JPH0581759B2

JPH0581759B2 -

Info

Publication number: JPH0581759B2
Application number: JP59047011A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Takao; Kenichi Kawashima; Yozo Nakamura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-03-14
Filing date: 1984-03-14
Publication date: 1993-11-16
Also published as: KR880002419B1; US4653991A; JPS60192891A; DE3572520D1; EP0154856A2; EP0154856A3; EP0154856B1; KR850007670A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は自動車用空調装置等に使用されるベー
ン形圧縮機に係り、特に同圧縮機の性能及び耐久
性を向上するに好適なベーン背圧制御に関する。

〔従来の技術〕

一般にベーン型圧縮機は、第１図、第２図に示
す如く、フロント側プレートとリア側プレート２
と、その間にボルト（図示せず）により締結され
たカムリング３とで形成される室内に、進退可能
な複数のベーン４を有するロータ５が圧縮機中心
部に設けられる駆動軸６に固着されており回転自
在に横架してある。駆動軸６はフロント側プレー
ト１及びリア側プレート２にニードルベアリング
７で支持されている。また、前記フロント側プレ
ート１、リア側プレート２及びカムリング３は通
しボルト（図示せず）によつてフロントカバー８
に固定され、さらに、その周囲をチヤンバ９によ
て覆つてあり、フロントカバー８とチヤンバ９と
はＯリング１０で気密を保つとともに、前記駆動
軸６に結合された回転子１１とフロントカバー８
に固定されたカバープレート１２とで軸シールを
形成している。前記リア側プレート２の後部には
空間部１３が形成され、この空間部に上記リア側
プレート２の後部を覆うように油分離器１４が設
置されている。

次に、同機における冷媒の流れを述べると、冷
凍サイクルから圧縮器に帰還した冷媒は、フロン
トカバー８に形成された圧縮機吸入口１５より、
同カバーに形成された低圧通路１６に流入する。
同冷媒はフロント側プレート１に設けられた吸気
ポート１７を通過し、相隣れる２枚のベーンとロ
ータ外周面及びカムリング内周面とで形成される
圧縮室１８に流入する。同圧縮室体積はまず駆動
軸６の回転に伴つて０から最大値まで変化し、吸
気行程を終了する。さらに、同駆動軸の回転によ
り同圧縮室体積が最大値から漸次減少することに
よつて圧縮行程がなされる。圧縮された吐出圧力
に達した冷媒はカムリング３に設けられた吐出ポ
ート１９及び吐出弁２０を経て、前記油分離器１
４内に吐出される。ここで、油を分離して冷媒だ
けがチヤンバ９に設けられた圧縮機吐出口２１よ
り冷凍サイクルへと圧送される。

油分離器１４にて分離された吐出圧力下にある
潤滑油２２はチヤンバ底部にいつたん貯油された
後、チヤンバ９内圧力と圧縮室１８内圧力との差
圧により、前記リア側プレート２に設孔された給
油通路２３内に挿入されたスパイラル絞り２４、
及びフロント側プレート及びリア側プレートに当
接するロータ端面にリング状に形成された連絡凹
溝２５と上記給油通路に開口している小孔２６を
介して、ベーン溝底部２７へと減圧された状態で
導入される。このベーン溝底部２７内の油は、当
該圧縮機の摺動部の潤滑油として供される他に、
ベーン４をカムリング３内周面に押し付ける力
（以下、ベーン背圧と呼ぶ）としても供されてい
る。したがつて、このベーン背圧による力、ベー
ン先端に作用するガス力とロータ５の回転に伴う
遠心力などの慣性力とによつてカムリング内周面
に対するベーンの接触圧力を得るようになつてお
り、圧縮機回転速度及び圧力条件が同一の場合に
は各ベーン４は全ての同一の背圧によりカムリン
グ内周面に押し付けられる力が働くようになつて
いる。

又、実開昭58−193086号公報、特開昭51−
13411号公報および特開昭50−37883号公報には、
アキシヤルシール部でベーン後端部に独立した室
を形成し、流体を圧縮してベーンをカムリンクへ
押し付け、その他の区間では、絞り孔等は設けて
いるものの高圧をベーン後端部に導くようにした
ベーン型圧縮機が開示されている。

又、特開昭57−26293号公報には、アキシヤル
シール部以外のある区間で吸入室と連通する低い
圧力の流入口が、フロントサイドブロツクに２個
設けられ、ベーン後端部と連通されているもので
あるが、アキシヤルシール部では、この流入口と
ベーン後端部との連絡が遮断されてベーン後端部
の圧力を上昇させ、流出口よりベーン後端部の圧
力を高圧側に排出するベーン形圧縮機が開示され
ている。

又、特開昭57−146092号公報には、アキシヤル
シール部の区間でベーン後端部と連通される高圧
油溝とその他の区間でベーン後端部と連通される
中間油溝が形成され、高圧油溝と中間油溝との間
にリリーフ弁が設けられているベーン型圧縮機が
開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来技術では、ベーン先端の押しつけ
力Ftは、ベーン背圧を一定とすると、第３図に
示したように、ロータ回転角度θ_Rによつて変化す
る。例えば、ベーン背圧Pbと圧縮機吐出圧力Pd
との比すなわち、Pb／Pd＝0.5のときには、ロー
タ回転角度θ_Rが130゜以下ではFtはほぼ一定値であ
るが、θ_Rが130゜を越えるとFtは急激に減少する。
そして、ベーン先端がカムリングの吐出ポートに
さしかかるθ_R＝160゜近辺（第２図参照）ではFtは
急激に上昇し、更にθ_Rが大となると、Ftは減少す
る。しかし、Pb／Pd＝0.5の場合にはFtが負すな
わち、ベーンがカムリングから離れることはない
が、θ_R＜130゜の範囲ではFtが約９Kg・ｆにも及ん
でおり、ベーン先端摩擦損失が大となり、これが
圧縮機軸入力を増大する要因となる。したがつ
て、同摩擦損失を低減するにはPb／Pdを減じて、
Ftを減少するのが良い。ところで、Pb／Pdを単
純に小さくすると、例えば、Pb／Pd＝0.43とす
ると、θ_R＝158゜でFt０、173゜≦θ_R≦180゜でFt＜
０となり、ベーン先端がカムリングから離れる。
いわゆるチヤタリング現象が生ずる。チヤタリン
グ現象が生ずると、異音が発生するばかりでな
く、ベーンやカムリングに異常摩耗が生じたり、
ベーンの先行作動室内の高圧ガスが後続作動室に
逆流して圧縮機の全断熱効率低下を招来するとい
つた問題点があつた。

尚、上記問題点を回避する手段として、実開昭
58−104381号による方法があるが、同方法では中
間圧を得る手段が複雑である。

又、実開昭58−193086号公報、特開昭51−
13411号公報、特公昭50−37883号公報に記載のも
のは、遠心力によりベーンがカムリング内周面に
対する接触圧力を得ることができる区間において
もベーン後端部に高圧を作用させているものであ
り、ベーン後端部摩擦損失が大きいものであつ
た。

又、特開昭57−26293号公報に開示のものは、
アキシヤルシール部では、この流入口とベーン後
端部との連絡が遮断されてベーン後端部の圧力を
上昇させ、流出口よりベーン後端部の圧力を高圧
側に排出するものであり、アキシヤルシール部で
ベーン後端に吐出圧力である高圧が作用するため
ベーン先端とカムリング内周面との摩耗が大き
く、ベーン先端摩擦損失が大きいものであつた。
すなわち、ベーンがカムリング内周面に対する接
触圧力を得ることができる区間においてもベーン
後端に高圧が作用するものであつた。

特開昭57−146092号公報に開示のものは、遠心
力によりベーンがカムリング内周面に対する接触
圧力を得ることができる区間においてもベーン後
端部に高圧もしくは中間的な圧力を作用させてい
るものであり、絞りを介して潤滑油を給油してい
るので、絞りによる中間油溝の圧力が決まり、運
転時の圧力条件の変化に対して適正となりにに
く、ベーン先端摩擦損失が大きいものである。
又、アキシヤルシール部でベーン後端に吐出圧力
である高圧が作用するものであり、ベーン先端摩
擦損失が大きいものであつた。

本発明の目的は上記の点を改善するためになさ
れたもので、遠心力を加味したベーン先端押しつ
け力が負となる領域のみチヤタリングを防止し、
ベーン先端押しつけ力が正となる領域では押しつ
け力を小さくして、吐出ポート近辺におけるチヤ
タリング現象をベーンのカムリングへの押し付け
力が過大となることなく防止でき、簡単な構造で
ベーン背圧を適正に制御することにより、コンパ
クトなベーン背圧制御が実現でき、高性能でかつ
信頼性が高いベーン型圧縮機を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のベーン型圧縮機は、上記目的を達成す
るために、吐出ポートを備えたカムリングと、該
カムリングの両側面を塞ぐように設置されたリア
側プレート及び吸気ポートを具備するフロント側
プレートと、半径方向に進退可能な複数のベーン
が配設される複数のベーン溝を有し前記カムリン
グの軸中心と同心で回転可能に配置されるロータ
とにより形成される作動室と、前記リア側プレー
トの後部に空間部を形成してこの空間部に吐出圧
力下にある潤滑油を貯油するチヤンバとを備える
ベーン型圧縮機において、前記リア側もしくはフ
ロント側プレートの少なくとも一方に前記チヤン
バの潤滑油中と連通する高圧ポートを設け、該高
圧ポートは前記吐出ポート付近に位置するベーン
溝の底部と対応する位置にあり、該高圧ポートと
独立して前記リア側およびフロント側プレートの
前記ベーン溝底部に対応する位置に前記作動室と
〓間を介して接続された低圧ポートを配置し、前
記低圧ポートと高圧ポートは前記吐出ポート付近
に位置するベーン溝の底部を介して一部連通する
ように構成したものである。

〔作用〕

上記のように構成しているので、高圧ポート
は、ベーン先端がカムリングの吐出ポートにさし
かかる時点においてベーン溝底部が高圧ポートに
かかる位置に形成されており、遠心力をも加味し
たベーン先端押しつけ力が負となるロータ回転角
度の領域のみベーン溝底部と高圧ポートが連通し
ていることから、ベーン背圧は一時的に高圧が印
加され、押し付け力は正となり、その結果、ベー
ンはカムリングから離れることなくスムーズに通
過することができるので、チヤタリング現象を防
止できる。又、ベーン先端押しつけ力が正となる
領域においては、高圧との連絡経路での絞り手段
を用いることなく、ベーン溝底部のスイツチング
作用により積極的にベーン背圧を減少させること
によつて、ベーン先端摩擦損失の低減、ひいては
圧縮機軸入力を低減することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第４図は、本発明に係るベーン型圧縮機を示す
ものであり、リア側プレート２には潤滑油２２に
連絡する高圧の給油通路２３が形成され、ニード
ルベアリング７の外周上に設けられたリング状の
連絡通路３０に開口している。さらに、同連絡通
路３０に連通するように高圧ポート３１が形成さ
れている。また、リア側プレート２及びフロント
側プレート１には、前記ロータ５に配設されたベ
ーン溝底部２７に当接するように低圧ポート３３
及び３２が形成されている。

第５図及び第６図はリア側プレート２及びフロ
ント側プレート１に形成された高圧ポート３１及
び低圧ポート３３，３２の形状及び位置を示した
ものである。まず、リア側プレート２に形成され
た高圧ポート３１は、第３図で述べたように、ベ
ーン先端がカムリングの吐出ート１９にさしかか
る時点においてベーン溝底部２７が高圧ポートに
かかる位置に形成されている。したがつて、ベー
ン先端の押し付け力が負となり得るロータ回転角
領域では、上記ベーン溝底部と高圧ポートが連通
していることから、ベーン背圧は一時的に高圧が
印加され、押し付け力は正となり、その結果、ベ
ーンはカムリングから離れることなくスムーズに
通過することができる。

一方、フロント側プレート１及びリア側プレー
ト２に形成された低圧ポート３２及び３３は、駆
動軸６を中心に180゜対称位置に扇形状に形成され
ている。まず、ロータ回転方向の上記低圧ポート
の始点位置について述べる。通常、ロータ５の外
周面と最も近接するカムリング３の内周面には、
圧縮機の性能を確保する目的で、ロータ外径より
僅かに大きな半径でロータ中心と同心の円弧部が
形成されている。このカムリング円弧部のロータ
回転方向終了点位置にベーン先端が接触するとき
に同ベーン溝底部２７が低圧ポートに開口するよ
うになつている。つまり、ベーンが上記カムリン
グ円弧部を通過し（この区間ではベーンはロータ
内に投入している）、ロータ内からベーンが飛び
出す時点で低圧ポート内圧力がベーン背圧として
印加するようにしている。すなわち、ベーン溝底
部に着目すると、ベーン先端が吐出ポートに達す
る時点で、同底部が高圧ポートに連通し、前記カ
ムリング円弧部のロータ回転方向の始点位置で高
圧ポートから離れ、同円弧部では低圧及び高圧ポ
ートには連通せず、同円弧部の終点位置直後で再
び低圧ポートに連通するようになつている。

次に、本発明における低圧ポート内の圧力を決
定する手段について説明する。第７図は、ベーン
４がカムリング３に設置された吐出ポート１９に
達した時点でのリア側プレートの拡大図である。
同図において、ベーン溝底部２７を介して高圧ポ
ート３１と低圧ポート３３が連通している（第７
図では高圧ポート３１及び低圧ポート３３はベー
ン溝底部２７と接している状態を示しているが、
これは単なる一例にすぎずこの重合関係について
は後で述べる。）したがつて、この時点での低圧
ポート内圧力は、ベーン溝底部を介して高圧ポー
ト内の圧力（高圧ポート内圧力は圧縮機吐出し圧
力とほぼ等しい値となつている。）が導かれる。
しかし、高圧ポートと低圧ポートが連通している
時間が短いこと及び実際にはロータとリア側プレ
ート間の間〓を通過するために、高圧ポート内圧
力はより低下することになる。この状態からロー
タが回転（図では時計方向）して、ベーン溝底部
が低圧ポートから離れる状態では、ベーン溝底部
を介しての高圧ポートとの連通がなくなること及
び前記ロータとリア側プレート間の間〓からの洩
れ等から、低圧ポート内圧力はしだいに低下しは
じめる。

そこで、ロータ回転角θ_Rについて、上記高圧ポ
ート及び低圧ポート内圧力の関係を示したのが第
８図である。高圧ポート内圧力P_Hはθ_Rに対してほ
ぼ一定であり、その値はほぼ圧縮機吐出し圧力
Pdに等しい。一方、低圧ポート内圧力は上記し
たように、ベーン溝底部を介して高圧ポートと低
圧ポートが連通する瞬間は急激に上昇するが、連
通がなくなると漸次減少する（第８図ではPm′と
して示される曲線）。しかして、この現象はロー
タ１回転当たりに（圧縮室数）×（ベーン枚数）＝
10回のサイクルでくり返えされるため、実質上の
低圧ポート内圧力は上記圧力Pm′が平均化され、
その結果ｍとなる。つまり、本実施例における
低圧ポート内圧力は、ベーン溝底部のスイツチン
グ作用（ON−OFF動作）により決定され、その
値は高圧及び低圧ポートの位置及び形状、ならび
に圧縮機の性能及び組立て性から決定される各間
〓（例えば、ロータとカムリング、ロータ端面と
両プレート間、及びベーン端面と両プレート間の
間〓）等により、最適値が得られる。第９図は圧
縮機吐出し圧力、吸込み圧力及び圧縮機回転速度
を一定としたとき、低圧ポート、高圧ポート及び
ベーン溝底部の位置関係（重合と呼称する）と低
ポート内圧力ｍの関係を上記間〓δをパラメー
タとして示したものである。ここで、零重合と
は、第１０図Ａに示したようにベーン溝底部２７
を介して、低圧ポート３３と高圧ポート３１が接
している場合をいい、正重合は同図Ｂのように低
圧ポート３３と高圧ポート３１が連通している状
態をいい、負重合は同図Ｃのように低圧ポート３
３と高圧ポート３１が連通していない状態をい
う。第９図から、ｍは重合が正から負になるに
従い低下し、しかもδが大となるに伴い低下する
ことになる。上記したようにδは、圧縮機の性能
及び組立て性から決定されるもので、例えば、δ
がロであるとすると、所望のｍ＝m₁を得る
重合度G₁が決まることになる。ところで、第１
０図の例は、ベーン溝底部２７及び高圧ポート３
１を円形状（それぞれの直径をD_B及びD_Hとする）
として、それぞれの中心と駆動軸６の中心を結ぶ
線とがなす角度α及びD_Bを一定として、D_Hを代
えることにより重合度を変えた場合を示したが、
これは第１０図に示した重合度が満足できるもの
であればその方法はこの限りではなく、例えば
D_B及びD_Hを一定としてαを変えても同図の重合
度は達成できる。

第１１図は圧縮機吐出し圧力、吸込み圧力及び
圧縮機回転速を同一として、ベーン先端押しつけ
力Ftとロータ回転角度θ_Rの関係を示したものであ
る。

同図において、曲線ａは従来例を示し、曲線ｂ
は本実施例を示したものである。曲線ｂは、θ_R＝
θ_R1で前記ベーン溝底部と前記高圧ポートを連通
させて、θ_R＝θ_R2で同底部と同ポートの連通をし
や断する。ここで、θ_R1は曲線ａにおいて、Ftが
急激に低下する点ｌからFt≦０なる点ｍの範囲β₁
とし、θ_R2は前記カムリング円弧部の始点位置付
近β₂の範囲としている。したがつて、曲線ｂでは
ロータ回転角度βの範囲でFt＞０とすることが
でき、同範囲内でのチヤタリングを防止できる。
また、上記β以外でのロータ回転角度では曲線ａ
よりFtを小とできることから、S₁−S₂に相当す
るベーン先端での摩擦損失を低減することができ
る。

第１２図は本実施例において、圧縮機吸込み圧
力及び吐出し圧力を一定として、圧縮機回転速度
Ncと低圧ポート内圧力ｍ及び圧縮機軸トルク
L_INの関係を示す実験曲線図である。Ncの増加に
伴いｍが低下している。したがつて、ベーン先
端押し付け力が減少することになり、その結果と
してL_INが低下する。Ncが大なる運転域でｍが
小とできることは、圧縮機の全断熱効率の向上、
吐出しガス温度の低減及びベーン及びカムリング
の耐摩耗性が向上できるといつた効果がある。

尚、本実施例においては、高圧ポートをリア側
プレートに設孔した場合としたが、これは高圧を
得る手段、つまりチヤンバ底部の高圧下の潤滑油
が上記リア側プレートに近接しているためであ
り、もしも、チヤンバがフロント側に設置された
圧縮機では、高圧ポートをフロント側に設孔する
ことになる。また、各実施例において、ベーン溝
底部の形状を円形としたが、本実施例の効果を満
足するものであればその形状はこの限りではな
く、例えば矩形としても良い。

第１３図は本発明における他の実施例を示す。
フロント側プレート１にはカムリング３に設孔さ
れた給油路４０及びリア側プレート２の給油通路
２３を介して、潤滑油２２に連絡する高圧の給油
通路４１が形成され、ニードルベアリング７の外
周上に設けられたリング状の連絡通路４２に開口
している。さらに、同連絡通路４２に連通するよ
うに高圧ポート４３が形成されている。上記構成
以外は第４図と同じである。したがつて、高圧下
の潤滑油はリア側プレート及びフロント側プレー
トの高圧ポートに各々導かれ、その油圧はロータ
及びベーンの両側面に作用することとなる。よつ
て、ロータ及びベーンの両側面に作用する力を相
殺することができる。

したがつて、本実施例によればロータ及びベー
ンの圧縮機軸方向位置を適正に保つことができる
といつた効果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、ベーン溝
底部のスイツチング作用により積極的にベーン背
圧を減少させることによつて、吐出ポート近辺に
おけるチヤタリング現象をベーンのカムリングへ
の押し付け力が過大となることなく防止でき、簡
単な構造で遠心力を加味したベーン押しつけ力を
小さくできるため、ベーン背圧を適正に制御でき
ることからコンパクトなベーン背圧制御が実現で
き圧縮機の性能が向上し、耐摩耗性が向上できる
といつた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来におけるベーン型圧縮機の構成を
示す側断面図、第２図は第１図の−線断面
図、第３図は従来例におけるロータ回転角度とベ
ーン先端押しつけ力との関係を示す理論曲線図、
第４図は本発明の一実施例を示す側断面図、第５
図及び第６図はリア側プレート及びフロント側プ
レートの平面図、第７図は同実施例における吐出
しポート付近のリア側プレートの拡大平面図、第
８図は本発明の実施例におけるロータ回転角度と
高圧及び低圧ポート圧力との関係を示す理論曲線
図、第９図は重合度と低圧ポート内圧力Pmとの
関係を示す図、第１０図は重合度の説明図、第１
１図はベーン先端押しつけ力Ftとロータ回転角
度θ_Rの関係を示す図である。第１２図は本発明の
実施例における圧縮機回転速度と低圧ポート圧力
及び圧縮機軸入力の関係を示す実験曲線図、第１
３図は本発明の他の実施例の側断面図である。１…フロント側プレート、２…リア側プレー
ト、３…カムリング、４…ベーン、５…ロータ、
８…フロントカバー、９…チヤンバ、１３…空間
部、１９…吐出しポート、２２…潤滑油、２３…
給油通路、２７…ベーン溝底部、３１…高圧ポー
ト、３２，３３…低圧ポート。

Claims

【特許請求の範囲】

１吐出ポートを備えたカムリングと、該カムリ
ングの両側面を塞ぐように設置されたリア側プレ
ート及び吸気ポートを具備するフロント側プレー
トと、半径方向に進退可能な複数のベーンが配設
される複数のベーン溝を有し前記カムリングの軸
中心と同心で回転可能に配置されるロータとによ
り形成される作動室と、前記リア側プレートの後
部に空間部を形成してこの空間部に吐出圧力下に
ある潤滑油を貯油するチヤンバとを備えるベーン
型圧縮機において、前記リア側もしくはフロント
側プレートの少なくとも一方に前記チヤンバの潤
滑油中と連通する高圧ポートを設け、該高圧ポー
トは前記吐出ポート付近に位置するベーン溝の底
部と対応する位置にあり、該高圧ポートと独立し
て前記リア側およびフロント側プレートの前記ベ
ーン溝底部に対応する位置に前記作動室と〓間を
介して接続された低圧ポートを配置し、前記低圧
ポートと高圧ポートは前記吐出ポート付近に位置
するベーン溝の底部を介して一部連通するように
構成したことを特徴とするベーン型圧縮機。