JPH02176187A

JPH02176187A - 流体圧縮機

Info

Publication number: JPH02176187A
Application number: JP63333584A
Authority: JP
Inventors: Toshikatsu Iida; 飯田　敏勝; Yoshikuni Sone; 曽根　良訓
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1990-07-09
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: EP0376049A3; EP0376049A2; CN1018374B; DE68902913D1; JP2825248B2; DE68902913T2; CN1045162A; KR900010233A; US5028222A; EP0376049B1; KR930004662B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の１］的］（産業上の利用分野）本発明は１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、ロークリ方式等
、各種のものが知られている。しかし。

これらの圧縮機においては１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１部品点数も多い。さらに、このような従
来の圧縮機では圧縮効率を高めるために、吐出側に逆止
弁を設ける必要があるが、この逆止弁の両サイドの圧力
差は非常に大きいため、逆止弁からガスがリークし易く
圧縮効率か低い。そして、このような問題を解消するた
めには各部品の寸法精度や組立精度を高める必要がある
が、その場合には製造コストが高くなる。

また、米国特許第２，４０１，１８９号明細書。

及び、同じく米国特許第２．５２７，５３６号明細書に
は２円柱状のロータの両端部を吸込側と吐出側とに設定
したスクリューポンプが開示されている。このうち米国
特許第２．４０１，１８９号明細書に示されているもの
では、吐出背圧を吸込側の軸後方にかけてスラスト力の
発生を防止している。しかし、このタイプのものでは背
圧部と吸込圧部との間のシール部が必要になる。

一方、米国特許第２，５２７，５３６号明細書に示され
ているものでは、２つのロータを対向させて配置するこ
とによりスラスト力を平衡させている。しかし、このタ
イプのものでは部品数が多く構造が複雑になる。

（発明が解決しようとする課題）上述のように従来の流体圧縮機では、その構造が複雑で
あり２部品点数が人だった。さらに。

高圧側と低圧側との境界に設けられた逆止弁からガスが
リークすることがあり、圧縮効率が低か−）だ。また、
米国特許第２，４０１，１．８９号明細書や同じく米国
特許第２，５２７，５３６号明細書に開示されているよ
うな、螺旋状のブレードを巻装した回転体をスリーブに
中に配置したタイプのものでは、スラスト力の発生を防
止するために部品数が大となったり構造が複雑になった
りする不具合があった。

本発明の目的とするところは、比較釣部ｉ１ｉな構成に
よりシール性を向上させて効率の良い圧縮ができるとと
もに部品の製造および組立が容易な流体圧縮機を提供す
ることにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段及び作用）上記１・）的を
達成するために本発明は、吸込端側と吐出端側とをＨす
るシリンダと、このシリンダの吸込端側と吐出端側とを
それぞれ回転自在に支持し、シリンダの上記両端部を閉
塞する２つの軸受部材と、このシリンダ内にシリンダの
軸方向に沿うとともに偏心して配置され、上記両軸受部
材にその両端部を差込んで支持され、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
に回転１−ＩＪ能であり、その両端部の各断面積の和が
上記シリンダの内径断面積とほぼ一致するよう設定され
た円柱状の回転体と、上記両軸受部材の内部に形成され
上記回転体の吸込側端面および吐出側端面とによりそれ
ぞれ仕切られてなる２つの軸受内閉空間と、吸込側の上
記軸受内閉空間に吐出圧まで高まった被圧縮流体を導く
吐出圧導入手段と、吐出側の上記軸受内閉空間に吸込圧
の被圧縮流体を導く吸込圧導入手段と、この回転体の外
周に設けられ、上記シリンダの吸込端側から吐出端側へ
徐々に小さくなるピッチで形成された螺旋状の溝と、こ
の溝に上記回転体の略径方向に出入自在に嵌め込まれる
とともに、上記シリンダの内周面に密着する外周面を１
４シ、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
。

上記シリンダと上記回転体とを相対的に回転させ。

シリンダの吸込端側から上記作動室に流入した流体をシ
リンダの吐出側の作動室へ順次移送する駆動ｆ・段とを
具備したことにある。

こうすることによって本発明は、簡単な構成によりシー
ル性を向上させて効率の良い圧縮ができるようにすると
ともに部品の製造および組立を容易にし、さらに１回転
体に加わるスラスト力をｉ１尺衡させることができるよ
うにしたことにある。

基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

そして、第１図は冷凍サイクルに使用する冷媒ガス用の
密閉型圧縮機１を示している。この圧縮機１は密閉ケー
ス２と、この密閉ケース２の中に配設された駆動手段と
しての電動要素３および圧縮要素４とを備えている。上
記電動要素３は、密閉ケース２の内面に固定されたほぼ
環状の固定子５と、この固定子５の内側に設けられた環
状の回転子６とを白゛している。

また、上記圧縮要素４は円筒状のシリンダ７をＨしてお
り、このシリンダ７の外周面には上記回転Ｔ−６が同軸
的に固定されている。そして、シリンダ７の両端は密閉
ケース２の内面に固定された軸受８，９により回転自在
に支持されており、この軸受８，９によってシリンダ７
の両端は気密的に閉塞されている。そして、シリンダ７
の一端側には、シリンダ７の厚さ方向に形成され、シリ
ンダ７の外側と内側とを連通させる吐出孔１０が設けら
れている。

さらに、上記シリンダ７の中には、シリンダ７の内径よ
りも小さな外径の円柱形状の２回転体としてのロータ１
１が、シリンダ７の軸方向に沿って配設されている。こ
のロータ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だけ偏心して配置されており、ロータ１
１の外周面の一部はシリンダ７の内周面に接触している
。

さらに、ロータ１１はその両端部に、ロータ１１の外径
よりも細径に加工された軸受摺動部１２．１３を有して
いる。そして、ロータ１１はこの軸受摺動部１２．１３
を、上記軸受８，９に軸方向に沿って設けられた支持孔
１４．１５に差込んでいる。そして、ロータ１１は上記
軸受８゜９により回転自在に支持されている。さらに１
両軸受摺動部１２．１３の基端部の周囲に位置するロー
タ端面１１ａ、１１．ｂはそれぞれ対向する軸受８，９
の端面と離間している。

また、上記両軸受摺動部１２．１３は、それぞれ略一定
な径の円柱状に成形されている。そして。

両軸受摺動部１２．１３は第５図中に示すように。

その各所１１ｉｆａＡｓ、　Ａｄの和がシリンダ７の内
径断面積ＡＣとほぼ等しくなるよう設定されている。つ
まり、シリンダ７の内径断面積Ａｃと吸込側軸受摺動部
１２の断面積Ａｓおよび吐出側軸受摺動部１３の断面積
Ａｄとの間には。

Ａｃ−＾Ｓ＋＾ｄの関係が成立している。

また、上記軸受摺動部１２．１３の各端面１６゜１７は
上記支持孔１４．１５の中間部に達している。そして、
軸受８，９の内部には、上記各端面１６．１７と密閉ケ
ース２の内壁面とに仕切られた圧力導入用の軸受内閉空
間１８．１９が形成されている。そして、吸込側の閉空
間１８は、吸込側軸受８に径方向に設けられた吐出圧導
入通路２０を介して密閉ケース２の内部空間と連通して
いる。

さらに、上記ロータ１１の一端部の外周には。

第４図中に示すように係合溝２１が形成されており、こ
の係合溝２１には、シリンダ７の内周面から突出した駆
動ビン２２がシリンダ７の径方向に沿って進退自在に挿
入されている。したがって。

電動要素３に通電してシリンダ７が回転子６と一体に回
転駆動されると、シリンダ７の回転力は上記駆動ピン２
２を介してロータ１１に伝達される。

そして、ロータ１１はシリンダ７の中で、その−部がシ
リンダ７の内面に接触した状態で内転する。

また、ロータ１１の内部には吸込圧導入通路２３が設け
られている。この吸込圧導入通路２２はロータ１１の軸
心Ａとほぼ平行に形成されており、その一端は吐出側軸
受摺動部１３の端面１７に開口している。そして、この
吸込圧導入通路２３の他端側は吸込側軸受摺動部１２の
近傍の部位でロータ１１の径方向に延びており、ａ−タ
１１の外周面に開口している。

また、上記ロータ１１の外周面には第２図に示すように
、ロータ１１の両端間を延びる螺旋状の溝２４が形成さ
れている。そして、この螺旋状の溝２４のピッチは１両
図中の右側から左側、つまり、シリンダ７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。

さらに、上記溝２４には、第３図に示す螺旋状のブレー
ド２５が嵌め込まれている。このブレード２５の厚さｔ
は上記螺旋状の溝２４の幅とほぼ一致しており、ブレー
ド２５の各部分は溝２４Ｃ；対してロータ１１の径方向
に沿って進退自在になっている。また、ブレード２５の
外周面はシリンダ７の内周面に密着した状態でシリンダ
７の内周面上をスライドする。そして、このブレード２
５は例えばテフロン（登録商標）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ねじ込むことによ
り上記螺旋状の溝２４に装着されている。

そして、シリンダ７の内周而とロータ１１の外周面との
間の空間は、上記ブレード２５によって複数の作動室２
６・・・に仕切られている。つまり。

各作動室２６はブレード２５の隣合う２つの巻き間に形
成されており、ブレード２５に沿ってロータ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ほ
ぼ三日月状をなしている。そして作動室２６・・・の容
積は、シリンダ７の吸込側から吐出側に行くに従って徐
々に小さくなっている。

また、第１図中に示すように、シリンダ７の吸込側に位
置する軸受８にはシリンダ７の軸方向に延びる吸込孔２
７が貫通している。そして、この吸込孔２７の一端はシ
リンダ７の中に開口しており、他端には冷凍サイクルの
吸込チューブ２８が接続されている。

ここで、第１図中に２９で示すのは密閉ケース２の内部
と外部とを連通させる吐出チューブである。

次に２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、電動要素３に通電されると回転子６が回転し、こ
の回転子６と一体にシリンダ７も回転する。そして、こ
れと同時に、ロータ１１はその外周面の一部がシリンダ
７の内周而に接触した状態で回転駆動される。このよう
な、ロータ１１とシリンダ７との相対的な回転運動は、
上記駆動ビン２２と係合溝２１とからなる規制手段によ
って確保される。そして、ブレード２５もロータ１１と
一体的に回転する。

さらに、ブレード２５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ため、ブレード２５の各部
は、ロータ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上記溝２４に押込まれ、また、接触
部から離れるに従って上記溝２４から飛出す方向に移動
する。一方。

圧縮要素４が作動されると、吸込チューブ２８および吸
込孔２７を通して上記作動室１６・・・のうち吸込室３
０に、冷媒ガス（図示しない）が吸込まれる。そして、
吸込まれた冷媒ガスは、第４図（ａ）〜（ｄ）に示すよ
うに、ブレード２５の巻き間の三Ｆ１月状の作動室２６
に閉込められた状態で、ロータ１１の回転に伴って吐出
側の作動室２６に順次移送される。そして、移送されて
圧縮され吐出室３１に達した冷媒ガスは、吐出室３１に
開口する前記吐出孔１０から密閉ケース２の空間内に吐
出され、さらに、吐出チューブ２９を通して冷凍サイク
ル中に戻される。

また、上記吸込室３０に吸込まれた冷媒ガスの一部は、
吸込室３０に開口した吸込圧導入通路２３を通って、吐
出側軸受９の内部に形成された閉空間１９に流入する。

そして、第５図中に示すように、この冷媒ガスの圧力値
Ｐｓによるスラスト力が上記吐出側軸受摺動部１３の端
面１７に加イつる。そして、このスラスト力は吐出側か
ら吸込側の方向に働いている。

さらに、シリンダ７から密閉ケース２の中に吐出された
冷媒ガスの一部は、吸込側軸受８に設けられた吐出圧導
入通路２３を通って閉空間１８に流入する。そして、第
５図中に示すように、吸込側軸受８の閉空間１８に流入
した冷媒ガスの圧力値Ｐｄによるスラスト力が上記吐出
側軸受摺動部１３の端面１７に加わる。そして、このス
ラスト力は吸込側から吐出側の方向に働いている。

また、上記ブレード２４の、吸込室３０を仕切る部分の
吸込側面にはガスの吸込圧Ｐｓによるスラスト力が加わ
っている。さらに、ロータ１１の吸込側端面１１ａにも
、ガスの吸込圧Ｐｓによるスラスト力が加わっている。

そして、これらのスラスト力は吸込側から吐出側の方向
に働いている。

また、上記ブレード２４の、吐出室３１を仕切る部分の
吐出側面にはガスの吸込圧Ｐｄによるスラスト力が加わ
っている。さらに、ロータ１１の吐出側端面１１ｂにも
、ガスの吸込圧Ｐｄによるスラスト力が加わっている。

そして、これらのスラスト力は吐出側から吸込側の方向
に働いている。

以上のように構成された圧縮機によれば、ロータ１１に
形成された螺旋状の溝２４はシリンダ７の吸込側から吐
出側に向かって徐々にピッチが小さくなるように形成さ
れている。つまり、ブレード２５によって仕切られた作
動室２６・・・は、吐出側に向かって徐々に容積が小さ
くなるように形成されている。したがって、冷媒ガスを
シリンダ７の吸込側から吐出側に移送する間に、この冷
媒ガスを圧縮することができる。また、冷媒ガスは作動
室２６内に閉込められた状態で移送かつ圧縮されるため
、圧縮機の吐出側に吐出弁を設けない場合でも、ガスを
効率良く圧縮できる。

さらに、吐出弁を省略できることから、圧縮機の構成の
簡略化および部品点数の削減を図ることができる。また
、電動要素３の回転子６は圧縮要素４のシリンダ７によ
って支持されていることから２回転子６を支持するため
の専用の回転軸や軸受等を設ける必要がない。したがっ
て、圧縮機の構成をより一層簡略化することができ１部
品点数の削減が可能になる。

また、軸受摺動部１２．１３の各断面積Ａｓ、　Ａｄの
和がシリンダ７の内径断面積Ａｅに等しくなるよう各部
の寸法を設定しているので、ロータ１１に対して吸込側
から働くスラスト力と吐出側から働くスラスト力とを平
衡させることができる。

すなわち、ロータ１１に吸込側および吐出側から働く力
はそれぞれ次式。

ＰｓＸ　（Ａｃ　−Ａｓ）　＋　ＰｄＸ＾Ｓ　　　　−
■ＰｄＸ　（Ａｃ−Ａｄ）　＋　ＰｓＸ　Ａｄ　　　　
　−■で表わずことができる。

そして、０式と０式とを等号で結ぶと。

ＰｓＡｃ　−ＰｓＡｓ＋　ＰｄＡｓ　−ＰｄＡｃ　−Ｐ
ｄＡｄ＋　ＰｓＡｄ（Ｐｄ−Ｐｓ）　Ｘ　（Ａｃ−Ａｓ
−Ａｄ）−〇となる。

つまり、シリンダ７の内径断面積ＡＣと吸込側軸受摺動
部１２の断面積＾Ｓおよび吐出側軸受摺動部１３の断面
積＾ｄの関係を、ＡＣ−＾Ｓ＋＾ｄとすることで、吸込
圧Ｐｓおよび吐出圧Ｐｄにかかわらず常に吸込側および
吐出側からのスラスト力を平衡させることができる。し
たがって、スラスト軸受等の部品を設ける必要がない。

なお、シリンダ７の内径断面積ＡＣと吸込側軸受ＪＦ！
動部１２の断面積＾Ｓおよび吐出側軸受摺動部】３の断
面積＾ｄとの間に＊　Ａｅ−Ａｓ十＾ｄの関係が完全に
は成立しない場合でも、スラスト力の不均衡を低減する
ことが可能である。

また、シリンダ７とロータ１１とは、互いに同一方向に
回転した状態で互いに接触している。このため、これら
の部材間の摩擦は小さく、それぞれが円滑に回転できる
ので、振動や騒音が少ない。

また、圧縮機の移送容量は、ブレード２５の最初のピッ
チ、つまり、シリンダ７の吸込端側に位置した吸込室３
０の容量によって決定される。本実施例によれば、ブレ
ード２５のピッチはシリンダ７の吸込側から吐出側に向
かって徐々に小さくなっている。そのため０本実施例と
同一の巻数を有し、かつ、ロータ１１の全長に亘って同
一のピッチを有するものに比べて２本実施例によれば上
記ブレード２５の最初のピッチを大きくとることができ
、圧縮機の移送容量を大きくとることができる。言替え
れば、効率の高い圧縮機を実現することができる。

なお、移送容量は低下するが、ブレード２５の巻数を増
加する程、隣合う作動室間の圧力差が減少し１作動室相
互間のガスリーク量が低減して圧縮効率が向上する。

また１本発明の圧縮機は、冷凍サイクルを構成するもの
に限らず、他の用途の圧縮機にも適用することができる
。さらに１本発明は密閉ケース内が吸込圧に等しい、い
わゆるケース低圧型圧縮機にも適用可能である。また２
本発明は密閉ケース式のもの以外に、一般開放式のもの
にも適用できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明は、その外周に−端側から他
端側へ徐々にピッチが変化する螺旋状ンダにに偏心させ
て配置し、上記ブレードによって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し、シ
リンダと回転体とを相対的に回転させ、シリンダの吸込
端側から上記作動室に流入した被圧縮流体をシリンダの
吐出側の作動室へ順次移送しながら圧縮するようにした
。さらに、シリンダおよび回転体の両端部を支持する２
つの軸受部材に２回転体の端面によって仕切られる軸受
内閉空間をそれぞれ形成し、吸込側の軸受内閉空間に吐
出圧まで高まった被圧縮流体を導き、また、吐出側の軸
受内閉空間に吸込圧の被圧縮流体を導いたものである。

したがって本発明は、簡単な構成によりシール性を向上
し効率良く圧縮できるとともに１部品の製造および組立
が容品になる。さらに、運転中に生じるスラスト力を２
部品数を増大させることなく平衡させることができると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示すもので、第１
図は流体圧縮機の全体を示す縦断側面図、第２図はロー
タの側面図、第３図はブレードの側面図、第４図および
第６図は圧縮要素を一部破断して示す側面図、第５図（
ａ）〜第５図（ｄ）は冷媒ガスの圧縮過程をそれぞれ示
す一部縦断した側面図である。３・・・電動要素（駆動手段）、７・・・シリンダ。１０・・・ロータ（Ｉｉ２１転体）、１２．１３・・・
軸受摺動部（回転体の端部）、１６．１７・・・回転体
の端面。１８．１９・・・軸受内閉空間、２０・・・吐出圧導入
通路（吐出圧導入手段）、２３・・・吸込圧導入通路（
吸込圧導入手段）、２４・・・螺旋状の溝、２５・・・
ブレード、２６・・・作動室。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

吸込端側と吐出端側とを有するシリンダと、このシリン
ダの吸込端側と吐出端側とをそれぞれ回転自在に支持し
、シリンダの上記両端部を閉塞する２つの軸受部材と、
このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿うとともに偏心
して配置され、上記一軸受部材にその両端部を差込んで
支持され、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回転可能であり、その両
端部の各断面積の和が上記シリンダの内径断面積とほぼ
一致するよう設定された円柱状の回転体と、上記両軸受
部材の内部に形成され上記回転体の吸込側端面および吐
出側端面とによりそれぞれ仕切られてなる２つの軸受内
閉空間と、吸込側の上記軸受内閉空間に吐出圧まで高ま
った被圧縮流体を導く吐出圧導入手段と、吐出側の上記
軸受内閉空間に吸込圧の被圧縮流体を導く吸込圧導入手
段と、この回転体の外周に設けられ、上記シリンダの吸
込端側から吐出端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、この溝に上記回転体の略径方向に出
入自在に嵌め込まれるとともに、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、上記シリンダと上記回転体とを相
対的に回転させ、シリンダの吸込端側から上記作動室に
流入した流体をシリンダの吐出側の作動室へ順次移送す
る駆動手段とを具備してなることを特徴とする流体圧縮
機。