JPH02119692A - ベーン圧縮機 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、シリンダとロータとの間の空間を複数のベー
ンにより区画して圧縮室とするベーン圧縮機に関するも
のである。

［従来の技術］ この種の圧縮機ではサインカム曲線あるいはこれに近似
する上に凸の曲線からなる略楕円形状のシリンダ内に収
容された円柱形状のロータ周面とシリンダの短軸側領域
におけるシリンダ内周面とが微小なりリアランスをもつ
ようにロータがシリンダ内に嵌合収容されており、この
微小クリアランスの領域によりシリンダ内周面とロータ
周面との間にシール性が得られる。ロータの回転方向に
おけるこのシール領域の手前には吐出口が設けられてい
ると共に、シール領域の通過側には吸入口が設けられて
おり、吐出口に連通ずる圧縮室から吸入口に連通ずる圧
縮室への高圧冷媒ガスの洩れがシール領域によって防止
されるようになっている。

このような構成ではシール領域と吐出口との位置関係が
冷媒ガスの圧縮効率に影響を与えるが、過圧縮回避を考
慮した場合には吐出口の一部がシール領域の境界に掛か
っていることが理想的である。即ち、吐出口がシール領
域から離れている状態では、ベーンが吐出口を通過した
後もベーンとシール領域との間に冷媒ガスが残留し、圧
縮機の駆動ロスに繋がる残留冷媒ガスの過圧縮が行われ
るという不都合が生じる。この不都合は吐出口の一部を
シール領域の境界に掛けることにより回避できる。しか
も、吐出室側で吐出口の開閉を行なう吐出弁の支点部が
吐出口に隣合う吸入口とは反対側にある場合には、吐出
弁の開閉動作に起因する吐出弁自体の曲げ疲労を抑制し
得るように吐出弁を長くすることができる。吐出口をシ
ール領域から離せば吐出弁の長さが短くなり、曲げ疲労
が激しくなる。

［発明が解決しようとする１課題］ 吐出口をシール領域に近付けることによって前記のよう
な利点が得られる反面、吐出口の手前におけるシリンダ
内周面とロータとの間の間隔が僅かとなり、吐出口の手
前における通過断面積が非常に小さくなる。このような
通過断面積の減少は特に高速回転時において吐出口に至
るまでの冷媒ガスの通過抵抗を非常に大きくし、この大
きな通過抵抗によって冷媒ガスの円滑な吐出が阻害され
る。そのため、例えば特公昭３９−４７８７号公報Ｇこ
開示されるようにロータの回転方向における吐出口の前
後に導入溝を延出形成し、シール領域から吐出口を適宜
離す手段がある。しかしながら、導入溝の延出長さを大
きくし過ぎるとベーンを介して隣合う圧縮室間の連通時
期が早まって圧縮効率が低下し、延出長さが少ないと円
滑な吐出をもたらす吐出抵抗の抑制を達成することがで
きない。

又、シール領域におけるシリンダ内周面の円弧曲線と上
に凸の曲線との接続部では角が生じていてベーンの没入
方向への加速度が大きく、そのためにベーンが円弧曲線
のシリンダ内周面から離間し易い。このようなベーンの
不連続な摺動はシリンダ内周面とベーンとの衝突をもた
らし、この衝突部位におけるシリンダ内周面の損傷が避
けられない。

本発明はベーンの不連続な摺接を防止しつつ円滑な吐出
作用を達成し得るベーン圧縮機を提供することを目的と
するものである。

［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、サインカム曲線のような上に凸
の曲線領域の端部に配置される吐出口とこれに隣合う吸
入口との間のシリンダ内周面にはロータの半径に略−敗
する半径をもった円弧曲線のシール領域を設け、前記吐
出口には前記ロータの回転方向の前後に延出する導入溝
を接続形成すると共に、導入溝の後側の延出境界を前記
シール領域の境界付近に設定し、シール領域と前記吐出
口との間のシリンダ内周面にはシール領域の円弧曲線及
び凸曲線に滑らかに接続する曲線からなる緩衝領域を設
け、導入溝の境界とロータとの間の通過断面積が導入溝
の前側の延出境界に対応するシリンダの内周面部位とロ
ータとの間の通過断面積以上となるように導入溝の境界
位置を設定した。

［作用］ 円弧曲線とサインカム曲線のような凸曲線とは例えば三
次曲線で接続される。これによりベーンは凸曲線領域か
ら緩衝領域へ滑らかに摺動移行し、緩衝領域からシール
領域へ滑らかに摺動移行する。

従って、シリンダ内周面に対するベーンの不連続な摺接
が無くなり、不連続な摺接によるシリンダ内周面の損傷
が回避される。

又、導入溝の境界とロータとの間の通過断面Ｃ３１の面
積総和Σ１が導入溝の前側の延出境界に対応するシリン
ダの内周面部位とロータとの間の通過断面Ｃｓ２の面積
８２以上となるように導入溝の境界位置を設定したこと
により、導入溝の境界とロータとの間の通過断面Ｃｓ１
における吐出抵抗を通過断面Ｃｓ２における吐出抵抗以
下とすることができる。従って、吐出口における吐出抵
抗と通過断面Ｃｓ２における吐出抵抗との適切なバラン
スを達成することができ、このバランス達成のもとに通
過断面Ｃｓ２における吐出抵抗が抑制されるように、か
つベーン介して隣合う圧縮室間の連通が適正時期となる
ように導入溝の前側の延出境界を設定すれば円滑な吐出
作用を達成することができる。

［実施例］ 以下、本発明を可変容量型ベーン圧縮機に具体化した一
実施例を図面に基づいて説明する。

第３図に示すように接合固定された前後一対のハウジン
グ１，２内にはシリンダ３が収容固定されており、シリ
ンダ３の前後両端にはサイドプレー１−４．．５が密着
接合されている。シリンダ３内は略楕円柱状の室に形成
されており、シリンダ室内には円柱状のロータ６が第１
図の矢印Ｐ方向へ回転可能に嵌入収容されている。ロー
タ６は略楕円形状のシリンダ内周面の短軸側の領域で微
小なりタアランスをもって嵌合しており、この微小クリ
アランスの領域がシール領域ｓｌ、ｓ２となる。

ロータ６の前後には支軸６ａ、６ｂが一体形成されてお
り、フロントサイドプレート４及びリヤサイドプレート
５にそれぞれ回転可能に支持されている。ロータ６の周
面には複数の溝７　（本実施例では４つ）が半径方向へ
凹設されており、谷溝７にはベーン８が前後両サイドプ
レート４，５に密接して摺動可能に嵌入支持されている
。溝７の底部はリヤハウジング２後部の油分離室２ａに
連通しており、油分離室２ａ内に溜められている潤滑油
が溝７底部へ供給され得るようになっている。

各ベーン８はロータ６の回転に伴う遠心力及び油分離室
２ａに連通するａ７底部の圧力によりシリンダ内周面に
当接可能であり、シリンダ室が複数枚のベーン８及びシ
ール領域ｓ１．ｓ２により複数の圧縮室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ
３に区画される。

シリンダ３には軸方向に貫通する一対の吸入通路９Ａ、
９Ｂが設けられており、シリンダ室に開口する吸入口１
０Ａ、ＩＯＢが１８０°の角度差を持って吸入通路９Ａ
、９Ｂに連通されている。

両眼入口１０Ａ、ＩＯＢはロータ６の回転方向Ｐにおけ
るシール領域ｓ、、ｓ２の通過側に配置設定されている
。

シリンダ３の周方向において吸入通路９Ａ、９Ｂの近傍
には一対の吐出室３ａ、３ｂが設けられており、シリン
ダ室に開口する吐出口１１Ａ、ＩＩＢが１８０＠の角度
差をもって吐出室３ａ、３ｂに連通されている。この実
施例では一方の吐出室３ａ（又は３ｂ）には３つの吐出
口１１Ａ（又は１１Ｂ）が対応形成されている。両畦出
口１１Ａ、ＩＩＢはロータ６の回転方向におけるシール
領域Ｓｌ。

Ｓ２の手前側に配置設定されており、吐出室３ａ。

３ｂ内にて吐出弁１２Ａ、１２Ｂにより開閉される。

吐出口１１Ａ、ＩＩＢには導入溝１１ａ、ｌｌｂがロー
タ６の回転方向に接続形成されている。第２図（ｂ）に
示すように導入溝１１ａ、ｌｌｂの幅Ｗは吸入口１０Ａ
、ＩＯＢの径以上に設定されており、ロータ６の回転方
向における導入溝１１ａ。

１１ｂの後側の延出境界ｄ１はシール領域ｓｌ。

Ｓ２の境界上に設定されている。そして、ロータ６０回
転方向における導入溝１１ａの前側の延出境界ｄ２、側
方の境界ｄ３．ｄ４及び延出境界ｄ１とロータ６との間
の通過断面Ｃｓｌ　　（第２図（ｂ）に斜線で示す領域
）の面積・σを吐出口１１Ａの個数（３）倍した面積（
＝Σ１）が延出境界に対応するシリンダ周面部位とロー
タ６との間の通過断面Ｃ５２の面積Σ２　（第３図にお
いてシリンダ３とロータ６とで挾まれる領域面積）以上
に設定されている。言い換えれば通過断面Ｃ３１の面積
Σｌが通過断面Ｃ５２の面積２２以上となるように延出
境界ｄ２の位置が設定されている。延出境界ｄ２とロー
タ６との間の通過断面は第２図（ａ）　、　（ｂ）に鎖
線にで示され、通過断面積σは、第２図（ｂ）において
鎖線Ｋ、境界ｄ３及びロータ６の円周曲線Ｃ′ｏとで形
成される略三角形状の領域面積の２倍と、（鎖線にの長
さ）×（導入溝１１ａの幅Ｗ）との和となる。

フロントハウジング１とフロントサイドプレート４との
間の吸入室１ａへ導入された冷媒ガスはフロントサイド
プレート４の吸入通路４ａ及び吸入通路９Ａ、９Ｂを介
してシリンダ室内へ導入され、次いで吐出口１１Ａ、１
１Ｂから吐出弁１２Ａ。

１２Ｂを押し退けて吐出室３ａ、３ｂへ吐出される。ロ
ータ６とフロントサイドプレート４との間には円環状の
容量制御板１３が支軸６ａを中心に回動可能に介在され
ており、容量制御板１３には吸入通路４ａとシリンダ室
とを接続する補助通路１３ａ、１３ｂが設けられている
。従って、容量制御板１３を回動することによりベーン
８にて圧縮室Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に区画されるシリンダ室
と補助通路１３ａ、１３ｂとの連通期間が変更され、こ
れによりシリンダ室内への吸入容量、即ち吐出室３ａ、
３ｂへ吐出される容量を制御することができる。この制
御はフロントサイドプレート４内のスプール１４を介し
た吐出圧と吸入圧との圧力対抗により行われ、この圧力
対抗に伴うスプール１４の摺動変位がピン１５を介して
容量制御板１３の回動に変換される。

第１図に示すようにロータ６の回転軸線！からシリンダ
３の内周面までの動径をｒ、動径ｒの始端線りから動径
ｒまでの回転角度をθとした場合、シール領域Ｓ１の角
度範囲一θ１／２≦θ≦θ１／２及びシール領域Ｓ２の
角度範囲π−θ１／２≦θ≦π＋θ１／２ではシリンダ
３の内周面の曲線はロータ６の半径よりも僅かに大きい
半径Ｒの円弧曲線である。第４図ではｒ＝Ｒを表す横軸
上にＣｏとして示される。

θｒ／２＋θ６≦θ≦θ１／２＋θ６＋θ３の角度範囲
では次式（１）で表されるサインカム曲線が用いられて
いる。

ｒ””Ｉ）ｔ　＋（１１ｘｉｎ　　（αｌθ＋β１）・
・・　（１） なお、Ｉ）ｌ、ｑｌ、　α１．ａｌは適宜選択される定
係数である。式（１）で表される曲線は第４図に０４で
示される。

一θ１／２−θ２≧θ≧θｌ／２＋θ６＋θ３−πの角
度範囲では次式（２）で表されるサインカム曲線が用い
られている。

ｒ＝ｐ２　　＋ｑ２ｓｉｎ　　（α２　θ＋β２）・　
・　・　（２） なお、ｐ２．Ｃ２，α２．Ｒ２は適宜選択される定係数
である。式（２）で表される曲線は第４図に０２で示さ
れる。

又、角度範囲θ１／２＋θ６＋θ３≦θ≦π−θ１／２
−θ２では弐（２）で表されるサインカム曲線の１８０
°回転対称の曲線が用いられ、角度範囲θ１／２＋θ６
＋θ３−π≧θ≧θ１／２＋θ６−πでは式（１）で表
されるサインカム曲線の１８０°回転対称の曲線が用い
られる。

角度範囲θ１／２≦θ≦θ１／２＋θ６では次式（３）
で表される三次曲線が用いられている。

ｒ＝２６　　＋ａｌ　　θ＋ａ２　θ２　＋ａ３　θ３
・　・　・　（３） なお、ａｎ、ａｌ、Ｒ２１Ｒ３は適宜選択される定係数
である。式（３）で表される曲線は第４図に０３で示さ
れる。

又、角度範囲一θ１／２−θ２６θ≦−θ１／２では次
式（４）で表される三次曲線が用いられている。

ｒ＝ｂ（１＋ｂｌ　　θ＋ｂ２θ２＋ｂ３　θ３・　・
　・　（４） なお、ｂｏ、ｂｉ、ｂ２．ｂ３は適宜選択される定係数
である。式（４）で表される曲線は第４図にＣ１で示さ
れる。

角度範囲π−θ１／２≧θ≧π−θ１／２−θ２では式
（４）で表される三次曲線の１８０°回転対称の曲線が
用いられ、角度範囲π＋θ１／２≦θ≦π＋θｒ／２＋
θ６では式（３）で表される三次曲線の１８０　、’回
転対称の曲線が用いられる。

即ち、シリンダ３の内周面の角度範囲Ｏ°≦θ〈πにお
ける曲線形状と、角度範囲π≦θ〈２πにおける曲線形
状とは１８０＠回転対称であり、シール領域ｓｌ、ｓ２
におけるシール作用及び両シール領域ｓ１．ｓ２付近に
対するベーン８の摺接作用は同一である。そこで、第２
図（ａ）に示すシール領域Ｓ、側のみを説明対象とする
。

第４図に示すように角度範囲一θｌ／２−θ２≦θ≦−
θ１／２の曲ｖＡＣｔを表す式（４）を角度θで微分す
れば次式（５）で表される曲線Ｄ１となる。

ｒ　′−ｂ１　＋２ｂ２　θ＋３ｂ３　θ２・　・　・
　（５） 又、曲線Ｃ１に接続するサインカム曲線を表す式（２）
を角度θで微分すれば次式（６）で表される曲線Ｄ２と
なる。

ｒ　′：ｑ２　α２ｃｏｓ（α２　θ＋β２）・　・　
・　（６） 式（２）、　　（４）、　　（５）、　　（６）の各定
係数は角度θ＝−θ１／２．−θ１／２−θ２．θ１／
２＋θ２＋θ３−π、そのときの動径ｒ及び微分値ｒ°
の設定値に基づいて決定され、式（２）。

（４）で表される曲線ｃ２．ｃｌが特定される。

この曲線ｃ２．ｃ、の特定に際しては微分曲線Ｄ２とＤ
ｌとの連続性、及び微分曲線Ｄ１と円弧曲線Ｃｏの微分
（＝０）との連続性が与えられ、三次曲線Ｃ１はサイン
カム曲線Ｃ２及び円弧曲線Ｃ。

に滑らかに接続する。これによりベーン８はサインカム
曲線Ｃ２のシリンダ内周面から三次曲線Ｃ１のシリンダ
内周面へ摺接したまま滑らかに移行すると共に、三次曲
線Ｃ１から円弧曲線Ｃｏのシリンダ内周面へ離間するこ
となく滑らかに移行し、ベーン８の不連続な摺接による
シリンダ内周面の損傷が回避される。即ち、三次曲線Ｃ
１の領域は緩衝領域Ｘ１となっている。

第２．４図の鎖線曲線Ｃ“２はサインカム曲線Ｃ２の一
部であり、従来ではこの鎖線曲線ｃ１２が円弧曲線Ｃｏ
に接続しており、角度範囲一θ４≦θ≦θ５がシール領
域となっている。鎖線曲線Ｃ°２の微分は鎖線曲線ｐ　
＋　２で示され、θ＝θ４にて不連続が生じる。即ち、
従来ではθ−−θ４にてシリンダ内周面が角部となって
この部位におけるベーン８の没入方向への加速度が大き
く、本実施例とは異なってベーン８の不連続な摺接が起
きる。しかしながら、本実施例では緩衝領域Ｘ１の介在
によって不連続な摺接が解消される上、緩衝領域Ｘ１は
第２図（ａ）から明らかなようにシール領域Ｓ、の角度
範囲の拡大をも可能とする。

第４図に示す曲線Ｄ４はサインカム曲線Ｃ４の微分曲線
であり、曲線Ｄ３は三次曲線Ｃ３の微分曲線である。鎖
線曲線ｃ１３はサインカム曲線Ｃ４の一部であり、鎖線
曲線Ｄ　＋　４は鎖線曲線ｃ１３の微分曲線である。即
ち、三次曲線Ｃ３の領域はシール領域Ｓｌ及びサインカ
ム曲線Ｃ４に滑らかに接続しており、領域Ｘ２は緩衝領
域Ｘ１と同様の緩衝作用効果をもたらす。

又、ロータ６の回転方向Ｐにおける導入ａ１１　ａの後
側の延出境界ｄ１がシール領域Ｓ１の境界上に設定され
ているため、吐出口１１Ａに連通ずる圧縮室Ｒ１の容積
は殆ど零となり、冷媒ガスの過圧縮が回避される。この
ような過圧縮の回避をもたらす導入′ａ１１ａの境界ｄ
２．ｄ３．ｄ４の位置が前記したような通過断面Ｃ３１
における面積Σ１と通過断面Ｃｓ２における面積Σ２と
の間の大小関係に基づいて設定されているため、通過断
面Ｃ８１における吐出抵抗が通過断面Ｃｓ２における吐
出抵抗以下となる。従って、冷媒ガスが導入溝１１ａに
到達する直前の通過断面Ｃｓ２における吐出抵抗と、導
入ＳＺａの境界ｄ２．ｄ３゜ｄ４上の吐出抵抗とのバラ
ンスが適切となる。そこでこの適切なバランス設定のも
とに、通過断面Ｃｓ２における吐出抵抗が適宜抑制され
るように、かつベーン８を介して隣合う圧縮室Ｒ１と圧
縮室Ｒ２との連通が適切な時期に行われるように延出境
界ｄ２の位置を設定すれば、円滑な吐出作用を達成しつ
つ圧縮効率を向上することができる。

さらに、導入？１１１ａの介在により吐出口１１Ａをロ
ータ６の回転方向における配置設定の自由度が高まり、
吐出口１１Ａをシール領域Ｓｌ側へ適宜近付けて吐出弁
１２Ａを増長し、吐出弁１２Ａの曲げ疲労を低減するこ
とができる。

本発明は勿論前記実施例にのみ限定されるものではなく
、例えばサインカム曲線及び円弧曲線に三次曲線を遺恨
的に滑かに接続したり、サインカム曲線のように単調増
大から単調減少へ移行する上に凸の他の曲線をサインカ
ム曲線に代えて用いたり、あるいは三次曲線に近似した
曲線を採用することも可能である。又、吐出口側にのみ
緩衝領域を設ける構成も十分なシール領域の確保及びベ
ーンの円滑な摺接を可能とする。さらには導入溝の後側
の延出境界をシール領域の境界上から若干ずらしたり、
導入溝の境界形状を適宜変更することも可能である。

又、本発明は固定容量型のベーン圧縮機にも適用できる
。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明は、シール領域を挟んで隣合
う吐出口と吸入口との少なくとも吐出口側にシール領域
と上に凸の曲線領域とに滑らかに接続する緩衝領域を介
在したので、ベーンの不連続な摺接がなくなり、これに
よりシリンダ内周面の１員傷を防止し得る。これに加え
て吐出口に接続する導入溝をロータの回転方向へ適宜延
出すると共に、導入溝の境界上における通過断面積が導
入溝の前側の延出境界に沿ったシリンダ内周面上の通過
断面積以上となるようにしたので、両通過断面における
吐出抵抗のバランスが図られ、これにより円滑な吐出作
用を達成し得るという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明を具体化した一実施例を示し、第１図は第
３図のＡ−Ａ線拡大断面図、第２図（ａ）は要部拡大断
面図、第２図（ｂ）は要部拡大斜視図、第３図は側断面
図、第４図はシリンダ内周面の曲線を及びその微分曲線
を表すグラフである。 シリンダ３、ロータ６、ベーン８、吸入口１０Ａ。 １０Ｂ、吐出ロｚＡ、１１Ｂ、１人溝１１ａ。 １１ｂ、延出境界ｄ、、ｄ２、境界ｄ３．ｄ４、通過断
面Ｃｓ１．Ｃｓ２、シール領域ｓ、、ｓ２、緩衝領域Ｘ
１゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　シリンダ内に円柱形状のロータを回転可能に嵌入収
   容すると共に、ロータの回転軸線からシリンダ内周面に
   至る動径の長さが単調増大から単調減少へ移行する上に
   凸の曲線からなる領域のシリンダ内周面とロータ周面と
   の間の空間を複数枚のベーンにより複数の圧縮室に区画
   形成し、ロータの回転により冷媒ガスの吸入、圧縮及び
   吐出を行なうベーン圧縮機において、前記凸曲線領域の
   端部に配置される吐出口とこれに隣合う吸入口との間の
   シリンダ内周面には前記ロータの半径に略一致する半径
   をもった円弧曲線のシール領域を設け、前記吐出口には
   前記ロータの回転方向の前後に延出する導入溝を接続形
   成すると共に、導入溝の後側の延出境界を前記シール領
   域の境界付近に設定し、シール領域と前記吐出口との間
   のシリンダ内周面にはシール領域の円弧曲線及び凸曲線
   に滑らかに接続する曲線からなる緩衝領域を設け、導入
   溝の境界とロータとの間の通過断面積が導入溝の前側の
   延出境界に対応するシリンダの内周面部位とロータとの
   間の通過断面積以上となるように導入溝の境界位置を設
   定したベーン圧縮機。