(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内周面が形成されたシリンダーと、
該シリンダーの内部において、前記内周面の中心軸と所定の距離ずれた回転軸を中心に回転する円筒形状のローター部、及び、該ローター部に回転力を伝達する回転軸部を有したローターシャフトと、
前記シリンダーの前記内周面の一方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸を支承するフレームと、
前記シリンダーの前記内周面の他方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸を支承するシリンダーヘッドと、
前記ローター部に設けられ、前記ローター部内から突出する先端部が外側に凸となる円弧形状に形成された少なくとも１枚のベーンと、
を備えたベーン型圧縮機において、
前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の法線と、前記シリンダーの前記内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で、前記ベーン、前記ローター部の外周部、及び前記シリンダーの前記内周面によって囲まれる空間で冷媒を圧縮するように前記ベーンを支持し、前記ベーンを前記ローター部に対して回転可能かつ移動可能に支持し、前記ベーンの前記先端部が前記シリンダーの前記内周面側に最大限移動した場合に、該先端部と該内周面との所定の間隙を有するように保持するベーン支持手段を備え、
前記ローターシャフトは、前記ローター部と前記回転軸部とが一体に形成されて構成され、
前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の曲率半径は、前記シリンダーの前記内周面の曲率半径と略同一であり、
前記ベーン支持手段は、
前記ローター部の外周部近傍に、前記ローター部の中心軸方向に垂直な断面が略円形となるように該中心軸方向に貫通したブッシュ保持部と、
該ブッシュ保持部の中に挿入される一対の略半円柱状物であり、前記ブッシュ保持部内で前記ベーンを挟持するブッシュと、
前記ベーンにおける、前記シリンダーの前記内周面の中心である内周面中心側の端面が、前記ローター部に接触しないように、前記ローター部において該ローター部の中心軸方向に貫通して形成されたベーン逃がし部と、
によって構成され、
前記ベーンは、前記フレーム側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍、及び、前記シリンダーヘッド側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍に設けられた一対の円弧形状のベーンアライナー部を有し、
前記フレーム及び前記シリンダーヘッドの前記シリンダー側の端面に、前記シリンダーの前記内周面と同心の凹部又は溝部が形成され、
前記ベーンアライナー部は、前記凹部又は前記溝部内に嵌入され、該凹部又は該溝部の外周面であるベーンアライナー軸受部で支承され、前記ベーンの先端部側の面に、前記ベーンの長さ方向に垂直な平面部が形成された
ことを特徴とするベーン型圧縮機。
【請求項２】
前記ベーンアライナー部の円弧形状において、前記ベーンアライナー部に形成された前記平面部に対応する部分の円弧角をβとし、前記ベーンアライナー部における前記ベーンの先端部側の面と、該ベーンアライナー部が設けられた前記ベーンの端面とが交わる部分に対応する部分の円弧角をγとした場合、β≧γを満たすように前記平面部が形成された
ことを特徴とする請求項１記載のベーン型圧縮機。
【請求項３】
前記ベーンアライナー部の円弧形状の円弧角をαとし、ゾンマーフェルト数をＳとした場合、β／α＜０．１２２４ｌｎ（Ｓ）＋０．２５３６を満たすように前記平面部が形成された
ことを特徴とする請求項２記載のベーン型圧縮機。
【請求項４】
前記ベーンの前記フレーム及び前記シリンダーヘッドに対向する端面の十点平均粗さが０．８［μｍ］以下である
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のベーン型圧縮機。
【請求項５】
前記ベーンアライナー部に前記平面部が形成された後に、前記ベーンの上端又は下端のいずれか一方が研磨されたことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のベーン型圧縮機。
【請求項６】
前記ベーンの上端又は下端のいずれか一方がエンドミルによって研磨されたことを特徴とする請求項５記載のベーン型圧縮機。
【請求項７】
前記ベーンの上端又は下端のいずれか一方が平面研削盤によって研磨されたことを特徴とする請求項５記載のベーン型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベーン型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ローターシャフト（シリンダー内で回転運動する円柱形のローター部と、ローター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ーシャフトという）のローター部内に一箇所又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ーの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）。【０００３】
また、ローター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、さらに、ローター部の外周部付近に半円棒形状の一対の挟持部材（ブッシュ）を介してベーンがローター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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２５２６７５号公報（第４頁、第１図）
【特許文献２】特開２０００−３５２３９０号公報（第６頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の従来の一般的なベーン型圧縮機は、ベーン先端の曲率半径とシリンダーの内周面の曲率半径が大きく異なるため、シリンダーの内周面とベーン先端との間に油膜は形成されず、流体潤滑状態とはならず境界潤滑状態で摺動する。一般に潤滑状態による摩擦係数は、流体潤滑状態においては０．００１〜０．００５程度であるのに対し、境界潤滑状態においては非常に大きくなり、概ね０．０５以上となる。【０００６】
このため、従来の一般的なベーン型圧縮機の構成では、ベーン先端とシリンダーの内周面とが境界潤滑状態で摺動することによって摺動抵抗が大きくなり、機械損失の増大による圧縮機効率の大幅な低下が発生してしまうという問題点があった。それと同時に、ベーン先端及びシリンダーの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問題点もあった。【０００７】
そこで、上記の問題点を改善するものとして、ローター部の内部を中空にし、その中にベーンをシリンダーの内周面の中心にて回転可能に支持する固定軸を有し、かつ、ベーンがローター部に対し回転可能となるようにローター部の外周部近傍で挟持部材を介してベーンを保持する方法（例えば、上記特許文献２）が提案された。【０００８】
この構成によって、ベーンがシリンダー内周面の中心にて回転支持されることになる。これにより、ベーンの長手方向は常にシリンダー内周面の中心に向かうため、ベーン先端はシリンダー内周面に沿うように回転することとなる。このため、ベーン先端とシリンダーの内周面との間に微小な隙間を保ち、非接触にして運転することが可能となり、ベーン先端での摺動による損失が発生せず、また、ベーン先端及びシリンダーの内周面の摩耗を抑制することが可能なベーン型圧縮機を得ることができる。【０００９】
しかしながら、特許文献２に記載された方法では、ローター部内部の中空に構成することにより、ローター部への回転力の付与、及び、ローター部の回転支持が難しくなる。また、特許文献２では、ローター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、ベーン固定軸及び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問題点があった。【００１０】
また、ローター部とシリンダーの内周面との間は、圧縮したガスが漏れないように狭い隙間を形成するため、ローター部の外径及び回転中心部は高い精度が必要とされる。しかし、ローター部と端板とは別々の部品で構成されるため、ローター部と端板との締結により発生する歪み、及び、ローター部と端板との同軸ずれ等、ローター部の外径及び回転中心部の精度を悪化させる要因となってしまうという問題点もあった。【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ベーンの先端部の摩耗を抑制し、回転軸部を小径で支持できることで軸受摺動損失を低減し、かつローター部の外径及び回転中心の精度を向上させるベーン型圧縮機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るベーン型圧縮機は、円筒状の内周面が形成されたシリンダーと、該シリンダーの内部において、前記内周面の中心軸と所定の距離ずれた回転軸を中心に回転する円筒形状のローター部、及び、該ローター部に回転力を伝達する回転軸部を有したローターシャフトと、前記シリンダーの前記内周面の一方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸を支承するフレームと、前記シリンダーの前記内周面の他方の開口部を閉塞し、主軸受部によって前記回転軸を支承するシリンダーヘッドと、前記ローター部に設けられ、前記ローター部内から突出する先端部が外側に凸となる円弧形状に形成された少なくとも１枚のベーンと、を備えたベーン型圧縮機において、前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の法線と、前記シリンダーの前記内周面の法線とが常にほぼ一致する状態で、前記ベーン、前記ローター部の外周部、及び前記シリンダーの前記内周面によって囲まれる空間で冷媒を圧縮するように前記ベーンを支持し、前記ベーンを前記ローター部に対して回転可能かつ移動可能に支持するベーン支持手段を備え、前記ローターシャフトは、前記ローター部と前記回転軸部とが一体に形成されて構成され、前記ベーンの前記先端部の前記円弧形状の曲率半径は、前記シリンダーの前記内周面の曲率半径と略同一であり、前記ベーン支持手段は、前記ローター部の外周部近傍に、前記ローター部の中心軸方向に垂直な断面が略円形となるように該中心軸方向に貫通したブッシュ保持部と、該ブッシュ保持部の中に挿入される一対の略半円柱状物であり、前記ブッシュ保持部内で前記ベーンを挟持するブッシュと、前記ベーンにおける、前記シリンダーの前記内周面の中心である内周面中心側の端面が、前記ローター部に接触しないように、前記ローター部において該ローター部の中心軸方向に貫通して形成されたベーン逃がし部と、によって構成され、前記ベーンは、前記フレーム側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍、及び、前記シリンダーヘッド側かつ前記ローター部の中心側の端面近傍に設けられた一対の円弧形状のベーンアライナー部を有し、前記フレーム及び前記シリンダーヘッドの前記シリンダー側の端面に、前記シリンダーの前記内周面と同心の凹部又は溝部が形成され、前記ベーンアライナー部は、前記凹部又は前記溝部内に嵌入され、該凹部又は該溝部の外周面であるベーンアライナー軸受部で支承され、前記ベーンの先端部側の面に、前記ベーンの長さ方向に垂直な平面部が形成されたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ベーンの先端部とシリンダーの内周面との間に所定の適正な間隙を設けることによって、先端部からの冷媒の漏れを抑制しつつ、機械損失の増大による圧縮機効率の低下を抑制し、かつ、先端部の摩耗をゼロにすることができる。
また、ベーンの先端部の円弧形状及びシリンダーの内周面の法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行うために必要なベーンがシリンダーの内周面の中心を回転中心として回転運動する機構を、ローター部と回転軸部とを一体にした構成で実現できるため、回転軸部を小径で支持できることで軸受摺動損失を低減し、かつローター部の外径及び回転中心の精度を向上させることができ、ローター部とシリンダーの内周面との間を狭い隙間で形成して漏れ損失を低減することが可能となる。
また、ベーンアライナー部に平面部を形成することによって、ベーンの上下端面の平面研磨加工を実施する際、回転する砥石がベーンアライナー部に干渉することを回避することができる。これによって、ベーンと、フレーム及びシリンダーヘッドとのそれぞれの隙間を小さく保持することができるので、ベーンと、フレーム及びシリンダヘッドとの間のそれぞれの摺動損失を抑制することができ、耐焼付き性、耐摩耗性を向上させると同時に、高効率化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の第１ベーン５及び第２ベーン６の平面図及び正面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００において図１のＩ−Ｉ断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００のベーンアライナー部５ｃ、６ｃの回転動作を示す図１におけるＪ−Ｊ断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の第１ベーン５のベーン部５ａ周りの要部断面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の別形態の圧縮要素１０１の分解斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態２において相対運動する固体二面間の微小隙間内の流れを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００のベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの関係を示した模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における解析モデルである。
【図１２】本発明の実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００においてベーンアライナー軸受部２ｂにベーンアライナー部５ｃが嵌入した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００において偏心率ε＝０．９の場合のゾンマーフェルト数Ｓとβ／αとの関係を示した解析結果図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の縦断面図であり、図２は、同ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図であり、そして、図３は、同ベーン型圧縮機２００の第１ベーン５及び第２ベーン６の平面図及び正面図である。このうち、図１において、実線で示す矢印はガス（冷媒）の流れ、そして、破線で示す矢印は冷凍機油２５の流れを示している。以下、図１〜図３を参照しながら、ベーン型圧縮機２００の構造について説明する。
【００１６】
本実施の形態に係るベーン型圧縮機２００は、外形を形成する密閉容器１０３、その密閉容器１０３内に収納された圧縮要素１０１、その圧縮要素１０１の上部に位置し、圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２、及び、密閉容器１０３内の底部に設けられ、冷凍機油２５を貯溜する油溜め１０４によって構成されている。
【００１７】
密閉容器１０３は、ベーン型圧縮機２００の外形を形成するものであり、その内部に、圧縮要素１０１及び電動要素１０２を収納し、冷媒及び冷凍機油を密閉するものである。密閉容器１０３の側面には、冷媒を密閉容器１０３内部に吸入する吸入管２６が設置され、密閉容器１０３の上面には、圧縮された冷媒を外部に吐出するための吐出管２４が設置されている。
【００１８】
圧縮要素１０１は、吸入管２６から密閉容器１０３内に吸入された冷媒を圧縮するものであり、シリンダー１、フレーム２、シリンダーヘッド３、ローターシャフト４、第１ベーン５、第２ベーン６、及び、ブッシュ７、８によって構成されている。
【００１９】
シリンダー１は、全体形状が略円筒状で、軸方向に円筒状の円の中心とは偏心した位置が中心となるように略円形状の貫通部１ｆが形成されている。また、その貫通部１ｆの内周面であるシリンダー内周面１ｂの一部に、貫通部１ｆの中心から外側に向かってＲ形状に抉られた切欠き部１ｃが設けられ、その切欠き部１ｃには吸入ポート１ａが開口している。この吸入ポート１ａは、吸入管２６に連通しており、この吸入ポート１ａから貫通部１ｆ内に冷媒が吸入されることになる。また、後述する最近接点３２を挟んで吸入ポート１ａと反対側に位置し、その最近接点３２の近傍、かつ、後述するフレーム２に面した側に吐出ポート１ｄが切り欠いて設けられている（図２参照）。また、シリンダー１の外周部には軸方向に貫通し、貫通部１ｆの中心と対称となる位置に２つの油戻し穴１ｅが設けられている。
【００２０】
フレーム２は、縦断面形状が略Ｔ字状で、シリンダー１に接する部分が略円板形状であり、シリンダー１の貫通部１ｆの一方の開口部（図２における上側）を閉塞するものである。また、フレーム２の中央部は円筒形状になっており、この円筒形状部は中空であり、ここに主軸受部２ｃが形成されている。また、フレーム２のシリンダー１側の端面、かつ、主軸受部２ｃ部分には、外周面がシリンダー内周面１ｂと同心円の凹部２ａが形成されている。この凹部２ａに、後述する第１ベーン５のベーンアライナー部５ｃ、及び、第２ベーン６のベーンアライナー部６ｃが嵌入される。このとき、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃは、凹部２ａの外周面であるベーンアライナー軸受部２ｂで支承される。また、フレーム２において、シリンダー１に設けた吐出ポート１ｄと連通し、軸方向に貫通した吐出ポート２ｄが設けられており、この吐出ポート２ｄのシリンダー１と反対側の開口部には、吐出弁２７及びその吐出弁２７の開度を規制するための吐出弁押え２８が取り付けられている。
【００２１】
シリンダーヘッド３は、縦断面形状が略Ｔ字状で、シリンダー１に接する部分が略円板形状であり、シリンダー１の貫通部１ｆの他方の開口部（図２では下側）を閉塞するものである。また、シリンダーヘッド３の中央部は円筒形状になっており、この円筒形状は中空であり、ここに主軸受部３ｃが形成されている。また、シリンダーヘッド３のシリンダー１側の端面、かつ、主軸受部３ｃ部分には、外周面がシリンダー内周面１ｂと同心円の凹部３ａが形成されている。この凹部３ａに、後述する第１ベーン５のベーンアライナー部５ｄ、及び、第２ベーン６のベーンアライナー部６ｄが嵌入される。このとき、ベーンアライナー部５ｄ、６ｄは、凹部３ａの外周面であるベーンアライナー軸受部３ｂで支承される。
【００２２】
ローターシャフト４は、シリンダー１内でシリンダー１の貫通部１ｆの中心軸とは偏心した中心軸上に回転運動を行う略円筒形状のローター部４ａ、そのローター部４ａの上面である円の中心からその上面の垂直上向きに延設された回転軸部４ｂ、及び、ローター部４ａの下面である円の中心からその下面の垂直下向きに延設された回転軸部４ｃが一体となった構造となっている。この回転軸部４ｂは、フレーム２の主軸受部２ｃに挿通して支承され、回転軸部４ｃは、シリンダーヘッド３の主軸受部３ｃに挿通して支承されている。ローター部４ａには、円筒形状のローター部４ａの軸方向に対して垂直の断面が略円形でその軸方向に貫通してブッシュ保持部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、４ｅは、それぞれ、ローター部４ａの中心に対して対称となる位置に形成されており、ブッシュ保持部４ｄ、４ｅの内側方向にそれぞれ、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇが形成されている。すなわち、ローター部４ａ、ブッシュ保持部４ｄ、４ｅ、及び、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇの中心は略直線状に並ぶように形成されている。また、ブッシュ保持部４ｄとベーン逃がし部４ｆとは連通しており、ブッシュ保持部４ｅとベーン逃がし部４ｇとは連通している。また、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇの軸方向端部は、フレーム２の凹部２ａ及びシリンダーヘッド３の凹部３ａに連通している。また、ローターシャフト４の回転軸部４ｃの下端部には、例えば、特開２００９−２６４１７５号公報に記載されているようなローターシャフト４の遠心力を利用した油ポンプ３１が設けられている。この油ポンプ３１は、ローターシャフト４の回転軸部４ｃの下端の軸中央部に設けられ、回転軸部４ｃの下端からローター部４ａ及び回転軸部４ｂの内部にかけて上方向に延在する給油路４ｈと連通している。また、回転軸部４ｂには、給油路４ｈと凹部２ａとを連通させる給油路４ｉ、そして、回転軸部４ｃには、給油路４ｈと凹部３ａとを連通させる給油路４ｊが設けられている。さらに、回転軸部４ｂの主軸受部２ｃの上方の位置には、密閉容器１０３内部空間に連通させる排油穴４ｋが設けられている。
【００２３】
第１ベーン５は、略四角形の板形状の部材であるベーン部５ａ、このベーン部５ａのフレーム２側、かつ、回転軸部４ｂ側の上端面に設けられた円弧形状、すなわち部分リング形状のベーンアライナー部５ｃ、及び、ベーン部５ａのシリンダーヘッド３側、かつ、回転軸部４ｃ側の下端面に設けられた円弧形状、すなわち部分リング形状のベーンアライナー部５ｄによって構成されている。また、ベーン部５ａのシリンダー内周面１ｂ側の端面であるベーン先端部５ｂは、外側に凸の円弧形状に形成され、その円弧形状の曲率半径は、シリンダー内周面１ｂの曲率半径と略同一となるように形成されている。また、第１ベーン５は、図３で示されるように、ベーン部５ａの長さ方向及びベーン先端部５ｂの円弧の法線方向が、ベーンアライナー部５ｃ、５ｄの円弧の中心を通るように形成されている。また、円弧形状のベーンアライナー部５ｃにおけるベーン先端部５ｂ側の面には、ベーン部５ａの長さ方向に垂直な平面部５ｅが形成されている。同様に、円弧形状のベーンアライナー部５ｄにおけるベーン先端部５ｂ側の面には、ベーン部５ａの長さ方向に垂直な平面部５ｆが形成されている。
【００２４】
第２ベーン６は、略四角形の板形状の部材であるベーン部６ａ、このベーン部６ａのフレーム２側、かつ、回転軸部４ｂ側の上端面に設けられた円弧形状、すなわち部分リング形状のベーンアライナー部６ｃ、及び、ベーン部６ａのシリンダーヘッド３側、かつ、回転軸部４ｃ側の下端面に設けられた円弧形状、すなわち部分リング形状のベーンアライナー部６ｄによって構成されている。また、ベーン部６ａのシリンダー内周面１ｂ側の端面であるベーン先端部６ｂは、外側に凸の円弧形状に形成され、その円弧形状の曲率半径は、シリンダー内周面１ｂの曲率半径と略同一となるように形成されている。また、第２ベーン６は、図３で示されるように、ベーン部６ａの長さ方向及びベーン先端部６ｂの円弧の法線方向が、ベーンアライナー部６ｃ、６ｄの円弧の中心を通るように形成されている。また、円弧形状のベーンアライナー部６ｃにおけるベーン先端部６ｂ側の面には、ベーン部６ａの長さ方向に垂直な平面部６ｅが形成されている。同様に、円弧形状のベーンアライナー部６ｄにおけるベーン先端部６ｂ側の面には、ベーン部６ａの長さ方向に垂直な平面部６ｆが形成されている。
【００２５】
ブッシュ７、８は、それぞれ略半円柱状に形成された一対の物体で構成されている。ブッシュ７は、ローターシャフト４のブッシュ保持部４ｄに嵌入され、その一対のブッシュ７の内側に板形状のベーン部５ａが挟持される。このときベーン部５ａは、ローター部４ａに対して回転自在、かつ、ベーン部５ａの長さ方向に移動可能に保持される。ブッシュ８は、ローターシャフト４のブッシュ保持部４ｅに嵌入され、その一対のブッシュ８の内側に板形状のベーン部６ａが挟持される。このときベーン部６ａは、ローター部４ａに対して回転自在、かつ、ベーン部５ａの長さ方向に移動可能に保持される。
【００２６】
電動要素１０２は、例えば、ブラシレスＤＣモーターで構成され、図１で示されるように、密閉容器１０３の内周に固定される固定子２１、及び、その固定子２１の内側に配置され、永久磁石によって形成された回転子２２によって構成されている。固定子２１は、密閉容器１０３の上面に固定されたガラス端子２３から電力が供給され、この電力によって回転子２２が回転駆動する。また、この回転子２２には、前述のローターシャフト４の回転軸部４ｂが挿通して固定されており、回転子２２が回転することによって、その回転力が回転軸部４ｂに伝達し、ローターシャフト４全体が回転駆動することになる。
【００２７】
（ベーン型圧縮機２００の圧縮動作）
図４は、本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００において図１のＩ−Ｉ断面図であり、図５は、同ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す図である。以下、図４及び図５を参照しながら、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作について説明する。
【００２８】
この図４においては、ローターシャフト４のローター部４ａが、シリンダー内周面１ｂの一箇所（最近接点３２）において最近接している状態が示されている。ここで、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂの半径をｒａ（後述する図６参照）、そして、シリンダー内周面１ｂの半径をｒｃとした場合、第１ベーン５のベーンアライナー部５ｃ、５ｄの外周側とベーン先端部５ｂとの間の距離ｒｖ（図３参照）は、下記の式（１）で表される。
【００２９】
ｒｖ＝ｒｃ−ｒａ−δ            （１）
【００３０】
ここで、δはベーン先端部５ｂとシリンダー内周面１ｂとの間の隙間を表すものであり、式（１）のようにｒｖを設定することで、第１ベーン５のベーン先端部５ｂはシリンダー内周面１ｂに接触することなく、回転することとなる。ここで、δが極力小さくなるようにｒｖを設定すると、ベーン先端部５ｂからの冷媒の漏れが極力少なくなる。また、式（１）の関係は、第２ベーン６においても同様で、第２ベーン６のベーン先端部６ｂとシリンダー内周面１ｂとの間は狭い隙間を保ちつつ、第２ベーン６は回転することとなる。
【００３１】
以上の構成によって、シリンダー内周面１ｂと近接する最近接点３２、第１ベーン５のベーン先端部５ｂ、及び、第２ベーン６のベーン先端部６ｂによって、シリンダー１の貫通部１ｆ内に、３つの空間（吸入室９、中間室１０及び圧縮室１１）が形成される。吸入室９には、切欠き部１ｃの吸入ポート１ａを介して、吸入管２６から吸入されてくる冷媒が入り込む。この切欠き部１ｃは、図４（このローターシャフト４の回転角の位置を９０°とする）で示されるように、最近接点３２の近傍から、第１ベーン５のベーン先端部５ｂとシリンダー内周面１ｂとの近接点Ａの範囲まで形成されている。圧縮室１１は、シリンダー１の吐出ポート１ｄを介して、冷媒の吐出時以外は吐出弁２７によって閉塞されるフレーム２に設けた吐出ポート２ｄに連通している。したがって、中間室１０は、回転角度９０°までは吸入ポート１ａと連通するが、その後、吸入ポート１ａ及び吐出ポート１ｄのいずれとも連通しない回転角度範囲において形成される空間であり、その後、吐出ポート１ｄと連通して、圧縮室１１となる。また、図４において、ブッシュ中心７ａ、８ａは、それぞれ、ブッシュ７、８の回転中心であり、ベーン部５ａ、６ａの回転中心でもある。
【００３２】
次に、ベーン型圧縮機２００のローターシャフト４の回転動作について説明する。
ローターシャフト４の回転軸部４ｂが電動要素１０２の回転子２２からの回転力を受け、ローター部４ａは、シリンダー１の貫通部１ｆ内で回転する。このローター部４ａの回転に伴い、ローター部４ａのブッシュ保持部４ｄ、４ｅは、ローターシャフト４の中心を中心とする円の円周上を移動する。そして、ブッシュ保持部４ｄ、４ｅ内にそれぞれ保持されている一対のブッシュ７、８、並びに、その一対のブッシュ７、８それぞれの間に回転可能に挟持されている第１ベーン５のベーン部５ａ、及び、第２ベーン６のベーン部６ａもローター部４ａの回転と共に回転する。第１ベーン５及び第２ベーン６は、ローター部４ａの回転による遠心力を受け、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃ及びベーンアライナー部５ｄ、６ｄは、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂにそれぞれ押し付けられて摺動しながら、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂの中心を回転中心として回転する。ここで、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂとシリンダー内周面１ｂとは同心であるため、第１ベーン５及び第２ベーン６はシリンダー内周面１ｂの中心を回転中心として回転することになる。そうすると、第１ベーン５のベーン部５ａ、及び、第２ベーン６のベーン部６ａの長さ方向がシリンダー内周面１ｂの中心を通るように、ブッシュ７、８が、それぞれブッシュ保持部４ｄ、４ｅ内で、ブッシュ中心７ａ、８ａを回転中心として回転することになる。すなわち、ベーン先端部５ｂ、６ｂの円弧形状及びシリンダー内周面１ｂの法線が常にほぼ一致する状態で、ローター部４ａが回転することになる。
【００３３】
以上の動作において、ブッシュ７及び第１ベーン５のベーン部５ａの側面は、互いに摺動を行い、ブッシュ８及び第２ベーン６のベーン部６ａの側面も、互いに摺動を行う。また、ローターシャフト４のブッシュ保持部４ｄ及びブッシュ７は、互いに摺動を行い、ローターシャフト４のブッシュ保持部４ｅ及びブッシュ８も、互いに摺動を行う。
【００３４】
次に、図５を参照しながら、吸入室９、中間室１０及び圧縮室１１の容積が変化する様子を説明する。なお、図５においては簡単のため、吸入ポート１ａ、切欠き部１ｃ及び吐出ポート１ｄの図示を略し、吸入ポート１ａ及び吐出ポート１ｄを矢印でそれぞれ吸入及び吐出として示している。まず、ローターシャフト４の回転に伴い、吸入管２６を経由して低圧のガス冷媒が吸入ポート１ａから流入する。ここで、図５における回転角度を、ローターシャフト４のローター部４ａとシリンダー内周面１ｂとが最近接している最近接点３２と、ベーン部５ａとシリンダー内周面１ｂとが相対する一箇所とが一致するときを、「角度０°」と定義する。図５では、「角度０°」、「角度４５°」、「角度９０°」及び「角度１３５°」の場合におけるベーン部５ａ及びベーン部６ａの位置、並びに、それぞれの場合における吸入室９、中間室１０及び圧縮室１１の状態を示している。また、図５の「角度０°」の図においては、ローターシャフト４の回転方向（図５では時計方向）を矢印で示している。ただし、他の角度の図においては、ローターシャフト４の回転方向を示す矢印は略している。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ベーン５と第２ベーン６が入れ替わった状態と同じになり、それ以降は「角度０°」から「角度１３５°」までと同じ圧縮動作を示すためである。
【００３５】
図５における「角度０°」では、最近接点３２と第２ベーン６のベーン部６ａとで仕切られた右側の空間は中間室１０であり、切欠き部１ｃを介して吸入ポート１ａと連通しており、ガス冷媒を吸入する。最近接点３２と第２ベーン６のベーン部６ａとで仕切られた左側の空間は吐出ポート１ｄに連通した圧縮室１１となる。
【００３６】
図５における「角度４５°」では、第１ベーン５のベーン部５ａと最近接点３２とで仕切られた空間は吸入室９となる。第１ベーン５のベーン部５ａと第２ベーン６のベーン部６ａとで仕切られた中間室１０は、切欠き部１ｃを介して吸入ポート１ａと連通しており、中間室１０の容積は「角度０°」のときより大きくなるので、ガス冷媒の吸入が継続される。また、第２ベーン６のベーン部６ａと最近接点３２とで仕切られた空間は圧縮室１１であり、圧縮室１１の容積は「角度０°」のときより小さくなり、ガス冷媒は圧縮されて徐々にその圧力が高くなる。
【００３７】
図５における「角度９０°」では、第１ベーン５のベーン先端部５ｂがシリンダー内周面１ｂ上の近接点Ａと重なるので、中間室１０は吸入ポート１ａと連通しなくなる。これによって、中間室１０へのガス冷媒の吸入は終了する。また、この状態で、中間室１０の容積は略最大となる。圧縮室１１の容積は「角度４５°」のときよりさらに小さくなり、ガス冷媒の圧力は上昇する。吸入室９の容積は「角度４５°」のときより大きくなり、切欠き部１ｃを介して吸入ポート１ａと連通して、ガス冷媒が吸入される。
【００３８】
図５における「角度１３５°」では、中間室１０の容積は「角度９０°」のときより小さくなり、冷媒の圧力は上昇する。また、圧縮室１１の容積も「角度９０°」のときより小さくなり、冷媒の圧力は上昇する。吸入室９の容積は「角度９０°」のときより大きくなるので、ガス冷媒の吸入が継続される。
【００３９】
その後、第２ベーン６のベーン部６ａが吐出ポート１ｄに近づくが、圧縮室１１内のガス冷媒の圧力が、冷凍サイクルの高圧（吐出弁２７を開くのに必要な圧力も含む）を上回ると、吐出弁２７が開く。そして、圧縮室１１内のガス冷媒は、吐出ポート１ｄ及び吐出ポート２ｄを通って、図１で示されるように、密閉容器１０３内に吐出される。密閉容器１０３内に吐出されたガス冷媒は、電動要素１０２を通過して、密閉容器１０３の上部に固定された吐出管２４を通って、外部（冷凍サイクルの高圧側）に吐出される。したがって、密閉容器１０３内の圧力は高圧である吐出圧力となる。
【００４０】
また、第２ベーン６のベーン部６ａが吐出ポート１ｄを通過すると、圧縮室１１には高圧のガス冷媒が若干残る（ロスとなる）。そして、「角度１８０°」（図示せず）で圧縮室１１が消滅したとき、この高圧のガス冷媒は吸入室９において低圧のガス冷媒に変化する。なお、「角度１８０°」において、吸入室９が中間室１０に移行し、中間室１０が圧縮室１１に移行して、以後、上記の圧縮動作を繰り返すことになる。
【００４１】
このように、ローターシャフト４のローター部４ａの回転によって、吸入室９は徐々に容積が大きくなり、ガス冷媒の吸入を継続する。以後、吸入室９は中間室１０に移行するが、その途中まで（吸入室９と中間室１０とを仕切るベーン部（ベーン部５ａ又はベーン部６ａ）が近接点Ａと相対するまで）徐々に容積が大きくなり、さらにガス冷媒の吸入が継続される。その途中において、中間室１０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、ここでガス冷媒の吸入が終了する。以後、中間室１０の容積は徐々に小さくなり、ガス冷媒を圧縮することになる。その後、中間室１０は圧縮室１１に移行して、ガス冷媒の圧縮が継続される。所定の圧力まで圧縮されたガス冷媒は、吐出ポート１ｄ及び吐出ポート２ｄを通って吐出弁２７を押し上げて、密閉容器１０３内に吐出される。
【００４２】
図６は、本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００のベーンアライナー部５ｃ、６ｃの回転動作を示す図１におけるＪ−Ｊ断面図である。図６の「角度０°」の図においては、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃの回転方向（図６では時計方向）を矢印で示している。ただし、他の角度の図においては、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃの回転方向を示す矢印は略している。
ローターシャフト４の回転により、第１ベーン５のベーン部５ａ及び第２ベーン６のベーン部６ａがシリンダー内周面１ｂの中心を回転中心として回転する。これによって、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃは、図６で示されるように、凹部２ａ内を、ベーンアライナー軸受部２ｂに支持されてシリンダー内周面１ｂの中心を回転中心として回転する。また、同様に、ベーンアライナー部５ｄ、６ｄは、凹部３ａ内を、ベーンアライナー軸受部３ｂに支持されてシリンダー内周面１ｂの中心を回転中心として回転する。
【００４３】
（冷凍機油２５の挙動）
以上の動作において、図１で示されるように、ローターシャフト４の回転によって、油ポンプ３１により油溜め１０４から冷凍機油２５が吸い上げられ、給油路４ｈに送り出される。この給油路４ｈに送り出された冷凍機油２５は、給油路４ｉを通ってフレーム２の凹部２ａに、かつ、給油路４ｊを通ってシリンダーヘッド３の凹部３ａに送り出される。凹部２ａ、３ａに送り出された冷凍機油２５は、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂを潤滑すると共に、凹部２ａ、３ａと連通したベーン逃がし部４ｆ、４ｇに供給される。ここで、密閉容器１０３内の圧力は高圧である吐出圧力になっているため、凹部２ａ、３ａ及びベーン逃がし部４ｆ、４ｇ内の圧力も吐出圧力となる。また、凹部２ａ、３ａに送り出された冷凍機油２５の一部は、フレーム２の主軸受部２ｃ及びシリンダーヘッド３の主軸受部３ｃに供給され潤滑する。
【００４４】
図７は、本発明の実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００の第１ベーン５のベーン部５ａ周りの要部断面図である。
図７で示されるように、実線の矢印は冷凍機油２５の流れを示している。ベーン逃がし部４ｆ内の圧力は吐出圧力であり、吸入室９及び中間室１０内の圧力よりも高いため、冷凍機油２５は、ベーン部５ａの側面とブッシュ７との間の摺動部を潤滑しながら、圧力差及び遠心力によって吸入室９及び中間室１０に送り出される。また、冷凍機油２５は、ブッシュ７とローターシャフト４のブッシュ保持部４ｄとの間の摺動部を潤滑しながら、圧力差及び遠心力によって吸入室９及び中間室１０に送り出される。また、中間室１０に送り出された冷凍機油２５の一部は、ベーン先端部５ｂとシリンダー内周面１ｂとの間の隙間をシールしながら吸入室９に流入する。
【００４５】
また、上記では、第１ベーン５のベーン部５ａで仕切られる空間が吸入室９及び中間室１０である場合について示したが、ローターシャフト４の回転が進んで、第１ベーン５のベーン部５ａで仕切られる空間が中間室１０及び圧縮室１１である場合でも同様である。すなわち、圧縮室１１内の圧力がベーン逃がし部４ｆの圧力と同じ吐出圧力に達した場合でも、遠心力によって、冷凍機油２５は、圧縮室１１に向かって送り出されることになる。
なお、以上の動作は第１ベーン５に対して示したが、第２ベーン６においても同様である。
【００４６】
また、図１で示されるように、主軸受部２ｃに供給された冷凍機油２５は、主軸受部２ｃと回転軸部４ｂとの隙間を通って、フレーム２の上方の空間に吐き出された後、シリンダー１の外周部に設けた油戻し穴１ｅを通って、油溜め１０４に戻される。また、主軸受部３ｃに供給された冷凍機油２５は、主軸受部３ｃと回転軸部４ｃとの隙間を通って、油溜め１０４に戻される。また、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇを介して吸入室９、中間室１０及び圧縮室１１に送り出された冷凍機油２５も、最終的にガス冷媒と共に吐出ポート２ｄからフレーム２の上方の空間に吐出された後、シリンダー１の外周部に形成された油戻し穴１ｅを通って、油溜め１０４に戻される。また、油ポンプ３１により給油路４ｈに送り出された冷凍機油２５のうち、余剰な冷凍機油２５は、ローターシャフト４の上方の排油穴４ｋから、フレーム２の上方の空間に吐き出された後、シリンダー１の外周部に形成された油戻し穴１ｅを通って、油溜め１０４に戻される。
【００４７】
（ベーン部５ａ、６ａの上下端面の研磨加工）
前述のように、第１ベーン５及び第２ベーン６は、シリンダー１の貫通部１ｆ内に形成される３つの空間である吸入室９、中間室１０及び圧縮室１１を間仕切りする部材である。これらの空間からのガス冷媒の漏れを抑制するためには、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との隙間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との隙間が小さいほど効果的である。さらに、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との間の摺動損失を抑制するためにはベーン部５ａ、６ａの上下端面を研磨することによって、十点平均粗さで０．８［μｍ］以下に仕上げることが望ましい。
【００４８】
以下、ベーン部５ａ、６ａの上下端面の平面研磨加工について、第１ベーン５のベーンアライナー部５ｃが取り付けられたベーン部５ａの上端面を加工する場合を例として説明する。図３で示されるベーン部５ａの上端面の距離ｒｖの範囲に平面研磨加工を実施するためには、回転する砥石がベーンアライナー部５ｃに干渉しないように、図３で示されるように、逃がしとして平面部５ｅが形成されている。ここで、ベーン部５ａの上端面を研磨する方法として、例えば、円筒体の端面に多数の切れ刃を設け、これを回転させながら工作物を切削するエンドミルと呼ばれる工具を使用する方法がある。エンドミルの端面をベーン部５ａの上端部に垂直に接触させ、回転させながらベーン部５ａの上端部を図３（ａ）で示される距離ｒｖの方向に往復移動させることで研磨することが可能である。また、別の方法として、例えば、平面研削盤がある。回転砥石を、その軸が距離ｒｖの方向と平行になるように配し、回転砥石の端面をベーン部５ａの上端部に接触させ、回転砥石を軸周りに回転させると同時に距離ｒｖの方向に往復移動させることで研磨することが可能である。このとき、ベーン部５ａの上端面を研磨するために、平面部５ｅのベーン部５ａの上端面の幅方向と同方向の幅は、ベーン部５ａの上端面の幅よりも大きくすることが望ましい。本実施の形態においては、ベーンアライナー部５ｃに平面部５ｅが形成されていることによって、ベーン部５ａの上端面の平面研磨加工を実施する際、回転する砥石がベーンアライナー部５ｃに干渉することを回避することができる。これは、ベーン部５ａの下端面及びベーン部６ａの上下端面の加工についても同様である。また、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃに平面部５ｅ、６ｅが形成されていることによって、ベーン部５ａ、６ａの上下端面は、十点平均粗さ０．８［μｍ］以下となるように加工することができる。それに対して、ベーン部５ａ、６ａの上下端面の研磨を行わない場合の十点平均粗さは、少なくとも３［μｍ］以上となる。ベーン部５ａ、６ａの上下端面の研磨を行った場合は、行わない場合と比較すると、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との間の摺動面における機械損失が、３割程度抑制される。さらに、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との隙間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との隙間を小さくしておくことができるため、高効率化を実現できる。
【００４９】
（実施の形態１の効果）
以上の構成のように、ベーンアライナー部５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄのそれぞれに、平面部５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆを形成することによって、ベーン部５ａ、６ａの上下端面の平面研磨加工を実施する際、回転する砥石がそれぞれベーンアライナー部５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄに干渉することを回避することができる。
また、これによって、ベーン部５ａ、６ａの上下端面を十点平均粗さ０．８［μｍ］以下となるような加工が可能となり、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との間の摺動損失を抑制することができ、かつ、ベーン部５ａ、６ａとフレーム２との隙間、及び、ベーン部５ａ、６ａとシリンダーヘッド３との隙間を小さく保持することができるため、耐焼付き性、耐摩耗性を向上させると同時に、高効率化を実現できる。
【００５０】
また、上記の式（１）の関係を有するように、ベーン先端部５ｂ、６ｂとシリンダー内周面１ｂとの間に所定の適正な隙間δを設けることによって、ベーン先端部５ｂ、６ｂからの冷媒の漏れを抑制しつつ、機械損失の増大による圧縮機効率の低下を抑制し、かつ、ベーン先端部５ｂ、６ｂの摩耗をゼロにすることができる。
【００５１】
また、ベーン先端部５ｂ、６ｂの円弧形状及びシリンダー内周面１ｂの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行うために必要なベーン（第１ベーン５、第２ベーン６）がシリンダー内周面１ｂの中心を回転中心として回転運動する機構を、ローター部４ａと回転軸部４ｂ、４ｃとを一体にした構成で実現できる。このため、回転軸部４ｂ、４ｃを小径で支持できることで軸受摺動損失を低減し、かつローター部４ａの外径及び回転中心の精度を向上させることができ、ローター部４ａとシリンダー内周面１ｂとの間を狭い隙間で形成して漏れ損失を低減することが可能となる。
【００５２】
なお、本実施の形態において、ローターシャフト４のローター部４ａに設置されるベーンとして第１ベーン５及び第２ベーン６の２枚としているが、これに限定されるものではなく、１枚又は３枚以上のベーンが設置される構成としてもよい。例えば、図８は、ベーンが３枚で構成された場合の圧縮要素１０１の分解斜視図であり、第１ベーン５及び第２ベーン６の他、３枚目のベーンとして、第３ベーン７０が設置されたものである。この第３ベーン７０のベーン部を挟持するためのブッシュ９０がローター部４ａに設置されている。
【００５３】
また、図４、図５及び図７で示されるように、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇの断面を略円形状としているが、これに限定されるものではなく、ベーン部５ａ、６ａがそれぞれ、ベーン逃がし部４ｆ、４ｇの内周面に接触しなければ、任意の形状（例えば、長穴形状又は矩形状等）にしてもよい。
【００５４】
また、図１で示されるように、フレーム２及びシリンダーヘッド３に、それぞれの外周面であるベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂがシリンダー内周面１ｂと同心円の凹部２ａ、３ａが形成される構成としているがこれに限定されるものではない。すなわち、ベーンアライナー軸受部２ｂ、３ｂがシリンダー内周面１ｂと同心円であり、かつ、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃ、５ｄ、６ｄが嵌入できるのであれば任意の形状としてもよく、例えば、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃ、５ｄ及び６ｄが嵌入できるようなリング状の溝で形成するものとしてもよい。
【００５５】
また、第１ベーン５及び第２ベーン６の材質として、焼付き及び摩耗を抑制するために、油を含浸させた焼結材、鋳鉄又は高速度工具鋼等を用いるものとすればよい。また、焼付き及び摩耗を抑制するために、固定潤滑被膜として、二硫化モリブデン、グラファイト、窒化ホウ素、二硫化タングステン、滑石、雲母、リン酸マンガン又は軟質金属のメッキとして金メッキ、銀メッキ、鉛メッキ又は銅メッキ等を施してもよい。さらに、耐摩耗性向上のための高硬度化の方法として、硬質クロムメッキ、Ｎｉ−Ｗメッキ、Ｆｅ−Ｗメッキ、Ｃｏ−Ｗメッキ、Ｆｅ−Ｃメッキ、Ｎｉ−Ｃｏメッキ、Ｃｕ−Ｓｎメッキ若しくはＮｉ−Ｍｏメッキ等のメッキ処理、ＰＶＤ法若しくはＣＶＤ法によるＴｉＣ、ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＷＣ等のセラミック被膜処理、浸炭処理、窒化処理、又は、表面焼入れ等の表面処理を施してもよい。
【００５６】
実施の形態２．
本実施の形態に係るベーン型圧縮機２００について、実施の形態１に係るベーン型圧縮機２００と相違する点を中心に説明する。
【００５７】
（流体潤滑状態で摺動するための平面部５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆの形成）
平面部５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆの形成について、ベーンアライナー部５ｃの平面部５ｅを代表として以下に説明する。ベーンアライナー部５ｃの平面部５ｅの面積が、ベーンアライナー部５ｃの外曲面部の面積に対して大きくなるにつれて油膜のくさび効果が減少するため、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとが流体潤滑状態で摺動できなくなる。そこで、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとが流体潤滑状態で摺動できるための条件について以下に説明する。
【００５８】
図９は、本発明の実施の形態２において相対運動する固体二面間の微小隙間内の流れを示す図であり、図１０は、実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００のベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの関係を示した模式図であり、そして、図１１は、実施の形態２における解析モデルである。以下、図９〜図１１を参照しながらレイノルズの流体潤滑理論について述べる。
【００５９】
図９は相対運動する固体二面間の微小隙間内の流れを示している。相対運動する固体二面間の微小隙間内を水又は油のような非圧縮性流体が流れていることを想定した場合に、流体に発生する圧力Ｐに関する偏微分方程式は下記の式（２）で表され、この式（２）を非圧縮性レイノルズ方程式という。
【００６０】
0005642297.tif 000002
【００６１】
ここで、ｘ、ｙは図９で示されるように、紙面に平行で互いに垂直な座標を示している。ｚは紙面に垂直で、かつ、ｘ軸及びｙ軸に垂直な座標を示している。ｈは固体二面間の隙間でありｘの関数である。ηは冷凍機油２５の粘性係数である。ｕ、ｖ及びｗはそれぞれｘ、ｙ及びｚ軸方向の流体の速度を表している。Ｕ１は図９における下面のｘ軸方向速度、Ｕ２は図９における上面のｘ軸方向速度、そして、Ｖは図９における上面のｙ軸方向速度を表している。
【００６２】
式（２）をベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの隙間の流れに適用する。本来、ベーンアライナー部５ｃは、図１０で示されるような形状であるが、数値解析においては解析モデルを簡略化するため、図１１で示されるように、ベーンアライナー軸受部２ｂ内に仮想軸を配している。図１１において、ベーンアライナー部５ｃと仮想軸との隙間に流れる流体は、図９で示される固体二面間の流れと同等に扱うことができる。ここで、図９のｘ軸を図１１におけるθに置換する。θは最大油膜厚さから図中の反時計回りに正の角度である。ｘとθとの関係は下記の式（３）で表される。
【００６３】
0005642297.tif 000003
【００６４】
ここで、Ｒｃはベーンアライナー軸受部２ｂの内周面の半径である。そして、式（３）を式（２）に代入すると、下記の式（４）が得られる。
【００６５】
0005642297.tif 000004
【００６６】
本来、固定されたベーンアライナー軸受部２ｂ内をベーンアライナー部５ｃが回転運動するが、解析モデルにおいては、ベーンアライナー部５ｃを固定し、ベーンアライナー軸受部を回転させる。ここで、図１１における任意の点Ａ、Ｂにおけるそれぞれの円周方向速度Ｕ１、Ｕ２、及び、点Ｂにおける半径方向速度Ｖは、それぞれ下記の式（５）、（６）及び（７）で表される。
【００６７】
0005642297.tif 000005
0005642297.tif 000006
0005642297.tif 000007
【００６８】
ここで、ωはベーンアライナー軸受部２ｂの角速度、ｅはベーンアライナー軸受部２ｂの中心から仮想軸の中心までの距離、そして、φはＹ軸と、ベーンアライナー軸受部２ｂの内周面の中心と仮想軸の中心とを結んだ線との角度である。ｔは時間を表す。ベーンアライナー部５ｃは固定されているため回転はしないが、荷重の大きさ及び方向が変動するためベーンアライナー軸受部２ｂ内を平行移動する。この平行移動による速度が上記の式（６）及び（７）のように表現される。また、各変数を以下のとおりに無次元化する。
【００６９】
0005642297.tif 000008
0005642297.tif 000009
0005642297.tif 000010
0005642297.tif 000011
0005642297.tif 000012
【００７０】
ここで、Ｃはベーンアライナー軸受部２ｂと仮想軸との半径隙間、Ｌは紙面垂直方向のベーンアライナー軸受部２ｂの幅、εは仮想軸のベーンアライナー軸受部２ｂに対する偏心率であり、そして、Ａは定数であり、その意味は後述する。そして、式（５）〜式（１２）を式（４）に代入すると、下記の式（１３）及び（１４）が導出される。
【００７１】
0005642297.tif 000013
0005642297.tif 000014
【００７２】
ここで、Ｃ／Ｒｃ＜＜１より式（１４）は、下記の式（１５）で表される。
【００７３】
0005642297.tif 000015
【００７４】
上記の式（１３）及び（１５）より、下記の式（１６）を得る。
【００７５】
0005642297.tif 000016
【００７６】
ここで、定数Ａを下記の式（１７）とおき、また、式（１８）の関係がある。
【００７７】
0005642297.tif 000017
0005642297.tif 000018
【００７８】
また、式（１６）〜（１８）から、下記の式（１９）が導出される。
【００７９】
0005642297.tif 000019
【００８０】
そして、式（１９）を有限要素法により解くことによって、θとｚの平面における油膜圧力分布を算出することができる。ただし、平面部５ｅに対応する部分の油膜圧力ｐは「０」であるものとして解析している。
【００８１】
図１２は、本発明の実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００においてベーンアライナー軸受部２ｂにベーンアライナー部５ｃが嵌入した状態を示す図である。
ここで、図１２で示されるように、ベーンアライナー部５ｃの円弧角をα、ベーンアライナー部５ｃの平面部５ｅに対応する部分の円弧角をβ、そして、図１２においてベーンアライナー部５ｃの外曲面とベーン部５ａとが交わる交点間に対応する部分の円弧角をγとする。
なお、円弧角αは、ベーンが１枚の場合は最大で３６０°とすることができるが、ベーンが２枚の場合は最大で１８０°未満、そして、ベーンが３枚の場合は最大で１２０°未満とする。特に望ましい角度はベーンが２枚の場合は、最大で１５５°、ベーンが３枚の場合は、最大で９５°である。これは、例えば、ベーンが２枚の場合、図６における「角度４５°」及び「角度９０°」の図で示されるように、ベーン部５ａ、６ａのそれぞれの長さ方向は一致しないので、円弧角を１８０°とするとベーンアライナー部５ｃ、６ｃが互いに干渉してしまうからである。
【００８２】
そして、ベーンアライナー軸受部２ｂとベーンアライナー部５ｃとの潤滑特性を把握するために、偏心率が０．９の場合に、β／αをパラメーターとし、油膜圧力を解析的に算出した。また、この油膜圧力ｐは、後述するベーンアライナー部５ｃに作用する押付面圧Ｐと等しい。すなわち、ベーンアライナー部５ｃからベーンアライナー軸受部２ｂに作用する押付面圧Ｐと釣り合うだけの油膜圧力ｐが発生する。この押付面圧Ｐに基づいて、それぞれのβ／αに対応する下記の式（２０）で示されるゾンマーフェルト数Ｓが算出される。
【００８３】
0005642297.tif 000020
【００８４】
上記の式（２０）のうち、ηは冷凍機油２５の粘性係数、Ｎはベーンアライナー部５ｃの回転数、Ｐは前述したようにベーンアライナー部５ｃに作用する押付面圧、そして、Ｒｃはベーンアライナー軸受部２ｂの軸受半径である。式（２０）で示されるゾンマーフェルト数Ｓが決まることによって、ベーンアライナー軸受部２ｂとベーンアライナー部５ｃとの潤滑特性が一義的に決定される。
【００８５】
図１３は、本発明の実施の形態２に係るベーン型圧縮機２００において偏心率ε＝０．９の場合のゾンマーフェルト数Ｓとβ／αとの関係を示した解析結果図である。
図１３で示されるグラフは、偏心率ε＝０．９の場合におけるゾンマーフェルト数Ｓとβ／αとの関係を示すグラフであり、下記の式（２１）で表される。
【００８６】
β／α＝０．１２２４ｌｎ（Ｓ）＋０．２５３６          （２１）
【００８７】
図１３のグラフの線よりも右側の条件であれば、偏心率εは０．９未満となり、安定的な流体潤滑状態を確保することができる。すなわち、少なくともβ≧γの条件において、下記の式（２２）を満たせば、ベーンアライナー部５ｃ及びベーンアライナー軸受部２ｂが流動潤滑状態で摺動することが可能となる。
【００８８】
β／α＜０．１２２４ｌｎ（Ｓ）＋０．２５３６          （２２）
【００８９】
例えば、ゾンマーフェルト数Ｓ＝０．４の場合、β／αを０．１４以下に設定することによって、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとが流体潤滑状態で摺動することが可能となる。
次に、円弧角α＝１５０、円弧角β＝２７．１としてβ／α＝０．１８の条件において、偏心率εが０．９未満の場合と０．９以上の場合とを比較する。偏心率εが０．９のとき、最小油膜厚さは、０．９μｍとなる。一般的に、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの表面粗さは１μｍ程度であるため、最小油膜厚さが、１μｍより小さくなると、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２は、直接接触しはじめることとなる。このため摩擦係数は急激に上昇し、摩耗量が増大する。すなわち偏心率εを０．９以上にすると、最小油膜厚さが、１μｍより小さくなり、摩耗量が増える。それに対して、偏心率εを０．９未満にすると、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの直接接触が抑制され、流体潤滑状態での摺動が可能となる。
【００９０】
なお、以上の内容は、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの関係において説明したが、ベーンアライナー部６ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの関係、ベーンアライナー部５ｄとベーンアライナー軸受部３ｂとの関係、及び、ベーンアライナー部６ｄとベーンアライナー軸受部３ｂとの関係においても同様である。
また、以上の内容はベーンが２枚の場合について述べたが、３枚又は４枚の場合でも式（２２）が成り立てば、ベーンアライナー部５ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとが流体潤滑状態で摺動することが可能となる。
【００９１】
（実施の形態２の効果）
以上のような条件に従って、ベーンアライナー部５ｃ、５ｄ、６ｃ、６ｄにおいてそれぞれ平面部５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆを形成することによって、実施の形態１における効果を有するのはもちろんのこと、ベーンアライナー部５ｃ、６ｃとベーンアライナー軸受部２ｂとの摺動、及び、ベーンアライナー部５ｄ、ベーンアライナー部６ｄとベーンアライナー軸受部３ｂとの摺動を常に流体潤滑状態に維持することが可能となり、耐焼付き性、耐摩耗性を向上させると同時に、高効率化を実現できる。
【符号の説明】
【００９２】
１  シリンダー、１ａ  吸入ポート、１ｂ  シリンダー内周面、１ｃ  切欠き部、１ｄ  吐出ポート、１ｅ  油戻し穴、１ｆ  貫通部、２  フレーム、２ａ  凹部、２ｂ  ベーンアライナー軸受部、２ｃ  主軸受部、２ｄ  吐出ポート、２ｆ、２ｇ  ストッパー、３  シリンダーヘッド、３ａ  凹部、３ｂ  ベーンアライナー軸受部、３ｃ  主軸受部、３ｆ、３ｇ  ストッパー、４  ローターシャフト、４ａ  ローター部、４ｂ、４ｃ  回転軸部、４ｄ、４ｅ  ブッシュ保持部、４ｆ、４ｇ  ベーン逃がし部、４ｈ〜４ｊ  給油路、４ｋ  排油穴、５  第１ベーン、５ａ  ベーン部、５ｂ  ベーン先端部、５ｃ、５ｄ  ベーンアライナー部、５ｅ、５ｆ  平面部、６  第２ベーン、６ａ  ベーン部、６ｂ  ベーン先端部、６ｃ、６ｄ  ベーンアライナー部、６ｅ、６ｆ  平面部、７  ブッシュ、７ａ  ブッシュ中心、８  ブッシュ、８ａ  ブッシュ中心、９  吸入室、１０  中間室、１１  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  吸入管、２７  吐出弁、２８  吐出弁押え、３１  油ポンプ、３２  最近接点、７０  第３ベーン、９０  ブッシュ、１０１  圧縮要素、１０２  電動要素、１０３  密閉容器、１０４  油溜め、２００  ベーン型圧縮機。
【図１】
0005642297.tif 000021
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005642297.tif 000033