(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周略楕円状のシリンダと、上記シリンダの両端面に取り付けられたサイドブロックと、上記シリンダの内側に回転可能に横架されたロータと、上記ロータの外周面から上記シリンダの内壁に向かって出没自在に設けられた複数のベーンと、上記ベーンの底部にベーン背圧を作用させる背圧室と、上記シリンダ、サイドブロック、ロータおよびベーンによって仕切り形成される圧縮室とを備え、
上記ロータの回転により上記圧縮室の容積が大小変化を繰り返し、この圧縮室の容積変化により、吸気室側から圧縮室側への冷媒ガスの吸入、圧縮室での冷媒ガスの圧縮、および圧縮室から吐出室側への冷媒ガスの吐出を行うとともに、その吐出圧力の作用するオイルを上記背圧室側へ供給してベーン背圧を得る構造の気体圧縮機において、
上記背圧室側へのオイル供給路に、上記冷媒ガスの吐出圧力に基づき絞りの強弱が変化する可変絞り手段を設けてなり、
上記可変絞り手段は、冷媒ガスの吐出圧力に基づき伸縮動作するベローズと、このベローズの可動端に取り付けられたスプール弁とを備えてなるとともに、上記ベローズの伸縮動作によりスプール弁がスライドして弁開度が大小変化する構造であ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】
本発明は、カーエアコンシステムの一部として車両に搭載される気体圧縮機に関し、特に、ベーンのチャタリング防止と圧縮機の動力低減とを同時に図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の気体圧縮機は、たとえば図４に示すように、内周略楕円状のシリンダ１を有し、このシリンダ１の両端面にはサイドブロック２、３が取り付けられている。またシリンダ１の内側にはロータ４が横架されており、このロータ４はその軸心のロータ軸５とサイドブロック２、３の軸受６、７を介して回転可能に支持されている。
【０００３】
図５に示すように、ロータ４の外周面側にはスリット状のベーン溝８が複数形成されており、これらのベーン溝８にはベーン９がそれぞれ装着され、ベーン９はロータ４外周面からシリンダ１内壁に向かって出没自在に設けられている。
【０００４】
シリンダ１の内側はシリンダ１内壁、サイドブロック２、３内面、ロータ４外周面およびベーン９先端側両側面によって複数の小室に仕切られており、この仕切り形成された小室が圧縮室１０と称され、圧縮室１０はロータ４が図中矢印ロの方向に回転することにより容積の大小変化を繰り返す。
【０００５】
圧縮室１０の容積変化が生じると、その容積増加時に、吸入室１１側から圧縮室１０側への低圧冷媒ガスの吸入が行われるとともに、圧縮室１０の容積減少時に、圧縮室１０での冷媒ガスの圧縮と、圧縮室１０から吐出室１２側への高圧冷媒ガスの吐出が行われる。
【０００６】
すなわち、圧縮室１０の容積が最小から最大となるまでの吸入過程では、吸入室１１内の冷媒ガスが、シリンダ１等の吸入通路１３とサイドブロック２、３の吸入口１４とを介して圧縮室１０側に吸入される。そして、圧縮室１０の容積が最大付近になると、圧縮室１０が吸入口１４から離れて密閉空間となり、この密閉された圧縮室１０内に低圧冷媒ガスが閉じ込められる。その後、圧縮室１０の容積が最大から最小に移行すると、その容積減少量に応じて圧縮室１０内の低圧冷媒ガスが圧縮される。さらに、圧縮室１０の容積が最小付近になると、その圧縮された高圧冷媒ガスの圧力によって、シリンダ１の吐出孔１５に取り付けられているリードバルブ１６が開き、かつ圧縮室１０内の高圧冷媒ガスが吐出孔１５からシリンダ１外周面側の吐出チャンバ１７に流出する。
【０００７】
吐出チャンバ１７内に流入した高圧冷媒ガスは、さらに、リア側サイドブロック３の吐出通路（図示省略）を通過した後、同サイドブロック３に取り付けられている油分離器１８を通って吐出室１２内に吐出する。
【０００８】
吐出室１２の底部にはオイル溜まり２０が設けられており、このオイル溜まり２０のオイルには吐出室１２内に吐出した高圧冷媒ガスの圧力Ｐｄ（以下「吐出圧力」という。）が作用している。この吐出圧力Ｐｄの作用するオイル溜まり２０のオイルは、サイドブロック２、３とシリンダ１に穿孔されている油穴２１、軸受６、７隙間、およびサイドブロック２、３のシリンダ対向面側に形成されているサライ溝２２、２２をその順に通過して、ベーン９底部の背圧室１９に供給される。
【０００９】
以上のように、図４に示した気体圧縮機においては、吐出圧力Ｐｄの作用するオイル溜まり２０のオイルを、軸受６、７隙間で減圧して背圧室１９側へ供給することにより、ベーン９をシリンダ１内壁に向かって押し付けようとする力、すなわちベーン背圧を得ているが、この種のベーン背圧が高すぎると、ベーン９先端やこれが摺接するシリンダ１内壁の摩耗、および圧縮機の動力ロスの増大等が生じることから、同図の気体圧縮機では、図示は省略するが、ベーン背圧を低下させることを目的とし、リア側サイドブロック３の油穴入口２０ａに固定の絞りを設けることが考えられる。
【００１０】
しかしながら、上記のような固定の絞りを設けると、ベーン背圧の低下によって、圧縮機動力の低減は図れるが、これと同時にベーン９のチャタリング発生限界（以下「チャタ限界」という。）が悪化し、固定の絞りのないものに比べてベーン９のチャタリングが生じ易くなってしまうという問題がある。これは、圧縮室１０の容積が最小付近となって圧縮室１０から冷媒ガスを吐出する直前に、ベーン背圧が不足することによるものである。つまり、冷媒ガス吐出直前の段階に到達すると、圧縮室１０の圧力が最大になり、この大きな圧力が圧縮室１０の前後壁１０ａ、１０ｂを形成しているベーン９先端に加わり、当該ベーン９がベーン溝８底部側へ大きな力で押し戻されようとする。これがベーン９のチャタリング発生原因となるため、冷媒ガス吐出直前の段階においては、冷媒ガスの吸入過程や圧縮初期、中期等の段階よりも特に高いベーン背圧が必要となるが、従来の気体圧縮機によると、そのように高いベーン背圧を必要とするときにも、固定の絞りによりベーン背圧を低下させてしまうため、ベーン背圧の不足によるチャタリング、すなわち、ベーン９がシリンダ１の吐出口１５付近で瞬間的に沈み跳び上がってシリンダ１の内壁に衝突するという現象が生じ易くなると考えられる。
【００１１】
【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、ベーンのチャタリング防止と圧縮機の動力低減とを同時に図るのに好適な気体圧縮機を提供することにある。
【００１２】
【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、内周略楕円状のシリンダと、上記シリンダの両端面に取り付けられたサイドブロックと、上記シリンダの内側に回転可能に横架されたロータと、上記ロータの外周面から上記シリンダの内壁に向かって出没自在に設けられた複数のベーンと、上記ベーンの底部にベーン背圧を作用させる背圧室と、上記シリンダ、サイドブロック、ロータおよびベーンによって仕切り形成される圧縮室とを備え、上記ロータの回転により上記圧縮室の容積が大小変化を繰り返し、この圧縮室の容積変化により、吸気室側から圧縮室側への冷媒ガスの吸入、圧縮室での冷媒ガスの圧縮、および圧縮室から吐出室側への冷媒ガスの吐出を行うとともに、その吐出圧力の作用するオイルを上記背圧室側へ供給してベーン背圧を得る構造の気体圧縮機において、上記背圧室側へのオイル供給路に、上記冷媒ガスの吐出圧力に基づき絞りの強弱が変化する可変絞り手段を設けてなり、上記可変絞り手段は、冷媒ガスの吐出圧力に基づき伸縮動作するベローズと、このベローズの可動端に取り付けられたスプール弁とを備えてなるとともに、上記ベローズの伸縮動作によりスプール弁がスライドして弁開度が大小変化する構造であることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明では、吐出圧力が高いときは、ベーン背圧を下げてもベーンのチャタリングが生じ難いことを考慮し、背圧室側への供給オイルをきつく絞ってベーン背圧を従来より低く設定することができ、また、吐出圧力が低いときは、ベーン背圧を下げるとベーンのチャタリングが比較的生じ易くなることを考慮し、背圧室側への供給オイルの絞りを緩めてベーン背圧を高く設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る気体圧縮機の実施形態について図１および図２を基に詳細に説明する。
【００１７】
なお、本実施形態の気体圧縮機の基本的な構成、たとえば従来例の図４および図５を用いて説明すると、気体圧縮機が内周略楕円状のシリンダ１を有し、シリンダ１の両端面にはサイドブロック２、３が取り付けられ、またシリンダ１の内側にはロータ４が回転可能に横架されていること、ロータ４の外周面からはシリンダ１内壁に向って複数のベーン９が出没可能に設けられていること、圧縮室１０の容積がロータ４の回転により大小変化すると、この容積変化により吸入室１１側から吸気通路１３、吸入口１４を介して圧縮室１０側への低圧冷媒ガスの吸入と、圧縮室１０での冷媒ガスの圧縮、圧縮室１０から吐出孔１５等を通じて吐出室１２側への冷媒ガスの吐出が行われること等は従来と同様なため、同一部材には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００１８】
図１は本発明に係る気体圧縮機の要部の一実施形態を示したものである。本実施形態の気体圧縮機にあっても吐出室１２の底部にオイル溜まり２０を有し、このようなオイル溜まり２０のオイルには高圧冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが作用しており、また、その吐出圧力Ｐｄの作用するオイル溜まり２０のオイルは最終的にベーン９底部の背圧室１９側へ供給される。
【００１９】
上記のような背圧室１９側へのオイル供給路２３は、従来同様、サイドブロック２、３とシリンダ１の油穴２１、軸受６、７隙間およびサイドブロック２、３のサライ溝２２、２２からなるが、本実施形態の気体圧縮機においては、そのような背圧室１９側へのオイル供給路２３の途中、具体的にはリア側サイドブロック３の油穴入口２１ａに可変絞り手段４０を設けている。
【００２０】
可変絞り手段４０は、バルブハウジング４１内部にスプール弁４２とベローズ４３を備えており、スプール弁４２は、バルブハウジング４１の内部の流路４４（以下、「ハウジング内部流路」という。）と交差するように設置されている。
【００２１】
スプール弁４２の胴体腹部には、これを一部切り欠いてくびれ通路４２ａが形成されており、このくびれ通路４２ａとハウジング内部流路４４との相対的な位置ずれ関係によって、スプール弁４２の弁開度が決定される。
【００２２】
ベローズ４３は、ハウジング内部流路４４の途中に設けたベローズ収納室４５に収納されており、このベローズ４３の可動端４３ａに上記スプール弁４２の一端が取り付け固定されている。
【００２３】
なお、ハウジング内部流路４４の入口側はオイル溜まり２０に開口し、該ハウジング内部流路４４の出口側はリア側サイドブロック３の油穴入口２１ａに接続されている。
【００２４】
したがって、吐出圧力Ｐｄが作用するオイル溜まり２０のオイルは、ハウジング内部流路４４の入口からハウジング内部流路４４に流入するとともに、ハウジング内部流路４４の途中にあるベローズ収納室４５にも供給され、ベローズ４３の伸縮駆動源となる。つまり、ベローズ４３は冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄに基づき伸縮動作できるように構成されている。
【００２５】
上記のような構成の可変絞り手段４０は、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄの変動に基づき絞りの強弱が変化する構造を採用したものである。
【００２６】
すなわち、図２（ｂ）は冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが比較的高いときの可変絞り手段４０の動作状態を示したものであるが、この図（ｂ）に示したように、吐出圧力Ｐｄが高い場合においては、オイル溜まり２０のオイル圧も高くなり、この高圧（ＰｄＨ）のオイルによりベローズ４３が縮むとともに、ベローズ収縮方向にスプール弁４２がスライドして、スプール弁４２の弁開度が小さくなるように設定される。この場合、スプール弁４２のくびれ通路４２ａはハウジング内部流路４４から完全に離れ、スプール弁４２の先端によりハウジング内部流路４４は閉じられ、オイルは軸すきまを通ることになる。そのため、ハウジング内部流路４４を通過してリア側サイドブロック３の油穴２１側へ圧送されるオイルの量が少なくなる。これは、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが高くなったときに、きつい（強い）絞りが背圧室１９側へのオイル供給路２３に形成されることを意味する。
【００２７】
図２（ｂ）に示した状態から冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが低下すると、オイル溜まり２０のオイル圧も低く（ＰｄＨ）なることから、同図（ｃ）に示したように、ベローズ４３が伸びるとともに、ベローズ伸長方向にスプール弁４２がスライドして、スプール弁４２の弁開度が大きくなるように設定される。この場合、スプール弁４２のくびれ通路４２ａとハウジング内部流路４４が連通し、ハウジング内部流路４４を通過してリア側サイドブロック３の油穴２１側へ圧送されるオイルの量が増す。これは、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが低くなったときに、緩い（弱い）絞りが背圧室１９側へのオイル供給路２３に形成されることを意味する。
【００２８】
次に上記の如く構成された気体圧縮機の動作について図１および図２を基に説明する。
【００２９】
本実施形態の気体圧縮機はカーエアコンシステムの一部として車両に搭載することができ、このような使用形態の場合、気体圧縮機の運転動作は車両のエンジンを動力源としてロータ４を回転させるものとなることから、車両の高速運転時等においては、気体圧縮機におけるロータ４の回転数も上昇し、これに伴い単位時間当たりの高圧冷媒ガスの吐出量が増えて、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが上昇することは従来と同様である。
【００３０】
図３は実車の圧力分布調査とチャタ限界との関係を示したものであり、図中Ａ〜Ｇ領域はいずれも実車圧力分布であるが、このうち、Ａ領域は外気温４０℃の場合、Ｂ領域は外気温３５℃の場合、Ｃ領域は外気温３０℃の場合、Ｄ領域は外気温２５℃の場合、Ｅ領域は外気温２０℃の場合、Ｆ領域は外気温１５℃の場合、Ｇ領域は外気温１０℃の場合における、ぞれぞれの実車圧力分布を示したものである。また、図中実線▲１▼〜▲４▼はいずれもチャタ限界線であるが、このうち、実線▲１▼は絞り径がφ２．６ｍｍの場合（従来品に相当）、実線▲２▼は絞り径がφ０．７ｍｍの場合、実線▲３▼は絞り径がφ０．５ｍｍの場合、実線▲４▼は絞り径がφ０．３ｍｍの場合における、それぞれのチャタ限界線を示したものである。チャタ限界線は、これを境に右側の領域ではチャタリングが発生し易く、左側の領域ではチャタリングが生じ難くいことを意味する。
【００３１】
図３から分かるように、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが高くなるときはチャタ限界に余裕があり、ベーン背圧を低く設定してもベーン９のチャタリングは発生し難い。したがって、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが高いときは、それが低いときと同等のベーン背圧を加える必要はなく、むしろ圧縮機の動力低減のため、ベーン背圧を低く設定するのが好ましい。この点、本実施形態の気体圧縮機では、吐出圧力Ｐｄが高くなるとベーン背圧が自動的に低く設定される。
【００３２】
すなわち、本実施形態の気体圧縮機においては、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが高くなると、その圧力変動に基づき可変絞り手段４０のベローズ４３が自動的に縮み、スプール弁４２の弁開度が小さくなり、きつい絞りが背圧室１９側へのオイル供給路２３の途中、具体的にはリア側サイドブロック３の油穴入口２１ａに形成される。このため、オイル溜まり２０のオイルは、油穴入口２１ａ付近において、きつく絞られ減圧された後、油穴２１、軸受６、７隙間、およびサライ溝２２、２２を経て背圧室１９側へ供給されるから、比較的低いベーン背圧が得られる。したがって、吐出圧力Ｐｄが高いときに、従来品のように比較的高いベーン背圧がベーン９に作用することがなく、従来品に比べて圧縮機の動力低減を図れる。なお、この動作例は、吐出圧力Ｐｄが高い場合であるので、ベーン背圧が低下しても、上述の通りベーン９のチャタリングは発生し難く、チャタリングの問題は生じない。
【００３３】
上記動作例とは逆に、冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄが低くなると、その圧力変動に基づき可変絞り手段４０のベローズ４３が伸長し、これによりスプール弁４２の弁開度が大きくなり、緩い絞りがリア側サイドブロック３の油穴入口２１ａに形成される。このため、オイル溜まり２０のオイルは、油穴入口２１ａ付近において余り絞られないまま、油穴２１、軸受６、７隙間およびサライ溝２２、２２を経て背圧室１９側へ供給されるから、比較的高いベーン背圧が得られる。この動作例は、吐出圧力Ｐｄが低い場合であるので、ベーン背圧が低い状態のままではベーン９のチャタリングが発生し易くなることから、吐出圧力Ｐｄが低いときはベーン背圧を従来と略同じ圧力まで高めることにより、チャタリングの発生を積極的に防止することとしたものである。
【００３４】
なお、上記実施形態では油穴入口２１ａに可変絞り手段４０を設けたが、可変絞り手段４０は、背圧室側へのオイル供給路２３の途中に適宜設置することができ、その設置場所は油穴入口２１ａに限定されない。また、絞りも開閉の２種だけでなく、連続的に変化するように設定することも可能である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明にあっては、上記の如く、背圧室側へのオイル供給路に、冷媒ガスの吐出圧力変動に基づき絞りの強弱が変化する可変絞り手段を設けたものである。このため、吐出圧力が高いときは、ベーン背圧が低くてもベーンのチャタリングが生じ難いことを考慮し、背圧室側への供給オイルをきつく絞ってベーン背圧を低く設定することで、圧縮機の動力低減を図ることができ、また、吐出圧力が低いときは、ベーン背圧が低いとベーンのチャタリングが比較的生じ易くなることを考慮し、背圧室側への供給オイルの絞りを緩めてベーン背圧を高く設定することで、チャタリングの発生を効果的に防止できるから、ベーン摩耗や圧縮機動力の低減とベーンのチャタリング防止とを同時に図るのに好適な気体圧縮機を提供し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る気体圧縮機の一実施形態の要部説明図。
【図２】図１に示した本発明の要部の動作説明図。
【図３】実車の圧力分布調査とチャタ限界との関係の説明図。
【図４】従来の気体圧縮機の断面図。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図。
【符号の説明】
１  シリンダ
２  フロント側のサイドブロック
３  リア側のサイドブロック
４  ロータ
５  ロータ軸
６、７  軸受
８  ベーン溝
９  ベーン
１０  圧縮室
１１  吸入室
１２  吐出室
１３  吸入通路
１４  吸入口
１５  吐出孔
１６  リードバルブ
１７  吐出チャンバ
１８  油分離器
１９  背圧室
２０  オイル溜まり
２１  油穴
２１ａ  油穴入口
２２  サライ溝
２３  オイル供給路
４０  可変絞り手段
４１  バルブハウジング
４２  スプール弁
４２ａ  くびれ通路
４３  ベローズ
４３ａ  ベローズの可動端
４４  ハウジング内部流路
４５  ベローズ収納室
Ｐｄ  吐出圧力
【図１】
0004338111.tif 000002
【図２】
0004338111.tif 000003
【図３】
0004338111.tif 000004
【図４】
0004338111.tif 000005
【図５】
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