JPS6095198A - ロ−タリ圧縮機 - 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】 産業上の利用分野 本発明はスライディングベーン弐ロータリ圧縮機に関す
るものである。

従来例の構成とその問題点 一般のベーン式ロータリ圧縮機は第１図および第２図に
示すように内部に円筒空間を有するシリンダ１とこの両
側に固定されシリンダ１の内部空間である羽根室２をそ
の側面において密閉する側板３ａ、３ｂと前記シリンダ
１内にその中心Ｏと偏心した中心Ｏ′を回転軸４にもつ
ロータ５に設けられたベーン摺動溝ｅａ、ｅｂに摺動可
能なように係合されたベーン７ａ、７ｂから構成される
。

この構成における潤滑油の流通経路は、ロータ６の回転
（矢印Ａ）に伴ない、シリンダ１の吐出孔８より吐出さ
れた圧縮冷媒を含む潤滑油がヘッドカバー９と隣接した
側板３ｂの連通孔１０よりオイルケース１１に設けられ
たオイル分離器１２を通過することによりオイル分離さ
れ潤滑油１６としてオイルケース１１下部に溜められる
。さらにこの潤滑油１６はオイルケース１１内が圧縮冷
媒のため、高圧になっているため圧力の影響（矢印Ｂ）
を受けオイルチューブ１３の導入孔１４より導入され、
側板３ｂと回転軸４のすきまよりベーン摺動溝６ａ　、
ｅｂの背後空間１５ａ、１５ｂに供給し、ベーンｙａ　
、ｙｂを押し出し、あるいは両側板３ａ　、３ｂとロー
タ６の間のすきまに供給し、前記両側板と前記ロータの
摺動潤滑に供されている。

各ベーン７ａ、７ｂはベース摺動溝６ａ、６ｂの背後空
間１５ａ、１６ｂにとじめられた高圧の潤滑油１６およ
びベーンｙａ、ｙｂがもつ遠心力によって飛び出し、そ
の先端がシリンダ１の内壁面に接触しつつ、圧縮機のガ
ス吸入、圧縮、吐出を繰り返している。尚１７は吸入孔
をあられす。

このようなベーン式ロータリ圧縮機は、構造が複雑で部
品点数の多いレシプロ式圧縮機に比べ小型で簡易な構造
が可能であり、カークーラ用の圧縮機に適用されるよう
になった。さらにこのような圧縮機に対して自動車の燃
比向上の観点から近年、本圧縮機に軽量化と効率向上へ
の追求が強く要請されている。

しかしながら、前記圧縮機の各構成部品を軽量化と効率
向上の面から追求してみるといまだ課題が残されており
、充分な軽量化とそれに共存して効率向上がなされてい
ないのが実状である。

数多くの圧縮機構成部品の中でも、特に軽量化が望まれ
ているものに前記ロータ６がある。このロータの軽量化
を達成しつつ、それに共存して効率向上をも達成させる
ことが本圧縮機における最大の課題となっている。

つまりロータが軽量化され同時に効率向上をも兼ね備え
た構造が要求されているのである。

現在の問題点をさらに詳述すれば、まず圧縮機の重量に
ついて説明すれば、ロータ５はクロム。

モリブデンを含有した鋼で製造されているため、その比
重は７．８と大きく約Ｉ　Ｋｇの重量をもち、圧縮機総
重量の２６％を占める。自動車の燃比向上の観点に立っ
た時、極力、軽量化された圧縮機の出現が要請されてい
るばかりでなく、実際の運転時において過大な重量のロ
ータ５を両側板３ａ。

３ｂで支持して回転させたとき、特に高速回転において
遠心力の作用によって、ロータ６とシリンダ１の最小す
きま位置Ｃで接触することになり焼付の発生を招くこと
にもなる。

又、効率について説明すれば、この神の圧縮機は各部品
を組立てた後の固定された部品（シリンダ１と両側板３
ａ、３ｂ）と駆動する部品（ロータ６）の“スキマ“を
極力小さくすることが圧縮した冷媒の１もれ′”を少な
くすることができ効率向上に寄与するものである。現状
においてはロータ６に鋼を使用しているため、ロータ６
の径方向、軸方向共に膨張が太きく、第１図のり、第２
図のＣの１スキマ”を大きく設定せざるを得ない状態で
あった。これは高速回転および長時間運転においてロー
タ６が膨張し、シリンダ１２両側板３ａ、ａｂと接触す
る可能性があるためである。これらのことから効率向上
に限界があった。

発明の目的 本発明は上記従来の欠点であるロータの重量が過大で、
かつ固定された部品と駆動する部品の間に構成される”
すきま”が大きく設定されることに′よる圧縮された冷
媒の６もれ”によシ効率向上をさまたけているという欠
点を解決するものであり、ロータの軽電圧と効率向上を
兼ね備えた圧縮機を提供するものである。

発明の構成 本発明はスライディングベニン式α〜タリ圧縮機におけ
るロータをプラスチックで構成し、且つそのロータの径
方向と軸方向の両方向に対して炭素繊維を配向させたも
のである。

具体的には、口〜夕の最外周面より中心方向に、ある厚
みをもつ長さく直径）までは炭素繊維をロータの軸方向
に配向し、前記、長さく直径）からロータ中心部付近ま
では炭素繊維をロータの径方向に配向させたものであり
、これによりロータの径方向及び軸方向の両方向に対し
て膨張率が極めて低く、且つ軽量のロータを提供するも
のであるこの結果、圧縮機効率の向上とロータの重量の
大巾な低減を図れるものである。

実施例の説明 以下に本発明の一実施例を第３図から第１１図にもとづ
いて説明する。

本発明のポイントはロータの径方向と軸方向の両方向共
に膨張率を低減させることを特徴としたものでアリ、そ
の第一の構成要件として、プラスチックを母材として炭
素繊維をロータの径方向に配向させる工程と、第２の構
成要件として炭素繊維をロータの軸方向に配向させる工
程より構築される。捷ず第一の構成要件について述べる
０本発明によるロータの母材は熱可塑性樹脂を累月とし
た軽量（従来の鋼に比較して）のプラスチックよりなる
。これを素材としたロータの製造方法は第３図から第７
図に示すとおりで、予め炭素繊維を一方向に含浸したプ
リプレグ７−ト２０を円板状にプレス加工により複数枚
打抜き、薄板状コア２１とする。次に前記、薄板状コア
２１を用いて、第４図に示すように予め加工されたシャ
フト２２に繊維の方向性を０８．＋４６°、９０°、−
４６゜に順次繰り返し積層し、加熱加圧により、ロータ
の厚さく軸方向の長さ）分、積み重ねる。本実施例では
繊維方向を４６°間隔で積層したが、さらに細かい角度
の間隔で積層し、あらゆる角度の直径方向に繊維の長手
方向を配向する方がより望ましい。次に第５図に示す加
熱加圧装置によりシャフト及び各プリプレグシートを一
体化させる。図においてシャフト２２とシャフトに挿入
された薄板状コア２１はヒータ２３を内蔵した金型ガイ
ド２４に挿入されて上型２６と下型２６により加圧され
る。ヒータを内蔵した金型ガイドの温度は、樹脂の材質
によって異なるが、本実施例では樹脂の三次元化処理温
度である１２０℃〜１６０℃よりやや低い温度（８０〜
１００℃）で硬化させた。所定のキユアリングタイムを
経て、金型から取り出されると４６°間隔で、ロータの
径方向に炭素繊維の長手方向が配向され、シャフトと一
体化されたロータシャフト２７（第６図参照）となる。

次に第二の構成要件について第７図〜第８図によって述
べる。第一の構成要件にもとづいて加工されたロータシ
ャフト２７は、次に炭素繊維を一方向に配向させたプリ
プレグシート２８を用いて、前記ロータシャフト２７に
ロール状に巻きつけられる。

このプリプレグシート２８は炭素繊維の方向（矢印Ｅ）
がロータの軸方向に長手方向となるように裁断されてい
る。所定の厚み分巻きつけられたプリプレグシートは切
断され続いて各、巻きつけ層間の接合および第一の構成
要件で加工されたロータの外周面との接合のためオート
クレーブ等で加熱、加圧される。加熱温度は樹脂の三次
元磁化温度である１　２０’Ｃ〜１５０℃である。上記
工程をもって第二の構成要件を満足するロータシャフト
となる。

このような工程を経たロータシャフトはその断面モデル
図を第８図に示すようにロータ外周部は炭素繊維がロー
タの軸方向に平行方向に矢印Ｅ、一方ある厚み以下の直
径部においては炭素繊維が、ロータの径方向矢印Ｆに平
行方向に配向′されている。

次に第９図に示すようにベーン摺動溝（図示せず）、外
径Ｇ、長さＨ及び逃がし部の加工Ｉを経て、所定の寸法
、形状として完成される（２２は７ヤフトを示す）。

このような製造方法を得た本発明によるロータと従来の
鋼によるロータの比重と膨張率を比較すると表のように
なり極めて軽量且つ低膨張率である０ 上記物性直をもつ炭素繊維配向のプラスチック製ロータ
は、軽量であることはもちろん、圧縮機の高効率化に寄
与する。

ここで本発明のロータと効率の関係について、従来例と
の比較により第１図、第２図、第１０図。

第１１図により言及する。圧縮機効率を阻害すＺ最大の
要因は圧縮冷媒の６もれ”にある。これは圧縮された冷
媒が有効に吐出されないことにより効率低下をきたすか
らである。第一のもれは、第２図に示すようにシリンダ
１の内壁とべ一７７ａ。

７ｂの先端から生じる“もれ′°（矢印Ｋ）、ｉ二の１
もれ′”は高圧室１８からロータ端面をクロスして低圧
室２に移行する６もれ°′（矢印Ｌ）、第三の”もれ″
はシリンダ１内壁とロータ５の最小スキマ部Ｃにおける
高圧冷媒の吸入室側への１もれ”（矢印Ｍ）である。

前記の１もれ”のうち第一の６もれ”つまり、シリンダ
１の内壁とべ一７７ａ、７ｂの先端から生じる６もれ”
（矢印Ｋ）については本構成のコンプレッサの場合、ロ
ータ５０回転に件ないベーン７ａ。

７ｂが遠心力で、飛び出し方向にあることと、ベーンｙ
ａ、ｙｂ後端部にオイル背圧（図示せず）を負荷してい
ることから、ベー７７ａ　、７ｂ先端は絶えずシリンダ
１の内壁に押しつけられているので、。もれ”は極小で
あり問題とならない。

次に第２の６もれ”つまり高圧室１８からロータ５端面
をクロスして、低圧室２に移行するもれ（矢印Ｌ）は、
第１図に示すようにロータ６の１〕寸法をシリンダ１の
巾寸法より小さく設定しているので（スキマＤを形成）
防止し得ない（ロータ６が回転するに必要なスキマが必
要なため）、同じく第３の゛も−れ”つまりシリンダ１
とロータ６の最小スキマ部分の６もれ”（矢印Ｍ）につ
いても、ロータの熱膨張を考慮して予かしめ、スキマを
設定しているので防止し得ない。

以上のように従来はロータの膨張に起因して、スキマを
予め、大きく設定せざるを得ないことから圧縮機効率の
低下を招いていた。

これらに対して本発明によるロータは、前記の表に示し
たようにロータの径方向、軸方向共に膨張を低く押える
ことが出来るので、前記スキマの設定を小さくでき、６
もれ”も少なくなシ効率向上に寄与できる。

第１０〜第１１図に本発明のロータを組み込んだ圧縮機
の断面図を示した。前記第２の６もれ”については高圧
室３０から低圧室３１への１もれ″（矢印Ｇ）の移行は
、本発明のロータの最外周付近における低膨張層３２の
影響によって第１０図におけるスキマＨを極小化できる
ため少なくできる。

又、前記第３の６もれ”については、同じく杏発明のロ
ータの径方向に炭素繊維を配向させた影響を受けて、シ
リンダ３３とロータ３４の最小スキマＲを％に設定でき
る。

以上の構成により本発明の圧縮機はロータ部重量を従来
の約％、圧縮機効率（体積効率）を約８係向上せしめる
ことができた。

発明の効果 このように本発明はロータがプラスチックで構成される
をめ、圧縮機の軽量化が図れ、同時にロータを低膨張化
することができ、シリンダとロータの間に構成される“
スキマ”を従来よシ゛小さく設定することができ、圧縮
機効率の向上に寄与し極めて工業的価値の大なるもので
あ、る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のベーン式ロータリ圧縮機の縦断面図、第
２図は同イ藝す断面図、第、３図は累月の斜視図、第４
図はシャフトおよび薄板コアの斜視図、第６図は金型装
置の断面図、第６図はロータシャフト斜視図、第７図は
プリプレグシートを有したロータシャフトの斜視図、第
８図は炭素繊維を配向したロータシャフトの断面図、第
９図は最終加工されたロータシャフトの断面図、第１０
図は本発明の一実施例におけるロータリ圧縮機の縦断面
図、第１１図は同イ削断面図である。 ２０・・・・・・ブリイレグシート、２１・・・・・・
薄板状コア、２８・・・・・・プリプレグシート、３２
・・・・・・軸方向低膨張層。゛ 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第３図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータを収納するシリンダと、前記シリンダの両側板に
   固定され、シリンダの内部空間をその側面において密封
   する側板と、前記ロータに形成された溝に摺動可能に設
   けられたベーンとからなり、前記口〜夕の最外周部に、
   炭素繊維が前記ロータの軸方向に配向された層を有し、
   前記層より前記ロータの芯部までに、炭素繊維を前記口
   ・−夕の径方向に配向させたロータをプラマチックによ
   り構盛したロータリ圧縮機。