JPWO2013061879A1 - 多気筒回転式圧縮機 - Google Patents

Abstract

この発明に係る多気筒回転式圧縮機は、隣接する複数の圧縮室（２１ａ、２１ｂ）と、２枚の分割板（４２）に分割され、それぞれの分割板（４２）の合わせ面（４３）同士を互いに圧接固定して、隣接する圧縮室間を仕切る仕切板（３５）とを備えた多気筒回転式圧縮機１００において、少なくとも１枚の分割板（４２）の合わせ面（４３）は、圧縮機構部（３）のクランク軸（６）の軸方向に、油孔（５１）を形成する切り欠き（４８）を有し、油孔（５１）は、圧縮機構（３）のシリンダブロック（３３ａ、３３ｂ）をクランク軸（６）の軸方向に貫通する油路（５２ａ）に連通するものである。

Description

この発明は、油孔を有する仕切板を備えた多気筒回転式圧縮機に関するものである。

従来、複数の圧縮室間を仕切る仕切板を２枚の分割板に分割し、この分割板でクランク軸を挟み込んで組み立てることのできる仕切板を備えた、組み立てが容易で冷媒の漏れの少ない多気筒回転式圧縮機として、例えば特許文献１に記載するような多気筒回転式圧縮機が提案されている。
特許文献１に記載の圧縮機は、２枚の同一形状の分割板を組み合わせ、それぞれの合わせ面の縁が、圧縮室内を低圧部と高圧部に仕切るベーンの摺動部分と重なるようにすることを特徴としている（本文献では、ベーンが存在する方向をクランク角０°と表している）。

本文献によれば、２枚の分割板の合わせ面をクランク角の０°−１８０°とし、合わせ面の一端が冷凍機油中にある構成とすることにより、合わせ面やシリンダ内部の微小な隙間へ合わせ面を通って冷凍機油が供給され、微小な隙間からの冷媒漏れが抑制され性能を向上することができる。

特許文献２に記載の圧縮機は、２枚の分割板を組み合わせて構成される仕切板において、２枚の分割板の合わせ面にシール材を介在させた状態で２枚の分割板をボルトで固定することを特徴としている。
本文献によれば、２枚の分割板間にシール材を介在させることで合わせ面からの冷媒漏れを抑制することができる。
また、２枚の分割板をボルトで固定することによって運転中の振動などにより２枚の部品がずれて、合わせ面に隙間が開くことを防止することができる。

実開昭５８−１６７７８８号公報（３頁３行〜４頁５行、図３） 特開昭５４−１２１４０５号公報（２頁１６〜４５行、図２）

特許文献１に示す圧縮機においては、仕切板が２枚の分割板から構成されているため、 大きな偏心部を有する圧縮機構部を採用することができる。
しかし、部品の加工精度や組立精度を考慮に入れると、分割板の間に、数μｍ程度の微小な隙間は発生する可能性があり、そのような微小な隙間であっても冷媒漏れが発生し、圧縮機能が低下する課題があった。
例えば分割板の合わせ面を研磨加工する場合、加工時の熱膨張により加工部の中央付近がへこむように湾曲する可能性がある。
このような場合、合わせ面の両端付近をボルト固定するような構造であっても、固定部周辺は隙間なく組み立てられるものの、シャフト貫通孔付近には微小な隙間が依然として生じてしまい、この微小な隙間の端部が圧縮室外の冷凍機油に接しないため、冷凍機油が給油されず隙間をシールできないという課題があった。
また、特許文献１では、クランク軸が水平方向となる横置き型圧縮機が想定されているため、分割板の合わせ面の一端が冷凍機油中にある構成とできるが、クランク軸が鉛直方向となる縦置き型圧縮機では、運転状態によって油面の高さが変動するため、必ずしも合わせ面が冷凍機油中にあるとは限らず冷凍機油を供給できないという課題があった。

また特許文献２のような圧縮機においては、合わせ面の間にシール材を挟み込む必要があるため、部品点数が増え、組み立てに手間がかかるという課題があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、分割板の合わせ面からの冷媒漏れを抑制できる仕切板を有する多気筒回転式圧縮機の提供を目的とする。

本発明に係る多気筒回転式圧縮機は、
隣接する複数の圧縮室と、
２枚の分割板に分割され、それぞれの分割板の合わせ面同士を互いに圧接固定して、隣接する圧縮室間を仕切る仕切板とを備えた多気筒回転式圧縮機において、
少なくとも１枚の分割板の合わせ面は、圧縮機構のクランク軸の軸方向に、油孔を形成する切り欠きを有し、
油孔は、圧縮機構のシリンダブロックをクランク軸の軸方向に貫通する油路に連通するものである。

本発明に係る多気筒回転式圧縮機の、複数の圧縮室間を仕切る仕切板を構成する少なくとも１枚の分割板は、
合わせ面に、圧縮機構のクランク軸の軸方向に、油孔を形成する切り欠きを有し、
油孔は、圧縮機構のシリンダブロックをクランク軸の軸方向に貫通する油路に連通するものなので、合わせ面間に油シールを形成し、たとえ合わせ面間に微小な隙間が生じたとしても冷媒漏れを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る多気筒回転式圧縮機の縦断面図である。 本発明の実施の形態１に係る多気筒回転式圧縮機のＡ−Ａ線における断面図である。 本発明の実施の形態１に係る多気筒回転式圧縮機の仕切板の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る多気筒回転式圧縮機の仕切板の構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る多気筒回転式圧縮機の仕切板の他の構成例を示す平面図及び側面図である。 本発明の実施の形態１に係る多気筒回転式圧縮機の仕切板の他の構成例を示す平面図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１は、多気筒回転式圧縮機１００（以下、圧縮機１００という）の縦断面図である。
図２は、図１に示す圧縮機１００のＡ−Ａ線における横断面図である。
本実施の形態では、圧縮室を２室備えた２シリンダ式の冷凍・空調機用ロータリ圧縮機を例に挙げて説明する。

最初に、本実施の形態に係る圧縮機１００の概要を説明する。
ガラス端子部７からの通電によりシェル１内部に設置されたモータ２を駆動して、第１偏心部６３ａ及び第２偏心部６３ｂを有するクランク軸６を回転させる。
そして吸入マフラ８及び吸入パイプ５を通じて、冷媒が第１圧縮室２１ａ及び第２圧縮室２１ｂに吸入される。
クランク軸６の回転に伴って圧縮された冷媒は、一定の圧力になると第１吐出マフラ３０ａに設けられた孔５３からシェル１内部へ吐出され、吐出パイプ４より圧縮機１００の外部へ吐出される。

次に、圧縮機１００の詳細な構成を説明する。
圧縮機１００は、密閉容器であるシェル１と、シェル１の内部に設置された駆動源であるモータ２と、同じくシェル１の内部に設置された圧縮機構部３とを備える。
シェル１は、上部シェル１ａ、中間シェル１ｂ、下部シェル１ｃで構成されていて、上部シェル１ａには、圧縮された冷媒を圧縮機外部へ吐出する吐出パイプ４が設けられている。
中間シェル１ｂには、モータ２と圧縮機構部３が固定されており、圧縮機構部３へ冷媒を導く吸入パイプ５が固定されている。
吸入パイプ５は吸入マフラ８に接続されており、吸入マフラ８内で、冷媒の気液の分離や、冷媒中のゴミの除去を行う。

モータ２への電源は、上部シェル１ａに設けたガラス端子部７から供給される。
モータ２は、固定子２ａと回転子２ｂを有しており、回転子２ｂはクランク軸６に取り付けられている。モータ２で発生した回転トルクはクランク軸６を通して圧縮機構部３に伝達される。

圧縮機構部３は、クランク軸６、第１吐出マフラ３０ａ、第１枠体３１ａ、第１シリンダブロック３３ａ、第１バネ９、第１ベーン１０、第１ローラ３２ａ、仕切板３５、第２シリンダブロック３３ｂ、第２枠体３１ｂ、第２吐出マフラ３０ｂ、第２バネ、第２ベーン、第２ローラ３２ｂを有している。
そして、第１吐出マフラ３０ａ、第１枠体３１ａ、第１シリンダブロック３３ａ、仕切板３５、第２シリンダブロック３３ｂ、第２枠体３１ｂ、第２吐出マフラ３０ｂのそれぞれに設けられた貫通穴に、短いボルト１３と長いボルト１４を貫通させてボルト締結することで、圧縮機構部３を構成するこれらの部品を圧着固定している。

クランク軸６は、ロータ嵌合部６１、第１軸受挿入部６２ａ、第１偏心部６３ａ、中間部６４、第２偏心部６３ｂ、第２軸受挿入部６２ｂを有している。第１偏心部６３ａと第２偏心部６３ｂは、偏心位相が１８０度異なっており、それぞれの外周面には第１ローラ３２ａと第２ローラ３２ｂが装着されている。

第１枠体３１ａの下面、第１シリンダブロック３３ａの内周面、仕切板３５の上面、及び第１ローラ３２ａの外周面で囲まれる空間が第１圧縮室２１ａとなる。
また、仕切板３５の下面、第２シリンダブロック３３ｂの内周面、第２枠体３１ｂの上面、及び第２ローラ３２ｂの外周面で囲まれる空間が第２圧縮室２１ｂとなる。
このように仕切板３５は、第１シリンダブロック３３ａと第２シリンダブロック３３ｂの間に配置されており、隣接する第１圧縮室２１ａと第２圧縮室２１ｂを仕切る役割を果たしている。

第１シリンダブロック３３ａには、内周面から径方向外側に向けてスリットが設けられていて、その中に第１バネ９によって付勢された第１ベーン１０が装着されている。
第１ベーン１０は、その先端が第１偏心部６３ａの周囲に装着した第１ローラ３２ａの外周面に当接し、第１圧縮室２１ａを低圧部分２３と高圧部分２４に仕切っている。

圧縮機１００の運転中は、圧縮室の内部より圧縮機構部３の外部の方が圧力が高くなる。
そこで、その差圧によっても第１ベーン１０が第１ローラ３２ａに押し付けられるように、第１ベーン１０の背面（第１ローラ３２ａと反対側）は、圧縮機構部３の外部へ背圧孔１１によって開放されている。
第１バネ９は、背圧孔１１を通して第１シリンダブロック３３ａに組み立てられる。
第１ベーン１０が第１ローラ３２ａに押し付けられた状態でクランク軸６が回転するため、第１ベーン１０は第１バネ９の伸縮方向にスリットの中で前後に運動する。

なお、第２シリンダブロック３３ｂの内部の構造も、動作も基本的には同様である。
ただし、第１偏心部６３ａと第２偏心部６３ｂは１８０度の位相差があり、第１ベーン１０と第２ベーンは、仕切板３５を挟んで位相差がなく配置されているので、第１圧縮室２１ａと第２圧縮室２１ｂは交互に圧縮動作を繰り返すことになる点と、第１圧縮室で圧縮された冷媒は第１枠体３１ａに開けた第１吐出口３１ｃから第１吐出マフラ３０ａに吐出されるのに対して、第２圧縮室２１ｂで圧縮された冷媒は第２枠体３１ｂに開けた第２吐出口から第２吐出マフラ３０ｂに吐出される点で異なる。

次に、仕切板３５と仕切板３５を構成する分割板４２の構造について図を用いて説明する。
図３は、２枚の分割板４２で構成される仕切板３５の平面図である。
分割板４２は、合わせ面４３側に半円状のシャフト用切欠き４５と、油孔用切欠き４８を有し、２枚の分割板４２がクランク軸６の中間部６４を左右から切欠き４５の部分で挟み込むようにして組み立てられて仕切板３５を形成する。
分割板４２の合わせ面４３の両端には、分割板４２を互いに固定する為の突起部４７があり、この突起部４７に締結用の穴４４を備えている。
穴４４に締結用のボルトなどを通して、２枚の分割板４２を締結する。
分割板４２に油孔用切欠き４８を設けることで分割板４２の剛性は低下するが、油孔用切欠き４８の位置を、合わせ面４３上とし、油孔用切欠き４８の近傍にボルト等の締結部を設けたことで、負荷に対する変形を低減することができ、仕切板３５の板厚を増すことなく、２枚の分割板４２から構成される仕切板３５に油孔用切欠き４８を設けることができる。

これにより、向かい合う２つのシャフト用切欠き４５によって形成されるシャフト貫通孔５０の径がクランク軸６の第１偏心部６３ａや第２偏心部６３ｂの径より小さくても、圧縮機構部３を組み立てることが可能となる。
また、２枚の分割板４２を合わせることで油孔用切欠き４８が油孔５１を形成する。
第１枠体３１ａ、第１シリンダブロック３３ａ、第２枠体３１ｂ、第２シリンダブロック３３ｂにも同じ位置にクランク軸６の軸方向に貫通する孔が開いており、これらの孔が上下で連通して油路５２ａ、５２ｂを構成する。

圧縮機１００を運転すると、第２圧縮室２１ｂで圧縮された圧縮冷媒は冷凍機油を含んだ状態で第２吐出口を通して第２吐出マフラ３０ｂに吐出され、油路５２ｂ、油孔５１、油路５２ａを通って第１吐出マフラ３０ａへと流れ、第１吐出マフラ３０ａに設けられた孔５３からシェル１内に吐出される。

先述のように分割板４２は合わせ面４３の両端付近にボルト固定用の平坦面と穴４４を設けてあり、２枚の分割板４２同士をボルト等で固定する構造となっている。
２枚の分割板４２を合わせてボルト等で固定することにより、大きな隙間なく仕切板３５及び圧縮機構部３を組み立てることが可能となる。
これにより、圧縮機１００の運転時の振動などにより２枚の分割板４２がずれることがなく、合わせ面４３に大きな隙間が発生することを防止することができる。

しかし、依然として加工精度による隙間は存在する。
また、分割板４２の合わせ面４３上に油孔用切欠き４８を設けたことによる仕切板３５の剛性低下により、油孔用切欠き４８近傍にボルト等の締結部を設けて負荷に対する変形を低減したとしても、やはり微小な隙間が生じる可能性が残る。
そこで、２枚の分割板４２の合わせ面４３が、両ベーンの運動方向に平行になるように、かつ、第１ベーン１０及び第２ベーンが合わせ面４３の縁上の範囲（図３、ベーン摺動範囲４９）を摺動するような位置関係で仕切板３５を組み立てる。

これにより、両ベーンがある側（クランク角０°方向）の合わせ面については、背圧孔１１から両ベーンに給油される冷凍機油が両ベーンの運動に伴って給油され、両分割板４２合わせ面４３の間に油シールを形成する。
一方、両ベーンがない側（クランク角１８０°方向）の合わせ面については、油路５２ｂ、油孔５１を経由して冷凍機油を給油することができる。
油孔５１内には高圧の冷媒と冷凍機油が混在しており、油孔５１が合わせ面４３上に設けられているという構成であるため、合わせ面４３に微小な隙間が生じているときは差圧によって自動的に隙間に冷凍機油を給油することができる。

この発明の実施の形態１に係る、多気筒回転式圧縮機１００によれば、圧縮室間を仕切る分割板４２間の微細な隙間を冷凍機油によって効果的に油シールすることができる。
また仕切板３５の合わせ面４３にシール材などを介在する必要がなく、ただ合わせて固定するだけで十分なシール性が得られるため、生産性良く仕切板３５を組み立てることが可能となる。
図５（ａ）は、図３の変形例であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の側面図である。
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、、油孔５１から圧縮室２１までの最短距離Ｌ１が仕切板３５の板厚Ｗ１より小さくなるように分割板４２に油孔用切欠き４８を設けることで、仕切板３５の板厚全体に渡って、合わせ面４３に冷凍機油を浸透させることができる。
また仕切板に切欠きを設け、油孔５１（油孔用切欠き４８）から圧縮室２１までの距離を仕切板３５の板厚より小さくすることで、単に合わせ面４３に生じる微小隙間を油流通路にするだけでは得られない以下に述べるシール効果を得ることができる。
合わせ面の微小な隙間は仕切り板の加工や組立によってさまざまな形状が存在しうる。
例えば、合わせ面の中央部が湾曲してへこむような微小な隙間であった場合には、その隙間が第１圧縮室２１ａと第２圧縮室２１ｂの２つの圧縮室間を連通させる。
また、例えば合わせ面のエッジが欠けたり、丸みをおびるような微小な隙間であった場合には、圧縮室内部と圧縮機構部３の外部とを連通させることとなる。
それぞれシールすべき微細隙間の長さと、この微細隙間にかかる圧力差が異なり、またこれらの隙間は複合して生じうる。
特許文献１に記載の発明のように、単に仕切板の合わせ面上に生じる隙間を油流通路として圧縮室外部から油を供給する場合は、圧縮室内外の圧力差を利用して当該隙間に冷凍機油を供給することになる。
圧縮機構部の外部から圧縮室までの距離が、第１圧縮室と第２圧縮室の２つの圧縮室間の距離（板厚）より大きい場合に、シールすべき隙間までの油流通路の距離が長いため油供給のための抵抗が大きく、合わせ面のエッジに生じる圧縮室と圧縮機構部外部の隙間のシールができても、第１圧縮室と第２圧縮室の２つの圧縮室間の隙間に十分な油を供給できず、第１圧縮室と第２圧縮室の２つの圧縮室間をシールできない場合が生じる可能性がある。
その点、本発明のように油孔５１から圧縮室２１までの距離が仕切板３５の板厚より小さい位置に油孔５１を設けることで、第１圧縮室２１ａと第２圧縮室２１ｂの２つの圧縮室間を連通する場合も圧縮室２１の内部と圧縮機構部３の外部を連通する場合もどちらも確実に微細隙間をシールすることができる。

これにより、圧縮機構部３からの冷媒漏れが少なく、信頼性の高い小型大容量の多気筒回転式圧縮機１００を安価に提供することができる。

なお、本実施の形態では、油路５２ａ、５２ｂが、それぞれ第１枠体３１ａ、第２枠体３１ｂを貫通して第１吐出マフラ３０ａ、３０ｂに接続される構成を示したが、第１吐出マフラ、第２吐出マフラを省略した構成としても良い。
また、油路５２ａ、５２ｂが、直接シリンダブロックから圧縮機構部３の外部に開口する構成としても、シェル１の底部には冷凍機油が溜まっているので、冷凍機油を油孔５１に供給できる。
図６は、本実施の形態１に係る他の仕切板３５ｂの構成例を示す平面図である。
図に示すように、分割板４２ｂに油孔用切欠き４８ｂを、２箇所に形成しても良い。
この場合は、ベーンは他の位置に配置することになる。
合わせ面４３ｂ全体に、均一に冷凍機油を浸透させて微細な隙間をシールできる。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２を、実施の形態１と異なる部分を中心に図を用いて説明する。
図４は、分割板４２と分割板４２ｂで構成される仕切板２３５の平面図である。
図のように、本実施の形態では、油孔用切欠き４８は分割板４２にのみ設けてあって、分割板４２ｂに設けていない。
両方の分割板に油孔用切欠き４８を設けなくとも、実施の形態１と同様の効果を得ることができ、分割板４２ｂの加工コストを削減できる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

Claims (6)

1. 隣接する複数の圧縮室と、
   ２枚の分割板に分割され、それぞれの前記分割板の合わせ面同士を互いに圧接固定して、
   隣接する前記圧縮室間を仕切る仕切板とを備えた多気筒回転式圧縮機において、
   少なくとも１枚の前記分割板の前記合わせ面は、圧縮機構のクランク軸の軸方向に、油孔を形成する切り欠きを有し、
   前記油孔は、前記圧縮機構のシリンダブロックを前記クランク軸の軸方向に貫通する油路に連通する多気筒回転式圧縮機。
2. 前記切り欠きは、前記圧縮室を低圧部と高圧部に仕切るべーンと前記合わせ面の縁が接触する側と、前記合わせ面の中心を挟んで反対側の前記合わせ面に設けられている請求項１に記載の多気筒回転式圧縮機。
3. 前記圧縮室と前記切り欠きとの最短距離は、前記仕切板の板厚より小さい請求項１に記載の多気筒回転式圧縮機。
4. 前記切り欠きは、各前記分割板の各前記合わせ面の対向する位置に設けられている請求項１に記載の多気筒回転式圧縮機。
5. 前記油孔は、前記油路を介して各前記圧縮室毎に接続されたそれぞれの吐出マフラに連通する請求項１に記載の多気筒回転式圧縮機。
6. 前記クランク軸の軸方向は鉛直方向であり、前記圧縮機構は、前記圧縮機構を駆動するモータより下方に存在する請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の多気筒回転式圧縮機。

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