JP4953974B2

JP4953974B2 - ロータリ圧縮機

Info

Publication number: JP4953974B2
Application number: JP2007210476A
Authority: JP
Inventors: 圭佐々木; 哲英横山; 利秀幸田; 慎関屋; 英明前山; 直隆服部; 正浩杉原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-08-10
Filing date: 2007-08-10
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-08-10
Also published as: JP2009041546A

Description

本発明は、密閉シェル内に圧縮機構部を収納したロータリ圧縮機に関するものである。

従来、蒸気圧縮式冷凍サイクルやヒートポンプサイクルに用いられる回転式圧縮機は、両端開口を閉塞されたシリンダと、駆動軸によりシリンダ内を回転するローラと、このローラに当接することによりシリンダ内に圧縮空間を形成するベーンとからなる低圧側および高圧側回転圧縮要素を備え、これらの回転圧縮要素を密閉容器内に収納し、二酸化炭素冷媒を吸入して回転圧縮要素にて圧縮して吐出するものであって、低圧側および高圧側回転圧縮要素間がプレートミドルで仕切られ、低圧側および高圧側回転圧縮要素の端部が軸受で閉塞されている。

ここで、プレートミドルの中心穴は駆動軸の偏芯部分を通すことから、偏芯部分の直径よりも大きい内径となる。軸受の内径は駆動軸の外径となり、プレートミドルの中心穴の内径よりも小さい。そこで、回転圧縮要素のプレートミドル側のシール性を確保するために、回転圧縮要素のローラとプレートミドルの最小重なり幅をシリンダの軸方向の厚さの１／３以上としていた（例えば、特許文献１参照）。或いは、プレートミドル側のシール幅を確保するために、ローラの外周形状およびシリンダの内周形状を、ローラの外径およびシリンダの内径がプレートミドル側に向かって徐々に大きくなるテーパ形状としていた（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−３７１９８２号公報実開平５−４７４７２号公報

特許文献１，２に記載のものでは、駆動軸の周囲は密閉容器内部と連通しているので、ローラの内径側は、密閉容器内部と同じ圧力である。そして、軸受の内径とプレートミドルの中心穴の内径との寸法差により、ローラの上下面に作用する圧力の範囲が異なり、ローラの上下面に作用する荷重が異なる。そこで、ローラは低荷重側に押し付けられることになり、摺動損失が発生し、性能低下をもたらす。
さらに、特許文献２に記載のものでは、ローラの外周形状およびシリンダの内周形状に加えて、ベーンの先端部もテーパ形状に加工する必要があり、高い加工精度が要求され、加工性が悪化するという課題もある。

この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、高い加工精度を要することなく軸受の端面開口径を中間プレートの挿通孔の内径に略等しくし、ローリングピストンの上下面に作用する荷重の差を低減し、ローリングピストンが低荷重側に押し付けられることに起因する摺動損失を低減できるロータリ圧縮機を得ることを目的としている。

この発明によるロータリ圧縮機は、密閉シェルと、該密閉シェル内に収納された低段側圧縮機構部および高段側圧縮機構部と、該密閉シェル内に収納され、該低段側圧縮機構部および該高段側圧縮機構部を駆動するモータと、を備え、低圧冷媒を上記低段側圧縮機構部で中間圧まで圧縮し、その後上記高段側圧縮機構部で高圧まで圧縮する。上記低段圧縮機構部と上記高段側圧縮機構部とは、中間プレートを挟んで対向して配置された低段側シリンダおよび高段側シリンダと、上記低段側シリンダを挟んで上記中間プレートと対向して配置された低段側軸受と、上記高段側シリンダを挟んで上記中間プレートと対向して配置された高段側軸受と、上記モータに連結され、かつ軸方向に離間して形成された低段側偏芯部および高段側偏芯部をそれぞれ上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内に収容されて上記低段側軸受と上記高段側軸受とに軸支された駆動軸と、上記低段側偏芯部および上記高段側偏芯部のそれぞれに外嵌状態に嵌着されて上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内に偏芯回転可能に配設された低段側ローリングピストンおよび高段側ローリングピストンと、上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンのそれぞれの外周面に当接して圧縮空間を構成する低段側ベーンおよび高段側ベーンと、を備える。上記中間プレートに形成された上記駆動軸の挿通孔は、上記低段側偏芯部および上記高段側偏芯部の少なくとも一方が挿通可能な径に形成されており、低段側軸受荷重調整部および高段側軸受荷重調整部が、上記低段側軸受および上記高段側軸受の上記中間プレートと対向する端面内周に上記駆動軸の外周面を開放するようにそれぞれ環状に凹設され、上記低段側軸受荷重調整部および上記高段側軸受荷重調整部の上記低段側軸受および上記高段側軸受の上記中間プレートと対向する端面での開口径が上記挿通孔の径に略一致している。そして、上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンが上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内の上記中間プレート側に偏位した該中間プレートと接触しない位置に位置し、または、上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンの一方が上記低段側シリンダ内または上記高段側シリンダ内の上記中間プレート側に偏位した該中間プレートと接触しない位置に位置し、かつ上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンの他方が上記低段側シリンダ内または上記高段側シリンダ内の中間位置に位置している。

この発明によれば、低段側および高段側軸受荷重調整部が、低段側および高段側軸受の中間プレートと対向する端面内周に駆動軸の外周面を開放するようにそれぞれ環状に凹設されている。さらに、低段側および高段側軸受荷重調整部の低段側および高段側軸受の中間プレートと対向する端面での開口径が挿通孔の径に略一致している。そこで、低段側および高段側ローリングピストンのそれぞれの上下面にかかる荷重が中立化され、低段側および高段側ローリングピストンが低荷重側に押し付けられることに起因する摺動損失を低減できる。
また、低段側および高段側シリンダの内周面形状や低段側および高段側ローリングピストンの外周面形状をテーパ形状に加工する必要が無く、摺動損失の低減を簡易な構造で実現できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の構成を示す縦断面図、図２はこの発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図、図３はこの発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における低段側圧縮機構部の構成を説明する横断面図、図４はこの発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における高段側圧縮機構部の構成を説明する横断面図である。

図１乃至図４において、二段ロータリ圧縮機は、縦型の密閉シェル１を備えている。そして、モータ２が密閉シェル１内の上方に配設され、圧縮機構部３がモータ２の下方に配設されている。モータ２と圧縮機構部３とが駆動軸４を介して連動連結されている。この駆動軸４は、単一径の軸部５と、軸部５の軸方向に離間して形成された低段側偏芯部６および高段側偏芯部７と、を備えている

モータ２は、リング状に形成されたステータ１２と、このステータ１２の内部で回転し得るように支持されたロータ１３とから構成されている。そして、軸部５の一端部がロータ１３の軸心位置に固着されている。

圧縮機構部３は、低段側偏芯部６と高段側偏芯部７との間の軸方向距離と同等の厚みを有し、挿通孔３１ａが形成された中間プレート３１と、中間プレート３１を挟んで対向して同軸に取り付けられた低段側シリンダ３２および高段側シリンダ３３と、低段側シリンダ３２の下端開口を閉塞する低段側軸受３４と、高段側シリンダ３３の上端開口を閉塞する高段側軸受３５と、低段側シリンダ３２と低段側軸受３４と中間プレート３１とで構成される低段側空間に配設された低段側ローリングピストン３６と、高段側シリンダ３３と高段側軸受３５と中間プレート３１とで構成される高段側空間に配設された高段側ローリングピストン３７と、低段側ローリングピストン３６の外周面に当接し、低段側空間を低段側吸入室４２ａと低段側圧縮室４２ｂとに仕切る低段側ベーン３８と、低段側ベーン３８を低段側ローリングピストン３６の外周面に押圧するように付勢する低段側ばね３９と、高段側ローリングピストン３７の外周面に当接し、高段側空間を高段側吸入室４３ａと高段側圧縮室４３ｂとに仕切る高段側ベーン４０と、高段側ベーン４０を高段側ローリングピストン３７の外周面に押圧するように付勢する高段側ばね４１と、を備えている。

そして、駆動軸４の軸部５が、低段側シリンダ３２、中間プレート３１および高段側シリンダ３３の軸心位置を貫通して、低段側軸受３４と高段側軸受３５とにより回転自在に支持されている。この時、低段側偏芯部６が低段側シリンダ３２内に収容され、高段側偏芯部７が高段側シリンダ３３内に収容されている。そして、低段側ローリングピストン３６が低段側偏芯部６に外嵌状態に嵌着され、高段側ローリングピストン３７が高段側偏芯部７に外嵌状態に嵌着され、駆動軸４の回転により偏芯回転するようになっている。

ここで、低段側圧縮機構部は、低段側軸受３４と中間プレート３１とが低段側シリンダ３２を挟んで対向して配置され、低段側ローリングピストン３６が低段側偏芯部６に装着されて偏芯回転可能に低段側シリンダ３２内に配設され、低段側ベーン３８が低段側ローリングピストン３６の外周面に当接するように配設されて構成されている。また、高段側圧縮機構部は、高段側軸受３５と中間プレート３１とが高段側シリンダ３３を挟んで対向して配置され、高段側ローリングピストン３７が高段側偏芯部７に装着されて偏芯回転可能に高段側シリンダ３３内に配設され、高段側ベーン４０が高段側ローリングピストン３７の外周面に当接するように配設されて構成されている。

冷媒ガスを吸入するための吸入管８が低段側吸入室４２ａに連結され、圧縮した冷媒ガスを吐出するための吐出管９が密閉シェル１の上部に設けられている。連通管１０が低段側圧縮室４２ｂと高段側吸入室４３ａとを連通するように設けられている。さらに、高段側圧縮室４３ｂは密閉シェル１内に連通し、高段側圧縮機構部にて圧縮された高圧の冷媒ガスが密閉シェル１内に吐出される。なお、吸入管８には、アキュームレータ１１が連結されている。

駆動軸４の軸部５が低段側軸受３４および高段側軸受３５に軸支され、圧縮機構部３を挿通している。そして、中間プレート３１に形成された挿通孔３１ａは、低段側偏芯部６および高段側偏芯部７が挿通可能な内径に形成されており、軸部５を軸支する低段側軸受３４および高段側軸受３５の内径より大きい。

低段側軸受荷重調整部４４が、低段側軸受３４の上端面（中間プレート３１と対向する面）の内周に、軸部５の外周面を開放するように、環状に凹設されている。同様に、高段側軸受荷重調整部４５が、高段側軸受３５の下端面（中間プレート３１と対向する面）の内周に、軸部５の外周面を開放するように、環状に凹設されている。低段側軸受荷重調整部４４および高段側軸受荷重調整部４５の底面は平坦面である。そして、低段側軸受荷重調整部４４および高段側軸受荷重調整部４５の内周面は、その内径が、中間プレート３１から離反する方向に徐々に小さくなるテーパ形状に形成されている。つまり、低段側軸受荷重調整部４４および高段側軸受荷重調整部４５は切頭円錐状の凹形状に形成されている。そして、低段側軸受荷重調整部４４の低段側軸受３４の上端面での開口径および高段側軸受荷重調整部４５の高段側軸受３５の下端面での開口径が挿通孔３１ａの内径に略一致している。

つぎに、このように構成された二段ロータリ圧縮機の動作について説明する。
電力がモータ２に供給され、モータ２が駆動されると、低段側軸受３４および高段側軸受３５に軸支された駆動軸４が回転駆動される。そして、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７が低段側シリンダ３２および高段側シリンダ３３内で偏芯回転する。この時、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７の上下面は、潤滑油によりシールされている。
低圧冷媒は、アキュームレータ１１および吸入管８を介して低段側吸入室４２ａ内に導入され、低段側圧縮機構部にて圧縮され、中間圧まで昇圧される。中間圧まで昇圧された冷媒は、低段側圧縮室４２ｂから連通管１０を介して高段側吸入室４３ａに導入され、高段側圧縮機構部にて圧縮され、高圧まで昇圧される。高圧まで昇圧された冷媒は、高段側圧縮室４３ｂから密閉シェル１内に吐出され、吐出管９から吐出される。

ついで、この実施の形態１による効果について説明する。
まず、低段側軸受荷重調整部４４および高段側軸受荷重調整部４５が省略されている比較例の動作について図５および図６を参照しつつ説明する。図５は比較例としての二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の動作を説明する縦断面図、図６は比較例としての二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の動作を説明する高段側圧縮機構部周りの横断面図である。

高段側圧縮機構部で圧縮された高圧の冷媒が密閉シェル１内に吐出され、密閉シェル１内は高圧となっている。そして、駆動軸４の周囲は密閉シェル１の内部と連通しているので、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７の内径側は密閉シェル１内と同等の高圧となっている。

高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面においては、高段側軸受３５の軸受内径寸法５２の範囲内が高圧となっている。一方、高段側ローリングピストン３７の中間プレート３１と相対する面においては、中間プレート３１に形成された挿通孔３１ａの内径寸法５３の範囲内が高圧となっている。そして、図６に示されるように、高圧が高段側ローリングピストン３７の中間プレート３１と相対する面の範囲Ａに直接かかっている。

高段側ローリングピストン３７の外径側は、圧縮過程において、中間圧から高圧に連続的に変化している。また、範囲Ａに対向する高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の部分はシール部分の一部である。そこで、範囲Ａに対向する高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の部分には、高段側ローリングピストン３７の外径側の圧力と高段側ローリングピストン３７の内径側の高圧との平均した圧力がかかっている。

このため、高段側ローリングピストン３７の中間プレート３１と相対する面の範囲Ａにかかる圧力が、範囲Ａに対向する高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の部分にかかる圧力より高くなる。これにより、図５に示されるように、高段側ローリングピストン３７は高段側軸受３５に押し付けられる。

低段側圧縮機構部においても、中間プレート３１の挿通孔３１ａの内径寸法が低段側軸受３２の軸受内径寸法より大きい。そこで、高圧が低段側ローリングピストン３６の中間プレート３１と相対する面の所定範囲に直接かかる。一方、低段側ローリングピストン３６の低段側軸受３４と相対する面の部分には、低段側ローリングピストン３６の外径側の圧力と低段側ローリングピストン３６の内径側の高圧との平均した圧力がかかっている。このため、低段側ローリングピストン３６の中間プレート３１と相対する面にかかる圧力が、低段側ローリングピストン３６の低段側軸受３４と相対する面にかかる圧力より高くなり、図５に示されるように、低段側ローリングピストン３６は低段側軸受３４に押し付けられる。

低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７の厚みは、低段側シリンダ３２および高段側シリンダ３３の厚みに比べ、例えば１０〜２０μｍ程度薄くなっている。そこで、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７がそれぞれ低段側軸受３４および高段側軸受３５に押し付けられることにより、低段側ローリングピストン３６と中間プレート３１との間の隙間、および高段側ローリングピストン３７と中間プレート３１との間の隙間が拡大する。これにより、図５に矢印で示されるように、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への冷媒の漏れ量が大きくなる。また、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７がそれぞれ低段側軸受３４および高段側軸受３５に押し付けられることにより、摺動損失が増大し、性能低下をもたらす。

この実施の形態１では、高段側軸受荷重調整部４５の高段側軸受３５の下端面での開口径が挿通孔３１ａの内径に略一致している。そこで、図６中、範囲Ａに対向する高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の部分にも高圧がかかる。これにより、高段側ローリングピストン３７の中間プレート３１と相対する面の範囲Ａにかかる圧力と、範囲Ａに対向する高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の部分にかかる圧力とが等しくなる。そこで、図７に示されるように、同等の圧力が高段側ローリングピストン３７の上下面にかかり、高段側ローリングピストン３７にかかる上下の荷重が中立化できる。
低段側軸受荷重調整部４４の低段側軸受３４の上端面での開口径が挿通孔３１ａの内径に略一致している。従って、同様に、低段側ローリングピストン３６にかかる上下の荷重が中立化できる。

低段側軸受荷重調整部４４および高段側軸受荷重調整部４５が省略されている場合、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７をそれぞれ低段側軸受３４および高段側軸受３５に押し付ける荷重は、運転条件によっても異なるが、大きなものとなる。例えば、給油能力６ｋＷ相当のヒートポンプ給湯器に使用する排除容積４．５ｃｃのＣＯ_２二段ロータリ圧縮機においては、低段側の押し付け荷重と高段側の押し付け荷重とをあわせると、３００〜４００Ｎになる。本実施の形態１の構成とすることで、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７にかかる上下の荷重をそれぞれ中立化できるので、この押し付け荷重を低減でき、摺動損失を低減することができる。

この時、低段側軸受３４および高段側軸受３５側から低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７にかかる荷重は、高圧である中間プレート３１側から低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７にかかる荷重に対して±５％以下に調整することが好ましい。このように調整するには、低段側軸受荷重調整部４４の低段側軸受３４の上端面での開口径および高段側軸受荷重調整部４５の高段側軸受３５の下端面での開口径を、中間プレート３１の挿通孔３１ａの内径寸法に対して±０．１ｍｍ以下に抑えることが好ましい。

また、本実施の形態１の構成とすることで、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７の上下面にかかる荷重をそれぞれ中立化できるので、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７を低段側軸受３４側および高段側軸受３５側に押し付ける力が発生しない。そこで、低段側ローリングピストン３６と中間プレート３１との間の隙間と、低段側ローリングピストン３６と低段側軸受３４との間の隙間とがほぼ等しくなる。同様に、高段側ローリングピストン３７と中間プレート３１との間の隙間と、高段側ローリングピストン３７と高段側軸受３５との間の隙間とがほぼ等しくなる。これにより、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への冷媒の漏れ量が低減される。冷媒の漏れ量は、隙間の三乗に比例する。本実施の形態１の構成とすることで、隙間が平均化されるので、低段側ローリングピストン３６および高段側ローリングピストン３７と中間プレート３１との間の隙間は、図５に示される比較例の約１／２となる。そこで、本実施の形態１によるロータリ圧縮機は、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への冷媒の漏れ量を比較例に対して約１／８程度に抑えることができる。

上記実施の形態１では、高段側軸受３５の下端面に座ぐりを施し、その後周面に面取り加工を施して、切頭円錐状の凹形状の高段側軸受荷重調整部４５を形成するものとしているが、高段側軸受荷重調整部の凹形状は切頭円錐状に限定されるものではなく、開口径が中間プレート３１の挿通孔３１ａの内径と略一致していればよい。
例えば、図８の（ａ）に示されるように、高段側軸受３５の下端面に座ぐりを施して、高段側軸受荷重調整部４５ａを円柱状の凹形状に形成しても良い。また、図８の（ｂ）に示されるように、テーパ角度を大きくして、平坦な底面をなくし、高段側軸受荷重調整部４５ｂをテーパ面のみの凹形状に形成しても良い。なお、低段側軸受荷重調整部も、円柱状の凹形状、或いはテーパ面のみの凹形状に形成しても良い。

また、高段側軸受荷重調整部４５ａの深さｄ１を微小、例えば１０μｍ以上、２０μｍ以下（１０〜２０μｍ）程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。高段側軸受３５の高段側ローリングピストン３７と接する面の面粗さは例えばＲｚ１程度であるが、高段側軸受荷重調整部４５ａの内面の面粗さは例えばＲｚ１０程度でよい。同様に、高段側軸受荷重調整部４５ｂの深さｄ２も微小、例えば１０〜２０μｍ程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。さらに、高段側軸受荷重調整部４５の深さも微小、例えば１０〜２０μｍ程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。

なお、上記実施の形態１では、密閉シェル１の内部が高圧であるものとして説明しているが、密閉シェル１の内部が低圧或いは中間圧である場合においても、中間プレート３１の挿通孔３１ａの内径と略一致する開口径の低段側軸受荷重調整部および高段側軸受荷重調整部を設けることで、荷重を中立化でき、摺動損失および高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への冷媒の漏れ量を低減でき、性能を向上させることができる。

また、上記実施の形態１では、挿通孔３１ａは、低段側偏芯部６および高段側偏芯部７が挿通可能な内径に形成されているものとしているが、挿通孔３１ａは、低段側偏芯部６および高段側偏芯部７の両方が挿通可能である必要はなく、低段側偏芯部６および高段側偏芯部７の少なくとも一方が挿通可能であればよい。例えば、高段側偏芯部７の直径＜挿通孔３１ａの内径＜低段側偏芯部６の直径である場合なら、中間プレート３１の挿通孔３１ａに駆動軸４の軸部５の高段側偏芯部７側の端部から挿入し、中間プレート３１を高段側偏芯部７と低段側偏芯部６との間に配置させればよい。また、高段側偏芯部７の直径＞挿通孔３１ａの内径＞低段側偏芯部６の直径である場合なら、中間プレート３１の挿通孔３１ａに駆動軸４の軸部５の低段側偏芯部６側の端部から挿入し、中間プレート３１を高段側偏芯部７と低段側偏芯部６との間に配置させればよい。

実施の形態２．
図９はこの発明の実施の形態２に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図、図１０はこの発明の実施の形態２に係る二段ロータリ圧縮機における高段側圧縮機構部の動作を説明する横断面図である。
図９において、低段側ローリングピストン３６は、低段側軸受３４と相対する側の内周縁部を面取りして、テーパ状の低段側ローリングピストン荷重調整部４６が形成されている。同様に、高段側ローリングピストン３７は、高段側軸受３５と相対する側の内周縁部を面取りして、テーパ状の高段側ローリングピストン荷重調整部４７が形成されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。

実施の形態２では、高段側軸受荷重調整部４５を設けることで、上下から高段側ローリングピストン３７にかかる荷重を中立化している。そして、中間プレート３１の挿通孔３１ａの内径寸法５３の範囲外の高段側ローリングピストン３７の上下面の領域がシール面となる。このシール面には、高段側ローリングピストン３７の外径側の圧力と、高段側ローリングピストン３７の内径側の圧力（高圧）とを平均した圧力がかかっている。ここで、高段側ローリングピストン荷重調整部４７が形成されているので、図１０に示されるように、高圧が高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する面の範囲Ｂに直接かかる。これにより、高段側ローリングピストン３７を中間プレート３１に押し付ける荷重が発生し、高段側ローリングピストン３７と中間プレート３１との間の隙間が小さくなる。

同様に、低段側ローリングピストン荷重調整部４６が形成されているので、低段側ローリングピストン３６を中間プレート３１に押し付ける荷重が発生し、低段側ローリングピストン３６と中間プレート３１との間の隙間が小さくなる。
これにより、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への冷媒の漏れ量を低減でき、性能を向上させることができる。

つぎに、ローリングピストン荷重調整部と隙間との関係について高段側圧縮機構部を例に説明する。図１１はこの発明の実施の形態２に係る二段式ロータリ圧縮機における高段側ローリングピストンと隙間との関係を説明する図である。図１１において、ｈ０は高段側軸受３５と中間プレート３１との間の隙間、ｈ１は高段側ローリングピストン３７の厚み、ｔ１は高段側ローリングピストン３７と中間プレート３１との間の隙間、ｔ２は高段側ローリングピストン３７と高段側軸受３５との間の隙間、ｃは高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅である。図１２はこの発明の実施の形態２に係る二段式ロータリ圧縮機における漏れ損失および圧縮機効率の特性図であり、図１２の（ａ）は隙間ｔ１と漏れ損失との関係を示し、図１２の（ｂ）はローリングピストン荷重調整部の幅ｃと圧縮機効率との関係を示している。

高段側シリンダ３３と高段側ローリングピストン３７との厚み差は２ε（＝ｈ０−ｈ１）となる。そして、上下から高段側ローリングピストン３７にかかる荷重が中立化されている状態では、ｔ１＝ｔ２＝εとなる。
ここで、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅ｃを大きくしてゆくと、高段側軸受３５側から高段側ローリングピストン３７にかかる高圧の面積が大きくなる。そして、高段側ローリングピストン３７を中間プレート３１に押し付ける荷重が増加し、隙間ｔ１が小さくなり、その分隙間ｔ２が大きくなる。

ここで、冷媒の漏れ量は、隙間の三乗に比例する。そこで、高段側ローリングピストン３７の上下面からの冷媒の漏れは、上下の隙間が平均化される時（ｔ１＝ｔ２＝ε）が最小となる。しかし、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構部への直接的な冷媒の漏れが損失となるので、図１２の（ａ）に示されるように、隙間ｔ１がεより小さい最適値で、漏れ損失が最小となる。
また、図１２の（ｂ）に示されるように、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅ｃを大きくすると、圧縮機効率は上昇し、幅ｃが最適値となった時点で、圧縮機効率が最大値となる。圧縮機効率が最大値となる時点は、隙間ｔ１が最適値となったときである。幅ｃが最適値より更に大きくなると、隙間ｔ１が最適値より小さくなる。隙間ｔ１が小さくなると、押し付け荷重による摺動損失が増大し、圧縮機効率が低下する。

低段側圧縮機構部内の圧力は、高段側圧縮機構部内の圧力に比べ、低圧となる。低段側ローリングピストン３６の外径側と内径側との差圧は、高段側ローリングピストン３７の外径側と内径側との差圧より大きくなる。そこで、低段側ローリングピストン荷重調整部４６の幅ｃの最適値は、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅ｃの最適値より小さくなる。そして、低段側ローリングピストン３６と高段側ローリングピストン３７とに同等の荷重をかけた場合、低段側ローリングピストン荷重調整部４６の幅ｃの最適値は、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅ｃの最適値の１／３程度になる。

例えば、給湯能力６ｋＷ相当のヒートポンプ給湯器に使用する排除容積４．５ｃｃのＣＯ_２二段ロータリ圧縮機においては、低段側ローリングピストン荷重調整部４６の幅ｃの最適な寸法は０．３〜０．５ｍｍであり、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の幅ｃの最適な寸法は１．０〜１．５ｍｍである。また、低段側ローリングピストン３６の外径側と内径側との差圧が大きいので、低段側ローリングピストン荷重調整部４６の幅ｃの僅かな寸法差で、低段側ローリングピストン３６にかかる荷重が大きく変わる。このため、低段側ローリングピストン荷重調整部４６を形成する場合には、高段側ローリングピストン荷重調整部４７を形成する場合より厳しい加工精度が必要となる。

ここで、低段側ローリングピストン荷重調整部４６と高段側ローリングピストン荷重調整部４７とを設けているが、低段側ローリングピストン荷重調整部４６と高段側ローリングピストン荷重調整部４７とのいずれか一方を形成しても、高段側圧縮機構部から低段側圧縮機構への直接的な冷媒の漏れを抑制する効果は得られる。この場合、加工精度の観点から、高段側ローリングピストン荷重調整部４７のみを設けることが好ましい。

なお、上記実施の形態２では、高段側ローリングピストン荷重調整部４７が、高段側ローリングピストン３７の高段側軸受３５と相対する側（上面）の内周縁部を面取りしてテーパ状に形成されているが、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の形状はテーパ状に限定されるものではない。例えば、図１３の（ａ）に示されるように、高段側ローリングピストン３７の上面に座ぐりを施して、高段側ローリングピストン荷重調整部４７ａを円柱状の凹形状に形成しても良い。また、図１３の（ｂ）に示されるように、高段側ローリングピストン３７の上面に座ぐりを施し、さらに周面に面取り加工を施して、高段側ローリングピストン荷重調整部４７ａを切頭円錐状の凹形状に形成しても良い。なお、低段側ローリングピストン荷重調整部も、円柱状の凹形状、或いは切頭円錐状の凹形状に形成しても良い。

また、高段側ローリングピストン荷重調整部４７ａの深さｄ３を微小、例えば１０〜２０μｍ程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。高段側ローリングピストン３７の上下面の面粗さは例えばＲｚ１程度であるが、高段側ローリングピストン荷重調整部４７ａの内面の面粗さは例えばＲｚ１０程度でよい。同様に、高段側ローリングピストン荷重調整部４７ｂの深さｄ４も微小、例えば１０〜２０μｍ程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。さらに、高段側ローリングピストン荷重調整部４７の深さも微小、例えば１０〜２０μｍ程度とすれば、荷重を中立化する機能に加え、シールとしても機能し、冷媒の漏れを一層低減することができる。

実施の形態３．
図１４はこの発明の実施の形態３に係る単段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図である。

図１４において、駆動軸２０は、第１軸部２１と、偏芯部２３を介して第１軸部２１に同軸に連結され、第１軸部２１より小径の第２軸部２２と、を備えている。
圧縮機構部２４は、シリンダ２５と、シリンダ２５の下端開口を閉塞する第２軸受としての副軸受２７と、シリンダ２５の上端開口を閉塞する第１軸受としての主軸受２６と、シリンダ２５と副軸受２７と主軸受２６とで構成される空間に配設されたローリングピストン２８と、を備えている。そして、図示していないが、ローリングピストン２８の外周面に当接し、空間を吸入室と圧縮室とに仕切るベーンと、ベーンをローリングピストン２８の外周面に押圧するように付勢するばねと、を備えている。

駆動軸２０が、第１軸部２１を主軸受２６に軸支され、第２軸部２２を副軸受２７に軸支され、圧縮機構部２４を挿通している。偏芯部２３がシリンダ２５内に収容されている。そして、ローリングピストン２８が偏芯部２３に外嵌状態に嵌着され、駆動軸２０の回転により偏芯回転するようになっている。軸受荷重調整部２９が、副軸受２７の上端面（ローリングピストン２８と対向する面）の内周に、第２軸部２２の外周面を開放するように、環状に凹設されている。軸受荷重調整部２９の底面は平坦面である。そして、軸受荷重調整部２９の内周面は、その内径が、ローリングピストン２８から離反する方向に徐々に小さくなるテーパ形状に形成されている。つまり、軸受荷重調整部２９は切頭円錐状の凹形状に形成されている。そして、軸受荷重調整部２９の上端面での開口径が主軸受２６の軸受内径寸法に略一致している。

このように構成された圧縮機構部２４は、密閉シェル１内に配設される。また、圧縮機構部２４を駆動するモータ（図示せず）が、圧縮機構部２４内の圧縮機構部２４の上方に配設されている。
そして、モータが駆動されると、主軸受２６および副軸受２７に軸支された駆動軸２０が回転駆動される。そして、ローリングピストン２８がシリンダ２５内で偏芯回転する。この時、ローリングピストン２８の上下面は、潤滑油によりシールされている。低圧冷媒は、吸入管（図示せず）を介して吸入室内に導入され、圧縮機構部２４にて圧縮され、昇圧される。圧縮機構部２４にて昇圧された冷媒は、圧縮室から密閉シェル１内に吐出される。

この時、主軸受２６の軸受内径寸法が副軸受２７の軸受内径寸法より大きいので、主軸受２６側からローリングピストン２８にかかる荷重が、副軸受２７側からローリングピストン２８にかかる荷重より大きくなる。そこで、ローリングピストン２８は副軸受２７側に押し付けられ、摺動損失が大きくなる。
この実施の形態３では、軸受荷重調整部２９がその上端面での開口径を主軸受２６の軸受内径寸法に略一致するように、副軸受２７の上端面内周側に形成されている。そこで、図１４に示されるように、ローリングピストン２８の上下面にかかる荷重が中立化されるので、ローリングピストン２８が副軸受２７側に押し付けられることに起因する摺動損失の増大が抑えられ、性能を向上させることができる。

なお、上記実施の形態３では、主軸受２６の軸受内径寸法が副軸受２７の軸受内径寸法より大きい場合について説明しているが、主軸受２６の軸受内径寸法が副軸受２７の軸受内径寸法より小さい場合には、軸受荷重調整部を主軸受２６に形成すればよい。
また、軸受荷重調整部２９は切頭円錐状の凹形状に限定されるものではなく、円柱状の凹形状、テーパ面のみの凹形状でもよい。
また、上記実施の形態１と同様に、軸受荷重調整部２９の開口径は、主軸受２６の軸受内径寸法に対して±０．１ｍｍ以下に調整することが好ましく、軸受荷重調整部２９の深さも、１０〜２０μｍに調整することが好ましい。

この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機の構成を示す縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における低段側圧縮機構部の構成を説明する横断面図である。この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における高段側圧縮機構部の構成を説明する横断面図である。比較例としての二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の動作を説明する縦断面図である。比較例としての二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の動作を説明する高段側圧縮機構部周りの横断面図である。この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の動作を説明する縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部に適用される高段側軸受の実施態様を示す縦断面図である。この発明の実施の形態２に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図である。この発明の実施の形態２に係る二段ロータリ圧縮機における高段側圧縮機構部の動作を説明する横断面図である。この発明の実施の形態２に係る二段式ロータリ圧縮機における高段側ローリングピストンと隙間との関係を説明する図である。この発明の実施の形態２に係る二段式ロータリ圧縮機における漏れ損失および圧縮機効率の特性図である。この発明の実施の形態２に係る二段ロータリ圧縮機における圧縮機構部に適用される高段側ローリングピストンの実施態様を示す縦断面図である。この発明の実施の形態３に係る単段ロータリ圧縮機における圧縮機構部の構成を説明する縦断面図である。

符号の説明

１密閉シェル、２モータ、３圧縮機構部、４駆動軸、５軸部、６低段側偏芯部、７高段側偏芯部、２０駆動軸、２１第１軸部、２２第２軸部、２３偏芯部、２４圧縮機構部、２５シリンダ、２６主軸受（第１軸受）、２７副軸受（第２軸受）、２８ローリングピストン、２９軸受荷重調整部、３１中間プレート、３１ａ挿通孔、３２低段側シリンダ、３３高段側シリンダ、３４低段側軸受、３５高段側軸受、３６低段側ローリングピストン、３７高段側ローリングピストン、３８低段側ベーン、４０高段側ベーン、４４低段側軸受荷重調整部、４５，４５ａ，４５ｂ高段側軸受荷重調整部、４６低段側ローリングピストン荷重調整部、４７，４７ａ，４７ｂ高段側ローリングピストン荷重調整部。

Claims

密閉シェルと、該密閉シェル内に収納された低段側圧縮機構部および高段側圧縮機構部と、該密閉シェル内に収納され、該低段側圧縮機構部および該高段側圧縮機構部を駆動するモータと、を備え、低圧冷媒を上記低段側圧縮機構部で中間圧まで圧縮し、その後上記高段側圧縮機構部で高圧まで圧縮するロータリ圧縮機であって、
上記低段圧縮機構部と上記高段側圧縮機構部とは、
中間プレートを挟んで対向して配置された低段側シリンダおよび高段側シリンダと、
上記低段側シリンダを挟んで上記中間プレートと対向して配置された低段側軸受と、
上記高段側シリンダを挟んで上記中間プレートと対向して配置された高段側軸受と、
上記モータに連結され、かつ軸方向に離間して形成された低段側偏芯部および高段側偏芯部をそれぞれ上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内に収容されて上記低段側軸受と上記高段側軸受とに軸支された駆動軸と、
上記低段側偏芯部および上記高段側偏芯部のそれぞれに外嵌状態に嵌着されて上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内に偏芯回転可能に配設された低段側ローリングピストンおよび高段側ローリングピストンと、
上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンのそれぞれの外周面に当接して圧縮空間を構成する低段側ベーンおよび高段側ベーンと、を備えており、
上記中間プレートに形成された上記駆動軸の挿通孔は、上記低段側偏芯部および上記高段側偏芯部の少なくとも一方が挿通可能な径に形成されており、
低段側軸受荷重調整部および高段側軸受荷重調整部が、上記低段側軸受および上記高段側軸受の上記中間プレートと対向する端面内周に上記駆動軸の外周面を開放するようにそれぞれ環状に凹設されて、上記低段側軸受荷重調整部および上記高段側軸受荷重調整部の上記低段側軸受および上記高段側軸受の上記中間プレートと対向する端面での開口径が上記挿通孔の径に略一致しており、
上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンが上記低段側シリンダ内および上記高段側シリンダ内の上記中間プレート側に偏位した該中間プレートと接触しない位置に位置し、または、上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンの一方が上記低段側シリンダ内または上記高段側シリンダ内の上記中間プレート側に偏位した該中間プレートと接触しない位置に位置し、かつ上記低段側ローリングピストンおよび上記高段側ローリングピストンの他方が上記低段側シリンダ内または上記高段側シリンダ内の中間位置に位置していることを特徴とするロータリ圧縮機。
ローリングピストン荷重調整部が上記高段側ローリングピストンおよび上記低段側ローリングピストンの少なくとも一方のローリングピストンの上記中間プレートと逆側の内周縁部を除去して環状に凹設されていることを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
上記ローリングピストン荷重調整部が、シール機能を有していることを特徴とする請求項２記載のロータリ圧縮機。