JP2010249090A - ベーンロータリ型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音で商品性の高いベーンロータリ型圧縮機を提供すること。
【解決手段】内部に筒状の中空部を有するシリンダ３と、外周部の少なくとも一部が前記シリンダの内壁面に近接して回転自在に配設される略円筒状のロータ４と、前記ロータのベーン溝４ｂ内に摺動自在に挿入され、先端が前記シリンダ３内壁面に当接し、前記シリンダ３と前記ロータ４相互間に形成された圧縮空間を少なくとも吸入空間１９と吐出空間２０に仕切るベーン５とを備えたベーンロータリ圧縮機であって、前記ベーン５の前記ロータ４との非摺動部５ｄに丸穴６ａを設けて空洞とすることで、ベーン５が軽量化されて遠心力が小さくなり、ベーン５のシリンダ３内壁への押し付け力が緩和され、圧縮機運転時のベーン磨耗や吐出温度低減、消費馬力低減が防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、気流体の圧縮を行う圧縮機に関するもので、たとえば自動車空調装置などに用いられるベーンロータリ型圧縮機に関するものである。

従来、この種の車両用ベーンロータリ圧縮機は、エンジンの駆動力によりベルトを介して電磁クラッチのプーリを回転させ、電磁クラッチのＯＮ／ＯＦＦにより圧縮運転をする。図６、図７は、特許文献１に記載された従来のベーンロータリ圧縮機を示すものである。図７に示すように、シリンダ５１と、ロータ５２と、ロータ５２内に構成されたベーン溝５３と、ベーン５４と、吸入口５５と、作動室５６、吐出口５７と、吐出弁５８等から構成されている。

図６および図７に示すように、電磁クラッチ（図示せず）がＯＮするとロータ５２が回転し、リアケース６１より背圧付与装置６２を通じて、ガス又はオイルをベーン溝５３部へ供給し、ベーン溝５３部の圧力が上がりベーン５４がロータ５２のベーン溝５３より飛び出し、ベーン先端部がシリンダ内面５９に衝突し、やがてベーン５４の先端部はシリンダ内面５９に内接し、作動室５６で冷媒が圧縮され吐出口５７より吐出される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−０９０２８６号公報

前記従来の構成では、ベーン溝５３部の背部に圧力を、リアケース６１より背圧付与装置６２を通じて、ガス又はオイルを供給することで保持する構造となっており、ベーンのチャッタリング防止のため、背圧を高くなるような構造にしている。

しかしながら上記従来の構成の場合、圧縮機の高速運転時には、遠心力とベーン５４の背圧により、ベーン５４からシリンダ５１への押し付け力が増加する。その結果、ベーン５４とシリンダ５１との間の摺動発熱が増加し、ベーン５４の先端部の磨耗や、吐出温度の上昇を引き起こす。さらに、摺動抵抗が増加するため、消費馬力の増加等を引き起こすこともある。

本発明は、前記従来の課題を解決するものであり、ベーン先端部の磨耗や吐出温度の上昇、消費馬力の増加を防止し、商品性の高いベーンロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明のベーンロータリ型圧縮機は、内部に筒状の中空部を有するシリンダと、外周部の少なくとも一部が前記シリンダの内壁面に近接して回転自在に配設される略円筒状のロータと、前記ロータのベーン溝内に摺動自在に挿入され、先端が前記シリンダ内壁面に当接し、前記シリンダと前記ロータ相互間に形成された圧縮空間を少なくとも吸入空間と吐出空間に仕切るベーンと、シリンダの両端を閉塞し圧縮室を構成する前部側板および後部側板と、前記吸入空間に連通する吸入孔及び前記吐出空間に連通する吐出孔を備えたベーンロータリ圧縮機であって、前記ベーンの前記ロータ
との非摺動部の一部を欠くことで軽量化したものである。

これによって、ベーンの遠心力が小さくなり、圧縮機の高速運転時におけるベーンからシリンダへの押し付け力の増加を抑制され、摺動発熱の増加を防止することができる。これにより、ベーン先端部の磨耗の抑制、吐出温度上昇の抑制ならびに消費馬力増加の抑制が可能となり、商品性の高いベーンロータリ圧縮機を提供することが出来る。

本発明は、ベーン先端部の磨耗を防止し商品性の高いベーンロータリ型圧縮機を提供することができる。

本発明の実施の形態１におけるベーンロータリ型圧縮機の横断面図 同実施の形態１におけるベーンロータリ型圧縮機の作動室断面図 同実施の形態１におけるベーンロータリ型圧縮機の動作説明図 本発明の実施の形態２のベーンロータリ型圧縮機の作動室断面図 本発明の実施の形態３のベーンロータリ型圧縮機の作動室断面図 従来のベーンロータリ型圧縮機の横断面図 従来のベーンロータリ型圧縮機の縦断面図

第１の発明は、内部に筒状の中空部を有するシリンダと、外周部の少なくとも一部が前記シリンダの内壁面に近接して回転自在に配設される略円筒状のロータと、前記ロータのベーン溝内に摺動自在に挿入され、先端が前記シリンダ内壁面に当接し、前記シリンダと前記ロータ相互間に形成された圧縮空間を少なくとも吸入空間と吐出空間に仕切るベーンと、シリンダの両端を閉塞し圧縮室を構成する前部側板および後部側板と、前記吸入空間に連通する吸入孔及び前記吐出空間に連通する吐出孔を備えたベーンロータリ圧縮機であって、前記ベーンの前記ロータとの非摺動部の一部を欠くことで軽量化したことにより、遠心力を低減することが出来、ベーン先端部の磨耗、吐出温度上昇の抑制、消費馬力増加の抑制し、防止することができるため、商品性の高い圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、ベーンの非摺動部に空洞部を構成したもので、ベーンの外形を変化させることがないため、他の構成をそのまま利用することができる。

第３の発明は、特に第２の発明において、空洞部の形状を丸穴としたもので、簡単な構成によって、ベーンを軽量化することができる。

第４の発明は、特に第１の発明において、ベーンの非摺動部をテーパ形状としたもので、
簡単な工程によって軽量化が可能となる。

第５の発明は、特に第１の発明において、ベーンの非摺動部に溝を設けたことにより、軽量化となり、遠心力を低減することが出来、ベーン先端部の磨耗、吐出温度上昇の抑制、消費馬力増加の抑制し、防止することができるため、商品性の高い圧縮機を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態におけるベーンロータリ型圧縮機の縦断面図、図２は同ベーンロータリ型圧縮機の作動室の断面図である。また、図３は同圧縮機の動作説明図である。

図１〜図３に示すように、本発明のベーンロータリ型圧縮機では、前部側板１および後部側板２によって固定されたシリンダ３内に、冷媒を圧縮する作動室８が構成され、当該作動室８は、冷媒の吸入孔１０と圧縮冷媒の吐出孔１１を有する。さらに吐出孔１１は通路を介してリアケース１２に設けられた高圧ケース１３と連通している。また、リアケース１２内には圧縮冷媒から潤滑油を分離する分離装置（図示せず）および貯油室１７、背圧付与装置１４が設けられている。

図２に示すように、作動室８は内部に筒状の中空部を有するシリンダ３と、該シリンダ３内に設けられ外周部の少なくとも一部がシリンダ３の内壁面に近接して回転自在に配設された略円筒状の鉄製ロータ４によって構成されている。該ロータ４は略放射状に複数のベーン溝４ｂを有し、ベーン溝４ｂ内に摺動自在に挿入され、先端がシリンダ３内壁面に当接し、シリンダ３とロータ４相互間に形成された圧縮空間を少なくとも吸入空間と吐出空間に仕切るベーン５を有する。作動室８の吸入側には吸入空間１９に連通する吸入孔１０が、吐出側には吐出空間２０に連通する吐出孔１１および吐出弁９が設けられている。

さらに、図１に示すようにリアケース１２には、後部側板２に固定され、高圧ケース１３内の高圧ガス流体となった圧縮後の冷媒と、貯油室１７に溜まった潤滑油を適宜切り替えて給油通路から油溝１５に供給することでベーン溝４ｂに背圧を付与する背圧付与装置１４が設けられている。該背圧付与装置１４は、作動室８内の吸入空間１９あるいは吐出空間２０と、高圧ケース１３あるいは貯油室１７との圧力差によって球弁および球座からなる弁機構の連通および遮断動作を制御して、必要な背圧を付与することでベーン５が確実にロータ４に押し付けられるようにしている。

また図３に示すように、圧縮室内では圧縮圧力による差圧が発生している。すなわち、圧縮室２１ａの圧力をＰ１、圧縮室２１ｂの圧力をＰ２とすると、これらの関係はＰ１＞Ｐ２となっている。従って、実際には圧力差により、ベーン５は、ロータ４のベーン溝部４ｂ内で、図３のように傾いている。具体的にはベーン５とロータ４の間では、図中に示すロータ顎部４ｄと、ベーンの回転方向と逆側であるベーントレーディング側平面部５ａ、およびロータ腹部４ｃとベーンリーディング側（ベーンの回転方向側）後端部５ｂが接触している。ここで、ベーントレーディング側平面部５ａで、ロータ顎部４ｄと接触する範囲を摺動範囲、接触しない範囲を非摺動範囲と定義する。そして、ベーン５のうち、摺動範囲にある部分を摺動部５ｃ、非摺動範囲にある部分を非摺動部５ｄと定義する。

また、本実施の形態のベーンロータリ型圧縮機おいては、図２に示すように、ベーン５の、ロータ４とベーン５の非摺動部５ｄに丸穴６ａの空洞部が形成されている。図２及び図３においては３枚あるベーン５のうち、一つのベーンにのみ空洞部を図示しているが、他の２枚のベーン５についても同様に空洞部を有し、軽量化されているものとする。

以上のように構成されたベーンロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電磁クラッチがオン状態となって圧縮機が起動すると、駆動軸４ａに連結されたロータ４が回転を開始して作動室８内に冷媒が吸引され、冷媒の圧縮が行なわれる。

このとき、ベーン５は、ベーン５背部のベーン溝４ｂに供給されるガス圧力以外に遠心
力が受ける。このため、圧縮機の高速回転時には遠心力が大きくなって、ベーン５が受ける力が大きくなる。

しかし、本実施の形態においては、ベーン５の非摺動部５ｄに構成された丸穴６ａの空洞部により、従来より軽量化されている為、発生する遠心力が小さい。従って、ベーン５の先端がシリンダ３の内壁に押し付けられる力（先端圧）が従来に仕様より低くなるので、摺動発熱が少なくなり、磨耗が低減、吐出温度の上昇が抑制される。さらに、ベーン５とシリンダ３内壁の摺動抵抗が下がるため、消費馬力の増加も抑制される。

以上のように、本実施の形態のベーンロータリ型圧縮機は、運転時に発生する遠心力を低減することが可能となり、ベーン先端部の圧力を低減し、摺動発熱を少なくすることができるため、ベーンの磨耗低減、吐出温度の上昇抑制、消費馬力の増加抑制ができ、商品性の高い圧縮機を提供することができる。

なお、空洞部の形状は丸穴６ａとしているが、非摺動部５ｄに四角穴、中空、等の空洞部を設けても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態においては、ベーンの外周形状に変化が無いため、その他の部分について従来の構成を利用することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態は、特に第１の実施の形態において、ベーン５の非摺動部５ｄの形状をテーパとしたものである。第１の実施の形態と同様の部分については同様の符号を用い。説明を省略する。

図４は本発明の第２の実施の形態におけるベーンロータリ型圧縮機の作動室８の断面図である。

図４に示すように、本実施の形態のベーンロータリ圧縮機のベーン５において、ロータ４とベーン５の非摺動部５ｄをテーパ形状としている。なお、図４においては３枚あるベーン５のうち、一つのベーンにのみテーパ形状を有する様子を図示しているが、他の２枚のベーン５についても同様にテーパ形状を有し、軽量化されているものとする。

第１の実施の形態と同様に、電磁クラッチがオン状態となって圧縮機が起動すると、駆動軸４ａに連結されたロータ４が回転を開始して作動室内８内に冷媒が吸引され、冷媒の圧縮が行なわれる。

このとき、ベーン５には背部に供給されるガス圧力以外に遠心力が受けるが、テーパ形状６ｂにより、従来より軽量化されている為、発生する遠心力が小さい。従って、先端圧が従来に仕様より低くなるので、ベーン先端部のシリンダへの押し付け力が従来より下がる。その結果、摺動発熱が少なくなり、磨耗が低減、吐出温度の上昇が抑制され、消費馬力の増加も抑制される。

また、本実施の形態においては、ベーン５の非摺動部５ｄをテーパ形状にするため、製造時の工程における作業が簡単なものとなる。

なお、本実施の形態においては、図３において説明したベーンリーディング側後端部５ｂをテーパ形状としていないため、当該形状によってベーン５が図３に示す向きにさらに傾くことはない。

以上のように、本実施の形態のベーンロータリ型圧縮機は、運転時に発生する遠心力を低減することが可能となり、ベーン先端部の圧力を低減し、摺動発熱を少なくすることができるため、ベーンの磨耗低減、吐出温度の上昇抑制、消費馬力の増加抑制ができ、商品性の高い圧縮機を提供することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態は、特に第１の実施の形態において、ベーン５の非摺動部５ｄに溝を設けた形状としたものである。第１の実施の形態と同様の部分については同様の符号を用い、説明を省略する。

図５は本発明の第３の実施の形態におけるベーンロータリ型圧縮機の作動室の断面図である。

図５に示すように、本実施の形態のベーンロータリ圧縮機のベーン５において、ロータ４とベーン５の非摺動部５ｄに溝６ｃを設けている。なお、図５においては３枚あるベーン５のうち、一つのベーンにのみ溝６ｃを有する様子を図示しているが、他の２枚のベーン５についても同様に溝６ｃを有し、軽量化されているものとする。

本実施の形態の構成によっても、ベーン５を軽量化して、発生する遠心力が小さくすることが可能である。従って、ベーン先端部のシリンダへの押し付け力が従来より下がるため、摺動発熱が少なくなり、磨耗が低減、吐出温度の上昇が抑制され、消費馬力の増加も抑制される。

なお、本実施の形態による構成では、ベーン５に対して背圧が安定してかかるため、ベーン５がベーン溝４ｂ内でずれることを防止することができる。

以上のように、本発明にかかるベーンロータリ型圧縮機は、商品性の高いベーンロータリ型圧縮機を提供することが可能となり、自動車用エアコンの圧縮機等の用途にも適用できる。

１ 前部側板
２ 後部側板
３ シリンダ
４ ロータ
４ａ 駆動軸
４ｂ ベーン溝
４ｃ ロータ腹部
４ｄ ロータ顎部
５ ベーン
５ａ ベーントレーディング側平面部
５ｂ ベーンリーディング側後端部
５ｃ 摺動部
５ｄ 非摺動部
６ａ 丸穴
６ｂ テーパ形状
６ｃ 溝部
８ 作動室
９ 吐出弁
１０ 吸入孔
１１ 吐出孔
１２ リアケース
１３ 高圧ケース
１４ 背圧付与装置
１５ 油溝
１６ 連通孔
１７ 貯油室
１９ 吸入空間
２０ 吐出空間
２１ａ 圧縮室（Ｐ１）
２１ｂ 圧縮室（Ｐ２）

Claims (5)

1. 内部に筒状の中空部を有するシリンダと、外周部の少なくとも一部が前記シリンダの内壁面に近接して回転自在に配設される略円筒状のロータと、前記ロータのベーン溝内に摺動自在に挿入され、先端が前記シリンダ内壁面に当接し、前記シリンダと前記ロータ相互間に形成された圧縮空間を少なくとも吸入空間と吐出空間に仕切るベーンと、シリンダの両端を閉塞し圧縮室を構成する前部側板および後部側板と、前記吸入空間に連通する吸入孔及び前記吐出空間に連通する吐出孔を備えたベーンロータリ圧縮機であって、前記ベーンの前記ロータとの非摺動部の一部を欠くことで軽量化したことを特徴とするベーンロータリ型圧縮機。
2. ベーンの非摺動部に空洞部を構成したことを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ型圧縮機。
3. 空洞部の形状を丸穴としたことを特徴とする請求項２に記載のベーンロータリ型圧縮機。
4. ベーンの非摺動部をテーパ形状としたことを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ型圧縮機。
5. ベーンの非摺動部に溝を設けたことを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ型圧縮機。