ベーン型圧縮機
【課題】ベーン先端部の境界潤滑状態の摺動による機械損失や短寿命化を改善するために、ベーン先端部のＲ形状の半径とシリンダ内径をほぼ同等に形成するとともに、両者のＲ形状の法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうことで、ベーンの先端とシリンダが流体潤滑可能なベーン型圧縮機を提供する。
【解決手段】この発明に係るベーン型圧縮機は、略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。
【解決手段】この発明に係るベーン型圧縮機は、略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベーン型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータシャフト（シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部と、ロータ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シャフトという）のロータ部内に一箇所また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内径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、更に、ロータ部の外径付近に半円棒形状の一対の挟持部材を介してベーンがロータ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】
従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）は、ベーンの方向がロータシャフトのロータ部内に形成されたベーン溝により規制されている。ベーンはロータ部に対して常に同じ傾きとなるように保持される。そのため、ロータシャフトの回転に伴い、ベーンとシリンダ内径の成す角度は変化し、全周に亘ってベーン先端がシリンダ内径に当接するためには、ベーンの先端Ｒをシリンダ内径Ｒに比べて小さく構成する必要があった。
【０００６】
ベーン先端がシリンダ内径と当接しながら摺動するものにおいては、Ｒの大きく異なるシリンダ内径及びベーン先端が摺動するため、二つの部品（シリンダ、ベーン）間に油膜を形成しその油膜を介して摺動する流体潤滑の状態にはならず、境界潤滑状態となってしまう。一般に潤滑状態による摩擦係数は、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度なのに対し、境界潤滑状態では非常に大きくなり、概ね０．０５以上となる。
【０００７】
従来の一般的なベーン型圧縮機の構成では、ベーンの先端とシリンダの内径が境界潤滑状態で摺動することにより摺動抵抗が大きく、機械損失の増大による圧縮機効率の大巾な低下が発生してしまう。同時にベーン先端及びシリンダ内径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課題があった。そこで、従来のベーン型圧縮機においては、ベーンのシリンダ内径に対する押し付け力を極力低減するための工夫がなされていた。
【０００８】
上記の課題を改善する形態として、ロータ部の内径を中空にし、その中にベーンをシリンダ内径の中心にて回転可能に支持する固定軸を有し、且つベーンがロータ部に対し回転可能となるようにロータ部の外周部近傍で狭持部材を介してベーンを保持する方法（例えば、特許文献２）が提案された。
【０００９】
この構成にすることにより、ベーンはシリンダ内径の中心にて回転支持されている。そのため、ベーンの方向は常にシリンダ内径の法線方向となり、ベーン先端部がシリンダ内径に沿うように、シリンダ内径Ｒとベーン先端Ｒをほぼ同等に構成することが可能となり、ベーン先端とシリンダ内径を非接触に構成することができる。もしくは、ベーン先端とシリンダ内径とが接触する場合でも十分な油膜による流体潤滑状態とすることができる。それにより、従来のベーン型圧縮機の課題であるベーン先端部の摺動状態を改善することが可能となる。
【００１０】
しかし、上記特許文献２の方法では、ロータ部内径を中空に構成することにより、ロータ部への回転力の付与やロータ部の回転支持が難しくなる。特許文献２では、ロータ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、ベーン固定軸や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、摺動損失が大きくなるという課題がある。
【００１１】
また、ロータ部とシリンダ内径との間は、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、ロータ部の外径や回転中心には高い精度が必要とされる。しかし、ロータ部と端板は別々の部品で構成されるため、ロータ部と端板との締結により発生する歪みやロータ部と端板の同軸ズレ等、ロータ部の外径や回転中心の精度を悪化させる要因となってしまうという課題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示すベーン型圧縮機を提供する。
（１）第１に、ベーン先端部の境界潤滑状態の摺動による機械損失や短寿命化を改善するために、ベーン先端部のＲ形状の半径とシリンダ内径Ｒをほぼ同等に形成するとともに、両者のＲ形状の法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうことで、ベーンの先端とシリンダが流体潤滑可能なベーン型圧縮機。
（２）第２に、ベーン先端部のＲ形状とシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータ部の外径や回転中心精度悪化をもたらすロータ部の端板を用いず、ロータ部と回転軸を一体に構成する形で実現する構成のベーン型圧縮機。
（３）第３に、上記の機構を応用することで、ベーン先端部とシリンダ内径を非接触に構成しつつ、ベーン先端部とシリンダ内径の間の隙間からのガス漏れを最小限にするベーン型圧縮機。
（４）第４に、上記の機構を実現しつつ、ロータ部内でベーンが回転自在かつ略法線方向へ移動可能となる機構を流体潤滑状態で摺動可能な方法で実現するベーン型圧縮機。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るベーン型圧縮機は、略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、
ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るベーン型圧縮機は、ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうため、ベーンの先端とシリンダが流体潤滑可能とし、摺動による機械損失を低減し、また、ベーン先端及びシリンダ内径の摩耗に対する寿命を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本的な技術思想の説明図。
【図２】ストライベック線図。
【図３】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図。
【図４】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図。
【図５】実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６の平面図。
【図６】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）。
【図７】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図。
【図８】実施の形態１を示す図で、ベーン７の斜視図。
【図９】実施の形態２を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）。
【図１０】実施の形態３を示す図で、ベーン７とベーンアライナ６を一体化した構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
先ず、本発明の基本的な技術思想について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の基本的な技術思想の説明図である。ここでは、従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）と、本発明のベーン型圧縮機とを比較して示している。尚、既に説明したように、本発明の基本的な技術思想と類似のものが、例えば、特許文献２に開示されているが、本発明はそれを実現する手段（方法）が異なる。その実現手段については、追って詳細に説明する。
【００１７】
既に説明したように、従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）は、ベーンの方向がロータシャフトのロータ部内に形成されたベーン溝により規制される。ベーンはロータに対して常に同じ傾きとなるように保持される。そのため、ロータシャフトの回転に伴い、ベーンとシリンダ内径の成す角度は変化し、全周に亘ってベーン先端がシリンダ内径に当接するためには、ベーンの先端Ｒをシリンダ内径Ｒに比べて小さく構成する必要があった。即ち、
ベーン先端Ｒ＜シリンダ内径Ｒ
【００１８】
そのため、接触式（ベーン先端がシリンダ内径と接触して摺動するもの）並びに非接触式（ベーン先端とシリンダ内径とが非接触のもの）は、夫々以下に示す課題がある。
（１）接触式：ベーン先端がシリンダ内径との摺動部に油膜が形成されないため、境界潤滑状態となる。境界潤滑における摩擦係数は、図２のストライベック線図に示すように、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度なのに対し、境界潤滑状態では非常に大きくなり、慨略０．０５以上となり、摺動抵抗が大きくなる。
（２）非接触式：ベーン先端がシリンダ内径との最近接点以外では、ベーン先端がシリンダ内径との間の隙間が大きく、冷媒の漏れが大きくなる。
【００１９】
それに対して、本発明は、ベーン先端Ｒがシリンダ内径Ｒとほぼ同等、且つベーン先端Ｒとシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。即ち、
ベーン先端Ｒ≒シリンダ内径Ｒ
【００２０】
上記を実現する手段は、詳細は後述するが、例えば、以下に示す通りである。即ち、ベーンが常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように支持するための方法として、シリンダヘッド、又は／及び、フレームのシリンダ側端面にシリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、その凹部または溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起をベーン内に形成された溝に嵌入することで、ベーンのシリンダ法線に対する方向を一定に規制するものである。本発明は、この点が本発明の基本的な技術思想と類似な技術を開示している、例えば、特許文献２における実現手段と大きく異なり、進歩性を有するものである。
【００２１】
ベーン先端Ｒ≒シリンダ内径Ｒとすることにより、接触式（ベーン先端がシリンダ内径と接触して摺動するもの）並びに非接触式（ベーン先端とシリンダ内径とが非接触のもの）が、夫々以下に示すような好ましい状態となる。
（１）接触式：ベーン先端がシリンダ内径との摺動部に油膜が形成され、図２のストライベック線図に示す流体潤滑状態となる。摺動部における摩擦抵抗が、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度で、摺動抵抗が小さくなる。
（２）非接触式：ベーン先端とシリンダ内径との間の隙間が、ベーン幅に亘って小さく、冷媒の漏れが少なくなる。
【００２２】
図３は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図である。図３を参照しながら、ベーン型圧縮機２００（密閉型）について説明する。但し、本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があり、ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、一例である。本実施の形態は、密閉型に限定されるものではなく、エンジン駆動や開放型容器等の、他の構成のものにも、適用される。
【００２３】
図３に示すベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内に、圧縮要素１０１と、この圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２とが収納されている。圧縮要素１０１は、密閉容器１０３の下部に位置し、密閉容器１０３内の底部に貯留する冷凍機油１５を図示しない給油機構により圧縮要素１０１に導き、圧縮要素１０１の各摺動部が潤滑される。
【００２４】
圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２は、例えば、ブラシレスＤＣモータで構成される。電動要素１０２は、密閉容器１０３の内周に固定される固定子１１と、固定子１１の内側に配設され、永久磁石を使用する回転子１２とを備える。固定子１１は、密閉容器１０３に溶接により固定されるガラス端子１３から電力が供給される。
【００２５】
圧縮要素１０１は、吸入部１６から低圧の冷媒を圧縮室に吸入して圧縮し、圧縮された冷媒は、密閉容器１０３内に吐出され、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１４から外部（冷凍サイクルの高圧側）に吐出される。ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内が高圧となる高圧タイプ、もしくは密閉容器１０３内が低圧となる低圧タイプのどちらでもよい。
【００２６】
本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があるので、以下、圧縮要素１０１について詳細に説明する。図３においても、圧縮要素１０１を構成する各部品に符号を付しているが、図４の分解斜視図の方が解りやすいので、主に図４を参照しながら説明する。図４は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図である。また、図５は実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６の平面図である。
【００２７】
図４に示すように、圧縮要素１０１は以下に示す要素を有する。
（１）シリンダ１：全体形状が略円筒状で、軸方向の両端部が開口している。また、内周面に吸入ポート１ａが開口している；
（２）フレーム２：断面が略Ｔ字状で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の一方の開口部（図４では上側）を閉塞する。フレーム２のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部２ａ（図３にのみ図示している）が形成されている。ここに後述するベーンアライナ５が嵌入される。また、フレーム２の略中央部に吐出ポート２ｂが形成されている；
（３）シリンダヘッド３：断面が略Ｔ字状（図３参照）で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の他方の開口部（図４では下側）を閉塞する。シリンダヘッド３のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部３ａが形成されており、ここにベーンアライナ６が嵌入される；
（４）ロータシャフト４：シリンダ１内でシリンダ１の中心軸とは偏心した中心軸上に回転運動を行うロータ部４ａ、及び上下の回転軸部４ｂ，４ｃが一体となった構造である（後述する図６も参照）。ロータ部４ａには、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部４ｄ及びベーン逃がし部４ｅが形成されている。ブッシュ保持部４ｄとベーン逃がし部４ｅとは、連通している；
（５）ベーンアライナ５：リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図４では下側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部５ａが立設している。ベーン保持部５ａは、ベーン保持部５ａが形成する円形のリングの法線方向に形成される（図５参照）；
（６）ベーンアライナ６：リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図４では上側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部６ａが立設している。ベーン保持部６ａは、ベーン保持部６ａが形成する円形のリングの法線方向に形成される（図５参照）；
（７）ベーン７：略四角形の板状である。シリンダ１の内径側に位置する先端部７ａは外側にＲ形状に形成され、そのＲ形状の半径は、シリンダ１の内径とほぼ同等のＲ（半径）で構成されている。ベーン７の反シリンダ１側となる背面には、軸方向全長、またはベーンアライナ６のベーン保持部６ａが嵌入する長さに亘ってスリット状の背面溝７ｂが形成される；
（８）ブッシュ８：略半円柱状で、一対で構成される。ロータシャフト４のブッシュ保持部４ｄに、略半円柱状の一対のブッシュ８が嵌入され、そのブッシュ８の内側に板状のベーン７がロータ部４ａに対して回転自在かつ略法線方向に移動可能に保持される。
【００２８】
尚、ベーン７の背面溝７ｂに、ベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａが嵌入することで、ベーン７の先端Ｒの法線が常にシリンダ内径Ｒの法線と一致するように方向が規制される。
【００２９】
次に動作について説明する。ロータシャフト４の回転軸部４ｂが電動要素１０２等（エンジン駆動の場合は、エンジン）の駆動部からの回転動力を受け、ロータ部４ａは、シリンダ１内で回転する。ロータ部４ａの回転に伴い、ロータ部４ａの外周付近に配置されたブッシュ保持部４ｄは、ロータシャフト４を中心軸とした円周上を移動する。そして、ブッシュ保持部４ｄ内に保持されている一対のブッシュ８、及びその一対のブッシュ８の間に回転可能に保持されているベーン７もロータ部４ａとともに回転する。
【００３０】
また、ベーン７の背面側に形成された背面溝７ｂに、フレーム２及びシリンダヘッド３のシリンダ側端面にシリンダ１の内径と同芯に形成された、ベーンアライナ保持部２ａ（図３）、ベーンアライナ保持部３ａ（図３、図４）に回転可能に嵌入されたリング状のベーンアライナ５，６の板状のベーン保持部５ａ，６ａ（突起部）が摺動可能に嵌入し、シリンダ１の法線方向にベーンの向きが規制される。
【００３１】
更にベーン７は、先端部７ａと背面溝７ｂの圧力差（ベーン７の背面空間に高圧もしくは中間圧の冷媒を導く構成の場合）、ばね（図示せず）、遠心力等により、シリンダ１の内径方向に押し付けられ、ベーン７の先端部７ａはシリンダ１の内径に沿って摺動する。この際、ベーン７の先端部７ａのＲは、シリンダ１の内径のＲとほぼ一致しており、また両者の法線もほぼ一致しているため、両者の間には十分な油膜が形成され流体潤滑となる。
【００３２】
本実施の形態のベーン型圧縮機１００の圧縮原理については、従来のベーン型圧縮機と概略同様である。図６は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）である。図６に示すように、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂは一箇所（図６に示す最近接点）において最近接している。
【００３３】
また、ベーン７とシリンダ１の内径１ｂとが一箇所で摺動することにより、シリンダ１内には２つの空間（吸入室９、圧縮室１０）が形成される。吸入室９には、吸入ポート１ａ（冷凍サイクルの低圧側に連通する）が開口している。また、圧縮室１０は、吐出時以外は図示しない吐出弁で閉塞される吐出ポート２ｂ（例えば、フレーム２に形成される、但し、シリンダヘッド３に設けてもよい）に連通している。
【００３４】
図７は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図である。図７を参照しながら、ロータシャフト４の回転に伴い吸入室９及び圧縮室１０の容積が変化する様子を説明する。先ず、図７における回転角度を、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点（図６に示す）と、ベーン７とシリンダ１の内径１ｂとが摺動する一箇所とが一致するときを、「角度０°」と定義する。図７では、「角度０°」、「角度４５°」、「角度９０°」、「角度１３５°」、「角度１８０°」、「角度２２５°」、「角度２７０°」、「角度３１５°」での、ベーン７の位置と、そのときの吸入室９及び圧縮室１０の状態を示している。また、図７の「角度０°」の図に示す矢印は、ロータシャフト４の回転方向（図７では時計方向）である。但し、他の図では、ロータシャフト４の回転方向を示す矢印は省略している。
【００３５】
尚、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点（上死点）の近傍で、最近接点から所定の距離の右側（例えば、略３０°）に吸入ポート１ａが位置する。但し、図６、図７では吸入ポート１ａを単に吸入と表記している。
【００３６】
また、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点の近傍で、最近接点から所定の距離の左側（例えば、略３０°）に吐出ポート２ｂが位置する。但し、図６、図７では吐出ポート２ｂを単に吐出と表記している。
【００３７】
図７における「角度０°」では、シリンダ１の内径１ｂとロータシャフト４のロータ部４ａとで形成される空間が、全て吸入室９になる。そして、吸入室９は吸入ポート１ａに連通している。
【００３８】
図７における「角度４５°」では、ベーン７が吸入ポート１ａを通過し、通過するまでは吸入室９であった空間が、圧縮室１０になる。符号は付していないが、小さい容積の吸入室９もロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点とベーン７との間に新たに形成される。
【００３９】
図７における「角度９０°」では、圧縮室１０の容積は「角度４５°」のときより小さくなり、冷媒は圧縮され徐々にその圧力が高くなっている。また、吸入室９は、その容積が、「角度４５°」のときよりも大きくなる。
【００４０】
図７における「角度１３５°」〜「角度２７０°」では、圧縮室１０の容積はさらに「角度９０°」のときよりも順に小さくなり、冷媒の圧力は順に上昇する。また、吸入室９は、その容積が、「角度９０°」のときよりも順に大きくなる。
【００４１】
その後、ベーン７が吐出ポート２ｂに近づくが、冷凍サイクルの高圧（図示しない吐出弁を開くのに必要な圧力も含む）を圧縮室１０の圧力が上回ると、吐出弁が開き圧縮室１０の冷媒は、密閉容器１０３内に吐出される。
【００４２】
ベーン７が吐出ポート２ｂを通過すると、圧縮室１０に高圧の冷媒が若干残る（ロスとなる）。そして、「角度０°」で、圧縮室１０が消滅したとき、この高圧の冷媒は吸入室９にて低圧の冷媒に変化する。
【００４３】
このように、ロータシャフト４の回転により、空間の一つである吸入室９は徐々に容積が大きくなり、空間の他の一つである圧縮室１０は徐々に容積が小さくなり、中の流体（冷媒）が圧縮される。所定の圧力まで圧縮されたガスは、シリンダ１または、フレーム２やシリンダヘッド３の圧縮室１０に開口する部分に形成された吐出ポート（例えば、吐出ポート２ｂ）により吐出される。
【００４４】
本実施の形態では、ベーン７の先端部７ａのＲとシリンダ１の内径Ｒを概略一致させ、両者の法線が一致するように摺動することにより流体潤滑となるように構成したので、ベーン７の先端部７ａの摺動抵抗低減により、ベーン型圧縮機２００の摺動損失を大巾に低減し、またベーン７の先端部７ａやシリンダ１の内径の摩耗を抑制できるという効果がある。
【００４５】
また、ベーン７は、ロータ部４ａのブッシュ保持部４ｄ内で一対のブッシュ８を介して保持され、ブッシュ８の外径とブッシュ保持部４ｄ間、及びブッシュ８とベーン７の側面は、ほぼ沿う形で摺動するため、ここも流体潤滑状態となり、摺動による機械損失を小さくすることができるという効果がある。
【００４６】
尚、本実施の形態において、フレーム２及びシリンダヘッド３に形成されたベーンアライナ保持部２ａ，３ａは、リング溝状の形状を示したが、ベーンアライナ５，６と摺動する部分は、リング溝の内径または外径となる。ため、ベーンアライナ保持部２ａ，３ａの形状は、必ずしもリング溝状でなくてもよく、本実施の形態と同等の外径を持つ、断面が円形の凹部であってもよい。
【００４７】
また、図示はしないが、本実施の形態の構成に、従来技術であるベーン背圧制御によるベーン押し付け力の低減を行うことで、更なるベーン先端の摺動抵抗の低減が実現できる。
【００４８】
本実施の形態において、ベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａをベーンの背面溝７ｂに嵌入してベーン７の方向を規制する方法を示したが、ベーン保持部５ａ，６ａ及びベーン７の背面溝７ｂはともに薄肉部を有する。
【００４９】
図４に示すように、ベーン保持部５ａ，６ａは、四角形の板状の突起であるので、それ自身が強度的に弱い。
【００５０】
図８は実施の形態１を示す図で、ベーン７の斜視図である。ベーン７は、背面溝７ｂの両側部に薄肉部７ｃを備える。
【００５１】
そのため、本実施の形態の方法を適用するためには、ベーン７にかかる力の小さい、つまり動作圧力の低い冷媒の方が好ましい。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーン保持部５ａ，６ａ及びベーン７の背面溝７ｂの強度的にも問題なく使用できる。
【００５２】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）である。図９では、ベーン７の向きがスクーピング型（ベーンの向きが、シリンダ内径の法線よりも回転方向に傾くもの）の場合を示している。図９において、Ｂはベーンアライナ６のベーン保持部６ａの取付け方向およびベーン方向、Ｃはベーン７の先端部７ａのＲの法線で、矢印は回転方向である。ベーンアライナ６のベーン保持部６ａはベーンアライナ６のリング状の部品の端面にＢの方向に傾むけて取り付けられている。また、ベーン７の先端部７ａのＲの法線Ｃは、ベーン方向Ｂに対して傾いており、ベーンアライナ６の突起部６ａにベーン７の背面溝７ｂを嵌合させた状態で、シリンダ１の中心に向かうように構成される（ベーン７の先端部７ａのＲの法線Ｃが、シリンダ１の内径の法線と略一致する）。なお、ベーン７とベーンアライナ６についても上記と同様の構成である。
【００５３】
以上の実施の形態２の構成においても、ベーン７の先端部７ａのＲとシリンダ１の内径Ｒの法線は回転中常に一致する状態で圧縮動作を行なうことが可能であり、本発明の実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、図９から明らかなように、実施の形態２では実施の形態１よりもベーン７の先端部７ａのＲ部の長さを長くできるため、ベーン７の先端とシリンダ１の内径との接触面圧を低減できる。これにより、更なるベーン７の先端部７ａの摺動抵抗の低減が可能となる。なお、図９では、ベーン７の向きをスクープ型としたが、トレイリング型（ベーン７の向きが、シリンダ１の内径の法線よりも反回転方向に傾くもの）としても、上記と同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
図１０は実施の形態３を示す図で、ベーン７とベーンアライナ６を一体化した構成図である。上記実施の形態１において、ベーン７の背面溝７ｂとベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａは、ベーン型圧縮機２００の動作において相対位置関係が変化しない。そのため、両者（ベーン７、ベーンアライナ５，６）を一体化することが可能である。図１０においては、ベーンアライナ６とベーン７のみを一体化したケースを示すが、ベーンアライナ５も同様に一体化してもよいし、一体化しなくてもよい。ベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とベーン７とを一体化するものである。
【００５５】
次に動作について説明する。概略実施の形態１と同様の動作を行なうが、実施の形態１と異なる点は、ベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とベーン７とを一体化したことにより、ベーン７のロータ法線方向の動きが固定されるため、ベーン７の先端部７ａはシリンダ１の内径１ｂと摺動せず、両者の間は非接触かつ微小隙間を保ちながら回転する。
【００５６】
本実施の形態において、ベーン７の先端部７ａとシリンダ１の内径は非接触となるため、ベーン７の先端部７ａの摺動ロスは発生しない。その分、ベーンアライナ５，６とベーンアライナ保持部２ａ，３ａとの摺動部が大きな力を受けることとなるが、この摺動部も流体潤滑状態となることに加えて、ガイド部（一対のブッシュ８）の摺動距離はベーン７の先端部７ａの摺動距離に比べ短くなるため、実施の形態１よりも摺動損失を更に低減できるという効果がある。
【００５７】
また、実施の形態３においても図示はしないが、実施の形態２と同様、ベーン７の先端部７ａのＲのみ法線をシリンダ１の内径Ｒの法線とほぼ一致させ、ベーン７の方向はシリンダ１の内径Ｒの法線方向に対し一定の傾きを持つように構成してもよい。これにより、ベーン７の先端部７ａのＲ部の長さを長くすることが可能であり、シール長さが増加することで、更にベーン７の先端部７ａでの漏れ損失を低減することが可能となる。
【００５８】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンの先端部のＲが、シリンダ内径Ｒとほぼ同等、且つ前記２つのＲの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうため、ベーンの先端部とシリンダが流体潤滑可能とし、摺動による機械損失を低減し、また、ベーン先端及びシリンダ内径の摩耗に対する寿命を改善できる。
【００５９】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンが常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、更に、ロータ部内でベーンがロータ部に対して回転可能、且つロータ部の略遠心方向に移動可能に支持されている。ベーンを常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように支持するための方法として、シリンダヘッド、又は／及び、フレームのシリンダ側端面にシリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成する。その凹部又は溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起をベーン内に形成された溝に嵌入することで、ベーンのシリンダ法線に対する方向を一定に規制する。従って、ベーンの先端部Ｒとシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータの外径や回転中心精度悪化をもたらすロータの端板を用いず、ロータと回転軸を一体に構成する形で実現することができる。
【００６０】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンの両端または片端に位置するベーンアライナのうちの少なくとも１つがベーンと一体に構成されたことにより、ベーン先端とシリンダ内径を非接触に構成しつつ、ベーン先端とシリンダ内径の間の隙間からのガス漏れを最小限にすることができる。
【００６１】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ロータ部内でベーンがロータ部に対して回転可能、且つロータ部の略遠心方向に移動可能に支持する方法として、ロータ部の外径部近傍にロータ部の中心軸と平行な円筒状のブッシュ保持部を形成し、その中に一対の略半円柱形のブッシュを介してベーンが支持される。そのため、ロータ部内でベーンが回転自在かつ略法線方向へ移動可能となる機構を流体潤滑状態で摺動可能な方法で実現できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ シリンダ、１ａ 吸入ポート、１ｂ 内径、２ フレーム、２ａ ベーンアライナ保持部、２ｂ 吐出ポート、３ シリンダヘッド、３ａ ベーンアライナ保持部、４ ロータシャフト、４ａ ロータ部、４ｂ 回転軸部、４ｃ 回転軸部、４ｄ ブッシュ保持部、４ｅ ベーン逃がし部、５ ベーンアライナ、５ａ ベーン保持部、６ ベーンアライナ、６ａ ベーン保持部、７ ベーン、７ａ 先端部、７ｂ 背面溝、７ｃ 薄肉部、８ ブッシュ、９ 吸入室、１０ 圧縮室、１１ 固定子、１２ 回転子、１３ ガラス端子、１４ 吐出管、１５ 冷凍機油、１６ 吸入部、１０１ 圧縮要素、１０２ 電動要素、１０３ 密閉容器、２００ ベーン型圧縮機。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベーン型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ロータシャフト（シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部と、ロータ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シャフトという）のロータ部内に一箇所また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内径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、更に、ロータ部の外径付近に半円棒形状の一対の挟持部材を介してベーンがロータ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】
従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）は、ベーンの方向がロータシャフトのロータ部内に形成されたベーン溝により規制されている。ベーンはロータ部に対して常に同じ傾きとなるように保持される。そのため、ロータシャフトの回転に伴い、ベーンとシリンダ内径の成す角度は変化し、全周に亘ってベーン先端がシリンダ内径に当接するためには、ベーンの先端Ｒをシリンダ内径Ｒに比べて小さく構成する必要があった。
【０００６】
ベーン先端がシリンダ内径と当接しながら摺動するものにおいては、Ｒの大きく異なるシリンダ内径及びベーン先端が摺動するため、二つの部品（シリンダ、ベーン）間に油膜を形成しその油膜を介して摺動する流体潤滑の状態にはならず、境界潤滑状態となってしまう。一般に潤滑状態による摩擦係数は、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度なのに対し、境界潤滑状態では非常に大きくなり、概ね０．０５以上となる。
【０００７】
従来の一般的なベーン型圧縮機の構成では、ベーンの先端とシリンダの内径が境界潤滑状態で摺動することにより摺動抵抗が大きく、機械損失の増大による圧縮機効率の大巾な低下が発生してしまう。同時にベーン先端及びシリンダ内径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課題があった。そこで、従来のベーン型圧縮機においては、ベーンのシリンダ内径に対する押し付け力を極力低減するための工夫がなされていた。
【０００８】
上記の課題を改善する形態として、ロータ部の内径を中空にし、その中にベーンをシリンダ内径の中心にて回転可能に支持する固定軸を有し、且つベーンがロータ部に対し回転可能となるようにロータ部の外周部近傍で狭持部材を介してベーンを保持する方法（例えば、特許文献２）が提案された。
【０００９】
この構成にすることにより、ベーンはシリンダ内径の中心にて回転支持されている。そのため、ベーンの方向は常にシリンダ内径の法線方向となり、ベーン先端部がシリンダ内径に沿うように、シリンダ内径Ｒとベーン先端Ｒをほぼ同等に構成することが可能となり、ベーン先端とシリンダ内径を非接触に構成することができる。もしくは、ベーン先端とシリンダ内径とが接触する場合でも十分な油膜による流体潤滑状態とすることができる。それにより、従来のベーン型圧縮機の課題であるベーン先端部の摺動状態を改善することが可能となる。
【００１０】
しかし、上記特許文献２の方法では、ロータ部内径を中空に構成することにより、ロータ部への回転力の付与やロータ部の回転支持が難しくなる。特許文献２では、ロータ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、ベーン固定軸や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、摺動損失が大きくなるという課題がある。
【００１１】
また、ロータ部とシリンダ内径との間は、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、ロータ部の外径や回転中心には高い精度が必要とされる。しかし、ロータ部と端板は別々の部品で構成されるため、ロータ部と端板との締結により発生する歪みやロータ部と端板の同軸ズレ等、ロータ部の外径や回転中心の精度を悪化させる要因となってしまうという課題があった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示すベーン型圧縮機を提供する。
（１）第１に、ベーン先端部の境界潤滑状態の摺動による機械損失や短寿命化を改善するために、ベーン先端部のＲ形状の半径とシリンダ内径Ｒをほぼ同等に形成するとともに、両者のＲ形状の法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうことで、ベーンの先端とシリンダが流体潤滑可能なベーン型圧縮機。
（２）第２に、ベーン先端部のＲ形状とシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータ部の外径や回転中心精度悪化をもたらすロータ部の端板を用いず、ロータ部と回転軸を一体に構成する形で実現する構成のベーン型圧縮機。
（３）第３に、上記の機構を応用することで、ベーン先端部とシリンダ内径を非接触に構成しつつ、ベーン先端部とシリンダ内径の間の隙間からのガス漏れを最小限にするベーン型圧縮機。
（４）第４に、上記の機構を実現しつつ、ロータ部内でベーンが回転自在かつ略法線方向へ移動可能となる機構を流体潤滑状態で摺動可能な方法で実現するベーン型圧縮機。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係るベーン型圧縮機は、略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及びロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、
ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係るベーン型圧縮機は、ベーンの先端部のＲ形状とシリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうため、ベーンの先端とシリンダが流体潤滑可能とし、摺動による機械損失を低減し、また、ベーン先端及びシリンダ内径の摩耗に対する寿命を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本的な技術思想の説明図。
【図２】ストライベック線図。
【図３】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図。
【図４】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図。
【図５】実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６の平面図。
【図６】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）。
【図７】実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図。
【図８】実施の形態１を示す図で、ベーン７の斜視図。
【図９】実施の形態２を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）。
【図１０】実施の形態３を示す図で、ベーン７とベーンアライナ６を一体化した構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
先ず、本発明の基本的な技術思想について、図１を参照しながら説明する。図１は本発明の基本的な技術思想の説明図である。ここでは、従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）と、本発明のベーン型圧縮機とを比較して示している。尚、既に説明したように、本発明の基本的な技術思想と類似のものが、例えば、特許文献２に開示されているが、本発明はそれを実現する手段（方法）が異なる。その実現手段については、追って詳細に説明する。
【００１７】
既に説明したように、従来の一般的なベーン型圧縮機（例えば、特許文献１）は、ベーンの方向がロータシャフトのロータ部内に形成されたベーン溝により規制される。ベーンはロータに対して常に同じ傾きとなるように保持される。そのため、ロータシャフトの回転に伴い、ベーンとシリンダ内径の成す角度は変化し、全周に亘ってベーン先端がシリンダ内径に当接するためには、ベーンの先端Ｒをシリンダ内径Ｒに比べて小さく構成する必要があった。即ち、
ベーン先端Ｒ＜シリンダ内径Ｒ
【００１８】
そのため、接触式（ベーン先端がシリンダ内径と接触して摺動するもの）並びに非接触式（ベーン先端とシリンダ内径とが非接触のもの）は、夫々以下に示す課題がある。
（１）接触式：ベーン先端がシリンダ内径との摺動部に油膜が形成されないため、境界潤滑状態となる。境界潤滑における摩擦係数は、図２のストライベック線図に示すように、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度なのに対し、境界潤滑状態では非常に大きくなり、慨略０．０５以上となり、摺動抵抗が大きくなる。
（２）非接触式：ベーン先端がシリンダ内径との最近接点以外では、ベーン先端がシリンダ内径との間の隙間が大きく、冷媒の漏れが大きくなる。
【００１９】
それに対して、本発明は、ベーン先端Ｒがシリンダ内径Ｒとほぼ同等、且つベーン先端Ｒとシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうものである。即ち、
ベーン先端Ｒ≒シリンダ内径Ｒ
【００２０】
上記を実現する手段は、詳細は後述するが、例えば、以下に示す通りである。即ち、ベーンが常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように支持するための方法として、シリンダヘッド、又は／及び、フレームのシリンダ側端面にシリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、その凹部または溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起をベーン内に形成された溝に嵌入することで、ベーンのシリンダ法線に対する方向を一定に規制するものである。本発明は、この点が本発明の基本的な技術思想と類似な技術を開示している、例えば、特許文献２における実現手段と大きく異なり、進歩性を有するものである。
【００２１】
ベーン先端Ｒ≒シリンダ内径Ｒとすることにより、接触式（ベーン先端がシリンダ内径と接触して摺動するもの）並びに非接触式（ベーン先端とシリンダ内径とが非接触のもの）が、夫々以下に示すような好ましい状態となる。
（１）接触式：ベーン先端がシリンダ内径との摺動部に油膜が形成され、図２のストライベック線図に示す流体潤滑状態となる。摺動部における摩擦抵抗が、流体潤滑では０．００１〜０．００５程度で、摺動抵抗が小さくなる。
（２）非接触式：ベーン先端とシリンダ内径との間の隙間が、ベーン幅に亘って小さく、冷媒の漏れが少なくなる。
【００２２】
図３は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の縦断面図である。図３を参照しながら、ベーン型圧縮機２００（密閉型）について説明する。但し、本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があり、ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、一例である。本実施の形態は、密閉型に限定されるものではなく、エンジン駆動や開放型容器等の、他の構成のものにも、適用される。
【００２３】
図３に示すベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内に、圧縮要素１０１と、この圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２とが収納されている。圧縮要素１０１は、密閉容器１０３の下部に位置し、密閉容器１０３内の底部に貯留する冷凍機油１５を図示しない給油機構により圧縮要素１０１に導き、圧縮要素１０１の各摺動部が潤滑される。
【００２４】
圧縮要素１０１を駆動する電動要素１０２は、例えば、ブラシレスＤＣモータで構成される。電動要素１０２は、密閉容器１０３の内周に固定される固定子１１と、固定子１１の内側に配設され、永久磁石を使用する回転子１２とを備える。固定子１１は、密閉容器１０３に溶接により固定されるガラス端子１３から電力が供給される。
【００２５】
圧縮要素１０１は、吸入部１６から低圧の冷媒を圧縮室に吸入して圧縮し、圧縮された冷媒は、密閉容器１０３内に吐出され、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１４から外部（冷凍サイクルの高圧側）に吐出される。ベーン型圧縮機２００（密閉型）は、密閉容器１０３内が高圧となる高圧タイプ、もしくは密閉容器１０３内が低圧となる低圧タイプのどちらでもよい。
【００２６】
本実施の形態は、圧縮要素１０１に特徴があるので、以下、圧縮要素１０１について詳細に説明する。図３においても、圧縮要素１０１を構成する各部品に符号を付しているが、図４の分解斜視図の方が解りやすいので、主に図４を参照しながら説明する。図４は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の分解斜視図である。また、図５は実施の形態１を示す図で、ベーンアライナ５，６の平面図である。
【００２７】
図４に示すように、圧縮要素１０１は以下に示す要素を有する。
（１）シリンダ１：全体形状が略円筒状で、軸方向の両端部が開口している。また、内周面に吸入ポート１ａが開口している；
（２）フレーム２：断面が略Ｔ字状で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の一方の開口部（図４では上側）を閉塞する。フレーム２のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部２ａ（図３にのみ図示している）が形成されている。ここに後述するベーンアライナ５が嵌入される。また、フレーム２の略中央部に吐出ポート２ｂが形成されている；
（３）シリンダヘッド３：断面が略Ｔ字状（図３参照）で、シリンダ１に接する部分が略円板状であり、シリンダ１の他方の開口部（図４では下側）を閉塞する。シリンダヘッド３のシリンダ１側端面には、シリンダ１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部３ａが形成されており、ここにベーンアライナ６が嵌入される；
（４）ロータシャフト４：シリンダ１内でシリンダ１の中心軸とは偏心した中心軸上に回転運動を行うロータ部４ａ、及び上下の回転軸部４ｂ，４ｃが一体となった構造である（後述する図６も参照）。ロータ部４ａには、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部４ｄ及びベーン逃がし部４ｅが形成されている。ブッシュ保持部４ｄとベーン逃がし部４ｅとは、連通している；
（５）ベーンアライナ５：リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図４では下側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部５ａが立設している。ベーン保持部５ａは、ベーン保持部５ａが形成する円形のリングの法線方向に形成される（図５参照）；
（６）ベーンアライナ６：リング状の部品で、軸方向の一方の端面（図４では上側）に、四角形の板状の突起であるベーン保持部６ａが立設している。ベーン保持部６ａは、ベーン保持部６ａが形成する円形のリングの法線方向に形成される（図５参照）；
（７）ベーン７：略四角形の板状である。シリンダ１の内径側に位置する先端部７ａは外側にＲ形状に形成され、そのＲ形状の半径は、シリンダ１の内径とほぼ同等のＲ（半径）で構成されている。ベーン７の反シリンダ１側となる背面には、軸方向全長、またはベーンアライナ６のベーン保持部６ａが嵌入する長さに亘ってスリット状の背面溝７ｂが形成される；
（８）ブッシュ８：略半円柱状で、一対で構成される。ロータシャフト４のブッシュ保持部４ｄに、略半円柱状の一対のブッシュ８が嵌入され、そのブッシュ８の内側に板状のベーン７がロータ部４ａに対して回転自在かつ略法線方向に移動可能に保持される。
【００２８】
尚、ベーン７の背面溝７ｂに、ベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａが嵌入することで、ベーン７の先端Ｒの法線が常にシリンダ内径Ｒの法線と一致するように方向が規制される。
【００２９】
次に動作について説明する。ロータシャフト４の回転軸部４ｂが電動要素１０２等（エンジン駆動の場合は、エンジン）の駆動部からの回転動力を受け、ロータ部４ａは、シリンダ１内で回転する。ロータ部４ａの回転に伴い、ロータ部４ａの外周付近に配置されたブッシュ保持部４ｄは、ロータシャフト４を中心軸とした円周上を移動する。そして、ブッシュ保持部４ｄ内に保持されている一対のブッシュ８、及びその一対のブッシュ８の間に回転可能に保持されているベーン７もロータ部４ａとともに回転する。
【００３０】
また、ベーン７の背面側に形成された背面溝７ｂに、フレーム２及びシリンダヘッド３のシリンダ側端面にシリンダ１の内径と同芯に形成された、ベーンアライナ保持部２ａ（図３）、ベーンアライナ保持部３ａ（図３、図４）に回転可能に嵌入されたリング状のベーンアライナ５，６の板状のベーン保持部５ａ，６ａ（突起部）が摺動可能に嵌入し、シリンダ１の法線方向にベーンの向きが規制される。
【００３１】
更にベーン７は、先端部７ａと背面溝７ｂの圧力差（ベーン７の背面空間に高圧もしくは中間圧の冷媒を導く構成の場合）、ばね（図示せず）、遠心力等により、シリンダ１の内径方向に押し付けられ、ベーン７の先端部７ａはシリンダ１の内径に沿って摺動する。この際、ベーン７の先端部７ａのＲは、シリンダ１の内径のＲとほぼ一致しており、また両者の法線もほぼ一致しているため、両者の間には十分な油膜が形成され流体潤滑となる。
【００３２】
本実施の形態のベーン型圧縮機１００の圧縮原理については、従来のベーン型圧縮機と概略同様である。図６は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）である。図６に示すように、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂは一箇所（図６に示す最近接点）において最近接している。
【００３３】
また、ベーン７とシリンダ１の内径１ｂとが一箇所で摺動することにより、シリンダ１内には２つの空間（吸入室９、圧縮室１０）が形成される。吸入室９には、吸入ポート１ａ（冷凍サイクルの低圧側に連通する）が開口している。また、圧縮室１０は、吐出時以外は図示しない吐出弁で閉塞される吐出ポート２ｂ（例えば、フレーム２に形成される、但し、シリンダヘッド３に設けてもよい）に連通している。
【００３４】
図７は実施の形態１を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮動作を示す圧縮要素１０１の平面図である。図７を参照しながら、ロータシャフト４の回転に伴い吸入室９及び圧縮室１０の容積が変化する様子を説明する。先ず、図７における回転角度を、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点（図６に示す）と、ベーン７とシリンダ１の内径１ｂとが摺動する一箇所とが一致するときを、「角度０°」と定義する。図７では、「角度０°」、「角度４５°」、「角度９０°」、「角度１３５°」、「角度１８０°」、「角度２２５°」、「角度２７０°」、「角度３１５°」での、ベーン７の位置と、そのときの吸入室９及び圧縮室１０の状態を示している。また、図７の「角度０°」の図に示す矢印は、ロータシャフト４の回転方向（図７では時計方向）である。但し、他の図では、ロータシャフト４の回転方向を示す矢印は省略している。
【００３５】
尚、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点（上死点）の近傍で、最近接点から所定の距離の右側（例えば、略３０°）に吸入ポート１ａが位置する。但し、図６、図７では吸入ポート１ａを単に吸入と表記している。
【００３６】
また、ロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点の近傍で、最近接点から所定の距離の左側（例えば、略３０°）に吐出ポート２ｂが位置する。但し、図６、図７では吐出ポート２ｂを単に吐出と表記している。
【００３７】
図７における「角度０°」では、シリンダ１の内径１ｂとロータシャフト４のロータ部４ａとで形成される空間が、全て吸入室９になる。そして、吸入室９は吸入ポート１ａに連通している。
【００３８】
図７における「角度４５°」では、ベーン７が吸入ポート１ａを通過し、通過するまでは吸入室９であった空間が、圧縮室１０になる。符号は付していないが、小さい容積の吸入室９もロータシャフト４のロータ部４ａとシリンダ１の内径１ｂとが最近接している最近接点とベーン７との間に新たに形成される。
【００３９】
図７における「角度９０°」では、圧縮室１０の容積は「角度４５°」のときより小さくなり、冷媒は圧縮され徐々にその圧力が高くなっている。また、吸入室９は、その容積が、「角度４５°」のときよりも大きくなる。
【００４０】
図７における「角度１３５°」〜「角度２７０°」では、圧縮室１０の容積はさらに「角度９０°」のときよりも順に小さくなり、冷媒の圧力は順に上昇する。また、吸入室９は、その容積が、「角度９０°」のときよりも順に大きくなる。
【００４１】
その後、ベーン７が吐出ポート２ｂに近づくが、冷凍サイクルの高圧（図示しない吐出弁を開くのに必要な圧力も含む）を圧縮室１０の圧力が上回ると、吐出弁が開き圧縮室１０の冷媒は、密閉容器１０３内に吐出される。
【００４２】
ベーン７が吐出ポート２ｂを通過すると、圧縮室１０に高圧の冷媒が若干残る（ロスとなる）。そして、「角度０°」で、圧縮室１０が消滅したとき、この高圧の冷媒は吸入室９にて低圧の冷媒に変化する。
【００４３】
このように、ロータシャフト４の回転により、空間の一つである吸入室９は徐々に容積が大きくなり、空間の他の一つである圧縮室１０は徐々に容積が小さくなり、中の流体（冷媒）が圧縮される。所定の圧力まで圧縮されたガスは、シリンダ１または、フレーム２やシリンダヘッド３の圧縮室１０に開口する部分に形成された吐出ポート（例えば、吐出ポート２ｂ）により吐出される。
【００４４】
本実施の形態では、ベーン７の先端部７ａのＲとシリンダ１の内径Ｒを概略一致させ、両者の法線が一致するように摺動することにより流体潤滑となるように構成したので、ベーン７の先端部７ａの摺動抵抗低減により、ベーン型圧縮機２００の摺動損失を大巾に低減し、またベーン７の先端部７ａやシリンダ１の内径の摩耗を抑制できるという効果がある。
【００４５】
また、ベーン７は、ロータ部４ａのブッシュ保持部４ｄ内で一対のブッシュ８を介して保持され、ブッシュ８の外径とブッシュ保持部４ｄ間、及びブッシュ８とベーン７の側面は、ほぼ沿う形で摺動するため、ここも流体潤滑状態となり、摺動による機械損失を小さくすることができるという効果がある。
【００４６】
尚、本実施の形態において、フレーム２及びシリンダヘッド３に形成されたベーンアライナ保持部２ａ，３ａは、リング溝状の形状を示したが、ベーンアライナ５，６と摺動する部分は、リング溝の内径または外径となる。ため、ベーンアライナ保持部２ａ，３ａの形状は、必ずしもリング溝状でなくてもよく、本実施の形態と同等の外径を持つ、断面が円形の凹部であってもよい。
【００４７】
また、図示はしないが、本実施の形態の構成に、従来技術であるベーン背圧制御によるベーン押し付け力の低減を行うことで、更なるベーン先端の摺動抵抗の低減が実現できる。
【００４８】
本実施の形態において、ベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａをベーンの背面溝７ｂに嵌入してベーン７の方向を規制する方法を示したが、ベーン保持部５ａ，６ａ及びベーン７の背面溝７ｂはともに薄肉部を有する。
【００４９】
図４に示すように、ベーン保持部５ａ，６ａは、四角形の板状の突起であるので、それ自身が強度的に弱い。
【００５０】
図８は実施の形態１を示す図で、ベーン７の斜視図である。ベーン７は、背面溝７ｂの両側部に薄肉部７ｃを備える。
【００５１】
そのため、本実施の形態の方法を適用するためには、ベーン７にかかる力の小さい、つまり動作圧力の低い冷媒の方が好ましい。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーン保持部５ａ，６ａ及びベーン７の背面溝７ｂの強度的にも問題なく使用できる。
【００５２】
実施の形態２．
図９は、実施の形態２を示す図で、ベーン型圧縮機２００の圧縮要素１０１の平面図（角度９０°）である。図９では、ベーン７の向きがスクーピング型（ベーンの向きが、シリンダ内径の法線よりも回転方向に傾くもの）の場合を示している。図９において、Ｂはベーンアライナ６のベーン保持部６ａの取付け方向およびベーン方向、Ｃはベーン７の先端部７ａのＲの法線で、矢印は回転方向である。ベーンアライナ６のベーン保持部６ａはベーンアライナ６のリング状の部品の端面にＢの方向に傾むけて取り付けられている。また、ベーン７の先端部７ａのＲの法線Ｃは、ベーン方向Ｂに対して傾いており、ベーンアライナ６の突起部６ａにベーン７の背面溝７ｂを嵌合させた状態で、シリンダ１の中心に向かうように構成される（ベーン７の先端部７ａのＲの法線Ｃが、シリンダ１の内径の法線と略一致する）。なお、ベーン７とベーンアライナ６についても上記と同様の構成である。
【００５３】
以上の実施の形態２の構成においても、ベーン７の先端部７ａのＲとシリンダ１の内径Ｒの法線は回転中常に一致する状態で圧縮動作を行なうことが可能であり、本発明の実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、図９から明らかなように、実施の形態２では実施の形態１よりもベーン７の先端部７ａのＲ部の長さを長くできるため、ベーン７の先端とシリンダ１の内径との接触面圧を低減できる。これにより、更なるベーン７の先端部７ａの摺動抵抗の低減が可能となる。なお、図９では、ベーン７の向きをスクープ型としたが、トレイリング型（ベーン７の向きが、シリンダ１の内径の法線よりも反回転方向に傾くもの）としても、上記と同様の効果が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
図１０は実施の形態３を示す図で、ベーン７とベーンアライナ６を一体化した構成図である。上記実施の形態１において、ベーン７の背面溝７ｂとベーンアライナ５，６のベーン保持部５ａ，６ａは、ベーン型圧縮機２００の動作において相対位置関係が変化しない。そのため、両者（ベーン７、ベーンアライナ５，６）を一体化することが可能である。図１０においては、ベーンアライナ６とベーン７のみを一体化したケースを示すが、ベーンアライナ５も同様に一体化してもよいし、一体化しなくてもよい。ベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とベーン７とを一体化するものである。
【００５５】
次に動作について説明する。概略実施の形態１と同様の動作を行なうが、実施の形態１と異なる点は、ベーンアライナ５，６の少なくともいずれか一方とベーン７とを一体化したことにより、ベーン７のロータ法線方向の動きが固定されるため、ベーン７の先端部７ａはシリンダ１の内径１ｂと摺動せず、両者の間は非接触かつ微小隙間を保ちながら回転する。
【００５６】
本実施の形態において、ベーン７の先端部７ａとシリンダ１の内径は非接触となるため、ベーン７の先端部７ａの摺動ロスは発生しない。その分、ベーンアライナ５，６とベーンアライナ保持部２ａ，３ａとの摺動部が大きな力を受けることとなるが、この摺動部も流体潤滑状態となることに加えて、ガイド部（一対のブッシュ８）の摺動距離はベーン７の先端部７ａの摺動距離に比べ短くなるため、実施の形態１よりも摺動損失を更に低減できるという効果がある。
【００５７】
また、実施の形態３においても図示はしないが、実施の形態２と同様、ベーン７の先端部７ａのＲのみ法線をシリンダ１の内径Ｒの法線とほぼ一致させ、ベーン７の方向はシリンダ１の内径Ｒの法線方向に対し一定の傾きを持つように構成してもよい。これにより、ベーン７の先端部７ａのＲ部の長さを長くすることが可能であり、シール長さが増加することで、更にベーン７の先端部７ａでの漏れ損失を低減することが可能となる。
【００５８】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンの先端部のＲが、シリンダ内径Ｒとほぼ同等、且つ前記２つのＲの法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうため、ベーンの先端部とシリンダが流体潤滑可能とし、摺動による機械損失を低減し、また、ベーン先端及びシリンダ内径の摩耗に対する寿命を改善できる。
【００５９】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンが常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、更に、ロータ部内でベーンがロータ部に対して回転可能、且つロータ部の略遠心方向に移動可能に支持されている。ベーンを常にシリンダ内径の法線方向、またはシリンダ内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように支持するための方法として、シリンダヘッド、又は／及び、フレームのシリンダ側端面にシリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成する。その凹部又は溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起をベーン内に形成された溝に嵌入することで、ベーンのシリンダ法線に対する方向を一定に規制する。従って、ベーンの先端部Ｒとシリンダ内径Ｒの法線が常にほぼ一致するように圧縮動作を行なうために必要なベーンがシリンダの中心周りに回転運動する機構を、ロータの外径や回転中心精度悪化をもたらすロータの端板を用いず、ロータと回転軸を一体に構成する形で実現することができる。
【００６０】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ベーンの両端または片端に位置するベーンアライナのうちの少なくとも１つがベーンと一体に構成されたことにより、ベーン先端とシリンダ内径を非接触に構成しつつ、ベーン先端とシリンダ内径の間の隙間からのガス漏れを最小限にすることができる。
【００６１】
上記実施の形態に係るベーン型圧縮機は、ロータ部内でベーンがロータ部に対して回転可能、且つロータ部の略遠心方向に移動可能に支持する方法として、ロータ部の外径部近傍にロータ部の中心軸と平行な円筒状のブッシュ保持部を形成し、その中に一対の略半円柱形のブッシュを介してベーンが支持される。そのため、ロータ部内でベーンが回転自在かつ略法線方向へ移動可能となる機構を流体潤滑状態で摺動可能な方法で実現できる。
【符号の説明】
【００６２】
１ シリンダ、１ａ 吸入ポート、１ｂ 内径、２ フレーム、２ａ ベーンアライナ保持部、２ｂ 吐出ポート、３ シリンダヘッド、３ａ ベーンアライナ保持部、４ ロータシャフト、４ａ ロータ部、４ｂ 回転軸部、４ｃ 回転軸部、４ｄ ブッシュ保持部、４ｅ ベーン逃がし部、５ ベーンアライナ、５ａ ベーン保持部、６ ベーンアライナ、６ａ ベーン保持部、７ ベーン、７ａ 先端部、７ｂ 背面溝、７ｃ 薄肉部、８ ブッシュ、９ 吸入室、１０ 圧縮室、１１ 固定子、１２ 回転子、１３ ガラス端子、１４ 吐出管、１５ 冷凍機油、１６ 吸入部、１０１ 圧縮要素、１０２ 電動要素、１０３ 密閉容器、２００ ベーン型圧縮機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、前記シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、前記シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及び前記ロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、
前記ベーンの先端部の前記Ｒ形状と前記シリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうことを特徴とするベーン型圧縮機。
【請求項２】
前記ベーンの先端部の前記Ｒ形状の半径と、前記シリンダの内径の半径とがほぼ同等である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】
前記ベーンが常に前記シリンダ内径の法線方向、または前記シリンダの内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、更に、前記ロータ部内で前記ベーンが前記ロータ部に対して回転可能且つ前記ロータ部の略遠心方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のベーン型圧縮機。
【請求項４】
前記ベーンが前記シリンダの内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持される場合、前記ベーンの向きがスクーピング型もしくはトレイリング型であることを特徴とする請求項３記載のベーン型圧縮機。
【請求項５】
前記シリンダヘッド、又は／及び、前記フレームの前記シリンダ側端面に前記シリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、前記凹部または前記溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起を前記ベーン内に形成された溝に嵌入することを特徴とする請求項３又は請求項４記載のベーン型圧縮機。
【請求項６】
前記ベーンの両端または片端に位置する前記ベーンアライナのうちの少なくとも一つが前記ベーンと一体に構成される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】
前記ロータ部の外径部近傍に、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部を形成し、前記ブッシュ保持部の中に一対の略半円柱形のブッシュを介して前記ベーンが支持されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のベーン型圧縮機。
【請求項８】
冷媒として、標準沸点が−４５℃以上の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベーン型圧縮機。
【請求項１】
略円筒状で、軸方向の両端が開口しているシリンダと、前記シリンダの両端を閉塞するシリンダヘッド及びフレームと、前記シリンダ内で回転運動する円柱形のロータ部及び前記ロータ部に回転力を伝達するシャフト部を有するロータシャフトと、前記ロータ部内に設置され、先端部が外側にＲ形状に形成されるベーンを有するベーン型圧縮機において、
前記ベーンの先端部の前記Ｒ形状と前記シリンダの内径の法線が常にほぼ一致する状態で圧縮動作を行なうことを特徴とするベーン型圧縮機。
【請求項２】
前記ベーンの先端部の前記Ｒ形状の半径と、前記シリンダの内径の半径とがほぼ同等である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】
前記ベーンが常に前記シリンダ内径の法線方向、または前記シリンダの内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持され、更に、前記ロータ部内で前記ベーンが前記ロータ部に対して回転可能且つ前記ロータ部の略遠心方向に移動可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のベーン型圧縮機。
【請求項４】
前記ベーンが前記シリンダの内径の法線方向に対し一定の傾きを持つように保持される場合、前記ベーンの向きがスクーピング型もしくはトレイリング型であることを特徴とする請求項３記載のベーン型圧縮機。
【請求項５】
前記シリンダヘッド、又は／及び、前記フレームの前記シリンダ側端面に前記シリンダ内径と同心の凹部またはリング状の溝を形成し、前記凹部または前記溝内に、リング形状の端面に板状の突起を有するベーンアライナを嵌入し、前記板状の突起を前記ベーン内に形成された溝に嵌入することを特徴とする請求項３又は請求項４記載のベーン型圧縮機。
【請求項６】
前記ベーンの両端または片端に位置する前記ベーンアライナのうちの少なくとも一つが前記ベーンと一体に構成される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】
前記ロータ部の外径部近傍に、断面が略円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部を形成し、前記ブッシュ保持部の中に一対の略半円柱形のブッシュを介して前記ベーンが支持されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のベーン型圧縮機。
【請求項８】
冷媒として、標準沸点が−４５℃以上の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のベーン型圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２１４２７（Ｐ２０１２−２１４２７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５８２５３（Ｐ２０１０−１５８２５３）
【出願日】平成２２年７月１２日（２０１０．７．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１２日（２０１０．７．１２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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