JPH0472491A - 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、ロータ
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
るへりカルブレ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
２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
可能なビストン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。この溝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
はシリンダ１０７の内周面と接触している。シリンダ１
０７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１１
３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
の満１１３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除々に
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
って除々に小さくなるため、吐出側へ向けて順次移送さ
れる間に冷媒は除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。

この差圧は作動室１１７を形成するブレード１１５を高
圧側から低圧側へ押す押圧力として働らきブレード１１
５は低圧側へ変形し倒れ込むようになる。

ブレード１１５が低圧側へ変形し倒れ込むと、シリンダ
１０７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はすようになる。

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
動するため摩耗して窪みにつながる虞れがあり、しかも
、耐久性の面で望ましくなかった。

そこで、この発明にあっては、各作動室間のンールが確
実に確保されると共に、しかも、組立性耐久性の面でも
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触し、吸込側から吐出側へ向
けて次第に容積が小さくなる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、作動時に発
生する差圧がブレードに働らいた時に、高圧側となる前
記螺旋状の溝のエツジ部領域と、ブレードの側面との間
に隙間が確保されるようシリンダの内周面と広く接触し
てブレードの倒れ込みを阻止する広巾の接触面を備えた
フッ素ゴムで構成しである。

（作用） かかる流体圧縮機によれば、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。

この作動時において、差圧による押圧力がブレードに働
くと、ブレードの接触面はシリンダの内周面と広く接触
するため、この広１１の接触面積によって剛性が確保さ
れ、ブレードの倒れ込みによる変形が阻止される。した
がって、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働きが得られる
。また、フッ素ゴムのため弾性力を利用して螺旋状の溝
に対しても無理なく組付けられるようになる。

（実施例） 以下、第１図乃至第１１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１５とを有している。

圧縮要素１１はピストン１７と、シリンダ１９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２０ａ。

２１ａとこれらボス部２０ａ、２１ａ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２０ｂ、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１９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１７ｇ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
ライドが可能となっている。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１つがロータ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
１９の内周面との間には相対速度が生じる。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１
７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に対してピストン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図右側）がら吐出側（同図左側）へ向け
て除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、螺旋状のブレード３３が出入自在に組付け
られ、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。したがって、このブレード
３３は、螺旋条の溝３１にブレード３１の各点が一回転
する中で螺旋状の＃３１の中を出入する。

螺旋状のブレード３３はフッ素ゴムで形成されプレーＦ
　＋ｌ＋　Ｄは偏心ｌｉｅに対して約４倍以上に設定さ
れている。即ち、シリンダ１９の内周面と接する接触面
３５は偏心量ｅの約４倍の巾で接するようになる。ブレ
ード３３の厚さは、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。

また、ブレード３３の接触面３５がシリンダ１９の内周
面と接することで、シリンダ１つの内周面とピストン１
７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３３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（第１図右側）から吐出側
（同図左側）へ向けて除々に小さくなり、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（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
に穿設された連絡路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、
連絡路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、そのときの相対速度差はシリンダ部の一回転を一周
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、第３図に示す如く螺旋状のブレード３
３に各作動室３７の圧力差により高圧側から低圧側へ向
けて押圧力Ｆが働らくと、シリンダ１９の内周面と広く
接する接触面３５によって剛性が確保されると共に、元
に復帰しようとする弾性力と相まって倒れ込みは小さく
抑えられる。この結果、高圧側となる溝３１のエツジ部
３１ａ領域とブレード３３の側面３３ａとの間に隙間α
が形成され、出入（矢印）動作時の摩耗が解消される。

この点について、第９図（イ）（ロ）（ハ）（ニ）に基
づきさらに具体的に説明する。ちなみに、第９図（イ）
（ロ）（ハ）（ニ）はブレード３３の１１及び材質をか
えて実験した測定終了後の断面図を示したもので、（イ
）は、ブレード巾が偏心量ｅの約４倍で、材質がフッ素
ゴムとした場合、（水素）、（ロ）は材質は（イ）と同
じでブレードｌ＋が偏心！ｅの約２倍とした場合である
。

また、（ハ）は（イ）（ロ）と異なり合成樹脂系の材質
でブレード１１１が偏心量の約２倍とした場合、（ニ）
は材質は（ハ）と同じでブレード＋ｌ＋が偏心量の約１
．５倍とした場合を示したもので、例えば、第９図（ニ
）に示す如く、接触面３５が小さいブレード３３に、差
圧による押圧力Ｆが高圧側から低圧側に働くと、低圧側
へ向けて倒れ込む変形が起きる。この時、ブレード３３
の接触面３５と、高圧側となる溝３１のエツジ部３１ａ
及び低圧側となる満３１のエツジ部３１ｂとそれぞれ接
する両側面において、ＰＨ、Ｐ２．Ｐ３の反作用を受け
、この状態で出入動作（矢印）が繰返えされるため、Ｐ
、、ｐ２　、Ｐ３の領域において偏摩耗Ｍｌ　、Ｍ２　
、Ｍ３が発生する。この現像は、（ハ）（ロ）について
も同様に発生する。

したがって、（ニ）の場合は、高い応力下における耐ク
リープ性に劣り第１０図に示すように差圧によるブレー
ド３３の倒れ込みから生じるブレード３３の摩耗量が大
きく、耐久性に欠け、シ−ル性も悪くなる。このために
、第１１図に示す実験結果からもわかるようにガス圧は
一定時間経過後低下するようになる。

（ハ）の場合は、第１０図に示す如く重量変化量はゼロ
である所から差圧によるブレード３３の倒れごみから生
しる摩耗はおさえられるが、耐クリープ性に劣るためク
リープ変形による永久歪みが大きくシール性か悪く、耐
久性にも欠ける。このために、第１１図に示す実験結果
からもわかるようにガス圧は一定時間経過後、低下する
ようになる。

（ロ）の場合は、耐クリープ性に優れるため、クリープ
変形による永久歪みは小さいが、反面弾性率が低いため
、差圧による倒れ込みが若千大きくなり倒れ込んだ側の
ブレード３３に摩耗Ｍ１が生じ、シール性が若干低下す
るようになる。

これに対し本実施例である（イ）の場合は、差圧による
倒れ込みが防げるため、摩耗によるｆｆ１ｊｌ変化量は
ゼロとなり第１１図に示す実験結果からもわかるように
圧縮効率が長時間にわたって保持される。

この場合、ブレード巾は偏心量ｅの約４倍となっている
が、約３倍の範囲内でも支障のない圧縮効率が得られる
。また、組付けも弾性力を利用して無理なく螺旋状の溝
３１内に嵌合てきるようになる。

なお、本実施例のフッ素ゴムとしてフッ化ビニリデン系
、ＴＦＥ−プロピレン系、含フツ素ビニルエーテル系、
含フツ素サーモグラスチックエラストマーを用いている
。また、カーボンブラックまたは有機、無機の充填材を
混合することにより、ブレード３３の剛性を上げ、差圧
による倒れ込みをさらに減少することができるし、さら
に、ブレード３３にフッ素コーティング等の表面処理を
することにより溝３１に対して円滑な出入動作が可能と
なる。

〔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、
フッ素ゴムにより螺旋状の溝に対して弾性力を利用し無
理なく嵌合できるようになり、組付性の面で大変好まし
いものとなる。また、広い接触面によって差圧によるブ
レードの倒れ込みを防げるようになりブレードの耐久性
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図はブレードの一部分の拡大断面図、第４図は第１図
のＩＶ−ＩＶ線断面図、第５図、第６図、第７図、第８
図は冷媒ガスの圧縮過程を説明する動作図、第９図（イ
）（ロ）（ハ）（ニ）は本実と従来例を示したブレード
の説明図、第１０図はブレードの重量変化量を示した１
１？１定図、第１１図は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１２図は従来例を示し
た第１図と同様の断面図である。 】９・・・シリンダ ３３・・・ブレード ３５・・接触面 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触し、吸込側から吐出側
   へ向けて次第に容積が小さくなる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、作動時
   に発生する差圧がブレードに働らいた時に、高圧側とな
   る前記螺旋状の溝のエッジ部領域と、ブレードの側面と
   の間に隙間が確保されるようシリンダの内周面と広く接
   触してブレードの倒れ込みを阻止する広巾の接触面を備
   えたフッ素ゴムで構成していることを特徴とする流体圧
   縮機。