JP4060149B2

JP4060149B2 - 気体圧縮機

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Publication number: JP4060149B2
Application number: JP2002253743A
Authority: JP
Inventors: 徹高橋; 沖和桑原; 圭一森田
Original assignee: カルソニックコンプレッサー株式会社
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: DE60336967D1; US7150610B2; EP1394418A3; EP1394418B1; MY137532A; US20040136841A1; JP2004092494A; CN1492151A; EP1394418A2; CN100419269C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などの空調に使用され、冷媒ガスを吸入し、圧縮して吐出する気体圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などの空調に使用される気体圧縮機には、例えば図１０、１１に示すものが使用されている。この圧縮機を以下に説明すると、内周が楕円筒状のシリンダ５と、該シリンダ５の軸方向両端部にあるフロントサイドブロック６およびリアサイドブロック７とを備えている。前記シリンダ５内には、ロータ軸１０によって回転可能としたロータ１１が回転可能に配置されている。該ロータ１１の外周面から内周側に掛けて複数のベーン溝１２…１２が形成されており、各ベーン溝１２にベーン１５…１５が出没可能に収容されている。前記ベーン溝１２の底部（内周側）には、圧力流体が供給される背圧室１４がそれぞれ形成されている。上記ベーン１５は、この背圧室１４に供給される圧力流体の圧力と、ロータ１１が回転することにより発生する遠心力とにより外周側に突出してシリンダの内周面に摺うように当接する。このようにして上記ロータ１１外周面と、ロータ１１の外周面から突出してシリンダ内面に当接するベーン１５と、シリンダ５内周面とで仕切られてシリンダ５内に複数のシリンダ圧縮室１６が構成される。これら構成により圧縮機本体が構成されている。
【０００３】
上記気体圧縮機では、ロータ軸１０を介してロータ１１を回転させると前記シリンダ圧縮室１６の容積が変化し、冷媒ガスがシリンダ圧縮室１６内で圧縮される。圧縮された冷媒は、シリンダ圧縮室１６から油分離ブロック２５に放出される。冷媒ガスは上記吸入から圧縮、放出に至る間に、気体圧縮機内部のオイルを巻き込んで、オイルを含有した状態で油分離ブロック２５に放出されており、この油分離ブロック２５に設けた油分離器２６で冷媒ガスからオイルが分離される。分離されたオイルは油溜まり３０に滴下滞留し、オイルが分離された圧縮気体は吐出室８へと吐出される。油溜まり３０の油は、圧縮機内部での圧力差により油通路３１等を通してシリンダ圧縮室１６の摺動部分に圧送して摩耗防止や油膜によるシールに供され、さらに一部のオイルは圧力流体として上記背圧室１４に供給される。
【０００４】
なお、背圧室１４へのオイルの供給に際しては、吸入、圧縮、吐出行程に従ってベーン背圧を制御しており、吸入から圧縮工程においてはベーン背圧を中間圧にし、吐出工程においてはベーン背圧を高圧にしている。その理由を説明する。ベーン１５でシリンダ圧縮室１６に冷媒ガスを閉じ込める際に、冷媒ガスの圧縮が進んで吐出するに至る時期、すなわち吐出工程では、シリンダ圧縮室１６内で冷媒ガスの圧力が高まると冷媒ガスの圧力によってベーン１５をベーン溝１２内に押し戻す力が大きく作用する。このため、背圧室１４に高圧を加えてベーン１５を確実にシリンダ５内面に押し付けることが必要となる。一方、ベーン１５に対し高い圧力で押出し力を付与する必要がない時期、すなわち吸入から圧縮工程においては、不要にベーン１５に大きな圧力を付与しても、ロータ１１の回転負荷が大きくなるのみで無駄である。この時期にはベーン１５に付与される圧力を低くしてロータ１１の回転負荷を減じるようにする。
【０００５】
上記のため、図１１に示すように、吸入から圧縮行程にあるベーン１５の背圧室１４と対応する位置、形状でサイドブロック端面にサライ部１７を設け、このサライ部１７に軸受等により絞られ中間圧力に減圧されたオイルを供給する。背圧室１４に上記サライ部１７を通して中間圧のオイルが供給されることにより背圧室１４が中間圧に保たれ、ベーン１５に対し必要以上の大きな圧力が掛からないようにする。これにより動力への負担を軽減することができ、自動車に搭載するものでは燃費を向上させることができる。
【０００６】
一方、吐出行程にあるベーン１５の背圧室１４と対応する位置、形状でサイドブロック端面には高圧オイル供給穴１８が開口されており、該高圧オイル供給穴１８には、前記した油通路３１を介して絞りを受けていない高圧オイルが供給される。したがってこの高圧オイル供給穴１８から背圧室１４には高圧のオイルが供給される。この高圧オイル供給穴１８を介して背圧室１４に高圧のオイルが供給されることにより背圧室１４が高圧に保たれ、ベーン１５に高圧が付与されて確実にベーン１５をシリンダ５内面に当接させる。
【０００７】
ところで、図１１に示すサライ部１７および高圧オイル供給穴１８は、ロータ１１の回転に伴って背圧室１４を介して一時的に連通する位置にある。このため、両者の連通が解かれた後も高圧のオイルの圧力がサライ部１７に残存し、吸入、圧縮行程においても背圧室１４の圧力が高く保たれて動力の低減効果が十分に得られないという問題がある。この対策として図１２に示すように、サライ部１７に高圧オイル供給穴の高圧オイルの影響が及ばないように、背圧室１４を介してサライ部１７と連通しないような位置関係で高圧オイル供給穴１８ａを配置する設計がなされている。この改善策により、高圧オイル供給穴１８ａから供給される高圧のオイルが直接サライ部１７に流れ込むことがなくなり、吸入、圧縮行程において背圧室１４の圧力を十分に下げて通常運転時における消費動力低減効果を確実に得ることを可能にしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、サライ部と高圧オイル供給穴がベーン背圧室を介して連通しないように設計された構造は、吸入、圧縮行程において必要以上にベーン背圧を高くすることがないため気体圧縮機の動力低減という観点から見れば良い形である。しかし、圧縮機内のオイルは、気体圧縮機で圧縮された吐出ガスの圧力を受けて高圧となるため、気体圧縮機の起動時には吐出ガスの圧力が直ちに高くならずオイルの圧力も低い。吸入、圧縮行程で背圧室に供給されるオイルは、さらに軸受等で減圧されて、より低圧となっている。気体圧縮機の取り付け直後等、ロータのベーン溝内にベーンが埋没した状態で気体圧縮機を起動した場合、ベーンがベーン溝内から油膜の抵抗に打ち勝って飛び出すためには、ベーン背圧の力によって押し出す必要がある。しかし、ベーン背圧を低く押さえた上記従来の構造では、オイルの圧力が十分に高くなっていない時期での押出力が十分ではなく、ベーンが飛び出すまでに時間を要することがある。そしてベーンが飛び出すまでの間は正常な圧縮作用が行われないため、上記現象が生じている間は、気体圧縮機の機能を果たさないという問題がある。また、ベーンが飛び出すまでの間、ロータ外周から少しだけ出たベーンがシリンダにぶつかることにより衝突音が発生する異音（チャタリング）の問題もある。
【０００９】
また、自動車の運転状況等によってロータの回転速度が低速となるように継続して気体圧縮機が稼働される際にも、低速回転によってベーン背圧室に十分な圧力を付与することができない。この状態では、ベーンの先端側にかかる冷媒ガスの圧力がベーンの押出力に勝ってベーンを押し戻し（チャタリング限界を超える）、このベーンがロータの回転に伴ってシリンダ内面に当たることによって衝突音が発生するという問題もある。このような問題に対する対策としては、チャタリングの限界にあわせてベーンの背圧を調整する（低圧付与時の圧力を高める）ことが考えられるが、低圧時の圧力が高まることにより上記した動力の低減効果が小さくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、起動時や低速運転時に背圧室に十分に高い圧力を供給してベーンの飛び出し性を改善するとともに、通常運転時には低圧の圧力を供給できるようにして動力の低減効果を得ることができる気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の気体圧縮機のうち請求項１記載の発明は、冷媒ガスを吸入、圧縮、吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を潤滑するためのオイルを貯留する油溜まりを有する気体圧縮機であって、前記圧縮機本体は、筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部に配したサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータの外周面から内周側にかけて形成されたベーン溝と、該ベーン溝に進退可能に収容されたベーンとで構成され、前記ベーン溝の底部を含み前記圧縮機本体の定常運転時に吸入圧力と吐出圧力との中間圧力となる背圧空間と、該背圧空間に有って前記ベーンが吸入行程から圧縮行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部と連通するサライ溝と、前記油溜まりと前記ベーンが吐出行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部とを前記サライ溝と前記ベーン溝の底部との連通が遮断された後に、連通させる第１の高圧オイル通路と、前記吸入圧力と吐出圧力との中間圧力が前記背圧空間に付与される工程の間に前記油溜まりと前記背圧空間とを連通させる第２の高圧オイル通路と、該第２の高圧オイル通路を開閉する開閉弁と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の気体圧縮機の発明は、請求項１記載の発明において、前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を前記圧縮機本体の回転停止時に開、圧縮機本体の回転起動時に開から閉、圧縮機本体の定常運転時に閉とすることを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の気体圧縮機の発明は、請求項１記載の発明において、前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を圧縮機本体の定常運転時に閉、定常運転以外でオイル圧力が低い状態で開とすることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の気体圧縮機の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第２の高圧オイル通路は、その下流側端部が吐出行程に位置する前記ベーンの当該ベーン溝の底部に開口することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の気体圧縮機の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記第２の高圧オイル通路は、その下流側端部が前記サライ溝に開口することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の気体圧縮機の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を開閉するように移動可能に配置され、高圧オイルの圧力を受けて前記通路を閉じる位置に置かれる弁体と、該弁体に弾性力を付与して前記通路を開く位置に弁体を置くことができる弾性部材とを有しており、前記弁体は、圧縮機の定常運転時に高圧オイルの圧力により前記通路を閉じる位置に移動し、前記高圧オイルの圧力が低下した状態で前記弾性部材の弾性力により前記通路を開く位置に移動するものであることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の気体圧縮機の発明は、請求項６記載の発明において、前記弁体には、圧縮機内の吐出圧力が付与された高圧オイルと中間圧オイルとの差圧が加えられていることを特徴とする。
【００１９】
すなわち、本発明によれば、起動時等、オイルの圧力が十分に高くない状態で開閉弁を開くことにより、定常運転時に背圧室に中間圧が付与される行程において、第２の高圧オイル通路を通して高圧の流体が背圧室に供給される。したがって、行程に拘わらずベーン背圧室の圧力が増してベーンの押出力が強まる。これにより起動時におけるベーンの飛び出し性が向上し、油膜の抵抗に打ち勝ってベーン溝からベーンが速やかに飛び出し、正常な圧縮を早期に開始することができ、エアコンシステムの作動が早くなり、冷風をすばやく供給できる。また、ベーンの押出力が強まることによりベーンが確実にシリンダ内面に当接してベーンの衝突によるチャタリングを防止し、車搭載時には車の静粛性が向上する。
【００２０】
一方、定常運転によりオイルの圧力が高まった運転状態では、上記開閉弁を閉じることにより背圧室には第２の高圧オイル通路を通しては高圧の流体は供給されなくなる。したがって、ベーンに高い押出し力を要しない行程では背圧室には中間圧のオイルのみが供給され、ベーン背圧室に必要以上に高い圧力は付与されることがない。したがってベーンに過度な押出力が作用しないので、動力負荷を軽減し、自動車への搭載時には燃費を向上させる。また、ベーンとシリンダの摩耗が軽減され、部材の耐久性が向上する。また、ベーンに高い押出し力を要する行程では、第１の高圧オイル通路を通して背圧室に高い圧力が付与され、ベーンを確実にシリンダ内面に当接させる。
【００２１】
上記作用をなすため、開閉弁は、定常運転時には閉じ、起動時や低速運転時でオイル圧力が十分に高くない状態で開くものが望ましい。
【００２２】
なお、背圧室に中間圧のオイルが供給される行程において、上記背圧室に第２の高圧オイル通路を介して高圧オイルを供給するためには、例えば、前記第２の高圧オイル通路の下流側端部を、吐出行程に位置するベーン溝の底部に開口させたり、サライ溝に開口させたりすることができる。そして上記目的を達成できるものであれば、第２の高圧オイル通路から背圧室に流体を供給するための構造は特定のものに限定されない。また上記第２の高圧オイル通路から背圧室に高圧オイルを供給する時期は、背圧室に中間圧のオイルが供給される行程の全時間である必要はなく、該行程の少なくとも一時期であればよい。
【００２３】
第２の高圧オイル通路は、気体圧縮機内の高圧オイル供給源（油溜まり等）から高圧オイルの供給を受けるものであればよく、その供給源の位置等は本発明として特に限定されるものではない。また、第１の高圧オイル通路に連結することによって該通路から高圧オイルの供給を受けるものであってもよい。また、当然に第２の高圧オイル通路は、前記第１の高圧オイル通路と独立して設けられているものであってもよい。また、第２の高圧オイル通路は、シリンダ内空間に連結されて、シリンダ内空間の高圧オイルを供給するものであってもよい。
【００２４】
前記中間圧のオイルとしては、前記ロータを回転させるロータ軸と、該ロータ軸を回転可能に保持する軸受けとの間を高圧のオイルが通過することによって減圧されたものを用いることができる。
【００２５】
また上記開閉弁は、定常運転時とそれ以外の時期で第２の高圧オイル通路の開閉を行えるものであればよく、本発明としては特定の構造に限定されない。開閉弁は、上記のように特定の構造に限定されるものではないが、好適には、弾性部材の弾性力と高圧オイルの圧力（または高圧オイルと中間圧オイルの差圧）とのバランスによって開閉弁の弁体が移動（スライド移動や回転移動）して前記通路の開閉を行うものが例示される。
【００２６】
上記した高圧オイルの圧力は、圧縮機本体の運転状態に伴って変化するので、定常運転状態では高圧オイルの圧力が弾性部材に勝り、定常運転以外で高圧オイルの圧力が十分に高まっていない状態では弾性部材の弾性力が勝るように弾性力を設定することにより、開閉弁の開閉制御を行うことができる。
また高圧オイルと中間圧オイルの差圧も圧縮機本体の運転状態で変化するので、定常運転状態では差圧が大きくなって弾性力に勝り、それ以外でオイル圧力が十分に高まっていない状態では差圧が小さくなって弾性部材の弾性力が差圧に勝るように弾性力を設定することで、圧縮機本体の運転状態に伴って開閉弁の開閉制御を行うことができる。開閉弁に付与する高圧オイルや中間圧オイルは、上記背圧室に供給する流体を利用するものでもよく、また、これを流用することなく気体圧縮機内で得られる流体を用いるものであってもよい。したがって、流体の圧力も背圧室に供給する流体の圧力と異なるものであってもよい。
上記弾性部材としてはコイルバネを代表的に示すことができるが、本発明としてはこれに限定されるものではない。また、弾性力は圧縮力、伸長力等、適宜の形で利用することができ、その利用形態も特に限定されない。
【００２７】
本発明の気体圧縮機は、上記のように、筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部に配したサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータの外周面から内周側にかけて形成されたベーン溝と、該ベーン溝に進退可能に収容されたベーンと、前記ベーン溝にあって前記ベーンに押出し力を付与する背圧室とを備えている。これら構成により気体圧縮機本体を構成している。本発明の気体圧縮機としては、この他に、低圧冷媒ガスが導入される吸入室と、該吸入室から前記シリンダ圧縮室に低圧冷媒ガスが吸入される吸入口と、前記シリンダ圧縮室から圧縮された冷媒ガスが吐出される吐出口と、該吐出口を通して冷媒ガスが吐出される吐出室と、該吐出室の圧力を受ける油溜まりと、該油溜まりに連通する油通路とを備えるものが例示される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、従来と同様の構造に関しては、同一の符号を付しており、気体圧縮機の全体構成については図１０を参照して説明する。
本発明の気体圧縮機は、従来構造と同様に、内周が楕円筒状のシリンダ５と、該シリンダ５の軸方向両端部にあるフロントサイドブロック６およびリアサイドブロック７とを備えている。前記フロントサイドブロック６の前方側にはフロントハウジング１ａが取り付けられ、前記リアサイドブロック７の後方側からフロントサイドブロック６に掛けてリアハウジング１ｂが取り付けられている。前記フロントハウジング１ａに吸入ポート２が設けられ、この吸入ポート２に連通するように前記フロントハウジング１ａ内に吸入室３が設けられている。
【００２９】
前記シリンダ５内には、図１に示すように、ロータ軸１０によって回転可能としたロータ１１が回転可能に配置されている。該ロータ１１の外周面から内周側に掛けて複数のベーン溝１２…１２が形成されており、各ベーン溝１２にベーン１５…１５が出没可能に収容されている。前記ベーン溝１２の底部（内周側）には、背圧空間として、圧力流体が供給される背圧室１４がそれぞれ形成されている。
【００３０】
該シリンダ圧縮室１６は、フロントサイドブロック６に形成された吸入口４を通して前記吸入室３に連通する。また、前記シリンダ５には、シリンダ圧縮室１６に連通する吐出口２０が形成されており、該吐出口２０に連通する吐出チャンバ２１がシリンダ５の軸方向に沿って形成されている。２２は、吐出口２０を開閉するリリーフバルブである。上記吐出チャンバ２１は、シリンダ５およびリアサイドブロック７に形成した吐出通路を通してリアサイドブロック７の後方側に設けた油分離ブロック２５に連通しており、該油分離ブロック２５に油分離器２６が設けられている。さらにリアサイドブロック７と、リアハウジング１ｂ内部とで形成される空間が圧縮気体（冷媒）を吐出する吐出室８とされており、吐出室８の下方部が油溜まり３０となっている。
【００３１】
油溜まり３０には油通路３１が連通しており、該油通路３１は気体圧縮機内に配設されて各部にオイルを供給するように構成されている。該油通路３１の一部は、ロータ軸１０と、これを回転可能に保持する軸受１０ａとの間の隙間等からなる減圧部に連通している。フロントサイドブロック６、リアサイドブロック７の端面にそれぞれサライ部１７が形成されており、該サライ部１７に低圧オイル供給穴１７ａが開口し、該供給穴１７ａと前記軸受１０ａとが図示しない油供給路によって連通している。
【００３２】
上記サライ部１７は、ロータ１１の回転位置によって各ベーン１５が吸入、圧縮する行程でベーン背圧室１４と連通するように形状および配置位置が設定されている。また、上記油通路３１の他部は、上記のようなロータ軸１０と軸受との隙間を解することなくオイルが供給されるようにリアサイドブロック７の内面に形成した高圧オイル供給穴１８ａに連通している。図示しない油通路から高圧オイル供給穴１８ａに至る間が第１の高圧オイル通路を構成している。前記高圧オイル供給穴１８ａは、ロータ１１の回転位置によって各ベーン１５が吐出する行程でベーン背圧室１４と連通するように形状および配置位置が設定されている。また、前記サライ部１７と、高圧オイル供給穴１８ａとは、ロータ１１の回転に伴って回転する背圧室１４によって互いに連通しない位置に形成されている。
【００３３】
前記油通路３１の一部は、第２の高圧オイル通路３２としてリアサイドブロック７の内面側に伸長しており、その先端は、高圧オイル補助供給穴３３としてリアサイドブロック７の内面に開口している。該高圧オイル補助供給穴３３は、背圧室１４が回転する際に、該背圧室１４によってサライ部１７に連通する位置に形成されている。
【００３４】
上記高圧オイル補助供給路３２には、油ブロック２５内において、該供給路３２と交差する方向に弁穴３４が形成され、該弁穴３４に連通溝３５ａを外周面に形成したスプール形状のスプール弁体３５が移動可能に配置されている。該スプール弁体３５の一端面側の弁穴３４には、高圧オイルの圧力が付与されるように高圧オイルの供給路３４ａが連結され、該スプール弁体３５の他端面側の弁穴３４には、サライ部１７に開口する中間圧オイル取入穴１７ｂと連通する中間圧オイル取入路３４ｂが連結されている。すなわち、高圧オイルと中間圧オイルの差圧が該スプール弁体３５に付加されるように構成されている。また、該弁穴３４内には、高圧のオイル圧力に抗してスプール弁体３５に弾性力を付与するコイルバネ３７が弾性部材として配置されている。上記構成により本発明の開閉弁が構成されている。
【００３５】
上記開閉弁では、高圧オイル（＞低圧オイル）の圧力によってスプール弁体３５が図３示左方に移動する際には、高圧オイル補助供給穴３２と連通溝３５ａとの連通が解かれて高圧オイル補助供給路３２が閉じられる。一方、コイルバネ３７の弾性力（伸張力）によってスプール弁体３５が図３示右方に移動する際には、高圧オイル補助供給路３２と連通溝３５ａとが連通して高圧オイル補助供給路３２が開かれるように構成されている。
【００３６】
上記気体圧縮機では、ロータ軸１０を介してロータ１１を回転させると前記シリンダ圧縮室１６の容積が変化し、上記吸入ポート２および吸入室４を通過してシリンダ圧縮室１６内に冷媒ガスが導入される。この際に、起動時やロータ１１の回転数が低い低速運転時には、高圧オイルと低圧オイルとの差圧が小さい状態にある。したがって、前記開閉弁のスプール弁体３５は、コイルバネ３７の弾性力によって高圧オイル補助供給路３２を開く位置、すなわち高圧オイル補助供給路３２と連通溝３５ａとが連通する位置に移動する。この連通により高圧オイル補助供給路３２を通して高圧オイル補助供給穴３３に高圧のオイルが供給される。
【００３７】
上記の状態ではロータ１１の回転に従って、ベーンが吸入から圧縮行程に至る間に、サライ部１７から背圧室１４に中間圧のオイルが供給され、吐出行程では高圧オイル供給穴１８ａから背圧室１４に高圧のオイルが供給される。また、上記圧縮行程から吐出工程に至る間に、高圧オイル補助供給穴３３から背圧室１４に高圧のオイルが供給される。このとき、背圧室１４は一時的に高圧オイル補助供給穴３３に連通するとともに、サライ部１７にも連通した状態になり、高圧オイル補助供給穴３３とサライ部１７とが背圧室１４を介して連通する。これにより、高圧オイルが背圧室１７を介して高圧オイル補助供給穴３３からサライ部１７へと流れ込み、サライ部１７の圧力が増大する。したがって、サライ部１７から背圧室１４にオイルが供給される工程で、付与される圧力が高まり、ベーン１５の押出力が強まる。これにより気体圧縮機の初期起動時にもベーン１５が速やかに飛び出して早期に圧縮機が機能するとともに、チャタリングによる異音発生も防止される。また、ロータ１１が低速で回転する運転時にもベーン１５に適切な押出力を付与することができ、同様にチャタリングによる異音発生を防止することができる。
【００３８】
一方、定常運転状態に移行すると、高圧オイルと中間圧オイルとの圧力差が大きくなり、上記スプール弁体３５には高圧オイルの圧力が大きく作用して、前記コイルバネ３７の弾性力に抗してスプール弁体３５を前方側に移動させる。この移動に伴って、高圧オイル補助供給路３２と連通溝３５ａとの連通部分が徐々に小さくなり、遂には両者の連通が解かれて高圧オイル補助供給路３２がスプール弁体３５の外周壁で閉じられる。これにより高圧オイル補助供給穴３３への高圧オイルの供給が停止する。この状態でロータ１１が回転すると、吸入から圧縮行程に至る間では、サライ部１７から背圧室１４に中間圧のオイルのみが供給され、吐出行程では高圧オイル供給穴１８ａから背圧室１４に高圧のオイルのみが供給される。定常運転状態では、中間圧オイルの圧力も高まり、ベーン１５にも大きな遠心力が作用するので、吸入から圧縮行程に至る間でのベーン１５の押出力は必要かつ十分なものとなる。したがって吸入から圧縮行程に至る間でベーン１５の押出力を適度に小さくして運転負荷を低減することができる。一方、圧縮行程では、高圧オイルの作用によってベーン１５の押出力が十分に強くなり、ベーン１５を確実にシリンダ５内面に当接させることができる。
【００３９】
上記のようにしてシリンダ圧縮室１６内で圧縮された冷媒ガスは、吐出工程において吐出口２０からシリンダ圧縮室１６の外部に吐出され、吐出チャンバ２１を通して油分離ブロック２５へと吐出される。その後は、従来と同様に油分離器２６で油が分離されて吐出室８に吐出され、さらに吐出ポート９から外部配管に吐出される。油分離器２６で分離されたオイルは、油溜まり３０に溜まり、上記で吐出された冷媒ガスの圧力を受けて高圧になり、油通路３１を通して気体圧縮機内の各部に供給される。
【００４０】
図６は、上記気体圧縮機および従来の気体圧縮機における吐出圧、背圧室圧、吸入圧の変化を示すグラフである。なお、背圧室圧力は吸入、圧縮行程での圧力を示している。従来の気体圧縮機では、起動時より吐出圧、背圧室圧が徐々に高まっている。したがって起動時においては、背圧室の圧力が十分ではなく、前記した不具合が生じることが分かる。一方、本発明の気体圧縮機では、開閉弁の作用によって、起動時より吐出圧と背圧とが同様に上昇しており、その差圧も殆ど生じていない。起動時より徐々にロータの回転速度が上がって定常運転に移行する際には、上記した開閉弁が閉じることにより背圧室の圧力が徐々に低下し、定常運転時には、従来の気体圧縮機と同等の背圧室圧力になっている。このため、起動時には、背圧室の圧力が高まってベーンの押出力が高まり、定常運転に移行するとベーンの背圧室圧力が下がって従来と同様に動力低減効果が得られることが示されている。
【００４１】
（実施形態２）
次に、上記開閉弁の構造、第２の高圧オイル通路の構造を変えた他の実施形態を図７〜図９に基づいて説明する。なお、上記実施形態１、従来の気体圧縮機と同様の構造について同一の符号を付してその説明を簡略化または省略する。
リアサイドブロック７には、上記実施形態と同様にサライ部１７、低圧オイル供給穴１７ａ、高圧オイル供給穴１８ａが形成されており、上記サライ部１７には、高圧オイル補助供給穴４０が開口している。該高圧オイル補助供給穴４０には、高圧のオイルが供給される高圧オイル補助供給路４１が連結されて、第２の高圧オイル通路が構成されている。該高圧オイル補助供給路４１には、該補助供給路４１に沿って移動可能としたボール弁体４２が配置されている。該ボール弁体４２の球面と補助供給路４１に形成したサライ部１７側の段部４１ａとの当接、離脱によって該高圧オイル補助供給路４１の開閉がおこなれるように構成されている。上記高圧オイル補助供給路４１には、ボール弁体４２に作用してボール弁体４２を段部４２ａから遠ざける弾性力を有するコイルバネ４３が設置されている。また、ボール弁体４２の一端面側（サライ部側）では、サライ部１７にあるオイルの圧力が作用し、他端面側には高圧オイルの圧力が作用するようになっている。上記によって開閉弁が構成されている。なお、ボール弁体４２が収容されている高圧オイル補助供給路４１の周壁には、該補助供給路４１に沿った補助流路４４が形成されており、粘性を有するオイルがボール弁体４２の周囲を通ってサライ部１７側に円滑に流れるようにされている。
【００４２】
この実施形態２においても、上記実施形態１と同様に起動時や低速運転時には、高圧オイルと低圧オイルとの差圧が小さい状態にあるため、前記開閉弁のボール弁体４２は、コイルバネ４３の弾性力によって段部４１ａから離脱して高圧オイル補助供給路４１を開く位置に移動する。この連通により高圧オイル補助供給路４１を通してサライ部１７に高圧のオイルが供給される。これにより、ベーンが吸入から圧縮行程に至る間でも、サライ部１７から背圧室１４に高圧のオイルが供給され、ベーンの押出力が強まり、ベーン１５の飛び出し性が向上する。また、押出力が強まることによりチャタリングによる異音発生も防止される。
【００４３】
一方、定常運転状態に移行すると、高圧オイルと低圧オイルとの圧力差が大きくなり、上記ボール弁体４２には高圧オイルの圧力が大きく作用して、前記コイルバネ４３の弾性力に抗してボール弁体４２を段部４１ａ側に移動させる。その結果、段部４１ａとボール弁体４２の球面とが接し、該球面によって高圧オイル補助供給路４１が封止される。これによりサライ部１７への高圧オイルの供給が停止する。この状態では、上記実施形態１と同様に吸入から圧縮行程に至る間では、サライ部１７から背圧室に低圧のオイルのみが供給され、吐出行程では高圧オイル供給穴１８ａから背圧室に高圧のオイルのみが供給される。その結果、定常運転状態では、運転負荷を低減でき、圧縮行程では、ベーンを確実にシリンダ内面に当接させることができる。
【００４４】
なお、上記各実施形態では、高圧オイル補助供給部では、高圧オイルが適宜の油供給路から供給されるものとして説明したが、その供給源は特に限定されるものではなく、例えばシリンダ圧縮室内に貯まる高圧オイルを供給源とすることもできる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の気体圧縮機によれば、冷媒ガスを吸入、圧縮、吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を潤滑するためのオイルを貯留する油溜まりを有する気体圧縮機であって、前記圧縮機本体は、筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部に配したサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータの外周面から内周側にかけて形成されたベーン溝と、該ベーン溝に進退可能に収容されたベーンとで構成され、前記ベーン溝の底部を含み前記圧縮機本体の定常運転時に吸入圧力と吐出圧力との中間圧力となる背圧空間と、該背圧空間に有って前記ベーンが吸入行程から圧縮行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部と連通するサライ溝と、前記油溜まりと前記ベーンが吐出行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部とを前記サライ溝と前記ベーン溝の底部との連通が遮断された後に、連通させる第１の高圧オイル通路と、前記吸入圧力と吐出圧力との中間圧力が前記背圧空間に付与される工程の間に前記油溜まりと前記背圧空間とを連通させる第２の高圧オイル通路と、該第２の高圧オイル通路を開閉する開閉弁と、を備えているので、起動時や低速運転時にのみ、中間圧オイルが背圧空間に供給される行程で背圧空間に高圧のオイルを供給してベーンの飛び出し性を改善し、圧縮機としての機能を早期に発揮させることができ、またチャタリングも効果的に防止することができる。そして定常運転時には、上記高圧オイルの供給は開閉弁の動作により停止すれば、中間圧の流体のみが背圧空間に供給される行程で運転負荷を軽減する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における気体圧縮機本体の前方側側面図である。
【図２】同じくリアサイドブロックの内面側を示す側面図である。
【図３】同じく開閉弁周辺を示す一部正面断面図であり、開閉弁が開いた状態を示す図である。
【図４】同じく図３の一部を拡大した正面断面図であり、開閉弁が閉じた状態を示す図である。
【図５】同じく油分離ブロックの内面側を示す側面図である。
【図６】同じく気体圧縮機内の圧力変化を示すグラフである。
【図７】本発明の他の実施形態におけるリアサイドブロックの内面側を示す側面図である。
【図８】同じく開閉弁周辺を示す一部拡大正面断面図および供給路の正面を示す図である。
【図９】同じく開閉弁周辺を示し、開閉弁が閉じた状態と開いた状態を示す図である。
【図１０】従来の気体圧縮機の全体構造を示す正面断面図である。
【図１１】同じく気体圧縮機本体の前方側側面図である。
【図１２】従来の改良された気体圧縮機本体の前方側側面図である。
【符号の説明】
１ａフロントハウジング
１ｂリアハウジング
２吸入ポート
３吸入室
４吸入口
５シリンダ
６フロントサイドブロック
７リアサイドブロック
８吐出室
９吐出ポート
１０ロータ軸
１１ロータ
１２ベーン溝
１４背圧室
１５ベーン
１６シリンダ圧縮室
１７サライ部
１７ａ低圧オイル供給穴
１７ｂ低圧オイル取入穴
１８ａ高圧オイル供給穴
２０吐出口
２１吐出通路
２５油分離ブロック
２６油分離器
３０油溜まり
３１油通路
３２高圧オイル補助供給路
３３高圧オイル補助供給穴
３４弁穴
３４ｂ低圧オイル取入路
３５スプール弁体
３５ａ連通溝
３７コイルバネ
４０高圧オイル補助供給穴
４１高圧オイル補助供給路
４１ａ段部
４２ボール弁体
４３コイルバネ

Claims

冷媒ガスを吸入、圧縮、吐出する圧縮機本体と、前記圧縮機本体を潤滑するためのオイルを貯留する油溜まりを有する気体圧縮機であって、
前記圧縮機本体は、筒状のシリンダと、該シリンダの軸方向両端部に配したサイドブロックと、前記シリンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータの外周面から内周側にかけて形成されたベーン溝と、該ベーン溝に進退可能に収容されたベーンとで構成され、
前記ベーン溝の底部を含み前記圧縮機本体の定常運転時に吸入圧力と吐出圧力との中間圧力となる背圧空間と、該背圧空間に有って前記ベーンが吸入行程から圧縮行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部と連通するサライ溝と、
前記油溜まりと前記ベーンが吐出行程の位置にあるときの当該ベーン溝の底部とを前記サライ溝と前記ベーン溝の底部との連通が遮断された後に、連通させる第１の高圧オイル通路と、
前記吸入圧力と吐出圧力との中間圧力が前記背圧空間に付与される工程の間に前記油溜まりと前記背圧空間とを連通させる第２の高圧オイル通路と、
該第２の高圧オイル通路を開閉する開閉弁と、を備えたことを特徴とする気体圧縮機。
前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を前記圧縮機本体の回転停止時に開、圧縮機本体の回転起動時に開から閉、圧縮機本体の定常運転時に閉とすることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を圧縮機本体の定常運転時に閉、定常運転以外でオイル圧力が低い状態で開とすることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機。
前記第２の高圧オイル通路は、その下流側端部が吐出行程に位置する前記ベーンの当該ベーン溝の底部に開口することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の気体圧縮機。
前記第２の高圧オイル通路は、その下流側端部が前記サライ溝に開口することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の気体圧縮機。
前記開閉弁は、前記第２の高圧オイル通路を開閉するように移動可能に配置され、高圧オイルの圧力を受けて前記通路を閉じる位置に置かれる弁体と、該弁体に弾性力を付与して前記通路を開く位置に弁体を置くことができる弾性部材とを有しており、前記弁体は、圧縮機の定常運転時に高圧オイルの圧力により前記通路を閉じる位置に移動し、前記高圧オイルの圧力が低下した状態で前記弾性部材の弾性力により前記通路を開く位置に移動するものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の気体圧縮機。
前記弁体には、圧縮機内の吐出圧力が付与された高圧オイルと中間圧オイルとの差圧が加えられていることを特徴とする請求項６記載の気体圧縮機。