JPH03117694A - 多段圧縮式コンプレッサー - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （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などの被圧
縮媒体を圧縮するコンプレッサーに係り、特にヘリカル
プレート式の多段圧縮式コンプレッサーに関する。

（従来の技術） 空気調和装置、冷蔵庫などの冷凍サイクルに用いられる
コンプレッサーには、一般に往復動式のピストンを用い
たレシプロ式、円板状のピストンをシリンクー内におい
て偏心回転させるロータリ式などが使用されている。

しかし、こうした方式のコンプレッサーは、いずれも回
転力を圧縮に伝達するクランクシャフトなどの駆動系や
、圧縮機部の構造が複雑であり、また部品点数も多い難
点をもつ。

そこで、近時、ヘリカルプレート式と称されるコンプレ
ッサーが提案されている。これは、第４図に示されるよ
うに一端側を吸込側とし、他端側を吐出側とした円筒状
のシリンダー１と、外周面に螺旋状のプレート２が設け
られた円柱状のピストン′３とを組合わせて、圧縮機部
４を構成したものである。

具体的には、ピストン３は、外周面の全体に吸込側から
吐出側にいくにしたがってピッチが小さくなる螺旋状の
溝５が設けられ、この溝５にシリンダー１の内径に応じ
た外径をもつ螺旋状のプレート２が出入り自在に嵌挿し
である。このピストン３をシリンダー１内に挿通して、
プレート２がシリンダー１の内周面と接するように配置
するとともに、一部外周面がシリンダー１の内周面と接
するようにピストン全体をシリンダー１の軸心から偏心
した位置に配置する。そして、軸受６．７でシリンダー
１の両端部を軸心を中心として回動自在に支持する。ま
たピストン３の両端を同じ軸受６，７を用いて回転自在
に支持して、ピストン３をシリンダー１に対して旋回運
動（偏心回転運動）できるようにする。そして、さらに
ピストン３とシリンダー１との間に、図示はしないがピ
ストン３をシリンダー１の回転と同期的に自転させるオ
ルダム継手を設けている。

こうしたヘリカルプレート式のコンプレッサーは、シリ
ンダー１に回転駆動力を与えると、シリンダー１は軸心
として正回転する。またピストン３は、オルダム継手か
ら伝達される回転力によって、シリンダー１の内周面に
接触した状悪を維持しながら、シリンダー１の軸心の回
りを旋回するとともに、シリンダー１の回転と同期しな
がら自転運動していく。すると、プレート２によって仕
切られたシリンダー１内の三日月状の動作室８の容積が
連続的に縮小方向に変化していく。これにより、吸込側
の軸受６に設けた吸込路９から、シリンダー１の吸込側
に冷媒ガスが吸込まれていく。

そして、シリンダー１の吐出側に移る間でこの冷媒ガス
が圧縮され、圧縮後、吐出側に設けた軸受７の吐出路１
０から冷媒ガスが吐出されていく。

（発明が解決しようとする課題） ところで、冷凍サイクルに用いられるコンプレッサーは
、高圧縮比の運転が要求されることが多く、ヘリカルプ
レート式のコンプレッサーでも、高圧縮比の運転が要求
される。

ヘリカルプレート式のコンプレッサーで圧縮比を高くす
るには、螺旋状の溝５のピッチを圧縮比にしたがって大
きく変化させ、この溝５内にブレビ２を嵌挿する必要が
ある。

ところが、かなり大きく変化した溝５内にプレート２を
嵌挿するので、プレート２に大きな変形歪が生じてしま
う難点がある。

すなわち、ヘリカルプレート式のコンプレッサーのプレ
ート２では、要求される性能、すなわち耐冷媒性、耐熱
性、さらには曲げ弾性が低い（溝１５にプレート２を容
易に嵌込むために必要）等を満たすために、四フッ化エ
チレンを用いたプレートが用いられる。

具体的には、四フッ化エチレン樹脂の粉末の圧縮成形お
よび焼成から円筒状母材を成形し、この円筒状部材を切
削して、所定の←か等ピッチのプレート２を加工する。

そして、このプレート２をピストン１の外周状の変ピツ
チの溝５に嵌合することが行われている。つまり、ピッ
チの大きい部分に対応したプレート部分は伸ばされて、
溝５に嵌合されることになる。

このため、上記のようにピッチを大きく変化させた溝５
になると、かなり大きな歪がプレート２に生じていく。

それ故、圧縮比を高くすると、ヘリカルプレート式のコ
ンプレッサーは、摺動抵抗が増大し、効率的な圧縮運転
ができなくなってしまう問題がある。しかも、伸ばされ
て溝５に嵌合されたプレート部分は、シリンダー１とピ
ストン３とが密否する側では溝５に押込まれて矯正され
、シリンダー１とピストン３とが離れる動作室側では溝
５から飛び出して弾性回復するので、プレート５の突出
と押込みとの繰返しによる磨耗により、プレート５が損
傷しやすくなる問題もあり、簡単には圧縮比を高めるこ
とはできない不都合があった。

この発明はこのような事情に着目してなされたもので、
その目的とするところは、プレートの変形歪を抑制しつ
つ、高い圧縮比で圧縮運転ができるようにしたコンプレ
ッサー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） 上記目的を達成するために、この発明のコンプレサーに
よると、一端側に吸込側を有し他端側に吐出側を有した
筒状のシリンダーを設け、このシリンダー内に一部外周
面がシリンダーの内周面と接するように偏心した状態で
円柱状のピストンを挿通する。そして、このピストンの
外周面に該ピストンの軸方向に沿って複数、それぞれ前
記吸込側から吐出側にいくにしたがって小さくなるピッ
チで形成された螺旋状の溝部を設け、これら各溝部にそ
れぞれ出入り自在でかつ前記シリンダーの内周面と接す
るように螺旋状のプレートを嵌挿する。さらに隣合うプ
レート間に前記吸込側のプレートで圧縮された流体を貯
えて前記吐出側のプレートに導くガス溜め部を形成し、
かつ前記ピストンおよびシリンダーの端部を一方は軸心
を中心として回動自在に支持し、他方はそれとは相対的
に旋回可能に支持する支持手段および前記軸心を中心と
して回転する一方の側の回転にしたがって前記他方の側
を自転運動させる手段を設けた。

（作　用） この発明のコンプレッサーによると、動力入力側となる
シリンダーあるいはピストンが動力を受けて回転すると
、その回転にしたがって従動側のピストンあるいはシリ
ンダーが相対的に旋回動していく。

これにより、まず、被圧縮媒体が吸込側のプレートによ
って仕切られたシリンダー内の容積変化で圧縮されてい
く。続いて、この圧縮された被圧縮媒体がガス溜め部を
経て、次段の吐出側のプレートによって仕切られたシリ
ンダー内に吸込まれていく。そして、このシリンダー内
の容積変化で、圧縮された被圧縮媒体が圧縮されていく
。

しかして、所定の高い圧縮比は多段的な圧縮工程の総合
で得られることになり、圧縮工程を複数設階に分ける分
、個々のプレートのピッチの変化量は少なくてすむよう
になる。

したがって、少ないプレートの変形歪で高圧縮比の圧縮
運転を行うことができ、その分、効率的で、かつ信頼性
の高い圧縮運転を行うことができるようになる。

（実施例） 以下、この発明を第１図ないし第３図に示す一実施例に
もとづいて説明する。第１図はこの発明を適用したヘリ
カルプレート式のコンプレッサーを示し、２０は密閉ケ
ースである。この密閉ケース２０内には、ケース２０の
内壁面に固定したステータ２１及び該ステータ２１の内
側に配置されたロータ２２から構成されるモータ部２３
と、このモータ部２３によって駆動される圧縮機部２４
とが内蔵されている。

圧縮機部２４は、筒状のシリンダー２５と、このシリン
ダー２５内に偏心して挿通されたシリンダー２５の内径
より外径が小さな円柱状のピストン２６、及び密閉ケー
ス２０の内壁面に対向して設置された一対の軸受２７，
２８（支持手段）を主体として構成されている。

軸受２７．２８は筒状部２９を有していて、その各筒状
部２９．２９の外周面にシリンダー２５の両端が回転自
在に嵌合されている。そして、シリンダー２５の中間部
には上記ロータ２２が固定され、モータ部２３の作動に
したがってシリンダー２５が軸心を中心として回転する
ようになっている。

またピストン２６の両端に形成された支持軸部３０は、
軸受２７，２８の筒状部２９の内側に形成された各筒状
の嵌挿部３１に回転自在に嵌挿されている。そして、こ
のピストン２６の中心軸Ｂは、シリンダー２５の中心軸
Ａに対し、下側にｒｅＪだけずれている。そして、この
ずれ量ｅによって、ピストン２６の一部外周面をシリン
ダー２５の内周面に接するようにしている。

一方、ピストン２６の軸受２７側の端部にはオルダム継
手３２が設けられている。オルダム継手３２は、例えば
軸受２７側の端部部分に断面正方形状の角柱部３３に設
け、この角柱部３３に、中央に矩形状の長孔が穿設され
たオルダムリング３４を長手方向に沿ってスライド自在
に嵌挿する。

そして、オルダムリング３４の外周面上、オルダムリン
グ３４の長孔の長手方向と直角な径方向にスライド自在
に植設された一対のピン３５．３５の端部をシリンダー
２５の周壁の嵌合孔（図示しない）に嵌合固定した構造
となっている。そして、このオルダム継手３２により、
シリンダー２５がモータ部２３によって回転されると、
ピストン２６はシリンダー２５の内面に転接して相対的
に旋回運動するようになっている。なお、シリンダー２
５とピストン２６の回転数は一致する。

またピストン２６の外周面の両側には、第２図にも示さ
れるように２つの螺旋状溝３６ａ。

３６ｂが軸方向に並んで設けられている。螺旋状溝３６
ａ、３６ｂは、いずれも吸込側（図において左側）から
吐出側（図において右側）にいくにしたがってピッチが
小さくなる溝で形成されている。詳しくは、吸込側に配
置された螺旋状溝３６ａはピストン２６の長手方向端部
（吸込側の端）から中央部に向かって徐々にピッチが減
少する溝で形成され、また吐出側に配置された螺旋状溝
３６ｂはピストン２６の長手方向中央部からもう一方の
端部に向かって徐々にピッチが減少する溝で形成されて
いる。

そして、これら螺旋状溝３６ａ、３６ｂ内には、それぞ
れ螺旋状のプレート３７ａ、３７ｂが出入り自在に嵌挿
されている。またプレート３７ａ。

３７ｂの各外周端はシリンダー２５の内周面に密若しな
がら転接している。これによって、各プレート３７ａ、
３７ｂは、ピストン２６と共に回転しながらピストン２
６の旋回運動に追従し、螺旋状溝３６ａ、３６ｂ内を摺
接しながら上下に出入りするようになっている。そして
、各プレート３７ａ、３７ｂにて、それぞれシリンダー
２５とピストン２６との間に形成された動作室３８を仕
切っている。これにより、両側の動作室部分の容積は、
いずれもシリンダー２５の吸込側から吐出側にいくにし
たがって徐々に小さくなる。

また第２図に示されるように吸込側の螺旋状溝３６ａの
一番中央寄りのピッチＸと、吐出側の螺旋状溝３６ｂの
一番中央寄りのピッチＹは略等しくなっていて、同部分
に嵌挿されたプレート部分で形成される動作室部分の容
積を略等しくしている。つまり、吸込側のプレート３７
ａ側がら吐出される冷媒ガスの容積と、吐出側のプレー
ト３７ｂ側に吸込まれる冷媒ガスの容積とを略同じにし
ている。なお、第１図中、Ｓ、ＴはピッチＸ。

Ｙの溝部分に嵌挿されたプレート部分のピッチを示す。

またピストン２６の螺旋状溝３６ａと一螺旋状溝３６ｂ
との間の外周部分には、環状の凹部３９が形成されてい
る。そして、この四部３９で形成される空間容置を用い
て、隣合うプレート３７ａ。

３７ｂの間、すなわち隣合う吐出側と吸込側との間に、
上記吐出側のプレート３７ｂがら吸込まれる冷媒ガス量
よりも、多くの量のガス量を貯えることができる容積の
ガス溜め空間４０（ガス溜め部）を構成している。この
ガス溜め空間４０により、吸込側のプレート３７ａから
吐出された冷媒ガスを一時貯えてから、吐出側のプレー
ト３７ｂに吸込まれるようにしている。−−ｉ命戸、こ
の冷媒ガスの一時貯えによって、脈動を減衰させるよう
にしている。

こうした構造にて、シリンダー２５の吸込側の部分に低
段側圧縮部４１を構成し、吐出側の部分に上記低段側圧
縮部４１と直列に連通ずる高段側圧縮機部４２を構成し
ている。つまり、低段側圧縮部４１で圧縮し、さらに圧
縮したガスを続いて高段側圧縮部４２で圧縮できるよう
になっている。

他方、吸込側の軸受２７内に吸込路４３が設けられてい
る。この吸込路４３の一端部は、軸受２７に接続された
吸込パイプ４４に連通している。

なお、吸込バイブ４４は冷凍サイクル回路（図示しない
）につながっている。また吸込路４３の他端部は、オル
ダムリング３４を介して低段側圧縮部４１の吸込端に連
通していて、冷媒ガスを低段側圧縮部４１に導くことが
できるようになってぃる。

また吐出側の軸受２８内には吐出路４５が設けられてい
る。吐出路４５の一端部は高段側圧縮部４２の吐出端に
連通している。また吐出路４５の他端部は軸受２８に設
けた吐出ポート４６を介して密閉ケース９内に開口して
いて、低段側圧縮部４１、後段側圧縮部４２で多段圧縮
された冷媒ガスを密閉ケース２０内に吐出させるように
している。密閉ケース２０には冷凍サイクル回路につな
がる吐出バイブ４７が接続されていて、密閉ケース２０
内に吐出された冷媒ガスを外部に吐出できるようにして
いる。

つぎに、このように構成されたコンプレッサーの作用に
ついて説明する。

図示しない操作部を操作して、モータ部２３に通電する
。すると、モータ部２３が励磁され、ロータ２２が回転
していく。さらにこのロータ２２と共にシリンダー２５
も回転していく。これにより、ピストン２６は外周面の
一部がシリンダー２５の内周面に接触した状態で、シリ
ンダー２５の中心軸Ａの回りを旋回しながら回転してい
く。

なお、このようなピストン２６とシリンダー２５との相
対的な回転運動は、オルダムリング３４によって確保さ
れる。

一方、ピストン２６と共に回転する低段側圧縮部４１．
高段側圧縮部４２の各プレート３７ａ３７ｂは、外周面
がシリンダー２５の内周面に接触した状態で回転してい
く。プレート３７ａ。

３７ｂの各部は、ピストン２６の外周面とシリンダー２
５の内周面との接触部に近付くにしたがって螺旋状溝３
６ａ、３５ｂに押込まれ、接触部から離れるにしたがっ
て上記螺旋状溝３６ａ。

３６ｂから出ていく。

これにより、吸込パイプ４４および吸込路４３を通して
シリンダー２５内に吸込まれた冷媒ガスは、まず、低段
側圧縮部４１で圧縮されていく。

つまり、第３図（ａ）〜（ｄ）に示されるように吸込み
ガスは、プレート３７ａで仕切られた三日月状の動作掌
部分に閉込まれた状態で、ピストン２６の回転に伴って
吐出側の動作掌部分へ順次移送されていき、動作掌部分
の連続的な縮小方向の容積変化にて、ある圧縮比まで圧
縮されていく。

ついで、この圧縮された冷媒ガスはガス溜め空間４０に
吐出され、同空間４０に一時貯えられていく。このガス
溜め空間４０にて、吐出冷媒ガスの脈動が減衰されてい
く。

そして、このガス溜め空間４０を経た、−次圧縮された
冷媒ガスが、続いて次段の高段側圧縮部４２の吸込端に
吸込まれ、圧縮されていく。つまり、冷媒ガスは、先の
低段側圧縮部４１と同様、第゛３図（ａ）〜（ｄ）に示
されるようにプレート３７ｂで仕切られた三日月状の動
作掌部分に閉込まれた状態で、ピストン２６の回転に伴
って吐出側の動作掌部分へ順次移送されていき、動作掌
部分の連続的な縮小方向の容積変化にて圧縮されてい　
く　。

こうした２段圧縮により、シリンダ一端から吸込まれた
冷媒ガスは、所定の高い圧縮比まで、圧縮されていくこ
とになる。

そして、この２段圧縮を終えた冷媒ガスが、高段側圧縮
部４２の吐出端から吐出し、ついで吐出路４５．吐出ボ
ート４６．密閉ケース２０内および吐出バイブ４７を通
って冷凍サイクル回路に吐出されていく。

しかして、こうした多段圧縮によって冷媒を圧縮するコ
ンプレッサーは、圧縮比は低段側圧縮部４１と高段側圧
縮部４２の圧縮工程の総合で、所定の圧縮比が得られる
。

このことは、圧縮工程を複数設階に分けた分、圧縮比を
高くしても、螺旋状溝３６ａ、３５１）（プレート３７
　ａ、　　３７　ｂ）のピッチの変化は小さくてすむよ
うになる。

したがって、高い圧縮比に設定しても、ブレＦ３７．ａ
、３７ｂの変形歪は小さてすむ。

それ故、小さな摺動損失、かつプレート３７ａ。

３７ｂの損傷を防止した高圧縮比の圧縮運転ができ、圧
縮効率および信頼性を向上させることができる。しかも
、ガス溜め空間４０で脈動を減衰するため、良好な特性
の圧縮ガスを吐出させることができる。

なお、一実施例では２段圧縮としたが、むろんそれ以上
の３段圧縮、４段圧縮、等の多段圧縮としてもよいこと
はいうまでもない。

また一実施例では、シリンダーを、軸心を中心として回
転させ、ピストンをそれに対して旋回させるようにした
コンプレサーにこの発明を適用したが、その逆にピスト
ンを、軸心を中心として回転させ、シリンダーを旋回さ
せるようにしたヘリカルプレート式のコンプレ・ンサー
にこの発明を適用してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したようにこの発明によれば、圧縮工程を複数
設階に分けたので、螺旋状溝のピッチの変化は小さくて
すむようになる。

したがって、高い圧縮比の圧縮運転でも、プレートの変
形歪は少なくてすむ。

この結果、摺動損失を低減させ、かつプレートの損傷を
防止した高圧縮比の圧縮運転ができ、圧縮効率および信
頼性の向上を図ることができる。

しかも、ガス溜め空間で脈動を減衰するため、良好な特
性の圧縮ガスを吐出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの発明の一実施例を示し、第１
図はへりカルプレート式のコンプレッサーの全体構成を
示す側断面図、第２図はピストンの側断面、第３図は圧
縮機部の圧縮動作を順に示す側断面図、第４図は従来の
ヘリカルプレート式のコンプレッサーの主要部を示す側
断面図、第５図はそのピストンを示す側断面図である。 ２４・・・圧縮機部、２５・・・シリウダー　２６・・
・ピストン、２７．２８・・・軸受、３２・・・オルダ
ム継手、３６ａ、３６ｂ・・・螺旋状溝、３７ａ＋３７
ｂ−・・プレート、３８・・・動作室、４ｏ・・・ガス
溜め空間（ガス溜め部）、４１・・・低段側圧縮部、４
２・・・高段側圧縮部、４３・・・吸込路、４５・・・
吐出路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 一端側に吸込側を有し他端側に吐出側を有した筒状のシ
   リンダーと、このシリンダー内に一部外周面がシリンダ
   ーの内周面と接するように偏心した状態で挿通された円
   柱状のピストンと、このピストンの外周面に該ピストン
   の軸方向に沿って複数設けられそれぞれ前記吸込側から
   吐出側にいくにしたがって小さくなるピッチで形成され
   た螺旋状の溝部と、これら各溝部にそれぞれ出入り自在
   でかつ前記シリンダーの内周面と接するように嵌挿され
   た螺旋状のプレートと、前記隣合うプレート間に形成さ
   れ前記吸込側のプレートで圧縮された流体を貯えて前記
   吐出側のプレートに導くガス溜め部と、前記ピストンお
   よびシリンダーの端部を一方は軸心を中心として回動自
   在に支持し、他方はそれとは相対的に旋回可能に支持す
   る支持手段と、前記軸心を中心として回転する一方の側
   の回転にしたがって前記他方の側を自転運動させる手段
   とを具備したことを特徴とする多段圧縮式コンプレッサ
   ー。