(57)【要約】【課題】組立が容易かつ高効率な多段ロータリ流体機械を提供する。【解決手段】２段ロータリ膨張機構１０２のシャフト１０５は、第１ピストン１０６および第２ピストン１０７を貫く主軸部１０５ａと、主軸部１０５ａと第１ピストン１０６とに介在する第１偏心部１０５ｂと、主軸部１０５ａと第２ピストン１０７とに介在する第２偏心部１０５ｃとを有する。第１偏心部１０５ｂは、主軸部１０５ａとは別個の要取付部品によって構成され、主軸部１０５ａと第１ピストン１０６との間でトルク伝達可能となるように主軸部１０５ａに要取付部品が固定されている。第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４との間に配置された中板１１８に設けられた軸孔１１８ｃの径は、各ピストン１０６，１０７の内径よりも小である。【選択図】図１
2008255885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１シリンダと、
前記第１シリンダの内側に配置され、自身の外周面と前記第１シリンダの内周面との間に第１作動室を形成するリング状の第１ピストンと、
軸方向および径方向が前記第１シリンダと一致する配置の第２シリンダと、
前記第２シリンダの内側に配置され、自身の外周面と前記第２シリンダの内周面との間に第２作動室を形成するリング状の第２ピストンと、
前記第１ピストンおよび前記第２ピストンに通された棒状の主軸部と、前記主軸部と前記第１ピストンとの偏心状態を保持する第１偏心部と、前記主軸部と前記第２ピストンとの偏心状態を保持する第２偏心部とを有するシャフトと、
前記シャフトを貫通させるための軸孔を有し、前記第１シリンダおよび前記第２シリンダのそれぞれの端面を閉塞するように前記第１シリンダと前記第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材とを備え、
前記中間閉塞部材の前記軸孔の径が前記各ピストンの内径よりも小であり、
前記第１偏心部および前記第２偏心部から選ばれる少なくとも１つが、前記主軸部とは別個の要取付部品によって構成されている、多段ロータリ流体機械。
【請求項２】
前記要取付部品が、嵌め合わせによって前記主軸部に固定されている、請求項１記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項３】
前記要取付部品が、前記主軸部を挿入するための軸孔と、前記ピストンの内周面に摺動可能に接触する外周面とを有するリング状の形態をなし、
前記主軸部の軸線が前記要取付部品の軸孔の中心および前記中間閉塞部材の軸孔の中心に一致し、前記要取付部品の外周面がなす円筒と前記中間閉塞部材の軸孔とが偏心している、請求項１記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項４】
前記要取付部品と前記主軸部の両者に係合し、前記要取付部品と前記主軸部との相対回転を阻止するキーをさらに備えた、請求項３記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項５】
前記キーには、前記主軸部の軸線に対して傾斜したテーパが付与されている、請求項４記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項６】
前記主軸部に取り付けられた前記要取付部品の軸方向の移動を規制するストッパをさらに備えた、請求項３記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項７】
前記ストッパは、外周部が半径方向外向きに突出するように、前記主軸部の外周面に設けられたリング溝に装着されたＣ字状の留め輪を含み、
前記要取付部品の端面には、前記軸孔を囲む形で浅い座繰りが設けられており、前記主軸部の前記リング溝から突出した前記留め輪の外周部が前記座繰りに収容されている、請求項６記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項８】
前記要取付部品には、前記主軸部に接する面と前記ピストンに接する面とを貫くように給油路としての貫通孔が設けられ、
前記主軸部の内部に設けられた給油路から前記ピストンの内側にオイルを供給しうるように、前記主軸部の給油路から分岐して前記主軸部の外周面に開口する分岐給油路と、前記要取付部品に設けられた貫通孔とが接続されている、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項９】
前記要取付部品が、前記主軸部よりも軽量な材料によって構成されている、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項１０】
前記要取付部品を前記主軸部に固定するためのネジ、ピン、キー、ストッパ等の留め具をさらに備えた、請求項１記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項１１】
前記要取付部品は、前記主軸部が前記ピストンに内接するように前記主軸部と前記ピストンとの相対位置関係を保持するものである、請求項１記載の多段ロータリ流体機械。
【請求項１２】
作動流体を膨張させる膨張機として、請求項１に記載の多段ロータリ流体機械を用いた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機や膨張機に適用される多段ロータリ流体機械と、それを用いた冷凍サイクル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば特開２００５−１０６０４６号公報に開示されているように、複数の膨張室を中間閉塞部材によって仕切る多段ロータリ膨張機が知られている。
【０００３】
図１０を参照しながら、従来のロータリ膨張機の構成について説明する。図１０は、スクロール圧縮機構５０とロータリ膨張機構６０とがシャフト４０で連結された流体機械３０の縦断面図である。ロータリ膨張機構６０は、図中左から右に向かって積層された、第２閉塞部材６１、第２シリンダ８１、中間閉塞部材６３、第１シリンダ７１および第１閉塞部材６２を含む。
【０００４】
第２シリンダ８１は、左端面が第２閉塞部材６１によって、右端面が中間閉塞部材６３によって閉塞されている。第１シリンダ７１は、左端面が中間閉塞部材６３によって、右端面が第１閉塞部材６２によって閉塞されている。
【０００５】
シャフト４０は、第２閉塞部材６１、第２シリンダ８１、中間閉塞部材６３、第１シリンダ７１および第１閉塞部材６２を貫通している。シャフト４０の第１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偏心部４２が第２シリンダ８１内に位置している。
【特許文献１】特開２００５−１０６０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ロータリ膨張機構６０の組立時において、第１偏心部４１または第２偏心部４２は、中間閉塞部材６３の中心に設けられた軸孔に通される。したがって、中間閉塞部材６３の軸孔の径は、第１偏心部４１および／または第２偏心部４２の外径よりも必ず大きく設計される。
【０００７】
上記設計条件によれば、図１１に示すように、偏心部４１，４２の偏心方向とは反対側に、偏心部４１，４２と中間閉塞部材６３の軸孔４ａ（点線部）とが軸方向で重ならないことに基づく隙間領域Ｇ１，Ｇ２が生ずる。こうした隙間領域Ｇ１，Ｇ２においては、偏心部４１，４２の代わりに、ピストン７５，８５の一部が中間閉塞部材６３の軸孔４ａに重なることとなる。ピストン７５，８５と中間閉塞部材６３の軸孔４ａとの重なりが大きくなればなるほど、言い換えれば、隙間領域Ｇ１，Ｇ２の面積が大きくなればなるほど、シリンダ７１，７２とピストン７５，８５との間に形成される作動室７２，８２から隙間領域Ｇ１，Ｇ２までの距離が短くなり、作動室７２，８２から中間閉塞部材６３の軸孔４ａへの作動流体の漏れが生じ易くなる。結果として、膨張機の場合は膨張効率の低下、圧縮機の場合は圧縮効率の低下を招来する。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するものであり、組立が容易かつ高効率な多段ロータリ流体機械を提供することを目的とする。さらに本発明は、そのような多段ロータリ流体機械を用いた冷凍サイクル装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、本発明は、
第１シリンダと、
第１シリンダの内側に配置され、自身の外周面と第１シリンダの内周面との間に第１作動室を形成するリング状の第１ピストンと、
軸方向および径方向が第１シリンダと一致する配置の第２シリンダと、
第２シリンダの内側に配置され、自身の外周面と第２シリンダの内周面との間に第２作動室を形成するリング状の第２ピストンと、
第１ピストンおよび第２ピストンに通された棒状の主軸部と、主軸部と第１ピストンとの偏心状態を保持する第１偏心部と、主軸部と第２ピストンとの偏心状態を保持する第２偏心部とを有するシャフトと、
シャフトを貫通させるための軸孔を有し、第１シリンダおよび第２シリンダのそれぞれの端面を閉塞するように第１シリンダと第２シリンダとの間に配置された中間閉塞部材とを備え、
中間閉塞部材の軸孔の径が各ピストンの内径よりも小であり、
第１偏心部および第２偏心部から選ばれる少なくとも１つが、主軸部とは別個の要取付部品によって構成されている、多段ロータリ流体機械を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明によれば、シャフトの偏心部が主軸部とは別に準備された要取付部品によって構成されている。この要取付部品の主軸部への取り付けは、主軸部を中間閉塞部材の軸孔に通した後で行われる。したがって、中間閉塞部材の軸孔の径がピストンの内径（＝偏心部の外径）よりも小さい場合であっても、多段ロータリ流体機械の組立を行うことが可能である。さらに、中間閉塞部材の軸孔の径がピストンの内径よりも小さい場合、ピストンと中間閉塞部材の軸孔との重なりを極力小さくすること、言い換えれば、中間閉塞部材の軸孔と作動室との距離を十分に稼ぐことが可能となる。この結果、作動室から中間閉塞部材の軸孔への作動流体の漏れを低減でき、ひいては多段ロータリ流体機械の効率が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（実施形態１）
図１は、本発明の多段ロータリ流体機械の一例である膨張機一体型圧縮機の縦断面図である。図２Ａは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のＺ１−Ｚ１’横断面図である。図２Ｂは、図１に示す膨張機一体型圧縮機のＺ２−Ｚ２’横断面図である。
【００１２】
図１に示すように、膨張機一体型圧縮機１００は、密閉容器１０１と、密閉容器１０１の内部中央に配置された電動機１３２と、電動機１３２の上方に配置された圧縮機構１２０と、電動機１３２の下方に配置された膨張機構１０２と、膨張機構１０２の下方に配置されたオイルポンプ１３６とを備えている。密閉容器１０１の底部は、潤滑用のオイルが溜められるオイル溜り１３０として利用されている。
【００１３】
本明細書では、圧縮機構１２０と膨張機構１０２とがシャフト１２６，１０５で連結された膨張機一体型圧縮機１００を例示するが、膨張機一体型圧縮機１００から圧縮機構１２０を除けば、作動流体を圧縮する圧縮機または作動流体を膨張させる膨張機として利用できる多段ロータリ流体機械を提供できる。なお、「多段」とは、２以上のシリンダを有することを意味する。
【００１４】
シャフト１２６，１０５は、連結部１３１において互いに連結された圧縮機構シャフト１２６と膨張機構シャフト１０５とを含むものである。圧縮機構シャフト１２６の回転方向と膨張機構シャフト１０５の回転方向は一致し、膨張機構１０２で発生した動力が、これらのシャフト１２６，１０５により圧縮機構１２０に伝達される。シャフト１２６，１０５の内部には、オイルポンプ１３６の働きによってオイル溜まり１３０のオイルを圧縮機構１２０および膨張機構１０２に送るための給油路１２６ａ，１０５ｄが形成されている。オイルポンプ１３６は、例えばトロコイドポンプである。
【００１５】
圧縮機構１２０は、圧縮機構シャフト１２６、圧縮機構シャフト１２６を軸支する軸受１２７、この軸受１２７上に配置された固定スクロール１２３、軸受１２７と固定スクロール１２３との間に固定スクロール１２３と噛み合うように配置された旋回スクロール１２４、および、旋回スクロール１２４と軸受１２７との間に配置された自転規制機構１２５を備えている。自転規制機構１２５は、旋回スクロール１２４の自転を防止して円軌道運動するように案内するオルダムリングである。なお、圧縮機構１２０は、スクロール型に限定されず、他の容積型、例えばロータリ型であってもよい。
【００１６】
図１、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、膨張機構１０２は、第１シリンダ１０３、第２シリンダ１０４、膨張機構シャフト１０５、第１ピストン１０６、第２ピストン１０７、第１ベーン１０８、第２ベーン１０９、第１ばね１１０、第２ばね１１１、上軸受１１２、下軸受１１３、中板１１８（中間閉塞部材）、下軸受カバー１１９、吸入管１１４および吐出管１１５を備え、いわゆる２段ロータリ型膨張機を構成している。
【００１７】
本明細書中では、単に軸方向といえば膨張機構シャフト１０５の軸方向を意味し、単に径方向といえば膨張機構シャフト１０５の径方向を意味するものとする。
【００１８】
第１シリンダ１０３、中板１１８および第２シリンダ１０４は、中板１１８を第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４で挟むように、膨張機構シャフト１０５の軸方向に沿ってこの順番で配置されている。第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４とは、同心状の配置となっている。リング状のピストン１０６，１０７は、シリンダ１０３，１０４内に配置され、ピストン１０６，１０７の外周面とシリンダ１０３，１０４の内周面との間に作動室１１６，１１７が形成されている。
【００１９】
中板１１８は、膨張機構シャフト１０５を貫通させるための軸孔１１８ｃを有し、第１シリンダ１０３および第２シリンダ１０４のそれぞれの端面を閉塞するように、第１シリンダ１０３と第２シリンダ１０４との間に配置されている。軸孔１１８ｃの径は、各ピストン１０６，１０７の内径よりも小さく定められている。
【００２０】
膨張機構シャフト１０５は、第１ピストン１０６および第２ピストン１０７に通された棒状の主軸部１０５ａと、主軸部１０５ａと第１ピストン１０６との偏心状態を保持する第１偏心部１０５ｂと、主軸部１０５ａと第２ピストン１０７との偏心状態を保持する第２偏心部１０５ｃとを有する。上軸受１１２および下軸受１１３の中心軸線は、主軸部１０５ａの中心軸線に一致している。
【００２１】
第１偏心部１０５ｂは、主軸部１０５ａとは別個の要取付部品によって構成されている。第１偏心部１０５ｂとしての要取付部品は、主軸部１０５ａと第１ピストン１０６との間でトルク伝達可能となるように主軸部１０５ａに取り付けられている。他方、第２偏心部１０５ｃは、主軸部１０５ａと一体成形されている。ただし、第１偏心部１０５ｂに代えて、または第１偏心部１０５ｂとともに第２偏心部１０５ｃが、主軸部１０５ａとは別個の要取付部品によって構成されていてもよい。主軸部１０５ａは単一部品からなっているので、上軸受１１２または下軸受１１３でこじれることなく、スムーズに回転できる。
【００２２】
図２Ａに示すように、第１ピストン１０６は、第１偏心部１０５ｂに嵌合されており、第１シリンダ１０３の内部で偏心回転運動する。第１ベーン１０８は、第１シリンダ１０３に形成された第１ベーン溝１０３ａに往復動可能に装着されている。第１ばね１１０は、第１ベーン１０８と第１ベーン溝１０３ａによって形成された背面空間に配置され、第１ベーン１０８を第１ピストン１０６に向けて押す。図２Ｂに示すように、第２ピストン１０７は、第２偏心部１０５ｃに嵌合されており、第２シリンダ１０４の内部で偏心回転運動する。第２ベーン１０９は、第２シリンダ１０４に形成された第２ベーン溝１０４ａに往復動可能に装着されている。第２ばね１１１は、第２ベーン１０９と第２ベーン溝１０４ａによって形成された背面空間に配置され、第２ベーン１０９を第２ピストン１０７に向けて押す。
【００２３】
図１に示すように、上軸受１１２は、中板１１８が位置する側とは反対側における第２シリンダ１０４の端面を閉塞する。下軸受１１３は、中板１１８が位置する側とは反対側における第１シリンダ１０３の端面を閉塞する。上軸受１１２および下軸受１１３は、それぞれ、膨張機構シャフト１０５を支える。吸入管１１４から吸入された作動流体は、下軸受カバー１１９の内部を経由して第１シリンダ１０３に送られる。第２シリンダ１０４から吐出された作動流体は、吐出管１１５から吐出される。
【００２４】
第１シリンダ１０３と、第１ピストン１０６と、下軸受１１３と、中板１１８とにより、作動流体が仕事をする第１作動室１１６が形成されている。第１作動室１１６は、第１ベーン１０８によって上流側作動室と下流側作動室とに仕切られている。同様に、第２シリンダ１０４と、第２ピストン１０７と、中板１１８と、上軸受１１２とにより、作動流体が仕事をする第２作動室１１７が形成されている。第２作動室１１７は、第２ベーン１０９によって上流側作動室と下流側作動室とに仕切られている。第１シリンダ１０３における下流側作動室と、第２シリンダ１０４における上流側作動室とは、中板１１８に形成されている連通孔１１８ａによって１つにつながっており、この１つにつながった作動室で作動流体が膨張する。もちろん、第１作動室１１６と第２作動室１１７とが互いに独立したものであってもよい。
【００２５】
シリンダ１０３，１０４およびピストン１０６，１０７は、それぞれ、第２作動室１１７の容積が第１作動室１１６の容積よりも大きくなるように寸法が調整されている。本実施の形態では、第１シリンダ１０３の内径と第２シリンダ１０４の内径とが等しく、第１ピストン１０６の外径と第２ピストン１０７の外径とが等しく、第２シリンダ１０４の軸方向についての高さが、第１シリンダ１０３の軸方向についての高さよりも大きくなっている。ただし、シリンダの内径が相違していたり、ピストンの外径が相違していたりする場合であっても、シリンダの高さを適切に調整することで作動室の容積差を作り出すことが可能である。
【００２６】
図１に示すように、下軸受１１３には、第１作動室１１６へ作動流体を吸入させるための吸入ポート１１３ａが形成されている。中板１１８には、第１シリンダ１０３の下流側作動室から、第２シリンダ１０４の上流側作動室への作動流体の移動を許容する連通孔１１８ａが形成されている。上軸受１１２には、第２作動室１１７から作動流体を吐出させる吐出ポート１１２ａが形成されている。下軸受１１３、第１シリンダ１０３、中板１１８および第２シリンダ１０４には、それぞれ、上軸受１１２の吸入ポート１１２ｂから下軸受内空間１１３ｃへと作動流体を順次導くための通路１１３ｂ，１０３ｂ，１１８ｂ，１０４ｂが形成されている。
【００２７】
次に、膨張機一体型圧縮機１００の動作を簡単に説明する。
【００２８】
作動流体（例えば二酸化炭素やＨＦＣなどの冷媒）は、吸入管１２１から圧縮機構１２０に吸入される。このとき、冷凍サイクル中を作動流体と同伴し流れているオイルも同時に吸入される。作動流体は、圧縮機構１２０で圧縮された後、吐出ポート１２３ａからマフラー１２８の内部に吐出される。続いて、固定スクロール１２３および軸受１２７に形成された通路１２３ｂ，１２７ａ、圧縮機構カバー１２９の内部、電動機１３２の回転子通路１３３をこの順に通過して密閉容器１０１の下部に導かれる。このときオイルも作動流体と同伴し、同経路をたどる。
【００２９】
密閉容器１０１の下部に導かれた作動流体とオイルは、流れの向きを変え、固定子通路１３４を通って密閉容器１０１の上部へとターンする。オイルは、遠心力と重力によって作動流体から分離され、オイル戻し通路１１２ｃを通ってオイル溜り１３０へ戻る。作動流体は、固定子通路１３４および密閉容器１０１内の通路１３５を経て、吐出管１２２から冷凍サイクルへと吐出される。
【００３０】
一方、膨張機構１０２には、吸入管１１４から作動流体が吸入される。作動流体は、吸入ポート１１２ｂ、通路１１３ｂ，１０４ｂ，１１８ｂ，１０３ｂ、下軸受内空間１１３ｃ、吸入ポート１１３ａ、第１作動室１１６、連通孔１１８ａ、第２作動室１１７および吐出ポート１１２ａを順次経て、吐出管１１５から冷凍サイクルへと吐出される。
【００３１】
また、オイル溜り１３０のオイルは、オイルポンプ１３６の働きにより、膨張機構シャフト１０５の給油路１０５ｃに送られ、膨張機構１０２の潤滑およびシールに使用される。オイルは、さらに、給油路１０５ｃから連結部１３１を経て圧縮機構シャフト１２６の給油路１２６ａに送られ、圧縮機構１２０の潤滑およびシールに使用される。
【００３２】
膨張機構１０２について、さらに詳しく説明する。
【００３３】
図２Ａ，図２Ｂに示すように、中板１１８の軸孔１１８ｃ（破線部）の径は、主軸部１０５ａの外径よりもやや大きく、各偏心部１０５ｂ，１０５ｃの外径よりも小さく定められている。第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品の主軸部１０５ａへの取り付けは、主軸部１０５ａを中板１１８の軸孔１１８ｃに貫通させた後で行われる。したがって、中板１１８の軸孔１１８ｃの径が各偏心部１０５ｂ，１０５ｃの外径より小さいにもかかわらず、膨張機構１０２の組立を容易に行うことができる。
【００３４】
中板１１８の軸孔１１８ｃの径が偏心部１０５ｂ，１０５ｃの外径より小さい場合、偏心部１０５ｂ，１０５ｃの偏心方向とは反対側において、ピストン１０６，１０７と中板１１８の軸孔１１８ｃとの軸方向の重なりを極力小さくすること、言い換えれば、軸孔１１８ｃと作動室１１６，１１７との距離を十分に稼ぐことが可能となる。場合によっては、ピストン１０６，１０７と中板１１８の軸孔１１８ｃとの重なりを解消することができる。この結果、作動室１１６，１１７から中板１１８の軸孔１１８ｃへの作動流体の漏れを低減でき、ひいては膨張機構１０２の効率が改善される。
【００３５】
上述の効果は、本発明を圧縮機に適用した場合にも得られるが、膨張機に適用した場合に特に秀逸である。膨張弁に代えて、容積式の膨張機を採用する冷凍サイクルにおいては、冷媒の物性の要請により、膨張機の吸入容積が圧縮機の吸入容積よりも小となり、膨張機は圧縮機に比べて小型となる。図１１を参照して説明したように、従来のロータリ流体機械によると、偏心部４１，４２と中板６３の軸孔４ａとが軸方向で重ならないことに基づく隙間領域Ｇ１，Ｇ２から作動室７２，８２までの距離は、吸入容積が小さければ小さいほど短くなり、作動室７２，８２から中板６３の軸孔４ａに冷媒が漏れやすくなる。したがって、吸入容積の小さいロータリ流体機械、とりわけロータリ膨張機に本発明を適用すれば、そうした冷媒漏れを防ぐことによる大幅な効率改善を期待できる。
【００３６】
図３の分解斜視図に示すように、第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品１２５は、嵌め合わせによって主軸部１０５ａに固定することができる。嵌め合わせの具体的な手法としては、焼き嵌め、圧入などの摩擦接合を例示することができる。これらの手法によれば、主軸部１０５ａと第１偏心部１０５ｂとを別々に準備することによる部品点数の増加を最小限にとどめつつ、主軸部１０５ａと第１偏心部１０５ｂとを強固に締結できるので好ましい。
【００３７】
図３に示すように、第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品１２５は、主軸部１０５ａを挿入するための軸孔１０５ｓと、第１ピストン１０６の内周面に摺動可能に接触する外周面１０５ｔとを有する。すなわち、本実施形態における要取付部品１２５は、第２偏心部１０５ｃと類似のリング状の部品であり、外周面１０５ｔがなす円筒と軸孔１０５ｓとが偏心するように半径方向の肉厚が変化している。主軸部１０５ａの軸線が要取付部品１２５の軸孔１０５ｓの中心および中板１１８の軸孔１１８ｃの中心に一致し、要取付部品１２５の外周面１０５ｔがなす円筒と中板１１８の軸孔１１８ｃとが偏心する。これにより、第１ピストン１０６と主軸部１０５ａとの間のトルク伝達をスムーズに行うことが可能となる。
【００３８】
図１および図３に示すように、要取付部品１２５には、主軸部１０５ａに接する面（内周面）と第１ピストン１０６に接する面（外周面）とを貫くように給油路としての貫通孔１０５ｅが設けられている。他方、主軸部１０５ａの内部には、軸方向に延びる給油路１０５ｄと、給油路１０５ｄから分岐して半径方向外向きに延びる形で主軸部１０５ａの外周面に開口する分岐給油路１０５ｆとが設けられている。そして、主軸部１０５ａの給油路１０５ｄから第１ピストン１０６の内側にオイルを供給しうるように、主軸部１０５ａの分岐給油路１０５ｆと要取付部品１２５の貫通孔１０５ｅとが接続している。このようにすれば、第１シリンダ１０３と要取付部品１２５との摺動面にオイルを供給でき、第１シリンダ１０３の内部の潤滑およびシールを行うことができる。なお、同様の給油路は、第２偏心部１０５ｃ側にも設けられている。
【００３９】
第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品１２５は、主軸部１０５ａよりも軽量な材料によって構成されていることが好ましい。例えば、主軸部１０５ａが鋳鉄や炭素鋼で構成される場合、要取付部品１２５をステンレス鋼やアルミニウム合金などの軽量な金属材料で構成することができる。このようにすれば、シャフトの全部が同一の金属材料で一体成形されている従来例に比べ、膨張機構シャフト１０５の回転時において、第１偏心部１０５ｂの質量に起因する径方向の遠心力が小さくなり、膨張機構シャフト１０５が上軸受１１２および下軸受１１３に及ぼす押し付け力を軽減でき、ひいては上軸受１１２および下軸受１１３での機械損失の低減が可能になる。こうした効果は、第１偏心部１０５ｂおよび第２偏心部１０５ｃの両方が主軸部１０５ａとは別個の要取付部品にて構成されている場合に、いっそう顕著となる。
【００４０】
膨張機構１０２の組立は、次のようにして行うことができる。まず、主軸部１０５ａを上軸受１１２に挿入し、上軸受１１２の下面に第２シリンダ１０４を積層し、第２偏心部１０５ｃに第２ピストン１０７を嵌め合わせる。次に、中板１１８の軸孔１１８ｃに主軸部１０５ａを挿入する形で、中板１１８を第２シリンダ１０４に積層する。次に、第２偏心部１０５ｃの反対側から主軸部１０５ａに第１偏心部１０５ｂとしての要取付部品１２５を取り付ける。次に、第１偏心部１０５ｂに第１ピストン１０６を嵌め合わせ、中板１１８に第１シリンダ１０３を積層する。最後に、第１シリンダ１０３の下面に下軸受１１３を積層し、各部材をボルトで締結する。
【００４１】
（実施形態２）
図４は、実施形態２にかかる膨張機一体型圧縮機の要部断面図であり、図５Ａは、図４に示す膨張機構シャフトの分解斜視図である。実施形態１と共通部品については同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図４および図５Ａに示すように、本実施形態は、主軸部１０５ａとは別個の要取付部品１４５をキー１３７およびストッパ１３８のような留め具を用いて主軸部１０５ａに固定する点で、先の実施形態１と相違する。
【００４２】
リング状の要取付部品１４５は、実施形態１で説明した要取付部品１２５と類似のものであり、主軸部１０５ａを挿入するための軸孔１０５ｓと、第１ピストン１０６の内周面に摺動可能に接触する外周面１０５ｔとを有する。要取付部品１４５の軸孔１０５ｓには、半径方向外向きの切り欠き１０５ｕが設けられている。主軸部１０５ａの外周面には、キー溝１０５ｇが設けられており、主軸部１０５ａのキー溝１０５ｇに嵌め込まれたキー１３７が切り欠き１０５ｕに係合することによって、要取付部品１４５と主軸部１０５ａとの相対回転が阻止される。このようにすれば、摩擦接合によることなく、要取付部品１４５を主軸部１０５ａに固定することができるので、組立容易性および組立時間の短縮の観点において優れる。
【００４３】
図５Ｃは図５Ａ中のＤ１−Ｄ１’断面図であり、キー１３７を含む位置における膨張機構シャフト１０５の断面を示している。図５Ｃに示すように、キー１３７は、主軸部１０５ａの外周面からの半径方向外向きの突出量（突出高さ）が軸方向に沿って連続的に変化する形状を有している。要取付部品１４５の切り欠き１０５ｕは、キー１３７に適合する形状を有している。すなわち、キー１３７は、主軸部１０５ａの軸線Ｏ1に対して傾斜したテーパＴＰが付与された沈みキーである。このようなテーパＴＰがあると、キー１３７を切り欠き１０５ｕにスムーズに挿入することが可能となり、組立容易性が向上する。本実施形態では、第２偏心部１０５ｃに近づくにつれて、主軸部１０５ａの外周面からのキー１３７の突出高さが大きくなるようにテーパＴＰが付与されている。
【００４４】
テーパＴＰが付与されたキー１３７により、要取付部品１４５の上方向への移動が阻止される。さらに、ストッパ１３８によっても、主軸部１０５ａに取り付けられた要取付部品１４５の軸方向の移動が規制される。本実施形態において、ストッパ１３８は、要取付部品１４５が図中の下方向に移動することを阻止する。このようにして、軸方向に関する第１偏心部１０５ｂの位置が定められる。
【００４５】
図５Ａに示すように、主軸部１０５ａの外周面には、第１偏心部１０５ｂの下端面に対応する位置に浅いリング溝１０５ｈが設けられている。本実施形態において、ストッパ１３８は、適度な弾性を有するＣ字状の留め輪１３８からなっており、図４等に示すように、主軸部１０５ａのリング溝１０５ｈに装着されている。リング溝１０５ｈに装着していない状態における留め輪１３８の内径は、当該留め輪１３８がリング溝１０５ｈに装着されたときに、主軸部１０５ａに適度な緊縮力が作用し、留め輪１３８が主軸部１０５ａから脱落しない大きさに調整されている。また、リング溝１０５ｈの深さは、留め輪１３８の径方向の厚みよりも小さく調整されているので、リング溝１０５ｈに装着された留め輪１３８の外周部がリング溝１０５ｈから突出する。そして、リング溝１０５ｈから突出した留め輪１３８の外周部により、要取付部品１４５の下方向への移動が阻止される。
【００４６】
図５Ｂの下面斜視図に示すように、要取付部品１４５の端面（第２偏心部１０５ｃに向かい合う端面とは反対側の端面：下端面）には、軸孔１０５ｓを囲む形で浅い座繰り１０５ｍが設けられている。この座繰り１０５ｍに、主軸部１０５ａのリング溝１０５ｈから突出した留め輪１３８の外周部が収容されている。このようにすれば、留め輪１３８が要取付部品１４５の軸孔１０５ｓに収まる形となるので、第１偏心部１０５ｂの端面に留め輪１３８に起因する凹凸が生じず、膨張機構シャフト１０５のスムーズな回転を実現できる。
【００４７】
本実施形態の膨張機構シャフト１０５を用いた膨張機構１０２の組立は、次のようにして行うことができる。主軸部１０５ａを中板１１８の軸孔１１８ｃに挿入する段階までは、実施形態１と共通である。次に、中板１１８の軸孔１１８ｂに挿入した状態の主軸部１０５ａに対し、キー１３７をキー溝１０５ｇに嵌め込む。次に、キー１３７が切り欠き１０５ｕに挿入されるように、第２偏心部１０５ｃの反対側から主軸部１０５ａに要取付部品１４５を取り付ける。さらに、外周部が要取付部品１４５の座繰り１０５ｍに収容されるように、主軸部１０５ａのリング溝１０５ｈに留め輪１３８を取り付ける。このようにして、要取付部品１４５を主軸部１０５ａに固定する。その後、実施形態１と同様の手順で、第１ピストン１０６、第１シリンダ１０３および下軸受１１３の組立を実施する。
【００４８】
上述のように、第１偏心部１０５ｂとしての要取付部品１４５をキー１３７と留め輪１３８で主軸部１０５ａに固定することで、膨張機構シャフト１０５の回転時に第１偏心部１０５ｂが揺動するような問題も生じず、膨張機構シャフト１０５の安定的な回転を可能にする。また、座繰り１０５ｍに留め輪１３８が収容されることにより、第１偏心部１０５ｂの端面に留め輪１３８に起因する凹凸が形成されず、膨張機構シャフト１０５の回転時において、第１偏心部１０５ｂと、第１偏心部１０５ｂの周囲に存在する冷媒あるいは潤滑油との摩擦抵抗を低減できる。
【００４９】
（実施形態３）
図６は、実施形態３にかかる膨張機一体型圧縮機の要部断面図であり、図７Ａは、図６に示す膨張機構シャフトの分解斜視図である。図６に示すように、本実施形態では、第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品１５５が係合ピン１３９によって主軸部１０５ａに固定されている。
【００５０】
図７Ａ〜図７Ｃに示すように、要取付部品１５５は、給油路としての貫通孔１０５ｅと、係合ピン１３９の一端部を挿入するためのピン孔１０５ｊとを有する柱状の部品である。要取付部品１５５は、主軸部１０５ａが第１ピストン１０６に内接するように主軸部１０５ａと第１ピストン１０６との相対位置関係を保持するとともに、主軸部１０５ａと第１ピストン１０６との接点とは反対側において第１ピストン１０６の内周面の一部角度域にのみ接触する。主軸部１０５ａには、底部が平坦な矩形の窪み１０５ｖと、窪み１０５ｖの底部に開口するピン孔１０５ｉとが設けられている。ピン孔１０５ｉは、係合ピン１３９の他端部を挿入するためのものである。
【００５１】
図７Ｃの上面図に示すように、第１ピストン１０６と接触する側における要取付部品１５５の端面１５５ｐは、第１ピストン１０６の内周面に沿う円弧状になっている。したがって、要取付部品１５５を介した第１ピストン１０６と主軸部１０５ａとの間のトルク伝達はスムーズに行われる。さらに、円弧状の端面１５５ｐと反対側の端面１５５ｑは平坦になっている。したがって、主軸部１０５ａに設けられた分岐給油路１０５ｆと、要取付部品１５５に設けられた貫通孔１０５ｅとを確実に接続することができ、第１シリンダ１０６の内側への安定給油に資する。
【００５２】
また、要取付部品１５５の端面１５５ｐが第１ピストン１０６の内周面に沿う円弧状となっているので、実施形態１および実施形態２で示す要取付部品１２５，１４５に比べ、要取付部品１５５の外周面１５５ｐと第１ピストン１０６の内周面との接触面積が小さくなる。この結果、要取付部品１５５と第１ピストン１０６との摩擦による機械損失が低減し、膨張機構１０２の効率がさらに改善される。
【００５３】
（実施形態４）
図８は、実施形態４にかかる膨張機一体型圧縮機の要部断面図であり、図９は、図８に示す膨張機構シャフトの分解斜視図である。本実施形態は、実施形態３の係合ピン１３９に代えて、第１偏心部１０５ｂを構成する要取付部品１６５を主軸部１０５ａにネジ１４０で固定するようにしたものである。
【００５４】
図８に示すように、要取付部品１６５は、給油路としての貫通孔１０５ｅと、ネジ１４０を螺合するためのネジ孔１０５ｌとを有する柱状の部品であり、実施形態３と同様に、第１ピストン１０６の内周面の一部角度域にのみ接触する。ネジ孔１０５ｌは、要取付部品１６５の両端面を貫通している。第１ピストン１０６の内周面に接する要取付部品１６５の端面は、曲面とされる。主軸部１０５ａには、底部が平坦な矩形の窪み１０５ｖと、窪み１０５ｖの底部に開口するネジ孔１０５ｋとが設けられている。
【００５５】
本実施形態に示すネジ１４０や実施形態３に示す係合ピン１３９によれば、要取付部品１５５，１６５を極めて簡単に主軸部１０５ａに取り付けることが可能であり、組立容易性の向上および組立時間の短縮に寄与する。
【００５６】
なお、実施形態３，４で説明した要取付部品１５５，１６５に関していえば、レーザー溶接やロウ付けによって主軸部１０５ａに固定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、圧縮性の作動流体を膨張させることによって動力エネルギーを回収する密閉型膨張機、およびそれを備えた冷凍サイクル装置について有用である。そのような冷凍サイクル装置は、空気調和装置や給湯機に適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の多段ロータリ流体機械の一例である膨張機一体型圧縮機の縦断面図
【図２Ａ】図１のＺ１−Ｚ１’断面図
【図２Ｂ】図１のＺ２−Ｚ２’断面図
【図３】膨張機構シャフトの分解斜視図
【図４】実施形態２の膨張機一体型圧縮機の要部断面図
【図５Ａ】図４に示す膨張機構シャフトの分解斜視図
【図５Ｂ】第１偏心部を構成する部品の下方斜視図
【図５Ｃ】図５ＡのＤ１−Ｄ１’断面図
【図６】実施形態３の膨張機一体型圧縮機の要部断面図
【図７Ａ】図６に示す膨張機構シャフトの分解斜視図
【図７Ｂ】第１偏心部を構成する部品の背面斜視図
【図７Ｃ】第１偏心部を構成する部品の上面図
【図８】実施形態４の膨張機一体型圧縮機の要部断面図
【図９】図８に示す膨張機構シャフトの分解斜視図
【図１０】従来の多段ロータリ流体機械の縦断面図
【図１１】従来の多段ロータリ流体機械の問題点を説明する横断面図
【符号の説明】
【００５９】
１００  膨張機一体型圧縮機
１０２  ロータリ膨張機構
１０３  第１シリンダ
１０４  第２シリンダ
１０５  膨張機構シャフト
１０５ａ  主軸部
１０５ｂ  第１偏心部
１０５ｃ  第２偏心部
１０５ｄ  給油路
１０５ｅ  貫通孔
１０５ｆ  分岐給油路
１０５ｈ  リング溝
１０５ｔ  外周面
１０５ｓ  軸孔
１０５ｍ  座繰り
１０６    第１ピストン
１０７    第２ピストン
１１６  第１作動室
１１７  第２作動室
１１８  中板
１１８ａ  軸孔
１２５，１４５，１５５，１６５  要取付部品
１３７  キー
１３８  留め輪（ストッパ）
１３９  係合ピン
１４０  ネジ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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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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