(57)【要約】【課題】  回転軸の焼き付きを生じることなくロータの特定の径方向への振動を抑制し得る気体圧縮機を提供する。【解決手段】    全体に楕円状の横断面形状を有し一対の吐出穴２１及び一対の吸入穴２３が設けられたシリンダ室１３を規定するシリンダ１２と、円形断面形状を有する回転軸１６を有し、シリンダ室１３に複数の加圧チャンバ１３ａを規定すべく複数のベーン２０を保持しシリンダ室１３内に回転可能に収容されるロータ１７と、回転軸１６を受け入れる軸受け穴１４ａ、１５ａが設けられた軸受１４、１５とを備える気体圧縮機１０。軸受け穴１４、１５は、回転軸１６の振動の最大振幅方向Ｍに一致する方向での内径Ｌ１が当該方向と直角関係に位置する方向での内径Ｌ２よりも小さく設定されている。【選択図】  図４
2005248915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体に楕円状の横断面形状を有し一対の吐出穴及び一対の吸入穴が設けられたシリンダ室を規定するシリンダと、円形断面形状を有する回転軸を有し、前記シリンダ室に複数の加圧チャンバを規定すべく複数のベーンのそれぞれを前記シリンダ室の周壁に向けて押圧可能に保持しかつ前記ベーンを前記周壁上で摺動させるべく前記シリンダ室内に回転可能に収容されるロータと、前記シリンダに設けられ前記回転軸を受け入れる軸受け穴が設けられた軸受とを備え、前記回転軸の軸線と直角な方向への該回転軸の振動の振幅が最大値を示す最大振幅方向に一致する方向における前記軸受け穴の内径は当該方向と直角関係に位置する方向における内径よりも小さく設定されていることを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記吐出穴は前記シリンダ室の短径部近傍で相互に径方向に対向して配置されており、前記回転軸は前記シリンダの前記両短径部を結ぶ短径方向よりも該各短径部に近接する前記各吐出穴の側へ所定の回転角度の偏りを持つ径方向に最大振幅で振動を生じ、前記軸受け穴は、前記最大振幅方向にほぼ一致する短径方向と、該短径方向に直角な長径方向とで規定される全体に楕円状の横断面形状を有する請求項１に記載の気体圧縮機。
【請求項３】
前記軸受け穴の短径方向は、前記シリンダ室の短径方向から前記ロータの回転方向へ向けて約１５０度から約１６０度迄の角度範囲内に在ることを特徴とする請求項２に記載の気体圧縮機。
【請求項４】
奇数個の前記ベーンが前記ロータの周方向へ相互に間隔をおいて該ロータに保持されている請求項３に記載の気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のベーンが設けられたロータが楕円状のシリンダ室内で回転することにより気体を吸入して圧縮し、この圧縮気体を排出するベーン・ロータ式気体圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種のベーン・ロータ式気体圧縮機では、楕円形の横断面形状を有するシリンダ室の短径部近傍に吐出口が設けられており、シリンダ室で、ベーンを保持するロータがその回転軸の回りに回転するとき、この回転軸は前記シリンダの短径方向からロータの回転方向へ所定角度で示される角度の径方向に最大振幅で振動することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このように、ロータの回転軸がシリンダ室の特定の径方向に強く振動するにも拘わらず、その回転軸は円形横断面形状を有することから、該回転軸を受ける軸受の軸受け穴は、円形横断面形が採用されていた。また、この軸受け穴の穴径は、回転軸との間に該回転軸の焼き付きを防止するのに十分な間隙が保持されるように、適正な値に設定されていた。
【特許文献１】特開２００３−２５４２７５号公報（第３頁、図９）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そのため、従来の前記ベーン・ロータ式気体圧縮機では、回転軸の前記した特定の径方向への強い振動を効果的に抑制することはできなかった。前記した回転軸の特定の径方向への強い振動を抑制するには、円形の軸受け穴に、その直径が前記した従来の適正な値よりも小さな値を有する円形穴を採用することが考えられる。しかしながら、この場合、軸受け穴の全周にわたって軸受けとの間隔が適正値よりも小さくなることから、回転軸に焼き付きを生じる虞があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、回転軸の焼き付きを生じることなくロータの特定の径方向への振動を効果的に抑制し得る気体圧縮機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、全体に楕円状の横断面形状を有し一対の吐出穴及び一対の吸入穴が設けられたシリンダ室を規定するシリンダと、円形断面形状を有する回転軸を有し、前記シリンダ室に複数の加圧チャンバを規定すべく奇数個のベーンを前記シリンダ室の周壁に向けて押圧可能に保持しかつ前記ベーンを前記周壁上で摺動させるべく前記シリンダ室内に回転可能に収容されるロータと、前記シリンダに設けられ前記回転軸を受け入れる軸受け穴が設けられた軸受とを備える気体圧縮機において、前記回転軸の軸線と直角な方向への該回転軸の振動の振幅が最大値を示す最大振幅方向に一致する方向における前記軸受け穴の内径を当該方向と直角関係に位置する方向における内径よりも小さく設定したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の気体圧縮機において、前記吐出穴が前記シリンダ室の短径部近傍で相互に径方向に対向して配置されており、前記回転軸は前記シリンダの前記両短径部を結ぶ短径方向よりも該各短径部に近接する前記各吐出穴の側へ所定の回転角度の偏りを持つ径方向に最大振幅で振動を生じ、前記軸受け穴は、前記最大振幅方向にほぼ一致する短径方向と、該短径方向に直角な長径方向とで規定される全体に楕円状の横断面形状を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の気体圧縮機において、前記軸受け穴の短径方向が、前記シリンダ室の短径方向から前記ロータの回転方向へ向けて約１５０度から約１６０度迄の角度範囲内に在ることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の気体圧縮機において、奇数個の前記ベーンが前記ロータの周方向へ相互に間隔をおいて該ロータに保持されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、前記軸受け穴は、この軸受け穴に受け入れられる前記回転軸の最大振幅方向に一致した方向の内径が、当該方向と直角関係に位置する方向での内径よりも小さく設定されることから、軸受け穴の最大径を焼き付き防止に有効な従来の円形軸受け穴の内径とほぼ同じ値に設定し、前記回転軸の前記最大振幅方向に一致する方向における前記軸受け穴の内径を従来よりも小さく設定することができる。これにより前記軸受け穴と該軸受け穴に受け入れられる前記回転軸との間に、回転軸の焼き付き防止に有効な間隙を前記軸受け穴の周方向に部分的に残すことができるので、回転軸の焼き付きを生じることなくロータの特定の径方向への振動を効果的に抑制することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、前記軸受け穴を例えばｎ乗連続楕円、ｎ乗不連続楕円あるいはＸ2＋Ｙ2＝Ｒ2でよく知られる一般的な楕円等で表される楕円状の形状とすることができ、これにより、回転軸の焼き付きを生じることなく該回転軸の振動の最大振幅を効果的に低減させることができる。
【００１２】
(数１）
ｎ乗連続楕円は、次式
Ｒ（θ）＝ｒ  
（0°≦θ≦α°, 180−α°≦θ≦180＋α°, 360−α°≦θ≦360°）
Ｒ（θ）＝ｒ＋Ｌsinｎ｛９０／（９０−α）・（θ−α）｝
（α°≦θ≦180−α°, 180＋α°≦θ≦360−α°）
ここで
ｒ：短径部寸法
ｎ：乗数
α：短径部角度範囲
θ：０〜３６０°
但し、上記式のθ＝０が振幅最大方向の１５０〜１６０°の位置とする。
の一般式で表現することができる。
また、ｎ乗不連続楕円は、次式
Ｒ（θ）＝ｒ１ 
（0°≦θ≦α°, 180−α°≦θ≦180＋α°, 360−α°≦θ≦360°）
Ｒ（θ）＝ｒ２＋Ｌsinｎθ
（θ：上記以外の角度範囲）
ここで
ｒ１：短径部寸法
ｒ２：半径寸法（ｒ１＞ｒ２）
ｎ：乗数
α：短径部角度範囲
但し、上記式のθ＝０が振幅最大方向の１５０〜１６０°の位置とする。
の一般式で表現することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記軸受け穴の短径方向を前記シリンダ室の短径方向から前記ロータの回転方向へ向けて約１５０度から約１６０度迄の角度範囲内に位置させることにより、回転軸の焼き付きを生じることなく、該回転軸の振動の最大振幅を効果的に低減させることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、前記ベーンの数を奇数個とすることにより、前記回転軸に作用する加圧チャンバからの圧力を回転軸の直径方向で相互に平衡させることができるので、該回転軸の振動低減に有利となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、前記したように、軸受け穴と該軸受け穴に受け入れられる回転軸との間に、焼き付き防止に有効な間隙を前記軸受け穴の周方向に部分的に残すことができるので、回転軸に焼き付きを生じることなくロータの特定の径方向への振動を効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明が特徴とするところは、図示の実施例に沿っての以下の説明により、さらに明らかとなろう。
【実施例】
【００１７】
本発明に係る気体圧縮機１０は、図１に示す例では、例えば車両用空調システムで、冷媒を圧縮するのに用いられ、図示しないが従来よく知られた凝縮器、膨張弁、蒸発器等と共に、冷媒のための循環経路を構成する。
【００１８】
気体圧縮機１０は、ベーン・ロータリ式圧縮機である。気体圧縮機１０は、一端開放の筒状体から成るハウジング本体１１ａと該ハウジング本体の前記開放端を閉じるフロントハウジング部材１１ｂとからなるハウジング１１を備える。ハウジング１１内には、両端開放の筒状のシリンダ部材１２ａと、該筒状シリンダ部材の各端を閉鎖するフロントサイドブロック１２ｂ及びリアサイドブロック１２ｃとを有するシリンダ１２が収容され、これにより、図２に示すように、長径方向Ｘ及び短径方向Ｙで規定される楕円形の横断面を有するシリンダ室１３が形成されている。
【００１９】
再び図１を参照するに、シリンダ室１３には、両サイドブロック１２ｂ、１２ｃに形成された滑り軸受１４及び１５で回転可能に支持された回転軸１６を有するロータ１７が配置されている。回転軸１６は、従来におけると同様な円形横断面形状を有する。また、ロータ１７は、図２に明確に示されているように、円形横断面形状を有し、このロータ１７には、放射状に伸びる５つのスリット溝からなるベーン溝１８が形成され、各ベーン溝１８には、ロータ１７の回転時に作用する遠心力とベーン溝１８の底部に形成される背圧室１９に導かれる油圧とによってシリンダ室１３の周壁に向けての偏倚力を受けるベーン２０が収容されている。各ベーン２０は、シリンダ室１３をその周方向へ複数の加圧チャンバ１３ａに区画し、ロータ１７の回転に伴いシリンダ室１３の壁面との間に気密性を維持して摺動するように、ベーン溝１８内に保持されている。
【００２０】
シリンダ部材１２ａには、シリンダ室１３にその周壁で開放する一対の吐出穴２１が形成されている。一対の吐出穴２１は、従来におけると同様に、シリンダ室１３の短径方向Ｙの近傍で回転軸１６に関して対称的に配置されており、各吐出穴２１はシリンダ部材１２ａのそれぞれに近接する短径部から見てロータ１７の回転方向と反対側すなわち図２に示す例では反時計回りの方向側に配置されている。各吐出穴２１には、加圧チャンバ１３ａから吐出穴２１を経る圧縮気体の吐出を許す従来よく知られた逆止弁２２が設けられている。
【００２１】
また、フロントハウジング部材１１ｂには、図３に示すように、一対の吸入穴２３が形成されている。両吸入穴２３は、回転軸１６に関して互いに対象的に配置され、それぞれがフロントサイドブロック１２ｂを経てシリンダ室１３にその側壁で開放する。
【００２２】
このフロントハウジング部材１１ｂには、図１に示すように、円筒形の軸部２４が形成されており、該軸部はフロントサイドブロック１２ｂの滑り軸受１４を貫通する回転軸１６の先端部を回転可能に受け入れる。軸部２４と回転軸１６との間には、回転軸１６に沿った潤滑油の流出を防止するための環状のシール機構２４ａが設けられている。また、軸部２４には、その外周を取り巻いて配置された環状ボールベアリングからなる転がり軸受２５を介して、プーリ２６が回転可能に設けられている。図示の例では、プーリ２６内に電磁石装置２７が組み込まれている。
【００２３】
電磁石装置２７は、従来よく知られているように、軸部２４の先端部に固定されたアーマチャ２８に弾性体である板ばね２９を介して支持されかつプーリ２６の側部に間隔をおくクラッチ板３０を板ばね２９のばね力に打ち勝って電磁吸着力で吸着することにより、プーリ２６とアーマチャ２８とを結合することにより、両者の一体的な回転を可能とする。このクラッチ板３０及び電磁石装置２７等は、いわゆる電磁クラッチ機構を構成する。
【００２４】
プーリ２６には、図示しないベルトが掛けられ、該ベルトを経て例えば自動車に搭載されたエンジンのような駆動源からの回転力が伝えられることにより、プーリ２６が回転する。前記電磁クラッチ機構の電磁石装置２７への通電が遮断されているとき、クラッチ板３０は板ばね２９のばね力によってプーリ２６の側面から間隔をおいて保持されることから、回転軸１６は回転することなく、従って、気体圧縮機１０は非作動状態におかれる。
【００２５】
電磁石装置２７への通電によって該電磁石装置に電力が供給されると、その電磁吸着力によってクラッチ板３０がプーリ２６と一体的に回転することから、その回転力がアーマチャ２８を経て回転軸１６に伝えられ、ロータ１７が図２で見て時計回りに回転する。このロータ１７の回転によって各ベーン２０がシリンダ室１３の前記周面を摺動し、この摺動に伴い、従来よく知られているように、各加圧チャンバ１３ａでの吸入、圧縮及び吐出の各行程が進行する。
【００２６】
吸入行程では、図１に示すように、フロントハウジング部材１１ｂに設けられた吸入口３１から該吸入口に設けられた逆止弁３２を経て、図示しない前記蒸発器から排出される低温低圧の冷媒ガスが前記した吸入穴２３（図３参照）から加圧チャンバ１３ａ内に吸入される。チャンバ１３ａ内に吸入された冷媒ガスは、圧縮行程で圧縮され、高温高圧の冷媒ガスとなる。この高温高圧の冷媒ガスは、吐出行程で、加圧チャンバ１３ａから吐出穴２１（図２参照）を経て、図１に示すように、ハウジング１１内に設けられた高圧室３３及びハウジング本体１１ａに設けられた吐出口３４を経て図示しない前記凝縮器へ送出される。
【００２７】
高圧室３３内には、図１に示すように、冷媒に含まれる潤滑油を冷媒から分離するための従来よく知られた油分離器３５が設けられており、圧縮された冷媒から油分離器３５により分離された潤滑油３６が高圧室３３の底部に貯められている。この高圧室３３内の潤滑油３６は、高圧室３３内の圧力により、リアサイドブロック１２ｃ、筒状シリンダ部材１２ａ及びフロントサイドブロック１２ｂのそれぞれに設けられた油通路３７、３８、３９を経て、各滑り軸受１４及び１５に供給される。また、この滑り軸受１４及び１５に向けて供給される潤滑油３６の一部は、ベーン２０を受け入れる前記ベーン溝１８に、各フロントサイドブロック１２ｂ、リアサイドブロック１２ｃに設けられた油だめ用凹所４０（サライ）を経て、背圧室１９に導かれる。
【００２８】
この背圧室１９内の油圧及び遠心力からなる偏倚力によって、前記したように各ベーン２０はロータ１７の回転に伴って適切にシリンダ室１３の周壁を摺動し、これに伴って前記したような吸入、圧縮及び吐出の各行程が進行する。
【００２９】
このロータ１７の回転によって、該ロータと一体的に回転する回転軸１６には、該回転軸の軸線と直角な面上で種々の径方向への振幅で以て振動を生じる。これらの振動方向のうち、図２に符号Ｍで示すように、シリンダ室１３の短径方向Ｙの近傍の特定の径方向Ｍに沿った振幅が最大となる。この最大振幅方向Ｍは、シリンダ部材１２ａの短径部近傍において該短径部に近接する一方の吐出穴２１の側に、角度θ分、短径方向Ｙからロータ１７の回転方向と逆方向へ偏った方向に一致する。
【００３０】
これは、ロータ１７の回転に伴って加圧が進行する加圧チャンバ１３ａが吐出穴２１に達すると、この加圧チャンバ１３ａ内の加圧状態が一気に解除されることによると考えられ、図２に示すように、短径Ｙからロータ１７の回転方向へ１５０度乃至１６０度の角度範囲内に最大振幅方向Ｍが存在する。
【００３１】
図２に示す例では、前記した１５０度乃至１６０度の角度範囲内のほぼ中間に最大振幅方向Ｍが存在する。
【００３２】
この気体圧縮機１０では、その回転軸１６の前記した最大振幅方向Ｍの振動を効果的に抑制すべく、各滑り軸受１４及び１５の軸受け穴１４ａ、１５ａは、共に楕円状に形成されている。
【００３３】
フロントサイドブロック１２ｂに設けられた一方の軸受け穴１４ａと該軸受け穴に受け入れられる回転軸１６との関係を示す図３及びこの軸受け穴１４ａを拡大して示す図４を参照する。滑り軸受１４の軸受け穴１４ａは、前記した最大振幅方向Ｍに一致する方向、すなわちシリンダ室１３の短径方向Ｙからロータ１７の回転方向と逆方向へ角度θ分偏った方向に短径Ｌ１を有する。また、この短径Ｌ１に直角な方向Ｎ、すなわち最大振幅方向Ｍと直角な方向に一致する方向Ｎに長径Ｌ２を有する。軸受け穴１４ａは、この短径Ｌ１及び長径Ｌ２を有する楕円によって規定された楕円形状を有する。前記した短径Ｌ１は回転軸１６の振動の最大振幅方向Ｍに一致する方向での軸受け穴１４ａの内径Ｌ１であり、長径Ｌ２は、内径Ｌ１と直角関係に位置する方向での軸受け穴１４ａの内径Ｌ２である。
【００３４】
円形横断面形状を有する回転軸に焼き付きを生じることなくこれを受け入れる従来の軸受け穴は、図４に符号１４′で示されている。他方、本発明に係る楕円形状を有する軸受１４は、その長径Ｌ２が従来の円形軸受け穴の直径に等しい値を示すが、前記した回転軸１６の最大振幅方向に一致する短径Ｌ１は、この従来の軸受け穴１４′の直径すなわち前記長径Ｌ２よりも小さな値を示す。
【００３５】
従って、滑り軸受１４は、その軸受け穴１４ａの長径Ｌ２の部分及びその近傍で回転軸１６に焼き付けが生じることを防止するに充分な間隙を保持し、他方、回転軸１６の最大振幅方向Ｍに一致する短径Ｌ１の部分及びその近傍で回転軸１６の前記した最大振幅方向の振動を効果的に抑制する。
【００３６】
前記したリアサイドブロック１２ｃに設けられた他方の滑り軸受１５は、図示しないが、図３及び図４に示したと同様な最大振幅方向Ｍに一致する方向を短径とし、これと直角な方向に一致する方向Ｎを長径とする楕円形状の軸受け穴１５ａ（図１参照）を有する。従って、滑り軸受１５は、滑り軸受１４におけると同様に、その長径の部分及びその近傍で回転軸１６に焼き付けが生じることを防止するに充分な間隙を保持し、他方、回転軸１６の最大振幅方向Ｍに一致する短径の部分及びその近傍で回転軸１６の前記した最大振幅方向Ｍの振動を効果的に抑制する。
【００３７】
その結果、本発明に係る気体圧縮機１０によれば、回転軸１６の回転によって該回転軸に焼き付きが生じることを確実に防止することができ、かつ回転軸１６の特定の方向（Ｍ）への強い振動を効果的に抑制することができ、この振動に起因する騒音の低減を図ることができる。
【００３８】
滑り軸受１４及び１５の各軸受け穴１４ａ及び１５ｂの形状は、次式（１）で示されるような楕円の一般式で表すことができる。
【００３９】
Ｘ2＋Ｙ2＝Ｒ2  …（１）
これに代えて、各軸受け穴１４ａ及び１５ｂの形状を各次式で示されるようなｎ乗連続楕円、ｎ乗不連続楕円とすることができる。
【００４０】
（数２）
ｎ乗連続楕円は、式（２）および式（３）
Ｒ（θ）＝ｒ  …（２）  
（0°≦θ≦α°, 180−α°≦θ≦180＋α°, 360−α°≦θ≦360°）
Ｒ（θ）＝ｒ＋Ｌsinｎ｛９０／（９０−α）・（θ−α）｝  …（３）
（α°≦θ≦180−α°, 180＋α°≦θ≦360−α°）
ここで
ｒ：短径部寸法
ｎ：乗数
α：短径部角度範囲
θ：０〜３６０°
の一般式で表現することができる。
また、ｎ乗不連続楕円は、式（４）および式（５）
Ｒ（θ）＝ｒ１  …（４）
（0°≦θ≦α°, 180−α°≦θ≦180＋α°, 360−α°≦θ≦360°）
Ｒ（θ）＝ｒ２＋Ｌsinｎθ  …（５）
（θ：上記以外の角度範囲）
ここで
ｒ１：短径部寸法
ｒ２：半径寸法（ｒ１＞ｒ２）
ｎ：乗数
α：短径部角度範囲
の一般式で表現することができる。
【００４１】
但し、式（２）、式（３）および式（４）、式（５）で、θ＝０が振幅最大方向の１５０〜１６０°の位置に一致する。
【００４２】
前記したところでは、各軸受け穴１４ａ、１５ｂの短径方向を最大振幅方向Ｍに一致させた例に沿って本発明を説明したが、各軸受け穴１４ａ、１５ｂの短径方向は、前記最大振幅方向Ｍにほぼ一致するように、前記した角度範囲１５０度乃至１６０度の角度範囲で最大振幅方向Ｍから僅かなずれを以て設定することができる。また、滑り軸受に代えて転がり軸受を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る気体圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すII−II線に沿って得られた断面図である。
【図３】図１に示すIII−III線に沿って得られた断面図である。
【図４】図３に示す軸受け穴を拡大して示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  気体圧縮機
１１  ハウジング
１２  シリンダ
１３  シリンダ室
１３ａ  加圧チャンバ
１４、１５  （軸受）滑り軸受
１４ａ、１５ａ  軸受け穴
１６  回転軸
１７  ロータ
２０  ベーン
２１  吐出穴
２３  吸入穴
【図１】
2005248915.tif 000003
【図２】
2005248915.tif 000004
【図３】
2005248915.tif 000005
【図４】
2005248915.tif 000006