(57)【要約】【課題】ローラ端面の摺動面の摩擦抵抗を抑制しながら漏れ損失を低減し、材料費を現状よりも上げずに圧縮機の高効率化を図ることを課題としている。【解決手段】ローラ内面部に前記クランク軸の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝を設け、螺旋溝がオイルの流れる方向に向かって溝断面積が縮小している構成により、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。同時に、ローラ端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機と圧縮機構部をクランク軸で連結して密閉容器内に収納したものであって、前記圧縮機構部は、シリンダと、前記シリンダ内に設けられた前記クランク軸の偏心部に嵌合されたローラと、前記ローラの偏心回転に追従して前記シリンダに設けられたスロット内を往復運動するベーンと、前記シリンダの両端面を閉塞し前記クランク軸を支持する上軸受と下軸受とからなるロータリ圧縮機において、前記ローラ内面部に前記クランク軸の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝を設け、前記螺旋溝がオイルの流れる方向に向かって溝断面積が縮小していることを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
クランク軸の軸方向に対し螺旋溝の下端開口部の角度より上端開口部の角度を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
螺旋溝がローラとクランク軸の摺動部内で閉塞していることを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
螺旋溝を複数個設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
作動流体として高圧冷媒であるＣＯ２を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるロータリ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、冷凍装置や空気調和装置などにおいては、蒸発器で蒸発したガス冷媒を吸入し、凝縮するために必要な圧力まで圧縮して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、ロータリ圧縮機が知られている。
【０００３】
ロータリ圧縮機は、たとえば図８に示すように、電動機２と圧縮機構部３をクランク軸３１で連結して密閉容器１内に収納したものであって、圧縮機構部３は、シリンダ３０とこのシリンダ３０の両端面を閉塞する上軸受３４と下軸受３５とで形成された圧縮室３９と、この圧縮室３９内に上軸受３４および下軸受３５に支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたローラ３２と、このローラ３２の外周の偏心回転に追従して往復運動し圧縮室３９内を低圧部と高圧部とに仕切るベーン３３を備えている。クランク軸３１には軸線部に油穴４１が設けられるとともに、上軸受、下軸受に対する壁部には、それぞれ油穴４１に連通した給油穴４２、４３が設けられている。また、クランク軸３１の偏心部３１ａに対する壁部には油穴４１に連通した給油穴４４が設けられ、外周部には油溝４５が形成されている。一方、シリンダ３０には、圧縮室３９内の低圧部に向けてガスを吸入する吸入ポート４０が開通され、上軸受３４には、圧縮室３９内の低圧部から転じて形成される高圧部からガスを吐出する吐出ポート３８が開通されており、ローラ３２はシリンダ３０が上軸受３４，下軸受３５に上下から閉塞されることによって形成される圧縮室３９に収容されている。
【０００４】
吐出ポート３８は上軸受３４を貫通する平面視円形の孔として形成されており、吐出ポート３８の上面には所定の大きさ以上の圧力を受けた場合に解放される吐出弁３６が設けられており、この吐出弁３６を覆うカップマフラー３７とで構成されている。
【０００５】
低圧部側ではローラ３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室を徐々に拡大しながら離れていき、吸入ポート４０から吸入室内にガスを吸入する。一方、高圧部側ではローラ３２の摺動部が吐出ポート３８へ圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開いて吐出ポート３８からガスを流出し、カップマフラー３７より密閉容器１内に吐出される。
【０００６】
圧縮機構部の外周は高圧の吐出空間５２となっている。一方、偏心部３１ａの上端面と上軸受３４とローラ３２の内周面との間には空間４６があり、偏心部３１ａの下端面と下軸受３５とローラ３２の内周面との間には空間４７がある。その空間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はほとんど常に圧縮室３９内部の圧力より高い状態にある。
【０００７】
一方、シリンダ３０の高さはローラ３２が内部で摺動できるようにこのローラ３２の高さよりやや大きめに設定しなければならず、その結果として、このローラ３２の端面と上軸受３４、下軸受３５の端面との間に隙間がある。そのため、この隙間を介して空間４６，４７から圧縮室３９へ油が漏れる。
【０００８】
一般に冷凍機油は冷媒を溶解し、その溶解度は圧力が高い程大きい。したがって高圧の
空間４６、４７から低圧の圧縮室３９に油が漏れた場合、冷媒溶解度が小さくなるため、溶存冷媒が蒸発してくる。これは結局ガス漏れであり、圧縮機の効率を低下させる一因となる。
【０００９】
よって、シリンダ３０の高さとローラ３２の高さの差を小さくすることで、ガス漏れは抑制できるが、ローラ３２の端面の摺動が厳しくなり、磨耗や焼き付き等の問題が発生する。一方、シリンダ３０の高さとローラ３２の高さの差を大きくすることで、磨耗や焼き付き等は解消されるが漏れによる圧縮機の効率低下を引き起こす。
【００１０】
したがって、従来はローラ３２端面の隙間からの漏れを低減し、かつ摺動を低減することが求められていた。図７は特許文献１に記載された従来のロータリ圧縮機を示すものである。図７に示すように電動機の回転力を圧縮部に伝達するクランク軸のスラスト軸受を下軸受に当接させて支持すると供に下端を密閉容器の底面に溜められた潤滑油に浸け、クランク軸の回転に伴ってこのクランク軸の中空部を介して潤滑油を汲み上げ、汲み上げた潤滑油を各部に供給してなるロータリ圧縮機において、下軸受を鉄系金属で構成し、クランク軸のスラスト軸受に、連帯焼結したバイメタル上に固体潤滑剤を混入させたＰＥＥＫ樹脂、ポリミド樹脂またはポリアミドイミド樹脂のいずれか一つ、もしくはこれらを組み合わせた含浸焼結した摺動部材を設けていた。これにより、摺動面積が小さく油膜が形成されにくくても自己潤滑作用で、摺動損失及び磨耗の低減と、ローラが摺動部材により上に浮上し、上下均等の隙間に自動調整して、漏れ損失の低減を図っていた。
【特許文献１】特開２００２−１９５１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年においては圧縮機により冷媒を循環させる空気調和装置等のさらなる高効率化が望まれているため、これらを達成するためにも圧縮機のさらなる高効率化が重要となっている。上述した従来のロータリ圧縮機の構造では、加工方法や精度保持が容易ではなく、又、温度変化による摺動部材の摺動面摩擦抵抗の増大を引き起こす可能性がある。また、摺動部材を新たに追加するため、圧縮機の材料費も高くなってしまう。
【００１２】
そこで本発明では、上記の事情を鑑みてなされたもので、ローラ端面の摺動面の摩擦抵抗を抑制しながら漏れ損失を低減し、材料費を現状よりも上げずに圧縮機の高効率化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明のロータリ圧縮機は、電動機と圧縮機構部をクランク軸で連結して密閉容器内に収納したものであって、圧縮機構部は、シリンダと、シリンダの両端面を閉塞する上軸受と下軸受とで形成された圧縮室と、シリンダ内に設けられたクランク軸の偏心部に嵌合されたローラと、ローラの偏心回転に追従し前記シリンダに設けられたスロット内を往復運動して圧縮室を低圧部と高圧部とに仕切るベーンとからなるロータリ圧縮機において、クランク軸の偏心部と摺動するローラ内面部にクランク軸の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝を設け、螺旋溝がオイルの流れる方向に向かって溝断面積が縮小していることを特徴とするものである。
【００１４】
この構成により、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。同時に、ローラ端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のロータリ圧縮機は、ローラを浮上させる方向に力を加え、ローラ上下端面の隙
間を均一化することにより、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。同時に、ローラ端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
第１の発明は、電動機と圧縮機構部をクランク軸で連結して密閉容器内に収納したものであって、圧縮機構部は、シリンダと、シリンダの両端面を閉塞する上軸受と下軸受とで形成された圧縮室と、シリンダ内に設けられたクランク軸の偏心部に嵌合されたローラと、ローラの偏心回転に追従し前記シリンダに設けられたスロット内を往復運動して圧縮室を低圧部と高圧部とに仕切るベーンとからなるロータリ圧縮機において、ローラ内面部にクランク軸の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝を設け、螺旋溝がオイルの流れる方向に向かって溝断面積が縮小していることを特徴とするものである。これによって、螺旋溝をオイルが流れるに連れて、オイルの圧力が上昇するため、ローラを下から上へと押し上げる力が発生する。よって、ローラ両端面の隙間を均一化する方向にローラが浮上するため、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。ローラ端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。また、断面積の縮小量に応じて上向きの力を自由に調整することが出来るため、ローラの自重とつりあうような断面積の縮小量を選ぶことで、ローラ両端面の隙間をさらに均一化して、漏れ損失を低減することが可能となる。
【００１７】
第２の発明は、クランク軸の軸方向に対し螺旋溝の下端開口部の角度より上端開口部の角度を大きくすることを特徴とするものである。これによって、ローラ内面部の下端開口部から入ったオイルが上端開口部へ流れるに連れて、軸方向から端面方向に曲げられる。このオイルの流れの反力としてローラは上向きの分力を受ける。よって、ローラ両端面の隙間を均一化する方向にローラが浮上するため、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。ローラ端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。また、下端開口部の角度と上端開口部の角度に応じて上向きの力を自由に調整することが出来るため、ローラの自重とつりあうような角度を選ぶことで、ローラ両端面の隙間をさらに均一化して、漏れ損失を低減することが可能となる。
【００１８】
第３の発明は、螺旋溝がローラとクランク軸の摺動部内で閉塞していることを特徴とするものである。これによって、オイルの流れがせき止められるため、閉塞部での圧力が上昇し、ローラを下から上へと押し上げる力が発生する。よって、ローラ両端面の隙間を均一化する方向にローラが浮上するため、ローラ両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。
【００１９】
第４の発明は、特に、第１〜３の発明のロータリ圧縮機において、螺旋溝を複数個設けたことを特徴としている。これによって、螺旋溝が一本の時と比べ、螺旋溝を均等に配置することで上向きの力をバランス良くローラに加えることが出来るようになり、ローラの傾きなどを抑制することが可能となる。よって、シリンダ内面に対しローラが傾いて、シリンダ内面とローラ外周の隙間が大きくなることによって起こる高圧から低圧へのガスの漏れを抑制でき、圧縮機の効率向上に繋がる。
【００２０】
第５の発明は、特に、第１〜４の発明のロータリ圧縮機において、作動流体としてＣＯ２を用いることで、特に、差圧が大きく、漏れ損失が大きいＣＯ２においても、より効果的に高効率化することが可能である。
【００２１】
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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。図２は本発明の第１の実施の形態における圧縮機構部の拡大断面図である。図１と図２においてロータリ圧縮機は、電動機２と圧縮機構部３をクランク軸３１で連結して密閉容器１内に収納したものであって、圧縮機構部３は、シリンダ３０とこのシリンダ３０の両端面を閉塞する上軸受３４と下軸受３５とで形成された圧縮室３９と、この圧縮室３９内に上軸受３４および下軸受３５に支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたローラ３２と、このローラ３２の外周に当接しローラ３２の偏心回転に追従して往復運動し圧縮室３９内を低圧部と高圧部とに仕切るベーン３３を備えている。クランク軸３１には軸線部に油穴４１が設けられるとともに、上軸受、下軸受に対する壁部には、それぞれ油穴４１に連通した給油穴４２、４３が設けられている。また、クランク軸３１の偏心部３１ａに対する壁部には油穴４１に連通した給油穴４４が設けられ、外周部には油溝４５が形成されている。一方、シリンダ３０には、圧縮室３９内の低圧部に向けてガスを吸入する吸入ポート４０が開通され、上軸受３４には、圧縮室３９内の低圧部から転じて形成される高圧部からガスを吐出する吐出ポート３８が開通されており、ローラ３２はシリンダ３０が上軸受３４，下軸受３５に上下から閉塞されることによって形成される圧縮室３９に収容されている。
【００２３】
吐出ポート３８は上軸受３４を貫通する平面視円形の孔として形成されており、吐出ポート３８の上面には所定の大きさ以上の圧力を受けた場合に解放される吐出弁３６が設けられており、この吐出弁３６を覆うカップマフラー３７とで構成されている。
【００２４】
低圧部側ではローラ３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室を徐々に拡大しながら離れていき、吸入ポート４０から吸入室内にガスを吸入する。一方、高圧部側ではローラ３２の摺動部が吐出ポート３８へ圧縮室３９を徐々に縮小しながら近づいていき、所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開いて吐出ポート３８からガスを流出し、カップマフラー３７より密閉容器１内に吐出される。
【００２５】
圧縮機構部の外周は高圧の吐出空間５２となっている。一方、偏心部３１ａの上端面と上軸受３４とローラ３２の内周面との間には空間４６があり、偏心部３１ａの下端面と下軸受３５とローラ３２の内周面との間には空間４７がある。その空間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はほとんど常に圧縮室３９内部の圧力より高い状態にある。
【００２６】
一方、シリンダ３０の高さはローラ３２が内部で摺動できるようにこのローラ３２の高さよりやや大きめに設定しなければならず、その結果として、このローラ３２の端面と上軸受３４、下軸受３５の端面との間に隙間がある。そのため、この隙間を介して空間４６，４７から圧縮室３９へ油が漏れる。
【００２７】
以上のように構成されたロータリ圧縮機において、図３に示すように、ローラ３２内面部にクランク軸３１の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝４８を設けることを特徴とする構成をしている。
【００２８】
ここで、図４に示すように、螺旋溝４８がオイルの流れる方向に向かって溝断面積を縮小することにより、螺旋溝４８をオイルが流れるに連れて、オイルの圧力が上昇するため、ローラ３２を下から上へと押し上げる力が発生する。よって、ローラ３２両端面の隙間を均一化する方向にローラ３２が浮上するため、ローラ３２両端面からの漏れ量を大幅に
減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。ローラ３２端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。また、断面積の縮小量に応じて上向きの力を自由に調整することが出来るため、ローラ３２の自重とつりあうような断面積の縮小量を選ぶことで、ローラ３２両端面の隙間をさらに均一化して、漏れ損失を低減することが可能となる。
【００２９】
また、図５に示すように、ローラ３２内面部にクランク軸３１の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝を設け、クランク軸３１の軸方向に対し螺旋溝の下端開口部の角度（θ１）より上端開口部の角度（θ２）を大きくすることを特徴とするものである。これによって、ローラ３２内面部の下端開口部から入ったオイルが上端開口部流れるに連れて、軸方向から端面方向に曲げられる。このオイルの流れの反力としてローラ３２は上向きの分力を受ける。よって、ローラ３２両端面の隙間を均一化する方向にローラ３２が浮上するため、ローラ３２両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。ローラ３２端面の摺動損失が低減されるために、磨耗や焼き付き等の発生を抑え、信頼性面の向上も図ることが出来る。また、下端開口部の角度と上端開口部の角度に応じて上向きの力を自由に調整することが出来るため、ローラ３２の自重とつりあうような角度を選ぶことで、ローラ３２両端面の隙間をさらに均一化して、漏れ損失を低減することが可能となる。
【００３０】
また、図６に示すように、ローラ３２内面部にクランク軸３１の回転に対しオイルが上に流れる方向に浅い螺旋溝４８を設け、螺旋溝４８がローラ３２とクランク軸３１の摺動部内で閉塞していることを特徴とするものである。これによって、オイルの流れがせき止められるため、閉塞部での圧力が上昇し、ローラ３２を下から上へと押し上げる力が発生する。よって、ローラ３２両端面の隙間を均一化する方向にローラ３２が浮上するため、ローラ３２両端面からの漏れ量を大幅に減少させることが可能となり、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることが出来る。
【００３１】
また、螺旋溝４８を複数個設けることによって、螺旋溝４８が一本の時と比べ、螺旋溝４８を均等に配置することで上向きの力をバランス良くローラ３２に加えることが出来るようになり、ローラ３２の傾きなどを抑制することが可能となる。よって、シリンダ３０内面に対しローラ３２が傾いて、シリンダ３０内面とローラ３２外周の隙間が大きくなることによって起こる高圧から低圧へのガスの漏れを抑制でき、圧縮機の効率向上に繋がる。
【００３２】
また、作動流体としてＣＯ２を用いることで、特に、差圧が大きく、漏れ損失の影響と摺動損失が大きいＣＯ２においても、ローラ３２上下端面での流体の漏れを低減できるとともに、ローラ３２を下に強く押さえつける力を回避できることから、より効果的に高効率化することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明のロータリ圧縮機は、磨耗や焼き付きなどの信頼性面の低下を抑制するとともに、漏れ損失と摺動損失を同時に低減し、圧縮機の高効率化を図ることが可能となる。これにより、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒を用いたエアーコンディショナー用圧縮機のほかに、自然冷媒ＣＯ２を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の拡大断面図
【図３】本発明の実施の形態１におけるローラの螺旋溝とクランク軸の関係を示す斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるローラの螺旋溝が開口部に向け縮小する模式図
【図５】本発明の実施の形態１におけるクランク軸の軸方向に対し螺旋溝の下端開口部の角度より上端開口部の角度を大きくした模式図
【図６】本発明の実施の形態１におけるローラの螺旋溝がローラとクランク軸の摺動部内で閉塞している模式図
【図７】従来のロータリ圧縮機を示す要部断面図
【図８】従来のロータリ圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【００３５】
１      密閉容器
２      電動機
３      圧縮機構部
５      上シェル
６      オイル溜り
２２    固定子
２４    回転子
２６    エアギャップ
２８    切欠部
３０    シリンダ
３０ａ  シリンダ内壁
３１    クランク軸
３１ａ  偏芯部
３２    ローラ
３２ａ  ローラ外周
３２ｂ  ローラ内周
３３    ベーン
３４    上軸受
３５    下軸受
３６    吐出弁
３７    カップマフラー
３８    吐出ポート
３９    圧縮室
４０    吸入ポート
４１    油穴
４２    給油穴
４３    給油穴
４４    給油穴
４５    油溝
４６    空間
４７    空間
４８    螺旋溝
５１    冷媒吐出管
５２    吐出空間
１００  スラスト軸受
１０１  摺動部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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