(57)【要約】【課題】吐出過程が終わってからピストン１０６が上死点に至るまでに作動室に残ってしまった高圧作動流体の過圧縮と、ピストン１０６が上死点に達してから吸入過程が始まるまでに微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象とを同時に防止できない。【解決手段】ベーン１０７の先端には、１０７の吸入孔１０５ｂ側にベーン先端溝１０７ａ、吐出孔１０４ａ側に１０７ｂを設け、上軸受１０４のベーン溝１０５ａに蓋をする部分には連結溝１０４ｂを設ける。ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂは、ベーン１０７が最も押し込められる状態（上死点）の前後で連通するように設置位置を決める。【選択図】図２
2009197702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒面を有するシリンダと、
偏心部を有するシャフトと、
前記偏心部に嵌合し、前記シリンダの内側で偏心回転するピストンと、
前記シリンダに設けられた溝に嵌合するとともに先端側が前記ピストンと接することにより、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間を、吸入側空間と吐出側空間とに仕切るベーンと、
前記シャフトを保持する円筒状の軸受部を有し、前記シリンダと前記ピストンと前記ベーンとを前記シャフトの軸方向から挟持する２つの軸受部材と、を備え、
前記ベーンには、前記軸受部材に面する表面かつ先端側にベーン先端溝が形成され、前記軸受部材には、前記ベーンの上死点の付近において前記ベーン先端溝と連通する連結溝が形成された、ロータリ型流体機械。
【請求項２】
前記ベーン先端溝は、２つの軸受部材に面する少なくとも１つの表面に設けられている、請求項１に記載のロータリ型流体機械。
【請求項３】
円筒面を有するシリンダと、
偏心部を有するシャフトと、
前記偏心部に嵌合し、前記シリンダの内側で偏心回転するピストンと、
前記シリンダに設けられた溝に嵌合するとともに先端側が前記ピストンと接することにより、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間を、吸入側空間と吐出側空間とに仕切るベーンと、
前記シャフトを保持する円筒状の軸受部を有し、前記シリンダと前記ピストンと前記ベーンとを前記シャフトの軸方向から挟持する２つの軸受部材と、を備え、
前記ベーンの側面の先端側には、ベーン先端溝が形成され、前記ベーン溝には、前記ベーン先端溝と連通するようベーン溝側面溝が形成され、前記軸受部材には、前記ベーンの上死点の付近において前記ベーン側面溝と連通する連結溝が形成された、ロータリ型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリ型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータリ型流体機械の一種として、冷凍サイクルの圧縮過程などに用いられる、ローリングピストン型圧縮機や揺動ピストン型圧縮機が知られている。
【０００３】
図４Ａ、図４Ｂは、ローリングピストン型圧縮機の作動室における、ベーン１０７の近傍を拡大した図である。図１に示されるシャフト１０３は、シリンダ１０５を貫通し、軸受によって回転自在に支持されている。シャフト１０３には、偏心部１０３ａが設けられ、偏心部１０３ａにはピストン１０６が嵌合している。シリンダ１０５には、図２に示されるベーン溝１０５ａが形成されており、ベーン１０７が往復動自在に保持されている。シリンダ１０５とピストン１０６により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材であるベーン１０７により、吸入側空間の作動室１１０ａと吐出側空間の１１０ｂとに区画される。図４Ａ、図４Ｂにおいて、シャフト１０３とピストン１０６は時計回りに回転する。作動流体は、吸入側空間の作動室１１０ａに通じる吸入孔１０５ｂから吸入され、ピストン１０６の回転に伴って高圧に圧縮されたのち、吐出側空間の作動室１１０ｂに通じる吐出孔１０４ａから吐出される。
【０００４】
図４Ａは、吐出孔１０４ａから高圧作動流体を吐出する吐出過程が終了する以降かつベーン１０７が最も押し込められる瞬間（上死点）以前の状態における、ローリングピストン型圧縮機の作動室を示す。この状態においては、作動室１１０ｂが吸入孔１０５ｂおよび吐出孔１０４ａのどちらにも連通していない。そのため、吐出過程が終わっても高圧作動流体の一部が作動室１１０ｂに残ってしまうと、この高圧作動流体は、シャフト１０３の回転に伴ってさらに高圧に圧縮（過圧縮）されることになり、モータ１０１に余分な負荷をかけることになる。この結果、ローリングピストン型圧縮機１００の効率を下げる要因となる。
【０００５】
図４Ｂは、ベーン１０７が最も押し込められる瞬間（上死点）以降かつ作動室１１０ａが吸入孔１０５ｂと連通する以前の状態における、ローリングピストン型圧縮機の作動室を示している。この状態においては、作動室１１０ａが吸入孔１０５ｂおよび吐出孔１０４ａのどちらにも連通していない。ピストン１０６が上死点に達した状態では、作動室１１０ａの容積は非常に小さくなっており、作動室１１０ａ内に存在する作動流体は微量である。そのため、作動室１１０ａが吸入孔１０５ｂと連通するまでは、この微量の作動流体がシャフト１０３の回転に伴って強制的に膨張させられることになり、モータ１０１は作動流体を膨張させるだけの仕事を余分にすることになる。この結果、ローリングピストン型圧縮機１００の効率を下げる要因となる。
【０００６】
作動室１１０ｂに残ってしまった高圧作動流体の過圧縮を防ぐ技術として、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。図５は、特許文献１のおけるベーン１０７の近傍を拡大した図である。特許文献１に開示された技術によれば、作動室１１０ｂに残ってしまった作動流体を、ベーン１０７を跨がない最も近接した孔（図５では吐出孔１０４ａ）に常に流出させるシリンダ側溝１０５ｃを設けることにより、作動流体の過圧縮を防ぐことができる。
【特許文献１】特開２００６−９７６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術では、吐出過程が終わってからピストン１０６が上死点に至るまでに作動室１１０ｂに残ってしまった高圧作動流体の過圧縮を防ぐ効果はあるものの、ピストン１０６が上死点に達してから作動室１１０ａが吸入孔１０５ｂと連通するまでに微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象の回避については解決しておらず、ローリングピストン型圧縮機１００の効率を下げる要因は残されたままであった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、吐出過程が終わってからピストンが上死点に至るまでに作動室に残ってしまった高圧作動流体の過圧縮と、ピストンが上死点に達してから吸入過程が始まるまでに微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象とを防止することができる、ロータリ型流体機械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】
上述した課題を解決するために、本発明は、円筒面を有するシリンダと、偏心部を有するシャフトと、前記偏心部に嵌合し、前記シリンダの内側で偏心回転するピストンと、前記シリンダに設けられた溝に嵌合するとともに先端側が前記ピストンと接することにより、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間を、吸入側空間と吐出側空間とに仕切るベーンと、前記シャフトを保持する円筒状の軸受部を有し、前記シリンダと前記ピストンと前記ベーンとを前記シャフトの軸方向から挟持する２つの軸受部材と、を備え、前記ベーンには、前記軸受部材に面する表面かつ先端側にベーン先端溝が形成され、前記軸受部材には、前記ベーンの上死点の付近において前記ベーン先端溝と連通する連結溝が形成された、ロータリ型流体機械を提供する。
【００１０】
また、本発明は、円筒面を有するシリンダと、偏心部を有するシャフトと、前記偏心部に嵌合し、前記シリンダの内側で偏心回転するピストンと、前記シリンダに設けられた溝に嵌合するとともに先端側が前記ピストンと接することにより、前記シリンダと前記ピストンとの間の空間を、吸入側空間と吐出側空間とに仕切るベーンと、前記シャフトを保持する円筒状の軸受部を有し、前記シリンダと前記ピストンと前記ベーンとを前記シャフトの軸方向から挟持する２つの軸受部材と、を備え、前記ベーンの側面の先端側には、ベーン先端溝が形成され、前記ベーン溝には、前記ベーン先端溝と連通するようベーン溝側面溝が形成され、前記軸受部材には、前記ベーンの上死点の付近において前記ベーン側面溝と連通する連結溝が形成された、ロータリ型流体機械を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のロータリ型流体機械によれば、吐出過程が終わってからピストンが上死点に至るまでに作動室に残ってしまった高圧作動流体の過圧縮と、ピストンが上死点に達してから吸入過程が始まるまでに微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象とを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかるローリングピストン型圧縮機１００の構成を示す縦断面図である。図２は図１のローリングピストン型圧縮機のＤ１−Ｄ１線における横断面図である。
【００１４】
モータ１０１は、密閉容器１０２に固定されたステータ１０１ａと、シャフト１０３に固定されたロータ１０１ｂからなる。シャフト１０３は、シリンダ１０５を貫通し、上軸受１０４、下軸受１０９によって回転自在に支持されている。シャフト１０３には、偏心部１０３ａが設けられ、偏心部１０３ａにはシリンダ１０５の内部に配置されたピストン１０６が嵌合する。
【００１５】
シリンダ１０５には、ベーン溝１０５ａが形成されている。ベーン溝１０５ａにおいて往復動自在に保持されたベーン１０７は、背面側に設けたばね１０８のばね力、および、差圧力により、先端側がピストン１０６に密着している。シリンダ１０５とピストン１０６により形成される三日月形状の空間は、仕切り部材であるベーン１０７により吸入側空間の作動室１１０ａと吐出側空間の１１０ｂに区画される。シリンダ１０５に設けられた吸入孔１０５ｂは作動室１１０ａに連通しており、上軸受１０４に設けられた吐出孔１０４ａは作動室１１０ｂに連通している。また、吐出孔１０４ａにおいて、作動室１１０ｂとは反対側には吐出バルブ１１０（図示せず）が設けられている。
【００１６】
ベーン１０７の先端には、吸入孔１０５ｂ側にベーン先端溝１０７ａが設けられ、吐出孔１０４ａ側に１０７ｂが設けられている。上軸受１０４の下面かつベーン溝１０５ａに蓋をする部分には、連結溝１０４ｂが設けられている。ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂは、ベーン１０７の上面（上軸受１０４側）と下面（下軸受１０９側）の少なくとも一方に設けられる必要がある。溝の深さ（図２における紙面に垂直な方向距離）については、特に制限はなく、上面から下面に繋がっていても構わない。しかしながら、ベーン上面と上軸受１０４との間、もしくはベーン下面と下軸受１０９との間の、作動流体漏れに対するシール性の劣化を最小限に留めるため、ベーン溝１０７ａ、１０７ｂはベーン１０７上下面のどちらか一方のみに設けることが望ましい。また、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂは、ベーン１０７が最も押し込められる状態（上死点）の付近で、連結溝１０４ｂと連通するように設定されている。換言すれば、上死点の付近以外においては、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂは、連結溝１０４ｂと非連通となっている。
【００１７】
低圧の作動流体は、吸入管１２０から吸入孔１０５ｂを経て、シリンダ１０５の作動室１１０ａに吸入される。図２において、シャフト１０３は時計回りに回転し、シャフト１０３の回転運動に伴って作動室１１０ａの容積は拡大する。やがて、作動室１１０ａは、作動室１１０ｂへと移行し、吸入行程が終了する。作動室１１０ｂの容積は、シャフト１０３の回転運動に伴って減少し、作動流体は圧縮される。作動室１１０ｂ内の作動流体の圧力が、作動室１１０ｂから見て吐出バルブ１１０を隔てた作動室外側の作動流体の圧力よりも高くなると、吐出バルブ１１０が開き、吐出孔１０４ａから作動流体が密閉容器１０２内に吐出される。
【００１８】
図３Ａ，図３Ｂは、ベーン１０７の付近を拡大した図である。
【００１９】
図３Ａは、吐出孔１０４ａから高圧作動流体を吐出する吐出過程が終了する以降かつベーン１０７が最も押し込められる瞬間（上死点）以前の状態における、ローリングピストン型圧縮機の作動室を示す。
【００２０】
図３Ｂは、ベーン１０７が最も押し込められる瞬間（上死点）以降かつ作動室１１０ａが吸入孔１０５ｂと連通する以前の状態における、ローリングピストン型圧縮機の作動室を示している。
【００２１】
図３Ａの状態において、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂおよび連結溝１０４ｂは連通している。このため、吐出孔１０４ａとの連通が途切れて高圧作動流体の一部が作動室１１０ｂに残ってしまったとしても、この高圧作動流体は、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂを通って、作動室１１０ａに移動することができる。すなわち、作動室１１０ｂに残ってしまった高圧作動流体の過圧縮を防ぐことができる。
【００２２】
図３Ｂの状態においても、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂとが連通する状態は保たれている。このため、ピストン１０６が上死点に達してから吸入過程が始まるまでに、微量の作動流体が強制的に膨張させられる作用が働いたとしても、作動室１１０ｂの作動流体の一部は、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂを通って、作動室１１０ａに移動することが可能である。すなわち、微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象を防ぐことができる。
【００２３】
次に、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂの長さと、連結溝１０４ｂの位置の決定方法について述べる。シリンダ１０５の中心に原点Ｏを取り、ピストン１０６が上死点に達している状態のシャフト１０３の回転角θを０°とする。また、原点Ｏからθ＝０°の方向にｘ軸を取る。作動流体の吐出が完了するシャフト１０３の回転角をθde、作動流体の吸入が開始する回転角をθｓｓとする。ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂの長さは同じであることが望ましく、かつ、連結溝１０４ｂはベーン１０７の長手方向に対して垂直に設けることが望ましい。ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂの長さを同じにし、連結溝１０４ｂの設置位置をベーン１０７の長手方向に対して垂直とするのは、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂとで形成される作動流体の流路長が最短になるためである。
【００２４】
ピストン１０６が上死点に達している状態（θ＝０°）で、原点０からベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂの最も原点０から離れた部分までの距離を、それぞれ、Ｘｖａ、Ｘｖｂとする。また、連結溝１０４ｂの幅を２ｂ、連結溝１０４ｂの中心線の位置をｘ＝Ｘｃとすると、連結溝１０４ｂは、Ｘｃ−ｂ＜ｘ＜Ｘｃ＋ｂの領域に存在することになる。
【００２５】
ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂは、ピストン１０６が上死点に達した状態では連通している、シャフト１０３が上死点（θ＝０）から時計回りに回転すると考えると、θ＜θｓｓ、では、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂは連通しており、θ＝θｓｓで連通が途絶え、θｓｓ＜θ＜θdeでは、連通が途絶えた状態を保つ。そしてθ＝θｓｓで再びベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂが連通し、θ＞θｄｅでは連通が維持される。すなわち、幾何学的には下記の数式を満たすよう、Ｘｖａ，Ｘｖｂ、Ｘｃ，ｂを設定すればよい。
【００２６】
（数１）  Ｘｖａ−Ｒｃ（１−ｃｏｓθｓｓ）＝Ｘｃ−ｂ
（数２）  Ｘｖｂ−Ｒｃ（１−ｃｏｓθde）＝Ｘｃ−ｂ
また、Ｘｃに関しては、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂと連結溝１０４ｂと連通していないときでも、ベーン１０７の先端から連結溝１０４ｂに至るシール性が十分に保たれるよう、下記の数式を満たすように設定する。
【００２７】
（数３）  Ｘｃ−ｂ＞Ｒｃ＋α
数３において、αはシール長である。
【００２８】
以上説明したことから明らかなように、本実施形態の圧縮機では、吐出過程が終わってからピストン１０６が上死点に至るまでに作動室に残ってしまった高圧作動流体の過圧縮と、ピストン１０６が上死点に達してから吸入過程が始まるまでに微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象とを防止することができる。したがって、ローリングピストン型圧縮機１００の効率を向上させることができる。
【００２９】
（第２実施形態）
本実施形態では、ベーン１０７に設けるベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂの位置が異なる。第１実施形態では、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂは、ベーン１０７の上下面の少なくとも一方に設けたが、本実施形態では、ベーン１０７の上下面には設けず、ベーン１０７の側面に設ける。作動室１１０ｂの高圧作動流体は、圧力差により、ベーン１０７の上面と上軸受１０４との間の隙間と、ベーン１０７の下面と下軸受１０９との間の隙間から、作動室１１０ａ側に漏れる。ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂをベーン１０７の側面に設けることにより、ベーン１０７の上下面の漏れ方向長さ、すなわち、ベーン１０７の幅を縮小させることがないため、ベーン１０７の上面と上軸受１０４との間の隙間と、ベーン１０７の下面と下軸受１０９との間の隙間における作動流体漏れに対するシール性が劣化しないという利点を有する。
【００３０】
また、シリンダ１０５のベーン溝１０５ａには、連結溝１０４ｂと連絡するよう、ベーン溝側面溝１０５ｃが形成されており、ベーン１０７が所定の位置に達すると、ベーン先端溝１０７ａ、１０７ｂ、連結溝１０４ｂ、ベーン溝側面溝１０５ｃがすべて連通し、実施形態１と同様、作動室１１０ｂに残ってしまった高圧作動流体の過圧縮と、ピストン１０６が上死点に達してから吸入過程が始まるまでに、微量の作動流体が強制的に膨張させられる現象とを同時に防止することができる。
【００３１】
また、ベーン１０７の上下面に溝を設けないため、第１実施形態に比べ、ベーン１０７の上面と上軸受１０４との間、もしくはベーン１０７の下面と下軸受１０９との間の作動流体漏れに対するシール性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、流体を圧縮する圧縮機または流体を膨張させる膨張機について有用であり、例えば、冷凍装置、空気調和装置、給湯器等の冷媒回路に設けられた圧縮機、膨張機、膨張機一体型圧縮機等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来のローリングピストン型圧縮機１００の構成を示す縦断面図
【図２】図１のローリングピストン型圧縮機のＤ１−Ｄ１線における横断面図
【図３Ａ】圧縮機１００において、ベーン１０７付近を拡大した図
【図３Ｂ】圧縮機１００において、ベーン１０７付近を拡大した図
【図４Ａ】従来のローリングピストン型圧縮機の作動室の一部を拡大した図
【図４Ｂ】従来のローリングピストン型圧縮機の作動室の一部を拡大した図
【図５】特許文献１のローリングピストン型圧縮機の作動室の一部を拡大した図
【符号の説明】
【００３４】
１００    圧縮機
１０１    モータ
１０１ａ    ステータ
１０１ｂ    ロータ
１０２    密閉容器
１０３    シャフト
１０４    上軸受
１０４ａ    吐出孔
１０４ｂ    連結溝
１０５    シリンダ
１０５ａ    吸入孔
１０５ｂ    ベーン溝
１０６    ピストン
１０７    ベーン
１０７ａ    ベーン先端溝（吸入孔側）
１０７ｂ    ベーン先端溝（吐出孔側）
１０８    ベーンばね
１０９    下軸受
【図１】
2009197702.tif 000003
【図２】
2009197702.tif 000004
【図３Ａ】
2009197702.tif 000005
【図３Ｂ】
2009197702.tif 000006
【図４Ａ】
2009197702.tif 000007
【図４Ｂ】
2009197702.tif 000008
【図５】
2009197702.tif 000009