特許 6403603 回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6403603

(24)【登録日】2018年9月21日

(45)【発行日】2018年10月10日

(54)【発明の名称】回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置

(51)【国際特許分類】

   F04C 18/356 20060101AFI20181001BHJP

   F04C 29/02 20060101ALI20181001BHJP

   F04C 29/00 20060101ALI20181001BHJP

【ＦＩ】

   F04C18/356 Q

   F04C29/02 311B

   F04C29/00 A

   F04C18/356 A

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-31658(P2015-31658)

(22)【出願日】2015年2月20日

(65)【公開番号】特開2016-153614(P2016-153614A)

(43)【公開日】2016年8月25日

【審査請求日】2017年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】505461072

【氏名又は名称】東芝キヤリア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088720

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 眞一

(74)【代理人】

【識別番号】100118430

【弁理士】

【氏名又は名称】中原 文彦

(72)【発明者】

【氏名】平山 卓也

(72)【発明者】

【氏名】木村 茂喜

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭４９−０７７２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２３７３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５２−１５４１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４９１１６２４（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２９４３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭３９−００３４８２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 実公昭２６−００７６７１（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開昭６４−００３２９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １８／３５６

Ｆ０４Ｃ ２９／００

Ｆ０４Ｃ ２９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にシリンダ室を有するシリンダと、前記シリンダ室内で偏心回転するローラと、往復移動可能に設けられて先端部を前記ローラの外周面に当接させることにより前記シリンダ室内を吸込室と圧縮室とに二分するブレードとを備える回転式圧縮機において、
前記ブレードの先端部に、このブレードの高さ方向に沿って設けられ、前記ブレードの幅寸法より小さな内径寸法を有するとともに前記ローラに対向する位置にこの内径寸法より小さな幅寸法の開口部を有する嵌合孔が形成され、
前記嵌合孔に、長尺状に形成されて前記開口部に臨む領域に平面状のローラ当接面を有する棒状体がその中心線回りに回動可能に嵌合され、前記棒状体の中心線回りの回動量を規制する回動量規制部を有することを特徴とする回転式圧縮機。

【請求項2】

前記棒状体の中心線を通る前記棒状体の径方向の最小寸法は、前記開口部の幅寸法より大きいことを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。

【請求項3】

前記ブレードに、このブレードの往復移動方向に沿って設けられ、前記開口部の幅寸法より小さい幅寸法を有するとともに前記開口部の投影面内に位置する給油通路が形成されていることを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。

【請求項4】

前記嵌合孔の内周部と前記棒状体の外周部との少なくとも一方に、前記棒状体の中心線方向に延出する給油溝が形成され、この給油溝は前記棒状体の中心線から見て前記ブレードの往復移動方向から外れた位置に位置していることを特徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか一項に記載の回転式圧縮機と、前記回転式圧縮機に接続される凝縮器と、前記凝縮器に接続される膨張装置と、前記膨張装置と前記回転式圧縮機との間に接続される蒸発器とを備えることを特徴とする冷凍サイクル装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ガス冷媒等の作動流体を圧縮する回転式圧縮機としては、内部にシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ室内で偏心回転するローラと、往復移動可能に設けられて先端部をローラの外周面に当接させることによりシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに二分するブレードとを備えたものが知られている。

【0003】

このような回転式圧縮機において、圧縮性能を維持するとともに耐久性を高めることにより回転式圧縮機としての信頼性を向上させるためには、ブレードとローラとの当接部の摩耗を抑えることが必要である。

【0004】

ローラとブレードとの当接部の摩耗を抑えるようにした回転式圧縮機としては、ブレードの先端部に円柱体を回転可能に取付けたもの（下記特許文献１参照）や、ブレード先端部の曲率半径をブレードの幅より大きくしたもの（下記特許文献２参照）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−１４４９７５号公報

【特許文献2】特開２００５−１４０１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された回転式圧縮機においては、円柱体の曲率半径が小さいため、ブレードとローラとの当接部におけるヘルツ応力が大きくなり、ブレードやローラが摩耗や破損を生じる場合がある。

【0007】

また、特許文献２に開示された回転式圧縮機においては、ブレードとローラとの摺動部における摺接面を確保するためには、ブレード先端部の曲率半径をローラ外周面の曲率半径より大きくすることができず、ブレードとローラとの当接部におけるヘルツ応力を十分に低減させることができない。そのため、高差圧や高温などにより当接部の摺動状態が劣悪となる運転条件ではブレードやローラが摩耗や破損を生じやすくなり、回転式圧縮機の使用条件が制限されている。

【0008】

本発明の実施形態の目的は、ブレードとローラとの当接部分に作用する応力を低減させ、ブレードやローラの摩耗や破損を防止して回転式圧縮機の信頼性を向上させることである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の回転式圧縮機は、内部にシリンダ室を有するシリンダと、シリンダ室内で偏心回転するローラと、往復移動可能に設けられて先端部をローラの外周面に当接させることによりシリンダ室内を吸込室と圧縮室とに二分するブレードとを備える回転式圧縮機において、ブレードの先端部に、このブレードの高さ方向に沿って設けられ、ブレードの幅寸法より小さな内径寸法を有するとともにローラに対向する位置にこの内径寸法より小さな幅寸法の開口部を有する嵌合孔が形成され、この嵌合孔に、長尺状に形成されて開口部に臨む領域に平面状のローラ当接面を有する棒状体がその中心線回りに回動可能に嵌合され、棒状体の中心線回りの回動量を規制する回動量規制部を有することを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態における断面で示した回転式圧縮機を含む冷凍サイクル装置の構成図である。

【図2】図１における圧縮機構部の断面図である。

【図3】ブレードの構造を拡大して示す断面図である。

【図4】第２の実施形態におけるブレードの構造を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（第１の実施形態）
第１の実施形態について、図１ないし図３に基づいて説明する。図１は冷凍サイクル装置１の全体構成を示しており、この冷凍サイクル装置１は、圧縮機本体２とアキュムレータ３とを有して作動流体であるガス冷媒を圧縮する回転式圧縮機４と、圧縮機本体２に接続されて圧縮機本体２から吐出された高圧・高温のガス冷媒を凝縮して液冷媒にする凝縮器５と、凝縮器５に接続されて液冷媒を減圧する膨張装置６と、膨張装置６とアキュムレータ３との間に接続されて膨張した液冷媒を蒸発させる蒸発器７とを有している。アキュムレータ３は、蒸発器７で蒸発したガス冷媒に含まれる液冷媒を分離する機能を有し、アキュムレータ３と圧縮機本体２とは、ガス冷媒のみが流れる吸込管８により接続されている。

【0012】

圧縮機本体２は、円筒状に形成された密閉ケース９を有し、この密閉ケース９内に、電動機部１０とこの電動機部１０により駆動されてガス冷媒を圧縮する圧縮機構部１１とが収容されている。これらの電動機部１０と圧縮機構部１１とは、電動機部１０が上方に配置されて圧縮機構部１１が下方に配置され、電動機部１０と圧縮機構部１１とは上下方向に延出してその軸心回りに回転する回転軸１２により連結されている。密閉ケース９内の底部には潤滑油１３が貯留されている。

【0013】

電動機部１０は、回転軸１２に固定された回転子１４と、密閉ケース９の内側に固定されて回転子１４を囲む位置に配置された固定子１５とを有している。回転子１４には永久磁石（図示せず）が設けられ、固定子１５にはコイル（図示せず）が巻かれている。この電動機部１０では、コイルに通電することにより回転子１４と回転軸１２とが回転軸１２の軸心回りに回転する。

【0014】

圧縮機構部１１は、図１及び図２に示すように、密閉ケース９の内側に固定されて上下方向の両端が開口されたシリンダ１６を有している。このシリンダ１６には、シリンダ１６の上端側を閉塞する閉塞部材として機能する主軸受１７と、シリンダ１６の下端側を閉塞する閉塞部材として機能する副軸受１８とが固定されている。シリンダ１６の両端が主軸受１７と副軸受１８とで閉塞されることにより、シリンダ１６内にはシリンダ室１９が形成されている。

【0015】

シリンダ室１９には回転軸１２が挿通され、回転軸１２は主軸受１７と副軸受１８とにより軸心回りに回転可能に軸支されている。回転軸１２におけるシリンダ室１９内に位置する部分には偏心部２０が形成され、この偏心部２０にローラ２１が嵌合されている。ローラ２１は、回転軸１２が軸心回りに回転することに伴いシリンダ室１９内で偏心回転するようになっている。

【0016】

また、シリンダ１６にはブレード溝２２が形成され、このブレード溝２２には板形状に形成されたブレード２３が往復移動可能に収容されている。ブレード溝２２の奥部にはスプリング２４が収容され、このスプリング２４によりブレード２３がローラ２１側に向けて付勢され、ブレード２３の先端部がローラ２１の外周面に当接されている。

【0017】

ブレード２３の先端部がローラ２１の外周面に当接することにより、シリンダ室１９は、ガス冷媒を吸い込む吸込室２５と、吸い込んだガス冷媒を圧縮する圧縮室２６とに二分されている。アキュムレータ３から吸込室２５へのガス冷媒の吸い込みは、吸込管８と、シリンダ１６に形成された吸込通路２７とを経由して行われるようになっている。

【0018】

主軸受１７には、圧縮室２６で圧縮されたガス冷媒が吐出される吐出孔２８が形成され、さらに、吐出孔２８を開閉する吐出弁２９が取付けられている。また、主軸受１７には、吐出孔２８と吐出弁２９とを覆う吐出マフラ３０が取付けられている。吐出マフラ３０には、吐出孔２８から吐出マフラ３０内に吐出されたガス冷媒を密閉ケース９内に流出させる流出孔３１が形成されている。

【0019】

また、ブレード２３には、嵌合孔３２と給油通路３３と給油溝３４とが形成され、嵌合孔３２には棒状体３５が嵌合されている。

【0020】

これらの嵌合孔３２、給油通路３３、給油溝３４及び棒状体３５について、図３に基づいて詳しく説明する。

【0021】

嵌合孔３２は、図３に示すように、ブレード２３の先端部にブレード２３の高さ方向（回転軸１２の軸心方向）に沿って形成され、その形状は円形の一部を切り欠いた形状とされている。この嵌合孔３２は、ブレード２３の幅寸法“Ｗａ”より小さな内径寸法“Ｗｂ”を有するとともに、ローラ２１に対向する位置にこの内径寸法“Ｗｂ”より小さな幅寸法“Ｗｃ”を有する開口部３６が形成されている。

【0022】

棒状体３５は、長尺状に形成されるとともに嵌合孔３２に嵌合される柱状に形成され、嵌合孔３２に嵌合された棒状体３５はその中心線“Ａ”回りに回動可能とされている。棒状体３５の外周部の一部であってこの棒状体３５を嵌合孔３２に嵌合した場合に開口部３６に臨む領域には、平面状のローラ当接面３７が形成されている。このため、回転式圧縮機４の運転時には、開口部３６に臨んで位置するローラ当接面３７とローラ２１の外周面とが当接されることになる。

【0023】

また、棒状体３５は、中心線“Ａ”を通る径方向の最小寸法“Ｄmin”が、開口部３６の幅寸法“Ｗｃ”より大きく形成されている。

【0024】

給油通路３３は、ブレード２３の上面及び下面の両方または一方にその往復移動方向に沿って設けられた溝により形成されている。この給油通路３３は、その幅寸法“Ｗｄ”が開口部３６の幅寸法“Ｗｃ”より小さく形成されるとともに、開口部３６の投影面内に位置している。密閉ケース９内の潤滑油１３は、この給油通路３３を通して嵌合孔３２の内部に供給されるようになっている。なお、給油通路３３は、ブレード２３の往復移動方向に沿って形成された貫通孔で形成しても良い。

【0025】

給油溝３４は、嵌合孔３２の内周部に棒状体３５の中心線“Ａ”方向（ブレード２３の高さ方向）に延出して凹状に一対形成されている。これらの給油溝３４は、棒状体３５の中心線“Ａ”から見てブレード２３の往復移動方向から外れた位置に位置している。

【0026】

このような構成において、この回転式圧縮機４においては、電動機部１０に通電されることにより回転軸１２が回転子１４と共に回転軸１２の軸心回りに回転し、この回転により圧縮機構部１１が駆動され、シリンダ室１９内でガス冷媒が圧縮される。

【0027】

圧縮されたガス冷媒の圧力が設定圧に達すると、吐出弁２９が開弁され、ガス冷媒が吐出孔２８から吐出マフラ３０内に吐出される。吐出マフラ３０内に吐出されたガス冷媒は、流出孔３１から密閉ケース９内に流出する。

【0028】

密閉ケース９内に流出したガス冷媒は、凝縮器５、膨張装置６、蒸発器７の順に流れて回転式圧縮機４に戻り、凝縮器５での放熱及び蒸発器７での吸熱が行われることにより冷凍サイクルが実行される。

【0029】

ここで、圧縮機構部１１では、ブレード２３の先端部とローラ２１の外周面とが当接されている。そして、この当接部では、ブレード２３の先端部に形成された嵌合孔３２に棒状体３５が中心線“Ａ”回りに回動可能に嵌合され、棒状体３５の平面状のローラ当接面３７が嵌合孔３２の開口部３６に臨んで位置しているため、ローラ２１の外周面とローラ当接面３７とが当接する。このように、当接部における一方が平面状のローラ当接面３７であるため、この当接部に作用する応力を低減させることができ、この当接部での摩耗や破損を防止して回転式圧縮機４としての信頼性を向上させることができる。

【0030】

さらに、ローラ２１の外周面と当接するローラ当接面３７が平面状であることにより、回転軸１２が吸込室２５と圧縮室２６との圧力差によりブレード２３の移動方向と直交する方向に撓んでローラ２１が傾いた場合でも、ローラ２１の外周面とローラ当接面３７との当接状態を線接触状態に維持することができる。これにより、ローラ２１の外周面とローラ当接面３７とが片当たり状態になることを防止することができ、ローラ２１の外周面とローラ当接面３７との当接部に作用する応力が上昇することを防止でき、ローラ２１が傾いた場合における当接部での摩耗や破損を防止して回転式圧縮機４としての信頼性をより一層向上させることができる。

【0031】

しかも、ローラ当接面３７が平面状であるため、ローラ当接面３７の製造や検査が容易となり、品質を確保しやすくなる。

【0032】

また、開口部３６の幅寸法“Ｗｃ”は嵌合孔３２の内径寸法“Ｗｂ”より小さいので、棒状体３５が嵌合孔３２から脱落することを防止することができる。そして、ブレード２３やローラ２１の動きに係わらずローラ当接面３７とローラ２１の外周面との当接状態を維持することができ、高差圧や高温などにより当接部の摺動状態が劣悪となる運転条件であっても当接部の摩耗や破損を防止することができ、使用可能範囲が大きく信頼性の高い回転式圧縮機４を提供することができる。

【0033】

さらに、棒状体３５の中心線“Ａ”を通る棒状体３５の径方向の最小寸法“Ｄmin”は、開口部３６の幅寸法“Ｗｃ”より大きく形成されている。このため、ブレード２３のジャンピング等により、棒状体３５がローラ２１の外周面から離反した状態で中心線“Ａ”回りに回動するという特殊な状態が発生した場合であっても、回動した棒状体３５が嵌合孔３２から脱落することを防止することができ、回転式圧縮機４の信頼性をより一層高めることができる。

【0034】

また、ブレード２３には給油通路３３が形成されているため、密閉ケース９内の潤滑油が給油通路３３を通して嵌合孔３２の内部に供給される。これにより、棒状体３５及び棒状体３５と摺接する部分の潤滑性能を向上させることができ、棒状体３５やローラ２１の摩耗や破損をより一層防止することができる。

【0035】

さらに、給油通路３３の潤滑油により、ブレード２３の上下方向の端面と主軸受１７、副軸受１８との間のシール性能を向上させることができ、これにより、回転式圧縮機４の圧縮性能を高めることかできる。

【0036】

また、給油通路３３は、その幅寸法“Ｗｄ”が開口部３６の幅寸法“Ｗｃ”より小さく形成されるとともに開口部３６の投影面内に位置している。このため、給油通路３３を形成する場合に工具が開口部３６の縁部に当たることを防止することができ、給油通路３３の加工性を向上させることができる。

【0037】

また、嵌合孔３２に供給された潤滑油は、嵌合孔３２の内周部に形成された給油溝３４内に入り込む。ここで、この給油溝３４の位置が、棒状体の中心線“Ａ”方向に延出する方向であって、棒状体３５の中心線“Ａ”から見てブレード２３の往復移動方向から外れた位置であるため、棒状体３５の回動に伴って棒状体３５の外周に油膜を良好に形成することができ、回転式圧縮機４の信頼性をより一層向上させることができる。

【0038】

なお、本実施の形態では、給油溝３４を嵌合孔３２の内周部に形成した場合を例に挙げて説明したが、このような給油溝を棒状体３５の外周部に形成してもよい。

【0039】

（第２の実施形態）
第２の実施形態について、図４に基づいて説明する。なお、第１の実施形態で説明した構成と同じ構成には同じ符号を付け、重複する説明は省略する。

【0040】

図４は、第２の実施形態におけるブレード２３Ａの構造を拡大して示す断面図である。ブレード２３Ａの基本的な構造は第１の実施形態で説明したブレード２３と同じであり、異なる点は、棒状体３５の中心線“Ａ”回りの回動量を規制する回動量規制部４１を有する点である。回動量規制部４１は、棒状体３５の外周部に形成された突起部４２と、嵌合孔３２の内周部に形成された逃げ部４３とにより構成されている。

【0041】

突起部４２は、棒状体３５の外周部に突出して形成され、ローラ当接面３７が形成された側の反対側に位置している。

【0042】

逃げ部４３は、嵌合孔３２の内周部であって突起部４２を囲む位置に凹状に形成されている。

【0043】

棒状体３５が中心線“Ａ”回りに回動し、その回動量が設定値に達した場合に突起部４２の外周部分が逃げ部４３の内周部分に当接し、棒状体３５がそれ以上同じ方向に回動することを規制するようになっている。

【0044】

このような構成において、ブレード２３のジャンピング等により、棒状体３５がローラ２１の外周面から離反して中心線“Ａ”回りに回動するという特殊な状態が発生した場合であっても、棒状体３５の回動量が設定値に達した場合に突起部４２の外周部分が逃げ部４３の内周部分に当接し、棒状体３５がそれ以上同じ方向に回動することが規制される。このため、棒状体３５が大きく回動してローラ当接面３７とローラ２１の外周面とが当接しなくなるという事態の発生を防止することができ、ローラ当接面３７とローラ２１の外周面との当接状態を確実に維持して回転式圧縮機４の信頼性を向上させることができる。

【0045】

なお、本実施の形態では、棒状体３５の外周部に形成した突起部４２と嵌合孔３２の内周部に形成した逃げ部４３とからなる回動量規制部４１を例に挙げて説明したが、嵌合孔３２の内周部に突起部を形成し、棒状体３５の外周部にその突起部を囲む凹状の逃げ部を形成してもよい。

【0046】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、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、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0047】

４…回転式圧縮機、５…凝縮器、６…膨張装置、７…蒸発器、１６…シリンダ、１９…シリンダ室、２１…ローラ、２３…ブレード、２３Ａ…ブレード、２５…吸込室、２６…圧縮室、３２…嵌合孔、３３…給油通路、３４…給油溝、３５…棒状体、３６…開口部、３７…ローラ当接面、４１…回動量規制部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】