JPH07107392B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は，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。しかし，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。さらに，このような従来の圧縮機
では圧縮効率を高めるために，吐出側に吐出弁を設ける
必要があるが，この吐出弁の両サイドの圧力差は非常に
大きいため，吐出弁からガスがリークし易く圧縮効率が
低い。そして，このような問題を解消するためには各部
品の寸法精度や組立精度を高める必要があり，このため
製造コストが高くなる。

また，米国特許第2,401,189号明細書にはスクリューポ
ンプが開示されている。このポンプによれば，スリーブ
内に円柱形状の回転体が配設され，この回転体の外周面
には螺旋状の溝が形成されている。また，この溝には螺
旋状のブレードが摺動自在に嵌合されている。そして，
回転体を回転駆動することにより，回転体の外周面とス
リーブの内周面との間においてブレードの隣接する２つ
の巻き間に閉じこめられた流体をスリーブの一端側から
他端側へ移送する。つまり，上述のスクリューポンプは
流体を一端側から他端側へ移送するだけのものであり，
流体を圧縮する機能は持っていない。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように従来の流体圧縮機では，その構成が複雑で
あり，部品点数が大だった。さらに，高圧側と低圧側と
の境界に設けられた逆止弁からガスがリークすることが
あり，圧縮効率が低かった。また，螺旋状のブレードを
巻装した回転体をスリーブに中に配置したタイプのスク
リューポンプは，単に流体を移送するものであり，圧縮
作用はなかった。

本発明の目的とするところは，比較的簡単な構成により
シール性を向上させて効率の良い圧縮ができるととも
に，部品の製造および組立が容易な流体圧縮機を提供す
ることにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用） 上記目的を達成するために本発明は，中空筒体からなる
シリンダと，このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿う
とともに偏心して配置され，その一部が上記シリンダの
内周面に接触した状態で上記シリンダと相対的に回転可
能な円柱状のピストンと，このピストンの外周に設けら
れ，流体の移送方向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，ふっ素樹脂材料からなり，
上記溝に出入自在に嵌め込まれるとともに，上記シリン
ダの内周面に密接する外周面を有し，上記シリンダの内
周面と上記ピストンの外周面との空間を複数の作動室に
区画する螺旋状のブレードと，上記シリンダと上記ピス
トンとを相対的に回転させ上記作動室に取り込んだ流体
をピッチが小さくなる側へ順次移送し，かつ圧縮させる
駆動手段とを具備してなることを特徴とする流体圧縮
機。

こうすることによって本発明は，簡単な構成により作動
を円滑にし，シール性を向上させ，効率の良い圧縮がで
きるようにし，さらに，部品の製造および組立が容易に
できるようにしたことにある。

（実施例） 以下，本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すものである。

そして，第１図は冷凍サイクルに使用する冷媒ガス用の
密閉型圧縮機１を示している。この圧縮機１は密閉ケー
ス２と，この密閉ケース２の中に配置された駆動手段と
しての電動要素３および圧縮要素４とを備えている。上
記電動要素３は，密閉ケース２の内面に固定されたほぼ
環状のステータ５と，このステータ５の内側に設けられ
た環状のロータ６とを有している。

また，上記圧縮要素４は中空筒体からなるシリンダ７を
有しており，このシリンダ７の外周面に上記ロータ６が
同軸的に固定されている。そして，シリンダ７の両端は
密閉ケース２の内面に固定された軸受8,9により回転自
在に支持されており，この軸受8,9によってシリンダ７
の両端は気密的に閉塞されている。

さらに，上記シリンダ７の中には，シリンダ７の内径よ
りも小さな外径の円柱形状の回転体としてのピストン10
が，シリンダ７の軸方向に沿って配設されている。この
ピストン10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だけ偏心して配置されており，ピストン10
の外周面の一部はシリンダ７の内周面に接触している。
そして，ピストン10の両端部は上記軸受8,9にそれぞれ
回転自在に支持されている。また，第１図および第４図
に示すように，ピストン10の一端部の外周には係合溝11
が形成されており，この係合溝11には，シリンダ７の内
周面から突出した駆動ピン12がシリンダ７の径方向に沿
って進退自在に挿入されていて，これらで駆動手段が構
成される。したがって，電動要素３に通電してシリンダ
７がロータ６と一体に回転駆動されると，シリンダ７の
回転力は上記駆動ピン12を介してピストン10に伝達され
る。そして，ピストン10はシリンダ７の中で，その一部
がシリンダ７の内面に接触した状態で内転する。

また，上記ピストン10の外周面には，ピストン10の両端
間を延びる螺旋状の溝13が形成されている。そして，こ
の螺旋状の溝13のピッチは，両図中の右側から左側，つ
まり，シリンダ７の吸込側から吐出側に向かって徐々に
小さく形成されている。

また，上記溝13には，第３図に示す螺旋状のブレード14
が嵌め込まれている。このブレード14はふっ素樹脂材料
からなるもので，適度な弾性を有している。そして，こ
のブレード14の厚さｔは上記螺旋状の溝13の幅とほぼ一
致しており，ブレード14の各部分は溝13に対してピスト
ン10の径方向に沿って進退自在になっている。また，ブ
レード14の外周面はシリンダ13の内周面に密着した状態
でシリンダ７の内周面上をスライドする。なお，ブレー
ド14はその弾性を利用してねじ込むことにより上記螺旋
状の溝13に装着されている。

そして，シリンダ７の内周面とピストン10の外周面との
間の空間は，上記ブレード14によって複数の作動室15…
に仕切られている。つまり，各作動室15はブレード14の
隣合う２つの巻き間に形成されており，ブレード14に沿
ってピストン10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ほぼ三日月状をなしている。そして
作動室15…の容積は，シリンダ７の吸込側から吐出側に
行くに従って徐々に小さくなっている。

また，第１図中に示すように，シリンダ７の吸込側に位
置する軸受８にはシリンダ７の軸方向に延びる吸込孔16
が貫通している。そして，この吸込孔16の一端はシリン
ダ７の中に開口しており，他端には冷凍サイクルの吸込
チューブ17が接続されている。また，他方の軸受９には
吐出孔18が形成されている。この吐出孔18の一端はシリ
ンダ７の中の吐出端側に開口しており，他端は密閉ケー
ス２の内部に開口している。

また，第４図中に19で示すのは圧力導入通路である。す
なわち，この圧力導入通路19は上記ピストン10の中心軸
Ａに沿って設けられたものであり，その一端は吐出側の
軸受９に形成された通路20を介して密閉ケース２の内
部，特に，密閉ケース２の底部に連通している。さら
に，圧力導入通路19の他端はピストン10に形成された螺
旋状の溝13の底に開口している。そして，密閉ケース２
の底部には第１図中に示すように，潤滑オイル21が溜め
られている。つまり，密閉ケース２の中の圧力が上昇す
ることにより上記オイル21は，吐出側軸受９の通路20と
上記圧力導入路19を通過して，上記溝13の底とブレード
14との間の空間に導入される。なお，圧力導入路19の一
端は上記溝13の内，シリンダ７の吸込側の端から360度
よりやや大きい角度だけ吐出側の端側に進行した部位に
開口している。

ここで，第１図中に22で示すのは密閉ケース２の内部と
外部とを連通させる吐出チューブである。

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，電動要素３に通電されるとロータ６が回転し，こ
のロータ６と一体にシリンダ７も回転する。そして，こ
れと同時に，ピストン10はその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，ピストン10とシリンダ７との相対的な回転運動は，
上記駆動ピン12と係合溝11とからなる駆動手段によって
確保される。そして，ブレード14もピストン10と一体的
に回転する。

さらに，ブレード14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ため，ブレード14の各部は，
ピストン10の外周面とシリンダ７の内周面との接触部に
近づくに従って上記溝13に押込まれ，また，接触部から
離れるに従って上記溝13から飛出す方向に移動する。一
方，圧縮要素４が作動されると，吸込チューブ17および
吸込孔16を通してシリンダ７に冷媒ガス（図示しない）
が吸込まれる。そして，吸込まれた冷媒ガスは，第５図
（ａ）〜（ｄ）に示すように，ブレード14の巻き間の三
日月状の作動室15に閉込められた状態で，ピストン10の
回転に伴って吐出側の作動室15に順次移送される。そし
て，移送されて圧縮された冷媒ガスは，吐出側の軸受９
に形成された吐出孔18から密閉ケース２の空間内に吐出
され，更に，吐出チューブ22を通して冷凍サイクル中に
戻される。

また，密閉ケース２の中の圧力が上昇すると，螺旋状の
溝13の底とブレード14との間の空間には，吐出側軸受９
の通路および上記圧力導入通路19を通して潤滑オイル21
が導入される。そのため，ブレード14は油圧により上記
溝13から押出される方向，つまり，シリンダ７の内周面
に向かって常に押圧されている。したがって，圧縮要素
４の動作中は，ブレード14は上記溝13の内部にひっかか
ることなく，シリンダ７の径方向に沿って円滑に進退す
る。したがって，ブレード14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。このことから，
作動室15相互間はブレード14によって確実に仕切られ，
作動室15相互間のガスのリークが防止される。

以上のように構成された圧縮機によれば，ピストン10に
形成された螺旋状の溝13はシリンダ７の吸込側から吐出
側に向かって徐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14によって仕切られた作動室
15…は，吐出側に向かって徐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，冷媒ガスをシリンダ７
の吸込側から吐出側に移送する間に，この冷媒ガスを圧
縮することができる。また，冷媒ガスは作動室15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，ガスを効率良く圧縮
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
簡略化および部品点数の削減を図ることができる。ま
た，電動要素３のロータ６は圧縮要素４のシリンダによ
って支持されていることから，ロータ６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，圧縮機の構成をより一層簡略化することができ，部
品点数の削減が可能になる。

さらに，螺旋状のブレード14は十分な弾性を有するふっ
素樹脂材料からなるものであるから，上記螺旋状の溝13
を出入しても無理な変形応力が生じることがなく，ブレ
ード14は円滑に上記溝13を出入する。つまり，ブレード
14はその柔軟性により，第６図に示すように螺旋状の溝
13の形状に従って上記溝13を出入するから，ブレード14
に例えば局部的な変形力が加わることがなく，ブレード
14は上記溝13をスムーズに出入する。また，ふっ素樹脂
材料からなるブレード14には高圧な環境下におかれるこ
とで十分な熱膨張が生じるので，上記溝13と，これに嵌
め込まれたブレード14との隙間が埋められて小となる。
したがって，ガスのリークが低減し，性能が向上する。

そして，ふっ素樹脂材料からなるブレード14は上記溝13
と摺動しても摩耗しにくく，圧力の上昇による高温環境
下におかれても，また，冷媒にさらされてもその性質は
劣化しにくい。つまり，ふっ素樹脂材料からなるブレー
ド14は耐摩耗性，耐熱性，耐冷媒性等に優れており，こ
れによって，圧縮機の性能および信頼性が大幅に向上す
る。さらに，上記ブレード14を変ピッチで形成された上
記溝13に嵌め込む際には，ブレード14を弾性変形させな
がら上記溝13にねじ込むことができるので，ブレード14
をピストン10に容易に巻装することができる。

また，ふっ素樹脂材料としてはPFA（ペルフルオロアル
コキシふっ素樹脂）,PTFE（ポリテトラフルオロエチレ
ン）等が考えられるが，射出成形し易いものを採用する
とブレード14の製造性が良い。

また，圧縮機の作動中，溝13とブレード14との間の空間
には油圧が供給され，ブレード14はシリンダ７の内周面
に向かって常に押圧されている。そのため，ブレード32
は，その外周面がシリンダ７の内周面に常に密着した状
態で回転する。したがって，隣合う作動室15を確実に仕
切ることができ，各作動室15間のガスリークを確実に防
止できる。このため，効率よくガスを圧縮することが可
能となる。また，ブレード14はシリンダ７の内周面に向
かって押圧されていることから，ブレード14の直角度
等，部品の製造精度がさほど高くない場合でも，ブレー
ド14はシリンダ７の内面に追従して溝13の中をシリンダ
７の径方向に沿って円滑に移動する。したがって，部品
の製造および組立を容易に行なうことができる。

また，溝13の底とブレード14との間の空間に高圧の潤滑
オイルを導入することにより，溝13の内面とブレード14
との間の空間の潤滑およびこれらの間のシールを行なう
ことができる。さらに，上記空間は溝13に沿って螺旋状
に形成されていることから，この空間は油圧ポンプとし
て作用し他の摺動部分へ潤滑オイルを導くことができ
る。

さらに，シリンダ７とピストン10とは，互いに同一方向
に回転した状態で互いに接触している。このため，これ
らの部材間の摩擦は小さく，それぞれが円滑に回転でき
るので，振動や騒音が少ない。

また，圧縮機の圧縮容量は，ブレード14の最初のピッ
チ，つまり，シリンダ７の吸込端側に位置した作動室15
の容量によって決定される。本実施例によれば，ブレー
ド14のピッチはシリンダ７の吸込側から吐出側に向かっ
て徐々に小さくなっている。そのため，本実施例と同一
の巻数を有し，かつ，ピストン10の全長に亘って同一の
ピッチを有するものに比べて，本実施例によれば上記ブ
レード14の最初のピッチを大きくとることができ，圧縮
機の圧縮容量を大きくとることができる。言替えれば，
効率の高い圧縮機を実現することができる。

なお，圧縮容量は低下するが，ブレード14の巻数を増加
する程，隣合う作動室間の圧力差が減少し，作動室相互
間のガスリーク量が低減して圧縮効率が向上する。

なお，本実施例では，シリンダ７に設けた駆動ピン12と
ピストン10に設けた係合溝11とからなる駆動手段によっ
てシリンダ７の回転力をピストン10に伝達しているが，
本発明はこれに限定されるものではなく，例えば，第７
図（ａ）および第７図（ｂ）に示すようにして回転力を
伝達するようにしてもよい。すなわち，両図に示すもの
では，ブレード14の一端を延長し，シリンダ７の吐出端
側に固定している。そして，このようにしたものでは，
シリンダ７が回転するとブレード14も回転し，このブレ
ード14の回転により，シリンダ７の回転力がピストン10
に伝えられてピストン10が回転する。したがって，部品
数の削減および小型化が可能になるとともに，騒音を低
減させることができる。

また，本発明の圧縮機は，冷凍サイクルに限らず，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本発明は，その外周に一端側から他
端側へ徐々にピッチが変化する螺旋状の溝を有するとと
もに，この溝にふっ素樹脂材料からなる螺旋状のブレー
ドを出入自在に嵌め込んだ円柱状のピストンを，中空筒
体からなるシリンダ内に偏心させて配置し，上記ブレー
ドによってシリンダの内周面とピストンの外周面との間
の空間を複数の作動室に区画し，シリンダとピストンと
を相対的に回転させ，上記作動室に取り込んだ流体をピ
ッチが小さくなる側へ順次移送しながら圧縮するように
したものである。

したがって本発明は，簡単な構成により円滑に作動する
ことができ，シール性を向上し，効率の良く圧縮できる
とともに，部品の製造および組立が容易になるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の一実施例を示すもので，第１
図は流体圧縮機の全体を示す縦断側面図，第２図はピス
トンの側面図，第３図はブレードの側面図，第４図は圧
縮要素を一部破断して示す側面図，第５図（ａ）〜第５
図（ｄ）は冷媒ガスの圧縮過程をそれぞれ示す一部縦断
した側面図，第６図はブレードが溝に入り込んだ状態を
示す縦断側面図，第７図（ａ）および第７図（ｂ）は変
形例を示すもので，第７図（ａ）は圧縮要素を示す一部
破断した側面図，第７図（ｂ）は同じく圧縮要素を一端
側から見た状態を示す正面図である。 ２……密閉ケース,3……電動要素,7……シリンダ,10…
…ピストン,13……螺旋状の溝,14……ブレード,15……
作動室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曽根 常司 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内 (72)発明者 曽根 良訓 神奈川県川崎市幸区柳町70番地 株式会社 東芝柳町工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】中空筒体からなるシリンダと， このシリンダ内にシリンダの軸方向に沿うとともに偏心
   して配置され，その一部が上記シリンダの内周面に接触
   した状態で上記シリンダと相対的に回転可能な円柱状の
   ピストンと， このピストンの外周に設けられ，流体の移送方向に向か
   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， ふっ素樹脂材料からなり，上記溝に出入自在に嵌め込ま
   れるとともに，上記シリンダの内周面に密接する外周面
   を有し，上記シリンダの内周面と上記ピストンの外周面
   との空間を複数の作動室に区画する螺旋状のブレード
   と， 上記シリンダと上記ピストンとを相対的に回転させ上記
   作動室に取り込んだ流体をピッチが小さくなる側へ順次
   移送し，かつ圧縮させる駆動手段とを具備してなること
   を特徴とする流体圧縮機。