JP2017145702A

JP2017145702A - ロータリーコンプレッサー用ローターおよびロータリーコンプレッサー

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Publication number: JP2017145702A
Application number: JP2016025939A
Authority: JP
Inventors: 直樹堀部; Naoki Horibe
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-24
Anticipated expiration: 2036-02-15
Also published as: JP6654058B2

Abstract

【課題】ロータリーコンプレッサーにおいて、ローターとシリンダーとの間の摩擦を低減しつつ、クリアランスを小さく設定する。【解決手段】ローターは、円筒の形状を有するローター本体と、ローター本体の側面に形成された樹脂コーティング層１５と、樹脂コーティング層１５に形成された溝Ｇを有する。溝Ｇは、この溝に沿って円筒の上面または底面側の端部から中心に向かう向きの、ローター本体の回転方向Ｒ成分が、回転方向Ｒと逆向きとなる形状を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、ロータリーコンプレッサー用ローターおよびロータリーコンプレッサーに関する。

ロータリーコンプレッサーにおいて、ローターの外周面とシリンダーの内周面との焼付きを抑制することは、広く知られた課題である。例えば特許文献１には、ローターの外周面またはシリンダーの内周面に浸硫窒化処理を行うことが記載されている。また、特許文献２には、ローターおよびベーンと摺動するサイドブロックにフッ素系樹脂をコーティングすることが記載されている。

特開２００４−２７８３０９号公報特開２００８−１２５３４号公報

特許文献１および２に記載の技術においては、運転時の熱膨張による焼付きを防ぐために、ローターとシリンダーとの間のクリアランスを大きく設定する必要があった。ただし、クリアランスを大きく設定すると冷媒が漏れやすくなってしまうという問題があった。

これに対し本発明は、ロータリーコンプレッサーにおいて、ローターとシリンダーとの間の摩擦を低減しつつ、クリアランスを小さく設定するための技術を提供する。

本発明は、円筒の形状を有するローター本体と、前記ローター本体の側面に形成された樹脂コーティング層と、前記樹脂コーティング層に形成され、前記円筒の上面側または下面側の一端の、前記ローター本体の回転方向への正射影が前記回転方向と逆向きとなる形状の端部を有する溝とを有するロータリーコンプレッサー用ローターを提供する。

前記溝の他端が、前記上面または下面まで達していてもよい。

前記溝が、前記側面に垂直な方向から見てＶ字形状を有していてもよい。

前記溝が、前記側面に垂直な方向から見てＵ字形状を有していてもよい。

前記溝の他端が、前記側面において閉じていてもよい。

前記ローター本体は、ベーンを収容する凹部を有し、前記樹脂コーティング層は、前記凹部の周辺において前記溝が無い余白領域を有してもよい。

また、本発明は、シリンダーと、前記シリンダー内を回転するローターとを有し、前記ローターが、円筒の形状を有するローター本体と、前記ローター本体の側面に形成された樹脂コーティング層と、前記樹脂コーティング層に形成され、前記円筒の上面側または下面側の一端の、前記ローターの回転方向への正射影が前記回転方向と逆向きとなる形状の端部を有する溝とを有するロータリーコンプレッサーを提供する。

さらに、本発明は、シリンダーと、前記シリンダー内を回転するローターとを有し、前記シリンダーは、内周面に形成された樹脂コーティング層と、前記樹脂コーティング層に形成された溝であって、当該溝に沿って前記シリンダーの上面または底面側の端部から中心に向かう向きの、前記ローターの回転方向成分が、当該回転方向と逆向きとなる形状を有する溝とを有するロータリーコンプレッサーを提供する。

本発明によれば、ロータリーコンプレッサーにおいて、ローターとシリンダーとの間の摩擦を低減しつつ、クリアランスを小さく設定することができる。

一実施形態に係るコンプレッサー１０の構造を例示する図。ローター１の外観を例示する図。溝Ｇの形状を例示する図。スリット１２近傍の溝Ｇの形状を例示する図。溝Ｇの断面形状を例示する図。溝Ｇの形状の別の例を示す図。溝Ｇの形状のさらに別の例を示す図。溝Ｇの形状のさらに別の例を示す図。溝Ｇの断面形状のさらに別の例を示す図。別の実施形態に係るコンプレッサー２０の構造を例示する図。

図１は、一実施形態に係るコンプレッサー１０の構造を例示する模式図である。この例で、コンプレッサー１０は、ローター内をベーンが摺動するタイプのロータリーコンプレッサーであり、ローター１、シリンダー２、およびベーン３を有する。図１は、ローター１の回転軸Ｃに垂直な断面における構造を模式的に示している。

シリンダー２は、断面がほぼ楕円形状の内周面を有する。シリンダー２の内部にはローター１が設けられている。ローター１は、円筒形状を有しており、シリンダー２の内部において回転軸Ｃを中心に回転する。シリンダー２は上部と下部（図１の紙面の手前側と奥側）が例えばサイドブロック（図示略）によって閉じられている。

ローター１には、ベーン３を収容するためのスリット１２が設けられている。この例で、コンプレッサー１０は、８つのベーン３を有しているので、ローター１には８つのスリット１２が設けられている。ベーン３は、スリット１２内を摺動する。ベーン３は、シリンダー２の内周面と接触した状態を保っており、内周面の楕円の長径に相当する位置でローター１からの突出量が最長となり、短径に相当する位置で突出量が最小となる。

コンプレッサー１０においては、ローター１の外周面、シリンダー２の内周面、ベーン３、および図示省略したサイドブロックにより閉空間が形成される。この閉空間の体積が最大となる位置には吸入口（図示略）が設けられており、冷媒となる流体（例えば気体）がこの吸入口から閉空間に供給される。この閉空間の体積は、ローター１の回転に伴って縮小する。すなわち、閉空間内の冷媒は圧縮される。閉空間の体積が最小となる位置には排出口（図示略）が設けられており、圧縮された冷媒はこの排出口から排出される。

図２は、ローター１の外観を例示する図である。ここでは図面を簡単にするため、スリット１２は省略している。ローター１は、ほぼ円筒形状を有し、上面１６および底面１７を有している。円筒の中心には、ローターを回転させるためのシャフト（図示略）を通す孔が形成されている。ローター１は、ローター本体（基材）１１および樹脂コーティング層１５を有する。ローター本体１１は、円筒形状を有しており、例えば鋼、アルミニウム合金、銅合金、または樹脂で形成される。なお、ここでいう「円筒形状」は数学的に厳密に円筒の形状を有していることを意味するものではなく、概ね円筒の形状を有していることを意味する。ローター本体１１は、例えばスリット１２（図２では図示略）のような凹部を有していてもよい。

樹脂コーティング層１５は、ローター本体１１の側面上に形成されている。樹脂コーティング層１５は、少なくともバインダー樹脂を含む。バインダー樹脂は、例えば熱硬化性樹脂により形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリアミド（ＰＡ）、およびポリイミド（ＰＩ）、エポキシ、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびフェノールの少なくとも１種が用いられる。コーティング層３２は、添加剤として個体潤滑剤を含んでもよい。個体潤滑剤は、潤滑特性を改善するため、すなわち摩擦係数を低減するために添加される。コーティング層３２は、例えば、２０〜７０ｖｏｌ％の固体潤滑材を含む。固体潤滑剤としては、例えば、ＭｏＳ₂、グラファイト（Ｇｒ）、カーボン、フッ素系樹脂（ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等）、軟質金属（Ｓｎ，Ｂｉ等）、ＷＳ₂、およびｈ−ＢＮの少なくとも１種が用いられる。一例として、バインダー樹脂としてはＰＡＩ、および固体潤滑剤としてはＭｏＳ₂の組み合わせが用いられる。コーティング層３２は、添加剤として硬質粒子を含んでもよい。硬質粒子としては、例えば、酸化物、窒化物、炭化物、および硫化物の少なくとも１種が用いられる。

この例で、樹脂コーティング層１５の表面には、複数の溝Ｇが形成されている（この図において斜線は断面ではなく溝を表している）。

図３は、溝Ｇの形状を例示する図である。図２と同様、図３でもスリット１２は図示を省略している。この図は、ローター１の側面を展開した仮想的な展開図を示している。辺ＥＵは、上面１６との境界に相当する辺である。辺ＥＬは、底面１７との境界に相当する辺である。ローター１の回転方向Ｒは、この図の右から左に向かう向きである。この例で、溝Ｇは、ローター１の側面に垂直な方向から見てＶ字形状を有している。このうち、溝Ｇの辺ＥＵ側の端部において、溝Ｇに沿って辺ＥＵから中心に向かうベクトルＶの、回転方向Ｒ成分は、回転方向Ｒとは逆向きである。この展開図において、底面から上面に向かう方向をｙ軸正方向（＋ｙ方向）、これに垂直で左から右に向かう方向をｘ軸正方向（＋ｘ方向）と定義すると、回転方向Ｒはｘ軸負方向（−ｘ方向）を向いている。溝Ｇの辺ＥＵ側の端部において、溝Ｇに沿って辺ＥＵから中心に向かうベクトルＶのｘ軸成分は正方向を向いており、回転方向Ｒとは逆向きである。

溝Ｇの辺ＥＵ側の端部におけるベクトルＶは、上面１６から溝Ｇに流れ込む潤滑油の流れの向きに相当する。ベクトルＶが回転方向Ｒと逆向きであるということは、ローター１の回転に伴って潤滑油が溝Ｇの端部から中央に向かって進入しやすい形状、すなわち、潤滑油が中央に集まりやすい形状であるといえる。これは、例えばベクトルＶが回転方向Ｒと同じ向きを向いている場合と比較してローター１の側面における潤滑油の保持性が向上していることを意味する。溝Ｇの形状および機能は、底面１７側すなわち辺ＥＬ側の端部についても同様である。

図４は、スリット１２近傍の溝Ｇの形状を例示する図である。樹脂コーティング層１５は、スリット１２の近傍（例えば、スリット１２から１〜３ｍｍ）においては、溝Ｇが形成されていない（すなわち表面が平坦な）余白領域Ｍが設けられている。溝Ｇがスリット１２まで貫通していると潤滑油がスリット１２を介して摺動面から排出されてしまう可能性があるが、余白領域Ｍを設けることによりスリット１２を介した潤滑油の排出を抑制することができる。なお、余白領域Ｍは省略されてもよい。

図５は、溝Ｇの断面形状を例示する図である。この図は、溝Ｇが延びている方向と垂直な断面における溝Ｇの形状を示している。溝Ｇは、この断面において壁面が描く曲線が円弧または楕円弧となる形状を有している。溝Ｇの深さｄ（頂部から底部までの長さ）は、例えば、１μｍ以上、２０μｍ以下である。効果的な油膜形成の観点からは、深さｄは５μｍ以上であることがより好ましく、１０μｍ以下であることがより好ましい。また、溝Ｇのピッチｐ（隣り合う２つの溝Ｇの底部の中心間の間隔）は、例えば、５０μｍ以上、１ｍｍ以下である。効果的な油膜形成の観点からは、ピッチｐは、１００μｍ以上であることがより好ましく、５００μｍ以下であることがより好ましい。なお図５では深さ方向のスケールを強調して図示している。

なお、ローター本体１１において、摺動面となる面、すなわち樹脂コーティング層１５が形成される面は、この断面においてほぼ平坦である。樹脂コーティング層１５との接着力を強化するため、ローター本体１１の側面（表面）は粗面化されていてもよい。また、ローター本体１１と樹脂コーティング層１５との間に中間層が形成されてもよい。溝Ｇは、例えば、ローター本体１１の側面上に均一な厚さの樹脂コーティング層を形成した後、樹脂コーティング層の表面を円形の刃で切削することにより形成される。あるいは、溝Ｇが形成された樹脂コーティング層をパッド印刷等の手法により直接、ローター本体１１の側面上に形成してもよい。

本実施形態に係るコンプレッサー１０においては、樹脂コーティング層１５に固体潤滑剤を添加することにより、ローター１の側面の摩擦係数を低減することができる。また、ローター１の側面は、潤滑油の保持性が向上しているので、冷媒の漏れを低減することができる。さらに、図５に示すように溝Ｇは頂部に近いほど接触面積が小さくなる形状を有しており、これは特に初期状態において樹脂コーティング層１５が摩耗しやすい、すなわちなじみやすい特性を有していることを意味する。また、なじみやすさに加え、樹脂コーティング層１５により焼付きが生じにくくなっていることから、設計時のローター１の外周面とシリンダー２の内周面とのクリアランスを小さく設定することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

図６は、溝Ｇの形状の別の例を示す図である。溝Ｇの形状は図３で例示したものに限定されない。図６は、図３と同様にローター１の側面を展開した仮想的な展開図を示している。この例では、ローター１の側面に垂直な方向から見てＵ字形状を有している。

図７は、溝Ｇの形状のさらに別の例を示す図である。図７は、図３と同様にローター１の側面を展開した仮想的な展開図を示している。この例では、側面の中央付近において、溝Ｇはローター１の縦方向（ｙ方向）に沿って延びる形状を有している。この形状によれば、図３の形状と比較して中央付近における潤滑油の保持性を向上させることができる。

図８は、溝Ｇの形状のさらに別の例を示す図である。図８は、図３と同様にローター１の側面を展開した仮想的な展開図を示している。この例では、辺ＥＵ側から延びている溝Ｇ１と辺ＥＬ側から延びている溝Ｇ２とは中央付近で交わっておらず（連通しておらず）、これらの溝の中央側の端部は閉じている。なお、図３、図６、図７の例は、辺ＥＵ側から延びている溝と辺ＥＬ側から延びている溝とが中央付近で交わっている（連通している）例、または、辺ＥＵおよび辺ＥＬの一端から延びている溝が他端まで貫通している例だと理解することもできる。

図９は、溝Ｇの断面形状の別の例を示す図である。溝Ｇの断面形状は、図５で例示した壁面が描く曲線が円弧形状のものに限定されない。溝Ｇの断面形状は、矩形（図９（Ａ））またはＶ字型（図９（Ｂ））などどのようなものであってもよい。また、溝Ｇの頂部は、平面となっていてもよい（図９（Ｃ））。

図１０は、別の実施形態に係るコンプレッサー２０の構造を例示する図である。本発明に係るコンプレッサーは、ローター内をベーンが摺動するタイプのコンプレッサーに限定されない。コンプレッサー２０において、ローター１にはスリットが設けられておらず、ベーン３はシリンダー２に設けられたスリット内を摺動する。この例においても、ローター１の側面に形成された溝Ｇにより、コンプレッサー１０と同様の効果が奏される。

なお、コンプレッサー１０およびコンプレッサー２０において、ベーン３の数およびベーン３が設けられる位置はあくまで例示であって、コンプレッサーの具体的な構造はこれに限定されるものではない。

樹脂コーティング層を形成する場所は、ローター１の側面に限定されない。ローター１の側面に代えて、シリンダー２の内周面に樹脂コーティング層を設け、この樹脂コーティング層に、図３および図６〜８で例示したような溝Ｇを形成してもよい。

１０…コンプレッサー
１…ローター
１１…ローター本体
１２…スリット
１５…樹脂コーティング層
１６…上面
１７…底面
２…シリンダー
３…ベーン
２０…コンプレッサー

Claims

円筒の形状を有するローター本体と、
前記ローター本体の側面に形成された樹脂コーティング層と、
前記樹脂コーティング層に形成された溝であって、当該溝に沿って前記円筒の上面または底面側の端部から中心に向かう向きの、前記ローター本体の回転方向成分が、当該回転方向と逆向きとなる形状を有する溝と
を有するロータリーコンプレッサー用ローター。
前記溝の他端が、前記上面または下面まで達している
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリーコンプレッサー用ローター。
前記溝が、前記側面に垂直な方向から見てＶ字形状を有している
ことを特徴とする請求項２に記載のロータリーコンプレッサー用ローター。
前記溝が、前記側面に垂直な方向から見てＵ字形状を有している
ことを特徴とする請求項２に記載のロータリーコンプレッサー用ローター。
前記溝の他端が、前記側面において閉じている
ことを特徴とする請求項１に記載のロータリーコンプレッサー用ローター。
前記ローター本体は、ベーンを収容する凹部を有し、
前記樹脂コーティング層は、前記凹部の周辺において前記溝が無い余白領域を有する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のロータリーコンプレッサー用ローター。
シリンダーと、
前記シリンダー内を回転するローターと
を有し、
前記ローターは、
円筒の形状を有するローター本体と、
前記ローター本体の側面に形成された樹脂コーティング層と、
前記樹脂コーティング層に形成された溝であって、当該溝に沿って前記円筒の上面または底面側の端部から中心に向かう向きの、前記ローター本体の回転方向成分が、当該回転方向と逆向きとなる形状を有する溝と
を有するロータリーコンプレッサー。
シリンダーと、
前記シリンダー内を回転するローターと
を有し、
前記シリンダーは、
内周面に形成された樹脂コーティング層と、
前記樹脂コーティング層に形成された溝であって、当該溝に沿って前記シリンダーの上面または底面側の端部から中心に向かう向きの、前記ローターの回転方向成分が、当該回転方向と逆向きとなる形状を有する溝と
を有するロータリーコンプレッサー。