JP3955848B2 - 圧縮機のベーン - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機のベーンに係るもので、詳しくは、振動吸収及び耐摩耗性を優秀にするだけでなく、重さを低減し得る圧縮機のベーンに関するものである。

一般に、圧縮機は、冷媒などのガスを圧縮する機器であって、ガスの圧縮方式に従って、回転式圧縮機、往復動式圧縮機及びスクロール圧縮機に大別される。
このような圧縮機は、冷蔵庫や空気調和機に装着される冷凍サイクル装置を構成しているが、該冷凍サイクル装置は一つの密閉された機構になっている。

図１及び図２は前記圧縮機の一例を示した縦断面図及び平断面図で、図示されたように、この密閉型圧縮機は、密閉容器１０に装着された駆動モータ２０が駆動されると、該駆動モータ２０の回転子２１に挿合された回転軸３０が回転され、該回転軸３０の偏心部３１が駆動モータ２０の下方側に装着されたシリンダー４０の圧縮空間Ｐで偏心回転され、偏心部３１の外方側に挿合された回転ピストン５０の一方側がシリンダー４０の圧縮空間Ｐの内側壁に線接触され、回転ピストン５０の他方側は、シリンダー４０の側方のベーンスロット４１に滑動自在に挿合されたベーン６０に線接触することで、該ベーン６０がシリンダー４０の圧縮空間Ｐの内部で円状運動をするように構成されている。

次いで、回転ピストン５０がシリンダー４０の圧縮空間Ｐで円状運動をすると、ベーン６０により区画されたシリンダー４０の圧縮空間Ｐが吸入領域ａ及び圧縮領域ｂに転換されることで、シリンダー４０の吸入口４２を通して冷媒ガスが吸入及び圧縮され、シリンダー４０の吐出ポート４３を通して吐出される。

次いで、吐出ポート４３を通して吐出された圧縮冷媒ガスは、シリンダー４０の両方側にそれぞれ覆蓋された上部ベアリングプレート７０及び下部ベアリングプレート８０中、上部ベアリングプレート７０の吐出通孔７１を通して密閉容器１０の内部に吐出される。

次いで、該密閉容器１０の内部に吐出された高温高圧状態の冷媒ガスは、密閉容器１０の上部の吐出管１１を通して吐出される。
このとき、シリンダー４０の圧縮空間Ｐが吸入領域ａ及び圧縮領域ｂに転換されると、上部ベアリングプレート７０の上部の開閉手段９０が一緒に動作されることで、吐出通孔７１が開閉される。

図中、未説明符号１２は吸入管、１３は締結ボルト、２２は回転子及び１００は消音器をそれぞれ示したものである。
一方、シリンダー４０のベーンスロット４１に挿合されて、直線状往復運動をしながら、回転ピストン５０に線接触するベーン６０は、図３に示すように、所定厚さを有して矩形状に形成されると共に、その一方側辺が所定曲率を有する曲面６１に形成される。

ベーン６０の曲面６１は、回転ピストン５０に接触するように、シリンダー４０のベーンスロット４１に挿合され、ベーン６０の曲面６１の反対側はスプリングＳにより弾支されて、回転ピストン５０に密着されることで、回転軸３０が回転するとき、シリンダー４０の圧縮空間Ｐが吸入領域ａと圧縮領域ｂとに区画される。

ベーン６０は、所定形状の高速度鋼材の全面を施削加工することで製作される。
即ち、ベーン６０は、圧縮機の動作中、シリンダー４０の吸入領域ａと圧縮領域ｂとの圧力差により側面方向に圧力を受けることで、シリンダー４０のベーンスロット４１で直線状往復運動をすると共に、曲面６１が回転ピストン５０と弾性接触することで、該曲面６１に力が作用する。

然し、このようなベーン６０は高速度鋼材により形成されて、圧縮機の運転中、ベーン６０の曲面６１が回転ピストン５０に線接触すると共に、前記シリンダーのベーンスロット４１の内部で直線状往復運動を行う過程で、それらシリンダー４０と回転ピストン５０との摩耗が甚だしく摩擦騷音が多く発生するという問題がある。また、ベーン６０が重くて動きが鈍くなるだけでなく、消費エネルギーが増加するという問題がある。
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、振動吸収及び耐摩耗性を優秀にするだけでなく、重さを減少し得る圧縮機のベーンを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る圧縮機のベーンにおいては、圧縮空間が具備されたシリンダーのベーンスロットに挿合されると共に、前記シリンダーの圧縮空間の回転ピストンに線接触されて、該回転ピストンの回転によって直線状往復運動をすることで、前記シリンダーの圧縮空間が所定厚さ及び面積を有して吸入領域と圧縮領域とに区画され、その一辺が前記回転ピストンと線接触するように、曲面を具備して形成されたベーン母材と、該ベーン母材の内部に挿合されて、該ベーン母材の性能を強化させる繊維材と、を含んで構成されることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
図４及び図５は本発明に係る圧縮機用ベーンの第１実施形態が具備された圧縮機を示した縦断面図及び横断面図で、図示されたように、圧縮機は、密閉容器１０と、該密閉容器１０の内部の固定子２２及び該固定子２２に挿合される回転子２１により構成された駆動モータ２０と、一方側に偏心部３１が具備されて回転子２１の内径に圧入される回転軸３０と、内部にガスが吸入して圧縮される圧縮空間Ｐが具備されて密閉容器１０に固定結合されると共に、圧縮空間Ｐに回転軸３０の偏心部３１が挿合されるシリンダー４０と、該シリンダー４０の圧縮空間Ｐを密閉させるように、シリンダー４０の上下部で回転軸３０を支持する上部ベアリングプレート７０及び下部ベアリングプレート８０と、それら上部ベアリングプレート７０及び下部ベアリングプレート８０をシリンダー４０と一緒に締結する複数の締結ボルト１３と、回転軸３０の偏心部３１に挿合されて、該回転軸３０の回転によってシリンダー４０の圧縮空間Ｐで空転する回転ピストン５０と、シリンダー４０のべーンスロット４１に直線状往復運動自在に挿合されると共に、その端部が回転ピストン５０の外側壁面に線接触されて、回転軸３０の回転によってシリンダー４０の圧縮空間Ｐを吸入領域ａ及び圧縮領域ｂに変換させるベーン１２０と、を含んで構成されている。

図中、未説明符号１１は吐出管、１２は吸入管、４２は吸入口、４３は吐出ポート、７１は吐出孔、９０は開閉手段、１００は消音器及びＳはスプリングをそれぞれ示したものである。

ベーン１２０は、図５に示すように、シリンダー４０のベーンスロット４１の幅と相応する厚さを有して矩形状に形成されると共に、その一方側辺が回転ピストン５０の外側壁面に線接触するように、曲率を有する曲面Ｃが切削形成されたベーン母材１２１と、該ベーン母材１２１の内部に挿合されて、該ベーン母材１２１の性能を強化させる繊維材１２２と、から構成される。

ベーン母材１２１はカーボン材質により構成され、繊維材１２２は、所定長さのワイヤ状の繊維ワイヤが、ベーン母材１２１の運動方向と同一線上に複数配列される。
即ち、前記繊維ワイヤは、ベーン母材１２１の直線状動き方向に複数挿合されるか、又は、複数配列されて構成される。

図６に示すように、繊維材１２２は網状の繊維網により形成され、該繊維網は、ベーン母材１２１と同一面上に複数配列されて挿合される。
即ち、ベーン母材１２１と相応する面積の繊維網が、ベーン母材１２１の内部に挿合されて構成される。

図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、繊維材１２２は、所定長さのワイヤ状の第１繊維ワイヤｆ１が、ベーン母材１２１に運動方向と同一線上に複数配列され、所定長さを有する第２繊維ワイヤｆ２が、ベーン母材１２１の一方端の曲面Ｃの内部に挿合されることで放射状に配列される。

本発明の第２実施形態として、図８に示すように、ベーン母材２２１をグラファイト材質により形成し、繊維材１２２は、所定長さのワイヤ状の繊維ワイヤが、ベーン母材２２１の運動方向と同一線上に複数配列することもできる。
即ち、前記繊維ワイヤは、ベーン母材２２１の直線状動き方向に複数挿合されるか、又は、複数配列されて構成される。

図９に示すように、繊維材１２２を網状の繊維網に形成し、該繊維網を、ベーン母材２２１と同一面上に複数配列されるように挿合する。
即ち、ベーン母材２２１と相応する面積の繊維網が、ベーン母材２２１の内部に挿合されて構成される。

図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、繊維材１２２を、所定長さのワイヤ状の第１繊維ワイヤｆ１が、ベーン母材２２１の運動方向と同一線上に複数配列し、所定長さの第２繊維ワイヤｆ２を、ベーン母材２２１一方端の曲面Ｃの内部に収納して放射状に配列することもできる。

本発明の第３実施形態として、図１１に示すように、ベーン母材３２１を、アルミニウム合金により形成し、他の変形例として、ベーン母材１２１、２２１、３２１を、ＰＥＥＫ、ポリイミド、カーボン及びエポキシなどの樹脂材料によって形成することもできる。

このとき、ベーン母材１２１及び繊維材１２２により構成されるベーン１２０は、ベーン母材１２１を成形する金型の内部に、繊維材１２２の繊維ワイヤ又は繊維網により繊維枠を形成した後、溶融されたベーン母材１２１を前記金型に注いで凝固させて製作する。

このように、ベーン母材１２１及び繊維材１２２により成形されたベーン１２０は、その曲面Ｃが回転ピストン５０の外側壁面に接触するようにシリンダー４０のベーンスロット４１に挿合され、該ベーンスロット４１に挿合されたベーン１２０は、スプリングＳにより弾支される。

以下、本発明に係る圧縮機用ベーンの作用効果を説明する。
まず、圧縮機の前記駆動モータの駆動力が回転軸３０に伝達されて回転軸３０が回転されると、該回転軸の偏心部３１に結合された回転ピストン５０がベーン１２０に接触された状態で、シリンダー４０の圧縮空間Ｐで軸を中心に空転するようになる。

次いで、回転ピストン５０の空回転によって、シリンダー４０の圧縮空間Ｐの容積がベーン１２０の直線状往復運動と一緒に変化されて、吸入領域ａと圧縮領域ｂに変化されることで、低温低圧の冷媒ガスが吸入管１２及び吸入口４２を通してシリンダー４０の圧縮空間Ｐに吸入及び圧縮されて、吐出ポート４３及び吐出孔７１を通して吐出され、該吐出された冷媒ガスは、吐出管１１を通して密閉容器１０の外部に吐出される。

この過程で、ベーン１２０は、シリンダー４０の圧縮空間Ｐの吸入領域ａと圧縮領域ｂとの圧力差により、側方向の圧力を受けて直線状往復運動をすると共に、スプリングＳにより、ベーン１２０の曲面Ｃが回転ピストン５０の外側壁面に弾支されて接触する。

このとき、ベーン１２０はベーン母材１２１、２２１、３２１及び繊維材１２２により構成されているため、ベーン１２０及び該ベーン１２０と相対運動をする各部品間の摩耗量が減少されると共に、その摩擦接触により発生する振動が最小化される。

即ち、ベーン１２０のベーン母材１２１、２２１、３２１がカーボン又はグラファイトにより構成される場合、それらカーボン及びグラファイトが磁気潤滑性を有することで、摩耗が減少されるだけでなく、それらカーボン又はグラファイトにより構成されたベーン母材１２１、２２１、３２１に挿合された繊維材１２２により、ベーン１２０と相対運動をする各部品が滑動されることで、振動が発生して吸収される。

繊維材１２２はベーン１２０の運動方向と同一方向にベーン母材１２１、２２１、３２１に配列されて挿合されるか、又は、網状に挿合されるため、シリンダー４０の圧縮空間Ｐの吸入領域ａと圧縮領域ｂとの圧力差により発生する力を効果的に支持し得る。

ベーン１２０のベーン母材１２１、２２１、３２１が樹脂やアルミニウム合金により構成されるため、成形性が良好になって、ベーン１２０の成形が容易になるだけでなく、軽くて動きが円滑になる。

樹脂やアルミニウム合金により構成されたベーン母材１２１、２２１、３２１に挿合された繊維材１２２により、ベーン１２０の動作時に発生する振動を効果的に吸収して、構造的強度を向上することができる。

以上説明したように、本発明に係る圧縮機のベーンは、シリンダーのベーンスロットに挿合されて、回転ピストンの空回転と共に直線状往復運動をしながら、前記シリンダーの圧縮空間を吸入領域と圧縮領域とに区画するベーンの耐摩耗性及び振動吸収性を優秀にすることで、前記ベーン及び該ベーンと相対運動をする各部品の破損を抑制するだけでなく、振動騷音を減少して信頼性を高め、且つ、軽くて直線状運動が円滑にすることで、入力電源を減少し得るという効果がある。

一般の圧縮機の構造を示した縦断面図である。 一般の圧縮機の構造を示した平断面図である。 一般の圧縮機のベーンを示した斜視図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第１実施形態が具備された圧縮機を示した縦断面図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第１実施形態が具備された圧縮機を示した横断面図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第１実施形態を示した斜視図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第２実施形態を示した斜視図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ線断面図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第２実施形態が具備された圧縮機を示した横断面図である。 図８の圧縮機用ベーンの変形例を示した斜視図である。 （Ａ）は図８の圧縮機用ベーンの変形例を示した斜視図で、（Ｂ）は（Ａ）のＡＡ線断面図である。 本発明に係る圧縮機用ベーンの第３実施形態が具備された圧縮機を示した斜視図である。

Claims (2)

1. 圧縮空間が形成されたシリンダーのベーンスロットに挿合されると共に、前記シリンダーの圧縮空間の回転ピストンに線接触されて、該回転ピストンの回転によって直線状往復運動をするように構成された圧縮機のベーンであって、
   前記シリンダーの圧縮空間が所定厚さ及び面積を有して吸入領域と圧縮領域とに区画され、その一辺が前記回転ピストンと線接触するように曲面に形成されたベーン母材と、
   該ベーン母材の内部に挿合されて、該ベーン母材の性能を強化させる繊維材と、を含んで構成され、
   前記繊維材は、網状の繊維網により形成され、該繊維網は、前記ベーン母材と同一面に複数配列されて挿合されることを特徴とする圧縮機用ベーン。
2. 圧縮空間が形成されたシリンダーのベーンスロットに挿合されると共に、前記シリンダーの圧縮空間の回転ピストンに線接触されて、該回転ピストンの回転によって直線状往復運動をするように構成された圧縮機のベーンであって、
   前記シリンダーの圧縮空間が所定厚さ及び面積を有して吸入領域と圧縮領域とに区画され、その一辺が前記回転ピストンと線接触するように曲面に形成されたベーン母材と、
   該ベーン母材の内部に挿合されて、該ベーン母材の性能を強化させる繊維材と、を含んで構成され、
   前記繊維材は、所定長さのワイヤ状の第１繊維ワイヤが、前記ベーン母材の運動方向と同一線上に複数配列され、所定長さの第２繊維ワイヤが、前記ベーン母材の曲面領域から円周方向を沿って放射状に配列されるように形成されることを特徴とする圧縮機用ベーン。

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