Fluid compressor

【発明の詳細な説明】 （発明の属する技術分野） 本発明は、密閉容器内に圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動するモータ駆動部とを備えて、冷凍サイクルに使用される流体圧縮機に関する。

（従来の技術） 一般の家庭用空気調和装置の冷凍サイクルに使用される流体圧縮機には、多種にわたるものがある。

ここでロータリ式の流体圧縮機を例にとると、密閉容器の内部に収容された圧縮機構部と、上記密閉容器内に収容されて上記圧縮機構部を駆動するモータ駆動機構部とを備えている。 このモータ駆動機構部から延出された回転軸の中途部は上記密閉容器の内壁面に結合された固定フレームによって回転自在に支持されている。

そして、上記固定フレームを貫通した先端側には上記圧縮機構部のローラに連接され、上記固定フレームの内側に形成された圧縮室内で上記ローラを回転駆動するようになっている。

こうした流体圧縮機は、R134aを作動冷媒として用いる場合、このR134aとの相溶性に優れた合成潤滑油であるポリアルキレングリコール（以下PAGと記す）を流体圧縮機用冷凍機油として用いることはよく知られている。

しかしながら、このPAGは圧力粘性係数が鉱油等に比較して約50％程度低い数値を示している。

つまり、PAGによって形成される油膜厚さが従来から用いられる鉱油やパラフィン系油よりも著しく薄いので、従来同様の軸受部構造では回転軸と軸受部分との金属接触が発生する等して焼き付けを起こす可能性があった。

これを防止するため油膜厚さを高めることが考えられるが、上記PAGの粘度を高くすると低温時の粘度上昇による摺動抵抗の増加等の不都合を生じるものであった。

（発明が解決しようとする課題） 冷凍サイクル中で循環される冷媒としてR134aを使用する場合には、この冷凍サイクルに使用される流体圧縮機内に収容される潤滑油としてポリアルキレングリコール（PAG）が用いられる。

しかしながら、このPAGは従来より用いられる鉱油などと比較して約50％程度という低い圧力粘性係数をもつもので、鉱油の油膜厚さに適するように形成された軸受構造のままで上記PAGを使用すると、油膜厚さが適合せず、軸受部分に金属接触を発生して焼き付け等のトラブルを起こす危険性があった。

本発明は上記課題に着目してなされたものであり、新らたに採用する潤滑油であるPAGの油膜厚さに適合して、金属接触の発生を防止する回転軸と軸受部寸法で構成された流体圧縮機を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するため、請求項１として、
密閉容器と、この密閉容器内に収容され冷媒R134aを作動媒質とする圧縮機構部と、上記密閉容器内に収容されて上記圧縮機構部を駆動するモータ駆動機構部と、上記モータ駆動機構部から延出されて上記圧縮機構部に連接し駆動力を伝達する回転軸と、この回転軸を回転自在に支持する軸受部と、上記密閉容器内に所定量収容された潤滑油と、この潤滑油を上記軸受部に供給する供給手段と、を備え、 上記潤滑油として、変更前は鉱物油やパラフィン系油を用い、変更後に合成潤滑油ポリアルキレングリコールを用いることを前提として、上記回転軸と軸受部間の半径隙間を、潤滑油変更前はC1、潤滑油変更後はC2とし、
潤滑油粘度を変更前潤滑油はη１、変更後潤滑油はη２
としたとき、 （1/C1） ^２・η１＝（1/C2） ^２・η２ であり、さらに、潤滑油変更後の回転軸と軸受部間の半径隙間C2、回転軸の外周面と軸受部の内周面の合計表面あらさをSoとしたとき C2≦2So の式を満足する寸法条件で、上記回転軸と軸受部とを構成したことを特徴とする流体圧縮機である。

また、請求項２として上記冷媒を、R134aを成分とするHFC冷媒とした請求項１記載の流体圧縮機である。

潤滑油としてPAGを採用するよう変更したうえで、回転軸と軸受部との寸法条件をC2≦2Soの式に適合させることにより、変更前の鉱油などに比較して圧力粘性係数が約50％程度低い潤滑油でありながら、適正な油膜厚さを得ることができる。

（発明の実施の形態） 本発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。

まず、第２図を参照して、本実施形態の実施対象となる流体圧縮機としてのロータリコンプレッサ１の基本構造についてふれれば、外壁面を形成する両端閉鎖型の筒状に形成され横置きされた密封容器２を有し、この密封容器２内にはロータリ圧縮機構部３が収容され、さらに、このロータリ圧縮機構部３には隣接状態にモータ駆動機構部４が収容されている。

上記ロータリ圧縮機構部３は上記密閉容器２の内壁面に結合された固定フレーム５を備えている。 この固定フレーム５の外周縁部には上記密閉容器２の内壁に結合されたフランジ部６が結合され、中央部には上記モータ駆動機構部４の回転軸７の中途部が回転自在に支持される軸受部８が形成されている。

さらに、この固定フレーム５には仕切り板９と、軸受フレーム10が順次接合されている。 これら、固定フレーム５、仕切り板９および軸受フレーム10とによってシリンダ11が形成されている。

そして、上記回転軸７の端部は上記シリンダ11を貫通するごとく延長され、上記軸受フレーム10の中央部に形成された軸受部10aに挿入され回転自在に支持されている。

この回転軸７の上記シリンダ11内に位置する部分はカム部12が形成されており、このカム部12は回転軸７の回転中心に対して偏心した中心をもち、外周にはローラ13
が挿着されている。

このようにして、上記シリンダ11内で回転されるローラ13には上記シリンダ11の径方向から弾性的に突没されるように当接されるブレード14が設けられており、上記シリンダ11に接続される吸込管15に接続される側と、密封容器２内に開口する吐出口16側とに仕切っている。

このブレード14によって仕切られた作動室内で冷媒ガスを圧縮するようになっている。 ここで、冷媒ガスはR1
34aを成分とするHFC冷媒である。

さらに、上記ブレード14の背面側には、上記ローラ13
の偏心回転によって往復動されるブレード14の駆動力を利用した、ポンプ装置17が設けられている。

上記密封容器２内には、冷凍機油として潤滑油19が所定量収容されており、上記ポンプ装置17はこの潤滑油に没した状態で設けられ、吐出管18は上記軸受部８に接続されている。

この回転軸７には、軸方向に沿って上記潤滑油19を供給するための図示しない給油路が形成されており、軸受部8,10a等の摺動部分に供給されるようになっている。

なお、潤滑油として一般の流体圧縮機では従来、鉱物油やパラフィン系油等を用いていたが、今回、冷媒としてR134aを成分とするHFC冷媒を採用することに合せて、
合成潤滑油のポリアルキレングリコール（以下、PAGと記す）19を採用するよう変更する。

このように構成された回転軸７と軸受部8,10aとの直径の関係は、上記回転軸７の直径をD1、軸受部8,10aの内径をD2とした場合の、潤滑油変更後の回転軸と軸受部間の半径隙間をC2とすると、 C2＝1/2・（D2−D1） …（１） である。

なお、第１図中に示される寸法ｅは、回転軸７と軸受部8,10aとの偏心量である。

そして、潤滑油変更後の回転軸と軸受部間の半径隙間
C2は、次式（２）の条件で設定されている。

C2≦2So …（２） 以下、上記（２）式の導出について説明する。 一般の冷凍機用圧縮機に用いられるジャーナル軸受は、その回転軸と軸受部間の潤滑特性を表す指数としてゾンマーフェルト数Ｓがあることは一般に知られている。

このゾンマーフェルト数Ｓは、次式（３）で示される。

Ｓ＝（r/C）・η・N/P …（３） ここで、r:回転軸半径、C:回転軸と軸受部間の半径隙間、η：潤滑油粘度、N:回転軸の単位時間回転数、P:軸受部平均圧力である。

潤滑油を変更した場合でも、このゾンマーフェルト数Ｓを同一とするよう各変数を選定してやれば、上記Ｓによって決まる回転軸と軸受部間の最小油膜厚さhoも同一条件下で保持できる。 すなわち、 Ｓ∝ho/c …（４） したがって、このＳの式（４式）から同一運転条件（回転軸７の単位時間回転数Ｎおよび軸受部平均圧力Ｐ
がそれぞれ同一）で、同一機種（回転軸７の半径ｒが同一）を使用した場合に、回転軸と軸受部間の半径隙間を潤滑油変更前はC1、変更後はC2として示せば、次式（５）のように示される。

S1＝（r/C1） ^２・η１・N/P ＝S2＝（r/C2） ^２・η２・N/P …（５） となり、結局次式（６）を得る。

（1/C1） ^２・η１＝（1/C2） ^２・η２ …（６） この（６）式の関係で求められる回転軸と軸受部間の半径隙間Ｃと、潤滑油の粘度ηとしてやればよいことになる。

つまり、変更後の潤滑油（PAG）19の圧力粘度係数が変更前の鉱油などと比較して約50％と低く、ほぼη1/η
２＝２となる場合には、C2≒0.7C1としてやれば最適の寸法となる。

一方、従来の鉱物油やパラフィン系油等を潤滑油として用いる流体圧縮機では、ゾンマーフェルト数Ｓ≧0.1
としているのが一般的である。

そこで、第３図に示されるＳ∝ho/C1の関係から、360
゜ジャーナル軸受の場合には ho/C1≧0.35 となり、上記hoは回転軸７と軸受部8,10a各々の表面あらさの合計高さ以上でなくてはならない。

ho＝SS＋SB＋So …（７） ここで、SS:回転軸の表面あらさ、SB:軸受部の表面あらさ、So:合計表面あらさである。

以上のことから、 C1≦ho/0.35 …（８） ゆえに、 C1≦So/0.35 …（９） また、上述のように、C2≒0.7C1なので、 C2＝0.7C1＜0.7So/0.35 …（19） 上式（19）を得る。 これから C2≦2So …（２） が導出される。

この（２）式で導出される回転軸７と軸受部8,10a間の半径隙間C2を設定すれば、潤滑油としてポリアルキレングリコール19を用いた場合に十分な潤滑性能を得ることができる。

これにより、HFC冷媒である冷媒R134aを圧縮する流体圧縮機の使用が可能となり、従来問題となっていた焼付け等の発生を解消できる。

なお、本発明は上記実施の形態にのみ限定されない。
例えば、上記実施形態の実施対象はロータリコンプレッサであるが、これに限定されず、密閉容器内に圧縮機構部およびモータ駆動機構部を収容し、所定量の潤滑油が収容された流体圧縮機であればよく、レシプロ式やスクロール式等多種のものが考えられる。

（発明の効果） 潤滑油を、鉱物油やパラフィン系油から合成潤滑油ポリアルキレングリコールに変更したことを前提として、
回転軸と軸受部間の半径隙間C2と、回転軸と軸受部の合計表面あらさSoとの関係を、C2≦2Soとすることで、一般鉱物油に比較して約50％程度低い圧力粘性係数をもつ合計潤滑油ポリアルキレングリコールを使用しても、回転軸と軸受部との間の油膜厚さを適正に維持できる。 これにより、圧力粘性係数の低い合成潤滑油ポリアルキレングリコールを使用し、かつ焼付け等を起こすことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は本発明の一実施の形態であり、第１
図は回転軸と軸受部の寸法関係を強調して示す断面図、
第２図はロータリコンプレッサの断面図、第３図は軸受長さと軸受直径が同一な360゜ジャーナル軸受を使用した場合の一般鉱物油のゾンマーフェルト数Ｓおよび最小油膜厚さhoと、回転軸と軸受部間の半径隙間Ｃとの関係を示す特性図である。 １……ロータリコンプレッサ、２……密閉容器、３……
ロータリ圧縮機構部、４……モータ駆動機構部、７……
回転軸、８……軸受部、10a……軸受部、17……ポンプ装置（供給手段）、19……合成潤滑油ポリアルキレングリコール。