JPH07259767A - 縦形ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ローラ外周とベーン先端の当接部の摩耗を低
減し信頼性を高め、冷凍サイクルへの冷凍機油の吐出量
が少ない縦形ロータリ圧縮機を提供する。 【構成】 冷凍機油を貯溜した密閉容器内の上部に電動
機部、下部に圧縮機構部を有する縦形ロータリ圧縮機に
おいて、クランク軸偏心部４ａにクランク軸内給油通路
４ｂから外径に通じるクランク軸横孔４ｃと、偏心部外
径に横孔４ｃと連通して設けたクランク軸油溝４ｄと、
ローラ３の外周に設けたベーン５の先端部と略同等の曲
率のローラ外周溝３ｃと、その外周溝にローラ内径から
貫通するローラ貫通孔３ａと、外周溝最深部に当該外周
溝と平行に設けたローラ油溝３ｂとを設けた。給油通路
４ｂに汲み上げられた冷凍機油を、ローラ貫通孔３ａと
クランク軸横孔４ｃとを連通させることにより強制的に
ローラ、ベーン間に送り油膜を形成する。なお、塩素を
含まない代替冷媒にも対応できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、縦形ロータリ圧縮機に
係り、信頼性を向上し、かつ、冷凍サイクルへの冷凍機
油の吐出量が少ない縦形ロータリ圧縮機に関するもので
ある。特に、縦形ロータリ圧縮機を搭載する高効率な空
気調和機に利用される。

【０００２】

【従来の技術】一般に縦形ロータリ圧縮機は、例えば、
特開昭６２−６７２９２号公報記載の如き構造になって
いる。その縦形ロータリ圧縮機の構成と作用を、図６お
よび図７を参照して説明する。図６は、従来の縦形ロー
タリ圧縮機の縦断面図、図７は、図６のＢ−Ｂ矢視断面
図である。

【０００３】図６，７に示す縦形ロータリ圧縮機は、冷
凍機油１０を貯溜した密閉容器１内の上部に、回転子８
および固定子９からなる電動機を収納し、密閉容器１内
の下部に、前記電動機にクランク軸４を介して連結され
た圧縮機構部を収納している。この圧縮機構部は、シリ
ンダ２と該シリンダ２の両端を閉塞する上軸受６および
下軸受７とで形成された圧縮室１１と、この圧縮室１１
に前記上軸受６および下軸受７に支持されたクランク軸
４によって偏心回転するローラ３と、このローラ３の外
周に当接し前記ローラ３の偏心回転に追従して往復運動
し前記圧縮室１１を低圧部と高圧部とに仕切るベーン５
とを備えたものである。

【０００４】冷凍機油１０は、通常、シリンダ２が前記
冷凍機油１０内に充分に浸る量（シリンダ２の上面高
さ）まで封入されている。ここで、ロータリ圧縮機にお
ける冷凍機油１０の働きを図７を参照して説明する。図
７中の太い矢印はクランク軸４の回転方向を示し、実線
矢印は冷凍機油１０の動きを示している。

【０００５】クランク軸４の回転にともなう遠心力によ
ってクランク軸４内を上昇した冷凍機油１０は、クラン
ク軸４の横孔から吐出され、さらに圧力差によってロー
ラ３の上下方向の隙間を通過し、圧縮室１１および吸込
室１２に至る。圧縮室１１側に漏れた冷凍機油１０は、
シリンダ２とローラ３の半径方向の隙間やベーン５上下
方向の隙間を通過して吸込室１２側に至る。一方、ベー
ン５の背面の空間５ａは冷凍機油１０によって満たされ
ているので、ベーン５側面とシリンダ２のベーンスロッ
トとの隙間を圧力差によって冷凍機油１０が通過する。
ロータリ圧縮機では、前記のように各隙間を冷凍機油が
通過することによって油膜が形成され、冷媒の吹き抜け
が防止されて効率が高めらるとともに、油膜によって摺
動部における金属接触が防止され、圧縮機としての信頼
性が高められている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】

（１）従来の技術においては、ベーン先端部とローラ外
周との当接部に油膜を形成する手段は特に配慮されてお
らず、封入した冷凍機油、もしくは循環する冷媒に混入
している冷凍機油を、差圧を利用して各部の隙間から給
油し油膜を形成していた。しかし、従来のロータリ圧縮
機では、ベーン先端部とローラ外周との当接部に確実に
油膜を形成して摩耗を抑えることは困難であり、ベーン
のローラに対する押付力が大で、吸込室と圧縮室が共に
吐出圧力に比して十分低い圧力のときに油膜が切れ易い
という問題があった。

【０００７】さらに、従来、空気調和機用の冷媒として
用いられているＨＣＦＣ２２に対して、オゾン層破壊の
恐れのない、塩素を含まない代替冷媒、例えばＨＦＣ１
３４ａ，ＨＦＣ３２，ＨＦＣ１２５等の混合冷媒を用い
た場合、圧縮機内で摺動部を潤滑する冷凍機油の油膜が
切れた場合に、著しく潤滑性が低下する問題がある。そ
のため、十分な冷凍機油をシリンダ内、特にローラ外周
とベーン先端との当接部に供給する必要があるが、前記
の給油方法では、シリンダ内の冷凍機油量が少なく、特
に油膜のできにくいローラ外周とベーン先端との間で摩
耗を生じやすいという問題があった。

【０００８】（２）圧縮機が停止しているときは、圧縮
機内の温度は外気温に近い状態にあり、圧縮機内の冷凍
機油には多量の冷媒が溶解している。冷凍機油の油面
は、通常上軸受に設けられている圧縮ガスの吐出口より
も高くなっている。こうした状態で運転が開始されるの
で、圧縮ガスが冷凍機油を吹き上げ、多量の冷凍機油が
圧縮機の密閉容器に設けられた吐出パイプから冷凍サイ
クルに持ち出されるという問題があった。すなわち、冷
凍サイクルに吐出される冷凍機油の比率（オイルレー
ト）が高くなることにより、冷凍機油が熱交換器内に付
着し、熱伝達を悪くして空気調和機等の効率が低下する
という問題があった。

【０００９】また、ベーン先端とローラ摺動部の信頼性
を向上させるために、例えば、特開平４−２２８８９４
号公報には、図８に示すベーン先端とローラ切欠き部が
開示されている。図８は、従来の他の縦形ロータリ圧縮
機のベーン先端とローラとの摺動部を示す要部断面図で
ある。

【００１０】図８に示すロータリ圧縮機では、先端５ｂ
が円弧状で円弧角が１８０℃を超えるベーン５Ａを備
え、ローラ３Ａの外周部に前記ベーン先端５ｂと同等以
上の曲率で円弧角が１８０℃を超える円弧状の切欠き２
０を設け、この切欠き２０からローラ内周部に給油通路
２１を設けたものが開示されている。この構成のもの
は、ベーン先端とローラ摺動部における漏れを低減し、
圧縮機の効率を向上する効果があるが、油膜形成につい
ては記載されておらず、ベーン、ローラの加工費が高く
なることについて配慮されていなかった。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、少ない封入量の冷凍機油で
も、ベーン先端とローラ外周との当接部に油膜を形成
し、かつ、ベーン押付力を低減して信頼性を高めるとと
もに、オイルレートを低減して空気調和器等の効率を向
上し得る縦形ロータリ圧縮機を提供することを目的とす
る。また、本発明の他の目的は、塩素を含まない冷媒を
用いた場合でも高い信頼性の圧縮機およびそれを搭載す
る空気調和機を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る縦型ロータリ圧縮機の構成は、冷凍機
油を密閉容器内下部に貯溜し、その密閉容器内上部に電
動機部を収納し、この電動機部にクランク軸で連結され
た圧縮機構部を前記電動機部の下部に収納し、前記圧縮
機構部は、シリンダと該シリンダの両端面を閉塞する上
軸受および下軸受とで形成された圧縮室と、この圧縮室
内に前記上軸受および下軸受に支持されたクランク軸の
偏心部に遊合され偏心回転するローラと、このロ−ラの
外周に当接し前記ローラの偏心回転に追従して往復運動
し前記圧縮室を低圧部と高圧部とに仕切るベーンとから
なり、前記クランク軸内に、一端が冷凍機油内に開口し
た給油通路を形成してなる縦型ロータリ圧縮機におい
て、前記クランク軸の偏心部に前記給油通路から当該偏
心部外径に通じるように設けた横孔と、前記偏心部外径
に前記横孔と連通して設けた油溝と、前記ローラの外周
に設けた前記ベーンの先端部と略同等の曲率の外周溝
と、その外周溝にローラ内径から貫通する孔と、前記外
周溝最深部に当該外周溝と平行に設けた油溝とを有し、
ベーン先端をローラ外周溝に離着自在に当接させるよう
にしたものである。

【００１３】より詳しくは、クランク軸の偏心部に設け
た横孔および油溝が、吸込室および圧縮室内の圧力が共
に吐出圧力に対し十分低い圧力のとき、ローラ内径から
外周溝へ貫通する孔に連通され、ベーン先端部とローラ
外周溝との当接部に強制的に給油するものである。

【００１４】

【作用】上記技術手段による働きを以下に述べる。本発
明では、ローラに内径から外径へ通ずる貫通孔を設ける
とともに、ローラ外周溝とその最深部に外周溝と平行に
油溝を設け、前記ローラ外周溝にベーン先端部を離着自
在に当接し、クランク軸偏心部の横孔とローラ貫通孔と
を連通させることにより、ベーン先端部とローラ外周溝
との当接部に冷凍機油を強制的に供給するようになって
いる。そこで、クランク軸が回転することによって、前
記ベーン、ローラ当接部に確実に油膜を形成することが
できる。ローラ外周に形成した溝に冷凍機油を供給する
方法を以下に説明する。

【００１５】密閉形のロータリ圧縮機内において、クラ
ンク軸が回転すると、密閉容器内に封入されている冷凍
機油内で、前記クランク軸の下端、および内部にそれぞ
れ具備された給油ピース、および給油用ひねり板により
冷凍機油が汲み上げられる。汲み上げられた冷凍機油
は、クランク軸の偏心部に設けられた横孔を通り偏心部
外径とローラ内径の隙間を潤滑するとともに、ローラに
設けられた貫通孔と連通すると、その貫通孔の開口して
いるローラ外周溝とそこに当接してあるベーン先端の当
接部に直接給油することができる。

【００１６】これと同時に、ローラ貫通孔および油溝に
より、ベーン先端にローラ内部の圧力（吐出圧力）が掛
り、ベーン押付力を低減することができる。特に、塩素
を含まない代替冷媒使用時に最も摩耗する恐れのあるロ
ーラ、ベーン間を、十分な冷凍機油で強制潤滑すること
ができ、摩耗を低減することができる。

【００１７】以上の作用により、本発明の圧縮機はクラ
ンク軸内部の給油通路に汲み上げられた冷凍機油を、ク
ランク軸偏心部の横孔およびローラ貫通孔を連通させる
ことにより、強制的にローラ、ベーン間に十分な量を給
油するようにしたため、少ない封入量の冷凍機油でも、
ローラ、ベーン間に油膜を形成し、同時にベーン押付力
を低減し、圧縮機の信頼性を高めるとともに、オイルレ
ートを低減して空気調和機等の効率を向上することがで
きる。

【００１８】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図５を参照し
て説明する。図１は、本発明の一実施例に係る縦形ロー
タリ圧縮機の縦断面図、図２は、図１の縦形ロータリ圧
縮機の圧縮機構部の要部断面図、図３は、図２のＡ−Ａ
矢視断面図、図４は、図１のロータリ圧縮機におけるロ
ーラ、ベーン、クランク軸部品の分解斜視図である。こ
れらの図中、従来技術について説明した図６、図７と同
一符号のものは、同等の働きをする構成部品である。

【００１９】図１に示す縦形ロータリ圧縮機は、冷凍機
油１０を貯溜した密閉容器１内の上部に電動機を収納
し、密閉容器１内の下部に、前記電動機にクランク軸４
を介して連結された圧縮機構部を収納している。電動機
部は、密閉容器１に焼嵌等で固定された固定子９と、ク
ランク軸４を嵌着した回転子８とで構成されている。

【００２０】圧縮機構部は、シリンダ２と該シリンダ２
の両端面を閉塞する上軸受６および下軸受７とで圧縮室
１１を構成している。クランク軸４は偏心部４ａを有
し、該偏心部４ａに遊合されたロ−ラ３がシリンダ２内
を偏心回転するようになっている。また、シリンダ２内
には、圧縮室１１と吸込室１２に仕切るベーン５が設け
られており、ローラ３の偏心回転に追従してベーン５が
往復運動し、冷媒ガスを圧縮する構成になっている。圧
縮された冷媒ガスは、下軸受７に設置された吐出弁（図
示せず）から下方に吐出される。なお、下軸受７はサイ
レンサカバー１３で覆われており、吐出弁から出た冷媒
ガスは、下軸受７、シリンダ２、上軸受６に設けられた
貫通穴（図示せず）を通過し、上軸受６の上面から吐出
される。

【００２１】本実施例の特徴点である冷凍機油供給経路
について説明する。図１ないし図４の各図において、４
ｂは、クランク軸４の軸心部に貫通して設けられた給油
通路、４ｃは、クランク軸偏心部４ａに前記給油通路４
ｂから偏心部外径に通じるように設けたクランク軸横
孔、４ｄは、前記偏心部外径に前記クランク軸横孔４ｃ
と連通して設けたクランク軸油溝である。

【００２２】また、３ｃは、ローラ３の外周に形成した
ローラ外周溝で、このローラ外周溝３ｃは、ベーン５の
先端部の曲率とほぼ同等の曲率を有している。３ａは、
前記ローラ外周溝３ｃにローラ３内径から貫通するロー
ラ貫通孔、３ｂは、前記ローラ外周溝３ｃの最深部に当
該外周溝と並行に設けたローラ油溝で、このローラ油溝
３ｂに前記ローラ貫通孔３ａが連通できるようになって
いる。なお、図４には、ローラ貫通孔３ａを１個設けた
ものを示しているが、ローラ貫通孔を複数個設けても差
し支えない。

【００２３】冷凍機油１０の液面は、従来機よりも少な
いシリンダ２の下面付近の高さとしており、圧縮機の運
転が停止されている低温状態でも、上軸受６の上面に設
けられた冷媒ガスの吐出口よりも高くなることはなく、
運転開始時に冷凍機油１０を吹き上げ、油を圧縮機から
冷凍サイクルへ持ち出すことがない。

【００２４】次に、図２、図３および図４を参照してベ
ーン５の先端部とローラ外周溝３ｃとの当接部に給油す
るための油溝や、給油通路等の働きを説明する。前述の
ように、ローラ３には、ローラ貫通孔３ａ、ベーン５の
先端部と略同曲率のローラ外周溝３ｃ、該外周溝の最深
部に該外周溝と平行にローラ油溝３ｂが形成されてい
る。図２に示すように、クランク軸４が回転すると、冷
凍機油１０中に浸っているクランク軸４下端に具備され
ている給油ピース１４、クランク軸内部給油通路４ｂに
具備されている給油用ひねり板１５により冷凍機油１０
が汲み上げられる。

【００２５】次に、汲み上げられた冷凍機油１０は、ク
ランク軸偏心部４ａに設けられたクランク軸横孔４ｃを
通り、偏心部外周開口部に設けられたクランク軸油溝４
ｄによりローラ３の内径とクランク軸偏心部４ａの外周
との隙間を潤滑する。さらに、図３に示すように、吸込
室１２と圧縮室１１内の圧力がともに吐出圧力に対し十
分に低い圧力のとき、前記クランク軸偏心部４ａに形成
されているクランク軸横孔４ｃ、その横孔開孔部に位置
するクランク軸油溝４ｄが前記ローラ貫通孔３ａと連通
され、差圧によって冷凍機油１０がローラ外周溝３ｃ部
に形成されたローラ油溝３ｂに供給される。したがっ
て、ローラ外周溝３ｃ部とそこに離着自在に当接された
ベーン５の先端との間を強制的に潤滑することができ、
かつ、ローラ貫通孔３ａおよびローラ油溝３ｂの設置に
よりベーン先端にローラ内部の圧力（吐出圧力）が掛
り、ベーン押付力を低減することができる。

【００２６】特に、塩素を含まない代替冷媒、例えばＨ
ＦＣ３２、ＨＦＣ１３４ａを３０：７０の比率で混合し
た場合や、ＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１３４ａ
を３０：１０：６０、もしくは２３：２５：５２の比率
で混合した冷媒を使用した場合にも、ローラ外周溝３ｃ
とそこに当接されたベーン５の先端との間を強制的に十
分な量の冷凍機油で潤滑することができ、ローラ貫通孔
３ａおよびローラ油溝３ｂの設置によりベーン先端にロ
ーラ内部の圧力（吐出圧力）が掛り、ベーン押付力を低
減することができる。このため、最も問題となるロー
ラ、ベーン間の摩耗を低減することができ、圧縮機の信
頼性を向上させることができる。

【００２７】なお、クランク軸内部の給油通路４ｂ下端
に給油ピース１４を設けてあり、そこから強制的にロー
ラ、ベーン間に給油することから、冷凍機油１０の封入
量を低減し、油面の高さを低くすることが可能となっ
た。

【００２８】次に、前記実施例で述べた縦形ロータリ圧
縮機を空気調和機に搭載した場合の効果について、図５
を参照して説明する。図５は、本発明の効果を示す線図
である。図５は、横軸に圧縮機内冷凍機油の油面高さ、
縦軸に冷凍サイクルに吐出される冷媒に対する冷凍機油
の比率、すなわち、オイルレートと、空気調和機の効率
向上率（シリンダ上面まで冷凍機油を封入したときの空
気調和機の効率を１００とした場合の効率比）を示した
ものである。

【００２９】図５から明らかなように、冷凍機油の封入
量を少なくし、油面の高さを低くすると実線に示すよう
にオイルレートを低減でき、その結果、破線に示すよう
に空気調和機の効率を向上できることがわかる。これ
は、オイルレートの低減によって、冷凍サイクルの熱交
換器内における冷凍機油の付着を低減でき、熱伝達を向
上できるためである。油面は低いほど効果があるが、シ
リンダ中央付近でも約１％効率を向上できる。上記実施
例に示した本発明では、さらに、シリンダの下面高さ以
下まで油量を低減できるので、本発明によって空気調和
機の効率を２％以上向上することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、少ない封入量の冷凍機油でも、ベーン先端とロー
ラ外周との当接部に油膜を形成し、かつ、ベーン押付力
を低減して信頼性を高めるとともに、オイルレートを低
減して空気調和器等の効率を向上し得る縦形ロータリ圧
縮機を提供することができる。また、本発明によれば、
塩素を含まない冷媒を用いた場合でも高い信頼性の圧縮
機およびそれを搭載する空気調和機を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る縦形ロータリ圧縮機の
縦断面図である。

【図２】図１の縦形ロータリ圧縮機の圧縮機下部の要部
断面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図４】図１のロータリ圧縮機におけるローラ、ベー
ン、クランク軸部品の分解斜視図である。

【図５】本発明の効果を示す線図である。

【図６】従来の縦形ロータリ圧縮機の縦断面図である。

【図７】図６のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図８】従来の他の縦形ロータリ圧縮機のベーン先端と
ローラとの摺動部を示す要部断面図である。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…シリンダ、３…ローラ、３ａ…ロー
ラ貫通孔、３ｂ…ローラ油溝、３ｃ…ローラ外周溝、４
…クランク軸、４ａ…クランク軸偏心部、４ｂ…給油通
路、４ｃ…クランク軸横孔、４ｄ…クランク軸油溝、５
…ベーン、６…上軸受、７…下軸受、８…回転子、９…
固定子、１０…冷凍機油、１１…圧縮室、１２…吸込
室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 信利 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部冷 熱本部内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷凍機油を密閉容器内下部に貯溜し、そ
   の密閉容器内上部に電動機部を収納し、この電動機部に
   クランク軸で連結された圧縮機構部を前記電動機部の下
   部に収納し、 前記圧縮機構部は、シリンダと該シリンダの両端面を閉
   塞する上軸受および下軸受とで形成された圧縮室と、こ
   の圧縮室内に前記上軸受および下軸受に支持されたクラ
   ンク軸の偏心部に遊合され偏心回転するローラと、この
   ローラの外周に当接し前記ローラの偏心回転に追従して
   往復運動し前記圧縮室を低圧部と高圧部とに仕切るベー
   ンとからなり、前記クランク軸内に、一端が冷凍機油内
   に開口した給油通路を形成してなる縦型ロータリ圧縮機
   において、 前記クランク軸の偏心部に前記給油通路から当該偏心部
   外径に通じるように設けた横孔と、前記偏心部外径に前
   記横孔と連通して設けた油溝と、前記ローラの外周に設
   けた前記ベーンの先端部と略同等の曲率の外周溝と、そ
   の外周溝にローラ内径から貫通する孔と、前記外周溝最
   深部に当該外周溝と平行に設けた油溝とを有し、 ベーン先端をローラ外周溝に離着自在に当接させるよう
   にしたことを特徴とする縦形ロータリ圧縮機。
2. 【請求項２】 クランク軸の偏心部に設けた横孔および
   油溝が、吸込室および圧縮室内の圧力が共に吐出圧力に
   対し十分低い圧力のとき、ローラ内径から外周溝へ貫通
   する孔に連通され、ベーン先端部とローラ外周溝との当
   接部に強制的に給油することを特徴とする請求項１記載
   の縦形ロータリ圧縮機。
3. 【請求項３】 ローラの貫通孔を複数個設けたことを特
   徴とする請求項１または２記載のいずれかの縦形ロータ
   リ圧縮機。
4. 【請求項４】 塩素を含まない冷媒を用いて運転するこ
   とを特徴とする請求項１ないし３記載のいずれかの縦形
   ロータリ圧縮機。