JP4005051B2 - 容量可変回転圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は回転圧縮機に係り、より詳細には、回転軸に配置される偏心装置を用い、相異なる内容積を有する２つの圧縮室のうちいずれか一方に選択的に圧縮動作を行わせることにより容量を可変させられる回転圧縮機に関する。

空気調和装置と冷蔵庫などのように冷凍サイクルを用いて特定の空間を冷却させる冷却装置には、冷凍サイクルの閉回路を循環する冷媒を圧縮するための圧縮機が設けられる。 この種の冷却装置の冷却能力は、通常、圧縮機の圧縮容量によって定められ、これにより、圧縮機の圧縮容量を可変的に構成すれば、実際の温度と設定温度との温度差など周りの状況に応じて冷却装置を最適の状態で運転せしめ、特定の空間を適切に冷却できるとともに、省エネルギー化を図ることができる。

冷却装置に用いられる圧縮機としては、回転圧縮機と往復動圧縮機などがある。本発明は前者の回転圧縮機の分野に属し、その動作については後述する。

かかる従来の回転圧縮機は、その内部に設けられる固定子及び回転子と、前記回転子を挿通する回転軸と、前記回転軸の外面に一体に設けられる偏心カムと、圧縮チャンバ内の前記偏心カム上に固定されるローラと、を含む密閉容器を備える。

このように構成されている回転圧縮機は、次のように動作する。すなわち、回転軸が回転するに伴い、前記偏心カムと前記ローラは前記圧縮チャンバ内において偏心回転をする。この時、圧縮された冷媒が前記密閉容器の外部に排出されるも前に、冷媒ガスが前記圧縮チャンバ内に流入されて圧縮動作が行われる。

しかしながら、前記従来の回転圧縮機は、その圧縮容量が可変的ではなく、固定されているため、実際の周囲温度と設定温度との違いに応じて圧縮容量を変えられないという問題がある。

より詳細に説明すれば、前記実際の周囲温度が前記設定温度よりも遥かに高いとき、前記圧縮機は前記周囲温度を急速に下げて大容量の圧縮モードにより動作する必要がある。

これに対し、前記周囲温度と前記設定温度との間の違いが大きくないとき、前記圧縮機は省エネルギーのために小容量の圧縮モードにより動作する必要がある。しかしながら、従来の回転圧縮機は、前記周囲温度と前記設定温度との違いに応じて容量を変えられないため、かかる温度の変化に効率よく対応できず、エネルギーの無駄使いにつながる。

従来の容量可変回転圧縮機では、このようにスリップ現象と衝突現象により騒音が生じるだけではなく、衝突部分における摩耗または損傷により、信頼性及び耐久性が落ちる問題が起こってきた。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回転軸に取り付けられた偏心装置により、相異なる容積を有する２つの圧縮室のうちいずれか一方で圧縮動作が行われるようにし、圧縮容量を可変できるようにした容量可変回転圧縮機を提供することにある。

本発明の他の目的は、回転軸が回転するに伴い、各圧縮室の内部において生じる圧力の変化が原因となって、特定の区間において偏心ブッシュが回転軸より高速で回転することを抑える容量可変回転圧縮機を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明に係る容量可変回転圧縮機は、互いに相異なる内容積を有するように仕切られた上部及び下部圧縮室と、前記上部及び下部圧縮室を貫通する回転軸と、前記回転軸に設けられた上部及び下部偏心カムと、各々前記上部及び下部偏心カムの外周面に配置される上部及び下部偏心ブッシュと、前記上部偏心ブッシュと下部偏心ブッシュとの間に設けられたスロットと、前記スロットと連動して前記上部及び下部偏心ブッシュを選択的に最大の偏心位置に切り換えるロックピンと、前記上部偏心ブッシュが前記回転軸に対してスリップ回転されることを抑えるための上部ブレーク装置と、前記下部偏心ブッシュが前記回転軸に対してスリップ回転されることを抑えるための下部ブレーク装置とを備えたことを特徴とする。

前記ロックピンは、前記上部偏心カムと前記下部偏心カムとの間において前記回転軸から突出され、前記スロットは、前記上部偏心ブッシュと下部偏心ブッシュとの間において円周方向に形成されて前記ロックピンを収容させ、前記上部ブレーク装置は、前記上部偏心カム及び前記上部偏心ブッシュに跨って設けられ、前記下部ブレーク装置は、前記下部偏心カム及び前記下部偏心ブッシュに跨って設けられる。

前記上部ブレーク装置は、前記上部偏心カムの外周面に形成された上部ポケット部と、前記上部ポケット部に遊動自在に組み込まれる上部ブレークボールと、前記上部偏心ブッシュの内周面に前記上部ブレークボールの直径より小さく形成された上部ブレーク孔と、を備え、前記ロックピンが前記スロットの第１端にかかれば、前記上部ポケット部と前記上部ブレーク孔が一致し、遠心力により前記上部ブレークボールが前記上部ブレーク孔に嵌め込まれる。

これと同様に、前記下部ブレーク装置は、前記下部偏心カムの外周面に形成された下部ポケット部と、前記下部ポケット部に遊動自在に組み込まれる下部ブレークボールと、前記下部偏心ブッシュの内周面に前記下部ブレークボールの直径より小さく形成された下部ブレーク孔と、を備え、前記ロックピンが前記スロットの第２端にかかれば、前記下部ポケット部と前記下部ブレーク孔が一致し、遠心力により前記下部ブレークボールが前記下部ブレーク孔に嵌め込まれる。

前記スロットは、第１端と第２端を１８０°の角度をなさせる長さに形成され、前記上部ポケット部と前記上部ブレーク孔は、前記ロックピンが前記スロットの第１端にかかっている状態で互いに一致する位置に形成され、前記下部ポケット部と前記下部ブレーク孔は、前記ロックピンが前記スロットの第２端にかかっている状態で互いに一致する位置に形成される。

前記回転軸には、縦方向にオイル通路が形成されており、前記上部ポケット部と前記オイル通路は、前記上部ブレークボールの直径より小径を有する上部連結流路により互いに連通され、前記下部ポケット部と前記オイル通路は、前記下部ブレークボールの直径より小径を有する下部連結流路により互いに連通され、前記オイル通路を介して上昇するオイルが前記上部及び下部連結流路を介して前記上部及び下部ポケット部に伝わり、前記上部及び下部ブレークボールに対して遠心方向に油圧を働かせる。

好ましくは、前記上部及び下部ブレーク孔は、各々前記上部及び下部偏心ブッシュを横方向に貫通して形成され、前記回転軸のオイル通路を介して流れるオイルを各々前記上部及び下部ブレーク孔を経させて前記上部及び下部偏心ブッシュの外側に排出させる。

本発明に係る容量可変回転圧縮機によれば、相異なる内容積を有する上部及び下部圧縮室において第１または第２回転方向に回転する偏心装置により圧縮容量を可変させられるという効果がある。

また、本発明に係る容量可変回転圧縮機は、上部及び下部偏心カムと上部及び下部偏心ブッシュに跨って設けられた上部及び下部ブレーク装置により偏心装置が第１及び第２方向に回転する間に、上部または下部圧縮室における圧力の変化が原因となって上部偏心ブッシュまたは下部偏心ブッシュがスリップされる現象が極力抑えられ、これにより、上部及び下部偏心ブッシュが円滑に回転可能になるという効果がある。

以下、添付した図面に基づき、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。図中、同一の構成要素には可能な限り同一の参照符号及び番号を共通使用し、周知技術については適宜説明を省略するものとする。

図１は、本発明に係る容量可変回転圧縮機の内部構造の概略を示す縦断面図である。図１に示すように、本発明に係る容量可変回転圧縮機は、内部に設けられて回転力を生じる駆動部２０と、駆動部２０の回転力によりガスを圧縮する圧縮部３０とを有する密閉容器１０を備える。駆動部２０は、密閉容器１０の内面に固定される円筒状の固定子２２と、固定子２２の内部に回転自在に設けられる回転子２３と、回転子２３の中心部から延設され、回転子２３とともに正回転第１回転方向もしくは逆回転第２回転方向する回転軸２１と、からなる。

圧縮部３０は、上部と下部にそれぞれ相異なる内容積を有する円筒状の上部圧縮室３１及び下部圧縮室３２が設けられているハウジング３３と、ハウジング３３の上端と下端に配置され、回転軸２１を回転自在に支える上部フランジ３５及び下部フランジ３６と、上部圧縮室３１と下部圧縮室３２との間に配置され、上部圧縮室３１と下部圧縮室３２を互いに仕切る仕切板３４とを含む。

上部圧縮室３１は下部圧縮室３２よりも高く形成されて上部圧縮室３１の内容積が下部圧縮室３２の内容積よりも大きく、これにより、上部圧縮室３１において下部圧縮室３２に比べてより大量のガスを圧縮できることから、本発明に係る回転圧縮機が可変容量を有することになる。

もちろん、下部圧縮室３２を上部圧縮室３１よりも高めれば、下部圧縮室３２においてより大量のガスが圧縮できるように下部圧縮室３２の内容積が上部圧縮室３１の内容積よりも大きくなる。

上部圧縮室３１及び下部圧縮室３２の内部には、回転軸２１の回転方向に沿って上部圧縮室３１及び下部圧縮室３２のうちいずれか一方にのみ選択的に圧縮動作を行わせる本発明に係る偏心装置４０が配置される配置され、偏心装置４０には、この偏心装置４０を円滑に動作させるための上部及び下部ブレーク装置８０，９０が設けられるが、この偏心装置４０と上部及び下部ブレーク装置８０，９０の構造及び動作については、図２ないし図８に基づき後述する。

また、上部圧縮室３１と下部圧縮室３２には、それぞれ前記偏心装置４０の外周面に回転自在に配置される上部ローラ３７と下部ローラ３８が設けられ、ハウジング３３にはそれぞれ上部圧縮室３１及び下部圧縮室３２と連通する上下部の吸入口６３，６４と上下部の吐出口６５，６６（図３及び図６参照）が形成されている。

上部吸入口６３と上部吐出口６５との間には、上部ベーン６１が支持スプリング６１ａにより上部ローラ３７と密着された状態で半径方向に配置されており（図３参照）、下部吸入口６４と下部吐出口６６との間には下部ベーン６２が支持スプリング６２ａにより下部ローラ３８と密着された状態で半径方向に配置されている（図６参照）。

また、液体冷媒を分離してガス冷媒のみを圧縮機に流入させるアキュミュレータ６９の出口管６９ａには、ハウジング３３に形成された上部及び下部吸入口６３，６４のうち圧縮動作が行われる吸入口にのみガス冷媒を供給するように各吸入流路６７、６８を選択的に開閉する流路切換装置７０が設けられる。

流路切換装置７０の内部には、上部吸入口６３と繋がっている吸入流路６７及び下部吸入口６４と繋がっている吸入流路６８間の圧力差に応じてこれら吸入流路６７、６８のうちいずれか一方のみを開き、冷媒ガスを供給するバブル装置７１が横方向に移動自在に配置されている。

また、密閉容器１０の下部には、圧縮部３０の多数の回転接触箇所を潤滑及び冷却させるためのオイル１１が一定の高さまで満たされており、回転軸２１には、この回転軸２１の回転に伴う遠心力によりオイル１１を上に向かせるために縦方向に偏心形成されたオイル通路１２と、オイル通路１２を介して上昇するオイル１１を多数の回転接触箇所に分配するために横方向に形成された複数のオイルホール１３と、が設けられている。

次に、図２に基づき、本発明の特徴とも言える回転軸と偏心装置の構造について説明する。

図２は、本発明に係る偏心装置が回転軸から切り離されている状態を示す分解図である。図２に示すように、偏心装置４０は、回転軸２１においてそれぞれ上部圧縮室３１及び下部圧縮室３２に対応する位置に設けられた上部偏心カム４１及び下部偏心カム４２と、それぞれ上部偏心カム４１及び下部偏心カム４２の外周面に配置される上部偏心ブッシュ５１及び下部偏心ブッシュ５２と、上部偏心カム４１及び下部偏心カム４２の間に設けられたロックピン４３、及びロックピン４３がかかるように上部偏心ブッシュ５１及び下部偏心ブッシュ５２の間に一定の長さをもって設けられたスロット５３、そして、上部偏心ブッシュ５１と下部偏心ブッシュ５２が特定の区間において各々上部偏心カム４１と下部偏心カム４２に対してスリップ回転することを抑えるための上部及び下部ブレーク装置８０，９０を備えてなる。

上部偏心カム４１及び下部偏心カム４２は、回転軸２１の外周面から横方向に一体に突出され、回転軸２１の中心線Ｃ１-Ｃ１に対して偏心された状態で垂直に配置される。また、上部及び下部偏心カム４１、４２は、回転軸２１から最大限に突出された上部及び下部偏心カム４１、４２の各最大偏心部と、回転軸２１から最小限に突出された上部及び下部偏心カム４１、４２の各最小偏心部とを連結する上部偏心線Ｌ１-Ｌ１及び下部偏心線Ｌ２-Ｌ２が互いに一致するように配置される。

ロックピン４３は、ねじ山が形成された胴体部４４と、この胴体部４４の先端から胴体部４４よりも僅かに大径に形成された頭部４５と、からなり、上部偏心カム４１と下部偏心カム４２との間の回転軸２１において偏心線Ｌ１-Ｌ１、Ｌ２-Ｌ２と略９０°の角度をなす位置に形成されたねじ孔４６に胴体部４４が螺合されることにより、回転軸２１に締結される。

上部偏心ブッシュ５１及び下部偏心ブッシュ５２は、これらの間を互いに連結する連結部５４により一体に形成され、ロックピン４３の頭部４５の直径よりも僅かに大きいスロット５３は連結部５４に円周方向に形成される。

これにより、連結部５４に一体に連設された上部偏心ブッシュ５１及び下部偏心ブッシュ５２を回転軸２１に嵌め付け、スロット５３を介してロックピン４３を回転軸２１のねじ孔４６に締結すれば、ロックピン４３がスロット５３に差し込まれた状態で回転軸２１に設けられる。

このような状態で、回転軸２１が正逆転するに当たり、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａ及び第２端５３ｂのいずれか一方にかかるまでは上部及び下部偏心ブッシュ５１、５２は回転せず、ロックピン４３が第１端５３ａまたは第２端５３ｂにかかれば、上部偏心ブッシュ５１または下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１とともに正回転または逆回転する。

一方、上部偏心ブッシュ５１の最大偏心部及び最小偏心部をつなぐ偏心線Ｌ３-Ｌ３と、スロット５３の第１端５３ａ及び連結部５４の中心をつなぐ線との間の角度は略９０°であり、これと同様に、下部偏心ブッシュ５２の最大偏心部及び最小偏心部をつなぐ偏心線Ｌ４-Ｌ４と、スロット５３の第２端５３ｂ及び連結部５４の中心をつなぐ線との間の角度も略９０°である。

また、上部偏心ブッシュ５１の偏心線Ｌ３-Ｌ３及び下部偏心ブッシュ５２の偏心線Ｌ４-Ｌ４は、互いに同じ平面上に位置するが、上部偏心ブッシュ５１の最大偏心部及び下部偏心ブッシュ５２の最大偏心部は互いに反対側に向くように偏心されて配置され、連結部５４に円周方向に沿って形成されたスロット５３の第１端５３ａ及び第２端５３ｂをつなぐ線も略１８０°をもって形成される。

前記のように構成された偏心装置４０において、上部ブレーク装置８０は上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１に跨って設けられ、下部ブレーク装置９０は下部偏心カム４２と下部偏心ブッシュ５２に跨って設けられる。

上部ブレーク装置８０は上部偏心カム４１の外周面において一定直径に穿孔された上部ポケット部８１と、上部偏心ブッシュ５１の内周面において一定直径に穿孔された上部ブレーク孔８２と、上部ポケット部８１に組み込まれた上部ブレークボール８３と、を備える。

上部ブレークボール８３の直径は、上部ポケット部８１の直径よりもやや小さくて上部ブレーク孔８２の直径よりは僅かに大きく形成され、上部ブレークボール８３が上部ポケット部８１において遊動自在に組み込まれた状態で遠心力により外側に移動して上部ブレーク孔８２に嵌め込まれることにより、上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１が互いにスリップ回転されることを抑えられる。

さらに、上部ブレークボール８３によるスリップの抑制効果をさらに高めるために、上部ポケット部８１は、回転軸２１に縦方向に形成されたオイル通路１２と、上部ポケット部８１を連結する上部連結流路８４によりオイル通路１２と連通されている。このため、この上部連結流路８４を介してオイル通路１２から上部ポケット部８１に供給されるオイルにより、上部ブレークボール８３に外側方向に油圧が働いて上部ブレークボール８３が上部偏心ブッシュ５１の上部ブレーク孔８２に一層押し付けられ、上部偏心ブッシュ５１が上部偏心カム４１に対してスリップ回転することを効率よく抑えられる。

さらに、上部ブレーク孔８２は、上部偏心ブッシュ５１の内周面から外周面まで横方向に貫通して形成されることにより、上部ポケット部８１に流入されたオイルを上部ブレークボール８３と上部ブレーク孔８２との間を介して上部偏心ブッシュ５１の外側に抜け出させる。このような構造により、上部ブレークボール８３を油圧により上部ブレーク孔８２に固着させないと共に、上部偏心ブッシュ５１とこの上部偏心ブッシュ５１の外周面に配置された上部ローラ３７（図３参照）との間を潤滑させる。

上部ポケット部８１と上部ブレーク孔８２は、各々上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１においてロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかり、上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１を最大に偏心された状態で互いに一直線をなす位置に形成させる。

すなわち、回転軸２１が第１回転方向（図２における反時計回り方向）に回転する場合を基準として、上部ポケット部８１はロックピン４３に対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置し、上部ブレーク孔８２はスロット５３の第１端５３ａに対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置して、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかり、回転軸２１が上部及び下部偏心ブッシュ５１，５２とともに第１回転方向に回転する状態で、上部ポケット部８１を上部ブレーク孔８２に一直線に一致させる。

下部ブレーク装置９０は、下部偏心カム４２と下部偏心ブッシュ５２に跨って設けられる点を除いては、上部ブレーク装置８０と同様に構成される。

すなわち、下部ブレーク装置９０は、下部偏心カム４２の外周面に形成された下部ポケット部９１と、下部偏心ブッシュ５２の内周面に形成された下部ブレーク孔９２と、下部ポケット部９１に組み込まれた下部ブレークボール９３と、を備える。

下部ブレークボール９３の直径は、下部ポケット部９１の直径よりも僅かに小さくて下部ブレーク孔９２の直径よりも僅かに大きく形成され、下部ブレークボール９３が下部ポケット部９１において遊動自在に組み込まれた状態で遠心力により外側に移動して下部ブレーク孔９２に嵌め込まれることにより、下部偏心カム４２と下部偏心ブッシュ５２が互いにスリップ回転されることを抑える。

さらに、下部ポケット部９１は、回転軸２１に縦方向に形成されたオイル通路１２と、下部ポケット部９１を連結する下部連結流路９４によりオイル通路１２と連通され、下部連結流路９４を介してオイル通路１２から下部ポケット部９１に供給されるオイルにより、下部ブレークボール９３に外側方向に油圧が働き、これにより、下部ブレークボール９３が下部偏心ブッシュ５２の下部ブレーク孔９２に一層押し付けられ、下部偏心ブッシュ５２が下部偏心カム４２に対してスリップ回転することを一層効率よく抑えられる。

また、下部ブレーク孔９２も下部偏心ブッシュ５２の内周面から外周面まで横方向に貫通して形成することにより、下部ポケット部９１に流入されたオイルを下部ブレークボール９３と下部ブレーク孔９２との間を介して下部偏心ブッシュ５２の外側に抜け出させる。このような構造により、下部ブレークボール９３が油圧により下部ブレーク孔９２に固着しないようにすると共に、下部偏心ブッシュ５２とこの下部偏心ブッシュ５２の外周面に配置された下部ローラ３８（図６参照）との間を潤滑させる。

また、回転軸２１が第２回転方向（図２における時計回り方向）に回転する場合を基準として、下部ポケット部９１はロックピン４３に対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置し、下部ブレーク孔９２はスロット５３の第２端５３ｂに対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置して、ロックピン４３がスロット５３の第２端５３ｂにかかり、回転軸２１が上部及び下部偏心ブッシュ５１，５２とともに第２回転方向に回転する状態で、下部ポケット部９１を下部ブレーク孔９２と一直線に一致させる。

このような配置構造により、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかって上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１と共に第１回転方向に回転（勿論、下部偏心ブッシュも回転）するとき、上部偏心ブッシュ５１は上部偏心カム４１の最大偏心部及び上部偏心ブッシュ５１の最大偏心部が互いに当接し、回転軸２１と最大限に偏心された状態で正回転するのに対し（図３参照）、下部偏心ブッシュ５２は下部偏心カム４２の最大偏心部及び下部偏心ブッシュ５２の最小偏心部が互いに当接し、回転軸２１と同心をなした状態で正回転することになる（図４参照）。

このとき、上部ポケット部８１は、上部ブレーク孔８２と一直線をなして上部ブレークボール８３が遠心力及び上部オイル流路８４と上部ポケット部８１を介して流入する油圧により第１上部ブレーク孔８５に押し付けられ、上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１を互いに拘束させる。

これとは逆に、ロックピン４３がスロット５３の第２端５３ｂにかかって下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１と共に第２回転方向に回転するとき、下部偏心ブッシュ５２は下部偏心カム４２の最大偏心部及び下部偏心ブッシュ５２の最大偏心部が互いに当接し、回転軸２１と最大限に偏心された状態で逆回転するのに対し（図６参照）、上部偏心ブッシュ５１は上部偏心カム４１の最大偏心部及び上部偏心ブッシュ５１の最小偏心部が当接し、回転軸と同心をなした状態で逆回転することになる（図７参照）。

このとき、下部ポケット部９１は、下部ブレーク孔９２と一直線をなして下部ブレークボール９３が遠心力により下部ブレーク孔９２に押し付けられ、下部偏心カム４２と下部偏心ブッシュ５２を互いに拘束させると共に、オイル通路１２と下部オイル流路９４を介して下部ポケット部９１にオイルが流入して下部ブレークボール９３を外側に押し付ける。

引き続き、図３ないし図８に基づき、前記のように構成された偏心装置により上部圧縮室または下部圧縮室において選択的に冷媒ガスが圧縮される動作について説明する。

図３は、回転軸が第１回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により上部圧縮室においてスリップが抑えられる状態で圧縮作用が行われることを示す図であり、図４は図３に対応するものであって、回転軸が第１回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により下部圧縮室において圧縮作用が行われないことを示す図である。そして図５は、回転するとき、特定の区間において本発明に係る偏心装置により上部回転ブッシュのスリップ現象が抑えられることを示す図である。

図３に示すように、回転軸２１が第１回転方向（図３における反時計回り方向）に回転し、回転軸２１から突出されたロックピン４３が上部偏心ブッシュ５１と下部偏心ブッシュ５２との間に形成されたスロット５３に差し込まれた状態で一定の角度だけ回動すれば、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかって上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１と共に回転する。このとき、下部偏心ブッシュ５２・連結部５４により上部偏心ブッシュ５１と一体に連結形成されるため、上部偏心ブッシュ５１と一体に回転することになる。

ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかっている状態では、上述したように、上部偏心カム４１の最大偏心部が上部偏心ブッシュ５１の最大偏心部と当接し、上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１の中心線Ｃ１-Ｃ１に対して最大の偏心位置に切り換えられた状態で回転し、これにより、上部ローラ３７が上部圧縮室３１を形成するハウジング３３の内周面と接触した常態で回転しながら圧縮動作を行う。

さらに、上部ブレーク装置８０の上部ポケット部８１と上部ブレーク孔８２が互いに一致して、上部ブレークボール８３がオイル通路１２と上部連結流路８４を介して流入された油圧を受けつつ、遠心力により上部ブレーク孔８２に押し付けられて上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１を互いに拘束状態に保ちつつ回転する。

これと同時に、図４に示すように、下部偏心カム４２の最大偏心部は下部偏心ブッシュ５２の最小偏心部に当接し、下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１の中心線Ｃ１-Ｃ１に対して同心をなす位置に切り換えられた状態で回転し、これにより、下部ローラ３８が下部圧縮室３２を形成するハウジング３３の内周面と一定の間隔だけ離れたまま回転する結果、圧縮動作が行われない。

従って、回転軸２１が第１回転方向に回転すれば、相対的に大きい内容積を有する上部圧縮室３１においては、上部ローラ３７により上部吸入口６３に流入された冷媒ガスが圧縮されて上部吐出口６５を介して排出され、相対的に小さい内容積を有する下部圧縮室３２においては圧縮動作が行われない結果、回転圧縮機は圧縮容量が大きい状態に可変されて動作する。

一方、図３に示すように、上部ローラ３７が上部ベーン６１に当接して冷媒ガスの圧縮動作が終わり、冷媒ガスの吸入動作が始まる時には、上部吐出口６５を介してまだ放出されていない一部の圧縮ガスが再び上部圧縮室３１に流入されて再膨張されつつ上部ローラ３７及び上部偏心ブッシュ５１に回転軸２１の回転方向に沿って圧力を加え、瞬間的に上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１よりも高速にて回転することにより、上部偏心ブッシュ５１が上部偏心カム４１から滑り込むスリップ現象が起こる。

さらに、前記の如き状態で回転軸２１がさらに回転すれば、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａに再び衝突して上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１と等速度にて回転し、このような衝突中に騒音が生じ、接触箇所において損傷が生じる恐れがある。

しかしながら、本発明に係る偏心装置４０は、上述した上部ブレーク装置８０を備えることにより、上部偏心ブッシュ５１がスリップ回転されることを抑える。

すなわち、図５に示すように、上部ローラ３７が上部ベーン６１に当接する回転位置において、上部偏心ブッシュ５１には上部吐出口６５から冷媒ガスの一部が逆流して再膨張するときに生じるガス圧力により、回転軸２１が回転する方向（第１回転方向）にスリップ力Ｆｓが働き上部偏心ブッシュ５１においてスリップ現象が起こるが、遠心力とオイルの油圧を受けて上部ブレーク孔８２に押し付けられる上部ブレークボール８３により、上部偏心カム４１と上部偏心ブッシュ５１が互いに拘束された状態で回転し、これに伴い、上部ブレークボール８３により上部偏心ブッシュ５１のスリップを妨げる抵抗力Ｆｒが生じるため、上部偏心ブッシュ５１のスリップ現象が極力抑えられ、スリップ現象が起こっても微々なものとなり、上部ローラ３７の圧縮作用にほとんど影響しなくなる。

一方、回転軸２１の回転が止まれば、上部ブレークボール８３にそれ以上遠心力と油圧が働かなくなり、上部ブレークボール８３が上部ポケット部８１に押込み可能になり、これに伴い、回転軸２１が第２回転方向に回転する場合に、ロックピン４３がスロット５３の第２端５３ｂにかかり、下部圧縮室３２における圧縮作用を可能にする。以下では、このような動作について説明する。

図６は、回転軸が第２回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により、下部圧縮室にスリップが抑えられる状態で圧縮作用を行わせることを示す図面であり、図７は、図６に対応するものであって、回転軸が第２回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により、上部圧縮室に圧縮作用を行わせないことを示す図面であり、そして図８は、回転軸が第２回転方向に回転するとき、特定の区間において本発明に係る偏心装置により、下部回転ブッシュのスリップ現象が抑えられることを示す図である。

図６に示すように、回転軸２１が第２回転方向（図６における時計回り方向）に回転すれば、図３及び図４でのように、上部圧縮室３１にのみ圧縮作用を行わせる動作とは反対に動作させれば、下部圧縮室３２にのみ圧縮作用が行われることになる。

すなわち、回転軸２１の第２回転方向に沿っての回転により回転軸２１から突出されたロックピン４３がスロット５３の第２端５３ｂにかかり、下部偏心ブッシュ５２及び上部偏心ブッシュ５１が回転軸２１により第２方向に回転する。

このような切り換え動作により、上部偏心ブッシュ５１の最大偏心部が下部偏心ブッシュ５２の最大偏心部と当接し、下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１の中心線Ｃ１-Ｃ１に対して最大限に偏心された状態に切り換えられて回転し、これにより、下部ローラ３８が下部圧縮室３２を形成するハウジング３３の内周面と接触した状態で回転しながら圧縮動作を行う。

これと同時に、図７に示されたように、上部偏心カム４１の最大偏心部は上部偏心ブッシュ５１の最小偏心部と当接し、上部偏心ブッシュ５１は回転軸２１の中心線Ｃ１-Ｃ１に対して同心をなす状態に切り換えられて回転し、これにより、上部ローラ３７が上部圧縮室３１を形成するハウジング３３の内周面と一定の間隔だけ離れたままで回転するに伴い、圧縮動作が行われなくなる。

従って、相対的に小さい内容積を有する下部圧縮室３２においては、下部ローラ３８により下部吸入口６４に流入された冷媒ガスが圧縮され、下部吐出口６６を介して排出され、相対的に大きい内容積を有する上部圧縮室３１における圧縮作用が行われなくなり、回転圧縮機は小さい圧縮容量のままで可変されて作動されるのである。

一方、図６に示すように、下部ローラ３８が下部ベーン６２に当接して冷媒ガスの圧縮動作が終わり、冷媒ガスの吸入動作が始まる時には、下部吐出口６６を介してまだ放出されていない一部の圧縮ガスが下部圧縮室３２再度流入されて再膨張されつつ下部ローラ３８及び下部偏心ブッシュ５２に回転軸２１の回転方向に圧力を加え、瞬間的に下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１よりも高速にて回転することにより、下部偏心ブッシュ５２が下部偏心カム４２から滑り込むスリップ現象が起こる。

さらに、前記の如き状態で回転軸２１がさらに回転すれば、ロックピン４３がスロット５３の第２端５３ｂに再衝突して下部偏心ブッシュ５２が回転軸２１と等速度にて回転し、このような衝突中に騒音が生じ、衝突箇所において損傷が起こる恐れがある。

しかしながら、前記の如きスリップ現象と衝突現象は、上部ブレーク装置８０が、回転軸２１が第１回転方向に回転するとき、上部偏心ブッシュ５１を拘束する動作と同じ方式により作用する下部ブレーク装置９０により、下部偏心ブッシュ５２を拘束して極力抑えられる。

すなわち、下部ローラ３が下部ベーン６２に当接すれば、回転位置において、下部偏心ブッシュ５２には下部吐出口６６から冷媒ガスの一部が逆流して再膨張するときに生じるガス圧力により、回転軸２１が回転する方向（第２回転方向）にスリップ力Ｆｓが働き、下部偏心ブッシュ５２においてスリップ現象が起こるが、図８に示すように、遠心力とオイルの油圧を受けて下部ブレーク孔９２に押し付けられる下部ブレークボール９３により、下部偏心カム４２と下部偏心ブッシュ５２が互いに拘束された状態で回転し、これに伴い、下部ブレークボール９３により下部偏心ブッシュ５２のスリップを妨げる抵抗力Ｆｒが生じるため、下部偏心ブッシュ５２のスリップ現象が極力抑えられ、スリップ現象が起こっても、それは微々なものとなり、下部ローラ３８の圧縮作用にほとんど影響しなくなる。

一方、回転軸２１の回転が止まれば、下部ブレークボール９３にそれ以上遠心力と油圧が働かなくなり、下部ブレークボール９３が下部ポケット部９１に押込み可能になり、これに伴い、回転軸２１が第１回転方向に回転する場合、ロックピン４３がスロット５３の第１端５３ａにかかり、上部圧縮室３１に圧縮作用をさらに行わせうる。

本発明に係る容量可変回転圧縮機の内部構造の概略を示す縦断面図である。 本発明に係る偏心装置が回転軸から切り離されている状態を示す分解斜視図である。 回転軸が第１回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置によりスリップが抑えられる状態で上部圧縮室において圧縮作用が行われることを示す図である。 図３に対応するものであって、回転軸が第１回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により下部圧縮室において圧縮作用が行われないことを示す図である。 回転軸が第１回転方向に回転するとき、特定の区間において本発明に係る偏心装置により上部回転ブッシュのスリップ現象が抑えられることを示す図である。 回転軸が第２回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により下部圧縮室において圧縮作用が行われることを示す図である。 図６に対応するものであって、回転軸が第２回転方向に回転し、本発明に係る偏心装置により上部圧縮室において圧縮作用が行われないことを示す図である。 回転軸が第２回転方向に回転するとき、特定の区間において本発明に係る偏心装置により下部回転ブッシュのスリップ現象が抑えられることを示す図である。

符号の説明

２１ 回転軸
３１ 上部圧縮室
３２ 下部圧縮室
４０ 偏心装置
４１ 上部偏心カム
４２ 下部偏心カム
４３ ロックピン
５１ 上部偏心ブッシュ
５２ 下部偏心ブッシュ
５３ スロット
８０ 上部ブレーク装置
８１ 上部ポケット部
８２ 上部ブレーク孔
８３ 上部ブレークボール
９０ 下部ブレーク装置
９１ 下部ポケット部
９２ 下部ブレーク孔
９３ 下部ブレークボール

Claims (31)

1. 相異なる内容積を有するように仕切られた上部及び下部の圧縮室と；
   前記上部及び下部の圧縮室を挿通する回転軸と；
   前記回転軸に設けられた上部及び下部偏心カムと；
   それぞれ前記上部及び下部偏心カムの外周面に配置される上部及び下部偏心ブッシュと；
   前記上部偏心ブッシュと下部偏心ブッシュとの間に設けられたスロットと；
   前記スロットと連動して前記上部及び下部偏心ブッシュを選択的に最大の偏心位置に切り換えるロックピンと；
   前記上部及び下部偏心ブッシュが前記回転軸に対してスリップ回転されることをそれぞれ抑えるための上部及び下部ブレーク装置とを備えたことを特徴とする容量可変回転圧縮機。
2. 前記ロックピンは、前記上部偏心カムと前記下部偏心カムとの間において前記回転軸から突出され、前記スロットは、前記上部偏心ブッシュと下部偏心ブッシュとの間において円周方向に形成されて前記ロックピンを収容させ、前記上部ブレーク装置は、前記上部偏心カム及び前記上部偏心ブッシュに跨って設けられ、前記下部ブレーク装置は、前記下部偏心カム及び前記下部偏心ブッシュに跨って設けられたことを特徴とする請求項１に記載の容量可変回転圧縮機。
3. 前記上部ブレーク装置は、前記上部偏心カムの外周面に形成された上部ポケット部と、前記上部ポケット部に遊動自在に組み込まれる上部ブレークボールと、前記上部偏心ブッシュの内周面に前記上部ブレークボールの直径より小さく形成された上部ブレーク孔と、を備え、前記ロックピンが前記スロットの第１端にかかれば、前記上部ポケット部と前記上部ブレーク孔が一致して、遠心力により前記上部ブレークボールが前記上部ブレーク孔に嵌合されることを特徴とする請求項２に記載の容量可変回転圧縮機。
4. 前記下部ブレーク装置は、前記下部偏心カムの外周面に形成された下部ポケット部と、前記下部ポケット部に遊動自在に組み込まれる下部ブレークボールと、前記下部偏心ブッシュの内周面に前記下部ブレークボールの直径より小さく形成された下部ブレーク孔と、を備え、前記ロックピンが前記スロットの第２端にかかれば、前記下部ポケット部と前記下部ブレーク孔が一致して、遠心力により前記下部ブレークボールが前記下部ブレーク孔に嵌合されることを特徴とする請求項２に記載の容量可変回転圧縮機。
5. 前記スロットは、第１端と第２端を１８０°の角度をなさせる長さに形成され、前記上部ポケット部と前記上部ブレーク孔は、前記ロックピンが前記スロットの第１端にかかっている状態で互いに一致する位置に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の容量可変回転圧縮機。
6. 前記スロットは、第１端と第２端を１８０°の角度をなさせる長さに形成され、前記下部ポケット部と前記下部ブレーク孔は、前記ロックピンが前記スロットの第２端にかかっている状態で互いに一致する位置に形成されたことを特徴とする請求項４に記載の容量可変回転圧縮機。
7. 前記回転軸には、縦方向にオイル通路が形成されており、前記上部ポケット部と前記オイル通路は、前記上部ブレークボールの直径より小径を有する上部連結流路により互いに連通され、前記オイル通路を介して上昇するオイルが前記上部連結流路を介して前記上部ポケット部に伝わり、前記上部ブレークボールに対して遠心方向に油圧を働かせることを特徴とする請求項３に記載の容量可変回転圧縮機。
8. 前記回転軸には、縦方向にオイル通路が形成されており、前記下部ポケット部と前記オイル通路は、前記下部ブレークボールの直径より小径を有する下部連結流路により互いに連通され、前記オイル通路を介して上昇するオイルが前記下部連結流路を介して前記下部ポケット部に伝わり、前記下部ブレークボールに対して遠心方向に油圧を働かせることを特徴とする請求項４に記載の容量可変回転圧縮機。
9. 前記上部ブレーク孔は、前記上部偏心ブッシュを横方向に貫通して形成され、前記回転軸のオイル通路を介して流れるオイルを前記上部ブレーク孔を経させて前記上部偏心ブッシュの外側に排出させることを特徴とする請求項７に記載の容量可変回転圧縮機。
10. 前記下部ブレーク孔は、前記下部偏心ブッシュを横方向に貫通して形成され、前記回転軸のオイル通路を介して流れるオイルを前記下部ブレーク孔を経させて前記下部偏心ブッシュの外側に排出させることを特徴とする請求項８に記載の容量可変回転圧縮機。
11. 第１及び第２方向に回転する回転軸と；
    前記回転軸が挿通し、第１圧縮動作が選択的に行われる第１容量の第１圧縮室と；
    前記回転軸が挿通し、第２圧縮動作が選択的に行われる前記第１圧縮室の前記第１容量とは異なる内容積である第２容量の第２圧縮室と；
    第１及び第２圧縮室の内部にそれぞれ配設されて圧縮動作を行う第１及び第２偏心装置と；
    前記第１及び第２偏心装置の間の所定の位置に設けられ、第１及び第２端を有するスロットと；
    前記回転軸が第１及び第２方向に回転するとき、前記スロットの第１及び第２端に選択的にそれぞれかかって前記第１及び第２圧縮動作のうちいずれかをそれぞれ行わせるロックピンと；
    前記圧縮動作が行われる圧縮室でのスリップ現象を抑えるための第１及び第２ブレーク装置とを備えてなることを特徴とする容量可変回転圧縮機。
12. 前記第１及び第２ブレーク装置は、前記第１及び第２圧縮室内の第１及び第２偏心装置にそれぞれ取り付けられることを特徴とする請求項１１に記載の容量可変回転圧縮機。」
13. 第１及び第２吸入口及び吐出口が前記第１及び第２圧縮室とそれぞれ連通するように設けられ、第１及び第２ベーンが前記第１吸入口と第１吐出口との間及び第２吸入口と第２吐出口との間にそれぞれ設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の容量可変回転圧縮機。
14. 前記第１及び第２偏心装置は、第１及び第２圧縮室の回転軸の外面にそれぞれ設けられた第１及び第２偏心カムと、前記第１及び第２偏心カム上にそれぞれ固定される第１、第２の偏心ブッシュと、を含めてなることを特徴とする請求項１１に記載の容量可変回転圧縮機。
15. 前記ロックピンは、前記第１及び第２偏心カムの間に設けられたことを特徴とする請求項１４に記載の容量可変回転圧縮機。
16. 前記ロックピンを締結するためのねじ孔は、第１偏心カムと第２偏心カムとの間の回転軸において、この第１及び第２偏心カムの最大偏心部と略９０°の角度をなす位置に形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の容量可変回転圧縮機。
17. 前記回転軸が前記第１または第２方向に回転するとき、前記ロックピンが前記スロットの第１端及び第２端のいずれか一方にかかると、前記第１及び第２偏心ブッシュが選択的に回転することを特徴とする請求項１６に記載の容量可変回転圧縮機。
18. 第１偏心ブッシュの最大偏心部と第２偏心ブッシュの最大偏心部は反対側に向くように偏心配置されたことを特徴とする請求項１７に記載の容量可変回転圧縮機。
19. 前記スロットの第１端と前記回転軸の中心をつなぐ線と前記スロットの第２端と前記回転軸の中心をつなぐ線との間の角度は略１８０°であることを特徴とする請求項１８に記載の容量可変回転圧縮機。
20. 第１ブレーク装置は第１偏心カム及び第１偏心ブッシュに跨って設けられ、第２ブレーク装置は第２偏心カム及び第２偏心ブッシュに跨って設けられたことを特徴とする請求項１４に記載の容量可変回転圧縮機。
21. 前記第１ブレーク装置は、前記第１偏心カムの外周面において一定直径に穿孔された第１ポケット部と、第１偏心ブッシュの内周面において一定直径に穿孔された第１ブレーク孔と、前記第１ポケット部に組み込まれた第１ブレークボールと、を備えてなり、前記第１ブレークボールの直径は、前記第１ポケット部の直径よりもやや小さくて第１ブレーク孔の直径よりはやや大きく形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の容量可変回転圧縮機。
22. 前記第１ブレーク装置は、遠心力により第１ブレーク孔に部分的に嵌め込まれることにより、第１偏心カムと第１偏心ブッシュが互いにスリップするのを抑えることを特徴とする請求項２１に記載の容量可変回転圧縮機。
23. 前記第１ポケット部と連結される第１連結流路を介して前記第１ポケット部と連通するように前記回転軸に沿って縦方向に形成されたオイル通路が形成されたことを特徴とする請求項２２に記載の容量可変回転圧縮機。
24. 前記ロックピンが前記スロットの第１端にかかり、第１偏心カムと第１偏心ブッシュが前記回転軸から最大の偏心位置にあると、前記第１ポケット部と前記第１ブレーク孔を一直線に位置させることを特徴とする請求項２３に記載の容量可変回転圧縮機。
25. 前記回転軸が第１回転方向に回転する場合、前記第１ポケット部はロックピンに対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置し、前記第１ブレーク孔はスロットの第１端に対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置して、前記ロックピンがスロットの第１端にかかり、前記回転軸が第１及び第２偏心ブッシュとともに第１回転方向に回転する状態で、前記第１ポケット部を前記第１ブレーク孔に一直線に一致させることを特徴とする請求項２４に記載の容量可変回転圧縮機。
26. 前記第２ブレーク装置は、前記第２偏心カムの外周面において一定直径に穿孔された第２ポケット部と、第２偏心ブッシュの内周面において一定直径に穿孔された第２ブレーク孔と、前記第２ポケット部に組み込まれた第２ブレークボールと、を備えてなり、前記第２ブレークボールの直径は、前記第２ポケット部の直径よりもやや小さくて第２ブレーク孔の直径よりはやや大きく形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の容量可変回転圧縮機。
27. 前記第２ブレーク装置は、遠心力により第２ブレーク孔に部分的に嵌め込まれることにより、第２偏心カムと第２偏心ブッシュが互いにスリップするのを抑えることを特徴とする請求項２６に記載の容量可変回転圧縮機。
28. 前記第２ポケット部と連結される第２連結流路を介して前記第２ポケット部と連通するように前記回転軸に沿って縦方向に形成されたオイル通路が形成されたことを特徴とする請求項２７に記載の容量可変回転圧縮機。
29. 前記ロックピンが前記スロットの第２端にかかり、第２偏心カムと第２偏心ブッシュが前記回転軸から最大の偏心位置にあると、前記第２ポケット部と前記第２ブレーク孔を一直線に位置させることを特徴とする請求項２８に記載の容量可変回転圧縮機。
30. 前記回転軸が第２回転方向に回転する場合、前記第２ポケット部はロックピンに対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置し、前記第２ブレーク孔はスロットの第２端に対して９０°の角度だけ前方の位置に形成されるように配置して、前記ロックピンがスロットの第２端にかかり、前記回転軸が第１及び第２偏心ブッシュとともに第２回転方向に回転する状態で、前記第２ポケット部を前記第２ブレーク孔に一直線に一致させることを特徴とする請求項２６に記載の容量可変回転圧縮機。
31. 請求項１１の容量可変回転圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。

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