(57)【要約】【課題】ベーン跳びを確実に防止して体積効率向上と騒音低減を実現すると同時に、摺動面積縮小による摺動損失低減と加工時間短縮によるコスト低減を図り、高効率で高信頼性、低騒音、低コストの圧縮機を提供すること。【解決手段】係合溝１５が１８０度以下の円弧部１５ａと直線部１５ｂで形成される長円状の断面形状を有し、直線部１５ｂが、円弧部１５ａ中心とピストン６中心とを結ぶ直線に対して角度をなすことにより、ピストン６とベーン７が常に連結されてベーン跳びを確実に防止して体積効率向上と騒音低減を実現すると同時に、係合溝１５の摺動面積を小さくすることで摺動損失を低減して圧縮機を高効率化でき、加えて、回転運動する研磨機を用いて係合溝１５を加工することで加工時間を短縮してコストを低減させることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダとピストンを上端板および下端板で挟み込み、前記シリンダに設けられたベーン溝にベーンが嵌挿されて吸入室と圧縮室を形成し、前記ベーンは前記ピストンに形成された係合溝に揺動自在に連結され、駆動軸の回転に伴って前記ピストンが揺動することで圧縮動作を行う圧縮機構部を密閉容器内部に備えたロータリ圧縮機であって、
前記係合溝は１８０度以下の円弧部と直線部で形成される長円状の断面形状を有し、前記直線部は、前記円弧部中心と前記ピストン中心とを結ぶ直線に対して角度をなしていることを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンの外周と前記係合溝との交差部には鋭角角部と鈍角角部が形成され、前記ベーンは、前記ベーン溝に嵌挿されて摺動する摺動部と、前記係合溝に連結される円弧状の係合部と、前記摺動部と前記係合部との間の首部とで構成され、前記ベーンの前記吸入室側面と前記圧縮室側面の少なくともいずれか一方の前記首部に、前記鋭角角部に対応する逃し部が形成されている請求項１に記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記逃し部が前記吸入室側面または前記圧縮室側面のいずれか一方に形成され、他方の側面の前記首部は前記摺動部を延長した直線である請求項１または２に記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記逃し部が前記吸入室側面に形成された請求項３に記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記逃し部が前記圧縮室側面に形成された請求項３に記載のロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記ベーンが前記ベーン溝内に最も収納されたベーン上死点のクランク角を０度としたとき、クランク角が２７０度の時点で、前記逃し部の面と、前記逃し部に入り込んだ前記鋭角角部の面とが概ね一致する請求項５に記載のロータリ圧縮機。
【請求項７】
前記ベーンの前記摺動部の厚みに対し、前記係合部の厚みが同等または小さい請求項１〜６のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項８】
前記ピストンの前記係合溝がホイール型砥石で研磨加工された請求項１〜７のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項９】
前記ピストンと前記ベーンの少なくともいずれか一方がニアネットシェイプ成型された素材からなる請求項１〜８のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
【請求項１０】
前記圧縮機構部の周囲が吐出圧力よりも低い雰囲気である請求項１〜９のいずれか１項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、空調機、冷凍機、ブロワ、給湯機等に使用されるロータリ圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の構成の一例として図１４のロータリ方式の高圧タイプ密閉型圧縮機の縦断面図と、図１５の圧縮機構部横断面図を参照しながら説明する。
【０００３】
シリンダ１０１とピストン１０２、ベーン１０３を上軸受１０４と下軸受１０５で挟み込むことで吸入室１０６と圧縮室１０７を形成し、駆動軸１０８の回転に伴ってピストン１０２が回転することで圧縮動作を行う圧縮機構部１０９と、駆動軸１０８に回転力を伝える電動要素１１０とが密閉容器１１１内に収納されており、密閉容器１１１下部には圧縮機構部１０９の潤滑およびシールに供されるオイルが貯留されている。
【０００４】
ベーン１０３は、シリンダ１０１に形成されたベーン溝１１２に嵌合挿入され、その背面に作用する吐出圧力とベーンバネ１１３のバネ力によってピストン１０２の外周面に押し付けられ、常に吸入室１０６と圧縮室１０７とを仕切る役割を果たしている。
【０００５】
しかしながら、圧縮比が非常に低い運転条件や液戻り運転等では、圧縮室１０７が吐出圧力またはそれ以上の圧力となってベーン１０３を押し返すことで、ベーン１０３がピストン１０２から離れる「ベーン跳び」現象が発生し、体積効率の低下やベーン１０３とピストン１０２との衝突による騒音の悪化を引き起こすという課題がある。
【０００６】
この課題を解決するため、特許文献１に示す回転式圧縮機では、図１６のとおり、ピストン１０２の外周に形成された係合溝１１４に、先端側に係合部１１５が形成されたベーン１０３が揺動自在に連結されている。この構成により、ベーン跳びを確実に防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１２０５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１５の従来の構成ではベーンとピストンとが凸面同士で線接触しているのに対し、前記特許文献１の構成では、凸面のベーン係合部と凹面のピストン係合溝とが面接触しているため、その隙間に介在するオイル粘性に起因する摺動損失が比較的大きく、圧縮機の入力が悪化するという課題がある。
【０００９】
また、ピストン係合溝は、ベーン跳び防止のため１８０度よりも大きい角度の円弧で構成された、外周側がくびれた形状であるため、軸方向に直線運動する研磨機やワイヤーカット等で加工せざるを得ず、加工時間が比較的長くなることで圧縮機のコストアップに繋がるという課題もある。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ピストンの係合溝が１８０度以下の円弧部と直線部で形成される長円状の断面形状を有し、直線部は、円弧部中心とピストン中心とを結ぶ直線に対して角度をなすことにより、特許文献１の構成と同様にピストンとベー
ンが常に連結されることでベーン跳びを確実に防止すると同時に、係合溝の摺動面積を小さくして摺動損失を低減し、加えて、回転運動する研磨機を用いた加工時間が短い、高効率で低コスト、低騒音の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、本発明の圧縮機は、請求項１記載のとおり、シリンダとピストンを上端板および下端板で挟み込み、シリンダに設けられたベーン溝にベーンが嵌挿されて吸入室と圧縮室を形成し、ベーンはピストンに形成された係合溝に揺動自在に連結され、駆動軸の回転に伴ってピストンが揺動することで圧縮動作を行う圧縮機構部を密閉容器内部に備えたロータリ圧縮機であって、係合溝は１８０度以下の円弧部と直線部で形成される長円状の断面形状を有し、直線部は、円弧部中心とピストン中心とを結ぶ直線に対して角度をなしていることを特徴とするものである。
【００１２】
これによって、特許文献１の構成と同様にピストンとベーンが常に連結されることでベーン跳びを確実に防止して体積効率向上と騒音低減を実現すると同時に、係合溝の摺動面積を小さくすることで摺動損失を低減して圧縮機を高効率化でき、加えて、回転運動する研磨機を用いて係合溝を加工することで加工時間を短縮してコストを低減させることが可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧縮機は、ベーン跳びを防止しながら、係合溝での摺動損失低減と加工性向上が可能であるため、圧縮機の高効率化と低コスト化、低騒音化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図
【図２】本発明の実施の形態１における圧縮機構部のＡ−Ａ横断面図
【図３】本発明の実施の形態１における圧縮機構部の拡大横断面図
【図４】本発明の実施の形態１における圧縮機構部の圧縮動作説明図
【図５】本発明の実施の形態１における係合溝加工時正面図
【図６】本発明の実施の形態１における係合溝加工時側面断面図
【図７】本発明の実施の形態２における圧縮機構部の拡大横断面図
【図８】本発明の実施の形態２における吐出直後の拡大横断面図
【図９】本発明の実施の形態２におけるクランク角２７０度の拡大横断面図
【図１０】本発明の実施の形態３における圧縮機構部の拡大横断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における別の圧縮機構部の拡大横断面図
【図１２】本発明の実施の形態４における圧縮機構部の拡大横断面図
【図１３】本発明の実施の形態５における圧縮機構部の拡大横断面図
【図１４】従来の圧縮機における圧縮機の縦断面図
【図１５】従来の圧縮機における圧縮機構部の拡大断面図
【図１６】特許文献１の圧縮機における吸入穴付近の拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
第１の発明は、シリンダとピストンを上端板および下端板で挟み込み、シリンダに設けられたベーン溝にベーンが嵌挿されて吸入室と圧縮室を形成し、ベーンはピストンに形成された係合溝に揺動自在に連結され、駆動軸の回転に伴ってピストンが揺動することで圧縮動作を行う圧縮機構部を密閉容器内部に備えたロータリ圧縮機であって、係合溝は１８０度以下の円弧部と直線部で形成される長円状の断面形状を有し、直線部は、円弧部中心とピストン中心とを結ぶ直線に対して角度をなすことにより、ピストンとベーンが常に連結されることでベーン跳びを確実に防止して体積効率向上と騒音低減を実現すると同時に、係合溝の摺動面積を小さくすることで摺動損失を低減して圧縮機を高効率化できる。
【００１６】
また、回転運動する加工機を用いて係合溝を高速加工することで加工時間を短縮してコストを低減させることも可能である。
【００１７】
第２の発明は、特に、第１の発明の圧縮機において、ピストンの外周と係合溝との交差部には鋭角角部と鈍角角部が形成され、ベーンは、ベーン溝に嵌挿されて摺動する摺動部と、係合溝に連結される円弧状の係合部と、摺動部と係合部との間の首部とで構成され、ベーンの吸入室側面と圧縮室側面の少なくともいずれか一方の首部に、鋭角角部に対応する逃し部が形成されている。ベーン摺動部の幅と長さに変更を加えない場合、逃し部を設けずに構成しようとすると係合部の直径を大きくして鋭角角部とベーンとの干渉を回避せざるをえない。しかし、本構成ではその必要がないため、係合部を比較的小さくでき、その結果、係合溝での摺動面積を小さくすることで摺動損失を低減可能である。
【００１８】
また、ベーン係合部直径が小さくなることでベーンの全長を縮小でき、ベーン側面に働く圧力差を受ける横方向の投影面積、すなわち受圧面積が縮小されて、横方向荷重を低減できるため、ベーン溝に嵌挿されて摺動するベーン摺動部の負荷を低減可能である。したがって、摺動部での摺動損失低減による高効率と、異常摺動防止による高信頼性を実現可能である。
【００１９】
なお、逃し部をベーンの両側面に設けて線対称形状とすることで、圧縮機構部の組立て時にベーンの表裏管理が不要となり、量産性向上による低コスト化が可能である。
【００２０】
第３の発明は、特に、第１または２の発明の圧縮機において、逃し部が吸入室側面または圧縮室側面のいずれか一方に形成され、他方の側面の首部は摺動部を延長した直線とすることにより、応力集中しやすい逃し部が形成された首部の強度が増し、ピストンから係合部に加わる荷重による係合部の変形が抑制されるため、ベーンの係合部とピストンの係合溝とが局所摺動することがなく、係合溝での摺動損失を低減することができる。
【００２１】
また、係合部に加わる荷重が特に大きい液圧縮運転等の状況でもベーンの破壊を抑えて高い信頼性を実現することが可能である。
【００２２】
第４の発明は、特に、第３の発明の圧縮機において、逃し部が吸入室側面に形成されている。
【００２３】
ピストン係合溝とベーン係合部には必ず接点が存在し、その接点を境としてピストン係合溝の吸入室側の面には低圧の吸入圧力、圧縮室側の面には圧縮途中または圧縮済みの高圧が作用するため、その圧力差によってピストンはその中心軸に関して回転しようとするモーメントが働く。そのモーメントをベーン係合部で受けることになるため、通常の運転条件では、係合溝と係合部との接点は主に吸入側に存在する。
【００２４】
一方、ベーン係合部と摺動するピストン係合溝の円弧部は、円弧部の中心とピストンの中心とを結ぶ軸に関して非対称である。
【００２５】
したがって、ベーンの逃し部を吸入室側面に形成、すなわち円弧部が多くを占めるピストン係合溝の鋭角角部側を吸入室側に配置することで、ピストン係合溝の円弧部に常に接点が存在することになり、異常摺動を回避することが可能である。
【００２６】
また、ピストン係合溝の直線部まで接点が移動するようなことも無いため、ピストンからのベーン抜けを防止し、圧縮機の破壊を回避することができる。
【００２７】
第５の発明は、特に、第３の発明の圧縮機において、逃し部が圧縮室側面に形成されている。
【００２８】
ピストンが駆動軸とともに回転して圧縮動作を行い、高圧ガスを吐出穴から完全に吐出しきった後の圧縮室は、一般的にトップクリアランスボリュームと呼ばれ、そこに残留した高圧ガスは低圧の吸入室に再膨張して圧縮に寄与しない。このトップクリアランスボリュームは圧縮機の体積効率低下と圧縮動力増加を招くため、可能な限り小さくする必要がある。
【００２９】
ベーンの逃し部を圧縮室側面に形成することで、吸入室側面に形成した場合と比較してトップクリアランスボリュームを小さくすることができるため、圧縮機の体積効率向上と圧縮動力低減を実現することが可能である。
【００３０】
第６の発明は、特に、第５の発明の圧縮機において、ベーンがベーン溝内に最も収納されたベーン上死点のクランク角を０度としたとき、クランク角が２７０度の時点で、逃し部の面と、逃し部に入り込んだ鋭角角部の面とが概ね一致することにより、トップクリアランスボリュームを極小化することができ、更なる体積効率向上と圧縮動力低減を実現することが可能である。
【００３１】
第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明の圧縮機において、ベーンの摺動部の厚みに対し、係合部の厚みを同等または小さくすることにより、高い仕上げ加工精度を必要とするベーン摺動部の二つの面の加工が容易になり、ベーン摺動部での潤滑状態改善による摺動損失低減と加工時間短縮によるコスト低減を実現することが可能である。
【００３２】
第８の発明は、特に、第１〜７のいずれか１つの発明の圧縮機において、ピストンの係合溝をホイール型砥石で研磨加工することにより、ホイール型研磨機の利点である高剛性を生かした高精度加工を高速に行うことができ、係合溝円弧部をより高い精度に仕上げ、潤滑状態改善による摺動損失低減を図ると同時に、ピストン係合溝とベーン係合部との隙間を通過する圧縮室から吸入室へのガス漏れを抑制して体積効率向上も実現することができる。
【００３３】
また、係合溝の円弧部と直線部を同時に、しかも高速に仕上げ加工が可能なため、加工時間を短縮してコストを低減することができる。
【００３４】
また、ホイール型砥石は一般的に広く使用される工具であるため、安価に入手可能であり、更にコストを低減することができる。
【００３５】
第９の発明は、特に、第１〜８のいずれか１つの発明の圧縮機において、ピストンとベーンの少なくともいずれか一方がニアネットシェイプ成型された素材からなることにより、比較的複雑な形状を持つ部品を無加工またはより少ない加工工程で使用することができ、加工時間短縮によるコスト低減が可能である。
【００３６】
ニアネットシェイプ成型の方法としては、焼結や鍛造等の金型成型法が一般的で安価であるが、所定の断面形状を持ったシート状の素材粉末をレーザーで焼き固めて積層造形していく方法等に代表される積層造形法によって成型すれば、ピストンとベーンを連結させた状態で組立て部品として作製できるとともに、金型成型法では加工不可能な複雑な形状も実現できるため、設計自由度が増し、より摺動損失が小さく、体積効率が高い圧縮機を提供することが可能となる。
【００３７】
第１０の発明は、特に、第１〜９のいずれか１つの発明の圧縮機において、圧縮機構部
の周囲が吐出圧力よりも低い雰囲気である。
【００３８】
密閉容器内の大半が吸入圧力である低圧型圧縮機は、高圧型圧縮機と比較して、圧縮機構部から吐出された高温高圧のガスが放熱および減圧することなく圧縮機外へ吐出されるため、例えばエアコンでは暖房能力向上や暖房時吹き出し温度の上昇スピード向上によってエアコン性能改善を図ることができる。
【００３９】
また、低圧型圧縮機のもう一つの利点として、気液二相状態となった吸入冷媒を気液分離して液圧縮を回避するアキュームレータの機能を密閉容器が受け持つため、高圧型圧縮機のように別途アキュームレータを吸入配管に設ける必要が無く、部品点数削減によるコスト低減も期待できる。
【００４０】
しかし、低圧型ロータリ圧縮機には、ベーン背面に高圧を付加させることが容易ではないため、ピストンへの押し付け力不足によるベーン跳びが発生しやすいという課題があり、ベーン跳びせず、高効率と高信頼性、低コストを実現できる本発明の構成を採用することが最適である。
【００４１】
なお、密閉用器内が必ずしも吸入圧力である必要は無く、例えばインジェクションサイクルで使用される二段圧縮機では、圧縮機構部周囲は吸入圧力と吐出圧力の間の中間圧力雰囲気であり、このような中間圧型圧縮機であっても高圧型圧縮機と比較してベーン跳びしやすいという課題は依然として存在するため、低圧型圧縮機の場合と同様に本発明の効果が発揮できる。
【００４２】
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。
【００４３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面での横断面図である。
【００４４】
密閉容器１内に電動要素２が収納されている。電動要素２の鉛直方向の駆動軸３で圧縮機構部４が駆動されるようになっている。この圧縮機構部４はシリンダ５とピストン６、ベーン７を上軸受８と下軸受９で挟み込むことで吸入室１０と圧縮室１１を形成して圧縮動作を行うように構成されている。シリンダ５内には、駆動軸３と一体的に構成されたクランク軸偏芯部１２が収納されており、このクランク軸偏芯部１２にピストン６が回転自在に装着されている。ベーン７は、シリンダ５に設けられたベーン溝１３に嵌合挿入され、ベーン７の長手方向に直線運動可能であると同時に、ベーン７の先端側には主に円弧からなる係合部１４が形成され、ピストン６に形成された係合溝１５に揺動自在に連結されて吸入室１０と圧縮室１１とを仕切っている。シリンダ５には、吸入室１０と隣接して吸入穴１６が設けられている。吸入穴１６には吸入ライナー１７が圧入され、密閉容器１内部の高温高圧の吐出ガスと吸入穴１６内部の低温低圧の吸入ガスを仕切っている。吸入ライナー１７には、圧縮機の液圧縮を防止するためにアキュームレータ１８が挿入され、密閉容器１に固定された吸入外管１９とともにロー付けまたは溶接されて接続されており、圧縮機に吸入される作動流体を気液分離している。
【００４５】
電動要素２が付勢され、その駆動軸３が回転すると、クランク軸偏芯部１２がシリンダ５内において偏芯回転し、ベーン溝１３内で直線運動するベーン７とピストン６とが常に連結された状態でピストン６が揺動運動し、作動流体の吸入、圧縮が繰り返される。
【００４６】
図３は、圧縮機構部４の拡大横断面図である。簡単のため、説明に不要な部品や穴は省
略している。
【００４７】
ピストン６の係合溝１５は、１８０度以下の円弧部１５ａと直線部１５ｂで形成される長円状の断面形状を有し、円弧部１５ａの中心とピストン６の中心とを結ぶ直線に対し、直線部１５ｂは角度をなしており、係合溝１５とピストン６の外周との交差部に鋭角角部１５ｃと鈍角角部１５ｄが形成されている。鋭角角部１５ｃには面取りが施されている。
【００４８】
ベーン７は、係合溝１５の円弧部１５ａと概ね同径の係合部１４と、ベーン溝１３に嵌挿されて摺動する摺動部７ａと、係合部１４と摺動部７ａとの間の首部７ｂとで構成され、首部７ｂの吸入室１０側には、ピストン６の鋭角角部１５ｃが干渉しないように逃し部７ｃが形成されている。
【００４９】
以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５０】
まず、図４を用いて圧縮機構部４の圧縮動作を説明する。
【００５１】
ピストン６は係合溝１５がベーン７に連結、拘束されながら揺動運動を行う。ベーン７がベーン溝１３内に最も収納された状態、すなわち上死点の位置でのクランク角を０度とすると、一回転、すなわちクランク角が０度から３６０度の間、吸入ガスを吸入穴１６から吸入室１０へ吸込んだ後、次の一回転は圧縮室１１となり、圧縮室１１の容積を縮小させることでガスを圧縮する。運転条件によって異なるが、概ねクランク角が１８０度以降で所定の吐出圧力に到達したガスは、上軸受８に設けられ、ベーン７に対して吸入穴１６と反対側に位置する図示されていない吐出穴２０から密閉容器１内部空間に吐出される。
【００５２】
ベーン７の先端側は低圧の吸入室１０と、通常の運転条件では概ね半回転以上は吐出圧力よりも低い圧縮室１１とに接しているのに対し、ベーン７の背面側は常に吐出圧力雰囲気にあるため、ベーン７はピストン６に押し付けられて運転される。しかし、圧縮室１１の圧力がすぐに吐出圧力に到達する低圧縮比の運転条件や、吐出穴の圧力損失により吐出圧力よりも高い圧力まで上昇する液圧縮運転等では、ベーン７をピストン６から引き離そうとする通常運転時とは逆向きの力が働く。
【００５３】
本発明の構成では、ベーン７とピストン６が連結されているため、いわゆる「ベーン跳び」がなく、ベーン７がピストン６から離れて圧縮室１１のガスが吸入室１０に漏れて体積効率が低下したり、ベーン７とピストン６が衝突を繰り返すことで発生する異常騒音が生じたりすることがなく、高い体積効率と低騒音を実現することが可能である。
【００５４】
また、圧力差によってベーン７をピストン６に押し付けるだけの従来の構成では、図１５のように、ベーンバネ１１３を収納するスペースを別途設ける必要があり、ベーン溝１１２の全長が限られていたのに対し、本発明の構成では、ベーンバネ１１３が不要で、収納スペースを設ける必要がないため、ベーン溝１３の全長を十分に確保して面圧分散による摺動損失低減と信頼性向上を図れると同時に、加工工程を削減して低コスト化を図ることが可能である。
【００５５】
ベーン７が常にピストン６から抜けないようにするためには、全クランク角でピストン６の係合溝１５の円弧部１５ａがベーン７の円弧状の係合部１４を引っ掛け、ベーン７に加わる上向きの力を支える必要がある。
【００５６】
特許文献１の構成では、ピストン６の係合溝１５の円弧部１５ａを１８０度よりも大きく設定することで上記対応を行い、ピストン６、ベーン７ともに左右対称であるため、引っ掛け幅は常に概ね一定している。
【００５７】
一方、本発明の構成では、図４において、クランク角２７０度の瞬間に引っ掛け幅が最小、すなわち幾何学的に最もベーン７がピストン６から抜けやすいクランク角であり、このクランク角で確実に抜けないような設計を施すことが確実にベーン跳びさせないためのポイントである。
【００５８】
特許文献１の構成では、係合溝１５の円弧部１５ａが１８０度よりも大きいため、係合溝１５の両端とも鋭角にならざるを得ない。摺動部７ａの幅と長さに変更を加えない場合、その干渉を回避するため、係合部１４の直径を大きくするか、ベーン７両側に深い逃し部７ｃを形成する必要がある。
【００５９】
一方、本発明の構成では、係合溝１５の円弧部１５ａが１８０度以下であるため、円弧部１５ａの直径と角度を小さく設計でき、係合溝１５と係合部１４との摺動部の摺動面積を比較的小さくすることで摺動損失を低減して圧縮機を高効率化できる。
【００６０】
また、係合部１４の直径が小さくなることでベーン７の全長を縮小でき、ベーン７側面に働く圧力差を受ける横方向の投影面積、すなわち受圧面積が縮小されて、横方向荷重を低減できるため、ベーン溝１３に嵌挿されて摺動する摺動部７ａの負荷を低減可能である。したがって、摺動部７ａでの摺動損失低減による高効率と、異常摺動防止による高信頼性を実現可能である。以下、各実施の形態は、摺動部７ａの幅と長さに変更を加えないものとして説明するが、摺動部７ａと係合部１４との相対的な関係に何ら変わりはなく、摺動部７ａやその他関連する部位、部品の寸法を変更した構成も本発明に含まれる。
【００６１】
ベーン７の逃し部７ｃは吸入室１０側にのみ形成され、首部７ｂの圧縮室１１側は摺動部７ａを延長した直線となっている。したがって、両側に深い逃し部７ｃを形成した特許文献１の構成と比較して、応力集中しやすい逃し部７ｃが形成された首部７ｂの強度が増し、ピストン６から係合部１４に加わる荷重による係合部１４の変形が抑制されるため、ベーン７の係合部１４とピストン６の係合溝１５とが局所摺動することがなく、係合溝１５での摺動損失を低減することができる。同時に、係合部１４に加わる荷重が特に大きい液圧縮運転等の状況でもベーン７の破壊を抑えて高い信頼性を実現することが可能である。
【００６２】
円弧状のベーン７の係合部１４は、同じく円弧状のピストン６の係合溝１５に嵌合されて円滑に摺動する必要があるため、係合溝１５の直径よりも係合部１４の直径の方がやや小さく、その微少な直径の差によって係合溝１５と係合部１４は面接触ではなく、必ず線接触している。図３の断面図では、その線接触部を接点と称する。
【００６３】
係合溝１５の吸入室１０側の面には、その接点を境として低圧の吸入圧力、圧縮室１１側の面には圧縮途中または圧縮済みの高圧が作用するため、その圧力差によってピストン６はその中心軸に関して右回りに回転しようとするモーメントが働く。そのモーメントをベーン７の係合部１４で受けることになるため、通常の運転条件では、係合溝１５と係合部１４との接点は主に吸入室１０側に存在する。
【００６４】
一方、係合部１４と摺動する係合溝１５の円弧部１５ａは、円弧部１５ａの中心とピストン６の中心とを結ぶ軸に関して非対称であり、吸入室１０側に片寄っている。
【００６５】
したがって、本実施の形態の構成とすることで、係合溝１５の円弧部１５ａに常に接点が存在することになり、異常摺動を回避することが可能であるし、係合溝１５の直線部１５ｂまで接点が移動するようなことも無いため、ピストン６からベーン７が抜ける現象を防止し、圧縮機の破壊を回避することができる。
【００６６】
なお、ベーン７はシリンダ５よりも硬い素材を使用することが一般的であり、クランク角が０度の、ベーン７の逃し部７ｃがベーン溝１３に入り込んだ時に、逃し部７ｃのエッジがベーン溝１３とこすれることによるベーン溝１３の異常磨耗を防止するため、ベーン溝１３端部に、逃し部７ｃのエッジ当たりを回避する面取り２１を設けた方がよい。このとき、反対側のベーン溝１３端部にも同寸法の面取りを設ければ加工性が向上するが、摺動面積が低下するため、最小限としてもよい。
【００６７】
図５および図６は、ピストン６の係合溝１５の加工方法の一例を説明する正面図と側面から見た断面図であり、回転軸２２を中心に回転する円盤状のホイール型砥石２３が図５の矢印の向きに移動後、図６の矢印の向きに係合溝１５を研磨加工で形成していく。
【００６８】
この加工方法では、係合溝１５の円弧部１５ａが必ず１８０度以下に形成される。逆に言えば、係合溝１５の円弧部１５ａを１８０度以下の場合にのみこの加工方法が使用可能である。
【００６９】
ホイール型研磨機には、工具剛性が高い、加工精度が高い、加工速度が速い等の利点があり、それらの特長を生かして、係合溝１５の円弧部１５ａをより高い精度に仕上げ、潤滑状態改善による摺動損失低減を図ると同時に、係合溝１５と係合部１４との隙間を通過する圧縮室１１から吸入室１０へのガス漏れを抑制して体積効率向上も実現することができるし、係合溝１５の円弧部１５ａと直線部１５ｂを同時に、しかも高速に仕上げ加工が可能なため、加工時間を短縮してコストを低減することができる。
【００７０】
また、ホイール型砥石２３は一般的に広く使用される工具であるため、安価に入手可能であり、更にコストを低減することができる。
【００７１】
なお、特許文献１の構成の係合溝１５を加工する方法、例えばブローチ盤や直線運動する砥石での研磨加工、ワイヤーカット、一つまたは複数の刃を回転させる切削加工等でも加工は可能であるが、精度の面でホイール型研磨機に劣ると考えられる。
【００７２】
更に、ピストン６とベーン７の少なくともいずれか一方をニアネットシェイプ成型された素材とし、ホイール型研磨機を用いて一回の仕上げ加工で完成させることで、複雑な形状のピストン６の係合溝１５やベーン７の係合部１４と逃し部７ｃを少ない加工工程で作製でき、加工時間短縮によるコスト低減が可能である。
【００７３】
ニアネットシェイプ成型の方法としては、焼結や鍛造等の金型成型法が一般的で安価であるが、所定の断面形状を持ったシート状の素材粉末をレーザーで焼き固めて積層造形していく方法等に代表される積層造形法によって成型すれば、ピストン６とベーン７を連結させた状態で組立て部品として作製できるとともに、金型成型法では加工不可能な複雑な形状も実現できるため、設計自由度が増し、より摺動損失が小さく、体積効率が高い圧縮機を提供することが可能となる。
【００７４】
なお、必ずしもホイール型研磨機で仕上げ加工を行う必要はなく、ニアネットシェイプ成型後の精度に満足できるのであれば、無加工で部品として使用してもよい。
【００７５】
ベーン７の係合部１４の直径は、摺動部７ａの厚みと同等か小さくすることで、高い仕上げ加工精度を必要とする摺動部７ａを無理なく平面研削できるため、摺動部７ａでの潤滑状態改善によって摺動損失を低減可能であるし、加工の簡易化によって加工時間を短縮してコスト低減を実現することも可能である。
【００７６】
本実施の形態では、密閉容器１内が吐出ガスで満たされた高圧型圧縮機として説明したが、密閉容器１内の大半が吸入圧力である低圧型圧縮機の場合について説明する。
【００７７】
低圧型圧縮機は、高圧型圧縮機と比較して、圧縮機構部４から吐出された高温高圧のガスが放熱および減圧することなく圧縮機外へ吐出されるため、例えばエアコンでは暖房能力向上や暖房時吹き出し温度の上昇スピード向上によってエアコン性能改善を図ることができる。
【００７８】
また、低圧型圧縮機のもう一つの利点として、気液二相状態となった吸入冷媒を気液分離して液圧縮を回避するアキュームレータ１８の機能を密閉容器１が受け持つため、高圧型圧縮機のように別途アキュームレータ１８を吸入配管に設ける必要が無く、部品点数削減によるコスト低減も期待できる。
【００７９】
しかし、低圧型ロータリ圧縮機には、ベーン７の背面に高圧を付加させることが容易ではないため、ピストン６への押し付け力不足によるベーン跳びが発生しやすいという課題があり、ベーン跳びせず、高効率と高信頼性、低コストを実現できる本発明の構成を採用することが最適である。
【００８０】
なお、密閉容器１内が必ずしも吸入圧力である必要は無く、例えばインジェクションサイクルで使用される二段圧縮機では、圧縮機構部４周囲は吸入圧力と吐出圧力の間の中間圧力雰囲気であり、このような中間圧型圧縮機であっても高圧型圧縮機と比較してベーン跳びしやすいという課題は依然として存在するため、低圧型圧縮機の場合と同様に本発明の効果が発揮できる。
【００８１】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における圧縮機構部４の拡大横断面図である。
【００８２】
ベーン７の逃し部７ｃは圧縮室１１側にのみ形成され、首部７ｂの吸入室１０側は摺動部７ａを延長した直線とするとともに、係合部１４の直径を摺動部７ａの厚みと同等としているため、実施の形態１と同様、ベーン７の高い剛性と加工の簡易化によって摺動損失の低減と低コスト化を実現することができる。
【００８３】
図８は、圧縮室１１の高圧ガスが吐出穴２０から完全に吐出しきった直後のクランク角での拡大横断面図である。
【００８４】
図８において、隙間が依然残っている圧縮室１１は、一般的にトップクリアランスボリューム２４と呼ばれ、そこに残留した高圧ガスは低圧の吸入室１０に再膨張して圧縮に寄与しない。このトップクリアランスボリュームは圧縮機の体積効率低下と圧縮動力増加を招くため、可能な限り小さくする必要がある。
【００８５】
トップクリアランスボリュームを縮小する方法として、逃し部７ｃを圧縮室１１側に形成するとともに、図９に示す、ピストン６の鋭角角部１５ｃが最もベーン７に食い込む２７０度のクランク角での鋭角角部１５ｃと逃し部７ｃとを概ね一致させている。
【００８６】
この構成により、トップクリアランスボリュームを極小化し、圧縮機の体積効率向上と圧縮動力低減を実現することが可能である。
【００８７】
なお、実施の形態１で説明したとおり、係合溝１５での接点を境とした圧力差によってピストン６は右回りに回転しようとするため、接点が係合溝１５の直線部１５ｂまで移動する可能性が高くなるが、適切な寸法構成と運転条件により常に接点を円弧部１５ａに留
めることで十分回避可能である。
【００８８】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３における圧縮機構部４の拡大横断面図である。ベーン７の逃し部７ｃは、吸入室１０と圧縮室１１の両側に形成され、左右対称である。
【００８９】
この構成では、逃し部７ｃを片側に形成した構成と比較して、ベーン７の剛性は劣るが、圧縮機構部４の組立て時にベーン７の表裏管理が不要であるため、組立工程の省略によって量産性が向上し、圧縮機の低コスト化ができるという利点がある。
【００９０】
なお、図１０では係合部１４の直径を摺動部７ａの厚みと同等とすることで、摺動部７ａを容易に平面研削でき、実施の形態１と同様、摺動部７ａでの摺動損失低減と低コスト化を実現可能であるが、図１１のように、係合部１４の直径を摺動部７ａの厚みよりも小さくしても同様の効果が得られる。加えて、図１１の構成では、図１０の構成と比較してベーン７の全長を縮小でき、ベーン７側面に働く圧力差による横方向荷重を低減できるため、ベーン溝１３に嵌挿されて摺動する摺動部７ａの負荷を低減可能である。したがって、摺動部７ａでの摺動損失低減による高効率と、異常摺動防止による高信頼性を実現可能である。
【００９１】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における圧縮機構部４の拡大横断面図であり、ベーン７の逃し部７ｃは、圧縮室１１側に形成されるとともに、係合部１４の直径を摺動部７ａの厚みよりも大きくすることにより、ベーン７の剛性を更に向上させ、特に冷媒として二酸化炭素を用いた、高差圧、高圧縮比の運転条件でもベーン７の変形を抑制でき、摺動損失低減と高信頼性、低コスト化を実現することが可能である。
【００９２】
（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５における圧縮機構部４の拡大横断面図であり、係合部１４の直径を摺動部７ａの厚みよりも大きくすると同時に、逃し部７ｃを設けていない。
【００９３】
この構成では、実施の形態４と同様の剛性向上による効果が得られるとともに、逃し部７ｃのエッジ当たりを回避するための大き目の面取り２１をベーン溝１３端部に設ける必要がないため、ベーン溝１３の全長を十分に確保して面圧分散による摺動損失低減と信頼性向上を図ることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
以上のように、本発明にかかる圧縮機は、係合溝が１８０度以下の円弧部と直線部で形成される長円状の断面形状を有し、直線部が、円弧部中心とピストン中心とを結ぶ直線に対して角度をなすことにより、ピストンとベーンが常に連結されてベーン跳びを確実に防止して体積効率向上と騒音低減を実現すると同時に、係合溝の摺動面積を小さくすることで摺動損失を低減して圧縮機を高効率化でき、加えて、回転運動する研磨機を用いて係合溝を加工することで加工時間を短縮してコストを低減させることが可能であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒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のほかに、自然冷媒の二酸化炭素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】
【００９５】
１  密閉容器
３  駆動軸
４  圧縮機構部
５  シリンダ
６  ピストン
７  ベーン
７ａ  摺動部
７ｂ  首部
７ｃ  逃し部
８  上軸受
９  下軸受
１０  吸入室
１１  圧縮室
１３  ベーン溝
１４  係合部
１５  係合溝
１５ａ  円弧部
１５ｂ  直線部
１５ｃ  鋭角角部
１５ｄ  鈍角角部
２３  ホイール型砥石
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2016089710.tif 000016
【図１５】
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【図１６】
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