(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のシリンダ、このシリンダ内に偏心配置されたローラ、このローラの周面に一端側から他端側に向かって漸次小さいピッチに形成された螺旋状の溝、この溝に突没自在に嵌め込まれるブレード、このブレードと上記シリンダおよびローラとの間に形成される複数の圧縮室を備えた圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する駆動部とを具備し、
上記ローラは、その内部を内腔部とするとともに、端面には、ローラ自転規制機構部品が嵌め込まれる溝部が設けられ、上記ローラの上記溝部に対向する外周端部位には、シール用突部が設けられることを特徴とするヘリカルブレード式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば空気調和機の冷凍サイクルを構成するヘリカルブレード式圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、たとえば空気調和機の冷凍サイクルを構成する圧縮機として、ヘリカルブレード式圧縮機が提案されている。
この種の圧縮機によれば、従来のレシプロ式やロータリ式圧縮機におけるシール性不良などを除去でき、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なされるとともに、部品の製造および組立てが容易化される。
【０００３】
このヘリカルブレード式圧縮機として具体的な構成は、固定したシリンダ内にローラを偏心配置し、このローラの外周面に螺旋状溝を形成してブレードを突没自在に嵌め込み、このブレードとシリンダおよびローラとの間に形成される圧縮室に被圧縮流体である冷媒ガスを導入して圧縮するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ローラの素材として廉価な鉄系材を選択し、これを円柱状に形成して周面にブレードが嵌め込まれる螺旋状溝を設けるために、このローラの回転質量が大きくなる。
【０００５】
このようなローラを収容するために上記シリンダは頑丈なものが要求され、その肉厚が厚くなって、シリンダの重量の増大化と圧縮機自体の重量の増大化を招いてしまう。
【０００６】
そこで、ローラは鉄系材よりも比重の小さいアルミニュウム材に換え、重量の低減による回転質量の軽減化を図って重量バランスをとり易くし、圧縮性能の向上を得るようにしている。
【０００７】
その反面、アルミニュウム材は鉄系材よりも機械的強度が低く、必要な剛性を保持することが困難である。そのため、あくまで機械的強度の高い鉄系材を用いて、重量の低減と回転質量の軽減化を得ることの要望が大である。
【０００８】
本発明は上記事情に着目してなされたものであり、その目的とするところは、ローラの素材としてたとえ鉄系材を選択しても、この重量を低減して回転質量を軽減化させ、圧縮性能の向上を図ったヘリカルブレード式圧縮機を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を満足するため本発明のヘリカルブレード式圧縮機は、円筒状のシリンダ、このシリンダ内に偏心配置されたローラ、このローラの周面に一端側から他端側に向かって漸次小さいピッチに形成された螺旋状の溝、この溝に突没自在に嵌め込まれるブレード、このブレードと上記シリンダおよびローラとの間に形成される複数の圧縮室を備えた圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する駆動部とを具備し、上記ローラは、その内部を内腔部とするとともに、端面にはローラ自転規制機構部品が嵌め込まれる溝部が設けられ、上記ローラの上記溝部に対向する外周端部位には、シール用突部が設けられる。
このような課題を解決する手段を採用することにより、本発明のヘリカルブレード式圧縮機では、ローラの重量を低減して回転質量の低減化が得られ、重量バランスが確実にとれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
図１は、ヘリカルブレード式圧縮機を示す。
このヘリカルブレード式圧縮機は、密閉ケース１内に回転軸２を介して連結される圧縮機構部３と、この圧縮機構部３を駆動する駆動部である電動機部４が収容されてなる。
【００１７】
上記圧縮機構部３は下部側に配置され、電動機部４は上部側に配置される。上記密閉ケース１の内底部には潤滑油が集溜される油溜り部５が形成され、上記圧縮機構部３の一部が潤滑油中に浸漬されている。
【００１８】
また、密閉ケース１の上端面部に吐出冷媒管６が接続され、かつ中間部側には吸込み冷媒管７が接続される。上記吐出冷媒管６から吸込み冷媒管７に亘って順次、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器（いずれも図示しない）が接続され、これらでたとえば空気調和機の冷凍サイクルが構成される。
【００１９】
つぎに、上記圧縮機構部３について詳述する。
図中８はシリンダであって、このシリンダ８の上端部に一体に設けられるフランジ部８ａが密閉ケース１の内周面に嵌め込まれ、密閉ケース１外周側からたとえばスポット溶接などの手段で取付け固定される。
【００２０】
上記シリンダ８の上端面と下端面は開口しており、上端開口部は主軸受け１０によって閉塞され、下端開口部は副軸受け１１によって閉塞される。上記主軸受け１０はシリンダ８上端のフランジ部８ａに取付け具１２を介して取付け固定され、上記副軸受け１１はシリンダ８下端に一体に設けられるフランジ部８ｂに取付け具１３を介して取付け固定される。
【００２１】
主軸受け１０は回転軸２の中途部を回転自在に枢支し、副軸受け１１は回転軸２の下端部を回転自在に枢支する。そして、副軸受け１１の下面部にはスラスト受け板１４が取付け具１５を介して取付けられていて、回転軸２の下端面を支持し、この重量を受けるようになっている。
【００２２】
回転軸２の主軸受け１０枢支部と副軸受け１１枢支部との間の部位には、回転軸２中心とは所定寸法だけ偏心した偏心クランク部２ａが一体に設けられるとともに、この偏心クランク部２ａと主軸受け１０枢支部との間には上部バランサ１６が設けられ、偏心クランク部２ａと副軸受け１１枢支部との間には下部バランサ１７が設けられる。
【００２３】
上記シリンダ８内にはローラ１８が偏心して配置されている。すなわち、上記ローラ１８の外周面一部がシリンダ８の内周面一部に軸方向に沿って転接するよう設計されている。しかも、ローラ１８の軸方向長さはシリンダ８の軸方向長さと一致していて、互いの転接長さは互いの軸方向全長に亘ることになる。
【００２４】
上記ローラ１８の素材は、たとえば鉄系材が選択されていて、その軸心に沿うほぼ中間部には回転軸２の偏心クランク部２ａにメタル１９を介して回転自在に嵌め込まれる枢支孔部ａが設けられる。
【００２５】
したがって、回転軸２が回転することにより偏心クランク部２ａに嵌め込まれるローラ１８は回転軸２に対して偏心回転する。これにともなって、ローラ１８とシリンダ８との転接部位はシリンダ８の周方向に沿って移動するようになっている。
【００２６】
上記ローラ１８の枢支孔部ａの上下部は、凹陥状に形成される内腔部２０，２１となっている。すなわち、ローラ１８は枢支孔部ａの両側に内腔部２０，２１を有することで円筒状に形成される。上部の内腔部２０には上部バランスウエイト１６と主軸受け１０の一部が収容され、下部の内腔部２１には下部バランスウエイト１７と副軸受け１１の一部が収容される。
【００２７】
副軸受け１１とローラ１８下端部との間には、ローラ自転規制機構であるオルダムリング機構２２が設けられていて、回転軸２の回転にともなうローラ１８の自転を規制して常に偏心公転運動に換えるように作用する。
【００２８】
上記ローラ１８の周面には、この下端部側から上端部側に亘って、徐々にピッチが小となる螺旋状の溝２３が設けられる。この螺旋状溝２３には、螺旋状のブレード２４が突没自在に嵌め込まれる。
【００２９】
上記ブレード２４は、たとえばフッ素樹脂材から成形され、極めて平滑な素材が選択される。この内径寸法は、ローラ１８直径よりも大に形成され、強制的に直径を縮小した状態で螺旋状溝２３に嵌め込まれている。その結果、ブレード２４がローラ１８ごとシリンダ８内に組み込まれた状態で、ブレード２４の外周面が常にシリンダ８の内周面に弾性的に当接するよう膨出変形する。
【００３０】
そして、回転軸２の回転にともなってシリンダ８内周面とローラ１８との転接部位はシリンダ８の周方向に沿って漸次移動するから、ブレード２４はこれらの転接部位が接近するのにともなって螺旋状溝２３内に没入し、転接部と対向した位置でブレード２４外周面はローラ１８周面と完全に同一面となる。
【００３１】
転接部位が通過すれば、ここからの距離に応じてブレード２４は螺旋状溝２３から突出し、転接部位とは軸心を介して１８０度対向する部位でブレード２４の突出長さが最大になる。このあとは再び転接部位に接近していくので、上述の作用を繰り返えすこととなる。
【００３２】
また、ローラ１８とシリンダ８とを径方向に断面してみると、ローラ１８に対してシリンダ８が偏心して覆い、かつローラ１８の周面一部にシリンダ８内周部が転接状態にあるところから、これらローラ１８とシリンダ８内周面との間に三日月状の空間部が形成される。
【００３３】
この空間部を軸方向に沿ってみると、螺旋状溝２３にブレード２４が嵌め込まれローラ１８周面にシリンダ８内周部が転接しているので、ローラ１８とシリンダ８内周面との間はブレード２４によって連続した複数の空間部に仕切られる。これら空間部を圧縮室２５と呼ぶ。上記螺旋状溝２３のピッチの設定から、各圧縮室２５の容積は下部側圧縮室２５から上部側圧縮室２５に亘って徐々に小となっている。
【００３４】
一方、シリンダ８の下端部周面に導入案内ポート２６が設けられ、上記吸込み冷媒管７が接続される。また、上記主軸受け１０に吐出案内ポート２７が貫通して設けられる。すなわち、上記導入案内ポート２６が吸込み冷媒管７と下端部の圧縮室２５とを連通し、上記吐出案内ポート２７は上端部の圧縮室２５と密閉ケース１内とを連通する。
【００３５】
先に説明したように、密閉ケース１の上端には吐出冷媒管６が貫通して設けられるところから、この吐出冷媒管６は密閉ケース１内を介して上記吐出案内ポート２７と連通する。このことから、最下部の圧縮室２５が吸込み部Ｓとなり、最上部の圧縮室が２５吐出部Ｄとなる。
【００３６】
上記電動機部４は、回転軸に嵌着されるロータ３０と、このロータ３０の周面に狭小の間隙を介して対向し、上記密閉ケース１の内周面に嵌着されるステータ３１とから構成される。
【００３７】
このようにして構成されるヘリカルブレード式圧縮機であり、電動機部４に通電してロータ３０とともに回転軸２を回転駆動する。回転軸２の回転力は、偏心クランク部２ａを介してローラ１８に伝達される。オルダムリング機構２２が作用してローラ１８の自転を規制するので、ローラ１８は偏心公転運動をなす。
【００３８】
上記ローラ１８の偏心公転運動にともなって、ローラ１８のシリンダ８に対する転接位置がシリンダ８の周方向に漸次移動し、ブレード２４は螺旋状溝２３に対して出入りしながらローラ１８の径方向に突没移動する。
【００３９】
これらの一連の作動により、蒸発器から低圧の冷媒ガスが吸込み冷媒管７と導入案内ポート２６を介して吸込み部Ｓをなす下部圧縮室２５に吸込まれる。そして、ローラ１８の運動にともなって上部側の圧縮室２５へ順次移送される。
【００４０】
上記各圧縮室２５の容積が下部側から上部側に亘って順次縮小しているので、冷媒ガスは各圧縮室２５を順次移送される間に圧縮され、最上端の圧縮室２５において所定圧まで高圧化する。
【００４１】
この圧縮室２５内の高圧ガスは、吐出案内ポート２７を介して密閉ケース１内に吐出される。この密閉ケース１に充満する高圧ガスは冷媒吐出管６から凝縮器へ吐出されて、周知の冷凍サイクル作用が行われる。
【００４２】
このように、シリンダ８内に偏心配置され回転軸２の回転にともなって公転運動をなすローラ１８は、その上下端部に内腔部２０，２１を形成したので、円柱状のものと比較して重量が低減し、よって回転質量が軽減する。
【００４３】
ローラ１８素材として、アルミニュウム材と比較して比重の大きな鉄系材を選択しても、上下部バランサ１６，１７をより小型にして重量バランスを確実にとることができ、圧縮性能の向上を図れる。
【００４４】
図２は、他の形態に係わるローラ１８Ａを示す。
すなわち、ローラ１８Ａの中間部に上記回転軸偏心クランク部２ａに枢支される枢支孔部ａが設けられ、この枢支孔部ａの両側部には内腔部２０，２１が設けられることを前提としている。
【００４５】
ここでは、上記吸込み部Ｓ側の内腔部２１において、螺旋状溝２３と対向しない部位をいわゆる肉ぬすみ加工をなして、この内径を螺旋状溝２３対向部分の内径よりも大にして薄肉状にした薄肉部２１Ａが形成される。
【００４６】
具体的には、図２（Ｂ）に示すように、螺旋状溝２３の１巻目と２巻目との間に亘って薄肉部２１Ａが設けられる。この薄肉部２１Ａの肉厚は螺旋状溝２３と対向する部位の肉厚とほぼ等しい。
【００４７】
このことにより、内腔部２１を備えた上に、さらに薄肉部２１Ａを有することになり、ローラ１８Ａの重量をより低減して、回転質量をより軽減化できる。そして、このローラ１８Ａの製造にあたって鋳物もしくは板金加工から成形すれば、機械加工よりも手間がかからずにすみ、よりコストの低減に寄与する。
【００４８】
なお、ローラ１８Ａにおいて上記吸込み部Ｓ側の内腔部２１端部直径（ΦＤｓ）は、吐出部Ｄ側の内腔部２０端部直径（ΦＤｄ）よりも、小さく（ΦＤｓ＜ΦＤｄ）形成されている。
【００４９】
すなわち、吸込み部Ｓ側の上記圧縮室２５には蒸発器で蒸発して低圧の冷媒が吸込まれる一方、この周囲は吐出部Ｄ側の圧縮室２５から吐出される高圧ガスが充満して高圧化し、差圧が大の状態になっている。
【００５０】
このような差圧の影響からシール性を確保するために、ローラ１８Ａの内腔部２０，２１において上記条件であるΦＤｓ＜ΦＤｄを満足するよう各内腔部２０，２１端部直径の設定をなしている。
【００５１】
また、特に図２（Ａ）に示すように、ローラ１８Ａの吸込み部Ｓ側端面には上記オルダムリング機構２２を構成するオルダムリング係合用溝部であるオルダム溝３２，３２が上下に対向して設けられる。
【００５２】
そして、少なくともこれらオルダム溝３２と対向するローラ１８Ａ外周端部は、それぞれ径方向に突出する突部３３が設けられている。図２（Ａ）では、対向するオルダム溝３２，３２と直交する方向のローラ１８Ａ外周端部にも突部３３が設けられているが、全く支障がない。
【００５３】
すなわち、先に説明したように吸込み部Ｓ側の圧縮室２５と、その周囲は差圧が大であり、ローラ１８Ａ端面におけるシール性を確保しなければならない。しかも、ローラ１８Ａ端面には上記オルダム溝３２を設けなければならないので、ローラ１８Ａ端面の面積が少なくなってしまう。
【００５４】
そこで、少なくともオルダム溝３２が設けられる部位にはローラ１８Ａ外周側に上記突部３３を設けて、ローラ端面の面積を増加し、シール面積をより大にしてシール性を確保する。
【００５５】
図３は、図２の変形例であるローラ１８Ｂを示す。
上記ローラ１８Ｂは、その両端部内径に上記回転軸に設けられる偏心クランク部に回転自在に枢支される枢支孔部ａ１，ａ２が設けられる。すなわち、ここでは図示していないが、偏心クランク部が所定間隔を存して２つ設けられる回転軸に対して適用されるローラ１８Ｂである。
【００５６】
ローラ１８Ｂ内径の枢支孔部ａ１，ａ２間には全長に亘って同一の薄肉状に形成される内腔部４０が設けられている。この内腔部４０は、先に図２（Ｂ）で説明したように螺旋状溝２３と対向しない部分を薄肉部となしたうえで、螺旋状溝２３と対向する部分まで薄肉状にして、全長に亘って薄肉状に形成される。
【００５７】
このことにより、ローラ１８Ｂの重量がより低減して、回転質量がより軽減化される。このローラの製造にあたって鋳物もしくは板金加工から成形すれば、機械加工よりも手間がかからずにすみ、よりコストの低減に寄与する。
【００５８】
図４および図５は、さらに他の形態に係わるヘリカルブレード式圧縮機と、その具体的な構成を示す。なお、先に図１で説明したヘリカルブレード式圧縮機の構成部品と同一部品については同番号を付して新たな説明は省略する。
【００５９】
ローラ１８に設けられる上下部内腔部２０，２１に油溜り部５に集溜される潤滑油が積極的に導かれるよう、スラスト受け板１４と副軸受け１１とに連通する給油孔部３５が設けられる。
【００６０】
また、回転軸２の下端部には油ポンプ３６が設けられていて、回転軸２の回転にともなって潤滑油を吸上げ、回転軸２の軸心に沿って設けられる給油路３７と、回転軸２の周部に設けられる油溝３８に給油するようになっている。これら給油路３７および油溝３８の中途部あるいは先端部は、部品相互の摺接面や上下部内腔部２０，２１に連通し、これら部位に給油するようになっている。
【００６１】
このようなヘリカルブレード式圧縮機であるから、圧縮作用にともなって各摺接部に給油されるとともに下部内腔部２１と上部内腔部２０に潤滑油が集溜する。特に、上下部内腔部２０，２１に集溜する潤滑油は、ローラ１８の公転運動による遠心力（回転数の２乗に比例）により、吐出案内ポート２７からシリンダ８外部へ飛び出す。
【００６２】
たとえばスラスト受け板１４と副軸受け１１とに給油孔部３５が設けられていない場合であると、低回転数においてはローラ１８の公転運動による遠心力が小さいので吐出案内ポート２７からシリンダ８外部へ出ていく油の量は内腔部２０，２１へ供給される油の量よりも少なくなり、各内腔部２０，２１に十分な量の油が溜まる。
【００６３】
一方、高回転数においてはローラ１８の公転運動による遠心力が大きいので、内腔部２０，２１へ供給される油の量よりも吐出案内ポート２７からシリンダ８外部へ出ていく量が多くなり、各内腔部２０，２１に潤滑油が溜まらない。
【００６４】
特に図５に示すように、バランスに考慮する油の量を下部内腔部２１に溜まる量とすると、ローラ１８は偏心量ｅで公転運動しているので、内腔部２１の油の不釣り合い量は、質量Ｑ×ｅとなる。
【００６５】
このような不釣り合い量に対応するよう、ここでは電動機部４を構成するロータ３０の上下端部に第１のロータバランサ３９ａと、第２のロータバランサ３９ｂを設けて釣り合いをとる。
【００６６】
したがって、低回転数から高回転数に亘る全回転数域においてバランスをとることができ、低振動化を得られ信頼性の向上を図れる。
図６以降は、さらに他の形態に係わるヘリカルブレード式圧縮機を示す。
【００６７】
図６に示すヘリカルブレード式圧縮機は、先に図１および図４で説明した軸方向を垂直方向に向けた縦形圧縮機と異なり、軸方向を水平方向に向けた横置き型圧縮機である。
【００６８】
したがって、水平方向に延出される回転軸２の一側部（図の右側）に圧縮機構部３が、他側部（図の左側）に駆動部である電動機部４が設けられ、横方向に長い密閉ケース１に収容される。
【００６９】
上記圧縮機構部３と電動機構部４は、軸方向が水平方向に向いてはいるが、後述するローラ１８Ｃを除いて基本的には先に説明したものと同一であり、ここでは同番号を付して新たな説明は省略する。
【００７０】
上記ローラ１８Ｃは、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように構成される。すなわち、ローラ１８Ｃの吐出部Ｄ側（枢支孔部ａの左側）に設けられる内腔部２０は変わりがないが、右側に設けられる内腔部２１Ｃは特徴がある。
【００７１】
この内腔部２１Ｃの開口端としてのローラ１８Ｃ端部側において、空間断面形状を円形となす。すなわち、ローラ１８Ｃの吸込み部Ｓ側端面には、上記オルダムリング機構２２用のオルダム溝３２が設けられていることは先に説明したとおりである。
【００７２】
はじめ図２（Ａ）に示すように、このオルダム溝３２の長さを可能な限り長くとるために、オルダム溝３２を内腔部２１側に突出させている。すなわち、上記内腔部２１の端面は完全な円形ではなく、オルダム溝３２が設けられる部分のみ突部が設けられる。
【００７３】
上記回転軸２に設けられるバランサ１７は、内腔部２１の直径にほぼ近い径となすことによりバランスがとれるが、この径に設定すると上記突部が邪魔して内腔部２１開口端から内部に挿入することができない。したがって、特異な形状にならざるを得ない。
【００７４】
そこで、この実施の形態では内腔部２１Ｃの断面形状を完全な円形としてバランサ１７の径を最大限とれるようにした。しかも、バランサ１７の形状が単純になり、回転軸２の回転にともなうバランサ１７の潤滑油攪拌による損失が低減する。また、内腔部２１Ｃの空間断面形状が簡素になることから、内腔部２１Ｃの油攪拌による損失の低減も得られる。よって圧縮機全体の騒音と振動の低減を図れる。
【００７５】
また、オルダム溝３２の必要な長さは、ローラ１８Ｃ端部に沿って外周方向に突出する突部４１を一体に設けることにより確保するので、何らの支障もない。そして、この突部４１を設けることにより副軸受け１１とのシール面積が増加してシール性が向上し、圧縮性能の向上につなげられる。
【００７６】
図８（Ａ）（Ｂ）に示すようなローラ１８Ｄであってもよい。
吸込み部Ｓ側の内腔部２１Ｄは、ローラ１８Ｄ端面においてその直径が絞られているが、断面円形であることは先に説明したものと同様である。ここでは、オルダム溝３２ａを突部４１外周面側から設けて、内腔部２１Ｄの開口端とは連通しない。
【００７７】
したがって、このローラ１８Ｄでは、先に図７で説明したローラ１８Ｃの効果に併せて、さらにシール面積の増大を得られることとなり、よってシール性が向上する。
【００７８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のヘリカルブレード式圧縮機によれば、ローラの素材としてたとえ鉄系材を選択しても、この重量を低減して回転質量を軽減化させ、圧縮性能の向上を得られるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係わるヘリカルブレード式圧縮機の断面図。
【図２】他の実施の形態に係わるローラの正面図と断面図。
【図３】さらに他の実施の形態に係わるローラの断面図。
【図４】さらに他の実施の形態に係わるヘリカルブレード式圧縮機の断面図。
【図５】同実施の形態の、圧縮機構部と電動機部を模式的に表した図。
【図６】さらに他の実施の形態に係わるヘリカルブレード式圧縮機の断面図。
【図７】同実施の形態の、ローラの正面図と断面図。
【図８】さらに他の実施の形態の、ローラの正面図と断面図。
【符号の説明】
８…シリンダ、
１８…ローラ、
２３…螺旋状溝、
２４…ブレード、
２５…圧縮室、
３…圧縮機構部、
４…駆動部（電動機部）、
２０，２１…内腔部、
２１Ａ…薄肉部、
３３…シール用突部、
２２…ローラ自転規制機構（オルダムリング機構）。
【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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