JP5951039B2 - ロータリ圧縮機 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るロータリ圧縮機の構造を示す概略縦断面図であり、第1圧縮機構部が圧縮状態で、第2圧縮機構部が休筒状態を示している。図2は、図1のA−A断面図で、第1圧縮機構部における圧縮状態を示した図である。図3は、図1のB−B断面図で、第2圧縮機構部における圧縮状態を示した図である。
ロータリ圧縮機100Aは、密閉容器3の内部空間8aに、電動機部9と、電動機部9に駆動軸6を介して接続され、駆動軸6を介して電動機部9から伝達される駆動力によって冷媒を圧縮する圧縮機構部99とを備えている。駆動軸6は密閉容器3内に上下方向に延びるように配置されており、駆動軸6において圧縮機構部99を境とした上部側の長軸部6aに電動機部9の回転子9aが取り付けられ、下部側の短軸部6bに圧縮機構部99が取り付けられる。また、駆動軸6は、その両端のうちの上側が第1(長軸)支持部材60の軸受部60aで支持され、下側が第2(短軸)支持部材70の軸受部70aで支持されている。
以下、ロータリ圧縮機の基本動作として、両側運転モード時の動作について図1〜図3を参照して説明する。
両側運転モードでは、四方弁51aが図1の点線側に切り換えられる。そして、制御装置110(図8参照)により電動機部9が駆動されると、駆動軸6が図2の回転方向Rに回転(図2に示すようにベーン位置を基準に回転位相θ)する。駆動軸6が回転することにより、偏心軸部6c及び偏心軸部6dが、シリンダ室12、22内を、それぞれ位相180度遅れるように偏心移動する。それに伴い、ピストン13、23Aがシリンダ室12、22内を揺動運動する。
次に、本実施の形態1の特徴的な構成について説明する。本発明は、上述したようベーン跳び後のベーン先端部14a、24aのピストン13、23Aの凹部31、41への再嵌合を容易に行うことと、少なくとも一方のピストンが揺動ピストン形式のロータリ圧縮機において、休筒運転方式の機械式容量制御を可能とすることとを目的としている。ここではまず、最初の目的を達成するための回転止め機構35、45及びその動作について説明し、続いて、2つめの目的を達成するための休筒式容量制御機構50A及びその動作について説明する。
図4は、図1のA−A断面図で、第1圧縮機構部におけるベーン跳び状態を示した図である。図5は、図4の一部拡大図である。第1圧縮機構部10A側の回転止め機構35と、第2圧縮機構部20A側の回転止め機構45とは同じ構成であるため、ここでは図4を参照して第1圧縮機構部10A側の回転止め機構35について説明する。
以下、本実施の形態1の特徴的な動作1として、回転止め機構35、45の動作について図5を参照して説明する。回転止め機構35、45の動作は同じであるため、以下では、回転止め機構35の例で説明する。
図6は、図1のB−B断面図で、第2圧縮機構部の休筒状態を示している。以下、休筒式容量制御機構50A(図1参照)について図6及び図1を参照して説明する。
休筒式容量制御機構50Aは、片側圧縮モードの際に、第2圧縮機構部20Aのベーン24をベーン溝19内で後退させ、シリンダ室22における圧縮作用を休止し、第2圧縮機構部20Aを休筒運転状態とする機構である。
(片側運転モード)
以下、片側運転モード時の動作について図6及び図1を参照して説明する。なお、第1圧縮機構部10Aでは、上述の両側運転モード時と同様に圧縮運転を行っており、動作は両側運転モード時と同様である。よって、ここでは、第2圧縮機構部20Aの動作について説明する。第2圧縮機構部20Aは、片側運転モードでは休筒運転を行うことから、以下、休筒運転について説明する。
以上のように本実施の形態1によれば、ピストン13の外周面に設けた突起部36、46と挿入穴37、47とによる簡単な構造の回転止め機構35、45により、ベーン跳び後のベーン先端部14a、24aのピストン13、23Aの凹部31、41への再嵌合を実現できる。
上記実施の形態1は、ピストン13、23の両方が揺動ピストン形式であったが、実施の形態2は、一方を揺動ピストン形式、他方をローリングピストン形式としている。実施の形態2では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、実施の形態1と同一部分には、同一符号を付す。また、実施の形態1と同様の構成部分について適用される変形例は、本実施の形態2についても同様に適用される。
実施の形態2のロータリ圧縮機100Bは、実施の形態1と同様の揺動ピストン形式の第1圧縮機構部10Aと、実施の形態1の第2圧縮機構部20Aに代えてローリングピストン形式の第2圧縮機構部20Bとを備えている。また、ロータリ圧縮機100Bは、実施の形態1の休筒式容量制御機構50Aに代えて休筒式容量制御機構50Bを備えている。
まず、第2圧縮機構部20Bと実施の形態1の第2圧縮機構部20Aとの相違点について説明する。上記ロータリ圧縮機100Aの第2圧縮機構部20Aでは、ピストン23が、シリンダ21の内周面を揺動しながら移動する揺動ピストン形式とした。これに対し、ロータリ圧縮機100Bの第2圧縮機構部20Bでは、ピストン23Bが偏心軸部6dまわりに回転移動するローリングピストン形式としている。また、(回転)ピストン23Bの外周面上には凹部41と突起部46とが無い点も、第2圧縮機構部20Aのピストン23Aと相違している。つまり、第2圧縮機構部20Bには、揺動ピストン機構40と回転止め機構45が設けられておらず、両側圧縮モード、片側圧縮モード(休筒運転時)、過渡的なベーン跳び状態の何れにおいても、(回転)ピストン23Bが偏心回転移動する。第2圧縮機構部20Bでは更に、第2圧縮機構部20Aでのバネ26が省略されている点も、第2圧縮機構部20Aと相違している。
次に、休筒式容量制御機構50Bと実施の形態1の休筒式容量制御機構50Aとの相違点について説明する。休筒式容量制御機構50Bは、四方弁51aに代わって三方弁51bが用いられ、片側圧縮モードと両側圧縮モードとで冷媒の流れを切り換える。片側圧縮モードでは三方弁51bが図8の実線側に切り換えられ、吸入マフラ7の流出管7dから流出してシリンダ吸入流路27へ向かう低圧ガス冷媒の一部をベーン背圧導入管52を介してベーン背圧室29aに導く。両側圧縮モードでは、三方弁51bが図8の点線側に切り換えられ、潤滑油貯蔵部3a内の高圧の潤滑油をベーン背圧導入管52を介してベーン背圧室29aに導く。また、休筒式容量制御機構50Bでは、分配流路55が省略されている。
(片側圧縮モード)
以下、片側運転モード時の動作について図8、図9を参照して説明する。なお、片側運転モードにおける第1圧縮機構部10Aの動作は、実施の形態1の両側運転モードの場合と同様(図2参照)であるため、ここでは、第2圧縮機構部20Bにおける休筒運転について説明する。
以下、両側圧縮モード時の動作について図8、図10を参照して説明する。両側圧縮モードでは、三方弁51bが図8の点線側に切り換えられ、第1圧縮機構部10Aが図2の状態となり、第2圧縮機構部20Bが図10の状態となる。第1圧縮機構部10Aの動作は、実施の形態1の両側運転モードの場合と同様であるため、ここでは、第2圧縮機構部20Bにおける圧縮運転について説明する。
以上のように本実施の形態2によれば、回転止め機構35による実施の形態1と同様の作用効果が得られると共に、少なくとも一方のピストンを揺動ピストン形式とした2気筒ロータリ圧縮機において、休筒式容量制御機構50Bにより、休筒運転方式の機械式容量制御が可能となる。
図11に示すように突起部36は、例えば、回転ピストン13の高さ方向の厚みをtとして、回転ピストン13の外周面のうちで、4t/5分を通常通りの円形状に旋盤加工し、残りt/5分を通常より大きな円形状で旋盤加工する。その後、突起部36を加工できるように、回転ピストン13の外周面から所定の高さと角度で外側へと突出した三角形状の突起部36を切削加工して、回転ピストン13と一体化した構造を作製した。
上記実施の形態1と2では説明しなかったが、本実施の形態3では、量産する上で優位な、回転止め機構35の突起部36の形状と、突起部36とピストン13との一体化構造の作製方法とについて説明する。
実施の形態3のロータリ圧縮機は、実施の形態1の第1圧縮機構部10Aに代えて第1圧縮機構部10Cを備えている。第1圧縮機構部10Cは実施の形態1、2と同様に、揺動ピストン形式の圧縮機構部である。なお、後述の実施の形態においても、「第1圧縮機構部」は揺動ピストン形式の圧縮機構部である点は同じである。また、第1圧縮機構部10Cの回転止め機構80は、突起部81及び挿入穴37を有し、突起部81はピストン13Aとは別体に形成され、ピストン13Aに固定されている。
以上のように本実施の形態3によれば、回転止め用の突起部81とピストン13Aとを比較的簡単な構造で一体化にすることが可能となり、量産に適したロータリ圧縮機の製造が実現できる。
実施の形態4は、実施の形態3と同様に、回転止め用の突起部の形状と、突起部とピストンとの一体化構造の作製方法とに関するもので、実施の形態3とは別の形態について説明するものである。
実施の形態4のロータリ圧縮機は、実施の形態3の回転止め機構80の突起部81に代えて、突起部81Bを備えている。突起部81Bは、半球形状の先端部81aと、円筒形状の胴体81bと、外周面にネジ山加工が施された後端部81eと、六角形締付け部81dとが一体化された構成を有している。突起部81Bの材料はベーン14と同じ材料とし、シリンダ11との良好な摺動特性を保っている。
以上のように本実施の形態4によれば、実施の形態3と同様の効果が得ることが可能である。
実施の形態1と2では、上述したように回転止め用の突起部36の傾斜面が、シリンダ内周側の挿入穴端部37aと接触押し付け時の応力集中を緩やかにするため、挿入穴端部37aには面取り加工や、R加工が施されている。この応力集中に突起部36が許容できるかどうかの設計判断は、強度、耐久性、信頼性によって総合的に考慮して決定することが必要である。本実施の形態5は、突起部81が挿入穴端部37aと接触して衝撃的に大きな押し付け力が働く場合に、突起部81に働く応力集中を緩やかにする方策を講じたものである。具体的には、突起部81の挿入穴端部37aに対する押し付け力に応じて柔軟に変形する弾性柔構造部90をシリンダ11に設けた構造とした。
実施の形態5は実施の形態3の回転止め機構80に代えて、回転止め機構80Cを備えている。回転止め機構80Cは、図12に示した実施の形態3の回転止め機構80に加えて更に、弾性柔構造部90を有した構成となっている。弾性柔構造部90は、シリンダ11の内周側であって、挿入穴37に隣接して回転方向側に設けられた溝86と、溝86と挿入穴37との間のシリンダ11部分により構成され、弾性変形可能な薄厚(通常、1mm程度)の板87とを有している。
以上のように本実施の形態5によれば、実施の形態3と同様の効果に加えて、突起部81の損傷を防ぐことができ、信頼性の向上を図ることが可能である。なお、ここでは、突起部を実施の形態3の突起部81としたが、実施の形態1、2の突起部36又は実施の形態4の突起部81Bとしてももちろんよい。
本実施の形態6は、突起部81が挿入穴端部37aと接触し、衝撃的に大きな押し付け力が働く場合に、突起部81に働く応力集中を緩やかにする方策として、シリンダ側を柔軟に変形させる弾性構造の別形態を示すものである。
実施の形態6は、実施の形態5の回転止め機構80Cに代えて、回転止め機構80Dを備えている。回転止め機構80Dは、弾性柔構造部の構造が実施の形態5の回転止め機構80Cと異なるもので、弾性柔構造部90に代えて弾性柔構造部90Bを備えている。
以上のように本実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果を得ることが可能である。
実施の形態5、6では、弾性柔構造部をシリンダ11側に設けた構造について説明したが、実施の形態7は、実施の形態5、6において弾性柔構造部を設けたことによる効果と同様の効果を、突起部側の構造を変えることで達成しようとするものである。
図17は、図8のB−B断面図で、本発明の実施の形態7に係る第1圧縮機構部のピストンの構造を示す。以下、本実施の形態7が、図13に示した実施の形態3と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態7は、実施の形態3の突起部81に代えて、突起部91を備えている。突起部91は、ピストン13Aの回転方向に変形可能な薄板弾性構造(薄板バネ構造)部材で構成された先端部91aと、円筒形状の胴体91bと、一本足形状(棒形状)の後端部91cとを有している。先端部91aと胴体91bとは溶接により一体化されている。先端部91aの材料は、シリンダ11との良好な摺動特性を保つものを選定する。突起部91のピストン13Aへの固定構造は実施の形態3と同様であり、止め具85により突起部91がピストン13Aにカシメ固定されている。具体的には、ここでは、止め具85を、貫通穴82のうちピストン内周側の段差丸穴84に圧接し、止め具85の中空軸部内に一本足形状の後端部91cを挿入して締め付けることにより、突起部91がピストン13Aにカシメ固定される。
以上のように本実施の形態7によれば、実施の形態3と同様に回転止め用の突起部91とピストン13Aとを比較的簡単な構造で一体化にすることが可能となり、量産に適したロータリ圧縮機の製造が実現できる。
Claims (17)
- 電動機部と、
前記電動機部に駆動軸を介して連結され、前記駆動軸を介して前記電動機部から伝達される駆動力によって冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
前記電動機部及び前記圧縮機構部を収容し、前記圧縮機構部で圧縮された冷媒が内部に吐出される密閉容器と、を備え、
前記圧縮機構部が、シリンダ室が形成されたシリンダと、前記駆動軸の偏心軸部に回転自在に装着されたピストンと、先端部が前記ピストンの外周面に当接して前記シリンダ室内を吸入室と圧縮室とに仕切り、前記シリンダに設けられたベーン溝内を進退するベーンとを有するロータリ圧縮機において、
前記ピストンの外周面に設けた凹部に前記ベーンの先端部が嵌合されるようにして、前記駆動軸の回転に伴って前記ピストンを前記シリンダ室のシリンダ内周面に沿って旋回させる揺動ピストン機構と、
前記ピストンの外周面に設けた突起部と、前記シリンダ室のシリンダ内周面に設けられて前記突起部の先端部が挿入される挿入穴とを有し、
前記ベーンの先端部が前記凹部から離れて前記ベーンが前記ベーン溝内を後退するベーン跳びが発生した際に、前記ベーンの先端部が前記凹部に再嵌合可能な範囲を超えて前記ピストンが前記偏心軸部を中心として回転するのを規制する回転止め機構と
を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。 - 前記回転止め機構は、前記凹部より回転方向の前記吸入室側に設けら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。
- 前記シリンダは前記吸入室に冷媒を導くシリンダ吸入流路を有し、前記シリンダ吸入流路の前記吸入室側の開口が前記挿入穴を兼ねることを特徴とする請求項2記載のロータリ圧縮機。
- 前記突起部の高さは、前記ピストンの偏心量の2倍より大きいことを特徴とする請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記シリンダの軸方向両端面の何れかから軸方向に延びて前記挿入穴に繋がる切り込みを有し、前記切り込みを通って、前記突起部を形成した前記ピストンを、前記駆動軸と一緒に前記シリンダ室内に挿入可能なことを特徴とする請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記シリンダは、前記挿入穴の前記ピストン側の端部に、前記ピストンの回転方向に変形自在な弾性柔構造部を備えたことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記弾性柔構造部は、前記シリンダの内周側であって、前記挿入穴に隣接して回転方向側に設けられた溝と、前記溝と前記挿入穴との間の前記シリンダ部分により構成され、弾性変形可能な板とを備えたことを特徴とする請求項6記載のロータリ圧縮機。
- 前記弾性柔構造部は、前記シリンダの内周側であって前記挿入穴に隣接して回転方向側に設けられた凹部と、前記挿入穴と前記凹部との間を仕切るように配置された仕切板と、一端が前記凹部に固定され、他端が前記仕切り板に固定されて前記仕切り板を前記ピストンの回転方向に可動可能に支持するバネとを備えたことを特徴とする請求項6記載のロータリ圧縮機。
- 前記突起部の前記先端部を、前記ピストンの回転方向に変形可能な弾性構造部材としたことを特徴とする請求項1〜請求項5の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記突起部は前記ピストンとは別体に構成され、別体で構成された前記突起部は、前記ピストンを径方向に貫通して設けられた貫通穴に固定されていることを特徴とする請求項1〜請求項9の何れか一項に記載のロータリ圧縮機。
- 前記突起部は、その後端部が前記貫通穴に挿入されており、
前記貫通穴と前記後端部とをカシメ固定する止め具を備えたことを特徴とする請求項10記載のロータリ圧縮機。 - 電動機部と、
前記電動機部に駆動軸を介して連結され、前記駆動軸を介して前記電動機部から伝達される駆動力によって冷媒を圧縮する2つの圧縮機構部と、
前記電動機部及び前記2つの圧縮機構部を収容し、前記2つの圧縮機構部で圧縮された冷媒が内部に吐出される密閉容器とを備え、
前記2つの圧縮機構部の少なくとも一方は、シリンダ室が形成されたシリンダと、前記シリンダ内において前記駆動軸の偏心軸部に回転自在に装着されたピストンと、先端部が前記ピストンの外周面に当接して前記シリンダ室内を吸入室と圧縮室とに仕切り、前記シリンダに設けられたベーン溝内を進退するベーンとを有するロータリ圧縮機において、
前記一方の圧縮機構部は、
前記シリンダ内の前記ピストンの外周面に設けた凹部に前記ベーンの先端部が嵌合されるようにして、前記駆動軸の回転に伴って前記ピストンを前記シリンダ室のシリンダ内周面に沿って旋回させる揺動ピストン機構と、
前記ピストンの外周面に設けた突起部と、前記シリンダ室のシリンダ内周面に設けられて前記突起部の先端部が挿入される挿入穴とを有し、前記ベーンの先端部が前記凹部から離れて前記ベーン溝内を後退するベーン跳びが発生した際に、前記ベーンの先端部が前記凹部に再嵌合可能な範囲を超えて前記ピストンが前記偏心軸部を中心として回転するのを規制する回転止め機構と
を備えたことを特徴とするロータリ圧縮機。 - 前記一方の圧縮機構部の前記ベーンの先端部を前記ピストンの前記凹部から離間させた状態を保持し、前記シリンダ室における圧縮作用を休止する休筒運転を可能とする休筒式容量制御機構を備えたことを特徴とする請求項12記載のロータリ圧縮機。
- 他方の圧縮機構部は、前記一方の圧縮機構部と同様、前記揺動ピストン機構及び前記回転止め機構を備えた圧縮機構部であることを特徴とする請求項13記載のロータリ圧縮機。
- 前記2つの圧縮機構部の両方で圧縮運転する両側圧縮モードと、前記一方の圧縮機構部を前記休筒運転し、且つ前記他方の圧縮機構部を圧縮運転する片側圧縮モードとを切り換える切り換え機構を備えたことを特徴とする請求項13又は請求項14記載のロータリ圧縮機。
- 他方の圧縮機構部は、シリンダ室が形成されたシリンダと、前記シリンダ内において前記駆動軸の偏心軸部に回転自在に装着されたピストンと、先端部が前記ピストンの外周面に当接して前記シリンダ室内を吸入室と圧縮室とに仕切り、前記シリンダに設けられたベーン溝内を進退するベーンとを有し、前記他方の圧縮機構部における前記ベーンの先端部を前記ピストンの前記凹部から離間させた状態を保持し、前記シリンダ室における圧縮作用を休止する休筒運転を可能とする休筒式容量制御機構を備えたことを特徴とする請求項12記載のロータリ圧縮機。
- 前記2つの圧縮機構部の両方で圧縮する両側圧縮モードと、前記他方の圧縮機構部を前記休筒運転し、且つ前記一方の圧縮機構部を圧縮運転する片側圧縮モードとを切り換える切り換え機構を備えたことを特徴とする請求項16記載のロータリ圧縮機。
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