JP4305550B2

JP4305550B2 - 回転式流体機械

Info

Publication number: JP4305550B2
Application number: JP2007255708A
Authority: JP
Inventors: 隆造外島; 祥孝芝本; 孝志清水
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: US20100233008A1; CN101809291B; US8454333B2; CN101809291A; EP2206925A4; JP2009085089A; WO2009041056A1; EP2206925A1

Description

本発明は、環状のシリンダ室において環状のピストンの内側と外側とがそれぞれ流体室になる回転式流体機械に関するものである。

従来より、環状のシリンダ室を有するシリンダと、そのシリンダ室内に配置された環状ピストンとが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械が知られている。この回転式流体機械では、環状のシリンダ室が環状ピストンによって内側と外側に区画され、それぞれが流体を圧縮又は膨張させる流体室になる。さらに、各流体室は、シリンダ室に配置されたブレードによって低圧室と高圧室とに区画されている。このような回転式流体機械は、例えば冷媒回路を流通する冷媒を圧縮する圧縮機として使用される。

特許文献１には、この種の回転式流体機械として回転式圧縮機が開示されている。この回転式圧縮機では、シリンダを構成する外側シリンダと内側シリンダとの間に環状のシリンダ室が形成され、そのシリンダ室が環状ピストンによって外側シリンダ室と内側シリンダ室とに区画され、さらに各シリンダ室がブレードによって高圧室と低圧室とに区画されている。環状ピストンは、円環の一部が分断されたＣ型形状に形成され、この環状ピストンの分断箇所に環状ピストンとブレードとを連結する揺動ブッシュが設けられている。ブレードは、シリンダと別体の矩形の平板状に形成され、環状ピストンの分断箇所において外側シリンダから内側シリンダまでシリンダ室の径方向線上に延びるように、シリンダに形成されたブレード溝に遊嵌された状態で配置されている。シリンダ又は環状ピストンを駆動軸によって偏心回転運動させると、各シリンダ室において低圧室側から流体が吸入され、圧縮された後に高圧室側から吐出されるようになっている。
特開２００７−１６２５５５号公報

ところで、この種の回転式流体機械では、外側シリンダ室は内側シリンダ室よりも容積が大きく、通常、シリンダ室の容積比を自由に設定することはできないとされていた。

一方、上記のような回転式流体機械では、偏心回転運動する側が偏心していることから、図８に示すように、トルク変動が生じ、駆動軸の１回転で内側シリンダ室と外側シリンダ室とで１回ずつ吐出が行われるため、トルク変動は、駆動軸の１回転で位相が１８０°ずつずれた２回のピークを有する。そして、内側シリンダ室と外側シリンダ室とは容積が異なり、これらの相互の容積比を自由に設定することができないことから、図８のＢ線に示すように、トルク変動のピーク値に差が生じてしまい、振動の要因となるという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内側シリンダ室と外側シリンダ室との容積比を調整可能にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る回転式流体機械では、外側シリンダ室（60）の軸方向に沿った高さ（H1）と内側シリンダ室（65）の高さ（H2）とを互いに異ならすことにより、外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）との容積比を調整できるようにした。

具体的には、第１の発明に係る回転式圧縮機械は、環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械を対象とする。

そして、上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる構成とする。

ここで、外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）との高さ（H1,H2）が等しい場合、外側シリンダ室（60）の容積（C1）の方が大きいものであり、シリンダ（35）の径を変えずに外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）との容積比を変更することはできない。しかし、第１の発明では、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）を互いに異ならすことにより、これらの容積比を調整することができる。

さらに、上記第１の発明に係る回転式流体機械は、上記ピストン（40）は、周方向の一部に直線部（46）を有し、かつ連続したものであり、上記ブレード（45）は、上記外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）と内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）とが一体に形成されてなり、該両ブレード部（72,73）間にピストン（40）の直線部（46）に摺動可能に嵌合する凹部（74）が形成され、上記シリンダ（35）は上記ブレード（45）を径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（7）が形成され、上記外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）が互いに異なる。

上記の構成によると、ブレード（45）は、ブレード溝（7）を摺動することによりシリンダ（35）に対して径方向に移動する一方、シリンダ（35）に対して径方向に直交する方向の移動が規制されている。そして、ピストン（40）は、ブレード（45）の凹部（74）に直線部（46）が嵌合することにより、ブレード（45）とともにシリンダ（35）に対して径方向に摺動するようになっている。また、ピストン（40）は、凹部（74）を直線部（46）で摺動することにより、シリンダ（35）に対して径方向に直交する方向に摺動するようになっている。これにより、ピストン（40）が偏心回転運動をすることができる。

そして、上記ブレード（45）の外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）が一体に形成され、互いに異なる外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）に合わせてそれぞれのブレード部（72,73）の高さ（H3,H4）を互いに異ならすことにより、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の容積比を調整することができる。

第２の発明に係る回転式流体機械は、環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械を対象とする。

そして、上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる構成とする。さらに、上記外側シリンダ室（60）の容積（C1）と内側シリンダ室（65）の容積（C2）とが等しい。

上記の構成によると、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）を異ならして両者の容積（C1,C2）を等しくすることにより、各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値の差が小さくなる。

第３の発明に係る回転式流体機械は、環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械を対象とする。

そして、上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる構成とする。さらに、上記外側シリンダ室（60）を構成するピストン（40）の外側ピストン側面（47）の外側表面積（A1）と、上記内側シリンダ室（65）を構成するピストン（40）の内側ピストン側面（48）の内側表面積（A2）とが等しい。

回転式流体機械の回転軸にピストンから作用する荷重は、ピストン側面（47,48）の表面積（A1,A2）と圧力との積によって決まる。上記の構成によると、外側表面積（A1）と内側表面積（A2）とを等しくすることにより、各シリンダ室（60,65）に対応する回転軸に作用する荷重が等しくなるので、したがって各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値の差が小さくなる。

第４の発明に係る回転式流体機械は、第２又は第３の発明において、上記ピストン（40）は、周方向の一部に直線部（46）を有し、かつ連続したものであり、上記ブレード（45）は、上記外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）と内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）とが一体に形成されてなり、該両ブレード部（72,73）間にピストン（40）の直線部（46）に摺動可能に嵌合する凹部（74）が形成され、上記シリンダ（35）は上記ブレード（45）を径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（7）が形成され、上記外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）が互いに異なる。

第５の発明に係る回転式流体機械は、第１から第３のいずれか１つの発明において、上記シリンダ（35）は、同心状に配置された外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）とを備え、該外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）との間に各シリンダ室（60,65）が形成されており、上記外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（36）の高さ（H5,H6）が互いに異なる。

上記の構成によると、シリンダ（35）の外側シリンダ部（38）とピストン（40）との間に外側シリンダ室（60）が形成され、内側シリンダ部（36）とピストン（40）との間に内側シリンダ室（65）が形成される。そして、各シリンダ部（36,38）の高さ（H5,H6）が互いに異なることで、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）が互いに異なるので、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の容積比を調整することができる。

第６の発明に係る回転式流体機械は、第１から第３のいずれか１つの発明において、上記外側シリンダ室（60）の高さ（H1）は内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低い。

上記の構成によると、通常は外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とは高さ（H1,H2）が等しく、外側シリンダ室（60）の容積（C1）の方が大きいものであるところ、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）が内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低いことにより、外側シリンダ室（60）の容積（C1）を内側シリンダ室（65）の容積（C2）に対して小さくして、両者の容積（C1,C2）を等しくするか、それに近づけることができる。

第７の発明に係る回転式流体機械は、第１の発明において、上記シリンダ（35）又はピストン（40）のいずれか一方が偏心回転するように構成されていて、上記ブレード（45）は、上記偏心回転する部材の自転を防止するための自転防止手段を構成している。

上記の構成によると、ピストン（40）はブレード（45）に対して径方向に直交する方向に摺動するとともに、ブレード（45）とともに径方向に動くだけであり、ピストン（40）の回転方向の変位が規制されるので、このブレード（45）によってピストン（40）の自転が防止される。

上記第１の発明によれば、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）を異ならすことにより、シリンダ室（60,65）の容積比を調整することができるので、各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値の差を小さくする等の効果を得ることができる。

また、上記ブレード（45）の外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）を互いに変えて、異なる高さ（H1,H2）の外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）に形成されたブレード溝（7）に嵌合することで、上記の効果を得ることができる。

上記第２の発明によれば、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）を異ならして両者の容積（C1,C2）を等しくすることにより、各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値をより一層小さくして、振動の発生を抑制することができる。

上記第３の発明によれば、ピストン（40）の外側ピストン側面（47）の外側表面積（A1）と内側ピストン側面（48）の内側表面積（A2）とを等しくすることにより、上記第５の発明と同様の効果を得ることができる。

上記第４の発明によれば、ブレード（45）の外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）を互いに変えて、異なる高さ（H1,H2）の外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）に形成されたブレード溝（7）に嵌合することで、上記第２及び第３の発明と同様の効果を得ることができる。

上記第５の発明によれば、外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）との高さ（H5,H6）が互いに異なることにより、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）が互いに異なるので、上記各発明と同様の効果を得ることができる。

上記第６の発明によれば、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）が内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低いことにより、外側シリンダ室（60）の容積（C1）と内側シリンダ室（65）の容積（C2）とを近づけることができ、各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値の差を小さくして、振動の発生を抑制することができる。

上記第７の発明によれば、ブレード（45）が自転防止手段として構成されることにより、自転防止手段としてオルダム継手等の別の部材を省略することができ、コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、実施形態に係る回転式流体機械は、ケーシング（10）内に、電動機（20）と圧縮機構（30）とが収納され、全密閉型に構成された回転式圧縮機（1）である。この回転式圧縮機（1）は、例えば、空気調和装置の冷媒回路に設けられ、蒸発器から吸入したガス冷媒を圧縮して凝縮器へ吐出するために用いられる。

上記ケーシング（10）は、縦長の円筒状に形成された胴部（11）と、この胴部（11）の上端部に固定された上部鏡板（12）と、胴部（11）の下端部に固定された下部鏡板（13）とで構成された密閉容器である。その上部鏡板（12）には、該上部鏡板（12）を貫通する吐出管（14）が設けられる一方、胴部（11）の下部には、該胴部（11）を貫通する吸入管（15）が設けられている。吐出管（14）はケーシング（10）内部に連通し、その入口が、ケーシング（10）内の上部に配設された電動機（20）の上側の空間に開口している。一方、吸入管（15）は、ケーシング（10）内の下部に配設された圧縮機構（30）に接続されている。そして、この回転式圧縮機（1）は、圧縮機構（30）で圧縮された冷媒がケーシング（10）の内部空間へ吐出された後、吐出管（14）を通ってケーシング（10）外へ送出されるように構成されており、ケーシング（10）内が高圧の高圧空間（S2）になる。なお、ケーシング（10）の底部は、上記圧縮機構（30）の各摺動部等に供給される潤滑油が貯められる貯留部（59）になっている。

上記ケーシング（10）の内部には、上下方向に延びる駆動軸（33）が配設されていて、この駆動軸（33）を介して圧縮機構（30）及び電動機（20）が駆動連結されている。駆動軸（33）は、主軸部（33a）と偏心部（33b）とを備えている。偏心部（33b）は、駆動軸（33）の下寄りの位置で、主軸部（33a）よりも大径の円柱状に形成され、その軸心が主軸部（33a）の軸心に対して偏心している。さらに、偏心部（33b）は、後述する圧縮機構（30）のピストン（40）を貫通した状態で、該ピストン（40）に対して一体回転可能に固定されている。

また、上記駆動軸（33）の内部には、この駆動軸（33）の下端から上方へ延びる給油通路としての貫通孔（25）が形成されている。これにより、上記ケーシング（10）内の貯留部（59）の潤滑油が、貫通孔（25）を上昇し、圧縮機構（30）の各摺動部等へ供給されるようになっている。

上記電動機（20）は、ステータ（21）とロータ（22）とを備えている。このステータ（21）は円筒形状であり、ケーシング（10）の胴部（11）の内面に固定されている。一方、ロータ（22）には、上記駆動軸（33）の主軸部（33a）が貫通していて、ステータ（21）の内側に配置され、駆動軸（33）とともに回転するように構成されている。

上記圧縮機構（30）は、ピストン（40）と、リアヘッド（50）と、シリンダ（35）とを備えている。シリンダ（35）は有底円筒状に形成されていて、リアヘッド（50）の上側に、底部が上方に位置付けられるように配設されている。

上記ピストン（40）は、図２及び図３にも示すように、駆動軸（33）の偏心部（33b）に嵌合する円筒状の軸受部（42）と、軸受部（42）の外周側に空間をあけて、軸受部（42）と同心状に設けられた環状ピストン本体部（43）と、軸受部（42）及び環状ピストン本体部（43）の間を下端側で一体化するように設けられた円板状の内側ピストン側鏡板（41）と、環状ピストン本体部（43）の下端側から全周に亘って外側方に向かって張り出し、内側ピストン側鏡板（41）と一体に連続するように設けられた外側ピストン側鏡板（44）とを備えている。

また、環状ピストン本体部（43）の外側ピストン側鏡板（44）側の側面である外側ピストン側面（47）と、環状ピストン本体部（43）の内側ピストン側鏡板（41）側の側面である内側ピストン側面（48）とは、互いに同心状に配置された円筒面である。

上記環状ピストン本体部（43）は、円環が分断されずに連続して形成されている。環状ピストン本体部（43）の円環の周方向の一部分には、径方向に直交する方向に直線状に延びる直線部（46）が形成され、該直線部（46）に、後述するブレード（45）が摺動可能に嵌合するようになっている。

また、図６に拡大して示すように、上記内側ピストン側鏡板（41）の回転軸方向の厚みは、外側ピストン側鏡板（44）の回転軸方向の厚みよりも薄く形成されており、内側ピストン側鏡板（41）と外側ピストン側鏡板（44）との互いの下端面が連続する一方、内側ピストン側鏡板（41）の上端面の位置が外側ピストン側鏡板（44）の上端面の位置よりも低くなるように形成されている。このため、上記外側ピストン側面（47）の回転軸方向の高さ（H7）が、内側ピストン側面（48）の回転軸方向の高さ（H8）よりも低くなっている。

ここで、外側ピストン側面（47）の外側表面積（A1）は、環状ピストン本体部（43）の中心から外側ピストン側面（47）までの距離である半径（D1）と外側ピストン側面（47）の高さ（H7）とによって求められる［（A1）＝２π×（D1）×（H7）］。一方、内側ピストン側面（48）の内側表面積（A2）は、環状ピストン本体部（43）の中心から内側ピストン側面（48）までの距離である半径（D2）と内側ピストン側面（48）の高さ（H8）とによって求められる［（A2）＝２π×（D2）×（H8）］。

そして、偏心回転運動時にピストン（40）から偏心部（33b）に作用する荷重は、ピストン側面（47,48）の表面積（A1,A2）と圧力との積によって決まる。したがって、上記外側表面積（A1）と内側表面積（A2）とを等しくすることにより、各シリンダ室（60,65）に対応する偏心部（33b）に作用する荷重が等しくなる。つまり、外側ピストン側面（47）の高さ（H7）を内側ピストン側面（48）の高さ（H8）よりも低くして、外側表面積（A1）と内側表面積（A2）とが等しくなるように設定されていることが好ましい。

図１に示すように、上記リアヘッド（50）は厚肉の円板状の部材で、その外周縁部でケーシング（10）の内周面に固定されているとともに、外周上端部分がシリンダ（35）に対して密着するように固定されている。また、リアヘッド（50）の中央部分には上記駆動軸（33）の主軸部（33a）が貫通しており、その貫通孔の内周面には主軸部（33a）を回転可能に支持する滑り軸受（50a）が設けられている。

上記シリンダ（35）は、図２及び図４に示すように、共に円環状で同心状に配置された外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）とを備えている。外側シリンダ部（38）の内周面と内側シリンダ部（36）の外周面とは、互いに同心状に配置された円筒面であり、その間に環状のシリンダ室（60,65）が形成されている。なお、外側シリンダ部（38）の内周面における上記環状ピストン本体部（43）の直線部（46）に対応する部分は、径方向に直交する方向に延びる直線状に形成されている。

上記シリンダ（35）は厚肉の円板状に形成された平板部（39）をさらに備え、この平板部（39）の外周側には下側に向かって上記外側シリンダ部（38）が突設されており、この外側シリンダ部（38）が溶接等によってケーシング（10）の胴部（11）の内面に固定されている。また、平板部（39）の下面には、外側シリンダ部（38）の内側に上記内側シリンダ部（36）が突設されていて、これにより、内側シリンダ部（36）と外側シリンダ部（38）との間に圧縮室としての上記シリンダ室（60,65）が形成されている。

そして、図２に示すように、上記ピストン（40）の環状ピストン本体部（43）は、上記シリンダ室（60,65）内に位置付けられている。環状ピストン本体部（43）は、外側ピストン側面（47）が外側シリンダ部（38）の内周面よりも小径で、内側ピストン側面（48）が内側シリンダ部（36）の外周面よりも大径に形成されている。このことにより、外側ピストン側面（47）と外側シリンダ部（38）の内周面との間に外側シリンダ室（60）が形成される一方、内側ピストン側面（48）と内側シリンダ部（36）の外周面との間に内側シリンダ室（65）が形成されている。

具体的には、上記平板部（39）と外側ピストン側鏡板（44）と外側シリンダ部（38）と外側ピストン側面（47）とによって外側シリンダ室（60）が形成され、平板部（39）と内側ピストン側鏡板（41）と内側シリンダ部（36）と内側ピストン側面（48）とによって内側シリンダ室（65）が形成されている。

上記シリンダ（35）の平板部（39）と内側シリンダ部（36）と、ピストン（40）の内側ピストン側鏡板（41）と軸受部（42）との間には、内側シリンダ部（36）の内周側で軸受部（42）の偏心回転動作を許容するための動作空間（68）が形成されている。図１及び図２の構成において、この動作空間（68）は、高圧空間になるように構成されている。

また、上記ピストン（40）とシリンダ（35）とは、外側ピストン側面（47）と外側シリンダ部（38）の内周面とが１点で実質的に接する状態（厳密にはミクロンオーダーの隙間があるが、その隙間での冷媒の漏れが問題にならない状態）において、その接点と位相が１８０°異なる位置で、内側ピストン側面（48）と内側シリンダ部（36）の外周面とが１点で実質的に接するようになっている。

上記シリンダ（35）の平板部（39）の中央部分には、上方に向かって膨出する円筒状の軸受部（37）が形成されていて、この軸受部（37）には、該軸受部（37）を上下方向に貫通した状態で駆動軸（33）の主軸部（33a）を回転可能に支持する滑り軸受（37a）が設けられている。

また、外側シリンダ部（38）には、該外側シリンダ部（38）を径方向に貫通する吸入ポート（34）が形成されている。この吸入ポート（34）は、一端側が外側シリンダ室（60）の低圧室に開口している一方、他端側は吸入管（15）に接続されている。また、上記環状ピストン本体部（43）には、外側シリンダ室（60）の低圧室（62）と内側シリンダ室（65）の低圧室（67）とを連通する貫通孔（53）が形成されている。

一方、上記シリンダ（35）には、外側吐出ポート（54）及び内側吐出ポート（55）が形成されている。これらの吐出ポート（54,55）は、それぞれ、シリンダ（35）の平板部（39）の厚み方向に貫通して形成されている。外側吐出ポート（54）の下端は外側シリンダ室（60）の高圧室（61）に臨むように開口し、内側吐出ポート（55）の下端は内側シリンダ室（65）の高圧室（66）に臨むように開口している。なお、これらの吐出ポート（54,55）には、該吐出ポート（54,55）を開閉するための逆止弁からなる吐出弁（図示せず）が設けられている。

そして、上記シリンダ（35）において上記ピストン（40）の直線部（46）に対応する位置には、略直方体形状のブレード（45）を摺動可能に嵌め込むためのブレード溝（7）が径方向に沿って配置されている。具体的には、このブレード溝（7）は、内側シリンダ部（36）に形成された第１ブレード溝（7a）と、平板部（39）に形成された第２ブレード溝（7b）と、外側シリンダ部（38）に形成された第３ブレード溝（7c）とで構成され、これらの第１〜第３ブレード溝（7a,7b,7c）は、シリンダ（35）の径方向に沿って一直線状に連続して形成されている。

上記内側シリンダ部（36）の第１ブレード溝（7a）が形成される部分近傍は、径方向に直行する方向に延びる直線状に形成されていて、第１ブレード溝（7a）は、この内側シリンダ部（36）の直線状の部分における周方向中心部分を厚み方向に貫通するように設けられている。一方、第３ブレード溝（7c）は、外側シリンダ部（38）の中心側端面から外周側の途中部分にまで設けられている。このブレード溝（7）にブレード（45）が嵌合し、後述するように、上記シリンダ室（60,65）が高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画されるようになっている。

ここで、図６に示すように、上記内側シリンダ部（36）の回転軸方向に沿った高さ（H6）は、外側シリンダ部（38）の回転軸方向に沿った高さ（H5）よりも高くなるように形成されている。具体的には、外側シリンダ部（38）の高さ（H5）は環状ピストン本体部（43）の外側ピストン側面（47）の高さ（H7）と等しく、内側シリンダ部（36）の高さ（H6）は内側ピストン側面（48）の高さ（H8）と等しく、上記ピストン（40）の厚みが異なる内側ピストン側鏡板（41）及び外側ピストン側鏡板（44）のそれぞれの上端面に、各シリンダ部（36,38）の先端面（下端面）が摺接するようになっている。

すなわち、外側ピストン側鏡板（44）の上端面に外側シリンダ部（38）の先端面が摺接する一方、外側ピストン側鏡板（44）の上端面よりも低い位置にある内側ピストン側鏡板（41）の上端面に、外側シリンダ部（38）よりも高い（長い）内側シリンダ部（36）の先端面が摺接している。

一方、上記ピストン（40）における環状ピストン本体部（43）の先端面（図１の上端面）は、シリンダ（35）の内側シリンダ部（36）と外側シリンダ部（38）との間の平板部（39）に摺接し、ピストン（40）の軸受部（42）の先端面は、シリンダ（35）の内側シリンダ部（36）よりも内側の平板部（39）に摺接している。

これにより、シリンダ（35）のシリンダ部（36,38）とピストン（40）とによって気密状態のシリンダ室（60,65）が形成され、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）は上端の位置が等しく、外側シリンダ室（60）の下端位置が内側シリンダ室（65）の下端位置よりも高くなっている。つまり、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）が外側シリンダ部（38）の高さ（H5）及び外側ピストン側面（47）の高さ（H7）とそれぞれ等しいとともに、内側シリンダ室（65）の高さ（H2）が内側シリンダ部（36）の高さ（H6）及び内側ピストン側面（48）の高さ（H8）とそれぞれ等しく、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）が内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低くなっている。

そして、本発明の実施形態においては、上述したようにピストン（40）が外側表面積（A1）及び内側表面積（A2）が等しくなるように設定されているか、または、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）が、互いの容積（C1,C2）が等しくなるように設定されていることが好ましい。

なお、詳しくは後述するが、各シリンダ室（60,65）の気密状対を保持するために、ピストン（40）には、その背面側から押し付け力が作用するように構成されている。

図１に示すように、上記リアヘッド（50）の上面には、ピストン（40）の内側ピストン側鏡板（41）の中央部に対応した位置にシールリング（70）が設けられている。このシールリング（70）は、リアヘッド（50）とピストン（40）との間の空間を径方向に分割するように設けられている。

そして、上記シールリング（70）よりも内周側の空間は、ケーシング（10）内の高圧空間（S2）と連通していて、上記貯留部（59）から駆動軸（33）の貫通孔（25）内を通ってきた高圧の潤滑油が供給されるように構成されている。すなわち、シールリング（70）よりも内側の空間は高圧の状態になっているため、上記ピストン（40）に対してシリンダ（35）側に押し付ける背圧が作用する。

ここで、上記ピストン（40）には、上記シリンダ室（60,65）の内圧によって、上記シリンダ（35）から離反するような離反力が生じる。これに対して、上述のような押し付け力を上記ピストン（40）に作用させることにより、該ピストン（40）が上記シリンダ（35）から離反するのを防止することができ、該ピストン（40）とシリンダ（35）とによって形成される上記シリンダ室（60,65）の気密性が保たれるようになっている。

一方、上記シールリング（70）よりも外周側の空間は、背圧空間（S3）であり、該シールリング（70）を越えて進入する潤滑油や、軸受からシリンダ室（60,65）を介して漏れ出た潤滑油によって、該背圧空間（S3）内の圧力が、上記吸入ポート（34）よりも高圧でかつ上記ケーシング（10）内の高圧空間（S2）よりも低圧の中間圧になっている。このことにより、この背圧空間（S3）内の圧力も上記ピストン（40）を背面側から押し付けるように作用する。

そして、上記シリンダ室（60,65）は、シリンダ（35）とは別体のブレード（45）によって高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画されている。このブレード（45）は、図５に示すように、外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）と、内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）とが一体に形成された略矩形板状の部材からなり、両ブレード部（72,73）間には、上記ピストン（40）の直線部（46）に摺動可能に嵌合する凹部（74）が形成されている。このブレード（45）の摺動方向の長さ、つまりシリンダ（35）の径方向の長さは、ブレード溝（7）の径方向の長さよりも短くなるように設定されていて、ブレード溝（7）に嵌め込まれたブレード（45）がブレード溝（7）内を径方向に沿って摺動するようになっている。

また、上記ブレード（45）は、外側ブレード部（72）の高さ（H3）が内側ブレード部（73）の高さ（H4）よりも短くなるように形成されている。具体的には、このブレード（45）がシリンダ（35）のブレード溝（7）に嵌められたとき、外側シリンダ部（38）の先端面と外側ブレード部（72）の先端面とが面一となる一方、内側シリンダ部（36）の先端面と内側ブレード部（73）の先端面とが面一となるように形成されている。

上述した構成において、上記駆動軸（33）に連結されたピストン（40）がシリンダ（35）に対して偏心した状態で回転すると、図７に示すように、ピストン（40）の環状ピストン本体部（43）が、該ブレード（45）をブレード溝（7）内でシリンダ（35）の径方向に摺動させ、かつ直線部（46）をブレード（45）の凹部（74）内で径方向と直交する方向に摺動させながら偏心回転運動することにより、環状ピストン本体部（43）がシリンダ（35）に対して公転することになる。

このように、環状ピストン本体部（43）が、ブレード（45）とともにシリンダ（35）の径方向に摺動するとともに、ブレード（45）の凹部（74）での直線部（46）の摺動によりシリンダ(35)に対して径方向に直交した方向に摺動することによって、環状ピストン本体部（43）とシリンダ（35）との接触点が図７（Ａ）から（Ｈ）へ順に移動することになり、シリンダ室（60,65）内で冷媒が圧縮される。なお、この図７は本実施形態に係る圧縮機構（30）の動作状態を表す図であり、図７（Ａ）から（Ｈ）まで４５°間隔で環状ピストン本体部（43）が図の時計回り方向に移動している様子を表している。

そして、上述した構成により、上記環状ピストン本体部（43）はブレード（45）に対して径方向に直交する方向に摺動するとともに、ブレード（45）とともに径方向に動くだけであり、環状ピストン本体部（43）の回転方向の変位が規制されるので、このブレード（45）によってピストン（40）の自転が防止される。

（運転動作）
次に、上記回転式圧縮機（1）の運転動作について説明する。

まず、電動機（20）を起動すると、ロータ（22）の回転が駆動軸（33）を介して圧縮機構（30）のピストン（40）に伝達される。そうすると、該ピストン（40）の環状ピストン本体部（43）が、ブレード（45）のブレード溝（7）に沿った往復運動に伴って、該ブレード(45)と一体的になってシリンダ（35）に対して径方向に往復運動し、かつ直線部（46）でブレード（45）の凹部（74）内を周方向（径方向に直交する方向）に往復運動する。この２つの動作の組み合わせにより、上記環状ピストン本体部（43）がシリンダ（35）の外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（36）に対して公転し、圧縮機構（30）が所定の圧縮動作を行う。

具体的に、上記圧縮機構（30）の外側シリンダ室（60）では、図７（Ｂ）の状態で低圧室（62）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（33）が図の右回りに回転して図７（Ｃ）〜図７（Ａ）の状態へ変化するのに伴って低圧室（62）の容積が増大し、冷媒が吸入管（15）及び吸入ポート（34）を通って低圧室（62）に吸入される。

上記駆動軸（33）が一回転して再び図７（Ｂ）の状態になると、上記低圧室（62）への冷媒の吸入が完了する。そして、この低圧室（62）は今度は冷媒が圧縮される高圧室（61）となり、ブレード（45）を隔てて新たな低圧室（62）が形成される。駆動軸（33）がさらに回転すると、上記低圧室（62）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（61）の容積が減少し、該高圧室（61）で冷媒が圧縮される。高圧室（61）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、該高圧室（61）の高圧冷媒によって吐出弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

一方、内側シリンダ室（65）では、図７（Ｆ）の状態で低圧室（67）の容積がほぼ最小であり、ここから駆動軸（33）が図の右回りに回転して図７（Ｇ）〜図７（Ｅ）の状態へ変化するのに伴って該低圧室（67）の容積が増大し、冷媒が、吸入管（15）、吸入ポート（34）及び貫通孔（53）を通って内側シリンダ室（65）の低圧室（67）へ吸入される。

上記駆動軸（33）が一回転して再び図７（Ｆ）の状態になると、上記低圧室（67）への冷媒の吸入が完了する。そして、この低圧室（67）は今度は冷媒が圧縮される高圧室（66）となり、ブレード（45）を隔てて新たな低圧室（67）が形成される。駆動軸（33）がさらに回転すると、上記低圧室（67）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（66）の容積が減少し、該高圧室（66）で冷媒が圧縮される。高圧室（66）の圧力が所定値となって吐出空間との差圧が設定値に達すると、該高圧室（66）の高圧冷媒によって吐出弁が開き、高圧冷媒が吐出空間からケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出する。

上記外側シリンダ室（60）では、ほぼ図７（Ｅ）のタイミングで冷媒の吐出が開始され、内側シリンダ室（65）では、ほぼ図７（Ａ）のタイミングで吐出が開始される。つまり、外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とでは、吐出のタイミングがほぼ１８０°異なっている。外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）で圧縮されてケーシング（10）内の高圧空間（S2）へ流出した高圧の冷媒は吐出管（14）から吐出され、冷媒回路で凝縮行程、膨張行程、及び蒸発行程を経た後、再び回転式圧縮機（1）に吸入される。

ここで、上記ピストン（40）とリアヘッド（50）との間の空間のうち、シールリング（70）によって区画された内側の空間内は、上記高圧空間（S2）に連通しているため高圧状態であり、該ピストン（40）は、その背面側からシリンダ（35）側に押し付けられている。

一方、上記貯留部（59）の潤滑油は、駆動軸（33）下端の遠心ポンプ作用により、該駆動軸（33）の貫通孔（25）内を上方へ押し上げられて、圧縮機構（30）の各滑り軸受（37a，50a）や、上記ピストン（40）とリアヘッド（50）との間で上記シールリング（70）よりも内周側の空間に供給される。

なお、上記背圧空間（S3）内の圧力と吸入圧力との差が大きい場合には、上記吐出弁が開状態になって、排出油路から潤滑油は吸入ポート（34）へ排出される。このように上記吸入ポート（34）へ排出された潤滑油は、冷媒とともに圧縮機構（30）内に吸入されて、シリンダ室（60,65）で圧縮された後、ケーシング（10）内の高圧空間（S2）に吐出されて、貯留部（59）に戻る。

（実施形態の効果）
したがって、本実施形態の回転式圧縮機（1）においては、外側ブレード部（72）の高さ（H3）を内側ブレード部（73）の高さ（H4）よりも低くするとともに、外側シリンダ部（38）の高さ（H5）及び外側ピストン側面（47）の高さ（H7）を内側シリンダ部（36）の高さ（H6）及び内側ピストン側面（48）の高さ（H8）よりも低くして、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）を内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低くしている。そして、外側シリンダ室（60）の容積（C1）と内側シリンダ室（65）の容積（C2）とを等しくするか、又は、外側ピストン側面（47）の外側表面積（A1）と内側ピストン側面（48）の内側表面積（A2）とを等しくすることで、外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに対応する偏心部（33b）に作用する荷重を等しくすることができる。すなわち、図８のＡ線に示すように、各シリンダ室（60,65）で冷媒が吐出される直前のトルクの差がほとんどなくなり、各シリンダ室（60,65）に対応するトルク変動のピーク値の差を小さくすることができ、振動を抑制することができる。

また、ブレード（45）は、ブレード溝（7）を摺動することによりシリンダ（35）に対して径方向に摺動する一方、シリンダ（35）に対して径方向に直交する方向の移動が規制されている。そして、ピストン（40）は、ブレード（45）の凹部（74）に直線部（46）が嵌合することにより、ブレード（45）とともにシリンダ（35）に対して径方向に摺動するようになっている。また、ピストン（40）は、凹部（74）を直線部（46）で摺動することにより、シリンダ（35）に対して径方向に直交する方向に摺動するようになっている。これにより、ピストン（40）が偏心回転運動することができる。

そして、ピストン（40）はブレード（45）に対して径方向に直交する方向に摺動するとともに、ブレード（45）とともに径方向に動くだけであり、ピストン（40）の回転方向の変位が規制されるので、このブレード（45）によってピストン（40）の自転を防止することができる。このようにブレード（45）が自転防止手段として構成されることにより、自転防止手段としてオルダム継手等の別の部材を省略することができ、コストの低減を図ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上述の実施形態は、本発明の例示であって、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）を内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低くして、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の容積（C1,C2）を等しくしたが、シリンダ室（60,65）の容積（C1,C2）を等しくすることは必須ではなく、例えば、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）を内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低くすることで、両者の容積（C1,C2）の差を小さくすることができればよい。

さらには、本発明では、外側シリンダ室（60）の高さ（H1）を内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低くする限定は不要で、外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の高さ（H1,H2）を異ならすことにより、両者の容積比を調整することができればよい。

また、上記実施形態では、環状ピストン本体部（43）の外側ピストン側面（47）の高さ（H7）を内側ピストン側面（48）の高さ（H8）よりも低くして、外側表面積（A1）及び内側表面積（A2）を等しくしたが、両表面積（A1,A2）を等しくすることは必須ではなく、両表面積（A1,A2）の差を小さくすることができればよい。

また、上記実施形態では、ピストン（40）に駆動軸（33）を連結することで、環状ピストン本体部（43）を回転させるようにしているが、この限りではなく、該環状ピストン本体部（43）を固定側の上記シリンダ(35）に設けるとともに、外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（36）を回転側の上記ピストン（40）に設けて、該外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（36）を回転させるようにしてもよい。この場合でも、上記ブレード（45）は、上記外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）との間で伸長方向及びそれに直交する方向の二方向に摺動可能に構成されているものとする。

また、上記実施形態では、本発明の流体機械として回転式圧縮機（1）について説明したが、本発明は、高圧冷媒などのガスをシリンダ室に導入し、該ガスが膨張することによって回転軸の駆動力を発生させる膨張機にも適用できるし、ポンプにも適用できる。

さらに、上記実施形態では、電動機（20）をケーシング（10）内に収納するようにしているが、この限りではなく、該ケーシング（10）の外部から圧縮機構（30）を駆動するように構成してもよい。

以上説明したように、本発明は、環状のシリンダ室において環状のピストンの内側と外側とがそれぞれ流体室になる回転式流体機械について有用である。

本発明の実施形態に係る回転式圧縮機の縦断面図である。圧縮機構を示す横断面図である。ピストンを示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。シリンダを示し、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は平面図である。ブレードを示す斜視図である。圧縮機構を示す拡大縦断面図である。圧縮機構の動作を示す横断面図である。本発明の実施形態及び従来例のトルク変動を示す特性図である。

7 ブレード溝
35 シリンダ
36 内側シリンダ部
38 外側シリンダ部
40 ピストン
45 ブレード
46 直線部
47 外側ピストン側面
48 内側ピストン側面
60 外側シリンダ室
61 高圧室
62 低圧室
65 内側シリンダ室
66 高圧室
67 低圧室
72 外側ブレード部
73 内側ブレード部
74 凹部
A1 外側表面積
A2 内側表面積
H1 外側シリンダ室の高さ
H2 内側シリンダ室の高さ
H3 外側ブレード部の高さ
H4 内側ブレード部の高さ
H5 外側シリンダ部の高さ
H6 内側シリンダ部の高さ
C1 外側シリンダ室の容積
C2 内側シリンダ室の容積

Claims

環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械であって、
上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる一方、
上記ピストン（40）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（46）を有し、
上記ブレード（45）は、上記外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）と内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）とが一体に形成されてなり、該両ブレード部（72,73）間にピストン（40）の直線部（46）に摺動可能に嵌合する凹部（74）が形成され、
上記シリンダ（35）は上記ブレード（45）を径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（7）が形成され、
上記外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）が互いに異なることを特徴とする回転式流体機械。
環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械であって、
上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる一方、
上記外側シリンダ室（60）の容積（C1）と内側シリンダ室（65）の容積（C2）とが等しいことを特徴とする回転式流体機械。
環状のシリンダ室（60,65）を有するシリンダ（35）と、上記シリンダ（35）に対して偏心してシリンダ室（60,65）に収納され、該シリンダ室（60,65）を外側シリンダ室（60）と内側シリンダ室（65）とに区画する環状ピストン（40）と、上記シリンダ室（60,65）に配置され、各シリンダ室（60,65）を高圧室（61,66）と低圧室（62,67）とに区画するブレード（45）とを備え、上記シリンダ（35）とピストン（40）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械であって、
上記外側シリンダ室（60）及び内側シリンダ室（65）の回転軸心方向に沿った高さ（H1,H2）が互いに異なる一方、
上記外側シリンダ室（60）を構成するピストン（40）の外側ピストン側面（47）の外側表面積（A1）と、上記内側シリンダ室（65）を構成するピストン（40）の内側ピストン側面（48）の内側表面積（A2）とが等しいことを特徴とする回転式流体機械。
請求項２又は３の回転式流体機械において、
上記ピストン（40）は、周方向の一部に他の部分と連続する直線部（46）を有し、
上記ブレード（45）は、上記外側シリンダ室（60）を区画する外側ブレード部（72）と内側シリンダ室（65）を区画する内側ブレード部（73）とが一体に形成されてなり、該両ブレード部（72,73）間にピストン（40）の直線部（46）に摺動可能に嵌合する凹部（74）が形成され、
上記シリンダ（35）は上記ブレード（45）を径方向に摺動可能に嵌合するブレード溝（7）が形成され、
上記外側ブレード部（72）及び内側ブレード部（73）の高さ（H3,H4）が互いに異なることを特徴とする回転式流体機械。
請求項１から３のいずれか１つの回転式流体機械において、
上記シリンダ（35）は、同心状に配置された外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）とを備え、該外側シリンダ部（38）と内側シリンダ部（36）との間に各シリンダ室（60,65）が形成されており、
上記外側シリンダ部（38）及び内側シリンダ部（36）の高さ（H5,H6）が互いに異なることを特徴とする回転式流体機械。
請求項１から３のいずれか１つの回転式流体機械において、
請求項１の回転式流体機械において、
上記外側シリンダ室（60）の高さ（H1）は内側シリンダ室（65）の高さ（H2）よりも低いことを特徴とする回転式流体機械。
請求項１の回転式流体機械において、
上記シリンダ（35）又はピストン（40）のいずれか一方が偏心回転するように構成されていて、
上記ブレード（45）は、上記偏心回転する部材の自転を防止するための自転防止手段を構成していることを特徴とする回転式流体機械。