(57)【要約】【課題】動力ロスの低減、耐摩耗性の向上、内部リークの低減による機器性能の向上等を図るのに好適な気体圧縮機を提供する。【解決手段】電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力が、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータ８に作用し、リア背圧空間３７のオイル圧力がロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータ８に作用する場合に、このロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とがその互いの磁力で反発し合い、この反発磁力により、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重と、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重との荷重バランスが取られ、ロータ８が中立の位置に保持されるものとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、
上記シリンダのフロント側端面に取り付けたフロントサイドブロックと、
上記シリンダのリア側端面に取り付けたリアサイドブロックと、
上記シリンダ内に回転可能に収容されたロータと、
上記フロントサイドブロックと上記リアサイドブロックに設けた軸受孔で上記ロータの回転軸を支持するロータ支持構造と、
上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダと上記ロータの間の隙間空間からなるシリンダ室を複数の小室に仕切るベーンと、
上記ベーンにより仕切られた複数の小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出を行なう構造の圧縮室と、
上記ロータの端面とこれに対向する上記フロントサイドブロックの内面とを互いの磁力で反発させて、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせる、荷重バランス取り手段とを備えること
を特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、
上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、
上記荷重バランス取り手段は、主に、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項３】
上記荷重バランス取り手段は、
上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、
上記ロータ側の永久磁石と反発する電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項４】
上記荷重バランス取り手段は、
上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、
上記フロントサイドブロックの内面側のみ若しくは該フロントサイドブロックの全体を、上記ロータ側の永久磁石と反発する他の永久磁石とした構造からなること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項５】
上記ロータの端面側のみを永久磁石とする構造の場合に、その永久磁石は、上記ロータの外周面側で該ロータの回転軸回りに環状に設けられること
を特徴とする請求項３または請求項４に記載の気体圧縮機。
【請求項６】
上記荷重バランス取り手段は、
上記ロータ側に電磁石が設けられ、
上記ロータ側の電磁石と反発する他の電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項７】
上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、
上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、
上記荷重バランス取り手段は、
上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、上記ロータ側の永久磁石と反発する電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるとともに、
上記リア背圧空間の中圧オイル圧を検知し、この検知結果に基づいて上記電磁石を制御する制御手段を具備し、
その電磁石と上記永久磁石との反発磁力により、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項８】
上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、
上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、
上記荷重バランス取り手段は、
上記ロータ側に電磁石が設けられ、
上記ロータ側の電磁石と反発する他の電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるとともに、
上記リア背圧空間の中圧オイル圧を検知し、この検知結果に基づいて上記双方の電磁石またはいずれか一方の電磁石を制御する制御手段を具備し、
その電磁石どうしの反発磁力により、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であること
を特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【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システム等に用いられる気体圧縮機に関し、特に、動力ロスの低減、耐摩耗性の向上、内部リークの低減による機器性能の向上等を図るのに好適な気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気体圧縮機としては図６に示す構造のものが知られている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
同図の気体圧縮機は、内周楕円状のシリンダ４内に回転可能に収容されたロータ８を有し、このロータ８とシリンダ４との間の隙間空間がシリンダ室２３となっている（図７参照）。シリンダ４のフロント側およびリア側端面にはフロントサイドブロック５とリアサイドブロック６がそれぞれ取り付けられており、この両サイドブロック５、６に設けた軸受孔９、１０を介して上記ロータ８のロータ軸７が支持される構造となっている。
【０００４】
また、上記ロータ８の外周面にはベーン溝２１が形成され、このベーン溝２１にはベーン２２が摺動可能に装着されている（図７参照）。ベーン２２はロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって出没可能に設けられ、かつ、上記シリンダ室２３を複数の小室に仕切る構造となっている。そして、この仕切られた小室が圧縮室２４としてロータ８の回転により容積の大小変化を繰り返し、その容積変化により圧縮室２４内で冷媒ガスが圧縮される。
【０００５】
上記のような構造からなる気体圧縮機においては、圧縮後の高圧冷媒ガス圧が作用する高圧オイルを軸受９、１０のクリアランスで絞って中圧とし、このような中圧オイルがロータ軸７のリア側端面を含む壁面で形成されたリア背圧空間３７に流出し、このリア背圧空間３７からその中圧オイルがベーン背圧としてベーン２２の底部に供給される構造となっている。また、ロータ軸７のフロント側には電磁クラッチ１４が連結されている。
【０００６】
このため、上記構造の気体圧縮機の運転時において、そのロータ８に作用するスラスト方向（ロータ軸心方向）の荷重を考えると、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧する荷重として、ロータ軸７のリア側端面に作用するリア背圧空間３７のオイル圧があり、また、同ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧する荷重として、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力がある。
【０００７】
従って、上記構造の従来の気体圧縮機にあっては、前述した２つのロータスラスト荷重のバランスが取れていないと、ロータ８がフロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６のいずれか一方に偏って強く押しつけられ、以下の問題が生じる。
【０００８】
（１）両サイドブロック５、６に摺接しているロータ８の摺動抵抗が増加し、大きな動力ロスが発生する。
【０００９】
（２）ロータ８の端面やこれに対向するフロントサイドブロック５の内面またはリアサイドブロック６の内面が摩耗しやすい。
【００１０】
（３）ロータ８とフロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６との間の微少な隙間（以下、ロータサイド隙間という。）がその設定値より広がってしまい、このロータサイド隙間を介して高圧側から低圧側へ高圧冷媒ガスがリークする、いわゆる内部リーク量が増え、機器性能の低下が生じる。
【００１１】
地球温暖化問題との関係から、Ｒ４１０ＡやＣＯ２等の高圧作動冷媒ガスを用いる気体圧縮機の要求が高まっている。このような気体圧縮機においては、そのＲ４１０ＡやＣＯ２の特性上、圧縮後の高圧冷媒ガスの圧力がより一層高くなり、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧も高まる。このため、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力とリア背圧空間３７のオイル圧との力の差が従来以上に大きくなり、ロータ８がフロントサイドブロック５側に押しつけられる力が増大することから、上記のような動力ロス、摩耗、内部リークの増加による機器性能の低下といった問題が顕著になる。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００２‐１７４１９０号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、動力ロスの低減、耐摩耗性の向上、内部リークの低減による機器性能の向上等を図るのに好適な気体圧縮機を提供することにある。
【００１４】
【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、シリンダと、上記シリンダのフロント側端面に取り付けたフロントサイドブロックと、上記シリンダのリア側端面に取り付けたリアサイドブロックと、上記シリンダ内に回転可能に収容されたロータと、上記フロントサイドブロックと上記リアサイドブロックに設けた軸受孔で上記ロータの回転軸を支持するロータ支持構造と、上記ロータの外周面から上記シリンダの内周面に向かって出没可能に設けられるとともに、上記シリンダと上記ロータの間の隙間空間からなるシリンダ室を複数の小室に仕切るベーンと、上記ベーンにより仕切られた複数の小室からなるとともに、上記ロータの回転により容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出を行なう構造の圧縮室と、上記ロータの端面とこれに対向する上記フロントサイドブロックの内面とを互いの磁力で反発させて、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせる、荷重バランス取り手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
上記本発明において、上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、上記荷重バランス取り手段については、主に、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であるものとする構造を採用してよい。
【００１６】
上記荷重バランス取り手段については、上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、上記ロータ側の永久磁石と反発する電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるものとしてもよい。
【００１７】
上記荷重バランス取り手段については、上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、上記フロントサイドブロックの内面側のみ若しくは該フロントサイドブロックの全体を、上記ロータ側の永久磁石と反発する他の永久磁石とした構造からなるものとしてもよい。
【００１８】
上記本発明において、ロータの端面側のみを永久磁石とする構造の場合、その永久磁石は、上記ロータの外周面側で該ロータの回転軸回りに環状に設けられるものとする構造を採用することができる。
【００１９】
上記荷重バランス取り手段については、上記ロータ側に電磁石が設けられ、上記ロータ側の電磁石と反発する他の電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造を採用してもよい。
【００２０】
上記本発明において、上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、上記荷重バランス取り手段については、上記ロータの端面側のみ若しくは該ロータの全体を永久磁石とし、上記ロータ側の永久磁石と反発する電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるとともに、上記リア背圧空間の中圧オイル圧を検知し、この検知結果に基づいて上記電磁石を制御する制御手段を具備し、その電磁石と上記永久磁石との反発磁力により、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であるものとしてよい。
【００２１】
本発明において、上記ロータ軸のフロント側端部には、これに連結された電磁クラッチが設けられ、上記ロータ軸のリア側端部には、そのロータ軸の端面を含む壁面で囲まれてなるとともに、上記ベーンの底部にベーン背圧として中圧オイルを供給するリア背圧空間が設けられ、上記荷重バランス取り手段については、上記ロータ側に電磁石が設けられ、上記ロータ側の電磁石と反発する他の電磁石が上記フロントサイドブロック側に設けられる構造からなるとともに、上記リア背圧空間の中圧オイル圧を検知し、この検知結果に基づいて上記双方の電磁石またはいずれか一方の電磁石を制御する制御手段を具備し、その電磁石どうしの反発磁力により、上記ロータを上記フロントサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記リア背圧空間のオイル圧と、上記ロータを上記リアサイドブロック側に押圧するロータスラスト荷重として該ロータに作用する、上記電磁クラッチのアマチュアがプーリ側に引き寄せられた際のバネ力とを釣り合わせる手段であるものとしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を基に詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明の一実施形態である気体圧縮機の断面図、図２は図１のＡ‐Ａ線断面図、図３は図１のＢ‐Ｂ線断面図、図４は図１の気体圧縮機における制御手段の動作の説明図である。
【００２４】
図１の気体圧縮機は、一端開口型コンプレッサケース１内に圧縮機構部２を収納し、かつ、そのコンプレッサケース１の開口端にフロントヘッド３を取り付けてなる、いわゆるシェル構造を採用している。
【００２５】
圧縮機構部２は筒状のシリンダ４を有し、シリンダ４のフロント側４Ｆ開口端面とリア側４Ｒ開口端面は、それぞれに取り付けられたサイドブロック５、６で塞がれている。以下、シリンダ４のフロント側４Ｆ端部を塞いでいるサイドブロック５のことを「フロントサイドブロック」といい、同シリンダ４のリア側４Ｒ端部を塞いでいるサイドブロック６のことを「リアサイドブロック」という。
【００２６】
シリンダ４の内側にはロータ８が回転可能に収容され、このロータ８の軸心には回転軸としてロータ軸７が一体に設けられている。ロータ軸７は、フロントサイドブロック５とリアサイドブロック６のそれぞれに設けた軸受孔９、１０で支持されている。この両サイドブロック５、６の軸受孔９、１０はそれぞれのサイドブロック５、６の表裏面を貫通する孔形状となっている。
【００２７】
フロントヘッド３の外表面にはボス部１１が突出形成されている。また、このボス部１１の中央にはフロントサイドブロック５の軸受孔９に連通する貫通孔１２が開設されている。
【００２８】
ロータ軸７のフロント側端部７Ｆは、フロントサイドブロック５の軸受９からフロントヘッド３の貫通孔１２内に突出している。尚、ロータ軸７の外周面と貫通孔１２との間にはシール部材１３が設けられ、このシール部材１３によりロータ軸７の外周面がシールされ、フロントヘッド３の内外がシール部材１３で遮断されている。
【００２９】
ロータ軸７のフロント側端部７Ｆには電磁クラッチ１４が連結されている。電磁クラッチ１４は、アマチュア１５、ゴム等のバネ性を有するバネ部材１６、および従動軸１７からなり、これらの部材を介してプーリ１８の回転力をロータ軸７側に伝達するように構成されている。
【００３０】
プーリ１８は、フロントヘッド３のボス部１１外周にベアリング１９を介して回転可能に取り付けられるとともに、図示しないエンジン等の動力で回転駆動される。また、このプーリ１８の内側空洞部には、フロントヘッド３側に取り付けられたクラッチ電磁石２０が配設されている。
【００３１】
アマチュア１５は、その摩擦面が所定のエアギャップを隔ててプーリ１８の端面と対向するように配置されている。従動軸１７は、ロータ軸７のフロント側７Ｆ端部に同軸上にネジ止め固定されている。バネ部材１６は、アマチュア１５と従動軸１７とを連結している。
【００３２】
上記のような構造からなる電磁クラッチ１４において、クラッチ電磁石２０が励磁されると、その磁力により、アマチュア１５がバネ部材１６のバネ力に逆らってプーリ１８側に引き寄せられる。これにより、アマチュア１５の摩擦面がプーリ１８の端面に密着する。そうすると、プーリ１８の回転力がアマチュア１５とバネ部材１６と従動軸１７を介してロータ軸７側に伝達されて、ロータ軸７が回転する。
【００３３】
クラッチ電磁石２０の励磁を停止すると、バネ部材１６のバネ力によりアマチュア１５がプーリ１８側から引き離される。これによりプーリ１８からアマチュア１５側への回転力の伝達が遮断されて、ロータ軸７の回転が停止する。
【００３４】
図２に示したように、ロータ８の外周面にはスリット状のベーン溝２１が５つ切り込み形成されている。これらのベーン溝２１にはそれぞれ１枚ずつベーン２２が摺動可能に装着されている。各ベーン２２はいずれもロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって出没可能に設けられている。
【００３５】
この図１の気体圧縮機においては、筒状のシリンダ４はその内周が略楕円状に形成され、この内周略楕円状のシリンダ４の中心部に真円のロータ８を配置することで、シリンダ４とロータ８との間の隙間空間からなる三日月型のシリンダ室２３がロータ軸７を中心として１８０°対向する位置に２つ形成される構造と、この２つのシリンダ室２３をベーン２２が複数の小室に仕切り形成するという構造を採用している。
【００３６】
上記の如くベーン２２により仕切られた小室が圧縮室２４である。圧縮室２４は、ロータ軸７と一体にロータ８が図中矢印イの方向へ回転することにより容積の大小変化を繰り返し、この容積変化により冷媒ガスの吸入、圧縮、吐出を行なう。
【００３７】
すなわち、圧縮室２４の容積変化が生じると、その容積増加時に、吸入室２５内の低圧冷媒ガスが圧縮室２４へ吸入される。このような圧縮室２４への吸入動作は、フロントサイドブロック５の吸入口５‐１や、シリンダ４の吸入通路２６と連通するようにリアサイドブロック６の端面に掘られた吸入口（図示省略）を介して行なわれる。
【００３８】
そして、圧縮室２４の容積が減少し始めると、その容積減少効果により圧縮室２４内の冷媒ガスが圧縮され始める。その後、圧縮された冷媒ガスの圧力がシリンダ４外部空間の吐出チャンバ２７側の圧力よりも高くなると、シリンダ４楕円短径部付近に位置するシリンダ吐出孔２８の吐出弁２９が開く。
【００３９】
上記のようにして吐出弁２９が開くと、圧縮室２４内の高圧冷媒ガスがシリンダ吐出孔２８からシリンダ４外部空間の吐出チャンバ２７側へ流出する。ベーン２２がシリンダ吐出孔２８を通過すると同時に、吐出弁２９を挟んだ次の圧縮室２４と吐出チャンバ２７との圧力差が逆転し吐出弁２９が閉じる。
【００４０】
吐出チャンバ２７側へ流出した高圧冷媒ガスは、シリンダ４やリアサイドブロック６の吐出通路（図示省略）を通り、リアサイドブロック６に取り付けられている油分離器３１を通って、最後に吐出室３２へ吐出される。
【００４１】
吐出チャンバ２７内に吐出した高圧冷媒ガス中には、圧縮機構部２の摺動部の潤滑や隙間部のシールのためのオイルがミストの状態で含まれている。この高圧冷媒ガス中のオイル成分は油分離器３１の分離フィルタ３３で分離捕獲され、かつ、吐出室３０底部のオイル溜り３４に滴下し貯留される。
【００４２】
オイル溜り３４には吐出室３２の高圧、すなわち圧縮室２４から吐出室３２内に吐出した高圧冷媒ガスの圧力（以下、吐出圧力という。）が作用している。
【００４３】
オイル溜り３４のオイルは、圧縮機構部２の摺動部や隙間部、例えば、▲１▼軸受９、１０、▲２▼ベーン２２底部の隙間空間、▲３▼ロータサイド隙間、▲４▼ロータ周方向隙間等へ供給される。尚、ロータサイド隙間とは、フロントサイドブロック５またはリアサイドブロック６とロータ８との間の隙間である。ロータ周方向隙間とは、ロータ８とシリンダ４との間の隙間である。
【００４４】
ここで、圧縮機構部２の摺動部や隙間部へのオイルの供給手段について説明する。
【００４５】
圧縮機構部２には高圧オイル供給孔３５が設けられている。この高圧オイル供給孔３５は、その一端がオイル溜り３４側に開口し、その他端がフロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６の軸受９、１０側に開口する構造であって、かつ、リアサイドブロック６に穿設した孔３５‐１と、これと連通するようにシリンダ４に穿設した孔３５‐２と、これと連通するようにフロントサイドブロック５に穿設した孔３５‐３とから構成されている。
【００４６】
従って、本実施形態の気体圧縮機においては、この高圧オイル供給孔３５により、オイル溜り３４側からフロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６の軸受９、１０側へ吐出圧力Ｐｄ相当の高圧のオイルが供給され、このオイルによって軸受９、１０の潤滑が行なわれる。
【００４７】
ロータ８の端面と対向しているリアサイドブロック６の内面にはサライ溝３６が設けられている。サライ溝３６は、リアサイドブロック６の軸受１０の周囲に形成され、かつ、軸受１０のクリアランスに開口し連通している。また、このサライ溝３６には、冷媒ガスの吸入過程から圧縮過程の時期に、ベーン溝２１底部側がその側面から対向し連通するように構成されている。このような構造からなるサライ溝３６については、フロントサイドブロック５の内面にも同様に設けられている。
【００４８】
ロータ軸７のリア側７Ｒ端部にはリア背圧空間３７が設けられている。リア背圧空間３７は、油分離器３１およびリアサイドブロック６の外壁の一部とロータ軸７のリア側７Ｒ端面を含む壁面で形成されている。また、このリア背圧空間３７は、リアサイドブロック６に穿設された中圧オイル供給孔３８を介して同リアサイドブロック６のサライ溝３６に連通している。
【００４９】
従って、本実施形態の気体圧縮機においては、リアサイドブロック６の軸受１０側へ供給されたオイルは、さらに同軸受１０のクリアランスを通過してリアサイドブロック６のサライ溝３６側へ流出し供給されるとともに、同軸受１０のクリアランス、リア背圧空間３７、中圧オイル供給孔３８をその順に通過してサライ溝３６側へ流出し供給される。一方、フロントサイドブロック５の軸受９側へ供給されたオイルは、同軸受９のクリアランスを通過してフロントサイドブロック５のサライ溝３６側へ流出し供給される。
【００５０】
この際、軸受９または軸受１０のクリアランス通過時に、オイルは絞られ減圧される。これにより、フロントサイドブロック５およびリアサイドブロック６のサライ溝３６、３６側へ供給されるオイルの圧力は、いずれも軸受９、１０へ供給されるオイルの圧力より低く、吐出圧力Ｐｄと吸入圧力Ｐｓの中間の圧力となる。以下、この中間の圧力のオイルを「中圧オイル」という。
【００５１】
そして、このサライ溝３６内の中圧オイルがベーン背圧としてベーン２２底部の隙間空間へ供給され、このベーン２２底部の隙間空間からベーン２２の底部に中圧オイルの圧力が作用する。ベーン２２にはロータ８の回転による遠心力も作用する。従って、その中圧オイルの圧力と遠心力により、ベーン２２はロータ８の外周面からシリンダ４の内周面に向かって飛び出る。
【００５２】
尚、本実施形態の気体圧縮機では、内周略楕円形状のシリンダ４の中心に真円のロータ８を配置することで、ロータ軸７を中心として１８０°対向する位置に三日月型のシリンダ室２３が２つ形成される構造を採用している。このため、その双方のシリンダ室２３、２３において冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作を行なうことが可能となっている。
【００５３】
また、本実施形態の気体圧縮機では、ロータ８にベーン２２を５枚配設しているため、ロータ８が１回転する間に一方の三日月型シリンダ室２３内では当該ベーン１３により仕切られた圧縮室２４が５回形成される。従って、ロータ８が１回転する間に、一方の三日月型シリンダ室２３で冷媒ガスの吸入・圧縮・吐出という一連の動作が５回行われ、双方のシリンダ室２３で都合１０回行われる。
【００５４】
このような構造との関係から、リアサイドブロック６やフロントサイドブロック５のサライ溝３６については、ロータ軸７を中心として１８０°対向する位置にそれぞれ１つずつ計２つ設けている。これと同様に吸入通路２６、吐出チャンバ２７、シリンダ吐出孔２８、吐出弁２９等についても、それぞれ２つずつ設けている。
【００５５】
上記のような構造からなる気体圧縮機において、クラッチ電磁石２０が励磁され、電磁クラッチ１４がオン動作状態となると、ロータ軸７と一体にロータ８が回転して、冷媒ガスの圧縮動作が行なわれるが、このとき、ロータ８にはロータスラスト荷重として、少なくとも以下の力が作用する。
【００５６】
▲１▼電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力。
【００５７】
▲２▼リア背圧空間３７のオイル圧力。
【００５８】
▲３▼リアサイドブロック６のサライ溝３６に供給されるオイル圧力。
【００５９】
▲４▼フロントサイドブロック５のサライ溝３６に供給されるオイル圧力。
【００６０】
▲５▼ロータ軸７のフロント側７Ｆ端面に作用する大気圧。
【００６１】
このうち、上記▲３▼と上記▲４▼の力は略同一の中圧で互いに逆向きであるため相殺される。上記▲５▼の大気圧は上記▲１▼や上記▲２▼の力に比し極く小さい。従って、主として上記▲１▼と力と上記▲２▼の圧力がロータスラスト荷重としてロータ８に作用すると考えることができる。
【００６２】
電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力（上記▲１▼のバネ力）は、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧する方向を向いている。また、リア背圧空間３７のオイル圧力（上記▲２▼の圧力）は、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧する方向を向いている。従って、この２つのスラスト荷重のバランスを取ることができれば、ロータ８は、フロントサイドブロック５やリアサイドブロック６のいずれか一方に偏って強く押しつけられることなく、中立の位置に保持される。
【００６３】
そこで、本実施形態の気体圧縮機では、主として、上記の如くロータ８に作用する２つのロータスラスト荷重（電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力とリア背圧空間のオイル圧力）に着目し、この２つのロータスラスト荷重の荷重バランスを取り、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせる手段として、磁力の反発力を利用するという構造を採用している。
【００６４】
すなわち、本実施形態の気体圧縮機においては、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とが磁化され、これにより、そのロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とが互いの磁力で反発し合う構造となっている。
【００６５】
ここで、上記のように反発する磁力の強さ（大きさ）は、ロータ軸７のリア側７Ｒ端面の面積とリア背圧空間３７のオイル圧力との乗算値と、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力との差分に相当するものとする。これにより、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重と同ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重との差分が０になり、その荷重バランスが取れ、ロータ８が中立位置に保持される。
【００６６】
ロータ８の端面を磁化する手段については各種考えられる。本実施形態においては、そのロータ端面磁化手段として、磁化したいロータ８の端面側に永久磁石３９を埋設し、この永久磁石３９によりロータ８の端面側のみを局所的に磁化する構造を採用している。この構造において、永久磁石３９は、ロータ軸７を中心として環状に設けられている。これはロータ８の端面から出る磁力の均一化を図るためである。
【００６７】
永久磁石３９をロータ軸７回りに環状に設置する構造としては、図２のようにリング状の永久磁石３９を用いる構造のほか、図５のように永久磁石３９の小片３９‐１〜３９‐５をベーン溝間に設置し、これらの小片３９‐１〜３９‐５が全体としてロータ軸７回りに環状に配置される構造等が考えられるが、いずれの構造を採用してもよい。
【００６８】
また、図２に示したリング状の永久磁石３９や、図５に示した永久磁石３９の小片３９‐１〜３９‐５は、いずれもロータ８の周面寄りに近接して配置されている。これはロータ軸７を中心として広い範囲で反発磁力が作用するように構成することで、ロータスラスト荷重のバランス取りの安定性を高め、安定したロータ８の回転が得られるようにするためである。
【００６９】
また、フロントサイドブロック５の内面を磁化する手段についても各種考えられる。本実施形態では、そのフロントサイドブロック内面磁化手段として、上記のようなロータ８側の永久磁石３９と反発する電磁石４０をフロントサイドブロック５に内蔵するという構造を採用している。この構造において、図３に示したように、電磁石４０はロータ８側の永久磁石３９と同様に、ロータ軸７を中心として環状に設けられるものとしている。これはフロントサイドブロック５の内面から出る磁力の均一化を図るためである。
【００７０】
また、本実施形態の気体圧縮機の場合、上記の如くフロントサイドブロック５に内蔵された電磁石４０の磁力は、リア背圧空間３７の圧力に基づき調節・制御される。この調節・制御は、中圧導入管４１、圧力電圧変換器４２、電圧算出手段４３、電圧供給手段４４からなる制御手段４５により行なわれる。
【００７１】
中圧導入管４１は、リア背圧空間３７の圧力を圧力電圧変換器４２側に導く構造となっている。圧力電圧変換器４２は、中圧導入管４１を介して導入されたリア背圧空間３７の圧力を電圧に変換する。この変換電圧はリア背圧空間３７の圧力に比例する。従って、圧力電圧変換器４２による変換電圧は現在のリア背圧空間３７の圧力を示している。
【００７２】
電圧算出手段４３は、圧力電圧変換器４２による変換電圧（現在のリア背圧空間３７の圧力）に基づき、ロータスラスト荷重バランスを取るために必要な反発磁力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間の反発磁力を求めるとともに、その反発磁力を得るために必要な電磁石４０の励磁電圧を演算する。電圧供給手段４４は、上記電圧算出手段４３での演算結果の励磁電圧値に基づき電磁石４０を励磁する。
【００７３】
上記構造からなる制御手段４５は気体圧縮機の運転開始と同時に作動を開始する。
【００７４】
図４に示したように、制御手段４５が作動すると（ステップ１００）、中圧導入管４１を介し圧力電圧変換器４２側にリア背圧空間３７の圧力が導入され、この圧力電圧変換器４２においてリア背圧空間３７の現在の圧力が電圧として検知される（ステップ１０１）。このとき、例えばリア背圧空間３７の圧力が中圧オイル圧になっているときは、その中圧オイル圧のときにロータスラスト荷重バランスを取るために必要な反発磁力が求められ、さらに、この反発磁力を得るために必要な電磁石４０の励磁電圧が演算される（ステップ１０２）。この処理動作は電圧算出手段４３で行なわれる。
【００７５】
次に、電圧算出手段４３での演算結果の励磁電圧に基づいて電圧供給手段４４が電磁石４０を励磁する（ステップ１０３）。この電磁石４０の励磁により、ロータスラスト荷重のバランスを取るために必要な反発磁力が、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に発生し、これにより、ロータ８が中立位置に保持される。
【００７６】
従って、上記制御手段４５を採用した本実施形態の気体圧縮機によると、リア背圧空間３７の圧力が変化しても、そのリア背圧空間３７の圧力に応じた適切なロータスラスト荷重のバランス取りが行なわれる。
【００７７】
ところで、上記の如くリア背圧空間３７の圧力に基づきフロントサイドブロック５側の電磁石４０を制御するのは、リア背圧空間３７の圧力に変化が生じるため、これに応じてロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間の反発磁力を変更し、適切にロータスラスト荷重バランスを取る必要があるためである。
【００７８】
すなわち、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重としてロータ８に作用する力は、電磁クラッチ１４のアマチュア１５がプーリ１８側に引き寄せられた際のバネ部材１６のバネ力により一義的に決まるものであって、略一定であると考えられる。
【００７９】
これに対し、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重（リア背圧空間３７のオイル圧力）は、吐出室３２の圧力に基づき発生するものであるため、吐出室３２の圧力に連動して変化する。例えば、気体圧縮機の起動時は、吐出室３２への高圧冷媒ガスの吐出量が少なく、吐出室３２の圧力が低いため、リア背圧空間３７のオイル圧力も低くなるが、気体圧縮機の起動時から少し時間が経過した後の定常運転時には、吐出室３２側への高圧冷媒ガスの吐出量が増加し、吐出室３２の圧力が所定の圧力まで高まるため、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧も高まる。
【００８０】
従って、気体圧縮機の起動時と定常運転時では、リア背圧空間３７のオイル圧力が変化し、このため、ロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重が変化する。どのような気体圧縮機の運転状況下でも、ロータスラスト荷重バランスを取って、ロータ８を中立位置に常時保持できるようにするには、そのスラスト荷重バランスを取っている力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に生じる上記反発磁力を適切に変更する必要がある。
【００８１】
このような観点から、本実施形態の気体圧縮機では、上記反発磁力をリア背圧空間３７のオイル圧力に基づき調整・制御するものとし、これにより、気体圧縮機の起動時と定常運転時において、ロータスラスト荷重バランスが適切に取られて、ロータ８が常時中立位置に保持されるようにしている。
【００８２】
特に冷媒としてＲ４１０ＡやＣＯ２等の高圧冷媒を用いた場合には、通常用いられる冷媒に比し吐出室３２の圧力がより一層高圧になり、これに伴いリア背圧空間３７のオイル圧力も上昇する。このため、そのリア背圧空間３７のオイル圧力、すなわちロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重は、通常の冷媒を用いる場合に比し大となり、このように増大したロータスラスト荷重によりロータ８がフロントサイドブロック５側に押しつけられようとする。しかし、本実施形態の気体圧縮機の場合は、上記のようにリア背圧空間３７のオイル圧に基づいて行なわれる電磁石４０の調整・制御により、ロータスラスト荷重バランスを取る力、すなわちロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面との間に生じる反発磁力も大きくなるから、ロータ８の端面がその反発磁力に負けてフロントサイドブロック５の内面に強く押しつけられることはなく、ロータ８は中立位置に保持された状態で安定に回転することができる。
【００８３】
上記実施形態の気体圧縮機によると、ロータ８の端面とこれに対向するフロントサイドブロック５の内面とがその互いの磁力で反発し合い、この反発磁力により、ロータ８をリアサイドブロック６側に押圧するロータスラスト荷重とロータ８をフロントサイドブロック５側に押圧するロータスラスト荷重とのバランスを取るという構造を採用したものである。このため、例えば、Ｒ４１０ＡやＣＯ２等のような高圧作動冷媒ガスを用いた場合においても、その反発磁力によって、ロータスラスト荷重のバランスを適正に保つことができ、ロータ８を中立位置に保持することが可能となる。従って、ロータ８がフロントサイドブロック５側に偏って押しつけられることがなく、その押しつけによる不具合、例えば、動力ロスや、ロータ８またはフロントサイドブロック５の摩耗の低減を図れる。さらにロータ８の中立位置が保持されるということは、ロータサイド隙間の初期設定値を確実に維持することを可能とするものであるから、いわゆる内部リークの低減に効果があり、機器性能の向上も図れる。動力ロスの低減はエネルギ消費量の低減を通じて地球環境保全に貢献するものである。
【００８４】
尚、上記実施形態では、ロータスラスト荷重のバランス取り手段として、フロントサイドブロック５側に電磁石４０を内蔵設置し、ロータ８側に永久磁石３９を設置するという構造を採用したが、これに代えて、そのロータ８側の永久磁石３９を電磁石とする構造を採用してもよい。この構造の場合、ロータ８側の電磁石（図示省略）とこれに反発する他の電磁石、すなわちフロントサイドブロック５側の電磁石４０とにより、ロータスラスト荷重のバランスが取られ、ロータ８が中立位置に保持される。
【００８５】
上記実施形態では、ロータスラスト荷重のバランス取り手段として、フロントサイドブロック５側の電磁石４０とロータ８側の永久磁石３９との反発磁力を利用する構造を採用したが、これに代えて、そのフロントサイドブロック５側の電磁石４を永久磁石とする構造を採用してもよい。この構造の場合、そのフロントサイドブロック５側の永久磁石（図示省略）とロータ８側の永久磁石との反発磁石により、ロータスラスト荷重のバランスを取り、これによりロータ８が中立位置に保持されるものとする。
【００８６】
上記実施形態では、ロータ８の端面側に永久磁石３９や電磁石を埋設する等の手法により、ロータ８の端面側のみを永久磁石化する構造を採用したが、これに代えて、ロータ８の全体を永久磁石とする構造を採用しても、上記実施形態と同等の作用効果が得られる。また、同実施形態では、フロントサイドブロック５の内部に電磁石４０や永久磁石を内蔵設置する等の手法を採用したが、これに代えて、フロントサイドブロック５の全体を永久磁石で構成する、あるいは永久磁石や電磁石の磁力によりフロントサイドブロック５の内面側のみが磁化される構造を採用してもよい。
【００８７】
【発明の効果】
本発明に係る気体圧縮機にあっては、上記の如く、ロータの端面とこれに対向するフロントサイドブロックの内面とを互いの磁力で反発させて、運転時のロータスラスト荷重を釣り合わせるという構造を採用したものである。このため、例えばＲ４１０ＡやＣＯ２等の高圧作動冷媒を用いた場合においても、上記の反発磁力によって、ロータスラスト荷重のバランスを適正に保つことができ、ロータを中立位置に保持することが可能となる。従って、ロータがフロントサイドブロック側に偏って押しつけられることがなく、その押しつけによる不具合、例えば、動力ロスの低減や、ロータまたはフロントサイドブロックの摩耗の低減を図れるとともに、内部リークの低減にも効果があり、機器性能の向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である気体圧縮機の断面図。
【図２】図１のＡ‐Ａ線断面図。
【図３】図１のＢ‐Ｂ線断面図。
【図４】図１の気体圧縮機における制御手段の動作の説明図。
【図５】図１のＢ‐Ｂ線断面における本発明の他の実施形態の説明図。
【図６】従来の気体圧縮機の断面図。
【図７】図６のＡ‐Ａ線断面図。
【符号の説明】
１  コンプレッサケース
２  圧縮機構部
３  フロントヘッド
４  シリンダ
４Ｆ  シリンダのフロント側
４Ｒ  シリンダのリア側
５  サイドブロック（フロントサイドブロック）
５−１  吸入口
６  サイドブロック（リアサイドブロック）
７  ロータ軸（回転軸）
７Ｆ  ロータ軸のフロント側
７Ｒ  ロータ軸のリア側
８  ロータ
９、１０  軸受孔
１１  ボス部
１２  貫通孔
１３  シール部材
１４  電磁クラッチ
１５  アマチュア
１６  バネ部材
１７  従動軸
１８  プーリ
１９  ベアリング
２０  クラッチ電磁石
２１  ベーン溝
２２  ベーン
２３  シリンダ室
２４  圧縮室
２５  吸入室
２６  吸入通路
２７  吐出チャンバ
２８  シリンダ吐出孔
２９  吐出弁
３０  吐出通路
３１  油分離器
３２  吐出室
３３  分離フィルタ
３４  オイル溜り
３５  高圧オイル供給孔
３６  サライ溝
３７  リア背圧空間
３８  中圧オイル供給孔
３９  永久磁石
４０  電磁石
４１  中圧導入管
４２  圧力電圧変換器
４３  電圧算出手段
４４  電圧供給手段
４５  制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004353581.tif 000007
【図６】
2004353581.tif 000008
【図７】
2004353581.tif 000009