WO2009139270A1 - ロータリコンプレッサ - Google Patents

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WO2009139270A1
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rotary compressor
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reinforcing fibers
tip
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Inventor
修 秋田
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株式会社ヴァレオサーマルシステムズ
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/3446—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along more than one line or surface
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2225/00—Synthetic polymers, e.g. plastics; Rubber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/04—Composite, e.g. fibre-reinforced

Definitions

  • the present invention relates to a vane type rotary compressor.
  • FIG. 1 A side sectional view of a vane type rotary compressor is shown in FIG.
  • the rotary compressor has a rotor 20 rotatably disposed in an internal space of a cylinder 52 (hereinafter also referred to as a cylinder bore) and a vane 10 held in a vane groove of the rotor 20. is doing.
  • the cylinder bore is partitioned by a surface facing the cylinder bore of the side block 51 and the casing 53 (hereinafter also referred to as an inner surface of the casing).
  • the compression chamber is formed by the tip portion of the vane 10 protruding from the vane groove 22 and contacting the inner wall 60 of the cylinder bore.
  • chattering Under conditions where the discharge pressure has not increased sufficiently, such as at the beginning of startup, the vane popping operation is delayed, and the vane suddenly pops out due to centrifugal force and pressure, hitting the inner wall of the cylinder bore and hitting sound (hereinafter chattering) May also occur).
  • Patent Document 1 discloses a rotary compressor that uses polyamideimide or polyimide as a material for a vane.
  • carbon fibers are oriented in the short direction of the vane as reinforcing fibers in order to ensure the bending strength of the vane. That is, high bending strength is obtained by orienting in a direction orthogonal to the bending stress on the vane.
  • Patent Document 2 discloses a rotary compressor using a phenol resin as a material for a vane. Patent Document 2 also discloses an example in which reinforcing fibers are oriented in the short direction of the vane in order to ensure the bending strength of the vane.
  • resin vanes have a larger coefficient of linear expansion than aluminum alloy cylinders, so when the temperature is high during rotary compressor operation, the longitudinal direction of the vanes expands and presses against the inner surface of the casing to compress the casing. There is a risk that the inner surface may be worn out or the rotation of the rotor may be locked.
  • the reinforcing fiber is formed by orienting the reinforcing fibers in the short direction of the vane and thermosetting in the mold.
  • the reinforcing fibers are exposed from the resin in a needle shape, and the tip of the vane slides with the inner wall of the cylinder bore during the rotary compressor operation. This causes a problem that the cylinder is abnormally worn.
  • the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of the vane cannot be reduced, it is necessary to increase the clearance between the side surface of the vane and the inner side surface of the casing.
  • an object of the present invention is to reduce the chattering sound of the rotary compressor, there is no wear of the inner wall of the cylinder bore due to the exposure of the reinforcing fiber, and the clearance between the side surface of the vane and the inner surface of the casing is small.
  • the present invention provides a rotary compressor with less compressed gas leakage.
  • the rotary vane When the bending strength when the bending direction of the orientation direction of the reinforcing fiber of the engineering plastic in which the reinforcing fiber is oriented in the resin vane is set to a certain value or more, the rotary vane is operated. It has been found that the reinforcing fibers can be oriented in the longitudinal direction of the vane while having a bending strength that can withstand the bending stress of the vane. As a result, there is obtained a rotary compressor in which reinforcing fibers are not exposed in a needle shape from the tip of the vane, and the inner wall of the cylinder bore is not worn by sliding of the vanes.
  • the linear expansion coefficient in the direction can be matched to the expansion coefficient of the cylinder, the clearance between the side surface of the vane and the inner side surface of the casing is reduced, and a rotary compressor with less leakage of compressed gas can be obtained, and the present invention is completed.
  • the rotary compressor according to the present invention is movable forward and backward in each of a cylinder having an elliptical cylinder bore, a rotor disposed rotatably in the cylinder bore, and a plurality of vane grooves provided on the outer peripheral surface of the rotor.
  • a rotary compressor that forms a compression chamber by sliding the space between the tip of each vane and the inner wall of the cylinder bore so that the vane is mixed with reinforcing fibers.
  • An engineering plastic formed of an engineering plastic and blended with the reinforcing fiber has a bending strength defined by JIS K 7017: 1999 of 120 MPa or more when bent with the orientation direction of the reinforcing fiber as a bending axis. And the reinforcing fiber extends from one side of the vane to the other side. Characterized in that it is oriented in the longitudinal direction towards the.
  • the engineering plastic is preferably a polyamide.
  • Polyamide has high bending strength, good moldability and slipperiness with the cylinder bore inner wall, and is relatively inexpensive.
  • the blending ratio of the reinforcing fibers of the vane is preferably 20 to 50% by mass.
  • the bending strength of the vane can be ensured, and the linear expansion coefficient in the longitudinal direction can be made substantially the same as that of the cylinder material (made of aluminum alloy).
  • the material of the vane is an engineering plastic in which reinforcing fibers are oriented in the longitudinal direction, chattering sound of the rotary compressor can be reduced, and wear of the inner wall of the cylinder bore due to the sliding of the vane
  • the clearance between the side surface of the vane and the inner surface of the casing is small, and the leakage of compressed gas can be reduced.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a vane type rotary compressor taken along line AA ′.
  • FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a vane type rotary compressor taken along line AA ′.
  • It is a perspective schematic diagram of a vane of a rotary compressor concerning this embodiment. It is B sectional drawing of the vane of the rotary compressor which concerns on this embodiment. It is C sectional drawing of the vane of the rotary compressor which concerns on this embodiment. It is a schematic diagram which shows the relationship between the width
  • the rotary compressor according to this embodiment is a rotary compressor in which the resin vane according to this embodiment is attached in place of the conventional metal vane in FIGS. 1 and 2.
  • the vane 10 according to the present embodiment is held in each of the grooves 22 of the rotor so as to be movable forward and backward, and forms compression chambers 55 and 57 in sliding contact with the inner wall 60 of the cylinder bore.
  • Each vane 10 is formed of an engineering plastic blended with reinforcing fibers, and the reinforcing fibers are oriented in the longitudinal direction of the vane.
  • FIG. 3 shows a schematic perspective view of the vane of the rotary compressor according to the present embodiment.
  • X, Y, and Z indicate the longitudinal direction, the lateral direction, and the thickness direction of the vane 10, respectively.
  • FIG. 4 and 5 are sectional views of the vanes of the rotary compressor according to the present embodiment.
  • 4 is a B cross-sectional view of FIG. 3
  • FIG. 5 is a C cross-sectional view of FIG.
  • the engineering plastic compounded with reinforcing fibers has a bending strength of 120 MPa or more as defined in JIS K 7017: 1999 when the direction in which the reinforcing fibers are oriented is bent.
  • the reinforcing fiber is bent in the tearing direction, and the strength improvement effect by the reinforcing fiber is the least, so the bending strength is the weakest direction. . If the bending strength is less than 120 MPa, the vane may break due to the bending stress that the vane receives during operation of the rotary compressor.
  • the reinforcing fibers are oriented in the longitudinal direction of the vane 10 as shown in FIG. 5, so that they are parallel to the sliding surface between the tip 16 of the vane 10 and the inner wall 60 of the cylinder bore. Oriented. Accordingly, there is an advantage that the reinforcing fibers are not exposed in a needle shape even when the tip 16 of the vane 10 slides on the inner wall 60 of the cylinder bore during the rotary compressor operation. Further, since the bending stress received by the vane 10 is generated in the direction of tearing the reinforcing fiber, the bending strength when the engineering plastic compounded with the reinforcing fiber is bent with the orientation direction of the reinforcing fiber as the bending axis is 120 MPa. If it is less than that, the vane may break due to bending stress that the vane receives during operation of the rotary compressor.
  • the vane 10 has the skin layer 12 of the tip end portion 16 removed by polishing to expose the core layer 14, but may be covered with the skin layer 12.
  • the core layer 14 is a portion where a predetermined amount of reinforcing fiber is blended and the orientation is stable.
  • the skin layer 12 is a layer that solidifies first in the injection molding, and includes a surface layer 12b that hardly contains reinforcing fibers and reinforcing fibers, but its orientation is unstable.
  • Transition layer 12a with a total thickness in the range of 1-100 ⁇ m. Since the tip 16 of the vane 10 is a sliding surface, smoothness is required. When the vane 10 is formed by a commonly used injection molding method and the dimensional accuracy is less than the standard, the inner wall of the cylinder bore is polished by polishing until the core layer 14 is exposed in order to smooth the surface of the tip portion 16. It is possible to prevent the compressed gas from leaking. When the core layer 14 is exposed, a part of the oriented reinforcing fibers is exposed at the tip 16, but parallel to the sliding surface between the tip 16 of the vane 10 and the inner wall 60 of the cylinder bore. And the inner wall 60 of the cylinder bore is not worn away.
  • the core layer 14 may be exposed. That is, the surface in the thickness direction (Z direction) of the vane 10 may be polished as necessary so as to slide with a predetermined clearance from the vane groove 22, and both sides of the vane 10 (11a and 11b in FIG. 5). ) May also be polished as required so that it slides with the inner surfaces of the casings 50 and 53 with a predetermined clearance.
  • polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacetal, polyether ether ketone, polyphenylene oxide, polyphenylene sulfide, polyphenylene ether, polytetrafluoroethylene, etc. can be used as the engineering plastic of the base material.
  • polyamide or polyphenylene sulfide that can be molded by injection molding is used. The bending strength is high, it can withstand high temperatures during the operation of the rotary compressor, and the slipperiness with the inner wall of the cylinder bore is good.
  • polyamide is excellent in moldability and relatively inexpensive.
  • glass fiber, carbon fiber, or the like having high elastic modulus or high strength can be used as the reinforcing fiber.
  • the blending ratio of the reinforcing fibers is preferably 20 to 50% by mass.
  • the reinforcing fiber is less than 20% by mass, the effect of reinforcing the bending strength of the vane is insufficient and the effect of suppressing the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of the vane is insufficient.
  • Vane engineering plastics have a larger coefficient of linear expansion than aluminum alloy cylinders, so when the temperature is high during rotary compressor operation, the longitudinal direction of the vane expands and presses against the inner surface of the casing, and the inner surface of the casing is There is a risk of wearing out or locking the rotation of the rotor. Therefore, as shown in FIG.
  • the vane length L is slightly shorter than the cylinder width M, and a clearance is provided between the vane 10 and the inner surfaces of the casings 50, 53.
  • the difference in expansion coefficient can be absorbed.
  • the clearance is large, there is a problem that the compressed gas leaks greatly.
  • the reinforcing fibers are oriented in the longitudinal direction, it is easy to reduce the linear expansion coefficient in the longitudinal direction by increasing the blending ratio of the reinforcing fibers.
  • the linear expansion coefficient in the longitudinal direction of the vane is made substantially the same as 2 ⁇ 10 ⁇ 5 / K which is the linear expansion coefficient of the aluminum alloy of the cylinder by adjusting the blending ratio of the reinforcing fibers. be able to.
  • the clearance between the vane and the inner surface of the casing can be reduced, the compressed gas does not leak, and the inner surface of the casing is not worn.
  • the blending ratio of the reinforcing fibers is more than 50% by mass, it becomes difficult to form the vane, and the amount of expensive reinforcing fibers used increases, resulting in poor economic efficiency.
  • the linear expansion coefficient in the thickness direction of the vane may be larger than that of the rotor.
  • the vane thickness (a in FIG. 4) is made smaller than the width b of the vane groove 22 of the rotor 20 so that the expansion of the thickness of the vane 10 can be absorbed.
  • the vane 10 can seal the compressed gas by contacting the vane groove 22 at two points of contact points 24 and 26.
  • the resin is flowed in the longitudinal direction from one side surface of the vane to the other side surface using the pellets of the engineering plastic compounded with the reinforcing fiber, thereby producing the vane molded product.
  • a step of injection molding, and a step of annealing the vane molded product Since the injection molding is performed so that the resin flows in the longitudinal direction of the vane, the reinforcing fibers are oriented in the longitudinal direction of the vane, and by performing annealing, water absorption can be suppressed and dimensional stability can be improved.
  • a step of polishing the tip of the vane molded product and exposing the core layer after the annealing step can be provided.
  • the unevenness of the tip of the vane molded product due to shrinkage (sink) after molding, mold surface contamination, mold joints, etc. is removed and smoothed, It is possible to prevent the sliding with the cylinder bore.
  • the surface in the thickness direction of the vane is also polished so as to slide with a predetermined clearance from the vane groove, and both sides of the vane are also polished.
  • Example 1 Reinforcing fiber is composed of vane using pellets of reinforcing fiber blended polyamide (trade name Stanyl, polymer PA46-Gf30, manufactured by DSM, grade TW271F6, bending strength 180 MPa, melting point 295 ° C., blended with 30% by mass of glass fiber).
  • the vane was produced by injection molding so as to be oriented in the longitudinal direction.
  • the bending strength specified in JIS K 7017: 1999 is 180 MPa
  • the melting point specified in ISO 11357-3: 1999 is 295 when the orientation direction of the fiber of the reinforcing fiber-blended polyamide used for producing the vane is bent as the bending axis.
  • the linear expansion coefficient in the longitudinal direction was 2 ⁇ 10 ⁇ 5 / K determined by the method specified in ° C. and ISO 11359-2: 1999.
  • the vane was annealed at 150 ° C. for 12 hours after molding, and then the tip of the vane was polished to expose the core layer. Then, the vane was attached to the rotor of the rotary compressor, and the state of noise during operation and the state of wear of the tip of the vane and the cylinder bore after 200 hours of continuous operation at a rotational speed of 7000 rpm were evaluated.
  • Phenolic resin product surface: Bellepearl S890, manufactured by Kanebo Co., Ltd., particle size: 7 to 13 ⁇ m
  • glass fiber product name: SS05C-404S, manufactured by Fuji Fiber Glass Co., Ltd., fiber diameter: 9 to 12 ⁇ m, length: 140 ⁇ m
  • molybdenum disulfide powder The product name M-5 powder (manufactured by Nichimori Co., Ltd., particle size 2 to 15 ⁇ m) is mixed at a mixing ratio (mass ratio) of 55 parts, 40 parts, and 5 parts, respectively.
  • the vane oriented in the direction is produced by thermosetting (molding conditions: mold temperature 180 ° C., molding load 100 MPa, molding time 5 minutes), and then the temperature is raised from room temperature to 230 ° C. over 5 hours. Was maintained for about 5 hours and then gradually cooled at room temperature, and then the same evaluation as in Example 1 was performed.
  • the resulting vane did not have a skin layer.
  • regulated to JISK7017 1999 when bending the orientation direction of the reinforcing fiber of the reinforcing fiber-blended phenolic resin as the bending axis was 120 MPa.
  • the vane of Comparative Example 1 is a thermosetting resin, it has no melting point, has high heat resistance, has a bending strength of 120 MPa, and is sufficiently resistant to the usage environment during operation of the rotary compressor.
  • the inner wall of the cylinder bore was severely worn after the vane was attached to the rotary compressor and continuously operated for 200 hours at a rotational speed of 7000 rpm.
  • the rotary compressor according to the present invention can be used for various rotary compressors.
  • it is suitable as a rotary compressor for a vehicle air conditioner.

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Abstract

本発明は、ロータリコンプレッサのチャタリングの音を低減し、かつ、シリンダボアの内壁を磨耗することのないロータリコンプレッサを提供することを目的とする。 本発明に係るロータリコンプレッサは、各ベーン１０の先端部をシリンダボアの内壁６０に摺接させて空間を仕切ることで圧縮室を構成するロータリコンプレッサにおいて、各ベーン１０は、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックで形成されてなり、該強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックは、前記強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９で規定した曲げ強さが１２０ＭＰａ以上であり、かつ、前記強化用繊維は、各ベーン１０の一方の側面から他方の側面に向かう長手方向に配向されていることを特徴とする。

Description

ロータリコンプレッサ
　本発明は、ベーンタイプのロータリコンプレッサに関する。
　ベーンタイプのロータリコンプレッサの側断面図を図１に、縦断面図を図２に示す。
図１に示すように、ロータリコンプレッサは、シリンダ５２の内部空間（以下、シリンダボアともいう。）に、回転可能に配置されたロータ２０と、ロータ２０のベーン溝に保持されたベーン１０とを有している。シリンダボアは、サイドブロック５１とケーシング５３のシリンダボアに面している面（以下、ケーシングの内側面ともいう。）によって、仕切られている。図２において、ベーンタイプのロータリコンプレッサでは、ベーン１０の先端部がベーン溝２２から飛び出してシリンダボアの内壁６０に接することによって圧縮室が形成される。このとき、ベーン溝２２の底部にロータリコンプレッサの吐出圧を適宜減衰させた中間圧を導入して、ベーンを押し出すことによって、ベーン１０をベーン溝２２から速やかに飛び出させてシリンダボアの内壁６０に接するようにしている。
　しかし、起動初期など十分に吐出圧が高まっていない条件においては、ベーンの飛び出し動作が遅れ、遠心力や圧力を受けてベーンが急激に飛び出してシリンダボアの内壁に激突し、叩き音（以下、チャタリングともいう。）を発生することがある。
　従来のベーンタイプのロータリコンプレッサにおいては、ベーンの材料として鉄系、アルミニウム系等の金属材料が通常用いられており、チャタリングの音が非常に大きいという問題があった。
　チャタリングの音を低減するために、ベーンを樹脂の成形体にして軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１又は２を参照。）。樹脂をベーンの素材としたときの留意点は、ベーン溝からベーンが飛び出してシリンダボアの内壁に接しているときにベーンによって仕切られた圧力室の圧力差によってベーンに作用する曲げ応力に耐える曲げ強度を確保することにある。なお、ベーンに作用する曲げ応力は、ベーンの摺動する方向（以下、ベーンの厚さ方向ともいう。）に発生するため、ベーンの曲げ強度は、ベーンの先端部から対向する面に向かう方向（以下、ベーンの短手方向ともいう。）に直交して折り曲げ荷重を加えた場合の破断強度をいう。
　特許文献１には、ベーンの素材としてポリアミドイミド又はポリイミドを使用したロータリコンプレッサが開示されている。特許文献１に開示されたロータリコンプレッサでは、ベーンの曲げ強度を確保するために強化用繊維としてカーボンファイバがベーンの短手方向に配向されている。すなわちベーンに対する曲げ応力に直交する向きに配向することによって高い曲げ強度を得ている。
　特許文献２には、ベーンの素材としてフェノール樹脂を使用したロータリコンプレッサが開示されている。特許文献２においても、ベーンの曲げ強度を確保するために強化用繊維がベーンの短手方向に配向されている実施例が開示されている。
特開平９‐２５８８５号公報 特開２００５‐１８０３５９号公報
　しかしながら、特許文献１に開示されたロータリコンプレッサでは、ベーンの短手方向に強化用繊維が配向されているため、ロータリコンプレッサの運転に伴って、シリンダボアの内壁と摺動するベーンの先端部が磨耗すると、強化用繊維がベーンの先端部の樹脂表面から針状に露出することになる。この結果、シリンダを異常に磨耗させてしまう問題があった。また、ベーンの短手方向に強化用繊維を配向させるために、ベーン成形用の射出成形用金型のゲートをベーンの先端部に対向する面を成形する部分に設け、エアベントをベーンの先端部を成形する部分に設ける必要があり、ベーンの先端部には、エアベントに起因して形成されたバリが形成される。このバリによって、ベーンの先端部とシリンダボアの内壁に隙間が生じ、圧縮ガスのリークを生じるおそれがある。そこで、成形後にベーンの先端部を研磨して、バリや凹凸を除去して平滑にする必要があった。ベーンの先端部を研磨すると、射出成形時に樹脂が金型に接触して最初に固化して形成されるスキン層と呼ばれる樹脂表面層が研磨によって除去され、コア層が露出し、ロータリコンプレッサの運転によって、短時間に、強化用繊維がベーンの先端部の樹脂表面から針状に露出してしまう問題がある。
　さらに、樹脂製のベーンは、アルミ合金製のシリンダに比べて、線膨張係数が大きいため、ロータリコンプレッサ運転時に高温になると、ベーンの長手方向が膨張してケーシングの内側面に圧着してケーシングの内側面を磨耗させたり、ロータの回転をロックさせたりするおそれがある。しかし、ベーンの短手方向に強化用繊維が配向することによっては、ベーンの長手方向の線膨張係数を低減することは困難であり、ベーンのケーシングの内側面への圧着を防止するためにベーンの側面とケーシングの内側面とのクリアランスを大きくする必要がある。この結果、圧縮ガスのリークが大きい問題がある。
　また、特許文献２に開示されたロータリコンプレッサ用ベーンにおいても、強化用繊維をベーンの短手方向に配向させて金型内で熱硬化することによって成形するため、特許文献１の場合と同様に、ロータリコンプレッサの運転に伴って強化用繊維が樹脂から針状に露出し、ロータリコンプレッサ運転中にベーンの先端部がシリンダボアの内壁と摺動すると、シリンダを異常に磨耗させてしまう問題がある。また、ベーンの長手方向の線膨張係数も低減できないため、ベーンの側面とケーシングの内側面とのクリアランスも大きくする必要があり、圧縮ガスのリークが大きい問題がある。
　そこで、本発明の目的は、ロータリコンプレッサのチャタリングの音を低減し、かつ、強化用繊維の露出に伴うシリンダボアの内壁の磨耗がなく、かつ、ベーンの側面とケーシングの内側面とのクリアランスが小さく、圧縮ガスのリークが少ないロータリコンプレッサを提供するものである。
　本発明者は、樹脂製ベーンにおいて、強化用繊維を配向させたエンジニアリングプラスチックの強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合の曲げ強さを一定の値以上にすると、ロータリコンプレッサ運転時のベーンに対する曲げ応力に耐える曲げ強度を有しながら、強化用繊維をベーンの長手方向に配向させることができることを見出した。この結果、強化用繊維がベーンの先端部から針状に露出することがなく、ベーンの摺動によるシリンダボアの内壁の磨耗がないロータリコンプレッサが得られ、さらに、強化用繊維の配合によってベーンの長手方向の線膨張係数をシリンダの膨張係数に合わせることができ、ベーンの側面とケーシングの内側面とのクリアランスを小さくした、圧縮ガスのリークが少ないロータリコンプレッサが得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明に係るロータリコンプレッサは、楕円状のシリンダボアを有するシリンダと、該シリンダボア内に回転可能に配置したロータと、該ロータの外周面に設けられた複数のベーン溝のそれぞれに進退移動自在に保持されたベーンとを有し、前記各ベーンの先端部を前記シリンダボアの内壁に摺接させて空間を仕切ることで圧縮室を構成するロータリコンプレッサにおいて、前記ベーンは、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックで形成されてなり、該強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックは、前記強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９で規定した曲げ強さが１２０ＭＰａ以上であり、かつ、前記強化用繊維は、前記ベーンの一方の側面から他方の側面に向かう長手方向に配向されていることを特徴とする。
　本発明に係るロータリコンプレッサでは、前記エンジニアリングプラスチックは、ポリアミドであることが好ましい。ポリアミドは、曲げ強度が高く、かつ、成形性及びシリンダボア内壁との滑り性がよく、比較的廉価である。
　本発明に係るロータリコンプレッサでは、前記ベーンの強化用繊維の配合率が２０～５０質量％であることが好ましい。ベーンの曲げ強度を確保し、長手方向の線膨張係数をシリンダの材料（アルミ合金製）とほぼ同じにすることができる。
　本発明のロータリコンプレッサは、ベーンの素材を、強化用繊維を長手方向に配向させたエンジニアリングプラスチックにするとともに、ロータリコンプレッサのチャタリングの音を低減でき、かつ、ベーンの摺動によるシリンダボアの内壁の磨耗がなく、ベーンの側面とケーシングの内側面とのクリアランスが小さく、圧縮ガスのリークを少なくできる。
ベーンタイプのロータリコンプレッサの側断面図である。 ベーンタイプのロータリコンプレッサのＡ－Ａ´線縦断面図である。 本実施形態に係るロータリコンプレッサのベーンの斜視概要図である。 本実施形態に係るロータリコンプレッサのベーンのＢ断面図である。 本実施形態に係るロータリコンプレッサのベーンのＣ断面図である。 ロータリコンプレッサのロータのベーン溝の幅とベーンの厚さの関係を示す模式図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。また、本発明は、以下に示す実施形態に限定して解釈されるものでない。
　本実施形態に係るロータリコンプレッサでは、図１及び図２において従来の金属製ベーンに替えて本実施形態に係る樹脂製ベーンを取り付けたロータリコンプレッサである。図２に示すように、本実施形態に係るベーン１０は、ロータの溝２２のそれぞれに進退移動自在に保持され、シリンダボアの内壁６０に摺接して圧縮室５５，５７を形成する。各ベーン１０は、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックで形成されてなり、強化用繊維はベーンの長手方向に配向されている。
　本実施形態に係るロータリコンプレッサのベーンの斜視概要図を図３に示す。図３において、Ｘ、Ｙ、Ｚは、ベーン１０のそれぞれ長手方向、短手方向、厚さ方向を示す。
　本実施形態に係るロータリコンプレッサのベーンの断面図を図４及び図５に示す。図４は、図３のＢ断面図を、図５は、図３のＣ断面図である。
　強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックは、強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９で規定した曲げ強さが１２０ＭＰａ以上である。強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合は、強化用繊維を引き裂く方向に曲げることになり、強化用繊維による強度向上の効果が最も少ないため、曲げ強さが最も弱い方向になる。曲げ強さが１２０ＭＰａ未満であると、ロータリコンプレッサの運転時にベーンが受ける曲げ応力によって、ベーンが破断を生じるおそれがある。
　本実施形態では、強化用繊維は、図５に示すように、ベーン１０の長手方向に配向しているため、ベーン１０の先端部１６とシリンダボアの内壁６０との摺動面に対して平行に配向している。したがって、ロータリコンプレッサ運転中にベーン１０の先端部１６がシリンダボアの内壁６０を摺動しても強化用繊維が針状に露出することがない利点を有する。また、ベーン１０の受ける曲げ応力は、強化用繊維を引き裂く方向に発生するため、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックが強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合の曲げ強さが１２０ＭＰａ未満であるとロータリコンプレッサの運転時にベーンが受ける曲げ応力によって、ベーンの破断を生じるおそれがある。
　本実施形態に係るベーン１０は、長手方向に強化用繊維が配向されているため、図４に示すように、長手方向に直交する断面（Ｂ断面）では、強化用繊維の断面が点状に分布している。本実施形態では、ベーン１０は、先端部１６のスキン層１２が研磨によって除去されてコア層１４が露出しているが、スキン層１２によって覆われていてもよい。コア層１４は、強化用繊維が所定量配合され、その配向が安定している部分である。一方、スキン層１２は、射出成形において最初に固化する層であって、強化用繊維が殆ど含まれていない表層１２ｂと、強化用繊維が含まれているがその配向が不安定となっている移行層１２ａとを有し、その合計の厚さは１～１００μｍの範囲である。ベーン１０の先端部１６は摺動面であるため、平滑性が要求される。通常用いられる射出成形方法でベーン１０を成形し、寸法精度が規格に満たない場合には、先端部１６の表面を平滑にするためにコア層１４が露出するまで研磨することによって、シリンダボアの内壁と隙間なく摺動するようにして、圧縮ガスのリークを生じないようにすることができる。コア層１４が露出していると、配向している強化用繊維の一部が、先端部１６に露出するが、ベーン１０の先端部１６とシリンダボアの内壁６０との摺動面に対して平行に配向しており、針状に露出することがないので、シリンダボアの内壁６０を磨耗させることがない。また、ベーン１０の先端部１６を除いた部分は、本実施形態では、スキン層１２を有しているが、コア層１４が露出していてもよい。すなわち、ベーン１０の厚さ方向（Ｚ方向）の表面もベーン溝２２と所定のクリアランスをもって滑動するように必要に応じて研磨してもよく、ベーン１０の両側面（図５において、１１ａ及び１１ｂ）も、ケーシング５０，５３の内側面と所定のクリアランスをもって滑動するように、必要に応じて研磨してもよい。
　本実施形態に係るベーンでは、母材のエンジニアリングプラスチックとして、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンエーテル、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができるが、好ましくは、射出成形によって成形できるポリアミド、ポリフェニレンサルファイドが用いられる。曲げ強度が高く、かつ、ロータリコンプレッサ運転時の高温に耐えることができるとともに、シリンダボアの内壁との滑り性がよい。さらに、ポリアミドは、成形性に優れ、かつ、比較的廉価である。
　本実施形態に係るベーンでは、強化用繊維として、高弾性率若しくは高強度を有するガラス繊維、カーボン繊維等を用いることができる。
　本実施形態に係るベーンでは、強化用繊維の配合率が２０～５０質量％が好ましい。強化用繊維が２０質量％より少ないと、ベーンに対する曲げ強度の補強効果が不足するとともに、ベーンの長手方向の線膨張係数を抑制する効果が不足する。ベーンのエンジニアリングプラスチックはアルミ合金製のシリンダに比べて線膨張係数が大きいため、ロータリコンプレッサ運転時に高温になると、ベーンの長手方向が膨張してケーシングの内側面に圧着して、ケーシングの内側面を磨耗させたり、ロータの回転をロックしたりしてしまうおそれがある。そこで、図１に示すように、ベーン長さＬをシリンダ幅Ｍより僅かに短くして、ベーン１０とケーシング５０，５３の内側面との間にクリアランスを設けて、ベーン１０とシリンダ５２の線膨張係数の差異を吸収できるようにしている。しかし、クリアランスが大きいと、圧縮ガスの漏れが大きい問題がある。本実施形態では、強化用繊維が長手方向に配向されているため、強化用繊維の配合率を増やすことによって長手方向の線膨張係数を小さくすることが容易である。本実施形態に係るベーンでは、強化用繊維の配合率を調整することによってベーンの長手方向の線膨張係数をシリンダのアルミ合金の線膨張係数である２×１０－５／Ｋとほぼ同じにすることができる。したがって、ベーンとケーシングの内側面の間のクリアランスを小さくでき、圧縮ガスの漏れが少なく、かつ、ケーシングの内側面を磨耗させるおそれもない。一方、強化用繊維の配合率が５０質量％より多くなると、ベーンの成形が困難になるとともに、高価な強化用繊維の使用量が多くなり経済性に劣る。
　本実施形態では、強化用繊維を厚さ方向に配向させていないため、ベーンの厚さ方向の線膨張係数がロータに比べて大きくなる場合がある。しかし図８に示すようにベーン１０の厚さの膨張を吸収できるように、ロータ２０のベーン溝２２の幅ｂに対して、ベーンの厚さ（図４におけるａ）を小さくして、ベーン溝２２とベーン１０の厚さ方向のクリアランスを大きくすることによって、ベーンが高温時に膨張してベーン溝２２に嵌着されることを防止できる。厚さ方向のクリアランスが大きい場合であっても。ロータリコンプレッサの運転時には、ベーン１０は、ベーン溝２２に対して接点２４，２６の２点で接することによって、圧縮ガスをシールすることが可能である。
　本実施形態に係るロータリコンプレッサ用ベーンの製造方法では、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックのペレットを用いて、ベーンの一方の側面から他方の側面に向かう長手方向に樹脂を流してベーン成形品を射出成形する工程と、前記ベーン成形品をアニーリングする工程と、を有する。ベーンの長手方向に樹脂が流れるように射出成形するため、強化用繊維はベーンの長手方向に配向し、また、アニーリングを行うことによって吸水性を抑え、寸法安定性を高めることができる。さらに、ベーン成形品の先端部の寸法精度が規格に満たない場合には、前記アニーリングする工程の後に、ベーン成形品の先端部を研磨して、コア層を露出させる工程を設けることができる。ベーン成形品の先端部を研磨することによって、成形後の収縮（ヒケ）、金型の表面汚れ、金型の合わせ目等に起因するベーン成形品の先端部の凹凸を除去して平滑にし、シリンダボアとの摺動に支障がないようにすることができる。なお、必要に応じて、ベーンの厚さ方向の表面もベーン溝と所定のクリアランスをもって滑動するように研磨し、ベーンの両側面の研磨も行う。
　次に実施例を示して、本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）
　強化用繊維配合ポリアミド（商品名スタニール、ポリマーＰＡ４６‐Ｇｆ３０、ＤＳＭ社製、グレードＴＷ２７１Ｆ６、曲げ強さ１８０ＭＰａ、融点２９５℃、グラスファイバ　３０質量％配合）のペレットを用いて、強化用繊維がベーンの長手方向に配向するようにベーンを射出成形によって作製した。ベーンの作製に供した強化用繊維配合ポリアミドの繊維の配向方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９に規定する曲げ強さは１８０ＭＰａ、ＩＳＯ　１１３５７‐３：１９９９に規定する融点は２９５℃、ＩＳＯ　１１３５９‐２：１９９９に規定する方法によって求めた長手方向の線膨張係数は２×１０－５／Ｋであった。ベーンは成形後１５０℃、１２時間のアニーリングを行った後、ベーンの先端部を研磨し、コア層を露出させた。その後、ベーンをロータリコンプレッサのロータに取り付けて、運転時の騒音の状態、及び回転数７０００回転／分で２００時間連続運転した後のベーンの先端部とシリンダボアの磨耗の状態を評価した。
（比較例１）
　フェノール樹脂（商品面ベルパールＳ８９０、鐘紡社製、粒径７～１３μｍ）、グラスファイバ（商品名ＳＳ０５Ｃ‐４０４Ｓ、富士ファイバーグラス社製、繊維径９～１２μｍ、長さ１４０μｍ）、二硫化モリブデン粉末（商品名Ｍ‐５パウダー、ニチモリ社製、粒径２～１５μｍ）をそれぞれ５５部、４０部、５部の配合割合（質量比）で混合し、強化用繊維であるグラスファイバがベーンの短手方向に配向しているベーンを熱硬化成形（成形条件：金型温度１８０℃、成形荷重１００ＭＰａ、成形時間５分）によって作製し、その後室温から５時間かけて２３０℃まで昇温し、その温度を約５時間保持し、その後室温で徐冷却させてから、実施例１と同様の評価を行った。得られたベーンはスキン層を有していなかった。尚、強化用繊維配合フェノール樹脂の強化用繊維の配向方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９に規定する曲げ強さは１２０ＭＰａであった。
（結果）
　実施例１のベーンを使用したロータリコンプレッサの連続運転試験では、回転数７０００回転／分で２００時間運転後の騒音の発生は激減し、また、ベーンの先端部及びシリンダボアの内壁の磨耗はみられなかった。
　比較例１のベーンは、熱硬化性樹脂であるため融点はなく耐熱性が高く、曲げ強度も１２０ＭＰａであり、ロータリコンプレッサ運転時の使用環境に十分耐えるレベルであった。しかし、ベーンをロータリコンプレッサに取り付けて、回転数７０００回転／分で２００時間連続運転した後のシリンダボアの内壁が激しく磨耗していた。
　本発明に係るロータリコンプレッサは、各種ロータリコンプレッサに使用することができる。特に騒音の発生が少ないため、車両用の空調機のロータリコンプレッサとして好適である。
１０　ベーン
１１ａ，１１ｂ　ベーンの側面
１２　スキン層
１２ａ　移行層
１２ｂ　表層
１４　コア層
１６　先端部
１７　先端部に対向する面
２０　ロータ
２２　ベーン溝
２４，２６　接点
５０，５３　ケーシング
５１　サイドブロック
５２　シリンダ
５５，５７　圧縮室
６０　シリンダボアの内壁
Ｍ　シリンダ幅
Ｌ　ベーン長さ
Ｘ　ベーンの長手方向
Ｙ　ベーンの短手方向
Ｚ　ベーンの厚さ方向

Claims (3)

  1. 　楕円状のシリンダボアを有するシリンダと、該シリンダボア内に回転可能に配置したロータと、該ロータの外周面に設けられた複数のベーン溝のそれぞれに進退移動自在に保持されたベーンとを有し、前記各ベーンの先端部を前記シリンダボアの内壁に摺接させて空間を仕切ることで圧縮室を構成するロータリコンプレッサにおいて、
    　前記ベーンは、強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックで形成されてなり、該強化用繊維を配合したエンジニアリングプラスチックは、前記強化用繊維の配向する方向を曲げ軸として曲げた場合のＪＩＳ　Ｋ　７０１７：１９９９で規定した曲げ強さが１２０ＭＰａ以上であり、かつ、前記強化用繊維は、前記ベーンの一方の側面から他方の側面に向かう長手方向に配向されていることを特徴とするロータリコンプレッサ。
  2. 　前記エンジニアリングプラスチックは、ポリアミドであることを特徴とする請求項１に記載のロータリコンプレッサ。
  3. 　前記ベーンの強化用繊維の配合率が２０～５０質量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリコンプレッサ。
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