JPH07301190A - ロータリ圧縮機 - Google Patents

ロータリ圧縮機

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JPH07301190A
JPH07301190A JP6094408A JP9440894A JPH07301190A JP H07301190 A JPH07301190 A JP H07301190A JP 6094408 A JP6094408 A JP 6094408A JP 9440894 A JP9440894 A JP 9440894A JP H07301190 A JPH07301190 A JP H07301190A
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Japan
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crankshaft
roller
cylinder
vane
oil
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JP6094408A
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Hirokatsu Kosokabe
弘勝 香曽我部
Akihiko Ishiyama
石山明彦
Hiroaki Hatake
裕章 畠
Masahiro Takebayashi
竹林昌寛
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
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    • F04C29/02Lubrication; Lubricant separation
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    • F04CROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 潤滑性の乏しいHFC系の代替フロンを用い
た場合でも、ロ−ラとベ−ンの接触部における摩擦・摩
耗の問題を解消でき、性能及び信頼性の向上が図れるロ
−タリ圧縮機の提供。 【構成】 ロ−タリ圧縮機におけるロ−ラ11とベ−ン
12のしゅう動形態から、最も油切れが起こりやすい、
クランク軸9の回転角θが90°近傍のロ−ラとベ−ン
の接触部へ、ベ−ン12の吸入側側面12aに形成した
凹部30により密閉容器1内にたまった潤滑油14を強
制給油してやる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主に冷凍・空調装置等
に用いられるロータリ圧縮機に関し、特にローラとベー
ンの接触部の潤滑機構に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、冷凍・空調装置等に用いられてい
るロータリ圧縮機は、密閉容器内に固定子及び回転子を
有する電動要素と、この電動要素によって駆動される圧
縮要素が収納され、圧縮要素はクランク軸の偏心部に自
転自在に嵌合されたローラが、クランク軸の回転によっ
てシリンダ内を偏心回転運動し、ローラに押圧されたベ
ーンによってシリンダ内を仕切られることにより、吸入
パイプより吸入された作動流体(冷媒ガス)を圧縮し、
圧縮されたガスは密閉容器内に吐き出され、吐出パイプ
より外部の冷凍サイクルに吐出される。
【0003】このように構成されたロータリ圧縮機にお
いて、圧縮機の信頼性上最も重要なのがベーンとローラ
のトライボロジに関する問題である。ベーンとローラの
接触部は線接触となるため面圧が非常に高く、高温、高
圧となるシリンダ内でしゅう動するため潤滑油の粘度も
低下し、流体潤滑を保つことが難しく境界・混合潤滑状
態となり、摩擦・摩耗の問題が起こりやすくなってい
た。ベーンとローラの接触部の潤滑はベーン及びローラ
のしゅう動部のすき間等を通ってシリンダ内に漏れ込む
油によってまかなわれているが、ベーンとシリンダの溝
間及びローラと主軸受及び副軸受の端板間のしゅう動部
のすき間を拡大してシリンダ内への潤滑油の供給量を増
やした場合は、油による加熱損失等が増大し、圧縮機の
性能が低下するといった問題があった。また、従来、冷
凍・空調装置の作動流体として使用されてきたフロンC
FC12,HCFC22等は分子中に塩素をもつため、
成層圏のオゾン層を破壊することが指摘され社会問題と
なってきており、オゾン破壊の問題のない代替フロンに
切り替える必要がある。これら代替フロンとしては、分
子中に塩素をもたないHFC系の冷媒が最有力候補にな
っているが、このフロンでは塩素の極圧剤的な作用が期
待できなくなることから、潤滑状態が厳しくなり、ベー
ンとローラの摩耗による圧縮機の信頼性低下の問題があ
った。
【0004】上記問題点に対して、ロータリ圧縮機のシ
リンダ内各しゅう動部に対する潤滑油供給の安定化を図
った公知技術として、特開昭61−155681号,特
開平5−240179号がある。また、ベーンの先端へ
強制給油を行い、ローラとの接触部との潤滑性を向上さ
せた公知技術としては、特開平4−159489号があ
る。
【0005】特開昭61−155681号および特開平
5−240179号に開示されたロータリ圧縮機は、ベ
ーンの端面に、上死点(軸回転角180°)近傍でシリ
ンダの低圧室内と連通し、下死点(軸回転角0°)近傍
で密閉容器内にたまった潤滑油に連通する油溝を設けた
もので、密閉容器内と低圧室の差圧によって低圧室に供
給される油の供給量をコントロールすることができる
が、ベーンとローラの摩耗に対しては十分な配慮がなさ
れていなかった。
【0006】また、特開平4−159489号に開示さ
れたロータリ圧縮機は、シリンダの両端開口を閉塞する
上部軸受の下面及び下部軸受の上面の少なくとも一方に
凹溝を設け、かつ凹溝をローラで覆って強制給油通路を
形成しているため、ベーンの先端部へ強制給油すること
ができるが、圧縮室側に給油する構造になっており、往
復しゅう動するベーンとローラのしゅう動状態及びその
摩耗形態については、十分な配慮がなされていなかっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みて提案されたもので、潤滑状態の厳しい代替フ
ロンを用いた場合でも、ベーンとローラの接触部におけ
る摩擦・摩耗の問題を解決でき、信頼性の向上が図れる
ロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のロータリ圧縮機は、密閉容器内に、固定子
及び回転子を有する電動要素と、この電動要素により駆
動されるクランク軸、このクランク軸の偏心部に回転自
在に嵌合されたローラ、このローラに先端を接して往復
運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、
及び前記クランク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端
開口を閉塞する端板を有する主軸受及び副軸受で形成さ
れる圧縮要素を収納したロータリ圧縮機において、ベー
ンが最もシリンダの外方向に移動したときをクランク軸
回転角の0°として、この回転角90°近傍において、
シリンダの吸入室の中に密閉容器内にたまった潤滑油を
供給する油供給手段を備えたことを特徴とし、また、密
閉容器内に、固定子及び回転子を有する電動要素と、こ
の電動要素により駆動されるクランク軸、このクランク
軸の偏心部に回転自在に嵌合されたローラ、このローラ
に先端を接して往復運動し、シリンダ内を吸入室と圧縮
室に仕切るベーン、及び前記クランク軸を軸支し、かつ
前記シリンダの両端開口を閉塞する端板を有する主軸受
及び副軸受で形成される圧縮要素を収納したロータリ圧
縮機において、ベーンに対するローラの相対的なしゅう
動方向変化に対応してベーンとローラの接触部に潤滑油
を供給する油供給手段を備えたことを特徴とし、また、
密閉容器内に収納された回転圧縮要素のシリンダの両端
開口を閉塞する主軸受及び副軸受にクランク軸が軸支さ
れ、このクランク軸の回転による給油ポンプ作用によっ
て前記密閉容器内底部にたまった潤滑油を吸引し、前記
回転圧縮要素の軸受しゅう動部に給油するロータリ圧縮
機において、クランク軸の給油ポンプ作用で汲み上げら
れた潤滑油の一部をクランク軸の回転角90°近傍で、
シリンダの吸入室内に供給する油供給手段を備えたこと
を特徴とし、また、密閉容器内に、固定子及び回転子を
有する電動要素と、この電動要素により駆動されるクラ
ンク軸、このクランク軸の偏心部に回転自在に嵌合され
たローラ、このローラに先端を接して往復運動し、シリ
ンダ内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クラ
ンク軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞す
る端板を有する主軸受及び副軸受で形成される圧縮要素
を収納したロータリ圧縮機において、前記シリンダの吸
入室あるいは圧縮機の吸入経路内に潤滑油を噴出させ、
冷凍サイクル内の作動流体中の油循環量よりも、前記圧
縮要素内部の作動流体中の油循環量を増加させる油供給
手段を備えたことを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明者による、ベーンとローラの接触部のし
ゅう動状態及びその摩耗形態の研究から、以下の点が明
らかになった。ベーンとローラの接触部のしゅう動状態
は、クランク軸一回転中にベーンに対するローラの相対
的なすべり速度がプラスからマイナス、そしてプラスへ
と切り替わる(ローラがクランク軸の回転方向と同じ方
向にすべる場合をプラス、逆方向にすべる場合をマイナ
スとする)往復しゅう動を行っている。そして、この往
復しゅう動を繰り返しながらローラは軸回転速度の1/
10程度のゆっくりした速度でクランク軸の回転と同じ
方向に自転している。
【0010】また、ベーンに対するローラの相対的なす
べり速度がプラスからマイナスに切り替わりローラが逆
転するクランク角位置は、通常の圧力条件ではクランク
軸の回転角が約90°の時であり、これよりも吐出圧力
が上昇して過負荷状態になった場合は、このローラが逆
転する回転角は約50°と小さくなってくる。
【0011】ベーンとローラの接触部の摩耗形態は、往
復しゅう動する区間の両端部、すなわち、ベーンに対す
るローラのしゅう動方向が反転する点で摩耗が深くな
り、特に、ベーンに対するローラの相対的なすべり速度
がプラスからマイナスに切り替わりローラが逆転を開始
するクランク角位置で油切れが起こり、最も摩耗が深く
問題となることが分かった。また、冷凍サイクルの作動
流体中の油循環量を変化させた実験から、サイクル内を
循環している極微量の潤滑油も、ベーンとローラの接触
部の摩耗抑制に大きく寄与していることが分かった。以
上の研究結果より、第1に、クランク軸の回転角90°
近傍で、シリンダの吸入室側のベーンとローラの接触部
に密閉容器内にたまった潤滑油を供給してやることによ
り、摩耗が最も問題となる点での潤滑状態を大幅に改善
し、圧縮機の信頼性を向上したロータリ圧縮機を提供す
ることができる。
【0012】第2に、シリンダの吸入室あるいは圧縮機
の吸入通路内に潤滑油を噴出させ、冷凍サイクル内の作
動流体中の油循環量よりも、前記圧縮要素内部の作動流
体中の油循環量を増加させることにより、ベーンとロー
ラの接触部の摩耗を抑制し、圧縮機の信頼性を大幅に向
上したロータリ圧縮機を提供することができる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の構成等を図に示す実施例によ
って詳細に説明する。
【0014】図1は、本発明に係る横型ロータリ圧縮機
の一部縦断面図、図2は、図1のAーA断面に相当する
横断面図である。図1、図2において、1は密閉容器
で、固定子2及び回転子3からなる電動要素と、この電
動要素によって駆動される圧縮要素が収納されている。
4はシリンダ、5,6は主軸受、副軸受でシリンダ4の
両端開口を閉塞し、吸入室7と圧縮室8からなる作動室
を形成する。9はクランク軸で偏心部10を有し、この
偏心部10にローラ11が自転自在に嵌合されている。
【0015】12はベーンで、ローラ11に密閉容器1
内のガス圧(吐出圧)とスプリング13により押圧され
ることにより、シリンダ4内を吸入室7と圧縮室8に仕
切っている。14は密閉容器1の底部に貯溜されている
潤滑油、15は吸入パイプ、15aは吸入口、16は副
軸受6に設けられた吐出弁、16aは吐出口、17は吐
出室18を形成する吐出カバー、19は吐出パイプであ
る。また、20は主軸受5に取り付けられた吸込み流体
ダイオード、21は副軸受6に一体的に形成された吐出
し流体ダイオード、22は吐出カバー17に固着された
給油溝を形成した給油カバー、23、24はクランク軸
9に形成された給油穴及び給油溝である。
【0016】前記ベーン12には吸入室側面12aに凹
部乃至油溝30が設けられており、この油溝30はクラ
ンク軸9の回転角θが90°近傍でシリンダ4の吸入室
7と連通し、クランク軸9の回転角θが0°近傍で密閉
容器1内にたまった潤滑油14に連通するように形成さ
れている。なお、本発明におけるクランク軸の回転角θ
はベーンが最もシリンダの外方向に移動したときをクラ
ンク軸回転角の0°とする回転角であり、また、油溝3
0はクランク軸9のどの回転角においても、吸入室7と
空間4aの潤滑油14が同時に連通しないように構成さ
れている。
【0017】上記構成において、ロータリ圧縮機の圧縮
動作は以下のように行われる。電動要素に通電される
と、回転子3の回転はクランク軸9を駆動し、偏心部1
0に嵌合されたローラ11がシリンダ4内を偏心回転運
動する。ローラ11に押圧されたベーン12によってシ
リンダ4内を吸入室7と圧縮室8に仕切られることによ
り、吸入パイプ15より吸入室7内に吸入された作動流
体(冷媒ガス)は圧縮され、圧縮されたガスは吐出口1
6aから吐出弁16を通って副軸受6に形成された吐出
室18に入り、その後密閉容器1内に吐き出され、吐出
パイプ19より外部の冷凍サイクル(図示せず)に吐出
される。
【0018】軸受しゅう動部への給油は以下のように行
われる。クランク軸9の回転により、ローラ11に押圧
されたベーン12が往復運動し、ベーン背面部のスプリ
ング13が装着されている空間4aの容積が変化する。
この容積変化による往復ポンプ作用で、密閉容器1の底
部に貯溜された潤滑油14は吸込み流体ダイオード20
から吸引され、吐出し流体ダイオード21、給油パイプ
22を通って、クランク軸9に形成された給油穴23及
び給油溝23に供給され、軸受しゅう動部の潤滑がなさ
れる。
【0019】次に、ロータリ圧縮機におけるベーンとロ
ーラの接触部のトライボロジ課題について説明する。図
4は、冷蔵庫用ロータリ圧縮機における、クランク軸1
回転中のベーンとローラの相対すべり速度Vpの実験結
果を示す(回転速度60rps)。Vpの符号は、ロー
ラがクランク軸の回転方向と同じ方向にすべる場合をプ
ラス、逆方向にすべる場合をマイナスとする。また、図
5は、ローラの自転運動を拘束し、ベーンとローラが同
一箇所で往復しゅう動(矢印で図示)するようにし、か
つ、実働状態と同様の圧縮運転を実現できる実験機によ
り求めた、ベーンとローラの接触部の摩耗形態の模式図
である。
【0020】図4から、ベーンとローラの接触部のしゅ
う動状態は、クランク軸一回転中にベーンに対するロー
ラの相対的なすべり速度Vpがプラスからマイナス、そ
して再びプラスへと切り替わる往復しゅう動を行ってい
ることが分かる。そして、Vpの平均値はプラスになる
ことから、この往復しゅう動を繰り返しながらローラは
軸回転速度の1/10程度のゆっくりした速度でクラン
ク軸の回転と同じ方向に自転している。また、ベーンに
対するローラの相対的なすべり速度Vpがプラスからマ
イナスに切り替わりローラが逆転するクランク角位置
は、通常の圧力条件(吐出圧力Pd=1.185MP
a)ではクランク軸の回転角θが約90°の時であり、
これよりも吐出圧力が上昇して過負荷状態(吐出圧力P
d=1.573MPa)になった場合は、このローラが
逆転する回転角は約50°と小さくなってくる。
【0021】図5から、ベーンとローラの接触部の摩耗
形態は、往復しゅう動する区間の両端部、すなわち、ベ
ーンに対するローラのしゅう動方向が反転する点で摩耗
が深くなり(Δh:摩耗深さ)、特に、圧縮室側の端
部、すなわち、ベーンに対するローラの相対的なすべり
速度Vpがプラスからマイナスに切り替わりローラが逆
転を開始するクランク角位置(θ=90°近傍)で最も
摩耗が深く問題となることが明らかになった。これらの
実験結果から、ローラが逆転を開始するクランク軸の回
転角θが90°近傍で、シリンダの吸入室内のベーンと
ローラの接触部に潤滑油を供給してやることにより、摩
耗が最も問題となる点での潤滑状態が改善され、ロータ
リ圧縮機の信頼性を大幅に向上できることが明らかにな
った。
【0022】図3は、本発明に係るロータリ圧縮機のベ
ーンとローラの接触部への潤滑機構説明図でありベーン
は図1と逆にローラ11より上方に示されている。図3
の(a)はクランク軸9の回転角θが0°の場合で、ベ
ーン12の吸入室側面12a形成された油溝30がベー
ン背面部のスプリング13が装着されている空間に連通
しており、この油溝30内に破線矢印で図示するように
密閉容器1内の高圧(吐出圧)の潤滑油14が取り込ま
れる。ここで、潤滑油14中には通常10〜20重量%
程度の作動流体(冷媒)が溶解している。(b)は回転
角θが90°の場合で、この状態では油溝30は低圧の
吸入室7に連通し、油溝30内に取り込まれた潤滑油1
4中の冷媒が瞬時に発泡して体積膨張し、潤滑油14と
ともに破線矢印で図示するように、ベーン12とローラ
11の接触部に向かって噴出する。(c)は、回転角θ
が180°の場合で、この状態では油溝30は低圧の吸
入室7内に完全に露出し、油溝30内は低圧の冷媒ガス
で満たされる。さらにクランク軸の回転角θが270°
((d)図)と進んで、再び回転角θが0°で、油溝3
0がベーン背面部のスプリング13が装着されている空
間に連通すると、油溝30内の低圧の冷媒ガスと高圧の
潤滑油14との圧力差により、再び油溝30内に破線矢
印で図示するように密閉容器1内の高圧(吐出圧)の潤
滑油14が取り込まれる。
【0023】なお、凹部乃至油溝30はクランク軸9の
どの回転角においても、吸入室7と潤滑油14が同時に
連通しないように構成されており、潤滑油14の過剰な
供給による圧縮機の性能低下を防止している。以上の動
作が継続されて、ベーン12とローラ11の接触部に確
実に潤滑油が供給され、摩耗が最も問題となる点での潤
滑状態を大幅に改善でき、潤滑状態の厳しい代替フロン
を用いた場合でも圧縮機の信頼性を向上したロータリ圧
縮機を提供することができる。
【0024】図6は、本発明の他の実施例を示す縦型ロ
ータリ圧縮機の一部縦断面図、図7は、図6のAーA断
面に相当する横断面図である。図6、図7において、図
1,図2と同一符号を付したのものは、同一部品であり
同一作用をなす。本発明の縦型ロータリ圧縮機の圧縮動
作は、図1,図2で示した横型ロータリ圧縮機の場合と
同様だが、軸受しゅう動部への給油機構が異なってい
る。
【0025】図6において、9aは、クランク軸9の下
端に装着された給油ピースで、密閉容器1内の潤滑油1
4中に浸っている。軸受しゅう動部への給油は、クラン
ク軸9の回転による遠心ポンプ作用により、密閉容器1
の底部に貯溜された潤滑油14がクランク軸9の給油穴
より若干小径の開口を有する給油ピース9aより吸引さ
れ、クランク軸9に形成された給油穴23及び給油溝2
3に供給され、軸受しゅう動部の潤滑がなされる。
【0026】これにより、ローラ11の内面は常に潤滑
油14が充満している。31は、シリンダ4の両端開口
を閉塞する主軸受5及び副軸受6の端板に形成された凹
部乃至円形溝である。凹部31はクランク軸9の回転角
90°近傍でシリンダ4の吸入室7と連通し、クランク
軸9の回転角0°近傍でローラ11の内面にたまった潤
滑油14に連通し、両者同時には連通しないようになっ
ている。
【0027】図8は、本発明の他の実施例を示す縦型ロ
ータリ圧縮機のベーンとローラの接触部への潤滑機構説
明図である。図8の(a)はクランク軸9の回転角θが
0°の場合で、シリンダ4の両端開口を閉塞する主軸受
5及び副軸受6の端板に形成された凹部乃至円形溝31
がベーン背面部のスプリング13が装着されている空間
に連通しており、この溝31内に破線矢印で図示するよ
うにローラ11の内面にたまった高圧(吐出圧)の潤滑
油14が取り込まれる。ここで、潤滑油14中には通常
10〜20重量%程度の作動流体(冷媒)が溶解してい
る。
【0028】(b)は回転角θが90°の場合で、この
状態では溝31は低圧の吸入室7に連通し、溝31内に
取り込まれた潤滑油14中の冷媒が瞬時に発泡して体積
膨張し、潤滑油14とともに破線矢印で図示するよう
に、ベーン12とローラ11の接触部に向かって噴出す
る。
【0029】(c)は、回転角θが180°の場合で、
この状態では溝31は低圧の吸入室7内に完全に露出
し、溝31内は低圧の冷媒ガスで満たされる。さらにク
ランク軸の回転角θが270°((d)図)と進んで、
再び回転角θが0°になり、溝31がローラ11内面の
潤滑油14中に連通すると、溝31内を満たしていた低
圧の冷媒ガスとローラ11内面の高圧の潤滑油14との
圧力差により、再び溝31内に破線矢印で図示するよう
に潤滑油14が取り込まれる。
【0030】なお、溝31はクランク軸9のどの回転角
においても、吸入室7と空間4aの潤滑油14とが同時
に連通しないように構成されており、潤滑油14の過剰
な供給による圧縮機の性能低下を防止している。以上の
動作が継続されて、ベーン12とローラ11の接触部に
確実に潤滑油が供給され、摩耗が最も問題となる点での
潤滑状態を大幅に改善でき、潤滑状態の厳しい代替フロ
ンを用いた場合でも圧縮機の信頼性を向上したロータリ
圧縮機を提供することができる。なお、凹部31は円形
溝とした場合エンドミル、ドリル等により容易に加工,
形成することができる。
【0031】以上は、摩耗が最も問題となるクランク軸
の回転角90°近傍で、シリンダの吸入室側のベーンと
ローラの接触部に潤滑油を供給し、潤滑状態を大幅に改
善する実施例を示したが、本発明者による別の実験か
ら、吸入ガスとともに圧縮機に戻ってくる冷凍サイクル
の作動流体中の極微量の潤滑油も、ベーンとローラの接
触部の摩耗抑制に大きく寄与することが分かった。
【0032】図9は、冷蔵庫用ロータリ圧縮機におけ
る、冷凍サイクルの作動流体中の油循環量gとローラ,
ベーン摩耗深さΔhの関係を示す実験結果である。これ
より、冷凍サイクルの作動流体中の油循環量gを増加さ
せてやることによっても、吸入ガスとともに常に油がミ
スト状態でベーンとローラの接触部に供給されるように
なり、僅かな潤滑油の供給で効果的にローラ,ベーンの
摩耗が防止できることが分かる。なお、冷凍サイクルの
性能上は、サイクルの作動流体中の油循環量gは凝縮器
及び蒸発器における熱交換性能を低下させるので、でき
るだけ少ないほうが望ましいため、サイクル中の油循環
量は従来と同等で、圧縮機内だけ作動流体中の油循環量
を増加できる機構が必要になる。
【0033】図10は、本発明の別の実施例を示す横型
ロータリ圧縮機の横断面図、図11は、図10における
吸入経路の部分拡大縦断面図である。この実施例におけ
るロータリ圧縮機の基本構造は、図1,図2で示した第
1の実施例と同様であり、同一符号を付したのものは、
同一部品であり同一作用をなすため、圧縮動作ならびに
軸受しゅう動部への給油機構の説明は省略する。第1の
実施例とは吸入経路が異なり、シリンダ4の横方向から
冷媒ガスを吸入する構造になっている。
【0034】図10、図11において、32はベーン1
2の吸入室7側の端面を一部分切り欠く形で形成された
油溜め溝で、この油溜め溝32はクランク軸9の回転角
θが90°近傍でシリンダ4の端面に形成された油供給
溝33と連通し、クランク軸9の回転角θが0°近傍で
密閉容器1内にたまった潤滑油14に連通するように形
成されている。なお、油溜め溝32はクランク軸9のど
の回転角においても、油供給溝33と潤滑油14が同時
に連通しないように構成されている。
【0035】4bはシリンダ4に形成された吸入通路
で、一端には吸入パイプ15が圧入固定されており、実
線矢印で図示するように吸入パイプ15に流入してきた
冷媒ガスがクランク軸9の回転角θが90°近傍のベー
ン12とローラ11の接触部付近に向かうように構成さ
れている。34は油供給溝33と吸入通路4bとをつな
ぐ油供給穴で、油供給穴34内には吸入通路4b内に突
き出す形で油噴出パイプ35が固着されている。
【0036】このように構成された横型ロータリ圧縮機
の、ベーンとローラの接触部への潤滑機構について説明
する。ベーン12に形成された油溜め溝32は、クラン
ク軸9の回転角θが0°近傍でベーン背面部のスプリン
グ13が装着されている空間にある潤滑油14に連通
し、この油溜め溝32に高圧(吐出圧)の潤滑油14が
取り込まれる。ここで、潤滑油14中には通常10〜2
0重量%程度の作動流体(冷媒)が溶解している。クラ
ンク軸の回転角θが90°近傍で、油溜め溝32は油供
給溝33に開口し、油供給穴34及び油噴出パイプ35
を通して低圧の吸入通路4b内に連通する。
【0037】そして、油溜め溝32内に取り込まれた潤
滑油14中の冷媒が瞬時に発泡して体積膨張して油供給
溝33,油供給穴34及び油噴出パイプ35を通って吸
入通路4b内に流出し、吸入パイプ15に流入してきた
冷媒ガスとともに破線矢印で図示するようにミスト状の
潤滑油14となり、吸入室7内のベーン12とローラ1
1の接触部に向かって噴出し潤滑に供される。この状態
では油溜め溝32内は低圧の冷媒ガス(一部低圧の油が
混入)状態になる。
【0038】さらにクランク軸の回転角θが進んで、再
び回転角θが0°になり、油溜め溝32が潤滑油14中
に連通すると、油溜め溝32内を満たしていた低圧の冷
媒ガスとベーン背面部のスプリング13が装着されてい
る空間にある高圧の潤滑油14との圧力差により、再び
溝32内に潤滑油14が取り込まれる。なお、溝32は
クランク軸9のどの回転角においても、吸入通路4bと
高圧の潤滑油14とが同時に連通しないように構成され
ており、潤滑油14の過剰な供給による圧縮機の性能低
下を防止している。
【0039】以上の動作が継続されて、冷凍サイクル内
の作動流体中の油循環量よりも、圧縮要素内部の作動流
体中の油循環量を増加させることができ、作動流体とと
もにベーン12とローラ11の接触部に確実に潤滑油が
供給されるため、摩擦・摩耗が最も問題となる点での潤
滑状態が大幅に改善され、潤滑状態の厳しい代替フロン
を用いた場合でも圧縮機の性能及び信頼性を向上したロ
ータリ圧縮機を提供することができる。
【0040】本発明の他の実施例を図12に示す。図1
2は、本発明のロータリ圧縮機を適用した冷凍サイクル
構成を示している。この冷凍サイクルは、本発明のロー
タリ圧縮機36、凝縮器37、膨張弁38、蒸発器39
から構成されている。また、本発明のロータリ圧縮機3
6は、密閉容器1内に固定子2と回転子3を有する電動
要素と、この電動要素により駆動される圧縮要素を収納
している。
【0041】圧縮要素は、シリンダ4、主軸受5、副軸
受6、クランク軸9、クランク軸9の偏心部10に自転
自由に嵌合されたローラ11、このローラ11に先端部
を接して往復しゅう動しシリンダ4内に圧縮作動室を区
画するベーン12からなる。また、この圧縮要素にはク
ランク軸9の回転角90°近傍でシリンダ4の吸入側に
潤滑油14を供給する油供給装置が備えてある。そし
て、吸入パイプ15と吐出パイプ19からなる。
【0042】このように構成された冷凍サイクルにおい
て、電動要素に通電することにより回転子3に固定され
たクランク軸9が回転し、シリンダ4内で冷媒の圧縮作
用が行われる。圧縮された高温・高圧の冷媒は矢印のご
とく吐出パイプ19から凝縮器37に流入し、熱交換を
行って液化し、膨張弁38で絞られて断熱膨張して低温
・低圧となり、蒸発器39により熱交換してガス化され
た後、吸入パイプ15を経てロータリ圧縮機36に吸入
される。
【0043】なお、冷凍サイクルの作動流体にはオゾン
層破壊の問題のないHFC(ハイドロフルオロカーボ
ン)系のフロンを使用している。この冷凍サイクルは、
冷凍あるいは冷房専用のサイクルであるが、本発明のロ
ータリ圧縮機を搭載しているので、しゅう動条件の厳し
いローラとベーンの接触部に十分に潤滑油を供給するこ
とができ、ローラ、ベーンの摩耗の問題が解消され、信
頼性の高い冷凍・空調システムが得られる。
【0044】これまでに述べた実施例では、ロータリ圧
縮機として1シリンダの圧縮機を例に挙げて説明した
が、本発明はこれ以外に2シリンダのロータリ圧縮機に
も適用することができる。また、圧縮機以外に本発明と
同様のロータリ形式を有する膨張機や真空ポンプにも適
用することができる。
【0045】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、ロータリ圧縮機の信頼性上最も問題となるローラ
とベーンの摩耗を、ローラとベーンのしゅう動形態から
最も油切れが起こりやすい、クランク軸の回転角90°
近傍のローラとベーンの接触部へ油供給装置により潤滑
油を供給してやることにより解消できるため、信頼性の
高いロータリ圧縮機が得られる。また、ローラとベーン
の摩耗が問題となる箇所に効果的に潤滑油を供給できる
ため、潤滑油の供給量を必要最小限に少なくでき、圧縮
機の性能低下を防止できる。さらに、このようなロータ
リ圧縮機をオゾン層破壊の問題がない代替フロンを用い
た冷凍サイクルに搭載することにより、エネルギ効率に
優れ、信頼性の高い冷凍・空調システムを提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例における横型ロータリ圧縮機
の縦断面図、
【図2】本発明の1実施例における横型ロータリ圧縮機
を示す図1のA−A横断面図、
【図3】本発明の1実施例における横型ロータリ圧縮機
のローラ、ベーン接触部の潤滑機構説明図、
【図4】ローラとベーンの接触部における相対すべり速
度の実験値を示す図、
【図5】ローラとベーンの接触部における摩耗形態を示
す摸式図、
【図6】本発明の他の実施例における縦型ロータリ圧縮
機の縦断面図、
【図7】本発明の他の実施例における縦型ロータリ圧縮
機を示す図6のA−A横断面図、
【図8】本発明の他の実施例における縦型ロータリ圧縮
機のローラ、ベーン接触部の潤滑機構説明図、
【図9】サイクル中の油循環量とローラ、ベーン摩耗深
さの関係を示す実験値、
【図10】本発明のさらに他の実施例における横型ロー
タリ圧縮機の横断面図、
【図11】本発明のさらに他の実施例における他の横型
ロータリ圧縮機の吸入経路の一部拡大縦断面図、
【図12】本発明におけるロータリ圧縮機を搭載した冷
凍サイクルを示す図である。
【符号の説明】
1…密閉容器、2…固定子、3…回転子、4…シリン
ダ、4a…空間、4b…吸入通路、5…主軸受、6…副
軸受、7…吸入室、8…圧縮室、9…クランク軸、9a
…給油ピース、10…偏心部、11…ローラ、12…ベ
ーン、13…スプリング、14…潤滑油、15…吸入パ
イプ、15a…吸入口、16…吐出弁、16a…吐出
口、17…吐出カバー、18…吐出室、19…吐出パイ
プ、20…吸込み流体ダイオード、21…吐出し流体ダ
イオード、22…給油パイプ、23…給油穴、24…給
油溝、30,31,32…油溝、33…油供給溝、34
…油供給穴、35…油噴出パイプ、36…ロータリ圧縮
機、37…凝縮器、38…膨張弁、39…蒸発器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林昌寛 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉容器内に、固定子及び回転子を有す
    る電動要素と、この電動要素により駆動されるクランク
    軸、このクランク軸の偏心部に回転自在に嵌合されたロ
    ーラ、このローラに先端を接して往復運動し、シリンダ
    内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク
    軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端
    板を有する主軸受及び副軸受で形成される圧縮要素を収
    納したロータリ圧縮機において、ベーンが最もシリンダ
    の外方向に移動したときをクランク軸回転角の0°とし
    て、この回転角90°近傍において、シリンダの吸入室
    の中に密閉容器内にたまった潤滑油を供給する油供給手
    段を備えたロータリ圧縮機。
  2. 【請求項2】 密閉容器内に、固定子及び回転子を有す
    る電動要素と、この電動要素により駆動されるクランク
    軸、このクランク軸の偏心部に回転自在に嵌合されたロ
    ーラ、このローラに先端を接して往復運動し、シリンダ
    内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク
    軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端
    板を有する主軸受及び副軸受で形成される圧縮要素を収
    納したロータリ圧縮機において、ベーンに対するローラ
    の相対的なしゅう動方向変化に対応してベーンとローラ
    の接触部に潤滑油を供給する油供給手段を備えたロータ
    リ圧縮機。
  3. 【請求項3】 密閉容器内に収納された回転圧縮要素の
    シリンダの両端開口を閉塞する主軸受及び副軸受にクラ
    ンク軸が軸支され、このクランク軸の回転による給油ポ
    ンプ作用によって前記密閉容器内底部にたまった潤滑油
    を吸引し、前記回転圧縮要素の軸受しゅう動部に給油す
    るロータリ圧縮機において、クランク軸の給油ポンプ作
    用で汲み上げられた潤滑油の一部をクランク軸の回転角
    90°近傍で、シリンダの吸入室内に供給する油供給手
    段を備えたロータリ圧縮機。
  4. 【請求項4】 密閉容器内に、固定子及び回転子を有す
    る電動要素と、この電動要素により駆動されるクランク
    軸、このクランク軸の偏心部に回転自在に嵌合されたロ
    ーラ、このローラに先端を接して往復運動し、シリンダ
    内を吸入室と圧縮室に仕切るベーン、及び前記クランク
    軸を軸支し、かつ前記シリンダの両端開口を閉塞する端
    板を有する主軸受及び副軸受で形成される圧縮要素を収
    納したロータリ圧縮機において、前記シリンダの吸入室
    あるいは圧縮機の吸入経路内に潤滑油を噴出させ、冷凍
    サイクル内の作動流体中の油循環量よりも、前記圧縮要
    素内部の作動流体中の油循環量を増加させる油供給手段
    を備えたロータリ圧縮機。
  5. 【請求項5】 シリンダへの作動流体の流入方向が、ク
    ランク軸の回転角90°近傍のベーンとローラの接触部
    付近に向かうように構成した請求項1〜4のいずれかに
    記載のロータリ圧縮機。
  6. 【請求項6】 油供給手段が、ベーン側面に形成された
    凹部であり、該凹部はクランク軸の回転角90°近傍で
    シリンダの吸入室と連通し、クランク軸の回転角0°近
    傍で密閉容器内にたまった潤滑油に連通し、両者同時に
    連通することがない請求項1記載のロータリ圧縮機。
  7. 【請求項7】 油供給手段が、シリンダの両端開口を閉
    塞する端板に形成された凹部であり、該凹部はクランク
    軸の回転角90°近傍でシリンダの吸入室と連通し、ク
    ランク軸の回転角0°近傍でローラの内面にたまった潤
    滑油に連通し、両者同時に連通することがない請求項3
    記載のロータリ圧縮機。
  8. 【請求項8】 請求項1〜4のいずれかに記載のロータ
    リ圧縮機を用いた冷凍・空調システム。
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