JP2012167659A - 圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレード溝の深さがシリンダ室の深さよりも深いと、圧縮機の運転時にブレードが摺動運動すると、シリンダ室底面とブレード溝底面の段差によってブレードの摺動運動が妨げられ、性能の低下やブレード先端の欠けによる圧縮機の故障の原因となる恐れがある。
【解決手段】圧縮機は、回転軸と、軸受部とシリンダ室４とシリンダ室に連通するブレード溝１１とが形成された一体型シリンダを有している。シリンダ室内には偏心回転可能にローラが配されており、ブレード溝内にはシリンダ室内を二分するブレードが配されている。シリンダ室は閉塞部材により閉塞されている。そして、この一体型シリンダは、シリンダ室の深さ寸法よりも、ブレード溝の深さ寸法が小さく形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明の実施の形態は、圧縮機及びこの圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

一般的な圧縮機として、圧縮機構部のシリンダ室内を、ローラが偏心回転することで、流体を圧縮するロータリ型の圧縮機が知られている。このような圧縮機の圧縮機構部は、内周面に囲まれたシリンダ室を有するシリンダ部と、回転軸を支持するとともに、シリンダ室を閉塞する閉塞部材と、ローラの外周面に当接しシリンダ室内を吸込み側と吐出側とに二分するブレードを有している。
更に、上記圧縮機には、シリンダ部と軸受部とが一体に形成された圧縮機構部を備えたものがある。

シリンダ部と軸受部とが一体に形成された一体型シリンダは、シリンダ室とブレードを配置するために設けられるブレード溝が、切削加工により、必要な寸法と表面性状に加工形成される。

特開平１０−１３１８７９号公報

ここで、シリンダ部と軸受部とが一体に形成された一体型シリンダは、シリンダ室とブレード溝が、別工程で加工される。シリンダ部と軸受部が別体に形成される場合、シリンダ室の底面とブレード溝の底面は、軸受部の端面であるため、同一平面上となる。しかし、別工程により加工される場合、シリンダ室の底面とブレード溝の底面とに段差を生じ同一平面上とならない。特に、ブレード溝の深さがシリンダ室の深さよりも深いと、圧縮機の運転時にブレードが摺動運動すると、シリンダ室底面とブレード溝底面の段差によってブレードの摺動運動が妨げられ、性能の低下やブレード先端の欠けによる圧縮機の故障の原因となる恐れがある。
本発明の実施形態は、シリンダ室底面とブレード溝の底面との段差によって、ブレードの摺動運動が妨げられず、信頼性の高い圧縮機を提供する。

本発明の実施形態の圧縮機は、回転軸と、軸受部とシリンダ室とシリンダ室に連通するブレード溝とが形成された一体型シリンダを有している。シリンダ室内には偏心回転可能にローラが配されており、ブレード溝内にはシリンダ室内を二分するブレードが配されている。シリンダ室は閉塞部材により閉塞されている。
そして、この一体型シリンダは、シリンダ室の深さ寸法よりも、ブレード溝の深さ寸法が小さく形成されている。

第１の実施形態に係る圧縮機の縦断面図。 第１の実施形態に係る一体型シリンダの要部の概略図。 第１の実施形態に係る一体型シリンダの旋削加工の概略図。 第１の実施形態に係る一体型シリンダのエンドミル加工の概略図。 第１の実施形態のシリンダ室のブレード溝深さとシリンダ室深さを示す図。 第１の実施形態に係る一体型シリンダのブレード溝の縦断面図。 一体型シリンダのブレード溝の寸法比とブレード溝の底部と開口部の差の関係を示す図。 第２の実施形態に係る冷凍サイクル装置の概略図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１に本実施形態の圧縮機１００の縦断面図を示す。
第１の実施形態の圧縮機１００は冷媒を圧縮する密閉型のロータリ圧縮機であり、縦長円筒状の密閉ケース１の内部に、下方に配置された圧縮機構部２と上方に配置された電動機部３を備えている。圧縮機構部２と電動機部３は、回転軸９によって連結されており、電動機部３で発生した回転動力は回転軸９を介して圧縮機構部２に伝達される。

圧縮機構部２は、一体型シリンダ２０を有している。一体型シリンダ２０は、一端側に回転軸９を支持する軸受部である主軸受部６が形成されている。
一体型シリンダ２０の他端側には、略円柱状の空洞部であるシリンダ室４と、シリンダ室４に連通したブレード溝１１が設けられている。シリンダ室４内には回転軸９の中途部に設けられた軸偏心部８と、軸偏心部８に嵌合されるローラ１０が偏心回転可能に配されている。また、ブレード溝１１内には略矩形状のブレード１２が往復移動自在に配されている。

また、ローラ１０は、シリンダ室４の内周面４ａに対面し凹凸がなく滑らかに形成された外周面１０ａを有し、略円筒形状に形成されている。
ブレード１２は基端がバネ３０により押圧され、先端面１２ａがローラ１０の外周面１０ａに当接されたまま、ローラ１０の偏心回転に伴ってブレード溝１１内を往復移動する。これにより、シリンダ室４内を低圧の吸込側と高圧の吐出側とに二分している。

そして、一体型シリンダ２０の他端には、閉塞部材であり、回転軸９の支持部材でもある副軸受７が設けられており、シリンダ室４とブレード溝１１を閉塞している。

シリンダ室４の吸込み側には、密閉ケース１外部から冷媒を吸込むための図示しない吸込み口が設けられており、この吸込み口は密閉ケース１外部の気液分離器４０に連通している。そして、主軸受部６には図示しない吐出通路が設けられており、この吐出通路は吐出方向にのみ開閉可能な吐出弁１４によって閉塞されている。さらに、主軸受部６の上部には吐出マフラ１５が設けられており、吐出通路を覆っている。
また、密閉ケース１内の下方には潤滑油３１が貯留されており、圧縮機構部２内のシリンダ室４や主軸受部６及び副軸受７の摺動面に供給されるようになっている。

図２に、一体型シリンダ２０に形成されたブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇ及び幅寸法Ｗｇと、ブレード１２の高さ寸法Ｈｂ及び幅寸法Ｗｂを示す。なお、図２の一体型シリンダ２０は図１と上下方向が逆転した状態で表示されている。
ブレード１２の高さ寸法Ｈbは、一体型シリンダ２０に設けられたブレード溝１１の深さ寸法Ｈgと略同一に形成されており、ブレード１２の幅寸法Ｗbは、ブレード溝１１の幅寸法Ｗgと略同一に形成されている。ただし、ブレード１２の高さ寸法Ｈｂと幅寸法Ｗｂは、ブレード溝１１内を摺動運動するためブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇ及び幅寸法Ｗｇよりも、数μm程度小さく形成されており、潤滑油３１が流入する程度の間隙が設けられるようになっている。
一体型シリンダ２０は、複合旋盤等の加工機に位置決め固定され、以下の一連の工程により、切削及び研磨され、軸受部６の内径面６ａと、シリンダ室４の内周面４ａ及び一端側の底面４ｂと、ブレード溝１１の側面１１ａ及び一端側底面１１ｂが必要な表面性状と寸法精度に加工形成される。

図３に、一体型シリンダ２０を回転させ、切削工具５０により旋削加工を行う様子を示す。この旋削加工は、図３中の破線矢印で示す方向に被削材である一体型シリンダ２０を回転させつつ、実線矢印方向へ切削工具５０を送りながら切削を行うもので、第１ないし第４工程で行う。
まず、第１工程として、被削材である一体型シリンダ２０を回転させながらシリンダ室４の内周面４ａが切削加工され、必要な表面性状と寸法精度に形成される。
次に、第２工程として、主軸受部６の内径面６ａが切削加工され、必要な表面性状と寸法精度に形成される。
次に、第３工程として、シリンダ室４の底面４ｂが切削加工され必要な表面性状と寸法精度に形成される。その後、第４工程として一体型シリンダ２０の他端面２０ａを旋削されることにより、必要な表面性状と寸法精度に形成される。
このときの、一体型シリンダ２０の他端面２０ａからシリンダ室４の底面４ｂまでの深さ寸法を計測し、この深さ寸法をＨｓとする。

次に、図４に示すエンドミル加工による、第５工程の加工を行う。一体型シリンダ２０の回転を停止させ、エンドミル工具５１を図４の破線矢印の方向へ回転させ、実線矢印の方向へ工具送りを行う。そして、エンドミル工具５１の側面と先端面をブレード溝１１の底面１１ｂと側面１１ａへ当接相対運動させ切削を行う。
エンドミル工具５１の軸方向は一体型シリンダ２０の軸方向に対して平行になっている。ブレード溝１１の側面１１ａはエンドミル工具５１の側面で切削され、ブレード溝１１の底面１１ｂはエンドミル工具５１の先端面で切削される。
ここで、図５に示すように、ブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇは、第４工程において計測されたシリンダ室４の深さ寸法Ｈｓよりも数μｍから十数μｍ程度小さくなるように切削される。
ここで、ブレード溝１１の底面１１ｂと側面１１ａとの境には、エンドミル工具５１の先端形状が転写されるため、数μｍから数十μｍの曲率半径を有する凹曲面（図６参照）が形成される。そのため、ブレード溝１１に配されるブレード１２の、ブレード溝１１の凹曲面に対向する角部には、凹曲面と略同一の曲率半径を有する凸曲面が形成されるのが好ましい。

ブレード溝１１を切削するエンドミル工具の刃直径はブレード溝１１よりも細くなければならないが、細すぎると切削時に工具のたわみ量が大きくなるため、ブレード溝１１の幅寸法Ｗｇに最も近い刃直径を有するエンドミル工具を使用するのが好ましい。

図６に示すように、ブレード溝１１の両側面１１ａ、１１ａ間の寸法は、エンドミル工具のたわみ変形の影響から、主軸受側の底部幅ａよりも他端側の開口部幅ｂの方が数μｍから数十μｍ程度大きく形成される。この底部幅ａと開口部幅ｂの差はブレード溝１１の幅寸法Ｗｇと深さ寸法Ｈｇの比（Ｈｇ／Ｗｇ）に応じて変化する。即ち、ブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇが深く幅寸法Ｗｇが狭いと、エンドミル工具５１は必然的に細長いものを使用する必要があり、エンドミル工具５１のたわみ量が大きくなる。これにより、ブレード溝１１の側面１１ａが傾斜し、底部幅ａよりも開口部幅ｂが大きくなる。
ブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇと幅寸法Ｗｇの比（Ｈｇ／Ｗｇ）と、ブレード溝１１の底部幅ａと開口部幅ｂの寸法差（ｂ−ａ）の計測から求められた関係を図７に示す。
従来のシリンダと主軸受が別体に構成された圧縮機構部を有する圧縮機は、一般的にブレード溝の深さ寸法Ｈｇと幅寸法Ｗｇの比（Ｈｇ／Ｗｇ）が３．７〜７の範囲にある。

ブレード溝１１の底部幅ａと開口部幅ｂとの差が大きいと、ブレード溝１１とブレード１２との間隙が不均一となり、運転時のブレード１２のズレが生じ、圧縮機１００の信頼性低下の原因となる。また、開口部幅ｂが大きくなると、ブレード溝１１とブレード１２の間隙が大きくなり、圧縮機構部２の気密性が確保されなくなる。特に、底部幅ａと開口部幅ｂの寸法差（ｂ−ａ）が１０μｍを越えた場合、ブレード溝１１とブレード１２の間に設けられた間隙が潤滑油３１による気密性を保持できなくなり、圧縮機１００の性能が著しく低下する。
これに対して、ブレード溝の深さ寸法Ｈｇと幅寸法Ｗｇの比（Ｈｇ／Ｗｇ）を３．２以下とすると、エンドミル工具５１のたわみが低減され、底部幅ａと開口部幅ｂの寸法差（ｂ−ａ）が１０μｍ未満となり、ブレード溝１１とブレード１２間の気密性を高くすることができ、圧縮機１００の著しい性能低下を抑えることができる。

シリンダ室４の内周直径と深さ寸法Hｓは、必要とされる圧縮機構部２の排除容積によって決定される値であり、このシリンダ室４の深さ寸法Ｈｓによりブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇ及びブレード１２の高さ寸法Ｈｂが決定される。
ここで、ブレード１２とブレード溝１１間の間隙は気密性保持のため１０μｍ以下であることが好ましい。

ローラ１０の外周面１０ａとシリンダ室４の内周面４ａの間隙と、ローラ１０の一端側の端面とシリンダ室４の底面４ａとの間隙は、潤滑油３１による油膜で満たされており、ローラ１０の摺動回転が良好で、シリンダ室４内の気密性が保持されている。

更に、ローラ１０の外周面１０ａには、ブレード１２に常時当接する溝がなく、回転軸９が回転し、軸偏心部８とローラ１０とが偏心回転すると、ローラ１０は軸偏心部８の周囲で滑らかに自転するようになっている。これにより、ローラ１０の外周面１０ａが局部的にブレード１２の先端面１２ａに当接することがなく、外周面１０ａの一部分が摩耗し、摩耗粉が圧縮機構部２内へ飛散することがない。

上記のように構成された圧縮機１００の運転を以下に説明する。
圧縮機１００外部から駆動電流が供給され、電動機部３が駆動すると、回転軸９が回転し、圧縮機構部２のシリンダ部５のシリンダ室４内で、軸偏心部８及びローラ１０が偏心回転する。そして、圧縮機１００の吸込口から吸込まれた低温低圧の冷媒が圧縮機構部２のシリンダ室４の吸込み側へ吸込まれる。シリンダ室４内へ吸込まれた冷媒は、ローラ１０の偏心回転により圧縮されて高温高圧の冷媒となり、シリンダ室４の吐出側から吐出通路１３と吐出マフラを介して密閉ケース１内へ吐出され、密閉ケース１の上部に設けられた吐出管３２から密閉ケース1外部へ吐出される。

本実施形態のように、旋削加工によりシリンダ室４の底面を切削した後、シリンダ室４の深さ寸法Ｈｓを計測し、ブレード溝１１の深さ寸法Ｈｇよりもシリンダ室４の深さ寸法Ｈｓを深く形成することにより、ブレード１２がシリンダ室４とブレード溝１１との加工工程の差異によって形成される段差に当たることなく、滑らかに往復運動させる形状とすることができる。
これにより、摺動損失が小さく、ブレード１２と一体型シリンダ２０が摩耗することなく、信頼性の高い圧縮機１００を提供することができる。

Ｈｇ／Ｗｇ＜３．２とすると、エンドミル工具５１のたわみが低減され、底部幅ａと開口部幅ｂの寸法差（ｂ−ａ）が１０μｍ未満となり、ブレード溝１１とブレード１２間の気密性を高くすることができ、性能の高い圧縮機１００を提供することができる。

また、ローラ１０の外周面１０ａに凹部を設けず滑らかに自転可能とすることで、ローラ１０の外周面１０ａとブレード１２の先端面１２ａの当接面が常に変化し、ローラ１０の外周面１０ａが摩耗しない、更に頼性の高い圧縮機１００を提供することができる。
（第２の実施形態）

上記第１の実施形態の圧縮機１００は、例えば空気調和機やヒートポンプ給湯機等の冷凍サイクル装置Ａに設けられる。第２の実施形態は圧縮機１００を用いた冷凍サイクル装置Ａに関するもので、冷凍サイクル装置Ａの概略を図８に示し説明する。
冷凍サイクル装置Ａは、圧縮機１００に接続された四方弁１０１と、第１熱交換器１０２と、膨張装置１０３と、第２熱交換器１０４とを備えており、順次冷媒配管で接続されている。この冷凍サイクル装置１００内には作動流体である冷媒が封入されている。

圧縮機１００で圧縮され吐出された冷媒は、四方弁１０１を介して実線矢印で示すように第１熱交換器１０２に供給される。このとき、第１熱交換器１０２は凝縮器として機能し、冷媒から凝縮熱を奪いつつ凝縮させる。
第１熱交換器１０２で凝縮された作動冷媒は、冷媒配管を介して膨張装置１０３で減圧されつつ第２熱交換器１０４に流動される。第２熱交換器１０４は蒸発器として機能し、冷媒から蒸発熱を奪いつつ蒸発させる。蒸発した作動冷媒は、冷媒配管と四方弁１０１を介して圧縮機１００に吸い込まれ、冷媒は以上の経路を循環し、冷凍サイクル装置Ａの運転は継続される。

また、四方弁１０１により流路が切替えられることで、冷媒は図５の破線矢印で示される経路を循環する。即ち、圧縮機１００から吐出された冷媒は、四方弁１０１から第２熱交換器１０４と、膨張装置１０３と、第１熱交換器１０２を順次流動し四方弁１０１を介して圧縮機１００へ吸込まれる経路を循環する。このとき、第１熱交換器１０２は蒸発器として機能し、第２熱交換器１０４は凝縮器として機能する。

上記のように、冷凍サイクル装置Ａに、性能と信頼性の高い圧縮機１００を用いることで、性能が高く信頼性の高い冷凍サイクル装置を提供することができる。

なお、上記第１乃至第３の実施形態は、圧縮機構部が１段の圧縮機について説明したが、圧縮機構部を複数用いても良い。例えば、２段の圧縮機構部を設けて、一体型シリンダのシリンダ室を閉塞する閉塞部材として、２段の圧縮機構部を仕切る仕切り板を用いても良い。
また、密閉ケース内に圧縮機構部と電動機部が設けられた密閉型の圧縮機について説明したが、開放型のケース内に圧縮機構部を設け、ケース外に電動機部やエンジン等の駆動要素を配置して用いても良い。

また、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。全ての構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

１…密閉ケース、２…圧縮機構部、３…電動機部、４…シリンダ室、５…シリンダ部、６…主軸受部、７…副軸受、８…軸偏心部、９…回転軸、１０…ローラ、１０ａ…外周面、１１…ブレード溝、１２…ブレード、１２ａ…先端面、１４…吐出弁装置、２０…一体型シリンダ、３０…バネ、３１…潤滑油、４０…気液分離器、
１００…圧縮機、１０１…四方弁、１０２…第１熱交換機、１０３…膨張装置、１０４…第２熱交換器、Ａ…冷凍サイクル装置

Claims (3)

1. 回転軸と、
   一端側に前記回転軸を支持する軸受部が形成されて、他端側に円柱状のシリンダ室と、前記シリンダ室に連通するブレード溝とが形成された一体型シリンダと、
   前記一体型シリンダの他端側の端面に設けられ、前記シリンダ室を閉塞する閉塞部材と、
   前記シリンダ室内に偏心回転可能に配置されたローラと、
   前記ローラの外周面に常時当接する先端面を有し、前記シリンダ室内を二分し、前記ブレード溝内を往復移動可能に配されたブレードとを備え、
   前記シリンダ室の深さ寸法よりも、前記ブレード溝の深さ寸法が、小さく形成されることを特徴とする圧縮機。
2. 前記ブレードの高さ寸法が、ブレードの厚さ寸法の３．２倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮機を備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

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