JP3140119B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

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】螺旋方式の流体圧縮機の概要は、例えば、
図６，図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リ
ング１０７を介してシリンダ１０５に対し相対的に旋回
可能な回転ロッド１０９とを備え、回転ロッド１０９の
外周面にはロッド１０９の略全長に亘って螺旋状の溝１
１１が形成され、この溝１１１に螺旋状のブレード１１
３が出入自在に嵌合されている。ブレード１１３の外周
面はシリンダ１０５の内周面と密接し合い、ブレード１
１３は回転ロッド１０９と一体的に旋回する。ロッド１
０９とシリンダ１０５との間の空間に形成される複数の
作動室１１５の容積は、図７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、回転ロッド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１１
５の容積は、吸込パイプ１１７側となる回転ロッド１０
９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】前記した如く螺旋方式
の流体圧縮機において、作動室１１５は、ピッチの異な
るブレード１１３によって形成され、作動室１１５に冷
媒を閉じ込んだ時の体積と、吐出する直前の作動室１１
５の体積は機構的に決まるために、例えば、圧縮能力の
拡大を図るには、吸込側となる第１番目の作動室１１５
を大きくし、作動室１１５内への取込量を多くする必要
がある。

【０００５】作動室１１５の拡大を図るには、例えば、
作動室１１５を形成する吸込側となる第１番目の螺旋状
の溝１１１のピッチＰを大きくするか、あるいは、偏心
量ｅを大きく確保するか、または、シリンダ１０５の径
を大きくする等の手段が考えられる。

【０００６】しかしながら、第１の手段は、ブレード１
１３の捩れ角が大きくなるために螺旋状の溝１１１の溝
壁に対して強い接触圧がブレード１１３に働く結果、出
入動作時の摺動抵抗となってブレード１１３の摩耗を早
めたり、破損につながる虞れがある。

【０００７】第２の手段は、ブレード１１３の出入時の
作動ストロークが大きくなるため、溝１１１からの突出
時に圧力差による曲げモーメントの影響を強く受けるよ
うになる。このために、曲げモーメントに負けないよう
ブレード１１３の巾を大きくする等の対応策が必要とな
り、その分、作動室１１５が小さくなる不具合が起こる
ようになる。

【０００８】第３の手段は、装置全体が大型化する問題
を招来する。

【０００９】そこで、この発明は前記問題を解消した流
体圧縮機を提供するものである。

【００１０】

【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、外側シリンダと、この外側シリンダ内
に軸方向に沿うと共に同心軸上に配置された円柱体と、
前記外側シリンダと円柱体との間に軸方向に沿って偏心
して配置され、外周面の一部が前記外側シリンダの内周
面と接触すると共に内周面の一部が円柱体の外周面と接
触した状態で前記外側シリンダ及び円柱体と相対的に旋
回可能に配置された内側シリンダと、この内側シリンダ
に設けられ吸込側から吐出側へ向かって順次小さくなる
ピッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出入自在に
嵌合し合うと共に、外側シリンダと内側シリンダとの間
と、内側シリンダと円柱体との間にそれぞれ複数の作動
室を区画する螺旋状のブレードと、前記内側シリンダに
穿設された窓孔を貫通して前記外側シリンダの内周面と
前記円柱体の外周面に接するよう設けられたスペーサと
を備え、前記外側シリンダ及び円柱体に対する前記内側
シリンダの相対的な旋回運動により作動室に流入した流
体を溝ピッチが小さくなる側の作動室へ順次圧縮しなが
ら移送するようにした。

【００１１】

【作用】かかる流体圧縮機によれば、外側シリンダ及び
円柱体に対する内側シリンダの相対的な旋回により、吸
込側の作動室内に取り込まれた流体は、吐出側の作動室
へ向けて移送されながら順次圧縮され、吐出側から取り
出せるようになる。この場合、内側シリンダを挟んで、
内側と外側に二つの作動室が形成されるようになり、無
理なく圧縮能力の拡大が図れる。

【００１２】

【実施例】以下、図１乃至図４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。

【００１３】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。

【００１４】圧縮要素１１は外側シリンダ１７を有して
おり、外側シリンダ１７の一端は密閉ケース１の内面に
固定された主軸受１９により回転自在に支持されてい
る。主軸受１９は外側シリンダ１７の一端が回転自在に
嵌合したボス部１９ａと、ボス部１９ａ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とからな
り、主軸受１９側となる外側シリンダ１７の一端は気密
的に閉塞されている。

【００１５】外側シリンダ１７の内部には、外側シリン
ダ１７の内径よりも小さい内側シリンダ２１が軸方向に
沿って配設され、その中心軸線Ａは外側シリンダ１７の
中心軸線Ｂに対して距離ｅだけ図１において下方に偏心
して配設され、一部が外側シリンダ１７の内周面と線接
触している。

【００１６】内側シリンダ２１は、一方が開放された円
筒部２３と支軸部２５とを有し、支軸部２５は、前記主
軸受１９のボス部１９ａに形成された軸受穴１９ｃに回
転自在に挿入支持されている。

【００１７】一方、円筒部２３の開放側は、密閉ケース
１の内側に固着された副軸受２７のボス部２７ａに回転
自在に挿入支持され、この軸受領域は気密的に閉塞され
ている。

【００１８】内側シリンダ２１の円筒部２３の内部に
は、一方に軸端部２９を有する円柱体３１が軸方向に沿
って配設され、軸端部２９は、前記副軸受２７のボス部
２７ａに設けられた軸受穴２７ｂ内に回転自在に嵌挿支
持されている。図２に示すように、内側シリンダ２１に
穿設された窓孔３３を貫通して外側シリンダ１７と円柱
体３１との間に設けられ、後述する伝達部材３５を介し
て固着された一対のスペーサ３７，３７により、円柱体
３１は、その中心線Ｃを前記外側シリンダ１７の中心軸
線Ｂと一致するよう組付けられる。これにより、外側シ
リンダ１７及び内側シリンダ２１の間と、内側シリンダ
２１及び円柱体３１の間とに作動空間がそれぞれ形成さ
れるようになる。また、円柱体３１は伝達部材３５を介
して外側シリンダ１７からの回転動力が与えられるよう
になる。

【００１９】一方、図３に示すように、内側シリンダ２
１はオルダムリング３９を介して、外側シリンダ１７か
らの回転動力が与えられるようになっている。

【００２０】即ち、オルダムリング３９は、図３に示す
ように内側シリンダ２１の支軸部２５側に設けられ、支
軸部２５には動力伝達面として機能する断面正方形状の
角柱部４１が形成されている。

【００２１】この角柱部４１は、前記オルダムリング３
９に形成された矩形状の長孔４３と遊びを有して嵌合し
合うと共に遊びの範囲内において角柱部４１のスライド
が可能となっている。また、オルダムリング３９の外周
面には、前記長孔４３の長手方向と直交する径方向に一
対の伝達ピン４５，４５の一端部がそれぞれスライド自
在に嵌挿され、伝達ピン４５，４５の他端部は前記外側
シリンダ１７の周壁に穿設された嵌合孔４７に嵌合固定
されている。これにより、内側シリンダ２１は外側シリ
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、外側シリンダ１７の回転力はオルダム
リング３９を介して内側シリンダ２１に伝達されるよう
になっている。

【００２２】伝達部材３５は吸込端側となる右側と吐出
端側となる左側の二箇所に配置され、図２に示すように
円柱体３１及びスペーサ３７，３７を貫通し、その両端
は外側シリンダ１７に嵌挿支持されている。

【００２３】従って、電動要素９の作動により外側シリ
ンダ１７がロータ１５と一体的に回転することで、外側
シリンダ１７と円柱体３１は同期回転し、内側シリンダ
２１は円柱体３１に対しオルダムリング３９を介して偏
心して回転運動する。

【００２４】

【００２５】さらに、内側シリンダ２１には軸方向に沿
って螺旋状の溝４７が形成されている。螺旋状の溝４７
は、各ピッチＰが吸込端部（図１右側）側から吐出端部
（同図左側）へ向けて徐々に小さくなるよう設定される
と共に溝４７には、外周面が外側シリンダ１７の内周面
に接し、内周面が円柱体３１の外周面と接する合成樹脂
系の弾性材で形成された螺旋状のブレード４９が出入自
在に嵌挿されている。これにより、外側シリンダ１７と
内側シリンダ２１の間には、複数の第１の作動室５０
が、内側シリンダ２１と円柱体３１との間には複数の第
２の作動室５１が区画されるようになる。

【００２６】第１，第２の作動室５０，５１の容積は、
吸込端部側から吐出端部側（同図左側）へ向けて徐々に
小さくなっており、吸込側の一番目の作動室５０，５１
が最大で、以下、吐出側の作動室５０，５１へかけて順
次小さくなるよう設定されている。吸込端部側となる一
番目の第１の作動室５０，５１は、主軸受１９に設けら
れた連通路５３を介して前記吸込パイプ５と連通してい
る。第２の作動室５１は内側シリンダ２１に設けられた
連絡孔５５を介して第１の作動室５０と連通し合い各作
動室５０，５１には途切れることなく流体の導入状態が
確保される。

【００２７】一方、容積が最小となる第１，第２の作動
室５０，５１は内側シリンダ２１に設けられた連絡孔５
７を介して接続連通し合うと共に第１の作動室５０は外
側シリンダ１７の端部において密閉ケース１内に開放さ
れている。

【００２８】また、円柱体３１には図１に示すように油
導入路５９が穿設されている。この油導入路５９の一端
はブレード４９の内周部と連通し、他端は、内側シリン
ダ１７の油導入路６１と連通し密閉ケース１の底部に吸
込口が臨む導入管６３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油導入路６１，５９を
通ってブレード４９の内周部に送り込まれ、ブレード４
９の出入動作時の潤滑が保たれるようになる。

【００２９】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、ステータ１３に電流が流れると、ロ
ータ１５と一体に外側シリンダ１７が回転する。外側シ
リンダ１７の回転動力は、伝達部材３５を介して円柱体
３１に伝達され、円柱体３１は外側シリンダ１７と同期
回転する。一方、オルダムリング３９を介して回転動力
が伝達された、内側シリンダ２１は外側シリンダ１７、
円柱体３１に対し相対的に旋回運動する。この旋回運動
により、図４のＡ・Ｂ・Ｃ・Ｄ・Ｅ・Ｆ・Ｇに示すよう
に流体は、まず第１の作動室５０に取り込まれた後、１
８０°後れて今度は、第２の作動室５１に取り込まれ
る。各作動室５０，５１に取り込まれた流体は、吐出端
部側へ向けて順次移送されながら圧縮され吐出パイプ７
から外へ吐出される。この作動時において、第１，第２
の作動室５０，５１により圧縮能力の拡大が図れる。

【００３１】図５は第２の実施例を示したもので、一対
の第１，第２の作動室５０，５１を左右対称に設けたも
のである。

【００３２】即ち、外側シリンダ１７の内側に、両端が
開放された内側シリンダ２１をｅだけ偏心して配置する
と共にその内側シリンダ２１の両端を密閉ケース１の内
側に固着された主軸受１９のボス部１９ａと、副軸受２
７のボス部２７ａとにより回転自在に両端支持してあ
る。

【００３３】内側シリンダ２１の内部には左右に軸端部
６５，６５を有する円柱体３１が配設され、両軸端部６
５，６５は、主軸受１９、副軸受２７のボス部１９ａ，
２７ａに設けられた軸受穴１９ｂ，２７ｂ内に回転自在
に嵌挿支持されている。円柱体３１の両軸端部６５，６
５は前記外側シリンダ１７の中心軸線Ｂと同一軸線上に
配置されている。これにより、内側シリンダ２１の外周
面は、外側シリンダ１７の内周面と線接触し合うと共に
内側シリンダ２１の内周面は円柱体３１の外周面と線接
触し合うことで、外側、内側シリンダ１７，２１の間
と、内側シリンダ２１、円柱体３１の間とにそれぞれ作
動空間が作られるようになっている。

【００３４】また、内側シリンダ２１には、中央部位か
ら両側へ向けてピッチＰが順次小さくなる一対の螺旋状
の溝６７が設けられ、この溝６７に、外周面が外側シリ
ンダ１７の内周面と接触し、内側面が円柱体３１の外周
面と接触し合う螺旋状のブレード６９が出入自在に嵌挿
されている。

【００３５】これにより、外側シリンダ１７と内側シリ
ンダ２１との間に複数の第１の作動室５０が形成される
一方、内側シリンダ２１と円柱体３１との間に複数の第
２の作動室５１が形成される。各作動室５０，５１は、
中央部が一番容積が大きく、以下、外側へ向けて順次小
さくなるよう設定されている。

【００３６】中央部位の第１，第２の作動室５０，５１
には、前記円柱体３１に設けられた流体通路７１を介し
て吸込パイプ５と連通している。また、外側の最小の各
作動室５０，５１は密閉ケース１内に開放された吐出パ
イプ７と連通している。この構造の場合、両側が吐出圧
となるが、外側の作動室５０，５１の容積を一番大きく
し、中央部へ向けて順次小さくしていき、中央部位が吐
出圧となるようにすることも可能である。

【００３７】また、円柱体３１の左右にはバランス通路
７３，７３が設けられ、軸受穴１９ｃ，２７ｂに吸込圧
を導くことでスラスト力の解消を図っている。

【００３８】なお、他の構成要件は前記実施例と同一の
ため同一符号を付して詳細な説明を省略する。

【００３９】従って、この実施例によれば、前記第１の
実施例の作用効果に加えて、外側シリンダ１７、内側シ
リンダ２１、円柱体３１のすべてにスラスト力がほとん
ど働かない構造となり円滑な作動状態が得られる。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、装置を大型化することなく圧縮能力の拡大を図るこ
とができる。

【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】伝達部材の取付状態を示した切断面図。

【図３】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図４】動作説明図。

【図５】第２の実施例を示した図１と同様の切断面図。

【図６】従来例を示した図１と同様の切断面図。

【図７】従来例を示した回転ロッドの斜視図。

【符号の説明】

１ 密閉ケース ９ 駆動手段 １７ 外側シリンダ ２１ 内側シリンダ ３１ 円柱体 ４７ 螺旋状の溝 ４９ ブレード ５０，５１ 作動室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/344 311 F04C 23/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側シリンダと、この外側シリンダ内に
   軸方向に沿うと共に同心軸上に配置された円柱体と、前
   記外側シリンダと円柱体との間に軸方向に沿って偏心し
   て配置され、外周面の一部が前記外側シリンダの内周面
   と接触すると共に内周面の一部が円柱体の外周面と接触
   した状態で前記外側シリンダ及び円柱体と相対的に旋回
   可能に配置された内側シリンダと、この内側シリンダに
   設けられ吸込側から吐出側へ向かって順次小さくなるピ
   ッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出入自在に嵌
   合し合うと共に、外側シリンダと内側シリンダとの間
   と、内側シリンダと円柱体との間にそれぞれ複数の作動
   室を区画する螺旋状のブレードと、前記内側シリンダに
   穿設された窓部を貫通して前記外側シリンダの内周面と
   前記円柱体の外周面に接するように設けられたスペーサ
   とを備え、前記外側シリンダ及び円柱体に対する前記内
   側シリンダの相対的な旋回運動により作動室に流入した
   流体を溝ピッチが小さくなる側の作動室へ順次圧縮しな
   がら移送することを特徴とする流体圧縮機。