JPH04370386A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ロータリ圧縮機に係り
、特に、主として空調用に使用され、圧縮機の信頼性を
確保するのに好適なロータリ圧縮機に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】まず従来のロータリ圧縮機について説明
する。図７は、従来のロータリ圧縮機の縦断面図である
。図７に示すロータリ圧縮機は、回転子１ａと固定子１
ｂとからなる電動機１と圧縮機構部２とをクランク軸３
で連結して密閉容器１２に収納してなるものである。 圧縮機構部２は、密閉容器１２に固定されたシリンダ４
と、このシリンダ４内に設けられたクランク軸３の偏心
部３ａに自転自在に嵌合されたロ−リングピストン５´
と、ロ−リングピストン５´の回転に追従して往復動す
るベ−ン６と、シリンダ４の上、下端を密閉するととも
に前記クランク軸３を支持する主軸受７、副軸受８とか
らなっている。

【０００３】ここで偏心部３ａにはクランク軸３の回転
によって下記の遠心力が不釣合い力として作用する。第
一は、ロ−リングピストン５´が偏心回転することによ
って生じる遠心力Ｆｒであり、偏心部３ａの偏心量（偏
心部３ａの軸心とクランク軸３の軸心の距離）をＲ１と
し、ロ−リングピストン５´の質量をＭｒ、クランク軸
３の角速度をωとすると、遠心力Ｆｒは、Ｆｒ＝ＭｒＲ
１ω２ となる。第二は、偏心部３ａの重心が通常クランク軸３
の軸心とは一致しないために生じる遠心力Ｆｅであり、
偏心部３ａの重心とクランク軸３の軸心との距離をＲａ
、偏心部３ａの質量をＭｅとすると、遠心力Ｆｅは、Ｆ
ｅ＝ＭｅＲｅω２ となる。

【０００４】よって、クランク軸３の偏心部３ａに加わ
る遠心力Ｆは、次式で表わされる。

【数１】Ｆ＝Ｆｒ＋Ｆｅ＝（ＭｒＲ１＋ＭｅＲｅ）ω２
ここで、偏心部３ａに加わる遠心力Ｆは加振力として作
用するため、圧縮機の振動増加の原因となる。そこで、
Ｆと釣り合わせるための錘として、回転子１ａの下端に
第一のバランサ１０´、回転子１ａの上端に第二のバラ
ンサ１１´を取り付ける構造としている。さらにバラン
サの構成では前記第一，第二のバランサの他に、クラン
ク軸３の副軸受より下部の位置に第三のバランサを配設
したものもある。

【０００５】クランク軸３が回転すると、偏心部３ａに
加わる遠心力Ｆと前記第一，第二のバランサ１０´，１
１´の遠心力とがクランク軸３に作用するため、クラン
ク軸３にたわみが生じ、主軸受７、副軸受８とクランク
軸３とが片あたりすることになる。この片あたりによっ
て生じる軸受反力は前記遠心力が大きいほど大きくなり
、軸受の持つ限界荷重を越えれば軸受が焼き付きに至る
などの問題を生じることがある。この問題を解決するた
めに偏心部３ａに加わる遠心力Ｆを小さくするためには
、上記Ｍｒ、Ｍｅ、Ｒ１、Ｒｅのそれぞれを小さくすれ
ばよい。

【０００６】そこで、その一手段としてＭｒを小さくす
るために、ロ−リングピストン５´の厚さを薄くする手
法が用いられるが、厚さを薄くするとロ−リングピスト
ン５´と主軸受７との微小すきまを通って冷媒ガスの高
圧側から低圧側への漏れが多くなり、この洩れ損失が圧
縮機の冷力の低下と入力の増加につながるという問題が
発生する。さらにＦを小さくするための別の手段として
、Ｍｅを小さくするために偏心部３ａのロ−リングピス
トン５´に当接する幅をできるだけ小さくする手法があ
るが、これも形状的に限界がある。なお、この種の装置
として関連するものには、例えば特開平１−１０４９９
６号公報が挙げられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
、圧縮機の回転数を高速化して使用する場合、クランク
軸の偏心部および各釣り合わせ錘に働く遠心力は角速度
ωの２乗に比例して増加するので、クランク軸のたわみ
量が増加し、主軸受および副軸受の上下端の片あたり量
が増大するという問題があった。この片あたり量の増大
により、軸受上下端でクランク軸と軸受が焼き付きをお
こし、信頼性が低下するという問題があった。さらに片
あたりにより摺動ロスが増加し圧縮機の入力が増加する
という問題があった。

【０００８】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたものであり、クランク軸の偏心部およ
び各釣り合わせ錘に働く遠心力を低減し、主軸受および
副軸受の上下端の片あたり量を小さくし、圧縮機を高速
で運転させる際の信頼性を確保しうるロ−タリ圧縮機を
提供することを、その目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るロ−タリ圧縮機の構成は、電動機と圧
縮機構部とをクランク軸で連結して密閉容器内に収納し
たものであって、上記圧縮機構部は、シリンダと、シリ
ンダ内に設けられたクランク軸の偏心部に嵌合されたロ
ーリングピストンと、このローリングピストンの回転に
追従して往復動するベーンと、前記シリンダの両端を密
閉するとともに前記クランク軸を支持する軸受である電
動機側に配設した主軸受と、反電動機側に配設した副軸
受とからなるロータリ圧縮機において、ローリングピス
トンの主軸受、副軸受に当接する端面のいずれかの面、
あるいは両面に開口し、その端面間距離にほぼ等しい深
さを有する孔を、前記ローリングピストンの軸心に対称
な位置に複数個穿設したものである。また、上記ロ−タ
リ圧縮機において、ローリングピストンに穿設した孔が
、主軸受側端面には開口し、副軸受側端面には閉塞して
いる構成としたものである。

【００１０】

【作用】本発明を開発した考え方と上記技術手段に基く
働きは次のとおりである。クランク軸の偏心部に働く遠
心力を低減するためには、ロ−リングピストンの端面に
複数個の端面間距離にほぼ等しい深さを有する孔を明け
、ロ−リングピストンの質量を最大限減少させることが
有効である。ここで、ロ−リングピストンはクランク軸
の偏心部に対し自転運動するため、遠心力が変化しない
よう、上記の孔はロ−リングピストン軸心に対称な位置
に明ける必要がある。

【００１１】また、上記孔を主軸受側は開口し、副軸受
側は閉塞する構成にすると、冷凍機油が孔の内部に溜る
ために主軸受側端面もほぼ閉塞している状態となる。し
たがって、ロ−リングピストンと主軸受との微小すきま
を通って高圧側から低圧側に漏れる冷媒ガスの量は、孔
が無い場合とほとんど変わらず、漏れ損失による圧縮機
の性能低下はない。この場合、主軸受および副軸受の上
下端の片あたり量が小さくなるので、この片あたりによ
る摺動ロスが小さくなって圧縮機の性能が向上する。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図６を
参照して説明する。 〔実施例　　１〕図１は、本発明の一実施例に係るロ−
タリ圧縮機の縦断面図、図２は、図１のロ−リングピス
トンのみを示した断面図、図３は、図２のＩ方向矢視平
面図である。図１に示すロ−タリ圧縮機は、回転子１ａ
と固定子１ｂとからなる電動機１と圧縮機構部２とをク
ランク軸３で連結して密閉容器１２に収納してなるもの
である。

【００１３】圧縮機構部２は、密閉容器１２に固定され
たシリンダ４と、このシリンダ４内に設けられたクラン
ク軸３の偏心部３ａに自転自在に嵌合されたロ−リング
ピストン５と、ロ−リングピストン５の回転に追従して
往復動するベ−ン６と、シリンダ４の上、下端を密閉す
るとともに前記クランク軸３を支持する軸受である、電
動機側に配設した主軸受７と、反電動機側に配設した副
軸受８とからなっている。

【００１４】ここで、ロ−リングピストン５は、図２，
３に示すように、その主軸受７、副軸受８に当接する端
面のいずれか、本例では、主軸受側は開口し、副軸受側
が閉塞しており、その端面間距離にほぼ等しい深さを有
する孔９を、前記ローリングピストン５の軸心に対称な
位置に複数個穿設している。この孔９の断面形状は図３
に示すように円形である。孔９はロ−リングピストン５
の質量をできるだけ軽量化するように、またロ−リング
ピストン５の強度も考慮した上で、その大きさと数を決
定している。

【００１５】図３の実施例では、ロ−リングピストン５
の外径がφ３５．７、内径がφ２６．３に対し、φ２．
８の孔９を２４個等角度で設けており、ロ−リングピス
トン５の質量は、孔９がない場合の６８％に低下した。 さらに、クランク軸３の偏心部３ａに加わる遠心力Ｆを
角速度ωの２乗で割って得られるアンバランス量（Ｍｒ
Ｒ１＋ＭｅＲｅ）は、孔９がない場合の７８％に低下し
た。

【００１６】ところで、偏心部３ａに加わる遠心力Ｆと
釣り合わせるための錘として、回転子１ａの下端に第一
のバランサ１０、回転子１ａの上端に第二のバランサ１
１を取り付ける構造としているが、第一のバランサ１０
、第二のバランサ１１の質量は偏心部３ａのアンバラン
ス量が減った分低減できるので、それぞれ孔９がない場
合の７８％に縮小した構成としている。さらに、バラン
サの構成において、前記第一，第二のバランサの他に、
クランク軸３の副軸受より下部の位置に第三のバランサ
を配設したものもあるが、その場合の各バランサの質量
も上記と同様縮小される。

【００１７】一般に、クランク軸３が回転すると、偏心
部３ａに加わる遠心力Ｆと前記第一，第二のバランサ１
０，１１の遠心力とがクランク軸３に作用するため、ク
ランク軸３にたわみが生じ、主軸受７，副軸受８とクラ
ンク軸３とが片あたりすることになる。しかし、本実施
例では、この片あたりによって生じる軸受反力は、前記
遠心力が孔９がない場合より低下した分低下するため、
軸受が焼き付きに至る可能性が減少し、回転数の高速化
が可能となる。本実施例においては、孔９がない場合回
転数８０００ｒｐｍにて焼き付きに至ったものが、孔９
を設けることによって回転数９０００ｒｐｍでも焼き付
きを生じなかった。

【００１８】本実施例によれば、クランク軸の偏心部の
アンバランス量を大幅に低減できるので、軸受内のクラ
ンク軸の片あたりを低減でき、クランク軸と軸受の焼き
付きを防止できる。特に、クランク軸の各部のたわみ量
が増大する高速運転時の信頼性を確保できる。また、こ
れにより、圧縮機の使用回転数を増加できるので、本実
施例のロータリ圧縮機を使用する空調機の能力を増加す
ることができる。特に、ロ−リングピストンの端面に設
けた孔を、主軸受側は開口し副軸受側を閉塞する構成と
したので、ロータリ圧縮機の性能を向上することができ
る。

【００１９】〔実施例　　２〕次に、図４は、本発明の
他の実施例に係るロータリ圧縮機に用いるローリングピ
ストンの断面図である。ローリングピストン部を除くロ
ータリ圧縮機の構成は図１に示したものと同等である。 図４に示すローリングピストン５Ａでは、主軸受側は閉
塞し、副軸受側は開口している円形の孔９Ａを、ローリ
ングピストン５Ａの軸心に対称な位置に、図３の例同様
に複数個（２４個）等角度で穿設している。

【００２０】〔実施例　　３〕次に、図５は、本発明の
さらに他の実施例に係るロータリ圧縮機に用いるローリ
ングピストンの断面図である。ローリングピストン部を
除くロータリ圧縮機の構成は図１に示したものと同等で
ある。図５に示すローリングピストン５Ｂでは、主軸受
側，副軸受側とも開口している円形の孔９Ｂを、ローリ
ングピストン５Ｂの軸心に対称な位置に、図３の例同様
に複数個（２４個）等角度で穿設している。

【００２１】〔実施例　　４〕次に、図６は、本発明の
さらに他の実施例に係るロータリ圧縮機に用いるローリ
ングピストンの平面図である。ローリングピストン部を
除くロータリ圧縮機の構成は図１に示したものと同等で
ある。図６に示すローリングピストン５Ｃでは、孔９Ｃ
は長円形状のものである。孔９Ｃは、ローリングピスト
ン５Ｃの軸心に対称な位置に、図６に示すように複数個
（１２個）等角度で穿設している。長円形状の孔でも、
ローリングピストンの質量の軽量化の面では、先の各実
施例における円形状の孔の場合と同様の効果がある。

【００２２】さて、上記の各実施例１，２，３および孔
が無いローリングピストンの場合のロータリ圧縮機の性
能比較を表１に示す。

【表１】 表１に示す結果によれば、効率（冷力Ａと入力Ｂとの比
）は、孔９が無い場合に比べ、実施例１では３．６％良
好であり、実施例２では同等、実施例３では逆に１．４
％悪くなっている。実施例１で効率が良く、実施例３で
多少悪化した理由は次のとおりである。

【００２３】まず、実施例１，２，３ともクランク軸３
の片あたりが減少したため軸受の摺動ロスが減少してい
る。次に、ロ−リングピストン５，５Ａ，５Ｂと主軸受
７との微小すきまを通って高圧側から低圧側に漏れる洩
れ損失を考えると、実施例１（ローリングピストン５）
では、主軸受７側が開口し副軸受８側が閉塞しているの
で、冷凍機油は孔９の内部に溜るようになる。したがっ
て、主軸受側端面もほぼ閉塞されている状態と言え、洩
れ損失は孔９が無い場合とほとんど変わらない。これに
対し、実施例３（ローリングピストン５Ｂ）では、主軸
受７側，副軸受８側とも開口しているので、孔９Ｂを上
下に抜けて漏れる冷媒ガスが増加し、この洩れ損失が圧
縮機の冷力の低下と入力の増加をもたらすため効率が悪
化する。

【００２４】なお、以上の実施例の説明から明らかなよ
うに、本発明は、ロータリピストンの遠心力を小さくし
て片当りの減少を図るとともに、高圧側から低圧側への
冷媒ガスの洩れを小さくすることにより、冷力の向上お
よび入力の減少を図るものであるから、ローリングピス
トンは片方の端面に開口する孔に限るものではなく、両
端面が塞がれた内部中空のものでもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、クランク軸の偏心部および各釣り合わせ錘に働く
遠心力を低減し、主軸受および副軸受の上下端の片あた
り量を小さくし、圧縮機を高速で運転させる際の信頼性
を確保しうるロ−タリ圧縮機を提供することができる。 特に、ロ−リングピストンの端面に設けた孔を、主軸受
側は開口し副軸受側を閉塞する構成とすれば、圧縮機の
性能を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るロ−タリ圧縮機の縦断
面図である。

【図２】図１のロ−リングピストンのみを示した断面図
である。

【図３】図２のＩ方向矢視平面図である。

【図４】本発明の他の実施例に係るロータリ圧縮機に用
いるローリングピストンの断面図である。

【図５】本発明のさらに他の実施例に係るロータリ圧縮
機に用いるローリングピストンの断面図である。

【図６】本発明のさらに他の実施例に係るロータリ圧縮
機に用いるローリングピストンの平面図である。

【図７】従来のロータリ圧縮機の縦断面図である。

【符号の説明】

１　　電動機 １ａ　　回転子 １ｂ　　固定子 ２　　圧縮機構部 ３　　クランク軸 ３ａ　　偏心部 ４　　シリンダ ５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ　　ロ−リングピストン６　　ベ
−ン ７　　主軸受 ８　　副軸受 ９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ　　孔 １２　　密閉容器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電動機と圧縮機構部とをクランク軸で
   連結して密閉容器内に収納したものであって、上記圧縮
   機構部は、シリンダと、シリンダ内に設けられたクラン
   ク軸の偏心部に嵌合されたローリングピストンと、この
   ローリングピストンの回転に追従して往復動するベーン
   と、前記シリンダの両端を密閉するとともに前記クラン
   ク軸を支持する軸受である電動機側に配設した主軸受と
   、反電動機側に配設した副軸受とからなるロータリ圧縮
   機において、ローリングピストンの主軸受、副軸受に当
   接する端面のいずれかの面、あるいは両面に開口し、そ
   の端面間距離にほぼ等しい深さを有する孔を、前記ロー
   リングピストンの軸心に対称な位置に複数個穿設したこ
   とを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 【請求項２】　　ローリングピストンに穿設した孔が、
   主軸受側端面には開口し、副軸受側端面には閉塞してい
   ることを特徴とする請求項１記載のロータリ圧縮機。