(57)【要約】【課題】気体圧縮機において、気体圧縮機に戻る油分の量が減少しても、ベーンの先端とシリンダの内周面との間の摩擦力の増大を抑制する。【解決手段】ロータ５０の外周面５０ａから突出するベーン５８に、埋設側端部５８ｂから突出側の先端５８ａに連通する油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈが形成されているとともに、油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈの通過を許容する開位置と阻止する閉位置との間で変位する、ボール５８ｄおよびバネ５８ｅからなるボール弁が油分通路５８ｆに配設され、ボール弁は、埋設側端部５８ｂに作用するベーン背圧室５９における冷凍機油Ｒの圧力Ｐｖとボール５８ｄに作用する遠心力Ｃとの合力（合圧力）Ｆが所定の閾値未満のときは閉位置に位置し、合力Ｆが所定の閾値以上のときは開位置に位置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と一体的に軸回りに回転する略円柱状のロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲む、内周面の断面輪郭が略楕円形状のシリンダと、前記ロータに形成されたベーン溝に埋設されて、突出側の先端が前記シリンダの前記内周面に追従するように該ロータの前記外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンと、少なくとも前記ロータおよび前記ベーンを前記ロータの両端面側から覆う２つのサイドブロックとを有し、前記ベーンは、前記ベーン溝のうち前記ベーンの埋設側端部が臨むベーン背圧空間に供給された油分の圧力と前記ロータの回転に応じて前記ベーンに作用する遠心力とによって、前記ロータの外周面から突出するものであり、
前記ベーンには、前記埋設側端部から前記突出側の先端に連通する油分通路が形成されているとともに、
前記油分通路の通過を許容する開位置と阻止する閉位置との間で変位するボール弁が前記油分通路に配設され、
前記ボール弁は、前記油分の圧力と前記遠心力との合力が所定の閾値未満のときは前記閉位置に位置し、前記合力が所定の閾値以上のときは前記開位置に位置するものであることを特徴とする気体圧縮機。
【請求項２】
前記ボール弁は、前記油分通路内を移動するボールと、前記ボールを前記閉位置に付勢するバネと、を有することを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は気体圧縮機に関し、詳細には、ベーンロータリ形式の圧縮機本体におけるベーン先端における潤滑の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気調和システム（以下、空調システムという。）には、冷媒ガスなどの気体を圧縮して、空調システムに気体を循環させるための気体圧縮機（コンプレッサ）が用いられている。
【０００３】
ここで、一般的なコンプレッサの代表的な一形式としてベーンロータリ形式のコンプレッサが知られている。このベーンロータリ形式のコンプレッサは、ハウジングの内部に、圧縮機本体が収容された構成となっている。
【０００４】
圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、ロータの外周面（円柱周面）の外方を取り囲む、内周面の断面輪郭が略楕円形状のシリンダと、ロータに形成されたベーン溝に埋設されて、突出側の先端がシリンダの内周面に追従するようにロータの外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンと、少なくともロータおよびベーンを、ロータの両端面側から覆うとともに、ロータから両側に突出した回転軸を軸支する軸受けの外面にそれぞれボスが形成された２つのサイドブロックとを有し、ベーンは、ベーン溝のうちベーンの埋設側端部が臨むベーン背圧空間に供給された油分の圧力とロータの回転に応じてベーンに作用する遠心力とによって、ロータの外周面から突出するように構成されている。
【０００５】
そして、ロータの回転方向について相前後する２つのベーンの互いに対向する面、シリンダの内周面、ロータの外周面および両サイドブロックの端面（ロータに向いた側の内側端面）により、ロータの回転に伴ってその容積が変化する複数の圧縮室が画成され、この容積変化により、圧縮室内に封じ込められた気体を圧縮する（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００５−３３７１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ベーンの先端とシリンダの内周面とは相対的に摺動するため、両者間には摩擦力が作用し、この摩擦力は、この気体圧縮機を回転駆動させる抵抗力となる。したがって、摩擦力が増大すると消費動力の増大となって、駆動効率の低下を招く。
【０００７】
また、摩擦力の増大は、圧縮室内の気体の温度が上昇し、体積効率の低下も招く。
【０００８】
気体圧縮機は、前述した空調システムの一部を担うものであるところ、気体圧縮機から圧縮気体とともに過分の油分が空調システム（直接的には凝縮器）に排出されると、システムの運転効率が低下するため、気体圧縮機から排出される油分の量を抑制する種々の措置が講じられる。
【０００９】
一方、この気体圧縮機から排出される油分の量が過度に低下すると、空調システム（直接的には蒸発器）から気体圧縮機に戻る油分の量が減少する。そして、この戻り油分の減少は、圧縮室内に吸入される油分の減少を招来し、ベーンの先端とシリンダの内周面との間の摩擦力を増大させて、結果的に気体圧縮機の運転効率、体積効率の低下を招く。
【００１０】
特に、圧縮機本体の回転速度が速くなるにしたがって、ベーンの先端とシリンダの内周面との間での潤滑状態は厳しくなるため、摩擦力の増大を招きやすい。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、気体圧縮機に戻る油分の量が減少しても、ベーンの先端とシリンダの内周面との間の摩擦力の増大を抑制することができる気体圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る気体圧縮機は、圧縮機本体の回転速度が速くなると、ベーン自体の先端から油分を供給することによって、ベーンの先端とシリンダの内周面との間での潤滑状態を良好に保つようにしたものである。
【００１３】
すなわち、本発明に係る気体圧縮機は、回転軸と一体的に軸回りに回転する略円柱状のロータと、前記ロータの外周面の外方を取り囲む、内周面の断面輪郭が略楕円形状のシリンダと、前記ロータに形成されたベーン溝に埋設されて、突出側の先端が前記シリンダの前記内周面に追従するように該ロータの前記外周面からの突出量が可変とされた板状のベーンと、少なくとも前記ロータおよび前記ベーンを前記ロータの両端面側から覆う２つのサイドブロックとを有し、前記ベーンは、前記ベーン溝のうち前記ベーンの埋設側端部が臨むベーン背圧空間に供給された油分の圧力と前記ロータの回転に応じて前記ベーンに作用する遠心力とによって、前記ロータの外周面から突出するものであり、前記ベーンには、前記埋設側端部から前記突出側の先端に連通する油分通路が形成されているとともに、前記油分通路の通過を許容する開位置と阻止する閉位置との間で変位するボール弁が前記油分通路に配設され、前記ボール弁は、前記油分の圧力と前記遠心力との合力（合圧力）が所定の閾値未満のときは前記閉位置に位置し、前記合力が所定の閾値以上のときは前記開位置に位置するものであることを特徴とする。
【００１４】
このように構成された本発明に係る気体圧縮機によれば、ベーン背圧空間に供給された油分の圧力とロータの回転に応じてベーンに作用する遠心力との合力が所定の閾値以上のときは、ボール弁が開位置に位置することで、ベーンの埋設側端部と突出側の先端とが油分通路によって連通し、この結果、ベーンの埋設側端部に突出圧力を作用させるベーン背圧空間の油分が油分通路を通ってベーンの突出側の先端に直接供給され、これにより、空調システムから気体圧縮機に戻る油分の量が減少しても、ベーンの先端とシリンダの内周面との間での潤滑状態を良好に保つことができ、両者間の摩擦力の増大を抑制することができる。
【００１５】
この結果、圧縮された気体の温度が過度に上昇するのを防止することができ、体積効率の低下を防止するとともに、運転効率が低下するのも防止することができる。
【００１６】
一方、ベーン背圧空間に供給された油分の圧力とロータの回転に応じてベーンに作用する遠心力との合力が所定の閾値未満のときは、ボール弁が閉位置に位置することで、ベーンの埋設側端部に突出圧力を作用させるベーン背圧空間の油分は油分通路に逃げないため、ベーンの埋設側端部に作用する突出圧力が低下することがなく、特に回転開始直後におけるベーンが突出不足となるのを防止することができる。
【００１７】
本発明に係る気体圧縮機においては、前記ボール弁が、前記油分通路内を移動するボールと、前記ボールを前記閉位置に付勢するバネと、を有するものであることが好ましい。
【００１８】
このように好ましい構成の気体圧縮機によれば、ベーン背圧空間に供給された油分の圧力とロータの回転に応じてベーンに作用する遠心力との合力に応じて油分通路の開閉を切り替える設定圧力を、ボールの質量（作用する遠心力に影響）と、バネの弾性力（弾性係数で調整）および初期付勢力（初期的に与える弾性変位量で調整）とで簡単に調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る気体圧縮機によれば、気体圧縮機に戻る油分の量が減少しても、ベーンの先端とシリンダの内周面との間の摩擦力の増大を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】
【００２０】
以下、本発明の気体圧縮機に係る最良の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ式コンプレッサ１００を示す縦断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【００２２】
図示のコンプレッサ１００は、例えば、冷却媒体の気化熱を利用して冷却を行なう空気調和システム（以下、単に空調システムという。）の一部として構成され、この空調システムの他の構成要素である凝縮器、膨張弁、蒸発器等（いずれも図示を省略する。）とともに、冷却媒体の循環経路上に設けられている。
【００２３】
そして、コンプレッサ１００は、空調システムの蒸発器から取り入れた気体状の冷却媒体としての冷媒ガスＧを圧縮し、この圧縮された冷媒ガスＧを空調システムの凝縮器に供給する。凝縮器は、圧縮された冷媒ガスＧを液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。
【００２４】
高圧で液状の冷媒は、膨張弁で低圧化され、蒸発器に送出される。低圧の液状冷媒は、蒸発器において周囲の空気から吸熱して気化し、この気化熱との熱交換により蒸発器周囲の空気を冷却する。
【００２５】
また、コンプレッサ１００は、ケース１１とフロントヘッド１２とからなるハウジング１０の内部に収容された圧縮機本体６０と、フロントヘッド１２に取り付けられ、図示しない駆動源からの駆動力を圧縮機本体に伝える伝達機構８０とを備える。
【００２６】
ここで、伝達機構８０は、ラジアルボールベアリング１４により回転自在に支持された、その外周に掛け回された循環ベルト（図示省略）の駆動によって回転するプーリ８１と、電磁石８２および電磁石８２への通電によりプーリ８１に吸引されて後述する回転軸５１にプーリ８１の回転を伝達するアーマチュア８３からなり、プーリ８１の回転を圧縮機本体６０に伝達するのを断接する電磁クラッチと、を備えた構成である。
【００２７】
ケース１１は、一端開放の筒状体を呈し、フロントヘッド１２は、このケース１１の開放された部分を覆うように組み付けられている。また、フロントヘッド１２には、蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが吸入される吸入ポート１２ａが形成され、一方、ケース１１には、圧縮機本体で圧縮された高圧Ｐｄの冷媒ガスＧを凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。
【００２８】
ハウジング１０内に収容された圧縮機本体６０は、伝達機構８０によって軸回りに回転駆動される回転軸５１と、この回転軸５１と一体的に軸回りに回転する円柱状のロータ５０と、ロータ５０の外周面５０ａの外方を取り囲む、内周面４９ａの断面輪郭が略楕円形状で、両端が開放されたシリンダ４０と、軸回りに等角度間隔でロータ５０に形成された５つのベーン溝５６にそれぞれ埋設されて、突出側の先端５８ａがシリンダ４０の内周面４９ａに追従するようにロータ５０の外周面５０ａからの突出量が可変とされた５つの板状のベーン５８と、ロータ５０、ベーン５８およびシリンダ４０をそれぞれ両端面の外側からそれぞれ覆う２つのサイドブロック（フロントサイドブロック３０およびリヤサイドブロック２０）とを有する。
【００２９】
そして、２つのサイドブロック２０，３０、ロータ５０、シリンダ４０、および回転軸５１の回転方向に相前後する２つのベーン５８，５８によって画成された各圧縮室４８の容積が、回転軸５１の回転にしたがって増減を繰り返すことにより、各圧縮室４８に吸入された冷媒ガスＧを圧縮して吐出するように構成されている。
【００３０】
なお、ロータ５０の両端面側からそれぞれ突出した回転軸５１の部分のうち一方の部分は、フロントサイドブロック３０の軸受部３２に軸支され、フロントヘッド１２を貫通して外方まで延び、この貫通部分がフロントヘッド１２により軸支され、さらに外方に延びた部分がアーマチュア８３に連結されている。同様に回転軸５１の突出部分のうち他方の側は、リヤサイドブロック２０の軸受部２２により軸支されている。
【００３１】
そして、フロントヘッド１２による回転軸５１の支持と、両サイドブロック２０，３０の外周部がＯリング等によりケース１１，フロントヘッド１２の内周面に保持されることとによって、圧縮機本体６０はハウジング１０内の所定位置に保持されている。
【００３２】
また、圧縮機本体６０がケース１１の内部に収容された状態で、リヤサイドブロック２０とケース１１とにより吐出室２１が形成され、一方、フロントサイドブロック３０とフロントヘッド１２とにより吸入室３４が形成され、吐出室２１は吐出ポート１１ａに連通し、吸入室３４は吸入ポート１２ａに連通している。
【００３３】
なお、吸入室３４と吐出室２１とは、前述したＯリング等によって気密に隔絶されている。また、リヤサイドブロック２０には、冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから分離するための金網７８を備えたサイクロンブロック７０が組み付けられており、このサイクロンブロック７０は吐出室２１内に配置されている。
【００３４】
そして、リヤサイドブロック２０の外面とサイクロンブロック７０の外面との間には、リヤサイドブロック２０とサイクロンブロック７０との組付けによって、短円柱状の軸背圧空間７９が画成されている。
【００３５】
ここで、リヤサイドブロック２０には、後述するサライ溝２５と軸背圧空間７９とを連通する中間圧導油路２８が形成されている。
【００３６】
吐出室２１の下部には、このコンプレッサ１００の摺動部等を潤滑・冷却・清浄するとともに、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出させて、その先端５８ａを内周面４９ａに当接させた状態に付勢するように、ベーン５８に背圧（突出圧力）を作用させる冷凍機油Ｒが溜められている。
【００３７】
図２に示すように、ロータ５０には、前述したベーン５８を埋設するスリット状のベーン溝５６が放射状に、かつロータ５０の回転中心回りに等角度間隔で５つ形成され、これらのベーン溝にベーン５８が挿入された各ベーン５８は、ロータ５０の回転によって生じる遠心力Ｃと、ベーン溝５６のうちベーン５８の埋設側端部５８ｂが臨むベーン背圧空間５９に供給された冷凍機油Ｒによる油圧（背圧）Ｐｖとの合力（合圧力）Ｆに応じて、シリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出し、このベーン５８の突出側の先端５８ａがシリンダ４０の内周面４９ａに当接した状態に付勢され、回転軸５１の回転に伴って、この先端５８ａは内周面４９ａに追従する。
【００３８】
これにより、シリンダ４０と、ロータ５０と、回転軸５１の回転方向について相前後する２つのベーン５８，５８と、フロントサイドブロック３０と、リヤサイドブロック２０とにより画成された各圧縮室４８は、ロータ５０の回転にしたがって容積の変化を繰り返し、容積が大きくなる期間に、吸入室３４から冷媒ガスＧを吸入し、容積が小さくなる期間に、吸入した冷媒ガスＧを圧縮し、圧縮された高圧の冷媒ガスＧは、サイクロンブロック７０を通じて吐出室２１に吐出される。
【００３９】
一方、サイクロンブロック７０の周壁７１および金網７８によって、冷媒ガスＧから分離された冷凍機油Ｒは、吐出室２１の底部に滴下し、前述したようにこの底部に溜められる。
【００４０】
圧縮機本体６０のリヤサイドブロック２０には、吐出室２１の底部に溜められ、高圧Ｐｄの冷凍機油Ｒを軸受部２２に導く高圧導油路２３が形成され、軸受部２２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り部）が、高圧Ｐｄの冷凍機油Ｒを、吐出室２１内の圧力よりも低い中間圧Ｐｖに絞った上で、軸背圧空間７９およびリヤサイドブロック２０のうちロータ５０の対向面に形成されたサライ溝２５に供給する。
【００４１】
このサライ溝２５は、ロータ５０に配設されたベーン背圧室５９（ベーン背圧空間）に連通し、べーン５８の背圧として、中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒを供給している。
【００４２】
一方、軸背圧空間７９に供給された中間圧Ｐｖの冷凍機油Ｒも、中間圧導油路２８を通じてサライ溝２５に導かれて、ベーン背圧室５９に供給される。
【００４３】
また、シリンダ４０の底部には、リヤサイドブロック２０の高圧導油路２３に接続された貫通孔４６が設けられ、フロントサイドブロック３０に、この貫通孔４６のフロントサイドブロック３０側の開口と軸受部３２とを連通させる高圧導油路３３が形成されて、冷凍機油Ｒは、軸受部３２と回転軸５１との間の微小隙間を通過し、フロントサイドブロック３０の内側端面に形成された凹部であるサライ溝３５に導かれる。
【００４４】
そして、フロントサイドブロック３０のサライ溝３５も、リヤサイドブロック２０のサライ溝２５と同様、ロータ５０に形成されたベーン背圧室５９に連通し、軸受部３２と回転軸５１との間の微小隙間（絞り部）で中間圧Ｐｖまで絞られた冷凍機油Ｒが供給されている。
【００４５】
この結果、サライ溝２５，３５を介してロータ５０のベーン背圧室５９に供給された背圧は、ベーン５８の埋設側端部５８ｂに作用して、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４９ａに向けて突出させる。
【００４６】
ここで、ベーン５８には、図３，４の拡大図に示すように、埋設側端部５８ｂから突出側の先端５８ａに連通する油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈが形成されているとともに、冷凍機油Ｒが油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈの通過を許容する開位置（図４）と通過を阻止する閉位置（図３）との間で変位するボール弁（５８ｄ，５８ｅ）が油分通路５８ｆに配設されている。
【００４７】
そして、ボール弁は、油分通路５８ｆ内を移動するボール（鋼球）５８ｄと、ボール５８ｄを閉位置に付勢するバネ５８ｅとにより構成されており、ベーン背圧室５９に作用する冷凍機油Ｒの圧力Ｐｖと遠心力Ｃとの合力Ｆが所定の閾値未満のときは、ボール５８ｄが油分通路５８ｃ，５８ｆ間を閉じる閉位置に位置し（図３）、合力Ｆが所定の閾値以上のときは、ボール５８ｄが、油分通路５８ｃ，５８ｆ間を連通させる開位置に位置する（図４）ように設定されている。
【００４８】
このような所定の閾値は、シリンダ４０の内周面４９ａとベーン５０の突出側の先端５８ａとの間の摩擦力が過度に増大しない範囲となるように、実験によって、あるいは経験的な実績によって予め規定された値である。
【００４９】
そして、この所定の閾値に対応して、ボール５８ｄが開位置から閉位置に、または閉位置から開位置に変化するときの切替えの設定圧力は、ボール５８ｄの質量（作用する遠心力Ｃに影響）と、バネ５８ｅの弾性力（弾性係数で調整）および初期付勢力（イニシャル弾性変位量で調整）とで簡単に調整することができる。
【００５０】
なお、図３，４において、バネ５８ｅのうち一端はボール５８ｄに接しており、他端は、ボール５８ｄおよびバネ５８ｅが油分通路５８ｆから脱落するのを防止する抜止め部材５８ｇに接している。
【００５１】
この抜止め部材５８ｇは、ボール５８ｄおよびバネ５８ｅが油分通路５８ｆに配設された後に、油分通路５８ｆに圧入されたものであり、その中央部分には、油分通路５８ｆとベーン５８の先端５８ａとを連通させる油分通路５８ｈが形成されている。
【００５２】
以上のように構成された本実施形態に係るコンプレッサ１００によれば、ベーン背圧室５９に供給された冷凍機油Ｒの圧力Ｐｖとロータ５０の回転に応じてボール５８ｄに作用する遠心力Ｃ（ベーン５８に作用する遠心力と所定の対応関係有り）との合力Ｆが所定の閾値以上のときは、ボール弁（５８ｄ，５８ｅ）が開位置に位置することで、ベーン５８の埋設側端部５８ｂと突出側の先端５８ａとが油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈによって連通し、この結果、ベーン５８の埋設側端部５８ｂに突出圧力を作用させるベーン背圧室５９の冷凍機油Ｒが油分通路５８ｃ，５８ｆ，５８ｈを通ってベーン５８の突出側の先端５８ａに直接供給され、これにより、空調システムからコンプレッサ１００に戻る冷凍機油Ｒの量が減少しても、ベーン５８の先端５８ａとシリンダ４０の内周面４９ａとの間での潤滑状態を良好に保つことができ、両者５８ａ，４９ａ間の摩擦力の増大を抑制することができる。
【００５３】
この結果、圧縮された冷媒ガスＧの温度が過度に上昇するのを防止することができ、体積効率が低下するのを防止することができる。
【００５４】
一方、ベーン背圧室５９に供給された冷凍機油Ｒの圧力Ｐｖとロータ５０の回転に応じてボール５８ｄに作用する遠心力Ｃとの合力Ｆが所定の閾値未満のときは、ボール弁（５８ｄ，５８ｅ）が閉位置に位置することで、ベーン５８の埋設側端部５８ｂに突出圧力を作用させるベーン背圧室５９の冷凍機油Ｒは油分通路５８ｆ，５８ｈに逃げないため、ベーン５８の埋設側端部５８ｂに作用する突出圧力が低下することがなく、特に圧縮機本体６０の回転開始直後におけるベーン５８が突出不足となるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係る気体圧縮機の一実施形態であるベーンロータリ式コンプレッサを示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【図３】ベーンの拡大断面図を示す図であり、遠心力とベーン背圧との合力が所定値未満の状態における様子を示す図である。
【図４】ベーンの拡大断面図を示す図であり、遠心力とベーン背圧との合力が所定値以上の状態における様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
４０    シリンダ
４９ａ  内周面
５０    ロータ
５６    ベーン溝
５８    ベーン
５８ａ  埋設側端部
５８ｂ  突出側の先端
５８ｃ，５８ｆ，５８ｈ  油分通路
５８ｄ  ボール
５８ｅ  バネ
５８ｇ  抜止め部材
５９    ベーン背圧室（ベーン背圧空間）
Ｐｖ    冷凍機油の圧力（ベーン背圧室の油圧）
Ｃ      ボールに作用する遠心力
Ｒ      冷凍機油（油分）
１００  コンプレッサ（気体圧縮機）
【図１】
2009013828.tif 000003
【図２】
2009013828.tif 000004
【図３】
2009013828.tif 000005
【図４】
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