JP2019178677A - 圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】2つの圧縮室を用いて好適に流体を圧縮することができる圧縮機を提供すること。【解決手段】圧縮機10は、回転軸12と、吸入流体が吸入される吸入口11a及び圧縮流体が吐出される吐出口11bが形成され、回転軸12を収容するハウジング11と、両圧縮室A4,A5とを備えている。両圧縮室A4,A5はそれぞれ、吸入流体が吸入され且つ回転軸12の回転に伴って周期的に容積変化が生じるように構成されている。両圧縮室A4,A5の容積変化の位相は互いにずれている。圧縮機10は、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態と、両圧縮室A4,A5が連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構120を備えている。【選択図】図1
Description
本発明は、圧縮機に関する。
例えば特許文献1には、回転軸と、回転軸の回転に伴って回転するロータと、ロータの回転に伴って回転するベーンと、互いに連通された第1圧縮室及び第2圧縮室と、を備えた圧縮機について記載されている。当該圧縮機では、ロータ及びベーンの回転によって、両圧縮室にて流体の圧縮が行われる。詳細には、まず第1圧縮室にて外部から吸入された吸入流体の吸入及び圧縮が行われる。そして、第1圧縮室が最小容積に近づくと第1圧縮室にて圧縮された中間圧流体が中間圧室に流入し、その後中間圧流体は中間圧室から第2圧縮室に流入し、第2圧縮室にて更に圧縮される。
ここで、上記のような第1圧縮室にて圧縮された中間圧流体を第2圧縮室にて更に圧縮することを1サイクルとする2段圧縮方式では、第1圧縮室にのみ吸入流体が吸入されるため、圧縮機全体の容積に、第2圧縮室の容積が寄与しない。
また、2段圧縮方式では、1サイクル中に局所的に容積が小さくなる事態が生じ得る。詳細には、例えば図18に示すように、2段圧縮方式では、第1圧縮室が最小容積に近づいた段階で、第2圧縮室にて中間圧流体の吸入が行われるように第1圧縮室から第2圧縮室に向けて流体の流入が行われる。このタイミングで第2圧縮室の容積も小さいと、両圧縮室の容積の双方が小さい状態となるため、両圧縮室を合わせた圧縮機全体の容積が局所的に小さくなる。このような圧縮機全体の容積が局所的に小さくなる事態が生じると、過圧縮が生じ、効率の低下が懸念される。
本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は2つの圧縮室を用いて好適に流体を圧縮することができる圧縮機を提供することである。
上記目的を達成する圧縮機は、回転軸と、吸入流体が吸入される吸入口及び圧縮流体が吐出される吐出口が形成され、前記回転軸を収容するハウジングと、前記吸入流体が導入されるように形成され、前記回転軸の回転に伴って周期的に容積変化が生じるとともに当該容積変化の位相が互いにずれた第1圧縮室及び第2圧縮室と、前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とが連通している連通状態と、前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とが連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構と、を備え、前記連通状態で前記両圧縮室にて流体の圧縮を行う並行圧縮動作を含むサイクル動作を行うことを特徴とする。
かかる構成によれば、両圧縮室に吸入流体が吸入されるため、いずれか一方の圧縮室のみに吸入流体が吸入される構成と比較して、圧縮機全体の容積の向上を図ることができる。
また、容積変化の位相が互いにずれた両圧縮室が連通した状態で両圧縮室にて流体の圧縮を行う並行圧縮動作を含むサイクル動作が行われることにより、圧縮機全体の容積が局所的に小さくなるような事態を抑制できる。
以上のことから、2つの圧縮室を用いて好適に流体を圧縮することができる。
上記圧縮機について、前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とは、前記回転軸の軸方向に対向しているとよい。
上記圧縮機について、前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とは、前記回転軸の軸方向に対向しているとよい。
かかる構成によれば、両圧縮室を回転軸の径方向に配置することに起因して圧縮機が回転軸の径方向に大型化することを抑制できる。
上記圧縮機について、前記サイクル動作は、前記両圧縮室への前記吸入流体の吸入動作が行われる並行吸入動作と、前記並行吸入動作の後に行われる前記並行圧縮動作と、を含むとよい。
上記圧縮機について、前記サイクル動作は、前記両圧縮室への前記吸入流体の吸入動作が行われる並行吸入動作と、前記並行吸入動作の後に行われる前記並行圧縮動作と、を含むとよい。
かかる構成によれば、並行吸入動作及び並行圧縮動作がサイクル動作に含まれることにより、1回のサイクル動作における圧縮機全体の容積変化の円滑化を図ることができる。これにより、効率の向上を図ることができる。
上記圧縮機について、前記サイクル動作は、前記並行吸入動作と前記並行圧縮動作との間に行われ、前記連通機構が前記連通状態である状況下において、前記第1圧縮室の容積減少に伴って前記第1圧縮室の流体を前記第2圧縮室に移動させる圧送動作と、前記第2圧縮室への前記吸入流体の吸入動作とが行われる連通中間動作を含む。
かかる構成によれば、連通中間動作を介して並行圧縮動作が行われることによって、両圧縮室に収容されている流体の圧力を円滑に高めることができる。これにより、損失を抑制でき、効率の更なる向上を図ることができる。
上記圧縮機について、前記サイクル動作は、前記並行吸入動作と前記並行圧縮動作との間に行われ、前記連通機構が前記非連通状態である状況下において、前記第1圧縮室における流体の圧縮動作と、前記第2圧縮室への前記吸入流体の吸入動作とが行われる非連通中間動作を含むとよい。
かかる構成によれば、非連通中間動作が行われることにより、第1圧縮室の流体が第2圧縮室に移動する圧送動作が行われることを抑制できる。これにより、圧送動作に起因する圧縮機全体の最大容積の低下を抑制できる。
上記圧縮機について、リング状の第1ロータ面を有し、前記回転軸の回転に伴って回転する第1ロータと、前記第1ロータと前記回転軸の軸方向に対向配置され且つ前記回転軸の回転に伴って回転するものであって、リング状の第2ロータ面を有する第2ロータと、前記第1ロータの外周面と前記回転軸の径方向に対向する第1内周面を有し、前記第1ロータを収容している第1筒部と、前記第2ロータの外周面と前記径方向に対向する第2内周面を有し、前記第2ロータを収容している第2筒部と、前記両ロータの間に配置され、前記第1ロータ面と前記軸方向に対向する第1壁面及び前記第2ロータ面と前記軸方向に対向する第2壁面を有する壁部と、前記壁部に形成されたベーン溝に挿入された状態で前記両ロータ面と当接しており、前記両ロータの回転に伴って前記軸方向に移動するベーンと、を備え、前記第1ロータ面は、その角度位置に応じて前記軸方向に変位するように前記軸方向に湾曲した第1湾曲面を有し、前記第2ロータ面は、その角度位置に応じて前記軸方向に変位するように前記軸方向に湾曲した第2湾曲面を有し、前記第1圧縮室は、前記第1ロータ面、前記第1壁面及び前記第1内周面によって区画され、前記第1ロータの回転に伴って前記ベーンによって容積変化が生じるものであり、前記第2圧縮室は、前記第2ロータ面、前記第2壁面及び前記第2内周面によって区画され、前記第2ロータの回転に伴って前記ベーンによって容積変化が生じるものであり、前記両ロータ面は、前記壁部を介して前記軸方向に対向しており、前記両湾曲面を含めて、その角度位置に関わらず対向距離が一定となるように形成されているとよい。
かかる構成によれば、両ロータが回転することによって、ベーンが両ロータ面に当接した状態で軸方向に移動し、両圧縮室において容積変化が生じる。これにより、両圧縮室のそれぞれに専用のベーンを設けることなく、両圧縮室にて吸入と圧縮とを行うことができる。
また、本構成によれば、両ロータ面の対向距離は、その角度位置に関わらず一定となっている。これにより、両ロータが回転した場合に、ベーンが両ロータ面のいずれか一方から離れたり、両ロータ面の間で引っ掛かったりすることを抑制できる。
ここで、両ロータ面の対向距離が一定となるように形成されている関係上、例えばある角度位置から別の角度位置に向けて第1湾曲面が徐々に第1壁面に近づくように湾曲している場合には、その第1湾曲面と対向する第2湾曲面は上記ある角度位置から上記別の角度位置に向けて第2壁面から離れるように湾曲することとなる。これにより、両圧縮室の容積変化に位相差が生じる。そして、上記容積変化の位相差が生じる両圧縮室のそれぞれに吸入流体が吸入されるように構成することにより、上述したサイクル動作を実現できる。
この発明によれば、2つの圧縮室を用いて好適に流体を圧縮することができる。
(第1実施形態)
以下、圧縮機の第1実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の圧縮機は、例えば車両用であり、詳細には車両に搭載されて使用される。圧縮機は、例えば車両用空調装置に用いられるものであり、当該圧縮機の圧縮対象の流体はオイルを含む冷媒である。また、図示の都合上、図1及び図4などにおいては、回転軸12及び両ロータ60,80を側面図で示す。
以下、圧縮機の第1実施形態について図面を用いて説明する。なお、本実施形態の圧縮機は、例えば車両用であり、詳細には車両に搭載されて使用される。圧縮機は、例えば車両用空調装置に用いられるものであり、当該圧縮機の圧縮対象の流体はオイルを含む冷媒である。また、図示の都合上、図1及び図4などにおいては、回転軸12及び両ロータ60,80を側面図で示す。
図1に示すように、圧縮機10は、ハウジング11と、回転軸12と、電動モータ13と、インバータ14と、フロントシリンダ40と、リアシリンダ50と、フロントロータ60と、リアロータ80とを備えている。
ハウジング11は、例えば全体として筒状であり、外部からの吸入流体が吸入される吸入口11a及び流体が吐出される吐出口11bを有している。回転軸12、電動モータ13、インバータ14、両シリンダ40,50及び両ロータ60,80は、ハウジング11内に収容されている。
ハウジング11は、フロントハウジング21と、リアハウジング22と、インバータカバー23とを備えている。
フロントハウジング21は、有底筒状でリアハウジング22に向けて開口している。吸入口11aは、例えばフロントハウジング21の側壁部のうち開口端部よりも底部側の位置に設けられている。但し、吸入口11aの位置は任意である。
フロントハウジング21は、有底筒状でリアハウジング22に向けて開口している。吸入口11aは、例えばフロントハウジング21の側壁部のうち開口端部よりも底部側の位置に設けられている。但し、吸入口11aの位置は任意である。
リアハウジング22は、有底筒状であり、フロントハウジング21に向けて開口している。吐出口11bは、リアハウジング22の底部の側面に設けられている。但し、吐出口11bの位置は任意である。
フロントハウジング21とリアハウジング22とは、互いに開口部同士が向き合う状態でユニット化されている。
インバータカバー23は、フロントハウジング21に対してリアハウジング22側とは反対側に配置されている。インバータカバー23は、フロントハウジング21の底部に突き合せられた状態でフロントハウジング21に固定されている。
インバータカバー23は、フロントハウジング21に対してリアハウジング22側とは反対側に配置されている。インバータカバー23は、フロントハウジング21の底部に突き合せられた状態でフロントハウジング21に固定されている。
インバータカバー23内には、インバータ14が収容されている。インバータ14は、電動モータ13を駆動させるものである。
回転軸12は、回転可能な状態でハウジング11に支持されている。詳細には、フロントハウジング21の底部には当該底部から突出したリング状の第1軸受保持部31が設けられており、第1軸受保持部31に対して回転軸12の径方向R内側には、回転軸12の第1端部を回転可能に支持する第1ラジアル軸受32が設けられている。同様に、リアハウジング22の底部には当該底部から突出したリング状の第2軸受保持部33が設けられており、第2軸受保持部33の内側には、回転軸12の第1端部とは反対側の第2端部を回転可能に支持する第2ラジアル軸受34が設けられている。回転軸12の軸方向Zは、ハウジング11の軸方向と一致している。
回転軸12は、回転可能な状態でハウジング11に支持されている。詳細には、フロントハウジング21の底部には当該底部から突出したリング状の第1軸受保持部31が設けられており、第1軸受保持部31に対して回転軸12の径方向R内側には、回転軸12の第1端部を回転可能に支持する第1ラジアル軸受32が設けられている。同様に、リアハウジング22の底部には当該底部から突出したリング状の第2軸受保持部33が設けられており、第2軸受保持部33の内側には、回転軸12の第1端部とは反対側の第2端部を回転可能に支持する第2ラジアル軸受34が設けられている。回転軸12の軸方向Zは、ハウジング11の軸方向と一致している。
図1〜図4に示すように、フロントシリンダ40は、フロントロータ60を収容するものである。フロントシリンダ40は、リアハウジング22よりも一回り小さく形成された有底筒状である。フロントシリンダ40は、リアハウジング22の底部に向けて開口している。フロントシリンダ40は、フロントシリンダ底部41と、フロントシリンダ底部41からリアハウジング22に向けて起立したフロントシリンダ側壁部42とを有している。フロントシリンダ側壁部42は、リアハウジング22の内側に入り込んでいる。
図3及び図4に示すように、フロントシリンダ40は、第1内周面としてのフロントシリンダ内周面43を有している。フロントシリンダ内周面43は例えば軸方向Zに延びた円筒面である。フロントシリンダ40は、フロントシリンダ内周面43よりも拡径したフロント拡径面44を有している。フロント拡径面44は、フロントシリンダ側壁部42の先端部(開口端部)に設けられている。フロントシリンダ内周面43とフロント拡径面44との間にはフロント段差面45が形成されている。
フロントシリンダ側壁部42には、回転軸12の径方向R外側に張り出した膨出部46が設けられている。膨出部46は、フロントシリンダ側壁部42における基端側(フロントシリンダ底部41側)の位置に設けられている。フロントハウジング21とリアハウジング22とは、膨出部46を挟んだ状態でユニット化されている。両ハウジング21,22によってフロントシリンダ40の軸方向Zの位置ずれが規制されている。
図4に示すように、フロントシリンダ底部41は、軸方向Zに段差状となっており、中央側に配置されている第1底部41aと、第1底部41aに対して回転軸12の径方向R外側であって第1底部41aよりもリアハウジング22側に配置されている第2底部41bとを有している。第1底部41aには、回転軸12が挿通可能なフロント挿通孔41cが形成されている。回転軸12は、フロント挿通孔41cに挿通されている。
図1に示すように、本実施形態では、フロントハウジング21及びフロントシリンダ底部41によってモータ室A1が区画されており、モータ室A1に電動モータ13が収容されている。電動モータ13は、インバータ14から駆動電力を供給されることにより、回転軸12を、矢印Mで示す方向に回転させる。
ちなみに、吸入口11aはモータ室A1を区画するフロントハウジング21に設けられているため、吸入口11aから吸入された吸入流体はモータ室A1に導入される。つまり、モータ室A1内には吸入流体が存在する。
本実施形態の圧縮機10では、インバータ14、電動モータ13及び両ロータ60,80が軸方向Zに順に並んでいる。但し、これら各部品の位置は任意であり、例えばインバータ14が電動モータ13に対して回転軸12の径方向R外側に配置されていてもよい。
図2〜図4に示すように、リアシリンダ50は、リアハウジング22の底部に向けて開口した有底筒状である。リアシリンダ50は、フロントシリンダ40よりも一回り小さく形成されており、リアハウジング22内に収容されている。リアシリンダ50は、リアシリンダ50の開口端がリアハウジング22の底部に突き合せられている状態でフロントシリンダ40に対して嵌合している。
リアシリンダ50は、リアシリンダ50の底部を構成する中間壁部51と中間壁部51からリアハウジング22に向けて軸方向Zに起立したリアシリンダ側壁部55とを有している。中間壁部51が「壁部」に対応する。
図4に示すように、中間壁部51は、壁厚方向が軸方向Zと一致するように配置されており、軸方向Zに直交する第1壁面52及び第2壁面53を有している。中間壁部51は、リング状(詳細には円環状)であり、フロントシリンダ40に嵌合している。
中間壁部51には、軸方向Zに貫通した壁部貫通孔54が形成されている。壁部貫通孔54は、回転軸12よりも大きく形成されている。つまり、壁部貫通孔54は回転軸12よりも大径の貫通孔である。回転軸12は壁部貫通孔54に挿通されている。
リアシリンダ側壁部55は、軸方向Zに延びた筒状(詳細には円筒状)であり、第2内周面としてのリアシリンダ内周面56と、リアシリンダ外周面57と、を有している。
リアシリンダ内周面56は、フロントシリンダ内周面43よりも小径の円筒面である。このため、リアシリンダ内周面56は、フロントシリンダ内周面43に対して回転軸12の径方向R内側に配置されている。
リアシリンダ内周面56は、フロントシリンダ内周面43よりも小径の円筒面である。このため、リアシリンダ内周面56は、フロントシリンダ内周面43に対して回転軸12の径方向R内側に配置されている。
リアシリンダ外周面57は、直径が異なる複数の円筒面で構成されており、段差状となっている。詳細には、リアシリンダ外周面57は、第1パーツ面57aと、第1パーツ面57aよりも拡径された第2パーツ面57bと、第2パーツ面57bよりも拡径された第3パーツ面57cとを有している。
第1パーツ面57aは、フロントシリンダ内周面43と当接している。第2パーツ面57bは、フロント拡径面44と当接している。第3パーツ面57cは、フロントシリンダ側壁部42の外周面と面一となっている。
両パーツ面57a,57bの間に形成された第1リア段差面58が、フロント段差面45と当接しており、両パーツ面57b,57cの間に形成された第2リア段差面59がフロントシリンダ40の開口端に当接している。
ここで、図4に示すように、フロントシリンダ底部41と、フロントシリンダ内周面43と、第1壁面52とによって、フロントロータ60を収容するフロント収容室A2が形成されている。フロント収容室A2は、全体として円柱状に形成されている。
同様に、リアハウジング22の内側底面と、リアシリンダ内周面56と、第2壁面53とによって、リアロータ80を収容するリア収容室A3が形成されている。リア収容室A3は、全体として円柱状に形成されている。
本実施形態では、リア収容室A3は、フロント収容室A2と比較して小さく形成されている。詳細には、リアシリンダ内周面56の直径がフロントシリンダ内周面43の直径よりも小さい。このため、リア収容室A3はフロント収容室A2よりも小さくなっており、リア収容室A3の体積は、フロント収容室A2の体積よりも小さい。
両収容室A2,A3は中間壁部51によって仕切られており、両ロータ60,80は中間壁部51を介して軸方向Zに対向配置されている。すなわち、中間壁部51は、両ロータ60,80の間に配置されている。
ちなみに、回転軸12及び両ロータ60,80は、同一軸である。つまり、本圧縮機10は、偏芯運動ではなく、軸心運動の構造となっている。
ここで、両ロータ60,80の周方向と回転軸12の周方向とは一致しており、両ロータ60,80の径方向と回転軸12の径方向Rとは一致しており、両ロータ60,80の軸方向と回転軸12の軸方向Zとは一致している。このため、回転軸12の周方向、径方向R及び軸方向Zは、適宜両ロータ60,80の周方向、径方向及び軸方向と読み替えてよい。
ここで、両ロータ60,80の周方向と回転軸12の周方向とは一致しており、両ロータ60,80の径方向と回転軸12の径方向Rとは一致しており、両ロータ60,80の軸方向と回転軸12の軸方向Zとは一致している。このため、回転軸12の周方向、径方向R及び軸方向Zは、適宜両ロータ60,80の周方向、径方向及び軸方向と読み替えてよい。
図2〜図5に示すように、フロントロータ60は、リング状(例えば円環状)であり、回転軸12が挿通可能なフロント貫通孔61を有している。フロント貫通孔61は回転軸12と同径である。フロントロータ60は、フロント貫通孔61に回転軸12が挿通された状態で回転軸12に取り付けられている。
フロントロータ60は、回転軸12の回転に伴って回転するように構成されている。つまり、フロントロータ60と回転軸12とは一体回転する。なお、フロントロータ60と回転軸12とが一体回転するための具体的な構成は任意であるが、例えばフロントロータ60が回転軸12に固定されている構成や、フロントロータ60が回転軸12に対して周方向に係合している構成などが考えられる。
フロントロータ60の外周面であるフロントロータ外周面62は、回転軸12と同軸の円筒面であり、その直径はフロントシリンダ内周面43と同一である。ただし、フロントロータ外周面62とフロントシリンダ内周面43との間には若干の隙間があってもよい。
フロントロータ60は、第1壁面52と対向する第1ロータ面としてのフロントロータ面70を有している。フロントロータ面70は、リング状であり、詳細には円環状である。フロントロータ面70は、軸方向Zと直交する第1フロント平坦面71及び第2フロント平坦面72と、両フロント平坦面71,72を繋ぐ湾曲面としての一対のフロント湾曲面73と、を備えている。
図5に示すように、両フロント平坦面71,72は、軸方向Zにずれている。詳細には、第2フロント平坦面72は、第1フロント平坦面71よりも第1壁面52に近い位置に配置されている。第2フロント平坦面72は第1壁面52に当接している。また、両フロント平坦面71,72は、フロントロータ60の周方向に離間して配置されており、例えば両者は180°ずれている。本実施形態では、両フロント平坦面71,72は扇状である。なお、以降の説明において、両ロータ60,80の周方向位置を、角度位置ともいう。
一対のフロント湾曲面73はそれぞれ扇状である。図3に示すように、一対のフロント湾曲面73は、軸方向Z及び両フロント平坦面71,72の対向方向の双方と直交する方向に対向配置されている。両フロント湾曲面73は同一形状である。
一対のフロント湾曲面73はそれぞれ、両フロント平坦面71,72を繋いでいる。詳細には、一対のフロント湾曲面73のうち一方は、両フロント平坦面71,72の周方向の一端部同士を繋いでおり、他方は、両フロント平坦面71,72の周方向の上記一端部とは反対側の他端部同士を繋いでいる。
ここで、説明の便宜上、図3に示すように、フロント湾曲面73と第1フロント平坦面71との境界部分の角度位置を第1角度位置θ1とし、フロント湾曲面73と第2フロント平坦面72との境界部分の角度位置を第2角度位置θ2とする。なお、図示の都合上、図3においては、各角度位置θ1,θ2を破線で示すが、実際には境界部分は滑らかに連続している。
フロント湾曲面73は、フロントロータ60の角度位置に応じて軸方向Zに変位した湾曲面である。詳細には、フロント湾曲面73は、第1角度位置θ1から第2角度位置θ2に向かうにしたがって徐々に第1壁面52に近づくように軸方向Zに湾曲している。このため、図6に示すように、フロント湾曲面73の途中位置で切断した場合には、フロント湾曲面73は、軸方向Zにおいて両フロント平坦面71,72の間であって、第1壁面52と離間した位置にある。
但し、本実施形態のフロント湾曲面73は、第1角度位置θ1及び第2角度位置θ2に限られず、周方向に互いに離間した任意の2つの角度位置間において徐々に第1壁面52に近づく(又は遠ざかる)ように軸方向Zに湾曲している。
本実施形態では、図7に示すように、フロント湾曲面73は、第1壁面52に向けて凹となるように軸方向Zに湾曲しているフロント凹面73aと、第1壁面52に向けて凸となるように軸方向Zに湾曲しているフロント凸面73bと、を有している。
フロント凹面73aは、第2フロント平坦面72よりも第1フロント平坦面71側に配置されており、フロント凸面73bは、第1フロント平坦面71よりも第2フロント平坦面72側に配置されている。フロント凹面73aとフロント凸面73bとは繋がっている。つまり、フロント湾曲面73は、変曲点を有する湾曲面である。
なお、フロント凸面73bが占める角度範囲とフロント凹面73aが占める角度範囲とは同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、変曲点の位置は、任意である。
図2〜図5に示すように、リアロータ80は、リング状(例えば円環状)であり、回転軸12が挿通可能なリア貫通孔81を有している。リア貫通孔81は回転軸12と同径である。リアロータ80は、リア貫通孔81に回転軸12が挿通され且つフロントロータ60と係合している。なお、フロントロータ60とリアロータ80との係合については後述する。
図2〜図5に示すように、リアロータ80は、リング状(例えば円環状)であり、回転軸12が挿通可能なリア貫通孔81を有している。リア貫通孔81は回転軸12と同径である。リアロータ80は、リア貫通孔81に回転軸12が挿通され且つフロントロータ60と係合している。なお、フロントロータ60とリアロータ80との係合については後述する。
リアロータ80は、回転軸12の回転に伴って回転するように構成されている。つまり、リアロータ80と回転軸12とは一体回転する。なお、リアロータ80と回転軸12とが一体回転するための具体的な構成は任意であるが、例えばリアロータ80が回転軸12に固定されている構成や、リアロータ80が回転軸12に対して周方向に係合している構成などでもよい。
本実施形態では、図4〜図6に示すように、リアロータ80は、フロントロータ60よりも小さく形成されている。詳細には、リアロータ80の直径は、フロントロータ60の直径よりも小さい。
リアロータ80の外周面であるリアロータ外周面82は、フロントロータ外周面62よりも小径の円筒面である。リアロータ外周面82の直径はリアシリンダ内周面56と同一である。ただし、リアロータ外周面82とリアシリンダ内周面56との間には若干の隙間があってもよい。
図2及び図4に示すように、リアロータ80は、第2壁面53と対向する第2ロータ面としてのリアロータ面90を有している。リアロータ面90は、リング状であり、詳細には円環状である。リアロータ面90は、軸方向Zと直交する第1リア平坦面91及び第2リア平坦面92と、両リア平坦面91,92を繋ぐ湾曲面としての一対のリア湾曲面93と、を備えている。
図5に示すように、両リア平坦面91,92は、軸方向Zにずれている。詳細には、第2リア平坦面92は、第1リア平坦面91よりも第2壁面53に近い位置に配置されている。第2リア平坦面92は第2壁面53に当接している。また、両リア平坦面91,92は、リアロータ80の周方向に離間して配置されており、例えば両者は180°ずれている。本実施形態では、両リア平坦面91,92は扇状である。
一対のリア湾曲面93はそれぞれ扇状である。一対のリア湾曲面93は、軸方向Z及び両リア平坦面91,92の対向方向の双方と直交する方向に対向配置されている。
一対のリア湾曲面93のうち一方は、両リア平坦面91,92の周方向の一端部同士を繋いでおり、他方は、両リア平坦面91,92の周方向の上記一端部とは反対側の他端部同士を繋いでいる。
一対のリア湾曲面93のうち一方は、両リア平坦面91,92の周方向の一端部同士を繋いでおり、他方は、両リア平坦面91,92の周方向の上記一端部とは反対側の他端部同士を繋いでいる。
両ロータ面70,90は、中間壁部51を介して軸方向Zに対向している。両ロータ面70,90の対向距離は、その角度位置(換言すれば周方向位置)に関わらず一定となっている。
詳細には、図5に示すように、第1フロント平坦面71と第2リア平坦面92とが軸方向Zに対向しており、第2フロント平坦面72と第1リア平坦面91とが軸方向Zに対向している。そして、両フロント平坦面71,72間の軸方向Zのずれ量と、両リア平坦面91,92間のずれ量とは同一となっている。以降、両フロント平坦面71,72間の軸方向Zのずれ量及び両リア平坦面91,92間のずれ量を単にずれ量L1という。
また、図4,6,7に示すように、フロント湾曲面73の湾曲具合と、リア湾曲面93の湾曲具合とは同一となっている。すなわち、フロント湾曲面73とリア湾曲面93とは、その角度位置に応じて対向距離が変動しないように同一方向に湾曲している。これにより、両ロータ面70,90間の対向距離は、いずれの角度位置であっても同一となっている。
本実施形態では、両ロータ面70,90は、径が異なる点を除き、同一形状である。第1リア平坦面91、第2リア平坦面92、リア湾曲面93の具体的な形状については、第1フロント平坦面71、第2フロント平坦面72、フロント湾曲面73と同様であるため、詳細な説明を省略する。
図2〜図5に示すように、圧縮機10は、両ロータ60,80と当接し且つ両ロータ60,80の回転に伴って軸方向Zに移動するベーン100と、ベーン100が挿入されているベーン溝110と、を備えている。
ベーン100は、例えば板状である。ベーン100は、例えばベーン100の板面が回転軸12の周方向に対して直交するように、両ロータ60,80(換言すれば両ロータ面70,90)の間に配置されている。つまり、ベーン100は、軸方向Zと直交する方向(換言すれば両ロータ外周面62,82の接線方向)を厚さ方向とする板状である。
ベーン100は、軸方向Zの両端部として第1ベーン端部101及び第2ベーン端部102を有している。第1ベーン端部101はフロントロータ面70と当接しており、第2ベーン端部102はリアロータ面90に当接している。なお、両ベーン端部101,102の具体的な形状は任意であるが、例えば両ロータ面70,90に向けて凸となるように湾曲しているとよい。
図2〜図4に示すように、ベーン溝110は、例えばリアシリンダ50に形成されている。詳細には、ベーン溝110は、中間壁部51及びリアシリンダ側壁部55の双方に跨って形成されている。本実施形態では、ベーン溝110は、リアシリンダ50を径方向Rに貫通したスリットである。ベーン溝110の径方向Rの両端部は開口している。また、ベーン溝110は、中間壁部51を貫通しており、ベーン溝110の軸方向Zの両端部のうちフロントロータ60側の端部は開口している。ベーン溝110は、周方向に互いに対向した両側面を有している。ベーン溝110の両側面とベーン100の両板面とは互いに対向している。ベーン溝110の幅(換言すればベーン溝110の両側面の対向距離)は、ベーン100の板厚と同一又はそれよりも若干広いとよい。
図4,7に示すように、ベーン溝110は、中間壁部51からリアシリンダ側壁部55の途中位置まで軸方向Zに延びている。ベーン溝110は、リアロータ80の径方向R外側にも存在している。ベーン溝110の軸方向Zの長さは、ベーン100の軸方向Zの長さと同一又はそれよりも長いとよい。ベーン100は、ベーン溝110に挿入されている(詳細には挟まっている)ことにより、周方向への移動が規制されている。一方、ベーン100は、ベーン溝110に沿って軸方向Zに移動することが許容されている。
かかる構成によれば、両ロータ60,80が回転することによって、ベーン100が両ロータ面70,90に沿って軸方向Zに移動する。これにより、ベーン100の第1ベーン端部101が、フロント収容室A2に入り込んだり、第2ベーン端部102がリア収容室A3に入り込んだりする。
一方、ベーン100は、ベーン溝110(詳細にはベーン溝110における互いに対向している両側面)と当接することによって周方向への移動が規制されているため、両ロータ60,80の回転に伴ってベーン100が回転しないようになっている。
換言すれば、ベーン溝110は、ベーン100が両収容室A2,A3に跨って配置されるようにするものであるとともに、両ロータ60,80の回転に伴うベーン100の回転を規制するものであるといえる。
ベーン100の移動距離は両フロント平坦面71,72間(又は両リア平坦面91,92間)の軸方向Zの変位量(ずれ量L1)である。また、ベーン100は、両ロータ60,80の回転中、両ロータ面70,90と当接している状態を維持している。すなわち、ベーン100は、両ロータ60,80の回転中、両ロータ面70,90と継続して当接しており、断続的な当接(詳細には定期的に離間したり当接したりすること)が生じないようになっている。
なお、本実施形態では、図6に示すように、両湾曲面73,93は、両ベーン端部101,102と当接する範囲内で径方向R外側から径方向R内側に向かうに従って若干凹むように傾斜していてもよい。この場合、両ベーン端部101,102は両湾曲面73,93に対して当接箇所が周方向に若干ずれながら内周端から外周端に亘って当接している。但し、これに限られず、両湾曲面73,93は、同一角度位置における径方向Rの変位が生じないように軸方向Zと直交する方向に真っ直ぐ延びる構成でもよい。つまり、両湾曲面73,93は、同一半径の角度位置において対向距離が一定となっていれば、径方向Rに応じて対向距離が若干変動してもよいし、径方向Rに関わらず対向距離が一定になっていてもよい。
図4に示すように、フロント収容室A2には、フロントロータ60(詳細にはフロントロータ面70)と、フロントシリンダ内周面43と、第1壁面52とによって、フロント圧縮室A4が区画されている。
同様に、リア収容室A3には、リアロータ80(詳細にはリアロータ面90)と、リアシリンダ内周面56と、第2壁面53とによって、リア圧縮室A5が区画されている。両圧縮室A4,A5は、中間壁部51を介して、軸方向Zに対向している。
両圧縮室A4,A5では、回転軸12の回転に伴いベーン100によって周期的に容積変化が生じ流体の吸入/圧縮が行われる。つまり、ベーン100は、両圧縮室A4,A5において容積変化を生じさせるものであるとも言える。この点については、後述する。
ちなみに、フロントロータ60がリアロータ80よりも大きく形成されているため、フロント圧縮室A4はリア圧縮室A5よりも大きい。すなわち、フロント圧縮室A4の最大容積は、リア圧縮室A5の最大容積よりも大きい。
図2及び図3に示すように、フロントロータ60には、フロント圧縮室A4にモータ室A1内の吸入流体を導入する導入ポート111が形成されている。導入ポート111は、例えば径方向Rに延びたオーバル形状である。ただし、これに限られず、導入ポート111の形状は任意である。
導入ポート111は、フロントロータ60を軸方向Zに貫通している。導入ポート111は、フロントロータ60の内周端部よりも外周端部寄りに配置されている。
導入ポート111は、フロント圧縮室A4の容積が大きくなる位相においてフロント圧縮室A4に連通している一方、フロント圧縮室A4の容積が小さくなる位相においてフロント圧縮室A4に連通していない位置に配置されている。
導入ポート111は、フロント圧縮室A4の容積が大きくなる位相においてフロント圧縮室A4に連通している一方、フロント圧縮室A4の容積が小さくなる位相においてフロント圧縮室A4に連通していない位置に配置されている。
詳細には、導入ポート111は、例えば第2フロント平坦面72とフロント湾曲面73との境界付近、より具体的にはフロント湾曲面73における第2フロント平坦面72側の周方向端部付近に設けられている。更に、フロントロータ60の回転方向との関係に着目すれば、導入ポート111は、第2フロント平坦面72に対して回転方向とは反対側のフロント湾曲面73に形成されている。
図2及び図3に示すように、フロントシリンダ40には、導入ポート111と連通する連通孔112が形成されている。連通孔112は、導入ポート111に対応する位置に設けられており、詳細には軸方向Zから見て、フロントロータ60が回転した場合の導入ポート111の軌跡と重なる位置に形成されている。連通孔112は、回転軸12の周方向に延びており、本実施形態では互いに周方向に離間した状態で4つ形成されている。これにより、フロントロータ60の回転に伴って導入ポート111の位置が変動しても、導入ポート111と連通孔112とが連通している状態が維持され易い。
リアロータ80には、リア圧縮室A5にて圧縮された圧縮流体を吐出する吐出ポート113が形成されている。吐出ポート113は、リアロータ80を軸方向Zに貫通している。吐出ポート113は、例えば導入ポート111よりも小さく形成されている。本実施形態では、吐出ポート113は、円形である。ただし、吐出ポート113の形状は、これに限られず、任意である。
吐出ポート113は、リア圧縮室A5の容積が小さくなる位相においてリア圧縮室A5に連通している一方、リア圧縮室A5の容積が大きくなる位相においてリア圧縮室A5に連通していない位置に配置されている。
詳細には、吐出ポート113は、例えば第2リア平坦面92とリア湾曲面93との境界付近、より具体的にはリア湾曲面93における第2リア平坦面92側の周方向端部に設けられている。更に、フロントロータ60の回転方向との関係に着目すれば、吐出ポート113は、第2リア平坦面92に対して回転方向側にあるリア湾曲面93に形成されている。
本実施形態では、導入ポート111と吐出ポート113とは、軸方向Zから見て、両ロータ60,80の中心を通り両平坦面71,72の対向方向(両平坦面91,92の対向方向)に延びた中心線の両側に配置されているのではなく、一方側に配置されている。ただし、導入ポート111及び吐出ポート113の位置は任意である。
なお、図示は省略するが、吐出ポート113に、吐出ポート113を塞ぐものであって規定圧力が付与されたことに基づいて吐出ポート113を開放させる吐出弁が設けられていてもよい。ただし、吐出弁は必須ではなく、省略してもよい。
図1に示すように、圧縮機10は、吐出ポート113から吐出された圧縮流体が流れ込む吐出室A6と、吐出室A6と吐出口11bとを繋ぐ吐出流路114と、を備えている。
吐出室A6は、リアシリンダ50とリアハウジング22とによって区画されている。吐出室A6は、吐出ポート113とリアハウジング22との間に配置されている。吐出ポート113が回転することに対応させて、吐出室A6は、軸方向Zから見てリアロータ80の回転に伴う吐出ポート113の軌跡と重なるようにリング状に形成されている。これにより、リアロータ80の角度位置に応じて、吐出ポート113と吐出室A6とが連通していない事態が生じることを抑制できる。かかる構成によれば、吐出ポート113から吐出される流体は、吐出室A6及び吐出流路114を介して吐出口11bから吐出される。
吐出室A6は、リアシリンダ50とリアハウジング22とによって区画されている。吐出室A6は、吐出ポート113とリアハウジング22との間に配置されている。吐出ポート113が回転することに対応させて、吐出室A6は、軸方向Zから見てリアロータ80の回転に伴う吐出ポート113の軌跡と重なるようにリング状に形成されている。これにより、リアロータ80の角度位置に応じて、吐出ポート113と吐出室A6とが連通していない事態が生じることを抑制できる。かかる構成によれば、吐出ポート113から吐出される流体は、吐出室A6及び吐出流路114を介して吐出口11bから吐出される。
圧縮機10は、フロント圧縮室A4だけでなく、リア圧縮室A5にも吸入流体が吸入されるように構成されている。詳細には、図4に示すように、圧縮機10は、リア圧縮室A5に吸入流体を導入するリア側吸入流路115と、リア側吸入流路115を開閉する開閉部116と、を備えている。
本実施形態では、リア側吸入流路115は、モータ室A1とリア圧縮室A5とを連通させている。リア側吸入流路115は、ハウジング11内に形成されており、フロントシリンダ40及びリアシリンダ50を貫通している。
開閉部116は、リア側吸入流路115上に設けられており、リア側吸入流路115を閉じる閉状態と、リア側吸入流路115を開く開状態とに切り替わるものである。閉状態とは、リア側吸入流路115を介してモータ室A1の吸入流体がリア圧縮室A5に流入することが規制されている状態である。開状態とは、リア側吸入流路115を介してモータ室A1の吸入流体がリア圧縮室A5に流入することが許容されている状態である。開閉部116によって、リア圧縮室A5への吸入流体の吸入を開始したり、停止したりすることができる。
なお、開閉部116の具体的な構成は、例えばロータリバルブを用いる構成や、電磁弁を用いる構成など任意である。
本実施形態では、圧縮機10は、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態と両圧縮室A4,A5が連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構120を備えている。連通機構120の詳細な構成について以下説明する。
本実施形態では、圧縮機10は、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態と両圧縮室A4,A5が連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構120を備えている。連通機構120の詳細な構成について以下説明する。
図2〜図4に示すように、連通機構120は、フロントロータ60に設けられた第1ボス部としてのフロントボス部121と、第1係合部としてのフロントロータリバルブ122と、リアロータ80に設けられた第2ボス部としてのリアボス部123と、第2係合部としてのリアロータリバルブ124と、を備えている。両ボス部121,123は回転軸12の回転に伴って回転する。
フロントボス部121は、フロントロータ面70からリアロータ80に向けて突出している。詳細には、フロントボス部121は、第2フロント平坦面72よりもリアロータ面90に向けて突出している。フロントボス部121は、フロントロータ面70の内周端部に設けられた筒状(例えば円筒状)である。回転軸12はフロントボス部121に挿通されている。フロントボス部121の外径は、壁部貫通孔54の径と略同一である。フロントボス部121は、摺動可能な状態で第1壁面52側から壁部貫通孔54に嵌合している。フロントボス部121は、円環状のフロントボス先端面121aを有している。
図3に示すように、フロントロータリバルブ122は、フロントボス先端面121aに設けられており、フロントボス先端面121aからリアロータ80に向けて突出している。フロントロータリバルブ122は、周方向に離間する位置に2つ設けられている。両フロントロータリバルブ122は対向配置されている。
両フロントロータリバルブ122は扇状である。両フロントロータリバルブ122の内周面は、フロントボス部121の内周面と面一となっており、回転軸12の外周面と当接している。両フロントロータリバルブ122の外周面は、フロントボス部121の外周面と面一となっている。
図2及び図4に示すように、リアボス部123は、リアロータ面90からフロントロータ60に向けて突出している。詳細には、リアボス部123は、第2リア平坦面92よりもフロントロータ面70に向けて突出している。リアボス部123は、リアロータ面90の内周端部に設けられた筒状(例えば円筒状)である。回転軸12はリアボス部123に挿通されている。リアボス部123の外径は、壁部貫通孔54の径と略同一である。リアボス部123は、摺動可能な状態で第2壁面53側から壁部貫通孔54に嵌合している。リアボス部123は、円環状のリアボス先端面123aを有している。
リアロータリバルブ124は、リアボス先端面123aに設けられており、リアボス先端面123aからフロントロータ60に向けて突出している。リアロータリバルブ124は、周方向に離間する位置に2つ設けられている。両リアロータリバルブ124は、例えば湾曲した内周面及び外周面を有する柱状である。両リアロータリバルブ124は、両フロントロータリバルブ122の対向方向と直交する方向に対向配置されている。両リアロータリバルブ124はそれぞれ、フロントロータリバルブ122の間に配置されている。
リアロータリバルブ124の内周面はリアボス部123の内周面と面一となっており、回転軸12の外周面と当接している。リアロータリバルブ124の外周面は、両フロントロータリバルブ122の外周面と面一となっている。両リアロータリバルブ124の周方向の長さは、両フロントロータリバルブ122の周方向の離間距離と同一となっている。
図8に示すように、リアロータリバルブ124は、2つのフロントロータリバルブ122に対して周方向に係合している。詳細には、両ロータリバルブ122,124は、互いに周方向から挟み合っている。つまり、両ロータリバルブ122,124は噛み合っている。両ロータ60,80は、両ロータリバルブ122,124が噛み合うことによって互いの周方向の相対位置が規定されている。
ここで、両フロントロータリバルブ122とリアロータリバルブ124とによって1つの閉じたリング状の連結バルブ125が形成されている。連結バルブ125は、壁部貫通孔54内に配置されている。すなわち、両ロータリバルブ122,124は壁部貫通孔54内にて係合している。
連結バルブ125は、壁部貫通孔54の直径と同一径のバルブ外周面125aを有している。バルブ外周面125aは、両ロータリバルブ122,124の外周面によって構成されている。本実施形態では、両ロータリバルブ122,124の外周面は面一となっているため、バルブ外周面125aは連続する1つの周面となっている。バルブ外周面125aが壁部貫通孔54の内周面である壁部内周面54aと当接している。なお、壁部内周面54aは、リング状に形成された中間壁部51の内周面とも言える。
連通機構120は、両圧縮室A4,A5を連通させる連通流路130を備えている。連通流路130は、フロント側開口部131と、リア側開口部132と、連通溝133と、を有している。
図8に示すように、フロント側開口部131及びリア側開口部132は、中間壁部51に形成されている。両開口部131,132は、両ロータ60,80の周方向に離間して形成されている。
本実施形態では、フロント側開口部131は、ベーン100の隣に配置されている。詳細には、ベーン100の周方向の一端側(換言すれば両ロータ60,80の回転方向とは反対側)にフロント側開口部131が形成されている。なお、フロント側開口部131とベーン溝110とは連通している。
図2に示すように、フロント側開口部131は、フロント圧縮室A4に向けて開口している。詳細には、フロント側開口部131は、中間壁部51における第1壁面52に形成されている。一方、図3に示すように、フロント側開口部131は、第2壁面53には形成されていない。つまり、フロント側開口部131は、軸方向Zに中間壁部51を貫通しておらず、フロント圧縮室A4とリア圧縮室A5とを直接は連通していない。
本実施形態では、リア側開口部132は、例えばフロント側開口部131に対して180°ずれた位置に配置されている。両開口部131,132は、回転軸12の中心軸に対して点対称の位置に配置されている。
リア側開口部132は、リア圧縮室A5に向けて開口している。詳細には、リア側開口部132は、中間壁部51における第2壁面53に形成されている。一方、リア側開口部132は、第1壁面52には形成されていない。つまり、リア側開口部132は、軸方向Zに中間壁部51を貫通しておらず、フロント圧縮室A4とリア圧縮室A5とを直接は連通していない。
本実施形態では、図8に示すように、フロント側開口部131は、半U字状であり、径方向Rに延びている。リア側開口部132は、フロント側開口部131と点対称の半U字状となっている。但し、両開口部131,132の具体的な形状については、これに限られず、任意である。
図8に示すように、連通溝133は、壁部内周面54aから径方向R外側に凹んで形成されている。連通溝133は、壁部内周面54aの周方向に延びており、両開口部131,132の双方と連通している。詳細には、連通溝133は、ベーン100を迂回しつつ両開口部131,132を繋ぐように壁部内周面54aの半周に亘って形成されている。なお、壁部内周面54aの周方向と、両ロータ60,80の周方向とは一致しているため、壁部内周面54aの周方向とは両ロータ60,80の周方向とも言える。
かかる構成によれば、フロント圧縮室A4の流体は、フロント側開口部131→連通溝133→リア側開口部132を介して、リア圧縮室A5に流入することができる。
ちなみに、図8に示すように、ベーン100の径方向R内側の端面である内側端面103は、両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aに当接している。本実施形態では、両ボス部121,123の外周面は面一となっており、更に両ボス部121,123の外周面とバルブ外周面125a(両ロータリバルブ122,124の外周面)とは面一となっている。ベーン100の内側端面103は、両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aと同一曲率で湾曲した凹面である。ベーン100の内側端面103と両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aとは面接触している。
ちなみに、図8に示すように、ベーン100の径方向R内側の端面である内側端面103は、両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aに当接している。本実施形態では、両ボス部121,123の外周面は面一となっており、更に両ボス部121,123の外周面とバルブ外周面125a(両ロータリバルブ122,124の外周面)とは面一となっている。ベーン100の内側端面103は、両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aと同一曲率で湾曲した凹面である。ベーン100の内側端面103と両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aとは面接触している。
ベーン100の径方向R外側の端面である外側端面104は、リアシリンダ50の第1パーツ面57aと面一となっている。ベーン100の外側端面104は、フロントシリンダ40のフロントシリンダ内周面43と当接している。
つまり、ベーン100は、両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aと、フロントシリンダ内周面43とによって径方向Rから挟まれている。これにより、ベーン100の径方向Rの位置ずれを抑制することができる。また、ベーン100(内側端面103)と両ボス部121,123の外周面及びバルブ外周面125aとの間の境界部分、又は、ベーン100(外側端面104)とフロントシリンダ内周面43との間の境界部分から流体が漏れることを抑制できる。
次に、図9及び図10を用いて本実施形態における導入ポート111、吐出ポート113及び両開口部131,132の位置関係と、圧縮室A4,A5とについて詳細に説明する。
図9は、図4に示す状態の両ロータ60,80及びベーン100の様子を示す展開図であり、図10(b)は、図10(a)に示す状態の両ロータ60,80及びベーン100の様子を示す展開図である。図9及び図10(b)では、中間壁部51に両開口部131,132を模式的に示すとともに、連通溝133を模式的に示す。
図9に示すように、ベーン100が第2フロント平坦面72及び第1リア平坦面91と当接している状況では、ベーン100は、フロント収容室A2に入り込んでいない。この場合、フロント圧縮室A4は1つであって、フロント圧縮室A4には吸入流体が充填されている。すなわち、フロント圧縮室A4は最大容積となっている。
一方、ベーン100の一部はリア収容室A3に入り込んでいるため、リア収容室A3内には、ベーン100を境界とする2つのリア圧縮室A5(以下、第1リア圧縮室A5a及び第2リア圧縮室A5bという。)が形成されている。第1リア圧縮室A5aと第2リア圧縮室A5bとは、第2リア平坦面92と第2壁面53との当接箇所と、ベーン100とによって仕切られており、周方向に隣接している。
第1リア圧縮室A5aは、リア側開口部132と連通している一方、吐出ポート113とは連通していない。第2リア圧縮室A5bは、吐出ポート113と連通している一方、リア側開口部132とは連通していない。
つまり、ベーン100は、リア側開口部132と吐出ポート113とが直接連通しないように、リア側開口部132と連通している第1リア圧縮室A5aと、吐出ポート113と連通している第2リア圧縮室A5bとを仕切っているとも言える。
その後、電動モータ13によって回転軸12が回転すると、それに伴って両ロータ60,80が回転する。なお、図9では、両ロータ60,80は紙面下方向に移動する。これにより、ベーン100が軸方向Z(図9では紙面左右方向)に移動し、ベーン100の一部がフロント収容室A2内に入り込む。これにより、図10(b)に示すように、ベーン100を境界とする2つのフロント圧縮室A4(以下、第1フロント圧縮室A4a及び第2フロント圧縮室A4bという。)が形成される。第1フロント圧縮室A4aと第2フロント圧縮室A4bとは、第2フロント平坦面72と第1壁面52との当接箇所と、ベーン100とによって仕切られており、周方向に隣接している。
第1フロント圧縮室A4aは導入ポート111と連通している一方、フロント側開口部131とは連通していない。一方、第2フロント圧縮室A4bはフロント側開口部131と連通している一方、導入ポート111とは連通していない。
つまり、ベーン100は、導入ポート111とフロント側開口部131とが直接連通しないように、導入ポート111と連通している第1フロント圧縮室A4aと、フロント側開口部131と連通している第2フロント圧縮室A4bとを仕切っているとも言える。
そして、ベーン100によって仕切られている状態で両ロータ60,80が回転することにより、両圧縮室A4,A5において容積変化が生じる。詳細には、図9及び図10(b)に示すように、第1フロント圧縮室A4aでは、容積が増加して導入ポート111から吸入流体の吸入が行われる一方、第2フロント圧縮室A4bでは容積が減少して吸入流体の圧送又は圧縮が行われる。
ここで、図9に示すように、リア側開口部132は、フロント側開口部131とは180°異なる位置に配置されている。そして、図9に示す状態では、リア側開口部132は第2リア平坦面92によって塞がれているため、両圧縮室A4,A5は連通していない。その後、両ロータ60,80が回転することによって、連通流路130を介して第2フロント圧縮室A4bと第1リア圧縮室A5aとが連通する。その後、図10に示すように、第2リア平坦面92がベーン100を通り過ぎると、連通流路130を介して第2フロント圧縮室A4bと第2リア圧縮室A5bとが連通する。そして、再度リア側開口部132が第2リア平坦面92によって塞がれることによって、両圧縮室A4,A5が非連通となる。
つまり、連通機構120(連通流路130)は、最初に第2フロント圧縮室A4bと第1リア圧縮室A5aとを連通させ、その後第2フロント圧縮室A4bと第2リア圧縮室A5bとを連通させるものである。換言すれば、本実施形態の連通機構120は、容積が減少する段階のフロント圧縮室A4と、容積が増加から減少に切り換わる段階のリア圧縮室A5とを連通させるものであるとも言える。
その後、ベーン100が第2フロント平坦面72及び第1リア平坦面91に当接する位置まで両ロータ60,80が回転すると、第2フロント圧縮室A4b内の圧縮流体が全てリア圧縮室A5を介して、吐出ポート113から吐出される。
また、第1フロント圧縮室A4aに吸入された吸入流体は、次の両ロータ60,80の回転時に第2フロント圧縮室A4bの流体として圧送又は圧縮される。
以上のとおり、両圧縮室A4,A5では、ロータ60,80の2周分(720°)を1周期とするサイクル動作が行われることによって、流体の吸入と、流体の圧送又は圧縮とが行われる。
以上のとおり、両圧縮室A4,A5では、ロータ60,80の2周分(720°)を1周期とするサイクル動作が行われることによって、流体の吸入と、流体の圧送又は圧縮とが行われる。
ここで、説明の便宜上、両フロント圧縮室A4a,A4bを区別して説明したが、フロント圧縮室A4では720°を1周期とするサイクル動作が行われる点に着目すれば、第1フロント圧縮室A4aは、位相が0°〜360°のフロント圧縮室A4と言え、第2フロント圧縮室A4bは、位相が360°〜720°のフロント圧縮室A4と言える。つまり、フロントロータ面70、第1壁面52、及びフロントシリンダ内周面43によって区画された空間は、ベーン100によって、位相が0°〜360°(換言すれば吸入段階)のフロント圧縮室A4と、位相が360°〜720°(換言すれば圧送又は圧縮段階)のフロント圧縮室A4とに仕切られているとも言える。換言すれば、ベーン100は、上記空間を、流体が吸入される第1室と、流体が吐出される第2室とに仕切った状態で、両ロータ60,80の回転に伴って第1室及び第2室の容積変化(詳細には第1室については容積増加、第2室については容積減少)を生じさせるものであると言える。
第1リア圧縮室A5a及び第2リア圧縮室A5bについても同様である。すなわち、第1リア圧縮室A5aは位相が0°〜360°のリア圧縮室A5であり、第2リア圧縮室A5bは位相が360°〜720°のリア圧縮室A5と言える。
上記の点を鑑みれば、連通流路130は、位相が360°〜720°のフロント圧縮室A4と、位相が180°〜540°のリア圧縮室A5とを連通させる流路であると言える。そして、第1フロント圧縮室A4aはリア圧縮室A5に連通していない点に着目すれば、連通機構120は、フロント圧縮室A4の位相が0°〜360°である場合には非連通状態となり、フロント圧縮室A4の位相が360°〜720°である場合には連通状態となるように切り替わるものであると言える。
ここで、リア側吸入流路115は、第1リア圧縮室A5aに対して連通している。そして、開閉部116は、リア圧縮室A5の位相が0°から特定位相までの期間に亘って開状態となる。これにより、リア圧縮室A5には吸入流体が吸入されることとなる。なお、特定位相は例えば360°以下である。特定位相については後述する。
次に、本実施形態における両圧縮室A4,A5にて行われる吸入/圧縮の一連のサイクル動作について図11を用いて説明する。図11(a)において、破線はフロント圧縮室A4の容積変化を示し、一点鎖線はリア圧縮室A5の容積変化を示し、実線は両圧縮室A4,A5を合わせた実質的な容積変化、すなわち本圧縮機10の全体の容積変化を示す。また、図11(a)において二点鎖線は圧力変化を示す。
図11(a)に示すように、本実施形態の圧縮機10は、フロント圧縮室A4の容積変化とリア収容室A3の容積変化とで位相差が生じるように構成されており、詳細にはリア圧縮室A5の容積変化がフロント圧縮室A4の容積変化に対して位相遅れとなるように構成されている。
なお、上記位相差は、対向距離が一定になるように両ロータ面70,90が軸方向Zに湾曲し且つ1つのベーン100で両圧縮室A4,A5の容積変化を実現しており、リア圧縮室A5の位相が0°から特定位相までに亘って吸入流体が吸入されるようになっていることによって実現されている。
具体的に説明すると、図11(a)及び図11(b)に示すように、本実施形態の圧縮機10は、フロント圧縮室A4への吸入流体の吸入(以下、「フロント圧縮室A4の吸入動作」ともいう。)が開始された後に、開閉部116が開状態となり、リア圧縮室A5への吸入流体の吸入(以下、「リア圧縮室A5の吸入動作」ともいう。)が開始されるように構成されている。これにより、両圧縮室A4,A5にて吸入流体の吸入が行われる。その後、先に開始されたフロント圧縮室A4の吸入が終了すると、フロント圧縮室A4の容積減少が開始される。
ここで、図11(a)及び図11(c)に示すように、本実施形態の連通機構120は、フロント圧縮室A4の吸入が終了したタイミング(360°)で開状態となるように構成されている。これにより、両圧縮室A4,A5が連通する。このため、フロント圧縮室A4の容積減少に伴い、連通機構120を介してフロント圧縮室A4の吸入流体がリア圧縮室A5に圧送される(以下、「フロント圧縮室A4の圧送動作」ともいう。)。この段階では、リア圧縮室A5の吸入動作は継続している。
つまり、両圧縮室A4,A5が連通している状態で、フロント圧縮室A4の圧送動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われる。かかる状態では、リア圧縮室A5には、フロント圧縮室A4及びリア側吸入流路115の双方から吸入流体が吸入される。これにより、フロント圧縮室A4の吸入動作が終了した後も、両圧縮室A4,A5を総合した実質的な容積、すなわち圧縮機10全体の容積は増加し続ける。
その後、図11(a)及び図11(b)に示すように、開閉部116は、圧縮機10の全体の容積が最大となるタイミングに対応する特定位相にて閉状態となる。これにより、リア圧縮室A5の吸入動作が終了し、リア圧縮室A5にてリア圧縮室A5に収容されている流体の圧縮(以下、「リア圧縮室A5の圧縮動作」ともいう。)が開始される。同様に、フロント圧縮室A4においても流体の圧縮(以下、「フロント圧縮室A4の圧縮動作」ともいう。)が行われる。この場合、両圧縮室A4,A5は連通している。
すなわち、本実施形態の圧縮機10は、両圧縮室A4,A5が連通している状態で両圧縮室A4,A5にて圧縮動作が行われるように構成されている。なお、以降の説明において、両圧縮室A4,A5が連通している状態での両圧縮室A4,A5の圧縮動作を並行圧縮動作という。
その後、リア圧縮室A5の圧縮動作中にフロント圧縮室A4の圧縮動作が終了する。そして、図11(a)及び図11(c)に示すように、フロント圧縮室A4の圧縮動作の終了に同期して、連通機構120は非連通状態となる。
フロント圧縮室A4の圧縮動作が終了した後は、リア圧縮室A5の圧縮動作のみが継続して行われ、当該圧縮動作が終了することによって、本圧縮機10における吸入/圧縮の1サイクルが終了する。
すなわち、本実施形態の圧縮機10が行うサイクル動作は、
(A)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、フロント圧縮室A4の吸入動作が行われる一方、リア圧縮室A5の吸入動作が行われないフロント吸入動作、
(B)両圧縮室A4,A5への吸入流体の吸入動作が行われる並行吸入動作、
(C)両圧縮室A4,A5が連通している状態において、フロント圧縮室A4の圧送動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われる連通中間動作、
(D)並行圧縮動作、
(E)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、リア圧縮室A5の圧縮動作が行われる一方、フロント圧縮室A4の圧縮動作が行われないリア圧縮動作、の順に行われるものである。本実施形態では、フロント吸入動作が「第1圧縮室吸入動作」に対応し、リア圧縮動作が「第2圧縮室圧縮動作」に対応する。
(A)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、フロント圧縮室A4の吸入動作が行われる一方、リア圧縮室A5の吸入動作が行われないフロント吸入動作、
(B)両圧縮室A4,A5への吸入流体の吸入動作が行われる並行吸入動作、
(C)両圧縮室A4,A5が連通している状態において、フロント圧縮室A4の圧送動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われる連通中間動作、
(D)並行圧縮動作、
(E)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、リア圧縮室A5の圧縮動作が行われる一方、フロント圧縮室A4の圧縮動作が行われないリア圧縮動作、の順に行われるものである。本実施形態では、フロント吸入動作が「第1圧縮室吸入動作」に対応し、リア圧縮動作が「第2圧縮室圧縮動作」に対応する。
次に本実施形態の作用について説明する。
図11(a)の実線に示すように、互いに容積変化の位相が異なる両圧縮室A4,A5に吸入流体が吸入されるため、両圧縮室A4,A5を合わせた実質的な容積(換言すれば本圧縮機10の吐出容量)は、フロント圧縮室A4が単独で吸入する場合よりも大きくなる。詳細には、フロント圧縮室A4の容積が最大となった後もリア圧縮室A5の容積が増えることにより、本圧縮機10の全体の容積は増える。
図11(a)の実線に示すように、互いに容積変化の位相が異なる両圧縮室A4,A5に吸入流体が吸入されるため、両圧縮室A4,A5を合わせた実質的な容積(換言すれば本圧縮機10の吐出容量)は、フロント圧縮室A4が単独で吸入する場合よりも大きくなる。詳細には、フロント圧縮室A4の容積が最大となった後もリア圧縮室A5の容積が増えることにより、本圧縮機10の全体の容積は増える。
その後、連通中間動作→並行圧縮動作→リア圧縮動作が行われる。これにより、両圧縮室A4,A5の実質的な容積は滑らかに減少する。したがって、1サイクルにおける実質的な容積変化は、図18に示す2段圧縮方式のように、ピークが2つ発生するような波形ではなく、ピークを1つのみ有する滑らかな波形となる。すなわち、1サイクル中に局所的に容積が小さくなる事態が生じにくくなっている。また、図11(a)の二点鎖線に示すように、本実施形態では、両圧縮室A4,A5に吸入された吸入流体の圧力は、滑らかに高められている。
以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
(1−1)圧縮機10は、回転軸12と、吸入流体が吸入される吸入口11a及び圧縮流体が吐出される吐出口11bが形成され、回転軸12を収容するハウジング11と、両圧縮室A4,A5とを備えている。両圧縮室A4,A5はそれぞれ、吸入流体が吸入され且つ回転軸12の回転に伴って周期的に容積変化が生じるように構成されている。両圧縮室A4,A5の容積変化の位相は互いにずれている。
(1−1)圧縮機10は、回転軸12と、吸入流体が吸入される吸入口11a及び圧縮流体が吐出される吐出口11bが形成され、回転軸12を収容するハウジング11と、両圧縮室A4,A5とを備えている。両圧縮室A4,A5はそれぞれ、吸入流体が吸入され且つ回転軸12の回転に伴って周期的に容積変化が生じるように構成されている。両圧縮室A4,A5の容積変化の位相は互いにずれている。
かかる構成において、圧縮機10は、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態と、両圧縮室A4,A5が連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構120を備えている。そして、圧縮機10は、連通機構120が連通状態で両圧縮室A4,A5にて流体の圧縮動作を行う並行圧縮動作を含むサイクル動作を繰り返し行う。
かかる構成によれば、両圧縮室A4,A5に吸入流体が吸入されるため、いずれか一方の圧縮室のみに吸入流体が吸入される構成と比較して、圧縮機10の吐出容量の向上を図ることができる。
また、並行圧縮動作を含むサイクル動作が行われるため、圧縮機10全体の容積が局所的に小さくなるような事態を抑制できる。例えば、並行圧縮動作が行われる段階では、既にリア圧縮室A5の吸入動作が終了しているため、フロント圧縮室A4の圧縮動作が終了する段階でリア圧縮室A5の吸入動作が行われるという事態は生じにくい。したがって、以上のことから、2つの圧縮室A4,A5を用いて好適に流体を圧縮することができる。
(1−2)両圧縮室A4,A5は軸方向Zに対向している。かかる構成によれば、両圧縮室A4,A5が径方向Rに対向配置される構成と比較して、圧縮機10の径方向Rへの大型化を抑制できる。
(1−3)サイクル動作は、並行吸入動作と、並行吸入動作の後に行われる並行圧縮動作と、を含む。
かかる構成によれば、1つのサイクル動作における圧縮機10全体の容積変化を滑らかにすることができる。これにより、効率の向上を図ることができる。
かかる構成によれば、1つのサイクル動作における圧縮機10全体の容積変化を滑らかにすることができる。これにより、効率の向上を図ることができる。
(1−4)サイクル動作は、並行吸入動作の前に行われるフロント吸入動作(第1圧縮室吸入動作)と、並行圧縮動作の後に行われるリア圧縮動作とを含む。かかる構成によれば、図11(a)の実線に示すように、圧縮機10全体の容積を、連続的に変化させることができる。これにより、効率の更なる向上を図ることができる。
(1−5)サイクル動作は、両圧縮室A4,A5が連通している状況下でフロント圧縮室A4からリア圧縮室A5への圧送動作と、リア圧縮室A5の吸入動作とが行われる連通中間動作を含む。
かかる構成によれば、連通中間動作を介して並行圧縮動作が行われることによって、両圧縮室A4,A5に吸入されている吸入流体の圧力を円滑に高めることができる。詳細には、図11(a)の二点鎖線で示すように、流体の圧力を滑らかに順次高めることができる。これにより、損失を抑制でき、効率の更なる向上を図ることができる。
(1−6)圧縮機10は、軸方向Zに対向配置され、回転軸12の回転に伴って回転するロータ60,80と、ロータ外周面62,82と径方向Rに対向するシリンダ内周面43,56を有し、ロータ60,80を収容しているシリンダ40,50と、を備えている。ロータ60,80は、リング状に形成されたロータ面70,90を有している。圧縮機10は、両ロータ60,80の間に配置され、ロータ面70,90と軸方向Zに対向する壁面52,53を有する中間壁部51と、中間壁部51に形成されたベーン溝110に挿入された状態で両ロータ面70,90と当接しており、両ロータ60,80の回転に伴って軸方向Zに移動するベーン100と、を備えている。
ロータ面70,90は、その角度位置に応じて軸方向Zに変位するように軸方向Zに湾曲した湾曲面73,93を含む。圧縮室A4,A5は、ロータ面70,90、壁面52,53、及びシリンダ内周面43,56によって区画され、ロータ60,80の回転に伴ってベーン100により容積変化が生じるものである。両ロータ面70,90は、中間壁部51を介して軸方向Zに対向しており、両湾曲面73,93を含めて、その角度位置に関わらず対向距離が一定となるように形成されている。
かかる構成によれば、両ロータ60,80が回転することによって、ベーン100が両ロータ面70,90に当接した状態で軸方向Zに移動し、両圧縮室A4,A5において容積変化が生じる。これにより、両圧縮室A4,A5のそれぞれに専用のベーンを設けることなく、両圧縮室A4,A5にて吸入と圧縮とを行うことができる。
また、本実施形態によれば、両ロータ面70,90の対向距離は、湾曲面73,93を含めて、その角度位置に関わらず一定となっている。これにより、両ロータ60,80が回転した場合に、ベーン100が両ロータ面70,90のいずれか一方から離れたり、両ロータ面70,90の間で引っ掛かったりすることを抑制できる。
ここで、両ロータ面70,90の対向距離が角度位置によらず一定となっている関係上、例えばある角度位置から別の角度位置に向けてフロント湾曲面73が徐々に第1壁面52に近づく場合には、そのフロント湾曲面73と対向するリア湾曲面93は上記ある角度位置から上記別の角度位置に向けて第2壁面53から離れる。これにより、両圧縮室A4,A5の容積変化に位相差が生じる。そして、上記容積変化の位相差が生じる両圧縮室A4,A5のそれぞれに吸入流体が吸入されるように構成することにより、上述したサイクル動作を実現できる。したがって、上記の構成を採用することによって生じる特性を活かして、連続した容積変化を実現することができる。
なお、湾曲面73,93を含めて両ロータ面70,90の対向距離が、その角度位置に関わらず一定となっている状態とは、両ベーン端部101,102が両湾曲面73,93と当接した状態で両ロータ60,80が回転できれば多少の誤差を含む。
(1−7)ベーン端部101,102は、断続的にロータ面70,90に当接するのではなく、継続してロータ面70,90に当接している。すなわち、ベーン端部101,102は、ロータ面70,90に対して摺動している。かかる構成によれば、ベーン端部101,102がロータ面70,90に当たる際の音が発生しにくいため、静音性の向上を図ることができる。
(1−8)フロントロータ面70は、互いに軸方向Zにずれた位置に配置された両フロント平坦面71,72を備えている。第2フロント平坦面72は第1壁面52に当接している。フロント湾曲面73は、両フロント平坦面71,72を繋いでいる。リアロータ面90は、互いに軸方向Zにずれた位置に配置された両リア平坦面91,92を備えている。第2リア平坦面92は第2壁面53に当接している。リア湾曲面93は、両リア平坦面91,92を繋いでいる。第1フロント平坦面71と第2リア平坦面92とが対向し、第2フロント平坦面72と第1リア平坦面91とが対向している。
かかる構成によれば、第2フロント平坦面72と第1壁面52との当接によって、吸入が行われる側のフロント圧縮室A4(第1フロント圧縮室A4a)と、圧縮が行われる側のフロント圧縮室A4(第2フロント圧縮室A4b)とが連通することが規制されている。これにより、流体の漏れを抑制することができ、効率の向上を図ることができる。また、第2フロント平坦面72に対応させて、第2フロント平坦面72と対向する位置に第1リア平坦面91が配置されているため、両者の対向距離を一定にすることができ、ベーン100の移動に支障が生じることを抑制できるとともに、ベーン100と両ロータ面70,90との隙間の発生を抑制できる。リア圧縮室A5についても同様である。
(1−9)圧縮機10は、回転軸12が収容されたハウジング11と、回転軸12の両端部を回転可能な状態でハウジング11に支持する2つのラジアル軸受32,34と、を備えている。
かかる構成によれば、回転軸12の両端部がラジアル軸受32,34によって回転可能に支持されているため、スクロール圧縮機のように回転軸12の一方の端部のみがラジアル軸受によって支持されている構成と比較して、回転軸12を安定して支持できる。これにより、高速回転に対応できる。
(第2実施形態)
本実施形態では、連通機構の構成、及び、サイクル動作が第1実施形態と異なっている。その異なる点について以下に説明する。
本実施形態では、連通機構の構成、及び、サイクル動作が第1実施形態と異なっている。その異なる点について以下に説明する。
図12及び図13に示すように、本実施形態の連通機構150は、フロントロータリバルブ151及びリアロータリバルブ152を備えている。フロントロータリバルブ151は扇状であり、周方向に離間して2つ設けられている。リアロータリバルブ152は両フロントロータリバルブ151の間に嵌まっている。そして、両ロータリバルブ151,152によって構成された連結バルブ153は、閉じたリング状ではなく扇状となっている。このため、壁部貫通孔54内、詳細には回転軸12と壁部内周面54aとの間には、流体の移動が可能な開放空間154が形成されている。連結バルブ153は、壁部内周面54aと当接するバルブ外周面153aを有している。
本実施形態のフロント側開口部155は、フロント圧縮室A4及び壁部貫通孔54(径方向R内側)に開口しており、リア側開口部156は、リア圧縮室A5及び壁部貫通孔54(径方向R内側)に開口している。本実施形態では、リア側開口部156は、フロント側開口部155に対して点対称の位置よりもフロント側開口部155寄りに配置されている。つまり、両開口部155,156は、180°よりも短い角度間隔で配置されている。
本実施形態の連通溝157は、壁部内周面54aのうち両開口部155,156の間に形成されている。連通溝157は、開放空間154及びリア側開口部156と連通している一方、フロント側開口部155とは離間している。つまり、壁部内周面54aにおける両開口部155,156間の部分には、連通溝157が形成されていない溝なし面158がある。
かかる構成によれば、図12に示すように、連結バルブ153がフロント側開口部155の径方向R内側に配置されている場合、バルブ外周面153aによってフロント側開口部155の径方向R内側の開口部分が塞がれる。これにより、フロント側開口部155から連通溝157に向かう流体の流入が規制される。したがって、両圧縮室A4,A5は連通していない非連通状態となっている。
特に、バルブ外周面153aが溝なし面158に対して当接している場合、当該当接によってフロント側開口部155から連通溝157への流体の漏れが規制されている。
一方、図13に示すように、両ロータ60,80の回転に伴って、連結バルブ153が、フロント側開口部155に対して両ロータ60,80の周方向にずれた位置に配置されると、連結バルブ153によってフロント側開口部155の径方向R内側の開口部分が塞がれない。これにより、開放空間154を介して、フロント側開口部155から連通溝157に向かう流体の流入が許容されている。したがって、フロント圧縮室A4(詳細には第2フロント圧縮室A4b)の流体は、フロント側開口部155→開放空間154→連通溝157→リア側開口部156を通って、リア圧縮室A5に移動する。つまり、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態となっている。
一方、図13に示すように、両ロータ60,80の回転に伴って、連結バルブ153が、フロント側開口部155に対して両ロータ60,80の周方向にずれた位置に配置されると、連結バルブ153によってフロント側開口部155の径方向R内側の開口部分が塞がれない。これにより、開放空間154を介して、フロント側開口部155から連通溝157に向かう流体の流入が許容されている。したがって、フロント圧縮室A4(詳細には第2フロント圧縮室A4b)の流体は、フロント側開口部155→開放空間154→連通溝157→リア側開口部156を通って、リア圧縮室A5に移動する。つまり、両圧縮室A4,A5が連通している連通状態となっている。
すなわち、連結バルブ153は、両ロータ60,80の角度位置に応じて、フロント側開口部155を塞ぐ閉鎖位置と、フロント側開口部155を開放させて開放空間154を介してフロント側開口部155と連通溝157とを連通させる開放位置との間を移動する。換言すれば、本実施形態の連通機構150は、両ロータ60,80の1回転中に連通状態と非連通状態とに切り替わるものである。
上記構成では、バルブ外周面153aの周方向の長さ(換言すれば連結バルブ153が占める角度範囲)によって、両ロータ60,80の回転の1周期のうちフロント圧縮室A4とリア圧縮室A5とが連通している期間が規定される。また、連結バルブ153の角度位置によって、両ロータ60,80の回転の1周期のうち両圧縮室A4,A5が連通するタイミングが規定される。したがって、連結バルブ153の角度位置やバルブ外周面153aの周方向の長さを調整することによって、両圧縮室A4,A5を連通させるタイミングや連通させる期間を調整できる。
次に、図14を用いて、本実施形態のサイクル動作について、開閉部116及び連通機構150の状態と合わせて説明する。
図14(a)〜図14(c)に示すように、本実施形態のサイクル動作も、フロント吸入動作及び並行吸入動作を含む。
図14(a)〜図14(c)に示すように、本実施形態のサイクル動作も、フロント吸入動作及び並行吸入動作を含む。
ここで、本実施形態では、図14(c)に示すように、連通機構150は、フロント圧縮室A4の吸入動作の終了段階において非連通状態となっており、非連通状態を維持する。これにより、図14(a)に示すように、フロント圧縮室A4の吸入動作の終了後はフロント圧縮室A4の圧縮動作が行われる。一方、リア圧縮室A5では吸入動作が継続して行われる。
その後、図14(b)に示すように、開閉部116は、フロント圧縮室A4の圧縮動作の途中で閉状態となる。これにより、リア圧縮室A5においては吸入動作が終了し、圧縮動作が行われる。また、連通機構150は、開閉部116が閉状態となるタイミングで連通状態となるように構成されている。これにより、圧縮機10の全体の容積は、両圧縮室A4,A5を合わせたものとなる。一方、両圧縮室A4,A5が連通することによって、両圧縮室A4,A5の圧力が平滑化される。これにより、図14(a)の二点鎖線に示すように、圧力は一旦低下する。その後、圧縮機10は、並行圧縮動作を行う。
圧縮機10は、並行圧縮動作の後は、リア圧縮動作を行う。これにより、1回のサイクル動作が終了する。
すなわち、本実施形態のサイクル動作は、
(A)フロント吸入動作、
(B)並行吸入動作、
(C)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、フロント圧縮室A4の圧縮動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われる非連通中間動作、
(D)並行圧縮動作、
(E)リア圧縮動作、の順に行われるものである。
すなわち、本実施形態のサイクル動作は、
(A)フロント吸入動作、
(B)並行吸入動作、
(C)両圧縮室A4,A5が連通していない状態において、フロント圧縮室A4の圧縮動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われる非連通中間動作、
(D)並行圧縮動作、
(E)リア圧縮動作、の順に行われるものである。
以上詳述した本実施形態によれば、(1−5)の効果に代えて、以下の作用効果を奏する。
(2−1)サイクル動作は、並行吸入動作と並行圧縮動作との間に行われる非連通中間動作を含む。非連通中間動作は、両圧縮室A4,A5が連通していない状況下において、フロント圧縮室A4の圧縮動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われるものである。
(2−1)サイクル動作は、並行吸入動作と並行圧縮動作との間に行われる非連通中間動作を含む。非連通中間動作は、両圧縮室A4,A5が連通していない状況下において、フロント圧縮室A4の圧縮動作とリア圧縮室A5の吸入動作とが行われるものである。
かかる構成によれば、フロント圧縮室A4からリア圧縮室A5への流体の圧送が行われることを抑制できる。これにより、圧送に起因する圧縮機10の吐出容量の低下を抑制できる。
詳述すると、フロント圧縮室A4からリア圧縮室A5への流体の圧送が行われる場合、リア圧縮室A5には、フロント圧縮室A4内の吸入流体の一部が吸入される。このため、リア側吸入流路115から吸入される流体の量が減少する。これにより、圧縮機10の吐出容量が低下する。
これに対して、本実施形態では、フロント圧縮室A4からリア圧縮室A5への流体の圧送が行われることを抑制できるため、リア圧縮室A5を、リア側吸入流路115から吸入される吸入流体で満たすことができる。これにより、圧縮機10の吐出容量の低下を抑制できる。
上記各実施形態は以下のように変更してもよい。なお、上記各実施形態及び以下の各別例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせてもよい。
○ 開閉部116は、ベーン100が両リア平坦面91,92のいずれかと当接している状況においては開状態でもよいし閉状態でもよい。また、開閉部116を省略してもよい。
○ 開閉部116は、ベーン100が両リア平坦面91,92のいずれかと当接している状況においては開状態でもよいし閉状態でもよい。また、開閉部116を省略してもよい。
○ 並行吸入動作中に両圧縮室A4,A5が連通してもよい。
○ リアロータ80がフロントロータ60よりも大径であってもよい。
○ 両ロータ60,80は異径であったが、これに限られず、同径でもよい。つまり、両圧縮室A4,A5の容積は同一でもよい。換言すれば、リア圧縮室A5が「第1圧縮室」でもよいし、フロント圧縮室A4が「第2圧縮室」でもよい。
○ リアロータ80がフロントロータ60よりも大径であってもよい。
○ 両ロータ60,80は異径であったが、これに限られず、同径でもよい。つまり、両圧縮室A4,A5の容積は同一でもよい。換言すれば、リア圧縮室A5が「第1圧縮室」でもよいし、フロント圧縮室A4が「第2圧縮室」でもよい。
○ 両フロント平坦面71,72及び両リア平坦面91,92を省略してもよい。つまり、ロータ面70,90の全体が湾曲面でもよい。
○ 第1ベーン端部101とフロントロータ面70とは、内周端から外周端までの全部に亘って当接する構成に限られず、一部の径方向範囲に亘って当接する構成でもよい。また、第1ベーン端部101とフロントロータ面70とは、全周に亘って当接する構成に限られず、一部の角度範囲に亘って当接する構成でもよい。第2ベーン端部102とリアロータ面90とについても同様である。
○ 第1ベーン端部101とフロントロータ面70とは、内周端から外周端までの全部に亘って当接する構成に限られず、一部の径方向範囲に亘って当接する構成でもよい。また、第1ベーン端部101とフロントロータ面70とは、全周に亘って当接する構成に限られず、一部の角度範囲に亘って当接する構成でもよい。第2ベーン端部102とリアロータ面90とについても同様である。
○ ベーン100の数は任意であり、例えば複数でもよい。また、ベーン100の周方向位置は任意である。
○ ベーン100及びベーン溝110の形状は、ベーン100の軸方向Zの移動を許容する一方、周方向の移動が規制されれば、各実施形態のものに限られず任意である。例えばベーンは扇状でもよい。
○ ベーン100及びベーン溝110の形状は、ベーン100の軸方向Zの移動を許容する一方、周方向の移動が規制されれば、各実施形態のものに限られず任意である。例えばベーンは扇状でもよい。
また、ベーンは、所定箇所を中心として振り子のように軸方向Zに移動する構成でもよい。つまり、ベーンは、直線運動に限られず、回転運動によって軸方向Zに移動する構成でもよい。
○ 両シリンダ40,50の具体的な形状は任意である。例えば、膨出部46を省略してもよい。また、両シリンダ40,50は別体であったが、一体形成されていてもよい。
○ 同様に、両ハウジング21,22の具体的な形状についても任意である。
○ 同様に、両ハウジング21,22の具体的な形状についても任意である。
○ 両シリンダ40,50を省略してもよい。この場合、ハウジング11の内周面が両圧縮室A4,A5を区画するとよい。かかる構成においては、ハウジング11が「第1筒部」及び「第2筒部」に対応する。
○ 電動モータ13及びインバータ14を省略してもよい。つまり、電動モータ13及びインバータ14は圧縮機10において必須ではない。
○ 両ロータ60,80は回転軸12と一体回転するように、それぞれ回転軸12に固定されていてもよいし、いずれか一方のみが一体回転するように回転軸12に取り付けられ、他方が回転軸12に対して回転可能な状態で回転軸12に取り付けられていてもよい。この場合であっても、両ロータリバルブ122,124が周方向に係合しているため、両ロータ60,80のうち一方のロータの回転に伴って他方のロータが回転することとなる。
○ 両ロータ60,80は回転軸12と一体回転するように、それぞれ回転軸12に固定されていてもよいし、いずれか一方のみが一体回転するように回転軸12に取り付けられ、他方が回転軸12に対して回転可能な状態で回転軸12に取り付けられていてもよい。この場合であっても、両ロータリバルブ122,124が周方向に係合しているため、両ロータ60,80のうち一方のロータの回転に伴って他方のロータが回転することとなる。
○ 両ボス部121,123の外周面は面一となっておらず段差状になっていてもよい。この場合、ベーン100の内側端面103は、隙間が形成されないように同じく段差状となっているとよい。
○ 両圧縮室A4,A5を連通させる連通機構の具体的な構成は任意である。例えば、図15及び図16に示すように、連通機構200は、中間壁部51を迂回するように形成されていてもよい。例えば、連通機構200は、両シリンダ側壁部42,55に形成された連通流路201を介して両圧縮室A4,A5を連通してもよい。連通流路201は、フロントシリンダ内周面43のうち第2フロント圧縮室A4bを区画する部分に形成されたフロント側開口部と、リアシリンダ内周面56のうち第1リア圧縮室A5aを区画する部分に形成されたリア側開口部と、を有し、当該開口部同士を繋ぐものである。この場合、連通機構200は、フロント圧縮室A4の位相が0°〜360°の場合に非連通状態となり、フロント圧縮室A4の位相が360°〜720°の場合に連通状態となるように切り替わると言える。
この場合、両ボス部121,123及び両ロータリバルブ122,124を省略してもよい。つまり、両ロータ60,80が当接又は係合していることは必須ではない。
なお、かかる構成においては、壁部貫通孔54を縮径して、壁部内周面54aと回転軸12とが当接又は近接しているとよい。また、ベーン100の内側端面103は回転軸12に直接当接していてもよい。
なお、かかる構成においては、壁部貫通孔54を縮径して、壁部内周面54aと回転軸12とが当接又は近接しているとよい。また、ベーン100の内側端面103は回転軸12に直接当接していてもよい。
○ リア圧縮室A5に吸入流体を吸入するための構成は任意である。例えば、図17に示すように、ハウジング11に、例えば吸入口11aとは別に、吸入流体が吸入されるリア側吸入口211が設けられていてもよい。この場合、圧縮機10は、リア側吸入口211とリア圧縮室A5とが連通した連通状態と非連通状態とに切り替わるリア側連通機構212を有していてもよい。
リア側連通機構212の具体的な構成は任意であり、例えば下記の構成が考えられる。
すなわち、図17に示すように、リア側連通機構212は、リアロータ80に形成されたリア側吸入ポート213と、リアロータ80に対してリアハウジング22側に設けられリア側吸入ポート213と連通する連通ポート214と、リア側吸入口211と連通ポート214とを繋ぐ流路215とを有している。
すなわち、図17に示すように、リア側連通機構212は、リアロータ80に形成されたリア側吸入ポート213と、リアロータ80に対してリアハウジング22側に設けられリア側吸入ポート213と連通する連通ポート214と、リア側吸入口211と連通ポート214とを繋ぐ流路215とを有している。
リア側吸入ポート213は、第1リア圧縮室A5aに連通している。詳細には、リア側吸入ポート213のリアロータ面90側の開口端は、第2リア平坦面92の両側のうち吐出ポート113とは反対側に設けられている。
リア側吸入ポート213におけるリアロータ面90側の開口端とは反対側の開口端は、リアロータ80の底面と当接しているボス216と対向する位置に形成されている。連通ポート214は、ボス216に形成されており、軸方向Zから見てリア側吸入ポート213の上記反対側の開口端の回転軌跡と重なるように周方向に延びている。
ここで、連通ポート214の周方向の長さ及び位置は、所望の吸入開始タイミングでリア側吸入ポート213と連通し且つ所望の吸入終了タイミングでリア側吸入ポート213と連通しないように、リア側吸入ポート213の回転に対応させて構成されている。これにより、リア側吸入ポート213と連通ポート214とが連通していない状態では、リア側吸入ポート213がボス216によって塞がれる。
なお、上記構成に限られず、例えば、単純に両シリンダ40,50及びハウジング11に、リア側吸入口211と第1リア圧縮室A5aとを連通させるリア側吸入流路115を設けてもよい。これにより、リア圧縮室A5の位相が0°〜360°の期間に亘って吸入流体が吸入される。
○ 両ロータリバルブ122,124を省略して、両ボス先端面121a,123a同士が直接当接する構成でもよい。すなわち、両ロータリバルブ122,124は必須ではない。
○ 両開口部131,132は互いに周方向に離間して配置されていれば、その具体的な位置は任意である。
○ リア圧縮室A5の吸入動作が開始された後に、フロント圧縮室A4の吸入動作が開始されてもよい。この場合、リア圧縮室A5の圧縮動作が終了した後に、フロント圧縮室A4の圧縮動作が終了してもよい。
○ リア圧縮室A5の吸入動作が開始された後に、フロント圧縮室A4の吸入動作が開始されてもよい。この場合、リア圧縮室A5の圧縮動作が終了した後に、フロント圧縮室A4の圧縮動作が終了してもよい。
○ 並行吸入動作を省略してもよい。この場合、並行圧縮動作が行われるように両圧縮室A4,A5の吸入動作が行われる期間を調整するとよい。
○ 圧縮機10は、空調装置以外に用いられてもよい。例えば、圧縮機10は、燃料電池車両に搭載された燃料電池に対して圧縮空気を供給するのに用いられてもよい。
○ 圧縮機10は、空調装置以外に用いられてもよい。例えば、圧縮機10は、燃料電池車両に搭載された燃料電池に対して圧縮空気を供給するのに用いられてもよい。
○ 圧縮機10の搭載対象は、車両に限られず、任意である。
○ 圧縮機10の圧縮対象の流体は、オイルを含む冷媒に限られず、任意である。
○ 本発明は、互いに容積変化の位相が異なる少なくとも2つの圧縮室を有する圧縮機に対して適用できる。例えば、本発明をロタスコ圧縮機に対しても適用してもよい。
○ 圧縮機10の圧縮対象の流体は、オイルを含む冷媒に限られず、任意である。
○ 本発明は、互いに容積変化の位相が異なる少なくとも2つの圧縮室を有する圧縮機に対して適用できる。例えば、本発明をロタスコ圧縮機に対しても適用してもよい。
次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
(イ)第1ロータ面は、第1壁面に対して軸方向に離間した位置に設けられ、軸方向と直交する第1平坦面と、第1平坦面に対して周方向に離間した位置に設けられ、軸方向と直交する面であって第1壁面と当接している第2平坦面と、を有し、第1湾曲面は、第1平坦面と第2平坦面とを繋ぐものであり、第1平坦面から第2平坦面に向かうにしたがって徐々に第1壁面に近づくように軸方向に湾曲しているとよい。
(イ)第1ロータ面は、第1壁面に対して軸方向に離間した位置に設けられ、軸方向と直交する第1平坦面と、第1平坦面に対して周方向に離間した位置に設けられ、軸方向と直交する面であって第1壁面と当接している第2平坦面と、を有し、第1湾曲面は、第1平坦面と第2平坦面とを繋ぐものであり、第1平坦面から第2平坦面に向かうにしたがって徐々に第1壁面に近づくように軸方向に湾曲しているとよい。
(ロ)サイクル動作は、並行吸入動作の前に行われ、連通機構が非連通状態である状況において、第1圧縮室への吸入流体の吸入動作が行われる一方、第2圧縮室への吸入流体の吸入動作が行われない第1圧縮室吸入動作を含むとよい。
(ハ)サイクル動作は、並行圧縮動作の後に行われ、連通機構が非連通状態である状況下において、第2圧縮室における流体の圧縮動作が行われる一方、第1圧縮室における流体の圧縮動作が行われない第2圧縮室圧縮動作を含むとよい。
10…圧縮機、11…ハウジング、11a…吸入口、11b…吐出口、12…回転軸、32,34…ラジアル軸受、40…フロントシリンダ、42…フロントシリンダ側壁部(第1筒部)、43…フロントシリンダ内周面(第1内周面)、50…リアシリンダ、51…中間壁部(壁部)、52…第1壁面、53…第2壁面、54…壁部貫通孔、54a…壁部内周面、55…リアシリンダ側壁部(第2筒部)、56…リアシリンダ内周面(第2内周面)、60…フロントロータ(第1ロータ)、62…フロントロータ外周面、70…フロントロータ面(第1ロータ面)、71,72…フロント平坦面、73…フロント湾曲面(第1湾曲面)、80…リアロータ(第2ロータ)、82…リアロータ外周面、90…リアロータ面(第2ロータ面)、91,92…リア平坦面、93…リア湾曲面(第2湾曲面)、100…ベーン、101…第1ベーン端部、102…第2ベーン端部、110…ベーン溝、115…リア側吸入流路、120,150,200…連通機構、121…フロントボス部(第1ボス部)、121a…フロントボス先端面、122,151…フロントロータリバルブ(第1係合部)、123…リアボス部(第2ボス部)、123a…リアボス先端面、124,152…リアロータリバルブ(第2係合部)、125,153…連結バルブ(バルブ)、125a,153a…バルブ外周面、130,201…連通流路、131,155…フロント側開口部(第1開口部)、132,156…リア側開口部(第2開口部)、133,157…連通溝、A4…フロント圧縮室(第1圧縮室)、A5…リア圧縮室(第2圧縮室)。
Claims (6)
- 回転軸と、
吸入流体が吸入される吸入口及び圧縮流体が吐出される吐出口が形成され、前記回転軸を収容するハウジングと、
前記吸入流体が導入されるように形成され、前記回転軸の回転に伴って周期的に容積変化が生じるとともに当該容積変化の位相が互いにずれた第1圧縮室及び第2圧縮室と、
前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とが連通している連通状態と、前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とが連通していない非連通状態とに切り替わる連通機構と、
を備え、前記連通状態で前記両圧縮室にて流体の圧縮を行う並行圧縮動作を含むサイクル動作を行うことを特徴とする圧縮機。 - 前記第1圧縮室と前記第2圧縮室とは、前記回転軸の軸方向に対向している請求項1に記載の圧縮機。
- 前記サイクル動作は、
前記両圧縮室への前記吸入流体の吸入動作が行われる並行吸入動作と、
前記並行吸入動作の後に行われる前記並行圧縮動作と、
を含む請求項1又は請求項2に記載の圧縮機。 - 前記サイクル動作は、
前記並行吸入動作と前記並行圧縮動作との間に行われ、前記連通機構が前記連通状態である状況下において、前記第1圧縮室の容積減少に伴って前記第1圧縮室の流体を前記第2圧縮室に移動させる圧送動作と、前記第2圧縮室への前記吸入流体の吸入動作とが行われる連通中間動作を含む請求項3に記載の圧縮機。 - 前記サイクル動作は、
前記並行吸入動作と前記並行圧縮動作との間に行われ、前記連通機構が前記非連通状態である状況下において、前記第1圧縮室における流体の圧縮動作と、前記第2圧縮室への前記吸入流体の吸入動作とが行われる非連通中間動作を含む請求項3に記載の圧縮機。 - リング状の第1ロータ面を有し、前記回転軸の回転に伴って回転する第1ロータと、
前記第1ロータと前記回転軸の軸方向に対向配置され且つ前記回転軸の回転に伴って回転するものであって、リング状の第2ロータ面を有する第2ロータと、
前記第1ロータの外周面と前記回転軸の径方向に対向する第1内周面を有し、前記第1ロータを収容している第1筒部と、
前記第2ロータの外周面と前記径方向に対向する第2内周面を有し、前記第2ロータを収容している第2筒部と、
前記両ロータの間に配置され、前記第1ロータ面と前記軸方向に対向する第1壁面及び前記第2ロータ面と前記軸方向に対向する第2壁面を有する壁部と、
前記壁部に形成されたベーン溝に挿入された状態で前記両ロータ面と当接しており、前記両ロータの回転に伴って前記軸方向に移動するベーンと、
を備え、
前記第1ロータ面は、その角度位置に応じて前記軸方向に変位するように前記軸方向に湾曲した第1湾曲面を有し、
前記第2ロータ面は、その角度位置に応じて前記軸方向に変位するように前記軸方向に湾曲した第2湾曲面を有し、
前記第1圧縮室は、前記第1ロータ面、前記第1壁面及び前記第1内周面によって区画され、前記第1ロータの回転に伴って前記ベーンによって容積変化が生じるものであり、
前記第2圧縮室は、前記第2ロータ面、前記第2壁面及び前記第2内周面によって区画され、前記第2ロータの回転に伴って前記ベーンによって容積変化が生じるものであり、
前記両ロータ面は、前記壁部を介して前記軸方向に対向しており、前記両湾曲面を含めて、その角度位置に関わらず対向距離が一定となるように形成されている請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の圧縮機。
Priority Applications (5)
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