JP2011196241A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】気体圧縮機において、ベーンのチャタリングを防止する。
【解決手段】回転軸１０と一体的に回転するロータ２０と、ロータ２０の外周面２１の外方を取り囲むシリンダ５０と、ロータ２０の両端面にそれぞれ対向して配設された２つのサイドブロック３０，４０と、ロータ２０に埋設された、ロータ２０の回転にしたがって、その先端部６１がシリンダ５０の内周面５１に沿うようにロータ２０の外周面２１からの突出量が可変とされた板状のベーン６０とを備え、サイドブロック３０，４０に、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に対応したカム面３２，４２が形成され、ベーン６０とカム面３２，４２との間に、カム面３２，４２に沿って案内されるピン７１（従動部材）と、ピン７１とベーン６０との間の間隔を弾性力に応じて保持する板バネ７２（弾性部材）とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、ベーンロータリー形式の気体圧縮機に関し、詳細には、ロータに設けられたベーンを突出させる構造の改良に関する。

従来、空調装置等における冷凍サイクルは、冷媒ガスを圧縮してシステムに冷媒ガスを循環させるために気体圧縮機が用いられている。

この気体圧縮機は、作動方式として往復動式や回転式などが実用化されているが、回転式の一形式であるベーンロータリー形式の気体圧縮機は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、ロータの外周面の外方を略楕円形状の輪郭の内周面で取り囲むシリンダと、ロータの両端面側にそれぞれ配設されたサイドブロック（フロントサイドブロックおよびリヤサイドブロック）と、ロータに埋設され、ロータの回転にしたがって、その先端部がシリンダの内周面に沿うようにロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンとを備えている。

そして、ロータの外周面とシリンダの内周面と両サイドブロックの面とロータの回転方向について相前後する２つのベーンとによって圧縮室が画成され、ロータの回転にしたがって個々の圧縮室の容積が変化し、圧縮室の容積が大きくなる行程で外部から気体（冷媒ガス等）を吸入し、圧縮室の容積が小さくなる行程で外部との通気を封じたうえで、内部に封じ込められた気体を圧縮し、その後、この圧縮された気体を外部に吐出することで、高圧の圧縮気体を外部に供給している。

ここで、圧縮室から吐出された高圧の気体は、一時的に気体圧縮機内の吐出室に充満するが、この気体の圧力によって、吐出室内に溜まった冷凍機油が、リヤサイドブロックに形成された凹部（以下、サライ溝という。）やフロントサイドブロックに形成されたサライ溝に供給される。

そして、これらサライ溝は、ロータに形成されてベーンを突出可能に埋設したベーンガイド溝のうち、ベーンの背圧空間（ベーンの埋設側端面の側の空間）に連通しているため、サライ溝を介して背圧空間に供給された冷凍機油が、ベーンの埋設側端を押圧し、この押圧力（背圧）によって、ベーンの突出側先端部は、シリンダの内周面に当接することになる。

ところで、圧縮行程の終期では圧縮室内の圧力が非常に高くなるため、その圧縮室を画成するベーンに作用する背圧（冷凍機油による圧力）が圧縮室の内圧に負けて、ベーンの突出側先端部がシリンダの内周面から瞬間的に離れ、瞬間的に圧縮室の内圧が相前後する圧縮室に逃げ、その後、ベーンの先端部がシリンダの内周面に再度接触し、この離接を繰り返す、いわゆるチャタリングが発生することがある。

そして、このチャタリングは、ベーンの先端部がシリンダの内周面に再び接触するときに接触音を発し雑音となる。

上述したチャタリングの発生を防止するために、ベーンとロータのベーン溝との間にコイルバネを介在させ、このコイルバネが縮んだときに生じる弾性力を、冷凍機油による背圧に付加し、ベーンの先端部がシリンダの内周面から離れるのを防止する技術が提案されている（特許文献１）。

特開２００９−１５６０８８号公報

ところで、上述した先行技術文献に開示された技術は、ベーンとコイルバネとの離接による別の雑音発生を防止する上で、ベーンの突出量が最大となる行程（主として吸入行程）においてもベーンとコイルバネとが接触している必要がある。そして、当然ながら、ベーンの突出量が最小となる行程においてもベーンとコイルバネとは接触している。

したがって、コイルバネは、ベーンの突出変化量（最大突出量と最小突出量との差分）と等しい量の伸縮を繰り返すことになる。

一方、このコイルバネは、ベーンの厚さよりも狭い空間内に収容されるものであるため、線径を極めて細いものとする必要があり、線径に比して大きな量の伸縮変化の繰り返しは、コイルバネの耐久性を低下させる大きな要因となる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、ベーンを突出方向に押圧する弾性部材の耐久性を向上させ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ものである。

本発明に係る気体圧縮機は、ロータの端面に対向するサイドブロックの面に、シリンダの内周面に対応したカム面を形成して、このカム面とベーンとの間に従動部材と弾性部材とを介在させることで、ベーンの突出量の変化の大部分を、サイドブロックのカム面の輪郭形状によって形成し、さらに弾性部材の弾性変形によって、ベーンの突出量の変化の残り部分を、弾性部材の弾性変形によって吸収させることで、ベーンのチャタリングを防止しつつ、弾性部材の弾性変形量（ストローク）を小さくし、弾性部材の耐久性を向上させたものである。

すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、回転軸と一体的に回転するロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲むシリンダと、前記ロータの両端面にそれぞれ対向して配設された２つのサイドブロックと、前記ロータに埋設された、前記ロータの回転にしたがって、その先端部が前記シリンダの内周面に沿うように前記ロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンとを備えたベーンロータリー形式の気体圧縮機において、前記サイドブロックに、前記シリンダの内周面の輪郭形状に対応したカム面が形成され、前記ベーンと前記カム面との間に、前記カム面に沿って案内される従動部材と、前記従動部材と前記ベーンとの間の間隔を弾性力に応じて保持する弾性部材とを備えたことを特徴とする。

ここで、カム面は、ロータの端面に向かって突出した短柱状あるいは短筒状の凸部の外周面として形成されたもの（この場合、ロータの端面には、カム面が形成された凸部を内部に受容する凹部が形成されていることを要する）であってもよいし、従動部材がロータの端面側から突出するものである場合は、サイドブロックに凹状に形成された溝の側壁面として形成されたものであってもよい。

また、弾性部材は、ベーンの突出方向に沿って弾性変形可能なものであればよく、ゴムやバネ（例えば、コイルバネ、板バネ等）など公知の種々のものを適用することができる。

従動部材は、弾性部材と一体的に構成されていてもよく、さらには弾性部材自体の一部が従動部材として機能するものであってもよい。

ベーンの突出量変化はシリンダの内周面の輪郭形状に対応したものとなっているが、本発明に係る気体圧縮機は、サイドブロックの面に、シリンダの内周面の輪郭形状に対応した輪郭形状のカム面が形成されているため、このカム面に沿って案内される従動部材の、ベーンの突出方向に沿った移動量は、ベーンの突出量変化に対応したものとなる。

さらに、本発明に係る気体圧縮機は、従動部材とベーンとの間に弾性部材が介在されているが、従動部材がベーンの突出量変化に対応しているため、従動部材とベーンとの間の弾性部材はベーンの突出量変化に拘わらず略一定長を維持することになり、弾性部材の弾性変形量は極めて小さく、弾性部材の耐久性は先行技術のものに比べて著しく向上する。

しかも、弾性部材は、ベーンがシリンダの内周面から離されるような大きな荷重（圧縮室の高い内圧）が作用したときには、この荷重に抗する向き（ベーンの先端部をシリンダの内周面に接させる方向）に、弾性力を発生するため、ベーンがシリンダの内周面から離れるのを阻止し、ベーンのチャタリングを防止することができる。

なお、サイドブロックの面に形成されたカム面の輪郭形状が、シリンダの内周面の輪郭形状に正確に対応していない場合であっても、そのようなシリンダの内周面の輪郭形状との差異は、弾性部材の弾性変形によって、ある程度吸収されるため、カム面の輪郭形状の精度を厳密に管理する必要がなく、過度な製造コストアップを招くことがない。

本発明に係る気体圧縮機によれば、ベーンを突出方向に押圧する弾性部材の耐久性を向上させることができる。

本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ形式の電動コンプレッサの縦断面を示す断面図である。 図１に示した電動コンプレッサの要部斜視図（矢視Ａによる）を示す図である。 図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図である。 図３におけるＣ−Ｃ線に沿った断面を示す図である。 他の実施形態（その１）を示す図４相当の断面図である。 他の実施形態（その２）を示す図４相当の断面図である。 他の実施形態（その３）を示す図４相当の断面図である。

以下、本発明の気体圧縮機に係る最良の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるベーンロータリ形式の電動コンプレッサ１００を示す縦断面図、図２はその要部斜視図を示す図、図３は図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面を示す図、図４は図３におけるＣ−Ｃ線に沿った断面を示す図であり、この電動コンプレッサ１００は、圧縮機本体８０と、この圧縮機本体８０を駆動する電動モータ９０と、電動モータ９０を制御するインバータ９５とを備えている。

圧縮機本体８０は、電動モータ９０によって回転駆動される回転軸１０と、この回転軸１０と一体的に軸回りに回転する略円柱状のロータ２０と、ロータ２０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭形状が略楕円の内周面５１を有するシリンダ５０と、ロータ２０の両端面にそれぞれ対向して配設された２つのサイドブロック（フロントサイドブロック３０、リヤサイドブロック４０）と、ロータ２０に埋設された、ロータ２０の回転にしたがってその先端部６１がシリンダ５０の内周面５１に沿うようにロータ２０の外周面２１からの突出量が可変とされた５つの板状のベーン６０とを備えている。

ロータ２０には、図３に示すように、ロータ２０の軸を中心として等角度間隔でベーン溝２２が形成されていて、上記５つのベーン６０はロータ２０の各ベーン溝２２にそれぞれ、ベーン溝２２の深さ方向に沿って摺動可能に挿入されている。

このベーン溝２２には冷凍機油が流入しており、この冷凍機油がベーン６０とベーン溝２２との間の潤滑を行うとともに、ベーン６０をシリンダ５０の内周面５１に向けて突出させる背圧としても作用する。

そして、ロータ２０の回転方向について相前後する２つのベーン６０，６０と、ロータ２０の外周面２１と、シリンダ５０の内周面５１と、各サイドブロック３０，４０の、ロータ２０の両端面にそれぞれ対向する面（以下、対向面という。）３０ａ，４０ａとによって、閉空間で圧縮室Ｓが、ロータ２０の周囲に画成される。

これら圧縮室Ｓは、ロータ２０の軸回りの回転にしたがって、それぞれ容積が変化し、容積が拡大する行程において、冷媒ガス（気体の一例）を内部に吸入し、容積が縮小する行程において、内部の冷媒ガスを圧縮し、この圧縮された高圧の冷媒ガスを圧縮機本体８０の外部に吐出することで、高圧の冷媒ガスを外部に供給する。

ここで、各サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａには、図２，３に示すように、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に対応したカム面としての側壁面３２，４２（以下、カム面３２，４２という。）を有するカム溝３１，４１がそれぞれ形成されている。

ここで、カム面３２，４２は、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に対応しているが、この対応関係は、具体的には、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状を単純に縮小したものではなく、長径と短径との差が、ベーン６０の先端部をシリンダ５０の内周面５１に接触させた状態を維持しつつロータ２０を回転させたときの、ベーン６０のベーン溝２２に沿った突出量の最大値と最小値との差となるように形成された略楕円の形状である。

ただし、対応関係としてはこのような対応関係に限定されるものではなく、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状を単純に縮小した楕円形状であってもよい。

また、ベーン溝２２の深さ方向が、ロータ２０の軸から偏心しているため、上述したカム面３２，４２の輪郭形状における長径の延びた方向は、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状における長径の延びた方向とは異なり、カム面３２，４２の輪郭形状における短径の延びた方向は、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状における短径の延びた方向とは異なる。

すなわち、カム面３２，４２の輪郭形状における長径の延びた方向は、ロータの回転方向（図３において時計回り方向）を基準としたとき、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状における長径の延びた方向よりも進んだ位相にあり、カム面３２，４２の輪郭形状における短径の延びた方向は、ロータの回転方向（図３において時計回り方向）を基準としたとき、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状における短径の延びた方向よりも進んだ位相にある。

また、ベーン６０の先端部６１とは反対側の端部（埋設側端部）には、ベーン６０の幅方向（ロータ２０の軸に沿った方向）に沿った溝６２が形成されており、この溝６２には、溝６２の延びた方向に沿って配設された、この溝６２の深さ方向に撓む板バネ７２（弾性部材）と、ベーン６０の幅より長く形成された、円柱状のピン７１（従動部材）とが備えられている。

この円柱状のピン７１のうち、ベーン６０の幅方向の両側面から突出した部分は、前述した各サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａに形成されたカム溝３１，４１に係合し、その外周面がカム溝３１，４１のカム面３２，４２に接して、ピン７１はこのカム面３２，４２に沿って案内される。

また、図４の断面図に示すとおり、板バネ７２は、その延びた方向に沿った略中央部７２ｃが、ピン７１に接することで連結され、かつ略中央部７２ｃを挟んだ２箇所の部分である両端部７２ａ，７２ｂが、ベーン６０に形成された溝６２の底面６３に接し、ベーン６０とカム面３２，４２との間に、ピン７１と板バネ７２とが介在し、かつ、ピン７１とベーン６０との間の間隔を板バネ７２の弾性力に応じて保持するように構成されている。

なお、板バネ７２とピン７１とは接するのではなく連結部材等によって連結されていてもよいし、例えば、ろう付けや溶着、接着等によって、連結部材さえも介さずに一体的に形成されていてもよい。

このように構成された電動コンプレッサ１００におけるベーン６０の突出量の変化は、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に対応したものとなっており、また、各サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａに形成されているカム溝３１，４１のカム面３２，４２の輪郭形状も、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に対応したものとなっているため、カム面３２，４２に沿って案内されるピン７１の、ベーン６０の突出方向（ベーン溝２２の深さ方向）に沿った移動量は、ベーン６０の突出量の変化に対応したものとなる。

さらに、この電動コンプレッサ１００は、ピン７１とベーン６０との間に板バネ７２が介在されているが、ピン７１がベーン６０の突出量の変化に対応しているため、ピン７１とベーン６０との間の板バネ７２は、ロータ２０の１回転中におけるベーン６０の突出量の変化に拘わらず略一定長（板バネ７２の撓み方向（ベーン溝２２の深さ方向）に沿った長さ）を維持することになり、板バネ７２の弾性変形量は極微小であるため、弾性変形量が極めて大きい先行技術の弾性部材（コイルバネ）に比べて疲労度合いを低減することができ、板バネ７２の耐久性を先行技術文献に記載されているものよりも著しく向上させることができる。

しかも、板バネ７２は、ベーン６０がシリンダ５０の内周面５１から離されるような大きな荷重（圧縮室Ｓの高い内圧）が作用したときには、この荷重に抗する向き（ベーン６０の先端部６１をシリンダ５０の内周面５１に接させる方向）に、弾性力を発生するため、ベーン６０がシリンダ５０の内周面５１から離れるのを有効に阻止し、ベーン６０のチャタリングを防止することができる。

なお、両サイドブロック３０，４０の対向面に形成されたカム溝３１，４１のカム面３２，４２の輪郭形状が、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状に正確に対応していない場合であっても、そのようなシリンダ５０の内周面５１の輪郭形状との対応関係の差異は、板バネ７２の弾性変形によってある程度吸収されるため、カム面３２，４２の輪郭形状の精度を厳密に管理する必要がなく、したがって、前述したように、シリンダ５０の内周面５１の輪郭形状を単純に縮小した楕円形状であってもよく、精度を厳密に管理することによって生じる過度の製造コストアップを招くことがない。

また、本実施形態に係る電動コンプレッサ１００は、弾性部材として、ベーン６０の幅方向に延びる板バネ７２を適用しているため、先行技術におけるコイルバネのように、コイルバネの倒れを防止するための下孔をロータ２０やベーン６０に形成したり、ガイド棒を追加するなどの複雑な構成を採ることがなく、製造コストを低減することができる。

本実施形態の電動コンプレッサ１００は、ベーン６０とカム面３２，４２との間に介在する弾性部材として板バネ７２を適用したものであるが、本発明に係る気体圧縮機における弾性部材は、実施形態のような板バネ７２に限定されるものではなく、ベーン６０の突出方向に沿って弾性変形可能なものであればよく、ゴムやバネ（例えば、コイルバネ等）など公知の種々のものを適用することができる。

同様に、本実施形態の電動コンプレッサ１００は、カム面３２，４２に沿って案内される従動部材として、円柱状のピン７１を適用したものであるが、本発明に係る気体圧縮機における従動部材は、実施形態のようなピン７１に限定されるものではなく、弾性部材としての板バネ７２の一部をそのまま従動部材としたものであってもよい。

すなわち、図５に示すように、ベーン６０の埋設側端部に形成された溝６４に、溝６４の延びた方向に沿ってベーン６０の幅より長く形成された、この溝６４の深さ方向に撓む板バネ７３（弾性部材）を、図４に示した板バネ７２とは上下反対に配設したものであって、この板バネ７３の略中央部７３ｃが溝６４の底面６３に接し、ベーン６０の幅方向の両側面から突出した板バネ７３の両端部７３ａ，７３ｂがそれぞれ、各サイドブロック３０，４０に形成されたカム溝３１，４１に係合して、これらカム溝３１，４１のカム面３２，４２に接しカム面３２，４２に沿って案内される構成を適用することにより、弾性部材であり板バネ７３の一部（両端部７３ａ，７３ｂ）を従動部材とすることができる。

そして、このように構成されたものであっても、上述した実施形態の電動コンプレッサ１００と同じ作用、効果を得ることができる。

さらに、上述した実施形態の電動コンプレッサ１００は、各サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａにカム溝３１，４１が形成されて、そのカム溝３１，４１の側壁面をカム面３２，４２としたものであるが、カム面を構成する形態としてはこの実施形態に限るものではなく、図６に示すように、各サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａから、ロータ２０の端面に向かって突出した短柱状（あるいは短筒状）の凸部３３，４３の外周面をカム面３２，４２として適用したものであってもよい。

なお、この形態の場合は、ロータ２０の端面（サイドブロック３０，４０の対向面３０ａ，４０ａに向いた面）には、カム面３２，４２が形成された凸部３３，４３を内部に受容する凹部２５，２６が形成されている。

そして、このように構成されたものであっても、上述した実施形態の電動コンプレッサ１００と同じ作用、効果を得ることができる。

本実施形態の電動コンプレッサ１００は、図４の断面図に示すとおり、板バネ７２の略中央部７２ｃがピン７１に接し、両端部７２ａ，７２ｂが、ベーン６０に形成された溝６２の底面６３に接するものであったが、溝６２の底面６３に接する板バネ７２の部分は、その両端部７２ａ，７２ｂに限定されるものではなく、例えば図７に示すように、中央部７２ｃを挟んだ２箇所の部分７２ａ′，７２ｂ′またはそれ以上の数の部分が、溝６２の底面６３に接するように構成されたものであってもよい。

１０ 回転軸
２０ ロータ
２１ 外周面
３０ フロントサイドブロック
３２，４２ カム面
４０ リヤサイドブロック
５０ シリンダ
５１ 内周面
６０ ベーン
６１ 先端部
７１ ピン（従動部材）
７２ 板バネ（弾性部材）
１００ 電動コンプレッサ（気体圧縮機）
Ｓ 圧縮室

Claims (2)

1. 回転軸と一体的に回転するロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲むシリンダと、前記ロータの両端面にそれぞれ対向して配設された２つのサイドブロックと、前記ロータに埋設された、前記ロータの回転にしたがって、その先端部が前記シリンダの内周面に沿うように前記ロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンとを備えたベーンロータリー形式の気体圧縮機において、
   前記サイドブロックに、前記シリンダの内周面の輪郭形状に対応したカム面が形成され、
   前記ベーンと前記カム面との間に、前記カム面に沿って案内される従動部材と、前記従動部材と前記ベーンとの間の間隔を弾性力に応じて保持する弾性部材とを備えたことを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記従動部材は前記ベーンの幅方向に延びた柱状の部材であり、その柱状の部材の両端部の外周面が、前記カム面に接し、
   前記弾性部材は、前記ベーンの幅方向に延びて、その延びた方向に沿った略中央部が、前記柱状の部材に連結され、かつ前記中央部を挟んだ２箇所以上の部分が、前記ベーンの底部の面若しくは前記ベーンの底部に溝が形成されたものでは前記溝の底面に接するように形成された板バネ、またはその２箇所以上の部分が、前記柱状の部材に連結され、かつ前記略中央部が、前記ベーンの底部の面若しくは前記ベーンの底部に溝が形成されたものでは前記溝の底面に接するように形成された板バネ、であることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。

Images