(57)【要約】【課題】シリンダに作用するスラスト荷重によって生じるスラスト方向押付面における摩擦損失を低減した高性能の回転式圧縮機を提供する。【解決手段】シリンダ１２の円筒部１２ａとハウジング１５との間の摺接箇所にスラスト軸受４０を設けるとともに、スラスト軸受４０に油を供給するための給油路をシリンダ１２に設け、給油路からスラスト軸受４０に吐出圧力よりも高圧の油を供給する。【選択図】図１
2011085034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部を除いて内部が吐出圧力に保持された密閉容器と、
前記密閉容器の底部に設けられ油を貯留する油溜めと、
前記密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、
前記ハウジングに固定されて前記軸を回転可能に支持するフレームと、
前記軸に固定されて前記軸と一体に回転する円柱状のピストンと、
前記ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、前記円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、前記円筒部の他端の開口を閉塞する前記ハウジングに固定された前記フレーム内に回転可能に支持され、前記ピストンと同一方向に回転するシリンダと、
前記ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端が前記シリンダの内筒面と摺接することによって前記シリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと、
前記シリンダの前記円筒部と前記ハウジングとの間の摺接箇所に設けられたスラスト軸受と
を有し、
前記油溜めに貯留された油を、前記軸の軸受に形成した油通路を介して前記スラスト軸受に供給するための給油路を前記シリンダに設け、前記給油路から前記スラスト軸受に、吐出圧力よりも高圧の油を供給するようにしたことを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項２】
前記シリンダの前記円筒部の前記ハウジングとの対向面に、油を保持するためのリング状の溝を前記スラスト軸受よりも外周側に設けたことを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。
【請求項３】
前記シリンダの前記端板の背面と前記フレームとの間に、吐出圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、前記背圧室を前記吸入ポートに連通させて前記背圧室を吸入圧力としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転式圧縮機。
【請求項４】
一部を除いて内部が吸入圧力に保持された密閉容器と、
前記密閉容器の底部に設けられ油を貯留する油溜めと、
前記密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、
前記ハウジングに固定されて前記軸を回転可能に支持するフレームと、
前記軸に固定されて前記軸と一体に回転する円柱状のピストンと、
前記ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、前記円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、前記円筒部の他端の開口を閉塞する前記ハウジングに固定された前記フレーム内に回転可能に支持され、前記ピストンと同一方向に回転するシリンダと、
前記ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端が前記シリンダの内筒面と摺接することによって前記シリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと、
前記シリンダの前記端板と前記フレームとの摺接箇所に設けられたスラスト軸受と
を有し、
前記油溜めに貯留された油を、前記軸の軸受に形成した油通路を介して前記スラスト軸受に供給するための給油路を前記シリンダに設け、前記給油路から前記スラスト軸受に、吐出圧力よりも高圧の油を供給するようにしたことを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項５】
前記フレームの前記シリンダの前記円筒部との対向面に、油を保持するためのリング状の溝を前記スラスト軸受よりも外周側に設けたことを特徴とする請求項４記載の回転式圧縮機。
【請求項６】
一部を除いて内部が吸入圧力に保持された密閉容器と、
前記密閉容器の底部に設けられ油を貯留する油溜めと、
前記密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、
前記ハウジングに固定されて前記軸を回転可能に支持するフレームと、
前記軸に固定されて前記軸と一体に回転する円柱状のピストンと、
前記ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、前記円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、前記円筒部の他端の開口を閉塞する前記ハウジングに固定された前記フレーム内に回転可能に支持され、前記ピストンと同一方向に回転するシリンダと、
前記ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端が前記シリンダの内筒面と摺接することによって前記シリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと、
前記シリンダの前記円筒部と前記ハウジングとの間の摺接箇所に設けられたスラスト軸受と
を有し、
前記油溜めに貯留された油を、前記軸の軸受に形成した油通路を介して前記スラスト軸受に供給するための給油路を前記シリンダに設け、前記給油路から前記スラスト軸受に、吐出圧力よりも高圧の油を供給するようにし、
さらに、前記シリンダの前記端板の背面と前記フレームとの間に、吸入圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、前記背圧室を前記吐出ポートに連通させて前記背圧室を吐出圧力としたことを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項７】
前記シリンダの前記円筒部の前記ハウジングとの対向面に、油を保持するためのリング状の溝を前記スラスト軸受よりも外周側に設けたことを特徴とする請求項６記載の回転式圧縮機。
【請求項８】
前記軸の下端に、前記油溜めの油を汲み上げるポンプ機構を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の回転式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空調機やヒートポンプ式給湯機等、流体を圧縮して昇圧する回転式圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハウジング内に円柱状の中空部を有するシリンダと、中空部内にシリンダに対して偏心して配置され、駆動源からの回転力を伝達する軸に一体に取り付けられた円柱状のピストンと、ピストンの外周に設けたベーン溝に摺動可能に装着され、先端がシリンダの内筒面と摺接することによって圧縮室を形成するベーンを設けた流体機械において、シリンダが回転可能に支持され、シリンダがピストンと同一方向に回転されるように構成した両回転型のスライディングベーン圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の両回転型のスライディングベーン圧縮機として、上記と同様の構成に加え、シリンダの軸方向端部の一端に端板を設け、端板の背面側にピストンの回転軸を回転可能に軸支する軸受を設けてシリンダを回転可能にした構造のものがある（例えば、特許文献２参照）。この構造においてシリンダの端板の内面側は圧縮室の一部を形成している。
【０００４】
シリンダに端板を設けた構造では、端板の圧縮室側と背面側とで異なる圧力が作用するため、シリンダには軸方向にスラスト荷重が発生する。そこで、特許文献２では、シリンダ内に吸入されるガスの吸入圧力とシリンダ内で圧縮されたガスの吐出圧力との間の圧力（中間圧力とする）に保った中間圧室をシリンダ外側空間に設け、この中間圧室と吸入圧力空間もしくは吐出圧力空間の間にバネによる圧力調整機構を設けて、中間圧室の圧力を適正な圧力に調整した構造としている。これによって、シリンダに作用するスラスト荷重を低減し、シリンダが一方向に押付けられることによって発生する摩擦損失および摩耗の低減を図っている。
【０００５】
また、特許文献１では、シリンダに端板を有していないので、シリンダにはスラスト荷重は発生しないが、シリンダ両端面がサイドハウジングと接触することによる摩擦・摩耗を軽減するために、高圧のエアーをシリンダ両端面部に供給することによってエアーフィルムを形成した例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１８８０８３号公報（第２頁右下欄〜第５頁右下欄、図１、図２）
【特許文献２】特開２０００−９０６９号公報（［００１６］〜［００１９］、［００３１］、［００３２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１において、接触による摩擦・摩耗のために設けたエアーフィルムは負荷容量としては小さい。このため、特許文献１のようにシリンダに端板が無くスラスト荷重が基本的に作用しないような場合は接触回避することが可能である。しかしながら、特許文献２に示されるような、シリンダの一端に端板を有する構造の回転式圧縮機では、大きいスラスト荷重が作用するためエアーフィルムでは接触回避は困難である。
【０００８】
また、特許文献２では、圧力調整機構によりシリンダに作用するスラスト荷重の低減は可能であるが、摩擦損失の抑制効果の更なる向上が望まれている。
【０００９】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、シリンダに作用するスラスト荷重によって生じるスラスト方向押付面における摩擦損失を低減した高性能の回転式圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る回転式圧縮機は、一部を除いて内部が吐出圧力に保持された密閉容器と、密閉容器の底部に設けられ油を貯留する油溜めと、密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、ハウジングに固定されて軸を回転可能に支持するフレームと、軸に固定されて軸と一体に回転する円柱状のピストンと、ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、円筒部の他端の開口を閉塞するハウジングに固定されたフレーム内に回転可能に支持され、ピストンと同一方向に回転するシリンダと、ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端がシリンダの内筒面と摺接することによってシリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと、シリンダの円筒部とハウジングとの間の摺接箇所に設けられたスラスト軸受とを有し、油溜めに貯留された油を、軸の軸受に形成した油通路を介してスラスト軸受に供給するための給油路をシリンダに設け、給油路からスラスト軸受に吐出圧力よりも高圧の油を供給するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る回転式圧縮機では、スラスト荷重が発生するが、シリンダとハウジングとの間の摺接箇所にスラスト軸受を設け、スラスト軸受に高圧の油を供給するようにしたので、スラスト軸受面には油膜が発生し、摩擦係数が低減する。これにより、摩擦損失の小さい高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ線に沿った要部断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機におけるスラスト軸受部の油の流れを示す要部拡大縦断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る第２の実施例による回転式圧縮機の要部断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る第２の実施例による回転式圧縮機におけるスラスト軸受部の油の流れを示す要部拡大縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る第３の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図７】図６のＡ-Ａ線に沿った要部断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係る第３の実施例による回転式圧縮機においてシリンダに作用するスラスト荷重を示す模式図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る第１の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る第２の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る第２の実施例による回転式圧縮機においてシリンダに作用するスラスト荷重を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
（第１の実施例：スラスト軸受）
図１は、この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。この例では、冷凍空調装置の冷媒（ガス）が回転式圧縮機により圧縮される。図１および図２に示す回転式圧縮機は両回転型のスライディングベーン圧縮機であり、縦型の密閉容器１内の上方にモーター２が配設され、モーター２の下方に圧縮機構３が配設されている。この圧縮機構３のさらに下方には、油を貯留するための油溜め４が形成されている。また、密閉容器１の側面にはガスを吸入するための吸入管５が設けられ、密閉容器１の上面には圧縮したガスを吐出するための吐出管６が設けられている。さらに、密閉容器１の上端には、電力を供給するためのガラス端子７が設けられている。
【００１４】
モーター２は、リング状に形成されたステーター２１と、このステーター２１の内部で回転し得るように支持されたローター２２とを備えている。また、軸８は、ローター２２に固定され、圧縮機構３を貫通して、その下端部は、油溜め４の油中に浸漬されている。軸８の下端には、例えば特開昭６０−２０６９８８号などに記載されている遠心ポンプ型の油ポンプ機構９が形成されている。遠心ポンプ型の油ポンプ機構９は、軸８に偏芯して設けられた第１給油路８ａと、軸８の下端に取り付けられ、中央部に吸込口１０ａを有するカップ１０とを備えており、軸８の遠心力により、油溜め４に貯溜された油を上方に吸い上げるようにしている。
【００１５】
圧縮機構３は、ピストン１１と、シリンダ１２と、ベーン１４ａおよび１４ｂと、ハウジング１５と、フレーム１６とを備えている。ピストン１１は、軸８と一体に取り付けられ、外周にベーン溝１１ａ、１１ｂが設けられて円柱状に形成されている。シリンダ１２は、ピストン１１を収容する中空の円筒部１２ａと、円筒部１２ａの下端の開口を閉塞する端板１２Ａとを有している。シリンダ１２は、円筒状のピストン１１に対して偏芯して配置されている。ベーン１４ａおよび１４ｂは、各ベーン溝１１ａ、１１ｂに摺動可能に嵌挿され、先端がシリンダ１２の円筒部１２ａの内面（内筒面）と摺接することによって圧縮室１３を形成している。
【００１６】
ハウジング１５は、密閉容器１に固定され、ピストン１１の上端面およびシリンダ１２の上端面と近接して配置され、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端開口を閉塞している。ハウジング１５においてシリンダ１２の上端面と摺接する箇所にはスラスト軸受４０が配置されている。また、ハウジング１５には、軸８を支承する上軸受１５ａと、吸入管５に接続され圧縮室１３にガスを送るための吸入ポート１５ｂと、圧縮室１３から吐出されるガスを圧縮機構３の上方に導くための吐出ポート１５ｃとが設けられている。
【００１７】
フレーム１６は、中空部１６ａと中空部１６ａの下端開口を閉塞する円板部１６Ａとを有して略有底円筒状に形成され、中空部１６ａ内にシリンダ１２とピストン１１とを収容し、中空部１６ａの上端（開口端）がハウジング１５に固定して取り付けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａの中央部分には、上軸受１５ａとともに軸８を支承する下軸受１６ｂと、下軸受１６ｂの外側に配置され、シリンダ１２の端板１２Ａを支承するシリンダ軸受１６ｃとが設けられており、軸８を回転可能に支持している。
【００１８】
また、フレーム１６の中空部１６ａにはフレーム１６の内側空間と外側空間を連通するための連通路１６ｄが設けられ、ハウジング１５の外周側には、フレーム１６の外側空間とハウジング１５の上部空間とを連通するための連通路１５ｄが設けられている。これにより、ハウジング１５の上部空間と、フレーム１６の外側空間（フレーム１６と密閉容器１との間の空間）と、フレーム１６の内側空間（フレーム１６とシリンダ１２との間の空間）とは全て、同一圧力すなわち吐出圧力となっている。なお、以下では、フレーム１６の外側空間を第１空間３０といい、フレーム１６とシリンダ１２との間の空間を第２空間３１という。
【００１９】
また、吐出ポート１５ｃは、ハウジング１５において軸８の軸方向に貫通形成されており、貫通穴の途中部分には吐出弁１７が取り付けられている。また、上軸受１５ａおよび下軸受１６ｂと軸８内に設けた第１給油路８ａとは連通しており、フレーム１６には下軸受１６ｂに供給された油の一部をシリンダ軸受１６ｃに供給するための第２給油路１６ｅが設けられている。さらに、シリンダ１２にはシリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部をスラスト軸受４０に供給するための複数の第３給油路１２ｂが設けられている。第３給油路１２ｂは、シリンダ１２のハウジング１５との対向面に開口しており、その開口位置は、図２に示すように間隔を空けて周状に配置されている。この点は後述の実施の形態でも同様である。これにより、スラスト軸受４０に対して効果的に給油できるようになっている。また、フレーム１６の円板部１６Ａには、第２空間３１に溜まった油を油溜め４に排出するための油戻し穴１６ｆが設けられている。
【００２０】
以下に、図１および図２を用いて、この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機の動作について説明する。
ガラス端子７に給電されると、モーター２に駆動力が発生し、軸８が駆動されて、軸８と一体に取り付けられたピストン１１も回転する。ピストン１１が回転すると、ベーン１４ａ、１４ｂは、遠心力および背圧によりベーン溝１１ａ、１１ｂ内を出入りしながらシリンダ１２の円筒部１２ａの内筒面に摺接する。シリンダ１２は、フレーム１６に設けられたシリンダ軸受１６ｃに回転可能に支承されているので、ベーン１４ａ、１４ｂとの摩擦力によって、シリンダ１２もピストン１１と同一方向に回転する。以上の動作により、圧縮室１３内の容積は増減される。
【００２１】
吸入管５および吸入ポート１５ｂを介して圧縮機外から圧縮室１３内に取り込まれたガスは、圧縮室１３内で圧縮された後、吐出ポート１５ｃおよび吐出弁１７を介して、ハウジング１５の上方に吐き出される。ハウジング１５の上方に吐き出されたガスは、吐出管６から圧縮機外に吐き出される。図１中の矢印はガスの流れを示している。以上により、ハウジング１５の上部空間は吐出圧力となる。また、ハウジング１５の上部空間は連通路１５ｄおよび連通路１６ｄによって第１空間３０および第２空間３１に連通しているため、第１空間３０および第２空間３１も吐出圧力となる。なお、この実施例では２枚のベーン１４ａ、１４ｂを設けているため、一回転につき２回の吸入、吐出が行われる。
【００２２】
以上において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側の面（以下、圧縮室側面という）には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重が作用する。しかし、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室１３と反対側の面（以下、背面という）には全面に吐出圧力が作用するため、シリンダ１２には結局上向きのスラスト荷重が作用する。すなわち、シリンダ１２とハウジング１５との間にスラスト荷重が作用する。よって、この実施例では、スラスト荷重が作用する、シリンダ１２とハウジング１５との間にスラスト軸受４０を設けており、これにより、シリンダ１２はスラスト軸受４０により支持されることになる。
【００２３】
一方、軸８の回転に伴って、油溜め４の油は、油ポンプ機構９のポンプ作用により、カップ１０の中央に設けた吸込口１０ａから上方に吸入された後、第１給油路８ａを通って下軸受１６ｂおよび上軸受１５ａに給油される。また、下軸受１６ｂに給油された油の一部は、フレーム１６に設けた第２給油路１６ｅを通ってシリンダ軸受１６ｃに供給される。そして、シリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部は、シリンダ１２に設けた第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に供給される。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機におけるスラスト軸受に供給される油の流れを示す要部拡大縦断面図である。以下、スラスト軸受４０に供給される油の流れを図３を参照して説明する。
第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に送られた油の圧力は、油ポンプ機構９によるポンプおよびシリンダ１２の回転による遠心力による昇圧分ΔＰだけ吐出圧力Ｐｄよりも高くなる。一方、シリンダ１２の内側空間は圧縮室１３であり、圧力は吸入圧力Ｐｓから吐出圧力Ｐｄまで変化する。また、シリンダ１２の外側の第２空間３１は吐出圧力Ｐｄである。よって、これらの圧力の中で第３給油路１２ｂの圧力がＰｄ＋ΔＰであり、最も高い。
【００２５】
このため、第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に送られた油は、図３に矢印で示したように、スラスト軸受４０の外側および内側にそれぞれ供給される。なお、第３給油路１２ｂからスラスト軸受４０に送られた油は、スラスト軸受４０の内側および外側に送られると同時に、シリンダ１２が回転することにより周方向にも送られる。これによって、スラスト軸受４０の全面に油が供給され、昇圧分ΔＰが静圧としてスラスト軸受４０に作用するため、スラスト軸受面には油膜が発生する。なお、スラスト軸受４０からシリンダ１２の外側の第２空間３１に送られた油は、フレーム１６の底部に設けた油戻し穴１６ｆを通って油溜め４に戻される。
【００２６】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る第１の実施例による回転式圧縮機においては、スラスト荷重が発生するが、シリンダ１２の円筒部１２ａとハウジング１５との間の摺接箇所にスラスト軸受４０を設け、スラスト軸受４０に高圧の油を供給するようにした。これにより、スラスト軸受面に油膜が発生し、摩擦係数を低減することができる。したがって、摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。また、摩擦損失を低減できるため、省エネルギー化も図ることが可能である。
【００２７】
また、油がスラスト軸受４０に確実に供給されるため、シリンダ１２の外側空間から圧縮室１３への漏れをシールする効果が高くなる。これにより、漏れ損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００２８】
（第２の実施例：油保持溝）
図４は、この発明の実施の形態１に係る第２の実施例による回転式圧縮機の要部断面図である。図４において図１〜図３に示した実施の形態１の第１の実施例と同一部分には同一符号を付す。以下、第２の実施例が第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。
第２の実施例では、第１の実施例の構成に加えて、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面において、スラスト軸受４０よりも外周側に、油を保持することでシールを行うための油保持溝４１をリング状に設けたものである。その他の構成は実施の形態１の第１の実施例と同様である。
【００２９】
図５は、この発明の実施の形態１に係る第２の実施例による回転式圧縮機におけるスラスト軸受４０に供給される油の流れを示す要部拡大縦断面図である。以下、第２の実施例のスラスト軸受４０に供給される油の流れを図５を参照して説明する。
第３給油路１２ｂの圧力は、上述したようにシリンダ１２の内側および外側空間よりも高いため、第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に送られた油はスラスト軸受４０の外側および内側にそれぞれ供給される。スラスト軸受４０の外側に供給された油は一旦油保持溝４１に保持された後、シリンダ１２の外側の第２空間３１に排出される。
【００３０】
油保持溝４１は、図４に示すようにシリンダ１２の円筒部１２ａの上端面（ハウジング１５との対向面）において全周に渡って形成されており、その位置でシール性を発揮している。また、油保持溝４１内には、第３給油路１２ｂからの圧力Ｐｄ＋ΔＰの油が供給されるため、油保持溝４１内の圧力はシリンダ１２の外側の第２空間３１の圧力Ｐｄよりも高い。したがって、シリンダ１２の外側空間から圧縮室１３へのガスの漏れを確実に防ぐことができる。
【００３１】
以上説明したように、実施の形態１の第２の実施例は、実施の形態１の第１の実施例と同様の効果が得られるとともに、油保持溝４１を設けたことにより第２空間３１から圧縮室１３へのガスの漏れを確実に防ぐことができる。よって、実施の形態１の第１の実施例の構成よりもさらにシール効果が高く、漏れ損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００３２】
（第３の実施例：背圧室）
図６は、この発明の実施の形態１に係る第３の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。図７は、図６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図４および図５に示した実施の形態１の第２の実施例と同一部分には同一符号を付す。以下、第３の実施例が上記第２の実施例と異なる部分を中心に説明する。
第３の実施例では、第２の実施例の構成に加えて、フレーム１６の円板部１６Ａに、シリンダ１２の端板１２Ａとの間で背圧室２４を形成するための円環状の凹部を設けている。また、フレーム１６にガス導入路１６ｇを設けるとともに、ハウジング１５にガス導入路１５ｅを設け、背圧室２４をガス導入路１６ｇおよびガス導入路１５ｅを介して吸入ポート１５ｂに連通させる構成としている。さらに、背圧室２４の内径側にシール機構２３ａを設けるとともに、背圧室２４の外径側にシール機構２３ｂを設け、背圧室２４を、吐出圧力に保持される他の空間と気密に仕切られる構成としている。この構成により、背圧室内部を吸入圧力に保持するようにしている。その他の構成については実施の形態１の第２の実施例と同様である。
【００３３】
ここで、シリンダ１２に作用する荷重を図８を参照して説明する。図８（ａ）は、背圧室２４を設けない場合、図８（ｂ）は背圧室２４を設けた場合を示している。図８（ａ）において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側面には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重Ｆａが作用する。一方、シリンダ１２の端板１２Ａの背面には、全面に吐出圧力Ｐｄが作用するため、スラスト荷重Ｆａよりも大きい上向きのスラスト荷重Ｆｂが端板１２Ａの背面に作用する。このため、シリンダ１２には式（１）で与えられる上向きのスラスト荷重Ｆｔが作用し、このスラスト荷重Ｆｔをスラスト軸受４０で支持することになる。
Ｆｔ＝Ｆｂ−Ｆａ                                        ・・・（１）
【００３４】
これに対して、第３の実施例による回転式圧縮機においては、図８（ｂ）に示すように、背圧室２４は上述したように吸入ポート１５ｂに連通しており、背圧室２４の内部は吸入圧力Ｐｓに保持されている。したがって、シリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する上向きのスラスト荷重は上記Ｆｂよりも小さくなる。シリンダ吸入圧力Ｐｓがシリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する面積をＡとし、シリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する上向きのスラスト荷重をＦｂ１とすると、スラスト荷重Ｆｂ１は次の式（２）で与えられる。
Ｆｂ１＝Ｆｂ―（Ｐｄ−Ｐｓ）×Ａ                         ・・・（２）
【００３５】
そうすると、シリンダ１２に生じる上向きのスラスト荷重Ｆｔは式（３）で示されるようにＦｂ１よりも小さくなる。
Ｆｔ＝Ｆｂ１−Ｆａ                                       ・・・（３）
【００３６】
上記（２）式から明らかなように、背圧室２４の内径と外径の位置を変更するなどして面積Ａを大きくすることによりＦｂ１を小さくできる。このため、背圧室２４の大きさの設定次第で、シリンダ１２に作用する上向きのスラスト荷重Ｆｔ、すなわちシリンダ１２のハウジング１５との押付力を極めて小さくすることが可能である。
【００３７】
以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る第３の実施例による回転式圧縮機においては、スラスト軸受４０に作用する荷重を極めて小さくできるため、第１の実施例および第２の実施例よりも、さらに摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００３８】
実施の形態２．
実施の形態１の回転式圧縮機は、密閉容器１の側面に吸入管５が接続され、密閉容器１の上面に吐出管６が接続され、密閉容器１内が圧縮室１３等の一部を除いて吐出圧力に保持されたタイプの回転式圧縮機であった。これに対し、実施の形態２の回転式圧縮機は、密閉容器１の上面に吸入管５が接続され、密閉容器１の側面に吐出管６が接続され、密閉容器１内が圧縮室１３等の一部を除いて吸入圧力に保持されたタイプの回転式圧縮機であり、圧縮機構３における要部の構成は実施の形態１とほぼ同様である。
【００３９】
（第１の実施例：スラスト軸受、油保持溝）
図９は、この発明の実施の形態２に係る第１の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
図９において、縦型の密閉容器１内の上方にモーター２が配設され、モーター２の下方に圧縮機構３が配設されている。この圧縮機構３のさらに下方には、油を貯留するための油溜め４が形成されている。また、密閉容器１の上面にはガスを吸入するための吸入管５が設けられ、密閉容器１の側面には圧縮したガスを吐出するための吐出管６が設けられている。さらに、密閉容器１の上端には、電力を供給するためのガラス端子７が設けられている。
【００４０】
モーター２は、リング状に形成されたステーター２１と、このステーター２１の内部で回転し得るように支持されたローター２２とを備えている。また、軸８は、ローター２２に固定され、圧縮機構３を貫通して、その下端部は、油溜め４の油中に浸漬されている。軸８の下端には、例えば特開昭６０−２０６９８８号などに記載されている遠心ポンプ型の油ポンプ機構９が形成されている。遠心ポンプ型の油ポンプ機構９は、軸８に偏芯して設けられた第１給油路８ａと、軸８の下端に取り付けられ、中央部に吸込口１０ａを有するカップ１０とを備えており、軸８の遠心力により、油溜め４に貯溜された油を上方に吸い上げるようにしている。
【００４１】
圧縮機構３は、ピストン１１と、シリンダ１２と、ベーン１４ａおよび１４ｂと、ハウジング１５と、フレーム１６とを備えている。ピストン１１は、軸８と一体に取り付けられ外周にベーン溝１１ａ、１１ｂ（実施の形態１の図２参照）が設けられて円柱状に形成されている。シリンダ１２は、ピストン１１を収容する中空の円筒部１２ａと、円筒部１２ａの下端の開口を閉塞する端板１２Ａとを有している。シリンダ１２は、円筒状のピストン１１に対して偏芯して配置されている。ベーン１４ａおよび１４ｂは、各ベーン溝１１ａ、１１ｂに摺動可能に嵌挿され、先端がシリンダ１２の円筒部１２ａの内面（内筒面）と摺接することによって圧縮室１３を形成している。
【００４２】
ハウジング１５は、密閉容器１に固定され、ピストン１１の上端面およびシリンダ１２の上端面と近接して配置され、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端開口を閉塞している。ハウジング１５には、軸８を支承する上軸受１５ａと、圧縮機構３の上方から圧縮室１３にガスを送るための吸入ポート１５ｂと、吐出管６に接続され圧縮室１３から吐出されたガスを送るための吐出ポート１５ｃとが設けられている。
【００４３】
フレーム１６は、中空部１６ａと中空部１６ａの下端開口を閉塞する円板部１６Ａとを有して略有底円筒状に形成され、中空部１６ａ内にシリンダ１２とピストン１１とを収容し、中空部１６ａの上端（開口端）がハウジング１５に固定して取り付けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａの中央部分には、上軸受１５ａとともに軸８を支承する下軸受１６ｂと、下軸受１６ｂの外側に配置され、シリンダ１２の端板１２Ａを支承するシリンダ軸受１６ｃとが設けられている。
【００４４】
また、フレーム１６の円板部１６Ａにおいてシリンダ１２の円筒部１２ａの背面と摺接する箇所にはスラスト軸受４０が配置されている。また、フレーム１６の中空部１６ａにはフレーム１６の内側空間と外側空間を連通するための連通路１６ｄが設けられ、ハウジング１５の外周側には、フレーム１６の外側空間とハウジング１５の上部空間とを連通するための連通路１５ｄが設けられている。これにより、ハウジング１５の上部空間と、フレーム１６の外側空間（フレーム１６と密閉容器１との間の空間）と、フレーム１６の内側空間（フレーム１６とシリンダ１２との間の空間）とは全て、同一圧力すなわち吸入圧力となっている。なお、以下では、フレーム１６の外側空間を第１空間３０といい、フレーム１６とシリンダ１２との間の空間を第２空間３１という。
【００４５】
また、吐出ポート１５ｃは、ハウジング１５において軸８の軸方向に貫通形成された貫通穴１５ｃａと、一端が貫通穴１５ｃａと連通し他端が吐出管６に連通する貫通穴１５ｃｂとを有している。貫通穴１５ｃａの途中部分には吐出弁１７が取り付けられ、貫通穴１５ｃａの上端部分には、吐出ポート１５ｃをハウジング１５の上方空間とシールするための蓋１８が設けられている。また、上軸受１５ａおよび下軸受１６ｂと軸８内に設けた第１給油路８ａとは連通しており、フレーム１６には下軸受１６ｂに供給された油の一部をシリンダ軸受１６ｃに供給するための第２給油路１６ｅが設けられている。さらに、シリンダ１２にはシリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部をスラスト軸受４０に供給するための複数の第３給油路１２ｂが設けられている。また、フレーム１６のシリンダ１２との対向面には、スラスト軸受４０よりも外周側に、油を保持することでシリンダ１２との間をシールするための油保持溝４１をリング状に設けている。また、フレーム１６の円板部１６Ａには、第２空間３１に溜まった油を油溜め４に排出するための油戻し穴１６ｆが設けられている。
【００４６】
以下に、図９を用いて、この発明の実施の形態２に係る第１の実施例による回転式圧縮機の動作について説明する。
ガラス端子７に給電されると、モーター２に駆動力が発生し、軸８が駆動されて、軸８と一体に取り付けられたピストン１１も回転する。ピストン１１が回転すると、ベーン１４ａ、１４ｂは遠心力および背圧によりベーン溝１１ａ、１１ｂ内を出入りしながらシリンダ１２の内筒面に摺接する。そうすると、シリンダ１２は、フレーム１６に設けられたシリンダ軸受１６ｃにおいて回転可能に支承されているので、ベーン１４ａ、１４ｂとの摩擦力によって、ピストン１１と同一方向に回転する。以上の動作により、圧縮室１３内の容積は増減される。
【００４７】
よって、吸入管５を介して圧縮機外から密閉容器１内に取り込まれたガスは、ハウジング１５に設けた吸入ポート１５ｂから圧縮室１３内に取り込まれる。そして、圧縮室１３内に取り込まれたガスは圧縮室１３内で圧縮された後、吐出ポート１５ｃの貫通穴１５ｃａ、吐出弁１７および貫通穴１５ｃｂを通って吐出管６から圧縮機外に吐き出される。図９中の矢印はガスの流れを示している。以上により、ハウジング１５の上部空間は吸入圧力となる。また、ハウジング１５の上部空間は連通路１５ｄおよび連通路１６ｄによって第１空間３０および第２空間３１に連通しているため、第１空間３０および第２空間３１も吸入圧力となる。なお、この実施例では２枚のベーン１４ａ、１４ｂを設けているため、一回転につき２回の吸入、吐出が行われる。
【００４８】
以上において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側面には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重が作用する。しかし、シリンダ１２の端板１２Ａの背面には全面に吸入圧力が作用するため、シリンダ１２を上向きに押し上げるスラスト荷重は発生しない。したがって、シリンダ１２には結局下向きのスラスト荷重が作用する。すなわち、シリンダ１２の端板１２Ａの背面とフレーム１６との間にスラスト荷重が作用する。よって、この実施例では、スラスト荷重が作用する、シリンダ１２の端板１２Ａとフレーム１６との間にスラスト軸受４０を設けており、これにより、シリンダ１２は端板１２Ａの背面側に設けたスラスト軸受４０により支持されることになる。
【００４９】
一方、軸８の回転に伴って、油溜め４の油は、油ポンプ機構９のポンプ作用により、カップ１０の中央に設けた吸込口１０ａから上方に吸入された後、第１給油路８ａを通って下軸受１６ｂ、上軸受１５ａに給油される。また、下軸受１６ｂに給油された油の一部は、フレーム１６に設けた第２給油路１６ｅを通ってシリンダ軸受１６ｃに供給される。さらにシリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部は、シリンダ１２に設けた第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に供給される。スラスト軸受４０に供給された油の流れは、この発明の実施の形態１に係る第２の実施例による回転式圧縮機と同様の動作となる。
【００５０】
以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る第１の実施例による回転式圧縮機においては、スラスト荷重が発生する、シリンダ１２の端板１２Ａの背面とフレーム１６との間の摺接箇所にスラスト軸受４０を設け、スラスト軸受４０に高圧の油を供給するようにした。これにより、スラスト軸受面に油膜が発生し、摩擦係数を低減することができる。したがって、摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。また、摩擦損失を低減できるため、省エネルギー化も図ることが可能である。
【００５１】
また、油がスラスト軸受４０に確実に供給されるため、シリンダ１２の外側空間から圧縮室１３への漏れをシールする効果が高くなる。これにより、漏れ損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００５２】
（第２の実施例：背圧室）
図１０は、この発明の実施の形態２に係る第２の実施例による回転式圧縮機を示す縦断面図である。図１０において図９に示した実施の形態２の第２の実施例と同一部分には同一符号を付す。以下、第２の実施例が第１の実施例と異なる部分を中心に説明する。
第２の実施例では、第１の実施例においてシリンダ１２の端板１２Ａとフレーム１６の円板部１６Ａとの摺接部分に設けていたスラスト軸受４０を、この位置に代えて、図１に示した実施の形態１と同様に、ハウジング１５においてシリンダ１２の上端面と摺接する箇所に設けている。また、油保持溝４１を、図６に示した実施の形態１の第２の実施例と同様に、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面において、スラスト軸受４０よりも外周側にリング状に設けている。
【００５３】
またさらに、フレーム１６の円板部１６Ａに、シリンダ１２の端板１２Ａとの間で背圧室２４を形成するための円環状の凹部を設けている。また、フレーム１６にガス導入路１６ｇを設けるとともに、ハウジング１５にガス導入路１５ｅを設け、背圧室２４をガス導入路１６ｇおよびガス導入路１５ｅを介して吐出ポート１５ｃに連通させる構成としている。さらに、背圧室２４の内径側にシール機構２３ａを設けるとともに、背圧室２４の外径側にシール機構２３ｂを設け、背圧室２４を、吸入圧力に保持される他の空間と気密に仕切られる構成としている。この構成により、背圧室２４内部を吐出圧力に保持するようにしている。その他の構成については実施の形態２の第１の実施例と同様である。
【００５４】
ここで、シリンダ１２に作用する荷重を図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、背圧室２４を設けない場合、図１１（ｂ）は背圧室２４を設けた場合を示している。図１１（ａ）において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側面には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重Ｆａが作用する。一方、シリンダ１２の端板１２Ａの背面には全面に吸入圧力Ｐｓが作用するため、端板１２Ａの背面からシリンダ１２を上向きに押し上げるスラスト荷重は発生しない。このため、シリンダ１２には式（４）で与えられる下向きのスラスト荷重Ｆｔが作用する。
Ｆｔ＝Ｆａ                                              ・・・（４）
【００５５】
これに対して、この発明の実施の形態２の第２の実施例による回転式圧縮機においては、背圧室２４は上述したようにガス導入路１６ｇおよびガス導入路１５ｅを介して吐出ポート１５ｃに連通しているため、図１１（ｂ）に示すように、背圧室２４は吐出圧力Ｐｄに保持されている。吐出圧力Ｐｄがシリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する面積をＡとすると、端板１２Ａには式（５）に示す上向きのスラスト荷重Ｆｃが作用することになる。
Ｆｃ＝（Ｐｄ−Ｐｓ）×Ａ                                ・・・（５）
【００５６】
ここで、背圧室２４の内径と外径の位置を変更するなどして面積Ａを小さくすることにより、上向きのスラスト荷重Ｆｃを下向きのスラスト荷重Ｆａより若干大きくすれば、シリンダ１２には式（６）で示されるような上向きの小さいスラスト荷重Ｆｔが作用する。この荷重Ｆｔをシリンダ１２の上端面側に設けたスラスト軸受４０で支持することになる。
Ｆｔ＝Ｆｃ−Ｆａ                                        ・・・（６）
【００５７】
以上示したように、この発明の実施の形態２に係る第２の実施例による回転式圧縮機においては、スラスト軸受４０をシリンダ１２の上端面側に配することができ、かつスラスト軸受４０に作用する荷重を極めて小さくできる。このため、シリンダ上端面部には確実に油が供給され、油でシールされるため、実施の形態２に係る第１の実施例よりも、摩擦損失が少なく、かつ漏れ損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００５８】
なお、実施の形態２では、第１の実施例および第２の実施例の両方において油保持溝４１を設けた構成を示したが、油保持溝４１は省略可能である。ただし、上述したシール性の観点から、油保持溝４１を設けた構成とする方が好ましい。
【００５９】
この発明の実施の形態１および実施の形態２による回転式圧縮機においては、油ポンプ機構９として、遠心ポンプ型の油ポンプを示したが、特開平６−２３５３８７号などに記載されているトロコイドポンプのような容積型の油ポンプを用いてもよい。また、スラスト軸受４０において、シリンダ１２の回転による遠心力のみで十分油膜が発生する場合は、油ポンプ機構９は無くてもよい。
【００６０】
また、この発明の実施の形態１および実施の形態２による回転式圧縮機においては、ベーン枚数が２枚の場合について示したが、ベーン枚数が１枚もしくは３枚以上の場合についても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１  密閉容器、２  モーター、３  圧縮機構、４  油溜め、５  吸入管、６  吐出管、７  ガラス端子、８  軸、８ａ  第１給油路、９  油ポンプ機構、１０  カップ、１０ａ  吸込口、１１  ピストン、１１ａ  ベーン溝、１２  シリンダ、１２Ａ  端板、１２ａ  円筒部、１２ｂ  第３給油路、１３  圧縮室、１４ａ  ベーン、１５  ハウジング、１５ａ  上軸受、１５ｂ  吸入ポート、１５ｃ  吐出ポート、１５ｃａ  貫通穴、１５ｃｂ  貫通穴、１５ｄ  連通路、１５ｅ  ガス導入路、１６  フレーム、１６Ａ  円板部、１６ａ  中空部、１６ｂ  下軸受、１６ｃ  シリンダ軸受、１６ｄ  連通路、１６ｅ  第２給油路、１６ｆ  穴、１６ｇ  ガス導入路、１７  吐出弁、１８  蓋、２１  ステーター、２２  ローター、２３ａ  シール機構、２３ｂ  シール機構、２４  背圧室、３０  第１空間、３１  第２空間、４０  スラスト軸受、４１  油保持溝。
【図１】
2011085034.tif 000003
【図２】
2011085034.tif 000004
【図３】
2011085034.tif 000005
【図４】
2011085034.tif 000006
【図５】
2011085034.tif 000007
【図６】
2011085034.tif 000008
【図７】
2011085034.tif 000009
【図８】
2011085034.tif 000010
【図９】
2011085034.tif 000011
【図１０】
2011085034.tif 000012
【図１１】
2011085034.tif 000013