JP7118917B2 - ロータリコンプレッサ - Google Patents

Description

実施形態は、ロータリコンプレッサに関する。

従来、偏心したロータの外周面とケーシングの内周面との間の圧縮室の形状変化によって媒体を吸入し、圧縮して吐出するロータリコンプレッサが知られている。

特開平５－３１２１７２号公報

この種のロータリコンプレッサでは、より不都合の少ない新規な構成が得られれば、有益である。

実施形態のロータリコンプレッサは、例えば、ケーシングと、ロータと、介在部材と、ベーンと、を備える。ケーシングは、円筒面状の内周面を有した凹部と、内周面の軸方向を向く凹部の底面と、を有する。ロータは、底面から軸方向に離間し軸方向に略直交する第一面と、内周面と面した外周面と、を有し、第一面と直交する回転中心回りに回転し、内周面と外周面との間に圧縮室を形成する。介在部材は、底面と第一面との間に位置され、底面と当該底面および内周面の間の隅部とを覆い、第一面と面しロータの回転に応じて第一面に対して相対的にスライドする第二面を有する。ベーンは、外周面と接した状態で第二面に沿って回転中心に近い位置と遠い位置との間で往復する。隅部は隅肉部を有する。介在部材は、第一面に沿って延びた板状の形状を有し、隅肉部との干渉を避ける逃げ部を有する。ケーシングには、ベーンを往復可能に収容し内周面に開口した開口が設けられる。介在部材は、内周面よりも回転中心から離れるように突出し開口内に挿入された第一突出部を有する。

図１は、第１実施形態のロータリコンプレッサの模式的かつ例示的な断面図である。 図２は、第１実施形態のロータリコンプレッサをカバーが取り除かれた状態で軸方向に見た模式的かつ例示的な平面図である。 図３は、第１実施形態の介在部材を軸方向に見た模式的かつ例示的な平面図である。 図４は、第２実施形態のロータリコンプレッサの模式的かつ例示的な断面図である。

以下、本発明の例示的な実施形態が開示される。以下に示される実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、一例である。本発明は、以下の実施形態に開示される構成以外によっても実現可能である。また、本発明によれば、構成によって得られる種々の効果（派生的な効果も含む）のうち少なくとも一つを得ることが可能である。

また、以下に開示される実施形態および変形例には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号が付与されるとともに、重複する説明が省略される。なお、本明細書では、序数は、部品や、部材、部位、位置、方向等を区別するためだけに用いられており、順番や優先度を示すものではない。

また、各図には、便宜上、方向を示す矢印が記載されている。矢印Ｄａ１は、回転中心Ａｘに沿う第一軸方向を示し、矢印Ｄａ２は、第一軸方向とは反対の第二軸方向を示す。

［第１実施形態］
ロータリコンプレッサ１Ａは、例えば、冷凍サイクル装置の一例である空気調和装置に適用される。ロータリコンプレッサ１Ａは、媒体を吸入し、圧縮して吐出する。空気調和装置に適用される場合、ロータリコンプレッサ１Ａは、低温低圧の気相冷媒を吸入し、圧縮し、高温高圧の気相冷媒を吐出する。

図１は、第１実施形態のロータリコンプレッサ１Ａの断面図、図２は、カバー１２が取り除かれた状態でロータリコンプレッサ１Ａを第二軸方向Ｄａ２に見た平面図である。

図１に示されるように、ロータリコンプレッサ１Ａは、ハウジング１０、ロータ２０、および介在部材３０Ａを備えている。また、図２に示されるように、ロータリコンプレッサ１Ａは、ベーン４０を備えている。

図１に示されるように、ハウジング１０は、ケーシング１１、およびカバー１２を、有している。ケーシング１１は、回転中心Ａｘと交差した底壁１１ａと、回転中心Ａｘ回りに取り囲む周壁１１ｂと、を有している。ケーシング１１は、例えば鉄系材料やアルミニウム合金のような、金属材料によって作られている。

底壁１１ａは、軸方向と交差するとともに直交し、円板状の形状を有している。底壁１１ａの中央には、軸方向に延びる円筒状の貫通穴１１ａ１が設けられている。貫通穴１１ａ１の内周面は、ロータ２０のシャフト２１の外周面２１ａを摺動可能に支持している。よって、底壁１１ａ、ひいてはケーシング１１は、シャフト２１のラジアル軸受として機能している。

周壁１１ｂは、底壁１１ａの周縁部から第一軸方向Ｄａ１に延びており、円筒状の形状を有している。底壁１１ａおよび周壁１１ｂは、有底円筒状のケーシング１１を構成しており、ケーシング１１の内側には、凹部１１ｃが形成されている。

凹部１１ｃの底面１１ｃ１は、底壁１１ａの第一軸方向Ｄａ１の端部に位置され、円環状かつ平面状の形状を有している。底面１１ｃ１は、第一軸方向Ｄａ１を向いている。

凹部１１ｃの内周面１１ｃ２は、周壁１１ｂの径方向内側の端部に位置され、円筒面状の形状を有している。内周面１１ｃ２は、軸方向に延びるとともに径方向内方を向いている。内周面１１ｃ２の中心は、回転中心Ａｘである。

凹部１１ｃの、底面１１ｃ１と内周面１１ｃ２との間の隅部１１ｃ３は、底面１１ｃ１と内周面１１ｃ２との境界において、周方向に延びている。本実施形態では、隅部１１ｃ３は、凹部１１ｃの切削加工によって生じた隅肉部１１ｄ１を有している。隅肉部１１ｄ１は、底面１１ｃ１よりも第一軸方向Ｄａ１に突出し、内周面１１ｃ２よりも径方向内方に突出しているが、切削加工によって形成される隅肉部１１ｄ１は、典型的には、第二軸方向Ｄａ２および径方向外方の間の斜め方向に向けて凹む凹曲面である。隅肉部１１ｄ１は、隅Ｒや、フィレット部とも称されうる。

周壁１１ｂの第一軸方向Ｄａ１の端面１１ｂ１は、軸方向と直交する平面であり第一軸方向Ｄａ１を向いている。また、周壁１１ｂの第一軸方向Ｄａ１の端部には、径方向外方に突出したフランジ１１ｂ２が設けられている。フランジ１１ｂ２は、ボルトのような不図示の締結具によるカバー１２との結合に利用される。

カバー１２は、軸方向と交差するとともに直交し、円板状の形状を有している。カバー１２の中央には、軸方向に延びる円筒状の貫通穴１２ａが設けられている。貫通穴１２ａの内周面は、シャフト２１の外周面２１ａを摺動可能に支持している。よって、カバー１２は、シャフト２１のラジアル軸受として機能している。カバー１２は、例えば鉄系材料やアルミニウム合金のような、金属材料によって作られている。

カバー１２の第二軸方向Ｄａ２の端面１２ｂは、円環状かつ平面状の形状を有している。端面１２ｂは、第二軸方向Ｄａ２を向いている。端面１２ｂの径方向外側の領域、言い換えると周縁部は、周壁１１ｂの端面１１ｂ１と接しており、端面１１ｂ１とともにシール部を構成している。また、端面１２ｂの径方向内側の領域は、凹部１１ｃに面しており、凹部１１ｃの第一軸方向Ｄａ１の端面である。

図１，２に示されるように、ロータ２０は、シャフト２１、偏心カム２２、およびローラ２３を、有している。

シャフト２１は、軸方向に延びており、円柱状の形状を有している。また、偏心カム２２は、軸方向に延びており、円柱状の形状を有し、シャフト２１に固定されている。図１，２に示されるように、偏心カム２２の中心軸Ｃは、回転中心Ａｘと平行であるとともに、当該回転中心Ａｘから径方向にオフセットしている。

ローラ２３は、軸方向に延びており、円筒状の形状を有している。ローラ２３は、偏心カム２２の外周面に嵌合されている。

ローラ２３の外周面２３ａは、ローラ２３の径方向外側の端部に位置され、円筒面状の形状を有している。外周面２３ａは、軸方向に延びるとともに径方向外方を向いている。外周面２３ａの中心は、中心軸Ｃである。

図２に示されるように、外周面２３ａは、凹部１１ｃの内周面１１ｃ２に内接しており、これら外周面２３ａと内周面１１ｃ２とが接する軸方向に延びた線状の領域が、接触面Ｆｃ１である。シャフト２１の回転に伴って、接触面Ｆｃ１は、内周面１１ｃ２に沿って移動する。

ローラ２３の第二軸方向Ｄａ２の端面２３ｂは、軸方向と略直交しており、円環状かつ平面状の形状を有している。端面２３ｂは、第二軸方向Ｄａ２を向いている。端面２３ｂは、第一面の一例である。

ローラ２３の第一軸方向Ｄａ１の端面２３ｃは、軸方向と直交しており、円環状かつ平面状の形状を有している。端面２３ｃは、第一軸方向Ｄａ１を向いている。端面２３ｃは、カバー１２の端面１２ｂと接している。シャフト２１の回転に伴って、端面２３ｃは、端面１２ｂ上を摺動する。

図１に示されるように、ローラ２３の端面２３ｂと凹部１１ｃの底面１１ｃ１との間には、介在部材３０Ａが介在している。介在部材３０Ａは、軸方向と直交しており、円環状かつ板状の形状を有している。介在部材３０Ａの中央には貫通穴３０ｃが設けられている。シャフト２１は、貫通穴３０ｃを貫通している。

本実施形態では、介在部材３０Ａは、ケーシング１１とは別の部材であり、底面１１ｃ１上に密着した状態で載置され、底面１１ｃ１を覆っている。例えば回転中心Ａｘに対する外周側など、底面１１ｃ１のうちの一部を介在部材３０Ａで覆う構成としても構わない。介在部材３０Ａは、例えば鉄系材料やアルミニウム合金のような、金属材料で構成されている。介在部材３０Ａは、ケーシング１１と同じ材料で作られてもよいし、介在部材３０Ａの硬度（硬さ）が、ケーシング１１の硬度より高くてもよい。具体的には、例えば、介在部材３０Ａのヤング率が、ケーシング１１のヤング率以上であってもよいし、介在部材３０Ａのビッカース硬度が、ケーシング１１のビッカース硬度以上であってもよい。

また、介在部材３０Ａは、例えば、凹部１１ｃ内に、例えば中間ばめのような嵌合によって、装着されてもよい。また、介在部材３０Ａは、底面１１ｃ１上に媒体のシールが確保される方式により接着等され、ケーシング１１と固定されてもよい。

介在部材３０Ａの第二軸方向Ｄａ２の端面３０ａは、軸方向と直交しており、円環状かつ平面状の形状を有している。端面３０ａは、底面１１ｃ１と接している。介在部材３０Ａは、底面１１ｃ１と、隅部１１ｃ３の少なくとも一部とを、覆っている。

介在部材３０Ａの第一軸方向Ｄａ１の端面３０ｂは、軸方向と直交しており、円環状かつ平面状の形状を有している。端面３０ｂは、底面１１ｃ１から第一軸方向Ｄａ１に離れており、底面１１ｃ１と略平行である。また、端面３０ｂは、ローラ２３の端面２３ｂと接している。シャフト２１の回転に伴って、端面２３ｂは、端面３０ｂ上を摺動する。端面３０ｂは、第二面の一例である。

介在部材３０Ａの外周面３０ｄは、軸方向に延びるとともに径方向外方を向いている。外周面３０ｄの中心は、回転中心Ａｘである。外周面３０ｄは、凹部１１ｃの内周面１１ｃ２と、径方向に面している。介在部材３０Ａが、凹部１１ｃ内に嵌合される場合、外周面３０ｄと内周面１１ｃ２とは互いに接している。

介在部材３０Ａの端面３０ａの周縁部には、隅肉部１１ｄ１との干渉を避ける逃げ部３０ｅが設けられている。逃げ部３０ｅは、例えば、端面３０ａの面取り加工によって形成されうる。この場合、逃げ部３０ｅは、面取り部、チャンファ部、と称されうる。

逃げ部３０ｅは、端面３０ａに対しては第一軸方向Ｄａ１かつ径方向外方に隣接するとともに、外周面３０ｄに対しては第二軸方向Ｄａ２かつ径方向内方に隣接している。逃げ部３０ｅは、第二軸方向Ｄａ２および径方向外方の間の斜め方向を向く平面であってもよいし、当該斜め方向に向けて凸の凸曲面であってもよい。平面である場合、逃げ部３０ｅは、Ｃ面取り部とも称され、凸曲面である場合、逃げ部３０ｅは、角Ｒや、チャンファ部とも称されうる。

また、図２に示されるように、周壁１１ｂには、凹部１１ｃの内周面１１ｃ２に開口するスロット１１ｅが設けられている。スロット１１ｅは、周方向（接線方向）における一定の幅で径方向および軸方向に延びている。スロット１１ｅには、ベーン４０が収容されている。スロット１１ｅは、開口の一例である。

ベーン４０は、四角形状かつ板状の形状を有している。ただし、ベーン４０の径方向内方の端面４０ａは、径方向内方に凸の凸曲面であり、軸方向に延びている。また、ベーン４０の径方向外方の端面４０ｂは、コイルスプリングのような付勢部材４１によって径方向内方に付勢されている。ベーン４０の端面４０ａは、ローラ２３の外周面２３ａと接しており、これらが接する軸方向に延びた線状の領域が、端面４０ａと外周面２３ａとの接触面Ｆｃ２である。ベーン４０は、スロット１１ｅに収容されているため、接触面Ｆｃ２の周方向の位置は変化しないが、シャフト２１の回転に伴ってローラ２３の外周面２３ａの径方向の位置は変化するため、接触面Ｆｃ２の径方向の位置が変化する。

図３は、介在部材３０Ａを軸方向に見た平面図である。介在部材３０Ａは、二つの端面３０ａ，３０ｂの間のベース３０ｆと、当該ベース３０ｆから径方向外方に突出した突出部３０ｇと、を有している。ベース３０ｆには、シャフト２１を通す貫通穴３０ｃの他、吐出ポート１１ｇを開口する切欠状の開口３０ｈが設けられている。突出部３０ｇは、ベース３０ｆの周縁から径方向外方に突出し、突出部３０ｇの周方向（接線方向）の幅は一定である。突出部３０ｇは、帯状の形状を有している。突出部３０ｇは、底面１１ｃ１と並ぶ（面一の）スロット１１ｅの端面を覆っている。ベーン４０は、ベース３０ｆおよび突出部３０ｇにおいて端面３０ｂ上をスライドする。

また、図２に示されるように、ケーシング１１には、ベーン４０を挟むように、凹部１１ｃ（圧縮室Ｒ）内に開口する吸入ポート１１ｆと吐出ポート１１ｇとが設けられている。

このような構成では、介在部材３０Ａの端面３０ｂ、カバー１２の端面１２ｂ、ローラ２３の外周面２３ａ、および凹部１１ｃの内周面１１ｃ２で囲まれた圧縮室Ｒが、ベーン４０（接触面Ｆｃ２）、および外周面２３ａと内周面１１ｃ２との接触面Ｆｃ１で仕切られることにより、媒体の吸入領域Ｒ１および圧縮領域Ｒ２が設けられる。ローラ２３および接触面Ｆｃ１の位置の反時計回り方向の回転に伴い、吸入領域Ｒ１は、１回転目で拡張した後、２回転目で圧縮領域Ｒ２となって収縮する。よって、吸入ポート１１ｆから吸入領域Ｒ１へ吸入された媒体は、圧縮領域Ｒ２で圧縮され、吐出ポート１１ｇから吐出される。

以上説明したように、本実施形態では、凹部１１ｃの底面１１ｃ１とローラ２３（ロータ）の端面２３ｂ（第一面）との間に介在する介在部材３０Ａは、隅肉部１１ｄ１（隅部１１ｃ３）との干渉を避ける逃げ部３０ｅを有している。隅部１１ｃ３に隅肉部１１ｄ１が存在すると、当該隅肉部１１ｄ１が存在する部分においては接触面Ｆｃ１が形成できないため、所要の圧縮効率が得られ難くなる。隅肉部１１ｄ１は、凹部（有底穴）の切削加工において隅部１１ｃ３に生じるものである。したがって、ケーシング１１を、底壁１１ａを有する部材と、有底穴ではなく貫通穴が設けられた周壁１１ｂを有する部材と、に分けてそれらを組みあわせれば、隅肉部１１ｄ１はできない。しかしながら、その場合には、部品点数が増大し、製造の手間やコストが増大する虞がある。また、複数の部品に分けた場合、寸法のばらつきによる効率低下が生じ無いよう、製造された部品の寸法検査によって部品の組み合わせを選択したり、位置決め構造や工程が必要となったりするなど、より一層大きな手間が生じる虞もある。さらに、複数の部品に分けた場合、合わせ面が媒体の漏れ経路となり、圧縮効率が低下する虞もある。この点、本実施形態では、逃げ部３０ｅを有した介在部材３０Ａは、底面１１ｃ１とは反対側において、少なくとも隅部１１ｃ３を軸方向に覆う位置まで第一軸方向Ｄａ１（厚さ方向）に延びており、端面２３ｂと相対的に摺動する端面３０ｂ（第二面）を有している。よって、本実施形態のロータリコンプレッサ１Ａによれば、例えば、所要の圧縮効率が得られなかったり、製造の手間やコストが嵩んだり、効率が低下したり、といった不都合が回避されやすい。

また、本実施形態では、介在部材３０Ａの硬さは、ケーシング１１の硬さ以上とすることができる。このような構成によれば、例えば、ローラ２３（ロータ）の端面２３ｂとの摺動による介在部材３０Ａの端面３０ｂの摩耗を、抑制することができる。

また、本実施形態では、介在部材３０Ａは、ベーン４０を収容するスロット１１ｅ内に突出する突出部３０ｇを有している。このような構成によれば、例えば、突出部３０ｇによって、介在部材３０Ａの回り止めを構成できる。また、例えば、ケーシング１１とは別の部材である介在部材３０Ａは、ベーン４０との摺動面がケーシング１１に直接加工される場合に比べて、耐摩耗性やベーン４０との摺動性を高めることができたり、ベーン４０との摺動面におけるシール性を高めることができたりといった、利点が得られやすい。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のロータリコンプレッサ１Ｂの断面図である。本実施形態では、介在部材３０Ｂの硬度（硬さ）が、ケーシング１１の硬度未満である。具体的には、例えば、介在部材３０Ｂのヤング率（弾性率、弾性係数）が、ケーシング１１のヤング率未満であってもよいし、介在部材３０Ｂのビッカース硬度が、ケーシング１１のビッカース硬度未満であってもよい。

介在部材３０Ｂは、例えば、合成樹脂材料や、メッキ層である。この場合、介在部材３０Ｂは、凹部１１ｃの底面１１ｃ１上に仮設置され、その後、仮設置された介在部材３０Ｂの第一軸方向Ｄａ１の端面に、例えば、切削、プレス、研磨のような後加工（仕上げ加工）が施されることにより、端面２３ｃが形成されてもよい。ここで、上述したように、介在部材３０Ｂの硬度は、ケーシング１１の硬度未満であるため、ケーシング１１よりも加工しやすい。よって、このような構成によれば、例えば、ローラ２３の端面２３ｂとの間の摺動性やシール性の高い端面２３ｃが得られやすい。

また、本実施形態では、底面１１ｃ１と内周面１１ｃ２との間の隅部１１ｃ３に、凹溝１１ｄ２が設けられている。凹溝１１ｄ２は、隅部１１ｃ３において、底面１１ｃ１から第二軸方向Ｄａ２に凹んでいる。言い換えると、凹溝１１ｄ２は、アセンブリされた状態において、底面１１ｃ１においてローラ２３の端面２３ｂから離れる方向に凹んでいる。また、凹溝１１ｄ２は、隅部１１ｃ３沿って環状に延びている。

介在部材３０Ｂは、凹溝１１ｄ２を埋める充填部３０ｉを有している。充填部３０ｉは、介在部材３０Ｂの当初の仮設置、あるいは後加工において、形成される。環状の凹溝１１ｄ２が存在したままであると、当該凹溝１１ｄ２を介して媒体が漏れるため、所要の圧縮効率が得られ難くなる。この点、本実施形態によれば、そのような不都合が生じ無い。充填部３０ｉは、第二突出部の一例である。

また、仮に、本実施形態の介在部材３０Ｂを適用するにあたり、隅部１１ｃ３に凹溝１１ｄ２が設けられず、隅肉部１１ｄ１が存在する場合にあっては、内周面１１ｃ２と接する位置まで端面３０ｂを平坦に形成するために、介在部材３０Ｂの厚さを隅肉部１１ｄ１の高さよりも大きく（厚く）する必要が生じる。この点、本実施形態によれば、凹溝１１ｄ２が設けられたことにより隅肉部１１ｄ１が存在しないため、介在部材３０Ｂをより薄くすることができる。

以上、本発明の実施形態を例示したが、上記実施形態は一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、組み合わせ、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、各実施形態の構成や形状は、部分的に入れ替えて実施することも可能である。また、各構成や形状等のスペック（構造や、種類、方向、形状、大きさ、長さ、幅、厚さ、高さ、数、配置、位置、材質等）は、適宜に変更して実施することができる。

例えば、上記実施形態では、ロータリコンプレッサは、１段のタイプであったが、多段のタイプであってもよい。また、多段型の場合、ロータリコンプレッサは、シャフトが上下方向に沿う所謂縦置き型であってもよいし、シャフトが横方向に沿う所謂横置き型であってもよい。また、本発明は、ベーン式以外のロータリコンプレッサにも適用可能である。すなわち、内周面は、円筒面には限定されない。

１Ａ，１Ｂ…ロータリコンプレッサ、１１…ケーシング、１１ｃ…凹部、１１ｃ１…底面、１１ｃ２…内周面、１１ｃ３…隅部、１１ｄ１…隅肉部、１１ｄ２…凹溝、１１ｅ…スロット（開口）、２３…ローラ（ロータ）、２３ａ…外周面、２３ｂ…端面（第一面）、３０Ａ，３０Ｂ…介在部材、３０ｂ…端面（第二面）、３０ｅ…逃げ部、３０ｇ…突出部（第一突出部）、３０ｉ…充填部（第二突出部）、４０…ベーン、Ａｘ…回転中心、Ｒ…圧縮室。

Claims (5)

1. 円筒面状の内周面を有した凹部と、前記内周面の軸方向を向く前記凹部の底面と、を有したケーシングと、
   前記底面から前記軸方向に離間し前記軸方向に略直交する第一面と、前記内周面と面した外周面と、を有し、前記第一面と直交する回転中心回りに回転し、前記内周面と前記外周面との間に圧縮室を形成するロータと、
   前記底面と前記第一面との間に位置され、前記底面と当該底面および前記内周面の間の隅部とを覆い、前記第一面と面し前記ロータの回転に応じて前記第一面に対して相対的にスライドする第二面を有した、介在部材と、
   前記外周面と接した状態で前記第二面に沿って前記回転中心に近い位置と遠い位置との間で往復するベーンと、を備え、
   前記隅部は隅肉部を有し、
   前記介在部材は、前記第一面に沿って延びた板状の形状を有し、前記隅肉部との干渉を避ける逃げ部を有し、
   前記ケーシングには、前記ベーンを往復可能に収容し前記内周面に開口した開口が設けられ、
   前記介在部材は、前記内周面よりも前記回転中心から離れるように突出し前記開口内に挿入された第一突出部を有した、
   ロータリコンプレッサ。
2. 前記介在部材の硬さは、前記ケーシングの硬さ以上である、請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
3. 前記介在部材の硬さは、前記ケーシングの硬さ未満である、請求項１または２に記載のロータリコンプレッサ。
4. 前記隅部には、前記内周面と前記底面との間において前記第一面から離れるように凹んだ凹溝が設けられ、
   前記介在部材は、前記凹溝を埋める第二突出部を有した、請求項３に記載のロータリコンプレッサ。
5. 前記介在部材は、合成樹脂材料で作られた、請求項３または４に記載のロータリコンプレッサ。

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