(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンをそれぞれ個別のベーン溝に支持したロータを回転可能に設けて、ベーンで仕切られた空間を圧縮室とし、シリンダの側壁に形成された吐出口から、圧縮室で圧縮された気体をシリンダ外部の吐出チャンバへ吐出するようにした気体圧縮機において、
前記複数のベーン溝は、それぞれその中心線とロータの中心間の距離を互いに不均等として、ロータの外周面上において、前記ベーン溝の開口が、周方向で不均等な間隔に設定されていることを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記複数のベーン溝は、各ベーン溝の方向を等角度間隔としていることを特徴とする請求項１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、車両用の空調装置等に用いられるロータリベーン式の気体圧縮機の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調装置等の冷媒圧縮に用いられる気体圧縮機は、コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンを備えるロータを回転可能に設け、その回転にしたがってベーンで仕切られた空間が容積変化を繰り返す圧縮室を形成し、吸入口から圧縮室へ吸入した冷媒ガスを圧縮して吐出口から吐出するようになっている。
【０００３】
図８はこのような従来の気体圧縮機を示す縦断面図、図９は図８におけるＡ−Ａ部断面図である。
一端開口型のハウジング１１とその開口側に取り付けられたフロントヘッド１２によりコンプレッサケース１０が形成されている。ハウジング１１内に、略楕円形状の内周を有するシリンダ４０がフロントサイドブロック２０とリヤサイドブロック３０に挟まれて配置され、複数のベーンを備えるロータ５０がシリンダ４０内に回転可能に設けられている。
【０００４】
ロータ５０と一体回転する回転軸５１は、フロントサイドブロック２０を貫通して前端側がコンプレッサケース端壁のリップシール１８から外方へ延び、後端はリヤサイドブロック３０に支持されている。回転軸の前端にはプーリ２４を有する電磁クラッチ２５が取り付けられ、図示しないエンジンのクランクプーリからの回転駆動力を受けるようになっている。
【０００５】
とくに図９に示すように、ロータ５０にはロータの回転軸５１を中心にして周方向等間隔に、径方向に延びる複数のベーン溝５３が形成され、ベーン５８が摺動可能に装着されている。ベーン５８はロータ５０の回転時に遠心力とベーン溝５３の底部に加えられる油圧により、シリンダ４０の内周面へ付勢される。シリンダ４０内はロータ５０とベーン５８により複数の小室に仕切られ、ロータ５０の回転にしたがって容積の大小変化を繰り返す圧縮室４８を形成している。
【０００６】
フロントヘッド１２とフロントサイドブロック２０の間には、冷媒ガス吸入ポート１４を備えるフロント側吸入室１３が形成されている。
フロントサイドブロック２０にはフロント側吸入室１３と圧縮室４８を連通させる吸入口２２が開口している。
【０００７】
ハウジング１１の密閉側とリヤサイドブロック３０の間には吐出室１５が形成され、冷媒ガス吐出ポート１６を備えている。
シリンダ４０の短径部近傍は外周部に吐出チャンバ４４が切り欠かれて薄肉部とされ、この薄肉部に吐出口４２が開口されている。吐出口４２にはリードバルブ４３が設けられている。
吐出口４２から吐出された冷媒ガスは、吐出チャンバ４４からオイルセパレータ３８を経て吐出室１５へ吐出される。
吸入口２２と吐出口４２は、ロータの回転軸に関して対称に、シリンダの周辺部にそった２個所に設けられている。
【０００８】
ロータ５０が回転すると、冷媒ガス吸入ポート１４に流入する冷媒ガスは、フロント側吸入室１３から吸入口２２を経て、圧縮室４８へ吸入される。そして、圧縮室４８で圧縮された後、吐出口４２から吐出され、冷媒ガスは吐出室１５を経て冷媒ガス吐出ポート１６から外部へ供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような気体圧縮機では、従来、ロータ５０を回転させた駆動状態時に振動が発生し、これが気体圧縮機に接続された蒸発器や凝縮器への配管を含めた周辺機器に伝播して異音が生じる場合が多かった。図１０は従来の気体圧縮機を運転して測定した、当該気体圧縮機の振動加速度成分の発生状態を示す生データである。
図１０において、横軸は時間を表し１目盛りは１０ｍｓ、縦軸は加速度を表し１目盛りは２０ｍ／ｓ２である。振動加速度測定にあたっては、加速度センサを車両に近い位置となるように圧縮機の車両への取り付け部分（図８の斜線で示す部分）に固定し、気体圧縮機の回転軸方向の加速度成分を検出するようにした。
また、気体圧縮機の回転数は、エンジンのアイドリング回転数が伝達された場合を想定して約１１９０ｒｐｍとした。
【００１０】
この生データからは、約５ｍｓ毎の等間隔で振幅およそ８０ｍ／ｓ２の振動加速度が発生していることがわかるが、測定時の聴感上では、周波数約２００Ｈｚの騒音として感じられる。
その振動の原因を検討してみると、振動波形の周波数分析において、気体圧縮機の基本圧縮（吐出）成分の振動にきわめて大きなピークが出現しており、これが周辺機器と共振して異音となっていることが判明した。
【００１１】
より具体的には、５枚のベーンを備える気体圧縮機では、吐出口が２個所あることによってロータの１回転に１０回の圧縮冷媒の吐出があり、１０×ロータ回転速度の振動が基本成分となっている。
したがって本発明は、上記の問題点に鑑み、ロータ回転時に大きなピークをもつ振動が微小時間間隔で等間隔に発生するのを防止して、異音を生じさせないようにした気体圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このため、ピークを生じる振動の基本成分がロータ回転速度に整合比例していることから、この整合を崩せばピークの発生が抑えられることに着目して、請求項１の本発明は、コンプレッサケース内に配置した内周面が略楕円形のシリンダ内に、複数のベーンをそれぞれ個別のベーン溝に支持したロータを回転可能に設けて、ベーンで仕切られた空間を圧縮室とし、シリンダの側壁に形成された吐出口から、圧縮室で圧縮された気体をシリンダ外部の吐出チャンバへ吐出するようにした気体圧縮機において、複数のベーン溝は、それぞれその中心線とロータの中心間の距離を互いに不均等として、ロータの外周面上において、ベーン溝の開口が、周方向で不均等な間隔に設定されているものとした。
【００１３】
この際、請求項２のように、複数のベーン溝は、各ベーン溝の方向を等角度間隔とすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１は第１の実施例にかかる、図９に対応する断面におけるロータおよびベーンを示す図である。
シリンダ４０内で回転軸５１を中心として回転するロータ１５０は直径５０ｍｍで、その周面に開口してそれぞれ径方向に延びる５つのベーン溝５４（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ）が形成され、各ベーン溝にベーン５８が支持されている。
【００１５】
ロータ１５０における各隣接するベーン溝５４の向きの角度間隔は異なっており、ベーン溝５４ａ、５４ｂ間は６２°、ベーン溝５４ｂ、５４ｃ間は７２°、ベーン溝５４ｃ、５４ｄ間は８２°、ベーン溝５４ｄ、５４ｅ間は８２°、およびベーン溝５４ｅ、５４ａ間は６２°に設定されている。したがって、ベーン溝に支持されるベーン５８の方向も同じく順次に６２°、７２°、８２°、８２°および６２°間隔となっている。
なお、各ベーン溝５４の中心線Ｂとロータ中心Ｐ間の距離はＤ＝７．２ｍｍの一定値とした。
その他の構成は図８および図９に示したものと同じである。
【００１６】
本実施例は以上のように構成され、ロータ１５０に支持される複数のベーン５８の周方向間隔を、等間隔ではなく、不均等なものとしたので、ベーン５８が吐出口４２を通過するタイミングが不規則なものとなる。すなわち、１つの圧縮室の吐出完了から次の圧縮室の吐出完了までの時間間隔が、ベーン間隔の狭い２つの圧縮室間では短く、ベーン間隔の広い２つの圧縮室間では長くなって、しかも隣接する圧縮室間ではすべてこの時間間隔が異なる。
このように、複数の圧縮室間での吐出の周期が不等になるので、これに基づく振動の周期も不規則となる。したがって、周期性が低下する結果、回転に基づく基本成分におけるピーク値が低減されるから、他の車両搭載機器等に伝播して発生する異音が防止される。
【００１７】
なお、図示の実施例ではベーン間隔の狭い方を６２°、広い方を８２°に設定したが、ベーン５８が５枚の場合においては５０°から１２０°の範囲で適宜に設定してよい。そして、ベーン間に形成されて隣接する少なくも３個所の圧縮室の角度差がそれぞれ５°以上であると、隣接の間隔を上記と異ならせても同じ効果が得られる。
すなわち、ロータ１５０においては、ベーン溝５４ａ、５４ｂ間とベーン溝５４ｂ、５４ｃ間の差が７２°−６２°＝１０°、ベーン溝５４ｂ、５４ｃ間とベーン溝５４ｃ、５４ｄ間の差が８２°−７２°＝１０°、ベーン溝５４ｄ、５４ｅ間とベーン溝５４ｅ、５４ａ間の差が８２°−６２°＝２０°となっている。
【００１８】
図２から図４は、圧縮室の角度差を５°以上とした他の例を示す。
図２に示すロータ１５０Ａは、ベーン溝５４ａ、５４ｂ間は８２°、ベーン溝５４ｂ、５４ｃ間は６２°、ベーン溝５４ｃ、５４ｄ間は６７°、ベーン溝５４ｄ、５４ｅ間は６２°、およびベーン溝５４ｅ、５４ａ間は８７°に設定されている。したがって、ベーン溝に支持されるベーン５８の方向も同じく順次に８２°、６２°、６７°、６２°および８７°間隔となっており、また隣接する圧縮室の角度差が全個所において５°以上（２０°、５°、５°、２５°、５°）となっている。その他は図１に示したものと同じである。
【００１９】
図３に示すロータ１５０Ｂは、ベーン溝５４ａ、５４ｂ間は７２°、ベーン溝５４ｂ、５４ｃ間は７２°、ベーン溝５４ｃ、５４ｄ間は７２°、ベーン溝５４ｄ、５４ｅ間は６２°、およびベーン溝５４ｅ、５４ａ間は８２°に設定されている。したがって、ベーン溝に支持されるベーン５８の方向も同じく順次に７２°、７２°、７２°、６２°および８２°間隔となっており、また隣接する圧縮室の角度差が３個所において５°以上（１０°、２０°、１０°）となっている。その他は図１に示したものと同じである。
【００２０】
図４に示すロータ１５０Ｃは、ベーン溝５４ａ、５４ｂ間は７２°、ベーン溝５４ｂ、５４ｃ間は７２°、ベーン溝５４ｃ、５４ｄ間は７２°、ベーン溝５４ｄ、５４ｅ間は８２°、およびベーン溝５４ｅ、５４ａ間は６２°に設定されている。したがって、ベーン溝に支持されるベーン５８の方向も同じく順次に７２°、７２°、７２°、８２°および６２°間隔となっており、また隣接する圧縮室の角度差が３個所において５°以上（１０°、２０°、１０°）となっている。その他は図１に示したものと同じである。
【００２１】
図５は、ロータ１５０Ａを用いた圧縮機について、圧縮された高圧冷媒ガスの圧力に重ねて、振動加速度成分を測定した結果の生データである。
図５において、横軸は時間を表し１目盛りは１０ｍｓ、縦軸は加速度と圧力を表し１目盛りはそれぞれ２０ｍ／ｓ２及び１．０ＭＰａである。振動加速度測定にあたっては、加速度センサを車両に近い位置となるように圧縮機の車両への取り付け部分（図８の斜線で示す部分）に固定し、気体圧縮機の回転軸方向の加速度成分を検出するようにした。
【００２２】
また、気体圧縮機の回転数は、エンジンのアイドリング回転数が伝達された場合を想定して約９００ｒｐｍとした。図１０における測定と比較して回転数を約２００ｒｐｍ遅くした理由は、経験的に、より低速で高圧の方が振動が発生し易いことが知られていることと、等間隔の振動のピークの有無を、より見分け易くするためである。したがって、本データの横軸の全長は、圧縮機のほぼ１回転に相当する。圧縮された高圧冷媒ガスの圧力測定は、圧縮室がほぼ最小容積となる図２に示す位置に、小型の圧力センサをリアサイドブロック３０に配設して行った。したがって、２箇所ある吐出口のうちの片側のみの測定であるため、ロータ１回転でありながら５回の圧力変動となって検出されている。
【００２３】
この５回の圧力変動において、約１１ｍｓ時の低圧部分（約０．７ＭＰａＧ）と約２６ｍｓ時の低圧部分（約０．７ＭＰａＧ）とは、他の約３８ｍｓ時、約４９ｍｓ時、約６１ｍｓ時の低圧部分と比較して０．３〜０．４ＭＰａ程度低くなっていることがわかる。この理由は、約１１ｍｓ時から約２６ｍｓ時までの圧縮における圧縮室と、約２６ｍｓ時から約３８ｍｓ時までの圧縮における圧縮室の容積が、他の圧縮における圧縮室容積よりも大きいためである。図２に示される本圧力測定に使用した実施形態では、ベーン溝５４ｅと５４ａに支持された各ベーン５８間の角度が８７°、ベーン溝５４ａと５４ｂに支持された各ベーン５８間の角度が８２°であり、これら２つの圧縮室の容積は他の３つの圧縮室の容積に比べて大きい。このことから、図５における約１１ｍｓ時には、ベーン溝５４ｅに支持されたベーン５８が圧力測定位置の吐出穴部を通過し、約２６ｍｓ時には、ベーン溝５４ａに支持されたベーン５８が圧力測定位置の吐出穴部を通過していることが推定される。ベーン５８が吐出穴部通過直後の、次に吐出されようとする圧縮室の容積が大きいと、その容積比分だけまだ圧縮が進んでいないため圧力が低く測定されるのである。
【００２４】
このように、複数のベーン溝５４を不均等な角度間隔としてベーン５８を支持することにより、個々のベーン間に形成される圧縮室の容積が互いに異なり、それに応じて各圧縮室に吸入される気体の容積も異なる。しかしながら、ロータ１回転にて吸入される気体の体積は、ベーン溝５８が均等配置された従来のものと変わりなく吐出量も変わらない。因みに、隣接するベーン溝５４が角度間隔７２°で構成される場合の圧縮室の容積を１とすると、６２°の場合は容積約０．８８、６７°の場合は約０．９５、７７°の場合は約１．０５、８２°の場合は約１．０９、８７°の場合は約１．１２である。
【００２５】
図５における振動加速度を示す線図では、まず、図１０に示した従来のような、５ｍｓといった微小時間間隔の規則的な振動加速度が発生していないことがわかる。但し、時間２５ｍｓ付近で振幅約１３０ｍ／ｓ２の大きなピークが発生し、次いでその約３０ｍｓ後の５５ｍｓ付近で振幅約１１５ｍ／ｓ２の大きなピークが発生している。このロータの１回転あたりの大きな２回のピークは、２回転目以降も継続して発生するものと推定される。しかしながら、振幅が大きくても周波数としては約３３Ｈｚの低周波である。また、圧縮機回転数を２００ｒｐｍ増速したとしても約４０Ｈｚの低周波である。このような低周波の振動の場合は、車両との共振周波数も低くなり、殆どの人が振動・騒音として感じ取れない領域である。すなわち、実車両において人間が感じ取れる振動・騒音が低減される。
ロータ１５０Ｂ、ロータ１５０Ｃも同様の振動低減効果を示す。
【００２６】
つぎに図６は、第２の実施例を示す。
この実施例では、ベーン溝５５の方向を一定間隔とし、ベーン溝５５の中心線Ｂとロータ中心間の距離Ｄを隣接するベーン溝間で異ならせたロータ２５０を備えている。
すなわち、５つのベーン溝５５（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ）の方向は互いに隣接する間で等角度の７２°ずつずれている。一方、ベーン溝５５の中心線Ｂとロータ中心Ｐ間の距離は、順次にベーン溝５５ａではＤａ＝３ｍｍ、ベーン溝５５ｂではＤｂ＝７．２ｍｍ、ベーン溝５５ｃではＤｃ＝１０ｍｍ、ベーン溝５５ｄではＤｄ＝１０ｍｍ、およびベーン溝５５ｅではＤｅ＝３ｍｍに設定されている。
これにより、ロータ２５０の外周面上におけるベーン溝５５の開口は、ベーン溝５５の向きは等角度であるにもかかわらず、周方向で第１の実施例と同様に不均等な間隔となる。
【００２７】
したがって、ベーン溝５５に支持されたベーン５８が吐出口４２を通過する間隔が上記不均等な間隔となるので、複数の圧縮室間での吐出の周期が不等になるので、これに基づく振動の周期も不規則となる。このため、第１の実施例と同じく、異音が防止されるという効果が得られる。
なお、この場合も、ベーン溝５５の中心線Ｂとロータ中心Ｐ間の距離Ｄａ〜Ｄｅは例示したものに限定されず、ロータ２５０の外周面上におけるベーン溝５５の開口を不均等な間隔とするかぎり、任意に設定してよい。
【００２８】
さらに、第１の実施例のようなベーンの周方向不等間隔と、第２の実施例のようなベーン溝中心線とロータ中心間の不等距離とを組み合わせることもできる。
図７はその一例を示し、ロータ３５０は、ベーン溝５６ａ、５６ｂ間は８２°、ベーン溝５６ｂ、５６ｃ間は６２°、ベーン溝５６ｃ、５６ｄ間は６７°、ベーン溝５６ｄ、５６ｅ間は６２°、およびベーン溝５６ｅ、５６ａ間は８７°に設定されている。したがって、ベーン溝に支持されるベーン５８の方向も同じく順次に８２°、６２°、６７°、６２°および８７°間隔となっており、また隣接する圧縮室の角度差が全個所において５°以上（２０°、５°、５°、２５°、５°）となっている。
【００２９】
そしてさらに、ベーン溝５６の中心線Ｂとロータ中心Ｐ間の距離は、順次にベーン溝５６ａではＤａ＝７．２ｍｍ、ベーン溝５６ｂではＤｂ＝３ｍｍ、ベーン溝５６ｃではＤｃ＝１０ｍｍ、ベーン溝５６ｄではＤｄ＝５ｍｍ、およびベーン溝５６ｅではＤｅ＝１０ｍｍに設定されている。
これによっても、複数の圧縮室間での吐出の周期が不等になるので、異音が防止されるという効果が得られる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、ロータリベーン式の気体圧縮機において、複数のベーンを支持する複数のベーン溝が、それぞれその中心線とロータの中心間の距離を互いに不均等として、各ベーン溝の開口が、ロータの外周面上において周方向で不均等な間隔に設定されているものとしたので、ベーンが吐出口を通過するタイミングが不規則なものとなり、吐出の周期が不等になるので、振動の周期性が低下して、異音の発生が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる気体圧縮機の第１の実施例を示すロータおよびベーンの断面図である。
【図２】図１に示す第１の実施例の変形例を示すロータとベーンの断面図である。
【図３】図１に示す第１の実施例の他の変形例を示すロータとベーンの断面図である。
【図４】図１に示す第１の実施例の他の変形例を示すロータとベーンの断面図である。
【図５】本発明にかかる気体圧縮機の振動加速度測定結果を示す図である。
【図６】本発明にかかる気体圧縮機の第２の実施例を示すロータとベーンの断面図である。
【図７】本発明にかかる気体圧縮機の第１の実施例と第２の実施例の組合せ例を示すロータとベーンの断面図である。
【図８】従来の気体圧縮機を示す縦断面図である。
【図９】図８に示す従来の気体圧縮機のＡ−Ａ部断面図である。
【図１０】従来の気体圧縮機の振動加速度測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０      コンプレッサケース
１１      ハウジング
１２      フロントヘッド
１３      フロント側吸入室
１４      冷媒ガス吸入ポート
１５      吐出室
１６      冷媒ガス吐出ポート
２０      フロントサイドブロック
２２      吸入口
３０      リヤサイドブロック
３８      オイルセパレータ
４０      シリンダ
４２      吐出口
４３      リードバルブ
４４      吐出チャンバ
４８      圧縮室
５０、１５０、１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、２５０、３５０    ロータ
５１      回転軸
５３      ベーン溝
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ    ベーン溝
５５ａ、５５ｂ、５５ｃ、５５ｄ、５５ｅ    ベーン溝
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ    ベーン溝
５８      ベーン
【図１】
0004061172.tif 000002
【図２】
0004061172.tif 000003
【図３】
0004061172.tif 000004
【図４】
0004061172.tif 000005
【図５】
0004061172.tif 000006
【図６】
0004061172.tif 000007
【図７】
0004061172.tif 000008
【図８】
0004061172.tif 000009
【図９】
0004061172.tif 000010
【図１０】
0004061172.tif 000011