外周面が吸入孔３２におけるピストン４０の移動方向下流側の端部に最も近づく位置にピストン４０がある際に（図２（ｂ）に示す状態）、低圧室３１ａを画定する部分を含む領域に形成されている。したがって、ローラ４１の外周面における吸入孔３２の近傍に放熱領域を設けられる。よって、吸入孔３２から導入される比較的低温の冷媒により、ピストン４０に与えられた熱を効率よく放熱できる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、２シリンダ型のロータリ圧縮機に本発明を適用した一例である。
図７に示すように、本実施形態の圧縮機１０１は、シャフト１０８および圧縮機構１１０の構成が上記第１実施形態と異なっている。また、本実施形態の圧縮機１０１では、２本の吸入管３が、密閉ケーシング２の側部に上下に並んで設けられている。その他の構成は上記第１実施形態と同様であるため、同じ符号を用いて適宜その説明を省略する。

シャフト１０８は、２つの偏心部１０８ａ、１０８ｄを有している。２つの偏心部１０８ａ、１０８ｄの軸心は、シャフト１０８の回転軸を中心として１８０°ずれている。また、シャフト１０８は、上記第１実施形態のシャフト８と同じく、給油路１０８ｂと、複数の排出孔１０８ｃを有している。

圧縮機構１１０は、シャフト１０８の軸方向に沿って上から下に向かって順に、フロントマフラー１１１と、フロントヘッド１２０と、シリンダ１３０およびピストン１４０と、ミドルプレート１５０と、シリンダ１６０およびピストン１７０と、リアヘッド１８０と、リアマフラー１１２とを有する。なお、フロントヘッド１２０およびミドルプレート１５０は、ピストン１４０の上下端に配置されており、本発明の端板部材に相当する。また、ミドルプレート１５０およびリアヘッド１８０は、ピストン１７０の上下端に配置されており、本発明の端板部材に相当する。

フロントマフラー１１１は、上記第１実施形態のマフラー１１と同様の構成を有し、フロントヘッド１２０との間にマフラー空間Ｍ１を形成している。

フロントヘッド１２０には、軸受け孔１２１と、吐出孔１２２（図８参照）と、油戻し孔１２３とが形成されている。さらに、フロントヘッド１２０は、上下方向に貫通する貫通孔（図示省略）が形成されている。この貫通孔は、リアヘッド１８０とリアマフラー１１２とによって形成されるマフラー空間Ｍ２内の冷媒を、マフラー空間Ｍ１に排出するための流路の一部を構成している。フロントヘッド１２０は、この貫通孔を有する点以外、第１実施形態のフロントヘッド２０と同様の構成である。

図８に示すように、シリンダ１３０には、圧縮室１３１と、吸入孔１３２と、ブレード収容部１３３とが形成されている。さらに、シリンダ１３０には、圧縮室１３１の外周側部分に、後述するマフラー空間Ｍ２内の冷媒をマフラー空間Ｍ１に排出するための貫通孔１３５が形成されている。シリンダ１３０は、この貫通孔１３５を有する点以外、第１実施形態のシリンダ３０と同様の構成である。

ピストン１４０は、上記第１実施形態のピストン４０と同様の構成であって、ローラ４１と、ブレード４２とから構成されている。ローラ４１は、偏心部１０８ａの外周面に回転可能に装着されており、ブレード４２は、シリンダ１３０のブレード収容部１３３に配置された一対のブッシュ３４の間に進退可能に配置されている。また、ピストン１４０は、上記第１実施形態のピストン４０と同じく、金属材料からなる基材４３と、基材４３よりも熱伝導率の小さいコーティング層４４ａ、および、基材４３よりも熱伝導率の大きいコーティング層４４ｂとから構成されている。コーティング層４４ａは、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１４０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に設けられている。コーティング層４４ｂは、ローラ４１の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１４０がある際に、低圧室３１ａを画定する部分に設けられている。

ミドルプレート１５０は、円環状の板部材であって、シリンダ１３０とシリンダ１６０との間に配置され、シリンダ１３０の圧縮室１３１の下端を閉塞すると共に、シリンダ１６０の圧縮室１３１の上端を閉塞している。また、ミドルプレート１５０には、後述するマフラー空間Ｍ２内の冷媒をマフラー空間Ｍ１に排出するための貫通孔（図示省略）が形成されている。ミドルプレート１５０は、金属材料で形成されている。

シリンダ１６０は、上述したシリンダ１３０と同様の構成であって、圧縮室１６１と、吸入孔１６２と、一対のブッシュ３４が配置されたブレード収容部（図示省略）と、貫通孔（図示省略）とを有する。

ピストン１７０は、上記第１実施形態のピストン４０と同様の構成であって、ローラ４１と、ブレード４２とから構成されている。ローラ４１は、偏心部１０８ｄの外周面に回転可能に装着されており、ブレード４２は、シリンダ１６０のブレード収容部（図示省略）に配置された一対のブッシュ３４の間に進退可能に配置されている。また、ピストン１７０は、上記第１実施形態のピストン４０と同じく、金属材料からなる基材４３と、基材４３よりも熱伝導率の小さいコーティング層４４ａ、および、基材４３よりも熱伝導率の大きいコーティング層４４ｂとから構成されている。コーティング層４４ａは、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１７０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に設けられている。コーティング層４４ｂは、ローラ４１の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１７０がある際に、低圧室３１ａを画定する部分に設けられている。

リアヘッド１８０は、シリンダ１６０の下側に配置され、シリンダ１６０の圧縮室１６１の下端を閉塞している。リアヘッド１８０は、略円環状の部材であって、その中央部に、シャフト１０８が回転可能に挿通される軸受け孔１８１が形成されている。また、リアヘッド１８０には、シリンダ１６０の圧縮室１６１において圧縮された冷媒を、リアヘッド１８０とリアマフラー１１２との間に形成されるマフラー空間Ｍ２に吐出するための吐出孔（図示省略）が形成されている。さらに、リアヘッド１８０には、マフラー空間Ｍ２内の冷媒をマフラー空間Ｍ１に排出するための貫通孔（図示省略）が形成されている。また、リアヘッド１８０の下面には、圧縮室１３１内の圧力に応じて吐出孔を開閉する弁機構（図示省略）が取り付けられている。リアヘッド１８０は、金属材料で形成されている。

リアマフラー１１２は、リアヘッド１８０の吐出孔（図示省略）から冷媒が吐出される際の騒音を低減するために設けられている。リアマフラー１１２は、リアヘッド１８０の下面にボルトによって取り付けられ、リアヘッド１８０との間にマフラー空間Ｍ２を形成している。マフラー空間Ｍ２は、リアヘッド１８０、シリンダ１６０、ミドルプレート１５０、シリンダ１３０およびフロントヘッド１２０にそれぞれ形成された貫通孔を介して、マフラー空間Ｍ１と連通している。

本実施形態の圧縮機１０１の動作について説明する。
吸入孔１３２、１６２から圧縮室１３１、１６１に冷媒を供給しつつ、モータ７の駆動によりシャフト１０８を回転させると、偏心部１０８ａに装着されたピストン１４０のローラ４１は圧縮室１３１の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室１３１内で冷媒が圧縮される。これと並行して、偏心部１０８ｄに装着されたピストン１７０のローラ４１は圧縮室１６１の周壁面に沿って移動する。これにより、圧縮室１６１内で冷媒が圧縮される。

圧縮室１３１内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、フロントヘッド１２０に設けられた弁機構が開弁して、圧縮室１３１内の冷媒がフロントヘッド１２０の吐出孔２２からマフラー空間Ｍ１に吐出される。また、圧縮室１６１内の圧力が所定の圧力以上になった時点で、リアヘッド１８０に設けられた弁機構が開弁して、圧縮室１６１内の冷媒がリアヘッド１８０の吐出孔（図示省略）からマフラー空間Ｍ２に吐出される。マフラー空間Ｍ２に吐出された冷媒は、リアヘッド１８０、シリンダ１６０、ミドルプレート１５０、シリンダ１３０およびフロントヘッド１２０にそれぞれ形成された貫通孔を介して、マフラー空間Ｍ１に吐出される。

マフラー空間Ｍ１に吐出された冷媒は、フロントマフラー１１１のマフラー吐出孔（図示省略）から圧縮機構１１０の外に吐出されて、その後、固定子７ｂと回転子７ａとの間のエアギャップを通過した後、最終的に、排出管４から密閉ケーシング２の外に排出される。

本実施形態では、上記第１実施形態と同じく、ピストン１４０、１７０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１４０、１７０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に断熱領域が設けられており、ピストン１４０、１７０のローラ４１の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン１４０、１７０がある際に、低圧室３１ａを画定する部分に放熱領域が設けられているので、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述の第１実施形態では、断熱領域が、ピストン４０の外周面のみに形成されている場合について説明したが、これには限定されない。図９に示すように、第１実施形態の第１変形例においては、ピストン４０の外周面に形成されたコーティング層４４ａ、４４ｂに加えて、ピストン４０の上下端面の全面に、基材４３よりも熱伝導率の小さい金属材料からなるコーティング層２４４ａが形成されている。すなわち、本変形例においては、ピストン４０の上下端面にも断熱領域が設けられている。したがって、フロントヘッド２０およびリアヘッド５０のシリンダ３０側とは反対側の熱が、フロントヘッド２０やリアヘッド５０を介してピストン４０に伝わるのを防ぐことができる。なお、上述の第２実施形態においても、この変形例を適用することができる。

また、上述の第１実施形態では、基材４３よりも熱伝導率の大きいコーティング層４４ｂを形成することで放熱領域を設けている場合について説明したが、これには限定されない。図１０に示すように、第１実施形態の第２変形例においては、コーティング層４４ｂを設ける代わりに、凹部３４４が形成されている。凹部３４４は、ローラ４１の外周面において、圧縮室３１の軸中心からローラ４１の軸中心側に向かって延在する直線Ｌが吸入孔３２におけるローラ４１の移動方向下流側の端部を通る際に、低圧室３１ａを画定する部分に形成されている。本変形例においては、凹部３４４は、上下方向に延びる溝状であり３つ形成されているが、凹部の形状およびその個数は適宜変更可能である。また、凹部３４４の代わりに凸部を形成してもよい。なお、凸部を形成する場合には、ローラ４１の外周面と圧縮室３１の周壁面との接触と避けるために、ピストン４０が移動する際にローラ４１の外周面において吸入孔３２と対向する部分に凸部を形成する、圧縮室３１の周壁面に凸部を受け入れる凹部を形成するなどする必要がある。さらに、コーティング層４４ｂを形成すると共に凹部や凸部を形成するようにしてもよい。本変形例では、凹部３４４によりローラ４１の外周面の表面積を増加させることで、ピストン４０に与えられた熱を確実に放熱できる。なお、上述の第２実施形態においても、この変形例を適用することができる。

また、基材４３の外周面における放熱領域に対応する部分を覆うのは、金属製のコーティング層４４ｂには限定されず、基材４３よりも熱伝導率の大きい材料で覆われていればよい。すなわち、例えば、金属製のコーティング層４４ｂに代えて、熱伝導率１５０Ｗ／ｍｋの窒化アルミニウムなどのセラミックを用いることができる。なお、このような基材４３よりも熱伝導率の大きい材料が設けられていない場合であっても、基材４３の表面が断熱材料で覆われておらず、基材４３の表面が露出した状態であれば、そこからピストン４０に与えられた熱を放熱できる。

加えて、上述の第１実施形態では、ローラ４１の外周形状が円形である場合について説明したが、図１１に示すように、第１実施形態の第３変形例のピストン４４０では、ローラ４４１の外周面に、ブレード４４２の基端部から吸入孔３２側（図１１中の右側）に延在する切欠きが形成されていている。本変形例においては、断熱領域が設けられていない領域（非断熱領域）が、圧縮室３１の軸中心からローラ４４１の軸中心側に向かって延在する直線Ｌが、吸入孔３２におけるローラ４４１の移動方向（図１１中の時計回り）の下流側の端部を通る時に、ローラ４４１の外周面のうちで低圧室３１ａを画定する部分（図中太線で示す部分）を含む領域に形成されていれば、第１実施形態と同様に、比較的低温の冷媒によりピストン４４０に与えられた熱を効率よく放熱できるという効果を得ることができる。

さらに、上述の第１および第２実施形態では、基材４３よりも熱伝導率の小さい金属製のコーティング層４４ａを形成することで断熱領域を設けている場合について説明したが、これには限定されない。基材４３の外周面における断熱領域に対応する部分を覆うのは、金属製のコーティング層４４ａには限定されず、基材４３よりも熱伝導率の小さい材料で覆われていればよい。すなわち、例えば、金属製のコーティング層４４ａに代えて、熱伝導率０．２５Ｗ／ｍｋのＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）などの樹脂材料や、熱伝導率３Ｗ／ｍｋのジルコニアなどのセラミックを用いることができる。

加えて、上述の第１および第２実施形態では、断熱領域は、ピストン４０の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際に、高圧室３１ｂを画定する部分に設けられている場合について説明したが、断熱領域は、この実施形態で設けられている部分の少なくとも一部を含む領域に形成されていれば良い。

さらに、上述の第１および第２実施形態では、放熱領域は、ローラ４１の外周面において、径方向隙間ｄが最も小さくなる位置にピストン４０がある際に、低圧室３１ａを画定する部分に設けられている場合について説明したが、これには限定されない。放熱領域は、ピストン４０の外周面において、断熱領域が設けられていない領域の少なくとも一部に設けられていれば良い。

また、上述の第１および第２実施形態では、圧縮機構は、フロントヘッド２０、１２０の外周部が密閉ケーシング２の内周面に固定されることで支持されているが、シリンダ３０、１３０、１６０、ミドルプレート１５０、またはリアヘッド５０、１８０の外周部が密閉ケーシング２の内周面に固定されることで支持される構成であってもよい。

本発明を利用すれば、ピストンの熱膨張を確実に抑制できる。

１ 圧縮機
２０、１２０ フロントヘッド（端板部材）
３０、１３０、１６０ シリンダ
３１、１３１、１６１ 圧縮室
３１ａ 低圧室
３１ｂ 高圧室
３２、１３２、１６２ 吸入孔
３２ａ 吸入口
３３、１３３ ブレード収容部
４０、１４０、１７０ ピストン
４１ ローラ
４２ ブレード
４３ 基材
４４ａ、４４ｂ、２４４ａ コーティング層
５０、１８０ リアヘッド（端板部材）
３４４ 凹部

Claims (6)

1. 圧縮室および前記圧縮室に連通したブレード収容部を有するシリンダと、
   前記シリンダの軸方向両端にそれぞれ配置される端板部材と、
   前記圧縮室に配置された環状のローラ、および前記ローラの外周面から延在し且つ前記ブレード収容部に対して進退可能に配置されたブレードを有するピストンとを備え、
   前記ピストンは、前記ローラが前記圧縮室の周壁面に沿って移動しつつ前記ブレードと共に前記圧縮室を高圧室と低圧室とに区画するものであって、
   前記ピストンの外周面は、
   前記ピストンの基材よりも熱伝導率の小さい断熱材料が設けられた断熱領域と、
   前記断熱材料が設けられていない非断熱領域とを有しており、
   前記断熱領域は、前記ピストンの外周面において、少なくとも、前記ローラの外周面と前記圧縮室の内周面との間のすき間が最も小さくなる位置に前記ピストンがある際に、前記高圧室を画定する部分の一部を含む領域に形成されていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記断熱領域は、前記ローラの外周面において、前記ブレードとの境界部を一端とし、その境界部から高圧室側へローラ下死点に向かって延びる領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記シリンダは、前記圧縮室の周壁面に開口し且つ前記圧縮室に冷媒を導入するための吸入孔をさらに有し、
   前記非断熱領域は、少なくとも、前記ローラの外周面において、前記圧縮室の軸方向から視て前記圧縮室の軸中心から前記ローラの軸中心側に向かって延在する直線が前記吸入孔における前記ローラの移動方向下流側の端部を通る際に、前記低圧室を画定する部分を含む領域に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記非断熱領域の少なくとも一部には、前記ピストンの基材よりも熱伝導率の大きい放熱材料が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記非断熱領域は、前記ローラの外周面において、前記圧縮室の軸方向から視て前記圧縮室の軸中心から前記ローラの軸中心側に向かって延在する直線が前記吸入孔における前記ローラの移動方向下流側の端部を通る際に、前記低圧室を画定する部分に形成された凹部および凸部の少なくともいずれか一方を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機。
6. 前記ピストンの軸方向端面は、前記ピストンの基材よりも熱伝導率の小さい断熱材料が設けられた断熱領域を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧縮機。

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