(57)【要約】  クランクシャフトと、該クランクシャフトを有するロータリコンプレッサとが開示される。クランクシャフト（１）は、長尺シャフト（１１）と短尺シャフト（１２）とを有する。長尺シャフト（１１）の外径の、コンプレッサシェル（２）の内径に対する比は、０．１４未満かつ０．０７超であり、短尺シャフト（１２）の外径の、コンプレッサシェル（２）に対する内径との比は、０．１２以下かつ０．０５超であるので、作動時におけるクランクシャフト（１）の接触面積および摩擦損失が低減され、これにより、コンプレッサの成績係数（ＣＯＰ）が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサハウジング内に取り付けられ、長尺シャフトと短尺シャフトとを有するクランクシャフトであって、
前記長尺シャフトの外径の、前記コンプレッサハウジングの内径に対する比が０．１４未満かつ０．０７超であり、前記短尺シャフトの外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する比が０．１２以下かつ０．０５超である、クランクシャフト。
【請求項２】
前記長尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０７５〜０．１３４の範囲である、請求項１に記載のクランクシャフト。
【請求項３】
前記長尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０７５〜０．１２９の範囲である、請求項２に記載のクランクシャフト。
【請求項４】
前記長尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０７５、０．１１９、あるいは０．１２９である、請求項３に記載のクランクシャフト。
【請求項５】
前記短尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０５６〜０．１２の範囲である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のクランクシャフト。
【請求項６】
前記短尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０５６〜０．１１４の範囲である、請求項５に記載のクランクシャフト。
【請求項７】
前記短尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０５６〜０．１０９の範囲である、請求項６に記載のクランクシャフト。
【請求項８】
前記短尺シャフトの前記外径の、前記コンプレッサハウジングの前記内径に対する前記比が、０．０５６、０．１０１、あるいは０．１０９である、請求項７に記載のクランクシャフト。
【請求項９】
コンプレッサハウジングを有するロータリコンプレッサであって、前記コンプレッサハウジング内に取り付けられる請求項１〜８のいずれか一項に記載のクランクシャフトをさらに有するロータリコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサの分野に関し、特に、クランクシャフトおよびロータリコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリコンプレッサにとって、摩擦損失は、コンプレッサの性能および信頼性に影響を及ぼす重要な要因である。摩擦損失が小さいほど、成績係数（ＣＯＰ）が大きく、コンプレッサの信頼性が高いことを示す。コンプレッサ内のコア回転部として、クランクシャフトは、動作中に摩擦損失を生じ、これは、コンプレッサの摩擦損失の主要な原因の１つである。
【０００３】
したがって、コンプレッサの性能および信頼性を向上させるために、クランクシャフトの構造を最適化して、クランクシャフトの動作中の摩擦損失を低減し、それによってコンプレッサの総摩擦損失を低減する必要がある。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、従来技術におけるロータリコンプレッサの過大な摩擦損失の問題を解決し、ロータリコンプレッサの性能および信頼性を向上させるためのクランクシャフトを提供することである。
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、長尺シャフトと短尺シャフトとを含むクランクシャフトであって、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比が０．１４未満かつ０．０７超であり、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比が０．１２以下かつ０．０５超である、クランクシャフトを提供する。
【０００６】
好ましくは、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０７５〜０．１３４の範囲である。
【０００７】
好ましくは、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０７５〜０．１２９の範囲である。
【０００８】
好ましくは、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０７５、０．１１９、あるいは０．１２９である。
【０００９】
好ましくは、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０５６〜０．１２の範囲である。
【００１０】
好ましくは、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０５６〜０．１１４の範囲である。
【００１１】
好ましくは、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０５６〜０．１０９の範囲である。
【００１２】
好ましくは、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比は、０．０５６、０．１０１、あるいは０．１０９である。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明はまた、上記クランクシャフトのいずれかを含むロータリコンプレッサを提供する。
【００１４】
要するに、本発明の技術的解決策では、クランクシャフトの長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．１４未満かつ０．０７超と設定し、クランクシャフトの短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．１２以下かつ０．０５超と設定することによって、動作中のクランクシャフト全体の接触面積が減少する。これにより、クランクシャフトの動作によって生じる摩擦損失が低減され、よってコンプレッサのＣＯＰが向上する。
【００１５】
特に、出願人は、研究を通じて、クランクシャフトの外径が過大になると、摩擦損失が過大になり、コンプレッサの性能に影響を及ぼし、一方で、クランクシャフトの外径が過小になると、変形がさらに悪化し、変形量が比較的大きくなると、摩耗が急激に増大し、加工が困難になることを見出した。したがって、本発明の技術的解決策では、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．０７５〜０．１２９の範囲の値にさらに設定し、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．０５６〜０．１０９の範囲の値にさらに設定している。このようにして、研究で見出された問題を回避することができ、最適なＣＯＰの範囲を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、クランクシャフトがコンプレッサハウジングの内側に配置されている、本発明の一実施形態によるクランクシャフトおよびコンプレッサハウジングの概略図である。
【図２−３】図２および図３は、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比と、コンプレッサのＣＯＰとの関係のグラフであり、図２の横軸は、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を示し、図３の横軸は、短尺シャフトの外径とコンプレッサハウジングの内径との比を示す。  図面において：  １−クランクシャフト、１１−長尺シャフト、１２−短尺シャフト、１３−偏心部  ２−コンプレッサハウジング、２１−内部チャンバ  ３−ロータリコンプレッサ  Ｄｓ１−クランクシャフトの長尺シャフトの外径  Ｄｃｓ−コンプレッサハウジングの内径  Ｄｓ２−クランクシャフトの短尺シャフトの外径
【発明を実施するための形態】
【００１７】
背景技術で説明したように、クランクシャフトは、動作中に摩擦損失を生じ、これは、コンプレッサの摩擦損失の主要な原因の１つである。出願人は、研究を通じて、ロータリコンプレッサに使用されるクランクシャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比が、コンプレッサのＣＯＰに関連していることを見出した。ロータリコンプレッサに使用されるクランクシャフトの長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比が０．１４以上であり、かつクランクシャフトの短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比が０．１２超である場合、クランクシャフトの外径の摩擦損失は、コンプレッサの総摩擦損失の約４８％を占めている。したがって、クランクシャフトの外径の過酷な摩擦損失が、コンプレッサの性能に大きな影響を及ぼしている。出願人は、さらなる研究を通じて、クランクシャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比と、コンプレッサのＣＯＰとの関係が概ね正規分布であることを見出した。クランクシャフトの長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比、およびクランクシャフトの短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を適切に調整することによって、理想的なＣＯＰを達成することができ、クランクシャフトの構造強度を確保することができ、かつその加工が容易になる。
【００１８】
上記の研究および発見に基づいて、本発明は、従来技術におけるクランクシャフトの過大な摩擦損失の問題を解決するクランクシャフトを提供する。以下、図１〜図３を参照して、本発明において提供されるクランクシャフトおよびロータリコンプレッサについてより詳細に説明する。なお、添付図面は、非常に簡略化された形態で提示されており、必ずしも一定の縮尺で提示されているわけではなく、本願の目的を説明する際の便宜および明確さを容易にすることのみを意図している。
【００１９】
文脈において特に明記されない限り、明細書および添付クレームにおいて使用される単数形「一（ａ）」、「一つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は、複数形を含むことも意図している。文脈において特に明記されない限り、明細書および添付された特許請求の範囲において使用される用語「または」は、通常「および／または」を含む意味で使用される。
【００２０】
本発明の一実施形態によるクランクシャフトの概略図である図１に示すように、本実施形態のクランクシャフトは特に、ロータリコンプレッサに使用されるクランクシャフトである。ロータリコンプレッサにおいて、圧縮機構は、電動モータ機構の下方に位置する。したがって、クランクシャフトの短尺シャフトは下側に位置し、一方で、長尺シャフトは上側に位置する。
【００２１】
本実施形態のクランクシャフト１は、長尺シャフト１１と短尺シャフト１２とを含み、それぞれは、円筒状のシャフトであり、かつ外径が等しい。すなわち、軸方向に沿った各位置における長尺シャフト１１の外径は同一であり、これをＤｓ１とし、軸方向に沿った各位置における短尺シャフト１２の外径も同一であり、これをＤｓ２とする。特に、長尺シャフト１１の外径Ｄｓ１の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比、および短尺シャフト１２の外径Ｄｓ２の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比は、それぞれ以下の関係を満たしている。
【００２２】
０．０７＜Ｄｓ１／Ｄｓｃ＜０．１４，  ０．０５＜Ｄｓ２／Ｄｃｓ≦０．１２  （１）
【００２３】
上記式（１）より、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓが一定である場合、コンプレッサの摩擦損失は、主にクランクシャフト１、特に圧縮機構に取り付けられた短尺シャフト１２と電動モータ機構に取り付けられた長尺シャフト１１とによって生じることが分かる。したがって、長尺シャフト１１の外径および短尺シャフト１２の外径を共に減少させれば、動作時におけるクランクシャフト１と取付部品との接触面積を減少させることができ、これにより、摩擦損失が低減され、コンプレッサのＣＯＰが向上する。
【００２４】
本実施形態では、コンプレッサハウジング２は、全体として円筒形状である内部チャンバ２１を有する。内部チャンバ２１の２つの対向する底面は、円弧形状である。内部チャンバ２１の円筒部の内径は、本実施形態におけるコンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓである。
【００２５】
さらに、出願人による長期研究の結果、図２および図３に示すように、クランクシャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比の関係のグラフが得られた。図２および図３において、縦軸は、ＣＯＰを示す。図２の横軸は、長尺シャフト１１の外径Ｄｓ１の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比Ｄｓ１／Ｄｃｓを示し、図３の横軸は、短尺シャフト１２の外径Ｄｓ２の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比Ｄｓ２／Ｄｃｓを示す。なお、図２および図３に示すＣＯＰ曲線は同一であり、Ｄｓ１／ＤｃｓおよびＤｓ２／Ｄｃｓによって共に決定される。説明を容易にするために、異なる横軸を使用してＣＯＰ曲線を示しているが、これはＤｓ１／ＤｃｓおよびＤｓ２／Ｄｃｓのうちの１つに従ってＣＯＰが得られることを意味するものではない。
【００２６】
よって、図２および図３より、全体的に、クランクシャフト１の外径の、コンプレッサハウジング２の内径に対する比とＣＯＰとの関係が正規分布していることが分かる。
【００２７】
さらに、クランクシャフトの外径が過大になると、摩擦損失が過大になり、コンプレッサの性能に影響を及ぼし、一方で、クランクシャフトの外径が過小になると、変形がさらに悪化し、変形量が比較的大きくなると、摩耗が急激に増大し、加工が困難になる。上記問題を総合的に考慮して、出願人は、長尺シャフト１１の外径Ｄｓ１の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比、および短尺シャフト１２の外径Ｄｓ２の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比を、それぞれ以下の関係式を満たすように設定した。
【００２８】
０．０７５≦Ｄｓ１／Ｄｓｃ≦０．１３４，  ０．０５６≦Ｄｓ２／Ｄｃｓ≦０．１２  （２）
【００２９】
式（２）において、より好ましくは、０．０５６≦Ｄｓ２／Ｄｃｓ≦０．１１４  （３）
【００３０】
さらに、長尺シャフト１１の外径Ｄｓ１の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比、および短尺シャフト１２の外径Ｄｓ２の、コンプレッサハウジング２の内径Ｄｃｓに対する比は、それぞれ以下の関係を満たしていることが好ましい。
【００３１】
０．０７５≦Ｄｓ１／Ｄｓｃ≦０．１２９，  ０．０５６≦Ｄｓ２／Ｄｃｓ≦０．１０９  （４）
【００３２】
図２および図３に示すように、Ｄｓ１／Ｄｃｓの比が０．０７５〜０．１２９の範囲であり、かつＤｓ２／Ｄｃｓの比が０．０５６〜０．１０９の範囲である場合、ＣＯＰは、最適範囲内にある。さらに、それらの比が上記範囲内であれば、クランクシャフト１全体の剛性が高いだけでなく、クランクシャフト１の加工も容易になる。
【００３３】
さらに、Ｄｓ１／Ｄｃｓの比は、０．０７５、０．１１９、あるいは０．１２９と選択されるのが好ましい。Ｄｓ２／Ｄｃｓの比は、０．０５６、０．１０１、あるいは０．１０９に設定されるのが好ましい。
【００３４】
クランクシャフトの性能を説明するために、本実施形態は、クランクシャフトに対して対応する試験を行い、コンプレッサの性能向上を検証するものである。以下の実施方式は、異なる種類のクランクシャフトおよびそれらの対応する試験結果を具体的に説明するものである。以下の表は、コンプレッサハウジングの特定の内径（１０７ｍｍ）の場合に、ＣＯＰに対する、異なる外径を有する２つのクランクシャフトの効果を説明するものである。
【００３５】
第１のクランクシャフトでは、Ｄｓ１／Ｄｃｓの比を０．１４９に設定し、Ｄｓ２／Ｄｃｓの比を０．１３１に設定している。
【００３６】
第２のクランクシャフトでは、Ｄｓ１／Ｄｃｓの比を０．１１９に設定し、Ｄｓ２／Ｄｃｓの比を０．１０１に設定している。
【００３７】
その後、出願人は、上記２つのクランクシャフトを実際に評価し、第２のクランクシャフトの使用時のＣＯＰが、第１のクランクシャフトの使用時のＣＯＰと比較して１．２％増加することを得た。すなわち、第１のクランクシャフトの使用時のＣＯＰが１である場合、第２クランクシャフトの使用時のＣＯＰは、１．０１２である。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
よって、本発明のクランクシャフトに対応するＣＯＰは、従来技術におけるクランクシャフトに対応するＣＯＰよりも明らかに高いことは間違いない。したがって、本実施形態のコンプレッサの性能は、明らかに向上している。なお、試験の精度を確保するために、試験手順においては、同一の作動条件が設定されている。
【００４０】
さらに、引き続き図１を参照すると、クランクシャフト１は、長尺シャフト１１または短尺シャフト１２に取り付けられ、あるいは長尺シャフト１１と短尺シャフト１２の両方に取り付けられる偏心部１３をさらに含む。偏心部１３は、主にローラを付けるために使用され、これにより、ローラは、クランクシャフト１によって駆動され、空気圧シリンダの内壁に沿って転動し、空気を圧縮することができる。
【００４１】
以上の説明に基づき、本実施形態は、上述したクランクシャフト１を有するロータリコンプレッサ３をさらに提供する。クランクシャフト１は、ロータリコンプレッサ３のコンプレッサハウジング２内に取り付けられ、上下のベアリングによって支持された状態で高速で回転することができ、これにより、圧縮機構が空気を圧縮して作動させる。本実施形態のロータリコンプレッサ３は、本実施形態のクランクシャフト１を使用しているので、クランクシャフト１によってもたらされる有利な効果については、上記実施形態を参照されたい。
【００４２】
要するに、本発明の技術的解決策では、クランクシャフトの長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．１４未満かつ０．０７超に設定し、クランクシャフトの短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．１２以下かつ０．０５超に設定することによって、動作中のクランクシャフト全体の接触面積が減少する。これにより、クランクシャフトの動作によって生じる摩擦損失が低減され、コンプレッサのＣＯＰが向上する。
【００４３】
特に、本発明の技術的解決策では、長尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．０７５〜０．１２９の範囲の値にさらに設定し、短尺シャフトの外径の、コンプレッサハウジングの内径に対する比を０．０５６〜０．１０９の範囲の値に設定している。このようにして、最適なＣＯＰの範囲を達成することができる。さらに、クランクシャフトの外径が過大になることによる摩擦損失が過大になるという問題、およびクランクシャフトの外径が過小になることによる摩耗の増大の問題を回避することができ、クランクシャフトの加工難易度を低減させることができる。
【００４４】
上記は、単に本発明の好ましい実施形態を説明したに過ぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図するものではない。本開示に従って当業者によってなされるあらゆる置換および修正は、添付クレームの範囲内に含まれるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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