JP4382852B2 - ベーン形圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ベーン形圧縮機に関する。

特許文献１に「気体圧縮機」が記載されている。

この気体圧縮機にはベーン形圧縮機が用いられている。ベーン形圧縮機は、一般に、吐出圧によって加圧されたオイル圧（背圧）をロータのベーン溝に送り、ベーンをシリンダのカム面に押圧して圧縮機能の立ち上がりを改善すると共に、チャタリング（ベーンとカム面とが離間と衝突を繰り返す）とその騒音を軽減させる。

上記の気体圧縮機では、通常の背圧供給通路の他に、高圧供給通路を設け、スプリングで操作されるバルブによってこの高圧供給通路の切り替えを行い、吐出圧（背圧）が不足する起動時などに生じるチャタリング防止機能の低下を抑えている。

特許文献２に「ベーンポンプ」が記載されている。

このベーンポンプでは、ベーン背圧に加えて、カム面にベーンを押圧するコイルスプリングをベーンとベーン溝との間に設け、チャタリング防止機能を強化している。また、このコイルスプリングが縮む際の座屈を防止するために、コイルスプリングにはその自由長より短い保持棒が挿入されている。この保持棒は支持板を介してベーン溝に取り付けられている。
特開２００７−１００６０２号公報 実公平８−５３８号公報

ところが、コイルスプリングの座屈を保持棒で防止する上記ベーンポンプの場合、コイルスプリングの内周（巻径の内径側）が保持棒の外周と接触し摺動するので、コイルスプリングと支持棒の双方が摩耗する。特に、コイルスプリングは、内周側に応力が集中するから、内周側の摩耗に伴ってバネ定数の変化や破損などが生じる恐れがある。

また、上記の気体圧縮機では、チャタリングを防止するために高圧供給通路とスプリング操作のバルブを追加配置しているから、それだけ構造が複雑で、コスト高になっている。

そこで、この発明は、コイルスプリングの摩耗と破損が防止され、また、チャタリング防止用の高圧供給通路とスプリング操作バルブが不要で構造の複雑化とコスト上昇が防止されるベーン形圧縮機の提供を目的としている。

請求項１のベーン形圧縮機は、カム面の内側で回転するロータと、前記ロータに形成されたベーン溝と、前記ロータの回転に伴って前記カム面と接触しながら前記ベーン溝を進退するベーンと、前記ベーン溝の底部に固定されたガイド部材と、前記ガイド部材の外周に嵌装され、前記ベーンを前記カム面に押圧するコイルスプリングとを備えたベーン形圧縮機であって、前記コイルスプリングは、直列に連結された少なくとも２個の小コイルスプリングからなると共に、連結された前記各小コイルスプリングの対向端部の間には、小コイルスプリングの内周より内側に突出する摺動部材が設けられたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載のベーン形圧縮機にあって、前記小コイルスプリングの端部と前記ベーンの底部側端部との間と、前記小コイルスプリングの端部と前記ベーン溝の底部側端部との間の少なくともいずれか一方には、摺動部材が設けられたことを特徴とする。

請求項１に記載のベーン形圧縮機は、コイルスプリングを少なくとも２箇の小コイルスプリングに分割し、その間に（内周側が小コイルスプリングの内周より内側に突出する）摺動部材を配置したので、コイルスプリングが座屈することによってその中間箇所がガイド部材に接触することを防止できる。従って、コイルスプリングの座屈による摩耗と破損を防止できる。

また、コイルスプリングによってベーンのチャタリングを防止するので、ベーン背圧を補助するための高圧供給通路とスプリング操作バルブを追加する必要がなくなり、構造の複雑化とコスト上昇が防止される。

請求項２に記載のベーン形圧縮機は、コイルスプリングの少なくとも一方の端部がガイド部材に接触することを防止できる。従って、コイルスプリングの少なくとも一方の端部の摩耗と破損を防止できる。

（一実施形態）
図１〜図３によって電動圧縮機１の説明をする。電動圧縮機１はベーン形圧縮機３（一実施形態）と、ベーン形圧縮機３を駆動する電動モータ５とを備えている。図１は電動圧縮機１の縦断面図、図２はコイルスプリングが伸長時の要部断面図、図３はコイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。

ベーン形圧縮機３は、カム面７の内側で回転するロータ９と、ロータ９に形成されたベーン溝１１と、ロータ９の回転に伴ってカム面７と接触しながらベーン溝１１を進退するベーン１３と、ベーン溝１１の底部に固定されたガイド部材であるガイドピン１５と、ガイドピン１５の外周に嵌装され、ベーン１３をカム面７に押圧するコイルスプリングとを備えたベーン形圧縮機であって、前記コイルスプリングが、２箇の小コイルスプリング１７，１９からなると共に、ガイドピン１５の外周に摺動部材２１を摺動自在に嵌装し、摺動部材２１が、各小コイルスプリング１７，１９の対向端部２３，２５の間に配置されて、小コイルスプリング１７，１９とガイドピン１５との接触を防止している。

次に、電動圧縮機１（ベーン形圧縮機３及び電動モータ５）の構造を具体的に説明する。

電動圧縮機１は、車両用空調装置の冷却システムに用いられており、ベーン形圧縮機３によって断熱圧縮された高温高圧の冷媒ガスは、コンデンサ（凝縮器）で液化し、膨張弁で絞り膨張し、エバポレータ（蒸発器）で熱交換し、冷風を作り出しながら加熱されて気化し、ベーン形圧縮機３に戻って断熱圧縮される。冷媒には適量の潤滑オイルが混入されている。

電動圧縮機１は、ベーン形圧縮機３、電動モータ５、電動モータ５の回転数を制御する駆動回路部２７などから構成されており、駆動回路部２７はフロントハウジング２９に収容され、ベーン形圧縮機３はミドルハウジング３１に収容され、電動モータ５はリヤハウジング３３に収容され、各ハウジング２９，３１，３３はボルトで互いに連結され固定されている。

ベーン形圧縮機３は、ロータ９、ベーン１３、シリンダブロック３５、フロントブロック３７、リアブロック３９、ロータ軸４１などから構成されている。各ブロック３５，３７，３９はボルトによってミドルハウジング３１に固定され、ロータ軸４１の左端部と中央部はフロントブロック３７とリアブロック３９によって回転自在に支持されている。カム面７はシリンダブロック３５に形成されており、ロータ９はロータ軸４１にスプライン連結されている。ベーン溝１１はロータ９に周方向等間隔で放射状に形成され、ベーン１３を進退自在に支持している。

カム面７とロータ９の外周面と各ベーン１３との間には複数の圧縮室が形成されており、ベーン形圧縮機３が駆動されロータ９が回転すると、各ベーン１３は、回転開始時には小コイルスプリング１７，１９の押圧力によりベーン溝１１から突き出して頂部をカム面７に接触させ、回転がさらに進むと、それに加え自身に掛かる遠心力とベーン溝１１に供給される背圧（オイル圧）を受けてベーン溝１１から突き出して頂部をカム面７に接触させる。各圧縮室の容積はロータ９の回転と、これに伴う各ベーン１３のベーン溝１１からの進退によって変化し、この容積変化によって冷媒の吸入行程と圧縮行程と吐出行程とを繰り返し、吸入行程では冷媒を冷媒吸入経路４３から吸入し、吐出行程では圧縮行程で圧縮された冷媒をリアブロック３９に設けられた２箇の吐出口４５から吐出する。

図２と図３のように、ガイドピン１５は、ベーン溝１１の底部に圧入され、底部からの突き出し長さは小コイルスプリング１７，１９の自由長と摺動部材２１Ａの合計寸法より長くなっている。摺動部材２１Ａは、ガイドピン１５の外周に嵌装された円筒部４７と、円筒部４７に設けられたフランジ部４９からなり、円筒部４７の外径は小コイルスプリング１７，１９の内径より小径である。小コイルスプリング１７，１９は、伸長時長さの等しいものが用いられており、各対向端部２３，２５をフランジ部４９に係止し、摺動部材２１Ａは等長の小コイルスプリング１７，１９の間に配置されて、コイルスプリング１７，１９とガイドピン１５との接触と摺動を防止している。

図２はベーン溝１１底部からのベーン１３の突き出し量が最も大きい状態（小コイルスプリング１７，１９伸長状態）を示し、図３はベーン溝１１にベーン１３が入り込んだ状態（小コイルスプリング１７，１９が圧縮された状態）を示している。ベーン１３にはガイドピン１５が貫入できるようにガイドピン１５より大径の丸孔５１が設けられており、また、ベーン１３と小コイルスプリング１７の端部が当接するように丸孔５１の内径は小コイルスプリング１７，１９の外径より小径にしてある。

ロータ９の回転に伴って、小コイルスプリング１７，１９はベーン１３をカム面７側に押圧し、カム面７はベーン１３をベーン溝１１側に押し返すことにより、ベーン１３の位置は小コイルスプリング１７，１９の上記伸長状態と圧縮状態との間で変化し、ベーン溝１１中で往復移動する。この小コイルスプリング１７，１９の伸長と圧縮に伴って、摺動部材２１（円筒部４７）はガイドピン１５と摺動しながら往復移動するが、この摺動は円筒部４７とガイドピン１５との間で行われ、小コイルスプリング１７，１９とガイドピン１５との接触と磨耗は生じない。

図２の小コイルスプリング１７，１９が最も伸長した状態では、小コイルスプリング１７，１９より長いガイドピン１５のガイド機能によって小コイルスプリング１７，１９の径方向ブレが防止される。この伸長状態では、ベーン１３の突き出し量は最も大きくなってチャタリングが発生し難い上に、小コイルスプリング１７，１９の押圧荷重が最小になり、ベーン１３とカム面７との摩擦抵抗と摩耗の軽減のために好ましい状態になる。また、突き出し量が最も大きくなった状態でも、ベーン１３との間に遊び（隙間）が生じないように、小コイルスプリング１７，１９には充分な長さが与えられている。

図３の小コイルスプリング１７，１９が最も圧縮された状態では、ベーン溝１１へのベーン１３の貫入量が最大になりベーン１３のチャタリングが発生し易くなるが、最大になった小コイルスプリング１７，１９の押圧荷重によってチャタリングは防止される。また、圧縮された小コイルスプリング１７，１９は小コイルスプリング１７，１９間に摺動部材２１Ａを配置し、コイルスプリング自由長を短くしたことにより座屈が防止され、座屈によるガイドピン１５との接触が防止される。

電動モータ５は、コアにコイルを巻線した複数個の固定子５３、磁性材料で作られた回転子５５、モータ軸５７などから構成されている。固定子５３はリヤハウジング３３の内側に周方向に配置されており、回転子５５はモータ軸５７に圧入固定され、モータ軸５７の左端部は、ベーン形圧縮機３のロータ軸４１の右端部にスプライン連結され、ロータ軸４１と共に、ボールベアリング５９によってミドルハウジング３１に支持され、右端部はボールベアリング６１によってリヤハウジング３３に支持されている。

電動モータ５の回転はモータ軸５７からロータ軸４１（ロータ９）に伝達されてベーン形圧縮機３を駆動し、ベーン形圧縮機３で圧縮された冷媒は、吐出口４５から固定子５３に吹き付けられてこれらを冷却し、その後オイルセパレータでオイルが分離された後、リヤハウジング３３の吐出口６３から吐出されてコンデンサ側に送られる。

次に、ベーン形圧縮機３の効果を説明する。

摺動部材２１を設けてコイルスプリング１７，１９とガイドピン１５との接触と摺動と磨耗を防止したから、コイルスプリング１７，１９は磨耗によるバネ定数の変化と破損が防止され、ガイドピン１５も磨耗が防止される。

また、摺動部材２１を等長のコイルスプリング１７，１９の間（ガイドピン１５と最も接触し易い箇所）に配置したので、ガイドピン１５との接触をそれだけ効果的に防止できる。

また、小コイルスプリング１７，１９間に摺動部材２１Ａを配置し、コイルスプリング自由長を短くしたことにより座屈が防止され、座屈によるガイドピン１５との接触が防止される。

また、ベーン溝１３の底部からのガイドピン１５の突き出し長さを、小コイルスプリング１７，１９の伸長時長さと摺動部材２１Ａ（フランジ部４９）の合計寸法より長くしたから、小コイルスプリング１７，１９は最も伸長した状態でもガイドピン１５によるガイド機能を失わず、従って、径方向へのブレによるベーン溝１１との接触と磨耗が防止される。

また、ベーン１３のチャタリングをコイルスプリング１７，１９で防止するように構成したので、高圧供給通路とスプリング操作バルブを設ける必要がなくなり、構造の複雑化とコスト上昇が防止される。

また、ガイドピン１５をベーン溝１１の底部に圧入したから、ガイドピン１５の取付に特別な部材（支持板）を使用する必要がなく、部品点数の増加とコストの上昇が防止される。

（第１の変形例）
図４及び図５は前記実施形態の第１変形例を示し、図４はコイルスプリングが伸長時の要部断面図、図５はコイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。

この第１変形例と前記実施形態とを比較するに、小コイルスプリング１７の端部とベーン１３の底面側端部との間には、小コイルスプリング１７の内周より内側に突出した摺動部材２１Ｂが設けられている点のみが相違する。他の構成は同一であるため、重複説明を回避し、図面の同一構成箇所には同一符号を付して明確化を図る。

この第１変形例によれば、前記実施形態と比べて、コイルスプリングの一方の端部がガイドピン１５に接触することをも防止できる。従って、コイルスプリングの一方の端部（ガイドピン１５に対して移動する側の端部）の摩耗と破損を防止できる。

（第２の変形例）
図６及び図７は前記実施形態の第２変形例を示し、図６はコイルスプリングが伸長時の要部断面図、図７はコイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。

この第２変形例と前記実施形態とを比較するに、小コイルスプリング１７の端部とベーン１３の底面側端部との間と、小コイルスプリング１９の端部とベーン溝１１の底面側端部との間の双方には、小コイルスプリング１７，１９の内周より内側に突出した摺動部材２１Ｂ，２１Ｃが設けられている点のみが相違する。他の構成は同一であるため、重複説明を回避し、図面の同一構成箇所には同一符号を付して明確化を図る。

この第２変形例によれば、前記実施形態と比べて、コイルスプリングの双方の端部がガイドピン１５に接触することをも防止できる。従って、コイルスプリングの双方の端部（ガイドピン１５に対して移動する側と移動しない側の双方の端部）の摩耗と破損を防止できる。

（本発明の範囲に含まれる他の態様）
なお、本発明は上述した実施形態のみに限定解釈されるものではなく、本発明の技術的な範囲内で様々な変更が可能である。

例えば、必要であれば、コイルスプリングを構成する小コイルスプリングを３本以上用いても、また、小コイルスプリングを不等長にしても、また、摺動部材を２箇以上用いてもよい。

また、本発明のベーン形圧縮機は、冷媒を扱う冷却システム以外に、例えば、粘性の高いオイルを作動流体にし車両の動力伝達系の差動制限装置として用いてもよい。

また、ベーン形圧縮機を駆動する原動機は、電動モータ以外のもの、例えば、エンジン（内燃機関）でもよく、さらに、実施形態のように電動モータとユニット化する他に、プーリなどを介して原動機で駆動するように構成してもよい。

一実施形態に係るベーン形圧縮機３の縦断面図である。 一実施形態に係る、コイルスプリングが伸長時の要部断面図である。 一実施形態に係る、コイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。 一実施形態の第１変形例に係る、コイルスプリングが伸長時の要部断面図である。 一実施形態の第１変形例に係る、コイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。 一実施形態の第２変形例に係る、コイルスプリングが伸長時の要部断面図である。 一実施形態の第２変形例に係る、コイルスプリングが圧縮時の要部断面図である。

符号の説明

３ ベーン形圧縮機
７ カム面
９ ロータ
１１ ベーン溝
１３ ベーン
１５ ガイドピン（ガイド部材）
１７，１９ 小コイルスプリング
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 摺動部材

Claims (2)

1. カム面（７）の内側で回転するロータ（９）と、前記ロータ（９）に形成されたベーン溝（１１）と、前記ロータ（９）の回転に伴って前記カム面（７）と接触しながら前記ベーン溝（１１）を進退するベーン（１３）と、前記ベーン溝（１１）の底部に固定されたガイド部材（１５）と、前記ガイド部材（１５）の外周に嵌装され、前記ベーン（１３）を前記カム面（７）に押圧するコイルスプリングとを備えたベーン形圧縮機（３）であって、
   前記コイルスプリングは、直列に連結された少なくとも２個の小コイルスプリング（１７，１９）からなると共に、
   連結された前記各小コイルスプリング（１７，１９）の対向端部（２３，２５）の間には、小コイルスプリング（１７，１９）の内周より内側に突出する摺動部材（２１Ａ）が設けられたことを特徴とするベーン形圧縮機（３）。
2. 請求項１に記載のベーン形圧縮機（３）にあって、
   前記小コイルスプリング（１７）の端部と前記ベーン（１３）の底部側端部との間と、前記小コイルスプリング（１９）の端部と前記ベーン溝（１１）の底部側端部との間の少なくともいずれか一方には、摺動部材（２１Ｂ，２１Ｃ）が設けられたことを特徴とするベーン形圧縮機（３）。

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