JPS6258080A - 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、圧縮段
の駆動トルクの脈動を低減し得る様なシリンダプロフィ
ルを備え特に自動車用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。

〔従来の技術〕

従来の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、シリンダボア内に偏心配置された
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
クの変動が大きく自動車に装着した場合に摺動・騒音の
発生源となっている。

この問題に対して近年種々の対策がなされている。この
第１の方法は実開昭５８−１０６５８０等で開示される
ように複数の作動領域をシリンダボア及びロータで構成
し、ベーンで作動領域を分割し、その位相をずらす多気
筒化であり、第２の方法は、特開昭５８−７００８６で
開示されるようにシリンダプロフィルを変化させる方法
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかるに、従来技術においては、第１の方法の場合には
吐出口や吐出弁を複数にするため部品点数が多くなると
いう欠点があり、第２の方法の場合にはベーン飛出量の
加速度変化が太き（ベーンのシリンダボア内周に対する
追従性が悪くなるという欠点がある。さらに、第１・第
２の方法では広範囲の圧縮比領域では、駆動トルクの脈
動を十分には小さくできない。つまり、クーラーサイク
ルの熱負荷、圧縮機回転数等の変動に対し広範囲に駆動
トルクの脈動を小さくできないということである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点に鑑み、駆動トルクの脈動が広範囲
の圧縮比領域で極めて小さく、部品点数が少なく、しか
もシリンダボアに対するベーンの追従性に優れたベーン
型圧縮機を提供することを目的とする。そして、この目
的を達成するために、シリンダプロフィールを以下の領
域より構成した。

すなわち、 ヘーン飛出量が増加する領域（１） ベーン引込速度が増加する領域（２） ベーン引込速度が減少する領域（３） ベーン引込速度が再度増加する領域（４）ベーン引込速
度が再度減少する領域（５）ベーン引込速度が再々度増
加する領域（６）ベーン引込速度が再々度減少する領域
（７）で構成することにより、トルク変動を広範囲の圧
縮比領域で極めて小さくなしえたものである。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図を参照して説明する。

尚、一般に圧縮機の圧縮比εは、通常運転時においてε
′−，２〜１１と考えてよく、以下この圧縮比領域にお
いて説明を進める。

第１図および第２図は本発明のベーン型圧縮機１０の横
断面図および縦断面図である。圧縮機１０のハウジング
はシリンダ１２と前側板１４と後側板１６とで構成され
ており、シリンダ１２には第３図を参照して後述する様
なシリンダプロフィ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、図示しないプーリ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Ｏ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も
ってシリンダボア１８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する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図および第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された２枚のべ一７２６ａ、２６ｂ
；２８ａ、２８ｂを有する。

これらのベーン結合体２６．２８は第２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によって合計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枚のベーン２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂ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」圧縮機に限定されるものではなく、第１５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入室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には吸入室３４に通ずる吸入口４０が設けてあり、
前側板１４には吸入室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１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。

本実施例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の内周面に沿って第１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ｖｉ１４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・減少を繰り返すこ
とにより、図示しないクーラーユニットのエバポレータ
から、前カバー３０の吸入口４０、吸入室３４、前側板
１４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４
６、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、第３図を参照して、シリンダボアのシリンダプロ
フィルを説明する。第３図には本実施例によるシリンダ
プロフィルと従来のスルーベーン型圧縮機のシリンダプ
ロフィルを対比して示した。

同図において実線で示した曲線Ａが本実施例のシリンダ
プロフィルを表す。破線で示した曲線Ｂはス／Ｌ／−＜
−ン型圧縮機の従来公知のシリンダプロフィルを表す。

すべてのベーンのシーリングエツジが常にシリンダボア
内周に摺接する様にするため、従来の曲線Ｂは、ベーン
の飛出ｌｄが最大飛出量りに達する回転角位置をθ＝０
°として、角度θにおける飛出量ｄ（θ）が次式 ６式％（１１ これに対し、本実施例によるシリンダプロフィルＡの形
状は １）ロータ２４とシリンダボア１８が面接触す４）ベー
ンの引込速度が増加する領域Ａ　ＩＡ　ｚ５）ベーンの
引込速度が減少する領域Ａ　ｚ　Ａ　３／−ゝ＼ ６）ベーンの引込速度が増加する領域Ａ　３　Ａ　ａ７
）ベーンの引込速度が減少する領域Ａ、Ａ５８）ベーン
の引込速度が増加する領域Ａ、Ａ。

から構成され、これらの領域が極めて滑らかに連続する
曲線として形成されている。

ア面１８との間をシールする目的で設けられる領シール
部を設けた時にのみ必要な領域であって、それ以外の場
合は設計上省略してもよい。

次に本発明による駆動トルク脈動抑制原理について説明
する。

ベーン型圧縮機において、ベー７ｌ枚当たりに作用する
駆動トルクｔ　（θ）は、作動室を区切る各ベーンの前
後にかかる差圧ΔＰ（θ）と、ベーンの飛出ｆｆ１ｄ　
（θ）、作動室の軸方向長さｌ、及びロータ半径ｒ０と
によって決定されるもので、回転角θに対して ｔ　（θ）−β・ΔＰ（θ）。

ｄ　（θ）　　（ｒｏ　＋ｄ　（θ）　／　２　）　・
１２１弐で表すことができる。ここで、ベーン前方の作
動室の内容積をＶ（θ）、圧力をＰ（θ）とすると最大
容積■ｓ、吸入圧力Ｐｓ、吐出圧力Ｐｄを用いて Ｐ（θ）＝Ｐｓ　　（Ｖｓ／Ｖ　（θ））Ｋ（但し、Ｐ
（θ）＞Ｐｄとなるときは Ｐ（θ）＝Ｐｄ）　　　　　　　　　　　　・・・（３
）で表される（但し、Ｋは断熱指数を示し、一般の自動
車用圧縮機で使用される冷媒フロン１２においてはＩ、
１４である）。

また、 八Ｐ（θ）＝Ｐ（θ）−Ｐ（θ−９０６）・・・（４）
となる。

ベーン型圧縮機の合計駆動トルクＴは４枚のベーンにつ
いてそれぞれ（２）式より得られる駆動トルクの合計と
して Ｔ＝ｔ（θ）＋Ｌ　（θ＋９０°）＋ｔ　（θ＋１８０
’）十ｔ（θ＋２７０°）　・・・（５）ｅ表される訳
であるが、ロータ２４とシリンダボア１８との摺接点か
ら吸入ボート４４の最終端までが、回転角にして９０６
以上であるため、ベーンの前後にかかる圧力がいずれも
吸入圧力Ｐｓ、すなわち（４）弐において、Ｐ（θ）＝
Ｐ（θ−９０°）＝Ｐｓとなるベーンが４枚のうち少な
くとも１枚は存在する。よって、実質的には３枚のベー
ンの駆動トルクの合計として、合計駆動トルクＴを表す
ことができ、次式のようになる。

Ｔ＝　ｔ、＋　ｔ、＋　ｔ、　　　　　　　　　　　・
・・（６）ここで、ｔｌはｔ２に対し、ロータ回転方向
に９０°先行したベーンにかかる駆動トルク、ｔ３はｔ
２の９０°後のベーンにかかる駆動トルクとする。

第４図は、（２）〜（６）弐を用いて、スルーベーン型
圧縮典の従来公知のシリンダプロフィルについて各圧縮
比ε　（ε””　Ｐ　ｄ　／　Ｐ　ｓ　）における駆動
トルクを示したものである。実際の駆動トルクは第４図
に示したトルク波形がベーンの回転角９０°を１周期し
て連続的につながった形となる。

この図よりわかるように駆動トルクの脈動に対しては回
転角θが２０’〜９０’付近に位置するベーンの駆動ト
ルクが支配的である。したがって、この付近におけるシ
リンダプロフィル形状を、以下の手順で操作することに
より、広い圧縮比範囲、すなわち広い回転数域４こおい
て、駆動トルクの脈動を極めて小さくすることが可能と
なる。

（１）一般にベーンにかかる駆動トルクが急激に送速度
を急激に上昇させる。この領域では、主に低圧縮比での
駆動トルクのピークを下げるものである。

ベーン引込速度■は ■（θ）＝ａ　（θ−θＩ）（ａ＞Ｑ）で表される。

高圧縮比において見られる特に鋭角的なピークを下げる
ためベーン引込速度を最大（Ｖｍａ　ｘ）かつ一定に保
つ。

ベーン引込速度は■（θ）＝ｃｏｎｓ　ｔ、”Ｖｍａｘ
で表される。

ｔ３＋　　Ａ４ＡＳ　ｃＤ頭域においては、ベーン５１
込連度をゆるやかに減少させる。この領域の前半の部分
では主に高圧縮比領域における駆動トルクのピークを下
げ、後半の部分ではトルク波形の谷の部分（第５図中実
線の回転角２０°近傍）を高くすることにより、合計駆
動トルクを平滑にする。

ベーン引込速度は、■（θ）−ｂ（θ−０４）＋Ｖｍａ
ｘ（ｂ＜Ｑ）で表される。

（４）　　Ａ　ｓ　Ａ　ｂの領域においては、ベーン引
込速度を比較的小さな値Ｖｃにて一定に保つベーン引込
速度は■（θ）　−ｃｏｎｓ　ｔ、＝Ｖｃで表される。

この領域では、この領域と１８０°相対する領域に位置
するベーンが、第４図のｔ、で示す駆動トルクを受けて
おり、この駆動トルクがゆるやかに立ち上がるところで
あるから、この立ち上がりを早めることにより合計駆動
トルクＴを平滑化することを目的とする。スルーベーン
コンプレッサけるベーン引込速度を一定に保つことによ
り、１８０°反対に位置するベーンの飛出量の増加を助
け、ｔ３の立ち上がりを早めることができる。また、ス
ルーベーン以外のコンプレフサにおいてもこの領域Ａ，
Ａ，は、ベーンの前後にかかる圧力はどちらも吐出圧力
Ｐｄとなっているので、ベーン引込速度を一定に保って
も何ら問題はない。

（５１　Ａ　ｂ　Ａ　７の領域においては、ベーン引込
速度する。

ベーン引込速度は ■（θ）−Ｃ（θ−θ６）＋Ｖｃ　　　（Ｃ＜０）で表
される。

以上（１）〜（５）で構成される理想的なベーン引込速
度及びスルーベーンコンプレッサの’Ｌ　合１　８　０
。

反対方向に一義的に決定されるベーン飛出速度を第５図
の１点鎖線で示す。この理想的なベーン引込速度にでき
るだけ近く、かつ、形状的にも加工上からも滑らかなシ
リンダプロフィールとする為、第５図の実線で示すベー
ン引込速度とし、このベーン引込速度に基づいてシリン
ダプロフィールを決定する。

すなわち、 １）ロータ２４とシリンダボア１８が面接触すが極めて
滑らかに連続する曲線としてシリンダプロフィールを形
成する。このシリンダプロフィールにより、広範囲の回
転数域におけるコンプレフサの駆動トルクを極めて小さ
くすることが可能で／′ーー＼ とＡ．Ａ３の遷移点Ａ２をほぼθ＝２５°、前記４０°
、前記領域Ａ　＋ｌ　Ａ　４とＡ　ａ　Ａ　ｓの遷多照
Ａ４／−一ゝ＼ とＡ　ｂ　Ａ　７の遷移点Ａ６をほぼθ−１４５６の回
転角位置に配置している。

第６図の実線は第５図中実線のベーン飛出、引込速度に
より決定される角度θとベーン飛出量の関係を示す。図
中破線はベーン型圧縮機の従来公知のシリンダプロフィ
ールのベーン飛出量である。

第７図に本実施例によるベーン型コンプレッサの圧縮比
ε−１０，５におけるハーフ１枚あたりにかかる駆動ト
ルクｔ，，　　２＋　　ｔ３と、合計駆動トルクＴを示
す。

第８図は本実施例のベーン型圧縮機において、異なる圧
縮比について回転角に対する合計駆動トルクＴの変動を
示すグラフである。

第９図は従来のベーン型圧縮機における第８図に相当す
るグラフである。

なお、本実施例では第１図に示すようにロータ２４には
その中心Ｏを通り直径方向に貫通する２つの直交するガ
イドスロットがシリンダー２の全長にわたって形成して
あり、これらのガイトスロア）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
嵌合されていたが、第１０図に示すような構成にするこ
とも可能である。

第１０図において、ロータ２４にはその中心○を通り直
径方向に貫通する３つのガイドスロットが６０°間隔で
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同一長さの３枚のベーン結合体２６
．２７．２８がロータの中心Ｏを中心に６０°間隔で摺
動自在に精密嵌合されている。

第１０図に示したベーン型圧縮機１０においては、３つ
のベーン結合体２６，２７．２８は中間部によって互い
に一体的に結合された２枚のベーン２６ａ、２６ｂ；２
７ａ、２７ｂＨ２８ａ、２８ｂを有する。またベーン結
合体２６は第１１図の（ａ）に示すように、図中左部と
右部の切欠部２６１及び２６２を有するＨの字型の形状
であり、ベーン結合体２７．２８は第１１図の（ｂ）に
示すように、図中左部中央部に切欠部２７１を有するコ
の字型の形状である。これらのベーン結合体は、第１２
図に示すように、コの字型のベーン結合体２７．２８を
上下としてその切欠部間にＨの字型のベーン結合体の貫
通部２６３が嵌入するようになっており、各々のベーン
結合体２６，２７．２８によって合計６枚のベーン２６
ａ、２６ｂ、２７ａ、２７ｂ、２８ａ、２８ｂが構成さ
れている。

この様な構成にすると、ベーン型圧縮機の合計駆動トル
クＴは６枚のベーンについてそれぞれ（２）弐より得ら
れる駆動トルクの合計としてＴ＝ｔ（θ）＋ｔ　（θ＋
６０°）＋ｔ　（θ＋１２０°）＋ｔ　（θ＋１８０’
）＋ｔ　（、θ＋２４０’）＋ｔ　　（θ＋３００’）
　　・・・（７）で表される。ここで、ベーン前方と後
方の作動室との圧力差へＰ（θ）は ΔＰ（θ）＝Ｐ（θ）−Ｐ（θ−６０”）・・・（８）
であるので、ロータ２４とシリンダボア１８との摺接点
から吸入ポート４４の最終端までが、回転角にして１２
０°以上であるため、Ｐ（θ）−Ｐ（θ−６０’）＝Ｐ
（θ−１２０’）となるベーンが６枚のうち少なくとも
２枚は存在する。よって、実質的には４枚のベーンの駆
動トルクの合計として、合計駆動トルクＴ”を表すこと
ができ、次式のようになる。

Ｔ’＝ｔ、’＋ｔ２°＋１．″＋シ、゛・・・（９）こ
こでｔ１″はｔ２°に対し、ロータ回転方向に６０°先
行したベーンにかかる駆動トルク、１．＋はｔ２°の６
０°後のベーンにかかる駆動トルク、ｔ４°はｔ　３１
　の６０°後のベーンにかかる駆動トルクとする。

次に第１３図に本構成のベーン型コンプレッサの圧縮比
ε−５，３３におけるベーン１枚あたりにかかる駆動ト
ルクｔ、’　、ｔ２’　、ｔ３°、ｔ４゛と、合計駆動
トルクＴ°を示す。第１３図から明らかなように、得ら
れる合計駆動トルクＴ゛　は、へ−ン枚数が４枚の場合
の合計駆動トルクＴよりも更に脈動の小さなものとなる
。

また、第１４図は本構成のベーン型圧縮機において、異
なる圧縮比について回転角に対する合計駆動トルクＴの
変動を示すグラフであるが、第１４図から明らかなよう
に圧縮比が変動しても駆動トルクの脈動は極めて小さい
ものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明のベーン型圧縮機を用いれば
、駆動トルクの変動を広範囲の圧縮比領域で極めて小さ
くすることができ、部品点数も少なく、シリンダボアに
対するベーンの追従性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の横断面図で第２図のＩ−Ｉ断面
図、第２図は縦断面図で第１図のｎ−ｎ断面図、第３図
はシリンダプロフィールを示す図、第４図は従来例の回
転角と駆動トルクとの関係を示す図、第５図は実施例の
ベーンの飛出速度及び引込速度を示す図、第６図は実施
例のベーンの飛出量を示す図、第７図は実施例の回転角
と駆動トルクとの関係を示す図、第８図は実施例の駆動
トルクを圧縮比を変えて示す図、第９図は従来例の第８
図に相当する図、第１０図は本発明の他の実施例を示す
横断面図、第１１図は、他の実施例のベーン結合体の構
造を示す図で、第１１図の（ａ）はベーン結合体２６の
正面図、第１１図の（ｂｌはベーン結合体２７及び２８
の正面図、第１２図は他の実施例のベーンの構造を示す
斜視図、第１３図は他の実施例の回転角と駆動トルクと
の関係を示す図、第１４図は他の実施例の駆動トルクを
圧縮比を変えて示す図、第１５図はさらに他の実施例を
示す横断面図である。 １２・・・シリンダ、１８・・・シリンダボア、２４・
・・ロータ、２６，２７．２８・・・ベーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、閉ループ状のシリンダプロフィ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、前記ロータに円周方向等角度間隔で
   装着された複数枚の摺動ベーン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ルの形状が、ロータ
   の回転方向に順次 ベーン飛出量が増加する領域（１） べーン引込速度が増加する領域（２） べーン引込速度が減少する領域（３） べーン引込速度が再度増加する領域（４） べーン引込速度が再度減少する領域（５） ベーン引込速度が再々度減少する領域（６）べーン引込
   速度が再々度減少する領域（７）で構成されることを特
   徴とするベーン型圧縮機。 ２、前記シリンダプロフィルの前記領域（２）の開始点
   （Ａ＿１）をθ＝０°とした場合、前記領域（２）と領
   域（３）の遷移点（Ａ＿２）をほぼθ＝２５°、前記領
   域（３）と領域（４）の遷移点（Ａ＿３）をほぼθ＝４
   ０°、前記領域（４）と領域（５）の遷移点（Ａ＿４）
   をほぼθ＝５０°、前記領域（５）と領域（６）の遷移
   点（Ａ＿５）をほぼθ＝１４０°、前記領域（６）と領
   域（７）の遷移点（Ａ＿６）をほぼθ＝１４５°の回転
   角位置に配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のベーン型圧縮機。