JPS6160277B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はロータリベーン型圧縮機に関し、殊に
その潤滑機構の改良に関する。

〔従来の技術〕

ロータリーベーン型圧縮機自体は、米国特許明
細書第1237668号にも記載されているとおりよく
知られた圧縮機であるが、その原理を説明する
と、ロータに形成された放射状のベーンスロツト
内に出入可能にベーンが装着され、カムシリンダ
内でロータが回転する時ベーン先端が常にカムシ
リンダの内周面に接触した状態を維持する様にベ
ーンがベーンスロツト内を半径方向に往復動し、
これによつてロータ外周面、シリンダ内周面シリ
ンダの軸方向端部を封止する端板及びベーンによ
つて囲まれる圧縮作業室がロータの回転に伴つて
容積変化を生じ、その容積変化を利用して流体を
吸入し、圧縮した後吐出するものである。

この種の圧縮機において一般にロータは鉄系材
料を切削加工して回転シヤフトとロータ部分とを
一体形成するか、あるいは鉄系材料から切削加工
により形成されたシヤフトに同じく鉄系材料から
切削加工により形成されたロータ部分を圧入して
両者を一体に構成している。

ベーンを収納するスロツトはロータの中心に設
けられたシヤフトのまわりに等間隔で放射方向に
複数個形成されている。

ロータリベーン型圧縮機においては、ベーンと
スロツト内壁面との間の摺動面いかに効率よく潤
滑するかが大きな問題である。ここで、従来のロ
ータリベーン型圧縮機における潤滑機構について
説明する。

ロータの端面でスロツトの下端に位置する部分
には各々のスロツトをその下端で連通すべく環状
の溝が形成されており、一方、シリンダの軸方向
端部を閉じる端板には端板の側部に形成された高
圧チヤンバーから環状溝に高圧油を供給する為の
油通路が穿設されている。

環状溝に供給された油はスロツトの底部を満た
しベーンの下端面に所定の圧力を付与する。

そして、油はスロツトの底部からベーンとスロ
ツト内壁面との間の隙間を通つて半径方向外方に
流動し、両者間の潤滑を行つた後作動空間内に流
入するものである。

上述の如く従来のロータリベーン型圧縮機にお
いては、ロータ側面の環状溝から供給される油で
のみベーンとスロツト内壁面との間の摺動面を潤
滑していたので、油圧が低い時、あるいは油量が
少ない場合同部分の潤滑が不充分となる欠点があ
る。

また、他の大きな問題は、圧縮機の軽量化の問
題である。

ところが、従来のロータ構造は、第１〜２図に
示されている如く、中実のロータ本体１にベーン
スロツト２を加工形成し、シヤフト３への取付孔
４を設けているだけにすぎず、しかも鉄材料であ
るため、重量が極めて重い。因みに、自動車のエ
アコン用圧縮機では、吐出容量140c.c.／rev.のも
ので、本体重量約６Kgのうち、ロータ重量は約１
Kg程度占めている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前述のとおりの従来のロータリベー
ン型圧縮機において問題となつていた、ベーンと
スロツト内壁面と間の摺合面の効率的で安定した
潤滑と軽量化の問題を同時に解決したロータリベ
ーン型圧縮機を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明においては、前記目的を達成するため、
ロータ内部にベーンスロツトを相互に連通する環
状空胴を有し、該空胴中には潤滑油が貯溜されて
おり、ベーンがスロツト内を進退する時該ベーン
表面が空胴内の油でぬらされる様に構成したもの
であり、具体的には、 カムシリンダと一対のサイドカバーにより画成
される空間内に回転可能に支持されたロータを配
設し、このロータには放射状に複数のベーンスロ
ツトを形成してベーンを出入可能とし、前記ベー
ン先端をカムシリンダ内周面に接触摺動させるこ
とによりベーンおよびカムシリンダ等により囲ま
れる室内容積を変化させて流体の吸入圧縮をなす
ロータリベーン型圧縮機において、 前記ロータ内部にベーンスロツトを相互に連通
する環状空胴を形成し、当該環状空胴内には前記
ベーン表面を潤滑する為の油を充填するように構
成したものである。

また、本発明の好的な実施態様として、前記ロ
ータの周壁がベーン最大突出位置においてベーン
後端を環状空胴内に突出させる肉厚に形成し、ベ
ーンが半径方向外方に最も飛び出す位置に移動し
た場合においてもベーンの後端がロータ内の油貯
溜空間に露出して油と接触可能に形成されている
こと、また、前記ロータが軸方向の適当な箇所で
分割された例えば焼結合金で作られた複数個の部
分から成り、それらの部分の冶金的接合によつて
ロータ内部に油貯溜用の空間を簡単に形成できる
様に成されていること、 および、 前記一方のサイドカバーの側部には圧縮冷媒か
ら分離した潤滑油を貯溜する高圧チヤンバ室が設
けられ、前記他方のサイドカバーの側部にはサイ
クルから低圧の冷媒を吸入する為の吸入室が設け
られ、 前記高圧チヤンバ室と前記ロータの高圧チヤン
バー側端面に形成した環状溝との間を連通する油
供給通路を前記一方のサイドプレートに穿設する
ことなどの構成をとることにより、一層確実に前
記目的を達成することができるものである。

〔作 用〕

本発明においては、前述のとおりロータ内部に
ベーンスロツトを相互に連通する環状空胴を形成
し、当該環状空胴内には前記ベーン表面を潤滑す
る為の油を充填する構成としているため、油が常
時均一に供給されるとともに油の流路損失が低減
され、動力損失が低減されるほか、中実ロータを
用いる従来のものに比較してロータの軽量化に対
して極めて顕著な作用効果をもたらすものであ
る。

〔実施例〕

次に本発明を、自動車の空気調和装置に用いた
場合の例を用いて詳細に説明する。この場合の駆
動力は自動車のエンジンの回転力を利用する。

この圧縮機は、フロントカバー１０とケーシン
グ１１によつて形成される容器状チヤンバの中央
部に挿通されたシヤフト１２を有している。シヤ
フト１２は一端をフロントカバー１０から突出さ
せ、その突出端にプーリ１３を取付け、エンジン
からの駆動力によつて回転駆動されるものとなつ
ている。また、シヤフト１２は、フロントカバー
１０にシール１４を介して軸挿され、チヤンバ１
１内に一定距離だけ離反されたサイドカバー１
５，１６に軸受を介して回転可能に支持されてい
る。チヤンバ１１内で隔置された一対のサイドカ
バー１５，１６によつて囲まれるチヤンバ１１の
内周面には、カムシリンダ１７が取付けられ、こ
のカムシリンダ１７内には前記シヤフト１２に取
付けられたロータ１８を配設している。このロー
タ１８は真円外周面を有し、放射状に形成したベ
ーンスロツト１９内にベーン２０を出入可能に装
着している。一方、カムシリンダ１７は、この内
周面をエピトロコイド曲線で形成され、ロータ外
周面との間に圧縮作業室２１（実施例では２箇
所）を画成している。なお、作業室２１は当然の
ことながらサイドカバー１５，１６によつても閉
塞されている。各作業室２１はベーン２０によつ
て複数の圧縮室に区別される。

ところで、本実施例において、ロータ１８は次
のように形成されている。すなわち、第５〜６図
に示されるように、王冠状のロータ半体品２，
２′を分割面１で互いに突き合わせて一体化し、
その内部においてロータ１８周りに環状空胴２３
を形成してなるものである。半体品２，２′は粉
末冶金法により、シヤフト１２への取付孔２４と
ベーンスロツト１９とを設けて王冠状に成形さ
れ、両半体品２，２′の突合せ周縁部３を拡散法
などにより焼結成形されてロータ１８となる。こ
のロータ１８の外周面部の肉厚は、ベーン２０の
最大突出位置即ち、シヤフト１２の中心からシリ
ンダ内壁面までの距離が最も遠い位置でベーン２
０の後端部が空胴２３内にやや突出する程度の薄
肉に形成する。かく形成されたロータ１８の環状
空胴２３はロータ１８の各ベーンスロツト１９相
互をロータの内部で連通させるもので、その内部
にスロツト１９に装着されたベーン２０に背圧を
加えるとともに潤滑を行わせるための油が充填さ
れ、この空胴２３を介して全ベーン２０に一定の
背圧を加えるようにしている。なお、ロータ１８
はシヤフト１２に対し、圧入などの方法によつて
結合され、シヤフト１２とともに一体に回転され
る。この圧入代を充分確保するために、各半体品
２，２′には厚肉のボス部２５が設けられてい
る。両半体品２，２′のボス部２５は、実施例に
おいて互いに離反され、空胴２３にシヤフト１２
を露呈させているが、もちろん、ボス部２５を延
長して当該ボス部２５相互を結合してもよい。

このようなロータ１８が回転されることによ
り、カムシリンダ１７ロータ１８、サイドカバー
１５，１６で囲まれる作業室２１の内容積が変化
する。この作業室２１に冷媒ガスを結排するため
の吸入ポート２６と吐出ポート２７がカムシリン
ダ１７に設けられている。吸入ポート２６はカム
シリンダ１７に穿設された吸入通路２８に連通
し、この通路２８は前記フロントカバー１０とこ
れ隣接する一方のサイドカバー１５とに設けられ
た吸入室２９に連通されている。したがつて、冷
媒ガスは圧縮機の吸入口３０から吸入室２９、吸
入通路２８、吸入ボート２６を経て前記圧縮作業
室２１に導入される。一方、吐出ボート２７は、
カムシリンダ１７外面部に吐出弁３１を介してチ
ヤンバ１１との間に設けられた吐出通路３２に連
通し、この吐出通路３２は更に他方のサイドカバ
ー１６に設けられた吐出開口３３を経て、サイド
カバー１６の側部に形成されたチヤンバ室３４に
連通している。チヤンバ室３４の上面部には吐出
口３５が設けられ、圧縮された冷媒ガスを導出し
得るものとなつている。

また、チヤンバ室３４には各摺動部に供給する
ための油３６が溜められ、圧縮ガス圧を利用し
て、前記サイドカバー１６に設けられた油の流通
路３７から、ロータ１８の側面に形成された環状
溝開口及びベーンスロツト１９を経て前記環状空
胴２３内に導入充填される。

油流通路３７に挿入されたスクリユは油圧が上
昇しても必要以上の油を供給することのない様油
の流量を制限する絞りとして作用する。

潤滑油の循環経路について詳細に説明する。

通常運転時には環状空胴２３内には所定の圧力
の油が充満している。ロータ１８の回転に伴つて
スロツト１９内を半径方向に進退するベーン２０
は空胴２３内に充満する油の中を進退する結果ス
ロツト１９の内壁面とベーン２０側面との摺動面
はベーン２０側面に付着した油によつて潤滑され
る。

潤滑後の油は作動室２１内に流出し圧縮冷媒と
共に吐出ポート２７、吐出開口３３を経てチヤン
バ３４内に吐出される。

チヤンバ内に設置された図示しない油分離装置
によつて冷媒中から油分が分離され分離された油
はチヤンバ３４の下方に溜まる。一方冷媒は吐出
口３５からサイクルへ吐出される。

貯溜油３６はチヤンバ３４内のガス圧によつて
スクリユーで流量制御されつつ通路３７，３７ａ
を介してロータ１８の端面に刻設された環状溝２
２′へ導びかれる。ここで一部の油は環状溝２
２′に連通するベーンスロツトの底部開口１９
a′を介して環状空胴２３に導入され、作動室２１
内や、フロント側の油循環路（後述する）に流出
した空胴２３内の油量を補充する。

環状溝２２′へ導びかれた油の一部はロータ１
８の軸方向のガタつきを受ける為にサイドプレー
ト１６内に設置されたスラストベアリング、及び
シヤフト１２の回転を支承するべくサイドプレー
ト１６内に取付けられたニードルベアリングを通
り、サイドプレート内に穿設された油通路を介し
てロータ１８とサイドプレート１６との間の摺動
面へ給送される。

このリア側油循環路によつてリア側のスラスト
ベアリング５０′、ニードルベアリング５１′及ロ
ータ１８のリア側端面を潤滑する。潤滑後の油は
ロータ１８とサイドプレート１６とのすき間を通
つて作動室２１へ流出する。

次にフロント側の油循環路について説明する。

空胴２３内の油はベーンスロツト１９のフロン
ト側底部開口１９ａを通つてロータ１８のフロン
ト側端面に刻設された環状溝２２へ流出する。環
状溝２２内の油はサイドプレート１５内に固定さ
れたスラフトベアリング５０、ニードルベアリン
グ５１を介してシヤフトシール室１４ａへ流入す
る。更にシヤフトシール室１４ａ内の油はサイド
プレート１５へ穿設された油通路５２を経てロー
タ１８とサイドプレート１５との間のすき間に給
送される。

このフロント側油循環路によつてフロント側ス
ラストベアリング５０、ニードルベアリング５１
及びロータ１８のフロント側端面を潤滑する。更
にシヤフトシール１４の為にも利用される。

圧縮機の停止中には空胴２３内の油はベーンス
ロツトとベーンとの間のすき間を通つて鉛直方向
下方に位置する作業室２１へ自重で流下する。

その結果空胴内にはわずかな油しか残つていな
い。

圧縮機が起動してロータ１８が回転すると作業
室２１内の油は吐出ポート２７から吐出通路３
２、吐出開口３３を介してチヤンバ３４内に吐出
されその下部に滴下する。

一方チヤンバ３４内の油は前述の要領でスロツ
ト１９の底部開口から空胴２３内へ噴出される。

この状態で空胴内へ供給される油量はベーンと
スロツトの間すき間等から作動室２１へ流出する
油量の５〜10倍に設定されているので、実施例の
空胴（容積30c.c.）が圧縮機の起動後（2000rpm一
定回転で）約３秒の間に油でいつぱいになつた。
それまでの間はベーン２０に油による背圧が作用
しないのでベーン２０の先端がシリンダ１７の内
壁面へ押付けられるのは専らベーン２０に作用す
る遠心力から得られる力である。この為、作業室
２１内の圧力が所定値以上になるとベーン２０は
比較的簡単にシヤフト方向へ押し戻され隣接する
圧縮室同志が連通して結果的に吐出圧力の急激な
上昇が抑制される。

この現象は起動時に一種のアンローダ効果とし
て作用し起動トルクの低減に寄与する。

３秒後にはベーン２０の背面に油の圧力が作用
する様になるので、このアンローダ効果は自然に
消滅する。

実施例によれば低温の冷媒をフロント側サイド
カバー１５より吸入し、他方のサイドカバー１６
側から高温の冷媒を吐出させるものであるが、ロ
ータ１８の内部の空胴に温度の高い油が充満する
ため、ロータの温度分布が均一化され、熱変形が
均一となる。ロータ１８はカムシリンダ１７との
関係で真円外周面とする必要があるため、温度均
一化に伴う利益は大である。

更に本実施例ではロータ１８が上述したように
環状空胴２３の構造として殻状に形成してあるた
め、ロータ１８自身の重量が従来のものに較べ略
1/2に低減するとともに、ベーンスロツト１９相
互を連絡する通路が環状空胴２３によつてなさ
れ、従来のスロツト底部の連通溝５のみによつて
いたもの（第１〜２図参照）に比し、その流路断
面積が略８倍となる。したがつて、重量軽減効果
とベーン２０の往復動に伴う油の流動損失の低減
効果は著しく大きい。特に、この種の圧縮機にお
いては、ロータ１８の回転数が7000rpm時におけ
るベーン２０の速度は最大8m／ｓにも達するた
め、発生する油の流動による流路損失、内部摩擦
損失の影響が大きいが、環状空胴２３によつて油
流速を1/8程度に低減させるので充分に損失の軽
減を図ることができる。

また、ベーン２０とスロツト１９の壁面との摺
動面積も減少するのでこの部分の摩擦抵抗による
機械損失も低減できる。

なお、上記実施例ではロータ１８を粉末冶金法
により製作したが、鍛造法により成形し、溶接結
合としてもよく、他の製作法も用い得る。

第７図には他の実施例に係るロータ１８Ａを示
す。この実施例は前記実施例のロータ８が２分割
構造であつたものを、３分割構造として一体化し
たものである。すなわち、リング状の外周板体３
８および一対の側板体３９とからなるものであ
る。これらの部材も前記実施例と同様な製作法で
成形することができる。

斯かる実施例でも環状空胴２３を画成できるの
で重量軽減と損失低減が可能である。

〔効 果〕

以上説明したように、本発明に係るロータリベ
ーン型圧縮機では、重量軽減上での懸案となつて
いるロータの重量軽減を図り得ると同時に油の流
路損失による動力損失も低減でき、軽量化と高効
率化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧縮機に用いられるロータの断
面図、第２図は同側面図、第３図は本実施例に係
るロータリベーン型圧縮機の縦断面図、第４図は
第３図の―線断面図、第５図は同圧縮機のロ
ータ断面図、第６図は第５図の―線断面図、
第７図は他の実施例におけるロータの断面図であ
る。 １２……シヤフト、１５，１６……サイドカバ
ー、１７……カムシリンダ、１８……ロータ、１
９……ベーンスロツト、２０……ベーン、２１…
…圧縮作業室、２２……ロータ半体品、２３……
環状空胴、３４……チヤンバ室、３６……油。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ カムシリンダと一対のサイドカバーにより画
   成される空間内に回転可能に支持されたロータを
   配設し、このロータには放射状に複数のベーンス
   ロツトを形成してベーンを出入可能とし、前記ベ
   ーン先端をカムシリンダ内周面に接触摺動させる
   ことによりベーンおよびカムシリンダ等により囲
   まれる室内容積を変化させて流体の吸入圧縮をな
   すロータリベーン型圧縮機において、前記ロータ
   は、その内部にベーンスロツトを相互に連通する
   環状空胴が形成され、かつその軸方向端面に前記
   各ベーンスロツトの底部側面を連通する環状溝が
   形成されており、前記一方のサイドカバーの側部
   に設けられ圧縮冷媒から分離した潤滑油を貯溜す
   る高圧チヤンバ室と、前記他方のサイドカバーの
   側部に設けられサイクルから低圧の冷媒を吸入す
   るための吸入室とが設けられ、前記高圧チヤンバ
   室と前記ロータの高圧チヤンバ側端面に形成され
   た前記環状溝との間を連通する油供給通路を前記
   一方のサイドプレートに穿設してなることを特徴
   とするロータリベーン型圧縮機。