JP4593425B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、圧縮機本体を覆うハウジングに、外部の構造部材に固定される気体圧縮機の改良に関する。

従来、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、気体（冷媒ガス）を圧縮して、空調システムに気体を循環させるための気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。

例えば、ベーンロータリ形式の圧縮機本体をハウジングで覆った一般的なコンプレッサにおいては、圧縮機本体は、回転軸と一体的にこの回転軸周りに回転する略円柱状のロータと、このロータの円柱状外周面の外方を取り囲み、断面輪郭略楕円形状の内周面を有するシリンダと、ロータおよびシリンダを、これらの両端面側から挟むように配置される２つのサイドブロック（フロントサイドブロック、リヤサイドブロック等）と、ロータの略周方向の等角度間隔で例えば５枚配置され、油圧によってロータの外周面から突出自在で、その先端部がシリンダの略楕円状の内周面に当接するベーンとを備え、ロータの軸周りの回転により、ロータとシリンダと両サイドブロックとロータの回転方向に沿って互いに隣り合う２枚のベーンとにより画成された５つの圧縮室の各容積をそれぞれ変化させて、各圧縮室の内部に導入された冷媒ガス（気体）を圧縮して吐出するように構成されている。

圧縮機本体を覆うハウジングは、この圧縮機本体から吐出された高圧の冷媒ガスを空調システムに吐出する吐出ポートと、空調システムから低圧の冷媒ガスを吸入する吸入ポートとが形成されており、この吐出ポートには凝縮器が接続され、吸入ポートには蒸発器が接続されることによって、この気体圧縮機は空調システムの一部を構成する。

また、ハウジングは、内部において圧縮機本体の回転軸を回転自在に軸支する軸受ボス部を有し、一方、外部において例えば車両のエンジンなどの他の構造部材に固定される固定受け部を有している。

ここで、固定受け部は、例えばボルトなどの締結部材の、外部の構造部材に固定するための部材が配置される部分（スリーブなど）である。

ところで、上述したベーンロータリ形式の圧縮機本体は、圧縮した気体を連続的に吐出するのではなく離散的なタイミングで吐出するため、圧縮気体の吐出タイミングに対応して、気体圧縮機には周期的な振動が発生する。

そして、この気体圧縮機で生じた振動は、ハウジングの固定受け部を介して、気体圧縮機が固定されている車両のエンジン等、外部の構造部材に伝搬し、さらに、車両室内の乗員等に対しては、その伝搬した振動によって発生する異音等として認識されるものとなる。

そこで、気体圧縮機外部の構造部材に取り付ける際には、所定のブラケットを介することにより、気体圧縮機で生じた振動を、外部の構造部材に伝搬しにくくした取付構造が提案されている（特許文献１）。
特開２００３−２５４２７５号公報

しかし、特に車両に搭載される気体圧縮機などは、一層の軽量化が求められているところ、薄肉化による軽量化を企図すると、気体圧縮機の剛性低下を招いて、上述した振動が増大するという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、気体圧縮機の重量増大を抑制しつつ、外部の構造部材に伝搬する振動を低減することができる気体圧縮機を提供することを目的とする。

本発明に係る気体圧縮機は、外部の構造部材と直接的に接する固定部を含む固定受け部と軸受ボス部との間の部分にリブを形成して剛性を高めることにより、気体圧縮機の重量を大幅に増大させることなく剛性を向上させて、気体圧縮機で生じた振動が外部の構造部材に伝搬するのを低減させたものである。

すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、回転軸回りに回転して圧縮気体を吐出する圧縮機本体と、外部の構造部材に固定される固定受け部と前記回転軸を軸支する軸受ボス部とを有する、前記圧縮機本体を覆うハウジングとを備え、前記固定受け部と前記軸受ボス部とを繋ぐリブが形成されたことを特徴とする。

ここで、固定受け部とは、実際に外部の構造部材と直接的に接する部分である固定部だけでなく、例えばボルトなどの締結部材の、外部の構造部材に固定するための部材が配置される部分（スリーブなど）も含むものである。

また、軸受ボス部とは、ハウジングにおける回転軸の周囲部分、つまりハウジングの概略中央部分で、回転軸を支持している軸受部分およびその軸受部分を形成する周壁であるボス部分である。

ベーンロータリ形式などの、回転軸を中心とする半径方向について振動が生じる気体圧縮機では、この振動は、回転軸からハウジングの軸受ボス部に伝搬し、この軸受ボス部から固定受け部に伝わり、固定受け部から外部の構造部材に伝搬するところ、本発明の気体圧縮機は、振動が入力される軸受ボス部と外部の構造部材に出力される固定受け部との間にリブが形成され、このリブにより、軸受ボス部と固定受け部との間の部分の剛性が高められて、固定受け部への振動の伝搬を抑制することができ、したがって、外部の構造部材にその振動が伝搬するのを抑制することができる。

しかも、リブは、気体圧縮機全体を厚肉化したものよりも、重量の増大を大幅に抑制することができる。

また、剛性の向上によって、気体圧縮機の固有振動数が高くなり、この気体圧縮機が固定される外部の構造部材から入力される振動、例えば外部の構造部材が車両のエンジンなどである場合には、車両の常用範囲に対応したエンジンの周波数範囲に気体圧縮機の固有振動数が重ならなくなるため、気体圧縮機の共振を防止することもできる。

本発明に係る気体圧縮機においては、固定受け部は、回転軸が延びる方向に対して略直交する方向に延びた、外部の構造部材に固定される締結部材が通されるスリーブであり、リブは、軸受ボス部から複数個形成されていることが好ましい。

気体圧縮機に生じる周期的な振動は、主として、回転軸を中心とした半径方向について現れ、特にベーンロータリ形式の気体圧縮機では、特に半径方向に生じる振動は強いものとなるが、外部の構造部材に固定される締結部材が通されるスリーブ部分が上記固定受け部として、回転軸の延びる方向に対して略直交する方向に延びている気体圧縮機では、軸受ボス部と固定受け部とを繋ぐリブを、複数個形成することにより、気体圧縮機の回転軸回りの半径方向についての剛性を向上させるとともに、上述した振動を各リブで吸収することができ、振動の伝搬を効果的に抑制することができる。

本発明に係る気体圧縮機によれば、振動が入力される軸受ボス部と外部の構造部材に出力される固定受け部（スリーブなど）との間にリブが形成され、このリブにより、軸受ボス部と固定受け部との間の部分の剛性が高められて、固定受け部への振動の伝搬を抑制することができ、したがって、外部の構造部材にその振動が伝搬するのを抑制することができるとともに、リブは、気体圧縮機全体を厚肉化したものよりも、重量の増大を大幅に抑制することができる。

また、剛性の向上によって、気体圧縮機の固有振動数が高くなり、この気体圧縮機が固定される外部の構造部材から入力される振動、例えば外部の構造部材が車両のエンジンなどである場合には、車両の常用範囲に対応したエンジンの周波数範囲に気体圧縮機の固有振動数が重ならなくなるため、気体圧縮機の共振を防止することもできる。

以下、本発明の気体圧縮機に係る最良の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ式コンプレッサ１００を示す外形側面図、図２は図１における矢視Ｂ方向からの図、図３は図１に示したコンプレッサ１００の縦断面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面（ケース１１を除く）を示す図である。

図示のコンプレッサ１００は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空調システムの一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する。）とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。

そして、コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体、すなわち冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスＧを液化させ、高圧で液状の冷媒（液）として膨張弁に送出する。

高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。

また、コンプレッサ１００は、回転軸５１回りに回転して冷媒ガスＧを圧縮する圧縮機本体と、この圧縮機本体を覆う、ケース１１およびフロントヘッド１２からなるハウジングと、フロントヘッド１２に取り付けられ、図示しない駆動源からの駆動力を圧縮機本体に伝える伝達機構１３とを備える。

ハウジングの一方であるケース１１は、一端開放の略筒状体を呈し、空調システムの蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが吸入される吸入ポート１１ｂおよび圧縮機本体で圧縮された高圧の冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成され、吸入ポート１１ｂとフロントヘッド１２に形成された後述の吸入室３４（図３）とを連通する吸入通路１１ｃが形成されている。

ハウジングの他方であるフロントヘッド１２は、ケース１１の開放端面を閉じる蓋状に形成され、その略中央部分には、回転軸５１が貫通する軸受ボス部１２ａが形成されている（図１，２，３）とともに、この軸受ボス部１２ａを挟んで図示上下の各端縁部には、軸受ボス部１２ａの貫通方向（後述する回転軸５１の延びる方向）に対して直交する方向に延びた２つのボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄ（固定受け部）が形成されている。

これらボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄは、互いに略平行に形成され、図２に示すように、それぞれに形成されたボルト貫通孔１２ｃ，１２ｅに通されるボルト２３０，２４０によって、例えばエンジンブラケット２００（外部の構造部材）の各対応部分２１０，２２０に締結して固定される。

さらに、このフロントヘッド１２の軸受ボス部１２ａと、各ボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄとの間の部分は、軸受ボス部１２ａから、それぞれ２つずつのリブ１２ｆが形成されている。

ハウジング内に収容された圧縮機本体は、図３，４に示すように、回転軸５１と、この回転軸５１が嵌入されて回転軸５１と一体的に回転するロータ５０と、ロータ５０の外周面の外方を取り囲む断面輪郭略楕円形状の内周面４９ａを有するとともに両端が開放されたシリンダ４０と、ロータ５０の外周面から突出して、この突出した先端がシリンダ４０の内周面４９ａに当接する、回転軸５１回りに等角度間隔でロータ５０に設けられた５枚の板状のベーン５８と、シリンダ４０の両側開放端面の外側からそれぞれ開放端面を覆うように固定されたフロントサイドブロック３０およびリヤサイドブロック２０とからなる。

そして、２つのサイドブロック２０，３０、ロータ５０、シリンダ４０、およびロータ５０の回転方向（図４において時計回りの方向）について互いに隣り合う２つのベーン５８，５８によって５つの圧縮室４８が画成され、各圧縮室４８の容積が、回転軸５１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、各圧縮室４８に吸入された冷媒ガスＧを圧縮して吐出するように構成されている。

ロータ５０の両端面側からそれぞれ突出した回転軸５１のうち一方の側の部分は、フロントサイドブロック３０の軸受部３２に軸支されるとともに、フロントヘッド１２を貫通して外方まで延び、この貫通部分がフロントヘッド１２の軸受ボス部１２ａにより軸支されている。

同様に、回転軸５１の突出部分のうち他方の側の部分は、リヤサイドブロック２０の軸受部２２により軸支されている。

そして、フロントヘッド１２の軸受ボス部１２ａによる回転軸５１の支持と、両サイドブロック２０，３０の外周部がＯリングにより、ケース１１，フロントヘッド１２の内周面に保持されることとによって、圧縮機本体はハウジング内の所定位置に保持されている。

なお、フロントサイドブロック３０の軸受部３２に支持された部分よりも外側部分には、リップシール１５が配置されている。このリップシール１５は、回転軸５１を通じてハウジングの外部に冷凍機油Ｒが漏れるのを阻止している。

フロントヘッド１２の軸受ボス部１２ａには、ラジアルボールベアリング１４を介して回転自在に伝達機構１３が支持されており、この伝達機構１３から回転軸５１に動力が供給されて、圧縮機本体の回転圧縮動作が行われる。

また、圧縮機本体がケース１１の内部に収容された状態で、リヤサイドブロック２０とケース１１とにより吐出室２１が形成され、一方、フロントサイドブロック３０とフロントヘッド１２とにより吸入室３４が形成され、吐出室２１は吐出ポート１１ａに連通し、吸入室３４は吸入通路１１ｃを介して吸入ポート１１ｂに連通している。

さらに、図４に示すように、吸入室３４は、フロントサイドブロック３０を介して、圧縮室４８に連通されている。

なお、吸入室３４と吐出室２１とは、前述したＯリング等によって気密に隔絶されている。

また、圧縮室４８により高圧に圧縮され、吐出通路４２（図４参照）および吐出弁４３を通って吐出チャンバ４４に吐出された、冷凍機油Ｒが混入した高圧の冷媒ガスＧから、冷凍機油Ｒを分離するための油分離網６０ａを備えたサイクロンブロック６０が、リヤサイドブロック２０に取り付けられている。

この油分離網６０ａは、冷凍機油Ｒが混入した冷媒ガスＧを通過させることにより、冷凍機油Ｒの凝集を促して冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから分離するものである。

サイクロンブロック６０は、図３に示すように、略矩形輪郭の外周枠部６０ｂを備え、油分離網６０ａを通過することにより混入している冷凍機油Ｒのうちの一部が分離された後の冷媒ガスＧが、この外周枠部６０ｂの内周面に沿って流れ、この流れの際に生じる遠心力によって、冷媒ガスＧに残存している冷凍機油Ｒをある程度分離するものであり、このサイクロンブロック６０は、吐出室２１内に露呈している。

このように、サイクロンブロック６０によって分離された冷凍機油Ｒは、吐出室２１内に滴下して、底部に溜められる。

ここで、ケース１１の内面側であって吐出室２１の底部近傍には、吐出室２１の底部に溜められた冷凍機油Ｒが、吐出室２１に吐出され、吐出ポート１１ａに向かう冷媒ガスＧの気流によって巻き上げられるのを防止するための、庇状のリブ１６が形成されている。

このリブ１６は、吐出室２１の底部に溜められた冷凍機油Ｒの表面油面に近接して、略水平に膨出している。

さらに、このケース１１の内面には、圧縮機本体からサイクロンブロック６０を通って吐出し、吐出室２１から吐出ポート１１ａに向かう冷媒ガスＧの流路上に張り出して、この冷媒ガスＧを衝突させたうえで迂回させるように、冷媒ガスＧの流れ方向を変化させるリブ１７が形成されている。

このリブ１７は、詳しくは、ケース１１の内面側において、一部の開口１７ａを除いて吐出ポート１１ａを覆うように形成されている。すなわち、リブ１７は、吐出ポート１１ａを隙間なく完全に覆い尽くすのではなく、一部に開口１７ａを残し、その開口１７ａ以外の部分を覆い、未だ冷凍機油Ｒが残存した冷媒ガスＧが衝突すると、その衝突の衝撃によって、冷媒ガスＧに混入していた冷凍機油Ｒが冷媒ガスＧから分離してリブ１７の表面に凝集され、冷媒ガスＧから冷凍機油Ｒを分離する性能を向上させることができる。

圧縮室４８から吐出室２１に吐出された冷媒ガスＧは高圧であるため、吐出室２１の内部は高圧となる。また、冷媒ガスＧは、吐出ポート１１ａを通って、コンプレッサ１００の外部の凝縮器に供給される。

これに対して、吸入ポート１１ｂには、空調システムの蒸発器から、冷媒ガスＧが供給され、この冷媒ガスＧは、吸入通路１１ｃおよび吸入室３４を通って、圧縮機本体の圧縮室４８に供給される。

一方、吐出室２１の底部に溜められた冷凍機油Ｒは、このコンプレッサ１００の摺動部等を潤滑・冷却・清浄する潤滑油としての機能と、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａの方向に突出させるように圧力を作用させる作動油としての機能を有している。

ここで、冷凍機油Ｒの作動油としての機能について説明する。リヤサイドブロック２０には、軸受部２２に至る油路２３が形成され、また、リヤサイドブロック２０の内側端面には、軸受部２２における油路２３の開口から、軸受部２２と回転軸５１との間の微小隙間を通って、ロータ５０の背圧室５９に連通する凹部（サライ溝）２５（図４において、フロントサイドブロック３０のサライ溝３５と同様）が形成されている。

また、シリンダ４０の底部に、油路２３に接続する貫通孔４６が設けられ、フロントサイドブロック３０に、この貫通孔４６のフロントサイドブロック３０側の開口と軸受部３２とを連通させる油路３３が形成されて、冷凍機油Ｒは、軸受部３２と回転軸５１との間の微小隙間を通過し、フロントサイドブロック３０の内側端面に形成された凹部（サライ溝）３５等に導かれる。

ここで、フロントサイドブロック３０のサライ溝３５も、リヤサイドブロック２０のサライ溝２５と同様、ロータ５０の背圧室５９に連通している。

吐出室２１の内部圧力は、コンプレッサ１００の運転中においては、圧縮室４８から吐出された高圧の冷媒ガスＧ（この冷媒ガスＧに混在して吐出される冷凍機油Ｒを含む）によって高圧とされており、吐出室２１の底部に溜まった冷凍機油Ｒにも高圧が作用している。

この結果、冷凍機油Ｒは、油路２３を通り、リヤサイドブロック２０の軸受け部２２と回転軸５１との間の微小隙間を通過することで絞りによる圧力損失を受けて、圧力損失を受ける前の高圧から受けた後の中間圧まで油圧が低下し、サライ溝２５を介して、背圧室５９に供給される。

一方、冷凍機油Ｒは、油路２３、貫通孔４６および油路３３を通り、フロントサイドブロック３０の軸受け部３２と回転軸５１との間の微小隙間を通過することで絞りによる圧力損失を受けて、圧力損失を受ける前の高圧から受けた後の中間圧まで油圧が低下し、サライ溝３５を介して、背圧室５９に供給される。

ロータ５０には、スリット状のベーン溝５６が放射状に、かつロータ５０の回転中心回りに等角度間隔で５つ形成され、これらのベーン溝５６に、前述のベーン５８が挿入され、各ベーン５８は、ロータ５０の回転によって生じる遠心力と、ベーン溝５６およびベーン５８の底面によって画成された背圧室５９に加えられる冷凍機油Ｒの油圧（中間圧）とにより、シリンダ４０の内周面４９ａ方向へ突出し、このベーン５８の突出した先端がシリンダ４０の内周面４９ａに当接した状態に付勢される。

これにより、シリンダ４０と、ロータ５０と、ロータ５０の回転方向について相前後する２つのベーン５８，５８と、フロントサイドブロック３０と、リヤサイドブロック２０とにより画成された各圧縮室４８は、ロータ５０の回転にしたがって容積の変化を繰り返す。

本実施形態に係るコンプレッサ１００は、運転中、高圧に圧縮された冷媒ガスＧが圧縮室４８から吐出チャンバ４４に所定の周期で吐出されるため、回転軸５１を中心とする半径方向について振動を生じるが、この振動は、回転軸５１からリップシール１５や伝達機構１３（アーマチュア→プーリ）を介してハウジングの軸受ボス部１２ａに伝搬し、この軸受ボス部１２ａからボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄに伝わり、ボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄからエンジンブラケット２００の各対応部分２１０，２２０に伝搬することになるが、振動が入力される軸受ボス部１２ａとボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄとの間にリブ１２ｆが形成されて、これらのリブ１２ｆによって、軸受ボス部１２ａとボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄとの間の部分の剛性が高められて、ボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄへの振動の伝搬を抑制することができ、したがって、エンジンブラケット２００にその振動が伝搬するのを抑制することができる。

しかも、リブ１２ｆは、ハウジング全体を厚肉化したものよりも、重量の増大を大幅に抑制することができる。

また、本実施形態に係るコンプレッサ１００は、ボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄが、回転軸５１が延びる方向に対して略直交する方向に延びて、リブ１２ｆが、軸受ボス部１２ａから複数（本実施形態においては４つ）形成されている。

ここで、本実施形態のコンプレッサ１００に生じる周期的な振動は、回転軸５１を中心とした半径方向について特に強く現れるが、ボルト２３０，２４０を通されるボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄが、回転軸５１の延びる方向に対して略直交する方向に延びているため、軸受ボス部１２ａとボルト貫通スリーブ部１２ｂ，１２ｄとを繋ぐリブ１２ｆを複数形成することにより、コンプレッサ１００の回転軸５１回りの半径方向についての剛性を向上させるとともに、上述した振動を各リブ１２ｆで分散して吸収することができ、振動の伝搬を効果的に抑制することができる。

なお、コンプレッサ１００の剛性が向上することによって、コンプレッサ１００の固有振動数が高くなり、このコンプレッサ１００が固定されるエンジンブラケット２００から入力されるエンジンからの振動（車両の常用範囲に対応したエンジンの周波数範囲）によって、コンプレッサ１００が共振するのも防止することができる。

本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ式コンプレッサを示す外形側面図である。 図１における矢視Ｂ方向からの図である。 図1に示したコンプレッサの縦断面図である。 図３におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。

符号の説明

１１ ケース（ハウジング）
１２ フロントヘッド（ハウジング）
１２ａ 軸受ボス部
１２ｂ，１２ｄ ボルト貫通スリーブ部（固定受け部）
１２ｃ，１２ｅ ボルト貫通孔
１２ｆ リブ
１００ コンプレッサ（気体圧縮機）
２００ エンジンブラケット

Claims (2)

1. 回転軸回りに回転して圧縮気体を吐出する圧縮機本体と、
   外部の構造部材に固定される固定受け部と前記回転軸を軸支する軸受ボス部とを有する、前記圧縮機本体を覆うハウジングとを備え、
   前記固定受け部と前記軸受ボス部とを繋ぐリブが形成されたことを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記固定受け部は、前記回転軸が延びる方向に対して略直交する方向に延びた、前記外部の構造部材に固定される締結部材が通されるスリーブであり、
   前記リブは、前記軸受ボス部から複数個形成されていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
   
   

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