JPS59185888A - ベ−ン形圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は自動車空調用ベーン形圧縮機に係り、特に機械
損失の少ない圧縮機に関する。

〔発明の背景〕

従来、ベーン形圧縮機は第１図及び第２図に示したよう
に、ベーン１がカムリング２の内面から離れないように
ロータ３にほぼ放射状に設けられた複数のベーン溝４を
連通するような円環状の油溝５を設け、ここに、高圧冷
媒から分離した油をスパイラル絞シロで調圧後、導入し
ていた。

ところが、この方法では第３図に示したように円環状油
溝圧力Ｐｂによってベーン先端とカムリング接触点の接
触荷重が大幅に変わシ、この結果機械効率ηヨは第４図
に示したようにＰ　ｂ　／　Ｐ　ａを下げると直線的に
上昇する。ここで、Ｐｄは吐出しガス圧力である。

そこで、損失の少い圧縮機を得るにはＰｂ／Ｐａを下げ
れば良いことがわかる。しかし、Ｐｂ／Ｐ−を下げると
、第３図かられかるようにベーン先端の押しつけ力が負
すなわち、ベーンがカムリングから離れるいわめるチャ
タリング現象が生ずるーチャタリング現象が生ずると、
ベーン先端から後続作動室へ高圧冷媒が流入して再圧縮
動力が増加し、損失動力が増加するばかりでなく吐出し
ガス温度が上昇する。また、チャタリング現象が生ずる
と、騒音が発生し、加えて、ベーンあるいはカムリング
内周面が偏摩耗するなど、圧縮機の耐久性・信頼性を損
なう。そこで、このようなチャタリング現象を生ずるこ
となく実質的にＰ　ｂ　／　Ｐつを下げる方法として、
第５図及び渠６図に示す方策が提案された。この構造は
下プレート７及び凡プレート８にロータ３に設けられた
ベーン溝４の底部をある角度範囲で連通ずるような低圧
ポート９及び高圧ポート１０を設け、低圧ポート９は圧
力が常に低い作動室と溝１１で連通し、また、高圧ボー
ト１０は通孔１２でスパイラル絞９６などの調圧手段を
介して油分離室の底部と連通している。このような構成
とし、第３図からロータ回転角度θＲが０〜１４０°間
ではベーン溝４と低圧ポート９と連通させることによっ
てベーン先端押しつけ力を低下させ、１４０’から１８
０°の範囲ではベーン溝４を高圧ポー）１０と連通させ
、例えばＰｂ／Ｐ、、を０．５程度とすることによって
、チャタリングを防止するようにしたものである。

この方法では低圧ポート９には最大２つのベーン溝４が
共存するが、ベーンが飛び出す行程（０〈θＲ≧９０’
）のうちＯくθＲく７２°の間は低圧ポート９内にベー
ン溝４は１つしか存在しない。

一方、ベーン溝４内周面とベーン１のロータ回転中心側
端面（以下、ベーン背面と称する）とで形成される空間
（以下、ベーン背圧室と称する）の体積は第７図の如く
ロータ回転角θＢに対して変化する。したがって、高速
運転時にはベーン背圧室の体積変化に対して低圧ポート
９からベーン背圧室への潤滑油の供給が追従せず、ベー
ン背圧室体積変化率が最も大きいθＲ−４５°近辺では
ベーン背圧が低下してチャタリングが発生するといった
不具合があった。また、高圧ポート１０内では逆にベー
ン背圧室体積が減少する行程にあるが、このとき１．ベ
ーン背圧室内の油は高圧ボート１０から通孔１２などを
経て油分離室に逆流することになる。しかし、圧縮機回
転速度が早い場合にはこの流路の抵抗が大きくなって、
高圧ポート内圧力は設定値よシ大幅に上昇し、ベーン先
端の摩擦損失が極端に犬となるばかシでなく、カムリン
グ内周面が異常摩耗し、低速運転時にはこの異常摩耗が
原因となって、ベーンの滑らかな運動を阻害し、チャタ
リングが生ずるなどの欠陥があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的はベーン−背圧室の体積の変化に影響され
ることなく、ベーン背圧室圧力をほぼ所定の圧力に保ち
、べ〜ンのチャタリングを生ずることなくベーン先端で
の摩擦損失を低減するための構造を提供することにある
。

−〔発明の概要〕 すなわち、本発明ではロータに設けられた複数のベーン
溝をロータ内部で連通ずることによって実質的にベーン
背圧室体積の変化をなくシ、この背圧室を常に圧力が低
い作動室と連通させ、ベーンがチャタリングを生ずるロ
ータ回転角度範囲でのみ高い背圧を加えるようにしであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図を用いて説明する。第８図。

第９図、第１０図、第１１図は本発明の実施例を示す図
である。まず、ベーン形圧縮機の構造を述べる。ロータ
３はラジアル軸受１３を介して回転自在に支持されたシ
ャフト１５に圧入あるいは焼ばめなどの方法で機械的に
強固に固定されている。

このロータ３にほぼ放射状に設置された複数のベーン溝
４内に滑動可能にベーン１が収納されている。このロー
タ３の外周側にｄロータの回転中心に対して点対称の２
ケ所でロータ外周と僅かの間隙を保って近接するカムリ
ング２と、前記ロータ３、ベー７１及びカムリング２の
軸方向端面を閉鎖するように設置されたフロントプレー
ト７、リヤプレート８と、このフロントプレート７の端
面に設けたフロントカバー１６とシャフト１５に固定さ
れ、機体内外の気密を保つ軸シール１７と、前記各部材
を覆うように設置され、フロントカバ−１６に固定され
たチャンバ１８により構成されている。なお、前記フロ
ントカバー１６には吸気口１９と低圧ガス通路２０が設
けられ、フロントプレート７に設けられた吸気ボート２
０により相隣れる２枚のベーン、ロータ外周面、カムリ
ング内周面、フロントプレート及びリャブＶ　＝）で形
成される作動室２１と同作動室容積が増加する行程での
み連通ずる。また、カムリング２には吐出レポート２２
と同ポートの外側端面にはボートを開閉するり−ド弁タ
イプの弁装置２３が設置されている。

上記のような構成のベーン形圧縮機では冷凍サイクル（
図示せず）から帰還した冷媒はフロントカバー１６の吸
気口１９から機内に流入し、次いでフロントカバー１６
の低圧通路２０、フロントプレート７に設けられた吸気
ポート２０を通って作動室２１に流入する。この作動室
体積はシャフト１５の回転に伴ってＯから最大値まで増
加し、再びＯとなるが、吸気ポート２０は作動室体積が
最大値となるときの後続ベーン位置まで設置されるのが
一般的である。しかし、吸気ガスには慣性があるので、
吸気ポート２０のロータ回転方向端は作動室２１の体積
が最大値を僅かに越える位置まで拡大することにより、
高速回転時の効率を向上させることができる。

更にシャフト１５が回転すると、作動室２１０体積が漸
次減少して０となるが、この間に冷媒は圧縮され、冷凍
サイクルの運転条件によって決まる吐出し圧力Ｐｄとな
ると、カムリング２に設けた吐出し弁２３を押し上げて
チャンバ１８に流出する。チャンバ１８内に流入した冷
媒はりャグレート８に設置された通孔２４から油分離器
２５で油を分離された後チャンバに設けられた吐出し口
（図示せず）から冷凍サイクルへ圧送される。

さて、油分離器で冷媒から分離された油はチャンバ１８
の底部に溜まシ、次いでリヤプレート８に設けられた通
孔２６の絞り手段６に上り適正な圧力に調圧された後、
リヤプレート８のラジアル軸受１３端部油室２７に通孔
２８によシ導かれる。

また、この油は油室２７からは通孔１２にょシリヤプレ
ートのロータ側面側に設けられた高圧ポート１０に導か
れる。ここで、高圧ボートの形状は第９図に示したが、
ボートの内径はベーン溝４の底部の逃げ円２９のロータ
回転中心側包絡線であり、高圧ポート１０の外径は前記
逃げ円２９のロータ外径側包絡線である。また、このボ
ートの周方向設置位置は第３図を参照して例えば高圧ボ
ート以外ではＰｂ／Ｐａ＝Ｏ１２９に設定し、高圧ポー
トにかかる直前のベーン先端押しつけ力Ｆ、を２Ｋｑｆ
にすると、高圧ポートの始点位置はロータ回転角度θ旧
が１４０°であるときのベーン溝底部逃げ円に外接する
位置である。一方、高圧ポートの終点は第３図からＰｂ
　／Ｐａ　＝０．２９とすると、θＲ＝０でＦ　ｔ　＝
　４　Ｋｑｆであるから、計算上はθＲ０が０のときの
ベーン溝底部逃げ円に外接する位置までで良い。しかし
、θＲ＝Ｏのときにはベーンがカムリングから離れない
ものとすると、ベーンのベーン溝方向運動の加速度が最
大となる。

即ち、ベーンには高い背圧をかけなければベーンはカム
リングから離れることになる。壕だ、ベーンが飛び出す
行程ではベーン背圧室の体積増加に対して潤滑油供給に
遅れがあるとベーン背圧が低下し、チャタリングを生ず
る。これを解消するにはＰｂ　／Ｐｄ＝０．２９の場合
にはθＲ０を約３０°　　　　゛程度とする必要がある
。θ８．及びθ３゜の値はそれぞれベーン背圧Ｐｂ及び
Ｐｉによって異なるが、ベーン先端の摩擦損失低減の観
点から、高圧ボート以外でＰｂ／Ｐｄ＝０．２９でＦ　
ｔ　’＝　４　Ｋｇ　ｆとすると、高圧ポートはθＲ１
＝１４０°からθＲ６−３０°とし、この圧力をＰ　ｂ
　／　Ｐシー０．５となるようにすれば良い。

次に、ロータには第８図及び第１０図に示すように、ロ
ータ内部で各ベーン溝４を連通するように環状の逃げ３
０を設けである。この逃げの外径は各ベーン溝底部の逃
げ円２９にかかる視度で良いが、この逃げ部の体積は大
きく取るのが望ましい。その理由は後で述べるように、
５炸のべ一／のベーン背圧室の総和はロータ回転角度θ
Ｒに対して僅かに変動し、これにょるさ−ン背圧の変動
を防止するためである。したがって、前記ロータ内逃げ
３０の外径を小さくして、この逃げとベーン溝底部逃げ
円２９をキリ穴で連通ずるような方法は望ましくない。

これは前記のようなベーン背圧室総体積の変動によるベ
ーン背圧の変動のほかに、１つのベーン背圧室体積の変
動に対して油の流れが生ずるが、この油の変動に際して
の流路抵抗によりベーン背圧の変動が生ずるためである
。

つぎに、逃げ３０の軸方向幅はロータとシャフトの結合
方法即ち結合強度によって決まる値であるが、前述のよ
うに逃げ部３０の体積を大きくとるためには結合強度上
許す限９大きる取るのが良い。

次に、フロントプレート７のロータ当接面には第１１に
示すように低圧ポート９を設置しである。

その半径方向の大きさは第１１図に示したように内径・
外径とも高圧ポートと同じである。また、周方向位置は
原則として、高圧ポート１０の始点及び終点でそれぞれ
外接するベーン溝底部逃げ円２９に高圧ボートとは反対
側で接するようにすれば良い。−また、低圧ポート９は
常に低圧の状態にある作動室と溝９で連通している。尚
本実施例では溝１１はＰｂ　／　Ｐａ　”０．２９とな
る圧力の作動室に開口している。

第１２図はロータ回転角度θＲに対するベーン背圧室の
全体積の変動を示したものであ乞。但し、θＲに対する
５つの背圧室体積の平均値（ｆ）を１とした。ベーン背
圧室体積がこのように変動する理由はアキシャルシール
部（第９図の（ａ）〜（ｂ）　）のシール性を向上返せ
るために同シール部にロータ外径より僅かに大きい円弧
部を設けているからである。すなわち、本実施例の圧縮
機ではアキシャルシール部円弧の中心角度をθＡＸとす
ると、０≦θＲ≦去θＡＸでは ｈ＝Ｑ ｖ　＝　０ 一θムｘくθ凡くπ−ムＬでは ２ ｈ＝Ｂ（１−ｃｏｓｎ／θＲ） ｖ＝ｈ−Ｈ ｈ＝。

ｖ　＝　０ ここに、Ｂ：ベーンのベーン溝方向変位の片振幅 Ｈ：ベーンの幅＝カムリング軸方向幅 ｈ：ベーンのベーン溝方向飛び出し高 さ Ｖ：１′）のベーン背圧室体積 であシ、本実施例のようにベーン数が５の場合にら、第
１２図のようにθＲに対してベーン背圧室体積が変動す
る。しかし、その変動値は平均値（但し、ロータ内部の
逃げ３ｏの体積を含めない）に対して一〇、４２〜＋０
．５５％であシ、非常に小さいことがわかる。なお、実
際の変動率はロータ内部の逃げ３０の体積を含めた平均
値で計算しなければならないから、この変動率は値に小
となり、−〇、０２０９〜＋０．０２７７％となる。こ
の程度の変動率ではベーン背圧室体積変化によるベーン
背圧変動は全く影響しない。

以上述べたように、本実施例ではベーン背圧室を全て連
通したことによシ、ベーン背圧室の体積変動を小さくで
き、更に、ロータ内部に各ベーン溝を連通ずる逃げ３０
を設けたことにより、ベーン背圧室体積の変動率を小さ
くできるので、ベーンのベーン溝内運動に伴うベーン背
圧の変動をほとんど無視できる。また、ベーンがチャタ
リング現象を生ずるロータ回転角度範囲でのみベーン背
圧を高くシ、その他のロータ回転角度範囲ではベーン背
圧を下げることができるので、機械効率を向上すること
ができる。尚本実施例では３ｏ≦θに≦１４０″′でＰ
ｂ　／Ｐａ　＝０．２９．０≦θＲく３０＠及び１４０
°くθＲ≦１８０°でＰ　ｂ　／　Ｐｄ＝０．５９とす
ると、平均ノＰｂ　／　Ｐａ　＝０．３２０とできるの
で、Ｐｂ　／　Ｐａ　＝　０．５で一定背圧を加えた場
合に比べて機械効率を３．５％向上することができる。

なお、本実施例では高圧ポートをリャプレートに設け、
低圧ポートをフロントプレートに設けたが、高・低圧ポ
ート共リヤグレートに設けても良い。尚、この場合には
第６図と同様な配置になるが、高圧ポートと低圧ポート
の間の距離はベーン溝底部逃げ２９の円の直径の１．５
倍以上離す必要がある。これは、逃げ２９の直径に対す
る両ポート間距離の比に対する圧縮機の体積効率η７を
示した第１３図において、ボート間隔が１．０以下では
ベーン溝底部逃げ円内に高・区画ボートが共存する場合
が生ずるため、ηＶは低い。１．０を越えると、高圧ボ
ートと逃げ円２９低圧ポートの距離が長くなって、高圧
ポートから低圧ポートへの油の漏洩が少なくなってη７
は上昇する。しかし、１．５を越えると上記の油のもれ
は少なくなるが、ベーン先端部のシール性が変わらない
のでη７はほぼ一定値を示す。また、両ポート間距離が
３．０を越えると、η７が若干増加する傾向にあるが、
これは低圧ポート９と低圧の作動室とを連通する溝１１
が小さくなり、油の溝１１からのもれ量が減少すること
による。そして、本実施例の場合、２つの高圧ボート間
の距離はベーン溝底部逃げ円２９の直径の７．６４倍で
あるから、高圧ポートの周方向長さを変えない場合（本
実施例の場合）、低圧ポート９の両方の高圧ボート側か
ら同時に低圧ポート長さはＯとなる。これを（Ｃ）で示
した。つぎに、全断熱効率ηｔｓ＋１についてみると、
長さの比が１以下ではη７以下によってηｔａｄも低下
している。長さの比が１を越えるとベーン溝底部逃げ円
２９に高圧と低圧ポートが共存することがないため、η
ｔａｄも上昇している。しかし、高・低圧ポートの間隔
が狭いので油のもれが多くη、０はη７に対し１０％以
上吐くなっている。しかし、長さの比が約１．５程度で
は上記もれ油量も少なく、低圧ポートの長さも長いので
、全体として平均Ｐｂ／Ｐｄが小となってハ、ｄは最大
値を示す。しかし、長さの比がこれを越えると、低圧ポ
ート長さが短くなって、僅かにロータ内逃げ３０の圧力
が上昇するため、ベーン先端の摩擦損失は増加するが、
η７が僅かに増大するため、ηｔａｄはほぼ一定値を示
す。しかし、長さの比が３を越えると低圧ポート９と低
圧作動室とを連通ずる溝１１が狭くなって、ロータ内部
の逃げ３０内の圧力が上昇し、べ二ン先端の摩擦損失が
増大して、ηＬａｄは減少する。

したがって、第１３図より、高圧ポートと低圧ポートの
距離はベーン溝底部逃げ円の約１．５倍とするのが良い
。これをベーンの幅との比で示すと、２．２５倍である
。

本実施例によれば、ベーン背圧室体積のロータ回転角度
に対する変動率を小とできるので、ベーンのベーン溝内
往復運動に起因するベーン背圧変化がないので、背圧制
御が容易であると共に、リヤプレートにのみ高・低圧ポ
ートを加工しであるので、機械加工が容易であるといっ
た効果がある。

つぎに、他の実施例を示す。ロータにリヤ側からフロン
ト側に作用するスラスト荷重を支えるために第１４図に
示すようにフロントプレートとロータとの間にスラスト
軸受３１を入れる場合がある。シャフト１５のねじり振
動防止の観点からロータ３とマグネットクラッチの端板
３２間のねじシこわさを大きくする必要があるからシャ
フト１５の外径をある程度太いものにしなければならな
いから、このシャフトに入るスラスト軸受の外径が大き
くなることは避けられない。一方、ベーン長さはベーン
先端の摩擦損失あるいはベーンとベーン溝との摩擦損失
を低減する為にはベーンのベーン溝内最小かん合長さは
ベーン最大飛び出し量程度とする必要がある。したがっ
て、ベーンの長さは最大ベーン飛び出し量の２倍となる
。自動車空調機用ベーン形圧縮機では車両への装着性か
ら小形であることが要求され、このために、ロータの直
径が小さい。したがって、ベーン長さを最大ベーン飛出
し量の２倍とると、ベーンのベーン溝逃げ円の内径側包
絡線（ｄ）は背面は第１５図に示したようにスラスト軸
受ハウジングの外径（ｄ）よりロータ中心側へ入ってし
まう。本実施例ではフロントプレート７にこのスラスト
軸受ハウジング外周側に低圧ポート９と、同ボートと低
圧作動室とを連通ずる溝１１を設けである。一方、リヤ
グレート８には第１６図に示したように、フロントプレ
ートに設けたスラスト軸受ハウジング外径（ｅ）より外
側に高圧ポート１０を設け、同ボートを、高圧ガスから
分離した油がたまる油溜まシと絞り６を介して連通しで
ある。本実施例ではスラスト軸受ハウジング部で各ベー
ン溝が連通しているので、積極的にロータ内側に各ベー
ン溝を設置する必要はないが、第１４図、第１７図に示
したようにロータ内側に逃げ３０を設けても良い。

本実施例では本発明の本来の目的の他にスラスト軸受を
設置できるので、圧縮機の耐久性を向上できるといった
効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ロータ回転角度に対するベーン背圧室
体積の変動率を小さくできるので、ベーン背圧を所定の
圧力に設定できるとともに、高圧ポートと低圧ボートを
分離することによってベーン背圧制御を行うことができ
るので、ベーンにチャタリング現象を生ずることなく機
械効率を向上できるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来機のｆ　断面図で第２図のｆｆ−ｎ断面、
第２図は第１図のＩ−Ｉ断面図、第３図及び第４図は従
来機の問題点を説明する動作特性図、第５図、第６図は
従来機の問題点を解決するだめの公知例、第７図は第６
図の実施例の動作を説明グ する図、第１図〜１１図は本発明の一実症例を示す図、
第１２図は本発明の詳細な説明する図、第１３図は本発
明の他の実施例の範囲を説明する図、第１４〜１７図は
本発明の他の実施例を示す図である。 １・・・ベーン、２・・・カムリング、３・・・ロータ
、４・・・ベーン溝、６・・・絞シ手段、７・・・フロ
ントプレート、８・・・リヤプレート、１０・・・高圧
ポート、２１・・・作動室、２５・・・油分離器。 χ　１　　（２） 刀　２　図 − 第　　３　　図 第　４　図 伊 Ｐｂｌ阻 第　５　図 χ　１１Ｄ　　　図 ＹＥ、’ニア　　図 χ　１０　　口 盲 第　１５　　　ｍ ９ 充　１６　　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、カムリングとこのカムリング内に回転自在に設けた
   ロータと、このロータにほぼ放射状に設けたベーン溝と
   、とのベーン溝内に滑動可能に収納したベーンと前記カ
   ムリングの両面を覆う一対のす〜イドプレートと油分離
   器を備える圧縮機に於て、油分離器と、絞り手段を介し
   て所定のロータ回転角度範囲で前記ベーン溝のロータ回
   転中心側とを連通ずる高圧ポートを設置し、かつ、各ベ
   ーン溝を前記高圧ポートと干渉することなくそれぞれ連
   通ずる連通手段を設けたことを特徴とするベーン形圧縮
   機。 ２、特許請求の範囲第１項記載のベーン形圧縮機におい
   て、各ベーン溝をそれぞれ連通ずる連通手段と、相隣れ
   る２枚のベーン、サイドプレート、カムリング、ロータ
   で形成される作動室の圧力が所定の圧力にある作動室と
   を連通したことを特徴とするベーン形圧縮機。