JPS6261798B2

JPS6261798B2 -

Info

Publication number: JPS6261798B2
Application number: JP53016856A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Morishita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-02-15
Filing date: 1978-02-15
Publication date: 1987-12-23
Also published as: JPS54108914A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、例えば、空気、冷媒あるいは他の
諸気体を圧縮する圧縮機、特に容積形圧縮機の圧
縮機構の新しい形式に関するものである。

従来のこの種の圧縮機の一例を第１図に示す断
面図に従つて説明する。第１図に示すものは通称
ローリングピストン形と呼ばれているもので、第
１図において、１はシリンダ、２はローリングピ
ストン、３はクランク軸、４はベーン、５はスプ
リング、６はベーン溝、７はスプリングホルダ、
８は吸入室、９は圧縮室、１０は吸入口、１１は
吐出口、１２は吐出弁、１３は吸入管、１４は吸
入マフラ、１５はシエルである。尚、０はクラン
ク軸３が例えば図示しないモータに接続される場
合の回転中心、0′はクランク偏心部の中心であ
り、第１図には明示していないが、クランク軸３
が嵌合された軸受部が０を中心としてシリンダ１
と同心状に設けられている。

従来の容積形圧縮機は、例えば上記のように構
成されており、外気ないし冷凍サイクル等の装置
からの冷媒は吸入マフラ１４、吸入管１３、吸入
口１０を経て、吸入室８に吸入され、０〜0′の偏
心部に中心をおくローリングピストン２が０を中
心とし、０〜0′を腕として例えば第１図矢印Ａの
方向に回転するにつれて、吸入室８内にたまり続
けその体積を増加させてゆく。一方、圧縮室９内
の気体はローリングピストン２が上記のように回
転するにつれて、圧縮室９の容積が減少してくる
ので、その圧力が上昇して吐出弁１２をおしあげ
て流出してゆく。第１図で、ローリングピストン
２がベーン４をその飛び出し部分４ａが無いよう
に右側に押しつけた状態になつた時、つまり、ベ
ーン４が完全にベーン溝６に収納された時、吸入
行程および圧縮行程が終了すると同時に、次の吸
入行程、圧縮行程に入る。すなわちこの状態で
は、吸入室８の容積は、シリンダ１の内壁で構成
される空間からローリングピストン２と同一外形
の円柱の体積を差し引いた値で最大となり、圧縮
室９の容積は零となる。

ところで、上記のように構成された容積形圧縮
機においては、圧縮室９と吸入室８の圧力差が
0′に作用するので、０〜0′のまわりに回転モーメ
ントを生ずるのみならず、ローリングピストン２
に接続されたクランク軸３の偏心部に作用する圧
力と同じ大きさの圧力がクランク軸３に加わるの
で、ローリングピストン２とクランク軸３の偏心
部との間に負荷が生じる欠点があつた。又、クラ
ンク軸３が支承される図示しない軸受部とクラン
ク軸３との間にも同じ大きさの負荷を生じ、時に
はクランク軸３が当該軸受を破損させる欠点を有
していた。

また、０を中心とし、０〜0′を腕とするクラン
ク軸３の偏心部分にローリングピストン２の質量
分が偏在するので円滑な回転を達成するためには
バランスウエイト等を取付けてバランシングを行
なわなければならないという欠点を有していた。

また、一回転、一圧縮しか行なえないので、加
振源となる気体圧縮トルクの変動周波数は駆動源
の例えばモータ等の回転数に一致している。従つ
て、防振系すなわち防振バネ等の固有振動数から
当該気体圧縮トルク変動の周波数を遠ざけて防振
しようとする場合、防振ばねの固有振動数を気体
圧縮トルク変動の周波数から充分には遠ざけるこ
とができない欠点があつた。

この発明は上記のような従来の欠点を除去する
ためになされたもので、軸受負荷が原理的に全く
生じず、機械的なバランシングを全く行う必要が
なく、また設計に際して、気体圧縮トルクの周波
数を任意に選択でき振動を小さくすることが可能
で、かつ小形軽量化が容易に実現できる新しい形
式の容積形圧縮機を得ることを目的とする。

以下、第２図ないし第５図に従つてこの発明の
一実施例を説明する。先ず、この発明の一般原理
を第２図の概念図に基づき説明する。図におい
て、１８は加想上の中心軸、１９は中心軸１８に
直交する円形平面、２０は円形平面１９に含ま
れ、かつ中心軸１８に直交する線分、２１，２２
は線分２０を含み、なめらかに等ピツチで連なる
波状面、２３，２４は中心軸１８を軸とする円筒
面、２５は中心軸１８を含む平面、２６は平面１
９を含む平面、２７は中心軸１８に直交する平面
である。すなわち、円形平面１９、線分２０、平
面２６は同一平面上にある。

尚、波状面２１，２２及び円筒面２４によつて
定められる立体は、平面２６に垂直に、つまり中
心軸１８の軸方向に突出する滑らかな山を有する
同一ピツチの波状部２９を構成している。更に、
前記波状部２９の滑らかな山２８の頂上部が線分
２０に相当する。

第２図は以上のような面によつて構成された３
次元物体を示し、特に平面２５を除いた分を総称
して回転体３０と呼ぶ。

上記のように構成された回転体３０が回転した
場合の状況について説明する。

第２図において、円筒面２３、円筒面２４の仮
想延長面、線分２０と波状面２１と平面１９を含
む平面２６および平面２５によつて囲まれる空間
V₁および円筒面２３、円筒面２４の仮想延長
面、波状面２２と平面１９とを含む平面２６およ
び平面２５によつて囲まれる空間V₂について考
える。回転体３０すなわち第２図において、平面
２５を除いた３次元物体を中心軸１８のまわり
に、例えば、第２図において、上方より見て右向
きに第２図矢印Ｂで示すように回転せしめ平面２
５およびその延長面を空間に仮想的に固定せしめ
た場合、当該空間V₁は回転につれて、その容積
をまし、ついには、平面２５が第２図において、
線分２０を含むに至つてその容積は最大となる。
一方、空間V₂は逆にその容積を減少することに
なり、第２図において、線分２０を平面２５が含
むに至つて当該空間V₂の容積は零となつてしま
う。

したがつて、第２図における空間V₁を吸入室
に、空間V₂を圧縮室に、平面２５をベーンにそ
れぞれ相当せしめ、当該３次元物体を適当な駆動
源にて回転せしめ、当該３次元物体を覆うシリン
ダハウジングを構成し、且つ、吸入口、吐出口等
を設置せしめれば、容積形圧縮機を構成できるこ
とは容易に推定できるであろう。

第２図においては、なめらかに接続する波状面
２１，２２は２つの山および谷を構成する場合に
ついて示したものであり、この場合には、吸入室
に相当する空間、例えばV₁と同一のものが２
室、圧縮室に相当する空間、例えばV₂と同一の
ものが２室存在するが、波状面２１，２２におけ
る山および谷の数は１ケあるいは３ケ以上でもよ
いことは直ちに理解される。その場合、平面２５
に相当するベーン数は山あるいは谷の数と同数だ
け必要となる。

さて、基本原理が明らかになつたこの発明の具
体的な実施例について考える。

尚、第３図ないし第５図において、第１図及び
第２図と同一符号は同一又は相当部分を示すにつ
き符号の説明は適宜、省略する。

第３図ないし第５図において、３０は後述する
シリンダハウジング３１に収納された回転体で、
この回転体３０は第２図に示したものと同様の形
状をなしている。すなわち、この回転体３０はシ
リンダハウジングに収納された被収納体に外なら
ない。つまり、回転体３０である被収納体は波状
部２９が一体的に形成されている。３１は一端が
開口した帽子状の筒部とこの筒部の開口部を塞ぐ
塞板とから成るシリンダハウジングでその内側周
面は回転体３０の円筒面２４に摺接し、又その上
端に位置する塞板の内側面には回転体３０の波状
部２９の山２８の頂上部が摺接しこの頂上部はシ
ール部３２を構成している。

３３は回転体３０を駆動する回転軸で、この回
転軸３３は回転体３０と一体成形されている。３
４はこの回転軸３３を支承する軸受で、この軸受
３４はシリンダハウジング３１に底部に穿設した
上記回転軸３３挿通用の孔部に設けられている。

３５は吸入ポート、３６は吐出ポート、３７は
固定ボルト、３８は回転軸３３を回転するモータ
である。

尚、ベーン４は形状が方形平板状をなし、その
先端部は波状部２９に適当な接圧をもつて気密な
状態で接触している。

次にこのように構成されたものの動作を説明す
る。

第３図〜第５図に示す例では、第２図に示され
る場合と同様の２個の山２８を有する波状部２９
を備えた回転体３０が、矢印Ｃのようにモータ３
８によつて駆動されると、波状部２９の山２８の
頂上部つまりシール部３２とスプリング５によつ
て波状部２９におさえつけられているベーン４と
の間に形成される圧縮室９は、回転体３０の回転
により、その体積を減じ、圧力は上昇してその内
に含まれる気体は吐出弁１２を押し上げ、吐出口
１１ら吐出ポート３６に流入する。一方吸入ポー
ト３５から吸入口１０を経て吸入室８に吸入され
る気体は、その間容積を増加せしめ、シール部３
２がベーン４と一致したら吸入を完了する。他
方、この時圧縮室９の容積は零となり圧縮を完了
する。吸入行程を終了した吸入室８はただちに圧
縮行程に入り、圧縮室９となる。

この例のように、圧縮室９が２つある場合、あ
るいは２つ以上の場合でも、回転体３０の波状部
２９を等ピツチに構成してあるので、圧縮室９の
圧力は回転軸３３に関してたがいに打ち消しあう
し、また、吸入室８の圧力も回転軸３３に関して
打ち消しあうので、回転軸３３とシリンダハウジ
ング３１に設けられた軸受３４との間には負荷は
生じないことが理解される。

また、回転体３０は等ピツチの波状部２９およ
び回転軸３３を有しているので、回転軸３３のま
わりには、静的にも動的にもバランスがとれてい
ることは明らかで、バランスリングはモータ３８
で駆動する場合にも全く不要となることが分か
る。

ところで、回転体３０は、例えば第６図のよう
に、２つ以上の等ピツチの波状部２９をもつもの
でもよいので、一回転中に吸入圧縮吐出の行程を
多数回に選ぶことが可能となり、定速運転の場合
の気体圧縮トルク脈動の周波数を任意に選択でき
ることも明らかである。

ここで、第２図、第６図に示す如く、等ピツチ
の波状部２９の山２８、すなわちシール部３２の
数が異なる場合について考える。例えば、波状部
２９が第２図の如く、２つの山２８を有する場合
は1/2回転で一回の吸入圧縮を行い、１回転では
２回の吸入圧縮を行う。又、波状部２９が第６図
の如く、３つ以上の山２８を有する場合は1/3回
転で一回の吸入圧縮を行い、１回転では３回の吸
入圧縮を行なう。従つて、例えば同一の回転数の
モータ３８で駆動し、かつ同一容積の気体を吸入
吐出する場合は、第６図に示す３つの山２８を有
する波状部２９を備えた回転体３０のほうが回転
体本体を小さくでき、軽量化が可能となる。この
ように等ピツチの波状部２９の山２８の数、すな
わちシール部３２の数を適切範囲で増加させるこ
とによつて、小形計量化が可能となる。

尚、図示した実施例において、必要に応じて潤
滑機構が付加できるのは言う迄もない。

実施例では回転体３０は波状部２９を片側に有
するもののみについて説明したが、回転体３０の
軸方向に沿つてその両側に波状部２９を形成して
もよい。この場合には、回転体３０に加わる軸方
向の圧力が相殺され、結果として回転体３０に加
わる軸方向の圧力が極めて小さくなる。

この発明は以上説明したとおり、同一パターン
の波状部を有する被収納体を回転させ、ベーンと
波状部と収納体とで形成される空間の容積を変化
させるように構成したので、軸受負荷が原理的に
存在せず、機械的バランスリング等も全く不要
で、低振動かつ軽量化が図れるという極めて優れ
た容積形圧縮機を可能にする効果がある。

またこの発明においては、収納体は、一端が開
口した帽子状の筒部と、この筒部の開口を閉塞す
る蓋部とから形成し、上記被収納体は、先端面が
収納体の蓋部内面と摺接する回動軸と一体の中心
円柱部とこの中心円柱部の先端面と平行でかつ径
方向に同一幅寸法を有し該先端面の周縁複数個所
から軸基端方向に凹陥させて刻設した波状面から
なる等ピツチの波状部と上記中心円柱部の先端面
と同一平面上に位置し上記各波状部に連なる複数
の頂上部とから形成するとともに、上記各ベーン
は、先端部が上記被収納体の波状面に更に両側部
が該被収納体の中心円柱部と収納体の筒部内面と
に摺接可能にかつ上記波状部の数と同数を収納体
の蓋部に上記回動軸軸線方向へ進退自在に設ける
よう構成したので、中心円柱部を必要最小限まで
小径のものとすることができ収納体内に形成され
る部屋のスペースを大きく設定することが可能と
なり、小形化を図ることができる。特に本発明に
おいては、被収納体がその中心円柱部の端面を収
納体の蓋部内面に摺動可能に当接せしめて収納さ
れているため、被収納体の軸方向移動を規制で
き、閉塞性および信頼性を著しく向上させ得る効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図はこの発明
の原料を説明する説明図、第３図はこの発明の一
実施例を示す部分断面斜視図、第４図は第３図に
示したものの平面図、第５図は第４図の−線
における断面図、第６図は回転体の他の実施例を
示す斜視図である。図において、４はベーン、８は吸入室、９は圧
縮室、１８は中心軸（中心円柱部）、１９は円形
平面（中心円柱部の先端面）、２１，２２は波状
面、２９は波状部、３０は回転体（被収納体）、
３１はシリンダハウジング（収納体）、３２はシ
ール部（頂上部）、３３は回転軸である。尚、図
中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１収納体と、これに収納されて収納端部表面形
状により該収納体内空間を複数の室に画成する被
収納体と、この被収納体の端面側に対向配置され
るとともに上記表面形状に沿つて出没自在に上記
収納体に設けられかつ該被収納体によつて画成さ
れる室の各々を更に２室に画成する複数のベーン
と、これらベーンを出没させて該被収納体を収納
体に対し同軸的に回動させる回動軸とを備え、上
記被収納体が回動することにより、該被収納体お
よび各ベーンによつて収納体内に画成された複数
の空間のうち半数はその容積が増加し残り半数は
その容積が減少するように設定して圧縮吸入を行
なうようにした容積形圧縮機において、上記収納
体は、一端が開口した帽子状の筒部とこの筒部の
開口を閉塞する蓋部とから形成し、上記被収納体
は、先端面が収納体の蓋部内面と摺接する上記回
動軸と一体の中心円柱部とこの中心円柱部の先端
面と平行でかつ径方向に同一幅寸法を有し該先端
面の周縁複数個所から軸基端方向に凹陥させて刻
設した波状面からなる等ピツチの波状部と上記中
心円柱部の先端面と同一平面上に位置し上記各波
状部に連なる複数の頂上部とから形成するととも
に、上記各ベーンは、先端部が上記被収納体の波
状面に更に両側部が該被収納体の中心円柱部と収
納体の筒部内面とに摺接可能にかつ上記波状部の
数と同数を収納体の蓋部に上記回動軸軸線方向へ
進退自在に設けたことを特徴とする容積形圧縮
機。