JPH0732951Y2

JPH0732951Y2 - 流体圧縮機

Info

Publication number: JPH0732951Y2
Application number: JP710189U
Authority: JP
Inventors: 尚義藤原; 久憲本間; 良訓曽根
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-01-25
Filing date: 1989-01-25
Publication date: 1995-07-31
Anticipated expiration: 2004-01-25
Also published as: JPH0299283U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の目的］（産業上の利用分野）本考案は，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，吐出側に逆止弁を設ける必要があ
るが，この逆止弁の両サイドの圧力差は非常に大きいた
め，逆止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。

（考案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，その構造が複雑で
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。本考案の目的とするところは，耐久性
に優れ，信頼性の高い流体圧縮機を提供することにあ
る。

［考案の構成］（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請求項１の考案は，中空なシ
リンダと，このシリンダ内に偏心配置された回転体と，
この回転体に形成された不等ピッチからなる螺旋状の溝
と，この溝に嵌め込まれ回転体とシリンダとの間に複数
の作動室を区画形成するブレードとを備え，この溝から
径方向に突出するブレードの突出量l₁と溝への投入量l₂
とが常にl₁≦l₂の関係を満たすように構成した。

また，請求項２の考案は，中空なシリンダと，このシリ
ンダ内に偏心配置された回転体と，この回転体に形成さ
れた不等ピッチからなる螺旋状の溝と，この溝に嵌め込
まれ回転体とシリンダとの間に複数の作動室を区画形成
するブレードとを備え，このブレードのシリンダ側に面
する幅寸法を，回転体側の幅寸法よりも大きく形成し
た。

そして，請求項１及び請求項２の考案は，ブレードの摩
耗を防止し，流体圧縮機の耐久性及び信頼性を向上でき
るようにした。

（実施例）以下，本考案の一実施例を第１図〜第７図に基づいて説
明する。

第１図は本考案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の中に配設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は，上記軸受8,9によりその両
端部をそれぞれ回転自在に支持されている。

また，第１図中に示すように，ピストン７の一端部の外
周には係合溝（図示しない）が形成されており，この係
合溝には，シリンダ７の内周面から突出した駆動ピン11
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
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11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の中で上記軸心Ａを中心
として，且つ，その一部をシリンダ７の内面に接触させ
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12が形成されている。そして，こ
の螺旋状の溝12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いピ
ッチで形成されている。そして，第４図，第５図および
第７図に示すように，螺旋状の溝12はその深さ方向をピ
ストン10の軸心Ａに対して略垂直に設定されている。

また，上記溝12には，第３図に示す螺旋状のブレード13
が嵌め込まれている。このブレード13は，例えばふっ素
樹脂等の合成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13は，第５図に示すよ
うに，断面略長方形に成形されている。また，ブレード
13の厚さｔは全長に亘って略等しく設定されており，且
つ，上記螺旋状の溝12の幅とほぼ一致している。そし
て，ブレード13の各部分は溝12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。さらに，ブレード
13の径方向の幅は上記螺旋状の溝12の深さと略一致して
いる。

また，ブレード13は，略全長に亘ってその外周面14をシ
リンダ７の内周面に接している。そして，前記ピストン
10がシリンダ７に対して偏心していることから，ピスト
ン10の外周面とシリンダ７の内周面とが離間した部位で
は第４図に示すように，ブレード13はその一部を上記溝
12から突出させている。

さらに，ブレード13は，上記溝12から突出した部分より
も多くの部分を溝12の内部へ没入させている。つまり，
ブレード13は第４図中に示すように，ピストン10の外周
面からの突出量l₁と上記溝12への没入量（重なり代）l₂
とが l₁≦l₂ の関係を満たすようにその径方向の幅を設定されてい
る。また，このブレード14の外周面14の幅と内周面15の
幅とは略等しくなっている。

そして，ブレード13の外周面14はシリンダ７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13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12に装着されている。

また，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13によって複数の作動室16…に
仕切られている。つまり，各作動室16はブレード13の隣
合う２つの巻き間に形成されており，ブレード13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16…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の軸方向に伸びる吸込孔17
が貫通している。そして，この吸込孔17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18が接続されている。また，他方の軸受９には
吐出孔19が形成されている。この吐出孔19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。ここで，第１図中に20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も同期回転する。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11と係合溝（図示しない）とからな
る規制手段によって確保される。そして，ブレード13も
ピストン10と一体的に回転する。

さらに，ブレード13はその外周面14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13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12に押込まれ，また，接触部
から離れるに従って上記溝12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18
および吸込孔17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６図（ａ）〜（ｄ）
に示すように，ブレード13の巻き間の三日月状の作動室
16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16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19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20を通して冷凍サイクル中に戻される。

また，第７図に示すようにブレード13には，隣合った２
つの作動室16a,16b間の差圧Δｐ…による力が加わって
いる。そして，ブレード13には，ピストン10の隅部21と
の接触部を支点として上記溝12の内壁に押付けられるこ
とにより生じる反力F₁,F₂が働いている。

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12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13によって仕切られた作動室
16…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16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
出側に逆止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，逆止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。

また，ブレード13は，上記溝12から突出した部分よりも
多くの部分を溝12の内部へ没入させており，その径方向
の幅を，突出量l₁と没入量l₂とが， l₁≦l₂ の関係を満たすように設定されているから，ブレード13
に加わる面圧の値が小さい。

すなわち,2つの作動室17a,17b間の差圧Δｐ…により押
されたブレード13に加わる上記反力F₁,F₂は， F₁∝Δｐ・l₁(1+l₁/2l₂) F₂∝Δｐ・l₁ ²/2l₂）と表わすことができる。そして，これらの式から，ブレ
ード13の，上記溝12への没入量l₂がピストン10からの突
出量l₁に対して大きいほど，上記反力F₁,F₂の値は小さ
くなることがわかる。

このため，ブレード13を，上記突出量l₁と没入量l₂とが
l₁≦l₂の関係を満たすよう設定することで，上記反力
F₂,F₂によりブレード13に加わる面圧の値を小とするこ
とができる。そして，ブレード13の，上記溝12から突出
した部分が上記差圧Δｐにより高圧側から低圧側に折れ
曲がり倒れることを防止することができる。そして，こ
れらのことから，ブレード13は摩耗しにくくなり，流体
圧縮機１の耐久性及び信頼性が高まる。

さらに，ブレード13の上記溝12への没入量（重なり代）
l₂を大とすることによって，ブレード13と上記溝12との
シール部の長さ，すなわちシール長が大となり，シール
性に優れたものになる。

また，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，圧縮機の移送容量は，ブレード13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16
の容量によって決定される。本実施例によれば，ブレー
ド13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，上記ブレード13の最初の
ピッチを大きくとることができ，圧縮機の移送容量を大
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，移送容量は低下するが，ブレード13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。

第８図〜第12図中に12で示すのはピストン10に設けられ
た溝であり,13はこの溝12に嵌め込まれたブレードであ
る。これらのうち第８図に示すものでは，ブレード13
は，その外周面14の幅ａを内周面の幅ｂよりも大きく成
形されている。すなわち，第８図に示すものでは，ブレ
ード13は，その外周面14の幅（シリンダ７側に面する幅
寸法）ａと内周面15の幅（ピストン10側に面する幅寸
法）ｂとの間にａ＞ｂの関係を有している。そして，ブレード13の吐出側面22
は，ピストン10の径方向と略平行な吸込側面23に対して
角度αを介して傾斜している。

さらに，ブレード13は，ブレード13の断面形状に合せて
成形された上記溝12を，ピストン10の径方向に出入す
る。そして，第８図および第９図に示すようにブレード
13が溝12から突出したときには，ブレード13の吐出側面
22とこれと対向する溝12の壁面との間に，吐出側作動室
17b内のガスが流入可能な程度の隙間24が形成される。
そして，この隙間24は，ブレード13の内周面15と溝12の
底面との間にも形成される。

つまり，このような構成のものでは第９図に示すよう
に，隣合った２つの作動室16a,16b間の差圧Δｐ…によ
る力は，ブレード13の傾斜した吐出側面22に垂直に働
く。このため，吸込側へ押されるブレード13への局部的
な反力F₁,F₂が小となり，溝12の内壁およびブレード13
への側圧が少ない。したがって，ブレード13の摩耗等が
生じにくく，耐久性および信頼性が高い。

さらに，上記吐出側面22に働いた差圧Δｐは，ピストン
10の径方向および軸方向へそれぞれΔｐ・sinα，Δｐ
・cosαとして分散する。

このため，ブレード13は差圧Δｐの，ピストン10の径方
向成分Δｐ・sinαに等しい拡張圧Δpeを受けて拡張
し，その外周面14をシリンダ７の内周面に押し付ける。
したがって，ブレード13に拡張圧をかける構造を特別に
設けることなく，ブレード13の外周面14とシリンダ７の
内周面との間の高いシール性を得ることができる。

また，第10図に示すように，上記溝12とピストン10の外
周面との間に位置する，ピストン10の隅部21の角度βを
鈍角とすることにより，ブレード13と上記隅部21との間
の摩耗が更に小となる。

第11図に示すものでは，ピストン10の溝12は，ピストン
10の軸心に対して傾いた状態で形成されており，その底
部を開口部よりも吸込側に位置させている。さらに，ブ
レード13の外周面14は，ブレード13の内周面15に対して
角度γを介して傾斜している。そして，ブレード13は，
上記溝12の傾きに沿って溝12を出入するとともに，上記
外周面14をシリンダ７の内周面に押圧している。

つまり，このようにブレード13の外周面14と内周面15と
に角度γを介在させるとともに，溝12をピストン10の軸
心に対して傾斜させることで，例えばフライスを用いる
切削などにより上記溝12を容易に，且つ，安価に加工で
きる。なお，第12図に示すように，ブレード13の外周面
14の幅ａを内周面15の幅ｂよりも大としたものについ
て，上記外周面14と上記内周面15との間に角度γを介在
させるようにしてもよい。

また，本考案の圧縮機は，冷凍サイクルに限らず，他の
用途の圧縮機にも適応することができる。

［考案の効果］以上説明したように請求項１の考案は，中空なシリンダ
と，このシリンダ内に偏心配置された回転体と，この回
転体に形成された不等ピッチからなる螺旋状の溝と，こ
の溝に嵌め込まれ回転体とシリンダとの間に複数の作動
室を区画形成するブレードとを備え，この溝から径方向
に突出するブレードの突出量l₁と溝への投入量l₂とが常
にl₁≦l₂の関係を満たすように構成した。

したがって請求項１及び請求項２の考案は，ブレードの
摩耗を防止でき，流体圧縮機の耐久性及び信頼性を向上
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】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
および第５図はピストンの溝とブレードとの摺動部を示
す側断面図，第６図（ａ）〜第６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７図は
ピストンの溝とブレードとの摺動部に作用する力を示す
説明図，第８図〜第12図は同じくピストンの溝とブレー
ドとの摺動部を示す側断面図である。１……圧縮機,2……密閉ケース,3……電動要素（駆動手
段）,7……シリンダ,10……ピストン８（回転体）,12…
…螺旋状の溝,13……ブレード,14……ブレードの外周
面,15……ブレードの内周面,16……作動室。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】中空なシリンダと，このシリンダ内に偏心
配置された回転体と，この回転体に形成された不等ピッ
チからなる螺旋状の溝と，この溝に嵌め込まれ上記回転
体と上記シリンダとの間に複数の作動室を区画形成する
ブレードとを備え，この溝から径方向に突出するブレー
ドの突出量l₁と上記溝への没入量l₂とが常にl₁≦l₂の関
係を満たすように構成されていることを特徴とする流体
圧縮機。
【請求項２】中空なシリンダと，このシリンダ内に偏心
配置された回転体と，この回転体に形成された不等ピッ
チからなる螺旋状の溝と，この溝に嵌め込まれ上記回転
体と上記シリンダとの間に複数の作動室を区画形成する
ブレードとを備え，このブレードのシリンダ側に面する
幅寸法を，上記回転体側の幅寸法よりも大きく形成した
ことを特徴とする流体圧縮機。