JPH07229488A - ロータリ圧縮機 - Google Patents
ロータリ圧縮機Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01C21/08—Rotary pistons
- F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
- F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/0856—Sulfides
- F05C2203/086—Sulfides of molybdenum
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- F05C2251/10—Hardness
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 ロータリ圧縮機において、ローラとベーンの
接触部における異常な摩耗を防止する。 【構成】 回転軸２６は偏心したクランク部２８を有
し、ローラ３８をシリンダ３２内で偏心回転させる。ベ
ーン１４０はシリンダ３２に設けた溝内を摺動し、ロー
ラ３８の外周面に接触して圧力室を形成する。ベーンが
往復動を開始する位置にあるときのローラ３８の回転角
を０度とすると、ローラの回転角が９０度と２７０度の
付近でローラ３８に対するベーン１４０の押付力が極大
となる。この際にローラに接触するベーン１４０の接触
面１４０ｂを曲率の小さな面又は平坦面に形成するとと
もに、ローラ材よりも弾性係数が低く、しかも自己潤滑
性の高い材料をベーン材として用いる。 【効果】 ベーンとローラの接触部におけるヘルツ応力
を低減でき、ローラ外径の異常な摩耗を防止できる。
接触部における異常な摩耗を防止する。 【構成】 回転軸２６は偏心したクランク部２８を有
し、ローラ３８をシリンダ３２内で偏心回転させる。ベ
ーン１４０はシリンダ３２に設けた溝内を摺動し、ロー
ラ３８の外周面に接触して圧力室を形成する。ベーンが
往復動を開始する位置にあるときのローラ３８の回転角
を０度とすると、ローラの回転角が９０度と２７０度の
付近でローラ３８に対するベーン１４０の押付力が極大
となる。この際にローラに接触するベーン１４０の接触
面１４０ｂを曲率の小さな面又は平坦面に形成するとと
もに、ローラ材よりも弾性係数が低く、しかも自己潤滑
性の高い材料をベーン材として用いる。 【効果】 ベーンとローラの接触部におけるヘルツ応力
を低減でき、ローラ外径の異常な摩耗を防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷凍空調装置等に用い
られるロータリ圧縮機において、特にローラとベーンの
異常な摩耗を防止し、信頼性の高いロータリ圧縮機を提
供するに好適な、ローラとベーンの構成に関するもので
ある。
られるロータリ圧縮機において、特にローラとベーンの
異常な摩耗を防止し、信頼性の高いロータリ圧縮機を提
供するに好適な、ローラとベーンの構成に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図４及び図５は本発明を適用するロータ
リ圧縮機の断面構造を示すもので、全体を符号１で示す
ロータリ圧縮機は、円筒状の密閉容器１０と、密閉容器
１０内に収容された電動機２０及び圧縮装置３０を備え
る。電動機２０は、密閉容器１０の内壁部に固定された
ステータ２２とアーマチュア２４を有し、アーマチュア
２４の中心にとりつけられた回転軸２６は、圧縮装置３
０の圧縮室のサイドパネルとして機能する２枚のプレー
ト３４，３６に回転自在に軸支される。回転軸２６の一
部には偏心して設けられるクランク部２８が形成され
る。２枚のプレート３４，３６の内部には、シリンダ部
材３２が配設される。このシリンダ部材３２は、回転軸
２６の軸線と同一の軸線を有する。このシリンダ３２の
周壁部には、冷媒の吸入口２３と吐出口３５が設けてあ
る。
リ圧縮機の断面構造を示すもので、全体を符号１で示す
ロータリ圧縮機は、円筒状の密閉容器１０と、密閉容器
１０内に収容された電動機２０及び圧縮装置３０を備え
る。電動機２０は、密閉容器１０の内壁部に固定された
ステータ２２とアーマチュア２４を有し、アーマチュア
２４の中心にとりつけられた回転軸２６は、圧縮装置３
０の圧縮室のサイドパネルとして機能する２枚のプレー
ト３４，３６に回転自在に軸支される。回転軸２６の一
部には偏心して設けられるクランク部２８が形成され
る。２枚のプレート３４，３６の内部には、シリンダ部
材３２が配設される。このシリンダ部材３２は、回転軸
２６の軸線と同一の軸線を有する。このシリンダ３２の
周壁部には、冷媒の吸入口２３と吐出口３５が設けてあ
る。
【０００３】シリンダ３２内にはリング状のローラ３８
が装備され、このローラ３８は、その内周面３８ｂがク
ランク部２８の外周面２８ａに接触し、ローラの外周面
３８ａはシリンダ３２の内周面３２ｂに接触する。シリ
ンダ３２には、ベーン４０が摺動自在に設けられ、ベー
ン４０の先端はローラ３８の外周面３８ａに接触する。
ベーン４０をローラ３８に向けて付勢し、またベーン４
０の背面に圧縮された冷媒を導入することによりベーン
先端とローラ３８とのシールを確実にする。このベーン
４０と、ローラ３８と、シリンダ３２と、プレート３
４，３６に囲まれて圧縮室５０が形成される。
が装備され、このローラ３８は、その内周面３８ｂがク
ランク部２８の外周面２８ａに接触し、ローラの外周面
３８ａはシリンダ３２の内周面３２ｂに接触する。シリ
ンダ３２には、ベーン４０が摺動自在に設けられ、ベー
ン４０の先端はローラ３８の外周面３８ａに接触する。
ベーン４０をローラ３８に向けて付勢し、またベーン４
０の背面に圧縮された冷媒を導入することによりベーン
先端とローラ３８とのシールを確実にする。このベーン
４０と、ローラ３８と、シリンダ３２と、プレート３
４，３６に囲まれて圧縮室５０が形成される。
【０００４】そこで、回転軸２８が図５で時計廻り方向
に回転すると、ローラ３８もシリンダ３２内で偏心回転
し、吸入口２３から吸込まれた。冷媒ガスは圧縮され、
吐出口３５から吐出される。この吸込み−圧縮−吐出行
程において、ローラ３８とベーン４０の接触部に、押付
力Ｆｖが発生する。また、回転軸２６とローラ３８は、
一般的には、遊合になっているため、各部の荷重、摩擦
力および回転軸２６の駆動力のバランスにより、ローラ
３８とベーン４０の相対すべり速度ｖも変化する。これ
らの押付力Ｆｖおよび相対すべり速度ｖの回転軸２６の
一回転中の変化を図６に示す。
に回転すると、ローラ３８もシリンダ３２内で偏心回転
し、吸入口２３から吸込まれた。冷媒ガスは圧縮され、
吐出口３５から吐出される。この吸込み−圧縮−吐出行
程において、ローラ３８とベーン４０の接触部に、押付
力Ｆｖが発生する。また、回転軸２６とローラ３８は、
一般的には、遊合になっているため、各部の荷重、摩擦
力および回転軸２６の駆動力のバランスにより、ローラ
３８とベーン４０の相対すべり速度ｖも変化する。これ
らの押付力Ｆｖおよび相対すべり速度ｖの回転軸２６の
一回転中の変化を図６に示す。
【０００５】図６に示すように、ベーン４０の押付力
は、同ベーン４０の往復動方向を基準とした回転軸２６
の回転角９０度および２７０度近傍で極大値が現われ
る。また、ローラ３８とベーン４０の相対すべり速度
は、回転軸２８が一回転する間にその方向と大きさが変
化するため、ローラ３８とベーン４０の接触部において
は、油膜形成が困難な状態となっている。
は、同ベーン４０の往復動方向を基準とした回転軸２６
の回転角９０度および２７０度近傍で極大値が現われ
る。また、ローラ３８とベーン４０の相対すべり速度
は、回転軸２８が一回転する間にその方向と大きさが変
化するため、ローラ３８とベーン４０の接触部において
は、油膜形成が困難な状態となっている。
【０００６】図７は、ローラ３８とベーン４０の接触部
の詳細を示すもので、従来は、このベーン４０の先端の
ローラ３８の外周面３８ａとの接触面４０ａを曲率半径
Ｒｖを有する円弧状に形成していた。この曲率半径Ｒｖ
は、ベーン４０の幅寸法ｔとほぼ等しい価を有し、ロー
ラ３８の半径寸法に対して１／１０〜１／３程度のもの
であった。そして、ローラ３８の材料として、鋳鉄ある
いは合金鋳鉄に焼き入れを施したもの、ベーン４０の材
料にはステンレス鋼あるいは工具鋼またはそれらに窒化
処理等の表面処理を施したものが主に用いられ、特にベ
ーン材に高い硬度と靱性を持たせるのが一般的であっ
た。
の詳細を示すもので、従来は、このベーン４０の先端の
ローラ３８の外周面３８ａとの接触面４０ａを曲率半径
Ｒｖを有する円弧状に形成していた。この曲率半径Ｒｖ
は、ベーン４０の幅寸法ｔとほぼ等しい価を有し、ロー
ラ３８の半径寸法に対して１／１０〜１／３程度のもの
であった。そして、ローラ３８の材料として、鋳鉄ある
いは合金鋳鉄に焼き入れを施したもの、ベーン４０の材
料にはステンレス鋼あるいは工具鋼またはそれらに窒化
処理等の表面処理を施したものが主に用いられ、特にベ
ーン材に高い硬度と靱性を持たせるのが一般的であっ
た。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ローラ３８とベーン４
０の接触状態は、図８に示すように、異なる曲率を有す
る円筒同志の接触問題に置き換えることができるが、こ
のような状態では、ベーン４０の押付力Ｆｖにより、ロ
ーラ３８とベーン４０の接触部に、次式で表わされるヘ
ルツ応力すなわち接触応力σが発生する。 σ2 ＝ ｛（Ｆｖ／Ｌ）・（Ｅ’／２πＲ）｝ ・・・・・・（１） １／Ｅ’＝ （１／２）・｛（１−νｒ2）／Ｅｒ＋（１−νｖ2）／Ｅｖ｝ ・・・・・・（２） １／Ｒ ＝ １／Ｒｒ ＋ １／Ｒｖ ・・・・・・（３） ここで、 Ｒｒ：ローラ半径、Ｒｖ：ベーン先端半径、Ｌ：接触長
さ、Ｅｒ：ローラ弾性係数、Ｅｖ：ベーン弾性係数、ν
ｒ：ローラポアソン比、νｖ：ベーンポアソン比、
Ｅ’：等価弾性係数。
０の接触状態は、図８に示すように、異なる曲率を有す
る円筒同志の接触問題に置き換えることができるが、こ
のような状態では、ベーン４０の押付力Ｆｖにより、ロ
ーラ３８とベーン４０の接触部に、次式で表わされるヘ
ルツ応力すなわち接触応力σが発生する。 σ2 ＝ ｛（Ｆｖ／Ｌ）・（Ｅ’／２πＲ）｝ ・・・・・・（１） １／Ｅ’＝ （１／２）・｛（１−νｒ2）／Ｅｒ＋（１−νｖ2）／Ｅｖ｝ ・・・・・・（２） １／Ｒ ＝ １／Ｒｒ ＋ １／Ｒｖ ・・・・・・（３） ここで、 Ｒｒ：ローラ半径、Ｒｖ：ベーン先端半径、Ｌ：接触長
さ、Ｅｒ：ローラ弾性係数、Ｅｖ：ベーン弾性係数、ν
ｒ：ローラポアソン比、νｖ：ベーンポアソン比、
Ｅ’：等価弾性係数。
【０００８】上記の接触応力σは、実際のローラ３８と
ベーン４０の間では、回転軸２６の一回転中のベーン押
付力Ｆｖの変化に伴って変動するが、このベーン押付力
Ｆｖがある水準を越えると、ローラ３８とベーン４０の
相対すべり速度が０となり、ローラ３８の外径の一箇所
において、ヘルツ応力が集中し、繰返し応力を受けるこ
とになる。一般に、金属材料の疲労破壊は、図９に示す
いわゆるＳ−Ｎ曲線に見られるように、応力値がある水
準を越えると、応力の増加に伴い、疲労破壊に到るまで
の応力繰返し回数が減少していく傾向が見られる。しか
しながら、ロータリ圧縮機における、ローラ３８とベー
ン４０の接触部においては、従来の構成において、上記
の問題に対して積極的な対応がとられておらず、ロータ
リ圧縮機を用いたシステムが、過酷な環境下におかれた
場合、下記のように推定されるメカニズムにより、ロー
ラ３８とベーン４０間に異常な摩耗が発生し、以下のよ
うな現象により、冷却力不足が起こる可能性がある。冷
却システム周囲温度上昇→吐出圧力上昇→ベーン押付力
増加→ローラ／ベーンすべり速度０→繰返しヘルツ応力
集中→ローラ外径局部摩耗発生→ローラ外径アブレッシ
ブ摩耗→冷却力低下。
ベーン４０の間では、回転軸２６の一回転中のベーン押
付力Ｆｖの変化に伴って変動するが、このベーン押付力
Ｆｖがある水準を越えると、ローラ３８とベーン４０の
相対すべり速度が０となり、ローラ３８の外径の一箇所
において、ヘルツ応力が集中し、繰返し応力を受けるこ
とになる。一般に、金属材料の疲労破壊は、図９に示す
いわゆるＳ−Ｎ曲線に見られるように、応力値がある水
準を越えると、応力の増加に伴い、疲労破壊に到るまで
の応力繰返し回数が減少していく傾向が見られる。しか
しながら、ロータリ圧縮機における、ローラ３８とベー
ン４０の接触部においては、従来の構成において、上記
の問題に対して積極的な対応がとられておらず、ロータ
リ圧縮機を用いたシステムが、過酷な環境下におかれた
場合、下記のように推定されるメカニズムにより、ロー
ラ３８とベーン４０間に異常な摩耗が発生し、以下のよ
うな現象により、冷却力不足が起こる可能性がある。冷
却システム周囲温度上昇→吐出圧力上昇→ベーン押付力
増加→ローラ／ベーンすべり速度０→繰返しヘルツ応力
集中→ローラ外径局部摩耗発生→ローラ外径アブレッシ
ブ摩耗→冷却力低下。
【０００９】例えば、実開平１−１５８５８９号公報
は、ベーン先端に発生するヘルツ応力を減少させるため
に、ベーン先端を複数の曲率をもつ面で構成することを
開示している。また、特開平５−３０６６９３号公報
は、高圧室の圧力が最大となるローラの回転角におい
て、ベーンの先端がローラと面接触をするベーンの形状
を開示している。さらに、ローラの材料に対してベーン
の硬度を低くするものは、特開平４−３１４９８８号公
報に開示されている。本発明は、ロータリ圧縮機のロー
ラとベーンとの運動を解析することによって、従来提案
された個々の要素を総合することにより、耐久性の高い
ロータリ圧縮機を提供するものである。
は、ベーン先端に発生するヘルツ応力を減少させるため
に、ベーン先端を複数の曲率をもつ面で構成することを
開示している。また、特開平５−３０６６９３号公報
は、高圧室の圧力が最大となるローラの回転角におい
て、ベーンの先端がローラと面接触をするベーンの形状
を開示している。さらに、ローラの材料に対してベーン
の硬度を低くするものは、特開平４−３１４９８８号公
報に開示されている。本発明は、ロータリ圧縮機のロー
ラとベーンとの運動を解析することによって、従来提案
された個々の要素を総合することにより、耐久性の高い
ロータリ圧縮機を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
には、次の事項に配慮する必要がある。 １．前出（１）式におけるヘルツ応力を同一のベーン押
付力に対して極力小さくするようローラあるいはベーン
の形状、材料特性を選択すること。 ２．ローラとベーンの接触部に異常な応力集中が発生し
た場合、ベーン側を主に摩耗させることにより、冷却力
の低下を緩和するとともに、発生した摩耗粉がシステム
に悪影響を与えないよう、ローラとベーンの材質、硬度
差を適切に選択すること。
には、次の事項に配慮する必要がある。 １．前出（１）式におけるヘルツ応力を同一のベーン押
付力に対して極力小さくするようローラあるいはベーン
の形状、材料特性を選択すること。 ２．ローラとベーンの接触部に異常な応力集中が発生し
た場合、ベーン側を主に摩耗させることにより、冷却力
の低下を緩和するとともに、発生した摩耗粉がシステム
に悪影響を与えないよう、ローラとベーンの材質、硬度
差を適切に選択すること。
【００１１】上記の事項を考慮し、本発明においては、
特にベーンの形状、材質について、次の手段を備えるも
のである。 ａ．ローラとベーンの接触部において、特に押付力の極
大値の現われるローラとベーンの接触位置近傍のベーン
先端に少なくともローラの半径よりも大となる曲面ある
いは平坦面（曲率０＝半径∞）を設けた。 ｂ．ローラとベーンの材料特性において、ローラ材の弾
性係数よりもベーン材の弾性係数が低くなるように材質
を選定する。 ｃ．ローラとベーンの硬度差において、ベーン材の硬度
がローラ材の硬度よりも低くなるように材質を選定す
る。 ｄ．ベーンの材質選定において、ベーン材を非金属の均
一組成を持つ摺動材料とする。あるいは、同材料に固体
潤滑剤を添加する。
特にベーンの形状、材質について、次の手段を備えるも
のである。 ａ．ローラとベーンの接触部において、特に押付力の極
大値の現われるローラとベーンの接触位置近傍のベーン
先端に少なくともローラの半径よりも大となる曲面ある
いは平坦面（曲率０＝半径∞）を設けた。 ｂ．ローラとベーンの材料特性において、ローラ材の弾
性係数よりもベーン材の弾性係数が低くなるように材質
を選定する。 ｃ．ローラとベーンの硬度差において、ベーン材の硬度
がローラ材の硬度よりも低くなるように材質を選定す
る。 ｄ．ベーンの材質選定において、ベーン材を非金属の均
一組成を持つ摺動材料とする。あるいは、同材料に固体
潤滑剤を添加する。
【００１２】
【作用】上記構成により、下記の作用が可能となる。前
出の式（１）によれば、ベーン押付力を同等とした場合
に、接触応力を緩和する手段として、等価半径Ｒを大き
くするか、等価弾性係数Ｅ’を小さくすることが効果的
である。等価半径Ｒを大きくするためには、ローラの半
径Ｒｒか、ベーンの先端半径Ｒｖのいずれかを大きくす
る方法が考えられるが、ローラの半径は、圧縮機に必要
な冷凍能力とシリンダの大きさによりその大きさが規定
されるため、ベーン先端の半径Ｒｖを変更する方が好ま
しい。例えば、従来のローラとベーン先端の半径がＲ
ｒ：Ｒｖ＝５：１程度のものを、５：５（＝１：１）と
し、他の材料特性は変わらないとして、式（１）（２）
を用いて計算すると、接触応力の大きさは約４０％減少
する。さらにベーンの接触部に平坦面を設けると、半径
比率は５：∞となり、接触応力は約６０％減少する。
出の式（１）によれば、ベーン押付力を同等とした場合
に、接触応力を緩和する手段として、等価半径Ｒを大き
くするか、等価弾性係数Ｅ’を小さくすることが効果的
である。等価半径Ｒを大きくするためには、ローラの半
径Ｒｒか、ベーンの先端半径Ｒｖのいずれかを大きくす
る方法が考えられるが、ローラの半径は、圧縮機に必要
な冷凍能力とシリンダの大きさによりその大きさが規定
されるため、ベーン先端の半径Ｒｖを変更する方が好ま
しい。例えば、従来のローラとベーン先端の半径がＲ
ｒ：Ｒｖ＝５：１程度のものを、５：５（＝１：１）と
し、他の材料特性は変わらないとして、式（１）（２）
を用いて計算すると、接触応力の大きさは約４０％減少
する。さらにベーンの接触部に平坦面を設けると、半径
比率は５：∞となり、接触応力は約６０％減少する。
【００１３】次に、等価弾性係数Ｅ’を小さくする手段
としては、式（２）において、ローラあるいはベーンの
弾性係数Ｅｒ、Ｅｖのいずれかを小さくする方法があ
る。例えば、従来の材料の組合せにおける代表的な値と
して、Ｅｒ：Ｅｖ＝３：５程度のものを、３：１程度に
することにより、接触応力は、やはり約４０％減少す
る。上記作用により、ローラとベーンの接触応力の低減
が可能となるが、ベーンの硬度をローラの硬度より低く
することにより、応力集中が起こった場合でも、主にベ
ーン側の摩耗を相対的に大きくすることで、冷却力の低
下を防ぐことができる。さらに、ベーン材料として、自
己潤滑性の高い均一組成の材料を用いることにより、摩
耗粉によるローラ表面への攻撃性を無くすことができ、
アブレッシブ摩耗への移行を阻止することが可能であ
る。勿論、ベーン材料に固体潤滑剤を添加する等の方法
で、ベーンの摩耗量を極力押える方法も適切である。
としては、式（２）において、ローラあるいはベーンの
弾性係数Ｅｒ、Ｅｖのいずれかを小さくする方法があ
る。例えば、従来の材料の組合せにおける代表的な値と
して、Ｅｒ：Ｅｖ＝３：５程度のものを、３：１程度に
することにより、接触応力は、やはり約４０％減少す
る。上記作用により、ローラとベーンの接触応力の低減
が可能となるが、ベーンの硬度をローラの硬度より低く
することにより、応力集中が起こった場合でも、主にベ
ーン側の摩耗を相対的に大きくすることで、冷却力の低
下を防ぐことができる。さらに、ベーン材料として、自
己潤滑性の高い均一組成の材料を用いることにより、摩
耗粉によるローラ表面への攻撃性を無くすことができ、
アブレッシブ摩耗への移行を阻止することが可能であ
る。勿論、ベーン材料に固体潤滑剤を添加する等の方法
で、ベーンの摩耗量を極力押える方法も適切である。
【００１４】
【実施例】図１のロータリ圧縮機は、図７で示したもの
と同様に、回転軸２６のクランク部２８の外周部に設け
られるローラ３８の外周面３８ａは、半径寸法Ｒｖを有
し、ローラ３８の外周面３８ａに接触するベーン１４０
は幅寸法Ａを有する。回転軸２６の中心Ｏに対するリン
グ３８の中心Ｏｒまでの偏心量をｅとし、回転軸２６の
中心Ｏとローラ３８の中心Ｏｒとを結ぶ線がベーン１４
０の中心と一致する回転軸２６の角度を０度としたとき
に、回転軸が９０度と２７０度のときのローラ３８とベ
ーン１４０の相対位置は図に示すようになる。
と同様に、回転軸２６のクランク部２８の外周部に設け
られるローラ３８の外周面３８ａは、半径寸法Ｒｖを有
し、ローラ３８の外周面３８ａに接触するベーン１４０
は幅寸法Ａを有する。回転軸２６の中心Ｏに対するリン
グ３８の中心Ｏｒまでの偏心量をｅとし、回転軸２６の
中心Ｏとローラ３８の中心Ｏｒとを結ぶ線がベーン１４
０の中心と一致する回転軸２６の角度を０度としたとき
に、回転軸が９０度と２７０度のときのローラ３８とベ
ーン１４０の相対位置は図に示すようになる。
【００１５】ベーン１４０の先端部の形状は、（Ａ）部
に拡大して示されている。ベーン１４０の先端の中央部
１４０ａはベーン１４０の幅寸法ｔの中心線上の点Ｃ1
を中心として半径Ｒｖを有する円弧部に形成されてい
る。この円弧面である第１の接触面１４０ａの曲率半径
Ｒｖは、ローラ３８の半径Ｒｖに対して約１／５の寸法
が選択される。第１の接触面１４０ａは、中心Ｃ1を中
心として角度αの部分に形成され、それよりも外側の第
２の接触面１４０ｂはローラの外周面３８ａの曲率（１
／Ｒｒ）よりも小さな曲率に形成される。この第２の接
触面１４０ｂの曲率はゼロであってもよい。この第２の
面１４０ｂは、回転軸２６の回転角で約６０度から１２
０度の区間と、２４０度から３００度の区間でローラ３
８の外周面３８ａに接触する領域に設けられる。
に拡大して示されている。ベーン１４０の先端の中央部
１４０ａはベーン１４０の幅寸法ｔの中心線上の点Ｃ1
を中心として半径Ｒｖを有する円弧部に形成されてい
る。この円弧面である第１の接触面１４０ａの曲率半径
Ｒｖは、ローラ３８の半径Ｒｖに対して約１／５の寸法
が選択される。第１の接触面１４０ａは、中心Ｃ1を中
心として角度αの部分に形成され、それよりも外側の第
２の接触面１４０ｂはローラの外周面３８ａの曲率（１
／Ｒｒ）よりも小さな曲率に形成される。この第２の接
触面１４０ｂの曲率はゼロであってもよい。この第２の
面１４０ｂは、回転軸２６の回転角で約６０度から１２
０度の区間と、２４０度から３００度の区間でローラ３
８の外周面３８ａに接触する領域に設けられる。
【００１６】すなわち、ベーン１４０の中心線ＣＬに垂
直な面に対する平坦面である第２の面１４０ｂがなす角
度をβ、ベーン先端曲面部の半径をＲｖ、ローラの半径
をＲｒ、ベーン先端半径Ｒｖの中心位置をｅｖ、ローラ
の中心位置をｅとしたとき、 ｓｉｎβ ≦ （ｅ＋ｅｖ）／（Ｒｒ＋Ｒｖ） の関係があれば、少なくともベーン往復動方向を基準と
した回転軸の回転角度９０度付近および２７０度付近で
ローラとベーンの平坦部が接触することができる。
直な面に対する平坦面である第２の面１４０ｂがなす角
度をβ、ベーン先端曲面部の半径をＲｖ、ローラの半径
をＲｒ、ベーン先端半径Ｒｖの中心位置をｅｖ、ローラ
の中心位置をｅとしたとき、 ｓｉｎβ ≦ （ｅ＋ｅｖ）／（Ｒｒ＋Ｒｖ） の関係があれば、少なくともベーン往復動方向を基準と
した回転軸の回転角度９０度付近および２７０度付近で
ローラとベーンの平坦部が接触することができる。
【００１７】次に、等価弾性係数Ｅ’を小さくする手段
としては、式（２）において、ローラあるいはベーンの
弾性係数Ｅｒ、Ｅｖのいずれかを小さくする方法があ
る。例えば、従来の材料の組合せにおける代表的な値と
して、Ｅｒ：Ｅｖ＝３：５程度のものを、３：１程度に
することにより、接触応力は、やはり約４０％減少す
る。
としては、式（２）において、ローラあるいはベーンの
弾性係数Ｅｒ、Ｅｖのいずれかを小さくする方法があ
る。例えば、従来の材料の組合せにおける代表的な値と
して、Ｅｒ：Ｅｖ＝３：５程度のものを、３：１程度に
することにより、接触応力は、やはり約４０％減少す
る。
【００１８】上記作用により、ローラとベーンの接触応
力の低減が可能となるが、ベーンの硬度をローラの硬度
より低くすることにより、応力集中が起こった場合で
も、主にベーン側の摩耗を相対的に大きくすることで、
冷却力の低下を防ぐことができる。さらに、ベーン材料
として、自己潤滑性の高い均一組成の材料を用いること
により、摩耗粉によるローラ表面への攻撃性を無くすこ
とができ、アブレッシブ摩耗への移行を阻止することが
可能である。勿論、ベーン材料に固体潤滑剤を添加する
等の方法で、ベーンの摩耗量を極力押える方法も適切で
ある。固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデンが
用いられる。
力の低減が可能となるが、ベーンの硬度をローラの硬度
より低くすることにより、応力集中が起こった場合で
も、主にベーン側の摩耗を相対的に大きくすることで、
冷却力の低下を防ぐことができる。さらに、ベーン材料
として、自己潤滑性の高い均一組成の材料を用いること
により、摩耗粉によるローラ表面への攻撃性を無くすこ
とができ、アブレッシブ摩耗への移行を阻止することが
可能である。勿論、ベーン材料に固体潤滑剤を添加する
等の方法で、ベーンの摩耗量を極力押える方法も適切で
ある。固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデンが
用いられる。
【００１９】従来と同一材料を用いても、一回転中の約
３割の区間で接触部のヘルツ応力を従来に対し６０％低
減することができる、さらに、本実施例において、ロー
ラ材を従来と同等の鋳鉄とし、ベーン材を従来用いられ
ている工具鋼からアルミ溶浸カーボン材料とすること
で、ローラ材とベーン材の弾性係数の比率をＥｒ：Ｅｖ
＝３：５から３：１程度にすることができるので、さら
にヘルツ応力が約４０％低減でき、結果的にヘルツ応力
は約７０％低減することができる。
３割の区間で接触部のヘルツ応力を従来に対し６０％低
減することができる、さらに、本実施例において、ロー
ラ材を従来と同等の鋳鉄とし、ベーン材を従来用いられ
ている工具鋼からアルミ溶浸カーボン材料とすること
で、ローラ材とベーン材の弾性係数の比率をＥｒ：Ｅｖ
＝３：５から３：１程度にすることができるので、さら
にヘルツ応力が約４０％低減でき、結果的にヘルツ応力
は約７０％低減することができる。
【００２０】図２は本発明の他の実施例を示す。本実施
例のロータリ圧縮機にあっても、回転軸２６の回転中心
とベーン２４０の中心線ＣＬとは一線上になるように配
線される。ベーン２４０の先端部に形成されるローラ３
８の外周面３８ａとの接触面は、第１の接触面２４０ａ
と第２の接触面２４０ｂを有する。第１の接触面２４０
ａは半径Ｒｖの円弧面として形成されるが、その中心点
Ｃ1はベーン２４０の中心線ＣＬから距離ｅｖだけ偏心
した位置に設定される。第１の接触面２４０ａの曲率半
径Ｒｖはローラ３８の外周面３８ａの半径Ｒｖの１／５
程度に設定される。
例のロータリ圧縮機にあっても、回転軸２６の回転中心
とベーン２４０の中心線ＣＬとは一線上になるように配
線される。ベーン２４０の先端部に形成されるローラ３
８の外周面３８ａとの接触面は、第１の接触面２４０ａ
と第２の接触面２４０ｂを有する。第１の接触面２４０
ａは半径Ｒｖの円弧面として形成されるが、その中心点
Ｃ1はベーン２４０の中心線ＣＬから距離ｅｖだけ偏心
した位置に設定される。第１の接触面２４０ａの曲率半
径Ｒｖはローラ３８の外周面３８ａの半径Ｒｖの１／５
程度に設定される。
【００２１】第２の接触面２４０ｂは、ローラの外周面
３８ａの半径Ｒｖより大きな半径をもつ円弧面で形成さ
れるか、または平坦面として形成される。第１の接触面
２４０ａの中心Ｃ1は、ベーン２４０の中心線ＣＬに対
して、ローラ３８の中心Ｏｒの回転角が９０度となる方
向に偏心させてある。回転角で約２５０度から２９０度
の区間のベーン押付力が極大値に到達する付近でローラ
３８の外周面３８ａがベーン２４０ａの平坦面２４０ａ
と接触する関係となっており、同区間において、形状効
果のみで、やはり約６０％のヘルツ応力の低減ができ、
さらに上記カーボン材料を用いることで、全体で約７０
％のヘルツ応力の低減が達成できる。
３８ａの半径Ｒｖより大きな半径をもつ円弧面で形成さ
れるか、または平坦面として形成される。第１の接触面
２４０ａの中心Ｃ1は、ベーン２４０の中心線ＣＬに対
して、ローラ３８の中心Ｏｒの回転角が９０度となる方
向に偏心させてある。回転角で約２５０度から２９０度
の区間のベーン押付力が極大値に到達する付近でローラ
３８の外周面３８ａがベーン２４０ａの平坦面２４０ａ
と接触する関係となっており、同区間において、形状効
果のみで、やはり約６０％のヘルツ応力の低減ができ、
さらに上記カーボン材料を用いることで、全体で約７０
％のヘルツ応力の低減が達成できる。
【００２２】図３は、本発明の他の実施例を示すもの
で、ベーン３３３の先端曲面部の半径中心の偏心を図２
のものとは逆方向にしたものである。本実施例のロータ
リ圧縮機にあっても、回転軸２６の回転中心とベーン３
４０の中心線ＣＬとは一線上になるように配線される。
ベーン３４０の先端部に形成されるローラ３８の外周面
３８ａとの接触面は、第１の接触面３４０ａと第２の接
触面３４０ｂを有する。
で、ベーン３３３の先端曲面部の半径中心の偏心を図２
のものとは逆方向にしたものである。本実施例のロータ
リ圧縮機にあっても、回転軸２６の回転中心とベーン３
４０の中心線ＣＬとは一線上になるように配線される。
ベーン３４０の先端部に形成されるローラ３８の外周面
３８ａとの接触面は、第１の接触面３４０ａと第２の接
触面３４０ｂを有する。
【００２３】第１の接触面３４０ａは半径Ｒｖの円弧面
として形成されるが、その中心点Ｃ1はベーン３４０の
中心線ＣＬから距離ｅｖだけ偏心した位置に設定され
る。第１の接触面３４０ａの曲率半径Ｒｖはローラ３８
の外周面３８ａの半径Ｒｖの１／５程度に設定される。
第２の接触面３４０ｂは、ローラの外周面３８ａの半径
Ｒｖより大きな半径をもつ円弧面で形成されるか、また
は平坦面として形成される。第１の接触面３４０ａの中
心Ｃ1は、ベーン３４０の中心線ＣＬに対して、ローラ
３８の中心Ｏｒの回転角が９０度となる方向に偏心させ
てある。ローラ３２外径とベーン平坦部３３３ａの接触
範囲は、回転角で約７０度から１１０度の区間でやはり
ベーン押付力が極大値に到達する付近となっており、ヘ
ルツ応力の低減効果も図２の実施例と同等である。
として形成されるが、その中心点Ｃ1はベーン３４０の
中心線ＣＬから距離ｅｖだけ偏心した位置に設定され
る。第１の接触面３４０ａの曲率半径Ｒｖはローラ３８
の外周面３８ａの半径Ｒｖの１／５程度に設定される。
第２の接触面３４０ｂは、ローラの外周面３８ａの半径
Ｒｖより大きな半径をもつ円弧面で形成されるか、また
は平坦面として形成される。第１の接触面３４０ａの中
心Ｃ1は、ベーン３４０の中心線ＣＬに対して、ローラ
３８の中心Ｏｒの回転角が９０度となる方向に偏心させ
てある。ローラ３２外径とベーン平坦部３３３ａの接触
範囲は、回転角で約７０度から１１０度の区間でやはり
ベーン押付力が極大値に到達する付近となっており、ヘ
ルツ応力の低減効果も図２の実施例と同等である。
【００２４】
【発明の効果】本発明は以上のように、ロータリ圧縮機
におけるロータとベーンとの運動を解析し、ベーンの摩
耗や損傷の原因となる要因の定量化を図ったものであ
る。そして、この定量化に基づいて、ベーン先端の形状
を特定し、さらに、ベーンとロータの材質を特定するこ
とで信頼性の高いロータリ圧縮機を得るものである。
におけるロータとベーンとの運動を解析し、ベーンの摩
耗や損傷の原因となる要因の定量化を図ったものであ
る。そして、この定量化に基づいて、ベーン先端の形状
を特定し、さらに、ベーンとロータの材質を特定するこ
とで信頼性の高いロータリ圧縮機を得るものである。
【図１】本発明の一実施例のローラとベーンの接触状態
を示す略図。
を示す略図。
【図２】本発明の一実施例のローラとベーンの接触状態
を示す略図。
を示す略図。
【図３】本発明の一実施例のローラとベーンの接触状態
を示す略図。
を示す略図。
【図４】ロータリ圧縮機の縦断を示す略図。
【図５】ロータリ圧縮機の圧縮要素を示す略図。
【図６】回転軸の回転に伴うベーンの押付力およびロー
ラとベーンの相対すべり速度の変化を示す略図。
ラとベーンの相対すべり速度の変化を示す略図。
【図７】従来技術におけるローラとベーンの接触状態を
示す略図。
示す略図。
【図８】ローラとベーンをモデル化した円筒同志の接触
状態を示す略図。
状態を示す略図。
【図９】金属材料のＳ−Ｎ曲線の概念図。
１ ロータリ圧縮機 １０ 密閉容器 ２０ 電動機 ２６ シリンダ ２８ クランク部 ３０ 圧縮要素 ３２ シリンダ ３８ ローラ ４０，１４０，２４０，３４０ ベーン １４０ａ，２４０ａ，３４０ａ 第１の接触面 １４０ｂ，２４０ｂ，３４０ｂ 第２の接触面 Ｏ 回転軸中心 Ｏｒ ローラ中心 ｅ 回転軸中心とローラ中心の偏心量
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中島 昌一 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 矢沢 秀樹 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者 畠 裕章 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者 飯塚 董 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者 関上 和夫 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部内 (72)発明者 佐藤 耕一 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社日立製作所リビング機器事業部内
Claims (9)
- 【請求項１】 吸入口と吐出口を有するシリンダと、シ
リンダの軸線上に配設されるクランク部を有する回転軸
と、クランク部とシリンダの間に配設されて偏心回転す
るローラと、シリンダに設けられる溝内を往復動してロ
ーラの外周面に接触するベーンを有するロータリ圧縮機
において、ベーンがローラに向けて往復動を開始する位
置をローラの回転角の基準としたときに、ローラの回転
角が９０度の近傍と２７０度の近傍のいずれかあるいは
両方にある際のローラに対するベーンの接触面は、その
曲率がローラの曲率以下の値を有することを特徴とする
ロータリ圧縮機。 - 【請求項２】 請求項１記載のロータリ圧縮機におい
て、ローラに対するベーンの接触面は、その曲率が０で
あることを特徴とするロータリ圧縮機。 - 【請求項３】 請求項２記載のロータリ圧縮機におい
て、ベーンの往復動方向に垂直な面とベーン先端の平坦
面すなわち曲率０面のなす角度βが、ローラ半径をＲ
ｒ、ベーン先端局面部の半径をＲｖ、回転軸の回転中心
とローラ中心の偏心量をｅ、ベーンの往復動方向のシリ
ンダ内径中心線に対するベーン先端半径Ｒｖの偏心量を
ｅｖ、ベーン巾をｔとしたとき、次式の関係が成立する
ことを特徴とするロータリ圧縮機。 ｓｉｎβ ≦ （ｅ＋ｅｖ）／（Ｒｒ＋Ｒｖ） - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のロー
タリ圧縮機において、ベーン材料の弾性係数が、ローラ
材料の弾性係数と同等以下であることを特徴とするロー
タリ圧縮機。 - 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載のロー
タリ圧縮機において、ベーンの表面硬度が、ローラの表
面硬度よりも低いことを特徴とするロータリ圧縮機。 - 【請求項６】 請求項５記載のロータリ圧縮機におい
て、ベーン材料が非鉄金属または非金属の均一組成を有
する摺動材料であることを特徴とするロータリ圧縮機。 - 【請求項７】 請求項５記載のロータリ圧縮機におい
て、ベーン材料がアルミ含浸カーボン材料であることを
特徴とするロータリ圧縮機。 - 【請求項８】 請求項６または７記載のロータリ圧縮機
において、ベーン材料に固体潤滑剤が添加されたことを
特徴とするロータリ圧縮機。 - 【請求項９】 請求項８記載のロータリ圧縮機におい
て、固体潤滑剤が二硫化モリブデンであることを特徴と
するロータリ圧縮機。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6021021A JPH07229488A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | ロータリ圧縮機 |
| MYPI95000295A MY111984A (en) | 1994-02-18 | 1995-02-09 | Rotary compressor |
| KR1019950002583A KR0185253B1 (ko) | 1994-02-18 | 1995-02-13 | 회전압축기 |
| US08/390,502 US5494423A (en) | 1994-02-18 | 1995-02-17 | Rotary compressor and blade tip structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6021021A JPH07229488A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | ロータリ圧縮機 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07229488A true JPH07229488A (ja) | 1995-08-29 |
Family
ID=12043386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6021021A Pending JPH07229488A (ja) | 1994-02-18 | 1994-02-18 | ロータリ圧縮機 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5494423A (ja) |
| JP (1) | JPH07229488A (ja) |
| KR (1) | KR0185253B1 (ja) |
| MY (1) | MY111984A (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005140127A (ja) * | 2005-02-22 | 2005-06-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転圧縮機 |
| JP2005163800A (ja) * | 2005-02-22 | 2005-06-23 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転圧縮機 |
| KR100726308B1 (ko) * | 2000-03-15 | 2007-06-08 | 산요덴키가부시키가이샤 | 회전 압축기 |
| KR100785369B1 (ko) * | 2001-02-14 | 2007-12-18 | 산요덴키가부시키가이샤 | 회전압축기 |
| JP2010229866A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Toshiba Carrier Corp | 密閉型回転式圧縮機と冷凍サイクル装置 |
| WO2015129406A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 株式会社富士通ゼネラル | ロータリ圧縮機 |
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|---|---|---|---|---|
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| US9267504B2 (en) | 2010-08-30 | 2016-02-23 | Hicor Technologies, Inc. | Compressor with liquid injection cooling |
| US8794941B2 (en) | 2010-08-30 | 2014-08-05 | Oscomp Systems Inc. | Compressor with liquid injection cooling |
| JP7218195B2 (ja) * | 2019-02-05 | 2023-02-06 | 日立ジョンソンコントロールズ空調株式会社 | ロータリ圧縮機 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1692639A (en) * | 1926-12-11 | 1928-11-20 | Henry L Elsner | Pump |
| JPS60204992A (ja) * | 1984-03-29 | 1985-10-16 | Diesel Kiki Co Ltd | ベ−ン型圧縮機 |
| JPH01158589A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-21 | Tokyo Electric Co Ltd | 券自動発行装置 |
| JP2593709B2 (ja) * | 1989-01-19 | 1997-03-26 | 株式会社リケン | 回転式圧縮機用ベーン |
| JPH03233187A (ja) * | 1990-02-07 | 1991-10-17 | Matsushita Refrig Co Ltd | 冷媒ポンプ |
| JPH04314988A (ja) * | 1991-04-15 | 1992-11-06 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転型圧縮機 |
| JPH05306693A (ja) * | 1992-04-28 | 1993-11-19 | Daikin Ind Ltd | ローリングピストン型圧縮機 |
-
1994
- 1994-02-18 JP JP6021021A patent/JPH07229488A/ja active Pending
-
1995
- 1995-02-09 MY MYPI95000295A patent/MY111984A/en unknown
- 1995-02-13 KR KR1019950002583A patent/KR0185253B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1995-02-17 US US08/390,502 patent/US5494423A/en not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| KR100726308B1 (ko) * | 2000-03-15 | 2007-06-08 | 산요덴키가부시키가이샤 | 회전 압축기 |
| KR100785369B1 (ko) * | 2001-02-14 | 2007-12-18 | 산요덴키가부시키가이샤 | 회전압축기 |
| JP2005140127A (ja) * | 2005-02-22 | 2005-06-02 | Sanyo Electric Co Ltd | 回転圧縮機 |
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| WO2015129406A1 (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-03 | 株式会社富士通ゼネラル | ロータリ圧縮機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR0185253B1 (ko) | 1999-05-01 |
| US5494423A (en) | 1996-02-27 |
| MY111984A (en) | 2001-03-31 |
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