JP2018013044A - ベーンロータリー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ベーン溝の背圧空間に導入した圧力によりベーンに付与されるベーン溝からの突出力を圧縮機の運転状態に応じて適正化する。【解決手段】圧縮部３のロータ２３が低速回転しているときには、高圧連通路７４ｇ及び切換圧連通路７４ｈを介して切換圧力供給溝６９ａに高圧の油Ｏを導入させる。一方、圧縮部３のロータ２３が高速回転しているときには、中間圧供給路７４ｉ及び切換圧連通路７４ｈを介して切換圧力供給溝６９ａに中間圧の油Ｏを導入させる。このため、圧縮部３のロータ２３が低速回転しているときには、高速回転しているときよりも小さい回転角度の段階から、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを供給させることができる。言い換えると、圧縮部３のロータ２３が高速回転しているときには、低速回転しているときよりも、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏが供給され始める回転角度を遅らせる（３６０°側に近付ける）ことができる。【選択図】図７

Description

本発明は、所謂、ベーンロータリー圧縮機に関する。

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圧縮機が知られている。ベーンロータリー圧縮機は、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、ベーン溝のベーン背後の背圧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上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下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。

そこで、ベーンが吸入口を通過し吐出口に到達するまでの間、ロータの回転が進むにつれてベーン溝の背圧空間に導入される冷凍機油の圧力を次第に高める構成が提案されている。

この提案では、シリンダブロックに取り付けるサイドブロックのシリンダ室の開口を塞ぐ部分に、ベーン溝の背圧空間と連通する複数の溝を形成している。そして、ロータの回転方向における上流側の溝には、導入経路における圧力損失によって吐出圧よりも下がった中間圧の冷凍機油を、下流側の溝には吐出圧に近い高圧の冷凍機油をそれぞれ導入している。

このため、ベーンが吸入口を過ぎた直後のベーン溝の背圧空間には、しばらくの間、ベーンの先端面にかかる比較的低い反力に見合った中間圧の冷凍機油が、上流側の溝から導入される。そして、ロータが回転してベーンが吐出口に近づくと、ベーンの先端面にかかる反力が増加するのに合わせて、下流側の溝から高圧の冷凍機油がベーン溝の背圧空間に導入される。

これにより、ロータの回転中にベーンが一時的にベーン溝に収容されるチャタリングの発生を防ぎ、ベーンの先端面を常にシリンダ室内周面に当接させて、ロータの回転方向におけるベーンの上流側の圧縮室と下流側の圧縮室との連通による圧縮室の冷媒圧力の低下を防ぐことができる（例えば、特許文献１）。

特許第５８７８９７０号公報

ところで、ロータの回転中には遠心力が発生する。遠心力は、圧縮機の運転状態によって異なり、例えば、ロータが高い速度で回転する運転状態では大きく、ロータが低い速度で回転する運転状態では小さい。この遠心力は、ベーンをベーン溝から突出させる力として働く。

このため、ロータが高速回転し大きな遠心力が発生する圧縮機の運転状態において、ベーンをベーン溝から突出させる力がロータの回転に伴い増加する反力を常に上回らせるために、ベーン溝の背圧空間に高圧の冷凍機油を導入する必要が生じるのは、ロータの比較的狭い回転角度の範囲となる。

ということは、ロータが低速回転するような圧縮機の運転状態では、発生する遠心力が小さいことから、ロータの比較的広い回転角度の範囲でベーン溝の背圧空間に高圧の冷凍機油を導入する必要が生じる。

したがって、ロータの回転速度が低くてもベーンをベーン溝から突出させるのに十分な力がベーンに働くように、ロータの比較的広い回転角度の範囲でベーン溝の背圧空間に高圧の冷凍機油を導入すると、ロータが高速回転するような圧縮機の運転状態では、発生する遠心力が大きい分、ベーンが過剰な突出力でベーン溝から突出することになる。

ベーンが過剰な突出力でベーン溝から突出すると、ベーン先端面とシリンダ室内周面との摺動摩擦が高くなって、ロータを回転させる動力の損失が大きくなってしまう。

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、ベーン溝の背圧空間に導入した圧力によりベーンに付与されるベーン溝からの突出力を圧縮機の運転状態に応じて適正化し、ロータを回転させる動力の損失を抑制することができるベーンロータリー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、本発明の第１の態様によるベーンロータリー圧縮機は、
吸入した冷媒が圧縮工程を経て吐出室に吐出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ベーン溝を有するロータと、
前記ベーン溝に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溝底の背圧空間に連通して、吸入工程から吐出工程にかけての前記圧縮室の冷媒圧力より大きい圧力を前記背圧空間に供給する圧力供給部と、
前記圧力供給部から前記背圧空間に供給される圧力を、前記ロータの回転速度に応じて、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吐出室の冷媒圧力よりも低い中間圧と該中間圧よりも高い高圧との間で切り換えるときの、前記背圧空間への供給圧力が切り換わる前記ロータの回転角度を切り換える切換弁と、
を備える。

本発明によれば、ベーン溝の背圧空間に導入した圧力によりベーンに付与されるベーン溝からの突出力を圧縮機の運転状態に応じて適正化し、ロータを回転させる動力の損失を抑制することができる。

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断面図である。 図１の気体圧縮機のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図２のベーン溝の背圧空間に高圧を導入する必要があるロータの回転角度とロータの回転速度との関係を示すグラフである。 ベーン溝の背圧空間に高圧を導入する必要があるロータの回転角度範囲を示すもので、（ａ）は図４の運転領域（１）についての説明図、（ｂ）は図４の運転領域（６）についての説明図である。 図１の切換弁の構造を示すもので、（ａ）は切換弁の内部状態を示す断面図、（ｂ）は（ａ）中に仮想的に示すスプール弁の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は吐出冷媒の動圧に応じた図６（ａ）のスプール弁の切り換え状態を示す断面図である。 図３のリアサイドブロックの斜視図である。 （ａ），（ｂ）は図７（ｂ），（ｃ）のスプール弁の切り換え状態に応じたシリンダの各ポートと図２の中間圧供給溝、切換圧力供給溝及び高圧供給溝との接続状態を示す説明図である。 ベーン溝の背圧空間に高圧を導入する必要があるロータの回転角度範囲を示すもので、（ａ）は図４の運転領域（２）についての説明図、（ｂ）は図４の運転領域（３）についての説明図である。 ベーン溝の背圧空間に高圧を導入する必要があるロータの回転角度範囲を示すもので、（ａ）は図４の運転領域（４）についての説明図、（ｂ）は図４の運転領域（５）についての説明図である。

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のシリンダ室３３は、ロータ２３の回転中心からの距離が連続的に変化する非正円形状の内周面を有している。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２箇所の吐出孔３５と、各吐出孔３５をそれぞれ開閉する２つの開閉弁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、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へ供給する高圧供給溝５３とを備えている。中間圧供給溝５１及び高圧供給溝５３は、リアサイドブロック３１ｂ側の後述する中間圧供給溝６７及び高圧供給溝６９ｂにそれぞれ対向する位置に設けられる。

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。

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。

図３に示すように、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３３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室１５の油分離器２１（図１参照）に導く吐出通路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へ供給する高圧供給溝６９ｂ（請求項中の高圧供給部に相当）とを備えている。

また、リア側端面５７は、中間圧の油Ｏと高圧の油Ｏとを切り換えて背圧空間７７へ供給する切換圧力供給溝６９ａ（請求項中の切換圧力供給部に相当）を備えている。

切換圧力供給溝６９ａ及び高圧供給溝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いる。高圧供給溝６９ｂには、リア側連通路６５が開口しており、リア側連通路６５は、一端側がリア側環状溝７３に連通し、他端側が高圧供給溝６９ｂに連通している。

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、他端側が高圧供給溝６９ｂに開口している。

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のモータロータ８１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。

このように構成された気体圧縮機１では、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、図２に示す２箇所の吐出孔３５から、シリンダブロック２９の周面に２箇所形成した凹部２９ａにそれぞれ吐出される（吐出工程）。各凹部２９ａは、各サイドブロック３１ａ，３１ｂ側の側壁２９ｂによって吐出室１５から遮蔽されているので、凹部２９ａの吐出冷媒は、シリンダブロック２９の周面に形成された２つの凹部２９ａを連絡する連絡通路２９ｄを通って、一方の凹部２９ａに導かれる。

そして、一方の凹部２９ａの冷媒は、リアサイドブロック３１ｂ側の側壁２９ｂに形成された吐出孔２９ｃから図３に示すリアサイドブロック３１ｂの吐出通路６１及び図１に示す油分離器２１を介して、吐出室１５へ吐出される。油分離器２１によって冷媒と油Ｏとに分離された冷媒は、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溝６９ｂへ供給される。さらに、高圧供給溝６９ｂと対向し背圧空間７７を介して高圧供給溝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は切換圧力供給溝６９ａと短期間連通する。切換圧力供給溝６９ａには、中間圧の油Ｏと高圧の油Ｏとが切り換わって供給される。したがって、この区間の背圧空間７７の圧力も、中間圧の油Ｏと高圧の油Ｏとに切り換わる。

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、この区間の背圧空間７７の圧力は、高圧供給溝６９ｂ及びこれに対向する高圧供給溝５３から導入される油Ｏと同じ高圧となる。

ここで、切換圧力供給溝６９ａが背圧空間７７へ供給する油Ｏを中間圧の油Ｏと高圧の油Ｏとで切り換える構成とした理由について説明する。

ベーンロータリー式の気体圧縮機１では、ベーン溝７５から突出する方向に付勢されたベーン２５の先端面に、圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷媒圧力が反力として作用する。この反力は、シリンダ室３３の内周面３３ｄに対するベーン２５の接触箇所を境にしたロータ２３の回転方向Ｘにおける下流側の部分と上流側の部分とに、ベーン２５よりも下流側の圧縮室３３ａ，３３ｂ，３３ｃの冷媒と上流側の圧縮室３３ｂ，３３ｃ，３３ａ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２５が吐出孔３５に近づいてロータ２３の回転方向Ｘにおけるベーン２５よりも上流側の圧縮室３３ｂ，３３ｃ，３３ａの冷媒圧力が最高圧となる頃にピークを迎える。

そこで、ベーン２５が吸入通路３９を通過し吐出孔３５に到達するまでの間、ロータ２３の回転が進むにつれてベーン溝７５の背圧空間７７に連通するのが、中間圧供給溝６７から高圧供給溝６９ｂへと順次切り替わるようにして、背圧空間７７に導入される油Ｏの圧力を次第に高めるようにしている。

ところで、ロータ２３の回転中には遠心力が発生する。遠心力は、圧縮部３の運転状態によって異なり、例えば、ロータ２３が高速で回転する運転状態では大きく、ロータ２３が低速で回転する運転状態では小さい。この遠心力は、ベーン２５をベーン溝７５から突出させる力として働く。

このため、ロータ２３が高速回転し大きな遠心力が発生する圧縮部３の運転状態において、ベーン２５をベーン溝７５から突出させる力がロータ２３の回転に伴い増加する反力を常に上回らせるために、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを導入する必要が生じるのは、ロータ２３の比較的狭い回転角度の範囲となる。

図４は、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧を導入する必要があるロータ２３の回転角度と圧縮部３の運転状態であるロータの回転速度（Ｎｃ）との関係を示すグラフである。なお、図４の縦軸は、気体圧縮機１の運転時における冷媒の吐出圧（Ｐｓ）である。

このグラフからも明らかなように、背圧空間７７に高圧を導入する必要があるロータ２３の回転角度の範囲は、ロータの回転速度（Ｎｃ）が高いほど小さくなる。

例えば、ロータの回転速度（Ｎｃ）が一番低い図４中の運転領域（１）では、シリンダ室３３とロータ２３との最接近部をベーン２５の１つが通過するときのロータ２３の回転角度を０°（３６０°）とした場合、図５（ａ）の説明図に示すように、２１０°から３６０°までの広い回転角度範囲において、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧を導入する必要がある。

一方、ロータの回転速度（Ｎｃ）が一番高い図４中の運転領域（６）では、図５（ｂ）の説明図に示すように、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧を導入するのは、３４０°から３６０°までのわずかな回転角度範囲で十分である。

ここで、図４における運転領域（１）の低速の運転状態に合わせてベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを導入するには、ロータ２３が２１０°から３６０°までの回転角度範囲にある間、ベーン溝７５の背圧空間７７が高圧供給溝６９ｂ，５３と連通するように高圧供給溝６９ｂ，５３を配置する必要がある。

しかし、そのように構成すると、図４における運転領域（６）の高速の運転状態では、ロータ２３の回転角度が２１０°から３４０°までの範囲において、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏが必要ないのに導入される。これでは、高速運転状態において、ロータ２３を回転させる動力の損失が大きくなってしまう。

そこで、本実施形態の気体圧縮機１では、図３に示すように、ロータ２３の回転方向Ｘにおいて、リアサイドブロック３１ｂの高圧供給溝６９ｂの開始位置をロータ２３の２１０°の回転角度に対応する位置よりも下流側にずらし、そこに、高圧供給溝６９ｂから独立して切換圧力供給溝６９ａを配置した。

そして、図１に示すように、リアサイドブロック３１ｂに設けた切換弁７４を用いて、切換圧力供給溝６９ａが背圧空間７７へ供給する油Ｏを中間圧の油Ｏと高圧の油Ｏとで切り換えるようにした。

なお、切換弁７４は、図２の吐出孔２９ｃから吐出されて図３の吐出通路６１に流入する冷媒の圧力（動圧）によって切り換わる。したがって、切換圧力供給溝６９ａが背圧空間７７へ供給する油Ｏの圧力はが中間圧であるか高圧であるかは、ロータ２３の回転速度によって決まる。そこで、切換弁７４の構成について説明する。

切換弁７４は、図６（ａ）の断面図に示すように、有底状のシリンダ７４ａと、シリンダ７４ａ内を移動するスプール弁７４ｂとを有している。シリンダ７４ａの開放側の端部は、図３に示すように、リアサイドブロック３１ｂのリア側端面５７に開口している。

図６（ａ）中に仮想線で示したスプール弁７４ｂは、図６（ｂ）の斜視図に示すように、シリンダ７４ａの内径と等しい外径を有する２つの大径部７４ｃ，７４ｄを、大径部７４ｃ，７４ｄよりも外径が小さい小径部７４ｅの軸方向Ｙにおける両端にそれぞれ接続して構成されている。

スプール弁７４ｂは、一方の大径部７４ｃの端面７４ｃ１が図６（ａ）に示すようにシリンダ７４ａの開口に臨むようにシリンダ７４ａ内に収容されている。そして，スプール弁７４ｂは、他方の大径部７４ｄの端面７４ｄ１とシリンダ７４ａの底面との間に収容されたバネ７４ｆの弾発力により、シリンダ７４ａの開口側に付勢されている。

スプール弁７４ｂ及びバネ７４ｆを収容した後のシリンダ７４ａの開口の周縁部分には、図２に示すように、シリンダブロック２９の凹部２９ａの側壁２９ｂが当て付けられている。側壁２９ｂの吐出孔２９ｃは、シリンダ７４ａの内径よりも一回り小さい孔径で形成されており、吐出孔２９ｃの周りの側壁２９ｂがシリンダ７４ａの開口の縁部を塞いでいる。

即ち、シリンダブロック２９の側壁２９ｂ及び吐出孔２９ｃは、スプール弁７４ｂがシリンダ７４ａから抜け落ちるのを防ぐストッパの機能と、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃの端面７４ｃ１を凹部２９ａに露出させる機能とを果たしている。

したがって、開閉弁３７が開弁して吐出孔３５から凹部２９ａに圧縮冷媒が吐出されると、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃの端面７４ｃ１は、凹部２９ａに吐出された圧縮冷媒の受圧面として機能する。

なお、シリンダ７４ａのバネ７４ｆが収容された空間には、シリンダ７４ａの底部に形成された通孔７４ｍから吐出室１５の冷媒が導入される。一方、図７（ａ）〜（ｃ）の断面図及び図８の斜視図に示すように、シリンダ７４ａの開放側の端部は、リアサイドブロック３１ｂのリア側端面５７に形成された吐出通路６１と連通している。

したがって、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃ側と大径部７４ｄ側とは、シリンダブロック２９の凹部２９ａに吐出されて吐出室１５に導入される圧縮冷媒の圧力で均圧化される。

このため、小径部７４ｅの軸方向Ｙ（スラスト方向）におけるシリンダ７４ａ内でのスプール弁７４ｂの位置は、シリンダブロック２９の吐出孔２９ｃを通過して大径部７４ｃの端面７４ｃ１に衝突する冷媒の圧力とバネ７４ｆの付勢力とのバランスによって決まる。

図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、シリンダ７４ａの内周面には、３つのポートが開口している。これらは、図９（ａ）の説明図に示す、高圧供給溝６９ｂに接続された高圧連通路７４ｇ、切換圧力供給溝６９ａに接続された切換圧連通路７４ｈ、及び、中間圧供給溝６７に接続された中間圧供給路７４ｉの開口である。

気体圧縮機１の停止中には、バネ７４ｆの付勢力によりスプール弁７４ｂが小径部７４ｅの軸方向Ｙにおける一端側に移動し、図７（ａ）に示すシリンダ７４ａの開口側の切換箇所に位置する。開口側の切換箇所にスプール弁７４ｂが位置しているときは、小径部７４ｅとシリンダ７４ａとの間に形成されるリング状の空間７４ｊによって、高圧連通路７４ｇの開口と切換圧連通路７４ｈの開口とが連通し、これらから中間圧供給路７４ｉの開口が遮断される。

したがって、空間７４ｊによって連通した高圧連通路７４ｇ及び切換圧連通路７４ｈを介して、高圧供給溝６９ｂの高圧の油Ｏが切換圧力供給溝６９ａに導入される。即ち、切換圧力供給溝６９ａは、高圧供給溝６９ｂと同じく、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを供給する状態となる。

また、図７（ａ）に示すシリンダ７４ａの開口側の切換箇所では、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃがシリンダブロック２９の吐出孔２９ｃを塞ぎ、大径部７４ｃの端面７４ｃ１が吐出孔２９ｃを介して凹部２９ａに露出して、凹部２９ａに吐出された圧縮冷媒の受圧面となる。

ところで、シリンダ７４ａの内周面には、連通孔７４ｋが形成されている。この連通孔７４ｋは、図１に示す油分離器２１の導入通路２１ａに連通している。したがって、切換弁７４のスプール弁７４ｂの大径部７４ｃが図７（ａ）に示すようにシリンダブロック２９の吐出孔２９ｃを塞いでいると、シリンダブロック２９の凹部２９ａから図１の油分離器２１の導入通路２１ａに対する吐出冷媒の流れが遮断される。

この状態で、気体圧縮機１が始動しシリンダブロック２９の凹部２９ａに圧縮冷媒が吐出されると、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃの端面７４ｃ１が受ける冷媒の圧力が、切換弁７４のバネ７４ｆの付勢力を上回る。すると、バネ７４ｆの付勢力と冷媒の圧力との差でスプール弁７４ｂがシリンダ７４ａ内を底部側（通孔７４ｍ側）に移動し、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃがシリンダブロック２９の吐出孔２９ｃを開く。

吐出孔２９ｃが開くと、凹部２９ａの圧縮冷媒が連通孔７４ｋを介して図１の油分離器２１の導入通路２１ａに流入するようになる。したがって、吐出孔２９ｃが開いているときの切換弁７４は、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃの端面７４ｃ１が受ける冷媒の動圧の大きさがバネ７４ｆの付勢力を上回っている間、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃが吐出孔２９ｃを開いている状態を維持する。

ここで、圧縮部３のロータ２３が低速回転していると、シリンダブロック２９の凹部２９ａに圧縮冷媒が吐出されてもその流速が低いので、切換弁７４のバネ７４ｆの付勢力と冷媒の動圧との差は大きくならない。

このため、ロータ２３の低速回転中には、図７（ｂ）に示すように、スプール弁７４ｂはシリンダ７４ａ内をわずかに底部側（通孔７４ｍ側）に移動するだけである。この位置では、シリンダ７４ａ内の空間７４ｊによる、高圧連通路７４ｇ、切換圧連通路７４ｈ及び中間圧供給路７４ｉの各開口の接続及び遮断の各状態は変化しない。

したがって、切換圧力供給溝６９ａには、空間７４ｊによって連通した高圧連通路７４ｇ及び切換圧連通路７４ｈを介して、高圧供給溝６９ｂの高圧の油Ｏが導入される。即ち、切換圧力供給溝６９ａは、高圧供給溝６９ｂと同じく、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを供給する状態のままとなる。

一方、圧縮部３のロータ２３が高速回転していると、シリンダブロック２９の凹部２９ａに吐出される圧縮冷媒の流速が高いので、切換弁７４のバネ７４ｆの付勢力と冷媒の動圧との差は大きくなる。

このため、ロータ２３の高速回転中には、吐出孔２９ｃを通過した冷媒の動圧によってスプール弁７４ｂが、図７（ｃ）に示すシリンダ７４ａの底面側の切換箇所に位置する。底面側の切換箇所にスプール弁７４ｂが位置しているときは、空間７４ｊによって中間圧供給路７４ｉの開口と切換圧連通路７４ｈの開口とが連通し、これらから高圧連通路７４ｇの開口が遮断される。

したがって、空間７４ｊによって連通した中間圧供給路７４ｉ及び切換圧連通路７４ｈを介して、中間圧供給溝６７の中間圧の油Ｏが切換圧力供給溝６９ａに導入される。即ち、切換圧力供給溝６９ａは、中間圧供給溝６７と同じく、ベーン溝７５の背圧空間７７に中間圧の油Ｏを供給する状態となる。

なお、気体圧縮機１の動作が停止し、シリンダブロック２９の凹部２９ａの冷媒圧力が下がると、切換弁７４のスプール弁７４ｂがバネ７４ｆの付勢力によって図７（ａ）切換箇所に移動し、スプール弁７４ｂの大径部７４ｃがシリンダブロック２９の吐出孔２９ｃを塞ぐ。

以上のように構成された切換弁７４は、圧縮部３のロータ２３が低速回転しているときには、高圧連通路７４ｇ及び切換圧連通路７４ｈを介して切換圧力供給溝６９ａに高圧の油Ｏを導入させる。一方、圧縮部３のロータ２３が高速回転しているときには、中間圧供給路７４ｉ及び切換圧連通路７４ｈを介して切換圧力供給溝６９ａに中間圧の油Ｏを導入させる。

したがって、圧縮部３のロータ２３が低速回転しているときには、ベーン溝７５の背圧空間７７が切換圧力供給溝６９ａと連通している間に、高圧供給溝６９ｂと連通しているときと同じく、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏが供給される。一方、圧縮部３のロータ２３が高速回転しているときには、ベーン溝７５の背圧空間７７が切換圧力供給溝６９ａと連通している間に、中間圧供給溝６７と連通しているときと同じく、ベーン溝７５の背圧空間７７に中間圧の油Ｏが供給される。

このため、圧縮部３のロータ２３が低速回転しているときには、高速回転しているときよりも小さい回転角度の段階から、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏを供給させることができる。言い換えると、圧縮部３のロータ２３が高速回転しているときには、低速回転しているときよりも、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧の油Ｏが供給され始める回転角度を遅らせる（３６０°側に近付ける）ことができる。

この切換弁７４を設けたことで、ロータ２３の回転速度（Ｎｃ）が低い、例えば図４中の運転領域（１），（２）において、図５（ａ）や図１０（ａ）の説明図に示すように、ベーン溝７５の背圧空間７７を高圧にする必要がある２１０°から３６０°までの回転角度範囲や、２４０°から３６０°までの回転角度範囲で、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧を導入することができる。

また、ロータ２３の回転速度（Ｎｃ）が高い、例えば図４中の運転領域（３）〜（８）において、図１０（ｂ）、図１１（ａ），（ｂ）、図５（ｂ）の説明図に示すように、ベーン溝７５の背圧空間７７を高圧にする必要がある２７０°から３６０°までの回転角度範囲、３００°から３６０°までの回転角度範囲、３４０°から３６０°までの回転角度範囲、３３０°から３６０°までの回転角度範囲のそれぞれで、ベーン溝７５の背圧空間７７に高圧を導入し、必要以上にロータ２３の回転角度が小さい段階から背圧空間７７に高圧が導入されてしまうのを防ぐことができる。

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圧縮機等、電動式以外のベーンロータリー圧縮機にも広く適用可能である。

本発明は、所謂、ベーンロータリー圧縮機において利用することができる。

１ 気体圧縮機（ベーンロータリー圧縮機）
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
２１ａ 導入通路
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
２９ａ シリンダブロック凹部
２９ｂ シリンダブロック側壁
２９ｃ 吐出孔
２９ｄ 連絡通路
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 吸入通路
４０ 連通溝
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 吐出通路
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、中間圧空間）
６９ａ 切換圧力供給溝（切換圧力供給部）
６９ｂ 高圧供給溝（高圧供給部、高圧空間）
７３ リア側環状溝
７４ 切換弁
７４ａ シリンダ
７４ｂ スプール弁
７４ｃ，７４ｄ スプール弁大径部
７４ｃ１，７４ｄ１ スプール弁大径部端面
７４ｅ スプール弁小径部
７４ｆ バネ
７４ｇ 高圧連通路
７４ｈ 切換圧連通路
７４ｉ 中間圧供給路
７４ｊ 空間
７４ｋ 連通孔
７４ｍ 通孔
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
Ｙ 軸方向

Claims (6)

1. 吸入した冷媒が圧縮工程を経て吐出室（１５）に吐出されるシリンダ室（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）に開口するベーン溝（７５）を有するロータ（２３）と、
   前記ベーン溝（７５）に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）の溝底の背圧空間（７７）に連通して、吸入工程から吐出工程にかけての前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）の冷媒圧力より大きい圧力を前記背圧空間（７７）に供給する圧力供給部（６７，６９ａ，６９ｂ）と、
   前記圧力供給部（６７，６９ａ，６９ｂ）から前記背圧空間（７７）に供給される圧力を、前記ロータ（２３）の回転速度に応じて、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吐出室（１５）の冷媒圧力よりも低い中間圧と該中間圧よりも高い高圧との間で切り換えるときの、前記背圧空間（７７）への供給圧力が切り換わる前記ロータ（２３）の回転角度を切り換える切換弁（７４）と、
   を備えるベーンロータリー圧縮機（１）。
2. 前記圧力供給部（６７，６９ａ，６９ｂ）は、少なくとも、
   吸入工程から圧縮工程にかけての前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を前記ベーン（２５）が仕切る前記ロータ（２３）の回転角度範囲において、前記背圧空間（７７）に連通して、前記中間圧を前記背圧空間（７７）に供給する中間圧供給部（６７）と、
   前記切り換え角度位置を含み、圧縮工程の前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を前記ベーン（２５）が仕切る前記ロータ（２３）の回転角度範囲において、前記背圧空間（７７）に連通して、前記中間圧及び前記高圧のうち前記切換弁（７４）による切り換え先の圧力を前記背圧空間（７７）に供給する切換圧力供給部（６９ａ）と、
   吐出工程の前記圧縮室（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）を前記ベーン（２５）が仕切る前記ロータ（２３）の回転角度範囲において、前記背圧空間（７７）に連通して、前記高圧を前記背圧空間（７７）に供給する高圧供給部（６９ｂ）と、
   を有している請求項１記載のベーンロータリー圧縮機（１）。
3. 内圧が前記中間圧である中間圧空間（６７）と、内圧が前記高圧である高圧空間（６９ｂ）と、前記中間圧空間（６７）及び前記高圧空間（６９ｂ）を前記切換弁（７４）にそれぞれ連通させる連通路（７４ｉ，７４ｇ）とを有しており、前記切換弁（７４）は、前記連通路（７４ｉ）により供給される前記中間圧空間（６７）からの前記中間圧と、前記連通路（７４ｇ）により供給される前記高圧空間（６９ｂ）からの前記高圧とを切り換えて、いずれか一方の圧力を前記切換圧力供給部（６９ａ）に供給する請求項２記載のベーンロータリー圧縮機（１）。
4. 前記中間圧空間（６７）は前記中間圧供給部（６７）であり、前記高圧空間（６９ｂ）は前記高圧供給部（６９ｂ）である請求項３記載のベーンロータリー圧縮機（１）。
5. 前記切換弁（７４）は、前記圧力供給部（６７，６９ａ，６９ｂ）から前記背圧空間（７７）への供給圧力が切り換わる前記ロータ（２３）の回転角度を、前記圧縮室（３３ａ）から前記吐出室（１５）に向かう冷媒の動圧に応じて切り換える、
   請求項３又は４記載のベーンロータリー圧縮機（１）。
6. 前記切換弁（７４）は、小径部（７４ｅ）の軸方向（Ｙ）の両端に大径部（７４ｃ，７４ｄ）をそれぞれ接続したスプール弁（７４ｂ）がシリンダ（７４ａ）内を移動するスプール式切換弁であり、
   前記軸方向（Ｙ）における一端側の前記大径部（７４ｃ）の端面（７４ｃ１）が、前記圧縮室（３３ａ）から前記吐出室（１５）に向かう冷媒の動圧の受圧面であり、
   前記軸方向（Ｙ）における他端側の前記大径部（７４ｄ）の端面（７４ｄ１）に、前記スプール弁（７４ｂ）を前記軸方向（Ｙ）における一端側に付勢するバネ（７４ｆ）が弾接されており、
   前記切換弁（７４）は、前記ロータ（２３）の回転速度に応じた前記動圧と前記バネ（７４ｆ）の付勢力とで定まる、前記シリンダ（７４ａ）内での前記スプール弁（７４ｂ）の位置により、前記切換圧力供給部（６９ａ）に供給する圧力を、前記中間圧空間（６７）からの前記中間圧と前記高圧空間（６９ｂ）からの前記高圧との間で切り換える、
   請求項５記載のベーンロータリー圧縮機（１）。

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