JPH02201078A - 流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は例えば、冷凍サイクルの冷媒ガスを圧縮する圧
縮機に好適な流体圧縮機に係り、特に、ブレードを改良
した流体圧縮機に関する。

（従来の技術） 従来、この種の流体圧縮機としては第７図に示すように
構成されたものがある。

この流体圧縮機１は公知ではなく、密閉ケース２内にＥ
−夕部３および圧縮部４等を内蔵している。

モータ部３は、密閉ケース２の内周面に固定されたほぼ
環状のモータステータ５内にほぼ環状のモータロータ６
を配設している。

圧縮部４は円筒状のシリンダ７をモータロータ６の中心
孔内に内嵌固着しており、シリンダ７の軸方向両端を、
密閉ケース２の内面に固定した軸受８，９により回転自
在に支持すると共に、気密に閉塞している。

シリンダ７内にはその内径よりも小径の円柱状のロータ
ピストン１０がシリンダ７の軸方向に沿って配設されて
いる。

ロータピストン１０は、その中心軸ＯＡをシリンダ７の
中心軸Ｏ３に対して、距離ｅだけ偏心させていると共に
、ロータピストン１０の外周面の一部をシリンダ７の内
周面に接触させている。

ロータピストン１０の両端部は、軸受８，９によりそれ
ぞれ回転自在に支持されている。

また、ロータピストン１０の図中右端部外周面に穿設さ
れた図示しない保合溝内には、シリンダ７の内周面から
半径方向に突出する駆動ビン１１がシリンダ７の径方向
に沿って進退自在に挿入されている。

したがって、モータ部２に通電してシリンダ７がモータ
ロータ６と一体的に回動すると、このシリンダ７の回転
力が駆動ビン１１を介してロータピストン１０に伝達さ
れ、そのために、ロータピストン１０の一部がシリンダ
７の内周面に接触した状態で回転する。

そして、第８図に示すように〇−タビストン１０の外周
面には、その軸方向に延びる螺旋状の螺旋溝１２が形成
されている。

この螺旋溝１２は、そのピッチがシリンダ７の図中右端
から左端に向って、すなわち、シリンダ７の吸込管１３
側から吐出管１４側に向って、徐々に小さくなるように
形成されている。

この螺旋溝１２には、第９図で示す螺旋状のブレード１
５が嵌合されており、ブレード１５の各部は螺旋溝１２
に対してロータピストン１０の径方向に沿って進退自在
となっている。

また、ブレード１５の外周面はシリンダ７の内周面に密
着した状態でシリンダ７の内周面上をスライドする。

このブレード１５はテフロン等の弾性材料により、所要
の厚さｔと所要の径方向高さｈとに形成されており、そ
の弾性を利用して螺旋溝１２に挿入することにより、螺
旋溝１２内に進退自在に装着される。

前記シリンダ７の内周面と０−タビストン１０の外周面
との空間は、シリンダ７の軸方向に沿って、ブレード１
５により複数の作動室１６．１６・・・に仕切られてい
る。

各作動室１６はブレード１５の隣合う２つの巻き問に規
定されており、ブレード１５に沿ってロータピストン１
０とシリンダ７の内周面との接触部から、次の接触部ま
で延びたほぼ三日月状をなしている。これら作動室１６
の容積はシリンダ７の吸込側から吐出側に行くに従って
徐々に小さくなっている。

また、軸受９にはその軸方向に延びて吸込管１３と連通
する吸込口１７が貫通形成されている。

一方の軸受８に穿設された吐出孔１８の一端はシリンダ
７の吐出側端内に開口し、吐出孔１日の他端は密閉ケー
ス２内部に開口、している。

このように構成された流体圧縮８！１では、モータ部３
が通電されると、モータロータ６が回転し、これと一体
にシリンダ７が回転する。

さらに、これと同時に、ロータピストン１０がその外周
面の一部をシリンダ７の内周面に接触させた状態で回転
される。

このようなロータピストン１０とシリンダ７との相対的
な回転運動は、駆動ビン１１とこれを係合せしめている
係合溝（図示せず）とからなる規υ１手段によって確保
され、ブレード１５もロータピストン１０と一体的に回
転する。

すなわち、ブレード１５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１５の各
部は、第１０図（Ａ）〜（Ｅ）に示すようにロータピス
トン１０の外周面とシリンダ７の内周面との接触部に近
付くに従って螺旋溝１２内に押込まれ、接触部から離れ
るに従って、螺旋溝１２から外径方向に飛出す方向に突
出する。

そして、圧縮部４が作動されると、冷媒ガスが吸込管１
３および吸込口１７を通してシリンダ７内に吸い込まれ
る。

この冷媒ガスはブレード１５の隣接する２つの巻き間に
閉じ込められた状態で、吐出側の作動室１６．１６・・
・に順次移送される。

これら作動室１６．１６・・・の容積が、シリンダ７の
吸込側から吐出側に行くに従って徐々に小さくなってい
ることから、冷媒ガスは、吐出側へ順次移送される間に
、徐々に圧縮される。

そして、圧縮された冷媒ガスは吐出口１８からＰ１５ｍ
ケース２内に吐出され、さらに吐出管１４を通して冷凍
サイクル内に戻される。

（発明が解決しようとする課題） このように構成された流体圧縮機１の運転時には第１１
図に示すように、ブレード１５は高圧側Ｐ１と低圧側Ｐ
２とを仕切る仕切壁となるので、両者Ｐ、Ｐ２の圧力差
ΔＰがブレード１５の高圧側Ｐ１の側面に負荷される。

したがって、この負荷がブレード１５の弾性力を上回る
と、螺旋溝１２の開口より外径方向へ突出しているブレ
ード１５を、高圧側Ｐ１から低圧側Ｐ２へ傾倒させるよ
うに変形させる。

このために、この変形により螺旋溝１２とブレード１５
との摺動部の摩擦抵抗が増大し、ブレード１５の低圧Ｐ
２側の側面へに変形および摩耗が発生すると共に、螺旋
！１２の低圧Ｐ２（ｉ！ｌの開口周縁部Ｂにも摩耗が発
生する。

したがって、この流体圧縮機１を長時間運転した場合に
はこのような変形や摩耗が長時開繰り返されるので、ブ
レード１５が変形および摩耗を経て破損したり、螺旋溝
１２の摩耗へと進行する。

このようなブレード１５の変形潰は第１２図でも示すロ
ータピストン１０とシリンダ７の偏心量ｅが大きい程増
大し、また、ブレード１５が螺旋溝１２内に入る時の重
なり代１２が大きい程増大する。

さらに、ブレード１５の変形応力は第１３図に小すよう
にロータピストン１０の半径ｒ□が例えばｒ２．ｒｌへ
と小径になるに従って増大し、重なり代！２は小さい方
が変形応力が小さくて澗む。

そこで本発明は前記事情を考慮してなされたもので、そ
の目的はブレードの変形応力を低減して性能および耐久
性の向上を図ることができる流体圧縮機を提供すること
にある。

〔発明の構成） （課題を解決するための手段） 本願の請求項１に記載の発明（以下筒１の発明という）
は、螺旋溝１２から外径方向へ最大に突出するブレード
１５の最大突出量の増大を図って、圧縮部４の排除容積
の増大を図り、圧縮能力の向上を図る一方で、螺旋溝内
に挿入されているブレードの最小型なり代を縮小するこ
とにより、ブレードの変形応力等の低減を図ったもので
あり、次のように構成される。

すなわち本願の第１の発明は、流体の吸込み側端と吐出
側端とを有するシリンダと、このシリンダ内にその内周
面に一部が接触するように偏心して内蔵されたロータピ
ストンと、このロータピストンの外周にて前記吸込１Ｉ
１１端から前記吐出端側に向けて次第にピッチが小さく
なるように螺旋状に形成された螺旋溝内に進退自在に嵌
入されて、前記ロータピストンと前記シリンダとの間隙
をこのシリンダの軸方向に沿って複数の作動室に仕切る
弾性ブレードとを有する流体圧縮機において、前記ブレ
ードは、前記螺旋溝からブレードがその外径方向に最大
に突出した時に、そのブレードの最大、突出量が、螺旋
溝内に挿入されているブレードの最小型なり代よりも大
きくなるように構成されていることを特徴とする。

また、本願の請求項２に記載された発明（以下筒２の発
明という）は、ブレードの肉厚を増大させることにより
、その変形応力の低減を図りたものであり、次のように
構成される。

すなわち本願の第２の発明は、流体の吸込み側端と吐出
ｆｌｉｔとを有するシリンダと、このシリンダ内にその
内周面に一部が接触するように偏心して内蔵されたロー
タピストンと、このロータピストンの外周にて前記吸込
側端から前記吐出端側に向けて次第にピッチが小さくな
るように螺旋状に形成された螺旋溝内に進退自在に吹入
されて、前記ロータピストンと前記シリンダとの間隙を
このシリンダの軸方向に沿って複数の作動苗に仕切る弾
性ブレードとを有する流体圧縮機において、前記ブレー
ドは、その厚さを径方向高さよりも大きく形成するよう
に構成されていることを特徴とする。

（作用） 〈第１の発明〉 ブレードが螺旋溝からその外径方向に最大に突出すると
きの最大突出量が大きいので、このブレードにより仕切
られる複数の作動室、すなわち排除容積の増大が図られ
るので、圧縮部の性能向上を図ることができる。

また、螺旋溝内に挿入されているブレードの重なり代は
小さい程、ブレードの変形量を低減することができるが
、本発明によれば、このブレードの重なり代の縮小を図
っているので、ブレードの変形応力の低減を図ることが
できる。

〈第２の発明〉 ブレードの厚さを増大させたので、ブレードの弾性力の
増大を図ることができ、ブレードの変形応力を低減させ
たので、ブレードの摩耗損を低減させると共に、ブレー
ドと摺動づる螺旋溝の摩耗層を低減し、これらブレード
と螺旋溝の耐久性の向上を図ることができる。

（実施例） 以下本願発明の実施例を第１図〜第６図に基づいて説明
する。なお、第１図〜第６図中、第７図〜第１３図で示
す部分と同一部分には、同一符号を付している。

第１図（Ａ）は本願の第１発明の一実施例の要部縦断面
図であり、本実施例はブレード１５Ａの最大突出１７１
を最小型なり代１２よりも大きくなるように構成した点
に特徴があり、これ以外の構成は第７図で示す流体圧縮
機１と同一である。

すなわち、本実施例の流体圧縮機１Ａは第２図に示すよ
うに、密閉ケース２内にモータ部３および圧縮部４等を
内蔵している。

モータ部３は、密閉ケース２の内周面に固定されたほぼ
環状のモータステータ５内にほぼ環状のモータロータ６
を配設している。

圧縮部４は円筒状のシリンダ７をモータロータ６の中心
孔内に内嵌固着しており、シリンダ７の軸方向両端を、
密閉ケース２の内面に固定した軸受８，９により回転自
在に支持すると共に、気密に開基している。

シリンダ７内にはその内径よりも小径の円柱状のロータ
ピストン１０がシリンダ７の軸方向に沿って配設されて
いる。

ロータピストン１０は、その中心＠ＯＡをシリンダ７の
中心軸０８に対して、距離ｅだけ偏心させていると共に
、ロータピストン１０の外周面の一部をシリンダ７の内
周面に接触させている。

ロータピストン１０の両端部は、軸受８，９によりそれ
ぞれ回転自在に支持されている。

また、ロータピストン１０の図中右端部外周面に穿設さ
れた図示しない係合溝内には、シリンダ７の内周面から
半径方向に突出する駆動ビン１１がシリンダ７の径方向
に沿って進退自在に挿入されている。

したがって、モータ部２に通電してシリンダ７がモータ
ロータ６と一体的に回動すると、このシリンダ７の回転
力が駆動ピン１１を介してロータピストン１０に伝達さ
れ、そのために、ロータピストン１０の一部がシリンダ
７の内周面に接触した状態で回転する。

そして、第８図に示すようにロータピストン１０の外周
面には、その軸方向に延びる螺旋状の螺旋溝１２が形成
されている。

この螺旋溝１２は、そのピッチがシリンダ７の図中右端
から左端に向って、すなわち、シリンダ７の吸込管１３
側から吐出管１４側に向って、徐々に小さくなるように
形成されている。

この螺旋溝１２には、螺旋状のブレード１５Ａが嵌合さ
れており、ブレード１５Ａの各部は螺旋溝１２に対して
ロータピストン１０の径方向に沿って進退自在となって
いる。

また、ブレード１５Ａの外周面はシリンダ７の内周面に
密着した状態でシリンダ７の内周面上をスライドする。

このブレード１５Ａはテフロン等の弾性材料により、所
要の厚さｔと所要の径方向高さｈとに形成されており、
その弾性を利用して螺旋溝１２に挿入することにより、
螺旋溝１２内に進退自在に装着される。

前記シリンダ７の内周面とロータピストン１０の外周面
との空間は、シリンダ７の軸方向に沿って、ブレード１
５Ａにより複数の作動室１６．１６・・・に仕切られて
いる。

各作動室１６はブレード１５Ａの隣合う２つの巻ぎ間に
規定されており、ブレード１５Ａに沿ってロータピスト
ン１０とシリンダ７の内周面との接触部から、次の接触
部まで延びたほぼ三日月状をなしている。これら作動室
１６の容積はシリンダ７の吸込側から吐出側に行くに従
って徐々に小さくなっている。

また、軸受９にはその軸方向に延びて吸込管１３と連通
する吸込口１７がｄ過形成されている。

一方の軸受８に穿設された吐出孔１８の一端はシリンダ
７の吐出側端内に開口し、吐出孔１８の他端は密閉ケー
ス２内部に開口している。

このように構成された流体圧縮機１Ａでは、モータ部３
が通電されると、モータロータ６が回転し、これと一体
にシリンダ７が回転する。

さらに、これと同時に、ロータピストン１０がその外周
面の一部をシリンダ７の内周面に接触させた状態で回転
される。

このようなロータピストン１０とシリンダ７との相対的
な回転運動は、駆動ビン１１とこれを係合せしめている
係合溝（図示せず）とからなる規制手段によって確保さ
れ、ブレード１５Ａもロータピストン１０と一体的に回
転する。

すなわち、ブレード１５Ａ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１５Ａ
の各部は、ａ−タビストン１０の外周面とシリンダ７の
内周面との接触部に近付くに従って螺旋１１１１２内に
押込まれ、接触部から離れるに従って、螺旋溝１２から
外径方向に飛出す方向に突出する。

そして、圧縮部４が作動されると、冷媒ガスが吸込管１
３および吸込口１７を通してシリンダ７内に吸い込まれ
る。

この冷媒ガスはブレード１５Ａの隣接する２つの巻き間
に閉じ込められた状態で、吐出側の作動室１６．１６・
・・に順次移送される。

これら作動室１６．１６・・・の容積が、シリンダ７の
吸込側から吐出側に行くに従って徐々に小さくなってい
ることから、冷媒ガスは、吐出側へ順次移送される間に
、徐々に圧縮される。

そして、圧縮された冷媒ガスは吐出口１８から密閉ケー
ス２内に吐出され、さらに吐出管１４を通して冷凍サイ
クル内に戻される。

ところで、本実施例はブレード１５ＡがＪ！１〉１２を
成立させるように構成されている。

ここで、Ｊｌはロータピストン１０の外周面がシリンダ
７の内周面より最大に離れたときに、螺旋溝１２からブ
レード１５Ａが最大に突出したときのブレード１５Ａの
最大突出量を示しており、また、Ｊ２は、そのときに螺
旋溝１２内に挿入されているブレード１５Ａの最小の挿
入量を最小型なり代として示している。

そして、第１図（Ｂ）に示すようにロータピストン１０
の外周面がシリンダ７の内周面に接触する場合にはブレ
ード１５Ａのほぼ全体を螺旋溝１２内に挿入せしめる必
要があるので、螺旋溝１２の深さはブレード１５Ａの最
大突出量オ、と最小型なり代１２との和になる。

そして、ブレード１５Ａの最大突出量ノ、が第２図で示
す〇−タビストン１０の軸心Ｏ１とシリンダ７の軸心０
８との偏心Ｉｌｅの２倍２ｅであり、最大突出ｆｆ１Ｊ
、の長さは作動室１６．１６・・・の容積、すなわち圧
縮部４の排除容積を決定するが、本実施例は！　　＞１
２に設定しているので、圧縮部４の排除容積を増大せし
めて、圧縮能力の増大を図ることができる。

また、ブレード１５Ａの最小重なり代１２は圧縮部４の
排除容積に関係なく、小さい方がブレード１５Ａの変形
応力の低減を図ることができるが、仮に、この最小重な
り代１２を殆どゼロにすると、各作動室１６間にて冷媒
のリークが生じるので、ある程麻の長さは必要であり、
最小に設定されている。

したがって本実施例によれば、所要の圧縮能力を確保す
ることができるとともに、ブレード１５Ａの変形応力を
低減して、ブレード１５Ａの性能および耐久性の向上を
図ることができる。

第３図は本願の第２の発明の一実施例の要部縦断面図で
あり、本実施例はブレード１５Ｂの厚さｔ（第９図参照
）を、その径方向高さｈよりも大きくなるように増大さ
せたものであり、このブレード１５Ｂの増厚に対応して
、螺旋溝１２Ｂの溝幅を拡幅したことに特徴がある。

これ以外は第２図で示す流体圧縮機１Ａと同一の構成で
あるので、その重複した説明は省略している。

すなわち、従来の流体圧縮Ｉ！１では第１１図に基づい
て前記したように、ブレード１５により仕切られた作動
室１６の高圧１ｌｌｌＰ１と低圧ＩＩＰ２との圧力差△
Ｐがブレード１５の厚さ方向に負荷されて、そのブレー
ド１５を変形させているので、このブレード１５の厚さ
を増大させることより、その厚さ方向の弾力性を増大さ
せ、ブレード１５の厚さ方向の変形を低減させ、その変
形応力を低減させたものである。

したがって本実ｍ例によれば、ブレード１５Ｂの変形応
力を低減させ、その摩耗を低減させると共に、ブレード
１５Ｂと摺動する摺動部の摩耗を低減することができ、
ブレード１５Ｂと螺旋溝１２Ｂの耐久性の向上を図るこ
とができる。

なお、前記螺旋溝１２，１２８を第４図および第５図に
示す螺旋溝１２Ｃ，１２０に構成してもよい。

すなわち、第４図で示す螺旋溝１２Ｇはそのロータピス
トン１０の軸方向両端部、すなわち吸込側端部ｐｓおよ
び吐出側端部Ｐｄにてそれぞれ開基したものである。

すなわち、この螺旋溝１２０はその溝加工をロータピス
トン１０の胴体端面から始めずに、胴体外周面から始め
、他方の胴体端面に至る前に、胴体外周面で溝加工を止
めることにより、螺旋溝１２０の両端部を開基している
。

また、第５図で示す螺旋溝１２０はその両端部、すなわ
ち吸込側端部Ｐｓおよび吐出側端部Ｐｄにて開放する溝
端部内に所要部材を埋め込むことにより、溝端止め部２
０ａ、２０ｂをそれぞれ形成し、螺旋溝１２Ｄの両端部
を開基したものである。

したがって、これら螺旋溝１２Ｃ，１２Ｄ内に装着され
たブレード１５の変位と飛び出しとを防止することがで
きる。

すなわち、この螺旋溝１２０．１２Ｄとブレード１５Ａ
との間の摩擦が大きいときには、シリンダ７と〇−タビ
ストン１０との回転時に、ブレード１５を第６図（Ａ）
に示すように螺旋溝１２に対して吐出側端部Ｐｄへ押し
出そうとする外力が図中矢印方向に発生するが、これら
螺旋ｍ１２Ｇ。

１２Ｄはその吐出側端部Ｐｄを閉じているので、ブレー
ド１５の吐出側端部Ｐｄへの変位もしくは飛び出しを防
止することができる。

また、これとは逆に、ブレード１５と螺旋溝１２Ｇ、１
２０との間の摩擦が小さく、しかも、吸込ｌＩｌ端部Ｐ
ｓと吐出側端部Ｐｄとの圧力差が大きいときには、第６
図（Ｂ）に示すように、この圧力差によってブレード１
５を吸込側端部ｐｓに寄せようとする外力が図中矢印方
向に発生するが、これら螺旋溝１２Ｃ，１２Ｄはその吸
込（ＩＩ端部ＰＳが閉じているので、この吸込側端部Ｐ
Ｓ側へのブレード１５の変位もしくは飛び出しを防止す
ることができる。

したがって、これによればブレード１５の耐久性の向上
を図ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本願の第１の発明は、ブレードが
螺旋溝からその外径方向に最大に突出したときに、その
ブレードの最大突出量が、最小項なり代よりも大きくな
るように構成されているので、ブレードの変形応力の低
減を図ることができ、その耐久性の向上を図ることがで
きる。

また、本願の第２の発明は、ブレードの厚さを増して、
ブレードの弾性力を増大させたので、このブレードの変
形応力を低減し、その摩耗と、ブレードと摺動する螺旋
溝の摺動部の摩耗を低減し、その耐久性の向上を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本願の第１の発明に係る流体圧縮
機の要部縦断面図、第３図は本願の第２の発明の一実施
例の要部縦断面図、第４図および第５図は螺旋溝の両端
部を閉塞したロータピストンの各正面図、第６図（Ａ）
は第４図のＡ−Ａ線断面図、第６図（Ｂ）は第４図のＢ
−Ｂ線断面図、第７図は従来の流体圧縮機の全体構成を
示す縦断面図、第８図は第７図で示すロータピストンの
正面図、第９図は第７図で示すブレードの正面図、第１
０図（Ａ）〜（Ｅ）は第７図で示すブレードの進退状態
をそれぞれ示す一部縦断面図、第１１図は第７図で示す
ブレードの変形状態を示す部分縦断面図、第１２図は第
７図で示すロータピストン周りを拡大して示す縦断面図
、１１１３図は螺旋溝の深さとブレードの変形応力との
相関関係を示すグラフである。 １・・・圧縮機、３・・・モータ部、４・・・圧縮部、
７・・・シリンダ、８．９・・・軸受、１０・・・ロー
タピストン、１２．１２Ｂ、１２Ｃ，１２０・・・螺旋
溝、１５．１５Ａ、１５Ｂ・・・ブレード、１６・・・
作動室。 出願人代理人　　　波　多　野　　　久第 図 第 図 （Ａ） （Ｂ） 第 図 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、流体の吸込み側端と吐出側端とを有するシリンダと
   、このシリンダ内にその内周面に一部が接触するように
   偏心して内蔵されたロータピストンと、このロータピス
   トンの外周にて前記吸込側端から前記吐出端側に向けて
   次第にピッチが小さくなるように螺旋状に形成された螺
   旋溝内に進退自在に嵌入されて、前記ロータピストンと
   前記シリンダとの間隙をこのシリンダの軸方向に沿つて
   複数の作動室に仕切る弾性ブレードとを有する流体圧縮
   機において、前記ブレードは、前記螺旋溝からブレード
   がその外径方向に最大に突出した時に、そのブレードの
   最大突出量が、螺旋溝内に挿入されているブレードの最
   小重なり代よりも大きくなるように構成されていること
   を特徴とする流体圧縮機。 ２、流体の吸込み側端と吐出側端とを有するシリンダと
   、このシリンダ内にその内周面に一部が接触するように
   偏心して内蔵されたロータピストンと、このロータピス
   トンの外周にて前記吸込側端から前記吐出端側に向けて
   次第にピッチが小さくなるように螺旋状に形成された螺
   旋溝内に進退自在に嵌入されて、前記ロータピストンと
   前記シリンダとの間隙をこのシリンダの軸方向に沿つて
   複数の作動室に仕切る弾性ブレードとを有する流体圧縮
   機において、前記ブレードは、その厚さを径方向高さよ
   りも大きく形成するように構成されていることを特徴と
   する流体圧縮機。