JP2002221175A

JP2002221175A - 気体圧縮機

Info

Publication number: JP2002221175A
Application number: JP2001021065A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Kumakura; 泰秀熊倉
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-08-09

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮容量の異なる複数種のベーンロータリ型
気体圧縮機に共通のベーンを使用できるようにする。【解決手段】複数種のベーンロータリ型気体圧縮機の
圧縮容量差に対応する幅Ｗの部分ベーン５を並べてロー
タ幅ＷＲに合わせて、１〜複数の部分ベーン５でひとつ
のベーン形状にすることにより、１種類の部分ベーン５
を用意するだけで、小圧縮容量から大圧縮容量までの種
々の圧縮機のベーンとして用いる。

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、ベーンロータリ
型気体圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】ベーンロータリ型気体圧縮機は、図１お
よび図２に示すように、シリンダ室１と、このシリンダ
室１内で回転自在のロータ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と、このベーン溝３に摺動
・出没自在に挿入され、先端４ａが上記シリンダ室１の
内壁面１ｂに摺接する１枚物のベーン４と、このベーン
４により上記シリンダ室１が仕切られて形成される圧縮
室６、６、‥‥と、上記シリンダ室１内に開口してシリ
ンダ室１と吸入室１４とを連通させる吸入穴７、７と、
上記シリンダ室１内に開口してシリンダ室１と吐出室１
０とを連通させる吐出穴８、８とを具備し、ロータ２の
回転により上記圧縮室６を膨張収縮させながら吸入室１
４から吸入穴７を経由して気体を圧縮室６に吸入し、圧
縮室６で圧縮した気体を吐出穴８を経由して吐出室１０
へ吐出するようになっている。

【０００３】ロータ２の両端面２ａ、２ａおよびベーン
４の両端面４ｂ、４ｂは、シリンダ室１の外周のシリン
ダブロック９を両側から気密に挟んだフロントサイドブ
ロック２１の端面２１ａ、リアサイドブロック２２の端
面２２ａと摺接し、これらの摺接面とシリンダ室内壁面
１ｂとベーン先端４ａとの摺接面は、気密が保たれ、シ
リンダ室１内の圧縮室６と隣の圧縮室６との圧力差に耐
えて圧縮室６をシールしている。

【０００４】また、上記ロータ２は、これと一体的に構
成されたロータ軸１３が上記フロントサイドブロック２
１およびリアサイドブロック２２に形成された軸受１
２、１２により回転自在に保持され、外部から電磁クラ
ッチ２５を介して回転駆動される。

【０００５】そして、ロータ軸１３とその軸受１２、１
２との摺動面、ベーン４とシリンダ室内壁面１ｂとの摺
動面等には、潤滑と気密性維持のために潤滑油が供給さ
れるようになっている。

【０００６】また、ベーン４をシリンダ室内壁面１ｂ側
に付勢する背圧を発生させるために、ベーン溝３内には
加圧された潤滑油が導入される。なお、この潤滑油はベ
ーン４とベーン溝３の摺接面あるいはロータ２と両サイ
ドブロック２１、２２との摺接面に少しずつ滲み出して
潤滑する。

【０００７】この潤滑油は、吐出室１０の下方の油溜り
１１から各摺動面、ベーン溝３に供給され、圧縮室６で
圧縮された気体に混入して吐出室１０に戻ってきて油分
離器により分離され、油溜り１１に貯留される。

【０００８】ところで、気体圧縮機の（ロータ１回転当
たりの）圧縮容量は、空調システムの大きさや用途によ
り大小種々のものが要求される。気体圧縮機の圧縮容量
を選定するには、（１）シリンダ室１の断面を変えて、
それに合わせてベーン４の長さを変えるか、または、
（２）シリンダ室１の断面は変えずに、ロータ２の軸方
向の長さを変え、それに合わせてベーン４の幅を変える
かすればよいことになるが、前者では、両サイドブロッ
ク２１、２２等も、設定圧縮容量毎に別寸法のものを用
意しなければならず、部品種類が増えてコストアップに
なる。後者では、両サイドブロック２１、２２等の部品
は、圧縮容量の異なる複数種の気体圧縮機に共通に使用
することができ、また、シリンダ室１の断面形状寸法が
共通となるから、加工設備も共有化できて、経済的であ
る。

【０００９】しかし、後者では、ロータ２、シリンダブ
ロック９、ベーン４のロータ軸方向の寸法は、圧縮容量
毎に異なるという欠点はある。特に、ベーンは、そのロ
ータ軸方向の寸法が大きいと、その表面に施されている
メッキ面の面積が大きくなり、以下に説明するように、
平面度が悪くなる。

【００１０】ベーン４は、ベーン溝３、シリンダ室内壁
面１ｂ、両サイドブロック２１、２２と、気体圧縮機運
転中、常時摺動する。摺動性をよくするために、ベーン
４は精密に加工され、摺動面には潤滑油が供給される。
しかし、潤滑油面が介在しても、なお、過酷な摺動によ
り磨耗を生じやすいので、従来から、耐磨耗性を向上す
るために、摺動する相手の面と異なる材料、例えば、ア
ルミニウム合金を用いた場合でも、相手側のアルミニウ
ム合金とは異なるアルミニウム合金を使用し、その表面
に電解メッキによりメッキ層を形成している。

【００１１】このメッキ層は、ベーンの面積が大きい
と、メッキ時の電流ムラが元で、角の部分よりも面の中
央部のメッキ層が薄くなり、メッキ厚のムラが大きくな
る。メッキ厚のムラが大きくなるとベーン摺動面の平面
度が悪くなり、摺動性劣化につながるので、このような
場合は、メッキ後に研削加工を加える必要が生じ、コス
トアップとなる。

【００１２】更に、また、面積の大きいベーンをアルミ
ニウム合金等の素材から精密な寸法、平面度、平行度に
削り出すには、削り出し中の素材温度の変化がないよう
に素材温度をコントロールする必要があり、その加工コ
ストも高いものになる。

【００１３】更に、また、気体圧縮機の運転中、圧縮に
よる力によって、１枚物の面積の大きいベーン４が曲が
り、この変形によるベーン４とベーン溝３とに加わるむ
りな応力で、ロータ２のベーン溝３周辺に異常摩耗や亀
裂を生じたり、ベーン４が永久変形したり異常摩耗、損
傷したりするという欠点がある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上述の問
題点を解決し、種々の圧縮容量のベーンロータリ型気体
圧縮機のベーンの製造コストを引き下げるとともに、そ
の品質を向上し、信頼性の高い気体圧縮機を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【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、シリンダ室
と、このシリンダ室内で回転自在のロータと、このロー
タにほぼ放射状に刻設されたベーン溝と、このベーン溝
に摺動・出没自在に挿入され、先端が上記シリンダ室の
内壁面に摺接するベーンと、このベーンにより上記シリ
ンダ室が仕切られて形成される圧縮室と、上記シリンダ
室内に開口してシリンダ室と吸入室とを連通させる吸入
穴と、上記シリンダ室内に開口してシリンダ室と吐出室
とを連通させる吐出穴とを具備し、ロータの回転により
上記圧縮室を膨張収縮させながら吸入室から吸入穴を経
由して気体を圧縮室に吸入し、圧縮室で圧縮した気体を
吐出穴を経由して吐出室へ吐出する気体圧縮機におい
て、ひとつのベーン溝に挿入されたベーンが、ベーンの
摺動方向に沿って分割された複数枚の部分ベーンからな
るようにする。

【００１６】このように構成すると、部分ベーンの大き
さが比較的小さくなり、製造が容易で、ローコストにな
る。また、気体圧縮機の運転中にシリンダ室内で部分ベ
ーンに加わる力が分散されて大きな曲げ力などを受けな
くなる。

【００１７】また、この気体圧縮機において、ベーン溝
に挿入される複数枚の部分ベーンの幅を等しくすると、
同一サイズの部分ベーンを用いて圧縮容量の異なる気体
圧縮機のシリーズ化が容易になる。

【００１８】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベーン
と隣り合う部分ベーンとが密に接し、あるいは、部分ベ
ーンの根元側で結合して、先端側で互いにフリーになっ
ているようにすると、シリンダ室内で受ける力に対して
それぞれの部分ベーンが独立に変形しやすくなる。

【００１９】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベーン
と隣り合う部分ベーンとを結合して一体化すると気密性
が増し、部分ベーン間の気体のリークがなくなる。

【００２０】また、ひとつのベーン溝に挿入された部分
ベーンと隣り合う部分ベーンとを弾性的にシールする
と、それぞれの部分ベーンが独立に変形しやすくて、部
分ベーン間の気体のリークがなくなる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下、
図１〜図４を参照して説明する。

【００２２】図１および図２は、この発明になる気体圧
縮機の実施の形態を示し、図１は縦断面図、図２は図１
のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１および図２について
は、既に従来の技術の項で説明したので、以下、この発
明の特徴である図３のベーンについて説明する。

【００２３】図３は、図１および図２に示した気体圧縮
機のロータおよびベーンの一実施の形態を示す斜視図で
ある。

【００２４】この発明においては、図３に示すように、
ひとつのベーン溝３に挿入されたベーン４が、ベーンの
摺動方向に沿って分割された２枚の等幅Ｗの部分ベーン
５、５からなっている。部分ベーン５は、従来の１枚の
ベーンと同様に、図５に示すように、ベーン溝３と接す
る両面Ｐ、Ｐの平行度、平面度、サイドブロック２１
（２２）あるいは隣の部分ベーン５と接する両側面Ｓ、
Ｓの平行度、平面度が高精度に仕上げてある。それ故、
隣り合う２枚の部分ベーン５、５は密に接してベーン溝
３に出入り自在、摺動自在に挿入される。

【００２５】上記部分ベーン５の材料は、ロータ２、シ
リンダブロック９、両サイドブロック２１、２２のアル
ミニウム合金材料とは含有成分が若干異なるアルミニウ
ム合金材料であり、大きいサイズの素材から削り出さ
れ、その全表面にＮｉ系のメッキが施されている。部分
ベーン５の幅Ｗは、２４ｍｍとしてある。部分ベーンの
素材からの削り出し、削り出した部分ベーン表面へのメ
ッキを、幅Ｗが異なるサイズについて実験したところ、
幅Ｗが１５〜３０ｍｍの範囲では、削り出し中、特別に
温度変化に注意を払わなくても、素材からの削り出し精
度がよく、優れた寸法精度、平行度、平面度が容易に得
られた。また、メッキ厚のムラも少なく、良好な平面度
を維持できて、平面度修正のための研削仕上げは不要で
あった。一方、幅Ｗが３０ｍｍを超えると、削り出し精
度を維持するのに手間がかかるようになり、メッキ厚の
ムラも次第に増加して、ベーンとして使用するには、研
削仕上げが必要になった。

【００２６】運転中の部分ベーン５それぞれの挙動は、
ベーン背圧の圧力やロータ回転の遠心力、吸入気体の圧
力、流動等の状態変化等によって決まるわけであるが、
隣接するベーンの影響は少なく、ひとつのベーンと同様
の作動をしているものと思われる。

【００２７】また、シリンダ室１内に液化した冷媒、潤
滑油が多く吸い込まれ、圧縮室６が異常に高圧になる起
動時の運転音は、一般に騒音レベルが高くなり、ベーン
４やロータ２の損傷につながることもあるのであるが、
部分ベーン５、５を使用した気体圧縮機では、１枚のベ
ーンの場合よりも静かであり、始動を繰り返しての試験
運転後の分解検査でも、特別の磨耗、損傷等は認められ
なかった。その理由は、幅の狭い部分ベーン５、５がそ
れぞれ独立に圧縮室６の異常高圧により変形し、その変
形量が１枚のベーンの変形量よりも少なくて済み、騒音
レベルが低くなる、また、部分ベーン５の変形量が少な
いから、部分ベーン５とベーン溝３とに加わる応力が弱
く、ベーン溝３周辺に亀裂を生じたり、部分ベーン５が
永久変形したりするおそれはないものと思われ、従っ
て、部分ベーン５、ロータ２の寿命は、１枚のベーンの
寿命よりも長くなるものと思われる。なお、運転後の分
解検査の際、２枚の部分ベーン５、５の接触面を観察し
たところ、潤滑油が微量滲み込んだ痕跡が認められた。

【００２８】次に、隣り合う２枚の部分ベーン５、５を
接着剤で接着し、接着した２枚の部分ベーン５、５を組
み込んで気体圧縮機を運転したところ、この場合も、ス
ムーズな圧縮運転を行えることが確認できた。上記と同
様の試験運転後、分解して２枚の部分ベーン５、５の接
着面を観察したところ、接着面に変化は認められず、潤
滑油の滲み込みは皆無であり、この接触面からの潤滑油
のリークは起こらないものと考えられる。従って、隣り
合う部分ベーン５、５とが結合されて一体化していれ
ば、圧縮率の高い圧縮運転に好適である。

【００２９】隣り合う部分ベーン５、５の結合・一体化
は、接着剤による他、ロウ付け、ねじ結合、ピン結合等
の他の手段によることもできる。

【００３０】ねじ結合、ピン結合等による場合、結合部
分を、例えば、根元Ｂ（図５参照）側のみにすると、先
端Ｔ側は互いにフリーになる。このようにすると、接触
面での潤滑油リークは防げないが、部分ベーン５、５の
それぞれ独立の変形が可能となって、密に接した部分ベ
ーンと同様に、起動時の騒音レベル低減作用がありなが
ら、部分ベーン５、５の一体摺動が確実になる。

【００３１】次に、隣り合う２枚の部分ベーン５、５の
幅寸法Ｗをやや小さく仕上げて、接触面を液状ガスケッ
トで接着し、接着した２枚の部分ベーン５、５を組み込
んで気体圧縮機を上記と同様に試験運転した。この場合
も、スムーズな圧縮運転を行えることが確認できた。ま
た、起動時の騒音レベルも低かった。この場合は、液状
ガスケットにより部分ベーン５、５間がシールされ、し
かも、部分ベーン５と隣の部分ベーン５とは弾性的に結
合されているから、圧縮室圧力等により互いにフリーに
変形できる。

【００３２】ひとつのベーン溝３に挿入された部分ベー
ン５と隣り合う部分ベーン５とを弾性的にシールするに
は、上記の液状ガスケットの他、ゴム等の弾性材のガス
ケットで接着してもよい。

【００３３】上述したこれらの実施の形態では、部分ベ
ーン５の幅Ｗを全て等しくし、全てのベーン溝３に挿入
した。このように幅Ｗの等しい１種類の部分ベーンを用
いると、部分ベーンの生産設備、生産工程管理が容易に
なり、ローコストで品質のよい部分ベーンが得られ、在
庫も少なくて済むようになる。しかも、ロータ幅ＷＲ
（図５参照）を部分ベーン幅Ｗの整数倍としたロータ
２、シリンダブロック９を種々準備すれば、気体圧縮機
の圧縮容量のシリーズ化ができ、全シリーズのコストダ
ウン、品質向上となる。

【００３４】例えば、図３と同一の部分ベーン５を３枚
並べてベーン４を構成した例が図４である。図４におい
ては、幅ＷＲ３＝ＷＲ×３のロータ２０と、このロータ
２０に合わせて長く形成したロータ軸１９とを用い、ロ
ータ２０のベーン溝３０に部分ベーン５、５、５を並べ
て挿入して、ベーン４０を構成したものである。図４の
ロータ軸１９、ロータ２０、ベーン４０を用い、シリン
ダブロックもロータ２０の幅ＷＲ３に合わせて幅を大き
くした気体圧縮機は、図３の気体圧縮機の１．５倍の圧
縮容量となっている。

【００３５】図４の場合にも、ひとつのベーン溝に挿入
され、隣り合う部分ベーン５、５を互いに接着等により
密に接するようにしたり、結合して一体化したり、弾性
的にシールしたり、あるいは、部分ベーンの根元側で結
合され、先端側で互いにフリーにしたりすることができ
る。

【００３６】また、更に、ひとつのベーン溝に挿入され
る部分ベーン５の枚数を増やせば、圧縮容量が更に大き
い気体圧縮機とすることができる。

【００３７】圧縮容量の大小にかかわらず、部分ベーン
の製造コストが安価で、その品質がよく、気体圧縮機起
動時の騒音、振動、それによるロータ、部分ベーンの損
傷は発生しない。

【００３８】

【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、ひとつのベーン溝に挿入されたベーンが、ベ
ーンの摺動方向に沿って分割された複数枚の部分ベーン
からなるようにしてから、部分ベーンをひとつあるいは
２以上組み合わせて１枚のベーンを構成することがで
き、その組み合わせにより、部分ベーンを圧縮容量の異
なる複数種の気体圧縮機に使用することができる。更
に、ベーン溝に挿入される複数枚の部分ベーンの幅が等
しいものにすれば、単一種類の部分ベーンを用意するだ
けで済み、一層のコストダウンが達成できる。

【００３９】更に、ひとつのベーン溝に挿入された部分
ベーンと隣り合う部分ベーンとが密に接しているように
すると、気体圧縮機の起動時に圧縮室に液化した冷媒や
潤滑油が多量に混入してベーンの圧縮室に面した先部に
強い異常圧力が加わった場合に、複数の部分ベーンが個
別に変形して、１枚ベーンのような大きな変形にはなら
ず、ベーンの変形、ベーン溝の割れ、シリンダ室の摩耗
ないしは損傷等の障害が軽減される。

【００４０】また、ひとつのベーン溝に挿入された部分
ベーンと隣り合う部分ベーンとを結合して一体化した
り、弾性的にシールするようにすると、部分ベーンと部
分ベーンとの接触面からの気体の漏れがなく、隣り合う
圧縮室の間の機密性が、１枚ベーンの場合と同レベルに
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す縦断面図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。

【図３】この発明の一実施の形態のロータおよびベーン
を示す斜視図。

【図４】この発明の他の実施の形態のロータおよびベー
ンを示す斜視図。

【図５】この発明に使用される部分ベーンの例を示す斜
視図。

【符号の説明】

１シリンダ室１ｂシリンダ室内壁面２ロータ２ａロータ端面３ベーン溝４ベーン４ａベーン先端５部分ベーン６圧縮室７吸入穴８吐出穴９シリンダブロック１０吐出室１３ロータ軸１４吸入室１９ロータ軸２０ロータ２１フロントサイドブロック２２リアサイドブロック３０ベーン溝４０ベーンＢ部分ベーン根元Ｓ部分ベーン側面Ｔ部分ベーン先端Ｗ部分ベーン幅ＷＲロータ幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダ室と、このシリンダ室内で回転
自在のロータと、このロータにほぼ放射状に刻設された
ベーン溝と、このベーン溝に摺動・出没自在に挿入さ
れ、先端が上記シリンダ室の内壁面に摺接するベーン
と、このベーンにより上記シリンダ室が仕切られて形成
される圧縮室と、上記シリンダ室内に開口してシリンダ
室と吸入室とを連通させる吸入穴と、上記シリンダ室内
に開口してシリンダ室と吐出室とを連通させる吐出穴と
を具備し、ロータの回転により上記圧縮室を膨張収縮さ
せながら吸入室から吸入穴を経由して気体を圧縮室に吸
入し、圧縮室で圧縮した気体を吐出穴を経由して吐出室
へ吐出する気体圧縮機において、ひとつのベーン溝に挿入されたベーンが、ベーンの摺動
方向に沿って分割された複数枚の部分ベーンからなるこ
とを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】ベーン溝に挿入される複数枚の部分ベー
ンの幅が等しいことを特徴とする請求項１記載の気体圧
縮機。
【請求項３】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベー
ンと隣り合う部分ベーンとが密に接していることを特徴
とする請求項１または２記載の気体圧縮機。
【請求項４】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベー
ンと隣り合う部分ベーンとが結合されて一体化している
ことを特徴とする請求項１または２記載の気体圧縮機。
【請求項５】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベー
ンと隣り合う部分ベーンとが弾性的にシールされている
ことを特徴とする請求項１または２記載の気体圧縮機。
【請求項６】ひとつのベーン溝に挿入された部分ベー
ンと隣り合う部分ベーンとが部分ベーンの根元側で結合
され、先端側で互いにフリーになっていることを特徴と
する請求項１または２記載の気体圧縮機。