JP6465626B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、車両などに搭載された空調装置に設置される気体圧縮機に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００２−３２７６９２号公報

ところで、前記高圧供給穴を通してベーン溝に供給する油の量が必要以上に多いと、吐出室に溜めておく油の必要量が多くなるため、気体圧縮機に封入する油量が増加し、重量増加、コストアップの原因となる。このため、サイドブロックに形成される高圧供給穴の径を、油供給量が過多とならないように小径にする必要がある。

しかしながら、アルミ合金等からなるサイドブロックの所定位置に深穴加工して小径の穴（高圧供給穴）を形成するには、高い加工技術が必要となるため加工性が悪く、コストが高くなる。

そこで、本発明は、高圧供給穴を加工性よく形成できるようにして、加工コストを抑え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。

前記課題を解決するために、本発明の気体圧縮機は、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ることを特徴としている。

本発明に係る気体圧縮機は、高圧の油をベーン溝に供給する高圧供給穴は、供給される油の流れ方向上流側に形成された径の小さい小径部と、小径部の油の流れ方向下流側に形成された小径部よりも径の大きい大径部とが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る。

これにより、従来の高圧供給穴のように、全長を深穴加工して小径穴を形成する場合は加工性が悪いが、本発明では、高圧供給穴の全長に占める小径部の長さを短くできるので、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。

本発明の実施形態に係る気体圧縮機（ベーンロータリー型の気体圧縮機）を示す概略断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 フロントサイドブロックの高圧供給穴付近を示す概略断面図。 フロントサイドブロックの内面側を示した図。 図３のＢ−Ｂ線断面図。 圧縮行程の終盤工程で、高圧供給穴がベーン溝に連通した状態を示した概略断面図。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１ コンプレッサ（気体圧縮機）
２ 本体ケース
３ フロントヘッド
４ ハウジング
５ 圧縮機本体
６ 電磁クラッチ
１１ ロータ
１２ シリンダ
１３ ベーン
１４ フロントサイドブロック
１５ リアサイドブロック
１８ 油分離器
２３ ベーン溝
２３ａ 底部
３５ 高圧供給穴
３５ａ 小径部
３５ｂ 大径部
３６ 軸穴内周面

Claims (5)

1. 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。
2. 前記少なくとも一方側のサイドブロックの、前記回転軸が回転可能に挿通されている軸穴内周面には、該軸穴内周面の周方向に沿って、前記所定圧よりも高圧の油が供給されるリング状の油溝が形成されており、
   前記小径部の油流れ方向の上流側が、前記油溝に開口し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. 前記小径部と前記大径部は、同軸上に沿って一体的に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の気体圧縮機。
4. 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１／３〜１／５である請求項１から３のうちいずれか１項に記載の気体圧縮機。
5. 前記小径部の径が０．５〜１．０［ｍｍ］であり、かつ前記大径部の径が１．５〜２．０［ｍｍ］である請求項４に記載の気体圧縮機。