(57)【要約】      （修正有）【課題】簡便な構造でシリンダに作用するスラスト荷重を適正に軽減可能な高性能で信頼性の高い回転式圧縮機を提供する。【解決手段】密閉容器１と、軸８によって回転駆動されるピストン１１と、軸８を回転可能に支持するフレーム１６と、ピストン１１を偏芯した状態で収容する円筒部を有し、円筒部の一端が端板１２Ａで閉塞され、フレーム１６内に回転可能に支持され、ピストン１１と同一方向に回転するシリンダ１２と、ピストン１１の外周に設けられたベーン溝に摺動可能に装着され、先端がシリンダ１２の内筒面と摺接することによって圧縮室１３を形成するベーンとを備え、端板１２Ａの背面側に、シール機構１７ａ、１７ｂによって吐出圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室１８をフレーム１６に設け、背圧室１８を吸入ポート１５ｂに連通させて背圧室１８を吸入圧力とした。【選択図】図１
2011085033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部を除いて内部が吐出圧力に保持された密閉容器と、
前記密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、
前記ハウジングに固定されて前記軸を回転可能に支持するフレームと、
前記軸に固定されて前記軸と一体に回転する円柱状のピストンと、
前記ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、前記円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、前記円筒部の他端の開口を閉塞する前記ハウジングに固定された前記フレーム内に回転可能に支持され、前記ピストンと同一方向に回転するシリンダと、
前記ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端が前記シリンダの内筒面と摺接することによって前記シリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと
を有し、
前記シリンダの前記端板の背面と前記フレームとの間に、吐出圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、前記背圧室を前記吸入ポートに連通させて前記背圧室を吸入圧力としたことを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項２】
一部を除いて内部が吸入圧力に保持された密閉容器と、
前記密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、
前記ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、
前記ハウジングに固定されて前記軸を回転可能に支持するフレームと、
前記軸に固定されて前記軸と一体に回転する円柱状のピストンと、
前記ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、前記円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、前記円筒部の他端の開口を閉塞する前記ハウジングに固定された前記フレーム内に回転可能に支持され、前記ピストンと同一方向に回転するシリンダと、
前記ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端が前記シリンダの内筒面と摺接することによって前記シリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンと
を有し、
前記シリンダの前記端板の背面と前記フレームとの間に、吸入圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、前記背圧室を前記吐出ポートに連通させて前記背圧室を吐出圧力としたことを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項３】
前記密閉容器の底部に油を貯留する油溜めを設け、前記軸に設けた油ポンプ機構により前記油溜め部に貯留された油を、前記軸の軸受に形成した油通路を介して前記シリンダに供給するようにし、前記シリンダから前記フレーム内に漏れた油を前記油溜めに戻すための油戻し穴を前記フレームに設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転式圧縮機。
【請求項４】
前記密閉容器の底部に油を貯留する油溜めを設けるとともに、前記ハウジングと前記シリンダとの摺接箇所にスラスト軸受を設け、さらに、前記軸に設けた油ポンプ機構により前記油溜め部に貯留された油を、前記軸の軸受に形成した油通路を介して前記スラスト軸受に供給するための複数の給油路を前記シリンダに設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の回転式圧縮機。
【請求項５】
前記シリンダの前記円筒部の前記ハウジングとの対向面に、油を保持するためのリング状の溝を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の回転式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、空調機やヒートポンプ式給湯機等、流体を圧縮して昇圧する回転式圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハウジング内に円柱状の中空部を有するシリンダと、中空部内にシリンダに対して偏心して配置され、駆動源からの回転力を伝達する軸に一体に取り付けられた円柱状のピストンと、ピストンの外周に設けたベーン溝に摺動可能に装着され、先端がシリンダの内筒面と摺接することによって圧縮室を形成するベーンを設けた流体機械において、シリンダが回転可能に支持され、シリンダがピストンと同一方向に回転されるように構成した両回転型のスライディングベーン圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、他の両回転型のスライディングベーン圧縮機として、上記と同様の構成に加え、シリンダの軸方向端部の一端に端板を設けた構造がある（例えば、特許文献２参照）。この種の、シリンダに端板を設けた構造では、端板の圧縮側の面とその反対側の面とで異なる圧力が作用するため、シリンダには軸方向にスラスト荷重が発生する。そこで、特許文献２では、シリンダ内に吸入されるガスの吸入圧力とシリンダ内で圧縮されたガスの吐出圧力との間の圧力（中間圧力とする）に保った中間圧室をシリンダ外側空間に設け、この中間圧室と吸入圧力空間もしくは吐出圧力空間の間にバネによる圧力調整機構を設けて、中間圧室の圧力を適正な圧力に調整した構造としている。これによって、シリンダに作用するスラスト荷重を低減し、シリンダが一方向に押付けられることによって発生する摩擦損失および摩耗の低減を図っている。
【０００４】
また、特許文献１では、シリンダに端板を有していないので、シリンダにはスラスト荷重は発生しないが、シリンダ両端面がシリンダを収容するサイドハウジングと接触することによる摩擦・摩耗を軽減するために、高圧のエアーをシリンダ両端面部に供給することによってエアーフィルムを形成した例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−１８８０８３号公報（第２頁右下欄〜第５頁右下欄、図１、図２）
【特許文献２】特開２０００−９０６９号公報（［００１６］〜［００１９］、［００３１］、［００３２］）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１で示されたエアーフィルムは負荷容量としては小さい。このため、シリンダに端板が無くスラスト荷重が基本的に作用しないような場合は接触回避することが可能であるが、特許文献２で示されるようなシリンダの一端に端板を有する構造の回転式圧縮機では、大きいスラスト荷重が作用するためエアーフィルムでは接触回避は困難である。
【０００７】
また、特許文献２では、中間圧室を適正な中間圧力に保つために、圧力調整機構が必要であり、このため弁やバネなど部品点数が増加する。
【０００８】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、バネによる圧力調整機構を必要とせずに、簡便な構造でシリンダに作用するスラスト荷重を適正に軽減可能な高性能で信頼性の高い回転式圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る回転式圧縮機は、一部を除いて内部が吐出圧力に保持された密閉容器と、密閉容器内に固定して設けられ、吸入ポートと吐出ポートとが設けられたハウジングと、ハウジングに対して回転可能に支持され、駆動手段によって駆動される軸と、ハウジングに固定されて軸を回転可能に支持するフレームと、軸に固定されて軸と一体に回転する円柱状のピストンと、ピストンを偏芯した状態で収容する円筒部と、円筒部の一端の開口を閉塞する端板とを有し、円筒部の他端の開口を閉塞するハウジングに固定されたフレームに回転可能に支持され、ピストンと同一方向に回転するシリンダと、ピストンの外周に設けた少なくとも一つ以上の各ベーン溝に摺動可能に装着され、先端がシリンダの内筒面と摺接することによってシリンダ内の空間に圧縮室を形成する少なくとも一つ以上のベーンとを有し、フレームは、シリンダを収容する中空部と、中空部の一端の開口を閉塞し端板と対向する円板部とを有し、円板部とシリンダの端板の背面との間に、吐出圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、背圧室を吸入ポートに連通させて背圧室を吸入圧力としたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、密閉容器内が一部を除いて吐出圧力に保持された両回転型のスライディングベーン圧縮機において、シリンダの端板の背面とフレームとの間に、吐出圧力に保持された空間と気密に仕切られた背圧室を設け、背圧室を吸入ポートに連通させて背圧室を吸入圧力としたので、シリンダに作用するスラスト荷重を低減でき、摩擦損失が少ない高性能の回転式圧縮機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ-Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１のＢ-Ｂ線に沿った断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による回転式圧縮機においてシリンダに作用するスラスト荷重を示す模式図である。
【図５】この発明の実施の形態２による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態３による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態３による回転式圧縮機においてシリンダに作用するスラスト荷重を示す模式図である。
【図８】この発明の実施の形態４による回転式圧縮機を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転式圧縮機を示す縦断面図である。また、図２は、図１のＡ-Ａ線に沿った断面図であり、図３は図１のＢ-Ｂ線に沿った断面図である。この例では、冷凍空調装置の冷媒（ガス）が回転式圧縮機により圧縮される。図１〜図３に示す回転式圧縮機は両回転型のスライディングベーン圧縮機であり、縦型の密閉容器１内の上方にモーター２が配設され、モーター２の下方に圧縮機構３が配設されている。この圧縮機構３のさらに下方には、油を貯留するための油溜め４が形成されている。また、密閉容器１の側面にはガスを吸入するための吸入管５が設けられ、密閉容器１の上面には圧縮したガスを吐出するための吐出管６が設けられている。さらに、密閉容器１の上端には、電力を供給するためのガラス端子７が設けられている。
【００１３】
モーター２は、リング状に形成されたステーター２１と、このステーター２１の内部で回転し得るように支持されたローター２２とを備えている。また、軸８は、ローター２２に固定され、圧縮機構３を貫通して、その下端部は、油溜め４の油中に浸漬されている。軸８の下端には、例えば特開昭６０−２０６９８８号などに記載されている遠心ポンプ型の油ポンプ機構９が形成されている。遠心ポンプ型の油ポンプ機構９は、軸８に偏芯して設けられた第１給油路８ａと、軸８の下端に取り付けられ、中央部に吸込口１０ａを有するカップ１０とを備えており、軸８の遠心力により、油溜め４に貯溜された油を上方に吸い上げるようにしている。
【００１４】
圧縮機構３は、ピストン１１と、シリンダ１２と、ベーン１４ａおよび１４ｂと、ハウジング１５と、フレーム１６とを備えている。ピストン１１は、軸８と一体に取り付けられ外周にベーン溝１１ａ、１１ｂが設けられて円柱状に形成されている。シリンダ１２は、ピストン１１を収容する中空の円筒部１２ａと、円筒部１２ａの下端の開口を閉塞する端板１２Ａとを有している。シリンダ１２は、円筒状のピストン１１に対して偏芯して配置されている。ベーン１４ａおよび１４ｂは、各ベーン溝１１ａ、１１ｂに摺動可能に嵌挿され、先端がシリンダ１２の円筒部１２ａの内面（内筒面）と摺接することによって圧縮室１３を形成している。
【００１５】
ハウジング１５は、密閉容器１に固定され、ピストン１１の上端面およびシリンダ１２の上端面と近接して配置され、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端開口を閉塞している。ハウジング１５には、軸８を支承する上軸受１５ａと、吸入管５に接続され圧縮室１３にガスを送るための吸入ポート１５ｂと、圧縮室１３から吐出されるガスを圧縮機構３の上方に導くための吐出ポート１５ｃとが設けられている。
【００１６】
フレーム１６は、中空部１６ａと中空部１６ａの下端開口を閉塞する円板部１６Ａとを有して略有底円筒状に形成され、中空部１６ａ内にシリンダ１２とピストン１１とを収容し、中空部１６ａの上端（開口端）がハウジング１５に固定して取り付けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａの中央部分には、上軸受１５ａとともに軸８を支承する下軸受１６ｂと、下軸受１６ｂの外側に配置され、シリンダ１２の端板１２Ａを支承するシリンダ軸受１６ｃとが設けられており、軸８を回転可能に支持している。
【００１７】
また、フレーム１６の円板部１６Ａには、シリンダ１２の端板１２Ａとの間で背圧室１８を形成するための円環状の凹部が形成されている。背圧室１８の内径側にはシール機構１７ａが設けられ、背圧室１８の外径側にはシール機構１７ｂが設けられ、吐出圧力に保持される他の空間と気密に仕切られている。また、背圧室１８は、フレーム１６に設けられたガス導入路１６ｄと、ハウジング１５に設けられたガス導入路１５ｄとを介して吸入ポート１５ｂと連通しており、内部が吸入圧力に保持されるようになっている。
【００１８】
また、フレーム１６の中空部１６ａにはフレーム１６の内側空間と外側空間を連通するための連通路１６ｅが設けられ、ハウジング１５の外周側には、フレーム１６の外側空間とハウジング１５の上部空間とを連通するための連通路１５ｅが設けられている。これにより、ハウジング１５の上部空間と、フレーム１６の外側空間（フレーム１６と密閉容器１との間の空間）と、フレーム１６の内側空間（フレーム１６とシリンダ１２との間の空間）とは全て、同一圧力すなわち吐出圧力となっている。なお、以下では、フレーム１６の外側空間を第１空間３０といい、フレーム１６とシリンダ１２との間の空間（背圧室１８を除く）を第２空間３１という。
【００１９】
また、吐出ポート１５ｃは、ハウジング１５において軸８の軸方向に貫通形成されており、貫通穴の途中部分には吐出弁１９が取り付けられている。また、上軸受１５ａおよび下軸受１６ｂと軸８内に設けた第１給油路８ａとは連通しており、フレーム１６には下軸受１６ｂに供給された油の一部をシリンダ軸受１６ｃに供給するための第２給油路１６ｆが設けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａには、第２空間３１に溜まった油を油溜め４に排出するための油戻し穴１６ｇが設けられている。
【００２０】
以下に、図１、図２および図３を用いて、この発明の実施の形態１による回転式圧縮機の動作について説明する。
ガラス端子７に給電されると、モーター２に駆動力が発生し、軸８が駆動されて、軸８と一体に取り付けられたピストン１１も回転する。ピストン１１が回転すると、ベーン１４ａ、１４ｂは、遠心力および背圧によりベーン溝１１ａ、１１ｂ内を出入りしながらシリンダ１２の内筒面に摺接する。シリンダ１２は、フレーム１６に設けられたシリンダ軸受１６ｃに回転可能に支承されているので、ベーン１４ａ、１４ｂとの摩擦力によって、シリンダ１２もピストン１１と同一方向に回転する。以上の動作により、圧縮室１３内の容積は増減される。
【００２１】
吸入管５および吸入ポート１５ｂを介して圧縮機外から圧縮室１３内に取り込まれたガスは、圧縮室１３内で圧縮された後、吐出ポート１５ｃおよび吐出弁１９を介して、ハウジング１５の上方に吐き出された後、吐出管６から圧縮機外に吐き出される。図１中の矢印はガスの流れを示している。以上により、ハウジング１５の上部空間は吐出圧力となる。また、ハウジング１５の上部空間は連通路１５ｅおよび連通路１６ｅによって第１空間３０および第２空間３１に連通しているため、第１空間３０および第２空間３１も吐出圧力となる。なお、この実施の形態１では２枚のベーン１４ａ、１４ｂを設けているため、一回転につき２回の吸入、吐出が行われる。
【００２２】
一方、軸８の回転に伴って、油溜め４の油は、油ポンプ機構９のポンプ作用により、カップ１０の中央に設けた吸込口１０ａから上方に吸入された後、第１給油路８ａを通って下軸受１６ｂおよび上軸受１５ａに給油される。また、下軸受１６ｂに給油された油の一部は、フレーム１６に設けた第２給油路１６ｆを通ってシリンダ軸受１６ｃに供給される。
【００２３】
また、吸入ポート１５ｂに吸入された吸入ガスは、ガス導入路１５ｄおよびガス導入路１６ｄを通って背圧室１８に導入される。背圧室１８は、シール機構１７ａ、１７ｂによって背圧室１８以外の空間と気密に仕切られているため、背圧室１８は吸入圧力に保たれている。
【００２４】
ここで、シリンダ１２に作用する荷重を図４を参照して説明する。図４（ａ）は、背圧室１８を設けない場合、図４（ｂ）は背圧室１８を設けた場合を示している。図４（ａ）において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室１３側の面（以下、圧縮室側面という）には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重Ｆａが作用する。一方、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側面と反対側の面（以下、背面という）には、全面に吐出圧力Ｐｄが作用するため、スラスト荷重Ｆａよりも大きい上向きのスラスト荷重Ｆｂが端板１２Ａの背面に作用する。このため、シリンダ１２は式（１）で与えられる上向きのスラスト荷重Ｆｔでハウジング１５に押付けられることになる。
Ｆｔ＝Ｆｂ−Ｆａ                                        ・・・（１）
【００２５】
これに対して、この発明の実施の形態１による回転式圧縮機においては、図４（ｂ）に示すように、背圧室１８は上述したように吸入ポート１５ｂに連通しており、背圧室１８の内部は吸入圧力Ｐｓに保持されている。したがって、シリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する上向きのスラスト荷重は上記Ｆｂよりも小さくなる。シリンダ吸入圧力Ｐｓがシリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する面積をＡとし、シリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する上向きのスラスト荷重をＦｂ１とすると、スラスト荷重Ｆｂ１は次の式（２）で与えられる。
Ｆｂ１＝Ｆｂ―（Ｐｄ−Ｐｓ）×Ａ                         ・・・（２）
【００２６】
そうすると、シリンダ１２に生じる上向きのスラスト荷重Ｆｔは式（３）で示されるようにＦｂ１よりも小さくなる。
Ｆｔ＝Ｆｂ１−Ｆａ                                       ・・・（３）
【００２７】
上記（２）式から明らかなように、背圧室１８の内径と外径の位置を変更するなどして面積Ａを大きくすることによりＦｂ１を小さくできる。このため、背圧室１８の大きさの設定次第で、シリンダ１２に作用する上向きのスラスト荷重Ｆｔ、すなわちシリンダ１２のハウジング１５との押付力を極めて小さく、あるいはキャンセルすることが可能である。なお、スラスト荷重Ｆｂ１を、スラスト荷重Ｆａよりも若干大きくして、シリンダ１２に小さい下向きのスラスト荷重Ｆｔを作用させ、シリンダ１２を軽い力でフレーム１６に押し付けるようにしても良い。
【００２８】
また、シリンダ１２の外側の第２空間３１は吐出圧力Ｐｄであるので、圧縮室１３側からシリンダ１２の上端面を通って第２空間３１側にガスは漏れにくいが、シリンダ１２の回転による遠心力などにより圧縮室１３側から第２空間３１へガスが漏れる場合も有る。この際、圧縮室１３内のガス中に含まれる油も第２空間３１に漏れてフレーム１６の底部に溜まるが、フレーム１６の底部に設けた油戻し穴１６ｇを通って油溜め４に戻される。
【００２９】
以上説明したように、この発明の実施の形態１による回転式圧縮機は、密閉容器１内の圧力が一部を除いて吐出圧力に保たれた両回転型のスライディングベーン圧縮機において、シリンダ１２の端板１２Ａの背面側のフレーム１６に背圧室１８を設け、背圧室１８に吸入圧力を導入する構成としたものである。これにより、シリンダ１２に作用するスラスト荷重Ｆｔを大幅に低減あるいはキャンセルすることが可能となる。このため、シリンダ１２とハウジング１５との摺動、またはシリンダ１２とフレーム１６との摺動によって発生する摩擦損失を大幅に低減できる。このため、バネによる圧力調整機構を必要とせずに、簡便な構造で摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を得ることが可能となる。また、摩擦損失を低減できるため、省エネルギー化も図ることが可能である。
【００３０】
また、シリンダ１２の外側の第２空間３１に漏れた油を油戻し穴１６ｇから確実に油溜め４に戻すことができるため、油枯渇の恐れの無い信頼性の高い回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００３１】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２の回転式圧縮機を示す縦断面図である。図５において図１に示した実施の形態１と同一部分には同一符号を付す。以下、実施の形態２が実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態２の回転式圧縮機は、図１に示した実施の形態１の回転式圧縮機のハウジング１５においてシリンダ１２の上端面と摺接する箇所に、スラスト軸受４０を設けている。また、シリンダ１２に、シリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部をスラスト軸受４０に供給するための複数の第３給油路１２ｂを設けている。またさらに、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面（すなわちハウジング１５との対向面）において、第３給油路１２ｂの開口よりも外側に、油を保持することでシールを行うための油保持溝４１をリング状に設けている。その他の構成は実施の形態１と同様である。
【００３２】
このように構成された実施の形態２の回転式圧縮機においては、実施の形態１と同様にしてシリンダ軸受１６ｃに油が供給され、シリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部は、上述したようにシリンダ１２に設けた第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に供給される。そして、第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に送られた油の圧力は、油ポンプ機構９によるポンプおよびシリンダ１２の回転による遠心力による昇圧分ΔＰだけ吐出圧力Ｐｄよりも高くなる。一方、シリンダ１２の内側空間は圧縮室１３であり、圧力は吸入圧力Ｐｓから吐出圧力Ｐｄまで変化する。また、シリンダ１２の外側の第２空間３１は吐出圧力Ｐｄである。よって、これらの圧力の中で第３給油路１２ｂの圧力がＰｄ＋ΔＰであり、最も高い。
【００３３】
このため、第３給油路１２ｂを通ってスラスト軸受４０に送られた油は、スラスト軸受４０の外側および内側にそれぞれ供給される。なお、第３給油路１２ｂからスラスト軸受４０に送られた油は、スラスト軸受４０の内側および外側に送られると同時に、シリンダ１２が回転することにより周方向にも送られる。これによって、スラスト軸受４０の全面に油が供給され、昇圧分ΔＰが静圧としてスラスト軸受４０に作用するため、スラスト軸受面には油膜が発生する。なお、スラスト軸受４０からシリンダ１２の外側の第２空間３１に送られた油は、フレーム１６の底部に設けた油戻し穴１６ｇを通って油溜め４に戻される。
【００３４】
また、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面に油保持溝４１を設けているため、スラスト軸受４０の外側に送られた油は、一旦油保持溝４１に保持された後、シリンダ１２の外側の第２空間３１に排出される。油保持溝４１は、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面（ハウジング１５との対向面）において全周に渡って形成されており、その位置でシール性を発揮している。また、油保持溝４１内には、第３給油路１２ｂからの圧力Ｐｄ＋ΔＰの油が供給されるため、油保持溝４１内の圧力はシリンダ１２の外側の第２空間３１の圧力Ｐｄよりも高い。以上の構成により、シリンダ１２の外側の第２空間３１から圧縮室１３へのガスの漏れを確実に防ぐことができる。
【００３５】
以上説明したように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られるとともに、シリンダ１２に第３給油路１２ｂを設けてスラスト軸受４０に油を送り、スラスト軸受面に油膜が発生するようにしたので、摩擦係数が低減する。これにより、摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００３６】
また、油保持溝４１を設けたことにより、シリンダ１２の外側の第２空間３１から圧縮室１３へのガスの漏れを確実に防ぐことができる。
【００３７】
実施の形態３．
実施の形態１の回転式圧縮機は、密閉容器１の側面に吸入管５が接続され、密閉容器１の上面に吐出管６が接続され、密閉容器１内が圧縮室１３等の一部を除いて吐出圧力に保持されたタイプの回転式圧縮機であった。これに対し、実施の形態３の回転式圧縮機は、密閉容器１の上面に吸入管５が接続され、密閉容器１の側面に吐出管６が接続され、密閉容器１内が圧縮室１３等の一部を除いて吸入圧力に保持されたタイプの回転式圧縮機であり、圧縮機構３における要部の構成は実施の形態１とほぼ同様である。
【００３８】
図６は、この発明の実施の形態３による回転式圧縮機を示す縦断面図である。図６において、縦型の密閉容器１内の上方にモーター２が配設され、モーター２の下方に圧縮機構３が配設されている。この圧縮機構３のさらに下方には、油を貯留するための油溜め４が形成されている。また、密閉容器１の上面にはガスを吸入するための吸入管５が設けられ、密閉容器１の側面には圧縮したガスを吐出するための吐出管６が設けられている。さらに、密閉容器１の上端には、電力を供給するためのガラス端子７が設けられている。
【００３９】
モーター２は、リング状に形成されたステーター２１と、このステーター２１の内部で回転し得るように支持されたローター２２とを備えている。また、軸８は、ローター２２に固定され、圧縮機構３を貫通して、その下端部は、油溜め４の油中に浸漬されている。軸８の下端には、例えば特開昭６０−２０６９８８号などに記載されている遠心ポンプ型の油ポンプ機構９が形成されている。遠心ポンプ型の油ポンプ機構９は、軸８に偏芯して設けられた第１給油路８ａと、軸８の下端に取り付けられ、中央部に吸込口１０ａを有するカップ１０とを備えており、軸８の遠心力により、油溜め４に貯溜された油を上方に吸い上げるようにしている。
【００４０】
圧縮機構３は、ピストン１１と、シリンダ１２と、ベーン１４ａおよび１４ｂと、ハウジング１５と、フレーム１６とを備えている。ピストン１１は、軸８と一体に取り付けられ外周にベーン溝１１ａ、１１ｂ（実施の形態１の図２参照）が設けられて円柱状に形成されている。シリンダ１２は、ピストン１１を内包する中空の円筒部１２ａと、円筒部１２ａの下端に一体的に設けられた環状の端板１２Ａとを有している。シリンダ１２は、円筒状のピストン１１に対して偏芯して配置されている。ベーン１４ａおよび１４ｂは、各ベーン溝１１ａ、１１ｂに摺動可能に嵌挿され、先端がシリンダ１２の内筒面と摺接することによって圧縮室１３を形成している。
【００４１】
ハウジング１５は、密閉容器１に固定され、ピストン１１およびシリンダ１２の上端面と近接して配置され、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端開口を閉塞している。ハウジング１５には、軸８を支承する上軸受１５ａと、圧縮機構３の上方から圧縮室１３にガスを送るための吸入ポート１５ｂと、吐出管６に接続され圧縮室１３から吐出されたガスを送るための吐出ポート１５ｃとが設けられている。
【００４２】
フレーム１６は、中空部１６ａと中空部１６ａの下端開口を閉塞する円板部１６Ａとを有して略有底円筒状に形成され、中空部１６ａ内にシリンダ１２とピストン１１とを収容し、中空部１６ａの上端（開口端）がハウジング１５に固定して取り付けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａの中央部分には、上軸受１５ａとともに軸８を支承する下軸受１６ｂと、下軸受１６ｂの外側に配置され、シリンダ１２の端板１２Ａを支承するシリンダ軸受１６ｃとが設けられている。
【００４３】
また、フレーム１６の円板部１６Ａには、シリンダ１２の端板１２Ａとの間で背圧室１８を形成するための円環状の凹部が形成されている。背圧室１８の内径側にはシール機構１７ａが設けられ、背圧室１８の外径側にはシール機構１７ｂが設けられ、吸入圧力に保持される他の空間と気密に仕切られている。また、背圧室１８は、フレーム１６に設けられたガス導入路１６ｄと、ハウジング１５に設けられたガス導入路１５ｄとを介して吐出ポート１５ｃと連通しており、内部が吐出圧力に保持されるようになっている。
【００４４】
また、フレーム１６の中空部１６ａにはフレーム１６の内側空間と外側空間を連通するための連通路１６ｅが設けられ、ハウジング１５の外周側には、フレーム１６の外側空間とハウジング１５の上部空間とを連通するための連通路１５ｅが設けられている。これにより、ハウジング１５の上部空間と、フレーム１６の外側空間（フレーム１６と密閉容器１との間の空間）と、フレーム１６の内側空間（フレーム１６とシリンダ１２との間の空間）とは全て、同一圧力すなわち吸入圧力となっている。なお、以下では、フレーム１６の外側空間を第１空間３０といい、フレーム１６とシリンダ１２との間の空間（背圧室１８を除く）を第２空間３１という。
【００４５】
また、吐出ポート１５ｃは、ハウジング１５において軸８の軸方向に貫通形成された貫通穴１５ｃａと、一端が貫通穴１５ｃａと連通し他端が吐出管６に連通する貫通穴１５ｃｂとを有している。貫通穴１５ｃａの途中部分には吐出弁１９が取り付けられ、貫通穴１５ｃａの上端部分には、吐出ポート１５ｃをハウジング１５の上方空間とシールするための蓋２０が設けられている。また、上軸受１５ａおよび下軸受１６ｂと軸８内に設けた第１給油路８ａとは連通しており、フレーム１６には下軸受１６ｂに供給された油の一部をシリンダ軸受１６ｃに供給するための第２給油路１６ｆが設けられている。また、フレーム１６の円板部１６Ａには、第２空間３１に溜まった油を油溜め４に排出するための油戻し穴１６ｇが設けられている。
【００４６】
以下に、図６を用いて、この発明の実施の形態３による回転式圧縮機の動作について説明する。
ガラス端子７に給電されると、モーター２に駆動力が発生し、軸８が駆動されて、軸８と一体に取り付けられたピストン１１も回転する。ピストン１１が回転すると、ベーン１４ａ、１４ｂは遠心力および背圧によりベーン溝１１ａ、１１ｂ内を出入りしながらシリンダ１２の内筒面に摺接する。そうすると、シリンダ１２は、フレーム１６に設けられたシリンダ軸受１６ｃにおいて回転可能に支承されているので、ベーン１４ａ、１４ｂとの摩擦力によって、ピストン１１と同一方向に回転する。以上の動作により、圧縮室１３内の容積は増減される。
【００４７】
よって、吸入管５を介して圧縮機外から密閉容器１内に取り込まれたガスは、ハウジング１５に設けた吸入ポート１５ｂから圧縮室１３内に取り込まれる。そして、圧縮室１３内に取り込まれたガスは圧縮室１３内で圧縮された後、吐出ポート１５ｃの貫通穴１５ｃａ、吐出弁１９および貫通穴１５ｃｂを通って吐出管６から圧縮機外に吐き出される。図６中の矢印はガスの流れを示している。以上により、ハウジング１５の上部空間は吸入圧力となる。また、ハウジング１５の上部空間は連通路１５ｅおよび連通路１６ｅによって第１空間３０および第２空間３１に連通しているため、第１空間３０および第２空間３１も吸入圧力となる。なお、この実施の形態３では２枚のベーン１４ａ、１４ｂを設けているため、一回転につき２回の吸入、吐出が行われる。
【００４８】
一方、軸８の回転に伴って、油溜め４の油は、油ポンプ機構９のポンプ作用により、カップ１０の中央に設けた吸込口１０ａから上方に吸入された後、第１給油路８ａを通って下軸受１６ｂ、上軸受１５ａに給油される。また、下軸受１６ｂに給油された油の一部は、フレーム１６に設けた第２給油路１６ｆを通ってシリンダ軸受１６ｃに供給される。
【００４９】
また、吐出ポート１５ｃに吐出された吐出ガスは、ガス導入路１５ｄおよびガス導入路１６ｄを通って背圧室１８に導入される。背圧室１８は、シール機構１７ａ、１７ｂによって背圧室１８以外の空間と気密に仕切られているため、背圧室１８は吐出圧力に保たれる。
【００５０】
ここで、シリンダ１２に作用する荷重を図７を参照して説明する。図７（ａ）は、背圧室１８を設けない場合、図７（ｂ）は背圧室１８を設けた場合を示している。図７（ａ）において、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側の面（以下、圧縮室側面という）には圧縮室１３に発生した圧力によって下向きのスラスト荷重Ｆａが作用する。一方、シリンダ１２の端板１２Ａの圧縮室側面と反対側の面（以下、背面という）には全面に吸入圧力Ｐｓが作用するため、端板１２Ａの背面からシリンダ１２を上向きに押し上げるスラスト荷重は発生しない。このため、シリンダ１２は式（４）で与えられる下向きのスラスト荷重Ｆｔでフレーム１６に押付けられることになる。
Ｆｔ＝Ｆａ                                              ・・・（４）
【００５１】
これに対して、この発明の実施の形態３による回転式圧縮機においては、背圧室１８は上述したようにガス導入路１６ｄを介して吐出ポート１５ｃに連通しているため、図７（ｂ）に示すように、背圧室１８は吐出圧力Ｐｄに保持されている。吐出圧力Ｐｄがシリンダ１２の端板１２Ａの背面に作用する面積をＡとすると、端板１２Ａには式（５）に示す上向きのスラスト荷重Ｆｃが作用することになる。
Ｆｃ＝（Ｐｄ−Ｐｓ）×Ａ                                ・・・（５）
【００５２】
そうすると、シリンダ１２に生じる下向きのスラスト荷重Ｆｔは式（６）で示されるようにＦａよりも小さくなる。
Ｆｔ＝Ｆａ−Ｆｃ                                        ・・・（６）
【００５３】
上記（５）および（６）式から明らかなように、背圧室１８の内径と外径の位置を変更するなどして面積Ａを大きくすることにより、Ｆｔを小さくすることができる。このため、背圧室１８の大きさの設定次第で、シリンダ１２に作用する上向きのスラスト荷重Ｆｔを極めて小さく、あるいはキャンセルすることが可能となる。なお、スラスト荷重Ｆｃを、下向きのスラスト荷重Ｆａよりも若干大きくして、シリンダ１２に小さい上向きのスラスト荷重Ｆｔを作用させ、シリンダ１２を軽い力でハウジング１５に押し付けるようにしても良い。
【００５４】
また、シリンダ１２の外側の第２空間３１は吸入圧力Ｐｓであるので、圧縮室１３側からシリンダ１２の上端面を通って第２空間３１へ多少なりともガスは漏れることになる。この際、圧縮室１３内のガス中に含まれる油も第２空間３１に漏れてフレーム１６の底部に溜まるが、フレーム１６の底部に設けた油戻し穴１６ｇを通って油溜め４に戻される。
【００５５】
以上説明したように、この発明の実施の形態３は、密閉容器１内の圧力が一部を除いて吸入圧力に保たれた両回転型のスライディングベーン圧縮機において、シリンダ１２の端板１２Ａの背面側のフレーム１６に背圧室１８を設け、背圧室１８に吐出圧力を導入する構成としたものである。これにより、シリンダ１２に作用するスラスト荷重Ｆｔを大幅に低減あるいはキャンセルすることが可能となる、このため、シリンダ１２とハウジング１５との摺動、またはシリンダ１２とフレーム１６との摺動によって発生する摩擦損失を大幅に低減できる。このため、バネによる圧力調整機構を必要とせずに、簡便な構造で摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。また、摩擦損失を低減できるため、省エネルギー化も図ることが可能である。
【００５６】
また、シリンダ１２の外側の第２空間３１に漏れた油を油戻し穴１６ｇから確実に油溜め４に戻すことができるため、油枯渇の恐れの無い信頼性の高い回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００５７】
実施の形態４．
実施の形態４の回転式圧縮機は、実施の形態３の回転式圧縮機に、実施の形態２の特徴部分の構成を組み合わせたものである。
【００５８】
図８は、この発明の実施の形態４の回転式圧縮機を示す縦断面図である。図８において図５に示した実施の形態２および図６に示した実施の形態３と同一部分には同一符号を付す。以下、実施の形態４が実施の形態３と異なる部分を中心に説明する。
実施の形態４の回転式圧縮機は、実施の形態３の回転式圧縮機のハウジング１５においてシリンダ１２の上端面と摺接する箇所に、スラスト軸受４０を設けている。また、シリンダ１２に、シリンダ軸受１６ｃに供給された油の一部を後述のスラスト軸受４０に供給するための複数の第３給油路１２ｂを設けている。またさらに、シリンダ１２の円筒部１２ａの上端面（すなわちハウジング１５との対向面）に油保持溝４１をリング状に設けている。その他の構成は実施の形態３と同様である。また、実施の形態３の回転式圧縮機に新たに加えられた、実施の形態２の特徴部分の構成に基づく動作は、実施の形態２と同様である。
【００５９】
このように構成された実施の形態４の回転式圧縮機においては、実施の形態３と同様の効果が得られるとともに、シリンダ１２に第３給油路１２ｂを設けてスラスト軸受４０に油を送り、スラスト軸受面に油膜が発生するようにしたので、摩擦係数が低減する。これにより、摩擦損失の少ない高性能の回転式圧縮機を提供することが可能となる。
【００６０】
また、油保持溝４１を設けたことにより、シリンダ１２の外側の第２空間３１から圧縮室１３へのガスの漏れを確実に防ぐことができる。
【００６１】
なお、この発明の実施の形態１から実施の形態４による回転式圧縮機においては、ベーン枚数が２枚の場合について示したが、ベーン枚数が１枚もしくは３枚以上の場合についても同様の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１  密閉容器、２  モーター、３  圧縮機構、４  油溜め、５  吸入管、６  吐出管、７  ガラス端子、８  軸、８ａ  第１給油路、９  油ポンプ機構、１０  カップ、１０ａ  吸込口、１１  ピストン、１１ａ  ベーン溝、１２  シリンダ、１２Ａ  端板、１２ａ  円筒部、１２ｂ  第３給油路、１３  圧縮室、１４ａ  ベーン、１５  ハウジング、１５ａ  上軸受、１５ｂ  吸入ポート、１５ｃ  吐出ポート、１５ｃａ  貫通穴、１５ｃｂ  貫通穴、１５ｄ  ガス導入路、１５ｅ  連通路、１６  フレーム、１６Ａ  円板部、１６ａ  中空部、１６ｂ  下軸受、１６ｃ  シリンダ軸受、１６ｄ  ガス導入路、１６ｅ  連通路、１６ｆ  第２給油路、１６ｇ  油戻し穴、１７ａ  シール機構、１７ｂ  シール機構、１８  背圧室、１９  吐出弁、２０  蓋、２１  ステーター、２２  ローター、３０  第１空間、３１  第２空間、４０  スラスト軸受、４１  油保持溝。
【図１】
2011085033.tif 000003
【図２】
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【図３】
2011085033.tif 000005
【図４】
2011085033.tif 000006
【図５】
2011085033.tif 000007
【図６】
2011085033.tif 000008
【図７】
2011085033.tif 000009
【図８】
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