(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉ケースと、この密閉ケースに収納された電動要素と、この電動要素により駆動され、かつ、偏心運動するローラが収容され、ベーン溝内を往復動するベーンにより圧力的に仕切られたシリンダ室が設けられたロータリ式圧縮要素とを具備するロータリコンプレッサにおいて、前記ベーン溝の側壁とベーン間に小楔状間隙が形成されるように、ベーン溝のシリンダ内径側の側壁端部の吸込シリンダ室側及び圧縮シリンダ室側の両側を円弧形状にし、その曲率半径は０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とするロータリコンプレッサ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータリコンプレッサにおいて、上記シリンダ内径側端部は、ベーン溝加工後にブラシ、砥石、サンドペーパ等の工具を用い、この工具の形状がシリンダ内径側端部に転写しないように形成されたことを特徴とするロータリコンプレッサ。
【請求項３】
請求項２に記載のロータリコンプレッサにおいて、上記ブラシの直径は、ベーン溝幅より大きく、シリンダ内径より小さいことを特徴とするロータリコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空調用、冷凍用等に用いられるロータリコンプレッサに係わり、特にベーン溝の側壁とベーン間に形成される小楔状間隙に微小な接触角度を形成するロータリコンプレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にロータリコンプレッサは、電動機部により回転駆動される圧縮機部に設けられたシリンダに形成されたベーン溝内を往復動するベーンにより高圧と低圧に仕切られている。
【０００３】
図９に示すように、従来のロータリコンプレッサ３１のベーン溝３２は、断面が長方形状で細長い溝部３３と、この溝部３３のシリンダ内径側端部に設けられた面取り部３４ａ、３４ｂ、反シリンダ内径側端部に設けられた面取り部３５ａ、３５ｂから形成され、ベーン３６はローラ３７と当接しながらベーン溝３２内を往復動し、シリンダ室３８を高圧の圧縮シリンダ室３８ｄと低圧の吸込シリンダ室３８ｓに仕切っている。
【０００４】
しかしながら、従来のベーン溝３２の形状では、図１０（ａ）に示すように、ベーン３６がシリンダ内径方向に突出するように摺動する場合には（上死点→下死点の方向）、圧縮シリンダ室３８ｄと吸込シリンダ室３８ｓとの圧力差によって生じるベーン３６の微小な角度の傾きによって、ベーン３６と面取り部３５ａ側の溝側壁３２ａ間に微小角を有する楔状間隙Ｇ１が形成され、ベーン３６の摺動によって楔状間隙Ｇ１に油の引込みが発生して、潤滑油膜圧力が発生し易くなるが、図１０（ｂ）に示すように、ベーン３６が逆方向に摺動する場合には、楔状間隙Ｇ１に油の引込みが発生せず、潤滑油膜圧力の発生もない。また、楔状間隙Ｇ１と対向し、ベーン３６と面取り部３４ａ間に形成される小楔状間隙ｇ１には油の引込みは発生するが、ベーン３６と面取り部３４ａのなす角度が大きいため油膜圧力が発生しない。
【０００５】
このため摺動部分が、境界潤滑、甚だしい場合には金属接触状態となり、ベーン３６とベーン溝３２の間で焼付きが生じ、また、ベーン３６と面取り部３４ａのなす角度が大きいため、トップクリアランスボリュームが増加して摺動損失が大きくなり、コンプレッサの成績係数が低下する問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、摺動損失を小さくし、かつ、トップクリアランスボリュームを抑制して高効率で、ベーンとベーン溝間に焼付きがなく信頼性の高いロータリコンプレッサが要望されていた。
【０００７】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、摺動損失を小さくし、かつ、トップクリアランスボリュームを抑制して高効率で、ベーンとベーン溝間に焼付きがなく信頼性の高いロータリコンプレッサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、密閉ケースと、この密閉ケースに収納された電動要素と、この電動要素により駆動され、かつ、偏心運動するローラが収容され、ベーン溝内を往復動するベーンにより圧力的に仕切られたシリンダ室が設けられたロータリ式圧縮要素とを具備するロータリコンプレッサにおいて、前記ベーン溝の側壁とベーン間に小楔状間隙が形成されるように、ベーン溝のシリンダ内径側の側壁端部の吸込シリンダ室側及び圧縮シリンダ室側の両側を円弧形状にし、その曲率半径は０．１〜１．０ｍｍであることを特徴とするロータリコンプレッサが提供される。これにより、摺動損失を小さくし、かつ、トップクリアランスボリュームを抑制して高効率で、ベーンとベーン溝間に焼付きがなく信頼性の高いロータリコンプレッサが実現される。
【００１１】
また、他の好適な一例では、上記シリンダ内径側端部は、ベーン溝加工後にブラシ、砥石、サンドペーパ等の工具を用い、この工具の形状がシリンダ内径側端部に転写しないように形成される。これにより、円弧部とベーン溝の側壁直線部が接線的に滑らかに繋がり、微小な接触角度が確実に形成される。
【００１２】
また、他の好適な一例では、上記ブラシの直径は、ベーン溝幅より大きく、シリンダ内径より小さい。これにより、円弧部がベーン溝の側壁直線部に接線的に滑らかに繋がるように加工される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態の概念図であり、図２はその断面図である。
【００１５】
図１に示すように、ロータリコンプレッサ１は、密閉ケース２の内部に電動要素３とロータリ式圧縮要素４とを内装して構成され、圧縮要素４は電動要素３から延びる回転軸５を主軸受６と副軸受７に挿通され、この主軸受６と副軸受７との間に、仕切板８を介して同一形状を有する２基のシリンダ９を配設し、各シリンダ９に設けられたシリンダ室１０内において、回転軸５に形成された偏心部５ａにそれぞれ円筒状のローラ１１を嵌合させる一方、図２に示すように、各シリンダ９に設けられたベーン溝１２内を摺動するベーン１３が配設されている。このベーン１３は、スプリング収納部１４に収納されたスプリング１５によって常時ローラ１１方向に押圧され、偏心部５ａ及びローラ１１の回転に応じて各ローラ外周面に摺接しながらベーン溝１２内を往復動し、各シリンダ室１０内部を吸込シリンダ室１０ｓと圧縮シリンダ室１０ｄとに圧力的に仕切る役割を果している。
【００１６】
上記圧縮機１は、電動要素３の駆動によってローラ１１をシリンダ１０室内において偏心回転させることにより、吸込口１６を通り、シリンダ室１０内の吸込シリンダ室１０ｓに吸入したガスを圧縮シリンダ室１０ｄ方向に移動させながら圧縮して吐出口１７から吐出する。
【００１７】
以下、上記２基のシリンダ４は同一形状を有するので、下段のシリンダを例にとって説明する。
【００１８】
図３及び図４に示すように、ロータリコンプレッサ１のシリンダ４に設けられたベーン溝１２は、断面が長方形状で細長い溝部２１を有し、この溝部２１の吸込シリンダ室１０ｓ側の内径側端部には、円弧部２２が設けられ、また、圧縮シリンダ室１０ｄ側の内径側端部にも円弧部２３が設けられている。さらに、外径側両端部には面取り部２４、２５が設けられている。
【００１９】
なお、円弧部２２が、少なくとも吸込シリンダ室１０ｓ側に形成されていればよく、必ずしも、圧縮シリンダ室１０ｄ側内径側端部には設けなくともよい。
【００２０】
上記円弧部２２、２３は直線的な面取り部を有さず、曲率半径Ｒが０．１〜１．０ｍｍの円弧形状をなしており、より好ましくは０．１〜０．５ｍｍである。上記内径側端部に面取り部を設けず、曲率半径Ｒが０．１〜１．０ｍｍの円弧形状を形成することで、従来の面取り部により形成される角度よりも小さく微小な接触角度が形成されて、摺動損失を小さくし、ベーンと溝部間に焼付きをなくすことができる。また、円弧部によるトップクリアランスボリュームの増加を抑制できて成績係数の向上が図れる。曲率半径が０．１ｍｍより小さいと、面取り効果が発揮されず、焼付きが発生するおそれがあり、１．０ｍｍを超えると、円弧部によるトップクリアランスボリュームの増加により成績係数が下降する。
【００２１】
上記円弧部２２の円弧形状の形成は、摺動溝１１のシリンダ内径側端部に面取り部を設けず、溝加工後にブラシもしくは砥石、サンドペーパ等の工具を用い、工具の形状をワークに転写しない方法にて行なう。これにより、円弧部２２とベーン溝１２の側壁直線部が接線的に滑らかに繋がり、微小な接触角度が確実に形成される。このような円弧形状を形成する方法として、工具を剛性的に保持し、工具の形状をワークに転写するような方法で加工すると、工具の形状、工具を動す経路に極めて精密な技術が必要となり、また工具の摩耗等により形状が悪化すると円弧部とベーン溝の側壁直線部が接線的に滑らかに繋がらず、油膜圧力を発生させる微小な接触角度を形成できない。
【００２２】
さらに、上記円弧形状の形成に用いるブラシは、その直径がベーン溝幅よりも大きく、シリンダ内径よりも小さいブラシを用いるのが好ましい。これにより、円弧部がベーン溝の側壁直線部に接線的に滑らかに繋がるように加工される。
【００２３】
また、ブラシの回転方向は周期的に変換される。これにより、加工面にバリが発生するのを防止できる。
【００２４】
このように円弧部２２は曲率半径０．１〜１．０ｍｍの円弧形状に形成されているので、ベーン１３と吸込シリンダ室１０ｓ側の溝側壁１２ａ間に微小角を有する楔状間隙Ｇが形成され、また、この楔状間隙Ｇに対向しベーン１３と円弧部２２間に円弧を含み微小角をなす小楔状間隙ｇが形成される。
【００２５】
次に本発明に係わる第１実施形態のロータリコンプレッサを用いた冷媒圧縮作用について説明する。
【００２６】
図１に示すように、いずれも図示しない冷凍サイクルの低温側熱交換器で蒸発し気体になって密閉ケース２に戻った冷媒は、圧縮要素３のシリンダ室１０に吸込まれ、ローラ１１の回転により圧縮され、高温側熱交換器に吐出される。
【００２７】
この冷媒の圧縮過程において、常時スプリング１５により押圧されローラ１１に当接するベーン１３は、偏心回転するローラ１１の回転に伴なって、ベーン溝１２内を摺動しながら往復動を繰返す。このベーン溝１２内を往復動するベーン１３は、圧縮シリンダ室２８ａと吸込シリンダ室２８ｂとの圧力差によって微小な角度の傾きが生じ、ベーン１３と面取り部２４側の溝側壁１２ａ間に微小角を有する楔状間隙Ｇが形成され、また、この楔状間隙Ｇに対向しベーン１３と円弧部２２間に円弧を含み微小な接触角度を有する楔状間隙ｇが形成される。
【００２８】
上記のようにベーン溝１２内を往復動するベーン１３への給油は、図５（ａ）に示すように、ベーン１３がシリンダ内径方向に突出するように摺動する場合には（上死点→下死点の方向）には、密閉ケース２の底部に貯えられた潤滑油がスプリング収納部１４を介して供給される。この給油は、ベーン１３の摺動によって楔状間隙Ｇに油の引込みが発生して、潤滑油膜圧力が発生し易くなり、確実に潤滑される。また図５（ｂ）に示すように、ベーン１３が下死点→上死点の方向に摺動する場合には、曲率半径が０．１〜１．０ｍｍである円弧部２２により微小な接触角度を有する小楔状間隙ｇが形成されているので、楔状間隙Ｇに油の引込みが発生し、潤滑油膜圧力も発生し、さらに、小楔状間隙ｇには油の引込みが発生し、小楔状間隙ｇの間隙幅が小さいので油膜圧力も発生し、確実に潤滑される。
【００２９】
上記のように、溝側壁１２ａとベーン１３間に微小な接触角度を有する小楔状間隙ｇが形成されるように、シリンダ内径側の側壁端部の少なくとも吸込シリンダ室側を円弧形状にし、その曲率半径を０．１〜１．０ｍｍにすることにより、楔状間隙Ｇに油の引込みを発生させて、潤滑油膜圧力も発生させ、さらに、小楔状間隙ｇにも油の引込みを発生させて、小楔状間隙ｇにも油膜圧力を発生させ、溝側壁１２ａとベーン１３間を確実に潤滑することができる。
【００３０】
また、円弧部によるトップクリアランスボリュームの増加を抑制できて成績係数の向上が図れる。
【００３１】
次に本発明に係わるロータリコンプレッサの第２実施形態について説明する。
【００３２】
本第２実施形態は、上記第１実施形態がベーンと円弧部によって小楔状間隙を形成するのに対して、ベーンと１箇所で屈折する直線状の溝側壁間に小楔状間隙が形成され、この小楔状間隙の頂角θは、ｔａｎθ＝１／５００以下である。
【００３３】
例えば、図６に示すように、溝側壁１２Ａａは１箇所で屈折して屈折部２２Ａが形成された平面からなり、この屈折部２２Ａとベーン１３Ａが当接して、この当接点（線）を頂角として楔状間隙ＧＡが形成され、さらに、この楔状間隙ＧＡに対向しベーン１３Ａと屈折部２２Ａ間に微小頂角を有する小楔状間隙ｇＡが形成される。微小頂角θは、ｔａｎθ＝１／５００以下になっている。これにより、油の引込みによる油膜圧力が発生し易くなり、１／５００を超えると、油膜圧力が発生しない。
【００３４】
従って、ベーン１３Ａが下死点→上死点の方向に摺動する場合には、頂角θがｔａｎθ＝１／５００以下である小楔状間隙ｇＡが形成されているので、楔状間隙ＧＡに油の引込みが発生し、潤滑油膜圧力も発生し、さらに、小楔状間隙ｇＡには油の引込みが発生し、小楔状間隙ｇＡの間隙幅が小さいので油膜圧力も発生し、確実に潤滑される。また、屈折部２２Ａによるトップクリアランスボリュームの増加を抑制できて成績係数の向上が図れる。
【００３５】
また、上記第２実施形態の変形例について説明する。
【００３６】
本変形例は、上記第２実施形態がベーンと１箇所で屈折する直線状の溝側壁間に小楔状間隙が形成されるのに対して、ベーンと複数箇所で屈折する直線状の溝側壁間に小楔状間隙が形成される。
【００３７】
例えば、図７に示すように、溝側壁１２Ｂａは複数箇所、例えば、２箇所で屈折して屈折部２２Ｂ１、２２Ｂ２が形成された平面で形成され、この屈折部２２Ｂとベーン１３Ｂが当接して、この当接点（線）を頂角として楔状間隙ＧＢが形成され、さらに、この楔状間隙ＧＢに対向しベーン１３Ｂと屈折部２２Ｂ間に微小頂角を有する小楔状間隙ＧＢが形成される。
【００３８】
従って、ベーン１３Ｂが下死点→上死点の方向に摺動する場合には、頂角θがｔａｎθ＝１／５００以下である小楔状間隙ｇＢが形成されているので、楔状間隙ｇＢに油の引込みが発生し、潤滑油膜圧力も発生し、さらに、小楔状間隙ｇＢには油の引込みが発生し、小楔状間隙ｇＢの間隙幅が小さいので油膜圧力も発生し、確実に潤滑される。また、屈折部２２Ｂによるトップクリアランスボリュームの増加を抑制できて成績係数の向上が図れる。
【００３９】
【実施例】
図３に示すような本発明に係わる第１実施形態のロータリコンプレッサを用い、円弧部の曲率半径を変化させて成績係数の向上率を調べた。
【００４０】
結果を図８に示す。
【００４１】
図８からもわかるように、曲率半径が０．１〜１．０ｍｍの範囲では、２〜３％の向上が図れることがわかった。また、０．１〜０．５ｍｍの範囲では特に成績係数の向上効果が大きいことがわかった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係わるロータリコンプレッサによれば、摺動損失を小さくし、かつ、トップクリアランスボリュームを抑制して高効率で、ベーンとベーン溝間に焼付きがなく信頼性の高いロータリコンプレッサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態の縦断面図。
【図２】本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態の横断面図。
【図３】本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態のベーン近傍の平面図。
【図４】本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態のベーンと溝側壁間に形成される小楔状間隙の概念図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明に係わるロータリコンプレッサの第１実施形態に用いられるベーンの動作状態を示す概念図。
【図６】本発明に係わるロータリコンプレッサの第２実施形態のベーンと溝側壁間に形成される小楔状間隙の概念図。
【図７】本発明に係わるロータリコンプレッサの第２実施形態の変形例を示す小楔状間隙の概念図。
【図８】本発明に係わるロータリコンプレッサを用いた実施例の試験結果図。
【図９】従来のロータリコンプレッサのベーン近傍の平面図。
【図１０】（ａ）及び（ｂ）は従来のロータリコンプレッサに用いられるベーンの動作状態を示す概念図。
【符号の説明】
１  ロータリコンプレッサ
２  密閉ケース
３  電動要素
４  ロータリ式圧縮要素
５  回転軸
５ａ  偏心部
６  主軸受
７  副軸受
８  仕切板
９  シリンダ
１０  シリンダ室
１０ｓ  吸込シリンダ室
１０ｄ  圧縮シリンダ室
１１  ローラ
１２  ベーン溝
１２ａ  溝側壁
１３  ベーン
１４  スプリング収納部
１５  スプリング
１６  吸込口
１７  吐出口
２１  溝部
２２  円弧部
２３  円弧部
２４  面取り部
２５  面取り部
Ｇ  楔状間隙
ｇ  小楔状間隙
【図１】
0003867006.tif 000002
【図２】
0003867006.tif 000003
【図３】
0003867006.tif 000004
【図４】
0003867006.tif 000005
【図５】
0003867006.tif 000006
【図６】
0003867006.tif 000007
【図７】
0003867006.tif 000008
【図８】
0003867006.tif 000009
【図９】
0003867006.tif 000010
【図１０】
0003867006.tif 000011