JP2005030232A

JP2005030232A - ロータリ圧縮機とそのシリンダの加工法

Info

Publication number: JP2005030232A
Application number: JP2003193793A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yamanaka; 敏夫山中; Yukio Maeda; 幸雄前田; Shinya Sekiyama; 伸哉関山; Kazuya Kato; 和弥加藤
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2003-07-08
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】ベーンとベーン溝との摩擦や焼き付けを効果的に低減し、ベーンの信頼性を高めることができるようにする。
【解決手段】ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈを、シリンダ１の外周側Ｇに向かってベーン溝２の中心線から離れるような湾曲した形状に設定するとともに、ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌを、シリンダ１の内周側Ｈに向かってベーン溝２の中心線から離れるような湾曲した形状に設定する。弧のようにベーン溝の側面２Ｈ，２Ｌの形状を設定することにより、ベーン１６が動作ガスの圧力によってベーン溝２内で傾いても、ベーン１６とベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌとの接触が面接触となり、ベーン１６とベーン溝２との摺動信頼性が向上する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に、空調装置及び冷凍装置に使用されるロータリ圧縮機に係り、特に、ベーン溝部分の信頼性を高めるようにしたロータリ圧縮機とそのシリンダの加工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は従来のロータリ圧縮機の代表的な構造例を示す縦断面図である。
【０００３】
同図において、従来のロータリ圧縮機は、ケース１０内にモータ１１と圧縮機構部１２とが格納され、モータ１１のステータ１１Ｂとの作用によるロータ１１Ａの回転運動がクランクシャフト１３によって伝達されて圧縮機構部１２を駆動する構成をなしている。
【０００４】
圧縮機構部１２には、シリンダ１が設けられており、このシリンダ１の上下両側に主軸受け１４と副軸受け１５とがボルト２０によって締結され、クランクシャフト１３がこれら主軸受け１４，副軸受け１５によって回動可能に支持されている。モータ１１によるクランクシャフト１３の回転により、シリンダ１内でローラ１７が旋回する。また、このシリンダ１内では、ベーン１６が、バネ２１により、ロータ１７に押し付けられている。
【０００５】
図１６は図１５の圧縮機構部１２での分断線Ａ−Ａに沿う横断面であって、シリンダ１での圧縮室の構造を示している。
【０００６】
同図において、クランクシャフト１３の偏心部１３Ａとローラ１７とは隙間嵌めで嵌合されており、ローラ１７が、シリンダ内周面３との間は微小な間隙が形成されて、シリンダ内周面３に沿って移動可能なシール部を成している。また、ベーン１６は、シリンダ１に設けられたベーン溝２内に隙間嵌めで嵌合されて摺動可能に設けられており、ベーン溝穴６のバネ２１によってローラ１７に押し付けられている。
【０００７】
圧縮室は、シリンダ１の内周面３とローラ１７によって形成される三日月形状の領域がベーン１６により２分されて区画されることで形成される。この区画のうち、動作ガスの吸入口４に連通する側が低圧室９となり、動作ガスの吐出口５に連通する側が高圧室８となる。
【０００８】
かかる構成において、モータ１１の回転運動がクランクシャフト１３に伝導されると、クランクシャフト１３の矢印Ｐ方向の回転に伴ってローラ１７がシリンダ内をその内周面３に沿って旋回する。このローラ１７の旋回に伴って、ベーン１６がベーン溝２内でＱ方向の直線的な往復運動を行ない、高圧室８と低圧室９とを常時仕切る機能を果たしている。
【０００９】
ローラ１７のこの旋回運動により、吸入口４から動作ガスが吸入される。図１６に示す状態では、低圧室９は拡大している過程にあり、動作ガスが吸入されている。一方、高圧室８はローラ１７の旋回に伴って体積を縮小し、動作ガスを圧縮する過程にある。かかる状態から、さらに、ローラ１７が矢印Ｐ方向に旋回して圧縮が完了すると、動作ガスは吐出口５からシリンダ１の外部に排気される。
【００１０】
このように、動作ガスの吸入と圧縮とを並行して進行させることにより、ロータリ圧縮機は連続的に動作ガスの吸入・圧縮動作を行ない、圧縮機としての機能を果たしている。
【００１１】
圧縮完了して吐出口５からシリンダ１の外部に排気された動作ガスは、図１５において、ケース１０の内部を通過し、吐出パイプ２３を経由してこのロータリ圧縮機に連結された機構（図示せず）に供給される。例えば、冷凍機の場合、圧縮された動作ガス（冷媒）は凝縮器，膨張弁，放熱器などを経由するが、その過程で放熱と吸熱を行なって冷媒としての機能を果たし、その後、再びロータリ圧縮機の吸込口２２（図１６）に戻ってくるサイクルを繰り返す。
【００１２】
なお、圧縮機構部１２には、摺動部分が複数存在しているが、ケース１０の下部に貯留した潤滑油２４によってこれらの摺動部分は潤滑されている。潤滑油は、クランクシャフト１３の下方内部に配置される給油ポンプ１９により、クランクシャフト１３の回転を動力源として、ケース１０の下部から吸い上げられる。吸い上げられた潤滑油２４はクランクシャフト１３の内部を上昇し、その上昇過程でクランクシャフト１３に設けられた横穴（図示せず）から副軸受け１５やローラ１７（図１６），主軸受け１４の内部に供給される。また、ローラ１７の内部を通過した潤滑油２４は、主軸受け１４の端面とローラ１７の端面との間や副軸受け１５とローラ１７の端面との間を潤滑する。さらに、図１６に示すローラ１７とベーン１６との間やベーン溝２とベーン１６との間を潤滑する。この潤滑油２４は、摺動部分の摩擦抵抗の低減や摩耗の防止などを担っている。
【００１３】
以上のように機能するロータリ圧縮機において、摺動部分の焼き付きや摩耗に対する耐久性は運転信頼性を確保する上で重要であるが、クランクシャフト１３の給油機構から直接給油されないベーン１６とベーン溝２との間の摺動部は、潤滑油確保に不利な部分であった。
【００１４】
即ち、図１７に示すように、ベーン１６は高圧室８から圧力Ｐｄを受け、低圧室９から圧力Ｐｓを受けており、低圧室９側の圧力Ｐｓよりも高圧室８側の圧力Ｐｄの方が高い。また、ベーン溝２の中、例えば、ベーン溝２の高圧室側面２Ｈとベーン１６の高圧室側面１６Ｈとの間は油膜でシールされており、圧力Ｐｄが伝播しにくい。このため、ベーン１６はベーン溝２の中で傾斜し、ベーン溝２の一方の端部での接触部Ｃ１とベーン溝２の他方の端部での接触部Ｃ２で支持する形態となる。この状態でベーン溝２に沿ってＱ方向にベーン１６が摺動するが、ベーン１６はこれら接触部Ｃ１，Ｃ２に線状に接触した状態にあり、局部荷重を受けることになる。この局部荷重が生じている部分では、潤滑油２４の油膜厚さが薄くなる。この状態で、ロータリ圧縮機が高速回転するなどの負荷の高い運転条件となる場合には、ベーン１６と接触部Ｃ１，Ｃ２とがこすり合いして接触部Ｃ１，Ｃ２の油膜破壊が生じ易くなり、ベーン１６とベーン溝２の側面との間で金属同士が接触する状態になり、早期摩耗を起こす原因となる。よって、この線状の形態で接触するベーン１６とベーン溝２とでは、摺動部分の耐久性が乏しくなる問題があった。
【００１５】
ロータリ圧縮機のベーン部のかかる不具合点を改善させる方法が種々提案されているが、その一例として、ベーンの形状によってこの不具合を解決するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１６】
これは、図１８（ａ）に示すように、ベーン１６の高圧室側面１６Ｈにテーパ部１６ａを設け、このテーパ部１６ａが、図１７に示すように、ベーン溝２の高圧室側面２Ｈを往復運動する際に動圧Ｐａを発生させるものである。油膜が介在するベーン溝２の高圧室側面２Ｈに対して、テーパ部１６ａが移動することにより、動圧軸受けと同様の作用で動圧Ｐａが発生する。この動圧Ｐａがベーン１６の傾斜を解消するような力となるため、ベーン１６はベーン溝２の低圧室側面２Ｌに面接触するようになる。これにより、ベーン１６とベーン溝２の側面との間の接触形態が線接触から面接触に転換し、このため、摺動部分の面積が増大して摺動部の信頼性が向上する。
【００１７】
このように、この従来技術は、ベーン１６にテーパ部１６ａを設けることにより、ベーン溝２とベーン１６の摺動信頼性を向上させるものである。
【００１８】
また、ベーンポンプに関するものであるが、ベーンの摩擦を防止するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１９】
この技術は、図１８（ｂ）に示されるように、ポンプケーシング１００の内部にロータ１０１が偏心回転し、このロータ１０１に設けられたベーン１０２（ここでは、１つのみを示しているが、複数個設けられている）により、ロータ１０１の矢印Ｋ方向の回転とともに、ベーン１０２により、ポンプケーシング１００内の流体を矢印Ｋ方向に移動させるものである。
【００２０】
ベーン１０２は、ロータ１０１に設けられているベーン溝１０３内を移動可能に設けられており、偏心回転により、ロータ１０１がポンプケーシング１００の内面のカムリング１００ａから離れると、ベーン１０２がベーン溝１０３から出る方向にスライドし、また、ロータ１０１がカムリング１００ａに近づくと、ベーン１０２がベーン溝１０３内に押し込まれる方向にスライドする。
【００２１】
かかる構成において、ベーン１０２の両側面１０２ａ，１０２ｂはそのスライド方向にクラウニングが施されて、全体として、このスライド方向にわん曲をなしている。このため、ロータ１０１が回転することによる流体の作用により、ベーン１０２がベーン溝１０３に対して傾いた状態となっても、ベーン１０２のわん曲した側面１０２ｂがベーン溝１０３の先端のエッジ１０３ａに当接することになり、この側面１０２ｂが平面であるときよりも、これら側面１０２ｂとエッジ１０３ｂとの間の摩擦が小さくなるし、また、ベーン１０２のわん曲した側面１０２ａがベーン溝１０３の側面１０３ｂに当接するから、これら側面１０２ａ，１０３ｂとの摩擦が小さくなる、というものである。
【００２２】
ベーンとベーン溝との摩擦を低減するさらに他の例が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【００２３】
これは、図１８（ｃ）に示すように、ベーン２０１が摺動するベーン溝２０２のローラ２００側の端部、即ち、高圧側圧縮室２０３ａ側の端部に油溜め用の高圧側Ｃ面取り２０４ａを、低圧側圧縮室２０３ｂ側の端部に油溜め用の低圧側Ｃ面取り２０４ｂを夫々設けたものであり、これら高圧側Ｃ面取り２０４ａと低圧側Ｃ面取り２０４ｂとの面取り量の比率を所定の範囲に設定することにより、ベーン溝２０２への給油が効果的に行なわれるようにして、ベーン２０１とベン溝２０２の側面との摩擦を低減するものである。
【００２４】
次に、シリンダ１にベーン溝２を形成する従来の加工技術の例について説明する。ベーン溝２の加工法の一従来例として、ブローチ加工が採用されたものが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【００２５】
ブローチ加工を図１９（ａ）によって説明すると、ブローチ刃５０が固定ネジ５２によってホルダ５１に固定されており、加工機（図示せず）により、シリンダ１の面に対して垂直なＵ１方向（下方向）に直進運動する。ブローチ刃５０には、Ｕ１方向とは反対方向の上方に向かって幅が拡大していくように、切れ刃５３が形成されており、ベーン溝２内をＵ１方向に進行させるに伴って、ベーン溝２の両側面を同時に切削加工して溝幅を拡大していく。Ｕ１方向にブローチ刃５０が進み、最後の切れ刃５３がベーン溝２を通過すると、加工が終了する。
【００２６】
ここで説明したブローチ加工は、荒加工などで既に形成されたベーン溝２にブローチ刃５０を通過させるものであるが、溝が全くない部分に直接ブローチ加工でベーン溝２を加工することも、ブローチ刃５１の構造を選択することにより、可能であり、一般的に行なわれてきた。
【００２７】
また、ベーン溝２の別の加工法として、砥石板を用いた方法も提案されており、近年用いられるようになってきている（例えば、特許文献５参照）。
【００２８】
これは、図１９（ｂ）に示すように、シリンダ１に荒加工状態の溝をブローチ加工，メタルソー加工あるいはエンドミル加工などにより形成し、荒加工で形成された溝に円盤砥石４０を通過させ、この溝の側面を研削することにより、ベーン溝２を仕上げる方法である。砥石を高速で回転させる技術が進歩したことにより、近年実用化された手法である。この円盤砥石４０による加工法は、研削加工であるため、切削加工であるブローチ加工に比較して、表面粗さが小さく、良好な加工面が得られる特徴がある。
【００２９】
以上のブローチ加工や円盤砥石加工のいずれの加工法でも、従来の加工法では、ベーン溝２の両側面を平面に仕上げることを目的とした加工法であった。これらの技術の開発過程では、寸法や表面粗さ，並行度，平面度に関わる精度をいかに良好にするかが主眼になっていた。
【００３０】
【特許文献１】
特開平７−１８９９２４号公報
【００３１】
【特許文献２】
特開平６ー１２９３６５号公報
【００３２】
【特許文献３】
特開平６ー８１７８３号公報
【００３３】
【特許文献４】
特公平７−２４９７１号公報
【００３４】
【特許文献５】
特開平１０−１０９２６０号公報
【００３５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のロータリ圧縮機のベーン溝２とベーン１６とでは、次のような問題があった。
【００３６】
特許文献１に記載の図１８（ａ）に示すベーン１６を用いたロータリ圧縮機では、図１７において、ベーン１６に動圧Ｐａを発生させるために、ベーン１６の高圧室側面１６Ｈにテーパ１６ａ（図１８（ａ））を設ける構成をなすものであるが、ベーン溝２の高圧室側面２Ｈに穴または溝（図示せず）が形成されていると、動圧を発生させる油膜がこの穴または溝から漏洩してしまい、適切な動圧Ｐａを得ることが困難であった。ベーン１６をローラ１７に押し付けるためにバネ２１を用いることが多いが、ベーン溝穴６をベーン溝２の一部に至るように形成すると、この穴６がベーン溝２にくぼみを形成することになる。従って、ベーン溝穴６が形成されたベーン溝２では、ベーン１６に設けたテーパ１６ａによって適切な動圧Ｐａを得ることが困難であった。このように、適切な動圧Ｐａを得ることが困難になると、ベーン１６とベーン溝２とが上記の線接触で接触することになり、これらの摺動部分での早期摩耗や異常摩耗，焼き付けといった問題が生じ、ベーン１６が正常な動作を行なうことができなくなるといった信頼性の点で問題があった。
【００３７】
また、上記特許文献２に記載の技術では、ベーンの側面をわん曲にするものであるが、図１８（ｂ）において、ベーン１０２の側面１０２ｂは、わん曲をなしているとしても、やはりベーン溝１０３のエッジ１０３ａに当接するものであるから、線状に接触して摺動することになり、その摺動部で早期摩耗や異常摩耗，焼き付けが発生することになる。
【００３８】
ロータリ圧縮機などにおいては、一般に、ベーンは高精度な部品であり、特許文献２では、ベーン１０２の製法として、研磨などの機械加工法，プレスなどの塑性加工法，バレルによる加工法，線引による方法などが挙げられているが、これら加工法による適した量産方法がない。このため、特許文献２に記載のベーン１０２を作成しようとすると、一品毎に手作りするような加工方法を採らざるを得ず、非常に高価なものとなってしまう。
【００３９】
さらに、上記特許文献３に記載の発明では、図１８（ｃ）に示すように、Ｃ面取り２０４ａ，２０４ｂを設けたことにより、ベーン溝２０２への給油が円滑に行なわれるようになるが、この場合でも、特に、低圧側Ｃ面取り２０４ｂのベーン溝２０２側の縁部では、エッジが生ずるものであり、ベーン２０１が低圧側圧縮室２０３ｂ側に傾いたとき、ベーン２０１の側面がこの低圧側Ｃ面取り２０４ｂの縁部のエッジと線状に当接して摺動することになる。このため、このエッジとベーン２０１の側面との間で早期摩耗や異常摩耗，焼き付けが生ずる可能性が残ることになる。
【００４０】
ところで、近年、冷凍・空調用圧縮機では、オゾン層破壊を防止するフロン規制に対応するために、冷媒がＨＣＦＣ（ハイドロクロロフルオロカーボン）からＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）に転換されている。従来のＨＣＦＣ冷媒は分子内に塩素基を含有していたため、塩素基が極圧剤としての効果を備え、冷媒自体に潤滑性があったが、転換後のＨＦＣ冷媒には、この塩素基が存在しないため、冷媒の潤滑性が乏しいという課題がベーン溝に加わった。
【００４１】
さらに、ＨＦＣ冷媒は地球温暖化係数が高いため、オゾン層破壊や地球温暖化のいずれに対しても問題とならない自然冷媒である炭化水素冷媒（一例としてイソブタンなど）に転換する検討がなされている。炭化水素冷媒は、潤滑油である鉱油やアルキルベンゼン油との相溶性が高く、冷媒中に潤滑油が多量に溶解するため、潤滑油の粘度が低下して潤滑不良を起こすという問題がある。このため、炭化水素冷媒の使用も、ベーン溝２の潤滑に課題を与えることになる。
【００４２】
このように、フロン規制による冷媒の転換により、摺動部の潤滑に対する課題が増大している状況にあるが、摺動部の中でも、線状の接触形態を成すベーン１６とベーン溝２にとって、この潤滑の問題は重要な課題となっている。
【００４３】
次に、ベーン溝の加工法についてみると、ベーン溝２の加工法として採用されてきた図１９（ａ）に示すブローチ加工では、切れ刃５３の稜線が直線であった。従って、この切れ刃５３を直線的に移動させて加工して得られるベーン溝２の側面は平面である。このことを、図２０を参照して詳細に説明する。
【００４４】
図２０は図１９に示したブローチ刃５０の切れ刃５３を成形する方法の例を示している。
【００４５】
図２０（ａ）は切れ刃５３の逃げ面５３Ａを円盤形状の平形砥石５４で成形している状態を模式的に示している。これは、得ようとする切れ刃５３の稜線に平行に平形砥石５４を回転させながら移動させて、逃げ面５３Ａを加工する方法である。この方法では、平形砥石５４の外周が残す痕跡が逃げ面５３Ａに形成され、平形砥石５４の移動方向に平行な状痕が形成される。この状痕は、平形砥石５４の移動方向のＢ１方向から観察すると、図２０（ｂ）に示すように、Ｂ１方向に垂直なＢ３方向のうねり５３Ａとなる。このうねり５３Ａにより、切れ刃５３の稜線（先端）の形状が変化する。図２０（ｂ）は誇張して示しているが、うねり５３Ａの位置によっては、図２０（ｂ）のように、切れ刃５３の稜線が非常に薄くなる。切れ刃５３は、工具として使用する際には、Ｂ３方向に移動しながら切削を行なうので、切れ刃５３の稜線部分が薄くなることは、切れ刃５３の強度が低下することを意味しており、切削中に切れ刃５３が欠損し易くなる。また、その逆に、うねり５３Ａの位置によって切れ刃５３の稜線が厚くなると、これは工具の逃げ角が鈍角に変化することになり、切削抵抗が増大して正常な加工が困難となる。
【００４６】
以上により、図２０（ａ）に示すような平形砥石５４によるブローチ刃５０の成形は、一般には、行われていない。
【００４７】
ブローチ刃５０の成形は、通例、図２１（ａ）に示すカップ形砥石５５を用いる方法によって行なわれている。カップ形砥石５５の円環形状の端面を切れ刃５３の逃げ面５３Ａに当接し、この逃げ面５３Ａに平行なＶ２方向に移動させて成形を行なう。
【００４８】
この方法では、カップ形砥石５５によって形成される状痕５３Ｃは、概略的に図示するように、概略円弧形状を呈し、切れ刃５３の稜線に向かう方向に形成される。この方法で形成された切れ刃５３の稜線近傍Ａ１では、図２１（ｂ）に示すように、切れ刃５３には切れ刃５３の稜線に垂直なＢ３方向にうねりがなく、切れ刃５３の稜線部分の状態を安定させることが可能である。
【００４９】
ここで、切れ刃５３を曲面に成形しようとする場合には、図２０（ａ）に示す方法を採用して、平形砥石５４の軌跡を所望の輪郭に沿って運動させることにより、比較的容易に切れ刃５３の稜線を曲線状にすることができるが、この方法は、先に述べた理由から、採用が困難である。
【００５０】
一方、通例用いられる図２１（ａ）に示した方法では、接触面が平面であるカップ形砥石５５の端面を用いた加工であるため、切れ刃５３の稜線を窪んだ形状に成形することが困難である。このことから、図２１（ａ）に示す成形方法を採用するベーン溝加工用のブローチ刃５０の製作にあたっては、切れ刃５３の稜線を曲線に成形することは実用上採用されることがなく、直線状にする方法がとられてきた。これらの技術的な背景から、直線状の切れ刃５３によって加工されたベーン溝の側面は、平面とならざるを得なかった。
【００５１】
また、図１９（ｂ）に示したように、近年実用化された円盤砥石４０による加工においても、回転する円盤砥石４０の側面を直線状に移動させて加工する方法であるため、得られるベーン溝２の側面は平面であった。
【００５２】
このことからして、これらのブローチ加工や円盤砥石加工によって得られた平面状のベーン溝２の側面では、ベーン溝２内で発生するベーン１６の傾斜によるベーン溝２とベーン１６の線接触を回避することが困難であった。
【００５３】
以上のように、従来のベーン溝加工法によると、ベーン溝２の側面が平面にならざるを得ない状況の下では、ベーン溝２の側面とベーン１６との間に局部荷重が生じる線状の接触を回避することが不可能であり、このために、より高い負荷が生じる使用条件や潤滑性に劣る冷媒が使用される条件でロータリ圧縮機の運転を試みると、ベーン溝２の早期摩耗や異常摩耗、ベーン溝２とベーン１６との焼き付けなどの摺動部の問題が発生していた。
【００５４】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、ベーンとベーン溝との摩擦を効果的に低減し、ベーンの信頼性を高めることができるようにしたロータリ圧縮機とそのシリンダの加工法を提供することにある。
【００５５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によるロータリ圧縮機は、シリンダに形成されているベーン溝の少なくとも一方の側面が、シリンダの外周面側あるいは内周面側に向かうに従ってベーン溝の中心線から離れていく湾曲形状をなしているものである。
【００５６】
また、ベーン溝でのシリンダの高圧室側の側面は、シリンダの外周面側に向かうに従ってベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状、もしくは、さらに、シリンダの内周面側に向かうに従ってベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状をなし、ベーン溝でのシリンダの低圧室側の側面は、シリンダの内周面側に向かうに従ってベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状、もしくは、さらに、シリンダの外周面側に向かうに従ってベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状をなすものである。
【００５７】
また、ベーン溝の湾曲形状をなす部分は、ベーンがベーン溝内で傾斜してベーン溝の側面に当接した状態で、ベーンとベーン溝の側面との間に油膜によるシールを形成し、かつベーンが面接触する長さ，幅に設定されているものである。
【００５８】
上記目的を達成するために、本発明によるロータリ圧縮機のシリンダ加工法は、外端面と両側面の外周部とに砥粒層が設けられて回転軸心を中心に回転する円盤形状砥石を用い、ベーン溝の側面加工のための第１の平面に対して、回転軸心に直交し砥粒層の回転軌跡を含む第２の平面が所定の角度をなすように、円盤形状砥石を該進行方向に対して傾斜させながら、円盤形状砥石を該進行方向に移動させてベーン溝の側面を加工するものである。
【００５９】
また、外端面と両側面の外周部とに砥粒層が設けられて回転軸心を中心に回転する円盤形状砥石を用い、ベーン溝の側面加工のための円盤形状砥石の進行方向に平行な平面に対して砥粒層の回転軌跡を含む平面が傾斜するように、円盤形状砥石を傾斜させ、砥粒層の進行方向前半分の部分でベーン溝を加工し、ベーン溝の側面の断面形状を凸形状に加工するものである。
【００６０】
また、円盤形状砥石の進行方向前半側がベーン溝の中心線に近づくように、円盤形状砥石を傾斜させてベーン溝の側面を加工するものである。
【００６１】
また、円盤形状砥石は、傾斜状態を固定して、ベーン溝の一方の側面でのシリンダの内周面側と他方の側面でのシリンダの外周面側とを加工するものである。
【００６２】
【発明実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面により説明する。
【００６３】
図１は本発明によるロータリ圧縮機の一実施形態の要部、即ち、圧縮機構部におけるベーン溝の近傍を示す部分展開斜視図であって、先の図面と同様、１はシリンダ、２はベーン溝、２Ｈはベーン溝２の高圧側面、２Ｌはベーン溝２の低圧室側の側面、３はシリンダ１の内周面、８は高圧室、９は低圧室、１２は圧縮機構部、１６はベーン、１７はローラである。この実施形態も、その全体構成は図１５に示す構成と同様である。
【００６４】
図１において、シリンダ１に設けられたベーン溝２には、ベーン１６が摺動可能に嵌合されており、シリンダ１内でのローラ１７の偏心回転に伴って、ベーン１６はベーン溝２内を摺動する。ベーン１６の摺動方向は、ベーン溝２からシリンダ１の内周面３（即ち、ローラ１７）に向かう方向をＨ方向、その反対にシリンダ１の外周面に向かう方向をＧ方向としている。
【００６５】
ベーン１６は、シリンダ１とローラ１７とで形成される動作ガスの圧縮室を高圧室８と低圧室９に仕切っており、高圧室８側の動作ガス圧力Ｐｄの方が低圧室９側の圧力Ｐｓよりも高い。このため、ベーン１６は、圧力Ｐｄをより大きく受けた状態で、ベーン溝２に沿ってＧ，Ｈ方向に摺動する。そして、ベーン１６は、高圧室８内でより大きい圧力Ｐｄを受けるため、ベーン溝２内で低圧室９側に傾斜した状態になる。この傾斜した状態で摺動するベーン１６はベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌに接触するが、この接触が線状の接触であることを回避して接触面積を増大するように、ベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌは湾曲した形状をなしている。ここでは、Ｇ方向もしくはＨ方向に向かうに従って、ベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌがベーン溝２の中心線から離れるように湾曲している。なお、ここでは、この湾曲の形状を誇張して表わしている。
【００６６】
図２（ａ），（ｂ）は図１を矢印Ｍ方向にみたときのベーン１６の状態を示す図であって、２Ｌはベーン溝２の低圧室側の側面、２Ｌ１はこの低圧室側の側面２Ｌの湾曲部、２Ｈはベーン溝２の高圧室側の側面、２Ｈ２はこの高圧室側の側面２Ｈの湾曲部、１６Ｌはベーン１６の低圧室側の側面、１６Ｈはベーン１６の高圧室側側面であり、図１に対応する部分には同一符号をつけている。なお、図２（ａ），（ｂ）において、図面上右側がシリンダ１の内周面側（即ち、図１でのローラ１７側）となる。
【００６７】
図２（ａ）において、幅Ｗ１のベーン溝２にこの幅Ｗ１より狭い幅Ｗ２のベーン１６が嵌合されており、幅δ１の間隙が両者の間に形成されている。ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌには、そのシリンダ１の内周面側に、この内周面方向であるＨ方向に向かうに従ってベーン溝２の中心線（図示せず）から離れていくように、湾曲部２Ｌ１が形成されており、また、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈには、そのシリンダ１の外周面側に、この外周面方向であるＧ方向に向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れていくように、湾曲部２Ｈ２が形成されている。
【００６８】
ベーン１６に高圧室８（図１）側の動作ガス圧力Ｐｄと低圧室９（図１）側の動作ガス圧力Ｐｓとが作用すると、Ｐｄ＞Ｐｓであるから、図２（ｂ）のように、ベーン溝２内でベーン１６が低圧室９側に傾斜する。これにより、ベーン１６でのシリンダ１の内周面側（以下、ベーン１６の先端部という）では、その低圧室側の側面１６Ｌはベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌに設けられた湾曲部２Ｌ１によって支持され、ベーン１６のそれとは反対側（以下、ベーン１６の後端部という）では、その高圧室側の側面１６Ｈがベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈに設けられた湾曲部２Ｈ２によって支持される。これら湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２には、油膜が存在するため、湾曲形状と平面の接触ではあるが、線状の接触にはならずに、面状の接触でベーン溝２とベーン１６との間の摺動面が形成されることになる。
【００６９】
このようにして、これら湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２の存在により、ベーン１６とベーン溝２との線状の接触を回避でき、これらの摺動部分の信頼性が向上することになる。
【００７０】
なお、図２（ａ）（ｂ）においては、湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２の湾曲の程度は誇張して示している。
【００７１】
ここで、図２（ａ）におけるベーン溝２の湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２の長さＲと幅Ｓとの大小による効果について説明する。
【００７２】
ベーン溝２の外周側（即ち、図面上左側）では、ロータリ圧縮機のケース１０（図１５）内に充満した動作ガスから圧力Ｐｖを受けている。この圧力Ｐｖの動作ガスは、シリンダ１とローラ１７（図１）との間の圧縮室内で圧縮が完了してケース１０内に排気され、次に、このロータリ圧縮機に接続された機器へ供給される前の過程にあり、圧力Ｐｄ，Ｐｓよりも圧力が高い場合がある。従って、圧力Ｐｖの動作ガスは、ベーン溝２を経由して圧縮室内に漏出しようとするが、ベーン溝２とベーン１６との間に油膜が介在していることにより、この圧力Ｐｖの動作ガスが圧縮室内に漏洩するのを防止している。この漏出が多大であるときには、一旦圧縮が完了した動作ガスが再度圧縮室に貫流して無益に再膨張するため、ロータリ圧縮機の容積効率の低下につながり、最終的には、消費エネルギーの損失となる。従って、ベーン溝２の油膜によるシール機能は重要な役割を担っている。
【００７３】
かかる制約のもとに、図２（ａ）に示す湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２の長さＲと幅Ｓとが大きいと、図２（ｂ）に示すベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌとベーン１６の低圧室側の側面１６Ｌとの間の間隙δ２が広くなるが、このことは油膜によるシールの破壊を容易にすることにつながる。一方で、これらの長さＲと幅Ｓとが小さいときには、摺動部の接触面積が縮小し、摺動部の信頼性を損ねる線状の接触状態に近くなる。
【００７４】
これらの相反する条件を両立させるように、これら長さＲと幅Ｓとを設定することが必要となり、一例として、ベーン溝２の幅Ｗ１が４ｍｍ程度、長さＬが１５ｍｍ程度の空調用ロータリ圧縮機において、間隙δ１が０．０１ｍｍ程度の場合には、Ｌ／Ｒが１／３程度であって、幅Ｓは数μｍ程度が好ましい。
【００７５】
また、ベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌの湾曲部２Ｈ２，２Ｌ１とそれ以外の直線部との境界点Ｄでは、湾曲部２Ｈ２，２Ｌ１の接線が直線部と一致して滑らかに接続されるように、湾曲部２Ｈ２，２Ｌ１の形状を設定する。ベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌが、この滑らかに接続する条件を満たし、かつベーン１６側に凸状をなす形状であれば、湾曲部２Ｈ２，２Ｌ１の形状は円弧や楕円の部分弧であってもよいし、また、他の関数で規定される曲線などを選定することも可能である。
【００７６】
なお、ロータリ圧縮機には、縦形，横形などの使用時の設置形態によって潤滑油を摺動部に供給する手法が異なる。このため、ベーン溝２の内周側と外周側とで潤滑状態の良否に差がある場合がある。このような場合には、この湾曲部２Ｈ２，２Ｌ１の設定は、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈと低圧室側の側面２Ｌとのいずれか一方で行なう構成としてもよく、同様の効果が得られるものである。
【００７７】
以上は、ベーン１６が高圧室側からの動作ガスの圧力Ｐｄの方向に力を受けてベーン溝２中で傾斜した場合のベーン溝２とベーン１６とが線状に接触するのを防止するものであった。ロータリ圧縮機の圧縮過程の大半では、ベーン１６がかかる圧力Ｐｄの方向に力を受けるため、以上の構成が圧縮過程にある状態で有効である。
【００７８】
ところで、ロータリ圧縮機では、ローラ１７が動作ガスを圧縮過程から上死点に達した後、一時的に圧縮室が高圧室８及び低圧室９の２室構成から１室構成に切り替わる場合があり、図３はこの状態を示している。
【００７９】
図３に示す状態は、クランクシャフト１３の回転によってローラ１７が旋回し、ローラ１７がベーン１６をベーン溝２内に最も押し込んだ状態を示している。この状態では、ローラ１７とシリンダ１の内周面３によって形成される圧縮室は低圧室９のみとなる。このときの低圧室９は吸入口４に連通しており、吐出口５がバルブ（図示せず）によって閉塞されるために、低圧室９の全体が吸入口と同圧となる。このようになる直前までベーン１６は高圧室８側から一方向に力を受けていたが、この上死点で圧縮室全体が低圧室９となるため、ベーン１６は高圧室８側から受ける圧力から開放される。このとき、ベーン１６はベーン溝２内で傾斜していた状態から開放されるが、この反動でこれまでに傾斜していた方向とは反対の方向にベーン１６が振れる。ベーン１６がこのように振られると、ベーン溝２は、その側面のここまでとは異なる部分でベーン１６を支持することになる。
【００８０】
図４に以上の過程を示すものであって、これも図１で矢印Ｍ方向にみた図である。
【００８１】
図４（ａ）はロータリ圧縮機が上記の圧縮過程にある状態であり、ベーン１６は高圧室８側からの動作ガスの圧力Ｐｄによって傾斜させられている。かかる圧力Ｐｄで押し付けた状態から、上記の上死点に達すると、ベーン１６は傾斜方向が反対となり、一時的に図４（ｂ）に示す状態になる。このとき、ベーン１６を支持するベーン溝２の側面（以下、ベーン溝側面という）２Ａは、図４（ａ）に示す湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２から図４（ｂ）に示すように、側面２Ｌ，２Ｈのこれら湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２とは異なる部分である。この動作はきわめて短時間の間に生じ、このため、ベーン１６とベーン溝２の側面２Ｌ、２Ｈとの接触は衝撃的に発生する。
【００８２】
そこで、図４に示すように、ベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈ夫々の湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２とは反対側の部分にも、同様の湾曲部Ｌ２，２Ｈ１を設定して、ベーン１６とベーン溝２との間で面状の接触がなされるようにする。これにより、ベーン１６とベーン溝２との間の接触部分の信頼性がさらに向上することになる。
【００８３】
このベーン１６の傾斜方向の転換は、ロータリ圧縮機の全圧縮過程の中では、一瞬の現象であるが、図２に示すベーン溝側面２Ａへの湾曲面の設定にかかる湾曲部２Ｌ２，２Ｈ１を加えることにより、ベーン１６とベーン溝２との摺動部の信頼性がさらに向上することになる。なお、ここでも、ベーン溝側面２Ａの湾曲の程度は誇張して示している。
【００８４】
図５は以上のベーン溝２を成形する本発明によるシリンダの加工方法の一実施形態を示す図であって、３０は円盤形状砥石、３１は砥石主軸、３２は台金、３３は砥粒層、３４は砥石軸心であり、図１に対応する部分には同一符号を付けている。
【００８５】
図５（ａ）は回転する円盤形状砥石３０がシリンダ１の加工前のベーン溝２の直前の位置に配置された状態を示す。円盤形状砥石３０は、砥石主軸３１に円盤状の台金３２が支持され、その台金３２の外周端面と両側面の外周部（以下、これらの部分を台金３２の先端部という）に砥粒層３３が形成されており、砥石主軸３１を中心に台金３２が矢印Ｔの方向に回転することによって台金３２の先端部に形成された砥粒層３３が回転する。そして、この円盤形状砥石３０を、このように回転した状態でベーン溝２へのα方向に進行させることにより、ベーン溝２の加工が可能となる。
【００８６】
台金３２の外周端面側での砥粒層３３の幅Ｗ３は、加工によって得ようとするベーン溝２の幅Ｗ４より狭く設定されている。円盤形状砥石３０が進行するα方向と砥石主軸３１の軸心、即ち、砥石軸心３４とを含んだ平面ＰＦ上で、砥粒層３３がＴ方向に回転してできる円軌道を含む面とα方向との間で角度βを設定している。即ち、円盤形状砥石３０は、そのα方向に対して角度βだけ向きがずれた状態で、そのα方向に進行する。ここで、角度βは誇張して示してある。
【００８７】
図５（ｂ）は図５（ａ）で平面ＰＦに対して直交するＮ方向から見た平面である。
【００８８】
図５（ｂ）において、砥粒層３３が回転してできる円軌道は、円盤形状砥石３０のα方向に対して角度βだけ傾いている。この角度βは、回転した状態での円盤形状砥石３０の砥石軸心３４よりもα方向側にある砥粒層３３（即ち、円盤形状砥石３０の前半分）を、ベーン溝側面２Ａから離れる方向に傾斜させる角度である（これは、また、ベーン溝２の中心線から見ると、円盤形状砥石３０の前半分がベーン溝２の中心線に近づく方向に傾斜させることを意味するものであるが、以下では、上記のように、ベーン溝側面２Ａ側から見た表現とする）。ここでは、この逆の傾き、即ち、円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３がベーン溝側面２Ａに近づくように、傾斜円盤形状砥石３０を傾けることはしない。円盤形状砥石３０をこのように配置してα方向に進行させることにより、ベーン溝側面２Ａを、図２で示したように、加工できる。
【００８９】
ここでは、シリンダ１には、予め荒加工によってベーン溝２が形成されており、この荒加工されたベーン溝２を円盤形状砥石３０によって拡幅し、ベーン溝２を形成するものであるが、円盤形状砥石３０の構成によっては、ベーン溝２が荒加工されていないシリンダ１に直接、円盤形状砥石３０により、ベーン溝２を形成することも可能である。
【００９０】
ここで、図５（ｂ）の状態から円盤形状砥石３０を進行方向αに進行させると、図５（ｃ）に示す状態となる。この図５（ｃ）に示す状態では、円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３がベーン溝２を通過しているが、この状態で円盤形状砥石３０を加工から離脱させる。この円盤形状砥石３０を離脱させる位置は、砥粒層３３での前半分とは反対側の部分、即ち、砥粒層３３の後ろ半分がベーン溝２に接触を開始する前にある。
【００９１】
これらのことを図６を用いて説明する。なお、図６は図５（ｂ），（ｃ）で砥石軸芯３４に平行な矢印Ｊ方向から見た図である。
【００９２】
図６（ａ）は図５（ｂ）に示す状態を矢印Ｊ方向から見た状態を示すものであって、円盤形状砥石３０がベーン溝２を加工する直前の状態を示している。この状態から円盤形状砥石３０がα方向に進行して、ベーン溝側面２Ａが加工される。
【００９３】
図６（ｂ）は図５（ｃ）に示す状態を矢印Ｊ方向から見た状態を示すものであって、円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３が加工を終了した状態にある。この状態から円盤形状砥石３０をα方向にさらに進めると、砥粒層３３の後ろ半分がベーン溝２側面２Ａに接触を始めてその加工を行なうことになるが、この実施形態では、図６（ｂ）に示す状態で円盤形状砥石３０を加工から離脱させる。台金３２は砥粒層３３よりも幅が狭く、ベーン溝２の加工された側面２Ａから離れているため、図６（ｂ）に示す状態になれば、特段の処置を施さなくても、砥粒層３３とベーン溝側面２Ａとの接触は中断して加工は中断されている。従って、図６（ｂ）に示す状態から、円盤形状砥石３０がベーン溝側面２Ａに接触しないように、円盤形状砥石３０をベーン溝側面２Ａから離れるように移動させた後、この円盤形状砥石３０をさらにα方向に進行させるか、あるいはα方向と逆方向、即ち、Ｋ方向に引き戻させることにより、容易に加工状態から円盤形状砥石３０を離脱させることができる。
【００９４】
ここで、円盤形状砥石３０がα方向に進行する過程で、図６（ｂ）に示すように、円盤形状砥石３０によるベーン溝側面２Ａの加工を一旦中断できるようにしている。即ち、砥石軸心３４からベーン溝側面２Ａの最外周部までの距離Ｌ２は、砥粒層３３の回転軌道の内側の半径ｒ２より小さく、なおかつ、長さＬ，厚さＴ１のベーン溝側面２Ａが一旦砥粒層３３から離れるように、設定される。また、ベーン溝側面２Ａの長さＬは、砥石主軸３１に接触しないように、設定されている。さらに、砥粒層３３の半径ｒ１は、ベーン溝側面２Ａの外周側に存在するシリンダ１の部材に接触せず、さらに、シリンダ１の内周面３（図１）に接触しないように、設定されている。このような設定により、円盤形状砥石３０がα方向に進行する過程で、ベーン溝側面２Ａが台金３２の範疇に収まり、加工が中断する状態を作り出すことができる。
【００９５】
以上の方法で形成されるベーン溝側面２Ａの形状について、以下、図７を用いて説明する。
【００９６】
図７（ａ）は図６（ａ）で円盤形状砥石３０を矢印Ｋの方向から見た斜視図である。
【００９７】
図７（ａ）において、紙面に垂直な方向を、円盤形状砥石３０が進行するα方向であり、円盤形状砥石３０はこの方向に対して角度βだけずれた向きとなっているので、円盤形状砥石３０が斜めから見たように示されている。ここでは、加工時には、円盤形状砥石３０が紙面より手前側に進行することになる。ベーン溝側面２Ａ（図示せず）は図示する円盤形状砥石３０の左側にあることになり、従って、円盤形状砥石３０の砥石軸心３４より手前側の円盤形状砥石３０の前半分がベーン溝側面２Ａに対して矢印Ｎ方向に開くように、砥石軸心３４がα方向に垂直な方法に対して傾斜しており、円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３で加工が行なわれる。ここでも、砥石軸心３４が傾斜は誇張して示している。
【００９８】
かかる状態で加工対象であるベーン溝側面２Ａに転写されるのは、ベーン溝側面２Ａの存在範囲Ｌにある砥粒層３３の軌跡３３Ａである。この形状は、円を傾斜させて投影した形状であり、楕円の部分弧となる。
【００９９】
これを図７（ｂ）で説明するが、説明を容易にするために、円盤形状砥石３０の前半分のうちの下半分の部分での砥粒層３３について説明する。
【０１００】
砥粒層３３の回転軌跡の中心０（図７（ａ）での砥石軸心３４が通る点）はα方向に平行な平面ＰＧ上にあり、この中心点０からα方向に対して垂直方向の砥粒層３３の点Ｓ_２もこの平面ＰＧ上にある。また、中心点０からほぼα方向にある砥粒層３３の点Ｓ_１は、中心点０から見てα方向から角度βだけずれた方向にあり、砥粒層３３の回転軌跡の半径をｒとすると、平面ＰＧからｒ・ｓｉｎβだけ離れた位置である。この砥粒層３３の回転軌跡を平面ＰＧに垂直な平面ＰＨに投影すると、軌跡ＫＴが得られる（なお、この回転軌跡３３上の点Ｓ_１の平面ＰＨへの投写点が点Ｓ_１’であり、以下、点Ｓ_Ｘ，Ｓ_２の平面ＰＨへの投写点が夫々点Ｓ_Ｘ’，Ｓ_２’である）。計算は省略するが、この軌跡ＫＴが楕円弧をなすものである。この平面ＰＨをベーン溝２の端面とすると、ベーン溝２では、回転する砥粒層３３がα方向に移動することにより、側面が加工されて、表面がこの軌跡ＫＴがα方向に延長されてなるベーン溝側面２Ａが得られることになる。なお、弧の実施形態では、図６で説明したように、図７（ｂ）に示す１／４円部で示す砥粒層３３の一部がベーン溝側面２Ａの加工に使用される。
【０１０１】
図７（ｃ）は図７（ｂ）で説明したようにして図７（ａ）に示す砥粒層３３の軌跡３３Ａの転写によって形成されるベーン溝側面２Ａの形状を示すものである。Ｇ方向がシリンダ１の外周側、Ｈ方向が内周側になるが、この実施形態の加工法では、シリンダ１の外周側であるＧ方向に向かうに従ってベーン溝側面２Ａがベーン溝２の中心線（図示せず）から離れていくように、ベーン溝側面２Ａが湾曲した形状に加工されることになる。従って、この加工法では、図２に示すベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈが湾曲部２Ｈ２を有するように加工されたことになる。なお、ここでも、ベーン溝側面２Ａの湾曲した形状は誇張して示している。
【０１０２】
次に、以上に述べた方法で、図７（ｃ）のように、シリンダ１の外周側になるにつれてベーン溝側面２Ａがベーン溝２の中心線から離れるような湾曲したベーン溝を得た場合の精度の例について図８を用いて説明する。
【０１０３】
図８は、円盤形状砥石３０の直径Ｄが５０ｍｍ、ベーン溝２の長さＬ１が１２．３ｍｍ、砥石軸心３４からベーン溝２の最外周部までの距離Ｌ２が２２．３ｍｍで、円盤形状砥石３０の傾斜角βが０．０２ｄｅｇである条件で加工した場合のベーン溝側面２Ａの精度を示すグラフ図であり、横軸はベーン溝側面２Ａでのシリンダ１の内周面３から外周方向への距離Ｌを示し、縦軸はベーン溝側面２Ａの基準平面からの距離δを示している。この基準平面とは、円盤形状砥石３０を傾斜させずに加工した場合、即ち、図５に示す傾斜角度βがゼロの場合の平面をいい、最外周部をゼロとした。
【０１０４】
同図において、ハッチングして示した部分がシリンダ１に属する側であり、その反対側がベーン溝２に面する側である。ここでは、上記の条件で加工した場合の精度を計算によって算出して表示したものである。
【０１０５】
図示するように、ベーン溝側面２Ａは、ベーン溝２でのシリンダ１の内周面３からの距離Ｌが増大するに従って、基準平面からの距離δが減少していく形状となっている。これは、外周に向かうに従ってベーン溝側面２Ａがベーン溝２の中心から離れていく形状を示している。また、図示する曲線は楕円の一部分である弧となっている。従って、上記の加工例により、シリンダ１の外周に向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れていくように湾曲した形状のベーン溝側面２Ａを得ることが可能である。
【０１０６】
以上の加工法により、図２において、ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌで、シリンダ１の外周に向かうにつれてベーン溝２の中心線から離れるように湾曲したベーン溝側面２Ａとすることが可能であるが、図２におけるもう一方の側面、即ち、低圧室側の側面２Ｌで、シリンダ１の内周に向かうにつれてベーン溝の中心線から離れるように湾曲したベーン溝側面２Ａを形成することは、上記の加工法では不可能である。その理由を図９で説明する。
【０１０７】
図９はベーン溝側面２Ａをシリンダの内周に向かうにつれてベーン溝２の中心線から離れるような湾曲した面に加工すべく、円盤形状砥石３０を配置した例を示すものである。円盤形状砥石３０は、その前半分が加工しようとするベーン溝側面２Ａから離れるように、円盤形状砥石３０が進行するα方向から角度βだけ傾斜した状態で配置されている。この状態で円盤形状砥石３０をα方向に進行させると、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈで所望の形状を得ることができる。
【０１０８】
しかし、ベーン溝２の外周側には、シリンダ１の部材が存在し、ベーン溝２を挟んでシリンダ１の両側を結合しているのが通例である。このため、図９に示すように円盤形状砥石３０を配置したのでは、円盤形状砥石３０のα方向に除去してはならない部分が存在するため、円盤形状砥石３０がベーン溝を通過することができずに、高圧室側の側面２Ｈをシリンダの内周に向かうにつれてベーン溝２の中心線から離れるような湾曲した面に加工することができない。なお、ベーン溝２がシリンダ１の外周側でも貫通していて、円盤形状砥石３０が通過できる設定のシリンダ１である場合には、上記のように円盤形状砥石３０を配置しても、側面が所望の形状のベーン溝を得ることが可能である。しかし、このような形状のシリンダ１は実用化されておらず、また、シリンダ１の剛性低下をまねくため、採用するメリットに乏しい。
【０１０９】
図１０は図２に示すようなシリンダの内周に向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れるように湾曲した形状のベーン溝側面２Ａを成形するできるようにした本発明によるシリンダの加工法の他の実施形態を示す図である。
【０１１０】
図１０（ａ）はこの場合の円盤形状砥石３０の配置状態を示すものであって、先に図７に示した配置状態にして、さらに、円盤形状砥石３０をα方向の軸回りの角度κを加味している。
【０１１１】
α，β，κの関係は図１０（ｂ）で示す通りである。即ち、いま、平面Ｐ１を図５（ａ）に示す平面ＰＦに垂直で、かつα方向に平行な平面とする。また、軸Ｑ１を、この平面Ｐ１上にあって、かつ平面ＰＦ（図５（ａ））に垂直な中心軸とする。この平面Ｐ１をこの中心軸Ｑ１を中心として角度βだけ回動して得られる平面Ｐ２が、図５に示した実施形態での円盤形状砥石３０の砥粒層３３の回転軌跡を含む平面である。ここで、軸Ｑ２を平面Ｐ２上の水平な中心軸とする。この平面Ｐ２を水平な中心軸Ｑ２を中心に角度κだけ回動させると、平面Ｐ３が得られるが、図１０に示す実施形態では、円盤形状砥石３０の砥粒層３３の回転軌跡がこの平面Ｐ３上にあるようにしているものである。
【０１１２】
この角度κの回動により、図１０（ａ）において、円盤形状砥石３０の砥石軸心３４よりのＦ方向にある部分（即ち、円盤形状砥石３０の上半分）が加工するベーン溝側面２Ａにより近接する。このように、角度κだけ回動させた状態で、円盤形状砥石３０をα方向に進行させると、ベーン溝側面２Ａに転写される形状は円盤形状砥石３０のＬ１で示す範囲３３Ｂの形状が転写される。この転写形状は楕円の部分弧を傾斜させた形状になるが、角度κの設定に応じてベーン溝２をシリンダ１の内周に向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れるように、湾曲の度合いを変えることが可能となる。
【０１１３】
図１０（ｂ）はこのように設定加工されたベーン溝側面２Ａの形状の一例を示すものであり、シリンダ１の内周面の方向（Ｈ方向）に向かうにつれて、ベーン溝側面２Ａがベーン溝２の中心線（図示せず）から離れるような形状にベーン溝側面２Ａが形成される。なお、ここでも、角度κの設定状態とベーン溝側面２Ａの湾曲の程度は誇張して示している。
【０１１４】
図１１は以上のように円盤形状砥石３０に傾斜角κを加えて加工した場合の精度の一具体例を示すグラフ図である。ここでは、円盤形状砥石３０の直径Ｄが５０ｍｍ、ベーン溝２の長さＬ１が１２．３ｍｍ、砥石軸心３４からベーン溝２の最外周部までの距離Ｌ２が２２．３ｍｍで、円盤形状砥石３０の傾斜角βが０．０５ｄｅｇ、α方向の軸回りの傾斜角０．０５ｄｅｇである条件で加工した場合のベーン溝側面２Ａの形状を示している。横軸は図８に示すグラフの場合と同様である。また、縦軸も図８に示すグラフの場合とほぼ同様であり、ベーン溝側面２Ａの基準平面からの距離を示している。ここで、図１１での基準平面とは、円盤形状砥石３０を傾斜させずに加工した場合、即ち、角度β，κがともにゼロの場合の平面を用い、最内周部をゼロとした。
【０１１５】
このグラフに示すように、ベーン溝側面２ＡでのＬ＝８付近が最も突出しており、ここからシリンダの外周と内周とに向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れるような湾曲した形状の側面が得られることになる。この湾曲の程度と最も突出する位置とは、円盤形状砥石３０の直径Ｄと角度β，κとを変化させることによって調整することができる。
【０１１６】
以上では、ベーン溝２の側面２Ｈ，２Ｌで夫々片側に（即ち、図２に示すように、低圧室側の側面２Ｌでは、シリンダ１の内周面側に、高圧室側の側面２Ｈでは、外周面側に）湾曲部２Ｌ１，２Ｈ２を設けるようにしたが、側面２Ｈ，２Ｌでともにシリンダ１の内周側，外周側に夫々湾曲部を設けるようにすることもでは、例えば、ベーン溝２内部の中心点を中心に線対称となることを考慮に入れて条件を設定することにより、同様の加工が可能である。従って、高圧室側の側面２Ｈと低圧室側の側面２Ｌの夫々に必要な形状を、上記の角度β，κを調整して得ることが可能である。
【０１１７】
次に、上記の加工法の具体的な手順の一例を図１２を参照して説明する。ここで、図１２に示す手順は、図５（ｂ），（ｃ）の場合と同じ方向からベーン溝２と円盤形状砥石３０を見たものである。
【０１１８】
まず、図１２（ａ）に示すように、ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌを加工するように、円盤形状砥石３０に対する傾斜角β，κを設定し、この円盤形状砥石３０をα１方向（図５でのα方向と同じ）に進行させる。ここで、角度κは図示していないが、円盤形状砥石３０の紙面よりも手前に存在する側が低圧室側の側面２Ｌに近づく向きに設定されている。図１２（ａ）の状態から円盤形状砥石３０がα１方向に進行して、円盤形状砥石３０の円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３による加工が終了すると、図１２（ｂ）に示す状態になる。次に、円盤形状砥石３０を、ベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈに接触させずに、ベーン溝２内から引き出すために、図１２（ｂ）において、α１方向に直交する矢印λ１の方向に移動させ、図１２（ｃ）に示す状態にする。そして、かかる状態でα１方向とは反対方向のα２方向に円盤形状砥石３０を移動させて、図１２（ｄ）に示すように、ベーン溝２内から円盤形状砥石３０を引き出す。
【０１１９】
ここで、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈを加工するために、円盤形状砥石３０を、図１２（ｄ）に示す状態で、λ１方向に移動させ、これとともに、図１２（ａ）の角度βとは反対方向に角度β２だけ円盤形状砥石３０を旋回させて、円盤形状砥石３０を図１２（ａ）の角度βとは反対方向に角度βだけ傾いた状態とする。さらに、図示しないが、角度κも同様の切り替えを行なう。図１２（ｅ）はかかる角度β，κの切り替えを行なった円盤形状砥石３０の状態を示す。
【０１２０】
しかる後、円盤形状砥石３０をα１方向に進行させる。これにより、高圧室側の側面２Ｈが加工されて図１２（ｆ）に示す状態になると、円盤形状砥石３０の砥石軸心３４より進行方向側、即ち、円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３による加工が完了する。そして、矢印λ２方向に円盤形状砥石３０を移動させて、円盤形状砥石３０を、ベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈに接触させずに、ベーン溝２内から引き抜ける図１２（ｇ）に示す状態にすると、図示する矢印α２方向に円盤形状砥石３０を移動させて円盤形状砥石３０をベーン溝２内から引き抜き、図１２（ｈ）に示す状態とする。そして、円盤形状砥石３０の角度β，κと位置を図１２（ａ）に示す状態に戻して、一連の加工動作が完了する。
【０１２１】
次に、上記の湾曲した形状のベ−ン溝側面２Ａをさらに簡易に得ることができる手法について説明する。
【０１２２】
上記の加工工程の例では、ベーン溝２の一方の側面を加工してから反対側の側面を加工を開始するまでの間に、円盤形状砥石３０に設定した角度β，κを変更（切り替え）する必要がある。これら角度の変更は自動的に制御した場合でも、シリンダ１個を加工するための時間にこの角度変更を行なっている間の時間も含まれることになる。角度変更を行なう時間は、切り屑を出す実加工時間ではなく、いわゆる無駄時間となる。
【０１２３】
そこで、かかる角度変更を行なわずに、ベーン溝の両側面を加工するようにすることが必要となるが、このようにして、湾曲形状の面をさらに効率的に得る手法を図１３を用いて説明する。図１２と同一方向には同一符号を付している。
【０１２４】
図１３（ａ）は、円盤形状砥石３０がベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌを加工する直前の状態を示すものであり、円盤形状砥石３０には、α１方向に対して傾斜角度βが設定されているし、図示しないが、図１２の場合と同様に、傾き角度κも設定している。
【０１２５】
図１３（ａ）示す状態から円盤形状砥石３０をα１方向に進行させ、円盤形状砥石３０の円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３での加工が完了すると、図１３（ｂ）に示す状態になる。この状態で、ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌの加工が完了している。次いで、円盤形状砥石３０を、ベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈに接触させずに、ベーン溝２内から引き出すために、矢印λ１方向に移動させて図１３（ｃ）に示す状態にし、この状態から、再び矢印α１方向に円盤形状砥石３０を移動させて、ベーン溝２内から円盤形状砥石３０を引き出す。これで図１３（ｄ）に示す状態となる。
【０１２６】
次に、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈを加工するために、図１３（ｄ）に示す状態から矢印λ１方向へ円盤形状砥石３０を移動させる。これにより、図１３（ｅ）に示す状態となる。そして、円盤形状砥石３０での角度β，κの設定は変更せずに、矢印α２方向に円盤形状砥石３０を後退させる。角度βを変更しなくても、この配置上では、円盤形状砥石３０が砥石軸心３４よりα２方向にある部分（この場合の円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３の部分）が、高圧室側の側面２Ｈから離れるような状態となっている。２α方向に円盤形状砥石３０が進むと、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈが加工され、図１３（ｆ）に示すように、円盤形状砥石３０の円盤形状砥石３０の前半分の砥粒層３３の部分による加工が完了する。そして、矢印λ２方向に円盤形状砥石３０を移動させて、円盤形状砥石３０がベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈに接触せずに引き抜ける図１３（ｇ）に示す状態にし、次いで、矢印α２方向に円盤形状砥石３０を後退させることにより、図１３（ｈ）に示すように、円盤形状砥石３０をベーン溝２の中から引き出して最初の状態に戻る。
【０１２７】
円盤形状砥石３０のこれら一連の動作は、円盤形状砥石３０の前進と後退及びその間の直交方向への横移動だけで構成されており、かかる加工過程で角度β，κの変更・調整が必要ないため、一旦角度β，κを決めて固定してしまえば、その後では、単純な直進移動だけで加工が完了する。また、一往復で加工を終了するため、ベーン溝２の側面２Ｌ，２Ｈ毎に往復動作を繰り返す必要がなく、短時間で面加工ができる。
【０１２８】
図１４は以上の図１３に示す一連の動作による加工の結果得られたベーン溝側面２Ａの形状の具体例を示すグラフ図であって、円盤形状砥石３０の直径Ｄが５０ｍｍ、ベーン溝の長さＬ１が１２．３ｍｍ、砥石軸心３４からベーン溝２の最外周部までの距離Ｌ２が２２．３ｍｍで、円盤形状砥石３０の傾斜角βが０．０１５ｄｅｇ、円盤形状砥石３０の進行方向の軸回りの傾斜角κが０．０１５ｄｅｇである条件で加工した場合のベーン溝側面２Ａの形状を示すものである。
【０１２９】
図１４（ａ）はベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈの形状を示し、図１４（ｂ）は低圧室側の側面２Ｌの形状を示している。これらグラフの横軸及び縦軸は図１１に用いた設定と同様である。円盤形状砥石３０に与える角度κは、ベーン溝２の低圧室側の側面２Ｌがシリンダ１の内周面側でより湾曲するように設定している。加工中に円盤形状砥石３０に設定した角度は変更していない。
【０１３０】
この結果、得られたベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈは、図１４（ａ）に示すように、シリンダの外周面に向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れるように湾曲した面形状となり、中央付近がやや突出した形状となっている。低圧室側の側面２Ｌは、図１４（ｂ）に示すように、中央付近からシリンダ１の内周面と外周面とに向かうに従ってベーン溝２の中心線から離れるように湾曲した面形状となり、中央付近が突出した形状となっている。
【０１３１】
ベーン１６は図１４（ａ），（ｂ）に示す形状の側面２Ｌ，２Ｈの間に形成される溝内に挿入され、シリンダ１の内周面側が低圧室側の側面２Ｌに押し付けられるように傾斜する。このベ−ン１６を適切に支持するように、高圧室側の側面２Ｈは、シリンダ１の内周面に向かうに従って低圧室側の側面２Ｌに近づくように傾斜させている。
【０１３２】
このように、円盤形状砥石３０の角度β，κを適切に選択することにより、これら角度β，κの変更を加工過程で行なうことなく、ベーン１６を支持するに適した面形状のベーン溝側面２Ａを得ることが可能となる。従って、上記実施形態の加工法により、好適に湾曲した形状のベーン溝側面を安価に得ることが可能となり、その結果、ベーン部の摺動信頼性がより向上し、耐久性に優れるロータリ圧縮機を提供することが可能となる。
【０１３３】
なお、図１３に示す手順では、円盤形状砥石３０の往復動作のいずれでも加工を行なうが、設定を変えることにより、加工を一方向の動作で完結させることも可能である。その一具体例を図１３で説明すると、図１３（ｂ）に示す状態で円盤形状砥石３０をλ１方向へ移動させる際に、ベーン溝２の高圧室側の側面２Ｈを所定の寸法に加工できるまで移動させる。この移動が完了した状態を図１３（ｃ）に示す状態とすると、この状態でα１方向に円盤形状砥石３０を進行させる。これにより、図１３（ｄ）に示す状態となるが、円盤形状砥石３０は、図１３（ｄ）に示す状態になるまでのベーン溝２を通過する過程において、高圧室側の側面２Ｈを加工しながら進行する。この過程で形成される形状は、先に説明した図１３（ｅ）〜図１３（ｆ）の過程に形成される形状と同一である。
【０１３４】
従って、この具体例では、円盤形状砥石３０がα１方向に進む過程でベーン溝２の両側面２Ｌ，２Ｈの加工が可能となり、図１３（ｅ）〜図１３（ｈ）で示す円盤形状砥石３０がα２方向に移動する過程では、ベーン溝２の側面の加工を行う必要がない。従って、往復動作をさせた場合の移動精度が前進と後退で異なるような機械を用いた場合、一方向の移動だけを用いて加工することが可能となる。ここでは、α１方向への移動で加工する場合を説明したが、α２方向への移動で加工するようにしてもよい。
【０１３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような優れた効果が得られる。即ち、
従来のロータリ圧縮機のベーン溝には、線状の接触部が存在するため、ベーンとベーン溝との摺動部では、高負荷運転や潤滑性に乏しい冷媒の使用に起因して、油膜切れによる金属接触が起こり、早期摩耗や異常摩耗、さらに、焼き付けを起こすという問題があったが、本発明によると、ベーン溝の側面が負荷のかかったベーンを適切に支持でき、かつ接触部で面接触となるように、ベーン溝の側面が湾曲した面形状をなしているものであるから、線状の接触を回避することができ、ベーン溝の摺動部の摺動信頼性が大幅に向上するし、かかるベーン溝を具備したシリンダを組み込んだロータリ圧縮機では、耐久性が大幅に向上する。
【０１３６】
また、本発明の加工法によれば、ベーン溝に発生していた上記の問題を解消する湾曲した形状のベーン溝の側面を簡便でかつ量産に適したものであり、耐久性に優れるベーン溝を安価に提供することができ、ひいては、耐久性の向上したロータリ圧縮機を低廉なコストで提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロータリ圧縮機の一実施形態の要部を示す斜視図である。
【図２】図１で矢印Ｍ方向にみた圧縮過程でのベーンの状態を示す図である。
【図３】図１に示す実施形態での上死点にある圧縮室の状態を示した図である。
【図４】図１に示す実施形態での圧縮過程と上死点とでのベーンを比較して示す図である。
【図５】本発明によるシリンダの加工方法の一実施形態を示す図である。
【図６】図５に示す実施形態でベーン溝の側面の加工の開始時と終了時とでの円盤形状砥石とベーン溝との配置関係を示す図である。
【図７】図５に示す実施形態での円盤形状砥石の傾き状態とこれによって加工されたベーンみその側面形状を示す図である。
【図８】図５に示す実施形態による加工方法で得られた湾曲したベーン溝側面の形状の一具体例を示す図である。
【図９】図５に示す実施形態で傾斜した円盤形状砥石によるベーン溝の加工で制約となる事項を示す図である。
【図１０】本発明によるシリンダの加工方法の他の実施形態を示す図である。
【図１１】図１０に示す実施形態による加工方法で得られた湾曲したベーン溝側面の形状の一具体例を示す図である。
【図１２】図１０に示す実施形態によるベーン溝側面の一連の加工工程の一具体例を示す図である。
【図１３】図１０に示す実施形態によるベーン溝側面の一連の加工工程の他の具体例を示す図である。
【図１４】図１３で示す加工工程で得られた湾曲したベーン溝側面の形状の一具体例を示す図である。
【図１５】ロータリ圧縮機の構造の一例を示す縦断面図である。
【図１６】図１５での分断線Ａ−Ａに沿う横断面図である。
【図１７】ロータリ圧縮機の動作時でのベーン溝中のベーンの状態を示す図である。
【図１８】ベーンの従来例を示す図である。
【図１９】ベーン溝の加工方法の従来例を示す図である。
【図２０】図１９に示すブローチはの成形方法の一従来例を示す図である。
【図２１】図１９に示すブローチはの成形方法の他の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１シリンダ
２ベーン溝
２Ａベーン溝側面
２Ｌベーン溝の低圧室側の側面
２Ｈベーン溝の高圧室側面
２Ｌ１，２Ｌ２，２Ｈ１，２Ｈ２湾曲部
３シリンダの内周面
８高圧室
９低圧室
１６ベーン
１６Ｌベーンの低圧室側の側面
１６Ｈベーンの高圧室側の側面
１７ローラ
３０円盤形状砥石
３１砥石主軸
３２砥石台金
３３砥粒層
３３Ａ砥粒層側面
３４砥石軸心

Claims

クランク軸の回転によってローラがシリンダ内で偏心回転し、該シリンダに設けられたベーン溝内をベーンが往復摺動して偏心回転する該ローラに当接されることにより、該シリンダ内が該ベーンによって高圧室と低圧室とに仕切られて、該シリンダ内で動作ガスが圧縮される圧縮機構部を備えたロータリ圧縮機において、
該ベーン溝の少なくとも一方の側面が、該シリンダの外周面側あるいは内周面側に向かうに従って該ベーン溝の中心線から離れていく湾曲形状をなしていることを特徴とするロータリ圧縮機。
請求項１において、
前記ベーン溝での前記シリンダの前記高圧室側の側面は、前記シリンダの外周面側に向かうに従って前記ベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状、もしくは、さらに、前記シリンダの内周面側に向かうに従って前記ベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状であって、
前記ベーン溝での前記シリンダの前記低圧室側の側面は、前記シリンダの内周面側に向かうに従って前記ベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状、もしくは、さらに、前記シリンダの外周面側に向かうに従って前記ベーン溝の中心線から離れていく湾曲した形状であることを特徴とするロータリ圧縮機。
請求項１または２において、
前記ベーン溝の湾曲形状をなす部分は、前記ベーンが前記ベーン溝内で傾斜して前記ベーン溝の側面に当接したとき、前記ベーンと前記ベーン溝の側面との間に油膜によるシールを形成し、かつ前記ベーンが面接触する長さ，幅に設定されていることを特徴とするロータリ圧縮機。
請求項１，２または３記載のロータリ圧縮機の前記ベーン溝の側面の加工法であって、
外端面と両側面の外周部とに砥粒層が設けられ、回転軸心を中心に回転する円盤形状砥石を用い、
前記ベーン溝の側面加工のための第１の平面に対して、該回転軸心に直交し該砥粒層の回転軌跡を含む第２の平面が所定の角度をなすように、該円盤形状砥石を該進行方向に対して傾斜させながら、該円盤形状砥石を該進行方向に移動させて前記ベーン溝の側面を加工することを特徴とするシリンダの加工法。
請求項１，２または３記載のロータリ圧縮機の前記ベーン溝の側面の加工法であって、
外端面と両側面の外周部とに砥粒層が設けられ、回転軸心を中心に回転する円盤形状砥石を用い、
前記ベーン溝の側面加工のための該円盤形状砥石の進行方向に平行な平面に対して該砥粒層の回転軌跡を含む平面が傾斜するように、該円盤形状砥石を傾斜させ、該砥粒層の進行方向前半分の部分で前記ベーン溝を加工し、前記ベーン溝の側面の断面形状を凸形状に加工することを特徴とするシリンダの加工法。
請求項５において、
前記円盤形状砥石の進行方向前半側が前記ベーン溝の中心線に近づくように、前記円盤形状砥石を前記回転軸心を中心に傾斜させて前記ベーン溝の側面を加工することを特徴とするシリンダの加工法。
請求項６において、
前記円盤形状砥石は、前記傾斜状態を固定して、前記ベーン溝の一方の側面での前記シリンダの内周面側と他方の側面での前記シリンダの外周面側とを加工することを特徴とするシリンダの加工法。