JPH06221287A - ローリングピストン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ローリングピストン型圧縮機の各摺動部にお
いて、機械摩擦損失を低減し、摺動条件を緩和する。 【構成】 従来のクランクシャフトに代えて、てこ部材
２２に円錐形状の軌跡を描く運動をさせることにより、
ローラ２４に公転運動を与え、てこの原理を利用した摺
動荷重の低減および摺動速度の低減を行なう構造とす
る。あるいは、ベーン２６とローラ２４とを一体化し
て、従来の線接触による荷重支持に対し面接触による荷
重支持を行なう構造とする。また、てこ部材２２の一部
を圧縮機駆動用モータのロータ部１５の内部に組み込む
構造としている 【効果】 本発明によれば、小型、高効率で、耐久性の
高いローリングピストン型圧縮機を提供することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はローリングピストン型圧
縮機に係り、特に冷凍機や空気調和機の冷凍サイクル用
として用いるのに好適なローリングピストン型圧縮機に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のローリングピストン型圧縮機は、
例えば、実開平３−１２９７９４号公報に記載されてい
るように、ローラをシリンダの内部で公転運動させるた
めに、モータで直接駆動されるクランクシャフトを用い
ており、そのクランクシャフトのクランクピン部とロー
ラとの回転摺動部、及びモータ軸受けの回転摺動部に、
ローラ外周面に作用する圧縮気体の圧力により大きな荷
重が加わる構造であった。また、ローラとベーンとは完
全に別体となっており、シリンダに設けられたベーンス
ロットに滑動可能に組み込まれたベーンの先端円弧部
を、背圧やバネ力により、ローラの円筒外周に線接触に
より押しつけて気密を維持する構造であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
まず、クランクピン部や軸受部のように、摺動速度の大
きい回転摺動部に大きな荷重が加わるので、機械摩擦損
失が大きく圧縮機の効率を低下させる原因となり、ま
た、過酷な運転状態においては、摺動条件が厳しくな
り、摩耗、焼き付きが発生して圧縮機の信頼性も低下さ
せるという問題があった。更に、上記従来の技術では、
ベーンの先端円弧部がローラの円筒外周に線接触により
押しつけられるので、局部的な面圧が非常に高く、やは
り、過酷な運転状態においては、摩耗、焼き付きが発生
して圧縮機の信頼性を低下させるという問題があった。

【０００４】本発明の第１の目的は、ローリングピスト
ン型圧縮機において、ローラに公転運動を与えるための
駆動手段各部で発生する機械摩擦損失を低減して、圧縮
機の効率を向上させると同時に、それらの駆動手段各部
の摺動条件を緩和して圧縮機の信頼性を向上させること
である。また、本発明の第２の目的は、ローリングピス
トン型圧縮機において、ベーン先端とローラ外周とが線
接触しながら摺動するのを避け、過酷な摺動部を無くし
て圧縮機の信頼性を向上させることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明のローリングピストン型圧縮機は、シ
リンダと、該シリンダの内周方向へ公転運動を行うロー
ラとを備え、前記ローラは、前記シリンダの軸心上に支
点を置いて、前記シリンダの内周方向への円錐運動を行
うてこ部材の一端部に設けられている。

【０００６】そして、上記第１の目的は、ローラに公転
運動を与える駆動手段として、従来のクランクシャフト
に代え、てこ部材を固定部材によりシリンダの円筒状内
周面の中心軸上の点を中心として球面対偶により支持
し、ローラをてこ部材により前記球面対偶中心とは別の
点を中心として球面対偶により支持し、前記シリンダの
円筒状内周面の中心軸廻りに回転する回転部材により、
その回転軸から偏位した位置で、前記てこ部材を前記２
つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として
回転支持して構成される駆動手段を採用し、更に、前記
てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、
前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距
離を、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持
中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支
持中心までの距離より大きくすることにより達成され
る。

【０００７】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明のローリングピストン型圧縮機は、前記ローラ
と、前記シリンダの内部を複数の空間に仕切るベーンと
を一体化したものである。

【０００８】そして、上記第２の目的は、ベーンとロー
ラとを、ベーンの平行な２平面とローラの円筒状外周面
の中心軸とが互いに平行となる状態で、結合もしくは一
体成形し、更にベーンを、シリンダの円筒状内周面の中
心軸に平行なシリンダ上の一軸線廻りの揺動運動と、前
記一軸線を含む平面内での進退運動とが可能なように、
シリンダにより支持する構造とすることにより達成され
る。

【０００９】

【作用】上記第１の目的を達成する第１の構成によれ
ば、従来のクランクシャフトに代えて、てこ部材に円錐
形状の軌跡を描く運動をさせることにより、ローラに公
転運動を与え、てこの原理を利用した摺動運動の低減、
および摺動速度の低減を行うことが可能となる。

【００１０】そして、上記第１の目的を達成する第２の
構成によれば、てこ部材は、固定部材との球面対偶中心
がシリンダの円筒状内周面の中心軸上に拘束され、回転
部材による回転支持部が、シリンダの円筒状内周面の中
心軸廻りに公転運動をする。したがって、てこ部材とロ
ーラとの球面対偶中心も、シリンダの円筒状内周面の中
心軸廻りに公転運動をしてローラに公転運動を与えるこ
とができる。

【００１１】てこ部材には、ローラより圧縮気体の圧力
による大きな荷重がローラとの球面対偶部に加わるが、
てこ部材は、一方で固定部材との球面対偶部と、回転部
材との回転対偶部とにより支持される。今、てこ部材の
ローラとの球面対偶部を荷重点、固定部材との球面対偶
部を支点、回転部材との回転対偶部を力点とすると、支
点から荷重点までの距離にたいして、支点から力点まで
の距離を大きくしてあるので、てこの原理により、力点
である回転部材との回転対偶部に加わる荷重の大きさ
は、荷重点であるローラとの球面対偶部に加わる荷重の
大きさに対して小さくなる。また、これにより、回転部
材の回転を支持する軸受部に加わる荷重の大きさも小さ
くなる。

【００１２】てこ部材との間で荷重を及ぼし合う部材で
あるローラ、固定部材、回転部材のうちで、固定部材は
当然自転運動を行なわず、ローラも、ベーンとの摩擦抵
抗等により一般的にはほとんど自転運動を行なわない
が、回転部材のみは、シリンダの円筒状内周面の中心軸
廻りに回転するので自転運動を行なう。ところで、自転
運動を行なわない固定部材とローラのそれぞれと、てこ
部材との間に作用する荷重の和は、自転運動を行なう回
転部材との間に作用する荷重に比べて十分大きくなるの
で、摩擦力によりてこ部材を自転させまいとする回転抵
抗トルクが、摩擦力により自転させようとする回転駆動
トルクより大きくなり、結局、てこ部材は自転運動を行
なわない。したがって、てこ部材は固定部材とローラに
対しては、そのシリンダの円筒状内周面の中心軸に対す
る傾斜角を片振幅とする揺動摺動を行ない、回転部材に
対してのみ相対的な回転摺動を行なう。

【００１３】以上の結果、ローラに公転運動を与える駆
動手段において、てこ部材と回転部材との間の摺動部及
び回転部材の軸受部では、回転摺動であるために摺動速
度は大きいが、摺動荷重は低減され、てこ部材と固定部
材との間の摺動部、及びてこ部材とローラとの間の摺動
部では、摺動荷重は大きいが揺動摺動となることにより
摺動速度が低減されるので、それらの摺動部における機
械摩擦損失の総和が小さくなり、摺動条件が特に厳しい
摺動部もなくなることにより、圧縮機の効率と信頼性の
向上が図れる。

【００１４】上記第２の目的を達成する第１の構成によ
れば、ベーンとローラとを一体化することにより、従来
の線接触による荷重支持に代えて、面接触による荷重支
持を行うことができるので、機械摩耗損失の低減を図る
ことが可能となる。

【００１５】そして、上記第２の目的を達成する第２の
構成によれば、ローラの中心が駆動手段により公転運動
をしたとき、駆動手段が従来のクランクシャフトによる
駆動手段である場合と、前記のてこ部材による駆動手段
である場合のいずれの場合でも、ローラはその中心廻り
に微小量だけ揺動して、結合もしくは一体成形されたベ
ーンを、シリンダの円筒状内周面の中心軸と平行なシリ
ンダ上の一軸線の方向に向けることが可能である。この
とき、ベーンは、前記シリンダ上の一軸線に対して、そ
の廻りに微小量だけ揺動しながら進退運動を繰り返す。
ベーンの上記揺動運動と進退運動とが可能なように、シ
リンダがベーンを支持する構造とすることにより、ベー
ンとローラとを結合もしくは一体成形しても、ローラと
シリンダとの間の空間をベーンによって仕切ることがで
き、ベーンとローラとが全く摺動を行なわず、それらの
間で摩耗が発生しないローリングピストン型圧縮機を構
成することが可能となる。したがって、信頼性の向上が
図れる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例のロー
リングピストン型圧縮機を示す側断面図で、図２は図１
におけるＩ−Ｉ断面図、図３は第１の実施例における球
面支持部材の斜視図、図４は圧縮機駆動用のモータを９
０度ずつ回転させた場合の図２における各部品の動きを
説明した図、図５はベーンとローラを一体にしたときに
発生する過剰拘束の説明図、図６は本発明の第２の実施
例を示す図、図７は本発明の第３の実施例を示す図、図
８は本発明の第４の実施例を示す図、図９は図８におけ
るII−II断面図である。

【００１７】図１ないし図４に示す本発明の第１の実施
例において、シリンダ１には中央部に円筒状の穴部１ａ
が形成されており、その両端部を閉塞するように第１プ
レート部材２と第２プレート部材３とがボルト４により
固定されている。その際、第１プレート部材の中央部の
ボス部２ａに形成された穴部２ｂの中心軸が、シリンダ
の円筒状の穴部１ａの中心軸と同軸となるように固定さ
れている。第１プレート部材２と第２プレート部材３が
固定されたシリンダ１の外周部はチャンバ５に固定され
ている。チャンバ５には、また、圧縮機駆動用モータの
ステータ部６および第３プレート部材７が固定されてい
る。第３プレート部材７の中央部にはボス部７ａが形成
されており、更に、その先端部に円筒状の穴部７ｂが形
成されている。なお、上記円筒状の穴部７ｂの中心軸
は、前記第１プレート部材の中央部の穴部２ｂの中心軸
に対して同軸となっている。

【００１８】主ロータ部材８には、図１における左方向
の端部にシャフト部８ａが形成されており、また、外周
部に永久磁石９が固定されている。主ロータ部材８に
は、更に、シャフト部８ａの端面から図１における右方
向の端面まで貫通した空洞１０が形成されている。副ロ
ータ部材１１には、図１における右方向の端部にシャフ
ト部１１ａが形成されており、また、図１における左方
向の端面に開口する穴部１１ｂがシャフト部１１ａの中
心軸から半径方向に偏位して形成されている。穴部１１
ｂには、外周円筒面部と内周球面部を持つ球面支持部材
１２が挿入されており、球面支持部材１２により外周球
面部と内周円筒面部を持つ球面ブッシュ１３が支持され
て、いわゆる球面軸受を構成している。

【００１９】主ロータ部材８と副ロータ部材１１とは、
それらのシャフト部８ａ、１１ａが互いに同軸となるよ
うに、ボルト１４により一体に結合されて圧縮機駆動用
モータのロータ部１５を形成している。ロータ部１５
は、その２つのシャフト部８ａ、１１ａが、それぞれ第
１プレート部材の穴部２ｂと第３プレート部材の穴部７
ｂとに、回転自在に嵌入されて両持ちの状態で軸受支持
されている。なお、副ロータ部材のシャフト部１１ａの
先端部に、キー１６により一緒に回転するように装着さ
れたスラストプレート１７がスラスト軸受１８に当接し
ており、圧縮機駆動用モータのステータ部６、ロータ部
１５のそれぞれのマグネットセンター１９、２０を互い
に軸方向に偏位させて、ロータ部１５に常に上記スラス
トプレート１７とスラスト軸受１８が当接する方向の磁
気力が作用する構造となっているので、ロータ部１５の
軸方向位置はスラスト軸受１８の軸方向位置により決定
される。スラスト軸受１８はその外周にネジが形成して
あり、第３プレート部材７に対してネジ込まれて、その
軸方向位置を調節しロックナット２１により最終的に固
定される。すなわち、ロータ部１５の軸方向位置を調整
することが可能である。

【００２０】てこ部材２２には、一端に球面部２２ａ、
他端に円筒面部２２ｂ、更に、それらの中間にもう１つ
の球面部２２ｃが形成されており、球面部２２ａの球心
と球面部２２ｃの球心とを結んだ軸線が、円筒面部２２
ｂの中心軸となっている。てこ部材２２は、円筒面部２
２ｂが前記球面ブッシュ１３の内周円筒面部に回転自在
に嵌入されて軸受支持され、球面部２２ｃが外周円筒面
部と内周球面部を持ち、第１プレート部材の穴部２ｂに
挿入固定された球面支持部材２３により球面対偶で支持
されている。てこ部材の球面部２２ａには、円筒状のロ
ーラ２４が外周円筒面部と内周球面部を持ち、ローラ２
４の内周円筒面に挿入された球面支持部材２５を介して
球面対偶で支持されている。また、てこ部材２２は、球
面部２２ｃの中心と円筒面部２２ｂとの距離が、球面部
２２ｃの中心と球面部２２ａの中心との距離に比べて十
分大きくなるように形成されている。なお、図３に示す
ように、球面支持部材１２、２３、２５は、いずれも半
径方向に分割できる構造となっている。

【００２１】ローラ２４の外周の１か所には、ベーン２
６が一体に溶接等の方法で固定されているが、その際
に、ベーン２６の平行な２平面が、ローラ２４の中心軸
と平行となるように固定されている。シリンダの円筒状
内周面１ａの外側には、円筒状内周面１ａの中心軸と平
行な中心軸を持つ円筒穴部１ｂが形成されており、この
円筒穴部１ｂのシリンダ中心側とその反対側とは、それ
ぞれシリンダ中央部の空間と円筒穴部１ｂの外側に設け
た別の空間２７とに連通している。ベーン２６は円筒穴
部１ｂと空間２７とに挿入されているが、ベーン２６と
円筒穴部１ｂとの間には、ベーン２６の平面部に滑動可
能に当接する平面部と、円筒穴部１ｂの円筒面部に滑動
可能に当接する円筒面部とを有する滑動部材２８が、ベ
ーン２６をはさみ込んで組み込まれており、この結果、
ベーン２６は円筒穴部１ｂの中心軸方向進退運動と該中
心軸廻りの揺動運動とが可能に、シリンダ１により支持
されている。ベーン２６のローラ２４との結合部と反対
側の先端部は空間２７の中で運動しシリンダ１と干渉す
ることは無い。

【００２２】以上の構成とすることにより、圧縮機駆動
用モータのロータ部１５が回転すると、円筒面部２２ｂ
がロータ部１５の回転軸から偏位した位置に支持され、
球面部２２ｃがこの回転軸上の点を中心として球面対偶
支持されているてこ部材２２の中心軸は、ロータ部１５
の回転軸に対して一定の傾斜角を持ち、上記球面対偶中
心を頂点とする２つの円錐状の軌跡を描く。したがっ
て、てこ部材の球面部２２ａの中心は円運動を行ない、
球面部２２ａにより球面対偶支持されたローラ２４に公
転運動が与えられる。なお、ロータ部１５はその軸方向
位置を調節することが可能であるので、ロータ部１５に
装着され、てこ部材の円筒面部２２ｂを支持する球面ブ
ッシュ１３の軸方向位置も調節することが可能であり、
てこ部材２２の中心軸のロータ部１５の回転軸に対する
傾斜角を調節することが可能となり、ローラ２４の公転
半径を調節することができる。すなわち、ローラ２４の
外周円筒面とシリンダの内周円筒面１ａとの隙間量を調
節できる構造となっている。

【００２３】図４は、圧縮機駆動用モータのロータ部１
５が９０度ずつ回転したときのローラ２４と、これに一
体になったベーン２６の運動を示した図であるが、ロー
ラ２４は一体となったベーン２６が、常にシリンダの円
筒穴部１ｂの中心線方向を向くように、てこ部材の球面
部２２ａの中心廻りに図４の面内で若干の角度だけ揺動
運動を行ないながらその中心が公転運動をする。ベーン
２６はシリンダの円筒穴部１ｂの中心軸方向の進退運動
と該中心軸廻りの揺動運動を行なうが、ベーン２６とシ
リンダの円筒穴部１ｂとの間の隙間のシールは、滑動部
材２８が挿入されることにより保たれる。したがって、
シリンダ１、ローラ２４、ベーン２６および第１プレー
ト部材２、第２プレート部材３とにより密閉空間である
圧縮室が形成され、圧縮機駆動用モータのロータ部１５
の回転に伴い、図４のようにその容積の増減を繰り返
す。

【００２４】チャンバ５の両端開口部には、第１サイド
チャンバ２９と第２サイドチャンバ３０とが溶接され、
全体として密閉容器を形成している。作動気体は吸入口
３１より圧縮機内に流入し、シリンダ１に形成された吸
入通路１ｃを通過したのち、上記の圧縮室容積の増減に
より圧縮室内で吸入・圧縮され、第２プレート部材３に
形成された吐出ポート（図示せず）から吐出弁３２、吐
出弁押さえ３３を通過して吐き出される。その後、モー
タ室を通過して第２サイドチャンバ３０に設けられた吐
出口３４から圧縮機外に流出する。

【００２５】ローラ２４の外周に作用する圧縮気体の圧
力によりてこ部材２２の球面部２２ａに作用する荷重
は、てこ部材２２が球面部２２ｃと円筒面部２２ｂとに
おいて、他の部品により拘束されることにより支持され
るが、球面部２２ａの中心を荷重点、球面部２２ｃの中
心を支点、円筒面部２２ｂを支持する球面ブッシュ１３
の中心を力点と考えれば、本実施例では支点と荷重点と
の距離に比べて支点と力点との距離が十分大きいため、
てこの原理により、力点に作用する荷重の大きさは荷重
点に作用する荷重の大きさに比べて大幅に低減される。

【００２６】球面ブッシュ１３と球面支持部材１２とを
介して円筒面部２２ｂとの間で荷重を及ぼしあうロータ
部１５が自転運動をするため、摩擦力によりてこ部材２
２に自転させようとする回転駆動トルクが作用するが、
上記の理由で摩擦を発生させる荷重が大幅に小さいた
め、その回転駆動トルクは小さい。一方、球面支持部材
２５を介して球面部２２ａとの間で荷重を及ぼしあうロ
ーラ２４は若干の搖動運動はするものの自転運動を行な
わず、球面支持部材２３を介して球面部２２ｃとの間で
荷重を及ぼしあう第１プレート部材２も自転運動を行な
わないため、それらの部分における摩擦力により、てこ
部材２２に自転させまいとする回転抵抗トルクが作用す
るが、摩擦力を発生させる荷重が大きいためその回転抵
抗トルクは大きい。

【００２７】したがって、てこ部材２２は自転させまい
とする回転抵抗トルクの方が大きくなるために自転運動
を行なわず、ローラ２４あるいは第１プレート部材２と
の連結部において直接摺動運動を行なう球面支持部材２
３、２５に対しては搖動運動を行ない、ロータ部１５と
の連結部において直接摺動運動を行なう球面ブッシュ１
３に対してのみ相対的な回転運動を行なう。すなわち、
てこ部材２２は比較的大きな荷重の作用する摺動部にお
いては、非常に摺動速度の小さい搖動運動を行ない、比
較的大きな速度で摺動する回転摺動部において作用する
荷重は、上記のてこの原理により大幅に小さい。

【００２８】また、比較的大きな速度で摺動する回転摺
動部としては、他に、ロータ部１５の２つのシャフト部
８ａ、１１ａと、それらをそれぞれ軸受支持する第１プ
レート部材の穴部２ｂ、第３プレート部材の穴部７ｂと
の間の摺動部があるが、それらの摺動部はてこ部材の円
筒面部２２ｂの球面ブッシュ１３による回転支持部の両
側にあり、上記てこ部材の円筒面部２２ｂと球面ブッシ
ュ１３との間に作用する小さな荷重のロータ部回転軸に
直角な面内成分を分担して支持することになるので、そ
れらの回転摺動部において作用する荷重は、てこ部材の
円筒面部２２ｂと球面ブッシュ１３との間に作用する小
さな荷重に比べ更に小さい。すなわち、本実施例の構造
によれば、ローラ２４に公転運動を与えるための機構の
各摺動部において、摺動速度と摺動荷重のいずれか一方
を低減することができる。

【００２９】したがって、まず、本第１の実施例によれ
ば、ローラ２４に公転運動を与えるための機構における
機械摩擦損失の低減と、摺動条件の緩和により圧縮機の
効率と耐久性が向上するという効果がある。

【００３０】なお、本第１の実施例におけるローリング
ピストン型圧縮機では、ローラ２４とベーン２６とを一
体とした構造を採用しているが、本第１の実施例におい
てローラ２４に公転運動を与えている機構を用いれば、
後述する第２の実施例（図６参照）のようにローラ３５
とベーン３６が従来と同じく別体であっても上記の圧縮
機の効率と耐久性の向上の効果は全く同様に得られる。

【００３１】次に、本第１の実施例によれば、第１プレ
ート部材２の中央部のボス部２ａに形成された共通の穴
部２ｂにより、てこ部材２２のてこ支点である球面部２
２ｃの球面対偶支持と力点である円筒面部２２ｂを公転
運動させるロータ１５の回転支持を行なっているので、
ロータ１５の回転軸上に、てこ部材の球面部２２ｃの球
面対偶中心を正確に位置させることができ、てこ部材先
端の球面部２２ａに連結されたローラ２４の公転運動の
軌跡を、正確な円運動にすることが容易になるという効
果がある。

【００３２】次に、本第１の実施例によれば、てこ部材
２２の一部を圧縮機駆動用モータのロータ部１５の内部
に組み込む構造としているので、てこの効果を活用する
ためにてこ部材２２の軸長が長くなっても、圧縮機全体
の軸方向長さを増大する必要が無く、圧縮機のコンパク
ト性を犠牲にすることが無いという効果がある。

【００３３】次に、本実施例によれば、てこ部材２２の
傾斜角を変化させてローラ２４の公転半径を変え、ロー
ラ２４の外周円筒面とシリンダ１の内周円筒面との隙間
量を調節できる構造であるので、作動気体のシール性の
向上により圧縮機の性能が向上するという効果がある。

【００３４】次に、本第１の実施例によれば、てこ部材
２２の傾斜角を変化させても、ロータ１５が球面ブッシ
ュ１３を介し、てこ部材の円筒面部２２ｂを回転支持し
ているので、その摺動部の片当たりの発生を防止できる
という効果がある。

【００３５】次に、本第１の実施例によれば、てこ部材
の球面部２２ａ、２２ｃおよび球面ブッシュ１３は、そ
れぞれ球面支持部材２５、２３、１２を介して他の部材
と球面対偶結合されているが、それらの球面支持部材の
外周面が円筒形状であるので、他の部材に軸方向から容
易に装着できるという効果がある。

【００３６】次に、本第１の実施例によれば、球面支持
部材２５、２３、１２は半径方向に分割できる構造であ
るので、それらの内周球面部にてこ部材の外周球面部２
２ａ、２２ｃおよびブッシュ１３の外周球面部を容易に
組み込むことができるという効果がある。

【００３７】次に、本第１の実施例においては、ローラ
２４とベーン２６とを一体にしているため、従来のロー
ラとベーンとが別体の構造に比べて、ローラとベーンと
が離脱するのを防止するために必要であった予圧バネ３
７と背圧が不要になるという効果がある。また、ローラ
とベーンとが別体の構造では、ベーン先端とローラ外周
の接触部、ベーンとシリンダのスリット部との接触部が
線接触、ないしそれに近い接触形態になるので、予圧バ
ネと背圧およびベーンに直接作用する圧縮気体の圧力に
より、局部的な集中荷重が作用するのに対して、本第１
の実施例の構造ではベーン２６に直接作用する圧縮気体
の圧力は、滑動部材２８を介したシリンダの円筒穴部１
ｂと、球面支持部材２５を介したてこ部材の球面部２２
ａとで支持することになり、全て面接触によって支持す
ることができる。

【００３８】すなわち、ベーン２６周りの摺動部の摺動
面圧を従来構造に比べて低減し、耐久性を向上できると
いう効果がある。更に、図５に示すようにクランクシャ
フトによりローラに公転運動を与える駆動機構を用いた
ローリングピストン型圧縮機に本実施例のローラ２４と
ベーン２６とが一体となった構造を採用した場合、その
一体部材のベーン進退運動方向の軸廻りの傾斜は、滑動
部材２８の平面部とローラを支持するクランクピン４０
の円筒面とに同時に拘束され、部品の加工精度の誤差等
により、それらの２つの拘束部が同時に完全に密着する
ことが困難であることから、必ずいずれかの場所に片当
たりが発生して耐久性の低下や組立不能の問題が生ずる
が、本第１の実施例の構造では、ローラ２４とてこ部材
の球面部２２ａとが球面対偶で連結されているため、ロ
ーラ２４およびベーン２６からなる一体部材において、
ベーン２６の進退運動方向の軸廻りの傾斜は、滑動部材
２８の平面部にのみ拘束され、過剰拘束による上記問題
が発生しないという効果もある。

【００３９】以下に、本発明のいくつかの他の実施例を
説明する。図６は、本発明の第２の実施例を示すもの
で、シリンダの断面図である。本第２の実施例と上記第
１の実施例とが相違するところは、第１の実施例におけ
るローリングピストン型圧縮機では、ローラ２４とベー
ン２６とを一体とした構造を採用しているが、本第２の
実施例では、ローラ３５とベーン３６とを別体にし、予
圧バネ３７と背圧により、ローラ３５とベーン３６とが
離脱するのを防止している。本第２の実施例において
も、上記第１の実施例におけるローラ２４に公転運動を
与える機構を用いることにより、圧縮機の効率と耐久性
の向上の効果は全く同様に得られる。

【００４０】図７は、本発明の第３の実施例を示すもの
で、従来のクランクシャフトによるローラの公転駆動機
構を用い、ローラ４２及びベーン２６を一体にしたロー
リングピストン型圧縮機において、図に示すように、ク
ランクピン４０とローラ４２の間に球面ブッシュ４３を
組み込んだ例である。本第３の実施例によれば、ベーン
２６周りの摺動部の摺動面圧が従来構造に比べて低減
し、耐久性が向上するという効果を得ることができ、ま
た、第１の実施例と同様に過剰拘束が生じないという効
果を得ることができる。

【００４１】図８及び図９は、本発明の第４の実施例を
示すもので、図８に示すように、滑動部材を２分割構造
とし、ベーン２６の平面部に、滑動可能に当接する平面
部を持つ第１滑動部材４６とシリンダの円筒穴部１ｂに
滑動可能に当接する円筒面部を持つ第２滑動部材４７と
を、図９に示すように、第１滑動部材に対するベーン２
６の滑動方向と平行な軸廻りに、互いに滑動可能に当接
させて組み込むことにより、上記の過剰拘束を避けるこ
とができるので、上記第１の実施例における一体のロー
ラ２４とベーン２６を使用して、同様にベーン２６周り
の摺動部の摺動面圧が従来構造に比べて低減し、耐久性
が向上するという効果を得ることができる。

【００４２】更に、これらの実施例の効果により、従来
構造のローリングピストン型圧縮機では過酷であった摺
動部の摺動条件が全て緩和されるので、各摺動部に乾燥
摺動に適した摺動材や表面処理を採用することにより、
広い運転条件範囲で潤滑油を必要としないオイルフリー
ローリングピストン型圧縮機を実用化することが可能と
なる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ローリングピストン型
圧縮機において、機械摩擦損失の低減と摺動条件の緩和
が可能であり、高効率で耐久性の高いローリングピスト
ン型圧縮機を提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施例のローリングピス
トン型圧縮機の側断面図。

【図２】図２は図１におけるＩ−Ｉ断面図。

【図３】図３は本発明の第１の実施例における球面支持
部材の斜視図。

【図４】図４は圧縮機駆動用のモータを９０度ずつ回転
させた場合の図２における各部品の動きを説明した図。

【図５】図５はベーンとローラを一体にしたときに発生
する過剰拘束の説明図。

【図６】図６は本発明の第２の実施例を示す図。

【図７】図７は本発明の第３の実施例を示す図。

【図８】図８は本発明の第４の実施例を示す図。

【図９】図９は図８におけるII−II断面図。

【符号の説明】

１ シリンダ １ａ 円筒状内周面 １ｂ 円筒穴部 １ｃ 吸入通路 ２ 第１プレート部材 ２ａ ボス部 ２ｂ 穴部 ３ 第２プレート部材 ４ ボルト ５ チャンバ ６ モータのステータ部 ７ 第３プレート部材 ７ａ ボス部 ７ｂ 穴部 ８ 主ロータ部材 ８ａ シャフト部 ９ 永久磁石 １０ 空洞 １１ 副ロータ部材 １１ａ シャフト部 １１ｂ 穴部 １２ 球面支持部材 １３ 球面ブッシュ １４ ボルト １５ モータのロータ部 １６ キー １７ スラストプレート １８ スラスト軸受 １９ モータのステータ部のマグネットセンタ ２０ モータのロータ部のマグネットセンタ ２１ ロックナット ２２ てこ部材 ２２ａ 球面部 ２２ｂ 円筒面部 ２２ｃ 球面部 ２３ 球面支持部材 ２４ ローラ ２５ 球面支持部材 ２６ ベーン ２７ 空間 ２８ 滑動部材 ２９ 第１サイドチャンバ ３０ 第２サイドチャンバ ３１ 吸入口 ３２ 吐出弁 ３３ 吐出弁押さえ ３４ 吐出口 ３５ ローラ ３６ ベーン ３７ 予圧バネ ３８ 背圧 ３９ シリンダ ４０ クランクピン ４１ シリンダ ４２ ローラ ４３ 球面ブッシュ ４４ 第１プレート部材 ４５ 第２プレート部材 ４６ 第１滑動部材 ４７ 第２滑動部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 幸野 雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、該シリンダの内周方向へ公
   転運動を行うローラとを備え、前記ローラは、前記シリ
   ンダの軸心上に支点を置いて、前記シリンダの内周方向
   への円錐運動を行うてこ部材の一端部に設けられている
   ローリングピストン型圧縮機。
2. 【請求項２】 前記てこ部材の他端部は、前記シリンダ
   と同一軸心の回転部材の内部に延在し、前記回転部材の
   軸心から半径方向へ偏位した位置で該回転部材に連結さ
   れている請求項１記載のローリングピストン型圧縮機。
3. 【請求項３】 前記ローラと、前記シリンダの内部を複
   数の空間に仕切るベーンとを一体化した請求項１記載の
   ローリングピストン型圧縮機。
4. 【請求項４】 円筒状内周面を持つシリンダと、前記シ
   リンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する複数のサイド
   プレートと、前記シリンダと前記複数のサイドプレート
   とに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周面
   と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒状
   外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与え
   る駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ロー
   ラの円筒状外周面と前記複数のサイドプレートとにより
   囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーンと
   を構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前記
   複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することによ
   り、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機に
   おいて、 前記駆動手段は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸
   上の点を中心として、てこ部材を固定部材によって球面
   対偶により支持し、前記球面対偶中心とは別の点を中心
   として、前記てこ部材により前記ローラを球面対偶によ
   り支持し、かつ前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と
   同一軸心の回転部材の回転軸から半径方向へ偏位した位
   置で、前記てこ部材を前記回転部材により回転支持する
   ことにより構成されている駆動手段であり、前記てこ部
   材と回転部材とは、前記２つの球面対偶中心を結んだ軸
   線を相対的な回転軸として回転するとともに、前記てこ
   部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記
   てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離
   が、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中
   心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持
   中心までの距離より大きいことを特徴とするローリング
   ピストン型圧縮機。
5. 【請求項５】 請求項４記載のローリングピストン型圧
   縮機において、 前記シリンダと前記ローラとを一対だけ有し、前記てこ
   部材による前記ローラの球面対偶支持中心が、前記固定
   部材による前記てこ部材の球面対偶支持中心に対し、前
   記回転部材による前記てこ部材の回転支持部の反対側に
   あることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
6. 【請求項６】 請求項４記載のローリングピストン型圧
   縮機において、 前記てこ部材は、該てこ部材に設けた球状外周面に滑動
   可能に当接する球状内周面と、前記固定部材に設けた円
   筒状内周面に当接する円筒状外周面とを有する球面支持
   部材を介して、前記固定部材により球面対偶支持されて
   いるとともに、前記回転部材は、圧縮機駆動用モータの
   ロータもしくは該ロータに一体に固定され、前記ロータ
   は軸方向の２か所において軸受支持され、そのうちの１
   か所は、前記球面支持部材に当接する前記円筒状内周面
   と同軸に形成された前記固定部材の円筒面を軸受面とす
   る軸受支持部であることを特徴とするローリングピスト
   ン型圧縮機。
7. 【請求項７】 請求項４記載のローリングピストン型圧
   縮機において、 前記てこ部材は、該てこ部材に設けた球状外周面に滑動
   可能に当接する球状内周面と、前記固定部材に設けた円
   筒状内周面に当接する円筒状外周面とを有する球面支持
   部材を介して、前記固定部材により球面対偶支持される
   構造であることを特徴とするローリングピストン型圧縮
   機。
8. 【請求項８】 請求項７記載のローリングピストン型圧
   縮機において、 前記球面支持部材は、径方向に分割できる構造であるこ
   とを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
9. 【請求項９】 請求項４記載のローリングピストン型圧
   縮機において、 前記ローラは、該ローラに設けた円筒状内周面に当接す
   る円筒状外周面と、前記てこ部材に設けた球状外周面に
   滑動可能に当接する球状内周面とを有する球面支持部材
   を介して、前記てこ部材により球面対偶支持される構造
   であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
10. 【請求項１０】 請求項９記載のローリングピストン型
    圧縮機において、 前記球面支持部材は、径方向に分割できる構造であるこ
    とを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
11. 【請求項１１】 請求項４記載のローリングピストン型
    圧縮機において、 前記てこ部材は、該てこ部材に設けられた円筒状外周面
    に回転可能に当接する円筒状内周面と、前記回転部材に
    より該回転部材の回転軸から偏位した位置で球面対偶支
    持される球状外周面とを有する球面ブッシュを介して、
    前記回転部材により回転支持される構造であることを特
    徴とするローリングピストン型圧縮機。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記球面ブッシュは、該球面ブッシュの球状外周面に当
    接する球状内周面と、前記回転部材に設けた円筒状内周
    面に当接する円筒状外周面とを有する球面支持部材を介
    して、前記回転部材により球面対偶支持される構造であ
    ることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記球面支持部材は、径方向に分割できる構造であるこ
    とを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
14. 【請求項１４】 請求項４記載のローリングピストン型
    圧縮機において、 前記回転部材は、圧縮機駆動用モータのロータもしくは
    該ロータに一体に固定された部材であることを特徴とす
    るローリングピストン型圧縮機。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記圧縮機駆動用モータのロータは、内部に空間が設け
    られ、該空間に前記てこ部材の一部が挿入されている構
    造であることを特徴とするローリングピストン型圧縮
    機。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の２か所に
    おいて軸受支持され、それら２か所の軸受支持部の間
    に、前記回転部材による前記てこ部材の回転支持部があ
    ることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
17. 【請求項１７】 請求項１４記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の移動をス
    ラスト軸受により規制され、該スラスト軸受による前記
    ロータの軸方向規制位置は、組立時に調整可能な構造で
    あることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の移動を１
    方向についてスラスト軸受により規制され、前記ロータ
    と前記圧縮機駆動用モータのステータとのそれぞれのマ
    グネットセンタを互いに軸方向にずらすことにより、前
    記ロータに前記スラスト軸受により移動を規制される方
    向の軸力を発生させる構造であることを特徴とするロー
    リングピストン型圧縮機。
19. 【請求項１９】 円筒状内周面を持つシリンダと、前記
    シリンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する複数のサイ
    ドプレートと、前記シリンダと前記複数のサイドプレー
    トとに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周
    面と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒
    状外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与
    える駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ロ
    ーラの円筒状外周面と前記複数のサイドプレートとによ
    り囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーン
    とを構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前
    記複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することによ
    り、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機に
    おいて、 前記ベーンと前記ローラとは、該ベーンの平行な２平面
    と該ローラの円筒状外周面の中心軸とが互いに平行とな
    る状態で、結合もしくは一体成形され、かつ前記ベーン
    は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と平行な該シ
    リンダ上の一軸線廻りの揺動運動と、前記一軸線を含む
    平面内での進退運動とを行えるように、前記シリンダに
    より支持される構造であることを特徴とするローリング
    ピストン型圧縮機。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記揺動運動および前記進退運動を行うベーンのシリン
    ダによる支持構造は、前記シリンダの円筒状内周面の外
    側に、該円筒状内周面の中心軸と平行な中心軸を持つ円
    筒穴部を形成し、該円筒穴部のシリンダ中心側とその反
    対側とを、それぞれシリンダ中央部の空間と前記円筒穴
    部の外側に設けた別の空間に連通させ、それらの部分に
    挿入されたベーンと前記円筒穴部との間に、前記ベーン
    の平面部に滑動可能に当接する平面部と前記円筒穴部に
    滑動可能に当接する円筒面部とを有する滑動部材を組み
    込んで構成される支持構造であることを特徴とするロー
    リングピストン型圧縮機。
21. 【請求項２１】 請求項１９又は２０記載のローリング
    ピストン型圧縮機において、 前記ローラと、該ローラの中央部に組み込まれ、該ロー
    ラに公転運動を与える駆動手段部品とは、それらの当接
    部が、少なくとも前記ローラと結合もしくは一体成形さ
    れたベーンの、シリンダに対する進退運動方向に平行な
    軸廻りの相対的な回転が可能であることを特徴とするロ
    ーリングピストン型圧縮機。
22. 【請求項２２】 請求項１９又は２０記載のローリング
    ピストン型圧縮機において、 前記ベーンは、前記進退運動の方向と平行な軸廻りの回
    転が可能にシリンダにより支持される構造であることを
    特徴とするローリングピストン型圧縮機。
23. 【請求項２３】 請求項２２記載のローリングピストン
    型圧縮機において、 前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と平行なシリンダ
    上の一軸線廻りの揺動運動と、前記一軸線を含む平面内
    での進退運動と、前記進退運動の方向と平行な軸廻りの
    回転とが可能にベーンをシリンダにより支持する構造
    は、前記シリンダの円筒状内周面の外側に、該円筒状内
    周面の中心軸と平行な中心軸を持つ円筒穴部を形成し、
    該円筒穴部のシリンダ中心側とその反対側とをそれぞれ
    シリンダ中央部の空間と前記円筒穴部の外側に設けた別
    の空間とに連通させ、それらの部分に挿入されたベーン
    と前記円筒穴部との間に、前記ベーンの平面部に滑動可
    能に当接する平面部を有する第１の滑動部材と、前記円
    筒穴部に滑動可能に当接する円筒面部を有する第２の滑
    動部材とを、前記第１の滑動部材に対する前記ベーンの
    滑動方向と平行な軸廻りに互いに滑動可能に当接させて
    組み込んで構成される支持構造であることを特徴とする
    ローリングピストン型圧縮機。