JP2829018B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はたとえば冷凍サイクルの冷媒ガスを圧縮す
る流体圧縮機に係り、特にヘリカルブレード方式の流体
圧縮機に関する。

（従来の技術） 従来より圧縮機としてレシプロ式、ロータリ式など各
種のものが知られている。しかし、これらの圧縮機にお
いては、回転力を圧縮機部に伝達するクランクシャフト
などの駆動部や圧縮機部の構造が複雑であり、また部品
点数も多い。さらに、このような従来の圧縮機では圧縮
効率を高めるために、吐出側に逆止弁を設ける必要があ
るが、この逆止弁の両サイドの圧力差は非常に大きいた
め、逆止弁からガスがリークし易く圧縮効率が低い。そ
して、このような問題を解消するためには各部品の寸法
精度や組立て精度を高める必要があるが、そうすると製
造コストが高くなる。

一方、上記のような問題がない密閉形圧縮機として本
出願人は先に第11図を示すヘリカルブレード方式のもの
を出願した。第11図は従来のヘリカルブレード方式の流
体圧縮機の主要部である、これは、シリンダａと、この
シリンダａの内側に偏心（第11図中ｅは偏心量を示
す。）して配置され、シリンダａに対して相対的に旋回
運動（偏心回転運動）する回転体ｂと、回転体ｂの外面
に螺旋状に形成された溝ｃ（第12図参照）に挿入された
ブレードｄとを備えている。ブレードｄはシリンダａに
対する回転体ｂの旋回運動に伴って、上記溝ｃ内を摺動
してその深さ方向に出入りする。そして、シリンダａお
よび回転体ｂの両端は軸受f,gに回転自在に支持され、
各軸受f,gにはそれぞれ吸込み口ｈ及び吐出し口ｊが設
けられている。上記溝ｃは吸込み口ｈから吐出し口ｊに
向かって徐々にピッチが狭くなっている。

このピッチ変化にもとづき深さ方向に出入りするブレ
ードｄと回転体ｂとの摩擦力により、吸込端側における
シリンダａ方向へのブレードｄの押し上げ力が小さくな
り、したがって吸込端側でブレードｄとシリンダａとの
間に隙間が発生し易くなる。そこで、このような問題を
解決するために、ブレードｄの吸込側端は１巻以内の範
囲で螺旋ピッチを小さくして、シリンダａからブレード
ｄへの押し上げ力を垂直に受ける部分を設けて、吸込み
端側でブレード端の出入りをし易くしている。

このような構成において、シリンダａおよび回転体ｂ
を相対的に旋回運動させると、吸込み口ｈからシリンダ
ａと回転体ｂとの間の空間に吸込まれたガスなどの被圧
縮流体は圧縮される。すなわち、上記空間はシリンダａ
に対する回転体ｂの旋回運動に伴い、吐出し口ｊ側に移
動されるが、上記溝ｃのピッチが徐々に小さくなってい
るため、ブレードｄで仕切られた上記空間、つまり複数
の作動室の容積は吐出し口ｊ側に行くにつれて次第に小
さくなっている。したがって、上記空間に入った被圧縮
流体は徐々に圧縮されて、最終的に吐出し口ｊから吐出
される。

この圧縮動作において吸込側の１番目の作動室ｋへの
被圧縮流体の導入は、ブレードｄの吸込側端部とシリン
ダａおよび回転体ｂによって形成される導入通路を通し
て行われる。この時の作動室ｋは、吸込側端における１
巻以上の範囲でピッチを狭めたブレードｄの符号d2で示
される端部側部分を使用して形成している。このため、
作動室ｋが２番目の作動室ｌより容積が小さくなる状態
が発生し、吸込んだガスを膨張させる欠点がある。した
がって、圧縮のための入力増大を招く欠点がある。

（発明が解決しようとする課題） この発明は上記事情に基づきなされたもので、その目
的とするところは、ヘリカルブレード方式のものにあっ
て、被圧縮流体の膨張による損失を防止し効率を向上で
きる流体圧縮機を得ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するためにこの発明は、シリンダと、
このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿うとともに偏心
して配置され、外周面の一部が上記シリンダの内周面に
接触した状態で上記シリンダと相対的に旋回可能な円柱
状の回転体と、この回転体の外周面に設けられ上記シリ
ンダの吸込側から吐出側へ徐々に小さくなるピッチで形
成された螺旋状の溝と、この溝に出入自在に嵌込まれる
とともに上記シリンダの内周面に密接する外周面を有し
上記シリンダの内周面と上記回転体の外周面との間の空
間を複数の作動室に区画する螺旋状のブレードと、を備
え、上記吸込側に位置する上記回転体の端部外周面に、
上記螺旋状の溝を横切ってこの溝よりも深く形成される
とともに上記吸込側に形成される１番目の作動室のみに
被圧縮流体を導入する吸入溝を設けたことを特徴とする
ものである。

（作用） この発明の流体圧縮機において、回転体の端部外面に
設けた吸入溝は螺旋状の溝よりも深いから、螺旋状の溝
にブレードが最大に埋没した状態においても、このブレ
ードによって吸入溝が塞がることがない。そして、吸入
溝は螺旋状の溝を横切っているから、この吸入溝を通し
て１番目の作動室は常に吸込側との連通した関係を維持
する。すなわち、１番目の作動室への被圧縮流体の導入
通路を常時確保できる。したがって、吸込側と連通した
１番目の作動室の実質的な容積を２番目以降の作動室の
容積よりも大きく確保でき、それにより吸込んだ被圧縮
流体の膨張を防止できる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を第１図から第10図を参照
して説明する。第１図は冷凍サイクルに使用する冷媒ガ
ス用の密閉型圧縮機１を示す。この圧縮機１は密閉ケー
ス２と、この密閉ケース２の中に配設された駆動手段と
しての電動要素３および圧縮要素４とを備えている。上
記電動要素３は、密閉ケース２の内面に固定されたほぼ
環状のステータ５と、このステータ５の内側に設けられ
た環状のロータ６とを有している。

第1,2図に示すように上記圧縮要素４はシリンダ７を
有しており、このシリンダ７の外周面に上記ロータ６が
同軸的に固定されている。そして、シリンダ７の両端は
密閉ケース２の内面に固定された軸受８、９により回転
自在に支持されており、これら軸受８、９によってシリ
ンダ７の両端は気密的に閉塞されている。すなわち、上
記軸受８、９は上記シリンダ７の端部が回転自在に嵌合
したボス部8a、9aと、これらボス部8a、9aよりも大径で
上記密閉ケース２の内面に固定された基部8b、9bとから
なる。

上記シリンダ７の中には、シリンダ７の内径よりも小
さな外径の円柱状の回転体としてのピストン11がシリン
ダ７の軸方向に沿って配設されている。ピストン11は鉄
系その他の材料からなり、これは、その中心軸Ａがシリ
ンダ７の中心軸Ｂに対して偏心量ｅだけ第1,2図におい
て下方に偏心して配設されており、それによってピスト
ン11の外周面の一部はシリンダ７の内周面に線接触して
いる。

上記ピストン11の軸方向両端部にはそれぞれ支軸部12
a、12bが設けられ、これら支軸部12a、12bはそれぞれ上
記軸受８、９に形成された軸受穴8c、9cに回転自在に挿
入支持されている。

上記ピストン11の一方の支軸部12aには第3,4図に夫々
示すように断面正方形状の角柱部13が形成されている。
この角柱部13には第４図に示すように矩形状の長孔14が
穿設されたオルダムリング15が設けられている。つま
り、角柱部13には、オルダムリング15がその長孔14の長
手方向に沿ってスライド自在に嵌合されている。上記オ
ルダムリング15の外周面には、上記長孔14の長手方向と
直交する径方向に一対のピン16の一端部がそれぞれスラ
イド自在に嵌挿されている。これらピン16の他端部は上
記シリンダ７の周壁に穿設された嵌合孔17に嵌合固定さ
れている。

それによって、上記ピストン11はシリンダ７に、この
シリンダ７の径方向に対して偏心自在に結合されてい
る。したがって、上記電動要素３に通電してシリンダ７
とロータ６とが一体に回転駆動されると、シリンダ７の
回転力は上記オルダムリング15を介してピストン11に伝
達されるようになっている。なお、上記嵌合孔17は蓋部
材18によって気密に閉塞されている。そして、ピストン
11はシリンダ７の中でその一部がシリンダ７の内面に接
触した状態で前記偏心量ｅを半径として旋回する。この
ようなシリンダ７に対するピストン11の相対的旋回運動
を行なわせる手段は、上記電動要素３、ロータ６、シリ
ンダ７、及び上記オルダム機構等により形成されてい
る。

上記ピストン11の外周面には、第1,2図に夫々示すよ
うにピストン11の軸方向に沿って螺旋状の溝19が形成さ
れている。この溝19のピッチはこれら図面における右側
から左側、つまりシリンダ７の吸込側から吐出側に向か
って徐々に小さく形成されている。

上記溝19には螺旋状をなすブレード21が嵌込まれてい
る。このブレード21は合成樹脂系その他の材料製であっ
て、その両端部はそれぞれピストン11の略軸直角方向に
沿う平面内に設けられている。このような端部処理によ
って、ブレード21の溝19への出入りを容易にして、ブレ
ード21とシリンダ７との間に隙間が発生しないようにし
てある。さらに、ブレード21の厚さ寸法は上記螺旋状の
溝19の幅寸法とほぼ一致しており、ブレード21の各部は
溝19に対してピストン11のほぼ径方向に進退自在となっ
ている。上記ブレード21の外周面はシリンダ７の内周面
に密接しており、その状態でシリンダ７の内周面上をス
ライドする。

上記シリンダ７の内周面とピストン11の外周面との間
の空間は、上記ブレード21によって複数の作動室22に仕
切られている。つまり、各作動室22は、ブレード21の隣
り合う２つの巻き間に形成されており、ブレード21に沿
ってピストン11とシリンダ７の内周面との接触部からつ
ぎの接触部まで伸びたほぼ三日月状をなしている。そし
て、作動室22の容積は、シリンダ７の吸込側から吐出側
へゆくにしたがって徐々に小さくなっている。

上記シリンダ７の吸込側に位置する一方の軸受８には
第１図に示すように吸込孔23が軸方向に貫通している。
この吸込孔23の一端はシリンダ７の内部に連通し、他端
には冷凍サイクルの吸込チューブ24が接続されている。
また、上記シリンダ７の吐出側に位置する他方の軸受９
には第１図に示すように吐出孔25が穿設されている。こ
の吐出孔25の一端はシリンダ７の吐出側に連通されてお
り、他端は密閉ケース２の内部に開口されている。

上記ピストン11には第１図に示すように油導入路26が
その中心軸Ａに沿って穿設されている。この油導入路26
の一端は螺旋状の溝19の吐出側の底部に連通し、他端は
一方の軸受８に穿設された通孔27の一端に連通してい
る。この通孔27の他端には一端を密閉ケース２の底部に
位置させた導入管28の他端が接続されている。密閉ケー
ス２の底部には潤滑オイル29が蓄えられている。したが
って、密閉ケース２内の圧力が上昇すれば、上記潤滑オ
イル29が導入管28、通孔27および油導入路26を通って上
記溝19の底部とブレード21との間の空間に導入される。

さらに、上記シリンダ７の吸込側に位置するピストン
11の端部の外周面には、第１図〜第３図に示すように螺
旋状の溝19を横切って吸入溝31が刻設されている。この
吸入溝31は、螺旋状の溝19よりも深く形成されていると
ともに、例えばピストン11の軸方向に沿って形成されて
いて、その一端はピストン11の大径部11aの端面に開放
されている。しかも、この実施例ではシリンダ７の吸込
側にオルダムリング15を配設した関係により、このリン
グ15の長孔14と対向して（第1,4図参照）上記一端は大
径部11aの端面に開放されている。このような長孔14と
吸入溝31の一端との位置関係により、長孔14を冷媒ガス
の通路として利用し、オリダムリング15か吸込まれる冷
媒ガスの通路抵抗となることを少なくしている。また、
吸入溝31の他端側はシリンダ７の吸入側に位置する１番
目の作動室22のみに連通して開放されている。

以上の構成の吸入溝31によって、吸込チューブ24から
シリンダ７内へ吸引される冷媒ガスを、上記吸入溝31を
通して上記１番目の作動室22に途切れることなく確実に
導入させるようにしている。

また、吸入溝31は第３図に示すように吸込側のブレー
ド端21aからピストン11の周方向にずれた位置において
設けてあり、それによって１番目の作動室の軸方向寸法
が略最大になった部分に配置された吸入溝31を通して冷
媒ガスを吸込んで、このガスを膨張させることなく、よ
り効率よく圧縮できるようにしてある。

なお、密閉ケース２には第１図に示すようにその内部
と外部とを連通させる吐出チューブ32が接続されてい
る。

つぎに、以上のように構成された圧縮機の動作につい
て説明する。

まず、電動要素３に通電するとロータ６が回転し、こ
のロータ６と一体にシリンダ７も回転する。シリンダ７
が回転すれば、ピストン11はその外周面の一部がシリン
ダ７の内周面に接触した状態で回転駆動される。つま
り、上記偏心量ｅを半径としてピストン11がシリンダ７
に対して旋回される。なお、第10図中矢印で示すように
ピストン７およびピストン11の回転方向は吸込側から見
て時計回り方向である。このような、ピストン11とシリ
ンダ７との相対的な旋回運動（回転偏心運動）は、ピス
トン11の角柱部13に設けられたオルダムリング15によっ
て確保される。そして、ブレード21もピストン11と一体
的に回転する。

上記ブレード21はその外周面がシリンダ７の内周面に
接触した状態で回転するため、ブレード21の各部は、ピ
ストン11の外周面とシリンダ７の内周面との接触部に近
付くにしたがって上記溝19に押込まれ、また接触部から
離れるにしたがって上記溝19から突出する方向に移動す
る。

以上のような圧縮要素４の作動により、吸込チューブ
24および吸込孔23を通った冷媒ガスがシリンダ７内に吸
込まれる。そして、この吸込みは途切れることなく連続
してなされる。

つまり、ピストン11の端部外面に螺旋状の溝19を横切
って設けられている吸入溝31は螺旋状の溝19よりも深い
から、ブレード21が押込まれて溝19に最大に埋没した状
態においても、このブレード21によって吸入溝31が塞が
れることがない。このため、１番目の作動室22と吸込端
側空間（オルダムリング15側の空間）とは、吸入溝31を
通して常に連通した状態を維持できる。すなわち、１番
目の作動室22への冷媒ガスの導入通路を上記吸入溝31に
より常時確保できる。

したがって、シリンダ７とピストン11との相対的な回
転運動によりピストン11がシリンダ７内を１回旋回する
たびに、ブレード21の吸込側端部のブレード端21aが完
全に溝19内に埋没して、ブレード21とシリンダ７および
ピストン11によって形成される導入通路の入口が、シリ
ンダ７の内周面で閉じられるにも拘らず、上記吸入溝31
を通して吸込側１番目の作動室22へ冷媒ガスが常に導入
される。

このため、後述の圧縮作動における冷媒ガスの膨張を
防止できる。つまり、吸入溝31の連通により吸込側と連
通した１番目の作動室22の実質的な容積を、２番目以降
の作動室22の容積よりも常に大きく確保できるので、そ
れにより吸込んだ冷媒ガスの膨張を防止できるものであ
る。したがって、圧縮のための入力の増大を抑制でき、
圧縮機の効率を向上できる。

そして、以上のようにして第５図に示すように１番目
の作動室22に吸込まれた冷媒ガスは、ここに閉込められ
た状態でピストン11の回転にともなって第６図乃至第９
図に示すように吐出側の作動室22へ順次移送される。そ
して、移送されて圧縮された冷媒ガスは、吐出側の軸受
９に形成された吐出孔25から密閉ケース２内の空間に吐
出され、吐出チューブ32を通って冷凍サイクル中に戻さ
れる。

ところで、ピストン11に形成された螺旋状の溝19はシ
リンダ７の吸込側から吐出側に向かって徐々にピッチが
小さくなるように形成されている。つまり、ブレード21
によって仕切られた作動室22は吐出側に向かって徐々に
容積が小さくなるように形成されている。したがって、
冷媒ガスをシリンダ７の吸込側から吐出側へ移送する間
に、この冷媒ガスを圧縮することができる。また、冷媒
ガスは作動室22内へ閉込められた状態で移送かつ圧縮さ
れるため、圧縮機の吐出側に逆止弁を設けることなく冷
媒ガスを効率よく圧縮することができる。

圧縮された冷媒ガスが密閉ケース２内へ吐出され、こ
の密閉ケース２内の圧力が上昇すると、内部に蓄えられ
た潤滑オイル29が加圧され、潤滑オイル29は油導入路26
を通って螺旋状の溝19の底とブレード21との間の空間に
導入される。そのため、ブレード21は油圧により上記溝
19から押出される方向、つまりシリンダ７の内周面に向
かって常に押圧される。したがって、ブレード21の外周
面はシリンダ７の内周面に常に密接した状態に保持され
る、このことから、作動室22相互間のガスのリークが防
止される。

そして、この圧縮機では既述のように逆止弁を省略で
きることから、圧縮機の構成の簡略化および部品点数の
削減を図ることができる。また、電動要素３のロータ６
は圧縮要素４のシリンダ７によって支持されていること
から、ロータ６を支持するための専用の回転軸や軸受な
どを設ける必要がない。したがって、圧縮機の構成をよ
り一層簡略化することができ、部品点数の削減が可能に
なることは勿論である。

なお、この発明においてシリンダ７とピストン11とを
相対的に旋回させるオルダムリング部などの同期回転手
段は、吸込側ではなく、吐出側に配置してもよい。この
ようにする場合には、吸込まれる被圧縮流体の通路抵抗
を更に減らすことができる。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、シリンダ内に回転体を
偏心させるとともに内接させて設け、この回転体の外周
に一端側から他端側へ徐々にピッチが変化する螺旋状の
溝を設けるとともに、この溝に螺旋状のブレードを出入
自在に嵌込んで、このブレードによりシリンダと回転体
間の空間を複数の作動室に区画し、シリンダと回転体と
を相対的に旋回させて、シリンダの吸込側から上記作動
室に流入した被圧縮流体をシリンダの吐出側の作動室へ
順次移送しながら圧縮するようにしたヘリカルブレード
方式の流体圧縮機において、吸込側に位置するピストン
の端部外周面に、螺旋状の溝を横切ってこの溝よりも深
く形成されるとともに上記吸込側に位置される１番目の
作動室のみに被圧縮流体を導入する導入溝を設けたか
ら、被圧縮流体の膨張を防止でき、したがって、効率を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第10図はこの発明の一実施例を示し、第１図
は流体圧縮機全体を示す縦断面図、第２図は圧縮要素の
分解図、第３図はブレードを取付けたピストンの斜視
図、第４図はピストンとシリンダとのオルダムリングに
よる結合部分の断面図、第５図乃至第９図は冷媒ガスの
圧縮過程を順次示した説明図、第10図は圧縮要素の側面
図である。第11図は従来のヘリカルブレード方式の圧縮
機における圧縮要素の断面図、第12図は第11図で使用さ
れる回転体の断面図である。 ３…電動要素（駆動手段）、７…シリンダ、11…ピスト
ン（回転体）、15…オルダムリング、19…溝、21…ブレ
ード、22…作動室、31…吸入溝、ｅ…偏心量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服部 仁司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 両角 尚哉 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 奥田 正幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 下田 盛彰 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝柳町工場内 (56)参考文献 特開 昭64−36990（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−51401（ＪＰ，Ｕ) 米国特許2527536（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F04C 18/30 - 18/352

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダと、 このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿うとともに偏心
   して配置され、外周面の一部が上記シリンダの内周面に
   接触した状態で上記シリンダと相対的に旋回可能な円柱
   状の回転体と、 この回転体の外周面に設けられ上記シリンダの吸込側か
   ら吐出側へ徐々に小さくなるピッチで形成された螺旋状
   の溝と、 この溝に出入自在に嵌込まれるとともに上記シリンダの
   内周面に密接する外周面を有し上記シリンダの内周面と
   上記回転体の外周面との間の空間を複数の作動室に区画
   する螺旋状のブレードと、 を備え、 上記吸込側に位置する上記回転体の端部外周面に、上記
   螺旋状の溝を横切ってこの溝よりも深く形成されるとと
   もに上記吸込側に形成される１番目の作動室のみに被圧
   縮流体を導入する吸入溝を設けたことを特徴とする流体
   圧縮機。