JP2012077728A - ロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面と下軸受、又は上軸受間のスラスト軸受面での摺動損失低減と摩擦摩耗や焼付を防止したロータリー圧縮機を提供すること。
【解決手段】クランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に部分的に傾斜面を設けることにより、潤滑油によるくさび効果の発生を促し、下軸受、或いは上軸受スラスト軸受面間との潤滑特性向上により金属接触を回避し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上、更に摺動損失低減による性能向上を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は冷凍空調、及び給湯用等に使用されるロータリー圧縮機に関するものである。

従来、この種のロータリー圧縮機の概要は、例えば特許文献１や特許文献２がある。

図８は、従来のロータリー圧縮機を示すものである。図８に示すように、従来のロータリー圧縮機は、密閉容器１１内に、電動機１２（ロータ１２ａ、ステータ１２ｂ）と、この電動機１２によって駆動される圧縮機構部１３が配置されている。

圧縮機構部１３は、電動機１２で発生する回転力を圧縮機構部１３に伝達するための偏心軸１４を有するクランク軸１５と、円筒内面に吸入口１６を有するシリンダ１７と、シリンダ１７の軸方向両端に配置され、クランク軸１５を回転自在に支持する上軸受１８及び下軸受１９と、シリンダ１７の円筒内面に沿って偏心移動し、内周部がクランク軸１５の偏心軸１４に回転可能に嵌合された環状のローリングピストン２０、更にシリンダ１７に設けた溝内部でスライド移動によりローリングピストン２０外周面と圧縮室を分離形成するベーン２１等により構成されている。

なお、図８の例では吐出口は上下軸受の一方、又は両方に設けられており（図示せず）、シリンダ１７の吸入口１６には液圧縮防止用のアキュムレータ２２が接続されている。

クランク軸１５には、電動機１２のロータ１２ａが焼嵌勘合等により一体化固定されており、これらから発生する自重や磁力等のスラスト荷重は、図９に示すように主として下軸受スラスト軸受面１９ａと偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａ（図１０）により回転可能な様に当接支持されている。

また、仕様構成によっては、クランク軸１５とロータ１２ａから発生する磁力を反対方向にかけ、スラスト荷重としては、図９とは反対方向に上軸受スラスト軸受面１８ａと偏心軸１４近傍の上軸受側スラスト摺動面１４ｂ（図１１）により回転可能な様に当接支持される場合もある。

ここで、クランク軸１５の下端部は密閉容器１１の底面に溜められた潤滑油２３に浸け、クランク軸１５の回転運動に伴ってこのクランク軸１５の内部に設けられた、クランク軸中空部１５ａを介して潤滑油２３を汲み上げ、汲み上げた潤滑油２３を各摺動部やクランク軸１５とローリングピストン２０内部の空間等の圧縮機構部内部に潤滑供給する構成となっている。

上記構成により、アキュムレータ２２を経由して吸入口１６より圧縮室２４に吸入された低温低圧のガス冷媒は、クランク軸１５から伝達されたローリングピストン２０の回転偏心運動に伴い圧縮され、高温高圧のガス冷媒となり、吐出口（図示せず）を経由して吐出管２５より圧縮機外部へ吐出される。

特開２００２−１９５１８０号公報 特開昭６１−１２６３９４号公報

しかしながら、前述のように、クランク軸１５とロータ１２ａとの自重や磁力などのスラスト荷重は、偏心軸１４近傍のスラスト摺動面（１４ａ、又は１４ｂ）の範囲内でしか当接構成できないため（図１２）、スラスト摺動面の面積を大きく構成出来ず、摺動特性が厳しく油膜形成が困難な状態になり易く、下軸受スラスト軸受面１９ａや上軸受スラスト軸受面１８ａとの金属接触による摩擦損失増大等の性能的な課題、或いは摩耗や焼付き等の信頼性的な課題を有していた。

これらを解決する手段として、特許文献１の場合のように、スラスト摺動面に、固体潤滑特性に優れた摺動部材を設けたり、特許文献２の場合のように、凹型の潤滑溝を設けたりすることが考えられていた。

しかしながら、これらの方法では、新たな部品を追加することによる部品点数の増加や、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａや１４ｂへの半径方向への複雑な溝加工が新たに必要となり、加工工数増加につながると言う課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、クランク軸１５の偏心軸１４近傍のスラスト摺動面（１４ａ、１４ｂ）と下軸受１９、或いは上軸受１８のスラスト軸受面（１９ａ、１８ａ）間との潤滑特性を向上させ、摩耗や焼付き、或いは摺動損失を低減した信頼性、性能に優れたロータリー圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のロータリー圧縮機は、クランク軸１５の偏心軸１４近傍のスラスト摺動面（平面状部）１４ａ、１４ｂに部分的に傾斜面２６ａ、２６ｂを設ける構成としたものである。

これによって、潤滑油２３によるくさび効果の発生を促し、偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａ〜下軸受スラスト軸受面１９ａ間、或いは偏心軸１４近傍の上軸受側スラスト摺動面１４ｂ〜上軸受スラスト軸受面１８ａ間との潤滑特性向上を図り、金属接触を回避することにより焼付や摩耗を防止して圧縮機の信頼性向上を図ると共に、摺動損失低減による性能向上を行う。

本発明のロータリー圧縮機は、偏心軸近傍スラスト摺動面〜下軸受スラスト軸受面間、或いは偏心軸近傍スラスト摺動面〜上軸受スラスト軸受面間との潤滑特性が向上することにより、金属接触を回避し、焼付や摩耗を防止して圧縮機の信頼性向上と共に、摺動損失低減による性能向上が可能となる。

本発明の実施の形態１における偏心軸廻りの要部拡大図 本発明の実施の形態１におけるロータリー圧縮機のシリンダ下部縦断面図 本発明の実施の形態１における下軸受側クランク軸外観図 本発明の実施の形態２における偏心軸廻りの要部拡大図 本発明の実施の形態２におけるロータリー圧縮機のシリンダ上部縦断面図 本発明の実施の形態２における上軸受側クランク軸外観図 本発明の実施の形態２におけるクランク軸外観図 従来のロータリー圧縮機の横断面図 従来の偏心軸廻りの要部拡大図 従来のロータリー圧縮機のシリンダ下部縦断面図 従来のロータリー圧縮機のシリンダ上部縦断面図 従来のクランク軸外観図

第１の発明は、密閉容器内に圧縮機構部とこれを駆動する電動機とを備え、同電動機の回転力を前記圧縮機構部に伝達するクランク軸のスラスト摺動面を下軸受に当接させて支持すると共に、クランク軸の下端を密閉容器の底面に溜められた潤滑油に浸け、クランク軸の回転に伴ってこのクランク軸内部の中空部を介して潤滑油を汲み上げ、汲み上げた潤滑油を各摺動部やクランク軸とローリングピストン内部の空間等の圧縮機構部内部に潤滑供給してなるロータリー圧縮機において、クランク軸の偏心軸近傍スラスト摺動面に部分的に傾斜形状を設け、潤滑油によるくさび効果の発生を促し、下軸受のスラスト軸受面間との潤滑特性向上による金属接触を回避し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上を可能とするものである。

第２の発明は、特に、第１の発明のクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に設けた傾斜面を、クランク軸の回転方向に向かってスラスト摺動面を基準に傾斜大とすることにより、クランク軸の回転と共にスラスト摺動面間の油膜形成を促進し易くするものである。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の傾斜面を上軸受側のクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面にも設けるものであり、これにより下軸受側に設けた傾斜面で発生する油膜形成力でクランク軸が浮上し、反対側の上軸受側で金属接触が発生することを防止するものである。

第４の発明は、特に、第３の発明におけるクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に設けた傾斜面において、上軸受側の傾斜部面積を小さくして上下スラスト方向の負荷バランスをコントロールするもので、これによりシリンダ、及び上下軸受間で形成される圧縮室内におけるクランク軸の偏心軸のスラスト摺動部の潤滑状態を、上下方向で同時に制御し、最適な状態とすることが出来るものである。

第５の発明は、第４の発明の傾斜面積を、傾斜角度（α°、β°）により上下方向の負荷バランスをコントロールするもので、これにより第４の発明と同様の効果が得られるものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるロータリー圧縮機の偏心軸１４廻りの要部拡大図を示すものである。

図１において、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａは部分的に傾斜面２６ａを設けたものであり、直接的には、この１４ａと下軸受スラスト軸受面１９ａとでクランク軸１５とロータ１２ａとの自重や磁力によるスラスト方向の荷重を受ける軸受部構成を成している。

以上のように構成されたロータリー圧縮機のクランク軸１５のスラスト方向軸受構成について、以下その動作、作用を説明する。

まず、ロータリー圧縮機は、密閉容器１１内に、電動機１２（ロータ１２ａ、ステータ１２ｂ）と、この電動機１２によって駆動される圧縮機構部１３が配置されている。

圧縮機構部１３は、電動機１２で発生する回転力を圧縮機構部１３に伝達するための偏心軸１４を有するクランク軸１５と、円筒内面に吸入口１６を有するシリンダ１７と、シリンダ１７の軸方向両端に配置され、クランク軸１５を回転自在に支持する上軸受１８及び下軸受１９と、シリンダ１７の円筒内面に沿って偏心移動し、内周部がクランク軸１５の偏心軸１４に回転可能に嵌合された環状のローリングピストン２０、更にシリンダ１７に設けた溝内部でスライド移動によりローリングピストン２０外周面と圧縮室を分離形成するベーン２１等により構成されている。

クランク軸１５には、電動機１２のロータ１２ａが焼嵌勘合等により一体化固定されており、これらから発生する自重や磁力等のスラスト荷重は、下軸受スラスト軸受面１９ａと偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａにより回転可能な様に当接支持されている。

ここで、クランク軸１５とロータ１２ａとの自重や磁力などのスラスト荷重は、偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａの範囲内でしか当接構成できないため、下軸受側スラスト摺動面１４ａ部の面積を大きく構成出来ず、実運転時には摺動特性が厳しく油膜形成が困難な状態になり易く、下軸受スラスト軸受面１９ａとの金属接触による摩擦損失増大等の性能的な課題、或いは摩耗や焼付き等の信頼性的な課題を有していた。

本発明のロータリー圧縮機は、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａに部分的に傾斜面２６ａを設ける構成としたもの（図２、図３）で、これにより偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａ〜下軸受スラスト軸受面１９ａ間において、潤滑油２３によるくさび効果の発生を促し、潤滑特性向上により金属接触を回避し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上を図るものである。

以上のように、本実施の形態においてはクランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａに部分的に傾斜面２６ａを設けることにより、下軸受側スラスト摺動面１４ａでの潤滑特性が向上し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上が可能となる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態のロータリー圧縮機の偏心軸１４廻りの要部拡大図を示すものである。

図４において、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａと１４ｂには部分的にそれぞれ傾斜面２６ａと２６ｂを設け（図５、図６、及び図７）、下軸受スラスト軸受面１９ａと上軸受スラスト軸受面１８ａとでそれぞれで軸受構成を成している。

以上のように構成されたロータリー圧縮機のクランク軸１５のスラスト方向軸受構成について、以下その動作、作用を説明する。

前記のように、本発明の第１の実施の形態のロータリー圧縮機はクランク軸１５とロータ１２ａとから発生する自重や磁力などのスラスト荷重を、偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａの範囲内で受け、前記同様に、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａに部分的に傾斜面２６ａを設ける構成としたもの（図２、図３）で、これにより偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａ〜下軸受スラスト軸
受面１９ａ間において、潤滑油２３によるくさび効果の発生を促し、潤滑特性向上により金属接触を回避し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上を図ることが出来る。

しかしながら、電動機１２がインバータ駆動する場合等では回転数の増加に伴い下軸受１９側のクランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａに設けた傾斜面２６ａで発生する油膜形成力が大きくなり、クランク軸１５が浮上し過ぎて、反対側の上軸受スラスト軸受面１８ａとクランク軸１５の偏心軸１４近傍の上軸受側スラスト摺動面１４ｂとで金属接触が発生する場合がある。

本発明の第２の実施の形態の場合のロータリー圧縮機は、クランク軸１５の偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａに部分的に傾斜面２６ａを設ける構成とし（図２、図３）、加えてクランク軸１５の偏心軸１４近傍の上軸受側スラスト摺動面１４ｂにも部分的に傾斜面２６ｂを設ける構成としたものである。

これにより偏心軸１４近傍の下軸受側スラスト摺動面１４ａ〜下軸受スラスト軸受面１９ａ間において、潤滑油２３によるくさび効果の発生を促し、回転数の増加に伴いクランク軸１５が浮上し過ぎて偏心軸１４近傍の上軸受側スラスト摺動面１４ｂ〜上軸受スラスト軸受面１８ａ間が狭くなった際に、前記同様の潤滑油２３によるくさび効果の発生を反対側でも促し、金属接触を防止し上下のスラスト摺動面で良好な潤滑状態を継続維持可能とし、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上を図るものである。

以上のように、本実施の形態においてはクランク軸１５の偏心軸１４近傍のスラスト摺動面（１４ａ、１４ｂ）に部分的に傾斜面（２６ａ，２６ｂ）を設けることにより、回転数が増加した場合でも、上下のスラスト摺動面での潤滑特性が向上し、焼付や摩耗を防止して信頼性向上や、摺動損失低減による性能向上が可能となる。

以上のように、本発明にかかるロータリー圧縮機は、クランク軸の偏心軸端面でスラスト荷重を受ける場合の潤滑特性向上が可能となるので、同様な構成を用いれば、圧縮機以外のポンプや内燃機関等の産業上の用途にも応用、適用できる。

１１ 密閉容器
１２ 電動機
１２ａ ロータ
１２ｂ ステータ
１３ 圧縮機構部
１４ 偏心軸
１４ａ 下軸受側スラスト摺動面
１４ｂ 上軸受側スラスト摺動面
１５ クランク軸
１５ａ クランク軸中空部
１６ 吸入口
１７ シリンダ
１８ 上軸受
１８ａ 上軸受スラスト軸受面
１９ 下軸受
１９ａ 下軸受スラスト軸受面
２０ ローリングピストン
２１ ベーン
２２ アキュムレータ
２３ 潤滑油
２４ 圧縮室
２５ 吐出管
２６ａ 傾斜面
２６ｂ 傾斜面

Claims (5)

1. 密閉容器内に圧縮機構部とこれを駆動する電動機とを備え、同電動機の回転力を前記圧縮機構部に伝達するクランク軸のスラスト摺動面を下軸受に当接させて支持すると共に、クランク軸の下端を密閉容器の底面に溜められた潤滑油に浸け、クランク軸の回転に伴ってこのクランク軸内部の中空部を介して潤滑油を汲み上げ、汲み上げた潤滑油を各摺動部やクランク軸とローリングピストン内部空間等の圧縮機構部に供給してなるロータリー圧縮機であって、クランク軸の偏心軸近傍スラスト摺動面に部分的に傾斜形状を設けたロータリー圧縮機。
2. クランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に設けた傾斜面が、クランク軸の回転方向に向かってスラスト摺動面を基準に傾斜大となっている請求項１に記載のロータリー圧縮機。
3. 上軸受側のクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面にも同様な傾斜形状を設けた請求項１又は請求項２に記載のロータリー圧縮機。
4. 上軸受側のクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に設けた傾斜形状の方が、下軸受側に設けた傾斜形状より傾斜部の面積が小である請求項３に記載のロータリー圧縮機。
5. 上軸受側のクランク軸の偏心軸近傍のスラスト摺動面に設けた傾斜形状の方が、下軸受側に設けた傾斜形状より傾斜部の傾斜角度が小である請求項４に記載のロータリー圧縮機。