JPH02201093A - 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） 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、ロークリ式など各種
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り、そのための製
造コストが高くなる。

また、米国特許２，４０１．１８９号明細杏にはスクリ
ューポンプが開示されている。このポンプによれば、ス
リーブ内に円筒状の回転体が配設され、この回転体の外
周面には螺旋状の溝が形成されている。また、この溝に
は螺旋状のブレードが摺動自在に嵌合されている。そし
て、回転体を回転駆動することにより、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つの巻き間に閉じこ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。つまり、上述のスクリューポン
プは流体を一端側から他端側へ移送するだけのものであ
り、流体を圧縮するという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
あり、部品点数が人だった。さらに、高圧側と低圧側と
の境界に設置夕られた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。

この発明は上記事情にもとずきなされたもので、その目
的とするところは、比較的簡単な構成によりシール性を
向上させて効率のよい圧縮ができるとともに、部品の製
造および組立てが容易な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） 上記課題を解決するためにこの発明は、吸込端側と吐出
端側とを有するシリンダと、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、その一部が
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
周に設けられ上記シリンダの吸込端側から吐出端側へ徐
々に小さくなるピッチで形成された螺旋状の溝と、曲げ
弾性率８００［１ｋｇ　／　ｃｄ以上、曲げ強度１００
ｋｇ／ｃシ以上の材料からなり、上：ｃ！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着する
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、上記シリンダと回転体とを相対的に回転させシ
リンダの吸込端側から上記作動室に流入した流体をシリ
ンダの吐出側の作動室へ順次移送する駆動手段とを具備
する。

（作用） こうすることによってこの発明は、簡単な構成により作
動を円滑にし、シール性を向上させ、効率のよい圧縮が
できるようにし、さらに部品の製造および組立てが容易
にできるようにしたことにある。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面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
、ｖ！Ｂ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。

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８ａｓ９ａ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の巾には、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。このピストン１
１は、その中心軸Ａがシリンダ７の中心軸Ｂに対して距
離ｅだけ第１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１
２ａ、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８ｃｓ９
ｃ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１２ｇには断面正方形
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ビン１６の一端部がそれぞれスライ
ド自在に植設されている。これらビン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］７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内転する。

上記ピストン１１の外周面には、第１図乃至第３図に示
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には第２図と第３図とに示す螺旋状のブレー
ド２１が嵌め込まれている。このブレード２１の厚さ寸
法は上記螺旋状の満１３の幅寸法とほぼ一致しており、
ブレード２１の各部は満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の内周面に密着しており、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２
１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。

上記ブレード２１は、密度２．１５ｇ／ｃｄの四フッ化
エチレン樹脂に、長さ１００ｘ、直径１３Ｍのガラス短
繊維を１５ｖｔ％、平均粒径ｌｔＩｊｍの二硫化モリブ
デン粉を５ｖｔ％充填した曲げ弾性率１２０００　ｋｇ
／ｃシ、曲げ強度２２０ｋｇ／ｃ−の複合材料によって
作られている。

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、他方の軸受９には吐出孔２５が穿設されてい
る。この吐出孔２５の一端はシリンダ７内の吐出端側に
連通しており、他端は密閉ケース２の内部に開口してい
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、上記ピストン１１の吸込側に位置する端部の外
周面に吸入溝３１が刻設されている。この吸入溝３１は
ピストン１１の外周面に形成された螺旋状の溝１９より
も深く形成されていて、その一端はピストン１１の大径
部１１ａの端面に開放され、他端はシリンダ７の吸入端
側に位置する１番目の作動室２２に連通する位置にある
。それによって、吸込チューブ２４からシリンダ７内へ
吸引された冷媒ガスは上記吸入溝３１を通って上記１番
目の作動室２２にとぎれることなく確実に導入されるよ
うになっている。

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に通電されるとロータ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。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。

一方、圧縮要素４が作動されると、吸込チューブ２４お
よび吸込孔２３を通してシリンダ７内に冷媒ガスが吸込
まれる。そして、第６図に示すように１番目の作動室２
２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因に示
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。

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ている。したがって、ブレード２
１の外周面はシリンダ７の内周面に常に密着した状態に
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。

また、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、冷奴ガスは作動室２２内に閉込めら
れた状態で移送かつ圧縮されるため、圧縮機の吐出側に
逆止弁を設けない場合でも、冷媒ガスを効率よく圧縮す
ることができる。

さらに、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。

上記ピストン１１の溝１９に嵌込まれたブレード２１は
、第１１図に矢印で示すように隣り合う作動室２２に生
じる圧力差で吐出側から吸込側へ押圧されて変形する。

また、第１２図に示すようにピストン１１の軸方向に対
し変ピツチで形成されているブレード２１の連続的接線
方向の変化により、各作動室２２の圧力差で加わるブレ
ード２１への応力Ｐ。

〜Ｐ５の方向が変化し、それによって第１３図に示すよ
うにブレード２１にねじりが生じる。このため、上記ブ
レード２１と溝１９とが接触して潤滑オイル２９の圧力
によりブレード２１を溝１９から押出す際の抵抗が増大
して押出しが不十分となるため、シリンダ７の内周面と
ブレード２１の外周面との接触状態が不良となり、シー
ル性が低下する恐れがある。その結果、冷凍能力の低下
を招くことになる。

しかしながら、ブレード２１を上述したような成分の複
合材料で作ったことにより、冷凍能力の低下を招くのを
防止することができた。

第１４図は上記成分の複合材料で作られたブレード２１
を用いた場合と、密度２．１５ｇ／ｃｊ、曲げ弾性率５
０００ｋｇ　／　ｃｉ、曲げ強度８０ｋｇ／ｃ−の四フ
ッ化エチレン樹脂で作ったブレードを用いた場合との圧
縮機の冷凍能力を比較したグラフであり、因中曲ＩＡが
前者で、曲線Ｂが後者である。

その結果、曲線Ａで示すこの発明のブレード２１を用い
た圧縮機の冷凍能力は、１００時間以上にわたって高い
状態を維持することができた。これに対して曲線Ｂで示
す通常の四フッ化樹脂で作ったブレードを用いた圧縮機
は、運転時間が１０時間を過ぎると冷凍能力が急激に低
下し、また５０〜１００時間では１０ｃａｌ　／　ｈｒ
以下となり、圧縮機としての機能が失われた。

また、運転終了後、複合材料で作ったこの発明のブレー
ド２１は第１５図（ａ）に示すように変形や摩耗は見ら
れなかったが、通常の四フッ化エチレン樹脂で作ったブ
レードは同図（ｂ）に示すように変形と摩耗が見られ、
このことからも複合材料で作られたブレード２１が優れ
ていることが確認された。

つまり、四フッ化エチレン樹脂などのフッ素樹脂は耐熱
性、耐冷媒性、耐油性に優れ、摩擦係数が小さいなどの
ことから冷凍サイクルにおける圧縮機には適した材料で
あるが、その反面、高い応力下での耐クリープ性、耐摩
耗性は劣り、従来は使用困難であった。

しかしながら、この発明の実施例のように充填材との複
合により、曲げ強度、曲げ弾性率を高めたことにより、
圧縮機１のブレード２１として使用できるようになった
。

また、上述したブレードの複合材料は、曲げ弾性率１２
０００　ｋｇ／ｃｊ、曲げ強度を２２０ｋｇ／ｃ−であ
ったが、曲げ弾性率が６０００３ｃｇ／−ｃＪ、曲げ強
度が１００ｋｇ　／　ｃ−以上あれば、通常の運転に支
障を来たすことのない状態で圧縮機を運転することがで
き、またそのような強度を得ることができれば、フッ素
樹脂系以外の材料、たとえば金属あるいは金属と合成樹
脂の複合材料を用いるようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、そ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有するとと
もに、この溝に曲げ弾性率８０００ｋｇ　／　ｃｊ　、
曲げ強度Ｉ　ＤＯｋｇ　／　ｃｉ以上の材料からなる螺
旋状のブレードを出入自在には嵌込んだ円柱状の回転体
をシリンダ内に偏心させて配置し、上記ブレードによっ
てシリンダ内周面と回転体の外周面との間の空間を複数
の作動室に区画し、シリンダと回転体とを相対的に回転
させ、シリンダの吸込側から上記作動室に流入した流体
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。

したがって、この発明によれば、簡単な構成により円滑
に作動することができ、またシール性、信頼性が向上し
、効率よく圧縮できるとともに、部品の製造および組立
てが容品になるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面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口、第３
図はピストンの斜視図、１４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水した説明図、第１
０図は圧縮要素の側面図、第１１図はブレードが変形力
を受ける状態の一部分の説明図、第１２図は同じくピス
トン全体を示す側面図、第１３図はブレードがねじりを
受ける状態の説明図、第１４図はこの発明のブレードと
四フッ化エチレン樹脂で作ったブレードとの冷凍能力を
比較したグラフ、第１５図（ａ）、（ｂ）は所定時間運
転したのちの上記各ブレードの状態を比較した断面図で
ある。 ２・・・密閉ケース、３・・・電動要素（駆動手段）、
７・・・シリンダ、１１・・・ピストン（回転体）、１
９・・・溝、２１・・・ブレード、２２・・・作動室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸込端側と吐出端側とを有するシリンダと、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、そ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、
   この回転体の外周に設けられ上記シリンダの吸込端側か
   ら吐出端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、曲げ弾性率６０００ｋｇ／ｃｍ＾２以上、曲
   げ強度１００ｋｇ／ｃｍ＾２以上の材料からなり、上記
   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
   面に密着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、上記シリンダと回転体とを相対的
   に回転させシリンダの吸込端側から上記作動室に流入し
   た流体をシリンダの吐出側の作動室へ順次移送する駆動
   手段とを具備したことを特徴とする流体圧縮機。