JPH0742947B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、カークーラー等に用いられる気体圧縮機（コ
ンプレッサ）に関し、特にその圧縮作業室の容量を可変
とした気体圧縮機に関する。

（従来の技術） 通常、乗用車などの冷房に用いられる従来の気体圧縮機
はエンジンに並設され、このエンジンのクランクシャフ
トプーリからＶベルトで駆動されて、気体圧縮機側に装
着された電磁クラッチでエンジン側との駆動連結を断続
するようにしている。この種の気体圧縮機の能力はエン
ジンの回転速度に比例して向上することになり、乗用車
などが高速度で走行した場合には気体圧縮機も高速で駆
動されて、車室内を過冷房気味にしてしまうとともに、
これに比例して消費動力が増大して燃費が悪化するとい
う問題点がある。

この対策として、気体圧縮機の駆動速度に応じて冷媒ガ
スの圧縮作業室の容量を変化させる、いわゆる容量可変
型の気体圧縮機が種々提案されており、たとえば第10図
に示すような、本出願人による先の出願に係る容量可変
型の気体圧縮機がある（第１従来例、昭和61年11月17日
提出の特許願）。

この気体圧縮機は、所定角度内で回転可能な略円盤状の
容量制御プレート22を備え、この容量制御プレート22の
周縁にはバイパス用凹部11が形成され、気体圧縮機が高
速で駆動されると容量制御プレート22が回転してそのバ
イパス用凹部11はフロントサイドブロック５に形成され
た図外のバイパス孔と連通し、圧縮作業室の冷媒ガスを
一部吸入室13にバイパスさせて圧縮作業室の容量を減少
させる。このことにより、気体圧縮機が高速で駆動され
ても車室内を過冷房気味にすることを防止することがで
きるとともに、消費動力が軽減して燃費が悪化すること
を防止することができる。

また、フロントサイドブロック５の半径内方に、先端面
がシリンダ４側に突出してロータ９の端面に近接し、そ
の内側にベーン圧力室としての溝部23を有するような円
筒状段部21が形成され、この円筒状段部21の外周に回転
可能に容量制御プレート22が嵌合するよう構成されてい
る。このことにより、溝部23内の中圧の潤滑油はフロン
トサイドブロック５の円筒状段部21と容量制御プレート
22との間で絞られてから、容量制御プレート22とフロン
トサイドブロック５との突合せ面（直径方向の接触面）
に流入するため、その突合せ面の隙間から潤滑油が多量
にリークして吸入室13に流れ込むのを防止し、さらに潤
滑油が吸入室13からシリンダ４内に多量に流れ込んで気
体圧縮機の性能が低下することを防止している。

また、このような従来のロータリーベーン型の気体圧縮
機にあっては、始動時のような低速駆動時においてはベ
ーン８をロータ９の半径外方に押圧する溝部23内の潤滑
油の圧力が低いために、ベーン８がシリンダ４の短径部
近傍においてロータ９の半径内方に押し戻された後、再
びその半径外方に突出してシリンダ４の内周面に衝突
し、このとき衝突音を発生するいわゆるチャタリング現
象が起きることがある。

この対策として、ベーンが前記シリンダの短径部近傍に
きたときは前記ベーン圧力室の圧力を増大させるよう作
用するベーン圧力増大手段によりチャタリング現象を防
止した、本出願人による先の出願に係る容量可変型の気
体圧縮機がある（第２従来例、特願昭61−273607号に係
る特許願）。この気体圧縮機におけるベーン圧力増大手
段は、中圧の潤滑油が供給される溝部（ベーン圧力室）
をシリンダの短径部近傍を除いてロータ軸の周りに２つ
に分離して形成するとともに、高圧の潤滑油が供給され
る小孔を吐出ポート位置よりもベーンの回転方向と反対
方向にずれた位置に設定し、ベーン先端が吐出ポートを
通過してシリンダ短径部に到達するまでの区間で、吐出
ポートを通過する直前で小孔からの高圧潤滑油が充填さ
れたベーン背圧室を前記溝部および小孔と非連通とし
て、その区間でベーン背圧室を密閉して超高圧とするこ
とにより前記チャタリング現象を防止したものである。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、前記第２従来例のようなチャタリング現象を
防止するベーン圧力増大手段を前記第１従来例のような
気体圧縮機に用いた場合には、中圧の潤滑油が供給され
る溝部（ベーン圧力室）は、フロントサイドブロック５
の円筒状段部21の先端面およびリアサイドブロック６の
シリンダ対向面に穿設される。

このため、そのような前記第１従来例と第２従来例とを
ともに実施した気体圧縮機にあっては、前記ベーン圧力
増大手段を構成する溝部および小孔はその位置が低速運
転時あるいは高速運転時を問わず常に一定であることに
より、高速運転時においてもベーン背圧室はベーン圧力
増大手段により前記区間で超高圧となり、ベーン先端に
不必要な押圧力が働いてベーン先端が摩耗したり消費動
力が増大して燃費が悪化するという問題点があった。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明は上記問題点を解決するため、内周が略
楕円状に形成されたシリンダ（32）と、前記シリンダ
（32）の一端側に取付けられ、軸孔（33a）とシリンダ
側の軸孔周部に第１のベーン圧力室（39）を有するリア
サイドブロック（33）と、前記シリンダ（32）の他端側
に取付けられ、先端面がシリンダ側に突出した段部（35
a）と軸孔（35c）を半径内方に有するフロントサイドブ
ロック（35）と、前記段部（35a）に回転可能に嵌合
し、前記段部（35a）とともに第２のベーン圧力室（3
8）を画成し、前記シリンダ（32）の他端部と前記フロ
ントサイドブロック（35）の間に配置された容量制御プ
レート（36）と、前記フロントサイドブロック（35）及
びリアサイドブロック（33）の軸孔（35a,33a）に両端
軸（41b,41a）が回転自在に支持され前記シリンダ（3
2）と同軸の回転軸線を有するよう前記シリンダ（32）
内に収納されたロータ（41）と、前記ロータ（41）のほ
ぼ径方向に進退自在に支持され、前記第１のベーン圧力
室（39）とベーン背圧室（43a）が連通することで伝わ
る圧力によりロータ（41）の半径外方に押圧されて前記
シリンダ（32）の内周と前記ロータ（41）の外周との間
に圧縮作業室（52）を画成する複数のベーン（44）と、
高圧の潤滑油をシリンダ（32）の短径部近傍で前記ベー
ン背圧室（43a）に供給する高圧油供給部（45）と、前
記第１のベーン圧力室（39）と、前記第２のベーン圧力
室（38）からなるベーン圧力増大手段と、運転状態に応
じて前記容量制御プレート（36）を回転する容量制御プ
レート回転手段（75,78）を備え、高速運転時に、前記
容量制御プレート回転手段（75,78）によって前記ベー
ン圧力増大手段の高圧油供給部（45）と前記第２のベー
ン圧力室（38）が連通するように前記容量制御プレート
（36）が回転する構成としたものである。

（作用） このような構成の気体圧縮機によれば、容量制御プレー
トに形成した段部を介してフロントサイドブロックの段
部の外周に容量制御プレートを回転可能に嵌合させ、容
量制御プレートの段部より半径内方にフロントサイドブ
ロックの段部の先端面とともに画成する第２のベーン圧
力室を形成するよう構成したため、容量制御プレートの
段部より半径内方には中圧の潤滑油が供給される２つに
分離したベーン圧力室（溝部）の半径方向の輪郭が形成
されることになる。

このため、容量制御プレートが圧縮作業室の容量を減少
させる方向に回転する高速運転時には、容量制御プレー
トの前記輪郭により形成された第２のベーン圧力室の位
置もともに回転することになり、第２のベーン圧力室と
高圧の潤滑油が供給される小孔が連通することによっ
て、高速運転時にはベーン圧力増大手段の作用は制限さ
れる。このことにより、高速運転時にはベーン圧力増大
手段の作用を制限してベーン背圧室が前記区間で超高圧
となることを防止し、ベーン先端に不必要な押圧力が働
いてベーン先端が摩耗したり消費動力が増大して燃費が
悪化することを防止することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。第１〜９図は本発明による気体圧縮機の一実施例を
示す図である。

まず構成について説明すると、第１図において、30は図
中右端が開口したケーシングであり、このケーシング30
内にはシリンダ32が収納されていて、このシリンダ32は
第２、３図に示すようにその内周が略楕円状に形成され
ている。シリンダ32の一端側（第１図中左端側）には、
その半径内方に軸孔33aを有するとともにシリンダ32側
の軸孔33aの周部に第１のベーン圧力室39が形成された
リアサイドブロック33が取付けられ、他方、シリンダ32
の他端側（第１図中右端側）にはフロントサイドブロッ
ク35が取付けられている。

フロントサイドブロック35の半径内方（中心側）には段
部35aが形成されており、この段部35aの先端面35bはシ
リンダ32側に突出している。フロントサイドブロック35
の段部35aの半径内方には軸孔35cを有する。また、フロ
ントサイドブロック35の段部35aの外周には、容量制御
プレート36に形成された段部36aの内周が回転可能に嵌
合しており、この容量制御プレート36はシリンダ32の他
端側に対向するよう配置されている。

フロントサイドブロック35と容量制御プレート36との突
合せ面（直径方向の接触面）の隙間の半径内方には、容
量制御プレート36が円滑に回転するようスラスト軸受40
が介装されている。リアサイドブロック33の軸孔33aお
よびフロントサイドブロック35の軸孔35cには、ロータ4
1の両端部に突出したロータ軸41a、41bが回転自在に支
持され、このことによりロータ41はシリンダ32内にシリ
ンダ32と同軸の回転軸線を有するよう収納されている。

ロータ41には第２図に示すように、円周方向に等間隔を
おいて５つのベーン溝43がロータ41の軸線と同方向に延
在するよう形成されており、これらのベーン溝43内には
それぞれベーン44がロータ41の半径方向に進退自在に支
持されている。ベーン溝43の半径方向内側にはベーン背
圧室43aがあり、このベーン背圧室43aはロータの回転に
伴って第１のベーン圧力室39あるいは第２のベーン圧力
室38と連通する。このとき、ベーン背圧室43aには第１
のベーン圧力室39あるいは第２のベーン圧力室38内の中
圧の潤滑油が作用するので、ベーン44がロータ41の半径
外方に押圧される。このことによりベーン44の先端部は
常にシリンダ32の内周面に接触しながらロータ41ととも
に回転する。隣り合う２枚のベーン44はシリンダ32の内
周面とロータ41の外周面との間に圧縮作業室52を画成す
る。また、同図に示すようにシリンダ32には一対の吐出
ポート54が開口形成され、その外側にはそれぞれ吐出弁
55が設けられている。

第１図に示すようにフロントサイドブロック35のシリン
ダ32と反対側には、その内部に冷媒ガス（気体）の吸入
室57を形成するフロントヘッド58が取付けられている。

第７図に示すようにフロントサイドブロック35には連絡
孔60とバイパス孔61がそれぞれ一対ずつ開口しており、
そのうちの連絡孔60に対向するシリンダ32の端面には、
第１図に示すようにロータ41の軸線と平行に延在する吸
気通路62が開口している。フロントサイドブロック35の
連絡孔60に対向するリアサイドブロック33の部分には連
絡孔60と同形の吸気凹部64が形成されており、この吸気
凹部64は吸気通路62に連通しているとともに、シリンダ
32内にも連通している。

第４、５、７図に示すように、容量制御プレート36には
互いに中心に対称の位置に一対の凹部66が形成されてお
り、この凹部66は容量制御プレート36が回転しないとき
は吸気通路62および連絡孔60と同じ位置にあり、後述す
るように容量制御プレート36が回転すると第３図に示す
ように凹部66はバイパス孔61と連通するようになってい
る。

第１図において、ケーシング30内のリアサイドブロック
33に対してシリンダ32と反対側には油分離室68が画成さ
れており、この油分離室68のリアサイドブロック33側に
は油分離器69が設けられている。油分離室68の下方に溜
まった高圧の潤滑油はリアサイドブロック33、シリンダ
32、フロントサイドブロック35の肉厚内にそれぞれ形成
された油供給路71、72、73を通ってロータ軸41a、41bの
潤滑部に供給され、さらにこの潤滑部からロータ軸41
a、41bと軸孔33a、35bとの間で絞られて中圧となってベ
ーン圧力室38、39に供給されるようになっている。

吸入室57内には第７図に示すように駆動シリンダ75がロ
ータ41の軸線と直角に接触しないで交差するように配設
されており、この駆動シリンダ75の一端部75aは吸入室5
7内に突出していて、その他端部75bはフロントヘッド58
の外部に対向している。駆動シリンダ75とフロントヘッ
ド58との間にはスプリング78が駆動シリンダ75と同軸上
に介装されていて、このスプリング78はそのバネ圧で常
に駆動シリンダ75の一端部75aが吸入室57内に突入する
方向（図中左上方向）に駆動シリンダ75を押圧してい
る。容量制御プレート36には駆動ピン80が立設されてお
り、この駆動ピン80はフロントサイドブロック35に弧状
に開口形成されたガイド孔82を貫通していて、この駆動
ピン80の先端部は駆動シリンダ75の一端部75aに形成さ
れた係合凹部83に常に係合している。このように駆動シ
リンダ75、スプリング78によって容量制御プレート回転
手段が構成される。

第６図に示すように、容量制御プレート36は、その中心
部に異形の孔46を有する。その異形の孔46の輪郭を形成
する円弧47はロータ41のロータ軸41bに回転可能に嵌合
し、同じく異形の孔46の輪郭を形成する円弧48はフロン
トサイドブロック35の段部35aの先端面35bとともに第２
のベーン圧力室38を画成する。この第２のベーン圧力室
は、第４図や第５図に示すようにロータ軸の周りに２つ
に分離して形成される。

容量制御プレート36が第４図に示す位置にあるときは、
第２のベーン圧力室38は第８図に示すようにリアサイド
ブロック33の第１のベーン圧力室39とほぼ一致する実線
で示す位置にあるが、第２のベーン圧力室38の方が、破
線で示す部分38aだけ矢印で示すロータ41の回転方向側
の吐出ポート54側に長く伸びて形成されている。

リアサイドブロック33の第１のベーン圧力室39の前記回
転方向側には、少し間隔を置いて小孔45が開口形成され
ている。第２のベーン圧力室38に対しては、小孔45は前
記破線で示す部分38aの端鵜よりわずかに前記回転方向
側に位置している。この小孔45は前記油供給路71と連通
しており、油分離室68内の高圧の潤滑油を直接ベーン背
圧室43aに供給するよう作用する高圧油供給部となって
いる。

それぞれ２つに分離して形成された前記ベーン圧力室3
8、39および小孔45はベーン圧力増大手段を構成する。

次に作用について説明する。図外のエバポレータ（蒸発
器）から吸入室57に吸入された低温低圧の冷媒ガスは連
絡孔60から吸気通路62、吸気凹部64を経て、あるいは連
絡孔60から直接シリンダ32内に吸入され、ロータ41とと
もに回転するベーン44により圧縮作業室52内で圧縮され
て高温高圧となって吐出ポート54、吐出弁55を通って油
分離室68に吐出される。このとき冷媒ガスは油分離器69
により潤滑油と分離されて潤滑油は油分離器68の下方に
溜まり、高温高圧の冷媒ガスは油分離室68から図外のコ
ンデンサ（凝縮器）に送られる。

ロータ41が低速で回転しているときは容量制御プレート
36は第２図に示す位置にあるため、圧縮作業室52は最大
容量の状態で冷媒ガスを圧縮する。油分離室68内の高圧
の潤滑油は油供給路71、72、73等を通ってロータ軸41
a、41bの潤滑部に、あるいはさらに絞られて中圧となっ
てベーン圧力室38、39に供給される。

ベーン圧力室38、39に供給された中圧の潤滑油はさら
に、フロントサイドブロック35の段部35aと容量制御プ
レート36の段部36aとの間で絞られて低圧となってスラ
スト軸受40、さらにはフロントサイドブロック35と容量
制御プレート36との突合せ面の隙間に供給される。この
ことにより、容量制御プレート36とフロントサイドブロ
ック35との突合せ面の隙間から潤滑油が多量にリークし
て吸入室57に流れ込むのを防止し、さらに潤滑油が吸入
室57からシリンダ32内に多量に流れ込んで気体圧縮機の
性能が低下することを防止することができる。

このような低速運転時で容量制御プレート36が第４図に
示す位置にあるときは、第２のベーン圧力第38は第８図
に示すように、リアサイドブロック33の第１のベーン圧
力室39とほぼ一致する実線で示す位置にある。この場合
には、ロータ41とともにベーン44が回転してベーン背圧
室43aが第１のベーン圧力室39あるいは第２のベーン圧
力室38と連通している間は、ベーン44はそれらの中圧で
シリンダ32の内周面に押圧されるが、ベーン44がさらに
回転してベーン背圧室43aがまず第１のベーン圧力室39
と非連通となり、さらに回転すると同図に示すように、
ベーン背圧室43aは第２のベーン圧力室38の破線部38aと
も非連通となって小孔45だけと連通する。このときベー
ン背圧室43aには油供給路71からの高圧潤滑油が充填さ
れ、第９図に示すようにさらに回転すると小孔45とも非
連通となってベーン背圧室43aはその状態で密閉され、
ベーン44の先端が吐出ポート54を通過してシリンダ32の
短径部に到達するまでの区間でベーン背圧室43aを超高
圧とすることができる。このようなベーン圧力増大手段
の作用により、低速運転時における前記チャタリング現
象を防止することができる。

ロータ41が高速で回転すると吸入室57内の吸入圧が下が
るためにスプリング78のバネ圧が吸入圧に打ち勝ち、駆
動シリンダ75が吸入室57にさらに突入して（第７図中左
上方向に進行して）駆動ピン80をガイド孔82に沿って所
定角度内で回転させる。このため容量制御プレート36も
駆動ピン80とともに回転してその凹部66はバイパス孔61
と連通するようになり、第３図に示すように圧縮作業室
52の容量を小さくする。このことにより、気体圧縮機の
吐出容量が小さくなって高速運転時に車室内を過冷房気
味にすることを防止することができるるとともに、消費
動力が軽減して燃費が悪化するのを防止することができ
る。

このような高速運転時で容量制御プレート36が第５図に
示す位置にきたときは、第２のベーン圧力室38は同図に
示すように容量制御プレート36とともに回転して、シリ
ンダ32の短径部に対応する位置にくる。そのため、ベー
ン背圧室43aはシリンダ32の長径部では第１のベーン圧
力室39と通じるため中圧となり、一方、高圧の潤滑油を
供給する高圧油供給部である小孔45と通じる短径部近傍
ではベーン背圧室43aを介して小孔45と第２のベーン圧
力室38が通じるため、ベーン背圧室43aに流入した高圧
の潤滑油は第２のベーン圧力室38に流出し、ベーン背圧
室43aは中圧となる。このように、ベーン背圧室43aは前
述の低速運転時のベーン圧力増大手段によって起きるよ
うな超高圧になることはない。このため、高速運転時に
おいてはベーン背圧室43aは、ベーン圧力増大手段の作
用の制限により前述のような超高圧となることを防止す
ることができ、ベーン44の先端に不必要な押圧力が働い
てベーン44の先端が摩耗したり消費動力が増大して燃費
が悪化することを防止することができる。

また、このように高速運転時にベーン圧力増大手段の作
用が制限されベーン背圧室43aが超高圧にならなくと
も、ベーン44には低速運転時より大きい遠心力が働くの
でベーンの先端がシリンダ32の内周面から離れることは
なく前記チャタリング現象が生ずることはない。

なお、上記実施例においてはベーンが５枚の気体圧縮機
について説明したが、ベーンは５枚に限定することなく
それ以外の枚数のものでもよい。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、高速運転時にはベ
ーン圧力増大手段の作用を制限するようにしたため、高
速運転時にベーン背圧室が超高圧となることを防止し
て、ベーン先端に不必要な押圧力が働いてベーン先端が
摩耗したり消費動力が増大して燃費が悪化することを防
止することができる。

また、このように高速運転時にベーン圧力増大手段の作
用が制限されても、ベーンには低速運転時より大きい遠
心力が働くのでベーンの先端がシリンダ32の内周面から
離れることはなく前記チャタリング現象が生ずることは
ない。

【図面の簡単な説明】

第１〜９図は本発明による気体圧縮機の一実施例を示す
図であり、第１図はその断面側面図、第２、３図は第１
図におけるII−II矢視断面図、第４、５図は第１図にお
けるIV−IV矢視断面図、第６図（ａ）は容量制御プレー
ト36の正面図、第６図（ｂ）は第６図（ａ）におけるVI
−VI矢視断面図、第７図は第１図におけるVII−VII矢視
断面図、第８、９図は第１図におけるVIII−VIII矢視正
面図、第10図は従来の気体圧縮機の断面側面図である。 30……ケーシング 32……シリンダ 33……リアサイドブロック 33a……軸孔 35……フロントサイドブロック 35a……段部 35b……先端部 35c……軸孔 36……容量制御プレート 36a……段部 38、39……ベーン圧力室 38a……破線部 40……スラスト軸受 41……ロータ 41a、41b……ロータ軸 43……ベーン溝 43a……ベーン背圧室 44……ベーン 45……小孔 46……異形の孔 47、48……円弧 52……圧縮作業室 54……吐出ポート 55……吐出弁 57……吸入室 58……フロントヘッド 60……連絡孔 61……バイパス孔 62……吸気通路 64……吸気凹部 66……凹部 68……油分離室 69……油分離器 71、72、73……油供給路 75……駆動シリンダ 75a……一端部 75b……他端部 78……スプリング 80……駆動ピン 82……ガイド孔 83……係合凹部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周が略楕円状に形成されたシリンダ（3
   2）と、 前記シリンダ（32）の一端側に取付けられ、軸孔（33
   a）とシリンダ側の軸孔周部に第１のベーン圧力室（3
   9）を有するリアサイドブロック（33）と、 前記シリンダ（32）の他端側に取付けられ、先端面がシ
   リンダ側に突出した段部（35a）と軸孔（35c）を半径内
   方に有するフロントサイドブロック（35）と、 前記段部（35a）に回転可能に嵌合し、前記段部（35a）
   とともに第２のベーン圧力室（38）を画成し、前記シリ
   ンダ（32）の他端部と前記フロントサイドブロック（3
   5）の間に配置された容量制御プレート（36）と、 前記フロントサイドブロック（35）及びリアサイドブロ
   ック（33）の軸孔（35a,33a）に両端軸（41b,41a）が回
   転自在に支持され前記シリンダ（32）と同軸の回転軸線
   を有するよう前記シリンダ（32）内に収納されたロータ
   （41）と、 前記ロータ（41）のほぼ径方向に進退自在に支持され、
   前記第１のベーン圧力室（39）とベーン背圧室（43a）
   が連通することで伝わる圧力によりロータ（41）の半径
   外方に押圧されて前記シリンダ（32）の内周と前記ロー
   タ（41）の外周との間に圧縮作業室（52）を画成する複
   数のベーン（44）と、 高圧の潤滑油をシリンダ（32）の短径部近傍で前記ベー
   ン背圧室（43a）に供給する高圧油供給部（45）と、前
   記第１のベーン圧力室（39）と、前記第２のベーン圧力
   室（38）からなるベーン圧力増大手段と、 運転状態に応じて前記容量制御プレート（36）を回転す
   る容量制御プレート回転手段（75,78）を備え、 高速運転時に、前記容量制御プレート回転手段（75,7
   8）によって前記ベーン圧力増大手段の高圧油供給部（4
   5）と前記第２のベーン圧力室（38）が連通するように
   前記容量制御プレート（36）が回転する構成であること
   を特徴とする気体圧縮機。