JPH1113663A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】冷凍冷蔵庫や空調機に使用されるロータリ圧縮
機において、塩素を含まない冷媒を使用する時、ローラ
とベーンの摺動部には厳しい摺動状態が生じ、信頼性確
保、長寿命化が難しい。 【解決手段】シリンダ２と、クランクピン部を有するク
ランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
と、クランクピン部に従動しながらシリンダ２内を移動
（公転）するローラ４と、先端の全部または一部がＲ形
状であるベーン３と、ローラ４の外周面にベーン３先端
Ｒと同様のＲ形状の凹溝部１０とを備え、ベーン３先端
がローラ４の凹溝部１０に摺動可能に当接配置され、ベ
ーン３先端と凹溝部１０の摺動方向にくさび形状の隙間
１２が設けられており、加工も容易で、他の摺動部に悪
影響を及ぼさずに、ベーン３とローラ４の当接部分に油
圧発生を積極的に行い、摺動部潤滑を良好にし、より信
頼性が高く長寿命化したロータリー圧縮機を実現でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍冷蔵庫や空調機
等に用いられるロータリー圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロータリー圧縮機はそのコンパクト性や
構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機などに多く
使用されている。圧縮機の主要構成部品であるベーンや
ローラピストンなどの圧縮機構部は、例えば、川平著、
密閉形冷凍機（平成５年）第１４頁、図６．１に記載さ
れている。

【０００３】以下に、図８を用いて、従来のロータリー
圧縮機の動作について説明する。密閉容器内（図示せ
ず）に、偏心部を有するクランク軸１とクランク軸１を
支える軸受（図示せず）とシリンダ２とベーン３と前記
シリンダ２内で偏心回転するローラピストン（以降、ロ
ーラと称す）４とからなる圧縮機構部を構成し、先端が
円弧状のベーン３はシリンダ２の溝５内を往復動し、か
つその先端部は、スプリング６によるばね力およびシリ
ンダ２の内外の圧力差による力によって、ローラ４の外
周面に押し付けられて、ローラ４の外周部と接触摺動
し、シリンダ２内を吸入室７と圧縮室８に分割してい
る。

【０００４】Ｏはシリンダ２とクランク軸１の中心で、
クランク軸１は中心Ｏからｅだけ偏心したＯｐを中心と
する偏心部（以降クランクピンと称す）９を有し、クラ
ンクピン９にはローラ４が嵌合されており、電動機（図
示せず）によりクランク軸１が回転してローラ４がシリ
ンダ２内を公転することにより、冷媒ガスを吸入室７に
吸い込み、吸い込んだ冷媒ガスを圧縮室８で圧縮しなが
ら、吐出口（図示せず）から吐出し、吐出された冷媒
は、冷凍サイクル側に送られ、凝縮器、膨張弁、蒸発器
を経て、再度圧縮機の吸入室７に吸い込まれる。

【０００５】前記構成においては、ローラ４とベーン３
先端との当接部では、おもに吸入冷媒中に含まれるオイ
ルと、ベーン３とシリンダ２に設けられたベーン溝５の
隙間、あるいは、ローラ４の端面部の隙間を圧力差によ
り通過するオイルにより油膜が形成されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、ベーン３の先端部は円弧曲面であり、
ローラ４の外周面も円形状曲面（円筒面）であるので、
ベーン３とローラ４の接触状態は等価的には小円筒と大
円筒の接触となる。したがって、接触状態は線接触状態
で、接触面積が小さくなり、単位面積当たりの荷重（接
触応力）が大きくなり、ベーン３とローラ４の接触摺動
条件は過酷なものとなる。

【０００７】また、ローラ４の自転数もローラ４の内周
面とクランクピン９との摺動抵抗と、ローラ４の外周面
とベーン３の先端との摺動抵抗の差などで決まるもので
あり、ローラ４の自転数は非常に不安定である（一般に
クランク軸１の回転数を３５００ｒｐｍで運転した時、
ローラの自転数は数十〜数百ｒｐｍ程度）。

【０００８】このため、ベーン３の先端とローラ４の摺
動面は、すべり速度が条件により変わり、油膜厚さも変
わる不安定なすべり摺動となる。

【０００９】さらに、オゾン層保護の目的から、塩素を
含まない代替冷媒（例えばＲ−１３４ａなど）が近時使
用されてきているが、これらは、塩素を含む冷媒に比べ
て、さらに摺動状態が悪くなるため、圧縮機の使用条件
を厳しく制限したり、耐摩耗性をより向上した摺動材料
を開発する必要があるなどの問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ベーンとローラの摺動部負荷を低減し、ベーンとロ
ーラの摺動部潤滑を確実にして、より信頼性が高く長寿
命化したロータリー圧縮機を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸
と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記
クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動
（公転）するローラと、先端の全部または一部がＲ形状
であるベーンと、前記ローラの外周面に前記ベーン先端
Ｒと同様のＲ形状の凹溝部を設け、前記ベーン先端が前
記ローラ凹溝部に摺動可能に当接配置され、前記ベーン
先端と前記ローラ凹溝部の摺動方向にくさび形状の隙間
を形成したロータリ圧縮機である。

【００１２】なお、ローラの外周面に前記ベーン先端Ｒ
よりわずかに大きい半径を持つＲ形状の凹溝部を設けた
構成としても良い。

【００１３】あるいは、ベーン先端Ｒの半径Ｒｖとロー
ラ凹溝部の半径Ｒｒが、

【００１４】

【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１ の関係で構成しても良い。

【００１５】あるいは、ベーン先端形状内で、ベーン側
面側に位置するベーン先端部分に、中央部と異なる径の
Ｒ加工または面取りを施し、ローラの外周面に設けたＲ
形状の凹溝部とくさび形状の隙間を形成させても良い。

【００１６】加えて、ローラ凹溝部のＲ部とローラ外周
面の交点部分に、Ｒ加工または面取りを施した構成でも
良い。

【００１７】更に、ローラ凹溝部のＲ部とローラ外周面
とローラ側面の交点部分に、Ｒ加工または面取りを施し
ても良い。

【００１８】また、ベーン先端部分の硬さとローラの凹
溝部の硬さを比較して、一方が他方より硬い材料又は表
面処理が施された仕様でも良い。

【００１９】あるいは、ローラの凹溝部と前記ベーン先
端部の硬さが柔らかい方は、なじみ性の良い材料で構成
された仕様でも良い。

【００２０】さらに、ベーン先端部と前記ローラの凹溝
部の硬さの硬い方の表面は、他方より滑らかに（表面粗
さを小さく）仕上げた構成でも良い。

【００２１】さらに、上記の構成で、冷媒として、塩素
を含まない冷媒を使用しても良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
説明する。

【００２３】本発明の一実施例のロータリー圧縮機の構
成は、ローラ溝部など一部を除いて従来例と概略同様な
構成であ。

【００２４】（実施の形態１）以下、本発明の第１の実
施例について、図１と、そのＡ部拡大図である図２、そ
のＢ部拡大図である図３を参照しながら説明する。

【００２５】図１、図２、図３に示すように、シリンダ
２と、クランクピン部９を有するクランク軸１と、その
クランク軸１を回転可能に支持する軸受（図示せず）
と、クランクピン部９に従動しながらシリンダ２内を移
動（公転）するローラ４と、先端の全部または一部がＲ
形状であるベーン３と、ローラ４の外周面にベーン３の
先端Ｒ形状と同様のＲ形状の凹溝部を設け、ベーン３先
端がローラ凹溝部１０に摺動可能に当接配置されてい
る。

【００２６】ローラ凹溝部１０の半径は、ベーン３先端
Ｒの半径Ｒｖよりわずかに大きい半径Ｒｒとし、さら
に、ベーン３先端Ｒの半径Ｒｖとローラ凹溝部１０の半
径Ｒｒが、

【００２７】

【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１ の関係で構成されている。

【００２８】この様な構成にすることにより、ベーン３
先端とローラ凹溝部１０の摺動部の受圧面積を大きくで
き、摺動部負荷を低減できる。

【００２９】また、ベーン３先端とローラ凹溝部１０の
摺動方向に、くさび形状の隙間１１、１２を形成し、ベ
ーン３先端とローラ溝部１０が、お互いに摺動する際
に、圧縮室８や吸入室７の冷媒雰囲気中に存在するオイ
ルが、くさび状の隙間１１、１２内で、くさび効果によ
る油圧を発生し、さらに、くさび状の隙間１１、１２が
（数１）で示す範囲で（左右に）微少移動するため、呼
吸作用（スクイーズ効果）による油圧も発生する。この
ため、ベーン３とローラ４の摺動部潤滑状態がより良く
なり、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

【００３０】なお、隙間が大き過ぎると、デッドボリュ
ーム増加による効率低下や（左右）振動による騒音発生
などが無視できなくなるため、（数１）の範囲で規制し
ている。

【００３１】（実施の形態２）以下、本発明の第２の実
施例について、図４を参照しながら説明する。

【００３２】図４では、ベーン３先端形状内で、ベーン
側面側に位置するベーン先端部分に、中央部の半径Ｒｖ
と異なる径ＲｖｓのＲ加工を施し、ローラ４の外周面に
設けたＲ形状の凹溝部１０とくさび形状の隙間１１、１
２を形成させた構成となっている。このような構成で、
実施例１と同様なくさび効果が期待できる。

【００３３】なお、本実施例では、ベーン側面側に位置
するベーン先端部分に、中央部の半径Ｒｖと異なる径Ｒ
ｖｓの例を示したが、Ｒｖｓの代わりに面取りでも良
く、左右の径Ｒｖｓは異なった径でも良いのは無論であ
る。

【００３４】（実施の形態３）以下、本発明の第３の実
施例について図５を参照しながら説明する。

【００３５】図５に示すように、ローラ凹溝部１０のＲ
部とローラ４外周面の交叉部分に、面取りＣを施した構
成となっている。

【００３６】このような、構成にすることにより圧縮空
間８や吸入空間７の冷媒雰囲気中にあるオイルがスムー
ズに、ベーン３先端とローラ凹溝部１０の摺動部分に供
給され、潤滑状態を良くすることができる。

【００３７】なお、図５では、面取りＣであるが、Ｒ加
工を施しても良いし、実施例１や２と組み合わせても良
いのは無論である。

【００３８】（実施の形態４）以下、本発明の第４の実
施例について、図６を参照しながら説明する。

【００３９】図６に示すように、ローラ凹溝部１０のＲ
部とローラ外周面４ａとローラ側面４ｂの交点である４
ｃ部（４ヶ所）に、小さなＲ加工または面取りを施し
て、角（エッジ）をなくす。

【００４０】このような構成にすることにより、ローラ
４がクリアランスの範囲で傾いて摺動しても、ローラ側
面４ｂが摺動する軸受端面（図示省略）を、角４ｃ部は
傷つけることはない。

【００４１】（実施の形態５）以下、本発明の第５の実
施例について、図７を参照しながら説明する。図７に
は、ベーン３先端部分の硬さがローラ凹溝部１０の硬さ
より硬い材料又は表面処理が施され、ローラ凹溝部１０
は、なじみ性の良い材料で構成され、ベーン３先端部の
表面は、ローラ凹溝部１０より滑らかに（表面粗さを小
さく）仕上げられた例を示す。

【００４２】このような構成にすることにより、運転初
期において、ローラ凹溝部１０表面は、ベーン３先端部
分による、なじみ摩耗（いわゆる初期なじみ）が進行
し、加工時に、ローラ凹溝部１０の表面精度を、あまり
上げる必要がないため、加工工数が少なくできる。

【００４３】なお、本実施例では、ベーン３先端側の硬
度を上げたが、ローラ凹溝部１０表面の硬度を上げても
良いことは無論である。要するに、ベーン先端部と凹溝
部との関係は、硬さ、なじみ性（fitting characteris
tics）、なめらか性の全部、あるいは一部において、相
対的に逆の関係にあればよい。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明
は、加工も容易で、他の摺動部に悪影響を及ぼさずに、
ベーンとローラの当接部分に油圧発生を積極的に行い、
摺動部潤滑を良好にし、より信頼性が高く長寿命化した
ロータリー圧縮機を実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のロータリー圧縮機の主要な圧
縮機構部分断面図

【図２】本発明の第１の実施例のロータリー圧縮機のベ
ーン／ローラの要部断面図

【図３】本発明の第１の実施例のロータリー圧縮機のベ
ーン／ローラの要部断面図

【図４】本発明の第２の実施例のロータリー圧縮機のベ
ーン／ローラの要部断面図

【図５】本発明の第３の実施例のロータリー圧縮機のベ
ーン／ローラの要部断面図

【図６】本発明の第４の実施例のロータリー圧縮機のロ
ーラ部の要部斜視図

【図７】本発明の第５の実施例のロータリー圧縮機のベ
ーン／ローラの要部断面図

【図８】従来のロータリー圧縮機の主要な圧縮機構部分
断面図

【符号の説明】

１ クランク軸 ２ シリンダ ３ ベーン ４ ローラ ７ 吸入室 ８ 圧縮室 ９ クランクピン部 １０ ローラ溝部 １１、１２ くさび状の隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西脇 文俊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 新宅 秀信 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 寛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 悦郎 大阪府東大阪市高井田本通４丁目２番５号 松下冷機株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダと、クランクピン部を有するク
   ランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
   と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内
   を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部また
   は一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピス
   トンの外周面にＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン
   先端が前記ローラ凹溝部に摺動可能に当接配置され、前
   記ベーン先端と前記ローラ凹溝部との間に、その摺動方
   向にくさび形状の隙間が形成されているロータリ圧縮
   機。
2. 【請求項２】 前記ローラピストンの外周面に前記ベー
   ン先端Ｒよりわずかに大きい半径を持つＲ形状の凹溝部
   が設けられている請求項１記載のロータリ圧縮機。
3. 【請求項３】 前記ベーン先端Ｒの半径Ｒｖと前記ロー
   ラ凹溝部の半径Ｒｒが、 【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１ の関係で構成された請求項２記載のロータリ圧縮機。
4. 【請求項４】 前記ベーン先端形状内で、前記ベーン側
   面側に位置するベーン先端部分に、中央部と異なる径の
   Ｒ加工または面取りが施され、そのＲ加工又は面取り部
   と、前記Ｒ形状の凹溝部とで、前記くさび形状の隙間が
   形成されている請求項１記載のロータリ圧縮機。
5. 【請求項５】 前記ローラピストン凹溝部のＲ部と前記
   ローラピストン外周面の交叉部分に、Ｒ加工または面取
   りが施されている請求項１から４記載のいずれかのロー
   タリ圧縮機。
6. 【請求項６】シリンダと、クランクピン部を有するクラ
   ンク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
   と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内
   を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部また
   は一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピス
   トンの外周面に前記ベーン先端と実質上同曲率を持つＲ
   形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端が前記ローラ
   ピストン凹溝部に当接配置され、前記凹溝部のＲ部とロ
   ーラピストン外周面とローラピストン側面の交点部分
   に、Ｒ加工または面取りが施されているロータリ圧縮
   機。
7. 【請求項７】シリンダと、クランクピン部を有するクラ
   ンク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
   と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内
   を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部また
   は一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピス
   トンの外周面に前記ベーン先端と実質上同曲率を持つＲ
   形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ロ
   ーラピストン凹溝部に当接配置され、前記ベーン先端部
   分の硬さと前記ローラピストンの凹溝部の硬さとの対比
   において、一方が他方より硬い材料又は表面処理が施さ
   れたロータリ圧縮機。
8. 【請求項８】シリンダと、クランクピン部を有するクラ
   ンク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
   と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内
   を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部また
   は一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピス
   トンの外周面に前記ベーン先端と略同曲率を持つＲ形状
   の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ローラ
   ピストン凹溝部に当接配置され、前記ローラピストンの
   凹溝部と前記ベーン先端部のうち、硬さが柔らかい方
   は、なじみ性の良い材料で構成されている請求項７記載
   のロータリ圧縮機。
9. 【請求項９】シリンダと、クランクピン部を有するクラ
   ンク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受
   と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内
   を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部また
   は一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピス
   トンの外周面に前記ベーン先端と略同曲率を持つＲ形状
   の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ローラ
   ピストン凹溝部に当接配置され、前記ベーン先端部と前
   記ローラピストンの凹溝部のうち、硬さの硬い方の表面
   は、他方より滑らかに（表面粗さを小さく）仕上げられ
   ている請求項７又は８記載のロータリ圧縮機。
10. 【請求項１０】冷媒として、塩素を含まない冷媒を使用
    した請求項１から９記載のいずれかのロータリ圧縮機。