JP2898710B2

JP2898710B2 - 流体圧縮機

Info

Publication number: JP2898710B2
Application number: JP17333690A
Authority: JP
Inventors: 正幸奥田; 卓也平山; 寛二坂田; 誠早野; 尚哉両角; 健志熊沢; 寿也矢嶋; 照男小鮒
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba AVE Co Ltd
Priority date: 1990-06-30
Filing date: 1990-06-30
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: JPH0463993A

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（以下単に圧縮機と称する）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ている。第12図
は従来の螺旋ブレード方式の流体圧縮機の主要部であ
り、これは、シリンダ101と、このシリンダ101の内側に
偏心（同図中ｅは偏心量を示す。）して配置され、シリ
ンダ101に対して相対的に旋回運動（偏心回転運動）す
る回転体102と、回転体102の外面に螺旋状に形成された
溝103に挿入されたブレード104とを備えている。ブレー
ド104はシリンダ101に対する回転体102の旋回運動に伴
って、上記溝103内を摺動してその深さ方向に出入りす
る。そして、シリンダ101および回転体102の両端は、軸
受105,106に回転自在に支持され、各軸受105,106にはそ
れぞれ吸込口107及び吐出口108が設けられている。上記
溝103は吸込口107から吐出口108に向って徐々にピッチ
が狭くなっている。

したがって、シリンダ101及び回転体102を相対的に旋
回運動させると、吸込口107からシリンダ101と回転体10
2との間の空間に吸込まれたガスなどの被圧縮流体は圧
縮される。すなわち、上記空間はシリンダ101に対する
回転体102の旋回運動に伴い、吐出口108側に移動される
が、上記溝103のピッチが除々に小さくなっているため
ブレード104で仕切られた上記空間な容積は次第に小さ
くなっている。したがって、上記空間に入った被圧縮流
体は除々に圧縮されて最終的に吐出口108から吐出され
る。

上記のように構成された従来の圧縮機においては、被
圧縮流体の吸込容量を大きくするために、最も吸込側に
近い第１の作動室を区画するブレード104aの形状の特性
を第13図に示すように構成していた。図において、横軸
は回転体102が１回転する間の回転角を示し、縦軸は各
回転角におけるブレード104aの吸込端から軸方向の距離
を示す。すなわち、ブレード104aの吸込端側の曲線Ｌは
凹状（下に凸）となっており、一方、ブレード104aの吐
出側の曲線Ｍは凸状（上に凸）となっている。

上記のようにブレード104a及びこのブレード104aが嵌
合する部分の溝103の形状を設定することにより、第１
の作動室の吸込側の部分の容積を大きくすることがで
き、吸込容量を増大することができる。この結果圧縮機
の吐出容量も増大することができる。しかしながらブレ
ード104aの曲線L,Mの接続部においてブレード104aのね
じれが大きくなり、ブレード破損の原因となっていた。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の圧縮機においては、吸込容量
を大きくするために、最も吸込側に近い第１の作動室を
区画するブレードの吸込側の部分を凹状とし、吐出側の
部分を凸状としていた。このため、その接続部において
ブレードのねじれが大きくなり、この部分でブレードが
破損しやすいという問題があった。

この発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ブ
レードの破損を発生を防いで吐出容量を増大することの
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、シリンダ
と、このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿うと共に偏
心して配置され、その一部が上記シリンダの内周面に接
触した状態で上記シリンダと相対的に旋回可能な回転体
と、この回転体の外周に設けられ上記シリンダの吸込側
から吐出側へ徐々に小さくなるピッチで形成された螺旋
状の溝と、この溝に出入自在に嵌込まれるとともに上記
シリンダの内周面に密着する外周面を有し上記シリンダ
の内周面と上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を備えた流体圧縮機
であって、前記ブレード及び溝の形状を，横軸にブレー
ド位置角を取り、縦軸に吸込側から軸方向距離を取って
示したブレード・溝曲線において、吸込側で凹状とし、
吐出側で凸状とするとともに、その接続部を直線状とし
たことを特徴とする（作用）上記構成によると、吸込側の凹状の曲線部と吐出側の
凸状の曲線部の中間において直線部で接続するようにし
たので、ブレードのねじれが緩やかになり、破損の発生
を防止して吐出容量を増大することができる。

（実施例）以下、この発明の一実施例を第１図内地第11図を参照
して説明する。

第２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２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５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愛に支持されてい
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8a,9a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７の内径よりも小さな径
を有する円柱形状の回転体としての回転ロッド11がシリ
ンダ２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、それ
ぞれ軸受8,9に形成された軸受孔8c,9cに回転自在に挿入
支持されている。

第２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14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の該端はキャップ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７の回転力がオ
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７内で内転され、シリンダ７に
対して旋回運動する。

第２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11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の図中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除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
４図及び第６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３図および第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をおいて溝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２図に示すように、シリンダ７の内周面と
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に仕切られている。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６図に
示すように、ブレード21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合に行くに従って除々に小さく
なっている。

第２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に形成されていてもよい。

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21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２図及び第３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２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。

次にシリンダ７の内周とロッド11の外周との間に形成
されたブレード21によって区画された作動室22のうち、
吸込側に近い作動室を区画するブレード及びこの部分の
溝19の螺旋形状について第１図により説明する。第１図
において、横軸はロッド11の回転角を示し、縦軸は各ブ
レード位置角におけるブレード21の吸込端からの軸方向
の距離を示す。すなわち、ブレード21の吸込端側の曲線
Ｌは凹状となっており、一方、吐出側の曲線Ｍは凸状と
なっている。そして曲線Ｌ、Ｍの間の中間部は直線状と
なっていて、ブレードの傾斜が急激に変わらず、ねじれ
が緩やかになっている。

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。

すなわち、ブレード21の各部は、ロッド11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溝19内
に押込まれ、接触部から離れるに従って、溝から飛出す
方向に移動する。つまり、ブレード21の各部は、ロッド
11に対してシリンダ７の径方向に相対移動する。さら
に、ブレード21がはさみ込まれた螺旋状の溝19は、圧縮
機の組立て状態でピストン11に対してブレード21が旋回
運動できる長さ以上に、ブレード21の端よりも長く形成
されて遊びＧ部分を有している。

したがって、ブレード21はピストン11に対して旋回運
動し（なお、第６図中矢印Ｘにブレード21の端部の旋回
運動を軌跡を示す。）、シリンダ７に対してほとんど、
摺動することがなく一体的に回転する。このため、ブレ
ード21とシリンダ７の摺動損失を低減できるものであ
り、効率を向上させることができる。

一方、圧縮部４が作動させると、吸込みチューブ24お
よび吸込み孔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内に閉込め
られる。そして、第７図ないし第11図に示すように、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除々に小さ
くなっていることから、冷媒ガスは、吐出側へ移送され
る間除々に圧縮される。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、作動室22を区画するブレード21及びこのブレー
ド21が嵌合されている溝19を、吸込側において凹状とす
ることにより、図１に示す如く、X,Xでかこまれた斜線
領域Ａの容積に加えて、斜線領域Ｂの容積がプラスされ
ることで、吸込側作動室22の容積を増大させることがで
きる。また前記ブレード21及び溝19の逆方向に凸状とな
った吐出側の部分との接続部を直線状とすることによ
り、ブレード21のねじれが緩やかになり、ブレード21の
破損を防止することができる。

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、ブレード及び溝の形状を、横軸にブレード位置角を
取り、縦軸に吸込側からの軸方向距離を取って示したブ
レード・溝曲線において、吸込側で凹状とし、吐出側で
凸状とするとともに、その接続部を直線状としたので、
ブレードのねじれが緩やかになり、破損の発生を防止し
て吐出容量を増大することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるブレードの回転角
と軸方向距離の関係を示す線図、第２図はこの実施例が
適用された流体圧縮機の全体構成を示す縦断面図、第３
図は同じく圧縮部の構成を示す分解側面図、第４図は同
じく外観斜視図、第５図は第２図のオルダムリング部を
示す断面図、第６図は第２図の圧縮部を示す一部断面側
面図、第７図乃至第11図は冷媒ガスの圧縮過程を順次示
した説明図、第12図は従来の圧縮機における圧縮部の一
例の構成を示す断面図、第13図は同じくブレードの回転
角と軸方向距離との関係を示す線図である。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

───────────────────────────────────────────────────── 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株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所内 (72)発明者早野誠神奈川県横浜市磯子区新杉田町８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株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所内 (72)発明者熊沢健志神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所内 (72)発明者矢嶋寿也神奈川県横浜市磯子区新杉田町８株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所内 (72)発明者小鮒照男東京都港区新橋３丁目３番９号東芝オーディオ・ビデオエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献特開平２−67490（ＪＰ，Ａ) 特開平２−23282（ＪＰ，Ａ) 特開平４−60187（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/30 - 18/352

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダと、このシリンダ内にシリンダの
軸方向に沿うと共に偏心して配置され、その一部が上記
シリンダの内周面に接触した状態で上記シリンダと相対
的に旋回可能な回転体と、この回転体の外周に設けられ
上記シリンダの吸込側から吐出側へ徐々に小さくなるピ
ッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出入自在に嵌
込まれるとともに上記シリンダの内周面に密着する外周
面を有し上記シリンダの内周面と上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
とを備えた流体圧縮機であって、前記ブレード及び溝の
形状を、横軸にブレード位置角を取り、縦軸に吸込側か
ら軸方向距離を取って示したブレード・溝曲線におい
て、吸込側で凹状とし、吐出側で凸状とするとともに、
その接続部を直線状としたことを特徴とする流体圧縮
機。