JP6787480B2 - ロータリ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば空気調和機等に使用されるロータリ圧縮機に関する。

特開２０１６−１１８１４２号公報は、上シリンダ及び下シリンダを有し、それぞれに形成された圧縮室において冷媒が圧縮される２シリンダのロータリ圧縮機を開示している。圧縮機の側方には、アキュムレータが取り付けられている。アキュムレータには、２つの吸入管が接続されている。２つの吸入管のうち、一方は上シリンダに接続され、他方は下シリンダに接続されている。上シリンダ及び下シリンダには、各吸入管を介して、アキュムレータから冷媒が供給される。上シリンダ及び下シリンダのそれぞれに形成された圧縮室には、ローラを有するピストンが配置されている。圧縮室は、ピストンによって冷媒が導入される低圧室と、冷媒が圧縮される高圧室とに区画されている。

特開２０１６−１１８１４２号公報

２シリンダのロータリ圧縮機を小型化する場合、アキュムレータなどの冷媒を供給するための外部機器も小型化することが好ましい。しかしながら、アキュムレータに２つの吸入管を接続すると、アキュムレータの小型化が困難である。その対策として、２シリンダのロータリ圧縮機とアキュムレータとを１つの吸入管により接続することにより、アキュムレータを小型化することが考えられる。しかし、この場合、吸入管の分岐によって吸入抵抗が増加し、圧縮機効率が低下し得る。

本発明の目的は、小型化が可能であると共に圧縮機効率の低下を抑制できるロータリ圧縮機を提供することである。

本発明にかかるロータリ圧縮機は、圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する駆動軸を有する駆動機構とを収容したロータリ圧縮機であって、前記圧縮機構は、圧縮室がそれぞれ形成されたシリンダであって、複数の前記圧縮室内に前記駆動軸が位置するように前記駆動軸の軸方向に配列された複数のシリンダと、各シリンダの前記軸方向についての両端に配置され、前記圧縮室を区画する複数の端板部材と、各圧縮室の内部に配置され、前記駆動軸により駆動される複数のピストンとを備えている。前記複数のシリンダは、第１シリンダと、１つの前記端板部材を介して前記第１シリンダに隣接した第２シリンダとを含み、前記ロータリ圧縮機には、外部機器から吸入管を介して供給された冷媒を前記第１シリンダの前記圧縮室に供給する第１通路、及び、前記第１通路から分岐した通路であり且つ前記第２シリンダの前記圧縮室に冷媒を供給する第２通路を含む吸入通路が形成されている。前記第２シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積は、前記第１シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積よりも小さい。そして、前記第２シリンダの前記軸方向についての高さと前記第２シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差は、前記第１シリンダの前記軸方向についての高さと前記第１シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差よりも小さい。

外部機器は、アキュムレータであってもよいし、アキュムレータと本発明に係るロータリ圧縮機との間に配置された任意の機器であってもよい。

本発明において、前記第１通路は、前記第１シリンダを通過し且つ前記第２シリンダを通過せず、前記第２通路は、前記第１シリンダの内部において前記第１通路から分岐して、前記第１シリンダ及び前記第２シリンダの両方を通過してよい。

本発明において、前記吸入管は、その先端が前記第１シリンダ内に位置するように前記第１シリンダに挿入可能に構成されていてよい。

本発明において、前記吸入管は、その先端が前記第１シリンダに対して前記第２シリンダとは反対側に配置された前記端板部材内に位置するように当該端板部材に挿入可能に構成されていてよい。

また、本発明において、好ましくは、前記複数のシリンダにおいて、当該シリンダの前記軸方向についての高さと当該シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差は、当該シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積が小さいほど小さい。

さらに、本発明において、好ましくは、前記複数のシリンダのいずれについても、当該シリンダの前記軸方向についての高さをＨｃ（ｍｍ）、当該シリンダに形成された前記圧縮室の内部に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さをＨｐ（ｍｍ）、当該シリンダにおける前記吸入通路に面した領域の表面積をＡｓ（ｍｍ²）、当該シリンダにおける前記吸入通路の前記軸方向と直交する方向についての長さをＬｓ（ｍｍ）としたときに、
３．９×０．０００１≦（Ｈｃ−Ｈｐ）／Ｈｃ−１．４×０．０００１×Ａｓ／（Ｈｃ・Ｌｓ）≦６．７×０．０００１
が満たされる。

本発明のロータリ圧縮機には、第１シリンダの圧縮室に冷媒を供給する第１通路と、第１通路から分岐した通路であり且つ第２シリンダの圧縮室に冷媒を供給する第２通路とを含む吸入通路が形成されている。また、第２シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積は、第１シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積よりも小さい。したがって、第２シリンダは、第１シリンダと比べ、シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、第２シリンダと、第２シリンダの圧縮室内に配置されたピストンとの間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。そこで、このロータリ圧縮機では、第２シリンダについて、第１シリンダと比較して、シリンダの高さとピストンの高さとの差（つまり、ピストンの軸方向の端面と端板部材の軸方向の端面との隙間）を小さくすることで、ピストン内周部から圧縮室への油漏れを低減させ、これによって容積効率及び図示効率を向上させている。したがって、圧縮機を小型化するために２つのシリンダと外部機器とを１つの吸入管により接続した場合でも、吸入抵抗の増加による圧縮機効率の低下を容積効率及び図示効率の向上で補うことができるため、圧縮機効率の低下を抑制できる。つまり、圧縮機の小型化と、圧縮機効率の低下抑制とを両立できる。

本発明の第１実施形態に係るロータリ圧縮機をアキュムレータと共に示す図である。 図１に示すロータリ圧縮機の上シリンダの上面図である。 図１に示すロータリ圧縮機の下シリンダの上面図である。 図１に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の部分拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るロータリ圧縮機を示す図である。 図４に示すロータリ圧縮機の上シリンダの上面図である。 図４に示すロータリ圧縮機の下シリンダの上面図である。 図４に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の部分拡大図である。 本発明の第３実施形態に係るロータリ圧縮機を示す図である。 図７に示すロータリ圧縮機の圧縮機構の部分拡大図である。 複数のロータリ圧縮機について行った実験結果を示すグラフである。

［第１実施形態］
まず、図１−図３を参照しつつ第１実施形態にかかるロータリ圧縮機１について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る圧縮機１は、２シリンダ型のロータリ圧縮機であって、密閉容器２と、密閉容器２内に収容された駆動機構３および圧縮機構４とを有している。密閉容器２は、上下両端が塞がれた円筒状の容器である。密閉容器２の側方には、アキュムレータ５が取り付けられている。アキュムレータ５は、冷媒を導入するための１本の吸入管６により、圧縮機構４に接続されている。密閉容器２の上部には、圧縮機構４で圧縮された冷媒を排出するための排出管７が設けられている。密閉容器２の底部には潤滑油が溜められている。

圧縮機１は、例えば空気調和機などにおいて冷凍サイクルに組み込まれて使用され、吸入管６から供給される冷媒を圧縮して排出管７から排出する。圧縮機１では、冷媒として、例えばＲ３２やＲ４１０Ａが使用されている。圧縮機１は、図１に示す向き、即ち、圧縮機１の軸方向（後述する駆動軸３ｂの軸方向と同じ）が上下方向となる向きに設置される。

駆動機構３は、圧縮機構４を駆動するために設けられており、駆動源となるモータ３ａと、モータ３ａに取り付けられた駆動軸３ｂとで構成されている。モータ３ａは、密閉容器２の内周面に固定された略円環状の固定子３ａａと、固定子３ａａの径方向内側にエアギャップを介して配置された略円環状の回転子３ａｂとを含む。回転子３ａｂは磁石（図示省略）を有し、固定子３ａａはコイル（図示省略）を有している。

駆動軸３ｂは、回転子３ａｂの内周面に固定されており、回転子３ａｂと一体的に自転して圧縮機構４を駆動する。駆動軸３ｂは、後述する圧縮室３１内と圧縮室５１内とに、偏心部３ｃ、３ｄをそれぞれ有している（図２Ａ、図２Ｂ及び図３参照）。偏心部３ｃ、３ｄは、いずれも円柱状に形成されており、その中心軸が駆動軸３ｂの回転中心に対して偏心している。偏心部３ｃ、３ｄには、圧縮機構４のピストン３２、５２がそれぞれ装着されている。

また、駆動軸３ｂの下側略半分の内部には、給油路（図示省略）が形成されている。給油路は、上下方向に延在するとともに数箇所で駆動軸３ｂの径方向に枝分かれしている。駆動軸３ｂの下端には、駆動軸３ｂの回転に伴って潤滑油を給油路内に吸い上げる螺旋羽根形状のポンプ部材（図示省略）が取り付けられている。ポンプ部材によって駆動軸３ｂの下端から吸い上げられた潤滑油は、駆動軸３ｂの側面から排出されて、例えば圧縮室３１、５１など圧縮機構４の各摺動部に供給される。

圧縮機構４は、上マフラ１０ａ、１０ｂと、上ヘッド２０（端板部材）と、上シリンダ３０（シリンダ）と、ミドルプレート４０（端板部材）と、下シリンダ５０（シリンダ）と、下ヘッド６０（端板部材）と、下マフラ７０とを含んでいる。これらは、駆動軸３ｂの軸方向に沿って、上から下に向かって順に配列されている。

図１及び図２Ａに示すように、上シリンダ３０は、略円形板状の部材である。上シリンダ３０の中央部には、駆動軸３ｂの軸方向に上シリンダ３０を貫通した円形孔である圧縮室３１が形成されている。圧縮室３１内には、ピストン３２が配置されている。ピストン３２は、円環状のローラ３２ａと、ローラ３２ａの外周面から径方向外側に延在するブレード３２ｂとから構成されている。ローラ３２ａは、偏心部３ｃの外周面に対して相対回転可能に装着されて、圧縮室３１内に配置されている。

図２Ａ及び図３に示すように、上シリンダ３０には、圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ３０の径方向に延在した横通路３０ａが形成されている。横通路３０ａの径方向内側端部は、圧縮室３１に開口し、横通路３０ａの径方向外側端部は、上シリンダ３０の外周面に開口している。横通路３０ａの径方向外側端部から横通路３０ａ内に吸入管６が挿入されており、その先端が横通路３０ａの中央付近に位置している。また、上シリンダ３０には、圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、横通路３０ａから鉛直下方に延在した縦通路３０ｂが形成されている。縦通路３０ｂは、横通路３０ａにおける径方向内側端部と吸入管６の先端位置との間から分岐し、鉛直下方に延在して上シリンダ３０の下面に開口している。

また、図２Ａに示すように、上シリンダ３０には、圧縮室３１の周壁面から径方向外側に凹んだ形状のブレード収容部３３が形成されている。ブレード収容部３３内には、上シリンダ３０の周方向に対向する一対のブッシュ３４が配置されている。一対のブッシュ３４は、略円柱状の部材を半分割した形状である。一対のブッシュ３４は、その間にブレード３２ｂが配置された状態で、ブレード収容部３３内において揺動可能である。また、ブレード３２ｂは、一対のブッシュ３４の間において、上シリンダ３０の径方向に進退可能に配置されている。圧縮室３１は、ブレード３２ｂによって、低圧室と高圧室とに区画されている。

図１に示すように、上ヘッド２０は、上シリンダ３０の上端面に接するように配置されており、圧縮室３１の上端を閉塞することで圧縮室３１を区画している。上ヘッド２０は、略円環状の部材であって、その中央部に駆動軸３ｂが回転可能に挿通されている。上ヘッド２０は、溶接などによって密閉容器２の内周面に固定されている。

上ヘッド２０の上方には、上マフラ１０ａ、１０ｂが配置されている。上ヘッド２０と上マフラ１０ｂとの間及び上マフラ１０ａと上マフラ１０ｂとの間には、上マフラ空間が形成されている。上マフラ空間により、冷媒の吐出に伴う騒音の低減が図られている。

図２Ａに示すように、上ヘッド２０には、圧縮室３１と上マフラ空間とを連通させ、圧縮室３１で圧縮された冷媒を上マフラ空間に吐出する吐出孔３５が設けられている。吐出孔３５は、板状の吐出弁（図示省略）によって塞がれている。吐出弁は、圧縮室３１の圧力が所定の圧力以上となると弾性変形して吐出孔３５を開口する。

ミドルプレート４０は、円形板状の部材であって、図１に示すように、上シリンダ３０の下端面及び下シリンダ５０の上端面に接するように配置されている。図３に示すように、ミドルプレート４０は、上シリンダ３０の圧縮室３１の下端を閉塞することで圧縮室３１を区画とともに、下シリンダ５０の圧縮室５１の上端を閉塞することで圧縮室５１を区画している。ミドルプレート４０には、圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ３０の縦通路３０ｂに接続された縦通路４０ａが形成されている。縦通路４０ａは、上シリンダ３０の縦通路３０ｂと、後述の下シリンダ５０の横通路５０ａとを接続している。

図１及び図２Ｂに示すように、ミドルプレート４０を介して上シリンダ３０に隣接した下シリンダ５０は、上シリンダ３０と同様に、略円形板状の部材である。下シリンダ５０の中央部には、駆動軸３ｂの軸方向に下シリンダ５０を貫通した円形孔である圧縮室５１が形成されている。圧縮室５１内には、ピストン５２が配置されている。ピストン５２は、円環状のローラ５２ａと、ローラ５２ａの外周面から径方向外側に延在するブレード５２ｂとから構成されている。ローラ５２ａは、偏心部３ｄの外周面に対して相対回転可能に装着されて、圧縮室５１内に配置されている。

図２Ｂ及び図３に示すように、下シリンダ５０には、圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、下シリンダ５０の径方向に延在した横通路５０ａが形成されている。横通路５０ａは、下シリンダ５０の上面が切り欠かれることにより形成されている。横通路５０ａの径方向内側端部は、圧縮室５１に開口している。横通路５０ａの径方向外側端部は、径方向において下シリンダ５０の壁面により塞がれ、上方に開口している。図３に示すように、横通路５０ａの径方向外側端部は、当該上方の開口を介して、ミドルプレート４０の縦通路４０ａに接続されている。横通路５０ａにおける前記開口を除く部分は、ミドルプレート４０の下面により塞がれている。

また、図２Ｂに示すように、下シリンダ５０には、圧縮室５１の周壁面から径方向外側に凹んだ形状のブレード収容部５３が形成されている。ブレード収容部５３内には、下シリンダ５０の周方向に対向する一対のブッシュ５４が配置されている。一対のブッシュ５４は、略円柱状の部材を半分割した形状である。一対のブッシュ５４は、その間にブレード５２ｂが配置された状態で、ブレード収容部５３内において揺動可能である。また、ブレード５２ｂは、一対のブッシュ５４の間において、下シリンダ５０の径方向に進退可能に配置されている。圧縮室５１は、ブレード５２ｂによって、低圧室と高圧室とに区画されている。

図１に示すように、下ヘッド６０は、下シリンダ５０の下端面に接するように配置されており、圧縮室５１の下端を閉塞することで圧縮室５１を区画している。下ヘッド６０は、略円環状の部材であって、その中央部に駆動軸３ｂが回転可能に挿通されている。

下ヘッド６０の下方には、下マフラ７０が配置されている。下ヘッド６０と下マフラ７０との間には、下マフラ空間が形成されている。下マフラ空間により、冷媒の吐出に伴う騒音の低減が図られている。

図２Ｂに示すように、下ヘッド６０には、圧縮室５１と下マフラ空間とを連通させ、圧縮室５１で圧縮された冷媒を下マフラ空間に吐出する吐出孔５５が設けられている。吐出孔５５は、板状の吐出弁（図示省略）によって塞がれている。吐出弁は、圧縮室５１の圧力が所定の圧力以上となると弾性変形して吐出孔５５を開口する。

下マフラ空間は、下ヘッド６０、下シリンダ５０、ミドルプレート４０、上シリンダ３０および上ヘッド２０にそれぞれ形成された貫通孔を介して、上マフラ空間と連通している。

本実施形態のロータリ圧縮機１には、上シリンダ３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路（第１通路）、及び、上吸入通路（第１通路）から分岐した通路であり且つ下シリンダ５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路（第２通路）を含む吸入通路が形成されている。本実施形態では、上吸入通路は、上シリンダ３０に形成された横通路３０ａのうち、吸入管６の先端から圧縮室３１に到るまでの水平な通路であり、上シリンダ３０を通過し且つ下シリンダ５０を通過しない。下吸入通路は、上シリンダ３０に形成された縦通路３０ｂと、ミドルプレート４０に形成された縦通路４０ａと、下シリンダ５０に形成された横通路５０ａとで構成される（図３参照）。下吸入通路は、上シリンダ３０と下シリンダ５０の両方を通過する。

言い換えると、横通路３０ａのうち吸入管６の先端から圧縮室３１に到るまでの水平な通路（横通路３０ａのうち吸入管６の先端から横通路３０ａの径方向外側端部までを含まない）と、縦通路３０ｂとが、上シリンダ３０において吸入通路を形成している。そして、横通路５０ａが、下シリンダ５０において吸入通路を形成している。本実施形態において、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積は、上シリンダ３０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくなっている。

「シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積」とは、シリンダにおいて吸入通路を形成する壁の内周面の表面積であり、シリンダにおいてアキュムレータ５から吸入された冷媒が通過する壁面の表面積である。したがって、上シリンダ３０において吸入通路に面した領域の表面積は、横通路３０ａのうち吸入管６の先端から圧縮室３１に到るまでの水平な通路に面した領域の表面積と、縦通路３０ｂに面した領域の表面積との合計であり、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積は、横通路５０ａに面した領域の表面積である。

吸入通路に面した領域の表面積が上シリンダ３０に比べて小さい下シリンダ５０では、上シリンダ３０と比べ、吸入通路に面した領域付近における冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、下シリンダ５０と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。

そこで、本実施形態の圧縮機１では、図３に示すように、下シリンダ５０の高さＡ３と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２の高さＡ４との差が、上シリンダ３０の高さＡ１と、上シリンダ３０の圧縮室３１に配置されたピストン３２の高さＡ２との差よりも小さくなっている（Ａ３−Ａ４＜Ａ１−Ａ２）。ここで、上シリンダ３０の高さＡ１とピストン３２の高さＡ２との差、及び、下シリンダ５０の高さＡ３とピストン５２の高さＡ４との差は、圧縮機１の停止時（常温時）におけるものである。

本実施形態のロータリ圧縮機１には、吸入管６が接続された上シリンダ３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路と、上吸入通路から分岐した通路であり且つ下シリンダ５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路を含む吸入通路が形成されている。そして、下シリンダ５０の吸入通路に面した領域の表面積が、上シリンダ３０の吸入通路に面した領域の表面積より小さい。したがって、下シリンダ５０では、上シリンダ３０と比べ、シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、下シリンダ５０と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。このため、下シリンダ５０では、上シリンダ３０と比較して、ピストン５２の軸方向の端面とこれに隣接する端板部材４０，６０の軸方向の端面との隙間を小さくしても支障が生じにくい。そして、これによって、ピストン内周部から圧縮室への油漏れを低減させることで、容積効率及び図示効率を向上させることができるので、圧縮機１を小型化するために２つのシリンダ３０，５０とアキュムレータ５とを１つの吸入管６により接続した場合でも、吸入抵抗の増加による圧縮機効率の低下を容積効率及び図示効率の向上で補い、圧縮機効率の低下を抑制できる。このようにして、本実施形態では、圧縮機１の小型化と、圧縮機効率の低下抑制とを両立できる。

また、本実施形態においては、上吸入通路（第１通路）は、上シリンダ３０を通過し且つ下シリンダ５０を通過せず、下吸入通路（第２通路）は、上シリンダ３０の内部において上吸入通路から分岐して、上シリンダ３０及び下シリンダ５０の両方を通過する。これにより、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積が、上シリンダ３０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さいという構成を容易に得ることができる。

さらに、本実施形態においては、吸入管６は、その先端が上シリンダ３０内に位置するように上シリンダ３０に挿入可能に構成されている。これにより、吸入管６の先端から上シリンダ３０の圧縮室３１までの冷媒の通路を構成するのが直線状の横通路３０ａだけとなって、吸入抵抗の増加を抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図４−図６を参照しつつ第２実施形態にかかる圧縮機について説明する。第１実施形態の圧縮機１では、アキュムレータ５の吸入管６が上シリンダ３０に挿入可能に構成された場合を説明したが、本実施形態にかかる圧縮機１０１は、アキュムレータ５の吸入管６が上ヘッド１２０に挿入可能に構成された点で第１実施形態と異なる。なお、本実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付してその説明を適宜省略する。

本実施形態にかかる圧縮機１０１は、駆動機構３と、圧縮機構１０４とを収容している。この圧縮機１０１において、図５Ａ及び図６に示すように、上シリンダ１３０の圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ１３０に対して下シリンダ５０とは反対側に配置された上ヘッド１２０には、上ヘッド１２０の径方向に延在した横通路１２０ａと、横通路１２０ａから鉛直下方に延在した縦通路１２０ｂとが形成されている。横通路１２０ａの径方向内側端部は、径方向において上ヘッド１２０の壁面により塞がれ、下方に開口している。横通路１２０ａの径方向内側端部は、当該下方の開口を介して、上シリンダ１３０の横通路１３０ａに接続されている。横通路１２０ａの径方向外側端部は、上ヘッド１２０の外周面に開口している。横通路１２０ａから横通路１２０ａ内に吸入管６が挿入されており、その先端が横通路１２０ａの中央付近に位置している。

上シリンダ１３０には、上シリンダ１３０の圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ１３０の径方向に延在した横通路１３０ａが形成されている。横通路１３０ａは、上シリンダ１３０の上面が切り欠かれることにより形成されている。横通路１３０ａの径方向内側端部は、圧縮室３１に開口している。横通路１３０ａの径方向外側端部は、径方向において上シリンダ１３０の壁面により塞がれ、上方に開口している。横通路１３０ａの径方向外側端部は、当該上方の開口を介して、上ヘッド１２０の縦通路１２０ｂに接続されている。横通路１３０ａにおける前記開口を除く部分は、上ヘッド１２０の下面により塞がれている。また、上シリンダ１３０には、下シリンダ１５０の圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、横通路１３０ａから鉛直下方に延在した縦通路１３０ｂが形成されている。縦通路１３０ｂは、横通路１３０ａから分岐し、鉛直下方に延在して上シリンダ１３０の下面に開口している。

ミドルプレート４０には、下シリンダ５０の圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ１３０の縦通路１３０ｂに接続された縦通路４０ａが形成されている。縦通路４０ａは、上シリンダ１３０の縦通路１３０ｂと、後述の下シリンダ５０の横通路５０ａとを接続している。

図５Ｂ及び図６に示すように、ミドルプレート４０を介して上シリンダ１３０に隣接した下シリンダ５０には、圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、下シリンダ５０の径方向に延在した横通路５０ａが形成されている。横通路５０ａは、下シリンダ５０の上面が切り欠かれることにより形成されている。横通路５０ａの径方向内側端部は、圧縮室５１に開口している。横通路５０ａの径方向外側端部は、径方向において下シリンダ５０の壁面により塞がれ、上方に開口している。図６に示すように、横通路５０ａの径方向外側端部は、当該上方の開口を介して、ミドルプレート４０の縦通路４０ａに接続されている。横通路５０ａにおける前記開口を除く部分は、ミドルプレート４０の下面により塞がれている。

本実施形態のロータリ圧縮機１０１には、上シリンダ１３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路（第１通路）、及び、上吸入通路（第１通路）から分岐した通路であり且つ下シリンダ５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路（第２通路）を含む吸入通路が形成されている。本実施形態では、上吸入通路は、上ヘッド１２０に形成された横通路１２０ａのうち吸入管６の先端から横通路５０ａの径方向内側端部に到るまでの水平な通路及び縦通路１２０ｂと、上シリンダ１３０に形成された横通路１３０ａとで構成される。下吸入通路は、上シリンダ１３０に形成された縦通路１３０ｂと、ミドルプレート４０に形成された縦通路４０ａと、下シリンダ５０に形成された横通路５０ａとで構成される（図６参照）。

言い換えると、横通路１３０ａと、縦通路１３０ｂとが、上シリンダ１３０において吸入通路を形成している。そして、横通路５０ａが、下シリンダ５０において吸入通路を形成している。本実施形態において、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積は、上シリンダ１３０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくなっている。

吸入通路に面した領域の表面積が上シリンダ１３０に比べて小さい下シリンダ５０では、上シリンダ１３０に比べて、吸入通路に面した領域付近における冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、下シリンダ５０と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。

そこで、本実施形態の圧縮機１０１では、図６に示すように、下シリンダ５０の高さＡ３と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２の高さＡ４との差が、上シリンダ１３０の高さＡ１と、上シリンダ１３０の圧縮室３１に配置されたピストン３２の高さＡ２との差よりも小さくなっている（Ａ３−Ａ４＜Ａ１−Ａ２）。ここで、上シリンダ１３０の高さＡ１とピストン３２の高さＡ２との差、及び、下シリンダ５０の高さＡ３とピストン５２の高さＡ４との差は、圧縮機１０１の停止時（常温時）におけるものである。

本実施形態のロータリ圧縮機１０１には、上シリンダ１３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路と、上吸入通路から分岐した通路であり且つ下シリンダ５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路を含む吸入通路が形成されている。そして、下シリンダ５０の吸入通路に面した領域の表面積は、上シリンダ１３０の吸入通路に面した領域の表面積より小さい。したがって、下シリンダ５０では、上シリンダ１３０と比べ、シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、下シリンダ５０と、下シリンダ５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。このため、下シリンダ５０では、上シリンダ１３０と比較して、ピストン５２の軸方向の端面とこれに隣接する端板部材４０，６０の軸方向の端面との隙間を小さくしても支障が生じにくい。そして、これによって、ピストン内周部から圧縮室への油漏れを低減させることで、容積効率及び図示効率を向上させることができるので、圧縮機１０１を小型化するために２つのシリンダ１３０，５０とアキュムレータ５とを１つの吸入管６により接続した場合でも、吸入抵抗の増加による圧縮機効率の低下を容積効率及び図示効率の向上で補い、圧縮機効率の低下を抑制できる。このようにして、本実施形態では、圧縮機１０１の小型化と、圧縮機効率の低下抑制とを両立できる。

また、本実施形態においては、上吸入通路（第１通路）は、上シリンダ１３０を通過し且つ下シリンダ５０を通過せず、下吸入通路（第２通路）は、上シリンダ１３０の内部において上吸入通路から分岐して、上シリンダ１３０及び下シリンダ５０の両方を通過する。これにより、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積が、上シリンダ１３０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さいという構成を容易に得ることができる。

さらに、本実施形態においては、吸入管６は、その先端が上シリンダ１３０に対して下シリンダ５０とは反対側に配置された端板部材である上ヘッド１２０内に位置するように上ヘッド１２０に挿入可能に構成されている。これにより、上吸入通路は上シリンダ１３０内において冷媒の進行方向が鉛直から水平へと変化する箇所を１つ有することになり、下吸入通路は下シリンダ５０内において冷媒の進行方向が鉛直から水平へと変化する箇所を１つ有することになる。すなわち、上吸入通路と下吸入通路とで吸入抵抗に大きな差が生じにくくなる。

［第３実施形態］
次に、図７及び図８を参照しつつ第３実施形態にかかる圧縮機について説明する。第３実施形態の圧縮機１では、アキュムレータ５の吸入管６が下シリンダ２５０に挿入可能に構成された点で第１実施形態と異なる。なお、本実施形態において、前記第１実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付してその説明を適宜省略する。

本実施形態にかかる圧縮機２０１は、駆動機構３と、圧縮機構２０４とを収容している。図７及び図８に示すように、下シリンダ２５０の圧縮室５１に冷媒を導入するための吸入通路として、下シリンダ２５０には、下シリンダ２５０の径方向に延在した横通路２５０ａが形成されている。横通路２５０ａの径方向内側端部は、圧縮室５１に開口し、横通路２５０ａの径方向外側端部は、下シリンダ２５０の外周面に開口している。横通路２５０ａの径方向外側端部から横通路２５０ａ内に吸入管６が挿入されており、その先端が横通路２５０ａの中央付近に位置している。また、下シリンダ２５０には、上シリンダ２３０の圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、横通路２５０ａから鉛直上方に延在した縦通路２５０ｂが形成されている。縦通路２５０ｂは、横通路２５０ａにおける径方向内側端部と吸入管６の先端位置との間から分岐し、鉛直上方に延在して下シリンダ２５０の上面に開口している。さらに、下シリンダ２５０には、横通路２５０ａから鉛直下方に延在した縦通路２５０ｃが形成されている。縦通路２５０ｃは、横通路２５０ａにおける径方向内側端部と吸入管６の先端位置との間（縦通路２５０ｂと上下に重なる位置）から分岐し、鉛直下方に延在して下シリンダ２５０の下面に開口している。この開口は下ヘッド６０によって閉塞されている。

ミドルプレート２４０には、圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、下シリンダ２５０の縦通路２５０ｂに接続された縦通路２４０ａが形成されている。縦通路２４０ａは、下シリンダ２５０の縦通路２５０ｂと、後述の上シリンダ２３０の横通路２３０ａとを接続している。

ミドルプレート２４０を介して下シリンダ２５０に隣接した上シリンダ２３０には、圧縮室３１に冷媒を導入するための吸入通路として、上シリンダ２３０の径方向に延在した横通路２３０ａが形成されている。横通路２３０ａは、上シリンダ２３０の下面が切り欠かれることにより形成されている。横通路２３０ａの径方向内側端部は、圧縮室３１に開口している。横通路２３０ａの径方向外側端部は、径方向において上シリンダ２３０の壁面により塞がれ、下方に開口している。横通路２３０ａの径方向外側端部は、当該下方の開口を介して、ミドルプレート２４０の縦通路２４０ａに接続されている。横通路２３０ａにおける前記開口を除く部分は、ミドルプレート２４０の上面により塞がれている。

本実施形態の圧縮機２０１には、下シリンダ２５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路（第１通路）、及び、下吸入通路（第１通路）から分岐した通路であり且つ上シリンダ２３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路（第２通路）を含む吸入通路が形成されている。本実施形態では、下吸入通路は、下シリンダ２５０に形成された横通路２５０ａのうち、吸入管６の先端から圧縮室５１に到るまでの水平な通路であり、上吸入通路は、下シリンダ２５０に形成された縦通路２５０ｂと、ミドルプレート２４０に形成された縦通路２４０ａと、上シリンダ２３０に形成された横通路２３０ａとで構成される。

言い換えると、横通路２５０ａのうち吸入管６の先端から圧縮室５１に到るまでの水平な通路（横通路２５０ａのうち吸入管６の先端から横通路２５０ａの径方向外側端部までを含まない）と、縦通路２５０ｂとが、下シリンダ２５０において吸入通路を形成している。そして、横通路２３０ａが、上シリンダ２３０において吸入通路を形成している。本実施形態において、上シリンダ２３０において吸入通路に面した領域の表面積は、下シリンダ２５０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくなっている。

吸入通路に面した領域の表面積が下シリンダ２５０に比べて小さい上シリンダ２３０では、下シリンダ２５０に比べて、吸入通路に面した領域付近における冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、上シリンダ２３０と、上シリンダ２３０の圧縮室３１に配置されたピストン３２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。

そこで、本実施形態の圧縮機２０１では、図８に示すように、上シリンダ２３０の高さＡ１と、上シリンダ２３０の圧縮室３１に配置されたピストン３２の高さＡ２との差が、下シリンダ２５０の高さＡ３と、下シリンダ２５０の圧縮室５１に配置されたピストン５２の高さＡ４との差よりも小さくなっている（Ａ１−Ａ２＜Ａ３−Ａ４）。ここで、下シリンダ２５０の高さＡ３とピストン５２の高さＡ４との差、及び、上シリンダ２３０の高さＡ１とピストン３２の高さＡ２との差は、圧縮機２０１の停止時（常温時）におけるものである。

本実施形態のロータリ圧縮機２０１には、下シリンダ２５０の圧縮室５１に冷媒を供給する下吸入通路と、下吸入通路から分岐した通路であり且つ上シリンダ２３０の圧縮室３１に冷媒を供給する上吸入通路を含む吸入通路が形成されている。そして、上シリンダ２３０の吸入通路に面した領域の表面積は、下シリンダ２５０の吸入通路に面した領域の表面積より小さい。したがって、上シリンダ２３０では、下シリンダ２５０と比べ、シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の冷媒による温度低下が小さくなる。そのため、上シリンダ２３０と、上シリンダ２３０の圧縮室３１に配置されたピストン３２との間において、温度差が小さくなり、熱膨張時における寸法変化量の差が小さくなる。このため、上シリンダ２３０では、下シリンダ２５０と比較して、ピストン３２の軸方向の端面とこれに隣接する端板部材２０，２４０の軸方向の端面との隙間を小さくしても支障が生じにくい。そして、これによって、ピストン内周部から圧縮室への油漏れを低減させることで、容積効率及び図示効率を向上させることができるので、圧縮機２０１を小型化するために２つのシリンダ２３０，２５０とアキュムレータ５とを１つの吸入管６により接続した場合でも、吸入抵抗の増加による圧縮機効率の低下を容積効率及び図示効率の向上で補い、圧縮機効率の低下を抑制できる。このようにして、本実施形態では、圧縮機２０１の小型化と、圧縮機効率の低下抑制とを両立できる。

また、本実施形態においては、下吸入通路（第１通路）は、下シリンダ２５０を通過し且つ上シリンダ２３０を通過せず、上吸入通路（第２通路）は、下シリンダ２５０の内部において下吸入通路から分岐して、下シリンダ２５０及び上シリンダ２３０の両方を通過する。これにより、上シリンダ２３０において吸入通路に面した領域の表面積が、下シリンダ２５０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さいという構成を容易に得ることができる。

さらに、本実施形態においては、吸入管６は、その先端が下シリンダ２５０内に位置するように下シリンダ２５０に挿入可能に構成されている。これにより、吸入管６の先端から下シリンダ２５０の圧縮室５１までの冷媒の通路を構成するのが直線状の横通路２５０ａだけとなって、吸入抵抗の増加を抑制することができる。

［実機による検証試験］
ここで、複数のロータリ圧縮機について行った試験結果について説明する。上述したように、本発明に係るロータリ圧縮機では、第２シリンダは、第１シリンダと比較して、シリンダの高さとピストンの高さとの差を小さくすることで、ピストン内周部から圧縮室への油漏れを低減させ、これによって圧縮機効率を向上させている。シリンダの高さとピストンの高さとの差が小さいほど、圧縮機効率を向上させることができる一方で、ピストンと端板部材との摺動摩擦による焼付きが生じやすくなって信頼性が低下する。逆に言うと、シリンダの高さとピストンの高さとの差が大きいほど、ピストンと端板部材との摺動摩擦による焼付きが生じにくくなって信頼性が向上する一方で、圧縮機効率が低下してしまう。

そこで、本発明者らは、信頼性を確保しつつ許容可能な圧縮機効率が得られるかどうかを、複数のロータリ圧縮機（いくつかのタイプを含む）を用いて実証試験を行った。この試験では、シリンダの駆動軸軸方向についての高さＨｃ（ｍｍ）、シリンダに形成された圧縮室の内部に配置されたピストンの軸方向についての高さＨｐ（ｍｍ）、シリンダにおける吸入通路に面した領域の表面積Ａｓ（ｍｍ²）、シリンダにおける吸入通路の長さＬｓ（ｍｍ）を変数とした。長さＬｓは、駆動軸軸方向と直交する平面内での吸入通路の長さであり、上述した実施形態ではシリンダの径方向への長さである。長さＬｓの例を、図３、図６及び図８にＬ１、Ｌ２として示す。

上記４つの変数Ｈｃ、Ｈｐ、Ａｓ、Ｌｓを変化させた各圧縮機について、ピストンと端板部材との摺動摩擦による焼付きが生じるかどうか、及び、許容可能な圧縮機効率が得られるかどうかを評価した。図９は、その結果を描いたグラフである。

図９において、縦軸のパラメータは（シリンダとピストンの高さの差（Ｈｃ−Ｈｐ）／シリンダ高さＨｃ）であって、温度変化に伴うシリンダ高さの変化率を表している。シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の温度が冷媒によって低下するとシリンダが熱収縮するため、ピストンとの高さの差（Ｈｃ−Ｈｐ）が小さくなる。そして、これがゼロになるとピストンが端板部材に挟み込まれて焼付きが生じ、圧縮機が損傷する虞がある。縦軸の数値が大きいほど焼付きが生じにくい。

横軸のパラメータは（シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積Ａｓ／シリンダ高さＨｐ×吸入通路の延在方向の長さＬｓ）であって、シリンダの温度変化のしやすさを表している。すなわち、シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積が大きいほど、シリンダは冷媒によって冷却されて温度が低下しやすい。一方、シリンダ高さ及び吸入通路の延在方向の長さが大きいほど、熱容量増加により、シリンダは温度が低下しにくい。このように、シリンダにおける吸入通路に面した領域付近の温度は、当該領域の表面積Ａｓ、シリンダ高さＨｐ、及び、吸入通路の延在方向の長さＬｓの三者のバランスに応じて変動する。

図９において、直線として表される近似線Ａは、圧縮機効率の面での性能下限を示す限界線である。すなわち、許容可能な圧縮機効率が得られるのは、近似線Ａよりも下の領域である。また、近似線Ａと同じ傾きを有する直線として表される近似線Ｂは、信頼性の面で許容可能な（焼付きが生じない）限界線である。すなわち、焼付きが生じないのは、近似線Ｂよりも上の領域である。ここで、
近似線Ａは、
（Ｈｃ−Ｈｐ）／Ｈｃ＝１．４×０．０００１×Ａｓ／（Ｈｃ・Ｌｓ）＋６．７×０．０００１
であり、
近似線Ｂは、
（Ｈｃ−Ｈｐ）／Ｈｃ＝１．４×０．０００１×Ａｓ／（Ｈｃ・Ｌｓ）＋３．９×０．０００１
である。

したがって、上記４つの変数Ｈｃ、Ｈｐ、Ａｓ、Ｌｓの値を、関係式
３．９×０．０００１≦（Ｈｃ−Ｈｐ）／Ｈｃ−１．４×０．０００１×Ａｓ／（Ｈｃ・Ｌｓ）≦６．７×０．０００１
を満たすような値とすることで、圧縮機効率及び信頼性の両方を満たす圧縮機を得ることができる。

［変形例］
上述した第１実施形態において、第１シリンダが下シリンダ５０で、第２シリンダが上シリンダ３０であってもよい。すなわち、上シリンダ３０において吸入通路に面した領域の表面積が、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくてもよい。同様に、第２実施形態において、第１シリンダが下シリンダ５０で、第２シリンダが上シリンダ１３０であってもよい。すなわち、上シリンダ１３０において吸入通路に面した領域の表面積が、下シリンダ５０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくてもよい。また、第３実施形態において、第１シリンダが上シリンダ２３０で、第２シリンダが下シリンダ２５０であってもよい。すなわち、下シリンダ２５０において吸入通路に面した領域の表面積が、上シリンダ２３０において吸入通路に面した領域の表面積よりも小さくてもよい。

吸入通路の構成（配置、断面形状など）は、前記第１−第３実施形態に示したものに限られず、適宜変更してよい。一例として、第１−第３実施形態では、横通路３０ａ、５０ａ；１３０ａ；２３０ａ、２５０ａがシリンダの径方向に延在している例について説明したが、これらの横通路は、圧縮室に連通している限りにおいて、駆動軸の軸方向と直交する平面内において任意の方向に延在していてよい。

第１−第３実施形態では、外部機器として、本発明に係るロータリ圧縮機に固定されたアキュムレータを例示したが、これに限定されない。外部機器は、例えば、本発明に係るロータリ圧縮機に固定されていないアキュムレータや、アキュムレータ以外の機器（蒸発器等）であってもよい。

第１−第３実施形態では、ピストンのローラとブレードが一体に構成されているが、ローラとブレードが別体に構成されてよい。

第１−第３実施形態では、上シリンダ及び下シリンダを有した２シリンダのロータリ圧縮機について説明したが、３以上のシリンダを有したロータリ圧縮機であってよい。この場合、３以上のシリンダにおいて、シリンダの駆動軸軸方向についての高さと当該シリンダの圧縮室に配置されたピストンの前記軸方向についての高さとの差は、当該シリンダにおいて吸入通路に面した領域の表面積が小さいほど小さいことが好ましい。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、前記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

１；２０１ ロータリ圧縮機
３ 駆動機構
４；２０４ 圧縮機構
２０；１２０ 上ヘッド（端板部材）
３０；１３０；２３０ 上シリンダ（シリンダ、第１シリンダ）
３１、５１ 圧縮室
３２、５２ ピストン
４０；２４０ ミドルプレート（端板部材）
５０；２５０ 下シリンダ（シリンダ、第２シリンダ）
６０ 下ヘッド（端板部材）

Claims (6)

1. 圧縮機構と、前記圧縮機構を駆動する駆動軸を有する駆動機構とを収容したロータリ圧縮機であって、
   前記圧縮機構は、
   圧縮室がそれぞれ形成されたシリンダであって、複数の前記圧縮室内に前記駆動軸が位置するように前記駆動軸の軸方向に配列された複数のシリンダと、
   各シリンダの前記軸方向についての両端に配置され、前記圧縮室を区画する複数の端板部材と、
   各圧縮室の内部に配置され、前記駆動軸により駆動される複数のピストンとを備え、
   前記複数のシリンダは、第１シリンダと、１つの前記端板部材を介して前記第１シリンダに隣接した第２シリンダとを含み、
   前記ロータリ圧縮機には、外部機器から吸入管を介して供給された冷媒を前記第１シリンダの前記圧縮室に供給する第１通路、及び、前記第１通路から分岐した通路であり且つ前記第２シリンダの前記圧縮室に冷媒を供給する第２通路を含む吸入通路が形成されており、
   前記第２シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積は、前記第１シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積よりも小さく、
   前記第２シリンダの前記軸方向についての高さと前記第２シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差は、前記第１シリンダの前記軸方向についての高さと前記第１シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差よりも小さいことを特徴とするロータリ圧縮機。
2. 前記第１通路は、前記第１シリンダを通過し且つ前記第２シリンダを通過せず、
   前記第２通路は、前記第１シリンダの内部において前記第１通路から分岐して、前記第１シリンダ及び前記第２シリンダの両方を通過することを特徴とする請求項１に記載のロータリ圧縮機。
3. 前記吸入管は、その先端が前記第１シリンダ内に位置するように前記第１シリンダに挿入可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータリ圧縮機。
4. 前記吸入管は、その先端が前記第１シリンダに対して前記第２シリンダとは反対側に配置された前記端板部材内に位置するように当該端板部材に挿入可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載のロータリ圧縮機。
5. 前記複数のシリンダにおいて、当該シリンダの前記軸方向についての高さと当該シリンダの前記圧縮室に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さとの差は、当該シリンダにおいて前記吸入通路に面した領域の表面積が小さいほど小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。
6. 前記複数のシリンダのいずれについても、当該シリンダの前記軸方向についての高さをＨｃ（ｍｍ）、当該シリンダに形成された前記圧縮室の内部に配置された前記ピストンの前記軸方向についての高さをＨｐ（ｍｍ）、当該シリンダにおける前記吸入通路に面した領域の表面積をＡｓ（ｍｍ²）、当該シリンダにおける前記吸入通路の前記軸方向と直交する方向についての長さをＬｓ（ｍｍ）としたときに、
   ３．９×０．０００１≦（Ｈｃ−Ｈｐ）／Ｈｃ−１．４×０．０００１×Ａｓ／（Ｈｃ・Ｌｓ）≦６．７×０．０００１
   が満たされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータリ圧縮機。