| 【発明の名称】 |
ロータリ圧縮機 |
| 【発明者】 |
【氏名】原田 照丸
【氏名】生駒 光博
【氏名】西脇 文俊
【氏名】新宅 秀信
【氏名】長谷川 寛
【氏名】鈴木 悦郎
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| 【要約】 |
【課題】冷凍冷蔵庫や空調機に使用されるロータリ圧縮機において、塩素を含まない冷媒を使用する時、ローラとベーンの摺動部には厳しい摺動状態が生じ、信頼性確保、長寿命化が難しい。
【解決手段】シリンダ２と、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、クランクピン部に従動しながらシリンダ２内を移動（公転）するローラ４と、先端の全部または一部がＲ形状であるベーン３と、ローラ４の外周面にベーン３先端Ｒと同様のＲ形状の凹溝部１０とを備え、ベーン３先端がローラ４の凹溝部１０に摺動可能に当接配置され、ベーン３先端と凹溝部１０の摺動方向にくさび形状の隙間１２が設けられており、加工も容易で、他の摺動部に悪影響を及ぼさずに、ベーン３とローラ４の当接部分に油圧発生を積極的に行い、摺動部潤滑を良好にし、より信頼性が高く長寿命化したロータリー圧縮機を実現できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピストンの外周面にＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端が前記ローラ凹溝部に摺動可能に当接配置され、前記ベーン先端と前記ローラ凹溝部との間に、その摺動方向にくさび形状の隙間が形成されているロータリ圧縮機。
【請求項２】 前記ローラピストンの外周面に前記ベーン先端Ｒよりわずかに大きい半径を持つＲ形状の凹溝部が設けられている請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項３】 前記ベーン先端Ｒの半径Ｒｖと前記ローラ凹溝部の半径Ｒｒが、【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１の関係で構成された請求項２記載のロータリ圧縮機。
【請求項４】 前記ベーン先端形状内で、前記ベーン側面側に位置するベーン先端部分に、中央部と異なる径のＲ加工または面取りが施され、そのＲ加工又は面取り部と、前記Ｒ形状の凹溝部とで、前記くさび形状の隙間が形成されている請求項１記載のロータリ圧縮機。
【請求項５】 前記ローラピストン凹溝部のＲ部と前記ローラピストン外周面の交叉部分に、Ｒ加工または面取りが施されている請求項１から４記載のいずれかのロータリ圧縮機。
【請求項６】シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピストンの外周面に前記ベーン先端と実質上同曲率を持つＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端が前記ローラピストン凹溝部に当接配置され、前記凹溝部のＲ部とローラピストン外周面とローラピストン側面の交点部分に、Ｒ加工または面取りが施されているロータリ圧縮機。
【請求項７】シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピストンの外周面に前記ベーン先端と実質上同曲率を持つＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ローラピストン凹溝部に当接配置され、前記ベーン先端部分の硬さと前記ローラピストンの凹溝部の硬さとの対比において、一方が他方より硬い材料又は表面処理が施されたロータリ圧縮機。
【請求項８】シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピストンの外周面に前記ベーン先端と略同曲率を持つＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ローラピストン凹溝部に当接配置され、前記ローラピストンの凹溝部と前記ベーン先端部のうち、硬さが柔らかい方は、なじみ性の良い材料で構成されている請求項７記載のロータリ圧縮機。
【請求項９】シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラピストンと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンとを備え、前記ローラピストンの外周面に前記ベーン先端と略同曲率を持つＲ形状の凹溝部が設けられ、前記ベーン先端部分が前記ローラピストン凹溝部に当接配置され、前記ベーン先端部と前記ローラピストンの凹溝部のうち、硬さの硬い方の表面は、他方より滑らかに（表面粗さを小さく）仕上げられている請求項７又は８記載のロータリ圧縮機。
【請求項１０】冷媒として、塩素を含まない冷媒を使用した請求項１から９記載のいずれかのロータリ圧縮機。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられるロータリー圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】ロータリー圧縮機はそのコンパクト性や構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機などに多く使用されている。圧縮機の主要構成部品であるベーンやローラピストンなどの圧縮機構部は、例えば、川平著、密閉形冷凍機（平成５年）第１４頁、図６．１に記載されている。
【０００３】以下に、図８を用いて、従来のロータリー圧縮機の動作について説明する。密閉容器内（図示せず）に、偏心部を有するクランク軸１とクランク軸１を支える軸受（図示せず）とシリンダ２とベーン３と前記シリンダ２内で偏心回転するローラピストン（以降、ローラと称す）４とからなる圧縮機構部を構成し、先端が円弧状のベーン３はシリンダ２の溝５内を往復動し、かつその先端部は、スプリング６によるばね力およびシリンダ２の内外の圧力差による力によって、ローラ４の外周面に押し付けられて、ローラ４の外周部と接触摺動し、シリンダ２内を吸入室７と圧縮室８に分割している。
【０００４】Ｏはシリンダ２とクランク軸１の中心で、クランク軸１は中心Ｏからｅだけ偏心したＯｐを中心とする偏心部（以降クランクピンと称す）９を有し、クランクピン９にはローラ４が嵌合されており、電動機（図示せず）によりクランク軸１が回転してローラ４がシリンダ２内を公転することにより、冷媒ガスを吸入室７に吸い込み、吸い込んだ冷媒ガスを圧縮室８で圧縮しながら、吐出口（図示せず）から吐出し、吐出された冷媒は、冷凍サイクル側に送られ、凝縮器、膨張弁、蒸発器を経て、再度圧縮機の吸入室７に吸い込まれる。
【０００５】前記構成においては、ローラ４とベーン３先端との当接部では、おもに吸入冷媒中に含まれるオイルと、ベーン３とシリンダ２に設けられたベーン溝５の隙間、あるいは、ローラ４の端面部の隙間を圧力差により通過するオイルにより油膜が形成されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の従来の構成では、ベーン３の先端部は円弧曲面であり、ローラ４の外周面も円形状曲面（円筒面）であるので、ベーン３とローラ４の接触状態は等価的には小円筒と大円筒の接触となる。したがって、接触状態は線接触状態で、接触面積が小さくなり、単位面積当たりの荷重（接触応力）が大きくなり、ベーン３とローラ４の接触摺動条件は過酷なものとなる。
【０００７】また、ローラ４の自転数もローラ４の内周面とクランクピン９との摺動抵抗と、ローラ４の外周面とベーン３の先端との摺動抵抗の差などで決まるものであり、ローラ４の自転数は非常に不安定である（一般にクランク軸１の回転数を３５００ｒｐｍで運転した時、ローラの自転数は数十〜数百ｒｐｍ程度）。
【０００８】このため、ベーン３の先端とローラ４の摺動面は、すべり速度が条件により変わり、油膜厚さも変わる不安定なすべり摺動となる。
【０００９】さらに、オゾン層保護の目的から、塩素を含まない代替冷媒（例えばＲ−１３４ａなど）が近時使用されてきているが、これらは、塩素を含む冷媒に比べて、さらに摺動状態が悪くなるため、圧縮機の使用条件を厳しく制限したり、耐摩耗性をより向上した摺動材料を開発する必要があるなどの問題点を有していた。
【００１０】本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ベーンとローラの摺動部負荷を低減し、ベーンとローラの摺動部潤滑を確実にして、より信頼性が高く長寿命化したロータリー圧縮機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するために、シリンダと、クランクピン部を有するクランク軸と、そのクランク軸を回転可能に支持する軸受と、前記クランクピン部に従動しながら前記シリンダ内を移動（公転）するローラと、先端の全部または一部がＲ形状であるベーンと、前記ローラの外周面に前記ベーン先端Ｒと同様のＲ形状の凹溝部を設け、前記ベーン先端が前記ローラ凹溝部に摺動可能に当接配置され、前記ベーン先端と前記ローラ凹溝部の摺動方向にくさび形状の隙間を形成したロータリ圧縮機である。
【００１２】なお、ローラの外周面に前記ベーン先端Ｒよりわずかに大きい半径を持つＲ形状の凹溝部を設けた構成としても良い。
【００１３】あるいは、ベーン先端Ｒの半径Ｒｖとローラ凹溝部の半径Ｒｒが、【００１４】
【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１の関係で構成しても良い。
【００１５】あるいは、ベーン先端形状内で、ベーン側面側に位置するベーン先端部分に、中央部と異なる径のＲ加工または面取りを施し、ローラの外周面に設けたＲ形状の凹溝部とくさび形状の隙間を形成させても良い。
【００１６】加えて、ローラ凹溝部のＲ部とローラ外周面の交点部分に、Ｒ加工または面取りを施した構成でも良い。
【００１７】更に、ローラ凹溝部のＲ部とローラ外周面とローラ側面の交点部分に、Ｒ加工または面取りを施しても良い。
【００１８】また、ベーン先端部分の硬さとローラの凹溝部の硬さを比較して、一方が他方より硬い材料又は表面処理が施された仕様でも良い。
【００１９】あるいは、ローラの凹溝部と前記ベーン先端部の硬さが柔らかい方は、なじみ性の良い材料で構成された仕様でも良い。
【００２０】さらに、ベーン先端部と前記ローラの凹溝部の硬さの硬い方の表面は、他方より滑らかに（表面粗さを小さく）仕上げた構成でも良い。
【００２１】さらに、上記の構成で、冷媒として、塩素を含まない冷媒を使用しても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について説明する。
【００２３】本発明の一実施例のロータリー圧縮機の構成は、ローラ溝部など一部を除いて従来例と概略同様な構成であ。
【００２４】（実施の形態１）以下、本発明の第１の実施例について、図１と、そのＡ部拡大図である図２、そのＢ部拡大図である図３を参照しながら説明する。
【００２５】図１、図２、図３に示すように、シリンダ２と、クランクピン部９を有するクランク軸１と、そのクランク軸１を回転可能に支持する軸受（図示せず）と、クランクピン部９に従動しながらシリンダ２内を移動（公転）するローラ４と、先端の全部または一部がＲ形状であるベーン３と、ローラ４の外周面にベーン３の先端Ｒ形状と同様のＲ形状の凹溝部を設け、ベーン３先端がローラ凹溝部１０に摺動可能に当接配置されている。
【００２６】ローラ凹溝部１０の半径は、ベーン３先端Ｒの半径Ｒｖよりわずかに大きい半径Ｒｒとし、さらに、ベーン３先端Ｒの半径Ｒｖとローラ凹溝部１０の半径Ｒｒが、【００２７】
【数１】０＜（Ｒｒ−Ｒｖ）／Ｒｒ＜０．１の関係で構成されている。
【００２８】この様な構成にすることにより、ベーン３先端とローラ凹溝部１０の摺動部の受圧面積を大きくでき、摺動部負荷を低減できる。
【００２９】また、ベーン３先端とローラ凹溝部１０の摺動方向に、くさび形状の隙間１１、１２を形成し、ベーン３先端とローラ溝部１０が、お互いに摺動する際に、圧縮室８や吸入室７の冷媒雰囲気中に存在するオイルが、くさび状の隙間１１、１２内で、くさび効果による油圧を発生し、さらに、くさび状の隙間１１、１２が（数１）で示す範囲で（左右に）微少移動するため、呼吸作用（スクイーズ効果）による油圧も発生する。このため、ベーン３とローラ４の摺動部潤滑状態がより良くなり、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。
【００３０】なお、隙間が大き過ぎると、デッドボリューム増加による効率低下や（左右）振動による騒音発生などが無視できなくなるため、（数１）の範囲で規制している。
【００３１】（実施の形態２）以下、本発明の第２の実施例について、図４を参照しながら説明する。
【００３２】図４では、ベーン３先端形状内で、ベーン側面側に位置するベーン先端部分に、中央部の半径Ｒｖと異なる径ＲｖｓのＲ加工を施し、ローラ４の外周面に設けたＲ形状の凹溝部１０とくさび形状の隙間１１、１２を形成させた構成となっている。このような構成で、実施例１と同様なくさび効果が期待できる。
【００３３】なお、本実施例では、ベーン側面側に位置するベーン先端部分に、中央部の半径Ｒｖと異なる径Ｒｖｓの例を示したが、Ｒｖｓの代わりに面取りでも良く、左右の径Ｒｖｓは異なった径でも良いのは無論である。
【００３４】（実施の形態３）以下、本発明の第３の実施例について図５を参照しながら説明する。
【００３５】図５に示すように、ローラ凹溝部１０のＲ部とローラ４外周面の交叉部分に、面取りＣを施した構成となっている。
【００３６】このような、構成にすることにより圧縮空間８や吸入空間７の冷媒雰囲気中にあるオイルがスムーズに、ベーン３先端とローラ凹溝部１０の摺動部分に供給され、潤滑状態を良くすることができる。
【００３７】なお、図５では、面取りＣであるが、Ｒ加工を施しても良いし、実施例１や２と組み合わせても良いのは無論である。
【００３８】（実施の形態４）以下、本発明の第４の実施例について、図６を参照しながら説明する。
【００３９】図６に示すように、ローラ凹溝部１０のＲ部とローラ外周面４ａとローラ側面４ｂの交点である４ｃ部（４ヶ所）に、小さなＲ加工または面取りを施して、角（エッジ）をなくす。
【００４０】このような構成にすることにより、ローラ４がクリアランスの範囲で傾いて摺動しても、ローラ側面４ｂが摺動する軸受端面（図示省略）を、角４ｃ部は傷つけることはない。
【００４１】（実施の形態５）以下、本発明の第５の実施例について、図７を参照しながら説明する。図７には、ベーン３先端部分の硬さがローラ凹溝部１０の硬さより硬い材料又は表面処理が施され、ローラ凹溝部１０は、なじみ性の良い材料で構成され、ベーン３先端部の表面は、ローラ凹溝部１０より滑らかに（表面粗さを小さく）仕上げられた例を示す。
【００４２】このような構成にすることにより、運転初期において、ローラ凹溝部１０表面は、ベーン３先端部分による、なじみ摩耗（いわゆる初期なじみ）が進行し、加工時に、ローラ凹溝部１０の表面精度を、あまり上げる必要がないため、加工工数が少なくできる。
【００４３】なお、本実施例では、ベーン３先端側の硬度を上げたが、ローラ凹溝部１０表面の硬度を上げても良いことは無論である。要するに、ベーン先端部と凹溝部との関係は、硬さ、なじみ性（fitting characteristics）、なめらか性の全部、あるいは一部において、相対的に逆の関係にあればよい。
【００４４】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように本発明は、加工も容易で、他の摺動部に悪影響を及ぼさずに、ベーンとローラの当接部分に油圧発生を積極的に行い、摺動部潤滑を良好にし、より信頼性が高く長寿命化したロータリー圧縮機を実現できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
【識別番号】０００００４４８８
【氏名又は名称】松下冷機株式会社
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）６月２６日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 正道
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３６６３ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１月１９日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−１７０７０６ |
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