JPS6241989A - 回転式圧縮機 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は１回転式圧縮機に係り、特に、高速回転時の回
転効率の向上化および耐久性の向上化を図れるようにし
た回転式圧縮機に関する。

〔発明の技術的背現とその問題点〕

周知のように、冷蔵庫や空気調和機ではガス圧縮機を必
要とする。このような用途のガス圧縮機としては、小形
化が容易である回転式圧縮機が専ら使用されている。回
転式圧縮機は、一般に１回転軸と、この回転軸の一端側
外周に回転部が偏心状態に固定されてガスの吸入および
圧縮を行なう回転圧縮機構と１回転軸の他端側外周にロ
ータが固定されて回転圧縮機構に回転動力を与えるモー
タと９回転圧縮機構の両端位置において回転軸を支持す
る一対の軸受と、ロータの両端に設けられて回転部分全
体の不釣合い量を補正する一対のバランサとから構成さ
れており９通常は、これら要素を容器内に組み込んだも
のとなっている。

ところで、最近、空気調和機や冷蔵庫では、効率の向上
化と制御性の拡大化とを図るために圧縮機を可変速度制
御する方式が採用されるに至っている。これに伴って、
空気調和機や冷蔵庫に組み込まれる回転式圧縮機にも回
転性能の向上化が要求されている。

回転式圧縮機の回転性能を向上させるうえで最も留意す
べき点は、振動の低減化と軸受部の耐久性である。回転
式圧縮機は９回転圧縮機構の回転部が回転軸に対して偏
心状態に固定されるので大きな振動を発生し易い。した
がって９回転不釣合いを正確に相殺できるように前述し
たバランサを設ける必要がある。また、軸受部の耐久性
に関しては、軸受部に、玉軸受より耐久性に優れたすべ
り軸受を使用することが望ましい。

しかしながら２回転式圧縮機にすべり軸受を組み込むと
１回転軸の振れ回りが比較的大きくなり。

すべり軸受と回転軸との接触を回避することが困難で、
これが原因して回転効率が低下したり、最悪の場合には
軸受を損傷させてしまう問題があった。

（発明の目的〕 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、軸受としてすべり軸受を組み込
んだものにおいて、耐久性および回転効率の向上化を図
れる回転式圧縮機を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明によれば１回転軸と、この回転軸の一端側外周に
回転部が偏心状態に固定されてガスを吸入および圧縮す
る回転圧縮機構と、前記回転軸の他端側外周にロータが
固定されて前記回転圧縮機構に回転動力を与えるモータ
と、前記回転圧縮機構の両端位置において前記回転軸を
支持する一対のすべり軸受と、前記ロータの両端に設け
られて回転部分全体の不釣合い量を補正する一対のバラ
ンサとを備えてなる回転圧縮機において、前記回転軸が
、１５０ＧＰａ以上のヤング率を有する素材で形成され
てなる回転式圧縮機が提供される。

〔発明の効果〕

このように２回転軸をヤング率が１５０ＧＰａ以上の素
材で形成することによって、結果的にすべり軸受の耐久
性を大幅に向上させることができ。

しかも回転効率を向上させることができる。すなわち、
この発明者の研究によると９回転式圧縮機にすべり軸受
を組み込んだとき、すべり軸受内部で回転軸が振れ回り
現象を起こすのは、いわゆるオイルウィツプ等の不安定
振動が生じているためではなく２回転軸系あるいは支持
系の柔軟性に起因していることを見出した。系全体の柔
軟性の要因としては２回転軸の剛性と、軸受ハウジング
〈軸受とその支持系）の剛性と、軸受ハウジングの回転
支持剛性とがあるが２発明者の行なった実験および理論
解析によると、軸受ハウジングの剛性および回転支持剛
性については、従来のものでもほぼ所要の剛性を満たし
ているが１回転軸の剛性についてはかなり不足している
ことが判った。

したがって、柔軟性を改善するには９回転軸の剛性を高
める必要があるが、この高める手段として本発明ではヤ
ング率が１５０ＧＰａ以上の素材で回転軸を形成してい
るのである。すなわち１回転軸の剛性を向上させる手段
としては、他に、（１）回転軸の径を大にして断面２次
モーメントを大にする方式、（２）モータのロータを小
さくして慣性質量と回転慣性モーメントとを小さくする
ことによって相対的に回転軸の剛性を大きくする方式等
が考えられるが、（１）の方式では回転圧縮機構の構造
上の制約から採用するのは困難であり、また（２）の方
式ではモータの効率を損うことからして採用は困難であ
る。この点９本発明のように９回転軸の素材の選択によ
って回転軸の剛性を大きくする方式であると、全体の大
きさやモータの効率に影響を与える虞れがない。したが
って１本発明によれば。

他に影響を与えずに軸受の耐久性および回転効率を向上
させることができる。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

−〇− 第１図は１本発明の一実施例に係る回転式圧縮機の縦断
面図である。

同図において、１は軸心線を重力方向に向けて設けられ
た容器である。この容器１内の下方には回転圧縮機構２
が配置されており、容器１内の上方には回転圧縮機構２
に回転動力を与えるモータ３が配置されている。そして
１回転圧縮機構２とモータ３とはヤング率が１５０ＧＰ
ａ以上の素材。

たとえばヤング率が１６５ＧＰａの球状黒鉛鋳鉄（ＦＣ
Ｄ材）によって形成された回転軸４で連結されている。

回転圧縮１１１１Ｉ４２は、容器１の内面に固定された
シリンダー５と、このシリンダー５内に差し込まれた前
記回転軸４の下端側外周に偏心状態に固定されたピスト
ン６と、シリンダー５の上下端開口を閉塞するとともに
回転軸４を回転自在に支持するすべり軸受７ａ、７ｂと
で構成されている。そして、シリンダー５およびすべり
軸受７ａ、７ｂで囲まれた圧縮空間の吸入側は吸入管８
を介して外部に通じており、また吐出側は吐出弁９を介
して容器１内に通じている。

モータ３は１回転軸４の他端側外因に固定されたロータ
１０と、容器１の内面に固定されたステータ１１とから
なる誘導電動機によって構成されている。そして、ロー
タ１０の下端面および下端面には次に述べるＩ（Ｊｌ、
Ｕ２に設定されたバランサ１２ａ、１２ｂが取り付けら
れている。すなわち、今、ピストン部分の不釣合い量を
ＵＯとし。

ピストン６の中心からバランサ１２ａの中心までの距離
をＬｌとし、同じくピストン６の中心からバランサ１２
ｂの中心までの距離を１２としたとき、ＵｌおよびＵ２
はそれぞれ。

Ｕ＋　＝　（Ｌｉｏ）　ｌ−２／　（Ｌ２−Ｌｔ　）Ｕ
２　＝　（０，８Ｕｏ　Ｌｔ　）　／　（Ｌ２−Ｌｔ　
）に設定されている。上式から判るように、ＬＪ２は静
バランスを実現する値より小さい値に設定されている。

なお、第１図中、１３は吐出管を示し、また１４はモー
タ３への給電機構を示している。

このような構成であると、モータ３を駆動すると、ピス
トン６が回転し、これに伴って吸入管８を介してガスが
吸入される。そして、このガスは圧縮された後、吐出弁
９を介して容器１内に送り出され、続いて吐出管１３を
介して外部へと送り出される。したがって、ここに圧縮
機としての機能が発揮されることになる。

そして、この場合には各部の寸法が従来のものと等しい
として比較すると、すべり軸受７ａ。

７ｂの耐久性および回転効率を大幅に向上させることが
できる。すなわち１回転式圧縮機にすべり軸受を組み込
んだ場合、すべり軸受の耐久性の低下は主として回転軸
の振れ回りによって起こることは前述した通りである。

問題は、このような振れ回りがどのような原因で起こる
かと言う点である。回転式圧縮機の場合、軸系の固有振
動数ｆＯの２倍よりも低い回転数で運転されることは希
である。したがって２通常、振れ回りの原因とされてい
るオイルライツブが原因ではなく、むしろ回転軸系ある
いは支持系の柔軟性が原因していると見てよい。この柔
軟性の要因としては回転軸の剛性、軸受およびこれを支
持する支持系からなる。

いわゆる軸受ハウジングの剛性および軸受ハウジングの
回転支持剛性がある。このうち、軸受ハウジングの剛性
および軸受ハウジングの回転支持剛性と固有振動数との
関係を調べたところ、第２図および第３図に示すような
結果が得られた。この第２図から判るように軸受ハウジ
ングの剛性をかなり変化させても固有振動数の変化は少
ない。また、第３図から判るように軸受ハウジングの回
転支持剛性については５　Ｘ　１０ＢＮ／ｒａｄ以上あ
れば充分である。結局、第３図および第４図から軸受ハ
ウジングの回転支持剛性を５Ｘ１０ＢＮ／ｒａｄＬＪ、
上に設定しさえすれば充分であることが理解される。こ
の程度の剛性は、従来の回転式圧縮機においてもほとん
どのものが満足している。

したがって、柔軟性の面で残るのは回転軸の剛性のみと
なる。

そこで１回転式圧縮機において回転軸の剛性がすべり軸
受に対してどのような影響を及ぼすかをヤング率が１０
５ＧＰａ（ねずみ鋳鉄）。

１６５ＧＰａ（球状黒鉛鋳鉄）および２１０ＧＰａ（構
造鋼）の３種類の素材で形成された直径２０Ｍの回転軸
を有する圧縮機について調べてみた。なお。

このときの各部条件は次の通りである。すなわら。

ロータ外径６０ｍ＋　、すべり軸受７ａの良さ２０ｍ、
すべり軸受７ｂの長さ４５Ｍ、各すべり軸受の外径３２
ａｍ、　ｌ　（＝６６＃、ピストン部分のアンバランス
醋８９０ｇ・腺である。第４図および第５図は、その結
果を示している。ここで、この第４図および第５図の見
方を説明する。まず２図中実線はロータの長さが７０．
の場合を示し、破線はロータの長さが６０ｍ＋の場合を
示している。また１回転式圧縮機の回転部は、第６図（
ａ＞に模式的に示すように。

ピストン部分の不釣合いＩＩ　Ｕ　Ｏと、これを補正す
るための補正量Ｕ１およびＵ２とを回転軸４に取り付け
、かつ不釣合いＩＩＪａの取り付けられている位置を中
心にして両側ですべり軸受７ａ、７ｂによって回転軸４
を支持したものとみることができ、このような回転系が
回転して第６図（ｂ）に示すように回転軸４が撓んだと
き最も厳しい条件にさらされるのはすべり軸受７ｂであ
る。そこで。

第４図ではすべり軸受７ｂの第６図（ｂ）中Ａ点で示す
部分に加わる荷Φの比を縦軸にとり、バランサ１２ｂの
重量比を横軸にとっている。横軸は静バランスを完全に
とったときの値に対する比であり、縦軸はバランサ１２
ｂの重量比が１．０．ロータ長ざが７０ｓで、かつヤン
グ率が１０５ＧＰａの素材で形成された回転軸を用いた
ときの荷重比を１．０としている。また、第５図の横軸
は、同様に第６図中Ｂ点に加わる荷重比をとっている。

この第４図および第５図から判かるように、バランサ１
２ｂの重量比が１．０の条件で比較すると１回転軸を形
成する素材のヤング率が高い程すべり軸受７ｂに加わる
荷重が低くなっている。特に、ヤング率が１５０ＧＰａ
以上の素材で回転軸を形成すると、すべり軸受７ｂに加
わる荷重を大幅に低下させることができる。したがって
、この実施例によれば、ヤング率が１５０ＧＰａ以上の
素材、つまりヤング率が１６５３ｐａの球状黒鉛鋳鉄で
回転軸を形成しているので、すべり軸受７ａ、７ｂの耐
久性を向上させることができ、しかも回転効率も向上さ
せることができるので、結局、前述した効果を発揮させ
ることができる。

なお、この実施例ではバランサ１２ｂの補正量Ｕ２を静
バランス量に比べて０．８倍に減少させているので第４
図および第５図から明らかなように。

特にすべり軸受７ｂに加わる荷重を大幅に低減でき、な
お一層耐久性の向上化と回転効率の向上化とを図ること
ができる。なお、上述した実施例では、Ｕｌを静バラン
ス口に設定しているが、このＵｌに付いても静バランス
量より小さくしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る回転式圧縮機の縦断面
図、第２図および第３図は軸受ハウジングの剛性を説明
するための図、第４図および第５図は回転軸形成素材の
ヤング率どすべり軸受に加わる荷重との関係を示す図、
第６図（ａ＞は回転式圧縮機の静止状態における模式図
、同図（ｂ）は回転状態における模式図である。 ト・・容器、２・・・回転圧縮機構、３・・・モータ、
４・・・回転軸、５・・・シリンダー、６・・・ピスト
ン、７ａ。 ７ｂ・・・すべり軸受、１０・・・ロータ、１１・・・
ステータ、１２ａ、１２ｂ・・・バランサ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 Ｍ　１　図 ＃受ハフシ〕り゛のＶンクー率（ＧＰａ）第２図 軸支ハフシシクの回植文庁則ｉ’ｆニー　（Ｎ／ｒａｄ
）会Ｘ　　つ　　ｉ ハ゛“う′フサ１２ｂの！」１尤 第４図 ハ゛フンプ１２ｂの！量、比、 ｊｌＪ　　図 第６図 手続補正書

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸と，この回転軸の一端側外周に回転部が偏
   心状態に固定されてガスを吸入および圧縮する回転圧縮
   機構と，前記回転軸の他端側外周にロータが固定されて
   前記回転圧縮機構に回転動力を与えるモータと，前記回
   転圧縮機構の両端位置において前記回転軸を支持する一
   対のすべり軸受と，前記ロータの両端に設けられて回転
   部分全体の不釣合い量を補正する一対のバランサとを備
   えてなる回転圧縮機において，前記回転軸は，ヤング率
   が１５０ＧＰａ以上の素材で形成されてなることを特徴
   とする回転圧縮機。
2. （２）前記回転軸は，球状黒鉛鋳鉄で形成されてなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転式圧縮
   機。
3. （３）前記一対のバランサのうち，少なくとも前記回転
   圧縮機構から遠い方に位置するバランサの補正量は，静
   バランスを実現する値より小さい値に設定されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の回転式圧縮
   機。