JP2002039084A - 気体圧縮機 - Google Patents

気体圧縮機

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JP2002039084A
JP2002039084A JP2000225730A JP2000225730A JP2002039084A JP 2002039084 A JP2002039084 A JP 2002039084A JP 2000225730 A JP2000225730 A JP 2000225730A JP 2000225730 A JP2000225730 A JP 2000225730A JP 2002039084 A JP2002039084 A JP 2002039084A
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JP
Japan
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vane
rotor
cylinder chamber
vane groove
gas
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JP2000225730A
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English (en)
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Hidehisa Takatsu
秀久 高津
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心力によるベーンをシリンダ室の外周カム
面に押し付ける力を強くして、圧縮行程におけるベーン
と外周カム面との間に発生するチャタリングを抑制し
て、騒音を減らす。 【解決手段】 ベーン溝3のオフセット量Fを、ベーン
4のベーン溝3からの最大飛び出し量Aの1/3〜1/
2として、ベーン4に加わる遠心力のベーン溝方向成分
を大きくし、シリンダ室1aの外周カム面1bに強く押
し付ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、カーエアコン等
に用いられるロータリベーン型の気体圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】ロータリベーン型の気体圧縮機は、図4
に示すように、シリンダブロック1のシリンダ室1a内
に回動自在に設けられたロータ2と、このロータ2にほ
ぼ放射状に刻設されたベーン溝3に摺動自在に出没し
て、先端4aが断面非円形の上記シリンダ室1aの外周
カム面1bに、両側面がサイドブロック(図示省略)の
内壁面に、それぞれ摺接するベーン4と、上記ベーン4
により上記シリンダ室1aを分割して形成された圧縮室
6、6、‥‥と、上記シリンダ室1a内の短径円弧部1
cからロータ2が回転して進行する方向の手前側に開口
して、上記圧縮室6内に圧縮された気体を吐出させる吐
出穴8と、この吐出穴8の出口に設けられ、上記圧縮室
6から吐出室10へ圧縮された気体(冷媒ガス)を通過
させ、通過した気体のシリンダ室1aへの逆流を遮断す
るリーフ弁式の吐出弁9とを有し、上記ロータ2の回転
に伴い圧縮室6の容積を増減させて、シリンダ室1aに
開口する吸入穴7から気体を吸入し、圧縮室6内でこの
気体を圧縮し、吐出穴8、吐出弁9経由で、圧縮した圧
縮気体を吐出するものである。
【0003】[ベーンのシリンダ室外周カム面への押し
付け力]ベーンの先端4aは、ロータ2の回転中、シリ
ンダ室1aの外周カム面1bとの接触を常に維持してい
ないと圧縮室と隣の圧縮室とで気体が漏れてしまい、圧
縮が行われない、また、その接触圧が弱いとベーンの先
端4aとシリンダ室1aの外周カム面1bとが瞬間的、
断続的に接触したり離れたりする、いわゆるチャタリン
グを起こしやすくなる。
【0004】ベーン4をシリンダ室1aの外周カム面1
bに向けて押し付け、接触させる力は、主に次の力によ
り合成されている。すなわち、ベーン4の後側から加え
る背圧室5からの力とベーン4自体のロータ軸回りの回
転による遠心力とによるベーン押し出し力と、圧縮室6
内の気体圧力によるベーン押し戻し力との差が、押し付
け力となる。
【0005】ベーンの先端4aは、シリンダ室1aの外
周カム面1bに沿って滑らかに摺動するために、カム面
1bの最大曲率よりも大きく丸めてあって、先端4aと
カム面1bとはほぼ線接触となっており、その前後のベ
ーン先端面は圧縮室6内の気体と接していて、ベーン先
端4aに気体の圧力が加わり、その気体圧力のベーン押
し戻し方向の成分がベーン押し戻し力となるわけであ
る。
【0006】従って、ベーン4が上記短径円弧部1cに
接近していく圧縮行程にきて、圧縮室6内の気体圧力が
増大したとき、ベーン押し戻し力は最大となる。一方、
遠心力は、回転数が一定ならば半径に比例するから、ベ
ーン4が短径円弧部1cに近いときは、ベーン4がベー
ン溝3内へ引っ込み、ベーン4に加わる遠心力は比較的
小さくなる。つまり、この位置で、上記のチャタリング
が最も起こりやすいのである。
【0007】[ベーンを回転方向に前傾させる理由]従
来のロータリベーン型の気体圧縮機においては、図4に
示したように、ベーン溝3、ベーン4をその回転方向
(矢印)に前傾させてある。
【0008】ベーン自体の遠心力をベーン押し出し力と
して有効に利用するには、遠心力のベーン押し出し方向
成分が小さくなる前傾は、明らかに不利であって、ロー
タ2の半径方向に正しくベーン溝3を刻設するのがよい
筈である。
【0009】しかし、このようにすると、ベーン溝3か
ら突出したベーン4には、ベーン先端4aとカム面1b
との接触による摩擦力、カム面1bの縮小行程でのベー
ン4を曲げようとする力等による曲げ力が加わり、これ
がベーン4とベーン溝3との摺動摩擦を大きくして、回
転負荷を増大し、ベーン4、ベーン溝3等を損耗する。
【0010】ベーン溝3、ベーン4をその回転方向に前
傾させると、上記の曲げ力成分は傾斜分弱まり、ベーン
4とカム面1bとの押し付け力成分が大きくなる。それ
故、ベーン溝3、ベーン4の前傾は、従来から必ず行わ
れている。
【0011】近年、気体圧縮機の小型化、軽量化が進ん
でいる。そして、小型化して、しかも、冷房能力を高く
維持するためには、ロータ2の回転数を上げることにな
る。しかし、ロータ2の回転数が高くなるほど、ベーン
4の曲げ力が大きくなるから、ベーン溝3、ベーン4の
傾斜角を大きくして曲げ力成分を減らすようにする設計
が行われてきた。この傾斜角は、安全のため、大きめに
設定される傾向があり、図2に示すように、ベーン溝3
のオフセット量Fを、ベーン4のベーン溝3からの最大
飛び出し量Aの1/2以上とするのが、特に小型の気体
圧縮機では普通になっている。なお、ベーン溝のオフセ
ット量とは、ベーン溝と平行なロータ半径と、このベー
ン溝との距離のことである。
【0012】しかし、図2のような大きな傾斜角とする
と、ベーン4の曲げ力成分を減らすためには有効である
が、ベーン4に加わる遠心力のベーン押し出し成分は小
さくなり、ベーン4をシリンダ室のカム面1bに押し付
ける押し付け力が弱くなって、チャタリングを起こしや
すくなるという欠点がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、ベーンの
曲げ力成分を適度に低く、しかも、遠心力のベーン押し
出し成分を適度に大きくして、チャタリングを発生しな
い気体圧縮機を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、この発明の気体圧縮機においては、断面非円形の
シリンダ室内に回動自在に設けられたロータと、このロ
ータにロータ回転方向に前傾した放射状に刻設されたベ
ーン溝と、このベーン溝に摺動自在に出没して、先端が
上記シリンダ室の外周カム面に押圧摺接するベーンと、
上記ベーンにより上記シリンダ室を分割して形成される
圧縮室とを有し、ロータの回転により上記圧縮室の容積
を増減して、容積を増加する吸入行程で気体を外部から
吸入し、容積を減少する圧縮行程で気体を圧縮して外部
へ吐出する気体圧縮機において、ロータ中心からシリン
ダ室カム面の最大半径部までの長さとロータ半径との比
を約1.3とし、かつ、ベーン溝のオフセット量を、ベ
ーンのベーン溝からの最大飛び出し量のおよそ1/3〜
1/2としたり、あるいは、ベーン溝の傾斜角を、およ
そ6.4°〜9.5°とするものである。
【0015】この発明によれば、遠心力のベーンを飛び
出させる方向の成分が比較的大きくなり、チャタリング
が発生しなくなる。
【0016】この発明において、「ベーンのベーン溝か
らの最大飛び出し量」とは、ベーン先端がシリンダ室カ
ム面の、ロータ中心からの最大半径部に接したときのベ
ーン先端からロータ外周までの最短長さ(図1のA)で
あって、カム面の最大半径とロータ半径との差に等しい
ものである。
【0017】この発明において、「ベーン溝の傾斜角」
とは、ベーン溝のロータ外周面開口中心を通るロータの
半径とベーン溝とのなす角(図1のθ)である。
【0018】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下、
図面を参照して説明する。図1は、この発明のベーン
溝、ベーンの前傾状態を説明する説明図である。図1に
おいて図2と同一部分には、同一の符号を付してその説
明を省略する。
【0019】図1において、ベーン溝3のオフセット量
Fは、このベーン溝3に挿入されて摺動するベーン4の
ベーン溝3からの最大飛び出し量Aの1/3〜1/2と
してある。この実施の形態においては、ロータ半径R=
25.1mm、シリンダ室1aの断面形状は、ほぼ楕円
形で、ロータ中心Oからシリンダ室カム面の最大半径部
1dまでの長さL=33.5mm、ベーン4のベーン溝
3からの最大飛び出し量A=8.4mmである。なお、
ロータ中心Oからシリンダ室1a内の短径円弧部1cま
での長さは、ほぼRに等しい。
【0020】それ故、上記ロータ中心Oからシリンダ室
カム面の最大半径部1dまでの長さLとロータ半径Rと
の比は、L/R≒1.335、上記最大飛び出し量Aの
1/3〜1/2に相当するオフセット量Fの長さ換算値
は、2.8mm〜4.2mmである。
【0021】この発明の効果を確かめるために、図1と
同様のシリンダ室断面形状がほぼ楕円形、ロータ半径R
=25.1mm、ロータ中心Oからシリンダ室カム面の
最大半径部1dまでの長さL=33.5mmの気体圧縮
機で、ベーン溝3のオフセット量Fの異なるものを製作
し、エアコンシステムに組み込んで運転して、騒音を測
定した。
【0022】製作、騒音測定を行った気体圧縮機は、こ
の発明の気体圧縮機として、オフセット量F=3mm、
4mmの2種、従来品のオフセット量F=7mmのも
の、比較品として、オフセット量F=5mm、6mmの
2種の計5種、各1台の気体圧縮機である。
【0023】図3は、この実験結果を示し、オフセット
量Fを横軸に、騒音を縦軸にして示したもので、図3
(a)は、騒音の全周波数を、(b)は、4kHzの騒
音を、(c)は、8kHzの騒音を、それぞれ測定した
結果を示したグラフである。
【0024】図3から明らかなように、ロータ回転数が
1000r.p.m.では、オフセット量Fによる騒音
レベルの差はあまりないが、2000r.p.m.近辺
から3000r.p.m.になると、発明品と従来品と
の騒音レベルの差が顕著になり、この発明の騒音低減の
効果が歴然となる。
【0025】なお、ベーン先端の損耗については、実験
結果を示さないが、ロータ回転数3000r.p.m.
で長時間運転の試験後、分解したところ、発明品と従来
品とに、目視の結果に大きな差があり、従来品のベーン
先端には、こまかい打痕、磨耗などの損耗が目立ったの
に対し、発明品ではベーン先端の損耗が極めて軽微であ
った。
【0026】以上の実験結果から、発明品では、シリン
ダ室のカム面とベーン先端との間でチャタリングが発生
しなくなっているものと推察できる。
【0027】また、発明品では、ベーンの傾斜角が従来
品よりも小さいためにロータの回転抵抗が増し、冷房効
率が下がるのではないかと予想したが、そのような傾向
は認められなかった。これは、チャタリングが発生しな
いために、圧縮室間のガス漏れがなくなり、チャタリン
グに消費される動力もなくなって、ロータの回転抵抗増
による動力増と相殺されているためではないかと思われ
る。
【0028】図1におけるオフセット量Fを、ベーン溝
の傾斜角(ベーン溝3のロータ外周面開口中心Gを通る
ロータの半径OGとベーン溝3とのなす角)θに換算す
ると、およそ6.4°〜9.5°となる。
【0029】この傾斜角θは、ベーンの曲げ力成分を減
らす作用と、遠心力のベーンを飛び出させる作用との双
方が適度にバランスして、共に有効に働く値であると考
えられる。それ故、この傾斜角θは、この実施の形態に
限らず、ロータ中心からシリンダ室カム面の最大半径部
までの長さとロータ半径との比を約1.3でない他の形
状のカム面、他のベーン枚数等、他の形状寸法のロータ
リベーン型気体圧縮機においても、この発明の作用効果
をもたらす傾斜角度であるといえる。
【0030】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
おいては、ロータリベーン型気体圧縮機において、ベー
ン溝のオフセット量を、ベーンのベーン溝からの最大飛
び出し量の1/3〜1/2としたり、ベーン溝の傾斜角
をおよそ6.4°〜9.5°として、ベーン溝をロータ
回転方向に前傾させたから、ベーン溝内でのベーンの滑
らかな摺動を維持しながら、ベーン先端とシリンダ室カ
ム面との間のチャタリング発生を抑え、これによるベー
ン先端の損耗を抑制し、騒音を低下することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の気体圧縮機のベーン溝傾斜状態を説
明する説明図。
【図2】従来の気体圧縮機のベーン溝傾斜状態を説明す
る説明図。
【図3】(a)〜(c)は、それぞれオフセット量と騒
音との関係を示す説明図。
【図4】一般的な気体圧縮機を示す縦断面図。
【符号の説明】
1 シリンダブロック 1a シリンダ室 1b 外周カム面 1c 短径円弧部 2 ロータ 3 ベーン溝 4 ベーン 4a ベーン先端 5 背圧室 6 圧縮室 7 吸入穴 8 吐出穴 9 吐出弁 A 最大飛び出し量 F オフセット量 L ロータ中心からシリンダ室カム面の最大半径部まで
の長さ θ 傾斜角

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断面非円形のシリンダ室内に回動自在に
    設けられたロータと、このロータにロータ回転方向に前
    傾した放射状に刻設されたベーン溝と、このベーン溝に
    摺動自在に出没して、先端が上記シリンダ室の外周カム
    面に押圧摺接するベーンと、上記ベーンにより上記シリ
    ンダ室を分割して形成される圧縮室とを有し、ロータの
    回転により上記圧縮室の容積を増減して、容積を増加す
    る吸入行程で気体を外部から吸入し、容積を減少する圧
    縮行程で気体を圧縮して外部へ吐出する気体圧縮機にお
    いて、 ロータ中心からシリンダ室カム面の最大半径部までの長
    さとロータ半径との比を約1.3とし、 ベーン溝のオフセット量を、ベーンのベーン溝からの最
    大飛び出し量のおよそ1/3〜1/2としたことを特徴
    とする気体圧縮機。
  2. 【請求項2】 断面非円形のシリンダ室内に回動自在に
    設けられたロータと、このロータにロータ回転方向に前
    傾した放射状に刻設されたベーン溝と、このベーン溝に
    摺動自在に出没して、先端が上記シリンダ室の外周カム
    面に押圧摺接するベーンと、上記ベーンにより上記シリ
    ンダ室を分割して形成される圧縮室とを有し、ロータの
    回転により上記圧縮室の容積を増減して、容積を増加す
    る吸入行程で気体を外部から吸入し、容積を減少する圧
    縮行程で気体を圧縮して外部へ吐出する気体圧縮機にお
    いて、 ベーン溝の傾斜角を、およそ6.4°〜9.5°とした
    ことを特徴とする気体圧縮機。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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