JP2008115812A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）の間に環状ピストン（22）が配置されて外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）が形成され、外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）が鏡板を用いずにブレード（23）で連結された構成の偏心回転側ピストン機構（20）を有する回転式流体機械において、外側シリンダの変形を防止して機構の小型・軽量化を実現する。
【解決手段】外側シリンダ（24）を、ブレード（23）の近傍位置に比べてブレード（23）から離れた位置において厚さが薄くなるように形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転式流体機械に関し、特に、シリンダが有する環状のシリンダ室の内部に該シリンダ室を外側シリンダ室と内側シリンダ室とに区画する環状ピストンが配置されるとともに、シリンダと環状ピストンとが相対的に偏心回転運動をするように構成された偏心回転形ピストン機構を有する回転式流体機械に関するものである。

従来、環状のシリンダ室の内部で環状ピストンが偏心回転運動をする偏心回転形ピストン機構を備えた回転式流体機械として、環状ピストンの偏心回転運動に伴うシリンダ室の容積変化によって冷媒を圧縮する圧縮機がある（例えば、特許文献１参照）。図７及び図８（図７のVIII−VIII断面図：ハッチング省略）に示すように、この圧縮機（100）では、密閉型のケーシング（110）内に、圧縮機構（偏心回転形ピストン機構）（120）と、該圧縮機構（120）を駆動する電動機（130）とが収納されている。

上記圧縮機構（120）は、環状のシリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（121）と、このシリンダ室（C1，C2）に配置された環状ピストン（122）とを有している。上記シリンダ（121）は、互いに同心上に配置された外側シリンダ（124）と内側シリンダ（125）とを備え、外側シリンダ（124）と内側シリンダ（125）の間に上記シリンダ室（C1，C2）が形成されている。

上記環状ピストン（122）はケーシング（110）に固定されている。また、上記シリンダ（121）は電動機に連結されている駆動軸（133）の偏心部（133a）に連結され、該駆動軸（133）の中心に対して偏心回転運動をするように構成されている。

上記環状ピストン（122）は、外周面の１点が外側シリンダ（124）の内周面に実質的に接する（「実質的に接する」とは、厳密に言うと油膜ができる程度の微細な隙間があるが、その隙間での冷媒の漏れが問題にならない状態をいう）と同時に、それと位相が１８０°異なる位置において内周面の一点が内側シリンダ（125）の外周面に実質的に接する状態を保ちながら、偏心回転運動をするように構成されている。この結果、環状ピストン（122）の外側には外側シリンダ室（C1）が形成され、内側には内側シリンダ室（C2）が形成されている。

上記環状ピストン（122）は一箇所で分断されてＣ型のリング形状に形成されている。また、シリンダ（121）には、外側シリンダ（124）及び内側シリンダ（125）と一体にブレード（123）が形成され、該ブレード（123）が環状ピストン（122）の分断箇所を挿通している。ブレード（123）と環状ピストン（122）は、揺動ブッシュ（127）を介して相対的な揺動運動が可能に連結されている。

上記ブレード（123）は外側シリンダ室（C1）及び内側シリンダ室（C2）をそれぞれ２つに区画している。具体的には、外側シリンダ室（C1）は高圧室（第１室）（C1-Hp）と低圧室（第２室）（C1-Lp）とに区画され、内側シリンダ室（C2）も高圧室（第１室）（C2-Hp）と低圧室（第２室）（C2-Lp）とに区画されている。外側シリンダ（124）には、上記ケーシング（110）の低圧空間（S1）側に設けられる吸入管（114）から外側シリンダ室（C1）及び内側シリンダ室（C2）に連通する吸入口（141）がブレード（123）の近傍に形成されている。また、環状ピストン（122）には、該吸入口（141）の近傍に貫通孔（144）が形成され、該貫通孔（144）によって外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）の低圧室（C1-Lp，C2-Lp）同士が連通している。さらに、上記圧縮機構（120）には、上記両シリンダ室（C1，C2）の高圧室（C1-Hp，C2-Hp）をケーシング（110）内の高圧空間（S2）に連通させる吐出口（145，146）が設けられている。

この圧縮機構（120）では、駆動軸（133）の回転に伴って上記シリンダ（121）が偏心回転運動をすると、外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）のそれぞれで、容積の拡大と縮小が交互に繰り返される。そして、各シリンダ室（C1，C2）の容積が拡大する際には、冷媒を吸入口（141）からシリンダ室（C1，C2）内へ吸入する吸入行程が行われ、容積が縮小する際には、冷媒を各シリンダ室（C1，C2）内で圧縮する圧縮行程と、冷媒を各シリンダ室（C1，C2）から吐出口を介してケーシング（110）内の高圧空間（S2）へ吐出する吐出行程が行われる。ケーシング（110）の高圧空間（S2）に吐出された高圧の冷媒は、該ケーシング（110）に設けられている吐出管（115）を介して冷媒回路の凝縮器へ流出していく。
特開２００５−３３０９６２号公報

特許文献１には、図７に示すように、外側シリンダ（124）と内側シリンダ（125）を鏡板（126）により連結した構造のシリンダ（121）と、図示していないが外側シリンダ（124）と内側シリンダ（125）を鏡板（126）を用いずにブレード（123）だけで連結した構造のシリンダ（121）とが開示されている。

鏡板（126）を用いない構造では、鏡板（126）を用いる構造に比べて鏡板（126）にかかる差圧によるスラスト損失を回避しつつ機構の小型・軽量化が可能であるものの、シリンダ（121）の強度が、鏡板（126）を用いる構造よりも弱くなる。例えば、ＦＥＭ（有限要素法）で解析した結果を図８に太い仮想線で示しているように、シリンダ（121）の揺動運動時に、高圧室（C1-Hp）のガス圧の作用で外側シリンダ（124）が高圧室（C1-Hp）側に膨らむように変形しようとする（図は変形量を誇張して表している）。実際には環状ピストン（122）がシリンダ室（C1，C2）に設けられているのでシリンダ（121）が解析通りに変形することはないが、シリンダ（121）が変形しようとする作用により振動が生じたり、変形しようとする力が揺動動作の抵抗になったりして、円滑な動作が行われなくなるおそれがある。そのため、シリンダ（121）に鏡板（126）を用いない構造を採用して小型・軽量化を図ることは実際には困難であった。なお、上述の例では環状ピストン（122）を固定側にしてシリンダ（121）を可動側にしているが、シリンダ（121）の小型・軽量化を図ることは、他の駆動形式として特許文献１に記載されている、シリンダ（121）を固定側にして環状ピストン（122）を可動側にする構成においても望ましいことである。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、外側シリンダと内側シリンダの間に環状ピストンが配置されて外側シリンダ室と内側シリンダ室が形成され、外側シリンダと内側シリンダが鏡板を用いずにブレードで連結された構成の偏心回転側ピストン機構を有する回転式流体機械において、外側シリンダの変形を防止できるようにして機構の小型・軽量化を実現できるようにすることである。

第１の発明は、環状のシリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（21）と、該シリンダ（21）に対して偏心してシリンダ室（C1，C2）に収納され、該シリンダ室（C1，C2）を外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）とに区画する環状ピストン（22）と、上記シリンダ室（C1，C2）に配置され、各シリンダ室（C1，C2）を第１室（C1-Hp，C2-Hp）と第２室（C1-Lp，C2-Lp）とに区画するブレード（23）とを有し、上記シリンダ（21）と環状ピストン（22）とが相対的に偏心回転運動をする偏心回転形ピストン機構（20）を備え、上記環状ピストン（22）が、円環の一部分が分断されたＣ型形状に形成され、上記ブレード（23）が、環状のシリンダ室（C1，C2）の内周側の壁面から外周側の壁面まで、上記環状ピストン（22）の分断箇所を挿通して延在するように構成され、上記シリンダ（21）が、上記シリンダ室（C1，C2）を形成する外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）を備え、該外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とブレード（23）とが一体化された回転式流体機械を前提としている。

そして、この回転式流体機械は、上記外側シリンダ（24）が、上記ブレード（23）に対して離れた位置よりも近傍位置において厚さが厚く形成されていることを特徴としている。

この第１の発明では、上記外側シリンダ（24）の厚さを、上記ブレード（23）から離れた位置に比べて該ブレード（23）の近傍位置において厚く形成している。ここで、外側シリンダ（24）の変形量は、図８を用いて説明したようにブレード（23）から離れた位置において最も大きくなるものの、変形自体が一番大きい箇所はブレード（23）の近傍である。これは、第１室（C1-Hp）のガス圧の作用の仕方に起因するものである。そして、本発明では、第１室（C1-Hp）のガス圧の作用で変形が大きくなりやすい部位（変形が大きい部位では応力も大きくなるため、「変形が大きくなりやすい部位」は「応力が大きくなりやすい部位」と言い換えてもよい）において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くしているので、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、小型・軽量の特長を保ちつつ変形を効果的に抑えられる。つまり、環状ピストン（22）におけるブレード（23）の近傍の厚さを従来と同程度にし、ブレード（23）から離れた位置を従来より薄くしても、変形量が大きくなるのを防止できるため、小型・軽量化が可能となる。

第２の発明は、前提とする構成が第１の発明と同じ回転式流体機械において、上記シリンダ（21）が、上記ブレード（23）の近傍位置の吸入側において外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とを連結する連結板（26）を有し、上記環状ピストン（22）が、上記連結板（26）が挿通する開口（22a）を有していることを特徴としている。

この第２の発明では、変形の大きいブレード（23）の近傍位置において連結板（26）によって外側シリンダ（24）を補強できるため、第１の発明と同様に、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。また、開口（22）によって内外吸入室のガス吸入通路が拡大し、吸入圧力損失が低減できる。

第３の発明は、第２の発明において、上記外側シリンダ（24）が、上記ブレード（23）と連結板（26）の両方またはどちらか一方に対して離れた位置よりも近傍位置において厚さが厚く形成されていることを特徴としている。

この第３の発明では、変形が大きくなりやすい部位において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くするとともに、連結板（26）によって外側シリンダ（24）を補強しているので、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを確実に防止でき、変形をより効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。なお、外側シリンダ（24）を厚くする部位は、ブレード（23）と連結板（26）のどちらか一方だけに対して近傍の位置にするよりも両方に対して近傍の位置にする方が変形防止効果を高められる。また、外側シリンダ（24）をブレード（23）と連結板（26）のどちらか一方だけに対して近傍の位置において厚くする場合、シリンダ（21）の具体構成によって、ブレード（23）の近傍を厚くした方が効果が高い場合と、連結板（26）の近傍を厚くした方が効果が高い場合があると考えられるが、どちらを厚くするかはシリンダ（21）の具体構成に応じて適宜選択すればよい。

第４の発明は、第２または第３の発明において、上記連結板（22a）が、上記ブレード（23）に対してシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に６０°以下の範囲内に設けられていることを特徴としている。

第５の発明は、第４の発明において、上記連結板（22a）が、上記ブレード（23）に対してシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に４０°以上で６０°以下の範囲内に設けられていることを特徴としている。

これらの第４，第５の発明に関し、図５のグラフには、横軸にとった中心角度（連結板（26）の位置）と、縦軸（左側）にとった吸入容積比及び縦軸（右側）にとった最大変形量比と主応力比（これら２つの値はほぼ同一であるため、図では同一の値として示している）との関係を表している。吸入容積比、最大変形量比、及び主応力比は、それぞれ、連結板（26）を設けない構成に対して連結板（26）を設けた場合のそれぞれの値の変化度合いを表している。また、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には、図５に対応して、連結板を４０°、６０°、及び９０°の位置に設けた場合のＦＥＭによる変形量の解析図を示している。

図５のグラフから分かるように、連結板（26）を設ける位置がシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に４０°以上になると、この連結板（26）をブレード（23）の支持構造として設けたことで最大変形量と主応力を大幅に抑えることができる。一方、連結板（26）を設ける位置がシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に６０°を超えると吸入容積比が急激に低下する。以上のことから、連結板（26）をシリンダ（21）中心角度で６０°の範囲内に設けると、吸入容積比が大きくは低下せず、しかも最大変形量と主応力とを抑えられることが分かる。したがって、本発明では、上記連結板（26）を、ブレード（23）に対してシリンダ（21）の中心角度で６０°の範囲内に位置するように設けることが好ましい。特に、最大変形量比と主応力比も考慮すると、連結板（26）は、シリンダ（21）の中心角度で表して、吸入側に４０°以上で６０°以下の範囲に設けることが好ましい。

第６の発明は、第１から第５の何れか１つの発明において、上記内側シリンダ（25）が被駆動部材として構成されていることを特徴としている。

この第６の発明では、環状ピストン（22）が固定されて内側シリンダ（25）が駆動され、内側シリンダ（25）の回転に伴って外側シリンダ（24）が回転する。その際、第１の発明では外側シリンダ（24）の肉厚をブレード（23）の近傍で厚くし、第２の発明ではブレード（23）の近傍位置の吸入側において外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）を連結する連結板（26）を設け、さらに第３の発明では第２の発明においてブレード（23）と連結板（26）の両方またはどちらか一方に対して近傍の位置において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くしているので、外側シリンダ（24）の回転時の変形を効果的に抑えられる。

第７の発明は、第１から第６の何れか１つの発明において、上記環状ピストン（22）とブレード（23）とを相互に可動に連結する連結部材（27）を備え、上記連結部材（27）が、上記ブレード（23）を進退可能に保持するブレード溝（28）と、上記環状ピストン（22）に分断箇所において揺動自在に保持される円弧状外周面とを有する揺動ブッシュ（27）であることを特徴としている。

この第７の発明では、環状ピストン（22）が偏心回転運動をする際に、ブレード（23）に対して連結部材（27）を介して動作をするために、円滑な動作を行うようにすることができる。特に、連結部材（27）として揺動ブッシュ（27）を用いたことにより、ブレード（23）と揺動ブッシュ（27）とがブレード溝（28）内で面接触し、揺動ブッシュ（27）と環状ピストン（22）とが円弧状外周面で面接触しながら揺動するため、極めて円滑な動作を保証できる。

第８の発明は、第１から第７の何れか１つの発明において、上記偏心回転形ピストン機構（20）が流体を圧縮する圧縮機構であり、上記偏心回転形ピストン機構（20）を駆動する駆動機構（30）と、上記偏心回転形ピストン機構（20）及び駆動機構（30）を収納するケーシング（10）とを備えていることを特徴としている。

この第８の発明では、圧縮機構（20）と駆動機構（30）とがケーシング（10）内に収納された圧縮機において、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。

本発明によれば、外側シリンダ（24）の厚さを、上記ブレード（23）から離れた位置に比べて該ブレード（23）の近傍位置において厚く形成したことにより、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止し、変形を効果的に抑えつつ小型・軽量化を可能にすることができる。

上記第２の発明によれば、変形の大きいブレード（23）の近傍位置において連結板（26）によって外側シリンダ（24）を補強したことにより、第１の発明と同様に、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。

上記第３の発明によれば、変形が大きくなりやすい部位において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くするとともに、連結板（26）によって外側シリンダ（24）を補強しているので、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。

上記第４，第５の発明によれば、連結板（26）を設ける位置を特定したことにより、吸入容積を確保しつつ、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止し、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。

上記第６の発明によれば、内側シリンダ（25）を被駆動部材として構成したことによって、内側シリンダ（25）の回転に伴って外側シリンダ（24）が回転する。その際、第１の発明では外側シリンダ（24）の肉厚をブレード（23）の近傍で厚くし、第２の発明ではブレード（23）の近傍位置の吸入側において外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）を連結する連結板（26）を設け、さらに第３の発明では第２の発明においてブレード（23）と連結板（26）の両方またはどちらか一方に対する近傍位置において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くしているので、外側シリンダ（24）の回転時の変形を効果的に抑えられる。したがって、変形による振動が外側シリンダ（24）に生じたり、その変形した部位が揺動動作の抵抗になったりして、円滑な動作が行われなくなるのを防止できる。また、この発明では、最大変形量を増やすことなく可動部を軽量化できるうえ、ブレード（23）から離れた位置の質量を抑えることができるので、揺動運動によって生じ得る振動を効果的に低減することもできる。

上記第７の発明によれば、環状ピストン（22）が偏心回転運動をする際に、ブレード（23）に対して連結部材（27）を介して動作をするために、円滑な動作を行うようにすることができる。特に、連結部材（27）として揺動ブッシュ（27）を用いた第７の発明では、ブレード（23）と揺動ブッシュ（27）とがブレード溝（28）内で面接触し、揺動ブッシュ（27）と環状ピストン（22）とが円弧状外周面で面接触しながら揺動するため、極めて円滑な動作を保証できる。また、ブレード（23）はブッシュ（27）の平面間に面接触しているので、該平面部内でのブレード（23）の変形抑制効果も期待できる。

上記第８の発明によれば、圧縮機構（20）と駆動機構（30）とがケーシング（10）内に収納された圧縮機において、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、変形を効果的に抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本実施形態は、回転式圧縮機に関するものである。図１に示すように、この圧縮機（1）は、ケーシング（10）内に、圧縮機構（偏心回転形ピストン機構）（20）と電動機（駆動機構）（30）とが収納され、全密閉型に構成されている。上記圧縮機（1）は、例えば、空気調和装置の冷媒回路において、蒸発器から吸入した冷媒を圧縮して、凝縮器へ吐出するために用いられる。

ケーシング（10）は、円筒状の胴部（11）と、この胴部（11）の上端部に固定された上部鏡板（12）と、胴部（11）の下端部に固定された下部鏡板（13）とから構成されている。上部鏡板（12）には、該鏡板（12）を貫通する吸入管（14）が設けられ、胴部（11）には、該胴部（11）を貫通する吐出管（15）が設けられている。

上記圧縮機構（20）は、ケーシング（10）に固定された上部ハウジング（16）と下部ハウジング（17）との間に構成されている。この圧縮機構（20）は、環状のシリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（21）と、該シリンダ室（C1，C2）内に配置された環状ピストン（22）と、図２及び図３に示すようにシリンダ室（C1，C2）を第１室である高圧室（圧縮室）（C1-Hp，C2-Hp）と第２室である低圧室（吸入室）（C1-Lp，C2-Lp）とに区画するブレード（23）とを有している。シリンダ（21）と環状ピストン（22）とは、相対的に偏心回転運動をするように構成されている。この実施形態１では、シリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（21）が可動側であり、シリンダ室（C1，C2）内に配置される環状ピストン（22）が固定側である。

電動機（30）は、ステータ（31）とロータ（32）とを備えている。ステータ（31）は、圧縮機構（20）の下方に配置され、ケーシング（10）の胴部（11）に固定されている。ロータ（32）には駆動軸（33）が連結されていて、該駆動軸（33）がロータ（32）とともに回転するように構成されている。駆動軸（33）は、上記シリンダ室（C1，C2）を上下方向に貫通している。

上記駆動軸（33）には、該駆動軸（33）の内部を軸方向にのびる給油路（図示省略）が設けられている。また、駆動軸（33）の下端部には、給油ポンプ（34）が設けられている。そして、上記給油路は、該給油ポンプ（34）から圧縮機構（20）まで上方へのびている。この構成により、ケーシング（10）内の底部に貯まる潤滑油を、この給油ポンプ（34）で上記給油路を通じて圧縮機構（20）の摺動部まで供給するようにしている。

駆動軸（33）には、シリンダ室（C1，C2）の中に位置する部分に偏心部（33a）が形成されている。偏心部（33a）は、該偏心部（33a）の上下の部分よりも大径に形成され、駆動軸（33）の軸心から所定量だけ偏心している。

上記シリンダ（21）は、外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）を備えている。このシリンダ（21）は、外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とブレード（23）とが一体化されたものになっている。そして、駆動軸（33）の偏心部（33a）に、上記内側シリンダ（25）が摺動自在に嵌め込まれている。なお、ブレード（23）は、図２及び図３に示すように外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）と一体に形成してもよいし、別部材を両シリンダ（24，25）に取り付けてもよい。

上記環状ピストン（22）は、上部ハウジング（16）と一体的に形成されている。また、上部ハウジング（16）と下部ハウジング（17）には、それぞれ、上記駆動軸（33）を支持するための軸受け部（16a，17a）が形成されている。このように、本実施形態の圧縮機（1）は、上記駆動軸（33）が上記シリンダ室（C1，C2）を上下方向に貫通し、偏心部（33a）の軸方向両側部分が軸受け部（16a，17a）を介してケーシング（10）に保持される貫通軸構造となっている。

上記圧縮機構（20）は、環状ピストン（22）とブレード（23）とを相互に可動に連結する連結部材として、揺動ブッシュ（27）を備えている。環状ピストン（22）は、円環の一部分が分断されたＣ型形状に形成されている。上記ブレード（23）は、シリンダ室（C1，C2）の径方向線上で、シリンダ室（C1，C2）の内周側の壁面（内側シリンダ（25）の外周面）から外周側の壁面（外側シリンダ（24）の内周面）まで、環状ピストン（22）の分断箇所を挿通して延在するように構成され、外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）に固定されている。そして、揺動ブッシュ（27）は、環状ピストン（22）の分断箇所で該環状ピストン（22）とブレード（23）とを連結している。

外側シリンダ（24）の内周面と内側シリンダ（25）の外周面は、互いに同一中心上に配置された円筒面であり、その間に上記シリンダ室（C1，C2）が形成されている。上記環状ピストン（22）は、外周面が外側シリンダ（24）の内周面よりも小径で、内周面が内側シリンダ（25）の外周面よりも大径に形成されている。このことにより、環状ピストン（22）の外周面と外側シリンダ（24）の内周面との間に外側シリンダ室（C1）が形成され、環状ピストン（22）の内周面と内側シリンダ（25）の外周面との間に内側シリンダ室（C2）が形成されている。

上記外側シリンダ（24）は、上記ブレード（23）から離れた位置に比べて該ブレード（23）の近傍位置において厚さが厚く形成されている。外側シリンダ（24）の厚さをブレード（23）から離れた位置とブレード（23）の近傍の位置とで異ならせるため、この実施形態１では、外側シリンダ（24）の内周円の中心に対して外周円の中心を図２において上方に偏倚させている。より詳しく言うと、内側シリンダ（25）の外周円の中心と外側シリンダ（24）の内周円の中心を一致させたまま、外側シリンダ（24）の外周円の中心を図の上方へ偏倚させている。

ブレード（23）の近傍の厚くした部分の端面部に給油する構造を設ける（例えば、端面または端面に対応する対向面に溝を設ける）ことで、厚みが増したことによる給油不良を回避することもできる。

また、環状ピストン（22）とシリンダ（21）は、環状ピストン（22）の外周面と外側シリンダ（24）の内周面とが１点で実質的に接する状態（厳密にはミクロンオーダーの隙間があるが、その隙間での冷媒の漏れが問題にならない状態）において、その接点と位相が１８０°異なる位置で、環状ピストン（22）の内周面と内側シリンダ（25）の外周面とが１点で実質的に接するようになっている。

上記揺動ブッシュ（27）は、ブレード（23）に対して高圧室（C1-Hp，C2-Hp）側に位置する吐出側ブッシュ（27A）と、ブレード（23）に対して低圧室（C1-Lp，C2-Lp）側に位置する吸入側ブッシュ（27B）とから構成されている。吐出側ブッシュ（27A）と吸入側ブッシュ（27B）は、いずれも断面形状が略半円形で同一形状に形成され、フラット面同士が対向するように配置されている。そして、両ブッシュ（27A，27B）の対向面の間のスペースがブレード溝（28）を構成している。

このブレード溝（28）にブレード（23）が挿入され、揺動ブッシュ（27A，27B）のフラット面がブレード（23）と実質的に面接触し、円弧状の外周面が環状ピストン（22）と実質的に面接触している。揺動ブッシュ（27A，27B）は、ブレード溝（28）にブレード（23）を挟んだ状態で、ブレード（23）がその面方向にブレード溝（28）内を進退するように構成されている。同時に、揺動ブッシュ（27A，27B）は、環状ピストン（22）に対してブレード（23）と一体的に揺動するように構成されている。したがって、上記揺動ブッシュ（27）は、該揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心として上記ブレード（23）と環状ピストン（22）とが相対的に揺動可能となり、かつ上記ブレード（23）が環状ピストン（22）に対して該ブレード（23）の面方向へ進退可能となるように構成されている。

なお、この実施形態では両ブッシュ（27A，27B）を別体とした例について説明したが、両ブッシュ（27A，27B）は、一部で連結することにより一体構造にすれば、ブッシュ（27A，27B）の平面部によるブレード（23）の変形抑制効果が高まる。これによって、ガス圧の影響などによるシリンダ（21）の変形を効果的に抑えられる。

以上の構成において、駆動軸（33）が回転すると、外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）は、ブレード（23）がブレード溝（28）内を進退しながら、揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心として揺動する。この揺動動作により、環状ピストン（22）とシリンダ（21）との接触点が図３において（Ａ）図から（Ｄ）図へ順に移動する。このとき、上記外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）は駆動軸（33）の周りを公転するが、自転はしない。また、シリンダ内側の厚みを変化させないので、シリンダ可動型であっても、吸入・圧縮室を形成するシリンダ（21）と環状ピストン（22）は単純な略円形形状で形成でき、加工が容易で、しかも十分な加工精度を容易に得ることができる。

上部ハウジング（16）には、吸入管（14）の下方の位置に吸入口（41）が形成されている。この吸入口（41）は、内側シリンダ室（C2）から、外側シリンダ（24）の外周に形成されている吸入空間（42）に跨って、長穴状に形成されている。該吸入口（41）は、上部ハウジング（16）をその軸方向に貫通し、シリンダ室（C1，C2）の低圧室（C1-Lp，C2-Lp）及び吸入空間（42）と上部ハウジング（16）の上方の空間（低圧空間（S1））とを連通している。また、外側シリンダ（24）には、上記吸入空間（42）と外側シリンダ室（C1）の低圧室（C1-Lp）とを連通する貫通孔（43）が形成され、環状ピストン（22）には、外側シリンダ室（C1）の低圧室（C1-Lp）と内側シリンダ室（C2）の低圧室（C2-Lp）とを連通する貫通孔（44）が形成されている。

なお、上記外側シリンダ（24）と環状ピストン（22）は、上記吸入口（41）に対応した箇所の上端部を図１に破線で示すように面取りし、くさび形状にするとよい。こうすると、低圧室（C1-Lp，C2-Lp）への冷媒の吸入を効率よく行うことができる。

上部ハウジング（16）には吐出口（45，46）が形成されている。これらの吐出口（45，46）は、それぞれ、上部ハウジング（16）をその軸方向に貫通している。吐出口（45）の下端は外側シリンダ室（C1）の高圧室（C1-Hp）に臨むように開口し、吐出口（46）の下端は内側シリンダ室（C2）の高圧室（C2-Hp）に臨むように開口している。一方、これらの吐出口（45，46）の上端は、該吐出口（45，46）を開閉する吐出弁（リード弁）（47，48）を介して吐出空間（49）に連通している。

この吐出空間（49）は、上部ハウジング（16）とカバープレート（18）との間に形成されている。上部ハウジング（16）及び下部ハウジング（17）には、吐出空間（49）から下部ハウジング（17）の下方の空間（高圧空間（S2））に連通する吐出通路（49a）が形成されている。

−運転動作−
次に、この圧縮機（1）の運転動作について説明する。

電動機（30）を起動すると、ロータ（32）の回転が駆動軸（33）を介して圧縮機構（20）の外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）に伝達される。そうすると、ブレード（23）が揺動ブッシュ（27A，27B）の間で往復運動（進退動作）を行い、かつ、ブレード（23）と揺動ブッシュ（27A，27B）が一体的になって、環状ピストン（22）に対して揺動動作を行う。そして、外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）が環状ピストン（22）に対して揺動しながら公転し、圧縮機構（20）が所定の圧縮動作を行う。

具体的に、外側シリンダ室（C1）では、図３（Ｄ）の状態で低圧室（C1-Lp）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（33）が図の右回りに回転して図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）の状態へ変化するのに伴って該低圧室（C1-Lp）の容積が増大するときに、冷媒が、吸入管（14）、低圧空間（S1）及び吸入口（41）を通って該低圧室（C1-Lp）に吸入される。このとき、冷媒は、吸入口（41）から低圧室（C1-Lp）へ直接吸入されるだけでなく、一部は吸入口（41）から吸入空間（42）へ入り、そこから貫通孔（43）を通って低圧室（C1-Lp）へ吸入される。

駆動軸（33）が一回転して再び図３（Ｄ）の状態になると、上記低圧室（C1-Lp）への冷媒の吸入が完了する。そして、この低圧室（C1-Lp）は今度は冷媒が圧縮される高圧室（C1-Hp）となり、ブレード（23）を隔てて新たな低圧室（C1-Lp）が形成される。駆動軸（33）がさらに回転すると、上記低圧室（C1-Lp）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（C1-Hp）の容積が減少し、該高圧室（C1-Hp）で冷媒が圧縮される。高圧室（C1-Hp）の圧力が所定値となって吐出空間（49）との差圧が設定値に達すると、該高圧室（C1-Hp）の高圧冷媒によって吐出弁（47）が開き、高圧冷媒が吐出空間（49）から吐出通路（49a）を通って高圧空間（S2）へ流出する。

内側シリンダ室（C2）では、図３（Ｂ）の状態で低圧室（C2-Lp）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（33）が図の右回りに回転して図３（Ｃ）、図３（Ｄ）、図３（Ａ）の状態へ変化するのに伴って該低圧室（C2-Lp）の容積が増大するときに、冷媒が、吸入管（14）、低圧空間（S1）及び吸入口（41）を通って該低圧室（C2-Lp）に吸入される。このとき、冷媒は、吸入口（41）から低圧室（C2-Lp）へ直接吸入されるだけでなく、一部は吸入口（41）から吸入空間（42）へ入り、そこから貫通孔（43）、外側シリンダ室の低圧室（C1-Lp）、及び貫通孔（44）を通って内側シリンダ室（C2）の低圧室（C2-Lp）へ吸入される。

駆動軸（33）が一回転して再び図３（Ｂ）の状態になると、上記低圧室（C2-Lp）への冷媒の吸入が完了する。そして、この低圧室（C2-Lp）は今度は冷媒が圧縮される高圧室（C2-Hp）となり、ブレード（23）を隔てて新たな低圧室（C2-Lp）が形成される。駆動軸（33）がさらに回転すると、上記低圧室（C2-Lp）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（C2-Hp）の容積が減少し、該高圧室（C2-Hp）で冷媒が圧縮される。高圧室（C2-Hp）の圧力が所定値となって吐出空間（49）との差圧が設定値に達すると、該高圧室（C2-Hp）の高圧冷媒によって吐出弁（48）が開き、高圧冷媒が吐出空間（49）から吐出通路（49a）を通って高圧空間（S2）へ流出する。

このようにして外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）で圧縮されて高圧空間（S2）へ流出した高圧の冷媒は吐出管（15）から吐出され、冷媒回路で凝縮行程、膨張行程、及び蒸発行程を経た後、再度圧縮機（1）に吸入される。

この実施形態では、上記外側シリンダ（24）の厚さを、上記ブレード（23）から離れた位置に比べて該ブレード（23）の近傍位置において厚く形成している。ここで、図２に示すように、外側シリンダ（24）の変形量は、ブレード（23）から離れた位置において最も大きくなっているものの、変形自体が一番大きい箇所はブレード（23）の近傍である。これは、高圧室（C1-Hp）のガス圧の作用に起因するものである。そして、本実施形態では、高圧室（C1-Hp）のガス圧の作用で変形が大きくなりやすい部位（応力が大きくなりやすい部位）において外側シリンダ（24）の肉厚を厚くしているので、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止でき、小型軽量の特長を保ちつつ変形を効果的に抑えられる。つまり、環状ピストン（22）におけるブレード（23）の近傍の厚さを従来と同程度にし、ブレード（23）から離れた位置を従来より薄くしても、変形量が大きくなるのを防止できるため、小型・軽量化が可能となる。

−実施形態１の効果−
以上説明したように、この実施形態１によれば、外側シリンダ（24）の厚さを、上記ブレード（23）から離れた位置に比べて該ブレード（23）の近傍位置において厚く形成したことにより、鏡板を用いない構造であるにもかかわらず、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止し、変形を効果的に抑えられる。そして、変形による振動が生じたり、変形した部位が揺動動作の抵抗になったりして、円滑な動作が行われなくなるのも防止できる。

また、最大変形量を増やすことなく可動部を軽量化できるうえ、ブレード（23）から離れた位置の質量を抑えることができるので、揺動運動によって生じ得る振動を効果的に低減することもできる。

−実施形態１の変形例−
上記実施形態１では、外側シリンダ（24）の厚さをブレード（23）から離れた位置とブレード（23）の近傍の位置とで異ならせるため、外側シリンダ（24）の内周円の中心に対して外周円の中心を図２において上方に偏倚させているが、逆に、外側シリンダ（24）の内周円の中心を外周円の中心に対して図において下方に偏倚させてもよい。その場合、環状ピストン（22）の外周円の形状は、真円ではなく、外側シリンダ（24）が偏心回転運動をするときの該外側シリンダ（24）の内周円の包絡線に基づく形状にすればよい。

このようにしても、環状ピストン（22）の形状が若干複雑になるものの、実施形態１と同様の効果を奏することは可能である。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２は、シリンダ（21）の構成を実施形態１とは変更した例である。

図４に示すように、この実施形態２のシリンダ（21）には、上記ブレード（23）の近傍位置における吸入側に外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とを連結する連結板（26）が形成されている。環状ピストン（22）には、シリンダ（21）の揺動運動時の連結板（26）の動作を許容するために開口（22a）が設けられている。また、外側シリンダ（24）は、全体的に同じ厚さであり、上記ブレード（23）及び連結板（29）から離れた位置と該ブレード（23）の近傍位置とで厚さを異ならせてはいない。

連結板（26）を設ける位置は、ブレード（23）に対するシリンダ（21）の中心角度で表すことができる。図５のグラフには、横軸にとった中心角度（連結板（26）の位置）と、縦軸（左側）にとった吸入容積比及び縦軸（右側）にとった最大変形量比と主応力比（これら２つの値はほぼ同一である）との関係を表している。吸入容積比、最大変形量比、及び主応力比は、それぞれ、連結板（26）を設けない構成に対して連結板（26）を設けた場合のそれぞれの値の変化度合いを表している。また、図６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）には、連結板を４０°、６０°、及び９０°の位置に設けた場合のＦＥＭによる変形量の解析図を示している。この図でも変形量は誇張している。

図５のグラフから分かるように、連結板（26）を設ける位置がシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に４０°以上になると、最大変形量と主応力を大幅に抑えることができる。一方、連結板（26）を設ける位置がシリンダ（21）中心角度で表して吸入側に６０°を超えると吸入容積比が急激に低下する。以上のことから、連結板（26）をシリンダ（21）中心角度で６０°の範囲内に設けると、吸入容積比が大きくは低下せず、しかも最大変形量と主応力とを抑えられることが分かる。したがって、この実施形態では、上記連結板（26）を、シリンダ（21）の中心角度で表して、ブレード（23）に対して吸入側に４０°以上で６０°以下の範囲に設けている。

なお、この実施形態２では、吸入用の貫通孔（43，44）を設けてもよいし、設けなくてもよい。

この実施形態においても、シリンダ（21）の強度が低下するのを防止し、抑えて小型・軽量化を可能にすることができる。また、変形による振動が生じたり、変形した部位が揺動動作の抵抗になったりして、円滑な動作が行われなくなるのも防止できる。

−実施形態２の変形例−
実施形態２においては、外側シリンダ（24）の厚さを一定にしてシリンダ（21）に連結板（26）を設けるだけにしているが、シリンダ（21）に連結板（26）を設けるとともに外側シリンダ（24）の厚さをブレード（23）の近傍位置と離れた位置とで変化させるようにしてもよい。具体的には、外側シリンダ（24）の厚さを、上記ブレード（23）と連結板（26）の両方またはどちらか一方に対して離れた位置よりも近傍位置において厚くするとよい。

この場合でも、外側シリンダ（24）の変形を防止して小型・軽量化を実現できるとともに、外側シリンダ（24）の振動などを防止して機構の円滑な動作を可能にすることができる。

なお、外側シリンダ（24）を厚くする部位は、ブレード（23）と連結板（26）のどちらか一方だけに対して近傍の位置にするよりも、これらの両方に対して近傍の位置にする方が変形防止効果を高められる。また、外側シリンダ（24）をブレード（23）と連結板（26）のどちらか一方だけに対して近傍の位置において厚くする場合、シリンダ（21）の具体構成によっては、ブレード（23）の近傍を厚くした方が効果が高い場合と、連結板（26）の近傍を厚くした方が効果が高い場合があると考えられる。したがって、シリンダ（21）の具体構成に合わせて、外側シリンダ（24）の肉厚を厚くする部位を決定すればよい。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

例えば、上記各実施形態では、本発明の回転式流体機械を圧縮機として構成した例について説明したが、本発明はポンプや膨張機であっても適用することが可能である。

また、上記各実施形態では、環状ピストン（22）が固定されてシリンダ（21）（内側シリンダ（25））が駆動されるタイプについて説明したが、シリンダ（21）が固定されて環状ピストン（22）が適用されるタイプであってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、シリンダが有する環状のシリンダ室の内部に該シリンダ室を外側シリンダ室と内側シリンダ室とに区画する環状ピストンが配置されるとともに、シリンダと環状ピストンとが相対的に偏心回転運動をするように構成された回転ピストン機構を有する回転式流体機械について有用である。

本発明の実施形態１に係る回転式圧縮機の縦断面図である。 圧縮機構の横断面図である。 圧縮機構の動作状態を示す図である。 本発明の実施形態２に係る回転式圧縮機の圧縮機構の横断面図である。 連結板の位置と、吸入容積比、最大変形量比、及び主応力比の関係を示すグラフである。 連結板の位置を変えた場合の外側シリンダのＦＥＭ解析図であり、（Ａ）図は連結板を４０°の位置に、（Ｂ）図は連結板を６０°の位置に、そして（Ｃ）図は連結板を９０°の位置に設けた場合を示している。 従来の回転式圧縮機の縦断面図である。 図７のVIII−VIII線断面図である。

符号の説明

10 ケーシング
20 圧縮機構（偏心回転形ピストン機構）
21 シリンダ
22 環状ピストン
22a 開口
23 ブレード
24 外側シリンダ
25 内側シリンダ
26 連結板
27 揺動ブッシュ（連結部材）
28 ブレード溝
30 駆動機構
C1 外側シリンダ室
C2 内側シリンダ室
C1-Hp 高圧室（第１室）
C2-Hp 高圧室（第１室）
C1-Lp 低圧室（第２室）
C2-Lp 低圧室（第２室）

Claims (8)

1. 環状のシリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（21）と、該シリンダ（21）に対して偏心してシリンダ室（C1，C2）に収納され、該シリンダ室（C1，C2）を外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）とに区画する環状ピストン（22）と、上記シリンダ室（C1，C2）に配置され、各シリンダ室（C1，C2）を第１室（C1-Hp，C2-Hp）と第２室（C1-Lp，C2-Lp）とに区画するブレード（23）とを有し、上記シリンダ（21）と環状ピストン（22）とが相対的に偏心回転運動をする偏心回転形ピストン機構（20）を備え、
   上記環状ピストン（22）が、円環の一部分が分断されたＣ型形状に形成され、
   上記ブレード（23）が、環状のシリンダ室（C1，C2）の内周側の壁面から外周側の壁面まで、上記環状ピストン（22）の分断箇所を挿通して延在するように構成され、
   上記シリンダ（21）が、上記シリンダ室（C1，C2）を形成する外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）を備え、該外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とブレード（23）とが一体化された回転式流体機械であって、
   上記外側シリンダ（24）は、上記ブレード（23）に対して離れた位置よりも近傍位置において厚さが厚く形成されていることを特徴とする回転式流体機械。
2. 環状のシリンダ室（C1，C2）を有するシリンダ（21）と、該シリンダ（21）に対して偏心してシリンダ室（C1，C2）に収納され、該シリンダ室（C1，C2）を外側シリンダ室（C1）と内側シリンダ室（C2）とに区画する環状ピストン（22）と、上記シリンダ室（C1，C2）に配置され、各シリンダ室（C1，C2）を第１室（C1-Hp，C2-Hp）と第２室（C1-Lp，C2-Lp）とに区画するブレード（23）とを有し、上記シリンダ（21）と環状ピストン（22）とが相対的に偏心回転運動をする偏心回転形ピストン機構（20）を備え、
   上記環状ピストン（22）が、円環の一部分が分断されたＣ型形状に形成され、
   上記ブレード（23）が、環状のシリンダ室（C1，C2）の内周側の壁面から外周側の壁面まで、上記環状ピストン（22）の分断箇所を挿通して延在するように構成され、
   上記シリンダ（21）が、上記シリンダ室（C1，C2）を形成する外側シリンダ（24）及び内側シリンダ（25）を備え、該外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とブレード（23）とが一体化された回転式流体機械であって、
   上記シリンダ（21）は、上記ブレード（23）の近傍位置の吸入側において外側シリンダ（24）と内側シリンダ（25）とを連結する連結板（26）を有し、
   上記環状ピストン（22）は、上記連結板（26）が挿通する開口（22a）を有していることを特徴とする回転式流体機械。
3. 請求項２において、
   上記外側シリンダ（24）は、上記ブレード（23）と連結板（26）の両方またはどちらか一方に対して離れた位置よりも近傍位置において厚さが厚く形成されていることを特徴とする回転式流体機械。
4. 請求項２または３において、
   上記連結板（22a）は、上記ブレード（23）に対してシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に６０°以下の範囲内に設けられていることを特徴とする回転式流体機械。
5. 請求項４において、
   上記連結板（22a）は、上記ブレード（23）に対してシリンダ（21）の中心角度で表して吸入側に４０°以上で６０°以下の範囲内に設けられていることを特徴とする回転式流体機械。
6. 請求項１から５の何れか１つにおいて、
   上記内側シリンダ（25）が被駆動部材として構成されていることを特徴とする回転式流体機械。
7. 請求項１から６の何れか１つにおいて、
   上記環状ピストン（22）とブレード（23）とを相互に可動に連結する連結部材（27）を備え、
   上記連結部材（27）が、上記ブレード（23）を進退可能に保持するブレード溝（28）と、上記環状ピストン（22）に分断箇所において揺動自在に保持される円弧状外周面とを有する揺動ブッシュ（27）であることを特徴とする回転式流体機械。
8. 請求項１から７のいずれか１つにおいて、
   上記偏心回転形ピストン機構（20）が流体を圧縮する圧縮機構であり、
   上記偏心回転形ピストン機構（20）を駆動する駆動機構（30）と、
   上記偏心回転形ピストン機構（20）及び駆動機構（30）を収納するケーシング（10）とを備えていることを特徴とする回転式流体機械。

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