(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリー型の気体圧縮機(以下、「コンプレッサ」という)を示す縦断面図、
図2は、
図1におけるA−A線に沿った横断面を示す図である。なお、本実施形態のコンプレッサは、電動モータを内蔵している電動式である。
【0015】
(コンプレッサ1の全体構成、動作)
図示のコンプレッサ100は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム(以下、「空調システム」という)の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等(いずれも図示を省略する)とともに冷却媒体の循環経路上に設けられている。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両(自動車など)の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。
【0016】
コンプレッサ100は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は圧縮された冷媒ガスを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
【0017】
コンプレッサ100は、
図1に示すように、本体ケース11とフロントカバー12とから主に構成されているハウジング10の内部に、モータ90と圧縮機本体60とが収容された構成である。
【0018】
本体ケース11は、略円筒形状であり、その円筒形状の一方(
図1の右側)の端部が塞がれたように形成され、他方(
図1の左側)の端部は開口して形成されている。
【0019】
フロントカバー12は、この本体ケース11の開口側の端部に接した状態でこの開口を塞ぐように蓋状に形成されていて、この状態で締結部材により本体ケース11に締結されて本体ケース11と一体化され、内部に空間を有するハウジング10を形成する。
【0020】
フロントカバー12には、空調システムの蒸発器から低圧の冷媒ガスG1を吸入室13内に導入する吸入ポート12aが形成されている。一方、本体ケース11の後述する吐出室14には、圧縮機本体60で得られた高圧の冷媒ガスG2を空調システムの凝縮器に吐出する吐出ポート11aが形成されている。
【0021】
本体ケース11の内部に設けられたモータ90は、永久磁石のロータ90aと電磁石のステータ90bとを備えた多相ブラシレス直流モータを構成している。ステータ90bは本体ケース11の内周面に嵌め合わされて固定され、ロータ90aには回転軸51が固定されている。
【0022】
そして、モータ90は、フロントカバー12の端面に取付けられた電源コネクタ90cを介して供給された電力によってステータ90bの電磁石を励磁することにより、ロータ90aおよび回転軸51をその軸心回りに回転駆動させる。
【0023】
なお、電源コネクタ90cとステータ90bとの間に、インバータ回路90dなどを備えた構成を採用することもできる。
【0024】
なお、本実施形態のコンプレッサ100は上述したとおり電動のものであるが、本発明に係る気体圧縮機は電動のものに限定されるものではなく、機械式のものであってもよく、本実施形態のコンプレッサ100を仮に機械式のものとした場合は、モータ90を備える代わりに、回転軸51をフロントカバー12から外部へ突出させて、その突出した回転軸51の先端部に、車両のエンジン等から動力の伝達を受けるプーリーや歯車等を備えた構成とすればよい。
【0025】
モータ90とともにハウジング10の内部に収容された圧縮機本体60は、回転軸51の延びた方向に沿ってモータ90と並んで配置されており、ボルト等の締結部材15により、本体ケース11内に固定されている。
【0026】
圧縮機本体60は、モータ90によって回転される前記回転軸51と、回転軸51と一体的に回転する略円柱状のロータ50と、このロータ50をその外周面50a(
図2参照)の外方から取り囲む輪郭形状の内周面40aを有するシリンダ40と、ロータ50の外周面50aからシリンダ40の内周面40aに向けて突出自在に設けられた5枚の板状のベーン58と、ロータ50及びシリンダ40の両端を塞ぐ2つのサイドブロック(フロントサイドブロック20、リヤサイドブロック30)とを備えている。
【0027】
回転軸51は、フロントカバー12に形成された軸受12b、圧縮機本体60の各サイドブロック20,30にそれぞれ形成された軸受27,37により、回転自在に支持されている。
【0028】
フロントサイドブロック20とリヤサイドブロック30の外周面には、それぞれOリング等のシール部材が外周面の全周に亘って設置されており、リヤサイドブロック30側の本体ケース11内に形成された吐出室14と、フロントサイドブロック20側の本体ケース11とフロントカバー12内に形成された吸入室13との間を気密性よく仕切っている。
【0029】
リヤサイドブロック30の外面には、油分離部70が吐出室14内に位置するようにして取付けられている。なお、フロントカバー12内に形成された吸入室13内に、前記モータ90が設けられている。
【0030】
圧縮機本体60の内部には、
図2に示すように、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aと両サイドブロック20,30(
図1参照)との間に単一のシリンダ室42が形成されている。
【0031】
具体的には、シリンダ40の内周面4
0aとロータ50の外周面50aとが、回転軸51の軸回りの1周(角度360度)の範囲で1箇所(
図2の近接部48)だけ略接するように、シリンダ40の内周面40aの輪郭形状が設定されていて、これにより、シリンダ室42は単一の略三日月形状の空間を形成している。
【0032】
なお、シリンダ40の内周面40aの輪郭形状のうちシリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとが最も近接した領域である近接部48は、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとが最も離れた領域である遠隔部49から、本実施形態ではロータ50の回転方向W(
図2において時計回り方向)に沿って下流側に角度270度程度離れた位置に設定されている。
【0033】
シリンダ40の内周面40aの輪郭形状は、遠隔部49から回転方向Wに沿って近接部48に至るまで、ロータ50の外周面50aとシリンダ40の内周面40aとの間の距離が単調に減少するような形状に設定されている。
【0034】
ベーン58は、ロータ50に形成されたベーン溝59に摺動自在に嵌め込まれていて、ベーン溝59に供給される冷凍機油による背圧により、ロータ50の外周面50aから外方に突出する。
【0035】
また、ベーン58は、単一のシリンダ室42を複数の圧縮室43に区画するものであり、ロータ50の回転方向Wに沿って相前後する2つのベーン58によって1つの圧縮室43が形成される。従って、5枚のベーン58が回転軸51回りに角度72度の等角度間隔で設置された本実施形態においては、5つの圧縮室43が形成される。
【0036】
ベーン58によりシリンダ室42を仕切って得られた圧縮室43内の容積は、回転方向Wに沿って圧縮室43が遠隔部49から近接部48に至るまで単調に小さくなる。
【0037】
このシリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向下流側の部分には、フロントサイドブロック20に形成された、吸入室13に通じる吸入孔23が臨んでいる。
【0038】
一方、シリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向上流側の、シリンダ室42の内周面40aには、シリンダ40の内周面の周方向に沿って第1の吐出孔45aと第2の吐出孔45bが形成されている。なお、ロータ50の回転方向Wに沿って近接部48により近接している方が第1の吐出孔45aであり、ロータ50の回転方向Wに沿って第1の吐出口45aの上流側に第2の吐出孔45bが形成されている。
【0039】
第1、第2の各吐出孔45a,45bは、シリンダ40の外周面側に本体ケース11の内周面との間に形成された空間としての吐出チャンバ46a,46bにそれぞれ連通している。また、リヤサイドブロック30には、各吐出チャンバ46a,46bとリヤサイドブロック30の外面(吐出室14に向いた面)に取付けられた油分離部70との間を連通している吐出路30a,30bが形成されている。
【0040】
図3に示すように、シリンダ40の内周面に形成された第1の吐出孔45aは、シリンダ40の幅方向に沿って2つ形成されている。なお、第2の吐出孔45bにおいても同様にシリンダ40の幅方向に沿って2つ形成されている。第1、第2の各吐出孔45a,45bの詳細については後述する。
【0041】
各圧縮室43において、ロータ50の1回転の期間に、吸入孔23を通しての冷媒ガスの吸入、冷媒ガスの圧縮及び第1、第2の吐出孔45a,45bへの冷媒ガスの吐出を1サイクルだけ行うように、シリンダ40の内周面40aの輪郭形状が設定されている。
【0042】
シリンダ室42の遠隔部49に対してロータ50の回転方向上流側では、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとの間隔が小さい状態から急激に大きくなるように、シリンダ40の内周面40aの輪郭形状が設定されていて、遠隔部49を含んだ角度範囲ではロータ50の回転方向Wへの回転に伴って圧縮室43の容積が拡大して吸入孔23を通じて圧縮室43内に冷媒ガスG1が吸入される行程(吸入行程)となる。
【0043】
次いで、シリンダ室42の遠隔部49に対してロータ50の回転方向下流側に向かって、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとの間隔が徐々に小さくなるように、シリンダ40の内周面40aの輪郭形状が設定されていて、その範囲ではロータ50の回転に伴って圧縮室43の容積が減少し、圧縮室43内の冷媒ガスが圧縮される行程(圧縮行程)となる。
【0044】
そして、ロータ50の回転にともなってシリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとの間隔がさらに小さくなることで冷媒ガスの圧縮がさらに進み、冷媒ガスの圧力が吐出圧力に達すると、高圧の冷媒ガスG2は第1、第2の吐出孔45a,45bに吐出される行程(吐出行程)となる。
【0045】
このように、ロータ50の回転にともなって、上記の各圧縮室43が吸入行程、圧縮行程、吐出行程をこの順序で繰り返すことにより、吸入室13から吸入された低圧の冷媒ガスを高圧にして第1、第2の各吐出孔45a,45bから吐出させる。
【0046】
また、前記第1、第2の吐出孔45a,45bの周囲には、それぞれ吐出弁61a,61bと弁サポート62a,62bがそれぞれ設置されている。吐出弁61a,61bは、前記圧縮行程における圧縮室43内の冷媒ガスの圧力が所定圧力以上になると各吐出チャンバ46a,46b側に反るように弾性変形して第1、第2の吐出孔45a,45bをそれぞれ開き、冷媒ガスの圧力が前記所定圧力に達していないときは弾性力により第1、第2の吐出孔45a,45bを閉じる。弁サポート62a,62bは、各吐出弁61a,61bが吐出チャンバ46a,46b側に過度に反るのを防止する。
【0047】
油分離部70は、冷媒ガスと混ざった冷凍機油(ロータ50に形成されたベーン溝59からシリンダ室42(圧縮室43)に漏れたベーン背圧用の油)を冷媒ガスから分離するものであり、第1、第2の吐出孔45a,45bに吐出されて、吐出チャンバ46a,46b、吐出路30a,30bを通って導入された高圧の冷媒ガスを、螺旋状に旋回させることで冷凍機油を遠心分離するように構成されている。
【0048】
そして、冷媒ガスから分離された冷凍機油R(
図1参照)は吐出室14の底部に溜まり、冷凍機油Rが分離された後の高圧の冷媒ガスG2は吐出室14の上部から吐出ポート11aを通って凝縮器に吐出される。
【0049】
吐出室14の底部に溜められた冷凍機油Rは、吐出室14の高圧雰囲気により、リヤサイドブロック30に形成された油路38a及び背圧供給用の凹部であるサライ溝31,32を通じて、並びにリヤサイドブロック30に形成された油路38a,38b、シリンダ40に形成された油路44、フロントサイドブロック20に形成された油路24及びフロントサイドブロック20に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝21,22を通じて、それぞれロータ50のベーン溝59に供給され、ベーン58を外方に突出させる背圧となる。
【0050】
なお、この冷凍機油は、ベーン58とベーン溝59との間の隙間や、ロータ50と各サイドブロック20,30との間の隙間等から滲みだして、ロータ50と各サイドブロック20,30との間の接触部分や、ベーン58とシリンダ40や各サイドブロック20,30との間の接触部分などにおける潤滑や冷却の機能も発揮し、その冷凍機油の一部が圧縮室43内の冷媒ガスと混ざるため、油分離部70により冷凍機油の分離が行われる。
【0051】
リヤサイドブロック30に形成された2つのサライ溝31,32のうち、シリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向Wの下流側の部分(吸入行程及び圧縮行程に対応する部分)に形成されたサライ溝31に供給される冷凍機油は、油路38aから軸受37と回転軸51の外周面との間の狭い隙間を通過してサライ溝31に供給される。このため、軸受37と回転軸51の外周面との間の狭い隙間を通過する際の圧力損失により、吐出室14の雰囲気である高圧(吐出圧力に近い圧力)よりも低い中圧(吸入室13の雰囲気である吸入圧よりも高い圧力)となる。
【0052】
フロントサイドブロック20に形成された2つのサライ溝21,22のうち、シリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向下流側の部分に形成されたサライ溝21に供給される冷凍機油についても、サライ溝31に供給される冷凍機油と同様に中圧となる。
【0053】
一方、リヤサイドブロック30に形成された2つのサライ溝31,32のうち、シリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向上流側の部分(主に吐出行程に対応する部分)に形成されたサライ溝32に供給される冷凍機油は、油路38aから圧力損失なく供給されるため、吐出室14の雰囲気である高圧に近い圧力(中圧よりも高い圧力)となる。
【0054】
なお、フロントサイドブロック20に形成された2つのサライ溝21,22のうち、シリンダ室42の近接部48に対してロータ50の回転方向上流側の部分に形成されたサライ溝22に供給される冷凍機油についても、サライ溝32に供給される冷凍機油と同様に高圧となる。
【0055】
そして、ロータ50の両端面まで貫通したベーン溝59が、ロータ50の回転により、各サイドブロック20,30のサライ溝21,31、22,32にそれぞれ通じたときに、その通じたサライ溝21,31、22,32からベーン溝59に冷凍機油が供給されて、供給された冷凍機油の圧力がベーン58を突出させる背圧となる。
【0056】
(第1、第2の吐出孔45a,45bについての詳細な構成)
次に、シリンダ室42の内周面40aにその周方向に沿って形成された第1、第2の吐出孔45a,45bについて、
図2を参照して詳しく説明する。
【0057】
まず、ロータ50の回転方向Wに沿って近接部48の直前の上流側に形成された第1の吐出孔45aは、ロータ50の1回転の間に吸入、圧縮及び吐出というサイクルを1サイクルしか行わない、単一の吐出孔しか備えない構成の気体圧縮機における本来の単一の吐出孔に対応するものであり、主吐出孔ということができる。一方、ロータ50の回転方向Wに沿って第1の吐出孔45aよりも上流側に位置するように形成された第2の吐出孔45bを副吐出孔ということができる。
【0058】
そして、ロータ50の回転にともなって第1の吐出孔45aに臨んだ圧縮室43a内の冷媒ガスの圧力が所定圧力(所定の吐出圧力)以上の高圧になり、この高圧の冷媒ガスが第1の吐出孔45aから吐出されるように構成されている。第1の吐出孔45aから吐出された高圧の冷媒ガスG2は、吐出チャンバ46a、吐出路30aを介し油分離部70を通して吐出室14に導入される。この際、吐出弁61aは、第1の吐出孔45aから吐出される高圧の冷媒ガスG2によって弾性変形して、開弁している。
【0059】
ロータ50の回転方向Wに沿って圧縮室43aの上流側で、この圧縮室43aに隣接する圧縮室43bは、圧縮室43aが第1の吐出孔45aに臨んでいるときは圧縮室43aの容積よりも大きいが、圧縮室43bが第1の吐出孔45aに臨む位置まで回転する以前に、その圧縮室43b内で圧縮された冷媒ガスの圧力が、前記所定圧力(所定の吐出圧力)に達する場合も起こりうる。
【0060】
このような場合、仮に吐出孔が1つ(第1の吐出孔45aのみ)しか形成されていない気体圧縮機では、ロータ50の回転にともなって圧縮室43bの容積がさらに小さくなるため、圧縮室43b内の冷媒ガスの圧力が所定圧力(所定の吐出圧力)を超えるが、圧縮室43bが第1の吐出孔45aに臨む位置まで回転する以前は、所定圧力(所定の吐出圧力)を超えた冷媒ガスが吐出されない。
【0061】
このため、この圧縮室43bを仕切っている2つのベーン(
図2では、ベーン58a,58b)のうち回転方向上流側のベーン58bの、冷凍機油によるベーン溝59からの背圧とこのベーン58bに作用する遠心力との合力によるシリンダ40への押付力よりも、圧縮室43a,43bの内部圧力による、ベーン58bを先端側のシリンダ40から押し戻す力が上回ると、そのベーン58bの突出側先端部がシリンダ40の内周面40aから瞬間的に離れるチャタリングを生じることになる。
【0062】
これに対して、上記した本実施形態のコンプレッサ100は、圧縮室43b内の冷媒ガスの圧力が第1の吐出孔45aに臨む以前の段階で所定圧力(所定の吐出圧力)に達したときに、その圧縮室43b内の高圧の冷媒ガスG2を吐出させる第2の吐出孔45bが、第1の吐出孔45aのロータ50の回転方向上流側に設けられている。
【0063】
このため、圧縮室43b内の冷媒ガスの圧力が、第1の吐出孔45aに臨む以前の段階で所定圧力(所定の吐出圧力)に達した場合であっても、その圧縮室43b内の高圧の冷媒ガスG2は、第2の吐出孔45bから吐出チャンバ46b、吐出路30bを介し油分離部70を通して吐出室14に導入される。この際、吐出弁61bは、第2の吐出孔45bから吐出される高圧の冷媒ガスG2によって弾性変形して、開弁している。
【0064】
このように、シリンダ40の内周面40aに、その周方向に沿って2つの第1の吐出孔45aと第2の吐出孔45bを形成したことにより、圧縮室43b内の冷媒ガスの圧力が、第1の吐出孔45aに臨む以前の段階で所定圧力(所定の吐出圧力)に達した場合であっても、圧縮室43b内の冷媒ガスを第2の吐出孔45bから吐出させることができるので、圧縮室43b内の冷媒ガスの圧力が所定圧力(所定の吐出圧力)を超える過圧縮を防止することができる。
【0065】
ところで、前記したようにコンプレッサ100の運転時において、圧縮室43a内の高圧の冷媒ガスG2は、第1の吐出孔45aから吐出され、吐出チャンバ46a、吐出路30aを介し油分離部70を通して吐出室14に導入される。この際、ロータ50の回転方向Wに沿った第1の吐出孔45aの下流側縁部と近接部48との間の、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとの間に、容積の小さい微小密閉空間が形成されているため、この微小密閉空間に高圧の冷媒ガスが溜まることになる。
【0066】
よって、コンプレッサ100の運転時に、この微小密閉空間に溜まる冷媒ガスは過圧縮されるため、その分だけ動力の損失が生じてしまうことになる。
【0067】
そこで、本実施形態のコンプレッサ100は、
図3、
図4に示すように、各第1の吐出孔45aのロータ50の回転方向下流側縁部から、シリンダ40の内周面40aの周方向に沿って近接部48側に延びる切欠き溝部47を形成している。即ち、この切欠き溝部47は、前記微小密閉空間付近に位置している。
図4は、
図3のB−B線断面図である。なお、
図4では、シリンダ40の吐出チャンバ46a側の吐出弁と弁サポートは不図示である。
【0068】
この切欠き溝部47の一端側(近接部48と反対側)は、第1の吐出孔45aの縁部に面しているので、前記微小密閉空間に溜まる冷媒ガスは切欠き溝部47を通して第1の吐出孔45aから吐出される。なお、第2の吐出孔45b側には、この切欠き溝部47は形成されていない。
【0069】
このように、コンプレッサ100の運転時に、ロータ50の回転方向Wに沿った第1の吐出孔45aの下流側縁部と近接部48との間の、シリンダ40の内周面40aとロータ50の外周面50aとの間に形成される微小密閉空間に溜まる冷媒ガスを、切欠き溝部47を通して第1の吐出孔45aから吐出させることができるので、前記微小密閉空間での冷媒ガスの過圧縮が防止され、動力の損失を抑えることができる。
【0070】
10 ハウジング
13 吸入室
14 吐出室
20 フロントサイドブロック
30 リヤサイドブロック
40 シリンダ
42 シリンダ室
43,43a,43b 圧縮室
45a 第1の吐出孔
45b 第2の吐出孔
47 切欠き溝部
50 ロータ
51 回転軸
58 ベーン
60 圧縮機本体
70 油分離部
90 モータ
100 コンプレッサ(気体圧縮機)