(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、該シリンダの内周方向へ公転運動を行うローラと、前記シリンダに同軸に回転自在に支持された主ロータ部材と該主ロータ部材に同軸に連設された副ロータ部材とを有してモータのロータ部を形成してなる回転部材と、前記シリンダの軸心上に支点を置いて前記シリンダ内から前記回転部材の内部に延在するてこ部材とを備え、
前記てこ部材は、前記シリンダ側の一端部に前記ローラが設けられ、前記回転部材側の他端部が前記回転部材の軸心から半径方向へ偏位した位置で該回転部材に連結されてなり、前記回転部材の回転に応じて、前記一端部側が前記シリンダの内周方向への円錐運動を行うものとし、
前記てこ部材の前記他端部と前記支点との間の距離は、前記一端部と前記支点との間の距離よりも大きいことを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項２】
前記ローラと、前記シリンダの内部を複数の空間に仕切るベーンとを一体化した請求項１記載のローリングピストン型圧縮機。
【請求項３】
円筒状内周面を持つシリンダと、前記シリンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する第１及び第２のサイドプレートと、前記シリンダと前記第１及び第２のサイドプレートとに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周面と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒状外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与える駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ローラの円筒状外周面と前記第１及び第２のサイドプレートとにより囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーンとを構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前記複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することにより、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機において、
前記駆動手段は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸上の点を中心として、てこ部材を固定部材としての前記第１のサイドプレートによって球面対偶により支持し、前記球面対偶中心とは別の点を中心として、前記てこ部材により前記ローラを球面対偶により支持し、かつ前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と同一軸心の回転部材の回転軸から半径方向へ偏位した位置で、前記てこ部材を前記回転部材により回転支持することにより構成されている駆動手段であり、前記てこ部材と回転部材とは、前記２つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として回転し、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離は、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持中心までの距離よりも大きいものとし、
前記シリンダと前記ローラとを一対だけ有し、前記てこ部材による前記ローラの球面対偶支持中心が、前記固定部材による前記てこ部材の球面対偶支持中心に対し、前記回転部材による前記てこ部材の回転支持部の反対側にあることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項４】
円筒状内周面を持つシリンダと、前記シリンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する第１及び第２のサイドプレートと、前記シリンダと前記第１及び第２のサイドプレートとに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周面と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒状外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与える駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ローラの円筒状外周面と前記第１及び第２のサイドプレートとにより囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーンとを構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前記複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することにより、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機において、
前記駆動手段は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸上の点を中心として、てこ部材を固定部材としての前記第１のサイドプレートによって球面対偶により支持し、前記球面対偶中心とは別の点を中心として、前記てこ部材により前記ローラを球面対偶により支持し、かつ前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と同一軸心の回転部材の回転軸から半径方向へ偏位した位置で、前記てこ部材を前記回転部材により回転支持することにより構成されている駆動手段であり、前記てこ部材と回転部材とは、前記２つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として回転し、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離は、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持中心までの距離よりも大きいものとし、
前記てこ部材は、該てこ部材に設けた球状外周面に滑動可能に当接する球状内周面と、前記固定部材に設けた円筒状内周面に当接する円筒状外周面とを有する球面支持部材を介して、前記固定部材により球面対偶支持されているとともに、前記回転部材は、圧縮機駆動用モータのロータもしくは該ロータに一体に固定され、前記ロータは軸方向の２か所において軸受支持され、そのうちの１か所は、前記球面支持部材に当接する前記円筒状内周面と同軸に形成された前記固定部材の円筒面を軸受面とする軸受支持部であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項５】
円筒状内周面を持つシリンダと、前記シリンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する第１及び第２のサイドプレートと、前記シリンダと前記第１及び第２のサイドプレートとに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周面と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒状外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与える駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ローラの円筒状外周面と前記第１及び第２のサイドプレートとにより囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーンとを構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前記複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することにより、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機において、
前記駆動手段は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸上の点を中心として、てこ部材を固定部材としての前記第１のサイドプレートによって球面対偶により支持し、前記球面対偶中心とは別の点を中心として、前記てこ部材により前記ローラを球面対偶により支持し、かつ前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と同一軸心の回転部材の回転軸から半径方向へ偏位した位置で、前記てこ部材を前記回転部材により回転支持することにより構成されている駆動手段であり、前記てこ部材と回転部材とは、前記２つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として回転し、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離は、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持中心までの距離よりも大きいものとし、
前記回転部材は、圧縮機駆動用モータのロータもしくは該ロータに一体に固定された部材であり、
前記圧縮機駆動用モータのロータは、内部に空間が設けられ、該空間に前記てこ部材の一部が挿入されている構造であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項６】
請求項５記載のローリングピストン型圧縮機において、
前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の２か所において軸受支持され、それら２か所の軸受支持部の間に、前記回転部材による前記てこ部材の回転支持部があることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項７】
円筒状内周面を持つシリンダと、前記シリンダの円筒状内周面の両端部を閉塞する第１及び第２のサイドプレートと、前記シリンダと前記第１及び第２のサイドプレートとに囲まれた空間の中で、前記シリンダの円筒状内周面と常に微小な隙間を維持しながら公転運動をする円筒状外周面を有するローラと、前記ローラに公転運動を与える駆動手段と、前記シリンダの円筒状内周面と前記ローラの円筒状外周面と前記第１及び第２のサイドプレートとにより囲まれた密閉空間を、複数の密閉空間に仕切るベーンとを構成要素に有し、前記ローラの公転運動に伴い、前記複数の密閉空間のそれぞれの容積が変化することにより、気体の圧縮を行なうローリングピストン型圧縮機において、
前記駆動手段は、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸上の点を中心として、てこ部材を固定部材としての前記第１のサイドプレートによって球面対偶により支持し、前記球面対偶中心とは別の点を中心として、前記てこ部材により前記ローラを球面対偶により支持し、かつ前記シリンダの円筒状内周面の中心軸と同一軸心の回転部材の回転軸から半径方向へ偏位した位置で、前記てこ部材を前記回転部材により回転支持することにより構成されている駆動手段であり、前記てこ部材と回転部材とは、前記２つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として回転し、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離は、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持中心までの距離よりも大きいものとし、
前記回転部材は、圧縮機駆動用モータのロータもしくは該ロータに一体に固定された部材であり、
前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の移動をスラスト軸受により規制され、該スラスト軸受による前記ロータの軸方向規制位置は、組立時に調整可能な構造であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項８】
請求項７記載のローリングピストン型圧縮機において、
前記圧縮機駆動用モータのロータは、軸方向の移動を１方向についてスラスト軸受により規制され、前記ロータと前記圧縮機駆動用モータのステータとのそれぞれのマグネットセンタを互いに軸方向にずらすことにより、前記ロータに前記スラスト軸受により移動を規制される方向の軸力を発生させる構造であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はローリングピストン型圧縮機に係り、特に冷凍機や空気調和機の冷凍サイクル用として用いるのに好適なローリングピストン型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のローリングピストン型圧縮機は、例えば、実開平３−１２９７９４号公報に記載されているように、ローラをシリンダの内部で公転運動させるために、モータで直接駆動されるクランクシャフトを用いており、そのクランクシャフトのクランクピン部とローラとの回転摺動部、及びモータ軸受けの回転摺動部に、ローラ外周面に作用する圧縮気体の圧力により大きな荷重が加わる構造であった。また、ローラとベーンとは完全に別体となっており、シリンダに設けられたベーンスロットに滑動可能に組み込まれたベーンの先端円弧部を、背圧やバネ力により、ローラの円筒外周に線接触により押しつけて気密を維持する構造であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、まず、クランクピン部や軸受部のように、摺動速度の大きい回転摺動部に大きな荷重が加わるので、機械摩擦損失が大きく圧縮機の効率を低下させる原因となり、また、過酷な運転状態においては、摺動条件が厳しくなり、摩耗、焼き付きが発生して圧縮機の信頼性も低下させるという問題があった。更に、上記従来の技術では、ベーンの先端円弧部がローラの円筒外周に線接触により押しつけられるので、局部的な面圧が非常に高く、やはり、過酷な運転状態においては、摩耗、焼き付きが発生して圧縮機の信頼性を低下させるという問題があった。
【０００４】
本発明の第１の目的は、ローリングピストン型圧縮機において、ローラに公転運動を与えるための駆動手段各部で発生する機械摩擦損失を低減して、圧縮機の効率を向上させると同時に、それらの駆動手段各部の摺動条件を緩和して圧縮機の信頼性を向上させることである。また、本発明の第２の目的は、ローリングピストン型圧縮機において、ベーン先端とローラ外周とが線接触しながら摺動するのを避け、過酷な摺動部を無くして圧縮機の信頼性を向上させることである。
【０００５】
上記第１の目的を達成するために、本発明のローリングピストン型圧縮機は、シリンダと、該シリンダの内周方向へ公転運動を行うローラと、前記シリンダに同軸に回転自在に支持された主ロータ部材と該主ロータ部材に同軸に連設された副ロータ部材とを有してモータのロータ部を形成してなる回転部材と、前記シリンダの軸心上に支点を置いて前記シリンダ内から前記回転部材の内部に延在するてこ部材とを備え、前記てこ部材は、前記シリンダ側の一端部に前記ローラが設けられ、前記回転部材側の他端部が前記回転部材の軸心から半径方向へ偏位した位置で該回転部材に連結されてなり、前記回転部材の回転に応じて、前記一端部側が前記シリンダの内周方向への円錐運動を行うものとし、前記てこ部材の前記他端部と前記支点との間の距離は、前記一端部と前記支点との間の距離よりも大きいことを特徴とする。
【０００６】
そして、上記第１の目的は、ローラに公転運動を与える駆動手段として、従来のクランクシャフトに代え、てこ部材を固定部材によりシリンダの円筒状内周面の中心軸上の点を中心として球面対偶により支持し、ローラをてこ部材により前記球面対偶中心とは別の点を中心として球面対偶により支持し、前記シリンダの円筒状内周面の中心軸廻りに回転する回転部材により、その回転軸から偏位した位置で、前記てこ部材を前記２つの球面対偶中心を結んだ軸線を相対的な回転軸として回転支持して構成される駆動手段を採用し、更に、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記てこ部材の前記回転部材による回転支持部までの距離を、前記てこ部材の前記固定部材による球面対偶支持中心から、前記ローラの前記てこ部材による球面対偶支持中心までの距離よりも大きくすることにより達成される。ここでの固定部材は、シリンダの円筒状内周面の一端部を閉塞する第１のサイドプレートである。
【０００７】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明のローリングピストン型圧縮機は、前記ローラと、前記シリンダの内部を複数の空間に仕切るベーンとを一体化したものである。
【０００８】
そして、上記第２の目的は、ベーンとローラとを、ベーンの平行な２平面とローラの円筒状外周面の中心軸とが互いに平行となる状態で、結合もしくは一体成形し、更にベーンを、シリンダの円筒状内周面の中心軸に平行なシリンダ上の一軸線廻りの揺動運動と、前記一軸線を含む平面内での進退運動とが可能なように、シリンダにより支持する構造とすることにより達成される。
【０００９】
【作用】
上記第１の目的を達成する第１の構成によれば、従来のクランクシャフトに代えて、てこ部材に円錐形状の軌跡を描く運動をさせることにより、ローラに公転運動を与え、てこの原理を利用した摺動運動の低減、および摺動速度の低減を行うことが可能となる。
【００１０】
そして、上記第１の目的を達成する第２の構成によれば、てこ部材は、固定部材との球面対偶中心がシリンダの円筒状内周面の中心軸上に拘束され、回転部材による回転支持部が、シリンダの円筒状内周面の中心軸廻りに公転運動をする。したがって、てこ部材とローラとの球面対偶中心も、シリンダの円筒状内周面の中心軸廻りに公転運動をしてローラに公転運動を与えることができる。
【００１１】
てこ部材には、ローラより圧縮気体の圧力による大きな荷重がローラとの球面対偶部に加わるが、てこ部材は、一方で固定部材との球面対偶部と、回転部材との回転対偶部とにより支持される。今、てこ部材のローラとの球面対偶部を荷重点、固定部材との球面対偶部を支点、回転部材との回転対偶部を力点とすると、支点から荷重点までの距離にたいして、支点から力点までの距離を大きくしてあるので、てこの原理により、力点である回転部材との回転対偶部に加わる荷重の大きさは、荷重点であるローラとの球面対偶部に加わる荷重の大きさに対して小さくなる。また、これにより、回転部材の回転を支持する軸受部に加わる荷重の大きさも小さくなる。
【００１２】
てこ部材との間で荷重を及ぼし合う部材であるローラ、固定部材、回転部材のうちで、固定部材は当然自転運動を行なわず、ローラも、ベーンとの摩擦抵抗等により一般的にはほとんど自転運動を行なわないが、回転部材のみは、シリンダの円筒状内周面の中心軸廻りに回転するので自転運動を行なう。ところで、自転運動を行なわない固定部材とローラのそれぞれと、てこ部材との間に作用する荷重の和は、自転運動を行なう回転部材との間に作用する荷重に比べて十分大きくなるので、摩擦力によりてこ部材を自転させまいとする回転抵抗トルクが、摩擦力により自転させようとする回転駆動トルクより大きくなり、結局、てこ部材は自転運動を行なわない。したがって、てこ部材は固定部材とローラに対しては、そのシリンダの円筒状内周面の中心軸に対する傾斜角を片振幅とする揺動摺動を行ない、回転部材に対してのみ相対的な回転摺動を行なう。
【００１３】
以上の結果、ローラに公転運動を与える駆動手段において、てこ部材と回転部材との間の摺動部及び回転部材の軸受部では、回転摺動であるために摺動速度は大きいが、摺動荷重は低減され、てこ部材と固定部材との間の摺動部、及びてこ部材とローラとの間の摺動部では、摺動荷重は大きいが揺動摺動となることにより摺動速度が低減されるので、それらの摺動部における機械摩擦損失の総和が小さくなり、摺動条件が特に厳しい摺動部もなくなることにより、圧縮機の効率と信頼性の向上が図れる。
【００１４】
上記第２の目的を達成する第１の構成によれば、ベーンとローラとを一体化することにより、従来の線接触による荷重支持に代えて、面接触による荷重支持を行うことができるので、機械摩耗損失の低減を図ることが可能となる。
【００１５】
そして、上記第２の目的を達成する第２の構成によれば、ローラの中心が駆動手段により公転運動をしたとき、駆動手段が従来のクランクシャフトによる駆動手段である場合と、前記のてこ部材による駆動手段である場合のいずれの場合でも、ローラはその中心廻りに微小量だけ揺動して、結合もしくは一体成形されたベーンを、シリンダの円筒状内周面の中心軸と平行なシリンダ上の一軸線の方向に向けることが可能である。このとき、ベーンは、前記シリンダ上の一軸線に対して、その廻りに微小量だけ揺動しながら進退運動を繰り返す。ベーンの上記揺動運動と進退運動とが可能なように、シリンダがベーンを支持する構造とすることにより、ベーンとローラとを結合もしくは一体成形しても、ローラとシリンダとの間の空間をベーンによって仕切ることができ、ベーンとローラとが全く摺動を行なわず、それらの間で摩耗が発生しないローリングピストン型圧縮機を構成することが可能となる。したがって、信頼性の向上が図れる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明のいくつかの実施例を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施例のローリングピストン型圧縮機を示す側断面図で、図２は図１におけるＩ−Ｉ断面図、図３は第１の実施例における球面支持部材の斜視図、図４は圧縮機駆動用のモータを９０度ずつ回転させた場合の図２における各部品の動きを説明した図、図５はベーンとローラを一体にしたときに発生する過剰拘束の説明図、図６は本発明の第２の実施例を示す図、図７は本発明の第３の実施例を示す図、図８は本発明の第４の実施例を示す図、図９は図８におけるII−II断面図である。
【００１７】
図１ないし図４に示す本発明の第１の実施例において、シリンダ１には中央部に円筒状の穴部１ａが形成されており、その両端部を閉塞するように第１プレート部材２と第２プレート部材３とがボルト４により固定されている。その際、第１プレート部材の中央部のボス部２ａに形成された穴部２ｂの中心軸が、シリンダの円筒状の穴部１ａの中心軸と同軸となるように固定されている。第１プレート部材２と第２プレート部材３が固定されたシリンダ１の外周部はチャンバ５に固定されている。チャンバ５には、また、圧縮機駆動用モータのステータ部６および第３プレート部材７が固定されている。第３プレート部材７の中央部にはボス部７ａが形成されており、更に、その先端部に円筒状の穴部７ｂが形成されている。なお、上記円筒状の穴部７ｂの中心軸は、前記第１プレート部材の中央部の穴部２ｂの中心軸に対して同軸となっている。
【００１８】
主ロータ部材８には、図１における左方向の端部にシャフト部８ａが形成されており、また、外周部に永久磁石９が固定されている。主ロータ部材８には、更に、シャフト部８ａの端面から図１における右方向の端面まで貫通した空洞１０が形成されている。副ロータ部材１１には、図１における右方向の端部にシャフト部１１ａが形成されており、また、図１における左方向の端面に開口する穴部１１ｂがシャフト部１１ａの中心軸から半径方向に偏位して形成されている。穴部１１ｂには、外周円筒面部と内周球面部を持つ球面支持部材１２が挿入されており、球面支持部材１２により外周球面部と内周円筒面部を持つ球面ブッシュ１３が支持されて、いわゆる球面軸受を構成している。
【００１９】
主ロータ部材８と副ロータ部材１１とは、それらのシャフト部８ａ、１１ａが互いに同軸となるように、ボルト１４により一体に結合されて圧縮機駆動用モータのロータ部１５を形成している。ロータ部１５は、その２つのシャフト部８ａ、１１ａが、それぞれ第１プレート部材の穴部２ｂと第３プレート部材の穴部７ｂとに、回転自在に嵌入されて両持ちの状態で軸受支持されている。なお、副ロータ部材のシャフト部１１ａの先端部に、キー１６により一緒に回転するように装着されたスラストプレート１７がスラスト軸受１８に当接しており、圧縮機駆動用モータのステータ部６、ロータ部１５のそれぞれのマグネットセンター１９、２０を互いに軸方向に偏位させて、ロータ部１５に常に上記スラストプレート１７とスラスト軸受１８が当接する方向の磁気力が作用する構造となっているので、ロータ部１５の軸方向位置はスラスト軸受１８の軸方向位置により決定される。スラスト軸受１８はその外周にネジが形成してあり、第３プレート部材７に対してネジ込まれて、その軸方向位置を調節しロックナット２１により最終的に固定される。すなわち、ロータ部１５の軸方向位置を調整することが可能である。
【００２０】
てこ部材２２には、一端に球面部２２ａ、他端に円筒面部２２ｂ、更に、それらの中間にもう１つの球面部２２ｃが形成されており、球面部２２ａの球心と球面部２２ｃの球心とを結んだ軸線が、円筒面部２２ｂの中心軸となっている。てこ部材２２は、円筒面部２２ｂが前記球面ブッシュ１３の内周円筒面部に回転自在に嵌入されて軸受支持され、球面部２２ｃが外周円筒面部と内周球面部を持ち、第１プレート部材の穴部２ｂに挿入固定された球面支持部材２３により球面対偶で支持されている。てこ部材の球面部２２ａには、円筒状のローラ２４が外周円筒面部と内周球面部を持ち、ローラ２４の内周円筒面に挿入された球面支持部材２５を介して球面対偶で支持されている。また、てこ部材２２は、球面部２２ｃの中心と円筒面部２２ｂとの距離が、球面部２２ｃの中心と球面部２２ａの中心との距離に比べて十分大きくなるように形成されている。
なお、図３に示すように、球面支持部材１２、２３、２５は、いずれも半径方向に分割できる構造となっている。
【００２１】
ローラ２４の外周の１か所には、ベーン２６が一体に溶接等の方法で固定されているが、その際に、ベーン２６の平行な２平面が、ローラ２４の中心軸と平行となるように固定されている。シリンダの円筒状内周面１ａの外側には、円筒状内周面１ａの中心軸と平行な中心軸を持つ円筒穴部１ｂが形成されており、この円筒穴部１ｂのシリンダ中心側とその反対側とは、それぞれシリンダ中央部の空間と円筒穴部１ｂの外側に設けた別の空間２７とに連通している。ベーン２６は円筒穴部１ｂと空間２７とに挿入されているが、ベーン２６と円筒穴部１ｂとの間には、ベーン２６の平面部に滑動可能に当接する平面部と、円筒穴部１ｂの円筒面部に滑動可能に当接する円筒面部とを有する滑動部材２８が、ベーン２６をはさみ込んで組み込まれており、この結果、ベーン２６は円筒穴部１ｂの中心軸方向進退運動と該中心軸廻りの揺動運動とが可能に、シリンダ１により支持されている。ベーン２６のローラ２４との結合部と反対側の先端部は空間２７の中で運動しシリンダ１と干渉することは無い。
【００２２】
以上の構成とすることにより、圧縮機駆動用モータのロータ部１５が回転すると、円筒面部２２ｂがロータ部１５の回転軸から偏位した位置に支持され、球面部２２ｃがこの回転軸上の点を中心として球面対偶支持されているてこ部材２２の中心軸は、ロータ部１５の回転軸に対して一定の傾斜角を持ち、上記球面対偶中心を頂点とする２つの円錐状の軌跡を描く。したがって、てこ部材の球面部２２ａの中心は円運動を行ない、球面部２２ａにより球面対偶支持されたローラ２４に公転運動が与えられる。なお、ロータ部１５はその軸方向位置を調節することが可能であるので、ロータ部１５に装着され、てこ部材の円筒面部２２ｂを支持する球面ブッシュ１３の軸方向位置も調節することが可能であり、てこ部材２２の中心軸のロータ部１５の回転軸に対する傾斜角を調節することが可能となり、ローラ２４の公転半径を調節することができる。すなわち、ローラ２４の外周円筒面とシリンダの内周円筒面１ａとの隙間量を調節できる構造となっている。
【００２３】
図４は、圧縮機駆動用モータのロータ部１５が９０度ずつ回転したときのローラ２４と、これに一体になったベーン２６の運動を示した図であるが、ローラ２４は一体となったベーン２６が、常にシリンダの円筒穴部１ｂの中心線方向を向くように、てこ部材の球面部２２ａの中心廻りに図４の面内で若干の角度だけ揺動運動を行ないながらその中心が公転運動をする。ベーン２６はシリンダの円筒穴部１ｂの中心軸方向の進退運動と該中心軸廻りの揺動運動を行なうが、ベーン２６とシリンダの円筒穴部１ｂとの間の隙間のシールは、滑動部材２８が挿入されることにより保たれる。したがって、シリンダ１、ローラ２４、ベーン２６および第１プレート部材２、第２プレート部材３とにより密閉空間である圧縮室が形成され、圧縮機駆動用モータのロータ部１５の回転に伴い、図４のようにその容積の増減を繰り返す。
【００２４】
チャンバ５の両端開口部には、第１サイドチャンバ２９と第２サイドチャンバ３０とが溶接され、全体として密閉容器を形成している。作動気体は吸入口３１より圧縮機内に流入し、シリンダ１に形成された吸入通路１ｃを通過したのち、上記の圧縮室容積の増減により圧縮室内で吸入・圧縮され、第２プレート部材３に形成された吐出ポート（図示せず）から吐出弁３２、吐出弁押さえ３３を通過して吐き出される。その後、モータ室を通過して第２サイドチャンバ３０に設けられた吐出口３４から圧縮機外に流出する。
【００２５】
ローラ２４の外周に作用する圧縮気体の圧力によりてこ部材２２の球面部２２ａに作用する荷重は、てこ部材２２が球面部２２ｃと円筒面部２２ｂとにおいて、他の部品により拘束されることにより支持されるが、球面部２２ａの中心を荷重点、球面部２２ｃの中心を支点、円筒面部２２ｂを支持する球面ブッシュ１３の中心を力点と考えれば、本実施例では支点と荷重点との距離に比べて支点と力点との距離が十分大きいため、てこの原理により、力点に作用する荷重の大きさは荷重点に作用する荷重の大きさに比べて大幅に低減される。
【００２６】
球面ブッシュ１３と球面支持部材１２とを介して円筒面部２２ｂとの間で荷重を及ぼしあうロータ部１５が自転運動をするため、摩擦力によりてこ部材２２に自転させようとする回転駆動トルクが作用するが、上記の理由で摩擦を発生させる荷重が大幅に小さいため、その回転駆動トルクは小さい。一方、球面支持部材２５を介して球面部２２ａとの間で荷重を及ぼしあうローラ２４は若干の搖動運動はするものの自転運動を行なわず、球面支持部材２３を介して球面部２２ｃとの間で荷重を及ぼしあう第１プレート部材２も自転運動を行なわないため、それらの部分における摩擦力により、てこ部材２２に自転させまいとする回転抵抗トルクが作用するが、摩擦力を発生させる荷重が大きいためその回転抵抗トルクは大きい。
【００２７】
したがって、てこ部材２２は自転させまいとする回転抵抗トルクの方が大きくなるために自転運動を行なわず、ローラ２４あるいは第１プレート部材２との連結部において直接摺動運動を行なう球面支持部材２３、２５に対しては搖動運動を行ない、ロータ部１５との連結部において直接摺動運動を行なう球面ブッシュ１３に対してのみ相対的な回転運動を行なう。すなわち、てこ部材２２は比較的大きな荷重の作用する摺動部においては、非常に摺動速度の小さい搖動運動を行ない、比較的大きな速度で摺動する回転摺動部において作用する荷重は、上記のてこの原理により大幅に小さい。
【００２８】
また、比較的大きな速度で摺動する回転摺動部としては、他に、ロータ部１５の２つのシャフト部８ａ、１１ａと、それらをそれぞれ軸受支持する第１プレート部材の穴部２ｂ、第３プレート部材の穴部７ｂとの間の摺動部があるが、それらの摺動部はてこ部材の円筒面部２２ｂの球面ブッシュ１３による回転支持部の両側にあり、上記てこ部材の円筒面部２２ｂと球面ブッシュ１３との間に作用する小さな荷重のロータ部回転軸に直角な面内成分を分担して支持することになるので、それらの回転摺動部において作用する荷重は、てこ部材の円筒面部２２ｂと球面ブッシュ１３との間に作用する小さな荷重に比べ更に小さい。すなわち、本実施例の構造によれば、ローラ２４に公転運動を与えるための機構の各摺動部において、摺動速度と摺動荷重のいずれか一方を低減することができる。
【００２９】
したがって、まず、本第１の実施例によれば、ローラ２４に公転運動を与えるための機構における機械摩擦損失の低減と、摺動条件の緩和により圧縮機の効率と耐久性が向上するという効果がある。
【００３０】
なお、本第１の実施例におけるローリングピストン型圧縮機では、ローラ２４とベーン２６とを一体とした構造を採用しているが、本第１の実施例においてローラ２４に公転運動を与えている機構を用いれば、後述する第２の実施例（図６参照）のようにローラ３５とベーン３６が従来と同じく別体であっても上記の圧縮機の効率と耐久性の向上の効果は全く同様に得られる。
【００３１】
次に、本第１の実施例によれば、第１プレート部材２の中央部のボス部２ａに形成された共通の穴部２ｂにより、てこ部材２２のてこ支点である球面部２２ｃの球面対偶支持と力点である円筒面部２２ｂを公転運動させるロータ１５の回転支持を行なっているので、ロータ１５の回転軸上に、てこ部材の球面部２２ｃの球面対偶中心を正確に位置させることができ、てこ部材先端の球面部２２ａに連結されたローラ２４の公転運動の軌跡を、正確な円運動にすることが容易になるという効果がある。
【００３２】
次に、本第１の実施例によれば、てこ部材２２の一部を圧縮機駆動用モータのロータ部１５の内部に組み込む構造としているので、てこの効果を活用するためにてこ部材２２の軸長が長くなっても、圧縮機全体の軸方向長さを増大する必要が無く、圧縮機のコンパクト性を犠牲にすることが無いという効果がある。
【００３３】
次に、本実施例によれば、てこ部材２２の傾斜角を変化させてローラ２４の公転半径を変え、ローラ２４の外周円筒面とシリンダ１の内周円筒面との隙間量を調節できる構造であるので、作動気体のシール性の向上により圧縮機の性能が向上するという効果がある。
【００３４】
次に、本第１の実施例によれば、てこ部材２２の傾斜角を変化させても、ロータ１５が球面ブッシュ１３を介し、てこ部材の円筒面部２２ｂを回転支持しているので、その摺動部の片当たりの発生を防止できるという効果がある。
【００３５】
次に、本第１の実施例によれば、てこ部材の球面部２２ａ、２２ｃおよび球面ブッシュ１３は、それぞれ球面支持部材２５、２３、１２を介して他の部材と球面対偶結合されているが、それらの球面支持部材の外周面が円筒形状であるので、他の部材に軸方向から容易に装着できるという効果がある。
【００３６】
次に、本第１の実施例によれば、球面支持部材２５、２３、１２は半径方向に分割できる構造であるので、それらの内周球面部にてこ部材の外周球面部２２ａ、２２ｃおよびブッシュ１３の外周球面部を容易に組み込むことができるという効果がある。
【００３７】
次に、本第１の実施例においては、ローラ２４とベーン２６とを一体にしているため、従来のローラとベーンとが別体の構造に比べて、ローラとベーンとが離脱するのを防止するために必要であった予圧バネ３７と背圧が不要になるという効果がある。また、ローラとベーンとが別体の構造では、ベーン先端とローラ外周の接触部、ベーンとシリンダのスリット部との接触部が線接触、ないしそれに近い接触形態になるので、予圧バネと背圧およびベーンに直接作用する圧縮気体の圧力により、局部的な集中荷重が作用するのに対して、本第１の実施例の構造ではベーン２６に直接作用する圧縮気体の圧力は、滑動部材２８を介したシリンダの円筒穴部１ｂと、球面支持部材２５を介したてこ部材の球面部２２ａとで支持することになり、全て面接触によって支持することができる。
【００３８】
すなわち、ベーン２６周りの摺動部の摺動面圧を従来構造に比べて低減し、耐久性を向上できるという効果がある。更に、図５に示すようにクランクシャフトによりローラに公転運動を与える駆動機構を用いたローリングピストン型圧縮機に本実施例のローラ２４とベーン２６とが一体となった構造を採用した場合、その一体部材のベーン進退運動方向の軸廻りの傾斜は、滑動部材２８の平面部とローラを支持するクランクピン４０の円筒面とに同時に拘束され、部品の加工精度の誤差等により、それらの２つの拘束部が同時に完全に密着することが困難であることから、必ずいずれかの場所に片当たりが発生して耐久性の低下や組立不能の問題が生ずるが、本第１の実施例の構造では、ローラ２４とてこ部材の球面部２２ａとが球面対偶で連結されているため、ローラ２４およびベーン２６からなる一体部材において、ベーン２６の進退運動方向の軸廻りの傾斜は、滑動部材２８の平面部にのみ拘束され、過剰拘束による上記問題が発生しないという効果もある。
【００３９】
以下に、本発明のいくつかの他の実施例を説明する。
図６は、本発明の第２の実施例を示すもので、シリンダの断面図である。本第２の実施例と上記第１の実施例とが相違するところは、第１の実施例におけるローリングピストン型圧縮機では、ローラ２４とベーン２６とを一体とした構造を採用しているが、本第２の実施例では、ローラ３５とベーン３６とを別体にし、予圧バネ３７と背圧により、ローラ３５とベーン３６とが離脱するのを防止している。本第２の実施例においても、上記第１の実施例におけるローラ２４に公転運動を与える機構を用いることにより、圧縮機の効率と耐久性の向上の効果は全く同様に得られる。
【００４０】
図７は、本発明の第３の実施例を示すもので、従来のクランクシャフトによるローラの公転駆動機構を用い、ローラ４２及びベーン２６を一体にしたローリングピストン型圧縮機において、図に示すように、クランクピン４０とローラ４２の間に球面ブッシュ４３を組み込んだ例である。本第３の実施例によれば、ベーン２６周りの摺動部の摺動面圧が従来構造に比べて低減し、耐久性が向上するという効果を得ることができ、また、第１の実施例と同様に過剰拘束が生じないという効果を得ることができる。
【００４１】
図８及び図９は、本発明の第４の実施例を示すもので、図８に示すように、滑動部材を２分割構造とし、ベーン２６の平面部に、滑動可能に当接する平面部を持つ第１滑動部材４６とシリンダの円筒穴部１ｂに滑動可能に当接する円筒面部を持つ第２滑動部材４７とを、図９に示すように、第１滑動部材に対するベーン２６の滑動方向と平行な軸廻りに、互いに滑動可能に当接させて組み込むことにより、上記の過剰拘束を避けることができるので、上記第１の実施例における一体のローラ２４とベーン２６を使用して、同様にベーン２６周りの摺動部の摺動面圧が従来構造に比べて低減し、耐久性が向上するという効果を得ることができる。
【００４２】
更に、これらの実施例の効果により、従来構造のローリングピストン型圧縮機では過酷であった摺動部の摺動条件が全て緩和されるので、各摺動部に乾燥摺動に適した摺動材や表面処理を採用することにより、広い運転条件範囲で潤滑油を必要としないオイルフリーローリングピストン型圧縮機を実用化することが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ローリングピストン型圧縮機において、機械摩擦損失の低減と摺動条件の緩和が可能であり、高効率で耐久性の高いローリングピストン型圧縮機を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施例のローリングピストン型圧縮機の側断面図。
【図２】図２は図１におけるＩ−Ｉ断面図。
【図３】図３は本発明の第１の実施例における球面支持部材の斜視図。
【図４】図４は圧縮機駆動用のモータを９０度ずつ回転させた場合の図２における各部品の動きを説明した図。
【図５】図５はベーンとローラを一体にしたときに発生する過剰拘束の説明図。
【図６】図６は本発明の第２の実施例を示す図。
【図７】図７は本発明の第３の実施例を示す図。
【図８】図８は本発明の第４の実施例を示す図。
【図９】図９は図８におけるII−II断面図。
【符号の説明】
１  シリンダ
１ａ  円筒状内周面
１ｂ  円筒穴部
１ｃ  吸入通路
２  第１プレート部材
２ａ  ボス部
２ｂ  穴部
３  第２プレート部材
４  ボルト
５  チャンバ
６  モータのステータ部
７  第３プレート部材
７ａ  ボス部
７ｂ  穴部
８  主ロータ部材
８ａ  シャフト部
９  永久磁石
１０  空洞
１１  副ロータ部材
１１ａ  シャフト部
１１ｂ  穴部
１２  球面支持部材
１３  球面ブッシュ
１４  ボルト
１５  モータのロータ部
１６  キー
１７  スラストプレート
１８  スラスト軸受
１９  モータのステータ部のマグネットセンタ
２０  モータのロータ部のマグネットセンタ
２１  ロックナット
２２  てこ部材
２２ａ  球面部
２２ｂ  円筒面部
２２ｃ  球面部
２３  球面支持部材
２４  ローラ
２５  球面支持部材
２６  ベーン
２７  空間
２８  滑動部材
２９  第１サイドチャンバ
３０  第２サイドチャンバ
３１  吸入口
３２  吐出弁
３３  吐出弁押さえ
３４  吐出口
３５  ローラ
３６  ベーン
３７  予圧バネ
３８  背圧
３９  シリンダ
４０  クランクピン
４１  シリンダ
４２  ローラ
４３  球面ブッシュ
４４  第１プレート部材
４５  第２プレート部材
４６  第１滑動部材
４７  第２滑動部材
【図１】
0003855132.tif 000002
【図２】
0003855132.tif 000003
【図３】
0003855132.tif 000004
【図４】
0003855132.tif 000005
【図５】
0003855132.tif 000006
【図６】
0003855132.tif 000007
【図７】
0003855132.tif 000008
【図８】
0003855132.tif 000009
【図９】
0003855132.tif 000010