JP3487612B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

流体圧縮機

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JP3487612B2 JP13816693A JP13816693A JP3487612B2 JP 3487612 B2 JP3487612 B2 JP 3487612B2 JP 13816693 A JP13816693 A JP 13816693A JP 13816693 A JP13816693 A JP 13816693A JP 3487612 B2 JP3487612 B2 JP 3487612B2
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照男 小鮒
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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、例えば、特願昭62−191564号、明細書に示
す如くシリンダの吸込端側から作動室に流入した冷媒を
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、第1
3図に示す如く固定されたステータ101と回転可能な
ロータ103とから成る駆動手段105と、前記ロータ
103と一体に結合されたシリンダ107と、シリンダ
107内にeだけ偏心して配置されオルダムリング10
9を介してシリンダ107に対し相対的に旋回可能な回
転ロッド111とを備えている。回転ロッド111の外
周面には回転ロッド111の略全長に亘って螺旋状の溝
113が形成され、この溝113に螺旋状のブレード1
15が出没自在に嵌合されている。ブレード115の外
周面はシリンダ107の内周面と接触し合い、ブレード
115はシリンダ107と一体的に回転する。
【0004】シリンダ107に対する回転ロッド111
は偏心して回転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115が螺旋状の溝113に
対して出没することで回転ロッド111とシリンダ10
7との間の空間に、複数の作動室117が軸方向に沿っ
て形成されるようになる。作動室117の容積は、ブレ
ード115が嵌合される螺旋状の溝113のピッチによ
って決定され、溝113のピッチは、回転ロッド111
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115によって形成される作動
室117の容積は、吸込パイプ119側となる吸込端側
から吐出パイプ121側となる吐出端側に向かって次第
に小さくなるため、吐出端側へ向けて順次移送される間
に冷媒は徐々に圧縮され外に吐出される構造となってい
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記した如く螺旋方式
の流体圧縮機では、シリンダ107の吸込端側から作動
室117に送り込まれた冷媒を、吐出端側の作動室11
7へ順次移送する間に圧縮して外へ吐出する所から、流
体圧縮機の能力は、冷媒が送り込まれる吸込端側の一番
目の作動室117の容積で決定される。このために、吐
出能力の拡大を図るには、一番目の作動室117を形成
する螺旋状の溝113のピッチPを大きく確保する事で
達成できるが、反面ブレード115に強い捩れが発生
し、その捩れ領域に荷重が集中して疲労し易くなる等耐
久性の面で問題が起きる。
【0006】したがって、比較的小型の流体圧縮機とし
ては優れた特性を備えているが、大容量の流体圧縮機に
は適していなかった。
【0007】そこで、この発明は、吐出能力の拡大を図
ると共に、しかも、ガス洩れ、摺動損失が小さく抑えら
れ効率のよい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、密閉ケースと、前記密閉ケースの一端
側に設けられた圧縮要素と、前記密閉ケースの他端側に
設けられた電動要素とからなり、前記圧縮要素は、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
て設けられ偏心軸部を有するとともに前記電動要素によ
って駆動されるメインシャフトと、前記偏心軸部の両側
で前記メインシャフトを軸支する主軸受及び副軸受と、
前記メインシャフトの偏心軸部に軸受部が嵌挿され外周
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前記吸込口側から
吐出口側へ向かってピッチが次第に狭くなる螺旋状の溝
と、この溝に対して出没自在に嵌合されると共に前記シ
リンダの内周面と接触し合う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を複数の作動室に区画
する螺旋状のブレードとを備え、回転体の軸受部を、回
転体が旋回運動している時の重心内に設ける。
【0009】また、回転体の軸受部を、圧縮時のガス圧
力がメインシャフトに働らく負荷領域及び回転体が旋回
運動している時の重心内に設けるようにする。また、圧
縮時のガス圧力がメインシャフトに働らく負荷と回転体
が旋回運動しているときの重心が前記回転体の軸方向に
対して一致する位置に設けるようにする。
【0010】
【作用】かかる流体圧縮機によれば、回転体に旋回運動
を与えるメインシャフトは独立した構成となるため、シ
リンダ及び回転体の径大化が可能となり、吐出能力の大
巾な拡大が図れる。また、作動時に働らく負荷及び重心
は、常に、軸受部内に設定されるようになり、メインシ
ャフトの偏心軸部に対して軸受部の片当りがなくなる。
したがって、ガス漏れ、摺動損失を低く抑えることがで
きると共に効率のよい圧縮が得られる。
【0011】
【実施例】以下、図1乃至図12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。
【0012】図1において、1は冷凍サイクルに使用さ
れる流体圧縮機3の密閉ケースを示しており、竪型とな
っている。密閉ケース1の一方となる下部側には冷凍サ
イクルの吸込みパイプ5が、他方となる上部側には吐出
パイプ7がそれぞれ設けられている。密閉ケース1内の
ほぼ上半部には駆動手段としての電動要素9が、また、
下半部には圧縮手段としての圧縮要素11がそれぞれ配
設されている。
【0013】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。
【0014】ロータ15には密閉ケース1内に固着さ
れ、上方の第1軸受部材17の軸受部19と、下方の第
2軸受部材21の軸受部23とによって回転自在に軸支
されたメインシャフト25が結合固着され、このメイン
シャフト25の下部は、前記軸受部23を貫通し下方へ
延長している。
【0015】圧縮要素11はシリンダ27と、回転体2
9とを有し、シリンダ27は前記密閉ケース1の内周面
に直接固定支持された径大の形状となっている。
【0016】回転体29は、前記メインシャフト25と
独立して形成され、シリンダ27の内径よりも小さい円
筒状の形状で、中心部に軸受部31を有する。
【0017】軸受部31は前記メインシャフト25の軸
心からeだけ偏心して形成された偏心軸部33に嵌挿し
ている。
【0018】回転体29の軸受部31は、圧縮時のガス
圧力がメインシャフト25に働らく負荷F領域内に設定
されている。この負荷点は、軸受部31の領域において
実験の結果から吸込側から約2/3の位置となってい
る。
【0019】また、回転体29の軸受部31を、回転体
29が旋回運動している時の重心G内に設けるようにし
たり、あるいは、負荷Fと重心Gが前記回転体29の軸
方向に対して一致する位置に設けるようにしてもよい。
【0020】重心G位置は、軸受部31の領域内に設定
するために、図2に示すように、回転体29のA部領
域、あるいは、B部領域の肉落しや肉付けを行なうこと
で重心位置が求められるようになる。
【0021】さらに、負荷Fが働く位置と、重心G位置
が回転体29の軸方向に対して一致するよう回転体29
の軸受部31を配置するには、図3によって、 F=F1+F2 ここでF2=0より F=F1…(1)となる。
【0022】また、負荷Fと重心Gが一致しない場合に
は、 F=F1+F2 モーメントの釣合いから L1・F1=L2・F2からF2=L1/L2×F1 よってF=(1+L1/L2)F1…(2)となる。し
たがって上式(1)、(2)より軸方向に対して一致さ
せることは、負荷が小さくなり有効な手段であることが
わかる。
【0023】この場合、負荷Fと重心Gの一致点を軸受
部31の軸心線上にもってくることが望ましい。これに
より、軸受部31の上端又は下端を支点とする曲げモー
メントの発生を防ぐことが可能となる。
【0024】また、回転体29の重心Gは、回転体29
の半径方向のほぼ中央に合わせることで、曲げモーメン
トが小さく抑えられ、より一層の安定した回転と低振動
化に役立つようになる。
【0025】一方、メインシャフト25の偏心軸部33
は、第1,第2軸受部材17,21の軸受部19と軸受
部23の間に配置されている。
【0026】また、回転体29は、メインシャフト25
の回転時にリング状のオルダム継手35により回転体2
9の外周面の一部がシリンダ27の内周面27aと線接
触しながら旋回運動が与えられるようになっている。
【0027】即ち、図4に示す如くオルダム継手35
は、リング状に形成され、リング上面側に一対の突起部
37,37が対向して設けられる一方、リング下面側に
一対の突起部39,39が対向して設けられている。上
位側の突起部37と下位側の突起部39は90度ずれた
位置関係に配置され、上位側の突起部37は回転体29
の軸受部31に設けられた第1のオルダム受溝41内に
係合している。また、下位側の突起部39は第2軸受部
材21に設けられ前記第1のオルダム受溝41と略90
度ずれて形成された第2のオルダム受溝43内に係合し
ている。
【0028】一方、回転体29の外周面には軸方向に沿
って螺旋状の溝45が形成され、螺旋状の溝45の各ピ
ッチは吸込パイプ5側が最大で、以下吐出パイプ7側へ
向けて順次小さくなるよう設定されている。この螺旋状
の溝45には、合成樹脂系等の弾性材料で形成された螺
旋状のブレード47が弾性力を利用して出没自在に組付
けられている。ブレード47の長さは前記螺旋状の溝4
5の長さより若干短く巾は前記螺旋状の溝巾とほぼ同一
寸法に設定されている。厚さは、螺旋状の溝底までの寸
法より小さく設定されていて、この溝底までの遊び代の
領域において出没(図1矢印イ)が可能となっている。
【0029】ブレード47の外周面はシリンダ27の内
周面と接触しており、シリンダ27の内周面と回転体2
9の外周面との間の空間は、前記ブレード47によって
複数の作動室49に仕切られている。各作動室49は、
ブレード47の隣り合う2つの巻き間に形成されるよう
になり、図6に示す如くブレード47に沿って回転体2
9とシリンダ27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の領域となっている。
【0030】作動室49の容積は、シリンダ27の吸込
端側(図1下側)が最大となっており、以下吐出端側
(図1上側)へ向けて順次小さくなるよう設定されてい
る。
【0031】吸込端側となる一番目の作動室49は前記
吸込パイプ5と接続連通し、冷媒ガスが途切れることな
く確実に導入されるようになっている。また、吐出端側
となる最終の作動室49は、前記第1軸受部材17に設
けられた開口51を介して前記吐出パイプ7と接続連通
している。なお、図1において53はメインシャフト2
5に装着されたバランスウエスト、55は各軸受部1
9,23,31の潤滑を図る潤滑油をそれぞれ示してい
る。
【0032】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。
【0033】まず、電動要素9に通電するとロータ15
が回転し同時にメインシャフト25も回転する。このメ
インシャフト25の回転時にオルダム継手35によって
図5から図12に示す如く回転体29に旋回運動が与え
られる。この結果、吸込端側の作動室49に送り込まれ
た冷媒ガスは吐出端側の最終の作動室49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。この作動時において、径の大きい一番目
の作動室49によって容積の拡大が図れる。また、圧縮
時のガス圧力がメインシャフト25に加わる負荷F又は
重心Gは軸受部31の領域内に働くため、軸受部31は
メインシャフト25の偏心軸部33に対して片当りがな
くなる。したがって、作動室49間のガス漏れや摺動損
失を小さく抑えられる。
【0034】なお、この実施例では堅型タイプとなって
いるが横型タイプとして使用することも可能である。
【0035】また、真空ポンプとして使用してもよい。
【0036】
【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、回転体に働く曲げモーメントを小さく
でき、回転体の軸心の傾きによる回転体とシリンダ間の
クリアランスが均一に保たれるので、ガス漏れを小さく
でき、効率のよい圧縮が得られる。また、軸受部は片当
りによる余計な摺動負荷が加わらず、摺動損失の低減
化、高能力化及び低振動化を図ることができ、安定した
回転を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかる流体圧縮機の切断面図。
【図2】回転体の切断面図。
【図3】重心と負荷を示した説明図。
【図4】オルダム継手の斜視図。
【図5】0度時の動作説明図。
【図6】同上の切断面図。
【図7】90度時の動作説明図。
【図8】同上の切断面図。
【図9】180度時の動作説明図。
【図10】同上の切断面図。
【図11】270度時の動作説明図。
【図12】同上の切断面図。
【図13】従来例を示した流体圧縮機の切断面図。
【図14】従来例の回転体の斜視図。
【符号の説明】
1…密閉ケース 5…吸込口 7…吐出口 25…メインシャフト 27…シリンダ 29…回転体 31…軸受部 45…螺旋状の溝 47…ブレード 49…作動室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04C 18/107 F04C 18/344 311

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 密閉ケースと、前記密閉ケースの一端側
    に設けられた圧縮要素と、前記密閉ケースの他端側に設
    けられた電動要素とからなり、前記圧縮要素は、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て
    設けられ偏心軸部を有するとともに前記電動要素によっ
    て駆動されるメインシャフトと、前記偏心軸部の両側で
    前記メインシャフトを軸支する主軸受及び副軸受と、前
    記メインシャフトの偏心軸部に軸受部が嵌挿され外周の
    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前記吸込口側から吐
    出口側へ向かってピッチが次第に狭くなる螺旋状の溝
    と、この溝に対して出没自在に嵌合されると共に前記シ
    リンダの内周面と接触し合う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を複数の作動室に区画
    する螺旋状のブレードとを備え、回転体の軸受部を、回
    転体が旋回運動している時の重心内に設けることを特徴
    とする流体圧縮機。
  2. 【請求項2】 密閉ケースと、前記密閉ケースの一端側
    に設けられた圧縮要素と、前記密閉ケースの他端側に設
    けられた電動要素とからなり、前記圧縮要素は、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て
    設けられ偏心軸部を有するとともに前記電動要素によっ
    て駆動されるメインシャフトと、前記偏心軸部の両側で
    前記メインシャフトを軸支する主軸受及び副軸受と、前
    記メインシャフトの偏心軸部に軸受部が嵌挿され外周の
    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前記吸込口側から吐
    出口側へ向かってピッチが次第に狭くなる螺旋状の溝
    と、この溝に対して出没自在に嵌合されると共に前記シ
    リンダの内周面と接触し合う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を複数の作動室に区画
    する螺旋状のブレードとを備え、前記回転体の軸受部
    を、圧縮時のガス圧力がメインシャフトに働らく負荷領
    域及び回転体が旋回運動しているときの重心内に設ける
    ことを特徴とする流体圧縮機。
  3. 【請求項3】 密閉ケースと、前記密閉ケースの一端側
    に設けられた圧縮要素と、前記密閉ケースの他端側に設
    けられた電動要素とからなり、前記圧縮要素は、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て
    設けられ偏心軸部を有するとともに前記電動要素によっ
    て駆動されるメインシャフトと、前記偏心軸部の両側で
    前記メインシャフトを軸支する主軸受及び副軸受と、前
    記メインシャフトの偏心軸部に軸受部が嵌挿され外周の
    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前記吸込口側から吐
    出口側へ向かってピッチが次第に狭くなる螺旋状の溝
    と、この溝に対して出没自在に嵌合されると共に前記シ
    リンダの内周面と接触し合う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を複数の作動室に区画
    する螺旋状のブレードとを備え、前記回転体の軸受部
    を、圧縮時のガス圧力がメインシャフトに働らく負荷と
    回転体が旋回運動しているときの重心が前記回転体の軸
    方向に対して一致する一に設けることを特徴とする流体
    圧縮機。
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