JPH06346873A

JPH06346873A - 流体圧縮機

Info

Publication number: JPH06346873A
Application number: JP13727193A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Koyama; 聡小山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-06-08
Filing date: 1993-06-08
Publication date: 1994-12-20
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP3401051B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シール性に優れ、高い成績係数を確保する。【構成】シリンダ１７と回転体２１との間を作動室３
５に区画する螺旋状のブレード３３とを有し、前記回転
体２１の旋回時に、吸込端側から流入した冷媒を吐出端
側の作動室３５へ順次移送させる流体圧縮機において、
前記ブレード３３は、螺旋状の溝３１の溝巾方向Ｐｔ
と、溝深さ方向Ｐｈの断面寸法比率に対して、寸法比率
の小さい側は大きい線膨張係数を有し、寸法比率の大き
い側は小さい線膨張係数を有し、かつ、ブレード断面の
寸法比率を線膨張係数の比率の積が少なくとも１±０．
２範囲としてある。また、ブレード３３断面の螺旋状の
溝３１の溝巾方向Ｐｔと、溝深さ方向Ｐｈの寸法は、寸
法の小さい側の線膨張係数が２０×１０^-5／℃（３０〜
１５０℃範囲の値）以下の四フッ化エチレン樹脂又は四
フッ化エチレンとパーフルオロアルキルビニルエーテル
共重合樹脂の複合材料で構成したことを特徴とする。

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２
７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１０７
を介してシリンダ１０５に対し相対的に旋回可能な回転
体１０９とを備えている。回転体１０９の外周面には略
全長に亘って螺旋状の溝１１１が形成され、この溝１１
１に螺旋状のブレード１１３が出没自在に嵌合してい
る。ブレード１１３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は回転体１０９と一体的
に旋回する。シリンダ１０５に対する回転体１０９はオ
ルダム機構１０７によって偏心して旋回するため回転体
１０９の外周面と、これに対向するシリンダ内周面との
間には、相対速度が生じ、この相対速度は一回転を一周
期として変化する。そのために、前記した如くブレード
１１３が螺旋状の溝１１１に対して出没することで回転
体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２８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、溝１１１のピッチＰは回転体１０９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１１３によって形成される作動室１１５の容積
は、吸込パイプ１１７側となる回転体１０９の吸込端側
から吐出パイプ１１９側となる吐出端側に向かって徐々
に小さくなるため、冷媒は吐出端側へ向けて順次移送さ
れる間に圧縮されて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】前記した如く螺旋状の
ブレード１１３によって冷媒を圧縮する作動室１１５が
作られる所から、ブレード１１３には、冷媒にさらされ
ても性質が劣化しない等といった冷媒圧縮に必要な種々
の性能が求められる。例えば、溝１１３に容易に嵌め込
めるよう弾性変形可能な剛性の低い性能が要求される。
そのために、ブレード１１３には、摩擦係数が小さく、
耐冷媒性、耐熱性、曲げ弾性率が低い等の性質をもつ合
成樹脂が最適であり、具体的には、四フッ化エチレン樹
脂（以下、ＰＴＦＥと称す）や四フッ化エチレンとパー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下、Ｐ
ＦＡと称す）が考えられている。また、ブレード１１３
の摺動特性や差圧による変形を改善する目的でガラス繊
維や炭素繊維などを充填した複合材料を使用することも
考えられているが、これら材料は、いずれも、熱膨張に
より寸法変化が大きい欠点を持つ。

【０００５】一方、流体圧縮機の成績係数（冷凍能力／
負荷電力）は、ブレード１１３と螺旋状の溝１１１のク
リアランスが大きく影響する。

【０００６】クリアランスは、図２９の溝１１１の幅方
向Ｐｔと深さ方向Ｐｈに対し、図３０に示す幅方向Ｂｔ
と深さ方向Ｂｈのブレード１１３を溝１１１に挿入した
際に隙間が形成され、この隙間がクリアランスとなって
いる。また、クリアランスの溝幅方向をＣｔ、溝深さ方
向をＣｈとすると、ＣｔとＣｈともに冷媒ガスをシール
する必要があり成績係数に影響を与える。よって、理想
的には潤滑油の油膜によって冷媒ガスをシールできる範
囲のクリアランスが、ブレード１１３断面のいずれの方
向にも均一に構成することが望ましいことがわかる。

【０００７】しかし、実際の問題として流体圧縮機の使
用温度範囲（温度上昇）は、流体圧縮機の構成（圧縮比
や冷凍能力、稼働回転速度、冷媒ガスの種類など）によ
って変化する。また、当然のことではあるが停止時と稼
働時、季節による周辺温度によっても異なる。このため
ブレード１１３の熱膨張による寸法変化量が異なる問題
がある。

【０００８】また、ブレード１１３の断面寸法を図３
１，３２に示すように、溝巾方向より溝深さ方向が大き
く形成され、しかも、単一の線膨張係数のブレード１１
３を構成した場合、熱膨張によるブレード１１３の寸法
変化量Ｄｔ，Ｄｈに差が生じ、クリアランスＣｔ，Ｃｈ
が異なる問題が起きる。

【０００９】さらに、流体圧縮機を構成する寸法によっ
て、適切なクリアランスの範囲からずれを生じる場合も
ある。例えば、十分な大きさを有するブレード１１３と
小さいブレード１１３では熱膨張による寸法変化量（Ｄ
ｔ，Ｄｈ）が異なる。このためクリアランス大の場合
は、シール性の低下や差圧によるブレード１１３の倒れ
が生じる恐れがあり、またクリアランス小では、ブレー
ド１１３が溝１１１を出入りする際の抵抗が増加するこ
とで流体圧縮機の負荷電力の上昇となって成績係数の低
下を招く。さらに、線膨張係数の大きい材料でブレード
１１３を構成した場合、適切なクリアランスを確保する
ためには小さい寸法のブレードとなり、所定の冷凍能力
が得られない問題もある。

【００１０】つまり、熱膨張によるブレード１１３の寸
法変化上、流体圧縮機を構成する寸法比によって適切な
クリアランスの範囲を逸脱する問題があった。

【００１１】そこで、この発明は、熱膨張による影響を
受けることなくシール性に優れ、成績係数の高い流体圧
縮機を提供することを目的としている。

【００１２】

【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、駆動手段により回転動力が与えられる
シリンダと、前記シリンダの軸方向に沿って偏心して配
置され、その一部が前記シリンダの内周面に接触した状
態で前記シリンダと相対的に旋回可能な円柱状の回転体
と、前記シリンダの回転に対して回転体を相対的に旋回
運動させるオルダム機構と、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、この溝に出没自在に
嵌挿されると共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と回転体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有し、前記回転体の旋回
時に、吸込端側から流入した冷媒を吐出端側の作動室へ
順次移送させる流体圧縮機において、前記ブレードは、
螺旋状の溝の溝巾方向と、溝深さ方向の断面寸法比率に
対して、寸法比率の小さい側は大きい線膨張係数を有
し、寸法比率の大きい側は小さい線膨張係数を有し、か
つ、ブレード断面の寸法比率を線膨張係数の比率の積が
少なくとも１±０．２範囲とする。

【００１３】また、ブレード断面の螺旋状の溝の溝巾方
向と溝深さ方向の寸法は、寸法の小さい側の線膨張係数
が２０×１０^-5／℃（３０〜１５０℃範囲の値）以下の
四フッ化エチレン樹脂又は四フッ化エチレンとパーフル
オロアルキルビニルエーテル共重合樹脂の複合材料で構
成する。

【００１４】

【作用】かかる流体圧縮機によれば、ブレードは螺旋状
の溝の溝幅方向と溝深さ方向の断面寸法比率に対して、
寸法比率の小さい側は大きい線膨張係数を有し、寸法比
率の大きい側は小さい線膨張係数を有し、かつ、ブレー
ド断面の寸法比率と線膨張係数の比率の積が１±０．２
の範囲としたことで、ブレードの螺旋状の溝の溝幅方向
と溝深さ方向の寸法構成に関係なく熱膨張による寸法変
化量が均一となり、ほぼ一定のクリアランスが得られ
る。また、ブレード断面の溝幅方向と溝深さ方向の寸法
において、寸法の小さい方向の線膨張係数が２０×１０
^-5／℃（３０〜１５０℃範囲の値）以下の四フッ化エチ
レン樹脂または四フッ化エチレンとパーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合樹脂の複合材料で構成すること
で、ブレードの種々の特性を損なわずに最適なクリアラ
ンスを得ることができるようになり、長期間に亘り安定
したシール性能が確保されるようになる。

【００１５】

【実施例】以下、図１乃至図１４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プ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。

【００１６】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とを有している。

【００１７】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。

【００１８】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２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。

【００１９】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
に回転自在に挿入支持されている。

【００２０】回転体２１の右側の支軸部２１ａには、オ
ルダム機構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。

【００２１】オルダム機構２３は、リング状のオルダム
リング２４と伝達ピン２７とから成り、オルダムリング
２４に形成された矩形状の長孔２６内は、前記回転体２
１の角柱部２５に対して遊びを有して嵌合し、長孔２６
の範囲内において面接触しながら中心軸線Ａと直交し合
う方向にオルダムリング２４の摺動が可能となってい
る。

【００２２】また、オルダムリング２４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前記伝達ピ
ン２７，２７の一端部がそれぞれスライド自在に嵌挿
し、伝達ピン２７，２７の他端部は前記シリンダ１７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機構２３を介して回転体２
１に伝達されるようになっている。

【００２３】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はオルダム機構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、この相対速度は一回転を一周期として変化し
ながらシリンダ１７内で内転し、シリンダ１７に対して
自転を伴なうことなく旋回運動が与えられる。

【００２４】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２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。

【００２５】螺旋状の溝３１には、螺旋状のブレード３
３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に形成され密閉ケース１内に開放された吐出孔３
７と接続連通している。また、各作動室３５は図１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３
９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、吸込パ
イプ５からシリンダ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。

【００２６】ブレード３３は、螺旋状の溝３１の溝巾方
向Ｐｔと溝深さ方向Ｐｈの断面寸法比率に対して、寸法
比率の小さい側は大きい線膨張係数を有し、寸法比率の
大きい側は小さい線膨張係数を有し、かつ、ブレード３
３断面の寸法比率と線膨張係数の比率の積が１±０．２
の範囲に設定してある。

【００２７】また、ブレード断面の螺旋状の溝３１の溝
巾Ｐｔと溝深さＰｈの寸法は、寸法の小さい側の線膨張
係数が２０×１０^-5／℃（３０〜１５０℃範囲の値）以
下の四フッ化エチレン樹脂又は四フッ化エチレンパーフ
ルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂の複合材料で
構成したものである。

【００２８】なお、図２において、４３は回転体２１に
設けられた油導入路を示しており、この油導入路４３の
一端は前記螺旋状の溝３１と連通し、他端は吸込端側の
主軸受１９に穿設された連通孔４５を介して前記密閉ケ
ース１の底部に吸込口４７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が導
入管４９、連通孔４５および油導入路４３を通って前記
溝３１内に送り込まれることでブレード３３の出入時の
潤滑が確保されるようになっている。

【００２９】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。

【００３０】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、オルダム機構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、さらに、その相対速度は一回転を一周期と
して変化しながらシリンダ１７内で内転し、シリンダ１
７に対して回転体２１は自転の伴わない旋回運動をする
ようになる。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。

【００３１】この運転時において、螺旋状の溝３１の溝
巾方向Ｐｔと溝深さ方向Ｐｈはほぼ同一のクリアランス
Ｃｔ＝Ｃｈで、しかも、最適なクリアランス値が確保さ
れ、安定したシール性能と良好な成績係数が得られた。

【００３２】図５から図１４は第１の実験結果を示した
ものである。この実験は、実施例１〜３と比較例１〜３
となるブレード３３を、密度２．１５ｇ／ｃｍ³のＰＴ
ＦＥ樹脂にφ１３μｍのガラス繊維を複合したものを用
いている。

【００３３】具体的には、実施例１と比較例１に繊維長
２０μｍ、実施例２と比較例２に繊維長３０μｍ、実施
例３と比較例３に繊維長４０μｍのガラス繊維が１５重
量％複合され、加工手順は、４００〜６００ｋｇ／ｃｍ
²の圧力の加圧成形およびその後の３８０℃の焼成によ
り、１００ｍｍ角の角材５１（母材）を作成する。この
角材５１から丸棒材５３を切削加工してさらに、螺旋状
のブレード３３に機械加工したものである。このとき図
６ないし図７に示されるように加圧成形の加圧面Ｆに対
し、丸棒材５３を作成する方向によってブレード３３を
作成した際のガラス繊維の配向が変化する。即ち、ガラ
ス繊維は加圧方向に対して横並びとなり繊維の方向によ
って線膨張係数が変わる。つまり、図６の加圧面Ｆに対
して垂直に丸棒材５３を作成しブレード３３を構成した
場合、溝深さ方向Ｂｈに繊維が配向して溝巾方向Ｄｔ及
び溝深さ方向Ｄｈの寸法変化量はＤｔ＞Ｄｈの関係にな
る。また、図７の加圧面Ｆに対して水平方向に丸棒材５
３を作成しブレード３３を構成した場合、溝幅方向Ｂｔ
に繊維が配向し寸法変化量はＤｔ＜Ｄｈの関係になる。
さらに、繊維の配向度（配向の強さ）は成形圧力と繊維
長でコントロールされ、成形圧力が高いほど、繊維長が
長いほど配向度が強くなる。よって、線膨張係数は繊維
の配向度が強い方向に補強され小さくなるところから、
この関係を利用し図５に示すように、ブレード３３の溝
幅方向寸法（Ｂｔ）を統一し溝深さ方向の寸法（Ｂｈ）
を変え、このブレード断面寸法の比率と逆数の関係、即
ち、比率小の時、線膨張係数大、比率大の時、線膨張係
数小となる線膨張係数（溝巾方向Ｄｔ、溝深さ方向Ｄ
ｈ）とした条件としてある。また、図８から図１３に示
すように設定のクリアランスＣｔ，Ｃｈと偏心量αを統
一している。この目的とするところは、偏心量αとブレ
ード３３の溝幅方向寸法によって作動室３５の容積が変
わり冷凍能力が異なることから、本発明の線膨張係数の
影響が明確にならないためである。この構成で異なるの
はブレード３３の溝深さ方向の寸法Ｐｈで、ａ１〜ａ３
の掛りしろと称されるブレード３３が飛び出しても溝３
１に残る寸法である。この掛りしろは、差圧によるブレ
ード３３の倒れを防いでいる。

【００３４】また、ブレード断面の寸法比率と線膨張係
数の比率の積を１±０．２の範囲とした実施例１〜３
と、ブレード断面の寸法比率と線膨張係数の比率の積を
０．７以下ないし１．３以上とした比較例１〜３のブレ
ード３３を図１に示す螺旋方式の流体圧縮機に適用し
た。

【００３５】流体圧縮機には、冷媒ガスに「フレオン１
２」を使用し、シリンダ１７に「３，０００ｒｐｍ」の
速度で回転を与える。また、コンプレッサ温度は８０℃
とした。そのときの負荷電力、冷凍能力を測定し、成績
係数ＣＯＰ（冷凍能力／負荷電力）を求めた。

【００３６】図１４に測定した流体圧縮機の性能が示さ
れている。図１４は成績係数ＣＯＰとＢｔ／Ｂｈ×Ｄｔ
／Ｄｈの結果が対比して示されている。

【００３７】すなわち、比較例１の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ
／Ｄｈが０．７以下ないし１．３以上」で得れるＣＯＰ
をみると、実施例１の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄｈが１±
０．２の範囲」に対して低下が認められる。また比較例
２の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄｈが０．７以下ないし１．
３以上」で得れるＣＯＰをみると、実施例２の「Ｂｔ／
Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄｈが１±０．２の範囲」に対して低下が
認められる。さらに比較例３の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄ
ｈが０．７以下ないし１．３以上」と、実施例３の「Ｂ
ｔ／Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄｈが１±０．２の範囲」もまた同様
な結果であった。つまり比較例１〜３の「Ｂｔ／Ｂｈ×
Ｄｔ／Ｄｈが０．７以下」では、寸法変化量Ｄｔ＜Ｄｈ
関係であることから溝深さ方向のクリアランスＣｈが小
さくなり、シリンダ１７と溝３１の底にブレード３３の
溝高さ方向Ｂｈが接触して流体圧縮機の負荷電力が増加
し、結果としてＣＯＰが低下したものと思われる。また
比較例１〜３の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ／Ｄｈが１．３以
上」では寸法変化量Ｄｔ＞Ｄｈ関係であることから、溝
深さ方向のクリアランスＣｔが小さくなり、ブレード３
３が溝３１を出入りする抵抗が増加するに従って流体圧
縮機の負荷電力が増加し、結果としてＣＯＰが低下した
ものと思われる。

【００３８】一方、実施例１〜３の「Ｂｔ／Ｂｈ×Ｄｔ
／Ｄｈが１±０．２の範囲」で構成されたブレード３３
はクリアランスＣｔとＣｈが適切な範囲に維持されるこ
とで良好なシール性が確保され、いずれも高いＣＯＰが
得られることがわかる。ここで、実施例２に対して実施
例１のＣＯＰが低いのは、ａ１の掛りしろが小さく差圧
によりブレード３３の倒れがあり、冷媒ガスのリークに
よるものである。また、実施例３は逆にａ３の掛りしろ
が大きく、ブレード３３が弾性変形されながら溝３１に
押込められる際の抵抗が大きいために流体圧縮機の負荷
電力が増加してＣＯＰが低くなった。さらに、比較例１
〜３の比較においてＣＯＰの落ち方が比較例１＜比較例
２＜比較例３の順であることがわかる。これは、ブレー
ド３３の溝巾方向Ｂｔに対して溝深さ方向Ｂｈが大きく
なることによってＢｈ側の熱膨張による寸法変化量（Ｄ
ｈ）の絶対値が大きく、結果としてクリアランスへの影
響度の違いが前記結果として現われたものと思われる。

【００３９】図１５から図２６は第２の実験結果を示し
たものである。

【００４０】この実験は、実施例４〜５、比較例４〜５
となるブレード３３を、密度２．１２ｇ／ｃｍ³のＰＦ
Ａ樹脂に径１５μｍ、長さ１００μｍのピッチ系炭素繊
維を複合したものを用いている。具体的には、実施例４
に１５重量％、実施例５に５重量％、比較例４に２重量
％、比較例５に１重量％が複合され、図１６に示すよう
に螺旋状の溝がある入れ子５５を有する金型５７を射出
成形装置５９の固定金型６１に装着し、成形温度３８０
℃、金型温度２００℃の条件により射出成形でブレード
３３を作成したものである。このとき図１７に示される
ようにＰＦＡ樹脂の流れに沿ってピッチ系炭素繊維は配
向する。一般に、射出成形で形成した場合、いずれもピ
ッチ系炭素繊維の配向に差は無いが、ピッチ系炭素繊維
の充填量によって線膨張係数が変わるところから、この
関係を利用して図１５に示すようにブレード３３の溝幅
方向寸法（Ｂｔ）と溝深さ方向寸法（Ｂｈ）の比率をＢ
ｔ／Ｂｈ＝１／１に統一し、溝幅方向Ｂｔ、溝深さ方向
Ｂｈに対応する線膨張係数もＤｔ／Ｄｈ＝１／１として
いる。ここで、図１８ないし図２１に示すような設定の
クリアランスＣｔ，Ｃｈを確保するためには、ブレード
３３の線膨張係数に応じた大きさにする必要がある。ま
た、他の条件を合わせるため、偏心量（α１〜α４）お
よび掛りしろはブレード３３の大きさの相似形とした条
件としてある。

【００４１】また、ブレード断面の溝３１の幅方向と溝
３１の深さ方向において、寸法の小さい方向（本実施例
では同一寸法）の線膨張係数が２０×１０^-5／℃以下と
した実施例４〜５と線膨張係数が２０×１０^-5／℃を越
える比較例４〜５のブレード２１を図１に示す螺旋方式
の流体圧縮機に適用した。

【００４２】流体圧縮機には、冷媒ガスに「フレオン１
２」を使用し、シリンダ１７に「３，０００ｒｐｍ」の
速度で回転を与える。また、コンプレッサ温度は８０℃
とした。そのときの負荷電力、冷凍能力を測定し、成績
係数ＣＯＰ（冷凍能力／負荷電力）を求めた。

【００４３】図２６に測定した流体圧縮機の性能が示さ
れている。

【００４４】すなわち、比較例４の「線膨張係数Ｄｔが
２５×１０^-5／℃」と、比較例５の「線膨張係数Ｄｔが
３０×１０^-5／℃」は成績係数ＣＯＰが小さかった。こ
れは、設定クリアランスを確保するためにブレード３３
の断面形状を小さくしたことで、作動室３５の容積が必
然的に小さくなり、冷凍能力が低くなったものと思われ
る。また、比較例５の急激な成績係数ＣＯＰの低下は、
ブレード３３の断面形状に対して設定クリアランスが大
きいために、差圧によってブレード３３の倒れが生じ、
冷媒ガスのシール性が低下した結果である。つまり、線
膨張係数Ｄｔが大きいと適切なクリアランスを確保する
ためにブレード３３の形状寸法が小さくなり、冷凍能力
の低下を招来する。また、ブレード３３の形状寸法が小
さくなることで適切なクリアランスの範囲も異なってく
ることが判る。

【００４５】一方、実施例４の「線膨張係数Ｄｔが１０
×１０^-5／℃」と、実施例５の「線膨張係数Ｄｔが２０
×１０^-5／℃」は成績係数ＣＯＰが大きく、良好なコン
プレッサ性能が得られた。しかし、実施例４は、実施例
５に対して冷凍能力が大きいにも係わらずＣＯＰで大き
な差は無かった。これは、ブレード３３の断面形状が大
きくなることでブレード３３が弾性変形されながら溝３
１に押込められる際の抵抗が大きくなり、結果としてコ
ンプレッサの負荷電力が増加してＣＯＰ向上の度合いが
小さくなったものと思われる。本実験では、ブレード３
３の線膨張係数とクリアランスの関係のみを示してお
り、ＣＯＰにはブレード３３の出没損失や差圧による倒
れなども影響することを考慮しなければならない。

【００４６】よって、線膨張係数Ｄｔを２０×１０^-5／
℃以下とすることで適切なクリアランスを維持しながら
大きな冷凍能力が得られ、高い成績係数ＣＯＰが得られ
る。また、本実験はＤｔ＝Ｄｈの構成で実施したが、断
面寸法の小さい方向に対して線膨張係数を２０×１０^-5
／℃以下に設定すれば、実験１で実証済みの断面比率に
対して線膨張係数が逆数の関係であることを前提に断面
寸法の大きい方向の線膨張係数はそれ以下となる。つま
り、断面寸法の小さい方向のみ線膨張係数を規定するこ
とで上記効果が得られることは言うまでもない。

【００４７】また、コンプレッサの温度が本実験よりも
高い場合も温度上昇に応じた線膨張係数（小）のブレー
ド３３で構成することで同様な効果が得られる。さら
に、本実験でＰＦＡ樹脂を用いたがＰＴＦＥ樹脂におい
ても同様な効果が得られ、ブレード３３の種々の特性を
損なわずに適切なクリアランスを維持しながら大きな冷
凍能力が得られ、高い成績係数ＣＯＰが得られるように
なる。なお、充填材としては、ガラス繊維や炭素繊維な
どの無機繊維、セラミック粉やセラミックウィスカーな
どの金属酸化物、潤滑性を付与するブロンズ、モリブデ
ン、グラファイト、二硫化モリブデンなどの固体潤滑
剤、全および一部芳香族ポリアミド系樹脂、全および一
部芳香ポリエステル系樹脂、全および一部芳香族ポリイ
ミド系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリサルフォン樹脂
などの有機充填材などがあり、充填量や充填材の形状お
よび配向の方向など線膨張係数に応じて使い分けること
が望ましい。

【００４８】また、シングルタイプのブレード３３につ
いて説明したが、左右に一対あるツインタイプに適用す
ることも可能である。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
ブレードの溝巾方向及び溝深さ方向のクリアランスをほ
ぼ同一に確保することができると共に最適なクリアラン
スを得ることができるため、ブレードのシール性、成績
係数を大巾に向上させることができる。したがって、初
期の性能を長期に渡って安定して維持でき、しかも、組
付性の面でも大変好ましいものとなる。

【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】回転体の斜視図。

【図３】オルダム機構の切断面図。

【図４】圧縮要素を示した分解図。

【図５】実施例１〜３と比較例１〜３の第１の実験条件
を示した説明図。

【図６】ブレードの第１の成形方法を示した説明図。

【図７】ブレードの第２の成形方法を示した説明図。

【図８】螺旋状の溝内にブレードが入った状態の切断面
図。

【図９】同上の溝からブレードが突出し掛り代が小さい
状態を示した切断面図。

【図１０】溝深さ方向の大きいブレードが溝内に入った
状態の切断面図。

【図１１】同上のブレードが溝から突出し掛り代が比較
的大きい状態を示した切断面図。

【図１２】溝深さ方向の大きいブレードが溝内に入った
状態の切断面図。

【図１３】同上のブレードが溝から突出し掛り代が大き
い状態を示した切断面図。

【図１４】流体圧縮機の性能実験結果を示した特性図。

【図１５】実施例４〜５と比較例４〜５の第２の実験条
件を示した説明図。

【図１６】ブレードを成形する射出成形装置の概要説明
図。

【図１７】射出成形によって成形された一部分のブレー
ドの切断斜視図。

【図１８】ブレードの大きさが最大で、溝内に入った状
態の切断面図。

【図１９】同上のブレードが溝から突出した状態の切断
面図。

【図２０】ブレードの大きさが第２位で、溝内に入った
状態の切断面図。

【図２１】同上のブレードが溝から突出した状態の切断
面図。

【図２２】ブレードの大きさが第３位で、溝内に入った
状態の切断面図。

【図２３】同上のブレードが溝から突出した状態の切断
面図。

【図２４】ブレードが最小で、溝内に入った状態の切断
面図。

【図２５】同上のブレードが溝から突出した状態の切断
面図。

【図２６】第２の実験結果を示した特性図。

【図２７】従来例を示した図１と同様の切断面図。

【図２８】回転体の斜視図。

【図２９】螺旋状の溝の切断面図。

【図３０】ブレードの切断面図。

【図３１】ブレードのクリアランスを示した切断面図。

【図３２】ブレードの寸法変化量を示した説明図。

【符号の説明】

９駆動要素（駆動手段）１７シリンダ２１回転体２３オルダム機構３１螺旋状の溝３３ブレード３５作動室Ｐｔ溝巾方向Ｐｈ溝深さ方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動手段により回転動力が与えられるシ
リンダと、前記シリンダの軸方向に沿って偏心して配置
され、その一部が前記シリンダの内周面に接触した状態
で前記シリンダと相対的に旋回可能な円柱状の回転体
と、前記シリンダの回転に対して回転体を相対的に旋回
運動させるオルダム機構と、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、この溝に出没自在に
嵌挿されると共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と回転体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有し、前記回転体の旋回
時に、吸込端側から流入した冷媒を吐出端側の作動室へ
順次移送させる流体圧縮機において、前記ブレードは、
螺旋状の溝の溝巾方向と、溝深さ方向の断面寸法比率に
対して、寸法比率の小さい側は大きい線膨張係数を有
し、寸法比率の大きい側は小さい線膨張係数を有し、か
つ、ブレード断面の寸法比率を線膨張係数の比率の積が
少なくとも１±０．２範囲であることを特徴とする流体
圧縮機。
【請求項２】ブレード断面の螺旋状の溝の溝巾方向と
溝深さ方向の寸法は、寸法の小さい側の線膨張係数が２
０×１０^-5／℃（３０〜１５０℃範囲の値）以下の四フ
ッ化エチレン樹脂又は四フッ化エチレンとパーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合樹脂の複合材料で構成し
たことを特徴とする請求項１記載の流体圧縮機。