JP7293024B2 - 回転式圧縮機、および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、回転式圧縮機、および該回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関する。

空気調和機などの冷凍サイクル装置には、回転式圧縮機が搭載されている。回転式圧縮機は、主たる要素として、回転軸を回転させる電動機部と、回転軸を介して電動機部と連結された圧縮機構部とを備えている。圧縮機構部は、シリンダ室を形成するシリンダと、回転軸の偏心部に嵌着されてシリンダ室内で偏心回転するローラとを備えている。シリンダ室内は、冷媒の吸込室と圧縮室とにベーンで区画されている。

ベーンは、先端部をローラの外周面に弾性的に当接させるように配置されている。電動機部の駆動により回転軸が回転すると、偏心部においてローラが偏心回転する。回転軸が回転する間、ローラとベーンは互いに摺動し合う。したがって、回転軸を精度よく回転させ、冷媒を適切に圧縮するためには、ローラとベーンとを安定して摺動させる必要がある。

特開２００９－１９７７９３号公報 特開２０１７－１４１８０２号公報

ローラとベーンとを長期に亘って安定して摺動させるためには、これらの摺動部分の耐摩耗性を向上させることが求められる。例えば、高差圧、高回転域で回転式圧縮機が運転される場合、摺動部分がより顕著に摩耗するおそれがあり、回転式圧縮機の信頼性向上を図るためには、より一層の耐摩耗性が求められる。

本発明の目的は、ローラとベーンとの摺動部分の耐摩耗性の向上を図り、回転精度や圧縮性能などを高めることが可能な回転式圧縮機、および該回転式圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することにある。

実施形態によれば、回転式圧縮機は、シリンダ室を形成する二つのシリンダと、シリンダ室内に配置される偏心部を有する回転軸と、偏心部に嵌着されてシリンダ室内で回転軸の軸芯に対して偏心回転する筒状のローラと、ローラの偏心回転に伴ってシリンダ室内に進退し、シリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画するベーンと、回転軸が貫通する開口部分を有し、回転軸の軸芯方向において二つのシリンダの間に介在する仕切板とを備える。ローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置される複数のサブローラから構成される。複数のサブローラのうち、最外周に配置されたサブローラは、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、ベーンとの摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下であり、かつロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下である。ベーンは、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被膜して形成されている。複数のサブローラのうち、最外周に配置されたサブローラの内周面と該サブローラの一つ内側に配置されたサブローラの外周面との境界部は、周方向の一部分が仕切板の開口部分と回転軸の軸芯方向に重ならない。

第１の実施形態に係る冷凍サイクル装置の構成を概略的に示す回路図である。 第１の実施形態に係る回転式圧縮機の断面図である。 図２に示す矢印Ａ２部分における回転式圧縮機の圧縮機構部の断面を矢印方向に示す図である。 第２の実施形態に係るローラの構成を示す図であって、(ａ)は回転軸の軸芯方向と直交する平面（水平面）における断面図、(ｂ)は回転軸の軸芯方向と平行な平面（鉛直面）における断面図である。

［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について、図１から図３を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る冷凍サイクル装置の一例である空気調和機１の冷凍サイクル回路図である。空気調和機１は、主たる要素として、回転式圧縮機２、四方弁３、室外熱交換器４、膨張装置５および室内熱交換器６を備えている。

図１に示すように、回転式圧縮機２の吐出側は、四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。四方弁３の第２ポート３ｂは、室外熱交換器４に接続されている。室外熱交換器４は、膨張装置５を介して室内熱交換器６に接続されている。室内熱交換器６は、四方弁３の第３ポート３ｃに接続されている。四方弁３の第４ポート３ｄは、アキュムレータ８を介して回転式圧縮機２の吸入側に接続されている。

冷媒は、回転式圧縮機２の吐出側から室外熱交換器４、膨張装置５、室内熱交換器６、およびアキュムレータ８を経由し、吸込側に至る循環回路７を循環する。冷媒としては、塩素を含まない冷媒が好ましく、例えばＲ４４８Ａ、Ｒ４４９Ａ、Ｒ４４９Ｂ、Ｒ４０７Ｇ、Ｒ４０７Ｈ、Ｒ４４９Ｃ、Ｒ４５６Ａ、Ｒ５１６Ａ、Ｒ４０６Ｂ、Ｒ４６３Ａ、Ｒ７４４、ＨＣ系冷媒などが適用可能である。

例えば、空気調和機１が冷房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第２ポート３ｂに連通し、第３ポート３ｃが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。冷房モードで空気調和機１の運転が開始されると、回転式圧縮機２で圧縮された高温・高圧の気相冷媒が循環回路７に吐出される。吐出された気相冷媒は、四方弁３を経由して凝縮器（放熱器）として機能する室外熱交換器４に導かれる。

室外熱交換器４に導かれた気相冷媒は、空気との熱交換により凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。高圧の液相冷媒は、膨張装置５を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器（吸熱器）として機能する室内熱交換器６に導かれるとともに、室内熱交換器６を通過する過程で空気と熱交換する。

この結果、気液二相冷媒は、空気から熱を奪って蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室内熱交換器６を通過する空気は、液相冷媒の蒸発潜熱により冷やされ、冷風となって空調（冷房）すべき場所に送られる。

室内熱交換器６を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３を経由してアキュムレータ８に導かれる。冷媒中に蒸発し切れなかった液相冷媒が混入している場合は、ここで液相冷媒と気相冷媒とに分離される。液相冷媒から分離された低温・低圧の気相冷媒は、アキュムレータ８から回転式圧縮機２に吸い込まれるとともに、回転式圧縮機２で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路７に吐出される。

一方、空気調和機１が暖房モードで運転を行う場合、四方弁３は、第１ポート３ａが第３ポート３ｃに連通し、第２ポート３ｂが第４ポート３ｄに連通するように切り替わる。暖房モードで空気調和機１の運転が開始されると、回転式圧縮機２から吐出された高温・高圧の気相冷媒は、四方弁３を経由して室内熱交換器６に導かれ、室内熱交換器６を通過する空気と熱交換される。この場合、室内熱交換器６は凝縮器として機能する。

この結果、室内熱交換器６を通過する気相冷媒は、空気と熱交換することにより凝縮し、高圧の液相冷媒に変化する。室内熱交換器６を通過する空気は、気相冷媒との熱交換により加熱され、温風となって空調(暖房)すべき場所に送られる。

室内熱交換器６を通過した高温の液相冷媒は、膨張装置５に導かれるとともに、膨張装置５を通過する過程で減圧されて低圧の気液二相冷媒に変化する。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する室外熱交換器４に導かれるとともに、ここで空気と熱交換することにより蒸発し、低温・低圧の気相冷媒に変化する。室外熱交換器４を通過した低温・低圧の気相冷媒は、四方弁３およびアキュムレータ８を経由して回転式圧縮機２に吸い込まれるとともに、回転式圧縮機２で再び高温・高圧の気相冷媒に圧縮されて循環回路７に吐出される。

次に、空気調和機１に用いられる回転式圧縮機２の具体的な構成について、図２および図３を参照して説明する。図２は、回転式圧縮機２の断面図である。図２に示すように、回転式圧縮機２は、いわゆる縦形のロータリーコンプレッサであって、主たる要素として、密閉容器１０、圧縮機構部１１および電動機部１２を備えている。

密閉容器１０は、円筒状の周壁１０ａを有するとともに、鉛直方向に沿うように起立されている。密閉容器１０の上端には、吐出管１０ｂが設けられている。吐出管１０ｂは、循環回路７を介して四方弁３の第１ポート３ａに接続されている。さらに、密閉容器１０の下部には、潤滑油Ｉを蓄える油溜まり部１０ｃが設けられている。

潤滑油Ｉとしては、例えばポリオールエステル油、ポリビニルエーテル油、ポリアルキレングリコール油、鉱物油などが適用可能である。これらの潤滑油Ｉは、極圧添加剤を含まないことが好ましく、極圧添加剤を含む場合でも、０．３重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下にすることが好ましい。極圧添加剤としては、例えばトリクレジルホスフェートが適用可能である。

圧縮機構部１１は、潤滑油Ｉに浸かるように密閉容器１０の下部に収容されている。圧縮機構部１１は、ツイン型のシリンダ構造を有し、第１のシリンダ１３、第２のシリンダ１４、回転軸１５、第１のローラ１６、第２のローラ１７、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂを主たる要素として備えている。

第１のシリンダ１３は、密閉容器１０の周壁１０ａの内周面に固定されている。第２のシリンダ１４は、第１のシリンダ１３の下面に仕切板１８を介して固定されている。

第１のシリンダ１３の上方には、第１の軸受２０が固定されている。第１の軸受２０は、第１のシリンダ１３の内径部を上方から覆うとともに、第１のシリンダ１３の上方に向けて突出されている。第１のシリンダ１３の内径部、仕切板１８および第１の軸受２０で囲まれた空間は、第１のシリンダ室２１を構成する。仕切板１８および第１の軸受２０は、第１のシリンダ室２１における回転軸１５の軸芯方向の一面（下面および上面）をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。

第２のシリンダ１４の下方には、第２の軸受２２が固定されている。第２の軸受２２は、第２のシリンダ１４の内径部を下方から覆うとともに、第２のシリンダ１４の下方に向けて突出されている。第２のシリンダ１４の内径部、仕切板１８および第２の軸受２２で囲まれた空間は、第２のシリンダ室２３を構成する。仕切板１８および第２の軸受２２は、第２のシリンダ室２３における回転軸１５の軸芯方向の一面（上面および下面）をそれぞれ規定する閉鎖部材に相当する。第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３は、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１と同軸状に配置されている。

図２に示すように、第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３は、循環回路７の一部である吸込管２５ａ，２５ｂを介してアキュムレータ８に接続されている。アキュムレータ８で液相冷媒から分離された気相冷媒は、吸込管２５ａ，２５ｂを通って第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３に導かれる。

回転軸１５は、軸芯が密閉容器１０の中心軸線Ｏ１と同軸状に位置し、第１のシリンダ室２１、第２のシリンダ室２３および仕切板１８を貫通している。回転軸１５は、第１のジャーナル部２７ａ、第２のジャーナル部２７ｂおよび一対のクランクピン部（偏心部）２８ａ，２８ｂを有している。第１のジャーナル部２７ａは、第１の軸受２０によって回転自在に支持されている。第２のジャーナル部２７ｂは、第２の軸受２２によって回転自在に支持されている。

さらに、回転軸１５は、第１のジャーナル部２７ａから同軸状に延長された連結部２７ｃを有している。連結部２７ｃは、第１の軸受２０を貫通して圧縮機構部１１の上方に突出している。連結部２７ｃには、後述する電動機部１２の回転子３３が固着されている。

偏心部２８ａ，２８ｂは、第１のジャーナル部２７ａと第２のジャーナル部２７ｂとの間に位置している。偏心部２８ａ，２８ｂは、例えば１８０度の位相差を有するとともに、密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に対する偏心量が互いに同一となっている。一方の偏心部（以下、第１の偏心部という）２８ａは、第１のシリンダ室２１に収容されている。他方の偏心部（以下、第２の偏心部という）２８ｂは、第２のシリンダ室２３に収容されている。

図３は、図２に示す矢印Ａ２部分における圧縮機構部１１の断面を矢印方向に示す図である。図３には、第１のシリンダ１３の内部構成を示す。第１のシリンダ１３の内部構成と第２のシリンダ１４の内部構成は、第１の偏心部２８ａおよび第２の偏心部２８ｂの位相差に応じて異なる部分を除き、互いに略同等である。したがって、第２のシリンダ１４の内部構成は、図３に示す構成に準ずる。

図２および図３に示すように、筒状の第１のローラ１６は、第１の偏心部２８ａの外周面２９ａに嵌着されている。第１のローラ１６の内周面１６ａと第１の偏心部２８ａの外周面２９ａとの間には、第１の偏心部２８ａに対する第１のローラ１６の回転を許容する僅かな隙間が設けられている。これにより、第１のローラ１６は、回転軸１５が回転した時に、第１のシリンダ室２１内で偏心回転するとともに、第１のローラ１６の外周面１６ｂの一部が第１のシリンダ室２１の内周面２１ａに摺動可能に線接触する。

筒状の第２のローラ１７は、第２の偏心部２８ｂの外周面２９ｂに嵌着されている。第２のローラ１７の内周面１７ａと第２の偏心部２８ｂの外周面２９ｂとの間には、第２の偏心部２８ｂに対する第２のローラ１７の回転を許容する僅かな隙間が設けられている。これにより、第２のローラ１７は、回転軸１５が回転した時に、第２のシリンダ室２３内で偏心回転するとともに、第２のローラ１７の外周面１７ｂの一部が第２のシリンダ室２３の内周面２３ａに摺動可能に線接触する。

図２および図３に示すように、第１のシリンダ１３には第１のベーン３０ａが配置され、第２のシリンダ１４には第２のベーン３０ｂが配置されている。シリンダ１３，１４の内周部には、径方向の外側に向けて延びたベーン溝１３ａ，１４ａが形成されている。第１のベーン３０ａは、径方向の内側へ付勢手段３２ａで付勢された状態で第１のベーン溝１３ａに支持されている。同様に、第２のベーン３０ｂは、径方向の内側へ付勢手段３２ｂで付勢された状態で第２のベーン溝１４ａに支持されている。各ベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂは、ローラ１６，１７の外周面１６ｂ，１７ｂに摺動可能に押し付けられている。これらのベーン３０ａ，３０ｂは、ローラ１６，１７と協働してシリンダ室２１，２３をそれぞれ吸入室と圧縮室とに区画するとともに、各ローラ１６，１７の偏心回転に伴ってシリンダ室２１，２３に突出したり、シリンダ室２１，２３から退去する方向に移動（進退）するようになっている。このようにシリンダ室２１，２３に対してベーン３０ａ，３０ｂが進退することで、シリンダ室２１，２３の吸入室および圧縮室の容積が変化し、吸込管２５ａ，２５ｂからシリンダ室２１，２３に吸い込まれた気相冷媒が圧縮される。

第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３で圧縮された高温・高圧の気相冷媒は、吐出弁機構（図示省略）を介して密閉容器１０の内部に吐出される。吐出された気相冷媒は、密閉容器１０の内部を上昇する。さらに、圧縮機構部１１の動作中は、密閉容器１０の油溜まり部１０ｃに貯溜された潤滑油Ｉが攪拌される。攪拌された潤滑油Ｉは、ミスト状となるとともに、気相冷媒の流れに乗じて密閉容器１０の内部を吐出管１０ｂに向けて上昇する。

図２に示すように、電動機部１２は、圧縮機構部１１と吐出管１０ｂとの間に位置するように密閉容器１０の中心軸線Ｏ１に沿う中間部に収容されている。電動機部１２は、いわゆるインナーロータ型のモータを含み、回転軸１５に固着された回転子３３、および密閉容器１０の周壁１０ａの内周面に固定される固定子３４を備えている。

電動機部１２の回転子３３の上端には、密閉容器１０の内部を上昇する気相冷媒に含まれる潤滑油Ｉを密閉容器１０の内部で分離する遠心式の油分離器３５が組み込まれている。

このような構成をなす回転式圧縮機２において、圧縮機構部１１のシリンダ構造、具体的には、第１のローラ１６および第２のローラ１７と、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂの構成について、以下詳述する。なお、本実施形態において、第２のローラ１７は第１のローラ１６、第２のベーン３０ｂは第１のベーン３０ａの各構成と同様である。したがって、以下では第１のローラ１６および第１のベーン３０ａの構成について説明し、これに準ずるものとして第２のローラ１７および第２のベーン３０ｂの構成についての説明は省略する。第２のローラ１７および第２のベーン３０ｂにおいて、第１のローラ１６および第１のベーン３０ａと同一の機能や作用を奏する構成には、図面上で同一の符号を付する。

本実施形態において、第１のローラ１６は、複数の異径のサブローラから構成されている。これらのサブローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置されている。図２および図３には、径の異なる二つのサブローラ４１，４２が径方向へ重なって略同心状に配置された二重構造の第１のローラ１６を一例として示す。なお、第１のローラは、三つ以上のサブローラが径方向へ重なって略同心状に配置された多重構造であってもよい。

二つのサブローラ４１，４２のうち、内側に位置するサブローラ（以下、内側サブローラという）４１は、内径寸法が回転軸１５の第１の偏心部２８ａの外周面２９ａの径寸法よりも僅かに大寸とされている。内側サブローラ４１の内周面は、第１のローラ１６の内周面１６ａに相当する。内側サブローラ４１の内周面１６ａと第１の偏心部２８ａの外周面２９ａとの間には、第１の偏心部２８ａに対する内側サブローラ４１の回転（自転）を許容する僅かな隙間が設けられている。このため、内側サブローラ４１の回転（自転）速度は、回転軸１５の回転速度よりも遅くなる。

一方、外側に位置するサブローラ（以下、外側サブローラという）４２は、外径寸法が第１のベーン３０ａの先端部３１ａと摺動可能な寸法とされている。外側サブローラ４２の内径寸法は、内側サブローラ４１の外径寸法よりも僅かに大寸とされている。したがって、内側サブローラ４１の外周面４１ａと外側サブローラ４２の内周面４２ａとの間には僅かな隙間が生じており、これらのサブローラ４１，４２は、それぞれ独立して相対回転する。この場合、外側サブローラ４２の回転（自転）速度は、内側サブローラ４１の回転（自転）速度よりも遅くなる。

本実施形態において、外側サブローラ４２は、二つのサブローラ４１，４２の最外周に位置するサブローラであり、その外周面は、第１のローラ１６の外周面１６ｂに相当する。したがって、第１のベーン３０ａの先端部３１ａに対する第１のローラ１６、端的には外側サブローラ４２の摺動速度を、回転軸１５の回転速度よりも低下させることができる。

図２および図３に示すように、内側サブローラ４１および外側サブローラ４２の肉厚（内外径差）は、互いに異なる。本実施形態においては一例として、内側サブローラ４１の肉厚は、外側サブローラ４２の肉厚よりも小さい。本実施形態では、内側サブローラ４１の外周面４１ａと外側サブローラ４２の内周面４２ａとの間の境界部（隙間）Ｓは、周方向の一部分が仕切板１８の開口部１８ａと回転軸１５の軸芯方向に重ならない。仕切板１８の開口部１８ａは回転軸１５が仕切板１８を貫通するための開口部分である。なお、境界部Ｓの一部分と開口部１８ａとが回転軸１５の軸芯方向に重ならなければ、内側サブローラ４１の肉厚は、外側サブローラ４２の肉厚よりも大きくてもよいし、双方の肉厚が同等であってもよい。

このような構成によれば、境界部Ｓが開口部１８ａと直接対向することが抑制されるため、境界部Ｓには、開口部１８ａの内部の圧力が直接加わることを抑えられる。開口部１８ａの内部の圧力（Ｐ１）は、密閉容器１０内の圧力である吐出圧力（Ｐ１）と略同圧である。したがって、境界部Ｓの圧力は、密閉容器１０の吐出圧力（Ｐ１）よりも低い圧力（Ｐ２）となる。すなわち、外側サブローラ４２によってシールする必要がある圧力差を境界部Ｓの圧力（Ｐ２）と吸込室の吸込圧力（Ｐ３）とによる圧力差程度まで小さくできる。このため、開口部１８ａから第１のシリンダ室２１および第２のシリンダ室２３の吸込室に漏れる高圧冷媒の漏洩量を減少させることができる。その結果、吸込室が外部から吸い込む気相冷媒の量が減少することを抑制し、圧縮効率の低下を抑制できる。

上述したように、第１のローラ１６および第２のローラ１７を二重構造とすることで、これらのローラ１６，１７が単一の筒状部材で構成された場合と比べ、ベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂに対する外周面１６ｂ，１７ｂの摺動速度を低下させることができる。これにより、ベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂおよびローラ１６，１７の外周面１６ｂ，１７ｂの摩耗を低減させることができる。

先端部３１ａ，３１ｂおよび外周面１６ｂ，１７ｂの摩耗をさらに低減させるべく、本実施形態では、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂ、外側サブローラ４２を次のような素材としている。

第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂは、高速度工具鋼鋼材（ＳＫＨ材）を基材とし、その表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜を被膜して形成されている。
基材であるＳＫＨ材としては、例えばタングステン系のＳＫＨ２からＳＫＨ４など、モリブデン系のＳＫＨ５０からＳＫＨ５９などが適用可能である。

ダイヤモンドライクカーボンとしては、例えば水素フリーＤＬＣ、水素含有ＤＬＣ、Ｓｉ含有ＤＬＣなどが挙げられる。本実施形態において、ＤＬＣ膜は、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂの表面全体に形成されている。ただし、ＤＬＣ膜は、外側サブローラ４２との摺動部分であるこれらのベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂの表面に少なくとも形成されていればよい。ＤＬＣの膜厚は、外側サブローラ４２との摺動圧などに応じて設定すればよいが、一例として１μｍ以上、３μｍ以下であることが好ましい。

ＤＬＣ膜は、基材であるＳＫＨ材との密着性を高めるために、ＳＫＨ材との間に下地層を介在させることが好ましい。例えば、下地層は、ＳＫＨ材の表面側からクロムの単一層からなる第１の層と、クロム－タングステンカーバイト合金層からなる第２の層と、タングステンおよびタングステンカーバイトの少なくとも一方を含有した金属含有アモルファス炭素層からなる第３の層とから構成されることが好ましい。第２の層は、クロムおよびタングステンカーバイトが濃度勾配を有し、クロムの含有率が第３の層側よりも第１の層側で高く、タングステンカーバイトの含有率が第１の層側よりも第３の層側で高いことが好ましい。第３の層は、タングステンまたはタングステンカーバイトの濃度勾配を有し、タングステンまたはタングステンカーバイトの含有率がＤＬＣ膜側よりも第２の層側で高いことが好ましい。

ベーン３０ａ，３０ｂと摺動する外側サブローラ４２は、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ：Ferrum Casting Ductile）で形成されている。球状黒鉛鋳鉄は、黒鉛が球状に晶出し、優れた潤滑性および高い剛性（ヤング率）を有する素材である。例えば、外側サブローラ４２は、マグネシウム（Ｍｇ）を添加した鋳鉄から形成され、ベーン３０ａ，３０ｂのＤＬＣ膜との摺動面の炭化物析出量（面積率）およびロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が所定の範囲内に規定されている。一例として、球状黒鉛鋳鉄は、Ｍｇ、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓを所定の重量％で配合し、残部がＦｅからなる。また一例として、炭化物析出量は、面積率で５％以下、ＨＲＣの範囲は、４０以上５５以下である。炭化物析出量の面積率は、上記球状黒鉛鋳鉄の成分であるＰ（リン）の配合量に応じて所定範囲内に調整可能である。これにより、ＤＬＣ膜と摺動する際、外側サブローラ４２が適度な馴染み摩擦を生じ、面圧が低減される。

内側サブローラ４１の素材は、特に限定されないが、外側サブローラ４２の熱膨張率以下の素材であることが好ましい。これにより、内側サブローラ４１と外側サブローラ４２との隙間（境界部Ｓ）が拡張され、圧縮ガスが漏れ出すことを抑制できる。本実施形態では一例として、内側サブローラ４１は、外側サブローラ４２と略同質の球状黒鉛鋳鉄で形成されている。なお、内側サブローラ４１の剛性を外側サブローラ４２の剛性を低くすることで、サブローラ４１，４２同士が摺動して摩耗することを抑制できる。

このように、外側サブローラ４２を球状黒鉛鋳鉄で形成し、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂをＳＫＨ材の表面にＤＬＣ膜を被膜して形成することで、外側サブローラ４２の剛性を高めて振れ回りを抑制できる。これにより、外側サブローラ４２の傾きが抑制され、ベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂがＤＬＣ膜と片当たりすることを抑制できる。その結果、外側サブローラ４２とベーン３０ａ，３０ｂとを長期に亘って安定して摺動させることができ、両者の摺動部分（外周面１６ｂ，１７ｂと先端部３１ａ，３１ｂ）の耐摩耗性を向上できる。

加えて、第１のローラ１６および第２のローラ１７を二重構造としているため、回転式圧縮機２が高差圧、高回転域で運転される場合であっても、これらのローラ１６，１７が単一の筒状部材で構成された場合と比べ、ベーン３０ａ，３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂに対する外周面１６ｂ，１７ｂの摺動速度を低下させることができる。これにより、先端部３１ａ，３１ｂおよび外周面１６ｂ，１７ｂの摩耗をさらに低減させることができる。

したがって、回転精度や圧縮性能などを高め、回転式圧縮機２の信頼性向上を図ることができる。ひいては、回転式圧縮機２を備えることで冷凍サイクル装置の信頼性向上を図ることができる。

上述したように、本実施形態では、第１のローラ１６および第２のローラ１７は、いずれも二つのサブローラ４１，４２が径方向へ重なった二重構造としている。これに加えて、これらのローラは、回転軸１５の軸芯方向へ複数のローラ（以下、サブユニットという）が積層されていてもよい。以下、ローラが複数のサブユニットを積層させて構成される実施形態を第２の実施形態として説明する。

［第２の実施形態］
図４には、第２の実施形態に係る第１のローラ４６および第２のローラ４７の構成を示す。図４(ａ)は、回転軸１５の軸芯方向と直交する平面（水平面）における断面図、同図(ｂ)は、回転軸１５の軸芯方向と平行する平面（鉛直面）における断面図である。なお、本実施形態に係る第１のローラ４６は、第１の実施形態に係る第１のローラ１６と同様に、第１の偏心部２８ａの外周面２９ａに嵌着される。第２のローラ４７は、第１の実施形態に係る第２のローラ１７と同様に、第２の偏心部２８ｂの外周面２９ｂに嵌着される。したがって、第１のローラ４６および第２のローラ４７を適用した回転式圧縮機および冷凍サイクル装置の実施形態は、これらのローラ４６，４７を除き、第１の実施形態に係る回転式圧縮機２および冷凍サイクル装置（空気調和機１）と同様である。

図４に示すように、第１のローラ４６および第２のローラ４７は、それぞれ三つのサブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃを含んで構成されている。これらのサブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、回転軸１５の軸芯方向に積層されて略同心状に配置されている。本実施形態では一例として、各サブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃの軸芯方向の肉厚は、同等であって、第１の実施形態に係る第１のローラ１６および第２のローラ１７の軸芯方向の肉厚を略三等分した寸法に相当する。ただし、これらサブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃの軸芯方向の肉厚は、同等でなくともよく、互いに相違していてもよい。また、サブユニットの積層数は、三つに限定されず、二つや四つ以上であってもよい。

各サブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、複数の異径のサブローラを含んで構成されている。図４には、径の異なる二つのサブローラ４４，４５が径方向へ重なって略同心状に配置された二重構造のサブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃを一例として示す。なお、各サブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃは、三つ以上のサブローラが径方向へ重なって略同心状に配置された多重構造であってもよい。

二つのサブローラ４４，４５のうち、内側に位置するサブローラ（以下、内側サブローラという）４４は、回転軸１５の軸芯方向の肉厚を除き、第１の実施形態の内側サブローラ４１と同等に構成されている。また、外側に位置するサブローラ（以下、外側サブローラという）４５は、回転軸１５の軸芯方向の肉厚を除き、第１の実施形態の外側サブローラ４２と同等に構成されている。

内側サブローラ４４および外側サブローラ４５は、第１の実施形態に係る内側サブローラ４１および外側サブローラ４２と同様に、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ）で形成されている。

すなわち、本実施形態において、第１のローラ４６は第１のローラ１６を回転軸１５の軸芯方向に三分割した構成に相当し、第２のローラ４７は第２のローラ１７を同様に三分割した構成に相当する。

このように、第１のローラ４６および第２のローラ４７を、回転軸１５の軸芯方向にサブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃを積層させた構成とすることで、外側サブローラ４５の傾きを各サブユニット４３ａ，４３ｂ，４３ｃごとに抑制できる。したがって、第１のベーン３０ａおよび第２のベーン３０ｂの先端部３１ａ，３１ｂがＤＬＣ膜と片当たりすることをより効率的に抑制できる。また、ベーン３０ａ，３０ｂに対するローラ４６，４７の摺動面積が分割されて小さくなるため、ローラ４６，４７が受ける面圧を分散させることができる。これらにより、ローラ４６，４７およびベーン３０ａ，３０ｂの摩耗をさらに低減させることができる。

以上、本発明の各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。これら新規な実施形態は、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。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

例えば、上述した第１の実施形態および第２の実施形態において、回転式圧縮機２は、第１のシリンダ室２１の容積と第２のシリンダ室２３の容積を同等としている。これに代えて、回転式圧縮機は、各シリンダ室の容積が異なる異容積タイプであってもよい。また、回転式圧縮機は、一つもしくは三つ以上のシリンダを備えていてもよい。

１…冷凍サイクル装置（空気調和機）、２…回転式圧縮機、４…室外熱交換器、５…膨張装置、６…室内熱交換器、７…循環回路、８…アキュムレータ、１０…密閉容器、１１…圧縮機構部、１２…電動機部、１３…第１のシリンダ、１３ａ…第１のベーン溝、１４…第２のシリンダ、１４ａ…第２のベーン溝、１５…回転軸、１６，４６…第１のローラ、１７，４７…第２のローラ、１８…仕切板、２０…第１の軸受、２１…第１のシリンダ室、２２…第２の軸受、２３…第２のシリンダ室、２８ａ…第１の偏心部、２８ｂ…第２の偏心部、３０ａ…第１のベーン、３０ｂ…第２のベーン、３１ａ，３１ｂ…先端部、４１，４４…内側サブローラ、４２，４５…外側サブローラ、４３ａ，４３ｂ，４３ｃ…サブユニット、Ｉ…潤滑油、Ｏ１…密閉容器の中心軸線、Ｓ…境界部。

Claims (5)

1. シリンダ室を形成する二つのシリンダと、
   前記シリンダ室内に配置される偏心部を有する回転軸と、
   前記偏心部に嵌着されて前記シリンダ室内で前記回転軸の軸芯に対して偏心回転する筒状のローラと、
   前記ローラの偏心回転に伴って前記シリンダ室内に進退し、前記シリンダ室を吸込室と圧縮室とに区画するベーンと、
   前記回転軸が貫通する開口部分を有し、前記回転軸の軸芯方向において二つの前記シリンダの間に介在する仕切板と、を備え、
   前記ローラは、径方向へ二重以上に重なって略同心状に配置される複数のサブローラから構成され、
   複数の前記サブローラのうち、最外周に配置された前記サブローラは、マグネシウムを添加した鋳鉄から形成され、前記ベーンとの摺動面の炭化物析出量が面積率で５％以下であり、かつロックウェル硬さ（ＨＲＣ）が４０以上５５以下であり、
   前記ベーンは、その表面にダイヤモンドライクカーボン膜を被膜して形成され、
   複数の前記サブローラのうち、最外周に配置された前記サブローラの内周面と該サブローラの一つ内側に配置された前記サブローラの外周面との境界部は、周方向の一部分が前記仕切板の開口部分と前記回転軸の軸芯方向に重ならない
   回転式圧縮機。
2. 前記ベーンの基材は、高速度工具鋼鋼材である
   請求項１に記載の回転式圧縮機。
3. 複数の前記サブローラを有する複数の前記ローラが前記回転軸の軸芯方向へ積層する
   請求項１または２に記載の回転式圧縮機。
4. 前記ローラは、二つの前記サブローラから構成され、これら二つの前記サブローラは、径方向の肉厚が互いに異なる
   請求項１から３のいずれかに記載の回転式圧縮機。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載された回転式圧縮機と、
   前記回転式圧縮機に接続された凝縮器と、
   前記凝縮器に接続された膨張装置と、
   前記膨張装置に接続された蒸発器と、を備える
   冷凍サイクル装置。

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