JP2009167976A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を有するシリンダ（21）と、シリンダ室（C1,C2,C3,C4）に偏心して収納された環状ピストン（22）とを有する圧縮部（20a,20b）を二段に重ねて配置した回転式圧縮機（1）において、振動や騒音を低下させつつ、構成部品の点数をできるだけ削減して、回転式流体機械（1）の低コスト化を図る。
【解決手段】環状ピストンを、互いに軸方向に対向する第１，第２環状ピストン（22,22）で構成し、各環状ピストン（22,22）の片側を鏡板（22c,22c）の表面に取り付ける一方、各環状ピストン（22,22）の回転軸が駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心しつつ、各鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせるように、各環状ピストン（22,22）を駆動軸（33）に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転式流体機械に関し、特に、環状のシリンダ室を有するシリンダと、該シリンダ室に偏心して収納された環状ピストンとを有する偏心回転式ピストン機構を二段に重ねて配置した回転式流体機械に関するものである。

従来より、シリンダ室を有するシリンダと該シリンダ室に偏心して収納されたピストンとを有する偏心回転式ピストン機構を備えた回転式流体機械が知られている。この偏心回転式ピストン機構は、シリンダ室に対してピストンを偏心して回転させることにより、シリンダ室の容積が周期的に変動するように構成されている。そして、この偏心回転式ピストン機構は、シリンダ室の容積変化に応じて、流体ガスをシリンダ室の内部に吸入するとともに、吸入した流体ガスを圧縮してシリンダ室の外側へ吐出するように構成されている。

特許文献１には、この種の回転式流体機械として回転式圧縮機が開示されている。この回転式圧縮機の偏心回転式ピストン機構は、シリンダ室が圧縮室を構成するとともに、この圧縮室及びピストンがそれぞれ環状に形成されている。そして、この環状のピストンが、環状の圧縮室を外側圧縮室と内側圧縮室とに区画するように該シリンダ室に偏心して収納され、該環状のピストンに対して環状のシリンダ室を有するシリンダが偏心回転するように構成されている。

具体的に、この外側圧縮室及び内側圧縮室では、上記シリンダの回転に伴い外側圧縮室及び内側圧縮室の容積が拡大することで冷媒が各圧縮室内に吸入され、その後、各圧縮室の容積が縮小するに連れて冷媒の圧力が徐々に上昇していく。そして、この冷媒圧力が所定圧力になると、各圧縮室内を閉鎖していた吐出弁が開放され、圧縮室から冷媒が吐出される。以上のように、環状のシリンダの回転に伴い、各圧縮室の容積が周期的に変化し、この各圧縮室の容積の周期変動に伴い、各圧縮室の冷媒圧力も周期的に変化する。そして、この圧縮室内の冷媒圧力の変化が大きいと、駆動軸の出力トルク変動も大きくなり、場合によっては、回転式圧縮機の振動や騒音の増大を招いてしまう。

そこで、この駆動軸の出力トルク変動を抑えるため、特許文献２には、特許文献１の偏心回転式ピストン機構を上下二段に配置した回転式圧縮機（60）が開示されている。具体的に、特許文献２の回転式圧縮機（60）は、図４に示すように、ケーシング（62）の内壁に周縁部が固定された円板状のミドルプレート（63）を挟んで上側と下側にそれぞれハウジング（64,65）が設けられている。そして、上側のハウジング（65）とミドルプレート（63）に囲まれた上部空間にシリンダ（66）と環状ピストン（67）が収納され、下側のハウジング（64）とミドルプレート（63）に囲まれた下部空間にシリンダ（66）と環状ピストン（67）が収納されている。

又、この回転式圧縮機（60）は、上側と下側にそれぞれ形成された外側圧縮室（68）の容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれ、上側と下側にそれぞれ形成された内側圧縮室（69）の容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれるように構成されている。

この構成によれば、上側の各圧縮室（68,69）内の冷媒圧力の変化に伴って発生する駆動軸（70）のトルク変動を、下側の各圧縮室（68,69）内の冷媒圧力の変化に伴って発生する駆動軸（70）のトルク変動で相殺することができる。したがって、回転式圧縮機（1）全体として、駆動軸（70）のトルク変動を小さく抑えることができ、該回転式圧縮機（1）の振動や騒音を低下させることができる。
特開２００５−３３０９６２号公報 特開２００７−２３９６６６号公報

しかしながら、特許文献２の回転式圧縮機のように、偏心回転式ピストン機構を上下二段に配置すると、偏心回転式ピストン機構が一段の場合に比べて、駆動軸の出力トルク変動を小さく抑えることができるが、偏心回転式ピストン機構を二段で構成したことにより、構造が複雑になり部品点数が増加してしまうという問題がある。

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、環状のシリンダ室を有するシリンダと、該シリンダ室に偏心して収納された環状ピストンとを有する偏心回転式ピストン機構を二段に重ねて配置した回転式流体機械において、振動や騒音を低下させつつ、構成部品の点数をできるだけ削減して、該回転式流体機械の低コスト化を図ることにある。

第１の発明は、ケーシング（10）内に偏心回転式ピストン機構（20）と、該偏心回転式ピストン機構（20）を駆動する駆動軸（33）を有する駆動機構（30）とを備え、上記偏心回転式ピストン機構（20）が、環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を有するシリンダと、該環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とに区画するように該環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）に偏心して収納された環状ピストンと、外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とをそれぞれ高圧側と低圧側とに区画するブレードとを有し、上記環状ピストンが、上記シリンダに対して偏心回転運動をして流体を圧縮する回転式流体機械を前提としている。

そして、上記回転式流体機械のシリンダは、互いに軸方向に対向する第１，第２シリンダ（21,21）からなり、各シリンダ（21,21）間に内部空間（S1）を形成するとともに、該内部空間（S1）の軸方向両側に環状の各シリンダ室（C1,C2,C3,C4）が位置するように固定され、上記環状ピストンは、上記内部空間（S1）に収納され、互いに軸方向に対向する第１，第２環状ピストン（22,22）からなり、該各環状ピストン（22,22）の片側が鏡板（22c,22c）の表面に取り付けられる一方、該各環状ピストン（22,22）の回転軸が上記駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心しつつ、上記各鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせるように、各環状ピストン（22,22）が駆動軸（33）に固定されている。

更に、上記両方の環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間に挟まれるように環状のシール部材（24）が設けられ、該シール部材（24）の内側はケーシング（10）内の圧縮流体が作用する高圧空間（S2）に連通し、上記シール部材（24）の外側は上記内部空間（S1）に連通し、上記シリンダ室（C1,C2,C3,C4）に連通する吸入ポート（41）と内部空間（S1）との間には、上記吸入ポート（41）の流体圧力よりも高く且つ上記高圧空間（S2）の流体圧力よりも低い圧力に内部空間（S1）を保持する背圧調整機構（35）が設けられている。

第１の発明では、各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせるように、各環状ピストン（22,22）が駆動軸（33）に固定されている。これにより、従来とは違いミドルプレートを用いずに、偏心回転式ピストン機構（20）を構成することができる。

又、各環状ピストン（22,22）は、該各環状ピストン（22,22）の回転軸が上記駆動軸（33）の軸心を中心に互いに反対方向に偏心するように、駆動軸（33）に固定されている。これにより、上側と下側に形成された外側シリンダ室（C1,C3）における容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれ、上側と下側に形成された内側シリンダ室（C2,C4）における容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれるようにできる。したがって、上側の偏心回転式ピストン機構（20）で発生する駆動軸（33）のトルク変動を、下側の偏心回転式ピストン機構（20）で発生する駆動軸（33）のトルク変動で相殺することができ、回転式流体機械全体として、駆動軸（33）のトルク変動を小さく抑えることができる。

一方、上記両環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間の圧力により、各環状ピストン（22,22）は各シリンダ（21,21）に押し付けられる。ここで、上記高圧が上記摺動面に供給されることにより、この鏡板（22c,22c）間の圧力も高圧状態となる。したがって、鏡板（22c,22c）間の圧力が高くなりすぎると、環状ピストン（22,22）がシリンダ（21,21）に過剰に押し付けられることがある。

第１の発明では、上記環状のシール部材（24）により、両方の環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間を、該環状のシール部材（24）の内側と外側とに区画することができる。そして、上記鏡板（22c,22c）間を区画することにより、環状のシール部材（24）の内側部分のみを高圧状態にすることができる。つまり、高圧状態の領域を、環状のシール部材（24）がない場合に比べて狭くできる。これにより、環状ピストン（22,22）がシリンダ（21,21）に過剰に押し付けられるのを抑えることができる。

第２の発明は、第１の発明において、上記第１，第２環状ピストン（22,22）の自転を防止する第１、第２自転防止機構（23,23）が、該各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の表面側にそれぞれ設けられていることを特徴としている。

第２の発明では、第１、第２自転防止機構（23,23）が該各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の表面側にそれぞれ設けられているので、自転防止機構が上記鏡板（22c,22c）の背面側に設けられている場合に比べて、該鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせ易くすることができる。

第３の発明は、第２の発明において、上記ブレードは、第１自転防止機構（23）を構成する第１ブレード（23）と、第２自転防止機構（23）を構成する第２ブレード（23）とからなり、上記各環状ピストン（22,22）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（22d,22d）をそれぞれ有し、上記各ブレード（23,23）は、上記外側シリンダ室（C1,C3）を区画する外側ブレード部（23a）と内側シリンダ室（C2,C4）を区画する内側ブレード部（23b）とが一体に形成されてなり、該外側ブレード部（23a）と内側ブレード部（23b）との間には、上記各環状ピストン（22,22）の直線部（22d）に摺動可能に嵌合する凹部（23c）が形成され、上記各シリンダ（21,21）には、上記外側ブレード部（23a,23a）と内側ブレード部（23b,23b）とがシリンダ径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（28）がそれぞれ形成されていることを特徴としている。

第３の発明では、上記各ブレード（23,23）が、各ブレード溝（28,28）を摺動することにより各シリンダ（21,21）に対して径方向に摺動する一方、各シリンダ（21,21）に対してシリンダ径方向に直交する方向の移動が規制されている。そして、各環状ピストン（22,22）は、各ブレード（23,23）の凹部（23c）に該各環状ピストン（22,22）の直線部（22d）が嵌合することにより、各ブレード（23,23）とともに各シリンダ（21,21）に対してシリンダ径方向に摺動するようになっている。

また、各環状ピストン（22,22）は、各ブレード（23,23）の凹部（23c）を該各環状ピストン（22,22）の直線部（22d）で摺動することにより、各シリンダ（21,21）に対してシリンダ径方向に直交する方向に摺動するようになっている。これにより、各環状ピストン（22,22）が偏心回転運動することができる。

ここで、各環状ピストン（22,22）は各ブレード（23,23）に対してシリンダ径方向に直交する方向に摺動するとともに、各ブレード（23,23）とともにシリンダ径方向に動くだけであり、各環状ピストン（22,22）の回転方向の変位が規制される。これにより、各ブレード（23,23）によって各環状ピストン（22,22）の自転を規制することができる。

第４の発明は、第１から第３の何れか１つの発明において、上記各シリンダ（21,21）に設けられて高圧側の各シリンダ室（C3,C4）と上記ケーシング（10）とを連通する吐出ポート（45,46）と、上記ケーシング（10）内の下部に貯留する潤滑油を上記駆動軸（33）の下端面から該駆動軸（33）の外周面へ貫通する貫通路（38）を介して上記両環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間に形成された摺動面に供給する油供給手段（34）とを備えていることを特徴としている。

ここで、上記高圧側の各シリンダ室（C3,C4）における高圧状態のガスは、上記吐出ポート（45,46）からケーシング（10）内へ吐出される。その結果、上記ケーシング（10）内は高圧状態となる。ケーシング（10）内が高圧状態になると、該ケーシング（10）内に貯留する潤滑油も高圧状態となる。そして、この高圧の潤滑油が、上記油供給手段（34）を介して上記摺動面へ供給されるように構成されている。

第１の発明によれば、従来とは違い、ミドルプレートを用いることなく偏心回転式ピストン機構（20）を構成することができる。又、上側の偏心回転式ピストン機構（20）で発生する駆動軸（33）のトルク変動を、下側の偏心回転式ピストン機構（20）で発生する駆動軸（33）のトルク変動で相殺することができ、回転式流体機械全体として、駆動軸（33）のトルク変動を小さく抑えることができる。したがって、駆動軸（33）のトルク変動による振動や騒音を低下させつつ、ミドルプレートを削減して、該回転式流体機械の低コスト化を図ることができる。

また、第１の発明によれば、従来の回転式流体機械とは違い、上記環状のシール部材（24）の数を減少させつつ、環状ピストン（22,22）がシリンダ（21,21）に過剰に押し付けられるのを抑えることができる。つまり、従来の場合は、上側と下側の可動部材の間にミドルプレートが設けられているので、上記ミドルプレートの上面と上側の可動部材との間、該ミドルプレートの下面と下側の可動部材との間にそれぞれ上記環状のシール部材（24）を設ける必要がある。

しかしながら、第１の発明の回転式流体機械は、両方の環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間に、１つだけ環状のシール部材（24）を設ければよい。これにより、回転式流体機械の低コスト化を図ることができる。又、環状のシール部材（24）の内側が小さくなるように設定することにより、環状ピストン（22,22）が過剰に押し付けられるのを抑えることができる。

また、第２の発明によれば、第１、第２自転防止機構（23,23）が該各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の表面側にそれぞれ設けられているので、自転防止機構が上記鏡板（22c,22c）の背面側に設けられている場合に比べて、該鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせ易くすることができる。これにより、従来の回転式流体機械に設けられているミドルプレートを削除し易くなり、該回転式流体機械の低コスト化を図ることができる。

また、上記第３の発明によれば、上記各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の表面側にそれぞれ設けられた各ブレード（23,23）が、各環状ピストン（22,22）の自転防止機構を兼ねている。したがって、別途、自転防止機構を設けることなく、該鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせることができる。これにより、従来の回転式流体機械に設けられているミドルプレートを削除し易くなり、該回転式流体機械の低コスト化を図ることができる。

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。

図１に示すように、実施形態に係る回転式流体機械は、ケーシング（10）内に、電動機（駆動機構）（30）と圧縮機構（偏心回転式ピストン機構）（20）とが収納され、全密閉型に構成された回転式圧縮機（1）である。上記回転式圧縮機（1）は、例えば、空気調和装置の冷媒回路に設けられ、蒸発器から吸入したガス冷媒を圧縮して凝縮器へ吐出するために用いられる。

上記ケーシング（10）は、縦長の円筒状に形成された胴部（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）とで構成された密閉容器である。上部鏡板（12）には、該上部鏡板（12）を貫通して吐出管（15）が設けられている。この吐出管（15）はケーシング（10）内部に連通し、その入口が、ケーシング（10）内の上部に配設された電動機（30）の上側の空間に開口している。又、胴部（11）には、該胴部（11）を貫通して２本の吸入管（14）が設けられている。これらの吸入管（14）は、ケーシング（10）内の下部に配設された圧縮機構（20）にそれぞれ接続されている。

そして、この回転式圧縮機（1）は、圧縮機構（20）で圧縮された冷媒がケーシング（10）の内部（S2）へ吐出された後、吐出管（15）を通ってケーシング（10）外へ送出されるように構成されている。したがって、上記回転式圧縮機（1）の運転中は、ケーシング（10）の内部は高圧空間（S2）となる。

上記電動機（30）は、ステータ（31）とロータ（32）とを備えている。このステータ（31）は円筒形状であり、ケーシング（10）の胴部（11）の内面に固定されている。一方、ロータ（32）には駆動軸（33）が連結され、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。

上記駆動軸（33）の内部には、該駆動軸（33）の下端面から外周面へ延びる給油通路（貫通路）（38）が形成されている。又、駆動軸（33）の下端部には、油ポンプ（油供給手段）（34）が設けられている。そして、この油ポンプ（34）により、上記ケーシング（10）の底部に設けられた貯留部（59）の潤滑油が、給油通路（38）を介して圧縮機構（20）の各摺動部、及び後述する、背中合わせに配置された環状ピストン（22）間に形成される摺動面に供給されるようになっている。

上記駆動軸（33）の下部には、図１おいて上側と下側の偏心部（33b,63b）が隣り合うように設けられている。これらの偏心部（33b,63b）は、該偏心部（33b,63b）の上下の部分よりも大径に形成されている。そして、これらの偏心部（33b）の軸心は、該駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心している。

上記圧縮機構（20）は、２つの圧縮部（20a,20b）を備えている。これらの圧縮部（20a,20b）は、上述した偏心部（33b）の軸心が偏心していることを除いて略同一構成であり、これらの圧縮部（20a,20b）が上下方向に隣り合わせに配置されている。

上側と下側の圧縮部（20a,20b）は、環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を有するシリンダ（21）と、該環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とに区画するように該環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）に偏心して収納された環状ピストン（22）と、外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とをそれぞれ高圧側と低圧側とに区画するブレード（23）とをそれぞれ有している。そして、各圧縮部（20a,20b）において、環状ピストン（22）が、シリンダ室（C1,C2,C3,C4）内でシリンダ（21）に対して偏心回転運動するように構成されている。

上側と下側のシリンダ（21,21）は、それぞれ外側シリンダ部（21a）と内側シリンダ部（21b）とシリンダ側鏡板（21c）とを備えている。そして、各シリンダ（21）は、外側シリンダ部（21a）の端部と内側シリンダ部（21b）の端部とをシリンダ側鏡板（21c）で連結することにより形成されている。又、両シリンダ（21,21）の中央部分には、上記駆動軸（33）が貫通しており、この駆動軸（33）が貫通する貫通孔の内周面には該駆動軸（33）を回転可能に支持する滑り軸受（16）がそれぞれ設けられている。

上側と下側のシリンダ（21,21）は、両シリンダ（21,21）間に内部空間（S1）が形成されるように、各シリンダ（21,21）の外側シリンダ部（21a）の端面同士が密着して固定されている。そして、このように固定された両シリンダ（21,21）の外周面がケーシング（10）の内周面に溶接等によって固定されている。そして、この内部空間（S1）に、２つの環状ピストン（22,22）が収納されている。

これらの環状ピストン（22,22）は、図１おいて上下方向に背中合わせに配置されている。各環状ピストン（22,22）は、それぞれ環状のピストン部（22a）と軸受部（22b）とピストン側鏡板（22c）とを備えている。そして、各環状ピストン（22）は、ピストン部（22a）の端部と軸受部（22b）の端部とをピストン側鏡板（22c）で連結することにより形成されている。

上側と下側の環状ピストン（22）は、各軸受部（22b）を上記駆動軸（33）の各偏心部（33b,63b）に嵌合させるようにして、駆動軸（33）に固定されている。ここで、上述したように、上側と下側の偏心部（33b,63b）は、両偏心部（33b,63b）の軸心が駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心するように形成されている。したがって、これら偏心部（33b,63b）に嵌合する上側と下側の環状ピストン（22,22）も、両環状ピストン（22,22）の軸心が駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心している。

又、上側と下側のピストン側鏡板（22c）の間には微小な隙間が形成され、この微小な隙間には、シールリング（24）が設けられている。このシールリング（24）は、上記微小な隙間を内側と外側とに区画するものであり、このシールリング（24）の内側は、上記駆動軸（33）の給油通路（38）を介して高圧空間（S2）と連通している。ここで、この給油通路（38）から該シールリング（24）の内側に潤滑油が供給されることにより、この微小な隙間が高圧状態になっている。そして、このシールリング（24）内側の圧力が、上側の環状ピストン（22）を上側のシリンダ（21）側へ押し付け、下側の環状ピストン（22）を下側の各シリンダ（21）側へ押し付けるための背圧を構成する。

一方、上記シールリング（24）の外側は、両シリンダ（21,21）間に形成された内部空間（S1）と連通している。尚、この内部空間（S1）の圧力は、該シールリング（24）を越えて進入する潤滑油や、軸受からシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を介して漏れ出た潤滑油により、上昇するが、後述する背圧調整機構（35）によって所定圧力以上とならないように構成されている。

上側と下側のブレード（23）は、それぞれ外側シリンダ室（C1,C3）を区画する外側ブレード部（23a）と、内側シリンダ室（C2,C4）を区画する内側ブレード部（23b）とが一体に形成された矩形板状の部材であり、この外側ブレード部（23a）と内側ブレード部（23b）と間に凹部（23c）が形成されている。

各圧縮部（20a,20b）において、シリンダ（21）と環状ピストン（22）とは、それぞれ図２に示すように配置されている。上記環状ピストン（22）は、ピストン部（22a）が分断されずに連続して形成されるとともに、該ピストン部（22a）の周方向の一部分には、ブレードの中心線を通る径方向に直交する直線部（22d）が形成されている。

一方、上記各シリンダ（21,21）の外側シリンダ部（21a）及び内側シリンダ部（21b）において、ピストン部（22a）の直線部（22d）に対応する部分には、それぞれ径方向に直交する直線部が形成されている。そして、この両シリンダ部（21a,21b）の直線部には、上記ピストン部（22a）に嵌合したブレード（23）を、摺動可能に嵌め込むためのブレード溝（28）が、シリンダ径方向に沿って一直線状に連続して形成されている。

そして、上記各ブレード（23）が、凹部（23c）をピストン部（22a）の直線部（22d）に摺動可能に嵌合させつつ、上記ブレード溝（28）に摺動可能に嵌め込まれる。これにより、上述したように、外側ブレード部（23a）が外側シリンダ室（C1,C3）を高圧側（C1）と低圧側（C3）とに区画し、内側ブレード部（23b）が内側シリンダ室（C2,C4）を高圧側（C2）と低圧側（C4）とに区画する。

又、内側シリンダ部（21b）の外周面と外側シリンダ部（21a）の内周面とは、互いに同心状に配置された円筒面で形成されている。そして、この外側シリンダ部（21a）の内周面と、内側シリンダ部（21b）の外周面との間に、圧縮室としての環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）が形成されている。

そして、このシリンダ室（C1,C2,C3,C4）内には、上記環状ピストン（22）のピストン部（22a）が位置付けられている。つまり、上記ピストン部（22a）の外周面は外側シリンダ部（21a）の内周面よりも小径に形成され、上記ピストン部（22a）の内周面は内側シリンダ部（21b）の外周面よりも大径に形成されている。これにより、ピストン部（22a）の外周面と外側シリンダ部（21a）の内周面との間に外側シリンダ室（C1,C3）が形成される一方、ピストン部（22a）の内周面と内側シリンダ部（21b）の外周面との間に内側シリンダ室（C2,C4）が形成されている。

又、各環状ピストン（22）と各シリンダ（21）とは、ピストン部（22a）の外周面と外側シリンダ部（21a）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微小な隙間があるが、その微小な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度異なる位置で、ピストン部（22a）の内周面と内側シリンダ部（21b）の外周面とが１点で実質的に接するようになっている。

上記各シリンダ（21）には、外側シリンダ部（21a）をシリンダ径方向に貫通する吸入ポート（41）が形成されている。この吸入ポート（41）は、一端側が外側シリンダ室（C1,C3）の低圧室（C1）に開口している一方、他端側は吸入管（14）が挿入されている。また、上記ピストン部（22a）には、外側シリンダ室（C1,C3）の低圧室（C1）と内側シリンダ室（C2,C4）の低圧室（C2）とを連通する貫通孔（44）が形成されている。

又、上記各シリンダ（21）には、シリンダ側鏡板（21c）を厚み方向に貫通する外側吐出ポート（45）及び内側吐出ポート（46）が形成されている。外側吐出ポート（45）の環状ピストン（22）側の開口端は、外側シリンダ室（C1,C3）の高圧室（C3）に臨み、内側吐出ポート（46）の環状ピストン（22）側の開口端は、内側シリンダ室（C2,C4）の高圧室（C4）に臨んでいる。なお、外側吐出ポート（45）及び内側吐出ポート（46）には、それぞれポートを開閉するための逆止弁からなる吐出弁（図示せず）が設けられている。

又、図１おいて下側のシリンダ（21）内には、連通路（36）、及び該連通路（36）内に設けられて該連通路（36）を開閉する逆止弁（37）からなる背圧調整機構（35）が設けられている。上記連通路（36）は、上記内部空間（S1）と上記吸入ポート（41）とを連通するように構成されている。

上記逆止弁（37）は、流体流入口と流体流出口とが形成された弁室を有し、該弁室内にはボール弁とコイルバネとが収容されている。そして、上記流体流入口には弁座が設けられるとともに、この弁座に向けて上記ボール弁を付勢するようにコイルバネが取り付けられている。そして、流体流入口側、即ち内部空間（S1）内の圧力がコイルバネの弾性力より大きくなると、コイルバネが収縮し、ボール弁が弁座から離れて流体流入口が開口するように構成されている。一方、内部空間（S1）内の圧力がコイルバネの弾性力より小さくなると、コイルバネが伸張し、ボール弁が弁座に押し付けられて流体流入口が閉鎖するように構成されている。

又、図１からわかるように、上側のピストン側鏡板（22c）の上端面には、上側の内側シリンダ部（21b）の先端面（図１の下端面）が摺接し、下側のピストン側鏡板（22c）の下端面には、下側の内側シリンダ部（21b）の先端面（図１の上端面）が摺接している。

一方、上側のピストン部（22a）の先端面（図１の上端面）は、ブレード（23）が嵌め込まれている部分を除いて、上記シリンダ室（C1,C2,C3,C4）の上面に摺接し、下側のピストン部（22a）の先端面（図１の下端面）は、ブレード（23）が嵌め込まれている部分を除いて、上記シリンダ室（C1,C2,C3,C4）の下面に摺接している。尚、上側のブレード（23）の上面は、上側のシリンダ側鏡板（21c）の下端面に摺接し、下側のブレード（23）の下面は、下側のシリンダ側鏡板（21c）の上端面に摺接している。

又、上側の軸受部（22b）の先端面（図１の上端面）は、上側の内側シリンダ部（21b）よりも内側の平板部に摺接し、下側の軸受部（22b）の先端面（図１の下端面）は、下側の内側シリンダ部（21b）よりも内側の平板部に摺接している。

このように、環状ピストン（22）と各シリンダ（21,21）とブレード（23）との各部分が互いに摺接することによって、気密状態のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）が形成されている。

（運転動作）
次に、上記回転式圧縮機（1）における圧縮機構（20）の圧縮動作について説明する。ここで、上側と下側の圧縮部（20a,20b）の運転動作は、互いに１８０度ずれた状態で行われる。尚、位相を除いては、互いに同一の動作であるため、上側の圧縮部（20a）の動作を代表して説明する。

まず、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、圧縮部（20a）の環状ピストン（22）に伝達される。すると、環状ピストン（22）のピストン部（22a）が、ブレード（23）とともにブレード溝（28）に沿って径方向に往復運動する。又、各環状ピストン（22）の直線部（22d）が、ブレード（23）の凹部（23c）内を径方向に直交する方向に往復運動する。

ここで、環状ピストン（22）は、ブレード（23）に対してシリンダ径方向に直交する方向に摺動するとともに、ブレード（23）とともにシリンダ径方向に動くだけであり、環状ピストン（22）の回転方向の変位は規制される。つまり、上記ブレード（23）は、環状ピストン（22,22）の自転を規制する自転防止機構を構成する。

そして、この径方向、及び径方向に直交する方向への往復運動の組み合わせにより、上記ピストン部（22a）が各シリンダ（21）の外側シリンダ部（21a）及び内側シリンダ部（21b）に対して公転し、上記圧縮部（20a）が所定の圧縮動作を行う。

具体的に、上記外側シリンダ室（C1,C3）では、図３（Ｂ）の状態で低圧室（C1）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（Ａ）の状態へ変化するのに伴って低圧室（C1）の容積が増大し、冷媒が吸入管（14）及び吸入ポート（41）を通って低圧室（C1）に吸入される。上記駆動軸（33）が一回転して再び図３（Ｂ）の状態になると、上記低圧室（C1）への冷媒の吸入が完了する。

そして、この低圧室（C1）が、今度は冷媒が圧縮される高圧室（C3）となり、ブレード（23）を隔てて新たな低圧室（C1）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）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（C3）の容積が減少し、該高圧室（C3）で冷媒が圧縮される。高圧室（C3）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、該高圧室（C3）の高圧冷媒によって吐出弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

一方、内側シリンダ室（C2,C4）では、図３（Ｆ）の状態で低圧室（C2）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（Ｇ）〜図３（Ｅ）の状態へ変化するのに伴って該低圧室（C2）の容積が増大し、冷媒が吸入管（14）、吸入ポート（41）及び貫通孔（44）を通って、内側シリンダ室（C2,C4）の低圧室（C2）へ吸入される。

上記駆動軸（33）が一回転して再び図３（Ｆ）の状態になると、上記低圧室（C2）への冷媒の吸入が完了する。そして、この低圧室（C2）が、今度は冷媒が圧縮される高圧室（C4）となり、ブレード（23）を隔てて新たな低圧室（C2）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）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（C4）の容積が減少し、該高圧室（C4）で冷媒が圧縮される。高圧室（C4）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、該高圧室（C4）の高圧冷媒によって吐出弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

上記外側シリンダ室（C1,C3）では、ほぼ図３（Ｅ）のタイミングで冷媒の吐出が開始され、内側シリンダ室（C2,C4）では、ほぼ図３（Ａ）のタイミングで吐出が開始される。つまり、外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とでは、吐出のタイミングがほぼ１８０度異なっている。

又、上記圧縮機構（20）の摺動部分は、上記貯留部（59）の潤滑油により潤滑される。具体的に、上記貯留部（59）の潤滑油は、駆動軸（33）下端の油ポンプ（34）により、該駆動軸（33）の給油通路（38）内を上方へ押し上げられて、圧縮機構（20）の各軸受（16）や、上側と下側の環状ピストン（22）の微小な隙間であって上記シールリング（24）よりも内側部分に供給される。そして、この内側部分に供給された潤滑油は、シールリング（24）を越えて上記内部空間（S1）に流れ込み、該内部空間（S1）内の圧力を上昇させる。

ここで、この内部空間（S1）の圧力が、上記背圧調整機構（35）のコイルバネの弾性力よりも大きくなると、該背圧調整機構（35）の流体流入口が開いて、上記内部空間（S1）と吸入ポート（41）とが連通し、上記内部空間（S1）内の圧力が下がる。そして、内部空間（S1）の圧力が、上記背圧調整機構（35）のコイルバネの弾性力よりも小さくなると、該背圧調整機構（35）の流体流入口が閉じて、上記内部空間（S1）と吸入ポート（41）との連通が遮断され、上記内部空間（S1）内の圧力が低下しなくなる。このようにして、上記内部空間（S1）内の圧力、即ち背圧が上がり過ぎないようにすることにより、環状ピストン（22,22）がシリンダ（21,21）に過剰に押し付けられるのを抑えている。

そして、シールリング（24）を越えて上記内部空間（S1）に流れ込んだ潤滑油は、上記背圧調整機構（35）を介して上記吸入ポート（41）へ排出される。上記吸入ポート（41）へ排出された潤滑油は、冷媒とともに圧縮機構（20）内に吸入されて、各シリンダ室（C1,C2,C3,C4）で圧縮された後、ケーシング（10）内の高圧空間（S2）に吐出されて、貯留部（59）に戻るように構成されている。

尚、内部空間（S1）に流れ込んだ潤滑油は、各環状ピストン（22,22）の偏心回転運動により、該環状ピストン（22,22）の外周面で攪拌される。このとき、環状ピストン（22,22）が偏心回転運動しても、環状ピストン（22,22）の外周面の外側にある内部空間（S1）の容積は一定である。したがって、環状ピストン（22,22）による潤滑油の攪拌損失が変化しない。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、従来とは違い、ミドルプレートを用いることなく上下二段に圧縮部（20a,20b）を配置した圧縮機構（20）を構成することができる。ここで、この圧縮機構（20）は、各環状ピストン（22,22）の回転軸が上記駆動軸（33）の軸心を中心に互いに反対方向に偏心するよう構成されている。

これにより、上側と下側の圧縮部（20a,20b）にそれぞれ形成された外側圧縮室（C1,C3）における容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれ、上側と下側にそれぞれ形成された内側圧縮室（C2,C4）における容積の変動周期の位相が互いに１８０度ずれている。このことから、上側の圧縮部（20a）で発生する駆動軸（33）のトルク変動を、下側の圧縮部（20b）で発生する駆動軸（33）のトルク変動で相殺することができ、回転式圧縮機全体として、駆動軸（33）のトルク変動を小さく抑えることができる。

以上により、駆動軸（33）のトルク変動による振動や騒音を低下させつつ、ミドルプレートを削減して、該回転式圧縮機（1）の低コスト化を図ることができる。

又、本実施形態によれば、ミドルプレートがなくても各環状ピストン（22,22）の自転を防止することができる。つまり、従来の場合、上側と下側の可動部材（図４ではシリンダ（66）、本実施形態では環状ピストン）の間にミドルプレートが設けられているので、可動部材とミドルプレートとの間に、可動部材の自転を防止するためのオルダム継手等を取り付けることが容易である。しかし、本実施形態の場合、ミドルプレートがないので、オルダム継手等を取り付けることが容易でない。そこで、本実施形態によれば、上記ブレード（23,23）に自転防止機能を持たせることにより、各環状ピストン（22,22）の自転を防止することができる。つまり、上記自転防止機構をピストン側鏡板（22c,22c）の表面側に配置することにより、該ピストン側鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせ易くすることができる。これにより、従来の回転式圧縮機に設けられているミドルプレートを削除し易くなり、該回転式圧縮機（1）の低コスト化を図ることができる。

又、本実施形態によれば、上記シールリング（24）により、両方の環状ピストン（22,22）の微小な隙間を、該シールリング（24）の内側と外側とに区画することができる。そして、この微小な隙間を区画することにより、シールリング（24）の内側部分のみを高圧状態にすることができる。つまり、シールリング（24）の径を大きく設定すると、上記微小な隙間の高圧状態の範囲が広くなり、上記背圧が大きくなる。一方、シールリング（24）の径を小さく設定すると、上記背圧が小さくなる。このように、回転式圧縮機（1）に応じて、シールリング（24）の径を設定することにより、環状ピストン（22,22）がシリンダ（21,21）に過剰に押し付けられるのを抑えることができる。

又、従来の場合、ミドリプレートが設けられているので、上記ミドルプレートの上面と上側の可動部材との間、該ミドルプレートの下面と下側の可動部材との間にそれぞれ上記環状のシール部材（24）を設ける必要があるが、本実施形態では、両方の環状ピストン（22,22）の微小な隙間に、１つだけシールリング（24）を設ければよく、低コスト化を図ることができる。

《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。

本実施形態では、上記シリンダ（21）が有する環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）が圧縮室を構成しているが、これに限定されず、環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）が膨張室を構成してもよい。

本実施形態では、各ピストン側鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせ易くするために、ピストン側鏡板（22c,22c）の表面側に自転防止機構、つまり凹部（23c）を有するブレード（23）を設けているが、これに限定する必要はなく、例えば、環状ピストン（22,22）を揺動自在に支持する揺動ブッシュを設けてもよい。

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、回転式流体機械に関し、特に、環状のシリンダ室を有するシリンダと、該シリンダ室に偏心して収納された環状ピストンとを有する偏心回転式ピストン機構を二段に重ねて配置した回転式流体機械について有用である。

本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の縦断面図である。 本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の圧縮機構を示す横断面図である。 圧縮機構の動作を示す横断面図である。 従来の回転式圧縮機の縦断面図である。

１ 回転式圧縮機 （回転式流体機械）
１０ ケーシング
２０ 圧縮機構 （偏心回転式ピストン機構）
２１ シリンダ
２１ａ 外側シリンダ部
２１ｂ 内側シリンダ部
２１ｃ シリンダ側鏡板
２２ 環状ピストン
２２ａ ピストン部
２２ｂ 軸受部
２２ｃ ピストン側鏡板
２３ ブレード
２３ａ 外側ブレード部
２３ｂ 内側ブレード部
２３ｃ 凹部
２４ シールリング （シール部材）
３０ 電動機 （駆動機構）
３３ 駆動軸
３４ 油ポンプ （油供給手段）
３５ 背圧調整機構
３６ 連通路
３７ 逆止弁
３８ 給油通路（貫通路）
４１ 吸入ポート
４４ 貫通孔
４５ 外側吐出ポート
４６ 内側吐出ポート

Claims (4)

1. ケーシング（10）内に偏心回転式ピストン機構（20）と、該偏心回転式ピストン機構（20）を駆動する駆動軸（33）を有する駆動機構（30）とを備え、
   上記偏心回転式ピストン機構（20）が、環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を有するシリンダと、該環状のシリンダ室（C1,C2,C3,C4）を外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とに区画するように該シリンダ室（C1,C2,C3,C4）に偏心して収納された環状ピストンと、外側シリンダ室（C1,C3）と内側シリンダ室（C2,C4）とをそれぞれ高圧側と低圧側とに区画するブレードとを有し、
   上記環状ピストンが、上記シリンダに対して偏心回転運動をする回転式流体機械であって、
   上記シリンダは、互いに軸方向に対向する第１，第２シリンダ（21,21）からなり、各シリンダ（21,21）間に内部空間（S1）を形成するとともに、該内部空間（S1）の軸方向両側に環状の各シリンダ室（C1,C2,C3,C4）が位置するように固定され、
   上記環状ピストンは、互いに軸方向に対向する第１，第２環状ピストン（22,22）からなり、該各環状ピストン（22,22）の片側が鏡板（22c,22c）の表面に取り付けられる一方、該各環状ピストン（22,22）の回転軸が上記駆動軸（33）の軸心を中心として互いに反対方向に偏心しつつ、上記各鏡板（22c,22c）の背面同士を合わせるように、各環状ピストン（22,22）が駆動軸（33）に固定されていることを特徴とする回転式流体機械。
2. 請求項１において、
   上記第１，第２環状ピストン（22,22）の自転を防止する第１、第２自転防止機構（23,23）が、該各環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）の表面側にそれぞれ設けられ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、
   上記ブレードは、第１自転防止機構（23）を構成する第１ブレード（23）と、第２自転防止機構（23）を構成する第２ブレード（23）とからなり、
   上記各環状ピストン（22,22）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（22d,22d）をそれぞれ有し、
   上記各ブレード（23,23）は、上記外側シリンダ室（C1,C3）を区画する外側ブレード部（23a）と内側シリンダ室（C2,C4）を区画する内側ブレード部（23b）とが一体に形成されてなり、該外側ブレード部（23a）と内側ブレード部（23b）との間には、上記各環状ピストン（22,22）の直線部（22d）に摺動可能に嵌合する凹部（23c）が形成され、
   上記各シリンダ（21,21）には、上記外側ブレード部（23a,23a）と内側ブレード部（23b,23b）とがシリンダ径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（28）がそれぞれ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１から３の何れか１つにおいて、
   上記各シリンダ（21,21）に設けられて高圧側の各シリンダ室（C3,C4）と上記ケーシング（10）とを連通する吐出ポート（45,46）と、上記ケーシング（10）内の下部に貯留する潤滑油を上記駆動軸（33）の下端面から該駆動軸（33）の外周面へ貫通する貫通路（38）を介して上記両環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間に形成された摺動面に供給する油供給手段（34）とを備え、
   両方の環状ピストン（22,22）の鏡板（22c,22c）間に挟まれるように環状のシール部材（24）が設けられていることを特徴とする回転式流体機械。

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