JP7293024B2 - Rotary compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、回転式圧縮機、および該回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a rotary compressor and a refrigeration cycle apparatus including the rotary compressor.
空気調和機などの冷凍サイクル装置には、回転式圧縮機が搭載されている。回転式圧縮機は、主たる要素として、回転軸を回転させる電動機部と、回転軸を介して電動機部と連結された圧縮機構部とを備えている。圧縮機構部は、シリンダ室を形成するシリンダと、回転軸の偏心部に嵌着されてシリンダ室内で偏心回転するローラとを備えている。シリンダ室内は、冷媒の吸込室と圧縮室とにベーンで区画されている。 Refrigerating cycle devices such as air conditioners are equipped with rotary compressors. A rotary compressor includes, as main elements, an electric motor section that rotates a rotating shaft, and a compression mechanism section that is connected to the electric motor section via the rotating shaft. The compression mechanism includes a cylinder that forms a cylinder chamber, and a roller that is fitted to the eccentric portion of the rotating shaft and rotates eccentrically within the cylinder chamber. The cylinder chamber is partitioned into a refrigerant suction chamber and a refrigerant compression chamber by vanes.
ベーンは、先端部をローラの外周面に弾性的に当接させるように配置されている。電動機部の駆動により回転軸が回転すると、偏心部においてローラが偏心回転する。回転軸が回転する間、ローラとベーンは互いに摺動し合う。したがって、回転軸を精度よく回転させ、冷媒を適切に圧縮するためには、ローラとベーンとを安定して摺動させる必要がある。 The vanes are arranged so that their tips are elastically abutted against the outer peripheral surface of the roller. When the rotary shaft is rotated by driving the electric motor, the roller is eccentrically rotated at the eccentric portion. While the rotating shaft rotates, the rollers and vanes slide against each other. Therefore, in order to rotate the rotating shaft with high precision and compress the refrigerant appropriately, it is necessary to slide the rollers and the vanes stably.
ローラとベーンとを長期に亘って安定して摺動させるためには、これらの摺動部分の耐摩耗性を向上させることが求められる。例えば、高差圧、高回転域で回転式圧縮機が運転される場合、摺動部分がより顕著に摩耗するおそれがあり、回転式圧縮機の信頼性向上を図るためには、より一層の耐摩耗性が求められる。 In order to allow the rollers and vanes to slide stably over a long period of time, it is required to improve the wear resistance of these sliding portions. For example, when a rotary compressor is operated in a high differential pressure and high speed range, there is a risk that the sliding parts will wear more noticeably. Abrasion resistance is required.
本発明の目的は、ローラとベーンとの摺動部分の耐摩耗性の向上を図り、回転精度や圧縮性能などを高めることが可能な回転式圧縮機、および該回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することにある。 An object of the present invention is to improve the wear resistance of the sliding portion between rollers and vanes, and to improve the rotational accuracy and compression performance of a rotary compressor, and a refrigerating machine equipped with the rotary compressor. To provide a cycle device.
実施形態によれば、回転式圧縮機は、シリンダ室を形成する二つのシリンダと、シリンダ室内に配置される偏心部を有する回転軸と、偏心部に嵌着されてシリンダ室内で回転軸の軸芯に対して偏心回転する筒状のローラと、ローラの偏心回転に伴ってシリンダ室内に進退し、シリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画するベーンと、回転軸が貫通する開口部分を有し、回転軸の軸芯方向において二つのシリンダの間に介在する仕切板とを備える。ローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置される複数のサブローラから構成される。複数のサブローラのうち、最外周に配置されたサブローラは、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、ベーンとの摺動面の炭化物析出量が面積率で5%以下であり、かつロックウェル硬さ(HRC)が40以上55以下である。ベーンは、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被膜して形成されている。複数のサブローラのうち、最外周に配置されたサブローラの内周面と該サブローラの一つ内側に配置されたサブローラの外周面との境界部は、周方向の一部分が仕切板の開口部分と回転軸の軸芯方向に重ならない。 According to an embodiment, the rotary compressor includes two cylinders forming a cylinder chamber, a rotating shaft having an eccentric portion arranged in the cylinder chamber, and an axis of the rotating shaft fitted in the eccentric portion in the cylinder chamber. It has a cylindrical roller that rotates eccentrically about a core, a vane that advances and retreats into a cylinder chamber with the eccentric rotation of the roller and divides the cylinder chamber into a suction chamber and a compression chamber, and an opening through which the rotating shaft passes. and a partition plate interposed between the two cylinders in the axial direction of the rotating shaft . The rollers are composed of a plurality of sub-rollers that are arranged substantially concentrically so as to overlap in the radial direction in two or more layers. Among the plurality of sub-rollers, the sub-roller arranged at the outermost periphery is formed of magnesium-added cast iron, has an area ratio of 5% or less of carbide precipitation on the sliding surface with the vane, and has a Rockwell hardness ( HRC) is 40 or more and 55 or less. The vane is formed by coating a diamond-like carbon film on its surface. Among the plurality of sub-rollers, the boundary between the inner peripheral surface of the sub-roller arranged on the outermost circumference and the outer peripheral surface of the sub-roller arranged inside one of the sub-rollers rotates partly in the circumferential direction with the opening of the partition plate. Do not overlap in the axial direction of the shaft.
[第1の実施形態]
以下、第1の実施形態について、図1から図3を参照して説明する。
[First Embodiment]
A first embodiment will be described below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG.
図1は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和機1の冷凍サイクル回路図である。空気調和機1は、主たる要素として、回転式圧縮機2、四方弁3、室外熱交換器4、膨張装置5および室内熱交換器6を備えている。
FIG. 1 is a refrigerating cycle circuit diagram of an air conditioner 1 that is an example of a refrigerating cycle device according to this embodiment. The air conditioner 1 includes a
図1に示すように、回転式圧縮機2の吐出側は、四方弁3の第1ポート3aに接続されている。四方弁3の第2ポート3bは、室外熱交換器4に接続されている。室外熱交換器4は、膨張装置5を介して室内熱交換器6に接続されている。室内熱交換器6は、四方弁3の第3ポート3cに接続されている。四方弁3の第4ポート3dは、アキュムレータ8を介して回転式圧縮機2の吸入側に接続されている。
As shown in FIG. 1 , the discharge side of the
冷媒は、回転式圧縮機2の吐出側から室外熱交換器4、膨張装置5、室内熱交換器6、およびアキュムレータ8を経由し、吸込側に至る循環回路7を循環する。冷媒としては、塩素を含まない冷媒が好ましく、例えばR448A、R449A、R449B、R407G、R407H、R449C、R456A、R516A、R406B、R463A、R744、HC系冷媒などが適用可能である。
The refrigerant circulates through the
例えば、空気調和機1が冷房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第2ポート3bに連通し、第3ポート3cが第4ポート3dに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機1の運転が開始されると、回転式圧縮機2で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路7に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁3を経由して凝縮器(放熱器)として機能する室外熱交換器4に導かれる。
For example, when the air conditioner 1 operates in the cooling mode, the four-
室外熱交換器4に導かれた気相冷媒は、空気との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器(吸熱器)として機能する室内熱交換器6に導かれるとともに、室内熱交換器6を通過する過程で空気と熱交換する。
The gas-phase refrigerant introduced to the outdoor heat exchanger 4 is condensed by heat exchange with the air, and changes into a high-pressure liquid-phase refrigerant. The high-pressure liquid-phase refrigerant is decompressed in the course of passing through the
この結果、気液二相冷媒は、空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、冷風となって空調(冷房)すべき場所に送られる。 As a result, the gas-liquid two-phase refrigerant absorbs heat from the air, evaporates, and changes into a low-temperature, low-pressure gas-phase refrigerant. The air passing through the indoor heat exchanger 6 is cooled by the latent heat of vaporization of the liquid-phase refrigerant, becomes cool air, and is sent to a place to be air-conditioned (cooled).
室内熱交換器6を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3を経由してアキュムレータ8に導かれる。冷媒中に蒸発し切れなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュムレータ8から回転式圧縮機2に吸い込まれるとともに、回転式圧縮機2で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路7に吐出される。
The low-temperature, low-pressure vapor-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is led to the
一方、空気調和機1が暖房モードで運転を行う場合、四方弁3は、第1ポート3aが第3ポート3cに連通し、第2ポート3bが第4ポート3dに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機1の運転が開始されると、回転式圧縮機2から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁3を経由して室内熱交換器6に導かれ、室内熱交換器6を通過する空気と熱交換される。この場合、室内熱交換器6は凝縮器として機能する。
On the other hand, when the air conditioner 1 operates in the heating mode, the four-
この結果、室内熱交換器6を通過する気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器6を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、温風となって空調(暖房)すべき場所に送られる。 As a result, the vapor-phase refrigerant passing through the indoor heat exchanger 6 is condensed by exchanging heat with the air, and changes into a high-pressure liquid-phase refrigerant. The air passing through the indoor heat exchanger 6 is heated by heat exchange with the gas-phase refrigerant, becomes warm air, and is sent to a place to be air-conditioned (heated).
室内熱交換器6を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置5に導かれるとともに、膨張装置5を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器4に導かれるとともに、ここで空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器4を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁3およびアキュムレータ8を経由して回転式圧縮機2に吸い込まれるとともに、回転式圧縮機2で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路7に吐出される。
The high-temperature liquid-phase refrigerant that has passed through the indoor heat exchanger 6 is guided to the
次に、空気調和機1に用いられる回転式圧縮機2の具体的な構成について、図2および図3を参照して説明する。図2は、回転式圧縮機2の断面図である。図2に示すように、回転式圧縮機2は、いわゆる縦形のロータリーコンプレッサであって、主たる要素として、密閉容器10、圧縮機構部11および電動機部12を備えている。
Next, a specific configuration of the
密閉容器10は、円筒状の周壁10aを有するとともに、鉛直方向に沿うように起立されている。密閉容器10の上端には、吐出管10bが設けられている。吐出管10bは、循環回路7を介して四方弁3の第1ポート3aに接続されている。さらに、密閉容器10の下部には、潤滑油Iを蓄える油溜まり部10cが設けられている。
The sealed
潤滑油Iとしては、例えばポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、ポリアルキレングリコール油、鉱物油などが適用可能である。これらの潤滑油Iは、極圧添加剤を含まないことが好ましく、極圧添加剤を含む場合でも、0.3重量%以下、より好ましくは0.1重量%以下にすることが好ましい。極圧添加剤としては、例えばトリクレジルホスフェートが適用可能である。 As the lubricating oil I, for example, polyol ester oil, polyvinyl ether oil, polyalkylene glycol oil, mineral oil and the like can be applied. These lubricating oils I preferably do not contain extreme pressure additives. As an extreme pressure additive, for example, tricresyl phosphate can be applied.
圧縮機構部11は、潤滑油Iに浸かるように密閉容器10の下部に収容されている。圧縮機構部11は、ツイン型のシリンダ構造を有し、第1のシリンダ13、第2のシリンダ14、回転軸15、第1のローラ16、第2のローラ17、第1のベーン30aおよび第2のベーン30bを主たる要素として備えている。
The
第1のシリンダ13は、密閉容器10の周壁10aの内周面に固定されている。第2のシリンダ14は、第1のシリンダ13の下面に仕切板18を介して固定されている。
The
第1のシリンダ13の上方には、第1の軸受20が固定されている。第1の軸受20は、第1のシリンダ13の内径部を上方から覆うとともに、第1のシリンダ13の上方に向けて突出されている。第1のシリンダ13の内径部、仕切板18および第1の軸受20で囲まれた空間は、第1のシリンダ室21を構成する。仕切板18および第1の軸受20は、第1のシリンダ室21における回転軸15の軸芯方向の一面(下面および上面)をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。
A
第2のシリンダ14の下方には、第2の軸受22が固定されている。第2の軸受22は、第2のシリンダ14の内径部を下方から覆うとともに、第2のシリンダ14の下方に向けて突出されている。第2のシリンダ14の内径部、仕切板18および第2の軸受22で囲まれた空間は、第2のシリンダ室23を構成する。仕切板18および第2の軸受22は、第2のシリンダ室23における回転軸15の軸芯方向の一面(上面および下面)をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。第1のシリンダ室21および第2のシリンダ室23は、密閉容器10の中心軸線O1と同軸状に配置されている。
A
図2に示すように、第1のシリンダ室21および第2のシリンダ室23は、循環回路7の一部である吸込管25a,25bを介してアキュムレータ8に接続されている。アキュムレータ8で液相冷媒から分離された気相冷媒は、吸込管25a,25bを通って第1のシリンダ室21および第2のシリンダ室23に導かれる。
As shown in FIG. 2, the
回転軸15は、軸芯が密閉容器10の中心軸線O1と同軸状に位置し、第1のシリンダ室21、第2のシリンダ室23および仕切板18を貫通している。回転軸15は、第1のジャーナル部27a、第2のジャーナル部27bおよび一対のクランクピン部(偏心部)28a,28bを有している。第1のジャーナル部27aは、第1の軸受20によって回転自在に支持されている。第2のジャーナル部27bは、第2の軸受22によって回転自在に支持されている。
The rotating shaft 15 has its axis located coaxially with the central axis O1 of the
さらに、回転軸15は、第1のジャーナル部27aから同軸状に延長された連結部27cを有している。連結部27cは、第1の軸受20を貫通して圧縮機構部11の上方に突出している。連結部27cには、後述する電動機部12の回転子33が固着されている。
Further, the rotating shaft 15 has a connecting
偏心部28a,28bは、第1のジャーナル部27aと第2のジャーナル部27bとの間に位置している。偏心部28a,28bは、例えば180度の位相差を有するとともに、密閉容器10の中心軸線O1に対する偏心量が互いに同一となっている。一方の偏心部(以下、第1の偏心部という)28aは、第1のシリンダ室21に収容されている。他方の偏心部(以下、第2の偏心部という)28bは、第2のシリンダ室23に収容されている。
The
図3は、図2に示す矢印A2部分における圧縮機構部11の断面を矢印方向に示す図である。図3には、第1のシリンダ13の内部構成を示す。第1のシリンダ13の内部構成と第2のシリンダ14の内部構成は、第1の偏心部28aおよび第2の偏心部28bの位相差に応じて異なる部分を除き、互いに略同等である。したがって、第2のシリンダ14の内部構成は、図3に示す構成に準ずる。
FIG. 3 is a diagram showing a cross section of the
図2および図3に示すように、筒状の第1のローラ16は、第1の偏心部28aの外周面29aに嵌着されている。第1のローラ16の内周面16aと第1の偏心部28aの外周面29aとの間には、第1の偏心部28aに対する第1のローラ16の回転を許容する僅かな隙間が設けられている。これにより、第1のローラ16は、回転軸15が回転した時に、第1のシリンダ室21内で偏心回転するとともに、第1のローラ16の外周面16bの一部が第1のシリンダ室21の内周面21aに摺動可能に線接触する。
As shown in FIGS. 2 and 3, the tubular
筒状の第2のローラ17は、第2の偏心部28bの外周面29bに嵌着されている。第2のローラ17の内周面17aと第2の偏心部28bの外周面29bとの間には、第2の偏心部28bに対する第2のローラ17の回転を許容する僅かな隙間が設けられている。これにより、第2のローラ17は、回転軸15が回転した時に、第2のシリンダ室23内で偏心回転するとともに、第2のローラ17の外周面17bの一部が第2のシリンダ室23の内周面23aに摺動可能に線接触する。
The cylindrical
図2および図3に示すように、第1のシリンダ13には第1のベーン30aが配置され、第2のシリンダ14には第2のベーン30bが配置されている。シリンダ13,14の内周部には、径方向の外側に向けて延びたベーン溝13a,14aが形成されている。第1のベーン30aは、径方向の内側へ付勢手段32aで付勢された状態で第1のベーン溝13aに支持されている。同様に、第2のベーン30bは、径方向の内側へ付勢手段32bで付勢された状態で第2のベーン溝14aに支持されている。各ベーン30a,30bの先端部31a,31bは、ローラ16,17の外周面16b,17bに摺動可能に押し付けられている。これらのベーン30a,30bは、ローラ16,17と協働してシリンダ室21,23をそれぞれ吸入室と圧縮室とに区画するとともに、各ローラ16,17の偏心回転に伴ってシリンダ室21,23に突出したり、シリンダ室21,23から退去する方向に移動(進退)するようになっている。このようにシリンダ室21,23に対してベーン30a,30bが進退することで、シリンダ室21,23の吸入室および圧縮室の容積が変化し、吸込管25a,25bからシリンダ室21,23に吸い込まれた気相冷媒が圧縮される。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
第1のシリンダ室21および第2のシリンダ室23で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、吐出弁機構(図示省略)を介して密閉容器10の内部に吐出される。吐出された気相冷媒は、密閉容器10の内部を上昇する。さらに、圧縮機構部11の動作中は、密閉容器10の油溜まり部10cに貯溜された潤滑油Iが攪拌される。攪拌された潤滑油Iは、ミスト状となるとともに、気相冷媒の流れに乗じて密閉容器10の内部を吐出管10bに向けて上昇する。
The high-temperature, high-pressure vapor-phase refrigerant compressed in the
図2に示すように、電動機部12は、圧縮機構部11と吐出管10bとの間に位置するように密閉容器10の中心軸線O1に沿う中間部に収容されている。電動機部12は、いわゆるインナーロータ型のモータを含み、回転軸15に固着された回転子33、および密閉容器10の周壁10aの内周面に固定される固定子34を備えている。
As shown in FIG. 2, the
電動機部12の回転子33の上端には、密閉容器10の内部を上昇する気相冷媒に含まれる潤滑油Iを密閉容器10の内部で分離する遠心式の油分離器35が組み込まれている。
A
このような構成をなす回転式圧縮機2において、圧縮機構部11のシリンダ構造、具体的には、第1のローラ16および第2のローラ17と、第1のベーン30aおよび第2のベーン30bの構成について、以下詳述する。なお、本実施形態において、第2のローラ17は第1のローラ16、第2のベーン30bは第1のベーン30aの各構成と同様である。したがって、以下では第1のローラ16および第1のベーン30aの構成について説明し、これに準ずるものとして第2のローラ17および第2のベーン30bの構成についての説明は省略する。第2のローラ17および第2のベーン30bにおいて、第1のローラ16および第1のベーン30aと同一の機能や作用を奏する構成には、図面上で同一の符号を付する。
In the
本実施形態において、第1のローラ16は、複数の異径のサブローラから構成されている。これらのサブローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置されている。図2および図3には、径の異なる二つのサブローラ41,42が径方向へ重なって略同心状に配置された二重構造の第1のローラ16を一例として示す。なお、第1のローラは、三つ以上のサブローラが径方向へ重なって略同心状に配置された多重構造であってもよい。
In this embodiment, the
二つのサブローラ41,42のうち、内側に位置するサブローラ(以下、内側サブローラという)41は、内径寸法が回転軸15の第1の偏心部28aの外周面29aの径寸法よりも僅かに大寸とされている。内側サブローラ41の内周面は、第1のローラ16の内周面16aに相当する。内側サブローラ41の内周面16aと第1の偏心部28aの外周面29aとの間には、第1の偏心部28aに対する内側サブローラ41の回転(自転)を許容する僅かな隙間が設けられている。このため、内側サブローラ41の回転(自転)速度は、回転軸15の回転速度よりも遅くなる。
Of the two sub-rollers 41 and 42, the inner sub-roller (hereinafter referred to as inner sub-roller) 41 has an inner diameter slightly larger than the outer
一方、外側に位置するサブローラ(以下、外側サブローラという)42は、外径寸法が第1のベーン30aの先端部31aと摺動可能な寸法とされている。外側サブローラ42の内径寸法は、内側サブローラ41の外径寸法よりも僅かに大寸とされている。したがって、内側サブローラ41の外周面41aと外側サブローラ42の内周面42aとの間には僅かな隙間が生じており、これらのサブローラ41,42は、それぞれ独立して相対回転する。この場合、外側サブローラ42の回転(自転)速度は、内側サブローラ41の回転(自転)速度よりも遅くなる。
On the other hand, a sub-roller 42 located outside (hereinafter referred to as an outer sub-roller) has an outer diameter dimension that allows it to slide on the
本実施形態において、外側サブローラ42は、二つのサブローラ41,42の最外周に位置するサブローラであり、その外周面は、第1のローラ16の外周面16bに相当する。したがって、第1のベーン30aの先端部31aに対する第1のローラ16、端的には外側サブローラ42の摺動速度を、回転軸15の回転速度よりも低下させることができる。
In this embodiment, the
図2および図3に示すように、内側サブローラ41および外側サブローラ42の肉厚(内外径差)は、互いに異なる。本実施形態においては一例として、内側サブローラ41の肉厚は、外側サブローラ42の肉厚よりも小さい。本実施形態では、内側サブローラ41の外周面41aと外側サブローラ42の内周面42aとの間の境界部(隙間)Sは、周方向の一部分が仕切板18の開口部18aと回転軸15の軸芯方向に重ならない。仕切板18の開口部18aは回転軸15が仕切板18を貫通するための開口部分である。なお、境界部Sの一部分と開口部18aとが回転軸15の軸芯方向に重ならなければ、内側サブローラ41の肉厚は、外側サブローラ42の肉厚よりも大きくてもよいし、双方の肉厚が同等であってもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
このような構成によれば、境界部Sが開口部18aと直接対向することが抑制されるため、境界部Sには、開口部18aの内部の圧力が直接加わることを抑えられる。開口部18aの内部の圧力(P1)は、密閉容器10内の圧力である吐出圧力(P1)と略同圧である。したがって、境界部Sの圧力は、密閉容器10の吐出圧力(P1)よりも低い圧力(P2)となる。すなわち、外側サブローラ42によってシールする必要がある圧力差を境界部Sの圧力(P2)と吸込室の吸込圧力(P3)とによる圧力差程度まで小さくできる。このため、開口部18aから第1のシリンダ室21および第2のシリンダ室23の吸込室に漏れる高圧冷媒の漏洩量を減少させることができる。その結果、吸込室が外部から吸い込む気相冷媒の量が減少することを抑制し、圧縮効率の低下を抑制できる。
According to such a configuration, the boundary portion S is prevented from directly facing the opening portion 18a, so that the pressure inside the opening portion 18a is prevented from being directly applied to the boundary portion S. The pressure (P1) inside the opening 18a is substantially the same as the discharge pressure (P1), which is the pressure inside the sealed
上述したように、第1のローラ16および第2のローラ17を二重構造とすることで、これらのローラ16,17が単一の筒状部材で構成された場合と比べ、ベーン30a,30bの先端部31a,31bに対する外周面16b,17bの摺動速度を低下させることができる。これにより、ベーン30a,30bの先端部31a,31bおよびローラ16,17の外周面16b,17bの摩耗を低減させることができる。
As described above, by forming the
先端部31a,31bおよび外周面16b,17bの摩耗をさらに低減させるべく、本実施形態では、第1のベーン30aおよび第2のベーン30b、外側サブローラ42を次のような素材としている。
In order to further reduce the wear of the
第1のベーン30aおよび第2のベーン30bは、高速度工具鋼鋼材(SKH材)を基材とし、その表面にダイヤモンドライクカーボン(DLC)膜を被膜して形成されている。
基材であるSKH材としては、例えばタングステン系のSKH2からSKH4など、モリブデン系のSKH50からSKH59などが適用可能である。
The
As the SKH material that is the base material, for example, tungsten-based SKH2 to SKH4 and molybdenum-based SKH50 to SKH59 are applicable.
ダイヤモンドライクカーボンとしては、例えば水素フリーDLC、水素含有DLC、Si含有DLCなどが挙げられる。本実施形態において、DLC膜は、第1のベーン30aおよび第2のベーン30bの表面全体に形成されている。ただし、DLC膜は、外側サブローラ42との摺動部分であるこれらのベーン30a,30bの先端部31a,31bの表面に少なくとも形成されていればよい。DLCの膜厚は、外側サブローラ42との摺動圧などに応じて設定すればよいが、一例として1μm以上、3μm以下であることが好ましい。
Examples of diamond-like carbon include hydrogen-free DLC, hydrogen-containing DLC, and Si-containing DLC. In this embodiment, the DLC film is formed on the entire surfaces of the
DLC膜は、基材であるSKH材との密着性を高めるために、SKH材との間に下地層を介在させることが好ましい。例えば、下地層は、SKH材の表面側からクロムの単一層からなる第1の層と、クロム-タングステンカーバイト合金層からなる第2の層と、タングステンおよびタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有した金属含有アモルファス炭素層からなる第3の層とから構成されることが好ましい。第2の層は、クロムおよびタングステンカーバイトが濃度勾配を有し、クロムの含有率が第3の層側よりも第1の層側で高く、タングステンカーバイトの含有率が第1の層側よりも第3の層側で高いことが好ましい。第3の層は、タングステンまたはタングステンカーバイトの濃度勾配を有し、タングステンまたはタングステンカーバイトの含有率がDLC膜側よりも第2の層側で高いことが好ましい。 It is preferable that the DLC film interposes an underlying layer between the SKH material and the SKH material, which is the base material, in order to increase the adhesion to the SKH material. For example, the underlayer contained a first layer consisting of a single layer of chromium from the surface side of the SKH material, a second layer consisting of a chromium-tungsten carbide alloy layer, and at least one of tungsten and tungsten carbide. and a third layer comprising a metal-containing amorphous carbon layer. The second layer has a concentration gradient of chromium and tungsten carbide, the chromium content is higher on the first layer side than the third layer side, and the tungsten carbide content is on the first layer side is preferably higher on the third layer side than Preferably, the third layer has a tungsten or tungsten carbide concentration gradient, and the tungsten or tungsten carbide content is higher on the second layer side than on the DLC film side.
ベーン30a,30bと摺動する外側サブローラ42は、球状黒鉛鋳鉄(FCD:Ferrum Casting Ductile)で形成されている。球状黒鉛鋳鉄は、黒鉛が球状に晶出し、優れた潤滑性および高い剛性(ヤング率)を有する素材である。例えば、外側サブローラ42は、マグネシウム(Mg)を添加した鋳鉄から形成され、ベーン30a,30bのDLC膜との摺動面の炭化物析出量(面積率)およびロックウェル硬さ(HRC)が所定の範囲内に規定されている。一例として、球状黒鉛鋳鉄は、Mg、C、Si、Mn、P、Sを所定の重量%で配合し、残部がFeからなる。また一例として、炭化物析出量は、面積率で5%以下、HRCの範囲は、40以上55以下である。炭化物析出量の面積率は、上記球状黒鉛鋳鉄の成分であるP(リン)の配合量に応じて所定範囲内に調整可能である。これにより、DLC膜と摺動する際、外側サブローラ42が適度な馴染み摩擦を生じ、面圧が低減される。
The
内側サブローラ41の素材は、特に限定されないが、外側サブローラ42の熱膨張率以下の素材であることが好ましい。これにより、内側サブローラ41と外側サブローラ42との隙間(境界部S)が拡張され、圧縮ガスが漏れ出すことを抑制できる。本実施形態では一例として、内側サブローラ41は、外側サブローラ42と略同質の球状黒鉛鋳鉄で形成されている。なお、内側サブローラ41の剛性を外側サブローラ42の剛性を低くすることで、サブローラ41,42同士が摺動して摩耗することを抑制できる。
The material of the
このように、外側サブローラ42を球状黒鉛鋳鉄で形成し、第1のベーン30aおよび第2のベーン30bをSKH材の表面にDLC膜を被膜して形成することで、外側サブローラ42の剛性を高めて振れ回りを抑制できる。これにより、外側サブローラ42の傾きが抑制され、ベーン30a,30bの先端部31a,31bがDLC膜と片当たりすることを抑制できる。その結果、外側サブローラ42とベーン30a,30bとを長期に亘って安定して摺動させることができ、両者の摺動部分(外周面16b,17bと先端部31a,31b)の耐摩耗性を向上できる。
In this manner, the
加えて、第1のローラ16および第2のローラ17を二重構造としているため、回転式圧縮機2が高差圧、高回転域で運転される場合であっても、これらのローラ16,17が単一の筒状部材で構成された場合と比べ、ベーン30a,30bの先端部31a,31bに対する外周面16b,17bの摺動速度を低下させることができる。これにより、先端部31a,31bおよび外周面16b,17bの摩耗をさらに低減させることができる。
In addition, since the
したがって、回転精度や圧縮性能などを高め、回転式圧縮機2の信頼性向上を図ることができる。ひいては、回転式圧縮機2を備えることで冷凍サイクル装置の信頼性向上を図ることができる。
Therefore, it is possible to improve the reliability of the
上述したように、本実施形態では、第1のローラ16および第2のローラ17は、いずれも二つのサブローラ41,42が径方向へ重なった二重構造としている。これに加えて、これらのローラは、回転軸15の軸芯方向へ複数のローラ(以下、サブユニットという)が積層されていてもよい。以下、ローラが複数のサブユニットを積層させて構成される実施形態を第2の実施形態として説明する。
As described above, in this embodiment, both the
[第2の実施形態]
図4には、第2の実施形態に係る第1のローラ46および第2のローラ47の構成を示す。図4(a)は、回転軸15の軸芯方向と直交する平面(水平面)における断面図、同図(b)は、回転軸15の軸芯方向と平行する平面(鉛直面)における断面図である。なお、本実施形態に係る第1のローラ46は、第1の実施形態に係る第1のローラ16と同様に、第1の偏心部28aの外周面29aに嵌着される。第2のローラ47は、第1の実施形態に係る第2のローラ17と同様に、第2の偏心部28bの外周面29bに嵌着される。したがって、第1のローラ46および第2のローラ47を適用した回転式圧縮機および冷凍サイクル装置の実施形態は、これらのローラ46,47を除き、第1の実施形態に係る回転式圧縮機2および冷凍サイクル装置(空気調和機1)と同様である。
[Second embodiment]
FIG. 4 shows the configuration of the first roller 46 and the second roller 47 according to the second embodiment. 4A is a cross-sectional view in a plane (horizontal plane) perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 15, and FIG. 4B is a cross-sectional view in a plane (vertical plane) parallel to the axial direction of the rotating shaft 15. is. The first roller 46 according to this embodiment is fitted to the outer
図4に示すように、第1のローラ46および第2のローラ47は、それぞれ三つのサブユニット43a,43b,43cを含んで構成されている。これらのサブユニット43a,43b,43cは、回転軸15の軸芯方向に積層されて略同心状に配置されている。本実施形態では一例として、各サブユニット43a,43b,43cの軸芯方向の肉厚は、同等であって、第1の実施形態に係る第1のローラ16および第2のローラ17の軸芯方向の肉厚を略三等分した寸法に相当する。ただし、これらサブユニット43a,43b,43cの軸芯方向の肉厚は、同等でなくともよく、互いに相違していてもよい。また、サブユニットの積層数は、三つに限定されず、二つや四つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 4, the first roller 46 and the second roller 47 each comprise three subunits 43a, 43b and 43c. These subunits 43a, 43b, and 43c are stacked in the axial direction of the rotary shaft 15 and arranged substantially concentrically. In this embodiment, as an example, the subunits 43a, 43b, and 43c have the same thickness in the axial direction, and the
各サブユニット43a,43b,43cは、複数の異径のサブローラを含んで構成されている。図4には、径の異なる二つのサブローラ44,45が径方向へ重なって略同心状に配置された二重構造のサブユニット43a,43b,43cを一例として示す。なお、各サブユニット43a,43b,43cは、三つ以上のサブローラが径方向へ重なって略同心状に配置された多重構造であってもよい。
Each of the subunits 43a, 43b, 43c includes a plurality of sub-rollers with different diameters. FIG. 4 shows, as an example, subunits 43a, 43b, 43c having a double structure in which two
二つのサブローラ44,45のうち、内側に位置するサブローラ(以下、内側サブローラという)44は、回転軸15の軸芯方向の肉厚を除き、第1の実施形態の内側サブローラ41と同等に構成されている。また、外側に位置するサブローラ(以下、外側サブローラという)45は、回転軸15の軸芯方向の肉厚を除き、第1の実施形態の外側サブローラ42と同等に構成されている。
Of the two sub-rollers 44 and 45, the inner sub-roller (hereinafter referred to as the inner sub-roller) 44 has the same configuration as the
内側サブローラ44および外側サブローラ45は、第1の実施形態に係る内側サブローラ41および外側サブローラ42と同様に、球状黒鉛鋳鉄(FCD)で形成されている。
The
すなわち、本実施形態において、第1のローラ46は第1のローラ16を回転軸15の軸芯方向に三分割した構成に相当し、第2のローラ47は第2のローラ17を同様に三分割した構成に相当する。
That is, in the present embodiment, the first roller 46 corresponds to a configuration in which the
このように、第1のローラ46および第2のローラ47を、回転軸15の軸芯方向にサブユニット43a,43b,43cを積層させた構成とすることで、外側サブローラ45の傾きを各サブユニット43a,43b,43cごとに抑制できる。したがって、第1のベーン30aおよび第2のベーン30bの先端部31a,31bがDLC膜と片当たりすることをより効率的に抑制できる。また、ベーン30a,30bに対するローラ46,47の摺動面積が分割されて小さくなるため、ローラ46,47が受ける面圧を分散させることができる。これらにより、ローラ46,47およびベーン30a,30bの摩耗をさらに低減させることができる。
In this way, by configuring the first roller 46 and the second roller 47 by stacking the subunits 43a, 43b, and 43c in the axial direction of the rotating shaft 15, the inclination of the
以上、本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although each embodiment of the present invention has been described above, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
例えば、上述した第1の実施形態および第2の実施形態において、回転式圧縮機2は、第1のシリンダ室21の容積と第2のシリンダ室23の容積を同等としている。これに代えて、回転式圧縮機は、各シリンダ室の容積が異なる異容積タイプであってもよい。また、回転式圧縮機は、一つもしくは三つ以上のシリンダを備えていてもよい。
For example, in the above-described first and second embodiments, the
1…冷凍サイクル装置(空気調和機)、2…回転式圧縮機、4…室外熱交換器、5…膨張装置、6…室内熱交換器、7…循環回路、8…アキュムレータ、10…密閉容器、11…圧縮機構部、12…電動機部、13…第1のシリンダ、13a…第1のベーン溝、14…第2のシリンダ、14a…第2のベーン溝、15…回転軸、16,46…第1のローラ、17,47…第2のローラ、18…仕切板、20…第1の軸受、21…第1のシリンダ室、22…第2の軸受、23…第2のシリンダ室、28a…第1の偏心部、28b…第2の偏心部、30a…第1のベーン、30b…第2のベーン、31a,31b…先端部、41,44…内側サブローラ、42,45…外側サブローラ、43a,43b,43c…サブユニット、I…潤滑油、O1…密閉容器の中心軸線、S…境界部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Refrigeration cycle apparatus (air conditioner), 2... Rotary compressor, 4... Outdoor heat exchanger, 5... Expansion device, 6... Indoor heat exchanger, 7... Circulation circuit, 8... Accumulator, 10... Closed container , 11... compression mechanism part, 12... electric motor part, 13... first cylinder, 13a... first vane groove, 14... second cylinder, 14a... second vane groove, 15... rotating shaft, 16, 46
Claims (5)
前記シリンダ室内に配置される偏心部を有する回転軸と、
前記偏心部に嵌着されて前記シリンダ室内で前記回転軸の軸芯に対して偏心回転する筒状のローラと、
前記ローラの偏心回転に伴って前記シリンダ室内に進退し、前記シリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画するベーンと、
前記回転軸が貫通する開口部分を有し、前記回転軸の軸芯方向において二つの前記シリンダの間に介在する仕切板と、を備え、
前記ローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置される複数のサブローラから構成され、
複数の前記サブローラのうち、最外周に配置された前記サブローラは、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、前記ベーンとの摺動面の炭化物析出量が面積率で5%以下であり、かつロックウェル硬さ(HRC)が40以上55以下であり、
前記ベーンは、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被膜して形成され、
複数の前記サブローラのうち、最外周に配置された前記サブローラの内周面と該サブローラの一つ内側に配置された前記サブローラの外周面との境界部は、周方向の一部分が前記仕切板の開口部分と前記回転軸の軸芯方向に重ならない
回転式圧縮機。 two cylinders forming a cylinder chamber;
a rotating shaft having an eccentric portion disposed within the cylinder chamber;
a cylindrical roller that is fitted to the eccentric portion and rotates eccentrically with respect to the axis of the rotating shaft in the cylinder chamber;
a vane that advances and retreats into the cylinder chamber with the eccentric rotation of the roller and divides the cylinder chamber into a suction chamber and a compression chamber;
a partition plate having an opening through which the rotating shaft penetrates and interposed between the two cylinders in the axial direction of the rotating shaft;
The roller is composed of a plurality of sub-rollers arranged substantially concentrically so as to overlap in the radial direction in two or more layers,
Among the plurality of sub-rollers, the sub-roller arranged at the outermost periphery is made of magnesium-added cast iron, has an area ratio of 5% or less of carbide precipitation on the sliding surface with the vane, and has a Rockwell Hardness (HRC) is 40 or more and 55 or less,
The vane is formed by coating a diamond-like carbon film on its surface ,
Of the plurality of sub-rollers, the boundary between the inner peripheral surface of the sub-roller arranged on the outermost circumference and the outer peripheral surface of the sub-roller arranged inside one of the sub-rollers is part of the partition plate in the circumferential direction. The opening does not overlap in the axial direction of the rotating shaft
Rotary compressor.
請求項1に記載の回転式圧縮機。 The rotary compressor according to claim 1, wherein the base material of the vane is high speed tool steel.
請求項1または2に記載の回転式圧縮機。 The rotary compressor according to claim 1 or 2, wherein a plurality of said rollers having a plurality of said sub-rollers are stacked in the axial direction of said rotating shaft.
請求項1から3のいずれかに記載の回転式圧縮機。 The rotary compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the roller is composed of two sub-rollers, and the two sub-rollers have different thicknesses in the radial direction.
前記回転式圧縮機に接続された凝縮器と、
前記凝縮器に接続された膨張装置と、
前記膨張装置に接続された蒸発器と、を備える
冷凍サイクル装置。 a rotary compressor according to any one of claims 1 to 4;
a condenser connected to the rotary compressor;
an expansion device connected to the condenser;
and an evaporator connected to the expansion device. A refrigeration cycle device.
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