JP6813706B1 - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受に潤滑油を適切に供給する構成のロータリ圧縮機を提供すること。【解決手段】 偏心部１３の回転によってシリンダの内部を偏心回転するローラ１２を備える複数の圧縮機構１０を備えるロータリ圧縮機１であって、偏心部１３は、給油孔１３２から供給される潤滑油を供給する溝部１３１を備え、複数の圧縮機構１０の各偏心部１３の溝部１３１によって潤滑油が供給される空間のそれぞれが空間的に分離されていることを特徴とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、軸受の信頼性が向上したロータリ圧縮機に関する。

空気調和装置を構成する冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する圧縮機を備える。圧縮機は、用途に応じて種々の圧縮方式が開発されており、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機などが挙げられる。

ロータリ圧縮機は、ローラがシリンダ内を偏心回転することで、当該ローラおよびベーンによって区画されるシリンダ内の空間の体積を変化せしめ、当該空間に吸入された冷媒を圧縮する。ここで、ローラは、すべり軸受として機能する偏心部を介してモータの回転が伝達され、偏心回転する。

ロータリ圧縮機にあっては、ローラと偏心部とのすべり性能を改善すべく、種々の技術が開発されている。例えば、特許第５９９８５２２号公報（特許文献１）には、回転軸の給油縦孔内に配置された羽根ポンプにより、圧縮機筐体の下部に貯留された潤滑油を、前記給油縦孔、第１、第２偏芯部給油横孔、中間給油横孔、中間軸部の外周の表面、第１、第２偏芯部油溝、副軸部油溝および主軸部油溝を通して第１、第２の圧縮部ならびに主軸部および副軸部に供給する構成のロータリ圧縮機が開示されている。特許文献１によれば、回転軸を撓み難くし、回転軸の副軸部および主軸部が、下端板の副軸受部および上端板の主軸受部にかじり難くできる。

しかしながら、特許文献１のように、複数のシリンダを備える構成のロータリ圧縮機においては、上部の軸受の給油溝によって潤滑油が供給される空間と、下部の軸受の給油溝によって潤滑油が供給される空間とがつながっている。したがって、上部の軸受の潤滑油が重力によって下方に流れるため、充分に上部の軸受の潤滑ができない場合があった。そのため、軸受に潤滑油を適切に供給し、軸受の信頼性を向上するさらなる技術が求められていた。

特許第５９９８５２２号公報

本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、軸受に潤滑油を適切に供給する構成のロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

すなわち、本発明によれば、
偏心部の回転によってシリンダの内部を偏心回転するローラを備える複数の圧縮機構を備えるロータリ圧縮機であって、
前記偏心部は、給油孔から供給される潤滑油を供給する溝部を備え、
前記複数の圧縮機構の各偏心部の前記溝部によって潤滑油が供給される空間のそれぞれが空間的に分離されていることを特徴とする、ロータリ圧縮機が提供される。

本発明によれば、軸受に潤滑油を適切に供給する構成のロータリ圧縮機が提供できる。

ロータリ圧縮機を構成する圧縮機構の圧縮工程を説明する図。 本実施形態の圧縮機構を備えるロータリ圧縮機の構成を示す断面図。 本実施形態の偏心部の詳細を説明する斜視図。 本実施形態において連通路の孔を配置する領域を説明する図。

以下、本発明を、実施形態をもって説明するが、本発明は後述する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜その説明を省略するものとする。

本発明の実施形態の前提として、ロータリ方式の圧縮機について説明する。図１は、ロータリ方式の圧縮機を構成する圧縮機構１０の圧縮工程を説明する図である。なお、図１は、専ら圧縮工程を説明するためのものであり、一部の部品を省略している点に留意されたい。図１に示すように、圧縮機構１０は、主としてシリンダ１１、ローラ１２、偏心部１３、ベーン１４から構成される。

シリンダ１１は、内部の空間に冷媒を取り入れる吸入口１１１と、圧縮された冷媒を排出する排出口１１２とを備え、内部を偏心回転するローラ１２によって、冷媒を圧縮する。吸入口１１１および排出口１１２は、それぞれ弁を備えており、適切なタイミングにて弁の開閉が制御される。

ローラ１２は、シリンダ１１の内部の空間を偏心回転する円筒形状の部品である。ローラ１２の回転軸は、ローラ１２の中心と異なる位置にあるため、ローラ１２は偏心回転する。ローラ１２は、シリンダ１１の内壁に当接して配置され、当接する位置を移動しながら偏心回転する。なお、ここでいうローラ１２とシリンダ１１との当接とは、数十マイクロメートルオーダのクリアランスを含むものとする。

偏心部１３は、モータ（不図示）の回転をローラ１２に伝達するクランク軸を構成する部品であり、偏心部１３の回転軸は、ローラ１２の回転軸と一致する。モータによって偏心部１３が回転すると、偏心部１３の外周とローラ１２の内周とがすべり軸受を構成することによって摺動し、ローラ１２にモータの回転を伝達できる。なお、偏心部１３は、図１の矢印の方向に回転するものとし、これによってローラ１２は図１（Ａ）〜（Ｄ）のような偏心回転をする。本実施形態の偏心部１３の側面には、潤滑油を供給するための給油溝１３１が設けられている。給油溝１３１の詳細については後述する。

ベーン１４は、ローラ１２と当接し、ローラ１２とともにシリンダ１１の内部の空間を区画する部品である。ベーン１４は、偏心回転するローラ１２との当接をバネ（不図示）などの機構によって維持しながら、ベーンスロット１４１を往復運動する。なお、ローラ１２およびベーン１４によって区画されるシリンダ１１の内部の空間は、図１においてハッチングパターンで示される領域に相当する。

圧縮機構１０は、図１に示すようにして冷媒を圧縮する工程を行う。すなわち、図１（Ａ）の状態を圧縮機構１０の初期状態とした場合に、圧縮機構１０は、図１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の各状態に順次移行し、さらにその後図１（Ａ）の状態に戻って同様の工程を繰り返す。ここで、吸入口１１１および排出口１１２は、適切なタイミングで弁が開閉することで、シリンダ１１に冷媒を取り込み、または、圧縮された冷媒を排出する。

図１におけるハッチングパターンの領域で示すように、シリンダ１１の内部の空間は、ローラ１２およびベーン１４によって閉じられた空間として構成される。ここで、図１において、ローラ１２が偏心回転することによる空間Ｓの体積の変化について考える。ローラ１２が偏心回転することで、図１（Ａ）の状態から、図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の状態に順次移行し、空間Ｓの体積が小さくなる。空間Ｓには冷媒が含まれていることから、体積が縮小されることにより、冷媒が圧縮される。そして、図１（Ｄ）のように空間Ｓの体積が小さくなったタイミングで排出口１１２の弁が開くことで、圧縮された冷媒が排出される。なお、図１（Ｄ）における空間Ｓ’は、その後の工程において図１（Ａ）の状態の空間Ｓとなり、同様の工程を繰り返す。

ここまで図１を参照してロータリ方式の圧縮機を構成する圧縮機構１０について説明した。ところで、図１に示したように圧縮機構１０が冷媒を圧縮する工程を行うには、モータの回転が、偏心部１３を介してローラ１２に伝達される必要がある。ここで、回転を効率的に伝達するために、偏心部１３には潤滑油が適切に供給されることが好ましい。一般に、偏心部１３への潤滑油の供給は、シャフト軸内に設けられた給油孔および遠心ポンプを補助する油板によって潤滑油をくみ上げ、偏心部１３の側面に設けられた溝部の給油孔から潤滑油を吐出することで行われる。

一方で、複数の圧縮機構１０を備える多シリンダロータリ圧縮機においては、上部の偏心部１３の給油溝によって潤滑油が供給される空間と、下部の偏心部１３の給油溝によって潤滑油が供給される空間とがつながっている。そのため、上部の偏心部１３に供給された潤滑油が重力によって下方に流れ、上部の偏心部１３への潤滑油の供給が不充分となる場合があった。そこで本実施形態においては、偏心部１３を以下に説明するような構成とする。

図２は、本実施形態の圧縮機構１０を備えるロータリ圧縮機１の構成を示す断面図である。なお、以下に説明する実施形態の例では、２つの圧縮機構１０を備える、いわゆる「２シリンダロータリ圧縮機」を示しているが、特に実施形態を限定するものではない。すなわち、複数の圧縮機構１０を備える多シリンダロータリ圧縮機であれば、本実施形態を適用することができる。

図２に示すように、本実施形態のロータリ圧縮機１は、２つの圧縮機構１０を備えている。以下では説明の便宜のために、上部の圧縮機構１０を「圧縮機構１０Ａ」として参照し、下部の圧縮機構１０を「圧縮機構１０Ｂ」として参照する。また、各圧縮機構１０Ａ，１０Ｂを構成する部品についても同様に、符号に「Ａ」または「Ｂ」を付して参照する。

本実施形態のロータリ圧縮機１は、圧縮機構１０Ａと圧縮機構１０Ｂとの間に仕切り板２０を具備する。仕切り板２０は、内部に中空部を有する円柱形状の部品であり、各圧縮機構１０のシリンダ１１内の空間を分離する。また、仕切り板２０は、内壁から外周部へ貫通した連通路２０１を備え、連通路２０１によって潤滑油に混入したガス冷媒を外部に排出する。なお、連通路２０１の詳細については後述する。

図２に示す本実施形態のロータリ圧縮機１は、主軸３０、上部の偏心部１３Ａ、下部の偏心部１３Ｂ、副軸４０から構成されるクランク軸がモータ（不図示）と接続され、ローラ１２が偏心回転することで冷媒を圧縮する。また、図２に示すように本実施形態の偏心部１３は、ローラ１２への回転の伝達を円滑にするために潤滑油を供給するべく、側面に給油溝１３１が設けられる。また、給油溝１３１には、くみ上げた潤滑油の出口となる給油孔１３２が設けられる。本実施形態の偏心部１３は、上部の給油領域と下部の給油領域とを空間的に分離する構造となっている。なお、本実施形態の説明において用いられる「給油領域を空間的に分離」とは、各領域が完全に分断されていることを意味するものではなく、給油経路として機能するミリメートルオーダの隙間が分離されていることを指すものとする。

ここで、本実施形態の偏心部１３の詳細について図３を以て説明する。図３は、本実施形態の偏心部１３の詳細を説明する斜視図である。図３（Ａ）は、本実施形態の偏心部１３の一例を示し、図３（Ｂ）は、本実施形態の偏心部１３の変形例を示している。

本実施形態の偏心部１３は、図３（Ａ）に示すように、偏心部１３の回転軸方向に沿った方向に給油溝１３１が設けられている。本実施形態では、多シリンダ構成のロータリ圧縮機１において、各給油領域を空間的に分離するために、給油溝１３１は図３（Ａ）のように、溝が偏心部１３の上面まで到達している一方で、下面まで到達しない構造とされる。すなわち、本実施形態の偏心部１３は、上方向に貫通し、下方向には貫通しない給油溝１３１を備える。これによって、給油孔１３２から出る潤滑油を上方の領域に適切に供給しつつ、重力によって下方に流れるのを抑制できる。

また、図３（Ａ）に示すような本実施形態の偏心部１３においては、給油孔１３２は、偏心部１３の高さ方向の中央よりも上方に設けることが好ましい。給油孔１３２から出る潤滑油は、重力によって下方に流れるため、上述のように偏心部１３の高さ方向の中央よりも上方に給油孔１３２を設けることで、偏心部１３の高さ方向の全域に潤滑油を供給しやすくできる。

また、本実施形態の偏心部１３は、図３（Ｂ）に示すような形状の給油溝１３１としてもよい。図３（Ｂ）に示す給油溝１３１は、図３（Ａ）に示した偏心部１３のように、上方向に貫通し、下方向には貫通しない構造としつつ、偏心部１３の回転軸に対して傾斜して設けられている。給油溝１３１は、偏心部１３の回転方向に応じた方向に傾斜して設けられる。給油溝１３１が傾斜して設けられることで、潤滑油は、偏心部１３の回転によって傾斜した溝を伝わるため、上方への潤滑油の供給を促進できる。そのため、図３（Ｂ）に示すような本実施形態の偏心部１３においては、給油孔１３２は、偏心部１３の高さ方向の中央よりも下方に設けることが好ましい。このような構造とすることで、偏心部１３の高さ方向の全域に潤滑油を供給しやすくできる。

説明を図２に戻す。図２に示す本実施形態のロータリ圧縮機１は、一例として図３（Ａ）に示した形状の偏心部１３Ａを備える。したがって、図２の破線を境界として、上部の給油領域と下部の給油領域とを空間的に分離することができる。すなわち、上部の給油孔１３２Ａから供給される潤滑油は、上部の偏心部１３Ａおよび主軸３０に供給され、下部の給油孔１３２Ｂから供給される潤滑油は、下部の偏心部１３Ｂおよび副軸４０に供給される。これによって、上部の給油孔１３２Ａから供給される潤滑油が偏心部１３Ｂ側に流れず、偏心部１３Ａおよび主軸３０への潤滑油の供給が適切になされるため、軸受信頼性を向上できる。

また、本実施形態のロータリ圧縮機１は、下部の圧縮機構１０Ｂを構成する偏心部１３Ｂについても、上述したものと同様に、図３（Ａ）などに示した形状の給油溝１３１を備える構成としてもよい。これによって、下方への潤滑油の流出を抑制でき、軸受信頼性を向上できる。

ところで、偏心部１３に供給される潤滑油には、ガス冷媒が混入する場合がある。しかしながら、ガス冷媒が潤滑油に含まれると、軸受信頼性に影響する場合があるため、ガス冷媒を排出することが好ましい。例えば、図２に示すように、上部の圧縮機構１０Ａにガス抜き孔５０を設けることで、上部の偏心部１３Ａに供給される潤滑油に含まれるガス冷媒を外部（例えば、ロータリ圧縮機１の密閉容器内など）に排出できる。

一方で、本実施形態のロータリ圧縮機１は、上部の給油領域と下部の給油領域とを空間的に分離されているため、下部の偏心部１３Ｂに供給される潤滑油に含まれるガス冷媒は、ガス抜き孔５０から排出することができない。そこで、本実施形態の仕切り板２０には、図２に示すように、ガス冷媒を排出するための連通路２０１を設けることが好ましい。ところで、連通路２０１がベーン１４およびベーンスロット１４１と近接して設けられると、ガス冷媒による潤滑油の発泡により、ベーン１４の動作に影響を及ぼす場合がある。そこで、本実施形態における連通路２０１は、以下の図４を以て説明するような配置とすることが好ましい。

図４は、本実施形態において連通路２０１の孔を配置する領域を説明する図である。本実施形態においてガス冷媒を排出するための連通路２０１の孔は、ベーン１４およびベーンスロット１４１から離れた位置に配置されることが好ましく、例えば、図４に示すような連通路孔配置領域に連通路２０１の孔を設けることができる。図４に示す本実施形態の連通路孔配置領域は、以下のようにして決定することができる。

まず、図４に示す２本の破線のように、ベーンスロット１４１の閉じている側の端部から、シリンダ１１の外壁に接する接線を引く。次に、各接線とシリンダ１１の外壁との接点をＰ，Ｑとして、接点Ｐおよび接点Ｑを通る直線をＬとする。そして、直線Ｌを領域の境界線として、ベーンスロット１４１が配置される側と反対側を連通路孔配置領域とする。このようにして連通路孔配置領域を決定することで、ベーン１４およびベーンスロット１４１から離れた位置に連通路２０１の孔を配置でき、ガス冷媒の発泡のベーン１４およびベーンスロット１４１への影響を低減できる。

なお、連通路２０１の孔の大きさは、下部の偏心部１３Ｂに設けられた給油孔１３２Ｂよりも小さいことが好ましい。連通路２０１の孔の大きさを給油孔１３２Ｂよりも小さくすることで、下部の偏心部１３Ｂに供給された潤滑油は仕切り板２０の中空部に一時的に貯油され、ガス冷媒を含む一部の潤滑油を連通路２０１から外部へ排出することができる。これによって、下部の偏心部１３Ｂへの潤滑油の供給が過剰となるのを抑制できる。また、上部の偏心部１３Ａへも、充分な量の潤滑油を供給することができる。したがって、偏心部１３Ａ，１３Ｂの軸受信頼性を向上できる。

以上、説明した本発明の実施形態によれば、軸受に潤滑油を適切に供給する構成のロータリ圧縮機を提供することができる。

以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１ …ロータリ圧縮機、
１０ …圧縮機構、
１１ …シリンダ、
１１１…吸入口、
１１２…排出口、
１２ …ローラ、
１３ …偏心部、
１３１…給油溝、
１３２…給油孔、
１４ …ベーン、
１４１…ベーンスロット、
２０ …仕切り板、
２０１…連通路、
３０ …主軸、
４０ …副軸、
５０ …ガス抜き孔

Claims (8)

1. 偏心部の回転によってシリンダの内部を偏心回転するローラを備える複数の圧縮機構を備えるロータリ圧縮機であって、
   前記偏心部は、給油孔から供給される潤滑油を供給する溝部を備え、
   前記複数の圧縮機構の各偏心部の前記溝部によって潤滑油が供給される空間のそれぞれが空間的に分離され、
   前記複数の圧縮機構のうち上部の圧縮機構の前記溝部は、当該偏心部の回転軸方向上部に貫通し、当該偏心部の回転軸方向下部に貫通しないことを特徴とする、ロータリ圧縮機。
2. 前記給油孔は、前記偏心部の高さ方向の中央よりも上方に設けられることを特徴とする、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 前記溝部は、前記偏心部の回転軸の方向に対して傾斜して設けられることを特徴とする、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
4. 前記給油孔は、前記偏心部の高さ方向の中央よりも下方に設けられることを特徴とする、請求項３に記載のロータリ圧縮機。
5. 前記複数の圧縮機構のうち下部の圧縮機構の前記溝部は、当該偏心部の回転軸方向上部に貫通し、当該偏心部の回転軸方向下部に貫通しないことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
6. 前記複数の圧縮機構の空間を分離する、内部が中空構造の仕切り板であって、内壁から外周部へ連通する連通路を有する仕切り板を備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
7. 前記圧縮機構は、
   前記ローラの偏心回転によってベーンスロット内を往復移動して、前記シリンダの内部の空間を前記ローラとともに区画するベーンを備え、
   前記連通路は、前記シリンダの外壁における前記ベーンスロットの開口部に対して、前記ベーンスロットの端部と前記シリンダの外壁とが成す接線における当該外壁との接点を結ぶ直線よりも離れた領域に設けられることを特徴とする、請求項６に記載のロータリ圧縮機。
8. 前記連通路の孔の断面積は、前記給油孔の断面積よりも小さいことを特徴とする、請求項６または７に記載のロータリ圧縮機。