JP2000120561A - 容積形流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高速運転においても潤滑油が流体機械外部へ吐
き出されることなく、常に安定した給油を行う、高信頼
性で高性能の容積形流体機械を提供すること。 【解決手段】冷媒ガスの流れと潤滑油の流れる通路を互
いに干渉することがないように形成するとともに、流れ
の方向及び通路面積を変化及び大きくさせることにより
達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばポンプ，圧
縮機，膨張機等に係り、特に容積形流体機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】古くから容積形の流体機械として、円筒
状のシリンダ内をディスプレーサが往復運動を繰り返す
ことにより、作動流体を移動させるレシプロ式流体機
械，円筒状のシリンダ内を円筒状のディスプレーサが偏
心回転運動することにより、作動流体を移動させるロー
タリ式（ローリングピストン型）流体機械，端板上に直
立した渦巻状のラップを有する一対の固定スクロール及
び旋回スクロールを噛み合わせ、旋回スクロールを旋回
運動させることにより、作動流体を移動させるスクロー
ル式流体機械が知られている。

【０００３】レシプロ式流体機械は、その構造が単純で
あることから製作が容易でかつ安価であるという利点が
ある反面、吸入終了から吐出終了までの行程が回転軸の
回転角で１８０°と短く、吐出過程の流速が速くなるた
め圧力損失の増加による性能低下という問題、及び、デ
ィスプレーサを往復させる運動を必要とするため回転軸
系の不釣合慣性力を完全にバランスさせることができず
振動や騒音が大きいという問題がある。

【０００４】また、ロータリ式流体機械は、吸入終了か
ら吐出終了までの行程は回転軸の回転角で３６０°であ
るため、吐出過程の圧力損失が増加するという問題はレ
シプロ式流体機械に比べ少ないものの、軸１回転に１回
吐出するものであるため、ガス圧縮トルクの変動が比較
的大きくレシプロ式流体機械同様振動と騒音の問題があ
る。

【０００５】さらに、スクロール式流体機械は、吸入終
了から吐出終了までの行程が回転軸の回転角で３６０°
以上と長い（空調用として実用化されているものは通常
９００°程度）ため吐出過程の圧力損失が小さく、か
つ、一般に複数の作動室が形成されるため１回転中のガ
ス圧縮トルクの変動も小さく振動及び騒音が小さいとい
う利点がある。しかし、ラップ噛み合い状態での渦巻状
のラップ間のクリアランスや、端板とラップ歯先間のク
リアランスの管理が必要で、そのために精度の高い加工
を施さねばならず加工費用が高価になるという問題があ
る。また、吸入終了から吐出終了までの行程が回転軸の
回転角で３６０°以上と長く、圧縮過程の期間が長けれ
ば長いほど内部漏れが増加するという問題があった。

【０００６】ところで、作動流体を移動させるデイスプ
レーサが作動流体が吸入されたシリンダに対して相対的
に自転運動せずにほぼ一定の半径で公転運動、すなわち
旋回運動することにより、作動流体を搬送する容積型機
械の一種が特開昭55−23353号公報（文献１），米国特
許第2112890号公報（文献２），特開平5−202869号公報
（文献３）及び特開平6−280758 号公報（文献４）に提
案されている。ここに提案されている容積形流体機械
は、複数の部材（ベーン）が中心より放射状に延びてい
る花びら形状を有するディスプレーサと、このディスプ
レーサとほぼ相似形の中空部を有するシリンダとから構
成され、このディスプレーサがこのシリンダ内を旋回運
動することによって、作動流体を移動させるものであ
る。

【０００７】上記文献１乃至文献４に示された容積形流
体機械は、レシプロ式のように往復運動する部分を持た
ないため、回転軸系の不釣り合いをバランスさせること
ができる。このため振動が小さく、さらに、ディスプレ
ーサとシリンダ間の相対滑り速度が小さいので摩擦損失
を比較的少なくできるといった特長を備えている。

【０００８】しかしながら、ディスプレーサを構成する
複数のベーンとシリンダとによって形成される個々の作
動室の吸入終了から吐出終了までの行程が、回転軸の回
転角θｃで約１８０°（２１０゜）と短い（ロータリ式
の約半分でレシプロ式と同程度）ため、吐出過程におけ
る流体の流速が速くなり圧力損失が増加して性能が低下
する問題がある。また、これら文献に示された流体機械
では、個々の作動室の吸入終了から吐出終了までの回転
軸の回転角が小さく、作動流体の吐出が終了してから次
の（圧縮）行程が始まる（吸入終了）までの時間的なず
れ(タイムラグ)が存在していることとなり、吸入終了か
ら吐出終了までの作動室が回転軸周りに偏って形成され
るようになるため力学的なバランスが悪く、圧縮された
作動流体からの反力としてディスプレーサに、ディスプ
レーサ自身を回転させようとする自転モーメントが過大
に作用し、ベーンの摩擦や摩耗といった信頼性上の問題
が起こりやすいという欠点がある。さらには、信頼性向
上及び性能向上の重要な要素となる潤滑の手段に対して
十分に考慮されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記文献１から４に示
された流体機械では、各摺動部の潤滑油供給機構につい
て十分に考慮がなされてなく、特に、高速回転で運転さ
れる時は、圧縮された作動流体の流速が速いので、各摺
動部を潤滑した潤滑油及び作動室内のシールを施すため
の潤滑油が、この高速の作動流体に引き連られ、流体機
械外部へ吐き出され、流体機械内に溜められた潤滑油が
欠乏するといった欠点がある。また、作動室内に漏れ込
んだ潤滑油は、作動流体を溶け込むので作動流体ととも
に流体機械外部へ吐き出される可能性が非常に高い。こ
のように、潤滑油が欠乏すると、摺動部の焼き付きや作
動室内での作動流体の内部漏れ等を引き起こし、信頼性
及び性能の低下につながる。

【００１０】本発明の目的は、作動流体とともに作動室
内から吐き出される潤滑油を分離し、各摺動部に必要な
潤滑油及び作動室内のシールに必要な潤滑油を十分に確
保できる高性能及び高信頼性の容積形流体機械を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、端板間に
ディスプレーサとシリンダとを配置し、前記シリンダ中
心と前記ディスプレーサ中心を合わせたとき前記シリン
ダ内壁面及び前記ディスプレーサ外壁面により１つの空
間が形成され、前記ディスプレーサ及び前記シリンダと
の位置関係を旋回位置においたときは複数の空間が形成
される容積型流体機械において、前記ディスプレーサの
公転運動により作動流体とともに吐き出される潤滑油を
分離するするとともに、分離された潤滑油および各摺動
部を潤滑した潤滑油を、高速の運転時においても作動流
体の流れに引き連られて、流体機械外部に吐き出される
ことがないように、作動流体の流路を複数設け、その流
路の出口を潤滑油の油溜りへの戻り通路と干渉しないよ
うに設けることにより達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の特徴は以下
の実施形態によりさらに明確になる。以下、本発明の一
実施の形態を図を用いて説明する。まず、本発明の一実
施形態である容積形流体機械の構造を図１乃至図３を用
いて説明する。図１（ａ）は本発明の一実施形態である
容積形流体機械を圧縮機として用いた場合における密閉
形圧縮機の要部を示す縦断面図（（ｂ）のＡ−Ａ断面
図）、図１（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視で圧縮室を形成
している状態を示す平面図、図２は容積形圧縮要素の作
動原理図、図３は本発明の一実施形態である容積形流体
機械を圧縮機として用いた場合における密閉形圧縮機の
縦断面図である。

【００１３】図１において、密閉容器３内には、容積形
圧縮要素１及びこれを駆動する電動要素２（図示なし）
が収納されている。容積形圧縮要素１の詳細を説明す
る。図１（ｂ）には同一輪郭形状が３組組み合わされた
３条ラップが示されている。シリンダ４の内周形状は、
中空部が１２０°（中心ｏ′）毎に同一の形状が表れる
ように形成されている。この個々の中空部の端部には、
内方に向かって突出する複数（この場合は３条ラップで
あるので３つ存在する）の略円弧形状のベーン４ｂを有
する。ディスプレーサ５は、このシリンダ４の内側に配
設されシリンダ４の内周壁４ａ（ベーン４ｂよりも曲率
が大きい部分）及びベーン４ｂと噛み合うように互いの
中心をεだけずらして構成されている。尚、シリンダ４
の中心ｏ′とディスプレーサ５の中心ｏを一致させる
と、両者の輪郭形状の間には基本形状として一定幅の隙
間が形成される。

【００１４】次に、容積形圧縮要素１の作動原理を図１
及び図２により説明する。記号ｏはディスプレーサ５の
中心、記号ｏ′はシリンダ４（あるいは駆動軸６）の中
心である。記号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆはシリンダ４の
内周壁４ａ及びベーン４ｂとディスプレーサ５の噛み合
いの接点（シール点）を表す。ここで、シリンダ４の内
周輪郭形状をみると、同じ曲線の組合せが３箇所連続し
て滑らかに接続されている。

【００１５】このうちの１箇所に着目すると、内周壁４
ａ，ベーン４ｂを形作る曲線を、厚みのある一つの渦曲
線（ベーン４ｂの先端を渦の巻始めと考える）とみるこ
とができ、その内壁曲線（ｇ−ａ）は、曲線を構成する
各円弧角の合計である巻き角がほぼ３６０°（設計思想
は３６０°であるが製造誤差等のため丁度その値にはな
らないという意味である。以下、同様。）の渦曲線で、
外壁曲線（ｇ−ｂ）は巻き角がほぼ３６０°の渦曲線で
ある。

【００１６】このように、上記１箇所の内周輪郭形状
は、内壁曲線及び外壁曲線から形成されている。これら
２つの曲線円周上にほぼ等ピッチ（３条ラップであるの
で１２０°）に配設し、隣合う渦巻体の外壁曲線と内壁
曲線とは円弧等の滑らかな接続曲線（ｂ−ｂ′）で結ぶ
ことによって、シリンダ４の内周輪郭形状全体が構成さ
れている。ディスプレーサ５の外周輪郭形状も上記シリ
ンダ４と同じ原理で構成されている。

【００１７】なお、３つの曲線からなる渦巻体を円周上
にほぼ等ピッチ（１２０°）に配設するとしたが、これ
は圧縮動作に伴う荷重を均等に分散させる目的と製造の
し易さを配慮したためで、特に、これらのことが問題に
ならない場合は、不等ピッチでもよい。

【００１８】さて、このように構成されたシリンダ４と
ディスプレーサ５による圧縮動作を図２を用いて説明す
る。７ａは吸入ポート、８ａは吐出ポートであり、夫々
３か所対応する端板に設けられている。駆動軸６を回転
させることにより、ディスプレーサ５が固定側であるシ
リンダ４の中心ｏ′の周りを自転することなしに旋回半
径ε（＝ｏｏ′）で公転運動し、ディスプレーサ５の中
心ｏ周りに複数の作動室９（シリンダ内周輪郭（内壁）
とディスプレーサ外周輪郭（側壁）とにより囲まれて密
閉された複数の空間のうち、吸入が終了し圧縮（吐出）
行程となっている空間をいう。

【００１９】すなわち吸入終了から吐出終了までの期間
となっている空間。前述の巻角が３６０゜の場合に限る
と、圧縮終了時点ではこの空間は無くなるが、その瞬間
に吸入も終了するのでこの空間を１つと勘定する。但
し、ポンプとして用いる場合は、吐出ポート８ａを介し
て外部と連通している空間をいう）が形成される（本実
施の形態では常時３個の作動室）。接点ａと接点ｂで囲
まれハッチングが施された１つの作動室（吸入終了時点
では２つに別れているが、圧縮行程が開始されると直ぐ
にこの２つの作動室はつながって１つになる）に着目し
て説明する。

【００２０】図２（１）が吸入ポート７ａからこの作動
室への作動ガスの吸入が終了した状態である。この状態
から時計周りに９０°駆動軸６が回転した状態が図２
（２）で、回転が進み最初から１８０°回転した状態が
図２（３）で、さらに回転が進み最初から２７０°回転
した状態が図２（４）である。図２（４）から９０°回
転すると最初の図２（１）の状態に戻る。これより、回
転が進むに従って作動室９はその容積を縮少し、吐出ポ
ート８ａは吐出弁１０（図１に示す）で閉じられている
ため作動流体の圧縮作用が行われることになる。

【００２１】そして、作動室９内の圧力が外部の吐出圧
力よりも高くなると圧力差で吐出弁１０が自動的に開
き、圧縮された作動ガスは吐出ポート８ａを通って吐き
出される。吸入終了（圧縮開始）から、吐出終了までの
回転軸の回転角は３６０°で、圧縮，吐出の各行程が実
施されている間に次の吸入行程が準備されており、吐出
終了時が次の圧縮開始となる。例えば、接点ａとｄによ
って形成される空間に着目すると、図２（１）の段階で
既に吸入ポート７ａから吸入が開始されており、回転が
進むにつれてその容積が増し、図２（４）の状態になる
と、この空間は分断される。この分断された量に相当す
る流体は接点ｂとｅによって形成される空間から補われ
る。

【００２２】この補われ方について詳述する。図２
（１）の状態の接点ａとｂとにより形成された作動室の
隣の接点ａとｄによって形成された空間は吸入が始まっ
ている。この空間は、一旦図２（３）に示されるように
広がった後、図２（４）になると分断されている。従っ
て、接点ａとｄによって形成された空間の全ての流体が
接点ａとｂによって形成される空間で圧縮される訳では
ない。分断されて接点ａとｄによって形成された空間に
取り込まれなかった流体の体積と同量の流体は、図２
（４）において吸入過程にある接点ｂとｅによって形成
される空間が、図２（１）に示されるように分断され
て、吐出ポート付近の接点ｅと接点ｂとにより形成され
る空間に流入している流体によって充当される。これ
は、前述したように、各ラップを均等ピッチで配置した
ことによる。

【００２３】即ち、ディスプレーサ５およびシリンダ４
の形状が同一輪郭形状の繰返しにより形成されているた
め、いずれの作動室も異なる空間から流体を得てもほぼ
同量の流体を圧縮することができるのである。なお、不
均等ピッチであっても各空間に形成される容積が等しく
なるように加工を施すことは可能であるが製作性が悪
い。前出のいずれの従来技術においても吸込過程にある
空間が閉じられて内部の流体がそのまま圧縮され吐出さ
れるのに対して、このように作動室に隣合う吸入過程に
ある空間が分断されて圧縮動作を行うことは本実施形態
の特徴の一つである。

【００２４】以上説明したように、連続的な圧縮動作と
なる作動室がディスプレーサ５の中心部に位置する駆動
軸受５ａの周りにほぼ等ピッチで分散して配設され、各
作動室は各々位相がずれて圧縮が行われる。すなわち、
一つの空間に着目すると吸入から吐出までは回転軸の回
転角で３６０°ではあるが、本実施形態の場合３個の作
動室が形成され、これらが１２０°ずれた位相で各々吐
出をするので、流体である冷媒を圧縮する圧縮機として
動作させた場合、回転軸の回転角で３６０°間に３回冷
媒を吐出することになる。

【００２５】さて、圧縮動作を終了した瞬間の空間（接
点ａとｂによって囲まれた空間）を一つの空間として見
做すと、本実施形態の如く巻角が３６０゜の場合、いず
れの圧縮機動作状態においても、吸入行程となっている
空間と圧縮行程となっている空間とが交互になるように
設計されており、このため、圧縮行程が終了した瞬間直
ちに次の圧縮行程に移行することができ、滑らかで連続
的に流体を圧縮することができる。

【００２６】次に、このような形状をした容積形圧縮要
素１を組み込んだ圧縮機を図１及び図３を用いて説明す
る。図１及び図３において、容積形圧縮要素１は、上記
詳述したシリンダ４及びディスプレーサ５に加えて、デ
ィスプレーサ５の中心部の駆動軸受５ａにクランク部６
ａが嵌合してディスプレーサ５を駆動する駆動軸６，前
記シリンダ４の両端開口部を閉塞する仕切り板７と駆動
軸６を軸支する主軸受１１と副軸受８，前記主軸受１１
と仕切り板７とにより形成される吸込室１１ａ，前記仕
切り板７に形成された吸入ポート７ａ，前記副軸受８の
端板に形成された吐出ポート８ａ、この吐出ポート８ａ
を差圧で開閉する吐出弁１０を有する。１２は副軸受８
に一体的に吐出室８ｂを形成するための吐出カバーであ
る。

【００２７】電動要素２は、固定子２ａと回転子２ｂか
らなり、回転子２ｂは駆動軸６に焼き嵌め等で固定され
ている。この電動要素２は、電動機効率向上のため、ブ
ラシレスモータで構成され、３相インバータにより駆動
制御される。ただし、２は他の電動機形式、例えば、直
流電動機や誘導電動機でも差し支えない。

【００２８】１３は密閉容器３の内の底部に溜められた
潤滑油で、この中に駆動軸６の下端部が浸かっている。
１４は吸入パイプ、１５は吐出パイプ、９はシリンダ４
の内周壁４ａ及びベーン４ｂとディスプレーサ５の噛み
合いによって形成される前述した作動室である。

【００２９】本実施形態における容積形流体機械を空調
用圧縮機として利用した場合、その作動ガス（冷媒ガ
ス）と潤滑油１３の流れを図１及び図３により説明す
る。図中に矢印（実線）で示すように、吸入パイプ１４
を通って密閉容器３に入った作動ガスは、主軸受１１と
仕切り板７により形成される吸込室１１ａ内に入り吸入
ポート７ａを通って容積形圧縮要素１に入り、ここで駆
動軸６の回転によってディスプレーサ５が旋回運動を行
い作動室の容積が縮少することにより圧縮される。圧縮
された作動ガスは、副軸受８の端板に形成された吐出ポ
ート８ａを通り吐出弁１０を押し上げて吐出室８ｂ内に
入り、複数個設けられた吐出通路１６，電動要素２の順
に通り、吐出パイプ１５を通って外部に流出する。ここ
で、吐出通路１６は、圧力損失やスペース上の問題とな
らない限り個数はいくつでも良い。本実施例では、吐出
通路１６は吐出ポート８ａの個数と同数の構造として述
べる。

【００３０】内部に溜められた潤滑油１３は、差圧や遠
心ポンプ給油によって底部から駆動軸６内部に設けられ
た給油穴６ｂを通って、この給油穴６ｂに連通した油穴
６ｃ，６ｄより各摺動部に送られ潤滑する。この１部は
作動室内部にも隙間を通って供給される。

【００３１】ここで、本発明の潤滑油１３が密閉容器３
から吐き出されること（油上がり）を防止する構造につ
いて図１乃至図４を用いて説明する。図４は本発明に係
る容積形流体機械の要部斜視図である。

【００３２】図３において、各吐出ポート８ａから吐き
出された冷媒ガスは吐出室８ｂで一旦合流し、流速が速
まることなく各吐出通路１６を通って、密閉容器３内の
膨張空間３ａに流出し、再び合流する。この前記冷媒ガ
ス中には、前述した作動室内に供給された潤滑油１３が
溶け込んでいる。複数の前記吐出通路１６から前記膨張
空間３ａへ吐き出された前記冷媒ガスは流速が減速す
る。さらに、固定子２ａに衝突し前記冷媒ガス中に溶け
込んでいた前記潤滑油１３が粘性力により前記固定子２
ａに付着する。

【００３３】この二つの作用により前記冷媒ガスと前記
潤滑油１３は分離される。この前記固定子２ａに付着し
た前記潤滑油１３は、主軸受１１の上面１１ｂに落下
し、油落とし溝１７を通って、前記密閉容器３の底部へ
と戻される。図４に示すように、前記油落とし溝１７
は、吐出通路１６から吐き出される冷媒ガスと干渉しな
いよう離れた位置に配置されている。

【００３４】また、上述した摺動部を潤滑した潤滑油１
３は冷媒ガスの流れとともに駆動軸６に固定されたバラ
ンスウェイト１８に衝突し、前記バランスウェイト１８
が回転することで固定子２ａへと飛散する。固定子２ａ
へ飛散した前記潤滑油１３は粘性力により前記固定子２
ａに付着する。この前記潤滑油１３は、前記上面11ｂに
落下し、前記油落とし溝１７を通って前記密閉容器３の
底部へ戻される。

【００３５】このように冷媒ガスの流れる吐出通路１６
を複数設けることにより、吐出通路面積を大きくできる
ので作動ガスの流速を低速化し、前記上面１１に落下し
た潤滑油を吹き上げることを防止することができ、か
つ、圧力損失を低減することができるので、密閉容器３
から吐き出される潤滑油１３を低減でき、高速において
も性能と信頼性の高い容積形圧縮機が提供できる。ま
た、吐出通路１６を吐出行程の作動室近傍に設けること
で、作動室内の冷媒ガスへの過熱もしくは漏れの影響を
小さくでき、高性能の容積形圧縮機が期待できる。

【００３６】次に、本発明の他の第１の実施形態を図５
を用いて説明する。図５は本発明の他の第１の実施形態
に係る容積形流体機械の要部斜視図である。図５におい
て、図１乃至図４に示した実施例と同一符号を付したも
のは、同一部品であり、同一の作用をなす。１９は本発
明に係る容積形流体機械の他の油上がり防止構造要部の
一つである主軸受である。前記主軸受１９の上面１９ａ
には吐出通路１６を避けるように一段掘り下げた油流路
部１９ｂが設けられており、上述した固定子２ａから落
下した潤滑油１３を蓄えられるようになっている。

【００３７】このようにすることにより、前記主軸受１
９の上面１９ａに滞留する前記潤滑油１３を低減でき、
前記吐出通路１６から吐き出される冷媒ガスによる前記
潤滑油１３の吹き上げを回避できるので、前記密閉容器
３から吐き出される潤滑油１３を低減することが可能と
なり、高速においても性能と信頼性の高い容積形圧縮機
が提供できる。

【００３８】次に、本発明の他の第２の実施例を図６及
び図７を用いて説明する。図６は本発明の他の第２の実
施形態に係る容積形流体機械を圧縮機として用いた場合
における密閉形圧縮機の縦断面図であり、図７は本発明
の他の第２の実施形態に係る容積形流体機械の要部斜視
図である。図８は本発明の他の第２の実施形態に係る容
積形流体機械の要部における油戻し溝の拡大図である。
図６及び図７において、図１乃至図３に示した実施例と
同一符号の符号を付したものは、同一の部品であり、同
一の作用をなす。図６において、吐出通路１６から吐き
出された冷媒ガスは、主軸受１１とそれに固定されたキ
ャップ２０により形成される空間２０ａで、流速が減速
されるとともに、前記キャップ２０の内壁２０ｂに衝突
することにより中に溶け込んだ潤滑油１３と分離され
る。

【００３９】この潤滑油１３は、主軸受１１の上面１１
ｂに滞留する。この滞留した前記潤滑油１３は、図７及
び図８に示す、油戻し溝２０ｃを介し、油落とし溝１７
を通って密閉容器３の底部へ戻される。ここで、吐出通
路１６と油戻し溝２０ｃ及び油落とし溝１７は図７に示
されるように、前記油落とし溝２０ｃを通って密閉容器
３の底部へと戻される前記潤滑油１３と前記吐出通路１
６から吐き出される冷媒ガスとが干渉しないよう離れた
位置に配置されている。前記空間２０ａ内で前記潤滑油
１３と分離された冷媒ガスは、前記主軸受１１と前記キ
ャップ２０により形成される隙間２０ｄから吐き出され
る。ここで、隙間２０ｄは、少なくとも固定子２ａの内
径の内側に冷媒ガスが吐き出すように設置されている。

【００４０】上述した各摺動部（ここでは、主軸受１１
の軸受部）を潤滑した潤滑油１３は前記隙間２０ｄから
吐き出された冷媒ガスと干渉し、冷媒ガスの流れととも
に駆動軸６に固定されたバランスウェイト１８に衝突す
る。ここで、前記潤滑油１３は、前記バランスウェイト
１８の回転により固定子２ａへと飛散され、粘性力によ
り前記固定子２ａに付着する。この前記固定子２ａに付
着した前記潤滑油１３は、前記キャップ２０の上面２０
ｅに落下し、油落とし溝１７を通って密閉容器３の底部
へと戻される。

【００４１】このように、前記吐出通路１６から吐き出
された冷媒ガスを、少なくとも固定子２ａの内径の内側
に吐き出すことが可能となる部品を設けることにより、
冷媒ガスとそれに含まれた潤滑油を十分に分離できると
ともに密閉容器から吐き出される潤滑油が低減ができ、
高速においても性能と信頼性の高い容積形圧縮機が提供
できる。

【００４２】以上、ここでの実施形態では、容積形圧縮
要素１が下側にある下置きタイプについて述べてきた
が、この下置きタイプでは、容積形圧縮要素が潤滑油の
近くに設置されるため確実に潤滑油を各摺動部に供給で
きるといった利点がある。また、一つの吐出室に各吐出
ポートから吐出タイミングがずれて冷媒ガスが吐き出さ
れるので、（本実施例では、３条ラップなので駆動軸の
回転角度で１２０°ずつずれて吐き出される。）音波の
伝播を和らげることができ、騒音，振動の低減が図れ
る。

【００４３】次に、本発明の他の第３の実施形態を図９
乃至図１０を用いて説明する。図９は本発明の他の第３
の実施形態に係る容積形流体機械を圧縮機として用いた
場合における上側吐き出しタイプの密閉形圧縮機の縦断
面図である。図１０は本発明の他の第３の実施形態に係
る容積形流体機械を圧縮機として用いた場合における下
側吐き出しタイプの密閉形圧縮機の縦断面図である。こ
こで、図１から図８までの実施例と同一符号を付したも
のは、同一部品であり、同一の作用をなす。冷媒ガスと
潤滑油１３の流れは図中に示すように、吸入パイプ１４
を通って吸入室１１ａに入り、仕切り板７に形成された
吸入ポート７ａを通って容積形圧縮要素１に入る。前記
容積形圧縮要素１に入った冷媒ガスは、駆動軸６の回転
によるディスプレーサ５の旋回運動により圧縮され、吐
出ポート８ａから吐き出される。

【００４４】ここで、容積形圧縮要素１の各摺動部に
は、密閉容器３の底部に溜まっている潤滑油１３が差圧
または遠心ポンプ作用により、給油穴６ｂ，油穴６ｃ，
６ｄを通って供給される。また、前記吐出ポート８ａか
ら吐き出された冷媒ガス中には、前記潤滑油１３が溶け
込んでいる。前記吐出ポート８ａから吐き出された冷媒
ガスは、副軸受８に固定されたキャップ２０の壁面２０
ｂに衝突し、含まれている前記潤滑油１３と分離され、
前記キャップ２０と前記副軸受８の隙間２０ｄから密閉
容器３上部に吐き出され、油落とし溝１７を通って前記
容積形圧縮要素１の下側に配置された吐出パイプ１５か
ら吐き出される。

【００４５】キャップ２０の壁面２０ｂへの衝突によっ
て分離された前記潤滑油１３は油戻し溝２０ｃ（図示せ
ず）を通り、密閉容器３の底部へと戻される。このよう
に、前記吐出ポート８ａから吐き出された冷媒ガスと前
記油落とし溝１７とを、より離すことが可能な部品を用
いることによって、密閉容器３内から吐き出される潤滑
油１３を低減でき、高速においても性能及び信頼性の高
い容積形流体機械をできる。また、図１０に示すように
吐出パイプ１５を下側に配置することにより、潤滑油１
３の流れ方向と冷媒ガスの流れ方向を同じ方向で構成で
きるので、前記潤滑油１３の戻りが良くなり、高い信頼
性が確保できる。

【００４６】次に、本発明の他の第４の実施形態を図１
１を用いて説明する。図１１は本発明の他の第４の実施
形態に係る容積形流体機械を横置形圧縮機として用いた
場合における密閉型圧縮機の縦断面図である。ここで、
図１から図８までの実施例と同一符号を付したものは、
同一部品であり、同一の作用をなす。冷媒ガスと潤滑油
１３の流れは図中に示すように、吸入パイプ１４を通っ
て吸入室１１ａに入り、仕切り板７に形成された吸入ポ
ート７ａを通って容積形圧縮要素１に入る。前記容積形
圧縮要素１に入った冷媒ガスは、駆動軸６の回転による
ディスプレーサ５の旋回運動により圧縮され、吐出ポー
ト８ａから吐き出される。ここで、容積形圧縮要素１の
各摺動部には、密閉容器３の底部に溜まっている潤滑油
１３が差圧により、給油パイプ３１，給油穴６ｂ，油穴
６ｃ，６ｄを通って供給される。

【００４７】また、前記吐出ポート８ａから吐き出され
た冷媒ガス中には、前記潤滑油１３が溶け込んでいる。
この前記吐出ポート８ａから吐き出された冷媒ガスは、
吐出通路１６を通って電動要素２側へと流出し、吐出パ
イプ１５から吐き出される。ここで、前記吐出通路１６
は、前記密閉容器３の底部に溜まった前記潤滑油１３と
離れた位置に設けられており、底部に溜まった前記潤滑
油１３は、前記吐出通路１６から流出した冷媒ガスの流
れに干渉することはない。

【００４８】横置形圧縮機では、前記潤滑油１３が前記
密閉容器３の底部へ戻る流れと冷媒ガスの流れが直角で
あるので、前記冷媒ガスの流れによる、前記潤滑油１３
の前記密閉容器３の底部に戻る流れへの影響は非常に低
く、前記吐出通路１６の流路出口に前記潤滑油１３が滞
留することはない。このように横置形圧縮機では、潤滑
油１３の冷媒ガスの流れに引き連られ圧縮機外部へ吐き
出される量を低減できるといった利点がある。

【００４９】以上、シリンダ４の内周に３箇所のベーン
４ｂをもつ容積形流体機械について説明してきたが、本
発明はこれに限定されるものではなく、ベーン４ｂの数
が２個以上Ｎ個の容積形流体機械に拡張することができ
る（Ｎの値は実用上は８〜１０以下となる）。

【００５０】図１９〜図２１は、本発明の他の実施の形
態に係る容積形流体機械の圧縮要素を示し、図１９はＮ
＝２（２条ラップ）の場合、図２０はＮ＝４(４条ラッ
プ)の場合、図２１はＮ＝５（５条ラップ）の場合であ
る。これらの容積形圧縮要素１の基本的な作動原理は図
２に示したものと同様であり、説明は省略する。

【００５１】このようにベーンの数Ｎが実用できる範囲
で次第に多くなるにしたがって以下のような利点があ
る。

【００５２】（１）トルク変動が小さくなり、振動・騒
音が低減される。

【００５３】（２）シリンダが同一外径で比較した場
合、同じ吸入容積Ｖｓを確保するためのシリンダ高さが
低くなり、圧縮要素の寸法を小型化できる。

【００５４】（３）旋回ピストンに働く自転モーメント
が小さくなるため、旋回ピストンとシリンダの摺動部の
機械摩擦損失を低減できるとともに信頼性を向上でき
る。

【００５５】（４）吸入・吐出配管内の圧力脈動が小さ
くなり、一層の低振動，低騒音化を図ることができる。
これにより、医療用や産業用等で要求のある無脈流の流
体機械（圧縮機，ポンプ等）を実現できる。

【００５６】図１２に、本発明の容積形圧縮機を適用し
た空調システムを示す。このサイクルは冷暖房が可能な
ヒートポンプサイクルで、前述の図３で説明した本発明
の容積形圧縮機２１，室外熱交換器２２とそのファン２
２ａ，膨張弁２３，室内熱交換器２４とそのファン２４
ａ，４方弁２５から構成されている。一点鎖線２６は室
外ユニット、２７は室内ユニットである。

【００５７】容積形圧縮機２１は、図２に示した作動原
理図に従って動作し、圧縮機を起動することによりシリ
ンダ４とディスプレーサ５間で作動流体（例えばフロン
ＨＣＦＣ２２やＲ４０７Ｃ，Ｒ４１０Ａ等）の圧縮作用
が行われる。

【００５８】冷房運転の場合、圧縮された高温・高圧の
作動ガスは破線矢印で示すように吐出パイプ１５から４
方弁２５を通り室外熱交換器２２に流入して、ファン２
２ａの送風作用で放熱，液化し、膨張弁２３で絞られ、
断熱膨張して低温・低圧となり、室内熱交換器２４で室
内の熱を吸熱してガス化された後、吸入パイプ１４を経
て容積形圧縮機２１に吸入される。

【００５９】一方、暖房運転の場合は、実線矢印で示す
ように冷房運転とは逆に流れ、圧縮された高温・高圧の
作動ガスは吐出パイプ１５から４方弁２５を通り室内熱
交換器２４に流入して、ファン２４ａの送風作用で室内
に放熱して、液化し、膨張弁２３で絞られ、断熱膨張し
て低温・低圧となり、室外熱交換器２２で外気から熱を
吸熱してガス化された後、吸入パイプ１４を経て容積形
圧縮機２１に吸入される。

【００６０】図１３は、本発明の容積形圧縮機を搭載し
た冷凍システムを示す。このサイクルは冷凍（冷房）専
用のサイクルである。図において、２８は凝縮器、２８
ａは凝縮器ファン、２９は膨張弁、３０は蒸発器、３０
ａは蒸発器ファンである。

【００６１】容積形圧縮機２１を起動することによりシ
リンダ４とディスプレーサ５間で作動流体の圧縮作用が
行われ、圧縮された高温・高圧の作動ガスは実線矢印で
示すように吐出パイプ１５から凝縮器２８に流入して、
ファン２８ａの送風作用で放熱，液化し、膨張弁２９で
絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器３０で
吸熱ガス化された後、吸入パイプ１４を経て容積形圧縮
機２１に吸入される。ここに、図１２，図１３ともに本
発明の容積形圧縮機を搭載しているので、エネルギ効率
に優れ、低振動・低騒音で信頼性の高い冷凍・空調シス
テムが得られる。

【００６２】これまでに述べた実施形態では、容積形流
体機械として圧縮機及びポンプを例に挙げて説明した
が、本発明はこれ以外に膨張機や動力機械にも応用する
ことができる。また、本発明では運動形態として、一方
（シリンダ側）が固定しもう一方（旋回ピストン）がほ
ぼ一定の旋回半径で自転せずに公転運動を行う形式とし
たが、相対的に上記の運動と等価な運動形態となる両回
転式の容積形流体機械にも適用することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、複数の作動
室内から吐き出された作動流体の密閉容器への複数の流
出路を各摺動部の潤滑及び作動室内のシールを施す潤滑
油の流路と干渉しない位置に開口するとともに前記作動
流体の流れる方向を変化及び通路を拡大，縮小すること
により、性能向上が図れかつ信頼性の高い容積形流体機
械が得られる。また、このような容積形流体機械を冷凍
サイクルに搭載することにより、エネルギ効率に優れ、
信頼性の高い冷凍・空調システムが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ｄ）及び（ｂ）は本発明に係る容積形流体機
械を圧縮機に適用した密閉型圧縮機の圧縮要素の縦断面
図及び平面図。

【図２】（１）ないし（４）は本発明に係る容積形流体
機械の作動原理説明図。

【図３】本発明に係る容積形流体機械の縦断面図。

【図４】本発明に係る容積形流体機械の要部斜視図。

【図５】本発明の他の第１の実施形態に係る容積形流体
機械要部斜視図。

【図６】本発明の他の第２の実施形態に係る容積形流体
機械を圧縮機に適用した密閉型圧縮機の圧縮要素の縦断
面図。

【図７】本発明の他の第２の実施形態に係る容積形流体
機械の要部斜視図。

【図８】本発明の他の第２の実施形態に係る容積形流体
機械の要部斜視図の油戻し溝拡大図。

【図９】本発明の他の第３の実施形態に係る容積形流体
機械を圧縮機に適用した上側吐き出しタイプ密閉型圧縮
機の圧縮要素の縦断面図。

【図１０】本発明の他の第３の実施形態に係る容積形流
体機械を圧縮機に適用した下側吐き出しタイプ密閉型圧
縮機の圧縮要素の縦断面図。

【図１１】本発明の他の第４の実施形態に係る容積形流
体機械を横置形圧縮機に適用した密閉型圧縮機の圧縮要
素の縦断面図。

【図１２】本発明の容積形圧縮機を適用した空調システ
ムを示す図。

【図１３】本発明の容積形圧縮機を適用した冷凍システ
ムを示す図。

【符号の説明】

１…容積型圧縮要素、２…電動要素、３…密閉容器、３
ａ…膨張空間、４…シリンダ、４ａ…内周壁、４ｂ…ベ
ーン、５…ディスプレーサ、５ａ…軸受、６…駆動軸、
６ａ…クランク部、６ｂ…給油穴、６ｃ，６ｄ…油穴、
７…仕切り板、７ａ…吸入ポート、８…副軸受、８ａ…
吐出ポート、８ｂ…吐出室、９…作動室、１０…吐出
弁、１１，１９…主軸受、１１ａ…吸込室、１１ｂ…上
面、１２…吐出カバー、１３…潤滑油、１４…吸入パイ
プ、１５…吐出パイプ、１６…吐出通路、１７，２０ｃ
…油戻し溝、１８…バランスウェイト、１９ａ…上面、
19ｂ…油溜め部、２０…キャップ、２０ａ…空間、２０
ｂ…壁面、２０ｄ…隙間、２０ｅ…上面、２１…容積型
圧縮機、２２…室外熱交換器、２２ａ，２４ａ，２８
ａ，３０ａ…ファン、２３，２９…膨張弁、２４…室内
熱交換器、２５…４方弁、２６…室外ユニット、２７…
室内ユニット、２８…凝縮機、３０…蒸発器、３１…給
油パイプ、ｏ…ディスプレーサ中心、ｏ′…シリンダ中
心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹林 昌寛 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田川 茂太郎 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所冷熱事業部内 Ｆターム(参考） 3H039 AA03 AA04 AA11 BB00 BB11 BB28 CC01 CC27 CC28 CC29 CC33 CC42 CC44

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下部に油溜めを設けた密閉容器と、該密閉
   容器内にあって端板間にディスプレーサとシリンダとを
   配置し、前記シリンダ中心と前記ディスプレーサ中心を
   合わせたとき前記シリンダ内壁面及び前記ディスプレー
   サ外壁面により１つの空間が形成され、前記ディスプレ
   ーサ及び前記シリンダとの位置関係を旋回位置においた
   ときは、複数の空間が形成される容積形流体機械におい
   て、前記ディスプレーサの公転運動により複数の吐出口
   から吐き出された作動流体が、前記密閉容器内に流出す
   る複数の流出路を設け、該流出路が全て、前記密閉容器
   の油溜めの上部の空間に開口したことを特徴とする容積
   形流体機械。