JP3377800B2

JP3377800B2 - 流体圧縮機

Info

Publication number: JP3377800B2
Application number: JP24956891A
Authority: JP
Inventors: 聡小山; 規子渡邊
Original assignee: Toshiba Carrier Corp
Current assignee: Carrier Japan Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1991-09-27
Publication date: 2003-02-17
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH0587070A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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のに適するヘリカルブレード方式
の流体圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より一般的な圧縮機として、レシプ
ロ方式、ロータリ方式等のものが知られており、その外
に、シリンダの吹込端側から作動室に流入した冷媒をシ
リンダの吐出端側の作動室へ順次移送させながら圧縮し
ていき外部へ吐出するヘリカルブレード方式の流体圧縮
機が提供されている。

【０００３】ヘリカルブレード方式の圧縮機の概要は、
例えば、図２８に示す如くステータ１０１及びロータ１
０３から成る駆動手段によって回転するシリンダ１０５
と、シリンダ１０５内にｅだけ偏心して配置されオルダ
ムリング１０７を介してシリンダ１０５に対し相対的に
旋回可能な回転ロッド１０９とを備え、回転ロッド１０
９の外周面にはロッド１０９の略全長に亘って螺旋状の
溝１１１が形成され、この溝１１１に螺旋状のブレード
１１３が出入自在に嵌合されている。ブレード１１３の
外周面はシリンダ１０５の内周面と密接し合い、ブレー
ド１１３は回転ロッド１０９と一体的に旋回する。シリ
ンダ１０５に対する回転ロッド１０９は偏心して旋回す
る。回転ロッド１０９とシリンダ１０５との間の空間に
形成される作動室１１５の容積は、図２９に示す如くブ
レード１１３が嵌合される螺旋状の溝１１１のピッチＰ
によって決定され、溝１１１のピッチＰは、回転ロッド
１０９の一端から他端に向かって徐々に小さくなってい
る。したがって、前記ブレード１１３によって形成され
る作動室１１１の容積は、吸込パイプ１１７側となる回
転ロッド１０９の吸込端側から吐出パイプ１１９側とな
る吐出端側に向かって順次小さくなるため、冷媒は吐出
端側へ向けて移送される間に徐々に圧縮されて外に吐出
される構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した如くヘリカル
ブレード方式の流体圧縮において、冷媒ガスを圧縮する
ブレード１１３は、螺旋状の溝１１１に対して出入自在
に組付けられる所から、柔軟な性状が確保できるよう曲
げ弾性率が低いことを始めとして耐冷媒性、耐熱性、摩
擦係数が小さい等の性質を持つ合成樹脂材を用いること
が考えられている。具体的には四フッ化エチレン樹脂
（以下、ＰＴＦＥ樹脂と称す）と、四フッ化エチレン・
パーフロロアルコシエチレン共重合樹脂（以下、ＰＦＡ
樹脂と称す）が採用されている。

【０００５】前者のＰＴＦＥ樹脂にあっては、射出成形
が困難である所から、例えば、図３０、図３１に示すよ
うに円筒母材１２１から切削加工によって螺旋状のブレ
ード１１３を形成し、ピッチの異なる螺旋状の溝１１１
に対して、前記ブレード１１３を引き伸ばし嵌合させて
いる。

【０００６】ところで、動作中のブレード１１３は、図
３２に示す如く圧力差により、圧力の高い吐出側作動室
ａ側から、圧力の低い吸込み側作動室ｂ側へ向けて押圧
され、倒れ込みが発生する。と同時に上下に出入動作を
繰返す。この時、ブレード１１３に作用する力、Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３においてＦ２に一番大きな力が働らき、角１
２３に強く押し付けられてブレード１１３の側面が早く
摩耗する問題があった。

【０００７】このために、ブレード１１３の倒れ込みを
防ぐ目的で、例えば、曲げ弾性率を高めたり、あるい
は、粒子状の充填材を添加した複合材料を使用すること
で耐摩耗性の向上を図ることが考えられるが、曲げ弾性
率を高めると、ブレード１１３は、柔軟性に欠ける結
果、螺旋状の溝１１１に対して無理な組付けとなる。特
に、ピッチの大きい溝１１１の領域にあっては、ブレー
ド１１３を大きく引き伸ばす所から、強い捩れが発生す
る。このブレード１１３の捩れは、溝壁への接触圧とし
て働き、出入動作時の摺動抵抗を招来し、作動の円滑化
を欠くようになる。このために、ブレード１１３の外周
面がシリンダ１０５の内周面１２５と正しく密着しなく
なり、シール機能が低下して運転効率が悪くなる虞れが
ある。また、図３２に示す如く粒子状の充填材を添加し
て耐摩耗性の向上を図ったブレード１１３にあっては、
シリンダ１０５の内周壁面に対して優れた耐摩耗性の効
果を発揮するが、ブレード１１３の側面については、角
１２３によって強くこすられるため、摩耗が早くなる問
題がある。即ち、ＰＴＦＥ樹脂は、溶融粘度が高いため
に、圧縮成形および焼成時にボイド（空孔）の含有率が
高く、このボイドにより粒子の保持効果が損なわれるこ
とで充填材が角１２３によって脱落し易く、ブレード１
１３の側面については、顕著な耐摩耗性の効果が得られ
にくい面があった。

【０００８】一方、後者のＰＦＡ樹脂にあっては、螺旋
状の溝１１１に沿った射出成形加工が可能となる所か
ら、螺旋状の溝１１１に対して無理なく、正しくブレー
ド１１３を嵌合させることができる。反面、３８０℃に
おける溶融粘度が前記ＰＴＦＥ樹脂の１０¹⁰〜１０¹¹ポ
イズに対し、１０⁴〜１０⁵ポイズと低粘度となる。こ
のために、疲労特性が悪くなり、場合によっては疲労破
壊を招来する問題があった。

【０００９】そこで、この発明にあっては、前記問題を
解消する流体圧縮機を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明にあっては、シリンダと、このシリンダの
軸方向に沿って偏心して配置され、その一部が前記シリ
ンダの内周面に接触した状態で前記シリンダと相対的に
旋回可能な回転体と、この回転体の外周に設けられ前記
シリンダの吸込側から吐出側へ向かって徐々に小さくな
るピッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出入り自
在に嵌め込まれると共に前記シリンダ内面に密接する外
周面を有し前記シリンダの内周面と前記回転体の外周面
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
ドとを備えた流体圧縮機において、前記ブレードは、長
さが５０〜３００ミクロンのガラス繊維または炭素繊維
を複合した四フッ化エチレン・パーフロロアルコキシエ
チレン共重合樹脂の射出成形体から成り、引張破断伸度
１００％以上の材料で構成する。ブレードの好ましい実
施態様としては、ガラス繊維５〜２０重量％または炭素
繊維３〜１７重量％を複合した四フッ化エチレン樹脂か
ら成り、曲げ弾性率８０００〜１８０００Ｋｇ／ｃｍ^２
を有する材料で構成する。あるいは、四フッ化エチレン
樹脂に一部、パーフロロアルキル基を共重合させた、射
出成型が不能な四フッ化エチレン・パーフロロアルコキ
シエチレン共重合樹脂にガラス繊維５〜２０重量％また
は、炭素繊維３〜１７重量％を複合し、且つ曲げ弾性率
８０００〜１８０００Ｋｇ／ｃｍ^２を有する材料で構成
するものである。

【００１１】

【作用】かかる流体圧縮機によれば、作動中に圧力差に
よる押圧力によってブレードが傾きながら出入動作を繰
返す際に、ブレード側面は、角と強く接触し合うように
なるが、この時、ガラス繊維又は炭素繊維によって簡単
に削りとられることがなくなり、耐摩耗性が確保され
る。また、疲労破壊が起きることがない。

【００１２】一方、ブレードは、螺旋状の溝に対して無
理のない組付けが可能となり、円滑なブレードの出入動
作が得られる。この結果、シール性の向上が図れると共
に高い運転効率が得られるようになる。

【００１３】

【実施例】以下、図１乃至図２７の図面を参照しながら
この発明の実施例を詳細に説明する。図１において、１
は冷凍サイクルに使用される密閉型の流体圧縮機３の密
閉ケースを示しており、密閉ケース１の一方には冷凍サ
イクルの吸込パイプ５が、他方には吐出パイプ７がそれ
ぞれ設けられている。密閉ケース１内には駆動手段とし
ての電動要素９および圧縮手段としての圧縮要素１１が
それぞれ配置されている。

【００１４】電動要素９は、密閉ケース１の内面に固定
されたステータ１３と、その内側に設けられた回転可能
なロータ１５とを有している。

【００１５】圧縮要素１１は両端が開放されたシリンダ
１７を有しており、シリンダ１７は密閉ケース１の内面
に固定された軸受１９，２０により回転自在に両端支持
されている。軸受１９，２０はシリンダ１７の端部が回
転自在に嵌合したボス部１９ａ，２０ａと、これらボス
部１９ａ，２０ａよりも大径で前記密閉ケース１の内面
に固定された基部１９ｂ，２０ｂとからなり、シリンダ
１７の両端は気密的に閉塞されている。

【００１６】シリンダ１７の内部には、シリンダ１７の
内径よりも小さい円筒状の回転体２１がシリンダ１７の
軸方向に沿って配設されている。回転体２１は鉄系また
は、その他の材料からなり、その中心軸線Ａがシリンダ
１７の中心軸線Ｂに対して距離ｅだけ図１において下方
に偏心して配設され一部が内周面と線接触している。

【００１７】回転体２１の両端部にはそれぞれ径の細い
支軸部２１ａ，２１ｂが設けられ、これら支軸部２１
ａ，２１ｂはそれぞれ前記軸受１９，２０のボス部１９
ａ，２０ａに形成された軸受穴１９ｃ，２０ｃに回転自
在に挿入支持されている。

【００１８】回転体２１の一方の支軸部２１ａにはオル
ダムリング２３を介してシリンダ１７側からの回転動力
が伝達される動力伝達面として機能する断面正方形状の
角柱部２５が形成されている。この角柱部２５は、前記
オルダムリング２３に形成された矩形状の長孔２６と遊
びを有して嵌合し合うと共に遊びの範囲内において角柱
部２５のスライドが可能となっている。また、オルダム
リング２３の外周面には、前記長孔２６の長手方向と直
交する径方向に一対の伝達ピン２７，２７の一端部がそ
れぞれスライド自在に嵌挿され、伝達ピン２７，２７の
他端部は前記シリンダ１７の周壁に穿設された嵌合孔２
９に嵌合固定されている。これにより、前記回転体２１
はシリンダ１７に対して偏心した位置で無理なく結合状
態が確保されると共に、シリンダ１７の回転力はオルダ
ムリング２３を介して回転体２１に伝達されるようにな
っている。

【００１９】従って、電動要素９の作動によりシリンダ
１７がロータ１５と一体的に回転することで、シリンダ
１７に対して回転体２１はオルダムリング２３を介して
偏心して回転運動する。

【００２０】一方、前記回転体２１の外周面には螺旋状
の溝３１が設けられており、この螺旋状の溝３１は、吸
込端側（図１右側）のピッチＰが一番大きく、以下、吐
出端側（図面左側）へ向けてピッチが順次小さくなるよ
う設定されている。

【００２１】また、螺旋状の溝３１には、螺旋状のブレ
ード３３が弾性力を利用して出入自在に嵌め込まれてい
る。これにより、各作動室３５が形成されると共に吸込
端側となる作動室３５の容積が一番大きくなっている。
以下、吐出端側へ向けて各作動室３５の容積が順次小さ
くなるよう設定され、吐出側となる最終の作動室３５
は、軸受２０に形成された密閉ケース１内に開放された
吐出孔３７と接続連通している。また、各作動室３５は
図３に示す如くブレード３３に沿って回転体２１とシリ
ンダ１７の内周面１７ａとの接触部から次の接触部まで
のびたほぼ三日月状の領域となっている。吸込端側の第
１番目の作動室３５は、回転体２１の軸端部に設けられ
た連絡用の第１の吸込孔３９と、軸受１９に設けられた
第２の吸込孔４１とを介して前記冷凍サイクルの吸込パ
イプ５と接続連通している。これにより、吸込パイプ５
からシリンダ１７内に吸引される冷媒は第１番目の作動
室３５に途切れることなく確実に導入されるようになっ
ている。

【００２２】ブレード３３は、切削加工又は射出成形加
工によって形成されている。即ち、第１の実施例のブレ
ード３３にあっては、ガラス繊維又は炭素繊維を複合し
た四フッ化エチレン・パーフロロアルコシキエチレン共
重樹脂（以下ＰＦＡ樹脂と称す）の射出成形体から成
り、引張破断伸度１００％以上の材料で構成したもので
ある。

【００２３】図４に具体的な各種ブレード３３の実験結
果を示している。図において、ＰＩ樹脂とは平均粒径３
０ミクロンのポリイミド樹脂（以下同じ）である。ま
た、Ｍ・Ｉとは、熱可塑性樹脂の溶融時における流動性
を示す尺度（ＡＳＴＭ規格・Ｄ−３３０７以下同じ）
で、数値が大きい程、流動性が高いことを示し、疲労特
性を左右する分子量の目安となるものである。

【００２４】また、図４の実験結果を立証する特性図を
図５から図１０に示している。この実験において、冷媒
ガスには「フレオン１２」を使用して、「３，０００
ｒ．ｐ．ｍ」の回転速度を与え、測定時間は５００時間
として測定したものである。

【００２５】ここで、図５は、実施例１と比較例１の初
期性能を１００％とする冷凍能力の相対指数の結果が対
比して示され、図６には実施例２と比較例２の初期性能
を１００％として冷凍能力の相対指数の結果が対比して
示されている。また、図７は、比較例３の初期性能を１
００％とする冷凍能力の相対指数が示され、図１０に
は、比較例１〜２と比較例３について、試験終了後の疲
労破壊状態の一例が示されている。図８には、引張破断
伸度と冷凍能力が６０％まで低下した時間の関係を示
し、図９には、疲労破壊に至らなかった実施例１〜２と
比較例３のブレード３３の摩耗量が対比して示されてい
る。

【００２６】すなわち、図５から、比較例１は、いずれ
も急激な冷凍能力の低下が見られ、５００時間後冷凍能
力・相対指数が５０〜５５％に低下した。しかし、実施
例１は、冷凍能力・相対指数の低下は認められず、初期
性能を維持した。

【００２７】また、図６を見ると、実施例２は比較例２
と共に、図５に示される実施例１、比較例１の冷凍能力
・相対指数と全く同じデータが得られた。しかしなが
ら、図７を見ると比較例３（ＰＩ樹脂１０重量％充填）
にあっては、冷凍能力・相対指数が徐々に低下している
のに対し、比較例３（ＰＩ樹脂１５重量％充填）にあっ
ては、前記比較例１，２と同様に急激な冷凍能力・相対
指数の低下が見られ、４００時間後も徐々に低下が認め
られる。

【００２８】５００時間終了後の試験結果を見ると、比
較例１〜２と、比較例３は、いずれも図１０に示す破壊
が認められた。この破壊部分４２は、螺旋のピッチが最
も大きい箇所であり、弾性変形量も最大の領域である所
から疲労による破壊であると判断される。つまり、図５
ないし図７の冷凍能能力・相対指数の急激な低下は、ブ
レード３３の破壊による影響であることがわかる。図８
に示すように引張破壊伸度は、小さいほど、短時間で冷
凍能力が低下し、疲労破壊が生じている所から少くても
１００％以上であることが望ましい。また、ＰＦＡ樹脂
のメルトフローインデックスの値は、小さい方が疲労に
対して有利に作用する所から、約２０〜４０ｇ／１０mi
n の範囲が好ましい。

【００２９】次に、摩耗量について見ると、図９に示す
如く実施例１〜２は０．０２〜０．０５mmに対し、比較
例３の摩耗量は、０．９５mmと大きいことがわかる。こ
れによって、図７に示される冷凍能力・相対指数は時間
と共に低下しており、ブレード３３の摩耗の進行によ
り、冷媒ガスのシール性が不良となっていることを示し
ている。また、比較例１〜２は、ブレード３３の疲労破
壊による急激な冷凍能力・相対指数の低下はあるもの
の、５０〜５５％で安定しているが、比較例３は、疲労
破壊後も徐々に低下が見られる。これは、出入動作時に
角によって粒子形状充填材が脱落し、摩耗が増大するこ
とを示している。反面、実施例１〜２、および比較例１
〜２のデータを見てもわかるように充填したガラス繊
維、炭素繊維は、吸込側作動室３５の角に擦られても、
脱落を押さえられる効果があり、補強効果を最大限に発
揮できることがわかる。

【００３０】なお、引張破断伸度は、ガラス繊維、炭素
繊維の長さによって左右され、「ミルドファイバー」と
称される、長さ５０〜３００ミクロンのものが好まし
い。また、摺動特性向上のため固体潤滑剤を併用するこ
とも可能である。固体潤滑剤としては、二硫化モリブデ
ン，グラファイト，モリブデン，ブロンズ粉などがあ
り、その配合量として、２〜１０重量％が好ましい。た
だし、引張破断伸度の低下があるため、１００％以上で
ある必要がある。

【００３１】次に、第２の実施例のブレード３３にあっ
ては、ガラス繊維または炭素繊維を複合した四フッ化エ
チレン樹脂から成り、曲げ弾性率８０００〜１８０００
kg／cmを有する材料で構成したものである。

【００３２】図１１に具体的な各種ブレード３３の実験
結果を示しており、図１１の実験結果を立証する特性図
を図１２から図１７に示している。この実験において、
冷媒ガスには「フレオン１２」を使用し、「３，０００
ｒ．ｐ．ｍ」の回転速度を与え、測定時間は５００時間
として測定したものである。

【００３３】ここで、図１２は実施例１と比較例１の相
対運転効率の結果が対比して示され、図１３は実施例２
と比較例２の相対運転効率の結果が対比して示されてい
る。また、図１４は比較例３の相対運転効率の結果が示
され、図１５は実施例１〜２と比較例１〜３のブレード
３３の摩耗量が対比して示されている。図１６と図１７
には実施例１〜２と比較例１〜３のスラストカラー型試
験機を用いた摩耗量と動摩擦係数の測定結果がそれぞれ
対比して示されている。

【００３４】即ち、図１２から、比較例１で構成された
ブレード３３で得られる特性をみると、５００時間で相
対運転効率が８０％以下に低下した。しかし、実施例１
で構成されたブレード３３で得られる特性をみると、
５、２０重量％で相対運転効率が１〜２％低下している
が１５重量％では運転効率の低下がなく、１時間時点の
初期特性を維持していることがわかる。

【００３５】また、図１３を見ると比較例２で構成され
たブレード３３は、比較例１と同様に５００時間で相対
運転効率が８０％以下に低下したが、実施例２で構成さ
れたブレード３３は、実施例１と同様に相対運転効率の
低下はほとんど見られなかった。

【００３６】比較例３は、図１４を見てもわかるように
５００時間の運転効率がいずれも．１時間の運転効率の
半分以下まで低下していた。

【００３７】一方、実施例１〜２、比較例１〜３の各ブ
レード３３の摩耗量を見ると、図１５に示されるよう
に、実施例１〜２は１５〜３０ミクロンの摩耗量であっ
たのに対し、比較例１〜２は５０〜８０ミクロンの摩耗
がみられる。また、比較例３は１４０〜１５０ミクロン
と摩耗が著しく大きいことがわかる。つまり図１２ない
し図１４で示される比較例１〜３の運転効率の低下は、
図１５に示される各ブレード３３の摩耗によることがわ
かる。摩耗したブレード３３は、冷媒ガスのシール性が
損なわれ、結果として冷凍能力が低下し、運転効率の低
下を招来するものと判断される。

【００３８】次に、図１６に示されるスラストカラー型
試験機による摩耗量をみると、比較例１のガラス繊維３
重量％充填と、比較例２の炭素繊維２重量％充填の充填
量が少ないものについて摩耗量が大きいが、比較例１の
ガラス繊維２３重量％と、比較例２の炭素繊維２０重量
％の充填量の多いものについては、実施例１〜２の摩耗
とほとんど大差のないデータが得られた。これはブレー
ド３３の摩耗は、ヘリカルブレード式コンプレッサー特
有の摺動により生ずることがわかる。

【００３９】また、図１１からわかるように曲げ弾性率
と、１時間におけるコンプレッサー相対運転効率には密
接な関係があることを示しており、曲げ弾性率が高いほ
ど負荷電力相対指数は大きく、結果として相対運転効率
も小さくなる。つまり、ブレード３３が弾性変形しなが
ら螺旋状の溝３１に出入りする際、ブレード３３の曲げ
弾性率が高くなることで損失が大きくなることを示して
いる。図１７の動摩擦係数をみてもわかるように、比較
例１と２のガラス繊維、炭素繊維の充填量の少ないとこ
ろでは小さいが、実施例１、２と、比較例１〜２の充填
量の多いものについて差がなく、また、比較例３につい
ては、充填量の影響はほとんどない。ということは、充
填量の違いによる運転効率の差は、曲げ弾性率の影響で
あることがわかる。

【００４０】この場合、比較例１のガラス繊維２３重量
％と炭素繊維２０重量％は、曲げ弾性率１９０００ｋｇ
／cm²であると摩耗は大きくなることがわかる。また、
比較例１のガラス繊維３重量％と、比較例２の炭素繊維
２重量％はいずれも、充填材の補強効果が小さく、曲げ
弾性率が７０００と小さいため、作動室３５の圧力差で
倒れ込みが生じやすい状態となり摩耗が大きくなると判
断される。

【００４１】ただ、比較例３の「四フッ化エチレン樹脂
＋ＰＩ樹脂５，１５，２５重量％」は、曲げ弾性率と関
係なくブレード３３の摩耗が著しく大きかった。また、
充填率によって図１６に示す如く摩耗量も、実施例１よ
りも小さい値が得られることがわかった。ＰＩ樹脂は、
粒子形状であり、吸込側作動室３５の角にこすれるこど
で容易にＰＩ樹脂が脱落し、補強効果が失われるため、
摩耗が増大することを示している。つまり、実施例１〜
２と比較例１〜２で充填したガラス繊維、炭素繊維は、
吸込側作動室３５の角にこすられても、脱落を押さえら
れる効果があり、補強効果を最大限に発揮できることが
理解できる。

【００４２】なお、ガラス繊維、炭素繊維を複合した四
フッ化エチレン樹脂をさらに摺動特性向上のため固体潤
滑剤を併用することがある。この固体潤滑剤としては、
二硫化モリブデン、グラファイト、モリブデン、ブロン
ズ粉などが適しており、その配合量として２〜１０重量
％が好ましい。ただし、曲げ弾性率としては８０００〜
１８０００kg／cm²範囲である必要がある。

【００４３】次に、第３の実施例のブレード３３にあっ
ては、四フッ化エチレン樹脂に一部、パーフロロアルキ
ル基を共重合させた、射出成型が不能な四フッ化エチレ
ン・パーフロロアルコキシエチレン共重合樹脂にガラス
繊維または、炭素繊維を複合し、且つ曲げ弾性率８００
０〜１８０００kg／cm²を有する材料で構成してある。

【００４４】図１８に具体的な各種ブレード３３の実験
結果を示しており、図１８の実験結果を立証する特性図
を図１９から図２７に示している。この実験において、
冷媒ガスに「フレオン１２」を使用し、「３，０００
ｒ．ｐ．ｍ」の回転速度を与える。そして、そのときの
負荷電力、冷凍能力を測定し、運転効率（冷凍能力／負
荷電力）を求めた。測定時間は１０００時間とし、コン
プレッサー性能の変化を比較するため、１時間での性能
も測定した。また、１０００時間後のブレード３３の摩
耗量も測定した。さらにこれと同条件で、異なるブレー
ドを適用したときのコンプレッサー性能およびブレード
３３の摩耗量を測定した。

【００４５】ここで、図１９は実施例１と比較例１また
比較例３の相対運転効率の結果が対比して示され、図２
０は実施例２と比較例２また比較例４の相対運転効率の
結果が対比して示されている。また、図２１は比較例５
と比較例６の相対運転効率の結果が示されている。

【００４６】図２２は実施例１と比較例１また比較例
３、のブレード２１の摩耗量が対比して示され、図２３
には実施例２と比較例２また比較例４のブレード２１の
摩耗量が対比されている。図２４には、比較例５と比較
例６のブレードの摩耗量が対比されている。

【００４７】図２５は、実施例１と実施例２と比較例２
と比較例５の、図２６と図２７には、比較例２と比較例
３と比較例６のスラストカラー型試験機を用いた摩耗量
と動摩擦係数の測定結果がそれぞれ対比して示されてい
る。

【００４８】即ち、図１９から、比較例１で構成された
ブレード３３で得られる特性をみると、１０００時間で
相対運転効率が８０％以下に低下した。しかし、実施例
１で構成されたブレード３３で得られる特性をみると、
５、２０重量％で相対運転効率が１〜２％低下している
が１５重量％では運転効率の低下がなく、１時間時点の
初期特性を維持していることがわかる。

【００４９】また、図２０を見ると比較例２で構成され
たブレード３３は、比較例１と同様に１０００時間で相
対運転効率が８０％以下に低下したが、実施例２で構成
されたブレード３３は、実施例１と同様に相対運転効率
の低下はほとんど見られなかった。

【００５０】この場合、比較例６は図２１を見てもわか
るように、１０００時間の運転効率がいずれも１時間の
運転効率の半分以下まで低下していた。

【００５１】一方、実施例１〜２、比較例１〜６の各ブ
レード２１の摩耗量を見ると、図２２と図２３に示され
るように、実施例１〜２は１５〜３０ミクロンの摩耗量
であったのに対し、比較例１〜２は５０〜７０ミクロン
の摩耗がみられる。また、比較例３〜４は４０〜６０ミ
クロンと、実施例１〜２より摩耗が大きくなっている。
ただ、比較例５は８０〜９０ミクロンと摩耗が著しく大
きく、比較例６についてはさらに大きく１００〜１２０
ミクロンであった。つまり、図１９ないし図２１で示さ
れる比較例１〜６の運転効率の低下は、図１９〜図２４
に示される各ブレード３３の摩耗によることがわかる。
比較例１〜６のブレード３３は、１０００時間で負荷電
力相対指数の変化は見られないが、冷凍能力相対指数の
低下があると言うことは、図２２ないし図２４に示され
るブレード３３の摩耗によって、冷媒ガスのシール性が
損なわれ、結果として冷凍能力が低下し、運転効率の低
下を招来していたものと判断される。

【００５２】次に、図２５に示されるスラストカラー型
試験機による摩耗量を見ると、比較例１のガラス繊維３
重量％充填と比較例２の炭素繊維２の重量％充填の充填
量が少ないものについて摩耗量が大きいが、反面、比較
例１のガラス繊維２３重量％と、比較例２の炭素繊維２
０重量％の充填量の多いものにあっては、実施例１〜２
の摩耗とほとんど大差がない結果が得られた。また、比
較例５の摩耗量は、実施例１と実施例２の中間にあり、
特に摩耗特性に関して悪い結果は得られなかった。ま
た、図２６に示される摩耗量をみると、比較例２〜３、
比較例６においても同様の傾向がみられ、図２２に示さ
れるブレード３３の摩耗量の結果と一致しないことがわ
かる。図２２の摩耗量は、ヘリカルブレード式コンプレ
ッサー特有の摺動により生じることがわかる。

【００５３】一方、四フッ化エチレン樹脂と７０−Ｊの
摩耗量の比較をすると、図２５に示すように実施例１〜
２は１０〜３０μｍであったが、図２６に示す比較例３
〜４は３０〜５０μｍと摩耗がやや大きく、これは、図
２２に示す摩耗量の結果と一致する。

【００５４】つまり、ブレード３３が弾性変化しながら
溝３１に出入りする際、ブレード３３の曲げ弾性率が高
くなることで損失が大きくなることを示している。これ
を裏づけるものとして、図２７に示される動摩擦係数を
みてもわかるように比較例１と２のガラス繊維、炭素繊
維の充填量の少ないところでは小さいが、実施例１〜２
と比較例１〜２の充填量の多いものについて差がないこ
とでも証明される。また、比較例５については、充填量
の影響はほとんどない。つまり、充填量の違いによる運
転効率の差は、曲げ弾性率の影響であることがわかる。

【００５５】しかし、比較例５の「７０−Ｊ＋ＰＩ樹脂
５，１５，２５重量％」、比較例６の「７０−Ｊ＋ＰＩ
樹脂５，１５，２０重量％」は、曲げ弾性率と関係なく
ブレード２１の摩耗が著しく大きかった。これは、ＰＩ
樹脂が、粒子形状であり、吸込側作動室３５の角にこす
れることで容易にＰＩ樹脂が脱落し、補強効果が失われ
るため、摩耗が増大することを示している。つまり、実
施例１〜２、比較例１〜２で充填したガラス繊維、炭素
繊維は、吸込側作動室３５の角にこすられても、脱落を
押さえられる効果があることがわかる。

【００５６】また、図２２ないし図２４において、ベー
ス樹脂が違う実施例１と比較例３、実施例２と比較例４
のブレード２１の摩耗量をみると、実施例１〜２が１５
〜３０ミクロンに対し比較例３〜４は３５〜５０ミクロ
ンの摩耗が確認される。実施例１〜２の７０−Ｊは比較
例３〜４の四フッ化エチレン樹脂よりボイド含有率が低
く、緻密な成型材料であるのでガラス繊維、炭素繊維の
脱落をさらに押さえる効果があり、補強効果を最大限に
発揮することがわかる。

【００５７】なお、ガラス繊維、炭素繊維を複合した四
フッ化エチレン・パーフロロアルコキシエチレン共重合
樹脂をさらに摺動特性向上のため固体潤滑剤を併用する
ことがある。この固体潤滑剤としては、二流化モリブデ
ン、グラファイト、モリブデン、ブロンズ粉などが適し
ており、その配合量として２〜１０重量％が好ましい。
ただし、曲げ弾性率としては８０００〜１８０００kg／
cm²の範囲である必要がある。

【００５８】なお、図１において、５５は回転体２１に
設けられた油導入路を示しており、この油導入路５５の
一端は前記螺旋状の溝３１と連通し、他端は吸込端側の
軸受１９に穿設された連通孔５７を介して前記密閉ケー
ス１の底部に吸込口５９ａが臨む導入管５９と接続連通
している。したがって、密閉ケース１内の圧力が上昇す
れば、密閉ケース１の底部に蓄えられた潤滑オイルが導
入管５９、連通孔５７および油導入路５５を通って前記
溝３１内に送り込まれることでブレード３３の出入時の
潤滑が確保されるようになっている。

【００５９】次に、このように構成された流体圧縮機の
動作について説明する。

【００６０】まず、電動要素９に通電するとロータ１５
が回転し、このロータ１５と一体にシリンダ１７も回転
する。シリンダ１７が回転すれば、オルダムリング２３
を介して回転体２１も回転する。シリンダ１７に対する
回転体２１は、偏心して旋回する。この結果、吸込端側
の作動室３５に送り込まれた冷媒等の流体は吐出端側の
作動室３５へ向けて順次送られながら圧縮され、吐出パ
イプ７から外へ吐出されるようになる。

【００６１】この作動中において、圧力差による押圧力
によってブレード３３が傾いた状態で出入動作を繰返す
際に、ブレード３３の側面は角と強く接触し合うように
なるが、この時、ガラス繊維又は炭素繊維によって簡単
に削り取られることがなくなり、耐摩耗性が確保される
ようになる。

【００６２】また、螺旋状の溝３１に対して無理のない
組付けが可能となり、円滑なブレード３３の出入動作が
得られる。この結果、シール性の向上が図れると共に高
い運転効率が得られる。

【００６３】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明の流体
圧縮機によれば、ブレードの耐冷却性、耐熱性、摩擦係
数が小さい等の従来特性に加えて、シール性、耐久性の
向上を図ることができるようになり高い運転効率が得ら
れるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる流体圧縮機の切断面図であ
る。

【図２】回転体にブレードを組付けた斜視図である。

【図３】オルダムリングの切断面図である。

【図４】ガラス繊維及び炭素繊維の各充填量と引張破断
伸度を示したこの発明に係る第１の実施例の説明図であ
る。

【図５】図４で示した実施例１、比較例１の冷凍能力、
相対指数の特性図である。

【図６】図４で示した実施例２、比較例２の冷凍能力、
相対指数の特性図である。

【図７】図４で示した比較例３の冷凍能力、相対指数の
特性図である。

【図８】図４で示した各実施例及び各比較例の引張破断
伸度の特性図である。

【図９】図４で示した各実施例及び各比較例の摩耗量の
特性図である。

【図１０】ブレードの疲労破壊部を示した斜視図であ
る。

【図１１】ガラス繊維及び炭素繊維の充填量と曲げ弾性
率における負荷電力、冷凍能力、相対運転効率を示した
この発明に係る第２の実施例の説明図である。

【図１２】図１１で示した実施例１と比較例１の相対運
転効率の特性図である。

【図１３】図１１で示した実施例２と比較例２の相対運
転効率の特性図である。

【図１４】図１１で示した比較例３の相対運転効率の特
性図である。

【図１５】図１１で示した実施例１、実施例２と比較例
３の摩耗量を示した特性図である。

【図１６】図１１で示した実施例１、実施例２、比較例
３のスラストカラー型試験機で行なった摩耗量の特性図
である。

【図１７】図１１で示した実施例１、実施例２、比較例
３のスラストカラー型試験機で行なった動摩擦係数の特
性図である。

【図１８】ガラス繊維及び炭素繊維の充填量と曲げ弾性
率における負荷電力、冷凍能力、相対運転効率を示した
この発明に係る第３の実施例の説明図である。

【図１９】図１８で示した実施例１と比較例３の相対運
転効率の特性図である。

【図２０】図１８で示した実施例２と比較例４の相対運
転効率の特性図である。

【図２１】図１８で示した比較例５と比較例６の相対運
転効率の特性図である。

【図２２】図１８で示した実施例１と比較例３の摩耗量
の特性図である。

【図２３】図１８で示した実施例２と比較例４の摩耗量
の特性図である。

【図２４】図１８で示した比較例５と比較例６の摩耗量
の特性図である。

【図２５】図１８で示した実施例１、実施例２、比較例
５のスラストカラー型試験機で行なった摩耗量の特性図
である。

【図２６】図１８で示した比較例３、比較例４、比較例
６のスラストカラー型試験機で行なった摩耗量の特性図
である。

【図２７】図１８で示した実施例１、実施例２、比較例
５のスラストカラー型試験機で行なった摩耗量の特性図
である。

【図２８】従来例を示した図１と同様の切断面図であ
る。

【図２９】従来例を示した図２と同様の斜視図である。

【図３０】ブレードの円筒母材の斜視図である。

【図３１】円筒母材から切削加工したブレードの側面図
である。

【図３２】ブレードの動作説明図である。

【図３３】ブレードの動作説明図である。

【符号の説明】

９駆動手段１７シリンダ２１回転体３１螺旋状の溝３３螺旋状のブレード３５作動室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡邊規子神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝住空間システム技術研究所内 (56)参考文献特開平３−88993（ＪＰ，Ａ) 特開平３−88992（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−174262（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、このシリンダの軸方向に沿
って偏心して配置され、その一部が前記シリンダの内周
面に接触した状態で前記シリンダと相対的に旋回可能な
回転体と、この回転体の外周に設けられ前記シリンダの
吸込側から吐出側へ向かって徐々に小さくなるピッチで
形成された螺旋状の溝と、この溝に出入り自在に嵌め込
まれると共に前記シリンダ内面に密接する外周面を有し
前記シリンダの内周面と前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
た流体圧縮機において、前記ブレードは、長さが５０〜
３００ミクロンのガラス繊維または炭素繊維を複合した
四フッ化エチレン・パーフロロアルコキシエチレン共重
合樹脂の射出成形体から成り、引張破断伸度１００％以
上の材料で構成したことを特徴とする流体圧縮機。
【請求項２】シリンダと、このシリンダの軸方向に沿
って偏心して配置され、その一部が前記シリンダの内周
面に接触した状態で前記シリンダと相対的に旋回可能な
回転体と、この回転体の外周に設けられ前記シリンダの
吸込側から吐出側へ向かって徐々に小さくなるピッチで
形成された螺旋状の溝と、この溝に出入り自在に嵌め込
まれると共に前記シリンダ内面に密接する外周面を有し
前記シリンダの内周面と前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
た流体圧縮機において、前記ブレードは、ガラス繊維５
〜２０重量％または炭素繊維３〜１７重量％を複合した
四フッ化エチレン樹脂から成り、曲げ弾性率８０００〜
１８０００Ｋｇ／ｃｍ^２を有する材料で構成したことを
特徴とする流体圧縮機。
【請求項３】シリンダと、このシリンダの軸方向に沿
って偏心して配置され、その一部が前記シリンダの内周
面に接触した状態で前記シリンダと相対的に旋回可能な
回転体と、この回転体の外周に設けられ前記シリンダの
吸込側から吐出側へ向かって徐々に小さくなるピッチで
形成された螺旋状の溝と、この溝に出入り自在に嵌め込
まれると共に前記シリンダ内面に密接する外周面を有し
前記シリンダの内周面と前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
た流体圧縮機において、前記ブレードは、四フッ化エチ
レン樹脂に一部、パーフロロアルキル基を共重合させ
た、射出成型が不能な四フッ化エチレン・パーフロロア
ルコキシエチレン共重合樹脂にガラス繊維５〜２０重量
％または、炭素繊維３〜１７重量％を複合し、且つ曲げ
弾性率８０００〜１８０００Ｋｇ／ｃｍ^２を有する材料
で構成したことを特徴とする流体圧縮機。