JPH0312677B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷媒用圧縮機、油圧ポンプ等のスラ
イデイングベーン型の回転式流体機械に関するも
のである。

車両空調、冷凍用のスライデイングベーン型の
回転式圧縮機について従来例を示すと、第１図、
第２図に示すようにその圧縮機の構造は、一端が
開口したハウジング１、ハウジング１内の圧縮機
組立２、ハウジング１の開口面を封止するフロン
トケーシング３により構成され、さらに、圧縮機
組立２は、その内周面が略楕円状をなし、外周面
が略円筒状のロータケース４と、その前後両端部
に取付られるフロントガイドブロツク６およびリ
アガイドブロツク５と、円筒状のロータ８によつ
て独立した二つの三ケ月状のシリンダ室５０−
１，５０−２が形成される。ロータ８にはシリン
ダ室５０−１，５０−２に進退可能にベーン７−
１，７−２，７−３，７−４が介装され、またロ
ータ８は回転自在にフロントガイドブロツク６お
よびリアガイドブロツク５に支持される。三ケ月
状のシリンダ室５０−１，５０−２は、前記ベー
ン７−１，７−２，７−３，７−４によつてさら
に小室５１−１，５１−２，５１−３，５１−４
に分けられ、小室５１−１，５１−２，５１−
３，５１−４の容積は、ロータ８の回転により漸
次増加・減少し、冷媒ガスを吸入、圧縮する。図
示外の蒸発器等より吸入フイツテイング５２に送
りこまれた冷媒ガスは、フロントケーシング３内
の吸入室５３を通り、フロントガイドブロツク６
およびロータケース４に設けられた二つの吸入通
路５４−１，５４−２に分けられ、吸入通路５４
−１，５４−２から二つのシリンダ室５０−１，
５０−２に各々設けられた吸入ポート５５−１，
５５−２を介して、二つのシリンダ室５０−１，
５０−２に供給される。シリンダ室５０−１，５
０−２をベーン７−１，７−２，７−３，７−４
により分割されて形成される小室５１−１，５１
−２，５１−３，５１−４は、ロータ８の回転に
よりその容積が増大する時吸入ポート５５−１，
５５−２より冷媒ガスを吸入し、またその容積が
減少することにより冷媒ガスを圧縮し、吐出ポー
ト１０−１，１０−２より吐出弁１１−１，１１
−２を押し上げてシリンダ室５０−１，５０−２
より吐きだす。シリンダ室５０−１，５０−２よ
り吐きだされた高圧の冷媒ガスは、リアガイドブ
ロツク５に設けられた油分離器１３を通り、ここ
で冷媒ガスと油が分離され、高圧の冷媒ガスは吐
出フイツテイング１２より、圧縮機外部の凝縮器
等（図示省略）へ送りだされる。

また、ハウジング１の下部に溜つた油６０は、
リアガイドブロツク５の油孔６１を通り減圧され
てベーン背圧室６２に導かれ、ベーン７−１，７
−２，７−３，７−４の背面に油圧をかけるよう
になつている。

前記のような回転式圧縮機においては、ロータ
８を回転するとベーン７−１，７−２，７−３，
７−４が遠心力とベーン背圧室６２の油圧によ
り、ロータケース４の内面に押しつけられ、ロー
タケース内面とベーンの先端間で摩擦動力を消費
し、これは次に述べるようにロータ８の回転角に
よつて変化する。

ここで、ベーン背圧室６２内への各ベーン７−
１，７−２，７−３，７−４の飛び出し量は、ロ
ータケース４の内周面形状（以下、シリンダの内
周面形状という）およびベーン先端形状、ベーン
オフセツト量等によつて決まり、また各ベーン７
−１，７−２，７−３，７−４の飛び出し量は、
ロータ８の回転とともに変化する。

さらに、ベーン背圧室６２内の圧力変化はその
容積変化に対応し、これは各ベーン７−１，７−
２，７−３，７−４のベーン背圧室６２内への飛
び出し量の和の変化に対応する。

即ち、例えばあるベーンがベーン背圧室内へ飛
び出そうとすると、ベーン背圧室の容積は減少し
圧力が高くなり、ベーンを逆にロータケース内周
面へ押しつけるように作用し、従つて大きな摩擦
動力を発生することとなる。

ベーン背圧室６２内への各ベーン７−１，７−
２，７−３，７−４の飛び出し量の変化は、第３
図に例示するように各々、ベーン７−１，７−３
およびベーン７−２，７−４のベーン背圧室６２
内への飛び出し量が、第３図に曲線Ａ，Ｂで示さ
れ、曲線Ａ，Ｂの和の２倍、即ち、各ベーンの飛
び出し量の総和が曲線Ｃで示されるようになる。

この曲線Ｃの変化（ロータ回転角に対する）
が、ベーン背圧室６２内の圧力変化に対応し、イ
の部分ではベーン背圧室６２内の圧力が高くなり
大きな摩擦動力を発生し、逆にロの部分ではベー
ン背圧室の圧力が低下し、ベーンの遠心力よりも
この圧力変化による力が大きいと、ベーンがロー
タケース内面より離れることがある。（離れると
適切な吸入・圧縮が行えない） このようなベーンの動きは、以上の説明で明ら
かなようにシリンダ形状あるいはベーンの形状等
によつて大きく左右される。

ここで、前記の各ベーンのベーン背圧室内への
飛び出し量の和の変化の大小を比べるために、ベ
ーン飛び出し量和の変化率Δhを次のように定義
する。

Δh＝hmax−hmin／hmean×100％ ……(1) ただし、 Δh：ベーン飛び出し量和の変化率 hmax：_o 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）の最大値（第３図参照） hmin：_o 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）の最小値（ 〃 ） hmeam：_o 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）の平均値（ 〃 ）_o 〓 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）：ロータ回転角θのときの各ベーンの飛び
出し量の和……(2) ｎ：ベーン枚数 θ：ロータ回転角 従つて、このベーン飛び出し量和の変化率Δh
が大きいと、 (1) ベーン飛び出し量和_o 〓ⁱ⁼¹ （θ）が大きい場合
には、ベーン背圧室内は非圧縮性の油があるた
め、ロータケース内周に各ベーンが強く押しつ
けられるため大きな摩擦動力を発生し、ひいて
は圧縮機の所要動力の増大を招く。また、ベー
ンには異常に大きな力が加わるためベーンの摩
耗が発出する。

(2) 一方、ベーン飛び出し量和_o 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）が小さ
い付近では、ロータケース内面からベーンが離
れ、適切な吸入・圧縮を行い得ない場合が生じ
ることがある。

(3) さらに、_o 〓ⁱ⁼¹ hi（θ）の大・小の位置はロータ
回転角で決まるため、ロータケースの特定の部
分だけが摩耗し滑ちかな形状であつたシリンダ
がやがては波打ち状になり、ベーンがチヤタリ
ングを生じるようになり、チヤタリングを生じ
ると、適切な吸入・圧縮が行えなくなる。

(4) ロータケースとベーンの摩擦動力がロータ１
回転中に大きく変化するため、圧縮機のトルク
変動を大きくする。

などの大きな欠点を生ずるものである。

また、従来のロータケースの内周面形状即ちシ
リンダの内周面形状は、例えば第４図に示すよう
に半径r₁とr₂の計４個の円弧を接続して形成され
たものになつているが、この場合の各ベーンの飛
び出し量和の変化率Δhは、５〜６％程度まで小
さくすることが可能なように見られるが実際には
それよりも遥かに大きく、時には15〜16％にも達
しているのが現状であつて、前記(1)〜(4)のような
欠点を有し特に摩擦動力が大きくなり、前記のよ
うな欠点は回転式圧縮機に共通のものである。

更に、前記のような回転式圧縮機においては、
ロータ８を回転すると、ベーン７−１，７−２，
７−３，７−４が遠心力とベーン背圧室６２の油
圧により、ロータケース４の内面に押しつけら
れ、ベーンはロータケースの内面を沿う運動をす
るものである。ここで、例えば第４図に示す計４
個の円弧を接続して形成される従来のもののシリ
ンダ形状では、各ベーンに働く加速度は第５図に
示すように、あるロータ回転角の位置で十から一
にあるいは一から十に急変し、加速度がいわゆる
スキツプ現象を生じるものである。（第５図は、
ベーン１枚について示した。） ベーンの運動上、前記のようなスキツプを生じ
ると、ベーンに働く力の方向および大きさが同様
に急変、スキツプするため、次のような欠点が生
じることがある。

(イ) ベーンがロータケース内面に沿うように運動
するベーンの追従性が悪く、ベーンがロータケ
ースより離れ良好な吸入・圧縮を行い得なくな
つたり、あるいはベーンがロータケース内面に
急激な力で押しつけられるためこの時のベーン
とロータケース間の摩擦力が異常に大きくな
り、ひいては大きな消費動力を必要とする。

(ロ) また、加速度のスキツプする位置は、ロータ
の回転角で決まるため、ロータケース内面の特
定の位置で摩耗が進行し、ひいては滑らかな形
状であつたシリンダがやがては波打ち状になり
ベーンがチヤタリングを生じ、良好なる吸入・
圧縮を行い得ない。

前記のような欠点を解決する手段として、発明
者らは先に特願昭56−100437号（特開昭58−2492
号公報参照、以下同じ）にその詳細を示すシリン
ダ形状を提案した。

然しながら、特願昭56−100437号では、同明細
書の第５図および第(4)式のｋの値を決めると、圧
縮機の押しのけ量、容積曲線、圧縮曲線が決まる
という特徴を有している。

本願の第６図に容積曲線、圧縮曲線の例を示し
ており、第６図は、従来のものの第１図、第２図
の構造に対応するものであつて、曲線ａ，ｂ，
ｃ，ｄは小室５１−１等の容積を示し、曲線Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄは容積曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄに対応した
圧力変化を示したものである。

ここで、圧縮機の性能を支配する１つの因子と
して、隣り合う小室（第２図の５１−１，５１−
２等）間のガス洩れがあげられ、これは隣り合う
小室間の圧力差および小室を形成する部材間の微
小な隙間の大きさに依存するものであり、第６図
の圧縮曲線Ａ，Ｂ，Ｃより同図矢印のように、隣
室へ洩れが生じるものである。

（なお、小室（５−１等）とベーン背圧室６２
間でも、洩れが生じ、これも圧縮機性能に影響す
るが、ここではその説明を省略する。） 従つて、このような洩れを少くし圧縮機性能を
向上させるには、良好なる圧縮曲線ひいては容積
曲線を得る必要がある。

特に、以上の説明ではベーン枚数が４枚のもの
の例について示したが、ベーン枚数が例えば３，
４，５，……枚と変わるとき、圧縮曲線即ち容積
曲線のピツチがベーン枚数により変化するため、
各々のベーン枚数に適応した容積曲線を得ること
が重要である。更に、運転条件あるいは流体機械
の用途毎に適応した容積曲線を得ることが重要で
ある。一方、圧縮機のロータケース（シリンダ）
の大きさは、圧縮機の大きさを決定づけるもので
あるが、特願昭56−100437号では、同第５図のロ
ータ半径ａおよびｋを決めると、シリンダ形状が
決まるため、圧縮機の押しのけ量（ロータケース
の単位長さ当りの）が決まつてしまうものであつ
た。

以上に述べたように、特願昭56−100437号のシ
リンダ形状は、従来のものに比べ遥かに良好な流
体機械を提供するものであるが、次のような問題
点がある。

(1) 圧縮機性能を支配する洩れの点から、圧縮曲
線ひいては容積曲線が重要であり、これは、特
にベーン枚数を変更した時、ベーン枚数に対応
した曲線を得ることが望ましく、また、機械の
運転条件あるいは用途毎に対応した曲線とする
ことが望ましいが、特願昭56−100437号ではこ
の修整ができない。

(2) 圧縮機の大きさが同じであれば、押しのけ量
は大きい方が望ましい（同じ押しのけ量とすれ
ば、圧縮の大きさは小さい）が、特願昭56−
100437号ではロータ半径ａおよびｋにより押し
のけ量（ロータ単位長さ当りの）が決まる。

例えば、押しのけ量を若干大きくしたい場合に
は、ロータケースの長さを若干大きくするかある
いはロータ半径ａもしくはｋを変更する必要があ
り、これは、圧縮機自体の大きさが若干大きくな
るという結果を招くものである。あるいは逆に若
干小さな押しのけ量とする場合には、前記とは逆
に圧縮機自体の大きさが若干小さくなるという結
果を招くものであつた。

即ち、圧縮機の製造において、そのシリーズ展
開を行う場合に、押しのけ量が若干変るごとに部
品（ロータケース）の大きさが若干異なるため、
この結果圧縮機の大きさが若干異つたものとなる
不都合がある。

本発明は、先に出願した特願昭56−100437号に
示した下記目的(1)を踏襲し、更に以下(2)(3)(4)項を
目的とするものである。

(1) 従来機における前記のような欠点を解消した
回転式流体機械に係り、ロータの溝内に進退可
能に収納され、基端面側を共通の背圧室に臨ま
せるとともに先端をシリンダの内周面に摺接さ
せてなる複数のベーンを、ロータの回転によつ
て前記溝内を進退させる構成にしたスライデイ
ングベーン型の回転式流体機械において、前記
背圧室内へ飛び出た前記各ベーンの基端面部の
飛び出し量和の変化率が数パーセント以下の値
になるシリンダの内周面形に構成した点に特徴
を有するものであつて、その目的とする処は、
背圧室へ飛び出た各ベーンの飛び出し量和の変
化率を低減し、消費動力、ベーンおよびシリン
ダ内周面の摩耗等を減少せしめ円滑に作動する
スライデイングベーン型の回転式流体機械を供
する点にあり、 (2) ベーンがロータケース内面に沿つて運動する
時ベーンに働く加速度が連続的に滑らかに変化
するようにし、ベーン運動の追従性の向上ひい
てはベーンのチヤタリングの防止、ベーンおよ
びロータケース（シリンダ）内周面の摩耗を減
少させ、円滑にかつ良好に作動するスライデイ
ングベーン型の回転式流体機械を提供するにあ
り、 (3) 任意のベーン枚数あるいは機械の運転条件、
用途等により、各々に適応したシリンダ形状を
設定し、これにより回転式流体機械の良好なる
性能をひきだすことを目的とし、 (4) さらに、ロータケース（シリンダ）の断面の
大きさを決定するロータ半径ａおよびｋを一定
としたままで、機械の押しのけ量を変化させ得
るようにし、機械が用いられる条件、用途に即
した押しのけ量を得られることを目的とするも
のである。

以下本発明の実施例を図示について説明する。
本発明は、スライデイングベーン型の回転式流体
機械、具体的には前記の第１図、第２図に示すよ
うなロータ８の溝（符号省略）内に進退可能に収
納され、基端面側を共通の背圧室６２に臨ませる
とともに先端をロータケース４の内周面（Ａ−第
２図）に摺接させてなる複数のベーン７−１，７
−２，……を、ロータ８の回転によつて前記の溝
内に進退させる構成にしたスライデイングベーン
型の回転式圧縮機において、背面室６２内へ飛び
出た各ベーン７−１，７−２，……の基端面部
（Ｂ−第２図）の飛び出し量和の変化率Δh（前記
第(1)式参照）をできる限り小さくすることを意図
するものである。

更に、ベーンに発生する加速度が、ロータの回
転とともに急変することなく滑らかに連続的に変
化するようにすることを意図するものであり、 また、流体機械のベーン枚数、機械が運転され
る運転条件あるいは機械の用途等に適応した性能
を提供することを意図するものであり、 更にまた、械械の押しのけ量を機械の大きさを
変えることなく変化させ得るようにすることを意
図するものである。

本発明の実施例は、前記の変化率Δhの発生、
ベーンの加速度、ベーン枚数・機械の運転条件・
用途等の面からの性能、機械の押しのけ量の諸項
目に最も関係のあるロータケース(4)即ちシリンダ
の内周面Ａの形を次のように構成している。

即ち、第７図に示すようにシリンダの内周面Ａ
の形状をｘ−ｙ座標で表わす時、シリンダの内周
面Ａの形状（ｘ（θ），ｙ（θ））を次式によつて形
成している。なお、ここではベーン厚さをＯとし
た。

ｘ（θ） ｙ（θ）＝cos（θ＋α）−sin（θ＋α） sin（θ＋α） cos（θ＋α）ｌ（θ） Ｏ＋cos（θ）−sin（θ） sin（θ） cos（θ）ａ Ｏ ……(3) ただし、（第７図参照） かつ、ベーンのシリンダへの飛び出し量ｌ（θ）
を次の(4)式あるいは(4)′式によるものとしており、 ｌ（θ）＝ｋ／2^C2１／１＋C₃×〔｛C₁sin（mθ）＋
１｝｛C₃cos（2mθ）＋１｝×｛cos（mθ）＋１｝^C2〕
……(4) ｌ（θ）＝ｋ／2^C2１／１＋C₃×〔｛C₁sin（mθ）＋
１｝｛C₃cos（2mθ）＋１｝×｛cos（mθ）＋cos（mλ
）｝^C2〕……(4)′ さらに、前記式におけるαは次式によるものと
し、 α＝sin^-1d／ａ ……(5) ただし、 θ：ロータの回転角（ベーンの位置を表わすパラ
メータ） ａ：ロータ半径（シリンダに内接する円の半径） ｄ：ベーンのオフセツト量 ｋ：シリンダ内周面の長半径とロータ半径の差 C₁，C₂，C₃：定数 ｍ：シリンダとロータとの接点数（シリンダ室
数） λ：Ｇランド部分の角度 前記(3)式，(4)式，(5)式によつてシリンダ形状を
決定し、もしくは後に詳細に説明するように、前
記シリンダ形状において前記(4)式の｛cos（mθ）＋
１｝^C2あるいは前記(4)′式の｛cos（mθ）＋cos
（mλ）｝^C2に、（mθ）を基本とする高調波
（（2mθ），（3mθ），…）のsin関数、cos関数にあ
る定数をかけこれに１を加えた係数を少くとも１
ケ以上乗じることによつて形成される前記飛び出
し量ｌ（θ）の関数によつて決定されたシリンダ
形状に決定して、ベーンの背圧室への飛び出し量
の変化率が略０となる構成とするものである。

さらに詳述すると、 第(4)式において定数C₁，C₂，C₃をC₁＝C₃＝０，
C₂＝１とすると、ｌ（θ）は次式となり、これは
前発明（特願昭56−100437号）の第(4)式を意味す
ることとなる。

ｌ（θ）＝ｋ／２｛cos（mθ）＋１｝ ……(6) ここで、説明を簡単にするために第(4)式におけ
る各定数C₁，C₂，C₃について以下３つの場合に
ついて示す。

C₂＝１、C₃＝０の場合 第(4)式よりC₂＝１，C₃＝０の場合にはｌ（θ）
は次のようになる。

ｌ（θ）＝ｋ／２｛C₁sin（mθ）＋１｝ ｛cos（mθ）＋１｝ ……(7) ここに、ロータよりベーンがでていることが必
要であるため、ｌ（θ）≧０が必要条件であり、こ
のため、｜C₁｜≦１である必要がある。

更に、第(7)式を展開すると第(7)式は次式とな
る。

ｌ（θ）＝ｋ／２〔１／２C₁sin（2mθ） ＋C₁sim（mθ）＋cos（mθ）＋１〕 ……(7)′ 前記第(3)式、第(7)′式、第(5)式によつて形成さ
れたシリンダ形状によれば、任意のロータ回転角
θにおける各々のベーンのシリンダへの飛び出し
量は、かかる流体機械ではベーンが等ピツチでｎ
枚介装されるため、 ｌ（θ），ｌ（θ＋2π／ｎ），ｌ（θ＋π／ｎ），… 即ち、ｌ（θ＋（ｉ−１）2π／ｎ）となる。

ただし、ｉ＝１，２，…ｎ ｎ：ベーン枚数 従つて、各ベーンのシリンダへの飛び出し量和
は、式(7)′より _o 〓ⁱ⁼¹ ｌ（θ＋（ｉ−１）2π／ｎ）＝_o 〓ⁱ⁼¹ ｋ／２〔C₁／２sin｛2mθ＋（ｉ−１）4πm／ｎ｝ ＋C₁sin｛mθ＋（ｉ−１）2πm／ｎ｝＋cos｛m
θ＋（ｉ−１）2πm／ｎ｝＋１〕＝ｋ／２ｎ……一定…
…(8) ここで、 _o 〓 〓ⁱ⁼¹ sin｛2mθ＋（ｉ−１）4πm／ｎ｝＝sin｛2mθ＋（
（ｎ−１）／２・2πm｝sin（2πm）／sin（2πm／ｎ）
＝０ ただし、ｍ／ｎ＝１／２，１，３／２……を
除く ∵sin（2πm）＝０より _o 〓 〓ⁱ⁼¹ sin｛mθ＋（ｉ−１）2πm／ｎ｝＝sin｛mθ＋（ｎ
−１）／２・πm｝sin（πm）／sin（πm／ｎ）＝０ ただし、ｍ／ｎ＝１，２，３……を除く ∵sin（πm）＝０より _o 〓 〓ⁱ⁼¹ cos｛mθ＋（ｉ−１）2πm／ｎ｝＝cos｛mθ＋（ｎ
−１）／２・πm｝sin（πm）／sin（πm／ｎ）＝０ ただしｍ／ｎ＝１，２，３……を除く ∵sin（πm）＝０より 即ち、第(7)′式のように、cos（mθ），sin（mθ）
およびこれらの高調波（2mθ，3mθ，4mθ，…）
の和として表わされる関数では、ベーンの飛び出
し量の和は一定となる。

前記のように、各ベーンのシリンダへの飛び出
し量和は常に一定となるため、逆に各ベーンの背
圧室６２内への飛び出し量の和も一定となる。従
つて、本発明のシリンダ内周面形とすることによ
り、ベーンの背圧室６２への飛び出し量変化率
Δh（第(1)式）は常に０となる。

前記第(3)式、第(7)′、第(5)式によつて形成され
るシリンダ形状の例を第８図に、容積曲線および
圧縮曲線を第９図に示しており、第８図、第９図
における破線は、第(3)式、第(6)式、第(5)式の前発
明（特願昭56−100475号）によるものを示し、実
線は本発明によるものである。なお、同図では第
(7)′式のC₁はC₁＝0.4の場合を示した。

第８図に示すように、第８図実線の本発明のシ
リンダ形状は第８図破線の前発明に比べ吸入側ハ
でシリンダがやせぎみに、逆に吐出側ニでふとり
ぎみになつており（なお、C₁の値はマイナスに
するとこれは逆になる）、この違い方はC₁の値に
よつて異なるものであることは明白である。従つ
て、前記のようなシリンダ形状では第９図に示す
ようにその容積曲線および圧縮曲線は、前発明と
は異なり、圧縮曲線の傾きが急になり（なお、
C₁が負であると逆にゆるやかとなる）、これはC₁
の値によつて異ることは明白である。

また、第８図に示した本発明のシリンダ形状を
用いた場合のベーンの加速度を第５図に対応し
て、第１０図に示しており、これより本発明によ
るベーン加速度は、スキツプすることなく連続的
に滑らかに変化することが判る。

なお、このような条件は公知の如く、その曲線
（即ちシリンダの形状）の曲率半径が連続的に変
化する。即ち、その曲線の縮閉線（エボルート）
が連続であることであり、本発明のシリンダ形状
はこれを満たしているためである。

C₁＝０，C₃＝０の場合 第(4)式より、C₁＝０，C₃＝０の場合は次のよ
うになり、 ｌ（θ）＝ｋ・１／2^C2〔cos（mθ）＋１｝^C2 ……(9) 上式を展開すると次式となる。

ｌ（θ）＝ｋ・１／2^C2｛１＋C₂・cos（mθ）＋C₂（C₂
−１）／２！cos²（mθ）＋ …＋C₂（C₂−１）…（C₂−ｒ＋１）／ｒ！co
s^r（mθ）＋…｝……(9)′ ただし、ｒ＝１，２，３… ここで、cos^r（mθ）は（mθ）を基本とする
（mθ）の高調波のcos（cos（mθ），cos（2mθ），cos
（3mθ），…）の和として表わされる。

従つて、前述したようにベーンの飛び出し量の
和は、第(7)′式のように常に一定となるものであ
る。

前記の第(3)式、第(9)式、第(5)式によつて形成さ
れるシリンダ形状の例を第１１図に、容積曲線お
よび圧縮曲線を第１２図に示しており、第１１
図、第１２図における破線は、第(3)式、第(6)式、
第(5)式の前発明によるものを示し、実線は本発明
によるものである。なお、同図ではC₂＝２の場
合を示した。

第１１図に示されるように、同図破線の前発明
に比べ、本発明のものでは吸入側ハおよび加出側
ニでやせぎみになつている。

第１１図のシリンダ形状および第１２図に示す
容積曲線より判るように、本発明のシリンダ形状
（実線）とすると最大容積は小さくなり、この結
果、機械の押しのけ量は小さくなる。

また、ここでは図示しないがベーンに発生する
加速度は第１０図に示した）のケースと同様
に、ロータの回転につれてスキツプすることなく
連続的に滑らかに変化することは、前記説明（エ
ボルートが連続）より明らかである。

C₁＝０，C₂＝１の場合 第(4)式よりC₁＝０，C₂＝１の場合、ｌ（θ）は
次のようになり、 ｌ（θ）＝ｋ／２１／１＋C₃｛C₃cos（2mθ）＋１｝ ｛cos（mθ）＋１｝ ……(10) ここでｌ（θ）≧０のため｜C₃｜≦１ (10)式を展開すると次となる。

ｌ（θ）＝ｋ／２１／１＋C₃｛１／２C₃cos（3mθ）＋C
₃cos（2mθ）＋（１／２C₃＋１）cos（mθ）＋１｝……
(10)′ 即ち、ｌ（θ）は、（mθ）を基本とするcos関数
の高調波（cos（mθ），cos（2mθ），…）の和とし
て表されるため、前述のように、ベーンの飛び出
し量の和は第(7)′式のように常に一定となる。

前記の第(3)式、第(10)式、第(5)式によつて形成さ
れるシリンダ形状の例を第１３図に、容積曲線お
よび圧縮曲線を第１４図に示しており、第１３
図、第１４図における破線は、第(3)式、第(6)式、
第(5)式の前発明によるものを示し、実線は本発明
によるものである。

なお、同図ではC₃＝−0.1の場合を示した。

第１３図に示すように、同図破線の前発明に比
べ、本発明のものでは吸入側ハ、吐出側ニでふと
りぎみになつており（なお、C₃の値をマイナス
にすると逆にやせる）、これはC₃の値によつて変
化するものである。

第１３図に示すシリンダ形状および第１４図の
容積曲線より判るように、本発明のシリンダ形状
とすると最大容積が増え（C₃＞０）、この結果、
機械の押しのけ量は大きくなる。

更に、ここでは図示しないがベーンに発生する
加速度は第１０図に示した）の場合と同様に、
ロータ回転角とともにスキツプすることなく連続
的に滑らかに変化するものである。

以上は、第(4)式の定数C₁，C₂，C₃について、
），），）の３つのケースの場合について示
した。これらの結果は、いずれもｌ（θ）の間数
が（mθ）を基本とした高調波（（2mθ），（3mθ），
…）のcos関数およびsin関数のたし算として表わ
され、この結果、ベーンの飛び出し量の和が常に
一定となるものである。

ここで、第(4)式の特徴は、ケース），），
）で示したいままでの説明より判るように、
｛cos（mθ）＋１｝の関数にθとともに変化する係
数をかけるか、もしくはべき乗として｛cos（mθ）
＋１｝を修整していることにある。従つて、第(4)
式として与えられるｌ（θ）は、ケース），），
）より判るように、C₁，C₂，C₃が各値を有し
た場合、次に示すようにsin及びcosのかけ算がこ
れらの高調波の和として表わされることになるた
め、結果的に、（mθ）を基本とした高調波
（2mθ）（3mθ）…のsin関数およびcos関数のたし
算となる。

cos（α）×cos（β）＝１／２cos（α−β） ＋１／２cos（α＋β） sin（α）×sin（β）＝１／２cos（α−β） −１／２cos（α＋β） sin（α）×cos（β）＝１／２sin（α＋β） ＋１／２sin（α−β） 従つて、この結果、第(3)式、第(4)式、第(5)式で
示すシリンダ形状についてのベーン飛び出し量の
和は常に一定となる。

なお、前記によるシリンダ形状についてのベー
ン加速度は、ケース），），）と同様にスキ
ツプすることなく連続的に滑らかに変化するもの
である。

よつて、本発明の前記実施例によれば、前記の
ように、各ベーンのシリンダへの飛び出し量和は
常に一定となるため、逆に各ベーンの背圧室６２
内への飛び出し量も一定となる。従つて、本発明
のシリンダ内周面形とすることにより、ベーンの
背圧室６２への飛び出し量変化率Δh（第(1)式）は
常に０となる。

前記説明の実施例は、シリンダの内周面Ａの形
状を前記式により形成される第７図のようにして
いるので、Δh＝０となり、変化率Δhが大きい時
の問題点を解消することができる。

即ち、前記シリンダの内周面Ａの形状とするこ
とによりベーンお背圧室６２内の圧力変動（油圧
変動）は０となり、これより前発明（特願昭56−
100437号）と同じく、 (A) シリンダ円周にベーンが強く押しつけられる
ことはなくなり、ベーンとシリンダ間で発生す
る異常な摩擦動力の上昇はなくなる。また、従
来のものではベーンに異常に大きな力が加わり
ベーンの摩耗を引き起こしたが、この実施例で
は、そのような異常力によるベーン摩耗は発生
しない。

(B) シリンダ内面より、ベーンが離れるような現
象は生じなくなり、常に適切な吸入・圧縮が得
られる。

(C) ロータのあらゆる回転角でもベーン背圧室内
の圧力は一定であるため、シリンダのある特定
の部分だけ摩耗することはなく常に適正なベー
ンの動きを得ることができる。

(D) ローター回転中に、ベーンとシリンダ間の背
圧室内圧力によつて生じる摩擦力が変動しない
ため、圧縮機のトルク変動を大きくすることは
ない。

更に、本発明の第(3)，(4)，(5)式によるシリンダ
形状の場合には、ベーンに働く加速度はスキツプ
することなく連続的に滑らかに変化するものであ
る。このため、 (E) ベーンの追従性が非常に良くなり、ベーンが
ロータケース内周面より離れ良好なる吸入・圧
縮が行い得なくなることは解消される。

また、逆にロータケース内周面に急激な力で
押しつけられることにより生じるロータケース
とベーン間の摩擦力が異常に大となり大きな消
費動力を必要とすることはなくなる。

(F) 加速度がスキツプすることなく連続的に変化
するためロータケース内周面全域にわたつて良
好なベーン運動が生じるため、ベーンのチヤタ
リングがなくなり良好な吸入・圧縮が得られ
る。更にまた、本発明の第(3)，(4)，(5)式による
シリンダ形状を用いると、例えばケース）に
述べたように圧縮曲線を変え得ることができる
ため、 (G) 機械の性能を支配する洩れの点から機械のベ
ーン枚数、運転条件、用途等より、各機械につ
いて良好に対応する圧縮曲線を、前記(A)〜(F)の
利点を保ちながら、決めることができるという
非常に大きな特徴を有することになる。

また、本発明によれば、前記(A)〜(G)の非常に優
れた特徴を有しながら、ケース），）にその
例を示したように (H) ロータ半径ａおよびｋを変えることなく、即
ち、機械の大きさを変えることなく、機械の容
積曲線、最大容積を変えることができ、機械の
大きさを変えることなく、押しのけ量を変え得
るという極めて優れた特徴を呈する。

さらに、本発明の具体例について説明すると、 (1) 前記の実施例では、シリンダの内周面Ａの形
状を与えるのを理論式を用いて説明したが、実
際に物を製造する場合には加工誤差を生ずる。
加工誤差は、現状の量産を前提とした加工法
（例えば、NC機、カム研摩機等）を考慮に入
れると、前記実施例の理論値に対し、法線方向
に±0.03〜±0.05mm程度以下となる。この加工
誤差は本実施例の意図する変化率Δhを十分小
さくするのに十分な値である。

実際上、実施例の理論値±0.08〜±0.1mm程
度となるので十分に許容できる範囲である。こ
れをシリンダの短径、（ロータの直径）＝2aを
用いて表わすと、加工誤差は理論値に対し±
（1/500〜1/700）×2a以下であつて実用上の問
題はない。

(2) 前記の実施例では、ベーンの厚さ＝０として
の例を示したが、実際にはベーンには厚さがあ
り、ベーン厚さｔを考慮した時には次式のよう
になる。

即ち、シリンダの内周面Ａの形状をｘ−ｙ座
標で表わした第１５図に図示したものにおい
て、第(5)式の代りに(5)′式を用いる。

α＝sin^-1（ｄ−ｔ／２／α） ……(5)′ 注、第１５，１７図において ただし、ｔ：ベーン厚さ １０１，１１１：ロータ １０２：ベーン ｄ：ベーンオフセツト量 １０３，１１
０：シリンダの内周面 １１２：シリンダ室 (5)式の代りに(5)′式を用いても、各ベーンのシ
リンダへの飛び出し量和を与える式は同じで一定
となるが、実際にはベーンとシリンダの内周面Ａ
との接点Ｐはロータの回転角によつて変化するた
め、実際の背圧室内へのベーンの飛び出し量和の
変化率Δh（第１式）は０とならず、若干の値をも
つことになるが、実際上Δhが全く問題にならな
いまでに低下される。

(3) さらに、前記の実施例および従来例では、シ
リンダの内周面Ａの形状を式(3)、あるいは計４
個の円弧の接続によるもので示したが、シリン
ダの加工上次のような形状を採る場合がある。

即ち、第１６図上に示すように、その加工精度
を上げるためにシリンダ内周面の形状の短径付近
のみを円弧とすることがある。この円弧部分をＧ
ランドと呼ぶ。このＧランド部分での精度は圧縮
機の性能に大きく影響をおよぼすため、この部分
の加工精度を上げるために円弧とする。第１６図
の「λ」は円弧部分の角度を示している。

第１６図のλは円弧部分の角度を示し、冷媒用
圧縮機の場合のλは通常10〜15゜以下であり、シ
リンダの全体に占める割合は1/6〜1/9以下である
のが一般的である。

このような場合には、この実施例のシリンダ内
周面の形状は次の二通りの対応を行えば良い。

イ○ 具体例で示したシリンダ内周面の形状（第(3)
式）で形成し、必要なＧランド部分だけを所定
の円弧に削りとつた形状。

即ち、 −90゜＋λ≦θ≦90゜−λ 90゜＋λ≦θ≦270゜−λでは、式(3) 90゜−λ≦θ≦90゜＋λ −90゜−λ≦θ≦−90゜＋λでは、円とする。

ロ○ 所定角度のＧランド部分は円弧にて形成し、
Ｇランド部分以外をこの実施例のシリンダ内周
面の形状とする。

即ち、 90゜−λ≦θ≦90゜＋λ −90゜−λ≦θ≦−90゜＋λでは、円 −90゜＋λ≦θ≦90゜−λ 90゜＋λ≦θ≦270゜−λでは、式(3) ただし、式(4)の代りに式（4′）とする。

ｌ（θ）＝ｋ／2^C2１／１＋C₃×〔｛C₁sin（mθ）＋１
｝｛C₃cos（2mθ）＋１｝×｛cos（mθ）＋cos（mλ）
｝^C2〕……(4)′ とする。

前記イ○，イロのいずれの場合もＧランドが無い場
合に比べ変化率Δhは若干大きくなるが、実際上
全く問題がなく良好な結果が得られる。

また、前記の場合には、Ｇランドを円弧とした
が、円弧だけではなく、この部分で実施例のシリ
ンダ内周面の形状と円弧がなめらかに接続される
ような形状にしても良い。

(4) さらに、前記の例では、いずれの場合も式(4)
におけるｍの値がｍ＝２のいわゆる略楕円形の
シリンダ室が２個形成されるシリンダに対応す
るものについて示したが、ｍ＝２に限らず任意
の正の整数であれば良い。例えば、第１７図に
示すようにｍ＝１は従来の円のシリンダ形状に
対応するものであり、またｍ＝３はシリンダ室
が３個形成されるものである。

さらに、図示してないが、ｍ＝４はシリンダ室
が４個形成されるもの、ｍ＝５はシリンダ室が５
個形成されるもの、以下同様である。

(5) なお、この実施例のシリンダ内周面の形状に
対して、ロータに進退自在に介装するベーンの
数ｎは任意であり、偶数でも奇数でも良いのは
以上の説明より明白である。

(6) 以上の説明では、シリンダ形状を決定するも
のとして、第(4)式あるいは第(4)′式を提唱した。
しかし、本発明は第(4)式、第(4)′式に限定され
るものではなく、本発明の意図するところは、
ベーンの飛び出し量の和が理論的に常に一定
で、この結果、第(4)式のΔh＝０となる（ベー
ン厚さ＝０の場合）前発明（特願昭56−100437
号）の意図の下で、ベーンの加速度が連続的に
滑らかになるシリンダ形状で、更に、ベーン枚
数、機械の用途、運転条件毎に適応した適切な
シリンダ形状を撰定することができ、更にま
た、機械の大きさを変えることなく（ロータ半
径ａおよびｋを変ることなく）、押しのけ量を
変え得るシリンダ形状を与える関数を提供する
ことにある。

この意図するところを満すものとして第(4)式、
第(4)′式の他に、次のものがあげられる。

第(4)式の項…｛cos（mθ）＋１｝^C2，……(4)″ 第(4)′式の項…｛cos（mθ）＋cos（mλ）｝^C2，
……(4) に、第(4)式および第(4)′式に示した各係数の他に、
（mθ）を基本とする高調波（（2mθ），（3mθ），
…）のsin関数、cos関数に定数をかけ、これに１
を加えた係数を（更に）乗じても良い。この係数
は例えば次のようなものである。

例：｛C₄sin（2mθ）＋１｝，… ｛C₅cos（4mθ）＋１｝，… ただし、C₄，C₅は定数 これらの関数は、前述したように結果的に
（mθ）を基本とする高調波のsin関数、cos関数の
和となるため、ベーンの飛び出し量の和は常に一
定となり、第(1)式のΔh＝０となる。

また、これらによればベーン加速度は連続的に
滑らかなものとなる。

(7) 本発明は、冷媒用圧縮機に限らず、各種の回
転式流体機械に適用できるものであつて、その
用途あるいは流体の種類などについて限定され
るものではない。

(8) 以上本発明を実施例について説明したが、勿
論本発明はこのような実施例にだけ局限される
ものではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲
内で種々の設計の改変を施しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のスライデイングベーン型の回転
式流体機の縦断面図、第２図は第１図の−線
の断面図、第３図は同機の性能説明図、第４図は
同機のロータケースの内周面形状図、第５図は同
機のベーン加速度図、第６図は同機の小室におけ
る圧縮曲線と容積曲線図、第７図、第８図は本発
明実施例を示すシリンダ（ロータケース）の内周
面形状の説明図、第９図は第７図と第８図の小室
における圧縮曲線と容積曲線図、第１０図は第８
図におけるベーン加速度図、第１１図は第８図に
おける内周面形状の実施態様例図、第１２図は第
１１図の小室における圧縮曲線と容積曲線図、第
１３図は第８図における内周面形状の他の実施態
様例図、第１４図は第１３図の小室における圧縮
曲線と容積曲線図、第１５図はベーン厚さを考慮
した場合のシリンダの内周面形状の説明図、第１
６図はシリンダのＧランド部分の説明図、第１７
図Ａ，Ｂはシリンダ室数２と３の場合のシリンダ
形状図である。 Ａ……シリンダの内周面、Ｂ……ベーンの基端
面部、４……シリンダ（ロータケース）、７−１，
７−２，７−３，７−４……ベーン、８……ロー
タ、６２……背圧室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロータの溝内に進退可能に収納され、基端面
   側を共通の背圧室に臨ませるとともに先端をシリ
   ンダの内周面に摺接させてなる複数のベーンを、
   ロータの回転によつて前記溝内を進退させる構成
   にしたスライデイングベーン型の回転流体機械に
   おいて、ベーンの厚さを無視して前記シリンダの
   内周面形状がｘ−ｙ座標において次の(3)式にて示
   され ｘ（θ） ｙ（θ）＝cos（θ＋α）−sin（θ＋α） sin（θ＋α） cos（θ＋α）ｌ（θ） Ｏ＋cos（θ）−sin（θ） sin（θ） cos（θ） ａ Ｏ ……(3) かつ、ベーンのシリンダへの飛び出し量ｌ（θ）
   が次の(4)式あるいは(4)′式にて示されて、 ｌ（θ）＝ｋ／2^C2１／１＋C₃×〔｛C₁sin（mθ
   ）＋１｝｛C₃cos（2mθ）＋１｝×｛cos（mθ）＋１｝^{C
   2}〕……(4) ｌ（θ）＝ｋ／2^C2１／１＋C₃×〔｛C₁sin（mθ）
   ＋１｝｛C₃cos（2mθ）＋１｝×｛cos（mθ）＋cos（m
   λ）｝^C2〕……(4)′ ただし、 θ：ロータの回転角（ベーン位置を表わすパラメ
   ータ） ａ：ロータ半径 ｄ：ベーンのオフセツト量 α：sin^-1d／ｕ ｋ：シリンダ内周面の長半径とロータ半径の差 C₁，C₂，C₃：定数 ｍ：シリンダとロータとの接点数（シリンダ室
   数） λ：Ｇランド部分の角度 前記(3)式と(4)式あるいは(4)′式によつて決定さ
   れたシリンダ形状、もしくは、前記シリンダ形状
   において前記(4)式の｛cos（mθ）＋１｝^C2あるいは
   前記(4)′式の｛cos（mθ）＋cos（mλ）｝^C2に、（mθ
   ）
   を基本とする高調波（（2mθ），（3mθ），…）の
   sin関数、cos関数にある定数をかけこれに１を加
   えた係数を少くとも１ケ以上乗じることによつて
   形成される前記飛び出し量ｌ（θ）の関数によつ
   て決定されたシリンダ形状であつて、ベーンの背
   圧室への飛び出し量の変化率が略０となる構成に
   したことに特徴を有するスライデイングベーン型
   の回転流体機械。