JP2012149545A - ロータリー式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音の発生を抑制することのできるロータリー式圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト２３において、下側の偏心軸部４０Ｂの下方に接触シュー部５０Ａを形成した。シャフト２３およびピストンロータ２１Ａ、２１Ｂは、接触シュー部５０Ａの下面５０ａと、凹部５２の底面５２ａとが面接触することで、その荷重が支持される。そして、接触シュー部５０Ａの下面５０ａと、凹部５２の底面５２ａとの間には、冷媒中に混在させられた潤滑油が介在し、この潤滑油が、下側の軸受２９Ｂとシャフト２３との上下方向（スラスト方向）の相対変位に対してダンピング効果を発揮する。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍装置に用いられるロータリー式圧縮機に関する。

冷凍装置に用いられるロータリー式圧縮機は、図８に示すように、密閉された容器１内に、円筒状の内壁面を有したシリンダ２と、シリンダ２の中心に対して偏心して設けられたピストンロータ３と、を備えている。ピストンロータ３は、シリンダ２の中心軸に沿って設けられたシャフト４に設けられている。シャフト４は、シリンダ２に固定された軸受５Ａ、５Ｂを介してその軸線周りに回転自在に設けられている。シャフト４には、シャフト４を回転させるためのモータ６を構成するロータ６Ａが設けられている。ロータ６Ａの外周側には、容器１の内周面に固定されたステータ６Ｂが配置され、ステータ６Ｂに通電されることによって、シャフト４が回転駆動され、ピストンロータ３がシリンダ２内で旋回する。
そして、シリンダ２とピストンロータ３との間に形成された圧縮室に冷媒を吸い込み、ピストンロータ３の回転により圧縮室容積が減少して冷媒を圧縮して吐出する。

このようなロータリー式圧縮機の作動時において、ゴトゴトといった騒音が生じることがあった。これは、ロータ６Ａの上と下で発生する圧力脈動により、ピストンロータ３およびシャフト４が、シャフト４を支持する軸受５Ａ、５Ｂのクリアランスの範囲内で振動する。その結果、ピストンロータ３が、シャフト４の軸線方向に振動して軸受５Ａ、５Ｂ（特に下側の軸受５Ｂ）と干渉し、騒音が生じるのである。

これに対し、シャフト４の軸線方向における軸受５Ａ、５Ｂとピストンロータ３のクリアランスを小さくすることで、騒音を抑えようとする提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。

実開昭６４−１５７９２号公報

しかしながら、上記のクリアランスを小さくするには、加工コストが上昇してしまうという問題がある。

これに対し、モータ６を構成するロータ６Ａの磁力中心Ｃ１と、ステータ６Ｂの磁力中心Ｃ２とを、シャフト４の軸線方向にオフセットさせる構成が考えられる。このような構成では、ステータ６Ｂで発生する磁界によってロータ６Ａおよびシャフト４を下方に引き付けることで、ピストンロータ３を下側の軸受５Ｂに押し付け、これによって騒音の発生を抑制する。
しかし、このような構成では、ピストンロータ３と下側の軸受５Ｂとの摩擦が大きくなるので、シャフト４の回転駆動力のロスが増大し、冷媒の圧縮効率の低下を招く。

また、ロータ６Ａの磁力中心Ｃ１と、ステータ６Ｂの磁力中心Ｃ２とを、上記とは逆方向にオフセットさせ、ステータ６Ｂで発生する磁界によってロータ６Ａおよびシャフト４を上方に浮き上がらせることで、ピストンロータ３が下側の軸受５Ｂに接触するのを低減し、これによって騒音の発生を抑制することも考えられる。
しかし、このような構成では、磁界を弱める制御がされる領域においては、モータ６で発生する磁界が弱くなり、ロータ６Ａおよびシャフト４を上方に浮き上がらせる力が弱まり、シャフト４が下降して下側の軸受５Ｂに接触してしまい、騒音が発生する。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、騒音の発生を有効に抑制することのできるロータリー式圧縮機を提供することを目的とする。

かかる目的のもとになされた本発明のロータリー式圧縮機は、外殻を形成するケース内に、内部に冷媒が供給されるシリンダと、シリンダの上下に設けられた軸受に回転自在に支持され、シリンダ内を貫通するシャフトと、シャフトをその中心軸周りに回転駆動させるモータと、シャフトの中心軸に対し直交する方向に偏心して設けられ、シリンダ内でシリンダの中心に対して偏心して回転駆動されるピストンロータと、シャフトにおいて、ピストンロータの下側に形成され、下側の軸受の上面に接触することでシャフトおよびピストンロータの荷重を受ける接触シュー部と、を備え、接触シュー部は、シャフトの外径よりも大きな外径を有し、当該シャフトと同軸状に形成された円板状とすることを特徴とする。
このように、接触シュー部が、下側の軸受の上面に接触してシャフトおよびピストンロータの荷重を受けることで、接触シュー部と下側の軸受の上面との間には、冷媒に含まれる潤滑油が供給されて介在することになる。この潤滑油によりダンピング効果が得られる。このとき、接触シュー部は、シャフトの外径よりも大きな外径を有し、シャフトと同軸状に形成された円板状とすることで、潤滑油の保持性が高まり、接触シュー部と下側の軸受の上面との接触面積も大きく確保できる。

下側の軸受の上面に、接触シュー部を収容し、接触シュー部の厚さよりも小さな深さを有する凹部を形成しても良い。
また、接触シュー部は、ピストンロータの内周面よりも大きな外径を有し、ピストンロータに、接触シュー部との干渉を防ぐ逃げ凹部を形成しても良い。

さらに、接触シュー部は、シャフトと別体としても良い。その場合、接触シュー部は、シャフトよりも柔軟な材料で形成することもできる。

また、シャフトは、接触シュー部の下面と下側の軸受の上面との間に潤滑油を供給する供給路を有するようにしても良い。

本発明によれば、接触シュー部が、下側の軸受の上面に接触してシャフトおよびピストンロータの荷重を受けることで、接触シュー部と下側の軸受の上面との間には、冷媒に含まれる潤滑油が供給されて介在することになる。この潤滑油によりダンピング効果が得られる。これにより、騒音の発生を有効に抑制することが可能となる。

本実施の形態におけるロータリー式圧縮機の構成を示す断面図である。 圧縮機のシリンダおよびピストンロータを示す図であり、圧縮機の軸線に直交した面における断面図である。 第一の実施形態におけるシャフトの荷重支持部分の構成を示す断面図である。 （ａ）は本実施形態におけるシャフトの斜視図、（ｂ）は接触シュー部を備えない場合のシャフトの斜視図である。 第二の実施形態におけるシャフトの荷重支持部分の構成を示す断面図である。 シャフトと接触シュー部とを別体とした場合の例を示す断面図である。 シャフトに潤滑油供給路を備えた場合の例を示す断面図である。 従来のロータリー式圧縮機の構成を示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第一の実施形態］
図１は、本実施の形態におけるロータリー式の圧縮機１０の構成を示す図である。
この図１に示すように、圧縮機１０は、図１において上下方向に中心軸を有した円筒状の密閉型のケース１１内に、ディスク状のシリンダ２０Ａ、２０Ｂが上下２段に設けられた、いわゆる２気筒タイプである。シリンダ２０Ａ、２０Ｂの中央部には、それぞれ、上下方向に軸線を有した円筒状のシリンダ内壁面２０Ｓが形成されている。

シリンダ２０Ａ、２０Ｂの内方には、シリンダ内壁面２０Ｓの内径よりも小さな外径を有した円筒状のピストンロータ２１Ａ、２１Ｂが配置されている。ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂのそれぞれは、ケース１１の中心軸に沿ったシャフト２３の偏心軸部４０Ａ、４０Ｂに挿入固定されている。これにより、シリンダ２０Ａ、２０Ｂのシリンダ内壁面２０Ｓとピストンロータ２１Ａ、２１Ｂの外周面との間には、それぞれ三日月状の断面を有した空間Ｒが形成されている。
ここで、上段側のピストンロータ２１Ａと、下段側のピストンロータ２１Ｂとは、その位相が互いに異なるように設けられている。
また、上下のシリンダ２０Ａ、２０Ｂの間には、ディスク状の仕切板２４が設けられている。仕切板２４により、上段側のシリンダ２０Ａ内の空間Ｒと、下段側のシリンダ２０Ｂの空間Ｒとが互いに連通せずに圧縮室Ｒ１と圧縮室Ｒ２とに仕切られている。

図２に示すように、上下のシリンダ２０Ａ、２０Ｂには、圧縮室Ｒ１、Ｒ２を、それぞれ２つに区切るブレード２５が設けられている。ブレード２５は、シリンダ２０Ａ、２０Ｂのそれぞれにおいて、シリンダ２０Ａ、２０Ｂの径方向に延在して形成された挿入溝２６に、ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂに対して接近・離間する方向に進退自在に保持されている。そして、ブレード２５は、その後端部２５ａが、コイルバネ２８によって押圧されており、先端部２５ｂがピストンロータ２１Ａ、２１Ｂに常に押し付けられている。

図１に示したように、シャフト２３は、上下のシリンダ２０Ａ、２０Ｂに図示しないボルトによって固定された上下の軸受２９Ａ、２９Ｂにより、その軸線周りに回動自在に支持されている。
そして、シャフト２３には、ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂの内側に、シャフト２３の中心軸から直交する方向にオフセットした偏心軸部４０Ａ、４０Ｂが形成されている。偏心軸部４０Ａ、４０Ｂは、ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂの内径よりもわずかに小さな外径を有している。これにより、シャフト２３が回転すると、偏心軸部４０Ａ、４０Ｂがシャフト２３の中心軸周りに旋回し、上下のピストンロータ２１Ａ、２１Ｂがシリンダ２０Ａ、２０Ｂ内で、偏心転動する。このとき、ブレード２５は、コイルバネ２８により押圧されているため、先端部２５ｂがピストンロータ２１Ａ、２１Ｂの動きに追従して進退し、ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂに常に押し付けられる。

シャフト２３は、軸受２９Ａから上方に突出して延びており、その突出部には、シャフト２３を回転させるためのモータ３６のモータ回転子３７が一体に設けられている。モータ回転子３７の外周部に対向して、モータ固定子３８が、ケース１１の内周面に固定して設けられている。

ケース１１の側方には、シリンダ２０Ａ、２０Ｂの外周面に対向する位置に、開口部１２Ａ、１２Ｂが形成されている。シリンダ２０Ａ、２０Ｂには、開口部１２Ａ、１２Ｂに対向した位置に、シリンダ内壁面２０Ｓの所定位置まで連通する吸入ポート３０Ａ、３０Ｂが形成されている。

ケース１１の外部に、圧縮機１０に供給するに先立ち冷媒を気液分離するためのアキュムレータ１４が、ステー１５を介してケース１１に固定されている。
アキュムレータ１４には、アキュムレータ１４内の冷媒を圧縮機１０に吸入させるための吸入管１６Ａ、１６Ｂが設けられている。吸入管１６Ａ、１６Ｂの先端部は、開口部１２Ａ、１２Ｂを通して、吸入ポート３０Ａ、３０Ｂに接続されている。

このような圧縮機１０においては、アキュムレータ１４の吸入口１４ａからアキュムレータ１４内に冷媒を取り込み、アキュムレータ１４内で冷媒を気液分離して、その気相を吸入管１６Ａ、１６Ｂから、パイプ１７Ａ、１７Ｂ、シリンダ２０Ａ、２０Ｂの吸入ポート３０Ａ、３０Ｂを介し、シリンダ２０Ａ，２０Ｂの内部空間である圧縮室Ｒ１、Ｒ２に供給する。
そして、ピストンロータ２１Ａ、２１Ｂの偏心転動により、圧縮室Ｒ１、Ｒ２の容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。シリンダ２０Ａ、２０Ｂの所定の位置には、冷媒を吐出する吐出穴（図示無し）が形成されており、この吐出穴にはリード弁（図示無し）が備えられている。これにより、圧縮された冷媒の圧力が高まると、リード弁を押し開き、冷媒をシリンダ２０Ａ、２０Ｂの外部に吐出する。吐出された冷媒は、ケース１１の上部に設けられた吐出口４２から外部の図示しない配管に排出される。

さて、上記のような圧縮機１０においては、シャフト２３において、下側の偏心軸部４０Ｂの下方に、シャフト２３の外径よりも大きく、かつ偏心軸部４０Ｂの外径よりも小さな径を有し、かつシャフト２３の中心軸に同軸状に形成された接触シュー部５０Ａが形成されている。

一方、下側の軸受２９Ｂの上面には、シャフト２３が貫通している孔５１の周囲に、接触シュー部５０Ａを収容する円形の凹部５２が形成されている。この凹部５２の深さｄは、接触シュー部５０Ａの厚さｔよりも小さく形成されている。

上記したような構成によれば、シャフト２３およびピストンロータ２１Ａ、２１Ｂは、接触シュー部５０Ａの下面５０ａと、凹部５２の底面５２ａとが面接触することで、その荷重が支持されている。このとき、この凹部５２の深さｄは、接触シュー部５０Ａの厚さｔよりも小さいので、シャフト２３の偏心軸部４０Ｂやピストンロータ２１Ｂが下側の軸受２９Ｂに非接触となる。
接触シュー部５０Ａの下面５０ａと、凹部５２の底面５２ａとの間には、冷媒中に混在させられた潤滑油が介在し、この潤滑油が、下側の軸受２９Ｂとシャフト２３（の接触シュー部５０Ａ）との上下方向（スラスト方向）の相対変位に対してダンピング効果を発揮する。
ここで、図４（ａ）に示すように、接触シュー部５０Ａの下面５０ａは、円形となる。これに対し、接触シュー部５０Ａを備えない場合には、偏心軸部４０Ｂの下面４０ｂは三日月状となる。図４（ａ）に示したように、下側の軸受２９Ｂとの間で潤滑油が介在する部分が円形である接触シュー部５０Ａの下面５０ａの方が、図４（ｂ）に示したように三日月状である場合よりも接触面積も多く、また全周で均一に接触するので、潤滑油を確実に保持できる。また、下側の軸受２９Ｂの接触面積も大きくなる。

これにより、ピストンロータ２１Ｂが、シャフト２３の軸線方向に振動して下側の軸受２９Ｂと衝突したときにも、潤滑油がダンピング効果を発揮するので、騒音の発生を抑えることができる。
さらに、凹部５２により外周側が囲われているため潤滑油が逃げにくく、潤滑性能の維持を安定して行うことができる。

なお、上記したような構成においては、さらに、モータ３６のモータ回転子３７の磁力中心Ｃ１と、モータ固定子３８の磁力中心Ｃ２とを、シャフト２３の中心軸に沿った方向にオフセットさせることで、磁力によりシャフト２３を上方に引き上げるようにして、軸受２９Ｂとピストンロータ２１Ｂとの摩擦を低減するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、接触シュー部５０Ａは、その外周面５０ｓが、ピストンロータ２１Ｂの内径面２１ｓよりも内周側に位置する径に形成されているが、これに限るものではなく、外周面５０ｓがピストンロータ２１Ｂの内径面２１ｓよりも外周側に位置するような径で接触シュー部５０Ａを形成することもできる。その場合、凹部５２もその内径を接触シュー部５０Ａに対応したものとする。

［第二の実施形態］
次に、本発明にかかるロータリー式圧縮機の第二の実施形態を示す。以下に示す第二の実施形態においては、上記第一の実施形態との差異は一部の構成のみであり、それ以外の圧縮機１０の全体的な構成は上記第一の実施形態と同様である。したがって、以下においては、上記第一の実施形態と異なる構成を中心に説明を行い、上記第一の実施形態と共通する構成については同符号を付してその説明を省略する。
図５を示すように、本実施形態における圧縮機１０においては、シャフト２３において、下側の偏心軸部４０Ｂの下方に、シャフト２３の外径よりも大きな外径を有し、シャフト２３の中心軸に同軸状に形成された接触シュー部５０Ｂが形成されている。
この接触シュー部５０Ｂの下面５０ｂは、下側の軸受２９Ｂの上面２９ｂと面接触している。

ここで、接触シュー部５０Ｂは、その外周面５０ｓが、ピストンロータ２１Ｂの内径面２１ｓよりも外周側に位置する径に形成することもできる。その場合、ピストンロータ２１Ｂには、接触シュー部５０Ｂとの干渉を防ぐための逃げ凹部５５が形成される。

上記したような構成によれば、シャフト２３およびピストンロータ２１Ａ、２１Ｂは、接触シュー部５０Ｂの下面５０ｂと、下側の軸受２９Ｂの上面２９ｂとが面接触することで、その荷重が支持されている。このとき、接触シュー部５０Ｂにより、シャフト２３の偏心軸部４０Ｂが下側の軸受２９Ｂに非接触となる。
接触シュー部５０Ｂの下面５０ｂと、下側の軸受２９Ｂの上面２９ｂとの間には、冷媒中に混在させられた潤滑油が介在し、この潤滑油が、下側の軸受２９Ｂとシャフト２３（の接触シュー部５０）との上下方向（スラスト方向）の相対変位に対してダンピング効果を発揮する。
また、ピストンロータ２１Ｂの内径で制限される以上の面積を大きくとれることにより、ダンピング効果を大きく得ることができる。

これにより、ピストンロータ２１Ｂが、シャフト２３の軸線方向に振動して下側の軸受２９Ｂと衝突したときにも、潤滑油がダンピング効果を発揮するので、騒音の発生を抑えることができる。

［さらに他の実施形態］
上記第一の実施形態、第二の実施形態で示した接触シュー部５０Ａ、５０Ｂは、シャフト２３に一体に同材料で形成するようにしたが、これに限るものではない。
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂを、シャフト２３とは別体とし、これをシャフト２３に嵌合させる構成とすることもできる。
このような構成によれば、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂと下側の軸受２９Ｂとの接触面だけでなく、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂと下側の偏心軸部４０Ｂとの間においても潤滑油が介在することになるため、潤滑油の介在によるダンピング効果が増大する。

この場合、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂは、例えば、ゴム系材料、板バネ、金属、すべり軸受、樹脂、玉軸受等により形成することもできる。
これにより、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂ自体によってもダンピング効果を発揮することができる。

また、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト２３に、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂと下側の軸受２９Ｂとの接触面に潤滑油を供給するための潤滑油供給路６０を形成するようにしても良い。
これにより、接触シュー部５０Ａ、５０Ｂと下側の軸受２９Ｂとの接触面に潤滑油を確実に介在させることができ、安定してダンピング効果を発揮することができる。

なお、上記実施の形態では、圧縮機１０の構成について説明したが、本願発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、各部の構成は適宜変更などを加えることが可能である。
また、上記では、二組のシリンダ２０Ａ、２０Ｂとピストンロータ２１Ａ、２１Ｂとを備える２気筒の圧縮機１０を例に挙げたが、１気筒、または３気筒以上の圧縮機にも本発明は適用できる。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０…圧縮機、１１…ケース、２０Ａ、２０Ｂ…シリンダ、２１Ａ、２１Ｂ…ピストンロータ、２１ｓ…内径面、２３…シャフト、２９Ａ、２９Ｂ…軸受、２９ｂ…上面、３６…モータ、４０Ａ、４０Ｂ…偏心軸部、５０Ａ、５０Ｂ…接触シュー部、５０ａ、５０ｂ…下面、５２…凹部、５２ａ…底面、５５…逃げ凹部、６０…潤滑油供給路

Claims (6)

1. 外殻を形成するケース内に、
   内部に冷媒が供給されるシリンダと、
   前記シリンダの上下に設けられた軸受に回転自在に支持され、前記シリンダ内を貫通するシャフトと、
   前記シャフトをその中心軸周りに回転駆動させるモータと、
   前記シャフトの中心軸に対し直交する方向に偏心して設けられ、前記シリンダ内で前記シリンダの中心に対して偏心して回転駆動されるピストンロータと、
   前記シャフトにおいて、前記ピストンロータの下側に形成され、下側の前記軸受の上面に接触することで前記シャフトおよび前記ピストンロータの荷重を受ける接触シュー部と、を備え、
   前記接触シュー部は、前記シャフトの外径よりも大きな外径を有し、当該シャフトと同軸状に形成された円板状であることを特徴とするロータリー式圧縮機。
2. 下側の前記軸受の上面に、前記接触シュー部を収容し、前記接触シュー部の厚さよりも小さな深さを有する凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリー式圧縮機。
3. 前記接触シュー部は、前記ピストンロータの内周面よりも大きな外径を有し、前記ピストンロータに、前記接触シュー部との干渉を防ぐ逃げ凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のロータリー式圧縮機。
4. 前記接触シュー部は、前記シャフトと別体とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のロータリー式圧縮機。
5. 前記接触シュー部は、前記シャフトよりも柔軟な材料で形成されていることを特徴とする請求項４に記載のロータリー式圧縮機。
6. 前記シャフトは、前記接触シュー部の下面と下側の前記軸受の上面との間に潤滑油を供給する供給路を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のロータリー式圧縮機。

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