JP2002257067A - ベーン式気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動圧の高い冷媒ガスを用いるベーン式気
体圧縮機においてベーン側面でのリークを防止する。 【解決手段】 ベーン１の側面にベーン１の長さ方向
に沿ってシール材収容溝２を形成し、収容溝２にシール
材４を嵌め込む。シール材１の背面側に潤滑油を供給す
るシール材潤滑油流路３をベーン１に設け、潤滑油流路
３に圧縮機の潤滑油供給手段を接続する。 【効果】 圧縮機の潤滑油を用いた油圧によりシール
材がサイドブロックに押し付けられて高いシール性が確
保され、ベーン側面でのリークを極力防止できる。圧縮
機の性能、信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷房装置等に用い
られる容積変化式のベーン式気体圧縮機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】図１０、１１は従来のベーン式気体圧縮
機１の一例を表したものであり、軸方向と直交する縦断
面において楕円形状の内周面を有する筒状のシリンダ１
０と、その軸方向両端面に互いに平行に固着されたフロ
ントサイドブロック１１およびリアサイドブロック１２
とにより圧縮機本体１３が構成されており、これらによ
って楕円形状のシリンダ室１４が形成されている。

【０００３】そしてシリンダ室１４の内部には、図１１
に示すように、ロータ軸１５で支持された回転可能なロ
ータ１６が配設されている。このロータ１６には、複数
のベーン溝１７にそれぞれ内外周方向に進退可能に嵌装
されたベーン１８が複数枚（図は５枚）放射状に保持さ
れており、ベーン溝１７の内周側には、ベーン１８に背
圧を付加するために潤滑油を収容する背圧室１９が設け
られている。ロータ軸１５は図１０に示すように端部に
取り付けたプーリ２１を介して図示しない原動機に接続
され、これに連れてロータ１６が回転駆動されること
で、遠心力及び背圧室１９への潤滑油の供給によりベー
ン溝１７内で進退するベーン１８がシリンダ室１４の内
周壁（シリンダ１０）および側壁（フロントサイドブロ
ック１１、リアサイドブロック１２）に密着しながら回
転してシリンダ室１４に吸引した冷媒ガスを順次圧縮す
る。

【０００４】上記のようにしてシリンダ室１４で圧縮さ
れた冷媒ガスは、高圧室２５にリアサイドブロック１２
を通して放出される。リアサイドブロック１２には、サ
イクロンブロック２６が取り付けられており、このサイ
クロンブロック２６で油分とガスが分離されると共に、
フィルタ２７で金属粉、錆び等の有害不純物も除去され
るようにしてある。高圧室２５に溜められた高圧の冷媒
ガスは吐出口２８を通して外部へ供給されるようになっ
ている。また、該高圧室２５には油溜まり２９が設けら
れており、該油溜まり２９では、高圧室２５とシリンダ
室１４との圧力差により、ロータ１６の軸受け部や前記
背圧室１９、ベーン１８とシリンダ室１４の内周面およ
び側壁面との密着部に潤滑油を供給する。該潤滑油によ
り摩耗が防止されるとともに油膜によるシールがなされ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ベーン
とシリンダとの密着においては、ベーンに潤滑油の背圧
がかかってベーンをシリンダ側に押圧するためシリンダ
内周面に対しては比較的確実なシール性が得られる。し
かしベーン側面と両サイドブロックとの密着において
は、両者間には耐久上から数十ミクロン程度のクリアラ
ンスが確保され、該クリアランスに油膜を形成すること
によってシールを行うためベーンとシリンダ内周面との
シール性に比べると比較的劣っている。

【０００６】ところで、近年の地球温暖化問題からＣＯ
_２冷媒の適用が検討されているが、従来のフロン系冷媒
に比べて、作動圧が非常に高い上（Ｒ１３４ａの約７
倍）、吐出圧力と吸入圧力との差も大きく、冷媒のガス
密度も非常に大きい。それゆえ、上記したような従来の
ベーン側面クリアランスのままＣＯ_２冷媒を適用する
と、圧縮過程において、ベーン側面のクリアランスから
隣接する圧縮室へのリーク量が大きくなり、性能低下が
顕著となる。一方、クリアランス縮小により、リーク低
減による性能向上が期待できるが、上記と同様に摺動部
位であるため部品間のかじりや摩耗等の不具合が生じて
しまい、耐久性・信頼性の低下を招いてしまう。

【０００７】本発明は上記事情を背景としてなされたも
のであり、ベーンの摩耗等を招くことなくベーン側面に
おけるシール性を大幅に向上させることができ、作動圧
が非常に高いＣＯ_２圧縮機への適用も容易なベーン式気
体圧縮機を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１記載のベーン式気体圧縮機は、内周が筒状のシ
リンダと、該シリンダの軸方向両端部にあるサイドブロ
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、該ロータに設けられたベーン溝に進退可能に収容さ
れたベーンと、圧縮機内で潤滑油を供給する潤滑油供給
手段とを有し、上記ロータの回転によりシリンダ、ベー
ン、ロータおよび両サイドブロックで仕切られる空間の
容積を変化させて気体を圧縮するベーン式気体圧縮機に
おいて、前記ベーンの側面にベーンの長さ方向に沿って
シール材収容溝が形成され、該収容溝に、溝の深さ方向
に沿って移動可能にシール材が収容されているととも
に、該シール材の背面側に潤滑油を供給するシール材潤
滑油流路がベーンに設けられており、該潤滑油流路に前
記潤滑油供給手段が接続されていることを特徴とする。

【０００９】請求項２記載のベーン式気体圧縮機は、請
求項１記載の発明において、前記シリンダで圧縮された
気体を収容する高圧室と、該高圧室の圧力が作用する油
溜まりとを有し、前記潤滑油供給手段は、前記高圧室と
シリンダ内との圧力差により前記油溜まりの潤滑油をシ
リンダ側に供給するように構成されたものであることを
特徴とする。

【００１０】請求項３記載のベーン式気体圧縮機は、請
求項１または２に記載の発明において、前記ベーン溝の
内周側に、ベーンに背圧を付加する潤滑油を収容する背
圧室が設けられており、前記潤滑油流路は該背圧室を介
して前記潤滑油供給手段に接続されていることを特徴と
する。

【００１１】請求項４記載のベーン式気体圧縮機は、請
求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記シー
ル材収容溝の底部に貯油凹部が形成されており、該貯油
凹部に前記シール材潤滑油流路が連通していることを特
徴とする。

【００１２】すなわち請求項１記載の発明によれば、ベ
ーンの側面に配置されたシール材は、潤滑油供給手段か
ら供給され、シール材潤滑油流路を通る潤滑油によって
背面側からサイドブロック側に押され、該シール材がよ
り強くサイドブロックに密着して、高いシール性を確保
する。この際に、ベーンの側面は従来と同程度のクリア
ランスとすることができベーンの摩耗を助長することも
ない。

【００１３】なお、上記におけるシール材は耐摩耗性に
優れ、良好なシール性を確保できる材質が望ましく、例
えば、鉄系、カーボン系、テフロン（登録商標）系など
の材料を例示することができる。ただし、本発明として
はシール材の材質が特定のものに限定されるものではな
い。シール材は、ベーンの側面に長さ方向に沿って形成
したシール材収容溝に収容する。この収容においてシー
ル材は、少なくともサイドブロックへの押し付けと離脱
が可能なように溝の深さ方向に移動可能になっている。

【００１４】また、シール材収容溝は、その長さ、幅を
適宜定めることができる。さらに、ベーンの側面に複数
設けてもよく、例えば、収容溝をベーン側面に並列させ
たり、縦列させたりすることができ、各収容溝にシール
材を収容する。また、シール材収容溝は、リアまたはフ
ロントの一方のサイドブロックとの間で特にリークを防
止したい等の理由から、ベーン側面の一方に設けること
も可能であるが、ベーンの両側面に設けるのが望まし
い。

【００１５】上記シール材の背面に潤滑油を供給するシ
ール材潤滑油流路は、通常は、ベーンの内部に形成する
が、潤滑油供給手段からシール材の背面に潤滑油を供給
できるものであれば本発明としてはこれに限定されな
い。ただし、潤滑油流路はベーンに設けることが必須で
ある。潤滑油流路をベーンに設けることにより、ベーン
がロータの回転に伴って回転する際にも潤滑油を安定し
てシール材背面側に供給することができる。また、潤滑
油供給手段とシール材潤滑油流路との接続は、直接接続
する他に、他の流路等を介して間接的に接続されるもの
であってもよい。

【００１６】また、請求項２記載の発明によれば、シー
ル材の背面に供給される潤滑油は、高圧室とシリンダと
の圧力差に基づく作動圧力を有しており、該油圧に基づ
いてシール材がサイドブロック側に押し当てられ、シー
ル性を向上させる。また、圧縮機の動作が停止する際や
開始時には上記作動圧力は小さく、シール材への油圧も
減少するので、サイドブロックへの押しつけ力が弱ま
り、機器への負荷が軽減される。請求項３記載の発明に
よれば、ベーンに加えられる背圧に連動してシール材に
油圧が加わるので、サイドブロックに対する押しつけ力
が必要なとき（圧縮過程）に円滑に油圧を与えることが
できる。また、高負荷条件などにおいても、その吐出圧
力に応じた背圧による高圧のオイルがシール材の底面に
供給できるため、吐出圧力に応じて、つまり、リーク量
に応じて、シール材の両サイドブロックへの押し付け力
を変化させることが可能となる。一方、冷媒ガスを高圧
縮している状態でなくサイドブロックに対する押付け力
が特に必要ではないときには、ベーンに対する背圧も小
さくなっているのでシール材に加わる油圧も小さいもの
になり、無用にサイドブロックへの押付け力が作用する
のを抑止できる。

【００１７】請求項４記載の発明によれば、シール材に
対する油圧が貯油凹部を通してシール材背面に加えられ
ることになり、貯油凹部の位置や大きさ等によりシール
材背面に加わる油圧を調整することができ、より均等に
シール材に圧力を加えることが可能になる。貯油凹部は
シール材との間で間隙が確保されるものであればよく、
その位置、大きさを適宜選定することができる。また、
一つのシール材収容溝に複数の貯油凹部を設けることも
できる。

【００１８】

【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５に基づいて説明する。この実施形
態の圧縮機は、ＣＯ_２圧縮機に関するものであり、ベー
ン構造において従来の装置と異なっており、他部におい
ては従来装置と同様の構造を有している。なお、従来の
ベーン式気体圧縮機と同様の構造については、同一の符
号を付し、その説明を省略または簡略化するものとす
る。

【００１９】本実施形態のベーン１は、両側面に長さ方
向に沿ってシール材収容溝２、２がそれぞれ形成されて
おり、該シール材収容溝２、２に一端が連通するシール
材潤滑油流路３、３がベーン１内部に形成され、その他
端はベーン１の基端側、すなわち、ベーン１をベーン溝
１７に収容した際の背圧室１９側に開口しており、ベー
ン溝１７に取り付け状態では、該潤滑油流路３は背圧室
１９に連通している。また、上記シール材収容溝２、２
には、鉄系、カーボン系、テフロン系などの材料で構成
された略直方体形状のシール材４が収容されている。該
シール材４はその側面においてシール材収容溝２と僅か
な隙間を有し、溝２の深さ方向に対し、移動（進退）可
能となっている。なお、シール材４は、シール材収容溝
２に収まった状態で、その表面がベーン１側面と面一
か、該側面よりも凹入しているように溝深さと同等かそ
れよりもいくらか小さい厚さとするのが望ましい。これ
により、シール材によるサイドブロックへの押付けが必
要でない場合には、シール材が不必要にサイドブロック
に近接して摩擦によりシール材が早期に摩耗したり、圧
縮機の負荷を増大させるのを防止できる。上記ベーン１
は、従来装置と同様にベーン溝１７に進退可能に取り付
けられ、その結果、シール材潤滑油流路３、３が背圧室
１９に連通する。また、取り付け状態においてベーン１
の側面は、フロントサイドブロック１１、リアサイドブ
ロック１２に対し従来例と同程度のクリアランスが確保
されている。

【００２０】次に、本実施形態の動作について説明す
る。ロータ軸１５を図示しない原動機で回転駆動するこ
とによりロータ１６を回転させると、該回転に連れて遠
心力及び背圧室１９への潤滑油の供給によりベーン１に
外周側への押出力が作用する。このとき背圧室１９で
は、図５に示すように、最大圧縮状態になる、ロータ回
転角１８０度および３６０度の直前で油圧が最大になる
ように設定されている。該油圧の制御は、例えば図１１
に示されるように、背圧室１９の後方に位置する潤滑油
供給部２０の形状を調整することにより達成される。押
出力が作用したベーン１は、シリンダ１０の内周壁およ
びフロントサイドブロック１１、リアサイドブロック１
２の側壁に密着しながら回転してシリンダ室１４に吸引
した冷媒ガスを順次圧縮する。

【００２１】圧縮された冷媒ガスは、高圧室２５にリア
サイドブロック１２を通して放出される。該高圧室２５
に設けられた油溜まり２９では、高圧室２５とシリンダ
室１４との圧力差により、潤滑油がロータ１６の軸受け
部や前記背圧室１９、ベーン１８とシリンダ室１４の内
周面および側壁面との密着部に送り出され、摩耗が防止
されるとともに油膜によるシールがなされる。さらに背
圧室１９を通してシール材潤滑油流路３に潤滑油が供給
され、該潤滑油はシール材収容溝２に収容されたシール
材４の背面側に送り込まれ、該シール材４をフロントサ
イドブロック１１またはリアサイドブロック１２側に押
圧する。これによりシール材４はベーン１の回転中に各
サイドブロックに押し当たり、ベーン１の側面とサイド
ブロックとの間から圧縮した冷媒ガスがリークするのを
防止する。このときベーン１の側面は、サイドブロック
との間で適当なクリアランスを保っており、摩耗やかじ
りの発生は従来例と同等である。したがって作動圧の高
いＣＯ_２冷媒ガスにおいてもベーン側面からのリーク量
を極力小さいものとすることができ、圧縮機として良好
な性能が得られる。また、シール材４に加えられる油圧
は、背圧室１９の油圧に連動しており、高圧縮状態でよ
り高い油圧が与えられる。これによりシール材４は高圧
縮状態のときに最も強くサイドブロックに押し当たり、
リークが生じやすい条件においてより高いシール性を確
保する。一方、ロータの回転によって冷媒ガスの圧縮が
高くないときや圧縮状態にないときはシール材４への油
圧が小さくなり、次第に収容溝２内にシール材４が収ま
り、両サイドブロック１１、１２とシール材４との密着
が解かれる。

【００２２】なお上記実施形態では、気体圧縮機として
ＣＯ_２圧縮機について説明した。本発明は、冷媒ガスの
作動圧力が高いＣＯ_２圧縮機への適用が特に有効ではあ
るが、本発明としてはその適用がＣＯ_２圧縮機に限定さ
れるものではなく、フロン系冷媒ガス等の、その他の冷
媒ガスの圧縮に用いる気体圧縮機においても同様の効果
を得ることができ、適用が可能である。

【００２３】（実施形態２）図６、７に示すベーン１０
１は、シール材収容溝２の底部に、該収容溝２よりも小
さい幅で貯油凹部５を形成したものである。また、この
貯油凹部５の端部には、ベーン１０１内部に形成したシ
ール材潤滑油流路６の一端が連結されており、シール材
潤滑油流路６の他端は、ベーン１０１の基端側に開口し
て、背圧室１９と連通させるようになっている。この実
施形態では、シール材潤滑油流路６に供給される潤滑油
が、順次、貯油凹部５を他方側に移動するとともに、該
貯油凹部５の空間を介してシール材４の背面側に油圧を
作用させる。該構成によれば、油圧がシール材４のより
広い部分に確実に作用するので、シール材に均等に油圧
を加えることができ、シール材がサイドブロックに押し
当たる際にも均等な密着力を得て、より良好なシール性
を得ることが可能になる。

【００２４】（実施形態３）図８、９に示すベーン１０
２は、シール材収容溝２の底部に、該収容溝２よりも小
さい幅で貯油凹部７を形成したものであり、該貯油凹部
７の中央部にベーン１０２内部に形成したシール材潤滑
油流路８の一端が連通しており、シール材潤滑油流路８
の他端は、ベーン１０２の基端側に開口している。この
実施形態では、シール材潤滑油流路８に供給される潤滑
油が、貯油凹部７に送り込まれ、該貯油凹部７の空間を
介してシール材４の背面側に油圧を作用させる。該構成
によれば、潤滑油が貯油凹部７の中央部に供給されて貯
油凹部７内で上下方向に移動するので、該貯油凹部７に
よるシール材４への油圧をより均等なものとすることが
できる。なお、上記における各実施形態では、シール材
収容溝または貯油凹部への潤滑油の供給は、一箇所で行
っているが、複数箇所でシール材収容溝や貯油凹部に潤
滑油を供給するものであってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のベーン式
気体圧縮機によれば、内周が筒状のシリンダと、該シリ
ンダの軸方向両端部にあるサイドブロックと、前記シリ
ンダ内に回転可能に配置されたロータと、該ロータに設
けられたベーン溝に進退可能に収容されたベーンと、圧
縮機内で潤滑油を供給する潤滑油供給手段とを有し、上
記ロータの回転によりシリンダ、ベーン、ロータおよび
両サイドブロックで仕切られる空間の容積を変化させて
気体を圧縮するベーン式気体圧縮機において、前記ベー
ンの側面にベーンの長さ方向に沿ってシール材収容溝を
形成し、該収容溝に、溝の深さ方向に沿って移動可能に
シール材を収容するとともに、該シール材の背面側に潤
滑油を供給するシール材潤滑油流路をベーンに設け、該
潤滑油流路に前記潤滑油供給手段を接続したので、圧縮
機内で用いられる潤滑油の油圧を利用してベーン側面と
サイドブロックとの間をシール材でシールすることがで
き、圧縮された高圧ガスがベーン側面から隣接する圧縮
室へリークするのを低減することができ体積効率が向上
する。また、吐出温度の上昇も防ぐことができ、圧縮機
の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】 同じくベーンを示す、一部を断面した拡大正
面図である。

【図３】 同じくベーンを示す、拡大側面図であって、
シール材を省略したものとシール材があるものの図であ
る。

【図４】 同じくベーンを示す、一部拡大分解斜視図で
ある。

【図５】 同じくベーン背圧とロータ回転角とを示すグ
ラフである。

【図６】 この発明の他の実施形態におけるベーンを示
す、一部を断面した拡大正面図である。

【図７】 同じくベーンを示す拡大側面図であって、シ
ール材を省略したものとシール材があるものの図であ
る。

【図８】 この発明のさらに他の実施形態におけるベー
ンを示す、一部を断面した拡大正面図である。

【図９】 同じくベーンを示す拡大側面図であって、シ
ール材を省略したものとシール材があるものの図であ
る。

【図１０】 従来の気体圧縮機を示す断面図である。

【図１１】 同じく図１０の縦断面図である。

【符号の説明】

１ ベーン １０１ ベーン １０２ ベー
ン ２ シール材収容溝 ３ シール材潤滑油流路 ４ シール材 ５ 貯油凹部 ６ シール材潤滑油流路 ７ 貯油凹部 ８ シール材潤滑油流路 １０ シリンダ １１ フロントサイドブロック １２ リアサイドブロック １３ 圧縮機本体 １４ シリンダ室 １５ ロータ軸 １６ ロータ １７ ベーン溝 １８ ベーン １９ 背圧室 ２５ 高圧室 ２９ 油溜まり

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周が筒状のシリンダと、該シリンダの
   軸方向両端部にあるサイドブロックと、前記シリンダ内
   に回転可能に配置されたロータと、該ロータに設けられ
   たベーン溝に進退可能に収容されたベーンと、圧縮機内
   で潤滑油を供給する潤滑油供給手段とを有し、上記ロー
   タの回転によりシリンダ、ベーン、ロータおよび両サイ
   ドブロックで仕切られる空間の容積を変化させて気体を
   圧縮するベーン式気体圧縮機において、前記ベーンの側
   面にベーンの長さ方向に沿ってシール材収容溝が形成さ
   れ、該収容溝に、溝の深さ方向に沿って移動可能にシー
   ル材が収容されているとともに、該シール材の背面側に
   潤滑油を供給するシール材潤滑油流路がベーンに設けら
   れており、該潤滑油流路に前記潤滑油供給手段が接続さ
   れていることを特徴とするベーン式気体圧縮機
2. 【請求項２】 前記シリンダで圧縮された気体を収容す
   る高圧室と、該高圧室の圧力が作用する油溜まりとを有
   し、前記潤滑油供給手段は、前記高圧室とシリンダ内と
   の圧力差により前記油溜まりの潤滑油をシリンダ側に供
   給するように構成されたものであることを特徴とする請
   求項１記載のベーン式気体圧縮機
3. 【請求項３】 前記ベーン溝の内周側に、ベーンに背圧
   を付加する潤滑油を収容する背圧室が設けられており、
   前記潤滑油流路は該背圧室を介して前記潤滑油供給手段
   に接続されていることを特徴とする請求項１または２に
   記載のベーン式気体圧縮機
4. 【請求項４】 前記シール材収容溝の底部に、貯油凹部
   が形成されており、該貯油凹部に前記シール材潤滑油流
   路が連通していることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れかに記載のベーン式気体圧縮機