JP4048768B2 - 気体圧縮機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は気体圧縮機に係わり、特に軸動力の損失を少なく、かつ体積効率を向上させ、運転状況の変化によらず安定、かつ寿命の長い気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の気体圧縮機１０の断面図、図９に気体圧縮機１０の図８中のＡ−Ａ矢視線断面図を示す。
気体圧縮機１０は、自動車に搭載され、自動車の室内冷暖房用に用いられている。吸入口６１は、フロントヘッド６３とフロントサイドブロック６５間に形成され、外部に接続された図示しない蒸発器より冷媒ガスを吸入するようになっている。
【０００３】
シリンダ４は、フロントサイドブロック６５とリアサイドブロック６７間に挟装されている。回転軸６は、シリンダ４、フロントヘッド６３及びフロントサイドブロック６５を貫通し、その一端６ａはリアサイドブロック６７内部に到達している。シリンダ４内にはロータ５が回転可能に配設されている。
【０００４】
ロータ５は回転軸６に貫通固定されている。ロータ５の外周面には径方向にベーン溝１２が形成され、ベーン溝１２にはベーン１３が摺動可能に装着されている。そして、ベーン１３は、ロータ５の回転時には遠心力とサライ８１、８７に通ずるベーン溝底部の油圧とによりシリンダ４の内壁に付勢される。
【０００５】
シリンダ４内は、ロータ５、ベーン１３、１３・・により複数の小室に仕切られている。これらの小室は圧縮室１４、１４・・と称され、ロータ５の回転により容積の大小変化を繰り返す。
【０００６】
そして、このように、ロータ５が回転して圧縮室１４、１４・・の容積が変化すると、その容積変化により吸入口６１より低圧冷媒ガスを吸気し圧縮する。フロントヘッド６３端部にはケース５２が固定され、このケース５２の内部には、吐出室１９が形成されている。
【０００７】
圧縮室１４で圧縮された高圧冷媒ガスは、吐出ポート１６、吐出弁１７を介して図示しない吐出ガス通路を経由して吐出室１９に送られる。そして、吐出室１９内に設けられたオイルセパレータ７１で冷媒ガスと油分が分離される。油分は、吐出室１９内底部に溜まり、冷媒ガスは吐出室１９から吐出口７３を経て外部の図示しない凝縮器へと送られる。
【０００８】
一方、吐出室１９内底部に溜まった油分はロータ５回転時の圧力差に従い、オイル通路７７を通じてフロント側軸受部７９に送られる。フロント側軸受部７９を経てサライ８１に到達した油分は減圧され、吐出室１９内の吐出圧Ｐｄより低く、吸入口６１に通ずる吸入室７５の吸入圧Ｐｓより高い圧力Ｐｖとなっている。
【０００９】
また、同様に吐出室１９内底部に溜まった油分は、オイル通路８３を通じてリア側軸受部８５に送られる。そして、サライ８１と同程度の圧力の油分が潤滑等のためサライ８７及び油溜まり８９に溜められる。
【００１０】
回転軸６の他端６ｂは、フロントヘッド６３より外部に出され、アマチュア３３がボルト３４により固着されている。そして、このアマチュア３３は、プーリ３１に電磁吸着されるようになっている。このプーリ３１には、図示しない自動車のエンジンのクランクプーリから動力が伝えられる。フロントヘッド６３と回転軸６の間にはリップシール６４が配設されている。
【００１１】
ここに、冷媒ガスとしてＲ１３４ａを使用した場合における回転軸６に作用する力を算出してみると次のようになる。まず、冬場等で気体圧縮機１０が低負荷のときを設計の基準時に定める。このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが０．６２（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが０．２（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが０．５４（ＭＰａＧ）である。
【００１２】
回転軸６の各部位にかかる力は、圧力に各部位の断面積を乗算することで求めることができる。図８中回転軸６の左方向を正符号として油溜まり８９にかかる力を−Ｆｒｓｈ、サライ８７にかかる力を−Ｆｒ、サライ８１にかかる力をＦｆ、吸入圧Ｐｓにより回転軸６の外周に配設された傾斜部６ｃにかけられる力をＦｄ、アマチュア３３がプーリ３１に電磁吸着されたときのバネ荷重及び外気により回転軸６の右端にかけられる力をＦｃと定義する。
【００１３】
このとき、回転軸６にかかる総合力ΣＦは、ΣＦ＝−Ｆｒｓｈ−Ｆｒ＋Ｆｆ＋Ｆｄ＋Ｆｃで算出できる。回転軸６にかかる総合力ΣＦができるだけ小さく抑えられるように、サライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．３２に設計する。即ち、サライ８７の方がサライ８１より断面積の広い状態である。そして、このときの総合力ΣＦは、ΣＦ＝−０．７（Ｎ）となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同様の演算を夏場等の高負荷時について行ってみると、このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが１．８（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが０．２（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが１．４８（ＭＰａＧ）となる。前述の設計条件の下に同様に総合力ΣＦを算出してみると、総合力ΣＦは、ΣＦ＝−２７５（Ｎ）のように大きくなる。
【００１５】
このため、ロータ５がフロントサイドブロック６５に押しつけられる一方で、リアサイドブロック６７とロータ５の間の隙間は拡大される。従って、運転条件によっては、体積効率が低下したり、摩耗を生じ動力効率も低下するおそれがある。また、隙間から冷媒ガスの漏れる量が増えてしまう。
【００１６】
更に、近年は、地球環境の汚染、とりわけオゾン層の破壊、地球の温暖化を防止するために冷媒ガスとしてフロンよりはるかに影響の少ない炭酸ガス（ＣＯ2）を使用する研究開発が進められている。
【００１７】
気体圧縮機１０でこの炭酸ガスを使用した場合について同様の演算を行ってみると、このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが９．９（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが３．３８（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが８．６（ＭＰａＧ）となる。そして、前述の設計条件の下に同様に総合力ΣＦを算出してみると、総合力ΣＦは、ΣＦ＝−２３１７（Ｎ）のように大きくなる。
【００１８】
この総合力ΣＦを０（Ｎ）とするには、サライ８７に対するサライ８１の断面積比を２．５５に設計する。即ち、この場合には、先のＲ１３４ａを使用した場合とは異なり、サライ８１の方がサライ８７より断面積を広くする必要がある。
【００１９】
しかしながら、サライの断面積比をこのように設計した場合、隙間による冷媒ガスの漏れは更に大きくなり、体積効率の低下や動力効率も著しく低下するおそれがあり、またベーン１３の背圧にもバランスを欠くことになる。このため、気体圧縮機１０の性能と寿命が著しく低下されてしまうという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、軸動力の損失を少なく、かつ体積効率を向上させ、運転状況の変化によらず安定、かつ寿命の長い気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端及び他端が大気に開放されており、該回転軸の一端に作用する第１の押圧力と該回転軸の他端に作用する第２の押圧力とがほぼ同一とされたことを特徴とする。
【００２２】
回転軸の両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。従って、気体圧縮機の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸のスラスト荷重は常にバランスされる。このため、気体圧縮機の動力効率及び体積効率を向上させることができる。そして、気体圧縮機の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。
【００２３】
また、本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端が接する第１の環境と、前記回転軸の他端が接する第２の環境とを備え、該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の空気で構成されたことを特徴とする。
更に、本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端が接する第１の環境と、前記回転軸の他端が接する第２の環境と、前記第１の環境を前記冷媒ガスと仕切る第１のシール手段と、前記第２の環境を前記冷媒ガスと仕切る第２のシール手段と、該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の流体若しくは真空で構成されたことを特徴とする。
【００２４】
回転軸の両軸端部は常に同一の圧力の流体若しくは真空が接するため、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。従って、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
更に、本発明は、前記第１の環境と前記第２の環境とを連通する連通手段を備えて構成した。
【００２６】
第１の環境と第２の環境とを連通させることで、回転軸の両軸端部は常に同一の圧力の流体若しくは真空と接することになる。
【００２８】
更に、本発明は、前記連通手段は、前記回転軸の内部に貫通された貫通穴であることを特徴とする。
【００２９】
更に、本発明は、前記吐出室はケースで外側を仕切られて形成されており、前記連通手段は、前記第１の環境が該吐出室を貫通して前記ケースの外部と連通されたことを特徴とする。
【００３０】
更に、本発明は、前記吐出室はケース及びサイドブロックで仕切られて形成されており、前記連通手段は、前記第１の環境が、前記サイドブロックの内部を貫通する第１の貫通穴と、該第１の貫通穴と連通されかつ前記ケースを貫通する第２の貫通穴を介して外部に連通されたことを特徴とする。
【００３１】
更に、本発明は、前記連通手段は、前記第２の環境がケースの外部と連通されたことを特徴とする。
【００３２】
更に、本発明は、前記回転軸に取付けられたロータと、該ロータに出没自在に配設されたベーンと、前記ロータの両側部にそれぞれ配設されたサイドブロックと、該サイドブロックの前記ロータに面し、かつ前記回転軸回りにそれぞれ形成されたサライとを備え、該２つのサライがほぼ同一の径方向回りの断面積にて形成されたことを特徴とする。
【００３３】
２つのサライをほぼ同一の径方向回りの断面積にて形成することで、ベーンの背圧が一層バランスの取れたものとなる。
【００３５】
更に、本発明は、前記冷媒ガスが炭酸ガスであることを特徴とする。
【００３６】
冷媒ガスとして炭酸ガスのような作動圧力が非常に高いものに対しても適用可能である。炭酸ガスを使用した場合には、地球温暖化の防止に貢献する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１に、本発明の第１実施形態の構成図を示す。なお、図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
図１において、回転軸６には中心を貫通する貫通穴１０１が設けられている。そして、この貫通穴１０１の右端側部には、貫通穴１０１と連通された連通穴１０３が設けられている。この連通穴１０３は、連通路１０５を経てアマチュア３３の外部に連通している。
【００３９】
回転軸６の右端には小空間１０７が形成され、かつこの小空間１０７と連通穴１０３間を連通させる溝１０９が、回転軸６の周囲軸方向に沿って刻設されている。従って、小空間１０７は溝１０９、連通穴１０３、連通路１０５を介して外気と連通されている。
【００４０】
一方、オイルセパレータ７１には回転軸６の左端部が収納される空間１１１が形成されている。そして、この空間１１１の内周の壁と回転軸６間にはリップシール１１３が配設されている。
【００４１】
従って、回転軸６の左端部とリップシール１１３間には後端室１１５が形成され、この後端室１１５は貫通穴１０１、連通穴１０３、連通路１０５を介して外気と連通されている。なお、リップシール１１３、６４はメカニカルシールとされてもよい。
【００４２】
かかる構成において、回転軸６にかかる総合力ΣＦを算出すると、炭酸ガス
（ＣＯ2）を使用し、かつサライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．３２に設定した場合であっても総合力ΣＦ＝−５８０（Ｎ）のように小さくできる。
【００４３】
また、サライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．０８に設定した場合には、総合力ΣＦを０（Ｎ）とすることができる。
【００４４】
回転軸６の両軸端部は常に大気中にあるため、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。更に、気体圧縮機１０の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸６のスラスト荷重は常にバランスされる。従って、ベーン１３の背圧もバランスの取れたものとなる。
【００４５】
なお、スラスト荷重の微小調整は、アマチュア３３とプーリ３１間の吸着隙間に挿入される隙間調整板１１７の厚みで調整できる。このとき、力Ｆｃの大きさが隙間調整板１１７の厚みによって調整される。
【００４６】
以上により、ロータ５はフロントサイドブロック６５やリアサイドブロック６７との摩擦力が低減され、それらの部材間の摩耗も低減される。従って、気体圧縮機１０の動力効率が向上する。
【００４７】
また、ロータ５とフロントサイドブロック６５やリアサイドブロック６７間の隙間の偏りが生じないため、冷媒ガスの内部リークを最低に押さえることができる。従って、気体圧縮機１０の体積効率を向上することができる。
【００４８】
このため、気体圧縮機１０の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。また、気体圧縮機１０を用いた冷凍サイクルのＣＯＰ（気体圧縮機１０の能率を冷房能力と動力との比によって表した成績係数）が向上する。
【００４９】
更に、冷媒ガスとして炭酸ガスのような作動圧力が非常に高いものに対しても適用可能である。炭酸ガスを使用した場合には、地球温暖化の防止に貢献する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２に、本発明の第２実施形態の構成図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５０】
図２において、パイプ軸１２１がケース５２の側部から貫通され、オイルセパレータ７１に固定されている。パイプ軸１２１の左端はＯリング１２３を介してナット１２５で締結されている。このパイプ軸１２１には中心を貫通する大気連通穴１２７が設けられている。従って、後端室１１５は大気連通穴１２７を介して外気と連通されている。
【００５１】
一方、アマチュア３３の小空間１０７に接する側部には連通穴１２９が設けられている。従って、小空間１０７は連通穴１２９、連通路１０５を介して外気と連通されている。
【００５２】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３に、本発明の第３実施形態の全体構成図を、図４に部分拡大図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５３】
図３及び図４において、オイルセパレータ７１には、回転軸６の左端部を収容する円柱状の空間１３０が形成されている。リップシール１１３は、この空間１３０の内壁と回転軸６の間に配設されている。回転軸６の左端部に対峙するオイルセパレータ７１部分には溝１３１が形成されている。
【００５４】
また、この溝１３１に連通される連通穴１３３がオイルセパレータ７１に設けられている。更に、リアサイドブロック６７には、連通穴１３３に連通する連通穴１３５、１３７が設けられている。連通穴１３５のオイルセパレータ７１と接する部位周囲にはＯリング１３４が埋設されている。
【００５５】
ケース５２のリアサイドブロック６７に接する部分には、Ｏリング１３９を押さえるためのＯリング押さえ１４１が配設されている。そして、このＯリング押さえ１４１の中央には連通穴１４３が設けられ、この連通穴１４３は連通穴１３７の上端と連通するように構成されている。
【００５６】
Ｏリング押さえ１４１の上端一部には溝１４５が形成されている。そして、ケース５２には、この溝１４５と連通する連通穴１４７が設けられている。連通穴１４７の上端は外気に通じている。Ｏリング押さえ１４１はその上端より六角穴付ネジ１４９によって止められている。従って、後端室１１５は溝１３１、連通穴１３３、連通穴１３５、連通穴１３７、連通穴１４３、溝１４５、連通穴１４７を介して外気と連通されている。
【００５７】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。次に、本発明の第４実施形態について説明する。図５に、本発明の第４実施形態の全体構成図を、図６に部分拡大図を示す。なお、図３及び図４と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５８】
図５及び図６において、リアサイドブロック６７の回転軸６が貫通される周囲は吐出室１９側に向けて突設された突設部６７ａを有している。そして、この突設部６７ａの左端部には所定深さの円柱状の空間１５１が形成されている。回転軸６の左端部６ａはリアサイドブロック６７を貫通し、この空間１５１内に突出されている。
【００５９】
オイルセパレータ７１は、突設部６７ａを覆うようにリアサイドブロック６７側部に取付けられている。リップシール１１３は空間１５１内の回転軸６と突設部６７ａの内壁間に配設されている。オイルセパレータ７１の後端室１１５に接する部位には溝１５３が形成され、また、この溝１５３に連通される連通穴１５５及び連通穴１３７がリアサイドブロック６７に設けられている。
【００６０】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本発明の第３実施形態に比べてＯリングの数を少なくできる。
【００６１】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図７に、本発明の第５実施形態の構成図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００６２】
図７において、回転軸６の右端部は、アマチュア３３より突出され、この突出部分の周囲に配設された止輪１６１にてアマチュア３３が保持されている。貫通穴１０１は回転軸６の右端まで軸線に沿って延長され、この右端にて外気に通じている。
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、回転軸の一端に作用する第１の押圧力と回転軸の他端に作用する第２の押圧力とがほぼ同一となるように構成したので、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。
【００６３】
従って、気体圧縮機の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸のスラスト荷重は常にバランスされる。このため、気体圧縮機の動力効率及び体積効率を向上させることができる。そして、気体圧縮機の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の構成図
【図２】 本発明の第２実施形態の構成図
【図３】 本発明の第３実施形態の全体構成図
【図４】 同上部分拡大図
【図５】 本発明の第４実施形態の全体構成図
【図６】 同上部分拡大図
【図７】 本発明の第５実施形態の構成図
【図８】 従来の気体圧縮機の断面図
【図９】 図８中のＡ−Ａ矢視線断面図
【符号の説明】
５ ロータ
６ 回転軸
１３ ベーン
１４ 圧縮室
１９ 吐出室
３３ アマチュア
３４ ボルト
５２ ケース
６３ フロントヘッド
６４、１１３ リップシール
６５ フロントサイドブロック
６７ リアサイドブロック
６７ａ 突設部
７１ オイルセパレータ
８１、８７ サライ
１０１、１０３ 貫通穴
１０５ 連通路
１０７ 小空間
１０９、１３１、１４５、１５３ 溝
１１１、１３０、１５１ 空間
１１５ 後端室
１２１ パイプ軸
１２７ 大気連通穴
１２９、１３３、１３５、１３７、１４３、１４７、１５５ 連通穴
１３４、１３９ Ｏリング
１４９ 六角穴付ネジ
１６１ 止輪
【発明の属する技術分野】
本発明は気体圧縮機に係わり、特に軸動力の損失を少なく、かつ体積効率を向上させ、運転状況の変化によらず安定、かつ寿命の長い気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８に従来の気体圧縮機１０の断面図、図９に気体圧縮機１０の図８中のＡ−Ａ矢視線断面図を示す。
気体圧縮機１０は、自動車に搭載され、自動車の室内冷暖房用に用いられている。吸入口６１は、フロントヘッド６３とフロントサイドブロック６５間に形成され、外部に接続された図示しない蒸発器より冷媒ガスを吸入するようになっている。
【０００３】
シリンダ４は、フロントサイドブロック６５とリアサイドブロック６７間に挟装されている。回転軸６は、シリンダ４、フロントヘッド６３及びフロントサイドブロック６５を貫通し、その一端６ａはリアサイドブロック６７内部に到達している。シリンダ４内にはロータ５が回転可能に配設されている。
【０００４】
ロータ５は回転軸６に貫通固定されている。ロータ５の外周面には径方向にベーン溝１２が形成され、ベーン溝１２にはベーン１３が摺動可能に装着されている。そして、ベーン１３は、ロータ５の回転時には遠心力とサライ８１、８７に通ずるベーン溝底部の油圧とによりシリンダ４の内壁に付勢される。
【０００５】
シリンダ４内は、ロータ５、ベーン１３、１３・・により複数の小室に仕切られている。これらの小室は圧縮室１４、１４・・と称され、ロータ５の回転により容積の大小変化を繰り返す。
【０００６】
そして、このように、ロータ５が回転して圧縮室１４、１４・・の容積が変化すると、その容積変化により吸入口６１より低圧冷媒ガスを吸気し圧縮する。フロントヘッド６３端部にはケース５２が固定され、このケース５２の内部には、吐出室１９が形成されている。
【０００７】
圧縮室１４で圧縮された高圧冷媒ガスは、吐出ポート１６、吐出弁１７を介して図示しない吐出ガス通路を経由して吐出室１９に送られる。そして、吐出室１９内に設けられたオイルセパレータ７１で冷媒ガスと油分が分離される。油分は、吐出室１９内底部に溜まり、冷媒ガスは吐出室１９から吐出口７３を経て外部の図示しない凝縮器へと送られる。
【０００８】
一方、吐出室１９内底部に溜まった油分はロータ５回転時の圧力差に従い、オイル通路７７を通じてフロント側軸受部７９に送られる。フロント側軸受部７９を経てサライ８１に到達した油分は減圧され、吐出室１９内の吐出圧Ｐｄより低く、吸入口６１に通ずる吸入室７５の吸入圧Ｐｓより高い圧力Ｐｖとなっている。
【０００９】
また、同様に吐出室１９内底部に溜まった油分は、オイル通路８３を通じてリア側軸受部８５に送られる。そして、サライ８１と同程度の圧力の油分が潤滑等のためサライ８７及び油溜まり８９に溜められる。
【００１０】
回転軸６の他端６ｂは、フロントヘッド６３より外部に出され、アマチュア３３がボルト３４により固着されている。そして、このアマチュア３３は、プーリ３１に電磁吸着されるようになっている。このプーリ３１には、図示しない自動車のエンジンのクランクプーリから動力が伝えられる。フロントヘッド６３と回転軸６の間にはリップシール６４が配設されている。
【００１１】
ここに、冷媒ガスとしてＲ１３４ａを使用した場合における回転軸６に作用する力を算出してみると次のようになる。まず、冬場等で気体圧縮機１０が低負荷のときを設計の基準時に定める。このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが０．６２（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが０．２（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが０．５４（ＭＰａＧ）である。
【００１２】
回転軸６の各部位にかかる力は、圧力に各部位の断面積を乗算することで求めることができる。図８中回転軸６の左方向を正符号として油溜まり８９にかかる力を−Ｆｒｓｈ、サライ８７にかかる力を−Ｆｒ、サライ８１にかかる力をＦｆ、吸入圧Ｐｓにより回転軸６の外周に配設された傾斜部６ｃにかけられる力をＦｄ、アマチュア３３がプーリ３１に電磁吸着されたときのバネ荷重及び外気により回転軸６の右端にかけられる力をＦｃと定義する。
【００１３】
このとき、回転軸６にかかる総合力ΣＦは、ΣＦ＝−Ｆｒｓｈ−Ｆｒ＋Ｆｆ＋Ｆｄ＋Ｆｃで算出できる。回転軸６にかかる総合力ΣＦができるだけ小さく抑えられるように、サライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．３２に設計する。即ち、サライ８７の方がサライ８１より断面積の広い状態である。そして、このときの総合力ΣＦは、ΣＦ＝−０．７（Ｎ）となる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、同様の演算を夏場等の高負荷時について行ってみると、このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが１．８（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが０．２（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが１．４８（ＭＰａＧ）となる。前述の設計条件の下に同様に総合力ΣＦを算出してみると、総合力ΣＦは、ΣＦ＝−２７５（Ｎ）のように大きくなる。
【００１５】
このため、ロータ５がフロントサイドブロック６５に押しつけられる一方で、リアサイドブロック６７とロータ５の間の隙間は拡大される。従って、運転条件によっては、体積効率が低下したり、摩耗を生じ動力効率も低下するおそれがある。また、隙間から冷媒ガスの漏れる量が増えてしまう。
【００１６】
更に、近年は、地球環境の汚染、とりわけオゾン層の破壊、地球の温暖化を防止するために冷媒ガスとしてフロンよりはるかに影響の少ない炭酸ガス（ＣＯ2）を使用する研究開発が進められている。
【００１７】
気体圧縮機１０でこの炭酸ガスを使用した場合について同様の演算を行ってみると、このときの回転軸６の各部位にかかる圧力は、例えば、吐出圧Ｐｄが９．９（ＭＰａＧ）、吸入圧Ｐｓが３．３８（ＭＰａＧ）、サライ８１、８７及び油溜まり８９の圧力Ｐｖが８．６（ＭＰａＧ）となる。そして、前述の設計条件の下に同様に総合力ΣＦを算出してみると、総合力ΣＦは、ΣＦ＝−２３１７（Ｎ）のように大きくなる。
【００１８】
この総合力ΣＦを０（Ｎ）とするには、サライ８７に対するサライ８１の断面積比を２．５５に設計する。即ち、この場合には、先のＲ１３４ａを使用した場合とは異なり、サライ８１の方がサライ８７より断面積を広くする必要がある。
【００１９】
しかしながら、サライの断面積比をこのように設計した場合、隙間による冷媒ガスの漏れは更に大きくなり、体積効率の低下や動力効率も著しく低下するおそれがあり、またベーン１３の背圧にもバランスを欠くことになる。このため、気体圧縮機１０の性能と寿命が著しく低下されてしまうという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたもので、軸動力の損失を少なく、かつ体積効率を向上させ、運転状況の変化によらず安定、かつ寿命の長い気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端及び他端が大気に開放されており、該回転軸の一端に作用する第１の押圧力と該回転軸の他端に作用する第２の押圧力とがほぼ同一とされたことを特徴とする。
【００２２】
回転軸の両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。従って、気体圧縮機の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸のスラスト荷重は常にバランスされる。このため、気体圧縮機の動力効率及び体積効率を向上させることができる。そして、気体圧縮機の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。
【００２３】
また、本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端が接する第１の環境と、前記回転軸の他端が接する第２の環境とを備え、該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の空気で構成されたことを特徴とする。
更に、本発明は、プーリによって駆動される回転軸と、該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、前記回転軸の一端が接する第１の環境と、前記回転軸の他端が接する第２の環境と、前記第１の環境を前記冷媒ガスと仕切る第１のシール手段と、前記第２の環境を前記冷媒ガスと仕切る第２のシール手段と、該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の流体若しくは真空で構成されたことを特徴とする。
【００２４】
回転軸の両軸端部は常に同一の圧力の流体若しくは真空が接するため、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。従って、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
更に、本発明は、前記第１の環境と前記第２の環境とを連通する連通手段を備えて構成した。
【００２６】
第１の環境と第２の環境とを連通させることで、回転軸の両軸端部は常に同一の圧力の流体若しくは真空と接することになる。
【００２８】
更に、本発明は、前記連通手段は、前記回転軸の内部に貫通された貫通穴であることを特徴とする。
【００２９】
更に、本発明は、前記吐出室はケースで外側を仕切られて形成されており、前記連通手段は、前記第１の環境が該吐出室を貫通して前記ケースの外部と連通されたことを特徴とする。
【００３０】
更に、本発明は、前記吐出室はケース及びサイドブロックで仕切られて形成されており、前記連通手段は、前記第１の環境が、前記サイドブロックの内部を貫通する第１の貫通穴と、該第１の貫通穴と連通されかつ前記ケースを貫通する第２の貫通穴を介して外部に連通されたことを特徴とする。
【００３１】
更に、本発明は、前記連通手段は、前記第２の環境がケースの外部と連通されたことを特徴とする。
【００３２】
更に、本発明は、前記回転軸に取付けられたロータと、該ロータに出没自在に配設されたベーンと、前記ロータの両側部にそれぞれ配設されたサイドブロックと、該サイドブロックの前記ロータに面し、かつ前記回転軸回りにそれぞれ形成されたサライとを備え、該２つのサライがほぼ同一の径方向回りの断面積にて形成されたことを特徴とする。
【００３３】
２つのサライをほぼ同一の径方向回りの断面積にて形成することで、ベーンの背圧が一層バランスの取れたものとなる。
【００３５】
更に、本発明は、前記冷媒ガスが炭酸ガスであることを特徴とする。
【００３６】
冷媒ガスとして炭酸ガスのような作動圧力が非常に高いものに対しても適用可能である。炭酸ガスを使用した場合には、地球温暖化の防止に貢献する。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。図１に、本発明の第１実施形態の構成図を示す。なお、図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００３８】
図１において、回転軸６には中心を貫通する貫通穴１０１が設けられている。そして、この貫通穴１０１の右端側部には、貫通穴１０１と連通された連通穴１０３が設けられている。この連通穴１０３は、連通路１０５を経てアマチュア３３の外部に連通している。
【００３９】
回転軸６の右端には小空間１０７が形成され、かつこの小空間１０７と連通穴１０３間を連通させる溝１０９が、回転軸６の周囲軸方向に沿って刻設されている。従って、小空間１０７は溝１０９、連通穴１０３、連通路１０５を介して外気と連通されている。
【００４０】
一方、オイルセパレータ７１には回転軸６の左端部が収納される空間１１１が形成されている。そして、この空間１１１の内周の壁と回転軸６間にはリップシール１１３が配設されている。
【００４１】
従って、回転軸６の左端部とリップシール１１３間には後端室１１５が形成され、この後端室１１５は貫通穴１０１、連通穴１０３、連通路１０５を介して外気と連通されている。なお、リップシール１１３、６４はメカニカルシールとされてもよい。
【００４２】
かかる構成において、回転軸６にかかる総合力ΣＦを算出すると、炭酸ガス
（ＣＯ2）を使用し、かつサライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．３２に設定した場合であっても総合力ΣＦ＝−５８０（Ｎ）のように小さくできる。
【００４３】
また、サライ８１に対するサライ８７の断面積比を１．０８に設定した場合には、総合力ΣＦを０（Ｎ）とすることができる。
【００４４】
回転軸６の両軸端部は常に大気中にあるため、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。更に、気体圧縮機１０の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸６のスラスト荷重は常にバランスされる。従って、ベーン１３の背圧もバランスの取れたものとなる。
【００４５】
なお、スラスト荷重の微小調整は、アマチュア３３とプーリ３１間の吸着隙間に挿入される隙間調整板１１７の厚みで調整できる。このとき、力Ｆｃの大きさが隙間調整板１１７の厚みによって調整される。
【００４６】
以上により、ロータ５はフロントサイドブロック６５やリアサイドブロック６７との摩擦力が低減され、それらの部材間の摩耗も低減される。従って、気体圧縮機１０の動力効率が向上する。
【００４７】
また、ロータ５とフロントサイドブロック６５やリアサイドブロック６７間の隙間の偏りが生じないため、冷媒ガスの内部リークを最低に押さえることができる。従って、気体圧縮機１０の体積効率を向上することができる。
【００４８】
このため、気体圧縮機１０の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。また、気体圧縮機１０を用いた冷凍サイクルのＣＯＰ（気体圧縮機１０の能率を冷房能力と動力との比によって表した成績係数）が向上する。
【００４９】
更に、冷媒ガスとして炭酸ガスのような作動圧力が非常に高いものに対しても適用可能である。炭酸ガスを使用した場合には、地球温暖化の防止に貢献する。
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２に、本発明の第２実施形態の構成図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５０】
図２において、パイプ軸１２１がケース５２の側部から貫通され、オイルセパレータ７１に固定されている。パイプ軸１２１の左端はＯリング１２３を介してナット１２５で締結されている。このパイプ軸１２１には中心を貫通する大気連通穴１２７が設けられている。従って、後端室１１５は大気連通穴１２７を介して外気と連通されている。
【００５１】
一方、アマチュア３３の小空間１０７に接する側部には連通穴１２９が設けられている。従って、小空間１０７は連通穴１２９、連通路１０５を介して外気と連通されている。
【００５２】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３に、本発明の第３実施形態の全体構成図を、図４に部分拡大図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５３】
図３及び図４において、オイルセパレータ７１には、回転軸６の左端部を収容する円柱状の空間１３０が形成されている。リップシール１１３は、この空間１３０の内壁と回転軸６の間に配設されている。回転軸６の左端部に対峙するオイルセパレータ７１部分には溝１３１が形成されている。
【００５４】
また、この溝１３１に連通される連通穴１３３がオイルセパレータ７１に設けられている。更に、リアサイドブロック６７には、連通穴１３３に連通する連通穴１３５、１３７が設けられている。連通穴１３５のオイルセパレータ７１と接する部位周囲にはＯリング１３４が埋設されている。
【００５５】
ケース５２のリアサイドブロック６７に接する部分には、Ｏリング１３９を押さえるためのＯリング押さえ１４１が配設されている。そして、このＯリング押さえ１４１の中央には連通穴１４３が設けられ、この連通穴１４３は連通穴１３７の上端と連通するように構成されている。
【００５６】
Ｏリング押さえ１４１の上端一部には溝１４５が形成されている。そして、ケース５２には、この溝１４５と連通する連通穴１４７が設けられている。連通穴１４７の上端は外気に通じている。Ｏリング押さえ１４１はその上端より六角穴付ネジ１４９によって止められている。従って、後端室１１５は溝１３１、連通穴１３３、連通穴１３５、連通穴１３７、連通穴１４３、溝１４５、連通穴１４７を介して外気と連通されている。
【００５７】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。次に、本発明の第４実施形態について説明する。図５に、本発明の第４実施形態の全体構成図を、図６に部分拡大図を示す。なお、図３及び図４と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００５８】
図５及び図６において、リアサイドブロック６７の回転軸６が貫通される周囲は吐出室１９側に向けて突設された突設部６７ａを有している。そして、この突設部６７ａの左端部には所定深さの円柱状の空間１５１が形成されている。回転軸６の左端部６ａはリアサイドブロック６７を貫通し、この空間１５１内に突出されている。
【００５９】
オイルセパレータ７１は、突設部６７ａを覆うようにリアサイドブロック６７側部に取付けられている。リップシール１１３は空間１５１内の回転軸６と突設部６７ａの内壁間に配設されている。オイルセパレータ７１の後端室１１５に接する部位には溝１５３が形成され、また、この溝１５３に連通される連通穴１５５及び連通穴１３７がリアサイドブロック６７に設けられている。
【００６０】
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本発明の第３実施形態に比べてＯリングの数を少なくできる。
【００６１】
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図７に、本発明の第５実施形態の構成図を示す。なお、図１及び図８と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
【００６２】
図７において、回転軸６の右端部は、アマチュア３３より突出され、この突出部分の周囲に配設された止輪１６１にてアマチュア３３が保持されている。貫通穴１０１は回転軸６の右端まで軸線に沿って延長され、この右端にて外気に通じている。
以上の構成により、本発明の第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、回転軸の一端に作用する第１の押圧力と回転軸の他端に作用する第２の押圧力とがほぼ同一となるように構成したので、両軸端部にそれぞれかかる力の大きさには差を生じない。
【００６３】
従って、気体圧縮機の運転状況の変動による影響も受けにくくなり、回転軸のスラスト荷重は常にバランスされる。このため、気体圧縮機の動力効率及び体積効率を向上させることができる。そして、気体圧縮機の性能を安定させ、かつ寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の構成図
【図２】 本発明の第２実施形態の構成図
【図３】 本発明の第３実施形態の全体構成図
【図４】 同上部分拡大図
【図５】 本発明の第４実施形態の全体構成図
【図６】 同上部分拡大図
【図７】 本発明の第５実施形態の構成図
【図８】 従来の気体圧縮機の断面図
【図９】 図８中のＡ−Ａ矢視線断面図
【符号の説明】
５ ロータ
６ 回転軸
１３ ベーン
１４ 圧縮室
１９ 吐出室
３３ アマチュア
３４ ボルト
５２ ケース
６３ フロントヘッド
６４、１１３ リップシール
６５ フロントサイドブロック
６７ リアサイドブロック
６７ａ 突設部
７１ オイルセパレータ
８１、８７ サライ
１０１、１０３ 貫通穴
１０５ 連通路
１０７ 小空間
１０９、１３１、１４５、１５３ 溝
１１１、１３０、１５１ 空間
１１５ 後端室
１２１ パイプ軸
１２７ 大気連通穴
１２９、１３３、１３５、１３７、１４３、１４７、１５５ 連通穴
１３４、１３９ Ｏリング
１４９ 六角穴付ネジ
１６１ 止輪
Claims (10)
- プーリによって駆動される回転軸と、
該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、
前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、
該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、
該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、
前記回転軸の一端及び他端が大気に開放されており、該回転軸の一端に作用する第１の押圧力と該回転軸の他端に作用する第２の押圧力とがほぼ同一とされたことを特徴とする気体圧縮機。 - プーリによって駆動される回転軸と、
該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、
前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、
該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、
該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、
前記回転軸の一端が接する第１の環境と、
前記回転軸の他端が接する第２の環境とを備え、
該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の空気で構成されたことを特徴とする気体圧縮機。 - プーリによって駆動される回転軸と、
該回転軸のリア側を保持するリア側軸受部と、
前記回転軸の回転に伴い吸入口より吸引した冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、
該圧縮室で圧縮された冷媒ガスより油分が分離される吐出室と、
該吐出室に溜まった油分がオイル通路を通じて前記リア側軸受部に送られるベーン型気体圧縮機において、
前記回転軸の一端が接する第１の環境と、
前記回転軸の他端が接する第２の環境と、
前記第１の環境を前記冷媒ガスと仕切る第１のシール手段と、
前記第２の環境を前記冷媒ガスと仕切る第２のシール手段と、
該第２の環境と前記第１の環境とが同一の圧力の流体若しくは真空で構成されたことを特徴とする気体圧縮機。 - 前記第１の環境と前記第２の環境とを連通する連通手段を備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の気体圧縮機。
- 前記連通手段は、前記回転軸の内部に貫通された貫通穴であることを特徴とする請求項４記載の気体圧縮機。
- 前記吐出室はケースで外側を仕切られて形成されており、
前記連通手段は、前記第１の環境が該吐出室を貫通して前記ケースの外部と連通されたことを特徴とする請求項４記載の気体圧縮機。 - 前記吐出室はケース及びサイドブロックで仕切られて形成されており、
前記連通手段は、前記第１の環境が、前記サイドブロックの内部を貫通する第１の貫通穴と、該第１の貫通穴と連通されかつ前記ケースを貫通する第２の貫通穴を介して外部に連通されたことを特徴とする請求項４記載の気体圧縮機。 - 前記連通手段は、前記第２の環境がケースの外部と連通されたことを特徴とする請求項４、５、６又は７記載の気体圧縮機。
- 前記回転軸に取付けられたロータと、
該ロータに出没自在に配設されたベーンと、
前記ロータの両側部にそれぞれ配設されたサイドブロックと、
該サイドブロックの前記ロータに面し、かつ前記回転軸回りにそれぞれ形成されたサライとを備え、
該２つのサライがほぼ同一の径方向回りの断面積にて形成されたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載の気体圧縮機。 - 前記冷媒ガスが炭酸ガスであることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載の気体圧縮機。
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