目次

第１章 まえがき…………………………………………………………………………………………1
1.1 冷凍サイクル ……………………………………………………………………………………1
1.1.1 冷凍とは ………………………………………………………………………………………1
1.1.2 サイクルとは …………………………………………………………………………………1
1.1.3 蒸気圧縮式冷凍サイクル ……………………………………………………………………1
1.2 圧縮機の役割 ……………………………………………………………………………………2
1.3 圧縮機の歴史（黎明期）…………………………………………………………………………2
1.4 圧縮機の分類 ……………………………………………………………………………………3
第 2 章 基礎理論…………………………………………………………………………………………6
2.1 圧縮理論 …………………………………………………………………………………………6
2.1.1 逆カルノーサイクル …………………………………………………………………………6
2.1.2 Ph 線図 ………………………………………………………………………………………6
2.1.3 断熱圧縮 ………………………………………………………………………………………92.1.4 エネルギー式 ……………………………………………………………………………… 11
2.1.5 漏れ ………………………………………………………………………………………… 12
2.2 機械力学的解析 ……………………………………………………………………………… 16
2.2.1 機構の運動 ………………………………………………………………………………… 16
2.2.2 エネルギー式と機械効率 ………………………………………………………………… 17
2.2.3 圧縮機本体の加振力と振動 ……………………………………………………………… 17
2.3 潤滑理論 ……………………………………………………………………………………… 18
2.3.1 Reynolds の基礎方程式 …………………………………………………………………… 18
2.3.2 平均流れモデルによる修正 Reynolds 方程式 ………………………………………… 19
2.3.3 接触理論 …………………………………………………………………………………… 19
2.3.4 ジャーナル軸受 …………………………………………………………………………… 20
2.3.5 スラスト軸受 ……………………………………………………………………………… 23
2.3.6 転がり軸受 ………………………………………………………………………………… 25
2.4 圧縮機の効率 ………………………………………………………………………………… 26
2.5 冷媒 …………………………………………………………………………………………… 28
2.5.1 冷媒の歴史 ………………………………………………………………………………… 28
2.5.2 冷媒に必要な特性 ………………………………………………………………………… 29
2.5.3 冷媒の種類 ………………………………………………………………………………… 29
2.5.4 冷媒の呼び方 ……………………………………………………………………………… 29
2.5.5 主要な冷媒の比較 ………………………………………………………………………… 30
2.5.6 各種冷媒の用途 …………………………………………………………………………… 31
2.5.7 冷媒の安全性 ……………………………………………………………………………… 31
2.5.8 安全対策 …………………………………………………………………………………… 32
第 3 章 レシプロ圧縮機……………………………………………………………………………… 34
3.1 レシプロ圧縮機の歴史 ……………………………………………………………………… 34
3.2 動作原理と特徴 ……………………………………………………………………………… 34
3.2.1 圧縮動作 …………………………………………………………………………………… 34

3.2.2 理論行程容積 ……………………………………………………………………………… 36
3.3 圧縮機の構造 ………………………………………………………………………………… 36
3.3.1 運動変換機構 ……………………………………………………………………………… 36
3.3.2 懸架機構 …………………………………………………………………………………… 37
3.3.3 給油機構 …………………………………………………………………………………… 38
3.3.4 弁機構 ……………………………………………………………………………………… 39
3.3.5 ピストンリング …………………………………………………………………………… 40
3.3.6 吐出マフラー ……………………………………………………………………………… 40
3.3.7 軸封機構 …………………………………………………………………………………… 41
3.3.8 容量制御機構 ……………………………………………………………………………… 43
3.4 機械力学的解析 ……………………………………………………………………………… 43
3.4.1 機械力学的解析 …………………………………………………………………………… 43
3.4.2 エネルギー式と機械効率 ………………………………………………………………… 45
3.4.3 圧縮機本体の加振力と振動 ……………………………………………………………… 46
3.5 用途と性能 …………………………………………………………………………………… 48
3.6 その他の機構 ………………………………………………………………………………… 49
3.6.1 ボールジョイント式 ……………………………………………………………………… 49
3.6.2 2 シリンダ式 ……………………………………………………………………………… 49
3.6.3 2 段圧縮 …………………………………………………………………………………… 49
3.6.4 リニアモータ駆動 ………………………………………………………………………… 50
第 4 章 ロータリ圧縮機……………………………………………………………………………… 51
4.1 ロータリ圧縮機の歴史 ……………………………………………………………………… 51
4.2 動作原理と特徴 ……………………………………………………………………………… 52
4.2.1 圧縮動作 …………………………………………………………………………………… 52
4.2.2 理論容積 …………………………………………………………………………………… 53
4.3 圧縮機各部の構造と設計 …………………………………………………………………… 53
4.3.1 基本構造 …………………………………………………………………………………… 53
4.3.2 クランク軸 ………………………………………………………………………………… 54
4.3.3 軸受 ………………………………………………………………………………………… 54
4.3.4 ローリングピストン ……………………………………………………………………… 55
4.3.5 ベーン ……………………………………………………………………………………… 55
4.3.6 シリンダ …………………………………………………………………………………… 56
4.3.7 吐出弁 ……………………………………………………………………………………… 56
4 .4 機械力学的解析 ……………………………………………………………………………… 57
4.4.1 機構とその動き …………………………………………………………………………… 57
4.4.2 機構の拘束力と運動方程式 ……………………………………………………………… 57
4.4.3 エネルギー式と機械効率 ………………………………………………………………… 60
4.4.4 圧縮機本体の加振力と振動 ……………………………………………………………… 60
4.5 用途と性能 …………………………………………………………………………………… 61
4.5.1 高温用ロータリ圧縮機 …………………………………………………………………… 61
4.5.2 低温用ロータリ圧縮機 …………………………………………………………………… 64
4.5.3 中温用ロータリ圧縮機 …………………………………………………………………… 65
4.6 その他の機構 ………………………………………………………………………………… 66
4.6.1 2 シリンダ型 ……………………………………………………………………………… 66

4.6.2 スイング圧縮機 …………………………………………………………………………… 67
4.6.3 液インジェクション ……………………………………………………………………… 68
4.6.4 容量制御 …………………………………………………………………………………… 69
4.6.5 2 段圧縮機 ………………………………………………………………………………… 71
4.6.6 中間圧シェルを持つ 2 段圧縮機 ………………………………………………………… 72
4.7 給油と油分離 ………………………………………………………………………………… 72
4.7.1 縦型ロータリの給油機構 ………………………………………………………………… 72
4.7.2 横置きロータリの給油機構 ……………………………………………………………… 73
4.7.3 ロータリ圧縮機の油分離 ………………………………………………………………… 74
4.8 ロータリ圧縮機の騒音と振動 ……………………………………………………………… 75
4.8.1 加振力と振動低減方法 …………………………………………………………………… 75
4.8.2 トルク制御による振動低減 ……………………………………………………………… 76
4.8.3 ロータリ圧縮機の騒音 …………………………………………………………………… 77
4.9 ロータリ圧縮機の生産技術 ………………………………………………………………… 79
4.9.1 高精度加工技術 …………………………………………………………………………… 79
4.9.2 高精度組立て技術 ………………………………………………………………………… 79
第 5 章 スクロール圧縮機…………………………………………………………………………… 83
5.1 スクロール圧縮機の歴史 …………………………………………………………………… 83
5.2 動作原理と特徴 ……………………………………………………………………………… 83
5.2.1 動作原理 …………………………………………………………………………………… 83
5.2.2 スクロールラップの形状 ………………………………………………………………… 84
5.2.3 その他のスクロール形状 ………………………………………………………………… 86
5.3 圧縮機各部の構造と設計 …………………………………………………………………… 87
5.3.1 圧縮機構 …………………………………………………………………………………… 87
5.3.2 駆動機構に作用する荷重とモーメント ………………………………………………… 88
5.3.3 気密機構 …………………………………………………………………………………… 89
5.3.4 圧縮機の構造 ……………………………………………………………………………… 90
5.4 機械力学的解析 ……………………………………………………………………………… 91
5.4.1 作用する力と運動方程式 ………………………………………………………………… 91
5.4.2 エネルギー式と機械効率 ………………………………………………………………… 93
5.5 その他の機構 ………………………………………………………………………………… 94
5.5.1 容量制御 …………………………………………………………………………………… 94
5.5.2 インジェクション ………………………………………………………………………… 94
5.6 用途と特性 …………………………………………………………………………………… 94
5.7 スクロール圧縮機の生産技術 …………………………………………………………………… 96
5.7.1 スクロール加工法 ………………………………………………………………………… 96
5.7.2 形状精度管理 ……………………………………………………………………………… 96
5.8 選定・使用上の注意 ………………………………………………………………………… 96
第 6 章 ツインスクリュー圧縮機…………………………………………………………………… 99
6.1 ツインスクリュー圧縮機の歴史 …………………………………………………………… 99
6.2 作動原理と基本構造 …………………………………………………………………………100
6.2.1 作動原理 ……………………………………………………………………………………100
6.2.2 基本構造 ……………………………………………………………………………………101

6.2.3 無給油式と油噴射式 ………………………………………………………………………102
6.2.4 半密閉型と開放型 …………………………………………………………………………103
6.3 ロータ歯形 ……………………………………………………………………………………104
6.3.1 ロータ歯形の基礎と変遷 …………………………………………………………………104
6.3.2 歯形修整 ……………………………………………………………………………………105
6.3.3 ロータ歯数 …………………………………………………………………………………106
6.3.4 つる巻き角 …………………………………………………………………………………106
6.3.5 L/D m と心間距離 …………………………………………………………………………107
6.3.6 シール線と内部漏れ通路 …………………………………………………………………107
6.3.7 行程容積 ……………………………………………………………………………………109
6.4 圧縮機各部の構造と設計 ……………………………………………………………………109
6.4.1 スクリューロータ …………………………………………………………………………109
6.4.2 ロータケーシング …………………………………………………………………………109
6.4.3 インレットハウジング ……………………………………………………………………110
6.4.4 アウトレットハウジング …………………………………………………………………110
6.4.5 吸入ポート …………………………………………………………………………………110
6.4.6 吐出ポート …………………………………………………………………………………110
6.4.7 その他のポート ……………………………………………………………………………111
6.4.8 軸受 …………………………………………………………………………………………111
6.4.9 軸封装置 ……………………………………………………………………………………113
6.4.10 給油機構 …………………………………………………………………………………115
6.4.11 容量制御機構 ……………………………………………………………………………117
6.4.12 バランスピストン ………………………………………………………………………120
6.5 機械力学的解析 ………………………………………………………………………………120
6.5.1 機構の運動と拘束力および運動方程式 …………………………………………………120
6.5.2 エネルギー式と機械効率 …………………………………………………………………122
6.5.3 圧縮機本体の加振力と振動 ………………………………………………………………122
6.5.4 曲げとねじりの危険速度 …………………………………………………………………123
6.6 特性と用途 ……………………………………………………………………………………124
6.6.1 性能特性 ……………………………………………………………………………………124
6.6.2 容量 - 圧力レンジ …………………………………………………………………………128
6.6.3 単段圧縮と多段圧縮 ………………………………………………………………………128
6.6.4 主な用途 ……………………………………………………………………………………129
6.7 振動と騒音 ……………………………………………………………………………………130
6.7.1 振動特性 ……………………………………………………………………………………130
6.7.2 騒音特性 ……………………………………………………………………………………133
6.8 生産技術 ………………………………………………………………………………………134
6.8.1 スクリューロータの加工方法 ……………………………………………………………134
6.8.2 スクリューロータの加工精度管理 ………………………………………………………137
第 7 章 シングルスクリュー圧縮機…………………………………………………………………140
7.1 シングルスクリュー圧縮機の歴史 …………………………………………………………140
7.2 基本機構と作動原理 …………………………………………………………………………140
7.2.1 圧縮機構 ……………………………………………………………………………………140
7.2.2 作動原理 ……………………………………………………………………………………140

7.2.3 シングルスクリュー圧縮機の基本構造 …………………………………………………141
7.2.4 半密閉型と開放型 …………………………………………………………………………143
7.3 圧縮機各部の構造と設計 ……………………………………………………………………143
7.3.1 シャフト ……………………………………………………………………………………143
7.3.2 スクリューロータ …………………………………………………………………………143
7.3.3 ゲートロータ ………………………………………………………………………………144
7.3.4 吐出ポート …………………………………………………………………………………144
7.3.5 軸受 …………………………………………………………………………………………144
7.3.6 軸封装置 ……………………………………………………………………………………144
7.3.7 ケーシング …………………………………………………………………………………144
7.3.8 容量制御機構 ………………………………………………………………………………145
7.3.9 油分離器 ……………………………………………………………………………………146
7.4 ロータ歯形 ……………………………………………………………………………………146
7.4.1 ロータ歯形 …………………………………………………………………………………146
7.4.2 ロータ歯数 …………………………………………………………………………………147
7.4.3 シングルスクリュー圧縮機の理論容積 …………………………………………………147
7.4.4 新型スクリュー歯形 ………………………………………………………………………148
7.5 性能および騒音 ………………………………………………………………………………149
7.5.1 効率特性 ……………………………………………………………………………………149
7.5.2 騒音特性 ……………………………………………………………………………………150
7.6 その他の機構 …………………………………………………………………………………150
7.6.1 油噴射冷却方式 ……………………………………………………………………………150
7.6.2 液冷媒噴射冷却方式 ………………………………………………………………………150
7.6.3 エコノマイザサイクル ……………………………………………………………………150
第 8 章 カーエアコン用圧縮機………………………………………………………………………152
8.1 カーエアコンの歴史 …………………………………………………………………………152
8.2 カーエアコンシステム ………………………………………………………………………153
8.2.1 カーエアコンシステムの特徴 ……………………………………………………………153
8.2.2 カーエアコン用圧縮機の種類 ……………………………………………………………155
8.2.3 動力伝達機構 ………………………………………………………………………………155
8.3 アキシャル式圧縮機 …………………………………………………………………………156
8.3.1 揺動板式圧縮機 ……………………………………………………………………………156
8.3.2 斜板式圧縮機 ………………………………………………………………………………160
8.3.3 可変容量圧縮機 ……………………………………………………………………………163
8.3.4 アキシャル式圧縮機の振動と騒音 ………………………………………………………171
8.4 スクロール圧縮機 ……………………………………………………………………………173
8.4.1 スクロール圧縮機の歴史 …………………………………………………………………173
8.4.2 カーエアコン用スクロール圧縮機の構造と特徴 ………………………………………173
8.4.3 スラスト軸受構造 …………………………………………………………………………175
8.4.4 容量制御機構 ………………………………………………………………………………176
8.4.5 トルク変動とベルト寿命 …………………………………………………………………177
8.5 ロータリベーン圧縮機 ………………………………………………………………………177
8.5.1 動作原理 ……………………………………………………………………………………177
8.5.2 理論容積 ……………………………………………………………………………………178

8.5.38.5.4

基本構造 ……………………………………………………………………………………179
機械力学的解析 ……………………………………………………………………………181

第 9 章 冷凍機油………………………………………………………………………………………187
9.1 冷凍機油の種類 ………………………………………………………………………………187
9.1.1 鉱油系冷凍機油 ……………………………………………………………………………187
9.1.2 ＡＢ系冷凍機油 ……………………………………………………………………………188
9.1.3 ＰＡＧ系冷凍機油 …………………………………………………………………………188
9.1.4 ＰＶＥ系冷凍機油 …………………………………………………………………………189
9.1.5 ＰＯＥ系冷凍機油 …………………………………………………………………………189
9.2 冷媒との相互作用 ……………………………………………………………………………190
9.2.1 相溶性 ………………………………………………………………………………………190
9.2.2 溶解性 ………………………………………………………………………………………191
9.2.3 電気絶縁性 …………………………………………………………………………………192
9.2.4 潤滑性 ………………………………………………………………………………………194
9.2.5 安定性 ………………………………………………………………………………………197
9.2.6 有機材料適合性 ……………………………………………………………………………198
9.3 冷凍機油の選定方法と使用上の注意事項 …………………………………………………199
9.3.1 冷凍機油の選定方法 ………………………………………………………………………199
9.3.2 冷凍機油の使用上の注意事項 ……………………………………………………………199
第 10 章 モータ・インバータ ………………………………………………………………………203
10.1 モータ構造と性能 ……………………………………………………………………………203
10.1.1 駆動電源波形によるモータの分類 ……………………………………………………203
10.1.2 モータの構成と各部品 …………………………………………………………………206
10.1.3 モータの製作方法 ………………………………………………………………………208
10.1.4 新しいステータ製作方法 ………………………………………………………………210
10.2 モータの設計 …………………………………………………………………………………211
10.2.1 誘導モータの原理 ………………………………………………………………………211
10.2.2 永久磁石同期モータの原理 ……………………………………………………………212
10.2.3 モータの設計仕様（要求仕様，出力 - トルク）………………………………………213
10.3 モータ材料と評価方法 ………………………………………………………………………215
10.3.1 マグネットワイヤ ………………………………………………………………………215
10.3.2 ワニス ……………………………………………………………………………………217
10.3.3 絶縁紙 ……………………………………………………………………………………218
10.3.4 けい素鋼板 ………………………………………………………………………………219
10.3.5 永久磁石 …………………………………………………………………………………22110.4 インバータの構成と制御 ……………………………………………………………………223
10.4.1 インバータの分類と特徴 ………………………………………………………………223
10.4.2 インバータの構成と部品 ………………………………………………………………224
10.4.3 電圧形インバータの原理 ………………………………………………………………228
10.4.4 モータ制御の原理 ………………………………………………………………………230
10.5 電気特性計測（インバータ駆動前提） ……………………………………………………233
10.5.1 損失の分類と計測方法 …………………………………………………………………233
10.5.2 騒音の分類と計測方法 …………………………………………………………………234

10.6 規格・規制 ……………………………………………………………………………………235
10.6.1 主要国の電源電圧と規格・規制一覧 …………………………………………………235
第 11 章 試 験 ………………………………………………………………………………………238
11.1 性能試験 ………………………………………………………………………………………238
11.1.1 主な測定項目 ……………………………………………………………………………238
11.1.2 試験方法 …………………………………………………………………………………238
11.2 騒音試験 ………………………………………………………………………………………240
11.2.1 測定条件・装置 …………………………………………………………………………240
11.2.2 測定方法 …………………………………………………………………………………242
11.3 振動試験 ………………………………………………………………………………………242
11.3.1 測定条件・装置 …………………………………………………………………………242
11.3.2 測定方法 …………………………………………………………………………………243
11.4 信頼性試験 ……………………………………………………………………………………244
11.4.1 信頼性試験の種類 ………………………………………………………………………244
11.4.2 信頼性試験の実施 ………………………………………………………………………244
11.4.3 信頼性データの解析 ……………………………………………………………………244
11.4.4 信頼性評価 ………………………………………………………………………………245
11.5 圧力試験 ………………………………………………………………………………………245
11.5.1 耐圧試験 …………………………………………………………………………………245
11.5.2 強度試験 …………………………………………………………………………………245
11.5.3 気密試験 …………………………………………………………………………………245
11.6 その他の試験 …………………………………………………………………………………245
第 12 章 計測技術 ……………………………………………………………………………………247
12.1 基礎的物理量計測 ……………………………………………………………………………247
12.1.1 温度計測 …………………………………………………………………………………247
12.1.2 熱電対および測温抵抗体 ………………………………………………………………248
12.1.3 圧力 ………………………………………………………………………………………249
12.1.4 流量 ………………………………………………………………………………………251
12.2 応用計測 ………………………………………………………………………………………253
第 13 章

あとがき ……………………………………………………………………………………258

索引………………………………………………………………………………………………………260