JPH05321857A - 流体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シール性及び運転効率の向上を図る。 【構成】 螺旋状のブレード３３を有する回転体２１と
シリンダ１７の相対的な旋回時にシリンダ１７の吸込端
側から作動室３５に流入した流体を吐出端側の作動室３
５へ順次圧縮しながら移送し外部へ吐出する流体圧縮機
において、前記螺旋状のブレード３３の内周面側となる
底面に、連続する切欠き凹部４５を設け、この切欠き凹
部４５内に、ブレード３３の外周面をシリンダ１７側へ
向けて常時付勢するコイル状の付勢ばね４３を設けたこ
とを特徴とする流体圧縮機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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螺旋方式の流体圧縮機
に関する。

【０００２】

【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、シリンダの吸込端側から作動室に流入した冷媒をシ
リンダの吐出端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螺旋方式の流体圧縮機が提供され
ている。

【０００３】螺旋方式の圧縮機の概要は、例えば、図１
６に示す如くステータ１０１及びロータ１０３から成る
駆動手段によって回転するシリンダ１０５と、シリンダ
１０５内にｅだけ偏心して配置され、オルダム機構１０
７を介してシリンダ１０５に対し相対的に旋回可能な回
転ロッド１０９とを備え、回転ロッド１０９の両端から
突出する両支軸部は左右の軸受部材１１０，１１０によ
り回転自在に両端支持されている。回転ロッド１０９の
外周面にはピッチが徐々に小さくなる螺旋状の溝１１１
が形成され螺旋状の溝１１１には、螺旋状のブレード１
１３がそれぞれ出没自在に嵌合している。ブレード１１
３の外周面はシリンダ１０５の内周面と密着し合い、ブ
レード１１３は回転ロッド１０９と一体的に旋回する。
シリンダ１０５に対する回転ロッド１０９は、外周面の
一部をシリンダ１０５の内周面の一部と線接触しながら
偏心して旋回するため、ブレード１１３が螺旋状の溝１
１１に対して出没することで回転ロッド１０９とシリン
ダ１０５との間の空間に複数の作動室１１５が軸方向に
沿って形成されるようになる。作動室１１５の容積は、
図１７に示す如くブレード１１３が嵌合される螺旋状の
溝１１１のピッチＰによって決定され、前記ブレード１
１９によって形成される作動室１１３の容積は、吸込部
側となる一側から吐出部側となる他側へ向かって徐々に
小さなるため、吹込パイプ１１７から吹込孔１１８を介
して作動室１１５内に取込まれた冷媒は、順次移送され
る間に圧縮されて吐出パイプ１１９から外に吐出される
構造となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記した如くブレード
１１３は、その弾性力を利用して螺旋状の溝１１１内に
出没自在に嵌挿することで冷媒を順次圧縮していく作動
室１１５を形成するものであるが、吸込領域は、吐出領
域に比べて螺旋状の溝１１１のピッチが大きいために捩
れ角も大きくなる。

【０００５】このために、螺旋状の溝１１１のピッチが
大きくなる吸込領域のブレード１１３は、溝壁面と強く
接触し合い出没時の摺動抵抗となる点。また、作動中に
熱の影響を受けて弾性率が低下する等の諸条件によって
ブレード１１３の外周面が、シリンダ１０５の内周面に
対して接触圧が弱まり、リークによる圧縮性能の低下を
招来する問題があった。

【０００６】そこで、この発明はシール性に優れると共
に運転効率の高い流体圧縮機を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、密閉ケース内に設けられ吸込端側と吐
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ダと相対的に旋回可能な円
筒状の回転体と、この回転体の外周に設けられ前記シリ
ンダの吸込端側から吐出端側へ向かって順次小さくなる
ピッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出没自在に
嵌合されるとともに前記シリンダの内周面に密着する外
周面を有し前記シリンダの内周面と回転体の外周面との
間を複数の作動室に区画する螺旋状のブレードと、前記
回転体とシリンダとを相対的に旋回させる駆動手段とを
備え、前記回転体とシリンダの相対的な旋回時にシリン
ダの吸込端側から作動室に流入した流体を吐出端側の作
動室へ順次圧縮しながら移送し外部へ吐出する流体圧縮
機において、前記螺旋状のブレードの内周側となる底面
に、連続する切欠き凹部を設け、この切欠き凹部内に、
ブレードの外周面をシリンダ側へ向けて常時付勢するコ
イル状の付勢ばねを設けてある。

【０００８】

【作用】かかる流体圧縮機によれば、ブレードの外周面
は、コイル状の付勢ばねによりシリンダの内周面側へ向
けて付勢されるため、摺動抵抗や弾性率の低下等各種条
件に影響されることなく常に所定の接触圧が確保される
ようになる。したがって、作動時のシール漏れは起きず
高い運転効率が得られる。

【０００９】

【実施例】以下、図１乃至図６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。図１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
イクルの吸込パイブ５が、他方には吐出パイプ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および圧縮手段としての圧縮要素１１が
それぞれ配置されている。

【００１０】電動要素９は、密閉ケース１の内面に固定
されたステータ１３と、その内側に設けられた回転可能
なロータ１５とを有し、シリンダ１７に回転動力を与え
るよう機能する。

【００１１】圧縮要素１１は両端が開放されたシリンダ
１７を有しており、シリンダ１７は密閉ケース１の内面
に固定された左右の主軸受１９、副軸受２０により回転
自在に両端支持されている。各軸受１９，２０はシリン
ダ１７の端部が回転自在に嵌合したボス部１９ａ，２０
ａと、これらボス部１９ａ，２０ａ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１９ｂ，２０ｂとか
らなり、シリンダ１７の両端は気密的に閉塞されてい
る。

【００１２】シリンダ１７の内部には、シリンダ１７の
内径よりも小さい円筒状の回転体２１がシリンダ１７の
軸方向に沿って配設されている。回転体２１は鉄系また
は、その他の材料からなり、その中心軸線Ａがシリンダ
１７の中心軸線Ｂに対して距離ｅだけ図１において下方
に偏心して配設され、一部が内周面と線接触している。

【００１３】回転体２１の両端部にはそれぞれ径の細い
支軸部２１ａ，２１ｂが設けられ、これら支軸部２１
ａ，２１ｂはそれぞれ前記主軸受１９、副軸受２０のボ
ス部１９ａ，２０ａに形成された軸受穴１９ｃ，２０ｃ
に対して回転自在に挿入支持されている。

【００１４】一方、回転体２１の右側の支軸部２１ａに
は、図６に示すようにオルダムリング２３を介してシリ
ンダ１７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２７，２７の一端部がそれぞれスライド自在に嵌挿
され、伝達ピン２７，２７の他端部は、前記シリンダ１
７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、前記回転体２１はシリンダ１７に対し
て偏心した位置で無理なく結合状態が確保されると共
に、シリンダ１７の回転力はオルダムリング２３を介し
て回転体２１に伝達されるようになっている。

【００１５】従って、電動要素９の作動によりシリンダ
１７がロータ１５と一体的に回転することで、シリンダ
１７に対して回転体２１はオルダムリング２３を介して
偏心して回転運動する。この時、回転体２１の外周面
と、それに対向するシリンダ１７の内周面との間には相
対速度が生じ、一部線接触しながらシリンダ１７内で内
転し、シリンダ１７に対して旋回運動するようになる。

【００１６】一方、前記回転体２１の外周面には螺旋状
の溝３１が設けられており、この螺旋状の溝３１は、吸
込端側（図１右側）のピッチＰが一番大きく、以下、吐
出端側（図面左側）へ向けてピッチが順次小さくなるよ
う設定されている。

【００１７】また、螺旋状の溝３１には、螺旋状のブレ
ード３３が弾性力を利用して出没自在に嵌め込まれてい
る。これにより、各作動室３５が形成されると共に吸込
端側となる作動室３５の容積が一番大きくなっている。
以下、吐出端側へ向けて各作動室３５の容積が順次小さ
くなるよう設定され、吐出側となる最終の作動室３５
は、副軸受２０に形成された密閉ケース１内に開放され
た吐出孔３７と接続連通している。また、各作動室３５
は図６に示す如くブレード３３に沿って回転体２１とシ
リンダ１７の内周面との接触部から次の接触部までのび
たほぼ三日月状の領域となっている。吸込端側の第１番
目の作動室３５は、回転体２１の軸端部に設けられたメ
イン通路３９と、主軸受１９に設けられた吸込通路４１
とを介して前記冷凍サイクルの吸込パイプ５と接続連通
している。これにより、吸込パイプ５からシンリダ１７
内に吸引される冷媒は第１番目の作動室３５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。

【００１８】ブレード３３は耐冷媒性、耐熱性、曲げ弾
性率の低い四フッ化エチレン樹脂（以下ＰＴＦＥ樹脂と
称す）から成り、螺旋状となる内周面側の底面には、コ
イル状の付勢ばね４３が組付けられた切欠き凹部４５が
連続して設けられている。

【００１９】切欠き凹部４５は、付勢ばね４３の径より
径大な深さと巾を有し、下方が開放された断面コ字状の
形状となっている。切欠き凹部４５を設ける領域は、図
４に示すようにブレード３３の各両端縁の途中まで連続
して設けられている。

【００２０】付勢ばね４３は、螺旋状の溝３１とほぼ同
様にコイル状に形成され、ブレード３３の外周面を常時
シリンダ１７の内周面へ向けて付勢するよう機能する。

【００２１】なお、圧縮要素１１の各摺動部及び回転部
には、図１に示すように密閉ケース１内の圧力が上昇す
ることで、前記密閉ケース１の底部に蓄えられた潤滑油
内に吹込口４７が臨む油導入管４９及び連通路５１を介
して潤滑油が供給されるようになっている。

【００２２】次に、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。

【００２３】まず、電動要素９に通電するとロータ１５
が回転し、このロータ１５と一体にシリンダ１７も回転
する。シリンダ１７が回転すれば、オルダムリング２３
を介して回転体２１も回転する。シリンダ１７に対する
回転体２１は、偏心して旋回するため回転体２１の外周
面とそれに対向するシリンダ１７の内周面との間には相
対速度が生じ一部線接触しながらシリンダ１７内で内転
し、シリンダ１７に対して回転体２１は旋回運動する。
この結果、吸込端側の作動室３５に取り込まれた冷媒等
の流体は閉じ込められた状態で回転体２１の回転にとも
ない吐出端側の作動室３５へ向けて順次送られながら圧
縮され、吐出パイプ７から外へ吐出されるようになる。

【００２４】この動作時において、例えば熱の影響等に
より弾性率が低下したり、あるいは、出没時の摺動抵抗
の影響を受けても、付勢ばね４３のばね圧によりブレー
ド３３の外周面はシリンダ１７の内周面に対して確実に
接触し合い良好なシール状態に確保されるため圧縮性能
の低下は起こらず安定した高い運転効率が得られるよう
になる。

【００２５】図７は冷媒ガスに「フレオン１２」を使用
し、シリンダ１７と回転体１７と回転体２１とに３００
０ｒｐｍの回転を与え、各種条件を設定して測定した結
果を示したものである。

【００２６】図において実施例２は、図８に示すよう
に、付勢ばね４３をブレード３３の中央から吐出側Ａに
渡り配設した例である。

【００２７】実施例３は、図９に示すように付勢ばね４
３をブレード３３の中央から吸込側Ｂに渡り配設した例
である。

【００２８】比較例１は、付勢ばね４３を省略したＰＴ
ＥＦ樹脂だけで構成した基本のブレードの例である。

【００２９】比較例２は、図１２に示すように切欠き凹
部４５をブレード３３の端部まで貫通させ全領域にわた
って設けた例である。

【００３０】比較例３は、図１０に示すように切欠き凹
部４５が、付勢ばね４３の断面径とほぼ同一としたブレ
ード３３の例である。

【００３１】比較例４は、切欠き凹部４５の深さが、付
勢ばね４３の断面径より小さいブレード３３の例であ
る。

【００３２】なお、この実験結果は、比較例１を１００
とした相対指数で現わされ実施例１〜３と比較例１〜４
の相対冷凍能力と相対負荷電力、また相対冷凍能力と相
対負荷能力から算出された相対運転効率の結果が対比し
て示されている。（相対冷凍能力／相対負荷電力×１０
０＝相対運転効率％）すなわち、比較例２の「切欠き凹
部４５が吐出側Ａと吸込側Ｂまで連通したブレード３
３」で得られる特性をみると、相対冷凍能力が６５％に
低下し、相対運転効率が６２％まで低下した。また、比
較例３の「切欠き凹部４５の幅が１ｍｍで付勢ばね４３
の外径と同一寸法のブレード３３」で構成された特性を
みると、相対冷凍能力１４０％と向上が見られるが、相
対負荷電力が１４５％と増加し、結果として相対運転効
率が９７％と低下した。比較例４の「切欠き凹部４５の
深さが０．５ｍｍで付勢ばね４３の外径よりも小さいブ
レード３３」で構成された特性をみると、比較例２と同
様な傾向を示し、相対冷凍能力が７０％に低下し、相対
運転能率が６７％まで低下した。

【００３３】一方、実施例１で構成されたブレード３３
は、比較例３と同様に相対冷凍能力が１４０％に向上
し、相対負荷電力が１０９％の増加に止まり、相対運転
能力は１２８％と向上が見られた。また、実施例２で構
成されたブレード３３は、相対冷凍能力が１１０％と実
施例１に比べその効果は小さく、相対運転能力は１０７
％であった。これに対し、実施例３で構成されたブレー
ド３３は、実施例１と同じ相対冷凍能力１４０％が得ら
れ、相対負荷電力が１０６％の最小限の増加に止まり、
結果として最高の相対運転効率１３２％が得られた。

【００３４】つまり、比較例２の運転効率の低下は、切
欠き凹部４５が吐出側Ａと吸込側Ｂの端部まで連通して
いるため、高圧の冷媒ガスが切欠き凹部４５を通じて低
圧側へリークしたことがわかる。また、比較例４も同様
に切欠き凹部４５の深さが付勢ばね４３の外径よりも小
さいことから、高圧の冷媒ガスが切欠き凹部４５と付勢
ばね４３の隙間を通じて低圧側へリークし、運転効率の
低下につながったものと思われる。比較例３のブレード
３３で構成したコンプレッサは、付勢ばね４３によって
シリンダ１７とブレード３３の押し付け力が増加し、作
動室３５のシール性の向上による相対冷凍能力の増加が
認められるが、ブレード３３が螺旋状の溝３１を出入り
する際の捩じり変形に対してもコイル状の付勢ばね４３
が補強する結果となり、相対負荷電力が大幅に増加し、
相対運転効率を逆に低下させることになったものと思わ
れる。

【００３５】その点、実施例１〜３は作動室３５のシー
ル性を向上させるばかりか、切欠き凹部４５の幅が付勢
ばね４３の外径よりも大きいことで、ブレード３３が螺
旋状溝３１を出没する際の捩じり変形に対し、付勢ばね
４３が切欠き凹部４５内を回転体２１の軸方向にスライ
ドして相対負荷電力の増加を止めることで運転効率の向
上に大きく寄与しているものと思われる。また、ブレー
ド螺旋のピッチが大きい吸込側Ａの領域に実施する例に
あっては、特に、相対冷凍能力を向上させる点において
効果的であることが推察できる。

【００３６】なお、本実施例の切欠き凹部４５の形状
は、図１３に示す台形型、図１４に示す逆台形型、図１
５に示すＴ溝型等各種形状のものを採用することも可能
である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
螺旋式のコンプレッサに適した高性能を持つブレードを
得ることができる。

【００３８】したがって、組立性を維持しつつ、ブレー
ドのシール性、運転効率を向上させることができ、初期
のコンプレッサの性能を長期に渡って維持できる効果を
もたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を実施した流体圧縮機の切断面図。

【図２】螺旋状の溝内にブレードを装着した回転体の斜
視図。

【図３】切欠き凹部内に付勢ばねが組込まれた一部分の
拡大断面図。

【図４】ブレードの一部分を示す一部分の側面図。

【図５】付勢ばねの斜視図。

【図６】オルダムリングの切断面図。

【図７】各実施例及び各比較例の測定結果図。

【図８】付勢ばねを吐出側に設けた説明図。

【図９】付勢ばねを吸込側に設けた説明図。

【図１０】切欠き凹部の変形例を示した図３と同様の拡
大断面図。

【図１１】切欠き凹部の変形例を示した図３と同様の拡
大断面図。

【図１２】切欠き凹部を端末まで設けたブレードの側面
図。

【図１３】切欠き凹部を台形状としたブレードの切断面
図。

【図１４】切欠き凹部を逆台形状としたブレードの切断
面図。

【図１５】切欠き凹部をＴ字形状としたブレードの切断
面図。

【図１６】従来例を示した図２と同様の斜視図。

【図１７】従来例を示した図２と同様の説明図。

【符号の説明】

１ 密閉ケース ９ 駆動手段 １７ シリンダ ２１ 回転体 ３１ 溝 ３３ ブレード ３５ 作動室 ４３ コイル状の付勢ばね ４５ 切欠き凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉ケース内に設けられ吸込端側と吐出
   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ダと相対的に旋回可能な円筒
   状の回転体と、この回転体の外周に設けられ前記シリン
   ダの吸込端側から吐出端側へ向かって順次小さくなるピ
   ッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出没自在に嵌
   合されるとともに前記シリンダの内周面に密着する外周
   面を有し前記シリンダの内周面と回転体の外周面との間
   を複数の作動室に区画する螺旋状のブレードと、前記回
   転体とシリンダとを相対的に旋回させる駆動手段とを備
   え、前記回転体とシリンダの相対的な旋回時にシリンダ
   の吸込端側から作動室に流入した流体を吐出端側の作動
   室へ順次圧縮しながら移送し外部へ吐出する流体圧縮機
   において、前記螺旋状のブレードの内周側となる底面
   に、連続する切欠き凹部を設け、この切欠き凹部内に、
   ブレードの外周面をシリンダ側へ向けて常時付勢するコ
   イル状の付勢ばねを設けたことを特徴とする流体圧縮
   機。