JP2839563B2 - コンプレッサー - Google Patents

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を圧縮
するコンプレッサーに係り、特にヘリカルブレード方式
のコンプレッサーに関する。

（従来の技術） 空気調和装置、冷蔵庫などの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ー内において
偏心回転させるロータリ式などが使用されている。

ところが、こうした方式のコンプレッサーは、いずれ
も圧縮機部の構造が複雑で、また部品点数が多い難点を
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、一端側の吸込側、
他端側を吐出側とした円筒状のシリンダーと、外周面に
螺旋状のブレードを設け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である。

具体的には、ピストン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溝部が設けられ、
この溝部にシリンダーの内径に応じた外径をもつ螺旋状
のブレードを出入り自在に嵌挿してある。このピストン
をシリンダー内に挿通して、ブレードがシリンダーの内
周面と接するように配置するとともに、一部外周面がシ
リンダーの内周面と接するようにピストン全体をシリン
ダーの軸心から偏心した位置に配置する。そして、軸受
部でシリンダーの両端部を軸心を中心として回動自在に
支持する。またピストンの両端を同じ軸受部を用い回転
自在に支持して、ピストンをシリンダーに対して旋回運
動（偏心回転運動）できるようにする。そして、さらに
ピストンとシリンダーとの間に、ピストンをシリンダー
の回転と同期的に自転させるオルダム機構を設けてい
る。

こうしたヘリカルブレード式のコンプレッサーは、シ
リンダーを回転駆動させることにより、シリンダーは軸
心を中心として正回転する。またピストンは、シリンダ
ーの内周面に接触した状態を維持しながら、シリンダー
の軸心の回りを旋回するとともに、シリンダーの回転と
同期しながら自転運動していく。すると、ブレードによ
って仕切られたシリンダー内の三日月状の圧縮室の容積
が連続的に縮小方向に変化していく。これにより、シリ
ンダー吸込側から冷媒ガスが吸い込まれる。そして、シ
リンダーの吐出側に移る間でこの冷媒が圧縮され、その
後、吐出側から圧縮した冷媒ガスが吐出されている。

ところで、従来、このコンプレッサーのオルダム機構
には、ピストンの片側の主軸受側あるいはその半体側の
副軸受側にオルダムリングを設けて、ピストンシリンダ
ーの両者を当該軸心とは直交する２方向で移動自在に連
結するようにした構造が用いられる。具体的には、例え
ばオルダムリングの中央をピストン端に、継手などで直
交する１方向に対して移動自在に嵌挿し、オルダムリン
グの外周部をシリンダー端にピン構造などで、もう１方
向に対して摺動自在に装着することが行われている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、こうしたピストンの運動を所定に規制する
構造は、オリダムリングがピストンの主軸受側あるいは
副軸受側に設けられるために、偏心回転するピストンに
ねじれが起きやすい。

詳しくは、シリンダーからオルダムリングを介してピ
ストンに伝達され、ピストンをシリンダーに対し相対的
に旋回運動させるように制御する力の動きを見ると、該
力は、最初、オルダムリングが有るピストンの片側に伝
えられていく。その後、その力はオルダムリングが無い
ピストンのもう片側に伝えられていく。つまり、ピスト
ンでは両側において運動のずれが生じ、これがピストン
のねじを発生させていく。

こうした運動のずれは、ピストンとシリンダーとの間
に不要な隙間の発生をきたす。このため、ブレードで形
成された各作動室のガス漏れを誘い、圧縮効率を低下さ
せる不都合があった。

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、旋回側部品の両端側にお
ける運動のずれを防ぐ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） 上記問題点を達成するために、この発明のコンプレッ
サーは、ピストンとシリンダーとの両端側にオルダム機
構を設けた。

（作 用） この発明のコンプレッサーによると、動力入力側とな
るシリンダーあるいはピストンが動力を受けて回転する
と、その回転がオルダム機構を介して、従動側の旋回部
品となるピストンあるいはシリンダーに伝達され、当該
従動側を所定の関係で自転させ、圧縮に必要な旋回運動
を成立させていく。

ここで、オルダム機構はピストンとシリンダーとの両
端側に設けられている。

このことは、上記圧縮運転中は、従動側となるシリン
ダーあるいはストンの両側には同時に旋回運動する制御
する力が伝達されていくことになる。つまり、旋回側部
品に対しては、ねじれが起きないように回転が伝達され
ていく。

それ故、旋回部品の両端側における運動のずれをなく
すことができ、同部品のねじれによる圧縮効率の低下を
防ぐ。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第10図に示す一実施例
にもとづいて説明する。第１図は例えば冷凍サイクルに
使用する冷媒ガス用の密閉形のコンプレッサー１を示
す。このコンプレッサー１は密閉ケース２と、この密閉
ケース２の中に配設された駆動手段としての電動機部３
および圧縮機部４とを備えている。上記電動機部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
とを有している。

上記圧縮機部４は筒状のシリンダー７を有しており、
このシリンダー７の外周面に上記ロータ６が同軸的に固
定され、シリンダー７側を原動側にしている。そして、
シリンダー７の両端は密閉ケース２の内面に固定された
軸受部８、９により回転自在に支持されており、これら
軸受部８、９によってシリンダー７の両端は気密的に開
塞されている。すなわち、上記軸受部８、９は上記シリ
ンダー７の端部が回転自在に嵌合したボス部8a、9aと、
これらボス部8a、9aよりも大径で上記密閉ケース２の内
面に固定された基部8b、9bとからなる。

上記シリンダー７の中には、シリンダー７の内径より
も小さな外径に形成された、従動側となる円柱状の回転
体としてのピストン11がシリンダー７の軸方向に沿って
配設されている。ピストン11は鉄系その他の材料からな
り、これは、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設さ
れており、それによってピストン11の外周面の一部はシ
リンダー７の内周面に線接触している。

上記ピストン11の軸方向両端にはそれぞれ支軸部12
a、12bが設けられ、これら支軸部12a、12bはそれぞれ上
記軸受部８、９に形成された軸受穴8c、9cに回転自在に
挿入支持されている。

上記ピストン11の両方の支軸部12a,12bには第２図、
第３図および第４図に夫々示すように断面正方形状の角
柱部13が形成されている。これら各円柱部13,13は第３
図に示すように矩形状の長孔14が穿設されたオルダムリ
ング15が設けられている。つまり、各円柱部13,13に
は、オルダムリング15が、それぞれその長孔14の長手方
向に沿ってスライド自在に嵌合されている。また各オル
ダムリング15,15の外周面には、上記長孔14の長手方向
と直交する径方向に一対のピン16,16の一端部がそれぞ
れスライド自在に嵌挿されている。これらピン16,16の
他端部は上記シリンダー７の周壁に穿設された嵌合孔1
7,17に嵌合固定され、ピストン11とシリンダー７との両
端側にそれぞれオルダム機構を構成している。

つまり、これらオルダム機構によって、上記ピストン
11はシリンダー７に、このシリンダー７の径方向に対し
て偏心自在に結合される。そして、オルダム機構によ
り、上記電動機部３に通電してシリンダー７とロータ６
とが一体に回転駆動すると、シリンダー７の回転力は上
記２つのオルダムリング15,15を介してピストン11の両
端部に伝達されるようになっている。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
面に接触した状態で内転するようになっており、オルダ
ムリング15,15による回転伝達にて、ピストン11をシリ
ンダー７の回転に同期させながら自転させるようにして
いる。

なお、上記嵌合孔17は蓋部材18によって気密に閉塞さ
れている。

上記ピストン11の外周面には、第１図、第２図および
第４図に各々示すようにピストン11の軸方向に沿って螺
旋状の溝19が形成されている。この溝19のピッチはこれ
ら図面における右側から左側、つまりシリンダー７の吸
込端側から吐出端側に向かって徐々に小さく形成されて
いる。この溝19の全長は次ぎに述べるブレード21の全長
よりも大きくしてあり、それによって、ピストン11をシ
リンダー７に組込んだ状態において、溝19の端とブレー
ド21の端との間に第２図中Ｇで示す遊びを設けている。

遊びＧはピストン11に対するブレード21の旋回運動を
許すためのもので、そのために第２図中両側の遊びＧを
合わせた合計寸法を、ピストン１のシリンダー７に対す
る偏心量ｅの略２倍以上としてある。なお、ここに略２
倍以上とは例えばブレード21が熱膨張等の影響により正
確に２倍とはならず、遊びＧが偏心量ｅの２倍以下にな
ることがある。このような点を考慮して略２倍以上とし
ている。

上記溝19には第１図、第２図、および第４図に夫々示
す螺旋状のブレード21が嵌込まれている。ブレード21は
合成樹脂系その他の材料からなり、その両端部はそれぞ
れピストン11の略軸直角方向に沿う平面内にあるととも
に、第２図に示すように上記遊びＧに臨んでいる。な
お、ブレード21は溝19に挿着時一端側に偏って設けても
よい。さらに、ブレード21の厚さ寸法は上記螺旋状の溝
19の幅寸法とほぼ一致しており、ブレード21の各部は溝
19に対してピストン11のほぼ径方向に進退自在となって
いる。上記ブレード21の外周面はシリンダー７の内周面
に密着しており、その状態でシリンダー７の内周面上を
スライドする。

上記シリンダー７の内周面とピストン11の外周面との
間の空間は、上記ブレード21によって複数の作動室22に
仕切らている。つまり、各作動室22は、ブレード21の隣
り合う２つの巻き間に形成されており、ブレード21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
つぎの接触部まで延びたほぼ三日月状をなしている。そ
して、作動室22の容積は、シリンダー７の吸込側から吐
出側へゆくにしたがって徐々に小さくなっている。

上記シリンダー７の吸込側に位置する一方の軸受部８
には第１図に示すように吸込孔23が軸方向に貫通してい
る。この吸込孔23の一端はシリンダー７の内部に連通
し、他端には冷凍サイクル回路につながる吸込チューブ
24が接続されている。また、他方の軸受部９には吐出孔
25が穿設されている。この吐出孔25の一端はシリンダー
７内の吐出端側に連通しており、他端は密閉ケース２の
内部に開口している。

上記ピストン11には第１図に示すように油導入路26が
その中心軸Ａに沿って穿設されている。この導入路26の
一端は螺旋状の溝19の吐出側の底部に連通し、他端は一
方の軸受部８に穿設された通孔27の一端に連通してい
る。この通孔27の他端には一端を密閉ケース２の底部に
位置させ導入管28の他端が接続されている。密閉ケース
２の底部には潤滑オイル29が蓄えられている。したがっ
て、密閉ケース２内の圧力が上昇すれば、上記潤滑オイ
ル29が導入管28、通孔27および油導入路26を通って上記
溝19の底部とブレード21との間の空間に導入される。

さらに、上記ピストン11の吸込側に位置する端部の外
周面には吸入溝31が刻設されている。この吸入溝31はピ
ストン11の外周面に形成された螺旋状の溝19よりも深く
形成されていて、その一端はピストン11の大径部11aの
端面に開放され、他端はシリンダー７の吸込端側に位置
する１番目の作動室22に連通する位置にある。それによ
って、吸込チューブ24からシリンダー７内へ吸引された
冷媒ガスは上記吸入溝31を通って上記１番目の作動室22
に途切れることなく導入されるようになっている。

なお、密閉ケース２には第１図に示すようにその内部
と外部とを連通させる吐出チューブ32が接続されてい
て、密閉ケース２内に吐出された冷媒ガスを冷凍サイク
ル回路の吐出できるようにしている。

つぎに、以上のように構成されたコンプレッサーの動
作について説明する。

まず、電動機部３に通電するとロータ６が回転し、こ
のロータ６と一体にシリンダー７も回転する。シリンダ
ー７が回転すると、ピストン11はその外周面の一部がシ
リンダー７の内周面に接触した状態で回転駆動される。
なお、第10図中矢印で示すようにピストン11およびシリ
ンダー７の回転方向は吸込端側から見てそれぞれ時計回
り方向である。このような、ピストン11とシリンダー７
との相対的な旋回運動（偏心回転運動）は、ピストン11
の両側のオルダムリング15によって確保される。

すなわち、オルダム15は、スライド自在なピン16,16
によってピストン11およびシリンダー７の軸心と直交す
る２方向のうちの１方向の動きを許容し、長孔14と角柱
部13とのスライド自在な嵌合によってもう１方向の動き
を許容して、ピストン11とシリンダー７とを連結してい
る。このことは、ピストン11の旋回動を許すことにな
る。しかるに、ピストン11はシリンダー７の内周面と一
部接触した状態を保ち、かつシリンダー７の回転と同期
して自転運動しながらシリンダー７の中心軸Ｂの回りを
旋回していくことになる。

一方、上記ブレード21は、溝19の底部に導入された油
導入路26からの潤滑オイルによる圧力でブレード21の外
周面がシリンダー７の内周面に押え付けられている。こ
のため、シリンダー７とブレード21との摩擦力がブレー
ド21とピストン11との摩擦力に打勝つ。しかるに、ブレ
ード21はその外周面がシリンダー７の内周面に接触した
状態で回転し、ブレード21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
って上記溝19に押込まれ、また接触部から離れるにした
がって上記溝19から突出する方向に移動していく。

こうした圧縮機部４の動きにより、吸込チューブ24お
よび吸込孔23を通してシリンダー７内に冷媒ガスが吸込
まれていく。そして、第５図に示すように１番目の作動
室22に吸込まれた冷媒ガスは、ここに閉込められた状態
でピストン11の回転に伴って第６図ないし第９図に示す
ように吐出端側の作動室22へ順次移送される。そして、
移送されて圧縮された冷媒ガスは、吐出端側の軸受９に
形成された吐出孔25から密閉ケース２内の空間に吐出さ
れ、吐出チューブ32を通って冷凍サイクル回路に吐出さ
れていく。

こうした圧縮運転中、従動側となるピストン11の旋回
運動が両端側でずれを起こすことが懸念されている。

ここで、原動側となるシリンダー７から従動側のピス
トン11には、それぞれ両側のオルダムリング15,15を介
して、ピストン11を所定に旋回させる力が伝達される。

つまり、上記圧縮運転中は、ピストン11の両側には同
時に旋回運動を制御する力が伝達されていく。このこと
は、旋回部品側の両端における運動のずれはない。

したがって、ピストン11（旋回部品）のねじれをよる
ピストン11とシリンダー７との不要な隙間の発生を防ぐ
ことができ、作動室相互間の冷媒ガスの漏れを防止し
て、圧縮効率を高めることができる。

なお、上述した一実施例では、オルダムリングを用い
たオルダム機構を採用したが、その他の構造のオルダム
機構、例えば内接ギヤを用いた構造等のオルダム機構を
用いても、同様な効果を奏するものである。

また、一実施例ではシリンダーを、軸心を中心として
回転させ、ピストンをそれに対して旋回させるようにし
たコンプレッサーにこの発明を適用したが、その逆にピ
ストンを、軸心を中心として回転させ、シリンダーを旋
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
ーにこの発明を適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、圧縮運転中、
従動側となるシリンダーあるいはピストンの両側に、同
時に旋回運動する制御する力を伝達することができる。

したがって、旋回部品の両端側における運動のずれを
なくすことができ、同部品のねじれによる圧縮効率の低
下を防ぐ。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第10図はこの発明の一実施例を示し、第１
図は密閉形のコンプレッサーの全体を示す縦断面図、第
２図はブレードが装着されたピストンを、オルダム機構
を構成する角柱部と共に示す斜視図、第３図はピストン
とシリンダーとの間に設けたオルダム機構の構造を示す
断面図、第４図は圧縮機部の分解図、第５図ないし第９
図は冷媒ガスの圧縮過程を順次示した説明図、第10図は
圧縮機部の側面図である。 ３……電動機部、４……圧縮機部、７……シリンダー、
8,9……軸受部、11……ピストン、14……長孔、15……
オルダムリング、16……ピン、17……嵌合孔、19……
溝、21……ブレード、22……作動室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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家電技術研究所 内 (72)発明者 両角 尚哉 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家電技術研究所 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 18/30 - 18/352 F16D 3/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   面に設けられ前記シリンダーの吸込側から吐出側へいく
   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
   として回動自在に支持し他方はそれとは相対的に旋回可
   能に支持する支持手段と、前記ピストンとシリンダーと
   の両端側に両者間を連結するようにそれぞれ設けられ前
   記軸心を中心として回転する一方側の回転にしたがって
   前記他方側を自転運動させるオルダム機構とを具備して
   なることを特徴とするコンプレッサー。