JP7146116B2 - 回転式圧縮機、冷凍サイクル装置および回転式圧縮機の製造方法 - Google Patents

回転式圧縮機、冷凍サイクル装置および回転式圧縮機の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、空気調和装置、冷蔵庫または冷凍機等の冷凍サイクルに用いられる回転式圧縮機、冷凍サイクル装置および回転式圧縮機の製造方法に関するものである。
回転式圧縮機は、密閉容器内に収容された環状のシリンダと、シリンダ内を偏心回転するローリングピストンと、シリンダに設けられたベーン溝に摺動自在に配置されたベーンとを有する。ベーンは、ベーンばねによって付勢されてローリングピストンに常時、ベーン先端部が当接し、シリンダ内部の空間を低圧空間と高圧空間とに仕切っている。そして、ローリングピストンがシリンダ内で偏心運動することで、低圧空間の体積が縮小して高圧空間となり、シリンダ内に吸入された冷媒が圧縮されるようになっている。
この種の密閉型圧縮機において、ベーンを付勢するベーンばねは、シリンダに形成されたベーンばね挿入穴に収納されてシリンダ内に保持されている。このようにベーンばねがシリンダ内に保持されている構成では、ベーンばねの長さが、ベーンの後端側の端面と密閉容器の内周面との距離に制約を受け、それ以上に長くできない。このため、ベーンが往復運動の最も後方の上死点位置に移動したときに、ベーンばねの全長が、ベーンばねが最大限縮んだ密着長さに達し、ベーンばねに生じる応力が大きくなってベーンばねが疲労破損する恐れがある。
そこで、ベーンばねを収容するスペースを密閉容器の外部に確保し、ベーンばねの長さに関する制約を無くしてベーンばねへの過剰な応力による疲労破損を防ぐようにした技術がある(例えば、特許文献1参照)。
実全昭56―17388号公報
ベーンばねは、密閉容器内でベーンを押圧しながら伸縮動作を繰り返す。そのため、ベーンばねの取付位置および取付姿勢にずれがある場合、ベーンばねの伸縮動作時に、ベーンばねと周辺部品との干渉およびベーンばねの屈曲等が発生する。これにより、ベーンばねの破損、動作不良または寿命低下等の不具合が生じる。したがって、ベーンばねを回転式圧縮機に精度よく組み付けることが求められる。
特許文献1の回転式圧縮機では、密閉容器の外部に突出して固定されたスプリングガイド内にベーンばねが配置される構成である。密閉容器には、圧縮された冷媒による内圧が作用し、密閉容器は外方に膨らむ等、形状が変化する。このため、密閉容器にスプリングガイドが固定される構造とすると、内圧による密閉容器の変形の影響で、ベーンばねの位置が正規の位置からずれる可能性があり、ベーンばねを精度よく設置することができない。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ベーンばねをシリンダに対して精度よく設置することが可能な回転式圧縮機、冷凍サイクル装置および回転式圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る回転式圧縮機は、密閉容器と、密閉容器に収容される環状のシリンダと、シリンダの内周面に沿って偏心回転するローリングピストンと、シリンダに径方向に設けられたベーン溝内を往復運動するベーンと、ベーンを付勢してベーンの先端部をローリングピストンに当接させるベーンばねと、密閉容器に一端側が固定され、他端側が密閉容器の外方に突出した突出部と、突出部の密閉容器に固定される側とは反対側の端部に取り付けられ、端部を閉塞する蓋部と、ベーンばねが内部に固定される筒状のスプリングガイドとを備え、スプリングガイドは、突出部および蓋部と接触することなく突出部の内部に配置され、また、密閉容器を貫通してり、スプリングガイドの密閉容器の内部側の一端部が、シリンダの外周面に形成された固定凹部に固定されているものである。
本発明によれば、ベーンばねが内部に固定されるスプリングガイドをシリンダに直接固定する構造としたので、ベーンばねをシリンダに対して精度よく設置することができる。
実施の形態1に係る回転式圧縮機の概略構成を示す断面図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機における圧縮機構部を拡大して示す横断面図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドとシリンダとの接合構造を示す拡大図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機においてシリンダとスプリングガイドとの固定部の固定力を高めるための構成例を示す図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機においてスプリングガイドに軸方向の溝を設けた例を示す図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機においてスプリングガイドに周方向の溝を設けた例を示す図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドとシリンダとの接合構造の変形例を示す拡大図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドの拡大断面図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドの変形例の拡大断面図である。 実施の形態1に係る回転式圧縮機の要部の製造方法を示すフローチャートである。 実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
本実施の形態では、空気調和機、冷蔵庫または冷凍機等に用いる回転式圧縮機を例に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る回転式圧縮機の概略構成を示す断面図である。図2は、実施の形態1に係る回転式圧縮機における圧縮機構部を拡大して示す横断面図である。図3は、実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドとシリンダとの接合構造を示す拡大図である。なお、この明細書の中で、特に断り無く「径方向」、「周方向」、「軸方向」というときは、それぞれシリンダの「径方向」、「周方向」、「軸方向」を言うものとする。
回転式圧縮機1は、密閉容器5の内部に、電動要素25と、冷媒の圧縮を行う圧縮要素10と、電動要素25の駆動力を圧縮機構部に伝達する回転軸17とを備えている。
密閉容器5は、図1のように、概略円筒形の密閉された容器である。密閉容器5の厚みは、圧縮要素10で圧縮された冷媒による内圧で密閉容器5に歪みを生じない程度の肉厚に形成されている。また、密閉容器5を肉厚を厚くすることで、空気調和機または冷蔵庫等の装置に、回転式圧縮機1を例えばアークスポット溶接で取り付ける際、加熱によって生じる密閉容器5の歪みの影響を、圧縮要素10に及ぼしにくくできる。
密閉容器5の外部には、当該密閉容器5に隣接して、冷媒音を消音するためのアキュムレータ28が設けられている。アキュムレータ28は、圧縮要素10を構成する後述の2つの圧縮機構に対してそれぞれアキュムレータ管29を介して接続されている。密閉容器5の上部には、圧縮要素10で圧縮された冷媒を吐出する吐出管16が接続されている。密閉容器5の底部には、圧縮要素10を潤滑するための冷凍機油が貯留されている。この冷凍機油としては、合成油であるPOE(ポリオールエステル)、PVE(ポリビニルエーテル)またはAB(アルキルベンゼン)等が使用される。
電動要素25は、密閉容器5の内周面に固定された円筒形状の固定子26と、固定子26の内側に回転自在に配置された円柱形状の回転子27と、を備えている。固定子26は、外径が密閉容器5の内径より大きく形成され、密閉容器5の内周面に焼嵌めによって固定されている。回転子27上には、永久磁石によって磁極が形成される。この回転子27は、回転子27上の磁極が作る磁束と固定子26が作る磁束との作用によって回転する。
電動要素25と圧縮要素10とは回転軸17によって連結されており、電動要素25の回転が圧縮要素10に伝達され、伝達された回転力によって圧縮要素10は冷媒を圧縮する。圧縮要素10で圧縮された冷媒は、圧縮要素10に設けられた吐出穴21(図2参照)を通じて密閉容器5内に放出される。したがって、密閉容器5内は、圧縮された高温高圧の冷媒ガスによって満たされる。
圧縮要素10は、回転軸17の軸方向に配置された2つの圧縮機構と、上軸受18と、下軸受19と、中間板12とを備えている。つまり、圧縮要素10は、圧縮機構を2つ備えた多気筒型である。なお、回転式圧縮機1は、圧縮機構を2以上備えた多気筒型に限られず、圧縮機構を1つ備えた一気筒型でもよい。
各圧縮機構は同様に構成されるため、便宜上、一方についてのみ説明する。図2に示すように、圧縮機構は、シリンダ11と、ローリングピストン13と、ベーン14と、ベーンばね15と、ベーンばね15が内部に固定される筒状のスプリングガイド30と、を備えている。
シリンダ11は、環状の平板で構成されている。シリンダ11の内側のシリンダ室11aは、軸方向の両端が開口しており、上軸受18および下軸受19の一方と中間板12とで閉塞されている。また、シリンダ11には、図2および図4に示すように、径方向に貫通する吸入口20と、シリンダ11の内周面11bに形成された吐出穴21が形成されている。吸入口20には、アキュムレータ28のアキュムレータ管29が接続されている。
ローリングピストン13は、図2に示すように、回転軸17の偏心部17aに回転可能に嵌合した状態で、シリンダ11のシリンダ室11aに収納されている。ローリングピストン13は、シリンダ11の内周面11bに沿って偏心回転する。
シリンダ11には、シリンダ室11aに連通し、径方向に延びるベーン溝22が形成されている。ベーン溝22内には、径方向に進退自在にベーン14が配置されている。ベーン14の背面14b側にはベーンばね15が配置されている。ベーン14の背面14bにはベーンばね15の一端部が収容される収容凹部が形成されている。図2は収容凹部での断面を示しており、収容凹部の底面にベーンばね15の一端部が固定されている。ベーンばね15の他端部は後述のスプリングガイド30の内面に固定されている。
ベーンばね15は、ベーン14を付勢してベーン14の先端部14aをローリングピストン13に当接させるものである。ベーン14は、ベーンばね15の付勢力によって径方向内側に押圧されることで、ベーン14の先端部14aがローリングピストン13に常に当接している。このようにベーン14の先端部14aがローリングピストン13と当接することで、シリンダ室11a内が低圧空間と高圧空間とに仕切られている。ベーン14は、シリンダ室11a内のローリングピストン13の偏心回転に伴い、先端部14aがローリングピストン13の外周面13cに当接したままベーン溝22内を往復運動する。
ベーンばね15は、金属等の線材がコイル状に巻かれて構成されたコイルばねである。ベーンばね15は、ベーン14の動きに追従して伸縮する伸縮部15aと、伸縮部15aの伸縮方向の端部に設けられ、伸縮しない非伸縮部15bとを有する。非伸縮部15bは、伸縮部15aよりも線材が大径に巻かれ、線材同士が密接することで伸縮しない。
ベーンばね15は、非伸縮部15bで筒状のスプリングガイド30内に固定されている。非伸縮部15bの外径は、スプリングガイド30の内径よりも大きく形成されており、非伸縮部15bをスプリングガイド30内に圧入することで非伸縮部15bの径が縮小し、径を戻そうとする復元力でベーンばね15がスプリングガイド30内に固定されている。なお、ベーンばね15のスプリングガイド30への固定は、この固定方法に限られず、以下の方法でもよい。
スプリングガイド30の内周面に周状の溝を設け、この周状の溝内に非伸縮部15bを嵌め込んでベーンばね15をスプリングガイド30に固定してもよい。また、スプリングガイド30の内周面に、ベーンばね15の線径に合致した螺旋状の溝を設け、螺旋状の溝にベーンばね15の非伸縮部15bを嵌め込んでベーンばね15をスプリングガイド30に固定してもよい。また、ベーンばね15の非伸縮部15bの巻き数が1巻きである場合には次のようにすればよい。スプリングガイド30の内周面に、ベーンばね15の線径に合致した一巻き分の溝を設け、一巻き分の溝にベーンばね15の非伸縮部15bを嵌め込んでベーンばね15をスプリングガイド30に固定する。
スプリングガイド30は、密閉容器5を貫通して設けられている。スプリングガイド30の一端部30aは、シリンダ11の外周面11cに設けられた固定凹部40に挿入されて固定され、他端部30bは、密閉容器5に設けられた開口部8を通って密閉容器5の外部に突出している。密閉容器5の開口部8の内径は、スプリングガイド30の外径よりも大きく構成され、スプリングガイド30は、密閉容器5に接触せずにシリンダ11に固定されている。
以下に説明するが、スプリングガイド30をシリンダ11に固定する際には、スプリングガイド30に圧力および摩擦力等が作用する。このため、スプリングガイド30の材質は鉄材のような高強度材が好ましい。ただし、スプリングガイド30は、鉄製材料のような高強度材に限らず、樹脂等の低強度材で構成されてもよい。
スプリングガイド30の一端部30a側には、ベーン通過部31が形成されている。ベーン通過部31は、スプリングガイド30の一端部30a側の端面からスプリングガイド30の軸方向に延びたスリットで構成されている。ベーン通過部31は、スプリングガイド30の中心軸に対して対称に2つ形成されている。ベーン通過部31は、図3に示すようにスプリングガイド30がシリンダ11に固定された状態において、ベーン溝22の径方向の延長線上に位置している。
ここで、スプリングガイド30の寸法について説明する。スプリングガイド30の直径D1は、ベーン14の軸方向の長さ(図3の紙面に直交する方向の長さ)よりも小さい。ベーン通過部31の径方向の幅W1は、ベーン14の同方向の幅よりも大きい。これにより、ベーン14は、ベーン溝22を通過した後、ベーン通過部31に接触することなくベーン通過部31内に入り込み、往復運動する。
ベーンばね15が固定されたスプリングガイド30は、密閉容器5の外方に突出して設けられた突出部6内に配置されている。突出部6は、断面形状が円、長方形または長円形の筒形部材である。突出部6は、図2に示すように、密閉容器5に形成された開口部8に、突出部6の中心軸がシリンダ11の中心軸に対して直交するように取り付けられている。突出部6は、密閉容器5に形成された開口部8に、突出部6の端部が圧入されて密閉容器5に固定されている。
突出部6の密閉容器5に固定される側と反対側の端部(以下、外周側端部という)には、蓋部7が取り付けられている。蓋部7は、突出部6の外周側端部を閉塞する蓋である。蓋部7は、例えば溶接またはろう付け等によって突出部6の外周側端部に接合されている。突出部6の外周側端部が蓋部7で閉塞されることにより、突出部6が密閉され、密閉容器5が密閉されている。
次に、本実施の形態1の回転式圧縮機の動作について説明する。電動要素25に電力供給すると、電動要素25によって回転軸17が回転する。回転軸17が回転することにより、シリンダ室11a内では偏心部17aが偏心回転運動する。偏心部17aの偏心回転運動に伴い、シリンダ室11a内ではローリングピストン13が偏心回転運動し、アキュムレータ28のアキュムレータ管29からシリンダ室11a内に吸入された低圧のガス状冷媒が圧縮される。シリンダ室11a内で圧縮されたガス状冷媒は、所定の圧力になると吐出穴21から密閉容器5の内部空間に吐出される。そして、密閉容器5の内部空間に吐出された高圧のガス状冷媒は、密閉容器5に設けられた吐出管16から密閉容器5の外部へ吐出される。
ここで、ベーン14は、ローリングピストン13の回転に伴い、ベーン溝22内を往復運動する。図2に示すように、ローリングピストン13の外周面13cとシリンダ11の内周面11bとの接触位置がベーン14の配置位置の位相に一致するとき(以下、ローリングピストン13がベーン溝位相にあるとき、という。)、ベーン14はシリンダ11から遠ざかる方向である後方に移動して上死点位置に位置する。そして、ローリングピストン13の外周面13cとシリンダ11の内周面11bとの接触位置がベーン14の配置位置の位相から180°異なる位相にあるとき、ベーン14はシリンダ11の中心に向かう方向である前方に移動して下死点位置に位置する。このように、ベーン14は、上死点位置と下死点位置との間を往復する。また、ローリングピストン13が、図2の位置から90°回転した位相に位置するとき、ベーン14は上死点位置と下死点位置との間の中間位置に位置する。
このようにベーン14の往復運動の範囲は上死点位置と下死点位置との間であり、ベーン14が上死点位置、下死点位置および中間位置にあるときの、ベーン14のスプリングガイド30のベーン通過部31に対する位置は、以下のようになっている。
ベーン14が図2に示す上死点位置にあるとき、ベーン14の背面14bは、スプリングガイド30のベーン通過部31内に位置する。また、ベーン14が下死点位置にあるとき、ベーン14の背面14bは、スプリングガイド30のベーン通過部31内には位置しない。また、ベーン14が中間位置にあるときも、ベーン14の背面14bは、スプリングガイド30のベーン通過部31内には位置しない。このように構成した理由は、製造時の都合によるものであるが、この点については後述する。
回転式圧縮機1の運転中、密閉容器5内に液冷媒が流入する、いわゆる液バックが発生することがある。液バック時には、シリンダ室11aの内圧が急激に高まるため、ベーン14が径方向外側に押圧される。この場合、ベーン14は、上死点位置よりも径方向外側に移動し、ベーン14の背面14bが、スプリングガイド30のベーン通過部31の底面31aに接触したところで停止する。つまり、ベーン通過部31の底面31aは、液バック時のベーン14のストッパとして機能する。ベーン通過部31の底面31aの径方向の位置は、ベーン14の背面14bがベーン通過部31の底面31aに接触した状態において、ベーンばね15の長さが密着長さにならないように設定されている。このため、液バック時等、シリンダ室11aの内圧が急激に高まった際に、ベーンばね15に過剰な圧力が作用しないようになっている。なお、ベーンばね15の密着長さとは、ベーンばね15が最大限縮んで、線材が互いに密着した状態での長さである。
本実施の形態1の回転式圧縮機1は、密閉容器5の外方に突出して突出部6を取り付けた構造である。このため、ある意味、回転式圧縮機1の外郭を、ベーンばね15の設置部分に関し、径方向に拡大した構造である。したがって、ベーン14の背面14bと密閉容器5の内周面との距離に制約を受けず、ベーンばね15の全長を自由に設定できる。ベーンばね15の長さは、突出部6の長さを調整することにより、自由に設定できる。このため、ベーンばね15の全長を伸ばし、ベーンばね15の伸縮率を小さくできる。ベーンばね15の伸縮率を小さくできることで、ベーンばね15に繰り返し作用する応力に対する疲労耐力を、伸縮率が大きいばねを用いる場合に比べて十分に確保できる。これにより、疲労耐力を確保したまま、ベーン14をローリングピストン13に押し付ける付勢力を大きくすることが可能となる。
ここで、仮にベーンばね15の付勢力を大きくできず、ベーン14をローリングピストン13に押し付ける力が十分ではない場合、ベーン14が下死点位置にあるときにベーン14はローリングピストン13の動きに追従できない。つまり、ベーン14の先端部14aがローリングピストン13から離れる。この場合、騒音および振動が発生する。
これに対し、本実施の形態1では、上述したようにベーンばね15の全長を自由に設定できるため、ベーンばね15の全長を伸ばしてベーンばね15の伸縮率を小さくすることで、十分な疲労耐力を確保できる。したがって、十分な疲労耐力を確保しつつ、ベーン14をローリングピストン13に常に押し付けるために必要な付勢力を得ることが可能となり、ベーン14がローリングピストン13と離れることで発生する騒音および振動を抑えることができる。
また、本実施の形態1では、突出部6の長さを調整することで、蓋部7とスプリングガイド30との距離を自由に設定でき、以下の効果を得ることができる。蓋部7とスプリングガイド30との距離が近いと、蓋部7を溶接またはろう付け等で突出部6に接合する際に発生する熱が、蓋部7を介してベーンばね15に伝わり、ベーンばね15の特性が劣化する可能性がある。これに対し、本実施の形態1では、蓋部7とスプリングガイド30との距離を自由に設定できるため、この距離を十分に確保することで、接合時にベーンばね15に伝わる熱によってベーンばね15の特性が劣化することを防止できる。
ところで、従来の回転式圧縮機では、密閉容器から外方に突出して設けられた筒状のスプリングガイド内にベーンばねが配置された構造であった。スプリングガイドは、密閉容器とともに、回転式圧縮機の外郭の一部を構成する部品であり、これら外郭構成部品には、圧縮要素から吐出された冷媒による内圧が作用する。外郭構成部品は、内圧の影響で外方に膨らむ等、形状が変化する。このため、外郭構成部品に対してスプリングガイドを固定する構造とすると、内圧による外郭構成部品の変形の影響で、スプリングガイドひいてはベーンばねを目的の位置に配置することができない。目的の位置とはシリンダ11の中心軸に対して直交する方向に沿う位置である。
これに対し、本実施の形態1では、外郭構成部品とは別部品であるスプリングガイド30にベーンばね15を固定し、スプリングガイド30をシリンダ11に直接固定するようにしている。このため、ベーンばね15を精度良く設置することができ、ベーンばね15を安定して動作させることができる。
次に、スプリングガイド30へのシリンダ11への固定構造について説明する。シリンダ11の外周面11cには、スプリングガイド30の一端部30a嵌合される円筒状の固定凹部40が設けられている。固定凹部40は、シリンダ11の外周面11cから径方向内側に向けて延びて形成され、固定凹部40の底面でベーン溝22に連通している。固定凹部40の内径は、スプリングガイド30の外径よりも小さく形成されており、固定凹部40の開口端部に、スプリングガイド30の一端部30aが挿入されて圧入されている。
スプリングガイド30の外径は、突出部6の内径の例えば85%以下とする。これは以下の理由による。シリンダ11は、シリンダ11の中心軸が密閉容器5の中心軸と一致するように密閉容器5内に固定されることが理想である。しかし、シリンダ11の中心軸が密閉容器5の中心軸に対して傾いて設置されることがある。シリンダ11の中心軸が密閉容器5の中心軸に対して傾いていると、固定凹部40も傾くことになる。
スプリングガイド30は、密閉容器5に固定された突出部6に、突出部6の開口端部から挿入されてシリンダ11に固定される。このため、固定凹部40が傾いていると、製造時に突出部6を通してスプリングガイド30を挿入する際に、スプリングガイド30も傾けて突出部6内に通す必要がある。ここで、スプリングガイド30の外径が、突出部6の内径の例えば85%超であると、スプリングガイド30と突出部6との隙間が小さすぎて、スプリングガイド30を傾けて挿入することができなくなる可能性がある。このため、スプリングガイド30の外径を、突出部6の内径の例えば85%以下としている。
シリンダ11の固定凹部40の深さL2は、以下の理由から短い方がよい。固定凹部40の深さL2を長くすると、その分、ベーン溝22の同方向の長さL3、つまりベーン14に摺接する部分の長さL3が短くなり、ベーン14がベーン溝22を高速で摺動する際に焼き付きを生じやすくなる。このため、固定凹部40の深さL2は短い方がよく、シリンダ11の外径D2の10%以下とするとよい。
シリンダ11の固定凹部40とスプリングガイド30の一端部30aとの固定部には、圧縮機運転時に、ベーン14がスプリングガイド30のベーン通過部31の底面31aに衝突した際に、スプリングガイド30をシリンダ11から抜く方向に力がかかる。このため、シリンダ11の固定凹部40とスプリングガイド30の一端部30aとの固定部には、十分な固定力が必要である。そこで、シリンダ11とスプリングガイド30との固定部の固定力を高めるため、以下の(1)~(3)の一部または全部の方法を採用しても良い。
(1)スプリングガイド30の一端部30aの外周面を薬品等にて処理してスプリングガイド30の内周面よりも表面粗度を大きくし、シリンダ11の固定凹部40の内周面との摩擦を大きくして固定力を高めるようにしても良い。
(2)次の図4に示す金属接着剤を用いて固定補助をして固定力を高めるようにしても良い。
図4は、実施の形態1に係る回転式圧縮機においてシリンダとスプリングガイドとの固定部の固定力を高めるための構成例を示す図である。
図4に示すように、金属接着剤34を適宜の位置に塗布し、固定補助をしても良い。図4には、スプリングガイド30とシリンダ11との連接角部に金属接着剤34を塗布した例を示しているが、この構成に限られない。スプリングガイド30の一端部30aの外周面、シリンダ11の固定凹部40の内周面、スプリングガイド30とシリンダ11との連接角部、の一部または全部に金属接着剤34を塗布しても良い。
(3)シリンダ11の固定凹部40の内周面とスプリングガイド30の一端部30aの外周面とに、互いに異なる方向に溝または加工痕を設け、スプリングガイド30のシリンダ11への圧入時の摩擦力を上げて固定補助しても良い。次の図5および図6に、スプリングガイド30に溝を設けた例を示す。
図5は、実施の形態1に係る回転式圧縮機においてスプリングガイドに軸方向の溝を設けた例を示す図である。図6は、実施の形態1に係る回転式圧縮機においてスプリングガイドに周方向の溝を設けた例を示す図である。図5および図6において、(a)はスプリングガイド30の断面図、(b)はスプリングガイド30の平面図である。
溝または加工痕によりスプリングガイド30のシリンダ11への圧入時の摩擦力を上げる場合、シリンダ11の固定凹部40の内周面に、溝または加工痕を周方向に設けるとともに、スプリングガイド30の一端部30aの外周面に、図5に示すように溝30cまたは加工痕を軸方向に設ける。溝または加工痕を設ける方向を逆にして、シリンダ11の固定凹部40の内周面に、溝または加工痕を軸方向に設けるとともに、スプリングガイド30の一端部30aの外周面に、図6に示すように溝30cまたは加工痕を周方向に設けても良い。また、シリンダ11の固定凹部40の内周面に、溝または加工痕を傾けて設けるとともに、スプリングガイド30の一端部30aの外周面に、溝または加工痕を逆向きに傾けて設けてもよい。ここで、加工痕とは、加工によって表面が粗く形成された部分のことである。
なお、上記では、シリンダ11へのスプリングガイド30の接合方式を圧入方式としたが、これに限られたものでは無く、次の図7に示すねじ固定方式でもよい。
図7は、実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドとシリンダとの接合構造の変形例を示す拡大図である。
シリンダ11の固定凹部40の内周面には、雌ねじ部41が形成されている。スプリングガイド30の一端部30aの外周面は、雄ねじ部32が形成されている。雄ねじ部32のスプリングガイド30の中心軸方向の長さは、固定凹部40にねじ込まれる部分の長さ以上の長さで形成されている。
この構成では、スプリングガイド30の雄ねじ部32とシリンダ11の雌ねじ部41とをねじ締結することで、スプリングガイド30がシリンダ11に固定される。
このようなねじ締結では、スプリングガイド30の雄ねじ部32をシリンダ11の雌ねじ部41にねじ込む際に、シリンダ11のベーン溝22に力がかかり、ベーン溝22を変形させてベーン14の往復運動を阻害する可能性がある。このため、ねじ締結時のベーン溝22の変形を抑制するため、スプリングガイド30の雄ねじ部32の形状を次の図8に示す非対称ねじとしてもよい。
図8は、実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドの拡大断面図である。
スプリングガイド30の雄ねじ部32は、ねじ山33の中心が片側に傾いている非対称ねじである。具体的には、ねじ山33の片側がスプリングガイド30の中心軸に直交する平面となす角度αと、ねじ山33の反対側がスプリングガイド30の中心軸に直交する平面となす角度βとが異なっている。この例では、α>βとしているが、α<βとしてもよい。
このように、スプリングガイド30の雄ねじ部32を非対称ねじとすることで、スプリングガイド30の雄ねじ部32をシリンダ11の雌ねじ部41にねじ込む際の力を低減することができ、ベーン溝22の変形を抑制できる。
図8では、雄ねじ部32全体においてねじ山33の傾き方向が同じであったが、次の図9に示すようにしてもよい。
図9は、実施の形態1に係る回転式圧縮機のスプリングガイドの変形例の拡大断面図である。
この変形例では、スプリングガイド30の雄ねじ部32の一部が、挿入方向の先端側(図9の左側)に傾き、一部が挿入方向の後端側に傾いた構成を有する。この例では、雄ねじ部32の挿入方向の先端側のねじ山が挿入方向の先端側に傾き、挿入方向の後端側のねじ山が挿入方向の後端側に傾いた例を示したが、あくまでも一例であり、図示の例に限られない。
この構成により、図8に比べてさらにスプリングガイド30の雄ねじ部32をシリンダ11の雌ねじ部41にねじ込む際の力を低減することができ、ベーン溝22の変形をより抑制できる。
なお、ここでは、スプリングガイド30に雄ねじ部を設け、シリンダ11に雌ねじ部を設けた構成としたが、スプリングガイド30に雌ねじ部を設け、シリンダ11に雄ねじ部を設けた構成としてもよい。
次に、回転式圧縮機1の要部の製造方法について説明する。
図10は、実施の形態1に係る回転式圧縮機1の要部の製造方法を示すフローチャートである。
まず、突出部6が接合された密閉容器5内にシリンダ11を固定するとともに、シリンダ11内にローリングピストン13を挿入する工程を行う(ステップS1)。ここでは、圧縮要素10が圧縮機構を複数備えた構成であるため、上軸受18と、2つのシリンダ11と、中間板12と、下軸受19と、2つのローリングピストン13を備えた回転軸17と、を組み合わせた一体物を、密閉容器5の内部に固定する。各シリンダ11は、固定凹部40が密閉容器5の開口部8に対向する位置で密閉容器5に固定される。
そして、密閉容器5に固定された2つのシリンダ11のうちの一方のシリンダ11のベーン溝22に、突出部6の開口端部からベーン14を挿入する工程を行う(ステップS2)。次に、スプリングガイド30の一端部30aを、密閉容器5の開口部8を通して密閉容器5の外部から挿入し、シリンダ11の固定凹部40に固定する(ステップS3)。具体的には、スプリングガイド30を、突出部6の開口端部から挿入し、一端部30aを、上述のようにしてシリンダ11の固定凹部40に固定する。そして、スプリングガイド30にベーンばね15を挿入して固定する(ステップS4)。他方のシリンダ11に対しても、同様にしてベーン14、スプリングガイド30およびベーンばね15を固定する。そして、突出部6に蓋部7を接合する(ステップS5)。
上記製造方法では、スプリングガイド30をシリンダ11に取り付けた後に、ベーンばね15をスプリングガイド30に固定していたが、逆としてもよい。つまり、スプリングガイド30にベーンばね15を固定した後、ベーンばね15が固定されたスプリングガイド30をシリンダ11に取り付けても良い。
ここで、仮にスプリングガイド30を設けず、ベーンばね15の一端をベーン14の背面14bに固定し、他端を蓋部7に当接させてベーンばね15を突出部6内に保持する構造とした場合、ベーンばね15の他端を押さえて保持しながら蓋部7を突出部6に接合する必要がある。これに対し、本実施の形態1では、蓋部7を突出部6に接合する時点で、ベーンばね15が、シリンダ11に接合されたスプリングガイド30に固定されているため、ベーンばね15を押さえて保持する必要がない。したがって、組み立て性が良い。
なお、ベーンばね15をスプリングガイド30に固定する際には、回転軸17を回してローリングピストン13をベーン溝位相に移動させ、ベーン14を下死点位置に移動させる。これにより、例えばベーン14が上死点位置に位置する時に比べて、ベーンばね15の長さが長い状態、つまりベーンばね15に作用するばね力が小さい状態でベーンばね15を設置でき、組み立て性が良い。
一方のシリンダ11内のローリングピストン13と、他方のシリンダ11内のローリングピストン13とは、位相が180°ずれて設けられている。このため、一方のシリンダ11内のローリングピストン13がベーン溝位相に位置するとき、他方のシリンダ11内のローリングピストン13はベーン溝位相から180°ずれた位相に位置する。したがって、一方のシリンダ11内にベーンばね15を挿入する際には、まず、ローリングピストン13をベーン溝位相から180°ずれた位相に移動させ、ベーン14を下死点位置に位置させてベーンばね15を挿入する。そして、他方のシリンダ11内にベーンばね15を挿入する際には、回転軸17を180°回転させ、同じくローリングピストン13をベーン溝位相から180°ずれた位相に移動させ、ベーン14を下死点位置に移動させて行う。
なお、スプリングガイド30をシリンダ11にねじ固定方式で固定する場合には、スプリングガイド30の一端部30aを固定凹部40に挿入した状態で回転させることになる。このため、スプリングガイド30を回転させる際に、ベーン14の背面14bがスプリングガイド30のベーン通過部31内に入り込んでいると、スプリングガイド30を回転させることができない。このため、ベーン14の背面14bがベーン通過部31に入り込まないようにベーン14を移動させた状態で、スプリングガイド30を回転させる動作を行う。具体的には例えば、ベーン14を下死点位置または上述の中間位置に移動させる。ベーン14が下死点位置または中間位置にあるときにベーン14の背面14bがベーン通過部31内に位置しないように構成した理由は、このようにスプリングガイド30をねじ固定方式で固定する際に、スプリングガイド30の回転を妨げないようにするためである。
また、ローリングピストン13がベーン溝位相から90°回転させた位置にあるときにベーン14の背面14bがベーン通過部31内に位置しない構成とした場合、製造工程の簡略化が可能である。すなわち、上述の組み立て手順では、2つのシリンダ11のうちの一方のシリンダ11にスプリングガイド30を固定した後、他方のシリンダ11にスプリングガイド30を固定する際、回転軸17を180°回転させて、ローリングピストン13の位置を移動させる必要があった。しかし、ローリングピストン13がベーン溝位相から90°回転させた位置にあるときにベーン14の背面14bがベーン通過部31内に位置しない構成とした場合、回転軸17の回転が不要である。つまり、ローリングピストン13をベーン溝位相から90°回転させた位置に位置させたまま、一方のシリンダ11にスプリングガイド30を固定した後、他方のシリンダ11にスプリングガイド30を固定することができる。
本実施の形態1の回転式圧縮機1は、密閉容器5と、密閉容器5に収容される環状のシリンダ11と、シリンダ11の内周面11bに沿って偏心回転するローリングピストン13と、シリンダ11に径方向に設けられたベーン溝22内を往復運動するベーン14と、ベーン14を付勢してベーン14の先端部14aをローリングピストン13に当接させるベーンばね15と、ベーンばね15が内部に固定される筒状のスプリングガイド30とを備える。スプリングガイド30は密閉容器5を貫通して設けられており、スプリングガイド30の一端部30aが、シリンダ11の外周面に形成された固定凹部40に固定されている。
このように、ベーンばね15が内部に固定されるスプリングガイド30をシリンダ11に直接固定する構造としたので、ベーンばね15をシリンダ11に対して精度よく設置することができる。よって、ベーンばね15を安定して動作させることができる。
密閉容器5の開口部8の内径は、スプリングガイド30の外径よりも大きく構成され、スプリングガイド30は、密閉容器5に接触せずにシリンダ11に固定されている。
これにより、スプリングガイド30は、密閉容器5の変形の影響を受けることなくシリンダに固定できるため、ベーンばね15をシリンダ11に対して精度よく設置することができる。
固定凹部40の径は、スプリングガイド30の一端部30aの外径よりも小さく構成され、スプリングガイド30はシリンダ11に圧入固定されている。
このようにスプリングガイド30のシリンダ11への固定は、圧入により行える。
スプリングガイド30の一端部30aの外周面は、スプリングガイド30の内周面よりも粗度が大きい。また、スプリングガイド30の一端部30aの外周面、シリンダ11の固定凹部40の内周面、スプリングガイド30とシリンダ11との連接角部、の一部または全部に金属接着剤を備えた。また、スプリングガイド30の一端部30aの外周面と、シリンダ11の固定凹部40の内周面とには、互いに異なる方向の溝または加工痕が形成されている。
これらにより、スプリングガイド30とシリンダ11との固定部の固定力を高めることができる。
スプリングガイド30の一端部30aの外周面およびシリンダ11の固定凹部40の内周面の一方には雄ねじ部32、他方には雌ねじ部41が形成され、雄ねじ部32と雌ねじ部41とのねじ締結によりスプリングガイド30がシリンダ11に固定されている。
このようにスプリングガイド30のシリンダ11への固定は、ねじ締結により行える。
雄ねじ部32は、ねじ山33の中心が片方に傾いた非対称ねじである。
このように、非対称ねじを用いることで、スプリングガイド30の雄ねじ部32をシリンダ11の雌ねじ部41にねじ込む際の力を低減することができ、ベーン溝22の変形を抑制できる。
雄ねじ部32のねじ山33は、一部は径方向の内側に、一部は径方向の外側に傾いている。
これにより、ベーン溝22の変形をより抑制できる。
スプリングガイド30は、ベーン溝22を径方向に延長した位置に、ベーン14が通過するベーン通過部31を備えている。
これにより、ベーン14のストロークを確保できる。
スプリングガイド30のベーン通過部31は、スプリングガイド30の一端部30a側の端面からスプリングガイド30の軸方向に形成されたスリットである。ベーン通過部31の底面31aにベーン14が接触した状態において、ベーンばね15の長さが、ベーンばね15を構成する線材が互いに密着した密着長さとならないようにベーン通過部31の底面31aの位置が設定されている。
これにより、液バック時等、シリンダ室11aの内圧が急激に高まった際に、ベーンばね15に過剰な圧力が作用することを防止できる。
本実施の形態1の回転式圧縮機1の製造方法は、密閉容器5内に環状のシリンダ11を固定するとともに、シリンダ11内にシリンダ11の内周面11bに沿って偏心回転するローリングピストン13を挿入する工程と、シリンダ11に形成されたベーン溝22にベーン14を挿入する工程とを備えている。回転式圧縮機1の製造方法はさらに、ベーン14を付勢してベーン14の先端部14aをローリングピストン13に当接させるベーンばね15が内部に固定されるスプリングガイド30の一端部30aを、密閉容器5に形成された開口部8を通して密閉容器5の外部から挿入し、シリンダ11において開口部8に対向して設けられた固定凹部40に固定する工程と、スプリングガイド30内にベーンばね15を固定する工程とを備えている。
このように、ベーンばね15が内部に固定されるスプリングガイド30をシリンダ11に直接固定する構造としたので、ベーンばね15をシリンダ11に対して精度よく設置することができる。よって、ベーンばね15を安定して動作させることが可能な回転式圧縮機1を得ることができる。
シリンダ11、ローリングピストン13、ベーン14、ベーンばね15およびスプリングガイド30を圧縮機構と定義したとき、回転式圧縮機1は、圧縮機構を複数備えている。各圧縮要素10のそれぞれのシリンダ11にベーンばね15を固定する際には、ローリングピストン13の外周面13cとシリンダ11の内周面11bとの接触位置が、ベーン14の配置位置の位相から180°異なる位相の位置となるようにローリングピストン13の位置を移動させて行う。
これにより、ベーンばね15に作用するばね力が小さい状態でベーンばね15を設置でき、組み立て性が良い。
シリンダ11、シリンダ11内に配置されるローリングピストン13、ベーン14、ベーンばね15およびスプリングガイド30を圧縮機構と定義したとき、回転式圧縮機1は、圧縮機構を複数備えている。各圧縮要素10のそれぞれのシリンダ11にベーンばね15を固定する際には、ローリングピストン13の外周面13cとシリンダ11の内周面11bとの接触位置が、ベーン14の配置位置の位相から90°異なる位相の位置となるようにローリングピストン13の位置を移動させて行う。
これにより、各シリンダ11のそれぞれにベーンばね15を設置する毎にローリングピストン13を移動させなくても、ベーンばね15に作用するばね力が小さい状態でベーンばね15を設置でき、組み立て性が良い。すなわち、一旦、ローリングピストン13の外周面13cとシリンダ11の内周面11bとの接触位置が、ベーン14の配置位置の位相から90°異なる位相の位置となるようにローリングピストン13の位置を移動させておけば、その後、ローリングピストン13の位置を移動させることなく、ベーンばね15に作用するばね力が小さい状態でベーンばね15を設置できる。その結果、製造工程の簡略化が可能である。
(実施の形態2)
本実施の形態2は、実施の形態1の回転式圧縮機1を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。
図11は、実施の形態2に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図である。
冷凍サイクル装置50は、実施の形態1の回転式圧縮機1と、凝縮器51と、減圧装置としての膨張弁52と、蒸発器53とを備えている。回転式圧縮機1から吐出されたガス冷媒は凝縮器51に流入し、凝縮器51を通過する空気と熱交換して高圧液冷媒となって流出する。凝縮器51を流出した高圧液冷媒は膨張弁52で減圧されて低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器53に流入する。蒸発器53に流入した低圧の気液二相冷媒は、蒸発器53を通過する空気と熱交換して低圧ガス冷媒となり、再び回転式圧縮機1に吸入される。
このように構成された冷凍サイクル装置50は、実施の形態1の回転式圧縮機1を備えることで、安定したベーン14およびベーンばね15の動作が得られる。また、スプリングガイド30がシリンダ11から抜けることを抑止できる。これにより、信頼性の高い冷凍サイクル装置50を構成できる。
なお、冷凍サイクル装置50は、空気調和機、冷蔵庫または冷凍機等に適用することができる。
1 回転式圧縮機、5 密閉容器、6 突出部、7 蓋部、8 開口部、10 圧縮要素、11 シリンダ、11a シリンダ室、11b 内周面、11c 外周面、12 中間板、13 ローリングピストン、13c 外周面、14 ベーン、14a 先端部、14b 背面、15 ベーンばね、15a 伸縮部、15b 非伸縮部、16 吐出管、17 回転軸、17a 偏心部、18 上軸受、19 下軸受、20 吸入口、21 吐出穴、22 ベーン溝、25 電動要素、26 固定子、27 回転子、28 アキュムレータ、29 アキュムレータ管、30 スプリングガイド、30a 一端部、30b 他端部、30c 溝、31 ベーン通過部、31a 底面、32 雄ねじ部、33 ねじ山、34 金属接着剤、40 固定凹部、41 雌ねじ部、50 冷凍サイクル装置、51 凝縮器、52 膨張弁、53 蒸発器。

Claims (15)

  1. 密閉容器と、
    前記密閉容器に収容される環状のシリンダと、
    前記シリンダの内周面に沿って偏心回転するローリングピストンと、
    前記シリンダに径方向に設けられたベーン溝内を往復運動するベーンと、
    前記ベーンを付勢して前記ベーンの先端部をローリングピストンに当接させるベーンばねと、
    前記密閉容器に一端側が固定され、他端側が前記密閉容器の外方に突出した突出部と、
    前記突出部の前記密閉容器に固定される側とは反対側の端部に取り付けられ、前記端部を閉塞する蓋部と、
    前記ベーンばねが内部に固定される筒状のスプリングガイドとを備え、
    前記スプリングガイドは、前記突出部および前記蓋部と接触することなく前記突出部の内部に配置され、また、前記密閉容器を貫通してり、前記スプリングガイドの前記密閉容器の内部側の一端部が、前記シリンダの外周面に形成された固定凹部に固定されている回転式圧縮機。
  2. 前記密閉容器には、前記スプリングガイドを通す開口部が形成されており、前記開口部の内径は、前記スプリングガイドの外径よりも大きく構成され、前記スプリングガイドは、前記密閉容器に接触せずに前記シリンダに固定されている請求項1記載の回転式圧縮機。
  3. 前記固定凹部の径は、前記スプリングガイドの前記一端部の外径よりも小さく構成され、前記スプリングガイドは前記シリンダに圧入固定されている請求項1または請求項2記載の回転式圧縮機。
  4. 前記スプリングガイドの前記一端部の外周面は、前記スプリングガイドの内周面よりも粗度が大きい請求項3記載の回転式圧縮機。
  5. 前記スプリングガイドの前記一端部の外周面、前記シリンダの前記固定凹部の内周面、前記スプリングガイドと前記シリンダとの連接角部、の一部または全部に金属接着剤を備えた請求項1~請求項4のいずれか一項に記載の回転式圧縮機。
  6. 前記スプリングガイドの前記一端部の外周面と、前記シリンダの前記固定凹部の内周面とには、互いに異なる方向の溝または加工痕が形成されている請求項1~請求項5のいずれか一項に記載の回転式圧縮機。
  7. 前記スプリングガイドの前記一端部の外周面および前記シリンダの前記固定凹部の内周面の一方には雄ねじ部、他方には雌ねじ部が形成され、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とのねじ締結により前記スプリングガイドが前記シリンダに固定されている請求項1または請求項2記載の回転式圧縮機。
  8. 前記雄ねじ部は、ねじ山の中心が片側に傾いた非対称ねじである請求項7記載の回転式圧縮機。
  9. 前記雄ねじ部の前記ねじ山は、一部は前記径方向の内側に、一部は前記径方向の外側に傾いている請求項8記載の回転式圧縮機。
  10. 前記スプリングガイドは、前記ベーン溝を前記径方向に延長した位置に、前記ベーンが通過するベーン通過部を備えている請求項1~請求項9のいずれか一項に記載の回転式圧縮機。
  11. 前記スプリングガイドの前記ベーン通過部は、前記スプリングガイドの前記一端部側の端面から前記スプリングガイドの軸方向に形成されたスリットであり、前記ベーン通過部の底面に前記ベーンが接触した状態において、前記ベーンばねの長さが、前記ベーンばねを構成する線材が互いに密着した密着長さとならないように前記ベーン通過部の底面の位置が設定されている請求項10記載の回転式圧縮機。
  12. 請求項1~請求項11のいずれか一項に記載の回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置。
  13. 密閉容器内に環状のシリンダを固定するとともに、前記シリンダ内に前記シリンダの内周面に沿って偏心回転するローリングピストンを挿入する工程と、
    前記シリンダに形成されたベーン溝にベーンを挿入する工程と、
    前記ベーンを付勢して前記ベーンの先端部を前記ローリングピストンに当接させるベーンばねが内部に固定されるスプリングガイドの一端部を、前記密閉容器に形成された開口部を通して前記密閉容器の外部から挿入し、前記シリンダにおいて前記開口部に対向して設けられた固定凹部に固定する工程と、
    前記スプリングガイド内に前記ベーンばねを固定する工程と
    前記密閉容器には、筒状の突出部が前記密閉容器の外方に突出して設けられており、前記スプリングガイドが前記突出部の内部に配置された状態で、前記突出部の前記密閉容器に固定される側とは反対側の端部に、前記端部を閉塞する蓋部を接合する工程とを備え、
    前記スプリングガイドは、前記突出部および前記蓋部と接触することなく前記突出部の内部に配置されている回転式圧縮機の製造方法。
  14. 前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記ベーンばねおよび前記スプリングガイドを圧縮機構と定義したとき、前記回転式圧縮機は、前記圧縮機構を複数備えており、
    各圧縮要素のそれぞれの前記シリンダに前記ベーンばねを固定する際には、前記ローリングピストンの外周面と前記シリンダの内周面との接触位置が、前記ベーンの配置位置の位相から180°異なる位相の位置となるように前記ローリングピストンの位置を移動させて行う請求項13記載の回転式圧縮機の製造方法。
  15. 前記シリンダ、前記ローリングピストン、前記ベーン、前記ベーンばねおよび前記スプリングガイドを圧縮機構と定義したとき、前記回転式圧縮機は、前記圧縮機構を複数備えており、
    各圧縮要素のそれぞれの前記シリンダに前記ベーンばねを固定する際には、前記ローリングピストンの外周面と前記シリンダの内周面との接触位置が、前記ベーンの配置位置の位相から90°異なる位相の位置となるように前記ローリングピストンの位置を移動させて行う請求項13記載の回転式圧縮機の製造方法。
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