JP2880771B2 - 流体圧縮機 - 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を圧縮す
る流体圧縮機に係り、特に螺旋ブレードを備えた流体圧
縮機に関する。

（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。しかしながら、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、また、部品点数も多い。更に、従来の圧縮機では、
圧縮効率を高めるために、圧縮機の吐出側に逆止弁を設
ける必要がある。しかしながら、この逆止弁の両サイド
の圧力差は非常に大きく、逆止弁からガスがリークし易
い。したがって、圧縮効率が低い。このような問題を解
消するためには、各部品を寸法精度および組立て精度も
高くする必要があり、その結果、製造コストが高くな
る。

近年、上記のような問題を解決するものとして、螺旋
ブレードを備えた流体圧縮機が提供される。

この種の圧縮機は、シリンダと、シリンダ内に偏心し
て配設されシリンダにたいして相対的に旋回可能な回転
体である回転ロッドと、を備えている。そして、ロッド
の外周面にはロッドの略全長に亘って螺旋溝が形成さ
れ、この螺旋溝に螺旋ブレードが嵌められている。ブレ
ードの外周面はシリンダの内周面に密着している。そし
て、シリンダに対するロッドの旋回運動に伴いブレード
螺旋溝内をロッドの径方向に摺動する。

ロッドとシリンダとの間の空間は、ブレードにより複
数の空間に仕切られている。そして、螺旋溝のピッチ
は、ロッドの一端から他端に向かって徐々に小さくなっ
ており、そのため、上記複数の空間の容積もロッドの一
端側から他端側に向かって徐々に小さくなっている。従
って、ロッドの一端側から上記空間内に吸い込まれた流
体は、上記空間に閉じこめられた状態でロッドの他端側
まで搬送され、この間、流体は徐々に圧縮され、最終的
にロッドの他端から吐出される。

上記の構成において、従来からブレードの外径はシリ
ンダ内径より僅かに大きく形成されており、ブレードを
弾性変形させてシリンダ内に収納していた。そしてブレ
ードの弾性力によりブレードの外周をシリンダの内周に
押圧し、隣接する空間間のシールを行なっていた。

このとき、ブレードの側面と回転体に形成された溝の
側面との摺動による摩擦力の半径方向の成分の大きさ
は、ブレードの１つの点については１回転を周期として
変化する。そしてこの摩擦力の方向はブレードの回転方
向の位置によって位相が異なり、ブレードの連続した１
周における摩擦力の合計がゼロである。従って中央部は
ブレードが連続して全周に巻回されているので問題はな
いが、両端部においては全周に巻回されていないので、
１回転の間にブレードの回転体との摩擦力が弾性力に打
ち勝ち、ブレード外周がシリンダの内周から離れる方向
に力を受ける。この結果ブレードのシリンダ内周面に対
するシールが不完全になり、被圧縮流体の圧縮損失が増
大するという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） 上述したように従来の流体圧縮機においては、回転体
に巻回された螺旋状のブレードの両端部は、１回転の間
において回転体に形成された溝との摩擦力が弾性力に打
ち勝ち、ブレード外周がシリンダ内周から離れる方向に
力を受けてシールが不完全となり、被圧縮流体の圧縮損
失が増大するという問題があった。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、ブ
レード外周とシリンダ内周との摺動面における隣接した
作動室間の被圧縮流体のリークを小さく押えることがで
き、圧縮効率を向上することのできる流体圧縮機を提供
することを目的とする。

〔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、この発明は、被圧縮流体
を一端から吸い込み、他端から吐出するシリンダと、こ
のシリンダ内にシリンダの軸方向に沿いかつ偏心して設
けられ、外周面の一部が前記シリンダの内周面に接触し
たこのシリンダに対して相対的旋回可能に支持された円
柱状の回転体と、この回転体の外周面に設けられ前記シ
リンダの吸込み端側から吐出端側へ向って徐々に小さく
なるピッチで形成された螺旋状の溝と、この溝内に前記
回転体の径方向に沿って摺動自在に嵌合するとともに、
前記シリンダの内周面に密着した外周面を有し、前記シ
リンダの内周面と前記回転体の外周面との間の空間を複
数の作動室に区画する螺旋状のブレードと、前記回転体
を前記シリンダに相対的に旋回させ、前記シリンダの吸
込端側から前記作動室に流入した前記被圧縮流体を前記
シリンダの吐出側の作動室へ移送させる駆動手段とを具
備した流体圧縮機において、前記ブレードの両端のうち
少くとも吸込端側の一端を前記シリンダの内周面に押圧
する手段を設けたことを特徴としている。

（作用） 上記の構成によると、回転体に巻回された螺旋状のブ
レードの少くとも一端は、押圧手段によってその外周が
シリンダ内周に押し付けられるので、ブレードと回転体
の溝との相対運動による摩擦力に打ち勝って作動室のシ
ール性を向上させることができる。

（実施例） 以下、この発明に係る流体圧縮機の一実施例を図面を
参照して説明する。

第３図は、この発明を、冷凍サイクルの冷媒を圧縮す
るための密閉型圧縮機に適用した実施例を示している。

圧縮機１は、密閉ケース２と、このケース内に配設さ
れた駆動手段である電動機部３および圧縮部４とを備え
ている。電動機部３は、ケース２の内面に固定された略
環状のステータ５と、ステータの内側に設けられた環状
のロータ６とを有している。

圧縮部４は、シリンダ７を有し、このシリンダの外周
面にロータ６が同軸的に固定されている。シリンダ７の
両端は、ケース２の内面にそれぞれ固定された軸受8,9
により回転自在に支持されているとともに気密に閉塞さ
れている。特に、シリンダ７の右端部、つまり、吸込み
側端部は、軸受８に、シリンダの左端部、つまり吐出側
端部は、軸受９にそれぞれ回転自在に支持されている。
軸受8,9は、シリンダ７の端部内に回転自在に挿入され
たボス部8a,9aと、ボス部よりも大径でケース２の内面
に固定された基部8b,9bをそれぞれ備えている。したが
って、シリンダ７およびこれに固定されたロータ６は、
軸受8,9によりステータ５と同軸的に支持されている。

シリンダ７内には、シリンダの内径よりも小さな径を
有する円柱形状の回転体である回転ロッド11がシリンダ
の軸方向に沿って配設されている。ロッド11は、鉄系等
の金属で形成されている。ロッド11は、その中心軸Ａが
シリンダ７の中心軸Ｂに対して距離ｅだけ偏芯して位置
しているとともに、その外周面の一部はシリンダの内周
面に線接触している。

回転ロッド11の両端部には、支持軸12a,12bがそれぞ
れ突設されている。これらの支持軸12a,12bは、軸受8,9
に形成された軸受孔8c,9cに回転自在に挿入されてい
る。

第１図ないし第５図に示すように、一方の支持軸12a
には、断面正方形状の角柱部13が形成されている。この
角柱部13には、矩形状の長孔14を有するオルダムリング
15が装着されている。つまり、角柱部13はリング15の長
孔14内に挿入され、リングは長孔に沿って摺動自在に嵌
合されている。リング15には、長孔14の長手方向と直交
して径方向に延びる一対の透孔が形成され、これらの透
孔にピン16の一端部が摺動自在に挿入されている。各ピ
ン16の他端部は、シリンダ７に形成された透孔17内に固
定されている。なお、各透孔17の外端はキャップ18によ
り気密に閉塞されている。

上記構成のオルダムリング15により、ロッド11はシリ
ンダ７に対してシリンダの径方向偏心自在に支持されて
いる。従って、電動機部３に通電してシリンダ７がロー
タ６と一体的に回転されると、シリンダの回転力はオル
ダムリング15を介して回転ロッド11に伝達される。その
結果、ロッド11は、その一部がシリンダ７の内周面に接
触した状態でシリンダ内で内転され、シリンダに対して
旋回運動する。

第１図ないし第４図に示すように、回転ロッド11の外
周面には、ロッドの両端間を延びる螺旋状の溝19が形成
されている。そして、溝19は、そのピッチがシリンダ７
の右端から左端に向って、つまり、シリンダの吸込み側
から吐出側に向って徐々に小さくなるように形成されて
いる。また、溝19の全長は、後述するブレード21の全長
よりも大きく、ロッド11をシリンダ７に組み込んだ状態
に於て、溝19の端とブレード21の端との間には第３図及
び第５図に示すように、ギャップＧが設けられている。

ギャップＧは、ロッド11に対するブレード21の相対移
動、特に旋回運動を許容するために設けられている。両
ギャップＧの長さを合計した寸法は、シリンダ７に対す
るロッド11の偏心量ｅの約２倍以上に設定されている。
なお、ここで、例えば、ブレード21の熱膨張等によりギ
ャップの合計寸法が偏心量ｅの正確に２倍とは成らず２
倍以下になる場合がある。この点を考慮して、上記合計
寸法は偏心量ｅの略２倍以上に設定されている。

ロッド11の溝19には、第１図及び第４図に示す螺旋状
のブレード21が嵌合されている。このブレード21は合成
樹脂等の弾性材料によって形成されており、その弾性を
利用して溝19にねじ込むことにより溝内に装着される。
ブレード21の厚さは溝19の幅と略一致している。ブレー
ド21の両端部は、それぞれロッド11の軸に直角な平面内
に位置しているとともに、ギャップＧおいて溝19の端に
臨んでいる。なお、ブレード21を溝19に装着する際、ブ
レードは溝の一端側に偏って、つまり、ブレードの一端
側にギャップ2Gが生じるように、設けられていてもよ
い。そして、ブレード21の各部は、溝19に対して回転ロ
ッド11の径方向に沿って進退自在となっている。また、
ブレード21の外周面はシリンダ７の内周面に密着してい
る。

そして、第３図に示すように、シリンダ７の内周面に
ロッド11の外周面との間の空間は、ブレード21により複
数の作動室22に仕切られいる。各作動室22は、ブレード
21の隣合う２つの巻き間に規定されており、第５図に示
すように、ブレードに沿ってロッド11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略三日月状を
なしている。そして、作動室22の容積は、シリンダ７の
吸込み側から吐出側に行くに従って徐々に小さくなって
いる。

第３図に示すように、シリンダ７の吸い込み側端部を
支持した軸受８には、シリンダ７の軸方向に延びる吸込
み孔23が貫通形成されている。この吸込み孔23の一端
は、シリンダ７の吸込み側端内に開口し、他端は冷凍サ
イクルの吸込みチューブ24に接続されている。また、シ
リンダ７の吐出側端部を支持した軸受９には吐出孔25が
形成されている。吐出孔25の一端はシリンダ７の吐出側
端内に開口し、他端は、ケース２内部に開口している。
なお、吐出孔25はシリンダ７に形成されてもよい。

また、ロッド11内部には、ロッドの右端から略中間ま
で伸びた油導入通路26が形成されている。通路26の右端
は、軸受８に形成された通路27、および導入管28を介し
てケース２内部、特にケースの底部に連通している。通
路26の左端は、ロッド11に形成された溝19の底に開口し
ている。ケース10の底には、潤滑オイル29が溜められて
いる。従って、ケース２内の圧力が上昇すると、オイル
29は導入管28、通路27,26を通して溝19の底とブレード2
1との間の空間に導入される。

第３図及び第４図に示すように、回転ロッド11の吸い
込み側端部の外周面には、吸い込み溝31が形成されてい
る。溝31は、ロッド11の軸方向に延びているとともに、
螺旋溝19よりも深く形成されている。溝31の一端はロッ
ド11の大径部11aの端面に開口して、他端は、作動室22
の内、最もシリンダ７の吸い込み側端に位置した１番目
の作動室に連通する位置まで延びている。そのため、吸
い込みチューブ24からシリンダ７内に吸い込まれた冷媒
ガスは、吸い込み溝31を通って１番目の作動室22に途切
れることなく確実に導入される。

第３図において、参照符号32は、ケース２内部に連通
した吐出チューブを示している。

また、第１図及び第２図に示すように、ロッド11の両
端近傍に設けられたギャップＧにはスライダ51とコイル
スプリング52とからなる押圧手段が設けられている。一
方、ブレード21の両端の先端部はロッド11の半径方向に
ほぼ平行な端面となっており、スライダ51はこの端面に
沿って摺動可能に装着されている。またブレード21の端
面と対向するギャップＧの面とスライダ51との間にはコ
イルスライダ52が張架されており、スライダ51を介して
ブレード21の端面を押圧している。従ってブレード21の
先端部の外周はシリンダ７の内周に押し付けられてい
る。

次に、以上のように構成された圧縮機の動作について
説明する。

まず、電動機部３に通電されると、ロータ６が回転
し、これと一体にシリンダ７も回転する。同時に、回転
ロッド11は、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。このような、ロッド11とシ
リンダ７との相対的な偏心回転運動は、伝達手段、つま
り、支持軸12aの角柱部13に設けられたオルダムリング1
5によって確保される。

ブレード21は、油導入路26を通して螺旋溝19の底に導
入された潤滑オイルの圧力により、シリンダ７の外周面
に向かって押圧され、ブレードの外周面はシリンダ７の
内周面に密着している。そのため、ブレード21とシリン
ダ７との間の摩擦力がブレードとロッド11との間の摩擦
力よりも大きく、ブレード21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。そして、ブレード
21の各部は、ロッド11に対して旋回運動を行なう。

一方、圧縮部４が作動されると、吸込みチューブ24及
び吸込み孔23を通して、シリンダ７に冷媒ガスが吸込ま
れる。このガスは、導入溝31を通り、まず、シリンダ７
の最も吸込み側に位置した第１の作動室22内周に閉込め
られる。そして回転ロッド11の回転に伴い、上記ガスは
ブレード21の隣接する２つの巻き間に閉込められた状態
で、順次吐出側の作動室に移送される。そして、作動室
22の容積は、シリンダ７の吸込み側から吐出側に行くに
従って徐々に小さくなっていることから、冷媒ガスは、
吐出側へ移送される間徐々に圧縮される。そして、圧縮
された冷媒ガスは、軸受９に形成された吐出孔25からケ
ース２内に吐出され、更に、吐出チューブ32を通して冷
凍サイクル内に戻される。

吐出された冷媒ガスによりケース２内の圧力が上昇す
ると、ケース内部に蓄えられている潤滑オイル29は加圧
され、油導入路26を通って螺旋溝19の底とブレード21と
の間の空間に導入される。そのため、ブレード21は、油
圧により溝19から飛び出す方向、つまり、シリンダ７の
内周面に向かって押圧される。従って、ブレード21の外
周面はシリンダ７の内周面に常に密着した状態に保持さ
れる。その結果、作動室22相互間のガスリークを確実に
防止することができる。

また、前述したように、ブレード21の両端部はロッド
11の１回転の間において、回転体に形成された溝19との
摩擦力がブレード21の弾性力に打ち勝ち、ブレード21の
外周がシリンダ７の内周から離れるおそれがあったが、
この実施例によれば、ブレード21の弾性力の他にコイル
スプリング52の付勢力によってブレード21に螺旋を開く
方向への力が作用する。従ってブレード21の両端部はそ
の外周が強くシリンダ７の内周に押し付けられ、この部
分のシール性が向上する。

この実施例によればロッド11に巻回された螺旋状のブ
レード21の両端部の外周がシリンダ７の内周に強く押し
付けられるので、この部分のシール性が向上し、隣り合
った作動室間の冷媒ガスのリークを最小限に押えること
ができ、圧縮効率を向上することができる。

第６図及び第７図にこの発明の他の実施例を示す。こ
れらの図において、第２図に示す実施例の場合と対応す
る部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省
略する。

第６図に示す実施例は、ブレード21の先端部近傍に対
応するロッド11の溝19の底面部に、半径方向の孔53を形
成し、孔53にコイルスプリング52を挿入したものであ
る。そしてコイルスプリング52はスライダ51を介してブ
レード21の先端部をシリンダ７の内周に押圧している。

また第７図に示す実施例は、ブレード21の先端部近傍
に対応するロッド11の溝19の底面部に、凹部54を形成
し、この凹部に板ばね55を挿入したものである。

これらの実施例によっても前述した実施例と同様の効
果が得られる。

なお、上記各実施例では押圧手段をロッド11の両端近
傍に設けた場合について説明したが、押圧手段を吸込側
端部のみに設けてもよい。

なお、この発明は上述した実施例に限定されることな
く、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、
本発明は冷凍サイクルに組み合わされる圧縮機に限ら
ず、他の圧縮機にも適応することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の流体圧縮機によれ
ば、回転体であるロッドに巻回されたブレードの端部
に、このブレード端部をシリンダ内周面に押圧する手段
を設けたので、ブレード外周とシリンダ内周との摺動面
における隣接した作動室間の被圧縮流体のリークを最小
限に抑えて、圧縮効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による回転体とブレードを
示す斜視図、第２図は同じく断面図、第３図は本実施例
が適用された流体圧縮機の全体構成を示す断面図、第４
図は同じく圧縮部の分解側面図、第５図は第３図のＣ−
Ｃ線断面図、第６図及び第７図はそれぞれこの発明の他
の実施例を示す要部断面図である。 １…流体圧縮機 ３…駆動手段（電動機部） ７…シリンダ 11…回転体（ロッド） 19…溝 21…ブレード 22…作動室 51,52,55…押圧手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/344 F04C 18/107

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被圧縮流体を一端から吸い込み、他端から
   吐出するシリンダと、このシリンダ内にシリンダの軸方
   向に沿いかつ偏心して設けられ、外周面の一部が前記シ
   リンダの内周面に接触した状態でこのシリンダに対して
   相対的旋回可能に支持された円柱状の回転体と、この回
   転体の外周面に設けられ前記シリンダの吸込み端側から
   吐出端側へ向って徐々に小さくなるピッチで形成された
   螺旋状の溝と、この溝内に前記回転体の径方向に沿って
   摺動自在に嵌合するとともに、前記シリンダの内周面に
   密着した外周面を有し、前記シリンダの内周面と前記回
   転体の外周面との間の空間を複数の作動室に区画する螺
   旋状のブレードと、前記回転体を前記シリンダに相対的
   に旋回させ、前記シリンダの吸込端側から前記作動室に
   流入した前記被圧縮流体を前記シリンダの吐出側の作動
   室へ移送させる駆動手段とを具備した流体圧縮機におい
   て、 前記ブレードの両端のうち少なくとも吸込端側の一端を
   前記シリンダの内周面に押圧する手段を設けたことを特
   徴とする流体圧縮機。