JP3291037B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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のに適する螺旋方式の流体圧縮機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より一般的な圧縮機として、レシプ
ロ方式、ロータリ方式等のものが知られており、その外
に、シリンダの吸込端側から作動室に流入した冷媒等の
作動流体をシリンダの吐出端側の作動室へ順次移送させ
ながら圧縮していき外部へ吐出する螺旋方式の流体圧縮
機が提供されている。

【０００３】螺旋方式の圧縮機の概要は、例えば、図１
２に示す如くステータ１０１及びロータ１０３から成る
駆動手段によって回転するシリンダ１０５と、シリンダ
１０５内にｅだけ偏心して配置されオルダムリング１０
７を介してシリンダ１０５に対し相対的に旋回可能な回
転ロッド１０９とを備えている。回転ロッド１０９の外
周面にはロッド１０９の略全長に亘って螺旋状の溝１１
１が形成され、この溝１１１に螺旋状のブレード１１３
が出入自在に嵌合している。ブレード１１３の外周面は
シリンダ１０５の内周面と密着し合い、ブレード１１３
は回転ロッド１０９と一体的に旋回する。シリンダ１０
５に対する回転ロッド１０９は偏心して旋回するためロ
ッド外周面と、これに対向するシリンダ内周面との間に
は、相対速度が生じ、さらにこの相対速度は一回転を一
周期として変化する。そのために、前記した如くブレー
ド１１３が螺旋状の溝１１１に対して出入することで回
転ロッド１０９とシリンダ１０５との間の空間に複数の
作動室１１５が軸方向に沿って形成されるようになる。
作動室１１５の容積は、図１３に示す如くブレード１１
３が嵌合される螺旋状の溝１１１のピッチＰによって決
定され、溝１１１のピッチＰは回転ロッド１０９の一端
から他端に向かって徐々に小さくなっている。したがっ
て、前記ブレード１１３によって形成される作動室１１
５の容積は、吸込パイプ１１７側となる回転ロッド１０
９の吸込端側から吐出パイプ１１９側となる吐出端側に
向かって徐々に小さくなるため、冷媒は吐出端側へ向け
て順次移送される間に圧縮されて外に吐出される構造と
なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した如く回転体１
０９の旋回運動時に、吸込端側から取入れられた作動室
１１５内の作動流体は順次圧縮され、吐出端側から吐出
されるようになる。

【０００５】この場合、作動能力の向上を図るにはシリ
ンダ１０５，回転体１０９等を大きくし、作動室１１５
の拡大を図ることで対応できるようになるが、反面、装
置全体が大型化する不具合いが発生する。

【０００６】このために、装置を大型化しなくても作動
能力の向上が図れるようにした発明が既に同一出願人よ
り特開平２−２０１０７６号公報として出願されてい
る。

【０００７】そこで、この発明は、先の出願に対してさ
らに改良，工夫したもので、作動能力の向上を図ると共
に効率のよい圧縮状態が得られるようにした流体圧縮機
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、吸込口と吐出口とを有する密閉ケース
と、密閉ケース内に固定されたシリンダと、シリンダ内
を貫通したメインシャフトの偏心軸部に嵌挿され外周の
一部が前記シリンダの内周面と接触しながら旋回する回
転体と、回転体の外周面に形成され吸込口側から吐出口
側へ向かってピッチを大きくする拡張部を有した後、徐
々にピッチを小さくするように形成された螺旋状の溝
と、この溝に出入自在にはさみ込まれるとともに前記シ
リンダの内周面に密着する外周面を有し前記シリンダの
内周面と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、前記メインシャフトに回
転動力を与える駆動手段とを具備し、前記拡張部を有す
る吸込端側の作動室を、作動室の容積が最大となる時
に、作動流体の吸込過程が終了し、圧縮過程を開始する
位置に設けたことを特徴とする。

【０００９】

【００１０】

【作用】かかる流体圧縮機によれば、駆動手段から与え
られる動力により回転体が旋回運動することで吸込端側
から作動室内に取入れられた作動流体は、順次圧縮され
ながら、吐出端側へ向けて送り出されるようになる。

【００１１】この場合、吸込端側の作動室は、拡張部に
よって排除容積が拡大するため、拡張領域分、装置を大
型化することなく、冷凍能力は拡大するようになる。一
方、作動時において、作動室内の容積が最大の時、吸込
みが完了し、同時に圧縮作動が開始するタイミングが得
られるため、螺旋式タイプあるいは旋回式タイプいずれ
の場合でも効率の良い圧縮状態が得られるようになる。

【００１２】

【実施例】以下、図１乃至図１０の図面を参照しながら
この発明の一実施例を詳細に説明する。

【００１３】図２はシリンダ駆動タイプとなっていて、
１は冷凍サイクルに使用される密閉型の流体圧縮機３の
密閉ケースを示しており、密閉ケース１の一方には冷凍
サイクルの吸込パイプ５が、他方には吐出パイプ７がそ
れぞれ設けられている。密閉ケース１内には駆動手段と
しての電動要素９および圧縮手段としての圧縮要素１１
がそれぞれ配置されている。

【００１４】電動要素９は、密閉ケース１の内面に固定
されたステータ１３と、その内側に設けられた回転可能
なロータ１５とを有している。

【００１５】圧縮要素１１は両端が開放されたシリンダ
１７を有しており、シリンダ１７は密閉ケース１の内面
に固定された左右の主軸受１９、副軸受２０により回転
自在に両端支持されている。各軸受１９，２０はシリン
ダ１７の端部が回転自在に嵌合したボス部１９ａ，２０
ａと、これらボス部１９ａ，２０ａよりも大径で前記密
閉ケース１の内面に固定された基部１９ｂ，２０ｂとか
らなり、シリンダ１７の両端は気密的に閉塞されてい
る。

【００１６】シリンダ１７の内部には、シリンダ１７の
内径よりも小さい円筒状の回転体２１がシリンダ１７の
軸方向に沿って配設されている。回転体２１はその中心
軸線Ａがシリンダ１７の中心軸線Ｂに対して距離ｅだけ
図２において下方に偏心して配設され一部が内周面と線
接触している。

【００１７】回転体２１の両端部にはそれぞれ径の細い
支軸部２１ａ，２１ｂが設けられ、これら支軸部２１
ａ，２１ｂはそれぞれ前記主軸受１９、副軸受２０のボ
ス部１９ａ，２０ａに形成された軸受穴１９ｃ，２０ｃ
に回転自在に挿入支持されている。

【００１８】回転体２１の右側の支軸部２１ａには、オ
ルダムリング２３を介してシリンダ１７側からの回転動
力が伝達される動力伝達面として機能する断面正方形状
の角柱部２５が形成されている。

【００１９】図４に示すように、オルダムリング２３に
形成された矩形状の長孔２６内には前記回転体２１の角
柱部２５が遊びを有して嵌合し、長孔２６の範囲内にお
いて面接触しながら中心軸線Ａと直交し合う方向に摺動
可能となっている。

【００２０】また、オルダムリング２３の外周面には、
前記長孔２６の長手方向と直交する径方向に一対の伝達
ピン２７，２７の一端部がそれぞれスライド自在に嵌挿
され、伝達ピン２７，２７の他端部は前記シリンダ１７
の周壁に穿設された嵌合孔２９に嵌合固定されている。
これにより、前記回転体２１はシリンダ１７に対して偏
心した位置で無理なく結合状態が確保されると共に、シ
リンダ１７の回転力はオルダムリング２３を介して回転
体２１に伝達されるようになっている。

【００２１】従って、電動要素９の作動によりシリンダ
１７がロータ１５と一体的に回転することで、シリンダ
１７に対して回転体２１はオルダムリング２３を介して
偏心して回転運動する。この時、回転体２１の外周面
と、それに対向するシリンダ１７の内周面との間には相
対速度が生じ、この相対速度は一回転を一周期として変
化しながらシリンダ１７内で内転し、シリンダ１７に対
して自転を伴なうことなく旋回運動するようになる。

【００２２】一方、前記回転体２１の外周面には、回転
体２１の両端間に延びる一本の螺旋状の溝３１が設けら
れている。この螺旋状の溝３１は、回転体２１の一端部
から他端部に亘り連続して形成されている。そして、溝
３１は回転体２１の外周部で巻回しており、その始点２
１ａから終点２１ｂまでの間に複数個のターンを形成し
ている。さらに、溝３１は回転体２１の径方向に対して
傾斜しており、その大部分における、回転体２１の径方
向に対する勾配は前記始点２１ａから終点２１ｂへ徐々
に小さくなっている。

【００２３】さらに、溝３１はその大部分において、あ
る部位とその部位から３６０度進行した部位との間の直
線距離（以下、ピッチＰと称する）を、図中の右側から
左側、つまり、シリンダ１７の吸込側から吐出側に向か
って徐々に小さく設定されている。

【００２４】また、溝３１はその吸込側の部位に、吸込
端側へ放物線状に湾曲する拡張部３５を有している。こ
の拡張部３５は前記溝３１の始点３１ａから始まってお
り、前記始点３１ａから１ターンの間に形成されてい
る。そして、この拡張部３５は図５および図６に示すよ
うに、その始点３５ａから中間部においては、前記溝３
１のピッチを徐々に拡大するピッチ拡大部Ｄとなってい
る。以下、中間部から終点３５ｂまでの間においては、
前記溝３１のピッチを徐々に縮小している。ここで、図
６は、回転軸２１に形成された螺旋状の溝３１の展開形
状を示している。図中の横軸は回転軸２１の外周を進行
する溝３１の位相を示しており、縦軸は、回転軸２１の
軸方向に関する、前記始点３１ａからの距離を示してい
る。

【００２５】また、前記溝３１には、図３に示すように
螺旋状のブレード３３が嵌め込まれている。ブレード３
３は例えば合成樹脂材料からなるもので、適度な弾性を
有している。ブレード３３の厚さは前記螺旋状の溝３１
の幅とほぼ一致している。さらに、ブレード３３の各部
分は、溝３１の形状に追従して弾性変形しており、且
つ、溝３１に対して回転体２１の径方向に沿って進退自
在になっている。

【００２６】また、ブレード３３の外周面はシリンダ１
７の内周面に密着した状態でシリンダ１７の内周面上を
スライドする。なお、ブレード３３は、その弾性を利用
してねじ込むことにより、前記螺旋状の溝３１内に装着
されている。

【００２７】そして、シリンダ１７の内周面と回転体２
１の外周面との間の空間は、前記ブレード３３によって
複数の作動室４４…に仕切られている。つまり、各作動
室４４はブレード３３の隣合う２つの巻き間に形成され
ており、ブレード３３に沿って回転体２１とシリンダ１
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、各作動室４４…は、回転
体２１の溝３１及びブレード３３の１ターンの間に形成
されている。

【００２８】ブレード３３によって形成される各作動室
４４は、吸込端側となる作動室４４の容積が一番大きく
なっている。以下、吐出端側へ向けて各作動室４４の容
積が順次小さくなるよう設定され、吐出側となる最終の
作動室４４は、副軸受２０に形成され密閉ケース１内に
開放された吐出孔４３と接続連通している。吸込端側と
なる拡張部３５を設けた第１番目の作動室４４は、回転
体２１の軸端部に設けられた吸込通路４５と、主軸受１
９に設けられたメイン通路４７とを介して前記冷凍サイ
クルの吸込パイプ５と接続連通している。これにより、
吸込パイプ５からシリンダ１７内に吸引される冷媒は第
１番目の作動室４４に途切れることなく確実に導入され
るようになっている。

【００２９】吸込通路４５は、図１に示すように作動室
４４の容積が最大となる時に、作動流体の吸込過程が終
了し、圧縮過程を開始する位置に設定されている。

【００３０】即ち、吸込側から吐出側に向かい一部ピッ
チを大きくしたのち、徐々にピッチが小さくなるような
螺旋形状を設計する場合、作動室４４の容積が最大とな
る１ターンが存在する。この場合、図７において、横軸
に回転体１１の外周を進行する溝の位相、縦軸に３６０
°進行した溝とのピッチＰをとったものを示すが、領域
Ｂで１ターンを形成した場合、作動室４４の容積は最大
となる。つまり、図７に示すように作動室４４が領域Ｂ
で形成された時、吸込過程が終了し、圧縮過程が開始す
るように吸入通路４５の位置を設定することで、排除容
積が最も大きくとれるようになっている。

【００３１】これにより、領域Ｂにおける吸込過程から
圧縮過程の最適なタイミングの確保が可能となり、取入
れ完了後、圧縮工程に入らずに排出して駆動が起きた
り、過膨脹となる不具合の解消が図られている。

【００３２】この場合、第８図に示すように、領域Ｂか
ら圧縮を開始させるように螺旋の溝３１の吸込開始点ａ
を設計すれば、吸入通路４５は設けなくても済むように
なる。

【００３３】なお、図２において、４９は回転体２１に
設けられた油導入路を示しており、この油導入路４９の
一端は前記螺旋状の溝３１と連通し、他端は吸込端側の
主軸受１９に穿設された連通孔５１を介して前記密閉ケ
ース１の底部に吸込口５３が臨む導入管５５と接続連通
している。したがって、密閉ケース１内の圧力が上昇す
れば、密閉ケース１の底部に蓄えられた潤滑オイルが導
入管５５、連通孔５１および油導入路４９を通って前記
溝３１内に送り込まれることでブレード３３の出入時の
潤滑が確保されるようになっている。

【００３４】次に、このように構成された流体圧縮機の
動作について説明する。

【００３５】まず、電動要素９に通電するとロータ１５
が回転し、このロータ１５と一体にシリンダ１７も回転
する。シリンダ１７が回転すれば、オルダムリング２３
を介して回転体２１も回転する。シリンダ１７に対する
回転体２１は、偏心して旋回するため回転体２１の外周
面とそれに対向するシリンダ１７の内周面との間には相
対速度が生じ、さらに、その相対速度は一回転を一周期
として変化しながらシリンダ１７内で内転し、シリンダ
１７に対して回転体２１は旋回運動する。この結果、吸
込端側の作動室４４に取り込まれた冷媒等の作動流体は
閉じ込められた状態で回転体２１の回転にともない吐出
端側の作動室４４へ向けて順次送られながら圧縮され吐
出パイプ７から外へ吐出されるようになる。

【００３６】この場合、作動室４４は、拡張部３５によ
る拡張領域分、容積は拡大するため、溝３１のターン数
などが等しいものに比べて排除容積が大となる。したが
って、装置を大型にすることなく大容量を得ることがで
き、冷凍サイクルの能力が大となる。一方、作動時にお
いて、作動室４４内の容積が最大の時、吸込みが完了
し、同時に圧縮作動が開始する最適なタイミング得られ
るため、脈動や過膨脹を起こすことなく効率の良い圧縮
状態が得られるようになる。

【００３７】なお、本実施例では、一方から吸い込みも
う一方から吐出するシングルタイプであるが、本発明は
これに限定されるものではない。例えば、図９，図１０
に示すような、中央から吸い込み両側から吐出するツィ
ンタイプ、あるいは図示していないが両側から吸い込み
中央から吐出するタイプにおいても全く同様の効果が得
られる。

【００３８】図１１は、シリンダを固定しておき、メイ
ンシャフトを駆動するメインシャフト駆動タイプとなっ
ている。図１１に示すように、一方に吸込口５７と他方
に吐出口５８とを有する密閉ケース５９と、密閉ケース
５９内に固定されたシリンダ６０と、シリンダ６０内を
貫通したメインシャフト６１の中心からｅだけ偏心した
偏心軸部６２に嵌挿され、外周の一部が前記シリンダ６
０の内周面と接触しながら旋回する回転体６３と、回転
体６３の外周面に形成され前記吸込口５７側から吐出口
５９側へ向かってピッチを大きくする拡張部３５を有し
た後、徐々にピッチを小さくするように形成された螺旋
状の溝３１と、この溝３１に出入自在にはさみ込まれる
とともに前記シリンダ６０の内周面に密着する外周面を
有し前記シリンダ６０の内周面と回転体６３の外周面と
の間の空間の複数の作動室４９に区画する螺旋状のブレ
ード３３と、前記メインシャフト６１にステータ６４と
ロータ６５とにより回転動力を与える駆動手段６６とを
具備する構造となっている。 かかる流体圧縮機によれ
ば、駆動手段から与えられる動力により回転体が旋回運
動することで吸込端側から作動室内に取入れられた作動
流体は、順次圧縮されながら、吐出端側へ向けて送り出
されるようになる。 この場合、吸込端側の作動室は、拡
張部によって排除容積が拡大するため、拡張領域分、装
置を大型化することなく、冷凍能力は拡大するようにな
る。一方、作動時において、作動室内の容積が最大の
時、吸込みが完了し、同時に圧縮作動が開始するタイミ
ングが得られるため、螺旋式タイプあるいは旋回式タイ
プいずれの場合でも効率の良い圧縮状態が得られる。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、装置を大型化しなくても作動能力の向上を図ること
ができると共に脈動，過膨脹を防いで効率のよい圧縮状
態が常に得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した回転体の概要説明図。

【図２】この発明を実施した流体圧縮機の切断面図。

【図３】回転体の斜視図。

【図４】図２のＸ−Ｘ線断面図。

【図５】回転体の螺旋状の溝に拡張部を設けた説明図。

【図６】図５の回転体に形成された螺旋状の溝の展開
図。

【図７】螺旋状の溝とピッチを示した関係図。

【図８】回転体に吸込通路を設けない場合の実施例を示
した図１と同様の説明図。

【図９】ツィンタイプを示した図１と同様の説明図。

【図１０】図９の回転体が１８０度回転した説明図。

【図１１】旋回タイプの流体圧縮機を示した切断面図。

【図１２】従来例を示した図２と同様の切断面図。

【図１３】従来例を示した図３と同様の切断面図。

【符号の説明】 ９ 駆動手段 １７ シリンダ ２１ 回転材 ２３ オルダムリング ３１ 螺旋状の溝 ３３ ブレード ３５ 拡張部 ４４ 作動室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 尚義 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝 柳町工場内 (72)発明者 奥田 正幸 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝 柳町工場内 (72)発明者 曽根 良訓 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会 社東芝 柳町工場内 (56)参考文献 特開 平２−176186（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/344 311 F04C 18/107

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸込口と吐出口とを有する密閉ケース
   と、密閉ケース内に固定されたシリンダと、シリンダ内
   を貫通したメインシャフトの偏心軸部に嵌挿され外周の
   一部が前記シリンダの内周面と接触しながら旋回する回
   転体と、回転体の外周面に形成され吸込口側から吐出口
   側へ向かってピッチを大きくする拡張部を有した後、徐
   々にピッチを小さくするように形成された螺旋状の溝
   と、この溝に出入自在にはさみ込まれるとともに前記シ
   リンダの内周面に密着する外周面を有し前記シリンダの
   内周面と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、前記メインシャフトに回
   転動力を与える駆動手段とを具備し、前記拡張部を有す
   る吸込端側の作動室を、作動室の容積が最大となる時
   に、作動流体の吸込過程が終了し、圧縮過程を開始する
   位置に設けたことを特徴とする流体圧縮機。