JP2859337B2

JP2859337B2 - 流体圧縮機

Info

Publication number: JP2859337B2
Application number: JP1337522A
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: 1989-12-26
Filing date: 1989-12-26
Publication date: 1999-02-17
Anticipated expiration: 2014-02-17
Also published as: JPH03199689A

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、冷凍サイクル等に用いられる流体圧縮機（以
下、圧縮機と称する）には、例えば本出願人による特願
昭63−333584号明細書に記載されているようなものがあ
る。すなわち、この種の圧縮機１は第３図に２で示すよ
うな圧縮機構部を備えており、この圧縮機構部２にシリ
ンダ３と、このシリンダ３の内部に偏心配置された円柱
状の、回転体としてのピストン４とを有している。

また、圧縮機１はピストン４の外周部に螺旋状のブレ
ード５を巻装されており、シリンダ３の内部に、ブレー
ド５によって仕切られ、シリンダ３の一端側６から他端
側７へ亘って並設されるとともに徐々にその容積を小と
する複数の作動室８…を形成している。さらに、圧縮機
１はシリンダ３の両端部を、吸込側に位置する主軸受９
と吐出側に位置する副軸受10とによってそれぞれ気密的
に閉じられている。

さらに、圧縮機１は、シリンダ３とピストン４とを相
対的に回転させ、シリンダ３内の吸込端側６に位置する
吸込室11に、主軸受９に形成された吸込孔12を介して、
低圧な、作動流体としての冷媒ガスを吸込む。そして、
圧縮機１は、両部材３、４の相対的な回転により、冷媒
ガスをシリンダ３内で徐々に移送しながら圧縮する。そ
して、圧縮された冷媒ガスを、シリンダ３の吐出端側７
に形成された吐出孔13を介して密閉ケース（図示しな
い）内に吐出したのち、高圧な冷媒ガスを密閉ケース1a
の外部に圧送する。

ここで、第３図に示す圧縮機１は吐出孔13を、オルダ
ム機構部14のオルダムリング15に形成している。

また、圧縮機１はピストン４の両端部に一体に、ピス
トン４の胴部よりもそれぞれ細径に設定された、吸込側
軸部としての主軸部16と、吐出側軸部としての副軸部17
とを形成されている。さらに、圧縮機１は、この両軸部
16、17の径寸法を互いに略等しく設定されている。そし
て、圧縮機１は、主軸部16を上記主軸受９に差し込んで
おり、さらに、副軸部17を上記副軸受10に差し込んでい
る。

そして、圧縮機１は、主軸受９の内部に、主軸部16の
端面16aにより閉じられた吐出圧導入室18を、また、副
軸受10の内部に、副軸部17の端面17aにより閉じられた
吸込圧導入室19を、それぞれ気密的に形成している。そ
して、圧縮機１は、圧縮されて吐出圧力Pdになった冷媒
ガスを吐出圧導入室18に導入しており、主軸部16の端面
16a等に吐出圧力Pdを付与している。さらに、圧縮機１
は、圧縮される前の吸込圧力Psにある冷媒ガスを吸込圧
導入室19に導入しており、副軸部17の端面17a等に吸込
圧力Psを付与している。

（発明が解決しようとする課題）ところで、一般に上述のような、冷媒ガスをシリンダ
３の吸込端側６から吐出端側７へ移送しながら圧縮する
圧縮機１では、ピストン４に吸込圧力Psと吐出圧力Pdと
の差圧がかかり、ピストン４に、副軸受10の側から主軸
受９の側、即ち第３図中の左側から右側へ向かうスラス
ト力が働く。

そして、このスラスト力を小とするため、上述のよう
に、主軸受９の内部に形成された吐出圧導入室18に吐出
圧力Pdの冷媒ガスを導き、さらに、副軸受10の内部に形
成された吸込圧導入室19に吸込圧Psの冷媒ガスを導い
て、主軸部16の端面16aに吐出圧力Pdを付与するととも
に、副軸部17の端面17aに吸込圧力Psを付与することを
行ったものがあった。

つまり、このようなタイプの圧縮機１では、上記スラ
スト力Ｆは次式であらわされる。

Ｆ＝（Pd−Ps）×（Ac−（A₁＋A₂）） Ac:シリンダの内径断面積 A₁:主軸部の断面積 A₂:副軸部の断面積そして、スラスト力Ｆを小とするためには、主軸部16
の断面積と副軸部17の断面積との和（A₁＋A₂）を大と
し、できるだけシリンダ３の内径断面積Acの値に近づけ
ることが必要である。

そして、主軸部16の断面積A₁と副軸部17の断面積A₂と
を大とするには、主軸部16の外径と副軸部17の外径とを
共に従来よりも大きい値に設定すればよいが、主軸部16
と副軸部17との外径を共に大とすることにより、主軸部
16と主軸受９との摺動面積、および、副軸部17と副軸受
10との摺動面積も大幅に増大してしまい、摩擦損失が大
となって、圧縮機１の性能が低下してしまう。

本発明の目的とするところは、吸込圧力と吐出圧力と
の差圧によって発生するスラスト力を小とするとともに
摩擦損失を低減することが可能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および作用）上記目的を達成するために本発明は、請求項１とし
て、螺旋状のブレードを巻装したピストンをシリンダ内
に偏心配置し、上記ピストンを上記シリンダに対して相
対的に回転させ、作動流体を上記シリンダの軸方向一端
側から他端側へと移送しながら圧縮する流体圧縮機にお
いて、上記ピストンの軸方向各端部に吸込側軸部と吐出
側軸部をそれぞれ形成し、上記吸込側軸部の端面に吐出
圧力を付与し、上記吐出側軸部の端面に吸込圧力を付与
するとともに、上記吸込側軸部の断面積を上記吐出側軸
部の断面積よりも小としたものである。

これにより、吸込圧力と吐出圧力の差圧により発生す
るピストン軸方向のスラスト力を小さくでき、摩擦損失
を低減できる。

また、請求項２として、シリンダの内径断面積をAc、
ピストンの吸込側軸部の断面積をA1、ピストンの吐出側
軸部の断面積をA2としたときに、ピストン軸方向に働く
スラスト力を小とするために（A1＋A2）の値をAcに近づ
けるようにしたものである。

これにより、ピストン軸方向に発生するスラスト力
を、かぎりなく小さくでき、摩擦損失を低減できる。

（実施例）以下、本発明の一実施例を第１図および第２図に基づ
いて説明する。なお、従来の技術の項で説明したものと
重複するものについては同番号を付し、その説明は省略
する。

第１図は本発明の一実施例の要部を示すもので、図中
１は例えば冷凍サイクルに用いられる流体圧縮機（以
下、圧縮機と称する）、２はこの圧縮機１に備えられ、
密閉ケース1aの内部に収納された圧縮機構部である。

上記圧縮機構部２は両端を開放したシリンダ３と、こ
のシリンダ３の内部に偏心配置され外周部に徐々にピッ
チが小となる螺旋状の溝20を形成された円柱状の、回転
体としてのピストン４とを有している。さらに、圧縮機
構部２は、ピストンの溝20に螺旋状のブレード５をねじ
込まれている。そして、ブレード５の外周面をシリンダ
３の内周面に接触させており、シリンダ３の内部に、シ
リンダ３の一端側６から他端側７へ亘って並設されると
ともに徐々にその容積を小とする複数の作動室８…を有
している。

また、圧縮機構部２はシリンダ３の両端部に、吸込側
に位置し密閉ケース1aの壁面に固定された主軸受９と、
吐出側に位置する副軸受10とを差し込んでおり、シリン
ダ３の両端部を両軸受９、10によってそれぞれ気密的に
閉じられている。さらに、圧縮機構部２は、例えばシリ
ンダ３をモータ等によって軸心まわりに回転駆動される
ようになっている。そして、圧縮機構部２は、ブレード
５をピストン４の溝20に対して例えば径方向に出入りさ
せながら、シリンダ３とピストン４とを相対的に回転さ
せるようになっている。

上記ピストン４は、その軸方向両端部に一体に、ピス
トン４の中間部4aよりも細径な円柱状の、吸込側軸部と
しての主軸部16と、吐出側軸部としての副軸部17とを形
成されている。そして、ピストン４は主軸部16と副軸部
17を上記主軸受９と副軸受10とにそれぞれ差し込んでい
る。そして、ピストン４は、主軸受９によって、シリン
ダ３とともに片持ち支持されている。

ここで、ピストン４は図示しない係合手段により自転
を規制されシリンダ３と同期回転するようになってい
る。

また、ピストン４は、第２図中に示すように、主軸部
16の外径d₁を副軸部17の外径d₂よりも小さく設定されて
おり、主軸部16の外径d₁と副軸部17の外径d₂との間に、
d₁＜d₂の関係を有している。さらに、ピストン４は、主
軸部16の軸方向の長さl₁を副軸部17の長さl₂よりも大き
く設定されている。

そして、ピストン４は主軸部16の端面16aを、圧縮さ
れて圧力上昇し吐出圧力Pdになるとともに主軸受９の内
部の吐出圧導入室18に流入した冷媒ガスに接するように
なっている。また、ピストン４は副軸部17の端面17a
を、副軸受10の内部の吸込圧導入室19に流入した圧縮前
の吸込圧力Psの冷媒ガスに接するようになっている。そ
して、ピストン４は、主軸部16の端面16aに吐出圧力Pd
を付与され、副軸部17の端面17aに吸込圧Psを付与され
るようになっている。

ここで、上記シリンダ３はその吐出側の肉厚を、吸込
側の肉厚よりも大としている。また、吐出圧導入室18お
よび吸込圧導入室19の形状を段付形状等に設定してもよ
い。

すなわち、このような圧縮機１では、主軸部16の外径
d₁を副軸部17の外径d₂よりも小さく設定しているから、
例えば主軸部16の外径d₁の値を従来と略同等とし、副軸
部17の外径d₂の値を従来よりも大とした場合には、従来
のように両軸部17、18の外径d₁、d₂を略等しく設定した
場合に比べて、吸込圧力Psと吐出圧力Pdとの差圧によっ
てピストン４に作用するスラスト力を小とすることがで
きる。

つまり、上記スラスト力Ｆは次式、Ｆ＝（Pd−Ps）×（Ac−（A₁＋A₂）） Ac:シリンダの内径断面積 A₁:主軸部の断面積 A₂:副軸部の断面積であらわされるが、上記両軸部17、18の外径d₁、d₂の関
係を、d₁の値を従来と同等にし、かつ、d₁＜d₂とするこ
とにより、主軸部16の断面積と副軸部17の断面積の和
（A₁＋A₂）＝π（d₁ ²＋d₂ ²）/4の値を、d₁の値を従来と
同等にし、かつ、d₁＝d₂とした場合よりも大とすること
ができ、上記（A₁＋A₂）の値をシリンダ３の内径断面積
Acに近付けることができる。したがって、スラスト力Ｆ
の値を小とすることができる。

また、副軸部17の外径d₂の値を従来と略同等とし、主
軸部16の外径d₁を従来よりも小とした場合には、両軸部
16、17と上記主軸受９および副軸受10との摺動面積を、
従来のように両軸部17、18の外径d₁、d₂を略等しく設定
した場合に比べて、小とすることができる。したがっ
て、摩擦損失を低減することができ、圧縮機１の性能を
向上させることができる。

ここで、第２図中のd₃はピストン４の胴部の外径を示
している。

さらに、本実施例では、主軸部16の軸方向の長さl₁を
副軸部17の長さl₂よりも大きく設定しているから、圧縮
機構部２のふれ回りを抑制でき、振動を低減することが
できる。

つまり、上述のように圧縮機構部２を、主軸受９を介
して密閉ケース1aに片持ち支持した圧縮機１において
は、一般に、圧縮機構部２の重心をシリンダ３の吐出端
側７に近付けたものほど圧縮機構部２のふれ回りが大と
なるが、主軸部16の長さl₁を副軸部17の長さl₂よりも大
とすることにより、圧縮機構部２の重心をシリンダ３の
吸込端側６に、より近付けることができる。

したがって、圧縮機構部２と密閉ケース１との結合部
と、圧縮機構部２の重心との距離を小とすることがで
き、圧縮機構部２のふれ回りを抑制できるとともに、振
動を低減することができる。

なお、本発明は、冷凍サイクル以外の用途の流体圧縮
機にも適用可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明は、吸込圧力と吐出圧力と
の差圧によってピストン軸方向に発生するスラスト力を
小さくでき、摩擦損失を低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例の要部を示すも
ので、第１図は側断面図、第２図はピストンの側面図、
第３図は従来例の要部を示す側断面図である。１……流体圧縮機、３……シリンダ、４……ピストン
（回転体）、５……ブレード、16……主軸部（吸込側軸
部）、17……副軸部（吐出側軸部）。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 18/30 - 18/352

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】螺旋状のブレードを巻装したピストンをシ
リンダ内に偏心配置し、上記ピストンを上記シリンダに
対して相対的に回転させ、作動流体を上記シリンダの軸
方向一端側から他端側へと移送しながら圧縮する流体圧
縮機において、上記ピストンの軸方向各端部に吸込側軸
部と吐出側軸部をそれぞれ形成し、上記吸込側軸部の端
面に吐出圧力を付与し、上記吐出側軸部の端面に吸込圧
力を付与するとともに、上記吸込側軸部の断面積を上記
吐出側軸部の断面積よりも小としたことを特徴とする流
体圧縮機。
【請求項２】シリンダの内径断面積をAc、ピストンの吸
込側軸部の断面積をA1、ピストンの吐出側軸部の断面積
をA2としたときに、ピストン軸方向に働くスラスト力を
小とするために（A1＋A2）の値をAcに近づけるようにし
たことを特徴とする請求項１に記載の流体圧縮機。