JPS61126392A - ベ−ン型圧縮機 - 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） 本発明はベーン型圧縮機に係り、より詳しくは、圧縮機
の駆動トルクの脈動を作成し得る様なシリンダプロフィ
ールを備え特に自動車様クーラーサイクルに組み込んで
使用するに好適なベーン型圧縮機に関する。

（従来技術及びその問題点） 従来この種のベーン型圧縮機は、シリンダボアの形成さ
れたハウジングと、シリンダボア内ム偏心配置されたロ
ータと、ロータのガイドスロット内で摺動可能な摺動ベ
ーン等から構成されている。

作動時にはベーンがシリンダボアの内周に摺接して回転
することにより冷媒の吸入・圧縮を行なっているが、圧
縮行程において駆動トルクの変動か大きく自動車に装着
した場合に振動・騒音の発生源となっている。

そこで、例えば、特開昭５８−７００８６号公報や特開
昭５９−４１６９１号公報にトルク変動の減少を図った
圧縮機が示されている。特開昭５８−７００８６号公報
に示されるものでは゛、べ一ン飛出量が増加する領域と
、ベーン引込速度が増加する領域と、減少する領域さら
に増加する領域と減少する領域によりシリンダプロフィ
ールを構成しようとしているが、ベーン速度が増減を繰
り返すため、ロータ回転時に、ベーンが半径方向に振動
し、異音やベーンの耐久の面から好ましくない。また、
ピークトルクは、シリンダ内圧力か吐出圧力に達する時
に発生しているが、回転数・熱負荷等が大きく変化する
ため、吐出圧力の変化を考慮してシリンダプロフィール
を設針せねば、実用域全域に渡りトルク変動は小さくで
きない。

また特開昭５９−４１６９１号公報に示されるものでは
、シリンダプロフィールをθ−〇°と１８０°を結ぶ軸
に対して対称なプロフィールよりθ＝１８０°からθ＝
３６０”　のうちの一定角度範囲で内側（ロータ中心寄
り）にプロフィールを構成し、圧縮行程を長くすること
によりトルク変動を小さくするという考案が開示されて
いる。

しかし、圧縮行程を長くすることは、定性的にはトルク
変動は小さくできるが、実際の通用には問題がある。つ
まり、吐出圧力に達する時にビークトルクが発生するた
め、そのときにトルクが小さくなる様考慮せねば、必ず
しもトルク変動を充分小さくできるとは限らないという
問題である。

（問題点を解決するための手段） 本発明では上記問題点を解決するために次の様な構成と
した。つまり、閉ループ状のシリンダプロフィールを有
するシリンダボアを備えたハウジングと、前記シリンダ
ボアに微小クリアランスをもって内接するべくシリンダ
ボア内に偏心配置されたロータと、前記ロータ内周方向
９０”間隔で装着された４枚の摺動ベーンと、とを備え
たベーン型圧縮機において、 前記シリンダプロフィールは、 （１）ベーン突出量が増加する曲線部 （２）ベーンの引込速度が増加する曲線部（３）ベーン
の引込速度が減少する曲線部が順次連続してなり、前記
へ引込速度が増加する曲線部と、前記ベーンの引込速度
が減少する曲線　　　　１部との接合点は、前記へ回転
方向前方に形成される作動室が吐出圧力に達した時のベ
ーン位置にほぼ設定されることを特徴とするベーン型圧
縮機とした。

（実施例） 次に本発明の実施例を図に基づき説明する。

第１図及び第２図には本発明のベーン型圧縮機１０の全
体構成を示した。圧縮機１０のハウジングはシリンダ１
２と前側板１４と後側板１６とで構成されており、シリ
ンダ１２には後述する様なシリンダプロフィールを有す
るシリンダボア１８が形成されている。前側板１４と後
側板１６にはニードルベアリングの様なころがり軸受２
０．２２を介してロータ２４が軸支されており、図示し
ないブーり等の回転力により回転駆動される様になって
いる。ロータ２４の回転中心０は第１図から良く判る様
にシリンダ１２に対して下方に偏心されており、ロータ
２４の外周面が微小クリアランスをってシリンダボア１
８に内接する様になっている。ロータ２４にはその中心
０を通り直径方向に貫通ずる２つの直交するガイドスロ
ットがシリンダ１２の全長にわたって形成してあり、こ
れらのガイドスロットには互いに直交した同一長さの２
枚のベーン結合体２６．２８が摺動自在に精密嵌合され
ている。

第１図及び第２図に示したベーン型圧縮機１０において
は、夫々のベーン結合体２６．２８は中間部によって互
いに一体的に結合きれた枚のベーン２６ａ、２６ｂＨ２
８ａ、２８ｂを有する。これらのベーン結合体２６．２
８は第１図から明らかなように中央切欠部を介して相対
移動自在に互い違いに貫通している。従って、この様な
２枚のベーン結合体を備えたベーン型圧縮機は「スルー
ベーン型」と称されている。これらのベーン結合体２６
．２８によって台杆４枚のベーン２６ａ。

２６ｂ、２８ａ、２８ｂが構成されており、すべてのベ
ーンのシーリングエツジが同時にシリンダボア内周面に
摺接する様にシリンダプロフィールが決定される。本明
細書、特に特許請求の範囲においては、便宜上、本発明
のベーン型圧縮機は４枚のベーンを有するものとして記
載するが、これは圧縮機が「スルーベーン型」である場
合には２枚のベーン結合体２６．２８によって形成され
る４枚のべ−７２６ａ、　　２６　ｂ、　　２８　ａ、
　　２８　ｂを意味するものとする。しかしながら、本
発明は「スルーベーン型」圧縮機械に限定されるもので
はなく、第１０図に示した様な互いに独立した４枚のベ
ーンを備えたベーン型圧縮機も本発明の範囲に属するも
のである。

ハウジングの外周には前カバー３０と後カバー３２が嵌
合してあり、ハウジングとの間に夫々吸込室３４と吐出
室３６を形成している。前カバー３０、前側板１４、シ
リンダ１２、後側板１６、後カバー３２は５本の通しボ
ルト３８によって互いに一体結合されている。前カバー
３０には吸込室３４に通ずる吸入口４０が設けてあり、
前側板１４には吸込室３４を圧縮機の作動室４２に連通
ずる吸入ポート４４（第１図）が設けである。作動室４
２は回転ベーンにより４つの、可変容積室に区画される
。シリンダ１２の下部は第２図から判る様に切り欠いて
あり、前カバー３０との間に弁室４６が形成されている
。弁室４６と作動室４２はシリンダ１２に設けた吐出ポ
ート４８により連通しており、弁室４６と吐出室３６は
後側板１６に設けた吐出通路５０により連通している。

吐出ポート４８は弁ストッパ５２を介してボルト５４に
より止着された吐出弁５６により開閉される。

後カバー３２には吐出口５８が設けである。ロータ２４
と前カバー３０との間は軸封装置６０により封止されて
いる。

本発明によるベーン型圧縮機の作動について以下説明す
る。第１図及び第２図においてロータ２４が図示しない
エンジン等の駆動力を受けて回転すると各ベーンはシリ
ンダ１２のボア１８の内周面に沿って図中矢印Ｎの方向
に回転する。この時、ロータ２４の外周面、各ベーン、
シリンダボア１８の内周面及び側板１４及び１６の両端
面により形成される各作動室４２の容積が増加・減少を
繰’）ｉ！ｔｃ′！″に、に’）、　′ｖｉ！ＪｉＬｌ
ｌ−’ｒ−４ニー、　）　　　　Ｉのエバポレータから
、前カバー３０の吸入口４０、吸込室３４、前側井田１
４に形成された吸入ボート４４を経て作動室に吸入され
た冷媒は圧縮昇圧されながら吐出ポート４８、弁室４６
、吐出通路５０、吐出室３６、吐出口５８を経て図示し
ないクーラーユニットのコンデンサへと圧送される。

次に、シリンダボア１８のシリンダプロフィールについ
て説明する。まず、コンプレッサのトルク変動がどうよ
うな機構で発生しているを検討すると、圧縮仕事に伴う
コンプレッサのトルクは、第３図に示すように、ベーン
１枚当りに作用するトルク（図中破線）が、ベーン間の
角度のずれ（本実施例ては、ベーンは４枚であるので９
０゜ずれる）だけ遅れながら次々に発生し、これらのト
ルクを合成したのとして表われ、トルク変動は、その合
成したトルクの最大値と最小値の差となる。

ここで、ベーン１枚当りのトルクＴを数式により表現す
ると、 Ｔ＝（Ｐ２−Ｐ、）　　・ω・ｄ−Ｎ　　・・・・・・
・・・・・・■ここで Ｐ２−ｐｌ：ベーン前後の圧力差 ωニジリンダ深さ ｄ：ベーン飛出量 ｌ：ロータ中心からの腕の長さ ｊ！＝Ｒｏ＋（ｄ／２） Ｒｏ：ロータ半径 となる。

また、このベーン１枚当りのトルクの最大値（ピークト
ルク）は、第４図に示すように作動室内圧力が最大値す
なわち吐出圧力に達する時に発生する。

このトルク変動を小さくするには、吐出圧力を低下させ
、ピークトルクを低減すればよいのであるが、吐出圧力
は、冷凍サイクル（コンデンサ、エバポレータ等）の条
件により決定されるものであり、任意には吐出圧力を低
減することはできな、い。そこで本発明者等は、前出の
式■で表わされるベーン１枚当りのトルクのピークを低
下させるために、シリンダプロフィールを変更し、ピー
クトルク発生時におけるベーン飛出量ｄ、及びロータ中
心からの腕の長さｌを小さくすることに想到した。

本実施例では、ピークトルク発生位置、すなわち圧縮室
内圧力が吐出圧力に達する回転角位置におけるベーン飛
出量を減少させてピークトルクを低下させるため、第５
に示すようにベーン飛出量゛の減少する領域（１８０’
　≦θ≦３６０”）のうち小さい回転角のうちからベー
ン飛出量を大きく減少させるようにする。すなわち、第
６図に示す様にベーン飛出量が減少する領域（１８０°
≦θ≦３６０°）を、最初ベーン引込速度が増加する領
域Ａと、次にベーン引込速度が減少する領域Ｂから構成
する。そして、このベーン引込速度が増加から減少に変
化する変極点における回転角θｂをピークトルク発生位
置、つまり、作動室内圧力が吐出圧力に達する回転角位
置（第５図では回転角θａ）付近に設定しである。

すなわち、引込速度の増加する領域において、ベーン飛
出量を急激に減少させ、吐出圧力に達する回転角位置に
おけるベーン飛出量を減少させ、ピークトルクを低下さ
せる。この回転角位置において引込速度が増加から減少
に変化する変曲点があるため、それ以降の回転角領域に
おいては、ゆるやかにベーン飛出量を減少させ、トルク
の変化を小さくしている。

ベーン引込速度の減少する領域Ｂにおいては、ベーン引
込速度を滑らかな単調減少としている。

第７図はベーンの飛出加速度を示すもので、引込速度の
減少する領域において、ベーン飛出加速度の急激な変化
をなくし、ベーン飛出加速度が大きくならないように構
成している。このベーン飛出加速度が小さいことにより
、ベーン及びシリンダの耐久性が向上するとともに、さ
らにシリンダボアの加工性も向上する。

シリンダプロフィールを具体的に投砂する場合、特に自
動車用クーラサイクルでは、運転条件が大き（変化し、
それにつれて吐出圧力、吸入圧力も変化する。このため
、当然ピークトルク発生位置も変化するため、吐出圧力
の影響を考えて最適プロフィールを設計しなければなら
ない。自動車用クーラサイクルでは、通常低圧圧力は１
．８〜２．５１ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｍ　２Ｇ程度が頻
繁に用いられるので、低圧を２ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇとし、
高低圧力比（吐出圧力と低圧圧力の比）について考える
。最適プロフィールを求める場合に、どの高低圧力比を
仮定して計算するかということが重要であるが、自動車
用クーラサイクルでは高低圧力比は通常３〜８程度であ
る。そこで高低圧力比εを３〜８の間で各種変更して最
適プロフィールを各々求め、それらの最適プロフィール
で、高低圧力比６を変えてトルク変動を求めると第９の
ようになる。これをみると、低い設計圧力比（εｌ）で
最適プロフィールを求めれば、その設計圧力比付近では
トルク変動は小さくなるが、大きな高低圧力比のもとで
は、トルク変動は大きくなってしまう。逆に、高い設計
圧力比（例えばε４）で最適プロフィールを求めると実
用域全域に渡り、トルク変動は比較的小さく押えられる
。このように用途目的に応じて、任意の特性をもつプロ
フィールを設計可能となる。第８図は設計圧縮比２１／
３（絶対圧での比）を仮定して求めた最適シリンダプロ
フィールについてのトルク変動を表わす。また第９図に
おいて、設計圧力比εはε！くε２くε３〈ε４である
。

以上、本発明の実施例を述べたが、本発明は単室式のス
ルーベーンタイプに限るものではな（、第１１図に示す
ような複室式のものに用いてもよい。第１１ｆｆｌにお
いて、５１３．５１ｂは吸入ポート、５４ａ、５４ｂは
吐出ポート、５２はロータ、５３は４枚からなるベーン
である。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明のベーン型圧縮機を用いれば
、騒音、振動の原因となるトルク変動を、全回転域にお
いて平滑化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の横断面図、第２図は縦断面図で
第１図のｎ−ｎ断面図、第３図、第４図は従来例のトル
ク変動及び作動室内圧力変動を示す図、第５図は実施例
のベーン飛出量を示す図、第６図はベーン飛出速度を示
す図、第７図はベーン飛出加速度を示す図、第８図は実
施例のトルク変動を示す図、第９図は高低圧力比とトル
ク変動との関係を示す図、第１０図は他の実施例を示す
図である。 １８・・・シリンダポア、２４・・・ロータ、２６ａ。 ２６ｂ、２８ａ、２８ｂ−・・ベーン、４２　・・・作
動室′。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　閉ループ状のシリンダプロフィールを有するシリンダ
   ボアを備えたハウジングと、前記シリンダボアに微小ク
   リアランスをもって内接するべくシリンダボア内に偏心
   配置されたロータと、前記ロータ内周方向９０°間隔で
   装着された４枚の摺動ベーンと、とを備えたベーン型圧
   縮機において、前記シリンダプロフィールは、 （１）ベーン突出量が増加する曲線部 （２）ベーンの引込速度が増加する曲線部 （３）ベーンの引込速度が減少する曲線部 が順次連続してなり、前記へ引込速度が増加する曲線部
   と、前記ベーンの引込速度が減少する曲線部との接合点
   は、前記へ回転方向前方に形成される作動室が吐出圧力
   に達した時のベーン位置にほぼ設定されることを特徴と
   するベーン型圧縮機。