JP4485882B2 - ベーンロータリ型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用空調装置の冷媒などの流体の圧縮を行うベーンロータリ型圧縮機に関するものである。

冷媒などの流体を圧縮する従来のベーンロータリ型圧縮機においては、高圧ケース内に貯油部が設けられており、起動直後を除く通常運転時には、ベーン背圧制御装置若しくはそれに準じる機構を使用して、高圧ケースの貯油部に貯まった潤滑油をベーンスロット（ベーン背圧空間）に供給し、ベーンをロータから押し出す働きと、シリンダ、ベーン、ロータ等の潤滑とを行っている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。

このような貯油部を有するベーンロータリ型圧縮機の一例について図８を参照して説明すると、圧縮機構１０１の後部に後部側板１０２を介して貯油部１０４を形成する高圧ケース１０３が配設されている。圧縮機構１０１にて圧縮された流体は後部側板１０２に形成された高圧通路１０５を介して高圧ケース１０３内に導入され、高圧ケース１０３下部の貯油部１０４に貯まった潤滑油は、入口部１０６ａにストレーナ１０７を配設した給油路１０６を通り、ベーン背圧制御装置１０８から油溝１０９を介してベーンスロット（ベーン背圧空間）１１１に供給され、圧縮された冷媒ガスは高圧ケース１０３の上部に開口した流体排出口１１０から空調装置のシステムサイクル中に送給される。
特開昭６２−５８０８２号公報 特開平１−５１９１３号公報

ところで、上記のような圧縮機においては、高圧ケース１０３の貯油部１０４に貯えられる潤滑油は、その油面が最低でもベーン背圧制御装置１０８の下部のストレーナ１０７よりも高くなる量が必要である。圧縮機が低速回転運転時には、高圧ケース１０３の貯油部１０４に貯えられた潤滑油は圧縮された流体の流れによって波立ったとしても、油面は入口部１０６ａに設けられたストレーナ１０７より常に上にあり、ベーンスロット１１１に供給される潤滑油に気泡が混入することはない。

しかしながら、圧縮機の高速回転時には、流体（ガス冷媒）が図８に矢印で示すように噴流状態となって高圧ケース１０３の内壁に沿って流れるため、貯油部に貯まっている潤滑油の殆どが流体の噴流によって巻き上げられて撹拌され、潤滑油が激しく泡立つ。このため、上述した入口部１０６ａにも潤滑油に混じった気泡が到達するようになる。

入口部１０６ａに達した気泡はストレーナに一旦捕捉されるが、気泡は潤滑油に比べ比重が小さいため潤滑油中を鉛直上方に移動しようとする。また、給油路に吸い込まれる潤滑油の流れも鉛直上向きであるため、この流れに乗りストレーナに一旦補足された気泡が給油路に進入してしまい、ベーンスロット（ベーン背圧空間）１１１に導入されることになる。

このように、圧縮性ガスである気泡（ガス冷媒）が背圧空間へ混入することにより、ベーンの動作に次のような不具合が生ずる。すなわち、圧縮機構の冷媒ガス吐出工程でベーンがベーンスロット１１１内に没入する際、ベーン先端の圧力及びベーンの慣性力に負けて、気泡が圧縮されるためベーンスロット（背圧空間）内の油圧上昇が不十分となり、ベーンがベーンスロット１１１内に引っ込みシリンダ内周面から離れてしまう。このため、次の冷媒ガス吸入工程で油溝１０９とベーンスロット１１１が連通した時に、ベーンスロット内の圧力上昇によりベーンが飛び出し、シリンダ内周面と衝突するという所謂ベーンジャンプ現象を発生させていた。ベーンジャンプ現象は圧縮機の振動や騒音を発生させ、またベーン先端の摩耗を加速させて耐久性を低下させるという問題を惹き起こす。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高圧ケース内で潤滑油が圧縮性流体と混じって泡状になっても、給油路を通じてベーンスロット（ベーン背圧空間）に供給される潤滑油から気泡を極力排除し得るベーンロータリ型圧縮機を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明によるベーンロータリ型圧縮機の最も主要な特徴点は、貯油部からベーン背圧空間に供給される潤滑油に気泡が混入するのを抑制する気泡混入防止手段として、
１つには、前記貯油部から前記ベーン背圧空間に潤滑油を供給する給油路の水平方向に延在する部分に水平方向と交差する方向に延在するように網目部材を設けると共に、前記給油路における前記網目部材の下流側に気泡捕捉空間を形成し、前記気泡捕捉空間は気泡を捕捉し上部に溜めるようにしてその下流側が前記気泡捕捉空間の上側面を含まない位置で開口するとともに、前記給油路の開口部に近接して形成され、前記網目部材は上部が、前記給油路の開口部の少なくとも前記気泡捕捉空間の上部が対応するように設けられた点であり、
２つには、前記貯油部から前記ベーン背圧空間に潤滑油を供給する給油路の前記貯油部への開口部側で水平方向に延在する部分に水平方向と交差する方向に延在するように設けられた網目部材を設けると共に、前記給油路の水平方向に延在する部分における前記網目部材の下流側に気泡捕捉空間を形成し、前記気泡捕捉空間は前記給油路の水平方向に延在する部分に通路上面を膨らませて膨出部を前記開口部に近接して形成し、供給する潤滑油に混入する気泡を捕捉して前記膨出部の上部に溜めるように構成し、前記網目部材は上部が、前記気泡捕捉空間の上部に対応するように設けられた点である。

このようにすることにより、潤滑油に混入している気泡は網目部材により捕捉され、潤滑油の流線方向と交差する方向（鉛直上方）に移動しようとし、網目部材の下流側に設けられると共に自身の上面を含まない位置で下流側が開口している気泡捕捉空間を潤滑油が通過する際に気泡は気泡捕捉空間の下流に捕捉されてその上部に溜められることになる。

特に、網目部材を前記給油路の開口部に設けるのに、気泡捕捉空間を前記開口部に近接して設け、かつ、網目部材の上部が、前記気泡捕捉空間の上部に対応するように設けられているので、気泡捕捉空間の通路上面へ膨んだ膨出部に捕捉され上部に溜まった気泡が、網目部材の上部を通って高圧ケース内に戻るようになる。

本発明のベーンロータリ型圧縮機によれば、上述した網目部材と気泡捕捉空間の作用により潤滑油に混じって気泡が給油路入口部に達したとしても、給油路を通じてベーンスロット（ベーン背圧空間）に供給される潤滑油への気泡混入を抑制できるので、上述したベーンのジャンプ現象の発生を抑制することが出来る。従って、ベーンジャンプ現象に起因する圧縮機の振動・騒音の発生を抑制することができ、ベーン先端の摩耗を低減し圧縮機の耐久性を向上することができる。

また、網目部材を給油路の開口部に設けると共に、気泡捕捉空間を該開口部に近接して設けた場合、上述したように、気泡捕捉空間で捕捉され溜まった気泡が網目部材上部を通って高圧ケース内に戻るので、気泡捕捉空間に溜まった気泡を高圧ケース内に戻す通路を別途設ける必要がなく、圧縮機の製造コストの上昇を抑えることができる。

以下、本発明によるベーンロータリ型圧縮機の第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１〜図３において、円筒内壁を有するシリンダ１内に、略円柱状のロータ２がその外周の一部がシリンダ１の内壁と微小隙間を形成して収容配置されるとともに、回転自在に支持されている。ロータ２には、複数（図示した実施形態では３つ）のベーンスロット３が周方向に等間隔に設けられており、ベーンスロット３内には摺動自在にベーン４がそれぞれ挿入されている。ベーンスロット３におけるベーン４背部の空間がベーン背圧空間を構成している。ロータ２には駆動軸５が一体的に結合されており、駆動軸５を回転させることでロータ２が回転する。シリンダ１の前後の両端面はそれぞれ前部側板６と後部側板７が接合されて閉鎖され、シリンダ１の内部に冷媒ガスの圧縮を行う作動室８が形成されている。

作動室８には吸入口９及び吐出口１０が連通し、吐出口１０に吐出弁１１が配設されている。１２は、吐出口１０と後部側板７の後面に取り付けられた高圧ケース１３内の高圧室とを連通するように後部側板７に形成された高圧通路である。高圧ケース１３内の下部は貯油部１３ａを構成している。貯油部１３ａには、作動室で圧縮されたガス冷媒中にミスト状になって含まれる潤滑油が衝突式の油分離手段等（図示せず）により高圧ケース１３内で分離されて溜まるようになっている。高圧ケース１３の上部には圧縮された流体（ガス冷媒）を高圧ケース１３から空調装置のシステムサイクルに排出する流体排出口１４が形成されている。

後部側板７の高圧ケース側上部にベーン背圧制御装置１６が設けられており、後部側板７内部には高圧ケース貯油部１３ａに溜まった潤滑油をベーン背圧制御装置１６まで導く給油路１５が形成されている。給油路１５の入口部１５ａは、後部側板７の高圧ケース側下部に水平方向を含む方向（図示した実施形態では水平方向）に開口し、貯油部１３ａに溜まった潤滑油中で開口するよう形成されている。そして、入口部１５ａ付近の給油路１５も水平方向を含む方向（図示した実施形態では水平方向）に延在するように形成されている。

給油路１５の入口部１５ａには、図３に詳細に示すように、水平方向と交差する方向に延在するように（図示した実施形態では、圧縮機停止時の潤滑油面と略垂直になるように）網目部材からなるストレーナ１７が配設されている。図３に示したように、ストレーナ１７は押さえ板２０ａと一体的に形成されており、押さえ板２０ａを図示したようにボルトで入口部１５ａに固定することで入口部１５ａの開口部がストレーナ１７により覆われるようになっている。

ストレーナ１７の潤滑油流れ方向下流側には気泡捕捉空間１８がストレーナ１７に近接して形成されている。気泡捕捉空間１８は、図示したように、給油路１５の水平方向を含む方向（図示した実施形態では水平方向）に延在する部分に通路上面を膨らませて膨出部を形成して構成され、気泡の比重が小さいことを利用して膨出部に気泡を捕捉するものである。

ここで、ストレーナ１７及び気泡捕捉空間１８の作用について考察する。作動中の圧縮機の内部を直接観察することは、困難が伴うので想像の域を出るものではないが、次のように作用するものと考えられる。すなわち、潤滑油に混入した冷媒ガス等の気泡が潤滑油の流れに乗り給油路１５の入口部１５ａに達すると、先ずそこに設置されたストレーナ１７に捕捉され、捕捉された気泡同士が結合を繰り返し気泡が成長する。成長した気泡の浮力は大きくなり、成長した気泡は鉛直上方に移動しようとする。潤滑油は図から明らかなように水平方向に流れるものの、浮力の大きくなった気泡は潤滑油の流れを横切るようにして気泡捕捉空間１８の上部へ移動しそこに溜められる。溜まった気泡は、ストレーナ１７の網目を通り高圧ケース１３内に戻るものと考えられる。潤滑油のベーンスロット３への供給量は、圧縮機の運転初期を除けば、ベーン４とベーンスロット３のわずかな隙間から作動室８等に漏れ出る分を補充する程度のものなので、その流速も圧縮機の高回転時でも非常にゆっくりとしたものであり、また潤滑油の流れは気泡捕捉空間１８の下部を流れる潤滑油中に作用するに止まると考えられるので、気泡捕捉空間１８の上部に溜まった気泡（ガス冷媒）はストレーナ１７の網目を通って高圧ケース１３内に戻ることが出来るものと想像される。

エンジンなどの駆動源より動力伝達を受けて駆動軸５及びロータ２が、図２において時計方向に回転すると、それに伴い低圧の流体（ガス冷媒）が吸入口９より作動室８内に流入する。ロータ２の回転に伴い圧縮された高圧の気流体は吐出口１０より吐出弁１１を押し上げて高圧通路１２に吐出され、高圧ケース１３内に流入し、流体排出口１４より圧縮機の外部へ排出される。この時、高圧ケース１３の上部で分離された潤滑油は下部の貯油部１３ａに滴下し、貯えられる。

そして、圧縮機の回転が高くなると、流体（ガス冷媒）は図１に矢印で示すように噴流状態となり、高圧ケース１３の内壁に沿って流れ、高圧ケース１３内の潤滑油は圧縮された流体（ガス冷媒）と混じったミスト状若しくは泡状となり、給油路１５の入口部１５ａに設けられたストレーナ１７から給油路１５へ流入する。

ストレーナ１７はゴミ・細かい金属の破片の流入防止も兼ねるため、２００メッシュの金網で構成されており、金網の目が約８０ミクロンと小さいことと、流入したミスト状若しくは泡状の潤滑油は粘性が大きいため、ストレーナ１７を通過して高圧ケース１３内に戻ることが無い。潤滑油と共にストレーナ１７に達した気泡状のガス冷媒は、上述したように、ストレーナ１７の下流側で給油路入口部１５ａに形成された気泡捕捉空間１８内に溜まり、気泡捕捉空間１８の上部に溜まった気泡（ガス冷媒）はストレーナ１７を通過して高圧ケース１３内に戻る。

気泡（ガス冷媒）を分離されて気泡捕捉空間１８の下部に貯まった潤滑油は、気泡捕捉空間１８の下部から給油路１５を通り、ベーン背圧制御装置１６を介して油溝１９ａ、１９ｂを経てベーンスロット３のベーン背圧空間に供給される。かくして、ベーンスロット３のベーン背圧空間内に供給される潤滑油に気泡（ガス冷媒）が混入するのを抑制できるので、冷媒ガス吐出工程でベーン４がベーンスロット3 内に没入する時のベーンスロット３内の油圧上昇が十分に確保され、ベーン先端の圧力に打ち勝って、ベーン４がシリンダ１内周面から離れずに回転し続けるようになり、ベーン４のジャンプ現象の発生が抑制される。

図４は、圧縮機を毎分２０００回転から３０００回転の範囲で運転した際のシリンダの振動特性図を示しており、（ａ）は従来のベーンロータリ型圧縮機のシリンダの振動特性を、（ｂ）は本発明によるベーンロータリ型圧縮機のシリンダの振動特性を示している。図中縦方向が振動の振幅の大きさを表している。この図から、本発明による圧縮機の振動が従来に比べ小さくなっていることが分かる。

図５は、圧縮機の各回転数毎の作動音レベルを表したグラフである。この図から、本発明によるベーンロータリ型圧縮機の場合は、従来のベーンロータリ型圧縮機に比べ作動音が全回転域で低く、２０００回転以上の高回転域では作動音が顕著に低減されていることが分かる。

次に、本発明のベーンロータリ型圧縮機の第２の実施形態について、図６を参照して説明する。

本実施形態においては、高圧ケース１３内に面した後部側板に、圧縮機停止時の潤滑油面と略垂直になるようにストレーナ１７が配設され、押さえ板２０ｂとＯリング２１によって固定されている。ストレーナ１７の下流には気泡捕捉空間１８が形成され、かつこの気泡捕捉空間１８の下部から給油路１５を通ってベーン背圧制御装置１６に潤滑油が導かれ、更にベーン背圧制御装置１６から油溝１９ａ、１９ｂを介してベーンスロット３のベーン背圧空間に潤滑油が供給されている。

このように本実施形態は、ストレーナ１７の固定の仕方が第１の実施形態と異なるだけで、それ以外の構成、作用、効果については第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

次に、本発明のベーンロータリ型圧縮機の第３の実施形態について、図７を参照して説明する。

本実施形態においては、高圧ケース１３内に面した後部側板７に、圧縮機停止時の潤滑油面と略垂直になるようにストレーナ１７が配設され、押さえ板２０ｃの筒状の通路部分にストレーナ１７が固定されている。ストレーナ１７の下流には気泡捕捉空間１８が形成され、かつこの気泡捕捉空間１８の下部から給油路１５を通ってベーン背圧制御装置１６に潤滑油が導かれ、更にベーン背圧制御装置１６から油溝１９ａ、１９ｂを介してベーンスロット３のベーン背圧空間に潤滑油が供給されている。

このように本実施形態は、ストレーナ１７の固定の仕方が第１の実施形態と異なるだけで、それ以外の構成、作用、効果については第１の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。

本発明によるベーンロータリ型圧縮機は、ベーン背圧空間に供給される潤滑油への気泡の混入を抑制できるので、ベーンスロット内の圧力を適正かつ安定化でき、ベーンのジャンプ現象を防止して圧縮機の振動・騒音の発生を抑制し、圧縮機の耐久性を向上でき、自動車用空調装置などの圧縮機やその他の各種圧縮機に有用である。

本発明の圧縮機の第１の実施形態の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図２のＢ部詳細拡大図である。 本実施形態と従来例におけるシリンダの振動特性図である。 本実施形態と従来例における作動音特性図である。 第２の実施形態のＢ部詳細拡大図である。 第３の実施形態のＢ部詳細拡大図である。 従来例の圧縮機の縦断面図である。

符号の説明

１ シリンダ
２ ロータ
３ ベーンスロット（ベーン背圧空間）
４ ベーン
１３ 高圧ケース
１３ａ 貯油部
１５ 給油路
１５ａ 入口部
１７ ストレーナ（気泡混入防止手段）
１８ 気泡捕捉空間

Claims (2)

1. 冷媒ガスと分離された潤滑油が貯油部から供給されるベーン背圧空間と、前記ベーン背圧空間に供給される潤滑油に気泡が混入するのを抑制する気泡混入防止手段とを備えたベーンロータリ型圧縮機であって、
   前記気泡混入防止手段は前記貯油部から前記ベーン背圧空間に潤滑油を供給する給油路の水平方向に延在する部分に水平方向と交差する方向に延在するように設けられた網目部材と、前記給油路における前記網目部材の下流側の気泡捕捉空間とから構成され、
   前記気泡捕捉空間は気泡を捕捉し上部に溜めるようにしてその下流側が前記気泡捕捉空間の上側面を含まない位置で開口するとともに、前記給油路の開口部に近接して形成され、前記網目部材は上部が、前記給油路の開口部の少なくとも前記気泡捕捉空間の上部に対応するように設けられたことを特徴とするベーンロータリ型圧縮機。
2. 冷媒ガスと分離された潤滑油が貯油部から供給されるベーン背圧空間と、前記ベーン背圧空間に供給される潤滑油に気泡が混入するのを抑制する気泡混入防止手段とを備えたベーンロータリ型圧縮機であって、
   前記気泡混入防止手段は前記貯油部から前記ベーン背圧空間に潤滑油を供給する給油路の前記貯油部への開口部側で水平方向に延在する部分に水平方向と交差する方向に延在するように設けられた網目部材と、前記給油路の水平方向に延在する部分における前記網目部材の下流側の気泡捕捉空間とから構成され、
   前記気泡捕捉空間は前記供給路の水平方向に延在する部分に通路上面を膨らませて膨出部を形成し、供給する潤滑油に混入する気泡を捕捉して前記膨出部の上部に溜めるように構成し、前記網目部材は上部が、前記気泡捕捉空間の上部に対応するように設けられたことを特徴とするベーンロータリ型圧縮機。

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