JP2003286978A - ヘリカルブレ−ド式ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ヘリカルブレ−ド式ポンプのピストンに作用す
るガス圧縮荷重により、ピストンがシリンダ中心側に押
されて作動室の気密性を保持している円柱状のピストン
活塞部と円筒状のシリンダ気筒部間の長手方向のシ−ル
隙間が拡大して内部漏れが増大し効率が低下する問題及
び運転中に熱やガス圧力に伴う部材の変形からピストン
とシリンダ間での異常な接触による異常振動や異常騒音
さらには軸受損傷が発生する問題があった。 【解決手段】電動機のロ−タにシリンダを固定したヘリ
カルブレ−ド式ポンプの密閉ケ−ス内に固定された第一
ないしは第二支持部材内の矩形穴内に、ピストンを支え
る軸受を内側に有し外側表面には一方向の直線移動が可
能な平坦面で形成されるスライド面を設けたスライドブ
ッシュ８と弾性部材９からピストンの偏心量可変機構が
構成されたことを特徴とするヘリカルブレ−ド式ポン
プ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動流体として冷
凍サイクルにおける冷媒ガスないしは空気のような気体
を圧縮するための圧縮機ないしはポンプに係り、特にヘ
リカルブレ−ド式ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】ヘルカルブレ−ド式のポンプ部は、円筒
状のシリンダ、このシリンダ気筒部内に偏心して配置さ
れ外周面にピッチが徐々に変化するスパイラル溝を設け
た円柱状のピストン、該スパイラル溝内に微小隙間を設
けて装着されたブレ−ド及びピストンをシリンダに対し
て旋回運動させる手段としてのオルダム機構を連結して
構成される。円筒状のシリンダ両端と円柱状のピストン
両端は密閉ケ−スに固定された支持部に設けた軸受部で
回転自在に支持されている。

【０００３】そして、ガスを圧縮する作動室はシリンダ
気筒部、ピストン活塞部及びそのピストンに装着された
ブレ−ドの側壁面から形成された空間が長手方向に沿っ
て徐々に変化する複数の部屋として形成される。

【０００４】その作動室の気密性は、シリンダ気筒部内
側の円筒内にそれより小さなピストン活塞部の円筒を互
いの軸を平行にして挿入して偏心させた場合に生じる長
手方向の最小隙間であるシ−ル隙間δｃとブレ−ドのシ
リンダ気筒部及びピストン活塞部との接触面によって保
持されている。

【０００５】上記の如くシリンダとピストン及びブレ−
ドから構成されるポンプ部をモ−タ内に収納するととも
にシリンダをロ−タに固定すると同時に旋回機構を機械
的に接続してピストンと同期させて回転させる方式の公
知例として特開平１０−２９９６７７号公報が挙げられ
る。

【０００６】この構成では、支持部材の軸受に支えられ
たシリンダとピストンはそれぞれの軸受中心回りに自転
する。そして、シリンダ気筒部とピストン活塞部の軸心
間の距離は支持部材に固定されそれぞれの軸受間距離が
定まっているため軸受隙間の範囲内で距離が変化するこ
とになる。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】作動室の気密性
は、ブレ−ド先端とシリンダ気筒部との間、ブレ−ド端
面とピストン活塞部のスパイラル溝側壁面との間及びシ
リンダ気筒部とピストン活塞部間に設けられた最小隙間
であるシ−ル隙間δｃで基本的に保持されているが、ブ
レ−ドでシ−ルされている面はブレ−ド自身の弾性力や
その背面にガス圧力を加えることによりシ−ル面を密着
させて気密性を保持することが可能となる。

【０００８】しかし、シリンダ気筒部とピストン活塞部
との相対的な位置関係で左右される作動室のシ−ル隙間
δｃは、ポンプ部品の加工精度や組立て精度含めた組み
付け精度や運転中に作用する熱やガス圧力による部材の
移動や変形に大きく影響されることになる。

【０００９】特に運転中圧縮されて上昇したガス圧力が
ピストン活塞部に作用してシ−ル隙間δｃが拡大する問
題について、以下詳しく説明する。

【００１０】当該ポンプの運転を開始すると、作動室に
流入したガスは容積の減少に伴い徐々に作動室内密閉空
間内のガス圧力が上昇する。このガス圧力に伴うガス圧
縮荷重は、シリンダ気筒部の軸中心線とピストン活塞部
の軸中心線を含む軸平面に垂直で軸トルクとして作用す
る駆動力と該軸平面に対して平行で該活塞部の軸心と該
気筒部の軸心を互いに近付けて作動室のシ−ル隙間δｃ
を拡大させる方向に作用する離反力に分解できる。

【００１１】この離反力によりシ−ル隙間δｃが拡大し
て作動室の気密性が低下して内部漏れが増大して効率が
低下する問題があった。

【００１２】この傾向は高圧側と低圧側の差圧が大きく
なるほとその最小隙間を拡大させる離反力は大きくなる
傾向を示すので、より効率低下が大きくなり、より高い
高圧で利用することを困難にさせていた。

【００１３】また、シリンダ気筒部とピストン活塞部を
接触させるほどに接近させてシ−ル隙間δｃを低減させ
ていくと、運転中に熱やガス圧力に伴う部材の変形から
異常接触が発生して、異常振動や異常騒音さらには以上
荷重が軸受に加わって軸受損傷が発生する問題があっ
た。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記従来の課題を解決す
る手段として、作動室を形成するシリンダ気筒部４ａと
ピストン活塞部５ａ間の円弧面を互いに近付けて作動室
のシ−ル隙間δｃを最小ないしはシリンダやピストンを
支える軸受隙間以下と小さくするピストンの偏心量可変
機構を設ける。

【００１５】すなはち、シリンダ気筒部軸心に対するピ
ストン活塞部軸心の偏心量を可変とする構成に該シ−ル
隙間δｃを拡大させる要因であるガス圧縮による離反力
以上のシ−ル荷重をピストンに与える手段を加えた偏心
量可変機構を設ける。

【００１６】ピストン活塞部軸心に対する偏心量可変機
構としては、該ピストン５を支える２か所ある軸部と第
一及び第二支持部材との間で、吐出側の第二支持部材の
みか第一及び第二支持部材両方に対してピストン活塞部
５ａ軸心の偏心量を可変にする方向のみ移動可能な平坦
なスライド面８ｂとピストンの軸を支えるＰ軸受８ａを
設けたスライドブッシュ８を装着して構成される。

【００１７】該スライドブッシュ８は、このスライド面
が支持部材の同様に設けた平坦面に密着するように組み
込まれるとともに、このＰ軸受にはピストンを支える軸
が回転自由に挿入されている。このスライドブッシュを
片側に設ける場合には、より装着効果を高めるためには
高圧側すなはちガスが吐出される側に装着する。

【００１８】離反力以上のシ−ル荷重を与える機構とし
ては、ガス圧縮荷重の離反力より数倍大きな値を示す駆
動力ないしは弾性部材９の弾性力をピストン軸心の偏心
量を大きくする方向すなはちシ−ル隙間δｃを減少させ
る方向に作用させる。

【００１９】すなはち前記駆動力を用いる場合には、そ
の力をＦｄ、離反力をＦｖと置き、また前記シ−ル荷重
をＦｓと置いた場合に、Ｆｓ＞Ｆｖとなる機構として、
スライドブッシュ８の移動方向である前記スライド面の
方向を、離反力Ｆｖ方向であるシリンダ軸心とピストン
軸心を含む面の方向に対して傾斜させて取り付けること
により、離反力Ｆｖに対抗する駆動力Ｆｄの分力が発生
する。その大きさは前記傾斜角をθと置いた場合に、Ｆ
ｄ×ｓｉｎθで算出される力がＦｖ以上となるようにθ
の値を設定すれば目的は達成できる。

【００２０】また弾性部材９を用いる場合には、該スラ
イドブッシュとそれを装着した第一ないしは第二支持部
材との間に、スプリングやゴム等で構成された弾性部材
をスライドブッシュ８のスライド面が移動する方向に該
弾性部材の弾性力が作用するように装着する。

【００２１】そして、その弾性力をＦｋと置いた場合の
その大きさは、該スライドブッシュ装着の傾斜角θを０
に設定した場合には、離反力Ｆｖ以上となるように設定
すれば良いが、Ｆｄ×ｓｉｎθが存在する場合には、Ｆ
ｖからその値を引いてスライド面の摩擦力を加えた値以
上に設定すれば良い。

【００２２】以上の如く構成されたヘリカルブレ−ド式
ポンプのおいて、電源を投入して運転を開始すると、起
動初期においては弾性部材９によりピストン活塞部５ａ
が軸心の偏心量を拡大する方向に押されてシリンダ気筒
部４ａとの間に形成されるシ−ル隙間δｃが最小となっ
て、作動室内の圧縮ガスが低圧側に流出すのを防止でき
るのでガスの流出量が確保できる。

【００２３】また、吐出圧力が高い通常の運転において
は、離反力より大きくて反対方向に作用するスライドブ
ッシュの傾斜角から生じる駆動力の分力に弾性部材の弾
性力を加えた荷重によりピストンが軸心の偏心量を拡大
する方向に押されてシリンダ気筒部とのシ−ル隙間δｃ
が最小となって、吐出室含めた高圧側から作動室内へ高
圧ガスが流入することや低圧側に流出することが防止で
きるのでガスの流出量が確保できると同時に圧縮動力が
軽減できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１な
いしは図５を参照して説明する。図１は本発明の一実施
例を示したヘリカルブレ−ド式ポンプの縦断面図であ
る。図２は図１のＡ−Ａ断面図を表す。図３〜図５は構
成部品図を表す。

【００２５】図１に示すように、作動ガスの吸入管２２
と吐出管２３を固定した密閉ケ−ス１内に収納されたス
テ−タ２ａとロ−タ２ｂで構成されたモ−タ部２と作動
ガスを吸い込み圧縮して流出させるポンプ部３及び密閉
ケ−スに固定されてポンプ部を支える第一と第二支持部
材１１、１２からヘリカルブレ−ド式ポンプが構成され
ている。

【００２６】このポンプ部３は、第一及び第二支持部材
１１、１２の軸受に支持されロ−タ２ｂの内側に固定さ
れた円筒状のシリンダ４、該シリンダ気筒部４ａ軸心に
対して軸心を偏心させて該シリンダの内側に装着するピ
ストン５、該ピストン活塞部５ａの円筒部に設けたスラ
パイラル溝５ｂに隙間を設けて装着される矩形断面の細
長いブレ−ド６、前記第一と第二支持部材内で該ピスト
ンの両軸５ｃを支えるＰ軸受８ａを設けたスライドブッ
シュ８及びシリンダ４とピストン５との間に機械的に連
結するオルダム機構７に加えて吸い込みと吐き出しのガ
ス通路から基本的に構成されている。

【００２７】さらには、図２の断面図にも示すように、
およそ四角形のスライドブッシュ８と第一と第二支持部
材との間に圧縮された板バネ状の弾性部材９が装着さ
れ、それらの抜けを防止しガス通路を備えた平板状の押
え板１３、１４とその押え板の抜け止めとしての止め輪
１５が共に装着されている。

【００２８】このようなスライドブッシュ８と弾性部材
９から構成されるピストン活塞部軸心の偏心量可変機構
は作動室の吐出側に相当する第二支持部材１２側のみに
設けても良い。

【００２９】また、図２に示すように、シリンダ気筒部
４ａ軸心とこれより偏心したピストン活塞部５ａ軸心を
含む平面に対して、平行ないしは図示のように傾斜角θ
を設けた平面を第一及び第二支持部材１１、１２内に設
けて、その平面に密着するようにスライドブッシュ８の
四角柱の平坦な一面のスライド面８ｂが図の左側に形成
されて装着される。

【００３０】該スライド面８ｂの位置を図１で見ると、
図１の右側に配置されたスライドブッシュ８の場合は紙
面の手前に設けられ、図１の左側に配置されたスライド
ブッシュ８のスライド面も同様に紙面の手前に設けられ
ている。この、スライドブッシュ８の形状は図３の外観
図に示すように、内部にＰ軸受８ａ穴を設けた四角柱と
なっていいるが、四角柱の平坦面は第一及び第二支持部
材１１、１２それぞれの平坦面に密着する一面のみで良
い。

【００３１】すなはち、第一及び第二支持部材の矩形穴
１１ｂ、１２ｂとスライドブッシュのスライド面８ｂを
密着させるのはガス圧縮荷重が作用する一面のみで他の
３面は隙間を設けて非接触状態が確保されていれば如何
なる形状でも良いが、弾性部材９が装着される面は該弾
性部材の形状に合わせる必要がある。

【００３２】本発明の弾性部材９は図４の外観図に示す
ように山形状の板バネを用いているが、コイル状のスプ
リングでも良いし、変形面積を小さくして弾性力を小さ
くしたゴムを用いても良い。

【００３３】図５に示す押え板１３の外周部の出っ張り
は支持部材の穴に沿って挿入され、複数の切り欠き穴は
ガス通路として用いるので、ガス通路が不要な第二支持
部材１２側に装着する押え板１４にはこの穴を設けなく
ても良い。また、前記止め輪１５でスライドブッシュと
弾性部材を同時に押さえると同時にガス通路が確保でき
れば押え板は不要となる。

【００３４】このように、一端は押え板１３、１４と止
め輪１５で位置決めされ他端はピストン活塞部５ａ端面
で挟まれたスライドブッシュ８及び弾性部材９の軸方向
の移動は阻止されて定位置に収まる。

【００３５】以上で示したように作動室はシリンダ気筒
部内でピストン活塞部を互いの軸線の平行を保持しなが
ら挿入して偏心量可変機構によりピストン活塞部をシリ
ンダ気筒部に最接近させて形成されるので、起動時及び
運転時のシ−ル隙間δｃは最小となり気密性は十分に保
持される。

【００３６】以上の如く構成されたヘリカルブレ−ド式
ポンプの働きについて以下説明する。運転前のピストン
は両軸を支えている２か所のスライドブッシュ８を介し
て間接的に板バネである弾性部材９の弾性力に押されて
シリンダ気筒部内壁面に一部が接触してシ−ル隙間δｃ
を最小に維持している。

【００３７】この状態から運転が開始されるとシリンダ
４は第一と第二支持部材のそれぞれのＳ軸受１１ａ、１
２ａに支えられて軸中心回りに自転し、オルダム機構７
でシリンダと連結されたピストン５は、スライドブッシ
ュＰ軸受８ａに支えられて、シリンダに対して同期した
偏心回転運動をする。

【００３８】同時にブレ−ド６とシ−ル隙間δｃで気密
が保持された作動室も回転して、殆ど作動室から内部漏
れの無い状態で作動ガスは吸入管２２を経て吸入通路か
ら吸い込み、圧縮した後吐出通路を経て吐出管２３から
吐出する。

【００３９】この際、吐出されるガスの圧力が上昇する
に従い増大するガス圧縮荷重がピストン活塞部からＰ軸
受を介してスライドブッシュ８に作用する。

【００４０】このＰ軸受に作用するガス圧縮荷重と弾性
部材９の弾性力及び第一及び第二支持部材内側の面に密
着してるスライド面の摩擦力の３者からスライドブッシ
ュの動きが決定される。

【００４１】このガス圧縮荷重は、シリンダ気筒部の軸
中心線とピストン活塞部の軸中心線を含む軸平面に垂直
で軸トルクとして作用する駆動力と該軸平面に対して平
行でピストン活塞部軸心とシリンダ気筒部軸心を互いに
近付ける方向に作用する離反力に分解できる。

【００４２】この離反力は作動室の気密性を保持してい
る長手方向の最小隙間部ではピストンとシリンダを互い
に離反させてシ−ル隙間δｃを拡大させる方向に作用す
るが、弾性部材９の弾性力及びスライド面８ｂの傾斜に
より生じる駆動力の分力の合計がこれ以上の大きさとな
るのでシ−ル隙間δｃが拡大するこはない。

【００４３】すなはち、ガス圧縮荷重を２つに分解した
一方の駆動力をＦｄ、その直角方向の離反力をＦｖ、弾
性部材の弾性力をＦｋ、スライドブッシュのスライド面
８ｂの傾斜角をθ、平坦面の摩擦力をＦｆと置いた時
に、下記不等式が成立するようにＦｖと傾斜角θを設定
する。Ｆｖ＋Ｆｆ＜Ｆｋ＋Ｆｄ×ｓｉｎθ

【００４４】この際、上記不等式を下記等式に置き換え
た場合に、設定された運転条件に対して下記Ｘの値が１
から１．１の間に収まるように弾性部材の弾性力Ｆｋな
いしは離反力Ｆｖを決める該傾斜角θの大きさを設定す
ることにより、効率の低下や騒音の増大を押さえて総合
的に良い特性にすることができる。（Ｆｋ＋Ｆｄ×ｓｉ
ｎθ）／（Ｆｖ＋Ｆｆ）＝Ｘこの式から明らかなよう
に、θ＝０とする場合には、上式が成立するように弾性
力Ｆｋを大きくすれば目的は達成される。

【００４５】また、モ−タ部２の影響を受けて電磁力が
ピストンに作用する場合には、想定される電磁力の値を
作用する方向に合わせて上式に加えれば良い。

【００４６】このようにして、シリンダ及びピストンの
滑らかな動きが得られると同時に、作動室内の気密が保
持されて高圧側から低圧側への作動ガスの漏れが大幅に
減少することになる。

【００４７】

【発明の効果】以上の如く構成されたヘリカルブレ−ド
式ポンプにおいて、ピストンと第一ないしは第二支持部
材との間にスライドブッシュと弾性部材を装着してピス
トンの偏心量可変機構を構成することにより、シリンダ
気筒部とピストン活塞部との間に形成される空間をピス
トン活塞部に装着されたスパイラル状のブレ−ドで長手
方向に仕切って複数の部屋から形成される作動室の気密
性を保持しているシリンダ気筒部とピストン活塞部との
最小隙間であるシ−ル隙間δｃを起動時含めた全運転域
において最小にすることができる。

【００４８】これにより、作動室内での気密性の大幅な
向上すなはち内部漏れの大幅な低減から作動ガス流量の
増大とガス圧縮荷重やガス圧縮動力の低減により高効率
化が図れる効果がある。

【００４９】また組み付け時や運転中の圧力や熱変形な
どにより、ピストン気筒部にシリンダ活塞部が衝突して
異常に高い接触力の発生が想定される場合でも、スライ
ドブッシュが逃げて異常接触を防止して弾性部材やスラ
イドブッシュのスライド面の傾き角から発生する荷重以
上は作用しないので、軸受の耐久性が向上する効果や異
常接触に伴う異常音の発生も防止できる効果がある。

【００５０】さらには異常な荷重を想定した大きな軸受
構成や頑丈な構造物強度にしなくて良いので小型軽量化
や低コスト化が図れる効果がある。

【００５１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヘリカルブレ−ド式ポンプの断面図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図；偏心クランク部、バネ

【図３】スライドブッシュの外観図

【図４】弾性部材の外観図

【図５】押え板の外観図

【符号の説明】

１ 密閉ケ−ス ２ｂ ロ−タ ４ シリンダ ４ａ 気筒部 ５ ピストン ５ａ 活塞部 ５ｂ スパイラル溝 ６ ブレ−ド ８ スライドブッシュ ８ａ Ｐ軸受 ８ｂ スライド面 ９ 弾性部材 １１ 第一支持部材 １１ｂ 矩形穴 １１ｃ スライド受面 １２ 第二支持部材 １３、１４ 押え板 １５ 止め輪

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モ−タを構成するステ−タを固定した密閉
   ケ−ス内の対抗する平面に固定された第一及び第二支持
   部材に設けれた軸受で回転自由に両端を支持された円筒
   状のシリンダとそれより偏心して設けられた円柱状のピ
   ストン及びシリンダとピストンを機械的に連結するオル
   ダム機構で構成されたヘリカルブレ−ド式ポンプおい
   て、前記第一ないしは第二支持部材内の内側に設けた矩
   形穴内に、ピストンを支える軸受Ｐを内側に有し外側表
   面には一方向の直線移動が可能な平坦なスライド面８ｂ
   を設けたスライドブッシュ８をピストンを支える片軸側
   ないしは両軸側に装着してピストンの偏心量可変機構が
   構成されたことを特徴とするヘリカルブレ−ド式ポン
   プ。
2. 【請求項２】シリンダ内側円筒の軸心とこれより偏心し
   たピストン外側円筒の軸心を含む平面に対して傾斜させ
   た平坦面を設けた第一ないしは第二支持部材とこの平坦
   面に密着するようなスライド面を設けたスライドブッシ
   ュ８を第一ないしは第二支持部材内に装着して構成され
   たことを特徴とする請求項１のヘリカルブレ−ド式ポン
   プ。
3. 【請求項３】スプリングやゴム等で構成された弾性部材
   ９を、第一ないしは第二支持部材の平坦面とスライドブ
   ッシュの平坦面が合わさるスライド面でスライドブッシ
   ュが移動する方向に弾性力が作用するように、第一ない
   しは第二支持部材とスライドブッシュとの間に装着させ
   て構成されたことを特徴とする請求項１及び２のヘリカ
   ルブレ−ド式ポンプ。