JPWO2012023426A1 - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

ベーン先端部の円弧とシリンダ内周面との法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なう複数のベーンを有するベーン型圧縮機を提供する。この発明に係るベーン型圧縮機は、複数のベーンの先端部の円弧形状の法線と、シリンダの内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうように、複数のベーンが常にシリンダの内周面の法線方向、またはシリンダの内周面の法線方向に対し一定の傾きを持つ方向に沿って保持され、更に、ロータ部内で複数のベーンが、ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されており、シリンダヘッド及びフレームのシリンダ側端面に、シリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、凹部または溝内に、部分リング形状の端面に板状の突起または溝を有する一対のベーンアライナを嵌入し、板状の突起または溝を複数のベーンに設けられた溝または突起に嵌入したものである。

Description

この発明は、ベーン型圧縮機に関する。

従来、ロータシャフト（シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部と、ロータ部に回転力を伝達するシャフトとが一体化されたものをロータシャフトという）のロータ部内に一箇所または複数箇所形成されたベーン溝内にベーンが嵌入され、そのベーンの先端がシリンダ内周面と当接しながら摺動する構成の一般的なベーン型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ロータシャフトの内側を中空に構成しその中にベーンの固定軸を配し、ベーンはその固定軸に回転可能に取り付けられ、更に、ロータ部の外周部付近に半円棒形状の一対の挟持部材を介してベーンがロータ部に対して回転自在に保持されているベーン型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２５２６７５号公報（第４頁、第１図） 特開２０００−３５２３９０号公報（第６頁、第１図）

従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）は、ベーンの方向がロータシャフトのロータ部内に形成されたベーン溝により規制されている。ベーンはロータ部に対して常に同じ傾きとなるように保持される。そのため、ロータシャフトの回転に伴い、ベーンとシリンダ内周面の成す角度は変化し、全周に亘ってベーン先端がシリンダ内周面に当接するためには、ベーン先端の円弧の半径をシリンダ内周面の半径に比べて小さく構成する必要があった。

ベーン先端がシリンダ内周面と当接しながら摺動するものにおいては、半径の大きく異なるシリンダ内周面及びベーン先端が摺動するため、二つの部品（シリンダ、ベーン）間に油膜を形成しその油膜を介して摺動する流体潤滑の状態にはならず、境界潤滑状態となってしまう。一般に潤滑状態による摩擦係数は、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度なのに対し、境界潤滑状態では非常に大きくなり、概ね０．０５以上となる。

従来の一般的なベーン型圧縮機の構成では、ベーンの先端とシリンダの内周面が境界潤滑状態で摺動することにより摺動抵抗が大きく、機械損失の増大による圧縮機効率の大巾な低下が発生してしまう。同時にベーン先端及びシリンダ内周面が摩耗しやすく長期の寿命を確保することが困難であるという課題があった。そこで、従来のベーン型圧縮機においては、ベーンのシリンダ内周面に対する押し付け力を極力低減するための工夫がなされていた。

上記の課題を改善する形態として、ロータ部の内部を中空にし、その中にベーンをシリンダ内周面の中心にて回転可能に支持する固定軸を有し、且つベーンがロータ部に対し回転可能となるようにロータ部の外周部近傍で狭持部材を介してベーンを保持する方法（例えば、特許文献２）が提案された。

この構成にすることにより、ベーンはシリンダ内周面の中心にて回転支持されている。そのため、ベーンの長手方向は常にシリンダ内周面の法線方向となり、ベーン先端部がシリンダ内周面に沿うように、シリンダ内周面の半径とベーン先端の円弧の半径をほぼ同等に構成することが可能となり、ベーン先端とシリンダ内周面を非接触に構成することができる。もしくは、ベーン先端とシリンダ内周面とが接触する場合でも十分な油膜による流体潤滑状態とすることができる。それにより、従来のベーン型圧縮機の課題であるベーン先端部の摺動状態を改善することが可能となる。

しかし、特許文献２の方法では、ロータ部内部を中空に構成することにより、ロータ部への回転力の付与やロータ部の回転支持が難しくなる。特許文献２では、ロータ部の両端面に端板を設けている。片側の端板は、回転軸からの動力を伝達する必要があるため円盤状であり、端板の中心に回転軸が接続される構成となっている。また、他側の端板は、ベーン固定軸やベーン軸支持材の回転範囲と干渉しないように構成する必要があるため、中央部に穴の開いたリング状に構成する必要がある。このため、端板を回転支持する部分は、回転軸に比べて大径に構成する必要があり、軸受摺動損失が大きくなるという課題がある。

また、ロータ部とシリンダ内周面との間に形成される隙間は、圧縮したガスが漏れないように狭くなっているため、ロータ部の外径や回転中心には高い精度が必要とされる。しかし、ロータ部と端板は別々の部品で構成されるため、ロータ部と端板との締結により発生する歪みやロータ部と端板の同軸ズレ等、ロータ部の外径や回転中心の精度を悪化させる要因となってしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示すベーン型圧縮機を提供する。
（１）第１に、回転軸の軸受摺動損失を低減し、且つロータ部とシリンダ内周面との間に形成される隙間を狭くしてガスの漏れ損失を低減するために、ベーン先端部の円弧とシリンダ内周面との法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータ部の外径や回転中心精度悪化をもたらす端板をロータ部に用いず、ロータ部と回転軸を一体に構成することで実現した複数のベーンを有するベーン型圧縮機。
（２）第２に、上記の機構を応用することで、ベーン先端部とシリンダ内周面を非接触に構成しつつ、ベーン先端部とシリンダ内周面の間の隙間からのガス漏れを最小限にするベーン型圧縮機。
（３）第３に、上記の機構を実現しつつ、ロータ部内でベーンが回転自在且つ移動可能となる機構を流体潤滑状態で摺動可能な方法で実現するベーン型圧縮機。

この発明に係るベーン型圧縮機は、略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、シリンダの軸方向の両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、先端部が外側に円弧形状に形成される複数のベーンを有するベーン型圧縮機において、
複数のベーンの先端部の円弧形状の法線と、シリンダの内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうように、複数のベーンが常にシリンダの内周面の法線方向、またはシリンダの内周面の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、
更に、ロータ部内で複数のベーンが、ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されており、
シリンダヘッド及びフレームのシリンダ側端面に、シリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、凹部または溝内に、部分リング形状の端面に板状の突起または溝を有する一対のベーンアライナを嵌入し、板状の突起または溝を複数のベーンに設けられた溝または突起に嵌入したものである。

この発明に係るベーン型圧縮機は、ベーン先端部の円弧とシリンダ内周面との法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータ部と回転軸を一体にした構成で実現できるため、回転軸を小径の軸受で支持できることで軸受摺動損失を低減し、且つロータ部の外径や回転中心の精度が向上することでロータ部とシリンダ内周面との間に形成される隙間を狭くしてガスの漏れ損失を低減することが可能となる。

実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図。 実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６，７，８の平面図。 実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（回転角度９０°）。 実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図。 実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ６，８のベーンアライナ保持部３ａ内での回転動作を示す平面図。 実施の形態１を示す図で、第１のベーン９，第２のベーン１０の斜視図。 実施の形態２を示す図で、第１のベーン９にベーンアライナ６を嵌合させた状態の断面図。 実施の形態３を示す図で、第２のベーン１０とベーンアライナ８を一体化した構成図。 実施の形態４を示す図で、第２のベーン１０とベーンアライナ８の斜視図。

実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図である。図１を参照しながら、ベーン型圧縮機２００（密閉型）について説明する。但し、本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があり、ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、一例である。本実施の形態は、密閉型に限定されるものではなく、エンジン駆動や開放型容器等の、他の構成のものにも、適用される。

図１に示すベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内に、圧縮要素１０１と、この圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２とが収納されている。圧縮要素１０１は、密閉容器１０３の下部に位置し、密閉容器１０３内の底部に貯留する冷凍機油２５を図示しない給油機構により圧縮要素１０１に導き、圧縮要素１０１の各摺動部が潤滑される。

圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２は、例えば、ブラシレスＤＣモータで構成される。電動要素１０２は、密閉容器１０３の内周に固定される固定子２１と、固定子２１の内側に配設され、永久磁石を使用する回転子２２とを備える。固定子２１には、密閉容器１０３に溶接により固定されるガラス端子２３から電力が供給される。

圧縮要素１０１は、吸入部２６から低圧の冷媒を圧縮室に吸入して圧縮し、圧縮された冷媒は、密閉容器１０３内に吐出され、電動要素１０２を通過して密閉容器１０３の上部に固定（溶接）された吐出管２４から外部（冷凍サイクルの高圧側）に吐出される。ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内が高圧となる高圧タイプ、もしくは密閉容器１０３内が低圧となる低圧タイプのどちらでもよい。なお、本実施の形態では、ベーン枚数が２枚（図１において第１のベーン９、第２のベーン１０）の場合について示している。

本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があるので、以下、圧縮要素１０１について詳細に説明する。図１においても、圧縮要素１０１を構成する各部品に符号を付しているが、図２の分解斜視図の方が解りやすいので、主に図２を参照しながら説明する。図２は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図である。また、図３は実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６，７，８の平面図である。

図２に示すように、圧縮要素１０１は以下に示す要素を有する。
（１）シリンダ１：全体形状が略円筒状で、軸方向の両端部が開口している。また、内周面１ｂに吸入ポート１ａが開口している。
（２）フレーム２：断面が略Ｔ字状で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の一方の開口部（図２では上側）を閉塞する。フレーム２のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内周面１ｂと同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部２ａ（図１にのみ図示している）が形成されている。ここに後述するベーンアライナ５、７が嵌入される。また、フレーム２の中央部は円筒状の中空であり、ここに軸受部２ｂ（図１にのみ図示）が設けられている。また、フレーム２の略中央部に吐出ポート２ｃが形成されている。
（３）シリンダヘッド３：断面が略Ｔ字状（図１参照）で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の他方の開口部（図２では下側）を閉塞する。シリンダヘッド３のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内周面１ｂと同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部３ａが形成されており、ここにベーンアライナ６、８が嵌入される。また、シリンダヘッド３の中央部は円筒状の中空であり、ここに軸受部３ｂ（図１にのみ図示）が設けられている。
（４）ロータシャフト４：シリンダ１内でシリンダ１の中心軸とは偏心した中心軸上に回転運動を行うロータ部４ａ、及び上下の回転軸部４ｂ，４ｃが一体となった構造で、回転軸部４ｂ、４ｃはそれぞれフレーム２の軸受部２ｂ、シリンダヘッド３の軸受部３ｂで支承される。ロータ部４ａには、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部４ｄ，４ｅ及びベーン逃がし部４ｆ，４ｇが形成されている。ブッシュ保持部４ｄとベーン逃がし部４ｆ、ブッシュ保持部４ｅとベーン逃がし部４ｇは連通している。また、ブッシュ保持部４ｄとブッシュ保持部４ｅ、ベーン逃がし部４ｆとベーン逃がし部４ｇはほぼ対称の位置に配置されている（後述する図４も参照）。
（５）ベーンアライナ５，７：部分リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図２では下側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部５ａ，７ａが立設している。ベーン保持部５ａ，７ａは、部分リングの円弧の法線方向に形成される（図３参照）。
（６）ベーンアライナ６，８：部分リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図２では上側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部６ａ，８ａが立設している。ベーン保持部６ａ，８ａは、部分リングの円弧の法線方向に形成される（図３参照）。
（７）第１のベーン９：略四角形の板状である。シリンダ１の内周面１ｂ側に位置する先端部９ａは外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ１の内周面１ｂの半径とほぼ同等の半径で構成されている。第１のベーン９のシリンダ１の内周面１ｂと反対側となる背面には、ベーンアライナ５のベーン保持部５ａ、及びベーンアライナ６のベーン保持部６ａが嵌入する長さに亘ってスリット状の背面溝９ｂが形成される。なお、この背面溝９ｂは軸方向全長に設けてもよい。
（８）第２のベーン１０：略四角形の板状である。シリンダ１の内周面１ｂ側に位置する先端部１０ａは外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ１の内周面１ｂの円の半径とほぼ同等の半径で構成されている。第２のベーン１０のシリンダ１の内周面１ｂと反対側となる背面には、ベーンアライナ７のベーン保持部７ａ、及びベーンアライナ８のベーン保持部８ａが嵌入する長さに亘ってスリット状の背面溝１０ｂが形成される。なお、この背面溝１０ｂは軸方向全長に設けてもよい。
（９）ブッシュ１１，１２：略半円柱状で、一対で構成される。ロータシャフト４のブッシュ保持部４ｄ，４ｅに、略半円柱状の一対のブッシュ１１，１２が嵌入され、そのブッシュ１１，１２の内側に板状の第１のベーン９、第２のベーン１０がロータ部４ａに対して回転自在且つ略遠心方向（シリンダ１の内周面１ｂの中心に対して遠心方向）に移動可能に保持される。

尚、第１のベーン９の背面溝９ｂに、ベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａが、第２のベーン１０の背面溝１０ｂに、ベーンアライナ７，８のベーン保持部７ａ，８ａが嵌入することで、第１のベーン９、第２のベーン１０の先端の円弧の法線が常にシリンダ１の内周面１ｂの法線と一致するように方向が規制される。

次に動作について説明する。ロータシャフト４の回転軸部４ｂが電動要素１０２等（エンジン駆動の場合は、エンジン）の駆動部からの回転動力を受け、ロータ部４ａは、シリンダ１内で回転する。ロータ部４ａの回転に伴い、ロータ部４ａの外周付近に配置されたブッシュ保持部４ｄ，４ｅは、ロータシャフト４の回転軸部４ｂを中心軸とした円周上を移動する。そして、ブッシュ保持部４ｄ，４ｅ内に保持されている一対のブッシュ１１，１２、及びその一対のブッシュ１１，１２の間に回転可能に保持されている第１のベーン９、第２のベーン１０もロータ部４ａとともに回転する。

また、第１のベーン９の背面側に形成された背面溝９ｂに、フレーム２及びシリンダヘッド３のシリンダ１側端面にシリンダ１の内周面１ｂと同心に形成された、ベーンアライナ保持部２ａ（図１）、ベーンアライナ保持部３ａ（図１、図２）に回転可能に嵌入された部分リング状のベーンアライナ５，６の板状のベーン保持部５ａ，６ａ（突起部）が摺動可能に嵌入し、シリンダ１の内周面１ｂの法線方向に第１のベーン９の向き（ベーン長手方向の向き）が規制される。

また、第２のベーン１０の背面側に形成された背面溝１０ｂに、フレーム２及びシリンダヘッド３のシリンダ１側端面にシリンダ１の内周面１ｂと同心に形成された、ベーンアライナ保持部２ａ（図１）、ベーンアライナ保持部３ａ（図１、図２）に回転可能に嵌入された部分リング状のベーンアライナ７，８の板状のベーン保持部７ａ，８ａ（突起部）が摺動可能に嵌入し、シリンダ１の内周面１ｂの法線方向に第２のベーン１０の向き（ベーン長手方向の向き）が規制される。

更に第１のベーン９は、先端部９ａと背面溝９ｂの圧力差（第１のベーン９の背面空間に高圧もしくは中間圧の冷媒を導く構成の場合）、ばね（図示せず）、遠心力等により、シリンダ１の内周面１ｂ方向に押し付けられ、第１のベーン９の先端部９ａはシリンダ１の内周面１ｂに沿って摺動する。この際、第１のベーン９の先端部９ａの円弧の半径は、シリンダ１の内周面１ｂの半径とほぼ一致しており、また両者の法線もほぼ一致しているため、両者の間には十分な油膜が形成され流体潤滑となる。なお、第２のベーン１０についても同様である。

本実施の形態のベーン型圧縮機２００の圧縮原理については、従来のベーン型圧縮機と概略同様である。図４は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（回転角度９０°）である。図４に示すように、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内周面１ｂは一箇所（図４に示す最近接点）において最近接している。

また、第１のベーン９とシリンダ１の内周面１ｂ、第２のベーン１０とシリンダ１の内周面１ｂとがそれぞれ一箇所で摺動することにより、シリンダ１内には３つの空間（吸入室１３、中間室１４、圧縮室１５）が形成される。吸入室１３には、吸入ポート１ａ（冷凍サイクルの低圧側に連通する）が開口しており、圧縮室１５は、吐出時以外は図示しない吐出弁で閉塞される吐出ポート２ｃ（例えば、フレーム２に形成される、但し、シリンダヘッド３に設けてもよい）に連通している。また中間室１４は、ある回転角度範囲までは吸入ポート１ａと連通するが、その後、吸入ポート１ａ、吐出ポート２ｃのいずれとも連通しない回転角度範囲が有り、その後、吐出ポート２ｃと連通する。

図５は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図である。図５を参照しながら、ロータシャフト４の回転に伴い吸入室１３、中間室１４及び圧縮室１５の容積が変化する様子を説明する。先ず、図５において、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内周面１ｂとが最近接している最近接点（図４に示す）と、第１のベーン９とシリンダ１の内周面１ｂとが摺動する一箇所とが一致するときの回転角度を、「角度０°」と定義する。図５では、「角度０°」、「角度４５°」、「角度９０°」、「角度１３５°」での、第１のベーン９、第２のベーン１０の位置と、そのときの吸入室１３、中間室１４及び圧縮室１５の状態を示している。また、図５の「角度０°」の図に示す矢印は、ロータシャフト４の回転方向（図５では時計方向）を示している。但し、他の図では、ロータシャフト４の回転方向を示す矢印は省略している。なお、「角度１８０°」以降の状態を示していないのは、「角度１８０°」になると、「角度０°」において、第１のベーン９と第２のベーン１０が入れ替わった状態と同じになり、以降は「角度０°」から「角度１３５°」までと同じ圧縮動作が行われるためである。

尚、吸入ポート１ａは、最近接点と「角度９０°」における第１のベーン９の先端部９ａとシリンダ１の内周面１ｂが摺動する点Ａの間（例えば、略４５°）に設けられ、最近接点から点Ａまでの範囲に開口している。但し、図４、図５では吸入ポート１ａを単に吸入と表記している。

また、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内周面１ｂとが最近接している最近接点の近傍で、最近接点から所定の距離の左側（例えば、略３０°）に吐出ポート２ｃが位置する。但し、図４、図５では吐出ポート２ｃを単に吐出と表記している。

図５における「角度０°」では、最近接点と第２のベーン１０で仕切られた右側の空間は中間室１４で吸入ポート１ａと連通しており、ガス（冷媒）を吸入する。最近接点と第２のベーン１０で仕切られた左側の空間は吐出ポート２ｃに連通した圧縮室１５となる。

図５における「角度４５°」では、第１のベーン９と最近接点で仕切られた空間は吸入室１３となり、第１のベーン９と第２のベーン１０で仕切られた中間室１４は、吸入ポート１ａと連通しており、中間室１４の容積は「角度０°」のときより大きくなるので、ガスの吸入を続ける。また、第２のベーン１０と最近接点で仕切られた空間は圧縮室１５で、圧縮室１５の容積は「角度０°」のときより小さくなり、冷媒は圧縮され徐々にその圧力が高くなる。

図５における「角度９０°」では、第１のベーン９の先端部９ａがシリンダ１の内周面１ｂ上の点Ａと重なるので、中間室１４は吸入ポート１ａと連通しなくなる。これにより、中間室１４でのガスの吸入は終了する。また、この状態で、中間室１４の容積は略最大となる。圧縮室１５の容積は「角度４５°」のときより更に小さくなり、冷媒は圧縮されその圧力は上昇する。吸入室１３の容積は「角度４５°」のときより大きくなり、ガスの吸入を続ける。

図５における「角度１３５°」では、中間室１４の容積は「角度９０°」のときより小さくなり、冷媒は圧縮されその圧力は上昇する。また、圧縮室１５の容積も「角度９０°」のときより小さくなり、冷媒は圧縮されその圧力は上昇する。吸入室１３の容積は「角度９０°」のときより大きくなり、ガスの吸入を続ける。

その後、第２のベーン１０が吐出ポート２ｃに近づくが、冷凍サイクルの高圧（図示しない吐出弁を開くのに必要な圧力も含む）を圧縮室１５の圧力が上回ると、吐出弁が開き圧縮室１５の冷媒は、密閉容器１０３内に吐出される。

第２のベーン１０が吐出ポート２ｃを通過すると、圧縮室１５に高圧の冷媒が若干残る（ロスとなる）。そして、「角度１８０°」（図示せず）で、圧縮室１５が消滅したとき、この高圧の冷媒は吸入室１３にて低圧の冷媒に変化する。なお、「角度１８０°」では吸入室１３が中間室１４に移行し、中間室１４が圧縮室１５に移行して、以降圧縮動作を繰り返す。

このように、ロータシャフト４の回転により、吸入室１３は徐々に容積が大きくなり、ガスの吸入を続ける。以後中間室１４に移行するが、途中まで容積が徐々に大きくなり、更にガスの吸入を続ける。途中で、中間室１４の容積は最大となり、吸入ポート１ａに連通しなくなるので、ここでガスの吸入を終了する。以後、中間室１４の容積は徐々に小さくなり、ガスを圧縮する。その後、中間室１４は圧縮室１５に移行して、ガスの圧縮を続ける。所定の圧力まで圧縮されたガスは、シリンダ１、またはフレーム２やシリンダヘッド３の圧縮室１５に開口する部分に形成された吐出ポート（例えば、吐出ポート２ｃ）により吐出される。

図６は実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ６，８のベーンアライナ保持部３ａ内での回転動作を示す平面図である。図６の「角度０°」の図に示す矢印は、ベーンアライナ６，８の回転方向（図６では時計方向）を示している。但し、他の図では、ベーンアライナ６，８の回転方向を示す矢印は省略している。ロータシャフト４の回転により、第１のベーン９及び第２のベーン１０がシリンダ１の中心周りに回転する（図５）ことにより、第１のベーン９及び第２のベーン１０と嵌合されたベーンアライナ６，８も、図６に示すようにベーンアライナ保持部３ａ内をシリンダ１の中心周りに回転する。なお、この動作は、ベーンアライナ保持部２ａ内を回転するベーンアライナ５，７についても同様である。

本実施の形態では、第１のベーン９及び第２のベーン１０の先端部９ａ，１０ａの円弧とシリンダ１の内周面１ｂとの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要な第１のベーン９及び第２のベーン１０がシリンダ１の中心周りに回転運動する機構を、ロータ部４ａの外径や回転中心精度悪化をもたらす端板をロータ部４ａに用いず、回転軸部４ｂ，４ｃとロータ部４ａを一体にした構成で実現している。そのため、回転軸部４ｂ，４ｃを小径の軸受部２ｂ，３ｂで支持できることで軸受摺動損失を低減し、且つロータ部４ａの外径や回転中心の精度が向上することでロータ部４ａとシリンダ１の内周面１ｂとの間に形成される隙間を狭くしてガスの漏れ損失を低減することが可能となるので、高効率のベーン型圧縮機２００が得られる効果が有る。

また、従来の一般的なベーン型圧縮機と対比すると、第１のベーン９及び第２のベーン１０の先端部９ａ，１０ａの円弧の半径とシリンダ１の内周面１ｂの半径を概略一致させ、両者の法線が一致するように構成したので、先端部９ａ，１０ａの摺動部が流体潤滑となり、先端部９ａ，１０ａの摺動抵抗が大幅に低減されることで、ベーン型圧縮機２００の摺動損失を大巾に低減し、また第１のベーン９及び第２のベーン１０の先端部９ａ，１０ａやシリンダ１の内周面１ｂの摩耗を抑制できるという効果がある。

尚、本実施の形態において、フレーム２及びシリンダヘッド３に形成されたベーンアライナ保持部２ａ，３ａの形状は、リング溝状であるが、ベーンアライナ５，６，７，８と摺動する部分は、リング溝の外周側の円筒面となるため、ベーンアライナ保持部２ａ，３ａの形状は必ずしもリング溝状でなくてもよく、溝の外径がベーンアライナ５，６，７，８の外径とほぼ同等となる凹部でもよい。

また、図示はしないが、本実施の形態の構成に、従来技術であるベーンの背面側に作用させる圧力を制御してベーン先端部とシリンダ内周面との押付力を低減する技術を適用して、更なるベーン先端部の摺動抵抗の低減を行うことも可能である。

本実施の形態において、ベーンアライナ５，６，７，８のベーン保持部５ａ，６ａ，７ａ，８ａを、第１のベーン９の背面溝９ｂ及び第２のベーン１０の背面溝１０ｂに嵌入して第１のベーン９及び第２のベーン１０の方向を規制する方法を示したが、ベーン保持部５ａ，６ａ，７ａ，８ａ及び第１のベーン９の背面溝９ｂ及び第２のベーン１０の背面溝１０ｂはともに薄肉部を有する。

図２に示すように、ベーン保持部５ａ，６ａ，７ａ，８ａは、四角形の板状の突起であるので、それ自身が強度的に弱い。

図７は実施の形態１を示す図で、第１のベーン９、第２のベーン１０の斜視図である。第１のベーン９、第２のベーン１０は、背面溝９ｂ，１０ｂの両側部に薄肉部９ｃ，１０ｃを備える。

そのため、本実施の形態の方法を適用するためには、第１のベーン９及び第２のベーン１０にかかる力の小さい、つまり動作圧力の低い冷媒の方が好ましい。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーン保持部５ａ，６ａ，７ａ，８ａ及び第１のベーン９の背面溝９ｂ及び第２のベーン１０の背面溝１０ｂの強度的な問題も無く冷媒を使用できる。

実施の形態２．
図８は実施の形態２を示す図で、第１のベーン９にベーンアライナ６を嵌合させた状態の断面図である。図８において、Ｂはベーンアライナ６のベーン保持部６ａの取付方向及びベーン長手方向、Ｃは第１のベーン９の先端部９ａの円弧の法線である。ベーンアライナ６のベーン保持部６ａは、ベーンアライナ６の部分リング状の部品の端面にＢの方向に傾けて取り付けられている。また、第１のベーン９の先端部９ａの円弧の法線Ｃは、ベーン長手方向Ｂから傾いており、ベーンアライナ６のベーン保持部６ａに第１のベーン９の背面溝９ｂを嵌合させた状態で、シリンダ１の内周面１ｂの中心に向かうように第１のベーン９とベーンアライナ６が構成される。尚、第１のベーン９とベーンアライナ５、及び第２のベーン１０とベーンアライナ７，８についても上記と同様の構成である。

以上の実施の形態２の構成においても、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ、第２のベーン１０の先端部１０ａ）の円弧とシリンダ１の内周面１ｂとの法線は回転中常に一致する状態で圧縮動作を行なうことが可能であり、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。尚、図８から明らかなように、実施の形態２では実施の形態１よりもベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ、第２のベーン１０の先端部１０ａ）の円弧の長さを長くできるため、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ、第２のベーン１０の先端部１０ａ）とシリンダ１の内周面１ｂとの接触面圧を低減できる。これにより、更なるベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ、第２のベーン１０の先端部１０ａ）の摺動抵抗の低減が可能となる。

実施の形態３．
図９は実施の形態３を示す図で、第２のベーン１０とベーンアライナ８を一体化した構成図である。図９は第２のベーン１０とベーンアライナ８について示している。上記実施の形態１において、ベーンの背面溝９ｂ，１０ｂとベーンアライナ５，６，７，８のベーン保持部５ａ，６ａ，７ａ，８ａは、ベーン型圧縮機２００（密閉型）の動作において相対位置関係が変化しない。そのため、両者（第１のベーン９とベーンアライナ５，６、及び第２のベーン１０とベーンアライナ７，８）を一体化することが可能である。

図９においては、第２のベーン１０とベーンアライナ８とを一体化したケースを示すが、ベーンアライナ７も同様に第２のベーン１０と一体化してもよいし、一体化しなくてもよい。第２のベーン１０とベーンアライナ７，８の少なくともいずれか一方とを一体化するものである。また、第１のベーン９についても同様で、第１のベーン９とベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とを一体化するものである。

次に動作について説明する。概略実施の形態１と同様の動作を行なうが、実施の形態１と異なる点は、ベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方と第１のベーン９と、ベーンアライナ７，８の少なくともいずれか一方と第２のベーン１０とを一体化したことにより、第１のベーン９、第２のベーン１０のロータ法線方向の動きが固定されるため、第１のベーン９の先端部９ａ、第２のベーン１０の先端部１０ａはシリンダ１の内周面１ｂと摺動せず、両者の間は非接触且つ微小隙間を保ちながら回転する点である。

本実施の形態において、第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａとシリンダ１の内周面１ｂは非接触となるため、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａ）の摺動損失は発生しない。その分、ベーンアライナ５，６，７，８とベーンアライナ保持部２ａ，３ａの摺動部に作用する力は増加するが、この摺動部も流体潤滑状態となることに加えて、ベーンアライナ５，６及びベーンアライナ７，８とベーンアライナ保持部２ａ，３ａの摺動部の摺動距離はベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａ）の摺動距離に比べ短くなるため、実施の形態１よりも摺動損失を更に低減できるという効果がある。

また、実施の形態３においても図示はしないが、実施の形態２と同様、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａ）の円弧のみ法線をシリンダ１の内周面１ｂの法線とほぼ一致させ、ベーン長手方向はシリンダ１の内周面１ｂの法線方向に対し一定の傾きを持つように構成してもよい。これにより、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａ）の円弧長さを長くすることが可能であり、シール長さが増加することで、更にベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａ及び第２のベーン１０の先端部１０ａ）での漏れ損失を低減することが可能となる。

実施の形態４．
図１０は実施の形態４を示す図で、第２のベーン１０とベーンアライナ８の斜視図である。図１０は第２のベーン１０とベーンアライナ８について示している。実施の形態１に対して、第２のベーン１０については背面溝１０ｂの代わりに突起部１０ｄを設け、ベーンアライナ８については板状の突起であるベーン保持部８ａの代わりに、スリット状のベーン保持溝８ｂを設けている。尚、図示していないが、ベーンアライナ７についても同様にベーン保持部７ａの代わりに、スリット状のベーン保持溝７ｂが設けられており、ベーン保持溝７ｂ，８ｂに第２のベーン１０の端面に設けた突起部１０ｄが嵌入することで、第２のベーン１０の先端部１０ａの円弧とシリンダ１の内周面１ｂとの法線が常に一致するように方向が規制される。

また、ベーンアライナ７，８のベーン保持溝７ｂ，８ｂを通しでなく、内径側を止まりにして第２のベーン１０がシリンダ１の内周面１ｂ側と逆方向に過大に移動するのを規制してもよい。尚、第１のベーン９とベーンアライナ５，６についても同様の構成としてもよい。以上の構成でも実施の形態１と同様の効果が得られる。

また、実施の形態４においても、第１のベーン９とベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とを一体化、もしくは第２のベーン１０とベーンアライナ７，８の少なくともいずれか一方とを一体化してもよく、実施の形態３と同様の効果が得られる。

また、ベーン（第１のベーン９もしくは第２のベーン１０）端面に設けた突起部（第１のベーン９の突起部（図示せず）もしくは第２のベーン１０の突起部１０ｄ）をベーン（第１のベーン９もしくは第２のベーン１０）に傾けて取付け、ベーン先端部（第１のベーン９の先端部９ａもしくは第２のベーン１０の先端部１０ａ）の円弧のみ、その法線をシリンダ１の内周面１ｂの法線方向と一致させる構成にすれば、実施の形態２と同様の効果が得られる。

なお、実施の形態１〜４ともベーン枚数が２枚の場合について示したが、ベーン枚数が３枚以上でも同様の構成であり、同様の効果が得られる。

１ シリンダ、１ａ 吸入ポート、１ｂ 内周面、２ フレーム、２ａ ベーンアライナ保持部、２ｂ 軸受部、２ｃ 吐出ポート、３ シリンダヘッド、３ａ ベーンアライナ保持部、３ｂ 軸受部、４ ロータシャフト、４ａ ロータ部、４ｂ 回転軸部、４ｃ 回転軸部、４ｄ ブッシュ保持部、４ｅ ブッシュ保持部、４ｆ ベーン逃がし部、４ｇ ベーン逃がし部、５ ベーンアライナ、５ａ ベーン保持部、６ ベーンアライナ、６ａ ベーン保持部、７ ベーンアライナ、７ａ ベーン保持部、７ｂ ベーン保持溝、８ ベーンアライナ、８ａ ベーン保持部、８ｂ ベーン保持溝、９ 第１のベーン、９ａ 先端部、９ｂ 背面溝、９ｃ 薄肉部、１０ 第２のベーン、１０ａ 先端部、１０ｂ 背面溝、１０ｃ 薄肉部、１０ｄ 突起部、１１ ブッシュ、１２ ブッシュ、１３ 吸入室、１４ 中間室、１５ 圧縮室、２１ 固定子、２２ 回転子、２３ ガラス端子、２４ 吐出管、２５ 冷凍機油、２６ 吸入部、１０１ 圧縮要素、１０２ 電動要素、１０３ 密閉容器、２００ ベーン型圧縮機。

Claims (5)

1. 略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、前記シリンダの軸方向の両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、前記シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及び前記ロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、先端部が外側に円弧形状に形成される複数のベーンを有するベーン型圧縮機において、
   前記複数のベーンの前記先端部の前記円弧形状の法線と、前記シリンダの内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうように、前記複数のベーンが常に前記シリンダの内周面の法線方向、または前記シリンダの内周面の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、
   更に、前記ロータ部内で前記複数のベーンが、前記ロータ部に対して回転可能且つ移動可能に支持されており、
   前記シリンダヘッド及び前記フレームの前記シリンダ側端面に、前記シリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、前記凹部または前記溝内に、部分リング形状の端面に板状の突起または溝を有する一対のベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起または溝を前記複数のベーンに設けられた溝または突起に嵌入したことを特徴とするベーン型圧縮機。
2. 前記複数のベーンの前記先端部の前記円弧形状の半径と、前記シリンダの内周面の半径とが、ほぼ同等であることを特徴とする請求項１記載のベーン型圧縮機。
3. 前記一対のベーンアライナのうちの少なくとも一つが、前記複数のベーンのうち対応するベーンと一体に構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のベーン型圧縮機。
4. 前記ロータ部の外周部近傍に、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部を形成し、前記ブッシュ保持部の中に一対の略半円柱形のブッシュを介して前記複数のベーンが支持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベーン型圧縮機。
5. 冷媒として、標準沸点が−４５℃以上の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のベーン型圧縮機。

Images