JP2016205202A - 気体圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮工程の後期や吐出工程におけるベーンの背圧空間の一時的な減圧によるベーンのチャタリング発生を防止する。
【解決手段】中間圧供給溝６７との連通を終えたベーン溝７５の背圧空間７７が、そのベーン溝７５のベーン２５で仕切られた圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷媒圧力が最高圧に達するまで、第１高圧供給部６９ａに連通し第１高圧供給部６９ａから高圧が供給される。その後、この背圧空間７７は、回転方向Ｘの上流側のベーン溝７５の背圧空間７７が第１高圧供給部６９ａに連通するよりも前に第１高圧供給部６９ａとの連通を終え、回転方向Ｘの下流側の第２高圧供給部６９ｂと連通して再び高圧が供給される。即ち、中間圧供給溝６７との連通を終えた背圧空間７７が高圧供給溝６９の第１高圧供給部６９ａに連通する時点で、その背圧空間７７の回転方向Ｘにおける下流側に隣り合う先行の背圧空間７７は、第１高圧供給部６９ａに同時に連通しない。
【選択図】図２

Description

本発明は、所謂、ベーンロータリー型の気体圧縮機に関する。

従来より、車両用エアコン装置等に用いられる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、シリンダ室を有するシリンダブロックと、シリンダ室内に回転可能に配置されたロータと、ロータの回転方向に間隔をおいた複数の周面箇所からロータの径方向に対して傾斜した方向にそれぞれ形成されたベーン溝に収容した複数のベーンとを有している。

各ベーンは、ベーン溝から突出する方向に付勢され、ロータの回転中にシリンダ室の内周面をベーンの先端面が摺動する。ベーンに対する付勢力は、例えば、ベーン溝におけるベーンの背後の空間に導入した冷凍機油の圧力によって付与される。

ロータ外周面とシリンダ室内周面との間隔は、ロータの回転角度によって増減する。詳しくは、シリンダ室を楕円等の正円以外の形状としたり、シリンダ室の中心をロータの回転中心から偏心させる等して、正円形状としたロータの外周面とシリンダ室の内周面との間隔がロータの回転角度によって増減するようにしている。この間隔は、シリンダ室への冷媒の吸入口付近でゼロとなり、ロータの回転が進むにつれて増加した後、冷媒の吐出口に向けてロータが回転するにつれて減少する。

上述したロータ外周面とシリンダ室内周面との隙間の空間は、ロータの隣り合う２つのベーンにより仕切られ、その内側に閉塞された圧縮室が形成される。この圧縮室の容積は、ロータの回転によりベーンが吸入口を通過してロータ外周面とシリンダ室内周面との間隔が増加する間は増え、その後、ロータの回転によりベーンが吐出口に近づくにつれてロータ外周面とシリンダ室内周面との間隔が減少する間は減る。

そして、ロータの回転に伴い圧縮室の容積が増加する間は、圧縮室に連通する吸入口から冷媒が圧縮室に吸入される。また、ロータの回転方向における下流側の次のベーンが吸入口を通過し圧縮室が吸入口から遮断された後は、ロータの回転に伴い圧縮室の容積が減少するのに伴って、圧縮室内の冷媒が圧縮される。圧縮された冷媒は、ロータの回転方向における上流側のベーンが吐出口を通過し圧縮室と連通された時点で、シリンダ室から吐出口を経て圧縮機の外部に吐出される。

ところで、上述したベーンロータリー型の気体圧縮機では、ベーン溝から突出する方向に付勢されたベーンの先端面に、圧縮室の冷媒圧力が反力として作用する。この反力は、ベーン先端面のシリンダ室内周面への接触箇所を境にしたロータの回転方向における上流側の部分と下流側の部分とに、ベーンよりも上流側の圧縮室の冷媒と下流側の圧縮室の冷媒とからそれぞれ加わる圧力を合わせたものとなる。

この反力は、ベーンが吐出口に近づいてロータの回転方向におけるベーンよりも下流側の圧縮室の冷媒圧力が最高圧となる頃にピークを迎える。

一方、ベーン溝におけるベーンの背後の空間には、気体圧縮機の吐出室から冷凍機油が導入されるが、その圧力は、導入経路における圧力損失によって吐出圧よりも低い中圧程度に下がっている。このため、ベーンが吐出口に近づくような回転角度にロータが進んでベーンの先端面に作用する反力がピークを迎えると、ベーンの背後の空間に導入した冷媒や冷凍機油の圧力（中圧）では反力に対抗できなくなり、ベーンによる圧縮室の閉塞度が十分に確保されなくなる可能性がある。

そこで、中圧の冷媒や冷凍機油を導入したベーンの背後の空間を、ベーンが吐出口に近づくロータの回転角度領域では冷媒や冷凍機油の導入経路から遮断してベーンの背後空間を密閉させるようにした提案が行われている。

この提案によれば、ベーンが吐出口に近づくような回転角度にロータが進むにつれてベーンがベーン溝に没入し、密閉されたベーンの背後空間の容積が減少し、背後空間の冷凍機油が液圧縮される。このため、ベーンが吐出口に近づくような回転角度にロータが進んだ際にも、ベーンに作用する反力に対抗できる付勢力を、液圧縮された冷凍機油によってベーンの背後空間に発生させることができる（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−１４１９６２号公報

ところで、圧縮室の冷媒からベーンに作用する反力は、ベーンが吐出口に到達して圧縮室の冷媒が吐出口からシリンダ室の外に吐出され始める直前がピークとなる。この時点で、ベーンに作用する反力を超える付勢力をベーンに付与するためには、ベーンが吐出口に達するまでにロータの回転に伴いベーン溝の背後空間の冷凍機油が圧縮されて圧力が増加するペースを考慮して、ベーンの背後空間を冷凍機油の導入経路から遮断するタイミングを早い段階に設定する必要がある。

このため、ベーンの背後空間を冷凍機油の導入経路から遮断した直後の、ベーンがまだ吐出口に近づいていない段階では、ベーンの背後空間の冷凍機油によりベーンに付与される付勢力が、圧縮室の冷媒からベーンに作用する反力を過剰に上回り、ロータの回転トルクを必要以上に高めてしまう可能性がある。

本発明は前記事情に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ベーン溝から突出する方向に付勢されたベーンに圧縮室の冷媒から作用する反力に対抗できる付勢力を、ロータの回転トルクを必要以上に高めることなくベーンに付与することができるベーンロータリー型の気体圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の気体圧縮機は、
冷媒が圧縮されるシリンダ室を内部に有する筒状のシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの側部に取り付けられ、該側部における前記シリンダ室の開口を封止するサイドブロックと、
前記シリンダ室内で回転し、前記シリンダ室の内周面に対向する外周面に開口する複数のベーン溝を回転方向に間隔をおいて複数有するロータと、
前記各ベーン溝にそれぞれ収納されて前記外周面から出没し、前記シリンダ室の内周面に摺接して該内周面と前記ロータの外周面との間を複数の圧縮室に仕切る複数のベーンと、
前記サイドブロックの少なくとも一方に形成され、吸入工程から圧縮工程にかけての前記圧縮室を仕切る前記ベーンを収容した前記ベーン溝の溝底の背圧空間に連通して、吸入工程から圧縮工程にかけての前記圧縮室の冷媒圧力より大きく前記シリンダ室からの圧縮冷媒が吐出される吐出室の圧力よりも低い中間圧を前記背圧空間に供給する中間圧供給部と、
前記サイドブロックの少なくとも一方に形成され、圧縮工程の前記圧縮室を仕切る前記ベーンを収容した前記ベーン溝の前記背圧空間に連通して、前記吐出室の圧力を前記背圧空間に供給する第１高圧供給部と、
前記サイドブロックの少なくとも一方に形成され、吐出工程の前記圧縮室を仕切る前記ベーンを収容した前記ベーン溝の前記背圧空間に連通して、前記吐出室の圧力を前記背圧空間に供給する第２高圧供給部と、
前記回転方向における前記第１高圧供給部及び前記第２高圧供給部の間に配置され、前記圧縮工程から前記吐出工程にかけての前記圧縮室を仕切る前記ベーンを収容した前記ベーン溝の前記背圧空間を、前記第１高圧供給部及び前記第２高圧供給部から遮断する閉じ込み部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、中間圧供給部と連通して中間圧が導入されたベーン溝の背圧空間は、そのベーン溝に収納されたベーンによって仕切られた圧縮室が圧縮工程にあるときに、第１高圧供給部に連通する。この連通により、背圧空間には吐出室の圧力が導入される。その後、背圧空間は、ロータの回転により圧縮室が圧縮工程から吐出工程にかけて移動する間、閉じ込み部によって第１高圧供給部から遮断される。

したがって、閉じ込め部により第１高圧供給部から遮断された背圧空間に閉じ込められる圧力は、中間圧供給部により供給される中間圧でなくそれよりも高い吐出室の圧力となる。そして、背圧空間に閉じ込まれた吐出室の圧力は、ロータの回転に伴いベーンがベーン溝に没入して背圧空間の容積が減少するのに伴って増加し、圧縮室が吐出工程に到達する頃には、圧縮室の冷媒からベーンに作用する反力のピークを超える圧力に達する。

このため、ベーンに作用する反力のピークよりも高い圧力に背圧空間の圧力を増加させるために背圧空間の圧力を閉じ込めるタイミングを、背圧空間に中間圧を閉じ込める場合に比べて遅らせることができる。よって、圧縮室がまだ吸入工程から吐出工程に遷移したばかりの、圧縮室の冷媒からベーンに作用する反力がまだピークを迎えていない時点で、ベーンの背圧空間が無用に閉じ込められて背圧空間の圧力がロータの回転に伴い早々に増加されることが回避される。

これにより、ベーン溝から突出する方向に付勢されたベーンに圧縮室の冷媒から作用する反力に対抗できる付勢力を、ロータの回転トルクを必要以上に高めることなくベーンに付与することができる。

なお、ロータの回転により圧縮室が吐出工程に移動すると、背圧空間が第２高圧供給部に連通して背圧空間の圧力が吐出室の圧力に下げられる。このため、圧縮室の冷媒が吐出口から吐出室に吐出される時点となっても背圧空間の圧力が無用に吐出室の圧力以上に維持されることはない。

本発明の一実施形態に係るベーンロータリー式の気体圧縮機の全体構成を示す断面図である。 図１の気体圧縮機のＩ−Ｉ矢視図である。 図１の気体圧縮機のＩＩ−ＩＩ矢視図である。 図２の圧縮室の圧力及びベーン溝のベーンの背圧空間の圧力とベーンに作用する背圧から反力を差し引いた荷重差とのロータの回転角度に応じた変化を示すグラフである。 ベーン溝のベーンの背圧空間において中間圧を閉じ込み圧縮して圧力を増加させる場合の気体圧縮機の圧縮部の内部を示す説明図である。 図５の圧縮室の圧力及びベーン溝のベーンの背圧空間の圧力とベーンに作用する背圧から反力を差し引いた荷重差とのロータの回転角度に応じた変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態に係るベーンロータリー式の気体圧縮機の圧縮部の内部を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る気体圧縮機１は、略円筒状のハウジング２と、ハウジング２内に収容される圧縮部３と、圧縮部３に駆動力を伝達するモータ部４と、ハウジング２に固定され、モータ部４の駆動を制御するインバータ部５とを備えている。

ハウジング２は、図示しない吸入ポートが形成されるフロントヘッド７と、開口をフロントヘッド７に閉塞される有底筒状のリアケース９とからなっている。

リアケース９の内壁１３には圧縮部３が固定されている。圧縮部３は、ハウジング２内を区画するようにして一方側に吸入室１１が形成され、他方側に吐出室１５とが形成されている。また、リアケース９の外周には、吐出室１５と冷凍サイクルとを連通する図示しない吐出ポートが形成されている。また、吐出室１５の下方には、圧縮部３の潤滑性を保つための油Ｏ（請求項中の冷凍機油に相当）が貯留する油溜まり１７が形成されている。

圧縮部３は、シリンダ室３３を形成する圧縮ブロック１９と、圧縮ブロック１９に固定される油分離器２１と、シリンダ室３３内に回転自在に収容されるロータ２３と、ロータ２３から出没してシリンダ室３３を仕切るベーン２５（図２参照）と、ロータ２３と一体に固定されて駆動力を伝達する駆動軸２７とを備えている。

圧縮ブロック１９は、シリンダブロック２９と、一対のサイドブロック３１と、シリンダブロック２９の内周に形成されるシリンダ室３３とからなっている。

図２に示すようにシリンダブロック２９は、内部に歪んだ楕円形状のシリンダ室３３を有している。このシリンダ室３３の開口は、シリンダブロック２９の両端を一対のサイドブロック３１によって狭持することにより閉塞される。

ロータ２３は、１箇所がシリンダ室３３の内壁に接するように配置され、シリンダ室３３の中心（重心）よりずれた位置を回転中心にして配置されており、ロータ２３の外周面に開口するベーン溝７５と、ベーン２５の背面側の背圧空間７７とを備えている。

シリンダ室３３は、ロータ２３の複数のベーン溝７５から出没する複数のベーン２５によって、ロータ２３の回転方向Ｘに複数に仕切られる。これにより、シリンダ室３３の内周面３３ｄとロータ２３の外周面２３ａとの間に複数の圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成される。

また、シリンダブロック２９は、シリンダブロック２９を貫通する吸入通路３９と、シリンダ室３３内で圧縮した冷媒を吐出する吐出孔３５と、吐出孔３５を開閉する開閉弁３７と、サイドブロック３１の油供給路と連通するシリンダ側油供給路４１とを備えている。

図１に示すように、一対のサイドブロック３１は、フロントサイドブロック３１ａとリアサイドブロック３１ｂとからなっており、リアサイドブロック３１ｂには油分離器２１が固定されている。

フロントサイドブロック３１ａは、シリンダブロック２９に当接するフロント側端面４３と、吸入通路３９と連通し、吸入室１１から冷媒をシリンダ室３３に吸入する図示しない吸入孔と、駆動軸２７を回転自在に支持するフロント側軸受４７と、シリンダ側油供給路４１と連通するフロント側油供給路４９とを備えている。

フロント側端面４３には、圧力供給溝が設けられており、圧力供給溝は、吸入した冷媒よりも高く、吐出する冷媒の圧力よりも低い中間の圧力（中間圧）を背圧空間７７へ供給する中間圧供給溝５１と、リアサイドブロック３１ｂ側の後述する第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂに対向する位置にそれぞれ設けられる高圧供給溝５３とを備えている。

また、フロント側軸受４７には、環状のフロント側環状溝５５が形成されており、フロント側油供給路４９の一端側に連通して設けられている。なお、フロント側油供給路４９の他端側は、シリンダ側油供給路４１と連通している。

図３に示すように、リアサイドブロック３１ｂは、シリンダブロック２９に当接するリア側端面５７と、吐出室１５の下方に貯留する油Ｏを吸入する油供給穴５９と、駆動軸２７を回転自在に支持するリア側軸受６３と、シリンダ側油供給路４１と連通するリア側油供給路５９ｂとを備えている。

リア側端面５７は、吸入室１１から吸入した吸入通路３９内の冷媒をシリンダ室３３３内に導く連通溝４０と、シリンダ室３３内で圧縮した冷媒を吐出する吐出穴６１と、吸入した冷媒の圧力（吸入圧）よりも高く、吐出した冷媒の圧力（吐出圧）よりも低い中間圧の油Ｏを背圧空間７７へ供給する中間圧供給溝６７（請求項中の中間圧供給部に相当）と、吐出した冷媒の圧力（吐出圧）である高圧の油Ｏを背圧空間７７へ供給する第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂとを備えている。

第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂは、ロータ２３の回転方向Ｘにおいて間隔をおいて配置されており、この間隔により、背圧空間７７を第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂの双方から遮断する閉じ込み部６９ｃが構成されている。第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂには、高圧供給通路７１ａ，７１ｂがそれぞれ開口しており、各高圧供給通路７１ａ，７１ｂは、一端側がリア側環状溝７３に連通し、他端側が第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂにそれぞれ連通している。

なお、第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂにそれぞれ対向するフロントサイドブロック３１ａの２つの高圧供給溝５３も、ロータ２３の回転方向Ｘにおいて間隔をおいて配置されている。

図１に示すように、油供給穴５９は、リア側油供給路５９ａと連通して形成されており、リア側油供給路５９ａから分岐してリア側油供給路５９ｂが形成されている。このリア側油供給路５９ｂは、シリンダ側油供給路４１に連通している。

リア側軸受６３には、環状のリア側環状溝７３が形成されており、リア側連通路６５と連通している。リア側連通路６５は、一端側がリア側環状溝７３と連通し、他端側が第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂにそれぞれ開口している。

油分離器２１は、リアサイドブロック３１ｂに固定され、シリンダ室３３内で圧縮された冷媒が油分離器２１に流入し、冷媒と油Ｏとを分離させている。

駆動軸２７は、一方側をロータ２３に固定されるとともに、各サイドブロック３１ａ，３１ｂの軸受４７，６３によって回転自在に支持されている。また、駆動軸２７の他方側には、モータ部４が固定されている。

モータ部４は、リアケース９の内壁１３に固定されるステータ７９と、ステータ７９の内周側に回転自在に配置され、磁力によって回転するモータロータ８１とを備えている。磁力によってモータロータ８１が回転することで、圧縮部３へ回転駆動力を伝達している。

次に、気体圧縮機１の動作について説明する。

まず、図１に示すインバータ部５の制御によって、モータ部４のステータ７９に巻き掛けられたコイルに電流が流れる。コイルに電流が流れることにより磁力が発生し、ステータ７９の内周に配置されたモータロータ８１が回転する。

モータロータ８１が回転することにより、一端側にモータロータ８１が固定された駆動軸２７が回転し、他端側の駆動軸２７に固定されたロータ２３も回転する。

ロータ２３の回転とともに、吸入室１１に冷媒が流入し、吸入室１１からフロントサイドブロック３１ａの吸入孔（不図示）を介してシリンダ室３３へ冷媒が吸入される（吸入工程）。シリンダ室３３へ吸入した冷媒は、複数のベーン２５によってシリンダ室３３内に圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成され、ロータ２３が回転することによって圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃ内の冷媒を圧縮している（圧縮工程）。

シリンダ室３３内で圧縮された冷媒は、開閉弁３７を押し開けて吐出孔３５から吐出し（吐出工程）、吐出穴６１から油分離器２１を介して吐出室１５へ吐出される。また、吐出穴６１から吐出した冷媒は、油分離器２１によって冷媒と油Ｏとに分離され、冷媒は、図示しない吐出ポートから図示しない冷凍サイクルに吐出し、油Ｏは、吐出室１５の下方に貯留される。

吐出室１５の下方に貯留した油Ｏは、リアサイドブロック３１ｂの油供給穴５９からリア側油供給路５９ａを通りリア側軸受６３へ供給される。

リア側軸受６３へ供給された高圧の油Ｏは、駆動軸２７との間で絞られることによって、吸入した冷媒の圧力（吸入圧）よりも高く、吐出した冷媒の圧力（吐出圧）よりも低い中間圧となり、中間圧となった油Ｏは駆動軸２７とリアサイドブロック３１ｂとの間の隙間を通って中間圧供給溝６７へ供給される。

また、リア側軸受６３へ供給された高圧の油Ｏは、リア側連通路６５を介してリア側端面５７に開口する高圧供給通路７１ａ，７１ｂから第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂへ供給される。さらに、背圧空間７７を介して第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂと連通するフロントサイドブロック３１ａ側の各高圧供給溝５３にも、高圧の油Ｏが供給される。

また、高圧の油Ｏは、油供給穴５９からリア側油供給路５９ａに流入し、リア側油供給路５９ａから分岐してリア側油供給路５９ｂを通り、シリンダ側油供給路４１を介してフロント側油供給路４９からフロント側軸受４７へ供給される。

フロント側軸受４７に供給された高圧の油Ｏは、駆動軸２７との間で絞られることで中間圧となり、中間圧となった油Ｏは駆動軸２７とフロントサイドブロック３１ａとの間の隙間を通って中間圧供給溝５１へ供給される。

以上のように構成された本実施形態の気体圧縮機１では、図２に示すように、隣り合う２つの圧縮室３３ａ，３３ｂ、３３ｂ，３３ｃ、３３ｃ，３３ａを仕切るベーン２５が、ロータ２３の回転により吸入工程から圧縮工程の前半にかけて移動する間、ベーン溝７５の背圧空間７７は中間圧供給溝５１，６７と連通する。したがって、この区間の背圧空間７７の圧力は、中間圧供給溝５１，６７から導入される油Ｏと同じ中間圧となる。

また、ベーン２５がロータ２３の回転により圧縮工程の中間位置にある際に、背圧空間７７は第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３と短期間連通する。この連通により背圧空間７７の圧力は、第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３から導入される油Ｏと同じ吐出圧となる。

さらに、ベーン２５がロータ２３の回転により圧縮工程の中間位置を過ぎ吐出位置に向けて移動する間、背圧空間７７は閉じ込み部６９ｃによって第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂの双方から遮断される。この区間では、ロータ２３の回転に伴い外周面２３ａとシリンダ室３３の内周面３３ｄとの間隔が減少するため、ベーン２５がロータ２３の回転に伴ってベーン溝７５に没入していく。

したがって、この区間では、ロータ２３の回転に伴い背圧空間７７の容積が減少し、第１高圧供給溝６９ａから背圧空間７７に導入された吐出圧の油Ｏが液圧縮されて、背圧空間７７の圧力が吐出圧を超える圧力に増加する。

その後、ベーン２５がロータ２３の回転により吐出孔３５の位置に達すると、背圧空間７７は第２高圧供給溝６９ｂ及びこれに対向する高圧供給溝５３と連通する。したがって、吐出圧を超える圧力に増加した背圧空間７７の圧力は、第２高圧供給溝６９ｂ及びこれに対向する高圧供給溝５３が連通する吐出室１５の油Ｏの吐出圧に減少する。

以上に説明したベーン２５の位置に対応するロータ２３の回転角度と背圧空間７７の圧力との関係を、図４のグラフ中に実線で示す。図４に示すように、背圧空間７７の圧力は、背圧空間７７が中間圧供給溝５１，６７から遮断された後、第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３と連通するまでのわずかな期間にも、ベーン２５のベーン溝への没入による容積減少に伴い中間圧から微増する。但し、この微増では背圧空間７７の圧力は吐出圧に達しない。

ところで、背圧空間７７の圧力は、ベーン２５をベーン溝７５から突出する方向に付勢する付勢力として働く。この付勢力は常に、ロータ２３の回転方向Ｘにおけるベーン２５の前後に位置する圧縮室３３ａ，３３ｂ、３３ｂ，３３ｃ、３３ｃ，３３ａの冷媒圧力によりベーン２５の先端面に加わる反力以上である必要がある。

ベーン２５の先端面に加わる反力は、図４のグラフ中に一点鎖線で示すベーン２５よりもロータ２３の回転方向Ｘにおける上流側の圧縮室の冷媒圧力（ベーン前側圧力）と、同じく二点鎖線で示すベーン２５よりもロータ２３の回転方向Ｘにおける下流側の圧縮室の冷媒圧力（ベーン後側圧力）とを合わせたものとなる。

ベーン前側圧力は、ベーン２５の先端面におけるシリンダ室３３の内周面３３ｄへの接触箇所を境にして、ロータ２３の回転方向Ｘにおける上流側の部分に加わる。一方、ベーン後側圧力は、ベーン２５の先端面における上述した接触箇所を境にして、ロータ２３の回転方向Ｘにおける下流側の部分に加わる。

ベーン２５の先端面におけるシリンダ室３３の内周面３３ｄへの接触箇所は、ロータ２３の回転角度によって変動するので、図４のベーン前側圧力やベーン後側圧力のグラフから、ベーン２５の先端面に加わる反力を想定するのは容易ではない。

しかし、本実施形態の気体圧縮機１では、この反力を上述した背圧空間７７の圧力（ベーン２５の突出方向への付勢力）から差し引いた荷重差が、図４中の破線で示すように、常時ゼロ以上の値となるようにしている。即ち、背圧空間７７の圧力を、常に、ベーン２５の先端面に加わる反力以上の圧力に維持している。

そして、本実施形態の気体圧縮機１では、背圧空間７７の油Ｏを閉じ込み部６９ｃで液圧縮する前に、背圧空間７７を第１高圧供給溝６９ａに連通させて吐出圧の油Ｏを背圧空間７７に導入する構成としたので、閉じ込み部６９ｃにおける油Ｏの液圧縮が吐出圧からスタートする。このため、背圧空間７７の冷凍機油Ｏの圧力を短時間で吐出圧以上に増加させることができる。

仮に、図５の説明図に示すように、リアサイドブロック３１ｂのリア側端面５７に第１高圧供給溝６９ａを設けない場合は、中間圧供給溝６７と連通している間に背圧空間７７に導入された中間圧の冷凍機油Ｏを、中間圧供給溝６７から背圧空間７７が遮断された後に、ロータ２３の回転に伴う背圧空間７７の容積減少で液圧縮して、背圧空間７７の圧力を吐出圧以上に増加させる必要がある。

その場合は、閉じ込まれた背圧空間７７の冷凍機油Ｏを、吐出圧よりも低い中間圧から、ベーン２５の前後の圧縮室３３ａ，３３ｂ、３３ｂ，３３ｃ、３３ｃ，３３ａの冷媒からベーン２５の先端面に加わる反力のピーク以上の圧力まで増加させる必要があるので、背圧空間７７の容積減少による冷凍機油Ｏの液圧縮をより早い段階で始める必要がある。

そこで、図５に示すように、ロータ２３の回転方向Ｘにおける中間圧供給溝６７の終端位置を、図２及び図３に示す本実施形態の気体圧縮機１の中間圧供給溝６７の終端位置よりも始端側に近い箇所にずらして、背圧空間７７を閉じ込み部６９ｃにより中間圧供給溝６７から遮断して閉じ込み状態とするタイミングを早めることが考えられる。

そのようにすれば、ベーン２５がまだ吸入工程から圧縮工程に移行する位置にあり吐出孔３５に近づいていない段階から、背圧空間７７の冷凍機油Ｏが液圧縮され始める。このため、ベーン２５が吐出孔３５に近づく頃には、背圧空間７７の冷凍機油Ｏによるベーン２５の付勢力を、ベーン２５の先端面に加わる反力のピーク以上の圧力まで増加させることができる。

そのようにした場合のベーン２５の位置に対応するロータ２３の回転角度と背圧空間７７の圧力との関係を、図６のグラフ中に実線で示す。なお、ベーン前側圧力やベーン後側圧力のロータ２３の回転角度に対する変化は、図６のグラフ中に一点鎖線及び二点鎖線でそれぞれ示すように、図４に示す本実施形態の気体圧縮機１の場合と同じである。

この場合にも、ベーン２５の先端面に加わる反力を背圧空間７７の圧力（ベーン２５の突出方向への付勢力）から差し引いた荷重差が、図６中の破線で示すように、常時ゼロ以上の値となるようにする。

ところで、背圧空間７７が高圧供給溝６９から遮断されるタイミングを早めると、図６に示すように、背圧空間７７が中間圧供給溝６７から遮断された直後の段階から、背圧空間７７の冷凍機油Ｏが加圧されてベーン２５の付勢力が増加する。一方、この段階では、ベーン前側圧力やベーン後側圧力が吐出圧又はそれ以下の圧力に留まっている。

このため、背圧空間７７が高圧供給溝６９から遮断されるタイミングを早めると、背圧空間７７の冷凍機油Ｏによりベーン２５に付与される付勢力が、ベーン２５に作用する反力がまだ高くない段階で増加されて反力を過剰に上回り、ベーン２５とシリンダ室３３の内周面３３ｄとの摺動抵抗によりロータ２３の回転トルクを必要以上に高めてしまう可能性がある。

これに対し、本実施形態の気体圧縮機１では、中間圧の冷凍機油Ｏを導入した中間圧供給溝６７から背圧空間７７を遮断した後、ベーン２５が圧縮工程の中間位置にある際に、背圧空間７７を第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３と短期間連通させて、背圧空間７７の圧力を吐出圧に増加させるようにした。

このため、背圧空間７７を閉じ込み部６９ｃにより第１高圧供給溝６９ａ及び第２高圧供給溝６９ｂの双方から遮断して閉じ込み状態とするタイミングが、図６に示すように、中間圧供給溝６７から導入した遮断して中間圧の冷凍機油Ｏを加圧するために背圧空間７７を中間圧供給溝６７から遮断するタイミングよりも遅らせて、ベーン２５が吐出孔３５に達するタイミング側に近付けることができる。

よって、ベーン２５がある程度吐出孔３５に近づいて、ベーン２５により仕切られた圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷媒が吐出圧に近い圧力まで圧縮されている状態で、背圧空間７７を閉じ込み部６９ｃにより第１高圧供給溝６９ａから遮断することになる。

したがって、閉じ込まれた背圧空間７７の冷凍機油Ｏの圧力が増加してベーン２５に付与される突出方向への付勢力が大きくなっても、ベーン２５の前後の圧縮室３３ａ，３３ｂ、３３ｂ，３３ｃ、３３ｃ，３３ａの冷媒からベーン２５の先端面に加わる反力を過剰に上回ることがなくなる。

これにより、背圧空間７７の冷凍機油Ｏによりベーン２５に付与される付勢力がベーン２５を過剰に突出方向に付勢し、ベーン２５とシリンダ室３３の内周面３３ｄとの摺動抵抗によりロータ２３の回転トルクが必要以上に高まるのを抑制しつつ、前後の圧縮室３３ａ，３３ｂ、３３ｂ，３３ｃ、３３ｃ，３３ａの冷媒からベーン２５に作用する反力に対抗できる付勢力を、背圧空間７７からベーン２５に付与することができる。

なお、上述した実施形態では、閉じ込み部６９ｃを挟んで第１高圧供給溝６９ａと第２高圧供給溝６９ｂとをロータ２３の回転方向Ｘに間隔をおいて配置した。しかし、本発明の他の実施形態に係る気体圧縮機の圧縮部３の内部を示す図７の説明図に示すように、ロータ２３の回転に伴う背圧空間７７の移動軌跡上から外れた箇所で第１高圧供給溝６９ａと第２高圧供給溝６９ｂとを連絡通路６９ｄで接続してもよい。

その場合、第２高圧供給溝６９ｂの高圧供給通路７１ｂを省略し、第１高圧供給溝６９ａの高圧供給通路７１ａから第１高圧供給溝６９ａ及び連絡通路６９ｄを介して第２高圧供給溝６９ｂに吐出圧の冷凍機油Ｏを導入するように構成してもよい。

そのように構成することで、高圧供給通路７１ｂをリアサイドブロック３１ｂに形成する手間を省くことができる。また、リア側環状溝７３の吐出圧の冷凍機油Ｏが全て第１高圧供給溝６９ａに供給されるので、リア側環状溝７３を高圧供給通路７１ｂにより第２高圧供給溝６９ｂに接続するのに比べて、背圧空間７７が第１高圧供給溝６９ａに連通した際に、背圧空間７７に吐出圧の冷凍機油Ｏが導入される速度が高まる。よって、背圧空間７７の圧力を中間圧から吐出圧に迅速に増加させることができる。

また、第１高圧供給溝６９ａと第２高圧供給溝６９ｂとを連絡通路６９ｄで接続する場合、第１高圧供給溝６９ａの高圧供給通路７１ａを省略し、第２高圧供給溝６９ｂの高圧供給通路７１ｂから第２高圧供給溝６９ｂ及び連絡通路６９ｄを介して第１高圧供給溝６９ａに吐出圧の冷凍機油Ｏを導入するように構成してもよい。

そのように構成した場合は、高圧供給通路７１ａをリアサイドブロック３１ｂに形成する手間を省くことができる。また、第２高圧供給溝６９ａが第１高圧供給溝６９ａを経由せずにリア側環状溝７３に直結されるので、図７に示すように第１高圧供給溝６９ａだけを高圧供給通路７１ａによりリア側環状溝７３に接続するのに比べて、背圧空間７７が第２高圧供給溝６９ｂに連通した際に、吐出圧以上に加圧された背圧空間７７の冷凍機油Ｏが圧力差でリア側環状溝７３に逃がされる速度が高まる。よって、背圧空間７７の圧力を吐出圧以上の圧力から吐出圧に迅速に減少させることができる。

さらに、上述した実施形態では、ベーン溝７５の背圧空間７７が、中間圧供給溝６７から遮断された後に、第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３と連通するように、中間圧供給溝６７と第１高圧供給溝６９ａとが相対的に配置されているものとした。しかし、背圧空間７７の中間圧供給溝６７からの遮断と第１高圧供給溝６９ａ及びこれに対向する高圧供給溝５３への連通開始とがオーバーラップするように、中間圧供給溝６７と第１高圧供給溝６９ａとが相対的に配置されていてもよい。

以上に、本発明をモータ部４により圧縮部３のロータ２３を回転させる電動式の気体圧縮機１に適用した場合の実施形態を説明した。しかし、本発明は、例えば、車両に搭載されてエンジンの動力によりロータが回転されるベーンロータリー型の気体圧縮機等、電動式以外のベーンロータリー型の気体圧縮機にも広く適用可能である。

また、本発明の適用対象は、実施形態で説明したようなシリンダ室を楕円形状としたベーンロータリー式の気体圧縮機に限定されない。例えば、シリンダ室を正円以外の形状としたベーンロータリー式の気体圧縮機や、ロータの回転中心をシリンダ室の中心から偏心させたベーンロータリー式の気体圧縮機にも、本発明は適用可能である。

本発明は、所謂、ベーンロータリー型の気体圧縮機において利用することができる。

１ 気体圧縮機
２ ハウジング
３ 圧縮部
４ モータ部
５ インバータ部
７ フロントヘッド
９ リアケース
１１ 吸入室
１３ 内壁
１５ 吐出室
１９ 圧縮ブロック
２１ 油分離器
２３ ロータ
２３ａ 外周面
２５ ベーン
２７ 駆動軸
２９ シリンダブロック
３１ サイドブロック
３１ａ フロントサイドブロック
３１ｂ リアサイドブロック
３３ シリンダ室
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 圧縮室
３３ｄ 内周面
３５ 吐出孔
３７ 開閉弁
３９ 吸入孔
４１ シリンダ側油供給路
４３ フロント側端面
４７ フロント側軸受
４９ フロント側油供給路
５１ 中間圧供給溝
５３ 高圧供給溝
５５ フロント側環状溝
５７ リア側端面
５９ 油供給穴
５９ａ，５９ｂ リア側油供給路
６１ 吐出穴
６３ リア側軸受
６５ リア側連通路
６７ 中間圧供給溝（中間圧供給部）
６９ 高圧供給溝（高圧供給部）
６９ａ 第１高圧供給溝（第１高圧供給部）
６９ｂ 第２高圧供給溝（第２高圧供給部）
６９ｃ 閉じ込み部
６９ｄ 連絡通路
７１ａ，７１ｂ 高圧供給通路
７３ リア側環状溝
７５ ベーン溝
７７ 背圧空間
７９ ステータ
８１ モータロータ
Ｏ 油
Ｘ 回転方向

Claims (3)

1. 冷媒が圧縮されるシリンダ室（３３）を内部に有する筒状のシリンダブロック（２９）と、
   前記シリンダブロック（２９）の側部に取り付けられ、該側部における前記シリンダ室（３３）の開口を封止するサイドブロック（３１ａ，３１ｂ）と、
   前記シリンダ室（３３）内で回転し、前記シリンダ室（３３）の内周面（３３ｄ）に対向する外周面（２３ａ）に開口する複数のベーン溝（７５）を回転方向（Ｘ）に間隔をおいて複数有するロータ（２３）と、
   前記各ベーン溝（７５）にそれぞれ収納されて前記外周面（２３ａ）から出没し、前記シリンダ室（３３）の内周面（３３ｄ）に摺接して該内周面（３３ｄ）と前記ロータ（２３）の外周面（２３ａ）との間を複数の圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）に仕切る複数のベーン（２５）と、
   前記サイドブロック（３１ａ，３１ｂ）の少なくとも一方に形成され、吸入工程から圧縮工程にかけての前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を仕切る前記ベーン（２５）を収容した前記ベーン溝（７５）の溝底の背圧空間（７７）に連通して、吸入工程から圧縮工程にかけての前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）の冷媒圧力より大きく前記シリンダ室（３３）からの圧縮冷媒が吐出される吐出室（１５）の圧力よりも低い中間圧を前記背圧空間（７７）に供給する中間圧供給部（６７）と、
   前記サイドブロック（３１ａ，３１ｂ）の少なくとも一方に形成され、圧縮工程の前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を仕切る前記ベーン（２５）を収容した前記ベーン溝（７５）の前記背圧空間（７７）に連通して、前記吐出室（１５）の圧力を前記背圧空間（７７）に供給する第１高圧供給部（６９ａ）と、
   前記サイドブロック（３１ａ，３１ｂ）の少なくとも一方に形成され、吐出工程の前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を仕切る前記ベーン（２５）を収容した前記ベーン溝（７５）の前記背圧空間（７７）に連通して、前記吐出室（１５）の圧力を前記背圧空間（７７）に供給する第２高圧供給部（６９ｂ）と、
   前記回転方向（Ｘ）における前記第１高圧供給部（６９ａ）及び前記第２高圧供給部（６９ｂ）の間に配置され、前記圧縮工程から前記吐出工程にかけての前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を仕切る前記ベーン（２５）を収容した前記ベーン溝（７５）の前記背圧空間（７７）を、前記第１高圧供給部（６９ａ）及び前記第２高圧供給部（６９ｂ）から遮断する閉じ込み部（６９ｃ）と、
   を備えることを特徴とする気体圧縮機（１）。
2. 前記第１高圧供給部（６９ａ）及び前記第２高圧供給部（６９ｂ）は、これらが形成された前記サイドブロック（３１ａ，３１ｂ）の少なくとも一方に形成されて前記背圧空間（７７）と連通しない連絡通路（６９ｄ）によって接続されていることを特徴とする請求項１記載の気体圧縮機（１）。
3. 前記第１高圧供給部（６９ａ）及び前記第２高圧供給部（６９ｂ）のうちいずれか一方のみに前記吐出室（１５）の冷媒圧力が導入され、該一方から前記第１高圧供給部（６９ａ）及び前記第２高圧供給部（６９ｂ）のうちいずれか他方に前記連絡通路（６９ｄ）を介して前記吐出室（１５）の冷媒圧力が導入されることを特徴とする請求項２記載の気体圧縮機（１）。

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