JP4288741B2 - ロータリ圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調装置に用いる、ロータリ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５、図６、図７、図８、図９は、例えば特開平９−８８８５２号公報に示された従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機の縦断面図、圧縮機構部の縦断面図、圧縮機構部の横断面図、ピストンの縦断面図及びピストンを上から見た平面図である。図５において、従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機は固定子１及び回転子２からなる電動機部ａ及びこの電動機部ａにより駆動される圧縮機構部ｂにより構成される。これら電動機部ａ、及び圧縮機構部ｂは密閉容器３内に潤滑油１４とともに収納されている。
図５、図６、図７、図８において、圧縮機構部ｂは吸入口４ｂ及び吐出口４ｃが開口するシリンダ室４ａを有するシリンダ４、駆動軸５の偏心軸部５ａに回転自在に嵌入され、上記シリンダ室４ａ内に配置され、その上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に上側テーパ面６ｄ、下側テーパ面６ｅが面取り形成されたピストン６、該ピストン６に一体的に設けられ、シリンダ室４ａを吸入口４ｂに通じる低圧室７と吐出口４ｃに通じる圧縮室８とに区画するブレード６ａ、シリンダ４に形成された円筒穴部４ｄに回転自在に嵌入され、ブレード６ａを往復且つ揺動自在に支持するガイド９、駆動軸５を回転自在に支持しシリンダ室４ａの両端面開口部を閉塞するフレーム１０、シリンダヘッド１１、及び駆動軸５から構成されている。
さらに、上記シリンダ室４ａは、ピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃとフレーム１０、シリンダヘッド１１の端面１０ａ、１１ａとの間に上記ピストン６の公転を可能とする上側クリアランス１８および下側クリアランス１９を設けて密閉空間となるように構成されている。この場合、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９は、例えば両クリアランス合わせてδ＝２０μｍ程度に設定されているが、停止時には、ピストン６の自重などの影響により、下側クリアランス１９が２μｍ程度であるのに対し、上側クリアランス１８が１８μｍ程度となり片寄っている。
【０００３】
駆動軸５の回転により、ピストン６はブレード６ａを介してガイド９の回転中心位置を支点に揺動運動するようにシリンダ室４ａの内壁に沿って公転し、この公転により吸入口４ｂから吸入した冷媒ガス等の圧縮性流体を圧縮し、吐出口４ｃから吐出するように構成されている。この時、図８及び図９に示される如くピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に面取り形成された上側テーパ面６ｄおよび下側テーパ面６ｅは、下側テーパ面６ｅに上側テーパ面６ｄよりも潤滑油１４の動圧作用が大きく影響するように、互いに上下でアンバランスなテーパ面形状に形成されている。つまり、下側テーパ面６ｅは、潤滑油の動圧作用を受け易くする為に上側テーパ面６ｄのテーパ角を同一のままでその外端を該上側テーパ面６ｄよりもピストン６の外周面６ｆ側に近付けて面積を大きくしている。従って、ピストン６の公転運動時に潤滑油１４の動圧作用により下側テーパ面６ｅを介して下側クリアランス１９に入り込んだ潤滑油１４がピストン６を自重に抗して浮上させるようなくさび効果の役目をなして、上記上側クリアランス１８および下側クリアランス１９はほぼ均等になる。
これにより、圧縮室８から低圧室７への冷媒ガスの内部漏れ量は理論上δの半分をそれぞれ３乗した和、つまり（δ／２） ３ ×２＝（１／４）δ ３ となり、下側クリアランス１９がほとんど無く上側クリアランス１８がほぼδとなる状態での漏れ量（＝δ ３ ）のほぼ４分の１となるので、冷媒ガスの漏れの少ない高効率な圧縮機が得られる。
加えて、ピストン６の下側テーパ面６ｅに入り込んだ潤滑油１４の大きな動圧作用によって自重に抗して浮上するピストン６の浮上過多を、上側テーパ面６ｄに入り込んだ潤滑油１４の小さな動圧作用によって抑制し、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化をより正確に行うことが可能となる。つまりピストン６の挙動を安定化させることができる。
尚、『機械工学便覧』（昭和６２年４月１５日 日本機械学会発行）のＢ５−１５９頁の図３７３及びその説明に、ピストンとブレードが一体化されて、ピストンが揺動運動することにより、シリンダ内をピストンが偏心回転運動する前記ブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機と類似の構造が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５、図６、図７、図８、図９に示す従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機においては、上記のようにピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に面取り形成された上側テーパ面６ｄおよび下側テーパ面６ｅは、下側テーパ面６ｅに上側テーパ面６ｄよりも潤滑油１４の動圧作用が大きく影響するように、互いに上下でアンバランスなテーパ面形状に形成されている。つまり、下側テーパ面６ｅは、潤滑油１４の動圧作用を受け易くする為に上側テーパ面６ｄのテーパ角を同一のままでその外端を該上側テーパ面６ｄよりもピストン６の外周面６ｆ側に近付けて面積を大きくしているので、ピストン６の公転運動時に潤滑油１４の動圧作用により下側テーパ面６ｅを介して下側クリアランス１９に入り込んだ潤滑油１４がピストン６を自重に抗して浮上させるようなくさび効果の役目をなして、上記上側クリアランス１８および下側クリアランス１９はほぼ均等になる。
これにより、圧縮室８から低圧室７への冷媒ガスの内部漏れ量はδの半分をそれぞれ３乗した和、つまり（δ／２） ３ ×２＝（１／４）δ ３ となり、下側クリアランス１９がほとんど無く上側クリアランス１８がほぼδとなる状態での漏れ量（＝δ ３ ）のほぼ４分の１となるので、冷媒ガスの漏れの少ない高効率な圧縮機が得られる。
加えて、ピストン６の下側テーパ面６ｅに入り込んだ潤滑油１４の大きな動圧作用によって自重に抗して浮上するピストン６の浮上過多を、上側テーパ面６ｄに入り込んだ潤滑油１４の小さな動圧作用によって抑制し、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化をより正確に行うことが可能となる。つまりピストン６の挙動を安定化させることができる。
【０００５】
しかしながら、前記のようにピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃに上側テーパ面６ｄ、下側テーパ面６ｅを面取り形成し、潤滑油１４の動圧作用により上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化を行いピストン６の挙動を安定化させたとしても、図６に示すように、実際には、駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面とピストン６の内周面６ｇの接触部で構成される軸受部の有効長さＬｂの中央が、シリンダ高さＨの中央に一致していないのでピストン６にはモーメントＭが作用し、ピストン６はシリンダ室４ａ内でこじながら公転運動するので不安定な挙動となってしまう。以下詳しく説明する。
ピストン６は、自身の公転運動により冷媒ガスを圧縮するが、その際主に圧縮室８と低圧室７との圧力差によるガス圧縮荷重Ｆｇが図６に示されるようにピストン６の外周面６ｆの高さの中央（＝（１／２）Ｈ）を作用点として作用する。このガス圧縮荷重Ｆｇを、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部により支持するが、実際には駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａと間には、偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａとが直接摺動しないように長さＬの逃がし部が設けられている。（尚、偏心軸部５ａの下端面５ｃには、駆動軸５や回転子２などの自重を受けるスラスト面５ｄが形成されて、シリンダヘッド１１の端面１１ａと直接摺動するのが一般的構成となる。）従って、この長さＬの逃がし部により、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまりピストン６の内周面６ｇに働く油膜反力の作用点の位置は、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央（＝（１／２）Ｈ）の圧縮荷重Ｆｇの作用点と一致せず、ずれ量Ｌ１を生じてしまう。従ってピストン６にはモーメントＭ＝Ｆｇ×Ｌ１が作用することになり、ピストン６自身は転覆しようするので、その挙動は不安定となる。また、このモーメントＭはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持することになるので、フレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することになり、この摺動に伴う損失が発生してしまう。従って圧縮機の性能が低下するとともに、該摺動部での摩耗が発生したりする不具合が生じていた。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、駆動軸５の回転時にピストン６の挙動を安定化させ、ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃとフレーム１０の端面１０ａ、シリンダヘッド１１の端面１１ａとが強く摺動することのない、高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることを目的とする。
また、地球環境に悪影響のない炭化水素系冷媒、及びＨＦＣ１３４ａ冷媒を使用した冷凍空調機器に搭載した場合においても、高い信頼性とオゾン層の破壊回避を両立させる冷凍空調機器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成させるために、この発明に係わる第１の発明のロータリ圧縮機は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記シリンダに形成された溝に嵌入されて往復運動しつつ前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたものである。
【０００８】
また、第２の発明のロータリ圧縮機は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記ピストンに一体的に設けられ、前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記シリンダに形成された円筒穴部に回転自在に嵌入され、前期ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイドと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態を示す縦断面図、図２は図１の要部縦断面図、図３は図１のＡ−Ａにおける横断面図である。図１において、ブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機は固定子１及び回転子２からなる電動機部ａ及びこの電動機部ａにより駆動される圧縮機構部ｂにより構成される。これら電動機部ａ、及び圧縮機構部ｂは密閉容器３内に収納されている。
図１、図２、図３において、圧縮機構部ｂはガイド９を回転自在に嵌入する円筒穴部４ｄと、該円筒穴部４ｄの半径方向外側に形成されたブレード６ａの運動空間１７と、吸入口４ｂに連通する低圧室７及び吐出口４ｃに連通する圧縮室８とで構成されるシリンダ室４ａとを有するシリンダ４、駆動軸５の偏心軸部５ａに回転自在に嵌入され、上記シリンダ室４ａ内に配置されたピストン６、該ピストン６に一体的に設けられ、シリンダ室４ａを吸入口４ｂに通じる低圧室７と吐出口４ｃに通じる圧縮室８とに区画して、その長さが駆動軸５の回転角度１８０゜の位置（図３に示す位置）において、ガイド９よりもその先端が半径方向外側に突出するように形成されたブレード６ａ、シリンダ４に形成された前記円筒穴部４ｄに回転自在に嵌入され、ブレード６ａを往復且つ揺動自在に支持するガイド９、駆動軸５を回転自在に支持しシリンダ室４ａの両端面開口部を閉塞するフレーム１０及びシリンダヘッド１１、駆動軸５の下端に設けられ該駆動軸５内を軸方向に延びる給油路５ｅを介してシリンダ室４ａ、フレーム１０、シリンダヘッド１１、偏心軸部５ａに潤滑油１４を供給するポンプ１３、及び駆動軸５から構成されている。
また、図２においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂにはピストン６の内周面６ｇ側に軸方向の長さａの逃がし部５ｆが形成されているとともに、偏心軸部５ａの下端面５ｃには、駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するために軸心側にスラスト面５ｄが形成され、また、偏心軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂと同様にピストン６の内周面６ｇ側に軸方向の長さａの逃がし部５ｆが形成されている。この時、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部で構成される軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−２ａとなり、有効長さＬｂの中央位置（油膜反力がピストン６の内周面６ｇに働く作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
【００１４】
上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の回転によりピストン６はブレード６ａを介してガイド９の回転中心位置９ｄを支点に揺動運動するようにシリンダ室４ａの内壁に沿って公転運動し、この公転運動により吸入口４ｂから吸入した冷媒ガス等の圧縮性流体を圧縮し、吐出口４ｃから吐出するようになっている。この時、ピストン６は、自身の公転運動により冷媒ガスを圧縮するが、その際主に圧縮室８と低圧室７との圧力差によるガス圧縮荷重Ｆｇがピストン６の外周面６ｆの高さの中央、つまりシリンダ高さをＨとすると、ガス圧縮荷重Ｆｇのピストン６の外周面６ｆへの作用点の位置は（１／２）Ｈとなる。このガス圧縮荷重Ｆｇを、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部により支持するが、上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上下両端面５ｂ、５ｃにはそれぞれ、等しい長さａの逃がし部５ｆが形成されているので、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−２ａとなるので、該軸受部の有効長さＬｂの中央位置は（１／２）Ｈとなる。
従って、駆動軸５の偏心軸部５ａの上下両端面５ｂ、５ｃに長さａの逃がし部５ｆを設けることにより、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまり油膜反力の作用点の位置と、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央に作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用点の位置は、ともにシリンダ高さＨの中央に（１／２）Ｈとなり、ガス圧縮荷重Ｆｇと、それを支持する軸受部の作用点とが一致するので、ピストン６にはモーメントＭが作用することは無い。従って、モーメントＭが作用する場合にはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる損失が発生するが、上記のように構成されたロータリ圧縮機ではモーメントＭが殆ど作用しない為ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することにより発生する損失は殆ど無い。従って圧縮機の性能低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も発生しない。また、駆動軸５の偏心軸部５ａの下端面５ｃに設けられた逃がし部５ｆにより、駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するための軸心側のスラスト面５ｄの摺動面積を小さくすることが可能となり、該摺動部での損失までも低減することが可能となる。
また、ブレ−ド６ａがピストン６に一体的に設けられていないロ−タリ−圧縮機でも前記と同様な効果が得られる。
加えて、本発明の実施の形態１の如くシリンダ室内を圧縮室と低圧室とに区画するブレード６aがピストン６に一体的に設けられたロータリ圧縮機において、ピストン６にモーメントＭが作用した場合には、ブレード６ａがピストン６に一体的に設けられているので、モーメントＭがブレード６ａまで伝達されて、ブレード６ａまでもが転覆しようとする。従ってブレード６ａの側面６ｉとガイド９の側面９ａとの間に片当たりが生じてしまい、該摺動部において異常摩耗による性能並びに信頼性の低下が生じていた。しかしながら、ピストン６にモーメントＭが作用しないように構成されている本発明の実施の形態１においては、上記のような不具合は殆ど発生しないので、圧縮機の性能低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も起こりにくくなり信頼性の高い圧縮機が得られる。尚、ブレード６ａがピストン６に一体的に設けられていないロータリ圧縮機においては、ピストン６に作用するモーメントＭがブレード６ａに伝達されることがないので、モーメントＭに起因する上記のような不具合は基本的に発生し得ない。従って上記の如く、シリンダ室内を圧縮室と低圧室とに区画するブレード６aがピストン６に一体的に設けられたロータリ圧縮機において、より高い効果を得ることが可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本実施の形態を示す要部縦断面図である。尚、実施の形態１と同様の構成及びその動作については記載を省略する。図４において、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂには、フレーム１０の端面１０ａとの摺動を回避する為の軸方向の長さｃの逃がし部５ｆが設けられていると共に、偏心軸部５ａの下端面５ｃには駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するために軸心側にスラスト面５ｄが形成されている。加えてピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側には軸方向の長さｂの逃がし部６ｈが形成されている。この時の駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂに設けられた逃がし部５ｆの長さｃ及びピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側に形成された長さｂの逃がし部６ｈは、その長さが等しくなるように形成されている。つまりｂ＝ｃを満足するように形成される。従って、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬ＝Ｈ−ｂ−ｃ（＝Ｈ−２ｂ）となり、有効長さＬｂの中央位置（ピストン６に作用する油膜反力の作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
【００１６】
上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａとの間には長さｃの逃がし部５ｆが、ピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側には長さｂの逃がし部６ｈがｂ＝ｃを満足するように形成されているので、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂは、シリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−ｂ−ｃ（＝Ｈ−２ｂ）となり、該軸受の有効長さＬｂの中央位置（ピストン６に作用する油膜反力の作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
従って、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまり油膜反力位置と、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央に作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用位置は、ともにシリンダ高さＨの中央（＝（１／２）Ｈ）となり、ピストン６の外周面６ｆに作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用点と、それを支持する軸受部の作用点とが一致するので、ピストン６にはモーメントが作用することは無い。従って、モーメントＭが作用する場合にはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる損失が発生するが、上記のように構成したロータリ圧縮機ではモーメントＭが殆ど作用しない為ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる発生する損失は殆ど無い。従って圧縮機の性能の低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も発生しない。
また、前記ピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側に形成された長さｂの逃がし部６ｈにより、前記ピストン６の下端面６ｃがシリンダヘッド１１の端面１１ａと摺動する面積が小さくなるので、該摺動部での損失をも小さくすることが可能となる。
前記モーメントＭが作用する場合のフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃとの摺動損失の防止効果及び前記ピストン６の下端面６ｃがシリンダヘッド１１の端面１１ａと摺動する面積が小さくなることによる該摺動部での損失の低減効果は、ブレ−ド６ａがピストン６に一体的に設けられたもの、一体的に設けられていないものを問わず、両方のロ−タリ圧縮機に共通に得られるものであり、さらに、一体的に設けられたロ−タリ−圧縮機では、実施の形態１に記載と同様のブレ−ド６ａの側面６ｉとガイド９の側面９ａとの間の片当り防止の効果もある。
なお、偏心軸部５ａの下端面５ｃはすべてスラスト面５ｄとしてもよいが、図４に示すように、外周側にピストン６の逃がし部６ｈよりも軸方向の長さが短い逃がし部を設け、実施の形態１に記載と同様に下端面５ｃの摺動損失を低下できる。
【００１７】
実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３について説明する。本例のロータリ圧縮機は、実施の形態１または実施の形態２の様に構成された圧縮機において、密閉容器３内に封入する潤滑油１４にプロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒またはＨＦＣ１３４a冷媒に対して、非相溶又は相溶性の小さい潤滑油１４が用いられている。
【００１８】
このように構成されたロータリ圧縮機では、潤滑油１４に冷媒が溶け込むことが無いために潤滑油１４の実質の粘度が低下することなく各摺動部に供給されるので、摺動部の異常摩耗、焼き付き等を防止することが可能となる。
【００１９】
また、冷媒がプロパン、イソブタン等の場合は、潤滑油１４に対するプロパン、イソブタン等の炭化水素系である可燃性冷媒の溶け込み量を小さく抑えられるため、潤滑油１４への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり、冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となる。このため、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性は非常に低くなる。
【００２０】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４について説明する。本例のロータリ圧縮機は、実施の形態１または実施の形態２の様に構成された圧縮機において、密閉容器３内に封入する潤滑油１４にプロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒またはＨＦＣ１３４a冷媒に対して、相溶性を有する潤滑油１４が用いられている。
【００２１】
このように構成されたロータリ圧縮機では、たとえ密閉容器内３内から冷凍サイクル中へ潤滑油１４が持ち出され、密閉容器３内の潤滑油１４の量が減少したとしても、プロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒、またはＨＦＣ１３４ａ冷媒と潤滑油１４とが相溶性を有しているので、冷凍サイクル中を流れる冷媒によって再度密閉容器３内へ返油されて、密閉容器３内の潤滑油１４が枯渇することなく、各摺動部への潤滑油１４の供給が確保される。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の第１の発明に係わるロータリ圧縮機によれば、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記シリンダに形成された溝に嵌入されて往復運動しつつ前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたので、ピストンにはモーメントが殆ど作用せずピストンの上下端面がフレームの端面や、シリンダヘッドの端面と強く摺動することにより発生する摺動損失は殆ど無くなり、圧縮機の性能低下が無く該摺動部での異常磨耗も発生せず、駆動軸スラスト面およびピストン下端面での摺動損失が少なくより高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得る。さらに、潤滑油への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となり、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性が極めて低くなるので、安全性をより一層高めることができる。
【００２３】
また、第２の発明に係わるロータリ圧縮機によれば、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記ピストンに一体的に設けられ、前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記シリンダに形成された円筒穴部に回転自在に嵌入され、前期ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイドと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたため、ピストンにはモーメントが殆ど作用せずピストンの上下端面がフレームの端面や、シリンダヘッドの端面と強く摺動することにより発生する摺動損失は殆ど無くなり、圧縮機の性能低下が無く該摺動部での異常磨耗も発生せず、駆動軸スラスト面およびピストン下端面での摺動損失が少なくより高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得る。さらに、潤滑油への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となり、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性が極めて低くなるので、安全性をより一層高めることができる。
さらに、ピストンに一体的にもうけられたブレード側面での片当りについても解消される。
従って、より高効率で信頼性の高いブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１のロ−タリ圧縮機の縦断面図
【図２】 図１の要部縦断面図
【図３】 図１のＡ−Ａにおける横断面図
【図４】 本発明の実施の形態２のロ−タリ圧縮機の要部縦断面図
【図５】 従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機の縦断面図
【図６】 図５に示す圧縮機の圧縮機構部の縦断面図
【図７】 図５に示す圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【図８】 図５に示す圧縮機のピストンの断面図
【図９】 図５に示す圧縮機のピストンを上から見た平面図
【符号の説明】
４ シリンダ、４ａ シリンダ室、５ 駆動軸、５ａ 偏心軸部、５ｂ 偏心軸部の上端面、５ｃ 偏心軸部の下端面、５ｆ 逃がし部、６ ピストン、６ａブレード、６ｃ ピストンの下端面、６ｇ ピストンの内周面、６ｈ 逃がし部、７ 低圧室、８ 圧縮室、１０ フレーム、１１ シリンダヘッド、１４冷凍機油。
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍空調装置に用いる、ロータリ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５、図６、図７、図８、図９は、例えば特開平９−８８８５２号公報に示された従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機の縦断面図、圧縮機構部の縦断面図、圧縮機構部の横断面図、ピストンの縦断面図及びピストンを上から見た平面図である。図５において、従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機は固定子１及び回転子２からなる電動機部ａ及びこの電動機部ａにより駆動される圧縮機構部ｂにより構成される。これら電動機部ａ、及び圧縮機構部ｂは密閉容器３内に潤滑油１４とともに収納されている。
図５、図６、図７、図８において、圧縮機構部ｂは吸入口４ｂ及び吐出口４ｃが開口するシリンダ室４ａを有するシリンダ４、駆動軸５の偏心軸部５ａに回転自在に嵌入され、上記シリンダ室４ａ内に配置され、その上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に上側テーパ面６ｄ、下側テーパ面６ｅが面取り形成されたピストン６、該ピストン６に一体的に設けられ、シリンダ室４ａを吸入口４ｂに通じる低圧室７と吐出口４ｃに通じる圧縮室８とに区画するブレード６ａ、シリンダ４に形成された円筒穴部４ｄに回転自在に嵌入され、ブレード６ａを往復且つ揺動自在に支持するガイド９、駆動軸５を回転自在に支持しシリンダ室４ａの両端面開口部を閉塞するフレーム１０、シリンダヘッド１１、及び駆動軸５から構成されている。
さらに、上記シリンダ室４ａは、ピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃとフレーム１０、シリンダヘッド１１の端面１０ａ、１１ａとの間に上記ピストン６の公転を可能とする上側クリアランス１８および下側クリアランス１９を設けて密閉空間となるように構成されている。この場合、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９は、例えば両クリアランス合わせてδ＝２０μｍ程度に設定されているが、停止時には、ピストン６の自重などの影響により、下側クリアランス１９が２μｍ程度であるのに対し、上側クリアランス１８が１８μｍ程度となり片寄っている。
【０００３】
駆動軸５の回転により、ピストン６はブレード６ａを介してガイド９の回転中心位置を支点に揺動運動するようにシリンダ室４ａの内壁に沿って公転し、この公転により吸入口４ｂから吸入した冷媒ガス等の圧縮性流体を圧縮し、吐出口４ｃから吐出するように構成されている。この時、図８及び図９に示される如くピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に面取り形成された上側テーパ面６ｄおよび下側テーパ面６ｅは、下側テーパ面６ｅに上側テーパ面６ｄよりも潤滑油１４の動圧作用が大きく影響するように、互いに上下でアンバランスなテーパ面形状に形成されている。つまり、下側テーパ面６ｅは、潤滑油の動圧作用を受け易くする為に上側テーパ面６ｄのテーパ角を同一のままでその外端を該上側テーパ面６ｄよりもピストン６の外周面６ｆ側に近付けて面積を大きくしている。従って、ピストン６の公転運動時に潤滑油１４の動圧作用により下側テーパ面６ｅを介して下側クリアランス１９に入り込んだ潤滑油１４がピストン６を自重に抗して浮上させるようなくさび効果の役目をなして、上記上側クリアランス１８および下側クリアランス１９はほぼ均等になる。
これにより、圧縮室８から低圧室７への冷媒ガスの内部漏れ量は理論上δの半分をそれぞれ３乗した和、つまり（δ／２） ３ ×２＝（１／４）δ ３ となり、下側クリアランス１９がほとんど無く上側クリアランス１８がほぼδとなる状態での漏れ量（＝δ ３ ）のほぼ４分の１となるので、冷媒ガスの漏れの少ない高効率な圧縮機が得られる。
加えて、ピストン６の下側テーパ面６ｅに入り込んだ潤滑油１４の大きな動圧作用によって自重に抗して浮上するピストン６の浮上過多を、上側テーパ面６ｄに入り込んだ潤滑油１４の小さな動圧作用によって抑制し、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化をより正確に行うことが可能となる。つまりピストン６の挙動を安定化させることができる。
尚、『機械工学便覧』（昭和６２年４月１５日 日本機械学会発行）のＢ５−１５９頁の図３７３及びその説明に、ピストンとブレードが一体化されて、ピストンが揺動運動することにより、シリンダ内をピストンが偏心回転運動する前記ブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機と類似の構造が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５、図６、図７、図８、図９に示す従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機においては、上記のようにピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃの内周面６ｇ側に面取り形成された上側テーパ面６ｄおよび下側テーパ面６ｅは、下側テーパ面６ｅに上側テーパ面６ｄよりも潤滑油１４の動圧作用が大きく影響するように、互いに上下でアンバランスなテーパ面形状に形成されている。つまり、下側テーパ面６ｅは、潤滑油１４の動圧作用を受け易くする為に上側テーパ面６ｄのテーパ角を同一のままでその外端を該上側テーパ面６ｄよりもピストン６の外周面６ｆ側に近付けて面積を大きくしているので、ピストン６の公転運動時に潤滑油１４の動圧作用により下側テーパ面６ｅを介して下側クリアランス１９に入り込んだ潤滑油１４がピストン６を自重に抗して浮上させるようなくさび効果の役目をなして、上記上側クリアランス１８および下側クリアランス１９はほぼ均等になる。
これにより、圧縮室８から低圧室７への冷媒ガスの内部漏れ量はδの半分をそれぞれ３乗した和、つまり（δ／２） ３ ×２＝（１／４）δ ３ となり、下側クリアランス１９がほとんど無く上側クリアランス１８がほぼδとなる状態での漏れ量（＝δ ３ ）のほぼ４分の１となるので、冷媒ガスの漏れの少ない高効率な圧縮機が得られる。
加えて、ピストン６の下側テーパ面６ｅに入り込んだ潤滑油１４の大きな動圧作用によって自重に抗して浮上するピストン６の浮上過多を、上側テーパ面６ｄに入り込んだ潤滑油１４の小さな動圧作用によって抑制し、上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化をより正確に行うことが可能となる。つまりピストン６の挙動を安定化させることができる。
【０００５】
しかしながら、前記のようにピストン６の上下両端面６ｂ、６ｃに上側テーパ面６ｄ、下側テーパ面６ｅを面取り形成し、潤滑油１４の動圧作用により上側クリアランス１８および下側クリアランス１９の均等化を行いピストン６の挙動を安定化させたとしても、図６に示すように、実際には、駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面とピストン６の内周面６ｇの接触部で構成される軸受部の有効長さＬｂの中央が、シリンダ高さＨの中央に一致していないのでピストン６にはモーメントＭが作用し、ピストン６はシリンダ室４ａ内でこじながら公転運動するので不安定な挙動となってしまう。以下詳しく説明する。
ピストン６は、自身の公転運動により冷媒ガスを圧縮するが、その際主に圧縮室８と低圧室７との圧力差によるガス圧縮荷重Ｆｇが図６に示されるようにピストン６の外周面６ｆの高さの中央（＝（１／２）Ｈ）を作用点として作用する。このガス圧縮荷重Ｆｇを、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部により支持するが、実際には駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａと間には、偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａとが直接摺動しないように長さＬの逃がし部が設けられている。（尚、偏心軸部５ａの下端面５ｃには、駆動軸５や回転子２などの自重を受けるスラスト面５ｄが形成されて、シリンダヘッド１１の端面１１ａと直接摺動するのが一般的構成となる。）従って、この長さＬの逃がし部により、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまりピストン６の内周面６ｇに働く油膜反力の作用点の位置は、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央（＝（１／２）Ｈ）の圧縮荷重Ｆｇの作用点と一致せず、ずれ量Ｌ１を生じてしまう。従ってピストン６にはモーメントＭ＝Ｆｇ×Ｌ１が作用することになり、ピストン６自身は転覆しようするので、その挙動は不安定となる。また、このモーメントＭはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持することになるので、フレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することになり、この摺動に伴う損失が発生してしまう。従って圧縮機の性能が低下するとともに、該摺動部での摩耗が発生したりする不具合が生じていた。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、駆動軸５の回転時にピストン６の挙動を安定化させ、ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃとフレーム１０の端面１０ａ、シリンダヘッド１１の端面１１ａとが強く摺動することのない、高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得ることを目的とする。
また、地球環境に悪影響のない炭化水素系冷媒、及びＨＦＣ１３４ａ冷媒を使用した冷凍空調機器に搭載した場合においても、高い信頼性とオゾン層の破壊回避を両立させる冷凍空調機器を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成させるために、この発明に係わる第１の発明のロータリ圧縮機は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記シリンダに形成された溝に嵌入されて往復運動しつつ前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたものである。
【０００８】
また、第２の発明のロータリ圧縮機は、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記ピストンに一体的に設けられ、前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記シリンダに形成された円筒穴部に回転自在に嵌入され、前期ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイドと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態を示す縦断面図、図２は図１の要部縦断面図、図３は図１のＡ−Ａにおける横断面図である。図１において、ブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機は固定子１及び回転子２からなる電動機部ａ及びこの電動機部ａにより駆動される圧縮機構部ｂにより構成される。これら電動機部ａ、及び圧縮機構部ｂは密閉容器３内に収納されている。
図１、図２、図３において、圧縮機構部ｂはガイド９を回転自在に嵌入する円筒穴部４ｄと、該円筒穴部４ｄの半径方向外側に形成されたブレード６ａの運動空間１７と、吸入口４ｂに連通する低圧室７及び吐出口４ｃに連通する圧縮室８とで構成されるシリンダ室４ａとを有するシリンダ４、駆動軸５の偏心軸部５ａに回転自在に嵌入され、上記シリンダ室４ａ内に配置されたピストン６、該ピストン６に一体的に設けられ、シリンダ室４ａを吸入口４ｂに通じる低圧室７と吐出口４ｃに通じる圧縮室８とに区画して、その長さが駆動軸５の回転角度１８０゜の位置（図３に示す位置）において、ガイド９よりもその先端が半径方向外側に突出するように形成されたブレード６ａ、シリンダ４に形成された前記円筒穴部４ｄに回転自在に嵌入され、ブレード６ａを往復且つ揺動自在に支持するガイド９、駆動軸５を回転自在に支持しシリンダ室４ａの両端面開口部を閉塞するフレーム１０及びシリンダヘッド１１、駆動軸５の下端に設けられ該駆動軸５内を軸方向に延びる給油路５ｅを介してシリンダ室４ａ、フレーム１０、シリンダヘッド１１、偏心軸部５ａに潤滑油１４を供給するポンプ１３、及び駆動軸５から構成されている。
また、図２においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂにはピストン６の内周面６ｇ側に軸方向の長さａの逃がし部５ｆが形成されているとともに、偏心軸部５ａの下端面５ｃには、駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するために軸心側にスラスト面５ｄが形成され、また、偏心軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂと同様にピストン６の内周面６ｇ側に軸方向の長さａの逃がし部５ｆが形成されている。この時、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部で構成される軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−２ａとなり、有効長さＬｂの中央位置（油膜反力がピストン６の内周面６ｇに働く作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
【００１４】
上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の回転によりピストン６はブレード６ａを介してガイド９の回転中心位置９ｄを支点に揺動運動するようにシリンダ室４ａの内壁に沿って公転運動し、この公転運動により吸入口４ｂから吸入した冷媒ガス等の圧縮性流体を圧縮し、吐出口４ｃから吐出するようになっている。この時、ピストン６は、自身の公転運動により冷媒ガスを圧縮するが、その際主に圧縮室８と低圧室７との圧力差によるガス圧縮荷重Ｆｇがピストン６の外周面６ｆの高さの中央、つまりシリンダ高さをＨとすると、ガス圧縮荷重Ｆｇのピストン６の外周面６ｆへの作用点の位置は（１／２）Ｈとなる。このガス圧縮荷重Ｆｇを、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部により支持するが、上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上下両端面５ｂ、５ｃにはそれぞれ、等しい長さａの逃がし部５ｆが形成されているので、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−２ａとなるので、該軸受部の有効長さＬｂの中央位置は（１／２）Ｈとなる。
従って、駆動軸５の偏心軸部５ａの上下両端面５ｂ、５ｃに長さａの逃がし部５ｆを設けることにより、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまり油膜反力の作用点の位置と、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央に作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用点の位置は、ともにシリンダ高さＨの中央に（１／２）Ｈとなり、ガス圧縮荷重Ｆｇと、それを支持する軸受部の作用点とが一致するので、ピストン６にはモーメントＭが作用することは無い。従って、モーメントＭが作用する場合にはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる損失が発生するが、上記のように構成されたロータリ圧縮機ではモーメントＭが殆ど作用しない為ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することにより発生する損失は殆ど無い。従って圧縮機の性能低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も発生しない。また、駆動軸５の偏心軸部５ａの下端面５ｃに設けられた逃がし部５ｆにより、駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するための軸心側のスラスト面５ｄの摺動面積を小さくすることが可能となり、該摺動部での損失までも低減することが可能となる。
また、ブレ−ド６ａがピストン６に一体的に設けられていないロ−タリ−圧縮機でも前記と同様な効果が得られる。
加えて、本発明の実施の形態１の如くシリンダ室内を圧縮室と低圧室とに区画するブレード６aがピストン６に一体的に設けられたロータリ圧縮機において、ピストン６にモーメントＭが作用した場合には、ブレード６ａがピストン６に一体的に設けられているので、モーメントＭがブレード６ａまで伝達されて、ブレード６ａまでもが転覆しようとする。従ってブレード６ａの側面６ｉとガイド９の側面９ａとの間に片当たりが生じてしまい、該摺動部において異常摩耗による性能並びに信頼性の低下が生じていた。しかしながら、ピストン６にモーメントＭが作用しないように構成されている本発明の実施の形態１においては、上記のような不具合は殆ど発生しないので、圧縮機の性能低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も起こりにくくなり信頼性の高い圧縮機が得られる。尚、ブレード６ａがピストン６に一体的に設けられていないロータリ圧縮機においては、ピストン６に作用するモーメントＭがブレード６ａに伝達されることがないので、モーメントＭに起因する上記のような不具合は基本的に発生し得ない。従って上記の如く、シリンダ室内を圧縮室と低圧室とに区画するブレード６aがピストン６に一体的に設けられたロータリ圧縮機において、より高い効果を得ることが可能となる。
【００１５】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２について説明する。図４は、本実施の形態を示す要部縦断面図である。尚、実施の形態１と同様の構成及びその動作については記載を省略する。図４において、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂには、フレーム１０の端面１０ａとの摺動を回避する為の軸方向の長さｃの逃がし部５ｆが設けられていると共に、偏心軸部５ａの下端面５ｃには駆動軸５や回転子２の自重をシリンダヘッド１１の端面１１ａで支持するために軸心側にスラスト面５ｄが形成されている。加えてピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側には軸方向の長さｂの逃がし部６ｈが形成されている。この時の駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂに設けられた逃がし部５ｆの長さｃ及びピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側に形成された長さｂの逃がし部６ｈは、その長さが等しくなるように形成されている。つまりｂ＝ｃを満足するように形成される。従って、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さＬｂはシリンダ高さをＨとするとＬ＝Ｈ−ｂ−ｃ（＝Ｈ−２ｂ）となり、有効長さＬｂの中央位置（ピストン６に作用する油膜反力の作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
【００１６】
上記のように構成されたロータリ圧縮機においては、駆動軸５の偏心軸部５ａの上端面５ｂとフレーム１０の端面１０ａとの間には長さｃの逃がし部５ｆが、ピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側には長さｂの逃がし部６ｈがｂ＝ｃを満足するように形成されているので、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂは、シリンダ高さをＨとするとＬｂ＝Ｈ−ｂ−ｃ（＝Ｈ−２ｂ）となり、該軸受の有効長さＬｂの中央位置（ピストン６に作用する油膜反力の作用点の位置）は（１／２）Ｈとなる。
従って、ピストン６の内周面６ｇと駆動軸５の偏心軸部５ａの外周面との接触部により構成された軸受部の有効長さＬｂの中央、つまり油膜反力位置と、ピストン６の外周面６ｆの高さの中央に作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用位置は、ともにシリンダ高さＨの中央（＝（１／２）Ｈ）となり、ピストン６の外周面６ｆに作用するガス圧縮荷重Ｆｇの作用点と、それを支持する軸受部の作用点とが一致するので、ピストン６にはモーメントが作用することは無い。従って、モーメントＭが作用する場合にはフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる損失が発生するが、上記のように構成したロータリ圧縮機ではモーメントＭが殆ど作用しない為ピストン６の上下端面６ｂ、６ｃが強く摺動することによる発生する損失は殆ど無い。従って圧縮機の性能の低下が無くなるとともに、該摺動部での異常摩耗も発生しない。
また、前記ピストン６の下端面６ｃの内周面６ｇ側に形成された長さｂの逃がし部６ｈにより、前記ピストン６の下端面６ｃがシリンダヘッド１１の端面１１ａと摺動する面積が小さくなるので、該摺動部での損失をも小さくすることが可能となる。
前記モーメントＭが作用する場合のフレーム１０の端面１０ａやシリンダヘッド１１の端面１１ａとピストン６の上下端面６ｂ、６ｃとの摺動損失の防止効果及び前記ピストン６の下端面６ｃがシリンダヘッド１１の端面１１ａと摺動する面積が小さくなることによる該摺動部での損失の低減効果は、ブレ−ド６ａがピストン６に一体的に設けられたもの、一体的に設けられていないものを問わず、両方のロ−タリ圧縮機に共通に得られるものであり、さらに、一体的に設けられたロ−タリ−圧縮機では、実施の形態１に記載と同様のブレ−ド６ａの側面６ｉとガイド９の側面９ａとの間の片当り防止の効果もある。
なお、偏心軸部５ａの下端面５ｃはすべてスラスト面５ｄとしてもよいが、図４に示すように、外周側にピストン６の逃がし部６ｈよりも軸方向の長さが短い逃がし部を設け、実施の形態１に記載と同様に下端面５ｃの摺動損失を低下できる。
【００１７】
実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３について説明する。本例のロータリ圧縮機は、実施の形態１または実施の形態２の様に構成された圧縮機において、密閉容器３内に封入する潤滑油１４にプロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒またはＨＦＣ１３４a冷媒に対して、非相溶又は相溶性の小さい潤滑油１４が用いられている。
【００１８】
このように構成されたロータリ圧縮機では、潤滑油１４に冷媒が溶け込むことが無いために潤滑油１４の実質の粘度が低下することなく各摺動部に供給されるので、摺動部の異常摩耗、焼き付き等を防止することが可能となる。
【００１９】
また、冷媒がプロパン、イソブタン等の場合は、潤滑油１４に対するプロパン、イソブタン等の炭化水素系である可燃性冷媒の溶け込み量を小さく抑えられるため、潤滑油１４への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり、冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となる。このため、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性は非常に低くなる。
【００２０】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４について説明する。本例のロータリ圧縮機は、実施の形態１または実施の形態２の様に構成された圧縮機において、密閉容器３内に封入する潤滑油１４にプロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒またはＨＦＣ１３４a冷媒に対して、相溶性を有する潤滑油１４が用いられている。
【００２１】
このように構成されたロータリ圧縮機では、たとえ密閉容器内３内から冷凍サイクル中へ潤滑油１４が持ち出され、密閉容器３内の潤滑油１４の量が減少したとしても、プロパン、イソブタン等の炭化水素系冷媒、またはＨＦＣ１３４ａ冷媒と潤滑油１４とが相溶性を有しているので、冷凍サイクル中を流れる冷媒によって再度密閉容器３内へ返油されて、密閉容器３内の潤滑油１４が枯渇することなく、各摺動部への潤滑油１４の供給が確保される。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の第１の発明に係わるロータリ圧縮機によれば、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記シリンダに形成された溝に嵌入されて往復運動しつつ前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたので、ピストンにはモーメントが殆ど作用せずピストンの上下端面がフレームの端面や、シリンダヘッドの端面と強く摺動することにより発生する摺動損失は殆ど無くなり、圧縮機の性能低下が無く該摺動部での異常磨耗も発生せず、駆動軸スラスト面およびピストン下端面での摺動損失が少なくより高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得る。さらに、潤滑油への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となり、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性が極めて低くなるので、安全性をより一層高めることができる。
【００２３】
また、第２の発明に係わるロータリ圧縮機によれば、シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記ピストンに一体的に設けられ、前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記シリンダに形成された円筒穴部に回転自在に嵌入され、前期ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイドと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたため、ピストンにはモーメントが殆ど作用せずピストンの上下端面がフレームの端面や、シリンダヘッドの端面と強く摺動することにより発生する摺動損失は殆ど無くなり、圧縮機の性能低下が無く該摺動部での異常磨耗も発生せず、駆動軸スラスト面およびピストン下端面での摺動損失が少なくより高効率で信頼性の高いロータリ圧縮機を得る。さらに、潤滑油への冷媒の溶け込み量を見越して余分な冷媒を封入する必要が無くなり冷凍空調機器への冷媒封入量を減らすことが可能となり、封入冷媒が室内に漏洩した場合でも爆発限界に達する可能性が極めて低くなるので、安全性をより一層高めることができる。
さらに、ピストンに一体的にもうけられたブレード側面での片当りについても解消される。
従って、より高効率で信頼性の高いブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１のロ−タリ圧縮機の縦断面図
【図２】 図１の要部縦断面図
【図３】 図１のＡ−Ａにおける横断面図
【図４】 本発明の実施の形態２のロ−タリ圧縮機の要部縦断面図
【図５】 従来のブレード一体ピストン型のロータリ圧縮機の縦断面図
【図６】 図５に示す圧縮機の圧縮機構部の縦断面図
【図７】 図５に示す圧縮機の圧縮機構部の横断面図
【図８】 図５に示す圧縮機のピストンの断面図
【図９】 図５に示す圧縮機のピストンを上から見た平面図
【符号の説明】
４ シリンダ、４ａ シリンダ室、５ 駆動軸、５ａ 偏心軸部、５ｂ 偏心軸部の上端面、５ｃ 偏心軸部の下端面、５ｆ 逃がし部、６ ピストン、６ａブレード、６ｃ ピストンの下端面、６ｇ ピストンの内周面、６ｈ 逃がし部、７ 低圧室、８ 圧縮室、１０ フレーム、１１ シリンダヘッド、１４冷凍機油。
Claims (2)
- シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記シリンダに形成された溝に嵌入されて往復運動しつつ前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、
使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、
前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、
前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたことを特徴とするロータリ圧縮機。 - シリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心して公転するピストンと、前記ピストンに一体的に設けられ、前記シリンダ室内を圧縮室と低圧室にとに区画するブレードと、前記シリンダに形成された円筒穴部に回転自在に嵌入され、前期ブレードを往復且つ揺動自在に支持するガイドと、前記ピストンの内周面にその偏心軸部が嵌入されて前記ピストンを公転させる駆動軸と、前記シリンダ室の両端面開口部を閉塞するように配置され、前記駆動軸を回転自在に支持するフレーム及びシリンダヘッドとを備えたロータリ圧縮機において、
使用冷媒を炭化水素系冷媒とし、前記密閉容器内に前記炭化水素系冷媒と非相溶の冷凍機油を封入し、
前記駆動軸の偏心軸部の上下端面に軸方向に逃がし部を設け、また、前記ピストンの下端面の内周側に逃がし部を設け、
前記駆動軸の偏心軸部の上端面の逃がし部と、前記ピストン下端面の内周側の逃がし部の軸方向長さをほぼ等しくすることで、前記ピストンの内周面と前記駆動軸の偏心軸部の外周面との接触部により構成される軸受部の有効長さの中央を前記シリンダ高さの中央にほぼ一致させたことを特徴とするロータリ圧縮機。
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