(57)【要約】【課題】ロータリー型流体機械において、部品点数を増やすことなくシリンダ内部の気密性を向上させる。【解決手段】筒状部材１は、いわゆるシリンダである。また、ローター４は、駆動軸４０と、円筒状のローリングピストン４１とを有する。駆動軸４０には駆動軸４０自身と異なる軸を中心とする円柱状の偏心部が設けられており、この偏心部がローリングピストン４１の内周側にはめ込まれている。そのため、駆動軸４０が回転すると、これに伴ってローリングピストン４１は偏心回転し、筒状部材１の内周側に沿って回転する。ローリングピストン４１は、筒状の基材４１１と、その基材４１１の外周面に形成された樹脂層４１０とを有する。樹脂層４１０には、複数の溝が形成されており、隣り合う溝の間には山部が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状部材の内部に収容され、偏心回転する基材と、
前記基材の外周面に形成された樹脂層と、
前記樹脂層に形成された複数の溝と
を有するローリングピストン部材。
【請求項２】
前記溝は、前記基材の回転軸に対して平行でない方向に沿って形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のローリングピストン部材。
【請求項３】
前記溝の幅は、前記複数の溝のうち隣り合う溝同士の間隔と同じか、当該間隔より小さい
ことを特徴とする請求項１または２に記載の記載のローリングピストン部材。
【請求項４】
前記溝の深さは、前記複数の溝のうち隣り合う溝同士の間隔より小さい
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のローリングピストン部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のローリングピストン部材と、
前記ローリングピストン部材を収容する筒状部材と
を有するロータリー型流体機械。
【請求項６】
前記ローリングピストン部材と前記筒状部材との間に形成される空間を仕切る板状部材
を有する請求項５に記載のロータリー型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローリングピストン部材を用いた流体機械の気密性を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒状のシリンダの両端を閉鎖した内部に運動するローターを収容して、流体の吸入・吐出を行うロータリー型流体機械が知られている。ロータリー型流体機械において圧縮室と吸入室とを隔てる部位は運動しており、焼き付きや摩耗が課題となる。この課題を解決するために、例えば特許文献１には、ブレードの先端に形成された円弧面の曲率中心を吸入室寄りに偏奇させたロータリー圧縮機が記載されている。また、特許文献２には、ローラーの外周と接触摺動する回転可能な摺動部材を先端に設けたロータリー圧縮機のベーンが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１１９６６３公報
【特許文献２】特開平８−１４４９７５公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の技術は、ベーン先端およびシリンダとの摺動面の気密性が悪く、摩擦損失も大きいという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、部品点数が増大して組付け性も悪くなるため製造費用が高騰するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的の一つは、ロータリー型流体機械において、部品点数を増やすことなくシリンダ内部の気密性を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明に係るローリングピストン部材は、筒状部材の内部に収容され、偏心回転する基材と、前記基材の外周面に形成された樹脂層と、前記樹脂層に形成された複数の溝とを有する。
【０００７】
好ましくは、前記溝は、前記基材の回転軸に対して平行でない方向に沿って形成されているとよい。
また、好ましくは、前記溝の幅は、前記複数の溝のうち隣り合う溝同士の間隔と同じか、当該間隔より小さいとよい。
また、好ましくは、前記溝の深さは、前記複数の溝のうち隣り合う溝同士の間隔より小さいとよい。
【０００８】
また、本発明に係るロータリー型流体機械は、上述のローリングピストン部材と、前記ローリングピストン部材を収容する筒状部材とを有する。
好ましくは、前記ローリングピストン部材と前記筒状部材との間に形成される空間を仕切る板状部材を有するとよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ロータリー型流体機械において、部品点数を増やすことなくシリンダ内部の気密性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係るロータリー型圧縮機の概要を示す部分断面図。
【図２】図１に示す矢視II−IIから見た断面図。
【図３】ローリングピストンの斜投影図。
【図４】図３に示す領域Ｍに形成された樹脂層を拡大した図。
【図５】スイング方式を採用したロータリー型圧縮機の内部構造を示す図。
【図６】複数の溝Ｃおよび山部Ｂの深さや幅を説明するための概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
１．実施形態（ロータリー型圧縮機の構造）
以下、図において、ロータリー型圧縮機９の各構成の配置を説明するため、各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。また、図に示す座標記号のうち、内側が白い円の中に黒い円を描いた記号は、紙面奥側から手前側に向かう矢印を表している。また、内側が白い円の中に交差する２本の線分を描いた記号は、紙面手前側から奥側に向かう矢印を表している。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。
【００１２】
図１は、一実施形態に係るロータリー型圧縮機９の概要を示す部分断面図である。また、図２は、図１に示す矢視II−IIから見た断面図である。ロータリー型圧縮機９は、本発明に係るロータリー型流体機械の一種であり、例えば、自動車用、家庭用、鉄道用、または業務用の空気調和機において冷媒ガスなどの気体の圧縮に用いられる。
【００１３】
ロータリー型圧縮機９は、密閉ケーシング８内の上部に収納された駆動源としてのモータ７と、密閉ケーシング８内の下部に配置されるとともに上記のモータ７によって駆動されて冷媒ガスを吸入・吐出する圧縮機構６とを備えている。
【００１４】
圧縮機構６は、図１における上下方向（ｚ軸方向）に軸を有する円筒状の部材（以下、筒状部材１という）と、この筒状部材１の下方側の端面および開口部（以下、第１開口部Ｋ１という）を閉鎖する第１閉鎖部材２と、筒状部材１の上方側の端面および開口部（以下、第２開口部Ｋ２という）を閉鎖する第２閉鎖部材３と、筒状部材１、第１閉鎖部材２および第２閉鎖部材３により形成される作動室５に収容されて運動する円筒状のローター４とを有する。ここで圧縮機構６は、いわゆるローリングピストン方式の圧縮機構であり、筒状部材１は、いわゆるシリンダである。また、ローター４は、駆動軸４０と、円筒状のローリングピストン４１とを有する。
【００１５】
作動室５は、筒状部材１をその軸方向の両側から（すなわち、図１における上下から）第１閉鎖部材２および第２閉鎖部材３によって挟み、筒状部材１の円周方向の複数箇所を複数のボルト８１で締結することによって筒状部材１の内部に形成される。ローリングピストン４１の内周側には、第１閉鎖部材２および第２閉鎖部材３にそれぞれ設けられた孔を通って作動室５の外部へ通じる駆動軸４０が貫通している。駆動軸４０は、モータ７に連結しており、モータ７の駆動力によって回転する。
【００１６】
駆動軸４０には駆動軸４０自身と異なる軸を中心とする円柱状の偏心部（図示略）が設けられており、この偏心部がローリングピストン４１の内周側にはめ込まれている。そのため、駆動軸４０が回転すると、これに伴ってローリングピストン４１は回転（偏心回転）し、筒状部材１の内周面に沿って回転する。
【００１７】
ベーン４２は、筒状部材１の内周面から延びてローリングピストン４１の外周面に接する板状の部材（板状部材）である。ベーン４２は、バネ４３により筒状部材１の内周面から突出して駆動軸４０に向かう力を受けており、この力によりベーン４２の先端Ｑはローリングピストン４１の外周面を押している。そして、ローリングピストン４１と筒状部材１との間に形成される空間である作動室５は、ローリングピストン４１の外周面を押すベーン４２によって仕切られる。
【００１８】
吸入口１３は、筒状部材１の内周面に設けられた開口部であり、外部から作動室５へ冷媒ガスを吸入させる。ローター４が図２に示す矢印Ｄ２に沿って時計回りに回転すると、ローリングピストン４１の外周面によって仕切られた作動室５の空間は、筒状部材１の内周面に沿って時計回りに移動する。吐出口１４は、作動室５の内圧が決められた吐出圧未満のとき、吐出弁１５によって閉塞されている。作動室５の内圧が吐出圧以上になったときに、吐出口１４から冷媒ガスが吐出する。
【００１９】
なお、密閉ケーシング８内の下部には潤滑油８０が貯溜されており、ローリングピストン４１が回転される際には、駆動軸４０の下端部内に形成された図示しない油通路を介してローリングピストン４１の内周面と外周面とに潤滑油８０が供給されるようになっている。
【００２０】
図３はローリングピストン４１の斜投影図である。ローリングピストン４１は、筒状の基材４１１と、その基材４１１の外周面に形成された樹脂層４１０とを有する。樹脂層４１０は、例えば、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、これら樹脂のジイソシアネート変性、ＢＰＤＡ変性、スルホン変性樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、エラストマーのいずれか１種以上をバインダー樹脂として含有する。また、樹脂層４１０は、例えば、グラファイト、カーボン、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、窒化ホウ素、二硫化タングステン、フッ素系樹脂、軟質金属（例えばＳｎ、Ｂｉなど）のいずれか１種以上を固体潤滑剤として含有する。なお、基材４１１は、鋳鉄で形成されてもよいし、アルミニウム、ステンレス鋼など各種の材料に対して、焼結、鍛造、切削、プレス、溶接などの各種の加工処理を施すことで形成されてもよい。また、基材４１１はセラミック製であってもよい。また、駆動軸４０に垂直な平面における、基材４１１の断面形状は円形である。
【００２１】
図４は、図３に示す領域Ｍに形成された樹脂層４１０を拡大した図である。図４に示すように、樹脂層４１０には、複数の溝Ｃが形成されており、隣り合う溝Ｃの間には山部Ｂが形成されている。これらの溝Ｃは、ローリングピストン４１の回転軸に対して平行でない方向に沿って形成されている。ローリングピストン４１の回転軸はｚ軸方向に沿っているので、つまり、複数の溝Ｃは、ｚ軸方向に対して平行でない方向に沿って形成されている。
【００２２】
図４に示す一点鎖線はベーン４２の先端Ｑが樹脂層４１０に接触する部分を示している。図４に示すとおり、先端Ｑは、ローリングピストン４１の回転軸、すなわち、ｚ軸方向に沿って樹脂層４１０に接触する。そのため、先端Ｑは少なくとも２つ以上の山部Ｂと交差し、複数の溝Ｃのいずれにも落ち込むことがない。また、ベーン４２の先端Ｑは、交差する２つ以上の山部Ｂを押しているので、これら山部Ｂ、および山部Ｂに挟まれた溝Ｃにそれぞれ供給された潤滑油８０にはスクイズ効果が生じ、圧縮機構６の気密性が向上する。なお、スクイズ効果とは、相対する２つの面が互いの隙間を減少させる方向に運動したときに、その隙間に挟まれた流体の粘性抵抗により流体圧力が発生し、流体負荷能力を発揮する効果をいう。
【００２３】
また、樹脂層４１０は、筒状部材１の内周面とも接触し、作動室５を仕切る。筒状部材１の内周面と樹脂層４１０との接触部位は、図４に示す先端Ｑと同様、ローリングピストン４１の回転軸、すなわち、ｚ軸方向に沿って樹脂層４１０に接触する。そのため、樹脂層４１０に形成された山部Ｂ、および山部Ｂに挟まれた溝Ｃにそれぞれ供給された潤滑油８０には、筒状部材１の内周面との間でスクイズ効果が生じ、圧縮機構６の気密性が向上する。
また、樹脂層４１０と筒状部材１との摺動面においてはくさび効果が生じ、ローリングピストン４１と筒状部材１との摺動抵抗を軽減することができ、ローリングピストン４１をより円滑に回転させることができるとともに、油膜形成によりシール性を向上させることができる。
【００２４】
２．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
２−１．適用例
上述した実施形態において、ロータリー型圧縮機９が適用される装置として、自動車用、家庭用、または業務用の空気調和機を挙げたが、冷凍機、冷蔵装置などに適用されてもよいし、水温調節、恒温槽、恒湿槽、塗装設備、粉体輸送装置、食品加工装置、空気分離装置など各種装置に用いられてもよい。また、上述した実施形態において、本発明に係るロータリー型流体機械の一種としてロータリー型圧縮機９を挙げたが、これ以外にも、気体を扱うロータリー型送風機や、液体を扱うロータリー型ポンプなどが本発明に係るロータリー型流体機械として挙げられる。
【００２５】
２−２．変形例１
図５は、いわゆるスイング方式を採用したロータリー型圧縮機の内部構造を示す図である。この場合、筒状部材１ｂの内周面には、揺動ブッシュ４５ｂが設けられている。ローター４ｂは、駆動軸４０ｂ、およびローリングピストン４１ｂを有する。ローリングピストン４１ｂは、板状の部材（以下、「板状部材４１２ｂ」という）と円筒状の基材（以下、「円筒状基材４１１ｂ」という）とを有し、板状部材４１２ｂは揺動ブッシュ４５ｂに挟まれて気密性を保持されている。つまり、板状部材４１２ｂは、円筒状基材４１１ｂと一体に設けられ、円筒状基材４１１ｂの外周面から筒状部材の内周面に向かって延び、その内周面に設けられた揺動ブッシュ４５ｂに挟まれる。ローリングピストン４１ｂと筒状部材１ｂの内周面との間には図５に示すような作動室５ｂがあり、この作動室５ｂは板状部材４１２ｂによって仕切られる。
【００２６】
駆動軸４０ｂは偏心部を有し、この偏心部がローリングピストン４１ｂの円筒状基材４１１ｂの内周面に嵌め込まれているため、駆動軸４０ｂが回転すると、ローリングピストン４１ｂが揺動する。これにより、板状部材４１２ｂおよび円筒状基材４１１ｂによって作動室５ｂが仕切られる位置が移動し、仕切られた各室のそれぞれを満たす流体は、吸入口１３ｂから吐出口１４ｂへと移動し、作動室５ｂの内圧が上昇して吐出圧を越えたときに吐出弁１５ｂに抗って吐出口１４ｂから吐出する。
【００２７】
このようなスイング方式においても、筒状部材１ｂの内周面は、ローリングピストン４１ｂの回転軸に沿った方向に延びる領域で樹脂層に接触して押圧するため、樹脂層に形成された複数の溝と筒状部材１ｂの内周面との間でスクイズ効果が生じ、圧縮機構６の気密性が向上する。
【００２８】
なお、図５において筒状部材１ｂは全体を図示せず、その部分（内周面、吸入口１３ｂ、吐出口１４ｂ、吐出弁１５ｂ）を図示している。また、揺動ブッシュ４５ｂが保持する板状部材４１２ｂにおいても気密性を確保するために、揺動ブッシュ４５ｂと板状部材４１２ｂが存在する範囲に凹部を設け、樹脂層を形成すればさらに好ましい。また、筒状部材１ｂの形状は円筒形状であったが、円筒状に限られず、筒状であれば例えば断面が楕円であってもよい。
【００２９】
２−３．変形例２
上述した実施形態において、複数の溝Ｃおよび山部Ｂの深さや幅について言及していないが、以下のとおりとしてもよい。
図６は、複数の溝Ｃおよび山部Ｂの深さや幅を説明するための概略図である。樹脂層４１０の表面には複数の溝Ｃが形成されている。図６に示す断面図は、溝Ｃの伸びる方向に直交する平面で樹脂層４１０を切断した断面図であり、溝Ｃの断面は、深い位置ほど幅が狭くなり底に近づくほど幅の変化が急になるＵ字ないし半円に似た形状である。なお、図６に示す樹脂層４１０の断面図は説明を簡略にするため、実際の樹脂層４１０よりも図中における縦方向を拡張して描いている。
【００３０】
溝Ｃは、表面処理前の樹脂層４１０の表面に沿って切削工具の刃先を移動させて形成される。溝Ｃの幅ｗは、溝Ｃの伸びる方向に直交する断面における溝Ｃの幅であり、上記断面において溝Ｃの両端部を結んだ線分の長さである。溝Ｃの間隔ｐは、隣り合う２つの溝Ｃ同士の間隔であり、溝Ｃの伸びる方向に直交する断面においてこれら溝Ｃの中心同士を結んだ線分の長さである。間隔ｐは、例えば０．１〜０．１５ｍｍである。山部Ｂの幅ａは、溝Ｃの伸びる方向に直交する断面において、その溝Ｃと、その溝Ｃの隣に形成された溝Ｃとの間で切削されていない部分の長さである。
【００３１】
溝Ｃの幅ｗは、溝Ｃの間隔ｐと同じか間隔ｐよりも小さい（ｗ≦ｐ）。図６（ａ）に示す例において、溝Ｃの幅ｗは、溝Ｃ同士の間隔ｐと同じである。この場合、樹脂層４１０の元の表面は削られて無くなっているか、隣り合う溝Ｃ同士の間に形成される山部Ｂの先端のみとなっている。この先端が尖り、ローター４と接触する面積が小さくなるため、ローター４の樹脂層４１０に対する摩擦抵抗が低下する。また、ローター４と接触する山部Ｂは、先端が尖っているため弾性変形を起こしやすく、弾性変形した山部Ｂとローター４との間に潤滑油８０の油膜が形成されやすいため、接触部分の気密性が向上する。
【００３２】
図６（ｂ）に示す例において、溝Ｃの幅ｗは、溝Ｃ同士の間隔ｐよりも小さい。山部Ｂは、溝Ｃ同士の間で幅ａの先端を有する平坦面が設けられている。この場合、幅ａは幅ｗよりも小さい（ａ＜ｗ）ことが望ましい。幅ａを幅ｗよりも小さくすることにより、ローター４と接触して弾性変形した山部Ｂによって溝Ｃが完全に埋まってしまうことがない。つまり、山部Ｂが溝Ｃに向かって弾性変形したとしても、溝Ｃが潤滑油８０を保持するので、ロータリー型流体機械の気密性が向上する。
【００３３】
また、溝Ｃの深さｈは、隣り合う溝Ｃ同士の間隔ｐよりも小さい（ｈ＜ｐ）ことが望ましい。この場合、隣り合う溝Ｃ同士の間に形成される山部Ｂは、溝Ｃの深さｈに相当する高さよりも、間隔ｐに相当する裾部分の幅の方が長くなるから、図６における横方向の力に対して比較的頑丈な形状となる。深さｈは、例えば、１〜２０μｍである。
【００３４】
２−４．変形例３
上述した実施形態において、溝Ｃは、ローリングピストン４１の回転軸に対して平行でない方向に沿って形成されていたが、ベーン４２の先端Ｑが複数の溝Ｃのいずれにも落ち込むことがなければ、この限りでない。例えば、ベーン４２の先端Ｑが溝Ｃに落ち込むことがない程度に大きければ、溝Ｃは、ローリングピストン４１の回転軸に対して平行な方向に沿って形成されていてもよい。また、溝Ｃの形状は直線に限られず曲線であってもよい。
【００３５】
２−５．変形例４
上述した実施形態において、駆動軸４０に垂直な平面における、基材４１１の断面形状は円形であったが、基材４１１の断面形状は円形に限られない。基材４１１の断面形状は、例えば、楕円形であってもよいし、ルーローの多角形のような定幅図形であってもよく、また、半円と楕円を組み合わせた形状であってもよい。
【００３６】
２−６．変形例５
上述した実施形態において、樹脂層４１０において複数の溝Ｃが形成される範囲について言及していないが、樹脂層４１０の全面に溝Ｃが形成されていなくてもよく、樹脂層４１０の一部に溝Ｃが形成されていてもよい。溝Ｃは、例えば基材４１１の外周面のうち凸部または凹部のいずれかに設けられた樹脂層４１０にだけ形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１，１ｂ…筒状部材、１３，１３ｂ…吸入口、１４，１４ｂ…吐出口、１５，１５ｂ…吐出弁、２…第１閉鎖部材、３…第２閉鎖部材、４…ローター、４０，４０ｂ…駆動軸、４１，４１ｂ…ローリングピストン、４１０…樹脂層、４１１…基材、４１１ｂ…円筒状基材、４１２ｂ…板状部材、４２…ベーン（板状部材）、４３…バネ、４５ｂ…揺動ブッシュ、４ｂ…ローター、５，５ｂ…作動室（空間）、６…圧縮機構、７…モータ、８０…潤滑油、８１…ボルト、９…ロータリー型圧縮機、Ｂ…山部、Ｃ…溝。
【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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