JP2829020B2 - 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） この発明はたと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式、ロータリ式など各
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
などの駆動部や圧縮機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に寸法
精度や組立て精度を高める必要があり、そのための製造
コストが高くなる。さらに、従来の圧縮機はモータと、
このモータの回転を伝達する駆動部およびこの駆動部に
よって駆動される圧縮機部とが直列に配置されていた。
そのため、圧縮機の回転軸方向の長さが長くなり、大型
化するということがあった。

また、米国特許2,401,189号明細書にはスクリューポ
ンプが示されている。このポンプによれば、スリーブ内
に円筒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
き間に閉込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
圧縮するという機能はもっていない。

（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、その構造が複雑
で、軸方向の長さが長くなるばかりか、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
ーブの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。

この発明は上記事情にもとづきなされたもので、その
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よい圧縮ができるとともに、部品の
製造および組立てが容易で、しかも小形化することがで
きる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） 上記課題を解決するためにこの発明は、ステータとロ
ータとからなる電動要素と、外周面に上記電動要素のロ
ータが同軸的に固定された吸込端側と吐出端側とを有す
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回転可能な円柱状の回転体
と、この回転体の外周に設けられ上記シリンダの吸込端
側から吐出端側へ徐々に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込まれるとともに
上記シリンダの内周面に密着する外周面を有し上記シリ
ンダの内周面と上記回転体の外周面との間の空間を複数
の作動室に区画する螺旋状のブレードと、上記回転体を
上記シリンダに同期回転させ上記シリンダの吸込端側か
ら上記作動室に流入した流体をシリンダの吐出側の作動
室へ順次移送させる機構とを具備する。

（作用） こうすることによってこの発明は、簡単な構成により
作動を円滑にし、シール性を向上させ、効率のよい圧縮
ができるようにし、さらに部品の製造および組立てが容
易にできるとともに小形化できるようにしたことにあ
る。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。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を示す。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。

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、これら軸受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。すなわち、上記軸受８、９は上記
シリンダ７の端部が回転自在に嵌合したボス部8a、9a
と、これらボス図8a、9aよりも大径で上記密閉ケース２
の内面に固定された基部8b、9bとからなる。

上記シリンダ７の中には、シリンダ７の内径よりも小
さな外径の円柱状の回転体としてのピストン11がシリン
ダ７の軸方向に沿って配設されている。ピストン11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
け第１図において下方に偏心して配設されており、それ
によってピストン11の外周面の一部はシリンダ７の内周
面に接触している。

上記ピストン11の軸方向両端部にはそれぞれ支軸部12
a、12bが設けられ、これら支軸部12a、12bはそれぞれ上
記軸受８、９に形成された軸受穴8c、9cに回転自在に挿
入支持されている。

上記ピストン11の一方の支軸部12aには断面正方形状
の角柱部13が形成されている。この角柱部13には第４図
に示すように矩形状の長孔14が穿設されたオルダムリン
グ15が設けられている。つまり、角柱部13には、オルダ
ムリング15がその長孔14の長手方向に沿ってスライド自
在に嵌合されている。上記オルダムリング15の外周面に
は、上記長孔14の長手方向と直交する径方向に一対のピ
ン16の一端部がそれぞれスライド自在に嵌挿されてい
る。これらピン16の他端部は上記シリンダ７の周壁に穿
設された嵌合孔17に嵌合固定されている。

それによって、上記ピストン11はシリンダ７に、この
シリンダ７の径方向に対して偏心自在に結合されてい
る。したがって、上記電動要素３に通電してシリンダ７
とロータ６とが一体に回転駆動されると、シリンダ７の
回転力は上記オルダムリング15を介してピストン11に伝
達されるようになっている。なお、上記嵌合孔17は蓋部
材18によって気密に閉塞されている。そして、ピストン
11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。

上記ピストン11の外周面には、第１図乃至第３図に示
すようにピストン11の軸方向に沿って螺旋状の溝19が形
成されている。この溝19のピッチはこれら図面における
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。

上記溝19には第２図と第３図とに示す螺旋状のブレー
ド21が嵌め込まれている。このブレード21の厚さ寸法は
上記螺旋状の溝13の幅寸法とほぼ一致しており、ブレー
ド21の各部は溝19に対してピストン11のほぼ径方向に進
退自在となっている。上記ブレード21の外周面はシリン
ダ７の内周面に密着しており、その状態でシリンダ７の
内周面上をスライドする。

上記シリンダ７の内周面とピストン11の外周面との間
の空間は、上記ブレード21によって複数の作動室22に仕
切られている。つまり、各作動室22はブレード21の隣り
合う２つの巻き間に形成されており、ブレード21に沿っ
てピストン11とシリンダ７の内周面との接触部からつぎ
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22の容積は、シリンダ７の吸込側から吐出側
へゆくにしたがって徐々に小さくなっている。

上記シリンダ７の吸込側に位置する一方の軸受８には
第１図に示すように吸込孔23が軸方向に貫通している。
この吸込孔23の一端はシリンダ７の内部に連通し、他端
には冷凍サイクルの吸込チューブ24が接続されている。
また、他方の軸受９には吐出孔25が穿設されている。こ
の吐出孔25の一端はシリンダ７内の吐出端側に連通して
おり、他端は密閉ケース２の内部に開口している。

上記ピストン11には第１図に示すように油導入路26が
その中心軸Ａに沿って穿設されている。この油導入路26
の一端は螺旋状の溝19の吐出側の底部に連通し、他端は
一方の軸受８に穿設された通孔27の一端に連通してい
る。この通孔27の他端には一端を密閉ケース２の底部に
位置させた導入管28の他端が接続されている。密閉ケー
ス２の底部には潤滑オイル29が蓄えられている。したが
って、密閉ケース２内の圧力が上昇すれば、上記潤滑オ
イル29が導入管28、通孔27および油導入路26を通って上
記溝19の底部とブレード21との間の空間に導入される。

さらに、上記ピストン11の吸込側に位置する端部の外
周面に吸入溝31が刻設されている。この吸入溝31は、ピ
ストン11の外周面に形成された螺旋状の溝19よりも深く
形成されていて、その一端はピストン11の大径部11aの
端面に開放され、他端はシリンダ７の吸入端側に位置す
る１番目の作動室22に連通する位置にある。それによっ
て、吸込チューブ24からシリンダ７内へ吸引された冷媒
ガスは上記吸入溝31を通って上記１番目の作動室22に途
切れることなく確実に導入されるようになっている。

なお、密閉ケース２には第１図に示すようにその内部
と外部とを連通させる吐出チューブ32が接続されてい
る。

つぎに、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。シリンダ
７が回転すれば、ピストン11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11とシリンダ７との相対的な回転運動
は、ピストン11の角柱部13に設けられたオルダムリング
15によって確保される。そして、ブレード21もピストン
11と一体的に回転する。

上記ブレード21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21の各部は、ピ
ストン11の外周面とシリンダ７の内周面との接触部に近
付くにしたがって上記溝19に押込まれ、また接触部から
離れるにしたがって上記溝19から突出する方向に移動す
る。

一方、圧縮要素４が作動されると、吸込チューブ24お
よび吸込孔23を通してシリンダ７内に冷媒ガスが吸込ま
れる。そして、第６図に示すように１番目の作動室22に
吸込まれた冷媒ガスは、ここに閉込められた状態でピス
トン11の回転にともなって第６図乃至第９図に示すよう
に吐出側の作動室22へ順次移送される。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25から密閉ケース２内の空間に吐出され、吐出
チューブ32を通って冷凍サイクル中に戻される。

冷媒ガスが密閉ケース２内へ吐出され、この密閉ケー
ス２内の圧力が上昇すると、内部に蓄えられた潤滑オイ
ル29が加圧され、潤滑オイル29は油導入路26を通って螺
旋状の溝19の底とブレード21との間の空間に導入され
る。そのため、ブレード21は油圧により上記溝19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、ブレード21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22相互間のガスのリークが防止さ
れる。

また、ピストン11に形成された螺旋状の溝19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21によ
って仕切られた作動室22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へ移送する間に、
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22内へ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、冷
媒ガスを効率よく圧縮することができる。

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７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など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、圧縮要素４のシリンダ７の外周面に電動要素３
のロータ６を同心的に固定した。つまり、ロータ６の内
部にシリンダを嵌合保持したから、電動要素３と圧縮要
素３とを直列に接続する場合に比べて全体の軸方向の長
さを大幅に短くすることができる。それによって、圧縮
機１の小形化を図ることができる。

なお、ピストン11の材料は鉄系金属が有効であるが、
加工性や軽量化を重視すれば、アルミ合金や樹脂であっ
てもよい。

また、ピストン11の溝加工は切削加工が一般的である
が、円板に断面長方形の切欠きを打抜き加工したもの
を、その切欠きが螺旋状の溝を形成するように積重ねる
ようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上述べたようにこの発明は、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、この溝に螺旋状のブレードを出入自在に嵌込ん
だ円柱状の回転体を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内周面と回転体の外周面と
の間の空間を複数の作動室に区画するとともに、上記シ
リンダを電動要素のロータに同心的に保持し、上記シリ
ンダと回転体とを、この回転体を上記シリンダに対して
偏心状態で相対的に回転させてシリンダの吸込側から上
記作動室に流入した流体をシリンダの吐出側の作動室へ
順次移送しながら圧縮するようにした。

したがって、この発明によれば、簡単な構成により円
滑に作動することができ、またシール性、信頼性が向上
し、効率よく圧縮できるとともに、部品の製造および組
立てが容易で小形化が計れるなどの効果を有する。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図は流体圧縮機
全体を示す縦断面図、第２図は圧縮要素の分解図、第３
図はピストンの斜視図、第４図はピストンとシリンダと
のオルダムリングによる結合部分の断面図、第５図乃至
第９図は冷媒ガスの圧縮過程を順次示した説明図、第10
図は圧縮要素の側面図である。 ２…密閉ケース、３…電動要素、６…ロータ、７…シリ
ンダ、11…ピストン（回転体）、15…オルダムリング、
19…溝、21…ブレード、22…作動室。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 早野 誠 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 服部 仁司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 奥田 正幸 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝横浜事業所家電技術研究所 内 (72)発明者 永瀬 敏治 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 本間 久憲 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 (56)参考文献 実開 昭61−51401（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−14881（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−147388（ＪＰ，Ｕ) 米国特許2527536（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F04C 18/30 - 18/352

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステータとロータとからなる電動要素と、
   外周面に上記電動要素のロータが同軸的に固定された吸
   込端側と吐出端側とを有するシリンダと、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
   回転可能な円柱状の回転体と、この回転体の外周に設け
   られ上記シリンダの吸込側端から吐出端側へ徐々に小さ
   くなるピッチで形成された螺旋状の溝と、この溝に出入
   自在に嵌込まれるとともに上記シリンダの内周面に密着
   する外周面を有し上記シリンダの内周面と上記回転体の
   外周面との間の空間を複数の作動室に区画する螺旋状の
   ブレードと、上記回転体を上記シリンダに同期回転させ
   上記シリンダの吸込端側から上記作動室に流入した流体
   をシリンダの吐出側の作動室へ順次移送させる機構とを
   具備したことを特徴とする流体圧縮機。