JPH0739837B2 - オイルレス圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ロータリ式のオイルレス圧縮機に係り、特
に、高圧流体の洩れ対策に関するものである。

（従来の技術） 一般に、冷凍機においては、圧縮機で圧縮した冷媒ガス
を、凝縮器で液化し、膨張機構で膨張した後、蒸発器で
気化して、再び圧縮機に戻すように構成されている。

そして、上記圧縮機の構成としては第４図に示すよう
に、密閉ケーシング（ａ）内に電動モータ（ｂ）と該モ
ータ（ｂ）に連係された圧縮機本体（ｃ）とが収納され
て成り、該圧縮機本体（ｃ）はシリンダ（ｄ）内にロー
タリピストン（ｅ）が偏心して設けられ、該シリンダ
（ｄ）の上下両端面にはフロントおよびリヤプレート
（ｆ），（ｇ）が取付けられていると共に、該シリンダ
（ｄ）にブレード（図示省略）がシリンダ（ｄ）内に出
没自在に且つロータリピストン（ｅ）に圧接されて設け
られた固定翼形に構成されている。そして、該圧縮機本
体（ｃ）の吸込口（ｈ）には密閉ケーシング（ａ）を貫
通して吸込管（ｉ）が接続され、吐出口（ｊ）は吐出弁
（ｋ）を介してケーシング（ａ）内に開放されるように
成っている。また、ケーシング（ａ）には凝縮器に接続
された吐出管（ｌ）が接続されている。

従って、この圧縮機は、蒸発器で気化した冷媒ガスが吸
入管（ｉ）を経て吸入口（ｈ）よりシリンダ（ｄ）内に
導入され、該冷媒ガスをロータリピストン（ｅ）の回転
により圧縮した後、吐出口（ｊ）を介してケーシング
（ａ）内に吐出する。そして、該ケーシング（ａ）内の
高圧冷媒ガスは吐出管（ｌ）を経て凝縮器に送られるこ
とになる。このように、ケーシング内部空間は圧縮機の
駆動時には全域に亘って高圧となっている（高圧ドーム
型と呼ばれる）ものである。

このように構成されたロータリ式圧縮機において、従
来、潤滑オイルを用いた圧縮機が多用されている。この
潤滑オイルを用いたロータリ式圧縮機は、上記フロント
およびリヤプレート（ｆ），（ｇ）とロータリピストン
（ｅ）との間に生じているクリアランスに潤滑オイルを
侵入させてそのクリアランスを閉塞させ、ロータリピス
トン（ｅ）に形成されたモータ軸の軸孔（Ａ）（第５図
参照）とシリンダ（ｄ）内の圧縮室（Ｂ）との間がシー
ルされている。従って、上記シリンダ（ｄ）内におい
て、高圧となっているロータリピストン（ｅ）の軸孔
（Ａ）から低圧となっている圧縮室（Ｂ）への冷媒ガス
の洩れはオイルによって有効に阻止されてその容積効率
が確保されている。

一方、近年、上記潤滑オイルを用いないオイルレス圧縮
機が提案されており、上記従来のようなロータリ式圧縮
機をそのままオイルレス圧縮機として適用しようとする
と、上述した各クリアランスにオイルが存在しないため
に、シールが行われず、クリアランスが生じたままとな
る。従って、該クリアランスを閉塞させるために第６図
に示すようにロータリピストン（ｅ）の端面外周縁にチ
ップシール（ｍ）を適用し、ロータリピストン（ｅ）と
各プレート（ｆ），（ｇ）との間隙をシールしている。
このチップシール（ｍ）はロータリピストン（ｅ）と端
面外周縁の全周に亘って刳設された凹溝（ｎ）へ嵌入自
在に形成されたリング部材で形成されており、その嵌入
時には上記各プレート（ｆ），（ｇ）へ当接して、ロー
タリピストン（ｅ）の軸孔（高圧側）（Ａ）と圧縮室
（低圧側）（Ｂ）とを隔離している。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような構成においては、圧縮機の駆動時に
はロータリピストンの軸孔（Ａ）内が高圧となっている
ために、第６図の矢印に示すように該圧力がチップシー
ル（ｍ）と凹溝（ｎ）との間で形成される空間内におい
て、チップシール（ｍ）をプレート（ｇ）側へ強圧する
ことになり、その当接部分の摩擦損失が大きく、しかも
電動モータの消費電力の増加を来たすことになり、ま
た、チップシール（ｍ）の摩耗も大きいという問題があ
った。更には、上記チップシール（ｍ）によって冷媒ガ
スの洩れを完全に阻止することは困難であり、特に、ロ
ータリピストン（ｅ）の回転（第５図矢印Ｃ方向）によ
って圧縮室（Ｂ）を収縮させて冷媒ガスを圧縮してお
り、この圧縮が進むに従って、低圧圧縮室と高圧側のロ
ータリピストン（ｅ）の軸孔（Ａ）との境界部が増加
し、即ち、冷媒の洩れ面積が増加することになり、それ
に伴って、冷媒洩出量が増加し、圧縮能率の低下を来た
していた。

そこで、本発明はロータリピストンの内部空間を低圧に
することによってチップシールへ加わる圧力を低下させ
ると共に、冷媒ガスの洩れ損失を低減することを目的と
するものである。

（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が講じた手段は以下
の如きである。

請求項（１）記載の発明においては、第１図に示すよう
に、流体吸入管（19）と流体吐出管（20）とが接続され
たケーシング（２）内に、流体の圧縮動作を行う圧縮手
段（４）と該圧縮手段（４）に連繋された駆動手段
（３）とを収容する。また、上記圧縮手段（４）によ
り、ケーシング（２）内空間を、流体吸入管（19）が接
続される駆動手段配設側の第１空間（９）と流体吸入管
（19）が接続される駆動手段非配設側の第２空間（10）
とに区画すると共に、該圧縮手段（４）を、シリンダ
（５）内にロータリピストン（６）を収容し、且つシリ
ンダ（５）の第１空間（９）側の端面にフロントプレー
ト（７）を、第２空間（10）側の端面にリヤプレート
（８）を夫々配設してシリンダ（５）の内周面（5d）と
ロータリピストン（６）の外周面（6a）との間に圧縮室
（15）を形成して成す。また、上記フロントプレート
（７）に、ロータリピストン（６）の中央部に形成され
た軸孔（6b）に対応した貫通孔（7a）を形成する一方、
リヤプレート（８）により、ロータリピストン（６）の
軸孔（6b）の第２空間（10）側を閉塞する。更に、上記
ロータリピストン（６）の軸孔（6b）に、駆動手段
（３）の駆動軸（3b）の軸心から所定方向に偏心して形
成された偏心部（3c）をフロントプレート（７）の貫通
孔（7a）を経て挿入させ、ロータリピストン（６）をシ
リンダ（５）に対して偏心させて、その外周面の一部を
シリンダ（５）の内周面（5d）に当接させる。また、上
記シリンダ（５）に、圧縮室（15）に出没自在とされた
ブレード（14）を配設して、該ブレード（14）の先端を
ロータリピストン（６）の外周面に当接させ、圧縮室
（15）が高圧室（15a）と低圧室（15b）とに区画する。
また、上記各プレート（７），（８）に対向するロータ
リピストン（６）の端面（6d），（6e）に、その全周に
亘って凹溝（6c）を刳設し、該凹溝（6c）に、このロー
タリピストン（６）の端面（6d），（6e）と各プレート
（７），（８）との間の空間を閉塞するチップシール
（Ｔ）を設ける。そして、上記低圧室（15b）に第１空
間（９）に連通する吸入路（5f）を、高圧室（15a）に
第２空間（10）に連通する吐出路（5g）を夫々接続さ
せ、駆動手段（３）の駆動に伴ってロータリピストン
（６）をシリンダ（５）内で回転させて、流体吸入管
（19）から第１空間（９）に導入された流体を吸入路
（5f）から低圧室（15b）へ吸入した後、高圧室（15a）
において圧縮し、その後、吐出路（5g）から第２空間
（10）に吐出して流体吐出管（20）によりケーシング
（２）外に導出するような構成としている。

請求項（２）記載の発明は、上記請求項（１）記載のオ
イルレス圧縮機において、ブレード（14）はシリンダ
（５）に形成された案内溝（5e）に設け、該案内溝（5
e）を第２空間（10）に連通させて上記ブレード（14）
の外端面（14c）に高圧流体を作用させた構成としてい
る。

請求項（３）記載の発明は、上記請求項（１）又は
（２）記載のオイルレス圧縮機において、チップシール
（Ｔ）を、小径および大径の２本のシールリング（1
6），（17）で成した構成としている。

（作用） 上記構成による本発明の作用は、以下の如きである。

先ず、請求項（１）記載の発明においては、駆動手段
（３）の駆動に伴ってロータリピストン（６）がシリン
ダ（５）内で回転し、流体吸入管（19）から第１空間
（９）に導入された流体は、吸入路（5f）から圧縮室
（15）の低圧室（15b）へ吸入された後、高圧室（15a）
において圧縮され、その後、吐出路（5g）から第２空間
（10）に吐出して流体吐出管（20）によりケーシング
（２）外に導出される。そして、リヤプレート（８）が
ロータリピストン（６）の軸孔（6b）の第２空間（10）
側を閉塞するように設けられていることにより、上記ケ
ーシング（２）内のフロントプレート（７）側を低圧流
体が流入する低圧空間（９）に形成し、且つロータリピ
ストン（６）の軸孔（6b）内部を低圧空間（９）に連通
させている一方、リヤプレート（８）側を圧縮室（15）
から高圧流体が吐出される高圧空間（10）に形成してい
る。従って、上記軸孔（6b）内部が低圧となっているた
めに、チップシール（Ｔ）を各プレート（７），（８）
へ強圧する流体圧は発生せず、摩擦損失およびチップシ
ールの摩耗が低減されると共に、冷媒洩れ面積はロータ
リピストン（６）の圧縮動作が進むにつれて小さくなる
ので洩出量が低減されて、容積効率の向上が図れる。

また、請求項（２）記載の発明においては、ブレード
（14）の外端面（14c）に高圧流体が作用する構成を採
用したことにより、ブレード（14）のロータリピストン
（６）への押圧力を低下させることなく請求項（１）の
作用が得られる。

更に、請求項（３）記載の発明においては、小径、大径
２本のシールリング（16），（17）をロータリピストン
（６）へ適用したことにより、いっそうシール効果が向
上される。

（実施例） 次に、本発明における一実施例について図面に沿って説
明する。

第１図に示すように、本発明に係るオイルレス圧縮機
（１）は、密閉ケーシング（２）内に駆動手段（３）
と、該駆動手段（３）の電動モータ（3a）に駆動軸とし
てのクランク軸（3b）を介して連結された圧縮手段とし
ての圧縮機本体（４）とが収納されて成る。該圧縮機本
体（４）は固定翼形であり、シリンダ（５）内にロータ
リピストン（６）が設けられて構成されている。該シリ
ンダ（５）はその外周面（5a）が上記密閉ケーシング
（２）の内周面（2a）に固定支持され、シリンダ（５）
の上端面（5b）にはフロントプレート（７）が取付けら
れ、下端面（5c）にはリヤプレート（８）が取付けられ
ており、両プレート（７），（８）によってシリンダ
（５）とロータリピストン（６）との間には圧縮室（1
5）が形成されている。上記ロータリピストン（６）は
クランク軸（3b）の下端部に、偏心部としてのカム（3
c）およびニードルベアリング（11）を介して上記シリ
ンダ（５）に対し偏心して設けられ、該クランク軸（3
b）は電動モータ（3a）に直結され且つフロントおよび
リヤプレート（７），（８）にそれぞれベアリング（1
2），（13）を介して回転自在に支持されている。そし
て、上記ロータリピストン（６）は周面（6a）の一部が
シリンダ（５）の内面（5d）に接するように設けられて
いる。更に詳述すると、該ロータリピストン（６）は第
２図に示すような円筒状の部材であって、その上下両端
面（6d），（6e）には環状の凹溝（6c）が全周に渡って
刳設されている。また、該凹溝（6c）には自己潤滑性が
高く、耐摩耗性に優れたPTFE（ポリテトラフルオロエチ
レン）等からなる内外各々２本のシールリング（16），
（17）で構成されたチップシール（Ｔ）が嵌入されてい
る。また、上記凹溝（6c）とシールリング（16），（1
7）との間には押圧手段としてのスプリング（18）が縮
装介設され、該スプリング（18）によって各シールリン
グ（16），（17）はフロントおよびリヤプレート
（７），（８）に向かって押圧されて（第３図参照）、
両プレート（７），（８）とロータリピストン（６）と
の間のクリアランスを閉塞している。

また、上記シリンダ（５）には案内溝（5e）が形成さ
れ、該案内溝（5e）にはブレード（14）（第２図参照）
が、シリンダ（５）内に出没自在に設けられている。
尚、該ブレード（14）の上面（14a）にはフロントプレ
ート（７）との間に平板状のシール材（図示省略）が介
在されて冷媒ガスの洩出が防止されている。そして、該
ブレード（14）はスプリングおよび後述する高圧冷媒ガ
スの付勢力により、先端（14b）がロータリピストン
（６）の周面（6a）に圧接され、該ブレード（14）とロ
ータリピストン（６）によりシリンダ（５）内に吐出路
（5g）側の高圧室（15a）と吸入路（5f）側の低圧室（1
5b）とで構成される圧縮室（15）が形成されている。

そして、本発明の特徴として、上記フロントプレート
（７）は、外周面（7b）がケーシング（２）の内面（2
a）に密着してシリンダ（５）の上端面（5b）に取付け
られると共に、中央部に上記クランク軸（3b）の貫通孔
（7a）が穿設されている。そして、該貫通孔（7a）は上
述した如くベアリング（12）を介してクランク軸（3b）
が嵌挿されると共に、上記ロータリピストン（６）の軸
孔（6b）に連通するように形成されている。一方、上記
リヤプレート（８）は円板状の中央部に凹部（8a）が下
方に突出形成されて成り、該リヤプレート（８）は外径
がシリンダ（５）の内径より大きく、ケーシング（２）
よりも小さく形成されて上記シリンダ（５）の下端面
（5c）に取付けられている。更に、上記凹部（8a）には
上述した如くクランク軸（3b）の下端がベアリング（1
3）を介して嵌合されると共に、該リヤプレート（８）
は圧縮室（15）の下方および軸孔（6b）の下方を閉塞す
るように設けられている。そして、上記シリンダ（５）
および両プレート（７），（８）によってケーシング
（２）内は、上記フロントプレート（７）側を第１空間
としての低圧空間（９）とし、リヤプレート（８）側を
第２空間としての高圧空間（10）とするように構成され
ると共に、上記ロータリピストン（６）の軸孔（6b）内
がフロントプレート（７）の貫通孔（7a）を介して低圧
空間（９）に連通して低圧状態に保持されるように構成
されている。更に、該高圧空間（10）は、上記案内溝
（5e）と連通されており、該案内溝（5e）に挿入されて
いるブレード（14）の外端面（14c）に高圧冷媒の圧力
が作用するようになっている。

また、密閉ケーシング（１）には、低圧空間（９）に連
通する吸入管（19）が、高圧空間（10）に連通する吐出
管（20）が夫々接続されている一方、上記圧縮室（15）
の低圧室（15b）と低圧空間（９）との間は上記吸入路
（5f）により、圧縮室（15）の高圧室（15a）と高圧空
間（10）との間は上記吐出路（5g）により夫々連通され
ている。尚、吐出路（5g）の出口部分には図示しないリ
ード弁が設けられている。

次に、このオイルレス圧縮機（１）の作用について説明
する。

先ず、電動モータ（3a）の駆動に伴いロータリピストン
（６）が回転すると、吸入管（19）から低圧空間（９）
に導入された冷媒ガスが、該低圧空間（９）より吸入路
（5f）を経て低圧室（15b）に吸込まれ、ロータリピス
トン（６）の回転に伴って、高圧室（15a）において圧
縮された後、吐出路（5g）より高圧空間（10）に吐出さ
れ、その後、この高圧空間（10）から吐出管（20）によ
り密閉ケーシング（２）の外部に導出される。

そして、この圧縮時における本発明の特徴とする作用と
して、ロータリピストン（６）の内部空間である軸孔
（6b）は低圧空間（９）に連通して低圧となっているた
めに、チップシール（Ｔ）へ高い圧力が作用することは
なく、従って、従来のような摩擦損失やチップシールの
摩耗は抑制されている。更に、ロータリピストン（６）
の回転（第２図矢印Ｃ）による圧縮が進むにつれて、高
圧室（15a）側のロータリピストン周面積は小さくなっ
ていくために、低圧の軸孔（6b）との差圧境界部が小さ
く、高圧冷媒の洩出量が減少されることになり、圧縮機
（１）の容積効率が向上される。また、第３図におい
て、チップシール（Ｔ）を２本のシールリング（16），
（17）で構成したことにより、高圧室（15a）側から凹
溝（6c）へ侵入し、各シールリング（16），（17）を凹
溝（6c）の外側面（6f）および内側面（6g）へ押圧して
そのシール性が向上される。また、この圧力は各プレー
ト側へも作用するがロータリピストン（６）の回転に伴
って変化することにより、常に高圧が作用するものでは
ないので、摩擦損失およびシールリング（16），（17）
の摩耗は従来のものに比べて大幅に低減されることにな
る。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば以下に示すような効果
が発揮されるものである。

請求項（１）記載の発明においては、ロータリピストン
の回転に伴う圧縮時において、ロータリピストンに形成
された軸孔内部をケーシング内の低圧空間に連通させて
低圧としたことによって、従来のようなチップシールを
各プレートへ強圧する力は抑制されることになるため
に、摩擦損失やチップシールの摩耗は低減され、また冷
媒洩れ面積は圧縮が進むにつれて小さくなるので洩出量
が低減されて、容積効率が良く、圧縮機の性能が向上さ
れる。

請求項（２）記載の発明においては、ブレードの外端面
に高圧流体が作用する構成を採用したことにより、ブレ
ードのロータリピストンへの押圧力を低下させることな
く請求項（１）に係る効果を得ることが可能となる。

請求項（３）記載の発明においては、小径、大径２本の
シールリングをロータリピストンへ適用したことによ
り、高圧が凹溝へ侵入して各シールリングを凹溝の側面
に強圧することになり、ロータリピストン内部と外部と
のシール効果がいっそう向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を示し、第１図は圧
縮機の内部構造を示す縦断面図、第２図は圧縮機本体の
横断面図、第３図はロータリピストンの凹溝へチップシ
ールが嵌入された状態の縦断面図である。第４図〜第６
図は従来例を示し、第４図は第１図対応図、第５図は第
２図対応図、第６図は第３図対応図である。 （１）……オイルレス圧縮機、（２）……密閉ケーシン
グ、（３）……駆動手段、（3b）……クランク軸（駆動
軸）、（3c）……カム（偏心部）、（４）……圧縮機本
体（圧縮手段）、（５）……シリンダ、（5d）……内
面、（5e）……案内溝、（5f）……吸入路、（5g）……
吐出路、（６）……ロータリピストン、（6a）……周
面、（6b）……軸孔、（6c）……凹溝、（6d），（6e）
……端面、（７）……フロントプレート、（7a）……貫
通孔、（８）……リヤプレート、（９）……低圧空間
（第１空間）、（10）……高圧空間（第２空間）、（1
4）……ブレード、（14c）……外端面、（15）……圧縮
室、（15a）……高圧室、（15b）……低圧室、（Ｔ）…
…チップシール、（16）……小径シールリング、（17）
……大径シールリング、（19）……吸入管。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体吸入管（19）と流体吐出管（20）とが
   接続されたケーシング（２）内に、流体の圧縮動作を行
   う圧縮手段（４）と該圧縮手段（４）に連繋された駆動
   手段（３）とが収容され、 上記圧縮手段（４）は、ケーシング（２）内空間を、流
   体吸入管（19）が接続される駆動手段配設側の第１空間
   （９）と流体吐出管（20）が接続される駆動手段非配設
   側の第２空間（10）とに区画していると共に、シリンダ
   （５）内にロータリピストン（６）が収容され、且つシ
   リンダ（５）の第１空間（９）側の端面にフロントプレ
   ート（７）が、第２空間（10）側の端面にリヤプレート
   （８）が夫々配設されてシリンダ（５）の内周面（5d）
   とロータリピストン（６）の外周面（6a）との間に圧縮
   室（15）を形成して成っており、 上記フロントプレート（７）には、ロータリピストン
   （６）の中央部に形成された軸孔（6b）に対応した貫通
   孔（7a）が形成されている一方、リヤプレート（８）
   は、ロータリピストン（６）の軸孔（6b）の第２空間
   （10）側を閉塞しており、 上記ロータリピストン（６）の軸孔（6b）には、駆動手
   段（３）の駆動軸（3b）の軸心から所定方向に偏心して
   形成された偏心部（3c）がフロントプレート（７）の貫
   通孔（7a）を経て挿入されていて、ロータリピストン
   （６）がシリンダ（５）に対して偏心し、その外周面
   （6a）の一部がシリンダ（５）の内周面（5d）に当接し
   ており、 上記シリンダ（５）には圧縮室（15）に出没自在とされ
   たブレード（14）が配設されていて、該ブレード（14）
   の先端がロータリピストン（６）の外周面に当接し、圧
   縮室（15）が高圧室（15a）と低圧室（15b）とに区画さ
   れており、 上記各プレート（７），（８）に対向するロータリピス
   トン（６）の端面（6d），（6e）には、その全周に亘っ
   て凹溝（6c）が刳設され、該凹溝（6c）には、このロー
   タリピストン（６）の端面（6d），（6e）と各プレート
   （７），（８）との間の空間を閉塞するチップシール
   （Ｔ）が設けられており、 上記低圧室（15b）には第１空間（９）に連通する吸入
   路（5f）が、高圧室（15a）には第２空間（10）に連通
   する吐出路（5g）が夫々接続されており、駆動手段
   （３）の駆動に伴ってロータリピストン（６）がシリン
   ダ（５）内で回転し、流体吸入管（19）から第１空間
   （９）に導入された流体を吸入路（5f）から低圧室（15
   b）へ吸入した後、高圧室（15a）において圧縮し、その
   後、吐出路（5g）から第２空間（10）に吐出して流体吐
   出管（20）によりケーシング（２）外に導出するように
   なっていることを特徴とするオイルレス圧縮機。
2. 【請求項２】上記請求項（１）記載のオイルレス圧縮機
   において、ブレード（14）はシリンダ（５）に形成され
   た案内溝（5e）に設けられ、該案内溝（5e）は第２空間
   （10）に連通して上記ブレード（14）の外端面（14c）
   に高圧流体が作用するように構成されていることを特徴
   とするオイルレス圧縮機。
3. 【請求項３】上記請求項（１）又は（２）記載のオイル
   レス圧縮機において、チップシール（Ｔ）は、小径およ
   び大径の２本のシールリング（16），（17）で成ってい
   ることを特徴とするオイルレス圧縮機。