JPH05164070A - 流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘリカルブレード型圧縮機において、圧縮機
全体の大型化を招くことなしに吐出脈動の低減を図る。 【構成】 ヘリカルブレード型圧縮機において、ピスト
ン（６）の外周面に形成されるブレード溝（６ｃ），
（６ｄ）を複数条に形成する。ブレード（９），（１
０）を、前記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に対応して
複数枚を複数条状態で配設させる。これにより、複数の
圧縮系を形成し、ピストン（６）の１回転に対して複数
回の冷媒吐出を行わせるようにして、冷媒の１回吐出当
たりの吐出脈動を低くし、冷媒吐出時のトルク変動を大
幅に低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体圧縮機に係り、特
に、円柱状ピストンと該ピストンの外周面に形成された
螺旋状ブレード溝に対して出入り自在に配設された螺旋
状のブレードとを備えた所謂ヘリカルブレード型圧縮機
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機等に設けられる圧縮機として、近
年、例えば、特開昭６４−３６９９０号公報に示される
ような圧縮機が提案されている。この種の圧縮機は、ヘ
リカルブレード型と呼ばれるものであって、駆動モータ
のロータの回転中心軸に対して中心軸が所定寸法だけ偏
心された円筒状のシリンダと、該シリンダの内部におい
て前記ロータの回転中心軸に中心軸が一致され且つ外周
面の一部が前記シリンダの内周面に接するように配設さ
れた円柱状のピストンとを備えている。そして、前記駆
動モータの駆動時には、このピストンとシリンダとが同
期して回転しながら相対運動を行ってシリンダ中心軸が
ピストン中心軸回りを公転するようになっている。ま
た、前記ピストンの外周面には、該ピストン長手方向の
一方向である流体移送側方向に向うに従って次第にピッ
チが小さくなるような螺旋状のブレード溝が形成されて
いる。更に、この螺旋状のブレード溝には、該ブレード
溝の形状に合致された同じく螺旋状のブレードが出入り
自在に嵌込まれている。また、このブレードは、その外
周縁が前記シリンダの内周面に常時密着して接するよう
になっている。このような構成により、圧縮機の駆動時
には、前記シリンダ、ピストン及びブレードによって形
成される複数の流体室が、上述したピストンとシリンダ
との相対運動に伴って夫々の容積が縮小されながら流体
移送側に移送され、この流体を圧縮して高圧流体とした
後、ピストンの流体移送側端部から吐出するようになっ
ている。

【０００３】従って、このような圧縮機は、隣接する流
体室間の内圧差が小さくなっているので、この流体室間
での流体漏れを抑制できると共に、ブレード外周縁とシ
リンダ内周面との摺動損失が殆どないので圧縮機効率の
大幅な向上が図れ、また、流体吐出側にリード弁等の弁
機構が不要であるので部品点数の減少が図れ、更には、
螺旋溝の形状を要求に応じて設定することで流体の圧縮
パターンを自由に設定できるといった種々の利点があ
り、将来的に有望とされるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うなヘリカルブレード型圧縮機は、前記ブレードの形状
に沿って各流体室が螺旋状に隣接されて流体吸入側から
流体吐出側へ延びているために、圧縮系統は１系統のみ
である。従って、その運転状態において、ピストン１回
転に対して１回の流体吐出が行われる。そのために、こ
の運転状態における吐出脈動が大きく、それに伴ってト
ルク変動が大きくなるために安定した運転状態を得るこ
とが難しかった。従って、このような圧縮機の実用性を
向上させるために、この吐出脈動を低減させるための改
良が予てより要求されていた。この点に鑑みてシリンダ
及びピストンを一対用意して夫々を対向配置、つまり、
一対のピストンを同軸上に配置するようにし、夫々の流
体吐出時期を適宜設定するようにして夫々の吐出脈動を
相殺させるような構造も考えられるが、これでは圧縮機
の大型化を招いてしまうといった不具合があり実用的で
ない。

【０００５】本発明は、これらの点に鑑みてなされたも
のであって、上述したようなヘリカルブレード型圧縮機
において、圧縮機全体の大型化を招くことなしに吐出脈
動の低減を図ることができる構成を得ることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、ピストンの外周面に巻設されるブレード
を複数条状態に設けることで、複数の圧縮系統を形成す
るようにして、ピストン１回転に対して複数回の流体吐
出を行うようにした。具体的には、円筒状のシリンダ
（５）と、該シリンダ（５）の内部に収容され、前記シ
リンダ（５）の中心軸（Ｌ１）に対して偏心する中心軸
（Ｌ２）を有すると共に、外周面の一部が前記シリンダ
（５）の内周面に接する円柱状のピストン（６）と、該
ピストン（６）の外周面に形成され、前記中心軸（Ｌ
２）の延長方向一端の流体吸入側から他端の流体吐出側
に向うにしたがって次第にピッチが小さくなるように形
成された螺旋状のブレード溝（６ｃ），（６ｄ）と、該
ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に出入り自在に嵌込ま
れ、外周縁が前記シリンダ（５）の内周面に密着して接
し、前記シリンダ（５）の内周面とピストン（６）の外
周面との間に螺旋状に隣接する複数の圧縮室（１１），
（１１），…を形成する螺旋状のブレード（９），（１
０）とを具備させ、前記シリンダ（５）とピストン
（６）とを、夫々の中心軸（Ｌ１），（Ｌ２）が相対的
に公転するような相対運動を行わせることにより、前記
圧縮室（１１），（１１），…の容積を小さくしながら
該圧縮室（１１），（１１），…を流体吸入側から流体
吐出側に移動させるようにした流体圧縮機を前提として
いる。そして、前記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）を、
ピストン（６）の外周面に複数条に形成すると共に、前
記ブレード（９），（１０）を、前記ブレード溝（６
ｃ），（６ｄ）に対応して複数枚を複数条状態で配設す
るような構成とした。

【０００７】

【作用】上記構成により、本発明では、圧縮機を駆動さ
せると、シリンダ（５）とピストン（６）とが、夫々の
中心軸（Ｌ１），（Ｌ２）が相対的に公転するような相
対運動を行う。この運動に伴い、ピストン（６）のブレ
ード溝（６ｃ），（６ｄ）に嵌込まれたブレード
（９），（１０）はピストン（６）と共に回転しながら
シリンダ（５）に追従してブレード溝（６ｃ），（６
ｄ）を出入りする。そして、前記ブレード溝（６ｃ），
（６ｄ）及びブレード（９），（１０）のピッチは流体
吸入側から流体吐出側に向うにしたがって次第に小さく
なっているために、上記のシリンダ（５）及びピストン
（６）の運動に伴って圧縮室（１１），（１１），…内
の流体は流体吐出側に移送されながら次第に圧縮され
る。そして、前記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）はピス
トン（６）の外周面に複数条に形成されていると共に、
前記ブレード（９），（１０）は複数枚が複数条状態で
配設されているために、この圧縮機には複数の圧縮系が
備えられていて、ピストン（６）の１回転に対して複数
回の流体吐出が行われる。このために、１回吐出当たり
の吐出脈動は低くなり、流体吐出時のトルク変動を大幅
に低減することができる。

【０００８】

【実施例】

（第１実施例）次に、本発明に係る第１実施例を図面に
基づいて説明する。図１には、本例に係るヘリカルブレ
ード型圧縮機（１）を示している。この図１に示すよう
に、本ヘリカルブレード型圧縮機（１）は、ケーシング
（２）内に電動モータ（３）と圧縮機本体（４）とが収
納されて構成されている。

【０００９】電動モータ（３）は、ケーシング（２）の
内周面に固着されたステータ（３ａ）と、該ステータ
（３ａ）の内部に配設されたロータ（３ｂ）とによって
構成されており、電流供給に伴ってロータ（３ｂ）がス
テータ（３ａ）内で回転するように構成されている。

【００１０】圧縮機本体（４）は、図２にも示すよう
に、前記電動モータ（３）の中央部に配設されており、
円筒状のシリンダ（５）と略円柱状のピストン（６）と
を備えて成っている。前記シリンダ（５）は、その長手
方向（図１における上下方向）の略中央部周辺の外周面
が前記ロータ（３ｂ）の中央部に形成されたシリンダ取
付け孔（３ｃ）内周面に固着されており、ロータ（３
ｂ）と回転一体に配設されている。また、前記シリンダ
取付け孔（３ｃ）はロータ（３ｂ）の回転中心軸に対し
て偏心して形成されており、これにより、このシリンダ
（５）の配設状態においては、図１の如く、その中心軸
（Ｌ１）が前記ロータ（３ｂ）の回転中心軸（Ｌ２）に
対して寸法Ｓだけ偏心されるようになっている。また、
前記ケーシング（２）の上下各内壁面には軸受部材
（７），（８）が固着されており、前記シリンダ（５）
は、この軸受部材（７），（８）の外周面によって回転
自在に支持されている。従って、このシリンダ（５）
は、電動モータ（３）の駆動に伴ってロータ（３ｂ）の
回転と同期して回転するようになっている。

【００１１】一方、前記ピストン（６）は、前記シリン
ダ（５）の内部に収容されていると共に、その長手方向
の両端部に設けられた支軸部（６ａ），（６ｂ）が前記
軸受部材（７），（８）によって回転自在に支持されて
いる。そして、このようなピストン（６）の配設状態に
あっては、該ピストン（６）の中心軸が前記ロータ（３
ｂ）の回転中心軸（Ｌ２）に一致されている。このよう
にして、前記シリンダ（５）とピストン（６）とが相対
的に偏心されて配設されていることにより、ピストン
（６）は、その外周面の一部が前記シリンダ（５）の内
周面に常に接するような構成とされている。従って、前
記シリンダ（５）は、前記電動モータ（３）の駆動に伴
ってその中心軸（Ｌ１）がロータ（３ｂ）及びピストン
（６）の中心軸（Ｌ２）回りを公転するようになってい
る。また、この公転状態を確保するために、例えばシリ
ンダ（５）の内周面に中心方向に向けて突出する図示し
ないピンを設け、前記ピストン（６）にはこのピンを嵌
挿する孔を設けてこの孔にピンを嵌挿する状態で進退す
る係合関係を確保する手段を採用している。

【００１２】そして、前記ピストン（６）の特徴とする
構成として、図３に示すように、その外周面には、螺旋
状のブレード溝（６ｃ），（６ｄ）が形成されている。
このブレード溝（６ｃ），（６ｄ）は、第１ブレード溝
（６ｃ）及び第２ブレード溝（６ｄ）で成っており、流
体移送方向（図１及び図３における上方向）に向うに従
って次第にピッチが小さくなるように形成されている。
つまり、ピストン（６）の外周面には、互いに交差しな
い２つのブレード溝（６ｃ），（６ｄ）が２条状態で形
成されていることになる。

【００１３】そして、本例のもう１つの特徴とする構成
として、前記各ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）には、該
ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）の形状に合致された同じ
く螺旋状のブレード（９），（１０）が出入り自在に嵌
込まれている。このブレード（９），（１０）は、図４
に示すように第１ブレード（９）及び第２ブレード（１
０）で成り、夫々が例えばＰＴＦＥ（デュポン社製商品
名テフロン）等の弾性材料によって形成されている。そ
して、各ブレード（９），（１０）は共に同様の形状を
呈して成っており、その各ブレード（９），（１０）の
厚さ寸法（図４における寸法Ｔ１）は前記ブレード溝
（６ｃ），（６ｄ）の幅寸法（図３における寸法ｔ１）
に略一致されており、また、各ブレード（９），（１
０）の幅寸法（図４における寸法Ｔ２）は前記ブレード
溝（６ｃ），（６ｄ）の深さ寸法（図示せず）に略一致
されている。そして、この各ブレード（９），（１０）
が夫々各ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に嵌込まれた状
態では、該ブレード（９），（１０）の外周縁が前記シ
リンダ（５）の内周面に常時密着して接するようになっ
ている。また、この各ブレード（９），（１０）をブレ
ード溝（６ｃ），（６ｄ）に嵌込む際には、図４に示す
ように、各ブレード（９），（１０）同士を捩込むよう
にして組付けておき、この状態でピストン（６）の外周
部に外嵌合させて、夫々をブレード溝（６ｃ），（６
ｄ）に嵌込むようにして行ったり、ブレード（９），
（１０）の弾性が大きい場合には、各ブレード（９），
（１０）を１個づつ順に嵌込むようにしてもよい。

【００１４】従って、このようにして構成された圧縮機
（１）にあっては、シリンダ（５）とピストン（６）と
の間に、各ブレード（９），（１０）によって区切られ
た複数の圧縮室（１１），（１１），…が形成されるこ
とになる。つまり、上述した如く、ブレード（９），
（１０）の外周縁はシリンダ（５）の内周面に常に密着
した状態で接しているから、シリンダ（５）の内周面と
ピストン（６）の外周面との間の空間を前記各ブレード
（９），（１０）が仕切ることにより、図２に示すよう
に、シリンダ（５）とピストン（６）とが接する位置か
ら始まって次第に間隔が大きくなり、再び小さくなって
接するような平面視において略三日月状を呈してなる複
数の圧縮室（１１），（１１），…が形成されている。
また、この圧縮室（１１），（１１），…は、図１に示
すように、上側が第１ブレード（９）により下側が第２
ブレード（１０）により夫々区切られる第１圧縮系統
（Ｐ１）と、上側が第２ブレード（１０）により下側が
第１ブレード（９）により夫々区切られる第２圧縮系統
（Ｐ２）とによって構成されている。つまり、各圧縮室
（１１），（１１），…は夫々冷媒吸入側から冷媒吐出
側へ延び且つ各ブレード（９），（１０）によって仕切
られる独立した２系統の圧縮系で成っている。

【００１５】また、前記ケーシング（２）の下面には吸
入管（１２）が、側面には吐出管（１３）が夫々接続さ
れており、前記下側の軸受部材（８）の内部には前記吸
入管（１２）と最下端に位置する圧縮室（１１）とを連
通させる吸入通路（８ａ）が形成されている。更に、前
記シリンダ（５）の上端部近傍位置には最上端に位置す
る圧縮室（１１）から吐出された高圧冷媒を前記ケーシ
ング（２）の内部空間（２ａ）に吐出させる吐出口（５
ａ）が形成されている。

【００１６】次に、上述した如く構成されたヘリカルブ
レード型圧縮機（１）の運転状態について説明する。先
ず、電動モータ（３）を駆動すると、該電動モータ
（３）のロータ（３ｂ）が回転し、このロータ（３ｂ）
の回転に伴って前記シリンダ（５）及びピストン（６）
が同期して回転する。この回転状態について説明する
と、上述した如く、シリンダ（５）の中心軸（Ｌ１）は
ロータ（３ｂ）の回転中心軸（Ｌ２）に対して偏心して
いる一方、ピストン（６）の中心軸はロータ（３ｂ）の
回転中心軸（Ｌ２）に一致しているために、シリンダ
（５）は、その中心軸（Ｌ１）がピストン（６）の中心
軸（Ｌ２）回りを公転するような運動を行う。このため
に、ピストン（６）のブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に
嵌込まれた各ブレード（９），（１０）はピストン
（６）と共に回転しながらシリンダ（５）の公転運動に
追従して各ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）を出入りす
る。そして、この前記ブレード（９），（１０）のピッ
チは冷媒移送側（図１における上方側）に向って次第に
小さくなるように設定されているために、各圧縮室（１
１），（１１），…は移送側に移るにしたがって次第に
容積が小さくなる。つまり、前記吸入管（１２）から吸
入通路（８ａ）を通ってシリンダ（５）内に流入した冷
媒ガスは各圧縮室（１１）に入り、閉込められて移送さ
れる際に圧縮される。そして、この圧縮された冷媒ガス
は吐出口（５ａ）を通じてケーシング内部空間（２ａ）
に吐出し、吐出管（１３）から凝縮機側へ導かれる。

【００１７】このような圧縮動作において、上述した如
く、圧縮系統は２系統（Ｐ１），（Ｐ２）で形成されて
いるために、ピストン（６）の１回転に対して２回の冷
媒吐出が交互に行われるために、１回吐出当たりの吐出
脈動は低くなっている。従って、ピストン（６）の１回
転に対して１回の冷媒吐出を行っていた従来のヘリカル
ブレード型圧縮機に比べてトルク変動が大幅に低減さ
れ、圧縮機全体の大型化を招くことなしに安定した圧縮
運転動作を行わせることができ、圧縮機効率の大幅な向
上を図ることができる。

【００１８】（第２実施例）次に、本発明の第２実施例
について説明する。本例に係る圧縮機（１）は、上述し
た第１実施例における圧縮機に対し電動モータ（３）及
び圧縮機本体（４）の配置構造が異なっており細部構成
については略同様となっている。従って、本例では、電
動モータ（３）及び圧縮機本体（４）の細部で上述した
第１実施例と同様の構成については説明を省略し、その
相違点のみについて述べる。

【００１９】本例のヘリカルブレード型圧縮機（１）
は、図５に示すように、ケーシング（２）内の下側に電
動モータ（３）が上側に圧縮機本体（４）が夫々配設さ
れている。つまり、電動モータ（３）のロータ（３ｂ）
の中央部には圧縮機本体（４）側に向って延びるクラン
ク軸（３ｄ）が配設されており、このクランク軸（３
ｄ）の上端部が前記圧縮機本体（４）のピストン（６）
の支軸部（６ｂ）に連結されている。従って、電動モー
タ（３）の駆動時にはロータ（３ｂ）の回転に伴うクラ
ンク軸（３ｄ）の回転がピストン（６）に伝達されて、
ピストン（６）及びシリンダ（５）が同期されて回転す
るように構成されている。

【００２０】一方、本圧縮機（１）は、ケーシング
（２）の内壁面に固着されて、ケーシング内部空間（２
ａ）を上下２室に仕切る支持プレート（１４）を備えて
おり、前記圧縮機本体（４）は、この支持プレート（１
４）の中央部に立設された支持ボス部（１４ａ）によっ
て支持されている。また、前記支持プレート（１４）に
は、該支持プレート（１４）の下側の空間と圧縮室（１
１）とを連通させる吸入通路（１４ｂ）が形成されてい
る。その他の構成は上述した第１実施例と略同様であ
る。

【００２１】このように構成された圧縮機（１）の駆動
時には、吸入管（１２）からケーシング内部空間（２
ａ）の下側空間に吸入された冷媒は、前記支持プレート
（１４）の吸入通路（１４ｂ）を経て圧縮室（１１）に
流入し、２系統の圧縮系において夫々独立に圧縮され、
吐出口（５ａ）からケーシング内部空間（２ａ）の上側
空間に吐出された後、吐出管（１３）から凝縮機側へ導
かれる。

【００２２】このように本例の構成によれば、電動モー
タ（３）のロータ（３ｂ）とピストン（６）とがクラン
ク軸（３ｄ）によって直結されていることによって、電
動モータ（３）のロータ（３ｂ）の回転中心軸とピスト
ン（６）との中心軸とを一致させる構成が容易に得られ
るので、設計が容易な圧縮機を得ることができ、また、
この軸の寸法誤差の発生も防止できるので、冷媒漏れの
抑制をより確実に行うことができる。

【００２３】尚、上述した各実施例ではブレード
（９），（１０）を２枚設けるような構成としたが、本
発明はこれに限らず、３枚以上設けるような構成として
もよい。また、上述した実施例では、ピストン（６）の
中心軸（Ｌ２）回りをシリンダ（５）の中心軸（Ｌ１）
が公転するような構成としたが、本発明は、これに限ら
ず、シリンダ（５）の中心軸（Ｌ１）を電動モータ
（３）のロータ（３ｂ）の回転中心軸（Ｌ２）に一致さ
せ且つピストン（６）の中心軸をロータ（３ｂ）の回転
中心軸に対して偏心させるようにして、シリンダ（５）
内部でピストン（６）が公転するような構成としてもよ
い。そればかりでなく、シリンダ（５）及びピストン
（６）の各中心軸をロータ（３ｂ）の回転中心軸（Ｌ
２）から互いに逆方向へ偏心させるようにしてシリンダ
（５）とピストン（６）との公転運動を行わせるような
構成としてもよい。更に、本発明の流体圧縮機は、空調
機器に具備される圧縮機に限らず、種々の圧縮機として
適用可能である。

【００２４】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、円筒
状シリンダ（５）内に、出入り自在なブレード（９），
（１０）を備えた円柱状ピストン（６）を配設した所謂
ヘリカルブレード型圧縮機において、ブレード溝（６
ｃ），（６ｄ）を、ピストン（６）の外周面に複数条に
形成すると共に、前記ブレード（９），（１０）を、前
記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に対応して複数枚を複
数条状態で配設するような構成として、ピストン（６）
の１回転に対して複数回の流体吐出を行わせるようにし
たために、流体の１回吐出当たりの吐出脈動は低くな
り、流体吐出時のトルク変動を大幅に低減することがで
きるので、圧縮機全体の大型化を招くことなしに安定し
た圧縮運転動作を行わせることができ、圧縮機効率の大
幅な向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例におけるヘリカルブレード型圧縮機
の縦断面図である。

【図２】図１におけるII−II線に沿った断面図である。

【図３】ピストンを示す図である。

【図４】ブレードを示す図である。

【図５】第２実施例における図１相当図である。

【符号の説明】

（１） ヘリカルブレード型圧縮機 （５） シリンダ （６） ピストン （６ｃ） 第１ブレード溝 （６ｄ） 第２ブレード溝 （９） 第１ブレード （１０） 第２ブレード （１１） 圧縮室 （Ｌ１），（Ｌ２） 中心軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状のシリンダ（５）と、 該シリンダ（５）の内部に収容され、前記シリンダ
   （５）の中心軸（Ｌ１）に対して偏心する中心軸（Ｌ
   ２）を有すると共に、外周面の一部が前記シリンダ
   （５）の内周面に接する円柱状のピストン（６）と、 該ピストン（６）の外周面に形成され、前記中心軸（Ｌ
   ２）の延長方向一端の流体吸入側から他端の流体吐出側
   に向うにしたがって次第にピッチが小さくなるように形
   成された螺旋状のブレード溝（６ｃ），（６ｄ）と、 該ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）に出入り自在に嵌込ま
   れ、外周縁が前記シリンダ（５）の内周面に密着して接
   し、前記シリンダ（５）の内周面とピストン（６）の外
   周面との間に螺旋状に隣接する複数の圧縮室（１１），
   （１１），…を形成する螺旋状のブレード（９），（１
   ０）とを具備し、 前記シリンダ（５）とピストン（６）とが、夫々の中心
   軸（Ｌ１），（Ｌ２）が相対的に公転するような相対運
   動を行うことにより、前記圧縮室（１１），（１１），
   …の容積を小さくしながら該圧縮室（１１），（１
   １），…を流体吸入側から流体吐出側に移動させるよう
   にした流体圧縮機において、 前記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）はピストン（６）の
   外周面に複数条に形成されていると共に、前記ブレード
   （９），（１０）は前記ブレード溝（６ｃ），（６ｄ）
   に対応して複数枚が複数条状態で配設されていることを
   特徴とする流体圧縮機。