JP2020176569A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリ圧縮機全体の軽量化を図ることができる。【解決手段】ハウジング２と、ハウジング２内で鉛直方向に延びる回転軸３と、回転軸３挿通された圧縮室を内側に有するシリンダ６０と、回転軸３に回転可能に支持し、シリンダ６０の上下に固定される上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂと、を備え、シリンダ６０は一部が樹脂材料で形成されるロータリ圧縮機を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリ圧縮機に関する。

従来、密閉型の電動ロータリ圧縮機として、例えば特許文献１に示されるような、ハウジングと、ハウジング内で鉛直方向に延びるとともに電動モータによって回転する回転軸と、回転軸に支持されたシリンダを有するロータリ圧縮部と、回転軸に回転可能に支持され、シリンダの上下に固定される上部軸受、及び下部軸受と、を備えたものが知られている。

特開２０１５−１７５７４号公報

しかしながら、従来のロータリ圧縮機では、以下のような問題があった。
すなわち、従来では、ロータリ圧縮部がガス圧縮時の反力に耐え得る強度が必要なため、一般的に金属材料が用いられている。一方で、ロータリ圧縮機としては、小型化や軽量化による低騒音化が求められている。しかしながら、金属材料により形成されるロータリ圧縮部の軽量化は困難であることから、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ロータリ圧縮機全体の軽量化を図ることができるロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係るロータリ圧縮機は、ハウジングと、該ハウジング内で鉛直方向に延びる回転軸と、該回転軸が挿通された圧縮室を内側に有するシリンダと、前記回転軸を回転可能に支持し、前記シリンダの上下に固定される上部軸受、及び下部軸受と、を備え、前記シリンダは、一部が樹脂材料で形成されている。

上記態様に係るロータリ圧縮機によれば、ロータリ圧縮機の中でも大きな重量となるシリンダの少なくとも一部を樹脂材料で形成したことにより軽量化を図ることができ、ロータリ圧縮機全体を軽量化できる。

また、上記のロータリ圧縮機は、前記上部軸受及び前記下部軸受のうち少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂材料で形成されている構成であってもよい。

このような構成によれば、シリンダに固定される上部軸受及び前記下部軸受のうち少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂材料で形成された一部樹脂製となって軽量化されているので、さらにロータリ圧縮機全体の軽量化を図ることができる。

また、上記のロータリ圧縮機は、前記上部軸受及び前記下部軸受における前記回転軸に対向する内面は金属材料で形成され、前記上部軸受及び前記下部軸受における前記圧縮室に対向する内面は金属材料で形成されていてもよい。

このような構成によれば、上部軸受及び下部軸受における回転軸に対向する内面である摺動面の回転軸に対する耐摩耗性を向上できる。また、上部軸受及び下部軸受における圧縮室に対向する内面の圧縮ガスや圧縮室内部の各部品に対する耐摩耗性も向上できる。

また、上記のロータリ圧縮機は、前記シリンダにおける前記樹脂材料で形成された部分と、前記上部軸受及び前記下部軸受のうちの少なくとも一方における前記樹脂材料で形成された部分と、が接する位置にシールを備えてもよい。

このような構成によれば、金属材料に比べ寸法精度が劣る樹脂材料同士での接触部分に金属材料同士での接触と同等の密閉性を付与できる。

また、上記のロータリ圧縮機は、前記シリンダの前記圧縮室を形成する内面は金属材料で形成されていてもよい。

このような構成によれば、シリンダ内面の圧縮ガスや圧縮室内部の各部品に対する耐摩耗性も向上できる。

本発明のロータリ圧縮機によれば、ロータリ圧縮機全体の軽量化を図ることができる。

本発明の第一実施形態によるロータリ圧縮機の構成を示した縦断面図である。 本発明の第一実施形態によるロータリ圧縮機のシリンダ、上部軸受及び下部軸受の樹脂材料で形成されている部分を示した縦断面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図であって、シリンダにおける圧縮機の中心軸線に直交する面の水平断面図である。 本発明の第二実施形態によるロータリ圧縮機のシリンダにおける圧縮機の中心軸線に直交する面の水平断面図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の実施形態によるロータリ圧縮機について、図面に基づいて説明する。かかる実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。

図１に示すように、本実施形態によるロータリ圧縮機（以下、単に圧縮機１という）は、例えば空気調和機や冷凍装置などに用いられる密閉型の電動ロータリ圧縮機を一例としており、圧縮機本体１０と、吸入管１１と、アキュムレータ１２と、を備えている。圧縮機１で圧縮される冷媒としては、Ｒ３２、Ｒ４５４Ｃ等のＨＦＯ（ハイドロフルオロオレフィン）冷媒や、ＣＯ_２、プロパン、ヘリウム等の自然冷媒が用いられる。

圧縮機本体１０は、ハウジング２と、回転軸３と、上部軸受４Ａと、下部軸受４Ｂと、電動モータ５と、ロータリ圧縮部６と、を有する。ロータリ圧縮部６には、ハウジング２内においてディスク状のシリンダ６０が設けられている。
ここで、ハウジング２の中心軸と回転軸３とは鉛直方向（上下方向）に延在する共通軸上に配置され、この共通軸を以下、回転軸線Ｏという。回転軸３は、延在方向が上下方向となるように配置され、ハウジング２内において回転軸線Ｏ回りに回転可能に収容されている。

ハウジング２は、密閉型で上下方向に延在している。ハウジング２は、円筒状をなす本体部２１と、本体部２１の上下の開口を閉塞する上部蓋部２２及び下部蓋部２３と、を有する。ハウジング２は、側壁下部におけるシリンダ６０の外周面に対向する位置に、開口部２４が形成されている。シリンダ６０には、開口部２４に対向した位置において、シリンダ内の所定位置まで連通する吸入ポート２５が形成されている。

ハウジング２の底部には、冷凍機油が溜められることで、油溜まりが形成されている。油の初期封入時における油溜まりの液面は、ロータリ圧縮部６の上方に位置している。これにより、ロータリ圧縮部６は、油溜まりの中で駆動される。冷凍機油として用いられる合成炭化水素系油（ベンゼン油）やエーテル／エステル系油，および鉱油が利用できる。

上部蓋部２２には、厚さ方向に貫通し、下部がハウジング２内に配置されており、上部がハウジング２の外に配置された吐出管１３が設けられている。吐出管１３は、油を含み、かつ圧縮された冷媒をハウジング２の外部へ吐出する。

ハウジング２の外部には、圧縮機本体１０に供給するに先立って冷媒を気液分離するためのアキュムレータ１２が設けられている。アキュムレータ１２は、ブラケット１４を介してハウジング２の外周面に固定されている。アキュムレータ１２には、内部の冷媒を圧縮機本体１０に吸入させるための上述した吸入管１１が設けられている。アキュムレータ１２に接続されている吸入管１１は、ハウジング２の開口部２４を通して、吸入ポート２５に接続されている。アキュムレータ１２は、吸入管１１を通じて冷媒の気相をロータリ圧縮部６へ供給する。

電動モータ５は、ハウジング２内の上下方向の中央部に収容されている。電動モータ５は、ロータ５１と、ステータ５２と、を有する。ロータ５１は、回転軸３の外周面に固定され、ロータリ圧縮部６の上方に配置されている。ステータ５２は、ロータ５１の外周面を囲むように配置され、ハウジング２の本体部２１の内面２１ａに固定されている。
このように構成とされた電動モータ５には、電源（図示せず）が接続されている。電動モータ５は、この電源からの電力によって回転軸３を回転させるように構成されている。

上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂは、上下からロータリ圧縮部６を挟むように配置されている。上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂとは、それぞれ一部が樹脂材料で形成され、ロータリ圧縮部６のシリンダ６０とは別体として設けられていて、シリンダ６０にボルト６１で固定されている。
なお、回転軸３は、上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂによって回転軸線Ｏ回りに回転自在に支持されている。
上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂにおいて樹脂材料で形成されている箇所は、図２において２種類の太さの線でハッチングした部分であり、回転軸３に対向しておらず、かつ圧縮室６０Ａに対向していない部分である。上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂにおいて樹脂材料で形成されていない部分は、金属材料で形成されている。

より具体的には、上部軸受４Ａは、回転軸線Ｏを中心とした筒状をなす筒状部４Ａａと、筒状部４Ａａの下部に一体に設けられて筒状部４Ａａから径方向外側に張り出すフランジ部４Ａｂとを有している。
筒状部４Ａａの内面には、回転軸線Ｏを中心とした筒状をなす金属製のリング４Ｈが嵌め込まれている。
フランジ部４Ａｂは、圧縮室６０Ａに対向して圧縮室６０Ａを上方から覆っている。フランジ部４Ａｂには、径方向内側の位置で上方に、かつ回転軸線Ｏを中心として環状に凹む内側凹部４Ａｃが形成されている。この内側凹部４Ａｃに回転軸線Ｏを中心とした環状をなす金属製のリング４Ｃが嵌め込まれている。筒状部４Ａａに設けられたリング４Ｈの内面とフランジ部４Ａｂに設けられたリング４Ｃの内面とは面一に設けられて回転軸３に対向している。また、フランジ部４Ａｂに設けられたリング４Ｃにおける下面は、圧縮室６０Ａを上方から覆うことで圧縮室６０Ａを形成する内面の一部となっている。
フランジ部４Ａｂにはさらに、内側凹部に対して径方向の外側の位置で上方に凹み、かつ回転軸線Ｏを中心として環状に凹む外側凹部４Ａｄが形成されている。外側凹部４Ａｄには後述するシール４Ｅが設けられている。
本実施形態では、まず上部軸受４Ａの樹脂材料部分を例えば押出し成形、射出成型、又は３Ｄプリンタによるプリント成形等を用いて形成する。その後、筒状部４Ａａ及びフランジ部４Ａｂの内面に金属製のリング４Ｃ、４Ｈを嵌め込むことで上部軸受４Ａを形成している。

同様に、下部軸受４Ｂは、回転軸線Ｏを中心とした筒状をなす筒状部４Ｂａと、筒状部４Ｂａの上部に一体に設けられて筒状部４Ｂａから径方向外側に張り出すフランジ部４Ｂｂとを有している。
筒状部４Ｂａの内面には、回転軸線Ｏを中心とした筒状をなす金属製のリング４Ｊが嵌め込まれている。
フランジ部４Ｂｂは、圧縮室６０Ａに対向して圧縮室６０Ａを下方から覆っている。フランジ部４Ｂｂには、径方向内側の位置で下方に、かつ回転軸線Ｏを中心として環状に凹む内側凹部４Ｂｃが形成されている。この内側凹部４Ｂｃに回転軸線Ｏを中心とした環状をなす金属製のリング４Ｄが嵌め込まれている。筒状部４Ｂａに設けられたリング４Ｊの内面とフランジ部４Ｂｂに設けられたリング４Ｄの内面とは面一に設けられて回転軸３に対向している。また、フランジ部４Ｂｂに設けられたリング４Ｄにおける上面は、圧縮室６０Ａを下方から覆うことで圧縮室６０Ａを形成する内面の一部となっている。
フランジ部４Ｂｂにはさらに、内側凹部に対して径方向の外側の位置で下方に凹み、かつ回転軸線Ｏを中心として環状に凹む外側凹部４Ｂｄが形成されている。外側凹部４Ｂｄには後述するシール４Ｆが設けられている。
本実施形態では、まず上部軸受４Ａの樹脂材料部分を例えば押出し成形、射出成型、又は３Ｄプリンタによるプリント成形等を用いて形成する。その後、筒状部４Ａａ及びフランジ部４Ａｂの内面に金属製のリング４Ｄ、４Ｊを嵌め込むことで上部軸受４Ａを形成している。

ロータリ圧縮部６は、電動モータ５の下方でハウジング２内の底部に配置されている。 ロータリ圧縮部６は、シリンダ６０と、偏心軸部６２と、ピストンロータ６３と、を有している。

シリンダ６０は、圧縮室６０Ａと、吸入孔６０Ｂと、吐出孔（図示せず）と、を有する。圧縮室６０Ａは、シリンダ６０の内部に形成されている。圧縮室６０Ａは、ピストンロータ６３を収容している。なお、シリンダ６０は、一部が樹脂材料で形成されている。
シリンダ６０において樹脂材料で形成されている部分は、図２において２種類の太さの線でハッチングした部分であり、圧縮室６０Ａと対向していない部分である。
本実施形態では、まずシリンダ６０の樹脂材料部分を例えば押出し成形、射出成型、又は３Ｄプリンタによるプリント成形等を用いて形成する。その後、樹脂材料部分の内側に金属製のリング４Ｇを嵌め込むことでシリンダ６０を形成している。これによりシリンダ６０における圧縮室６０Ａを形成する径方向内側を向く内面は、金属材料で形成されており、それ以外の部分は樹脂材料で形成されている。
また、シリンダ６０の樹脂材料部分の上面と上部軸受４Ａの樹脂材料部分とが対向する位置の上部軸受４Ａ側にシール４Ｅが設けられており、シリンダ６０の樹脂材料部分の下面と下部軸受４Ｂの樹脂材料部分とが対向する位置の下部軸受４Ｂ側にシール４Ｆが設けられている。

シリンダ６０、上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂに適用可能な樹脂材料としては、軽量、耐熱性、高強度な材料であって、例えば、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）の樹脂が挙げられる。

一部樹脂製のシリンダ６０は、ハウジング２の本体部２１の内面２１ａに対して固定されている。図３の符号Ｐは、ハウジング２とシリンダ６０との固定部を示している。ハウジング２へのシリンダ６０の固定方法としては、焼き嵌め、冷やし嵌め、又は樹脂溶融を採用することができる。

偏心軸部６２は、回転軸３の下端部に設けられ、ピストンロータ６３の内側において回転軸３の中心軸から直交する方向にオフセットした状態で設けられている。
ピストンロータ６３は、シリンダ６０の内径よりも小さい外径の円筒状をなしてシリンダ６０の内側に配置され、偏心軸部６２に挿入され固定されている。ピストンロータ６３は、回転軸３の回転に伴って回転軸線Ｏに対して偏心して回転する。

吸入孔６０Ｂは、冷媒をシリンダ６０の内部に流入可能とするための孔である。
吐出孔（図示せず）には、ハウジング２の中間圧とされた内部空間にロータリ圧縮部６で圧縮された冷媒が吐出される。

シリンダ６０には、図３に示すように、圧縮室６０Ａを、２つに区切るブレード６４が設けられている。シリンダ６０には、径方向に延在して形成されたブレード溝６５が形成されている。ブレード６４は、ブレード溝６５の内面６５ａに摺動可能に案内されて、ピストンロータ６３に対して接近離間する方向に進退自在に保持されている。そして、ブレード６４は、径方向の外側の基端部６４ｂが、不図示の圧縮バネによって弾性的に押圧されており、先端部６４ａがピストンロータ６３の外周面６３ａに常に押し付けられた状態となっている。

ブレード溝６５には、ブレード６４との摺動部分である内面６５ａには、一部樹脂製のシリンダ６０における金属材料層６６が形成されている。

偏心軸部６２は、ピストンロータ６３の内径よりもわずかに小さな外径を有している。これにより、回転軸３が回転すると、偏心軸部６２が回転軸３回りに旋回し、ピストンロータ６３がシリンダ６０内で偏心転動する。このとき、ブレード６４は、不図示の圧縮バネにより押圧されているため、先端部６４ａがピストンロータ６３の動きに追従して進退し、ピストンロータ６３に常に押し付けられる。

そして、このような圧縮機１においては、アキュムレータ１２内に冷媒を取り込み、その冷媒をアキュムレータ１２内で気液分離して、その気相を吸入管１１からシリンダ６０の吸入ポート２５を介してシリンダ６０の内部空間である圧縮室６０Ａに供給される。
そして、ピストンロータ６３の偏心転動により、圧縮室６０Ａの容積が徐々に減少して冷媒が圧縮される。シリンダ６０の所定の位置には、冷媒を吐出する吐出穴（図示省略）が形成されており、この吐出穴にはリード弁（図示省略）が備えられている。これにより、圧縮された冷媒の圧力が高まると、リード弁を押し開き、冷媒をシリンダ６０の外部に吐出する。吐出された冷媒は、ハウジング２の上部に設けられた吐出管１３から外部の図示しない配管に排出されるようになっている。

次に、上述したロータリ圧縮機の作用効果について、図面に基づいて具体的に説明する。
本実施形態による圧縮機１では、図１、図２及び図３に示すように、ロータリ圧縮機１の中でも大きな重量となるシリンダ６０、上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂを一部樹脂材料で形成したことにより軽量化を図ることができ、ロータリ圧縮機１全体を軽量化できる。

上述した本実施形態によるロータリ圧縮機１では、圧縮機１全体の軽量化を図ることができる。

また、上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂの回転軸３に対向している部分と圧縮室６０Ａに対向している部分とを金属材料で形成したことで、上部軸受４Ａ及び下部軸受４Ｂにおける圧縮室６０Ａに対向する内面の圧縮ガスや圧縮室６０Ａ内部の各部品に対する耐摩耗性を向上することができる。
さらに、シリンダ６０の圧縮室６０Ａに対向する部分を金属材料で形成したことで、シリンダ内面の圧縮ガスや圧縮室６０Ａ内部の各部品に対する耐摩耗性も向上できる。

また、シリンダ６０の樹脂材料部分と上部軸受４Ａ又は下部軸受４Ｂの樹脂材料部分とが対向する位置の上部軸受４Ａ又は下部軸受４Ｂ側にシール４Ｅ又はシール４Ｆを設けたことで、樹脂材料同士での接触部分に金属材料同士での接触と同等の密閉性を付与できる。

さらにまた、ハウジング２、回転軸３、上部軸受４Ａ、下部軸受４Ｂ、電動モータ５、ロータリ圧縮部６（シリンダ６０、偏心軸部６２、ピストンロータ６３）、アキュムレータ１２の形状、大きさ等の構成は、適宜な構成に設定することが可能である。

〔第二実施形態〕
図４に、本発明の第二実施形態によるロータリ圧縮機１Ａ（以下、単に圧縮機１Ａという）のシリンダ１６０における圧縮機の中心軸線に直交する面の水平断面図を示す。圧縮機１Ａは、第一実施形態の構成に加え、シリンダ１６０において、回転軸３方向の中心付近であり、外周面と内周面との間の部分に、回転軸３を中心として環状にブレード溝６５を避けて空洞６７が設けられ、空洞６７に樹脂材料である充填材６８が充填されている。シリンダ１６０は、充填材６８以外は金属材料で形成されている。充填材６８の形成は、充填口６９より樹脂材料が注入されることにより行われる。

圧縮機１Ａは、空洞６７内部のみを樹脂材料である充填材６８で形成することにより、シリンダ１６０を、強度を保ちつつ軽量化することができる。

なお、本実施形態では、空洞６７を設けるために、シリンダ１６０の上部軸受４Ａ又は下部軸受け４Ｂと対向する面から回転軸３方向に離れた箇所を切削しているが、そうではなく、上部軸受４Ａ又は下部軸受け４Ｂと対向する面に、回転軸３を中心として環状にブレード溝６５を避けて溝を形成するように切削してもよい。その場合は、溝に嵌合する形状に成形した樹脂材料を溝に嵌め込んでシリンダ１６０を形成する。

シリンダ１６０の上部軸受４Ａ又は下部軸受け４Ｂと対向する面に溝を形成することで、加工が容易となる。

以上、本発明によるロータリ圧縮機の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、上部軸受４Ａと下部軸受４Ｂとが一部樹脂材料により形成されているが、全体が樹脂材料で形成されている構成であってもよい。
この場合には、全体が樹脂材料で形成された上部軸受及び下部軸受両方の軽量化を図ることができるので、さらにロータリ圧縮機全体を軽量化できる。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１ 圧縮機（ロータリ圧縮機）
２ ハウジング
３ 回転軸
４Ａ 上部軸受
４Ｂ 下部軸受
５ 電動モータ
６ ロータリ圧縮部
１０ 圧縮機本体
１２ アキュムレータ
２１ 本体部
２１ａ 内面
６０ シリンダ
６０Ａ 圧縮室
６２ 偏心軸部
６３ ピストンロータ
６４ ブレード
６５ ブレード溝
６５ａ 内面
６６ 金属材料層
Ｏ 回転軸線
Ｐ 固定部

Claims (5)

1. ハウジングと、
   該ハウジング内で鉛直方向に延びる回転軸と、
   該回転軸が挿通された圧縮室を内側に有するシリンダと、
   前記回転軸を回転可能に支持し、前記シリンダの上下に固定される上部軸受、及び下部軸受と、を備え、
   前記シリンダは、一部が樹脂材料で形成されているロータリ圧縮機。
2. 前記上部軸受及び前記下部軸受のうち少なくとも一方の少なくとも一部が樹脂材料で形成されている請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 前記上部軸受及び前記下部軸受における前記回転軸に対向する内面は金属材料で形成され、
   前記上部軸受及び前記下部軸受における前記圧縮室に対向する内面は金属材料で形成されている請求項２に記載のロータリ圧縮機。
4. 前記シリンダにおける前記樹脂材料で形成された部分と、前記上部軸受及び前記下部軸受のうちの少なくとも一方における前記樹脂材料で形成された部分と、が接する位置にシールを備える、請求項２又は３に記載のロータリ圧縮機。
5. 前記シリンダの前記圧縮室を形成する内面は金属材料で形成されている請求項１から４のいずれか記載のロータリ圧縮機。

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