JP2007218130A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮室を構成するための適切な付勢力でベーンの先端をシリンダ室の内周壁面に押し付けることができ、かつ全体として付勢力を低減できる気体圧縮機の提供。
【解決手段】ベーン３１と、ベーン溝３２と、ベーン３１を内周壁面２３に向けて付勢する付勢力をシリンダ室１９の外方からベーン背圧室３３に導入可能な背圧空間とを備え、内周壁面２３と外周面２７との間隔がロータ２６の回転方向で見て連続的に変化するように設定され、内周壁面２３に当接されたベーン３１の先端３１ａがロータ２６の回転に伴って内周壁面２３を摺動することによりシリンダ室１９の内方に気体を圧縮する圧縮室３６が構成される気体圧縮機１０である。背圧空間は、ベーン３１のベーン溝３２からの突出量がロータ２６の回転に伴って最小値から最大値に至る範囲でのみベーン背圧室３３に通じるべくシリンダ室１９に面する単一の連通凹所５０を介してベーン背圧室３３に通じている。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダ室内で回転するロータから出入可能に保持されたベーンの先端がシリンダ室の内周壁面を摺動することによりシリンダ室内に気体を圧縮する圧縮室を構成する気体圧縮機に関し、特に、ベーンを付勢する付勢力が背圧空間からベーン背圧室へと導入される気体圧縮機に関する。

従来の気体圧縮機では、気体を圧縮する圧縮室をシリンダ室の内方に構成すべく内周壁面を有するシリンダ室と、シリンダ室の内方に回転自在に収容されるロータとを備えるものがある。ロータは、シリンダ室の内周壁面に対向する外周面を有し、その外周面に一端が開口するスリット状のベーン溝が設けられている。ベーン溝は、ベーンを後端側から出入自在に保持し、この後端およびシリンダ室と協働してベーン背圧室を規定しており、ベーン背圧室には、ベーンをシリンダ室の内周壁面へ向けて付勢する付勢力が導入される。このものでは、ロータの外周面とシリンダ室の内周壁面との間隔がロータの回転方向で見て連続的に変化するように設定されており、ベーン背圧室からの付勢力を後端側から受けたベーンの先端がシリンダ室の内周壁面に当接され、ロータの回転に伴ってベーン溝から出入するベーンの先端が内周壁面を摺動し、この摺動によりシリンダ室の内方に容積が増減する圧縮室が構成される（例えば、特許文献１参照。）。ベーンへの付勢力は、例えば、圧縮室での圧縮により高圧とされた気体の圧力を利用することが考えられており、この圧力はシリンダ室の外方に設けられた背圧空間からベーン背圧室に導入される。

この気体圧縮機では、シリンダ室の内周壁面を摺動するベーンの先端で気体を閉じ込めることにより圧縮室が構成されているので、圧縮室の圧力により押し戻されることのない押圧力でベーンの先端を内周壁面に押し付ける必要があるが、圧縮室の圧力は一定ではなく気体の圧縮に伴って上昇し圧縮が完了する位置で最大となる。このため、圧縮室の圧力の変動に応じて、ベーン背圧室からの付勢力を変更することがベーンの付勢力およびロータの動力等を効率良く利用する観点から望ましい。

このことから、圧縮室の圧力が最も高くなる位置、すなわちロータの外周面とシリンダ室の内周壁面とが最も近づく個所の内周壁面をベーンの先端が摺動する位置では、背圧空間からベーン背圧室に圧力が導入された場合よりベーン背圧室の圧力を高くするために、背圧空間からベーン背圧室に圧力を導入することを廃止し、他の方法によりベーン背圧室の圧力を高くすることが考えられている。圧力を高める方法として、例えば、背圧空間よりも高圧の圧力をベーン背圧室に導入したり、ベーン背圧室を封鎖しベーンのベーン溝への進入に伴うベーン背圧室の容積の縮小を利用してベーン背圧室の圧力を高めたりすることが挙げられる。これにより、圧縮室の圧力が最大となっても、圧縮室の圧力に押し戻されることなくベーンの先端をシリンダ室の内周壁面に押し付けることが可能とされ、かつそれ以外の個所では背圧空間からの圧力によりベーンの先端をシリンダ室の内周壁面に摺動させることができる。
特開２００２−２５０２８９号公報（第２−５頁、図４）

しかしながら、一般に上記した気体圧縮機では、ロータにその回転方向で見て等間隔に複数のベーン溝が設けられ、各ベーン溝がベーンを保持しているので、ロータには複数のベーン背圧室が等間隔で規定されている。気体圧縮機では、圧縮室の容積が最も小さくなる位置を除いて各ベーン背圧室と背圧空間とが通じるように構成されているので、各ベーン背圧室は背圧空間を介して互いに連通する。また、気体圧縮機では、ロータの回転に伴うベーンの出入りにより各ベーン背圧室の容積が一定の周期で変動するが、複数のベーン背圧室が等間隔に位置されていると、複数のベーン背圧室の容積の総和がロータの回転による各ベーン背圧室の容積の変動に拘わらず一定のものとなる。このように、背圧空間を介して互いに通じる各ベーン背圧室の容積の総和が一定であると、各ベーン背圧室および背圧空間の容積の総和が一定となり、各ベーン背圧室の容積の変動に拘わらず各ベーン背圧室の圧力と背圧空間の圧力とが均一化する。このため、各ベーンは、各ベーン背圧室に背圧空間から圧力が導入される範囲においては、常に一定の付勢力をベーン背圧室から受けることとなる。背圧空間の圧力は、背圧空間が各ベーン背圧室に圧力を導入している範囲内でも圧力が変動する圧縮室の最も高い圧力によりベーンが押し戻されることのない圧力に設定する必要があるので、広い範囲に渡り過剰な付勢力をベーンに付与することとなり、ベーンの付勢力およびロータの動力等の利用効率が低下してしまう。

そこで、本発明の目的は、圧縮室を構成するための適切な付勢力でベーンの先端をシリンダ室の内周壁面に押し付けることができ、かつ全体として付勢力を低減することができる気体圧縮機を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１に記載の気体圧縮機は、内周壁面を有するシリンダ室と、該シリンダ室に回転自在に収容され前記内周壁面に対向する外周面を有するロータと、該ロータに設けられ先端が前記内周壁面に対向するベーンと、該ベーンを後端側から出入可能に受け入れるべく前記ロータに設けられ該ロータの前記外周面に一端が開口するスリット状を呈し該後端および前記シリンダ室と協働してベーン背圧室を規定するベーン溝と、前記ベーンを前記内周壁面に向けて付勢する付勢力を前記シリンダ室の外方から前記ベーン背圧室に導入可能な背圧空間とを備え、前記内周壁面と前記外周面との間隔が前記ロータの回転方向で見て連続的に変化するように設定され、前記内周壁面に当接された前記ベーンの前記先端が前記ロータの回転に伴って前記内周壁面を摺動することにより前記シリンダ室の内方に気体を圧縮する圧縮室が構成される気体圧縮機であって、前記背圧空間は、前記ベーンの前記ベーン溝からの突出量が前記ロータの回転に伴って最小値から最大値に至る範囲でのみ前記ベーン背圧室に通じるべく前記シリンダ室に面する単一の連通凹所を介して前記ベーン背圧室に通じていることを特徴とする。

請求項２に記載の気体圧縮機は、請求項１に記載の気体圧縮機であって、前記シリンダ室には、前記ベーン溝からの前記ベーンの突出量が前記ロータの回転に伴って減少する範囲内の最も前記ベーン溝の内方に入る位置で、前記ベーン背圧室と前記背圧空間とを連通可能な連通孔が設けられていることを特徴とする。

請求項３に記載の気体圧縮機は、請求項１または請求項２に記載の気体圧縮機であって、前記ロータには、前記ベーン溝を含む複数の該ベーン溝が設けられ、複数の該ベーン溝には、それぞれに前記ベーンが保持され、複数の前記ベーン溝は、前記ロータの回転方向で見て等間隔に設定されていることを特徴とする。

請求項４に記載の気体圧縮機は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の気体圧縮機であって、前記シリンダ室は、断面が楕円形状を呈する筒状のシリンダ本体と、該シリンダ本体の両開放端を閉鎖する一対の端板とにより構成され、前記ロータは、前記シリンダ室と同心位置に回転軸線を有しかつ前記シリンダ室を２つの対向空間に区画し、前記圧縮室は、前記各対向空間で気体を取り入れて圧縮する圧縮行程を行い、前記連通凹所は、二つの前記端板の少なくともいずれか一方で各対向空間に対応すべく対を為して設けられていることを特徴とする。

請求項１に記載の気体圧縮機では、背圧空間が、ベーンのベーン溝からの突出量が増加する範囲内に位置するベーン背圧室にのみ通じる単一の連通凹所を介して、ベーン背圧室に付勢力を導入しているので、従来の気体圧縮機に比較して、ロータの回転方向で見てベーン背圧室と背圧空間とが連通する範囲が狭くなっている。このため、ロータに等間隔に複数のベーン背圧室が構成された場合であっても、各ベーン背圧室の圧力が背圧空間を介して均一化することを防止することができる。

請求項２ないし請求項４に記載の気体圧縮機では、圧縮室の圧力が最大となる位置に連通孔が設けられているので、ベーンがベーン溝から最も突出した位置から閉じ込みが開始されるベーン背圧室の圧力を背圧空間に逃がすことができ、ベーン背圧室の圧力が必要以上に高くなることを防止することができる。

本発明に係る気体圧縮機によれば、背圧空間がベーンのベーン溝からの突出量が増加する範囲内に位置するベーン背圧室にのみ通じる単一の連通凹所を介してベーン背圧室に付勢力を導入しているので、従来の気体圧縮機に比較して、ロータの回転方向で見てベーン背圧室と背圧空間とが連通する範囲が狭くなっている。このため、ロータに等間隔に複数のベーン背圧室が構成された場合であっても、各ベーン背圧室の圧力が背圧空間を介して均一化することを防止することができる。これにより、各ベーン背圧室では、ベーンのベーン溝からの突出量の増加による容積の増加に伴って圧力が低下し、かつ容積の減少に伴って圧力が増加するので、圧縮室を構成するための適切な付勢力でベーンの先端をシリンダ室の内周壁面に押し付けても全体として付勢力を低減することができる。

本発明を図１ないし図４に示した実施例に沿って詳細に説明する。

図１は、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）に採用された気体圧縮機１０を模式的に示す断面図であり、図２は、図１のＩ―Ｉ線に沿って得られた模式的な断面図である。

気体圧縮機１０は、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう冷房システムとして機能を有するＧＨＰで冷媒ガスを圧縮するために用いられ、ＧＨＰの凝縮器、蒸発器等（図示せず。）と共に冷却媒体の循環経路を構成する。気体圧縮機１０は、ガスエンジン（図示せず。）から回転動力を受けて動作し、蒸発器から取り入れた気体状態の冷却媒体すなわち冷媒ガスを圧縮し、この圧縮した冷媒ガスを凝縮器へ排出する。

気体圧縮機１０は、ハウジング１１と、圧縮機構１２と、伝達機構１３とを備える。ハウジング１１は、ハウジング本体１４とフロントハウジング１５とを有する。ハウジング本体１４は、一端開放の円筒形状を呈しており、その開放端がフロントハウジング１５により閉鎖されている。ハウジング１１には、圧縮機構１２が収容されている。

圧縮機構１２には、ガスエンジン（図示せず。）の回転動力が伝達機構１３を介して伝達される。伝達機構１３は、フロントハウジング１５に形成された突起部１５ａに設けられており、プーリ１６を有する。プーリ１６は、突起部１５ａの外周を取り巻いて配置された環状ボールベアリングからなる転がり軸受１７を介して突起部１５ａに取り付けられている。プーリ１６は、後述する圧縮機構１２の回転軸１８に接続され、転がり軸受１７により回転軸１８と共に回転可能とされている。プーリ１６には、ベルト（図示せず。）が巻き掛けられており、ベルトを介して伝えられたガスエンジン（図示せず。）からの回転動力を回転軸１８に伝達することができる。

圧縮機構１２は、冷媒ガスが圧縮されるシリンダ室１９（図２参照。）を有する。シリンダ室１９は、内周の断面が楕円形状を呈する筒状のシリンダ本体２０と、その両開放端に取り付けられたフロントサイドブロック２１およびリアサイドブロック２２とにより規定されている。シリンダ室１９は、シリンダ本体２０により構成される内周壁面２３と、両サイドブロック２１、２２により構成されるフロント側端壁面２４およびリア側端壁面２５とからなる内壁面を有する。フロントサイドブロック２１は、フロントハウジング１５に当接して配置されている。シリンダ室１９の内方には、ロータ２６が収容されている。ロータ２６は、断面が円形の円柱形状を呈し（図２参照。）、シリンダ室１９の中心軸線に等しい回転軸線を有する回転軸１８が設けられている。ロータ２６は、その外周面２７がシリンダ本体２０の内周壁面２３に対向されており、断面が楕円形状のシリンダ本体２０とその短径部で当接し、シリンダ室１９を互いに向き合う２つの対向空間２８（図２参照。）に区画している。このため、シリンダ本体２０の内周壁面２３とロータ２６の外周面２７との間隔は、断面で見て、連続する２つの曲線により規定され連続的に増減する。回転軸１８は、両サイドブロック２１、２２に設けられた軸受部２１ａ、２２ａに回転可能に軸支されており、先端側がフロントハウジング１５を貫通し、上記したプーリ１６に接続されている。回転軸１８は、プーリ１６を介してガスエンジン（図示せず。）から伝達された回転動力によりロータ２６を回転させる。圧縮機構１２は、後述するように、供給された潤滑油により円滑な作動が可能とされているが、この潤滑油は、ハウジング１１の外方へ延在する回転軸１８に沿ってハウジング１１のフロントハウジング１５の外方へ漏れでる虞があり、この潤滑油の漏洩を防止するためにシール機構２９が設けられている。シール機構２９は、フロントハウジング１５とフロントサイドブロック２１との間で回転軸１８を取り巻く軸周連通空間３０で回転軸１８を取り巻いて配置されており、回転軸１８の回転を妨げることなく潤滑油が回転軸１８に沿って軸周連通空間３０からフロントハウジング１５の外方に漏れることを防止することができる。

ロータ２６には、図２に示すように、複数のベーン３１が設けられている。各ベーン３１は、ロータ２６の回転軸線方向に沿うロータ２６の幅寸法に略等しい板部材であり、先端３１ａがシリンダ本体２０の内周壁面２３に対向して配置される。各ベーン３１は、その後端３１ｂ側からベーン溝３２に出入可能に保持されている。

各ベーン溝３２は、ロータ２６の幅方向に沿って延在するスリット状の溝であり、一端がロータ２６の外周面２７に開口し、両側端がロータ２６の両側面２６ａ、２６ｂ（図１参照。）に開口している。各ベーン溝３２は、ロータ２６の半径方向を基準にしてロータ２６の回転方向（矢印Ｘ参照。）側に傾斜する方向に沿ってベーン３１が出入可能であるように設定されている。各ベーン溝３２は、フロントサイドブロック２１のフロント側端壁面２４と、リアサイドブロック２２のリア側端壁面２５と、ベーン３１の後端３１ｂと協働してベーン背圧室３３を規定する。各ベーン背圧室３３は、それぞれが対応するベーン３１をシリンダ本体２０の内周壁面２３へ向けて付勢する付勢力が導入される空間であり、本実施例では、後述するように、付勢力として吐出室３４の圧力すなわち吐出室３４の下方の油溜め部３５に貯留された潤滑油が供給される。この潤滑油は、連通凹所５０、５１（図１参照。）から供給される。連通凹所５０、５１は、各サイドブロック２１、２２に回転軸１８を取り巻くように形成され、それぞれが各ベーン溝３２すなわちベーン背圧室３３に側端側から連通可能である。

各ベーン３１は、それぞれが各ベーン背圧室３３に供給される潤滑油の圧力を受けシリンダ室１９の内周壁面２３に先端３１ａが当接することにより、シリンダ室１９をロータ２６の回転方向に沿って複数のチャンバ（３６）に区画する。各ベーン３１は、ロータ２６が回転することにより、シリンダ本体２０の内周壁面２３とロータ２６の外周面２７との間隔の変化に応じて各ベーン溝３２から出入し、すなわち内周壁面２３の短径部において全体が各ベーン溝３２の内方に収容され、かつ内周壁面２３の長径部近傍において各ベーン溝３２からの突出量が最も大きくなるように各ベーン溝３２から出入し、先端３１ａが内周壁面２３を摺動する。これにより、複数のチャンバ（３６）は、それぞれがロータ２６の回転に伴って容積が増減する圧縮室３６として機能する。各圧縮室３６は、２つの対向空間２８のそれぞれで容積が増減する。また、各ベーン３１がロータ２６の回転に伴って各ベーン溝３２から出入することから、各ベーン背圧室３３の容積は、ロータ２６の回転に伴って２つの対向空間２８のそれぞれで増減、すなわち最小値から最大値を経て再び最小値へと推移する。

各圧縮室３６は、図１に示すように、吸入ポート３７を介して蒸発器（図示せず。）から冷媒ガスを取り入れることが可能とされている。吸入ポート３７は、フロントハウジング１５に設けられ、ハウジング１１の外方で蒸発器（図示せず。）に接続され、ハウジング１１の内方で吸入室３８に通じている。吸入室３８は、互いに当接するフロントハウジング１５とフロントサイドブロック２１との間に形成されている。吸入室３８は、吸入孔３９を介してシリンダ室１９に通じている。

吸入孔３９は、シリンダ室１９の２つの対向空間２８（図２参照。）に対応すべく対を為して設けられ、それぞれ各圧縮室３６が容積を増加させる位置で各対向空間２８に通じ、両対向空間２８のそれぞれで各圧縮室３６に冷媒ガスを供給することができる。

各圧縮室３６は、図２に示すように、取り入れた冷媒ガスを圧縮し、圧縮した冷媒ガスを吐出空間４０に吐出する。吐出空間４０は、２つの対抗空間２７に対応して対を為して設けられ、シリンダ本体２０の外周の一部が切り欠かれた切欠部４１と、シリンダ本体２０を収容するハウジング本体１４とにより規定されている。

シリンダ本体２０には、各切欠部４１に通じる一対の吐出孔４２と吐出通路４３とが設けられている。各吐出孔４２は、楕円形状のシリンダ室１９の短径部近傍位置でシリンダ本体２０を貫通する貫通孔であり、各吐出空間４０とシリンダ室１９とを連通させている。吐出通路４３は、各吐出空間４０から吐出室３４（図１参照。）に通じる通路である。

各吐出空間４０には、吐出孔４２を開閉する吐出弁機構４４が設けられている。各吐出弁機構４４は、各圧縮室３６から吐出空間４０への冷媒ガスの流出を許し、且つ吐出空間４０から各圧縮室３６への冷媒ガスの流入を阻止する逆止弁として機能する。

冷媒ガスが吐出される吐出室３４は、図１に示すように、圧縮機構１２のリアサイドブロック２２およびハウジング本体１４により、ハウジング１１の内方に規定される。吐出室３４には、サイクロンブロック４５が設けられている。サイクロンブロック４５は、吐出通路４３を経て吐出室３４に吐出される冷媒ガスの通路の一部を形成するようにリアサイドブロック２２に取り付けられ、内方を通過する冷媒ガスからそこに含まれる潤滑油を分離する。

また、サイクロンブロック４５は、リアサイドブロック２２との間に軸端連通空間４６を形成している。軸端連通空間４６は、回転軸１８の後端側に位置され回転軸１８よりも大きな径の円板状の空間であり（図３参照。）、後述するように背圧空間の一部を構成する。サイクロンブロック４５により冷媒ガスから分離された潤滑油は、吐出室３４の下方すなわちハウジング本体１４の底部に形成された油溜め部３５に貯留される。潤滑油が取り除かれた吐出室３４の冷媒ガスは、ハウジング本体１４に設けられた吐出ポート４８から凝縮器（図示せず。）に送られる。

油溜め部３５の潤滑油は、吐出室３４の圧力により油供給路４７を経て圧縮機構１２に供給される。油供給路４７は、各サイドブロック２１、２２およびシリンダ本体２０に形成されており、油溜め部３５と各サイドブロック２１、２２の軸受部２１ａ、軸受部２２ａとを通じさせている。油溜め部３５の潤滑油は、圧縮機構１２の各摺動個所の摺動、例えば、軸受部２１ａおよび軸受部２２ａと回転軸１８との摺動を円滑にするために軸受部２１ａ、軸受部２２ａに供給され、その一部が軸受部２１ａ、軸受部２２ａに沿って連通凹所５０、５１に供給され、他の一部が軸受部２１ａ、軸受部２２ａに沿って軸周連通空間３０および軸端連通空間４６に供給される。連通凹所５０、５１の潤滑油は、各ベーン背圧室３３に連通することにより各ベーン背圧室３３に導入され、各ベーン３１を各ベーン溝３２から出入させるべく各ベーン３１を付勢する。

本発明に係る気体圧縮機１０では、連通凹所５０、５１が従来の気体圧縮機と異なる構成とされている。図３は、シリンダ本体２０側から見たリアサイドブロック２２の模式的な部分斜視図であり、図５は、連通凹所５０、５１と各ベーン背圧室３３との接続関係を説明するための模式的な断面図である。連通凹所５０、５１は、シリンダ本体２０を介して対向する両サイドブロック２１、２２のそれぞれに正対する位置で回転軸１８に沿う深さ寸法以外は等しく形成されているので、リアサイドブロック２２の連通凹所５１について詳細に説明し、フロントサイドブロック２１の連通凹所５０についてはその詳細な説明を省略する。なお、連通凹所５０および連通凹所５１の深さ寸法は、背圧空間における潤滑油の保有量、または各ベーン背圧室３３への潤滑油の供給量を考慮して適宜設定すればよく、互いに等しく設定されていてもよい。

連通凹所５１は、本実施例では、対を為す対向空間２８（図２参照。）に対応すべく対を為して設けられている。これは、前述したように、各圧縮室３６は、２つの対向空間２８のそれぞれで容積が増減することから、２つの対向空間２８のそれぞれで、吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出する圧縮工程を１回行うこととなり、１回の圧縮工程で各ベーン３１のベーン溝３２からの突出量が最小値から最大値を経て再び最小値となることによる。

各連通凹所５１は、リアサイドブロック２２の軸受部２２ａに連続するようにリア側端壁面２５に設けられた凹所であり、リアサイドブロック２２の軸受部２２ａからリアサイドブロック２２の半径方向に向けた所定の幅で、かつロータ２６の回転方向で見て所定の範囲で延在している。ここで、所定の範囲は、ロータ２６の回転方向で見て、ロータ２６の回転に伴い各ベーン溝３２からの突出量が最小値から最大値に至る範囲の各ベーン３１に対応する各ベーン背圧室３３と通じることが可能な長さ寸法である（図２参照。）。また、所定の幅は、各ベーン溝３２の基端部分３２ａと通じることが可能な寸法であればよく、連通凹所５１から各ベーン背圧室３３への潤滑油の供給量を考慮して適宜設定される。このため、各連通凹所５１は、１回の圧縮工程すなわち各対向空間２８で見て、各ベーン３１のベーン溝３２からの突出量が最小値から最大値に至る範囲で連続して各ベーン背圧室３３に連通可能であり、かつその他の範囲では各ベーン背圧室３３に連通することのない単一の凹所である（図２参照。）。

各連通凹所５１には、それぞれに凹所連通孔５２が設けられている。各凹所連通孔５２は、ロータ２６の回転軸線方向に沿ってリアサイドブロック２２を貫通する貫通孔であり、それぞれが対応する連通凹所５１を軸端連通空間４６に連通させている。

また、リアサイドブロック２２には、端壁連通孔５３が設けられている。端壁連通孔５３は、連通凹所５１と同様に、対向空間２８に対応すべく対を為して設けられており、ロータ２６の回転軸線方向に沿ってリアサイドブロック２２を貫通する貫通孔である。各端壁連通孔５３の一端は、ロータ２６の回転方向で見て、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が最大値から最小値に至る範囲内で最小値となる位置に対応する各ベーン背圧室３３と通じる位置でリアサイドブロック２２のリア側端壁面２５に開口している（図２参照。）。各端壁連通孔５３の他端は、軸端連通空間４６に通じている。

連通凹所５０は、前述したように、基本的には連通凹所５１と同様の構成であり、フロントサイドブロック２１の軸受部２１ａに連続するようにリア側端壁面２５に対を為して設けられた凹所である（図２参照。）。一対の連通凹所５０には、それぞれに凹所連通孔５４が設けられている。各凹所連通孔５４は、ロータ２６の回転軸線方向に沿ってフロントサイドブロック２１を貫通する貫通孔であり、それぞれが対応する連通凹所５０と軸周連通空間３０とを連通している（図１参照。）。

また、フロントサイドブロック２１には、端壁連通孔５５が設けられている（図２参照。）。端壁連通孔５５は、端壁連通孔５３と同様に、一端がフロントサイドブロック２１のフロント側端壁面２４に開口し、他端が軸周連通空間３０に通じている。

このように、連通凹所５０および連通凹所５１と、凹所連通孔５４および凹所連通孔５２と、端壁連通孔５５および端壁連通孔５３とは、ロータ２６の回転軸線方向で見ると一致する位置および大きさ寸法に設定されており、連通凹所５０と連通凹所５１とは、ロータ２６の回転に伴って、一方はフロント側端壁面２４側から各ベーン背圧室３３に他方はリア側端壁面２５側から同時に連通し、かつ同時に連通が断たれることとなる。このため、軸周連通空間３０と軸端連通空間４６とは、図５に示すように、各ベーン背圧室３３、両連通凹所５０、５１および両凹所連通孔５４、５２を介して通じており、互いの圧力は等しくなる。また、軸周連通空間３０、軸端連通空間４６、および両凹所連通孔５４、５２は、シリンダ室１９の外方に設けられ、両連通凹所５０、５１を介して各ベーン背圧室３３に通じる背圧空間として機能する。

気体圧縮機１０は、図１に示すように、圧縮機構１２が作動することにより、蒸発器（図示せず。）から冷媒ガスを取り入れ、取り入れた冷媒ガスを圧縮し、圧縮した冷媒ガスを吐出室３４に吐出し、この冷媒ガスを凝縮器（図示せず。）へと排出する。この際、各圧縮室３６は、各対向空間２８のそれぞれで１回の圧縮工程を行なう。各ベーン３１は、各ベーン背圧室３３に供給された潤滑油の圧力により付勢されており、各ベーン背圧室３３には、連通凹所５０および連通凹所５１から潤滑油が供給されている。この各ベーン背圧室３３の圧力すなわち各ベーン３１への付勢力は、１回の圧縮工程で見て、従来の気体圧縮機に比較して、必要な付勢力を確保しつつ全体に低減されている。このことについて以下に詳細に説明する。

図４には、気体圧縮機１０における各ベーン背圧室３３の圧力の推移を実線で示す線分で表し、従来の気体圧縮機の各ベーン背圧室の圧力の推移を破線で示す線分で表している。図４の横軸に示すロータ回転角度とは、ある一つのベーン３１のベーン溝３２からの突出量が最小値であるときのロータ２６の回転姿勢を０（°）とし、そこからロータ２６が回転方向（矢印Ｘ参照。）に１８０（°）回転するまで、すなわち各圧縮室３６の１回の圧縮工程において各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が、最小値から最大値を経て再び最小値となる範囲を示している。

各ベーン３１は、前述したように、先端３１ａがシリンダ本体２０の内周壁面２３を摺動することにより各圧縮室３６を構成しているので、各圧縮室３６の圧力により押し戻されることのない付勢力を各ベーン背圧室３３から受ける必要がある。このため、各ベーン背圧室３３の圧力は、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が増加するときには、各圧縮室３６が吸入過程であり圧力が低いことから小さな値で十分であり、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が減少するときには、各圧縮室３６が圧縮過程であり圧力が増加していくことから増加される必要がある。さらに、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が最大値から最小値に至る範囲で、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が最小値となる近傍位置に対応するベーン背圧室３３では、１回の圧縮工程において最も高い圧力が必要とされる。

ところが、従来の気体圧縮機では、図４に破線で示すように、殆どベーン背圧室の圧力に変動が生じていないことから、最も高い圧縮室の圧力に応じた必要な付勢力の確保はされているが、その他の範囲においては過剰な付勢力をベーンに付与している。これに対し、本発明の気体圧縮機１０では、圧縮室３６の圧力が低下する範囲では各ベーン背圧室３３の圧力が低減されている。

先ず、各ベーン３１は、ロータ２６の回転姿勢が０（°）から９０（°）を少し超える位置（符号Ｐ参照。）までは各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が増加するので、これに伴う各ベーン背圧室３３の容積の増加により各ベーン背圧室３３の圧力が減少する。これは、連通凹所５０および連通凹所５１が、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が増加する範囲でのみ各ベーン背圧室３３に通じる構成とされているので、各ベーン背圧室３３および両連通凹所５０、５１と、ここに潤滑油を供給する背圧空間としての両端壁連通孔５５、５３、軸周連通空間３０および軸端連通空間４６との容積の総和は、各ベーン背圧室３３の容積の増加に伴って増加することとなる（図５参照。）。このため、各ベーン背圧室３３の圧力が減少する。この減少に伴って最も低くなる各ベーン背圧室３３の圧力は、各ベーン３１が各ベーン溝３２からの突出量が最も大きくなる位置で、各ベーン３１の先端３１ａをシリンダ本体２０の内周壁面２３に適切な付勢力で押し付けることができる圧力に設定されている。

これに対し、従来の気体圧縮機では、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が減少する範囲でも各ベーン背圧室に通じる構成であるので、ベーン３１のベーン溝３２からの突出量の増加分が、他のベーン３１のベーン溝３２からの突出量の減少分により相殺されることとなり、各ベーン背圧室および背圧空間の容積の総和が略一定であるので、各ベーン背圧室の圧力が減少しない。

気体圧縮機１０では、ロータ２６の回転姿勢が符号Ｐから符号Ｑ（図４参照。）に至る範囲で、各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が減少しかつ各ベーン背圧室３３と連通凹所５０、５１とが通じていないことから、閉鎖空間とされた各ベーン背圧室３３の容積が縮小するので、各ベーン背圧室３３内の潤滑油が圧縮され各ベーン背圧室３３の圧力は増加する。この範囲では、各圧縮室３６の圧力が増加するが各ベーン背圧室３３の圧力も増加するので、各ベーン３１の先端３１ａをシリンダ本体２０の内周壁面２３に適切な付勢力で押し付けることができる。

ここで、各ベーン背圧室３３は、連通凹所５０、５１との連通が断たれた位置が各ベーン３１の各ベーン溝３２からの突出量が最大の位置であり、最大容積から最小容積までの変位量で潤滑油を圧縮すると、図４に二点鎖線で示すように、圧力が必要以上に高くなってしまう。ところが、気体圧縮機１０には、端壁連通孔５５および端壁連通孔５３が設けられているので、このような圧力の上昇を防止することができる。これは、容積の縮小により圧力が高められた潤滑油は、端壁連通孔５５を経て軸周連通空間３０へ逃げ、かつ端壁連通孔５３を経て軸端連通空間４６へ逃げることによる。なお、端壁連通孔５５および端壁連通孔５３の孔径は、各ベーン背圧室３３の圧力の低減を招くことなく各ベーン背圧室３３の潤滑油を軸周連通空間３０および軸端連通空間４６に逃がすことができる大きさ寸法に設定されている。

このように、気体圧縮機１０では、各圧縮室３６の圧力が最も大きくなる位置であっても、各ベーン背圧室３３が従来の気体圧縮機と同様の高い圧力とされており、各圧縮室３６の圧力に押し戻されることのない付勢力を各ベーン３１に付与することができる。また、各圧縮室３６の圧力が低いときには、従来の気体圧縮機に比較して各ベーン背圧室３３の圧力が大幅に低減されており、各ベーン３１への付勢力の利用効率を高めることができる。さらに、従来の気体圧縮機に比較して、全体で見るすなわち各圧縮工程毎で見るとシリンダ本体２０の内周壁面２３への各ベーン３１の先端３１ａの押し付け力が低減されることから、ロータ２６への回転動力を効率よく利用することができ、気体圧縮機１０の仕事率を高めることができる。

よって、気体圧縮機１０では、各圧縮室３６を構成するための適切な付勢力で各ベーン３１の先端３１ａをシリンダ室の内周壁面すなわちシリンダ本体２０の内周壁面２３に押し付けることができ、かつ従来の気体圧縮機に比較して全体として付勢力を低減することができる。

なお、上記した実施例では、背圧空間が軸周連通空間３０、軸端連通空間４６、および両凹所連通孔５４、５２により構成されていたが、シリンダ室１９の外方に設けられ、かつ両連通凹所５０、５１を介して各ベーン背圧室３３に通じるものであればよく、上記した実施例に限定されるものではない。

また、上記した実施例では、気体圧縮機１０は、ＧＨＰに採用されていたが、例えば、車両用空調システムに採用してもよく、上記した実施例に限定されるものではない。

上記した実施例では、内方が楕円形状を呈する筒状のシリンダ本体２０の軸線上に回転軸線を持つようにロータ２６が設けられた同心ロータ式の圧縮機に適用した例を示したが、例えば、内方が円形状を呈する筒状のシリンダの内側に、そのシリンダの軸線とは異なる回転軸線を持つようにロータが配置される偏心ロータ式の圧縮機に適用しても良く、上記した実施例に限定されるものではない。

本発明に係る気体圧縮機の模式的な断面図である。 図１のＩ―Ｉ線に沿って得られた模式的な断面図である。 回転軸に沿ってシリンダ本体側から見たリアサイドブロックの模式的な斜視図である。 ロータの回転角度とベーン背圧室の圧力との関係を示すグラフであり、実線が本発明の気体圧縮機であり、破線が従来の気体圧縮機である。 連通凹所と各ベーン背圧室との接続関係を説明するための模式的な断面図である。

符号の説明

１０ 気体圧縮機
１９ シリンダ室
２０ シリンダ本体
２１ フロントサイドブロック
２２ リアサイドブロック
２３ （シリンダ室の）内周壁面
２６ ロータ
２７ 外周面
２８ 対向空間
３０ （背圧空間としての）軸周連通空間
３１ ベーン
３１ａ 先端
３２ ベーン溝
３３ ベーン背圧室
４６ （背圧空間としての）軸端連通空間
５０、５１ 連通凹所
５３、５５（連通孔としての）端壁連通孔

Claims (4)

1. 内周壁面を有するシリンダ室と、該シリンダ室に回転自在に収容され前記内周壁面に対向する外周面を有するロータと、該ロータに設けられ先端が前記内周壁面に対向するベーンと、該ベーンを後端側から出入可能に受け入れるべく前記ロータに設けられ該ロータの前記外周面に一端が開口するスリット状を呈し該後端および前記シリンダ室と協働してベーン背圧室を規定するベーン溝と、前記ベーンを前記内周壁面に向けて付勢する付勢力を前記シリンダ室の外方から前記ベーン背圧室に導入可能な背圧空間とを備え、
   前記内周壁面と前記外周面との間隔が前記ロータの回転方向で見て連続的に変化するように設定され、前記内周壁面に当接された前記ベーンの前記先端が前記ロータの回転に伴って前記内周壁面を摺動することにより前記シリンダ室の内方に気体を圧縮する圧縮室が構成される気体圧縮機であって、
   前記背圧空間は、前記ベーンの前記ベーン溝からの突出量が前記ロータの回転に伴って最小値から最大値に至る範囲でのみ前記ベーン背圧室に通じるべく前記シリンダ室に面する単一の連通凹所を介して前記ベーン背圧室に通じていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記シリンダ室には、前記ベーン溝からの前記ベーンの突出量が前記ロータの回転に伴って減少する範囲内の最も前記ベーン溝の内方に入る位置で、前記ベーン背圧室と前記背圧空間とを連通可能な連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記ロータには、前記ベーン溝を含む複数の該ベーン溝が設けられ、複数の該ベーン溝には、それぞれに前記ベーンが保持され、複数の前記ベーン溝は、前記ロータの回転方向で見て等間隔に設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体圧縮機。
4. 前記シリンダ室は、断面が楕円形状を呈する筒状のシリンダ本体と、該シリンダ本体の両開放端を閉鎖する一対の端板とにより構成され、前記ロータは、前記シリンダ室と同心位置に回転軸線を有しかつ前記シリンダ室を２つの対向空間に区画し、前記圧縮室は、前記各対向空間で気体を取り入れて圧縮する圧縮行程を行い、前記連通凹所は、二つの前記端板の少なくともいずれか一方で各対向空間に対応すべく対を為して設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の気体圧縮機。
   
   

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