JP2791151B2 - ロータリ圧縮機 - Google Patents

ロータリ圧縮機

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主として空調用に使用されるロータリ圧縮
機に係り、特に、高速運転時の信頼性の確保および圧縮
機の性能向上に好適なロータリ圧縮機に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来のロータリ圧縮機を第6図ないし第10図を参照し
て説明する。
第6図は、従来のロータリ圧縮機の縦断面図、第7図
は、第6図のII−II矢視断面図、第8図は、従来のクラ
ンク軸の副軸受側下端に第3のバランサを配設したロー
タリ圧縮機の縦断面図、第9図は、第6図のロータリ圧
縮機のクランク軸のたわみモードを示す説明図、第10図
は、第8図のロータリ圧縮機のクランク軸のたわみモー
ドを示す説明図である。
第6図に示すロータリ圧縮機は、回転子1aと固定子1b
とからなる電動機1と圧縮機構部2とをクランク軸3で
連結して密閉容器13内に収納してなるものである。
圧縮機構部2は、密閉容器13に固定されたシリンダ4
と、このシリンダ4内に設けられたクランク軸3の偏心
部3aに自転自在に嵌合されたローリングピストン5と、
ローリングピストン5の回転に追従して往復動するベー
ン6と、シリンダ4の上,下端を密閉するとともに前記
クランク軸3を支持する主軸受7、副軸受8とからなっ
ている。
クランク軸3の偏心部3aは、ローリングピストン5に
当接するピン部9と、主軸受7、副軸受8に当接するス
ラスト部10と、から構成されている。
また、クランク軸3には、軸心中心に給油穴12が穿設
されており、主軸受7、副軸受8、ローリングピストン
5の各軸受内径に給油するように構成されている。
第7図に示すように、ピン部9の軸心0′は、クラン
ク軸3の軸心0に対し、raだけ偏心しており、この偏心
量raに起因するアンバランス量ma・raがピン部に存在す
る。ここでmaはピン部の質量である。
スラスト部10は、ピン部9の軸心0′を中心とする円
弧ACBと、クランク軸3の軸心0を中心とする円弧ADBと
で囲まれる部分で構成されている。本構成においても円
弧の軸心の違いによるアンバランス量mc・rcが存在す
る。
以上クランク軸の偏心部3aにはピン部のアンバランス
量ma・ra、スラスト部のアンバランス量mc・rcが存在
し、その総和M・Rが偏心部自体の形状によるアンバラ
ンス量となる。
さらに、ローリングピストン5は、ピン部と同一偏心
中心にてシリンダ内を回転するため、ローリングピスト
ンの質量をmrとするmr・raのアンバランス量がピン部に
加わることになる。
クランク軸が角速度ωで回転すると、偏心部には遠心
力(MR+mrra)ωが働くことになる。
さて、上記クランク軸偏心部およびローリングピスト
ンによる偏心回転力に対する消去用釣り合い錘り(以下
バランサという)として、クランク軸3の主軸受側に固
定された回転子1aの下端部に第1のバランサ14、回転子
1aの上端部に第2のバランサ15を取り付けている。
また、バランサの構成では、第8図に示すように、上
記第1,第2のバランサの他に、クランク軸3の副軸受側
端部に第3のバランサ16を配設したものもある。
これらのバランサを配設した例における、クランク軸
のたわみモードを第9図および第10図に示す。
第9図は、第3のバランサを配設しない例、第10図
は、第3のバランサを配設した例を示すが、いずれの場
合においても、主軸受7および副軸受8内でクランク軸
3はたわみ、軸受の上下端で軸受クリアランスが減少し
軸受の上下端で片あたりを発生する。
なお、この種の装置として関連するものには、例え
ば、特開平1−104996号公報が挙げられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術において、クランク軸の偏心部およびロ
ーリングピストンによる偏心回転力と、それに対する消
去用バランサとによるシャフトのたわみに対し、クラン
ク軸が高速で回転すると各アンバランス部に働く遠心力
は角速度ωの2乗に比例して増加する。このため、クラ
ンク軸の各部のたわみ量が増大し、主軸受および副軸受
の上下端の片あたり量が増大するという問題があった。
この片あたり量の増大により、軸受上下端でクランク軸
と軸受の焼き付きを発生させるための信頼性が低下する
という問題点があった。さらに片あたりにより摺動ロス
が増加し圧縮機の入力が増加するという問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、クランク軸偏心部のアンバランス量を大
幅に低減でき、主軸受および副軸受の上下端の片あたり
量を低下させ、圧縮機を高速で運転させる際の信頼性を
確保し、圧縮機の入力を低減しうるロータリ圧縮機を提
供することを、その目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するために、本発明に係るロータリ圧
縮機の構成は、電動機と圧縮機構部とをクランク軸で連
結して密閉容器内に収納したものであって、上記圧縮機
構部は、シリンダと、シリンダ内に設けられたクランク
軸の偏心部に嵌入されたローリングピストンと、このロ
ーリングピストンの回転に追従して往復動するベーン
と、前記シリンダの両端を密閉するとともに前記クラン
ク軸を支持する主,副軸受とからなり、前記クランク軸
の偏心部は、ローリングピストンに当接するピン部と、
主軸受,副軸受に当接するスラスト部とを有するロータ
リ圧縮機において、上記ピン部の上下端部を貫通する複
数個の縦穴を設け、上記スラスト部の幅を許容できる限
り小さくして、前記ピン部の幅を許容できる限り小さく
するとともに、前記ピン部と前記スラスト部との間をク
ランク軸の軸心に対して同心円となる形状に形成したも
のである。
なお付記すると、上記目的は、クランク軸の偏心部が
ローリングピストンと当接するピン部と、主軸受、副軸
受に当接するスラスト部からなるロータリ圧縮機におい
て、前記ピン部の幅を許容できる限り小さくするととも
に上記ピン部の上下端部を貫通する複数個の縦穴を配
し、さらに、前記スラスト部の幅を許容できる限り小さ
くし、前記ピン部と前記スラスト部の間をクランク軸の
軸心に対する同心円部を配設することにより達成され
る。
〔作用〕 本発明を開発した考え方と上記技術的手段にもとづく
働きとは次のとおりである。
ロータリ圧縮機の主軸受および副軸受の上下端の片あ
たり量を低下させるためには、クランク軸の偏心部およ
びローリングピストンによる偏心回転力を低下させるこ
とが有効である。
このうち、クランク軸の偏心部のアンバランス量を低
下させることは、 .ローリングピストンに当接するピン部の幅を許容で
きる限り小さくする。
.ピン部の偏心方向に複数個の縦穴を配し、偏心部質
量を低下させる。
.偏心形状を有するスラスト部の幅を許容できる限り
小さくする。
.ピン部、スラスト部の間はクランク軸の軸心と同心
円状にしアンバランスをなくす。
という4つの技術的手段を同時に実施することにより可
能になる。
〔実施例〕
以下、本発明の各実施例を第1図ないし第5図により
説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係るロータリ圧縮機の
縦断面図、第2図は、第1図のI−I矢視断面図、第3
図は、第1図のロータリ圧縮機のクランク軸のたわみモ
ードを示す説明図、第4図は、本発明の他の実施例に係
るロータリ圧縮機の縦断面図、第5図は、第4図のロー
タリ圧縮機のたわみモードを示す説明図である。
第1図に示すロータリ圧縮機は、回転子1aと固定子1b
とからなる電動機1と圧縮機構部2とをクランク軸3で
連結して密閉容器13内に収納してなるものである。
圧縮機構部2は、密閉容器13に固定されたシリンダ4
と、このシリンダ4内に設けられたクランク軸3の偏心
部3aに自転自在に嵌合されたローリングピストン5と、
ローリングピストン5の回転に追従して往復動するベー
ン6と、シリンダ4の上、下端を密閉するとともに前記
クランク軸3を支持する主軸受7、副軸受8とからなっ
ている。
クランク軸3の偏心部3a、ローリングピストン5に当
接するピン部9と、主軸受7、副軸受8に当接するスラ
スト部10およびピン部9と、スラスト部10との間に位置
してクランク軸3の軸心に対し同心円である同心円部11
とから構成されている。
また、クランク軸3には、クランク軸3の軸心中心に
給油穴12が穿設されており、主軸受7、副軸受8、ロー
リングピストン5の各軸受摺動面に給油するように構成
されている。
ここで、ピン部9の幅はできる限り小さくしている。
ピン部の幅hの最小値としては、ピン部とローリングピ
ストンの最小油膜厚さおよびローリングピストンの運転
時の傾き等を考慮して許容できる最小値に決める。
従来のロータリ圧縮機のピン部の幅hは、シリンダ高
さHの60〜80%程度であったが、本実施例では、ピン部
の幅hはシリンダ高さHの45%まで小さくさせている。
第2図に示すように、ピン部9には当該ピン部9を貫
通する貫通穴12を複数個(図では3個)、ピン部9の偏
心方向側に穿設している。この貫通穴12の穿設位置とし
ては、スラスト部10の外径より外側の位置であり、クラ
ンク軸3の軸心を通りピン部の偏心方向(X軸方向)と
直角な方向のY軸に対し、できるだけ離れていることが
望ましい。
また、第1図においてスラスト部10は、主軸受7、副
軸受8に当接する部分であるが、この部分の高さhsは、
クランク軸のスラスト荷重に耐え得るだけの厚さを確保
しできる限り薄肉としている。本実施例ではhsをシリン
ダ高さHの9%程度まで薄くしている。
さらに、前記スラスト部10とピン部9の間の同心円部
11はクランク軸3の軸心に対し同心円となる形状に形成
している。これにより同部のアンバランス量を0にする
ことができる。
以上の技術的手段を同時に実施することにより、本実
施例においてはクランク軸の偏心部のアンバランス量を
従来の40%まで低下させることが可能となった。さらに
ローリングピストン5の偏心回転によるアンバランスも
加えると従来の70%までアンバランス量を低下させるこ
とが可能となった。
さて、第1図に示すように、クランク軸偏心部3aおよ
びローリングピストン5による偏心回転力に対するバラ
ンサとして、回転子1aの下端には第1のバランサ14、回
転子1aの上端には第2のバランサ15が取付けられている
が、これら各々のアンバランス量は、本実施例では、ク
ランク軸偏心部3aおよびローリングピストン5によるア
ンバランスが低下した分だけ低減されており、バランサ
を小型軽量化できる。
第3図は、本実施例のクランク軸のたわみモードを示
したもので、第9図に示した従来例のクランク軸のたわ
みモードにくらべ、主軸受および副軸受内でのクランク
軸のたわみ量が低下しており、軸受内での片あたりが低
減可能となった。
第4図は、本実施例をクランク軸の副軸受側下端に第
3のバランサ16を配設した圧縮機に適用したものであ
り、第5図は、そのクランク軸のたわみモードを示した
ものである。この場合の軸受内のクランク軸のたわみ量
も第一の実施例と同様に低減でき、軸受内の片あたり量
が低減可能となった。
以上の各実施例によれば、クランク軸偏心部のアンバ
ランス量を大幅に低減できるので、軸受内のクランク軸
の片あたりを低減でき、クランク軸と軸受の焼き付きお
よび摩耗を防止できる。特に、クランク軸の各部のたわ
み量が増大する高速運転時における信頼性を確保でき
る。また、前記のように片あたり量を低減できるため、
摺動ロスを低下でき、圧縮機の入力を低減できて性能が
向上する。
さらに、ピン部の幅をできる限り小さくしたので、ピ
ン部のローリングピストンの摺動ロスを低減でき、圧縮
機入力を低減できる効果がある。本実施例による圧縮機
入力は従来より1.5%低減できた。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように、本発明によれば、クラン
ク軸偏心部のアンバランス量を大幅に低減でき、主軸受
および副軸受の上下端の片あたり量を低下させ、圧縮機
を高速で運転させる際の信頼性を確保し、圧縮機の入力
を低減しうるロータリ圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係るロータリ圧縮機の縦
断面図、第2図は、第1図のI−I矢視断面図、第3図
は、第1図のロータリ圧縮機のクランク軸のたわみモー
ドを示す説明図、第4図は、本発明の他の実施例に係る
ロータリ圧縮機の縦断面、第5図は、第4図のロータリ
圧縮機のたわみモードを示す説明図、第6図は、従来の
ロータリ圧縮機の縦断面図、第7図は、第6図のII−II
矢視断面図、第8図は、従来のクランク軸の副軸受側下
端に第3のバランサを配設したロータリ圧縮機の縦断面
図、第9図は、第6図のロータリ圧縮機のクランク軸の
たわみモードを示す説明図、第10図は、第8図のロータ
リ圧縮機のクランク軸のたわみモードを示す説明図であ
る。 1……電動機、2……圧縮機構部、3……クランク軸、
3a……偏心部、4……シリンダ、5……ローリングピス
トン、6……ベーン、7……主軸受、8……副軸受、9
……ピン部、10……スラスト部、11……同心円部、13…
…密閉容器、17……貫通穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F04C 29/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電動機と圧縮機構部とをクランク軸で連結
    して密閉容器内に収納したものであって、 上記圧縮機構部は、シリンダと、シリンダ内に設けられ
    たクランク軸の偏心部に嵌入されたローリングピストン
    と、このローリングピストンの回転に追従して往復動す
    るベーンと、前記シリンダの両端を密閉するとともに前
    記クランク軸を支持する主,副軸受とからなり、 前記クランク軸の偏心部は、ローリングピストンに当接
    するピン部と、主軸受,副軸受に当接するスラスト部と
    を有するロータリ圧縮機において、 上記ピン部の上下端部を貫通する複数個の縦穴を設け、 上記スラスト部の幅を許容できる限り小さくして、 前記ピン部の幅を許容できる限り小さくするとともに、 前記ピン部と前記スラスト部との間をクランク軸の軸心
    に対して同心円となる形状に形成したことを特徴とする
    ロータリ圧縮機。
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