JP5849921B2

JP5849921B2 - ベーン型圧縮機

Info

Publication number: JP5849921B2
Application number: JP2012219127A
Authority: JP
Inventors: 俊勝宮地
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2012-10-01
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-10-01
Also published as: JP2014070617A

Description

本発明は、ベーン型圧縮機に関するものである。

一般的なベーン型圧縮機は、ベーン溝が形成されるロータと、ベーン溝に出没自在に配置されるベーンとを有している。ロータが回転することによる遠心力とベーンの底面に圧縮された高圧ガスを導入することによって付与される背圧によって、ベーンがベーン溝から飛び出してベーン型圧縮機の内壁に当接し、ロータが回転することによって冷媒を圧縮している。

特開２００７−１００６０２

しかしながら、従来の圧縮機では、圧縮機の起動直後などでは圧縮機内が均等な圧力になっており、かつ、付着オイルの表面張力も働きベーンの動きが阻害される為に、ロータが回転しても遠心力のみでは即座にベーンがベーン溝から飛び出ないために冷媒を圧縮できず、起動時の冷媒の圧縮開始が遅かった。また、特許文献１に示すように、圧縮した冷媒の一部をベーン溝の底部に形成した背圧室に注入することで、ベーンにベーン溝から飛び出る方向に力を加えることが提案されているが、ベーンが出るまでは圧縮が行えず注入される背圧も昇圧しない為に、ベーンを圧縮機内壁に安定して押し付けることが出来ない。この不安定な状態で、ベーンと内壁が当接と離間を繰り返しチャタリングと呼ばれる騒音を発生してしまうという課題がある。

そこで、本発明は、コストの掛かる複雑な構造や機構をとる事なく、圧縮機の起動直後であってもベーン溝からベーンを突出させることができ、ベーンチャタリングの発生を抑えることの出来るベーン型圧縮機の提供を目的としている。

上記の課題を解決するために本発明は、円筒状のハウジング２と、前記ハウジング２内に収容される圧縮機構３と、前記圧縮機構３に駆動力を伝達する駆動力伝達部４と、を備え、前記圧縮機構３は、シリンダブロック１１と、前記シリンダブロック１１を狭持するように配置されるサイドブロック１３と、前記シリンダブロック１１内に収容されるロータ１５と、前記ロータ１５に収容されるベーン１７と、前記駆動力伝達部４からの駆動力を圧縮機構３に伝達する駆動軸１９と、から構成されるベーンロータリー型気体圧縮機１であって、前記ベーン１７の前記サイドブロック１３に相対する面である側面４９に、ベーン１７回転方向の前端部４５から後端部４７またはベーン１７の底面部４１へ貫通してオイル５が貯留される溝部６１，６２を設け、前記溝部６１，６２の前記前端部４５の開口位置が前記後端部４７または底面部４１の開口位置よりも、前記ロータ１５の径方向外側に位置することを特徴とする。

また、前記溝部６１，６２の前記前端部４５の開口位置は、前記シリンダブロック１１とロータ１５とサイドブロック１３とで形成されるシリンダ室３１に突出しない範囲に形成されることを特徴とする。

さらに、前記溝部６１，６２は、複数設けられることを特徴とする。

加えて、前記溝部６１は、直線形状に形成されることを特徴とする。

さらに加えて、前記溝部６２は、曲線形状に形成されることを特徴とする。

本発明は、ベーン１７のサイドブロック１３に相対する面である側面４９に、ベーン１７回転方向の前端部４５から後端部４７またはベーン１７の底面部４１へ貫通してオイル５が貯留される溝部６１，６２を設け、溝部６１，６２の前端部４５の開口位置が後端部４７または底面部４１の開口位置よりも、ロータ１５の径方向外側に位置することにより、ベーン型圧縮機１の起動時にオイル５が溝部６１，６２の前端部４５から後端部４７または底面部４１へ流れることにより、ベーン１７をベーン溝３９から押し出す方向に押圧力（冷媒中に含まれるオイル５によるオイル可動圧）が発生する。すなわち、ロータ１５が回転することによって生じる遠心力に加えて、ベーン１７をベーン溝３９から突出させるオイル可動圧によって、ベーン１７をベーン溝３９から飛び出し易くすることができる。

また、前記溝部６１，６２の前記前端部４５の開口位置は、前記シリンダブロック１１とロータ１５とサイドブロック１３とで形成されるシリンダ室３１に突出しない範囲に形成されることにより、シリンダ室３１で圧縮した冷媒がベーン１７の背圧室５９に逆流することを防ぐことができる。

さらに、溝部６１，６２をベーン１７の側面４９に複数設けることにより、より効率的にベーン１７をベーン溝３９から飛び出させることができる。

本発明のベーン型圧縮機の全体断面図。図１のＡ−Ａ線断面図。（ａ）ベーンがベーン溝内に収容された状態を示す要部拡大図、（ｂ）ベーンがベーン溝から突出した状態を示す要部拡大図。（ａ）ベーンの簡略拡大図、（ｂ）図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。溝内を流れるオイルの流量、速度を示すモデル図。（ａ）ベーンがベーン溝内に収容された状態の他の実施例を示す要部拡大図、（ｂ）ベーンがベーン溝から突出した状態の他の実施例を示す要部拡大図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１に示すように、ベーンロータリー型気体圧縮機１は、円筒状のハウジング２と、前記ハウジング２内に収容される圧縮機構３と、前記圧縮機構３に駆動力を伝達する駆動力伝達部４と、を備えて構成されている。また、ベーンロータリー型気体圧縮機１内には、ベーンロータリー型気体圧縮機１内の潤滑性を保つためにオイル５が封入されている。

ハウジング２は、内部に後述する圧縮機構３を配置する有底筒状のケース７と、ケース７の開口側を塞ぐように配置されるフロントヘッド９と、から構成されている。

フロントヘッド９の外周には、後述する駆動力伝達部４が回転自在に支持されるベアリング２９が配置されている。

ハウジング２のケース７内に配置される圧縮機構３は、内側に楕円形状を有するシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１を狭持するように配置されるサイドブロック１３と、シリンダブロック１１の内周に収容されるロータ１５と、ロータ１５に収容されるベーン１７と、駆動力伝達部４からの駆動力を伝達する駆動軸１９と、から構成されている。

図２に示すように、シリンダブロック１１は、冷媒を圧縮するシリンダ室３１と、シリンダ室３１へ冷媒を吸入する吸入孔３５と、シリンダ室３１にて圧縮された冷媒を吐出する吐出孔３３と、吐出孔３３を開閉自在に閉塞するように配置される吐出弁３７と、が構成されている。

サイドブロック１３は、シリンダブロック１１の一端側に固定されるフロントサイドブロック１３ａと、シリンダブロック１１の他端側に固定されるリアサイドブロック１３ｂと、から構成されている。また、フロントサイドブロック１３ａとリアサイドブロック１３ｂとによって、シリンダブロック１１を固定することによって、シリンダ室３１が形成される。

フロントサイドブロック１３ａには、シリンダ室３１に冷媒を吸入する吸入口５１が形成されている。また、リアサイドブロック１３ｂには、シリンダ室３１にて圧縮された冷媒を吐出する吐出口５３が形成されている。

シリンダブロック１１をサイドブロック１３によって狭持するように固定することで形成されるシリンダ室３１内には、ロータ１５が回転自在に配置されている。このロータ１５には、周方向等間隔にベーン溝３９が形成されている。

図３に示すようにベーン溝３９は、ロータ１５の外周側に設けられた開口縁５５と、ベーン１７が出没自在に収納されるベーン収容部５７と、ベーン収容部５７の最深部に設けられてベーン１７に突出圧力を付与する背圧室５９と、から構成されている。

図４に示すように、ベーン溝３９に収容されるベーン１７は、一定の厚みを有した板状に形成されており、背圧室５９側の底面部４１と、底面部４１と反対側で冷媒を圧縮する先端部４３と、ロータ１５の回転方向先端側の前端部４５と、ロータ１５の回転方向後端側の後端部４７と、溝部６１が設けられる側面４９と、が形成されている。この側面４９は、サイドブロック１３に相対する面である。すなわち、ベーン１７の両側面４９は、フロントサイドブロック１３ａとリアサイドブロック１３ｂに相対している。

ベーン１７のサイドブロック１３に相対する面である側面４９に形成される溝部６１は、ロータ１５の回転方向前端側の前端部４５から後端部４７へ貫通するように設けられるとともに、前端部４５の開口位置が後端部４７の開口位置よりもロータ１５の径方向外側に位置している。

すなわち、図３および図４に示すように、前端部４５の開口から後端部４７の開口まで溝部６１が傾斜して複数設けられている。また、溝部６１の前端部４５の開口位置は、シリンダ室３１に突出しない範囲に形成されている。

なお、本実施例の溝部６１は、幅Ｈは１ｍｍ、深さＴは１ｍｍ、溝部６１の傾斜角度はロータ１５の回転方向に対して４５°の直線形状に設定されている。この溝部６１内に、ベーンロータリー型気体圧縮機１内の潤滑性を保つオイル５が表面張力等によって貯留される。

ベアリング２９を介してフロントヘッド９に回転自在に支持される駆動力伝達部４は、図示しないエンジン等の駆動力をベルト等によって伝達して回転するプーリ２３と、磁力を発生するコイル部２１と、コイル部２１の磁力によってプーリ２３と着脱する電磁クラッチ２５と、駆動軸１９と電磁クラッチ２５とを連結するボルト２７と、から構成されている。

また、ボルト２７によって駆動軸１９と電磁クラッチ２５とが連結しているため、プーリ２３と電磁クラッチ２５が連結することによって、動力伝達部４から駆動軸１９を介して圧縮機構３へ回転駆動力を伝達している。

次に、図５を用いて、ベーン１７をベーン溝３９から押し出す方向に発生する押圧力（オイル可動圧）について説明する。

図５のような速度νの２次元噴流に対して角度θで平板が置かれた場合、流体―壁間の摩擦を無視すると噴流は平板に衝突後も同じ速度νで平板に沿って流れる。平板に垂直な方向にｘ軸、平板に平行な方向にｙ軸をとった場合、検査面を図５のようにする。ｘ方向の運動量は入口でρＱｖsinθ出口１，２で０である。平板に及ぼされる力はｘ軸方向にのみ掛かり、これをＦとすると、運動量の法則は、下記の数式１のようになる。

〔数式１〕
Ｆ＝ρＱｖsinθ
また、ベーン１７に形成される溝部６１の幅を１ｍｍで３箇所、溝部６１の深さを１ｍｍ、ロータ１５の回転方向に対して４５°、ロータ１５の径をΦ５６ｍｍ、ベーン溝３９の半径方向位置をＲ１８ｍｍ、ロータ１５の回転数６０００ｒｐｍ、オイル比重を１ｇ／ｃｍ＾３とした場合、流量Ｑは、概算で下記の数式２のようになる。

〔数式２〕
１（溝幅）×３（溝箇所）×１（溝深さ）×２×１８（溝位置）×π×６０００／６０＝３３９２９ｍｍ＾３／ｓ
また、速度νは、下記の数式３のようになる。

〔数式３〕
６０００×３６×π／６０＝１１３１０ｍｍ／ｓ
また、溝の直角方向、すなわちｘ軸方向に働く力Ｆ１は、下記の数式４のようになる。

〔数式４〕
Ｆ１＝ρＱｖsinθ＝０．００１×３３９２９×１１３１０×０．７１＝２７１３４３ｇｍｍ／ｓ＾２＝２７１０３４３ｇｍ／ｓ＾２＝２７１０３４３ｇｆ
したがって、ベーン１７をベーン溝３９から押し出す方向の力Ｆは、下記の数式５のようになる。

〔数式５〕
Ｆ＝Ｆ１×sinθ＝２７１．３４３×０．７１＝１９３ｇｆ
次に、本実施例のベーンロータリー型気体圧縮機１の動作について説明する。

まず、図示しないエンジン等からの駆動力を駆動力伝達部４のプーリ２３に伝達することにより、プーリ２３が回転する。コイル部２１に電流が流れることによって、磁力が発生し電磁クラッチ２５とプーリ２３とが連結する。プーリ２３の回転駆動力が電磁クラッチ２５に伝達され、ボルト２７によって電磁クラッチ２５と連結する駆動軸１９に回転駆動力を伝達し、駆動軸１９が回転する。

駆動軸１９が回転することにより、駆動軸１９と一体に形成されるロータ１５が回転する。ロータ１５が回転することによって、ベーン溝３９内に貯留したオイル５が後端部４７から排出されることにより、ベーン１７をベーン溝３９から押し出す方向への押圧力（オイル可動圧）を発生させるとともに、ロータ１５の回転による遠心力によって、ベーン１７がベーン溝３９から飛び出す。

ベーン溝３９から飛び出したベーン１７の先端部４３とシリンダブロック１１の内壁によって、シリンダ室３１で冷媒を圧縮し、吐出孔３３、吐出弁３７を介して吐出口へ冷媒を吐出する。

このように、ベーン１７の側面４９に、ベーン１７回転方向の前端部４５から後端部４７またはベーン１７の底面部４１へ貫通する溝部６１を設け、溝部６１の前端部４５の開口位置が後端部４７または底面部４１の開口位置よりも、ロータ１５の径方向外側に位置することにより、オイル５が溝部６１の前端部４５から後端部４７または底面部４１へ流れることにより、ベーン１７をベーン溝３９から押し出す方向に押圧力（オイル可動圧）が発生する。

すなわち、ロータ１５が回転することによって生じる遠心力に加えて、ベーン１７をベーン溝３９から突出させる押圧力（オイル可動圧）によって、ベーン１７をベーン溝３９から飛び出し易くすることができる。

また、溝部６１の前端部４５の開口位置は、シリンダブロック１１とロータ１５とサイドブロック１３とで形成されるシリンダ室３１に突出しない範囲に形成されることにより、シリンダ室３１で圧縮した冷媒がベーン１７の背圧室５９に逆流することを防ぐことができる。

さらに、溝部６１をベーン１７の側面４９に複数設けることにより、より効率的にベーン１７をベーン溝３９から飛び出すさせることができる。

ベーン１７の側面４９に溝部６１を設けることにより、ベーン１７をベーン溝３９から突出させる押圧力（オイル可動圧）によって、ベーン１７をベーン溝から突出させ易くしているため、圧縮した冷媒を背圧室５９へ吸入するための弁等を設ける必要がない。すなわち、コストの掛かる複雑な構造や機構を用いる必要がなく、圧縮機の起動直後であってもベーン溝からベーンを突出させることができ、ベーンチャタリングの発生を抑えることができる。

本実施例の溝部６１は、複数設けられているが１箇所のみであってもよい。また、図４（ｂ）に示すように、本実施例の溝部６１の断面形状は凹状に形成されているが、溝部６１の断面形状をU字状に形成してもよく、Ｖ字状であってもよい。すなわち、溝部６１の断面形状は、溝部６１内にオイル５を貯留し、ロータ１５が回転することによってベーン１７がベーン溝３９から突出させる押圧力（オイル可動圧）を生じる形状であればよい。

〔実施例２〕
図６を用いて、本発明の第２の実施例について説明する。なお、第１実施例と同じ構成は説明を省略する。

図６に示すように、本実施例の溝部６２は、ベーン回転方向の前端部４５から底面部４１へ貫通する曲線形状に形成されている。

この曲線形状の溝部６２には、曲部６３が形成されている。

図６に示すように、前端部４５から底面部４１に貫通する溝部６２を設ける際、曲部６３よりも後端部４７側の底面部４１に開口することが好ましい。

このような構成とすることにより、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。

また、本実施例において溝部６２は、複数設けられているが、１箇所のみであってもよく、溝部６２の断面形状についても上記第１実施例と同様に、溝部６２内にオイル５を貯留し、ロータ１５が回転することによってベーン１７がベーン溝３９から突出させる押圧力（オイル可動圧）を生じる形状であればよい。

本発明は、ベーン型圧縮機に利用することができる。

１ベーンロータリー型気体圧縮機
２ハウジング
３圧縮機構
４駆動力伝達部
１１シリンダブロック
１３サイドブロック
１５ロータ
１７ベーン
１９駆動軸
４１底面部
４５前端部
４７後端部
４９側面
６１，６２溝部

Claims

円筒状のハウジング（２）と、前記ハウジング（２）内に収容される圧縮機構（３）と、前記圧縮機構（３）に駆動力を伝達する駆動力伝達部（４）と、を備え、
前記圧縮機構（３）は、シリンダブロック（１１）と、前記シリンダブロック（１１）を狭持するように配置されるサイドブロック（１３）と、前記シリンダブロック（１１）内に収容されるロータ（１５）と、前記ロータ（１５）に収容されるベーン（１７）と、前記駆動力伝達部（４）からの駆動力を圧縮機構（３）に伝達する駆動軸（１９）と、から構成されるベーンロータリー型気体圧縮機（１）であって、
前記ベーン（１７）の前記サイドブロック（１３）に相対する面である側面（４９）に、ベーン（１７）回転方向の前端部（４５）から後端部（４７）またはベーン（１７）の底面部（４１）へ貫通してオイル（５）が貯留される溝部（６１，６２）を設け、
前記溝部（６１，６２）の前記前端部（４５）の開口位置が前記後端部（４７）または底面部（４１）の開口位置よりも、前記ロータ（１５）の径方向外側に位置することを特徴とするベーンロータリー型気体圧縮機（１）。
請求項１記載のベーンロータリー型気体圧縮機（１）であって、
前記溝部（６１，６２）の前記前端部（４５）の開口位置は、前記シリンダブロック（１１）とロータ（１５）とサイドブロック（１３）とで形成されるシリンダ室（３１）に突出しない範囲に形成されることを特徴とするベーンロータリー型気体圧縮機（１）。
請求項１または請求項２記載のベーンロータリー型気体圧縮機（１）であって、
前記溝部（６１，６２）は、複数設けられることを特徴とするベーンロータリー型気体圧縮機（１）。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーンロータリー型気体圧縮機（１）であって、
前記溝部（６１）は、直線形状に形成されることを特徴とするベーンロータリー型気体圧縮機（１）。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のベーンロータリー型気体圧縮機（１）であって、
前記溝部（６２）は、曲線形状に形成されることを特徴とするベーンロータリー型気体圧縮機（１）。