JP5430393B2

JP5430393B2 - ベーン型圧縮機

Info

Publication number: JP5430393B2
Application number: JP2009299091A
Authority: JP
Inventors: 知靖高橋; 仁大沢
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2009-12-29
Filing date: 2009-12-29
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-12-29
Also published as: CN102108967B; CN102108967A; JP2011137426A

Description

本発明は、ベーン型圧縮機に関し、特にロータが回転可能に収容されるシリンダとこれを包囲するシェル部材との間の空間下部にオイルが溜まることを防止するベーン型圧縮機に関する。

シリンダの周囲を包囲するシェル部材を備えたベーン型圧縮機としては、たとえば、下記する特許文献１に示されるものが公知となっている。このベーン型圧縮機は、駆動軸に固定され、カムリング（シリンダ）内に回転可能に収容されるロータと、前記ロータに設けられた複数のベーン溝に挿入されるベーンと、前記カムリングの一方の端側に配置されるサイド部材と、前記カムリングの他方の端側及び外周面を包囲するシェル部材とを備え、前記サイド部材及び前記シェル部材に前記駆動軸を軸支すると共に、前記サイド部材及び前記シェル部材のいずれか一方に前記カムリングと対向する端面を凹ませて吐出口と連通する高圧室が設けられ、また、前記カムリングの外周面と前記シェル部材の内周面との間に前記ベーン間に形成される圧縮室と連通可能な吐出弁収容室が設けられ、前記吐出弁収容室と前記高圧室とが前記カムリングに設けられたフランジ部により分離されると共に前記フランジ部に形成される通孔を介して連通されている。

図５に示すように、カムリング５１の外周面には、圧縮空間５１２に対応して吐出ポート５１４が設けられている。吐出ポート５１４は、カムリング５１の外周面とシェル部材５７の内周面との間に形成された吐出弁収容室５１５に開口し、前記ベーン間に形成される圧縮室５１３は、この吐出ポート５１４を介して吐出弁収容室５１５に連通可能となっている。そして、吐出ポート５１４は、吐出弁収容室５１５に収容される吐出弁５１６により開閉されるようになっている。

国際公開ＷＯ２００８／０２６４９６号（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２００７／０６６３３８号）明細書

しかしながら、圧縮された作動流体が吐出ポートを介して吐出弁収容室５１５へ吐出されると、作動流体に含まれたオイルが吐出弁収容室５１５の内面に付着し、その結果、吐出弁収容室５１５のシェル部材５７の下部にオイルが滞留する。この滞留したオイルはもはや圧縮機の潤滑に使われることがないため、このようなシェル部材５７の下部に滞留するオイルの量を予め予測し、その量に見合う余分なオイルを封入しなければならないため、コストが増大する不都合がある。

また、ベーン型圧縮機の脈動の低減を図るためには、圧縮機内の吐出経路において圧力脈動を低減させる工夫が要請されるが、これを別部材によって実現しようとすれば、部品点数の増加を招き、また、シール箇所の増加を招く。さらに、圧力脈動を調整するためには、吐出経路を調整し易い構造とすることが望ましい。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ベーン型圧縮機のシェル部材の下部にオイルが溜まることを防止するとともに、脈動の低減を図ったベーン型圧縮機を提供することを主たる目的とする。

本発明のベーン型圧縮機は、シリンダが形成された固定部材と、駆動軸に固定され、前記シリンダ内に回転可能に収容されるロータと、前記ロータに設けられた複数のベーン溝に挿入されるベーンと、前記シリンダの開口端側及び外周面を少なくとも包囲するシェル部材とを備え、前記シェル部材の外周面に作動流体を吐出する吐出口を設け、前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に前記ベーンによって画成させる圧縮室が設けられると共に、前記シリンダの外周面と前記シェル部材の内周面との間に吐出弁によって開閉される吐出ポートを介して前記圧縮室と連通可能な吐出空間が設けられるベーン型圧縮機において、前記吐出空間は、前記吐出ポートの近傍に突設された隔壁を境にして前記吐出弁が設けられている部位からシリンダのほぼ全周に亘って設けられ、前記吐出ポートから前記吐出空間に吐出される作動流体を前記吐出空間の前記シリンダの下側を通過させて前記吐出口に導くことを特徴としている。

これにより、圧縮室から吐出ポートを介して吐出空間へ吐出された作動流体は、シリンダの下側を通過して吐出口へ導かれるので、シェル部材の下部に溜まろうとするオイルは、作動流体と共に下流側へ送られる。このため、シェル部材の下部にオイルが溜まることを防ぐことが可能となる。

また、上述の構成において前記吐出空間は、前記シリンダの外周面と前記シェル部材の内周面との間の作動流体の通路面積を周方向で変化させることで作動流体の通路断面を周方向で複数回増減させるようにするとよい。

これにより、通路断面を周方向で複数回増減させた吐出空間がシリンダの周囲に形成されるので、マフラ室が直列に多数形成された状態となり、多段のマフラ効果により圧縮機の脈動を減少させることが可能となる。

さらに、前記固定部材にはシリンダのリア側端面を閉塞するサイドブロックが一体に形成されており、前記吐出空間に吐出された作動流体を前記シリンダに設けられたフランジ部に形成された通孔を介して前記サイドブロックに設けられたオイル分離器に導き、しかる後に前記吐出口に導くようにすることが望ましい。

これにより、ベーン型圧縮機を構成する部品点数を減らすことができ、作動流体と共に吐出空間から下流側に送られたオイルをオイル分離器により分離させることが可能となる。

ここで、前記吐出ポートは、前記フランジ部に形成された通孔の近傍において周方向の１箇所に設けられ、前記吐出ポートと前記通孔との間に前記吐出空間を仕切る隔壁を設けて前記吐出ポートから吐出された作動流体を前記シリンダの周囲を通過させて前記通孔へ導くようにしてもよい。

この構成によれば、吐出ポートから吐出した作動流体が、最短距離を流れずにシリンダの周囲のほぼ全周を移動するので、シリンダの下部を必ず通過させてシェル部材の下部に溜まろうとするオイルを下流側へ搬送すると共に通孔までの通路長を確保して脈動の減衰を促進させることが可能となる。

また、前記シリンダに設けられている吐出ポートは、周方向の２箇所に設けられると共に一方の前記吐出ポートと前記フランジ部に形成された通孔との間に前記吐出空間を仕切る隔壁を設け、それぞれの吐出ポートから吐出された作動流体を前記シリンダの周囲を同方向に流動させて前記通孔へ導くようにしてもよい。

シリンダの周方向の２箇所で吐出ポートが設けられる場合には、通常、吐出ポートは駆動軸に対して対称となるシリンダの位置に設けられるので、それぞれの吐出ポートから吐出された作動流体をシリンダの周囲の周方向に流動させることで、一方の吐出ポートから吐出された作動流体をシリンダの下側を通過させることが可能となる。このため、シェル部材の下部に溜まろうとするオイルを下流側へ搬送することが可能となる。

以上本発明によれば、吐出ポートから吐出空間に吐出された作動流体を吐出空間のシリンダの下側を通過させて吐出口に導くことにより、圧縮機のシェル部材の下部にオイルが溜まることを防止することができ、オイル不足による潤滑不良を防ぐとともにオイル補充量を減らすことが可能となる。
また、シリンダの外周面とシェル部材の内周面との間の作動流体の通路面積を周方向で変化させることで作動流体の通路断面を周方向で複数回増減させることによって多段のマフラ効果により圧縮機の脈動を減衰させることが可能となる。
さらに、固定部材にはシリンダのリア側端面を閉塞するサイドブロックが一体に形成されており、吐出空間に吐出された作動流体をシリンダに設けられたフランジ部に形成された通孔を介してサイドブロックに設けられたオイル分離器に導き、しかる後に吐出口に導くようにすることで、部品点数を減らすと共に、シェル部材の下部に溜まろうとするオイルを吐出空間から搬送してオイル分離器で効果的に分離させることが可能となる。

図１は、本発明に係るベーン型圧縮機の構成例を示す図であり、（ａ）は吐出経路やオイル分離器が現れるように切断された側断面を示す図であり、（ｂ）は吸入経路やオイル貯留室が現れるように切断された側断面を示す図である。図２は、図１に示すベーン型圧縮機の各所の断面を示す図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図を示し、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図を示す。図３は、本発明に係る圧縮機の一部切り欠きの斜視図であり、（ａ）はフロント側から見たシェル部材を一部切り欠いた状態を示す図であり、（ｂ）はリア側から見たシェル部材の一部、及び、固定部材とこれに形成されたオイル分離器の一部を切り欠いた状態を示す図である。図４は、実施例２におけるベーン型圧縮機の断面を示す図であり、図１のＢ−Ｂ線で切断した断面を示す図である。図５は、従来のベーン型圧縮機の断面を示す図である。

以下、本発明のベーン型圧縮機について図面を参照して説明する。

図１乃至図３において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適したベーン型圧縮機が示されている。このベーン型圧縮機１は、圧縮室１９を構成するシリンダ８ａと、このシリンダ８ａ内に回転可能に収容され、駆動軸３に固定されたロータ４と、このロータ４に設けられた複数のベーン溝５に挿入されるベーン６と、シリンダ８ａのリア側端面に固定されるリアサイドブロック８ｂと、シリンダ８ａのフロント側端面及び外周面を包囲し、リアサイドブロック８ｂに嵌合するシェル部材９とを有して構成されている。

リアサイドブロック８ｂは、ロータ４を収容するシリンダ８ａのリア側に続いて一体に形成されているもので、シリンダ８ａと共に圧縮室１９を形成する固定部材８を構成している。

シェル部材９は、シリンダ８ａのフロント側端面に当接するフロントサイドブロック９ａと、シリンダ及びリアサイドブロック８ｂの外周面を包囲するように形成された筒部９ｂとを一体化して構成されている。
また、固定部材８とシェル部材９とを締結ボルト５０で固定することで、ベーン型圧縮機１のハウジングを構成している。

駆動軸３は、シェル部材９のフロントサイドブロック９ａと固定部材８のリアサイドブロック８ｂにプレーンベアリングを介して回転可能に支持されている。シェル部材９には、作動流体（冷媒ガス）の吸入口１２および吐出口１１と、吸入口１２に連通し、シリンダ８ａに形成された凹部１３と共に構成される吸入空間１４が形成されている。また、シリンダ８ａとシェル部材９の筒部９ｂとにより後述する吐出空間１５が画成され、この吐出空間１５は、固定部材８のリアサイドブロック８ｂに形成されたオイル分離器１６を介して吐出口１１に連通している。

シリンダ８ａにより囲まれた空間とロータ４との断面は真円状に形成され、シリンダ８ａの軸中心とロータ４の軸中心とは、ロータ４の外周面とシリンダ８ａの内周面とが周方向の一箇所で当接するようにずらして設けられ（シリンダ８ａの内径とロータ４の外径との差の１／２だけずらして設けられ）、シリンダ８ａの内周面とロータ４の外周面との間には圧縮空間１８が画成されている。この圧縮空間１８はベーン６によって仕切られて複数の圧縮室１９が形成され、各圧縮室１９の容積はロータ４の回転によって変化するようになっている。

シェル部材９は、フロントサイドブロック９ａに一体化されたボス部９ｃに、駆動軸３に回転動力を伝えるプーリ２０が回転自在に外装され、このプーリ２０から電磁クラッチ２１を介して回転動力が駆動軸３に伝達されるようになっている。

また、シリンダ８ａは、その両端部に径方向に突出するフランジ部８ｃ，８ｄが形成されている。フロント側のフランジ部８ｃは、シェル部材９の内周形状に合わせた形状に形成されており、シェル部材９の内側に嵌入されてフロントサイドブロック９ａの端面に当接され、また、リア側のフランジ部８ｄも、シェル部材９の内周形状に合わせた形状に形成されており、シェル部材９の内側に嵌入されてオーリング等のシール部材によりシェル部材との間が気密よくシールされている。

シリンダ８ａの周面には、圧縮空間１８に対応して吸入空間１４に連通する吸入ポート２２と、吐出空間１５と連通する吐出ポート２３が設けられている。したがってシリンダ８ａをシェル部材９に嵌入させると、吸入空間１４は、吸入ポート２２を介して圧縮室１９に連通し、シリンダ８ａの外周面と筒部９ｂの内周面との間には、両側端がフランジ部８ｃ，８ｄによって画成された吐出空間１５が形成され、この吐出空間１５が吐出ポート２３を介して圧縮室１９に連通可能となっている。そして、吐出ポート２３は、吐出空間１５に収容される吐出弁２４により開閉されるようになっている。

この吐出空間１５は、シリンダ８ａの吐出ポート２３の近傍に突設された隔壁２５を境にして吐出弁２４が設けられている部位からシリンダ８ａのほぼ全周に亘って設けられ、隔壁２５に対して吐出ポート２３が設けられている側とは反対側において、フランジ部８ｄに形成された通孔２６を介してオイル分離器１６に連通し、このオイル分離器１６を経て吐出口１１に通じている。

また、吐出空間１５は、シリンダ８ａの外周面と、シェル部材９の内周面との間の作動流体の通路面積を周方向で変化させることで作動流体の通路断面を周方向で複数回増減させて構成されている。

具体的には、図２（ｂ）および図３（ａ），（ｂ）に示すように、シリンダ８ａの外周面には間隔をあけて筒部９ｂの内面に当接する複数（この例では３つ）の凸部８ａａが設けられており、さらにそれぞれの凸部８ａａには、スリット８ａｂが設けられて、作動流体は、このスリット８ａｂを介してのみ吐出空間１５を移動するようになっている。

オイル分離器１６は、リアサイドブロック８ｂに一体に形成されているもので、フランジ部８ｄに形成された通孔２６に連通する円柱状の空間に形成されたオイル分離室２８を備え、このオイル分離室２８にリアサイドブロック８ｂと一体に形成された略円筒状の分離筒（セパレータパイプ）２９を同軸上に配設して構成されている。

オイル分離室２８は、前記駆動軸３の軸方向に対して略直交する方向に延設されると共にその軸線が鉛直線に対して斜めに傾斜するように形成されており、上端部は、分離筒２９を介して前記シェル部材９の吐出口１１に連通し、下端部は、リアサイドブロック８ｂの側面に開口されている。そして、このオイル分離室２８の下端部の開口部は、シェル部材９の筒部９ｂにより気密よく閉塞されている。この例において、筒部９ｂは、リアサイドブロック８ｂの全体が収容される程度に軸方向に延設されており、オイル分離室２８は、圧縮機の軸方向の前後においてリアサイドブロック８ｂの周方向の設けられたオーリング等のシール部材によりシェル部材９の筒部９ｂとの間が気密よくシールされている。

したがって、オイル分離室２８に流入した作動流体は、このオイル分離室２８に収容された分離筒２９の周りを旋回し、その過程で混在しているオイルが分離され、オイルが分離された吐出ガスを、分離筒２９を介して吐出口１１に送出するようにしている。また、分離されたオイルは、オイル分離室２８の下端部に連通するように固定部材８とシェル部材９との間に形成されたオイル排出孔３０を介して固定部材８の底部に形成されたオイル貯留室３１に溜められ、その後、オイル供給通路４０を介して圧縮機の潤滑部分に供給されるようになっている。

以上の構成において、図示しない動力源からの回転動力がプーリ２０及び電磁クラッチ２１を介して駆動軸３に伝達され、ロータ４が回転すると、吸入口１２から吸入空間１４に流入された作動流体が吸入ポート２２を介して圧縮空間１８に吸入される。圧縮空間１８内のベーン６によって仕切られた圧縮室１９の容積はロータ４の回転に伴って変化するので、ベーン６間に閉じ込められた作動流体は圧縮され、吐出ポート２３から吐出弁２４を介して吐出空間１５に吐出される。吐出空間１５に突出された作動流体は、シリンダ８ａの外周面に沿って（シェル部材９の筒部９ｂの内周面に沿って）周方向に移動し、シリンダ８ａの下側を通過するようにシリンダ８ａの周囲をほぼ一周してフランジ部８ｄに形成された通孔２６を介してリアサイドブロック８ｂに一体形成されたオイル分離器１６のオイル分離室２８に導入され、オイル分離された後に吐出口１１から外部回路へ吐出される。

したがって、吐出ポート２３から吐出された作動流体は、シリンダ８ａとシェル部材９との間に形成された吐出空間１５を、吐出ポート２３が臨む部位から通孔２６が臨む部位にかけて移動する過程において、シリンダ８ａの下部を通過するため、シェル部材９の下部にオイルが溜まることを防止することができ、オイル補充量を減らすことが可能となる。

また、シリンダ８ａと筒部９ｂとの間に形成される吐出空間１５には、各凸部８ａａの前後にシリンダ８ａの外周壁と筒部９ｂの内周壁との面積が大きくなるマフラ室が構成され、これらのマフラ室が、凸部８ａａに形成されたスリット８ａｂで連通し、直列に接続されているので、作動流体は、シリンダ８ａの外周面に沿って周方向に移動する際に、マフラ室とスリット８ａｂを交互に複数回通過して通孔２６へ移動する。このため、多段のマフラ効果が得られて脈動を低減することが可能となる。また、フランジ部８ｄの通孔２６を介してのみオイル分離器１６のオイル分離室２８へ導かれるので、この通孔２６を通過する過程で吐出ガスの圧力脈動が低減され、さらに、オイル分離器１６を通過する過程においても圧力脈動が低減され、脈動の極めて少ない状態で吐出口１１から送出される。

さらに、上述の圧縮機においては、リアサイドブロック８ｂが、ロータ４を収容するシリンダ８ａのリア側に続いて一体に形成され、シリンダ８ａと共に圧縮室１９を形成する固定部材８を構成しており、この固定部材８をフロントサイドブロック９ａと筒部９ｂとが一体に形成されたシェル部材９に収容する構成としているので、圧縮機の部品点数を削減することが可能となる。しかも、オイル分離器１６を固定部材８のリアサイドブロック８ｂに一体に形成し、シェル部材９の筒部９ｂをリアサイドブロック８ｂのリア側端部まで覆うように延長させてオイル分離室２８の下端開口部をこの筒部９ｂで気密よく閉塞するようにしたので、オイル分離室２８を閉塞する閉塞部材が不要となり、オイル分離器１６を設けたことによる部品点数の増加もなくなる。

また、実施例１においては、シリンダ８ａの吐出ポート２３を周方向に１箇所に設けたベーン型圧縮機に適用した例を示したが、吐出ポート２３を周方向に２箇所設けた従来のベーン型圧縮機に適用してもよい。具体的には、図４に示されるように、シリンダ８ａには、駆動軸３に対して対称となる位置に、吐出ポート２３ａ，２３ｂが設けられており、そのうちの一方の吐出ポート２３ａと通孔２６との間に吐出空間１５を仕切る隔壁２５が設けられ、一方の吐出ポート２３ａと他方の吐出ポート２３ｂとの間に筒部９ｂの内面に当接する２つの凸部８ａａが設けられ、他方の吐出ポート２３ｂと通孔２６との間に筒部９ｂの内面に当接する１つの凸部８ａａが設けられ、これら３つの凸部８ａａには、作動流体を通過させるスリット８ａｂが形成されている。
尚、他の構成は前記実施例と同様であるので、同一箇所に同一符号を付して説明を省略する。

このような構成のベーン型圧縮機１においては、一方の吐出ポート２３ａと通孔２６の間に隔壁２５が設けられているので、圧縮室１９で圧縮された作動流体は、吐出ポート２３ａ，２３ｂから吐出され、シリンダ８ａの周囲を通孔２６に向かって同方向に流動する（図中、半時計回り）。このため、一方の吐出ポート２３ａから吐出された作動流体をシリンダの下側を通過させることができ、シェル部材９の下部に溜まろうとするオイルを下流側へ搬送させることが可能となり、前記構成例と同様の作用効果を奏することが可能となる。

尚、上述の構成においては、リアサイドブロック８ｂをシリンダ８ａに一体に形成させたベーン型圧縮機の例を示したが、シリンダ８ａとリアサイドブロック８ｂとを別体としているベーン型圧縮機に採用してもよい。また、上述の構成においては、シリンダ８ａと一体をなすリアサイドブロック８ｂにオイル分離器１６を設け、これをシェル部材９に収容する構成例について説明したが、シリンダと一体をなすフロントサイドブロックにオイル分離器を設け、これをシェル部材に収容する構成において、上述と同様の構成を採用してもよい。

また、上述の構成においては、凸部８ａａにスリット８ａｂを設けることで、吐出空間１５の作動流体の通路断面を周方向に変化させるように形成するベーン型圧縮機の構造を示したが、固定部材８とシェル部材９とを締結するボルト締結部６０の形状を利用して吐出経路１５の通路断面を周方向に変化させるようにしてもよい。具体的には、図１に示されるように、シリンダ８ａの外周面にボルト締結部６０を、周方向で複数突出形成させて、その軸方向の長さをシリンダ８ａの軸方向長さよりも短くすることで、通路断面を周方向で変化させるようにしている。
このような構成にすることにより、上記の構成のベーン型圧縮機と同様に多段マフラ効果を得ることができ脈動を低減することが可能となる。

さらに、上述の構成においては、吐出ポート２３から吐出空間１５に吐出される作動流体をシリンダ８ａの下側を通過させた後、フランジ部８ｄに形成された通孔２６へ通過させて吐出口１１に導くように構成したが、これに限られるものではなく、吐出空間１５に臨むようにシェル部材９の外周面に吐出口１１を設け、作動流体を吐出空間１５のシリンダ８ａの下側を通過させた後に、吐出口１１から直接的に吐出するように構成してもよい。

１ベーン型圧縮機
３駆動軸
４ロータ
５ベーン溝
６ベーン
８サイドブロック
８ａシリンダ
８ｃ，８ｄフランジ部
９シェル部材
１１吐出口
１５吐出空間
１６オイル分離器
１９圧縮室
２３吐出ポート
２６通孔

Claims

シリンダが形成された固定部材と、
駆動軸に固定され、前記シリンダ内に回転可能に収容されるロータと、
前記ロータに設けられた複数のベーン溝に挿入されるベーンと、
前記シリンダの開口端側及び外周面を少なくとも包囲するシェル部材とを備え、
前記シェル部材の外周面に作動流体を吐出する吐出口を設け、
前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に前記ベーンによって画成させる圧縮室が設けられると共に、
前記シリンダの外周面と前記シェル部材の内周面との間に吐出弁によって開閉される吐出ポートを介して前記圧縮室と連通可能な吐出空間が設けられるベーン型圧縮機において、
前記吐出空間は、前記吐出ポートの近傍に突設された隔壁を境にして前記吐出弁が設けられている部位からシリンダのほぼ全周に亘って設けられ、
前記吐出ポートから前記吐出空間に吐出される作動流体を前記吐出空間の前記シリンダの下側を通過させて前記吐出口に導くことを特徴とするベーン型圧縮機。
前記吐出空間は、前記シリンダの外周面と前記シェル部材の内周面との間の作動流体の通路面積を周方向で変化させることで作動流体の通路断面を周方向で複数回増減させていることを特徴とする請求項１記載のベーン型圧縮機。
前記固定部材にはシリンダのリア側端面を閉塞するサイドブロックが一体に形成されており、前記吐出空間に吐出された作動流体を前記シリンダに設けられたフランジ部に形成された通孔を介して前記サイドブロックに設けられたオイル分離器に導き、しかる後に前記吐出口に導くようにしたことを特徴とする請求項１記載のベーン型圧縮機。
前記吐出ポートは、前記フランジ部に形成された通孔の近傍において周方向の１箇所に設けられ、前記吐出ポートと前記通孔との間に前記吐出空間を仕切る前記隔壁を設けて前記吐出ポートから吐出された作動流体を前記シリンダの周囲を通過させて前記通孔へ導くようにしたことを特徴とする請求項３記載のベーン型圧縮機。
前記シリンダに設けられている吐出ポートは、周方向の２箇所に設けられると共に一方の前記吐出ポートと前記フランジ部に形成された通孔との間に前記吐出空間を仕切る前記隔壁を設け、それぞれの吐出ポートから吐出された作動流体を前記シリンダの周囲を同方向に流動させて前記通孔へ導くようにしたことを特徴とする請求項３記載のベーン型圧縮機。