JP5878112B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、気体圧縮機に関し、詳細にはベーンロータリ型の気体圧縮機の改良に関する。

例えば、自動車などの車両には、車室内の温度調整を行うための空調装置が設けられている。このような空調装置は、冷媒（冷却媒体）を循環させるようにしたループ状の冷媒サイクルを有しており、この冷媒サイクルは、蒸発器、圧縮機、凝縮器、膨張弁が順に設けられている。

前記空調装置の圧縮機（コンプレッサ）は、蒸発器で蒸発されたガス状の冷媒（冷媒ガス）を圧縮して高圧の冷媒ガスとし、凝縮器へ送出するものである。

このような圧縮機として、従来より、略楕円状の内周面を有するシリンダ内に、先端部がシリンダの内周面に摺接し、突出収納自在に設けた複数枚の板状のベーンを有するロータが回転自在に軸支されたベーンロータリ型の圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このベーンロータリ型の圧縮機は、ロータの回転にともない回転するベーンのシリンダ内周面との摺接によって容積が変化する圧縮室を有し、この圧縮室の容積の増大にともない吸入口を介して冷媒ガスを吸入し、圧縮室の容積の減少にともない吸入した冷媒ガスを圧縮して、高圧の冷媒ガスを吐出口を通して吐出室に吐出する。そして、吐出室から高圧の冷媒ガスを凝縮器側へ送出する。

なお、前記ベーンは、ロータの内側から表面に露出するスリット状のベーン溝に摺動自在に配置されている。そして、このベーンは、ベーン背圧空間等を通してベーン溝内の底部に供給される油による背圧（ベーン背圧）及び回転するロータの遠心力によって先端側がロータ表面から突出し、ベーンの先端がシリンダ内周面に当接した状態を維持する。

特開２００９−２２８５２０号公報

ところで、特許文献１のようなベーンロータリ型の気体圧縮機は、ロータの回転による遠心力と前記ベーン背圧の圧力上昇によって、各ベーンの先端をシリンダの内周面に押し付けながら圧縮室の容積を減少させて冷媒ガスの圧縮を行う。

この際、圧縮行程が進むにつれて、圧縮室の容積が減少して圧縮室内の圧力が高まり、この圧力が、ベーンをベーン溝内の底部側に押下げる力として作用している。

ところで、前記ベーン背圧は、圧縮行程後に吐出された気体の吐出圧力（高圧）に応じた圧力の油分をベーン溝内の底部に供給することで得られているので、ベーン背圧は吐出された気体の吐出圧力よりも低圧となる。このため、気体圧縮機の運転状況等によってベーンの先端に作用する圧縮室内の圧力（ベーンをベーン溝内の底部側に押下げる圧力）が、ロータの回転による遠心力とベーン背圧の和よりも大きくなると、ベーンがチャタリング（ベーン先端とシリンダ内周面とが離間と衝突とを繰り返す現象）を起こすおそれがある。

そこで、本発明は、ベーンに作用させるベーン背圧を昇圧させて、ベーンのチャタリングを防止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。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを該ロータの外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、前記ロータに形成したベーン溝に摺動可能に挿入され、所定の油路から前記ベーン溝に供給された冷凍機油による背圧を受けて前記シリンダの内周面に向けて突出可能に設けられた複数枚の板状のベーンと、前記ロータおよび前記シリンダの両端をそれぞれ塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、前記ベーンは、ベーン先端が前記シリンダの内周面に当接して前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に形成された空間を仕切ることにより複数の圧縮室を形成するものであり、これら形成された各圧縮室が前記ロータの１回転の期間に、気体の吸入、圧縮及び吐出を１サイクルのみ行うように、前記シリンダの内周面の輪郭形状が設定された気体圧縮機であって、圧縮行程の初期から所定範囲にかけては、前記油路は前記ベーン溝と連通して前記ベーン溝内に所定圧の冷凍機油が供給され、圧縮行程の前記所定範囲から吐出行程の直前近傍にかけては前記ベーン溝が前記油路から遮蔽されて密閉空間とされて、圧縮行程の進行にともなう前記ベーンの前記ベーン溝内への引っ込みによって前記背圧を昇圧させ、更に、吐出行程にて、前記ベーン溝内とベーン回転方向前側の圧縮室との間を連通して、前記ベーン溝内の昇圧された前記背圧の一部を前記圧縮室側へ逃がすための連通路を有し、前記連通路は、吐出行程にて、前記ベーンが圧縮された気体を吐出する吐出孔に連通するまで、前記ベーン溝内とベーン回転方向前側の圧縮室との間を連通していることを特徴としている。

本発明に係る気体圧縮機によれば、圧縮行程の所定範囲から吐出行程の直前近傍にかけて、ベーンに作用させる背圧を昇圧させることができるので、ベーンのチャタリングを確実に防止することができる。

更に、昇圧によって背圧が所定以上に高くなりそうな場合には、連通路を通して背圧の一部を圧縮室側へ逃がすことができる。よって、ベーン先端がシリンダ内周面に必要以上に強く当接することが抑制され、ロータの回転駆動時に無駄な動力ロスを低減することができる。

本発明の実施形態１に係る気体圧縮機（ベーンロータリ型の気体圧縮機）を示す縦断面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 本発明の実施形態１における、リヤサイドブロックの内面におけるサライ溝が形成された回転角度αの範囲、及びベーン溝が密閉空間となる回転角度βの範囲を示す図。 （ａ）は、気体の吸入行程、圧縮行程、吐出行程時における、圧縮室内の圧力とベーンに作用させる昇圧された背圧の変化状態を示す図、（ｂ）は、昇圧された背圧を所定量だけ減圧させた状態を示す図。 ベーン側スリット溝が形成されたベーンを示す図。 （ａ）は、連通路を形成するベーン溝側スリット溝とベーン側スリット溝とが連通していない状態を示す図、（ｂ）は、連通路を形成するベーン溝側スリット溝とベーン側スリット溝とが連通した状態を示す図。 本発明の実施形態２における、リヤサイドブロックの内面におけるサライ溝と高圧油路が形成された回転角度α、γの範囲、及びベーン溝が密閉空間となる回転角度βの範囲を示す図。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。
〈実施形態１〉
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型の気体圧縮機（以下、「コンプレッサ」という）を示す縦断面図、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った横断面を示す図である。なお、本実施形態のコンプレッサは、電動モータを内蔵している電動式である。

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、「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。なお、このような空調システムとしては、例えば、車両（自動車など）の車室内の温度調整を行うための空調装置が挙げられる。

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を圧縮し、この圧縮された冷媒ガス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を液化させ、高圧で液状の冷媒として膨張弁に送出する。そして、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。

図１に示すように、このコンプレッサ１００は、本体ケース１１とフロントカバー１２とから主に構成されているハウジング１０の内部に、モータ９０と圧縮機本体６０と油分離器７０が収容された構成である。

本体ケース１１は、略円筒形状であり、その円筒形状の一方の端部が塞がれたように形成され、他方の端部は開口して形成されている。

フロントカバー１２は、この本体ケース１１の開口側の端部に接した状態でこの開口を塞ぐように蓋状に形成されていて、この状態で締結部材により本体ケース１１に締結されて本体ケース１１と一体化され、内部に空間を有するハウジング１０を形成する。

フロントカバー１２には、ハウジング１０の内部と外部とを通じさせて、空気調和システムの蒸発器から低圧の冷媒ガスＧ１をハウジング１０の内部に導入する吸入ポート１２ａが形成されている。

一方、本体ケース１１には、ハウジング１０の内部と外部とを通じさせて、高圧の冷媒ガスＧ２をハウジング１０の内部から空気調和システムの凝縮器に吐出する吐出ポート１１ａが形成されている。

本体ケース１１の内部に設けられたモータ９０は、永久磁石のロータ９０ａと電磁石のステータ９０ｂとを備えた多相ブラシレス直流モータを構成している。

ステータ９０ｂは本体ケース１１の内周面に嵌め合わされて固定され、回転するロータ９０ａには回転軸５１が固定されている。

そして、モータ９０は、フロントカバー１２に取付けられた電源コネクタ９０ｃを介して供給された電力によってステータ９０ｂの電磁石を励磁することにより、ロータ９０ａをその軸心回りに回転駆動させ、これにより、回転軸５１を軸心回りに回転駆動させる。

なお、電源コネクタ９０ｃとステータ９０ｂとの間に、インバータ回路９０ｄなどを備えた構成を採用することもできる。

本実施形態のコンプレッサ１００は上述したとおり、モータ９０を使った電動式のものであるが、本発明に係る気体圧縮機は電動式のものに限定されるものではなく、機械式のものであってもよい。
例えば、仮に本実施形態のコンプレッサ１００を機械式のものとした場合は、モータ９０を備える代わりに、回転軸５１をフロントカバー１２から外部へ突出するまで延長して、そのフロントカバー１２から突出した回転軸５１の先端部に、車両のエンジン等から動力の伝達を受けるプーリーや歯車等を備えた構成とすればよい。

モータ９０とともにハウジング１０の内部に収容された圧縮機本体６０は、回転軸５１の延びた方向に沿ってモータ９０と並んで配置されており、ボルト等の複数の締結部材１５により、本体ケース１１に固定されている。

ハウジング１０の内部に収容された圧縮機本体６０は、軸心回りに回転自在の回転軸５１と、回転軸５１と一体的に回転する略円柱状のロータ５０と、図２に示すように、このロータ５０を、その外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダ４０と、ロータ５０に形成されたベーン溝５９にそれぞれ挿入され、所定の油路からベーン溝５９の底部（背圧室）５９ａに供給された冷凍機油Ｒによる背圧（ベーン背圧）を受けてロータ５０の外周面からシリンダ４０の内周面に向けて突出自在に設けられた５枚の板状のベーン５８と、ロータ５０およびシリンダ４０の各両端面に接してこれら各両端面を覆う２つのサイドブロック（フロントサイドブロック２０、リヤサイドブロック３０）とを備えている。

ここで、回転軸５１は、フロントカバー１２に形成された軸受１２ｂ、圧縮機本体６０の各サイドブロック２０，３０にそれぞれ形成された軸受２７，３７により、回転自在に支持されている。

また、圧縮機本体６０は、ハウジング１０の内部の空間を、圧縮機本体６０を挟んだ左側の空間と右側の空間とに仕切っている。

これらハウジング１０の内部に仕切られた２つの空間のうち圧縮機本体６０に対して左側の空間は、吸入ポート１２ａを通じて蒸発器（不図示）から低圧の冷媒ガスＧ１が導入され、この低圧の冷媒ガスＧ１が圧縮機本体６０の内部に吸入される前に通過する低圧雰囲気の吸入室１３であり、モータ９０は吸入室１３に配置されている。

一方、圧縮機本体６０に対して右側の空間は、圧縮機本体６０から油分離器７０を介して吐出された高圧の冷媒ガスＧ２が、吐出ポート１１ａから凝縮器（不図示）に吐出される前に通過する高圧雰囲気の吐出室１４である。

圧縮機本体６０の内部には、図２に示すように、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面と両サイドブロック２０，３０とに囲まれた略三日月形状の単一のシリンダ室４２が形成されている。

具体的には、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面とが、回転軸５１の軸心回りの１周（角度３６０［度］）の範囲で１箇所だけ近接するように、シリンダ４０の内周面の輪郭形状が設定されていて、これにより、シリンダ室４２は単一の空間を形成している。

なお、シリンダ４０の内周面の輪郭形状のうち、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面とが最も近接した部分として形成された近接部４８は、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面とが最も離れた部分として形成された遠隔部４９から、ロータ５０の回転方向Ｗ（図２において時計回り方向）に沿って下流側に角度２７０［度］以上（３６０［度］未満）離れた位置に形成されている。

シリンダ４０の内周面の輪郭形状は、回転軸５１およびロータ５０の回転方向Ｗに沿って遠隔部４９から近接部４８に至るまで、ロータ５０の外周面とシリンダ４０の内周面との間の距離が徐々に減少するような形状に設定されている。

ベーン５８は、ロータ５０に形成されたベーン溝５９に摺動可能に収容されていて、後述する油路からベーン溝５９の底部（背圧室）５９ａに供給される冷凍機油による背圧（ベーン背圧）により、ロータ５０の外周面から外方に突出する。

また、ベーン５８は単一のシリンダ室４２を複数の圧縮室４３に仕切るものであり、回転軸５１（ロータ５０）の回転方向Ｗに沿って相前後する２枚のベーン５８によって１つの圧縮室４３が形成される。

したがって、５枚のベーン５８が回転軸５１回りに角度７２［度］の等角度間隔で設置された本実施形態においては、５つの圧縮室４３が形成される。

なお、隣接する２枚のベーン５８の間に近接部４８が存在する圧縮室４３については、近接部４８と１枚のベーン５８とによって１つの閉じた微小空間を構成するため、隣接する２枚のベーン５８の間に近接部４８が存在する圧縮室４３は、近接部４８によって２つの圧縮室４３に分割されることになる。よって、全体として５つの圧縮室４３と微小な１つの圧縮室が形成される。

ベーン５８によりシリンダ室４２を仕切って得られた圧縮室４３の内部の容積は、回転方向Ｗに沿って圧縮室４３が遠隔部４９から近接部４８に至るまで徐々に小さくなる。

このシリンダ室４２の、回転方向Ｗの最上流側の部分（回転方向Ｗに沿って、近接部４８に対する下流側の直近部分）には、フロントサイドブロック２０に形成された、吸入室１３に通じる吸入孔２３（図２において、フロントサイドブロック２０はこの断面位置よりも手前側に位置するため、このフロントサイドブロック２０に形成された吸入孔２３は二点鎖線（想像線）で記載している）が臨んでいる。

一方、シリンダ室４２の、ロータ５０の回転方向Ｗの最下流側の部分（回転方向Ｗに沿って、近接部４８に対する上流側の直近部分）には、シリンダ４０に形成された吐出部４５の吐出孔４５ｂが臨み、その上流側には、シリンダ４０に形成された２つ目の吐出部４６の吐出孔４６ｂが臨んでいる。

シリンダ４０の内周面の輪郭形状は、吸入室１３からフロントサイドブロック２０に形成された吸入孔２３を通じた冷媒ガスの圧縮室４３への吸入、圧縮室４３内での冷媒ガスの圧縮および圧縮室４３から吐出孔４５ｂを通じた吐出部４５への冷媒ガスの吐出を、ロータ５０の１回転の期間に１サイクルだけ行うように設定されている。

すなわち、シリンダ４０の内周面の断面輪郭形状は、ロータ５０の外周面に略接する近接部４８から、ロータ５０の回転方向Ｗに沿った角度９０［度］以内に設定された遠隔部４９までの範囲で、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面との間の距離が急激に大きくなるように形成されている。更に、回転方向Ｗに沿って遠隔部４９から近接部４８までの、角度２７０［度］以上の広い範囲で、シリンダ４０の内周面とロータ５０の外周面との間の距離が徐々に小さくなるように形成されている。

そして、圧縮室４３の、回転方向Ｗの下流側に位置しているベーン５８が、近接部４８近くの吸入孔２３を通過し始めてから、回転方向Ｗの上流側に位置しているベーン５８が、吸入孔２３を通過し終わるまでの範囲では、回転方向Ｗへの回転に伴って圧縮室４３の容積が大きくなることによる負圧により、吸入孔２３を通じて圧縮室４３内に冷媒ガスが吸入される行程（吸入行程）となる。

そして、ロータ５０の回転が進み、圧縮室４３の上流側のベーン５８が回転方向Ｗの下流に向かって、吸入孔２３を通過し終わると、圧縮室４３は閉じた空間となるとともに、遠隔部４９から近接部４８に向かう回転方向Ｗへの回転により、圧縮室４３の容積が減少し、圧縮室４３内に閉じこめられた冷媒ガスが圧縮される行程（圧縮行程）となる。

圧縮行程の終盤では、圧縮室４３の内部の圧力が所定の吐出圧力に達し、そのとき圧縮室４３が近接部４８の手前に形成された吐出部４５，４６に到達しているときは、圧縮室４３の内部の冷媒ガスが後述する吐出孔４５ｂ，４６ｂを通じて吐出部４５，４６に吐出される行程（吐出行程）となる。

そして、ロータ５０の１回転の間に、各圧縮室４３が吸入行程、圧縮行程、吐出行程をこの順序で繰り返すことにより、吸入室１３から吸入された低圧の冷媒ガスは高圧になり、吐出部４５，４６から油分離器７０を介して吐出室１４に吐出させる。

油分離器７０は、冷凍機油が混ざった冷媒ガスから冷凍機油を分離するものである。

つまり、コンプレッサ１００の内部には、ベーン５８の背圧を供給するために冷凍機油が封入されているが、この冷凍機油は、ベーン５８とベーン溝５９との間の隙間や、ロータ５０とサイドブロック２０，３０との間の隙間等から滲みだして、ロータ５０と両サイドブロック２０，３０との間の接触部分や、ベーン５８とシリンダ４０や両サイドブロック２０，３０との間の接触部分などにおける潤滑や冷却等の機能も発揮し、その冷凍機油の一部が、圧縮室４３内の冷媒ガスと混ざる。

大量の冷凍機油が混ざったままの冷媒ガスが凝縮器に吐出されると、空気調和システムの効率が低下する。このため、冷媒ガスから冷凍機油を分離する必要があり、油分離器７０によって冷媒ガスに混じっている冷凍機油の分離が行われる。

各吐出部４５，４６は、シリンダ４０の外周面、本体ケース１１の内周面およびリヤサイドブロック３０とによって囲まれた空間（以下、「吐出チャンバ４５ａ，４６ａ」という）と、吐出チャンバ４５ａ，４６ａと圧縮室４３とを通じさせる吐出孔４５ｂ，４６ｂと、圧縮室４３内の冷媒ガスの圧力が吐出チャンバ４５ａ，４６ａ内の圧力（以下、この圧力を「吐出圧力Ｐｄ」という）以上のとき、差圧により吐出チャンバ４５ａ，４６ａの側に反るように弾性変形して吐出孔４５ｂ，４６ｂを開き、冷媒ガスＧの圧力が吐出チャンバ４５ａ，４６ａ内の吐出圧力Ｐｄ未満のとき弾性力により吐出孔４５ｂ，４６ｂを閉じる吐出弁４５ｃ，４６ｃと、吐出弁４５ｃ，４６ｃが吐出チャンバ４５ａ，４６ａの側に過度に反るのを防止する弁サポート４５ｄ，４６ｄとを備えている。

なお、２つの吐出部４５，４６のうち、回転方向Ｗの下流側に設けられている吐出部、すなわち近接部４８に近い側の吐出部４５は、主たる吐出部である（以下、この吐出部４５を「主吐出部４５」という）。

この主吐出部４５は、圧縮室４３が臨んでいる期間中に、その圧縮室４３内の圧力は必ず吐出圧力Ｐｄに達して、圧縮室４３内で圧縮された冷媒ガスＧを必ず吐出する部分である。

一方、２つの吐出部４５，４６のうち、回転方向Ｗの上流側に設けられている吐出部、すなわち近接部４８から遠い側の吐出部４６は、副次的な吐出部である（以下、この吐出部４６を「副吐出部４６」という）。

この副吐出部４６は、圧縮室４３が主吐出部４５に臨む以前の段階で吐出圧力Ｐｄに達したときに、圧縮室４３内の過圧縮（吐出圧力Ｐｄを超える圧力に圧縮されること）を防止するために設けられたものであり、圧縮室４３が副吐出部４６に臨んでいる期間中に圧縮室４３内の圧力が吐出圧力Ｐｄに達した場合に限って、圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧを副吐出部４６から吐出させるものであり、圧縮室４３内の圧力が吐出圧力Ｐｄに達しない場合は、圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧは副吐出部４６から吐出されず、主吐出部４５に臨んでいる期間中に主吐出部４５から吐出される。

主吐出部４５の吐出チャンバ４５ａは、リヤサイドブロック３０の外面（吐出室１４に向いた面）まで貫通して形成された吐出路３８を介して、リヤサイドブロック３０の外面に取り付けられた油分離器７０に通じている。

主吐出部４５の吐出チャンバ４５ａと副吐出部４６の吐出チャンバ４６ａとの間には、両吐出チャンバ４５ａ，４６ａを通じさせる連通路３９がシリンダ４０の外周部に形成されていて、副吐出部４６の吐出チャンバ４６ａは、この連通路３９、吐出チャンバ４５ａおよび吐出路３８を介して、リヤサイドブロック３０の外面に取り付けられた油分離器７０に通じている。

油分離器７０は、前述したように、冷媒ガスに混ざった冷凍機油を冷媒ガスから分離するものであるが、本実施形態におけるものは、各吐出チャンバ４５ａ，４６ａに吐出されて、吐出路３８を通って導入された高温、高圧の冷媒ガスを、吐出室１４に吐出する前に、油分離器７０内の内周面に斜め下側に向けて噴出させて螺旋状に旋回させることで生じる遠心力により、冷媒ガス中から冷凍機油を遠心分離する構造となっている。

そして、図２に示すように、冷媒ガスから分離された冷凍機油Ｒは吐出室１４の底部に溜まり、冷凍機油Ｒが分離された後の高圧の冷媒ガスＧ２は吐出室１４に吐出された後、吐出ポート１１ａを通って凝縮器（不図示）に吐出される。

吐出室１４の底部に溜められた冷凍機油Ｒは、吐出室１４に吐出された高圧（略吐出圧力Ｐｄに相当）の冷媒ガスＧ１による高圧雰囲気により、リヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａを通じて、図３に示すように、リヤサイドブロック３０の、ロータ５０の端面５５ｂに対向する内面３５に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝３１に供給される。

なお、図３は、リヤサイドブロック３０を示しているが、フロントサイドブロック２０は、リヤサイドブロック３０に対して略線対称に表すことができる。

更に、吐出室１４の底部に溜められ冷凍機油Ｒは、リヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａ，３４ｂ、シリンダ４０に形成された油路４４およびフロントサイドブロック２０に形成された油路２４を通じて、フロントサイドブロック２０の、ロータ５０の端面５５ａに対向する内面３５に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝２１にも供給される。

ここで、各サライ溝２１，３１はともに、ロータ５０の軸心回りの所定の回転角度の範囲αに対応して形成されていて（図３参照）、各油路３４ａ，３４ｂ，４４，２４の内面２５，３５における出口を、広い回転角度の範囲αに拡げるための開口ということができる。

サライ溝２１，３１が形成された回転角度の範囲αは、図２，３に示したように、圧縮室４３が吸入行程にあるときから、圧縮行程の終盤に近づく（圧縮室４３が副吐出部４６に臨み始める）角度位置までの範囲に対応している。

この回転角度の範囲αは、圧縮室４３の回転方向Ｗの上流側（後ろ側）のベーン５８の、突出側の先端がシリンダ４０の近接部４８に接する位置を基準位置（回転角度０［度］）としたときの、軸心回りの回転方向Ｗへの回転角度を表すものであり、回転角度の範囲αとしては、例えば、０〜２２０［度］に設定されている。

ただし、この回転角度の範囲αの具体的な範囲は、例示の範囲に限定されるものではなく、シリンダ４０の内周面４１の断面輪郭形状やベーン５８の枚数、設定された吐出圧力Ｐｄの値等によって適宜設定される。

本実施形態のコンプレッサ１００においては、各油路３４ａ，３４ｂ，４４，２４とサライ溝２１，３１とを含めて、ベーン溝５９の底部５９ａに冷凍機油を供給する油路ということができる。

各ベーン溝５９は、ロータ５０の両端面５５ａ，５５ｂまで貫通して形成されており、これら両端面５５ａ，５５ｂにおいて開口している。

そして、ロータ５０の端面５５ａに開口したベーン溝５９が、サライ溝２１，３１が形成された回転角度の範囲αに位置している期間中は、サライ溝２１とベーン溝５９の底部５９ａとが通じて、サライ溝２１からベーン溝５９の底部５９ａに冷凍機油が供給される。

一方、ベーン溝５９が、サライ溝２１，３１が形成された回転角度の範囲αを除いた回転角度の範囲βにあるときは、サライ溝２１，３１とベーン溝５９の底部５９ａとが通じていないため、サライ溝２１，３１からベーン溝５９の底部５９ａへの冷凍機油の供給は遮断されるとともに、ベーン溝５９内は閉じた空間となる。

サライ溝２１，３１からベーン溝５９の底部５９ａに供給された冷凍機油は、ベーン５８をシリンダ４０の内周面４１に向けて突出させる背圧（ベーン背圧）となる。

ここで、リヤサイドブロック３０のサライ溝３１に供給される冷凍機油は、油路３４ａから、リヤサイドブロック３０の軸受３７とこの軸受３７に支持された回転軸５１の外周面との間の非常に狭い隙間を通過したものである。

なお、リヤサイドブロック３０のサライ溝３１に供給される冷凍機油は、油路３４ａにおいては吐出室１４の高圧雰囲気に応じた吐出圧力Ｐｄであったが、この狭い隙間を通過する間の圧力損失により、サライ溝３１に到達したときは、吐出室１４の内部の吐出圧力Ｐｄよりも低い圧力である中圧Ｐｍになっている。

ここで、中圧Ｐｍとは、吸入室１３における冷媒ガスの圧力である低圧Ｐｓよりも高く、吐出室１４内における冷媒ガスの圧力である吐出圧Ｐｄよりも低い圧力である。

同様に、フロントサイドブロック２０の油路２４とサライ溝２１との間で冷凍機油Ｒが通過する通路は、フロントサイドブロック２０の軸受２７とこの軸受２７に支持された回転軸５１の外周面との間の非常に狭い隙間である。

なお、フロントサイドブロック２０のサライ溝２１に供給される冷凍機油Ｒは、油路２４においては吐出室１４の高圧雰囲気に応じた吐出圧力Ｐｄであるが、この狭い隙間を通過する間の圧力損失により、サライ溝２１に到達したときは、吐出室１４の内部の吐出圧力Ｐｄよりも低い圧力である中圧Ｐｍになっている。

したがって、サライ溝２１，３１からベーン溝５９に供給されてベーン５８をシリンダ４０の内周面に向けて突出させる背圧（ベーン背圧）は中圧Ｐｍである。

サライ溝２１，３１は、前述したように、圧縮室４３が吸入行程にあるときから圧縮行程の終盤に近づくまでの範囲（回転角度の範囲α）に対応して形成されているが、この範囲においては、圧縮室４３内の圧力は最大でも中圧Ｐｍであるため、サライ溝２１，３１からベーン溝５９の底部５９ａに供給される中圧Ｐｍの冷凍機油によって、ベーン５８の背圧が不足することはない。

一方、ベーン溝５９が、サライ溝２１，３１が形成された回転角度の範囲αを超えて回転角度の範囲βに移行すると、ベーン溝５９の底部５９ａはサライ溝２１，３１に連通せずに、冷凍機油の供給が遮断され、供給された冷凍機油で満たされた（完全に冷凍機油のみで満たされた状態だけでなく、冷媒ガスが僅かに混入している状態も含む）閉じた空間となり、圧縮が進むにしたがってベーン５８がベーン溝５９内の底部５９ａ側へ押し込まれてくると、この閉じた空間では略液圧縮状態となる。

液圧縮状態では、吐出室１４内の吐出圧力Ｐｄを超える高い圧力Ｐｈが得られるため、ベーン５８に作用させる背圧（ベーン背圧）として、この高い圧力Ｐｈを供給することができる。

ところで、本実施形態のコンプレッサ１００のように、ロータ５０の１回転の間に冷媒ガスの吸入行程、圧縮行程、吐出行程を１サイクルしか行わない、いわゆる１ステージ方式のコンプレッサでは、ロータ５０の１回転当たり、吸入行程、圧縮行程、吐出行程を２サイクル行うものよりも、圧縮行程の長さが長い。このため、先行する圧縮室４３Ａ（図２参照）が圧縮行程の終盤にあるとき、その圧縮室４３Ａに後続する圧縮室４３Ｂ（図２参照）内も比較的高い圧力になる。

しかも、回転方向Ｗに沿った遠隔部４９から近接部４８までの角度が２７０［度］以上と広く設定されている本実施形態のコンプレッサ１００では、圧縮行程の長さが一層長いため、圧縮行程の中盤から終盤付近では相前後する２つの圧縮室４３Ａ，４３Ｂ（図２参照）内の圧力は、ともに略吐出圧力Ｐｄ程度の高圧となる。

この結果、両圧縮室４３Ａ，４３Ｂを仕切っているベーン５８（先行する圧縮室４３Ａの上流側のベーン５８Ａ（図２参照））の先端側（シリンダ４０の内周面４１と当接する側）には、ベーン背圧と反対向き（ベーン５８をベーン溝５９内に押下げる方向）の高い圧力が作用し易い。このため、このベーン５８Ａがチャタリングを起こして、圧縮効率が低下したり、異音などの問題を生じるおそれがある。

しかしながら、本実施形態のコンプレッサ１００は、前述したように、回転角度の範囲βではベーン溝５９が中圧Ｐｍの冷凍機油で略満たされた閉じた空間となり、圧縮が進むにしたがってベーン溝５９内へのベーン５８の引っ込み量が増大し、ベーン５８の引っ込み量が増大するにしたがって、略液圧縮状態のベーン溝５９内の圧力は上昇する。

よって、両圧縮室４３Ａ，４３Ｂ内の圧力がともに略吐出圧力Ｐｄ程度となる程度まで圧縮が進むと、ベーン５８に作用する背圧（ベーン背圧）が昇圧されていき、圧縮行程の最後付近（吐出行程の直前から直後付近）では、両圧縮室４３Ａ，４３Ｂ内の圧力（略吐出圧力Ｐｄ程度）を大幅に超える圧力Ｐｈまで昇圧される。

このように、本実施形態に係るコンプレッサ１００によれば、圧縮行程の最後付近（吐出行程の直前から直後付近）において、両圧縮室４３Ａ，４３Ｂ内の圧力がともに略吐出圧力Ｐｄとなる程度まで圧縮が進むと、略液圧縮状態のベーン溝５９内の圧力が上昇して、ベーン５８に作用する背圧（ベーン背圧）を大幅に昇圧させることができる。よって、圧縮行程の終盤から吐出行程の直前においても、ベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に良好に摺動した状態に保持されるので、ベーン５８のチャタリングを確実に防止することができる。

図４（ａ）は、上記したコンプレッサ１００の吸入行程、圧縮行程、吐出行程におけるベーン５８に作用するベーン背圧（図のａ）の変化と、圧縮室４３内の圧力（図のｂ）の変化を示した図である。なお、図４（ａ）において、Ｐｄは前記吐出圧力（高圧）値であり、Ｐｓは圧縮室４３内に吸入される冷媒ガスの圧力（低圧）値である。

また、図４（ａ）において、ロータ５０の回転角度が０度（３６０度）付近は、ベーン５８が圧縮室４３の回転方向Ｗに沿って近接部４８付近に位置しているときであり（吐出行程と吸入行程の間）、ロータ５０が１回転（回転角度が０〜３６０度）することで、上記した１サイクルの吸入行程、圧縮行程、吐出行程が行われる。

図４（ａ）に示すように、圧縮行程の終盤付近（ロータ５０の回転角度が２７０度付近）からベーン５８に作用する背圧（ベーン背圧）が上昇し、吐出行程の直前付近（ロータ５０の回転角度が３５０度付近）で圧力Ｐｈに達する。

ところで、上記したようベーン背圧を昇圧させることで、ベーン５８の先端をシリンダ４０の内周面に良好に当接させることができるが、圧縮行程の最後付近（吐出行程の直前から直後付近）では、圧縮室４３内の圧力（略吐出圧力Ｐｄ程度）よりも大幅に高い圧力Ｐｈがベーン背圧として作用するので、ベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に必要以上に強く当接することがある。

特に、吐出行程の直前から直後の間では、圧縮室４３内の高圧の冷媒ガスの一部が吐出孔４５ｂから吐出されるために圧縮室４３内の圧力が急激に低下して、ベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面により強く当接することとなる。

このように、吐出行程の直前から直後でベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に必要以上に強く当接した状況では、ベーン５８の先端とシリンダ４０の内周面との間での接触抵抗が必要以上に大きくなるため、ロータ５０の回転駆動時に無駄な動力が必要となり、運転効率が低下する。

そこで、本実施形態では、図２に示したように、各ベーン５８の一方側の面（ロータ５０の回転方向側の面）の略中央部から上部付近の間にベーン側スリット溝８０を形成し、更に、ロータ５０の各ベーン５８が入っているベーン溝５９の、前記ベーン側スリット溝８０側の底部５９ａから中央部付近の間にベーン溝側スリット溝８１を形成している。

図５に示すように、矩形状のベーン側スリット溝８０は、例えばベーン５８の幅方向に沿って所定間隔で３箇所形成されており、各ベーン側スリット溝８０の位置に対応してベーン溝５９の内壁面にベーン溝側スリット溝８１が形成されている。

図２、図６（ａ）に示すように、ベーン側スリット溝８０とベーン溝側スリット溝８１は、吸入行程、圧縮行程の最後付近（主吐出部４５での吐出行程の直前付近）までは、ベーン５８がベーン溝５９内で出し入れされても、両者が連通しないような位置関係にある。この状態では、ベーン溝５９内の底部５９ａに供給されている冷凍機油Ｒはベーン側スリット溝８０側に漏れることはない。

そして、図２、図６（ｂ）に示すように、ベーン側スリット溝８０とベーン溝側スリット溝８１は、主吐出部４５での吐出行程の直前から直後付近で、ベーン５８がベーン溝５９内に所定量だけ入り込むことによって、両者の溝が連通するような位置関係にある。図６（ｂ）に示すように、主吐出部４５での吐出行程の直前から直後付近で、ベーン側スリット溝８０とベーン溝側スリット溝８１が連通すると、ベーン溝５９内の底部５９ａに供給されて液圧縮状態にある冷凍機油Ｒ（冷媒ガスが混入されている場合も含む）の一部がこの連通した通路を通して主吐出部４５の吐出孔４５ｂから排出される。

なお、吐出孔４５ｂから排出されたこの冷凍機油は、吐出路３８、油分離器７０を通して吐出室１４内の底部に戻される。

このように、液圧縮状態にある冷凍機油Ｒの一部がこの連通した通路を通して吐出孔４５ｂ側に排出されると、図４（ｂ）に示すように、吐出行程の直前から直後付近で昇圧されているベーン背圧が減圧される。よって、吐出行程の直前から直後付近でベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に必要以上に強く当接することを抑制できるので、ロータ５０の回転駆動時に無駄な動力ロスを低減することができる。

〈実施形態２〉
前記した実施形態１のコンプレッサ１００は、所定の回転角度の範囲αを除いた他の回転角度の範囲βでは、ベーン溝５９が閉じた空間とされているものであり、所定の回転角度の範囲αでは、中圧Ｐｍの冷凍機油Ｒが供給されているため、ベーン溝５９が閉じた空間とされた時点でのベーン溝の５９の内部の圧力は中圧Ｐｍである。したがって、冷凍機油の液圧縮による背圧の上昇の始点は中圧Ｐｍとなる。

これに対して、本実施形態では、図７に示すように、リヤサイドブロック３０（及びフロントサイドブロック２０）において、ロータ５０の回転方向Ｗに沿った、中圧Ｐｍの冷凍機油が供給されるサライ溝２１，３１の回転角度の範囲αを超えた位置に、サライ溝２１，３１とは別の、圧縮室４３から吐出された冷媒ガスＧの吐出圧力Ｐｄに対応した冷凍機油を供給する高圧油路２２，３２が追加して形成されている。

なお、フロントサイドブロック２０は、リヤサイドブロック３０に対して略線対称に表すことができる。他の構成は、図１、２に示した実施形態１のコンプレッサ１００と同様である。

この高圧油路２２，３２が形成されている位置は、サライ溝２１，３１の下流側端縁から、ベーン溝５９の幅分もしくはこの幅分よりわずかに大きい長さだけ離れた位置である。なお、高圧油路２２，３２を、サライ溝２１，３１の下流側端縁からベーン溝５９の幅分もしくはこの幅分よりわずかに大きい長さだけ離れた位置に形成しているのは、ベーン溝５９を介して、中圧Ｐｍの冷凍機油が供給されるサライ溝２１，３１と、吐出圧力Ｐｄの冷凍機油が供給される高圧油路２２，３２とが連通するのを防止するためである。

そして、回転方向Ｗに沿って回転するロータ５０のベーン溝５９が、回転角度の範囲αに位置しているとき（圧縮室４３が吸入行程にあるときから、圧縮行程の終盤に近づく（圧縮室４３が副吐出部４６に臨み始める）角度位置までの範囲）は、上述した実施形態１と同様に、ベーン溝５９に中圧Ｐｍの冷凍機油が供給され、ベーン溝５９が回転角度の範囲αを通り過ぎた時点で、ベーン溝５９は瞬間的に閉じた空間とされるが、その直後、ベーン溝５９は高圧油路２２，３２に通じるため、ベーン溝５９と高圧油路２２，３２とが通じている回転角度の範囲γにおいては、ベーン溝５９に吐出圧力（高圧）Ｐｄの冷凍機油が供給される。

この高圧油路２２，３２は、例えば、油路２４，３４ａから分岐して、サライ溝２１，３１に通じる油路（軸受け２７，３７と回転軸５１の外周面との間の隙間）とは別の経路で、サイドブロック２０，３０の内面２５，３５に開口している。

したがって、高圧油路２２，３２は、軸受け２７，３７と回転軸５１の外周面との間の隙間での圧力損失がないため、吐出室１４の雰囲気圧力である吐出圧力Ｐｄの冷凍機油をベーン溝５９に供給することができる。

そして、ベーン溝５９に吐出圧力Ｐｄの冷凍機油が供給され、ベーン溝５９が回転角度の範囲γを通り過ぎた時点から、次にベーン溝５９がサライ溝２１，３１に通じるまでの回転角度の範囲βにあるときは、ベーン溝５９は閉じた空間となる。

この結果、ベーン溝５９が回転角度の範囲βにあるときは、ベーン溝５９が液圧縮状態となり、図３に示したサイドブロック２０，３０を有する実施形態１のコンプレッサ１００と同様に、昇圧された高い圧力Ｐｈ′（前記した実施形態１の圧力Ｐｈよりも少し高い）を背圧（ベーン背圧）としてベーン５８に作用させることができるが、本実施形態では、ベーン溝５９が閉じた空間とされた時点でのベーン溝の５９の内部の圧力を、中圧Ｐｍよりも高い吐出圧力Ｐｄとすることができる。

したがって、ベーン５８の背圧として供給される非常に高い圧力Ｐｈ′を、実施形態１でのベーン５８の背圧として供給される高い圧力Ｐｈよりもさらに高い圧力とすることができる。

よって、実施形態１と同様に、圧縮行程の終盤から吐出行程の直前においても、ベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に良好に摺動した状態に保持されるので、ベーン５８のチャタリングを確実に防止することができる。

そして、本実施形態においても実施形態１の図２のように、各ベーン５８の一方側の面（ロータ５０の回転方向側の面）の略中央部から上部付近の間にベーン側スリット溝８０を形成し、更に、ロータ５０の各ベーン５８が入っているベーン溝５９の、前記ベーン側スリット溝８０側の底部５９ａから中央部付近の間にベーン溝側スリット溝８１を形成している。よって、主吐出部４５での吐出行程の直前から直後付近で、ベーン側スリット溝８０とベーン溝側スリット溝８１が連通すると、ベーン溝５９内の底部５９ａに供給されて液圧縮状態にある冷凍機油Ｒの一部がこの連通した通路を通して主吐出部４５の吐出孔４５ｂから排出される（図６（ｂ）参照）。

これにより、吐出行程の直前から直後付近で昇圧されているベーン背圧が減圧されるので、吐出行程の直前から直後付近でベーン５８の先端がシリンダ４０の内周面に必要以上に強く当接することが抑制され、ロータ５０の回転駆動時に無駄な動力ロスを低減することができる。

１０ ハウジング
１３ 吸入室
１４ 吐出室
２０ フロントサイドブロック
２１，３１ サライ溝
３０ リヤサイドブロック
４０ シリンダ
４２ シリンダ室
４３，４３Ａ，４３Ｂ 圧縮室
５０ ロータ
５８，５８Ａ ベーン
５９ ベーン溝
７０ 油分離器
８０ ベーン側スリット溝
８１ ベーン溝側スリット溝
７０ 油分離器
９０ モータ
１００ ベーンロータリコンプレッサ（気体圧縮機）

Claims (4)

1. 回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、
   前記ロータを該ロータの外周面の外方から取り囲む輪郭形状の内周面を有するシリンダと、
   前記ロータに形成したベーン溝に摺動可能に挿入され、所定の油路から前記ベーン溝に供給された冷凍機油による背圧を受けて前記シリンダの内周面に向けて突出可能に設けられた複数枚の板状のベーンと、
   前記ロータおよび前記シリンダの両端をそれぞれ塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、
   前記ベーンは、ベーン先端が前記シリンダの内周面に当接して前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面との間に形成された空間を仕切ることにより複数の圧縮室を形成するものであり、これら形成された各圧縮室が前記ロータの１回転の期間に、気体の吸入、圧縮及び吐出を１サイクルのみ行うように、前記シリンダの内周面の輪郭形状が設定された気体圧縮機であって、
   圧縮行程の初期から所定範囲にかけては、前記油路は前記ベーン溝と連通して前記ベーン溝内に所定圧の冷凍機油が供給され、
   圧縮行程の前記所定範囲から吐出行程の直前近傍にかけては前記ベーン溝が前記油路から遮蔽されて密閉空間とされて、圧縮行程の進行にともなう前記ベーンの前記ベーン溝内への引っ込みによって前記背圧を昇圧させ、
   更に、吐出行程にて、前記ベーン溝内とベーン回転方向前側の圧縮室との間を連通して、前記ベーン溝内の昇圧された前記背圧の一部を前記圧縮室側へ逃がすための連通路を有し、
   前記連通路は、吐出行程にて、前記ベーンが圧縮された気体を吐出する吐出孔に連通するまで、前記ベーン溝内とベーン回転方向前側の圧縮室との間を連通していることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記連通路は、前記ベーン溝のベーン回転方向前側の内壁面に前記ロータの略径方向に沿って形成したベーン溝側溝部と、前記ベーンのベーン回転方向前側の表面に前記ロータの略径方向に沿って形成したベーン側溝部とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の気体圧縮機。
3. 前記連通路は、圧縮行程の進行にともなって前記ベーンが前記ベーン溝内へ所定量だけ引っ込まれた際に、前記ベーン溝側溝部と前記ベーン側溝部が連通することで形成されることを特徴とする請求項２に記載の気体圧縮機。
4. 前記ベーン溝が前記油路から遮蔽されて密閉空間とされてから、前記ベーン溝内に、前記圧縮室から吐出された圧縮気体の圧力に対応した冷凍機油が供給されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の気体圧縮機。