JP6693151B2 - ネジ穴つきシリンダを備えたロータリ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ネジ穴つきシリンダを備えたロータリ圧縮機に関する。

特許文献１（特開２００８−１０１５５７号公報）は、ロータリ圧縮機の一例を開示している。このロータリ圧縮機は、円筒空間を有するシリンダと、その円筒空間内に配置されるピストン体と、円筒空間を塞ぐ蓋部材とを備える。ピストン体は、円筒状のローラと、平板状のベーンとを有する。ローラは、その一部をシリンダの円筒空間の内壁に極めて近い距離まで近接させながら偏心回転する。ベーンは、ローラに接触しながら往復運動をすることによって低圧室と高圧室を隔てる。ベーンの往復運動を可能にするために、シリンダには円筒空間から径方向に延びるベーン溝が形成されている。

低圧室には圧縮前の低圧流体が入る。一方、高圧室には圧縮過程の高圧流体が入る。ロータリ圧縮機の組立作業においては、高圧室側のシリンダとローラの隙間は、高圧流体の漏洩や逆流を防ぐためにμｍ単位の微小な寸法に調整される。

ベーン溝の存在は、シリンダの応力に対する強度を局所的に低下させる。隙間調整の後に蓋部材とシリンダとをネジで締結する工程では、この強度低下とネジ締めの応力が相まって、シリンダの変形が起こることがある。この場合、シリンダとローラの隙間について行われた微妙な調整作業は無駄になってしまう。

本発明の課題は、ネジ締めを含むロータリ圧縮機の組立作業において、シリンダの変形に起因する悪影響を抑制することである。

本発明の第１観点に係るロータリ圧縮機は、シリンダと、円筒部材と、平板部材と、蓋部材と、を備える。シリンダには、円筒空間および溝部が形成されている。溝部は、円筒空間から径方向外側に延びる。円筒部材は、円筒空間に配置される。平板部材は、少なくとも部分的に前記溝部に配置される。蓋部材は、円筒空間および溝部を塞ぐ。シリンダには、吸入路と、３以上のネジ穴と、がさらに形成されている。吸入路は、円筒空間に連通する。３以上のネジ穴は、蓋部材をシリンダに締結するためのものである。シリンダの平面視において、第１線分と、第２線分と、によって、第１領域と、第２領域と、が規定される。第１線分は、溝中心線を、吸入路と反対側に６０°回転させたものである。溝中心線は、円筒空間の中心から延び溝部の中心を通る。第２線分は、円筒空間の中心から延び溝部の吸入路とは反対側の端部に接する接線である。第１領域は、第１線分と第２線分がなす鋭角を中心角とする。第２領域は、３６０°の全周から鋭角を除いた残りの角度を中心角とする。ネジ穴の中心はいずれも第２領域に形成されている。３以上のネジ穴のうちの１つのネジ穴の中心は、溝部に隣接して形成されている。

この構成によれば、第１領域にネジ穴の中心は存在しない。したがって、第１領域にネジ締めによる応力が印加されにくいので、シリンダの変形に起因する悪影響を抑制できる。とりわけ、ネジ穴の１つは溝部に隣接しているので、溝部を挟んで位置するシリンダの両側を折り曲げるような応力の発生が抑制される。

本発明の第２観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点に係るロータリ圧縮機において、１つのネジ穴の中心が、溝部よりも径方向外側に形成されている。

この構成によれば、ネジ穴の１つが溝部より径方向外側に形成される。したがって、溝部を挟んで位置するシリンダの両側を折り曲げるような応力の発生がより抑制される。

本発明の第３観点に係るロータリ圧縮機は、第２観点に係るロータリ圧縮機において、１つのネジ穴の中心が、溝中心線に形成されている。

この構成によれば、ネジ穴の１つが溝中心線の上に形成される。したがって、ネジ締めに起因して溝部に対して非対称な応力が発生することが抑制される。

本発明の第４観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点から第３観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機において、３以上のネジ穴が４つ目のネジ穴を含む。

この構成によれば、シリンダには少なくとも４つのネジ穴が形成される。したがって、シリンダと蓋部材との締結がより強固になる。

本発明の第５観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点から第４観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機において、３以上のネジ穴のうちの１つのネジ穴の中心が、円筒空間の中心に対して、溝部と反対側に形成されている。

この構成によれば、ネジ穴の１つが溝部と反対側に形成される。したがって、溝中心線を挟んで位置する両側を折り曲げるような応力の発生がさらに抑制される。

本発明の第６観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機において、円筒部材および平板部材が一体の部材である。

この構成によれば、円筒部材および平板部材は一体の部材である。したがって、両者の間における流体漏れの発生率が抑制され、圧縮効率が改善される。

本発明の第７観点に係るロータリ圧縮機は、第１観点から第５観点のいずれか１つに係るロータリ圧縮機において、円筒部材および平板部材が別個の部材である。

この構成によれば、円筒部材および平板部材は別個の部材である。したがって、部材の形状が単純であり、製造が容易である。

第１観点、第２観点、および第５観点に係るロータリ圧縮機によれば、シリンダの変形に起因する悪影響を抑制でき、溝部および溝中心線を挟んで位置するシリンダの両側を折り曲げるような応力の発生が抑制される。

第３観点に係るロータリ圧縮機によれば、ネジ締めに起因して溝部に対して非対称な応力が発生することが抑制される。

第４観点に係るロータリ圧縮機によれば、シリンダと蓋部材との締結がより強固になる。

第６観点に係るロータリ圧縮機によれば、流体漏れの発生率が抑制され、圧縮効率が改善される。

第７観点に係るロータリ圧縮機によれば、部材の形状が単純であり、製造が容易である。

本発明の一実施形態に係るロータリ圧縮機１００の断面図である。 流体圧縮要素４０の平面図である。 シリンダ１０の平面図である。 本発明の第１変形例Ａに係るロータリ圧縮機１００のシリンダ１０の平面図である。 本発明の第２変形例Ｂに係るロータリ圧縮機１００の流体圧縮要素４０の平面図である。

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るロータリ圧縮機１００を示す。ロータリ圧縮機１００は、空気調和機などに搭載され、冷媒などの流体を圧縮するのに用いられる。ロータリ圧縮機１００は、圧力容器９０、モータ７０、流体圧縮要素４０、上側蓋部材５０、下側蓋部材６０を有する。

（２）詳細構成
（２−１）圧力容器９０
圧力容器９０は、高圧に対する強度を有する。圧力容器９０には、外部から流体を取り込むための吸入管９１、および外部へ流体を吐出するための吐出管９２が設けられている。

（２−２）モータ７０
モータ７０は、供給された電力から機械的駆動力を生み出すためのものである。モータ７０は、圧力容器９０に固定された固定子７１、固定子７１に対して回転する回転子７２、回転子７２に固定され、中心軸Ａを中心として回転するシャフト７３を有する。シャフト７３には、偏心部７４が設けられている。

（２−３）流体圧縮要素４０
流体圧縮要素４０は、吸入管９１から取り込まれた流体を圧縮するためのものである。流体圧縮要素４０は、シリンダ１０およびピストン体２０を有する。シリンダ１０およびピストン体２０は、圧縮室４１を規定している。ピストン体２０は偏心部７４に取り付けられており、モータ７０の機械的駆動力により移動することができる。

（２−４）上側蓋部材５０
上側蓋部材５０は、シリンダ１０を圧力容器９０に対して固定している。上側蓋部材５０は、圧縮室４１の気密性を実現するためにシリンダ１０の上面を塞いでいる。さらに、上側蓋部材５０はシャフト７３を回転可能に支持するベアリングとしても機能する。

（２−５）下側蓋部材６０
下側蓋部材６０は、圧縮室４１の気密性を実現するためにシリンダ１０の下面を塞いでいる。さらに、下側蓋部材６０はシャフト７３を回転可能に支持するベアリングとしても機能する。

（３）流体圧縮要素４０の詳細
図２は、流体圧縮要素４０の平面図である。シリンダ１０には、円筒空間１９、溝部１２、吸入路１１、および３つのネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃが形成されている。円筒空間１９および溝部１２は、ピストン体２０を収容するためのものである。円筒空間１９の形状は、中心軸Ａを有する円柱である。吸入路１１は、円筒空間１９と吸入管９１（図１）とを連通する。ネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃは上側蓋部材５０とシリンダ１０とを固定するネジを締結するためのものである。このうち１つのネジ穴１３ａは、中心が溝部１２に隣接するように形成されている。ここでいう「隣接」とは、接触しない程度に近距離に位置することを意味する。例えば、溝部１２の外縁と「隣接」するネジ穴１３ａの中心との間の距離は、ネジ穴１３aの直径の０．６倍以上かつ５．０倍以下であり、より好ましくは、ネジ穴１３aの直径の０．７倍以上かつ３．０倍以下である。

さらに具体的に述べると、このネジ穴１３ａの中心は、シリンダ１０の外周側に溝部１２と整列して配置されている。

ピストン体２０は、円筒部材２１および平板部材２２を有する。円筒部材２１と平板部材２２は一体形成されている。円筒部材２１は円筒空間１９に設置され、平板部材２２は少なくとも部分的に溝部１２に設置されている。円筒部材２１にはシャフト穴２３が形成されている。シャフト穴２３には、シャフト７３の偏心部７４が嵌合している。流体圧縮要素４０の圧縮動作において、円筒部材２１はその一部をシリンダ１０の円筒空間１９の内壁に極めて近い距離まで近接させながら、図中の時計回りに偏心回転する。

溝部１２に設置されているブッシュ３０は、溝部１２の周辺における気密性を実現するためのものである。ブッシュ３０に形成された貫通孔には平板部材２２が挿入されている。ブッシュ３０は、円筒部材２１の偏心回転に応じて旋回することができる。

図２に破線で示されている吐出口５１は、図示されていない上側蓋部材５０に形成された貫通孔である。シリンダ１０、ピストン体２０、ブッシュ３０は、圧縮室４１を低圧室４２と高圧室４３に区分している。低圧室４２は吸入路１１と連通し、高圧室４３は吐出口５１と連通している。ピストン体２０の移動により、低圧室４２および高圧室４３の容積が変動し、それによって流体が圧縮される。吐出口５１に設けられた図示しない吐出弁が開くときに、高圧室４３の圧縮された流体が吐出口５１から吐出される。

図３は、シリンダ１０単独の平面図である。中心軸Ａは、紙面に垂直な方向に延出している。ここで、中心軸Ａ上の点を起点として溝部１２の延出方向へ延びる線分を、溝中心線Ｍと規定する。溝中心線Ｍに対して、吸入路１１と吐出口５１（図２）は反対側に設けられている。加えて、溝中心線Ｍを基準として吸入路１１へ向かう周方向を、吸入側方向Ｓ１と規定する。さらに、吐出口５１（図２）へ向かう周方向を、吐出側方向Ｓ２と規定する。前述の１つのネジ穴１３ａの中心は、溝中心線Ｍに位置している。

図３には、シリンダ１０の平面視において規定された第１線分Ｂおよび第２線分Ｔが示されている。第１線分Ｂは、溝中心線Ｍを吐出側方向Ｓ２に６０°回転させたものである。第２線分Ｔは、中心軸Ａ上の点を起点として径方向外側へ延びるとともに吐出側方向Ｓ２の側に位置する、溝部１２の接線である。すなわち、第２線分Ｔは、溝部１２の吐出側方向Ｓ２の側の端部に位置する接点Ｃにおいて、溝部１２の輪郭と接触している。第１線分Ｂと第２線分Ｔは、鋭角Ｐを形成している。

シリンダ１０の３６０°にわたる全周は、これら第１線分Ｂおよび第２線分Ｔによって、第１領域Ｆおよび第２領域Ｇに区分される。第１領域Ｆは、前述の鋭角Ｐを中心角とする円弧状の領域である。第２領域Ｇは、３６０°の全周から鋭角Ｐを除いた残りの角度を中心角とする円弧状の領域である。

３つのネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心は、すべて第２領域Ｇに配置されている。すなわち、３つのネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心は、いずれも第１領域Ｆには配置されていない。

（４）特徴
（４−１）
第１領域Ｆにはネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃの中心は存在しない。したがって、第１領域Ｆにネジ締めによる応力が印加されにくいので、シリンダ１０の変形に起因する悪影響を抑制できる。

第１領域Ｆは吐出口５１に近く、シリンダ１０において高い圧力を受ける箇所である。したがって、第１領域Ｆにおいてシリンダ１０の変形が抑制されると、流体の逆流の抑制に役立つ。

加えて、１つのネジ穴１３ａは溝部１２に隣接している。したがって、溝部１２を挟んで位置するシリンダ１０の両側の箇所を折り曲げるような応力の発生が抑制される。

（４−２）
１つのネジ穴１３ａは溝部１２より径方向外側に形成される。したがって、溝部１２を挟んで位置するシリンダ１０の両側の箇所を折り曲げるような応力の発生がより抑制される。

（４−３）
１つのネジ穴１３ａは溝中心線Ｍの上に形成される。したがって、ネジ締めに起因して溝部１２に対して非対称な応力が発生することが抑制される。

（４−４）
円筒部材２１および平板部材２２は一体の部材である。したがって、両者の間における流体漏れの発生率が抑制され、圧縮効率が改善される。

（５）変形例
以下に本実施形態の変形例を示す。なお、互いに矛盾のない範囲で、複数の変形例を適宜組み合わせてもよい。

（５−１）第１変形例Ａ―ネジ穴の数
上述の実施形態では、シリンダ１０が有するネジ穴の数は３つである。これに代えて、ネジ穴の数は、３つ以外の例えば２つ、４つ、５つ、６つなどであってよい。例えば、図４は、シリンダ１０が４つのネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを有する構成を示す。

この構成によれば、シリンダ１０には４つのネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが形成される。したがって、シリンダ１０と上側蓋部材５０との締結がより強固になる。

さらに、この構成によれば、１つのネジ穴１３ｃは中心軸Ａに対して溝部１２と反対側に形成される。したがって、溝中心線Ｍを挟んで位置するシリンダ１０の両側を折り曲げるような応力の発生がさらに抑制される。

ネジ穴の数が少なければ少ないほど、シリンダ１０または上側蓋部材５０の応力による変形が抑制される。一方、ネジ穴の数が１個または２個のように極端に少ない場合、シリンダ１０と上側蓋部材５０との締結が不十分になりうる。したがって、多くの場合において、ネジ穴の数は３個または４個である構成が好ましい可能性がある。

（５−２）第２変形例Ｂ―分離型ピストン体
上述の実施形態では、円筒部材２１および平板部材２２は一体の部材である。これに代えて、円筒部材および平板部材は別個の部材として構成してもよい。図５は、そのような流体圧縮要素４０を示す。ピストン体２０は、互いに分離された円筒部材２１および平板部材２２を有する。平板部材２２はスプリング２４によって円筒部材２１に対して押し付けられる。円筒部材２１が偏心回転するとき、平板部材２２は円筒部材２１と接触しながら、溝部１２に沿って往復運動をする。円筒部材２１はローラ、平板部材２２はベーンと呼ばれることもある。

この構成によれば、円筒部材２１および平板部材２２は別個の部材である。したがって、部材の形状が単純であり、製造が容易である。

（５−３）第３変形例Ｃ―下側蓋部材６０
上述の実施形態では、第２領域Ｇに設けられたネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いてシリンダ１０に固定される対象は上側蓋部材５０である。これに代えて、第２領域Ｇに設けられたネジ穴１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いてシリンダ１０に固定される対象が下側蓋部材６０であってもよい。あるいは、上側蓋部材５０および下側蓋部材６０の双方を、シリンダ１０の第２領域Ｇに設けられたネジ穴を用いて、シリンダ１０に対して固定してもよい。

１０ ：シリンダ
１１ ：吸入路
１２ ：溝部
１３ａ〜１３ｄ：ネジ穴
２０ ：ピストン体
２１ ：円筒部材
２２ ：平板部材
３０ ：ブッシュ
４０ ：流体圧縮要素
５０ ：上側蓋部材
５１ ：吐出口
６０ ：下側蓋部材
７０ ：モータ
９０ ：圧力容器
１００ ：ロータリ圧縮機
Ａ ：中心軸
Ｂ ：第１線分
Ｃ ：接点
Ｆ ：第１領域
Ｇ ：第２領域
Ｍ ：溝中心線
Ｐ ：鋭角
Ｓ１ ：吸入側方向
Ｓ２ ：吐出側方向
Ｔ ：第２線分

特開２００８−１０１５５７号公報

Claims (7)

1. 円筒空間（１９）および前記円筒空間から径方向外側に延びる溝部（１２）が形成されたシリンダ（１０）と、
   前記円筒空間に配置される円筒部材（２１）と、
   少なくとも部分的に前記溝部に配置される平板部材（２２）と、
   前記円筒空間および前記溝部を塞ぐ蓋部材（５０）と、
   を備え、
   前記シリンダには、
   前記円筒空間に連通する吸入路（１１）と、
   前記蓋部材を前記シリンダに締結するための第１ネジ穴（１３ａ）、第２ネジ穴（１３ｂ）、第３ネジ穴（１３ｃ）と、
   がさらに形成されており、
   前記シリンダの平面視において、
   前記円筒空間の中心（Ａ）から延び前記溝部の中心を通る溝中心線（Ｍ）を、前記吸入路と反対側（Ｓ２）に６０°回転させた第１線分（Ｂ）と、
   前記円筒空間の前記中心から延び前記溝部の前記吸入路とは前記反対側の端部（Ｃ）に接する接線である第２線分（Ｔ）と、
   によって、
   前記第１線分と前記第２線分がなす鋭角（Ｐ）を中心角とする第１領域（Ｆ）と、
   ３６０°の全周から前記鋭角を除いた残りの角度を中心角とする第２領域（Ｇ）と、
   が規定され、
   前記第１ネジ穴、前記第２ネジ穴、前記第３ネジ穴の中心はいずれも第２領域に形成されており、
   前記第１ネジ穴（１３ａ）の前記中心は、前記溝部に隣接して形成されている、
   ロータリ圧縮機（１００）。
2. 前記第１ネジ穴の前記中心は、前記溝部よりも前記径方向外側に形成されている、
   請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. １つの前記ネジ穴の前記中心は、前記溝中心線に形成されている、
   請求項２に記載のロータリ圧縮機。
4. 前記シリンダには、第４ネジ穴（１３ｄ）がさらに形成されている、
   請求項１から３のいずれか１つに記載のロータリ圧縮機。
5. 前記第３ネジ穴（１３ｃ）の前記中心は、前記円筒空間の前記中心に対して、前記溝部と対称な位置に形成されている、
   請求項１から４のいずれか１つに記載のロータリ圧縮機。
6. 前記円筒部材および前記平板部材は一体の部材である、
   請求項１から５のいずれか１つに記載のロータリ圧縮機。
7. 前記円筒部材および前記平板部材は別個の部材である、
   請求項１から５のいずれか１つに記載のロータリ圧縮機。

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