WO2016189801A1 - シリンダ回転型圧縮機 - Google Patents

Abstract

シリンダ（２１）の中心軸（Ｃ１）に対して偏心した偏心軸（Ｃ２）周りに回転する第１ロータ（２２ａ）に、第１圧縮室（Ｖａ）を仕切る第１ベーン（２３ａ）が摺動可能に嵌め込まれる第１溝部（２２２ａ）およびシャフト（２４）に形成されたシャフト側吸入通路（２４ｄ）から流出した冷媒を第１圧縮室（Ｖａ）側へ導く第１ロータ側吸入通路（２２４ａ）を形成する。この際、第１溝部（２２２ａ）を内周側から外周側へ向かって回転方向後方側へ延びる形状とするとともに、第１ロータ側吸入通路（２２４ａ）を内周側から外周側へ向かって回転方向前方側へ傾斜して延びる形状に形成し、第１ロータ側吸入通路（２２４ａ）の流体流出口を第１溝部（２２２ａ）の回転方向直後に開口させる。これにより、吸入行程となった第１圧縮室（Ｖａ）へ速やかに冷媒を流入させて、第１圧縮室（Ｖａ）の圧力低下を抑制する。

Description

シリンダ回転型圧縮機 関連出願の相互参照

　本願は、２０１５年５月２６日に出願された日本国特許出願第２０１５－１０６２８４号に基づくものであり、この開示をもってその内容を本明細書中に開示したものとする。

　本開示は、内部に圧縮室を形成するシリンダを回転させるシリンダ回転型圧縮機に関する。

　従来、特許文献１に、内部に圧縮室を形成するシリンダの内周面にベーンの外周側端部を当接させながら、シリンダを回転させるシリンダ回転型圧縮機が開示されている。

　この特許文献１のシリンダ回転型圧縮機は、円筒状のシリンダ、シリンダの内部に配置された円筒状のロータ、ロータを回転可能に支持するシャフト、ロータに形成された溝部（すなわち、スリット部）に摺動可能に嵌め込まれた板状のベーン等を備えている。そして、シリンダの内周面、ロータの外周面、ベーンの板面に囲まれた空間によって、圧縮室を形成している。

　さらに、特許文献１のシリンダ回転型圧縮機では、シリンダおよびロータを異なる回転軸で連動回転させることによって、圧縮室の容積を変化させている。より詳細には、シリンダおよびロータを連動回転させる際に、ベーンの外周側端部をシリンダの内周面に当接させながら、ベーンを溝部に沿って変位させることによって、圧縮室の容積を変化させている。

　また、特許文献１のシリンダ回転型圧縮機では、シャフトおよびロータの内部に、外部から吸入された圧縮対象流体を圧縮室へ導く吸入通路を形成している。これにより、吸入通路の通路構成やシール構造の複雑化を招くことなく、圧縮対象流体を圧縮室へ導くようにしている。

　ところで、特許文献１のシリンダ回転型圧縮機では、シャフトの軸方向から見たときに、溝部のうちベーンの板面が摺動する面を、ロータの回転方向前方側へ傾斜させている。さらに、ロータの外表面に形成された吸入通路の流体流出口を、溝部から比較的離れた回転方向後方側に開口させている。

　このため、特許文献１のシリンダ回転型圧縮機では、吸入通路の流体流出口と、容積を増加させる工程（以下、吸入工程と記載する。）となった直後の圧縮室とを連通させることができず、吸入工程となった直後の圧縮室内の圧力が低下してしまう。このような圧力低下は、シリンダ回転型圧縮機の駆動動力の増加を招き、圧縮機のエネルギ損失を増加させてしまう。

　さらに、特許文献１のシリンダ回転型圧縮機では、吸入通路の流体流出口と、容積を減少させる工程（以下、圧縮行程と記載する。）となった直後の圧縮室との連通を速やかに遮断することができず、圧縮行程となった直後の圧縮室では流体を圧縮することができない。このように流体を圧縮することができない圧縮行程では、シリンダ回転型圧縮機の駆動動力を無駄に消費してしまい、圧縮機のエネルギ損失を増加させてしまう。 

特開２０１４－２３８０２３号公報

　本開示は、上記点に鑑み、シリンダ回転型圧縮機のエネルギ損失の増加を抑制することを目的とする。

　本開示は、上記目的を達成するために案出されたもので、中心軸周りに回転する円筒状のシリンダと、シリンダの内部に配置されて、シリンダの中心軸に対して偏心した偏心軸周りに回転する円筒状のロータと、ロータを回転可能に支持するシャフトと、ロータに形成された溝部に摺動可能に嵌め込まれて、ロータの外周面とシリンダの内周面との間に形成される圧縮室を仕切る板状のベーンと、を備え、
　シリンダおよびロータは、互いに連動して回転し、ベーンは、ロータが回転した際に、ベーンの外周側端部がシリンダの内周面に当接するように変位し、
　シャフトの内部には、外部から流入した圧縮対象流体を流通させるシャフト側吸入通路が形成され、ロータの内部には、シャフト側吸入通路から流出した圧縮対象流体を、圧縮室側へ導くロータ側吸入通路が形成され、
　偏心軸の軸方向から見たときに、溝部およびロータ側吸入通路は、ロータの外周側へ向かって、互いに近づく形状に形成されているシリンダ回転型圧縮機を提供する。

　これによれば、溝部およびロータ側吸入通路が、ロータの外周側へ向かって互いに近づく形状に形成されている。従って、ロータの外表面に形成されるロータ側吸入通路の流体流出口と、ベーンがシリンダに当接する部位とを近接配置することができる。

　これにより、ロータ側吸入通路の流体流出口と、吸入工程となった直後の圧縮室とを速やかに連通させることができる。そして、吸入工程となった直後の圧縮室内の圧力が低下してしまうことを抑制することができる。

　さらに、ロータ側吸入通路の流体流出口と、圧縮行程となった直後の圧縮室との連通を速やかに遮断することができる。そして、圧縮工程となった直後の圧縮室にて流体が圧縮されなくなってしまうことを抑制することができる。

　その結果、本開示によれば、シリンダ回転型圧縮機のエネルギ損失の増加を抑制することができる。

　ここで、吸入行程となった圧縮室とは、容積を拡大させる行程となった圧縮室を意味しており、吸入行程となっていれば容積が０となっている圧縮室も含む意味である。また、圧縮工程となった圧縮室とは、容積を縮小させる行程となった圧縮室を意味しており、圧縮行程となっていれば最大容積となっている圧縮室も含む意味である。

本開示の一実施形態の圧縮機の軸方向断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ断面図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。 一実施形態の圧縮機構の分解斜視図である。 一実施形態の圧縮機の作動状態を説明するための説明図である。 一般的なベーン型圧縮機における摩擦力を説明するための説明図である。

　以下、図面を用いて、本開示の一実施形態を説明する。本実施形態のシリンダ回転型圧縮機１（以下、単に圧縮機１と記載する。）は、車両用空調装置にて車室内へ送風される送風空気を冷却する蒸気圧縮式の冷凍サイクル装置に適用されている。そして、圧縮機１は、この冷凍サイクル装置において圧縮対象流体である冷媒を圧縮して吐出する機能を担っている。

　また、この冷凍サイクル装置では、冷媒としてＨＦＣ系冷媒（具体的には、Ｒ１３４ａ）を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には圧縮機１の摺動部位を潤滑する潤滑油である冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

　圧縮機１は、図１に示すように、その外殻を形成するハウジング１０の内部に、冷媒を圧縮して吐出する圧縮機構部２０、および圧縮機構部２０を駆動する電動機部（すなわち、電動モータ部）３０を収容した電動圧縮機として構成されている。まず、ハウジング１０は、複数の金属製部材を組み合わせることによって構成されており、内部に略円柱状の空間１０ａを形成する密閉容器構造のものである。

　より具体的には、ハウジング１０は、図１に示すように、有底円筒状（すなわち、カップ状）のメインハウジング１１、メインハウジング１１の開口部を閉塞するように配置された有底円筒状のサブハウジング１２、およびサブハウジング１２の開口部を閉塞するように配置された円板状の蓋部材１３を組み合わせることによって構成されている。

　なお、メインハウジング１１、サブハウジング１２、および蓋部材１３の当接部には、Ｏリング等からなる図示しないシール部材が介在されており、各当接部から冷媒が漏れることはない。

　メインハウジング１１の筒状側面には、圧縮機構部２０にて昇圧された高圧冷媒をハウジング１０の外部（具体的には、冷凍サイクル装置の凝縮器の冷媒入口側）へ吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。サブハウジング１２の筒状側面には、ハウジング１０の外部から低圧冷媒（具体的には、冷凍サイクル装置の蒸発器から流出した低圧冷媒）を吸入する吸入ポート１２ａが形成されている。

　サブハウジング１２と蓋部材１３との間には、吸入ポート１２ａから吸入された低圧冷媒を、圧縮機構部２０の第１、第２圧縮室Ｖａ、Ｖｂへ導くためのハウジング側吸入通路１３ａが形成されている。さらに、蓋部材１３のサブハウジング１２側の面と反対側の面には、電動機部３０へ電力を供給するインバータである駆動回路３０ａが取り付けられている。

　次に、電動機部３０は、固定子としてのステータ３１を有している。ステータ３１は、金属磁性材料で形成されたステータコア３１ａ、およびステータコア３１ａに巻き付けられたステータコイル３１ｂによって構成されており、メインハウジング１１の筒状側壁の内周面に圧入、焼嵌め、ボルト締め等の手段によって固定されている。

　そして、駆動回路３０ａから、密封端子（すなわち、ハーメチックシール端子）３０ｂを介して、ステータコイル３１ｂに電力が供給されると、ステータ３１の内周側に配置されたシリンダ２１を回転させる回転磁界が発生する。シリンダ２１は、円筒状の金属磁性材料で形成されており、後述するように、圧縮機構部２０の第１、第２圧縮室Ｖａ、Ｖｂを形成するものである。

　さらに、シリンダ２１には、図２、図３の断面図に示すように、永久磁石３２が固定されている。これにより、シリンダ２１は、電動機部３０の回転子としての機能を兼ね備える。そして、シリンダ２１は、ステータ３１が生じる回転磁界によって中心軸Ｃ１周りに回転する。

　つまり、本実施形態の圧縮機１では、電動機部３０の回転子と圧縮機構部２０のシリンダ２１が一体的に構成されている。もちろん、電動機部３０の回転子と圧縮機構部２０のシリンダ２１とを別部材で構成し、圧入等の手段によって一体化させてもよい。さらに、電動機部３０のステータ３１（具体的には、ステータコア３１ａ、およびステータコイル３１ｂ）は、シリンダ２１の外周側に配置されている。

　次に、圧縮機構部２０について説明する。本実施形態では、圧縮機構部２０として、第１圧縮機構部２０ａおよび第２圧縮機構部２０ｂの２つが設けられている。これらの第１、第２圧縮機構部２０ａ、２０ｂの基本的構成は、互いに同等である。また、第１、第２圧縮機構部２０ａ、２０ｂは、ハウジング１０の内部で冷媒流れに対して並列的に接続されている。

　さらに、第１、第２圧縮機構部２０ａ、２０ｂは、図１、図４に示すように、シリンダ２１の中心軸方向に並んで配置されている。そこで、本実施形態では、２つの圧縮機構部のうち、メインハウジング１１の底面側（すなわち、軸方向一端側）に配置されるものを第１圧縮機構部２０ａとし、サブハウジング１２側（すなわち、軸方向他端側）に配置されるものを第２圧縮機構部２０ｂとする。

　また、各図面では、第２圧縮機構部２０ｂの構成部材のうち、第１圧縮機構部２０ａの同等の構成部材に対応するものの符号を、末尾のアルファベットを「ａ」から「ｂ」へ変更して示している。例えば、第２圧縮機構部２０ａの構成部材のうち、第１圧縮機構部２０ａの第１ロータ２２ａに対応する構成部材である第２ロータについては、「２２ｂ」という符号を付している。

　第１圧縮機構部２０ａは、シリンダ２１、第１ロータ２２ａ、第１ベーン２３ａ、シャフト２４等によって構成されている。第２圧縮機構部２０ｂは、シリンダ２１、第２ロータ２２ｂ、第２ベーン２３ｂ、シャフト２４等によって構成されている。つまり、図１に示すように、シリンダ２１およびシャフト２４では、メインハウジング１１の底面側の一部が第１圧縮機構部２０ａを構成しており、サブハウジング１２側の別の一部が第２圧縮機構部２０ｂを構成している。

　シリンダ２１は、前述の如く、電動機部３０の回転子として中心軸Ｃ１周りに回転するとともに、内部に第１圧縮機構部２０ａの第１圧縮室Ｖａおよび第２圧縮機構部２０ｂの第２圧縮室Ｖｂを形成する円筒状部材である。シリンダ２１の軸方向一端側には、シリンダ２１の開口端部を閉塞する閉塞用部材である第１サイドプレート２５ａがボルト締め等の手段によって固定されている。また、シリンダ２１の軸方向他端側には、同様に第２サイドプレート２５ｂが固定されている。

　第１、第２サイドプレート２５ａ、２５ｂは、シリンダ２１の回転軸に略垂直な方向へ広がる円板状部、および円板状部の中心部に配置されて軸方向に突出するボス部を有している。さらに、それぞれのボス部には、第１、第２サイドプレート２５ａ、２５ｂの表裏を貫通する貫通穴が形成されている。

　これらの貫通穴には、それぞれ図示しない軸受け機構が配置されており、この軸受け機構にシャフト２４が挿入されていることによって、シリンダ２１がシャフト２４に対して回転自在に支持される。シャフト２４の両端部は、それぞれハウジング１０（具体的には、メインハウジング１１およびサブハウジング１２）に固定されている。従って、シャフト２４がハウジング１０に対して回転することはない。

　さらに、本実施形態のシリンダ２１の内部には、互いに区画された第１圧縮室Ｖａおよび第２圧縮室Ｖｂが形成されている。このため、シリンダ２１の内部の第１ロータ２２ａと第２ロータ２２ｂとの間には、第１圧縮室Ｖａと第２圧縮室Ｖｂとを区画するための円板状の中間サイドプレート２５ｃが配置されている。中間サイドプレート２５ｃは、第１、第２サイドプレート２５ａ、２５ｂと同様の機能を有している。

　つまり、本実施形態のシリンダ２１のうち、第１圧縮機構部２０ａを構成する部位の軸方向両端部は、第１サイドプレート２５ａおよび中間サイドプレート２５ｃによって閉塞されている。また、シリンダ２１のうち、第２圧縮機構部２０ｂを構成する部位の軸方向両端部は、第２サイドプレート２５ｂおよび中間サイドプレート２５ｃによって閉塞されている。

　換言すると、第１サイドプレート２５ａは、中間サイドプレート２５ｃ、第１ロータ２２ａ等とともに、第１圧縮室Ｖａを仕切っている。第２サイドプレート２５ｂは、中間サイドプレート２５ｃ、第２ロータ２２ｂ等とともに、第２圧縮室Ｖｂを仕切っている。さらに、中間サイドプレート２５ｃは、第１ロータ２２ａと第２ロータ２２ｂとの間に配置されて、第１圧縮室Ｖａと第２圧縮室Ｖｂとを仕切っている。

　なお、本実施形態では、シリンダ２１と中間サイドプレート２５ｃとを一体的に構成しているが、シリンダ２１と中間サイドプレート２５ｃとを別部材で構成し、圧入等の手段によって一体化させてもよい。

　また、本実施形態では、中間サイドプレート２５ｃが、シリンダ２１の軸方向の略中央部に配置されている。このため、第１ロータ２２ａの軸方向長さおよび第２ロータ２２ｂの軸方向長さは、略同等となっており、第１圧縮室Ｖａおよび第２圧縮室Ｖｂは、それぞれの最大容積が略同等となるように仕切られている。

　シャフト２４は、シリンダ２１（具体的には、シリンダ２１に固定された各サイドプレート２５ａ、２５ｂ、２５ｃ）、第１ロータ２２ａ、および第２ロータ２２ｂを回転自在に支持する略円筒状の部材である。

　シャフト２４の軸方向中央部には、サブハウジング１２側の端部よりも外径寸法の小さい偏心部２４ｃが設けられている。この偏心部２４ｃの中心軸は、シリンダ２１の中心軸Ｃ１に対して偏心した偏心軸Ｃ２である。さらに、偏心部２４ｃには、図示しない軸受け機構を介して、第１、第２ロータ２２ａ、２２ｂが回転自在に支持されている。

　このため、第１、第２ロータ２２ａ、２２ｂが回転する際には、共通する偏心軸Ｃ２周りに回転する。換言すると、本実施形態では、第１ロータ２２ａの偏心軸と第２ロータ２２ｂの偏心軸は、同軸上に配置されている。

　シャフト２４の内部には、図１に示すように、ハウジング側吸入通路１３ａに連通して、外部から流入した低圧冷媒を第１、第２圧縮室Ｖａ、Ｖｂ側へ導くためのシャフト側吸入通路２４ｄが形成されている。シャフト２４の外周面には、シャフト側吸入通路２４ｄを流通する低圧冷媒を流出させる複数（本実施形態では４つ）の第１、第２シャフト側出口穴２４０ａ、２４０ｂが開口している。

　シャフト２４の外周面には、図１、図４に示すように、シャフト２４の外周面を内周側に凹ませた第１、第２シャフト側凹部２４１ａ、２４１ｂが形成されている。そして、第１、第２シャフト側出口穴２４０ａ、２４０ｂは、それぞれ第１、第２シャフト側凹部２４１ａ、２４１ｂが形成された部位に開口している。

　このため、第１、第２シャフト側出口穴２４０ａ、２４０ｂは、第１、第２シャフト側凹部２４１ａ、２４１ｂの内部に形成される円環状の第１、第２シャフト側連通用空間２４２ａ、２４２ｂに連通している。

　第１ロータ２２ａは、シリンダ２１の内部に配置されてシリンダ２１の中心軸方向に延びる円筒状部材である。第１ロータ２２ａの軸方向長さは、図１に示すように、シャフト２４およびシリンダ２１の第１圧縮機構部２０ａを構成する部位の軸方向長さと略同等の寸法に形成されている。

　さらに、第１ロータ２２ａの外径寸法は、シリンダ２１の内部に形成される円柱状空間の内径寸法よりも小さく形成されている。より詳細には、第１ロータ２２ａの外径寸法は、図２、図３に示すように、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１ロータ２２ａの外周面（外表面）２２０ａとシリンダ２１の内周面２１０が１箇所の接触点Ｃ３で接触するように設定されている。

　第１ロータ２２ａと中間サイドプレート２５ｃとの間、および第１ロータ２２ａと第１サイドプレート２５ａとの間には、伝動機構が配置されている。伝動機構は、第１ロータ２２ａがシリンダ２１と同期して連動回転するように、シリンダ２１（具体的には、シリンダ２１とともに回転する中間サイドプレート２５ｃおよび第１サイドプレート２５ａ）から第１ロータ２２ａへ回転駆動力を伝達するものである。

　この伝動機構については、第１ロータ２２ａと中間サイドプレート２５ｃとの間に配置されたものを例に説明する。伝動機構は、図２に示すように、第１ロータ２２ａの中間サイドプレート２５ｃ側の面に形成された複数（本実施形態では、４つ）の円形状の第１穴部２２１ａ、および中間サイドプレート２５ｃから第１ロータ２２ａ側へ中心軸方向に突出する複数（本実施形態では、４つ）の駆動ピン２５１ｃによって構成されている。

　これらの複数の駆動ピン２５１ｃは、第１穴部２２１ａよりも小径に形成されており、ロータ２２側へ向かって軸方向に突出して、それぞれ第１穴部２２１ａに嵌め込まれている。つまり、駆動ピン２５１ｃおよび第１穴部２２１ａは、いわゆるピン－ホール式の自転防止機構と同等の機構を構成している。第１ロータ２２ａと第１サイドプレート２５ａとの間に設けられる伝動機構についても同様である。

　本実施形態の伝動機構によれば、シリンダ２１が中心軸Ｃ１周りに回転すると、各駆動ピン２５１ｃとシャフト２４の偏心部２４ｃとの相対位置および相対距離が変化する。この相対位置および相対距離の変化によって、第１ロータ２２ａの第１穴部２２１ａの側壁面が駆動ピン２５１ｃから回転方向の荷重を受ける。その結果、第１ロータ２２ａは、シリンダ２１の回転に同期して偏心軸Ｃ２周りに回転する。

　ここで、本実施形態の伝動機構では、複数の駆動ピン２５１ｃおよび第１穴部２２１ａによって、順次、第１ロータ２２ａへ動力を伝達している。従って、複数の駆動ピン２５１ｃおよび第１穴部２２１ａは、偏心軸Ｃ２周りに等角度間隔に配置されていることが望ましい。さらに、それぞれの第１穴部２２１ａには、駆動ピン２５１ｃが接触する外周側壁面の摩耗を抑制するための金属製のリング部材２２３ａが嵌め込まれている。

　第１ロータ２２ａの外周面２２０ａには、図２、図３に示すように、軸方向の全域に亘って内周側へ凹んだ第１溝部（すなわち、第１スリット部）２２２ａが形成されている。第１溝部２２２ａには、後述する第１ベーン２３ａが摺動可能に嵌め込まれている。

　第１溝部２２２ａは、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１ロータ２２ａの径方向に対して傾斜した方向に延びる形状に形成されている。このため、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１溝部２２２ａのうち、第１ベーン２３ａの摺動する面（すなわち、第１ベーン２３ａとの摩擦面）は、第１ロータ２２ａの径方向に対して傾斜している。

　従って、第１溝部２２２ａに嵌め込まれた第１ベーン２３ａも、第１ロータ２２ａの径方向に対して傾斜した方向に変位する。これにより、第１溝部２２２ａでは、第１ベーン２３ａとの摩擦面が径方向に形成される場合に対して、第１溝部２２２ａと第１ベーン２３ａとの接触面積を増加させることができる。そして、第１ベーン２３ａが変位しても、第１溝部２２２ａ内に確実に保持できるようにしている。

　さらに、第１溝部２２２ａは、第１ロータ２２ａの内周側から外周側へ向かって、第１ロータ２２ａの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成されている。

　第１ロータ２２ａの軸方向中央部の内部には、図３に示すように、第１ロータ２２ａの内周側（すなわち、第１シャフト側連通用空間２４２ａ側）と外周側（すなわち、第１圧縮室Ｖａ側）とを連通させる第１ロータ側吸入通路２２４ａが形成されている。これにより、外部からシャフト側吸入通路２４ｄへ流入した冷媒は、第１ロータ側吸入通路２２４ａ側へ導かれる。

　さらに、本実施形態の第１ロータ側吸入通路２２４ａは、図３に示すように、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１ロータ２２ａの内周側から外周側へ向かって回転方向前方側へ傾斜して延びる形状に形成されている。

　このため、本実施形態の第１溝部２２２ａおよび第１ロータ側吸入通路２２４ａは、第１ロータ２２ａの内周側から外周側へ向かうに伴って、互いに近づくように配置されている。さらに、図３に示すように、第１ロータ２２ａの外周面（外表面）２２０ａに形成される第１ロータ側吸入通路２２４ａの流体流出口２２５ａは、第１溝部２２２ａの回転方向直後に開口している。別の言い方をすれば、流体流出口２２５ａは、第１ロータ２２ａの外周面２２０ａのうち第１溝部２２２ａが形成された部位の回転方向後方側（即ち、回転方向とは逆の反回転方向側）において該部位に隣接して開口している。

　第１ベーン２３ａは、第１ロータ２２ａの外周面２２０ａとシリンダ２１の内周面２１０との間に形成される第１圧縮室Ｖａを仕切る板状の仕切り部材である。第１ベーン２３ａの軸方向長さは、第１ロータ２２ａの軸方向長さと略同等の寸法に形成されている。さらに、第１ベーン２３ａの外周側端部２３０ａは、シリンダ２１の内周面２１０に対して摺動可能に配置されている。

　従って、本実施形態の第１圧縮機構部２０ａでは、シリンダ２１の内周面（内壁面）２１０、第１ロータ２２ａの外周面２２０ａ、第１ベーン２３ａの板面、第１サイドプレート２５ａ、中間サイドプレート２５ｃに囲まれた空間によって、第１圧縮室Ｖａが形成される。つまり、第１ベーン２３ａは、シリンダ２１の内周面２１０と第１ロータ２２ａの外周面２２０ａとの間に形成される第１圧縮室Ｖａを仕切っている。

　また、第１サイドプレート２５ａには、第１圧縮室Ｖａにて圧縮された冷媒をハウジング１０の内部空間１０ａへ吐出させる第１吐出穴２５１ａが形成されている。さらに、第１サイドプレート２５ａには、第１吐出穴２５１ａからハウジング１０の内部空間１０ａへ流出した冷媒が、第１吐出穴２５１ａを介して第１圧縮室Ｖａへ逆流してしまうことを抑制するリード弁からなる第１吐出弁が配置されている。

　次に、第２圧縮機構部２０について説明する。前述の如く、第２圧縮機構部２０ｂの基本的構成は、第１圧縮機構部２０ａと同様である。従って、第２ロータ２２ｂは、図１に示すように、シャフト２４およびシリンダ２１の第２圧縮機構部２０ｂを構成する部位の軸方向長さと略同等の寸法の円筒状部材で構成されている。

　さらに、第２ロータ２２ｂの偏心軸Ｃ２と第１ロータ２２ａの偏心軸Ｃ２は、同軸上に配置されているので、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第２ロータ２２ｂの外周面２２０ｂとシリンダ２１の内周面２１０は、第１ロータ２２ａと同様に、図２、図３に示す接触点Ｃ３で接触している。

　第２ロータ２２ｂと中間サイドプレート２５ｃとの間、および第２ロータ２２ｂと第１サイドプレート２５ａとの間には、第１ロータ２２ａへ回転駆動力を伝達する伝導機構と同様の伝動機構が設けられている。従って、第２ロータ２２ｂには、複数の駆動ピン２５１ｃが嵌め込まれる複数の円形状の第２穴部が形成されている。この第２穴部にも、第１穴部２２１ａと同様のリング部材が嵌め込まれている。

　また、第２ロータ２２ｂの外周面２２０ｂには、図２、図３に破線で示すように、軸方向の全域に亘って内周側へ凹んだ第２溝部（すなわち、第２スリット部）２２２ｂが形成されている。第２溝部２２２ｂには、第２ベーン２３ｂが摺動可能に嵌め込まれている。第２ベーン２３ｂの外周側端部２３０ｂは、シリンダ２１の内周面２１０に対して摺動可能に配置されている。

　第２溝部２２２ｂは、第１溝部２２２ａと同様に、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第２ロータ２２ｂの径方向に対して傾斜した方向に延びる形状に形成されている。より具体的には、第２溝部２２２ｂは、第２ロータ２２ｂの内周側から外周側へ向かって、第２ロータ２２ｂの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成されている。

　第２ロータ２２ｂの軸方向中央部の内部には、第１ロータ側吸入通路２２４ｂと同様に、図３に破線で示すように、内周側から外周側へ向かって回転方向前方側へ傾斜して延びて、第２ロータ２２ｂの内周側と外周側（すなわち、第２圧縮室Ｖｂ側）とを連通させる第２ロータ側吸入通路２２４ｂが形成されている。

　従って、本実施形態の第２圧縮機構部２０ｂでは、シリンダ２１の内周面（内壁面）２１０、第２ロータ２２ｂの外周面２２０ｂ、第２ベーン２３ｂの板面、第２サイドプレート２５ｂ、中間サイドプレート２５ｃに囲まれた空間によって、第２圧縮室Ｖｂが形成される。つまり、第２ベーン２３ｂは、シリンダ２１の内周面２１０と第２ロータ２２ｂの外周面２２０ｂとの間に形成される第２圧縮室Ｖｂを仕切っている。

　また、第２サイドプレート２５ｂには、第２圧縮室Ｖｂにて圧縮された冷媒をハウジング１０の内部空間１０ａへ吐出させる第２吐出穴２５１ｂが形成されている。さらに、第２サイドプレート２５ｂには、第２吐出穴２５１ｂからハウジング１０の内部空間１０ａへ流出した冷媒が、第２吐出穴２５１ｂを介して第２圧縮室Ｖｂへ逆流してしまうことを抑制するリード弁からなる第２吐出弁が配置されている。 

　さらに、本実施形態の第２圧縮機構部２０ｂでは、図２、図３に破線で示すように、第２ベーン２３ｂ、第２ロータ側吸入通路２２４ｂ、第２サイドプレート２５ｂの第２吐出穴２５１ｂ等が、第１圧縮機構部２０ａの第１ベーン２３ａ、第１ロータ側吸入通路２２４ａ、第１サイドプレート２５ａの第１吐出穴２５１ａ等に対して、略１８０°位相のずれた位置に配置されている。

　次に、図５を用いて、本実施形態の圧縮機１の作動について説明する。図５は、圧縮機１の作動状態を説明するために、シリンダ２１の回転に伴う第１圧縮室Ｖａの変化を連続的に示した説明図である。

　つまり、図５のシリンダ２１の各回転角θに対応する断面図では、図３と同等の断面図における第１ロータ側吸入通路２２４ａ、および第１ベーン２３ａ等の位置を実線で示している。また、図５では、各回転角θにおける第２ロータ側吸入通路２２４ｂ、および第２ベーン２３ｂの位置を破線で示している。

　さらに、図５では、図示の明確化のため、シリンダ２１の回転角θ＝０°に対応する断面図に、各構成部材の符号を付し、他の断面図では、各構成部材の符号を省略している。

　まず、回転角θが０°になっている際には、接触点Ｃ３と第１ベーン２３ａの外周側先端部が重なっている。この状態では、第１ベーン２３ａの回転方向前方側に最大容積の第１圧縮室Ｖａが形成されるとともに、第１ベーン２３ａの回転方向後方側にも、最小容積（すなわち、容積が０）の吸入行程の第１圧縮室Ｖａが形成されている。

　ここで、吸入行程の第１圧縮室Ｖａとは、容積を拡大させる行程となっている第１圧縮室Ｖａを意味し、圧縮行程の第１圧縮室Ｖａとは、容積を縮小させる行程となっている第１圧縮室Ｖａを意味している。

　さらに、回転角θが０°から増加するに伴って、図５の回転角θ＝４５°～３１５°に示すように、シリンダ２１、第１ロータ２２ａ、および第１ベーン２３ａが変位して、第１ベーン２３ａの回転方向後方側に形成される吸入行程の第１圧縮室Ｖａの容積が増加する。

　これにより、サブハウジング１２に形成された吸入ポート１２ａから吸入された低圧冷媒が、ハウジング側吸入通路１３ａ→シャフト側吸入通路２４ｄの第１シャフト側出口穴２４０ａ→第１ロータ側吸入通路２２４ａの順に流れて、吸入行程の第１圧縮室Ｖａ内へ流入する。

　この際、第１ベーン２３ａには、ロータ２２の回転に伴う遠心力が作用するので、第１ベーン２３ａの外周側端部２３０ａがシリンダ２１の内周面２１０に押しつけられて当接する。これにより、第１ベーン２３ａは、吸入行程の第１圧縮室Ｖａと圧縮行程の第１圧縮室Ｖａとを区画している。

　そして、回転角θが３６０°に達すると（すなわち、回転角θ＝０°に戻ると）、吸入行程の第１圧縮室Ｖａが最大容積となる。さらに、回転角θが３６０°から増加すると、回転角θ＝０°～３６０°で容積を増加させた吸入行程の第１圧縮室Ｖａと第１ロータ側吸入通路２２４ａとの連通が遮断される。これにより、第１ベーン２３ａの回転方向前方側に、圧縮行程の第１圧縮室Ｖａが形成される。

　さらに、回転角θが３６０°から増加するに伴って、図５の回転角θ＝４０５°～６７５°に点ハッチングで示すように、第１ベーン２３ａの回転方向前方側に形成された圧縮行程の第１圧縮室Ｖａの容積が縮小する。

　これにより、圧縮行程の第１圧縮室Ｖａ内の冷媒圧力が上昇する。そして、第１圧縮室Ｖａ内の冷媒圧力がハウジング１０の内部空間１０ａ内の冷媒圧力に応じて決定される第１吐出弁の開弁圧（すなわち、第１圧縮室Ｖａの最大圧力）を超えると、第１圧縮室Ｖａ内の冷媒が第１吐出穴２５１ａを介してハウジング１０の内部空間１０ａへ吐出される。

　なお、上記の作動説明では、第１圧縮機構部２０ａの作動態様の明確化のため、回転角θが０°から７２０°まで変化する間の第１圧縮室Ｖａの変化を説明したが、実際には、回転角θが０°から３６０°まで変化する際に説明した冷媒の吸入行程と、回転角θが３６０°から７２０°まで変化する際に説明した冷媒の圧縮行程は、シリンダ２１が１回転する際に同時に行われる。

　また、第２圧縮機構部２０ｂについても同様に作動して、冷媒の圧縮および吸入が行われる。この際、第２圧縮機構部２０ｂでは、第２ベーン２３ｂ等が、第１圧縮機構部２０ａの第１ベーン２３ａ等に対して、１８０°位相のずれた位置に配置されている。従って、圧縮行程の第２圧縮室Ｖｂでは、第１圧縮室Ｖａに対して、１８０°位相のずれた回転角で冷媒の圧縮および吸入が行われる。

　このため、本実施形態では、第１圧縮室Ｖａ内の冷媒圧力が最大圧力に到達するシリンダ２１の回転角θと第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒圧力が最大圧力に到達するシリンダ２１の回転角θも、１８０°ずれている。

　そして、圧縮行程の第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒圧力が上昇し、第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒圧力が、第２サイドプレート２５ｂに配置された第２吐出弁の開弁圧（すなわち、第２圧縮室Ｖｂの最大圧力）を超えると、第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒が第２吐出穴２５１ｂを介してハウジング１０の内部空間１０ａへ吐出される。

　第２圧縮機構部２０ｂからハウジング１０の内部空間１０ａへ吐出された冷媒は、第１圧縮機構部２０ａから吐出された冷媒と合流し、ハウジング１０の吐出ポート１１ａから吐出される。

　以上の如く、本実施形態の圧縮機１では、冷凍サイクル装置において、流体である冷媒を吸入し、圧縮して吐出することができる。また、本実施形態の圧縮機１では、電動機部３０の内周側に圧縮機構部２０が配置されているので、圧縮機１全体としての小型化を図ることができる。

　また、本実施形態の圧縮機１では、第１圧縮室Ｖａおよび第２圧縮室Ｖｂの最大容積が互いに略同等となっており、さらに、第１圧縮室Ｖａ内の冷媒が最大圧力に到達するシリンダ２１の回転角θと第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒が最大圧力に到達するシリンダ２１の回転角θが、１８０°ずれている。

　これにより、単一の圧縮機構部を備え、この圧縮機構部の吐出容量が本実施形態の第１圧縮室Ｖａと第２圧縮室Ｖｂとの合計吐出容量と同等となっているシリンダ回転型圧縮機よりも、圧縮機全体としてのトルク変動を抑制することができる。従って、圧縮機全体としての騒音や振動の増加を抑制することができる。

　なお、本実施形態における圧縮機全体としてのトルク変動としては、第１圧縮機構部２０ａの第１圧縮室Ｖａ内の冷媒の圧力変動によって生じるトルク変動と第２圧縮機構部２０ｂの第２圧縮室Ｖｂ内の冷媒の圧力変動によって生じるトルク変動との合算値（すなわち、合計トルク変動）を採用することができる。

　また、本実施形態の第１圧縮機構部２０ａでは、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１溝部２２２ａおよび第１ロータ側吸入通路２２４ａが、第１ロータ２２ａの外周側へ向かうに伴って、互いに近づくように配置されている。さらに、第１ロータ側吸入通路２２４ａの流体流出口が、第１溝部２２２ａの回転方向直後に開口している。

　従って、第１ロータ２２ａの外表面に形成される第１ロータ側吸入通路２２４ａの流体流出口と、第１ベーン２３ａがシリンダ２１に当接する部位とを近接配置することができる。

　これにより、第１ロータ側吸入通路２２４ａの流体流出口と、吸入工程となった直後の第１圧縮室Ｖａとを速やかに連通させることができる。そして、吸入行程となった直後の第１圧縮室Ｖａ内の圧力が低下してしまうことを抑制することができる。

　さらに、第１ロータ側吸入通路２２４ａの流体流出口と、圧縮工程となった直後の第１圧縮室Ｖａとの連通を速やかに遮断することができる。そして、圧縮工程となった直後の第１圧縮室Ｖａにて流体が圧縮されなくなってしまうことを抑制することができる。

　その結果、本実施形態の圧縮機１によれば、シリンダ回転型圧縮機のエネルギ損失の増加を効果的に抑制することができる。

　また、本実施形態の第１圧縮機構部２０ａでは、第１溝部２２２ａを第１ロータ２２ａの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成している。従って、偏心軸Ｃ２の軸方向から見たときに、第１溝部２２２ａおよび第１ロータ側吸入通路２２４ａが、第１ロータ２２ａの内周側から外周側へ向かって互いに近づく配置を、極めて容易に実現することができる。

　ここで、本実施形態のように、第１溝部２２２ａを第１ロータ２２ａの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成することは、第１ベーン２３ａとシリンダ２１との摩擦による機械的損失を増加させてしまうおそれがあるため、一般的には、採用されにくい。これに対して、本実施形態の圧縮機１では、第１溝部２２２ａを第１ロータ２２ａの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成しても、機械的損失を増加させてしまうことがない。

　このことを図６を用いて説明する。図６は、一般的なベーン型圧縮機構の模式的な軸方向垂直断面を示している。図６の一般的なベーン型圧縮機は、ロータ２２ｃに対してシリンダ２１ｃを回転させることなく、ロータ２２ｃをシリンダ２１ｃの内部で回転させる形式のものである。

　従って、一般的なベーン型圧縮機では、ロータ２２ｃが回転すると、遠心力の作用によって、ロータ２２ｃの溝部２２２ｃに嵌め込まれたベーン２３ｃがシリンダ２１の内周面側に押しつけられる。これにより、ベーン２３ｃの外周側端部とシリンダ２１の内周面との間に摩擦が生じ、ベーン２３ｃの外周側端部に反回転方向側に摩擦力μＦがかかる。

　さらに、一般的なベーン型圧縮機では、図６に示すように、溝部２２２ｃをロータ２２ｃの回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成すると、ベーン２３ｃが、溝部２２２ｃの回転方向後方側の面から回転方向前方側および径方向外周側の荷重を受ける。そのため、ベーン２３ｃの外周側端部にかかる摩擦力μＦが増加して、ベーン２３ｃの外周側端部とシリンダ２１ｃの内周面との摩擦による機械的損失を増加させてしまう。 

　従って、一般的なベーン型圧縮機では、溝部２２２ｃがロータ２２ｃの回転後方側に延びる形状に形成される例が少ない。つまり、ロータ２２ｃの溝部２２２ｃにベーン２３ｃを摺動可能に嵌め込む形式の圧縮機では、溝部２２２ｃが回転方向後方側へ傾斜して延びる形状に形成される例が少ない。

　これに対して、本実施形態の圧縮機１のように、シリンダ２１と第１ロータ２２ａとを連動回転させるシリンダ回転型圧縮機では、第１ベーン２３ａの外周側端部２３０ａとシリンダ２１の内周面２１０との相対変位が少ない。このことは、図５において、第１ベーン２３ａの外周側端部２３０ａと破線で示す第１吐出穴２５１ａとの相対変位量が小さいことからも理解される。

　従って、本実施形態の圧縮機１によれば、上述した摩擦力μＦの増加を抑制することができ、シリンダ２１と第１ベーン２３ａとの摩擦による機械的損失を増加させてしまうことがない。その結果、本実施形態の圧縮機１によれば、シリンダ回転型圧縮機１のエネルギ損失の増加を極めて効果的に抑制することができる。もちろん、上述したエネルギ損失の増加抑制効果は、第２圧縮機構部２０ｂにおいても同様に得ることができる。

　（他の実施形態）
　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　上述の実施形態では、本開示に係るシリンダ回転型圧縮機１を車両用空調装置の冷凍サイクルに適用した例を説明したが、本開示に係るシリンダ回転型圧縮機１の適用はこれに限定されない。つまり、本開示に係るシリンダ回転型圧縮機１は、種々の流体を圧縮する圧縮機として幅広い用途に適用可能である。

　上述の実施形態では、シリンダ回転型圧縮機１の動力伝達手段として、ピン－ホール式の自転防止機構と同様の構成のものを採用した例を説明したが、動力伝達手段はこれに限定されない。例えば、オルダムリング式の自転防止機構と同様の構成のもの等を採用してもよい。

　上述の実施形態では、複数の圧縮機構部を備えるシリンダ回転型圧縮機１について説明したが、もちろん１つ圧縮機構部を備えるシリンダ回転型圧縮機１であってもよい。

　上述の実施形態では、回転子と一体的に構成されたシリンダ２１の外周側に固定子が配置された電動機部３０を採用した例を説明したが、電動機部３０はこれに限定されない。例えば、電動機部とシリンダ２１を、シリンダ２１の中心軸Ｃ１方向に並べて配置し、電動機部とシリンダ２１とを連結させてもよい。また、電動機部の回転中心とシリンダ２１の中心軸Ｃ１とを同軸上に配置することなく、電動機部の回転駆動力をベルトを介してシリンダ２１へ伝達してもよい。
 

 

Claims (4)

1. 　中心軸（Ｃ１）周りに回転する円筒状のシリンダ（２１）と、
   　前記シリンダ（２１）の内部に配置されて、前記シリンダ（２１）の中心軸（Ｃ１）に対して偏心した偏心軸（Ｃ２）周りに回転する円筒状のロータ（２２ａ、２２ｂ）と、
   　前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）を回転可能に支持するシャフト（２４）と、
   　前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）に形成された溝部（２２２ａ、２２２ｂ）に摺動可能に嵌め込まれて、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の外周面（２２０ａ、２２０ｂ）と前記シリンダ（２１）の内周面（２１０）との間に形成される圧縮室（Ｖａ、Ｖｂ）を仕切る板状のベーン（２３ａ、２３ｂ）と、を備え、
   　前記シリンダ（２１）および前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）は、互いに連動して回転し、
   　前記ベーン（２３ａ、２３ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）が回転した際に、その外周側端部（２３０ａ、２３０ｂ）が前記シリンダ（２１）の内周面（２１０）に当接するように変位し、
   　前記シャフト（２４）の内部には、外部から流入した圧縮対象流体を流通させるシャフト側吸入通路（２４ｄ）が形成され、
   　前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の内部には、前記シャフト側吸入通路（２４ｄ）から流出した圧縮対象流体を、前記圧縮室（Ｖａ、Ｖｂ）側へ導くロータ側吸入通路（２２４ａ、２２４ｂ）が形成され、
   　前記偏心軸（Ｃ２）の軸方向から見たときに、前記溝部（２２２ａ、２２２ｂ）および前記ロータ側吸入通路（２２４ａ、２２４ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の内周側から外周側へ向かって、互いに近づく形状に形成されているシリンダ回転型圧縮機。
2. 　前記偏心軸（Ｃ２）の軸方向から見たときに、前記溝部（２２２ａ、２２２ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の径方向に対して傾斜した方向に延びる形状に形成されており、
   　さらに、前記溝部（２２２ａ、２２２ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の内周側から外周側へ向かって、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の回転方向後方側へ延びている請求項１に記載のシリンダ回転型圧縮機。
3. 　前記偏心軸（Ｃ２）の軸方向から見たときに、前記ロータ側吸入通路（２２４ａ、２２４ｂ）の流体流出口（２２５ａ、２２５ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の外表面のうち前記溝部（２２２ａ、２２２ｂ）が形成された部位の回転方向直後に開口していることを特徴とする請求項１または２に記載のシリンダ回転型圧縮機。
4. 　前記偏心軸（Ｃ２）の軸方向から見たときに、前記ロータ側吸入通路（２２４ａ、２２４ｂ）の流体流出口（２２５ａ、２２５ｂ）は、前記ロータ（２２ａ、２２ｂ）の外周面（２２０ａ、２２０ｂ）のうち前記溝部（２２２ａ、２２２ｂ）が形成された部位の回転方向後方側において該部位に隣接して開口している請求項１または２に記載のシリンダ回転型圧縮機。 
   
    

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