JP2609835B2

JP2609835B2 - 流体圧縮機

Info

Publication number: JP2609835B2
Application number: JP7090741A
Authority: JP
Inventors: 良訓曽根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1995-04-17
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH07293462A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば冷凍サイクルの
冷媒ガスを圧縮する流体圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より圧縮機として、レシプロ方式、
ロータリ方式等、各種のものが知られている。しかし、
これらの圧縮機においては、回転力を圧縮機部に伝達す
るクランクシャフト等の駆動部や、圧縮部の構造が複雑
であり、部品点数も多い。

【０００３】さらに、このような圧縮機では圧縮効率を
高めるために、吐出側に逆止弁を設ける必要があるが、
この逆止弁の両サイドの圧力差は非常に大きいため、逆
止弁からガスがリークし易く圧縮効率が低い。

【０００４】そして、このような問題を解消するために
は各部品の寸法精度や組立精度を高める必要があり、製
造コストが高くなる。また、米国特許第２，４０１，１
８９号明細書には、スクリューポンプが開示されてい
る。

【０００５】このポンプによれば、スリーブ内に円柱形
状で外周面に螺旋状の溝が形成される回転体が配設され
る。上記溝には、螺旋状のブレードが摺動自在に嵌合さ
れている。

【０００６】そして、回転体を回転駆動することによ
り、回転体の外周面とスリーブの内周面との間において
ブレードの隣接する２つの巻き間に閉じ込められた流体
をスリーブの一端側から他端側へ移送する。

【０００７】つまり、上述のスクリューポンプは流体を
一端側から他端側へ移送するだけのものであり、流体を
圧縮する機能は持っていない。そこで近時、上述のごと
き不具合を除去し、比較的簡単な構成によりシール性を
向上させて効率の良い圧縮ができるとともに、部品の製
造および組立が容易な流体圧縮機が提案されている。

【０００８】これは、例えば図１１ないし図１３に示す
ようになっていて、例えば冷凍サイクルに使用する冷媒
ガス用の密閉型圧縮機として用いられる。この圧縮機本
体１は、密閉ケース２内に収容される電動要素３および
圧縮要素４とからなる。

【０００９】上記電動要素３は、密閉ケース２の内面に
固定された環状のステータ５と、このステータ５の内側
に設けられた環状のロータ６とを有している。上記圧縮
要素４は、中空筒体からなるシリンダ７を有しており、
このシリンダ７の外周面に上記ロータ６が同軸に嵌着さ
れている。

【００１０】上記シリンダ７の両端は、密閉ケース２の
内面に固定された主軸受８と弾性支持部材９ａを介して
弾性的に押圧される副軸受９によって回転自在に支持さ
れ、かつこれら主、副軸受８，９でシリンダ７の両端は
気密的に閉塞されている。

【００１１】なお副軸受９のみ、弾性支持部材９ａによ
り弾性的に押圧支持されるので、この端部側におけるシ
リンダ７のある程度の位置の変動は自由である。上記シ
リンダ７の中空部には、円柱形状の回転体としてのピス
トン１０が軸方向に沿って収容される。このピストン１
０は、中心軸Ａがシリンダ７の中心軸Ｂに対して距離ｅ
だけ偏心して配置されており、ピストン１０の外周面の
一部はシリンダ７の内周面に接触している。

【００１２】そして、ピストン１０の両端部は上記主、
副軸受８，９にそれぞれ回転自在に支持されている。ま
た図１１および図１２に示すように、ピストン７の一端
部には周面から軸芯方向に向かって係合溝１１が設けら
れており、この係合溝１１には、シリンダ７の内周面か
ら突出した駆動ピン１２がシリンダ７の径方向に沿って
進退自在に挿入されている。これら係合溝１１と駆動ピ
ン１２とで、回転力伝達機構Ｓａが構成される。

【００１３】上記ピストン１０の外周面には、ピストン
１０の両端間を延びる螺旋状の溝１３が形成されてい
る。そして、この螺旋状の溝１３のピッチは、両図中の
右側から左側、つまり、シリンダ７の吸込側から吐出側
に向かって徐々に小さく形成されている。

【００１４】上記溝１３には、図１３に示す螺旋状のブ
レード１４が嵌め込まれる。このブレード１４はふっ素
樹脂材料からなるもので、適度な弾性を有している。こ
のブレード１４の厚さｔは、上記螺旋状の溝１３の幅と
ほぼ一致しており、ブレード１４の各部分は溝１３に対
してピストン１０の径方向に沿って進退自在であり、こ
の外周面はシリンダ７の内周面に密着した状態でスライ
ド可能である。なお上記ブレード１４は、その弾性を利
用してねじ込むことにより上記溝１３に装着される。

【００１５】再び図１１に示すように、シリンダ７の内
周面とピストン１０の外周面との間の空間は、上記ブレ
ード１４によって複数の作動室１５…に仕切られてい
る。つまり、各作動室１５はブレード１４の隣合う２つ
の巻き間に形成されており、ブレード１４に沿ってピス
トン１０とシリンダ７の内周面との接触部から次の接触
部まで伸びたほぼ三日月状をなしている。そして作動室
１５…の容積は、シリンダ７の吸込側から吐出側に行く
に従って徐々に小さくなっている。

【００１６】上記シリンダ７の吸込側に位置する主軸受
８には、シリンダ７の軸方向に延びる吸込孔１６が貫通
している。この吸込孔１６の一端はシリンダ７の中に開
口しており、他端には冷凍サイクルの吸込チューブ１７
が接続されている。

【００１７】また、上記副軸受９近傍のシリンダ７には
吐出孔１８が開口していて、この端部は吐出端側にな
る。図においてこの上方部位の密閉ケース２には吐出チ
ューブ１９が挿嵌固着され、密閉ケース２内部を介して
上記吐出孔１８と連通する。

【００１８】このような流体圧縮機の動作について説明
すると、電動要素３に通電してロータ６を回転駆動する
と、シリンダ７が一体に回転する。上記シリンダ７の回
転は回転力伝達機構Ｓａを介してピストン１０に伝達さ
れ、これはその外周面の一部がシリンダ７の内周面に接
触した状態で回転駆動されるとともに、ブレード１４も
一体に回転する。

【００１９】上記ブレード１４は、その外周面がシリン
ダ７の内周面に接触した状態で回転するため、ブレード
１４の各部は、ピストン１０の外周面とシリンダ７の内
周面との接触部に近づくに従って上記溝１３に押込ま
れ、また、接触部から離れるに従って上記溝１３から飛
出す方向に移動する。

【００２０】一方、圧縮要素４が作動されると、吸込チ
ューブ１７および吸込孔１６を通してシリンダ７に冷媒
ガスが吸込まれる。そして吸込まれた冷媒ガスは、ブレ
ード１４の巻き間の三日月状の作動室１５に閉込められ
たまま、ピストン１０の回転に伴って吐出側の作動室１
５に順次移送されるとともに圧縮される。

【００２１】この圧縮された冷媒ガスは、副軸受９近傍
に設けられた吐出孔１８から密閉ケース２の内部空間内
に吐出され、更に、吐出チューブ１９を通して冷凍サイ
クル中に戻される。

【００２２】このように作動する流体圧縮機によれば、
冷媒ガスは作動室１５内に閉込められた状態で移送かつ
圧縮されるため、圧縮機の吐出側に吐出弁が不要である
にも拘らずガスを効率良く圧縮でき、圧縮機の構成の簡
略化および部品点数の削減を図れる。

【００２３】また、電動要素３のロータ６は圧縮要素４
のシリンダ７に嵌着されることから、ロータ６を支持す
るための専用の回転軸や軸受等を設ける必要がなく、圧
縮機の構成をより一層簡略化することができ、部品点数
の削減が可能になる。

【００２４】上記螺旋状のブレード１４は十分な弾性を
有し、上記螺旋状の溝１３を出入しても、ブレード１４
に局部的な変形力が加わることがなく、上記溝１３をス
ムーズに出入する。

【００２５】また、ブレード１４をふっ素樹脂材料から
形成したので、高圧な環境下におかれることで十分な熱
膨張が生じ、上記溝１３およびこれに嵌め込まれたブレ
ード１４との隙間が埋められる。したがって、ガスのリ
ークが低減し、性能が向上するとともに冷媒にさらされ
てもその性質は劣化し難く、耐摩耗性、耐熱性、耐冷媒
性等に優れて、圧縮機の性能および信頼性が大幅に向上
する。

【００２６】さらに、シリンダ７とピストン１０とは、
互いに同一方向に回転した状態で互いに接触している。
このため、これらの部材間の摩擦は小さく、それぞれが
円滑に回転できるので、振動や騒音が少なく、効率の高
い圧縮機を実現することができる。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】このようにして種々の
利点を備えた流体圧縮機であるが、その反面、改良すべ
き点が考えられる。その一つが、上記回転力伝達機構Ｓ
ａである。すなわちこの回転力伝達機構Ｓａは、シリン
ダ７の内周壁に突設した駆動ピン１２と、上記ピストン
１０に設けられる係合溝１１とからなる。

【００２８】この組立にあたっては、シリンダ７内にブ
レード１４を巻装したピストン１０を挿入し、シリンダ
７に上記駆動ピン１２を挿嵌するために設けられた取付
用孔１２ａと上記係合溝１１を対向し、そのシリンダ７
の位置を保持する。

【００２９】ついで、上記取付用孔１２ａに駆動ピン１
２を挿入し、かつその先端部を上記係合溝１１に挿入し
て駆動ピン１２をシリンダ７に固着する作業となる。こ
のように回転力伝達機構Ｓａの組立にあたっては、非常
に面倒である。すなわち、比較的小さな直径のシリンダ
７の取付用孔１２ａを見ながらピストン１０を回動して
係合溝１１の位置を合せるのが面倒であり、せっかく合
ってもその位置を保持するのが容易でない。

【００３０】また、上記駆動ピン１２のシリンダ７内突
出長さの設定が難しい。すなわち、組立時にはシリンダ
７内が見えないから、駆動ピン１２の挿入量がわからな
い。基本的には、図１１の状態からシリンダ７およびピ
ストン１０が１８０°回転して駆動ピン１２の位置が図
における下部側にあるとき、駆動ピン１２は係合溝１１
内に最も深く挿入するので、この状態を基準に挿入量を
設定する。

【００３１】しかしながら、上述したようにシリンダ７
内が見えず、駆動ピン１２が係合溝１１端部に当接して
ピストン１０を押上げてもわからない。そのまま駆動ピ
ン１２を固着すると、今度は主軸受８に支持できなくな
る。

【００３２】また、作動室１５のスペース的な条件か
ら、駆動ピン１２の直径を太くすることができず比較的
細い直径であるから、折損の恐れがあり信頼性に欠け
る。そして駆動ピン１２をシリンダ７に固着するのに、
例えば銀ロー付け加工をしなければならず手間がかか
り、かつ駆動ピン１２の直径が細いから熱影響でシリン
ダ７の軸方向に対する直角度が損なわれる恐れがある。
この場合には、上記ピストン１０の円滑な回転が望めな
いとともに駆動ピン１２に無理な負荷がかかって折損に
至る。

【００３３】本発明はこのような事情によりなされたも
のであり、その目的とするところは、特に回転力伝達機
構を比較的簡単な構成にして、その組立作業性の向上を
図るとともに、無理な負荷を受けずに確実な駆動力の伝
達を図り、信頼性の向上化を得る流体圧縮機を提供する
ことにある。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、請求項１として、中空からなるシリンダ内に
ピストンを偏心配置し、上記ピストンに不等ピッチから
なる螺旋状の溝を形成し、この溝にブレードを嵌め込ん
でピストンとシリンダとの間に複数の作動室を区画形成
し、シリンダとピストンとを相対的に回転させる回転力
伝達機構を備え、回転力伝達機構は、ピストンの一端側
に形成されるスライド部とシリンダとの間に介在すると
ともにスライド部を互いに直交する径方向に移動自在に
支持する第一の摺動部および第二の摺動部を形成するオ
ルダムリングを備えたことを特徴とする。

【００３５】請求項２として、請求項１記載のオルダム
リングに形成された第一の摺動部は、ピストンのスライ
ド部の一対の摺接面と摺動自在に係合する長孔状のガイ
ド口であり、第二の摺動部は第一の摺動部とは直交する
径方向に形成され、シリンダのキー溝と摺動自在に係合
するリングピンであることを特徴とする。

【００３６】

【作用】上記回転力伝達機構の組立にあたって、全てシ
リンダの端部において組立作業が可能であり、しかも面
倒な位置決め等が不要で、非常に作業し易い。回転力伝
達機構における、シリンダおよび回転体との係合部の直
径をより大に形成できるから、強度上の不安が全くな
い。動作的には、回転体のムダな動きを規制して、効率
のよい圧縮作用が得られる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図９に
基づいて説明するに、後述する回転力伝達機構Ｓを除い
て、他の構成部品は先に図１１ないし図１３で説明した
ものと全く同一でよいので、同番号を付して新たな説明
は省略する。

【００３８】上記回転力伝達機構Ｓは、このようなケー
ス内高圧型のものではシリンダ７の吐出側端に設けられ
ていて、オルダムリング２０とスリーブ２１からなり、
シリンダ７の吸込端側と、ピストン１０の一方のシャフ
ト部１０ａおよび副軸受２２は新たに成形される。

【００３９】すなわち、図２（Ａ）および（Ｂ）に示す
ように、シリンダ７の端面から軸方向に沿って一対のキ
ー溝２３，２３が設けられる。シリンダ７の内径寸法を
φｄ₁ 、この肉厚をｔ₁ としたとき、これらキー溝２
３，２３の深さ寸法をＬ₁ 、幅寸法をｈ₁ とする。

【００４０】なお、肉厚ｔ₁ は上記偏心量ｅの２倍より
も充分大きくして上記オルダムリング２０が後述するよ
うに正しく動作できるようにする。図３（Ａ）および
（Ｂ）に示すように、上記スリーブ２１が形成される。
これは上記シリンダ７に挿嵌する直径φｄ₂ の円筒状の
嵌合部２１ａと、この嵌合部２１ａの端部周面に一体に
設けられるフランジ部２１ｂおよびこのフランジ部２１
ｂの相対向する部位から嵌合部２１ａの周面に沿って一
体に設けられる押え部２１ｃとからなる。

【００４１】上記フランジ部２１ｂの端面から押え部２
１ｃの長さ寸法Ｌ₂ は、嵌合部２１ａの長さ寸法Ｌ₃ よ
りもわずかに長くして、押え部２１ｃの端部を嵌合部２
１ａ端面から突出させる。なお押え部２１ｃの幅寸法ｈ
₂ は上記キー溝２３に挿入可能なように設定する。

【００４２】図４（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上
記オルダムリング２０が形成される。これは上記シリン
ダ７内に充分な余裕をもって挿入できる円形板２０ａ
と、この円形板２０ａの周面に相対向して突設される第
２の摺動部である一対のリングピン２０ｂ，２０ｂとか
らなる。

【００４３】上記円形板２０ａの中央部には、上記リン
グピン２０ｂ，２０ｂとは直交する径方向に第一の摺動
部であるＸ方向に長い矩形状のガイド口２４が設けられ
る。上記リングピン２０ｂ，２０ｂは例えば断面円形の
ピンであり、その直径寸法φｄ₄ は上記キー溝２３の幅
寸法ｈ₁ よりもわずかに小さく、ここに着脱自在に係合
可能である。

【００４４】そしてまた、リングピン２０ｂの直径寸法
φｄ₄ ＝キー溝２３の長さ寸法Ｌ₁−上記スリーブ２１
の長さ寸法Ｌ₂ の関係を保つようにする。その結果、オ
ルダムリング２０はキー溝２３内においてリングピン２
０ｂ，２０ｂの軸方向、すなわちＹ−Ｙ方向に移動し易
いクリアランスが保持されることとなる。

【００４５】図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上
記副軸受２２は先に説明したものよりもその肉厚が薄く
なり、したがって軸受ロスが少なくてすむ。その外径寸
法φｄ₅ は、上記スリーブ２１の嵌合部２１ａ内径寸法
φｄ₃ と略同一もしくはわずかに大にしてここに圧入可
能とする。

【００４６】そして、その内径部は偏心量ｅ分だけ偏心
していて、上記ピストン１０の一端側のシャフト部１０
ａを回転自在に枢支できるようになっている。図６
（Ａ）および（Ｂ）に示すように、上記ピストン１０の
一端側のシャフト部１０ａのみ、その基端は断面正四角
形状に形成されるスライド部２５となっていて、上記オ
ルダムリング２０のガイド口２４に長手方向、すなわち
Ｘ−Ｘ方向にスライド自在に嵌合可能である。

【００４７】このような構成部品からなる回転力伝達機
構Ｓを組立るには、図７に示すように行う。例えば、シ
リンダ７端部のキー溝２３，２３にオルダムリング２０
のリングピン２０ｂ，２０ｂを挿入する。

【００４８】このオルダムリング２０はキー溝２３，２
３方向に沿って移動可能であるが、挿入時の位置は適宜
でよい。ついで、スリーブ２１の押え部２１ｃ，２１ｃ
を上記キー溝２３，２３に挿嵌して、スリーブ２１をシ
リンダ７端部に嵌合する。

【００４９】この状態で押え部２１ｃ，２１ｃの端面と
キー溝２３の最深部端面との間には、オルダムリング２
０のリングピン２０ｂ，２０ｂが介在することになる。
さらにスリーブ２１に副軸受２２を嵌合してからピスト
ン１０の一端シャフト部１０ａをオルダムリング２０，
スリーブ２１を介して上記副軸受２２に挿嵌する。

【００５０】このとき、シャフト部１０ａの基端に設け
たスライド部２５が断面正四角形状であるから、オルダ
ムリング２０の矩形状のガイド口２４との向きが一致し
ないと副軸受２２に所定量挿嵌できない。したがってピ
ストン１０を回動して向きを合せる必要があるが、いず
れも矩形状であるから最大９０°回動すればすむ。

【００５１】結局、図１および図８に示すように、シリ
ンダ７に対し回転力伝達機構Ｓを介してピストン１０を
支持できる。全ての構成部品をシリンダ７の端部で組立
でき、しかも先に説明したような構成のごとき手探り的
作業がないので作業し易いとともに、組立精度を確保で
きる。

【００５２】しかして、このような回転力伝達機構Ｓを
有する圧縮機は、先に第１１図で示した圧縮機と回転力
伝達動作を除いて全く同様の動作をなすので、ここでは
新たな説明は省略する。

【００５３】図９に示すように、上記回転力伝達機構Ｓ
は、シリンダ７の回転力をキー溝２３，２３からオルダ
ムリング２０の第二の摺動部であるリングピン２０ｂ，
２０ｂおよび第一の摺動部であるガイド口２４からスラ
イド部２５を介してピストン１０に伝達し、円滑な相対
運動をなす。

【００５４】そしてこのような構成上、ピストン１０は
シリンダ７の回転とはずれたタイミングで自転し、揺動
しようとするが、オルダムリング２０がガイド口２４の
長手方向であるＸ−Ｘ方向およびリングピン２０ｂ，２
０ｂの軸方向であるＹ−Ｙ方向にスライドし、ピストン
１０の揺動を吸収する。

【００５５】その結果、シリンダ７に対するピストン１
０の位置が常に正確であり、上記各作動室１５の容量の
変動がなくて圧縮効率の向上を得る。またオルダムリン
グ２０はシリンダ７の中空部内に収容されるので、この
スライドにともなう騒音発生があっても外部には放散し
ない。

【００５６】なお図１０に示すような、端部７ａを備え
たシリンダ７Ａであってもよい。すなわち、キー溝２３
Ａ，２３Ａが設けられる端部７ａのみ極めて厚い肉厚寸
法ｔ₂ とし、他の部分はこれまでと同様の肉厚寸法ｔ₁
とする。

【００５７】これにより、ここでは図示しないスリーブ
の押え部が長くなり、オルダムリングのリングピンが浮
き上がらないように確実に押えられる。また、上記実施
例のごときケース内高圧タイプの圧縮機においては、上
記回転力伝達機構Ｓをシリンダ７の吐出端側に設けるこ
とにより、シリンダ７の回転に摩擦がなく円滑となる。
したがって、逆に、ケース内低圧タイプのごとき圧縮機
では、上記回転力伝達機構Ｓをシリンダ７の吸込端側に
設ける必要がある。また、本発明の圧縮機は、冷凍サイ
クルに限らず、他の圧縮機にも適応することができる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、オルダムリングを
備えた回転力伝達機構は、比較的簡単な構成でありなが
ら、その組立作業がシリンダ端部ですみ、組立性の向上
を図るとともに、実際の作動では回転力伝達機構は無理
な負荷を受けずに確実な駆動力の伝達を図り、信頼性の
向上化を得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、流体圧縮機の縦断面
図。

【図２】（Ａ）は同実施例の、シリンダ端部の正面図。
（Ｂ）はその側面図。

【図３】（Ａ）は同実施例の、スリーブの正面図。
（Ｂ）はその側面図。

【図４】（Ａ）は同実施例の、オルダムリングの正面
図。（Ｂ）はその側面図。

【図５】（Ａ）は同実施例の、副軸受の正面図。（Ｂ）
はその側面図。

【図６】（Ａ）は同実施例の、ピストンシャフト部の横
断面図。（Ｂ）はその側面図。

【図７】同実施例の、回転力伝達機構の組立を説明する
図。

【図８】同実施例の、回転力伝達機構の組立図。

【図９】同実施例の、回転力伝達機構の横断平面図。

【図１０】本発明の他の実施例を示す、シリンダ端部の
側面図。

【図１１】本発明の従来例を示す、流体圧縮機の縦断側
面図。

【図１２】同従来例の、ピストンの側面図。

【図１３】同従来例の、ブレードの側面図。

【符号の説明】

７…シリンダ、１３…溝、１０…ピストン、１５…作動
室、１４…ブレード、Ｓ…回転力伝達機構、２５…スラ
イド部、２４…第一の摺動部（ガイド口）、２０ｂ…第
二の摺動部（リングピン）、２３…キー溝、２０…オル
ダムリング。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】中空からなるシリンダ７と、このシリンダ７内に偏心配置されたピストン１０と、このピストン１０に形成された不等ピッチからなる螺旋
状の溝１１と、この溝１１に嵌め込まれ上記ピストン１０と上記シリン
ダ７との間に複数の作動室を区画形成するブレード１４
と、上記シリンダ７と上記ピストン１０とを相対的に回転さ
せるための回転力伝達機構Ｓとを備え、この回転力伝達機構Ｓは、上記ピストン１０の一端側に形成されるスライド部２５
と上記シリンダ７との間に介在するとともに、上記ピス
トンのスライド部２５を互いに直交する径方向に移動自
在に支持する第一の摺動部および第二の摺動部を形成し
たオルダムリング２０を具備したことを特徴とする流体
圧縮機。
【請求項２】上記オルダムリング２０に形成された第一
の摺動部は、ピストンのスライド部２５の一対の摺接面
と摺動自在に係合する長孔状のガイド口２４であり、第二の摺動部は、第一の摺動部とは直交する径方向に形
成され、シリンダのキー溝２３と摺動自在に係合するリ
ングピン２０ｂであることを特徴とする請求項１記載の
流体圧縮機。