JP4008471B2

JP4008471B2 - ロータリ圧縮機

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Publication number: JP4008471B2
Application number: JP2005508068A
Authority: JP
Inventors: 寛長谷川; 文俊西脇; 敦雄岡市
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-19
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2024-01-19
Also published as: JPWO2004065794A1; WO2004065794A1

Description

本発明は、たとえば、冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられるロータリ圧縮機に関する。

ロータリ圧縮機は、そのコンパクト性や構造が簡単なことから、冷凍冷蔵庫や空調機等に多く使用されている。圧縮機の主要構成部品であるベーン、ローラ、シリンダ等から成る圧縮機構部は、例えば、非特許文献１、（例えば、ｐ．１４、第６．１図）に記載されている。
川平睦義著、「密閉型冷凍機」、日本冷凍協会、平成５年

以下に、従来のロータリ圧縮機を、図７、図８および図９を用いて説明する。

図７は従来のロータリ圧縮機の縦断面図であり、図８は従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。図８は、図７のＺ−Ｚ′断面に関する横断面図である。

なお、ベーン溝５ｂがシリンダ５に形成されており、ベーン９がローラ６にその先端を接しながら往復運動するローリングピストン型のロータリ圧縮機について主として説明するが、たとえば、従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である図１０に示されているように、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂがローラ１１０６に形成されており、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９がシリンダ１１０５にその先端を接しながら往復運動するスライディングベーン型のロータリ圧縮機もある。

ロータリ圧縮機は、密閉容器１と、その内部に配置された圧縮機構部２と、回転電動機部３から構成される。

圧縮機構部２は、中心軸Ｌを中心に回転可能なシャフト４と、内部に円筒面５ａを有するシリンダ５と、シャフト４の偏心部４ａに嵌合され、シャフト４の回転に伴いシリンダ５の内側で偏心回転運動を行うローラ６と、ローラ６に先端を接しながらシリンダ５のベーン溝５ｂの内部を往復運動し、シリンダ５とローラ６により形成される空間を吸入室７と圧縮室８に分割するベーン９と、ベーン９の後端に設置され、ベーン９をローラ６に押し付けるバネ１０と、シャフト４を支える上軸受１１および下軸受１２とから構成される。なお、ローラ６が安定的に偏心回転運動を行うようになると、ベーン９はその背面側とその先端側の圧力差による力の作用などによってローラ６に押し付けられるようになるため、バネ１０は必ずしも必要ではない。

回転電動機部３は、密閉容器１の内部に焼嵌めされた固定子１３と、シャフト４に焼嵌めされた回転子１４から構成される。

ロータリ圧縮機の作動流体は、吸入管１５から上軸受１１に設けられた吸入孔１１ａを通じて吸入室７に導かれる。なお、吸入孔１１ａと吸入室７の連通部のシリンダ５内部の円筒面５ａには、流路を確保するために、切欠き５ｃを設けている。

回転電動機部３に通電し、回転子１４と一体のシャフト４を回転させると、ローラ６は偏心回転運動を行い、吸入室７と圧縮室８の容積が変化し、これに伴い作動流体は吸入、圧縮される。

圧縮された作動流体は、吐出孔１６の吐出弁（図示せず）が開くと、密閉容器１の内部を経て、吐出管１７より密閉容器１の外部に吐出される。

図８は、ローラ６の偏心回転運動によって、ベーン９がベーン溝５ｂから最も押し出された状態を示した図である。

ベーン溝近傍の要部断面図である図９に示されているように、ベーン溝５ｂの幅Ｔは、ベーン９を長手方向へ運動自在に保持するために、ベーン９の幅ｔよりも幅δのクリアランスだけ広く形成されており、δ＝Ｔ−ｔの関係を満たす。なお、クリアランスの幅δは、極めて微少であり、実際には１０μｍ程度である。

ベーン９はその先端をローラ６に接しながら吸入室７と圧縮室８を分離しているため、ベーン９の先端部の吸入室７側の側面には吸入室７の作動流体の圧力Ｐ１、圧縮室８側の側面には圧縮室８の作動流体の圧力Ｐ２が作用する。圧縮室８内の圧力Ｐ２は吸入室７内の圧力Ｐ１よりも高圧であるので、ベーン９の先端付近は常に圧縮室８側から吸入室７側の方向に力を受ける。

その結果、ベーン９はベーン溝５ｂに対して、クリアランスの幅δの範囲内で傾斜し、ベーン溝５ｂの吸入室７側のエッジ部５ｄ、および、その対角位置のエッジ部５ｅに対して局所的に接触する。

ベーン９に対してエッジ部５ｄから作用する力をＦ１、エッジ部５ｅから作用する力をＦ２、吸入室７および圧縮室８の作動流体の圧力により作用する力の合力をＦ３とし、ベーン溝５ｂの長さをａ、ベーン９のベーン溝５ｂから突出した部分の長さをｂとする。

そして、Ｆ３がエッジ部５ｄからベーン９の長手方向にｂ／２の位置に作用すると仮定すると、ベーン９に作用する力とモーメントのバランスは、それぞれ（数１）、（数２）のように表される。
（数１）
Ｆ１−Ｆ２−Ｆ３＝０
（数２）
ａ×Ｆ２−（ｂ／２）×Ｆ３＝０
ここで、吸入室７および圧縮室８の作動流体がベーン９に及ぼす力Ｆ３は、吸入室７の作動流体の圧力をＰ１、圧縮室８の作動流体の圧力をＰ２、ベーン９の高さ（図９の紙面に垂直な方向に関して考える）をｈとすると、（数３）で表される。
（数３）
Ｆ３＝ｂ×ｈ×（Ｐ２−Ｐ１）
（数１）および（数２）より、Ｆ１およびＦ２は（数４）、（数５）のように表される。
（数４）
Ｆ１＝［（ｂ／２ａ）＋１］×Ｆ３
（数５）
Ｆ２＝（ｂ／２ａ）×Ｆ３
ここで、Ｆ１、Ｆ２およびＦ３の大きさを実際のロータリ圧縮機を例にとって説明する。

ロータリ圧縮機の作動流体としてＨＣＦＣ２２を用い、エアコンのＪＩＳ条件での動作を仮定すると、吸入圧力Ｐｓは約５．２０×１０⁵Ｐａ、吐出圧力Ｐｄは約２．０７×１０⁶Ｐａである。ベーン溝５ｂの長さａを約１５ｍｍ、ベーン９のベーン溝５ｂから突出した部分の長さｂの最大値を約６ｍｍとし、ベーン９の高さを約２０ｍｍ、長さを約２５ｍｍ、厚さを約３ｍｍとする。

さらに、ｂが最大値の約６ｍｍのときに、圧縮室８の圧力Ｐ２が吸入圧力と吐出圧力の平均値（Ｐｓ＋Ｐｄ）／２に等しく、吸入室７の圧力Ｐ１が吸入圧力Ｐｓに等しいと仮定する。

すると、（数３）より、Ｆ３は約９．３２×１０Ｎとなる。また、（数４）よりＦ１は約１．１２×１０²Ｎ、（数５）よりＦ２は約１．８６×１０Ｎとなる。

このように、大きさが約２０ｍｍ×２５ｍｍ×３ｍｍのベーン９に対して、エッジ部５ｄからは約１．１２×１０²Ｎの集中荷重が、エッジ部５ｅからは約１．８６×１０Ｎの集中荷重が作用する。

このように、従来のロータリ圧縮機では、ベーン９は、ベーン溝５ｂのエッジ部５ｄ、５ｅから集中荷重を受けており、特にベーン溝５ｂの吸入室７側のエッジ部５ｄでの集中荷重が大きくなっていた。そして、ベーン９とこれらエッジ部５ｄ、５ｅの間の接触は線接触に近い状態であり、接触応力が非常に大きくなっていた。

また、ベーン９は、偏心回転するローラ６に先端を接しながらシリンダ５のベーン溝５ｂの内部を往復運動するため、運動の方向が変わるときにベーン溝５ｂに対して速度がゼロとなる。このとき、エッジ部５ｄ、５ｅにおいて、集中荷重Ｆ１、Ｆ２の線接触による接触応力によって油膜切れが起こりやすく、極めて厳しい摺動条件であった。このため、ベーン９やベーン溝５ｂに摩耗、焼き付き等の損傷が発生しやすく、ロータリ圧縮機の信頼性が低下してしまうことがあった。

また、（数３）、（数４）および（数５）より、集中荷重Ｆ１、Ｆ２は、吸入室７および圧縮室８の作動流体の圧力Ｐ１、Ｐ２の差とともに増加する。従って、ロータリ圧縮機を吸入圧力Ｐｓと吐出圧力Ｐｄとの差が著しく大きい二酸化炭素を作動流体とした遷臨界サイクルに用いる場合には、集中荷重Ｆ１、Ｆ２がさらに増加し、ベーン９やベーン溝５ｂに摩耗、焼き付き等の損傷がさらに発生しやすくなっていた。

もちろん、ローリングピストン型のロータリ圧縮機（図８参照）に関して主として説明してきたが、スライディングベーン型のロータリ圧縮機（図１０参照）に関しても、同様の理由により、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９やベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂに摩耗、焼き付き等の損傷が発生しやすく、ロータリ圧縮機の信頼性が低下してしまうことがあった。

本発明は上記従来の課題を解消するもので、たとえば、ベーンやベーン溝の摩耗、焼き付き等の損傷の発生を抑制し、より高い信頼性を有するロータリ圧縮機を提供することを目的とする。

第１の本発明は、密閉容器の内部に配置されたシリンダと、
前記シリンダに接しながら回転運動するローラと、
前記シリンダに形成されたベーン溝と、
前記ベーン溝に設置された、前記ローラにその先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、を備え、
前記ベーンが往復運動する際に前記ベーンと接する、前記ベーン溝の壁の少なくとも一部は、所定の弾性を有し、
前記弾性は、あらかじめ形成された所定の薄肉部によって生じ、
前記所定の薄肉部は、前記ベーン溝の壁の、前記シリンダと前記ローラと前記ベーンとに囲まれて形成されるより低圧になりやすい作動室の側の、前記ベーン溝と前記作動室とで形成されたエッジ部に、前記ベーン溝と前記シリンダに形成された所定の切欠きとにより形成されており、
前記所定の切欠きは、作動流体を吸入するための開口部で兼ねられている、ロータリ圧縮機である。

第２の本発明は、前記ベーン溝の長さＬと、前記ベーン溝の幅Ｔと、前記薄肉部の長さｓと、前記薄肉部の幅ｗとは、Ｌ／Ｔ≦ｓ／ｗを満足する、第１の本発明のロータリ圧縮機である。

第３の本発明は、密閉容器の内部に配置されたシリンダと、
前記シリンダに接しながら回転運動するローラと、
前記シリンダに形成されたベーン溝と、
前記ベーン溝に設置された、前記ローラにその先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、を備え、
前記ベーンが往復運動する際に前記ベーンと接する、前記ベーン溝の壁の少なくとも一部は、所定の弾性を有し、
前記弾性は、あらかじめ形成された所定の薄肉部によって生じ、
前記ベーン溝の長さＬと、前記ベーン溝の幅Ｔと、前記薄肉部の長さｓと、前記薄肉部の幅ｗとは、Ｌ／Ｔ≦ｓ／ｗを満足する、ロータリ圧縮機である。

本発明は、たとえば、ベーンおよびベーン溝の摩耗、焼き付き等の損傷の発生を抑制し、より高い信頼性を有するロータリ圧縮機を提供することができるという長所を有する。

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。

（実施の形態１）
はじめに、本実施の形態１におけるロータリ圧縮機の構成について説明する。なお、本実施の形態１におけるロータリ圧縮機の構成について説明しながら、ロータリ圧縮機の製造方法の一実施の形態についても説明する（その他の実施の形態についても同様である）。

本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機は、薄肉部を設けたことを除いて、図７から図９で詳述した従来のロータリ圧縮機と類似した構成を有し、その縦断面図は図７と同様である。

図１は、本実施の形態１におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図であり、図７のＺ−Ｚ′断面に関する横断面図に相当する。

図１において、１は密閉容器、４はシャフト、４ａはシャフト４の偏心部、１０５はシリンダ、１０５ａはシリンダ１０５の内壁である円筒面、１０５ｂはシリンダ１０５のベーン溝、１０５ｃはシリンダ１０５に設けた作動流体の吸入のための切欠き、６はローラ、１０７は吸入室、１０８は圧縮室、９はベーン、１０はバネ、１１ａは上軸受１１に設けられた吸入孔、１５は吸入管である。ここで、ベーン溝１０５ｂは、ベーン９と嵌合する幅を持つ連続した部分であって、図１では太線を利用して示されている。

図１は、ローラ６の偏心回転運動によって、ベーン９がベーン溝１０５ｂから最も押し出された状態を示した図である。

薄肉部１０５ｆは、ベーン溝１０５ｂの壁の、シリンダ１０５とローラ６とベーン９とに囲まれて形成されるより低圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝１０５ｂと作動室とで形成されたエッジ部に形成されている。

より具体的には、シリンダ１０５のベーン溝１０５ｂの吸入室１０７側のエッジ部１０５ｄに薄肉部１０５ｆを形成している。薄肉部１０５ｆは、ベーン溝１０５ｂの側方に、スリット形状の切欠き１０５ｇを設けることにより形成している。

薄肉部１０５ｆの厚さおよび長さは、薄肉部１０５ｆが十分な弾性を備えるように決定した。

より具体的には、図２に示されているように、ベーン溝１０５ｂの長さＬと、ベーン溝１０５ｂの幅Ｔと、薄肉部１０５ｆの長さｓと、薄肉部１０５ｆの幅ｗとは、Ｌ／Ｔ≦ｓ／ｗを満足するように決定した。なお、図２は、本実施の形態１におけるロータリ圧縮機のベーン溝近傍の要部断面図である。

このように、薄肉部１０５ｆの縦横比ｓ／ｗが、ベーン溝１０５ｂの縦横比Ｌ／Ｔよりも大きくなるように決定されていることにより、薄肉部１０５ｆは、十分な弾性を備えることとなる（以下の実施の形態においても同様である）。

ただし、集中荷重Ｆ１（図９参照）のもとでも、薄肉部１０５ｆに発生する応力が弾性限度以下となるようにすることはいうまでもない。

ベーン溝１０５ｂとベーン９の間には、幅δのクリアランスが設けられている。クリアランスの幅δは、ベーン溝１０５ｂの幅Ｔとベーン９の幅ｔを用いて、δ＝Ｔ−ｔで表される。

なお、１０５ｉは、ベーン溝１０５ｂを越えたバネを設置する空間である。

次に、本実施の形態１におけるロータリ圧縮機の動作について説明する。

ベーン９はその先端をローラ６に接しながら吸入室１０７と圧縮室１０８を分離しているため、ベーン９の先端部の吸入室１０７側の側面には吸入室１０７の作動流体の圧力Ｐ１、圧縮室１０８側の側面には圧縮室１０８の作動流体の圧力Ｐ２が作用する。圧縮室１０８内の圧力Ｐ２は吸入室１０７内の圧力Ｐ１よりも高圧であるので、ベーン９の先端付近は常に圧縮室１０８側から吸入室１０７側の方向に力を受ける。

その結果、ベーン９はベーン溝１０５ｂに対して、クリアランスの幅δの範囲内で傾斜し、ベーン溝１０５ｂの吸入室１０７側のエッジ部１０５ｄと、その対角位置のエッジ部１０５ｅで局所的に接触する。

これらエッジ部１０５ｄ、１０５ｅでの集中荷重の大きさは、前述したように、ベーン溝１０５ｂの吸入室１０７側のエッジ部１０５ｄで特に大きい。

本実施の形態１では、シリンダ１０５のベーン溝１０５ｂの吸入室１０７側のエッジ部１０５ｄに薄肉部１０５ｆを形成したことにより、ベーン９とベーン溝１０５ｂのエッジ部１０５ｄが局所的に接触した場合、薄肉部１０５ｆは自由端に集中荷重を受ける片持梁のようになり、エッジ部１０５ｄにたわみを生じる。そして、従来、線接触に近かったベーン９とベーン溝１０５ｂのエッジ部１０５ｄでの接触状態が、薄肉部１０５ｆのたわみにより、面接触状となる。従って、特に信頼性が問題となっていたベーン９とベーン溝１０５ｂのエッジ部１０５ｄとの間の接触面圧が大幅に緩和され、ベーン９およびベーン溝１０５ｂの摩耗、焼き付き等の損傷を低減することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

なお、シリンダ１０５の円筒面１０５ａに設けた切欠き１０５ｇの形状は、薄肉部１０５ｆが形成できる形状であればスリット形状に限らず任意の形状で良い。

また、切欠き１０５ｇが如何なる形状であっても、切欠き１０５ｇにより生じる空間は吸入室１０７に含まれ、この空間に密閉された作動流体が再膨張することは無いので、切欠き１０５ｇを設けたことによる圧縮機の性能の低下はほとんど生じない。

（実施の形態２）
つぎに、本実施の形態２におけるロータリ圧縮機の構成および動作について説明する。

本発明の第２の実施の形態におけるロータリ圧縮機は、薄肉部を設けたことを除いて、図７から図９で詳述した従来のロータリ圧縮機と類似した構成を有し、その縦断面図は図７と同様である。

図３は、本実施の形態２におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図であり、図７のＺ−Ｚ′断面に関する横断面図に相当する。

薄肉部２０５ｆは、ベーン溝２０５ｂとシリンダ２０５に形成された切欠き２０５ｃとにより形成され、切欠き２０５ｃは、作動流体を吸入するための開口部で兼ねられている。

より具体的には、薄肉部２０５ｆを、シリンダ２０５に設けた切欠き２０５ｃにより形成した。切欠き２０５ｃは、作動流体が流入する吸入口１１ａの、吸入室２０７への開口部である。

なお、２０５ａはシリンダ２０５の内壁である円筒面であり、２０５ｄはシリンダ２０５のベーン溝２０５ｂの吸入室２０７側のエッジ部であり、２０５ｅはエッジ部２０５ｄの対角位置のエッジ部であり、２０５ｉはベーン溝２０５ｂを越えたバネを設置する空間である。また、２０８は、圧縮室である。

このような構成としたことにより、薄肉部２０５ｆを形成するために特別な切欠きを設ける必要が無いので、シリンダ２０５の加工が容易になり、かつ、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態２では、吸入孔１１ａを上軸受１１（図７参照）に設けているが、吸入孔１１ａに相当する吸入孔をシリンダ２０５に直接的に設けた上で切欠き２０５ｃに相当する切欠きを設けた場合でも同様の効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態３）
はじめに、本実施の形態３におけるロータリ圧縮機の構成について説明する。

本発明の第３の実施の形態におけるロータリ圧縮機は、薄肉部を設けたことを除いて、図７から図９で詳述した従来のロータリ圧縮機と類似した構成を有し、その縦断面図は図７と同様である。

図４は、本実施の形態３におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図であり、図７のＺ−Ｚ′断面に関する横断面図に相当する。

薄肉部３０５ｈは、ベーン溝３０５ｂの壁の、シリンダ３０５とローラ６とベーン９とに囲まれて形成されるより高圧になりやすい作動室の側の所定の部分に形成されている。

より具体的には、ベーン溝３０５ｂの吸入室３０７側のエッジ部３０５ｄの対角位置のエッジ部３０５ｅに、さらに薄肉部３０５ｈを形成した。

ベーン溝３０５ｂの長さは、ベーン９の長さよりも短く、薄肉部３０５ｈは、ベーン溝３０５ｂの壁の、より高圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝３０５ｂとベーン溝逃げ部３０５ｊとで形成されたエッジ部に形成されている。

より具体的には、ベーン溝３０５ｂは、ベーン９と嵌合する幅を持つ連続した部分であり、図４では太線を利用して示されている。本実施の形態３のロータリ圧縮機では、ベーン溝３０５ｂの長さｃがベーン９の長さｄよりも短い構造になっている。従って、ベーン９が往復運動する際、ベーン９の後端部に近い部分は、ベーン溝３０５ｂを越えたバネを設置する空間３０５ｉの部分まで入り込む。このベーン９が往復運動してバネを設置する空間３０５ｉに入り込む部分が、ベーン溝逃げ部５ｊである。図４に示されているように、ベーン溝３０５ｂとベーン溝逃げ部３０５ｊとで形成される角の部分が、エッジ部３０５ｅである。エッジ部３０５ｅは、ベーン９の往復運動の際にベーン９と接する部分である。

薄肉部３０５ｈの厚さおよび長さは、薄肉部３０５ｈが十分な弾性を備え、集中荷重Ｆ２（図９参照）のもとでも、薄肉部３０５ｈに発生する応力が弾性限度以下となるように決定した。薄肉部３０５ｈは、ベーン９の後端のバネ１０を設置する空間３０５ｉを、ベーン溝３０５ｂの側方まで拡大することにより形成できる。

なお、３０５ａはシリンダ３０５の内壁である円筒面であり、３０５ｃはシリンダ３０５に設けた作動流体の吸入のための切欠きであり、３０５ｆはシリンダ３０５のベーン溝３０５ｂの吸入室３０７側のエッジ部３０５ｄに形成された薄肉部である。また、３０８は、圧縮室である。

次に、本実施の形態３におけるロータリ圧縮機の動作について説明する。

シリンダ３０５のベーン溝３０５ｂの吸入室３０７側のエッジ部３０５ｄの対角位置のエッジ部３０５ｅに薄肉部３０５ｈを形成したことにより、ベーン９とベーン溝３０５ｂのエッジ部３０５ｅが局所的に接触した場合、薄肉部３０５ｈは自由端に集中荷重を受ける片持梁のようになり、エッジ部３０５ｅにたわみを生じる。そして、従来、線接触に近かったベーン９とベーン溝３０５ｂのエッジ部３０５ｅの接触状態が、薄肉部３０５ｈのたわみにより、面接触状となる。従って、信頼性が課題となっていたベーン９とベーン溝３０５ｂのエッジ部３０５ｅとの間の接触面圧が大幅に緩和され、摩耗、焼き付き等の損傷を低減することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

（実施の形態４）
はじめに、本実施の形態４におけるロータリ圧縮機の構成について説明する。

本発明の第４の実施の形態におけるロータリ圧縮機は、薄肉部を設けたこと及びベーン溝の長さが異なることを除いて、図７から図９で詳述した従来のロータリ圧縮機と類似した構成を有し、その縦断面図は図７と同様である。

図５は、本実施の形態４におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図であり、図７のＺ−Ｚ′断面に関する横断面図に相当する。

薄肉部４０５ｍは、ベーン溝４０５ｂ′の壁の、シリンダ４０５とローラ６とベーン９とに囲まれて形成されるより高圧になりやすい作動室の側の所定の部分に形成されている。

より具体的には、本実施の形態４では、ベーン９が往復運動する際、ベーン９の後端部９ａがベーン溝４０５ｂ′と接触する内壁部分に、薄肉部４０５ｍを形成した。つまり、薄肉部４０５ｍに接触しながらベーン９の後端部９ａが摺動する、ベーン溝４０５ｂ′の内壁の部分に弾性を持たせている。薄肉部４０５ｍの厚さおよび長さは、薄肉部４０５ｍが十分な弾性を備え、かつ、ベーン９の後端部９ａとベーン溝４０５ｂ′の接触する内壁部分に作用する荷重のもとでも、薄肉部４０５ｍに発生する応力が弾性限度以下となるように決定した。薄肉部４０５ｍは、ベーン９の後端のバネ１０を設置する空間４０５ｋを、ベーン溝４０５ｂ′の側方にまで拡大することにより形成できる。

ベーン溝４０５ｂ′の長さは、ベーン９の長さよりも長く、薄肉部４０５ｍは、ベーン溝４０５ｂ′の壁の、より高圧になりやすい作動室の側の、ベーン９の後端部９ａが摺動する部分に形成されている。

より具体的には、本実施の形態４のロータリ圧縮機は、実施の形態３のロータリ圧縮機とはベーン溝の長さが異なる。図５は、ローラ６の偏心回転運動によって、ベーン９がベーン溝４０５ｂ′に最も押し込まれた状態を示した図である。この時、ベーン９の先端は、ローラ６側のベーン溝４０５ｂ′の端とほぼ同一面に位置している。ベーン溝４０５ｂ′は、ベーン９と嵌合する幅を持つ連続した部分であり、図５では太線を利用して示されている。実施の形態３とは異なり、本実施の形態４のロータリ圧縮機では、ベーン溝４０５ｂ′の長さｃ′がベーン９の長さｄよりも長い構造になっている。従って、実施の形態３にあるようなベーン溝逃げ部３０５ｊは存在しない。

なお、４０５ａはシリンダ２０５の内壁である円筒面であり、４０５ｃはシリンダ４０５に設けた作動流体の吸入のための切欠きであり、４０５ｄはシリンダ４０５のベーン溝４０５ｂ′の吸入室側のエッジ部であり、４０５ｆはシリンダ４０５のベーン溝４０５ｂ′の吸入室側のエッジ部４０５ｄに形成された薄肉部である。

次に、本実施の形態４におけるロータリ圧縮機の動作について説明する。

往復運動するベーン９と接する、ベーン溝４０５ｂ′の内壁部分に薄肉部４０５ｍを形成したことにより、ベーン９が往復運動する際、薄肉部４０５ｍは自由端に集中荷重を受ける片持梁のようになり、たわみを生じる。そして、従来、線接触に近かったベーン９の後端部９ａとベーン溝４０５ｂ′の接触状態が、薄肉部４０５ｍのたわみにより、面接触状となる。これにより、摩耗、焼き付き等の損傷を低減することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態４では、薄肉部４０５ｍを、ベーン９の後端のバネ１０を設置する空間４０５ｋをベーン溝４０５ｂ′の側方にまで拡大することにより形成したが、ベーン９が往復運動する際に嵌合するベーン溝４０５ｂ′の内壁部分から空間を拡大して薄肉部を形成してもよい。この場合、以下に説明するように、ベーン９が往復運動する際に接触する薄肉部が、ベーン溝４０５ｂ′の内壁から空間を拡大した部分に新たに形成される。

ベーン溝は、ベーン９と嵌合する幅を持つ連続した部分である。従って、例えば、本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である図６に示されているように、ベーン９と嵌合する幅のままバネ１０とシリンダ５０５の接合部まで寸胴の形状の場合は、シリンダ内部の円筒面５０５ａからバネ１０とシリンダ５０５の接合部までの寸胴の形状の端から端までがベーン溝５０５ｂ″ということになる。つまり、図６では、太線を利用して示されている部分がこの場合におけるベーン溝５０５ｂ″である。

なお、５０５ｃはシリンダ５０５に設けた作動流体の吸入のための切欠きであり、５０５ｄはシリンダ５０５のベーン溝５０５ｂ″の吸入室側のエッジ部であり、５０５ｆはシリンダ５０５のベーン溝５０５ｂ″の吸入室側のエッジ部５０５ｄに形成された薄肉部であり、５０５ｍはベーン９の後端部９ａがベーン溝５０５ｂ″と接触する内壁部分に形成された薄肉部である。

なお、実施の形態３及び４において、実施の形態１、２と同様の効果も得られることは言うまでも無い。

以上においては、実施の形態１〜４について詳細に説明を行った。

各実施の形態において、摺動面圧が減少し、摺動損失が減少することから、圧縮機の効率が向上することは言うまでも無い。

また、吸入圧力と吐出圧力の差が著しく大きい二酸化炭素を作動流体とした遷臨界サイクルに用いた場合には、集中荷重Ｆ１、Ｆ２（図９参照）がさらに増加するが、集中荷重Ｆ１、Ｆ２が作用する箇所に薄肉部を設けているため、ベーンとベーン溝の接触する部分における接触面圧を大幅に緩和することが可能となり、信頼性向上の効果が著しくなることは言うまでもない。

もちろん、本発明の、ベーン溝の内壁の往復運動するベーンと接する部分の一部が弾性を有するものの一例として、上述した実施の形態では、ベーン溝の壁に構造的な薄肉部を形成したが、これに限らず、シリンダを形成している材質よりも弾性の大きい材質でベーン溝を形成したり、ベーン溝の壁に弾性の大きい材質で作られた部品を接合してもよい。

（Ａ）なお、本発明のロータリ圧縮機は、たとえば、上述した実施の形態１においては、ベーン溝１０５ｂがシリンダ１０５に形成されており、ベーン９がローラ６にその先端を接しながら往復運動するローリングピストン型のロータリ圧縮機であった。

しかし、本発明のロータリ圧縮機は、これに限らず、たとえば、本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である図１１に示されているように、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂがローラ１１０６に形成されており、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９がシリンダ１１０５にその先端を接しながら往復運動するスライディングベーン型のロータリ圧縮機であってもよい。

本実施の形態におけるロータリ圧縮機においては、薄肉部１１０５ｆ、１２０５ｆ、１３０５ｆ、１４０５ｆが、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂの壁の、シリンダ１１０５とローラ１１０６とベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９とに囲まれて形成されるより低圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂと作動室とで形成されたエッジ部に形成されている。

さらに、本実施の形態におけるロータリ圧縮機においては、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂの長さは、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９の長さよりも長く、薄肉部１１０５ｈ、１２０５ｈ、１３０５ｈ、１４０５ｈが、ベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂの壁の、シリンダ１１０５とローラ１１０６とベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９とに囲まれて形成されるより高圧になりやすい作動室の側の、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９の後端部が摺動する部分に形成されている。

作動室の容積は、矢印Ａの方向へのローラ１１０６の回転にしたがって変化するが、作動流体は、これにともなって、吸入口１１１１ａから吸入され、圧縮され、吐出孔１１１６から外部に吐出される。したがって、吐出孔１１１６の手前付近において、作動室の圧力が極めて高くなり、より低圧になりやすい作動室の側への、ベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９の傾斜が顕著に発生する。このため、薄肉部１１０５ｆ、１２０５ｆ、１３０５ｆ、１４０５ｆが設けられる箇所は、このようなベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９の傾斜によって発生するベーン１１０９、１２０９、１３０９、１４０９やベーン溝１１０５ｂ、１２０５ｂ、１３０５ｂ、１４０５ｂの摩耗、焼き付き等がより低減されるように決定される。

なお、このようなロータリ圧縮機においても、上述した実施の形態３におけるロータリ圧縮機と同様に、ベーン溝の長さは、ベーンの長さよりも短く、薄肉部が、ベーン溝の壁の、より高圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝とベーン溝逃げ部とで形成されたエッジ部に形成されていてもよい。

（Ｂ）また、本発明の薄肉部は、上述した本実施の形態においては、ベーン溝の壁の、シリンダとローラとベーンとに囲まれて形成されるより低圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝と作動室とで形成されたエッジ部に必ず形成されていた。

しかし、これに限らず、本発明の薄肉部は、そのようなエッジ部には形成されておらず、ベーン溝の壁の、シリンダとローラとベーンとに囲まれて形成されるより高圧になりやすい作動室の側の所定の部分にのみ形成されていてもよい。

たとえば、本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である図１２に示されているように、薄肉部６０５ｈが、ベーン溝６０５ｂの壁の、シリンダ６０５とローラ６とベーン９とに囲まれて形成されるより高圧になりやすい作動室の側の、エッジ部６０５ｄの対角位置のエッジ部６０５ｅにのみ形成されていてもよい。なお、６０５ａはシリンダ６０５の内壁である円筒面であり、６０５ｃはシリンダ６０５に設けた作動流体の吸入のための切欠きであり、６０５ｉはベーン溝６０５ｂを越えたバネを設置する空間である。また、６０８は、圧縮室である。

ただし、摩耗、焼き付き等の損傷が顕著に発生しやすい箇所は、より高圧になりやすい作動室の側の所定の部分ではなく、より低圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝と作動室とで形成されたエッジ部である。

なお、薄肉部を形成するための加工は、より低圧になりやすい作動室の側の、ベーン溝と作動室とで形成されたエッジ部に対して行う方が、より高圧になりやすい作動室の側の所定の部分に対して行うよりも容易であることが多い。なぜならば、そのようなより高圧になりやすい作動室の側の所定の部分は、作動室から見て奧側に存することになるからである。

本発明にかかるロータリ圧縮機は、ベーンやベーン溝の摩耗、焼き付き等の損傷の発生を抑制し、より高い信頼性を有するロータリ圧縮機を提供することができ、有用という効果を有し、冷凍冷蔵庫や空調機等に用いられるロータリ圧縮機等に有用である。

本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機のベーン溝近傍の要部断面図である。本発明の実施の形態２におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態３におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態４におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。従来のロータリ圧縮機の縦断面図である。図８は、従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。従来のロータリ圧縮機のベーン溝近傍の要部断面図である。従来のロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。本発明の実施の形態におけるロータリ圧縮機の圧縮機構部の横断面図である。

符号の説明

１密閉容器
４シャフト
１０５シリンダ
１０５ｂベーン溝
１０５ｃ、１０５ｇ切欠き
１０５ｄ、１０５ｅエッジ部
１０５ｆ薄肉部
１０５ｉバネを設置する空間
６ローラ
１０７吸入室
１０８圧縮室
９ベーン

Claims

密閉容器の内部に配置されたシリンダと、
前記シリンダに接しながら回転運動するローラと、
前記シリンダに形成されたベーン溝と、
前記ベーン溝に設置された、前記ローラにその先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、を備え、
前記ベーンが往復運動する際に前記ベーンと接する、前記ベーン溝の壁の少なくとも一部は、所定の弾性を有し、
前記弾性は、あらかじめ形成された所定の薄肉部によって生じ、
前記所定の薄肉部は、前記ベーン溝の壁の、前記シリンダと前記ローラと前記ベーンとに囲まれて形成されるより低圧になりやすい作動室の側の、前記ベーン溝と前記作動室とで形成されたエッジ部に、前記ベーン溝と前記シリンダに形成された所定の切欠きとにより形成されており、
前記所定の切欠きは、作動流体を吸入するための開口部で兼ねられている、ロータリ圧縮機。
前記ベーン溝の長さＬと、前記ベーン溝の幅Ｔと、前記薄肉部の長さｓと、前記薄肉部の幅ｗとは、Ｌ／Ｔ≦ｓ／ｗを満足する、請求項１記載のロータリ圧縮機。
密閉容器の内部に配置されたシリンダと、
前記シリンダに接しながら回転運動するローラと、
前記シリンダに形成されたベーン溝と、
前記ベーン溝に設置された、前記ローラにその先端を接しながら前記ベーン溝を往復運動するベーンと、を備え、
前記ベーンが往復運動する際に前記ベーンと接する、前記ベーン溝の壁の少なくとも一部は、所定の弾性を有し、
前記弾性は、あらかじめ形成された所定の薄肉部によって生じ、
前記ベーン溝の長さＬと、前記ベーン溝の幅Ｔと、前記薄肉部の長さｓと、前記薄肉部の幅ｗとは、Ｌ／Ｔ≦ｓ／ｗを満足する、ロータリ圧縮機。