(57)【要約】【課題】ローリングピストン型圧縮機における背圧室の過圧縮を防止した圧縮機を提供する。【解決手段】ローリングピストン型圧縮機において、前記第１背圧室（１６）に、連通部（９１）を介して連通する、第１背圧室（１６）より低圧の第２背圧室（１９）をさらに具備し、前記ベーン（１４）は、テーパ部（１４−２）を有し、該テーパ部（１４−２）と前記連通部（９１）との間のベーンサイド隙間量（ε）が、前記ベーン（１４）の半径方向の摺動運動量に応じて可変であることを特徴とする。【選択図】図３
2012202291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸（１）に対して偏心して設置されたクランク部（１１）、クランク部（１１）の外周に装着されたロータ（５）、シリンダ（８）、前記ロータ（５）と前記シリンダ（８）間に形成された作動室（８０）の吸入側と吐出側とを仕切るベーン（１４）、及び、該ベーン（１４）に背圧を与える第１背圧室（１６）とを具備し、前記ロータ（５）が前記シリンダ（８）の内面を公転して前記作動室（８０）内の作動流体を圧縮するローリングピストン型圧縮機において、
前記第１背圧室（１６）に、連通部（９１）を介して連通する、第１背圧室（１６）より低圧の第２背圧室（１９）をさらに具備し、
前記ベーン（１４）は、テーパ部（１４−２）を有し、該テーパ部（１４−２）と前記連通部（９１）との間のベーンサイド隙間量（ε）が、前記ベーン（１４）の半径方向の摺動運動量に応じて可変であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機。
【請求項２】
前記ベーンサイド隙間量（ε）が、前記ベーン（１４）の上死点で最大となり、前記ベーン（１４）の下死点で最小となることを特徴とする請求項１に記載のローリングピストン型圧縮機。
【請求項３】
前記第１背圧室（１６）には、バネ（１５）が、前記ベーン（１４）を押圧するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のローリングピストン型圧縮機。
【請求項４】
前記第１背圧室（１６）には、高圧の貯油室（９２）が導入通路（９４）により連結され、該導入通路（９４）には電磁弁（９５）が設置されており、
前記駆動軸（１）の回転数が高い時は、前記導入通路（９４）の流量を減少させて、前記第１背圧室（１６）の圧力を低く出来るように前記電磁弁（９５）を制御し、
前記駆動軸（１）の回転数が低い時は、前記導入通路（９４）の流量を増大させて、前記第１背圧室（１６）の圧力を高く出来るように前記電磁弁（９５）を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のローリングピストン型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ローリングピストン型圧縮機における背圧室の過圧縮を防止した圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ローリングピストン型圧縮機は、効率の高さや、コスト競争力に優れているため、これまで広く使用されてきている。このようなローリングピストン型圧縮機の一例としては、特許文献１（一段型）、特許文献２（図６〜７、２段型）、特許文献３などが挙げられる。
【０００３】
このようなローリングピストン型の圧縮機においては、作動室の吸入と圧縮室を仕切るベーン１４が用いられており、このベーン１４は圧縮作動中、ロータ５の動きに追従して上下動を行っている。このベーン１４には、ロータ５とのシールの役割があり、ロータの動きに対して離れることの無いように、バネ１５と、背圧室１６における背圧を付加してある。背圧は、一般的に高圧オイルを付加する構造となっている。また、固定絞り（特許文献３の絞り通路６８ｂ）によりオイルを抜く構造となっているため、圧縮過程においてベーンが上昇し、背圧室の容積が小さくなるときにオイルの抜けが悪く、付加した圧力よりも背圧が上昇し、ベーン先端とロータのシール部に過大な荷重がかかり、摺動損失増大を招き、効率の低下や焼き付きなどの信頼性低下を引き起こすことがあった。図１は、このような従来例を模式的に示す概略図である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０７５６３７号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５０４１号公報
【特許文献３】特許第４２５８１３２号公報
【特許文献４】特開平０７−１２７５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑み、ローリングピストン型圧縮機における背圧室の過圧縮を防止した圧縮機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、駆動軸（１）に対して偏心して設置されたクランク部（１１）、クランク部（１１）の外周に装着されたロータ（５）、シリンダ（８）、前記ロータ（５）と前記シリンダ（８）間に形成された作動室（８０）の吸入側と吐出側とを仕切るベーン（１４）、及び、該ベーン（１４）に背圧を与える第１背圧室（１６）とを具備し、前記ロータ（５）が前記シリンダ（８）の内面を公転して前記作動室（８０）内の作動流体を圧縮するローリングピストン型圧縮機において、前記第１背圧室（１６）に、連通部（９１）を介して連通する、第１背圧室（１６）より低圧の第２背圧室（１９）をさらに具備し、前記ベーン（１４）は、テーパ部（１４−２）を有し、該テーパ部（１４−２）と前記連通部（９１）との間のベーンサイド隙間量（ε）が、前記ベーン（１４）の半径方向の摺動運動量に応じて可変であることを特徴とするローリングピストン型圧縮機である。
【０００７】
これにより、背圧をしっかり付加したい下死点で、ベーンサイド隙間からの抜き量を減らし背圧を確保し、過度の圧力上昇を防止したい上死点で抜き量を増加させ、背圧を低下させることができる。本来の設定圧力よりも背圧が上昇して、ベーン先端とロータのシール部に過大な荷重がかかって、摺動損失増大を招き、効率の低下や焼き付きなどの信頼性低下を引き起こすことがない。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ベーンサイド隙間量（ε）が、前記ベーン（１４）の上死点で最大となり、前記ベーン（１４）の下死点で最小となることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１背圧室（１６）には、バネ（１５）が、前記ベーン（１４）を押圧するように設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の発明において、前記第１背圧室（１６）には、高圧の貯油室（９２）が導入通路（９４）により連結され、該導入通路（９４）には電磁弁（９５）が設置されており、前記駆動軸（１）の回転数が高い時は、前記導入通路（９４）の流量を減少させて、前記第１背圧室（１６）の圧力を低く出来るように前記電磁弁（９５）を制御し、前記駆動軸（１）の回転数が低い時は、前記導入通路（９４）の流量を増大させて、前記第１背圧室（１６）の圧力を高く出来るように前記電磁弁（９５）を制御することを特徴とする。
これにより、ロータ５の回転数の高低により、高圧の第１背圧室１６から低圧の第２背圧室１９に抜けるオイルの抜け時間が変化しても、第１背圧室１６の背圧を適正に保つことができる。
【００１１】
なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のローリングピストン型圧縮機を模式的に示した概略図である。
【図２】（ａ）は、本発明のベーンと背圧室の一実施形態が適用されたローリングピストン型圧縮機の正面断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線に関する側面断面図である。
【図３】（ａ）は、本発明のベーンと背圧室の一実施形態においてロータが下死点にあるときを示す概略図であり、（ｂ）は、ロータが上死点にあるときを示す概略図である。
【図４】本発明のベーンと背圧室の実施形態を示す詳細図である。
【図５】本発明の他の実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
本発明のベーンと背圧室を、特許文献１とほぼ同様なローリングピストン型圧縮機に適用した場合の一実施形態について説明するが、これに限定されるものではなく、２段型のローリングピストン型圧縮機であってもよい。本発明のベーンは幅広くローリングピストン型圧縮機の全てに適用可能なものである。また、本発明のベーンと背圧室が適用されたローリングピストン型圧縮機は、通常の車両用、ＥＶ、ＰＨＶ、ＨＶ用エアコンに留まらず、家庭用ルームエアコン、冷蔵庫などにも広く用いることができる。
【００１４】
まず、本発明のベーンと背圧室が一実施形態として適用されたローリングピストン型圧縮機について、その概要を説明する。図２（ａ）は、本発明の一実施形態として適用されるローリングピストン型圧縮機の正面断面図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線に関する側面断面図である。図２（ａ）は、ローリングピストン型圧縮機の部分だけを一部取出した図であって、シャフト１は左側で端部が発生しているが、左に長く延びたシャフトとして、電動モータを内部に内蔵した密閉型冷媒圧縮機を構成してもよい。図３（ａ）は、本発明のベーンの一実施形態においてロータが下死点にあるときを示す概略図であり、（ｂ）は、ロータが上死点にあるときを示す概略図である。
まず、図２（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明が一実施形態として適用されたローリングピストン型圧縮機を説明する。
【００１５】
ローリングピストン型圧縮機は、ロータ５、扁平円筒状のシリンダ８、ロータ５を駆動する駆動軸部であるシャフト１から構成されている。図示していない電動機に連結しているシャフト１が回転すると、シャフト１の軸に対してクランク部１１が偏心して設置されているので、ロータ５が公転する。それにつれて、シリンダ８とロータ５との間の作動室８０が、図２（ｂ）において、反時計回りに変位して、作動室８０内部の作動流体が圧縮される。
【００１６】
シリンダ８の両端部には、フロントハウジング３とリアハウジング４とが設けられ、それらが、作動室８０の両端壁３０、４０を形成している。リアハウジング４のシリンダ８側と反対側の端部にはリアプレート７が設置されて、両者間の内部に吐出室７０が形成されている。
【００１７】
ロータ５は、扁平円筒状で、その外径がシリンダ８の内径より小さく設定されており、作動室８０内に挿入されている。シャフト１は、フロントハウジング３とリアハウジング４にそれぞれ固定された軸受部３１、４１に回転可能に支持されており、電動機により回転される。シャフト１は、このシャフト１に対して偏心した円形のクランク部１１を有し、このクランク部１１の外周にロータ５が摺動可能に装着されている。これにより、シャフト１の回転に伴って、ロータ５が作動室８０内を公転（反時計回り）するようになっている。
【００１８】
ロータ５の外周部には、ロータ５の半径方向に摺動可能として、ロータ５に当接するベーン１４が設けられている。ベーン１４はシリンダ８に形成されたベーン受入溝８５に保持されており、背圧室１６内にはベーン１４をロータ５の中心側に向けて付勢するバネ１５が配設されている。同時に、図示しない貯油室９２から高圧オイルが背圧室１６内に供給されている。図２（ｂ）のベーンと背圧室（第１背圧室１６、第２背圧室１９）は、模式的に簡略表示されており、詳細な構造は後述する。
【００１９】
ベーン１４は、ロータ５の公転に伴ってベーン受入溝８５内を摺動する。ベーン１４のロータ５との接触部１４−１がロータ５の外周面に常に当接するように維持されて、作動室８０を吸入側空間８０−１と吐出側空間８０−２とに区画する。このようにして、作動室８０内に、ロータ５の外周面５’およびシリンダ８の内周面８’とベーン１４とによってポンプ作動室が形成される。
【００２０】
シリンダ８には、ベーン１４に近接して、このベーン１４を挟むように、作動室８０に連通する吸入通路８１、および吐出通路８２が形成されている（図１、３とは左右逆、図１、３ではロータは時計回り）。リアハウジング４には、吸入ポート４２が形成されており、この吸入ポート４２は、シリンダ８の吸入通路８１に連通している。これにより、吸入ポート４２から吸入された作動流体は吸入通路８１を通って作動室８０に流入するようになっている。シリンダ８の吐出通路８２はリアハウジング４に形成された連通路（図示せず）を介して吐出室７０に連通しており、吐出通路８２および連通路に連通した吐出室７０内の開口部には逆止弁１７が設けられている。吐出室７０は、作動室８０から吐出される作動流体の脈動を平滑化する機能を有するもので、吐出室７０の反リアハウジング４側端面には、作動流体を吐出するための吐出ポート７１が設けられている。
【００２１】
本発明は、駆動軸１に対して偏心して設置されたクランク部１１、クランク部１１の外周に装着されたロータ５、シリンダ８、及び、ベーン１４を、１段又は２段で具備するローリングピストン型圧縮機であって、各ロータ５が、シリンダ８の内周面８’を公転して、作動室８０内の作動流体を圧縮するローリングピストン型圧縮機に適用することができる。
【００２２】
図３（ａ）は、本発明のベーンと背圧室の一実施形態においてロータが下死点にあるときを示す概略図であり、（ｂ）は、ロータが上死点にあるときを示す概略図である。図４は、本発明のベーンと背圧室の実施形態を示す詳細図である。
【００２３】
図３、４を参照して、一実施形態であるベーン１４と背圧室１６、１９を説明する。
繰り返しになるが、図１におけるローリングピストン型圧縮機は、ロータ５の動きに対してベーン１４が離れることの無いように、バネ１４と背圧室１６の高圧を付加してある。背圧は、固定絞り（一定穴径の抜き通路）によりオイルを抜く構造にしたり、抜き通路を設けず、ベーンサイドのクリアランス分で作動室に漏らしたりしている。このため、圧縮過程においてベーンが上昇し、背圧室の容積が小さくなるときにオイルの抜けが悪く、付加した圧力よりも背圧が上昇し、ベーン先端とロータのシール部に過大な荷重がかかり、摺動損失増大を招き、効率の低下や焼き付きなどの信頼性低下を引き起こすことがあった。
【００２４】
このような圧力上昇を防止するには固定絞り構造では不十分であって、絞り量を調整し、抜き流量を拡大させることも一案として考えられる。抜き流量を調整する手段としては、図１の抜き通路の固定絞りの代わりに、流量制御弁構造（一例として、特許文献４の感圧容量調整弁３０等）を用いた場合には、各室の圧力をコントロールする必要があり、構造、制御が複雑で高コストとなり、更なる改善が必要であった。
【００２５】
そこで、本実施形態では、上下運動を行っているベーンサイドの隙間量εをベーン１４が上昇した時に大きくなるように工夫することで、高圧時のオイル抜き量を増加させ、背圧室の過圧縮を防止できることに着眼したものである。従来の背圧室１６（第１背圧室）に加え、第２背圧室１９を設けている。第２背圧室１９にオイル抜き通路９３を設けることと、第１背圧室１６と第２背圧室１９との間でベーンサイドの隙間量εをベーンが上死点に来るに従い拡大するようにベーンにテーパ部１４−２を設けている。背圧をしっかり付加したい下死点で抜き量を減らし、背圧を確保し、過度の圧力上昇を防止したい上死点で抜き量を増加させ、背圧を低下できるようにしたものである。
【００２６】
図４（ａ）を参照して、背圧調整機構を説明する。ベーン１４は、ベーン本体部１４−１とそれに一体のテーパ部１４−２から構成されている。背圧室は、第１背圧室１６と、連通部９１を介して連通した第２背圧室１９から構成されている。連通部９１は、ベーン本体１４−１がロータ５の下死点に位置まで下降したときには、テーパ部１４−２が着座するシートとしての機能を有している。なお、ベーン１４は、図４の紙面に垂直方向に同じ形状で形成され、ベーン本体１４−１の側面は、作動室８０の吸入側と吐出側とを仕切る平板となっている。ベーン１４が上死点（ロータ５の上死点）の位置まで上昇すると、図４（ａ）に示すように、ベーンサイド隙間量εが最大となる。貯油室９２からの高圧オイルは、導入通路９４から、第１背圧室１６に供給されている。第２背圧室１９は、低圧のオイル排出部、油溜などに連通している。
【００２７】
第１背圧室１６と第２背圧室１９との間のベーンサイド隙間量εが、ベーン１４が上死点に来るに従い拡大するように、ベーン１４にテーパ部１４−２を設けて、低圧に保持された第２背圧室１９に連通する。これにより、過度の圧力上昇を防止したい上死点で抜き量を増加させて、背圧を低下できるようにしている。また、背圧をしっかり付加したい下死点では、抜き量を減らし充分な背圧を確保できるようにしている。図３（ａ）では、ベーンの頭部１４−３が連通部９１を閉鎖しているように、描かれているが、必ずしも閉鎖する必要は無い。ベーン１４が、下死点においてロータに対して掛ける圧力や貯油室９３の圧力に応じて、閉鎖するか否かを適宜設定すればよい。ベーン本体部１４−１を、テーパ部１４−２にねじ込みとして、ベーン本体部の長さを交換自在にして、下死点、上死点におけるロータに対して掛ける圧力を調整可能としても良い。
【００２８】
このように、ベーン１４の上昇時に、ベーンサイド隙間量εが大きくなるので、高圧時のオイル抜き量を増加させ、背圧室の過圧縮を防止することができる。すなわち、圧縮過程においてベーン１４が上昇し、第１背圧室１６の容積が小さくなるときに、オイル抜き量を増加させ、第１背圧室１６の過圧縮を防止することができる。
したがって、ベーン先端とロータのシール部に過大な荷重がかかり、摺動損失増大を招き、効率の低下や焼き付きなどの信頼性低下を引き起こすことがない。
【００２９】
本実施形態の変形例としては、図４（ｂ）のように、連通路９１’をすり鉢のテーパ面にしても良い。
次に、本発明の他の実施形態を説明する。図５は、本発明の他の実施形態を示す概略図である。この他の実施形態においては、導入通路９４に電磁弁９５が設けられている。その他の構成は、既に述べた実施形態と同じである。電磁弁９５により、回転数に応じて導入通路９４の流量を調整できるようにしたものである。回転が低く圧力を高くしたいときは流量を増やすよう電磁弁９５を開き、回転数が高い時は圧力を低く出来るように流量を減少させるべく電磁弁を絞る。
【００３０】
近年電動圧縮機に対する小型化の要請は益々高まってきており、小型化実現のためには、圧縮機がより高回転化することが求められている。そこで、本発明の他の実施形態は、高回転使用時においても対応できるようにした実施形態である。ロータ５の回転数が高い時は、第１背圧室１６から、背圧室ベーンサイド隙間量εを介して、低圧の第２背圧室１９に抜けるオイルの抜け時間が短くなる。このため、第１背圧室１６が所定の設定圧より高圧化してしまうことが生じる。そこで、電磁弁９５を制御して、回転数が高い時は第１背圧室１６の圧力を低く出来るように、流量を減少させるべく電磁弁９５を絞る。
【００３１】
一方、ロータ５の回転数が低い時は、第１背圧室１６から、背圧室ベーンサイド隙間量εを介して、低圧の第２背圧室１９に抜けるオイルの抜け時間が長くなる。このため、第１背圧室１６が所定の設定圧より低圧化してしまうので、電磁弁９５を制御して、回転数が低い時は第１背圧室１６の圧力を高く出来るように、流量を増大させるように電磁弁９５を制御する。なお、ベーン本体部１４−１を、テーパ部１４−２にねじ込みとして、ベーン本体部の長さを交換自在にしても、同様に制御することができる。
【符号の説明】
【００３２】
５    ロータ
８    シリンダ
１４    ベーン
１６    第１背圧室
１９    第２背圧室
８０    作動室
９１    連通部
【図１】
2012202291.tif 000003
【図２】
2012202291.tif 000004
【図３】
2012202291.tif 000005
【図４】
2012202291.tif 000006
【図５】
2012202291.tif 000007