JP2021169807A - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】適度な背圧をベーン背圧室に供給しやすいベーン型圧縮機を得る。【解決手段】ベーン型圧縮機のハウジングは、シリンダ室を区画する第１端面１３ｓを有し、第１端面に開口する軸孔１３ｈを備える第１区画壁１３ｐと、シリンダ室を区画する第２端面１５ｓを有し、第２端面に開口する軸孔１５ｈを備える第２区画壁１５とを含み、第１区画壁には、軸孔１３ｈから径方向に延び、ベーン背圧室に対向して連通し、軸孔１３ｈを介して互いに連通可能である第１および第２後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２が形成され、第２区画壁には、軸孔１５ｈから径方向に延び、ベーン背圧室に対向して連通し、軸孔１５ｈを介して互いに連通可能である第１および第２前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２が形成されている。【選択図】図６

Description

本明細書は、ベーン型圧縮機に関する。

特開昭６２−２４８８９１号公報（特許文献１）に開示されるように、ベーン型圧縮機においては、ハウジング内にシリンダ室および吐出領域が形成され、回転軸およびロータがシリンダ室内で回転可能に設けられる。ロータには複数のベーン溝が形成され、複数のベーン溝には複数のベーンが各々出没可能に設けられる。ロータおよび複数のベーンによって複数の圧縮室が形成される。各圧縮室で圧縮された冷媒は吐出領域に吐出され、分離され、一部は吐出領域から外部に圧縮されたガスの状態で吐出され、一部は吐出領域内で潤滑油として貯留される。

シリンダ室を区画している区画壁（サイドブロック等とも称される）には、背圧供給路と、円弧状（扇状）等の形状を有する背圧溝とが形成される。各ベーンの底面と各ベーン溝との間はベーン背圧室とされる。ベーン背圧室が背圧供給路に対向することで、吐出圧相当の圧力を有する潤滑油が、吐出領域から背圧供給路（特許文献１においては高圧穴）を通してベーン背圧室に供給される。あるいは、ベーン背圧室が背圧溝に対向することで、ベーン背圧室の圧力が背圧溝内の圧力に応じて調整されたり、背圧溝からベーン背圧室に潤滑油が供給されたりする。背圧溝からの潤滑油や背圧供給路からの潤滑油により、ベーン背圧室に付与される圧力（背圧）が最適化され、動力消費量の低減やチャタリングの抑制が可能となる。

特開昭６２−２４８８９１号公報

特許文献１に開示されたベーン型圧縮機においては、背圧供給溝が区画壁（サイドブロック）に形成されると共に、背圧溝が所定の角度範囲にわたって、周方向に長く延在して形成されている。当該構成の場合、ベーン背圧室が長い区間にわたって背圧溝と連通するため、たとえば、圧縮行程の後半から吐出行程の後半までの間の区間など、必要背圧が高い区間において高い背圧をベーン背圧室に供給するように設定した場合には、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間において必要以上の背圧がベーン背圧室に供給される可能性がある。

一方で、仮に、背圧溝が周方向に短く延在して形成されているとする。この場合には、ベーン背圧室が短い区間にわたって背圧溝と連通するため、たとえば、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間であっても十分な背圧がベーン背圧室に供給されなくなり、チャタリングが発生する可能性がある。

本明細書は、適度な大きさを有する背圧をベーン背圧室に供給しやすくすることが可能な構成を備えたベーン型圧縮機を開示することを目的とする。

本開示に基づくベーン型圧縮機は、回転軸と、冷媒を吸入する吸入口及び冷媒を吐出する吐出口を備え、シリンダ室を内部に区画し、上記回転軸を支持するハウジングと、上記シリンダ室内で上記回転軸と一体回転可能に設けられ、複数のベーン溝が形成されたロータと、各々の上記ベーン溝に各々が出没可能に設けられた複数のベーンと、を備え、複数の上記ベーンと上記ロータとにより上記シリンダ室内に複数の圧縮室が形成され、各々の上記ベーンの底面と各々の上記ベーン溝との間はベーン背圧室とされ、上記ハウジングは、吐出領域を上記ハウジングの内部に区画し、上記圧縮室内で圧縮された冷媒は上記吐出領域および上記吐出口を介して外部に吐出され、上記ハウジングは、上記シリンダ室を区画する第１端面し、上記第１端面に開口して上記回転軸を挿入して支持する第１の挿入孔を備える第１区画壁と、上記シリンダ室を区画する第２端面を有し、上記第２端面に開口して上記回転軸を挿入して支持する第２の挿入孔を備え、上記ロータを挟んで軸方向において上記第１区画壁の反対側に配置された第２区画壁と、を含み、上記第１端面には、上記第１の挿入孔の開口から径方向に延び、互いに上記第１の挿入孔を跨いで配置され、上記ベーン背圧室に対向して連通する第１後側背圧溝および第２後側背圧溝が形成され、上記第２端面には、上記第２の挿入孔の開口から径方向に延び、互いに上記第２の挿入孔を跨いで配置され、上記ベーン背圧室に対向して連通する第１前側背圧溝および第２前側背圧溝が形成され、上記第１後側背圧溝における角度範囲は、上記第１前側背圧溝における角度範囲よりも大きく、上記第２後側背圧溝における角度範囲は、上記第２前側背圧溝における角度範囲よりも大きく、上記第１後側背圧溝および上記第２後側背圧溝は、上記第１の挿入孔を介して連通可能であり、上記第１前側背圧溝および上記第２前側背圧溝は、上記第２の挿入孔を介して連通可能である。

上記ベーン型圧縮機においては、上記第１の挿入孔は、上記第１後側背圧溝と上記第２後側背圧溝とを連通し、上記第１端面から開口する環状溝を有していてもよい。

上記ベーン型圧縮機においては、上記第２の挿入孔は、上記第１前側背圧溝と上記第２前側背圧溝とを連通し、上記第２端面から開口する環状溝を有していてもよい。

上記ベーン型圧縮機においては、上記第２区画壁には、上記吐出領域の下部と上記第２の挿入孔とを連通し潤滑油を上記第２の挿入孔に供給する第１の貫通孔と、上記第１の貫通孔の途中から分岐して上記吐出領域の下部と上記ベーン背圧室とを連通する第２の貫通孔を有し、上記ベーン背圧室に背圧を間欠的に供給する背圧供給路が設けられていてもよい。

上記ベーン型圧縮機においては、上記回転軸の軸方向視において、上記第１後側背圧溝における上記回転軸の回転方向前側の一部と、上記第１前側背圧溝における上記回転軸の回転方向後側の一部とは重なっていてもよい。

上記ベーン型圧縮機においては、上記回転軸が回転することに伴って、上記ベーン背圧室が、上記第１後側背圧溝および上記第１前側背圧溝の双方に対向して連通するという状態が形成されていてもよい。

上記構成によれば、適度な大きさを有する背圧をベーン背圧室に供給しやすくすることが可能な構成を備えたベーン型圧縮機を得ることができる。

実施の形態におけるベーン型圧縮機１０を示す断面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。 図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。 図１中のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。 実施の形態におけるベーン型圧縮機１０によって形成される第１状態Ｓ１、状態ＳＣ、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３を説明するための図である。 比較例のベーン型圧縮機１０Ｚにおける底壁部１３ｐ（第１区画壁）および背圧溝１３ｆ１，１３ｆ２の構成を示す図であり、実施の形態における図４に対応している。 比較例におけるベーン型圧縮機１０Ｚのリヤサイドプレート１５（第２区画壁）および背圧溝１５ｆ１，１５ｆ２の構成を示す図であり、実施の形態における図５に対応している。 回転軸１６およびロータ１８の回転角度と、ベーン背圧室４１の圧力との関係を示したシミュレーション結果に基づくグラフである。 実施の形態の変形例におけるベーン型圧縮機に適用されている背圧溝の構成を示す図であり、実施の形態における図６に対応している。

実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

［実施の形態］
（ベーン型圧縮機１０）
図１〜図６を参照して、実施の形態におけるベーン型圧縮機１０について説明する。図１は、ベーン型圧縮機１０を示す断面図である。図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った矢視断面図であり、図３は、図１中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った矢視断面図である。

ベーン型圧縮機１０は、ハウジング１１、回転軸１６、ロータ１８、および複数のベーン１９を備える。ハウジング１１は、冷媒を吸入する吸入口２２および冷媒を吐出する吐出口３４を備え、内部にシリンダ室１４ｄを区画し、回転軸１６を支持する。本実施の形態においては、ハウジング１１は、リヤハウジング１２、フロントハウジング１３、およびリヤサイドプレート１５を含む。

リヤハウジング１２は、周壁１２ａを有し（図２，図３）、フロントハウジング１３は、シリンダ部１４と、第１区画壁としての底壁部１３ｐ（図１）とを有する。シリンダ部１４は底壁部１３ｐと一体に形成される。シリンダ部１４は筒状に形成され、リヤハウジング１２の周壁１２ａの内側に配置される。フロントハウジング１３は、底壁部１３ｐがリヤハウジング１２の開口部を塞ぐようにリヤハウジング１２に固定される。

第２区画壁としてのリヤサイドプレート１５は略円盤状の形状を有し、リヤハウジング１２の周壁１２ａの内側に配置される（図１）。リヤサイドプレート１５は、軸方向（回転軸１６の軸心Ｏが延びる方向）に対して直交する端面１５ｓ（第２端面）を有し、ロータ１８を挟んで軸方向において底壁部１３ｐの反対側に配置される。リヤサイドプレート１５がシリンダ部１４の後端に固定されることにより、リヤサイドプレート１５の端面１５ｓは、シリンダ部１４とともにシリンダ室１４ｄを区画する。

底壁部１３ｐも、軸方向（回転軸１６の軸心Ｏが延びる方向）に対して直交する端面１３ｓ（第１端面）を有する。底壁部１３ｐの端面１３ｓも、シリンダ部１４とともにシリンダ室１４ｄを区画する。シリンダ室１４ｄは、リヤサイドプレート１５の端面１５ｓと底壁部１３ｐの端面１３ｓ（図１）との間に位置する。

フロントハウジング１３（底壁部１３ｐ）は軸孔１３ｈ（第１の挿入孔）を有し、リヤサイドプレート１５は軸孔１５ｈ（第２の挿入孔）を有する。軸孔１３ｈは端面１３ｓ（第１端面）に開口しており、回転軸１６を挿入して支持する。軸孔１５ｈは、端面１５ｓ（第２端面）に開口しており、回転軸１６を挿入して支持する。回転軸１６はシリンダ室１４ｄ内に延在する。回転軸１６は、リヤサイドプレート１５に形成された軸孔１５ｈを通り抜けるように軸孔１５ｈに挿通されていてもよいし、回転軸１６の少なくとも一部が軸孔１５ｈ内に位置するように軸孔１５ｈに挿入されていてもよい。

フロントハウジング１３に回転軸１６を挿入するための軸孔１３ｈを設けるという構成、およびリヤサイドプレート１５に回転軸１６を挿入するための軸孔１５ｈを設けるという構成は、いずれも必須の構成ではなく、回転軸１６は他の手段によって回転可能に軸支されていてもよい。フロントハウジング１３およびリヤサイドプレート１５は回転軸１６を回転可能に支持する。

回転軸１６とフロントハウジング１３との間には、リップシール型の軸封装置１７ａが設けられる。回転軸１６はシリンダ室１４ｄを貫通するように配置される。ロータ１８は、シリンダ室１４ｄ内で回転軸１６と一体回転可能に設けられる。ロータ１８の前端面は底壁部１３ｐのシリンダ室１４ｄ側の端面１３ｓと対向し、ロータ１８の後端面はリヤサイドプレート１５のシリンダ室１４ｄ側の端面１５ｓと対向する。

図２および図３に示すように、シリンダ部１４の内周面１４ｃは楕円状の形状を有し、ロータ１８の外周面１８ｃは正円状の形状を有する。ロータ１８の外周面１８ｃには複数のベーン溝１８ａが形成される。複数のベーン溝１８ａの各々には、複数のベーン１９の各々が出没可能に設けられる。各々のベーン１９の底面と各々のベーン溝１８ａとの間はベーン背圧室４１とされる。複数のベーン溝１８ａ（ベーン背圧室４１）の各々には後述する吐出領域３５（図１）内の潤滑油が供給される。

回転軸１６およびロータ１８が回転することに伴って、ベーン１９の先端はシリンダ部１４の内周面１４ｃに接触する。シリンダ室１４ｄ内には複数の圧縮室２１が形成される。ロータ１８の外周面１８ｃ、シリンダ部１４の内周面１４ｃ、複数のベーン１９、底壁部１３ｐの端面１３ｓ（図１）、および、リヤサイドプレート１５の端面１５ｓ（図１）により、複数の圧縮室２１が形成される。

図１および図２に示すように、リヤハウジング１２には吸入口２２が形成される。吸入口２２の内側には逆止弁（図示せず）が設けられる。シリンダ部１４には、凹部１４ａおよび一対の吸入孔２３（図２）が形成される。凹部１４ａは、シリンダ部１４の外周面の周方向における全周に亘って延在する。凹部１４ａおよびリヤハウジング１２の内周面により、吸入空間２０が区画される。吸入行程の際、圧縮室２１と吸入空間２０とは、吸入孔２３を介して連通する。

図１および図３に示すように、シリンダ部１４には、一対の凹部１４ｂ（図３）が形成される。一対の凹部１４ｂは、回転軸１６を挟んで互いに反対側に位置する。一対の凹部１４ｂおよびリヤハウジング１２の内周面により、一対の吐出室３０が区画される。シリンダ部１４には、一対の吐出口３１（図３）が形成される。吐出口３１は、吐出弁３２によって開閉する。

圧縮室２１で圧縮された冷媒ガスは、吐出弁３２を押し退け吐出口３１を経由して吐出室３０へ吐出される。吐出室３０は、吸入空間２０よりも後方側に位置し、吸入空間２０と吐出室３０とは、軸方向において互いに異なる位置に形成される。吸入空間２０は、吐出室３０よりも底壁部１３ｐの近く位置し、吐出室３０は、吸入空間２０よりもリヤサイドプレート１５の近く位置する。

リヤハウジング１２には吐出口３４が形成される。ハウジング１１内の空間のうちのリヤサイドプレート１５に対してシリンダ室１４ｄとは反対側の位置に、吐出領域３５が形成される。吐出領域３５は、リヤサイドプレート１５に対して軸方向においてシリンダ部１４の反対側に位置している。吐出領域３５内には油分離器３６が設けられる。

リヤサイドプレート１５には連通孔３７が形成され、連通孔３７は、吐出室３０と油分離器３６とを連通させる。油分離器３６は、冷媒ガス中に含まれる潤滑油を分離する。吐出室３０内の冷媒（圧縮室２１内で圧縮された冷媒）は、連通孔３７および油分離器３６を通して吐出領域３５に吐出される。吐出領域３５は、圧縮室２１内で圧縮された冷媒から分離された潤滑油を貯留するとともに、圧縮室２１内で圧縮された冷媒を吐出口３４を通して外部に吐出する。

リヤサイドプレート１５には、油通路１５ｄ１、環状通路１５ｄ２、および、油通路１５ｄ３，１５ｄ４が形成される。油通路１５ｄ１は、吐出領域３５の下部と環状通路１５ｄ２とを連通させる。環状通路１５ｄ２は、軸孔１５ｈを取り囲むように形成される。油通路１５ｄ１および環状通路１５ｄ２は、第１の貫通孔に相当し、吐出領域３５の下部と軸孔１５ｈ（第２の挿入孔）とを連通し潤滑油を軸孔１５ｈに供給する。油通路１５ｄ３は、環状通路１５ｄ２と油通路１５ｄ４とを連通させる。回転軸１６の後端は油通路１５ｄ４の内側に位置している。油通路１５ｄ１、環状通路１５ｄ２、および、油通路１５ｄ３，１５ｄ４も、第１の貫通孔として機能することができ、吐出領域３５の下部と軸孔１５ｈ（第２の挿入孔）とを連通し潤滑油を軸孔１５ｈに供給する。

（ベーン背圧室４１）
上述のとおり、各々のベーン１９の底面と各々のベーン溝１８ａとの間はベーン背圧室４１（図２，図３）とされる。ベーン１９は、ベーン背圧室４１内の圧力変化によって、ベーン溝１８ａに対して出没する。

（第１後側背圧溝および第２後側背圧溝（１３ａ１，１３ａ２））
図４は、図１中のＩＶ−ＩＶ線に沿った矢視断面図である。図示上の便宜のため、図４にはハッチング線を付していない。図１，図２，図４に示すように、フロントハウジング１３の底壁部１３ｐの端面１３ｓには、後側背圧溝１３ａ１（第１後側背圧溝）、および後側背圧溝１３ａ２（第２後側背圧溝）が形成されている。

後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、回転軸１６の軸心Ｏを中心として、互いに反対側の位置に配置されている。後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、いずれも底壁部１３ｐのうちのシリンダ室１４ｄ側の端面１３ｓ（第１端面）上に開口している。後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、いずれも所定の周長さを有する円弧状に延びるように形成されている。

後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、軸孔１３ｈ（開口）に接続されており、軸孔１３ｈから径方向外側に延び、ベーン背圧室４１に対向して連通する。後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、軸孔１３ｈを介して互いに連通している。第１の挿入孔としての軸孔１３ｈは、環状溝１３ｑを有していてもよい。環状溝１３ｑは、端面１３ｓから開口している。環状溝１３ｑは、端面１３ｓ上の回転軸１６の周囲の位置に、回転軸１６を取り囲むように形成されていてもよく、後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は環状溝１３ｑを介して相互に連通していてもよい。

後側背圧溝１３ａ１は、前端部１３ｅｎおよび後端部１３ｓｔを有する。前端部１３ｅｎは、後側背圧溝１３ａ１における、回転軸１６の回転方向における前端に位置する部分であり、後端部１３ｓｔは、後側背圧溝１３ａ１における、回転軸１６の回転方向における後端に位置する部分である。

回転軸１６およびロータ１８の回転によってベーン背圧室４１が移動する際、ベーン背圧室４１は、後側背圧溝１３ａ１のうちの後端部１３ｓｔに最初に対向し、後側背圧溝１３ａ１のうちの前端部１３ｅｎに最後に対向する。後端部１３ｓｔは、ベーン背圧室４１が最初に対向する部分であり、前端部１３ｅｎは、ベーン背圧室４１が最後に対向する部分である。このような構成は、後側背圧溝１３ａ２にも同様に形成されている。

（第１前側背圧溝および第２前側背圧溝（１５ｃ１，１５ｃ２））
図５は、図１中のＶ−Ｖ線に沿った矢視断面図である。図１に示されるＶ−Ｖ線の位置および矢視方向に基づけば、後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２、ロータ１８および複数のベーン１９などは、図５中には本来的には現れない。説明上の便宜のため、これらの各要素を図５中に図示している。説明上の便宜のため、図４中にも、前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２を仮想的に図示している。図１，図３，図５に示すように、リヤサイドプレート１５の端面１５ｓには、前側背圧溝１５ｃ１（第１前側背圧溝）および前側背圧溝１５ｃ２（第２前側背圧溝）が形成されている。

前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は、回転軸１６の軸心Ｏを中心として、互いに反対側の位置に配置されている。前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は、いずれもリヤサイドプレート１５のうちのシリンダ室１４ｄ側の端面１５ｓ（第２端面）上に開口している。前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は、いずれも所定の周長さを有する円弧状に延びるように形成されている。

前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は、軸孔１５ｈ（開口）に接続されており、軸孔１５ｈから径方向外側に延び、ベーン背圧室４１に対向して連通する。前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は、軸孔１５ｈを介して互いに連通している。第２の挿入孔としての軸孔１５ｈは、環状溝１５ｑを有していてもよい。環状溝１５ｑは、端面１５ｓから開口している。環状溝１５ｑは、端面１５ｓ上の回転軸１６の周囲の位置に、回転軸１６を取り囲むように形成されていてもよく、前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２は環状溝１５ｑを介して相互に連通していてもよい。

前側背圧溝１５ｃ１は、前端部１５ｅｎおよび後端部１５ｓｔを有する。前端部１５ｅｎは、前側背圧溝１５ｃ１における、回転軸１６の回転方向における前端に位置する部分であり、後端部１５ｓｔは、前側背圧溝１５ｃ１における、回転軸１６の回転方向における後端に位置する部分である。

回転軸１６およびロータ１８の回転によってベーン背圧室４１が移動する際、ベーン背圧室４１は、前側背圧溝１５ｃ１のうちの後端部１５ｓｔに最初に対向し、前側背圧溝１５ｃ１のうちの前端部１５ｅｎに最後に対向する。後端部１５ｓｔは、ベーン背圧室４１が最初に対向する部分であり、前端部１５ｅｎは、ベーン背圧室４１が最後に対向する部分である。このような構成は、前側背圧溝１５ｃ２にも同様に形成されている。

（後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２および前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２の位置関係）
図４，図５に示すように、回転軸１６の回転方向において、後側背圧溝１３ａ１の後端部１３ｓｔは、前側背圧溝１５ｃ１の後端部１５ｓｔよりも後側に位置し、後側背圧溝１３ａ１の前端部１３ｅｎは、前側背圧溝１５ｃ１の前端部１５ｅｎよりも後側に位置する。これらの位置関係については、後側背圧溝１３ａ２および前側背圧溝１５ｃ２についても同様である。

本実施の形態においては、軸方向に対して平行な方向から後側背圧溝１３ａ１と前側背圧溝１５ｃ１とを視た場合、後側背圧溝１３ａ１と前側背圧溝１５ｃ１とは重なっておらず、周方向において互いに離間している。これらの位置関係については、後側背圧溝１３ａ２および前側背圧溝１５ｃ２についても同様である。

（第１背圧供給路および第２背圧供給路（１５ｅ１，１５ｅ２））
図１および図５を参照して、リヤサイドプレート１５には、背圧供給路１５ｅ１（第１背圧供給路）および背圧供給路１５ｅ２（第２背圧供給路）も設けられる。背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２は、回転軸１６を挟んだ位置に設けられている。背圧供給路１５ｅ１は、ロータ１８の回転方向において前側背圧溝１５ｃ１の前側に位置し、背圧供給路１５ｅ２は、ロータ１８の回転方向において前側背圧溝１５ｃ２の前側に位置する。

軸方向に対して平行な方向から背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２などを視た場合、背圧供給路１５ｅ１、前側背圧溝１５ｃ１、および後側背圧溝１３ａ１は、回転軸１６の周方向において互いに離間して設けられており、背圧供給路１５ｅ２、前側背圧溝１５ｃ２、および後側背圧溝１３ａ２も、回転軸１６の周方向において互いに離間して設けられている。

各背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２は、第１の貫通孔の途中（ここでは環状通路１５ｄ２）から分岐する第２の貫通孔を有しており、ここでは第２の貫通孔は軸方向に沿ってフロント側に向かって延びている。この第２の貫通孔の一端は、リヤサイドプレート１５の端面１５ｓ（第２端面）上で開口しており、この第２の貫通孔の他端は、環状通路１５ｄ２（図１）上において開口している。各背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２は、環状通路１５ｄ２（図１）および油通路１５ｄ１を介して吐出領域３５の下部に連通している。吐出領域３５の下部に貯留された潤滑油は、背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２を通してベーン背圧室４１に間欠的に供給される。

（第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２、および第３状態Ｓ３）
シリンダ室１４ｄから見てフロント側に設けられた後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２、ならびに、シリンダ室１４ｄから見てリア側に設けられた前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２、および背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２は、回転軸１６の回転により、各々がベーン背圧室４１と連通または非連通とされる。

ベーン背圧室４１は、回転軸１６の回転に伴って、後側背圧溝１３ａ１（第１後側背圧溝）、前側背圧溝１５ｃ１（第１前側背圧溝）、背圧供給路１５ｅ１（第１背圧供給路）、後側背圧溝１３ａ２（第２後側背圧溝）、前側背圧溝１５ｃ２（第２前側背圧溝）、および、背圧供給路１５ｅ１（第２背圧供給路）に、この順序で連通し始めるように構成されている。回転軸１６がロータ１８とともに回転することに伴って、以下に述べる第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３が少なくとも形成される。

図６は、ベーン型圧縮機１０によって形成される第１状態Ｓ１、状態ＳＣ、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３を説明するための図である。図６中には説明上の便宜のため、後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２、ロータ１８および複数のベーン１９を図示している。

図６に示すように、第１状態Ｓ１においては、ベーン背圧室４１が、後側背圧溝１３ａ１に対向して後側背圧溝１３ａ１に連通し、かつ、前側背圧溝１５ｃ１および背圧供給路１５ｅ１に対向しない。この状態はたとえば、吸入行程の初期と圧縮行程の初期との間に形成される。第１状態Ｓ１の際には、ベーン背圧室４１は、後側背圧溝１３ａ１のみに対向しており、前側背圧溝１５ｃ１や背圧供給路１５ｅ１からの高い圧力が、このベーン背圧室４１に供給されることはほとんど、あるいはまったくない。

しかしながら、後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが相互に連通していることによって、たとえば後側背圧溝１３ａ２内の圧力が後側背圧溝１３ａ１内の圧力よりも高い場合には、後側背圧溝１３ａ２から後側背圧溝１３ａ１へ圧力が移動する。ベーン背圧室４１には（後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが相互に連通していない場合に比べて）より高い圧力が付与されることとなる。

第２状態Ｓ２は、第１状態Ｓ１よりも後のタイミングで形成され、第２状態Ｓ２においては、ベーン背圧室４１が、前側背圧溝１５ｃ１に対向して前側背圧溝１５ｃ１に連通し、かつ、後側背圧溝１３ａ１および背圧供給路１５ｅ１に対向しない。この状態はたとえば、圧縮行程の後半に形成される。第２状態Ｓ２の際には、ベーン背圧室４１は、前側背圧溝１５ｃ１のみに対向しており、後側背圧溝１３ａ１からの低い圧力が、このベーン背圧室４１に供給されることはほとんど、あるいはまったくない。

第３状態Ｓ３は、第２状態Ｓ２よりも後のタイミングで形成され、第３状態Ｓ３においては、ベーン背圧室４１が、背圧供給路１５ｅ１に対向する。この状態はたとえば、圧縮行程の後半から吐出行程にかけて形成される。背圧供給路１５ｅ１からの高圧がベーン背圧室４１に供給される。第３状態Ｓ３においては、ベーン背圧室４１は前側背圧溝１５ｃ１にも対向していてもよいし、対向していなくてもよい。これらが連通または非連通とされることによって、ベーン背圧室４１からの高圧が前側背圧溝１５ｃ１にも供給されたり、供給されなくなったりする。

本実施の形態においては、回転軸１６を中心としたベーン背圧室４１の１回の回転のうち、ベーン背圧室４１が後側背圧溝１３ａ１に対向する角度範囲θＡは、ベーン背圧室４１が前側背圧溝１５ｃ１に対向する角度範囲θＣよりも大きい。同様に、ベーン背圧室４１が後側背圧溝１３ａ２に対向する角度範囲は、ベーン背圧室４１が前側背圧溝１５ｃ２に対向する角度範囲よりも大きい。

図６に示すように、本実施の形態においてはさらに、回転軸１６が回転することに伴って、第１状態Ｓ１よりも後であって且つ第２状態Ｓ２よりも前のタイミングに、他の状態ＳＣが形成される。他の状態ＳＣにおいては、ベーン背圧室４１が、後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の双方に対向して後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の双方に連通する。これらが連通していることによって、前側背圧溝１５ｃ１からの高圧が後側背圧溝１３ａ１に供給され、あるいはその逆向きの圧力移動が行なわれる。

（高圧ガス供給通路１５ｆ）
図１に示すように、リヤサイドプレート１５の上部には高圧ガス供給通路１５ｆが形成されている。高圧ガス供給通路１５ｆは、吐出領域３５の上部（冷媒ガス雰囲気）と、たとえば前側背圧溝１５ｃ１とを連通する。高圧ガス供給通路１５ｆは、吐出領域３５側に位置する大径部１５ｇと、前側背圧溝１５ｃ１側に位置する小径部１５ｊとを有する。大径部１５ｇと小径部１５ｊとの間には弁孔が形成される。大径部１５ｇ内には、球状の弁体３３がこの弁孔を開閉可能なように収容される。弁体３３は、バネ３３ｓにより開弁方向に付勢されている。ベーン型圧縮機１０が起動された後、吐出領域３５の圧力が所定値以上になると弁体３３が高圧ガス供給通路１５ｆ（弁孔）を閉鎖する。

（ベーン型圧縮機１０の作用）
図２を参照して、ロータ１８がベーン１９とともに回転されると、圧縮室２１を形成している一対のベーン１９のうちの先行するベーン１９が、吸入孔２３の始端を通過する。この際に、ベーン１９が飛び出す分だけベーン背圧室４１、後側背圧溝１５ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の双方（または、ベーン背圧室４１、後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１３ｃ１の双方）による容積が拡大するため圧力が低下する。吸入空間２０内の冷媒ガスは、吸入孔２３を通して圧縮室２１内に流入する。圧縮室２１を形成している一対のベーン１９のうちの後行するベーン１９が吸入孔２３を通過し終えると、この圧縮室２１では圧縮行程が始まり、冷媒ガスが圧縮される。

先行するベーン１９が吐出口３１（図３）を通過することで吐出行程が開始される。圧縮された冷媒ガスは吐出弁３２を開き、吐出口３１を通して吐出室３０へ吐出される。吐出室３０へ吐出された冷媒ガスは連通孔３７内を流れ、冷媒ガス中に含まれる油は油分離器３６によって分離される。冷媒ガス中に含まれる油（潤滑油）は吐出領域３５の底部に貯留され、冷媒ガスは吐出口３４を通して外部回路に送られる。

ベーン型圧縮機１０が停止している状態では吐出領域３５の圧力とベーン背圧室４１の圧力とが均衡している。弁体３３はバネ３３ｓにより付勢されており高圧ガス供給通路１５ｆを閉鎖していない（開通している）。この状態でベーン型圧縮機１０が起動されると、吐出口３１から連通孔３７を経て、吐出圧力相当の圧縮ガスが吐出領域３５に供給される。吐出圧力相当の圧縮ガスは、高圧ガス供給通路１５ｆおよび前側背圧溝１５ｃ１を介してベーン背圧室４１に供給される。

ベーン１９は、適正な背圧でシリンダ部１４の内周面１４ｃに圧接される。起動直後においてベーン１９の躍動（チャタリング）が防止され、圧縮動作、およびロータ１８とベーン１９との摺動面などの潤滑動作が適正に行なわれる。ベーン型圧縮機１０の起動後、所定時間が経過して吐出領域３５内の圧力が上昇し、弁体３３の前後に作用する差圧がバネ３３ｓの付勢力を超えると、弁体３３は高圧ガス供給通路１５ｆを閉鎖する。

吐出領域３５（図１）の底部に貯留された吐出圧力（高圧）を有する潤滑油は、吐出領域３５の底部から、油通路１５ｄ１、環状通路１５ｄ２、油通路１５ｄ３，１５ｄ４、および軸孔１５ｈへと流れる。潤滑油はその後、軸孔１５ｈから前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２を流れ、各背圧溝に供給される。

さらに、吐出領域３５の底部に貯留された吐出圧力（高圧）を有する潤滑油は、背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２を経由して、前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２に供給される。ベーン型圧縮機１０の運転時には、このようにして、ベーン背圧室４１に潤滑油（背圧）が供給され、ベーン１９は突出する方向に付勢される。

図６に示すように、上述のとおり本実施の形態においては、回転軸１６がロータ１８とともに回転することに伴って、第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３が少なくとも形成され、特に第１状態Ｓ１においては、後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが連通している状態でベーン背圧室４１に背圧が付与される。このことにより得られる特別顕著な効果について、以下の比較例と比較しながら説明する。

［比較例］
図７は、比較例のベーン型圧縮機１０Ｚにおける底壁部１３ｐ（第１区画壁）および背圧溝１３ｆ１，１３ｆ２の構成を示す図であり、実施の形態における図４に対応している。図８は、比較例におけるベーン型圧縮機１０Ｚのリヤサイドプレート１５（第２区画壁）および背圧溝１５ｆ１，１５ｆ２の構成を示す図であり、実施の形態における図５に対応している。

背圧溝１３ｆ１は、実施の形態における後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１を底壁部１３ｐ上で組み合わせたような形状を有しており、実施の形態における後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の場合とは異なり、軸方向および周方向において互いに分離された２つの空間ではない。背圧溝１３ｆ２、背圧溝１５ｆ１および背圧溝１５ｆ２についても同様である。

すなわち図７および図８に示す比較例においては、背圧溝が所定の角度範囲にわたって、周方向に長く延在して形成されている。当該構成の場合、ベーン背圧室４１が長い区間にわたってこれらの背圧溝と連通するため、たとえば、圧縮行程の後半から吐出行程の後半までの間の区間など、必要背圧が高い区間において高い背圧をベーン背圧室４１に供給するように設定した場合には、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間において必要以上の背圧がベーン背圧室４１に供給される可能性がある。

一方で、仮に、これらの背圧溝１３ｆ１，１３ｆ２，１５ｆ１，１５ｆ２が周方向に短く延在して形成されているとする。この場合には、ベーン背圧室４１が短い区間にわたってこれらの背圧溝と連通するため、たとえば、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間であっても十分な背圧がベーン背圧室に供給されなくなり、チャタリングが発生する可能性がある。

これに対して実施の形態におけるベーン型圧縮機１０では、たとえば、圧縮行程の後半から吐出行程の後半までの間の区間など、必要背圧が高い区間において高い背圧をベーン背圧室４１に供給するように設定した場合には、前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２の圧力が高められる。

前側背圧溝１５ｃ１と後側背圧溝１３ａ１とは、軸方向および周方向において互いに離間しており、前側背圧溝１５ｃ１内に供給される高められた圧力は、後側背圧溝１３ａ１に伝わることはほとんどない。したがって、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間において必要以上の背圧がベーン背圧室４１に供給される可能性を低くすることが可能となっており、これらについては、前側背圧溝１５ｃ２についても同様である。したがって本実施の形態のベーン型圧縮機１０によれば、必要以上の背圧がベーン背圧室４１に供給されることを抑制することにより、動力消費量の低減を図ることが可能となっている。

一方で、後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが相互に連通していることによって、たとえば後側背圧溝１３ａ２内の圧力が後側背圧溝１３ａ１内の圧力よりも高い場合には、後側背圧溝１３ａ２から後側背圧溝１３ａ１へ圧力が移動する。ベーン背圧室４１には（後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが相互に連通していない場合に比べて）より高い圧力が付与されることとなる。このような構成を採用することによって、吸入行程から圧縮行程の初期までの間の区間など、必要背圧が低い区間に、過度に低い背圧がベーン背圧室に供給されることを抑制することができ、チャタリングが発生する可能性を効果的に低減することが可能となる。

本実施の形態では５枚のベーン１９が用いられており、１つ１つのベーン背圧室４１に対して、回転軸１６およびロータ１８が７２°回転するたびに後側背圧溝１３ａ１から背圧が付与される。本実施の形態では後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とが連通しているため、実質的には、１つ１つのベーン背圧室４１に対して、回転軸１６およびロータ１８が３６°回転するたびに後側背圧溝１３ａ１から高い頻度で背圧が付与されることとなる。したがって本実施の形態で開示した技術的思想を適用したベーン型圧縮機によれば、適度な大きさを有する背圧をベーン背圧室４１に供給しやすくすることが可能な構成を備えたベーン型圧縮機とすることができる。

図９は、回転軸１６およびロータ１８の回転角度と、ベーン背圧室４１の圧力との関係を示したシミュレーション結果に基づくグラフである。比較例１とは、上述の比較例（図７，図８）に基づいており、比較例２とは、上述の実施の形態において後側背圧溝１３ａ１と後側背圧溝１３ａ２とを相互に連通しないような構成としたものに基づいている。実施の形態に基づく実施例の場合には、比較例１の場合に比べて、１０°（吸入行程の初期）から１１０°（圧縮行程の前半）までの範囲において、ベーン背圧室４１の圧力を小さくすることができており、比較例２の場合に比べて、６０°から１１０°（圧縮行程の前半）までの範囲において、ベーン背圧室４１の圧力を大きくすることができていることがわかる。

上述のとおり、本実施の形態においては、後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２は、軸孔１３ｈおよび環状溝１３ｑを介して相互に連通しており、軸孔１３ｈや、軸孔１３ｈの周辺スペースを有効活用できている。このような構成に限られず、後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２の連通は、ロータ１８や回転軸１６に溝を形成することによって実現してもよい。

上述のとおり、本実施の形態においては（図６参照）、回転軸１６を中心としたベーン背圧室４１の１回の回転のうち、ベーン背圧室４１が後側背圧溝１３ａ１に対向する角度範囲θＡは、ベーン背圧室４１が前側背圧溝１５ｃ１に対向する角度範囲θＣよりも大きい。同様に、ベーン背圧室４１が後側背圧溝１３ａ２に対向する角度範囲は、ベーン背圧室４１が前側背圧溝１５ｃ２に対向する角度範囲よりも大きい。吸入、圧縮および吐出の一連のサイクルの中の前半の長い期間に、ベーン背圧室４１に低い圧力を設定し、必要以上の背圧がベーン背圧室４１に供給されることを抑制することにより、動力消費量の低減を図ることが可能となっている。仕様に応じて、角度範囲θＡ，θＣの大小関係は、上記とは逆であってもよい。

図６に示すように、本実施の形態においてはさらに、回転軸１６が回転することに伴って、第１状態Ｓ１よりも後であって且つ第２状態Ｓ２よりも前のタイミングに、他の状態ＳＣが形成される。他の状態ＳＣにおいては、ベーン背圧室４１が、後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の双方に対向して後側背圧溝１３ａ１および前側背圧溝１５ｃ１の双方に連通する。

これらが連通していることによって、前側背圧溝１５ｃ１からの高圧が後側背圧溝１３ａ１に供給され、あるいはその逆向きの圧力移動が行なわれる。吸入、圧縮および吐出の一連のサイクルの中の前半の長い期間に、ベーン背圧室４１に過度に低い圧力が設定されることを抑制することで、必要圧力以上の適正な圧力を確保しながらも、チャタリングの抑制が可能となる。

また、本実施の形態においては、吐出領域３５がリヤ側に設けられており、背圧供給路１５ｅ１，１５ｅ２もリヤサイドプレート１５に設けられており、装置の軸方向における簡素化や簡略化を図ることが可能になっている。背圧供給路は、仕様に応じてフロント側に設けられていてもよい。

図１０は、実施の形態の変形例におけるベーン型圧縮機に適用されている背圧溝の構成を示す図であり、実施の形態における図６に対応している。図１０に示すように、軸方向に対して平行な方向から後側背圧溝１３ａ１と前側背圧溝１５ｃ１とを視た場合（すなわち回転軸１６の軸方向視において）、後側背圧溝１３ａ１の回転軸１６の回転方向前側の一部と前側背圧溝１５ｃ１の回転軸１６の回転方向後側の一部とは、重なっていてもよい。吸入、圧縮および吐出の一連のサイクルの中の前半の長い期間に、ベーン背圧室４１に過度に低い圧力が設定されることを抑制することで、必要圧力以上の適正な圧力を確保しながらも、チャタリングの抑制が可能となる。後側背圧溝１３ａ２および前側背圧溝１５ｃ２についても同様である。

本実施の形態においては、フロント側に後側背圧溝１３ａ１，１３ａ２が設けられており、リヤ側に前側背圧溝１５ｃ１，１５ｃ２が設けられている。このような構成に限られず、フロント側に前側背圧溝が設けられ、リヤ側に後側背圧溝が設けられてもよい。

ハウジング１１においては、底壁部１３ｐとシリンダ部１４とが一体に形成されているが、この構成に代えて、底壁部１３ｐをフロントサイドプレートとしてシリンダ部１４と別体に形成し、軸方向において間隔を空けて配置されたフロントサイドプレートとリヤサイドプレート１５との間にシリンダ部１４を配置する構成としてもよい。当該構成の場合、フロントサイドプレートが第１区画壁を構成し、リヤサイドプレートが第２区画壁を構成する。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１０Ｚ ベーン型圧縮機、１１ ハウジング、１２ リヤハウジング、１２ａ 周壁、１３ フロントハウジング、１３ａ１，１３ａ２，１５ａ１ 後側背圧溝、１３ｃ１，１５ｃ１，１５ｃ２ 前側背圧溝、１３ｅｎ，１５ｅｎ 前端部、１３ｆ１，１３ｆ２，１５ｆ１，１５ｆ２ 背圧溝、１３ｈ，１５ｈ 軸孔、１３ｐ 底壁部、１３ｑ，１５ｑ 環状溝、１３ｓ，１５ｓ 端面、１３ｓｔ，１５ｓｔ 後端部、１４ シリンダ部、１４ａ，１４ｂ 凹部、１４ｃ 内周面、１４ｄ シリンダ室、１５ リヤサイドプレート、１５ｄ２ 環状通路、１５ｄ３，１５ｄ４，１５ｄ１ 油通路、１５ｅ１，１５ｅ２ 背圧供給路、１５ｆ 高圧ガス供給通路、１５ｇ 大径部、１５ｊ 小径部、１６ 回転軸、１７ａ 軸封装置、１８ ロータ、１８ａ ベーン溝、１８ｃ 外周面、１９ ベーン、２０ 吸入空間、２１ 圧縮室、２２ 吸入口、２３ 吸入孔、３０ 吐出室、３１，３４ 吐出口、３２ 吐出弁、３３ 弁体、３３ｓ バネ、３５ 吐出領域、３６ 油分離器、３７ 連通孔、４１ ベーン背圧室、Ｏ 軸心、Ｓ１ 第１状態、Ｓ２ 第２状態、Ｓ３ 第３状態、ＳＣ 状態。

Claims (6)

1. 回転軸と、
   冷媒を吸入する吸入口及び冷媒を吐出する吐出口を備え、シリンダ室を内部に区画し、前記回転軸を支持するハウジングと、
   前記シリンダ室内で前記回転軸と一体回転可能に設けられ、複数のベーン溝が形成されたロータと、
   各々の前記ベーン溝に各々が出没可能に設けられた複数のベーンと、を備え、
   複数の前記ベーンと前記ロータとにより前記シリンダ室内に複数の圧縮室が形成され、
   各々の前記ベーンの底面と各々の前記ベーン溝との間はベーン背圧室とされ、
   前記ハウジングは、吐出領域を前記ハウジングの内部に区画し、前記圧縮室内で圧縮された冷媒は前記吐出領域および前記吐出口を介して外部に吐出され、
   前記ハウジングは、
   前記シリンダ室を区画する第１端面し、前記第１端面に開口して前記回転軸を挿入して支持する第１の挿入孔を備える第１区画壁と、
   前記シリンダ室を区画する第２端面を有し、前記第２端面に開口して前記回転軸を挿入して支持する第２の挿入孔を備え、前記ロータを挟んで軸方向において前記第１区画壁の反対側に配置された第２区画壁と、を含み、
   前記第１端面には、前記第１の挿入孔の開口から径方向に延び、互いに前記第１の挿入孔を跨いで配置され、前記ベーン背圧室に対向して連通する第１後側背圧溝および第２後側背圧溝が形成され、
   前記第２端面には、前記第２の挿入孔の開口から径方向に延び、互いに前記第２の挿入孔を跨いで配置され、前記ベーン背圧室に対向して連通する第１前側背圧溝および第２前側背圧溝が形成され、
   前記第１後側背圧溝における角度範囲は、前記第１前側背圧溝における角度範囲よりも大きく、
   前記第２後側背圧溝における角度範囲は、前記第２前側背圧溝における角度範囲よりも大きく、
   前記第１後側背圧溝および前記第２後側背圧溝は、前記第１の挿入孔を介して連通可能であり、
   前記第１前側背圧溝および前記第２前側背圧溝は、前記第２の挿入孔を介して連通可能である、
   ベーン型圧縮機。
2. 前記第１の挿入孔は、前記第１後側背圧溝と前記第２後側背圧溝とを連通し、前記第１端面から開口する環状溝を有する、
   請求項１に記載のベーン型圧縮機。
3. 前記第２の挿入孔は、前記第１前側背圧溝と前記第２前側背圧溝とを連通し、前記第２端面から開口する環状溝を有する、
   請求項１に記載のベーン型圧縮機。
4. 前記第２区画壁には、前記吐出領域の下部と前記第２の挿入孔とを連通し潤滑油を前記第２の挿入孔に供給する第１の貫通孔と、前記第１の貫通孔の途中から分岐して前記吐出領域の下部と前記ベーン背圧室とを連通する第２の貫通孔を有し、前記ベーン背圧室に背圧を間欠的に供給する背圧供給路が設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。
5. 前記回転軸の軸方向視において、前記第１後側背圧溝における前記回転軸の回転方向前側の一部と、前記第１前側背圧溝における前記回転軸の回転方向後側の一部とは重なる、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。
6. 前記回転軸が回転することに伴って、前記ベーン背圧室が、前記第１後側背圧溝および前記第１前側背圧溝の双方に対向して連通するという状態が形成される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のベーン型圧縮機。

Images