JPWO2020121443A1 - 回転式圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

実施形態の回転式圧縮機において、仕切板の軸方向の厚さは、第１フランジ部の軸方向の厚さおよび第２フランジ部の軸方向の厚さより薄い。第１ローラの仕切板側の端面がシャフト孔に露出しうる部分の面積がＳｃ１である。第１ローラの第１フランジ部側の端面が第１溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積がＳｅ１である。このとき、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６が成立する。第２ローラの仕切板側の端面がシャフト孔に露出しうる部分の面積がＳｃ２である。第２ローラの第２フランジ部側の端面が第２溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積がＳｅ２である。このとき、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立する。第１フランジ部の第１表面および第２フランジ部の第２表面に、固体潤滑被膜が形成される。

Description

本発明の実施形態は、回転式圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

冷凍サイクル装置において回転式圧縮機が利用されている。回転式圧縮機は、シリンダ室の内部でローラを偏心回転させ、気体冷媒を圧縮して外部に送出する。ローラは、シリンダ室の端面を形成する部材（軸受または仕切板）の表面を摺動する。シリンダ室の端面を形成する部材が摩耗すると、回転式圧縮機の圧縮性能が低下する。圧縮性能の低下を抑制することができる回転式圧縮機が求められる。

特開２０１４−２０２２００号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧縮性能の低下を抑制することができる回転式圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することである。

実施形態の回転式圧縮機は、容器内に被圧縮ガスを圧縮する圧縮機構部と潤滑油を収納している。前記圧縮機構部は、シャフトと、第１シリンダと、第２シリンダと、仕切板と、第１軸受と、第２軸受と、第１フランジ部と、第２フランジ部と、第１偏心部と、第２偏心部と、第１ローラと、第２ローラと、を有する。第１シリンダは、第１シリンダ室を形成する。第２シリンダは、前記シャフトの軸方向に沿って前記第１シリンダと並んで配置される。第２シリンダは、第２シリンダ室を形成する。仕切板は、前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置される。仕切板は、前記シャフトが通されるシャフト孔を有する。仕切板は、前記第１シリンダ室および前記第２シリンダ室を閉塞する。第１軸受は、前記第１シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置される。第１軸受は、前記シャフトを支持する。第２軸受は、前記第２シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置される。第２軸受は、前記シャフトを支持する。第１フランジ部は、前記第１軸受の前記第１シリンダ側に形成される。第１フランジ部は、前記第１シリンダ室を閉塞する第１表面を有する。第２フランジ部は、前記第２軸受の前記第２シリンダ側に形成される。第２フランジ部は、前記第２シリンダ室を閉塞する第２表面を有する。第１偏心部は、円柱状に形成される。第１偏心部は、前記シャフトに形成される。第１偏心部は、前記軸方向において前記第１シリンダの位置に配置される。第２偏心部は、前記シャフトに形成される。第２偏心部は、前記軸方向において前記第２シリンダの位置に配置される。第１ローラは、前記第１偏心部の外周面に沿って配置される。第１ローラは、前記シャフトの回転に伴って前記第１フランジ部の前記第１表面に沿って移動する。第２ローラは、前記第２偏心部の外周面に沿って配置される。第２ローラは、前記シャフトの回転に伴って前記第２フランジ部の前記第２表面に沿って移動する。前記仕切板の前記軸方向の厚さは、前記第１フランジ部の前記軸方向の厚さおよび前記第２フランジ部の前記軸方向の厚さより薄い。前記第１軸受は、前記第１フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第１溝部を有する。前記第２軸受は、前記第２フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第２溝部を有する。前記第１ローラの移動に伴って前記第１ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積がＳｃ１と定義される。前記第１ローラの移動に伴って前記第１ローラの前記第１フランジ部側の端面が前記第１溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積がＳｅ１と定義される。このとき、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６が成立する。前記第２ローラの移動に伴って前記第２ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積がＳｃ２と定義される。前記第２ローラの移動に伴って前記第２ローラの前記第２フランジ部側の端面が前記第２溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積がＳｅ２と定義される。このとき、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立する。前記第１フランジ部の前記第１表面および前記第２フランジ部の前記第２表面に、固体潤滑被膜が形成される。

実施形態の回転式圧縮機の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図。 圧縮機構部の拡大図。 図２のＦ−Ｆ線における圧縮機構部３３の断面図。 第１ローラの受圧部分の第１説明図。 第１ローラの受圧部分の第２説明図。 第１ローラの受圧部分の第３説明図。 第１ローラの受圧部分の第４説明図。 第１ローラおよび第２ローラの内側受圧面積の説明図。 第１ローラおよび第２ローラの外側受圧面積の説明図。 第１フランジ部の第１表面の摩耗量の推移を示すグラフ。

以下、実施形態の回転式圧縮機および冷凍サイクル装置を、図面を参照して説明する。
本願において、極座標系のＺ方向、Ｒ方向およびθ方向が以下のように定義される。Ｚ方向はシャフト３１の軸方向である。＋Ｚ方向は、圧縮機構部３３から電動機部３２に向かう方向である。例えば、Ｚ方向は鉛直方向であり、＋Ｚ方向は鉛直上方である。なお、Ｚ方向を軸方向Ｚと呼ぶ場合がある。Ｒ方向はシャフト３１の径方向である。＋Ｒ側は、径方向の外側であって、シャフト３１の中心軸から離れる側である。なお、Ｒ方向を径方向Ｒと呼ぶ場合がある。θ方向は、シャフト３１の中心軸の周方向である。なお、θ方向を周方向θと呼ぶ場合がある。

冷凍サイクル装置について簡単に説明する。
図１は、本実施形態の回転式圧縮機２の断面図を含む冷凍サイクル装置の概略構成図である。冷凍サイクル装置１は、回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された放熱器（例えば凝縮器）３と、放熱器３に接続された膨張装置（例えば膨張弁）４と、膨張装置４に接続された吸熱器（例えば蒸発器）５とを備えている。冷凍サイクル装置１は、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の冷媒を含む。冷媒は、相変化しながら冷凍サイクル装置１を循環する。

回転式圧縮機２は、いわゆるロータリ式の圧縮機である。回転式圧縮機２は、例えば、内部に取り込まれる低圧の気体冷媒（流体）を圧縮して高温・高圧の気体冷媒にする。なお、回転式圧縮機２の具体的な構成については後述する。

放熱器３は、回転式圧縮機２から吐出される高温・高圧の気体冷媒から熱を放出させる。
膨張装置４は、放熱器３から送り込まれる高圧の冷媒の圧力を下げ、低温・低圧の液体冷媒にする。
吸熱器５は、膨張装置４から送り込まれる低温・低圧の液体冷媒を気化させ、低圧の気体冷媒にする。吸熱器５において、低圧の液体冷媒が気化する際に周囲から気化熱を奪うことで周囲が冷却される。吸熱器５を通過した低圧の気体冷媒は、上述した回転式圧縮機２の内部に取り込まれる。

このように、本実施形態の冷凍サイクル装置１では、作動流体である冷媒が気体冷媒と液体冷媒との間で相変化しながら循環し、これらの放熱や吸熱を利用して暖房や冷房などが行われる。

回転式圧縮機２の具体的な構成について説明する。
本実施形態の回転式圧縮機２は、圧縮機本体１１と、アキュムレータ１２とを備える。
アキュムレータ１２は、いわゆる気液分離器である。アキュムレータ１２は、上述した吸熱器５と圧縮機本体１１との間に設けられている。アキュムレータ１２は、吸込管２１を通じて圧縮機本体１１に接続されている。アキュムレータ１２は、吸熱器５で気化された気体冷媒を、吸込管２１を通して圧縮機本体１１に供給する。

圧縮機本体１１は、シャフト３１と、シャフト３１を回転させる電動機部３２と、シャフト３１の回転によって気体冷媒を圧縮する圧縮機構部３３と、これらシャフト３１、電動機部３２および圧縮機構部３３を収容した円筒状の密閉容器３４とを備えている。

シャフト３１および密閉容器３４は、シャフト３１の軸心（軸線）Ｏに対して同軸状に配置されている。なお、シャフト３１の軸心Ｏとは、シャフト３１の中心（回転中心）を意味する。電動機部３２は、密閉容器３４のなかで、軸心Ｏに沿う＋Ｚ側（図１における上側）に配置されている。圧縮機構部３３は、密閉容器３４のなかで、軸心Ｏに沿う−Ｚ側（図１における下側）に配置されている。
シャフト３１は、軸方向Ｚに沿って、電動機部３２を貫通するとともに、圧縮機構部３３の内部に伸びている。

電動機部３２は、いわゆるインナーロータ型のＤＣブラシレスモータである。具体的には、電動機部３２は、固定子３６と、回転子３７とを備える。固定子３６は、筒状に形成され、密閉容器３４の内壁面に焼嵌めなどによって固定されている。回転子３７は、固定子３６の内側に配置されている。回転子３７は、シャフト３１の上部に連結されている。回転子３７は、固定子３６に設けられたコイルに電流が供給されることで、シャフト３１を回転駆動する。

次に、圧縮機構部３３について説明する。
図２は、圧縮機構部の拡大図である。圧縮機構部３３は、複数のシリンダ室を有する多気筒の圧縮機構部である。例えば、実施形態の圧縮機構部３３は、２個のシリンダ室５１ａ，５２ａを有する２気筒の圧縮機構部である。圧縮機構部３３は、複数のシリンダ５１，５２と、仕切板５３と、主軸受（第１軸受）５４と、副軸受（第２軸受）５５と、複数のローラ５６，５７と、主マフラ部材９１と、副マフラ部材９２とを備える。

複数のシリンダは、第１シリンダ５１と、第２シリンダ５２とを含む。第１シリンダ５１および第２シリンダ５２は、軸方向Ｚに並んで配置されている。第１シリンダ５１および第２シリンダ５２は、軸方向Ｚに開口した筒状に形成されている。第１シリンダ５１および第２シリンダ５２は、シャフト３１と同軸状に、シャフトの径方向Ｒの外側に配置される。これにより、第１シリンダ５１には、第１シリンダ室５１ａとなる内部空間が形成されている。第１シリンダ５１の内周面は、リング状の第１シリンダ室５１ａの外周面を形成する。第２シリンダ５２には、第２シリンダ室５２ａとなる内部空間が形成されている。第２シリンダ５２の内周面は、リング状の第２シリンダ室５２ａの外周面を形成する。
本願では、軸方向Ｚにおける第１シリンダ５１および第２シリンダ５２の仕切板５３側を「内側」と呼ぶ場合がある。また、軸方向Ｚにおける第１シリンダ５１の主軸受５４側および第２シリンダ５２の副軸受５５側を「外側」と呼ぶ場合がある。

仕切板５３は、軸方向Ｚで第１シリンダ５１と第２シリンダ５２との間に配置され、第１シリンダ５１と第２シリンダ５２との間に挟まれている。仕切板５３は、軸方向Ｚで第１シリンダ室５１ａの内部空間に面して、第１シリンダ室５１ａを閉塞している。同様に、仕切板５３は、第２シリンダ室５２ａの内部空間に面して、第２シリンダ室５２ａを閉塞している。また、仕切板５３には、軸方向Ｚにシャフト３１が通されるシャフト孔５３ｈが設けられている。上述したシャフト３１は、第１シリンダ５１，第２シリンダ５２および仕切板５３を貫通する。

図１に示すように、第１シリンダ５１には、径方向Ｒに沿って伸びる第１吸込孔７６が形成される。第１吸込孔７６の径方向Ｒの内側端部は、第１シリンダ室５１ａに開口する。第１吸込孔７６の径方向Ｒの外側端部は、アキュムレータ１２から伸びる吸込管２１に接続される。これにより、第１シリンダ室５１ａは、アキュムレータ１２から気体冷媒を吸い込むことができる。また、第１シリンダ５１、仕切板５３および第２シリンダ５２には、軸方向Ｚに沿って伸びる第２吸込孔７９が形成される。第２吸込孔７９の軸方向Ｚの上側端部は、第１吸込孔７６に開口する。すなわち第２吸込孔７９は、第１吸込孔７６から分岐して形成される。第２吸込孔７９の軸方向Ｚの下側端部は、第２シリンダ室５２ａに開口する。これにより、第２シリンダ室５２ａは、アキュムレータ１２から気体冷媒を吸い込むことができる。

主軸受５４は、第１シリンダ５１を挟んで仕切板５３とは反対側に位置する。主軸受５４は、シャフト３１を回転可能に支持する。主軸受５４は、第１シリンダ５１側の端部に形成された第１フランジ部５４ｆを有する。第１フランジ部５４ｆは、第１シリンダ室５１ａを閉塞する第１表面５４ｓを有する。

副軸受５５は、第２シリンダ５２を挟んで仕切板５３とは反対側に位置する。副軸受５５は、シャフト３１を回転可能に支持する。副軸受５５は、第２シリンダ５２側の端部に形成された第２フランジ部５５ｆを有する。第２フランジ部５５ｆは、第２シリンダ室５２ａを閉塞する第２表面５５ｓを有する。

上述したシャフト３１には、第１偏心部４１と、第２偏心部４２とが軸方向Ｚに並んで設けられている。第１偏心部４１は、第１シリンダ室５１ａに対応する軸方向Ｚの位置に設けられ、第１シリンダ室５１ａの内部に配置されている。第２偏心部４２は、第２シリンダ室５２ａに対応する軸方向Ｚの位置に設けられ、第２シリンダ室５２ａの内部に配置されている。第１偏心部４１および第２偏心部４２の各々は、軸方向Ｚに沿う円柱状に形成され、軸心Ｏに対して径方向Ｒに同一量ずつ偏心している。第１偏心部４１および第２偏心部４２は、軸方向Ｚから見た平面視で例えば同形同大に形成されるとともに、例えば周方向θに１８０°の位相差をもって配置されている。

複数のローラは、第１ローラ５６と、第２ローラ５７とを含む。第１ローラ５６および第２ローラ５７の各々は、軸方向Ｚに沿う円筒状に形成されている。第１ローラ５６は、第１偏心部４１の外周面に沿って嵌められて、第１シリンダ室５１ａに配置される。同様に、第２ローラ５７は、第２偏心部４２の外周面に沿って嵌められて、第２シリンダ室５２ａに配置される。各ローラ５６，５７の内周面と各偏心部４１，４２との間には、各偏心部４１，４２に対する各ローラ５６，５７の相対回転を許容する隙間が設けられている。第１ローラ５６および第２ローラ５７の各々は、シャフト３１の回転に伴い、各ローラ５６，５７の外周面を各シリンダ５１，５２の内周面に摺接させながら、各シリンダ室５１ａ，５２ａの内部で偏心回転する。

次に、シリンダの内部構成について説明する。
第１シリンダ５１の内部構成と第２シリンダ５２の内部構成は、各偏心部４１，４２および各ローラ５６，５７の位相差に応じて異なる部分を除いて、互いに略同じである。このため、ここでは第１シリンダ５１の内部構成を代表として説明する。そして、第２シリンダ５２において第１シリンダ５１と同一の機能を有する構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。

図３は、図２のＦ−Ｆ線における圧縮機構部３３の断面図である。
図３に示すように、第１シリンダ５１の内周面には、径方向Ｒの外側に向けて延びたベーン溝７１が設けられている。ベーン溝７１には、径方向Ｒに沿ってスライド移動可能なベーン７２が挿入されている。ベーン７２は、図示しない付勢手段によって径方向Ｒの内側に向けて付勢され、その先端部が第１シリンダ室５１ａ内で第１ローラ５６の外周面に当接している。これにより、ベーン７２は、第１シリンダ室５１ａの内部を、吸込室７４と圧縮室７５とに仕切っている。ベーン７２は、第１ローラ５６の偏心回転に伴って第１シリンダ室５１ａ内に進退する。これにより、吸込室７４に気体冷媒を吸い込む吸込動作および圧縮室７５で気体冷媒を圧縮する圧縮動作が行われる。

また、第１シリンダ５１には、上述した第１吸込孔７６と、吐出溝７７とが設けられている。第１吸込孔７６の径方向Ｒの内側端部は、第１シリンダ室５１ａの吸込室７４に開口している。吐出溝７７は、圧縮室７５に設けられている。吐出溝７７は、第１シリンダ５１の内周面に軸方向Ｚに沿って設けられ、後述する主軸受吐出孔に連通している。吐出溝７７は、圧縮室７５で圧縮された気体冷媒を主軸受吐出孔に導く。一方で、第２シリンダ５２に設けられた吐出溝７７は、後述する副軸受吐出孔に連通している。第２シリンダ５２の吐出溝７７は、圧縮室７５で圧縮された気体冷媒を副軸受吐出孔に導く。

図２に示すように、主マフラ部材９１は、主軸受４４との間に主マフラ室９１ａを形成する。第１シリンダ室５１ａの圧縮室７５で圧縮された気体冷媒は、第１フランジ部５４ｆに形成される主軸受吐出孔（不図示）から主マフラ室９１ａに吐出される。主マフラ室９１ａに吐出された気体冷媒は、主マフラ室吐出口９１ｅから密閉容器３４の内部に吐出される。副マフラ部材９２は、副軸受５５との間に副マフラ室９２ａを形成する。第２シリンダ５２の圧縮室７５で圧縮された気体冷媒は、第２フランジ部５５ｆに形成される副軸受吐出孔（不図示）から副マフラ室９２ａに吐出される。副マフラ室９２ａは、第２シリンダ５２、仕切板５３および第１シリンダ５１に形成された貫通孔（不図示）を介して、主マフラ室９１ａに連通する。そのため、副マフラ室９２ａに吐出された気体冷媒は、主マフラ室９１ａに移動し、主マフラ室吐出口９１ｅから密閉容器３４の内部に吐出される。

密閉容器３４は、電動機部３２の回転子３７の＋Ｚ側に、吐出管３５を有する。吐出管３５は、密閉容器３４の内部に吐出された気体冷媒を、放熱器３など、密閉容器３４の外部における冷凍サイクル装置の構成機器に吐出する。

上述した主軸受５４の第１フランジ部５４ｆは、第１溝部６１を有する。第１溝部６１は、第１フランジ部５４ｆの第１シリンダ５１側の表面に形成される。第１溝部６１は、軸方向Ｚから見てリング状に形成される。第１溝部６１は、シャフト３１と同軸状に、シャフト３１の径方向Ｒの外側に配置される。これにより、シャフト３１と第１溝部６１との間には、シャフト３１を支持する第１カラー６６が形成される。
同様に、副軸受５５の第２フランジ部５５ｆは、第２溝部６２を有する。シャフト３１と第２溝部６２との間には、シャフト３１を支持する第２カラー６７が形成される。

多気筒の圧縮機構部３３では、主軸受５４と副軸受５５との間に複数のシリンダが配置されるため、主軸受５４と副軸受５５との間の距離が長くなる。そのため、主軸受５４と副軸受５５との間においてシャフト３１が撓み易い。シャフト３１が撓みながら回転する場合でも、第１カラー６６および第２カラー６７は、シャフト３１と共に撓みながらシャフト３１を支持する。これにより、シャフト３１の回転に伴う主軸受５４および副軸受５５の摩耗が抑制される。

仕切板５３の軸方向Ｚの厚さＴｃは、第１フランジ部５４ｆの軸方向Ｚの厚さＴｅ１および第２フランジ部５５ｆの軸方向Ｚの厚さＴｅ２より薄い。これにより、主軸受５４と副軸受５５との間の距離が短くなる。したがって、シャフト３１の撓みが抑制される。

次に、圧縮機構部３３に設けられた給油通路８０について説明する。
密閉容器３４の内部には、潤滑油が収容されている。潤滑油（冷凍機油）として、ポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）油が収容されている。ＰＡＧ油は、ＰＯＥ油やＰＶＥ油などの他の潤滑油に比べて、冷媒が溶解した場合の粘度低下が小さい。特に、二酸化炭素冷媒が圧縮されて高温になっても、ＰＡＧ油は粘度低下が小さいので、良好な潤滑状態が維持される。

図２に示すように、給油通路８０は、シャフト３１に設けられた主通路８１と、第１偏心部４１に設けられた副通路８２および連通路８４と、第１偏心部４１の＋Ｚ方向に設けられた端部通路８５と、を有する。第２偏心部４２にも同様に、副通路および連通路が設けられる。また、第２偏心部４２の−Ｚ方向にも同様に、端部通路が設けられる。ここでは、第１偏心部４１に設けられた副通路８２、連通路８４および端部通路８５を代表として説明する。

主通路８１は、軸心Ｏと同軸状に設けられ、シャフト３１の内部に形成されている。主通路８１は、軸方向Ｚに沿ってシャフト３１の内部を延びている。主通路８１は、副軸受４５に支持されるシャフト３１の端部において、密閉容器３４の内部に開口している。圧縮機構部３３の一部は、密閉容器３４に収容された潤滑油に浸かっている。主通路８１には、潤滑油が流入する。主通路８１の内部には、シャフト３１の回転に伴って潤滑油を主通路８１内に汲み上げるねじり板等のポンプ手段（不図示）が設けられている。

副通路８２は、第１偏心部４１の外周面に設けられた溝である。副通路８２は、第１偏心部４１の外周面と第１ローラ５６の内周面との間に形成されている。副通路８２は、軸方向Ｚに沿って第１偏心部４１の全体に亘って延びている。
連通路８４は、径方向Ｒに沿って第１偏心部４１の内部に設けられている。連通路８４は、主通路８１と副通路８２との間に設けられ、主通路８１と副通路８２とを接続している。主通路８１に汲み上げられた潤滑油は、シャフト３１の回転に伴う遠心力により、連通路８４を通って副通路８２に流入する。さらに潤滑油は、副通路８２から圧縮機構部３３の様々な摺動部分に供給される。

端部通路８５の径方向Ｒの内側端部は、主通路８１に開口する。端部通路８５の径方向Ｒの外側端部は、シャフト３１の外周面に開口する。主通路８１に汲み上げられた潤滑油は、シャフト３１の回転に伴う遠心力により、端部通路８５を通ってシャフト３１の外周面に供給される。さらに潤滑油は、シャフト３１の外周面から圧縮機構部３３の様々な摺動部分に供給される。

各ローラ５６，５７が軸方向Ｚに受ける圧力について説明する。
最初に、各ローラ５６，５７の内側端面（仕切板５３側の端面）が受ける圧力について説明する。
前述したように、圧縮機構部３３で圧縮された気体冷媒は、密閉容器３４の内部に吐出される。密閉容器３４の内部の気体冷媒および潤滑油は高圧の状態である。同様に、給油通路８０を介して潤滑油が供給される部分も高圧の状態である。給油通路８０の副通路８２を介して、仕切板５３のシャフト孔５３ｈの内側領域である中央部領域５３Ａに潤滑油が供給される。給油通路８０の副通路８２および端部通路８５を介して、第１フランジ部５４ｆの第１溝部６１の外周の内側領域である第１端部領域６１Ａに潤滑油が供給される。なお、第１カラー６６の−Ｚ方向の先端は、第１フランジ部５４ｆの第１シリンダ５１側の表面より＋Ｚ方向に配置される。そのため、径方向Ｒにおいてシャフト３１の外周から第１溝部６１の外周までが第１端部領域６１Ａである。同様に、第２フランジ部５５ｆの第２溝部６２の外周の内側領域である第２端部領域６２Ａにも潤滑油が供給される。したがって、中央部領域５３Ａ、第１端部領域６１Ａおよび第２端部領域６２Ａが、いずれも高圧の状態である。

図４は、第１ローラの受圧部分の第１説明図である。同様に、図５は第２説明図であり、図６は第３説明図であり、図７は第４説明図である。図４から図７は、図２のＦ−Ｆ線における要部断面図である。
中央部領域５３Ａから第１シリンダ室５１ａへの潤滑油の直接流入を抑制する必要がある。そのため、第１ローラ５６が偏心回転する過程で、中央部領域５３Ａの外周（シャフト孔５３ｈの内周）は、常に第１ローラ５６の外周の内側に配置される。また、第１偏心部４１はシャフト孔５３ｈを通って第１シリンダ室５１ａに配置される。そのため、第１偏心部４１の外径はシャフト孔５３ｈの内径より小さい。したがって、第１ローラ５６が偏心回転する過程で、中央部領域５３Ａの外周（シャフト孔５３ｈの内周）の一部が、第１ローラ５６の内周（第１偏心部４１の外周）の外側に配置される。

これにより、図４に示すように、中央部領域５３Ａの外周の一部が、第１ローラ５６の内周と外周との間に配置される。すなわち、第１ローラ５６の内側端面の一部が、中央部領域５３Ａに露出する露出領域５６ｐとなる。
図５から図７は、図４から第１ローラ５６が９０ｄｅｇずつ偏心回転した状態を示している。第１ローラ５６の偏心回転により、第１ローラ５６の内側端面の内周に沿った各部が、露出領域５６ｐとなりうる。

図８は、第１ローラおよび第２ローラの内側端面の受圧面積の説明図である。第１ローラ５６の偏心回転により、第１ローラ５６の内側端面の内周に沿ったリング状の領域が、中央部領域５３Ａに露出しうる部分である。このリング状の領域が、中央部領域５３Ａから高圧を受ける高圧領域ｃ１である。第１ローラ５６の内側端面の高圧領域ｃ１の面積（内側受圧面積）をＳｃ１とする。
同様に、第２ローラ５７の内側端面の内周に沿ったリング状の領域が、中央部領域５３Ａに露出しうる。このリング状の領域が、中央部領域５３Ａから高圧を受ける高圧領域ｃ２である。第２ローラ５７の内側端面の高圧領域ｃ２の面積（内側受圧面積）をＳｃ２とする。

第１シリンダ５１の内部構成と第２シリンダ５２の内部構成とは、各偏心部４１，４２が周方向θで異なる位相に配置される点を除いて同様である。また、中央部領域５３Ａの外径（シャフト孔５３ｈの内径）は、軸方向Ｚに沿って一定である。そのため、第１ローラ５６の内側受圧面積Ｓｃ１と第２ローラ５７の内側受圧面積Ｓｃ２とは同等である。

次に、各ローラ５６，５７の外側端面（主軸受５４または副軸受５５側の端面）が受ける圧力について説明する。
図２に示すように、第１端部領域６１Ａから第１シリンダ室５１ａへの潤滑油の直接流入を抑制する必要がある。そのため、第１ローラ５６が偏心回転する過程で、第１端部領域６１Ａの外周（第１溝部６１の外周）は、常に第１ローラ５６の外周の内側に配置される。また、第１ローラ５６が偏心回転する過程で、第１端部領域６１Ａの外周の一部が、第１ローラ５６の内周の外側に配置される。したがって、第１端部領域６１Ａの外周の一部が、第１ローラ５６の内周と外周との間に配置される。第１ローラ５６の外側端面の一部が、第１端部領域６１Ａに露出する。

図９は、第１ローラおよび第２ローラの外側受圧面積の説明図である。
第１ローラ５６の偏心回転により、第１ローラ５６の外側端面の内周に沿ったリング状の領域が、第１端部領域６１Ａに露出しうる部分である。このリング状の領域が、第１端部領域６１Ａから高圧を受ける高圧領域ｅ１である。第１ローラ５６の外側端面の高圧領域ｅ１の面積（外側受圧面積）をＳｅ１とする。
同様に、第２ローラ５７の外側端面の内周に沿ったリング状の領域が、第２端部領域６２Ａに露出しうる。このリング状の領域が、第２端部領域６２Ａから高圧を受ける高圧領域ｅ２である。第２ローラ５７の外側端面の高圧領域ｅ２の面積（外側受圧面積）をＳｅ２とする。

第１端部領域６１Ａの外径（第１溝部６１の外径）と、第２端部領域６２Ａの外径（第２溝部６２の外径）とは、同等でもよいし、異なってもよい。両者が同等の場合には、第１ローラ５６の外側受圧面積Ｓｅ１と第２ローラ５７の外側受圧面積Ｓｅ２とは同等である。両者が異なる場合には、第１ローラ５６の外側受圧面積Ｓｅ１と第２ローラ５７の外側受圧面積Ｓｅ２とは異なる。

次に、各ローラ５６，５７の内側端面が受ける力と外側端面が受ける力とを比較する。
図２に示すように、中央部領域５３Ａの外径（シャフト孔５３ｈの内径）Ｄｃは、第１端部領域６１Ａの外径（第１溝部６１の外径）Ｄｅ１より大きい。そのため、第１ローラ５６の内側受圧面積Ｓｃ１は、第１ローラ５６の外側受圧面積Ｓｅ１より大きい。すなわち、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１が成立する。なお、中央部領域５３Ａの圧力と、第１端部領域６１Ａの圧力とは同等である。したがって、第１ローラ５６の内側端面が受ける＋Ｚ方向の力は、外側端面が受ける−Ｚ方向の力より大きい。これにより、第１ローラ５６は、主軸受５４の第１フランジ部５４ｆに向かって押し付けられる。

同様に、中央部領域５３Ａの外径（シャフト孔５３ｈの内径）Ｄｃは、第２端部領域６２Ａの外径（第２溝部６２の外径）Ｄｅ２より大きい。そのため、第２ローラ５７の内側受圧面積Ｓｃ２は、第２ローラ５７の外側受圧面積Ｓｅ２より大きい。すなわち、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２が成立する。なお、中央部領域５３Ａの圧力と、第２端部領域６２Ａの圧力とは同等である。したがって、第２ローラ５７の内側端面が受ける−Ｚ方向の力は、外側端面が受ける＋Ｚ方向の力より大きい。これにより、第２ローラ５７は、副軸受５５の第２フランジ部５５ｆに向かって押し付けられる。

前述したように、仕切板５３の軸方向Ｚの厚さＴｃは、第１フランジ部５４ｆの軸方向Ｚの厚さＴｅ１および第２フランジ部５５ｆの軸方向Ｚの厚さＴｅ２より薄い。この場合には、仕切板５３が撓み易くなるので、仕切板５３と第１ローラ５６および第２ローラ５７との摩擦力が大きくなる可能性がある。これに対して、第１ローラ５６が第１フランジ部５４ｆに向かって押し付けられ、第２ローラ５７が第２フランジ部５５ｆに向かって押し付けられる。これにより、第１ローラ５６および第２ローラ５７と仕切板５３との摩擦が抑制される。

第１シリンダ室５１ａの外側端面を形成する第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓには、固体潤滑被膜５９が形成される。固体潤滑被膜５９は、第１表面５４ｓのみに形成されてもよいし、主軸受５４の全表面に形成されてもよい。固体潤滑被膜５９として、好ましくはリン酸マンガン被膜または二酸化モリブデン被膜が形成される。これらの固体潤滑被膜５９は、耐摩耗性に優れ、また第１ローラ５６との初期摩擦の低減に寄与する。なお、第１表面５４ｓと接触する下層にリン酸マンガン被膜が形成され、第１ローラ５６と接触する上層に二酸化モリブデン被膜が形成されてもよい。リン酸マンガン被膜は耐摩耗性に優れるので、圧縮機の信頼性が向上する。二酸化モリブデン被膜は初期摩擦の低減効果が大きいので、圧縮機の初期特性が向上する。
同様に、第２シリンダ室５２ａの外側端面を形成する第２フランジ部５５ｆの第２表面５５ｓにも、固体潤滑被膜５９が形成される。

前述したように、第１ローラ５６が第１フランジ部５４ｆに向かって押し付けられ、第２ローラ５７が第２フランジ部５５ｆに向かって押し付けられる。これ伴って、第１ローラ５６および第２ローラ５７と仕切板５３との摩擦が抑制される。そのため、固体潤滑被膜５９は、第１フランジ部５４ｆおよび第２フランジ部５５ｆのみに形成されればよい。仕切板５３や各ローラ５６，５７には、固体潤滑被膜５９を形成する必要がない。したがって、回転式圧縮機２のコストが抑制される。

図１０は、第１フランジ部の第１表面の摩耗量の推移を示すグラフである。図１０では、第１ローラ５６の内側受圧面積Ｓｃ１と外側受圧面積Ｓｅ１との比の大きさに応じた２種類のマークで、摩耗量が表示されている。１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６の場合の摩耗量が、□のマークで表示されている。１．６＜Ｓｃ１／Ｓｅ１の場合の摩耗量が、×のマークで表示されている。なお図１０では、第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓに形成されたリン酸マンガン被膜の摩耗量が表示されている。

１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６の場合には、第１ローラ５６が、第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓに向かって弱く押し付けられる。この場合、回転式圧縮機２の運転の初期段階では、第１表面５４ｓの摩耗量が増加する（初期摩耗）。しかし、運転時間がｔ１を超えると、初期なじみの効果により、摩耗量がほとんど増加しない（定常摩耗）。すなわち、運転の初期段階における第１表面５４ｓと第１ローラ５６との摺動により、両者の接触状態が均一化されて、第１表面５４ｓの摺動面が滑らかになる。これにより、ｔ１時間経過後には摩擦係数が低下して、摩耗量がほとんど増加しない状態になる。

これに対して、１．６＜Ｓｃ１／Ｓｅ１の場合には、第１ローラ５６が、第１表面５４ｓに向かって強く押し付けられる。この場合には、運転時間がｔ１を超えても、摩耗量が増加を続ける。すなわち、圧縮機の運転の初期段階において摺動面が滑らかにならず、初期なじみの効果が得られない。特に、冷凍サイクル装置１の冷媒が二酸化炭素の場合には、冷媒が高圧に圧縮されるため、密閉容器３４の内部圧力が高くなる。これにより、第１ローラ５６が第１表面５４ｓに向かって強く押し付けられるため、初期なじみの効果が得られにくくなる。

以上により、第１ローラ５６の内側受圧面積Ｓｃ１と外側受圧面積Ｓｅ１との比は、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６を満たすことが望ましい。同様に、第２ローラ５７の内側受圧面積Ｓｃ２と外側受圧面積Ｓｅ２との比は、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６を満たすことが望ましい。

以上に詳述したように、実施形態の回転式圧縮機２では、仕切板５３の軸方向Ｚの厚さが、第１フランジ部５４ｆの軸方向Ｚの厚さおよび第２フランジ部５５ｆの軸方向Ｚの厚さより薄い。これにより、主軸受５４と副軸受５５との間の距離が短くなる。したがって、主軸受５４と副軸受５５との間におけるシャフト３１の撓みが抑制される。
１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１が成立する。これにより、第１ローラ５６が第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓに押し付けられる。また、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立する。これにより、第２ローラ５７が第２フランジ部５５ｆの第２表面５５ｓに押し付けられる。
第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓおよび第２フランジ部５５ｆの第２表面５５ｓに、固体潤滑被膜５９が形成される。これにより、第１ローラ５６が第１表面５４ｓに押し付けられて移動する場合でも、第１表面５４ｓの耐摩耗性が向上する。また、第２ローラ５７が第２表面５５ｓに押し付けられて移動する場合でも、第２表面５５ｓの耐摩耗性が向上する。
Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６およびＳｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立する。これにより、気体冷媒が高圧に圧縮される場合でも、第１ローラ５６が第１フランジ部５４ｆの第１表面５４ｓに弱く押し付けられる。また、第２ローラ５７が第２フランジ部５５ｆの第２表面５５ｓに弱く押し付けられる。したがって、初期なじみの効果が得られる。そのため、第１表面５４ｓおよび第２表面５５ｓの摩耗量が抑制される。したがって、回転式圧縮機２の圧縮性能の低下が抑制される。

固体潤滑被膜５９は、リン酸マンガン被膜または二酸化モリブデン被膜であることが望ましい。
固体潤滑被膜５９は、下層のリン酸マンガン被膜と、上層の二酸化モリブデン被膜と、を有することが望ましい。
リン酸マンガン被膜は耐摩耗性に優れるので、回転式圧縮機２の信頼性が向上する。二酸化モリブデン被膜は初期摩擦の低減効果が大きいので、回転式圧縮機２の初期特性が向上する。

回転式圧縮機２の被圧縮ガスが二酸化炭素ガスであり、潤滑油がポリアルキレングリコール油である。
被圧縮ガスが二酸化炭素の場合には、高圧に圧縮される。この場合でも、Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６およびＳｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立するので、第１表面５４ｓおよび第２表面５５ｓの摩耗量が抑制される。また、ポリアルキレングリコール油は、他の潤滑油よりも、溶解した場合の粘度低下が小さい。これにより、被圧縮ガスが圧縮されて高温になっても、良好な潤滑状態が維持される。したがって、第１表面５４ｓおよび第２表面５５ｓの摩耗量が抑制される。

実施形態の冷凍サイクル装置１は、前述した回転式圧縮機２と、回転式圧縮機２に接続された放熱器３と、放熱器３に接続された膨張装置４と、膨張装置４に接続された吸熱器５と、を有する。
前述した回転式圧縮機２では圧縮性能の低下が抑制される。したがって、信頼性に優れた冷凍サイクル装置が提供される。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６および１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立する。これにより、回転式圧縮機２の圧縮性能の低下を抑制することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

Ｒ…径方向、Ｚ…軸方向、θ…周方向、１…冷凍サイクル装置、２…回転式圧縮機、３…放熱器、４…膨張装置、５…吸熱器、３１…シャフト、３３…圧縮機構部、３４…密閉容器（容器）、４１…第１偏心部、４２…第２偏心部、５１…第１シリンダ、５１ａ…第１シリンダ室、５２…第２シリンダ、５２ａ…第２シリンダ室、５３…仕切板、５３ｈ…シャフト孔、５４…主軸受（第１軸受）、５４ｆ…第１フランジ部、５４ｓ…第１表面、５５…副軸受（第２軸受）、５５ｆ…第２フランジ部、５５ｓ…第２表面、５６…第１ローラ、５７…第２ローラ、５９…固体潤滑被膜、６１…第１溝部、６２…第２溝部。

Claims (5)

1. 容器内に被圧縮ガスを圧縮する圧縮機構部と潤滑油を収納し、前記圧縮機構部は、
   シャフトと、
   第１シリンダ室を形成する第１シリンダと、
   前記シャフトの軸方向に沿って前記第１シリンダと並んで配置され、第２シリンダ室を形成する第２シリンダと、
   前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置され、前記シャフトが通されるシャフト孔を有し、前記第１シリンダ室および前記第２シリンダ室を閉塞する仕切板と、
   前記第１シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置され、前記シャフトを支持する第１軸受と、
   前記第２シリンダを挟んで前記仕切板とは反対側に配置され、前記シャフトを支持する第２軸受と、
   前記第１軸受の前記第１シリンダ側に形成され、前記第１シリンダ室を閉塞する第１表面を有する第１フランジ部と、
   前記第２軸受の前記第２シリンダ側に形成され、前記第２シリンダ室を閉塞する第２表面を有する第２フランジ部と、
   前記シャフトに形成され、前記軸方向において前記第１シリンダの位置に配置される第１偏心部と、
   前記シャフトに形成され、前記軸方向において前記第２シリンダの位置に配置され第２偏心部と、
   前記第１偏心部の外周面に沿って配置され、前記シャフトの回転に伴って前記第１フランジ部の前記第１表面に沿って移動する第１ローラと、
   前記第２偏心部の外周面に沿って配置され、前記シャフトの回転に伴って前記第２フランジ部の前記第２表面に沿って移動する第２ローラと、を有し、
   前記仕切板の前記軸方向の厚さは、前記第１フランジ部の前記軸方向の厚さおよび前記第２フランジ部の前記軸方向の厚さより薄く、
   前記第１軸受は、前記第１フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第１溝部を有し、
   前記第２軸受は、前記第２フランジ部の表面にリング状に形成されて前記シャフトと同軸状に配置される第２溝部を有し、
   前記第１ローラの移動に伴って前記第１ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積をＳｃ１とし、前記第１ローラの移動に伴って前記第１ローラの前記第１フランジ部側の端面が前記第１溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積をＳｅ１としたとき、１＜Ｓｃ１／Ｓｅ１≦１．６が成立し、
   前記第２ローラの移動に伴って前記第２ローラの前記仕切板側の端面が前記シャフト孔に露出しうる部分の面積をＳｃ２とし、前記第２ローラの移動に伴って前記第２ローラの前記第２フランジ部側の端面が前記第２溝部の外周の内側領域に露出しうる部分の面積をＳｅ２としたとき、１＜Ｓｃ２／Ｓｅ２≦１．６が成立し、
   前記第１フランジ部の前記第１表面および前記第２フランジ部の前記第２表面に、固体潤滑被膜が形成される、
   回転式圧縮機。
2. 前記固体潤滑被膜は、リン酸マンガン被膜または二酸化モリブデン被膜である、
   請求項１に記載の回転式圧縮機。
3. 前記固体潤滑被膜は、下層のリン酸マンガン被膜と、上層の二酸化モリブデン被膜と、を有する、
   請求項１に記載の回転式圧縮機。
4. 前記被圧縮ガスが二酸化炭素であり、前記潤滑油がポリアルキレングリコール油である、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の回転式圧縮機。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の回転式圧縮機と、
   前記回転式圧縮機に接続された放熱器と、
   前記放熱器に接続された膨張装置と、
   前記膨張装置に接続された吸熱器と、を有する、
   冷凍サイクル装置。

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