JPS62284983A - ロ−タリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は回転数制御圧縮機の回転バランスに係り、特に
ロータの両端と軸の反ロータ側端にバランスウェイトを
設けた場合に好適なバランスウェイト量の設定に関する
。

〔従来の技術〕

ローリングピストン形回転圧縮機では、一般にクランク
軸と一体になっているクランク部は回転中心に対して偏
心しており、このクランク部にはローラがはめられてい
る。

したがって、回転時には偏心しているクランク部トロー
ラによりアンバランスモーメントが発生する。この回転
アンバランスモーメントにつり合わせるため、回転軸に
取り付けられるロータの上下にバランスウェイトを設け
、回転バランスをとる方法が一般に用いられている。（
例えば実開昭５９−８６３９０号）。上記バランスウェ
イトにより回転バランスはとることができるが、バラン
スウェイトには遠心力が働くため、高速回転になると特
にロータ上部のバランスウェイトは軸受部から離れてい
るため、その遠心力によりシャフトがたわみ、上軸受上
部で片当りが起り、軸受部の信頼性をそこなうという問
題がある。そこで、バランスウェイトを軸受に最も近い
部芥に取付けるため、クランク部アンバランス部の両側
に位置するようにロータの下端と軸下端にバランスウェ
イトを取り付ける２面バランス方法が知られている。（
実開昭５８−６５３８８号、実開昭５８−６５５８９号
、実開昭５８−６５５９０号）。

また、ロータの上端と下端及び軸下端にバランスウェイ
トを設ける３面バランス方法が知られている（実開昭５
９−１０７９８４号）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術（２面バランス、３面バランス）により回
転軸のたわみは低減されるが、しかし、２面バランス方
法の場合、クランク部アンバランス及び各バランスウェ
イト共にその遠心力は第２図に示すように回転軸のたわ
みを助長する方向に働くため、非常に高速回転の場合に
は、これでも軸のたわみが大きくなり、回転バランス機
構として不十分であるという問題がある。

また、３面バランスの場合にはバランスウェイトの選び
方により、たとえ回転バランスがとれていても軸受の信
頼性を十分に確保できない場合があり、またガス圧縮荷
重が作用したとき軸のたわみが拡大される場合があると
いう問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題を解決するため、第１図に示す回転バランス機
構、即ち、ロータの上下及び回転軸下端の６面で回転バ
ランスをとる方法（３面バランス方法）について、回転
バランスはもちろんのこと軸受の片当がしにくく、ガス
圧縮荷重が作用したとき軸たわみが拡大されにくいバラ
ンスウェイト構成を提案する。

〔作用〕

従来技術のように、バランスウェイトをクランク部の両
側に位置するようにロータの下端と回転軸の下端に取り
付けた場合の回転軸たわみ曲線を第２図に示す。この場
合、偏心質量による遠心力Ｆ０．Ｆ、、Ｆ、の作用によ
り、軸上部は左側にたわみ。

軸は軸受上部に接触する。そこで、第３図に示すように
ロータ上端にもバランスウェイトを設け、その遠心力Ｆ
１で軸上端のたわみを第３図に示すように修正する。

この場合のバランスウェイトは回転バランスのつり会式
より求められる。即ち、第４図に示すようにクランク部
（クランクとローラ）アンバランス質量ｒＲＱ、その等
価重心位置をｒＯ＋ロータ下部バランスウェイト質量ｍ
ｌｌその重心位置をｆｌｌＪ１１０ｌｌ上部バランスウ
ェイト質量町、その重心位置を７１　＋　２１　＋軸下
端バランスウェイト質量をａ３゜その重心位置をｆ３１
Ｚ３１０−タ質量をｍ＋＋＋、その重心位置をｆｍ、！
−とすると、回転角速度ωのとき各質量による遠心力は
次のようになる。

以　　　下　　　余　　　白 従って５方向の力のつり会式は次式となる。

Ｊ　ｒＨ＋ｒＩＬ３ｒ３　”　ｍｏｒｏ＋　７７Ｌ２　
？”　ｚ　＋　ｍａ　ｒ　＋ａ　　＝・…・・＝・＝・
・”・（２１回転モーメントのつり会式は次式となる。

ａｘ　ｒ　ＩＺ　Ｈ＝ｍｌ　ｒ　！Ｚ　ｚ　＋　ｍｓ？
”　３　Ｚ　３　＋　ｍ　ｍ　？”　ｍ　３：　ｍ　　
”・川・＝…（３）ここでバランスウェイトとして定め
なければならない未知数が町ｒ１．町ｒ、　、　ｍ、ｒ
、と３つあるのに対して、つり合い式は式（２）と式（
３）の２本である。

ｍ１ｙ、　、　７ＦＬ、　ｒ、　、　ｍ、？”、のいず
れか１つは任意に値を与え残りの２つを式（２）１式（
３）より求めることになる。ここで、 φ＝７７！！ｒ！／７７Ｌｏｒｏ…曲ｌ………………０
■曲…………（４）とすると ・・・・・・・・・・・・＋５１＝ ｍ、ｒ、＝（１＋φ）ｍｏｒ０＋ｍ鴎τ馬（１＋φ）　
７７１ｏｒ　６　Ｚ　ｒ−φｍ　６　ｒ６　Ｚ　２　＋
　（３：、−Ｔ　ｍ戸ｉｒ謁（゛″゛）　　・・・・・
・・・・・・・（６）となる。ここでロータ重心位置ｒ
−は軸のたわみが与えられなければ定まらない。したが
って、軸のたわみを計算しながら繰り返し計算によりｒ
ｒＬｔ　ｒ　Ｉ、　ｙｈ　３？”　３　、　Ｔ　Ｉ−を
同時に求めていけばよい。

その計算結果の一例を第５図に示す。φ＝０即ちｍ、ｒ
、＝０の場合は第２図に示したようにロータ上部バラン
スウェイトがない場合に対応し、φ即ち７７１１　ｒ　
１を犬きくしていくに従りてｍ、ｒ、及びｍ、ｒ。

は第５図のように変化する。

このとき、第６図に示す軸受上端位置のたわみδμ及び
軸受上端部反力Ｆｕはφに対して第７図及び第８図に示
すように変化する。即ち、φ＝０の状態がからφ即ちｎ
、　ｒ、を大きくしていくとたわみ量δｐは次第に小さ
くなってゆき、第３図の状態になり、δμが軸受クリア
ランスＣＩになるまで第３図の状態が続く。さらにφ即
ち７７！２　ｆ　１を大きくしてい二）と軸上端は第３
図と反対方向にたわみδμ＝Ｃ。

になると第４図に示すように軸受の反対側（第３図に対
して）で軸と接触する。したがって、δμ＝０１からＣ
８の間が軸受に対し軸が片あたりしない領域になり、そ
の間は図８に示すようにＦμ二〇となる。しかし、Ｆμ
＝０となるφの範囲、即ちｍｔ　ｒ　１の許容公差範囲
Δ町ｒ２を実際に計算してみるとクランク部アンバラン
スモーメントｍ。ｒ、のおよそ１〜２ｅｓ程度となる。

これはｍ、　ｆ、　、　ｍ、ｆ、　が公差の中心値で正
確に加工、取り付けができたとしてもｍ　２　ｒ＠はΔ
ｍ、　ｒ、　７ｍ６　ｒ６　（０，０＋　〜０．０２　
　にしなければならないことを意味し、ｍ　＋　ｆ　１
及びｍ　ｓ　ｒ　ｓ供に実際にはばらつきが出ることを
考慮すると、Ｆｕ”０となるように礪、ｆ、を定めるこ
とは非常に難しいことになり、実際の使用状態ではＦμ
＝００範囲（第８図の範囲Ｂ）の左側（第８図の範囲Ａ
）か右側（第８図の範囲Ｃ）にずれた状態で使用される
と考えておくべきである。しかし、軸受特性及びガス圧
縮時のシャフトたわみ特性から考えると以下に述べるよ
うに上記左右いずれの側にずれてもよいものではない。

まず軸受特性について考える。ガス圧縮荷重がピストン
を介してクランクと一体になった軸に使用している場合
、ジーヤーナル軸受理論により軸の回転中心は軸受の中
心からずれている。例えばガス圧縮荷重の最大値Ｆ　ｍ
ａｒのとき軸の回転中心は軸受中心から最も偏心し、最
小油膜厚さδ狙かが発生する。そのときのＦ　ｍａｒと
δｍｉｎの方向を軸の回転角θと比較して示すと第９図
に示すようになる。

但し回転角θは第１０図に示すようにクランクの回転中
心から最も離れている点Ｐの方向で示され、θ＝０は点
Ｐがベーン位置の状態とする。第９図によるとδｍｉｎ
の方向は遠心力の作用する回転角θの方向に近く、最大
油膜厚さδｍａｓｔ　の方向はその反対側の方向となる
。

したがりて、ｍ２　ｒ２を小さめに即ち第８図の範囲Ａ
側で範囲Ｂに近い領域にしておけば軸は第１１図に示す
ようにδｍａｒ側にたわむため、軸が長手たわんでも上
軸受上端にあたりに〈〈例えあたってもそのあたりは弱
い。逆にｍ２ｒ、を大きめに即ち第８図の範囲Ｃで範囲
Ｂに近い領域にすると、軸は第１２図に示すようにδｙ
ｘｉｎ側にたわむため、軸がわずかにたわんでも上軸受
上端にあたってし−２５゜したがりて、７７Ｌ２　ｒｔ
は範囲Ｂ及び範囲ＡのＢに近い領域に入るようにすれば
よいことになる。

次にガス圧縮時のシャフトたわみ特性について説明する
。第１３図にクランク部に作用する遠心力Ｆｏとピスト
ンに作用するガス圧縮荷重、ベーン押し何カの合力Ｆ、
Ｆの半径方向分力Ｆｒ、　Ｆの円周方向分力Ｆθを示す
。第１３図から明らかなようにＦが最大となるｐｍａｓ
ｅ付近においては分力Ｆｒは遠心力Ｆ０と逆向となり、
クランクに作用する遠心力Ｆｏと分力Ｆｒの合力は、遠
心力Ｆ０のみの場合より小さくなる。

したがって、ガス圧力が作用しない場合、又はガス圧力
が小さい場合にｍ　２　ｒ　ｚを小さめに即ち第８図の
範囲Ａ側で範囲Ｂに近い領域にしておけば先に述べたよ
うに軸は第１１図に示すように左側にたわんでいる。こ
こでガス圧荷重を作用させるとクランク部にはＦｏ−Ｆ
デの力が作用するため第１１図に示すＦｏはみかけ上小
さくなり、軸上部のたわみは中心線Ｇの方向に修正され
ることになり、ガス圧縮圧力が上昇しても安定した回転
を維持することができる。

一方、ガス圧力が作用しない場合、又はガス圧力が小さ
い場合にｍ、ｒ、ｔ−大きめに即ち第８図の範囲Ｃで範
囲Ｂに近い領域にしておけば先に述べたように軸は第１
２図に示すように右側にたわんでいろ。ここで、ガス圧
荷重を作用させると同様にクランク部にはＦ。−Ｆｒの
力が作用するため、第１２図に示すＦ。はみかけ上小さ
くなり、この場合には軸上部のたわみは中心線Ｇから離
れる方向になりガス圧縮圧力が上昇するほど軸はたわみ
やすくなる。したがって、ガス圧縮荷重との関係からも
ｍ２１”ｌは小さめに即ち範囲ＡのＢに近い領域に入る
ようにすればよいことになる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第１図を用いて説明する。第１図は実
施例を示す圧縮機の縦断面図である。

図において、１はロータリ圧縮機Ｒのシリンダ３はシリ
ンダ１内を回転するローラ、４はローラ５に回転を与え
るクランクであり、クランク４は回転軸５と一体になっ
ており、駆動装置に係る圧縮機モータのロータ１３によ
りて駆動されるものである。９．１０はシリンダ１の上
端、下端にあって前記回転軸５の軸受を兼ねた上端板、
下端板である。２は先端がローラに当接し、後方からば
ね６によって押され、ローラ３の回転に従って往復運動
し、シリンダ１内を圧縮室と吸込室とに仕切るベーンで
ある。１４は吐出弁、１５はリテーナであり圧縮室内の
ガスがケース２７内の圧力より高くなると吐出弁１４が
たわみ、ガスが吐出される。１Ｊｒ−す１５はそのとき
の吐出弁１４のストッパの役割を果す。１６は下端板１
０にはめられたサイレンサであり吐出弁１４から吐出さ
れたガスはこの中罠放出される。２６は吐出ガス流路で
あり、ガスはここを通りサイレンサ１６からケース２７
内に放出される。

２８は第１の上バランスウェイトでありロータ１３の下
端にクランク４の偏心方向と反対の方向にその偏心が位
置するように取り付けられている。２９は第３のバラン
スウェイトであり、回転軸５の下端にクランク４の偏心
方向と反対の方向にその重心が位置するように取り付け
られている。５０はサイレンサ１６に取り付けられ、第
３のバランスウェイト２９を佳うように設けたバランス
ウェイトカバ一部である。６１は第２の上バランスウェ
イトであり、ロータ１５の上端にクランク４の偏心方向
と同方向にその重心が位置するように取り付けられてい
る１゜ 上記第１の上バランスウェイト２８．第２の上バランス
ウェイト３１．第３のバランスウェイト２９はクランク
４とローラ３の偏心によるアンバランスに釣り合うよう
に式（２）１式（３）を満足するようにその大きさ及び
取り付は位置が定められている。回転バランスを満足さ
せるには上記２つの式を満足させればよいが、値を定め
なければならないバランスウェイトは第１の上バランス
ウェイト２８．第２の上バランスウェイト３１及び第３
のバランスウェイト２９と３つあり、どれか１つの値を
定めて、他の２つを上記２つの式から求めることになる
。

最初の１つの値を定めるには回転バランスからだけでは
一義的には定まらず、別の要因から定めなければならず
適正な値を定めるにはここに工夫を要する。

ここで、クランク偏心質量とローラ質量の和をｍ０１両
者を合わせた等価偏心量を１０とし、第２の上バランス
ウェイト３１の質量をｍ７．偏心半径τ２としたとき、
式（４）で示すようにｍ、　ｒ１／　ｍｏｙｏ＝φ　と
してｍ、　ｆ、をｍ。ｒｏに対する比として与える。こ
こでφの値を与えると、第１の上バランスウェイトの質
量ｍ、とその重心位置半径ｒ１の積ｍ、　ｙ、は式（６
）より求められ、第３のバランスウェイトの質量ｒＩＬ
３とその重心位置半径τ、のｌｉｍ、ｒ、は式（５）よ
り求められ、φの値に対してｍ１ｒＩ、　７７Ｌ２　ｒ
２．　’ＷＬｓ　ｒｓは第５図に示したように定まる。

ここで軸受上端において軸が軸受に接触しない条件のφ
の値は第８図に示したようにφ、〜φ、の範囲である。

しかし、先に述べたように、この範囲Ｂは’ｍｔ”＊／
ｍｏｒｏ＝　０．０１〜０．０２と非常に狭く、実際の
加工精度を考慮すると、この範囲からはずれると考える
べきである。

そこで、この範囲からはずれる場合を考慮した町ｒ、の
適正な値を定める方法として、先に述べた軸受特性及び
ガス圧縮時のシャフトたわみ特性によることが必要であ
る。その両者いずれの場合にもｍ　２　ｒ　ｚは小さめ
に即ち第８図の範囲Ｂ及び範囲ＡＯＢ寄りの領域に入る
ようにするのが適切である。例えば、町ｒ、の値は精度
よく加工したとしても±３％程度の誤差が出る。第８図
に示したφ８．φ２は一般的にそれぞれφ、＝ｏ、ｏｓ
、φ、＝０．０６程度となるため、使用点におけるφは
φ＝０．０５±Ｑ、０３程度になる。このようなφの値
、即ちｎＬ　２　ｒ　１を選んでいる。

以上に述べた構成において、ロータ１３により、回転軸
が駆動され、圧縮作用を行うと、クランク部及び各バラ
ンスウェイトに遠心力が作用し、第１図に示すようにそ
れらの力はそれぞれＦ。、Ｆｌ。

Ｆ、、Ｆ、として示される。これらの遠心力により、軸
は図に示したようにたわみ、この状態は第１１図に示し
たたわみの状態と同じであり、先に説明した理由により
軸は軸受上部で最大油膜厚さの方向にたわみ、かつガス
圧縮荷重が作用した場合には軸上部たわみが中心線Ｇの
方向に修正されろことになり信頼性が高く安定した回転
を維持できる。

第１４図に他の実施例を示す。第１４図は第１図の実施
例における回転部と軸受、シリンダ部をとり出した断面
図であり、第１図と異なる点は第１図でロータに取り付
けた第１の上バランスウェイト第２の上バランスウェイ
トを第１４図では軸に取り付けた点である。他の構成は
第１図と全く同じである。

第１４図において３２はロータ１３の下側の軸に取り付
けた第１の上バランスウェイトであり、５３はロータ１
３の上側に延長した軸に取り付けた第２のバランスウェ
イトである。この第２のバランスウェイトも第１の実施
例の場合と同様に軸のたわみが第１１図のようになる様
に取り付けられており、その作用、効果も第１図の場合
と同じである。

また、第１図、第１４図共に回転軸が縦に配置された縦
形圧縮機を実施例として示したが、回転軸を横にした横
形圧縮機もあり、はぼ第１図を横にした構成となってお
り、特に回転部は第１図をそのまま横にした状態と同じ
である。従って本発明のバランスウェイト構成は横形圧
縮機にも適用できる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように第１の上バランスウェイトをロータ
の下側にクランク４の偏心方向と反対方向にその重心が
位置するように取り付け、第２の上バランスウェイトを
ロータの上側にクランク４の偏心方向と同方向にその重
心が位置するように取り付け、下バランスウェイトを回
転軸の下端にクランク４の偏心方向と反対の方向にその
重心が位置するように取り付けたバランスウェイト構成
において、第２の上バランスウェイトの質１ｔｒＩＬｔ
とその重心の取付半径ｒ、の稙”ｈｒｔの値が、軸受上
端における軸のたわみが軸受に接触するときのｍ、ｒ２
の上限値以下の量にすることにより、軸受の信頼性が高
く、ガス圧縮荷重が作用した場合にも軸のたわみが拡大
されず、かつ軸たわみ量を従内−上ｆｉｔ、ｌ、−にど
−７’−）、Ｃ中１ナー：’ＭＩＧｈ：ＥＴ付旨−７’
ＡＸ−

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す断面図、第２図は従来技
術を示す回転要素部モデル図、第３図。 第４図は本発明の詳細な説明する回転要素部モデル図、
第５図は本発明の詳細な説明するバランスウェイトを特
゛性図、第６図は軸受上部たわみ量と反力の定義を示す
断面図、第７図、第８図は本発明の詳細な説明する特性
図、第９図は軸受最小油膜厚さ方向を示す軸受断面図、
第１０図はクランク回転角を示す説明図、第１１図、第
１２図は本発明の作用を示す回転要素部モデル図、第１
３図はクランク部に作用する力の方向を示す説明図、第
１４図は本発明の他の実施例を示す回転要素部モデル図
である。 １・・・・・・・・・・・−・・シリンダ２・・・・・
・・・・・・・・ベーン ３・・・・・・・・・・・・・・　ローラ４・・・・・
・・・・・・・・・・クランク５・・・・・・・・・・
・・・・・回転軸６・・・・・・・・・・・・・・ばね ９・・・・・・・・・・・・・・・上端板１０・・・・
・・・・・・・・下端板 １３・・・・曲・山　ロータ １ｉｉ・・・・・・・・・・・・吐出弁１５・・・・・
・・・・・・・　リテーナ１６・・・・叩−・・サイレ
ンサ ２６・・・・・・・・・・・・吐出ガス流路２８・・−
・・・・・・・・第１のバランスウェイト２９・曲・・
・・・・・第３のバランスウェイト３０・・・・・・・
・・・・バランスウェイトカバ３１・・・・・・・・・
・・第２のバランスウェイト３２・・・・曲・・・・ロ
ータ下側筒１のバランスウェイト６３・・・・・・・・
・・・・　ロータ上側第２のバランスウェイト〒１図 閉４図 ４５図 φ＝二 ａｒ０ 閉６図 １　　￥劇 〒１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、モータと、このモータのロータと一体となり回転す
   る回転軸に偏心してクランクが設けられクランクにロー
   ラがはめられ、シリンダ内を回転し、先端が前記ローラ
   に当接し、このローラの回転に追従し往復運動し、前記
   シリンダ内を圧縮室と吸込室に仕切るベーンを有し、前
   記シリンダの両端にあって、前記回転軸の軸受を兼ねた
   端板を有し圧縮要素を構成し、前記クランクとローラの
   回転アンバランスと釣り合わせるバランスウェイトとし
   てロータのシリンダ側に第１のバランスウェイト、ロー
   タのシリンダと反対側に第２の上バランスウェイト、回
   転軸のロータと反対側の端部に第３のバランスウェイト
   を設けたバランスウェイト構成において、第２のバラン
   スウェイトの質量ｍ＿２とその重心の取付半径ｒ＿２と
   の積ｍ＿２ｒ＿２の値を、シリンダのロータ側端板の軸
   受部端における軸のたわみが軸受端に接触するときのｍ
   ＿２ｒ＿２の上限値以下の値にしたことを特徴とするロ
   ータリ圧縮機。