JPH0463995A

JPH0463995A - 流体圧縮機

Info

Publication number: JPH0463995A
Application number: JP17334190A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kumazawa; 健志熊沢; Masayuki Okuda; 正幸奥田; Takuya Hirayama; 卓也平山; Kanji Sakata; 坂田　寛二
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-30
Filing date: 1990-06-30
Publication date: 1992-02-28

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を圧縮する
流体圧縮機に係り、特に、螺旋ブレードを備えた流体圧
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、ロータリ方式
等、各種のものが知られている。しがしながら、これら
の圧縮機においては、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、部品点数も多い。更に、従来の圧縮機では、圧
縮効率を高めるために、圧縮機の吐出側に逆止弁を設け
る必要がある。しかしながら、この逆止弁の両サイドの
圧力差は非常に大きく、逆止弁からガスがリークし易い
。したがって、圧縮効率が低い。このような問題を解消
するためには、各部品を寸法精度および組立て精度も高
くする必要があり、その結果、製造コストが高くなる。

近年、上記のような問題を解決するものとして、螺旋ブ
レードを備えた流体圧縮機が提供されている。

第５図に従来の螺旋ブレード方式の流体圧縮機の主要部
の構成を示す。図において、シリンダ１０１の内側には
偏心量ｅだけ偏心して配置され、シリンダ１０１に対し
て相対的に偏心回転運動する回転体である回転ロッド１
０２が設けられている。またロッド１０２の外周面には
ロッド１０２のほぼ全長にわたって螺旋溝１０３が形成
されており、螺旋溝１０３には螺旋状のブレード１０４
が嵌合されている。ブレード１０４の外周面はシリンダ
１０１の内周面に密着しており、シリンダ１０１に対す
るロッド１０２の旋回運動に伴なってブレード１０４は
螺旋溝１０３内をロッド１０２の径方向に摺動する。ま
たシリンダ１０１及びロッド１０２の両端はそれぞれ軸
受１０５．１０６により回転自在に支持されており、各
軸受１０５．１０６にはそれぞれガスの吸込み口１０７
及び吐出口１０８が設けられている。そして螺旋溝１０
３のピッチは吸込み口１０７から吐出口１０８に向って
除々に小さくなっている。

従ってシリンダ１０１及びロッド１０２を相対的に旋回
運動させると、吸込み口１０７からシリンダ１０１とロ
ッド１０２との間に形成された空間に吸込まれたガスな
どの被圧縮流体は、上記空間に閉じ込められた状態で吐
出口１０８側まで搬送され、この間流体は除々に圧縮さ
れて最終的に吐出口１０８から吐出される。

なお、ウッド１０２の吸込み側及び吐出側の端部にはそ
れぞれ支持軸１０９ａ、１０９ｂが同心上に設けられて
おり、それぞれ軸受１０５，１０６に回転自在に嵌合し
ている。そして支持軸１゜９ａの長さＥ、は支持軸１０
９ｂの長さ！！４より長くなっている。

上記のように構成された従来の流体圧縮機においては、
ブレード１０４が流体を圧縮するときの負荷点は吐出側
に近くなる。この状態を第６図により説明する。（ｂ）
はシリンダ１０１及びロッド１０２を端面側から見た図
であり、（ａ）。

（Ｃ）はブレード１０４によって形成された空間である
作動室を軸方向に左右に分割して、左右の力を比較して
示した図である。例えば作動室は４分割されており、各
作動室におけるブレード１゜４に作用する力を吸込み口
側から順次Ｐ　Ｉ　＊　　Ｐ　２　＋ｐ、、ｐ４とする
。またブレード１０４の吸込み口側の力をＰｏ、吐出口
側の力をＰ６とすると、ブレード１０４のロッド１０２
の中心軸に対する角度は吐出口側に近づくに従って小さ
くなるので、下記の式（１）に示すようになる。

Ｐ、≦Ｐ　、＜　Ｐ　２　＜　Ｐ　３　＜　Ｐ　４≦Ｐ
、　・・・（１）また各作動室を区分するブレード１０
４の表面積をそれぞれＳ、、Ｓｌ、Ｓ２．Ｓｌ、　　ｓ
４゜Ｓ６とし、それぞれの吸込み口に近い側の半周骨の
面積に添字ａを付し、遠い側の半周骨の面積に添字すを
付すと、各面積Ｓの間には下記の式（２）（３）に示す
関係がある。

（Ｓｌ−５ｔ−）　　弁　（Ｓ　２−　　　Ｓ　２−）
＝Ｆ　（Ｓｌ、−８３，）　　ｉ　（Ｓ４．−５４．）
　　・・・　（３）従って各ブレードに作用する負荷は
、軸方向に左右に分割された両側で相殺されるので、式
（１）。

（２）、（３）から式（４）が得られる。

Ｐ４　　（Ｓ４−Ｓ４ｂ）　＞Ｐ３’　（ｓ３−　５３
ｂ）＞Ｐ２　　（Ｓ２−　５２ｂ）＞Ｐｌ　（Ｓｌ−Ｓ
ｌｂ）・・・（４）式（４）から明らかなように、吐出口側の作動室に負荷
点が近くなるため、吸込み口側と吐出口側とでロッド１
０２に作用する回転方向の力の差が発生する。この結果
ロッド１０２にねじりが発生し、ブレード１０４に倒れ
モーメントが生じて、性能の悪化や破損の原因ともなる
おそれがあった。

一方、ロッド１０２の両端の支持軸１０９ａ。

１０９ｂは吸込み口側の支持軸１０９ａが吐出口側の支
持軸１０９ｂより長いため、ロッド１０２のねじりに対
する抵抗が吐出側の方が小さく、前記問題点をより大き
くしていた。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の流体圧縮機によれば、ロッド１
０２のブレード１０４に負荷される流体圧縮時の負荷点
が吐出口側に近くなり、吸込み口側との間の圧力差によ
りブレード１０４の倒れモーメントが生じ、性能の悪化
や破損の原因となるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、シリン
ダ内に設けられた回転ウッドの軸方向のカの分布を均一
にし、性能の悪化や破損の発生を防止して信頼性の高い
流体圧縮機を提供することを目的とする。

〔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、この発明は、吸込端側の軸
受部材と吐出端側の軸受部材とで両端が密閉支持された
回転可能なシリンダと、このシリンダの軸方向に沿って
偏心して配置され、前記シリンダの内周面に一部が接触
した状態で前記シリンシダと相対的に旋回可能な円筒状
の回転体と、前記シリンダを回転自在に支持するととも
に、前記回転体の両端をそれぞれ支持する長さの長い主
軸受及び長さの短い副軸受と、前記回転体の外周に設け
られ前記シリンダの吸込み側端から吐出側端へ向って除
々に小さくなるピッチで形成された螺旋状の溝と、この
溝内に回転体の径方向に沿って摺動自在に嵌合されると
ともに、前記シリンダの内周面に密着した外周面を有し
、前記シリンダの内周面と前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、前
記回転体を前記シリンダに対して同期回転させ、前記シ
リンダの吸込み側端から前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し、シリンダの吐出
側端から外部に吐出する駆動手段とを具備した流体圧縮
機において、前記副軸受側を吸込み側端とし、前記主軸
受側を吐出側端としたことを特徴としている。

（作用）上記の構成によると、回転体であるロッドの吸込み側端
を長さの短い副軸受により支持し、吐出側端を長さの長
い主軸受により支持することにより、吐出側端を強固に
支持することができる。

従って負荷点が主軸受側に近くなり、圧力差によりブレ
ードの倒れモーメントが少くなって、ロッドのねじりの
発生を防止し安定した作動を行なうことができる。

（実施例）以下図面を参照しながら、この発明の実施例について詳
細に説明する。

第１図は、この発明を、冷凍サイクルの冷媒を圧縮する
ための密閉型圧縮機に適用した実施例を示している。

圧縮機１は、密閉ケース２と、密閉ケース２内に配設さ
れた駆動手段としての電動機部３および圧縮部４とを備
えている。電動機部３は、ケース２の内面に固定された
略環状のステータ５と、ステータ５の内側に設けられた
環状のロータ６とを有している。

圧縮部４は、シリンダ７を有し、このシリンダ７の外周
面にロータ６が同軸的に固定されている。

シリンダ７の両端は、ケース１０の内面にそれぞれ固定
された主軸受８、及び副軸受９により回転自在に支持さ
れているとともに気密に閉塞されている。特に、シリン
ダ７の右端部、つまり、吸込み側端部は、軸受８に、シ
リンダの左端部、つまり、吐出側端部は、軸受９にそれ
ぞれ回転自在に支持されている。軸受８，９は、シリン
ダ７の端部内に回転自在に挿入されたボス部８ａ、９ａ
と、ボス部よりも大径でケース２の内面に固定された基
部８ｂ、９ｂをそれぞれ備えている。したがって、シリ
ンダ７およびこれに固定されたロータ６は、軸受８，９
によりステータ５と同軸的に支持されている。

シリンダ７内には、シリンダの内径よりも小さな径を有
する円柱形状の回転ロッド１１がシリンダの軸方向に沿
って配設されている。ロッド１１は、鉄系等の金属で形
成されている。ロッド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だけ偏芯して位置している
とともに、その外周面の一部はシリンダの内周面に線接
触している。

回転ロッド１１の両端部には、支持軸１２ａ。

１２ｂがそれぞれ突設されている。これらの支持軸１２
ａ、１２ｂは、軸受８，９に形成された軸受孔８ｃ、９
ｃに回転自在に挿入されている。ここで支持軸１２ａの
長さ２１は支持軸１２ｂの長さｅ２より長くなっている
。

第１図ないし第４図に示すように、一方の支持軸１．２
　ｂには、断面正方形状の角柱部１３が形成されている
。この角柱部１３には、矩形状の長孔１４を有するオル
ダムリング１５が装着されている。つまり、角柱部１３
はリング１５の長孔１４内に挿入され、リングは長孔に
沿って摺動自在に嵌合されている。リング１５には、長
孔１４の長手方向と直交して径方向に延びる一対の透孔
が形成され、これらの透孔にビン１６の一端部が摺動自
在に挿入されている。各ピン１６の他端部は、シリンダ
７に形成された透孔１７内に固定されている。なお、各
透孔１７の外端はギヤ・ノブ１８により気密に閉塞され
ている。

上記構成のオルダムリング１５により、口、ソド１１は
シリンダ７に対してシリンダの径方向偏心自在に支持さ
れている。従って、電動機部３に通電してシリンダ７が
ロータ６と一体的に回転されると、シリンダの回転力は
オルダムリング１５を介して回転ロッド１１に伝達され
る。その結果、ロッド１１は、その一部がシリンダ７の
内周面に接触した状態でシリンダ内で内転され、シリン
ダ７に対して旋回運動する。

第１図ないし第３図に示すように、回転口・ソド１１の
外周面には、ロッドの両端間を延びる螺旋状の溝１９が
形成されている。そして、溝１９は、そのピッチがシリ
ンダ７の左端から右端に向って、つまり、シリンダの吸
込み側から吐出側に向って除々に小さくなるように形成
されている。また、溝１９の全長は、後述するブレード
２１の全長よりも大きく、ロッド１１をシリンダ７に組
み込んだ状態に於て、溝］−９の端とブレード２１の端
との間には第３図に示すように、ギヤ・ンプＧが設けら
れている。

ギャップＧは、ロッド１１に対するブレード２１の相対
移動、特に旋回運動を許容するために設けられている。

両ギャップＧの長さを合計した寸法は、シリンダ７に対
するロッド１１の偏心量ｅの約２倍以上に設定されてい
る。なお、ここで、例えば、ブレード２１の熱膨張等に
よりギヤ・ンプの合計寸法が偏心量ｅの正確に２倍とは
成らず２倍以下になる場合がある。この点を考慮して、
上記合計寸法は偏心量ｅの略２倍以上に設定されている
。

ロッド１１の溝１９には、第２図および第３図に示す螺
旋状のブレード２１が嵌合されている。

このブレード２１は合成樹脂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溝１９にねじ込むこと
により溝内に装着される。ブレード２１の厚さは溝１９
の幅と略一致している。ブレード２１の両端部は、それ
ぞれロッド１１の軸に直角な平面内に位置しているとと
もに、ギャップＧをおいて溝１９の端に臨んでいる。な
お、ブレード２１を溝１９に装着する際、ブレードは溝
の一端側に偏って、つまり、ブレードの一端側にギャッ
プ２Ｇが生じるように、設けられていてもよい。そして
、ブレード２１の各部は、溝１９に対して回転ロッド１
１の径方向に沿って進退自在となっている。また、ブレ
ード２１の外周面はシリンダ７の内周面に密着している
。

そして、第１図に示すように、シリンダ７の内周面とロ
ッド１１の外周面との間の空間は、ブレード２１により
複数の作動室２２に仕切られている。各作動室２２は、
ブレード２１の隣合う２つの巻き間に規定されており、
第４図に示すように、ブレード２１に沿ってロッド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
びた略三日月状をなしている。そして、作動室２２の容
積は、シリンダ７の吸込み側から吐出側に行くに従って
除々に小さくなっている第１図に示すように、シリンダ７の吸い込み側端部を支
持した軸受９には、シリンダ７の軸方向に延びる吸込み
孔２３が貫通形成されている。この吸込み孔２３の一端
は、シリンダ７の吸込み側端内に開口し、他端は冷凍サ
イクルの吸込みチューブ２４に接続されている。また、
シリンダ７の吐出側端部を支持した軸受８には吐出孔２
５が形成されている。吐出孔２５の一端はシリンダ７の
吐出側端内に開口し、他端は、ケース２内部に開口して
いる。なお、吐出孔２５はシリンダ７に形成されていて
もよい。

また、ロッド１１内部には、ロッドの左端から略中間ま
で伸びた油導入通路２６が形成されている。通路２６の
左端は、軸受９に形成された通路２７、および導入管２
８を介してケース２内部、特にケースの底部に連通して
いる。通路２６の右端は、ロッド１１に形成された溝１
９の底に開口している。ケース１０の底には、潤滑オイ
ル２９が溜められている。従って、ケース２内の圧力が
上昇すると、オイル２９は導入管２８、通路２７゜２６
を通して溝１９の底とブレード２１との間の空間に導入
される。

第１図及び第２図に示すように、回転ロッド１１の吸い
込み側端部の外周面には、吸い込み溝３１が形成されて
いる。溝３１は、ロッド１１の軸方向に延びているとと
もに、螺旋溝１９よりも深く形成されている。溝３１の
一端はロッド１１の大径部１１ａの端面に開口して、他
端は、作動室２２の内、最もシリンダ７の吸い込み側端
に位置した１番目の作動室に連通ずる位置まで延びてい
る。そのため、吸い込みチューブ２４からシリンダ７内
に吸い込まれた冷媒ガスは、吸い込み溝３１を通って１
番目の作動室２２に途切れることなく確実に導入される
。

第１図において、参照符号３２は、ケース２内部に連通
した吐出チューブを示している。

次に、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、電動機部３に通電されると、ロータ６が回転し、
これと一体にシリンダ７も回転する。同時に、回転ロッ
ド１１は、外周面の一部がシリンダ７の内周面に接触し
た状態で回転駆動される。

このような、ロッド１１とシリンダ７との相対的な偏心
回転運動は、伝達手段、つまり、支持軸１２ｂの角柱部
１３に設けられたオルダムリング１５によって確保され
る。

ブレード２１は、油導入路２６を通して螺旋溝１９の底
に導入された潤滑オイルの圧力により、シリンダ７の外
周面に向かって押圧され、ブレードの外周面はシリンダ
７の内周面に密着している。

そのため、ブレード２１とシリンダ７との間の摩擦力が
ブレードとロッド１１との間の摩擦力よりも大きく、ブ
レード２１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。そして、ブレード２１の各部は、ロ
ッド１１に対して旋回運動を行なう。

このようにしてブレード２１の各部は、ロッド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
溝１９内に押込まれ、接触部から離れるに従って、溝か
ら飛出す方向に移動する。

つまり、ブレード２１の各部は、ロッド１１に対してシ
リンダ７の径方向に相対移動する。さらにブレード２１
が挾持された溝１９は、圧縮機の組立て状態でロッド１
１が旋回運動できる長さ以上に、ブレード２１の端より
も長く形成されていて遊び部分Ｇを有している。従って
ブレード２１はロッド１１に対して旋回運動し、シリン
ダ７に対してほとんど摺動することなく一体的に回転す
る。

一方、圧縮部４が作動されると、吸込みチューブ２４お
よび吸込み孔２３を通して、シリンダ７に冷媒ガスが吸
込まれる。このガスは、導入溝３１を通り、まず、シリ
ンダ７の最も吸込み側に位置した第１の作動室２２内に
閉こめられる。そして、回転ロッド１１の回転に伴い、
上記ガスはブレード２１の隣接する２つの巻き間に閉込
められた状態で、順次吐出側の作動室に移送される。そ
して、作動室２２の容積は、シリンダ７の吸込み側から
吐出側に行くに従って除々に小さくなっていることから
、冷媒ガスは、吐出側へ移送される間際々に圧縮される
。そして、圧縮された冷媒ガスは、軸受８に形成された
吐出孔２５からケース２内に吐出され、更に、吐出チュ
ーブ３２を通して冷凍サイクル内に戻される。

吐出された冷媒ガスによりケース２内の圧力が上昇する
と、ケース内部に蓄えられている潤滑オイル２９は加圧
され、油導入路２６を通って螺旋溝１９の底とブレード
２１との間の空間に導入される。そのため、ブレード２
１は、油圧により溝１９から飛び出す方向、つまり、シ
リンダ７の内周面に向かって押圧される。従って、ブレ
ード２１の外周面はシリンダ７の内周面に常に密着した
状態に保持される。その結果、作動室２２相互間のガス
リークを確実に防止することができる。

以上のように構成された圧縮機によれば、回転ロッド１
１に形成された溝１９はシリンダ７の吸込み側から吐出
側に向って除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２１によって仕切られた作動室
２２は、吐出側に向って除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、作動室２２を通して、冷
媒ガスを、シリンダ７の吸込み側から吐出側に移送する
間に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２２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
、ガスを効率よく圧縮できる。

本実施例によれば、ロッド１１の吐出側端の支持軸１２
ａを吸込み側端の支持軸１２ｂより長くしたので、流体
圧縮時のブレード２１に加わる力の負荷点は吐出側に近
（なり、圧力差によるブレード２１の倒れモーメントが
小さくなり、ロッドのねじりの発生を防止して安定した
状態で回転させることができる。この結果流体圧縮機の
信頼性が向上する。

また、ブレード２１はシリンダ７に対してほとんど摺動
することなく一体的に回転するので、ブレード２１とシ
リンダ７の摺動損失を低減することができ、効率を向上
させることができる。

さらに吐出弁を省略できることから、圧縮機の構成の簡
略化および備品点数の削減を図ることができる。また、
電動機部３のロータ６は圧縮部４のシリンダ７によって
支持されていることから、ロータ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
縮機の構成の一層の簡略化および部品手数の削減が可能
となる。

なお、この発明は上述した実施例に限定されることなく
、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、本
発明は冷凍サイクルに組み合わされる圧縮機に限らず、
他の圧縮機にも適応することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、螺旋ブレード
方式の流体圧縮機において、副軸受側を吸込み側端とし
、主軸受側を吐出側端としたので、負荷点が主軸受に近
くなり、圧力によるロッドの変形が少くなり、ロッドを
安定した状態で回転させることができる。この結果流体
圧縮機の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示す縦断面図、第
２図は同じく分解図、第３図は同じくロッドを示す斜視
図、第４図は第１図のＣ−Ｃ線断面図、第５図は従来の
流体圧縮機の一例の要部の構成を示す説明図、第６図は
同じく各部の圧力及びブレード面積を示す説明図である
。１・・・圧縮機３・・・駆動手段（電動機部）７・・・シリンダ８・・・主軸受９・・・副軸受１１・・・回転体（回転ウッド）１９・・・溝２１・・・ブレード２２・・・作動室

Claims

【特許請求の範囲】

吸込端側の軸受部材と吐出端側の軸受部材とで両端が密
閉支持された回転可能なシリンダと、このシリンダの軸
方向に沿って偏心して配置され、前記シリンダの内周面
に一部が接触した状態で前記シリンシダと相対的に旋回
可能な円筒状の回転体と、前記シリンダを回転自在に支
持するとともに、前記回転体の両端をそれぞれ支持する
長さの長い主軸受け及び長さの短い副軸受と、前記回転
体の外周面に設けられ前記シリンダの吸込み側端から吐
出側端へ向って除々に小さくなるピッチで形成された螺
旋状の溝と、この溝内に前記回転体の径方向に沿って摺
動自在に嵌合されるとともに、前記シリンダの内周面に
密着した外周面を有し、前記シリンダの内周面と前記回
転体の外周面との間に空間を複数の作動室に区画する螺
旋状のブレードと、前記回転体を前記シリンダに対して
同期回転させ、前記シリンダの吸込み側端から前記作動
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
送し、シリンダの吐出側端から外部に吐出する駆動手段
とを具備した流体圧縮機において、前記副軸受側を吸込
み側端とし、前記主軸受側を吐出側端としたことを特徴
とする流体圧縮機。