JP6242606B2 - ベーン型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ベーン型圧縮機に関し、特にロータ前後のクリアランスの配分を適正な状態に保つために有用な構造を備えたベーン型圧縮機に関する。

車両用空調装置の冷凍サイクル等で用いられるベーン型圧縮機は、各種構成が存在するが（下記の特許公報参照）、例えば、図３の構成で代表されるように、ハウジング５内に形成されてカム面１１が内周面に形成されたシリンダ１２と、シリンダ１２の軸方向の両端を閉塞する一対のサイドブロック（リア側のサイドブロック１３、フロント側のサイドブロック２１）と、この一対のサイドブロックに回転自在に支持された駆動軸２と、この駆動軸２に固装されてシリンダ内に回転可能に収容されたロータ３と、このロータ３の外周面から内部に向けて形成されたベーン溝８と、このベーン溝８に出没可能に収容されたベーン４とを有し、ベーン４をロータ３の回転による遠心力およびベーン溝８の底部に設けられた背圧室８ａからの背圧によってシリンダ１２の内周面（カム面１１）に接触支持させ、シリンダ１２と一対のサイドブロック１３，２１とにより閉塞された空間にロータ３とベーン４とによって圧縮室３１を画成し、この圧縮室３１に吸入される流体をロータ３の回転に伴って圧縮させるようにしている。

このようなベーン型圧縮機においては、ロータ３のスムーズな回転を確保するために、また、圧縮効率の低下を防ぐために、ロータ３の軸方向の前後の端面とそれぞれのサイドブロック１３．２１との間に適切なクリアランスが形成されるよう、ロータ３の寸法が管理されている。

特開２０１３−０５００３８号公報 特開２００７−０６４１６３号公報

しかしながら、ロータ３が固装されている駆動軸２の一端（前端）は、駆動源に直結させる必要から、或いは、駆動源の動力を伝達する動力伝達部材（プーリ、電磁クラッチ等）を固装する必要から、一方のサイドブロック（フロント側のサイドブロック２１）を貫通させるようにしている。

このため、駆動軸２の一端が一方のサイドブロック（フロント側のサイドブロック２１）を貫通してハウジングの外部に突出している場合には、駆動軸２の一端側に大気圧が作用し、これに対して、駆動軸２の他端側（リア側のサイドブロック１３に支持される側）に圧縮機内部の相対的に高い圧力が作用するため、駆動軸２は、軸方向の前後両側に作用する圧力差により、サイドブロックから突出している一端側（前側）へ付勢された状態となり、ロータ３の軸方向の位置は、駆動軸２が貫通しているサイドブロック側（フロント側のサイドブロック２１側）へ接近し、ロータ３の前端と前側のフロント側のサイドブロック２１との間のクリアランスは相対的に小さくなり、また、ロータ３の後端と後側のリア側のサイドブロック１３との間のクリアランスは相対的に大きくなる。このため、クリアランスが大きくなる後側（リア側のサイドブロック１３側）で、隣り合う圧縮室間でクリアランスを介して流体が漏流し（オイルシールが悪くなり）、圧縮効率が低下する不都合が生じる。

図３の一点鎖線で示されるように、動力伝達部材として電磁クラッチ３３が駆動軸２に設けられる場合には、ロータ３に動力が伝達される電磁クラッチ３３の吸着時には、クラッチを構成する板バネのバネ力が駆動軸２を介してロータ３を後方（リア側のサイドブロック１３側）へ付勢するように作用するため、ロータ３の軸方向の位置は、駆動軸２の軸方向の前後両側に作用する圧力差と電磁クラッチ３３のバネ力とによって決まることになるが、一般的にベーン型圧縮機は、小型のものが多く、電磁クラッチのバネ力も駆動軸２の前後両端の圧力差を相殺するほど大きくないため、電磁クラッチ３３が設けられていても、ロータ３の後側のクリアランス（ロータ３とリア側のサイドブロック１３との間のクリアランス）がロータの前側のクリアランス（ロータ３とフロント側のサイドブロック２１との間のクリアランス）よりも大きくなる状態を解消することができず、圧縮効率が低下する不都合は依然として生じている。

そこで、従来においては、ロータの後側のクリアランスが許容範囲に収まるようにするために、ロータの軸方向前後のトータルのクリアランス（ロータ前後のクリアランスの和）が大きくなり過ぎないように管理する方法を採用しているが、管理工程の複雑化を招き、また、生産性が低下する等の不都合がある。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、駆動軸の前後に作用する力をバランスさせることで、ロータの軸方向前後のクリアランスの配分を適正な状態に保持することが可能なベーン型圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明に係るベーン型圧縮機は、ハウジングと、カム面が形成され、前記ハウジング内に設けられたシリンダと、前記シリンダの軸方向の両端を閉塞し、前記ハウジングに設けられた一対のサイドブロックと、前記一対のサイドブロックに回転自在に支持された駆動軸と、前記駆動軸に固装されて前記シリンダ内に回転可能に収容されるロータと、前記ロータに形成された複数のベーン溝と、前記ベーン溝に摺動自在に挿入され、先端が前記ベーン溝から出没して前記カム面を摺動する複数のベーンと、前記シリンダと前記一対のサイドブロックとにより閉塞された空間に、前記ロータと前記ベーンとによって形成される圧縮室と、前記一対のサイドブロックのうちのフロント側のサイドブロックに隣接して設けられ圧縮される前の流体が導入される吸入室と、前記フロント側のサイドブロックと前記駆動軸との間に設けられたシール部材と、前記シール部材よりも前記駆動軸の軸方向リア側に設けられ、前記吸入室と連通する低圧空間と、前記一対のサイドブロックのうちのリア側のサイドブロックと前記駆動軸の端部とによって画成された軸端部空間と、を備えたベーン型圧縮機において、前記駆動軸に、前記低圧空間と前記軸端部空間とを連通する通路を設け、これにより前記軸端部空間の圧力を吸入圧相当の圧力にしたことを特徴としている。

したがって、駆動軸に低圧空間と軸端部空間とを連通する通路を設けたので、駆動軸の軸端部空間の圧力は吸入圧相当の圧力となり、駆動軸の両端部に作用する圧力差を小さくすることができる。このため、ロータの軸方向に作用する力をバランスさせることで、ロータの軸方向前後のクリアランス（ロータの一端面とこれに対峙するサイドブロックとの間のクリアランスと、ロータの軸方向の他端面とこれに対峙するサイドブロックとの間のクリアランス）の配分を適正なものとすることが可能となる。

なお、上述したサイドブロックの構成は、特に、駆動軸がフロント側のサイドブロックを貫通して電動モータの軸に直結している電動圧縮機において、電動モータを収容する空間が相対的に低圧である場合や、駆動軸がフロント側のサイドブロックを貫通してハウジングの外部へ突出しているような場合において、駆動軸の低圧空間または外部に突出している側と圧縮機のハウジング内に配置される側との圧力差に起因するクリアランスの配分の偏りを調整するために有効な構成である。

また、前記ハウジングは、内周面が真円に形成された前記シリンダ、及び、前記シリンダの軸方向の一端側を閉塞する第1のサイドブロックが一体に形成された第１のハウジング部材と、前記シリンダの軸方向の他端側を閉塞する第２のサイドブロックが形成された第２のハウジング部材とを組み合わせて構成し、前記一対のサイドブロックを、第１のサイドブロックと第２のサイドブロックとにより構成してもよい。
このような構成においては、例えば、第１のサイドブロックを前記リア側のサイドブロックに対応させ、第２のサイドブロックをフロント側のサイドブロックに対応させるようにするとよい。

以上述べたように、本発明によれば、吸入室と連通する低圧空間と、リア側のサイドブロックと駆動軸の端部とによって画成された軸端部空間とを連通する通路を駆動軸に設けたので、駆動軸の前後に作用する力をバランスさせることで、ロータの軸方向前後のクリアランスの配分を適正な状態に保持することが可能となる。このため、ロータのスムーズな回転を確保しつつ、圧縮効率の低下を招くことがなくなる。

図１は、本発明にかかるベーン型圧縮機を示す断面図である。 図２（ａ）は、図１で示すベーン型圧縮機のＡ−Ａ線からリア側を見た図であり、また、図２（ｂ）は、図１で示すベーン型圧縮機のＢ−Ｂ線からフロント側を見た図である。 図３は、従来のベーン型圧縮機を示す断面図である。

以下、本発明のベーン型圧縮機について図面を参照しながら説明する。

図１及び図２において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適したベーン型圧縮機が示されている。このベーン型圧縮機１は、駆動軸２と、駆動軸２に固定されて当該駆動軸２の回動に伴い回転するロータ３と、このロータ３に取り付けられるベーン４と、駆動軸２を回転自在に支持すると共にロータ３及びベーン４を収容するハウジング５とを有して構成されている。なお、図１を横に見た場合、左側をフロント側、右側をリア側とする。

ハウジング５は、第１のハウジング部材１０と第２のハウジング部材２０との２つの部材を組み合わせて構成されている。
第１のハウジング部材１０は、ロータ３を収納すると共にカム面１１が内周面に形成されたシリンダ１２と、このシリンダ１２の軸方向の一端側（リア側）を閉塞するように一体に形成されたリア側のサイドブロック１３とから構成されている。シリンダ１２の内周面（カム面１１）は、断面が真円に形成され、軸方向の長さが後述するロータ３の軸方向の長さにほぼ等しく形成されている。

第２のハウジング部材２０は、シリンダ１２の軸方向の他端側（フロント側）の端面に当接してこの他端側を閉塞するフロント側のサイドブロック２１と、このフロント側のサイドブロック２１に一体に形成されて駆動軸２の軸方向に延設され、前記シリンダ１２及びリア側のサイドブロック１３の外周面を包囲するように形成されたシェル２２とを有して構成されている。

そして、これら第１のハウジング部材１０と第２のハウジング部材２０とは、ボルト等の連結具６を介して軸方向に締結され、第１のハウジング部材１０のリア側のサイドブロック１３と第２のハウジング部材２０のシェル２２との間は、Ｏリング等のシール部材７が介在されて気密よくシールされている。

また、第２のハウジング部材２０には、フロント側のサイドブロック２１からフロント側に延設されたボス部２３が一体に形成されている。このボス部２３には、駆動軸２に回転動力を伝えるプーリ３２（一点鎖線で示す）が回転自在に外装され、このプーリ３２から電磁クラッチ３３を介して回転動力が駆動軸２に伝達されるようになっている。

前記駆動軸２は、リア側のサイドブロック１３とフロント側のサイドブロック２１とにベアリング１４，２４を介して回転自在に支持されているもので、先端部が第２のハウジング部材２０のフロント側のサイドブロック２１を貫通してボス部２３内に突出し、ボス部２３との間に設けられたシール部材２５によって該ボス部２３との間が気密よくシールされている。

このシール部材２５よりも駆動軸２の軸方向リア側、この例では、シール部材２５とベアリング２４との間の駆動軸２の周囲（ボス部２３内の駆動軸２が突出する空間のシール部材２５よりリア側の部分）には、低圧空間２６が形成されている。
また、リア側のサイドブロック１３には、駆動軸２がベアリング１４を介して挿入される軸受け孔１３ａの終端部に、このリア側のサイドブロック１３と駆動軸２の端部とによって画成された軸端部空間１５が設けられている。

なお、電磁クラッチ３３は、駆動軸２のハウジング部材２０（フロント側のサイドブロック２１）から突出した部分に、軸方向に取り付けられた板バネ３４を介してクラッチ板３５をプーリ３２の摩擦面３２ａに対峙して固定し、プーリ３２に内包された励磁コイル３６への通電によりクラッチ板３５をプーリ３２に吸着させ、このプーリ３２に与えられる走行用エンジンからの回転動力をクラッチ板３５及び板バネ３４を介して駆動軸２に伝達するそれ自体公知のものである。
このクラッチ板３５のプーリ３２への吸着により、駆動軸２には、板バネ３４のバネ力によってリア側のサイドブロック１３側（リア側）へ向かう付勢力が付勢される。

前記ロータ３は、断面が真円状に形成され、その軸中心に設けられた挿通孔３ａに前記駆動軸２が挿通され、互いの軸中心を一致させた状態で駆動軸２に固定されている。また、シリンダ１２の軸中心とロータ３（駆動軸２）の軸中心とは、ロータ３の外周面とシリンダ１２の内周面（カム面１１）とが周方向の一箇所で当接するようにずらして設けられている（シリンダ１２の内径とロータ３の外径との差の１／２だけずらして設けられている）。そして、シリンダ１２とリア側のサイドブロック１３及びフロント側のサイドブロック２１とにより閉塞された空間には、シリンダ１２の内周面とロータ３の外周面との間に圧縮空間３０が画成されている。

前記ロータ３の外周面には、複数のベーン溝８が形成され、それぞれのベーン溝８には、ベーン４が摺動自在に挿入されている。ベーン溝８は、ロータ３の外周面のみならずリア側のサイドブロック１３及びフロント側のサイドブロック２１と対峙する端面にも開口されており、底部には背圧室８ａが形成されている。このベーン溝８は、周方向に等間隔に複数形成されているもので、この例では、１８０度位相が異なる２箇所に互いに平行となるように形成されており、ベーン４を含む平面と、ベーン４と平行をなし駆動軸２の軸心を含む平面とが所定の距離だけ離れた状態（オフセットされた状態）で形成されている。

ベーン４は、駆動軸２の軸方向に沿った長さが前記ロータ３の軸方向の長さに等しく形成され、ベーン溝８への挿入方向（摺動方向）の長さは、ベーン溝８の同方向の長さに略等しく形成されている。このベーン４は、ベーン溝８の背圧室８ａに供給される後述するオイルにより、ベーン溝８から突出されて先端部がシリンダ１２の内周面（カム面１１）に当接可能となっている。

したがって、前記圧縮空間３０は、ベーン溝８に摺動自在に挿入されたベーン４によって複数の圧縮室３１に仕切られ、それぞれの圧縮室３１の容積は、ロータ３の回転によって変化するようになっている。

ところで、第２のハウジング部材２０には、作動流体（冷媒ガス）を外部から吸入する吸入口２７および外部へ吐出する吐出口２８が形成され、フロント側のサイドブロック２１には、前記吸入口２７と連通し、フロント側のサイドブロックに隣接して設けられて圧縮される前の流体が導入される吸入室２９とが形成されている。

また、第１のハウジング部材１０のシリンダ１２には、ロータ３の外周面がシリンダ１２の内周面と当接する部位（ラジアルシール部４０）に対してロータ３の回転方向の前方側の近傍に、前記吸入室２９に連通して前記圧縮室３１に流体を吸入するための吸入ポート１６が形成されている。

さらに、第１のハウジング部材１０には、ラジアルシール部４０に対してロータ３の回転方向の後方側の近傍に、前記圧縮室で圧縮された流体を吐出するための吐出ポート１７が設けられ、また、この吐出ポート１７を介して吐出された流体を吐出口２８に導く吐出室１８が形成されている。

吐出室１８と吐出口２８との間には図示しないオイル分離器が配置されており、第１のハウジング部材１０のリア側のサイドブロック１３の下部と第２のハウジング部材２０のシェル２２の下部との間には、オイル分離器によって流体から分離された高圧オイルを溜めるオイル室１９が設けられている。

なお、リア側のサイドブロック１３のロータ３の端面と対峙する面には、駆動軸２がベアリング１４を介して挿入される軸受け孔１３ａの開口周縁を凹ませて周方向に延設されたリア側のオイル導入溝４１が形成されている。このリア側のオイル導入溝４１は、ラジアルシール部４０が設けられた角度位置から吐出ポート１７が設けられた角度位置より手前までの所定の角度範囲（約２７０度の角度範囲）にかけて形成され、絞り部を有するオイル連通路４２を介して前記オイル室１９と接続されている。

したがって、吐出圧が高くなると、オイル室１９に貯留されている高圧オイルは、オイル連通路４２を介してリア側のサイドブロック１３に形成されたリア側のオイル導入溝４１に供給され、このリア側のオイル導入溝４１からベアリング１４等の摺動部分やロータ３の背圧室８ａに送り込まれるようになっている。この背圧室８ａに送り込まれたオイルにより、ベーン４はシリンダ１２の内周面（カム面１１）に押し付けられ、安定した圧縮が確保されるようになっている。

さらに、フロント側のサイドブロック２１のロータ３の端面と対峙する面には、駆動軸２がベアリング２４を介して挿入される軸受け孔２１ａの開口周縁を凹ませて周方向に延設されたフロント側のオイル導入溝４３が形成されている。このフロント側のオイル導入溝４３は、ラジアルシール部４０が設けられた角度位置から吐出ポート１７が設けられた角度位置より手前までの所定の角度範囲（約２７０度の角度範囲）にかけて形成され、ベーン４の先端部が吸入ポート１６に差し掛かる位置から吐出ポート１７に差し掛かる直前までの角度範囲にある場合にベーン溝８の底部（背圧室８ａ）と連通するようになっている。

したがって、背圧室８ａに送り込まれたオイルは、この背圧室８ａがフロント側のオイル導入溝４３と連通する行程でフロント側のオイル導入溝４３に供給され、このフロント側のオイル導入溝４３を介してベアリング等の摺動部分に送り込まれるようになっている。
なお、図２において、３７は、連結具６を螺合するねじ穴である。

そして、このような構成において、フロント側のハウジング部材には、吸入室２９と低圧空間２６とを連通する連通路５１が設けられ、また、駆動軸２には、低圧空間２６と軸端部空間１５とを連通する通路５２が設けられている。具体的には、連通路５１は、吸入室２９から低圧空間２６にかけて駆動軸２に対して略垂直に穿設された通路によって構成され、駆動軸２に設けられた通路５２は、駆動軸２の径方向に形成されて、一端が低圧空間２６に開口し他端が駆動軸２の中心まで延設された径方向穴５２ａと、駆動軸２の中央を軸方向に形成されて、一端が径方向穴５２ａに連通し他端が軸端部空間１５まで延設された軸方向穴５２ｂとを有して構成されている。

したがって、低圧空間２６は、連通路５１を介して吸入室２９と連通しており、また、軸端部空間１５は、低圧空間２６と通路５２を介して連通しているので、低圧空間２６および軸端部空間１５は、吸入圧相当の圧力に保たれている。
このため、電磁クラッチ３３が設けられている場合において、駆動軸２に動力が伝達される電磁クラッチ３３の吸着時には、ロータ３の軸方向の位置は、駆動軸２の前後両側に作用する圧力差と、電磁クラッチ３３の板バネ３４のバネ力と、が釣り合った位置となる。

駆動軸２のフロント側は、フロント側のサイドブロック２１を介してハウジング５の外部（大気中）に突出しているので、駆動軸２のフロント端には、板バネ３４を介して大気圧が作用すると共に電磁クラッチ３３の板バネ３４のバネ力が作用している。これに対して、駆動軸２のリア端には吸入圧相当の圧力が作用するので、フロント側のサイドブロック２１側への付勢力が小さくなっており、軸方向の前後に作用する圧力差を小さくすることが可能となる。このため、駆動軸２の前後に作用する力をバランスさせ、ロータ３の軸方向前後のクリアランスの配分を適正な状態に保持することが可能となる。

なお、以上の構成においては、ベーン４が２枚の場合の圧縮機について説明したが、３枚以上のベーン型圧縮機においても、同様の構成を採用することが可能であり、また、２枚ベーンの構成においても、上述の例では、ベーン溝８（ベーン４）がオフセットして設けられた例を示したが、ベーン４を含む平面と、ベーン４と平行をなし駆動軸２の軸心を含む平面とを一致させる（オフセットを０にする）場合や、逆側にオフセットしている場合においても、同様の構成を採用してロータ３の軸方向前後のクリアランス配分を調整するようにしてもよい。

１ ベーン型圧縮機
２ 駆動軸
３ ロータ
４ ベーン
５ ハウジング
８ ベーン溝
８ａ 背圧室
１０ 第１のハウジング部材
１１ カム面
１２ シリンダ
１３ リア側のサイドブロック
１８ 吐出室
２０ 第２のハウジング部材
２１ フロント側のサイドブロック
２９ 吸入室
３１ 圧縮室

Claims (3)

1. ハウジングと、カム面が形成され、前記ハウジング内に設けられたシリンダと、前記シリンダの軸方向の両端を閉塞し、前記ハウジングに設けられた一対のサイドブロックと、前記一対のサイドブロックに回転自在に支持された駆動軸と、前記駆動軸に固装されて前記シリンダ内に回転可能に収容されるロータと、前記ロータに形成された複数のベーン溝と、前記ベーン溝に摺動自在に挿入され、先端が前記ベーン溝から出没して前記カム面を摺動する複数のベーンと、前記シリンダと前記一対のサイドブロックとにより閉塞された空間に、前記ロータと前記ベーンとによって形成される圧縮室と、前記一対のサイドブロックのうちのフロント側のサイドブロックに隣接して設けられ圧縮される前の流体が導入される吸入室と、前記フロント側のサイドブロックと前記駆動軸との間に設けられたシール部材と、前記シール部材よりも前記駆動軸の軸方向リア側に設けられ、前記吸入室と連通する低圧空間と、前記一対のサイドブロックのうちのリア側のサイドブロックと前記駆動軸の端部とによって画成された軸端部空間と、を備えたベーン型圧縮機において、
   前記駆動軸に、前記低圧空間と前記軸端部空間とを連通する通路を設け、これにより前記軸端部空間の圧力を吸入圧相当の圧力にしたことを特徴とするベーン型圧縮機。
   
2. 前記駆動軸は、前記フロント側のサイドブロックを貫通して前記ハウジングの外部へ突出していることを特徴とする請求項１に記載のベーン型圧縮機。
3. 前記ベーン型圧縮機は、内周面が真円に形成された前記シリンダ、及び、前記シリンダの軸方向の一端側を閉塞するリア側のサイドブロックが一体に形成された第１のハウジング部材と、前記シリンダの軸方向の他端側を閉塞するフロント側のサイドブロックが形成された第２のハウジング部材とを組み合わせてハウジングが構成され、
   前記一対のサイドブロックは、前記リア側のサイドブロックと前記フロント側のサイドブロックであることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のベーン型圧縮機。

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