JP2014231752A - ロータリコンプレッサ及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダ室を覆う仕切り部材と偏心輪との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪を軽量化でき、偏心輪の製造性も向上可能なロータリコンプレッサを提供する。【解決手段】駆動部の回転軸２４により駆動される圧縮機構部は、シリンダ、偏心輪５１、仕切り部材、及び給油手段を有する。シリンダは回転軸２４が挿通されたシリンダ室を有する。偏心輪５１は、回転軸２４が挿通される孔５２，５３、これらの孔の径より大径な周壁５５、周壁５５の軸方向両端から孔５２，５３に夫々わたる第１の端壁５６並びに第２の端壁及び周壁５５で囲まれ孔５２，５３の径より大径な溝５９を有する。偏心輪５１は、回転軸２４が有する偏心カム２７に回転可能に嵌められてシリンダ室で偏心回転する。仕切り部材は、シリンダ室を覆っており、第１の端壁５６並びに第２の端壁が摺動するシール面を有する。【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、ロータリコンプレッサ及びこのコンプレッサを備える冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクルを構成する冷凍サイクル装置が備える圧縮機には、ロータリコンプレッサが多用されている。ロータリコンプレッサが有する圧縮機構部は、駆動部の回転軸に形成された偏心カム、及びこのカムの周面に回転可能に嵌められた偏心輪を有する。この圧縮機構部は駆動部の回転軸により駆動される。

即ち、回転軸が回転されると、偏心輪が、シリンダ室を区画したシリンダの壁面に接しながら偏心回転される。この偏心輪に従動してベーンが往復移動されることによって、シリンダ室が吸込み室と圧縮室とに区画される。そのため、吸込み室に吸入された低圧の冷媒ガスが圧縮室で圧縮され高温高圧の冷媒ガスとなって、外部に吐出される。

このロータリコンプレッサで、偏心輪の軽量化（つまり、偏心輪の質量を小さくすること）は、ロータリコンプレッサの運転効率の向上に貢献できる。更に、偏心輪の軽量化は、偏心輪の慣性力を低下させることになる。それにより、偏心輪とベーンとの相対速度が減少される。したがって、ベーン先端部の過剰摩耗や焼き付きが防止されて、ロータリコンプレッサの耐久性も向上できる。

偏心輪の端面は、シリンダ室を覆った軸受等の仕切り部材が有するシール面を摺動する。このため、ロータリコンプレッサは、偏心輪の端面とこの端面が摺動するシール面との間に油膜が形成されるように構成されている。この油膜により、吸込み室と圧縮室とがシールされ、かつ、摺動部での摩擦損失を低減できる。

偏心輪を軽くする手法は種々提案されている。しかし、偏心輪の軽量化に伴って、偏心輪の端面の面積が減少してしまうことがあると、前記シールの信頼性が低下し、ロータリコンプレッサの運転効率が低下する可能性がある。そのため、こうした事態を招かないようにして偏心輪を軽量化する必要がある。

更に、偏心輪を軽くする場合、偏心輪の部品点数や製造工数が増えると、偏心輪の製造性が低下し、コスト高となるので、好ましくない。

特開２００８−１８０１７８号公報 特開２０１１−７４８１３号公報

実施形態は、シリンダ室を覆う仕切り部材と偏心輪との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪を軽量化できるとともに、偏心輪の製造性も向上することが可能なロータリコンプレッサ、及びこのコンプレッサを備える冷凍サイクル装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、実施形態のロータリコンプレッサは、駆動部の回転軸により駆動される圧縮機構部を備え、この圧縮機構部は、シリンダ、偏心輪、仕切り部材、及び給油手段を有する。シリンダは回転軸が挿通されたシリンダ室を有する。偏心輪は、回転軸が挿通される孔、この孔の径より大径な周壁、周壁の軸方向両端から孔に夫々わたる第１、第２の端壁、及び周壁で囲まれ孔の径より大径な溝を有する。偏心輪は、回転軸が有する偏心カムに回転可能に嵌められてシリンダ室で偏心回転する。仕切り部材は、シリンダ室を覆っており、第１、第２の端壁が摺動するシール面を有する。給油手段により、第１、第２の端壁とシール面との間に油膜を形成する潤滑油を供給することを特徴としている。

第１実施形態に係るロータリコンプレッサの縦断側面図とともに、このコンプレッサを備える冷凍サイクル装置の概略構成を示す図である。 図１のロータリコンプレッサが備える給油手段の一部を示す断面図である。 図１中Ｆ３−Ｆ３線に沿ってロータリコンプレッサが備える圧縮機構部を示す横断平面図である。 図３の圧縮機構部が有する偏心輪を示す斜視図である。 図４の偏心輪を示す断面図である。 図４の偏心輪と回転軸の偏心カムとの関係を示す断面図である。 第２実施形態に係るロータリコンプレッサの圧縮機構部が有する偏心輪をスリーブとともに示す斜視図である。 図７の偏心輪と回転軸の偏心カムとスリーブとの関係を示す断面図である。 図７の偏心輪と回転軸の偏心カムとスリーブとの関係を回転軸が傾いた状態で示す断面図である。 第２実施形態に係るロータリコンプレッサが備える圧縮機構部を示す図３相当の横断平面図である。 第３実施形態に係るロータリコンプレッサの圧縮機構部が有する偏心輪をスリーブとともに示す斜視図である。 図１１の偏心輪をスリーブとともに示す断面図である。 図１１の偏心輪と回転軸の偏心カムとスリーブとの関係を示す断面図である。 第４実施形態に係るロータリコンプレッサの圧縮機構部が有する偏心輪をスリーブとともに示す斜視図である。 図１４の偏心輪をスリーブとともに示す断面図である。 図１４の偏心輪と回転軸の偏心カムとスリーブとの関係を示す断面図である。

以下、第１の実施の形態について、図１〜図６を参照して詳細に説明する。

図１中符号１で示す冷凍サイクル装置は、ロータリコンプレッサ（以下コンプレッサと略称する。）２と、凝縮器３と、膨張装置例えば膨張弁４と、蒸発器５と、アキュームレータ６等を備える。これらの各機器は冷媒管７で接続されている。この冷凍サイクル装置１において、コンプレッサ２で圧縮された冷媒ガスは、冷媒管７に導かれて前記各機器を前記記載順に流通して冷凍サイクル作用をなし、再びコンプレッサ２に吸込まれて圧縮される。この冷凍サイクル装置１は例えば空気調和機等として使用される。

コンプレッサ２は密閉型のロータリコンプレッサである。つぎに、このコンプレッサ２について説明する。

コンプレッサ２は、ケーシング例えば密閉ケース１１と、この密閉ケース１１に収容された駆動部２１と、同じく密閉ケース１１に収容された圧縮機構部３１を備える。

密閉ケース１１はその上下両端部が閉じられた円筒状である。この密閉ケース１１は、複数のケース部材を溶接などにより連結することで形成されている。密閉ケース１１の内底部は油溜り部１２として利用される。図１中符号１２Ｌは油溜り部１２に溜められた潤滑油の液面を示している。

密閉ケース１１が有する蓋ケース部材１１ａの中央部に、これを垂直に貫通して吐出管７ａが連結されている。吐出管７ａは、冷媒管７の一端部をなしていて、密閉ケース１１の外部で凝縮器３に連通されている。圧縮機構部３１で圧縮された冷媒ガスは、吐出管７ａを通って吐出され凝縮器３に導かれる。

密閉ケース１１の下部具体的には液面１２Ｌより下方位置に、吸込み管７ｂが水平に貫通し連結されている。吸込み管７ｂは、冷媒管７の他端部をなしていて、密閉ケース１１の外部でアキュームレータ６に連通されている。アキュームレータ６で液冷媒から分離された低圧の冷媒ガスは、吸込み管７ｂを通って圧縮機構部３１に吸込まれる。

駆動部２１は密閉ケース１１の上部に収容されている。この駆動部２１は、例えばステータ２２とロータ２３を備えた電動機部例えばブラシレスＤＣ同期モータ等からなる。

ステータ２２は密閉ケース１１の上部内周面に焼きばめ等により固定されている。ステータ２２は、環状であり、その中心線に向けて突出される複数の突極を有する。各突極には夫々巻線が巻き付けられている。

ロータ２３は、上下方向に延びる回転軸２４と、この回転軸２４の上部に固定されたロータ要素２５を有する。ロータ要素２５はステータ２２の内側に配置されている。これらロータ要素２５とステータ２２の各突極との間に磁気ギャップ２６が形成されている。なお、駆動部２１にはＡＣモータや汎用モータなどを使用することも可能である。

回転軸２４の中心線とロータ要素２５の中心線は密閉ケース１１の中心線上に位置されているとともに、この中心線上に吐出管７ａが配管されている。回転軸２４は、ロータ要素２５より長い。回転軸２４の下部はロータ要素２５の下方に突出されている。

回転軸２４の下部は、後述する偏心カム２７と、この上側に連続する上側軸部２８と、偏心カム２７の下側に連続する下側軸部２９を有している。これら上側軸部２８と下側軸部２９の直径は後述する偏心輪５１の内径より小さい。なお、上側軸部２８の上方に連続し、この上側軸部２８より小径の上側回転軸部位を偏心カム２７の上面に連続させて、上側軸部２８を省略してもよい。同様に、下側軸部２９の下方に連続し、この下側軸部２９より小径の下側回転軸部位を偏心カム２７の下面に連続させて、下側軸部２９を省略してもよい。

圧縮機構部３１は密閉ケース１１の底部に収容されている。この圧縮機構部３１は、シリンダ３２と、第１の仕切り部材４１と、第２の仕切り部材４５と、偏心輪５１と、ベーン６１と、給油手段６５等を備えている。

図３に示すようにシリンダ３２は、平面視円形であり、シリンダ室３３及びベーン室３４を有する。

シリンダ室３３はシリンダ３２の中央部をシリンダ３２の厚み方向に貫通した円形の孔で形成されている。したがって、シリンダ室３３はシリンダ３２の内周面３２ａで区画されている。

ベーン室３４は、シリンダ３２の厚み方向に貫通した縦孔３４ａ及びガイド孔３４ｂからなる。ガイド孔３４ｂは、スロット状であり、シリンダ３２の半径方向に延びている。図３においてガイド孔３４ｂの一端はシリンダ室３３に開放され、ガイド孔３４ｂの他端は縦孔３４ａに開放されている。したがって、ガイド孔３４ｂを経由してシリンダ室３３と縦孔３４ａとは連通されている。

図１に示すようにシリンダ３２は、その外周面を密閉ケース１１の内周面に密接させて、駆動部２１の下方で密閉ケース１１に固定されている。このシリンダ３２は、図３に示す吐出切欠３５と、図１及び図３に示す吸込みポート３６を有している。

吐出切欠３５はベーン室３４の片側近傍に設けられている。この吐出切欠３５は、シリンダ３２の上面に開放されている。シリンダ室３３を基準とする吐出切欠３５の奥行きは、シリンダ３２の上面に近付く程深くなっている。

吸込みポート３６は、ベーン室３４を境に吐出切欠３５と反対側に設けられている。吸込みポート３６はシリンダ室３３に連通している。この吸込みポート３６に密閉ケース１１を貫通した吸込み管７ｂが接続されている。これにより、冷媒ガスをアキュームレータ６から吸込みポート３６を経由してシリンダ室３３に吸込み可能となっている。

第１の仕切り部材４１は第２の仕切り部材４５の上方に配置される。図１に示すように第１の仕切り部材４１は、シリンダ室３３を上方から覆っている。即ち、第１の仕切り部材４１は、上部軸受を兼ねており、取付け部４２と軸受部４３とで形成されている。取付け部４２は、円板状であり、シリンダ室３３を上方から覆ってシリンダ３２の上面に固定されている。第１の仕切り部材４１は、シリンダ室３３に上方から対向するシール面４２ａを有する。軸受部４３は、円筒形状であり、取付け部４２の中央部から上向きに突設され、かつ、その上下両端は夫々開放されている。

第１の仕切り部材４１には、シリンダ室３２の吐出切欠３５に対向する位置に図示しない吐出ポートが形成されているとともに、この吐出ポートを開閉する吐出弁機構が設けられている。吐出弁機構は、その受圧部に所定圧以上の圧力がかかった場合にのみ開かれて圧縮室３３ａの高圧ガスを排出させ、受圧部にかかる圧力が所定圧未満である場合、閉じた状態を維持するように構成されている。この吐出弁機構から排出された高圧ガスは密閉ケース１１内に放出される。

前記油溜り部１２に溜められた潤滑油の液面１２Ｌは、第１の仕切り部材４１の取付け部４２に達している。このため、圧縮機構部３１は、その第１の仕切り部材４１の軸受部４３を除く圧縮機構部３１の大部分が、潤滑油に漬かった状態に配置されている。

第１の仕切り部材４１の下方に配置される第２の仕切り部材４５は、シリンダ室３３を下方から覆っている。即ち、第２の仕切り部材４５は、下部軸受を兼ねており、取付け部４６と軸受部４７とで形成されている。取付け部４６は、円板状であり、シリンダ室３３を下方から覆ってシリンダ３２の下面に固定されている。第２の仕切り部材４５は、シリンダ室３３に下方から対向するシール面４６ａを有する。軸受部４７は、短い円筒形状であり、取付け部４５の中央部から下向きに突設され、かつ、その上下両端は夫々開放されている。

したがって、シリンダ室３３はその上下から第１の仕切り部材４１と第２の仕切り部材４５とで閉じられている。これら第１の仕切り部材４１と第２の仕切り部材４５の中心線は密閉ケース１１の中心線上に位置されている。

前記ロータ２３は、その回転軸２４の下部を軸受部４３及び軸受部４７に回転自在に嵌合させた状態で、第１の仕切り部材４１と第２の仕切り部材４５とで支持されている。このため、回転軸２４の下部はシリンダ室３３を上下方向に挿通している。

回転軸２４はシリンダ室３３内に配置される偏心カム２７を有している。偏心カム２７は例えば回転軸２４に一体に形成されている。図３に示すように偏心カム２７は平面視円形であり、その中心は回転軸２４の中心からずれている。これら中心のずれ量に従って偏心カム２７は偏心回転する。

偏心輪（これはローリングピストンとも称される。）５１はシリンダ室３３より小径である。この偏心輪５１は、偏心カム２７に後で詳しく説明するように嵌められて、シリンダ室３３に配設されている。回転軸２４の回転に伴って偏心輪５１は、その外周の一部をシリンダ３２の内周面３２ａに接触しながらシリンダ室３３を偏心回転する。この場合、偏心輪５１と内周面３２ａとは上下方向に直線状に接触する。

鉄系材料の一体品からなる偏心輪５１は、図４〜図６に示すように第１の孔５２〜第３の孔５４、周壁５５、第１の端壁５６、第２の端壁５７、中間壁５８、及び少なくとも一つの溝例えば上下の溝５９を有し、この構成により、軽量化されている。この偏心輪５１の重量(質量)は、溝５９が形成される以前の偏心輪素材の重量の半分以下であることが好ましい。なお、溝５９が形成される以前のリング形をなした偏心輪素材の重量は、次式で算出できる。
π＊（ｒ0^２−ｒ1^２）＊Ｂ×ｐｒ
この式において、ｒ0は偏心輪５１の中心から外周までの半径、ｒ1は偏心輪５１の中心から内周までの半径、Ｂは偏心輪５１の厚み(高さ)、ｐｒは偏心輪５１を構成する鉄の密度（7.87×10³[ｋｇ/ｍ³]）を示している。

第１の孔５２〜第３の孔５４は偏心輪５１の中央部に形成された円形でかつ同径の孔である。これら第１の孔５２〜第３の孔５４に、図６に示すように回転軸２４が挿通される。周壁５５は、円筒形であって、第１の孔５２〜第３の孔５４の径より大径である。

第１の端壁５６は、周壁５５の軸方向一端(上端)から第１の孔５２にわたっている。言い換えれば、第１の端壁５６は、周壁５５と一体でこの周壁５５の上端から折れ曲がるように設けられて、第１の孔５２を区画している。したがって、第１の端壁５６の中央部に第１の孔５２が形成されている。

第２の端壁５７は、周壁５５の軸方向他端(下端)から第２の孔５３にわたっている。言い換えれば、第２の端壁５７は、周壁５５と一体でこの周壁５５の下端から折れ曲がるように設けられて、第２の孔５３を区画している。したがって、第２の端壁５７の中央部に第２の孔５３が形成されている。第１の端壁５６と第２の端壁５７の厚みは同じであることが好ましい。これらの端壁は、互に平行で、シール壁として機能する。

中間壁５８は周壁５５の厚み方向中間部から第３の孔５４にわたっている。言い換えれば、中間壁５８は、第１の端壁５６と第２の端壁５７間に周壁５５と一体に設けられて、第３の孔５４を区画している。したがって、中間壁５８の中央部に第３の孔５４が形成されている。この中間壁５８の厚みＤは、第１の端壁５６及び第２の端壁５７の厚みと同じでも差し支えない。しかし、偏心カム２７との間の油膜形成面積をより多く確保するために、中間壁５８の厚みＤは、第１の端壁５６及び第２の端壁５７の厚みより厚くすることが好ましい。

上下の溝５９のうちで上側の溝５９は、第１の端壁５６と周壁５５の上部と中間壁５８とで区画されている。下側の溝５９は、第２の端壁５７と周壁５５の下部と中間壁５８とで区画されている。これらの溝５９は偏心輪５１の中央部側に開放されている。言い換えれば、溝５９は偏心輪５１を挿通した回転軸２４に対向して開放されている。

偏心輪５１の製造方法の一例を以下説明する。まず、所定の直径と厚みを有した偏心輪素材を用意する。この素材は、所定の直径をなした円柱材料を、所定の厚みに切断すること等により容易に入手できる。次に、この素材の中央部にセンター孔を開ける加工をする。センター孔の径は、第１の孔５２〜第３の孔５４の径と同じである。最後に、センター孔になかぐり用の切削工具を配置し、この工具により、偏心輪５１の中央部側から周壁５５に向けて切削し、上下の溝加工をする。したがって、溝加工により抉り取られた切削加工跡で上下の溝５９が形成される。この溝５９の径は、溝加工に伴って形成された第１の孔５２〜第３の孔５４の径より大きく、かつ、周壁５５の径(外径)より小さい。

前記構成の偏心輪５１の厚みＢ（図５参照）は、図１に示すように相対向するシール面４２ａとシール面４６ａとの離間距離(これを以下シール面間距離Ａと称する。)より薄い。シール面間距離Ａはシリンダ３２の厚みに等しい。偏心輪５１は、その溝５９を回転軸２４に対向させて偏心カム２７に回転可能に嵌められている。この偏心輪５１は、第１の端壁５６をシール面４２ａに接触させるとともに、第２の端壁５７をシール面４６ａに接触させた形態で、シリンダ室３３に収容されている。なお、回転軸２４の上側軸部２８の上面もシール面４２ａに接触されて、回転軸２４の下側軸部２９の下面はシール面４６ａに接触されている。

図６に示すように偏心カム２７の厚みＣは、中間壁５８の厚みＤ（図５参照）より厚く、かつ、第１の端壁５６と第２の端壁５７の内面間距離Ｅ（図５参照）より薄い。この偏心カム２７は、偏心輪５１の第３の孔５４に嵌っていて、第１の孔５２及び第２の孔５３には嵌っていない。このため、上側の溝５９は閉じられておらず第１の孔５２に連通され、同様に下側の溝５９も閉じられておらず第２の孔５３に連通されている。

図３に示すようにベーン６１はベーン室３４に移動自在に収容されている。平面視においてベーン６１の長さは、ガイド孔３４ｂの平面視における長さより長い。このベーン６１は、縦孔３４ａに収容された圧縮ばね６３によって、偏心輪５１に向けて付勢されている。この付勢により、ベーン６１の先端は偏心輪５１の外周面に接触された状態に保持される。ベーン６１の先端部は、平面視において半球状に形成されているので、偏心輪５１の外周面に対し偏心輪５１の厚み方向（回転軸の軸方向）に沿って直線状に接触する。ベーン６１は、偏心輪５１の偏心回転に伴いガイド孔３４ｂで案内され、シリンダ３２の半径方向に沿って往復移動される。それにより、ベーン６１は、シリンダ室３３に突没可能である。

偏心輪５１に対するベーン６１の接触により、シリンダ室３３が、偏心輪５１の偏心回転に伴って容積を可変される圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂとに区画される。圧縮室３３ａに吐出ポートが対向され、吸込み室３３ｂに吸込みポート３６が対向されている。

図１に示す給油手段６５はロータ２３の回転に伴って潤滑を要する箇所に潤滑油を供給するための構成である。ここで、潤滑を要する箇所とは、軸受部４３とこれに嵌合して支持された回転軸２４の上側回転軸部位との間、軸受部４７とこれに嵌合して支持された回転軸２４の下側回転軸部位との間、偏心カム２７と偏心輪５１との間、偏心輪５１の第１の端壁５６とシール面４２ａとの間、及び偏心輪５１の第２の端壁５７とシール面４６ａとの間等である。

給油手段６５は、例えば、主給油路６６と、この主給油路６６から分岐された複数例えば二つの分岐給油路６７，６８と、インペラ６９(図２参照)とを有している。

主給油路６６は回転軸２４の中心部に上下方向に延びて形成されている。主給油路６６の上端は閉じている。主給油路６６の下端は、主給油路６６の入口をなして油溜り部１２に開放されている。分岐給油路６７は、回転軸２４の上側回転軸部位と軸受部４３との間と、主給油路６６とを連通して、回転軸２４に設けられている。分岐給油路６８は、上側軸部２８の周面との間と偏心輪５１の内周面と主給油路６６とを連通して、回転軸２４に設けられている。

上側軸部２８の周面に開放された分岐給油路６８は、偏心輪５１の内周面と、上側軸部２８の周面と、シール面４２ａと、偏心カム２７の上面とで区画される上部油溜りＦに連通している。この上部油溜りＦは、偏心カム２７と偏心輪５１との間、偏心輪５１の第１の端壁５６とシール面４２ａとの間、及び上側軸部２８とシール面４２ａとの間に夫々連通している。

偏心輪５１の内周面と、下側軸部２９の周面と、シール面４６ａと、偏心カム２７の下面とは、下部油溜りＧを区画している。この下部油溜りＧは、偏心カム２７と偏心輪５１との間、偏心輪５１の第２の端壁５７とシール面４６ａとの間、及び下側軸部２９とシール面４６ａとの間に夫々連通している。更に、下部油溜りＧは、下側軸部２９とシール面４６ａとの間を経由して回転軸２４の下側回転軸部位と軸受部４７との間にも連通している。

インペラ６９は、潤滑油に漬かった主給油路６６の下端部に収容されている。このインペラ６９は、主給油路６６に対しその開放された下端から油溜り部１２内の潤滑油を上向きに送り込むポンプ作用をするように捻られている。

前記構成のコンプレッサ２において、回転軸２４、シリンダ３２、第１の仕切り部材４１、第２の仕切り部材４５、及び偏心輪５１等は、いずれも熱膨張率が略同じ金属製であることが好ましい。例えば、回転軸２４、シリンダ３２、第１の仕切り部材４１、第２の仕切り部材４５を、鋳鉄以外の鉄系金属製とし、偏心輪５１を鋳鉄製とすることができる。それによって、温度変化に起因する熱膨張差に基づく油膜厚さの変動による金属同士の固体接触が防止される。

次に、第１実施形態の作用を説明する。

コンプレッサ２は通電されることにより運転される。つまり、通電により駆動部２１のステータ２２に回転磁界が発生し、この磁界によってロータ２３が回転される。それにより、ロータ２３の回転軸２４が圧縮機構部３１に駆動トルクを与えるので、回転軸２４の偏心カム２７と偏心輪５１とがシリンダ室３３において偏心回転する。

既述のようにシリンダ室３３は、偏心カム２７の外周面に接したベーン６１によって圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂとに区画される。このため、偏心輪５１がシリンダ３２の内周面３２ａに接しながら偏心回転すると、この回転に従動するベーン６１の往復移動に伴い、吸込み室３３ｂの容積が徐々に拡大する一方で、圧縮室３３ａの容積が徐々に縮小する。

圧縮室３３ａに閉じ込められているガス冷媒は、圧縮室３３ａの容積縮小に伴い圧縮される。この圧縮は吐出弁機構（図示しない）が閉じた状態にあることにより実現される。圧縮室３３ａの容積が所定の容積に縮小したとき、ガス冷媒は所定の高圧状態となるとともに高温となる。

圧縮されて所定の高温高圧となった冷媒ガスは、吐出ポートを経由し吐出弁機構（図示しない）を開いて、密閉ケース１１内に排出され、この密閉ケース１１に充満される。密閉ケース１１内の高温高圧の冷媒ガスは、密閉ケース１１に接続された冷媒管７の吐出管７ａに吐出される。

こうしてコンプレッサ２から吐出されたガス冷媒は、冷媒管７により凝縮器３に導かれ、この凝縮器３でおいて外気若しくは水等と熱交換され、それに伴い凝縮液化し液冷媒となる。この液冷媒は、冷媒管７により凝縮器３から膨張弁４に導かれて、この膨張弁４で断熱膨張される。次に、液冷媒は、冷媒管７により膨張弁４から蒸発器５に導かれ、この蒸発器５の周辺の空気と熱交換して蒸発する。

冷媒の蒸発に伴い、熱交換される周辺空気から熱が奪われ、蒸発器５の周辺空気は冷気となる。蒸発器５で蒸発した冷媒は、冷媒管７によりアキュームレータ６に導かれて気液分離される。分離された低圧のガス冷媒は、偏心輪５１の偏心回転とこの回転に従動するベーン６１の往復移動に伴い、シリンダ室３３の吸込み室３３ｂの容積が徐々に拡大するときに、冷媒管７の吸込み管７ｂを通って、吸込みポート３６から吸込み室３３ｂに吸込まれる。

吸込み室３３ｂに吸込まれた冷媒ガスは、偏心輪５１の偏心回転とこの回転に従動するベーン６１の往復移動に伴い、再び既述のように圧縮され高温高圧のガスに変わって、以上説明した冷凍サイクル作用を繰り返す。

コンプレッサ２の偏心輪５１とこの外周面に接したベーン６１との焼き付きのパラメータは、ＰＶ値であることが知られている。ここで、Ｐは接触面圧であり、Ｖは相対速度（相対すべり速度とも称される。）である。

既述のように偏心輪５１は溝５９を有し、この溝５９がない偏心輪の重量と比較して半分以下に軽量化されている。これにより、偏心輪５１の慣性力が減少される。それに伴い、偏心軸５１とベーン６１の先端との相対速度Ｖが減少されるので、ＰＶ値を下げることができる。

例えば、６０Ｈｚで定格運転されるコンプレッサにおいて、偏心輪５１の重量が、溝５９がない偏心輪の重量の半分である場合、偏心輪５１とベーン６１の先端との相対速度Ｖは略０となり、ＰＶ値を大幅に減少できる。相対速度Ｖが略０である状態は、所謂連れ回りの状態である。これにより、コンプレッサ２の能力の増大に伴い接触面圧Ｐが上昇された条件下においても、ＰＶ値の上昇が抑制される。したがって、偏心輪５１とベーン６１との焼き付き防止の信頼性を確保することが可能である。

コンプレッサ２の運転中、給油手段６５による給油が行なわれる。即ち、回転軸２４とともに回転されるインペラ６９により、密閉ケース１１の内底部に溜まっている潤滑油が主給油路６６に吸上げられる。主給油路６６内の潤滑油は、遠心力によって各分岐給油路６７，６８を流通する。

このため、上側の分岐給油路６７を通った潤滑油によって、回転軸２４の上側回転軸部位と第１の仕切り部材４１の軸受部４３との間に油膜が形成される。この油膜により、回転軸２４と軸受部４３との間が潤滑される。

回転軸２４と軸受部４３との間に供給された潤滑油は、この下方に連通した前記上部油溜りＦに流出する。これとともに、上部油溜りＦに下側の分岐給油路６８を通った潤滑油が流出される。上部油溜りＦ内の潤滑油は、偏心カム２７と偏心輪５１との間、偏心輪５１の第１の端壁５６と第１の仕切り部材４１のシール面４２ａとの間、及び上側軸部２８とシール面４２ａとの間に流出し、その流出箇所に夫々油膜を形成して潤滑をする。

更に、偏心カム２７と偏心輪５１との間に供給された潤滑油は、この下方に連通した前記下部油溜りＧに流出する。この下部油溜りＧ内の潤滑油は、偏心輪５１の第２の端壁５７と第２の仕切り部材４５のシール面４６ａとの間、及び回転軸２４と軸受部４７との間に流出し、その流出箇所に夫々油膜を形成して潤滑をする。

このように給油手段６５の給油作用によって潤滑を必要とする箇所に油膜が形成される。このため、潤滑対象箇所での金属同士の摩擦及び摩耗の進行による焼付けを防止することができる。

偏心輪５１の第１の端壁５６と第１の仕切り部材４１のシール面４２ａとの間は、そこに形成された油膜によりシールされる。同様に、偏心輪５１の第２の端壁５７と第２の仕切り部材４５のシール面４６ａとの間も、そこに形成された油膜によりシールされる。これらのシールによって、高圧となる圧縮室３３ａと低圧の吸込み室３３ｂとの連通が絶たれる。

既述のように偏心輪５１を挿通した回転軸２４側に限って開放される溝５９を、偏心輪５１に設けることで、偏心輪５１は軽量化されている。このため、偏心輪５１を軽量化するための溝５９を原因として、第１の端壁５６及び第２の端壁５７の面積が減ることがない。言い換えれば、前記油膜によるシール面積が減ることがない。したがって、圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂと間をシールする信頼性が向上されるに伴い、コンプレッサ２の運転効率が低下することを抑制可能である。

即ち、以上説明したようにシリンダ室３３を覆う第１の仕切り部材４１及び第２の仕切り部材４５と偏心輪５１との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪５１を軽量化できる。偏心輪５１の軽量化に従い、コンプレッサ２の運転効率を向上できるとともに、偏心輪５１の慣性力が低下されるに伴い、偏心輪５１とベーン６１との相対速度が減少されて、ベーン先端部の過剰摩耗や焼き付きも防止できる。

更に、偏心輪５１は、複数の部品を組み合わせて形成されるのではなく、単一の一体品であるので、偏心輪５１を組立てる手間を要しない。しかも、軽量化のための溝５９は、周壁５５に沿って円環状に形成され、数多く要することがなく、既述の製造方法のように切削により容易に設けることができる。したがって、偏心輪５１の製造性を向上することが可能である。

しかも、第１実施形態では、回転軸２４の偏心輪５１内に位置された軸部位に向けて上下の溝５９が開放されている。これにより、上部油溜りＦに連続された上側の溝５９と、同様に下部油溜りＧに連続された下側の溝５９を、夫々油溜り部として利用できる。そのため、上側の溝５９内に溜まった潤滑油により、中間壁５８と偏心カム２７との間に給油する信頼性を高めることが可能である。これとともに、下側の溝５９に溜まった潤滑油により、第２の端壁５７とシール面４６ａとの間に給油する信頼性を高めることが可能である。

図７〜図１０は第２の実施の形態を示している。第２実施形態は以下説明する構成が第１実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第１実施形態と同じである。このため、第１実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。なお、以下の説明においては、第１実施形態の説明で用いた図３等も必要により参照する。

この第２実施形態は、図９及び図１０に示すように円筒形のスリーブ７１を更に備えている。スリーブ７１は、偏心輪５１の内側に固定されることなく配置され、中間壁５８に形成された第３の孔５４に嵌合している。このスリーブ７１の内周面に偏心カム２７の周面が接している。したがって、スリーブ７１は、中間壁５８と偏心カム２７との間にこれらで挟まれるように介在されている。

図８に示すようにスリーブ７１の長さは、中間壁５８の厚みＤより長く、例えば偏心カム２７の厚みＣと略同じである。更に、スリーブ７１の長さは、第１の端壁５６と第２の端壁５７との内面間距離Ｅより短い。スリーブ７１は鋳鉄以外の金属製であることが好ましい。

こうしたスリーブ７１を備えることで以下の利点がある。

第１に、偏心輪５１の材料とスリーブ７１の材料とを最適化できる。つまり、スリーブ７１を偏心輪５１より耐摩耗性に優れた材料製とし、偏心輪５１を相対的に耐摩耗性が低い材料性とすることができる。これにより、コンプレッサ２の運転時に高速で回転される回転軸２４にスリーブ７１が擦れ合うので、偏心輪５１と回転軸２４の偏心カム２７とが直接擦れ合ってこれらの少なくとも一方が早期に摩耗することを防止可能である。

第２に、スリーブ７１の長さが偏心輪５１の中間壁５８の厚みＤより長いことに伴い、偏心カム２７に対する潤滑面積が第１実施形態の構成より増える。この潤滑面積に応じて偏心カム２７とスリーブ７１との間に形成される油膜により、偏心カム２７とスリーブ７１との間の摩擦の増大が抑制される。このため、コンプレッサ２の運転効率を向上できる。

なお、偏心カム２７とスリーブ７１との間への潤滑油の供給は、前記上部油溜りＦを経由してなされる。これとともに、偏心輪５１の中間壁５８とスリーブ７１との間への潤滑油の供給は、上部油溜りＦ及び潤滑油が溜められた上側の溝５９を経由してなされる。

第３に、スリーブ７１は偏心輪５１に固定されていない。このため、スリーブ７１が摩耗した場合、スリーブ７１を交換してメンテナンスをすることが可能である。

第４に、偏心輪５１に固定されていないスリーブ７１の長さは、中間壁５８の厚みＤより長く、偏心輪５１の内面間距離Ｅより短い。このため、図３に示した圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂとの間のシール性の低下を抑制できる。

即ち、回転軸２４は鉛直線に対し傾いて支持されることがある。偏心カム２７が中間壁５８の第３の孔５４に接するように嵌合された構成で、回転軸２４が鉛直線に対し傾くと、この回転軸２４の傾きに倣って偏心輪５１も傾いてしまう。このようになると、回転軸２４の傾きに応じてシール面４２ａ（図１参照）と第１の端壁５６との間の最大隙間、及びシール面４６ａと第２の端壁５７との間の最大隙間が広がる。そのため、シール面４２ａと第１の端壁５６との間に形成された油膜によるシール性能が低下することがあるとともに、シール面４６ａ（図１参照）と第２の端壁５７との間に形成された油膜によるシール性能が低下されることがある。

これに対して、第２実施形態の構成では、既述のスリーブ７１が偏心カム２７と中間壁５８との間に介在されている。このため、図９に示すように回転軸２４が鉛直線に対し傾いて支持された場合、偏心カム２７とスリーブ７１との間の油膜形成用の隙間、及びスリーブ７１と中間壁５８との間の油膜形成用の隙間によって、偏心カム２７の傾きが偏心輪５１に波及することを吸収できる。

これにより、回転軸２４の傾きと同様に偏心輪５１が傾くことが抑制される。これに伴い、シール面４２ａと第１の端壁５６との間のシール性能が維持されるとともに、シール面４６ａと第２の端壁５７との間のシール性能が維持される。したがって、図３に示した圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂとの間のシールの低下を抑制できる。

第２実施形態のコンプレッサ２について、以上説明した以外の図示されない構成及び作用効果は第１実施形態と同じである。したがって、この第２実施形態においても、シリンダ室３３を覆う仕切り部材と偏心輪５１との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪５１を軽量化でき、偏心輪５１の製造性も向上可能なロータリコンプレッサ２を提供することができる。

図１１〜図１３は第３の実施の形態を示している。第３実施形態は以下説明する構成が第２実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第２実施形態と同じである。このため、第２実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第２実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。なお、以下の説明においては、第１実施形態の説明で用いた図も必要により参照する。

この第３実施形態で、偏心輪５１の内側に配設したスリーブ７１の長さは、偏心カム２７の厚みＣより長く、偏心輪５１の厚みＢ以下である。好ましい例として、図１３に示すように偏心輪５１の厚みＢと同じ長さのスリーブ７１が使用されている。

この場合、スリーブ７１の上端面は、第１の端壁５６の外面と面一に連続し、この外面とともにシール面４２ａ(図１参照)に摺動される。このため、スリーブ７１とシール面４２ａとの間にも油膜が形成される。同様に、スリーブ７１の下端面は、第２の端壁５７の外面と面一に連続し、この外面とともにシール面４６ａ(図１参照)に摺動される。このため、スリーブ７１とシール面４６ａとの間にも油膜が形成される。こうして油膜が形成される領域が増加されることで、図３に示した圧縮室３３ａと吸込み室３３ｂと間のシールの信頼性をより向上することができる。

更に、既述の長さのスリーブ７１の採用によって、偏心輪５１が有する上下の溝５９は閉じられている。このため、第３実施形態において上下の溝５９は油溜りとして使用されない。この第３実施形態で、スリーブ７１は、偏心輪５１に固定されていても、或いは固定されることなく偏心輪５１に対して回転可能に嵌合されていても差し支えない。

既述のようにスリーブ７１が偏心カム２７の厚みＣより長いので、偏心カム２７に対する潤滑面積が、偏心カム２７の厚みＣに応じて確保され、第１実施形態の構成より増やすころができる。この潤滑面積に応じて偏心カム２７とスリーブ７１との間に形成される油膜により、偏心カム２７とスリーブ７１との間の摩擦の増大が抑制される。このため、コンプレッサ２の運転効率を向上できる。

第３実施形態のコンプレッサ２について、以上説明した以外の図示されない構成及び作用効果は第２実施形態と同じである。したがって、この第３実施形態においても、シリンダ室３３(図３参照)を覆う仕切り部材と偏心輪５１との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪５１を軽量化でき、偏心輪５１の製造性も向上可能なロータリコンプレッサ２を提供することができる。

図１４〜図１６は第４の実施の形態を示している。第４実施形態は以下説明する構成が第３実施形態とは相違しており、それ以外の構成は第３実施形態と同じである。このため、第３実施形態と同一ないしは同様の機能を奏する構成については、第３実施形態と同じ符号を付してその説明を省略する。なお、以下の説明においては、第１実施形態の説明で用いた図も必要により参照する。

この第４実施形態で、偏心輪５１は既述した第１〜第３の実施形態で説明した中間壁に相当する構成は省略されており、それに伴い偏心輪５１の溝５９は単一である。そのため、第４実施形態で、溝５９は、周壁５５全体と、第１の端壁５６と、第２の端壁５７によって区画されている。これとともに、溝５９は、第１の端壁５６と第２の端壁５７とにわたって配設されたスリーブ７１で閉じられている。スリーブ７１は、偏心輪５１に固定されていても、或いは固定されることなく偏心輪５１に対して回転可能に嵌合されていても差し支えない。

このように偏心輪５１の溝５９を単一としたことにより、例えば第３実施形態の偏心輪の各部の壁の厚みを同じとした条件では、第４実施形態の方が溝５９の容積を大きくできる。換言すれば、溝５９の容積の増加に応じて偏心輪５１の重量を軽くできる。これに伴い、ＰＶ値の相対速度Ｖがより減少され、ＰＶ値をより下げることができる。

第４実施形態のコンプレッサ２について、以上説明した以外の図示されない構成及び作用効果は第３実施形態と同じである。したがって、この第４実施形態においても、シリンダ室３３（図３参照）を覆う仕切り部材と偏心輪５１との間のシールの信頼性を確保しつつ偏心輪５１を軽量化でき、偏心輪５１の製造性も向上可能なロータリコンプレッサ２を提供することができる。

以上のように本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であるとともに、発明の要旨を逸脱しない限り、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形などは、発明の範囲に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…冷凍サイクル装置、コンプレッサ（ロータリコンプレッサ）、３…凝縮器、４…膨張弁(膨張装置)、５…蒸発器、７…冷媒管、１１…密閉ケース（ケーシング）、２１…駆動部、２４…回転軸、２７…偏心カム、３１…圧縮機構部、３２…シリンダ、３３…シリンダ室、３３ａ…圧縮室、３３ｂ…吸込み室、３４…ベーン室、４１…第１の仕切り部材、４２ａ…シール面、４５…第２の仕切り部材、４６ａ…シール面、５１…偏心輪、５２…第１の孔、５３…第２の孔、５４…第３の孔、５５…周壁、５６…第１の壁部、５７…第２の壁部、５８…中間壁、５９…溝、６１…ベーン、６５…給油手段、７１…スリーブ、Ａ…シール面間距離、Ｂ…偏心輪の厚み、Ｃ…偏心カムの厚み、Ｄ…中間壁の厚み、Ｅ…内面間距離

Claims (6)

1. ケーシング内に駆動部とこの駆動部の回転軸により駆動される圧縮機構部を備えるロータリコンプレッサにおいて、
   前記圧縮機構部が、
   前記回転軸が挿通されたシリンダ室を有するシリンダと、
   前記回転軸が挿通される孔、この孔の径より大径である周壁、この周壁の軸方向両端から前記孔部に夫々わたる第１、第２の端壁、及び前記孔の径より大径でかつ前記周壁で囲まれた溝を有し、前記回転軸が有する円形の偏心カムに回転可能に嵌められて前記シリンダ室で偏心回転する偏心輪と、
   前記第１、第２の端壁が摺動するシール面を有し前記シリンダ室を覆った仕切り部材と、
   前記第１、第２の端壁と前記シール面との間に油膜を形成する潤滑油を供給する給油手段と、
   を備えることを特徴とするロータリコンプレッサ。
2. 前記孔に嵌合されるとともに前記偏心カムの周面が接するスリーブを、更に備えることを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
3. 前記スリーブの長さが、前記偏心カムの厚みより長いことを特徴とする請求項２に記載のロータリコンプレッサ。
4. 前記偏心輪が、前記第１、第２の端壁間にこれら端壁のうちの一方及び前記周壁ともに前記溝を区画する中間壁を更に有し、この中間壁に形成された前記孔に前記偏心カムが嵌められ、前記偏心カムの厚みが、前記中間壁の厚みより厚いとともに前記第１、第２の端壁の内面間距離より薄いことを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
5. 前記中間壁に形成された前記孔に回転可能に嵌合されるとともに前記偏心カムの周面が接するスリーブを更に備え、このスリーブの長さが、前記中間壁の厚みより長く前記内面間距離より短いことを特徴とする請求項４に記載のロータリコンプレッサ。
6. 前記請求項１から５のうちのいずれか一項に記載のロータリコンプレッサと、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備え、これらを冷媒管により連通して冷凍サイクルを構成してなることを特徴とする冷凍サイクル装置。

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