JP2002155878A - ベーン及びそれを備えたベーン型圧縮機 - Google Patents

ベーン及びそれを備えたベーン型圧縮機

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JP2002155878A
JP2002155878A JP2000350619A JP2000350619A JP2002155878A JP 2002155878 A JP2002155878 A JP 2002155878A JP 2000350619 A JP2000350619 A JP 2000350619A JP 2000350619 A JP2000350619 A JP 2000350619A JP 2002155878 A JP2002155878 A JP 2002155878A
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vane
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small curved
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radius
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Tomoyasu Takahashi
知靖 高橋
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Valeo Thermal Systems Japan Corp
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Zexel Valeo Climate Control Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベーン先端の小湾曲面に加わる面圧を低減さ
せることが可能なベーンを提供する。 【解決手段】 ベーン14の先端の小湾曲面14aの曲
率半径R2を、ベーン14の厚さの12.5%を超え、
かつ主湾曲面14aの曲率半径R1よりも小さくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はベーン及びベーン
型圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】ベーン型圧縮機では、カムリングにロー
タが回転可能に収容され、このロータには複数のベーン
溝がほぼ半径方向に設けられ、各ベーン溝にはベーンが
摺動可能に挿入されている。ロータの回転にともなって
ベーンが遠心力及びベーン溝底部のベーン背圧によって
カムリングの内周面に押し付けられながら回転し、ベー
ンで仕切られた圧縮室の冷媒ガスは圧縮される。
【0003】図7は従来のベーンの一例を示し、(a)
は側面図、(b)は使用状態の概略図である。ベーン2
14が回転するときに、ベーン214の先端がカムリン
グ1の内周壁を円滑に摺動できるように、ベーン214
の先端には、図7に示すように、主湾曲面214aとこ
れに連続する小湾曲面214bとが形成されている。小
湾曲面214bは、主湾曲面214aとベーン背面21
4cとを滑らかにつなげるためのものである。ロータ2
のシャフト(図示せず)に直交する仮想平面での主湾曲
面214aと小湾曲面214bの断面形状は、それぞれ
円弧状である。
【0004】従来のベーン型圧縮機では、ベーン214
の主湾曲面214aがカムリングの内周壁に接触してい
るときの面圧を低減し、内周壁との接触部の摺動による
摩耗を防止するために、図7に示すように、主湾曲面2
14aの曲率半径R1(上記主湾曲面214aの断面形
状の曲率半径)をできるだけ大きく取っていた。しか
し、小湾曲面214bは主湾曲面214aとベーン背面
214cの間の角なので、小湾曲面214bの曲率半径
R2(上記小湾曲面214bの断面形状の曲率半径)は
小さい。そのため、図7(b)に示す接触点Cが小湾曲
面214bにまで掛かるようになっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このため、従来のベー
ン式圧縮機では、小湾曲面214bに応力が集中し易
く、小湾曲面214bが変形したり、ベーン214を被
覆するメッキ等が小湾曲面214bの部分で剥離する虞
があった。
【0006】この発明はこのような事情に鑑みてなされ
たもので、その課題はベーン先端の小湾曲面に加わる面
圧を低減させることが可能なベーン及びそれを備えたベ
ーン型圧縮機を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め請求項1の発明のベーンは、先端に主湾曲面とこれに
連続する小湾曲面とを有し、カムリング内に収容された
ロータのベーン溝に摺動可能に挿入され、前記ロータの
回転時に前記先端が前記ベーン溝から飛び出して前記カ
ムリングの内周壁を擦りながら回転するベーンにおい
て、前記小湾曲面の曲率半径が、前記ベーンの厚さの1
2.5%を超え、かつ前記主湾曲面の曲率半径よりも小
さいことを特徴とする。
【0008】上述のように、小湾曲面の曲率半径が、ベ
ーンの厚さの12.5%を超え、かつ主湾曲面の曲率半
径よりも小さいので、小湾曲面の曲率半径が従来のもの
よりも大きくなり、小湾曲面に加わる面圧が低減され
る。
【0009】請求項2の発明のベーンは、先端に主湾曲
面とこれに連続する小湾曲面とを有し、カムリング内に
収容されたロータのベーン溝に摺動可能に挿入され、前
記ロータの回転時に前記先端が前記ベーン溝から飛び出
して前記カムリングの内周壁を擦りながら回転するベー
ンにおいて、前記ロータのシャフトと直交する仮想平面
での前記主湾曲面と前記小湾曲面の断面形状が、一つの
仮想楕円の一部を形成していることを特徴とする。
【0010】上述のように、前記ロータのシャフトと直
交する仮想平面での前記主湾曲面と前記小湾曲面の断面
形状が、一つの仮想楕円の一部を形成しているので、小
湾曲面の部分の曲率半径が大きくなり、小湾曲面に加わ
る面圧が低減される。
【0011】請求項3の発明のベーン型圧縮機は、請求
項1又は2記載のベーンを備えていることを特徴とす
る。
【0012】このベーン型圧縮機は、ベーンとして請求
項1又は2記載のベーンを用いているので、ベーン先端
の小湾曲面の部分の曲率半径が大きくなり、小湾曲面に
加わる面圧が低減される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。
【0014】図1はこの発明の一実施形態に係るベーン
を示し、同図(a)は側面図、同図(b)は部分拡大図
であり、図2は図1に示すベーンを備えたベーン型圧縮
機の縦断面図であり、図3は図2のIII−III 線に沿う
断面図であり、図4は図2に示すベーン型圧縮機の部分
拡大図である。
【0015】このベーン型圧縮機は、カムリング1と、
カムリング1の両開口端を閉塞するようにそれぞれ固定
されたフロントサイドブロック3及びリヤサイドブロッ
ク4と、カムリング1内に回転自在に収納されたロータ
2と、両サイドブロック3,4の端面にそれぞれ固定さ
れたフロントヘッド5及びリヤヘッド6と、ロータ2の
シャフト7とを備えている。シャフト7は、両サイドブ
ロック3,4にそれぞれ設けられた軸受8,9に回転可
能に支持されている。
【0016】前記フロントヘッド5には冷媒ガスの吐出
口5aが、リヤヘッド6には冷媒ガスの吸入口6aがそ
れぞれ形成されている。吐出口5aはフロントヘッド5
とフロントサイドブロック3とにより形成される吐出室
10に、吸入口6aはリヤヘッド6とリヤサイドブロッ
ク4とにより形成される吸入室11に、それぞれ連通し
ている。
【0017】前記カムリング1の内周面1aとロータ2
の外周面との間には、図3に示すように、上下2つの圧
縮空間12が形成されている(図2中には一方の圧縮空
間12だけが見えている)。ロータ2には複数のベーン
溝13が設けられ、これらのベーン溝13内にはベーン
14が摺動可能に挿入されている。圧縮空間12はベー
ン14によって仕切られて複数の圧縮室が形成され、圧
縮室の容積はロ−タ2の回転によって変化する。
【0018】このベーン14の先端には、図1に示すよ
うに、主湾曲面14aとこれに連続する小湾曲面14b
が形成されている。また、ベーン14の表面には、Ni
−P系のメッキが施されている。ロータ2のシャフト7
の軸線と直交する仮想平面での主湾曲面14aと小湾曲
面14bの断面形状は、それぞれ円弧状である。
【0019】小湾曲面14bの曲率半径R2(上記小湾
曲面14bの断面形状の曲率半径)は、従来のものより
も大きく設定されている。本実施形態では、曲率半径R
2の値は、ベーン14の厚さtの30%としてある。
【0020】カムリング1の外周壁には、2つの圧縮空
間12に対応する2つの吐出ポート16が設けられてい
る(図2には片方の吐出ポート16だけが見えてい
る)。更に、カムリング1の外周壁には、弁止め部17
aを有する吐出弁カバー17がボルト18により固定さ
れている。カムリング1の外周壁と弁止め部17aとの
間には、吐出弁カバー17側に保持された吐出弁19が
装着されている。吐出ポート16が開いたとき、圧縮室
12内の圧縮された冷媒ガスは吐出ポート16、連通路
2a,3a、吐出室10及び吐出口5aを通じて吐出さ
れる。
【0021】前記リヤサイドブロック4には上下2つの
圧縮空間12に対応する上下2つの吸入ポート(図示せ
ず)が設けられている。吸入ポートを介して吸入室11
と圧縮空間12とが連通している。
【0022】次に、このベーン型圧縮機の動作を説明す
る。
【0023】図示しないエンジンの回転駆動力がシャフ
ト7に伝わるとロータ2が回転する。図示しないエバポ
レータからの出口から流出した冷媒ガスは吸入口6aか
ら吸入室11に入り、この吸入室11から吸入ポートを
通じて圧縮空間12に吸入される。圧縮空間12内はベ
ーン14によって仕切られており、各圧縮室の容積はロ
ータ2の回転にともなって変化するので、ベーン14間
に閉じ込められた冷媒ガスは圧縮され、圧縮された冷媒
ガスは吐出弁19を開き、吐出ポート16から吐出室1
0に流出し、更に吐出口5aから吐出される。
【0024】ベーン14は、ロータの回転にともなって
遠心力及びベーン溝13の底部のベーン背圧によってカ
ムリング1の内周面1aに押し付けられながら回転す
る。このとき、小湾曲面14bの曲率半径R2が従来の
ものよりも大きいので、小湾曲面14bに加わる面圧が
小さい。この結果、ベーン14の変形やメッキ等の剥離
を防止することができる。
【0025】小湾曲面の曲率半径R2の設定可能範囲に
ついて実験を行ったが、この結果を図5に示す。図5は
ベーンの小湾曲面の大きさと小湾曲面における最大接触
圧力との関係を示すグラフである。
【0026】図5から明らかなように、曲率半径R2の
値がベーンの厚さtの12.5%以下であると、ベーン
先端の小湾曲面における最大接触圧力が急激に大きくな
ることが分かる。反対に、曲率半径R2の値がベーンの
厚さtの12.5%を超えると、ベーン先端の小湾曲面
における最大接触圧力が急激に小さくなることが分か
る。この実施形態では、小湾曲面の曲率半径R2の下限
値をベーンの厚さtの30%としたが、ベーン14の厚
さtの12.5%を超えるものであればよい。
【0027】また、ベーン14の表面にNi−P系のメ
ッキが施されているが、このメッキは、小湾曲面の曲率
半径R2の値をベーンの厚さtの25%以下にすると、
小湾曲面に加わる接触圧力で剥離する虞がある。このた
め、本実施形態では、メッキの剥離を確実に防ぐため、
小湾曲面の曲率半径R2の値をベーンの厚さtの30%
とした。なお、メッキの種類によっては、曲率半径R2
の値をベーンの厚さtの12.5%とした場合において
も、メッキがベーンから剥離しないものもある。
【0028】小湾曲面の曲率半径R2の値を大きくすれ
ばするほど、小湾曲面に加わる最大接触圧力を低減させ
ることができるが、図5から明らかなように、曲率半径
R2の値がベーンの厚さtの100%を超えて大きくな
っても、小湾曲面における最大接触応力は、それ程小さ
くならない。また、曲率半径R2の値を大きくして行
き、曲率半径2の値が主湾曲面の曲率半径R1(上記主
湾曲面14aの断面形状の曲率半径)の値と同じになる
と、主湾曲面と小湾曲面とは接するようにつながるた
め、小湾曲面を主湾曲面と同じRにすると、同一Rにな
ってしまう。以上のことを考慮して、小湾曲面の曲率半
径R2の上限値を主湾曲面の曲率半径R1の値よりも小
さくした。
【0029】この実施形態によれば、小湾曲面に作用す
る面圧を低減することができ、この結果、ベーンやこれ
と接触するカムリング等の変形、磨耗、メッキの剥離等
を防止することができる。
【0030】図6はこの発明の他の実施形態に係るベー
ンを示し、同図(a)は側面図、同図(b)は部分拡大
図である。
【0031】このベーン114は、主湾曲面114aと
小湾曲面114bの形状を除き、図1に示すベーン14
と同様の構成である。本実施形態のベーン114の場
合、ロータのシャフトと直交する仮想平面で、主湾曲面
114aと小湾曲面114bを切断すると、これらの断
面形状は、一つの仮想楕円Eの一部を描く。したがっ
て、従来のものよりも小湾曲面114bにおける湾曲の
度合いが緩やかであり、小湾曲面114bにおける面圧
を従来のものよりも低減することができる。
【0032】この実施形態によれば、上述の実施形態と
同様の効果を得ることができる。
【0033】なお、上述の仮想楕円Eでは、長軸aと短
軸bとの比がほぼ3.8:1で、長軸aの長さがベーン
114の厚さtの125%である。また、この長軸a
は、ベーン114の厚さ方向と平行であり、その一端が
ベーン114の後面上に位置している。
【0034】ベーンの主湾曲面と小湾曲面の断面形状を
決定する仮想楕円としては、上述のものに限定されず、
長軸と短軸との比が1:1〜4:1の範囲で、かつ長軸
の長さがベーンの厚さの100〜150%のものが適す
る。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように請求項1又は2の発
明のベーンによれば、小湾曲面に作用する面圧を低減す
ることができ、ベーン等の変形や磨耗等を抑制できる。
【0036】請求項3の発明のベーン型圧縮機によれ
ば、ベーン等の変形や磨耗等を抑制できるので、圧縮機
の耐久性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1はこの発明の一実施形態に係るベーンを示
し、同図(a)は側面図、同図(b)は部分拡大図であ
る。
【図2】図2は図1に示すベーンを備えたベーン型圧縮
機の縦断面図である。
【図3】図3は図2のIII −III 線に沿う断面図であ
る。
【図4】図4は図2に示すベーン型圧縮機の部分拡大図
である。
【図5】図5はベーンの小湾曲面の大きさと小湾曲面に
おける最大接触圧力との関係を示すグラフである。
【図6】図6はこの発明の他の実施形態に係るベーンを
示し、同図(a)は側面図、同図(b)は部分拡大図で
ある。
【図7】図7は従来のベーンの一例を示し、(a)は側
面図、(b)は使用状態の概略図である。
【符号の説明】
1 カムリング 1a 内周面 2 ロータ 13 ベーン溝 14、114 ベーン 14a、114a 大湾曲面 14b、114b 小湾曲面

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先端に主湾曲面とこれに連続する小湾曲
    面とを有し、カムリング内に収容されたロータのベーン
    溝に摺動可能に挿入され、前記ロータの回転時に前記先
    端が前記ベーン溝から飛び出して前記カムリングの内周
    壁を擦りながら回転するベーンにおいて、 前記小湾曲面の曲率半径が、前記ベーンの厚さの12.
    5%を超え、かつ前記主湾曲面の曲率半径よりも小さい
    ことを特徴とするベーン。
  2. 【請求項2】 先端に主湾曲面とこれに連続する小湾曲
    面とを有し、カムリング内に収容されたロータのベーン
    溝に摺動可能に挿入され、前記ロータの回転時に前記先
    端が前記ベーン溝から飛び出して前記カムリングの内周
    壁を擦りながら回転するベーンにおいて、 前記ロータのシャフトと直交する仮想平面での前記主湾
    曲面と前記小湾曲面の断面形状が、一つの仮想楕円の一
    部を形成していることを特徴とするベーン。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のベーンを備えてい
    ることを特徴とするベーン型圧縮機。
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