JP2793302B2

JP2793302B2 - コンプレッサー

Info

Publication number: JP2793302B2
Application number: JP1311344A
Authority: JP
Inventors: 卓也平山; 正幸奥田; 次男伊丹; 寛二坂田; 誠早野; 健志熊沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-11-30
Filing date: 1989-11-30
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2013-09-03
Also published as: JPH03172595A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、例えば冷凍サイクルの冷媒ガスなどの圧
縮ガスを圧縮するコンプレッサーに関する。

（従来の技術）空気調和装置、冷蔵庫など、冷凍サイクルに用いられ
るコンプレッサーには、一般に往復動ピストンを用いた
レシプロ式、円板状のピストンをシリンダ内において偏
心回転させるロータリ式などが使用されている。

しかし、こうした方式のコンプレッサーは、いずれも
回転力を圧縮に伝達するクランクシャフトのなど駆動部
や、圧縮機部の構造が複雑であり、また部品点数も多い
難点をもつ。

そこで、近時、ヘリカルブレード式と称されるコンプ
レッサーが提案されている。これは、一端側を吸込側、
他端側を吐出側とした円筒状のシリンダーと、外周面に
螺旋状のブレードが設けられた円柱状のピストンとを組
合わせて、圧縮機部を構成したものとなっている。

具体的には、第４図に示されるようにピストンａは外
周面に吸込側から吐出側にいくにしたがってピッチが小
さくなる螺旋状の溝部ｂが設けられ、この溝部ｂにシリ
ンダーｃの内径に応じた外径をもつ螺旋状のブレードｄ
を出入り自在に嵌挿してある。このピストンａをシリン
ダーｃ内に挿通させて、ブレードｄがシリンダーｃの内
周面と接するように配置するとともに、一部外周面がシ
リンダーｃの内周面と接するようにピストン全体をシリ
ンダーｃの軸心から偏心した位置に配置する。そして、
軸受ｆでシリンダーｃの両端部を軸心を中心として回転
自在に支持する。またピストンａの両端も同じ軸受ｆを
用いて回転自在に支持して、シリンダーｃに対して旋回
できるようにする。そして、さらにピストンａとシリン
ダーｃとの間に、ピストンａをシリンダーｃの回転と同
期的に自転させるオルダム機構（図示しない）を設けて
いる。但し、図中ｅはピストンａとシリンダーｃの偏心
量を示す。

こうしたヘリカルブレード式のコンプレッサーは、シ
リンダーｃを回転駆動させることにより、シリンダーｃ
は軸心を中心として正回転する。またピストンａは、シ
リンダーｃの内周面に接触した状態を維持しながらシリ
ンダーｃの軸心の回りを旋回するとともに、シリンダー
ｃの回転と同期しながら自転運動していく。すると、ブ
レードｄによって仕切られたシリンダーｃ内の三日月状
の圧縮室ｇの容積が連続的に縮小方向に変化していく。
これにより、シリンダーｃの吸込側に有る軸受ｆの吸込
孔ｈから冷媒ガス（圧縮ガス）が吸込まれる。そして、
シリンダーｃの吐出側に移る間で、この冷媒ガスが圧縮
され、その後、吐出側の軸受ｆの吐出孔ｉから圧縮した
冷媒ガスが吐出されていく。

（発明が解決しようとする課題）コンプレッサーは、入力の点、効率の点、さらには軸
受ｆの焼き付きを防ぐ点から、摺動損失はできるだけ小
さいのが望ましい。

ところで、上記ヘリカルブレード式のコンプレッサー
のシリンダーｃの軸受構造には、第４図にも示されるよ
うにシリンダーｃに単一径の円筒部材を用い、軸受ｆに
このシリンダーｃの端部と回転自在に勘合する嵌挿部ｊ
を設けて、シリンダーｃを回転自在に支持するようにし
た構造が用いられている。

ところが、この支持構造によると、シリンダーｃは最
大径で摺動自在に支持されているので、大きな摺動面
積、ならびに大きな周速度で、シリンダーｃと嵌挿部ｊ
とが摺動する。

このため、シリンダーｃと軸受ｆとの間で、大きな摺
動損失が発生する難点があり、上記の点でよいものでは
なかった。特に、摺動損失は高速運転時に増大するため
に、高速運転を行うと軸受部分が損傷するおそれがあ
る。

そこで、摺動損失を低減させるべく、支持径を小さく
することが考えられるが、支持径を小さくすると、当該
支持径を小さくしたことで形成されるシリンダーｃの段
部間に内外の圧力差が作用し、シリンダー自身にスラス
ト方向の力、すなわちシリンダーを片側へ押し付けるよ
うな方向の力を発生させてしまう。特に、このスラスト
力は、ピストンの回転を損なう力として作用するので、
摺動損失が逆に過大となってしまう。

この発明はこのような事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、スラスト力からシリンダ
ーを解放させつつ、シリンダーと支持部材との間に生じ
る摺動損失を低減することができるコンプレッサーを提
供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、この発明のコンプレッサ
ーは、シリンダーの支持構造を、シリンダーの端部に当
該端部分を他の部分よりも細径にしてなる支持筒部を設
け、支持部材に前記支持筒部と回転自在に嵌合してシリ
ンダー端を受ける嵌挿部を設けて構成し、かつ内外圧力
が異なるシリンダー端側の前記支持筒部の端面とこれと
対向する前記嵌挿部の壁部との間に圧力密閉室を設け、
この圧力密閉室に前記シリンダーに発生するスラスト方
向の力に抗する流体圧を圧縮機部から導く手段を設ける
ことにある。

（作用）この発明のコンプレッサーによると、圧力密閉室内
に、ピストンに発生するスラスト方向の力に抗する流体
圧が導入されることにより、支持径が小さくなることに
よるスラスト力の発生を抑制していく。

しかるに、スラスト力からシリンダーが解放され、支
持径を小さくすることで生じるシリンダー，支持部材間
の摺動損失を低減していく。これにより、スラスト力と
摺動損失との双方を改善していく。

（実施例）以下、この発明を第１図ないし第３図に示す一実施例
にもとづいて説明する。第１図中は、この発明を適用し
た例えば冷凍サイクルに使用される冷凍ガス用のケース
内高圧式の密閉形のコンプレッサーを示す。このコンプ
レッサー１は、例えば横形の密閉ケースと、この密閉ケ
ース２内に配設された電動機部３および圧縮機部４とを
有して構成されている。電動機部３は、密閉ケース２の
内面に固定されたほぼ環状のステータ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とを有して構成
されている。

圧縮機部４は、円筒状のシリンダー７を有している。
シリンダー７の端部には、当該シリンダー７の端部分を
他の部分より細径な円筒状に成形してなる支持筒部7a,7
bが設けられている。そのうちの一方、例えば支持筒部7
bは、第３図に示されるように例えば嵌合かしめ等の固
定手段によってシリンダー７に固定される別体となって
いる。そして、このシリンダー７の外周面に上記ロータ
６が同軸なして固定されている。またシリンダー７の両
端は密閉ケース２の端部内面に固定した軸受8,9（支持
部材に相当）に回転自在に固定されている。

すなわち、軸受８は、先端側に上記支持筒部7aの全体
に対応した環状の溝部からなる嵌挿部8aを有し、基部側
にシリンダー７の壁部に据付けられる設置部8bを有して
いる。また軸受９は、先端側に支持筒部7bの内径に対応
した凸状部からなる嵌挿部9aを有し、基部側にシリンダ
ー７の壁部に据付けられる設置部9bを有していて、これ
ら軸受8,9の各嵌挿部8a,9aにシリンダー端となる各支持
筒部7a,7bが回転自在に嵌挿されている。これにより、
シリンダー７の両端は、軸受8,9にて気密的に閉塞され
ながら回転自在に支持される。

上記シリンダー７内には、シリンダー７の内径よりも
小さな外径の円柱形状のピストン11が、シリンダ７の軸
方向に沿って配設されている。このピストン11は、その
中心軸Ａがシリンダー７の中心軸Ｂに対して距離ｅだけ
第１図において下方に偏心して配置されている。そし
て、この配置により、ピストン11の外周面の一部をシリ
ンダー７の内周面に線接触させている。

またピストン11の軸方向両端部には、それぞれ支軸12
a,12bが突設されている。そして、これら支軸部12a,12b
はそれぞれ上記軸受8,9の嵌挿部8a,9aに形成された軸受
穴8c,9cに回転自在に挿入され、ピストン11をシリンダ
ー７に対し旋回可能に支持している。

またピストン11の例えば一方の支軸部12aの根元側に
は、オルダム機構10が設けられている。オルダム機構10
は、例えば支軸部12aの根元側に断面正方形状の角柱部1
3を形成し、この角柱部13に矩形状の長孔14が穿設され
たオルダムリング15を嵌挿して、オルダムリング15を長
手方向のみにスライド自在とする。さらに、のオルダム
リング15を、シリンダー７の周壁に、ピン等で長孔14の
長手方向と直交する径方向のみにスライド自在に固定し
て、シリンダー７にピストン11を、このシリンダー７の
径方向に対して偏心自在に結合した構造となっている。
このオルダム機構10により、電動機部３に通電して、シ
リンダー７を回転させれば、シリンダー７の回転力がオ
ルダムリング15を介してピストン11に伝達される。すな
わち、ピストン11はシリンダー７の中でその一部がシリ
ンダー７の内面に線接触した状態ままで内転（自転しな
がら旋回）するようになっている。

またピストン11の外周面には、ピストン11の軸方向に
沿って螺旋状の溝部16が形成されている。この溝部16の
ピッチは図面における右側から左側、つまりシリンダー
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。そして、この溝部16に螺旋状のブレード17が嵌
め込まれている。このブレード17の厚さ寸法は上記螺旋
状の溝部16の幅寸法とほぼ一致しており、ブレード17の
各部が溝部16に対してピストン11の径方向に沿って自在
に進退（出入り）できるようになっている。またブレー
ド17は、シリンダー７の内径に対応した外径を有してい
て、外周端全体がシリンダー７の内周面と接している。
これにより、ブレード17は、外周面がシリンダー７の内
周面と密着した状態で、シリンダー７の内周面上をスラ
イドするようになっている。そして、このブレード17に
よって、シリンダー７の内周面とピストン11の外周面と
の間の空間を、複数の圧縮室18に仕切っている。つま
り、各作動室18はブレード17の隣り合う２つの巻き間に
形成される。なお、その形状は、ブレード17に沿ってピ
ストン11とシリンダー７の内周面との接触部からつぎの
接触部まで伸びたほぼ三日月状をなしている。そして、
このブレード17のピッチにより、圧縮室18の容積は、シ
リンダー７の吸込側から吐出側にいくにしたがって徐々
に小さくなっている。

一方、第２図に示されるように内外圧が異なるシリン
ダー端となる吸込側の支持筒部7aの端面と、これに対向
する吸込側の軸受８の嵌挿部8aの底部壁との間は、若干
離間している。またこの離間部の外周側となる支持筒部
7aと嵌挿部8aとの端側の摺動面間には、例えば断面Ｖ字
状をなしたリング状のパッキン19が装着されていて、こ
のパッキン19で気密に保持される支持筒部7aの端面と嵌
挿部8aの底部壁との間の空間部分に圧力密閉室20を構成
している。

また、第２図でも示されるようにシリンダー７の吐出
側に位置する軸受９の内部には吐出孔21が穿設されてい
る。この吐出孔21の一端はシリンダー７内の吐出端側に
連通している。また吐出孔21の他端は密閉ケース２の内
部に開口していて、吐出冷媒を密閉ケース２内に吐出さ
せるようにしている。

他方、シリンダー７の吸込側に位置する軸受８の内部
には、吸込孔22が軸方向に貫通している。この吸込孔22
の一端は、圧力密閉室20および支持筒部7aの壁部に設け
た貫通孔23を介して、シリンダー７の吸込側の内部に開
口している。また吸込孔22の他端は密閉ケース２に取着
された吸込管24（冷凍サイクルにつながるもの）が接続
され、シリンダー７の吸込端側に吸込冷媒を導くと同時
に、圧力密閉室20に吸込冷媒（吸込圧:Ps）を導くこと
ができるようにしている。ここで、本実施例のような密
閉ケース２内が吐出圧Pdで満たされる場合、シリンダー
７の吸込端側に発生する差圧（シリンダー７の内部の吸
込圧Psと支持筒部7aの段差部31間に作用する外部の吐出
圧Pdとの差による）によって、シリンダー７には吐出側
に押付けようとするスラスト力が発生するので、それに
対抗する方向の流体圧として、圧力密閉室20に吸込冷媒
を導入している。なお、支持筒部7aの受圧面積は、パッ
キン19の装着位置によって、段差部31間に加わる吐出冷
媒の圧力分布と釣合うよう設定してある。

また、ピストン11の内部には油導入路26がその中心軸
Ａに沿って穿設されている。この油導入路26の一端は螺
旋状の溝部16の吐出側の底部に連通している。また他端
は吸込側の軸受８の穿設された通孔27および導入管28を
介して、密閉ケース２の底部に形成された油溜り部29に
開口している。これにより、密閉ケース２内の圧力が吐
出ガスで上昇すると、油溜り部29に貯溜された潤滑オイ
ル30が導入管28、通孔27および油導入路26を通って、螺
旋状の溝部16の底部とブレード17との間の空間に導入さ
れるようになっている。

但し、図面において、32は吸込溝、33は吐出冷媒を密
閉ケース２内から、冷凍サイクルに吐出させる吐出管で
ある。

しかして、こうしたコンプレッサーは、電動機部３の
通電によりロータ６が回転すると、このロータ６と一体
にシリンダー７も回転していく。これに伴いピストン11
は、外周面の一部がシリンダー７の内周面に接触した状
態で、シリンダー７の中心軸Ｂの回りを旋回しながら回
転していく。なお、このようなピストン11とシリンダー
７との相対的な回転運動は、オルダムリング15によって
確保される。

一方、ピストン11と共に回転するブレード17は、外周
面がシリンダー７の内周面に線接触した状態で回転して
いく。すると、ブレード17の各部は、ピストン11の外周
面とシリンダー７の内周面との接触部に近付くにしたが
って溝部16に押込まれ、接触部から離れるにしたがって
上記溝部16から出ていく。これにより、冷媒ガスが、吸
込管24、吸込孔22および貫通孔23を通してシリンダー７
内に吸込まれていく。そして、この冷媒ガスは、三日月
状の圧縮室18に閉込められた状態のまま、ピストン11の
回転にしたがって、容積が小さくなる吐出側の圧縮室18
へ順次移送されていく。これにより、冷媒ガスは圧縮さ
れていく。そして、この圧縮された冷媒ガスは、吐出孔
21、密閉ケース２内、吐出管33を通って冷凍サイクルに
吐出されていく。

そして、この圧縮工程中、潤滑オイル30は密閉ケース
２内に吐出された吐出圧で常に押圧され、導入管28、通
孔27、油導入路26を通って溝部16の内底部に導入されて
いく。そして、この溝部16とブレード17との間に導入さ
れる潤滑オイル30にて、ブレード17はシリンダー７の内
周面に向って常に押圧され、圧縮室18のガスリークを防
いでいる。

さて、第２図に示されるように密閉ケース２内は吐出
冷媒で満たされているから、圧縮運転中、支持筒部7a,7
bの基部側の段差部31間にはそれぞれ吐出圧Pdが作用す
るが、シリンダー７内の端部は吐出側が吐出圧Pdで、吸
込側が吸込圧Psなので、吸込側に発生する差圧によって
シリンダー７に該シリンダー７を軸受９に押付けるよう
な方向のスラスト力が発生していく。それ故、このまま
では、たとえ支持径を小さくしても、シリンダー７と軸
受8,9との間に生じる摺動損失の低減とはならない。

ここで、本実施例は上記圧縮運転中は、シリンダー７
の吸込まれる冷媒ガスの一部が圧力密閉室20に導入され
ていて、シリンダー17のスラスト力の発生の原因となっ
ている圧力差を解消している。すなわち、圧力密閉室20
に導入された吸込冷媒にて、支持筒部7aの端面を吸込圧
Psにして、シリンダー７に吸込側に移動させる力が発生
させて、シリンダー７に発生するスラスト方向との力を
相殺していく。これにより、スラスト力から、シリンダ
ー７は解放されていく。

しかるに、支持径が小さくなることによるスラスト力
の発生を抑制することができる。

したがって、スラスト力からシリンダー７を解放させ
つつ、シリンダー７と軸受９との間に生じる摺動損失を
低減することができ、その分、入力の低減、効率の向
上、軸受８の焼付きを防ぐことができる。しかも、周速
度が小さく、摺動面積が小さくてすむので、高速運転時
における信頼性が高い。

また、支持筒部7a,7bの一方を別体としたので、シリ
ンダー７の組付け、調整は簡単になる。

なお、上記一実施例では軸受８に設けた貫通孔29を用
いて流体圧を圧力密閉室20に導入したが、この構造には
限定されるものではなく、他の導入構造を用いて圧力密
閉室20に所要の流体圧を導くようにしてもよい。

また一実施例では、この発明をケース高圧式の密閉形
のコンプレッサーに適用したが、これに限らず、ケース
内圧式（密閉ケース２内を吸込圧で満たすもの）のコン
プレッサーに適用してもよい。この場合、一実施例とは
反対に吐出側の支持筒部7bの端面とそれに対向する軸受
９の部分との間に圧力密閉室20を形成し、これに吐出冷
媒を導入するようにすればよい。また密閉ケースがない
開放形の場合は、内外圧が異なるシリンダー端の吸込
側、吐出側のうち少なくとも一方に圧力密閉室を設け、
これにスラスト方向に抗する流体圧の冷媒を導入すれば
よい、また、一実施例では、シリンダーの軸心を中心にピス
トンを旋回させるヘリカルブレード式のコンプレッサー
にこの発明を適用したが、むろん逆にピストンの軸心を
中心にピストンを旋回させるようにしたヘリカルブレー
ド式のコンプレッサーにも適用してもよいとはいうまで
もない。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、支持径を小さ
くすることによるスラスト力の発生を抑制することがで
きるようになる。

したがって、スラスト力からシリンダーを解放させつ
つ、シリンダーと支持部材との間に生じる摺動損失を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示し、第１
図はヘリカルブレード式のコンプレッサーを示す断面
図、第２図はその圧縮機部を拡大して示す断面図、第３
図はシリンダーの支持筒部およびそれを受ける嵌挿部の
構造を示す断面図、第４図は従来のヘリカルブレード式
のコンプレッサーの圧縮機部の構造を示す断面図であ
る。４……圧縮機部、７……シリンダー、7a,7b……支持筒
部、8,9……軸受（支持部材）、8a,9a……嵌挿部、10…
…オルダム機構、11……ピストン、16……螺旋状の溝
部、17……ブレード、18……圧縮室、20……圧力密閉
室、23……貫通孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者坂田寛二神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者早野誠神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者熊沢健志神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地株式会社東芝横浜事業所内 (56)参考文献特開昭64−36990（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F04C 18/30 - 18/352

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一端側を吸込側に他端側を吐出側とした筒
状のシリンダーと、このシリンダー内に一部外周面がシ
リンダーの内周面と接するように偏心した状態で挿通さ
れた円柱状のピストンと、このピストンの外周面に設け
られ前記吸込側から吐出側にいくにしたがって小さくな
るピッチで形成された螺旋状の溝部と、この溝部に出入
り自在でかつ前記シリンダーの内周面と接するように嵌
挿された螺旋状のブレードと、前記ピストンおよびシリ
ンダーの端部を一方は軸心を中心として回転自在に支持
し、他方はそれと相対的に旋回可能に支持する支持部材
とを有して圧縮機部を構成したコンプレッサーにおい
て、前記シリンダーの支持構造は、前記シリンダーの端
部に当該端部分を他の部分よりも細径にしてなる支持筒
部を設け、前記支持部材に前記支持筒部と回転自在に嵌
合してシリンダー端を受ける嵌挿部を設けて構成され、
かつ内外圧力が異なるシリンダー端側の前記支持筒部の
端面とこれと対向する前記嵌挿部の壁部との間に圧力密
閉室を設け、さらにこの圧力密閉室に前記シリンダーに
発生するスラスト方向の力に抗する流体圧を前記圧縮機
部から導く手段を設けたことを特徴とするコンプレッサ
ー。