(57)【要約】【課題】偏心部を小さくし、さらに径を小さくした方のシャフトに転がり軸受を用いることにより、摺動損失を低減すること。【解決手段】回転圧縮機１００は、密閉ケース１１０内の上部に配置された電動機部１２０と、電動機部１２０の下部に配置された圧縮機構部１３０と、電動機部１２０と圧縮機構部１３０とを連結させるシャフト１４０とを備え、シャフト１４０は、電動機部１２０に固定され、第１軸受部材１３２に支持された主軸部１４１と、主軸部１４１の先端に設けられ圧縮室内に配置された偏心部１４２と、偏心部１４２に設けられ主軸部１４１と同心軸上であり、主軸部１４１径より小さい径に形成され、第２軸受部材１３３により支持された副軸部１４３とにより形成されている。【選択図】      図１
2008057394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉ケースと、
この密閉ケース内に設けられた電動機部と、
シリンダ室を形成するシリンダと、
上記電動機部に連結されるとともに、上記シリンダ室を貫通し、第１軸受部材により軸支される主軸部、第２軸受部材により軸支される副軸部及び上記シリンダ室内に位置する偏心部とを有するシャフトと、
このシャフトの上記偏心部に係合されたローラとを備えた回転圧縮機において、
上記シャフトの主軸部及び副軸部の一方を他方より小径に形成するとともに、
上記シャフトの軸径が大きい一方の軸部を軸支する第１又は第２の軸受部材をすべり軸受で形成するとともに、軸径が小さい他方の軸部を軸支する第１又は第２の軸受部材に転がり軸受を設けたことを特徴とする回転圧縮機。
【請求項２】
上記第１軸受部材及び第２軸受部材のうち、すべり軸受を有する軸受部材にのみ、上記シリンダ室内で圧縮された冷媒を吐出する吐出孔を有することを特徴とする請求項１に記載の回転圧縮機。
【請求項３】
上記第１軸受部材及び上記第２軸受部材の上記シリンダ室に接する側面に設けられたそれぞれの側面孔の内径差は５％以下であることを特徴とする請求項１、２に記載の回転圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の回転圧縮機と、
上記回転圧縮機に接続された凝縮器と、
上記凝縮器に接続された膨張装置と、
上記膨張装置に接続された蒸発器とを備えていることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等に用いられる回転圧縮機及び冷凍サイクルに関し、特に摺動損失の低減に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機等の冷凍サイクル装置には、例えば回転圧縮機が用いられている。このような回転圧縮機では、小型化を図るための様々な工夫がなされている。例えば、偏心部を小型化させ、偏心部を有するシャフトを複数箇所で転がり軸受により支持し、さらに、シャフトの偏心部を挟んでもう一方のシャフトを、回転軸上からカムの軸方向に偏心させるものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、シリンダの電動機部側と、この電動機部側とはシリンダを挟んで逆の位置とに設けた２箇所のすべり軸受により、シャフトを支持することにより振動や騒音の発生を防止するとともに、さらには小型化するよう形成されている回転圧縮機もある（例えば特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平５−２５６２８３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２３８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した回転圧縮機では、次のような問題があった。すなわち、シャフトの偏心部の径を大きくすると、摺動面が大きくなるため摺動損失が大きくなってしまう。しかし、偏心部を小さくするには、偏心部にそれぞれ接続されているシャフトのうちどちらか一方のシャフト軸径を小さくしなければならない。しかし、シャフト軸径を小さくするためにシャフトを偏心させると、部品点数や軸受の増加等につながる。また、シャフト軸径が小さくなると、すべり軸受では信頼性が低下してしまう。さらに、シャフトにすべり軸受のみを使用すると、損失が大きくなってしまう。このようなことから、偏心部を小さくすると、摺動損失、コスト・製造工程の増大及び圧縮機の大型化等の問題があった。
【０００５】
そこで本発明は、偏心部を小さくすることで小型化をはかり、かつ、軸における摺動損失を低減させることが可能な回転圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の回転圧縮機及び冷凍サイクル装置は次のように構成されている。
【０００７】
密閉ケースと、この密閉ケース内に設けられた電動機部と、シリンダ室を形成するシリンダと、上記電動機部に連結されるとともに、上記シリンダ室を貫通し、第１軸受部材により軸支される主軸部、第２軸受部材により軸支される副軸部及び上記シリンダ室内に位置する偏心部とを有するシャフトと、このシャフトの上記偏心部に係合されたローラとを備えた回転圧縮機において、上記シャフトの主軸部及び副軸部の一方を他方より小径に形成するとともに、上記シャフトの軸径が大きい一方の軸部を軸支する第１又は第２の軸受部材をすべり軸受で形成するとともに、軸径が小さい他方の軸部を軸支する第１又は第２の軸受部材に転がり軸受を設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記回転圧縮機と、上記回転圧縮機に接続された凝縮器と、上記凝縮器に接続された膨張装置と、上記膨張装置に接続された蒸発器とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、偏心部を小さくすることで小型化をはかり、かつ、軸における摺動損失を低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１の構成及びこの冷凍サイクル１に組込まれた回転圧縮機１００を示す断面図、図２は同回転圧縮機１００の圧縮機構部１３０を示す断面図である。
【００１１】
図１に示すように、冷凍サイクル装置１は、回転圧縮機１００と、回転圧縮機１００の吐出口１０１に接続された凝縮器２００と、凝縮器２００に接続された膨張装置３００と、膨張装置３００に接続された蒸発器４００と、蒸発器４００に接続されたアキュムレータ５００とが順次連結されて構成されている。
【００１２】
回転圧縮機１００は、密閉ケース１１０内の上部に配置された電動機部１２０と、電動機部１２０の下部に配置された圧縮機構部１３０と、電動機部１２０と圧縮機構部１３０とを連結させるシャフト１４０とを有している。密閉ケース１１０は、密閉ケース１１０を密閉するための上蓋１１０ａを備えている。
【００１３】
電動機部１２０は、シャフト１４０に固定された回転子１２１と、密閉ケース１１０に固定された固定子１２２とを有しており、回転子１２１は永久磁石を有するとともに、固定子１２２は例えばコイルが集中巻方式により巻かれて形成されている。また、電動機部１２０は、運転周波数を可変するインバータ装置や商用電源等に接続されている。
【００１４】
圧縮機構部１３０は、圧縮室（シリンダ室）を形成し、例えば密閉ケース１１０に圧入され溶接により固定されたシリンダ１３１と、シリンダ１３１の上端面に設けられた第１軸受部材１３２と、第１軸受部材１３２に対向するシリンダ１３１の下端面に設けられた第２軸受部材１３３と、シャフト１４０に設けられ圧縮室内に配置された偏心部１４２と、偏心部１４２の外周面に設けられたローラ１３４と、シリンダ１３１に設けられ例えばスプリング１３５と密閉ケース１１０内の高圧冷媒とにより背圧を背面に受け、ローラ１３４の外周面に接触するベーン１３６とを備えている。
【００１５】
シャフト１４０は、電動機部１２０に固定され、第１軸受部材１３２に支持された主軸部１４１と、主軸部１４１の先端に設けられ圧縮室内に配置された偏心部１４２と、偏心部１４２に設けられ主軸部１４１と同心軸上であり、主軸部１４１の径より小さい径に形成され、第２軸受部材１３３により支持された副軸部１４３とを有している。また、シャフト１４０はシリンダ１３１、第１軸受部材１３２及び第２軸受部材１３３を貫通している。
【００１６】
第１軸受部材１３２は圧縮室で圧縮した冷媒を吐出する吐出孔１３７を有しており、この吐出孔１３７を覆うバルブカバー１６０が設けられている。また、第１軸受部材１３２の、シャフト１４０の主軸部１４１と接触する部位はすべり軸受となっており、このすべり軸受でシャフト１４０を支持することになる。さらに、第１軸受部材１３２のローラ１３４が摺動する面には、大きな面圧が発生しないように圧力溝１３８が設けられている。
【００１７】
第２軸受部材１３３はシャフト１４０の副軸部１４３を支持する転がり軸受１６１を有しており、第２軸受部材１３３の圧縮室に接する面に、内径が転がり軸受１６１の外輪外形よりも小さく、かつ、内輪外径よりも大きい貫通孔１３９を有している。バルブカバー１６０と、第１軸受部材１３２と、シリンダ１３１と、第２軸受部材１３３とはボルト１６２により結合されている。
【００１８】
このように構成された冷凍サイクル装置１では、まず回転圧縮機１００の電動機部１２０に外部エネルギ（例えば商用電源等）を供給することにより回転子１２１が回転し、回転子１２１に固着されたシャフト１４０が回転する。このとき、シャフト１４０の主軸部１４１では回転、偏心部１４２では偏心回転、副軸部１４３では回転となる。偏心部１４２に設けられたローラ１３４は偏心部１４２と同様にシリンダ１３１内の圧縮室内を偏心回転する。このとき、ローラ１３４にベーン１３６が接触しているため、圧縮室は２分断されており、アキュムレータ５００からの冷媒は、ローラ１３４が偏心回転することにより圧縮される。
【００１９】
圧縮された冷媒は、吐出孔１３７からバルブカバー１６０を介して密閉ケース１１０内へと通り、密閉ケース１１０に設けられた吐出口１０１から凝縮器２００、膨張装置３００及び蒸発器４００を順次通過し、アキュムレータ５００を介して回転圧縮機１００へと戻る。
【００２０】
上述したように、本実施の形態に係る冷凍サイクル装置１によれば、回転圧縮機１００に設けられたシャフト１４０の副軸部１４３の径を主軸部１４１の径よりも小さくすることにより、偏心部１４２の径を小さくすることができる。これは、偏心部１４２の径Ｄｃは、偏心ｅ及びシャフト軸径Ｄｓとの関係からＤ≧２ｅ＋Ｄｓで表されるため、副軸部１４３の径を小さくすることで、偏心部１４２の径を小さくしても成り立つためである。
【００２１】
このように、偏心部１４２を小さくすることにより、ローラ１３４径を小さくすることができるため、摺動面積が小さくなり、摺動損失を低減させることができる。また、シャフト１４０の径（本実施の形態では副軸部１４３の径）を小さくしても、副軸部１４３にすべり軸受より信頼性の高い転がり軸受１６１を用いることにより、シャフト１４０径の細小化による信頼性の低下を防ぐこともできる。これにより、回転圧縮機１を、小型化及び軽量化することができる。
【００２２】
さらに、第１軸受部材１３２に圧力溝１３８を設けることにより、ローラ１３４の摺動面に対して、第１軸受部材１３２の圧力溝１３８と第２軸受部材１３３の貫通溝１３９とから軸方向（偏心部１４２に向かう方向）に圧力が加わり、ローラ１３４摺動面に加わる圧力の差を低減させることができる。このため、ローラ１３４を軸方向のどちらか一方に押し付ける圧力が低減するので、ローラ１３４の押し付けによる摺動損失の低減が可能となる。
【００２３】
また、第２軸受部材１３３に内径が転がり軸受１６１の外輪外形よりも小さく、内輪外径よりも大きい貫通孔１３９を設けることにより、第２軸受部材１３３とローラ１３４との摺動間におけるシール幅（タイト幅）を容易に確保することができるため冷媒の漏れの低減となる。さらに、貫通孔１３９を設けると、転がり軸受の大径化や回転軸偏心部の偏心量の増大等をすることができるため、効率、信頼性及び設計自由度等の設計範囲を広めることができる。また、第２軸受部材１３３と転がり軸受１６１内輪の摺動干渉が発生せず、転がり軸受１６１への潤滑油の流入・流出が容易でもあるため、摺動損失の低減、効率の向上及び軸受の信頼性の向上をさせることができる。
【００２４】
さらに、吐出孔１３７を、転がり軸受１６１を有する第２軸受部材１３３ではなく、第１軸受部材１３２に設けることにより、転がり軸受１６１と吐出孔１３７との干渉がないため、転がり軸受１６１と吐出孔１３７との設計では自由度が増し、設計上での最適化が容易にできる。
【００２５】
図３は本実施の形態の第１の変形例に係る圧縮機構部１３０Ａを示す断面図である。なお、図３において図１、２と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
図３に示すように、第２軸受部材１３３は、副軸部１４３を支持する転がり軸受１６１を有しており、第２軸受部材１３３の圧縮室に接する面に、内径が転がり軸受１６１の内輪外径よりも小さい貫通孔１３９ａを有し、貫通孔１３９ａと転がり軸受１６１との間に外輪外形よりも小さく、かつ、内輪外形よりも大きい逃げ溝１３９ｂを設けている。
【００２７】
第２軸受部材１３３に貫通孔１３９ａと逃げ溝１３９ｂを設けることにより、第２軸受部材１３３とローラ１３４の摺動間におけるシール幅（タイト幅）をより確保することができるため、冷媒の漏れのさらなる低減となる。また、転がり軸受の大径化や回転軸偏心部の偏心量の向上等が可能となるため、効率、信頼性及び設計自由度等の設計範囲を広めることができる。さらに、第２軸受部材１３３と転がり軸受１６１内輪の摺動干渉が発生せず、転がり軸受１６１への潤滑油の流入・流出が容易でもあるため、摺動損失の低減、効率の向上及び軸受の信頼性の向上をさせることができる。
【００２８】
上述したように、貫通孔１３９ａと逃げ溝１３９ｂとにより、従来の回転圧縮機よりもシール幅を確保することができるため、冷媒の漏れのさらなる低減となる。また、シール幅を確保することができるため、偏心部１４２及びローラ１３４を小さくすることができる。このため、従来の回転圧縮機に比べ摺動抵抗を低減させ、高効率で小型化された回転圧縮機を形成することができる。
【００２９】
図４は本実施の形態の第２の変形例に係る圧縮機構部１３０Ｂを示す断面図である。なお、図４において図１〜３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
図４に示すように、第２軸受部材１３３は転がり軸受１６１を有し、第２軸受部材１３３とシリンダ１３１との間に、ローラ１３４を摺動させ外輪外形よりも小さく内輪外形よりも大きい貫通孔１３９ｃを有する摺動板１６３が設けられている。バルブカバー１６０と、第１軸受部材１３２と、シリンダ１３１と、摺動板１６３と、第２軸受部材１３３とはボルト１６２で固定されている。
【００３１】
上述のしたように、第２軸受部材１３３とシリンダ１３１との間に摺動板１６３を設けることにより、第２軸受部材１３３に転がり軸受１６１を圧入するときに生じる摺動面の微小変形や、運転中転がり軸受が負荷を受けた時の転がり軸受１６１周辺部に生じる微小変形等が摺動面に発生しないので、ローラ１３４と摺動面とによるシール性能の低下を防止することができる。
【００３２】
図５は本実施の形態の第３の変形例に係る圧縮機構部１３０Ｃを示す断面図である。なお、図５において図１〜３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３３】
本変形例では、図５に示す第１軸受部材１３２の圧力溝１３８の直径Ｄ１と、第２軸受部材１３３の貫通孔１３９の直径Ｄ２との内径差が５％以下に形成されている。このように、第１軸受部材１３２の圧力溝１３８の直径Ｄ１と、第２軸受部材１３３の貫通孔１３９の直径Ｄ２との内径差を５％以下に設定することにより、ローラ１３４の摺動面に対して、第１軸受部材１３２の圧力溝１３８と第２軸受部材１３３の貫通溝１３９とから軸方向（偏心部１４２に向かう方向）にほぼ同圧が加わり、ローラ１３４摺動面に加わる圧力の差を殆どなくすことができる。このため、ローラ１３４を軸方向のどちらか一方に押し付ける圧力が発生せず、ローラ１３４の押し付けによる摺動損失の低減が可能となる。
【００３４】
図６は本発明の第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１Ａの構成及びこの冷凍サイクル１Ａに組込まれた回転圧縮機１００Ａを示す断面図である。なお、図６において図１〜３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
回転圧縮機１００Ａでは、圧縮機構部１３０Ｄを２シリンダとしている。このような２シリンダの圧縮機構部１３０Ｄでは、第２シリンダ１３１Ｂの第２吐出孔１３７Ａを第１シリンダ１３１Ａと第２シリンダ１３１Ｂの間に設ける仕切り板１６４に設けることで、上述した第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１と同様の効果を発揮することができる２シリンダの圧縮機構部１３０Ｄとなる。
【００３６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、ローラ１３４はシャフト１４０の偏心部１４２に係合されているが、ローラ１３４を偏心部１４２に転がり軸受を介して係合する場合でも適用できる。また、副軸受１４３に転がり軸受１６１を設けているが、主軸受１４１に転がり軸受を設けた場合や、主軸受１４１と副軸受１４３との両方に転がり軸受を設ける場合でも適用できる。さらに、冷凍サイクル装置１は回転圧縮機１００、凝縮器２００、膨張装置３００、蒸発器４００及びアキュムレータ５００を備えていると説明したが、さらに四方弁を有する場合にも適用できる。
【００３７】
さらには、シャフト１４０の主軸部１４１と副軸部１４３とが同一軸上であれば、軸径が同じでも、上述した例を用いることにより、小型化、摺動抵抗の低減、及び高効率化等の効果を有することができる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成及びこの冷凍サイクルに組込まれた回転圧縮機を示す断面図。
【図２】同回転圧縮機の圧縮機構部を示す断面図。
【図３】本発明の第１の変形例に係る圧縮機構部を示す断面図。
【図４】本発明の第２の変形例に係る圧縮機構部を示す断面図。
【図５】本発明の第３の変形例に係る圧縮機構部を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の構成及びこの冷凍サイクルに組込まれた回転圧縮機を示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…冷凍サイクル装置、１００…回転圧縮機、１０１…吐出口、１１０…密閉ケース、１１０ａ…上軸受、１２０…電動機部、１２１…回転子、１２２…固定子、１３０…圧縮機構部、１３１…シリンダ、１３２…第１軸受部材、１３３…第２軸受部材、１３４…ローラ、１３５…スプリング、１３６…ベーン、１３７…吐出孔、１３８…圧力溝、１３９…貫通孔、１４０…シャフト、１４１…主軸部、１４２…偏心部、１４３…副軸部、１６０…バルブカバー、１６１…転がり軸受、１６２…ボルト、２００…凝縮器、３００…膨張装置、４００…蒸発器。
【図１】
2008057394.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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