JP2706105B2 - ベーン圧縮機 - Google Patents

ベーン圧縮機

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JP2706105B2
JP2706105B2 JP63260016A JP26001688A JP2706105B2 JP 2706105 B2 JP2706105 B2 JP 2706105B2 JP 63260016 A JP63260016 A JP 63260016A JP 26001688 A JP26001688 A JP 26001688A JP 2706105 B2 JP2706105 B2 JP 2706105B2
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忠一 河村
新一 鈴木
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株式会社豊田自動織機製作所
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、シリンダとロータとの間の空間を複数のベ
ーンにより区画して圧縮室とするベーン圧縮機に関する
ものである。
[従来の技術] この種の圧縮機ではサインカム曲線からなる略楕円形
状のシリンダ内に収容された円柱形状のロータ周面とシ
リンダの短軸側領域におけるシリンダ内周面とが微小な
クリアランスをもつようにロータがシリンダ内に嵌合収
容されており、この微小クリアランスの領域によりシリ
ンダ内周面とロータ周面との間にシール性が得られる。
ロータの回転方向におけるこのシール領域の手前には吐
出口が設けられていると共に、シール領域の通過側には
吸入口が設けられており、吐出口に連通する圧縮室から
吸入口に連通する圧縮室への高圧冷媒ガスの洩れがシー
ル領域によって防止されるようになっている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、最大圧縮容量の可及的な増加、即ち冷
媒ガスの効率のよい圧縮(以下、体積効率という)を得
るための吐出口及び吸入口の配置位置の設定、圧縮機の
コンパクト化を前提とした圧縮室の十分な容積確保とい
った構造的な理由によって前記シール領域の角度範囲を
それほど大きくすることができず、従来のものでは最大
10゜が限度である。この程度の角度範囲のシール領域で
はそのシール性が十分とは言えず、吐出口の連通する高
圧の圧縮室から吸入口に連通する低圧の圧縮室への冷媒
ガス洩れを十分に防止することができない。そのため、
体積効率が落ち、しかも温度の高い高圧冷媒ガスが圧縮
前の冷媒ガスに混入するために圧縮機から吐出される冷
媒ガス温度が上がり、冷房効果の低下が避けられない。
又、シール領域におけるシリンダ内周面の円弧曲線と
サインカム曲線との接続部では角が生じていてベーンの
没入方向への加速度が大きく、そのためにベーンが円弧
曲線のシリンダ内周面から離間し易い。このようなベー
ンの不連続な摺動はシリンダ内周面とベーンとの衝突を
もたらし、この衝突部位におけるシリンダ内周面の損傷
が避けられない。
[課題を解決するための手段] そのために本発明では、サインカム曲線のような上に
凸の曲線領域の端部に配置される吐出口とこれに隣合う
吸入口との間のシリンダ内周面にはロータの半径に略一
致する半径をもった円弧曲線のシール領域を設け、この
シール領域と前記吐出口及び前記吸入口との間のシリン
ダ内周面にはシール領域の円弧曲線及び凸曲線に滑らか
に接続する三次曲線からなる緩衝領域を設けた。
[作用] 円弧曲線とサインカム曲線のような凸曲線とは三次曲
線で接続される。これによりベーンは凸曲線領域から緩
衝領域へ滑らかに摺動移行し、緩衝領域からシール領域
へ滑らかに摺動移行する。従って、シリンダ内周面に対
するベーンの不連続な摺接が無くなり、不連続な摺接に
よるシリンダ内周面の損傷が回避される。又、三次曲線
からなる緩衝領域の介在により圧縮室の容積減少をもた
らすことなくシール領域の角度範囲を拡げることがで
き、このシール領域のシール性能を高めて体積効率を向
上することができる。
[実施例] 以下、本発明を可変容量型ベーン圧縮機に具体化した
一実施例を図面に基づいて説明する。
第3図に示すように接合固定された前後一対のハウジ
ング1,2内にはシリンダ3が収容固定されており、シリ
ンダ3の前後両端にはサイドプレート4,5が密着接合さ
れている。シリンダ3内は略楕円形状の室に形成されて
おり、シリンダ室内には円柱状のロータ6が第1図の矢
印P方向へ回転可能に嵌入収容されている。ロータ6は
略楕円形状のシリンダ内周面の短軸側の領域で微小なク
リアランスをもって嵌合しており、この微小クリアラン
スの領域がシール領域S1,S2となる。
ロータ6の前後には支軸6a,6bが一体形成されてお
り、フロントサイドプレート4及びリヤサイドプレーヤ
5にそれぞれ回転可能に支持されている。ロータ6の周
面には複数の溝7(本実施例では4つ)が半径方向へ凹
設されており、各溝7にはベーン8が前後両サイドプレ
ート4,5に密接して摺動可能に嵌入支持されている。溝
7の底部はリヤハウジング2後部の油分離室2aに連通し
ており、油分離室2a内に溜められている潤滑油が溝7底
部へ供給され得るようになっている。各ベーン8はロー
タ6の回転に伴う遠心力及び油分離室2aに連通する溝7
底部の圧力によりシリンダ内周面に当接可能であり、シ
リンダ室が複数枚のベーン8及びシール領域S1,S2によ
り複数の圧縮室R1,R2,R3に区画される。
シリンダ3には軸方向に貫通する一対の吸入通路9A,9
Bが設けられており、シリンダ室に開口する吸入口10A,1
0Bが180゜の角度差を持って吸入通路9A,9Bに連通されて
いる。両吸入口10A,10Bはロータ6の回転方向における
シール領域S1,S2の通過側に配置設定されている。
シリンダ3の周方向において吸入通路9A,9Bの近傍に
は一対の吐出室3a,3bが設けられており、シリンダ室に
開口する吐出口11A,11Bが180゜の角度差をもって吐出室
3a,3bに連通されている。両吐出口11A,11Bはロータ6の
回転方向におけるシール領域S1,S2の手前側に配置設定
されている。なお、12は吐出弁である。吐出口11A,11B
には逃し溝11a,11bが切欠形成されており、液圧縮ある
いは過圧縮がこの逃し溝11a,11bにより防止される。
フロントハウジング1とフロントサイドプレート4と
の間の吸入室1aへ導入された冷媒ガスはフロントサイド
プレート4の吸入通路4a及び吸入通路9A,9Bを介してシ
リンダ室内へ導入される。ロータ6とフロントサイドプ
レート4との間には円環状の容量制御板13が支軸6aを中
心に回動可能に介在されており、容量制御板13には吸入
通路4aとシリンダ室とを接続する補助通路13a,13bが設
けられている。従って、容量制御板13を回動することに
よりベーン8にて圧縮室R1,R2,R3に区画されるシリンダ
室と補助通路13a,13bとの連通期間が変更され、これに
よりシリンダ室内への吸入容量、即ち吐出室3a,3bへ吐
出される容量を制御することができる。この制御はフロ
ントサイドプレート4内のスプール14を介した吐出圧と
吸入圧との圧力対抗により行われ、この圧力対抗に伴う
スプール14の摺動変位がピン15を介して容量制御板13の
回動に変換される。
第1図に示すようにロータ6の回転軸線lからシリン
ダ3の内周面までの動径をr、動径rの始端線Lから動
径rまでの回転角度をθとした場合、シール領域S1の角
度範囲−θ1/2≦θ≦θ1/2及びシール領域S2の角度範囲
π−θ1/2≦θ≦π+θ1/2ではシリンダ3の内周面の曲
線はロータ6の半径よりも僅かに大きい半径Rの円弧曲
線である。第4図ではr=Rを表す横軸上にC0として示
される。
θ1/2≦θ≦θ≦θ1/2+θ+θの角度範囲では
次式(1)で表されるサインカム曲線が用いられてい
る。
r=p1+q1 sin(αθ+β) ・・・(1) なお、p1,q11は適宜選択される定係数であ
る。式(1)で表される曲線は第4図にC4で示される。
−θ1/2−θ≧θ≧θ1/2+θ+θ−πの角度範
囲では次式(2)で表されるサインカム曲線が用いられ
ている。
r=p2+q2 sin(αθ+β) ・・・(2) なお、p2,q22は適宜選択される定係数であ
る。式(2)で表される曲線は第4図にC2で示される。
又、角度範囲θ1/2+θ+θ≦θ≦π−θ1/2−θ
では式(2)で表されるサインカム曲線の180゜回転
対称の曲線が用いられ、角度範囲θ1/2+θ+θ
π≧θ≧θ1/2+θ−πでは式(1)で表されるサイ
ンカム曲線の180゜回転対称の曲線が用いられる。
角度範囲θ1/2≦θ≦θ1/2+θでは次式(3)で表
される三次曲線が用いられている。
r=a0+a1θ+a2θ+a3θ ・・・(3) なお、a0,a1,a2,a3は適宜選択される定係数である。
式(3)で表される曲線は第4図にC3で示される。
又、角度範囲−θ1/2−θ≦θ≦−θ1/2では次式
(4)で表される三次曲線が用いられている。
r=b0+b1θ+b2θ+b3θ ・・・(4) なお、b0,b1,b2,b3は適宜選択される定係数である。
式(4)で表される曲線は第4図にC1で示される。
角度範囲π−θ1/2≧θ≧π−θ1/2−θでは式
(4)で表される三次曲線の180゜回転対称の曲線が用
いられ、角度範囲π+θ1/2≦θ≦π+θ1/2+θでは
式(3)で表される三次曲線の180゜回転対称の曲線が
用いられる。即ち、シリンダ3の内周面の角度範囲0゜
≦θ<πにおける曲線形状と、角度範囲π≦θ<2πに
おける曲線形状とは180゜回転対称であり、シール領域S
1,S2におけるシール作用及び両シール領域S1,S2付近に
対するベーン8の摺接作用は同一である。そこで、第2
図に示すシール領域S1側のみを説明対象とする。
第4図に示すように角度範囲−θ1/2−θ≦θ≦−
θ1/2の曲線C1を表す式(4)を角度θで微分すれば次
式(5)で表される曲線D1となる。
r′=b1+2b2θ+3b3θ ・・・(5) 又、曲線C1に接続するサインカム曲線を表す式(2)
を角度θで微分すれば次式(6)で表される曲線D2とな
る。
r′=q2α2 cos(αθ+β) ・・・(6) 式(2),(4),(5),(6)の各定係数は角度
θ=−θ1/2,−θ1/2−θ21/2+θ+θ−π、そ
のときの動径r及び微分値r′の設定値に基づいて決定
され、式(2),(4)で表される曲線C2,C1が特定さ
れる。この曲線C2,C1の特定に際しては微分曲線D2とD1
との連続性、及び微分曲線D1と円弧曲線C0の微分(=
0)との連続性が与えられ、三次曲線C1はサインカム曲
線C2及び円弧曲線C0に滑らかに接続する。これによりペ
ーン8はサインカム曲線C2のシリンダ内周面から三次曲
線C1のシリンダ内周面へ摺接したまま滑らかに移行する
と共に、三次曲線C1から円弧曲線C0のシリンダ内周面へ
離間することなく滑らかに移行し、ベーン8の不連続な
摺接によるシリンダ内周面の損傷が回避される。即ち、
三次曲線C1の領域は緩衝領域X1となっている。
第2,4図の鎖線曲線C′はサインカム曲線C2の一部
であり、従来ではこの鎖線曲線C′が円弧曲線C0に接
続している。鎖線曲線C′の微分は鎖線曲線D′
示され、θ=−θ1/2に不連続が生じる。即ち、従来で
はθ=−θ1/2にてシリンダ内周面が角部となってこの
部位におけるベーン8の没入方向への加速度が大きく、
本実施例とは異なってベーン8の不連続な摺接が起き
る。
第4図に示す曲線D4はサインカム曲線C4の微分曲線で
あり、曲線D3は三次曲線C3の微分曲線である。鎖線曲線
C′はサインカム曲線C4の一部であり、鎖線曲線D′
は鎖線曲線C′の微分曲線である。即ち、三次曲線
C3の領域はシール領域S1及びサインカム曲線C4に滑らか
に接続しており、領域X2は緩衝領域X1と同様の緩衝作用
効果をもたらす。
このような緩衝作用をもたらす三次曲線C1からなる緩
衝領域X1は第2図から明らかなようにシール領域S1の角
度範囲の拡大を可能とする。従来では鎖線曲線C′2,
C′と円弧曲線C0との交点の角度範囲−θ≦θ≦θ
がシール領域となっており、体積効率を上げるための
吐出口及び吸入口の配置位置の設定、圧縮機のコンパク
ト化を前提とした圧縮室の十分な容積確保といった構造
的な理由によってこの角度は最大10゜が限度である。し
かしながら、本実施例では三次曲線C1の介在によりシー
ル領域S1の角度範囲を10゜以上とすることができ、シー
ル領域S1におけるシール性能を高めて高圧の圧縮室R1
ら低圧の圧縮室R3への高圧冷媒ガス洩れを効果的に防止
することができる。但し、シール領域S1の角度範囲が20
゜を越えると体積効率がほとんど変わらず、しかも圧縮
室の最大容積の減少を回避しつつサインカム曲線及び円
弧曲線に対する三次曲線の滑らかな接続が困難となる。
従って、シール領域S1の角度範囲としては10゜以上かつ
20゜以下が望ましく、この範囲ではベーン8の円滑な摺
接のもとにシール領域S1におけるシール性能を高めるこ
とができ、体積効率の向上及び冷房効率の向上を達成す
ることができる。
本発明は勿論前記実施例にのみ限定されるものではな
く、例えばサインカム曲線のように単調増大から単調減
少へ移行する上に凸の他の曲線をサインカム曲線に代え
て用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明は、シール領域と吐出口及
び吸入口との間にシール領域と上に凸の曲線領域とに滑
らかに接続する三次曲線からなる緩衝領域を介在したの
で、ベーンの不連続な摺接がなくなる共に、圧縮室の容
積減少をもたらすことなく、シール領域の範囲が拡が
り、これによりシリンダ内周面の損傷及び圧縮室間の冷
媒ガス洩れが抑制されて体積効率の向上及び冷房効率の
向上が得られる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明を具体化した一実施例を示し、第1図は第
3図のA−A線拡大断面図、第2図は要部拡大断面図、
第3図は側断面図、第4図はシリンダ内周面の曲線を及
びその微分曲線を表すグラフである。 シリンダ3、ロータ6、ベーン8、吸入口10A、吐出口1
1A、シール領域S1,S2、緩衝領域X1

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダ内に円柱形状のロータを回転可能
    に嵌入収容すると共に、ロータの回転軸線からシリンダ
    内周面に至る動径の長さが単調増大から単調減少へ移行
    する上に凸の曲線からなる領域のシリンダ内周面とロー
    タ周面との間の空間を複数枚のベーンにより複数の圧縮
    室に区画形成し、ロータの回転により冷媒ガスの吸入、
    圧縮及び吐出を行なうベーン圧縮機において、前記凸曲
    線領域の端部に配置される吐出口とこれに隣合う吸入口
    との間のシリンダ内周面には前記ロータの半径に略一致
    する半径をもった円弧曲線のシール領域を設け、このシ
    ール領域と前記吐出口及び前記吸入口との間のシリンダ
    内周面にはシール領域の円弧曲線及び凸曲線に滑らかに
    接続する三次曲線からなる緩衝領域を設けたベーン圧縮
    機。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004034920B3 (de) * 2004-07-09 2005-12-01 Joma-Hydromechanic Gmbh Einflügelvakuumpumpe
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JPS57116189A (en) * 1981-01-09 1982-07-20 Hitachi Ltd Vane type compressor
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JPS63170579A (ja) * 1987-01-09 1988-07-14 Diesel Kiki Co Ltd ベ−ン型圧縮機

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