(57)【要約】【課題】潤滑油不足を解消し、信頼性の向上を図る。【解決手段】ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）には環状のシール溝（91）が円環状の端面（67b,67c）に沿って形成され、該シール溝（91）には環状のリップシール（92）が嵌め込まれている。これにより、シャフト（40）の給油溝（49）から供給された潤滑油がロータリピストン（67）の上限両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間からシリンダ（63）の流体室（65）へ流入することはほとんどないので、潤滑油不足が解消される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉塞部材（61,62）によって閉塞されたシリンダ（63）と、該シリンダ（63）内に収納されたロータリピストン（67）とを有する膨張機構（60）を備えたロータリ式膨張機であって、
上記ロータリピストン（67）の両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）が設けられている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
上記ロータリピストン（67）に回転自在に嵌合された偏心部（41）を有する１本の回転軸（40）を備え、
該回転軸（40）には、少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に給油するための給油溝（49）が形成されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項３】
請求項２において、
上記膨張機構（60）がロータリピストン（75,85）を複数有し、
該各ロータリピストン（75,85）は、１本の回転軸（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面が中間仕切板（64）を介して互いに対向するように配置され、
上記シール機構（90）は、複数のロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材（61,62）に対向する端面に設けられている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記シール機構（90）は、ロータリピストン（67）の端面に形成されたシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたシール部材（92）とにより構成されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項５】
請求項４において、
上記シール部材（92）は、リップシールまたはチップシールである
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項６】
請求項１〜３の何れか１項において、
上記シール機構（90）は、ラビリンスシールである
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項７】
請求項４または５において、
上記シール部材（92）は、四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項において、
上記回転軸（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径Ｄの１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ式膨張機に関し、特に、油上がりの防止対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高圧流体の膨張により動力を発生させる膨張機として、例えばロータリ式膨張機などの容積型膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このロータリ式膨張機は、両端がフロントヘッドとリアヘッドとにより閉塞されたシリンダと、該シリンダに収納されたピストンとを有する膨張機構部を備えている。この膨張機構部には、ピストンに回転自在に嵌合された偏心部を有するシャフトが貫通されている。そして、上記ロータリ式膨張機では、シャフトに設けられた油ポンプによって汲み上げられた潤滑油が膨張機構部に供給され、膨張機構部の潤滑が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のロータリ式膨張機では、膨張機構部に潤滑油が過剰に供給されると、潤滑油がピストンの端面とフロントヘッドまたはリアヘッドとの間からシリンダ内の膨張室に過剰に漏れてしまうという問題があった。これにより、潤滑油が冷媒と共に膨張機から流出し、いわゆる油上がりが生じ、潤滑油不足が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機構における潤滑油の膨張室内への過剰な流入を防止して潤滑油不足の問題を解消し、信頼性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
具体的に、第１の発明は、両端が閉塞部材（61,62）によって閉塞されたシリンダ（63）と、該シリンダ（63）内に収納されたロータリピストン（67）とを有する膨張機構（60）を備えたロータリ式膨張機を前提としている。そして、上記ロータリピストン（67）の両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）が設けられている。
【０００８】
上記の発明では、ロータリピストン（67）の両端面にシール機構（90）を設けた場合、膨張機構（60）の摺動部に供給した潤滑油がロータリピストン（67）の両端面と閉塞部材（61,62）との間からシリンダ（63）内の膨張空間に過剰に漏れることはない。また、上記ロータリピストン（67）の片面にシール機構（90）を設けた場合、その片面にはシール機構（90）を設けていない端面に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、ロータリピストン（67）がシール機構（90）を設けていない側の閉塞部材（61,62）に押されてほぼ密着状態となる。これにより、上記両端面にシール機構（90）を設けた場合と同様に潤滑油がロータリピストン（67）の両端面と閉塞部材（61,62）との間からシリンダ（63）内の膨張空間に過剰に漏れることはない。したがって、何れの場合においても潤滑油が膨張空間内の流体と共に膨張機構（60）からほとんど流出することはないので、油上がりが防止され、潤滑油不足が解消される。
【０００９】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記ロータリピストン（67）に回転自在に嵌合された偏心部（41）を有する１本の回転軸（40）を備えている。そして、該回転軸（40）には、少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に給油するための給油溝（49）が形成されている。
【００１０】
上記の発明では、回転軸（40）の給油溝（49）から少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に供給された潤滑油の漏れが抑制される。
【００１１】
また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記膨張機構（60）がロータリピストン（75,85）を複数有している。該各ロータリピストン（75,85）は、１本の回転軸（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面が中間仕切板（64）を介して互いに対向するように配置されている。そして、上記シール機構（90）は、複数のロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材（61,62）に対向する端面に設けられている。
【００１２】
上記の発明では、各ロータリピストン（75,85）において、閉塞部材（61,62）に対向する端面には中間仕切板（64）に対向する端面に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、各ロータリピストン（75,85）が中間仕切板（64）に押されてほぼ密着状態となる。これにより、複数シリンダ式の膨張機構（60）においても、各ロータリピストン（75,85）の動作中にシール機構（90）が中間仕切板（64）に形成された回転軸（40）用の貫通孔にラップして損傷等する恐れがなく、潤滑油の漏れが抑制される。
【００１３】
また、第４の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記シール機構（90）が、ロータリピストン（67）の端面に形成されたシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたシール部材（92）とにより構成されている。
【００１４】
上記の発明では、シール部材（92）が閉塞部材（61,62）およびシール溝（91）に密着することにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間がシールされる。
【００１５】
また、第５の発明は、上記第４の発明において、上記シール部材（92）がリップシールまたはチップシールである。
【００１６】
上記の発明では、リップシールまたはチップシールが潤滑油の圧力作用によって閉塞部材（61,62）およびシール溝（91）に密着する。これにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間がシールされる。
【００１７】
また、第６の発明は、上記第１〜３の何れか１の発明において、上記シール機構（90）がラビリンスシールである。
【００１８】
上記の発明では、潤滑油の粘性による摩擦効果や絞り口における縮流効果などのラビリンス効果により、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間がシールされる。
【００１９】
また、第７の発明は、上記第４または５の発明において、上記シール部材（92）が四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている。
【００２０】
上記の発明では、四ふっ化エチレン系の樹脂材料が耐摩耗性や耐熱性に優れた材料であるため、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間が確実にシールされる。
【００２１】
また、第８の発明は、上記第１〜７の何れか１の発明において、上記回転軸（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径Ｄの１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている。
【００２２】
上記の発明では、ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなるので、コストダウンが図られる。
【発明の効果】
【００２３】
したがって、第１の発明によれば、ロータリピストン（67）の少なくとも片側の端面にに閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）を設けるようにしたので、膨張機構（60）の摺動部に供給された潤滑油が膨張空間内に漏れるのを抑制することができる。これにより、潤滑油が膨張した流体と共に膨張機構（60）から流出することはほとんどなくなるので、油上がりを防止し、潤滑油不足を防止することができる。この結果、機器の信頼性の向上を図ることができる。
【００２４】
また、特に圧縮機と一体になりいわゆる高圧ドーム型の膨張機に構成され、例えば蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路に用いた場合では、潤滑油が高温高圧のガス冷媒によって加熱されて高温となる一方、膨張機構（60）に流入する冷媒が比較的低温であるが、上述したように膨張空間内への潤滑油の漏れを抑制することにより低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されるのを阻止でき、膨張過程における熱ロスを防止することができる。この結果、運転効率の向上を図ることができる。
【００２５】
また、第２の発明によれば、回転軸（40）に形成された給油溝（49）から潤滑油を供給する給油方式を備えた膨張機構（60）においても、潤滑油の膨張空間への漏れを抑制することができる。
【００２６】
また、第３の発明によれば、複数シリンダ式の膨張機構（60）において、シール機構（90）を各ロータリピストン（75,85）における中間仕切板（64）側の端面には設けずに閉塞部材（61,62）側の端面に設けるようにしたので、動作中にシール機構（90）が中間仕切板（64）に割と大きめに形成された回転軸（40）用の貫通孔にラップして損傷等する恐れがなく、潤滑油の漏れを抑制することができる。
【００２７】
また、第４の発明によれば、シール機構（90）をシール溝（91）と該シール溝（91）に嵌め込まれたシール部材（92）とにより構成するようにしたので、シール部材（92）が閉塞部材（61,62）とシール溝（91）に密着することにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間をシールすることができる。
【００２８】
また、第５の発明によれば、シール部材（92）をリップシールまたはチップシールとしたので、潤滑油の圧力作用によってリップシールまたはチップシールを閉塞部材（61,62）とシール溝（91）に確実に密着させることができる。これにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間を確実にシールすることができる。
【００２９】
また、第６の発明によれば、シール機構（90）をラビリンスシールとしたので、ラビリンス効果によってロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間を確実にシールすることができる。
【００３０】
また、第７の発明によれば、シール部材（92）を耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン（67）の回転に伴う閉塞部材（61,62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】空調機を示す配管系統図である。
【図２】実施形態１に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図３】実施形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図４】実施形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図５】実施形態１に係る回転軸の回転角９０°毎の膨張機構の状態をシール機構を省略して示す横断面図である。
【図６】実施形態２に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図７】実施形態２に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図８】実施形態３に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図９】実施形態４に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図１０】実施形態５に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図１１】実施形態５に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】実施形態６に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図１３】その他の実施形態に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３３】
《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。図１に示すように、本実施形態の空調機（10）は、本発明に係るロータリ式膨張機を備えている。
【００３４】
〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。上記室外機（11）には、室外ファン（12）、室外熱交換器（23）、第１四路切換弁（21）、第２四路切換弁（22）および圧縮膨張ユニット（30）が収納されている。一方、上記室内機（13）には、室内ファン（14）および室内熱交換器（24）が収納されている。上記室外機（11）は屋外に設置され、室内機（13）は屋内に設置されている。また、上記室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）で接続されている。尚、上記圧縮膨張ユニット（30）の詳細は後述する。
【００３５】
上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮膨張ユニット（30）や室内熱交換器（24）などが接続された閉回路である。また、この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。
【００３６】
上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器（24）とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。
【００３７】
上記第１四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。この第１四路切換弁（21）は、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（36）に、第２ポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端に、第３ポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吸入ポート（32）にそれぞれ接続されている。そして、上記第１四路切換弁（21）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００３８】
上記第２四路切換弁（22）は、４つのポートを備えている。この第２四路切換弁（22）は、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出ポート（35）に、第２ポートが室外熱交換器（23）の他端に、第３ポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流入ポート（34）にそれぞれ接続されている。そして、上記第２四路切換弁（22）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００３９】
〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図２〜図４に示すように、上記圧縮膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構（50）と、電動機（45）と、膨張機構（60）とが配置されている。
【００４０】
上記ケーシング（31）には、吐出管（36）が取り付けられている。この吐出管（36）は、電動機（45）と膨張機構（60）との間に配置され、ケーシング（31）の内部空間に連通している。
【００４１】
上記電動機（45）は、ケーシング（31）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（45）は、ステータ（46）とロータ（47）とにより構成されている。上記ステータ（46）は、ケーシング（31）に固定されている。上記ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置され、同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。上記シャフト（40）は、回転軸を構成し、下端側に２つの下側偏心部（58,59）が形成され、上端側に１つの大径偏心部（41）が形成されている。
【００４２】
上記２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、下側のものが第１下側偏心部（58）を、上側のものが第２下側偏心部（59）をそれぞれ構成している。そして、上記第１下側偏心部（58）と第２下側偏心部（59）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【００４３】
上記大径偏心部（41）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されている。
【００４４】
上記圧縮機構（50）は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成している。この圧縮機構（50）は、シリンダ（51,52）とロータリピストン（57）とを２つずつ備えている。上記圧縮機構（50）では、下から上へ向かって順に、リアヘッド（55）と、第１シリンダ（51）と、中間プレート（56）と、第２シリンダ（52）と、フロントヘッド（54）とが積層された状態となっている。
【００４５】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）の内部には、円筒状のロータリピストン（57）が１つずつ配置されている。このロータリピストン（57）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。上記第１シリンダ（51）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合している。一方、上記第２シリンダ（52）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合している。上記各ロータリピストン（57,57）は、内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、各ロータリピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間に圧縮室（53）が形成される。
【００４６】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）には、それぞれ吸入ポート（32）が１つずつ形成されている。この各吸入ポート（32）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、終端がシリンダ（51,52）内に開口している。また、各吸入ポート（32）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。
【００４７】
上記フロントヘッド（54）およびリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポートが１つずつ形成されている。上記フロントヘッド（54）の吐出ポートは、第２シリンダ（52）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。上記リアヘッド（55）の吐出ポートは、第１シリンダ（51）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。また、上記各吐出ポートは、終端にリード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。尚、図２において、吐出ポートおよび吐出弁の図示は省略する。そして、上記圧縮機構（50）からケーシング（31）の内部空間へ吐出されたガス冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から送り出される。
【００４８】
上記ケーシング（31）内の底部には、潤滑油が貯留される油溜りが形成されている。上記シャフト（40）の下端部には、油溜りに浸漬された遠心式の油ポンプ（48）が設けられている。該油ポンプ（48）は、シャフト（40）の回転により油溜りの潤滑油を汲み上げるように構成されている。そして、上記シャフト（40）の内部には、下端から上端に亘って給油溝（49）が形成されている。この給油溝（49）は、油ポンプ（48）によって汲み上げられた潤滑油が圧縮機構（50）や膨張機構（60）の各摺動部に供給されるように形成されている。
【００４９】
上記膨張機構（60）は、いわゆる揺動ピストン型のものであって、本発明のロータリ式膨張機を構成している。この膨張機構（60）は、フロントヘッド（61）と、リアヘッド（62）と、シリンダ（63）と、ロータリピストン（67）とを備えている。また、上記膨張機構（60）には、流入ポート（34）と流出ポート（35）とが設けられている。
【００５０】
上記膨張機構（60）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、シリンダ（63）およびリアヘッド（62）が積層されている。上記シリンダ（63）は、下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、上記フロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）は、それぞれがシリンダ（63）の閉塞部材を構成している。
【００５１】
上記シャフト（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（63）およびリアヘッド（62）を貫通し、大径偏心部（41）がシリンダ（63）内に位置している。
【００５２】
上記ロータリピストン（67）は、上下両端が閉塞されたシリンダ（63）内に収納されている。上記ロータリピストン（67）は、円環状あるいは円筒状に形成され、内径が大径偏心部（41）の外径と概ね等しくなっている。そして、上記ロータリピストン（67）には大径偏心部（41）が回転自在に嵌合され、ロータリピストン（67）の内周面と大径偏心部（41）の外周面とがほぼ全面に亘って摺接している。
【００５３】
上記ロータリピストン（67）は、外周面がシリンダ（63）の内周面に摺接すると共に、上端面（67b）がリアヘッド（62）に、下端面（67c）がフロントヘッド（61）にそれぞれ摺接している。上記シリンダ（63）内には、内周面とロータリピストン（67）の外周面との間に流体室（65）が形成されている。
【００５４】
上記ロータリピストン（67）には、ブレード（67a）が一体に設けられている。このブレード（67a）は、ロータリピストン（67）の半径方向に延びる板状に形成されており、ロータリピストン（67）の外周面から外側へ突出している。上記シリンダ（63）内の流体室（65）は、ブレード（67a）によって高圧側の高圧室（66a）と低圧側の低圧室（66b）とに仕切られている。
【００５５】
上記シリンダ（63）には、一対のブッシュ（68）が設けられている。各ブッシュ（68）は、内側面が平面となり外側面が円弧面となる半月状に形成され、ブレード（67a）を挟み込んだ状態で装着されている。上記ブッシュ（68）は、内側面がブレード（67a）と、外側面がシリンダ（63）と摺動する。そして、上記ロータリピストン（67）と一体のブレード（67a）は、ブッシュ（68）を介してシリンダ（63）に支持され、シリンダ（63）に対して回動自在に且つ進退自在に構成されている。
【００５６】
上記流入ポート（34）は、フロントヘッド（61）に形成され、終端がフロントヘッド（61）の内側面に開口して高圧室（66a）に連通している。一方、上記流出ポート（35）は、シリンダ（63）に形成され、始端がシリンダ（63）の内周面に開口して低圧室（66b）に連通している。
【００５７】
上記シャフト（40）の給油溝（49）は、膨張機構（60）の各摺動部（A,B）に給油するための細溝（49a）を備えている。この細溝（49a）は、主として、大径偏心部（41）の両端面とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との摺動部（A）と、大径偏心部（41）の外周面とロータリピストン（67）の内周面との摺動部（B）とに給油するために形成されている。
【００５８】
上記ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）には、リアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間をシールするシール機構（90）が設けられている。このシール機構（90）は、シール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたシール部材（92）とを備えている。
【００５９】
上記シール溝（91）は、ロータリピストン（67）の上端面（67b）および下端面（67c）の両面に設けられている。上記各シール溝（91）は、断面が凹状に形成され、且つ、平面視がロータリピストン（67）の端面（67b,67c）の全周に沿って環状に形成されている。
【００６０】
上記シール部材（92）は、メカニカルシールであるリップシールに構成されている。このリップシール（92）は、内側に開口した略Ｃ形の断面形状に形成され、且つ、平面視が連続した環状に形成されている。つまり、上記リップシール（92）は、開口側がシャフト（40）側に向かうようにシール溝（91）に装着されている。
【００６１】
また、上記リップシール（92）は、四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている。この四ふっ化エチレン系の樹脂材料は、純粋な四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）にガラス繊維やカーボン繊維などの充填材を添加したものである。この四ふっ化エチレン系の樹脂材料は、耐摩耗性や耐熱性に優れた材料であるため、高いシール性が確保される。
【００６２】
上記シール機構（90）では、各摺動部（A,B）へ過剰に給油されると、潤滑油がリップシール（92）の開口部に入り込み、その潤滑油の圧力作用によってリップシール（92）の開口が拡げられる。このリップシール（92）の開口が拡がると、リップシール（92）がフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に密着すると共に、シール溝（91）の底面に密着し、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。これにより、各摺動部（A,B）に供給された潤滑油がシリンダ（63）の流体室（65）に漏洩することはほとんどない。
【００６３】
また、上記ロータリピストン（67）の上端面（67b）とリアヘッド（62）とのクリアランス、およびロータリピストン（67）の下端面（67c）とフロントヘッド（61）とのクリアランスは、それぞれがシリンダ（63）の内径の１／１００００〜１／２０００の寸法に設定されている。つまり、上記シャフト（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径の１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている。これは、上述したシール機構（90）により、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間をシールすることができることから、ロータリピストン（67）の端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）とのクリアランスを従来ほど小さくする必要はないということである。したがって、上記ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなるので、コストダウンを図ることができる。
【００６４】
−運転動作−
次に、上記空調機（10）の動作について説明する。ここでは、空調機（10）の冷房運転時および暖房運転時の動作について説明し、続いて膨張機構（60）の動作について説明する。
【００６５】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００６６】
上記圧縮機構（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。この室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱する。
【００６７】
上記室外熱交換器（23）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（34）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。
【００６８】
上記室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。上記室内熱交換器（24）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
【００６９】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００７０】
上記圧縮機構（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。この室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。
【００７１】
上記室内熱交換器（24）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（34）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。
【００７２】
上記室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
【００７３】
〈膨張機構の動作〉
上記膨張機構（60）の動作について、図５を参照しながら説明する。この膨張機構（60）の高圧室（66a）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入すると、シャフト（40）が図５の各図における反時計方向へ回転する。
【００７４】
上記シャフト（40）の回転角が０°の時点では、流入ポート（34）の終端が大径偏心部（41）の端面によって塞がれている。この状態から、シャフト（40）が僅かに回転すると、流入ポート（34）と高圧室（66a）とが連通し、高圧冷媒が高圧室（66a）へ流入し始める。その後、上記シャフト（40）の回転角が９０°、１８０°、２７０°と次第に大きくなるに従い、高圧室（66a）の容積が次第に増加する。そして、上記シャフト（40）の回転角がほぼ３６０°に達すると、流入ポート（34）が大径偏心部（41）の端面によって再び塞がれ、高圧室（66a）への高圧冷媒の流入が遮断される。
【００７５】
続いて、上記シャフト（40）の回転角が再び０°の状態になると、低圧室（66b）が流出ポート（35）と連通し、低圧室（66b）の冷媒が流出し始める。その後、上記シャフト（40）の回転角が９０°、１８０°、２７０°と次第に大きくなるに従い、低圧室（66b）の容積が次第に減少し、その間は冷媒が流出ポート（35）から流出し続ける。そして、上記シャフト（40）の回転角がほぼ３６０°に達すると、流出ポート（35）がロータリピストン（67）によって塞がれ、低圧室（66b）からの冷媒の流出が遮断される。この時、高圧室（66a）と低圧室（66b）との圧力差によってロータリピストン（67）およびシャフト（40）が回転駆動される。
【００７６】
上記膨張機構（60）の動作中には、シャフト（40）の回転によって油溜りの潤滑油が給油溝（49）より膨張機構（60）などの摺動部に供給される。ここで、上記膨張機構（60）において、細溝（49a）から各摺動部（A,B）への給油が過剰に行われて余分な潤滑油が生じても、その潤滑油の流体室（65）への流入はシール機構（90）が抑制する。これにより、潤滑油が流体室（65）内の冷媒と混合し、冷媒と共に流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出することはほとんどなくなる。この結果、冷媒回路（20）への油上がりを抑制し、各熱交換器（23,24）の性能低下を抑制することができる。
【００７７】
また、本実施形態の圧縮膨張ユニット（30）は、圧縮機構（50）を有していわゆる高圧ドーム型に構成されているため、油溜りの潤滑油が圧縮機構（50）より吐出された高温高圧のガス冷媒によって加熱される。したがって、上記膨張機構（60）に供給される潤滑油は比較的高温になっている。一方、上記冷媒回路（20）では冷媒の蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われることから、膨張機構（60）に流入する冷媒の温度は比較的低くなっている。このことから、膨張機構（60）において、シール機構（90）が潤滑油の流体室（65）への流入を抑制することにより、流体室（65）内の低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されることはなくなるので、膨張過程における熱ロスを抑制することができる。
【００７８】
また、上記リップシール（92）は、耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成されているので、ロータリピストン（67）の回転に伴うフロントヘッド（61）またはリアヘッド（62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【００７９】
−実施形態の効果−
以上説明したように、本実施形態１によれば、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）にフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間をシールするためのシール機構（90）を設けるようにしたので、膨張機構（60）の各摺動部（A,B）に給油された潤滑油が流体室（65）内に漏れるのを抑制することができる。これにより、潤滑油が冷媒と共に圧縮膨張ユニット（30）から流出することはほとんどなくなる。したがって、冷媒回路（20）への油上がりを抑制し、膨張機構（60）における潤滑油不足を解消することができると共に、各熱交換器（23,24）の性能低下を抑制することができる。この結果、機器の信頼性の向上を図ることができる。
【００８０】
また、特に高圧ドーム型の圧縮膨張ユニット（30）では油溜りの潤滑油が比較的高温である一方、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路（20）においては膨張機構（60）に流入する冷媒が比較的低温であるが、上述したように流体室（65）内への潤滑油の漏れを抑制することにより低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されるのを阻止でき、膨張過程における熱ロスを抑制することができる。この結果、運転効率の向上を図ることができる。
【００８１】
また、上記シール部材としてリップシール（92）を用いるようにしたので、潤滑油の圧力作用によってリップシール（92）の開口を拡げ、リップシール（92）をフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）とシール溝（91）に確実に密着させることができる。これにより、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間を確実にシールすることができる。
【００８２】
また、上記リップシール（92）を耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン（67）の回転運動に伴うフロントヘッド（61）またはリアヘッド（62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【００８３】
また、上記シャフト（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差をシリンダ（63）の内径の１／５０００〜１／１０００の寸法に設定するので、ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。
【００８４】
《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて説明する。
【００８５】
本実施形態２は、図６および図７に示すように、上記実施形態１がシール部材（92）としてリップシールを用いたのに代えて、チップシールを用いたものである。つまり、本実施形態において、シール機構（90）は、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）に形成されたシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたチップシール（92）とにより構成されている。
【００８６】
具体的に、上記チップシール（92）は、メカニカルシールの一種であり、銅などの金属材料で形成されている。このチップシール（92）は、断面が矩形状に形成され、且つ、平面視が不連続な環状に形成されている。つまり、上記チップシール（92）は、全周のうち一箇所が径方向に切断されている（図６のＤ部参照）。この切断は、チップシール（92）にテンションをかけた状態でシール溝（91）に装着し、装着後にチップシール（92）が径方向外方へ張るようにするために施されている。
【００８７】
上記の場合、各摺動部（A,B）へ過剰に給油されると、チップシール（92）の内周面に潤滑油の圧力が作用する。この潤滑油の圧力が作用すると、チップシール（92）は、全体がシール溝（91）から僅かに浮き上がると同時に外側に押され、フロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に密着すると共にシール溝（91）の外周面に密着する。これにより、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【００８８】
なお、本実施形態では、チップシール（92）を金属材料で形成するようにしたが、実施形態１と同様に四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしてもよい。その場合、チップシール（92）は、切断なしの連続した環状に形成される。
【００８９】
《発明の実施形態３》
次に、本発明の実施形態３を図面に基づいて説明する。
【００９０】
本実施形態３は、図８に示すように、上記実施形態２におけるシール溝（91）およびチップシール（92）の形状を変更したものである。つまり、本実施形態のシール溝（91）は、上記実施形態２における環状のシール溝（91）の一箇所を省略してなるＣ形状に形成されている。上記チップシール（92）も同様に、平面視がシール溝（91）に合わせたＣ形状に形成されている。そして、上記シール溝（91）は、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）が流体室（65）の高圧室（66a）側に臨むように形成されている。  
【００９１】
上記の場合、ロータリピストン（67）の端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間のうち、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）がシールされないことになるが、高圧室（66a）がチップシール（92）の内側とほぼ同じ圧力であるため、潤滑油が高圧室（66a）、すなわち流体室（65）へ漏れるのを抑制することができる。
【００９２】
また、上記シール溝（91）をＣ形状に形成しているので、シャフト（40）の回転に伴う摺動によってチップシール（92）がシール溝（91）内を周方向にずれたりしない。これにより、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）が常に高圧室（66a）側に臨むことになり、潤滑油の流体室（65）への漏れを確実に抑制することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態２と同様である。
【００９３】
《発明の実施形態４》
次に、本発明の実施形態４を図面に基づいて説明する。
【００９４】
本実施形態４は、図９に示すように、上記実施形態２におけるチップシール（92）の切断形態を変更したものである。具体的に、上記実施形態２ではチップシール（92）の一箇所を径方向に直線状に切断したが、本実施形態ではチップシール（92）の一箇所をステップ状に切断した（Ｄ部参照）。つまり、本実施形態のチップシール（92）は、切断部分（D）に重ね代が設けられている。
【００９５】
上記の場合、シャフト（40）の回転に伴う摺動によってチップシール（92）がシール溝（91）内を周方向に移動しても、重ね代の存在により切断部分（D）の切断面は相互に接触したままで離れない。これにより、潤滑油の流体室（65）への漏れを抑制することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態２と同様である。
【００９６】
なお、本実施形態では、チップシール（92）をステップ状に切断するようにしたが、例えば、径方向に対して傾斜して直線状に切断するようにしてもよい。つまり、上記チップシール（92）を切断形状がテーパ状となるように切断してもよい。要するに、切断部分（D）に重ね代が形成されるような切断形態であればよい。
【００９７】
《発明の実施形態５》
次に、本発明の実施形態５を図面に基づいて説明する。
【００９８】
本実施形態５は、図１０および図１１に示すように、上記実施形態１がシール機構（90）をシール溝（91）とシール部材（92）とで構成したのに代えて、シール機構（90）を複数のシール溝（93）のみで構成したものである。すなわち、本実施形態のシール機構（90）は、ラビリンスシールに構成されている。
【００９９】
具体的に、上記ラビリンスシール（90）は、３つのシール溝（93）により構成されている。このシール溝（93）は、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）に３つずつ形成されている。上記３つのシール溝（93）は、実施形態１におけるシール溝（91）と相似形状であって互いに径の大きさが異なり、ロータリピストン（67）の径方向に３重に形成されている。
【０１００】
上記ラビリンスシール（90）では、潤滑油の粘性による摩擦効果や絞り口における縮流効果などのラビリンス効果により、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。この場合、シール部材（92）自体の省略やそのシール部材（92）の組み込み工程を省略できるので、コストダウンを図ることができる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【０１０１】
なお、本実施形態では、ラビリンスシール（90）を３つのシール溝（93）により構成し、またシール溝（93）の断面形状を矩形状としたが、これらに限らず、ラビリンス効果を発揮し得る範囲であれば如何なる数量や断面形状としてもよい。
【０１０２】
《発明の実施形態６》
次に、本発明の実施形態６を図面に基づいて説明する。
【０１０３】
本実施形態６は、図１２に示すように、上記実施形態１に係る膨張機構（60）の構成を変更すると共に、シール機構（90）の設置位置を変更したものである。つまり、上記実施形態１が膨張機構（60）をいわゆる１シリンダ式としたのに代えて、本実施形態では膨張機構（60）を２シリンダ式としたものである。
【０１０４】
具体的に、上記シャフト（40）には、上端側に２つの大径偏心部（41,42）が形成されている。この２つの大径偏心部（41,42）は、下側のものが第１大径偏心部（41）を、上側のものが第２大径偏心部（42）をそれぞれ構成している。この第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【０１０５】
上記膨張機構（60）は、対になったシリンダ（71,81）およびロータリピストン（75,85）の二組と、フロントヘッド（61）と、中間プレート（64）と、リアヘッド（62）とを備えている。上記膨張機構（60）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（64）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）が積層されている。上記第１シリンダ（71）は、下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、上側端面が中間プレート（64）により閉塞されている。一方、上記第２シリンダ（81）は、下側端面が中間プレート（64）により閉塞され、上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。また、上記第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、同じ内径に形成されている。
【０１０６】
上記シャフト（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（64）、第２シリンダ（81）およびリアヘッド（62）を貫通している。そして、上記シャフト（40）の第１大径偏心部（41）が第１シリンダ（71）内に位置し、シャフト（40）の第２大径偏心部（42）が第２シリンダ（81）内に位置している。
【０１０７】
上記第１シリンダ（71）内には第１ロータリピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第２ロータリピストン（85）がそれぞれ設けられている。上記第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、何れも円環状あるいは円筒状に形成され、外径が互いに等しくなっている。そして、上記第１ロータリピストン（75）には第１大径偏心部（41）が、第２ロータリピストン（85）には第２大径偏心部（42）がそれぞれ回転自在に嵌合されている。
【０１０８】
上記第１ロータリピストン（75）は、外周面が第１シリンダ（71）の内周面に摺接すると共に、下端面（75c）がフロントヘッド（61）に、上端面（75b）が中間プレート（64）にそれぞれ摺接している。上記第１シリンダ（71）内には、内周面と第１ロータリピストン（75）の外周面との間に第１流体室（72）が形成されている。一方、上記第２ロータリピストン（85）は、外周面が第２シリンダ（81）の内周面に摺接すると共に、上端面（85b）がリアヘッド（62）に、下端面（85c）が中間プレート（64）にそれぞれ摺接している。上記第２シリンダ（81）内には、内周面と第２ロータリピストン（85）の外周面との間に第２流体室（82）が形成されている。
【０１０９】
つまり、本実施形態の膨張機構（60）では、中間プレート（64）が第１シリンダ（71）内と第２シリンダ（81）内とを仕切るための中間仕切板を構成している。そして、上記各ロータリピストン（75,85）は、１本のシャフト（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面（75b,85c）が中間プレート（64）を介して対向するように配置されている。
【０１１０】
上記フロントヘッド（61）には、第１流体室（72）の高圧室に連通する第１流入ポート（34a）が形成され、上記リアヘッド（62）には、第２流体室（82）の高圧室に連通する第２流入ポート（34b）が形成されている。一方、上記各シリンダ（71,81）のそれぞれには、各流体室（72,82）の低圧室に連通する流出ポート（35）が形成されている。
【０１１１】
上記第１ロータリピストン（75）の下端面（75c）および第１ロータリピストン（75）の上端面（85b）のそれぞれには、シール機構（90）が設けられている。すなわち、このシール機構（90）は、各ロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材であるフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に対向する端面（75c,85b）に設けられている。なお、上記シール機構（90）の構成は、実施形態１のそれと同様である。
【０１１２】
本実施形態の場合、各シリンダ（71,81）において過剰に給油されると、シール機構（90）を設けている側の端面（75c,85b）にはシール機構（90）を設けていない中間プレート（64）側の端面（75b,85c）に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、各ロータリピストン（75,85）が中間プレート（64）側に押されて中間プレート（64）とほぼ密着状態になる。これにより、各ロータリピストン（75,85）の上下両端面（75b,75c,85b,85c）におけるフロントヘッド（61）、リアヘッド（62）および中間プレート（64）との間がシールされる。このように、シール機構（90）を各ロータリピストン（75,85）における中間プレート（64）側の端面（75b,85c）に設けないようにしたので、中間プレート（64）のシャフト（40）用の貫通孔（64a）にリップシール（92）が噛み込まれるのを防止しつつ、シール性を確保することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【０１１３】
《その他の実施形態》
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【０１１４】
例えば、上記実施形態２〜４では、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）にシール溝（91）およびチップシール（92）を１対ずつ設けるようにしたが、図１３に示すように、２対ずつ設けて２重にシールするようにしてもよい。この場合、一層シール性を確保することができる。  
【０１１５】
また、上記実施形態１〜５では、ロータリピストン（67）の両端面（67b,67c）にシール機構（90）を設けるようにしたが、何れか一方の端面に設けるようにしてもよい。この場合、上記実施形態６と同様のシール作用を得ることができる。つまり、本発明は、ロータリピストン（67）の両端面（67b,67c）のうち少なくとも片面にシール機構（90）を設ければよい。
【０１１６】
また、上記実施形態１〜４および６において、シール部材（92）の材料は四ふっ化エチレン系の樹脂材料以外のものを用いてもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上説明したように、本発明は、高圧流体の膨張によって動力を発生させるロータリ式膨張機として有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
40         シャフト（回転軸）
41         大径偏心部（偏心部）
49         給油溝
60         膨張機構（ロータリ式膨張機）
61         フロントヘッド（閉塞部材）
62         リアヘッド（閉塞部材）
63         シリンダ
64         中間プレート（中間仕切板）
67         ロータリピストン
90         シール機構
91         シール溝
92         シール部材（リップシール、チップシール）
【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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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月25日(2010.10.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ式膨張機に関し、特に、油上がりの防止対策に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高圧流体の膨張により動力を発生させる膨張機として、例えばロータリ式膨張機などの容積型膨張機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このロータリ式膨張機は、両端がフロントヘッドとリアヘッドとにより閉塞されたシリンダと、該シリンダに収納されたピストンとを有する膨張機構部を備えている。この膨張機構部には、ピストンに回転自在に嵌合された偏心部を有するシャフトが貫通されている。そして、上記ロータリ式膨張機では、シャフトに設けられた油ポンプによって汲み上げられた潤滑油が膨張機構部に供給され、膨張機構部の潤滑が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１７２２４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来のロータリ式膨張機では、膨張機構部に潤滑油が過剰に供給されると、潤滑油がピストンの端面とフロントヘッドまたはリアヘッドとの間からシリンダ内の膨張室に過剰に漏れてしまうという問題があった。これにより、潤滑油が冷媒と共に膨張機から流出し、いわゆる油上がりが生じ、潤滑油不足が生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、膨張機構における潤滑油の膨張室内への過剰な流入を防止して潤滑油不足の問題を解消し、信頼性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
具体的に、第１の発明は、両端が閉塞部材（61,62）によって閉塞されたシリンダ（63）と、該シリンダ（63）内に収納されたロータリピストン（67）とを有する膨張機構（60）を備えたロータリ式膨張機を前提としている。そして、上記ロータリピストン（67）の両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）が設けられている。そして、上記シール機構（90）は、ロータリピストン（67）の端面に形成された環状のシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれた環状のチップシール（92）とにより構成され、上記チップシール（92）は、周方向の一箇所が切断されている。
【０００８】
上記の発明では、ロータリピストン（67）の両端面にシール機構（90）を設けた場合、膨張機構（60）の摺動部に供給した潤滑油がロータリピストン（67）の両端面と閉塞部材（61,62）との間からシリンダ（63）内の膨張空間に過剰に漏れることはない。また、上記ロータリピストン（67）の片面にシール機構（90）を設けた場合、その片面にはシール機構（90）を設けていない端面に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、ロータリピストン（67）がシール機構（90）を設けていない側の閉塞部材（61,62）に押されてほぼ密着状態となる。これにより、上記両端面にシール機構（90）を設けた場合と同様に潤滑油がロータリピストン（67）の両端面と閉塞部材（61,62）との間からシリンダ（63）内の膨張空間に過剰に漏れることはない。したがって、何れの場合においても潤滑油が膨張空間内の流体と共に膨張機構（60）からほとんど流出することはないので、油上がりが防止され、潤滑油不足が解消される。
【０００９】
また、上記の発明では、チップシール（92）が潤滑油の圧力作用によって閉塞部材（61,62）およびシール溝（91）に密着する。これにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間がシールされる。
【００１０】
また、第２の発明は、上記第１の発明において、上記ロータリピストン（67）に回転自在に嵌合された偏心部（41）を有する１本の回転軸（40）を備えている。そして、該回転軸（40）には、少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に給油するための給油溝（49）が形成されている。
【００１１】
上記の発明では、回転軸（40）の給油溝（49）から少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に供給された潤滑油の漏れが抑制される。
【００１２】
また、第３の発明は、上記第２の発明において、上記膨張機構（60）がロータリピストン（75,85）を複数有している。該各ロータリピストン（75,85）は、１本の回転軸（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面が中間仕切板（64）を介して互いに対向するように配置されている。そして、上記シール機構（90）は、複数のロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材（61,62）に対向する端面に設けられている。
【００１３】
上記の発明では、各ロータリピストン（75,85）において、閉塞部材（61,62）に対向する端面には中間仕切板（64）に対向する端面に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、各ロータリピストン（75,85）が中間仕切板（64）に押されてほぼ密着状態となる。これにより、複数シリンダ式の膨張機構（60）においても、各ロータリピストン（75,85）の動作中にシール機構（90）が中間仕切板（64）に形成された回転軸（40）用の貫通孔にラップして損傷等する恐れがなく、潤滑油の漏れが抑制される。
【００１４】
また、第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１の発明において、上記チップシール（92）が四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている。
【００１５】
上記の発明では、四ふっ化エチレン系の樹脂材料が耐摩耗性や耐熱性に優れた材料であるため、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間が確実にシールされる。
【００１６】
また、第５の発明は、上記第１乃至第４の何れか１の発明において、上記回転軸（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径Ｄの１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている。
【００１７】
上記の発明では、ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなるので、コストダウンが図られる。
【発明の効果】
【００１８】
したがって、第１の発明によれば、ロータリピストン（67）の少なくとも片側の端面に閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）を設けるようにしたので、膨張機構（60）の摺動部に供給された潤滑油が膨張空間内に漏れるのを抑制することができる。これにより、潤滑油が膨張した流体と共に膨張機構（60）から流出することはほとんどなくなるので、油上がりを防止し、潤滑油不足を防止することができる。この結果、機器の信頼性の向上を図ることができる。
【００１９】
また、特に圧縮機と一体になりいわゆる高圧ドーム型の膨張機に構成され、例えば蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路に用いた場合では、潤滑油が高温高圧のガス冷媒によって加熱されて高温となる一方、膨張機構（60）に流入する冷媒が比較的低温であるが、上述したように膨張空間内への潤滑油の漏れを抑制することにより低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されるのを阻止でき、膨張過程における熱ロスを防止することができる。この結果、運転効率の向上を図ることができる。
【００２０】
また、第１の発明によれば、シール機構（90）をシール溝（91）と該シール溝（91）に嵌め込まれたチップシール（92）とにより構成するようにしたので、チップシール（92）が閉塞部材（61,62）とシール溝（91）に密着することにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間をシールすることができる。
【００２１】
また、チップシール（92）としたので、潤滑油の圧力作用によってチップシール（92）を閉塞部材（61,62）とシール溝（91）に確実に密着させることができる。これにより、ロータリピストン（67）の端面と閉塞部材（61,62）との間を確実にシールすることができる。
【００２２】
さらに、第１の発明によれば、チップシール（92）において周方向の一箇所を切断するようにしたので、チップシール（92）にテンションをかけた状態でシール溝（91）に装着し、装着後にチップシール（92）が径方向外方へ張るようにすることができる。
【００２３】
また、第２の発明によれば、回転軸（40）に形成された給油溝（49）から潤滑油を供給する給油方式を備えた膨張機構（60）においても、潤滑油の膨張空間への漏れを抑制することができる。
【００２４】
また、第３の発明によれば、複数シリンダ式の膨張機構（60）において、シール機構（90）を各ロータリピストン（75,85）における中間仕切板（64）側の端面には設けずに閉塞部材（61,62）側の端面に設けるようにしたので、動作中にシール機構（90）が中間仕切板（64）に割と大きめに形成された回転軸（40）用の貫通孔にラップして損傷等する恐れがなく、潤滑油の漏れを抑制することができる。
【００２５】
また、第４の発明によれば、チップシール（92）を耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン（67）の回転に伴う閉塞部材（61,62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】空調機を示す配管系統図である。
【図２】参考形態１に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図３】参考形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図４】参考形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図５】参考形態１に係る回転軸の回転角９０°毎の膨張機構の状態をシール機構を省略して示す横断面図である。
【図６】実施形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図７】実施形態１に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図８】実施形態２に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図９】参考形態２に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図１０】参考形態３に係る膨張機構の要部を模式的に示す横断面図である。
【図１１】参考形態３に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】参考形態４に係る圧縮膨張ユニットを示す縦断面図である。
【図１３】その他の実施形態に係る膨張機構の要部を模式的に示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態および参考形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
《発明の参考形態１》
本発明の参考形態１について説明する。図１に示すように、本参考形態の空調機（10）は、本発明に係るロータリ式膨張機を備えている。
【００２９】
〈空調機の全体構成〉
図１に示すように、上記空調機（10）は、いわゆるセパレート型のものであって、室外機（11）と室内機（13）とを備えている。上記室外機（11）には、室外ファン（12）、室外熱交換器（23）、第１四路切換弁（21）、第２四路切換弁（22）および圧縮膨張ユニット（30）が収納されている。一方、上記室内機（13）には、室内ファン（14）および室内熱交換器（24）が収納されている。上記室外機（11）は屋外に設置され、室内機（13）は屋内に設置されている。また、上記室外機（11）と室内機（13）とは、一対の連絡配管（15,16）で接続されている。尚、上記圧縮膨張ユニット（30）の詳細は後述する。
【００３０】
上記空調機（10）には、冷媒回路（20）が設けられている。この冷媒回路（20）は、圧縮膨張ユニット（30）や室内熱交換器（24）などが接続された閉回路である。また、この冷媒回路（20）には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ２）が充填されている。
【００３１】
上記室外熱交換器（23）と室内熱交換器（24）とは、何れもクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器で構成されている。上記室外熱交換器（23）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室外空気と熱交換する。上記室内熱交換器（24）では、冷媒回路（20）を循環する冷媒が室内空気と熱交換する。
【００３２】
上記第１四路切換弁（21）は、４つのポートを備えている。この第１四路切換弁（21）は、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吐出管（36）に、第２ポートが連絡配管（15）を介して室内熱交換器（24）の一端に、第３ポートが室外熱交換器（23）の一端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の吸入ポート（32）にそれぞれ接続されている。そして、上記第１四路切換弁（21）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００３３】
上記第２四路切換弁（22）は、４つのポートを備えている。この第２四路切換弁（22）は、その第１ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流出ポート（35）に、第２ポートが室外熱交換器（23）の他端に、第３ポートが連絡配管（16）を介して室内熱交換器（24）の他端に、第４ポートが圧縮膨張ユニット（30）の流入ポート（34）にそれぞれ接続されている。そして、上記第２四路切換弁（22）は、第１ポートと第２ポートとが連通し且つ第３ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に実線で示す状態）と、第１ポートと第３ポートとが連通し且つ第２ポートと第４ポートとが連通する状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。
【００３４】
〈圧縮膨張ユニットの構成〉
図２〜図４に示すように、上記圧縮膨張ユニット（30）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（31）を備えている。このケーシング（31）の内部には、下から上に向かって順に、圧縮機構（50）と、電動機（45）と、膨張機構（60）とが配置されている。
【００３５】
上記ケーシング（31）には、吐出管（36）が取り付けられている。この吐出管（36）は、電動機（45）と膨張機構（60）との間に配置され、ケーシング（31）の内部空間に連通している。
【００３６】
上記電動機（45）は、ケーシング（31）の長手方向の中央部に配置されている。この電動機（45）は、ステータ（46）とロータ（47）とにより構成されている。上記ステータ（46）は、ケーシング（31）に固定されている。上記ロータ（47）は、ステータ（46）の内側に配置され、同軸にシャフト（40）の主軸部（44）が貫通している。上記シャフト（40）は、回転軸を構成し、下端側に２つの下側偏心部（58,59）が形成され、上端側に１つの大径偏心部（41）が形成されている。
【００３７】
上記２つの下側偏心部（58,59）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されており、下側のものが第１下側偏心部（58）を、上側のものが第２下側偏心部（59）をそれぞれ構成している。そして、上記第１下側偏心部（58）と第２下側偏心部（59）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【００３８】
上記大径偏心部（41）は、主軸部（44）よりも大径に且つ主軸部（44）の軸心よりも偏心して形成されている。
【００３９】
上記圧縮機構（50）は、揺動ピストン型のロータリ圧縮機を構成している。この圧縮機構（50）は、シリンダ（51,52）とロータリピストン（57）とを２つずつ備えている。上記圧縮機構（50）では、下から上へ向かって順に、リアヘッド（55）と、第１シリンダ（51）と、中間プレート（56）と、第２シリンダ（52）と、フロントヘッド（54）とが積層された状態となっている。
【００４０】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）の内部には、円筒状のロータリピストン（57）が１つずつ配置されている。このロータリピストン（57）は、図示しないが、側面に平板状のブレードが突設されており、このブレードが揺動ブッシュを介してシリンダ（51,52）に支持されている。上記第１シリンダ（51）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第１下側偏心部（58）と係合している。一方、上記第２シリンダ（52）内のロータリピストン（57）は、シャフト（40）の第２下側偏心部（59）と係合している。上記各ロータリピストン（57,57）は、内周面が下側偏心部（58,59）の外周面と摺接し、外周面がシリンダ（51,52）の内周面と摺接する。そして、各ロータリピストン（57,57）の外周面とシリンダ（51,52）の内周面との間に圧縮室（53）が形成される。
【００４１】
上記第１シリンダ（51）および第２シリンダ（52）には、それぞれ吸入ポート（32）が１つずつ形成されている。この各吸入ポート（32）は、シリンダ（51,52）を半径方向に貫通し、終端がシリンダ（51,52）内に開口している。また、各吸入ポート（32）は、配管によってケーシング（31）の外部へ延長されている。
【００４２】
上記フロントヘッド（54）およびリアヘッド（55）には、それぞれ吐出ポートが１つずつ形成されている。上記フロントヘッド（54）の吐出ポートは、第２シリンダ（52）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。上記リアヘッド（55）の吐出ポートは、第１シリンダ（51）内の圧縮室（53）をケーシング（31）の内部空間と連通させる。また、上記各吐出ポートは、終端にリード弁からなる吐出弁が設けられており、この吐出弁によって開閉される。尚、図２において、吐出ポートおよび吐出弁の図示は省略する。そして、上記圧縮機構（50）からケーシング（31）の内部空間へ吐出されたガス冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から送り出される。
【００４３】
上記ケーシング（31）内の底部には、潤滑油が貯留される油溜りが形成されている。上記シャフト（40）の下端部には、油溜りに浸漬された遠心式の油ポンプ（48）が設けられている。該油ポンプ（48）は、シャフト（40）の回転により油溜りの潤滑油を汲み上げるように構成されている。そして、上記シャフト（40）の内部には、下端から上端に亘って給油溝（49）が形成されている。この給油溝（49）は、油ポンプ（48）によって汲み上げられた潤滑油が圧縮機構（50）や膨張機構（60）の各摺動部に供給されるように形成されている。
【００４４】
上記膨張機構（60）は、いわゆる揺動ピストン型のものであって、本発明のロータリ式膨張機を構成している。この膨張機構（60）は、フロントヘッド（61）と、リアヘッド（62）と、シリンダ（63）と、ロータリピストン（67）とを備えている。また、上記膨張機構（60）には、流入ポート（34）と流出ポート（35）とが設けられている。
【００４５】
上記膨張機構（60）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、シリンダ（63）およびリアヘッド（62）が積層されている。上記シリンダ（63）は、下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。つまり、上記フロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）は、それぞれがシリンダ（63）の閉塞部材を構成している。
【００４６】
上記シャフト（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、シリンダ（63）およびリアヘッド（62）を貫通し、大径偏心部（41）がシリンダ（63）内に位置している。
【００４７】
上記ロータリピストン（67）は、上下両端が閉塞されたシリンダ（63）内に収納されている。上記ロータリピストン（67）は、円環状あるいは円筒状に形成され、内径が大径偏心部（41）の外径と概ね等しくなっている。そして、上記ロータリピストン（67）には大径偏心部（41）が回転自在に嵌合され、ロータリピストン（67）の内周面と大径偏心部（41）の外周面とがほぼ全面に亘って摺接している。
【００４８】
上記ロータリピストン（67）は、外周面がシリンダ（63）の内周面に摺接すると共に、上端面（67b）がリアヘッド（62）に、下端面（67c）がフロントヘッド（61）にそれぞれ摺接している。上記シリンダ（63）内には、内周面とロータリピストン（67）の外周面との間に流体室（65）が形成されている。
【００４９】
上記ロータリピストン（67）には、ブレード（67a）が一体に設けられている。このブレード（67a）は、ロータリピストン（67）の半径方向に延びる板状に形成されており、ロータリピストン（67）の外周面から外側へ突出している。上記シリンダ（63）内の流体室（65）は、ブレード（67a）によって高圧側の高圧室（66a）と低圧側の低圧室（66b）とに仕切られている。
【００５０】
上記シリンダ（63）には、一対のブッシュ（68）が設けられている。各ブッシュ（68）は、内側面が平面となり外側面が円弧面となる半月状に形成され、ブレード（67a）を挟み込んだ状態で装着されている。上記ブッシュ（68）は、内側面がブレード（67a）と、外側面がシリンダ（63）と摺動する。そして、上記ロータリピストン（67）と一体のブレード（67a）は、ブッシュ（68）を介してシリンダ（63）に支持され、シリンダ（63）に対して回動自在に且つ進退自在に構成されている。
【００５１】
上記流入ポート（34）は、フロントヘッド（61）に形成され、終端がフロントヘッド（61）の内側面に開口して高圧室（66a）に連通している。一方、上記流出ポート（35）は、シリンダ（63）に形成され、始端がシリンダ（63）の内周面に開口して低圧室（66b）に連通している。
【００５２】
上記シャフト（40）の給油溝（49）は、膨張機構（60）の各摺動部（A,B）に給油するための細溝（49a）を備えている。この細溝（49a）は、主として、大径偏心部（41）の両端面とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との摺動部（A）と、大径偏心部（41）の外周面とロータリピストン（67）の内周面との摺動部（B）とに給油するために形成されている。
【００５３】
上記ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）には、リアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間をシールするシール機構（90）が設けられている。このシール機構（90）は、シール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたシール部材（92）とを備えている。
【００５４】
上記シール溝（91）は、ロータリピストン（67）の上端面（67b）および下端面（67c）の両面に設けられている。上記各シール溝（91）は、断面が凹状に形成され、且つ、平面視がロータリピストン（67）の端面（67b,67c）の全周に沿って環状に形成されている。
【００５５】
上記シール部材（92）は、メカニカルシールであるリップシールに構成されている。このリップシール（92）は、内側に開口した略Ｃ形の断面形状に形成され、且つ、平面視が連続した環状に形成されている。つまり、上記リップシール（92）は、開口側がシャフト（40）側に向かうようにシール溝（91）に装着されている。
【００５６】
また、上記リップシール（92）は、四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている。この四ふっ化エチレン系の樹脂材料は、純粋な四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）にガラス繊維やカーボン繊維などの充填材を添加したものである。この四ふっ化エチレン系の樹脂材料は、耐摩耗性や耐熱性に優れた材料であるため、高いシール性が確保される。
【００５７】
上記シール機構（90）では、各摺動部（A,B）へ過剰に給油されると、潤滑油がリップシール（92）の開口部に入り込み、その潤滑油の圧力作用によってリップシール（92）の開口が拡げられる。このリップシール（92）の開口が拡がると、リップシール（92）がフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に密着すると共に、シール溝（91）の底面に密着し、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。これにより、各摺動部（A,B）に供給された潤滑油がシリンダ（63）の流体室（65）に漏洩することはほとんどない。
【００５８】
また、上記ロータリピストン（67）の上端面（67b）とリアヘッド（62）とのクリアランス、およびロータリピストン（67）の下端面（67c）とフロントヘッド（61）とのクリアランスは、それぞれがシリンダ（63）の内径の１／１００００〜１／２０００の寸法に設定されている。つまり、上記シャフト（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径の１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている。これは、上述したシール機構（90）により、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間をシールすることができることから、ロータリピストン（67）の端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）とのクリアランスを従来ほど小さくする必要はないということである。したがって、上記ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなるので、コストダウンを図ることができる。
【００５９】
−運転動作−
次に、上記空調機（10）の動作について説明する。ここでは、空調機（10）の冷房運転時および暖房運転時の動作について説明し、続いて膨張機構（60）の動作について説明する。
【００６０】
〈冷房運転〉
冷房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に破線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００６１】
上記圧縮機構（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。この室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気へ放熱する。
【００６２】
上記室外熱交換器（23）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（34）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。
【００６３】
上記室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気から吸熱して蒸発し、室内空気が冷却される。上記室内熱交換器（24）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
【００６４】
〈暖房運転〉
暖房運転時には、第１四路切換弁（21）および第２四路切換弁（22）が図１に実線で示す状態に切り換えられる。この状態で圧縮膨張ユニット（30）の電動機（45）に通電すると、冷媒回路（20）で冷媒が循環して蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。
【００６５】
上記圧縮機構（50）で圧縮された冷媒は、吐出管（36）を通って圧縮膨張ユニット（30）から吐出される。この状態で、冷媒の圧力は、臨界圧力よりも高くなっている。この吐出冷媒は、第１四路切換弁（21）を通って室内熱交換器（24）へ送られる。この室内熱交換器（24）では、流入した冷媒が室内空気へ放熱し、室内空気が加熱される。
【００６６】
上記室内熱交換器（24）で放熱した冷媒は、第２四路切換弁（22）を通り、流入ポート（34）から圧縮膨張ユニット（30）の膨張機構（60）へ流入する。この膨張機構（60）では、高圧冷媒が膨張し、その内部エネルギがシャフト（40）の回転動力に変換される。そして、膨張後の低圧冷媒は、流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出し、第２四路切換弁（22）を通って室外熱交換器（23）へ送られる。
【００６７】
上記室外熱交換器（23）では、流入した冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。上記室外熱交換器（23）から出た低圧ガス冷媒は、第１四路切換弁（21）を通り、吸入ポート（32）から圧縮膨張ユニット（30）の圧縮機構（50）へ吸入される。そして、この圧縮機構（50）は、吸入した冷媒を再び圧縮して吐出する。
【００６８】
〈膨張機構の動作〉
上記膨張機構（60）の動作について、図５を参照しながら説明する。この膨張機構（60）の高圧室（66a）へ超臨界状態の高圧冷媒が流入すると、シャフト（40）が図５の各図における反時計方向へ回転する。
【００６９】
上記シャフト（40）の回転角が０°の時点では、流入ポート（34）の終端が大径偏心部（41）の端面によって塞がれている。この状態から、シャフト（40）が僅かに回転すると、流入ポート（34）と高圧室（66a）とが連通し、高圧冷媒が高圧室（66a）へ流入し始める。その後、上記シャフト（40）の回転角が９０°、１８０°、２７０°と次第に大きくなるに従い、高圧室（66a）の容積が次第に増加する。そして、上記シャフト（40）の回転角がほぼ３６０°に達すると、流入ポート（34）が大径偏心部（41）の端面によって再び塞がれ、高圧室（66a）への高圧冷媒の流入が遮断される。
【００７０】
続いて、上記シャフト（40）の回転角が再び０°の状態になると、低圧室（66b）が流出ポート（35）と連通し、低圧室（66b）の冷媒が流出し始める。その後、上記シャフト（40）の回転角が９０°、１８０°、２７０°と次第に大きくなるに従い、低圧室（66b）の容積が次第に減少し、その間は冷媒が流出ポート（35）から流出し続ける。そして、上記シャフト（40）の回転角がほぼ３６０°に達すると、流出ポート（35）がロータリピストン（67）によって塞がれ、低圧室（66b）からの冷媒の流出が遮断される。この時、高圧室（66a）と低圧室（66b）との圧力差によってロータリピストン（67）およびシャフト（40）が回転駆動される。
【００７１】
上記膨張機構（60）の動作中には、シャフト（40）の回転によって油溜りの潤滑油が給油溝（49）より膨張機構（60）などの摺動部に供給される。ここで、上記膨張機構（60）において、細溝（49a）から各摺動部（A,B）への給油が過剰に行われて余分な潤滑油が生じても、その潤滑油の流体室（65）への流入はシール機構（90）が抑制する。これにより、潤滑油が流体室（65）内の冷媒と混合し、冷媒と共に流出ポート（35）を通って圧縮膨張ユニット（30）から流出することはほとんどなくなる。この結果、冷媒回路（20）への油上がりを抑制し、各熱交換器（23,24）の性能低下を抑制することができる。
【００７２】
また、本参考形態の圧縮膨張ユニット（30）は、圧縮機構（50）を有していわゆる高圧ドーム型に構成されているため、油溜りの潤滑油が圧縮機構（50）より吐出された高温高圧のガス冷媒によって加熱される。したがって、上記膨張機構（60）に供給される潤滑油は比較的高温になっている。一方、上記冷媒回路（20）では冷媒の蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われることから、膨張機構（60）に流入する冷媒の温度は比較的低くなっている。このことから、膨張機構（60）において、シール機構（90）が潤滑油の流体室（65）への流入を抑制することにより、流体室（65）内の低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されることはなくなるので、膨張過程における熱ロスを抑制することができる。
【００７３】
また、上記リップシール（92）は、耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成されているので、ロータリピストン（67）の回転に伴うフロントヘッド（61）またはリアヘッド（62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【００７４】
−参考形態１の効果−
以上説明したように、本参考形態１によれば、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）にフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間をシールするためのシール機構（90）を設けるようにしたので、膨張機構（60）の各摺動部（A,B）に給油された潤滑油が流体室（65）内に漏れるのを抑制することができる。これにより、潤滑油が冷媒と共に圧縮膨張ユニット（30）から流出することはほとんどなくなる。したがって、冷媒回路（20）への油上がりを抑制し、膨張機構（60）における潤滑油不足を解消することができると共に、各熱交換器（23,24）の性能低下を抑制することができる。この結果、機器の信頼性の向上を図ることができる。
【００７５】
また、特に高圧ドーム型の圧縮膨張ユニット（30）では油溜りの潤滑油が比較的高温である一方、蒸気圧縮式冷凍サイクルが行われる冷媒回路（20）においては膨張機構（60）に流入する冷媒が比較的低温であるが、上述したように流体室（65）内への潤滑油の漏れを抑制することにより低温の冷媒が高温の潤滑油と混合して加熱されるのを阻止でき、膨張過程における熱ロスを抑制することができる。この結果、運転効率の向上を図ることができる。
【００７６】
また、上記シール部材としてリップシール（92）を用いるようにしたので、潤滑油の圧力作用によってリップシール（92）の開口を拡げ、リップシール（92）をフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）とシール溝（91）に確実に密着させることができる。これにより、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間を確実にシールすることができる。
【００７７】
また、上記リップシール（92）を耐摩耗性や耐熱性に優れた四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしたので、ロータリピストン（67）の回転運動に伴うフロントヘッド（61）またはリアヘッド（62）との摺動においても、高いシール性を確保することができる。
【００７８】
また、上記シャフト（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差をシリンダ（63）の内径の１／５０００〜１／１０００の寸法に設定するので、ロータリピストン（67）の加工精度や組立精度を厳しく管理する必要がなくなり、コストダウンを図ることができる。
【００７９】
《発明の実施形態１》
次に、本発明の実施形態１を図面に基づいて説明する。
【００８０】
本実施形態１は、図６および図７に示すように、上記参考形態１がシール部材（92）としてリップシールを用いたのに代えて、チップシールを用いたものである。つまり、本実施形態において、シール機構（90）は、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）に形成されたシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれたチップシール（92）とにより構成されている。
【００８１】
具体的に、上記チップシール（92）は、メカニカルシールの一種であり、銅などの金属材料で形成されている。このチップシール（92）は、断面が矩形状に形成され、且つ、平面視が不連続な環状に形成されている。つまり、上記チップシール（92）は、全周のうち一箇所が径方向に切断されている（図６のＤ部参照）。この切断は、チップシール（92）にテンションをかけた状態でシール溝（91）に装着し、装着後にチップシール（92）が径方向外方へ張るようにするために施されている。
【００８２】
上記の場合、各摺動部（A,B）へ過剰に給油されると、チップシール（92）の内周面に潤滑油の圧力が作用する。この潤滑油の圧力が作用すると、チップシール（92）は、全体がシール溝（91）から僅かに浮き上がると同時に外側に押され、フロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に密着すると共にシール溝（91）の外周面に密着する。これにより、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。その他の構成、作用および効果は参考形態１と同様である。
【００８３】
なお、本実施形態では、チップシール（92）を金属材料で形成するようにしたが、参考形態１と同様に四ふっ化エチレン系の樹脂材料で形成するようにしてもよい。
【００８４】
《発明の実施形態２》
次に、本発明の実施形態２を図面に基づいて説明する。
【００８５】
本実施形態２は、図８に示すように、上記実施形態１におけるチップシール（92）の切断形態を変更したものである。具体的に、上記実施形態１ではチップシール（92）の一箇所を径方向に直線状に切断したが、本実施形態ではチップシール（92）の一箇所をステップ状に切断した（Ｄ部参照）。つまり、本実施形態のチップシール（92）は、切断部分（D）に重ね代が設けられている。
【００８６】
上記の場合、シャフト（40）の回転に伴う摺動によってチップシール（92）がシール溝（91）内を周方向に移動しても、重ね代の存在により切断部分（D）の切断面は相互に接触したままで離れない。これにより、潤滑油の流体室（65）への漏れを抑制することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【００８７】
なお、本実施形態では、チップシール（92）をステップ状に切断するようにしたが、例えば、径方向に対して傾斜して直線状に切断するようにしてもよい。つまり、上記チップシール（92）を切断形状がテーパ状となるように切断してもよい。要するに、切断部分（D）に重ね代が形成されるような切断形態であればよい。
【００８８】
《発明の参考形態２》
次に、本発明の参考形態２を図面に基づいて説明する。
【００８９】
本参考形態２は、図９に示すように、上記実施形態１におけるシール溝（91）およびチップシール（92）の形状を変更したものである。つまり、本参考形態のシール溝（91）は、上記実施形態１における環状のシール溝（91）の一箇所を省略してなるＣ形状に形成されている。上記チップシール（92）も同様に、平面視がシール溝（91）に合わせたＣ形状に形成されている。そして、上記シール溝（91）は、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）が流体室（65）の高圧室（66a）側に臨むように形成されている。  
【００９０】
上記の場合、ロータリピストン（67）の端面（67b,67c）とフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）との間のうち、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）がシールされないことになるが、高圧室（66a）がチップシール（92）の内側とほぼ同じ圧力であるため、潤滑油が高圧室（66a）、すなわち流体室（65）へ漏れるのを抑制することができる。
【００９１】
また、上記シール溝（91）をＣ形状に形成しているので、シャフト（40）の回転に伴う摺動によってチップシール（92）がシール溝（91）内を周方向にずれたりしない。これにより、Ｃ形の開口部に相当する部分（C）が常に高圧室（66a）側に臨むことになり、潤滑油の流体室（65）への漏れを確実に抑制することができる。その他の構成、作用および効果は実施形態１と同様である。
【００９２】
《発明の参考形態３》
次に、本発明の参考形態３を図面に基づいて説明する。
【００９３】
本参考形態３は、図１０および図１１に示すように、上記参考形態１がシール機構（90）をシール溝（91）とシール部材（92）とで構成したのに代えて、シール機構（90）を複数のシール溝（93）のみで構成したものである。すなわち、本参考形態のシール機構（90）は、ラビリンスシールに構成されている。
【００９４】
具体的に、上記ラビリンスシール（90）は、３つのシール溝（93）により構成されている。このシール溝（93）は、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）に３つずつ形成されている。上記３つのシール溝（93）は、参考形態１におけるシール溝（91）と相似形状であって互いに径の大きさが異なり、ロータリピストン（67）の径方向に３重に形成されている。
【００９５】
上記ラビリンスシール（90）では、潤滑油の粘性による摩擦効果や絞り口における縮流効果などのラビリンス効果により、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）とリアヘッド（62）およびフロントヘッド（61）との間がシールされる。この場合、シール部材（92）自体の省略やそのシール部材（92）の組み込み工程を省略できるので、コストダウンを図ることができる。その他の構成、作用および効果は参考形態１と同様である。
【００９６】
なお、本参考形態では、ラビリンスシール（90）を３つのシール溝（93）により構成し、またシール溝（93）の断面形状を矩形状としたが、これらに限らず、ラビリンス効果を発揮し得る範囲であれば如何なる数量や断面形状としてもよい。
【００９７】
《発明の参考形態４》
次に、本発明の参考形態４を図面に基づいて説明する。
【００９８】
本参考形態４は、図１２に示すように、上記参考形態１に係る膨張機構（60）の構成を変更すると共に、シール機構（90）の設置位置を変更したものである。つまり、上記参考形態１が膨張機構（60）をいわゆる１シリンダ式としたのに代えて、本参考形態では膨張機構（60）を２シリンダ式としたものである。
【００９９】
具体的に、上記シャフト（40）には、上端側に２つの大径偏心部（41,42）が形成されている。この２つの大径偏心部（41,42）は、下側のものが第１大径偏心部（41）を、上側のものが第２大径偏心部（42）をそれぞれ構成している。この第１大径偏心部（41）と第２大径偏心部（42）とでは、主軸部（44）の軸心に対する偏心方向が逆になっている。
【０１００】
上記膨張機構（60）は、対になったシリンダ（71,81）およびロータリピストン（75,85）の二組と、フロントヘッド（61）と、中間プレート（64）と、リアヘッド（62）とを備えている。上記膨張機構（60）では、下から上へ向かって順に、フロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（64）、第２シリンダ（81）、リアヘッド（62）が積層されている。上記第１シリンダ（71）は、下側端面がフロントヘッド（61）により閉塞され、上側端面が中間プレート（64）により閉塞されている。一方、上記第２シリンダ（81）は、下側端面が中間プレート（64）により閉塞され、上側端面がリアヘッド（62）により閉塞されている。また、上記第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、同じ内径に形成されている。
【０１０１】
上記シャフト（40）は、積層された状態のフロントヘッド（61）、第１シリンダ（71）、中間プレート（64）、第２シリンダ（81）およびリアヘッド（62）を貫通している。そして、上記シャフト（40）の第１大径偏心部（41）が第１シリンダ（71）内に位置し、シャフト（40）の第２大径偏心部（42）が第２シリンダ（81）内に位置している。
【０１０２】
上記第１シリンダ（71）内には第１ロータリピストン（75）が、第２シリンダ（81）内には第２ロータリピストン（85）がそれぞれ設けられている。上記第１シリンダ（71）と第２シリンダ（81）とは、何れも円環状あるいは円筒状に形成され、外径が互いに等しくなっている。そして、上記第１ロータリピストン（75）には第１大径偏心部（41）が、第２ロータリピストン（85）には第２大径偏心部（42）がそれぞれ回転自在に嵌合されている。
【０１０３】
上記第１ロータリピストン（75）は、外周面が第１シリンダ（71）の内周面に摺接すると共に、下端面（75c）がフロントヘッド（61）に、上端面（75b）が中間プレート（64）にそれぞれ摺接している。上記第１シリンダ（71）内には、内周面と第１ロータリピストン（75）の外周面との間に第１流体室（72）が形成されている。一方、上記第２ロータリピストン（85）は、外周面が第２シリンダ（81）の内周面に摺接すると共に、上端面（85b）がリアヘッド（62）に、下端面（85c）が中間プレート（64）にそれぞれ摺接している。上記第２シリンダ（81）内には、内周面と第２ロータリピストン（85）の外周面との間に第２流体室（82）が形成されている。
【０１０４】
つまり、本参考形態の膨張機構（60）では、中間プレート（64）が第１シリンダ（71）内と第２シリンダ（81）内とを仕切るための中間仕切板を構成している。そして、上記各ロータリピストン（75,85）は、１本のシャフト（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面（75b,85c）が中間プレート（64）を介して対向するように配置されている。
【０１０５】
上記フロントヘッド（61）には、第１流体室（72）の高圧室に連通する第１流入ポート（34a）が形成され、上記リアヘッド（62）には、第２流体室（82）の高圧室に連通する第２流入ポート（34b）が形成されている。一方、上記各シリンダ（71,81）のそれぞれには、各流体室（72,82）の低圧室に連通する流出ポート（35）が形成されている。
【０１０６】
上記第１ロータリピストン（75）の下端面（75c）および第１ロータリピストン（75）の上端面（85b）のそれぞれには、シール機構（90）が設けられている。すなわち、このシール機構（90）は、各ロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材であるフロントヘッド（61）およびリアヘッド（62）に対向する端面（75c,85b）に設けられている。なお、上記シール機構（90）の構成は、参考形態１のそれと同様である。
【０１０７】
本参考形態の場合、各シリンダ（71,81）において過剰に給油されると、シール機構（90）を設けている側の端面（75c,85b）にはシール機構（90）を設けていない中間プレート（64）側の端面（75b,85c）に作用する潤滑油の圧力よりも高い圧力が作用し、各ロータリピストン（75,85）が中間プレート（64）側に押されて中間プレート（64）とほぼ密着状態になる。これにより、各ロータリピストン（75,85）の上下両端面（75b,75c,85b,85c）におけるフロントヘッド（61）、リアヘッド（62）および中間プレート（64）との間がシールされる。このように、シール機構（90）を各ロータリピストン（75,85）における中間プレート（64）側の端面（75b,85c）に設けないようにしたので、中間プレート（64）のシャフト（40）用の貫通孔（64a）にリップシール（92）が噛み込まれるのを防止しつつ、シール性を確保することができる。その他の構成、作用および効果は参考形態１と同様である。
【０１０８】
《その他の実施形態》
本発明は、上記各実施形態および各参考形態について、以下のような構成としてもよい。
【０１０９】
例えば、上記実施形態１および２では、ロータリピストン（67）の上下両端面（67b,67c）にシール溝（91）およびチップシール（92）を１対ずつ設けるようにしたが、図１３に示すように、２対ずつ設けて２重にシールするようにしてもよい。この場合、一層シール性を確保することができる。  
【０１１０】
また、上記実施形態１および２では、ロータリピストン（67）の両端面（67b,67c）にシール機構（90）を設けるようにしたが、何れか一方の端面に設けるようにしてもよい。この場合、上記参考形態４と同様のシール作用を得ることができる。つまり、本発明は、ロータリピストン（67）の両端面（67b,67c）のうち少なくとも片面にシール機構（90）を設ければよい。
【０１１１】
また、上記実施形態１および２において、シール部材（92）の材料は四ふっ化エチレン系の樹脂材料以外のものを用いてもよいことは勿論である。
【０１１２】
また、本発明は、上記参考形態４においてリップシール（92）を上記実施形態１および２のチップシール（92）に変更したものも対象である。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上説明したように、本発明は、高圧流体の膨張によって動力を発生させるロータリ式膨張機として有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
40         シャフト（回転軸）
41         大径偏心部（偏心部）
49         給油溝
60         膨張機構（ロータリ式膨張機）
61         フロントヘッド（閉塞部材）
62         リアヘッド（閉塞部材）
63         シリンダ
64         中間プレート（中間仕切板）
67         ロータリピストン
90         シール機構
91         シール溝
92         チップシール
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が閉塞部材（61,62）によって閉塞されたシリンダ（63）と、該シリンダ（63）内に収納されたロータリピストン（67）とを有する膨張機構（60）を備えたロータリ式膨張機であって、
上記ロータリピストン（67）の両端面のうち少なくとも片面には、閉塞部材（61,62）との間をシールするためのシール機構（90）が設けられ、
上記シール機構（90）は、ロータリピストン（67）の端面に形成された環状のシール溝（91）と、該シール溝（91）に嵌め込まれた環状のチップシール（92）とにより構成され、
上記チップシール（92）は、周方向の一箇所が切断されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項２】
請求項１において、
上記ロータリピストン（67）に回転自在に嵌合された偏心部（41）を有する１本の回転軸（40）を備え、
該回転軸（40）には、少なくとも偏心部（41）と閉塞部材（61,62）との摺動部およびロータリピストン（67）と偏心部（41）との摺動部に給油するための給油溝（49）が形成されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項３】
請求項２において、
上記膨張機構（60）がロータリピストン（75,85）を複数有し、
該各ロータリピストン（75,85）は、１本の回転軸（40）で接続され且つ順に並設されると共に、隣り合うロータリピストン（75,85）の端面が中間仕切板（64）を介して互いに対向するように配置され、
上記シール機構（90）は、複数のロータリピストン（75,85）の端面のうち閉塞部材（61,62）に対向する端面に設けられている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項において、
上記チップシール（92）は、四ふっ化エチレン系（ＰＴＦＥ系）の樹脂材料で形成されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項において、
上記回転軸（40）の軸心方向におけるロータリピストン（67）のはめあい公差がシリンダ（63）の内径Ｄの１／５０００〜１／１０００の寸法に設定されている
ことを特徴とするロータリ式膨張機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2011027114.tif 000016
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2011027114.tif 000017