JPH1122673A - 回転式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍冷蔵庫や空調機に使用されるロータリ圧
縮機などの回転式流体機械において、圧縮機構構成部品
であるローラとベーンの摺動による摩耗を減少させ、信
頼性が高く長寿命化した回転式流体機械を提供する。 【解決手段】 円柱状の中空部を有するシリンダ２６
と、前記中空部内に前記シリンダ２６と近接するように
偏心して配置された円柱状のピストン２４と、ピストン
２４の外周に、ピストン２４の円柱軸Ｌ１と平行に設け
られたベーン溝２８と、ベーン溝２８に出入り自在には
め込まれ、先端がシリンダ２６の内面と近接することに
よって、吸入室と吐出室を形成するベーン３１と、ピス
トン２４をそれ自身の円柱軸を回転軸として回転させ、
かつシリンダ２６を前記中空部の円柱軸を回転軸として
回転させる手段として、ローター２２およびステータ２
３とを有した電動要素とを備え、ピストン２４の回転軸
は、ローター２２の回転軸と一致するように配置され、
ピストン２４は、ローター２２と同期回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば冷凍冷蔵
庫や空調機等に用いられる圧縮機などの回転式流体機械
に関する。

【０００２】

【従来の技術】代表的な回転式流体機械であるロータリ
ー圧縮機はそのコンパクト性や構造が簡単なことから、
冷凍冷蔵庫や空調機などに多く使用されている。圧縮機
の主要構成部品であるベーンやローラなどの圧縮機構部
は、例えば、川平著、密閉形冷凍機（平成５年）第１４
頁、図６．１に記載されている。

【０００３】以下に、図６および図７を用いて、従来の
ロータリー圧縮機の動作について説明する。

【０００４】図６は従来のロータリー圧縮機の縦断面図
であり、図７はそのＡ−Ａ部（シリンダ中央部）の横断
面図である。密閉容器１内に、偏心部を有するクランク
軸２とクランク軸２を支える軸受３、４とシリンダ５と
ベーン６と前記シリンダ５内で偏心回転するローラ７と
からなる圧縮機構部を構成し、先端が円弧状のベーン６
はシリンダ５のベーン溝８内を往復運動し、かつその先
端部は、スプリング９によるばね力およびシリンダ５の
内外の圧力差による力によって、ローラ７の外周面に押
し付けられて、ローラ７の外周部と接触摺動し、シリン
ダ５内を吸入室１０と吐出室１１に分割している。

【０００５】Ｏはシリンダ５とクランク軸２の中心で、
クランク軸２は中心Ｏからｅだけ偏心したＰを中心とす
る偏心部（以降クランクピンと称す）１２を有し、クラ
ンクピン１２にはローラ７が嵌合されており、ステータ
１３およびローター１４からなる電動機によりクランク
軸２が回転してローラ７がシリンダ５内を公転すること
により、冷媒ガスを吸込口１５から吸い込み、吐出口１
６に圧縮しながら送る。吐出口１６の冷媒ガスは吐出弁
１７を通り冷凍サイクル側に送られることにより圧縮作
用を行うものである。

【０００６】また、これとは別にスライディングベーン
型ロータリー圧縮機と呼ばれるもの（図示せず）があ
り、シリンダ内で、回転ピストンに設けられたベーン溝
に、出入り自在に備えられたベーンがピストンとともに
回転して圧縮作用を行うものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、ベーン６の先端部は円弧曲面であり、
ローラ７の外周面も円形状曲面（円筒面）であるので、
ベーン６とローラ７の接触状態は等価的には小円筒と大
円筒の凸面同士の接触となる。したがって、接触状態は
線接触状態で、接触面積が小さくなり、単位面積当たり
の荷重すなわち接触応力が大きくなり、ベーン６とロー
ラ７の接触摺動条件は過酷なものとなり、摩耗が生じ易
く、摺動損失も大きくなるものである。

【０００８】また、ローラ７の自転数もローラ７の内周
面とクランクピン１２との摺動抵抗と、ローラ７の外周
面とベーン６の先端との摺動抵抗の差などで決まるもの
であり、ローラ７の自転数は非常に不安定である（一般
にクランク軸２の回転数を３５００ｒｐｍで運転した
時、ローラの自転数は数十〜数百ｒｐｍ程度）。 この
ため、ベーン６の先端とローラ７の摺動面は、すべり速
度が条件により変わり、不安定なすべり摺動となる。

【０００９】さらに、塩素を含まない代替冷媒、例えば
ＨＦＣ１３４ａなどを用いた場合、冷媒自体の潤滑効果
が乏しく、摺動部の油膜か切れた場合に著しく潤滑性が
低下する問題があり、特にロータリ圧縮機の場合油膜の
できにくいローラ７外周とベーン６先端との間で摩耗が
生じ易く、著しく寿命が短くなるという問題があった。

【００１０】また、スライディングベーン型ロータリー
圧縮機の場合には、凸円弧のベーンと凹円弧のシリンダ
内面との摺動になり、接触の形状としては先に説明した
物より有利ではあるが、ベーン先端の摺動速度は回転数
とシリンダ内径に比例して大きくなるため、非常に過酷
な摺動条件となり、長寿命を要求される冷凍冷蔵庫用や
空調用には不向きであった。

【００１１】本発明は、上述した従来の回転式流体機械
の課題を考慮し、ベーン先端の摺動部負荷を低減し、信
頼性が高く長寿命化すると共に、摺動損失を軽減し、高
効率化を図った回転式流体機械を提供することを目的と
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、円柱状の中空
部を有するシリンダと、前記中空部内に前記シリンダと
近接するように偏心して配置された円柱状のピストン
と、前記ピストンの外周に、それ自身の円柱軸と平行に
設けられた少なくとも一つのベーン溝と、前記各ベーン
溝に出入り自在にはめ込まれ、先端が前記シリンダの内
面と近接することによって、少なくとも一つの吸入室と
少なくとも一つの吐出室を形成するベーンと、前記ピス
トンをそれ自身の円柱軸を回転軸として回転させ、かつ
前記シリンダを前記中空部の円柱軸を回転軸として回転
させる手段として、ローターおよびステータとを有した
電動要素とを備え、前記ピストンの回転軸は、前記ロー
ターの回転軸と一致するように配置され、前記ピストン
は、前記ローターと同期回転することを特徴とする回転
式流体機械である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００１４】（実施の形態１）図１は本発明の第１の実
施の形態における回転式流体機械の縦断面図であり、図
２はそのＢ−Ｂ部（シリンダ中央部）の横断面図であ
り、図３は本発明の回転式流体機械の圧縮原理を示した
ものである。本実施の形態における回転式流体機械は、
冷媒としてＨＦＣ１３４ａ等の塩素を含まない冷媒を用
いた冷凍サイクル装置の圧縮機として用いる回転式流体
機械である。

【００１５】密閉シェル２１内にローター２２およびス
テータ２３からなる電動要素を備え、ピストン２４とロ
ーター２２は回転軸Ｌ１が一致するように回転シャフト
２５を介して一体化し、シリンダ２６の回転軸Ｌ２は前
記ローター２２およびピストン２４の回転軸Ｌ１と所定
の量ｅ１だけ偏心して配置し、シリンダ２６の内部にロ
ーター２２の回転運動と同期してシリンダ２６を回転さ
せる偏心継手機構２７を設けると共に、前記ピストン２
４の外周に、回転軸Ｌ１と平行に設けられたベーン溝２
８と、このベーン溝２８に出入り自在にはめ込まれ、先
端が前記シリンダ２６の内面と近接し、吸入室２９と吐
出室３０を形成するベーン３１を備え、シリンダ２６お
よびピストン２４とローター２２の回転シャフト２５
は、第１軸受部材３２および第２軸受部材３３により回
転自在に支持され、前記ピストン２４の上側端面２４ａ
は前記第１軸受部材３２の下側端面３２ａに密接配置
し、ピストン２４の下側端面２４ｂには前記シリンダ２
６と一体に構成されたエンドプレート３４を密接配置す
ることにより、流体の漏れを防止する構成としている。

【００１６】また、吸入室２９は吸入管３５と連通し、
吐出室３０は吐出弁３６を介して密閉シェル２１内およ
び吐出管３７に連通されている。なお、図３における３
８は吸入管３５と連通する吸入ポートの位置、３９は吐
出弁３６に通じる吐出ポートの位置を示すものである。

【００１７】以下に、図１、図２および図３を用いて、
本発明の回転式流体機械の動作について説明する。

【００１８】ローター２２およびステータ２３からなる
電動要素を作動させることにより、回転シャフト２５が
駆動され、これと一体のピストン２４も回転する。また
この回転力は偏心継手機構２７を介して、ローター２２
およびピストン２４の回転軸Ｌ１に対してｅ１だけ偏心
して配置されたシリンダ２６に伝わり、シリンダ２６は
Ｌ２を回転軸としてピストン２４に同期して、図３の矢
印で示したように回転する。この時、ベーン３１は遠心
力および背圧によりシリンダ２６の内面に近接するよ
う、ピストン２４に設けられたベーン溝２８内を出入り
しながら、ピストン２４と共にＬ１を回転軸として回転
する。

【００１９】これにより、ベーン３１の回転の進行方向
側に形成される圧縮室３０は回転に伴って容積を減じ、
逆方向に形成される吸入室２９は容積を増すことにな
り、冷凍サイクル中から、吸入管３５を介して吸入ポー
ト３８から吸入された流体（例えばＨＦＣ１３４ａ）
は、圧縮されて吐出ポート３９、吐出弁３６を介して、
一旦密閉シェル２１内に吐出された後、吐出管３７から
冷凍サイクル中に戻される。

【００２０】本発明は、シリンダ２６と、このシリンダ
２６の内部に偏心して配置されたピストン２４と、この
ピストン２４の外周に、回転軸Ｌ１と平行に設けられた
ベーン溝２８と、このベーン溝２８に出入り自在にはめ
込まれ、先端が前記シリンダ２６の内面と近接し、吸入
室２９と吐出室３０を形成するベーン３１を備え、前記
シリンダ２６と前記ピストン２４を同期回転させるよう
に構成したため、ベーン３１の先端とシリンダ２６の内
面との摺動は、ベーン３１側は凸円弧でシリンダ２６側
は凹円弧となり、油膜形成に適した形状であり、しかも
１回転あたり偏芯量ｅ１の２倍に相当するシリンダ２６
の内面部分との安定した往復摺動であり、シリンダ２６
の内径の大小に依存せず、摺動速度も従来のスライディ
ングベーン型ロータリー圧縮機に比べて格段に遅いもの
である。そのため、流体自体に潤滑性の乏しいＨＦＣ１
３４ａなどを冷媒として用いた場合にも、ベーン３１の
先端や、シリンダ２６の内面の摩耗がほとんど無く、信
頼性が高く長寿命を実現できると共に、この部分の摺動
損失をも低減でき高効率化を図れるものである。

【００２１】また、回転シャフト２５にはクランク部が
無く、回転バランス的に非常に良いものであり、振動・
騒音も低減できるものである。

【００２２】さらに、回転シャフト２５とピストン２４
はともに円柱状の形状であり、しかも回転軸を一致させ
ているため、容易に一体成形することができ、部品点数
の削減および低コスト化が図れるなど実用上多大な効果
が発揮できるものである。

【００２３】また、吸入ポートおよび吐出ポートを備え
た第１軸受部材３２と、第２軸受部材３３により、ピス
トン２４の回転シャフト２５とシリンダ２６を回転自在
に支持する構成とすることにより、部品点数の削減とコ
ンパクト化を実現できるものである。

【００２４】また、ピストン２４端面２４ａ、２４ｂを
第１軸受機構３２の端面３２ａおよびエンドプレート３
４に密接配置することにより、簡単な構成でピストン２
４の端面からの流体の漏れを防止でき、高効率化が実現
できるものである。

【００２５】さらに、ローター２２およびピストン２４
の回転軸を一致させ、ｅ１だけ偏心して配置されたシリ
ンダ２６を、そのシリンダ２６の内部に配置された偏心
継手機構２７を用いて同期回転させる機構としたため、
部品点数も少なく、コンパクトな回転式流体機械を提供
できるものである。

【００２６】（実施の形態２）図４は本発明の第２の実
施の形態における回転式流体機械のシリンダ中央部の横
断面図である。本実施の形態は第１の実施の形態のシリ
ンダ中央部を図４に替えたものである。

【００２７】シリンダ６０と、このシリンダ６０の内部
に偏心して配置されたピストン６１と、このピストン６
１の外周に、回転軸と平行に設けられた２つのベーン溝
６２、６３と、これらのベーン溝６２、６３に出入り自
在にはめ込まれ、先端が前記シリンダ６０の内面と近接
し、吸入室６４と複数の吐出室６５、６６を形成する２
枚のベーン６７、６８を備え、前記シリンダ６０と前記
ピストン６１を同期回転させる構成とした回転式流体機
械である。

【００２８】こうすることにより、１回転で２回の圧縮
を行うことができ、圧縮仕事に起因する回転むらなど、
振動・騒音の原因を解消する事ができ、より低振動・低
騒音の回転式流体機械を実現できるものである。

【００２９】（実施の形態３）図５は本発明の第３の実
施の形態における回転式流体機械のシリンダ中央部の横
断面図である。本実施の形態は第１または第２の実施の
形態のシリンダ中央部を図５に替えたものである。

【００３０】シリンダ７０と、このシリンダ７０の内部
に偏心して配置されたピストン７１と、このピストン７
１の外周に、回転軸と平行に設けられた４つのベーン溝
７２、７３、７４、７５と、これらのベーン溝７２、７
３、７４、７５に出入り自在にはめ込まれ、先端が前記
シリンダ７０の内面と近接し、吸入室７６と複数の吐出
室７７、７８、７９を形成する４枚のベーン８０、８
１、８２、８３を備え、前記シリンダ７０と前記ピスト
ン７１を同期回転させる構成とした回転式流体機械であ
る。

【００３１】こうすることにより、１回転で４回の圧縮
を行うことができ、圧縮仕事に起因する回転むらなど、
振動・騒音の原因をさらに小さくでき、より一層、低振
動・低騒音の回転式流体機械を実現できるものである。

【００３２】なお、本発明の回転式流体機械において取
り扱う流体は、上述した第１〜第３の実施の形態におい
ては、ＨＦＣ１３４ａ等の塩素を含まない冷媒であると
して説明したが、これに限るものではない。

【００３３】また、本発明の回転式流体機械は、上述し
た第１〜第３の実施の形態においては、圧縮機であると
して説明したが、同様の構成で吐出弁３６または５４を
廃止することによって流体ポンプとして用いることもで
きる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、ベーンの先端や、シリンダの内面の摩耗
がほとんど無く、信頼性が高く長寿命を実現できると共
に、この部分の摺動損失の低減による高効率化、回転バ
ランスの良化による低振動・低騒音の回転式流体機械を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における回転式流体
機械の縦断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ部の横断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態における回転式流体
機械の圧縮原理図。

【図４】本発明の第２の実施の形態における回転式流体
機械のシリンダ中央部の横断面図。

【図５】本発明の第３の実施の形態における回転式流体
機械のシリンダ中央部の横断面図。

【図６】従来のロータリー圧縮機の縦断面図。

【図７】図６のＡ−Ａ部の横断面図。

【符号の説明】

２４ ピストン ２６ シリンダ ２７ 偏心継手機構 ２８ ベーン溝 ３１ ベーン ３２ 第１軸受部材 ３３ 第２軸受部材 ３４ エンドプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新宅 秀信 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 寛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円柱状の中空部を有するシリンダと、前
   記中空部内に前記シリンダと近接するように偏心して配
   置された円柱状のピストンと、前記ピストンの外周に、
   それ自身の円柱軸と平行に設けられた少なくとも一つの
   ベーン溝と、前記各ベーン溝に出入り自在にはめ込ま
   れ、先端が前記シリンダの内面と近接することによっ
   て、少なくとも一つの吸入室と少なくとも一つの吐出室
   を形成するベーンと、前記ピストンをそれ自身の円柱軸
   を回転軸として回転させ、かつ前記シリンダを前記中空
   部の円柱軸を回転軸として回転させる手段として、ロー
   ターおよびステータとを有した電動要素とを備え、前記
   ピストンの回転軸は、前記ローターの回転軸と一致する
   ように配置され、前記ピストンは、前記ローターと同期
   回転することを特徴とする回転式流体機械。
2. 【請求項２】 前記吐出室から流体を吐き出す流路上に
   吐出弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の回転
   式流体機械。
3. 【請求項３】 前記ローターおよび前記ピストンの回転
   運動と同期して前記シリンダを回転させ、前記シリンダ
   の前記中空部内に配置された偏心継手機構を備えること
   を特徴とする請求項１または２に記載の回転式流体機
   械。
4. 【請求項４】 前記シリンダの両端部に、前記シリンダ
   および前記ピストンを回転自在に支持する軸受部材を備
   えたことを特徴とする請求項１〜３に記載の回転式流体
   機械。
5. 【請求項５】 前記軸受部材のどちらかに、吸入ポート
   および吐出ポートを備えたことを特徴とする請求項４に
   記載の回転式流体機械。
6. 【請求項６】 前記シリンダと一体に構成されたエンド
   プレートを備え、前記ピストンの一方の端面が、どちら
   かの前記軸受部材の端面に密接配置され、前記ピストン
   の他方の端面が、前記エンドプレートに密接配置される
   ことによって、前記吸入室および前記吐出室からの流体
   の漏れを防止することを特徴とする請求項４または５に
   記載の回転式流体機械。
7. 【請求項７】 前記ベーンは、前記ベーン溝と前記ベー
   ン間の背圧および前記ピストンの遠心力によって、先端
   が前記シリンダの内面と近接するように押しつけられて
   いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
   回転式流体機械。
8. 【請求項８】 塩素を含まない冷媒を流体として用いて
   運転することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記
   載の回転式流体機械。