(57)【要約】【課題】ベーン先端がシリンダ内面から離れないようにして、体積効率の低下を小さくしたスライディングベーン型流体装置を得る。【解決手段】膨張機構部３０は、密閉容器３１で覆われ、シャフト３２、シャフト３２にシャフトキー３３で嵌合する円筒形状のローラ３４、内面３５ａが円筒形状であるとともに内面３５ａの一部がローラ３４の一部と微小空間を形成して配設されたシリンダ３５を含んでいる。またシリンダ３５には、シリンダ溝部３５ｂが設けられている。そして、ベーン３９に設けられたベーンガイド部３９ｂと、シリンダ３５のシリンダ溝部３５ｂとが嵌合しているため、ベーン３９はシリンダ３５の内面３５ａから離れることはない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと、
前記シャフトに嵌合して回転するローラと、
内面が円筒形状であるとともに前記内面の一部が前記ローラの一部と微小空間を形成して配設されたシリンダと、
前記シリンダの両端面を閉塞する閉塞部材と、
前記ローラから出入し、前記シリンダ、前記ローラおよび前記閉塞部材により形成される空間を複数の作動室に仕切るベーンと、
前記作動室に冷媒を流入させる吸入孔と、
前記作動室から前記冷媒を吐出させる吐出孔とを備え、
前記ベーンが前記シリンダの内面から離れないように前記ベーンの位置を規制する位置規制手段を設けたことを特徴とするスライディングベーン型流体装置。
【請求項２】
前記位置規制手段は前記ベーンに設けたベーンガイド部と前記シリンダに設けたシリンダ溝部とを嵌合させた構成である請求項１に記載のスライディングベーン型流体装置。
【請求項３】
前記位置規制手段は前記ベーンに設けたベーン突起部と前記閉塞部材のうちの少なくとも一方に設けた閉塞部材溝部とを嵌合させた構成である請求項１に記載のスライディングベーン型流体装置。
【請求項４】
前記ベーンには、一方を前記嵌合させた部分に連通し、他方を前記ローラと前記ベーンとの間の空間である潤滑油を備えたベーン背面空間に連通して前記潤滑油が供給される油通路が設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のスライディングベーン型流体装置。
【請求項５】
前記冷媒を二酸化炭素とする冷凍サイクルに接続されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスライディングベーン型流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スライディングベーン型流体装置に関し、特に冷凍サイクルを構成する膨張機または圧縮機として用いられるスライディングベーン型流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スライディングベーン型流体装置は、ベーンを有するローラが、内面が円筒形状のシリンダの常に同じ箇所に近接して回転摺動している（例えば特許文献１、特許文献２参照）。以下図面を参照しながら、スライディングベーン型流体装置について説明する。
【０００３】
図１３は、特許文献１の従来のスライディングベーン型膨張機の横断面図である。図１３において、シリンダ１１は円筒状内面を有し、ローラ１２は円筒状外面を有している。そして、シリンダ１１の中心Ｏに対して、ローラ１２の中心Ｐは偏心し、ローラ１２が常にシリンダ１１の内面の点Ｑに極めて近接して回転している。さらにローラ１２には、４個のベーン１３が設けられていて、ベーン１３が４つの作動室１４に仕切っている。
【０００４】
図１３に示すように、ローラ１２は、４ヶ所にベーン溝１５が切られ、各ベーン溝１５にはベーンばね１６でシリンダ１１の内面に押圧されたベーン１３が設けられている。そして、ローラ１２の回転に伴い、ベーン１３は吸入孔１７を横切り、冷媒が吸入孔１７から作動室１４に吸入される。
【０００５】
また、図１４は特許文献２の従来のスライディングベーン型圧縮機の横断面図である。スライディングベーン型圧縮機は、スライディングベーン型膨張機と基本的な構造は同じである。すなわち、スライディングベーン型圧縮機も内面が円筒形状のシリンダ２１と、外面が円筒形状のローラ２２とを有している。また、シリンダ２１の中心Ｒに対して、ローラ２２の中心Ｓは偏心し、ローラ２２が常にシリンダ２１の内面の点Ｔに極めて近接して回転している。さらにローラ２２には、４個のベーン２３が設けられていて、ベーン２３が４つの作動室２４に仕切っている。さらにローラ２２は、４ヶ所にベーン溝２５が切られ、各ベーン溝２５にベーン２３が設けられている。冷媒は、吸入孔２６より吸入され、ローラ２２の矢印方向の回転とともに作動室の容積が小さくなり、圧縮されて吐出孔２７より吐出される。
【特許文献１】特開昭５５−１０４５０２号公報
【特許文献２】特開昭５７−８３６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のスライディングベーン型膨張機では、高圧の冷媒を吸入する吸入孔１７をベーン１３が横切った際に、高圧の冷媒に押圧されてベーン１３の先端がシリンダ１１の内面より離れる場合があった。また、スライディングベーン型圧縮機では、吐出孔２７近くのベーン２３でベーン２３先端にかかる圧力と、ベーン２３背面からベーン２３にかかる圧力とがほぼ等しくなり、ベーン２３をシリンダ２１に押し付ける力が弱くなっていた。これは、ベーン２３背面からベーン２３には、常に吐出圧がかかり、吐出孔２７近くのベーン２３先端には吐出圧がかるからである。そのため、ベーン２３の先端がシリンダ２１の内面より離れる「ベーンとび」と呼ばれる現象が生じる場合があった。
【０００７】
このようにベーンの先端がシリンダの内面より離れると、作動室間の圧力の異なる冷媒が混合して流体装置の体積効率を低下させていた。
【０００８】
そこで本発明は、膨張機では冷媒を吸入する際に、圧縮機では冷媒の吐出孔近くで生じるベーンの先端がシリンダの内面より離れることを防止して、流体装置の体積効率の低下を小さくしたスライディングベーン型流体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のスライディングベーン型流体装置は、シャフトと、シャフトに嵌合して回転するローラと、内面が円筒形状であるとともに内面の一部がローラの一部と微小空間を形成して配設されたシリンダと、シリンダの両端面を閉塞する閉塞部材と、ローラから出入し、シリンダ、ローラおよび閉塞部材により形成される空間を複数の作動室に仕切るベーンと、作動室に冷媒を流入させる吸入孔と、作動室から冷媒を吐出させる吐出孔とを備え、ベーンがシリンダの内面から離れないようにベーンの位置を規制する位置規制手段を設けた構成とする。
【００１０】
このような構成のスライディングベーン型流体装置は、ベーンの位置が規制されるため、ベーンが容易に動くことはない。従って、本発明のスライディングベーン型流体装置は、膨張機では冷媒を吸入する際に、圧縮機では冷媒の吐出孔近くでベーンの先端がシリンダの内面より離れることを防止できる。そのため、流体装置の体積効率の低下を小さくしたスライディングベーン型流体装置とすることができる。
【００１１】
また、本発明のスライディングベーン型流体装置の位置規制手段は、ベーンに設けたベーンガイド部とシリンダに設けたシリンダ溝部とを嵌合させた構成としてもよい。このようにして、ベーンとシリンダとを嵌合することでベーンの位置が規制され、ベーンの先端がシリンダの内面より離れることはない。
【００１２】
また、本発明のスライディングベーン型流体装置の位置規制手段は、ベーンに設けたベーン突起部と閉塞部材のうちの少なくとも一方に設けた閉塞部材溝部とを嵌合させた構成としてもよい。このようにして、ベーンと閉塞部材とを嵌合することでベーンの位置が規制され、ベーンの先端がシリンダの内面より離れることはない。
【００１３】
また、本発明のスライディングベーン型流体装置のベーンは、一方を嵌合させた部分に連通し、他方をローラとベーンとの間の空間である潤滑油を備えたベーン背面空間に連通して潤滑油が供給される油通路が設けられている構成としてもよい。
【００１４】
このような構成のスライディングベーン型流体装置は、ベーンの嵌合する部分に容易に潤滑油が供給され、異常磨耗を引き起こすことはない。
【００１５】
また、本発明のスライディングベーン型流体装置は、冷媒を二酸化炭素とする冷凍サイクルに接続されるようにしてもよい。
【００１６】
冷媒を二酸化炭素とする冷凍サイクルは、冷媒の圧力が高く、ベーンの先端がシリンダの内面より離れ易い。しかし、本発明の構成のスライディングベーン型流体装置では、ベーンの位置が規制されるため、ベーン先端がシリンダの内面より離れることはない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のスライディングベーン型流体装置によれば、膨張機では冷媒を吸入する際に、圧縮機では冷媒の吐出孔近くで生じるベーンの先端がシリンダの内面より離れることを防止でき、流体装置の体積効率の低下を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、スライディングベーン型流体装置が膨張機である場合について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の膨張機の膨張機構部の縦断面図、図２は膨張機構部の横断面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２０】
図１、図２に示すように、膨張機構部３０は、密閉容器３１で覆われ、シャフト３２、シャフト３２にシャフトキー３３で嵌合する円筒形状のローラ３４、内面３５ａが円筒形状であるとともに内面３５ａの一部がローラ３４の一部と微小空間を形成して配設されたシリンダ３５を含んでいる。ここで、シリンダ３５の内面３５ａの中心Ｏｓと、ローラ３４の中心Ｏｒとは、偏心している。またシリンダ３５には、Ｏｓを中心とする円周形状のシリンダ溝部３５ｂが設けられている。そして、シリンダ３５の両端面には、シリンダ３５を閉塞する閉塞部材である上軸受部材３６および下軸受部材３７が設けられている。この下軸受部材３７は、密閉容器３１に接合され、ローラ３４、シリンダ３５等を支持している。
【００２１】
また、ローラ３４には、５ヶ所のベーン溝３８と、ベーン溝３８内にベーン３９がローラ３４から出入するように設けられている。ベーン溝３８は、ベーン３９よりやや大きな形状でローラ３４の中心近くからその半径方向へ、ローラ３４に切り込まれ、形成されている。ここで、ベーン背面空間４０は、ローラ３４とベーン３９との間の空間であり、潤滑油が備えられている。そして、ベーン３９が、シリンダ３５、ローラ３４、上軸受部材３６、および下軸受部材３７で形成される空間を５つの作動室４１に仕切っている。ここでベーン３９には、ベーンガイド部３９ｂが設けられていて、このベーンガイド部３９ｂと、シリンダ溝部３５ｂとが嵌合している。また作動室４１には、冷媒を吸入させる吸入孔４２、冷媒を吐出させる吐出孔４３が設けられている。
【００２２】
さらに密閉容器３１は、冷媒を吸入する吸入管４４、吸入管４４より吸入した冷媒を収納する吸入空間４５、および吐出孔４３からの冷媒を吐出させる吐出管４６が設けられている。また、密閉容器３１へのシャフト３２の挿入口は、メカニカルシール４７でシールされているので、密閉容器３１内の冷媒が漏洩することはない。
【００２３】
次にベーン３９およびベーン３９とシリンダ３５との嵌合部分を詳細に説明する。図３は本発明の第１の実施の形態の膨張機のベーン３９の斜視図、図４は図２のＢ−Ｂ線断面図で、ベーン３９とシリンダ３５との嵌合部の断面図である。
【００２４】
図３に示すように、ベーン３９は、ベーン本体部３９ａとベーンガイド部３９ｂとで構成されている。ベーンガイド部３９ｂは、ベーン本体部３９ａの先端に設けられ、その高さはベーン本体部３９ａの高さより低い。ここで、ベーンガイド部３９ｂの形状は、円筒形状等の嵌合できる形状であればよい。さらに、ベーン３９の内部には、油通路４８が設けられている。油通路４８は、一方を嵌合させる部分に連通し、他方をベーン背面空間４０に連通している。
【００２５】
また図４に示すように、シリンダ溝部３５ｂは、シリンダ３５に設けられ、その内面３５ａ近くに沿った内面３５ａと同心円の溝である。そして、ベーンガイド部３９ｂとシリンダ溝部３５ｂとを嵌合させている。このベーンガイド部３９ｂおよびシリンダ溝部３５ｂが、ベーン３９がシリンダ３５の内面３５ａから離れないようにするベーン３９の位置規制手段である。
【００２６】
次に、上述の構成の膨張機の動作を説明する。膨張機は、高圧の冷媒を吸入管４４から吸入空間４５に吸入する。そして、冷媒は吸入孔４２から作動室４１に吸入される。ここで、シャフト３２は、図示していない電動要素により回転させられ、シャフト３２にシャフトキー３３で嵌合しているローラ３４も回転させられる。ローラ３４の回転に伴って、ベーン３９も回転し、ローラ３４とシリンダ３５の内面３５ａとの距離も変わるため、ベーン３９はベーン溝３８に沿って往復運動を行う。しかし、ベーン３９のベーンガイド部３９ｂとシリンダ３５のシリンダ溝部３５ｂが嵌合しているため、ベーン３９はシリンダ３５の内面３５ａから離れることはない。また、ベーン背面空間４０は、吸入空間４５から高圧の冷媒が流入しているため、その圧力は高く、ベーン背面空間４０の潤滑油は油通路４８を通って嵌合部分に容易に供給される。そのため、嵌合部分が回転に伴う摺動での異常磨耗を引き起こすこともない。
【００２７】
さらに、本発明の第１の実施の形態の膨張機の冷媒の動作を、図５を用いて詳細に説明する。図５（ａ）〜（ｆ）は、図２と同じく膨張機構部の横断面図で、冷媒の吸入開始から吐出完了までのローラ３４の回転に伴う冷媒の挙動を示している。
【００２８】
図５（ａ）は、吸入孔４２より作動室４１ａに冷媒４９の吸入が開始されたときの状態を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）から反時計方向にローラ３４が回転して作動室４１ａに冷媒４９の吸入が完了するとともに、冷媒４９の膨張が始まったときの状態を示す。なお、吸入孔４２は常に開いているため、次の作動室４１ｂにも冷媒４９が吸入されるが、説明が複雑になることを避けるため、作動室４１ａのみの冷媒４９を図示する。
【００２９】
図５（ｃ）は、図５（ｂ）からさらに反時計方向にローラ３４が回転し、作動室４１ａの冷媒４９の膨張が続けられているときの状態を示す。図５（ｄ）は、図５（ｃ）からさらに反時計方向にローラ３４が回転し、作動室４１ａの冷媒４９は膨張が完了され、冷媒４９が吐出孔４３から吐出を開始されるときの状態を示す。
【００３０】
図５（ｅ）、図５（ｆ）は、図５（ｄ）からさらに反時計方向にローラ３４が回転し、作動室４１ａの冷媒４９が吐出孔４３から吐出を続けられているときの状態を示す。さらに、反時計方向にローラ３４が回転し、図５（ａ）に戻り、作動室４１ａの冷媒４９の吐出孔４３からの吐出は完了する。
【００３１】
上述の説明では、作動室４１ａのみの冷媒４９の挙動を示したが、作動室４１ｂ〜作動室４１ｅからも膨張した冷媒が連続的に吐出される。そして、ベーン３９とシリンダ３５とが、ベーンガイド部３９ｂとシリンダ溝部３５ｂとで嵌合されているため、高圧の冷媒が吸入される吸入孔４２をベーン３９が横切っても、ベーン３９はシリンダ３５の内面３５ａから離れることはなくなる。その結果、ベーン３９を通して隣り合う作動室、例えば作動室４１ａから作動室４１ｂに冷媒が漏れることはなくなり、体積効率の低下の小さい膨張機となる。
【００３２】
図６は、冷媒を二酸化炭素とする冷凍サイクルに、本発明の第１の実施の形態の膨張機１０１が接続されたヒートポンプ式給湯器１００の構成図である。ヒートポンプ式給湯器１００は、冷媒の二酸化炭素（以降、ＣＯ２と記す）が圧縮機１０２、放熱器１０３、膨張機１０１および蒸発器１０４を接続する冷媒経路を循環されている。ここでＣＯ２は、圧縮機１０２で高温、高圧にして吐出された後、放熱器１０３で放熱される。そしてＣＯ２は、膨張機１０１で膨張してその圧力を低下させられた後、蒸発器１０４で大気から熱を奪って蒸発させられて、圧縮機１０２に戻る。またＣＯ２は、放熱器１０３で、貯湯槽１０５の冷水を加熱する熱交換器１０６に接続される熱媒体に熱を与えて放熱される。このように、冷媒にＣＯ２を用いた冷凍サイクルは、Ｒ４１０Ａまたはフロン系の冷媒を用いる冷凍サイクルに比べて圧力が数ＭＰａ高く、高圧の冷媒が膨張機１０１に吸入される。しかし、本発明の第１の実施の形態の膨張機では、ベーンがシリンダの内面から離れることがないため、体積効率の低下を小さくすることができる。
【００３３】
また、図７、図８はそれぞれ本発明の第１の実施の形態の変形例の膨張機のベーンの斜視図、ベーンとシリンダとの嵌合部の断面図である。図７に示すように、ベーン５０は、図３のベーン３９と上下逆にして設けられている。すなわち、ベーン５０は、ベーン本体部５０ａからベーンガイド部５０ｂを図１の上軸受部材３６側から設けられている。また油通路４８に加えて、油通路５１を設けることで、嵌合部分により多くの潤滑油が供給されるため、嵌合部分の潤滑をより効果的にすることができる。
【００３４】
そして、シリンダ５２に設けられるシリンダ溝部５２ｂは、図８に示す形状とすることで、ベーン５０のベーンガイド部５０ｂに嵌合する。このように本発明のスライディングベーン型流体装置は、本発明の実施の形態の構成に限定されるものではなく、ベーンをシリンダの内面から離れないように、ベーンの位置を規制する手段を設けた構成であればよい。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図９は、本発明の第２の実施の形態の膨張機の膨張機構部の縦断面図、図１０は膨張機構部の横断面図であり、図９のＣ−Ｃ線断面図である。本発明の第２の実施の形態では、第１の実施の形態の膨張機と同一の機能部品については、同一符号を使用し、その説明は省略する。
【００３６】
図９、図１０に示すように、膨張機構部６０の構成部材が、本発明の第１の実施の形態の膨張機の膨張機構部３０の構成部材と異なるのは、シリンダ６１、ベーン６２、および下軸受部材６３である。すなわち、ベーン６２と嵌合させる溝部は、シリンダ６１になく、下軸受部材６３に設けられている。下軸受部材６３には、シリンダ６１の内面６１ａと同心円の下軸受部材溝部６３ｂが設けられている。
【００３７】
図１１は、本発明の第２の実施の形態の膨張機のベーン６２の斜視図である。ベーン６２は、ベーン突起部６２ｂを備え、ベーン突起部６２ｂまでの油通路６４およびベーン６２の先端までの油通路６５が設けられている。
【００３８】
次に、本発明の第２の実施の形態の膨張機の動作を、図１２を用いて説明する。図１２はシリンダ６１部分の斜視図で、ローラ３４の右半分を切断して取り除いた図である。分かり易くするために、シャフト３２等は図示していない。ローラ３４の一部は、シリンダ６１の内面６１ａの一部に常に接するように回転しているが、ベーン６２と下軸受部材６３とは、ベーン突起部６２ｂと下軸受部材溝部６３ｂとが嵌合して回転している。
【００３９】
そのため、ベーン６２が吸入孔４２を横切っても、高圧の冷媒の吸入によりベーン６２が、シリンダ６１の内面６１ａから離れることはない。その結果、作動室４１間で冷媒の混合が極力少なくなり、膨張機の体積効率の低下を小さくすることができる。また、油通路６４、６５により潤滑油が嵌合部分に供給されるため、嵌合部分が回転に伴う摺動での異常磨耗を引き起こすこともない。
【００４０】
なお、本発明の第２の実施の形態では、下軸受部材６３に下軸受部材溝部６３ｂを設ける構成を示したが、上軸受部材３６に溝部を設ける構成であってもよい。また、より嵌合を確実にするために、下軸受部材６３と上軸受部材３６との両方に溝部を設け、ベーン６２の上下に突起部を設けた構成としてもよい。
【００４１】
また、本発明の実施の形態では、スライディングベーン型膨張機で説明したが、基本的な構成が同じであるスライディングベーン型圧縮機でも、ベーンとシリンダ、ベーンと下軸受部材またはベーンと上軸受部材とのうちのいずれか一組を嵌合させる構成としてもよい。このような構成により、ベーンとシリンダ内面とが離れなくなり、体積効率の低下の小さい圧縮機となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかるスライディングベーン型流体装置は、ベーンとシリンダ内面とが離れなくなり、体積効率の低下を小さくすることができ、膨張機や圧縮機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の膨張機の膨張機構部の縦断面図
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図
【図３】同実施の形態の膨張機のベーンの斜視図
【図４】図２のＢ−Ｂ線断面図
【図５】同実施の形態の膨張機の動作を示す膨張機構部の横断面図
【図６】同実施の形態の膨張機が接続されたヒートポンプ式給湯器の構成図
【図７】同実施の形態の変形例の膨張機のベーンの斜視図
【図８】同実施の形態の変形例の膨張機のベーンとシリンダとの嵌合部の断面図
【図９】本発明の第２の実施の形態の膨張機の膨張機構部の縦断面図
【図１０】図９のＣ−Ｃ線断面図
【図１１】同実施の形態の膨張機のベーンの斜視図
【図１２】同実施の形態の膨張機のシリンダ部分の斜視図
【図１３】従来のスライディングベーン型膨張機の横断面図
【図１４】従来のスライディングベーン型圧縮機の横断面図
【符号の説明】
【００４４】
１１，２１，３５，５２，６１    シリンダ
１２，２２，３４    ローラ
１３，２３，３９，５０，６２    ベーン
１４，２４，４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ    作動室
１５，２５，３８    ベーン溝
１６    ベーンばね
１７，２６，４２    吸入孔
２７，４３    吐出孔
３０，６０    膨張機構部
３１    密閉容器
３２    シャフト
３３    シャフトキー
３５ａ，６１ａ    内面
３５ｂ，５２ｂ    シリンダ溝部
３６    上軸受部材
３７，６３    下軸受部材
３９ａ，５０ａ    ベーン本体部
３９ｂ，５０ｂ    ベーンガイド部
４０    ベーン背面空間
４４    吸入管
４５    吸入空間
４６    吐出管
４７    メカニカルシール
４８，５１，６４，６５    油通路
４９    冷媒
６２ｂ    ベーン突起部
６３ｂ    下軸受部材溝部
１００    ヒートポンプ式給湯器
１０１    膨張機
１０２    圧縮機
１０３    放熱器
１０４    蒸発器
１０５    貯湯槽
１０６    熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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