JP3924817B2 - 容積形流体機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、作動流体を移動させるディスプレーサが作動流体が吸入されたケーシングに対して相対的に自転運動せずにほぼ一定の半径で公転運動、すなわち旋回運動することにより作動流体の搬送等を行う高効率の容積形流体機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
古くから容積形の流体機械として、円筒状のシリンダ内をピストンが往復運動を繰り返すことにより作動流体を移動させるレシプロ式流体機械、円筒状のシリンダ内を円筒状のピストンが偏心回転運動することにより作動流体を移動させるロータリ式（ローリングピストン型）流体機械、端板上に直立した渦巻状のラップを有する一対の固定スクロール及び旋回スクロールを噛み合わせ、旋回スクロールを旋回運動させることにより作動流体を移動させるスクロール式流体機械が知られている。
【０００３】
レシプロ式流体機械は、その構造が単純であることから製作が容易でかつ安価であるという利点がある反面、吸入終了から吐出終了までの行程が軸回転角で１８０°と短く、吐出過程の流速が速くなるため圧力損失の増加による性能低下という問題、及び、ピストンを往復させる運動を必要とするため回転軸系を完全にバランスさせることができず振動や騒音が大きいという問題がある。
【０００４】
また、ロータリ式流体機械は、吸入終了から吐出終了までの行程は軸回転角で３６０°であるため吐出過程の圧力損失が増加するという問題はレシプロ式流体機械に比べ少ないものの、軸１回転に１回吐出するものであるためガス圧縮トルクの変動が比較的大きくレシプロ式流体機械同様振動と騒音の問題がある。
【０００５】
また、旋回運動式の容積形流体機械（以後、旋回型流体機械と略称す）に関しては古くから種々の考案がなされている。米国特許３８５８３２には円筒型のディスプレーサをケーシング内で旋回運動させて作動流体を搬送するポンプが開示されている。また、このディスプレーサの円筒を多重にした構造も米国特許４０６０９９及び９４０８１７に開示されている。これら円筒型ディスプレーサとは別に渦巻型のディスプレーサにより作動流体を圧縮する機械が米国特許８０１１８２に開示されている。これは今日、スクロール型流体機械とよばれているものの原形であり、旋回型流体機械の一種だが一つの独立した流れを形成するまでに発展してきている。
【０００６】
このスクロール式流体機械は、吸入終了から吐出終了までの行程が軸回転角で３６０°以上と長い（空調用として実用化されているものは通常９００°程度）ため吐出過程の圧力損失が小さく、かつ、一般に複数の作動室が形成されるためガス圧縮トルクの変動も小さく振動及び騒音が小さいという利点がある。しかし
、ラップ噛み合い状態での渦巻状のラップ間のクリアランスや、端板とラップ歯先間のクリアランスの管理が必要で、そのために精度の高い加工を施さねばならず加工費用が高価になるという問題がある。また、吸入終了から吐出終了までの行程が軸回転角で３６０°以上と長いため圧縮過程の時間が長く内部漏れが増加するという問題があった。
【０００７】
ところで、作動流体を移動させるデイスプレーサ（旋回ピストン）が作動流体が吸入されたシリンダに対して相対的に自転運動せずにほぼ一定の半径で公転運動、すなわち旋回運動することにより作動流体を搬送する容積型機械の一種が特開昭５５−２３３５３号公報（文献１）及び米国特許２１１２８９０号公報（文献２）に提案されている。ここに提案されている容積形流体機械は、複数の部材（ベーン）が中心より放射状に延びている花びら形状を有するピストンと、このピストンと相似形の中空部を有するシリンダとから構成され、このピストンがこのシリンダ内を旋回運動することによって、作動流体を移動させるものである。これらのものは、作動流体の圧力脈動を少なくし軸トルクの変動を小さくする工夫がされてきているが容積形流体機械として一般的に実用化されるまでには至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これら文献１及び文献２に開示された構造は、回転軸系が完全にバランスできるため振動が小さく、ディスプレーサとケーシング間の相対滑り速度が小さいため摩擦損失が比較的少なくできるといった旋回型流体機械として本質的に有利な特長を備えている。
【０００９】
しかし、ディスプレーサの複数のベーンによって形成される個々の作動室の吸入終了から吐出終了までの行程が軸回転角θで約１８０°と短いため（ロータリ式の約半分でレシプロ式と同程度）、吐出行程の流速が速くなり、圧力損失が増加して性能が低下する問題があった。
【００１０】
また、この形式の流体機械では圧縮された作動流体からの反力としてディスプレーサに、ディスプレーサ自身を回転させようとする自転モーメントが作用し、ディスプレーサのベーンでこのモーメントを受けるようになっているが、上記文献１及び文献２に開示された構造では、吸入終了から吐出終了までの作動室が駆動軸の片側に集中しているため、ディスプレーサに働く自転モーメントが過大になり、ベーンの摩擦や摩耗といった性能・信頼性上の問題が起こりやすいという欠点もある。
【００１１】
ところで、この欠点を考慮に入れて実際に製作し、回転数に対する性能の試験してみたところ、ある回転数を越えると急激に圧縮性能（ポンプ性能も同様と考えられる）が低下するという問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、容積型流体機械の運転回転数を高くしても性能低下を起こしにくい容積型流体機械を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本願発明の容積形流体機械は、は敷いた間に配置されたディスプレーサ及びケーシングと、前記ディスプレーサを駆動させる駆動軸と、前記ディスプレーサを前記駆動軸の回転中心に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより一つの空間が形成され、前記ディスプレーサをその旋回位置に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより複数の空間が形成される容積型流体機械において、前記ディスプレーサと前記端板間に油を供給する油供給機構を備え、その油供給機構は、機械内に溜まっている潤滑油と連通する前記駆動軸若しくは前記端板に設けられた油供給部と、前記ディスプレーサに設けられて前記油供給部から供給された油を導く溝とを有するものである。
【００１４】
また上記目的を達成するために、端板間に配置されたディスプレーサ及びケーシングと、前記ディスプレーサを駆動させる駆動軸と、前記ディスプレーサを前記駆動軸の回転中心に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより一つの空間が形成され、前記ディスプレーサをその旋回位置に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより複数の空間が形成される容積型流体機械において、前記ディスプレーサと前記端板間に油を供給する油供給機構を備え、その油供給機構は、機械内に溜まっている潤滑油と連通する前記端板に設けられた油供給部と、前記端板に設けられて前記油供給部から供給された油を導く溝とを有するものである。
【００１５】
上記した性能の低下は、特に、ディスプレーサが比較的偏平な形状となる旋回型流体機械では、ケーシングの両端部を閉塞している端板とディスプレーサ間のすき間（軸方向すき間）の密封性が悪かったことが原因であると考えられている。上記した本発明では、ケーシング内部の圧縮作動室と吸入室との圧力差によりディスプレーサと端板間のすき間（軸方向すき間）を通って発生する作動流体の内部漏れを大幅に低減し性能向上が図れる旋回型流体機械を提供することができる。また、作動室を構成するディスプレーサとケーシングとの摺動部のすき間を通って発生する作動流体の内部漏れをも抑制することができるので、流体損失及び機械摩擦損失が低減され、高効率な容積形流体機械を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の構成を図に示す実施の形態によって詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る旋回型流体機械を圧縮機として用いた密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、図１のＡ−Ａ横断面図、図３は本発明の旋回型流体機械を圧縮機として用いた場合の作動原理を示す平面図、図４は本発明に係るディスプレーサの平面図、図５は、図４のＣ−Ｃ断面図、図６は本発明に係るディスプレーサと噛み合うケーシングの平面図、図７は、図６のＤ−Ｄ断面図、図８は本発明に係るディスプレーサ端面部の油膜形成説明図である。
【００１７】
図２において、１は本発明に係る旋回型圧縮要素、２はこれを駆動する電動要素、３は旋回型圧縮要素１と電動要素２を収納した密閉容器である。図１において、旋回型圧縮要素１は、内周壁４ａから内方に向かって突き出した複数の突出部４ｂおよびこの突出部４ｂの固定穴４ｃ（図６参照）を有するケーシング（シリンダと云うこともある）４、このケーシング４の内側に配設されケーシング４の内周壁４ａ及び突出部４ｂと噛み合うディスプレーサ（旋回ピストンと云うこともある）５、前記ディスプレーサ５の中心部の軸受５ａにクランク部６ａが嵌合してディスプレーサ５を駆動する駆動軸６、図２において、前記ケーシング４の両端開口部（軸方向開口部）を閉塞する端板と駆動軸６を軸支する軸受を兼ねた主軸受７と副軸受８、前記主軸受７の端板に形成された吸入ポート９、前記副軸受８に形成された吐出ポート１０、この吐出ポート１０を開閉するリード弁形式の吐出弁１１及びストッパ（弁押え）１１ａから構成されている。
【００１８】
図１において、５ｂはディスプレーサ５の両端面に形成された油溝で、中心部の軸受５ａから外周端付近まで湾曲して延びる複数の浅い溝（溝深さ０．５mm程度）からなり、５ｃはディスプレーサ５の両端面を連通する貫通孔である。図２において、１２は主軸受７に取り付けられた吸入カバーで、主軸受７に一体的に吸入室７ａを形成し密閉容器３内の圧力（吐出圧力）と区画されている。１３は副軸受８に一体的に吐出室８ａを形成するための吐出カバーである。
【００１９】
電動要素２は、固定子２ａと回転子２ｂからなり、回転子２ｂは駆動軸６の一端に圧入または焼き嵌め等で固定されている。１４は密閉容器３の底部に溜められた潤滑油で、この中に駆動軸６の下端部が浸かっている。６ｂは潤滑油１４を駆動軸６の回転による遠心ポンプ作用により軸受等の各摺動部に供給する給油穴であり、駆動軸６の軸端には給油ピース６ｃが取り付けられている。１５は吸入パイプ、１６は吐出パイプ、図１における１７はケーシング４の内周壁４ａ及び突出部４ｂとディスプレーサ５の噛み合いによって形成される作動室である。また、１９は圧縮要素の組立てボルト、１８はケーシング４の突出部４ｂ部の圧力変形等を防ぐ固定ボルト、２０は吐出ガス通路である。
【００２０】
作動ガス（作動流体）の流れを図２により説明する。図中に矢印で示すように、吸入パイプ１５を通って密閉容器３に入った作動ガスは、主軸受７に形成された吸入ポート９を通って旋回型圧縮要素１に入り、ここで駆動軸６の回転によってディスプレーサ５が旋回運動を行い作動室の容積が縮少することにより圧縮される（詳細後述）。圧縮された作動ガスは、副軸受８の端板に形成された吐出ポート１０を通り吐出弁１１を押し上げて吐出室８ａ内に入り、ここから副軸受８、ケーシング４および主軸受７の外周部を貫通する形で形成された吐出ガス通路（図示せず）を通って密閉容器３内に入り電動要素２を介して吐出パイプ１７から外部に流出する。
【００２１】
次に、旋回型圧縮要素１の作動原理を図３により説明する。記号ｏはディスプレーサ５の中心、記号ｏ’はケーシング４（あるいは駆動軸６）の中心である。記号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆはケーシング４の内周壁４ａ及び突出部ベーン４ｂとディスプレーサ５の噛み合いの接点（シール点）を表す。ここで、ケーシング４の内周輪郭形状をみると、同じ曲線の組合せが３箇所連続して滑らかに接続されている。このうちの１箇所に着目すると、内周壁４ａ，突出部ベーン４ｂを形作る曲線を、厚みのある一つの渦曲線とみることができ、その内壁曲線は実質的な巻き角がほぼ３６０°の渦曲線で、外壁曲線も実質的な巻き角がほぼ３６０°の渦曲線である。すなわち、図３（１）において、ａからｂまでの間に２つの異なる３６０°の渦曲線があるという意味である。これら２つの曲線からなる渦巻体をｏ’を中心とする円周上にほぼ等ピッチに配設し、隣合う渦巻体の外壁曲線と内壁曲線（曲線の説明上便宜的に外壁・内壁という語を用いたが、ケーシングの内壁面というときは両者の総称とする）とは円弧等の滑らかな曲線で接続され内周輪郭形状を構成している。
【００２２】
ディスプレーサ５の外周輪郭形状も上記ケーシング４と同じ原理で構成している。すなわち、ディスプレーサ５の中心と駆動軸６の中心とを合わせたとき、ケーシング４の内壁面から旋回半径εだけ空間を開けてディスプレーサ５の外壁面が存在するように構成されている。すなわち両者は相似形状で構成されている。
【００２３】
圧縮作用は、駆動軸６を時計周りに回転させることにより、ディスプレーサ５が固定側であるケーシング４の中心ｏ’の周りを自転することなしに旋回半径ε（＝ｏｏ’）で公転運動し、ディスプレーサ５の中心ｏ周りに複数の作動室１７が形成される（本実施の形態では常時３個の作動室）。接点ａと接点ｂで囲まれ網かけされた１つの作動室（吸入終了時点では２つに別れているが、圧縮行程が開始されると直ぐにこの２つの作動室はつながって１つになる）に着目すると、図３（１）が吸入ポート９からこの作動室への作動ガスの吸入が終了した状態であり、この状態から９０°駆動軸６が時計周りに回転した状態が図（２）で、さらに回転が進み最初から１８０°回転した状態が図（３）である。図（３）からさらに９０°回転すると最初の図（１）の状態に戻る。これより、駆動軸６の回転が進むにしたがって作動室１８はその容積を縮少し、吐出ポート１０は吐出弁１１で閉じられているため作動流体の圧縮作用が行われることになる。
【００２４】
そして、作動室１７内の圧力が外部の吐出圧力よりも高くなると圧力差で吐出弁１１が自動的に開き、圧縮された作動ガスは吐出ポート１０を通って吐き出される。吸入終了（圧縮開始）から、吐出終了までの軸回転角は３６０°（１８０°より大きい）で、圧縮、吐出の各行程が実施されている間に次の吸入行程が準備されており、吐出終了時が次の圧縮開始となる。この実施の形態では、吸入過程の作動室と圧縮（吐出）過程の作動室は隣接している。このように連続的な圧縮動作を行なう作動室がディスプレーサ５の中心部に位置する駆動軸受５ａの周りにほぼ等ピッチで分散して配設され、各作動室は各々位相がずれて圧縮が行われるため軸トルクの変動および吐出ガスの圧力脈動が非常に小さくなり、これに起因する振動、騒音を低減することができる。
【００２５】
尚、図３（３）の作動室１７の反時計回りに隣接する作動室はこの状態では吸入過程にあるが、図３（４）の状態になると、１つであった作動室が２つに分断されて別々の吐出口から排出されるようになっている点も本実施形態における容積型流体機械の特徴でもある。分断された量に等しい作動流体は時計回りに隣接する作動室から供給されている。
【００２６】
以上説明したように、連続的な圧縮動作となる作動室が旋回ピストン５の中心部に位置する駆動軸受５ａの周りにほぼ等ピッチで分散して配設され、各作動室は各々位相がずれて圧縮が行われる。すなわち、一つの空間に着目すると吸入から吐出までは軸回転角で３６０°ではあるが、本実施形態の場合３個の作動室が形成され、これらが１２０°ずれた位相で吐出をするので、圧縮機として軸回転角で３６０°間に３回冷媒を吐出することになる。このように冷媒の吐出脈動を小さくし得る点がレシプロ式、ロータリ式及びスクロール式にない点である。さて、圧縮動作を終了した瞬間の空間（接点ａとｂによって囲まれた空間）を一つの空間として見做すと、いずれの圧縮機動作状態においても、吸入行程となっている空間と圧縮行程となっている空間とが交互になるように設計されており、このため、圧縮行程が終了した瞬間直ちに次の圧縮行程に移行することができ、滑らかで連続的に流体を圧縮することができる。
【００２７】
また、上記文献１及び２に示された容積型流体機械は、吸入ポートと吐出ポートとがディスプレーサとケーシングによって囲まれる１つの空間を介して連通する期間が存在する。この連通期間は、実質的に吸入圧縮（吐出）に寄与しておらず無駄である。本実施の形態による容積型流体機械では、上記文献１及び文献２に見られる連通期間が存在せずいずれの空間も作動室としてに寄与しているので高効率な容積型流体機械となりうる。
【００２８】
次に、図４〜図８により、本発明の特徴であるディスプレーサと端板間のすき間（軸方向すき間）を効果的に密封する方法について説明する。図４は本発明に係るディスプレーサ５の平面図、図５は、図４のＣ−Ｃ断面図、図６は本発明に係るディスプレーサと噛みあうケーシング４の平面図、図７は、図６のＤ−Ｄ断面図、図８は本発明に係るディスプレーサの端面部の油膜形成説明図を示す。
【００２９】
図においてケーシング４の高さ寸法はＨで、ディスプレーサ５の高さ寸法ｈはこの寸法Ｈより僅かに（１０μｍ程度）小さな値に設定されている。これらの寸法は、一般的な平面研削によって比較的容易に高精度加工が実現され、ディスプレーサ５と端板間のすき間（軸方向すき間）は非常に小さな値（５μｍ程度）に管理される。ディスプレーサ５の両端面部には中心部の軸受５ａから外周端付近まで湾曲して延びた３本の浅い溝（溝深さ０．５ 程度）からなる油溝５ｂが形成されている。これらの油溝５ｂは、図３の圧縮作動原理図をみても分かるように高圧になった各々の作動室１７を取り囲むように配設されている。軸方向すき間の密封作用は以下のように行なわれる。
【００３０】
駆動軸６の回転による遠心ポンプ作用で汲み上げられた密閉容器３底部の潤滑油１４は給油穴６ｂを通り軸受等の各摺動部に供給されるが、そのうちディスプレーサ５の中心部の軸受５ａに供給された油は軸受端部に達し、そこから図８に実線矢印で図示するように各々の油溝５ｂを通ってディスプレーサ５の外周端まで供給される。またこの途中で、潤滑油１４は高圧（吐出圧）になっているためケーシング４内の低圧部との圧力差により破線矢印で図示するように移動してディスプレーサ５の両端面部に一様に油膜が形成されるようになる（１点鎖線の矢印は軸受５ｂに供給された潤滑油１４が直接ケーシング４内の低圧部に移動する経路を示す）。これにより油の密封作用が有効に機能し、ケーシング４内部の（圧縮）作動室と吸入室との圧力差によりディスプレーサと端板間のすき間（軸方向すき間）を通って発生する作動ガスの内部漏れが大幅に低減されるため、高性能の旋回型流体機械を提供することができる。
【００３１】
さらに、作動室および吸入室内に入り込んだ油は、図３に記号ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆで示したケーシング４とディスプレーサ５の噛みあい接点部のすき間（半径方向すき間）の密封作用にも有効に機能し、作動ガスの内部漏れ低減に寄与することができる。なお、油溝５ｂの数や形状は上記実施の形態に限定されるものではなく、圧縮機の作動条件や密封作用に必要な油量、摺動部の潤滑に必要な油量等を考慮して任意に設計することが可能であり、例えば、性能および信頼性の面から最適な潤滑構造が容易に実現できるため、機械設計の自由度を大幅に拡大することが可能となる。
【００３２】
図９は、本発明の他の実施の形態に係る密閉型圧縮機の要部縦断面図、図１０は、図９におけるディスプレーサの平面図である。ここで、図１，図２と同一符号を附したものは同一部品であり、同一の作用をなす。図において、２１は副軸受８の端板に固定された給油パイプで、一端は密閉容器３底部の潤滑油１４中に開口し、他端は副軸受８の端板に形成された給油穴８ｂに接続し、ディスプレーサ５の貫通穴５ｃに開口している。ディスプレーサ５の両端面部には、この貫通穴５ｃから外周端付近まで湾曲して延びた３本の油溝５ｂが形成されている。この構成により、潤滑油１４は差圧により給油パイプ２１を通って貫通穴５ｃおよび油溝５ｂ内に給油され、先の実施の形態と同様にディスプレーサ５の両端面部に一様に油膜が形成されるようになるため、軸方向すき間を通って発生する作動ガスの内部漏れが大幅に低減される。この実施の形態では駆動軸６の給油ポンプ作用とは独立してディスプレーサ５端面部への油供給経路を設けているため、軸受等摺動部の給油に影響を与えること無く、容易にディスプレーサ端面部への給油量を増加できるため、圧縮機の信頼性をより向上することができる。
【００３３】
図１１は、本発明の別の実施の形態に係る密閉型圧縮機の要部縦断面図、図１２は、図１１におけるＥーＥ横断面図である。図において、２２は主軸受７および副軸受８におけるディスプレーサ５が摺動する端板面に形成した油溝で、ディスプレーサ５がどのような回転角位置にあっても常に一端がディスプレーサ５の貫通穴５ｃに連通するようになっており、図１２から分かるように、この油溝２２は常に一点鎖線で図示されたディスプレーサ５の内部に位置するようになっている。この構成により、潤滑油１４は給油パイプ２１を通り貫通穴５ｃを介して油溝２２内に給油され、図９の実施の形態と同様にこの油溝２２を通してディスプレーサ５の両端面部に一様に油膜が形成されるようになるため、同様の効果を奏することができる。このように、油溝は可動部材（ディスプレーサ）と固定部材（軸受端板）のどちら側にも形成することができるため、設計の自由度を拡大できる。
【００３４】
図１３は、本発明のもう一つ別の実施の形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。この実施の形態は、本発明を横型圧縮機に適用した場合である。図において、２３はケーシング４の端面開口を閉塞するフロントヘッドで、吸入ポート９と吐出ポート１０が一体的に形成され構造の簡略化を図っている。２４はフロントヘッド２３の端面を覆うヘッドカバーである。２５は電動要素２側の駆動軸６の端を軸支する補助軸受で、フレーム２６により密閉容器３に固定されている。２７は補助軸受２５の軸端を密封する形で取り付けられた給油パイプで、その一端は潤滑油１４中に開口している。
【００３５】
この構成により、駆動軸６が回転して旋回型圧縮要素１で圧縮動作が行なわれると同時に、吐出圧力と吸入圧力の差圧に依って密閉容器３底部の潤滑油１４は給油パイプ２７を通って補助軸受２５に入り、さらに駆動軸６を貫通して形成された給油穴６ｂ内を通って各軸受摺動部に供給される。ディスプレーサ５の中心部の軸受５ａに供給された油は軸受端部に達し、図１〜図８で示した実施の形態と同様に油溝５ｂを通ってディスプレーサ５の両端面部に一様に油膜が形成されるため、軸方向すき間を通って発生する作動ガスの内部漏れが大幅に低減され、高性能の旋回型流体機械を提供することができる。
【００３６】
以上の実施の形態は、密閉容器３内の圧力が高圧（吐出圧力）タイプの密閉型圧縮機について説明したが、高圧タイプにすることにより以下のような利点がある。
【００３７】
（１）吸入パイプが直接、旋回型圧縮要素に接続されるため、吸入ガスの加熱が小さく体積効率を向上できる。
【００３８】
（２）密閉容器内で吐出ガス中に含まれる油分の大部分が分離されるため、冷凍サイクル中の油循環量が少なく、冷凍サイクル及び熱交換器の効率を向上できる（３）潤滑油が高圧になっているため、各摺動部のすき間を通って作動室内に油が供給され易く、摺動部の潤滑性を向上できる。
【００３９】
次に、密閉容器３内の圧力が低圧（吸入圧力）タイプのものについて説明する。図１４は本発明の他の実施の形態に係る旋回型流体機械を圧縮機として用いた低圧（吸入圧）タイプの圧縮機縦断面図で、図１５のＧ−Ｇ断面に相当する。図１５は図１４のＦ−Ｆ横断面図、図１６は本発明に係るディスプレーサの平面図、図１７は図１６のＨ−Ｈ断面図である。図において、前述の図１〜図８と同一符号を付したものは同一部品であり、同一の作用をなす。低圧タイプでは、吐出カバー１３によって副軸受８に一体的に形成された吐出室８ａが密閉容器３内の圧力（吸入圧力）と区画されており、吐出室内の作動ガスは吐出パイプ１６によって直接外部に流出する。７ｂは主軸受７の端板を貫通する形で形成されたガス逃がし穴である。旋回型圧縮要素１の作動原理等は前述した高圧（吐出圧力）タイプと同様である。作動ガスの流れは図中に矢印で示すように、吸入パイプ１５を通って密閉容器３から吸入室７ａに入った作動ガスは、主軸受７の端板に形成された吸入ポート９を通って旋回型圧縮要素１に入り、ここで駆動軸６の回転によってディスプレーサ５が旋回運動を行い、作動室１７の容積が縮少することにより圧縮される。圧縮された作動ガスは、副軸受８の端板に形成された吐出ポート１０を通り吐出弁１１を押し上げて密封された吐出室８ａ内に入り、この密閉容器３に接続された吐出パイプ１６より外部に流出する。
【００４０】
低圧タイプでは、高圧タイプのように差圧による潤滑油の供給ができないため如何にディスプレーサ５端面の軸方向すき間に安定的に油膜を保持するかが重要となる。本発明に係るディスプレーサ５は、図１６と図１７に示すように両端面の大部分の領域（ディスプレーサ外周の輪郭形状に対して任意のシール幅を確保した残りの領域、シール幅は旋回半径εの２倍より小さい値が選定される）に深さ０．５ 程度の凹みからなる油溜り２８を形成している。この油溜り２８はディスプレーサ５中心部の軸受５ａにつながっている。したがって、駆動軸６の回転による遠心ポンプ作用で汲み上げられた密閉容器３底部の潤滑油１４は給油穴６ｂを通り軸受等の各摺動部に供給され、ディスプレーサ５の中心部の軸受５ａから油溜り２８に流入してディスプレーサ５の端面部に常に油が保持されることから、ディスプレーサ５の旋回運動により両端面部の軸方向すき間に油膜が形成されるようになる。これにより油の密封作用が働き、ケーシング４内部の（圧縮）作動室と吸入室との圧力差によりディスプレーサと端板間のすき間（軸方向すき間）を通って発生する作動ガスの内部漏れが低減され、高性能の旋回型流体機械を提供することができる。この油溜り２８は、図１５から分かるように各吸入ポート９と間歇的に連通するように構成されているため、吸入側から作動室１７内に適宜潤滑油が供給され、ケーシング４とディスプレーサ５の噛みあい接点部のすき間（半径方向すき間）の密封作用を向上し、ここでの作動ガスの内部漏れも低減することができる。また、仮に油溜り２８内に作動ガスが漏れ込んだ場合は、主軸受７の端板を貫通する形で形成されたガス逃がし穴７ｂにより、漏れ込んだ作動ガスは低圧の空間に排除されるため、ガスの流入によって軸受摺動部の潤滑性低下するといった問題は防止される。
【００４１】
このような低圧タイプの利点は以下の通りである。
【００４２】
（１）圧縮された高温の作動ガスによる電動要素２の加熱が少ないため、固定子２ａ，回転子２ｂの温度が低下し、モータ効率が向上して性能向上が図れる。
【００４３】
（２）フロン等の潤滑油１２と相溶性のある作動流体では、圧力が低いため潤滑油１５中に溶解する作動ガスの割合が少なくなり、軸受等での油の発泡現象が起こりにくく、信頼性を向上できる。
【００４４】
（３）密閉容器３の耐圧を低くでき、薄肉・軽量化が図れる。
【００４５】
以上、潤滑油の密封作用を利用して旋回型流体機械の内部漏れを低減する実施の形態を説明したが、内部漏れ低減は適切なシール部材を配設することによっても実現される。
【００４６】
図１８は、本発明のもう一つ別の実施の形態に係る旋回型流体機械を圧縮機として用いた低圧（吸入圧）タイプの圧縮機要部縦断面図、図１９は本発明に係るディスプレーサの平面図、図２０は図１９のＪーＪ断面図、図２１はシール部材の密封動作説明図である。図において、２９はディスプレーサ５の両端面部に形成された溝の中に嵌めこまれているシール部材で、軸受部５ａの周囲に配設された円環状シール部材と高圧作動室を取り囲む形に配設されたＣ形状シール部材の２種類のシール部材からなる。これらのシール部材は、例えば四弗化エチレン樹脂を主成分とする摩擦係数が小さく自己潤滑性、耐油性、耐熱性に優れた合成樹脂材により作られている。２９ａは、シール部材２９の側面部と底面部に一体的に形成された凸部で、高圧作動流体の導入路となる間隙を作るために複数箇所に設けられている。このシール部材による軸方向すき間の密封動作を図２１により説明する。Ｃ形状シール部材２９の内側の作動室１７の圧力が上昇すると、破線矢印で図示するようにシール部材２９の凸部２９ａの周囲の間隙を通り、凸部２９ａが形成された面に圧力が作用する。このガス圧によって実線矢印で示すような力がシール部材２９に働き、低圧側への漏れ経路が遮断されるため軸方向すき間からの作動ガスの内部漏れが大幅に低減され、高性能の旋回型流体機械を提供することができる。また、円環状シール部材２９によって軸受摺動部へのガスの流入が防止され、潤滑性能低下の問題は無くなる。
【００４７】
なお、凸部２９ａの代わりにバネ等の付勢手段を配設してもよい。
【００４８】
以上、同一平面上に３箇所の作動室をもつ旋回型流体機械について説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、作動室の数が２個以上Ｎ個の旋回型流体機械に拡張することができる（Ｎの値は実用上８〜１０以下）。作動室の数が多くなると以下のような利点がある。
【００４９】
（１）トルク変動が小さくなり、振動・騒音が低減される。
【００５０】
（２）シリンダが同一外径で比較した場合、同じ吸入容積Ｖｓを確保するためのシリンダ高さが低くなり、圧縮要素の寸法を小型化できる。
【００５１】
（３）旋回ピストンに働く自転モーメントが小さくなるため、旋回ピストンとシリンダの摺動部の機械摩擦損失を低減できるとともに信頼性を向上できる。
【００５２】
（４）吸入・吐出配管内の圧力脈動が小さくなり、一層の低振動、低騒音化を図ることができる。これにより、医療用や産業用等で要求のある無脈流の流体機械（圧縮機、ポンプ等）を実現できる。
【００５３】
本発明の他の実施の形態を図２２に示す。図２２は、本発明の旋回型圧縮機を適用した空調システムを示す。このサイクルは冷暖房が可能なヒートポンプサイクルで、前述の図８で説明した本発明の旋回型圧縮機３０，室外熱交換器３１とそのファン３１ａ，膨張弁３２，室内熱交換器３３とそのファン３３ａ，４方弁３４から構成されている。一点鎖線３５は室外ユニット、３６は室内ユニットである。旋回型圧縮機３０は、図３の作動原理図に示したように動作し、圧縮機を起動することによりケーシング４とディスプレーサ５間で作動流体（例えばフロンＨＣＦＣ２２やＲ４０７Ｃ，Ｒ４１０Ａ等）の圧縮作用が行われる。
【００５４】
冷房運転の場合、圧縮された高温・高圧の作動ガスは破線矢印で示すように吐出パイプ１６から４方弁３４をとおり室外熱交換器３１に流入して、ファン３１ａの送風作用で放熱、液化し、膨張弁３２で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、室内熱交換器３３で室内の熱を吸熱してガス化された後、吸入パイプ１５を経て旋回型圧縮機３０に吸入される。一方、暖房運転の場合は、実線矢印で示すように冷房運転とは逆に流れ、圧縮された高温・高圧の作動ガスは吐出パイプ１６から４方弁３４をとおり室内熱交換器３３に流入して、ファン３３ａの送風作用で室内に放熱して、液化し、膨張弁３２で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、室外熱交換器３３で外気から熱を吸熱してガス化された後、吸入パイプ１５を経て旋回型圧縮機３０に吸入される。
【００５５】
図２３は、本発明の旋回型圧縮機を搭載した冷凍システムを示す。このサイクルは冷凍（冷房）専用のサイクルである。図において、３７は凝縮器，３７ａは凝縮器ファン，３８は膨張弁，３９は蒸発器，３９ａは蒸発器ファンである。
【００５６】
旋回型圧縮機３０を起動することによりシリンダ４と旋回ピストン５間で作動流体の圧縮作用が行われ、圧縮された高温・高圧の作動ガスは実線矢印で示すように吐出パイプ１６から凝縮器３７に流入して、ファン３７ａの送風作用で放熱、液化し、膨張弁３８で絞られ、断熱膨張して低温・低圧となり、蒸発器３９で吸熱ガス化された後、吸入パイプ１５を経て旋回型圧縮機３０に吸入される。ここに、図２２、図２３ともに本発明の旋回型圧縮機を搭載しているので、エネルギ効率に優れ、低振動・低騒音で信頼性の高い冷凍・空調システムが得られる。なお、ここでは旋回型圧縮機３０として高圧タイプを例にあげて説明したが、低圧タイプでも同様に機能し、同様の効果を奏することができる。
【００５７】
これまでに述べた実施の形態では、旋回型流体機械として圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれ以外にポンプ、膨張機、動力機械等にも応用することができる。また、本発明では運動形態として、一方（ケーシング側）が固定しもう一方（ディスプレーサ側）がほぼ一定の旋回半径で自転せずに公転運動を行う形式としたが、相対的に上記の運動と等価な運動形態となる両回転式の旋回型流体機械にも適用することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によればケーシング内を複数の高圧作動室と低圧作動室とに区画するディスプレーサに油保持機構あるいはシール機構を設ける構成により、ディスプレーサ摺動部の軸方向すき間を効果的に密封して作動流体の内部漏れを低減した、高性能の旋回型流体機械が得られる。また、このような旋回型流体機械を冷凍サイクルに搭載することにより、エネルギ効率に優れ、信頼性の高い冷凍・空調システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る旋回型流体機械を圧縮機に適用した密閉型圧縮機の横断面図（図２のＢーＢ断面に相当）
【図２】 図１のＡ−Ａ縦断面図
【図３】 本発明に係る旋回型流体機械の作動原理説明図
【図４】 本発明に係る旋回型流体機械のディスプレーサ平面図
【図５】 図４のＣ−Ｃ断面図
【図６】 本発明に係る旋回型流体機械のケーシング平面図
【図７】 図５のＤ−Ｄ断面図
【図８】 本発明に係るディスプレーサ端面部の油膜形成説明図
【図９】 本発明の他の実施の形態に係る圧縮機の要部縦断面図
【図１０】 本発明の他の実施の形態に係る圧縮機のディスプレーサ平面図
【図１１】 本発明の別の実施の形態に係る圧縮機の要部縦断面図
【図１２】 図１１のＥ−Ｅ断面図
【図１３】 本発明のもう一つ別の実施の形態に係る圧縮機の縦断面図
【図１４】 本発明に他の実施の形態に係る低圧タイプの圧縮機縦断面図
【図１５】 図１４のＦ−Ｆ横断面図
【図１６】 本発明の他の実施の形態に係る低圧タイプ圧縮機のディスプレーサ平面図
【図１７】 図１６のＨ−Ｈ断面図
【図１８】 本発明のもう一つ他の実施の形態に係る低圧タイプの圧縮機要部縦断面図
【図１９】 本発明のもう一つ他の実施の形態に係る低圧タイプ圧縮機のディスプレーサ平面図
【図２０】 図１９のＪ−Ｊ断面図
【図２１】 シール部材の密封動作説明図
【図２２】 本発明の旋回型圧縮機を適用した空調システム
【図２３】 本発明の旋回型圧縮機を適用した冷凍システム
【符号の説明】
１……旋回型圧縮要素、２……電動要素、３……密閉容器、４……ケーシング、４ａ……内周壁、４ｂ……突出部、５……ディスプレーサ、５ａ……軸受、５ｂ……油溝、５ｃ……貫通穴、６……駆動軸、６ａ……クランク部、６ｂ……給油穴、７……主軸受、７ａ……吸入室、７ｂ……ガス逃がし穴、８……副軸受、８ａ……吐出室、８ｂ……給油穴、９……吸入ポート、１０……吐出ポート、１１……吐出弁、１１ａ……ストッパ、１２……吸入カバー、１３……吐出カバー、１４……潤滑油、１５……吸入パイプ、１６……吐出パイプ、１７……作動室、１８……固定ボルト、１９……組立てボルト、２０……吐出ガス通路、２１……給油パイプ、２２……油溝、２３……フロントヘッド、２４……ヘッドカバー、２５……補助軸受、２６……フレーム、２７……給油パイプ、２８……油溜り、２９……シール部材、３０……旋回型圧縮機、３１……室外熱交換器、３２……膨張弁、３３……室内熱交換器、３４……４方弁、３７……凝縮器、３８……膨張弁、３９……蒸発器、ｏ……旋回ピストン中心、ｏ’……シリンダ中心、ε……旋回半径。

Claims (5)

1. 端板間に配置されたディスプレーサ及びケーシングと、前記ディスプレーサを駆動させる駆動軸と、前記ディスプレーサを前記駆動軸の回転中心に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより一つの空間が形成され、前記ディスプレーサをその旋回位置に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより複数の空間が形成される容積型流体機械において、
   前記ディスプレーサと前記端板間に油を供給する油供給機構を備え、
   該油供給機構は、機械内に溜まっている潤滑油と連通する前記駆動軸に設けられた油供給部と、前記端板に設けられ機械内に溜まっている潤滑油と連通する油供給部と、前記ディスプレーサに形成され該ディスプレーサの両端面を貫通する貫通孔と、前記ディスプレーサに設けられ前記端板の油供給部から供給された油を導く溝とを有し、
   前記端板の油供給部は前記貫通孔に開口させた容積形流体機械。
2. 前記駆動軸の油供給部には、潤滑油を通す給油穴が設けられている請求項１記載の容積形流体機械。
3. 前記溝は、前記ディスプレーサの両端面に、外周の輪郭形状に対して任意のシール幅を残して設けられた請求項１記載の容積形流体機械。
4. 端板間に配置されたディスプレーサ及びケーシングと、前記ディスプレーサを駆動させる駆動軸と、前記ディスプレーサを前記駆動軸の回転中心に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより一つの空間が形成され、前記ディスプレーサをその旋回位置に合わせたとき前記ディスプレーサの外壁面と前記ケーシングの内壁面とにより複数の空間が形成される容積型流体機械において、
   前記ディスプレーサと前記端板間に油を供給する油供給機構を備え、
   該油供給機構は、機械内に溜まっている潤滑油と連通する前記駆動軸に設けられた油供給部と、前記端板に設けられ機械内に溜まっている潤滑油と連通する油供給部と、前記ディスプレーサに形成され該ディスプレーサの両端面を貫通する貫通孔と、前記端板に設けられ前記端板の油供給部から供給された油を導く溝とを有し、
   前記端板の油供給部は前記貫通孔に開口させた容積形流体機械。
5. 前記溝は、その一端が前記油供給部に連通する請求項４記載の容積形流体機械。

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