JP2009162152A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレードの厚さを厚くすることなくピストンの自転を防止するとともに、ブレードがピストンに対してスムーズに摺動できるようにする。
【解決手段】ブレード（45）の凹部（74）とピストン（40）の直線部（201）との隙間δＡ、ブレード溝（7）の溝幅Ｂ、ブレード溝（7）の溝幅Ｂとブレード（45）との隙間δＢ、ピストン（40）の偏心回転中心からピン（101）中心までの距離Ｒ、ブレード（45）のシリンダ径方向の長さＬ、ピストン（40）が自転してからピン（101）がガイド孔（102）に当接するまでのピン（101）とガイド孔（102）との隙間δＰを、δＡ／Ｂ×Ｒ＞δＰ、及びδＢ／Ｌ×Ｒ＞δＰという条件を満たすように設定する。
【選択図】図８

Description

本発明は、シリンダ内に形成された環状の空間内に環状ピストンを配置し、該シリンダと環状ピストンとが相対的に偏心回転運動をする回転式流体機械に関するものである。

従来より、冷媒を圧縮する圧縮機等には、シリンダ内に形成された環状の空間（シリンダ室）内に環状ピストンを配置し、該シリンダと環状ピストンとが相対的に偏心回転運動をする回転式流体機械が用いられることがある。

このような回転式流体機械の一例としては、例えば、特許文献１に記載された回転式流体機械が知られている。この回転式流体機械は、環状ピストンがシリンダに対して公転運動する回転式流体機械である。この回転式流体機械は、シリンダ室が、高圧室と低圧室とに凹型のブレードで仕切られている。この凹型のブレードは、シリンダの径方向（Ｘ方向と呼ぶ）に摺動できるようになっている。また、ピストンの一部には、ブレードの凹部が摺動する平面部が設けられている。これにより、ブレードは、Ｘ方向に直行する方向に、ピストンに対して摺動できる。したがって、ピストンが移動できる方向は、シリンダの径方向と、シリンダの径方向と直交する方向とになる。つまり、ブレード、ピストン、及びシリンダによって自転防止機構が構成され、ピストンの自転が防止されている。
韓国特許第１０−４３６８６４号明細書

しかしながら、従来の回転式流体機械のように、ブレード、ピストン、及びシリンダからなる自転防止機構では、安定した摺動と耐久性を保証するには、ブレードの厚さが一定以上必要になる。そして、その結果としてブレードの質量が大きくなり、ブレードの慣性力に基づく振動が大きくなってしまう可能性がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ブレードの厚さを厚くすることなくピストンの自転を防止するとともに、ブレードがピストンに対してスムーズに摺動できるようにすることにある。

上述した目的を達成するため、本発明は、複数のピン（101）と、各ピン（101）が挿入されて該ピン（101）の移動を案内する複数のガイド孔（102）とを設け、ピン（101）とガイド孔（102）との隙間を適切に設定するようにした。

具体的に、本発明は、環状のシリンダ室（60,65）を有し且つ背面に鏡板（36）を有するシリンダ（35）と、該シリンダ（35）に対して偏心して該シリンダ室（60,65）に収納されて該シリンダ室（60,65）を外側作動室（60）と内側作動室（65）とに区画し、背面に鏡板（41）を有する環状のピストン（40）と、該各作動室（60,65）を高圧側（61,66）と低圧側（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、該ピストン（40）が該シリンダ（35）に対して偏心回転する回転式流体機械を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記ピストン（40）の鏡板（41）の背面側で該ピストン（40）を支持する支持部材（50）を備え、
前記ピストン（40）の鏡板（41）と前記支持部材（50）の両対向部材の何れか一方には複数のピン（101）が設けられ、他方の対向部材には各ピン（101）が挿入されて該ピン（101）の移動を案内する複数のガイド孔（102）が設けられ、
前記ピストン（40）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（201）を有し、
前記シリンダ（35）には、前記ブレード（45）がシリンダ径方向に摺動自在に嵌合するブレード溝（7）が形成され、
前記ブレード（45）には、前記ピストン（40）の前記直線部（201）に摺動可能に嵌合させた凹部（74）が形成され、
前記ブレード（45）の凹部（74）と前記ピストン（40）の直線部（201）との隙間δＡ、前記ブレード溝（7）の溝幅Ｂ、該ブレード溝（7）の溝幅Ｂと該ブレード（45）との隙間δＢ、該ピストン（40）の偏心回転中心から前記ピン（101）中心までの距離Ｒ、該ブレード（45）のシリンダ径方向の長さＬ、該ピストン（40）が自転してから該ピン（101）が該ガイド孔（102）に当接するまでの該ピン（101）と該ガイド孔（102）との隙間δＰが、
δＡ／Ｂ×Ｒ＞δＰ、及びδＢ／Ｌ×Ｒ＞δＰ
という条件を満たすように設定されていることを特徴とするものである。

第１の発明では、ピストン（40）が自転を開始してからピン（101）がガイド孔（102）に当接して自転が規制されるまでのピン（101）とガイド孔（102）との隙間が、上述した条件を満たすように設定される。このため、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制されてピストン（40）の自転が確実に阻止され、ピストン（40）がシリンダ（35）に対して公転することになる。

そして、ピストン（40）の自転が阻止された後でも、ブレード（45）とブレード溝（7）との間には隙間が確保されているため、ブレード（45）に過度の負荷が加わることが抑制され、ブレード（45）の厚さを小さくしても安定した摺動と耐久性を保証することが可能になる。このように、ブレード（45）の小型化により、高速運転時において、ブレード（45）の往復運動（ブレードの慣性力）を起因とする振動が低減する。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記複数のピン（101）は、少なくとも３本設けられていることを特徴とするものである。

第２の発明では、少なくとも３本のピン（101）が設けられる。このため、各ピン（101）の配置を適切に設定することにより、ピストン（40）の自転を確実の阻止できるとともに、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制された後でもブレード（45）がブレード溝（7）内でスムーズに摺動できるように隙間を確保することができる。

第１の発明によれば、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制された後でも、ブレード（45）とブレード溝（7）との間には隙間が確保されているため、ブレード（45）に過度の負荷が加わることが抑制され、ブレード（45）の厚さを小さくしても安定した摺動と耐久性を保証することが可能になる。このように、ブレード（45）の小型化により、高速運転時において、ブレード（45）の往復運動（ブレードの慣性力）を起因とする振動が低減する。

第２の発明によれば、少なくとも３本のピン（101）を用いてピストン（40）の自転を確実に阻止できるとともに、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制された後でもブレード（45）がブレード溝（7）内でスムーズに摺動できるように隙間を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態として、例えば、空気調和装置の冷媒回路において、蒸発器から吸入した冷媒を圧縮して、凝縮器へ吐出するために用いられる圧縮機について説明する。

＜圧縮機の全体構成＞
図１は本発明の実施形態に係る圧縮機（1）の縦断面図、図２は圧縮機構を示す横断面図である。図１及び図２に示すように、圧縮機（1）は、ケーシング（10）内に、電動機（20）と圧縮機構（30）とが収納され、全密閉型に構成されている。

前記ケーシング（10）は、縦長の円筒状に形成された円筒部（12）と、椀状に形成されて、円筒部（12）の両端に外側に凸になるように配設される一対の端板部（13）とによって構成された縦長の密閉容器である。そして、円筒部（12）の上端側を塞ぐ一方の端板部（13）には、端板部（13）を厚み方向に貫通する吐出管（14）が設けられ、円筒部（12）には、円筒部（12）を厚み方向に貫通する吸入管（15）が設けられている。

ここで、図１に示すように、前記吐出管（14）は、ケーシング（10）内部に連通している。一方、吸入管（15）は、ケーシング（10）内の圧縮機構（30）に繋がっている。すなわち、圧縮機（1）は、圧縮機構（30）で圧縮された冷媒がケーシング（10）の内部空間へ吐出されて、その後、吐出管（14）を通ってケーシング（10）外へ送出されるように構成されており、ケーシング（10）内が高圧の状態になる、いわゆる高圧ドーム型の圧縮機である。すなわち、ケーシング（10）内の空間が高圧空間（S2）となる。

前記ケーシング（10）の内部には、上から下へ向かって順に、駆動機構としての電動機（20）及び圧縮機構（30）が配設されている。また、ケーシング（10）の内部には、ケーシング（10）の円筒部（12）内を筒軸方向に延びるように駆動軸（25）が配設されていて、この駆動軸（25）を介して、圧縮機構（30）及び電動機（20）が駆動連結されている。なお、密閉容器状のケーシング（10）内の底部は、圧縮機構（30）の各摺動部等に供給される潤滑油が溜められている貯留部（59）になっている。

前記駆動軸（25）は、主軸部（26）と偏心部（27）とを有している。この偏心部（27）は、駆動軸（25）の下端寄りの位置で、主軸部（26）よりも大径の円柱状に形成されている。また、この偏心部（27）は、軸心が主軸部（26）の軸心に対して偏心するように設けられている。さらに、偏心部（27）は、後述する圧縮機構（30）のピストン（40）を貫通した状態で、ピストン（40）に対して一体回転可能に固定されている。

また、前記駆動軸（25）の内部には、駆動軸（25）の下端から上方へ延びる給油通路としての貫通孔（25a）が形成されている。これにより、ケーシング（10）内の底部に位置する貯留部（59）の潤滑油は、ケーシング（10）内の高い圧力によって貫通孔（25a）内を上昇し、圧縮機構（30）の各摺動部等へ供給される。

前記電動機（20）は、ステータ（21）とロータ（22）とを備えている。このステータ（21）は、ケーシング（10）の円筒部（12）の内面に固定されている。ロータ（22）には、駆動軸（25）の主軸部（26）が貫通していて、この状態で概略円筒形状の前記ステータ（21）の内側に配置されている。

前記圧縮機構（30）は、固定側共働部材としてのシリンダ（35）と、支持部材としてのリアヘッド（50）と、可動側共働部材としてのピストン（40）とを備えている。このシリンダ（35）は、有底円筒状に形成されていて、リアヘッド（50）の上側に、底部が上方に位置付けられるように配設される。これにより、両者間にはピストン（40）を収容するための空間が形成される。

図３に示すように、前記ピストン（40）は、駆動軸（25）の偏心部（27）に嵌合する円筒状の軸受部（42）と、軸受部（42）の外周側に空間をあけて、軸受部（42）と同心状に設けられた環状ピストン本体部（43）と、軸受部（42）及び環状ピストン本体部（43）の間を下端側で一体化するように設けられた円板状のピストン側鏡板（41）とを備えている。

前記環状ピストン本体部（43）の円環の周方向の一部分には、径方向に直交する方向に直線状に延びる直線部（201）が形成され、この直線部（201）に、後述するブレード（45）が摺動可能に嵌合するようになっている。

前記リアヘッド（50）は、ピストン（40）を支持する部材（支持部材）である。このリアヘッド（50）は、厚肉の円板状の部材で、その外周縁部でケーシング（10）の内周面に固定されているとともに、外周部分がシリンダ（35）に対して密着するように固定されている。また、リアヘッド（50）の中央部分には、駆動軸（25）の主軸部（26）が貫通しており、その貫通孔の内周面には主軸部（26）を回転可能に支持する滑り軸受（50a）が設けられている。また、このリアヘッド（50）には、後に詳述するように、シールリング（70）を収容するシールリング溝（103）が設けられている。

図４に示すように、前記シリンダ（35）は、共に円環状で同心状に配置された外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（52）とを備えている。外側シリンダ部（38）の内周面と内側シリンダ部（52）の外周面とは、互いに同心状に配置された円筒面であり、その間に環状のシリンダ室（60,65）が形成されている。なお、外側シリンダ部（38）の内周面における環状ピストン本体部（43）の直線部（201）に対応する部分は、径方向に直交する方向に延びる直線状に形成されている。

前記シリンダ（35）は、厚肉の円板状に形成されたシリンダ側鏡板（36）をさらに備え、このシリンダ側鏡板（36）の外周側には下側に向かって前記外側シリンダ部（38）が突設されており、この外側シリンダ部（38）が、溶接等によってケーシング（10）の円筒部（12）の内面に固定されているリアヘッド（50）に固定されている。また、シリンダ側鏡板（36）の下面には、外側シリンダ部（38）の内側に内側シリンダ部（52）が突設されていて、これにより、内側シリンダ部（52）と外側シリンダ部（38）との間に圧縮室としてのシリンダ室（60,65）が形成されている。

そして、図２に示すように、前記ピストン（40）の環状ピストン本体部（43）は、シリンダ室（60,65）内に位置付けられている。環状ピストン本体部（43）は、外周面が外側シリンダ部（38）の内周面よりも小径で、内周面が内側シリンダ部（52）の外周面よりも大径に形成されている。このことにより、環状ピストン本体部（43）の外周面と外側シリンダ部（38）の内周面との間に外側シリンダ室（60）が形成される一方、環状ピストン本体部（43）の内周面と内側シリンダ部（52）の外周面との間に内側シリンダ室（65）が形成されている。

具体的には、前記シリンダ側鏡板（36）とピストン側鏡板（41）と外側シリンダ部（38）と環状ピストン本体部（43）とによって外側シリンダ室（60）が形成され、シリンダ側鏡板（36）とピストン側鏡板（41）と内側シリンダ部（52）と環状ピストン本体部（43）とによって内側シリンダ室（65）が形成されている。

前記シリンダ（35）のシリンダ側鏡板（36）と内側シリンダ部（52）と、ピストン（40）のピストン側鏡板（41）と軸受部（42）との間には、内側シリンダ部（52）の内周側で軸受部（42）の偏心回転動作を許容するための動作空間（68）が形成されている（図１を参照）。図２の構成において、この動作空間（68）は、高圧空間になるように構成されている。

また、前記ピストン（40）とシリンダ（35）とは、環状ピストン本体部（43）の外周面と外側シリンダ部（38）の内周面とが１点で実質的に接する状態（厳密にはミクロンオーダーの隙間があるが、その隙間での冷媒の漏れが問題にならない状態）において、その接点と位相が１８０°異なる位置で、環状ピストン本体部（43）の内周面と内側シリンダ部（52）の外周面とが１点で実質的に接するようになっている。

前記シリンダ（35）のシリンダ側鏡板（36）の中央部分には、上方に向かって膨出する円筒状の軸受部（37）が形成されていて、この軸受部（37）には、該軸受部（37）を上下方向に貫通した状態で駆動軸（25）の主軸部（26）を回転可能に支持する滑り軸受（37a）が設けられている。

また、外側シリンダ部（38）には、外側シリンダ部（38）を径方向に貫通する吸入ポート（39）が形成されている。この吸入ポート（39）は、一端側が外側シリンダ室（60）の低圧室に開口している一方、他端側は吸入管（15）に接続されている。また、前記環状ピストン本体部（43）には、外側シリンダ室（60）の低圧室（62）と内側シリンダ室（65）の低圧室（67）とを連通する貫通孔（53）が形成されている。

一方、前記シリンダ（35）には、外側吐出ポート（54）及び内側吐出ポート（55）が形成されている。これらの吐出ポート（54,55）は、それぞれ、シリンダ（35）のシリンダ側鏡板（36）の厚み方向に貫通して形成されている。外側吐出ポート（54）の下端は外側シリンダ室（60）の高圧室（61）に臨むように開口し、内側吐出ポート（55）の下端は内側シリンダ室（65）の高圧室（66）に臨むように開口している。なお、これらの吐出ポート（54,55）には、該吐出ポート（54,55）を開閉するための逆止弁からなる吐出弁（図示せず）が設けられている。

そして、前記シリンダ（35）において前記ピストン（40）の直線部（201）に対応する位置には、略直方体形状のブレード（45）を摺動可能に嵌め込むためのブレード溝（7）が径方向に沿って配置されている。具体的には、このブレード溝（7）は、内側シリンダ部（52）に形成された第１ブレード溝（7a）と、シリンダ側鏡板（36）に形成された第２ブレード溝（7b）と、外側シリンダ部（38）に形成された第３ブレード溝（7c）とで構成され、これらの第１〜第３ブレード溝（7a,7b,7c）は、シリンダ（35）の径方向に沿って一直線状に連続して形成されている。

前記内側シリンダ部（52）の第１ブレード溝（7a）が形成される部分近傍は、径方向に直行する方向に延びる直線状に形成されていて、第１ブレード溝（7a）は、この内側シリンダ部（52）の直線状の部分における周方向中心部分を厚み方向に貫通するように設けられている。一方、第３ブレード溝（7c）は、外側シリンダ部（38）の中心側端面から外周側の途中部分にまで設けられている。このブレード溝（7）にブレード（45）が嵌合し、後述するように、前記シリンダ室（60,65）が高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画されるようになっている。

また、外側シリンダ部（38）の先端面と内側シリンダ部（52）の先端面とは、ピストン側鏡板（41）の上端面に、それぞれが摺接している。

一方、前記ピストン（40）における環状ピストン本体部（43）の先端面（図１の上端面）は、シリンダ（35）の内側シリンダ部（52）と外側シリンダ部（38）との間のシリンダ側鏡板（36）に摺接し、ピストン（40）の軸受部（42）の先端面は、シリンダ（35）の内側シリンダ部（52）よりも内側のシリンダ側鏡板（36）に摺接している。

これにより、シリンダ（35）のシリンダ部（52,38）とピストン（40）とによって気密状態のシリンダ室（60,65）が形成される。

また、各シリンダ室（60,65）の気密状対を保持するために、前記シールリング（70）よりも内周側の空間は、ケーシング（10）内の高圧空間（S2）と連通していて、貯留部（59）から駆動軸（25）の貫通孔（25a）内を通ってきた高圧の潤滑油が供給されるように構成されている。すなわち、シールリング（70）よりも内側の空間は高圧の状態になっているため、ピストン（40）に対してシリンダ（35）側に押し付ける背圧が作用する。

図１に示すように、前記リアヘッド（50）の上面には、前記ピストン（40）のピストン側鏡板（41）に対応してシールリング溝（103）が設けられ、シールリング溝（103）内には、シールリング（70）が収納されている。これにより、シールリング（70）は、前記リアヘッド（50）とピストン（40）との間の空間を径方向に分割している。

そして、前記シールリング（70）よりも内周側の空間は、ケーシング（10）内の高圧空間（S2）と連通して、前記貯留部（59）から駆動軸（25）の貫通孔（25a）内を通ってきた高圧の潤滑油が供給されるように構成されている。すなわち、前記シールリング（70）よりも内側の空間は高圧の状態になっているため、前記ピストン（40）に対して前記シリンダ（35）側に押し付ける背圧が作用する。

ここで、前記ピストン（40）には、前記シリンダ室（60,65）の内圧によって、前記シリンダ（35）から離反するような離反力が生じる。これに対して、上述のような押し付け力を前記ピストン（40）に作用させることにより、該ピストン（40）が前記シリンダ（35）から離反するのを防止することができ、該ピストン（40）とシリンダ（35）とによって形成される前記シリンダ室（60,65）の気密性が保たれるようになっている。

一方、前記シールリング（70）よりも外周側の空間は、背圧空間（S3）である。該シールリング（70）を越えて進入する潤滑油や、軸受からシリンダ室（60,65）を介して漏れ出た潤滑油によって、該背圧空間（S3）内の圧力が、前記吸入ポート（39）よりも高圧で且つ前記ケーシング（10）内の高圧空間（S2）よりも低圧の中間圧になっている。このことにより、この背圧空間（S3）内の圧力も前記ピストン（40）を背面側から押し付けるように作用する。

＜自転防止機構＞
また、この圧縮機（1）では、複数のピン（101）と、各ピン（101）が挿入されて該ピン（101）の移動を案内する複数のガイド孔（102）とから、ピストン（40）の自転防止機構（100）が構成されている。

具体的に、本実施形態では、前記複数のピン（101）は、リアヘッド（50）と対向する側のピストン側鏡板（41）の面に設けられている。図５は、３本のピン（101）を設けた例である。なお、各ピン（101）の直径はｄであるものとする。

また、複数のガイド孔（102）は、図５に示すように、リアヘッド（50）に設けられている。各ガイド孔（102）の直径Ｄは、Ｄ＝ｄ＋２ｅ＋δに設定されている。ただし、ｅは、クランク偏心量（すなわち、偏心部（27）の主軸部（26）に対する偏心量）であり、δは、ピン（101）とガイド孔（102）との間に設定する微小隙間である。これにより、ピストン（40）は、各ピン（101）と、各ピン（101）が対応したガイド孔（102）によって、自転方向の動きが制限される。

＜ブレード＞
上述のように、前記圧縮機構（30）は、シリンダ室（60,65）をそれぞれ高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）を有している。このブレード（45）は、図６に示すように、矩形状板の部材からなり、長手方向の中央部分には前記ピストン（40）の直線部（201）を摺動する凹部（74）が形成されている。そして、凹部（74）の外側が外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）に形成され、内側が内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）に形成されている。また、前記ブレード溝（7）の長さは、ブレード（45）よりも長く構成されている。

これにより、ブレード（45）は、ブレード（45）の長手方向がシリンダ（35）に対して該シリンダ（35）の半径方向であるＸ軸方向に移動自由、且つブレード（45）の厚さ方向がピストン（40）に対してＸ軸方向と直交するＹ方向（より具体的には直線部（201）に沿った方向）に移動自在となる。

上述した構成において、前記駆動軸（25）に連結されたピストン（40）がシリンダ（35）に対して偏心した状態で回転すると、ピン（101）とガイド孔（102）とによってピストン（40）の自転が阻止される。そのため、図７に示すように、ピストン（40）の環状ピストン本体部（43）が、該ブレード（45）をブレード溝（7）内でシリンダ（35）のＸ軸方向に摺動させ、且つ直線部（201）をブレード（45）の凹部（74）内でＹ軸方向に摺動させながら偏心回転運動する。すなわち、環状ピストン本体部（43）がシリンダ（35）に対して公転することになる。

このように、環状ピストン本体部（43）が、ブレード（45）とともにシリンダ（35）の径方向に摺動するとともに、ブレード（45）の凹部（74）での直線部（201）の摺動によりシリンダ（35）に対して径方向に直交した方向に摺動することによって、環状ピストン本体部（43）とシリンダ（35）との接触点が図７（ａ）から図７（ｈ）へ順に移動することになり、シリンダ室（60,65）内で冷媒が圧縮される。なお、この図７は、本実施形態に係る圧縮機構（30）の動作状態を表す図であり、図７（ａ）から図７（ｈ）まで４５°間隔で環状ピストン本体部（43）が図の時計回り方向に移動している様子を表している。

上述のように、この圧縮機（1）では、ピン（101）とガイド孔（102）とによって、ピストン（40）の自転が確実に防止される。したがって、環状ピストン本体部（43）は、ブレード（45）の伸長方向、すなわち径方向の動きと、直線部（201）の延びる方向、すなわち該径方向に直交する方向の動きとを合成した動きをする。

＜ピンの配置について＞
ここで、前記ブレード（45）は、往復運動（ブレード（45）の慣性力）を起因とする振動を低減するために、できる限り小型化することが好ましい。しかしながら、ブレード（45）の厚さを薄くすると、ピストン（40）が自転したときにブレード（45）に自転モーメントが加わって変形したり、ブレード溝（7）内で引っ掛かって安定した摺動ができなくなるおそれがある。

そこで、本発明では、ピン（101）とガイド孔（102）とによってピストン（40）の自転を確実に防止するとともに、ブレード（45）に過度の負荷が加わることを抑制することを目的として、ピストン（40）が自転してからピン（101）がガイド孔（102）に当接するまでのピン（101）とガイド孔（102）との隙間δＰを、種々の条件に基づいて適切に設定するようにした。

まず、前記ブレード（45）がブレード溝（7）内で傾くことができる最大傾き量を算出する。図８に示すように、ブレード（45）の凹部（74）とピストン（40）の直線部（201）との隙間δＡ、ブレード溝（7）の溝幅Ｂ、ブレード溝（7）の溝幅Ｂとブレード（45）との隙間δＢとする。

ここで、前記ブレード（45）がピストン（40）の直線部（201）に引っ掛からずに傾くことができる最大傾き量は、隙間δＡと溝幅Ｂとを用いて、
δＡ／Ｂ ・・・（１）
で表すことができる。一方、ブレード（45）がブレード溝（7）の溝内周壁に引っ掛からずに傾くことができる最大傾き量は、
δＢ／Ｌ ・・・（２）
で表すことができる。

次に、前記ピストン（40）が自転により傾くことができる最大傾き量を算出する。図９に示すように、３つのガイド孔（102）は、駆動軸（25）を中心として周方向に１０３°、２２３°、３４３°の位置にそれぞれ形成している。

図１０は、駆動軸の回転角とピストンの傾きとの関係を示すグラフ図である。図１０に示すように、ピストン（40）は、その偏心回転中心が１９３°の位置にあるときに、最も傾きが大きくなることが分かる。

そこで、図９に示すように、ピストン（40）の偏心回転中心が１９３°のときにピストン（40）が自転してからピン（101）がガイド孔（102）に当接するまでのピン（101）とガイド孔（102）との隙間δＰ、ピストン（40）の偏心回転中心からピン（101）中心までの距離Ｒ、ブレード（45）のシリンダ径方向の長さＬとすると、ピストン（40）が自転により傾くことができる最大傾き量は、
δＰ／Ｒ ・・・（３）
で表すことができる。

ここで、ブレード（45）に自転モーメントが加わるのを抑制しつつ、ピストン（40）の自転を規制するためには、ピン（101）がガイド孔（102）に当接してピストン（40）の自転を規制した後も、ブレード（45）がブレード溝（7）内で傾くことができるように、上述した（１）式が（３）式よりも大きく、且つ（２）式が（３）式よりも大きくなるように設定することが必要である。

すなわち、
δＡ／Ｂ＞δＰ／Ｒ、及びδＢ／Ｌ＞δＰ／Ｒ ・・・（４）
を満たすことが必要である。ここで、（４）式を隙間δＰで表すと、
δＡ／Ｂ×Ｒ＞δＰ、及びδＢ／Ｌ×Ｒ＞δＰ ・・・（５）
となる。

以上のように、本実施形態では、ピストン（40）が自転してからピン（101）がガイド孔（102）に当接するまでのピン（101）とガイド孔（102）との隙間δＰを、（５）式を満たすように設定したから、ピストン（40）の自転を規制した後でブレード（45）に過度の負荷が加わることがない。そのため、ブレード（45）ブレード（45）の厚さを小さくしても安定した摺動と耐久性を保証することが可能になる。

＜運転動作＞
次に、前記圧縮機（1）の運転動作について説明する。まず、電動機（20）を起動すると、ロータ（22）の回転が駆動軸（25）を介して圧縮機構（30）のピストン（40）に伝達される。そうすると、ブレード（45）が往復運動（進退動作）を行い、且つ、環状ピストン本体部（43）がシリンダ（35）の外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（52）に対して公転運動する。また、前記ピン（101）がガイド孔（102）に挿入されて該ガイド孔（102）に沿って回転移動するので、前記環状ピストン本体部（43）がシリンダ（35）の外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（52）に対して自転することなく公転し、圧縮機構（30）が所定の圧縮動作を行う。

具体的には、前記圧縮機構（30）の外側シリンダ室（60）では、図７（ｂ）の状態で低圧室（62）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（25）が図の右回りに回転して図７（ｃ）〜図７（ａ）の状態へ変化するのに伴って低圧室（62）の容積が増大するときに、冷媒が、吸入管（15）及び吸入ポート（39）を通って低圧室（62）に吸入される。

前記駆動軸（25）が一回転して再び図７（ｂ）の状態になると、低圧室（62）への冷媒の吸入が完了する。次に、この低圧室（62）は冷媒が圧縮される高圧室（61）となり、ブレード（45）を隔てて新たな低圧室（62）が形成される。駆動軸（25）がさらに回転すると、低圧室（62）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（61）の容積が減少し、高圧室（61）で冷媒が圧縮される。高圧室（61）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、高圧室（61）の高圧冷媒によって弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

一方、内側シリンダ室（65）では、図７（ｆ）の状態で低圧室（67）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（25）が図の右回りに回転して図７（ｇ）〜図７（ｅ）の状態へ変化するのに伴って低圧室（67）の容積が増大するときに、冷媒が、吸入管（15）、吸入ポート（39）、及び貫通孔（53）を通って内側シリンダ室（65）の低圧室（67）へ吸入される。

前記駆動軸（25）が一回転して再び図７（ｆ）の状態になると、低圧室（67）への冷媒の吸入が完了する。次に、この低圧室（67）は冷媒が圧縮される高圧室（66）となり、ブレード（45）を隔てて新たな低圧室（67）が形成される。駆動軸（25）がさらに回転すると、低圧室（67）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（66）の容積が減少し、高圧室（66）で冷媒が圧縮される。高圧室（66）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、高圧室（66）の高圧冷媒によって弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

前記外側シリンダ室（60）では、ほぼ図７（ｅ）のタイミングで冷媒の吐出が開始され、内側シリンダ室（65）では、ほぼ図７（ａ）のタイミングで吐出が開始される。つまり、外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とでは、吐出のタイミングがほぼ１８０°異なっている。外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）で圧縮されてケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出した高圧の冷媒は吐出管（14）から吐出され、冷媒回路で凝縮行程、膨張行程、及び蒸発行程を経た後、再度、圧縮機（1）に吸入される。

ここで、前記ピストン（40）とリアヘッド（50）との間の空間のうち、シールリング（70）によって区画された内側の空間内は、高圧空間（S2）に連通しているため高圧状態であり、ピストン（40）は、その背面側からシリンダ（35）側に押し付けられている。

一方、前記貯留部（59）の潤滑油は、駆動軸（25）下端の遠心ポンプ作用により、駆動軸（25）の貫通孔（25a）内を上方へ押し上げられて、圧縮機構（30）の各滑り軸受（37a,50a）や、ピストン（40）とリアヘッド（50）との間で前記シールリング（70）よりも内周側の空間に供給される。

以上のように、本発明の実施形態に係る圧縮機（1）では、ピストン（40）が自転を開始してからピン（101）がガイド孔（102）に当接して自転が規制された後でも、ブレード（45）がブレード溝（7）で傾くことができるように、ピン（101）とガイド孔（102）との隙間を適切に設定するようにしたから、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制されてピストン（40）の自転が確実に阻止できるとともに、ブレード（45）に過度の負荷が加わることが抑制される。このため、ブレード（45）の厚さを小さくしても安定した摺動と耐久性を保証することが可能になる。このように、ブレード（45）の小型化により、高速運転時において、ブレード（45）の往復運動（ブレードの慣性力）を起因とする振動が低減する。

また、３本のピン（101）を用いて自転防止機構（100）を構成したから、各ピン（101）の配置を適切に設定することにより、ピストン（40）の自転を確実の阻止できるとともに、ピン（101）の移動がガイド孔（102）によって規制された後でもブレード（45）がブレード溝（7）内でスムーズに摺動できるように隙間を確保することができる。

＜その他の実施形態＞
前記の実施形態は、以下のような構成としてもよい。

例えば、前記の各実施形態では、圧縮機（1）について説明したが、本発明は、高圧冷媒などのガスをシリンダ室に導入し、該ガスが膨張することによって回転軸の駆動力を発生させる膨張機にも適用できるし、ポンプにも適用できる。

また、前記実施形態では、電動機（20）をケーシング（10）内に収納するようにしているが、この限りではなく、該ケーシング（10）の外部から圧縮機構（30）を駆動するように構成してもよい。

また、ピン（101）を設ける部材とガイド孔（102）を形成する部材は前記の逆であってもよい。すなわち、ピン（101）をリアヘッド（50）側に設け、ガイド孔（102）をピストン（40）側に設けるようにしてもよい。この場合も、シールリング溝（103）はガイド孔（102）を設けた部材に設けるのがよい。

また、ピン（101）の数やガイド孔（102）の数は例示であり、前記の例に限定されず、少なくとも３つ設けておけばよい。図１１は、ピン（101）及びガイド孔（102）を４つ設けた場合の駆動軸の回転角とピストンの傾きとの関係を示すグラフ図である。図１１に示すように、４つのガイド孔（102）は、駆動軸（25）を中心として周方向に０°、９０°、１８０°、２７０°の位置にそれぞれ形成されている。そして、ピストン（40）は、その偏心回転中心が３１５°の位置にあるときに、最も傾きが大きくなることが分かる。このようにして、ピン（101）及びガイド孔（102）を４つ設けた場合にも、前記実施形態と同様に、ピン（101）とガイド孔（102）との隙間δＰを算出することができる。

以上説明したように、本発明は、ブレードの厚さを厚くすることなくピストンの自転を防止するとともに、ブレードがピストンに対してスムーズに摺動できるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

本発明の実施形態に係る圧縮機（回転式流体機械）の縦断面図である。 圧縮機構を示す横断面図である。 （ａ）はピストンの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は平面図である。 （ａ）はシリンダの構成を示す斜視図であり、（ｂ）は平面図である。 ピン、ガイド孔、及びシールリング溝の配置を示す図である。 ブレードの構成を示す斜視図である。 圧縮機構の動作を示す横断面図である。 ブレード、ブレード溝、及びピストンの位置関係を示す図である。 ピン及びガイド孔の配置を示す図である。 駆動軸の回転角とピストンの傾きとの関係を示すグラフ図である。 ピンを４つ設けた場合の駆動軸の回転角とピストンの傾きとの関係を示すグラフ図である。

符号の説明

1 圧縮機（回転式流体機械）
7 ブレード溝
35 シリンダ
36 シリンダ側鏡板
40 ピストン
41 ピストン側鏡板
45 ブレード
50 リアヘッド（支持部材）
60 外側シリンダ室
65 内側シリンダ室
74 凹部
101 ピン
102 ガイド孔
201 直線部

Claims (2)

1. 環状のシリンダ室（60,65）を有し且つ背面に鏡板（36）を有するシリンダ（35）と、該シリンダ（35）に対して偏心して該シリンダ室（60,65）に収納されて該シリンダ室（60,65）を外側作動室（60）と内側作動室（65）とに区画し、背面に鏡板（41）を有する環状のピストン（40）と、該各作動室（60,65）を高圧側（61,66）と低圧側（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、該ピストン（40）が該シリンダ（35）に対して偏心回転する回転式流体機械であって、
   前記ピストン（40）の鏡板（41）の背面側で該ピストン（40）を支持する支持部材（50）を備え、
   前記ピストン（40）の鏡板（41）と前記支持部材（50）の両対向部材の何れか一方には複数のピン（101）が設けられ、他方の対向部材には各ピン（101）が挿入されて該ピン（101）の移動を案内する複数のガイド孔（102）が設けられ、
   前記ピストン（40）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（201）を有し、
   前記シリンダ（35）には、前記ブレード（45）がシリンダ径方向に摺動自在に嵌合するブレード溝（7）が形成され、
   前記ブレード（45）には、前記ピストン（40）の前記直線部（201）に摺動可能に嵌合させた凹部（74）が形成され、
   前記ブレード（45）の凹部（74）と前記ピストン（40）の直線部（201）との隙間δＡ、前記ブレード溝（7）の溝幅Ｂ、該ブレード溝（7）の溝幅Ｂと該ブレード（45）との隙間δＢ、該ピストン（40）の偏心回転中心から前記ピン（101）中心までの距離Ｒ、該ブレード（45）のシリンダ径方向の長さＬ、該ピストン（40）が自転してから該ピン（101）が該ガイド孔（102）に当接するまでの該ピン（101）と該ガイド孔（102）との隙間δＰが、
   δＡ／Ｂ×Ｒ＞δＰ、及びδＢ／Ｌ×Ｒ＞δＰ
   という条件を満たすように設定されていることを特徴とする回転式流体機械。
2. 請求項１において、
   前記複数のピン（101）は、少なくとも３本設けられていることを特徴とする回転式流体機械。

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