JPH0732952Y2 - 流体圧縮機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の目的］ （産業上の利用分野） 本考案は，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，ロータリ方式等各
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
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，米国特許第2,401,189号明細書にはスクリューポ
ンプが開示されている。このポンプによれば，スリーブ
内に円柱形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，
流体を圧縮する機能は持っていない。

（考案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，部品点数が大だった。さらに，高圧側と低圧側と
の境界に設け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に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。

本考案の目的とするところは，耐久性に優れ，信頼性の
高い流体圧縮機を提供することにある。

［考案の構成］ （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考案は，中空なシリンダ
と，このシリンダ内に偏心配置された回転体と，この回
転体に形成された不等ピッチからなる螺旋状の溝と，こ
の溝に嵌め込まれ回転体とシリンダとの間に複数の作動
室を区画形成するブレードとを備え，このブレードを硬
さの異なる複数の材料により形成したことにある。

こうすることによって本考案は，ブレードの摩耗を防止
し，流体圧縮機の耐久性及び信頼性を向上できるように
したことにある。

（実施例） 以下，本考案の一実施例を第１図〜第７図に基づいて説
明する。

第１図は本考案の一実施例を示すものである。そして，
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を示している。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，密閉ケース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。

また，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，この軸受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。

さらに，上記シリンダ７の中には，シリンダ７の内径よ
りも小さな外径の円柱形状の，回転体としてのピストン
10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10は，例えば，アルミニウム，或いはアルミニ
ウム合金等からなるものである。そして，このピストン
10は，その中心軸Ａをシリンダ７の中心軸Ｂに対して距
離ｅだけ偏心させた状態で配置されており，ピストン10
の外周面の一部はシリンダ７の内周面に接触している。
そして，ピストン10は上記軸受8,9によりその両端部を
それぞれ回転自在に支持されている。

また，第１図および第５図に示すように，ピストン10の
一端部の外周には係合溝11が形成されており，この係合
溝11には，シリンダ７の内周面から突出した駆動ピン12
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，電動要素３に通電してシリンダ７がロ
ータ６と一体に回転駆動されると，シリンダ７の回転力
は上記駆動ピン12を介してピストン10に伝達される。そ
して，ピストン10はシリンダ７の中で上記軸心Ａを中心
として，且つ，その一部をシリンダ７の内面に接触させ
た状態で内転する。

また，上記ピストン10の外周面には，ピストン10の両端
間を延びる螺旋状の溝13が形成されている。そして，こ
の螺旋状の溝13は，両図中の右側から左側，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いピ
ッチで形成されている。そして，螺旋状の溝13は，吸込
側から吐出側へ向かうほど，ピストン10の径方向に対す
る勾配が小さくなっている。

また，上記溝13には，第３図に示す螺旋状のブレード14
が嵌め込まれている。このブレード14は，例えば合成樹
脂材料等を一体に射出成形してなるものである。そし
て，ブレード14は適度な弾性を有している。そして，こ
のブレード14の厚さｔは上記螺旋状の溝13の幅とほぼ一
致しており，ブレード14の各部分は溝13に対してピスト
ン10の径方向に沿って進退自在になっている。

さらに，このブレード14は,2種類の材料を用いて成形さ
れている。すなわち，第３図に示すブレード14は略全長
に亘り，その一側面14aの側と他側面14bの側とを，互い
に硬さの異なる材質で構成されている。そして，ブレー
ド14は第４図中に示すように，一側面14aの側を他側面1
4bの側よりも硬い材料で構成されている。さらに，ブレ
ード14を構成する２つの材料は互いに略同程度の厚さを
有しており，両材料の境界部は，ブレード14の内周面15
（および外周面16）の幅方向中間部に位置している。な
お，これら両材料の厚さは互いに異なっていてもよい。

そして，上記ブレード14の外周面15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。なお，ブレード14はその弾性を利用してねじ込まれ
て，上記螺旋状の溝13に装着されている。

また，上記シリンダ７の内周面とピストン10の外周面と
の間の空間は，上記ブレード14によって複数の作動室17
…に仕切られている。つまり，各作動室17はブレード14
の隣合う２つの巻き間に形成されており，ブレード14に
沿ってピストン10とシリンダ７の内周面との接触部から
次の接触部まで伸びたほぼ三日月状をなしている。そし
て，作動室17…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。

さらに，第４図中に示すように，ブレード14の一部を介
して隣合った２つの作動室17a,17bのうち，吸込側に位
置する作動室17aはブレード14の一側面14aに面してお
り，吐出側に位置する作動室17bはブレード14の他側面1
4bに面している。

また，第１図中に示すように，シリンダ７の吸込側に位
置する軸受８には，シリンダ７の軸方向に伸びる吸込孔
18が貫通している。そして，この吸込孔18の一端はシリ
ンダ７の中に開口しており，他端には冷凍サイクルの吸
込チューブ19が接続されている。

さらに，他方の軸受９には吐出孔20が形成されている。
この吐出孔20の一端はシリンダ７の中の吐出端側に開口
している。そして，吐出孔20は軸受９の軸心方向に延
び，その中間部で折曲している。そして，吐出孔20の他
端は上記軸受９の側面へ延び，密閉ケース２の内部に開
口している。

また，第５図中に21で示すのは圧力導入通路である。す
なわち，この圧力導入通路21は上記ピストン10の中心軸
Ａに沿って設けられたものであり，その一端は吐出側の
軸受９に形成された通路22を介して密閉ケース２の内
部，特に，密閉ケース２の底部に連通している。さら
に，圧力導入通路21の他端はピストン10に形成された螺
旋状の溝13の底に開口している。そして，密閉ケース２
の底部には第１図中に示すように，潤滑オイル23が溜め
られている。

つまり，密閉ケース２の中の圧力が上昇することにより
上記オイル23は，吐出側軸受９の通路22と上記圧力導入
力路21とを通過して，上記溝13の底とブレード14との間
の空間に導入される。なお，圧力導入路21の一端は上記
溝13の内，シリンダ７の吸込側の端から360度よりやや
大きい角度だけ吐出側の端側に進行した部位に開口して
いる。

ここで，第１図中に24で示すのは密閉ケース２の内部と
外部とを連通させる吐出チューブである。

次に，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も同期回転する。そし
て，これと同時に，ピストン10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10とシリンダ７との相対的な回転運
動は，上記駆動ピン12と係合溝11とからなる規制手段に
よって確保される。そして，ブレード14もピストン10と
一体的に回転する。

さらに，ブレード14はその外周面16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14の各部
は，ピストン10の外周面とシリンダ７の内周面との接触
部に近づくに従って上記溝13に押込まれ，また，接触部
から離れるに従って上記溝13から飛出す方向に移動す
る。一方，圧縮要素４が作動されると，吸込チューブ19
および吸込孔18を通してシリンダ７に冷媒ガス（図示し
ない）が吸込まれる。

そして，吸込まれた冷媒ガスは，第６図（ａ）〜（ｄ）
に示すように，ブレード14の巻き間の三日月状の作動室
17に閉込められた状態で，ピストン10の回転に伴って吐
出側の作動室17に順次移送される。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20から密閉ケース２の空間内に吐出され，更に，吐
出チューブ24を通して冷凍サイクル中に戻される。

また，密閉ケース２の中の圧力が上昇すると，螺旋状の
溝13の底とブレード14との間の空間には，吐出側軸受９
の通路22および上記圧力導入通路21を通して潤滑オイル
23が導入される。そのため，ブレード14は油圧により上
記溝13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。

このため，圧縮要素４の動作中は，ブレード14は，シリ
ンダ７の径方向に沿って円滑に進退する。したがって，
ブレード14の外周面16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。また，このことから，作動室15
相互間はブレード14によって確実に仕切られ，作動室17
相互間のガスのリークが防止される。

以上のように構成された圧縮機１によれば，ピストン10
に形成された螺旋状の溝13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14によって仕切られた作動
室17…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に移送する間に，この冷媒ガスを
圧縮することができる。また，冷媒ガスは作動室17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１
の吐出側に逆止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，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等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。

さらに，螺旋状のブレード14は互いに硬さの異なる２つ
の材料で構成されているから，圧縮機運転中の，ブレー
ド14の変形が生じにくく，また，ブレード14のピストン
10への組付けが容易である。つまり，ブレード14は第７
図に矢印Ｃ…で示すように，その両側の作動室17a,17b
間の差圧Δｐ…による力を受ける。そして，ブレード14
は，その吸込側面14aをピストン10の内壁25に押付けら
れた状態で，ピストン10の螺旋状の溝13を出入する。

しかし，ブレード14の吸込側面14aは吐出側面14bよりも
高硬度になっているので，この吸込側面14aには上記差
圧Δｐ…による摩耗が生じにくい。また，ブレード14の
吸込側面14aの側の硬度を，異なる材料を用いることに
よって吐出側面ｂの側の硬度よりも高めているので，上
記差圧Δｐ…による変形が生じにくい。そして，ブレー
ド14の，吐出側から吸込側への倒伏を防止することがで
きる。そして，これらのことから，圧縮機１の長時間運
転に対する耐久性を向上でき，高い信頼性を確保するこ
とができる。

また，ブレード14が必要以上に高硬度な場合には弾性変
形しにくくなるため，ブレード14の，ピストン10への組
付けが難しくなる。しかし，ブレード14の吐出側面14b
は吸込側面14aよりも柔軟な材料で構成されているの
で，高い硬度とともに十分な弾性を有している。したが
って，ブレード14のピストン10への巻装が容易である。

さらに，ブレード14は十分な弾性を有しているから，ピ
ストン10の吸込側端部に位置する勾配の大きな部位にお
いても，ブレード14は円滑に作動する。また，ブレード
14が円滑に作動することから，ガスのリークが少ない。
このため，冷媒ガスの運転入力を小さく設定することが
できる。

また，圧縮機の作動中，溝13とブレード14との間の空間
には油圧が供給され，ブレード14はシリンダ７の内周面
に向かって常に押圧されている。そのため，ブレード14
は，その外周面がシリンダ７の内周面に常に密着した状
態で回転する。したがって，隣合う作動室17を確実に仕
切ることができ，各作動室17間のガスリークを確実に防
止できる。このため，効率よくガスを圧縮することが可
能となる。

また，ブレード14はシリンダ７の内周面に向かって押圧
されていることから，ブレード14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14はシリン
ダ７の内面に追従して溝13の中をシリンダ７の径方向に
沿って円滑に移動する。したがって，部品の製造および
組立を容易に行なうことができる。

また，溝13の底とブレード14との間の空間に高圧の潤滑
オイルを導入することにより，溝13の内面とブレード14
との間の空間の潤滑およびこれらの間のシールを行なう
ことができる。さらに，上記空間は溝13に沿って螺旋状
に形成されていることから，この空間は油圧ポンプとし
て作用し他の摺動部分へ潤滑オイルを導くことができ
る。

さらに，シリンダ７とピストン10とは，互いに同期し且
つ同一方向に回転した状態で接触している。このため，
これらの部材間の摩擦は小さく，それぞれが円滑に回転
できるので，振動や騒音が少ない。

また，圧縮機の移送容量は，ブレード14の最初のピッ
チ，つまり，シリンダ７の吸込端側に位置した作動室17
の容量によって決定される。本実施例によれば，ブレー
ド14のピッチはシリンダ７の吸込側から吐出側に向かっ
て徐々に小さくなっている。そのため，本実施例と同一
の巻数を有し，かつ，ピストン10の全長に亘って同一の
ピッチを有するものに比べて，上記ブレード14の最初の
ピッチを大きくとることができ，圧縮機の移送容量を大
きくとることができる。言替えれば，効率の高い圧縮機
を実現することができる。

なお，移送容量は低下するが，ブレード14の巻数を増加
する程，隣合う作動室間の圧力差が減少し，作動室相互
間のガスリーク量が低減して圧縮効率が向上する。

なお，本実施例では，ブレード14の，吸込側面14aの側
と吐出側面14bの側とを互いに異なる材料で構成してい
るが，本考案はこれに限定されるものではなく，ブレー
ド14を，例えば第８図に示すように成形してもよい。す
なわち，第８図に示すブレード14は，吸込側（低段側）
の部分26と吐出側（高段側）の部分27とを，種類の異な
る材料により構成されている。そして，このブレード14
の吸込側の部分26は，吐出側の部分27に用いられる材料
よりも軟質の材料で成形されている。つまり，このブレ
ード14においては，ピストン10の径方向に対する勾配が
大となる吸込側の部分26が，吐出側の部分27よりも弾性
変形し易くなっている。

さらに，このブレード14は，高圧環境にさらされる吐出
側の部分27の硬度が吸込側の部分26よりも高くなってい
るので，変形や摩耗が生じにくく耐久性に優れている。

また，ピストン10に陽極酸化処理を施し，被膜を形成す
ることによって，圧縮機１の耐久性を更に向上すること
ができる。つまり，第７図中に示すように，ピストン10
の溝13の内壁25,25には，隣合った２つの作動室17a,17b
を仕切るブレード14からの力の反力F,Fが加わってい
る。このため，上記内壁25,25の壁面の強度が不十分だ
と，圧縮機１を長時間運転した場合，内壁25,25のブレ
ード14との摺動部に摩耗が生じ，この摩耗が進行する。

しかし，ピストン10に陽極酸化被膜を形成することによ
り，上記溝13の内壁25,25の壁面が硬化し，摩耗しにく
くなる。したがって，ピストン10とブレード14との摺動
特性が向上し，ピストン10の摩耗による性能低下を生じ
ることがなく，耐久性が高まる。

なお，本考案の圧縮機は，冷凍サイクルに限らず，他の
用途の圧縮機にも適用することができる。

［考案の効果］ 以上説明したように本考案は，中空なシリンダと，この
シリンダ内に偏心配置された回転体と，この回転体に形
成された不等ピッチからなる螺旋状の溝と，この溝に嵌
め込まれ回転体とシリンダとの間に複数の作動室を区画
形成するブレードとを備え，このブレードを硬さの異な
る複数の材料により形成したものである。

したがって本考案は，ブレードの摩耗を防止でき，流体
圧縮機の耐久性及び信頼性を向上できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は本考案の一実施例を示すもので，第１
図は流体圧縮機の全体を示す側断面図，第２図はピスト
ンの側面図，第３図はブレードの同じく側面図，第４図
はピストンの溝とブレードとの摺動部を示す側断面図，
第５図は圧縮要素を一部破断して示す側面図，第６図
（ａ）〜第６図（ｄ）は冷媒ガスの圧縮過程をそれぞれ
示す一部縦断した側面図，第７図はピストンの溝とブレ
ードとの摺動部に作用する力を示す説明図，第８図は変
形例を示すもので，ブレードの同じく側面図である。 １……圧縮機,2……密閉ケース,3……電動要素（駆動手
段）,7……シリンダ,10……ピストン（回転体）,13……
螺旋状の溝,14……ブレード,17……作動室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 福田 鉄男 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)考案者 下野 昭男 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】中空なシリンダと，このシリンダ内に偏心
   配置された回転体と，この回転体に形成された不等ピッ
   チからなる螺旋状の溝と，この溝に嵌め込まれ上記回転
   体と上記シリンダとの間に複数の作動室を区画形成する
   ブレードとを備え，このブレードは硬さの異なる複数の
   材料により形成されていることを特徴とする流体圧縮
   機。