JPH109167A

JPH109167A - ロータリ圧縮機

Info

Publication number: JPH109167A
Application number: JP15949996A
Authority: JP
Inventors: Masaki Koyama; 昌喜小山; Eiichi Sato; 栄一佐藤; Muneo Mizumoto; 宗男水本; Hirokatsu Kosokabe; 弘勝香曽我部; Hiroaki Hatake; 裕章畠
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-06-20
Filing date: 1996-06-20
Publication date: 1998-01-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ロータリ圧縮機のローラとベーン間の接触部
で、高圧冷媒を用いた場合でも、トライボロジーの問題
を解決でき、性能および信頼性の向上が図れるロータリ
圧縮機を提供する。【解決手段】ローラ１１の端面に穴を設ける、あるいは
異種材料を埋め込む、または元素注入などの処理をロー
ラの一部に施すことにより、ローラに質量の不均一部を
設け、ローラの質量中心をクランク軸９の偏心部１０に
対する回転中心からずらす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はロータリ圧縮機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来例のロータリ圧縮機について図６を
参照して説明する。

【０００３】密閉容器１内に固定子２および回転子３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
縮要素が収納される。圧縮要素はクランク軸９の偏心部
１０に回転自在に嵌合されたローラ１１が、クランク軸
９の回転によってシリンダ４内を偏心回転運動する。そ
してローラ１１に押圧されたベーン１２によってシリン
ダ内を仕切られ、吸入パイプ１５より吸入された作動流
体（冷媒ガス）を圧縮する。圧縮されたガスは密閉容器
内に吐き出され、吐出パイプ１９より外部の冷凍サイク
ルに吐出される。

【０００４】このような構成のロータリ圧縮機におい
て、信頼性上最も重要なのがローラ１１とベーン１２お
よびシリンダ４間の潤滑，摩耗防止といったトライボロ
ジーに関する問題である。通常、ローラ１１とベーン１
２およびシリンダ４は金属材料同士の組み合わせで用い
られており、潤滑不良の場合は異常摩耗が発生し圧縮性
能が低下するという問題があった。

【０００５】ローラとベーン及びシリンダ間の潤滑改善
の公知例としてはかなり多くあるが、そのほとんどはロ
ーラ及びベーンの摺動面への給油量を多くし、耐摩耗性
を向上させようとするものである。それらの一例として
は特開平6−257576 号公報がある。

【０００６】特開平6−257576 号公報に記載の圧縮機
は、ローラ及びベーンの側壁面に、潤滑油保持用の斜め
の溝を設けたものである。このため、潤滑油が保持され
やすくはなるが、さらに潤滑油の供給がとぎれ続けた場
合には溝内には潤滑油はあるが、ローラとベーンの接触
面には潤滑油がなく、ローラとベーンの間の凝着が起こ
りやすくなる。そのため、ローラの回転運動が止まり、
ローラとベーンの間の相対運動が起こらなくなり、ロー
ラの局部的な異常摩耗が起こることが懸念される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のロータリ圧縮機
では、ローラとベーン間の接触部は線接触となるため面
圧が非常に高く、また高温高圧となる。このため接触界
面は油膜形成が困難な境界潤滑領域となり、異常摩耗が
起こりやすい。

【０００８】それに加え、従来冷凍・空調機器の作動流
体として使用されてきたフロンＣＦＣ１２，ＨＣＦＣ２
２などは分子中に塩素を持つため、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いる。そこ
で、オゾン層破壊の心配がない代替フロンに切り替える
必要があり、これら代替フロンとしては、分子中に塩素
を持たないＨＦＣ系の冷媒が最有力候補となっている。
この代替フロンの中でも、ＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５の
共沸２種混合冷媒のような高圧冷媒を用いた場合には使
用圧力が従来の冷媒に比べ１.５倍程度大きくなる。ベ
ーンのローラへの押し付けは、圧縮機の吐出圧によって
行っているため、ローラとベーンの間の接触圧力は従来
の１.５倍ほどに大きくなる。そのためローラ・ベーン
間の摩擦力が大きくなり、ローラは回転運動せずに、ベ
ーンと１箇所のみで接触するということが問題となる。

【０００９】本発明の目的は潤滑状態が厳しい環境下
で、ベーン押し付け圧力が増大する高圧冷媒を使用した
場合でも、ローラとベーン間の接触部におけるトライボ
ロジーの問題を解決でき、かつ圧縮性能の高いロータリ
圧縮機を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、以下の技術的手段がある。

【００１１】（１）密閉容器内に固定子および回転子を
有する電動要素、前記電動要素により駆動されるクラン
ク軸、前記クランク軸の偏心部に回転自在に嵌合された
ローラ、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリン
ダ内を低圧の吸入室と高圧の圧縮室に仕切るベーン、前
記クランク軸を支持し、前記シリンダ内の両端開口を閉
塞する端板を有する主軸受で形成される圧縮要素を収納
したロータリ圧縮機で、前記ローラの質量中心をローラ
の前記クランク軸の偏心部に対する回転軸上からずらす
質量の不均一部を設ける。

【００１２】（２）密閉容器内に固定子および回転子を
有する電動要素、前記電動要素により駆動されるクラン
ク軸、前記クランク軸の偏心部に回転自在に嵌合された
ローラ、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリン
ダ内を低圧の吸入室と高圧の圧縮室に仕切るベーン、前
記クランク軸を支持し、前記シリンダ内の両端開口を閉
塞する端板を有する主軸受で形成される圧縮要素を収納
したロータリ圧縮機で、前記ローラの質量中心をローラ
の前記クランク軸の偏心部に対する回転軸上から１.０
×１０~⁴kg・ｍ以上２.０×１０~³kg・ｍ以下の範囲で
偏心させる質量の不均一部を設ける。

【００１３】（３）（１）または（２）において、ロー
ラ端面の一部に穴をあける。

【００１４】（４）（１）または（２）において、ロー
ラの端面の一部にローラ材とは別の材料を埋め込む。

【００１５】（５）（１）または（２）において、前記
ローラの円周面の一部のみにローラ材を形成する元素と
は異なる元素をスパッタ，蒸着あるいは注入などの処理
をし、さらにローラ円周全面に別の表面処理を施す。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
従って説明する。

【００１７】図６は本発明を実施する横型ロータリ圧縮
機の一部の縦断面図、図７は図６のＣ−Ｃ断面図であ
る。図６，図７で、密閉容器１は、固定子２および回転
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。シリンダ４は、主軸受
５，副軸受６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。クランク軸９
は偏心部１０を有し、この偏心部１０にローラ１１が回
転自在に嵌合されている。ベーン１２は、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内を低圧の吸入室
７と高圧の圧縮室８に仕切っている。

【００１８】この構成で、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１０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に仕切ることによって、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１６ａから吐
出弁１６を通って副軸受６と吐出カバー１７により形成
された吐出室１８に入り、その後密閉容器１内に吐出さ
れ、吐出パイプ１９により外部の冷凍サイクルに（図示
せず）に吐出される。

【００１９】軸受摺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の底部に貯留
された潤滑油１４は吸い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に形成された給油孔２３および給
油溝２４に供給され、軸受摺動部の潤滑がなされる。

【００２０】次に、ローラ１１とベーン１２およびシリ
ンダ４間の接触部への給油は、軸受摺動部へ給油した潤
滑油のローラ１１の両端面からシリンダ４内への漏れ
分，冷凍サイクル内の冷媒中に含まれる潤滑油のシリン
ダ４内への吸入分、そしてベーン背面部の潤滑油がシリ
ンダ４とベーン１２の隙間からシリンダ４内へ漏れた分
で行っており、油量は毎分数ミリリットル程度である。
また。それらの潤滑油がすべてローラ１１とベーン１２
摺動面の潤滑に寄与するのではなく、実際には極微量が
寄与し、残りはシリンダ４内でミスト状となり冷媒ガス
とともに冷凍サイクル内に吐き出される。

【００２１】この構成のロータリ圧縮機では、ローラ１
１とベーン１２は次のような挙動を示す。ローラ１１と
偏心部１０とは回転自在に嵌合されており、そのため、
ローラと偏心部の間の摩擦力とローラとベーン１２の間
の摩擦力の釣り合いによって、ローラはベーンに対して
回転したり、または静止したりする。そのため、ローラ
とベーンの間の潤滑状態を向上し、摩耗を防止するため
にはローラはベーンに対して静止せずに常に回転により
相対運動していなければならない。ローラとベーンが相
対速度を持つことでローラとベーンの間には油膜が形成
されやすくなり、またベーンはローラの１箇所で接触し
続けることがなくなるので異常摩耗が起こらない。ただ
し、ローラがクランク軸に固定されているような程の速
度で回転した場合には、ローラとベーンの間の機械損失
が大きくなり、圧縮機の効率を落とすことになる。その
ため、ローラはベーンに対して静止することなく、かつ
適当な速度で回転していなければならない。

【００２２】特にＨＦＣ３２とＨＦＣ１２５の共沸２種
混合冷媒のような高圧冷媒を用いた場合には使用圧力が
従来の冷媒に比べ１.５倍程度大きくなる。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
るベーンは、従来の冷媒を用いた場合に比べ１.５倍ほ
どの荷重でローラへ押し付けられる。そのためローラ，
ベーン間の摩擦力が大きくなり、ローラは回転運動せず
に、ベーンと１箇所のみで接触しやすくなる。

【００２３】この場合、ローラ１１と偏心部１０との間
の摩擦力だけでローラを回転させることは困難となるた
め、他の手段によってローラ１１を適当な速度に回転さ
せる必要がある。

【００２４】本発明はローラ１１を回転させる手段とし
て、クランク軸９の偏心部１０に対するローラ１１の回
転中心からローラ１１の質量中心を偏心させることによ
り、ローラ１１に遠心力が作用し、その効果でローラ１
１をベーン１２に対して回転させる。また、このときの
遠心力の作用によるローラ１１の回転力は、ベーン１２
の押し付け力の増加分を相殺するだけの大きさとし、偏
心量を１.０×10~⁴kg・ｍ以上２.０×１０~³kg・ｍ以下
の範囲とした。

【００２５】以下に機構，動作および効果について説明
する。

【００２６】本発明の一実施例を図１または図２により
説明する。

【００２７】図１は本発明を実施するロータリ圧縮機の
シリンダ４部分の構成を示す斜視図であり、ローラ１１
の一部に穴１１ａを設けることで、クランク軸９の偏心
部１０に対するローラの回転中心からローラの質量中心
をずらした例である。本実施例ではローラ１１に穴１１
ａを設け、しかもその穴をローラの端面に沿って円周全
体には設けずに、一部分のみ穴をあけずに残すことによ
り、その部分の質量を他の部分より大きくし、ローラの
質量を不均一分布とする。それにより、クランク軸９の
回転によりローラが回転する際にはローラには遠心力が
作用するようになり、クランク軸の偏心部に対して回転
しやすくなる。さらにその回転速度はローラの作用する
遠心力とローラ・ベーン間の摩擦力、さらにローラ・ク
ランク軸偏心部間の摩擦力の釣り合いによって決まるた
め、ローラの材質、あるいは圧縮機の運転条件等により
穴の径、および数を適当に設け、偏心量を１.０×10~⁴k
g・ｍ以上２.０×１０~³kg・ｍ以下の範囲とすること
により、ローラの回転力をベーン１２の押し付け力増加
分とし、適当な速度で相対運動させることができる。こ
れによりローラ・ベーン間の潤滑状態の改善、および異
常摩耗の防止が図れ、かつ圧縮性能を損なうことがなく
なる。

【００２８】本実施例では穴１１ａの数を９個にした
が、この数、および穴の径の大きさはローラ材の材質，
圧縮機の運転条件等により決定する。

【００２９】図３に示す実施例はローラ１１に質量不均
一部を、ローラ１１端面の一部に穴を設け、そこにロー
ラ材とは密度の異なる他の材料１１ｂを埋め込むことに
より形成した例である。本実施例の場合には、埋め込み
材料１１ｂの密度がローラ材の密度よりも大きいときに
は、ローラに穴をあけて他の材料を埋め込むという加工
工程が少なくてすむという利点がある。図に示した実施
例ではローラの３箇所に埋め込み加工を施しているが、
この数は埋め込み材料の密度と数によって決まるローラ
の遠心力の効果の大きさによって決まるものであり、埋
め込み加工は３箇所に限ったものではない。また、ロー
ラ材より密度の小さい材料を埋め込む場合には加工箇所
を増やさなければならない。

【００３０】図４に示す実施例はローラ１１の質量不均
一部として、ローラの円周面上にローラ材とは密度の異
なる元素をスパッタ，蒸着あるいは打ち込みなどの手法
により他元素を偏析させた部分１１ｄを設けた例であ
る。この場合、他元素の偏析している部分としていない
部分とで摩擦摩耗挙動が異なってしまう恐れがあるの
で、ローラ表面にはローラ円筒面全周にわたって耐摩耗
コーティング１１ｃが施してある。図に示した実施例で
はローラ円筒面の１／４周ほどの面に他元素の打ち込み
を行っているが、これは打ち込み元素がローラ材よりも
重い元素の場合である。打ち込みを行う範囲は打ち込む
元素の質量と密度、および打ち込み深さによって決ま
る。

【００３１】図５に示す実施例はローラ１１を外周側と
内周側との二つに分割し、ローラ材とは材質の異なる埋
め込み材料１１ｂを回転を防ぐためのキーとしての作用
を持つような形状で設けた例である。この場合はローラ
の外周側の内周面および内周側の外周面にそれぞれキー
溝を設けておかなければならない。また、この場合の埋
め込み材料１１ｂはローラ材より密度の大きな材料にし
ておかなければならない。本実施例ではローラの内周側
と外周側とを分割するため、内周側を外周側よりも密度
の小さい材料でつくることにより、ローラ全体の軽量化
が図れ、質量の不均一部を設けるローラの回転を誘起す
る遠心力の効果をより大きくすることができる。

【００３２】本発明では１シリンダタイプのロータリ圧
縮機を例に説明したが、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。さらに圧縮機以外にも本発明
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
適用可能である。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、潤滑状態が厳しい代替
フロン環境下でも、ローラとベーンは常に相対運動する
ことにより、ローラとベーン間の潤滑状態が大幅に改善
され、圧縮性能およ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すロータリ圧縮機のシリ
ンダ部分の構成を示す斜視図。

【図２】図１のロータリ圧縮機で用いられているローラ
の斜視図。

【図３】本発明の第二の実施例を示すローラの斜視図。

【図４】本発明の第三の実施例を示すローラの斜視図。

【図５】本発明の第四の実施例を示すローラの斜視図。

【図６】本発明のロータリ圧縮機の部分断面図。

【図７】図６のＣ−Ｃ断面図。

【符号の説明】４…シリンダ、１１…ローラ、１１ａ…穴、１１ｂ…異
種材料埋め込み部、１１ｃ…異種元素偏析部、１２…ベ
ーン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者香曽我部弘勝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 (72)発明者畠裕章栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地株式会社日立製作所冷熱事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内に固定子および回転子を有する
電動要素、前記電動要素により駆動されるクランク軸、
前記クランク軸の偏心部に回転自在に嵌合されたロー
ラ、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内
を低圧の吸入室と高圧の圧縮室に仕切るベーン、前記ク
ランク軸を支持し、前記シリンダ内の両端開口を閉塞す
る端板を有する主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、前記ローラの質量中心を前記
ローラの前記クランク軸の偏心部に対する回転軸上から
偏心させる質量の不均一部を設けたローラを用いたこと
を特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項２】密閉容器内に固定子および回転子を有する
電動要素、前記電動要素により駆動されるクランク軸、
前記クランク軸の偏心部に回転自在に嵌合されたロー
ラ、前記ローラに先端を接して往復運動し、シリンダ内
を低圧の吸入室と高圧の圧縮室に仕切るベーン、前記ク
ランク軸を支持し、前記シリンダ内の両端開口を閉塞す
る端板を有する主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、前記ローラの質量中心を前記
ローラの前記クランク軸の偏心部に対する回転軸上から
１.０×１０~⁴kg・ｍ以上２.０×１０~³kg・ｍ以下の範
囲で偏心させる質量の不均一部を設けたローラを用いた
ことを特徴とするロータリ圧縮機。
【請求項３】請求項１または２において、前記ローラ端
面の一部に穴をあけているロータリ圧縮機。
【請求項４】請求項１または２において、前記ローラの
端面の一部にローラ材とは別の材料を埋め込んだロータ
リ圧縮機。
【請求項５】請求項１または２において、前記ローラの
円周面の一部のみにローラ材を形成する元素とは異なる
元素をスパッタ，蒸着あるいは注入などの処理をし、さ
らにローラ円周全面に別の表面処理を施したロータリ圧
縮機。