JPH0472488A - 流体圧縮機 - 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を圧縮するの
に適するヘリカルブレード方式の流体圧縮機に関する。

（従来の技術） 従来より一般的な圧縮機として、レシプロ方式、ローク
リ方式等のものが知られており、その外に、シリンダの
吸込側から作動室に流入した冷媒をシリンダの吐出側の
作動室へ順次移送させながら圧縮していき外部へ吐出す
るヘリカルブレード方式の流体圧縮機が提供されている
。

ヘリカルブレード方式の圧縮機の概要は、例えば、第１
１図に示す如くステータ１０１とロータ１０３とから成
る駆動手段１０５によって回転するシリンダ１０７と、
シリンダ１０７内にｅだけ偏心して配置されオルダムリ
ング１０９を介してシリンダ１０７に対し相対的に旋回
可能なピストン１１１とを備え、ピストン１１１の外周
面にはピストン１１１の略全長に亘って螺旋状の溝１１
３が形成されている。この満１１３には螺旋状のブレー
ド１１５が出入自在に嵌合されブレード１１５の外周面
はシリダ１０７の内周面と接触している。シリンダ１０
７に対するピストン１１１は偏心した位置で回転するた
めピストン外周面とこれに対向するシリンダ内周面との
間には、相対速度差が生じ、この相対速度差は一回転を
一周期として変化する。そのために、螺旋状の溝１１３
に出入可能に嵌合されたブレード１１５によってピスト
ン１１１とシリンダ１０７との間の空間に複数の作動室
１１７が軸方向に沿って形成されるようになる。作動室
１１７の容積は、ブレード１１５が嵌合される螺旋状の
ｔ１１１３のピッチによって決定され、溝１１３のピッ
チは、ピストン１１１の一端から他端に向かって徐々に
小さくなっている。したがって、前記ブレード１１５に
よって形成される作動室１１７の容積は、ピストン１１
１の吸込側（図面右側）から吐出側（図面左側）に向か
って徐々に小さくなるため、吐出側へ向けて順次移送さ
れる間に冷媒は徐々に圧縮されて外に吐出される構造と
なっている。

（発明が解決しようとする課題） 前記した如くヘリカルブレード方式の流体圧縮機にあっ
ては、吸込側から吐出側へ向けて順次圧縮しながら移送
する所から、各作動室１１７間に大きな差圧が生じる。

この差圧は第１２図に示す如く作動室１１７を形成する
ブレード１１５を低圧側へ押す押圧力Ｆとして働らきブ
レード１１５は低圧側へ変形し傾むくようになる。

ブレード１１５が低圧側へ変形し傾むくと、シリンダ１
０７の内周面との接触が不安定となり易くシール性が大
幅に低下し、圧縮効率に悪影響を及ぼすようになる。

また、ブレード１１５の側面はピストン１１１側となる
螺旋状の溝１１３のエツジ部Ｐと強く接触しながら上下
動するため摩耗し易く耐久性の而で望ましくなかった。

そこで、この発明にあっては、各作動室間のシール性を
損なうことがなくしかも、螺旋状の溝に正しく嵌合され
ると共に耐久性の面でも優れた流体圧縮機を提供するこ
とを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記目的を達成するために、この発明にあっては、吸込
側と吐出側とを有するシリンダと、このシリンダ内に一
部外周面がシリンダの内周面と接するように偏心した状
態で挿通されシリンダに対して相対連動を行う円柱状の
ピストンと、このピストンの外周面に設けられ吸込側か
ら吐出側に向かって徐々に小さくなるピッチで形成され
た螺旋状の溝と、この溝に出入自在に嵌合されると共に
前記シリンダの内周面と接する外周面を有し前記シリン
ダの内周面とピストンの外周面との間を複数の作動室に
区画する螺旋状のブレードとを備え、前記ブレードは、
合成樹脂を基材とし、そのブレード本体内に螺旋状の補
強材をブレード本体の長手方向に連続的に設けである。

（作用） かかる流体圧縮機によれば、シリンダに対して相対運動
を行なうピストンにより吸込側の作動室に流入した流体
は、吐出側の作動室へ順次移送される間に圧縮され外部
へ吐出されるようになる。

この作動６、νにおいて、差圧による押圧力が働らいて
もブレード本体は螺旋状の補強材によって変形は小さく
抑えられる。この結果、各作動室間の良好なシール状態
が確保されると共に螺旋状の溝のエツジ部と強く接触し
合うことがなくなり長期間にわたり安定したブレードの
動きが得られるようになる。

（実施例） 以Ｆ、第１図乃至第９図の図面を参照しながらこの発明
の一実施例を詳細に説明する。第１図において、１は冷
凍サイクルに使用される密閉型の流体圧縮機３の密閉ケ
ースを示しており、密閉ケース１の一方には冷凍サイク
ルの吸込バイブ５が、他方には吐出バイブ７がそれぞれ
設けられている。密閉ケース１内には駆動手段としての
電動要素９および圧縮要素１１がそれぞれ配設されてい
る。

電動要素９は、密閉ケース１の内面に固定されたほぼ環
状のステータ１３と、その内側に設けられた回転可能な
環状のロータコ５とを有している。

圧縮要素１１はピストン１７と、シリンダ】９を有して
おり、シリンダ１９の両端は密閉ケース１の内面に固定
された軸受２０，２１により回転自在に支持されている
。軸受２０，２１はシリンダ１９の端部が回転自在に嵌
合したボス部２０ａ２１ａとこれらボス部２０ａ、２］
、ａよりも大径で前記密閉ケース１の内面に固定された
基部２゜ｂ、２１ｂとからなり、シリンダ１９の両端は
気密的に閉ざされている。

ピストン１７は鉄系の材料により円柱状に形成され、シ
リンダ１９の軸方向に沿って配設されている。ピストン
１７の中心軸線Ａはシリンダ１つの中心軸線Ｂに対して
距離ｅだけ第１図において下方に偏心して配設されシリ
ンダ１９の内周面と線接触している。

ピストン１７の両端部にはそれぞれ径の細い支軸部１７
ａ、１７ｂが設けられ、これら支軸１７ａ、１７ｂはそ
れぞれ前記軸受２０．２１のボス部２０ａ、２１ａに形
成された軸受穴２０ｃ、２１ｃに回転自在に挿入支持さ
れている。

ピストン１７の一方の支軸部１７ａにはオルダムリング
２３を介してシリンダ１９側からの回転動力が伝達され
る動力伝達面として機能する断面正方形状の角柱部２５
が形成されている。この角柱部２５は、前記オルダムリ
ング２３に形成された矩形状の長孔２６と遊びを有して
嵌合し合うと共に遊びの範囲内において角柱部２５のス
ライドか可能となっている。また、オルダムリング２３
の外周面には、前記長孔２６の長手方向と直交する径方
向に一対の伝達ピン２７の一端部がそれぞれスライド自
在に嵌挿され伝達ピン２７の他端部は前記シリンダ１９
の周壁に穿設された嵌合孔２９に嵌合固定されている。

これにより、前記ピストン１７の自転が規制されるよう
になる。

従って、電動要素９に通電されシリンダ１９がロータ１
５と一体的に回転することで、オルダムリング２３を介
してピストン１７の外周面と、それに対向するシリンダ
１つの内周面との間には相対速度差が生じる。このとき
の相対速度差はシリンダ１９の一回転を一周期として変
化しながらピストン１７がシリンダ１９内で内転する。

すなわち、各軸受２０，２１で位置決めされたピストン
１７はシリンダ１９の中心からピストン１７の中心まで
離れた偏心距離ｅの位置で回転運動し、自転することに
なる。この結果、シリンダ１９に対してビントン１７は
相対的に旋回運動するようになる。

一方、前記ピストン１７の外周面には軸方向に沿って螺
旋状の溝３１が形成され、螺旋状の溝３１の各ピッチＰ
は吸込側（第１図左側）から吐出側（同図右側）へ向け
て徐々に小さくなるよう設定されている。この螺旋状の
溝３１には、合成樹脂系の弾性材で形成された螺旋状の
ブレード３３が弾性力を利用して出入自在に組付けられ
ている。

このブレード３３は、シリンダ１９の回転に追従して回
転し、シリンダ１９とは実質的に同一角速度で回転して
いる。このためシリンダ１９との相対的な位置ずれは、
実質的に発生しない。しだがって、このブレード３３は
、螺旋状の溝３１にブレード３１の各点が一回転する中
で螺旋状の溝３１の中を出入する。

螺旋状のブレード３３は、高温冷媒ガス環境下での化学
的安定性と弾性変形を確保するために、曲げ伸性率にお
いて４０００ｋｇｒ　／ｃ■２以上で、密度２．　１５
ｋｇ／Ｃｍ３のフッ素樹脂を採用している。なお、摺動
特性を向上させるために、カーボンファイバー　グラス
ファイバー等に代表される繊維の添加や二硫過モリブデ
ン等の自己潤滑剤やＳｉＮ、ＳｉＣ，ＢＮのようなセラ
ミックス系の固体潤滑剤が含まれるようにしてもよい。

また、ブレード３３のブレード本体３３ａ内には螺旋状
の補強材３５がブレード本体３３ａの長さ方向に沿って
連続的に設けられている。このブレード３３の形成方法
としては、例えば、金型内に螺旋状の補強材３５を挿入
しておき、その金型内にフッ素樹脂を射出成形すること
で形成されている。

補強材３５はブレード３３の断面において、ブレード３
３の高さの約１／４以上の径を有し、最大で横又は高さ
と同一径に設定されている。補強材３５の材料は、製造
や加工を考慮すると、例えば炭素鋼１合金鋼、バネ鋼、
ステンレス鋼等の金属系材料が好適である。なお、ブレ
ード３３の巾は前記螺旋状の溝巾とほぼ同一寸法に設定
され、厚さは、螺旋状の溝底までの寸法より小さく設定
されていて、この溝底までがブレード３３の動き代とな
っている。

ブレード３３の外周面はシリンダ１９の内周面と接触し
ており、シリンダ１９の内周面とピストン１７の外周面
との間の空間は、前記ブレード３３によって複数の作動
室３７に仕切られている。

各作動室３７は、ブレード３３の隣り合う２つの巻き間
に形成されるようになり、第４図に示す如くブレード３
３に沿ってピストン１７とシリンダ１９の内周面との接
触部からつぎの接触部まで伸びたほぼ三日月状の領域と
なっている。

作動室３７の容積は、吸込側（ｆｆｉ１図左側）から吐
出側（同図右側）へ向けて徐々に小さくなり、吸込側の
一番目の作動室３７が最大となっており、以下、吐出側
の作動室３７へかけて順次小さくなるよう設定されてい
る。吸込側の一番目の作動室３７は、ピストン１７に形
成された連絡用の吸込孔３９と、軸受部２０に形成され
た連通路４１とを介して前記冷凍サイクルの吸込バイブ
５と接続連通している。これにより、吸込バイブ５から
シリンダ１９内に吸引される冷媒ガスは前記吸込孔３９
を通って前記一番目の作動室３７に途切れることなく確
実に導入されるようになっている。

一方、吐出側の容積が最小の作動室３７は、軸受部２１
ｂに形成され密閉ケース１内に開放された吐出孔４３と
接続連通している。

また、ピストン１７には第１図に示すように油導入路４
５が穿設されている。この油導入路４５の一端は螺旋状
の溝３１の底部と連通し、他端は吸込側の軸受部２０ｂ
に穿設された連通路４７を介して前記密閉ケース１の底
部に吸込口が臨む導入管４９と接続連通している。した
がって、密閉ケース１内の圧力が上昇すれば、密閉ケー
ス１の底部に蓄えられた潤滑オイル５１が導入管４９、
連通路４７および油導入路４５を通って前記溝３１の底
部に送り込まれ、ブレード３３の出入動作が円滑に確保
されるようになっている。

このように構成された流体圧縮機の動作について説明す
る。

まず、電動要素９に通電するとロータ１５と一体にシリ
ンダ１９が回転する。この時、オルダムリング２３を介
してピストン１７も旋回運動する。

シリンダ１９に対するピストン１７は、偏心して旋回す
るためピストン１７の外周面との間には相対速度差が生
じ、その相対速度差はシリンダ１９の一回転を一周期と
して変化しながら回転する結果、第５図から第８図に示
す如く吸込側の作動室３７に送り込まれた冷媒ガスは吐
出側の作動室３７へ向けて順次移送されながら圧縮され
吐出バイブ７から外へ吐出されるようになる。この作動
時において、螺旋状のブレード３３はフッ素樹脂を基材
としているため無理のない出入動作が得られる。また、
各作動室３７間の圧力差により吐出側から吸込側へ向け
て押圧力Ｆが働らいても、螺旋状の補強材３５により踏
ん張り力が働らき変形は小さく抑えられる。特に、ブレ
ード本体３３ａには螺旋状のために向きの異なる複合さ
れた押圧力が働くが、その複合された抑圧力に対しても
的確に対応するようになる。このために、螺旋状の溝３
７のエツジ部Ｐと強く接触し合うことがなくなり、第１
０図に示す良好な実験結果が得られた。

この実験結果は、吸込側冷媒ガス圧力と吐出側冷却ガス
圧力を各々０　、　５　ｋｇ／　０ｍ２と１０　ｋｇ／
　０ｍ２に設定して連続運転し、吐出側冷媒ガス圧力の
変化を継続して測定したもので、従来例すに対して水室
ａのものは、運転開始から約２５００時間経過しても吐
出側冷媒ガス圧力に大きな変化は認められなかった。

なお、この実施例ではシリンダ１９に回転運動を与える
実施例となっているが、シリンダ１９を固定し、ピスト
ン１７に回転運動を与えるタイプのものに適用すること
も可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の流体圧縮機によれば、
ブレード本体内に設けられた螺旋状の補強材により、向
きの異なる複合された押圧力に対しても的確に踏ん張り
力を発揮しブレードの耐久性及びシール性を大幅に向上
させることができる。

この結果、信頼性が向上し長期間にわたり安定した作動
が得られるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘリカルブレード式の流体圧縮機を示す断面図
、第２図はブレードが設けられたピストンの斜視図、第
３図はブレード本体内に補強キイを設けた一部分の斜視
図、第４図は第１図のＩＶ−ｒＶ線断面図、第５図から
第８図は冷媒ガスの圧縮過程を説明する動作図、第９図
は螺旋状の溝内に嵌合されたブレードの断面図、第１０
図は本発明の一実施例のブレードの実機試験における吐
出冷媒ガス圧力の維持特性を比較例と対比して示す特性
図、第１１図は従来例を示した第１図と同様の断面図、
第１２図は従来例を示した第９図と同様の断面図である
。 １７・・・ピストン １９・・シリンダ ３３・・・ブレード ３３ａ・・・ブレード本体 ３５・・補強材 ３７・・・作動室 ３９・・・溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 吸込側と吐出側とを有するシリンダと、このシリンダ内
   に一部外周面がシリンダの内周面と接するように偏心し
   た状態で挿通されシリンダに対して相対運動を行う円柱
   状のピストンと、このピストンの外周面に設けられ吸込
   側から吐出側に向かって徐々に小さくなるピッチで形成
   された螺旋状の溝と、この溝に出入自在に嵌合されると
   共に前記シリンダの内周面と接する外周面を有し前記シ
   リンダの内周面とピストンの外周面との間を複数の作動
   室に区画する螺旋状のブレードとを備え、前記ブレード
   は、合成樹脂を基材とし、そのブレード本体内に螺旋状
   の補強材をブレード本体の長手方向に連続的に設けたこ
   とを特徴とする流体圧縮機。