JP5263139B2 - 回転式圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫、空気調和装置に組み込まれることが可能な回転式圧縮機に関するものである。

本発明に先行する従来技術の回転式圧縮機は図７及び図８で示したように、密閉容器１に電動機部と、電動機部によって駆動される圧縮機構部が収納されており、密閉容器の底部をオイル溜りとしている。圧縮機構部は、シリンダー５と、このシリンダー５の両端面に締結されてシリンダー室６を形成する上軸受け７及び下軸受け８と、この上軸受け７と下軸受け８との間に位置するシャフト４の偏心部４Ａに嵌合されるピストン９と、シリンダー５の半径方向に形成されるベーン溝１０内を往復運動するベーン１１とで構成され、ベーン１１の先端部１１Ａをピストン９に形成された嵌合部９Ａに揺動自在に嵌合接続することにより、シリンダー室６内にベーン１１によって仕切られた吸入室１２と圧縮室１３を形成するようにしている。

この構成によって、シャフト４の回転に伴うピストン９の揺動運動とベーン１１の往復運動によって吸入室１２と圧縮室１３の容積が変化し、この容積変化により、吸入ポート１７から吸入室１２に吸入された作動冷媒が圧縮されて高温高圧となり、圧縮室１３より吐出ポート１８、吐出マフラー室１９を経て、密閉容器１内に吐出される。また同時に、シャフト４に設けられたオイルポンプにより、オイル溜り内のオイルが吸引されてシャフト４に設けられた中空孔を通り、圧縮機構部内の摺動面、例えば、シャフト４の偏心部４Ａとピストン９の内周面９Ｂ、ピストン９の外周面とシリンダー５の内周面に給油されて潤滑する構成としている。

特開２０００−１２０５７２号公報

しかしながら、図７及び図８で示した回転式圧縮機では、図９に示すように、シャフト４が回転する際に、シャフト４の偏心部４Ａとピストン９の内周面９Ｂの間に介在するオイルの粘性により、ピストン９に対し、シャフト４の回転方向にシャフト４の偏心部４Ａ中心回りの回転モーメントが作用する。この回転モーメントをベーン１１の先端部１１Ａで支持するので、この支持力の反力としてベーン１１とベーン溝１０の接点２０１および接点２０２にベーン溝１０との摩擦抵抗力が働き、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失が大きくなる問題があった。

本発明は前記従来の課題を解決するもので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に働くベーン溝との摩擦抵抗力を軽減することにより、ベーンがベーン溝内を往復運動することにより発生する摺動損失を低減し、入力ロスの小さい回転式圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来技術の課題を解決するために、本発明の回転式圧縮機は、シリンダー室を持つシリンダーと、シリンダー室内を揺動運動するピストンと、ピストンに嵌合される偏心部を持つシャフトと、シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダーに形成され、ベーンが往復運動するベーン溝を有し、ベーンの先端部をピストンと揺動自在に
接続して構成されており、ピストンの内周面のうち、シャフトの偏心部と対向する摺動面においては、シリンダー室の吸入室側に、ピストンの高さ方向に他の部分よりも幅の小さい狭小部を形成、もしくは、ディンプル加工を施し、狭小部を形成した範囲、もしくはディンプル加工を施した範囲は、ベーンがベーン溝に最も収納された時点のピストンの内周面とベーンの厚み方向中心線との交点を基点とし、シャフトの回転方向に３０度から１８０度までの範囲内であることを特徴としたものである。

上記によれば、ピストンの内周面のうち、シャフトの偏心部と対向する摺動面を縮小し、この摺動面の面積に比例するオイルの粘性力を低減することが可能となる。これにより、シャフトが回転する際に、シャフトの偏心部外周面とピストンの内周面の間に介在するオイルの粘性により、ピストンに対し、シャフトの回転方向に作用するシャフトの偏心部中心回りの回転モーメントを小さくすることができるので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、ベーンの先端部がこの回転モーメントを支持する力の反力として前記両接点に働くベーン溝との摩擦抵抗力が軽減される。従って、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態１における回転式圧縮機を示す縦断面図 本発明の実施の形態１における回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図 本発明の実施の形態１における回転式圧縮機の動作を説明するための模式図 本発明の実施の形態１における回転式圧縮機のピストンを示す斜視図 本発明の実施の形態１における回転式圧縮機のピストンの内周面を示す表面展開図 本発明の実施の形態２における回転式圧縮機のピストンを示す斜視図 従来技術の回転式圧縮機を示す縦断面図 従来技術の回転式圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図 従来技術の回転式圧縮機の要部の動作を説明するための模式図

第１の発明は、シリンダー室を持つシリンダーと、シリンダー室内を揺動運動するピストンと、ピストンに嵌合される偏心部を持つシャフトと、シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダーに形成され、ベーンが往復運動するベーン溝を有し、ベーンの先端部をピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機において、ピストンの内周面のうち、シャフトの偏心部と対向する摺動面においては、シリンダー室の吸入室側に、ピストンの高さ方向に他の部分よりも幅の小さい狭小部を形成し、狭小部は、ベーンがベーン溝に最も収納された時点のピストンの内周面とベーンの厚み方向中心線との交点を基点とし、シャフトの回転方向に３０度から１８０度までの範囲内に形成したものである。

これにより、狭小部の開始角度を軽負荷部分の基点から３０度ずらせてあるので、吐出動作時に軽負荷部分の基点の近傍に荷重が作用しても、十分な耐久性を確保でき、信頼性が低下することはない。

第２の発明は、シリンダー室を持つシリンダーと、シリンダー室内を揺動運動するピストンと、ピストンに嵌合される偏心部を持つシャフトと、シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダーに形成され、ベーンが往復運動するベーン溝を有し、ベーンの先端部をピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機において、ピストンの内周面のうち、シャフトの偏心部と対向する摺動面においては、シリンダー室の吸入
室側に、ディンプル加工を施し、ディンプル加工は、ベーンがベーン溝に最も収納された時点のピストンの内周面とベーンの厚み方向中心線との交点を基点とし、シャフトの回転方向に３０度から１８０度までの範囲内に形成したものである。

これにより、ディンプル加工の開始角度を軽負荷部分の基点から３０度ずらせてあるので、吐出動作時に軽負荷部分の基点の近傍に荷重が作用しても、十分な耐久性を確保でき、信頼性が低下することはない。

第３の発明は、特に第１または２の発明の回転式圧縮機において、作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いた場合に、特に高温において化学的安定性が低下することに伴い、潤滑性が悪化するので、より効果的にベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減することができる。

以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の回転式圧縮機の実施の形態１における、一つの圧縮機構部を備えた単段圧縮回転式圧縮機の縦断面図、図２は同回転式圧縮機の圧縮機構部１０１の横断面図を示している。

図１に示した回転式圧縮機１００は円筒状の密閉容器１と、この密閉容器１の内部上側に配置された電動機部１０２、及びこの電動機部１０２の下側に配置され、この電動機部１０２によって駆動される圧縮機構部１０１によって構成されており、密閉容器１の底部をオイル溜りとしている。

電動機部１０２は、密閉容器１の内部上側の内周面に沿って環状に取り付けられたステータ２と、このステータ２の内側に若干の隙間を設けて挿入されるロータ３とからなっており、このロータ３は中心部で鉛直方向にシャフト４に固定されている。

図１及び図２に示すように、圧縮機構部１０１は、シリンダー５と、このシリンダー５の両端面に締結されてシリンダー室６を形成する上軸受け７及び下軸受け８と、この上軸受け７と下軸受け８との間に位置するシャフト４の偏心部４Ａに嵌合されるピストン９と、シリンダー５に半径方向に形成されるベーン溝１０内を往復運動するベーン１１を有しており、ベーン１１の先端部１１Ａを円弧形状として、ピストン９に形成された嵌合部９Ａに揺動自在に嵌合接続することにより、シリンダー室６内にベーン１１によって仕切られた吸入室１２と圧縮室１３とを形成する。

前述のように構成された本実施の形態による回転式圧縮機の動作を図３に基づき説明する。図３は本発明の実施の形態１における回転式圧縮機の動作を示す模式図である。

図３に示すように、ピストン９を６０度ずつ矢印の方向に公転回転させた時のピストン９とベーン１１との位置関係を図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）の順に示している。図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）の順に吸入ポート１７から作動冷媒が吸入され、シャフト４の回転に伴うピストン９の揺動運動とベーン１１の往復運動により作動冷媒が徐々に圧縮され、図３（Ｆ）のタイミングで図示しない吐出ポート１８から作動冷媒が吐出する。

なお、この動作中は、シャフト４に設けられたオイルポンプにより、オイル溜り内のオ
イルが吸引されてシャフト４に設けられた中空孔を通り、圧縮機構部１０１内の摺動面、例えば、シャフト４の偏心部４Ａとピストン９の内周面９Ｂ、ピストン９の外周面とシリンダー５の内周面に給油されて潤滑される。

次に、前述のように構成された本実施の形態１による回転式圧縮機のピストン９について図４及び図５を用いて説明する。図４は本発明の実施の形態１における回転式圧縮機のピストンを示す斜視図、図５は同回転式圧縮機のピストンの内周面を示す表面展開図で、ベーン１１がベーン溝１０に最も収納された時点のピストン９の内周面９Ｂとベーン１１の厚み方向中心線との交点を基点とし、ピストン９の内周面９Ｂをシャフト４の回転方向に展開した表面展開図である。

図４及び図５に示すように、ピストン９の内周面９Ｂには、図中の２本の二点鎖線で挟まれた、シャフト４の偏心部４Ａが対向する摺動面が形成されており、この摺動面はピストン９の高さ方向に比較的幅の大きい広大摺動部９Ｃと、それよりも幅の小さい狭小摺動部９Ｄとで構成されている。図４及び図５を用いた説明では、狭小摺動部９Ｄはピストン９の高さ方向上側を切除する態様にて形成されているが、ピストン９の高さ方向下側を切除する態様にて形成してもよい。また、この狭小摺動部９Ｄは、ベーン１１がベーン溝１０に最も収納された時点のピストン９の内周面９Ｂとベーン１１の厚み方向中心線との交点を基点とし、シャフト４の回転方向に３０度から１８０度までの範囲内に設けられている。この角度範囲に設ける理由は以下の通りである。

図３（Ａ）の状態から図３（Ｄ）の状態に至るまでのピストン９の公転回転中は、ピストン９の内周面９Ｂのうち、吸入室１２側の摺動面は、軽負荷部分となり、負荷は非常に軽微である。また、図３（Ｄ）の状態から図３（Ａ）の状態に至るまでのピストン９の公転回転中は、ピストン９の内周面９Ｂのうち、圧縮室１３側の摺動面に負荷は作用するが、吸入室１２側の摺動面に作用する負荷は非常に軽微である。従って、ピストン９の内周面９Ｂのうち、ベーン１１がベーン溝１０に最も収納された時点のピストン９の内周面９Ｂとベーン１１の厚み方向中心線との交点を基点とし、そこから、シャフト４の回転方向に１８０度までの範囲内にある、シャフト４の偏心部４Ａと対向する摺動面は軽負荷部分となる。

そのため、この軽負荷部分に狭小部９Ｄを形成して、ピストン９に作用する回転モーメントを低減するものである。また、吐出動作時に軽負荷部分の基点の近傍に荷重が作用しても、十分な耐久性を確保できるように、狭小部９Ｄの開始角度を、ベーン１１がベーン溝１０に最も収納された時点のピストン９の内周面９Ｂとベーン１１の厚み方向中心線との交点となる基点Ｏから３０度ずらせてあるので、信頼性が低下することはない。

以上の構成により、シャフトの偏心部とピストンの内周面との摺動において焼付き等の影響が少なく、吐出動作時の耐久性を確保した状態で、ピストンの内周面のうち、シャフトの偏心部と対向する摺動面を縮小し、この摺動面の面積に比例するオイルの粘性力を低減することが可能となる。これにより、シャフトが回転する際に、シャフトの偏心部外周面とピストンの内周面の間に介在するオイルの粘性により、ピストンに対し、シャフトの回転方向に作用するシャフトの偏心部中心回りの回転モーメントを小さくすることができるので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、ベーンの先端部がこの回転モーメントを支持する力の反力として前記両接点に働くベーン溝との摩擦抵抗力が軽減される。従って、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における回転式圧縮機のピストンを示す斜視図を示してい
る。図６のように、ピストン９の内周面９Ｂのうち、シャフト４の偏心部４Ａと対向する摺動面においては、ベーン１１がベーン溝１０に最も収納された時点のピストン９の内周面９Ｂとベーン１１の厚み方向中心線との交点を基点とし、シャフト４の回転方向に３０度から１８０度までの範囲内にディンプル加工２０を施している。

この構成により、実施の形態１と同様の効果が得られ、シャフトが回転する際に、シャフトの偏心部外周面とピストンの内周面の間に介在するオイルの粘性により、ピストンに対し、シャフトの回転方向に作用するシャフトの偏心部中心回りの回転モーメントを小さくすることができるので、ベーンがベーン溝内を往復運動する際に、ベーンがベーン溝内を往復運動することによって発生する摺動損失を低減し、入力ロスが小さい回転式圧縮機を提供することが可能となる。更に、ディンプル加工を施した部分はオイル溜りとして機能するので、上記摺動面におけるオイル不足による潤滑不良を防止でき、信頼性も向上する。

以上のように、本発明にかかる回転式圧縮機は、入力ロスを小さくすることができるため、給湯器用圧縮機、空気圧縮の用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ ステータ
３ ロータ
４ シャフト
４Ａ 偏心部
５ シリンダー
６ シリンダー室
７ 上軸受け
８ 下軸受け
９ ピストン
９Ａ 嵌合部
９Ｂ 内周面
９Ｃ 幅大部
９Ｄ 狭小部
１０ ベーン溝
１１ ベーン
１１Ａ 先端部
１２ 吸入室
１３ 圧縮室
１７ 吸入ポート
１８ 吐出ポート
１９ 吐出マフラー室
２０ ディンプル加工
１００ 回転式圧縮機
１０１ 圧縮機構部
１０２ 電動機部
２０１ 接点
２０２ 接点

Claims (3)

1. シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を揺動運動するピストンと、前記ピストンに嵌合される偏心部を持つシャフトと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機において、前記ピストンの内周面のうち、前記シャフトの偏心部と対向する摺動面においては、前記シリンダー室の吸入室側に、前記ピストンの高さ方向に他の部分よりも幅の小さい狭小部を形成し、前記狭小部は、前記ベーンが前記ベーン溝に最も収納された時点の前記ピストンの内周面と前記ベーンの厚み方向中心線との交点を基点とし、前記シャフトの回転方向に３０度から１８０度までの範囲内に形成したことを特徴とする回転式圧縮機。
2. シリンダー室を持つシリンダーと、前記シリンダー室内を揺動運動するピストンと、前記ピストンに嵌合される偏心部を持つシャフトと、前記シリンダー室内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記シリンダーに形成され、前記ベーンが往復運動するベーン溝を有し、前記ベーンの先端部を前記ピストンと揺動自在に接続して構成される回転式圧縮機において、前記ピストンの内周面のうち、前記シャフトの偏心部と対向する摺動面においては、前記シリンダー室の吸入室側に、ディンプル加工を施し、前記ディンプル加工は、前記ベーンが前記ベーン溝に最も収納された時点の前記ピストンの内周面と前記ベーンの厚み方向中心線との交点を基点とし、前記シャフトの回転方向に３０度から１８０度までの範囲内に形成したことを特徴とする回転式圧縮機。
3. 作動冷媒として炭素と炭素間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンと混合した冷媒を用いたことを特徴とする請求項１または２に記載の回転式圧縮機。