(57)【要約】【課題】圧縮室への給油は、吸入行程中の給油は作動流体の加熱や圧縮時のオイル噛み込みによる損失を考慮すると必要最小限に留めることが望ましく、漏れ量が圧力差と漏れ時間で決まることから、低回転数や高差圧の際に一回転当たりの給油量を多くしなければならない。【解決手段】圧縮室への給油を閉じ込み完了後のクランク角区間を一定として行う給油路を設けることにより、吸入途中の作動流体加熱を抑制しつつ、特に低速・高差圧条件での圧縮室のシール性を向上させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダと、前記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ピストンと、前記ピストンの偏心運動に伴い前記シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、前記シリンダの両端面を閉塞する二つの端板を有するロータリ圧縮機であって、作動流体を閉じ込めた後の前記圧縮室に対し、特定のクランク角区間で給油を行う給油路を設けたことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記クランク軸を経由して前記ピストン内側に吐出圧力と略同圧の潤滑油を供給する給油機構を備え、前記給油路が前記端板の少なくともいずれか一方に設けられて前記ピストン内側の潤滑油を前記圧縮室に給油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】
前記クランク軸を基準に前記給油路の入口端と出口端を異なる角度で設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記給油路の前記出口端を、前記圧縮室が吐出圧力に到達までの間のクランク角区間でのみ前記圧縮室と連通する位置に設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記給油路の前記出口端が、前記ピストンと前記シリンダの接点近傍の前記圧縮室側で連通するように設けたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記給油路の前記出口端が、前記ピストンと前記ベーンの接点近傍の前記圧縮室側で連通するように設けたことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】
作動流体として高圧冷媒である二酸化炭素を用いたことを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一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密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、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（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ロータリ圧縮機は、たとえば図６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３４ａの端板３４と下軸受３５ａの端板３５とで形成された吸入室４９および圧縮室３９と、シリンダ３０内に上軸受３４ａおよび下軸受３５ａに支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン３２と、このピストン３２の外周に偏心回転に追従して往復運動し、前記シリンダ内を吸入室４９と圧縮室３９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３４ａ、下軸受３５ａ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。
【０００４】
一方、シリンダ３０には、吸入室４９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３４ａには、吸入室４９から転じて形成される圧縮室３９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３４ａ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。吸入室側ではピストン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、作動流体を閉じ込んだ後の圧縮室側ではピストン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。
【０００５】
一方、クランク軸３１の偏心部３１ａと上軸受３４ａの端板３４とピストン３２の内周面で囲まれる空間４６、クランク軸３１の偏心部３１ａと下軸受３５ａの端板３５とピストン３２の内周面で囲まれる空間４７が構成されている。その空間４６、４７には油穴４１から給油穴４２、４３を経て潤滑油が漏れ込んでくる。またこの空間４６、４７にはほぼ常に圧縮室３９内部の圧力より高い状態にある。
【０００６】
また、シリンダ３０の高さはピストン３２が内部で偏心回転できるようにこのピストン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、このピストン３２の端面と端板３４、端板３５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および吸入室４９へ潤滑油が漏れる。潤滑油の役割としては、部材間の摺動を滑らかにし、焼き付きを防止する目的の他に、圧縮途中の作動流体が圧縮室３９から吸入室４９へ漏れるのを抑制する効果もある。
【０００７】
上記のようなロータリ圧縮機において、吸入室４９および圧縮室３９への給油はピストン３２の端面と端板３４、端板３５との間の隙間を介して行われており、給油量はその隙間の大きさにより決定されている。しかしながら、ピストン３２の端面と端板３４、端板３５との隙間が狭すぎた場合、ピストン端面の摩擦力が大きくなって、圧縮機の性能が悪化し、最悪の場合、焼き付きにより機器の破損に繋がる。一方、ピストン３２の端面と端板３４、端板３５との隙間を広く設定した場合、隙間を介して圧縮途中の作動流体が圧縮室３９から吸入室４９へと漏れ出してしまう。さらに、圧縮室３９への過剰な給油はピストン３２とシリンダ３０の間でのオイル噛み込みによる粘性損失を引き起こす。また、潤滑油が吸入室内の作動流体を加熱することにより作動流体が膨張し、循環量が低下するといった問題も生じる。
【０００８】
上記の課題に対し、特許文献１に記載された圧縮機では、クランク軸が一回転する間に、端板に設けた凹部にピストン内側の潤滑油を溜め込んだ後、凹部が吸入室と連通することで凹部の容積に応じた潤滑油を吸入室へと給油している。この場合、ピストンと端板との隙間や圧縮機の回転数、圧縮比に関わらず、一回転当たりの給油量を一定とし、凹部の容積で給油量を決定することを可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４１１０７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前記従来の構成では、一回転当たりの給油量を一定としており、圧縮機の回転数や圧縮比が変化した場合でも給油量が変化しない。圧縮室から吸入室への作動流体の漏れは、時間と圧力に依存しており、圧力差が大きく、回転数が低い場合に特に顕著となることから、理想的には低回転数・高差圧において一回転当たりの給油量を多くすることが望ましいと考えられる。よって、前記従来の構成では、低回転数や高差圧の場合にシール性が悪化し作動流体の漏れが問題となったり、逆に、高回転数や低差圧の場合の給油量が過剰となり、オイル噛み込みによる粘性損失を引き起こしたりすることになる。
【００１１】
さらに、前記従来の構成では、吸入室に給油を行うため、吸入した作動流体が潤滑油により加熱されて密度が低下し、作動流体の質量循環量が悪化するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シール性が要求される低回転数・高差圧条件で一回転数当たりの給油量が増加し、高回転数・低差圧条件では一回転数当たりの給油量を抑えることを可能とし、さらに、給油による吸入した作動流体の加熱を引き起こさない圧縮機を提供することを目的とする。
【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作動流体を閉じ込めた後の圧縮室に対し、特定のクランク角区間で給油を行う給油路を設けている。
【００１４】
これによって、吸入室の作動流体を給油により加熱することなく作動流体を閉じ込めることができ、さらに閉じ込めた後の圧縮室に対し、給油するクランク角度を固定することで、シール性が要求される低回転数運転に対しては給油時間で、高差圧運転に対しては圧力効果でそれぞれ給油量を増加させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧縮機は、吸入途中の作動流体加熱を抑制しつつ、特に低速・高差圧条件での圧縮室のシール性を向上させるとともに、給油による閉じ込み前の作動流体の加熱を低減させ、シール性が要求される運転条件においても作動流体の漏れを抑制し、従来の圧縮機に比べて効率向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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における圧縮機構部の組立図
【図４】本発明の実施の形態１における圧縮機構部の平面図
【図５】本発明の実施の形態２における圧縮機構部の平面図
【図６】一般的なロータリ圧縮機の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、少なくとも１つのシリンダと、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ピストンと、ピストンの偏心運動に伴い前記シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーンと、シリンダの両端面を閉塞する二つの端板を有するロータリ圧縮機であって、作動流体を閉じ込めた後の前記圧縮室に対し、特定のクランク角区間で給油を行う給油路を設けることにより、吸入室の作動流体を給油により加熱することなく作動流体を閉じ込めることができ、さらに閉じ込めた後の圧縮室に対し、給油するクランク角度を固定することで、シール性が要求される低回転数運転に対しては給油時間で、高差圧運転に対しては圧力効果でそれぞれ給油量を増加させることができる。
【００１８】
第２の発明は、特に、第１の発明のロータリ圧縮機において、クランク軸を経由してピストン内側に吐出圧力と略同圧の潤滑油を供給する給油機構を備え、給油路が端板の少なくともいずれか一方に設けられてピストン内側の潤滑油を圧縮室に給油するものである。給油路の供給源を吐出圧力と略同圧とすることにより、圧縮機運転時の圧力条件に伴って給油量を変化させることが可能となるとともに、従来の給油機構を生かして、特別な部品を追加することなく本発明の効果を実現することが可能となる。
【００１９】
第３の発明は、特に、第１又は第２の発明のロータリ圧縮機において、クランク軸を基準に給油路の入口端と出口端を異なる角度で設けたことにより、給油路入口端で給油するクランク角区間を決定でき、給油路出口端では圧縮室への給油箇所を任意に選択可能となる。
【００２０】
第４の発明は、特に、第１から第３のうちいずれかの発明のロータリ圧縮機において、給油路の出口端を、圧縮室が吐出圧力に到達までの間のクランク角区間でのみ圧縮室と連通する位置に設けることにより、作動流体が給油路を逆流して、吸入室側で再膨張するのを防止することができる。
【００２１】
第５の発明は、特に、第１から４のうちいずれかの発明のロータリ圧縮機において、給油路の出口端が、ピストンとシリンダの接点近傍の圧縮室側で連通するように設けることで、作動流体漏れが懸念される箇所近傍の高圧側に給油が行え、給油した潤滑油が即座に圧縮室のシール性を高める位置とタイミングで供給することができる。
【００２２】
第６の発明は、特に、第１から４のうちいずれかの発明のロータリ圧縮機において、給油路の出口端が、ピストンとベーンの接点近傍の圧縮室側で連通するように設けることで、作動流体漏れが懸念される箇所近傍の高圧側に給油が行え、給油した潤滑油が即座に圧縮室のシール性を高める位置とタイミングで供給することができる。
【００２３】
第７の発明は、特に、第１から６のうちいずれかの発明のロータリ圧縮機において、作動流体として高圧冷媒である二酸化炭素を用いたものである。二酸化炭素を用いた圧縮機は、運転時の圧力差が大きいため冷媒漏れが課題となり、また高温の潤滑油による吸入冷媒加熱で効率が低下しやすいため、本発明の効果が顕著に表れるものである。
【００２４】
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。
【００２５】
（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密閉型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３４ａの端板３４と下軸受３５ａの端板３５とで形成された吸入室４９および圧縮室３９と、シリンダ３０内に上軸受３４ａおよび下軸受３５ａに支持されたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたピストン３２と、このピストン３２の外周に偏心回転に追従して往復運動しシリンダ３０内を吸入室４９と圧縮室３９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３４ａ、下軸受３５ａ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。
【００２６】
一方、シリンダ３０には、吸入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３４ａには、吸入室４９から転じて形成される圧縮室３９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３４ａ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。低圧部側ではピストン３２の摺接部が吸入ポート４０を通過して吸入室４９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。
【００２７】
また、圧縮室側ではピストン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。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。
【００２８】
一方、クランク軸３１の偏心部３１ａと上軸受３４ａの端板３４とピストン３２の内周面で囲まれる空間４６、クランク軸３１の偏心部３１ａと下軸受３５ａの端板３５とピストン３２の内周面で囲まれる空間４７が構成されている。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の圧力はほぼ常に圧縮室３９内部の圧力より高く、概ね吐出圧力と同じ状態にある。
【００２９】
また、シリンダ３０の高さはピストン３２が内部で摺動できるようにこのピストン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、このピストン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。
【００３０】
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、一方の端板３５
に給油路４８となるザグリを設けている。図４では、クランク軸３１の軸心方向から見て、ピストン３２と給油路４８の位置関係を示しており、給油路４８の入口端４８ａとピストン内側、出口端４８ｂと圧縮室３９が同時に連通するクランク角区間で圧縮室３９に給油が行われる。この時、入口端４８ａと出口端４８ｂのクランク軸中心から見た角度を異なるように給油路４８を設けることにより、入口端４８ａで給油するクランク角区間を決定できるため、出口端４８ｂの位置決定に自由度が増し、作動流体の漏れ箇所近傍の高圧側に設けることが可能となる。また、図４に示すように出口端４８ｂをピストン３２とシリンダ３０の接点近傍の圧縮室側の位置に設けることで、必要最小限の給油でピストン３２とシリンダ３０の間の作動流体漏れを抑制可能としている。
【００３１】
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、ピストン３２上下端面での流体の漏れを低減できるとともに、ピストン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。
【００３２】
（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態における密閉型圧縮機の圧縮機構部の平面図を示すものである。図５において図４と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図５に示すように、本実施の形態のロータリ圧縮機では、給油路４８の出口端４８ｂをピストン３２とベーン３３の接点近傍の圧縮室側に設けることにより、ベーン先端を介した作動流体の漏れを抑制でき、高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【００３３】
また、本実施の形態で説明した給油路を、前記実施の形態１で説明した給油路と同時に構成することにより、ピストン３２とシリンダ３０間、およびピストン３２とベーン３３間のシール性を同時に向上させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
以上のように、本発明のロータリ圧縮機は、作動流体の漏れ損失や過剰給油による摺動損失と加熱損失を低減し、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系冷媒等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。
【符号の説明】
【００３５】
１  密閉容器
２  電動機
２２  固定子
２４  回転子
２６  エアギャップ
２８  切欠部
３  圧縮機構部
３０  シリンダ
３０ａ  シリンダ内壁
３０ｂ  揺動ブッシュ
３１  クランク軸
３１ａ  偏芯部
３２  ピストン
３２ａ  ピストン外周
３２ｂ  ピストン内周
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
４９  吸入室
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  給油路
４８ａ  入口端
４８ｂ  出口端
５  上シェル
５１  冷媒吐出管
５２  吐出空間
６  オイル溜り
１００  スラスト軸受
１０１  摺動部材
【図１】
2011163257.tif 000003
【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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