(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の内周面と波状の内壁面とを備えたシリンダと、
前記シリンダの内周面に摺接して回転自在に横架され、径方向に放射状に複数形成されたベーン溝を備えたロータと、
前記シリンダの内壁面とロータの一端面との間に設定された圧縮作業室と、
前記シリンダの波状の内壁面の吸入側に開口する吸入室と、
前記シリンダの波状の内壁面の吐出側に開口する吐出孔と、
前記ロータのベーン溝にロータの軸方向に揺動自在に装着され、前記ベーン溝内に供給されるオイルによりベーン背圧が加えられて、常時前記シリンダの内壁面に付勢される複数のベーンとを備え、
ロータの回転により、ベーンがシリンダの内壁面に沿って倣って揺動して、圧縮作業室に吸入室から吸気される冷媒ガスの圧縮を行ない、吐出孔へ吐出することを特徴とする気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーエアコン等のエアコンシステムに使用される気体圧縮機に関するもので、特に、シリンダ外径を小径化することにより、機器のコンパクト化を図った気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エアコンシステムに使用される気体圧縮機は、図１８，図１９に示すようにケーシング１の開口端をフロントヘッド２で塞ぎ、ケーシング１内に電磁クラッチ３に連結された圧縮機本体４が収納されている。
【０００３】
上記圧縮機本体４は一対のサイドブロック（フロントサイドブロック５とリヤサイドブロック６）間に内周略楕円筒状のシリンダ７を有し、両サイドブロック５，６とシリンダ７により画成されるシリンダ室内にはロータ９が回転可能に横架され、このロータ９の軸部１０はフロントサイドブロック５の軸受１１とリヤサイドブロック６の軸受１２により支持されている。
【０００４】
また、ロータ９には、径方向に放射状に伸びるスリット状のベーン溝１３が複数形成され、このベーン溝１３にはベーン１４がロータ９の径方向に進退可能に装着されており、ベーン１４は、ロータ９の回転時における遠心力とベーン溝１３底部の油圧とによりシリンダ７の内壁面側に付勢されている。そして、両サイドブロック５，６、シリンダ７、ロータ９、ベーン１４により仕切られた空間をシリンダ室内の小室（圧縮作業室）１５として、ロータ９の回転により冷媒ガスの圧縮を行なう。
【０００５】
すなわち、ロータ９が回転して圧縮作業室１５の内圧が変化すると、その内圧変化により吸入室１６の冷媒ガスを圧縮作業室１５内に吸気し、圧縮する。その際、吸入室１６の冷媒ガスは、ケーシング１の吸入口１７を介して導入され、圧縮後の冷媒ガスは、圧縮作業室１５からシリンダ７の吐出孔１８、リヤサイドブロック６の吐出連絡路、油分離器１９、吐出室２０を順次通過し、吐出口２１よりケーシング１外部のエアコンシステム側に至る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の気体圧縮機においては、圧縮作業室１５は、ロータ９の外周面とシリンダ７の内周面との間に設定され、この圧縮作業室１５内にロータ９の回転によりベーン１４が径方向に突出して、圧縮作業室１５内での冷媒ガスの圧縮作業を行なうという構成であるため、シリンダ７の外径寸法が大きくなり、気体圧縮機のコンパクト化を図る上での大きな障害となっていた。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、シリンダの外径寸法を短縮化でき、コンパクトな構造の気体圧縮機を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、円筒状の内周面と波状の内壁面とを備えたシリンダと、前記シリンダの内周面に摺接して回転自在に横架され、径方向に放射状に複数形成されたベーン溝を備えたロータと、前記シリンダの内壁面とロータの一端面との間に設定された圧縮作業室と、前記シリンダの波状の内壁面の吸入側に開口する吸入室と、前記シリンダの波状の内壁面の吐出側に開口する吐出孔と、前記ロータのベーン溝にロータの軸方向に揺動自在に装着され、前記ベーン溝内に供給されるオイルによりベーン背圧が加えられて、常時前記シリンダの内壁面に付勢される複数のベーンとを備え、ロータの回転により、ベーンがシリンダの内壁面に沿って倣って揺動して、圧縮作業室に吸入室から吸気される冷媒ガスの圧縮を行ない、吐出孔へ吐出することを特徴とする。この発明において、「軸方向」とは、軸線の方向成分を含む方向、すなわち、軸線の方向および軸線に対して斜めの方向を意味している。
【０００９】
ここで、シリンダの外径寸法を短縮化できるように、シリンダは内周円筒状に形成され、このシリンダ室内に回転自在に横架されるロータは、このシリンダの内周面と摺接するように設置され、シリンダの構成は、シリンダ本体のフロント側及びリヤ側にはそれぞれフロントサイドブロック，リヤサイドブロックが設けられていても良く、また、フロントシリンダとリヤシリンダとを接合してシリンダを構成しても良い。
【００１０】
そして、冷媒ガスの圧縮作業を行なう圧縮作業室は、従来のロータの外周面側に替えて、ロータのフロント側端面、あるいはリヤ側端面の少なくとも一方側に設定され、ロータの端面側に設定した圧縮作業室で、冷媒ガスの圧縮作業を行なうために、ロータに装着するベーンをロータの軸方向に揺動可能に装着する必要がある。
【００１１】
この圧縮作業室とベーンとの関係は、以下の２形態が考えられる。まず、ロータの両端面のうち、一方側のみに圧縮作業室を設定する場合、すなわち、ロータの端面とシリンダの内壁面との間に圧縮作業室を設定する場合には、シリンダの内壁面のロータ端面と対向する面には、径回り方向に沿う波状空間部を設定するとともに、ロータに装着する軸方向に揺動可能なベーンは、ベーン背圧により常にシリンダの内壁面の波状面に付勢する。
【００１２】
従って、ロータの回転によりベーンはシリンダ内壁の波状面に倣うように回転するため、圧縮作業室に吸気される冷媒ガスの圧縮作業を行なうことができる。
【００１３】
また、別形態として、ロータのフロント側端面及びリヤ側端面の双方に圧縮作業室を形成することもできる。この場合には、ベーン先端部分の軸方向寸法をロータの寸法より長寸な略扇状に設定するとともに、ベーンのフロント側端辺及びリヤ側端辺は、それぞれシリンダのフフロント側内壁面とリヤ側内壁面に同時に摺接する必要があるため、フロント側内壁面に形成される径回り方向に沿う波形面と、リヤ側内壁面に形成される径回り方向に沿う波形面とは谷部と山部とが一致するように両者の相対距離が一定になるように双方の波状面が形成されている。
【００１４】
従って、ロータの回転により、ベーンの両端辺は、シリンダのフロント側及びリヤ側内壁面に倣うように動作して、ロータの両端面側に設定した圧縮作業室内で冷媒ガスの圧縮作業を行なう。また、ベーンの枚数は特に限定することなく、複数枚のベーンを使用しても単一のベーンを使用しても良いが、圧縮効率を考慮すれば、複数枚のほうが好ましい。
【００１５】
以上の構成から明らかなように、内周円筒状のシリンダ室内にシリンダの内周面と摺接するように回転自在にロータが横架され、ロータの端面とシリンダの内壁面との間に圧縮作業室を設定するという構成であるため、従来のようにロータの外周側に圧縮作業室を設定する構成のものに比べ、シリンダの外径寸法を短縮化できる。
【００１６】
更に、ロータの端面とシリンダのフロント側及びリヤ側内壁面との間に圧縮作業室を設定すれば、圧縮作業室の設置箇所を多く確保できることから、従来に比べ圧縮作業時の脈動を小さく制御できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気体圧縮機の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１乃至図８は本発明の第１実施形態を示すもので、図１は気体圧縮機の全体構成を示すロータの軸方向断面図、図２は同気体圧縮機における要部構成を示す概要図、図３は同気体圧縮機のロータとベーンとの関係を示す説明図、図４は同気体圧縮機の運転時における圧縮作業を説明する模式断面図、図５乃至図８は同気体圧縮機の圧縮作業動作を示す各説明図である。
【００１９】
また、図９乃至図１７は本発明の第２実施形態を示すもので、図９は気体圧縮機の全体構成を示すロータの軸方向断面図、図１０は同気体圧縮機における要部構成を示す概要図、図１１はシリンダ構成を変更した要部構成示す概要図、図１２は同気体圧縮機のロータとベーンとの関係を示す説明図、図１３は同気体圧縮機の運転時における圧縮作業を説明する模式断面図、図１４乃至図１７は同気体圧縮機の圧縮作業を示す各説明図である。
【００２０】
まず、図１乃至図８に基づいて、本発明の第１実施形態について説明する。尚、従来例と同一構成部分については同一符合を付して説明する。図面において、本発明に係る気体圧縮機は、ケーシング１の開口端をフロントヘッド２で塞ぎ、ケーシング１内に電磁クラッチ３に連結された圧縮機本体３０が収納されている。
【００２１】
そして、この圧縮機本体３０に使用するシリンダ３１は３分割されており、フロントサイドブロック３２，リヤサイドブロック３３との間に内周円筒状のシリンダ本体３４を有し、両サイドブロック３２，３３とシリンダ本体３４により画成されるシリンダ室内にロータ３５が回転可能に横架されており、このロータ３５の外周面とシリンダ本体３４の内周面とは摺接シールしている。更に、ロータ３５にはベーン溝３６が穿設加工されており、このベーン溝３６内にベーン３７がロータ３５の軸方向に揺動可能に装着されている。
【００２２】
すなわち、本発明の第１実施形態においては、従来のようにロータの外周側に圧縮作業室を設定するのではなく、ロータ３５のフロント側端面３５ａとシリンダ３１の内壁面（フロントサイドブロック３２）との間に圧縮作業室３８が設定されている。
【００２３】
更に詳しくは、ロータ３５の回転により、圧縮作業室３８に吸気した冷媒ガスを圧縮作業できるように、シリンダ３１，ロータ３５の形状、並びにベーン３７の動作を以下のように設定している。すなわち、図２に示すように、フロントサイドブロック３２の内面に圧縮作業室３８が形成されるが、この場合、ベーン３７の揺動をロータ３５の回転により連続して行なう必要があるため、ロータ３５の外周面とシリンダ本体３４の内周面とがロータ３５の軸方向に沿う湾曲面に設定され、両者間は密接シール状態であり、図３に示すようにベーン３７は先端辺が湾曲状に形成されている。
【００２４】
そして、フロントサイドブロック３２の内面は径回り方向に沿って波形面に設定され、谷部３８ａでベーン３７が最大突出状態となり、山部３８ｂでベーン３６はロータ３４内に後退して、ロータ３５の端面３５ａとフロントサイドブロック３２とが摺接することになる。一方、ベーン３７は、ベーン溝３６内に供給されるオイルによりベーン背圧が加えられ、常時図１中矢印方向に付勢され、ベーン３７の端辺３７ａがフロントサイドブロック３２の内面に摺接する状態にある。
【００２５】
次に、気体圧縮機の運転時の状態を図４を基に説明する。尚、図４はロータ３５が１８０゜回転する際の圧縮作業室３８の形状変化を示す模式断面図である。
【００２６】
すなわち、ロータ３５の回転により、ロータ３５とともにベーン３７も回転するが、ベーン３７は常時フロントサイド側に付勢されているため、ロータ３５のフロント側端面３５ａとフロントサイドブロック３２の内面との間に形成される圧縮作業室３８内に突出し、ベーン３７の端辺がフロントサイドブロック３２の内面の谷部３８ａ，山部３８ｂのような波形面に倣い動作して、圧縮作業室３８に吸気された冷媒ガスの圧縮作業を行なうことになる。
【００２７】
次に、図５乃至図８に基づいて、圧縮作業動作について説明する。まず、図５（ａ），（ｂ）は吸入時の状態であり、ベーン３７はロータ３５内に後退している。そして、図６（ａ），（ｂ）は圧縮開始状態であり、ベーン３７はベーン背圧によりフロント側に少し揺動し、シリンダ３１の内壁面に倣う。次いで、図７（ａ），（ｂ）は圧縮作業の途中状態であり、ベーン３７はベーン背圧により更にフロント側に揺動し、圧縮作業室３８の谷部３８ａに摺接している。更に、図８（ａ），（ｂ）は圧縮作業を終了した吐出状態であり、ベーン３７はシリンダ３１の内壁面に倣うように、ロータ３５内に入り込み、図５（ａ），（ｂ）に示す位置に戻る。このように、複数枚のベーン３７がロータ３５の回転により上述した圧縮作業を繰り返し行なう。
【００２８】
従って、本実施形態によれば、圧縮作業室３７をロータ３４の端面３４ａ側に設定することにより、シリンダ３１の外径寸法を図２中ｄのように小径化することができ、気体圧縮機のコンパクト化を図ることができ、特に、カーエアコン等のように手狭なスペースに設置する場合のスペース効率に優れるという効果がある。
【００２９】
更に、この実施形態においては、フロントサイドブロック３２の内面に放射状に延びる谷部３８ａ，山部３８ｂを交互に繰り返す波形状の空間部を設けるというものであり、谷部３８ａを３箇所以上設定すれば、ロータ３５の１回転あたりの圧縮回数が多くとれ、吐出脈動が小さくなり、防音性能が向上するという利点がある。
【００３０】
尚、図示はしないがロータ３５のリヤ側端面３５ｂとシリンダ３１の内壁面（リヤサイドブロック３２）との間に圧縮作業室３８を設置することも可能であり、また、ロータ３５に対して単一のベーン３７を使用しても良い。
【００３１】
次に、図９乃至図１７は本発明の第２実施形態を示すもので、ロータ３５の両端面３５ａ，３５ｂとシリンダ３１の内壁面との双方に圧縮作業室３８，３９が設定されている。更に詳しくは、ロータ３５のフロント側端面３５ａとフロントサイドブロック３２との間に設定される圧縮作業室３８については、第１実施形態と同一であるのでここではその説明は省略するが、ロータ３５のリヤ側端面３５ｂとリヤサイドブロック３３との間に設定される圧縮作業室３９は以下のように構成される。
【００３２】
すなわち、図９，図１０に示すように、リヤサイドブロック３３に形成される圧縮作業室３９は、フロントサイドブロック３２の内面に形成される波状空間部と同一面形状であり、所定角度位相した形状であり、フロントサイドブロック３２に形成される谷部３８ａに対応して、リヤサイドブロック３３の圧縮作業室３９では山部３９ａが対応し、同様に山部３８ｂに対しては谷部３９ｂが対応するように、フロントサイドブロック３２とリヤサイドブロック３３の対向する相対距離が常に一定に維持されるように構成されている。
【００３３】
このことは、ロータ３５に装着されるベーン３７の両端辺３７ａ，３７ｂがフロントサイドブロック３１及びリヤサイドブロック３２の内面に同時に摺接して回転を行なう必要性からそのように構成する。尚、図１１に示すように、シリンダ３１をフロントシリンダ３１ａ，リヤシリンダ３１ｂの２分割構成としても良い。
【００３４】
一方、図１２に示すように、ベーン３７は、その先端部分がロータ３５の軸方向寸法より長寸に設定された略扇状をしており、ベーン３７はロータ３５のベーン溝３６内を軸方向に沿って揺動できるように装着されている。尚、ベーン３７を単一のものを使用しても良い。
【００３５】
そして、気体圧縮機の運転駆動時、図１３に示すように、ロータ３５が回転すれば、それに伴ないベーン３７も回転するが、その際、ベーン３７は、ベーン３７のフロント側端辺３７ａがフロントサイドブロック３２側の圧縮作業室３８内に突出し、圧縮作業室３８内の冷媒ガスを圧縮作業を行ない、そのとき、ベーン３７のリヤ側端辺３７ｂはロータ３５内に後退している。
【００３６】
次いで、フロントサイド側の圧縮作業室３８の圧縮作業が完了すれば、今度はベーン３７のリヤ側端辺３７ｂがリヤサイド側の圧縮作業室３９内に突出して、この圧縮作業室３９内で冷媒ガスの圧縮作業を行ない、このようにロータ３５の回転によりベーン３７のフロント側端辺３７ａ，リヤ側端辺３７ｂがシリンダ３１の内壁面（両サイドブロック３２，３３）の内面形状に倣い、双方の圧縮作業室３８，３９の圧縮作業を行なうことになる。
【００３７】
次に、図１４乃至図１７に基づいて、圧縮作業動作について説明する。まず、図１４（ａ），（ｂ）はフロント側の圧縮作業室３８の吸入時の状態であり、ベーン３７はリヤ側の圧縮作業室３９側に揺動しており、圧縮作業室３９の圧縮作業を行なっている。
【００３８】
そして、図１５（ａ），（ｂ）はフロント側の圧縮作業室３８の圧縮開始状態であり、ベーン３７の両端辺３７ａ，３７ｂはシリンダ３１の両内壁面に倣い、フロント側に少し揺動している。次いで、図１６（ａ），（ｂ）はフロント側の圧縮作業室３８の圧縮作業の途中状態であり、ベーン３７のリヤ側端辺３７ｂはロータ３５内に後退し、かわってフロント側端辺３７ａは圧縮作業室３８の谷部３８ａに摺接している。
【００３９】
更に、図１７（ａ），（ｂ）はフロント側の圧縮作業室３８の圧縮作業を終了した吐出状態であり、ベーン３７の両端辺３７ａ，３７ｂはシリンダ３１の両内壁面に倣い、ベーン３７のフロント側端辺３７ａは、ロータ３５内に入り込み、図１４（ａ），（ｂ）に示す位置に戻る。このように、複数枚のベーン３７がロータ３５の回転により上述した圧縮作業を繰り返し行なう。この実施形態においても、シリンダ３１の外径寸法を短縮でき、気体圧縮機のコンパクト化に後件できるという上述実施形態と同様の作用効果を備えている。
【００４０】
更に、本実施形態においてはロータ３５のフロント側及びリヤ側端面３５ａ，３５ｂの双方に圧縮作業室３８，３９を設定するという構成であるため、圧縮作業室３８，３９の設置箇所を更に多く確保できることから、吐出脈動を更に小さく制御でき、運転時の静粛性が更に高まるという効果がある。
【００４１】
また、ベーン３７はロータ３５の回転時、シリンダ３１の内壁面（フロントサイドブロック３２及びリヤサイドブロック３３の内面）に倣うことにより、ロータ３５の軸方向に沿って揺動するため、ベーン背圧用のオイルを供給する必要がなく、構成が簡素化できるという利点がある。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明は、以下に記載する格別の作用効果を有する。
【００４３】
（１）請求項１記載の気体圧縮機は、シリンダ内に回転自在に横架されるロータのフロント側端面、あるいはリヤ側端面と、シリンダの内壁面との間に圧縮作業室を設定するという構成であるため、シリンダの外径寸法を小径化することができ、気体圧縮機のコンパクト化を図ることができるという効果を有する。
【００４４】
（２）請求項１記載の気体圧縮機は、シリンダ内に回転自在に横架されるロータのフロント側端面、あるいはリヤ側端面と、シリンダの内壁面との間に圧縮作業室を設定するという構成であるため、シリンダ内に形成される圧縮作業室の設置箇所を３箇所以上に設けることができ、ロータの１回転あたりの圧縮回数を増やすことにより、気体圧縮機の吐出脈動を抑えることができ、気体圧縮機の静粛性を高めることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体圧縮機の第１実施形態を示すものでロータの軸方向断面図。
【図２】同気体圧縮機における要部構成を示す概要図。
【図３】同気体圧縮機に使用するロータとベーンとの関係を示す説明図。
【図４】同気体圧縮機の運転時における圧縮作業を示す模式断面図。
【図５】同気体圧縮機におけるガス吸入時の状態を示す説明図。
【図６】同気体圧縮機における圧縮開始状態を示す説明図。
【図７】同気体圧縮機における圧縮作業途中を示す説明図。
【図８】同気体圧縮機における圧縮ガスの吐出状態を示す説明図。
【図９】本発明に係る気体圧縮機の第２実施形態を示すもので、ロータの軸方向断面図。
【図１０】同気体圧縮機における要部構成を示す概要図。
【図１１】同気体圧縮機におけるシリンダを変更した要部構成を示す概要図。
【図１２】図９に示す気体圧縮機に使用するロータとベーンとの関係を示す説明図。
【図１３】図９に示す気体圧縮機の運転時における圧縮作業を示す模式断面図。
【図１４】同気体圧縮機におけるガス吸入時の状態を示す説明図。
【図１５】同気体圧縮機における圧縮開始状態を示す説明図。
【図１６】同気体圧縮機における圧縮作業途中を示す説明図。
【図１７】同気体圧縮機における圧縮ガスの吐出状態を示す説明図。
【図１８】従来の気体圧縮機におけるロータの軸方向断面図。
【図１９】従来の気体圧縮機における径方向断面図。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  フロントヘッド
１６  吸入室
１７  吸入口
３０  圧縮機器本体
３１  シリンダ
３２  フロントサイドブロック
３３  リヤサイドブロック
３４  シリンダ本体
３５  ロータ
３５ａ  フロント側端面
３５ｂ  リヤ側端面
３６  ベーン溝
３７  ベーン
３７ａ  フロント側端辺
３７ｂ  リヤ側端辺
３８，３９  圧縮作業室
３８ａ，３９ｂ  谷部
３８ｂ，３９ａ  山部
【図１】
0003598203.tif 000002
【図２】
0003598203.tif 000003
【図３】
0003598203.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003598203.tif 000016
【図１６】
0003598203.tif 000017
【図１７】
0003598203.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0003598203.tif 000020