(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを該ロータの外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、前記ロータに形成したベーン溝に摺動可能に挿入され、前記ベーン溝からの背圧を受けて前記シリンダの内周面に先端側が当接可能に設けられた複数枚の板状のベーンと、前記ロータ及び前記シリンダの両端をそれぞれ塞ぐ2つのサイドブロックとを有する圧縮機本体を備え、
前記圧縮機本体の内部には、前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面と前記両サイドブロックの各内側の面と前記ベーンとによって仕切られた圧縮室が複数形成され、前記圧縮室に供給された媒体を圧縮して、圧縮された高圧の媒体を吐出し、
前記吐出された高圧媒体中から混在している油を油分離器で分離して、分離した油を前記背圧として利用する気体圧縮機であって、
前記圧縮室での媒体の圧縮過程で、所定圧の前記油を前記ベーン溝に供給する油供給路と、前記圧縮室での媒体の圧縮過程の終盤で、前記所定圧よりも高圧の油を前記ベーン溝に供給する高圧供給穴とを有し、
前記高圧供給穴は、少なくとも一方側の前記サイドブロックに穴あけ加工で形成され、供給される油流れ方向の上流側に形成された径の小さい小径部と、前記小径部の油流れ方向の下流側に形成された前記小径部よりも径の大きい大径部とが前記高圧供給穴の長手方向に沿って一体的に設けられた構造であり、
前記小径部の長手方向長さが前記大径部の長手方向長さの1/3以下であることを特徴とする気体圧縮機。
【背景技術】
【0002】
例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒(冷却媒体)を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。前記空調装置の気体圧縮機は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。
【0003】
このような気体圧縮機として、従来より、略楕円状の内周面を有するシリンダ内に、先端部がシリンダの内周面に摺接し、突出収納自在に設けた複数枚のベーンを有するロータが回転自在に軸支されたベーンロータリー型の気体圧縮機が知られている。
【0004】
ベーンロータリー型の気体圧縮機は、回転軸と一体に回転可能なロータと、ロータ外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、ロータ外周面からシリンダ内周面に向けて突出自在に設けられた複数枚のベーンと、ロータ及びシリンダの両端を塞ぐとともに回転軸の両側を回転可能に軸支した2つのサイドブロックとを有する圧縮機本体を備えている。
【0005】
この圧縮機本体は、ロータの回転方向に沿って隣り合う2枚のベーンにより、ロータ外周面とシリンダ内周面との間に形成される圧縮室の容積をロータの回転にともなって減少させることで、圧縮室に導入した低圧の冷媒ガスを圧縮し、圧縮された高圧の冷媒ガスを吐出室に吐出する。吐出室に吐出された高圧(以下、「吐出圧」という)の冷媒ガスは、該冷媒ガス中に混じっている油分が分離されて外部に吐出され、分離された油は吐出室内の底部に溜められる。
【0006】
吐出室内の底部に溜められた油(冷凍機油等)は、吐出室に吐出された吐出圧の冷媒ガスの圧力を受けて、2つのサイドブロック、これらのサイドブロック内側のシリンダ等に形成された油路、サライ溝などを通してベーン溝に供給され、ベーンの先端側をベーン溝から突出させる背圧として機能する。なお、吐出室から油路、サライ溝などを通してベーン溝に供給される油は、軸受と回転軸の外周面との間に形成される狭い隙間を通るので圧力損失を受け、吐出室内の吐出圧雰囲気よりも低い圧力である中圧となっている。
【0007】
ところで、圧縮過程の終盤では、圧縮室内の圧力が前記中圧よりも高くなるため、ベーンの突出側の先端に中圧よりも高い圧力が作用する。このため、ベーンの背圧が中圧のままであると、圧縮室内の圧力が、中圧の背圧とベーンの回転に伴う遠心力を上回って、チャタリング(ベーン先端とシリンダ内周面との間で、離間と衝突が繰り返される現象)が発生する場合がある。
【0008】
そこで、例えば、特許文献1に記載の気体圧縮機では、圧縮過程の終盤で圧縮室の内部の圧力が高まっているときに、前記中圧よりも高い吐出圧の油を高圧供給穴を通してベーン溝に供給するようにしている。
【0009】
特許文献1の気体圧縮機では、吐出室に吐出された冷媒ガスの吐出圧によって、吐出室内の底部に溜められた油を、一方のサイドブロックに形成された高圧供給穴を通してベーン溝に供給するようにしている。これにより、チャタリングの発生が防止される。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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、本発明の実施形態に係る気体圧縮機としての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)を示す概略断面図である。
【0019】
(コンプレッサ1の全体構成)
図示のコンプレッサ1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。
【0020】
コンプレッサ1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。
【0021】
コンプレッサ1は、
図1に示すように、一端側(
図1の左側)が開口し他端側が塞がれた略円筒状の本体ケース2と、この本体ケース2の一端側の開口を塞ぐフロントヘッド3と、本体ケース2とフロントヘッド3からなるハウジング4内に収納される圧縮機本体5と、駆動源である車両(自動車)のエンジン(不図示)からの駆動力を圧縮機本体5に伝達するための電磁クラッチ6とを備えている。
【0022】
フロントヘッド3は、本体ケース2の開口端面を塞ぐ蓋状に形成されており、本体ケース2の一端側の開口端部周囲にボルト締結で固定されている。フロントヘッド3には、空調システムの蒸発器(不図示)から低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポート7を有し、本体ケース2には、圧縮機本体5で圧縮された高圧の冷媒ガスを空調システムの凝縮器(不図示)に吐出する吐出ポート(不図示)を有している。
【0023】
圧縮機本体5は、
図2に示すように、回転軸10と一体的に回転する略円柱状のロータ11と、このロータ11をその外周面11aの外方から取り囲む略楕円形状の内周面12aを有するシリンダ12と、ロータ11の外周面11aからシリンダ12の内周面12aに向けて突出自在に設けられた複数枚(図では5枚)の板状のベーン13と、ロータ11及びシリンダ12の両端面を塞ぐようにして固定された2つのサイドブロック(フロントサイドブロック14、リアサイドブロック15(
図1参照))とを備えている。
図2は、
図1のA−A線断面図である。なお、
図2では、圧縮機本体5の外周面側の本体ケース2は省略している。
【0024】
フロントヘッド3とフロントサイドブロック14の間には吸入室16が形成されており、リアサイドブロック15側の本体ケース2内には吐出室17が形成されている。リアサイドブロック15の外側端面には、油分離器18が吐出室17内に位置するようにして設置されている。なお、
図1では、吐出室17に設けた油分離器18に関しては、断面形状ではなく外観を示している。
【0025】
フロントサイドブロック14の外面側は、フロントヘッド3の開口端部周囲の内周面に複数のボルトで締結固定されている。一方、リアサイドブロック15は、その外周面が本体ケース2の内周面に嵌合されている。このように、ハウジング4内に収納された圧縮機本体5は、フロントサイドブロック14側がフロントヘッド3にボルトで締結固定され、リアサイドブロック15側がハウジング2の内周面に嵌合されるようにして保持されている。
【0026】
電磁クラッチ6は、フロントヘッド3の外面側に設置されており、エンジンの回転駆動力がベルト(不図示)を介してプーリ19に伝達される。回転軸10の一端側(
図1の左側)は、電磁クラッチ6のアーマチュア20の中心貫通孔に嵌合されている。なお、回転軸10は、フロントサイドブロック14とリアサイドブロック15の中心貫通孔(軸穴)に回転可能に軸支されている。
【0027】
そして、コンプレッサ1(圧縮機本体5)の運転時に、プーリ19の内側に設けた電磁石21の励磁によってアーマチュア20がプーリ19の側面に吸着されることにより、ベルト(不図示)を介してプーリ19に伝達されているエンジンの駆動力が、アーマチュア20を介して回転軸10(ロータ11)に伝達される。
【0028】
(圧縮機本体5の構成、動作)
図2に示すように、シリンダ12の内周面12aとロータ11の外周面11aと両サイドブロック14,15(
図1参照)との間の空間には、等間隔で設置された5つのベーン13によって仕切られた複数の圧縮室22a,22bが形成されている。
【0029】
各ベーン13は、ロータ11内に形成されたベーン溝23に摺動可能に設置されていて、ベーン溝23の底部23aに供給される冷凍機油による背圧により、ロータ11の外周面11aから外方向に突出する。なお、
図2では、シリンダ12の内周面12aとロータ11の外周面11aとの間の上部側の空間に形成される圧縮室を圧縮室22aとし、下部側の空間に形成される圧縮室を圧縮室22bとしている。
【0030】
シリンダ12は、ロータ11の外周面11aの外方を取り囲む断面輪郭が略楕円形状の内周面12aを有している。各圧縮室22a,22bは、ロータ11の回転にともなう冷媒ガスの吸入過程及び圧縮過程で、それぞれ容積の増大及び減少を繰り返す。なお、本実施形態のコンプレッサ1(圧縮機本体5)は、ロータ11が1回転する間に2回の吸入工程と圧縮工程を有している。
【0031】
シリンダ12には、各圧縮室22a,22bへ冷媒ガスG1を吸入させるための各吸入孔(不図示)と、各圧縮室22a,22bで圧縮された冷媒ガスG2を吐出するための各吐出孔24a,24bが設けられている。
【0032】
具体的には、圧縮室22a,22bの容積が増加する過程において、吸入室16から供給される低圧の冷媒ガスG1を、シリンダ12に形成された吸入孔を通して圧縮室22a,22b内に吸入し、容積が減少する過程において、圧縮室22a,22b内に閉じこめられた冷媒ガスを圧縮する。これによって冷媒ガスは高温、高圧となる。そして、この高温、高圧の冷媒ガスG2は、各吐出孔24a,24bを通して、シリンダ12、ハウジング2及び両サイドブロック14,15で囲まれて区画された空間である吐出チャンバ25a,25bに吐出される。
【0033】
各吐出チャンバ25a,25bには、冷媒ガスの圧縮室22a,22b側への逆流を阻止する吐出弁26と、吐出弁26の過大な変形(反り)を阻止する弁サポート27が設けられている。吐出孔24a,24bから吐出チャンバ25a,25bに吐出された高温、高圧の冷媒ガスG2は、リアサイドブロック15に形成された吐出口28a,28bから、吐出室17内に設けた油分離器18に導入される。
【0034】
油分離器18は、冷媒ガスG2に混ざった冷凍機油(ロータ11に形成されたベーン溝23から圧縮室22a,22bに漏れたベーン背圧用の油など)を、遠心力を利用して冷媒ガスから分離するものである。詳細には、圧縮室22a,22bから高圧の冷媒ガスG2が、各吐出孔24a,24bに吐出されて、吐出チャンバ25a,25b、吐出口28a,28b等を通して油分離器18内に導入されると、油分離器18の筒状の内周面に沿って冷媒ガスが螺旋状に旋回され、冷媒ガスに混ざっている冷凍機油を遠心分離するように構成されている。
【0035】
そして、
図1のように、油分離器18内で冷媒ガスG2から分離された冷凍機油Rは吐出室17の底部に溜まり、冷凍機油が分離された後の高圧(吐出圧)の冷媒ガスG2は、吐出室17から吐出ポートを通して外部の凝縮器に吐出される。
【0036】
吐出室17の底部に溜まる冷凍機油Rは、吐出室17に吐出された吐出圧の冷媒ガスG2による高圧雰囲気により、リアサイドブロック15に形成された油路29a及び背圧供給用の凹部であるサライ溝30を通してベーン溝23の底部23aに供給され、ベーン13を外方に突出させる背圧となる。
【0037】
同様に、吐出室17の底部に溜まる冷凍機油Rは、吐出室17に吐出された吐出圧の冷媒ガスによる高圧雰囲気により、リアサイドブロック15に形成された油路29a,29b、シリンダ12に形成された油路31、フロントサイドブロック14に形成された油路32及び背圧供給用の凹部であるサライ溝33を通してベーン溝23の底部23aに供給され、ベーン13を外方に突出させる背圧となる。
【0038】
サライ溝30、33を通してベーン溝23に供給される冷凍機油Rは、両サイドブロック14,15の軸穴内周面36(
図1参照)と回転軸10の外周面との間に形成される狭い隙間を通るので圧力損失を受け、吐出室17内の吐出圧雰囲気よりも低い圧力である中圧となっている。
【0039】
そして、本実施形態のコンプレッサ1は、前記中圧よりも高圧の冷凍機油Rをベーン溝23の底部23aに供給するために、
図1、
図3、
図4に示すように、フロントサイドブロック14の油路32に連通するようにして、リング状の油溝34及び後述する高圧供給穴35がフロントサイドブロック14に形成されている。
【0040】
リング状の油溝34は、
図4、
図5に示すように、回転軸10が回転可能に挿通される軸穴内周面36に周方向に沿って形成されている。高圧供給穴35は、一端側が油溝34に連通し、他端側がフロントサイドブロック14のロータ11側の端面に開口している。なお、
図4は、フロントサイドブロック14の内面側(圧縮機本体5側)を示した図であり、
図5は、
図3のB−B線断面図である。
【0041】
高圧供給穴35は、
図6に示すように、圧縮過程の終盤で、ベーン溝23の底部23aが連通するように形成されている(高圧供給穴35の詳細については後述する)。
【0042】
これにより、吐出室17の底部に溜まる冷凍機油Rは、圧縮過程の終盤で、吐出室17に吐出された吐出圧の冷媒ガスによる高圧雰囲気により、リアサイドブロック15に形成された油路29a,29b、シリンダ12に形成された油路31、フロントサイドブロック14に形成された油路32、油溝34及び高圧供給穴35を通してベーン溝23の底部23aに、ベーン背圧として供給される。
【0043】
このときのベーン背圧は、供給経路中での圧力損失が小さいため、吐出室17に吐出された冷媒ガスの吐出圧と略同程度である。これにより、チャタリングの発生が防止される。
【0044】
次に、フロントサイドブロック14に形成された高圧供給穴35の詳細について説明する。
【0045】
図3に示したように、高圧供給穴35は、リング状の油溝34に連通している小径部35aと、フロントサイドブロック14のロータ11側の端面に先端側が開口している大径部35bとが同軸上に沿って一体的に形成された構造であり、冷凍機油Rの流れ方向の上流側に小径部35aが設けられて、冷凍機油Rの流れ方向の下流側に大径部35bが設けられている。また、
図3、
図5に示したように、小径部35aの冷凍機油Rの流れ方向の上流側が油溝34に開口しており、油溝34の径方向に沿った溝幅は、小径部35aの径よりも大きく形成されている。
【0046】
小径部35aの径は、例えば0.5〜1.0mm程度の小径で
ある。大径部35bの径は、例えば1.5〜2.0mm程度であり、小径部35aの径よりも2〜3倍程度大径に形成されている。小径部35aの長手方向に沿った長さは、大径部35bの長手方向に沿った長さよりも大幅に短く、大径部35bの1/3〜1/5程度の長さである。
【0047】
穴あけ加工で高圧供給穴35を形成する場合、フロントサイドブロック14のロータ11側の端面からドリルで大径部35bを穴あけ加工し、その後、大径部35b用のドリルよりも小径のドリルで小径部35aを穴あけ加工することで、
図3に示したように、小径部35aと大径部35bとが同軸上に沿って一体的に形成された高圧供給穴35が得られる。
【0048】
径の大きい大径部35bの深穴加工は、小径の深穴加工よりも容易である。そして、径の小さい小径部35aの長さは高圧供給穴35全体に対して短いので、小径部35aの穴あけ時の加工性が向上し、加工コストを低減することができる。
【0049】
また、本実施形態の高圧供給穴35は、冷凍機油Rの流れ方向の上流側に径の小さい小径部35aを形成しているので、この小径部35aは絞り穴として機能し、油溝34側から小径部35aに供給される冷凍機油Rの流量を抑えることができる。更に、この小径部35aの下流側に形成した大径部35bの開口端が、圧縮行程の終盤工程でベーン溝23の底部23aに連通し、ベーン溝23の底部23aに冷凍機油Rを供給する。
【0050】
このように、大径部35bの径が大きくても、小径部35aで流量が抑えられた冷凍機油Rしか流入してこないので、ベーン溝23の底部23aに供給される冷凍機油Rの量が過多となることはない。よって、コンプレッサ1に封入する油量が抑制される。
【0051】
更に、本実施形態の高圧供給穴35は、冷凍機油Rの流れ方向の上流側に径の小さい小径部35aが形成されて、小径部35aの冷凍機油Rの流れ方向の上流側がリング状の油溝34に開口している。このため、油路32側から油溝34に供給された冷凍機油R中に、仮に加工屑や摩耗粉などの異物が混入していても、油溝34側に小径部35aよりも径の大きい大径部が開口している場合に比べて、これらの異物が小径部35aの油溝34側の開口から内部に入り難くなる。よって、高圧供給穴35の小径部35a内にこれらの異物が詰まって閉塞するような不具合を抑制することができる。
【0052】
また、圧縮過程の終盤で、ベーン13がシリンダ内周面と摺動して引っ込む方向に移動すると、ベーン溝23内の容積が小さくなり、これによって、ベーン溝23の内部(底部23a)が高圧になろうとするが、高圧供給穴35のベーン溝側に大径部35bを形成しているので、大径部35bの容積がベーン溝容積に加わることによって体積変化を低減し、ベーン背圧が過大になることを抑制するダンパーとして機能する。
【0053】
なお、前記実施形態では、フロントサイドブロック14に高圧供給穴35が形成されている構造であったが、リアサイドブロック15側に高圧供給穴が形成された構造、或いはフロントサイドブロック14とリアサイドブロック15の両方に高圧供給穴が形成された構造においても、同様に本発明を適用することができる。