(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ、ロータ軸及び該ロータ軸に固定されたプーリからなる回転部が回転することにより気体を圧縮する気体圧縮機において、
上記プーリは上記ロータより直径が大きく設定されているとともに、上記プーリにはその慣性モーメントを増加するための慣性モーメント付加部が設けられており、
上記慣性モーメント付加部は、
上記プーリより大径とならないようプーリ外周部から延設されて、プーリ外周部と気体圧縮機本体を覆うケース体との間に設けられていること
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】
この発明は、カーエアコン等に用いられるロータリ型の気体圧縮機に関し、特に、気体圧縮機運転中に発生する圧縮トルクの変動を抑制する気体圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリ型の気体圧縮機には、ベーン型、スクロール型等があるが、いずれの型のロータリ型気体圧縮機でも気体を圧縮するロータ軸の１回転中に周期的な圧縮トルク変動を生じる。例えば、図１および図２に示した、ロータ１６側のベーン２が５枚で吐出弁３、３がシリンダ室４の２か所に対称に配設された気体圧縮機においては、シリンダ室４内の隣合う２枚のベーンで囲まれた圧縮室５が、吸入室６に連通し、かつ、シリンダ室４に開口したシリンダ入口孔（図示省略）を通過する際、圧縮室５の容積増加に伴って吸入室６から冷媒ガスを吸入し、ロータ軸１の回転とともに、圧縮室５に閉じ込めた冷媒ガスを圧縮していって、吐出弁３を通過する際、吐出弁３の吐出室８側とシリンダ室４すなわち圧縮室５との圧力差により吐出弁３を開いて圧縮した冷媒ガスを吐出室８に送り出す。この吸入・圧縮・吐出のサイクルは、ロータ軸１回転中に、一方の吐出弁３側で５回、他方の吐出弁３側でこれと位相を１／２サイクルずらして、やはり５回となり、計１０回となる。
【０００３】
そして、このサイクル１サイクルを周期として、圧縮機の圧縮トルクの変動が、図６に示すように、発生する。すなわち、図２の５枚ベーン２吐出弁の場合は、ロータ軸の１回転中に１０回、周期的に圧縮トルク変動を生じる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
気体圧縮機が自動車のエンジンルームに搭載された場合、上記のロータ軸１は、自動車のエンジンシャフト（クランクシャフト）から回転動力を受けて回転する。すなわち、図示省略のエンジンシャフトに取り付けられたプーリから図１のベルト９を介して気体圧縮機のプーリ１０に若干増速されて回転動力が伝えられ、この回転動力は電磁クラッチ１１を介してロータ軸１に伝えられる。従って、ロータ軸１の回転速度はエンジンの回転数（回転速度）に比例して増減する。
【０００５】
また、気体圧縮機は、そのケース体１２の取り付け部１２ａ、１２ａ‥‥でボルト等により自動車ボディのシャーシに取り付けられている。
【０００６】
気体圧縮機運転中の上記圧縮トルク変動は、気体圧縮機外へ取り付け部１２ａやベルト９を介して機械振動力となって伝わり、振動しやすいステアリングや配管系等を振動させる。自動車走行中は、エンジン音、走行音にかき消されてあまり気にならないが、特に、静かなアイドリング中にエアコンを作動させ、気体圧縮機が運転しているとき、そのときの気体圧縮機の回転速度における圧縮トルク変動による振動が、ステアリングや配管系等の共振周波数に近いと、上記の振動が異常音となり、非常に気になるので、この異常音発生を防止しなければならない。
【０００７】
そこで、この発明は、気体圧縮機のロータ、ロータ軸、プーリ等の回転部の慣性モーメントを増すことにより、圧縮トルク変動を抑えた気体圧縮機を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、請求項１の発明は、ロータ、ロータ軸及び該ロータ軸に固定されたプーリからなる回転部が回転することにより気体を圧縮する気体圧縮機において、上記プーリは上記ロータより直径が大きく設定されているとともに、上記プーリにはその慣性モーメントを増加するための慣性モーメント付加部が設けられており、上記慣性モーメント付加部は、上記プーリより大径とならないようプーリ外周部から延設されて、プーリ外周部と気体圧縮機本体を覆うケース体との間に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明においては、回転部の中で直径の大きいプーリに慣性モーメント付加部を設けるから、質量の割りに慣性モーメントの大きい慣性モーメント付加部となり、気体圧縮機の重量増加が少なく慣性モーメントが効率よく増加する。
【００１８】
なお、この発明における「慣性モーメント付加部」とは、圧縮機の製品としての機能（気体圧縮機能、ロータへの伝動機能、外部との密閉機能等）の遂行に必須の部分ではなく、もっぱら慣性モーメントを増加するための部分をいう。ただし、上記の製品としての機能遂行部分であっても、慣性モーメントを増加するためにのみ、例えば、部分的に密度の高い材料に置き換えるならば、この材料置き換え部分は「慣性モーメント付加部」である。また、製造過程、流通過程等で使用する、例えば、治具への取り付け部、回転バランス取りの重り取り部を「慣性モーメント付加部」が兼ねることはある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、以下、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、この発明の一実施の形態を示す断面図、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００２１】
気体圧縮機は、ケース体１２の取付部１２ａ、１２ａ‥‥でボルト等により自動車ボディのシャーシに取り付けられている。また、圧縮対象の冷媒ガスは、気体圧縮機に連結された吸入配管１３から吸入され、吐出配管２１から吐出される。
【００２２】
気体圧縮機の回転部の回転動力は、自動車のエンジンシャフトに取り付けられたプーリと気体圧縮機のロータ軸１に取り付けられたプーリ１０との間に巻き掛けられたベルト９により、プーリ１０に伝達される。プーリ１０は軸受２２を介してフロントサイドブロック１４に回転自在に保持されている。そして、プーリ１０に装着された電磁クラッチ１１が入っているときは、電磁クラッチ１１の摩擦板２２とプーリ１０が結合され、ロータ軸１にプーリ１０が固定された状態になって、ロータ軸１に伝達される。すなわち、電磁クラッチ１１がＯＮとなっているときが、気体圧縮機の運転状態、ＯＦＦとなっているときが、停止状態であり、停止時は、プーリ１０と電磁クラッチ１１の本体部のみがベルト９により空回転している。
【００２３】
次に、図１および図２に従って、５枚ベーンで、シリンダ室の２か所に対称に吐出弁が配設された気体圧縮機が、ロータ軸の１回転中に１０回生じる、周期的圧縮トルク変動について、詳しく説明する。
【００２４】
図１に示した気体圧縮機においては、エアコンの冷媒循環系を循環してきた冷媒ガスは、気体圧縮機の運転により、冷媒循環系の吸入配管１３から気体圧縮機の吸入ポートの逆止弁６ａを通過して、吸入室６に入った後、フロントサイドブロック１４とリアサイドブロック１５とにそれぞれ設けられた図示省略のシリンダ室入口孔を経由して、矢印Ａ（図２参照）のようにロータ１６、シリンダ１７、２枚のベーン２、２で囲まれ、次第に容積が増加する圧縮室５に吸引される。
【００２５】
５枚のベーン２、２、‥‥は、ロータ１６に均等に配設された５か所のベーン溝にそれぞれ摺動自在に挿入されていて、気体圧縮機の運転中、常にシリンダ１７の楕円形状の内壁に接するようになっている。この作動原理は周知であり、この発明とは直接関係がないので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２６】
ロータ１６の回動に伴い、圧縮室５は、上記シリンダ室入口孔と、圧縮室５の後側（ロータ１６の回転方向（矢印Ｂ）の反対側）のベーン２により遮断され、外部から閉ざされた圧縮室５の容積は小さくなっていって、閉じ込めた冷媒ガスを圧縮する。次いで、圧縮室５の前側（ロータ１６の回転方向（矢印Ｂ）側）のベーン２が、シリンダ出口孔１８の開口部を通過すると、圧縮室５内の圧縮されたガス圧が吐出室８に通じる吐出室前室１９のガス圧よりも高いので、吐出弁３を開いて圧縮ガスは吐出室前室１９に流入する。
【００２７】
圧縮ガスは、吐出室前室１９から油分離器２０で冷媒ガスに混入している潤滑油を分離し、吐出室８に入り、更に、吐出配管２１に送られて、冷媒循環系を循環し、上記吸入配管１３に戻ってくる。
【００２８】
上述の吸入・圧縮・吐出のサイクルの間に、ロータ軸１、ロータ１６、プーリ１０、電磁クラッチ１１等の回転部に圧縮トルク変動を生じる。そして、プーリ１０とエンジンシャフト側との間には、剛性が弱いベルト９を介在しているから、この圧縮トルク変動はエンジンシャフト側で吸収、抑制されることなく、機械的振動（回転変動）を招くことになる。
【００２９】
この実施の形態では、奇数枚のベーンと対称に配設した一対のシリンダ入口孔・シリンダ出口孔とにより、両シリンダ入口孔・シリンダ出口孔の吸入・圧縮・吐出のサイクルに１８０°の位相差を付け、圧縮トルク変動を平準化するようにしてあるが、それでも圧縮トルク変動発生は避けられず、図６の破線で示すような、回転部の１回転（３６０°）当たりベーン枚数の２倍の１０サイクルの圧縮トルク変動が存在する。
【００３０】
上記の圧縮トルク変動を抑制するこの発明の実施の形態を、図３〜図５を参照して、以下に説明する。
【００３１】
図３〜図５は、この発明の実施の形態のプーリをそれぞれ示す断面図である。
【００３２】
図３のプーリ１０は、プーリ１０の外周部と気体圧縮機本体を覆うケース体１２との間に、プーリ１０外周部から円環状の慣性モーメント付加部２４を延設したもので、この実施の形態では、慣性モーメント付加部２４はプーリ１０と一体形成されている。この慣性モーメント付加部２４により、プーリ１０の慣性モーメントは、０．２７×１０-3ｋｇｍ2増加し、１．２倍の１．６５×１０-3ｋｇｍ2の慣性モーメントとなった。このようにプーリ１０とケース体１２との間に慣性モーメント付加部２４を設けると、気体圧縮機の大きさが大きくならずに、回転部の慣性モーメントが増加する。なお、慣性モーメント付加部２４を直径の大きい円環状にすると、慣性モーメント／重量を効率よく大きくできて、しかも、回転時のバランスがくずれにくく、製作も容易である。
【００３３】
この図３のプーリ１０を気体圧縮機に用いたところ、圧縮トルク変動が図６の実線のように減少し、この気体圧縮機を自動車に搭載して運転したところ、図７の発明品１のように、アイドリング時の騒音が従来品よりも８ｄＢ下がった。
【００３４】
図４のプーリ１０は、円環状の慣性モーメント付加部２４をプーリ１０のベルト係合部１０ａよりも大径としてある。この実施の形態では、円環状の慣性モーメント付加部２４はプーリ１０と一体形成されている。この慣性モーメント付加部２４により、プーリ１０の慣性モーメントは、０．５２×１０-3ｋｇｍ2増加し、１．４倍の１．９０×１０-3ｋｇｍ2の慣性モーメントとなった。このように慣性モーメント付加部２４をベルト係合部１０ａよりも大径とすると、慣性モーメント付加部と回転部の回転中心軸線Ｃとの距離が大きくなるから、回転部の質量増加が少ない割りに、慣性モーメントが大きくなる。
【００３５】
この図４のプーリ１０を気体圧縮機に用いたところ、圧縮トルク変動が図６の実線以上に減少し、この気体圧縮機を自動車に搭載して運転したところ、図７の発明品２のように、アイドリング時の騒音が従来品よりも１１ｄＢ下がった。
【００３６】
図５のプーリ１０は、円環状の慣性モーメント付加部２４をプーリ１０のベルト係合部１０ａよりも大径とするとともに、プーリ１０の重量増加を補償するため、慣性モーメントに影響の少ないプーリの中径部から小径部にかけて円環状の凹部１０ｂ、１０ｂを設けてある。この実施の形態では、円環状の慣性モーメント付加部２４はプーリ１０と一体形成されている。図４のプーリに比較して重量増加が少なく、慣性モーメントは同程度に増加した。なお、凹部１０ｂを円環状にすると、回転時のバランスがくずれにくく、製作も容易である。
【００３７】
この図５のプーリ１０を気体圧縮機に用いたところ、圧縮トルク変動が図４のプーリとほぼ同じレベルに減少し、この気体圧縮機を自動車に搭載して運転したところ、アイドリング時の騒音が図４のプーリとほぼ同じレベルで下がった。
【００３８】
気体圧縮機の回転部の中でも、プーリ１０は直径が大きく、しかも、寸法形状変更の余地が比較的大きい。上述の実施の形態のように、プーリ１０の回転中心軸線Ｃから離れた位置に慣性モーメント付加部２４を設けると、質量の割りに慣性モーメントの大きい慣性モーメント付加部となり、気体圧縮機の重量増加が少なく慣性モーメントが効率よく増加する。
【００３９】
なお、プーリ１０に設けたこれらの慣性モーメント付加部２４は、例えば、治具への取り付け部として、あるいは、回転バランス取りの重り取り部として、製造過程、流通過程等で使用することもできる。
【００４０】
上述の実施の形態では、慣性モーメント付加部２４をプーリ１０と一体形成したが、プーリ１０の本体部分を、従来品同様、鉄系とし、慣性モーメント付加部２４には鉛、銅合金、ヘビーメタル等、鉄よりも密度の大きい材料を使用すれば、一層、慣性モーメントを増加することができる。この場合は、慣性モーメント付加部２４をプーリ１０に、ろう付け、接着、溶接、ねじ止め等の手法で固定する。また、回転時の万一の脱落事故を予防し、バランスのくずれを防ぐために、図３〜図５に破線ｄで示したようにに、プーリ１０の内径側に凹環部を設けて、そこに慣性モーメント付加部２４の内径側に設けた凸環部を嵌め込むような構造とすることが好ましい。
【００４１】
この発明における慣性モーメント付加部は、回転部の他の部分に設けるようにしてもよい。例えば、ロータの外径付近の材料に鉛、銅合金、ヘビーメタル等の質量の大きい材料を用いて、ロータ本来の機能部分（ベーン溝面、ロータ軸との接合面、サイドブロックとの摺接面等）を被覆等により他の適材にしたり、電磁クラッチの摩擦板に質量の大きい材料を張り付けたりしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明は、気体圧縮機のロータ、ロータ軸、プーリ等の回転部に慣性モーメント付加部を設けたから、回転部の慣性モーメントが増加し、圧縮トルク変動が抑制され、ステアリングや配管系等の異常音発生を防止することができる。
【００４３】
慣性モーメント付加部を、回転部の中でも直径の大きいプーリに設ければ、質量の割りに慣性モーメントの大きい慣性モーメント付加部となり、慣性モーメント付加部を設けたことによる気体圧縮機の重量増加が少なくてすむ。
【００４４】
また、プーリに設ける慣性モーメント付加部を、プーリ外周部と気体圧縮機本体を覆うケース体との間に、プーリ外周部から延設すれば、慣性モーメント付加部を設けても、気体圧縮機の大きさを大きくすることなく慣性モーメントを増加させることができる。
【００４５】
更に、また、プーリに設ける慣性モーメント付加部を、ベルト係合部よりも大径とすれば、慣性モーメント付加部と回転部の回転中心軸線との距離が大きいから、回転部の質量増加が少ない割りに、慣性モーメントを大きくできる。
【００４６】
また、プーリに慣性モーメント付加部を設けるとともに、慣性モーメント付加部よりも回転部の回転中心軸線に近いプーリの中径部ないし小径部に凹部を設けると、慣性モーメント付加部による質量の増加を凹部による質量の減少で補償し、慣性モーメント付加部を設けても、プーリの重量増加が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す縦断面図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】図１の要部を示す断面図。
【図４】この発明の他の実施の形態の要部を示す断面図。
【図５】この発明の更に他の実施の形態の要部を示す断面図。
【図６】気体圧縮機の圧縮トルク変動を示す説明図。
【図７】気体圧縮機の回転部の慣性モーメントと騒音レベルの関係を示す説明図。
【符号の説明】
１  ロータ軸
２  ベーン
４  シリンダ室
５  圧縮室
９  ベルト
１０  プーリ
１０ａ  ベルト係合部
１０ｂ  凹部
１２  ケース体
１２ａ  取り付け部
１６  ロータ
１７  シリンダ
２４  慣性モーメント付加部
２５  気体圧縮機本体
【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】
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【図６】
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【図７】
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