(57)【要約】【課題】ピストンの内周面と偏心部の摺動面との間の油膜の最小厚さを十分に保ちつつ油膜に起因する粘性損失を低減できるロータリ圧縮機を提供する。【解決手段】ロータリ圧縮機は、円筒状の摺動面４２を有する偏心部４１が設けられたシャフト４と、偏心部４１と嵌合するピストンと、前記ピストンを収容するシリンダと、を備えている。偏心部４１には、シャフト４の軸方向における摺動面４２の高さを低減する縮小部４３が設けられている。縮小部４３は、偏心部４１の中心回りの角度座標において偏心部４１の偏心方向を０°、シャフト４の回転方向を正としたときに、１１５°〜２２５°の範囲内で少なくとも一部が１３５°〜１８０°の範囲に重なるように形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の摺動面を有する偏心部が設けられたシャフトと、
前記偏心部と嵌合し、前記摺動面上を摺動するピストンと、
前記ピストンを収容し、前記ピストンとの間に作動室を形成するシリンダと、を備え、
前記偏心部には、前記シャフトの軸方向における前記摺動面の高さを低減する縮小部が設けられており、
前記縮小部は、前記偏心部の中心回りの角度座標において前記偏心部の偏心方向を０°、前記シャフトの回転方向を正としたときに、１１５°〜２２５°の範囲内で少なくとも一部が１３５°〜１８０°の範囲に重なるように形成されている、ロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記縮小部の角度幅は、４５°以上である、請求項１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、ロータリ圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば冷凍サイクル装置などでロータリ圧縮機が使用されている。例えば、特許文献１には、図８（ａ）に示すようなロータリ圧縮機１００が開示されている。このロータリ圧縮機１００では、リング状のピストン１１２とこれを収容するシリンダ１１１との間に作動室が形成され、この作動室がベーン１１３で低圧室と高圧室とに仕切られている。ピストン１１２は、シャフト１２１の偏心部１２２に嵌合しており、偏心部１２２の端面である円筒状の摺動面上を摺動する。ピストン１１２の内周面と偏心部１２２の摺動面との間には潤滑油によって油膜が形成される。
【０００３】
さらに、ロータリ圧縮機１００では、図８（ｂ）に示すように、偏心部１２２に、シャフト１２１の軸方向における摺動面の高さを低減する縮小部１２３が設けられている。偏心部１２３は、図８（ａ）に示すように、偏心部１２２の中心回りの角度座標において偏心部１２２の偏心方向Ａを０°、シャフト１２１の回転方向を正としたときに、２７０°の位置を中心にして両側に９０°の範囲内に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６４０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
シャフト１２１が回転して作動流体の吸入、圧縮および吐出が行われると、ピストン１１２に圧縮荷重が作用する。圧縮荷重の向きや大きさはシャフト１２１の回転角度に応じて変動する。ピストン１１２の内周面と偏心部１２２の摺動面との間の油膜は場所によって厚さが異なり、油膜の最小厚さは圧縮荷重に依存する。
【０００６】
しかしながら、図８（ａ）に示すように縮小部１２３を１８０°〜３６０°の範囲内に設けた場合には、油膜に起因する粘性損失（シャフトの回転に対する抵抗）を低減することができるものの、圧縮荷重が小さいときの油膜の最小厚さが極めて薄くなるというリスクがある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、ピストンの内周面と偏心部の摺動面との間の油膜の最小厚さを十分に保ちつつ油膜に起因する粘性損失を低減できる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】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のロータリ圧縮機は、円筒状の摺動面を有する偏心部が設けられたシャフトと、前記偏心部と嵌合し、前記摺動面上を摺動するピストンと、前記ピストンを収容し、前記ピストンとの間に作動室を形成するシリンダと、を備え、前記偏心部には、前記シャフトの軸方向における前記摺動面の高さを低減する縮小部が設けられており、前記縮小部は、前記偏心部の中心回りの角度座標において前記偏心部の偏心方向を０°、前記シャフトの回転方向を正としたときに、１１５°〜２２５°の範囲内で少なくとも一部が１３５°〜１８０°の範囲に重なるように形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記の構成によれば、油膜の最小厚さが小さくなる傾向がある０°〜１１５°および２２５°〜３６０°の範囲内に縮小部を設けないことにより、ピストンの内周面と偏心部の摺動面との間の油膜の最小厚さを十分に保つことができる。また、油膜の最小厚さが大きくなる傾向がある１３５°〜１８０°の範囲に少なくとも一部が重なるように縮小部を設けることにより、油膜に起因する粘性損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るロータリ圧縮機の縦断面図
【図２】図１のII−II線に沿った横断面図
【図３】シャフトにおける偏心部付近の斜視図
【図４】シャフトの断面図
【図５】偏心部に縮小部が設けられていないシャフトを用いたときの数値解析結果であり、シャフトが一回転する間に油膜の最小厚さがどの角度座標で発生するかを示すグラフ
【図６】偏心部に縮小部が設けられていないシャフトを用いたときの数値解析結果であり、シャフトの回転角度３０度ごとの油膜の圧力分布を偏心部の中心回りの角度座標で示す図
【図７】偏心部に縮小部が設けられていないシャフトを用いたときの数値解析結果であり、シャフトの回転角度と圧縮荷重の関係を示す図
【図８】（ａ）は従来のロータリ圧縮機の横断面図、（ｂ）は同ロータリ圧縮機のシャフトにおける偏心部付近の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は、以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１２】
図１および図２に、本発明の一実施形態に係るロータリ圧縮機１０を示す。このロータリ圧縮機１０は、電動機２および圧縮機構３を収容する密閉容器１を備えている。電動機２と圧縮機構３とは、シャフト４で連結されている。本実施形態では、シャフト４の軸方向が鉛直方向に延びていて電動機２と圧縮機構３が上下に並んでいるが、シャフト４の軸方向が水平方向に延びていて電動機２と圧縮機構３が左右に並んでいてもよい。
【００１３】
密閉容器１０の上部には、密閉容器１０を貫通して密閉容器１０の内部空間に開口する吐出管１２が設けられており、密閉容器１０の下部には、密閉容器１０を貫通して圧縮機構３につながる吸入管１１が設けられている。圧縮機構３は、吸入管１１から吸入した作動流体（典型的には冷媒）を密閉容器１０の内部空間に吐出する。
【００１４】
電動機２は、固定子２２および回転子２４で構成されている。固定子２２には、密閉容器１の内周面に沿った流路２６を形成する切り欠きが設けられている。そして、圧縮機構３から吐出された作動流体は、電動機２の固定子２２と回転子２４の間の隙間および流路２６を通じて電動機２の上方に導かれ、吐出管１２から外部に排出される。
【００１５】
シャフト４には、シャフト４の軸心Ｃ１からずれた位置に中心Ｃ２を有する円盤状の偏心部４１が設けられている。偏心部４１の端面は、円筒状の摺動面４２を構成する。
【００１６】
圧縮機構３は、シリンダ３０、ピストン３２、ベーン３３、上軸受３４および下軸受３５で構成されている。
【００１７】
ピストン３２は、リング状をなしている。ピストン３２は、偏心部４１と嵌合し、摺動面４２上を摺動する。ピストン３２の内周面と偏心部４１の摺動面４２との間には潤滑油によって油膜が形成される。
【００１８】
シリンダ３０は、ピストン３２を収容している。シリンダ３０の内周面とピストン３２の外周面との間には、三日月状の作動室３９が形成されている。シリンダ３０にはスロット３０ａが形成されており、このスロット３０ａにベーン３３が往復可能に挿入されている。また、スロット３０ａ内には、ベーン３３をピストン３２に押し付けるバネ３８が配置されている。ベーン３３は、作動室３９を吸入ポート３ａが開口する低圧室と吐出ポート３ｂが開口する高圧室とに仕切っている。なお、ベーン３３は、ピストン３２に一体化されていてもよい。
【００１９】
上軸受３４および下軸受３５は、シリンダ３０の両側で作動室３９を閉塞するとともに、シャフト４を回転可能に支持する。
【００２０】
本実施形態では、作動室３９の低圧室に作動流体を流入させる吸入ポート３ａがシリンダ３０に設けられ、作動室３９の高圧室から作動流体を流出させる吐出ポート３ｂが上軸受３５に設けられている。吸入ポート３ａの上流端には吸入管１１が接続され、吐出ポート３ｂの下流端には吐出弁３６が設けられている。吐出弁３６は、所定の大きさ以上の圧力を受けたときに弾性変形して吐出ポート３ｂを開放する。ただし、吸入ポート３ａおよび吐出ポート３ｂをどの部材にどのように設けるかは適宜選定可能である。
【００２１】
さらに、上軸受３４の上方には、吐出弁３６を上軸受３４に面する空間と共に覆うマフラー３７が設けられている。マフラー３７には、適所に密閉容器１の内部空間と連通する開口が設けられている。
【００２２】
シャフト４の回転に伴って、ピストン３２におけるシリンダ３０の内周面に最も近接する遠点が旋回する。作動室３９の低圧室は、ピストン３２の遠点がベーン３３から離れるにしたがって、容積を徐々に拡大する。容積の拡大に伴い、作動流体が吸入ポート３ａから低圧室に流入する。ピストン３２の遠点がベーン３３を通過すると、低圧室は高圧室に切り替わる。高圧室は、ピストン３２の遠点がベーン３３から離れるにしたがって、容積を徐々に縮小する。容積の縮小によって高圧室内の圧力が高まり、作動流体が所定圧力以上に圧縮された時点で吐出弁３６が開き、作動流体が吐出ポート３ｂから流出する。
【００２３】
次に、図３および図４を参照して、シャフト４の偏心部４１の構成について詳細に説明する。
【００２４】
偏心部４１には、シャフト４の軸方向における摺動面４２の高さを低減する縮小部４３が設けられている。縮小部４３は、周方向に延びる連続した部位である。
【００２５】
縮小部４３は、シャフト４の軸方向において偏心部４１の中央に位置することが好ましい。すなわち、シャフト４の軸方向において、縮小部４３の両側には例えば円弧状の切り欠きが形成されていることが好ましい。なお、切り欠きは必ずしも円弧状である必要はなく、三日月状であってもよい。
【００２６】
縮小部４３は、偏心部４１の中心Ｃ２回りの角度座標において偏心部４１の偏心方向Ａを０°、シャフト４の回転方向を正としたときに、１１５°〜２２５°の範囲内で少なくとも一部が１３５°〜１８０°の範囲に重なるように形成されている。
【００２７】
例えば、縮小部４３を、角度座標において１１５°〜１５０°の範囲に設けてもよいし、角度座標において１５０°〜２２５°の範囲に設けてもよい。ただし、縮小部４３の角度幅は、４５°以上であることが好ましい。さらに好ましい構成としては、角度座標において、縮小部４３の始点（シャフト４の回転方向と反対側の端点）が１３５°以下に位置し、縮小部４３の終点（シャフト４の回転方向の端点）が１８０°以上に位置することである。
【００２８】
次に、本実施形態のロータリ圧縮機１０の効果を確認するために、偏心部４１に縮小部４３が設けられていないシャフトを含む参照圧縮機に対して行った数値解析について説明する。
【００２９】
図５は、シャフトが一回転する間に油膜の最小厚さがどの角度座標で発生するかを示すグラフである。図６は、シャフトの回転角度３０度ごとの油膜の圧力分布を偏心部４１の中心回りの角度座標で示す図である。図７は、シャフトの回転角度と圧縮荷重の関係を示す図である。これらの図で、シャフトの回転角度０°とは、ピストン３２の遠点がベーン３３上に位置する（ピストン３２がベーン３３を最も後退させる）状態である。
【００３０】
図５から、シャフトの回転角度が大きくなるにつれて、油膜の最小厚さ発生位置がシャフトの回転方向とは逆方向にシフトしていくのが分かる。そして、偏心部４１の中心回りの角度座標において１１５°から２２５°の範囲では、油膜の最小厚さ、すなわちピストン３２の内周面と摺動面４２との間のクリアランスが大きく保たれることが確認できる。また、同図より、回転角度が１２０°のときの油膜の最小厚さは、回転角度が１５０°のときの油膜の最小厚さと比べて小さいことも確認できる。さらに、図５からは、角度座標において１３５°〜１８０°の範囲で油膜の最小厚さが大きくなる傾向があり、角度座標において０°〜１１５°および２２５°〜３６０°の範囲で油膜の最小厚さが小さくなる傾向があることが確認できる。
【００３１】
図６からは、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に油膜圧力が発生するときはシャフトの回転角度が１５０°およびその前後であり、角度座標において１８０°から２２５°の範囲に油膜圧力が発生するときはシャフトの回転角度が１２０°およびその前後であることが確認できる。さらに、図６からは、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に油膜圧力が発生するときは、角度座標において１８０°から２２５°の範囲に油膜圧力が発生するときと比較して、油膜圧力が大きいことが確認できる。
【００３２】
上述した図５および図６の結果を勘案すると、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に油膜圧力が発生するときは油膜の厚さが大きくなり、角度座標において１８０°から２２５°の範囲に油膜圧力が発生するときは油膜の厚さが小さくなる。すなわち、角度座標において１３５°から１８０°の範囲では油膜圧力による荷重支持力の発生が容易であるといえる。これは、図７に示されている回転角度１５０°の時の圧縮荷重の方が回転角度１２０°の時の圧縮荷重より大きいということから考えても、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に油膜圧力が発生するときは圧縮荷重が大きいにも拘わらず油膜が厚く保たれるということであり、角度座標において１３５°から１８０°の範囲では油膜圧力による荷重支持力の発生が容易であることを裏付けている。
【００３３】
以上より、角度座標において１３５°から２２５°の範囲ではピストン３２の内周面と摺動面４２との間のクリアランスが大きく保たれ、さらに、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に油膜圧力による荷重支持力が発生するときは、角度座標において１８０°から２２５°の範囲に油膜圧力による荷重支持力が発生するときと比較して、荷重支持力の発生が容易である。それ故に、角度座標において１３５°から１８０°の範囲では荷重支持力がオーバースペックとなっている。そのため、角度座標において１３５°から１８０°の範囲に少なくとも一部が重なるように縮小部４３を設けることにより、油膜に起因する粘性損失を低減することができる。さらに、角度座標において０°〜１１５°および２２５°〜３６０°の範囲に偏心部４３を設けないことにより、ピストン３２の内周面と摺動面４２との間の油膜の最小厚さを十分に保つことができる。
【００３４】
例えば、縮小部４３を角度座標において１３５°〜１８０°の範囲に設けた場合（角度幅４５°）には、油膜に起因する粘性損失を１１．６％低減することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  ロータリ圧縮機
３０  シリンダ
３２  ピストン
３９  作動室
４    シャフト
４１  偏心部
４２  摺動面
４３  縮小部
【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７】
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【図８】
2013108375.tif 000009
【図６】
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