JP2009174382A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑が異常の時の、ブレードの先端とピストンの外周面の間における摺動損失を低減する。
【解決手段】ピストン（41）がシリンダ（50）に対して偏心回転して流体室（Ca,Cb）の容積を変化させることにより流体を圧縮する圧縮機において、シリンダ（50）の中心軸と同軸上で回転拘束された内歯車（46）と、ピストン（41）の中心軸と同軸上で該ピストン（41）とともに回転しつつ内歯車（46）と噛み合う外歯車（45）とを設ける。そして、外歯車（45）の歯数Ｚ１、内歯車（46）の歯数Ｚ２、シリンダ室（C）の内半径Ｒ、及びピストン（41）の外半径ｒが、Ｚ２／Ｚ１＝Ｒ／ｒの関係を満たすように設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンがシリンダに対して偏心回転して流体室の容積を変化させることにより流体を圧縮する圧縮機に関するものである。

蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路においては、圧縮機を用いて冷媒を圧縮する。このような圧縮機は、一般に、密閉型のケーシング内に、圧縮機構と該圧縮機構を駆動する電動機とが収納されている。

このような圧縮機の一例として、いわゆるロータリー圧縮機がある（例えば特許文献１を参照）。一般的なロータリー圧縮機では、圧縮機構は、シリンダと、該シリンダのシリンダ室にほぼ内接しながら旋回運動するピストンとを備えている。このロータリー圧縮機では、所定量だけ偏心した偏心部を有した駆動軸（クランク軸）が駆動機構に設けられ、このクランク軸の偏心部にピストンが回転自在に取り付けられている。

また、この圧縮機構は、ピストンに摺接してシリンダ室を吸入室と圧縮室とに区画するブレードを備えている。この吸入室と圧縮室とは、ピストンが１回転するごとに交互に切り換わる。また、シリンダには、吸入室に開口する吸入口と圧縮室に開口する吐出口とが形成されている。そして、このロータリー圧縮機では、電動機を駆動すると、冷媒回路の冷媒が吸入口から吸入室に吸入されると共に、圧縮室で圧縮された高圧冷媒が吐出口から冷媒回路に吐出される。
特開昭６３−１６７０９５号公報

しかしながら、いわゆるロータリー圧縮機では、ブレードの先端がピストンの外周面に摺接しながら流体の圧縮を行うので、その摺接部分において摺動損失が発生する。特に、ピストンと偏心部との間の潤滑油が不足した場合などの異常時には、ピストンとクランク軸が共回りする状態になる場合がある。この場合は、ブレード先端におけるすべり速度が大きくなり、ブレードの先端とピストンの外周面との摺接損失が極端に大きくなってしまう。そして、この運転状態は場合によっては、焼きつきを引き起こすことになる。

本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、潤滑が異常の時の、ブレードの先端とピストンの外周面の間における摺動損失を低減することを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
シリンダ（50）と、該シリンダ（50）のシリンダ室（C）に回転自在に収納されたピストン（41）と、該ピストン（41）に摺接して該シリンダ室（C）内を２つの流体室（Ca,Cb）に区画するブレード（54）とを備え、該ピストン（41）が該シリンダ（50）に対して偏心回転してそれぞれの流体室（Ca,Cb）の容積を変化させて流体を圧縮する圧縮機であって、
前記シリンダ（50）の中心軸と同軸上で回転拘束された内歯車（46）と、
前記ピストン（41）の中心軸と同軸上で該ピストン（41）とともに回転しつつ前記内歯車（46）と噛み合う外歯車（45）とを備え、
前記外歯車（45）の歯数Ｚ１、前記内歯車（46）の歯数Ｚ２、前記シリンダ室（C）の内半径Ｒ、及び前記ピストン（41）の外半径ｒは、Ｚ２／Ｚ１＝Ｒ／ｒの関係を満たすように設定されていることを特徴とする。

これにより、外歯車（45）がシリンダ（50）の中心軸周りに偏心回転（公転）する。そして、外歯車（45）はこの公転にともなって、ピストン（41）の中心軸を中心軸として自転しながら内歯車（46）上を移動する（すなわち内歯車（46）上を内転する）。したがって、外歯車（45）とともに回転するピストン（41）も、シリンダ（50）の中心軸周りを公転しつつ、該ピストン（41）の中心軸を中心に自転する。

また、第２の発明は、
第１の発明の圧縮機において、
前記内歯車（46）は、前記シリンダ（50）に固定されていることを特徴とする。

これにより、内歯車（46）とシリンダ（50）とが一体化され、内歯車（46）がシリンダ（50）に対して回転拘束される。

また、第３の発明は、
第１の発明の圧縮機において、
さらに、前記ピストン（41）の背面側で、該ピストン（41）を支持する支持部材（60）を備え、
前記内歯車（46）は、前記支持部材（60）に固定されていることを特徴とする。

これにより、内歯車（46）と、ピストン（41）を支持する支持部材（60）とが一体化され、その結果、内歯車（46）がシリンダ（50）に対して回転拘束される。

また、第４の発明は、
第１の発明の圧縮機において、
前記ピストン（41）は、背面側に鏡板（42）を有し、
前記外歯車（45）は、該ピストン（41）の鏡板（42）に固定されていることを特徴とする。

これにより、ピストン（41）と外歯車（45）とが鏡板（42）を介して一体化され、ピストン（41）の中心軸と同軸上で該ピストン（41）とともに外歯車（45）が回転する。

また、第５の発明は、
第１の発明の圧縮機において、
前記シリンダ（50）と前記ピストン（41）との偏心量（ε）、前記シリンダ室（C）の内半径Ｒ、及び前記ピストン（41）の外半径ｒが、Ｒ＝ε＋ｒの関係を満足するように、Ｒ、ｒ、及びεがそれぞれ設定されていることを特徴とする。

これにより、ピストン（41）の公転角度分のシリンダ室（C）内周面側の周長と、ピストン（41）の自転角度分の該ピストン（41）外周面側の周長とが等しくなり、その結果、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面上を滑ることなく転がる。

第１の発明によれば、ピストン（41）が所定の角速度で自転しつつシリンダ室（C）内で公転するので、従来の圧縮機においてピストンとクランク軸が共回り状態になった場合よりも、ブレード先端におけるすべり速度を小さくできる。そのため、例えば従来の圧縮機において問題であった、異常時における、ブレードの先端とピストンの外周面の間における摺動損失を低減できる。これにより、例えば運転開始時のように潤滑油が少ない場合などにおける焼き付き（スカッフィング）を低減できる。

また、第２及び第３の発明によれば、シリンダ（50）に対して内歯車（46）を容易に固定できる。

また、第４の発明によれば、ピストン（41）に対して外歯車（45）を容易に固定できる。

また、第５の発明によれば、ピストン（41）外周面とシリンダ（50）内周面との間を通って漏れる流体の量を減少させることができ、圧縮の効率を向上できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、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。

本発明の実施形態に係る圧縮機は、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流体（冷媒）を圧縮して、凝縮器へ吐出するために用いられる。

−圧縮機の構成−
図１は、本発明の実施形態に係る圧縮機（1）の概略構成を示す縦断面図である。この圧縮機（1）は、図１に示すように、ケーシング（10）内に、駆動機構（20）と、圧縮機構（40）とが収納され、全密閉型に構成されている。

ケーシング（10）は、縦向きに配置された円筒状の胴部（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。この例では、上部鏡板（12）は、円盤状の天板と、該天板と一体に形成された円筒部を有した部材である。この上部鏡板（12）の円筒部の内径は、胴部（11）の外径とほぼ同径に形成され、この円筒部が胴部（11）に固定されている。また、下部鏡板（13）は、円盤状の底面部と、該底面と一体に形成された円筒部を有した部材である。下部鏡板（13）の円筒部も、その内径が胴部（11）の外径とほぼ同径に形成され、この円筒部が胴部（11）に固定されている。

このケーシング（10）には、上部鏡板（12）側から、圧縮機構（40）、駆動機構（20）の順で、これらが収容されている。また、このケーシング（10）の胴部（11）には、圧縮機構（40）のほぼ真横で該胴部（11）を貫通する吸入管（14）が設けられている。吸入管（14）は、その終端が圧縮機構（40）に接続されている。また、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。この吐出管（15）は、圧縮機構（40）のほぼ真横において、ケーシング（10）内に開口している。

駆動機構（20）は、駆動軸（21）と電動機（30）とを備えている。

駆動軸（21）は、円柱状の主軸部（21a）と、該主軸部（21a）の端部側で一体化された偏心部（21b）とにより構成されている。この偏心部（21b）は、主軸部（21a）の中心軸（第１の中心軸（X1）と呼ぶ）から所定量（ε）だけ偏心した中心軸（第２の中心軸（X2）と呼ぶ）を有した円柱状に形成されている。

また、電動機（30）は、概略円筒形状のステータ（32）とロータ（31）とを備えている。このステータ（32）は、ケーシング（10）の胴部（11）の内面に固定されている。ロータ（31）には、駆動軸（21）の主軸部（21a）が貫通して固定され、この状態でステータ（32）の内側に配置されている。

圧縮機構（40）は、ピストン（41）、シリンダ（50）、ブレード（54）、リアヘッド（60）、及びフロントヘッド（70）を備えている。この圧縮機構（40）では、シリンダ（50）とフロントヘッド（70）とによって、シリンダ室（C）が形成される。また、ピストン（41）がシリンダ室（C）に収納されるとともに、ブレード（54）がシリンダ室（C）内を２つの流体室に区画する。そして、ピストン（41）がシリンダ（50）に対して偏心回転運動をすることにより、各流体室の容積を変化させて冷媒（流体）を圧縮する。

フロントヘッド（70）には、該フロントヘッド（70）を貫通する吐出口（71）が形成されている。この吐出口（71）は、後述する圧縮室（Cb）と、ケーシング（10）内の空間とを連通している。なお、フロントヘッド（70）の上面には、吐出口（71）を開閉する吐出弁（72）が設けられている。この吐出弁（72）は、圧縮室（Cb）内の圧力が所定値になると、該圧縮室（Cb）内の高圧の冷媒によって開くように構成されている。

ピストン（41）は、図２に示すように、高さが一定の円環状に形成されている。そして、このピストン（41）は、円板状に形成された可動側鏡板部（42）と一体化されている。

この可動側鏡板部（42）の背面側（ピストン（41）側とは反対側）には、凹部（43）が形成されている。凹部（43）は、ピストン（41）の中心軸と同軸の円形状に形成されている。そして、この凹部（43）には、駆動軸（21）の偏心部（21b）を回転自在に保持する偏心部用軸受け（44）が嵌め込まれている。偏心部用軸受け（44）は、回転軸と直交する方向の荷重を受ける、いわゆるラジアル転がり軸受けである。本実施形態では、偏心部用軸受け（44）は、外輪と、内輪と、内輪及び外輪の間に設けられた移動体（円筒ころ）とを備えている。そして、偏心部用軸受け（44）は、その外輪が可動側鏡板部（42）の凹部（43）内に嵌めこまれて固定され、内輪が駆動軸（21）の偏心部（21b）に嵌め込まれている。

この構成により、ピストン（41）の中心軸は、第２の中心軸（X2）と同軸になる。また、第１の中心軸（X1）と第２の中心軸（X2）とはεだけ偏心しているので、駆動軸（21）が第１の中心軸（X1）周りに回転すると、ピストン（41）は、この回転に伴って第１の中心軸（X1）周り（すなわち主軸部（21a）の中心軸周り）をεだけ偏心して回転（公転）する。

また、可動側鏡板部（42）は、外周壁の一部に段差が形成され、この段差部分に、外歯車（45）が固定されている。この際、外歯車（45）は、その中心軸がピストン（41）と同軸になるように可動側鏡板部（42）に固定されている。すなわち、外歯車（45）は、ピストン（41）の中心軸と同軸上で該ピストン（41）とともに回転する。また、外歯車（45）は、このように固定されることで、駆動軸（21）が第１の中心軸（X1）周りに回転すると、この第１の中心軸（X1）周りをεだけ偏心して公転する。

また、外歯車（45）は、図３に示すように、内歯車（46）と噛み合うように形成されている。この内歯車（46）は、第１の中心軸（X1）を中心軸とし、後述するようにシリンダ（50）に固定されて回転拘束されている。これにより、この外歯車（45）が第１の中心軸（X1）周りに公転すると、外歯車（45）は、この公転にともなって、第２の中心軸（X2）を中心軸として回転（自転）しながら内歯車（46）上を移動する。外歯車（45）は、すなわち内歯車（46）上を内転する。したがって、外歯車（45）に固定されているピストン（41）も、駆動軸（21）を第１の中心軸（X1）周りに回転させれば、第１の中心軸（X1）周りを公転しつつ、第２の中心軸（X2）を中心に自転する。

リアヘッド（60）は、駆動軸（21）の支持と、ピストン（41）の軸方向荷重の支持を行う。このリアヘッド（60）は、胴部（11）の内径とほぼ同外径の円盤状に形成され、可動側鏡板部（42）に対向した状態で、シリンダ（50）と共に該胴部（11）に固定されている。リアヘッド（60）の中央部には、駆動機構（20）側に向かって突出したボス（61）が形成されている。このボス（61）には、駆動軸（21）の主軸部（21a）を回転自在に保持する主軸部用軸受け（63）が設けられている。この主軸部用軸受け（63）は、偏心部用軸受け（44）と同様のいわゆるラジアル転がり軸受けである。そして、主軸部用軸受け（63）は、外輪がボス（61）の内周面にはめ込まれ、内輪には駆動軸（21）の主軸部（21a）が嵌め込まれている。また、リアヘッド（60）の上面側（可動側鏡板部（42）と対向する側）には、溝部（62）が形成されている。この溝部（62）には、下側軸受け（64）が嵌め込まれて、この下側軸受け（64）によって可動側鏡板部（42）（ピストン（41））の軸方向荷重を支持しつつ、該ピストン（41）を回転自在に保持している。この下側軸受け（64）には、例えば玉転がり軸受け等を採用できる。

シリンダ（50）は、厚肉の円筒状に形成され、その中心軸が、第１の中心軸（X1）（すなわち主軸部（21a）の中心軸）と同軸に配置されている。この際、シリンダ（50）は、該シリンダ（50）の上端側に、ボルト等の締結手段によってフロントヘッド（70）が締結されて一体的化されている。このフロントヘッド（70）は、胴部（11）に溶接され、これにより圧縮機構（40）がケーシング（10）に固定されている。

この構成により、シリンダ（50）の内周面と可動側鏡板部（42）の上端面とフロントヘッド（70）の下端面との間には、円柱状のシリンダ室（C）が区画形成される。このシリンダ室（C）にはピストン（41）が収納され、ピストン（41）は、シリンダ室（C）内で駆動機構（20）によってシリンダ室（C）の中心軸から、所定量（εとする）だけ偏心して公転させられるとともに、ピストン（41）の中心軸を中心に自転する。ここで、この圧縮機構（40）では、シリンダ室（C）の内半径（Ｒ）、ピストン（41）の外半径（ｒ）、及び偏心量（ε）は、Ｒ＝ε＋ｒの関係を満足するように、それぞれの寸法が設定されている。すなわち、この圧縮機構（40）では、ピストン（41）の外周面とシリンダ室（C）の内周面との間に隙間を設定していない。このような寸法設定にすることで、ピストン（41）外周面と、シリンダ室（C）内周面との間の隙間をなくすことができ、圧縮効率が向上する。

なお、後に詳述するように、この寸法設定で、ピストン（41）を、シリンダ室（C）の中心軸周りに公転させた際に、ピストン（41）を該ピストン（41）の中心軸回りに、所定の角速度（後述）で回転駆動させてやれば、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面上を滑らずに転がるようにできる。

また、シリンダ（50）には、図４に示すように、該シリンダ（50）の径方向に沿ってブレード溝（52）が形成されている。そして、このブレード溝（52）には、長方形の板状に形成されたブレード（54）がシリンダ（50）の径方向へ摺動可能に装着されている。このブレード（54）は、ブレード溝（52）内に設けられたスプリング（55）によって径方向内方へ付勢され、先端が常にピストン（41）の外周面に接触した状態で、ピストン（41）の公転に伴ってブレード溝（52）内を進退するように構成されている。

このブレード（54）は、シリンダ（50）の内周面とピストン（41）の外周面との間のシリンダ室（C）を吸入室（Ca）と圧縮室（Cb）との２つの流体室に区画している。この吸入室（Ca）は、冷媒を吸入する低圧室に構成され、圧縮室（Cb）は、冷媒を圧縮して吐出する高圧室に構成されている。

また、シリンダ（50）には、断面が円形の吸入口（53）が形成されている。吸入口（53）は、シリンダ（50）のシリンダ室（C）の径方向に沿って直線的に延びている。この吸入口（53）は、シリンダ（50）の外周面から内周面に貫通して吸入管（14）と吸入室（Ca）とを連通している。

また、シリンダ（50）は、下端側に円形の凹部（51）が形成されている。この凹部（51）の外周壁の一部には段差部が形成され、この段差部に内歯車（46）が固定されている。この内歯車（46）は、既述の通り第１の中心軸（X1）を中心軸としている。また、シリンダ（50）がケーシング（10）に固定されているので、この内歯車（46）は回転しない。すなわち、内歯車（46）は、シリンダ（50）の中心軸（第１の中心軸（X1））と同軸上で回転拘束されている。

ところで、本実施形態の圧縮機構（40）においては、記述の通り、シリンダ室（C）の内半径（Ｒ）、ピストン（41）の外半径（ｒ）、及び偏心量（ε）は、Ｒ＝ε＋ｒの関係を満足するように設定している。この寸法設定にしておいて、ピストン（41）を、シリンダ室（C）内で公転させた際に、ピストン（41）を該ピストン（41）の中心軸（すなわち第２の中心軸（X2））周りに、所定の角速度（後述）で自転させてやれば、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面上を滑らずに転がるようにできる。

これには、ピストン（41）の公転角度分のシリンダ室（C）内周面側の周長と、ピストン（41）の自転角度分の該ピストン（41）外周面側の周長とが等しくなるようにする。より具体的には、ピストン（41）の公転の角速度ω０（この圧縮機（1）では電動機（30）の回転の角速度）とピストン（41）の自転の角速度ω１との関係が、次の式を満たすようにする。

ω１＝（１−Ｒ／ｒ）×ω０
この関係を成立させるには、外歯車（45）の歯数（Ｚ１）、内歯車（46）の歯数（Ｚ２）を次の式を満たすように設定してやればよい。

（１−Ｚ２／Ｚ１）＝（１−Ｒ／ｒ）
すなわち、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面上を滑らずに転がるようにするには、Ｚ１、Ｚ２、Ｒ、及びｒの関係を、次の式（１）を満たすように設定してやればよい。

Ｚ２／Ｚ１＝Ｒ／ｒ・・・（１）
−圧縮機の運転動作−
（ピストンの動作）
まず、図５を用いて、ピストン（41）の動作を説明する。図５は、圧縮機構（40）等の動作を示す概略説明図である。図５の下段は、駆動軸（21）の主軸部（21a）が９０°回転する毎のピストン（41）（正確にはこの断面では可動側鏡板部（42））の公転及び自転の状態を示し、上段は、下段のピストン（41）の状態に対応した流体室（Ca,Cb）の状態を示している。

ここで、図５の（Ｄ）の上段に示すように、ピストン（41）とブレード（54）との当接位置において、ピストン（41）の外周面とシリンダ（50）の内周面とが最近接しているときが、ピストン（41）の公転角度（θ）及び自転角度（Φ）がそれぞれ０°であるものとする。この図５では、（Ｄ）の状態におけるピストン（41）の位置を基準に、ピストン（41）の公転角度及び自転角度を、それぞれ矢印（A1）と矢印（A2）を用いて表示してある。なお、図５の（Ｄ）に示したピストン（41）の位置を、ピストン（41）の上死点と呼ぶことにする。

また、図５の（Ｄ）の状態において、ピストン（41）とブレード（54）との当接位置と、この断面におけるシリンダ（50）の中心（図中の白丸）とを結ぶ軸をＺ軸とする。また、この断面上でＺ軸と直交し、シリンダ（50）の回転中心を通る軸をＹ軸とする。この状態では、第２の中心軸（X2）（偏心部（21b）の軸心）は、Ｚ軸上に位置することになる。なお、図５中では、駆動軸（21）の偏心部（21b）の軸心を黒丸で示してある。

なお、図５では、Ｙ軸は、シリンダ（50）の回転中心よりも上方向を正の方向とし、Ｚ軸は、シリンダ（50）の回転中心よりも右方向を正の方向とする。

また、ここでは、ピストン（41）の公転の角速度ω０は一定値、すなわち電動機（30）が駆動軸（21）の主軸部（21a）を一定角速度で駆動するものとする。このとき、時刻ｔにおけるピストン（41）の公転角度（θ）は、θ＝ω０×ｔである。また、ピストンの自転角度（Φ）は、Φ＝（１−Ｒ／ｒ）×θである。これらの角度は何れもピストン（41）の上死点を基準としている。

まず、図５の（Ｄ）に示した、ピストン（41）の公転角度（θ）が０°の状態から圧縮機（1）の運転が開始されると、駆動軸（21）（主軸部（21a））が電動機（30）によって第１の中心軸（X1）周りに角速度ω０で回転駆動される。また、これと同時に外歯車（45）が内歯車（46）上を内転する。これにより、ピストン（41）は、第２の中心軸（X2）周りを角速度ω１で自転する。この際、外歯車（45）の歯数（Ｚ１）、内歯車（46）の歯数（Ｚ２）が式（１）を満たすように設定されているので、ピストン（41）の公転角度分のシリンダ（50）内周面側の周長と、ピストン（41）の自転角度分の該ピストン（41）外周面側の周長とが等しくなり、ピストン（41）の外周面がシリンダ室（C）の内周面上を滑ることなく転がっている。

例えば、ピストン（41）の公転角度（θ）が９０°となった時点では、図５の（Ｃ）に示すように、第２の中心軸（X2）はＹ軸上の正側に移動する。ここで、シリンダ室（C）の内半径Ｒ＝２５、ピストン（41）の外半径ｒ＝２０（すなわち、偏心量ε＝５）とすると、ピストン（41）は、公転方向とは逆方向に２２．５°だけ自転している。

さらに、ピストン（41）が角速度ω０で公転して、図５の（Ｂ）に示す状態になると、第２の中心軸（X2）は、負側のＺ軸上に移動する。一方、ピストン（41）は、その公転方向とは逆方向に４５°だけ自転する。

さらに、図５の（Ｂ）の状態から、ピストン（41）が角速度ω０で公転して、（Ａ）の状態になると、第２の中心軸（X2）は、負側のＹ軸上に位置する。このとき、ピストン（41）は、公転方向とは逆方向に６７．５°だけ自転している。

以下同様に、前記の動作が繰り返され、ピストン（41）は、所定の速度で自転しつつ、シリンダ（50）に対して公転する。これにより、ピストン（41）の外周面は、シリンダ（50）の内周面を滑ることなく転がりながら、第１の中心軸（X1）周りを公転する。

（圧縮機構の動作）
前記のように、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面を滑ることなく転がりながら第１の中心軸（X1）周りを公転している間に、流体室（Ca,Cb）では冷媒の圧縮が行われる。以下、図５を用いて、圧縮機（1）における圧縮動作を説明する。

図５の（Ｄ）の状態では、シリンダ（50）内には、流体室は１つのみである。この状態からピストン（41）が公転して、例えば、図５の（Ｃ）の状態になると、シリンダ室（C）がブレード（54）によって区画され、これにより、吸入口（53）に対向した位置に吸入室（Ca）が形成され、ブレード（54）を挟んで吸入室（Ca）の反対側に圧縮室（Cb）が形成される。

ここから、駆動機構（20）の駆動によって図の左回り（反時計回り）にピストン（41）がさらに公転させられると、その公転に従って吸入室（Ca）の容積が拡大し、該吸入室（Ca）に低圧の冷媒が吸入口（53）を介して吸入される。そして、さらにピストン（41）が公転して、ピストン（41）が再び上死点を通過すると、新たなシリンダ室（C）が形成され、それまで吸入室（Ca）であった流体室は、圧縮室（Cb）となる。この圧縮室（Cb）は、図５の（Ｄ）〜（Ａ）に示すように、ピストン（41）が公転するのにつれて、その容積が小さくなり、該圧縮室（Cb）内の冷媒を圧縮する。そして、この圧縮室（Cb）の圧力が所定値になると、該圧縮室（Cb）内の高圧の冷媒によって吐出弁（72）が開き、高圧の冷媒が圧縮室（Cb）から吐出口（71）を介してケーシング（10）内に吐出される。ケーシング（10）内に吐出された高圧の冷媒は、吐出管（15）を介して圧縮機（1）の外部に吐出される。このようにして、圧縮機構（40）では、冷媒の吸入、圧縮及び吐出が繰り返される。

（本実施形態に係る圧縮機の効果）
以上のようにして、本実施形態の圧縮機（1）では冷媒の吸入、圧縮及び吐出が行われる。この際、圧縮機（1）では、例えば潤滑油が不足した状態での運転のような異常時には、従来の圧縮機に比べ、ブレード先端におけるすべり速度を小さくできる。以下、この点を詳しく説明する。

まず、圧縮機構（40）における諸元を以下のように定める（図６を参照）。

Ｒ：シリンダ室（C）の内半径
ｒ：ピストン（41）の外半径
ε：偏心量（すなわちε＝Ｒ−ｒ）
ｒν：ブレード先端曲率
θ：ピストン（41）の公転角度（上死点を基準とする）
α：シリンダ（50）の中心（Ｏ）に対するピストン（41）の中心Ｏｐの偏り角
このとき、ω０とω１は、次のように表せる。

したがって、ブレード（54）先端のすべり速度νは、次の式（２）のように表せる。

上式のαをｔで微分して式（２）に適用してνを求めると次の式（３）ようになる。

通常は、αは小さく、ｃｏｓα≒１とみなせる。したがって、ブレード（54）先端のすべり速度Vは、次の式（４）ように表せる。

ここで、ω０とω１との関係を、式（１）を満たすように電動機（30）を制御するのだから、ブレード（54）先端のすべり速度Vは、式（４）を用いると次のように表せる。

よって、ブレード（54）先端のすべり最大絶対速度Vmaxは、次の式（５）ように表せる。

これを例えば、シリンダ室（C）の内半径Ｒ＝２５、ピストン（41）の外半径ｒ＝２０（すなわち、偏心量ε＝５）の場合でみると、すべり最大絶対速度Vmaxは次のようになる。

次に、従来の圧縮機における、ブレード先端でのすべり速度V2を求めてみる。従来の圧縮機では、所定量だけ偏心した偏心部を有した駆動軸（クランク軸）の偏心部にピストンが回転自在に取り付けられている。すなわち、従来の圧縮機では、ピストンは通常は、偏心部とピストン内径間に発生する摩擦が駆動トルクとして、そして、ブレード先端とピストン外径間に生じる摩擦が制動トルクとなってその挙動が規定される。具体的には、偏心部と、ピストンにおいて偏心部が嵌め込まれている部分（遊嵌部と呼ぶ）と偏心部との間は、流体潤滑による油粘性トルクが支配的になり、また、ブレード先端とピストンの外周面とは線接触なので、境界潤滑によるトルクが支配的になる。そのため、通常時（定格負荷状態の定常状態）は、ピストンは、駆動軸の回転角速度に比べ非常に小さな角速度で回転している。具体的には、ピストンの回転角速度は、駆動軸の回転角速度の１／１０以下となる場合が多い。この状態では、ブレード先端でのすべり速度も非常に小さく、摺動損失は問題にならない。

ところが、偏心部と遊嵌部との間の潤滑油がなくなってしまった場合などの異常時には、偏心部と遊嵌部との間は、流体潤滑の状態から境界潤滑の状態に遷移する。境界潤滑の状態では、偏心部とピストンの取り付け部との間の摩擦が大きくなり、ピストンと駆動軸がほぼ共回り状態になる。ピストンと駆動軸が共回り状態におけるブレード先端でのすべり速度は、式（４）から求めることができる。この場合もαは小さく、ｃｏｓα≒１とみなせるから、ピストンの自転の角速度をωｐとして式（４）を適用すると、すべり速度V2は次の式（６）のように表せる。

ここで、ピストンが偏心駆動用のクランク軸と共回りする場合には、ωｐは次のように表せる。

したがって、式（６）は次のように書き換えできる。

よって、すべり最大絶対速度V2maxは、次の式（７）で表せる。

これを、例えばシリンダ室（C）の内半径Ｒ＝２５、ピストン（41）の外半径ｒ＝２０（すなわち、偏心量ε＝５）の場合でみると、すべり最大絶対速度V2maxは次のようになる。

このように、前記の諸元では、すべり最大絶対速度が従来の１０／２５になる。なお、圧縮機として成立するためのＲ、ｒ、及びεの関係を考慮すれば、２ε＜Ｒが成立すると考えられるので、式（５）、式（７）から、常にＶｍａｘ＜Ｖ２ｍａｘが成立すると考えてよい。

以上のように、本実施形態によれば、ピストン（41）の自転方向の角速度が前記のように制御されるので、従来の圧縮機でピストンと駆動軸が共回りするような異常時には、ブレード（54）先端のすべり速度を従来の圧縮機よりも小さくできる。これにより、ブレード（54）先端における摺動損失を減少でき、さらに例えば運転開始時のように潤滑油が少ない場合などにおける焼き付き（スカッフィング）を低減できる。したがって、本実施形態では潤滑油の管理が容易になる。なお、本実施形態の圧縮機（1）は、通常の運転状態では、ブレード（52）先端のすべり速度が、従来の圧縮機よりも大きいが、通常の運転状態では、潤滑油が供給されているため摺動損失は問題ならない程度と考えられる。

ところで、従来の圧縮機において、本実施形態のように、シリンダ室の内半径（Ｒ）、ピストンの外半径（ｒ）、及び偏心量（ε）との関係を、Ｒ＝ε＋ｒを満足するように設定すると、ピストンの外周面がシリンダの内周面上を摺接しながら偏心回転することになる。このような摺接があると、駆動力の損失が大きくなったり、摺接部分での焼きつきが問題になったりする。そのため、従来の圧縮機は、ピストン外周面とシリンダ内周面との間に積極的に隙間を設けている。

これに対し、本実施形態では、ピストン（41）の外周面がシリンダ（50）の内周面上を滑ることなく転がる。したがって、本実施形態では、従来の圧縮機のように、ピストン（41）外周面とシリンダ（50）内周面との間に積極的に隙間を設ける必要がない。すなわち、ピストン（41）外周面とシリンダ（50）内周面との間を通って漏れる流体の量を減少させることができ、圧縮の効率を向上できる。

《その他の実施形態》
内歯車（46）の固定位置は、シリンダ（50）には限定されない。要は、内歯車（46）は、シリンダ（50）の中心軸（第１の中心軸（X1））と同軸上で回転拘束されていればよい。例えば、内歯車（46）をリアヘッド（60）に固定することも考えられる。

本発明に係る圧縮機は、ピストンがシリンダに対して偏心回転して流体室の容積を変化させることにより流体を圧縮する圧縮機として有用である。

本発明の実施形態に係る圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 ピストンの構成を示す平面図及び縦断面図である。 各歯車、ピストン、及びシリンダの配置を示す図である。 シリンダの横断面形状を示す図である。 実施形態１に係る圧縮機構及び駆動機構の運転状態を示す断面図である。 圧縮機構における諸元を説明する図である。

符号の説明

１ 圧縮機
４１ ピストン
４２ 可動側鏡板部（鏡板）
４５ 外歯車
４６ 内歯車
５０ シリンダ
５４ ブレード
６０ リアヘッド（支持部材）

Claims (5)

1. シリンダ（50）と、該シリンダ（50）のシリンダ室（C）に回転自在に収納されたピストン（41）と、該ピストン（41）に摺接して該シリンダ室（C）内を２つの流体室（Ca,Cb）に区画するブレード（54）とを備え、該ピストン（41）が該シリンダ（50）に対して偏心回転してそれぞれの流体室（Ca,Cb）の容積を変化させて流体を圧縮する圧縮機であって、
   前記シリンダ（50）の中心軸と同軸上で回転拘束された内歯車（46）と、
   前記ピストン（41）の中心軸と同軸上で該ピストン（41）とともに回転しつつ前記内歯車（46）と噛み合う外歯車（45）とを備え、
   前記外歯車（45）の歯数Ｚ１、前記内歯車（46）の歯数Ｚ２、前記シリンダ室（C）の内半径Ｒ、及び前記ピストン（41）の外半径ｒは、Ｚ２／Ｚ１＝Ｒ／ｒの関係を満たすように設定されていることを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１の圧縮機において、
   前記内歯車（46）は、前記シリンダ（50）に固定されていることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１の圧縮機において、
   さらに、前記ピストン（41）の背面側で、該ピストン（41）を支持する支持部材（60）を備え、
   前記内歯車（46）は、前記支持部材（60）に固定されていることを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１の圧縮機において、
   前記ピストン（41）は、背面側に鏡板（42）を有し、
   前記外歯車（45）は、該ピストン（41）の鏡板（42）に固定されていることを特徴とする圧縮機。
5. 請求項１の圧縮機において、
   前記シリンダ（50）と前記ピストン（41）との偏心量（ε）、前記シリンダ室（C）の内半径Ｒ、及び前記ピストン（41）の外半径ｒが、Ｒ＝ε＋ｒの関係を満足するように、Ｒ、ｒ、及びεがそれぞれ設定されていることを特徴とする圧縮機。

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