(57)【要約】【課題】  ベーンとロータとの摺動部分に応力が集中することを防止できるベーンロータリーコンプレッサを提供する。【解決手段】  ベーン６の進行側後端部９のＲ端面９Ａと連続して、スリット７の壁面７Ａ、７Ｂに対して微小な傾きを有する傾斜面９Ｂを形成するとともに、スリット７の進行側と逆側の先端部８のＲ端面８Ａと連続して同様の傾斜面８Ｂを形成した。これにより、ベーン６が所定角度傾いた場合、ベーン６の進行側の後端部９では傾斜面９Ｂがスリット７の進行側の壁面７Ａと面接触し、同時に、スリット７の進行側と逆の側の先端部８でも傾斜面８Ｂがベーン６の進行側と逆の側の平面６Ｂと面接触する。その結果、摺動部分の部材の弾性変形と潤滑油の油膜とによって、ベーン６とロータ５との摺動部分の面圧が分散する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のシリンダブロック（３）内に形成されるシリンダ室（４）と、このシリンダ室（４）に回転自在に配置され、外周方向へ延びるスリット（７）を有するロータ（５）と、前記スリット（７）に外周方向へ出入り可能に装入され、先端が前記シリンダブロック（３）の内周面に摺接するベーン（６）とを備えたベーンロータリーコンプレッサであって、
前記ベーン（６）と前記ロータ（５）との摺動部分に、前記ベーン（６）が傾いたときに、対向する摺動面と面接触する面取り部を設けたことを特徴とするベーンロータリーコンプレッサ。
【請求項２】
請求項１に記載のベーンロータリーコンプレッサであって、前記面取り部が、前記ベーン（６）の進行側の後端部（９）と前記スリット（７）の進行側と逆の側の先端部（８）とにそれぞれ形成されたことを特徴とするベーンロータリーコンプレッサ。
【請求項３】
請求項１に記載のベーンロータリーコンプレッサであって、前記面取り部が、前記スリット（７）の壁面（７Ａ，７Ｂ）に対して微小な傾きを有する傾斜面（８Ｂ、９Ｂ、９Ｄ）を含むことを特徴とするベーンロータリーコンプレッサ。
【請求項４】
請求項１に記載のベーンロータリーコンプレッサであって、前記面取り部が、曲率が滑らかに変化する曲面状の断面形状を有する曲面（９Ｃ）を含むことを特徴とするベーンロータリーコンプレッサ。
【請求項５】
請求項３に記載のベーンロータリーコンプレッサであって、前記曲面（９Ｃ）が、クロソイド曲線状の断面形状を有することを特徴とするベーンロータリーコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロック内でベーンが回転して冷媒などの流体を吐出するベーンロータリーコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は一般的なベーンロータリーコンプレッサを示す断面図、図８は図７のＩ−Ｉ線に沿う断面図、図９は図７のベーンロータリーコンプレッサが作動する状態を示す断面図、図１０は図９のベーンとロータとの摺動部分を拡大して示す断面図である。
【０００３】
図７及び図８に示すベーンロータリーコンプレッサは、一対のサイドブロック１，２間に設けられ、楕円形状の有する筒状のシリンダブロック３と、シリンダ室４内に回転自在に配置されるロータ５と、このロータ５に設けられ、先端がシリンダブロック３の内周面に摺接する５枚のベーン６とを備えている。シリンダ室４は、シリンダブロック３内に形成され、シリンダブロック３及び一対のサイドブロック１，２で囲まれている。ロータ５には、外周方向に延びる５つのスリット７が軸方向に沿って形成されている。各ベーン６は、各スリット７に出入り可能に挿入されるとともに、各ベーン６の両端がサイドブロック１，２の側面にそれぞれ摺接している。このようなベーンロータリーコンプレッサにあっては、ロータ５が図８の矢印で示す方向に回転すると、各ベーン６は遠心力や油圧（背圧）によりロータ５の外周方向に付勢されるので、先端がシリンダブロック３の内周面に摺接する。これによって、隣り合う２つのベーン６とシリンダブロック３の内周面とサイドブロック１，２の側面とに囲まれた領域が閉成されて、この領域の容積がシリンダブロック３の内周面の形状に応じて変化することから、図示しない空調装置や冷凍機などより冷媒を前記の領域に吸込んで圧縮した後、前記の空調装置や冷凍機などへ吐出するようになっている。そして、特に、炭酸ガスなどの冷媒を用いると作動圧力が高いので、ロータ５が図９の矢印Ａ１で示す方向に回転するとき、ベーン６前後の圧力差によりベーン６の先端部分が図９の矢印Ａ２で示す方向に付勢され、ベーン６の進行側と逆の側の平面６Ｂがスリット７の進行側と逆の側の先端部８に摺接するとともに、ベーン６の進行側の後端部９がスリット７の進行側の壁面７Ａに摺接する。したがって、ベーン６がスリット７に出入りする際にロータ５とベーン６との間で摺動抵抗が発生して磨耗が大きくなるとともに、摺動抵抗による動力損失も大きくなる。そこで、前記のロータ５とベーン６との間の摺動抵抗を低減するため、前記のベーン６の進行側の後端部９に、円弧状の断面形状を有するＲ端面９Ａが形成されている。
【０００４】
この種の従来技術に関連するものとして、例えば特許文献１に記載されている「気体圧縮機」が挙げられる。この従来技術では、一対のサイドブロックに摺接するベーンの両側面に、それぞれ潤滑油を受け入れるくさび形の切欠き部を設けて、ロータ回転時にベーンの両側面を潤滑油で中央寄りに付勢することによりベーンの両側面の磨耗を防止することができる。
【特許文献１】特開平１０−２５２６７３号公報（段落番号０００９〜００１５、図１及び図２）  また、特許文献２に記載されている「スライディングベーン式圧縮機」が挙げられる。この従来技術では、ベーンの進行側後端部の長手方向に面取り部を設けることにより、ベーンのスリット出入り時に発生するロータとベーンとの間の摺動抵抗を低減して異常磨耗を防止することができる。
【特許文献２】特開２００１−１６５０８０号公報（段落番号００１８〜００２１、図１）  また、特許文献３に記載されている「気体圧縮機及びその製造方法」が挙げられる。この従来技術では、形状押出しあるいは鍛造等によりロータの外周形状、スリット、及びスリット先端の面取り部を同時形成し、この面取り部に機械加工を施さないことにより、コスト削減を図ることができる。
【特許文献３】特開平７−２１７５６４号公報（段落番号００１３，００１４、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した図７〜図１０に示す従来技術では、冷媒を圧縮する過程にてベーン６が付勢されて進行側と逆の側へ傾いた場合、ベーン６の進行側の後端部９に形成されるＲ端面９Ａとベーン６の進行側の平面６Ａとの境目の線状部分で荷重を支えて線接触となり、この線状部分に応力が集中して高い面圧となることから、前記のベーン６とロータ５との摺動部分が磨耗するという問題がある。なお、図１０ではベーン６の進行側の後端部９について図示したが、スリット７の進行側と逆の側の先端部８にも同様の面取りが施されているため、同様の問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような従来技術を考慮してなされたもので、その目的は、ベーンとロータとの摺動部分に応力が集中することを防止することのできるベーンロータリーコンプレッサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明は、筒状のシリンダブロック内に形成されるシリンダ室と、このシリンダ室に回転自在に配置されるロータと、このロータに外周方向へ出入り可能に装入され、先端がシリンダブロックの内周面に摺接するベーンとを備えたベーンロータリーコンプレッサであって、前記ベーンと前記ロータとの摺動部分に、前記ベーンが傾いたときに、対向する摺動面と面接触する面取り部を設けた構成にしてある。
【０００８】
このように構成した本発明では、ベーンロータリーコンプレッサの作動時に、ロータが回転してベーンとロータとが摺動するとともに、ベーンが傾いたとき、摺動部分に設けた面取り部が対向する摺動面と面接触し、ベーンとロータとの摺動部分の部材の弾性変形と潤滑油の油膜とにより面圧が分散するので、ベーンとロータとの摺動部分に応力が集中することを防止することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、ベーンとロータとの摺動部分に応力が集中することを防止するので、ベーン及びロータの磨耗が少なく、かつ摺動抵抗による動力損失を低減できるベーンロータリーコンプレッサが得られるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係るベーンロータリーコンプレッサを図に基づいて説明する。
【００１１】
図１は本発明の第１実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図、図２は本実施形態に設けられるベーン及びスリットを示す断面図、図３は図２のベーンとロータとの摺動部分を拡大して示す断面図である。なお、図１〜図３において前述した図７〜図１０に示すものと同等のものには同一符号を付してある。
【００１２】
図１〜図３に示すように本実施形態のベーンロータリーコンプレッサでは、前述した図７〜図１０に示すものと比べて、ベーン６の進行側後端部９のＲ端面９Ａと連続して傾斜面９Ｂを形成したことと、スリット７の進行側と逆側の先端部８のＲ端面８Ａと連続して傾斜面８Ｂを形成したことが異なっており、その他の構成は基本的に同様である。
【００１３】
前記の傾斜面９Ｂ，８Ｂは、スリット７の壁面７Ａ、７Ｂに対して微小な傾きを有し、ベーン６が傾斜したときに面当たりとなる。傾斜面９Ｂの一側がＲ端面９Ａと連続するとともに、他側がベーン６の進行側の平面６Ａと連続している。同様に、傾斜面８Ｂの一側がＲ端面８Ａと連続するとともに、他側がスリット７の進行側と逆側の壁面７Ｂと連続している。
【００１４】
例えば、図２に示すようにベーン６がロータ５の外周方向へ最大限まで飛び出している場合、スリット７の有効深さをｆとすると、前記の傾斜面９Ｂの面取り幅ｂ及び傾斜面８Ｂの面取り幅ｃは、次のような式によって求められる。すなわち、０．１×ｆ≦ｂ≦０．３×ｆ、０．１×ｆ≦ｃ≦０．３×ｆである。ここで、傾斜面９Ｂの面取り角度α及び傾斜面８Ｂの面取り角度βを確保するため、面取り幅ｂ、ｃをそれぞれスリット７の有効深さｆの１０％以上の寸法に設定する必要があり、一方、面取り幅ｂ、ｃをスリット７の有効深さｆの３０％以上の寸法に設定した場合、面取り角度α、βが過度に大きくなり、ベーン６が傾斜しすぎて荷重を支えきれなくなるため、面取り幅ｂ、ｃをスリット７の有効深さｆの３０％より小さく設定する必要がある。
【００１５】
次いで、前記の面取り角度α、βは、次のような式によって求められる。すなわち、α＝β、ｔａｎα≒（ｄ−ｅ）／ａである。ここで、ｄはスリット７の壁面７Ａ，７Ｂ間の幅寸法、ｅはベーン６の両平面７Ａ，７Ｂ間の厚さ寸法、ａは傾斜面９Ｂと傾斜面８Ｂとの間隔である。なお、ベーン６とロータ５との間のクリアランス（ｄ−ｅ）は数μｍで、ベーン６の倒れ角は０．１〜０．５度であり、それに合わせた面取りを行なうようになっている。
【００１６】
この第１実施形態にあっては、冷媒を圧縮する過程にてベーン６が付勢されて進行側と逆の側へ所定角度、例えば０．２度傾いた場合、ベーン６の進行側の後端部９では傾斜面９Ｂがスリット７の進行側の壁面７Ａと面接触し、同時に、スリット７の進行側と逆の側の先端部８でも傾斜面８Ｂがベーン６の進行側と逆の側の平面６Ｂと面接触し、ベーン６とロータ５との摺動部分の部材の弾性変形と潤滑油の油膜（１〜数μｍの厚さ）とにより、ベーン６とロータ５との摺動部分の面圧が分散する。
【００１７】
また、ベーン６が比較的小さい角度、例えば０．１度以下に傾いた場合、ベーン６の進行側の平面６と傾斜面９Ｂとの境目の線状部分がスリット７の進行側の壁面７Ａと線接触するが、ベーン６の傾き角が小さいため、部材の弾性変形と潤滑油の油膜により応力が分散されて面圧の集中が発生しない。
【００１８】
このように構成した第１実施形態では、ベーン６が最大限まで飛び出している状態で所定角度傾いた場合、ベーン６とロータ５との摺動部分に応力が集中することを防止できる。
【００１９】
なお、上記第１実施形態にあっては、ベーン６の進行側の後端部９に形成したＲ端面９Ａ及び傾斜面９Ｂと、スリット７の進行側と逆の側の先端部８に形成したＲ端面８Ａ及び傾斜面８Ｂとにより、ベーン６とロータ５との摺動部分に設けられる面取り部が構成されている。
【００２０】
また、上記第１実施形態にあっては、ベーン６がロータ５の外周方向へ最大限まで飛び出している状態で、傾斜面９Ｂの面取り角度α及び傾斜面８Ｂの面取り角度βを規定するようにしたが、本発明はこれに限らず、ベーン６に最大荷重が掛かっている状態で前記の面取り角度α、βを規定することもできる。さらに、加工誤差などでベーン６とロータ５との間のクリアランスが大きくなることがあるため、前記の面取り角度α、βを安全上、若干大きめに規定してもよい。
【００２１】
図４は本発明の第２実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図、図５は本実施形態による接触面圧を説明する図である。なお、図４において前述した図１〜図３、図７〜図１０に示すものと同等のものには同一符号を付してある。
【００２２】
図４に示すように本実施形態のベーンロータリーコンプレッサは、前述した図７〜図１０に示すものと比べて、ベーン６の進行側の後端部９に、曲率が滑らかに変化する曲面状の断面形状を有する曲面９Ｃが形成され、スリット７の進行側と逆の側の先端部８にも図示しない同様の曲面が形成されていることが異なっており、その他の構成は基本的に同様である。
【００２３】
前記の曲面９Ｃは、ベーン平面もしくはスリット平面から滑らかにつながり、さらに先端に向かうにつれて曲率半径が次第に小さくなっている。例えば、先端に向かうにつれて曲率半径が次第に小さくなるクロソイド曲線状の断面形状を有し、一側は曲率半径が無限大でありベーン６の進行側の平面６Ａと滑らかに連続し、曲面９Ｃの他側は曲率半径が小さくベーン６の後端面と連続しており、スリット７の進行側と逆の側の先端部８も同様である。
【００２４】
この第２実施形態にあっては、ベーン６が付勢されて進行側と逆の側へ傾いた場合、ベーン６の進行側後端部９の曲面９Ｃがスリット７の進行側の壁部７Ａと接触し、前記の曲面９Ｃの曲率が先端に向かうにつれて次第に小さくなるため、面接触状態となる。その結果、ベーン６とロータ５との摺動部分の部材の弾性変形と潤滑油の油膜とによって、ベーン６とロータ５との摺動部分の面圧が分散する。
【００２５】
このように構成した第２実施形態でも、ベーン６が傾いた場合、ベーン６とロータ５との摺動部分に応力が集中することを防止できる。
【００２６】
例えば、本出願人の接触面比較実験によると、図５の（ａ）に示す２つの接触部材２１、２２に０．２ｍｍのＲ形状の面取りを行なって所定荷重を掛けて接触させた場合、面圧平均値は６３０ＭＰａとなり、また、図５の（ｂ）に示す２つの接触部材２３、２４にクロソイド曲線状の断面形状の面取りを行なって前記の所定荷重を掛けて接触させた場合、面圧平均値は１１０ＭＰａとなる。このような同荷重条件でのＦＥＭ解析の結果、単なるＲ形状の面取りの場合にはＲ面と平面との境目の線状部分で応力が集中して面圧が高くなっているが、クロソイド曲線状の断面形状の面取りの場合には面接触となるため応力が集中せず、面圧が約１／６に下がっていることが分かる。
【００２７】
なお、上記第２実施形態にあっては、ベーン６の進行側の後端部９に形成した曲面９Ｃと、スリット７の進行側と逆の側の先端部８に形成した図示しない同様の曲面とにより、ベーン６とロータ５との摺動部分に設けられる面取り部が構成されている。
【００２８】
図６は本発明の第３実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図である。なお、図６において前述した図１〜図５、図７〜図１０に示すものと同等のものには同一符号を付してある。
【００２９】
図６に示すように本実施形態のベーンロータリーコンプレッサは、前述した図４及び図５に示す第２実施形態と比べて、ベーン６の進行側後端部９の曲面９Ｃと連続して傾斜面９Ｄが形成され、スリット７の進行側と逆の側の先端部８にも図示しない同様の傾斜面が形成されていることが異なっており、その他の構成は基本的に同様である。
【００３０】
前記の傾斜面９Ｄは、前述した図１〜図３に示す第１実施形態の傾斜面９Ｂと同様に構成されており、スリット７の壁面７Ａに対して微小な傾きを有し、ベーン６が傾斜したときに面当たりとなる。傾斜面９Ｄの一側は曲面９Ｃと滑らかに連続して、他側はベーン６の進行側の平面６Ａと連続しており、スリット７の進行側と逆の側の先端部８も同様である。
【００３１】
この第３実施形態にあっては、冷媒を圧縮する過程にてベーン６が付勢されて進行側と逆の側へ所定角度、例えば０．２度傾いた場合、ベーン６の進行側の後端部９では傾斜面９Ｄがスリット７の進行側の壁面７Ａと面接触し、同時に、スリット７の進行側と逆の側の先端部８でも図示しない傾斜面がベーン６の進行側と逆の側の平面６Ｂと面接触する。次いで、ベーン６がさらに付勢されて所定角度以上傾いた場合、ベーン６の進行側後端部９の曲面９Ｃがスリット７の進行側の壁面７Ａと面接触し、同時に、スリット７の進行側と逆の側の先端部８でも図示しない曲面がベーン６の進行側と逆の側の平面６Ｂと面接触する。その結果、ベーン６とロータ５との摺動部分の部材の弾性変形と潤滑油の油膜とによって、ベーン６とロータ５との摺動部分の面圧が分散する。
【００３２】
このように構成した第３実施形態では、ベーン６が最大限まで飛び出している状態で所定角度傾いた場合、及び所定角度以上傾いた場合、ベーン６とロータ５との摺動部分に応力が集中することを防止できる。
【００３３】
なお、上記第３実施形態にあっては、ベーン６の進行側の後端部９に形成した曲面９Ｃ及び傾斜面Ｄと、スリット７の進行側と逆の側の先端部８に形成した図示しない同様の曲面及び傾斜面とにより、ベーン６とロータ５との摺動部分に設けられる面取り部が構成されている。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ベーンとロータとの摺動部分に応力が集中することを防止し、ベーン及びロータの磨耗が少なく、かつ摺動抵抗による動力損失を低減できるベーンロータリーコンプレッサが得られるという効果があるので、作動圧力が高い炭酸ガスなどの冷媒を用いる空調装置や冷凍機用のベーンロータリーコンプレッサとして適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図である。
【図２】図２は本実施形態に設けられるベーン及びスリットを示す断面図である。
【図３】図２のベーンとロータとの摺動部分を拡大して示す断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図である。
【図５】本実施形態による接触面圧を説明する図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るベーンロータリーコンプレッサを示す断面図である。
【図７】一般的なベーンロータリーコンプレッサを示す断面図である。
【図８】図７のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図９】図７のベーンロータリーコンプレッサが作動する状態を示す断面図である。
【図１０】図９のベーンとロータとの摺動部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
３  シリンダブロック
４  シリンダ室
５  ロータ
６  ベーン
６Ａ、６Ｂ  平面
７  スリット
７Ａ、７Ｂ  壁面
８  先端部
８Ａ  Ｒ端面
８Ｂ  傾斜面
９  後端部
９Ａ  Ｒ端面
９Ｂ  傾斜面
９Ｃ  曲面
９Ｄ  傾斜面
【図１】
2007162589.tif 000003
【図２】
2007162589.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007162589.tif 000010
【図５】
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【図６】
2007162589.tif 000012