(57)【要約】【課題】クランク軸偏心部とローラ内周に発生する摺動損失を確実に低減し、信頼性、耐久性に優れた、ロータリ圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】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、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、シリンダ３０内に設けられたクランク軸３１の偏心部３１ａに嵌合されたローラ３２と、ローラ３２の偏心回転に追従しシリンダ３０に設けられたスロット内を往復運動して圧縮室３９を低圧部と高圧部とに仕切るベーン３３とからなるロータリ圧縮機において、偏心部３１ａにクランク軸３１の運転時傾倒方向に逃がし４２を設けたことを特徴とする。【選択図】図２
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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、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前記シリンダに設けられたスロット内を往復運動して前記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、前記偏心部に前記クランク軸運転時傾倒方向に逃がしを設けたことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記クランク軸の偏心方向を基準とし、前記偏心部の外周の回転方向に−３０度から１５０度は前記上軸受側を逃がし、１５０度から３０度は前記下軸受側に逃がしを設けたことを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記偏心部の逃がし形状が連続した傾斜をもったテーパ形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記偏心部の逃がし形状が連続した円弧等滑らかな曲線を描く形状であることを特徴とする請求項１又は２記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記偏心部の前記下軸受側に設けられたスラスト面が前記クランク軸運転時傾倒方向に逃がしを設けたこと特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一項記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記偏心部の前記下軸受側に設けられた前記スラスト面の、前記クランク軸の偏心方向を基準とし、回転方向に−３０度から１５０度は１５０度から３０度より鉛直方向の高さが低く設けたこと特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一項記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】
前記偏心部の前記下軸受側に設けられた前記スラスト面の逃がし形状が連続した傾斜を持ったテーパ形状であること特徴とする請求項１〜６のうちいずれか一項記載のロータリ圧縮機。
【請求項８】
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１〜７のうちいずれか一項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、冷蔵庫、空気調和装置に組み込まれることが可能なロータリ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。このようなロータリ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、一般的に、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、電動機は回転子と固定子によって形成されており、回転子上下には鉛直方向に振動、騒音低減を目的としたバランスウエイトが設けられている。回転子はクランク軸によって圧縮機構部に連結されており、電気的に回転子を回転させることによって圧縮機構を作動させる。このとき、回転子は運転条件で指定された、回転数で回転運動を行うため、回転による遠心力が発生する。また、回転子は固定子からの電磁力で回転しているため、回転子と固定子の隙間の分布に依存した磁気吸引力も発生する。これらの外力の影響もうけてクランク軸の挙動は決定される。クランク軸は回転子下部に設けられた、上軸受と下軸受によって回転方向の挙動を規定されており、クランク軸と各軸受には、直接接触ができるだけ発生しないよう、一定の隙間をもうけ、油膜によってクランク軸が保持される構成がとられている。
【０００４】
圧縮機構部は、シリンダとこの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、この圧縮室内に上軸受および下軸受に支持されたクランク軸の偏心部に嵌合されたローラと、このローラの外周に当接しローラの偏心回転に追従して往復運動し圧縮室内を低圧部と高圧部とに仕切るベーンを備えている。シリンダには、圧縮室内の低圧部に向けてガスを吸入する吸入ポートが開通され、上軸受には、圧縮室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が開通されており、ローラはシリンダが上軸受，下軸受に上下から閉塞されることによって形成される圧縮室に収容されている。吐出ポートは上軸受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が設けられている。
【０００５】
上述した構成のロータリ圧縮機においては、低圧部側ではローラの摺接部が吸入ポート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の摺動部が吐出ポートへ圧縮室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が開いて吐出ポートからガスを流出させる。
【０００６】
このような、ローリングピストン型流体機械においては、高圧部と低圧部の圧力差により、ローラがクランク軸の偏心部に押し付けられ、その押圧力によってクランク軸が傾く。また、前述した回転子の遠心力、磁気吸引力等の外力によってクランク軸は傾く。クランク軸に傾きが発生すると、クランク軸の偏心部とローラの内周もしくは下軸受とが接触を起こし、損失を発生させる。
【０００７】
図１１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１１に示すように、クランク軸３１の偏心部３１ａの中央部の径が端部の径よりわずかに大きいバレル形状とすることによって摺動損失の低減を図っている（例えば、特許文献１参照）
。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭６３−１３６２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来構造のロータリ圧縮機において、クランク軸に傾きが発生すると、クランク軸の偏心部とローラの内周もしくは下軸受とが接触を起こし、摺動損失が増加するだけでなく、異常磨耗が発生し、信頼性、耐久性が損なわれる恐れがある。また、傾きの方向を考慮せず、クランク軸に逃がしを設けると、傾きの方向によっては軸受隙間が大きくなりすぎ、軸受の信頼性をさらに低下させるという課題を有していた。
【００１０】
本発明は、前期従来の課題を解決するもので、クランク軸の偏心部とローラ内周もしくは下軸受に発生する摺動損失を確実に低減し、信頼性、耐久性に優れた、ロータリ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】
【００１１】
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、クランク軸が傾き回転するのに対し、クランク軸の偏心部に傾き方向に応じた逃がしを設けることを特徴とするロータリ圧縮機としたものである。これによって、クランク軸が傾く方向に対応した、逃がしを設けることによって、クランク軸の偏心部とローラ内周もしくは下軸受との接触を回避し、摺動損失を確実に低減し、信頼性、耐久性に優れた、ロータリ圧縮機となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のロータリ圧縮機は、クランク軸の偏心部に、クランク軸に発生する傾きに応じた逃がしを設けることによって、磨耗や焼き付きなどの信頼性、耐久性の低下を抑制し、かつ、適正な軸受面を確保できるため、摺動損失を確実に低減できることから、高信頼性で高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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におけるローラとクランク軸の偏心部の模式図
【図３】本発明の実施の形態１における磁気吸引力と隙間距離の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態１における一般形状におけるローラとクランク軸の偏心部の模式図
【図５】本発明の実施の形態１における一般形状におけるクランク軸の運転時軌跡を示す特性図
【図６】本発明の実施の形態１における組立時における隙間の関係を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態１における逃がしの設置角度を示した模式図
【図８】本発明の実施の形態１における逃がしの形状を示した模式図
【図９】本発明の実施の形態１におけるスラスト面の逃がしを示した模式図
【図１０】従来例の非特許文献１におけるクランク軸の偏心部の形状を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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、前記圧縮機構部は、シリンダと、前記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、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前記シリンダに設けられたスロット内を往復運動して前記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、前記偏心部に前記クランク軸運転時傾倒方向に、逃がしを設けたことを特徴とすることにより、外力によってクランク軸が傾いても、クランク軸偏心部とローラ内周との接触を回避するため、高信頼性で高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の前記クランク軸の偏心方向を基準とし、前記偏心部の外周の回転方向に−３０度から１５０度は前記上軸受側を逃がし、１５０度から３０度は前記下軸受側に逃がしを設けたことを特徴とすることにより、クランク軸の傾倒方向と合致した最適な逃がし形状となり、確実に高信頼性と高効率化を図ることができる。
【００１６】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の前記偏心部の逃がし形状が連続した傾斜をもったテーパ形状であることを特徴とすることにより、クランク軸の傾きに対して片当たりを防ぎ、油膜面を確保することができ、高い油膜保持力を維持することができる。
【００１７】
第４の発明は、特に、第１または第２の発明の前記偏心部の逃がし形状が連続した円弧等滑らかな曲線を描く形状である、ことを特徴とすることにより、偏心部が接触しても点接触となり、接触面積を抑えることができ、発生する損失を低減することができる。
【００１８】
第５の発明は、特に、第１〜４いずれかの１つの発明の前記偏心部の前記下軸受側に設けられたスラスト面が前記クランク軸運転時傾倒方向に逃がしを設けたこと特徴とすることにより、外力によってクランク軸が傾いても、クランク軸偏心部スラスト面と下軸受端面との接触を回避するため、高信頼性で高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【００１９】
第６の発明は、特に、第１〜５いずれかの１つの発明の前記偏心部の前記下軸受側に設けられた前記スラスト面の、前記クランク軸の偏心方向を基準とし、回転方向に−３０度から１５０度は１５０度から３０度より鉛直方向の高さが低く設けたこと特徴とすることにより、クランク軸の傾倒方向と合致した最適な逃がし形状となり、確実に高信頼性と高効率化を図ることができる。
【００２０】
第７の発明は、特に、第１〜６いずれかの１つの発明の前記偏心部の前記下軸受側に設けられた前記スラスト面の逃がし形状が連続した傾斜を持ったテーパ形状であること特徴とすることにより、クランク軸の傾きに対して片当たりを防ぎ、油膜面を確保することができ、高い油膜保持力を維持することができる。
【００２１】
第８の発明は、特に、第１〜８いずれかの１つの発明の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ことにより、特に差圧が大きくクランク軸の傾きが大きくなるＣＯ２においてもより効果的に、高信頼性で高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【００２２】
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。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は本発明第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１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３
２と、このローラ３２の外周３２ａに当接しながらローラ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。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と下軸受３５とで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。
【００２４】
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。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、固定子２２と密閉容器１内壁で形成された切欠部２８と、電動機２のエアギャップ２６を通って、電動機２の上部の上シェル５の空間に送り出され、冷媒吐出管５１から密閉容器１の外に吐出される。矢印は、冷媒の流れを示す。
【００２５】
以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。図２は本発明におけるクランク軸３１の偏心部３１とローラ３２の模式図である。図２に示すように、クランク軸３１の偏心部３１ａにクランク軸傾倒方向に、逃がし４２を設ける構成としている。本発明における逃がし４２とは、逃がし４２を設けた箇所の最大径３１ｂがクランク軸３１の偏心部３１ａの最大径３１ｃより小さい形状のことをさす。
【００２６】
一般的にクランク軸３１の偏心部３１ａのローラ３２の内周３２ｂ側の形状は鉛直方向に傾きを持たないように設計される。これは、クランク軸３１が傾きを持たず鉛直状態を維持して、回転していれば、信頼性が高く、損失の少ない形状となるためである。しかし、実際のロータリ圧縮機の運転時には、圧縮室３９の高低圧差による押圧力、回転子２４の遠心力、磁気吸引力等の外力によってクランク軸３１は傾く。ここで示す回転子２４の遠心力とは、回転子２４に取り付けられたバランスウェイト４１等の要素も含めた回転子２４に発生する力とする。またここで示す、磁気吸引力は、図３に代表されるような、電動機２の特性により、回転子２４と固定子２２の隙間によって発生する力とする。これらの外力が作用し、クランク軸３１が傾倒した場合、前述の一般的な形状では図４に示すようにクランク軸３１の偏心部３１ａの外周３１ｄとローラ３２の内周３２ｂが異常な接触をし、損失が発生する。このとき、本発明の構成によると、クランク軸３１の傾きに応じた逃がしをクランク軸３１の偏心部３１ａに設けることによってローラ３２の内周３２ｂとの片当たりを回避し、損失を低減することができる。
【００２７】
また、クランク軸３１の傾斜方向は前述の外力等によって影響を受けるが、一般的なロータリ圧縮機において、代表的なエアコン性能評価条件（ＡＰＦ条件）のうち、摺動状態が厳しい運転条件でクランク軸３１の傾倒方向を計測すると、図５に示すように、クランク軸３１の回転角度が２１０度付近のとき最も傾きが発生しており、傾く方向はベーン３３の位置を基準としたとき、回転方向に約２７０度の向きに傾く。
【００２８】
これは、高低圧差による押圧力、クランク軸３１の弾性変形、バランスウェイト４１を含めた回転子２４の遠心力、回転子２４に対する磁気吸引力を考慮した計算結果にも合致する。この計算において押圧力については図６に示すようなロータリ圧縮機の回転により、圧縮室３９の容積を変化させ発生する圧力差によるトルク変動から求めている。クランク軸３１の弾性変形δ［ｍｍ］は次式、δ＝Ｐｌ／ｋＥＩ（ただし、Ｐ：軸にかかる荷重［Ｎ］、ｌ：軸の長さ［ｍｍ］、Ｅ：縦弾性係数［ＭＰａ］、Ｉ：断面２次モーメント［
ｍｍ４］、ｋ：軸の支持方法によって異なる定数）を使用しており、トルク変動によってかかる力によって、クランク軸３１の撓み量を求めている。磁気吸引力は図３のような関係を電動機２の特性から求め、クランク軸３１の撓み等によって変化する距離から求めている。遠心力については一般的に用いられるＦ＝ｍｒω２の式を適用している。このときＦは遠心力、ｍはクランク軸３１全体の質量、ωはクランク軸３１の回転速度である。これらの計算式からクランク軸３１の軌道を算出している。
【００２９】
これらのことから、図７に示すようにクランク軸３１の傾きに最適な逃がしをつける範囲は、クランク軸３１の回転角度が２１０度とき、傾く方向はベーン３３の位置を基準としたとき、回転方向に２７０度の向きに最も傾くとすると、偏心部３１ａの外周３１ｄにクランク軸３１の偏心方向を基準として回転方向に６０度の位置を中心とし、−３０度から１５０度にかけては上軸受３４側に逃がしを設け、２４０度を中心とし、１５０度〜３０度にかけては下軸受３５側に逃がしを設けることによって、確実に高信頼性と高効率化を図ることができる。このときの設定角度は、前述の計算式によって各種の回転式流体機械での条件によって変更することが可能である。なお、本実施の形態では上記の計算式を利用しているが、それに限定されるものではない。
【００３０】
また、前述の逃がし４２の形状は単純な形状として、逃がし４２の範囲に段を設けて形成することもできるが、図７に示すように連続した傾斜をもったテーパ形状にすることにより、クランク軸３１の傾きに対して片当たりを防ぎ、油膜面を確保することができ、高い油膜保持力を維持することができる。
【００３１】
また、図８示すように前述の逃がし４２の面に、逃がし４２の幅より外形が小さいＲをつけることによって、急激な荷重変動等によって、油膜保持力が不足し、クランク軸３１の偏心部３１ａの外周３１ｄとローラ３２の内周３２ｂとの接触が発生しても、クランク軸３１の偏心部３１ａの逃がし４２の形状が連続した円弧等滑らかな曲線を描く形状であることを特徴とすることにより、点接触となり、接触面積を抑えることができ、発生する損失を低減することができる。ここでいう、逃がし４２の幅とは、逃がし側と反対側の径の差である。
【００３２】
また、図９に示すように一般的なクランク軸３１の偏心部３１ａの下軸受３５側に設けられたスラスト面４３はクランク軸３１の鉛直方向に対し、水平な面が形成されるよう設計される。これも、前述の偏心部３１ａのローラ３２の内周３２ｂ側の形状と同様に、クランク軸３１に傾きが発生せず、回転する場合は、課題は起きないが、クランク軸３１に傾きが発生する場合では、片あたりが発生して損失が生じる。このとき傾きに応じた逃がし４２をクランク軸３１の偏心部３１ａのスラスト面４３に設けることによって、クランク軸３１の偏心部３１ａのスラスト面４３と下軸受３５の端面との接触を回避するため、高信頼性で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、前述のクランク軸３１の偏心部３１ａと同様に逃がし４２の設定範囲、逃がし４２の形状を同様に設定することにより同様の効果が得られることはいうまでもない。さらに、上軸受３４側に前述と同様の逃がし４２を形成しても、同じ効果が得られるのは言うまでもない。
【００３４】
また、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ことにより、特に差圧が大きくクランク軸３１の傾きが大きくなるＣＯ２においてもより効果的に、高信頼性で高効率なロータリ圧縮機を提供することができる。
【００３５】
また、本実施の形態では、クランク軸３１の偏心部３１ａ、クランク軸３１の偏心部３１ａ、スラスト面４３に逃がしを設けたことにより、従来の構造ではクランク軸３１の傾
倒によりクランク軸３１の偏心部３１ａの外周３１ｄとローラ３２の内周３２ｂとの接触が起き、ローラ３２に傾きが発生するのを抑制できることとなり、ローラ３２の鉛直方向の両端面の接触の発生を抑え、摺動損失の低減を図ることもできる。
【００３６】
また、本実施の形態でローラ３２の傾きを低減できるので、組み立て時のローラ３２とシリンダ３０の内周３０ａとの隙間設定を従来の隙間より狭くすることができ、ローラ３２とシリンダ３０の内周３０ａの隙間からの流体の漏れ損失を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
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。
【符号の説明】
【００３８】
１  密閉容器
２  電動機
３  圧縮機構部
３０  シリンダ
３１  クランク軸
３１ａ  偏芯部
３１ｄ  偏心部外周
３２  ローラ
３３  ベーン
３４  上軸受
３５  下軸受
３９  圧縮室
４２  逃がし
４３  スラスト面
【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１】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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