JP2014173546A - 密閉型ロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の密閉型ロータリー圧縮機では、圧縮機構部の組立において、シャフトとピストンの組付けを可能にするため、シャフト偏心軸径を小さくすることができなかった。
【解決手段】シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立つ場合、ピストン４のザグリ穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つシャフト３にシャフト下軸上端からシャフト偏心軸下端までの距離Ａの領域において、偏心軸３ａの中心からの距離がφＣ／２を越えないように、ピストン４とシャフト３に段付き形状１００を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉容器内に電動要素と圧縮要素とを備えてなる圧縮機に関し、特にピストンおよびシャフトの形状を改良した密閉型ロータリー圧縮機に関するものである。

近年、環境への意識やエネルギー問題への関心の高まりなどから、身近な家電製品にも省エネ性が要求されてきている。中でも、運転時間の長いエアコンに対しては、省エネ基準値が設定され、その要求は年々高まりを見せている。そして、そのエアコンの消費電力の大半は圧縮機が占めており、エアコンの省エネ性を高めていくには圧縮機の更なる高効率化が必要となってきている。

従来の密閉型ロータリー圧縮機を、図１０および図１１を用いて説明する。密閉容器１と、ベーン溝２ａを有するシリンダ２と、偏心軸３１ａを有するシャフト３１と、シャフト３１の偏心軸３１ａに回転自在に嵌合されてシリンダ２の内部で偏心回転するピストン４１とを備える。さらに、シリンダ２のベーン溝２ａに配置されてピストン４１に先端を接しながらベーン溝２ａを往復運動するベーン５と、シリンダ２、ピストン４１、ベーン５を挟み込むように設置された上軸受６と下軸受７からなる圧縮機構部を備えている（例えば、特許文献１参照）。

図１２に、従来構成の密閉型ロータリー圧縮機におけるシャフト３１およびピストン４１の断面図を示す。図１２の（ａ）に示すように、圧縮機構部の組立時には、シャフト３１の偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸３１ａの径φＣ１、シャフト下軸３１ｂの径φＬの間でφＣ１−φＬ−２Ｅｓ＞０の場合には、シャフト３１とピストン４１の組付けが可能である。これに対し、図１２の（ｂ）に示すように、シャフト偏心軸３２ａの径 を縮小し、φＣ２−φＬ−２Ｅｓ≦０の場合においては、組付け過程において、ピストン４２の上端がシャフト下軸３２ｂの下端と接触する。その結果、シャフト３２とピストン４２の組付けが不可能であった。

特開２０１２−２４１６８３号公報

前記従来の密閉型ロータリー圧縮機では、圧縮機構部の組立において、シャフト３１とピストン４１の組付けを可能にするために、シャフト偏心軸３１ａの径φＣ１を小さくすることができない。そして、シャフト偏心軸３１ａの径φＣ１が大きいために、シャフト偏心軸３１ａとピストン４１の内周間において摺動損失が増加していた。また、図１３に示すように、ピストン４１の内径外径間距離のピストンシール長４１ａが狭いために、圧縮工程においては、圧縮室内の高圧側Ｘから低圧側Ｙへの冷媒漏れによる漏れ損失が増加していた。結果、両者が要因となって、圧縮機の効率が低下していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、従来よりも摺動損失が低く、且つ漏れ損失も低い高効率ロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型ロータリー圧縮機では、密閉容器と
、前記密閉容器の内部に配置され、ベーン溝を有するシリンダと、偏心軸を有するシャフトと、前記シャフトの偏心軸に回転自在に嵌合されて前記シリンダ内部で偏心回転するピストンと、前記シリンダの前記ベーン溝に配置されて前記ピストンに先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、前記シリンダ、ピストン、ベーンを挟み込むように設置された上軸受と下軸受からなる圧縮機構部を備えた密閉型ロータリー圧縮機において、前記シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立つ場合、前記ピストンの内径穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つ前記シャフトに前記シャフト下軸上端から前記シャフト偏心軸下端までの距離Ａの領域において、シャフト偏心軸中心からの距離がφＣ／２を越えないように、前記ピストンと前記シャフトに段付き形状を設けた構造をとる。

これにより、まず、ピストン上端をシャフト偏心軸下端まで挿入し、続いて、ピストンの段付き部とシャフトの段付き部を重ね合わせるように、ピストン中心とシャフト偏心軸中心を一致させ、最後に、シャフト中心軸方向にピストンをシャフト偏心軸に挿入することで、組付けることが可能となる。

本発明の密閉型ロータリー圧縮機では、シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０であっても、シャフト−ピストンの組付けが可能となる。つまり、従来構成よりもシャフト偏心軸径φＣを小さくすることができるので、シャフト偏心軸とピストン内周間の摺動損失を低減することができる。また、ピストンの内径φＣが小さくなるために、ピストンの内径外径間距離のピストンシール長が広くなることで、圧縮工程において、圧縮室内の高圧側から低圧側への冷媒漏れによる漏れ損失を低減することができる。以上の結果、従来よりも摺動損失が低く、且つ漏れ損失も低い高効率ロータリー圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるシャフトおよびピストンの断面図 本発明の実施の形態１における密閉型ロータリー圧縮機の断面図 図２に示す密閉型ロータリー圧縮機のＦ−Ｆ’ 断面図 実施の形態１におけるシャフトとピストンの組付け過程を示す断面図であり、（ａ）はピストン上端をシャフト偏心軸下端まで挿入する断面図、（ｂ）は重ね合わせの断面図、（ｃ）はピストンをシャフト偏心軸まで挿入する断面図 図４におけるＨ部拡大断面図 本発明の実施の形態１における密閉型ロータリー圧縮機の圧縮室内の断面図 本発明の実施の形態２におけるシャフトとピストンの断面図 実施の形態２におけるシャフトとピストンの組付け過程を示す断面図であり、（ａ）はピストン上端をシャフト偏心軸下端まで挿入する断面図、（ｂ）は重ね合わせの断面図、（ｃ）はピストンをシャフト偏心軸まで挿入する断面図、（ｄ）はシャフト中心軸方向にピストンをシャフト偏心軸に挿入する断面図 図８におけるＩ部拡大図 従来の密閉型ロータリー圧縮機の断面図 図１０に示す従来の密閉型ロータリー圧縮機のＧ−Ｇ´断面図 （ａ）従来の密閉型ロータリー圧縮機におけるシャフトおよびピストンの断面図（ｂ）従来の密閉型ロータリー圧縮機におけるシャフトおよびピストンの断面図 従来の密閉型ロータリー圧縮機の圧縮室内を示す断面図

第１の発明は、密閉容器と、前記密閉容器の内部に配置され、ベーン溝を有するシリンダと、偏心軸を有するシャフトと、前記シャフトの偏心軸に回転自在に嵌合されて前記シ
リンダ内部で偏心回転するピストンと、前記シリンダの前記ベーン溝に配置されて前記ピストンに先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、前記シリンダ、ピストン、ベーンを挟み込むように設置された上軸受と下軸受からなる圧縮機構部を備えた密閉型圧縮機において、前記シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立つ場合、前記ピストン内径のザグリ穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つ前記シャフトに前記シャフト下軸上端から前記シャフト偏心軸下端までの距離Ａにおいて、シャフト偏心軸中心からの距離がφＣ／２を越えないように、前記ピストンと前記シャフトに段付き部を設けたことを特徴とする密閉型ロータリー圧縮機である。

以上のように構成された密閉型圧縮機においては、まず、ピストン上端をシャフト偏心軸下端まで挿入し、続いて、ピストンの段付き部とシャフトの段付き部を重ね合わせるように、ピストン中心とシャフト偏心軸中心を一致させ、最後に、シャフト中心軸方向にピストンをシャフト偏心軸に挿入することで、組付けることが可能となる。それにより、シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０であっても、シャフトとピストンの組付けが可能となり、従来構成よりもシャフト偏心軸径φＣを小さくすることが可能となるので、シャフト偏心軸とピストン内周間の摺動損失を低減することができる。

また、ピストンの内径φＣも小さくなるために、ピストンの内径−外径間距離のピストンシール長が広くなることで、圧縮工程において、圧縮室内の高圧側から低圧側への冷媒漏れによる漏れ損失を低減することができる。結果、従来よりも摺動損失が低く、且つ漏れ損失も低い高効率ロータリー圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、シャフト下軸上端からシャフト偏心軸下端までの距離Ａとピストン内径穴φＣの有効距離ＢがＡ＜Ｂであることを特徴とする密閉型ロータリー圧縮機である。

以上のように構成された圧縮機においては、シャフトとピストンの組付けにおいて、まず、ピストン上端をシャフト偏心軸下端まで挿入し、続いてのピストンとシャフトの段付き形状を重ね合わせる際、それぞれの中心軸が平行の状態では、前記距離Ａと前記距離ＢがＡ＜Ｂのために、寸法上挿入が不可能であるが、ピストン中心軸をシャフト中心軸に対して傾けることで、ピストンの段付き部がシャフトの段付き部よりもシャフト偏心軸側へと移動するので、挿入していくことが可能となる。結果、シャフトにピストンを組付けることができ、シャフト偏心軸の高さを更に高くする構成を取ることができるので、圧縮機運転時にシャフト偏心軸に発生する応力を低減することができる。結果、第１の発明と同様の効果を得ながら、さらに信頼性の高いロータリー圧縮機を提供することができる。

以下、本発明による密閉型ロータリー圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に記載する実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図２は本発明の第１の実施の形態における密閉型ロータリー圧縮機の断面図である。図３は、図２に示す密閉型ロータリー圧縮機のＦ−Ｆ’ 断面図である。図２および図３において圧縮機は、密閉容器１と、密閉容器１の内部に配置され、ベーン溝２ａを有するシリンダ２と、偏心軸３ａを有するシャフト３と、シャフト３の偏心軸３ａに回転自在に嵌合されてシリンダ２内部で偏心回転するピストン４とを備える。さらに、シリンダ２のベーン溝２ａに配置されてピストン４に先端を接しながらベーン溝２ａを往復運動するベーン５と、シリンダ２、ピストン４、ベーン５を挟み込むように設置された上軸受６と下軸受７からなる圧縮機構部を備えている。

図１にシャフトおよびピストンの断面図を示す。シャフト偏心量Ｅｓ、偏心軸３ａ径φＣ、シャフト下軸３ｂ径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立つ場合、ピストン４内径のザグリ穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つシャフト下軸３ｂから偏心軸３ａまでの距離Ａの領域において、偏心軸中心からの距離ＥがφＣ／２を越えないように、ピストン４とシャフト３に段付き形状１００を設けている。

以上のように構成された密閉型ロータリー圧縮機においては、シャフト偏心量Ｅｓ、偏心軸３ａ径φＣ、シャフト下軸３ｂ径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０であっても、図４および図５に示すようにシャフトとピストンを組付けることが可能となる。まず、ピストン４上端を偏心軸３ａ下端まで挿入し（図４（ａ））、続いて、ピストン４の段付き部Ｈａとシャフト３の段付き部Ｈｂを重ね合わせるように、ピストン中心軸とシャフト偏心軸を一致させ（図４（ｂ））、最後に、シャフト中心軸方向にピストン４を偏心軸３ａに挿入することで（図４（ｃ））、シャフトとピストンを組付けることが可能となる。

このようにして、偏心軸３ａを小さくした場合にも、シャフト３とピストン４を組付けることが可能であるので、従来構成よりも偏心軸３ａ径φＣを小さくすることができ、偏心軸３ａとピストン４内周間の摺動損失を低減することができる。

また、本実施形態の圧縮室内の断面図を示す図６と従来の圧縮室内の断面図を示す図１３に示すように、ピストンの内周径もφＣ１からφＣへと小さくなるために、ピストン４の内径外径間距離のピストンシール長４ａが、従来の実施の形態の距離である４１ａよりも広がる。これにより、圧縮工程において、圧縮室内の高圧側Ｘから低圧側Ｙへの冷媒漏れによる漏れ損失を低減することができる。

以上により、従来よりも摺動損失が低く、且つ漏れ損失も低い高効率ロータリー圧縮機を提供することができる。

（実施の形態２）
図７は本発明の第２の実施の形態におけるシャフト３およびピストン４の断面図である。図７に示すように、シャフト偏心量Ｅｓ、偏心軸３ａ径φＣ、シャフト下軸３ｂ径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立ち、ピストン４内径のザグリ穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つシャフト下軸３ｂから偏心軸３ａまでの距離Ａとピストン４の内径距離Ｂとの間にＡ＜Ｂが成り立つように、シャフト３とピストン４の両者に段付き部を設けたことを特徴とする密閉型ロータリー圧縮機である。

シャフト偏心量Ｅｓ、偏心軸３ａ径φＣ、シャフト下軸３ｂ径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０であり、シャフト下軸３ｂから偏心軸３ａまでの距離Ａとピストン４の内径距離ＢがＡ＜Ｂであっても、図８に示すようにシャフト３にピストン４を組付けることが可能である。すなわち、まず、ピストン４上端を偏心軸３ａ下端まで挿入する（図８（ａ））。続いて、ピストン４とシャフト３の段付き形状を重ね合わせる際、Ａ＜Ｂのために、それぞれの中心軸が平行の状態では、寸法上挿入が不可能であるが、ピストン４中心軸をシャフト３中心軸に対して傾けることで、ピストン段付き部Ｉａがシャフト段付き部Ｉｂよりも、偏心軸３ａ側へと移動するので（図８（ｂ）および図９）、偏心軸３ａにピストン４を挿入することができる（図８（ｃ））。最後に、シャフト３中心軸方向にピストン４を偏心軸３ａに挿入する（図８（ｄ））。これにより、第１の実施形態よりも、偏心軸３ａの高さを更に高く構成することができる。その結果、偏心軸３ａに発生する応力が低減され、第１の発明と同様の効果を得ながら、さらに信頼性の高いロータリー圧縮機を提供することができる。

（実施の形態３）
本構造を有するロータリー圧縮機は、塩素を含まないＨＦＣ冷媒について用いることが可能である。

（実施の形態４）
さらに近年は地球温暖化防止の観点から、二酸化炭素、ヘリウム、アンモニア等の自然冷媒を用いた圧縮機が開発されている。そのような自然冷媒を用いたロータリー圧縮機に当発明を適用することも可能である。特に二酸化炭素はＨＦＣ系冷媒よりもさらに圧縮機構部が高圧になるため、本発明はより効果を発する。

（実施の形態５）
さらに地球温暖化防止の観点から、地球温暖化係数の低い次世代冷媒ＨＦＯ−１２３４ｙｆやその混合冷媒を用いたロータリー圧縮機にも当発明を適用することが可能である。

（実施の形態６）
通常圧縮機には、使用する冷媒や圧縮機構部に用いられる材質によって様々な種類のオイルが使用されている。当発明は、圧縮機で主に用いられているナフテン油、パラフィン油、アルキルベンゼン油などの天然物あるいは天然物由来のオイル、およびポリエーテル系油、ポリオールエステル系油などの合成オイル、または上記天然物あるいは天然物由来のオイルと合成オイルの混合オイルなどにも適用することが可能である。

（実施の形態７）
また、機械的特性を上げるために、上記オイルに種々の添加剤を加えることがある。当発明は、ベンゾトリアゾールなどの銅不活性化剤、硫黄系極圧添加剤、ハロゲン系極圧添加剤、りん系極圧添加剤、有機金属化合物系極圧添加剤、およびこれらの組み合わせからなる極圧添加剤などを有効量配合したロータリー圧縮機にも適用することも可能である。

以上のように、本発明における圧縮機は、その大小に拘らず、あらゆる密閉型ロータリー圧縮機に適用可能である。

１ 密閉容器
２ シリンダ
２ａ ベーン溝
３ シャフト
３ａ 偏心軸
３ｂ シャフト下軸
４ ピストン
４ａ ピストンシール長
５ ベーン
６ 上軸受
７ 下軸受
１００ 段付き形状

Claims (2)

1. 密閉容器と、前記密閉容器の内部に配置され、ベーン溝を有するシリンダと、偏心軸を有するシャフトと、前記シャフトの偏心軸に回転自在に嵌合されて前記シリンダ内部で偏心回転するピストンと、前記シリンダの前記ベーン溝に配置されて前記ピストンに先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、前記シリンダ、前記ピストン、前記ベーンを挟み込むように設置された上軸受と下軸受からなる圧縮機構部を備えた密閉型圧縮機において、
   シャフト偏心量Ｅｓ、シャフト偏心軸径φＣ、シャフト下軸径φＬの間でφＣ−φＬ−２Ｅｓ≦０が成り立つ場合、
   前記ピストンのザグリ穴φＤがφＤ−φＬ−２Ｅｓ＞０を満たし、且つ前記シャフトに前記シャフトの下軸上端から前記シャフトの偏心軸下端までの距離Ａの領域において、前記偏心軸の中心からの距離がφＣ／２を越えないように、前記ピストンと前記シャフトに段付き形状を設けた密閉型ロータリー圧縮機。
2. 前記シャフト下軸上端から前記シャフト偏心軸下端までの距離Ａと前記ピストン内径穴φＣの有効距離ＢがＡ＜Ｂであることを特徴とする請求項１に記載の密閉型ロータリー圧縮機。