JP2013002326A - ローリングピストン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】円周漏れを低減し圧縮機の高効率化を実現できるようにした２段圧縮ローリングピストン型圧縮機を提供する。
【解決手段】ローリングピストン（４２）の内外に２つの作動室を設けて２段圧縮ローリングピストン型圧縮機において、低段作動室（４０）に対する高段作動室（４１）の位相ずらし角度（φ）が、公転方向とは反対方向に計って２００°から２８０°の範囲にあることを特徴とする。
【選択図】図９

Description

本発明は、１個のリング状のローリングピストンの内外に作動室を設けて２段圧縮するローリングピストン型圧縮機に関する。

１個のリング状のローリングピストンの内外に作動室を設けて２段圧縮するローリングピストン型圧縮機が、従来技術として特許文献１に開示されている。この従来技術では、リング状のローリングピストンとシリンダ間の円周漏れについて、充分な配慮がなされておらず、圧縮機として高効率を実現することができなかった。

この特許文献１に開示されている２段圧縮ローリングピストン型圧縮機については、本発明を説明するためにも必要なので、一例として少し詳しく説明しておく。

図１（ａ）は、特許文献１の従来技術を示す縦断面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、図１（ａ）の要部（円柱部４７とエンドプレート４）の分解斜視図であり、（ｄ）は、図１（ａ）の右側（リアハウジング３側）から見た従来技術の要部断面図である。

図１（ａ）において、フロントハウジング１に保持された軸受２２、２３にクランクシャフト５が回転自在に支持されている。このクランクシャフト５は、自動車エンジンの回転力を受けるようになっている。クランクシャフト５は、その回転中心より所定量偏心して円形状のクランク部６が一体形成され、このクランク部６に軸受２９を介して円筒状のローリングピストン４２が回転自在に支持されている。クランクシャフト５の回転を受けると、ローリングピストン４２はクランク部６の偏心量に応じた公転運動（偏心回転）を行うことになる。クランクシャフト５にはバランスウェイト７が固定され、フロントハウジング１とクランクシャフト５の間にはシャフトシール２４が配設されている。

ローリングピストン４２のつば状部４３の端面とフロントハウジング１の端面にはそれぞれ対面してリング状のプレート２６、２７が固定され、そしてこの両プレート２６、２７の間に多数のボール２５およびこのボール２５を保持するリテーナ２８が配設され、ローリングピストン４２に作用するスラスト荷重を受けるようになっている。

ミドルハウジング２は、フロントハウジング１に固定されており、このミドルハウジング２には、エンドプレート４およびリアハウジング３が固定されている。ミドルハウジング２内部に形成した円筒状のシリンダ４４とローリングピストン４２とエンドプレート４とにより第１作動室（低段作動室）４０が形成されている。
エンドプレート４は、ローリングピストン４２に対向した面に円柱部４７が一体形成されている。この円柱部４７は、シリンダ４４と同一中心位置（クランクシャフト５の中心軸Ｏ₁と同じ）を有するように形成され、ローリングピストン４２の内周側に配設されている。この円柱部４７とローリングピストン４２の内周面のシリンダ４２ａと、エンドプレート４とにより第２作動室（高段作動室）４１が形成されている。

ミドルハウジング２にはガイド溝４５が穿設され、このガイド溝４５に摺動自在に第１ベーン（低段ベーン）８が案内されている。ミドルハウジング２には第１ベーン８の軸方向略中央部に、ベーン８の摺動方向にスプリングガイド穴４６が穿設されており、その内部にベーン押さえ板１２とスプリング１０が配設されている。このスプリング１０の一端を支持するキャップ１１がミドルハウジング２に固定されており、このキャップ１１によってスプリングガイド穴４６の上端が閉じられている。同様に、エンドプレート４に形成された円柱部４７にガイド溝４８を設け、このガイド溝４８に第２ベーン（高段ベーン）９が摺動自在に案内され、円柱部４７に設けたスプリングガイド穴４９にベーン押さえ板１５とスプリング１３とキャップ１４が配設されている。

ミドルハウジング２には図１（ｂ）に示すように、第１作動室４０の吸入口３５が第１ベーン８に近接して配設され、この吸入口３５より冷媒が吸入される。エンドプレート４には図１（ｃ）に示すように、第１作動室４０の吐出口３７と第２作動室４１の吸入口３６および吐出口３８が穿設されている。図１（ｄ）に示すように、第１作動室４０の吐出口３７と第２作動室４１の吸入口３６はともにリアハウジング３に形成された中間圧力室３０に連通し、第２作動室４１の吐出口３８はリアハウジング３に形成された吐出圧力室３１に連通している。第１作動室４０で圧縮された冷媒は吐出口３７→中間圧力室３０→吸入口３６の経路を経て第２作動室４１に吸入され、この室４１内でさらに圧縮されることになる。第１作動室４０と第２作動室４１の圧縮開始のタイミングが約１８０度異なる位置関係でもって第１ベーン８と第２ベーン９は配設されている（後述の図１０参照）。

中間圧力室３０の中間圧力はエンドプレート４に設けた連通口３２を通じてガイド溝４５内に導かれ、スプリング１０とともに第１ベーン８を適当な力でローリングピストン４２の外周面に押付け、第１ベーン８とローリングピストン４２の間の冷媒の漏れを防止する。同様に、吐出圧力室３１の吐出圧力はエンドプレート４に設けた連通口３３を通じてガイド溝４８内に導かれ、スプリング１３とともに第２ベーン９をローリングピストン４２のシリンダ４２ａの内周面に押付けて、ベーン９とローリングピストン４２の間の冷媒の漏れを防止する。

第１作動室４０の吐出弁１６は中間圧力室３０内に配設され、弁止板１７とともに、ボルト１８によりエンドプレート４に固定され、吐出口３７を開閉する。第２作動室４１の吐出弁１９は吐出圧力室３１内に配設され、弁止板２０とともにボルト２１によりエンドプレート４に固定され、吐出口３８を開閉する。リアハウジング３には吐出圧力室３１に連通した吐出ポート３４が形成され、この吐出ポート３４を通り冷媒は外部に送り出される。図１（ｄ）においては、リアハウジング３に中間圧力室３０と吐出圧力室３１とを連通するバイパスポート１２０が設けられ、このバイパスポート１２０の吐出圧力室３１側に吐出圧力室３１から中間圧力室３０への冷媒の逆流を防止する逆止弁１２１および弁止板１２２がボルト１２３により固定されている。

次に、特許文献１の作動を説明する。図２は、特許文献１の圧縮機が吸入を完了した状態（ａ）から、ローリングピストン４２の公転角度が約９０度おきの状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に示した説明図である。第１作動室４０、第２作動室４１はそれぞれベーン８、ベーン９により吸入側４０Ａ、４１Ａと吐出側４０Ｂ、４１Ｂとに分けられている。

ローリングピストン４２の公転運動に伴い、第１作動室４０の吐出側４０Ｂの容積は次第に減少し、内部の冷媒は圧縮され、経路３７→３０→３６を経て、第２作動室４１に送り込まれる。公転角度が約１８０度の状態（ｃ）で第２作動室４１の吸入が完了したのち、第２作動室４１の吐出側４１Ｂの容積が次第に減少するので、冷媒は第２作動室４１でさらに圧縮され、外部冷凍サイクルの凝縮器圧力の冷媒圧力に達したとき吐出弁１９を押し開き、吐出口３８より吐出圧力室３１に吐出される。従って、吸入された冷媒はローリングピストン４２の公転、すなわち、クランクシャフト５の回転がおおよそ２回転する間に圧縮される。

図３（ａ）は、特許文献１の他の従来技術を示す縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分構造の説明図である。図１（ａ）の場合では、クランクシャフト５にクランク部６が一体に形成されているが、この図３（ａ）の場合では、クランクシャフト５とクランク部６とを別体で形成している。すなわち、クランクシャフト５にその回転中心Ｏ₁に対して偏心した位置（中心軸Ｏ₂）に駆動ピン５１が一体に形成され、この駆動ピン５１にクランク部６が回転可能に取り付けられている。クランク部６には、バランスウェイト７が固定されており、サークリップ５２によりクランク部６が駆動ピン５１から抜けることを防止している。図３（ｂ）に示すように、クランクシャフト５の中心軸Ｏ₁に対して、駆動ピン５１の中心軸Ｏ₂は偏心している。クランク部６の中心軸Ｏ₃は、駆動ピン５１の中心軸Ｏ₂回りに回動できるようになっている。ローリングピストン４２は、クランク部６の中心軸Ｏ₃と同軸である。

この他の従来技術においては、図３（ｂ）に示すように、ローリングピストン４２に作用する冷媒の圧縮反力により、駆動ピン５１の中心軸Ｏ₂に対して、ローリングピストン４２が、ミドルハウジング２内周の円筒状のシリンダ４４、又は、円柱部４７に、押付けられるように回動自在になっている。これにより、ローリングピストン４２とシリンダ４４、又は、円柱部４７間の冷媒漏れを防止し、圧縮効率の向上を図ろうとするものである。

図３（ａ）の特許文献１の他の従来技術は、円周漏れを防止するために、駆動ピン５１を用いてローリングピストン４２を押付け方向に回転させたものである。しかしながら、この従来技術では、駆動ピン５１に働くモーメントが、クランクシャフト５の回転角によって反転する場合があり、ローリングピストン４２をシリンダ４４や円柱部４７に押付けることができない場合が生じて、期待するような効果を得ることができなかった。

特開平０６−１５９２７８号公報

本発明は、上記問題に鑑み、円周漏れを低減し圧縮機の高効率化を実現できるようにした２段圧縮ローリングピストン型圧縮機を提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、内部にシリンダ（４４）を有するハウジング、前記ハウジングに回転自在に支持されたクランクシャフト（５）、前記クランクシャフト（５）の第１中心軸（Ｏ₁）と同軸に前記ハウジングに固定された円柱部（４７）、前記クランクシャフト（５）の第１中心軸（Ｏ₁）に対して、所定量偏心した第２中心軸（Ｏ₂）に、前記クランクシャフト（５）と一体に設けられた駆動ピン（５１）、前記クランクシャフト（５）と別体に設けられて、前記駆動ピン（５１）を介して回転自在に連結されるクランク部（６）、前記クランク部（６）に回転自在に嵌合される円筒状のローリングピストン（４２）であって、前記ローリングピストン（４２）の内周側に前記円柱部（４７）を内蔵して前記シリンダ（４４）内に配置され、前記クランクシャフト（５）の回転を受けて前記シリンダ（４４）の内周面、及び、前記円柱部（４７）の外周面に対して公転運動を行うローリングピストン（４２）、並びに、前記シリンダの内周面と前記ローリングピストン（４２）の外周面との間の低段作動室（４０）を吸入側と吐出側とに分離する第１ベーン（８）、及び、前記ローリングピストン（４２）の内周面と前記円柱部（４７）の外周面との間の高段作動室（４１）を吸入側と吐出側とに分離する第２ベーン（９）を具備する、前記ローリングピストン（４２）の内外に２つの作動室を設けて２段圧縮ローリングピストン型圧縮機において、低段作動室（４０）に対する高段作動室（４１）の位相ずらし角度（φ）が、公転方向とは反対方向に計って２００°から２８０°の範囲にあることを特徴とする２段圧縮ローリングピストン型圧縮機である。

これにより、高段の位相ずらし角度φを２００〜２８０°に設定して、駆動ピン回りのローリングピストンに働くモーメントが一定方向に維持できるようにしたもので、押付け力Ｆが、常にシリンダ４４を押付けるように作用して（負になることが無くなり）、円周方向の漏れを低減することができる。そして、ローリングピストン４２とシリンダ４４および円柱部４７間の漏れを防止し、圧縮効率の向上を図ることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１ベーン（８）に対して、前記第２ベーン（９）が公転方向とは反対方向に計って２０°から１００°の範囲にあることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記位相ずらし角度（φ）が、公転方向とは反対方向に計って２５５°から２６５°の範囲にあることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、不釣合い遠心力に対して釣合わせるバランサ（７）を設けたことを特徴とする。これにより、シャフトの回転による不釣合い遠心力に対して釣合わせることができ、振動を低減することができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記バランサ（７）を前記クランク部（６）に設けたことを特徴とする。
これにより図４（ａ）に示すモータバランサ７’を小さくすることができ、小型化を図ることができる。

請求項６の発明は、請求項１から５のいずれか１項記載の発明において、前記ローリングピストン（４２）が、前記シリンダの内周面に押し付ける方向と反対側に所定許容量以上に動くことを防止するストッパ機能が設けられたことを特徴とする。これにより、押付けモーメントＭとは反対方向の反転モーメントＭ’が一時的に働いて、クランク部６が、シリンダ４４との隙間を拡げるように動いた場合でも、ストッパ機能により隙間を一定以上拡がらないようにし、円周方向の漏れが大きくならないよう制御することができる。

請求項７の発明は、請求項１から６のいずれか１項記載の発明において、前記駆動ピン（５１）が根元側の径が太くなっている段差ピンであることを特徴とする。これにより、駆動ピンの根元にかかる応力を低減することができる。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

（ａ）は、特許文献１の従来技術を示す縦断面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、図１（ａ）の要部（円柱部４７とエンドプレート４）の分解斜視図であり、（ｄ）は、図１（ａ）の右側（リアハウジング３側）から見た従来技術の要部断面図である。 特許文献１の圧縮機が吸入を完了した状態（ａ）から、ローリングピストン４２の公転角度が約９０度おきの状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に示した説明図である。 （ａ）は、特許文献１の他の従来技術を示す縦断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の部分構造の説明図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 （ａ）は、クランクシャフト５が、駆動ピン５１を介して、クランク部に連結する構造を説明する分解斜視図であり、（ｂ）は中心軸Ｏ₁〜Ｏ₃の関係を説明する説明図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の低段吸入完了を示す図であり、（ｂ）は、高段吸入完了を示す図である。 低段吸入完了時からクランクシャフト５の回転角度ψ（ローリングピストンの公転角度）が９０度おきの状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に示した説明図である。 図７（ａ）〜（ｄ）に対応して、高段作動室の状態を示した図である。 クランクシャフト５の回転角度ψと高段の位相ずらし角度φを図示した説明図である。 高段の位相ずらし角度φと、クランクシャフト５の回転角度ψ＝０のときの位置関係と、圧力グラフとの関係を示した説明図である。 ローリングピストンの押付け力Ｆを解析した説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来技術（φ＝１８０°）の圧力グラフと押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフであり、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態（φ＝２６０°）の圧力グラフと押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフである。 （ａ）は、本発明の一実施形態φ＝２００°の押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフであり、（ｂ）は、本発明の一実施形態φ＝２８０°の押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフである。 押付けモーメントＭとは反対方向の反転モーメントＭ’が、クランク部に働いた場合のストッパ機能を説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。従来技術に対する各実施態様の同一構成の部分には、同様に同一の符号を付してその説明を省略する。

図４（ａ）は、本発明の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５（ａ）は、クランクシャフト５が、駆動ピン５１を介して、クランク部に連結する構造を説明する分解斜視図であり、（ｂ）は中心軸Ｏ₁からＯ₃の関係を説明する説明図である。

本実施形態は、密閉型の電動圧縮機に適用した場合の実施形態である。これに限らず、特許文献１の従来技術のように、ベルト駆動式の圧縮機に適用しても良い。本発明の一実施形態は、図３に示すような特許文献１の従来技術と、基本的に同じ構造である。本発明の一実施形態では、特許文献１の従来技術とは異なり、転がり軸受２２、２３は、すべり軸受２２’、２３’であり、プレート２６、２７及びボール２５が構成しているスラスト軸受は、背圧で受けるすべり軸受である。なお、本発明の一実施形態において、本発明と技術思想を同一とする限り、特許文献１に示されるような変形例が含まれることは当然である。

本発明は、従来技術とは異なり、圧縮の位相を低段と高段で適正にずらすことよって、駆動ピン５１回りのローリングピストン４２に働くモーメントを、常に押付け方向に保ち、円周漏れを低減し圧縮機の高効率化を実現できるようにしたものである。
以下、図４、５を参照して、本発明の一実施形態を説明する。

ハウジングは、フロントハウジング１、ミドルハウジング２、リアハウジング３からなる。ミドルハウジング２は、フロントハウジング１に固定されており、このミドルハウジング２には、エンドプレート４およびリアハウジング３が固定されている。ミドルハウジング２内部に形成した円筒状のシリンダ４４とローリングピストン４２とエンドプレート４とにより低段作動室４０が形成されている。ミドルハウジング２の端板部４３’は、ローリングピストン４２の側面４２ｃと対面し、ローリングピストン４２の反対側の側面は、エンドプレート４に対面する。端板部４３’とエンドプレート４は、それぞれ、ローリングピストン４２に対して、作動室に漏れが問題とならないようなクリアランスに設定されている。

クランクシャフト５は、すべり軸受２２’、２３’に回転支持されており、フロントハウジング１に固定されたステータモータ５３と、クランクシャフト５に固定されたロータモータ５４により、回転駆動される。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、クランクシャフト５の第１中心軸Ｏ₁に対して、所定量偏心した第２中心軸Ｏ₂に、クランクシャフト５と一体に設けられた駆動ピン５１が設置されている（図３の特許文献１と同じ構造である）。ローリングピストン４２は、クランク部６に回転自在に嵌合されている。図５（ｂ）に示すように、ローリングピストン４２は、駆動ピン５１の第２中心軸Ｏ₂回りに揺動自在である。しかしながら、後述するように、ローリングピストン４２にはモーメントＭが働き、シリンダ４４に押付けられた状態で、シリンダ４４の内周面に沿って公転する。このようにして、クランクシャフト５の回転を受けると、ローリングピストン４２は、第１中心軸Ｏ₁に対して、クランク部６の偏心量（Ｏ₁−Ｏ₃）に応じた公転運動（偏心回転）を行うことになる。クランク部６にはバランスウェイト７が固定されている。

エンドプレート４は、ローリングピストン４２に対向した面に円柱部４７が一体形成されている。この円柱部４７は、シリンダ４４と同一中心位置Ｏ₁を有するように形成され、ローリングピストン４２の内周側に配設されている。この円柱部４７とローリングピストン４２の内周面のシリンダ４２ａと、エンドプレート４とにより第２作動室４１が形成されている。ミドルハウジング２にはガイド溝４５が穿設され、このガイド溝４５に摺動自在に第１ベーン８が案内されている。同様に、エンドプレート４に形成された円柱部４７にガイド溝４８を設け、このガイド溝４８に第２ベーン９が摺動自在に案内されている。本実施形態においては、第１ベーン８に対して、第２ベーン９が公転方向とは反対方向に見て２０°から１００°の範囲にある（図１（ｂ）の従来技術では０°）。第１ベーン８と第２ベーン９の角度位置は、本発明の特徴である位相ずらし角度φと関連するので、後ほど詳細に説明する。

図４（ａ）、（ｂ）に示すように、ミドルハウジング２には、第１作動室４０の吸入口３５が第１ベーン８に近接して配設され、この吸入口３５より冷媒が吸入される。エンドプレート４には、低圧作動室４０の吐出口３７と高圧作動室４１の吸入口３６および吐出口３８が穿設されている。低圧作動室４０の吐出口３７と高圧作動室４１の吸入口３６はともにリアハウジング３に形成された中間圧力室（図示せず）に連通し、第２作動室４１の吐出口３８はリアハウジング３に形成された吐出圧力室（図示せず）に連通している。低圧作動室４０で圧縮された冷媒は吐出口３７→中間圧力室→吸入口３６の経路を経て高圧作動室４１に吸入され、高圧作動室４１内でさらに圧縮されることになる。

本実施形態の作動を説明するために、一例として、第１ベーン８に対して、第２ベーン９が公転方向とは反対方向に１００°の位置にある場合（高段の位相ずらし角度φ＝２８０°）で説明する。ここで、ψは、クランクシャフト５の回転角度（ローリングピストンの公転角度）であり、ローリングピストン４２が上死点（シリンダ４４の内周面への接点位置）に来たときをゼロと定めている。
図６（ａ）は、本発明の一実施形態の低段吸入完了を示す図であり、（ｂ）は、高段吸入完了を示す図である。図７は、低段吸入完了時からクランクシャフト５の回転角度ψが９０度おきの状態を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の順に示した説明図である。図８は、図７（ａ）〜（ｄ）に対応して、高段作動室の状態を示した図である。

図７（ａ）で、図６（ａ）に示す低段吸入完了が行われた後、図７（ｂ）〜（ｄ）に示すように、低段作動室４０において、低段圧縮が進行する。圧縮された作動流体（冷媒）は、低段の吐出口３７から、高段作動室４１の吸入口３６に送り出される。図６（ｂ）に示す高段吸入完了（ψ＝８０°）が行われた後、図８（ｂ）〜（ａ）に示すように、高段作動室４１において、高段圧縮が進行して、高段の吐出口３８から吐出圧力室に吐出され、吐出ポート３４から次工程に送り出される。

次に、本発明の特徴である高段の位相ずらし角度φについて説明する。図９は、クランクシャフト５の回転角度ψと位相ずらし角度φを図示した説明図である。図１０は、高段の位相ずらし角度φと、クランクシャフト５の回転角度ψ＝０°のときの位置関係と、圧力グラフとの関係を示した説明図である。ここで、高段の位相ずらし角度φは、図９に示すように定義される。図９の場合、高段の位相ずらし角度φは、φ＝０°（図１０のψ＝０°の状態）から公転方向（シャフトの回転方向）と反対方向に測った角度である。

図１０に示すように、高段の位相ずらし角度φ＝０°の時には、高段の圧縮サイクルが、低段の圧縮サイクルと同位相で進行する。また、高段の位相ずらし角度φがゼロから大きくなると、図１０に示すように、高段の圧縮サイクルが低段に比べて進むように推移する。高段の位相ずらし角度は、第１ベーン８に対して、第２ベーン９が公転方向とは反対方向に計った角度で置き換えても良い。特許文献１の従来技術の場合は、図１０に示すように、φ＝１８０°である。

図１０に示すように、φ＝０のとき、第１、第２ベーンはともに下方を向いており、低段作動室４０と高段作動室４１の圧力グラフの位相差はゼロである。高段の位相ずらし角度φを９０°毎変化させたときの高段側の圧力グラフは、図１０に示すとおりである。高段の位相ずらし角度φ＝１８０°のときは、特許文献１の従来技術（図１（ｂ）参照）を示している。
これに対して、本実施形態では、高段の位相ずらし角度φを２００〜２８０°に設定したものである。高段作動室４１の位相ずらし角度φが、公転方向とは反対方向に計って２００°から２８０°の範囲にあることは、第１ベーン８に対して、第２ベーン９が公転方向とは反対方向に計って２０°から１００°の範囲にあるということに言い換えることができる。

図１１は、ローリングピストンの押付け力Ｆを解析した説明図である。
図５（ｂ）、図１１を参照して、ローリングピストン４２の押付け力Ｆを求める。クランク部６の重心Ｇに働く力は、高段作動室４１に発生した高段圧縮反力Ｆ１、高段側第２ベーン９の押付け力Ｆ２、低段作動室４０に発生した低段圧縮反力Ｆ３、低段側第１ベーン８の押付け力Ｆ４の合力Ｆｔｏｔａｌとなり、図１１に示したとおりである。この場合、クランクシャフト５の第１中心軸Ｏ₁に対して、駆動ピン５１の第２中心軸Ｏ₂の位置は、ローリングピストン４２の第３中心軸Ｏ₃より公転方向に進み位置（一例として、∠Ｏ₃Ｏ₁Ｏ₂＝４０〜６０°程度）となっている。この角度は、ベクトルＯ₁Ｏ₂とベクトルＯ₁Ｏ₃に挟まれる角度をベクトルＯ₁Ｏ₃から公転方向に図ったときの角度のことである。

駆動ピン５１の第２中心軸Ｏ₂から、合力Ｆｔｏｔａｌのベクトル方向に垂線を下ろし、その距離をｈ１（合力との法線距離）とすれば、押付けモーメントＭ＝Ｆｔｏｔａｌ＊ｈ１となる。この押付けモーメントＭによって、ローリングピストン４２がシリンダ４４に接する接点において、発生する法線方向の力が、押付け力Ｆである。駆動ピン５１の第２中心軸Ｏ₂から、押付け力Ｆのベクトル方向に垂線を下ろし、その距離をｈ２（接点との法線距離）とすれば、押付け力Ｆ＝Ｍ／ｈ２となる。

本実施形態においては、高段の位相ずらし角度φを２００〜２８０°に設定したことにより、押付け力Ｆが、常にシリンダ４４を押付けるように作用して、円周方向の漏れを低減することができる。高段の位相ずらし角度φは２６０°がベストであり、その前後プラスマイナス５度の範囲（公転方向とは反対方向に見て２５５°から２６５°の範囲）が、極めて良好である。
図１２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、従来技術（φ＝１８０°）の圧力グラフと押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフであり、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、本発明の一実施形態（φ＝２６０°）の圧力グラフと押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフである。図１３は、（ａ）は、φ＝２００°の押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフであり、（ｂ）は、φ＝２８０°の押付け力をクランクシャフトの回転角ψ＝０〜３６０°にわたって表したグラフである。

図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、従来技術の図１２（ｂ）では、押付け力が角度によっては負になっているが、図１２（ｄ）に示すように、本発明の一実施形態（φ＝２６０°）では、負になることが無くなっている。押付け力Ｆが、常にシリンダ４４を押付けるように作用して、円周方向の漏れを低減することができる。高段の位相ずらし角度φを２００〜２８０°に設定するとき、図１３に示すように、図１２（ｄ）と同様な結果が得られた。

このように、本発明の一実施形態と従来技術とで効果が相違する理由は次のように考えられる。従来技術は、高段の位相ずらし角度φが１８０°ずれている場合に相当する。そのため、クランクシャフトの回転角ψが０°や１８０°のときには、低段か高段のどちらかにおいて圧縮反力が働かず、ベーンの押付け力のみが働くことになる。ベーンの押付け力の作用角度は一定なので、ベーンの押付け力が０°、１８０°に働く場合には、図１１で説明した合力Ｆｔｏｔａｌの角度が、駆動ピン５１の角度位置で変化してしまい、モーメントを一定方向に維持できない。
これに対して、本発明の一実施形態においては、高段の位相ずらし角度φを２００〜２８０°に設定して、モーメントが一定方向に維持できるようにしたもので、押付け力Ｆが、常にシリンダ４４を押付けるように作用して、円周方向の漏れを低減することができる。

その他の実施形態として、不釣合い遠心力に対して釣合わせるバランサ７を設ける。バランサ７はクランク部６に設けると良いが、これに限定されずに、ロータモータ５４などに設けても良い。
また、ローリングピストン４２が、前記シリンダの内周面と反対側に動くことを防止するストッパピン５９を設けても良い。図１３は、押付けモーメントＭとは反対方向の反転モーメントＭ’が、クランク部に働いた場合のストッパ機能を説明する図である。押付けモーメントＭとは反対方向の反転モーメントＭ’が一時的に働いて、クランク部６が、シリンダ４４との隙間を拡げるように動いた場合でも、ストッパピン５９（ストッパ機能）がごく僅か大きい穴５９’に接触して、隙間を一定以上拡がらないようにすることができる。ストッパ機能としては、ストッパピン５９だけに限定されずに、ローリングピストン４２が、シリンダの内周面に押し付ける方向と反対側に所定許容量以上に動くことを防止するようなストッパが設置されていれば良い。
駆動ピン５１は、根元の径が太く形成されている段差ピン（図３（ａ）の従来技術の５１参照）とすれば、駆動ピン５１の根元が太くなり、駆動ピンの根元にかかる応力を低減することができる。

５ クランクシャフト
６ クランク部
８ 第１ベーン
９ 第２ベーン
４０ 低段作動室
４１ 高段作動室
４２ ローリングピストン
４７ 円柱部
５１ 駆動ピン

Claims (7)

1. 内部にシリンダ（４４）を有するハウジング、
   前記ハウジングに回転自在に支持されたクランクシャフト（５）、
   前記クランクシャフト（５）の第１中心軸（Ｏ₁）と同軸に前記ハウジングに固定された円柱部（４７）、
   前記クランクシャフト（５）の第１中心軸（Ｏ₁）に対して、所定量偏心した第２中心軸（Ｏ₂）に、前記クランクシャフト（５）と一体に設けられた駆動ピン（５１）、
   前記クランクシャフト（５）と別体に設けられて、前記駆動ピン（５１）を介して回転自在に連結されるクランク部（６）、
   前記クランク部（６）に回転自在に嵌合される円筒状のローリングピストン（４２）であって、前記ローリングピストン（４２）の内周側に前記円柱部（４７）を内蔵して前記シリンダ（４４）内に配置され、前記クランクシャフト（５）の回転を受けて前記シリンダ（４４）の内周面、及び、前記円柱部（４７）の外周面に対して公転運動を行うローリングピストン（４２）、並びに、
   前記シリンダの内周面と前記ローリングピストン（４２）の外周面との間の低段作動室（４０）を吸入側と吐出側とに分離する第１ベーン（８）、及び、前記ローリングピストン（４２）の内周面と前記円柱部（４７）の外周面との間の高段作動室（４１）を吸入側と吐出側とに分離する第２ベーン（９）を具備する、前記ローリングピストン（４２）の内外に２つの作動室を設けて２段圧縮ローリングピストン型圧縮機において、
   低段作動室（４０）に対する高段作動室（４１）の位相ずらし角度（φ）が、公転方向とは反対方向に計って２００°から２８０°の範囲にあることを特徴とする２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
2. 前記第１ベーン（８）に対して、前記第２ベーン（９）が公転方向とは反対方向に計って２０°から１００°の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
3. 前記位相ずらし角度（φ）が、公転方向とは反対方向に計って２５５°から２６５°の範囲にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
4. 不釣合い遠心力に対して釣合わせるバランサ（７）を設けたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
5. 前記バランサ（７）を前記クランク部（６）設けたことを特徴とする請求項４に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
6. 前記ローリングピストン（４２）が、前記シリンダの内周面に押し付ける方向と反対側に所定許容量以上に動くことを防止するストッパ機能が設けられたことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。
7. 前記駆動ピン（５１）が根元側の径が太くなっている段差ピンであることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の２段圧縮ローリングピストン型圧縮機。

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