JP7038249B1 - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンバネの信頼性が向上する圧縮機を提供する。【解決手段】本発明の圧縮機Ｃは、電動機２と、偏心部４ｂを有する駆動軸４と、冷媒を圧縮する圧縮機構部５と、密閉容器１とを備え、圧縮機構部５は、環状のシリンダ５ａと、偏心部４ｂが内部に配置されシリンダ５ａ内で公転する環状のローラ５ｂと、シリンダ５ａの軸方向の一方側に設けられ、駆動軸４を軸支する第１軸受５ｃと、シリンダ５ａの軸方向の他方側に設けられ、駆動軸４を軸支する第２軸受５ｄと、ローラ５ｂの外周面に先端が接触するベーン５ｅと、ベーン５ｅをローラ５ｂの外周面に向けて押圧するベーンばね７とを有し、ベーンばね７は、有効巻部７ａのベーン側外径をＤ１、有効巻部７ａと密着巻部７ｂの変化点の径をＤ２及び密着巻部７ｂのベーン側径をＤ３としたとき、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係があり、Ｄ１とＤ２との間、Ｄ２とＤ３との間がそれぞれ１つのテーパで構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、圧縮機に関する。

空気調和機等では、圧縮機としてロータリ圧縮機が用いられている。
ロータリ圧縮機には、機内の圧縮室内外の圧力差が小さい起動時においてもベーンをローラに当接させて圧縮室を形成する。そのため、ベーンをローラに押圧するベーンバネを設けている。
ベーンバネはバネ荷重でベーンを背面から抑えローラに押圧する機能を有する。そのため、バネ自身がバネ荷重に対して自身を固定できる固定力を有する必要がある。固定力確保の構造としての多くは、ベーンバネの密着巻部をポンプに圧入する構造としている。

ベーンバネの設計においては、近年のロータリ圧縮機のポンプ扁平化や、圧縮室の大型化に伴い設置スペースが小さくなっている。しかし、ベーンバネはバネ荷重、繰り返し疲労回数、固定力及び伸縮の安全性の確保が必要であるため、各設計要点の両立が課題となっている。
特許文献１では、有効巻部Ｄａと密着巻部Ｄｂに径差を持たせている。そして、有効巻部Ｄａと密着巻部Ｄｂの一部をテーパとすることで、バネ伸縮時のバネ外径とバネ設置用穴との接触を回避している。

特許文献２では、有効巻部と密着巻部の一部のみをテーパとして、ポンプ部品への圧入部となる密着巻部（座巻部）を同一径の複数巻とすることで、バネ荷重に対するバネ自身の固定力を確保している。

特許第３９２７３３１号公報（図２等） 特許第５８１０２２１号公報（図９Ｂ等）

特許文献１では、有効巻部Ｄａと密着巻部Ｄｂに径差を持たせているため、バネ伸縮時のバネ外径面とバネ設置用穴との接触を回避できる。しかしながら、有効巻部の一部のみのテーパによって、有効巻部Ｄａから密着巻部Ｄｂにコイル外径を変化させる部位の隣り合うコイルの外径差が大きなっており、液圧縮等によりバネ伸縮幅が大きくなった際に、テーパ部の隣り合うコイル同士の内側への入り込みが発生し、バネ自身の擦れによる折損等の懸念がある。また、バネ自身の固定部となる密着巻部Ｄｂが一巻しかないため、バネ荷重に対するバネの固定力が不足する懸念がある。

特許文献２では、密着巻部（座巻部）を同一径の複数巻としているため、バネ荷重に対するバネの固定力を確保し易い。しかしながら、密着巻部の全長が長くなりやすく、バネ設置スペースが小さいポンプにおいては、特許文献１と同様に、有効巻部から密着巻部にコイル外径を変化させる部位の隣り合うコイルの外径差がより大きくなり易い。そのため、液圧縮等によりバネ伸縮幅が大きくなった際に、コイルテーパ部の隣り合うコイル同士の内側への入り込みが発生し、バネ自身の擦れによる折損等の懸念が増すおそれがある。

本発明は上記実状に鑑み創案されたものであり、ベーンバネの信頼性が向上する圧縮機の提供を目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の圧縮機は、固定子及び回転子を有する電動機と、前記回転子と一体で回転され偏心部を有する駆動軸と、前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構部と、前記電動機、前記駆動軸、及び前記圧縮機構部、潤滑油が収容される密閉容器とを備え、前記圧縮機構部は、環状のシリンダと、前記偏心部が内部に配置され前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第１軸受と、前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第２軸受と、前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間に形成されるシリンダ室を吸入室と圧縮室とに仕切るベーンと、前記ベーンを前記ローラの外周面に向けて押圧するベーンばねとを有し、前記ベーンばねは、有効巻部のベーン側外径をＤ１、前記有効巻部と密着巻部の変化点の径をＤ２及び前記密着巻部のベーン側径をＤ３としたとき、Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係があり、側方視で、Ｄ１とＤ２との間、Ｄ２とＤ３との間がそれぞれ１つのテーパで構成されており、Ｄ２とＤ３との間のテーパは、Ｄ１とＤ２との間のテーパより大きい。

本発明によれば、ベーンバネの信頼性が向上する圧縮機を提供することができる。

本発明の実施形態に係る圧縮機の縦断面図。 図１のＩ－Ｉ断面図。 ベーンばね周辺の側方視での拡大図。 変形例のべーンばねが圧縮した際の側方視での断面図。

本発明は、圧縮機のベーンバネにおいて、有効巻部及び密着巻部の一部がテーパ形状に構成された技術に係る。
以下、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に、本発明の実施形態に係る圧縮機Ｃの縦断面図を示す。
圧縮機Ｃには、吸入パイプＰｉを介して気液分離器（図示せず）が接続されている。気液分離器は冷媒蒸気中に混在する冷媒液を分離し、気体の冷媒だけを吸入パイプＰｉを通して圧縮機Ｃに吸い込ませる。液圧縮は、圧縮機Ｃの損傷に繋がるからである。

＜圧縮機Ｃの構成＞
圧縮機Ｃは、ガス状の冷媒を圧縮するロータリ式の圧縮機である。圧縮機Ｃは、密閉容器１、電動機２、クランク軸４、圧縮機構部５、および消音カバー６を備えている。

密閉容器１は、電動機２、クランク軸４、圧縮機構部５等を収容する殻状の容器である。密閉容器１は、圧縮後の高圧の冷媒が収容されるため密閉されている。
密閉容器１は、筒状の筒チャンバ１ａと、上端部の蓋チャンバ１ｂと、下端部の底チャンバ１ｃとを備えている。蓋チャンバ１ｂは筒チャンバ１ａの上端部に溶接されている。底チャンバ１ｃは筒チャンバ１ａの下端部に溶接されている。

クランク軸４は、電動機２により駆動される。
圧縮機構部５は、クランク軸４の回転動作により、気体冷媒の圧縮を行う。

密閉容器１の底部には、潤滑油が貯留される油溜まりＵを有している。
図２に図１のＩ－Ｉ断面図を示す。
潤滑油は、圧縮機Ｃの潤滑性や後記の圧縮室Ｃｍ（図２参照）のシール性を高めるために封入されている。

図１に示すように、密閉容器１の筒チャンバ１ａには、吸入パイプＰｉが差し込まれて固定されている。
吸入パイプＰｉは、圧縮機構部５のシリンダ室Ｃｙ（図２参照）に気体の冷媒を導く管である。

図１に示す密閉容器１の蓋チャンバ１ｂには、吐出パイプＰｏが差し込まれて固定されている。吐出パイプＰｏは、圧縮機構部５で圧縮された冷媒を圧縮機Ｃの外部に導く管である。
密閉容器１の内部には、電動機２が設置されている。電動機２は、固定子２ａと、回転子２ｂと、巻線２ｃとを備えている。

固定子２ａは、円筒状の部材であり、筒チャンバ１ａの内周壁に固定されている。固定子２ａは、電磁鋼板が積層され、電磁鋼板が形成する極に巻線２ｃが所定数巻回されている。巻線２ｃには、電流が流れて電磁鋼板の極に磁界を形成する。

回転子２ｂは、電磁鋼板が積層されてなる円筒状の部材であり、固定子２ａの径方向内側に配置されている。回転子２ｂには、クランク軸４が圧入等で固定されている。なお、回転子２ｂは、永久磁石を用いてもよい。

図１に示すクランク軸４は、上下方向に延びており、電動機２の駆動によって回転子２ｂと一体に回転する。主軸４ａには、電動機２の回転子２ｂが同軸で固定されている。
クランク軸４は、上軸受５ｃと下軸受５ｄとによって回転自在に軸支されている。クランク軸４は、主軸４ａと偏心部４ｂとを備えている。偏心部４ｂは、主軸４ａに一体に形成されている。

偏心部４ｂは、主軸４ａに対して偏心しながら回転する軸を形成する。
偏心部４ｂは、クランク軸４の下部において、環状のシリンダ５ａの径方向内側に設置される円環状のローラ５ｂ内に配置されている。偏心部４ｂは、回転することでローラ５ｂをクランク軸４の中心Ｏ廻りに公転させる。

クランク軸４内の下部中央には、所定の給油路４ｃが軸方向に設けられている。給油路４ｃは、密閉容器１の油溜まりＵの潤滑油を圧縮機構部５等に導く流路である。
偏心部４ｂに設けられた縦方向に細長い横孔ｈ３を介して、ローラ５ｂの径方向内側に潤滑油が供給されるようになっている。このように、ローラ５ｂの径方向内側の空間は、クランク軸４の給油路４ｃに連通している。給油路４ｃは、クランク軸４の下端で油溜まりＵ内に開口している。

給油路４ｃの上流に当たるクランク軸４の下端付近には、所定に捻じり曲げられた薄板状の金属片（図示せず）が、オイルポンプの役割を果たすように設けられている。薄板状の金属片がクランク軸４と一体で回転することによって、潤滑油が給油路４ｃ内に汲み上げられる。

クランク軸４には、給油路４ｃに連通する複数の横孔ｈ１，ｈ２，ｈ３が設けられている。横孔ｈ１から供給される潤滑油によって、上軸受５ｃの摺動面が潤滑される。横孔ｈ２から供給される潤滑油によって、下軸受５ｄの摺動面が潤滑される。

また、偏心部４ｂに設けられた縦方向に細長い横孔ｈ３を介して、ローラ５ｂの径方向内側に潤滑油が供給される。このように、ローラ５ｂの径方向内側の空間は、クランク軸４の給油路４ｃに連通している。

図１に示す圧縮機構部５は、クランク軸４の回転に伴って冷媒を圧縮する機構である。圧縮機構部５は、電動機２の下側に配置されている。

＜圧縮機構部５＞
圧縮機構部５は、吸入パイプＰｉを介して吸い込まれる冷媒を圧縮室Ｃｍで圧縮し、圧縮した冷媒を筒チャンバ１ａ内に吐出する機構である。

圧縮機構部５は、シリンダ５ａと、ローラ５ｂと、上軸受５ｃと、下軸受５ｄと、ベーン５ｅと、吐出弁５ｆと、ベーンばね７とを備えている。
図２に示すように、シリンダ５ａは、ローラ５ｂや、上軸受５ｃ（図１参照）、下軸受５ｄとともにシリンダ室Ｃｙを形成する。シリンダ室Ｃｙとは、シリンダ５ａとローラ５ｂとの間に形成される空間である。

ベーン５ｅは、ベーンばね７に押圧され、ローラ５ｂ側の先端が、ローラ５ｂの外周面に接触する。図２に示すベーン５ｅは、シリンダ５ａとローラ５ｂとの間のシリンダ室Ｃｙを吸入室（図示せず）と圧縮室Ｃｍとに仕切る部材である。吸入室には、吸入パイプＰｉを通して、気体の冷媒が供給される。
シリンダ室Ｃｙは、吸入室または／および圧縮室Ｃｍで形成される空間である。つまり、シリンダ室Ｃｙには、圧縮室Ｃｍと吸入室とが含まれる。

図２では、ローラ５ｂによってベーン５ｅの先端がシリンダ５ａの内周面まで退いた状態になっており、シリンダ室Ｃｙの全体が圧縮室Ｃｍになっている。つまり、図２は、吸入室への冷媒の吸入が終わり、吸入した冷媒を圧縮する開始時を示す。
ローラ５ｂは、シリンダ室Ｃｙ内に設置され、偏心部４ｂ（図１、図２参照）が内周内に配置されている。ローラ５ｂがベーン５ｅに押圧されることで、ローラ５ｂの内周面は偏心部４ｂの外周面に摺接している。ローラ５ｂは、電動機２（図１参照）の駆動に伴って、ベーン５ｅと偏心部４ｂとに押圧されつつ、シリンダ５ａ内で、クランク軸の中心Ｏ廻りに公転する。

偏心部４ｂは、電動機２の回転をローラ５ｂに伝達するクランク軸４を構成する。偏心部４ｂの回転軸は、ローラ５ｂが公転する回転軸（クランク軸の中心Ｏ）と一致する。電動機２によって偏心部４ｂが回転すると、ローラ５ｂがベーン５ｅに押圧されて、偏心部４ｂの外周面とローラ５ｂの内周面とがすべり軸受を構成することによって摺動し、ローラ５ｂに偏心部４ｂの回転が伝達される。

図３に、図１に示すベーンばね７周辺の側方視での拡大図を示す。
ベーン５ｅには、ベーン５ｅを配置するためのばね孔５ｅ１が形成されている。
ベーンばね７は、圧縮コイルバネである。ベーンばね７は、有効巻部７ａと密着巻部７ｂとを有している。有効巻部７ａは、伸縮してばねの働きをする。密着巻部７ｂの固定部７ｄはベーンばね７の固定部である。密着巻部７ｂは、筒チャンバ１ａの固定部１ａ１に圧入で固定されている。

ベーンばね７は、有効巻部７ａがベーン５ｅのばね孔５ｅ１に接触しないように設置される。つまり、ベーンばね７の伸縮時に有効巻部７ａはベーン５ｅのばね孔５ｅ１に接触しないように構成されている。ベーンばね７がベーン５ｅのばね孔５ｅ１に接触すると（擦れると）、ベーンばね７が損傷するからである。
有効巻部７ａのベーン５ｅ側の外径をＤ１、有効巻部７ａと密着巻部７ｂの変化点の径をＤ２、及び、密着巻部７ｂの固定部７ｄのベーン５ｅ側の径をＤ３とする。

Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３間には、
Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３ （１）
の関係がある。
そして、ベーンばね７は、図３に示す側方視で、Ｄ１とＤ２の間とＤ２とＤ３の間は、それぞれ１つのテーパ（傾斜）をもつテーパｔ１、ｔ２が構成されている。
そのため、有効巻部７ａから密着巻部７ｂにコイル外径を変化させる部位（箇所）の隣り合うコイル７ｃの外径差の最大値を小さくできる。

これにより、冷媒の液圧縮等によりバネ伸縮長が大きくなった場合でも、テーパｔ１、ｔ２を用いることで隣り合うコイル７ｃ同士のコイル７ｃ内側への入り込みを効果的に抑制できる。したがって、ベーンばね７の信頼性が向上する。
また、ベーンばね７における隣り合うコイル７ｃ同士の外径Ｄａ、Ｄｂの差が、下式（２）のように、コイル線径ｄ以下となっている。
Ｄｂ－Ｄａ＜＝ ｄ （２）

隣り合うコイル７ｃ同士の外径差Ｄｂ－Ｄａがコイル線径ｄ以下であるため、冷媒の液圧縮等によりバネ伸縮長が大きくなった場合でも、テーパｔ１、ｔ２により隣り合うコイル７ｃ同士の内側への入り込みを機械的に抑制できる。そのため、ベーンばね７の正常な伸縮動作が保て、ベーンばね７の信頼性が向上する。

また、密着巻部７ｂの径Ｄ３をもつ固定部７ｄが複数巻となっている。
テーパｔ１、ｔ２を、それぞれ１つのテーパ（傾斜）とすることにより、小スペース内で隣り合うコイル７ｃの外径差Ｄｂ－Ｄａの最大値を小さくできる。これにより、有効巻部７ａの小スペース化を図れ密着巻部７ｂのスペースを大きくできるため、密着巻部７ｂの径Ｄ３の固定部７ｄを複数巻とできる。そのため、ベーンばね７のバネ荷重に対する固定力が増加する。

（発明の効果）
液圧縮等によりバネ伸縮長が大きくなった際でもテーパｔ１、ｔ２により隣り合うコイル７ｃ同士の内側への入り込みを効果的に抑制できる。隣り合うコイル７ｃ同士の外径差Ｄｂ－Ｄａを小さくできるため、有効巻部７ａの小スペース化が可能である。そのため、密着巻部７ｂを複数巻とでき、密着巻部７ｂの固定を確実にできる。
したがって、べーンばね７の信頼性が向上する。

＜変形例＞
図４に、変形例のべーンばね１７が圧縮した際の側方視での断面図を示す。
有効巻部１７ａのベーン５ｅ側の外径をＤ１１、有効巻部１７ａと密着巻部１７ｂの変化点の径をＤ１２、及び、密着巻部１７ｂの固定部１７ｄのベーン５ｅ側の径をＤ１３とする。
変形例のべーンばね１７の伸長時、外径Ｄ１１と径Ｄ１２との間は、１つのテーパ（傾斜）で形成されており、径Ｄ１２と径Ｄ１３との間は、１つのテーパ（傾斜）で形成されている。

そして、図４に示すように、べーンばね１７は、側方視で、全圧縮時に有効巻部１７ａのテーパｔ２１のテーパ角度θ１と、密着巻部１７ｂのテーパｔ２２のテーパ角度θ２が略同一（同一またはほぼ同一）となっている
テーパｔ２１のテーパ角度θ１
≒ テーパｔ２２のテーパ角度θ２ （３）

変形例によれば、べーンばね１７の全圧縮時の有効巻部１７ａと密着巻部１７ｂのテーパｔ２１、ｔ２２の角度（θ１、θ２）が略同一である。そのため、有効巻部１７ａ及び固定部１７ｄを除く密着巻部１７ｂにおいて、隣り合うコイル１７ｃの外径差の最大値を小さくできる。

したがって、液圧縮等によりべーンばね１７のバネ伸縮長が大きくなった際でも、テーパｔ２１、ｔ２２により隣り合うコイル１７ｃ同士の内側への入り込みを効果的に抑制できる。そのため、べーンばね１７の信頼性が向上する。

＜＜その他の実施形態＞＞
１．前記した実施形態、変形例では、圧縮室Ｃｍが一つの圧縮機Ｃを例示して説明したが、本発明は仕切り板で上下に分割した複数の圧縮室をもつ圧縮機に適用できるのは勿論である。

２．本発明は、前記した実施形態、変形例の構成に限られることなく、添付の特許請求の範囲内で様々な変形形態、具体的形態が可能である。

１ 密閉容器
２ 電動機
２ａ 固定子
２ｂ 回転子
４ クランク軸（駆動軸）
４ｂ 偏心部
５ 圧縮機構部
５ｃ 上軸受（第１軸受）
５ｄ 下軸受（第２軸受）
５ａ シリンダ
５ｂ ローラ
５ｅ ベーン
７、１７ ベーンばね
７ａ、１７ａ 有効巻部
７ｂ、１７ｂ 密着巻部
７ｄ、１７ｄ 密着巻部の固定部
Ｃ 圧縮機
Ｃｍ 圧縮室
Ｃｙ シリンダ室
ｄ コイル線径
Ｄ１ ベーン側外径
Ｄ２ 有効巻部と密着巻部の変化点の径
Ｄ３ 密着巻部のベーン側径
Ｄａ、Ｄｂ 隣り合うコイルの外径
Ｉｎ 吸入室
ｔ１ Ｄ１とＤ２との間のテーパ
ｔ２ Ｄ２とＤ３との間のテーパ
ｔ２１ 全圧縮時のＤ１とＤ２との間のテーパ
ｔ２２ 全圧縮時のＤ２とＤ３との間のテーパ
θ１ 全圧縮時の有効巻部のテーパの角度
θ２ 全圧縮時の密着巻部のテーパの角度

Claims (4)

1. 固定子及び回転子を有する電動機と、
   前記回転子と一体で回転され偏心部を有する駆動軸と、
   前記駆動軸の回転に伴って冷媒を圧縮する圧縮機構部と、
   前記電動機、前記駆動軸、及び前記圧縮機構部、潤滑油が収容される密閉容器とを備え、
   前記圧縮機構部は、
   環状のシリンダと、
   前記偏心部が内部に配置され前記電動機の駆動に伴って前記シリンダ内で公転する環状のローラと、
   前記シリンダの軸方向の一方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第１軸受と、
   前記シリンダの軸方向の他方側に設けられ、前記駆動軸を軸支する第２軸受と、
   前記ローラの外周面に先端が接触し、前記シリンダと前記ローラとの間に形成されるシリンダ室を吸入室と圧縮室とに仕切るベーンと、
   前記ベーンを前記ローラの外周面に向けて押圧するベーンばねとを有し、
   前記ベーンばねは、
   有効巻部のベーン側外径をＤ１、前記有効巻部と密着巻部の変化点の径をＤ２及び前記密着巻部のベーン側径をＤ３としたとき、
   Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３の関係があり、
   側方視で、Ｄ１とＤ２との間、Ｄ２とＤ３との間がそれぞれ１つのテーパで構成されており、
   Ｄ２とＤ３との間のテーパは、Ｄ１とＤ２との間のテーパより大きい
   ことを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   前記ベーンばねは、側方視で、全圧縮時の前記有効巻部のテーパの角度と前記密着巻部のテーパの角度とが略同一である
   ことを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１または請求項２に記載の圧縮機において、
   隣り合うコイル同士の外径差がコイル線径以下である
   ことを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の圧縮機において、
   前記密着巻部の固定部が複数巻である
   ことを特徴とする圧縮機。

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