JP4784296B2 - 回転式流体機械 - Google Patents

Description

本発明は、環状のシリンダ室内において環状のピストンの内側と外側とがそれぞれ流体室になる回転式流体機械に関するものである。

従来より、環状のシリンダ室を有するシリンダと、そのシリンダ室内に配置された環状ピストンとが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械が知られている。この回転式流体機械では、環状のシリンダ室が環状ピストンによって内側と外側に区画され、それぞれが流体を圧縮又は膨張させる流体室になる。さらに、各流体室は、シリンダ室に配置されたブレードによって低圧室と高圧室とに区画されている。このような回転式流体機械は、例えば冷媒回路を流通する冷媒を圧縮する圧縮機として使用される。

特許文献１には、この種の回転式流体機械として回転式圧縮機が開示されている。この回転式圧縮機では、シリンダを構成する内側シリンダと外側シリンダとの間に環状のシリンダ室が形成され、そのシリンダ室が環状ピストンによって内側と外側とに区画され、さらに各シリンダ室がブレードによって高圧室と低圧室とに区画されている。シリンダと環状ピストンとが相対的に偏心回転運動すると、各シリンダ室において低圧室側から流体が吸入され、圧縮された後に高圧室側から吐出される。
特開２００５−３２０９２７号公報

ところで、従来、この種の回転式流体機械において、ブレードをシリンダに設ける方法として、シリンダとブレードとを一体に成形する方法がある。この方法では、内側シリンダ部の外周面とブレードの隅角部、又は外側シリンダ部の内周面とブレードの隅角部の加工が困難であるという問題がある。

また、別の方法として、シリンダに形成されたブレード溝にブレードを圧入や焼き嵌めによって嵌め込む方法がある。この方法では、圧入や焼き嵌めを行う手間が必要になると共に、その圧入や焼き嵌めの際にシリンダが変形するおそれがあり、変形すればシリンダ室からの冷媒漏れの原因になる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするこころは、シリンダにブレードを容易に設けることが可能で効率の高い回転式流体機械を提供することにある。

第１の発明は、同軸に配置された外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）を有し、該外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）との間に環状のシリンダ室（41,42）が形成されるシリンダ（40）と、該シリンダ（40）に対して偏心してシリンダ室（41,42）に収納され、シリンダ室（41,42）を外側シリンダ室（41）と内側シリンダ室（42）とに区画する環状ピストン（45）と、上記シリンダ室（41,42）に配置され、各シリンダ室（41,42）を高圧室（41a,42a）と低圧室（41b,42b）とに区画するブレード（46）とを備え、上記シリンダ（40）と上記環状ピストン（45）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械を対象とする。

そして、第１の発明は、上記ブレード（46）は、上記シリンダ（40）と別体の平板状に形成され、上記シリンダ（40）は、上記シリンダ室（41,42）に面して上記環状ピストン（45）の端面と摺接する鏡板部（47）を備え、上記シリンダ（40）では、上記外側シリンダ部（40a）の内周面と上記内側シリンダ部（40b）の外周面とのそれぞれにブレード溝（7a,7b）が１つずつ対向する位置に形成され、上記鏡板部（47）のシリンダ室（41,42）側の面には、上記外側シリンダ部（40a）の第１のブレード溝（7a）と上記内側シリンダ部（40b）の第２のブレード溝（7b）とに連続する第３のブレード溝（7c）が形成され、上記ブレード（46）は、その一端部が上記外側シリンダ部（40a）の第１のブレード溝（7a）に、その他端部が上記内側シリンダ部（40b）の第２のブレード溝（7b）に、その側部が上記鏡板部（47）の第３のブレード溝（7c）にそれぞれ遊嵌されるものである。

第１の発明では、ブレード（46）がブレード溝（7a,7b,7c）に遊嵌されている。すなわち、ブレード（46）とブレード溝（7a,7b,7c）との間に微小な隙間ができる状態になるように、ブレード（46）とブレード溝（7a,7b,7c）の互いの寸法が設定されている。従って、ブレード（46）をブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込む際に微小なクリアランスが確保されるので、ブレード（46）を落とし込むだけでブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込むことが可能になる。

また、第１の発明では、外側シリンダ部（40a）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面と鏡板部（47）のシリンダ室（41,42）側の面とのそれぞれにブレード溝（7a,7b,7c）を設けている。ブレード（46）は、３辺の部分（一端部と他端部と一方の側部）で各ブレード溝（7a,7b,7c）に遊嵌されてシリンダ（40）に保持されている。

第２の発明は、第１の発明において、上記ブレード（46）が、上記鏡板部（47）のブレード溝（7）において接着剤で上記シリンダ（40）に固定されている。

第２の発明では、ブレード（46）が鏡板部（47）のブレード溝（7）において接着剤で固定されている。これにより、ブレード（46）と鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部とが互いに接合された状態になる。

第３の発明は、第１の発明において、前面が上記環状ピストン（45）の基端部に連結されて上記シリンダ室（41,42）に面する鏡板部材（36,48）を備える一方、上記シリンダ（40）には、上記鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部に開口して、上記ブレード（46）を鏡板部材（36,48）側へ押し付けるための潤滑油を導入する給油通路（17）が形成されている。

第３の発明では、鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部に開口する給油通路（17）がシリンダ（40）に形成されている。そして、潤滑油が給油通路（17）を経て鏡板部（47）のブレード溝（7）へ導入されると、潤滑油によってブレード（46）が鏡板部材（36,48）側へ押し付けられる。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前面が上記環状ピストン（45）の基端部に連結されて上記シリンダ室（41,42）に面する鏡板部材（36,48）を備える一方、上記ブレード（46）の一方の側面が鏡板部（47）に当接する状態において上記鏡板部材（36,48）とブレード（46）の他方の側面との間に隙間が形成されるようにブレード（46）の高さが設定されている。

第４の発明では、ブレード（46）の一方の側面が鏡板部（47）に当接する状態において、鏡板部材（36,48）とブレード（46）の他方の側面との間に隙間が形成されるようにしている。ここで、この種の回転式流体機械（10）では、運転中にブレード（46）と環状ピストン（45）又は環状ピストン（45）側の部材（例えば揺動ブッシュ）との何れか一方が他方に対して摺動するので、互いに激しく擦れ合う。このため、大きな摩擦熱が発生するのでブレード（46）が加熱され、その熱変形量が大きくなる。つまり、この第４の発明では、運転中のブレード（46）の熱変形量が大きいことを考慮して、ブレード（46）の鏡板部材（36,48）側への熱変形が多少は許容されるようにブレード（46）の鏡板部材（36,48）側に隙間を設けている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、上記ブレード（46）が、上記シリンダ（40）よりも硬度が高い材料で形成されている。

第５の発明では、ブレード（46）の硬度をシリンダ（40）の硬度よりも高くしている。上述したように、この種の回転式流体機械（10）では、運転中にブレード（46）が環状ピストン（45）又は環状ピストン（45）側の部材（例えば揺動ブッシュ）と激しく擦れ合う。従って、この第５の発明では、この激しく擦れ合うことを考慮してブレード（46）に硬度の高い材料を使用している。

本発明では、ブレード（46）とブレード溝（7a,7b,7c）との間に微小な隙間ができる状態でブレード（46）がブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込まれるようにブレード（46）とブレード溝（7a,7b,7c）の互いの寸法を設定することで、ブレード（46）を落とし込むだけでブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込むことができるようにしている。すなわち、圧入や焼き嵌めのような手間を要する作業を行うことなく、ブレード（46）をブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込むことができる。また、ブレード溝（7a,7b,7c）の加工が必要となるが、ブレード溝（7a,7b,7c）の隅角部が僅かに曲面や面取り状になっても、ブレード（46）とブレード溝（7a,7b,7c）の隙間から冷媒漏れの原因になることはない。従って、ピストン（45）やシリンダ（40）の壁面ほど厳密な加工は必要なく、ブレード溝（7a,7b,7c）の加工は比較的容易である。よって、ブレード（46）をシリンダ（40）に容易に設けることができる。また、ブレード（46）をブレード溝（7a,7b,7c）に嵌め込む際にシリンダ（40）が変形するおそれもなくなる。よって、シリンダ（40）にブレード（46）を容易に設けることが可能で効率の高い回転式流体機械（10）を提供することができる。

また、本発明では、外側シリンダ部（40a）の内周面と、内側シリンダ部（40b）の外周面と、鏡板部（47）のシリンダ室（41,42）側の面とのそれぞれにブレード溝（7a,7b,7c）を設けて、ブレード（46）が３辺の部分で各ブレード溝（7）に遊嵌されるようにしている。

ここで、本発明のようにブレード（46）がシリンダ（40）と別体である場合は、ブレード（46）の周囲に隙間ができて高圧室（41a,42a）から低圧室（41b,42b）へ冷媒が漏れるおそれがある。ところが、本発明では、ブレード（46）が３辺の部分でブレード溝（7a,7b,7c）に遊嵌されている。ブレード（46）がブレード溝（7a,7b,7c）に遊嵌されている部分では、隙間が微小である上に隙間が屈曲しており、ブレード（46）に作用する圧力やモーメントによってブレード（46）の何れかの面がブレード溝（7a,7b,7c）に接触することが多いので冷媒が通過しにくい。従って、ブレード（46）がシリンダ（40）と別体である場合でも、冷媒漏れを比較的抑制することができる。

また、上記第２の発明では、ブレード（46）を接着剤で鏡板部（47）のブレード溝（7）に固定することで、鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部とブレード（46）との間が互いに接合された状態になるようにしている。従って、ブレード溝（7）の部分での冷媒漏れを確実に阻止することができる。また、鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部でブレード（46）を固定すると、シリンダ（40）とブレード（46）との熱膨張差があるような場合にブレード（46）が高さ方向に熱変形しても、ブレード（46）が外れることがない。

また、上記第３の発明では、鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部に開口する給油通路（17）を形成して鏡板部（47）のブレード溝（7）へ潤滑油を導入可能とすることで、ブレード（46）が鏡板部材（36,48）側へ押し付けられるようにしている。従って、ブレード（46）と鏡板部材（36,48）との間における冷媒漏れを抑制することができるので、回転式流体機械（10）の効率を高めることができる。また、給油通路（17）からの潤滑油は、ブレード（46）の摺動部が近いため、その摺動部に供給されやすくなる。

また、上記第４の発明では、運転中の熱変形量が大きいブレード（46）の鏡板部材（36,48）側への熱変形が多少は許容されるように、ブレード（46）の鏡板部材（36,48）側に隙間を設けている。従って、ブレード（46）と鏡板部材（36,48）との接触圧力が大きくなるのが抑制されるので、ブレード（46）や鏡板部材（36,48）の異常摩耗を抑制することができる。また、ブレード（46）がシリンダ（40）と鏡板部材（36,48）との隙間を広げることによって発生する冷媒漏れを抑制することもできる。

また、上記第５の発明では、環状ピストン（45）又は環状ピストン（45）側の部材と激しく擦れ合うブレード（46）に、硬度の高い材料を使用している。これにより、ブレード（46）の耐摩耗性が高くなるので、ブレード（46）の摩耗を抑制することができる。なお、ブレード（46）は平板状であるため、硬度が高い材料を使用しても容易に加工することが可能である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

《発明の実施形態１》
本発明の実施形態１について説明する。実施形態１に係る流体機械は、後述する環状ピストン（45）が固定されてシリンダ（40）が偏心回転運動することによってシリンダ室（41,42）内の流体を圧縮する回転式圧縮機（10）である。この回転式圧縮機（10）は、例えば空気調和装置の冷媒回路に設けられ、蒸発器から吸入した冷媒を圧縮して凝縮器へ吐出する圧縮機として用いられる。

図１に示すように、回転式圧縮機（10）は、縦長で円筒形の密閉容器であるケーシング（15）を備えている。このケーシング（15）の内部には、下寄りの位置に圧縮機構（20）が配置され、上寄りの位置に電動機（30）が配置されている。

ケーシング（15）には、その胴部を貫通する吸入管（14）と、その上部を貫通する吐出管（13）とが設けられている。吸入管（14）は圧縮機構（20）に接続され、吐出管（13）はその入口が電動機（30）の上側の空間に開口している。

ケーシング（15）の内部には、上下方向に延びるクランク軸（33）が回転軸として設けられている。このクランク軸（33）は、主軸部（33a）と偏心部（33b）とを備えている。偏心部（33b）は、クランク軸（33）の下寄りの位置に設けられ、主軸部（33a）よりも大径の円柱状に形成されている。この偏心部（33b）は、その軸心が主軸部（33a）の軸心から所定量だけ偏心している。

電動機（30）は、ステータ（31）とロータ（32）とを備えている。ステータ（31）は、ケーシング（15）の胴部の内周面に固定されている。ロータ（32）は、ステータ（31）の内側に配置されてクランク軸（33）の主軸部（33a）と連結されており、クランク軸（33）とともに回転するように構成されている。

圧縮機構（20）は、下側から順に下部ハウジング（37）とシリンダ（40）と上部ハウジング（36）とが積層された状態で構成されている。シリンダ（40）内には、図２に示すように、環状ピストン（45）とブレード（46）と揺動ブッシュ（27）とが収納されている。環状ピストン（45）は、その基端（上端）が鏡板部材である上部ハウジング（36）の下面に連結されている。

シリンダ（40）は、外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とを備えている。外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、共に円環状に形成されている。外側シリンダ部（40a）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面とは、それぞれの中心軸が互いに一致した円筒面になっている。外側シリンダ部（40a）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面との間には、環状のシリンダ室（41,42）が形成されている。

外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、環状ピストン（45）の先端側（下端側）でシリンダ室（41,42）に面する鏡板部（47）から上側へ立設されている（図１参照）。外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、鏡板部（47）によって連結されて一体になっている。また、上部ハウジング（36）は、外側シリンダ部（40a）又は内側シリンダ部（40b）の先端側（上端側）でシリンダ室（41,42）に面している。

内側シリンダ部（40b）の内周面には、クランク軸（33）の偏心部（33b）が摺動自在に嵌め込まれている。本実施形態１の回転式圧縮機（10）では、環状ピストン（45）が固定されてシリンダ（40）が偏心回転運動を行うことで、環状ピストン（45）とシリンダ（40）とが相対的に偏心回転運動するように構成されている。

シリンダ（40）には、図３（Ａ）に示すように、ブレード（46）を嵌め込むためのブレード溝（7）が形成されている。外側シリンダ部（40a）には第１ブレード溝（7a）が形成され、内側シリンダ部（40b）には第２ブレード溝（7b）が形成され、鏡板部（47）には第３ブレード溝（7c）が形成されている。第１ブレード溝（7a）は外側シリンダ部（40a）の先端から基端まで形成され、第２ブレード溝（7b）は内側シリンダ部（40b）の先端から基端まで形成されている。第１ブレード溝（7a）と第２ブレード溝（7b）とは互いに対向する位置に形成されている。また、第３ブレード溝（7c）は、シリンダ室（41,42）の径方向に延びており、第１ブレード溝（7a）と第２ブレード溝（7b）とに連続するように形成されている。すなわち、これらのブレード溝（7a,7b,7c）は、外側シリンダ部（40a）の先端から鏡板部（47）を経て内側シリンダ部（40b）の先端に至るまで連続している。なお、ブレード溝（7）は、例えば放電加工によって形成される。

ブレード（46）は、シリンダ（40）と別体の平板状に形成されている。ブレード（46）は、その一端部が第１ブレード溝（7a）に、その他端部が第２ブレード溝（7b）に、その側部が第３ブレード溝（7c）にそれぞれ遊嵌された状態でシリンダ室（41,42）に配置されている。ブレード（46）は、シリンダ室（41,42）の径方向に延びて、後述する外側シリンダ室（41）及び内側シリンダ室（42）をそれぞれ高圧室（41a,42a）と低圧室（41b,42b）とに区画している。なお、ブレード（46）は、シリンダ（40）、環状ピストン（45）、及び揺動ブッシュ（27）よりも硬度が高い材料で形成されている。例えば、ブレード（46）を硬度の高い炭素鋼（例えば、工具鋼）にして、シリンダ（40）、環状ピストン（45）、及び揺動ブッシュ（27）を通常の炭素鋼や鋳鉄にする。

ブレード（46）及び各ブレード溝（7）の互いの寸法は、ブレード（46）と各ブレード溝（7）との間に微小な隙間ができる状態になるように設定されている。具体的に、図４に示すように、各ブレード溝（7）の幅ｔ１は、均一で等しくなっており、ブレード（46）の幅ｔ２よりも僅かに広くなっている。各ブレード溝（7）の幅ｔ１とブレード（46）の幅ｔ２との差は、例えば数μｍから１０μｍになっている。また、第１ブレード溝（7a）の底面から第２ブレード溝（7b）の底面までの距離Ｘ１は、ブレード（46）のシリンダ室（41,42）の径方向の長さＸ２よりも僅かに長くなっている。この底面間の距離Ｘ１とブレード（46）の長さＸ２の差は、例えば１０μｍから数十μｍとなっている。ブレード（46）の長さ寸法は幅寸法よりも大きいので、ブレード（46）の熱膨張や製作誤差を考慮すると、底面間の距離Ｘ１とブレード（46）の長さＸ２の差が、各ブレード溝（7）の幅ｔ１とブレード（46）の幅ｔ２との差よりも大きいほうが望ましい。なお、ブレード（46）を各ブレード溝（7）に嵌め込んだ状態では、ブレード（46）と各ブレード溝（7）との間には隙間ができるが、隙間が微小である上に隙間が屈曲しており、ブレード（46）に作用する圧力やモーメントによってブレード（46）の何れかの面がブレード溝（7）に接触することが多く、さらに運転中にはこの隙間に潤滑油が流入するので、この隙間から冷媒が漏れることはほどんどない。

また、ブレード（46）の高さは、外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）の第３ブレード溝（7c）の底面からの高さよりも低くなっている。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、この回転式圧縮機（10）が停止している状態では、ブレード（46）の一方の側面が鏡板部（47）に当接する状態において上部ハウジング（36）とブレード（46）の他方の側面との間に隙間が形成される。

環状ピストン（45）は、円環の一部分が分断されたＣ型形状に形成されている。環状ピストン（45）は、外周面が外側シリンダ部（40a）の内周面よりも小径で、内周面が内側シリンダ部（40b）の外周面よりも大径に形成されている。環状ピストン（45）は、円環の分断部（円環の一部分が抜き取られたＣ型形状の開口部）でブレード（46）を挟み込むようにシリンダ室（41,42）内に収納され、シリンダ室（41,42）を内側と外側とに区画している。環状ピストン（45）は、シリンダ（40）に対して偏心した状態で配置される。環状ピストン（45）の外周面と外側シリンダ部（40a）の内周面との間には、外側シリンダ室（41）が形成され、環状ピストン（45）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面との間には、内側シリンダ室（42）が形成されている。

環状ピストン（45）とシリンダ（40）とは、環状ピストン（45）の外周面と外側シリンダ部（40a）の内周面とが１点で実質的に接する状態（厳密にはミクロンオーダーの隙間があるが、その隙間での冷媒の漏れが問題にならない状態）において、その接点と位相が１８０°異なる位置で、環状ピストン（45）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面とが１点で実質的に接するようになっている。

揺動ブッシュ（27）は、環状ピストン（45）の分断部において、環状ピストン（45）とブレード（46）とを相互に可動に連結している。揺動ブッシュ（27）は、ブレード（46）に対して高圧室（41a,42a）側に位置する吐出側ブッシュ（27a）と、ブレード（46）に対して低圧室（41b,42b）側に位置する吸入側ブッシュ（27b）とから構成されている。吐出側ブッシュ（27a）と吸入側ブッシュ（27b）とは、いずれも断面形状が略半円形で同一形状に形成され、平坦面同士が対向するように配置されている。そして、両ブッシュ（27a，27b）の対向する平坦面が、ブレード摺接面（28）を構成しており、その間にブレード（46）が挿入されている。

揺動ブッシュ（27a,27b）のブレード摺接面（28）は、ブレード（46）と実質的に面接触している。揺動ブッシュ（27a,27b）の円弧状の外周面は、環状ピストン（45）と実質的に面接触している。揺動ブッシュ（27a,27b）は、ブレード摺接面（28）にブレード（46）を挟んだ状態で、ブレード（46）がシリンダ室（41,42）の径方向に進退するように構成されている。同時に、揺動ブッシュ（27a，27b）は、環状ピストン（45）に対してブレード（46）と一体的に揺動するように構成されている。従って、揺動ブッシュ（27）は、該揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心としてブレード（46）と環状ピストン（45）とが相対的に揺動可能となり、かつブレード（46）が環状ピストン（45）に対してシリンダ室（41,42）の径方向へ進退可能となるように構成されている。なお、この揺動に伴いブレード（46）には環状ピストン（45）からのモーメントが作用するが、ブレード（46）はブレード溝（7）によって保持される。

なお、この実施形態１では両ブッシュ（27a，27b）を別体とした例について説明したが、両ブッシュ（27a，27b）は、一部で連結することにより一体構造としてもよい。

外側シリンダ部（40a）の外側には、吸入空間（5）が形成されている。吸入空間（5）には、吸入管（14）の出口端が開口している。外側シリンダ部（40a）には吸入空間（5）と外側シリンダ室（41）の低圧室（41b）とを連通する貫通孔（43）が形成され、環状ピストン（45）には外側シリンダ室（41）の低圧室（41b）と内側シリンダ室（42）の低圧室（42b）とを連通する貫通孔（44）が形成されている。これにより、吸入空間（5）は、外側シリンダ室（41）の低圧室（41b）に連通すると共に、内側シリンダ室（42）の低圧室（42b）にも連通する。

上部ハウジング（36）には、外側吐出通路（51）及び内側吐出通路（52）とが形成されている。外側吐出通路（51）は、入口端が外側シリンダ室（41）の高圧室（41a）に開口し、出口端が後述する吐出空間（53）に開口している。内側吐出通路（52）は、入口端が内側シリンダ室（42）の高圧室（42a）に開口し、出口端が吐出空間（53）に開口している。上部ハウジング（36）の上面には、各吐出通路（51,52）の出口端を開閉するリード弁（図示せず）が設けられている。また、上部ハウジング（36）の上側には、マフラー（23）が取り付けられている。上部ハウジング（36）とマフラー（23）との間には、吐出空間（53）が形成されている。

上部ハウジング（36）と下部ハウジング（37）とには、クランク軸（33）を支持するための軸受部（36a,37a）がそれぞれ形成されている。クランク軸（33）は、圧縮機構（20）を上下方向に貫通しており、上部ハウジング（36）と下部ハウジング（37）とを介してケーシング（15）に保持されている。

運転時に高圧空間になるケーシング（15）内の底部には、潤滑油が貯留されている。クランク軸（33）の下端部には、給油ポンプ（34）が設けられている。この給油ポンプ（34）は、クランク軸（33）の軸心に沿って延びて圧縮機構（20）と連通する給油路（図示省略）と接続されている。そして、給油ポンプ（34）は、ケーシング（15）内の底部の潤滑油を給油路を通じて圧縮機構（20）の摺動部に供給するように構成されている。

下部ハウジング（37）の上面には、クランク軸（33）を囲うように円環状のシールリング（16）が埋設されている。シールリング（16）は、クランク軸（33）側から供給される潤滑油がシールリング（16）の外側へ漏れないように、その上端面がシリンダ（40）の鏡板部（47）の下面に当接している。

シリンダ（40）の鏡板部（47）には、一端が第３ブレード溝（7c）の底面に開口して他端が鏡板部（47）の下面に開口する給油通路（17）が形成されている。この給油通路（17）は、偏心回転運動するシリンダ（40）が何れの位置にあってもシールリング（16）の内側に開口する位置に設けられている。すなわち、給油通路（17）の外縁からクランク軸（33）の偏心部（33b）の外周面までの距離は、シールリング（16）の内縁からクランク軸（33）の主軸部（33a）の外周面までの距離とクランク軸（33）の偏心部（33b）の偏心量との差よりも小さくなっている。

以上の構成において、この回転式圧縮機（10）の運転を開始してクランク軸（33）が回転すると、外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）は、シリンダ室（41,42）の径方向に進退しながら、揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心として揺動する。この揺動動作により、シリンダ（40）は、クランク軸（33）に対して偏心しながら回転（公転）運動する（図５(Ａ)から(Ｄ)参照）。

−運転動作−
次に、この回転式圧縮機（10）の運転動作について図５を参照しながら説明する。

電動機（30）を起動すると、ロータ（32）の回転がクランク軸（33）を介して圧縮機構（20）の外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）に伝達される。その結果、ブレード（46）が揺動ブッシュ（27a,27b）の間で往復運動（進退動作）を行い、かつ、ブレード（46）と揺動ブッシュ（27a,27b）が一体的となって、環状ピストン（45）に対して揺動動作を行う。そして、外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）が環状ピストン（45）に対して揺動しながら公転し、圧縮機構（20）が所定の圧縮動作を行う。

ここで、外側シリンダ室（41）においては、図５(Ｃ)の状態（低圧室（41b）がほぼ最小容積となる状態）からシリンダ（40）が図の右回りに公転することで、外側シリンダ部（40a）の貫通孔（43）から低圧室（41b）に冷媒が吸入される。そして、シリンダ（40）が図５の(Ｄ)、(Ａ)、(Ｂ)の順に公転して再び図５の(Ｃ)の状態になると、上記低圧室（41b）への冷媒の吸入が完了する。

ここで、この低圧室（41b）は、図５の(Ｃ)から(Ｄ)に移行する過程で冷媒が圧縮される高圧室（41a）となる一方、ブレード（46）を隔てて新たな低圧室（41b）が形成される。この状態でシリンダ（40）がさらに回転すると、新たに形成された低圧室（41b）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（41a）の容積が減少し、該高圧室（41a）で冷媒が圧縮される。そして、高圧室（41a）の圧力が所定値になると、リード弁が開状態になって外側シリンダ室（41）内で圧縮された高圧冷媒が外側吐出通路（51）を通過して吐出空間（53）へ吐出される。

内側シリンダ室（42）においては、図５(Ａ)の状態（低圧室（42b）の容積がほぼ最小となる状態）からシリンダ（40）が図の右回りに公転することで、外側シリンダ部（40a）の貫通孔（43）及び環状ピストン（45）の貫通孔（44）から低圧室（42b）に冷媒が吸入される。そして、シリンダ（40）が図５の(Ｂ)、(Ｃ)、(Ｄ)の順に公転して再び図５(Ａ)の状態になると、上記低圧室（42b）への冷媒の吸入が完了する。

ここで、この低圧室（42b）は、図５の(Ａ)から(Ｂ)に移行する過程で冷媒が圧縮される高圧室（42a）となる一方、ブレード（46）を隔てて新たな低圧室（42b）が形成される。この状態でシリンダ（40）がさらに回転すると、新たに形成された低圧室（42b）において冷媒の吸入が繰り返される一方、高圧室（42a）の容積が減少し、該高圧室（42a）で冷媒が圧縮される。そして、高圧室（42a）の圧力が所定値になると、リード弁が開状態になって内側シリンダ室（42）内で圧縮された高圧冷媒が内側吐出通路（52）を通過して吐出空間（53）へ吐出される。

吐出空間（53）へ吐出された冷媒は、マフラー（23）と上部ハウジング（36）の軸受部（36a）との隙間を通って吐出空間（53）から流出する。吐出空間（53）から流出した冷媒は、ステータ（31）の外周に形成されたコアカットやステータ（31）とロータ（32）との間の隙間を流通して電動機（30）の上側の空間へ流入し、吐出管（13）から吐出される。

なお、この回転式圧縮機（10）の運転中は、圧縮機構（20）の摺動部に供給されてシリンダ（40）の下面と下部ハウジング（37）の上面との間に流入した潤滑油が、給油通路（17）を経て第３ブレード溝（7c）へ流入する。そして、そのうちの一部は、第３ブレード溝（7c）の上側に位置する揺動ブッシュ（27a,27b）の摺動部に供給される。また、高圧の潤滑油はブレード（46）を上部ハウジング（36）に押し付ける。従って、ブレード（46）と上部ハウジング（36）との間における高圧室（41a,42a）から低圧室（41b,42b）への冷媒の漏れが抑制される。

また、この回転式圧縮機（10）の運転中は、ブレード（46）の揺動ブッシュ（27）に対する摺動に伴い発生する摩擦熱によってブレード（46）が加熱されるので、シリンダ（40）よりもブレード（46）の方が熱変形量が大きくなる。この実施形態１では、ブレード（46）の高さが、外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）の第３ブレード溝（7c）の底面からの高さよりも低くなっているので、ブレード（46）の上部ハウジング（36）側への熱変形が多少は許容される。

また、運転中にブレード（46）が揺動ブッシュ（27）に対して摺動して互いに激しく擦れ合うが、上述したように、ブレード（46）には硬度の高い材料を使用している。

−実施形態１の効果−
この実施形態１では、ブレード（46）とブレード溝（7）との間に微小な隙間ができる状態でブレード（46）がブレード溝（7）に嵌め込まれるようにブレード（46）とブレード溝（7）の互いの寸法を設定することで、ブレード（46）を落とし込むだけでブレード溝（7）に嵌め込むことができるようにしている。すなわち、圧入や焼き嵌めのような手間を要する作業を行うことなく、ブレード（46）をブレード溝（7）に嵌め込むことができる。また、ブレード溝（7）の加工が必要となるが、ブレード溝（7）の隅角部が僅かに曲面や面取り状になっても、ブレード（46）とブレード溝（7）の隙間から冷媒漏れの原因になることはない。従って、ピストン（45）やシリンダ（40）の壁面ほど厳密な加工は必要なく、ブレード溝（7）の加工は比較的容易である。よって、ブレード（46）をシリンダ（40）に容易に設けることができる。また、ブレード（46）をブレード溝（7）に嵌め込む際にシリンダ（40）が変形するおそれもなくなる。よって、シリンダ（40）にブレード（46）を容易に設けることが可能で効率の高い回転式流体機械（10）を提供することができる。

また、この実施形態１では、ブレード（46）が３辺の部分で各ブレード溝（7）に遊嵌されるようにしている。上述したように、ブレード（46）がブレード溝（7）に遊嵌されている部分では冷媒が通過しにくい。従って、この実施形態１では、ブレード（46）がシリンダ（40）と別体である場合において、冷媒漏れを抑制することができる。

また、この実施形態１では、第３ブレード溝（7c）の底部に開口する給油通路（17）を形成して第３ブレード溝（7c）へ潤滑油を導入可能とすることで、ブレード（46）が上部ハウジング（36）側へ押し付けられるようにしている。従って、ブレード（46）と上部ハウジング（36）との間における冷媒漏れを抑制することができる。

また、この実施形態１では、運転中の熱変形量が大きいブレード（46）の上部ハウジング（36）側への熱変形が多少は許容されるように、ブレード（46）の上部ハウジング（36）側に隙間を設けている。従って、ブレード（46）と上部ハウジング（36）との接触圧力が大きくなるのが抑制されるので、ブレード（46）や上部ハウジング（36）の異常摩耗を抑制することができる。また、ブレード（46）が外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）の先端と上部ハウジング（36）との隙間を広げることによって発生する冷媒漏れを抑制することもできる。

また、この実施形態１では、第１ブレード溝（7a）の底面から第２ブレード溝（7b）の底面までの距離Ｘ１が、ブレード（46）のシリンダ室（41,42）の径方向の長さＸ２よりも長くなっているので、ブレード（46）の長さ方向への熱変形も許容されるようになっている。

また、この実施形態１では、運転中に揺動ブッシュ（27）と激しく擦れ合うブレード（46）に、硬度の高い材料を使用している。これにより、ブレード（46）の耐摩耗性が高くなるので、ブレード（46）の摩耗を抑制することができる。

《発明の実施形態２》
本発明の実施形態２について説明する。実施形態２に係る流体機械は、後述するシリンダ（40）が固定されて環状ピストン（45）が偏心回転運動することによってシリンダ室（41,42）内の流体を圧縮する回転式圧縮機（10）である。上記実施形態１とは異なる点について以下に説明する。なお、この回転式圧縮機（10）の動作は、シリンダ（40）ではなく環状ピストン（45）が偏心回転運動する以外は実施形態１の回転式圧縮機の動作とほぼ同じであるため省略する。

圧縮機構（20）は、図６に示すように、下側から順に下部ハウジング（37）と、環状ピストン（45）の基端（下端）が連結された鏡板部材（48）と、下面側にシリンダ（40）が形成された上部ハウジング（36）とが積層された状態で構成されている。シリンダ（40）内には、図７に示すように、環状ピストン（45）とブレード（46）と揺動ブッシュ（27）とが収納されている。

シリンダ（40）は、外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とを備えている。外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、共に円環状に形成されている。外側シリンダ部（40a）は、比較的厚肉に形成されており、外周面がケーシング（15）の胴部に固定されている。外側シリンダ部（40a）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面とは、互いに同一中心上の円筒面になっている。外側シリンダ部（40a）の内周面と内側シリンダ部（40b）の外周面との間には、環状のシリンダ室（41,42）が形成されている。

外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、上部ハウジング（36）の鏡板部（47）から下側へ立設されている。外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）とは、鏡板部（47）によって連結されて一体になっている。鏡板部（47）は、環状ピストン（45）の先端側（上端側）でシリンダ室（41,42）に面している。また、鏡板部材（48）は、外側シリンダ部（40a）又は内側シリンダ部（40b）の先端側（下側）でシリンダ室（41,42）に面している。

この実施形態２においても、上記実施形態１と同様に、シリンダ（40）にブレード（46）を嵌め込むためのブレード溝（7）が形成されている。ブレード溝（7）についての詳細は、上記実施形態１と同様であるため省略する。

吸入管（14）は、外側シリンダ部（40a）を貫通して、出口端が外側シリンダ室（41）の低圧室（41b）に開口している。環状ピストン（45）には外側シリンダ室（41）の低圧室（41b）と内側シリンダ室（42）の低圧室（42b）とを連通する貫通孔（44）が形成されている。

上部ハウジング（36）には、クランク軸（33）を支持するための軸受部（36a）が形成されている。また、鏡板部材（48）には、環状ピストン（45）側に立設された軸受部（48a）が形成されている。この軸受部（48a）の内周面には、クランク軸（33）の偏心部（33b）が摺動自在に嵌め込まれている。本実施形態２の回転式圧縮機（10）では、シリンダ（40）が固定されて環状ピストン（45）が偏心回転運動を行うことで、該環状ピストン（45）と該シリンダ（40）とが相対的に回転するように構成されている。

揺動ブッシュ（27a,27b）は、ブレード摺接面（28）にブレード（46）を挟んだ状態で、環状ピストン（45）がブレード摺接面（28）の間を進退するように構成されている。同時に、揺動ブッシュ（27a，27b）は、環状ピストン（45）に対してブレード（46）と一体的に揺動するように構成されている。従って、揺動ブッシュ（27）は、該揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心としてブレード（46）と環状ピストン（45）とが相対的に揺動可能となり、かつ環状ピストン（45）がブレード（46）に沿って進退可能となるように構成されている。

なお、この実施形態２では両ブッシュ（27a，27b）を別体とした例について説明したが、両ブッシュ（27a，27b）は、一部で連結することにより一体構造としてもよい。

以上の構成において、クランク軸（33）が回転すると、環状ピストン（45）は、ブレード（46）に沿ってシリンダ室（41,42）の径方向に進退しながら、揺動ブッシュ（27）の中心点を揺動中心として揺動する。この揺動動作により、環状ピストン（45）は、クランク軸（33）に対して偏心しながら回転（公転）運動する。

《その他の実施形態》
上記実施形態について、エンドミル加工でシリンダ（40）を研削することによってブレード溝（7）を形成してもよい。この場合、図８に示すように、ブレード溝（7）の隅角部は曲面になる。そして、ブレード（46）の角も丸くする。

また、上記実施形態について、ブレード（46）を第３ブレード溝（7c）の底面において接着剤でシリンダ（40）に固定するようにしてもよい。この場合、ブレード（46）と第３ブレード溝（7c）の底面とが互いに接合された状態になるので、冷媒漏れを防止できる。なお、シリンダ（40）とブレード（46）との熱膨張差があるような場合にブレード（46）が高さ方向に熱変形しても問題がないように、第１ブレード溝（7a）や第２ブレード溝（7b）においてはブレード（46）を接着剤で固定しないほうがよい。

また、上記実施形態について、ブレード（46）の一方の側面が鏡板部（47）に当接している状態においてブレード（46）の他方の側面が外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）の先端面と面一になるように、ブレード（46）の高さを設定してもよい。この場合、ブレード（46）をシリンダ（40）よりも熱膨張率が小さい材料で形成する。例えば、ブレード（46）を炭素鋼で形成し、シリンダ（40）、環状ピストン（45）、及び揺動ブッシュ（27）をアルミニウム合金で形成する。なお、この場合も、炭素鋼の硬度はアルミニウム合金よりも高いので、ブレード（46）の摩耗を抑制することができる。

さらに、この場合、図９に示すように、内側シリンダ部（40b）からブレード（46）を経て外側シリンダ部（40a）に至るまでの部分の高さが内側ほど低くなるように、ブレード（46）を各ブレード溝（7）に嵌め込んだ状態においてシリンダ（40）及びブレード（46）を一体加工してもよい。この回転式圧縮機（10）では、高速回転するクランク軸（33）の周囲で多くの摩擦熱が発生し、そのクランク軸（33）の内部を高圧冷媒によって加熱された高温の潤滑油が流通する。このため、シリンダ（40）の径方向においてクランク軸（33）に近い内側ほどシリンダ（40）やブレード（46）の運転時の温度が高くなりその熱変形量が大きくなる。従って、このように一体加工することで、内側シリンダ部（40b）及び外側シリンダ部（40a）やブレード（46）における上部ハウジング（36）との接触面で局所的に接触圧力が大きくなることを抑制できるので、異常摩耗やシリンダ室（41,42）からの冷媒漏れを抑制できる。また、一体加工によれば、別々に加工する場合に比べて精度よく加工することができる。すなわち、ブレード溝（7）の深さやブレード（46）の高さの加工精度が低くても問題がない。

また、上記実施形態では、本発明を回転式圧縮機に適用したが、回転式膨張機に適用してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、環状のシリンダ室内において環状のピストンの内側と外側とがそれぞれ流体室になる回転式流体機械について有用である。

実施形態１に係る回転式圧縮機の縦断面図である。 実施形態１に係る回転式圧縮機の圧縮機構の横断面図である。 実施形態１に係る回転式圧縮機の圧縮機構の要部の縦断面図である。 実施形態１に係る回転式圧縮機の圧縮機構の要部の横断面図である。 実施形態１に係る回転式圧縮機の圧縮機構の動作を示す横断面図である。 実施形態２に係る回転式圧縮機の縦断面図である。 実施形態２に係る回転式圧縮機の圧縮機構の横断面図である。 その他の実施形態に係る回転式圧縮機の圧縮機構の要部の横断面図である。 その他の実施形態に係る回転式圧縮機の圧縮機構の要部の縦断面図である。

7 ブレード溝
10 回転式圧縮機（回転式流体機械）
17 給油通路
36 上部ハウジング（鏡板部材）
40 シリンダ
40a 外側シリンダ部
40b 内側シリンダ部
41 外側シリンダ室
41a 高圧室
41b 低圧室
42 内側シリンダ室
42a 高圧室
42b 低圧室
45 環状ピストン
46 ブレード
47 鏡板部
48 鏡板部材

Claims (5)

1. 同軸に配置された外側シリンダ部（40a）及び内側シリンダ部（40b）を有し、該外側シリンダ部（40a）と内側シリンダ部（40b）との間に環状のシリンダ室（41,42）が形成されるシリンダ（40）と、
   該シリンダ（40）に対して偏心してシリンダ室（41,42）に収納され、シリンダ室（41,42）を外側シリンダ室（41）と内側シリンダ室（42）とに区画する環状ピストン（45）と、
   上記シリンダ室（41,42）に配置され、各シリンダ室（41,42）を高圧室（41a,42a）と低圧室（41b,42b）とに区画するブレード（46）とを備え、
   上記シリンダ（40）と上記環状ピストン（45）とが相対的に偏心回転運動する回転式流体機械であって、
   上記ブレード（46）は、上記シリンダ（40）と別体の平板状に形成され、
   上記シリンダ（40）は、上記シリンダ室（41,42）に面して上記環状ピストン（45）の端面と摺接する鏡板部（47）を備え、
   上記シリンダ（40）では、上記外側シリンダ部（40a）の内周面と上記内側シリンダ部（40b）の外周面とのそれぞれにブレード溝（7a,7b）が１つずつ対向する位置に形成され、
   上記鏡板部（47）のシリンダ室（41,42）側の面には、上記外側シリンダ部（40a）の第１のブレード溝（7a）と上記内側シリンダ部（40b）の第２のブレード溝（7b）とに連続する第３のブレード溝（7c）が形成され、
   上記ブレード（46）は、その一端部が上記外側シリンダ部（40a）の第１のブレード溝（7a）に、その他端部が上記内側シリンダ部（40b）の第２のブレード溝（7b）に、その側部が上記鏡板部（47）の第３のブレード溝（7c）にそれぞれ遊嵌されていることを特徴とする回転式流体機械。
2. 請求項１において、
   上記ブレード（46）は、上記鏡板部（47）のブレード溝（7）において接着剤で上記シリンダ（40）に固定されていることを特徴とする回転式流体機械。
3. 請求項１において、
   前面が上記環状ピストン（45）の基端部に連結されて上記シリンダ室（41,42）に面する鏡板部材（36,48）を備える一方、
   上記シリンダ（40）には、上記鏡板部（47）のブレード溝（7）の底部に開口して、上記ブレード（46）を鏡板部材（36,48）側へ押し付けるための潤滑油を導入する給油通路（17）が形成されていることを特徴とする回転式流体機械。
4. 請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
   前面が上記環状ピストン（45）の基端部に連結されて上記シリンダ室（41,42）に面する鏡板部材（36,48）を備える一方、
   上記ブレード（46）の一方の側面が鏡板部（47）に当接する状態において上記鏡板部材（36,48）とブレード（46）の他方の側面との間に隙間が形成されるようにブレード（46）の高さが設定されていることを特徴とする回転式流体機械。
5. 請求項１乃至４の何れか１つにおいて、
   上記ブレード（46）は、上記シリンダ（40）よりも硬度が高い材料で形成されていることを特徴とする回転式流体機械。

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