JP2012237317A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工が容易になりコスト的に廉価なロータリ圧縮機を得ること。
【解決手段】シリンダ６と、シリンダ６の内部に配置される、シャフト４の偏心部４ａと、偏心部４ａに嵌合され、円柱状溝９ａが形成されたピストン９と、シリンダ６に形成されたスロット６ａ内に挿入され、圧縮室を吸入室１２と圧縮室１３とに仕切り、かつ溝に係合する略円柱状の先端部１０ｃを有するベーン１０と、を備えるロータリ圧縮機であって、先端部１０ｃには少なくとも２箇所に切り欠き１０ｅ、１０ｆが形成され、一方の切り欠き１０ｅは圧縮室１３の吸入側に、他方の切り欠き１０ｆは該圧縮室１３の吐出側に形成され、かつ該先端部１０ｃの切り欠き部分の厚さＷはベーンの厚さｔ以内である。
【選択図】図３

Description

本発明は、シリンダに形成されたスロット内に挿入され、圧縮室を吸入室と圧縮室とに仕切り、かつ円柱状の先端部を有するベーンを備えるロータリ圧縮機に関する。

従来のロータリ圧縮機ではベーン先端とピストン外周とは線接触であったため、接触部分において厳しく摺動が発生していた。このような厳しい摺動を改善するために、ベーン先端を円弧状又は円柱状に形成し、この先端をピストン外周に構成した溝に係合させたロータリ圧縮機が提案されている。このような工夫により、ベーンとピストンとは面接触するため、摺動状態が改善される（例えば、特許文献１、２を参照）。

図５は、特許文献２に記載されたロータリ圧縮機の横断面図である。図５において、シリンダ４１の両端面には、図示しない上軸受け及び下軸受けが配置されており、シリンダ４１の内面ではピストン４３がシャフト４２の偏心部４２ａに挿入されており、このピストン４３はシャフト４２の回転に応じて揺動回転を行う。

また、ベーン４４は、本体４４ａと、その一端に円柱状の先端部４４ｂとを有する。この先端部４４ｂがピストン４３の外周に設けられた円柱状溝４３ａに係合されている。したがって、ベーン先端部４４ｂとピストン外周の円柱状溝４３ａの摺動は円柱同士の接触になるため、その間の接触圧力が小さくなる。これにより、図５に示すロータリ圧縮機は、塩素を含まないハイドロフルオロカーボンの冷媒下でも信頼性を維持できるようになっている。

特開平６−２５７５７９号公報 特開平３−１８５２９１号公報

しかしながら、もし、先端部４４ｂ（円柱部分）の直径がベーンの厚みよりも大きい場合には、ベーンの両側面を加工する際に先端部４４ｂがベーン本体に対し出っ張るため加工に制限が加わる。その結果、加工のためのコストが高くなる。また、ベーン本体の側面の加工精度を出すことも難しくなる。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ベーンの加工が容易になりコスト的に廉価なロータリ圧縮機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一局面は、シリンダと、前記シリンダの内部に配置される、シャフトの偏心部と、前記偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、前記シリンダに形成されたスロット内に挿入され、前記圧縮室を吸入室と圧縮室とに仕切り、かつ前記溝に係合する略円柱状の先端部を有するベーンと、を備えるロータリ圧縮機であって、前記先端部には少なくとも２箇所に切り欠きが形成され、一方の切り欠きは前記圧縮室の吸入側に、他方の切り欠きは該圧縮室の吐出側に形成され、かつ該先端部の切り欠き部分の厚さは前記ベーンの厚さ以内であることを特徴とする。

上記ロータリ圧縮機によれば、ベーンの先端部（円柱部分）がベーンの厚み以内に入っているため、ベーン側面について、高い加工精度を維持しつつ加工が容易となるため、コスト的に廉価なロータリ圧縮機を得ることが出来る。

実施の形態１に係るロータリ圧縮機の部分縦断面図 図１に示す面Ａ−Ａに沿うロータリ圧縮機の部分横断面図 実施の形態２に係るベーン１０の周辺を示すロータリ圧縮機の横断面図 ２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図 従来のロータリ圧縮機の横断面図

第１の発明は、ロータリ圧縮機であって、シリンダと、前記シリンダの内部に配置される、シャフトの偏心部と、前記偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、前記シリンダの両端面を閉塞して圧縮室を形成し、前記シャフトを支持する二つの軸受けと、前記シリンダに形成されたスロット内に挿入され、前記圧縮室を吸入室と圧縮室とに仕切り、かつ前記溝に係合する略円柱状の先端部を有するベーンと、を備える。ここで、前記先端部には少なくとも２箇所に切り欠きが形成され、一方の切り欠きは前記圧縮室の吸入側に、他方の切り欠きは該圧縮室の吐出側に形成され、かつ該先端部の切り欠き部分の厚さは前記ベーンの厚さ以内であるので、ベーン側面の加工が容易にでき、また例えばベーン側面の加工精度を維持することができるため、コスト的に廉価なロータリ圧縮機を得ることが出来る。

第２の発明は、第１の発明において、ベーンの先端部はピストンが揺動自由に前記溝に係合しており、該溝及び該先端部にはそれぞれ１８０°以上の嵌め合い代があるので、液圧縮等を行ってもベーンがピストンから外れず、特に、ベーン飛び（圧縮室の圧力が異常に上昇しベーンの先端部がピストン外周より離れること）が発生せず、ベーン先端がピストン外周に当り破損したり、またベーンばねも不要になるためベーンばねの動きが不規則になり破損したりすることを防止することが出来る。

第３の発明は、第１〜第２の発明のいずれかにおいて、ロータリ圧縮機の作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を使用している。この混合冷媒は、オゾン破壊がなくまた地球温暖化係数が低いので、地球に優しい空調サイクルを構成することができる。また、この冷媒は塩素を含まないため、ロータリ圧縮機における各摺動部、特にベーン先端部とピストンの溝との摺動部の信頼性が厳しくなる。しかし、本発明では、ベーンの先端部及びピストンの溝は、それぞれ円柱状に形成され、互いに係合し面接触し合って摺動するため、上記のような塩素を含まない冷媒の使用が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るロータリ圧縮機の部分縦断面図である。図１に示されるように、ロータリ圧縮機は、大略的には、密閉容器１内にモータ２とメカ部５とを備えている。具体的には、密閉容器１の上部にモータ２が配置され、その下部にメカ部５が配置される。モータ２は、密閉容器１に固定される固定子２ａと、その内側に配置される回転子２ｂを有する。また、メカ部５は、回転子２ｂで駆動されるシャフト４と、シリンダ６と、シリンダ６の上端面及び下端面にボルト等で固定されシャフト４を支持する上軸受け７及び下軸受け８とを備えている。シリンダ６内には、シャフト４の偏心部４ａが
配置され、この偏心部４ａにピストン９が挿入されている。なお、図１に示されるベーン１０及び吐出管１５については後述する。

また、密閉容器１の底部には、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類又はポリオールエステル類の冷凍機油３が溜められている。

図２は、図１に示す面Ａ−Ａ（一点鎖線で示す）に沿うロータリ圧縮機の部分横断面図であり、特にメカ部５を拡大して示している。図２に示されるように、シリンダ６には、ベーン１０が挿入されるスロット６ａが形成される。ベーン１０は、偏心部４ａの回転に伴い、スロット６ａの内面に沿って往復運動する。このベーン１０は、具体的には、スロット６ａに挿入され、シリンダ６内に形成される空間を吸入室１２と圧縮室１３とに仕切る本体部１０ａと、本体部１０ａの一端側に連結部１０ｂを介して連結された先端部１０ｃとを有する。ここで、先端部１０ｃは、円柱状の形状を有しており、ピストン９の外周部分に形成される円柱状溝９ａに揺動自在に係合されている。

ここで、先端部１０ｃの円柱状部分の直径φｄは、ベーン１０の本体部１０ａの厚さｔ以内に入っており、かつ３ｍｍ以上に設定されている。本体部１０ａと先端部１０ｃとをつないでいる連結部１０ｂは、ピストン９がシリンダ６内を揺動回転する際にピストンの外周の円柱状溝９ａに当らないように先端部（円柱部分）１０ａの円柱直径φｄよりも細い寸法にされる。また、先端部（円柱部分）１０ａとピストン９の外周の円柱状溝９ａの嵌め合い代は１８０°以上に構成されている。

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、作用を説明する。まず、シリンダ６に設けられた吸入孔１１より、前述の冷媒のガスが吸入室１２に吸入される。また、圧縮室１３にある気体冷媒はピストン９の左方向の回転（矢印方向）とともに圧縮され吐出切り欠き１４を通って吐出口（図示せず）より吐出される。密閉容器１内に吐出された圧縮気体冷媒はモータ２のすき間を通って密閉容器１の上部にある吐出管１５より吐出される、その際まわりにある冷凍機油のミストも一緒に吐出される。

本実施の形態では、ベーンの本体部１０ａの他方側にある背面部１０ｄには高圧の吐出圧力がかかりシリンダ内の圧力との差圧による大きな力が働いているが、先端部１０ｃが円柱状溝９ａに揺動自在に係合されているので、従来のロータリ圧縮機のような線接触でなく面接触となり摺動摩擦による高温の厳しい環境下にはならない。摺動面が高温になりにくいため、上記冷媒ガスの分解によるフッ化水素の発生を抑制することが出来る。また、冷凍機油としては、上記冷媒と相溶性のあるポリビニルエーテル類あるいはポリオールエステル類を使用しているため、冷凍サイクルに出て行った冷凍機油をロータリ圧縮機に回収できるため信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることが出来る。

ベーン１０に関しては、先端部（円柱部分）１０ｃが本体部１０ａの厚みｔ以内に入っているため、本体部１０ａの側面の加工が容易にでき、またその加工精度を維持することができる。これによって、コスト的に廉価なロータリ圧縮機を得ることが出来る。また、先端部（円柱部分）１０ｃの円柱直径を３ｍｍ以上に設定しているため、互いに当接している先端部１０ｃと円柱状溝９ａとの面圧を大きく確保できるため、信頼性上好ましい状態を得ることができる。さらに円柱状溝９ａの直径が３ｍｍ以上確保できるため研磨砥石の強度も確保でき、精度の良い円柱状溝９ａを得ることが出来る。また、先端部（円柱部分）１０ｃが円柱状溝９ａにピストン９が揺動自在に係合され、それぞれ１８０°以上の嵌め合い代があるので、液圧縮等を行ってもベーン１０がピストン９から外れず、先端部１０ｃがピストン９の外周に当り破損等することを防止できる。またベーン１０をピスト
ン９に押し当てるためのばねも不要になるため、ロータリ圧縮機のさらなるコスト削減が可能になる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るベーン１０の周辺を示すロータリ圧縮機の横断面図である。図３において、図２に示すものに相当する構成については同一の参照符号を付け、それぞれの説明を省略又は簡素化する。

図３において、ベーン１０の先端部１０ｃには、冷媒ガスの吸入側及び吐出側に平面的な切り欠き部１０ｅ及び１０ｆが形成される。なお、図３の一点鎖線の枠内には、矢印Ｂつまり偏心部４ａの偏心軸の方向から見た時のベーン１０の先端部１０ｃが示されている。本実施の形態では、切り欠き部１０ｅ及び切り欠き部１０ｆはそれぞれ一面からなり、両面は互いに略平行である。この切り欠き部１０ｅ及び切り欠き部１０ｆの間の距離（厚み）Ｗは、ベーン１０の本体部１０ａの厚みｔ内に入っている。本実施例は平面的な切り欠きについて図示しているが曲面的な切り欠きでも同様である。この構成によりベーンの先端部が前記ベーンの厚み内に入っているため前記ベーン側面の加工が容易にでき、また前記ベーンの精度を維持することができコスト的に廉価なロータリ圧縮機を得ることが出来る。

また、上記実施の形態１、２に係るロータリ圧縮機に使用される作動冷媒は、ハイドロフルオロオレフィンである、例えばテトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を基本成分にジフルオロメタン（ＨＦＣ３２）とペンタフルオロエタン（ＨＦＣ１２５）とのいずれか一方又は両方を、地球温暖化係数（ＧＷＰ）が５以上で７５０以下、望ましくは５以上で３００以下となるようにそれぞれ２成分混合もしくは３成分混合した冷媒である。または、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒（ＧＷＰ＝４）でも良い。

図４は、テトラフルオロプロペンとジフルオロメタン又はペンタフルオロエタンとの２成分を混合した冷媒の混合比率による地球温暖化係数を示した特性図である。具体的には図４に示すように、２成分混合の場合にはテトラフルオロプロペンとジフルオロメタンとを混合してＧＷＰ３００以下とするためにはジフルオロメタンを４４ｗｔ％以下、テトラフルオロプロペンとペンタフルオロエタンとを混合してＧＷＰ７５０以下とするためにはペンタフルオロエタンを２１．３ｗｔ％以下、さらにＧＷＰ３００以下とするためにはペンタフルオロエタンを８．４ｗｔ％以下と混合することになる。

また、冷媒をテトラフルオロプロペンの単一冷媒とした時にはＧＷＰ４となり極めて良好な値を示す。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒に比べて比容積が大きいことなどから冷凍能力が低くなるため、より大きな冷却サイクル装置が必要になる。換言すれば、炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いれば、ハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒と比較して冷凍能力などの所定の特性を改善して冷媒として使用しやすくすることができる。従って、封入する冷媒において、単一冷媒を含めてテトラフルオロプロペンの割合をどれほどにするかは、圧縮機を組み込む冷却サイクル装置等の目的や上述したＧＷＰの制限などの条件に応じて適宜選択すればよい。

これによって回収されない冷媒が大気に放出されても地球温暖化に対しその影響を極少に保つことができる。また前記比率で混合された混合冷媒は、非共沸混合冷媒にも関わらず温度差を小さくでき擬似共沸混合冷媒に挙動が近づくため、冷却サイクル装置の冷却性能や冷却性能係数（ＣＯＰ）を改善することができる。

本発明にかかるロータリ圧縮機は、ベーンの加工が容易になりコスト的に廉価であることが要求される給湯器装置、空気調和機、冷凍冷蔵庫、除湿機等に好適である。

４ シャフト
４ａ 偏心部
６ シリンダ
６ａ スロット
９ ピストン
９ａ 円柱状溝
１０ ベーン
１０ｃ 先端部
１０ｅ、１０ｆ 切り欠き部
１２ 吸入室
１３ 圧縮室

Claims (3)

1. シリンダと、前記シリンダの内部に配置される、シャフトの偏心部と、前記偏心部に嵌合され、円柱状の溝が形成されたピストンと、前記シリンダに形成されたスロット内に挿入され、前記圧縮室を吸入室と圧縮室とに仕切り、かつ前記溝に係合する略円柱状の先端部を有するベーンと、を備えるロータリ圧縮機であって、前記先端部には少なくとも２箇所に切り欠きが形成され、一方の切り欠きは前記圧縮室の吸入側に、他方の切り欠きは該圧縮室の吐出側に形成され、かつ該先端部の切り欠き部分の厚さは前記ベーンの厚さ以内であることを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 前記ベーンの先端部は前記ピストンが揺動自由に前記溝に係合しており、該溝及び該先端部にはそれぞれ１８０°以上の嵌め合い代がある請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンの単一冷媒、又はハイドロフルオロオレフィンを基本成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を使用した請求項１〜２のうちいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。

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