流体機械および冷凍サイクル装置
【課題】本発明は、ローラとブレードを一体化した構造であり、部品精度の悪化による性能低下や部品の片当りを防止して、信頼性の向上化を得られる流体機械と、この流体機械を備えることにより、冷凍効率の向上化を得られる冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】流体機械として、シリンダ室２０を備えたシリンダ１３と、このシリンダのシリンダ室を貫通して設けられるとともにシリンダ室と対向する部位にクランク部８ａを有する回転軸８と、この回転軸のクランク部に係合され回転軸の回転にともなってシリンダ室で偏心公転運動をなすローラ２３と、このローラと一体的に設けられローラの偏心公転運動にともなって揺動しシリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレード２５と、回転軸のクランク部とローラとの間に介設されるボールベアリング２２とを具備し、ローラの中心からブレードの先端面までの距離Ｌを、ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定した。
【解決手段】流体機械として、シリンダ室２０を備えたシリンダ１３と、このシリンダのシリンダ室を貫通して設けられるとともにシリンダ室と対向する部位にクランク部８ａを有する回転軸８と、この回転軸のクランク部に係合され回転軸の回転にともなってシリンダ室で偏心公転運動をなすローラ２３と、このローラと一体的に設けられローラの偏心公転運動にともなって揺動しシリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレード２５と、回転軸のクランク部とローラとの間に介設されるボールベアリング２２とを具備し、ローラの中心からブレードの先端面までの距離Ｌを、ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラとブレードとを一体の部品にしたローリングピストン形圧縮機や膨張機を含む流体機械と、この流体機械を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば膨張機やローリングピストン形圧縮機などの流体機械において、シリンダと、シリンダ内に組み込まれるローラおよび、回転軸に設けられ上記ローラが係合するクランク部は、それぞれ直角度等の部品精度が所定の公差範囲内になるよう製造される。そのため厳密には、これら構成部品は上記所定の公差範囲内で互いにある傾きを持って組み込まれる。そして、これら部品相互の傾きに対して、各部品間のクリアランスが大きいことによって、上記傾きが補正されるようになっている。
【０００３】
各構成部品間のクリアランスが大きいほど上記補正量が大きくなり、部品製造上および組立上の余裕が大きくなる。その反面、クリアランスが大き過ぎると、ガスリークの原因になり性能低下をもたらすので、ある一定の値以下に保つことが必要になる。しかしながら、直角度等の部品精度がクリアランスに対して大きいレベルまで悪化すると、上記傾きが補正しきれず、部品の傾きによる片当りの原因になり摩耗に至る場合もある。
【０００４】
上記ローリングピストン形圧縮機は、一般的に、ローラとブレードとが別部品として構成されている。そして、ブレードが背圧もしくはスプリングによってローラに押し付けられ、ローラに対して摺動する。この場合は、ローラとブレードが互いに独立した部品として傾きの自由度があるので、許容傾き角度に対して問題となることは少ない。
【０００５】
これに対して、たとえば［特許文献１］や［特許文献２］に開示されるローリングピストン形圧縮機は、ローラとブレードとが一体の部品として構成される。上記ブレードはシリンダに設けた半円筒状の２つの揺動ブッシュで挟まれ揺動運動するので、スイング式ロータリ圧縮機とも呼ばれる。
【特許文献１】特開平６− ５８２７６号公報
【特許文献２】特開平６−３１７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような圧縮機は、ローラとブレードが別体の一般的な圧縮機と比較して、ローラとブレード間の摺動が無くなり、両者間の摩擦損失および漏れの低減化等のメリットがある。その一方で、ローラ中心からブレード先端面に至る距離が長くなり、組立て時における部品の傾き角度が制約されて、直角度等の部品精度がより厳しく求められる。
【０００７】
なお説明すると、図８に示すように、シリンダａの内径部に形成されるシリンダ室ｂに、回転軸に一体に設けられるクランク部ｄが収容される。このクランク部ｄにはローラｇが嵌め込まれ、このローラｇの外周面にブレードｆが接触するよう、ローラｇとブレードｆが別部品として設けられ、もしくはローラｇとブレードｆが一体的に構成される。
【０００８】
このような構造において、ローラｇ外周面とシリンダ室ｂ周面との間に径方向クリアランスがあるとともに、ローラｇ内周面とクランク部ｄ周面との間に径方向クリアランスが存在する。さらに、ローラｇの中心軸に沿う方向である高さ方向とシリンダａの中心軸に沿う方向である高さ方向との間に高さ方向クリアランスＣがある。
【０００９】
以下に、ローラｇとブレードｆとが別部品であって互いに摺接する一般的な構造における許容傾き角度αと、上述の［特許公報１］や［特許公報２］に示されるように、ローラｇとブレードｆとを一体化した構造における許容傾き角度βとを比較してみる。
図９に示すように、ローラｇとブレードｆが別部品からなる一般的な構造では、シリンダａに対するローラｇの高さ方向のクリアランスをＣ、ローラｇの外周半径をＲとすると、許容傾き角度αは、ｔａｎ−１（Ｃ／Ｒ）となる。
【００１０】
図１０に示すように、ローラｇとブレードｆを一体化した構造では、シリンダａに対するローラｇの高さ方向のクリアランスをＣ、ローラｇの中心からブレードｆの先端面までの距離をＬとすると、許容傾き角度βは、ｔａｎ−１（Ｃ／Ｌ）となる。
このように、図１０に示すローラｇとブレードｆを一体化した構造の許容傾き角度βは、図９に示すローラｇとブレードｆを別部品とした一般的な構造の許容傾き角度αよりも小（β＜α）となる。そのため、部品精度等に起因するローラ・ブレード一体部品の傾斜により、ブレード先端部等が片当りにより摩耗しやすい不具合があった。
【００１１】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、ローラとブレードを一体化した構造であり、部品の傾きによる片当りを防止するとともに、部品精度の向上化および組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上化を得られる流体機械と、この流体機械を備えることにより冷凍効率の向上化を得られる冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を満足するため本発明の流体機械は、シリンダ室を備えたシリンダと、このシリンダのシリンダ室を貫通して設けられるとともにシリンダ室と対向する部位にクランク部を有する回転軸と、この回転軸のクランク部に係合され回転軸の回転にともなってシリンダ室で偏心公転運動をなすローラと、このローラと一体的に設けられローラの偏心公転運動にともなって揺動しシリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレードと、回転軸のクランク部とローラとの間に介設されるボールベアリングとを具備し、ローラの中心からブレードの先端面までの距離Ｌを、ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定した。
【００１３】
さらに、上記目的を満足するため本発明の冷凍サイクル装置は、上記流体機械としての圧縮機と、凝縮器と上記圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ローラ・ブレード一体部品の傾きによる片当りを確実に防止できるとともに、部品精度の向上化と、組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上化を得られる流体機械と、この流体機械を備えて冷凍効率の向上化を得られる冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。（なお、文中に符号を付していない構成部品については図示していない）
図１は、第１の実施の形態における流体機械であるローリングピストン形圧縮機（以下、単に「圧縮機」と呼ぶ）Ｓの一部縦断面図および、この圧縮機Ｓを備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図である。
【００１６】
はじめに、冷凍サイクル装置について説明すると、図中Ｓは圧縮機であって、上記圧縮機Ｓの上端面から冷媒管Ｐが突出している。この冷媒管Ｐには、凝縮器１と、膨張装置２と、蒸発器３とが順次連通され、上記蒸発器３から延出される冷媒管Ｐの途中には気液分離器が設けられ、冷媒管Ｐの端部は上記圧縮機Ｓの側面部に接続される。これらで冷凍サイクル回路Ｋが構成される。
【００１７】
つぎに、上記圧縮機Ｓについて説明すると、この圧縮機Ｓは密閉ケース５を備えている。密閉ケース５内の下部には圧縮機構部６が収容され、この圧縮機構部６の上部には電動機部７が設けられる。これら電動機部７と圧縮機構部６は互いに回転軸８を介して連結される。密閉ケース５の内底部には潤滑油の溜り部９が形成されていて、圧縮機構部６の一部は潤滑油に浸漬されている。
【００１８】
上記電動機部７は、密閉ケース５の内面に固定されるステータ１０と、このステータ１０の内側に所定の間隙を存して配置され、上記回転軸８に嵌着されるロータ１１とから構成される。この電動機部７は、運転周波数を可変するインバータに接続されるとともに、インバータを介して、インバータ回路を制御する制御部に電気的に接続される。
【００１９】
図２は、圧縮機構部６の一部横断平面図である。以下、図１とともに圧縮機構部６について詳述する。
上記圧縮機構部６は、シリンダ１３を備えている。このシリンダ１３は、中心軸に沿って所定の高さ寸法に形成され、外径寸法は密閉ケース５の内径寸法よりも僅かに大に形成される。上記シリンダ１３は密閉ケース５周面に圧入されたうえに、密閉ケース５外部からの溶接加工によって位置決め固定される。
【００２０】
上記シリンダ１３の上面部には主軸受１４が重ね合わされ、上バルブカバー１５とともに取付けボルト１６を介してシリンダ１３に取付け固定される。シリンダ１３の下面部には副軸受１７が重ね合わされ、下バルブカバー１８とともに取付けボルト１９を介してシリンダ１３に取付け固定される。
【００２１】
上記回転軸８は、電動機部７から下方に突出する中間部が上記主軸受１４に回転自在に枢支され、下端部が上記副軸受１７に回転自在に枢支される。さらに、回転軸８はシリンダ１３内部を貫通するとともに、この貫通部分には回転軸８の中心軸から所定寸法ｅだけ偏心した中心軸を有するクランク部８ａが一体に設けられる。
【００２２】
上記シリンダ１３の内径部は、主軸受１４および副軸受１７によって上下面が閉成され、シリンダ室２０が形成される。上記回転軸８のクランク部８ａは、上記シリンダ室２０内に収容される位置にある。上記主軸受１４および上記副軸受１７のシリンダ室２０対向部位で、かつ上下バルブカバー１５，１８で覆われる部位には、吐出弁を備えた吐出ポートが設けられる。
【００２３】
また、上記密閉ケース５からシリンダ１３を貫通してシリンダ室２０に開口端を臨ませた吸込み口２１が設けられている。この吸込み口２１には、上記蒸発器３から延出される冷媒管Ｐの端部が挿入のうえ、密に固着される。
一方、上記回転軸クランク部８ａにはボールベアリング２２の内径部が嵌め込まれる。上記ボールベアリング２２の外径部には、後述する揺動部材Ｙを構成するローラ２３が嵌め込まれる。換言すれば、回転軸クランク部８ａと上記ローラ２３との間にボールベアリング２２が介設されることとなる。
【００２４】
上記ローラ２３は金属材からなるリング状のものであって、この中心軸に沿う長さ（高さ）寸法は、上記シリンダ室２０の中心軸に沿う長さ（高さ）寸法に対してある程度のクリアランスを形成するように設計されている。そして、ローラ２３の外周面一部はシリンダ室２０の周面一部に、中心軸方向に沿って接触するよう設けられる。
【００２５】
後述するように、圧縮運転時には、回転軸８が回転駆動されクランク部８ａが偏心回転するのにともなって、クランク部８ａにボールベアリング２２を介して取付けられるローラ２３はシリンダ室２０で偏心公転運動をなす。この状態で、クランク部８ａの回転角度に係らず、常にローラ２３外周面とシリンダ室２０周面とは互いに線接触するようになっている。
【００２６】
図３は揺動部材Ｙとボールベアリング２２の平面図、図４は揺動部材Ｙとボールベアリング２２の断面図、図５はシリンダ１３とシリンダ室２０内に収容される構成部品の寸法形状を表す断面図である。
なお上記揺動部材Ｙについて説明すると、この揺動部材Ｙは、上述したローラ２３と、このローラ２３の外周面一部に固定ねじ２４をもって取付けられ、ローラ２３と一体化されるブレード２５とから構成される。
【００２７】
上記ローラ２３は周方向に均一な肉厚のリング状部材であるのに対して、上記ブレード２５は所定の板厚寸法に形成される板状部材である。上記ブレード２５の高さ方向長さはローラ２３の軸方向長さと一致する。
上記ブレード２５のローラ２３側端面である基端面は、ローラ２３外周面の曲率半径と同一の曲面に形成されていて、ローラ２３外周面に密に接触する。ブレード２５の他端面である先端面は、高さ方向面および板厚方向面に対して直角な平面をなす。
【００２８】
シリンダ室２０の高さ方向に対してブレード２５とローラ２３の同方向の長さがわずかに短く形成され、高さ方向にクリアランスが確保される。そして、ローラ２３中心からブレード２５の先端面までの距離Ｌは、ローラ２３の外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定されている。
【００２９】
一方、ブレード２５の基端面から先端面に亘って取付け用孔２６が貫通して設けられる。換言すれば、上記取付け用孔２６はブレード２５の高さ方向とは直交する長手方向に沿って貫通して設けられる。上記ローラ２３には、外周面と内周面との間である、半径方向に沿ってねじ孔２７が設けられている。
【００３０】
組立て時に、ローラ２３のねじ孔２７に対してブレード２５の取付け用孔２６が連通するように、ローラ２３外周面にブレード２５の基端部を当てて仮保持し、ブレード２５の先端面側から取付け用孔２６に固定ねじ２４を挿入する。固定ねじ２４先端をブレード２５基端面から突出しローラ２３に設けられるねじ孔２７に螺挿することで、固定ねじ２４を介してブレード２５をローラ２３に一体的に取付け固定できる。
【００３１】
上記ブレード２５の先端部は、上記シリンダ１３部位にシリンダ室２０と隣設されるブッシュ収納部３０に揺動自在に収納されている。このブッシュ収納部３０のシリンダ室２０とは反対側の部位に逃げ空間部３１が連設され、ブレード２５の揺動運動にともなってブレード２５の先端部と固定ねじ２４が進退自在に移動できる。
【００３２】
上記ブッシュ収納部３０は、シリンダ室２０の直径よりもはるかに小さい直径で、かつシリンダ室２０の中心軸と平行する中心軸を備えた円形状の縦孔部３２を備えている。ただし、完全な円形をなしておらず、一部はシリンダ室２０にかかるように形成されていて、互いに所定幅寸法で連通される。
【００３３】
上記縦孔部３２には、シリンダ室２０と連通する幅寸法を空間部として確保し、残りの部分に一対のブッシュ３３が嵌め込まれる。上記揺動部材Ｙを構成するブレード２５は、ブッシュ収納部３０を構成する一対のブッシュ３３相互の間隙に挿入されている。
上記逃げ空間部３１は、上記縦孔部３２よりも小さい直径でシリンダ室２０と縦孔部３２の中心軸と平行する中心軸を備えた円形状の縦孔からなる。そして、ブッシュ収納部３０の縦孔部３２とシリンダ室２０との関係と同様、逃げ空間部３１の一部が縦孔部３２にかかって所定の幅寸法で互いに連通する。
【００３４】
上記ブレード２５の高さ方向の上下面であるスラスト面に、長手方向に沿って油溝３５が設けられる。また、上記ローラ２３の高さ方向の上下面であるスラスト面に半径方向に沿って油溝３６が設けられる。ブレード２５とローラ２３を一体的に組合せた状態で、ブレード２５とローラ２３に設けられる油溝３５，３６が互いに連通する。
【００３５】
特に図１に示すように、上記逃げ空間部３１に対向する主軸受１４部位と、上バルブカバー１５には、上下面に亘って油逃げ通路３７が貫通して設けられる。したがって、逃げ空間部３１はブッシュ収納部３０に連通する一方で、油逃げ通路３７を介して密閉ケース５内部と連通することとなる。
【００３６】
つぎに、上述の圧縮機Ｓを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。
操作盤の運転ボタンが押されると、制御部はインバータを介して電動機部７に運転信号を送る。回転軸８が回転駆動され、クランク部８ａがシリンダ室２０内で偏心回転を行う。このクランク部８ａにボールベアリング２２を介して嵌合する揺動部材Ｙのローラ２３は、シリンダ室２０内で偏心公転運動を行う。
【００３７】
具体的には、上記クランク部８ａの偏心回転角度に応じてローラ２３が移動すると、ブレード２５のブッシュ収納部３０に対する角度が変化して一対のブッシュ３３が縦孔部３２内で回動し、かつブレード２５がブッシュ収納部３０に沿って往復移動しながら揺動運動をなす。
【００３８】
この状態で上記ブレード２５は、シリンダ室２０内を吸込み部と圧縮部に二分する。図２に示すように、ブレード２５がシリンダ室２０内へ最も進出し固定ねじ２４頭部のみが逃げ空間部３１に位置する状態で、シリンダ室２０の空間容量が最大となる。そして、図２の位置から１８０°回転したとき、シリンダ室２０の空間容量が最小となる。
【００３９】
上記圧縮機構部６が作用することにより、冷媒ガスは冷媒管Ｐを介してシリンダ室２０に吸込まれて充満する。ローラ２３の偏心公転運動にともなって、ローラ２３のシリンダ室２０周面に対する転接位置が移動し、シリンダ室２０の区画形成された圧縮部の容積が減少する。すなわち、既にシリンダ室２０に導かれたガスが徐々に圧縮される。
【００４０】
回転軸８が継続して回転され、シリンダ室２０に区画形成される圧縮部の容量がさらに減少してガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁が開放する。高圧ガスは上下バルブカバー１５，１８を介して密閉ケース５内へ吐出されて充満し、さらに密閉ケース５上端部に接続される冷媒管Ｐから密閉ケース５外へ導かれる。
【００４１】
冷媒管Ｐに吐出された高圧ガスは、凝縮器１で凝縮液化し、膨張装置２で断熱膨張し、蒸発器３で蒸発して周辺空気から蒸発潜熱を奪い、冷凍作用をなす。そして、蒸発器３で蒸発した冷媒は気液分離器で気液分離され、再び圧縮機Ｓ内の圧縮機構部６に吸込まれて上述の経路を循環する。
この圧縮機Ｓは、実質的にローラ２３とブレード２５とを一体化した構成であるので、ローラとブレードが別体に構成される一般的な圧縮機と比較して、ローラ２３とブレード２５間の摺動が無くなり、両者間の摩擦損失および漏れの低減化等のメリットがある。その一方で、ローラ２３中心からブレード２５先端面に至る距離Ｌが長くなり、組立て時の構成部品の傾き角度が制約されて直角度等の部品精度がより厳しく求められる。
【００４２】
上述の実施の形態では、ローラ２３と、回転軸８に設けられるクランク部８ａとの間にボールベアリング２２を介在させている。上記ボールベアリング２２は傾きなどの自由度があるので、ローラ２３の傾き許容角度を大きくとることができる。当然、ボールベアリング２２にも許容傾き角度があるので、使用上の限界が存在する。
【００４３】
図１１は、ローラとブレードを一体化したローリングピストン形の圧縮機における、ローラ中心からブレード先端までの距離Ｌと、ローラ外周半径Ｒとの比（Ｌ／Ｒ）と、不良率（片当りによる摩耗発生率）の関係を示す特性図である。
破線曲線は、クランク部とローラとの間にボールベアリングが無いものであり、実線曲線はクランク部とローラとの間にボールベアリングが介在する場合である。この図から、ローラ２３と回転軸クランク部８ａとの間にボールベアリングが存在しない場合は、Ｌ／Ｒが１．５を越えると、ローラ２３とブレード２５を一体化した部品の傾斜による片当りにより不良率が急激に発生することが分かる。
【００４４】
これに対してローラ２３とブレード２５を一体化構造としたうえに、回転軸クランク部８ａとローラ２３との間にボールベアリング２２を介設しているものは、Ｌ／Ｒが１．５付近では、片当りによる不良率が発生しない。ただし、Ｌ／Ｒが２を越えると片当りによる不良率が発生する。
【００４５】
そこで本実施の形態のように、ローラ２３中心からブレード２５先端面までの距離Ｌを、ローラ２３の外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に限定する。したがって、ローラ２３とブレード２５を一体に形成したローリングピストン形の圧縮機において、性能低下や部品の片当りを防ぐことができ、部品精度および組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上を得られる。
【００４６】
なお、上述の構造では、ブレード２５とローラ２３のスラスト面に油溝３５，３６を設け、ブレード２５とローラ２３を一体的に組合せた状態で、ブレード２５の油溝３５とローラ２３の油溝３６が互いに連通する。しかも、主軸受１４とバルブカバー１５には、上記逃げ空間部３１と連通する油逃げ通路３７が設けられている。
【００４７】
すなわち、ローリングピストン形圧縮機Ｓにおいて、圧縮運転時にガス漏れが発生する個所は複数存在する。そのなかでも、ブレード２５のスラスト面からのガス漏れは、このスラスト面部分に潤滑油が供給され難いことから、発生し易いものである。
そこで、ローラ２３とブレード２５を別部品で製作し、組立てにより一体的に結合させる構造において、ブレード２５とローラ２３のスラスト面に沿って油溝３５，３６を備える構成とし、ブレード２５のスラスト面への給油を可能とする。
【００４８】
これにより、回転軸８の下端部に設けられる給油ポンプが油溜り部９から吸上げた潤滑油を、ローラ２３の内周部を介してブレード２５のスラスト面へ確実に、かつ充分に給油でき、ガス漏れを防止してシール性の向上を得られる。
その後、潤滑油は逃げ空間部３１に導かれて充満し、ここから油逃げ通路３７を介して密閉ケース５へ導かれ、最終的に油溜り部９へ戻る。特に、油逃げ通路３７を逃げ空間部３１の上部側にのみ備えているので、潤滑油は逃げ空間部３１に充満してから油逃げ通路３７に導かれる。これにより、ブレード２５あるいはブッシュ３３との隙間を通ってガスが漏れるのを防ぐことができ、圧縮性能低下をより確実に防止する。
【００４９】
なお、以上説明した構造の圧縮機Ｓにおいては、ローラ２３の外周部とブレード２５の取付け部とのつなぎ部分に、加工用の逃げ部が設けられていない。この逃げ部を不要とすることにより、シリンダ室２０における残留ガスの減少を図り、圧縮性能の低下を防止することができる。
【００５０】
すなわち、ローラとブレードを一体部品として加工する場合は、ローラの外周部とブレードの連結部とのつなぎ部分が加工し難いために、加工用の逃げ部を設ける必要がある。しかしながら、シリンダ室から所定圧まで圧縮したガスを吐出し完了する時点での残留ガスの割合が多くなり、再膨張によって圧縮性能が低下する。
【００５１】
ローラ２３とブレード２５を別部品として製作したうえで、固定ねじ２４を介してローラ２３とブレード２５を一体化する上述の構成では、ローラ２３外周部とブレード２５直線部とのつなぎ部に加工用の逃げ部がなく、残留ガスの減少と圧縮性能の低下を防止する。
なお、上記実施の形態においてはブレード２５の基端面をローラ２３の曲率半径と同一の曲面に形成して、ブレード２５の基端面をローラ２３の外周面に密に接触するようにしたが、このような接続構造に限定されるものではない。
【００５２】
図６は、第２の実施の形態であり、ブレード２５Ａとローラ２３Ａとの接続構造を異ならせた平面図である。（上記第１の実施の形態と同一の構成部品および同一部分に付いては同番号を付して新たな説明を省略する。以下、同じ）
上記ローラ２３Ａの外周部位には凹部４０が設けられていて、この凹部４０はブレード２５Ａの基端部ｊとの嵌め合わせが可能な寸法形状に設定されている。上記ブレード２５Ａの基端部ｊは、先端部と同様、高さ方向と長手方向に直角な平面状をなす。
【００５３】
ブレード２５Ａの先端面から基端面に亘る長手方向に沿って取付け用孔２６が貫通して設けられ、ローラ２３Ａの外周面と内周面に亘る半径方向に沿ってねじ孔２７が設けられる。
上記凹部４０にブレード２５Ａの基端部ｊを挿入し突き合わせた状態で、固定ねじ２４を取付け用孔２６からねじ孔２７に螺挿すれば、ローラ２３Ａとブレード２５Ａが一体部品として構成化される。
【００５４】
すなわち、ローラとブレードを別部品として構成する一般的な構造では、ローラ周面に対してブレード端部が摺動し、この間の漏れや摩擦損失および摩耗などが問題になる。そこで、ローラとブレードを最初から一つの部品としたものがあるが、ローラの外周一部が円形状でなくなることによって、ローラ外周の真円度を確保するのが困難になる。
【００５５】
また、ローラとブレードとを一体に形成すると、ローラからブレード先端までの距離が長くなる。ローラ内周とブレードのスラスト面との直角度が十分に得られない場合や、クランク部の形状精度が得られない場合には、シリンダ内でローラとブレード一体部品の傾きが大きくなり、スラスト面での漏れが増大し、片当りの発生する原因になる。
【００５６】
そのため、先に説明した［特許文献１］や［特許文献２］のような、ローラとブレードを別部品として形成したあとに、両者を固定して一体化する構造の圧縮機が提供されるようになった。
上記［特許文献１］では、ローラ外周に嵌合溝を形成してブレードに設けた嵌合部と結合し、ローラとブレードを一体化している。上記［特許文献２］では、ベーンの平行な２平面とローラの円筒状外周面の中心軸とが互いに平行となる状態でボルトで結合し、ベーンとローラとの一体化が図られている。
【００５７】
しかしながら、［特許文献１］の技術では、ローラ外周に設けられる嵌合溝やブレードの嵌合凸部の加工において直角度などの部品精度が出し難く、わずかな形状の違いによって両者の完全な固定が得難い。圧入などによる固定方法も提案されているが、この方法では組み付け後の部品の直角度が得難い。
【００５８】
［特許文献２］の技術では、ブレードのボルト固定のためにローラ外周の一部を大きく削るので、ローラ外周の真円度等の部品精度を得難い。ローラとブレード一体部品の傾きを逃げるのに、球面支持部材と球面ブッシュを介するが、現実的な加工ではこれらの球面を合わせることが難しく、逆に余分な力が作用するリスクがある。
【００５９】
これに対して、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ローラ２３，２３Ａとブレード２５，２５Ａとを固定ねじ２４で固定し一体化する構造としたので、ローラ２３，２３Ａの外周を大きく削る加工がない。孔の穿設加工やタップ加工のみを施すことになるので、ローラ２３，２３Ａの真円度やブレード２５，２５Ａの平行度などの部品精度が確保し易くなる。
【００６０】
さらに、ローラ２３，２３Ａには逃げ部が不要なので、フライス加工などが必要でなく、ローラ２３，２３Ａとブレード２５，２５Ａとを結合した場合でも、ローラ２３，２３Ａ内径とブレード２５，２５Ａのスライス面との直角度や、側面との平行度等を確保できる。
【００６１】
圧縮機運転中にブレード２５，２５Ａは圧縮部と吸込み部を仕切り、側面に差圧を受けるので、ローラ２３，２３Ａとの固定位置からずれないように対処する必要がある。上述したように、取付け用孔２６とねじ孔２７の追加加工という簡便な方法によって両者の結合を可能にし、圧縮機運転中に差圧によって作用する力に抗して結合力を維持できる。
【００６２】
この方法は、従来のローラとブレードを別体とする構造に比べて、加工方法が大きく変ることがない。そして、固定ねじ２４をローラ２３，２３Ａの高さ方向に所定間隔を存して複数本取付け、もしくはブレード２５，２５Ａの厚み方向に複数本取付ける構造は、強度保持の増大化のために有効である。
【００６３】
特に図６に示すように、ブレード２５Ａの長手方向とは直交する方向である幅方向の幅寸法Ｂを、上記回転軸クランク部８ａの偏心量ｅの２倍よりも大きい（Ｂ＞２ｅ）に設定している。
【００６４】
すなわち、圧縮機Ｓのシール性を向上させる手段としては、給油条件と、シールの実質長さと、クリアランスなどが重要である。したがって、ローラ２３とブレード２５のスライス面に油溝３５，３６を備え、給油効率を確保したうえに適切なクリアランスを保ったシール部の長さが必要となる。
【００６５】
ブレード２５Ａが揺動する最大幅は、クランク部８ａの偏心量ｅの２倍（＝２ｅ）より小さい。上述の要件である Ｂ＞２ｅ と設定することによって、ブレード２５Ａにおけるスラスト面とは相手側接触面になる主軸受１４や副軸受１７のスラスト面と常に接触する個所が生じる。そして、上記個所に油溝３５，３６を介して供給された潤滑油が存在する構造により、ブレード２５Ａを隔てた高圧側の圧縮部と低圧側の吸込み部に対するシール性を確保することができる。
【００６６】
なお、この条件は、先に図２（第１の実施の形態）で示したように、ブレード２５の基端面をローラ２３外周面の曲率半径と同一の曲面とした構造のものにおいても適用可能である。
【００６７】
図７は、第３の実施の形態として、さらに異なる構成の圧縮機構部６Ａの一部横断平面図である。（なお、ここではボールベアリング２２を省略している）
ブレード２５Ｂは、平行部ｍと円形部ｎとを一体に連設してなり、断面が、いわゆる鍵穴状（中実であるが）に形成される。シリンダ１３には円形孔部３０Ａが設けられていて、ブレード２５Ｂの円形部ｎが揺動可能に嵌め込まれる。ブレード２５Ｂの平行部ｍはシリンダ室２０へ突出していて、ローラ２３Ｂの外周に設けられる凹部ｑにスライド自在に嵌め込まれる。
【００６８】
回転軸８の回転にともなってシリンダ室２０でローラ２３Ｂが偏心公転運動を行い、ローラ２３Ｂに設けられる凹部ｑにおいてブレード２５Ｂの平行部ｍが往復運動をなす。ブレード２５Ｂの平行部ｍはシリンダ室２０内を圧縮部と吸込み部とに区画することは上述のものと変わりなく、円滑に圧縮運転が行われる。
【００６９】
このような構造では、先に図２で説明したような一対のブッシュ３３が不要となり、部品費の低減を図れる。そして、ローラ２３Ｂに設けられる凹部ｑとクランク部８ａとの間に亘って油孔もしくは油溝４５を設けることにより、ローラ２３Ｂ内周から潤滑油を導き、ローラ２３Ｂとブレード２５Ｂ間のシール性を高めることができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態ではローリングピストン形の圧縮機を適用して説明したが、これに限定されるものではなく、膨張機他の流体機械にも適用できることは勿論である。そして、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明における第１の実施の形態に係る、ローリングピストン形圧縮機の一部縦断面図と、冷凍サイクル構成図。
【図２】同実施の形態に係る、圧縮機構部の平面図。
【図３】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の平面図。
【図４】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の断面図。
【図５】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の断面図。
【図６】本発明における第２の実施の形態に係る、圧縮機構部一部の平面図。
【図７】本発明における第３の実施の形態に係る、圧縮機構部一部の横断平面図。
【図８】本発明における圧縮機構部でのクリアランスに関する説明図。
【図９】ローラとブレードとを別体構造とした場合の許容傾き角度の説明図。
【図１０】ローラとブレードとを一体構造とした場合の許容傾き角度の説明図。
【図１１】ローラとブレードとを一体構造とし、かつボールベアリングが無い場合と有る場合の、ローラ中心からブレード先端までの距離Ｌとローラ外周半径Ｒとの比と、不良率の関係を表す特性図。
【符号の説明】
【００７２】
２０…シリンダ室、１３…シリンダ、８ａ…クランク部、８…回転軸、２３…ローラ、２５…ブレード、２２…ボールベアリング、２７…ねじ孔、２６…取付け用孔、２４…固定ねじ、４０…凹部、３５…（ブレードの）油溝、３６…（ローラの）油溝、Ｓ…ローリングピストン形圧縮機、１…凝縮器、２…膨張装置、３…蒸発器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローラとブレードとを一体の部品にしたローリングピストン形圧縮機や膨張機を含む流体機械と、この流体機械を備えた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば膨張機やローリングピストン形圧縮機などの流体機械において、シリンダと、シリンダ内に組み込まれるローラおよび、回転軸に設けられ上記ローラが係合するクランク部は、それぞれ直角度等の部品精度が所定の公差範囲内になるよう製造される。そのため厳密には、これら構成部品は上記所定の公差範囲内で互いにある傾きを持って組み込まれる。そして、これら部品相互の傾きに対して、各部品間のクリアランスが大きいことによって、上記傾きが補正されるようになっている。
【０００３】
各構成部品間のクリアランスが大きいほど上記補正量が大きくなり、部品製造上および組立上の余裕が大きくなる。その反面、クリアランスが大き過ぎると、ガスリークの原因になり性能低下をもたらすので、ある一定の値以下に保つことが必要になる。しかしながら、直角度等の部品精度がクリアランスに対して大きいレベルまで悪化すると、上記傾きが補正しきれず、部品の傾きによる片当りの原因になり摩耗に至る場合もある。
【０００４】
上記ローリングピストン形圧縮機は、一般的に、ローラとブレードとが別部品として構成されている。そして、ブレードが背圧もしくはスプリングによってローラに押し付けられ、ローラに対して摺動する。この場合は、ローラとブレードが互いに独立した部品として傾きの自由度があるので、許容傾き角度に対して問題となることは少ない。
【０００５】
これに対して、たとえば［特許文献１］や［特許文献２］に開示されるローリングピストン形圧縮機は、ローラとブレードとが一体の部品として構成される。上記ブレードはシリンダに設けた半円筒状の２つの揺動ブッシュで挟まれ揺動運動するので、スイング式ロータリ圧縮機とも呼ばれる。
【特許文献１】特開平６− ５８２７６号公報
【特許文献２】特開平６−３１７２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような圧縮機は、ローラとブレードが別体の一般的な圧縮機と比較して、ローラとブレード間の摺動が無くなり、両者間の摩擦損失および漏れの低減化等のメリットがある。その一方で、ローラ中心からブレード先端面に至る距離が長くなり、組立て時における部品の傾き角度が制約されて、直角度等の部品精度がより厳しく求められる。
【０００７】
なお説明すると、図８に示すように、シリンダａの内径部に形成されるシリンダ室ｂに、回転軸に一体に設けられるクランク部ｄが収容される。このクランク部ｄにはローラｇが嵌め込まれ、このローラｇの外周面にブレードｆが接触するよう、ローラｇとブレードｆが別部品として設けられ、もしくはローラｇとブレードｆが一体的に構成される。
【０００８】
このような構造において、ローラｇ外周面とシリンダ室ｂ周面との間に径方向クリアランスがあるとともに、ローラｇ内周面とクランク部ｄ周面との間に径方向クリアランスが存在する。さらに、ローラｇの中心軸に沿う方向である高さ方向とシリンダａの中心軸に沿う方向である高さ方向との間に高さ方向クリアランスＣがある。
【０００９】
以下に、ローラｇとブレードｆとが別部品であって互いに摺接する一般的な構造における許容傾き角度αと、上述の［特許公報１］や［特許公報２］に示されるように、ローラｇとブレードｆとを一体化した構造における許容傾き角度βとを比較してみる。
図９に示すように、ローラｇとブレードｆが別部品からなる一般的な構造では、シリンダａに対するローラｇの高さ方向のクリアランスをＣ、ローラｇの外周半径をＲとすると、許容傾き角度αは、ｔａｎ−１（Ｃ／Ｒ）となる。
【００１０】
図１０に示すように、ローラｇとブレードｆを一体化した構造では、シリンダａに対するローラｇの高さ方向のクリアランスをＣ、ローラｇの中心からブレードｆの先端面までの距離をＬとすると、許容傾き角度βは、ｔａｎ−１（Ｃ／Ｌ）となる。
このように、図１０に示すローラｇとブレードｆを一体化した構造の許容傾き角度βは、図９に示すローラｇとブレードｆを別部品とした一般的な構造の許容傾き角度αよりも小（β＜α）となる。そのため、部品精度等に起因するローラ・ブレード一体部品の傾斜により、ブレード先端部等が片当りにより摩耗しやすい不具合があった。
【００１１】
本発明は上記事情にもとづきなされたものであり、その目的とするところは、ローラとブレードを一体化した構造であり、部品の傾きによる片当りを防止するとともに、部品精度の向上化および組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上化を得られる流体機械と、この流体機械を備えることにより冷凍効率の向上化を得られる冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を満足するため本発明の流体機械は、シリンダ室を備えたシリンダと、このシリンダのシリンダ室を貫通して設けられるとともにシリンダ室と対向する部位にクランク部を有する回転軸と、この回転軸のクランク部に係合され回転軸の回転にともなってシリンダ室で偏心公転運動をなすローラと、このローラと一体的に設けられローラの偏心公転運動にともなって揺動しシリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレードと、回転軸のクランク部とローラとの間に介設されるボールベアリングとを具備し、ローラの中心からブレードの先端面までの距離Ｌを、ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定した。
【００１３】
さらに、上記目的を満足するため本発明の冷凍サイクル装置は、上記流体機械としての圧縮機と、凝縮器と上記圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ローラ・ブレード一体部品の傾きによる片当りを確実に防止できるとともに、部品精度の向上化と、組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上化を得られる流体機械と、この流体機械を備えて冷凍効率の向上化を得られる冷凍サイクル装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。（なお、文中に符号を付していない構成部品については図示していない）
図１は、第１の実施の形態における流体機械であるローリングピストン形圧縮機（以下、単に「圧縮機」と呼ぶ）Ｓの一部縦断面図および、この圧縮機Ｓを備えた冷凍サイクル装置の冷凍サイクル構成図である。
【００１６】
はじめに、冷凍サイクル装置について説明すると、図中Ｓは圧縮機であって、上記圧縮機Ｓの上端面から冷媒管Ｐが突出している。この冷媒管Ｐには、凝縮器１と、膨張装置２と、蒸発器３とが順次連通され、上記蒸発器３から延出される冷媒管Ｐの途中には気液分離器が設けられ、冷媒管Ｐの端部は上記圧縮機Ｓの側面部に接続される。これらで冷凍サイクル回路Ｋが構成される。
【００１７】
つぎに、上記圧縮機Ｓについて説明すると、この圧縮機Ｓは密閉ケース５を備えている。密閉ケース５内の下部には圧縮機構部６が収容され、この圧縮機構部６の上部には電動機部７が設けられる。これら電動機部７と圧縮機構部６は互いに回転軸８を介して連結される。密閉ケース５の内底部には潤滑油の溜り部９が形成されていて、圧縮機構部６の一部は潤滑油に浸漬されている。
【００１８】
上記電動機部７は、密閉ケース５の内面に固定されるステータ１０と、このステータ１０の内側に所定の間隙を存して配置され、上記回転軸８に嵌着されるロータ１１とから構成される。この電動機部７は、運転周波数を可変するインバータに接続されるとともに、インバータを介して、インバータ回路を制御する制御部に電気的に接続される。
【００１９】
図２は、圧縮機構部６の一部横断平面図である。以下、図１とともに圧縮機構部６について詳述する。
上記圧縮機構部６は、シリンダ１３を備えている。このシリンダ１３は、中心軸に沿って所定の高さ寸法に形成され、外径寸法は密閉ケース５の内径寸法よりも僅かに大に形成される。上記シリンダ１３は密閉ケース５周面に圧入されたうえに、密閉ケース５外部からの溶接加工によって位置決め固定される。
【００２０】
上記シリンダ１３の上面部には主軸受１４が重ね合わされ、上バルブカバー１５とともに取付けボルト１６を介してシリンダ１３に取付け固定される。シリンダ１３の下面部には副軸受１７が重ね合わされ、下バルブカバー１８とともに取付けボルト１９を介してシリンダ１３に取付け固定される。
【００２１】
上記回転軸８は、電動機部７から下方に突出する中間部が上記主軸受１４に回転自在に枢支され、下端部が上記副軸受１７に回転自在に枢支される。さらに、回転軸８はシリンダ１３内部を貫通するとともに、この貫通部分には回転軸８の中心軸から所定寸法ｅだけ偏心した中心軸を有するクランク部８ａが一体に設けられる。
【００２２】
上記シリンダ１３の内径部は、主軸受１４および副軸受１７によって上下面が閉成され、シリンダ室２０が形成される。上記回転軸８のクランク部８ａは、上記シリンダ室２０内に収容される位置にある。上記主軸受１４および上記副軸受１７のシリンダ室２０対向部位で、かつ上下バルブカバー１５，１８で覆われる部位には、吐出弁を備えた吐出ポートが設けられる。
【００２３】
また、上記密閉ケース５からシリンダ１３を貫通してシリンダ室２０に開口端を臨ませた吸込み口２１が設けられている。この吸込み口２１には、上記蒸発器３から延出される冷媒管Ｐの端部が挿入のうえ、密に固着される。
一方、上記回転軸クランク部８ａにはボールベアリング２２の内径部が嵌め込まれる。上記ボールベアリング２２の外径部には、後述する揺動部材Ｙを構成するローラ２３が嵌め込まれる。換言すれば、回転軸クランク部８ａと上記ローラ２３との間にボールベアリング２２が介設されることとなる。
【００２４】
上記ローラ２３は金属材からなるリング状のものであって、この中心軸に沿う長さ（高さ）寸法は、上記シリンダ室２０の中心軸に沿う長さ（高さ）寸法に対してある程度のクリアランスを形成するように設計されている。そして、ローラ２３の外周面一部はシリンダ室２０の周面一部に、中心軸方向に沿って接触するよう設けられる。
【００２５】
後述するように、圧縮運転時には、回転軸８が回転駆動されクランク部８ａが偏心回転するのにともなって、クランク部８ａにボールベアリング２２を介して取付けられるローラ２３はシリンダ室２０で偏心公転運動をなす。この状態で、クランク部８ａの回転角度に係らず、常にローラ２３外周面とシリンダ室２０周面とは互いに線接触するようになっている。
【００２６】
図３は揺動部材Ｙとボールベアリング２２の平面図、図４は揺動部材Ｙとボールベアリング２２の断面図、図５はシリンダ１３とシリンダ室２０内に収容される構成部品の寸法形状を表す断面図である。
なお上記揺動部材Ｙについて説明すると、この揺動部材Ｙは、上述したローラ２３と、このローラ２３の外周面一部に固定ねじ２４をもって取付けられ、ローラ２３と一体化されるブレード２５とから構成される。
【００２７】
上記ローラ２３は周方向に均一な肉厚のリング状部材であるのに対して、上記ブレード２５は所定の板厚寸法に形成される板状部材である。上記ブレード２５の高さ方向長さはローラ２３の軸方向長さと一致する。
上記ブレード２５のローラ２３側端面である基端面は、ローラ２３外周面の曲率半径と同一の曲面に形成されていて、ローラ２３外周面に密に接触する。ブレード２５の他端面である先端面は、高さ方向面および板厚方向面に対して直角な平面をなす。
【００２８】
シリンダ室２０の高さ方向に対してブレード２５とローラ２３の同方向の長さがわずかに短く形成され、高さ方向にクリアランスが確保される。そして、ローラ２３中心からブレード２５の先端面までの距離Ｌは、ローラ２３の外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定されている。
【００２９】
一方、ブレード２５の基端面から先端面に亘って取付け用孔２６が貫通して設けられる。換言すれば、上記取付け用孔２６はブレード２５の高さ方向とは直交する長手方向に沿って貫通して設けられる。上記ローラ２３には、外周面と内周面との間である、半径方向に沿ってねじ孔２７が設けられている。
【００３０】
組立て時に、ローラ２３のねじ孔２７に対してブレード２５の取付け用孔２６が連通するように、ローラ２３外周面にブレード２５の基端部を当てて仮保持し、ブレード２５の先端面側から取付け用孔２６に固定ねじ２４を挿入する。固定ねじ２４先端をブレード２５基端面から突出しローラ２３に設けられるねじ孔２７に螺挿することで、固定ねじ２４を介してブレード２５をローラ２３に一体的に取付け固定できる。
【００３１】
上記ブレード２５の先端部は、上記シリンダ１３部位にシリンダ室２０と隣設されるブッシュ収納部３０に揺動自在に収納されている。このブッシュ収納部３０のシリンダ室２０とは反対側の部位に逃げ空間部３１が連設され、ブレード２５の揺動運動にともなってブレード２５の先端部と固定ねじ２４が進退自在に移動できる。
【００３２】
上記ブッシュ収納部３０は、シリンダ室２０の直径よりもはるかに小さい直径で、かつシリンダ室２０の中心軸と平行する中心軸を備えた円形状の縦孔部３２を備えている。ただし、完全な円形をなしておらず、一部はシリンダ室２０にかかるように形成されていて、互いに所定幅寸法で連通される。
【００３３】
上記縦孔部３２には、シリンダ室２０と連通する幅寸法を空間部として確保し、残りの部分に一対のブッシュ３３が嵌め込まれる。上記揺動部材Ｙを構成するブレード２５は、ブッシュ収納部３０を構成する一対のブッシュ３３相互の間隙に挿入されている。
上記逃げ空間部３１は、上記縦孔部３２よりも小さい直径でシリンダ室２０と縦孔部３２の中心軸と平行する中心軸を備えた円形状の縦孔からなる。そして、ブッシュ収納部３０の縦孔部３２とシリンダ室２０との関係と同様、逃げ空間部３１の一部が縦孔部３２にかかって所定の幅寸法で互いに連通する。
【００３４】
上記ブレード２５の高さ方向の上下面であるスラスト面に、長手方向に沿って油溝３５が設けられる。また、上記ローラ２３の高さ方向の上下面であるスラスト面に半径方向に沿って油溝３６が設けられる。ブレード２５とローラ２３を一体的に組合せた状態で、ブレード２５とローラ２３に設けられる油溝３５，３６が互いに連通する。
【００３５】
特に図１に示すように、上記逃げ空間部３１に対向する主軸受１４部位と、上バルブカバー１５には、上下面に亘って油逃げ通路３７が貫通して設けられる。したがって、逃げ空間部３１はブッシュ収納部３０に連通する一方で、油逃げ通路３７を介して密閉ケース５内部と連通することとなる。
【００３６】
つぎに、上述の圧縮機Ｓを備えた冷凍サイクル装置の作用について説明する。
操作盤の運転ボタンが押されると、制御部はインバータを介して電動機部７に運転信号を送る。回転軸８が回転駆動され、クランク部８ａがシリンダ室２０内で偏心回転を行う。このクランク部８ａにボールベアリング２２を介して嵌合する揺動部材Ｙのローラ２３は、シリンダ室２０内で偏心公転運動を行う。
【００３７】
具体的には、上記クランク部８ａの偏心回転角度に応じてローラ２３が移動すると、ブレード２５のブッシュ収納部３０に対する角度が変化して一対のブッシュ３３が縦孔部３２内で回動し、かつブレード２５がブッシュ収納部３０に沿って往復移動しながら揺動運動をなす。
【００３８】
この状態で上記ブレード２５は、シリンダ室２０内を吸込み部と圧縮部に二分する。図２に示すように、ブレード２５がシリンダ室２０内へ最も進出し固定ねじ２４頭部のみが逃げ空間部３１に位置する状態で、シリンダ室２０の空間容量が最大となる。そして、図２の位置から１８０°回転したとき、シリンダ室２０の空間容量が最小となる。
【００３９】
上記圧縮機構部６が作用することにより、冷媒ガスは冷媒管Ｐを介してシリンダ室２０に吸込まれて充満する。ローラ２３の偏心公転運動にともなって、ローラ２３のシリンダ室２０周面に対する転接位置が移動し、シリンダ室２０の区画形成された圧縮部の容積が減少する。すなわち、既にシリンダ室２０に導かれたガスが徐々に圧縮される。
【００４０】
回転軸８が継続して回転され、シリンダ室２０に区画形成される圧縮部の容量がさらに減少してガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁が開放する。高圧ガスは上下バルブカバー１５，１８を介して密閉ケース５内へ吐出されて充満し、さらに密閉ケース５上端部に接続される冷媒管Ｐから密閉ケース５外へ導かれる。
【００４１】
冷媒管Ｐに吐出された高圧ガスは、凝縮器１で凝縮液化し、膨張装置２で断熱膨張し、蒸発器３で蒸発して周辺空気から蒸発潜熱を奪い、冷凍作用をなす。そして、蒸発器３で蒸発した冷媒は気液分離器で気液分離され、再び圧縮機Ｓ内の圧縮機構部６に吸込まれて上述の経路を循環する。
この圧縮機Ｓは、実質的にローラ２３とブレード２５とを一体化した構成であるので、ローラとブレードが別体に構成される一般的な圧縮機と比較して、ローラ２３とブレード２５間の摺動が無くなり、両者間の摩擦損失および漏れの低減化等のメリットがある。その一方で、ローラ２３中心からブレード２５先端面に至る距離Ｌが長くなり、組立て時の構成部品の傾き角度が制約されて直角度等の部品精度がより厳しく求められる。
【００４２】
上述の実施の形態では、ローラ２３と、回転軸８に設けられるクランク部８ａとの間にボールベアリング２２を介在させている。上記ボールベアリング２２は傾きなどの自由度があるので、ローラ２３の傾き許容角度を大きくとることができる。当然、ボールベアリング２２にも許容傾き角度があるので、使用上の限界が存在する。
【００４３】
図１１は、ローラとブレードを一体化したローリングピストン形の圧縮機における、ローラ中心からブレード先端までの距離Ｌと、ローラ外周半径Ｒとの比（Ｌ／Ｒ）と、不良率（片当りによる摩耗発生率）の関係を示す特性図である。
破線曲線は、クランク部とローラとの間にボールベアリングが無いものであり、実線曲線はクランク部とローラとの間にボールベアリングが介在する場合である。この図から、ローラ２３と回転軸クランク部８ａとの間にボールベアリングが存在しない場合は、Ｌ／Ｒが１．５を越えると、ローラ２３とブレード２５を一体化した部品の傾斜による片当りにより不良率が急激に発生することが分かる。
【００４４】
これに対してローラ２３とブレード２５を一体化構造としたうえに、回転軸クランク部８ａとローラ２３との間にボールベアリング２２を介設しているものは、Ｌ／Ｒが１．５付近では、片当りによる不良率が発生しない。ただし、Ｌ／Ｒが２を越えると片当りによる不良率が発生する。
【００４５】
そこで本実施の形態のように、ローラ２３中心からブレード２５先端面までの距離Ｌを、ローラ２３の外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に限定する。したがって、ローラ２３とブレード２５を一体に形成したローリングピストン形の圧縮機において、性能低下や部品の片当りを防ぐことができ、部品精度および組立て精度の余裕度を拡大でき、製造性の向上を得られる。
【００４６】
なお、上述の構造では、ブレード２５とローラ２３のスラスト面に油溝３５，３６を設け、ブレード２５とローラ２３を一体的に組合せた状態で、ブレード２５の油溝３５とローラ２３の油溝３６が互いに連通する。しかも、主軸受１４とバルブカバー１５には、上記逃げ空間部３１と連通する油逃げ通路３７が設けられている。
【００４７】
すなわち、ローリングピストン形圧縮機Ｓにおいて、圧縮運転時にガス漏れが発生する個所は複数存在する。そのなかでも、ブレード２５のスラスト面からのガス漏れは、このスラスト面部分に潤滑油が供給され難いことから、発生し易いものである。
そこで、ローラ２３とブレード２５を別部品で製作し、組立てにより一体的に結合させる構造において、ブレード２５とローラ２３のスラスト面に沿って油溝３５，３６を備える構成とし、ブレード２５のスラスト面への給油を可能とする。
【００４８】
これにより、回転軸８の下端部に設けられる給油ポンプが油溜り部９から吸上げた潤滑油を、ローラ２３の内周部を介してブレード２５のスラスト面へ確実に、かつ充分に給油でき、ガス漏れを防止してシール性の向上を得られる。
その後、潤滑油は逃げ空間部３１に導かれて充満し、ここから油逃げ通路３７を介して密閉ケース５へ導かれ、最終的に油溜り部９へ戻る。特に、油逃げ通路３７を逃げ空間部３１の上部側にのみ備えているので、潤滑油は逃げ空間部３１に充満してから油逃げ通路３７に導かれる。これにより、ブレード２５あるいはブッシュ３３との隙間を通ってガスが漏れるのを防ぐことができ、圧縮性能低下をより確実に防止する。
【００４９】
なお、以上説明した構造の圧縮機Ｓにおいては、ローラ２３の外周部とブレード２５の取付け部とのつなぎ部分に、加工用の逃げ部が設けられていない。この逃げ部を不要とすることにより、シリンダ室２０における残留ガスの減少を図り、圧縮性能の低下を防止することができる。
【００５０】
すなわち、ローラとブレードを一体部品として加工する場合は、ローラの外周部とブレードの連結部とのつなぎ部分が加工し難いために、加工用の逃げ部を設ける必要がある。しかしながら、シリンダ室から所定圧まで圧縮したガスを吐出し完了する時点での残留ガスの割合が多くなり、再膨張によって圧縮性能が低下する。
【００５１】
ローラ２３とブレード２５を別部品として製作したうえで、固定ねじ２４を介してローラ２３とブレード２５を一体化する上述の構成では、ローラ２３外周部とブレード２５直線部とのつなぎ部に加工用の逃げ部がなく、残留ガスの減少と圧縮性能の低下を防止する。
なお、上記実施の形態においてはブレード２５の基端面をローラ２３の曲率半径と同一の曲面に形成して、ブレード２５の基端面をローラ２３の外周面に密に接触するようにしたが、このような接続構造に限定されるものではない。
【００５２】
図６は、第２の実施の形態であり、ブレード２５Ａとローラ２３Ａとの接続構造を異ならせた平面図である。（上記第１の実施の形態と同一の構成部品および同一部分に付いては同番号を付して新たな説明を省略する。以下、同じ）
上記ローラ２３Ａの外周部位には凹部４０が設けられていて、この凹部４０はブレード２５Ａの基端部ｊとの嵌め合わせが可能な寸法形状に設定されている。上記ブレード２５Ａの基端部ｊは、先端部と同様、高さ方向と長手方向に直角な平面状をなす。
【００５３】
ブレード２５Ａの先端面から基端面に亘る長手方向に沿って取付け用孔２６が貫通して設けられ、ローラ２３Ａの外周面と内周面に亘る半径方向に沿ってねじ孔２７が設けられる。
上記凹部４０にブレード２５Ａの基端部ｊを挿入し突き合わせた状態で、固定ねじ２４を取付け用孔２６からねじ孔２７に螺挿すれば、ローラ２３Ａとブレード２５Ａが一体部品として構成化される。
【００５４】
すなわち、ローラとブレードを別部品として構成する一般的な構造では、ローラ周面に対してブレード端部が摺動し、この間の漏れや摩擦損失および摩耗などが問題になる。そこで、ローラとブレードを最初から一つの部品としたものがあるが、ローラの外周一部が円形状でなくなることによって、ローラ外周の真円度を確保するのが困難になる。
【００５５】
また、ローラとブレードとを一体に形成すると、ローラからブレード先端までの距離が長くなる。ローラ内周とブレードのスラスト面との直角度が十分に得られない場合や、クランク部の形状精度が得られない場合には、シリンダ内でローラとブレード一体部品の傾きが大きくなり、スラスト面での漏れが増大し、片当りの発生する原因になる。
【００５６】
そのため、先に説明した［特許文献１］や［特許文献２］のような、ローラとブレードを別部品として形成したあとに、両者を固定して一体化する構造の圧縮機が提供されるようになった。
上記［特許文献１］では、ローラ外周に嵌合溝を形成してブレードに設けた嵌合部と結合し、ローラとブレードを一体化している。上記［特許文献２］では、ベーンの平行な２平面とローラの円筒状外周面の中心軸とが互いに平行となる状態でボルトで結合し、ベーンとローラとの一体化が図られている。
【００５７】
しかしながら、［特許文献１］の技術では、ローラ外周に設けられる嵌合溝やブレードの嵌合凸部の加工において直角度などの部品精度が出し難く、わずかな形状の違いによって両者の完全な固定が得難い。圧入などによる固定方法も提案されているが、この方法では組み付け後の部品の直角度が得難い。
【００５８】
［特許文献２］の技術では、ブレードのボルト固定のためにローラ外周の一部を大きく削るので、ローラ外周の真円度等の部品精度を得難い。ローラとブレード一体部品の傾きを逃げるのに、球面支持部材と球面ブッシュを介するが、現実的な加工ではこれらの球面を合わせることが難しく、逆に余分な力が作用するリスクがある。
【００５９】
これに対して、上述した第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ローラ２３，２３Ａとブレード２５，２５Ａとを固定ねじ２４で固定し一体化する構造としたので、ローラ２３，２３Ａの外周を大きく削る加工がない。孔の穿設加工やタップ加工のみを施すことになるので、ローラ２３，２３Ａの真円度やブレード２５，２５Ａの平行度などの部品精度が確保し易くなる。
【００６０】
さらに、ローラ２３，２３Ａには逃げ部が不要なので、フライス加工などが必要でなく、ローラ２３，２３Ａとブレード２５，２５Ａとを結合した場合でも、ローラ２３，２３Ａ内径とブレード２５，２５Ａのスライス面との直角度や、側面との平行度等を確保できる。
【００６１】
圧縮機運転中にブレード２５，２５Ａは圧縮部と吸込み部を仕切り、側面に差圧を受けるので、ローラ２３，２３Ａとの固定位置からずれないように対処する必要がある。上述したように、取付け用孔２６とねじ孔２７の追加加工という簡便な方法によって両者の結合を可能にし、圧縮機運転中に差圧によって作用する力に抗して結合力を維持できる。
【００６２】
この方法は、従来のローラとブレードを別体とする構造に比べて、加工方法が大きく変ることがない。そして、固定ねじ２４をローラ２３，２３Ａの高さ方向に所定間隔を存して複数本取付け、もしくはブレード２５，２５Ａの厚み方向に複数本取付ける構造は、強度保持の増大化のために有効である。
【００６３】
特に図６に示すように、ブレード２５Ａの長手方向とは直交する方向である幅方向の幅寸法Ｂを、上記回転軸クランク部８ａの偏心量ｅの２倍よりも大きい（Ｂ＞２ｅ）に設定している。
【００６４】
すなわち、圧縮機Ｓのシール性を向上させる手段としては、給油条件と、シールの実質長さと、クリアランスなどが重要である。したがって、ローラ２３とブレード２５のスライス面に油溝３５，３６を備え、給油効率を確保したうえに適切なクリアランスを保ったシール部の長さが必要となる。
【００６５】
ブレード２５Ａが揺動する最大幅は、クランク部８ａの偏心量ｅの２倍（＝２ｅ）より小さい。上述の要件である Ｂ＞２ｅ と設定することによって、ブレード２５Ａにおけるスラスト面とは相手側接触面になる主軸受１４や副軸受１７のスラスト面と常に接触する個所が生じる。そして、上記個所に油溝３５，３６を介して供給された潤滑油が存在する構造により、ブレード２５Ａを隔てた高圧側の圧縮部と低圧側の吸込み部に対するシール性を確保することができる。
【００６６】
なお、この条件は、先に図２（第１の実施の形態）で示したように、ブレード２５の基端面をローラ２３外周面の曲率半径と同一の曲面とした構造のものにおいても適用可能である。
【００６７】
図７は、第３の実施の形態として、さらに異なる構成の圧縮機構部６Ａの一部横断平面図である。（なお、ここではボールベアリング２２を省略している）
ブレード２５Ｂは、平行部ｍと円形部ｎとを一体に連設してなり、断面が、いわゆる鍵穴状（中実であるが）に形成される。シリンダ１３には円形孔部３０Ａが設けられていて、ブレード２５Ｂの円形部ｎが揺動可能に嵌め込まれる。ブレード２５Ｂの平行部ｍはシリンダ室２０へ突出していて、ローラ２３Ｂの外周に設けられる凹部ｑにスライド自在に嵌め込まれる。
【００６８】
回転軸８の回転にともなってシリンダ室２０でローラ２３Ｂが偏心公転運動を行い、ローラ２３Ｂに設けられる凹部ｑにおいてブレード２５Ｂの平行部ｍが往復運動をなす。ブレード２５Ｂの平行部ｍはシリンダ室２０内を圧縮部と吸込み部とに区画することは上述のものと変わりなく、円滑に圧縮運転が行われる。
【００６９】
このような構造では、先に図２で説明したような一対のブッシュ３３が不要となり、部品費の低減を図れる。そして、ローラ２３Ｂに設けられる凹部ｑとクランク部８ａとの間に亘って油孔もしくは油溝４５を設けることにより、ローラ２３Ｂ内周から潤滑油を導き、ローラ２３Ｂとブレード２５Ｂ間のシール性を高めることができる。
【００７０】
なお、上述した実施の形態ではローリングピストン形の圧縮機を適用して説明したが、これに限定されるものではなく、膨張機他の流体機械にも適用できることは勿論である。そして、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明における第１の実施の形態に係る、ローリングピストン形圧縮機の一部縦断面図と、冷凍サイクル構成図。
【図２】同実施の形態に係る、圧縮機構部の平面図。
【図３】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の平面図。
【図４】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の断面図。
【図５】同実施の形態に係る、圧縮機構部一部の断面図。
【図６】本発明における第２の実施の形態に係る、圧縮機構部一部の平面図。
【図７】本発明における第３の実施の形態に係る、圧縮機構部一部の横断平面図。
【図８】本発明における圧縮機構部でのクリアランスに関する説明図。
【図９】ローラとブレードとを別体構造とした場合の許容傾き角度の説明図。
【図１０】ローラとブレードとを一体構造とした場合の許容傾き角度の説明図。
【図１１】ローラとブレードとを一体構造とし、かつボールベアリングが無い場合と有る場合の、ローラ中心からブレード先端までの距離Ｌとローラ外周半径Ｒとの比と、不良率の関係を表す特性図。
【符号の説明】
【００７２】
２０…シリンダ室、１３…シリンダ、８ａ…クランク部、８…回転軸、２３…ローラ、２５…ブレード、２２…ボールベアリング、２７…ねじ孔、２６…取付け用孔、２４…固定ねじ、４０…凹部、３５…（ブレードの）油溝、３６…（ローラの）油溝、Ｓ…ローリングピストン形圧縮機、１…凝縮器、２…膨張装置、３…蒸発器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ室を備えたシリンダと、
このシリンダの上記シリンダ室を貫通して設けられるとともに、シリンダ室と対向する部位にクランク部を有する回転軸と、
この回転軸の上記クランク部に係合され、回転軸の回転にともなって上記シリンダ室で偏心公転運動をなすローラと、
このローラと一体的に設けられ、ローラの偏心公転運動にともなって揺動し上記シリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレードと、
上記回転軸のクランク部と上記ローラとの間に介設されるボールベアリングとを具備し、
上記ローラの中心から上記ブレードの先端面までの距離Ｌを、上記ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定したことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
上記ローラと上記ブレードとは別体に形成され、上記ローラは半径方向に沿ってねじ孔が設けられ、上記ブレードは高さ方向と直交する長手方向に沿って取付け用孔が設けられ、この取付け用孔を介して上記ねじ孔に固定ねじを螺挿することにより、ローラにブレードが一体的に取付け固定されることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
上記ローラは外周部位にブレード端部との嵌め合わせが可能な凹部が設けられ、このローラ凹部にブレード端部を挿入し突き合わせた状態で上記固定ねじをもって取付け固定されることを特徴とする請求項２記載の流体機械。
【請求項４】
上記ブレードのスラスト面に長手方向に沿って油溝が設けられるとともに、上記ローラのスラスト面に半径方向に沿って油溝が設けられ、上記ブレードとローラを一体的に組合せた状態で上記油溝が互いに連通することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の流体機械。
【請求項５】
上記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の流体機械としての圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項１】
シリンダ室を備えたシリンダと、
このシリンダの上記シリンダ室を貫通して設けられるとともに、シリンダ室と対向する部位にクランク部を有する回転軸と、
この回転軸の上記クランク部に係合され、回転軸の回転にともなって上記シリンダ室で偏心公転運動をなすローラと、
このローラと一体的に設けられ、ローラの偏心公転運動にともなって揺動し上記シリンダ室を圧縮部と吸込み部に区画するブレードと、
上記回転軸のクランク部と上記ローラとの間に介設されるボールベアリングとを具備し、
上記ローラの中心から上記ブレードの先端面までの距離Ｌを、上記ローラの外周半径Ｒの２倍以下（Ｌ＜２Ｒ）に設定したことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
上記ローラと上記ブレードとは別体に形成され、上記ローラは半径方向に沿ってねじ孔が設けられ、上記ブレードは高さ方向と直交する長手方向に沿って取付け用孔が設けられ、この取付け用孔を介して上記ねじ孔に固定ねじを螺挿することにより、ローラにブレードが一体的に取付け固定されることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
上記ローラは外周部位にブレード端部との嵌め合わせが可能な凹部が設けられ、このローラ凹部にブレード端部を挿入し突き合わせた状態で上記固定ねじをもって取付け固定されることを特徴とする請求項２記載の流体機械。
【請求項４】
上記ブレードのスラスト面に長手方向に沿って油溝が設けられるとともに、上記ローラのスラスト面に半径方向に沿って油溝が設けられ、上記ブレードとローラを一体的に組合せた状態で上記油溝が互いに連通することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の流体機械。
【請求項５】
上記請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の流体機械としての圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２９１８８６（Ｐ２００７−２９１８８６Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１１８１３２（Ｐ２００６−１１８１３２）
【出願日】平成１８年４月２１日（２００６．４．２１）
【出願人】（３９９０２３８７７）東芝キヤリア株式会社 (320)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月２１日（２００６．４．２１）
【出願人】（３９９０２３８７７）東芝キヤリア株式会社 (320)
【Ｆターム（参考）】
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