JPH02201081A - 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、レシプロ方式、ロークリ方式等
、各種方式のものが知られている。しかし、これら方式
の圧縮機においては、回転力を圧縮機部に伝達するクラ
ンクシャフト等の駆動部や、圧縮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精度を高める必要があり、この
ため製造コストが高くなる。

また、米国特許節２，４０１，１８９号明細書にはいわ
ゆるスクリュー式のポンプが開示されている。この方式
のポンプは、スリーブ内に円柱形状の回転体を配設し、
この回転体の外周面には螺旋状の溝を形成するとともに
、この溝に対して螺旋状のブレードを摺動自在に嵌合し
てなるものである。そして、回転体を回転することによ
り、その回転体の外周面とスリーブの内周面との間にお
いて、ブレードの隣接する２つの巻き部門に閉じ込めら
れた流体をスリーブの一端側から他端側へ移送するよう
になっている。しかし、上述のスクリュー式のポンプは
流体を一端側から他端側へ単に移送するだけのものであ
り、流体を圧縮する機能は持っていない。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように従来の流体圧縮機では、その構造が複雑で
、部品点数が大であるとともに、高圧側と低圧側との境
界に逆止弁を設ける必要があり、この逆止弁からガスが
リークすることがあり、圧縮効率が低かった。

また、螺旋状のブレードを巻装した回転体をスリーブの
中に配置したタイプのスクリューポンプは、単に流体を
移送するものであり、圧縮作用はなかった。

このようなことから、本出願人に係る先願（特願昭６３
−１７０６９２号）のものが提案されている。これは第
６図で示すように密閉ケース１内に、吸込側と吐出側と
を有するシリンダ２を配設し、このシリンダ２内にはそ
のシリンダ２の軸方向に沿うとともに偏心（ｅ）させて
配置したピストン（回転体）３を設け、そのピストン３
の一部が上記シリンダ２の内周面に接触した状態で上記
シリンダ２とピストン３とを相対的に回転するようにす
る。さらに、上記ピストン３の外周には螺旋状の溝４を
設け、この螺旋状の溝４には出入自在に螺旋状のブレー
ド５を嵌め込んだものである。

そして、このブレード５の外周面を上記シリンダ２の内
周面に接触させることによりそのブレード５で上記シリ
ンダ２の内周面と上記ピストン３の外周面との間の空間
を複数の作動室６に区画しながら、上記シリンダ２と上
記ピストン３とを相対的に回転させ、これによりシリン
ダ２の吸込側から作動室６に流体を取り込んで、シリン
ダ２の吐出側へ作動室６を順次移送する過程で流体を圧
縮する圧縮部を構成している。

そして、この構造において、シリンダ２の内径をＤ１ピ
ストン３の有効長さをＬとするとき、その両者の長さの
関係は　ＤＳＬ　　としていた。

この構造では排除容積が大きくとれず、また、排除容積
を大きくするためにはシリンダ２とピストン３との偏心
ｌｉｅを増やしたり、溝４のピッチを大きくする必要が
あった。

しかしながら、偏心ｆａｋｅを増やしたり、溝４のピッ
チを大きくしたりすれば、ブレード５の変形による応力
、摩擦ロスが大きくなり、その圧縮性能や耐久性等の点
で、必ずしも充分に期待できるものではないことになる
。

本発明は」二足課題に着目してなされたもので、その目
的とするところは、比較的簡単な手段で、効率が良く、
高性能であるとともに、耐久性を向上できる流体圧縮機
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及び作用）上記目的を達成
するために本発明は、シリンダ内にそのシリンダの軸方
向に沿うとともに偏心してその周面の一部が上記シリン
ダの内周面に接触した状態でＬ記シリンダと相対的に回
転可能な円柱状の回転体を配置し、この回転体の外周に
は螺旋状の溝を設け、この溝には上記回転体の略径方向
に出入自在で上記シリンダの内周面に密接する外周面を
有した螺旋状のブレードを嵌め込み、このブレードで上
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
を複数の区画に仕切るとともに、上記シリンダと上記回
転体とを相対的に回転させることにより一端側から他端
側へ移るに従い徐々に小さな容積になる流体圧縮用作動
室を構成し、さらに、上記シリンダと上記回転体とを相
対的に回転させる駆動手段を設けてなる流体圧縮機にお
いて、上記シリンダの内径りとピストンのを効長りの関
係を、Ｄ≧Ｌ　としたものである。

このように流体圧縮機のシリンダの内径りとピストンの
有効長しの関係を、Ｄ≧Ｌ　としたものであるから、シ
リンダに対するピストンの偏心量を大きくして流体圧縮
機の排除容積を大きくしても、そのブレードの変形応力
を小さくできる。したがって、ブレードの変形による応
力等による損失を軽減し、効率がよく高性能で耐久性の
ある流体圧縮機を提供できる。

ところで、上記方式の流体圧縮機ににおいて、そのシリ
ンダとピストンの偏心Ｗｅを変えた場合、シリンダの内
径りと排除容積Ｖとの関係は、第２図で示すようになる
。つまり、ピストンの有効長りとブレードのリードを変
えずに、シリンダの内径りを大きくすると、これに比例
して排除容積Ｖが増大する。また、偏心ｆｆ１ｅが大き
い程、その傾向が大きい。

また、ピストンの有効長りとブレードのリードを変えず
に、各種の偏心量ｅにおいてのシリンダの内径りとブレ
ードの変形応力σとの関係を第３図で示す。すなわち、
この場合は、シリンダの内径りが大きくなるに従って、
ブレードの変形応力σが増大する。

また、ピストンのを効長りとシリンダの内径りを変えず
に、偏心ｉｋｅを変えた各場合において、溝のピッチと
、ブレードの変形応力σとの関係は第４図で示すように
なる。すなわち、溝のピッチが大きくなるに従ってブレ
ードの変形応力σが増大する。

しかして、第２図で示すように、シリンダの内径りと排
除容積Ｖとの関係からは、排除容積Ｖを大きくするため
には、偏心Ｊｌｅを大きくするか、シリンダの内径りを
大きくすることが考えられる。

一方、第３図で示すように、シリンダの内径りとブレー
ドの変形応力σとを偏心量ｅから見た関係を考慮すると
、同一のシリンダ内径りでは、偏心量ｅが大きい程、ブ
レードの変形応力σが増大することがわかる。つまり、
偏心量ｅを大きくして排除容積を大きくしようとすると
、ブレードの変形応力σがかなり大きくなる。

また、溝のピッチを大きくすると、第４図で示す関係か
ら、ブレードの変形応力σを大きくしてしまう。

以」二の結果から、この種の流体圧縮機の排除容積Ｖを
大きくする一方、ブレードの変形応力σを下げるために
は、シリンダの内径りを大きくすることがよいことがわ
かった。

そこで、本発明では、上述したように、そのシリンダの
内径りとピストンの有効長しの関係を、Ｄ≧Ｌ　とした
ものである。

（実施例） 第１図は本発明の第１の実施例を示すものである。第１
図は冷凍サイクルに使用する冷媒ガス用の密閉型流体圧
縮機１１を示している。この流体圧縮機１１は密閉ケー
ス１２と、この密閉ケース１２の中に配設された駆動手
段としての電動要素１３、および圧縮要素１４とを備え
て構成されている。上記電動要素１３は、密閉ケース１
２の側周内面に固定されたほぼ環状のステータ１５と、
このステータ１５の内側に設けられた環状のロータ１６
とからなり、これにより後述するように圧縮要素１４を
駆動するようになっている。

圧縮要素１４は縦に置いたシリンダ１７を有しており、
このシリンダ１７の外周面に上記ロータ１６が同軸的に
固定されている。そして、シリンダ１７の上下各端は密
閉ケース１２の内面にそれぞれ固定された軸受１８．１
９により回転自在に支持されている。また、シリンダ１
７の上下各端の開口部分はその軸受１８，１９によって
気密的に閉塞されている。

さらに、上記シリンダ１７の中には、このシリンダ１７
の内径りよりも小さな外径の円柱形状の回転体としての
ピストン２０が、シリンダ１７の軸方向に沿って平行に
配置されている。このピストン２０は、その中心軸Ａが
シリンダ１７の中心軸Ｂに対して距離ｅだけ偏心して配
置されている。

そして、このピストン２０の外周面の一部はシリンダ１
７の内周面に一部に常に接触するようになっている。ピ
ストン２０の上下各端部は上記軸受１８．１９にそれぞ
れ回転自在に支持されている。

また、第１図で示すようにピストン２０の一端部の外周
の一部には係合溝２１が形成されており、この係合溝２
１には、シリンダ７の内周面から突出した駆動ビン２２
がシリンダ１７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、電動要素１３に通電してシリンダ１
７がロータ１６と一体に回転駆動されると、シリンダ１
７の回転力は上記駆動ビン２２を介してピストン２０に
伝達される。そして、ピストン２０はシリンダ１７の中
で、その周部の一部がシリンダ１７の内面に接触した状
態で内転する。なお、シリンダ１７の回転力はピストン
２０に伝達する手段としては、オルダム継手等を用いて
もよい。

また、上記ピストン２０の外周面部には、ピストン２０
の両端まで延びる螺旋状の満２３が形成されている。そ
して、この螺旋状の溝２３のピッチは、第１図中の下側
から上側、つまり、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。さらに、この溝２３の幅は同じ
く吸込側から吐出側に向かって徐々に大きくなるように
形成してもよいが、この実施例では全長にわたり等しい
幅で形成されている。隣合う溝部間の隔壁の幅は、吸込
側から吐出側に向かって徐々に小さくなる。

また、ｔＪ２３の深さはその全長にわたり等しく形成さ
れている。

そして、このように形成された溝２３には、螺旋状のブ
レード２４が嵌め込まれている。このブレード２４は例
えばふっ素樹脂材料からなるもので、適度な弾性を有し
ている。このブレード２４の厚さはこれを嵌め込む上記
螺旋状の溝２３の幅と一致するように形成されている。

また、ブレード２４の高さはその全長にわたり等しく形
成されている。そして、ブレード２４の各部分は溝２３
に対してピストン２０の径方向に沿って進退自在になっ
ている。ブレード２４の外周面はシリンダ１７の内周面
に接触した状態でシリンダ１７の内周面上をスライドす
る。なお、ブレード２４はその弾性を利用してねじ込む
ことにより上記螺旋状の１２３に装着されるものである
。

そして、この圧縮要素１４において、シリンダ１７の内
周面とピストン２０の外周面との間の空間は、上記ブレ
ード２４によって複数の空間に仕切られ、この各空間に
よって流体圧縮用の作動室２５をそれぞれ形成している
。このように各作動室２５はブレード２４の隣合う２つ
の巻き部各間にそれぞれ分離して区画されており、これ
の空間形状をシリンダ１７の軸方向から見ると、ブレー
ド２４に沿ってピストン２０とシリンダ１７の内周面と
の接触部から次の接触部まで伸びたほぼ三日月状をなし
ている。

さらに、軸受１８には上記シリンダ１７とピストン２０
の間で形成する空間における吸込み側端に通じる吸込み
孔２６が形成されている。この吸込み孔２６には冷媒ガ
スの吸込みチューブ２７が接続されている。しかして、
冷媒ガスはその吸込みチューブ２７、および吸込み孔２
６を通じて上述した作動室１５に吸込み側から吸い込ま
れるようになっている。

また、他方の軸受１９には吐出孔２８が形成されている
。この吐出孔２８の一端はピストン２０の吐出側端面に
対向して開口しており、上記作動室２５に連通するよう
になっている。吐出孔２８の他端は密閉ケース１２の内
部に開口している。

一方、上記ブレード２４とこれを嵌め込む溝２３によっ
て区画されるその溝２３内の空間には複数の油ポンプ室
２９が形成されている。この油ボ“ンブ室２９を形成す
る空間も溝２３の底部周面とブレード２４の内周面との
間で一端の接触部から次の接触部まで伸びたほぼ三日月
状をなしている。この各油ポンプ室２９の容積は、上述
したようにブレード２４の幅が等しいから、吸込み側か
ら吐出側にわたり等しい。シリンダ１７とピストン２０
の相対的な回転により、吸込み側から吐出側へ移動し、
後述するように油を吸い込み、各摺接する作動部材の部
分に供給するようになっている。

第１図で示すように、ピストン２０の吸込側端部には油
吸込み孔３０がその軸中心に沿って形成され、油吸込み
孔３０の一端は軸受１８に形成した通孔３１を通じて密
閉ケース１２の底部に連通している。密閉ケース１２の
底部には潤滑用の油３２が貯溜されている。

なお、第１図で示すように、密閉ケース１２にはその内
部に連通ずる吐出チューブ３３が接続されている。

また、このように構成された圧縮要素１４におけるシリ
ンダ１７の内径りと、ピストン２０の有効長しの関係は
、Ｄ≧Ｌ　になるように作られている。

次に、このように構成された流体圧縮機１１の動作につ
いて説明する。まず、電動要素１３に通電されるとロー
タ１６が回転し、このロータ１６と一体にシリンダ１７
も回転する。そして、ブレード２４の各部は、ピストン
２０の外周面とシリンダ１７の内周面との接触部に近づ
くに従って上記溝２３に押し込まれ、また、接触部から
離れるに従って上記溝２３から飛出す方向に移動する。

これと同時に、ピストン２０はその外周面の一部がシリ
ンダ１７の内周面に接触した状態で回転駆動される。ま
た、ピストン２０の溝２３の底部外周面の一部も、同じ
側でブレード２４の内周面に接触した状態で回転される
。このようなシリンダ１７とピストン２０との相対的な
回転運動は、上記駆動ビン２２と係合溝２１とからなる
規制手段によって確保される。また、これによって、ピ
ストン２０と一緒にブレード２４も一体的に回転する。

そして、シリンダ１７の内周面とピストン２０の外周面
との間にはブレード２４の１巻きごとにその巻き部間に
はシリンダ１７の軸方向から見て三ケ月状の空間からな
る作動室２５が形成される。

そして、この作動室２５は密閉空間を維持しながら、シ
リンダ１７とピストン２０との相対的な回転に伴って一
端側の吸込み側から他端側の吐出側へ移動する。このた
め、吸込み作用が生じ、このため、吸込み側の作動室２
５には吸込みチューブ２７、および吸込み孔２６を通し
て冷凍サイクルの冷媒ガス（図示しない）が吸い込まれ
る。この冷媒ガスは、吸込み側から順次新たに形成され
る作動室２５に、順次取り込まれ、その各作動室２５に
よって吐出側へ順次移送される。この各作動室２５の容
積は、上述したように吸込み側から吐出側に行くに従っ
て徐々に小さくなることから、冷媒ガスは次第に圧縮さ
れる。吐出側に移送されることにより圧縮された冷媒ガ
スは、吐出側の軸受１９に形成された吐出孔２８から密
閉ケース１２の空間内に吐出され、さらに、吐出チュー
ブ３３を通して冷凍サイクルの中に戻される。

一方、上記ブレード２４とこれを嵌め込む溝２３によっ
て区画される空間には油ポンプ室２９が形成されている
が、この油ポンプ室２９には、通孔３１、および油吸込
み孔３０を通して密閉ケース１２内の油３２が取り込ま
れる。また、上記冷媒の吐出圧によって密閉ケース１２
の中の圧力が上昇するため、この加圧作用によって、油
ポンプ室２９に油３２が導入される。そして、この油３
２は、圧縮要素１４の動作中は、ブレード２４とこれが
出し入れする８２３との間、およびシリンダ１７とピス
トン２０との間に供給して、それらの間の潤滑作用をな
す。また、各部材間の相対的な動きを円滑にするだけで
はなく、各部材間のシール作用をなす。特に、作動室２
５相互間のガスのリークを防止する。

以上のように構成された流体圧縮機１１は、そのシリン
ダ１７の内径りとピストン２０のを効長しの関係を、Ｄ
≧Ｌ　としたものであるから、シリンダ１７に対するピ
ストン２０の偏心量ｅを大きくして流体圧縮機１１の排
除容積を大きくしても、そのブレード２４の変形応力σ
を小さくできる。したがって、ブレード２４の変形によ
る応力等による損失を軽減し、圧縮効率がよくて耐久性
のある流体圧縮機１１を構成できる。

また、上記実施例の構成によれば、冷媒ガスは作動室２
５内に閉込められた状態で移送かつ圧縮されるため、こ
の流体圧縮機の吐出側に吐出弁を設けない場合でも、ガ
スを効率良く圧縮できる。

さらに、吐出弁を省略できることから、その流体圧縮機
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１３のロータ１６は圧縮要素１４の
シリンダ１７によって支持されていることから、ロータ
１６を支持するための専用の回転軸や軸受等を設ける必
要がない。したがって、流体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。

さらに、螺旋状のブレード２４は十分な弾性を有するふ
っ素樹脂材料からなるものであるから、Ｌ２螺旋状の溝
２３を出入しても無理な変形応力が生じることがなく、
ブレード２４は円滑に上記溝２３を出入する。つまり、
ブレード２４はその柔軟性により、螺旋状の満２３の形
状に従って上記溝２３を出入するから、ブレード２４に
例えば局部的な変形力が加わることがなく、ブレード２
４は上記溝２３をスムーズに出入する。また、ふっ素樹
脂材料からなるブレード２４には高圧な環境下におかれ
ることで十分な熱膨張が生じるので、上記溝２３と、こ
れに嵌め込まれたブレード２４との隙間が埋められて小
となる。したがって、ガスのリークが低減し、性能が向
上する。

そして、ふっ素樹脂材料からなるブレード２４は上記溝
２３と摺動しても摩耗しに＜＜、圧力の」二昇による高
温環境下におかれても、また、冷媒にさらされてもその
性質は劣化しにくい。これによって、圧縮機の性能およ
び信頼性が大幅に向上する。さらに、上記ブレード２４
を変ピツチで形成された上記溝２３に嵌め込む際には、
ブレード２４を弾性変形させながら上記溝２３にねじ込
むことができるので、ブレード２４をピストン２０に容
易に巻装することができる。

また、流体圧縮機１１の作動中、油ポンプ室２６内の油
の圧力がブレード２４を内周側から径方向へ加わるもの
であるから、ブレード２４をシリンダ１７の内周面に向
かって常に押圧するため、そのブレード２４は、その外
周面がシリンダ１７の内周面に常に密接した状態で回転
する。したがって、隣合う作動室２５を確実に仕切るこ
とができる。しかも、このようにブレード２４はシリン
ダ１７の内周面に向かって押圧されていることから、ブ
レード２４の直角度等、部品の製造精度がさほど高くな
い場合でも、ブレード２４はシリンダ１７の内面に追従
して溝２３の中をシリンダ１７の径方向に沿って円滑に
移動する。このため、部品の製造や組立を容易に行なう
ことができる。

さらに、シリンダ１７とピストン２０とは、互いに同一
方向に回転した状態で互いに接触している。このため、
これらの部材間の摩擦は比較的小さく、それぞれが円滑
に回転できるので、振動や騒音が少ない。

第５図は本発明の第２の実施例を示すものである。この
実施例は駆動手段としての電動要素１３に、アウタロー
タの電動機を用いた。また、この電動要素１３は縦に配
置されている。

すなわち、ステータ１５の周囲に設けられたロータ１６
の外周にピストン２０が取着され、シリンダ１７は密閉
ケース１２の側部内周面に固定されている。そして、圧
縮要素１４の吸込み側と吐出側は、密閉ケース１２の内
部に直接に開放している。つまり、密閉ケース１２の内
部は、その圧縮要素１４を間に挟んで吸込み側突間３５
と吐出側空間３６に分けられている。そして、吸込み側
突間３５には吸込みチューブ２７が接続され、吐出側空
間３６には吐出チューブ３３が接続されている。

また、シリンダ１７の内径りとピストン２０の有効長し
の関係は、Ｄ≧Ｌ　としである。したがって、シリンダ
１７に対するピストン２ｏの偏心ｍｅを大きくして流体
圧縮機１１の排除容積を大きくしても、そのブレード２
４の変形応力σを小さくできる。このため、ブレード２
４の変形による応力等による損失を軽減し、圧縮効率が
よくて耐久性のある流体圧縮機１］を構成できる。

また、この実施例におけるその他の構成や作用効果は上
記第１の実施例のものと同様なものである。

なお、本発明は上記各実施例のものに限定されるもので
はない。また、本発明の流体圧縮機は、冷凍サイクルに
限らず、他の圧縮機にも適応することができる。

Ｃ発明の効果〕 以上説明したように本発明の流体圧縮機は、そのシリン
ダの内径りとピストンの有効長しの関係を、Ｄ≧Ｌ　と
したものであるがら、シリンダに対するピストンの偏心
量を大きくして流体圧縮機の排除容積を大きくしても、
そのブレードの変形応力を小さくできる。したがって、
ブレードの変形による応力等による損失を軽減し、効率
のよく高性能で耐久性のある流体圧縮機を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す流体圧縮機の全体
を示す縦断側面図、第２図はシリンダ内径りと排除容積
Ｖとの関係を示す図、第３図はシリンダ内径りと変形応
力σとの関係を示す図、第４図は溝のピッチと変形応力
σとの関係を示す図、第５図は本発明の第２の実施例を
示す流体圧縮機の全体を示す縦断側面図、第６図は先行
方式の流体圧縮機の縦断側面図である。 １１・・・流体圧縮機、１３・・・電動要素、１７・・
・シリンダ、２０・・・ピストン、２３・・・螺旋状の
溝、２４・・・ブレード、２５・・・圧縮室、Ｄ・・・
シリンダ、Ｌ・・・ピストンの有効長。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダと、このシリンダ内にそのシリンダの軸方向に
   沿うとともに偏心して配置されその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
   に回転可能な円柱状の回転体と、この回転体の外周に設
   けられた螺旋状の溝と、この溝に上記回転体の略径方向
   に出入自在に嵌め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た螺旋状のブレードと、この
   ブレードで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区画に仕切り形成され上記シリン
   ダと上記回転体とを相対的に回転させることにより一端
   側から他端側へ移るに従い徐々に小さな容積になる流体
   圧縮用作動室と、上記シリンダと上記回転体とを相対的
   に回転させる駆動手段とを具備して構成した流体圧縮機
   において、上記シリンダの内径Ｄとピストンの有効長Ｌ
   の関係を、Ｄ≧Ｌとしたことを特徴とする流体圧縮機。