JP5542675B2 - 回転型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されることが可能な回転型圧縮機に関するものである。

従来、冷凍装置や空気調和装置などにおいては、蒸発器で蒸発したガス冷媒を吸入し、凝縮するために必要な圧力まで圧縮し、冷媒回路中に高温高圧のガス冷媒を送り出す回転型圧縮機が使用されている。このような回転型圧縮機の一つとして、ローリングピストン型ロータリ圧縮機が知られている。
ローリングピストン型ロータリ圧縮機は、たとえば図１９、図２０に示すように、電動機２と圧縮機構部３をクランク軸３１で連結して密閉容器１内に収納したものである。圧縮機構部３は、シリンダ３０とこのシリンダ３０の両端面を閉塞する上軸受３４ａの端板３４と下軸受３５ａの端板３５とで形成された圧縮室３９と、この圧縮室３９内に上軸受３４ａおよび下軸受３５ａに支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン１３２と、このピストン１３２の外周に偏心回転に追従して往復運動し圧縮室３９内を低圧部と高圧部とに仕切るベーン１３３を備えている。クランク軸３１には軸線に沿って油穴４１が設けられるとともに、上軸受３４ａ、下軸受３５ａに対する壁部には、それぞれ油穴４１に連通した給油穴４２、４３が設けられている。また、クランク軸３１の偏心部３１ａに対する壁部には油穴４１に連通した給油穴４４が設けられ、外周部には油溝４５が形成されている。シリンダ３０には、圧縮室３９内の低圧部に向けてガスを吸入する吸入ポート４０が開通され、上軸受３４ａには、圧縮室３９内の低圧部から転じて形成される高圧部からガスを吐出する吐出ポート３８が開通されている。吐出ポート３８は上軸受３４ａを貫通する平面視円形の孔として形成されている。吐出ポート３８の上面には所定の大きさ以上の圧力を受けた場合に解放される吐出弁３６が設けられている。カップマフラ−３７は吐出弁３６を覆っている。低圧部側ではピストン１３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室を徐々に拡大しながら離れていき、吸入ポート４０から吸入室内にガスを吸入する。一方、高圧部側ではピストン１３２の摺動部が吐出ポート３８へ圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開いて吐出ポート３８からガスを流出し、カップマフラ−３７より密閉容器１内に吐出される。
上記の構成では、ピストン１３２とベーン１３３先端の摺動部の面圧が高くオイルが保持されにくく、摺動性が厳しいため、磨耗が起こりやすい。なお、代替冷媒の移行により、非共沸混合冷媒のＲ４０７ＣやＲ４１０Ａを使用すると冷媒自身の潤滑性が悪く、磨耗がさらに発生しやすい。
この磨耗を解決する手段として、図２１に示す特許文献１が提案されている。図２１に示すように、シリンダ３０と、シリンダ３０内に設けられたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン３２と、シリンダ３０に設けられたスロット内を往復運動してピストン３２と先端部で揺動自由に接続されるベーン３３と、シリンダ３０の両端面を閉塞する二つの端板３４、３５と、少なくとも一方の端板３４、３５に吐出ポート３８とを有する揺動ピストン型圧縮機を採用することで、ピストン３２とベーン３３先端の揺動部の摺動面積が大きいので面圧が下がり摺動性が良好になり、信頼性を向上させることができる。

特開昭５０−８０５１０号公報

しかしながら、特許文献１の構成ではベーン３３とピストン３２の嵌合する揺動部の潤滑は圧縮室に存在するミスト状のオイルが吸入室へ差圧により流れていくのみであり、過負荷などの厳しい運転において、揺動部の摩耗などの信頼性に課題が生じる恐れがあった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ベーンとピストンの嵌合揺動部に積極的にオイルを供給することができ、回転型圧縮機の信頼性をさらに向上させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の回転型圧縮機は、シリンダ内を旋回運動するピストンと、前記シリンダ内を吸入室と吐出口が開口する圧縮室に仕切り前記シリンダのベーン溝に挿入されるベーンと、前記ベーン先端の挿入部と前記挿入部が挿入される前記ピストンの嵌合部とで形成される揺動部で前記ピストンと前記ベーンとが揺動自在に接続される回転型圧縮機であって、高圧のオイル溜りから前記揺動部へのオイル供給経路を形成したものである。
これにより、ベーンとピストンの嵌合揺動部に積極的にオイルを供給することができ、回転型圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。

本発明の回転型圧縮機は、ベーンとピストンの嵌合揺動部に高圧のオイルを供給する経路を形成することで、積極的にオイルを供給することができ、回転型圧縮機の信頼性を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態における回転型圧縮機の縦断面図 同回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の圧縮動作を示す模式図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大分解斜視図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 本発明の第２の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 本発明の第３の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 本発明の第４の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 同回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 同回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 本発明の第５の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図 同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図 従来のローリングピストン回転型圧縮機の縦断面図 同圧縮機構部を示す断面図 従来の揺動ピストン回転型圧縮機の圧縮機構部を示す縦断面図と横断面図

第１の発明は、シリンダ内を旋回運動するピストンと、前記シリンダ内を吸入室と吐出口が開口する圧縮室に仕切り前記シリンダのベーン溝に挿入されるベーンと、前記ベーン先端の挿入部と挿入部が挿入される前記ピストンの嵌合部とで形成される揺動部で前記ピストンと前記ベーンとが揺動自在に接続される回転型圧縮機であって、高圧のオイル溜りから前記揺動部へのオイル供給経路が形成され、前記オイル供給経路が、前記シリンダの端面に配された下軸受を貫通し、前記オイル溜りに開口する穴と、前記穴に前記ベーンの往復運動により間欠開口するように、前記ベーン先端の前記挿入部の端面から前記ベーンの前記挿入部先端に連通する穴により構成されたことにより、ベーンとピストンの嵌合揺動部に積極的にオイルを供給することができ、回転型圧縮機の信頼性をさらに向上させることができる。また、揺動部にオイルの量を調節して供給することが可能となり、揺動部の信頼性を向上するとともに効率も向上することができる。
第２の発明は、特に第１の発明のベーンの挿入部先端に窪みを構成したことにより、揺動部へ確実にオイルを供給することができる。
第３の発明は、特に第１の発明のピストンの嵌合部に窪みを構成したことにより、揺動部へ確実にオイルを供給することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。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は本発明の第１の実施の形態における回転型圧縮機の縦断面図、図２は同回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図である。図３は同回転型圧縮機の圧縮動作を示す模式図、図４は同回転型圧縮機の要部を示す拡大分解斜視図、図５は同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図である。

図１と図２に示す本発明の回転型圧縮機は、電動機２と圧縮機構部３をクランク軸３１で連結して密閉容器１内に収納したものである。圧縮機構部３は、シリンダ３０とこのシリンダ３０の両端面を閉塞する上軸受３４ａの端板３４と下軸受３５ａの端板３５とで形成された圧縮室３９と、この圧縮室３９内に上軸受３４ａおよび下軸受３５ａに支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン３２と、圧縮室３９内を低圧部と高圧部とに仕切りピストン３２と先端部で揺動自由に接続されるベーン３３とを備えている。図４の分解斜視図に示すように、ベーン３３の先端部である円筒形の挿入部３３ａと、ピストン３２に形成されベーン３３の挿入部３３ａが挿入される円筒形の嵌合部３２ａとが揺動自在に嵌合接続する構成となっており、ベーン３３先端の挿入部３３ａとピストン３２の嵌合部３２ａの間には揺動の為の隙間が設けられている。クランク軸３１には軸線部に油穴４１が設けられるとともに、上軸受３４ａ、下軸受３５ａに対する壁部には、それぞれ油穴４１に連通した給油穴４２、４３が設けられている。また、クランク軸３１の偏心部３１ａに対する壁部には油穴４１に連通した給油穴４４が設けられ、外周部には油溝４５が形成されている。オイル溜り６に貯留されている高圧のオイルはクランク軸３１の回転による遠心力で油穴４１を上り、油穴４２、４３、４４、および油溝４５に供給され、軸受部の潤滑を行っている。シリンダ３０には、圧縮室３９内の低圧部に向けてガスを吸入する吸入ポート４０が開通され、上軸受３４ａには、圧縮室３９内の低圧部から転じて形成される高圧部からガスを吐出する吐出ポート３８が開通されている。吐出ポート３８は上軸受３４ａの端板３４を貫通する平面視円形の孔として形成されている。吐出ポート３８の上面には所定の大きさ以上の圧力を受けた場合に解放される吐出弁３６が設けられている。カップマフラ−３７は吐出弁３６を覆っている。

次に、図３を用いて、本実施の形態の圧縮動作を説明する。図３に示すように、ピストン３２を９０度ずつ回転させた時のピストン３２とベーン３３との位置関係を図３（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）の順に示している。図３に示すようにクランク軸３１が一回転する間に低圧部側ではピストン３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室を徐々に拡大しながら離れていき、吸入ポート４０から吸入室内にガスを吸入する。一方、高圧部側ではピストン３２の摺動部が吐出ポート３８へ圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開いて吐出ポート３８からガスを流出し、カップマフラ−３７より密閉容器１内に吐出される。

以上のように構成された回転型圧縮機において、図２と図５に示すように、ピストン３２の内面３２ｂから円筒形の嵌合部３２ａに連通する給油穴６０が形成されている。この給油穴６０が形成されることにより、油溝４５がクランク軸３１の回転により一定区間この給油穴６０に連通し、油溝４５に存在するオイルが給油穴６０を通り、円筒型の嵌合部３２ａとベーン３３先端の挿入部３３ａで形成される揺動部に供給される。この供給されたオイルにより揺動部の摺動状態が更に良化すると共に、揺動部のシール性も向上して揺動部の隙間を通じて高圧の圧縮室３９から低圧の吸入室へのガスの漏れをさらに抑制できる。また給油穴６０に油溝４５が連通している間、オイルが供給されるので、供給量をコントロールすることができる。図１９、２０で示す一般的なローリングピストン型ロータリ圧縮機では、ベーン１３３先端ではオイルが保持されにくく、摺動性が厳しく油膜が形成されにくいのに対し、本実施の形態の回転型圧縮機では揺動部に給油穴６０によって供給されたオイルが保持されるため、摺動状態が良化し、信頼性が向上する。従って、本実施の形態では、揺動部に対して、高圧のオイル溜りから揺動部へのオイル供給経路を形成したことにより、積極的にオイルを供給することができ、回転型圧縮機の信頼性を向上することができる。

（実施の形態２）
次に、ベーン３３先端の挿入部３３ａとピストン３２の嵌合部３２ａとで形成される揺動部にオイルを供給する他の実施の形態を説明する。
図６は本発明の第２の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図であり、図７は同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図である。なお、前述の実施の形態１と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。

本実施の形態では、ベーン３３の背面３３ｂからベーン３３先端の挿入部３３ａに連通する給油穴６１を形成している。ベーン３３の背面３３ｂにはオイルが存在するので給油穴６１を通して、ベーン３３先端とピストン３２の嵌合部３２ａとで形成される揺動部の隙間を通して高圧部と吸入室の差圧により揺動部にオイルが供給された後、吸入室へ供給されることで摺動状態が良化し、信頼性が向上する。

（実施の形態３）
次に、ベーン３３先端の挿入部３３ａとピストン３２の嵌合部３２ａとで形成される揺動部にオイルを供給する更に他の実施の形態を説明する。
図８は本発明の第３の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図であり、図９と図１０は本発明の第３の実施の形態における回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図である。なお、前述の実施の形態１と２と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。

本実施の形態では、下軸受３５ａの端板３５からオイル溜り６に開口する給油穴６２を設けると共に、ベーン３３の下端面３３ｃからベーン３３先端の挿入部３３ａに連通する給油穴６３を設けている。給油穴６３の下端面３３ｃ側はベーン３３の往復運動により給油穴６２と間欠的に連通する位置に配設している。この構成によりオイル溜り６のオイルは給油穴６２と給油穴６３を経由してベーン３３先端とピストン３２の揺動部を潤滑した後、吸入室へ供給される。この結果、揺動部の摺動状態が良化し、信頼性が向上する。また給油穴６３は給油穴６２と間欠的に連通するので連通している割合を変更することで供給するオイル量を調節できる。

（実施の形態４）
次に、ベーン３３先端の挿入部３３ａとピストン３２の嵌合部３２ａとで形成される揺動部にオイルを供給するために適用されるベーン３３先端の挿入部３３ａの実施の形態を説明する。
図１１と図１３と図１５は本発明の第４の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図であり、図１２と図１４と図１６は同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図である。なお、前述の実施の形態１から３と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。

本実施の形態では、ベーン３３先端の挿入部３３ａにＤカット等の窪み３３ｄを設けたものである。なお、この窪み３３ｄは、オイルを供給する給油穴が形成されているときには、ベーン３３先端とピストン３２の揺動部にオイルを供給する給油穴に臨む部位に設けたものである。このＤカット等の窪み３３ｄにより給油穴から供給されるオイルを貯留できると共に揺動部が潤滑しやすくなる。

（実施の形態５）
次に、ベーン３３先端の挿入部３３ａとピストン３２の嵌合部３２ａとで形成される揺動部にオイルを供給する更に他の実施の形態を説明する。
図１７は本発明の第５の実施の形態における回転型圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図であり、図１８は同回転型圧縮機の要部を示す拡大斜視図である。なお、前述の実施の形態１から４と同一構成要素には同一符号を付与して説明を省略する。

本実施の形態では、ベーン３３先端とピストン３２の揺動部にオイルを供給する給油穴６０に臨むピストン３２に形成された円筒形の嵌合部３２ａに窪み３２ｃを設けたものである。この窪み３２ｃにより給油穴６０から供給されるオイルを貯留できると共に揺動部が潤滑しやすくなる。なおこの窪み３２ｃはベーン３３もしくはピストン３２の一方、又は両方に構成してもよい。

なお、前述の各実施の形態において、ベーン３３先端とピストン３２の揺動部にオイルを供給する給油穴の端部にＣ面取りを設けてもよい。このＣ面取りにより給油穴から供給されるオイルを貯留できると共に揺動部が潤滑しやすくなる。

以上のように、本発明の回転型圧縮機は、ベーン先端の磨耗や焼き付きなどの信頼性面の低下を抑制するとともに、漏れ損失と摺動損失を同時に低減し、圧縮機の高効率化を図ることが可能となる。これにより、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ２や可燃性冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などにも適用できる。

１ 密閉容器
２ 電動機
３ 圧縮機構部
５ 上シェル
６ オイル溜り
７ バネ
２２ 固定子
２４ 回転子
３０ シリンダ
３０ａ シリンダ内壁
３０ｂ スロット
３１ クランク軸
３１ａ 偏芯部
３２ ピストン
３２ａ 嵌合部
３２ｂ ピストン内面
３２ｃ 窪み
３３ ベーン
３３ａ 挿入部
３３ｂ ベーン背面
３３ｃ ベーン下端面
３３ｄ 窪み
３４ 端板
３４ａ 上軸受
３５ 端板
３５ａ 下軸受
３６ 吐出弁
３７ カップマフラ−
３８ 吐出ポート
３９ 圧縮室
４０ 吸入ポート
４１ 油穴
４２ 給油穴
４３ 給油穴
４４ 給油穴
４５ 油溝
４８ 経路
５１ 冷媒吐出管
５２ 吐出空間
６０ 給油穴
６１ 給油穴
６２ 給油穴
６３ 給油穴

Claims (3)

1. シリンダ内を旋回運動するピストンと、
   前記シリンダ内を吸入室と吐出口が開口する圧縮室に仕切り前記シリンダのベーン溝に挿入されるベーンと、
   前記ベーン先端の挿入部と前記挿入部が挿入される前記ピストンの嵌合部とで形成される揺動部と、を備え、
   前記揺動部で前記ピストンと前記ベーンとが揺動自在に接続される回転型圧縮機であって、
   高圧のオイル溜りから前記揺動部へのオイル供給経路が形成され、
   前記オイル供給経路が、
   前記シリンダの端面に配された下軸受を貫通し、前記オイル溜りに開口する穴と、
   前記穴に前記ベーンの往復運動により間欠開口するように、前記ベーン先端の前記挿入部の端面から前記ベーンの前記挿入部先端に連通する穴により構成されたことを特徴とする回転型圧縮機。
2. 前記ベーンの挿入部先端に窪みを構成した請求項１に記載の回転型圧縮機。
3. 前記ピストンの前記嵌合部に窪みを構成した請求項１に記載の回転型圧縮機。