WO2010116733A2 - ロータリ圧縮機 - Google Patents

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中野雅夫
澤井清
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パナソニック株式会社
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    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/008—Hermetic pumps

Definitions

  • the present invention relates to a rotary compressor that includes a vane having a cylindrical portion, and the cylindrical portion is inserted into a slot formed in a cylinder, thereby partitioning the compression chamber into a high-pressure side space and a low-pressure side space by the vane.
  • FIG. 10 is a partial longitudinal sectional view showing an example of a conventional rotary compressor.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of the rotary compressor shown in FIG. 10 along the plane AA. As illustrated in FIGS.
  • the rotary compressor houses an electric motor 202, a compression mechanism unit 203, and a shaft 231 in an airtight container 201, and the electric motor 202 and the compression mechanism unit 203 are connected by a shaft 231.
  • the compression mechanism unit 203 includes a cylinder 230, and an upper bearing 234 and a lower bearing 235 that close the upper end surface and the lower end surface of the cylinder 230.
  • a space called a compression chamber 239 is formed by the cylinder 230, the upper bearing 234, and the lower bearing 235.
  • a piston 232 fitted to the eccentric portion 231a of the shaft 231 supported by the upper bearing 234 and the lower bearing 235 is provided.
  • the compression chamber 239 further includes a vane 233 that reciprocates following the eccentric rotation of the outer periphery of the piston 232 to partition the compression chamber 239 into a low pressure side space and a high pressure side space.
  • An oil hole 241 is formed in the shaft 231 along the central axis of the shaft 231, and an oil supply hole 242 and an oil supply hole communicating with the oil hole 241 are formed at the lower end portion of the upper bearing 234 and the upper end portion of the lower bearing 235. 243 is provided.
  • An oil supply hole 244 communicating with the oil hole 241 is provided in a portion of the shaft 231 that is close to the eccentric portion 231a.
  • An oil groove 245 that passes through the opening of the oil supply hole 244 is formed on the outer periphery of the shaft 231.
  • the cylinder 230 is opened with a suction port 240 for sucking gas into the low pressure side space of the compression chamber 239, and the upper bearing 234 has gas from the high pressure side space of the compression chamber 239 formed by turning from the low pressure side space.
  • a discharge port 238 for discharging the water is opened.
  • the discharge port 238 is formed through the upper bearing 234 and is a circular hole in plan view.
  • a discharge valve 236 is provided above the discharge port 238 in the upper bearing 234, and the discharge valve 236 opens the discharge port 238 when a pressure of a predetermined magnitude or more is received from the discharge port 238.
  • a cup muffler-237 is further disposed on the upper bearing 234 so as to cover the discharge valve 236.
  • the low pressure side space of the compression chamber 239 gradually expands when the sliding contact portion of the piston 232 and the cylinder 230 passes through the suction port 240 due to eccentric rotation. While the low pressure side space of the compression chamber 239 is expanding, gas is sucked into the low pressure side space from the suction port 240. On the other hand, in the high pressure side space of the compression chamber 239, the sliding portion of the piston 232 approaches the discharge port 238 while gradually shrinking, and the gas in the high pressure side space of the compression chamber 239 is compressed to a predetermined pressure or higher.
  • the discharge valve 236 opens and flows out from the discharge port 238 to the cup muffler-237.
  • this oscillating piston type rotary compressor includes a cylinder 130 in which a slot 130b is formed, a piston 132 disposed in the cylinder 130, and a piston 132 that is freely oscillated to accompany the operation of the piston 132. And a vane 133 that reciprocates in the slot 130b.
  • the piston 132 is fitted to the eccentric part of the crankshaft 131.
  • an object of the present invention is to provide a rotary compressor in which leakage of gas and oil from the high pressure side space of the compression chamber to the low pressure side space hardly occurs.
  • the present invention provides a cylinder, an eccentric portion of a shaft, a piston fitted to the eccentric portion, a slot provided in the cylinder, and the piston.
  • a compression chamber is formed between the cylinder and the piston, and the columnar portion is slidably fitted into the groove.
  • the rotary vane reciprocates in the slot as the shaft rotates, and the compression chamber is partitioned into a high-pressure side space and a low-pressure side space by the vane, and the groove has an arc shape.
  • the present invention can increase the arc portion of the groove formed in the piston, the seal width between the high-pressure side space and the low-pressure side space increases. As a result, when the vane reciprocates in the slot, leakage of gas and oil from the high-pressure side space to the low-pressure side space can be suppressed to a minimum, so that a highly efficient rotary compressor can be provided. It becomes.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a compression mechanism portion of the rolling piston type rotary compressor shown in FIG.
  • the present invention is characterized in that a groove provided in the piston is formed in a columnar shape having an arc angle of more than 180 °, and a virtual extension line of the arc is located inside an outer peripheral virtual line of the piston. Since the arc portion of the groove can be increased in the above configuration, the seal width between the high-pressure side space and the low-pressure side space is increased. As a result, when the vane reciprocates in the slot, leakage of gas and oil from the high pressure side space of the compression chamber to the low pressure side space can be reduced, and as a result, the efficiency of the rotary compressor is improved. Further, when machining the groove of the piston, it is possible to first make a hole in the piston and then process other than the arc portion.
  • the main body of the vane has one side surface facing the low-pressure side space, the other side surface facing the high-pressure side space, the upper end of the one side surface, and the upper end of the other side surface. And a lower end surface connected to a lower end of one of the side surfaces and a lower end of the other side surface, and a low-pressure side constricted portion between the one side surface and the cylindrical portion.
  • a high pressure side constricted portion is provided between the other side surface and the cylindrical portion, and when the piston is in contact with the slot, a top clearance volume is provided by the high pressure side constricted portion, the piston, and the cylinder.
  • a clearance volume is formed by the low-pressure side constricted portion, the piston, and the cylinder, and the top clearance volume is converted to the clearance volume. It characterized by being smaller than.
  • a virtual center plane passing through the center of the cylindrical portion and parallel to the virtual center plane with respect to the virtual center plane of the pair of side surfaces. The surface is close to the other side surface.
  • the high-pressure side constriction portion is made smaller than the low-pressure side constriction portion.
  • a rotary compressor it is necessary to provide a relief space by providing a low-pressure side constriction part and a high-pressure side constriction part.
  • the top clearance volume formed by the high-pressure side constriction, the piston, and the cylinder is lost due to re-expansion during inhalation.
  • the efficiency of the compressor is improved. More preferably, a mark is provided on the upper end surface or the lower end surface.
  • this mark can be used as a mark for determining whether the vane is up or down during assembly, it is possible to reduce a loss due to a wrong assembly of the rotary compressor.
  • the mark is preferably a depression.
  • CO2 refrigerant can be used as the working fluid.
  • the CO2 refrigerant has a large differential pressure and a large sliding loss and leakage loss.
  • the CO2 refrigerant is more suitable for using CO2 as the working fluid by making the cylindrical portion and the groove as described above. As a result, the efficiency and reliability of the compressor can be improved.
  • the rotary compressor according to the present invention it is possible to use a refrigerant in which a hydrofluoroolefin having a double bond between carbon and carbon as a base component and a mixture of hydrofluorocarbon having no double bond are used as a working refrigerant. . Since this refrigerant does not contain chlorine, the reliability of the sliding portion is very strict. However, it is possible to improve the efficiency and reliability of the compressor more effectively by forming the groove as described above and using this refrigerant. Moreover, since this refrigerant has no ozone destruction and a low global warming potential, it can contribute to the configuration of an air-conditioning cycle that is friendly to the earth.
  • FIG. 1 is a partial longitudinal sectional view of a swinging piston type rotary compressor according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the compression mechanism of the rotary compressor shown in FIG.
  • the rotary compressor houses an electric motor 2, a compression mechanism unit 3, and a shaft 31 in a sealed container 1, and the electric motor 2 and the compression mechanism unit 3 are connected by a shaft 31.
  • the compression mechanism unit 3 includes a cylinder 30 and an upper bearing 34 and a lower bearing 35 that close the upper end surface and the lower end surface of the cylinder 30.
  • the upper bearing 34 and the lower bearing 35 support the shaft 31.
  • the shaft 31 forms an eccentric portion 31 a, and the eccentric portion 31 a is disposed in the cylinder 30.
  • the piston 32 is fitted into the eccentric portion 31a.
  • a compression chamber 39 is formed between the cylinder 30 and the piston 32 by a space surrounded by the upper bearing 34 and the lower bearing 35.
  • the compression chamber 39 further includes a vane 33 that partitions the compression chamber 39 into a low-pressure side space 39a and a high-pressure side space 39b.
  • the cylinder 30 is provided with a slot 30b.
  • the main body portion of the vane 33 is inserted into the slot 30b so as to be able to reciprocate. Further, a cylindrical portion 33a as shown in FIGS.
  • 3 to 5 is formed at one end of the vane 33, and the cylindrical portion 33a of the vane 33 is slidably fitted into a groove 32a formed on the outer periphery of the piston 32.
  • the groove 32 a is formed in parallel with the rotation axis of the piston 32.
  • An oil hole 41 is formed in the shaft 31 along the central axis of the shaft 31, and an oil supply hole 42 and an oil supply hole communicating with the oil hole 41 are formed at the lower end portion of the upper bearing 34 and the upper end portion of the lower bearing 35. 43 is provided.
  • An oil supply hole 44 communicating with the oil hole 41 is provided in a portion of the shaft 31 that is close to the eccentric portion 31a.
  • An oil groove 45 that passes through the oil supply hole 44 is formed on the outer periphery of the shaft 31.
  • the cylinder 30 is opened with a suction port 40 for sucking gas as a working fluid into the low pressure side space 39a of the compression chamber 39, and the upper bearing 34 is formed with a compression chamber 39 formed by turning from the low pressure side space 39a.
  • a discharge port 38 for discharging gas from the high pressure side space 39b is opened.
  • the discharge port 38 is formed as a circular hole penetrating the upper bearing 34 in plan view.
  • a discharge valve 36 is provided above the discharge port 38 of the upper bearing 34 and is opened when pressure of a predetermined magnitude or more is received from the discharge port 38.
  • a cup muffler 37 is further disposed on the upper bearing 34 so as to cover the discharge valve 36.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state transition of the compression mechanism unit 3 during one rotation of the shaft 31 shown in FIG.
  • the position at which the cylindrical portion 33 a of the vane 33 is closest to the inner wall of the cylinder 30 is defined as 0 degree.
  • the low pressure side space 39a of the compression chamber 39 gradually expands, Gas is sucked from the port 40.
  • the high pressure side space 39b of the compression chamber 39 is gradually reduced to compress the gas in the high pressure side space 39b.
  • the discharge valve 36 opens, and the gas flows out from the discharge port 38.
  • the outflowing gas is discharged from the cup muffler 37 shown in FIG. 1 into the high-pressure discharge space 52 inside the sealed container 1, more specifically, outside the compression mechanism section 3.
  • a space 46 is formed between the eccentric portion 31a, the upper bearing 34, and the piston 32
  • a space 47 is formed between the eccentric portion 31a, the lower bearing 35, and the piston 32. Is formed. Oil leaks into these spaces 46 and 47 from the oil hole 41 through the oil supply holes 42 and 43. The spaces 46 and 47 are in a state higher than the pressure inside the compression chamber 39 during normal operation.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the piston 32 and the vane 33 shown in FIGS.
  • the vane 33 has a cylindrical portion 33a at one end.
  • the main body of the vane 33 is connected to one side surface 33b facing the low pressure side space 39a, the other side surface 33c facing the high pressure side space 39b, and the upper end of one side surface 33b and the upper end of the other side surface 33c. It is comprised from the end surface 33d and the lower end surface 33e connected with the lower end of one side 33b, and the lower end of the other side 33c.
  • a low-pressure side constricted portion 33f is provided between one side surface 33b and the cylindrical portion 33a
  • a high-pressure side constricted portion 33g is provided between the other side surface 33c and the cylindrical portion 33a.
  • the piston 32 is provided with a groove 32a formed in a columnar shape having substantially the same diameter as the columnar portion 33a and having an arc angle of more than 180 °.
  • the cylindrical portion 33a is swingably fitted in the groove 32a, and both are connected.
  • the virtual extension line La of the arc of the groove 32 a is located inside the outer peripheral virtual line Lb of the piston 32.
  • the arc of the groove 32a can be enlarged, and the inner peripheral area of the groove 32a with which the cylindrical portion 33a contacts can be increased. Accordingly, the seal width between the high-pressure side space 39b and the low-pressure side space 39a in the compression chamber 39 is increased, and the leakage of gas and oil is reduced, thereby improving the efficiency of the compressor.
  • it can be manufactured by first making a cylindrical hole in the piston 32 and then removing portions other than the arc by cutting.
  • the processing accuracy such as the roundness of the arc portion of the groove 32a and the perpendicularity to the piston 32 is improved, the processing cost can be reduced, and the efficiency is also improved.
  • the virtual extension line La is outside the outer peripheral virtual line Lb as in the comparative example shown in FIG. 6, the arc portion of the groove 32a decreases and the seal width also decreases.
  • the virtual plane Pd that passes through the center of the cylindrical portion 33a and is parallel to the virtual center plane Pa It is preferable that the cylindrical portion 33a is provided on the vane 33 so as to be close to the side surface 33c.
  • the oscillating piston type rotary compressor in order to avoid contact between the piston 32 and the vane 33 during movement, it is necessary to provide a relief space by providing the low-pressure side constricted portion 33f and the high-pressure side constricted portion 33g.
  • the top clearance volume Vg is formed by the high pressure side constricted portion 33g, the piston 32, and the cylinder 30, and the clearance volume Vf is formed by the low pressure side constricted portion 33f, the piston 32, and the cylinder 30. Is formed.
  • the top clearance volume Vg is lost because it re-expands during gas inhalation. Therefore, as shown in FIG. 7, by making the high-pressure side constricted portion 33g smaller than the low-pressure side constricted portion 33f, the top clearance volume Vg becomes smaller than the clearance volume Vf, and the loss during inhalation is reduced. Increases efficiency. Further, as shown in FIG.
  • the top clearance volume Vg is larger than the clearance volume as shown in FIG. 7 as compared with the case where the cylindrical portion 33a is provided in the vane 33 so that the virtual center plane Pa and the virtual plane Pd coincide with each other.
  • the mark 33h may be provided on the lower end surface 33e instead of the upper end surface 33d of the vane 33.
  • this compressor is suitable for using a CO2 refrigerant as a working fluid.
  • the CO2 refrigerant has a large differential pressure and a large leakage loss and sliding loss.
  • the efficiency and reliability of the compressor can be improved more effectively. It becomes.
  • a refrigerant in which a hydrofluoroolefin having a double bond between carbon and carbon as a base component and a hydrofluorocarbon having no double bond is mixed can be used as a working fluid. Since this refrigerant does not contain chlorine, the reliability of the sliding portion is very severe.
  • the piston 32 and the vane 33 according to this embodiment the reliability and efficiency can be improved more effectively.
  • an earth-friendly air conditioning cycle can be configured.
  • the rotary compressor according to the present invention is less likely to cause leakage of gas and oil from the high pressure side space of the compression chamber to the low pressure side space 39a, and is suitable for a water heater device, an air conditioner, a refrigerator, a dehumidifier, and the like.

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Abstract

　ロータリ圧縮機は、シリンダ３０と、シリンダ３０内に配置される、シャフト３１の偏心部３１ａと、偏心部３１ａに嵌合され、円弧角が１８０°超の円柱状の溝３２ａが形成されたピストン３２と、シリンダ３０に形成されたスロット内に挿入されるピストン３２と、シリンダ３０に設けたスロット３０ｂと、ピストン３２に設けた溝３２ａと、一方の端部に円柱部３３ａを設けたベーン３３と、を備え、シリンダ３０とピストン３２との間に圧縮室３９が形成され、円柱部３３ａが溝３２ａに揺動自在に嵌合し、シャフト３１の回転に伴ってベーン３３がスロット３０ｂ内を往復動作し、ベーン３３によって圧縮室３９が高圧側空間３９ｂと低圧側空間３９ａとに仕切られ、ピストン３２に設けた溝３２ａが、円弧の角が１８０°超の円柱状に形成され、円弧の仮想延長線Ｌａがピストン３２の外周仮想線Ｌｂより内側に位置し、圧縮室３９の高圧側空間３９ｂから低圧側空間３９ａへのガスやオイルの漏れが生じにくい。

Description

ロータリ圧縮機
　本発明は、円柱部を有するベーンを備え、この円柱部がシリンダに形成されたスロット内に挿入されることで、ベーンによって圧縮室を高圧側空間と低圧側空間とに仕切るロータリ圧縮機に関する。
　従来、冷凍装置や空気調和装置においては、蒸発器で蒸発したガス冷媒を吸入し、吸入したガス冷媒を凝縮するために必要な圧力まで圧縮し、冷媒回路中に高温高圧のガス冷媒を送り出す、圧縮機が使用されている。このような圧縮機の一つとして、ローリングピストン型ロータリ圧縮機（以下、単にロータリ圧縮機という）が知られている。
　図１０は、従来のロータリ圧縮機の一例を示す部分縦断面図である。また、図１１は、図１０に示すロータリ圧縮機の、面Ａ－Ａに沿う横断面図である。
　図１０，１１に例示されるように、ロータリ圧縮機は、密閉容器２０１内に、電動機２０２、圧縮機構部２０３、及びシャフト２３１を収納し、電動機２０２と圧縮機構部２０３とはシャフト２３１で連結されている。圧縮機構部２０３は、シリンダ２３０と、該シリンダ２３０の上端面及び下端面を閉塞する上軸受２３４及び下軸受２３５とを備えている。シリンダ２３０、上軸受２３４、及び下軸受２３５により、圧縮室２３９と呼ばれる空間が形成される。
　圧縮室２３９内には、上軸受２３４及び下軸受２３５に支持されるシャフト２３１の偏心部２３１ａに嵌合されたピストン２３２が備わる。圧縮室２３９内にはさらに、ピストン２３２の外周の偏心回転に追従して往復運動し、圧縮室２３９内を低圧側空間と高圧側空間とに仕切るベーン２３３が備わる。
　シャフト２３１には、シャフト２３１の中心軸に沿って油穴２４１が形成されると共に、上軸受２３４の下端部分及び下軸受２３５の上端部分には、油穴２４１に連通した給油穴２４２及び給油穴２４３が設けられている。また、シャフト２３１において、偏心部２３１ａに近接する部分には、上記油穴２４１に連通した給油穴２４４が設けられる。また、シャフト２３１の外周には、この給油穴２４４の開口部分を通る油溝２４５が形成されている。
　シリンダ２３０には、圧縮室２３９の低圧側空間にガスを吸入する吸入ポート２４０が開通されており、上軸受２３４には、低圧側空間から転じて形成される圧縮室２３９の高圧側空間からガスを吐出する吐出ポート２３８が開通されている。吐出ポート２３８は、上軸受２３４を貫通して形成され、平面視で円形の孔としている。また、上軸受２３４において吐出ポート２３８の上方には、吐出弁２３６が設けられており、吐出弁２３６は、所定の大きさ以上の圧力を吐出ポート２３８から受けた場合に吐出ポート２３８を開放する。上軸受２３４にはさらに、吐出弁２３６を覆うように、カップマフラ－２３７が配置されている。
　以上のような構成のロータリ圧縮機において、圧縮室２３９の低圧側空間は、ピストン２３２とシリンダ２３０の摺接部分が偏心回転により吸入ポート２４０を通過すると、徐々に拡大する。圧縮室２３９の低圧側空間が拡大している間、吸入ポート２４０から低圧側空間内にガスが吸入される。一方、圧縮室２３９の高圧側空間では、徐々に縮小しながらピストン２３２の摺動部が吐出ポート２３８に近づき、圧縮室２３９の高圧側空間内のガスは、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁２３６が開いて吐出ポート２３８からカップマフラ－２３７に流出する。カップマフラ－２３７内のガスは、密閉容器２０１内に吐出される。
　上記の構成では、ピストン２３２とベーン２３３の先端との摺動部分では、オイルが保持されにくく、摺動性が厳しい。つまり油膜が形成されにくいため、金属接触が起こり、磨耗が起こりやすい。さらに、近年使用されはじめた非共沸混合冷媒のＲ４０７ＣやＲ４１０Ａを、従来のロータリ圧縮機で使用すると、これら冷媒自身の潤滑性が悪いため、上記摺動部分での磨耗がさらに発生しやすい。
　そこで、このような磨耗の問題を解決する手段がいくつか提案されている。図１２は、上記磨耗の問題の一解決手段である揺動ピストン型ロータリ圧縮機の要部を示す横断面図である。図１２において、この揺動ピストン型ロータリ圧縮機は、スロット１３０ｂを形成したシリンダ１３０と、シリンダ１３０内に配置されたピストン１３２と、ピストン１３２に揺動自由に接続されてピストン１３２の動作に伴ってスロット１３０ｂ内を往復運動するベーン１３３とを備えている。ピストン１３２は、クランク軸１３１の偏心部に嵌合されている。このように、ベーン１３３をピストン１３２に揺動自由に接続することで、ピストン１３２とベーン１３３の先端との揺動部にオイルが保持されやすくなり、保持されたオイルによって油膜が形成されるため、ベーン１３３の先端の信頼性を大幅に向上させることが出来る（例えば特許文献１を参照）。
特開２０００－１２０５７２号公報
　しかしながら、図１２に示す揺動ピストン型ロータリ圧縮機では、ピストン１３２とベーン１３３との揺動部には必ず隙間を設けなければならないため、前述のロータリ圧縮機と較べて、揺動部の隙間を通じて、ガスやオイルが圧縮室の高圧側空間から低圧側空間へと漏れやすい。その結果、従来の揺動ピストン型ロータリ圧縮機では、圧縮損失が増加し、圧縮機の効率が低下するという課題があった。
　それゆえに、本発明は、圧縮室の高圧側空間から低圧側空間へのガスやオイルの漏れが生じにくいロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、シリンダと、前記シリンダ内に配置される、シャフトの偏心部と、前記偏心部に嵌合されるピストンと、前記シリンダに設けたスロットと、前記ピストンに設けた溝と、一方の端部に円柱部を設けたベーンと、を備え、前記シリンダと前記ピストンとの間に圧縮室が形成され、前記円柱部が前記溝に揺動自在に嵌合し、前記シャフトの回転に伴って前記ベーンが前記スロット内を往復動作し、前記ベーンによって前記圧縮室が高圧側空間と低圧側空間とに仕切られるロータリ圧縮機であって、前記溝が、円弧の角が１８０°超の円柱状に形成され、前記円弧の仮想延長線が前記ピストンの外周仮想線より内側に位置することを特徴とする。
　上記構成によれば、本発明は、ピストンに形成される溝の円弧部分を増加させることが出来るため、高圧側空間と低圧側空間との間のシール幅が増加する。これにより、ベーンがスロット内を往復運動する際に、高圧側空間から低圧側空間へのガスやオイルの漏れを最小限に抑制できるので、高い効率を持ったロータリ圧縮機を提供することが可能となる。
本発明の一実施形態に係る揺動ピストン型ロータリ圧縮機の部分縦断面図 同ロータリ圧縮機の圧縮機構の拡大断面図 同ロータリ圧縮機におけるシャフトが一回転する間における圧縮機構部の状態遷移を示す図 同ロータリ圧縮機におけるピストンとベーンとの分解斜視図 同ロータリ圧縮機におけるピストンの溝を示す要部拡大図 比較例による図５相当図 同ロータリ圧縮機におけるベーンの一実施形態を示す要部拡大図 同ロータリ圧縮機におけるベーンの他の実施形態を示す要部拡大図 同ロータリ圧縮機におけるベーンの更に他の実施形態を示す斜視図 従来のローリングピストン型ロータリ圧縮機の縦断面図 図１０に示すローリングピストン型ロータリ圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図 従来の揺動ピストン型ロータリ圧縮機の圧縮機構部を示す横断面図
　３０　シリンダ
　３０ｂ　スロット
　３１　シャフト
　３１ａ　偏心部
　３２　ピストン
　３２ａ　溝
　３３　ベーン
　３３ａ　円柱部
　Ｌａ　仮想延長線
　Ｌｂ　外周仮想線
　本発明は、前記ピストンに設けた溝が、円弧の角が１８０°超の円柱状に形成され、前記円弧の仮想延長線が前記ピストンの外周仮想線より内側に位置することを特徴とする。
　上記構成にて溝の円弧部を増加させることが出来ることから、高圧側空間と低圧側空間との間のシール幅が増加する。これによって、ベーンがスロット内を往復運動する際に、圧縮室の高圧側空間から低圧側空間へのガスやオイルの漏れを減少させることができ、その結果、ロータリ圧縮機の効率が向上する。また、ピストンの溝を加工する際に、最初にピストンに穴を空け、その後に円弧部以外の加工を施すことが出来る。これにより、溝の円弧部の真円度や直角度などの加工精度が向上し、加工コストを低減できるとともに、ロータリ圧縮機の効率も向上する。
　好ましくは、本発明は、前記ベーンの本体が、前記低圧側空間に面する一方の側面と、前記高圧側空間に面する他方の側面と、一方の前記側面の上端と他方の前記側面の上端とに連接する上端面と、一方の前記側面の下端と他方の前記側面の下端とに連接する下端面と、から構成され、一方の前記側面と前記円柱部との間には低圧側くびれ部を設け、他方の前記側面と前記円柱部との間には高圧側くびれ部を設け、前記ピストンが前記スロットに接触した状態では、前記高圧側くびれ部、前記ピストン、及び前記シリンダによってトップクリアランスボリュームが形成され、前記低圧側くびれ部、前記ピストン、及び前記シリンダによってクリアランスボリュームが形成され、前記トップクリアランスボリュームを前記クリアランスボリュームよりも小さくしたことを特徴とする。
　そして、本発明では、前記トップクリアランスボリュームを前記クリアランスボリュームよりも小さくする一つの手段として、一対の前記側面の仮想中心面に対して、前記円柱部の中心を通り前記仮想中心面に平行な仮想面が、他方の前記側面に寄っていることを特徴とする。
　また、本発明では、前記トップクリアランスボリュームを前記クリアランスボリュームよりも小さくする他の手段として、前記高圧側くびれ部を前記低圧側くびれ部よりも小さくしたことを特徴とする。ロータリ圧縮機では、低圧側くびれ部や高圧側くびれ部を設けて逃がしスペースを設ける必要がある。高圧側くびれ部、ピストン、及びシリンダによって形成されるトップクリアランスボリュームは、吸入時に再膨張することにより損失となる。しかし、トップクリアランスボリュームをクリアランスボリュームよりも小さくすることで高圧ガスの低圧側空間への移動量が減ることから、圧縮機の効率が向上する。
　さらに好ましくは、前記上端面又は前記下端面にマークを設けたことを特徴とする。このマークは組み立て時に、ベーンの上下を判断する目印とすることができるので、ロータリ圧縮機の組み立て間違いによるロスを減少することが可能となる。ここでマークはくぼみとすることが好ましい。
　本発明によるロータリ圧縮機では、作動流体として、ＣＯ２冷媒を用いることが可能である。ＣＯ２冷媒は、差圧が大きく、摺動損失や漏れ損失が大きいが、円柱部と溝とを上記のようにすることで、作動流体としてＣＯ２を用いるのにはより好適になる。これにより、圧縮機の効率と信頼性を向上させることが可能となる。
　本発明によるロータリ圧縮機では、作動冷媒として炭素と炭素との間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いることが可能である。この冷媒は、塩素を含まないため摺動部分の信頼性が非常に厳しい。しかし、溝を上記のように形成し、この冷媒を用いることで、より効果的に圧縮機の効率と信頼性を向上させることが可能となる。また、この冷媒に関しては、オゾン破壊が無く、地球温暖化係数が低いため、地球に優しい空調サイクルの構成に寄与することが可能となる。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る揺動ピストン型ロータリ圧縮機の部分縦断面図である。図２は、図１に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の要部拡大断面図である。
　図１及び図２に示すように、ロータリ圧縮機は、密閉容器１内に、電動機２、圧縮機構部３、及びシャフト３１を収納し、電動機２と圧縮機構部３とはシャフト３１で連結されている。圧縮機構部３は、シリンダ３０と、該シリンダ３０の上端面及び下端面を閉塞する上軸受３４及び下軸受３５とを備えている。上軸受３４及び下軸受３５はシャフト３１を支持している。
　シャフト３１は偏心部３１ａを形成しており、偏心部３１ａはシリンダ３０内に配置される。ピストン３２はこの偏心部３１ａに嵌合されている。シリンダ３０とピストン３２との間で、上軸受３４及び下軸受３５により囲まれる空間によって圧縮室３９が形成される。圧縮室３９内にはさらに、圧縮室３９内を低圧側空間３９ａと高圧側空間３９ｂとに仕切るベーン３３を備えている。シリンダ３０にはスロット３０ｂが設けられている。ベーン３３の本体部分は、スロット３０ｂ内に往復運動可能に挿入されている。またベーン３３の一方の端部には、図３から図５に示すような円柱部３３ａが形成され、ベーン３３の円柱部３３ａはピストン３２の外周に形成された溝３２ａに揺動自在に嵌合されている。溝３２ａは、ピストン３２の回転軸と平行に形成されている。
　シャフト３１には、シャフト３１の中心軸に沿って油穴４１が形成されると共に、上軸受３４の下端部及び下軸受３５の上端部には、油穴４１に連通した給油穴４２及び給油穴４３が設けられている。また、シャフト３１において偏心部３１ａに近接する部分には、油穴４１に連通した給油穴４４が設けられている。また、シャフト３１の外周には、この給油穴４４を通る油溝４５が形成されている。
　シリンダ３０には、圧縮室３９の低圧側空間３９ａに作動流体としてのガスを吸入する吸入ポート４０が開通されており、上軸受３４には、低圧側空間３９ａから転じて形成される圧縮室３９の高圧側空間３９ｂからガスを吐出する吐出ポート３８が開通されている。吐出ポート３８は、上軸受３４を貫通する、平面視では円形の孔として形成される。また、上軸受３４の吐出ポート３８の上方には、所定の大きさ以上の圧力を吐出ポート３８から受けた場合に開放される吐出弁３６が設けられている。上軸受３４にはさらに、吐出弁３６を覆うように、カップマフラ－３７が配置されている。
　図３は、図１に示すシャフト３１が一回転する間における圧縮機構部３の状態遷移を示す図である。なお、図３では、ベーン３３の円柱部３３ａがシリンダ３０の内壁に最も近接する位置を０度としている。図３において、ピストン３２とシリンダ３０との摺接部分が、吸入ポート４０を通過し、更に吸入ポート４０から離れていくと、圧縮室３９の低圧側空間３９ａは徐々に拡大することで、吸入ポート４０からガスを吸入する。一方、圧縮室３９の高圧側空間３９ｂは、徐々に縮小することで、高圧側空間３９ｂ内のガスを圧縮する。圧縮室３９の高圧側空間３９ｂ内のガスが所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６（図１参照）が開き、ガスは吐出ポート３８から流出する。流出したガスは、図１に示すカップマフラ－３７より密閉容器１内、より具体的には圧縮機構部３の外側である高圧の吐出空間５２に吐出される。
　一方、偏心部３１ａ、上軸受３４、及びピストン３２の間には空間４６（図２参照）が形成され、偏心部３１ａ、下軸受３５、及びピストン３２の間には空間４７（図２参照）が形成される。これらの空間４６，４７には、油穴４１から給油穴４２，４３を経て油が漏れ込んでくる。また、この空間４６，４７は、通常運転時には、圧縮室３９の内部の圧力より高い状態にある。
　図４は、図１，２に示すピストン３２とベーン３３との分解斜視図である。図４において、ベーン３３は、円柱部３３ａを一方の端部に有する。ベーン３３の本体は、低圧側空間３９ａに面する一方の側面３３ｂと、高圧側空間３９ｂに面する他方の側面３３ｃと、一方の側面３３ｂの上端と他方の側面３３ｃの上端とに連接する上端面３３ｄと、一方の側面３３ｂの下端と他方の側面３３ｃの下端とに連接する下端面３３ｅとから構成されている。また、一方の側面３３ｂと円柱部３３ａとの間には低圧側くびれ部３３ｆを設け、他方の側面３３ｃと円柱部３３ａとの間には高圧側くびれ部３３ｇを設けている。また、ピストン３２には、この円柱部３３ａの直径と概ね同径で、円弧の角が１８０°超の円柱状に形成された溝３２ａを設けている。円柱部３３ａはこの溝３２ａに揺動自在に嵌合して、両者は接続される。
　ここで、図５に示すように、溝３２ａの円弧の仮想延長線Ｌａは、ピストン３２の外周仮想線Ｌｂより内側に位置する。仮想延長線Ｌａを外周仮想線Ｌｂより内側に位置させるように溝３２ａを設けることで、溝３２ａの円弧を大きくでき、円柱部３３ａが接触する溝３２ａ内周面積を増加させることができる。従って、圧縮室３９における高圧側空間３９ｂと低圧側空間３９ａとの間のシール幅が増加し、ガスやオイルの漏れが減少することにより、圧縮機の効率が向上する。また、ピストン３２の溝３２ａを加工する際には、最初にピストン３２に円柱状の穴を空け、その後に円弧以外の部分を切削加工によって取り除くことで製作することができる。これにより、溝３２ａの円弧部の真円度やピストン３２に対する直角度などの加工精度が向上し、加工コストを低減できるとともに、効率も向上する。
　それに対し、図６に示す比較例のように、仮想延長線Ｌａが外周仮想線Ｌｂより外側にあると、溝３２ａの円弧部が減少し、シール幅も減少する。
　また、図７に示すように、一対の側面３３ｂ、３３ｃの仮想中心面Ｐａに対して、円柱部３３ａの中心を通り仮想中心面Ｐａに平行な仮想面Ｐｄが、仮想中心面Ｐａよりも他方の側面３３ｃに寄せて円柱部３３ａをベーン３３に設けることが好ましい。ここで、揺動ピストン型ロータリ圧縮機では、ピストン３２とベーン３３の運動中の接触をさけるため、低圧側くびれ部３３ｆや高圧側くびれ部３３ｇを設けて逃がしスペースを設ける必要がある。従って、ピストン３２がスロット３０ｂに接触した状態では、高圧側くびれ部３３ｇ、ピストン３２、及びシリンダ３０によってトップクリアランスボリュームＶｇが形成され、低圧側くびれ部３３ｆ、ピストン３２、及びシリンダ３０によってクリアランスボリュームＶｆが形成される。ここでトップクリアランスボリュームＶｇはガス吸入時に再膨張するために、損失となる。従って、図７に示すように、高圧側くびれ部３３ｇを低圧側くびれ部３３ｆよりも小さくすることで、トップクリアランスボリュームＶｇがクリアランスボリュームＶｆよりも小さくなり、吸入時における損失が減少し、圧縮機の効率が向上する。
　また、図８に示すように、仮想中心面Ｐａと仮想面Ｐｄを一致させるように円柱部３３ａをベーン３３に設ける場合と比較して、図７に示すように、トップクリアランスボリュームＶｇがクリアランスボリュームＶｆよりも小さくなるように円柱部３３ａを設けることにより、吸入時における損失が減少し、圧縮機の効率が向上する。
　また、図９に示すように、ベーン３３の上端面３３ｄに、例えば小さなくぼみをマーク３３ｈとして設けることが好ましい。これにより、組み立て時に上下方向を判断する目印となり、組み立て間違いによるロスを減少することが可能となる。なお、マーク３３ｈはベーン３３の上端面３３ｄに代えて下端面３３ｅに設けてもよい。
　また、本圧縮機では、作動流体としてＣＯ２冷媒を用いるのに好適である。ＣＯ２冷媒は、差圧が大きく、漏れ損失と摺動損失が大きいが、本実施形態に係るピストン３２とベーン３３を採用することにより、より効果的に圧縮機の効率と信頼性の向上が可能となる。
　また、本圧縮機では、作動流体として、炭素と炭素との間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒を用いることができる。この冷媒は塩素を含まないため摺動部の信頼性が非常に厳しいが、本実施形態に係るピストン３２とベーン３３を採用することにより、より効果的に信頼性と効率を向上することが出来る。さらに、オゾン破壊のないまた地球温暖化係数の低い冷媒であるため、地球に優しい空調サイクルを構成することができる。
　本発明に係るロータリ圧縮機は、圧縮室の高圧側空間から低圧側空間３９ａへのガスやオイルの漏れが生じにくく、給湯器装置、空気調和機、冷凍冷蔵庫、除湿機等に好適である。

Claims (8)

  1. 　シリンダと、
    前記シリンダ内に配置される、シャフトの偏心部と、
    前記偏心部に嵌合されるピストンと、
    前記シリンダに設けたスロットと、
    前記ピストンに設けた溝と、
    一方の端部に円柱部を設けたベーンと、
    を備え、
    前記シリンダと前記ピストンとの間に圧縮室が形成され、
    前記円柱部が前記溝に揺動自在に嵌合し、
    前記シャフトの回転に伴って前記ベーンが前記スロット内を往復動作し、
    前記ベーンによって前記圧縮室が高圧側空間と低圧側空間とに仕切られるロータリ圧縮機であって、
    前記溝が、円弧の角が１８０°超の円柱状に形成され、
    前記円弧の仮想延長線が前記ピストンの外周仮想線より内側に位置することを特徴とする、ロータリ圧縮機。
  2. 　前記ベーンの本体が、
    前記低圧側空間に面する一方の側面と、
    前記高圧側空間に面する他方の側面と、
    一方の前記側面の上端と他方の前記側面の上端とに連接する上端面と、
    一方の前記側面の下端と他方の前記側面の下端とに連接する下端面と、
    から構成され、
    一方の前記側面と前記円柱部との間には低圧側くびれ部を設け、
    他方の前記側面と前記円柱部との間には高圧側くびれ部を設け、
    前記ピストンが前記スロットに接触した状態では、
    前記高圧側くびれ部、前記ピストン、及び前記シリンダによってトップクリアランスボリュームが形成され、
    前記低圧側くびれ部、前記ピストン、及び前記シリンダによってクリアランスボリュームが形成され、
    前記トップクリアランスボリュームを前記クリアランスボリュームよりも小さくしたことを特徴とする、請求項１に記載のロータリ圧縮機。
  3. 　一対の前記側面の仮想中心面に対して、前記円柱部の中心を通り前記仮想中心面に平行な仮想面が、他方の前記側面に寄っていることを特徴とする、請求項２に記載のロータリ圧縮機。
  4. 　前記高圧側くびれ部を前記低圧側くびれ部よりも小さくしたことを特徴とする、請求項２又は請求項３に記載のロータリ圧縮機。
  5. 　前記上端面又は前記下端面にマークを設けたことを特徴とする、請求項２に記載のロータリ圧縮機。
  6. 　前記マークをくぼみとしたことを特徴とする、請求項５に記載のロータリ圧縮機。
  7. 作動流体として、ＣＯ２冷媒が用いられることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
  8. 　作動流体として、炭素と炭素との間に２重結合を有するハイドロフルオロオレフィンをベース成分とし、２重結合を有しないハイドロフルオロカーボンを混合した冷媒が用いられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のロータリ圧縮機。
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