JP5826686B2 - 気体圧縮機 - Google Patents

Description

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

従来、空気調和システムには，冷媒ガスなどの気体を圧縮して，空気調和システムに気体を循環させるための気体圧縮機が用いられている。

この気体圧縮機は、回転駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体がハウジングの内部に収容され，圧縮機本体から高圧の気体が吐出される吐出室が区画して形成され，この吐出室からハウジングの外部に高圧の気体を排出するものである。

このような気体圧縮機の一例として、いわゆるベーンロータリ形式のものが知られている。

このベーンロータリ形式の気体圧縮機は、ハウジングの内部に圧縮機本体が収容されていて、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、このロータを、その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、ロータの周面から外方に突出自在に設けられた複数枚の板状のベーンと、ロータの両端面から突出した回転軸を回転自在に支持する軸受がそれぞれ形成されているとともに、ロータおよびシリンダの両端面に接してこれら両端面を塞ぐサイドブロックとを備え、ロータの外周面とシリンダの内周面と両サイドブロックの各内側の面とによって、気体の吸入、圧縮、吐出が行われる空間であるシリンダ室が形成されている。

このシリンダ室は、ロータの周面から突出した各ベーンの突出側先端がシリンダの内周面に接することで、ロータの外周面とシリンダの内周面と両サイドブロックの各内側の面とロータの回転方向に沿って相前後する２つのベーンの面によって、複数の圧縮室に区画される。

シリンダの内周面の輪郭形状は、ロータの外周面とシリンダの内周面との間の間隔がロータの回転角度位置ごとに変化するように設定されている。

具体的には、ロータの回転方向の上流側では、上記間隔が小さい状態から急激に大きくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って、圧縮室の容積が拡大して吸入部を通じて圧縮室内に気体が吸入される行程に対応している。

次いで、ロータの回転方向の下流に向かって、上記間隔が徐々に小さくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って圧縮室の容積が減少し、圧縮室内の気体が圧縮される行程に対応している。

さらに、ロータの回転方向の下流側は、上記間隔がさらに小さくなるように設定されていて、ロータの回転に伴って圧縮室内の圧縮された気体が吐出部を通じて圧縮室の外部に吐出される行程に対応し、上記ロータの回転に伴って、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、外部から吸入された低圧の気体を高圧の気体にして吐出させることができる（特許文献１）。

特開昭５４−２８００８号公報

しかし、ベーンロータリ形式の圧縮機は、気体を急激に圧縮するため、圧縮室内で過圧縮が生じ易く、その分、動力の損失が大きくなったり、隣接する圧縮室間の圧力差が大きくなって、回転方向下流側の圧縮室から回転方向上流側の圧縮室へ気体が漏れ易くなるなどの原因により、他の形式の気体圧縮機よりも効率（成績係数またはＣＯＰ（Coefficient of Performance：冷房能力／動力））が低くなる傾向にあった。

そして、このような効率の低い傾向は、気体圧縮機の高回転運転時などにおいて特に問題となる。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、圧縮室内の過圧縮を適切に防止することができる気体圧縮機を提供するものである。

本発明に係る第１の気体圧縮機は、圧縮室が圧縮気体を圧縮室から吐出する吐出部（以下、主吐出部という。）に臨む以前の段階で、過圧縮となる吐出圧力に達したとしても、その圧縮室は、主吐出部よりもロータの回転方向上流側に設けられた他の吐出部（以下、副吐出部という。）に臨んでいるため、圧縮室内の吐出圧力の気体は、副吐出部を通じて圧縮室から外部に吐出され、圧縮室内の気体が過圧縮となるのを適切に防止するものである。

しかも、本発明に係る第１の気体圧縮機は、ロータの回転により、特定の圧縮室の回転方向下流側（回転方向の前側）のベーンの圧縮室に向いた面（回転方向の後面）の延長線が副吐出部の全体を通過した段階からその延長線が主吐出部の全体を通過する段階までの期間中は常に、その特定の圧縮室の回転方向下流側のベーンの後面と回転方向上流側（回転方向の後ろ側）のベーンの圧縮室に向いた面（回転方向の前面）との間の範囲で開口した副吐出部の一部または全部の開口面積と主吐出部の一部または全部の開口面積との合計が、両吐出部のうち小さい方の全体の開口面積以上の広さとなるような位置に、その副吐出部が形成されているため、上述した期間中に過圧縮が発生しそうになっても、圧縮室から、副吐出部および主吐出部のうち少なくとも一方から、十分な広さの開口すなわち少なくとも開口面積が小さい方の吐出部の全部の開口面積以上の広さの開口を通って、円滑に圧縮気体を吐出部に吐出させるものである。

すなわち、本発明に係る第１の気体圧縮機は、ハウジングの内部に圧縮機本体を収容した気体圧縮機において、前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを、前記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し、所定の吐出部が設けられたシリンダと、前記ロータの外周面から前記シリンダの内周面に向けて突出自在に設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータおよび前記シリンダの両端を塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、前記ベーンは、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、圧縮および前記吐出部からの吐出を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、前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も遠い遠隔部が前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面とが最も近接する近接部の前記ロータの回転中心を挟んで対向する位置よりも前記回転方向の上流側に偏った非対称に設定され、前記吐出部の、前記ロータの回転方向上流側に、前記圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき、前記圧縮室の内部の気体を吐出させる副吐出部が１つ以上形成され、前記ロータの回転により、前記圧縮室における前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記副吐出部の全体を通過した段階から前記延長線が前記吐出部の全体を通過する段階までの期間は常に、前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面と前記回転方向上流側のベーンの前記圧縮室に向いた面との間の範囲で開口した前記副吐出部の一部または全部の開口面積と前記吐出部の一部または全部の開口面積との合計が、前記吐出部と前記副吐出部とのうち小さい方の全体の開口面積以上の広さとなるように、前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記吐出部に重なっているか又は前記吐出部の下流側の縁部に接しているとき、前記回転方向上流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記副吐出部に重なっているか又は前記副吐出部の上流側の縁部に接する位置に、前記副吐出部が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る気体圧縮機によれば、圧縮室内の過圧縮を適切に防止することができる。

なお、本発明に係る気体圧縮機によれば、ロータの１回転の期間に、気体の吸入、圧縮および吐出部からの吐出を１サイクルのみ行うため、気体を緩やかに圧縮することが可能となり、必要な動力を削減することができる。

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コンプレッサの横断面図である。 図１に示したベーンロータリコンプレッサのコンプレッサ部のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 実施形態１のコンプレッサにおける主吐出部と副吐出部との位置関係を模式的に示した図であり、（ａ）は圧縮室の回転方向の下流側のベーンの後面の延長線が副吐出部の吐出孔の全体を通過した段階の状態、（ｂ）は圧縮室の回転方向の下流側のベーンの後面の延長線が主吐出部の吐出孔の全体を通過した段階の状態、をそれぞれ示す。 図３に示した期間中における、１つの圧縮室に開口する主吐出部の吐出孔と副吐出部の吐出孔と模式的に示した図であり、（ａ）は図３相当の断面、（ｂ）は（ａ）における矢視Ｂによる各吐出孔の開口、をそれぞれを示す。 変形例１のコンプレッサにおける第１の副吐出部と第２の副吐出部との位置関係を模式的に示した図であり、（ａ）は圧縮室の回転方向の下流側のベーンの後面の延長線が第２の副吐出部の吐出孔の全体を通過した段階の状態、（ｂ）は圧縮室の回転方向の下流側のベーンの後面の延長線が第１の副吐出部の吐出孔の全体を通過した段階の状態、をそれぞれ示す。 図５に示した期間中における、１つの圧縮室に開口する主吐出部の吐出孔と副吐出部の吐出孔と模式的に示した図であり、（ａ）は図５相当の断面、（ｂ）は（ａ）における矢視Ｂによる各吐出孔の開口、をそれぞれを示す。 実施形態１のコンプレッサの変形例２を示す、図６相当の図であり、（ａ）は図５相当の断面、（ｂ）は（ａ）における矢視Ｂによる各吐出孔の開口、をそれぞれを示す。 実施形態２のコンプレッサを示す、図６，７相当の図であり、（ａ）は図５相当の断面、（ｂ）は（ａ）における矢視Ｂによる各吐出孔の開口、をそれぞれを示す。

以下、本発明に係る気体圧縮機の具体的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
本発明に係る第１の気体圧縮機の一実施形態である電動ベーンロータリコンプレッサ１００（以下、単にコンプレッサ１００という。）は、自動車等に設置された、蒸発器、気体圧縮機、凝縮器および膨張弁を有する空気調和システムにおける気体圧縮機として用いられている。この空気調和システムの作動媒体は、冷媒ガスＧ（気体）である。

コンプレッサ１００は、図１に示すように、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Ｇ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Ｇ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、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および回転軸５１をその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。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００は上述したとおり電動のものであるが、本発明に係る気体圧縮機は電動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く、本実施形態のコンプレッサ１００を仮に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から外部へ突出させて、その突出した回転軸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、ボルト等の締結部材１５により、本体ケース１１に固定されている。

圧縮機本体６０は、モータ９０によって回転される回転軸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、このロータ５０を、その外周面５２（図２参照）の外方から取り囲む輪郭形状の内周面４１を有するシリンダ４０と、ロータ５０の外周面５２からシリンダ４０の内周面４１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の両端を塞ぐ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。

圧縮機本体６０は、図１に示すように、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。

そして、両サイドブロック２０，３０の外周面にはそれぞれＯリング等のシール部材が外周面の全周に亘って設置されていて、これらのシール部材が本体ケース１１の内周面の全周に接することで、図１の圧縮機本体６０を挟んだ左右の空間間の気密を保持している。

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を挟んだ図１の左側の空間は、吸入ポート１２ａを通じて蒸発器から低圧の冷媒ガスＧが導入される低圧雰囲気の吸入室１３であり、圧縮機本体６０を挟んだ図１の右側の空間は、吐出ポート１１ａを通じて高圧の冷媒ガスＧが凝縮器に吐出され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４１とロータ５０の外周面５２と両サイドブロック２０，３０とに囲まれた略Ｃ字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４１とロータ５０の外周面５２とが、回転軸５１の軸回りの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４１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４１の輪郭形状のうちシリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２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４１とロータ５０の外周面５２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４１の輪郭形状は、遠隔部４９から回転方向Ｗに沿って近接部４８に至るまで、ロータ５０の外周面５１とシリンダ４０の内周面４１との間の距離が単調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に嵌め込まれていて、ベーン溝５９に供給された冷凍機油Ｒによる背圧により、ロータ５０の外周面５２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、ロータ５０の回転方向Ｗに沿って相前後する２つのベーン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。

ただし、シリンダ室４２の上流側端部および下流側端部は、近接部４８と１枚のベーン５８とによっても圧縮室４３が仕切られるため、ロータ５０の回転中の多くの期間は６つの圧縮室４３が形成されており、ベーン５８が近接部４８を通過するときのみ、５つの圧縮室４３が形成される期間がある。

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、単調に小さくなる。

このシリンダ室４２の、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分には、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の下流側の部分には、シリンダ４０に形成された２つの吐出部４５，４６に各別に通じた２つの吐出孔４５ｂ，４６ｂがそれぞれ臨んでいる。

各圧縮室４３は、ロータ５０の１回転の期間に、吸入孔２３を通じた冷媒ガスＧの吸入、冷媒ガスＧの圧縮および吐出部４５，４６への冷媒ガスＧの吐出を１サイクルだけ行うように、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が設定されている。

ロータ５０の回転方向Ｗの上流側では、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔が小さい状態から急激に大きくなるように内周面４１の輪郭形状が設定されていて、遠隔部４９を含んだ角度範囲ではロータ５０の回転方向Ｗへの回転に伴って圧縮室４３の容積が拡大して吸入孔２３を通じて圧縮室４３内に冷媒ガスＧが吸入される行程（吸入行程）となる。

次いで、ロータ５０の回転方向Ｗの下流に向かって、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔が徐々に小さくなるように内周面４１の輪郭形状が設定されていて、その範囲ではロータ５０の回転に伴って圧縮室４３の容積が減少し、圧縮室４３内の冷媒ガスＧが圧縮される行程（圧縮行程）となる。

さらに、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側は、シリンダ４０の内周面４１とロータ５０の外周面５２との間隔がさらに小さくなって冷媒ガスＧの圧縮がさらに進み、冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力に達すると冷媒ガスＧは後述する吐出孔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の回転に伴って、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Ｇを高圧にして圧縮機本体６０から吐出させる。

各吐出部４５，４６は、シリンダ４０と両サイドブロック２０，３０と本体ケース１１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Ｇの圧力が吐出チャンバ４５ａ，４６ａ内の圧力（吐出圧力）以上のとき、差圧により吐出チャンバー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内の圧力（吐出圧力）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が吐出チャンバー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、ロータ５０の回転方向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の吐出チャンバ４５ａは、リヤサイドブロック３０に形成された吐出路３８を介して、リヤサイドブロック３０の外面（吐出室１４に向いた面）に取り付けられたサイクロンブロック７０に通じている。

同様に、２つの吐出部４５，４６のうち、ロータ５０の回転方向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の吐出チャンバ４６ａは、リヤサイドブロック３０に形成された吐出路３９を介して、サイクロンブロック７０に通じている。

サイクロンブロック７０は主に、冷媒ガスＧと混ざった冷凍機油Ｒを冷媒ガスＧから分離するものであり、各吐出チャンバ４５ａ，４６ａに吐出されて、吐出路３８，３９を通って導入された冷媒ガスＧを、螺旋状に旋回させることで冷凍機油Ｒを遠心分離する。

そして、冷媒ガスＧ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Ｇ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の高圧雰囲気により、リヤサイドブロック３０に形成された油路３４ａおよびリヤサイドブロック３０に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝３１，３２を通じて、並びに、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、フロントサイドブロック２０に形成された油路２４およびフロントサイドブロック２０に形成された背圧供給用の凹部であるサライ溝２１，２２を通じて、それぞれ、ロータ５０のベーン溝５９に供給され、ベーン５８を外方に突出させる背圧となる。

なお、冷凍機油Ｒ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の機能も発揮し、その冷凍機油Ｒの一部が、圧縮室４３内の冷媒ガスＧと混ざるため、サイクロンブロック７０により、冷凍機油Ｒの分離が行われる。

リヤサイドブロック３０に形成された２つのサライ溝３１，３２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分（吸入行程および圧縮行程に対応する部分）に形成されたサライ溝３１に供給される冷凍機油Ｒは、油路３４ａから、軸受３７と回転軸５１の外周面との間の狭い隙間を通過してサライ溝３１に供給されるため、軸受３７と回転軸５１の外周面との間の狭い隙間を通過する際の圧力損失により、吐出室１４の雰囲気である高圧（吐出圧力に近い圧力）よりも低い中圧（吸入室１３の雰囲気である吸入圧よりも高い圧力）となる。

フロントサイドブロック２０に形成された２つのサライ溝２１，２２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側の部分に形成されたサライ溝２１に供給される冷凍機油Ｒについても、サライ溝３１に供給される冷凍機油Ｒと同様に中圧となる。

一方、２つのサライ溝３１，３２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側の部分（主に吐出行程に対応する部分）に形成されたサライ溝３２に供給される冷凍機油Ｒは、油路３４ａから圧力損失なく供給されるため、吐出室１４の雰囲気である高圧に近い圧力（中圧よりも高い圧力）となる。

２つのサライ溝２１，２２のうち、ロータ５０の回転方向Ｗの下流側の部分に形成されたサライ溝２２に供給される冷凍機油Ｒについても、サライ溝３２に供給される冷凍機油Ｒと同様に高圧となる。

そして、ロータ５０の両端面まで貫通したベーン溝５９が、ロータ５０の回転により、各サイドブロック２０，３０のサライ溝２１，３１，２２，３２にそれぞれ通じたときに、その通じたサライ溝２１，３１，２２，３２からベーン溝５９に冷凍機油Ｒが供給されて、供給された冷凍機油Ｒの圧力がベーン５８を突出させる背圧となる。

次に、本実施形態のコンプレッサ１００における２つの吐出部４５，４６について、詳しく説明する。

まず、ロータ５０の回転方向Ｗに沿って、近接部４８の直前の上流側に形成された吐出部４５は、ロータ５０の１回転ごとに、吸入、圧縮および吐出という圧縮サイクルを１サイクルしか行わない、単一の吐出部しか備えない構成の気体圧縮機における本来の単一の吐出部に対応するものであり、主たる吐出部ということができる。

そこで、以下の説明においては、主たる吐出部４５と副次的な吐出部４６との区別を明確にするために、必要に応じて、吐出部４５を主吐出部４５と称し、主吐出部４５に対して回転方向Ｗの上流側に形成された吐出部４６を副吐出部４６と称する場合がある。

この主吐出部４５は、前述したように吐出弁４５ｃの作用により、主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んだ圧縮室４３（この圧縮室４３を他の圧縮室４３と区別する必要があるときは、圧縮室４３Ａという。）の内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出チャンバ４５ａ内の圧力（吐出圧力）以上の高圧になると、その圧縮室４３内の冷媒ガスＧが吐出孔４５ｂを通って吐出チャンバ４５ａに吐出されるように構成されている。

この圧縮室４３Ａに対してロータ５０の回転方向Ｗに沿って上流側において圧縮室４３Ａに隣接する圧縮室４３（この圧縮室４３を他の圧縮室４３と区別する必要があるときは、圧縮室４３Ｂという。）は、圧縮室４３Ａが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨んでいるとき、圧縮室４３Ａの容積よりも大きいが、圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む位置まで回転する以前に、その圧縮室４３Ｂの内部で圧縮された冷媒ガスＧの圧力が、上述した吐出圧力に達する場合も起こりうる。

このような場合、仮に吐出部が１つ（主吐出部４５のみ）しか形成されていない気体圧縮機では、ロータ５０のさらなる回転により圧縮室４３Ｂの容積がさらに小さくなるため、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力を超えるが、圧縮室４３Ｂが主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む位置まで回転する以前は、吐出圧力を超えた冷媒ガスＧが吐出されないため、この圧縮室４３Ｂを仕切っている２つのベーン５８，５８のうち回転方向Ｗの上流側のベーン５８の冷凍機油Ｒによるベーン溝５９からの背圧とベーン５８に作用する遠心力との合力によるシリンダ４０へのベーン５８の押付荷重よりも、圧縮室４３Ａ，４３Ｂの内部圧力による、ベーン５８を先端側のシリンダ４０から押し戻す荷重が上回ると、そのベーン５８の突出側先端部がシリンダ４０の内周面４１から瞬間的に離れるチャタリングを生じることになる。

しかし、本実施形態のコンプレッサ１００は、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で吐出圧力に達したとき、その圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧを圧縮室４３Ｂの外部に吐出させる副吐出部４６が、主吐出部４５の、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側に設けられているため、圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧの圧力が主吐出部４５の吐出孔４５ｂに臨む以前の段階で吐出圧力に達した場合であっても、その圧縮室４３Ｂの内部の冷媒ガスＧは、副吐出部４６の吐出孔４６ｂを通じて吐出チャンバ４６ａに吐出され、圧縮室４３Ｂ内の冷媒ガスＧの圧力が吐出圧力を超える過圧縮を適切に防止することができる。

したがって、圧縮室４３Ｂを仕切っているベーン５８がチャタリングを発生することもない。

さらに本実施形態のコンプレッサ１００は、ロータ５０の回転方向Ｗへの回転により、図３に示すように、圧縮室４３（例えば、圧縮室４３Ｂとする。）の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の当該圧縮室４３Ｂに向いた面５８ｂ（以下、単に後面５８ｂという。）の延長線Ｌ１が、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体を通過した段階（図３（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体を通過した段階（図３（ｂ）の状態）までの期間中は常に、図４に示すように、当該圧縮室４３Ｂの回転方向Ｗの下流側のベーン５８（図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）の各図において、実線で描かれた２つのベーン５８，５８のうち図示右側のベーン５８）の後面５８ｂと回転方向Ｗの上流側のベーン５８（図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）の各図において、実線で描かれた２つのベーン５８，５８のうち図示左側のベーン５８）の圧縮室４３Ｂに向いた面５８ａ（以下、単に前面５８ａという。）との間の範囲で、圧縮室４３Ｂに開口した副吐出部４６の吐出孔４６ｂの一部または全部の開口面積Ｓ２と主吐出部４５の吐出孔４５ｂの一部または全部の開口面積Ｓ１との合計Ｓ（＝Ｓ１＋Ｓ２）が、これら両吐出部４５，４６の吐出孔４５ｂ，４６ｂのうち小さい方の全体の開口面積以上の広さとなるような位置に、副吐出部４６の吐出孔４６ｂが形成されている。

なお、図３，４は、シリンダ４０の内周面４１を平面状に記載し、また、各ベーン５８が内周面４１に対して、ともに直交し、互いに平行となる姿勢、位置関係に記載しているが、このような模式的な記載は、各吐出部４５，４６の吐出孔４５ｂ，４６ｂと圧縮室４３との位置関係を分かりやすく説明する便宜によるものであり、シリンダ４０の内周面４１の輪郭形状が曲線であり、各ベーン５８が内周面４１に対して角度９０［度］以外の傾斜した角度で接している実施形態１についての説明が、模式的に記載した図３，４によって不整合等が生じるものではない。

ここで、吐出孔４５ｂ，４６ｂの開口面積とは、シリンダ４０の内周面４１に沿った面上での面積であってもよいし、その吐出孔４５ｂ，４６ｂをベーン５８が通過するときの、ベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１または前面５８ａの延長線Ｌ２に直交する面へ投影面積であってもよい。

なお、本実施形態のコンプレッサ１００における主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体の開口面積ＳＡ１と副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体の開口面積ＳＡ２とは等しく設定されているため、本実施形態のコンプレッサ１００においては、ＳＡ１≦ＳまたはＳＡ２≦Ｓとなるように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂが形成されている。

本実施形態のコンプレッサ１００は、このように副吐出部４６の吐出孔４６ｂが、圧縮室４３に開口した副吐出部４６の吐出孔４６ｂの一部または全部の開口面積Ｓ２と主吐出部４５の吐出孔４５ｂの一部または全部の開口面積Ｓ１との合計Ｓ（＝Ｓ１＋Ｓ２）が、これら両吐出部４５，４６の吐出孔４５ｂ，４６ｂの一方の全体の開口面積ＳＡ１以上または開口面積ＳＡ２以上の広さとなる（ＳＡ１≦ＳまたはＳＡ２≦Ｓ）ような位置に形成されているため、上述した期間中（圧縮室４３の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１が、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体を通過した段階（図３（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体を通過する段階（図３（ｂ）の状態）までの期間中）に、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧが、吐出圧力を超える過圧縮になりそうになっても、その圧縮室４３から、副吐出部４６の吐出孔４６ｂおよび主吐出部４５の吐出孔４５ｂのうち少なくとも一方から、十分な広さＳの開口、すなわち主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体の開口面積ＳＡ１以上または副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体の開口面積ＳＡ２以上の開口面積Ｓの開口（吐出孔４５ｂ，４６ｂ）を通って、圧縮室４３から冷媒ガスＧを主吐出部４５の吐出チャンバ４５ａ乃至副吐出部４６の吐出チャンバ４６ａに円滑に、かつ途切れることなく吐出させることができる。

なお、本実施形態１のコンプレッサ１００によれば、ロータ５０の１回転の期間に、冷媒ガスＧの吸入、圧縮および吐出を１サイクルのみ行うため、ロータ５０の１回転の期間に、冷媒ガスＧの吸入、圧縮および吐出を２サイクル行うものに比べて、冷媒ガスＧを緩やかに圧縮することが可能となり、必要な動力を削減するとともに、回転方向に相前後して隣接する圧縮室４３，４３の間の差圧を少なくし、ベーン５８とサイクロンブロック２０，３０間の微小隙間から冷媒ガスＧが回転方向上流側に隣接した圧縮室４３に漏れて効率が低下するのを抑制することができる。

しかも、シリンダ４０の内周面４１の近接部４８は、遠隔部４９からロータ５０の回転方向Ｗに沿って下流側に角度２７０［度］以上離れた位置に形成されているため、近接部４８が遠隔部４９から角度１８０［度］程度離れた位置に形成された輪郭形状の内周面４１を有する気体圧縮機よりも一層緩やかに冷媒ガスＧを圧縮することが可能となり、効率低下の程度を一層少なくすることができる。

本実施形態のコンプレッサ１００は、主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体の開口面積ＳＡ１と副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体の開口面積ＳＡ２とは等しく設定されているものであるが、本発明に係る気体圧縮機は、２つの吐出部（吐出孔）の開口面積が同じであるものに限定されるものではなく、いずれか一方の吐出部（吐出孔）が他方の吐出部（吐出孔）よりも大きい開口面積で形成されているものであってもよく、この場合、圧縮室に開口する吐出部（吐出孔）の開口面積の合計Ｓが、全体の開口面積ＳＡ１またはＳＡ２が小さい方の吐出部（吐出孔）の当該開口面積ＳＡ１またはＳＡ２よりも大きくなるように、２つ目の吐出部（副吐出部（吐出孔））の設置位置が設定されていればよい。

なお、副吐出部（吐出孔）のデッドボリュームに溜まった冷媒ガスＧによる、回転方向Ｗの上流側の圧縮室への影響を抑制する観点から、副吐出部（吐出孔）の開口面積を主吐出部（吐出孔）の開口面積よりも小さく設定することが好ましい。

（変形例１）
また、本実施形態のコンプレッサ１００は、主吐出部４５に対して、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側に、副吐出部４６を１つだけ設けたものであるが、本発明に係る気体圧縮機はこの形態に限定されるものではなく、副吐出部４６に対して、ロータ５０の回転方向Ｗの上流側にさらに別の副吐出部を設けた構成を採用することもできる。

この場合、図５に示すように、ロータ５０の回転方向Ｗへの回転により、圧縮室４３（例えば、圧縮室４３Ｃとする。）の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の当該圧縮室４３Ｃに向いた面５８ｂ（以下、単に後面５８ｂという。）の延長線Ｌ１が、さらに設けられた副吐出部４７（以下、第２の副吐出部４７という。）の吐出孔４７ｂ（全体の開口面積をＳＡ３とする。）の全体を通過した段階（図５（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が副吐出部４６（以下、第１の副吐出部４６という。）の吐出孔４６ｂの全体を通過した段階（図５（ｂ）の状態）までの期間中は常に、図６に示すように、当該圧縮室４３Ｃの回転方向Ｗの下流側のベーン５８（図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）の各図において、実線で描かれた２つのベーン５８，５８のうち図示右側のベーン５８）の後面５８ｂと回転方向Ｗの上流側のベーン５８（図５（ａ），（ｂ）、図６（ａ），（ｂ）の各図において、実線で描かれた２つのベーン５８，５８のうち図示左側のベーン５８）の圧縮室４３Ｃに向いた面５８ａ（以下、単に前面５８ａという。）との間の範囲で、圧縮室４３Ｃに開口した第２の副吐出部４７の吐出孔４７ｂの一部または全部の開口面積Ｓ３と第１の副吐出部４６の吐出孔４６ｂの一部または全部の開口面積Ｓ２との合計Ｓ′（＝Ｓ２＋Ｓ３）が、これら両副吐出部４６，４７の吐出孔４６ｂ，４７ｂのうち小さい方の全体の開口面積（ＳＡ２またはＳＡ３）以上の広さとなるような位置に、第２の副吐出部４７の吐出孔４７ｂが形成されていればよい。

そして、このように構成されたコンプレッサ１００によれば、圧縮室４３の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１が、第２の副吐出部４７の吐出孔４７ｂの全体を通過した段階（図５（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が第１の副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体を通過する段階（図５（ｂ）の状態）までの期間中）に、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧが、吐出圧力を超える過圧縮になりそうになっても、その圧縮室４３から、第２の副吐出部４７の吐出孔４７ｂおよび第１の副吐出部４６の吐出孔４６ｂのうち少なくとも一方から、十分な広さＳ′の開口、すなわち第１の副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体の開口面積ＳＡ２以上または第２の副吐出部４７の吐出孔４７ｂの全体の開口面積ＳＡ３以上の開口面積Ｓ′の開口（吐出孔４６ｂ，４７ｂ）を通って、圧縮室４３から冷媒ガスＧを第１の副吐出部４６の吐出チャンバ４６ａ乃至第２の副吐出部４７の吐出チャンバ４７ａに円滑に、かつ途切れることなく吐出させることができる。

（変形例２）
なお、上記実施形態のコンプレッサ１００において、上述した期間中（圧縮室４３の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１が、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体を通過した段階（図３（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体を通過する段階（図３（ｂ）の状態）までの期間中）のうち特定の期間中においては、図７に示すように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全部（開口面積ＳＡ２）と主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全部（開口面積ＳＡ１）とが同時に、１つの圧縮室４３に開口する（Ｓ＝ＳＡ１＋ＳＡ２）ように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの設置位置を設定してもよい。

このように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全部と主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全部とが同時に、１つの圧縮室４３に開口するように、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの設置位置を設定されたコンプレッサ１００によれば、圧縮室４３に、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全部と主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全部とが同時に開口した期間中に、より広い面積Ｓの開口を通じて、圧縮室４３から冷媒ガスＧを一層円滑に吐出させることができる。

なお、上述した実施形態１および変形例１，２のコンプレッサ１００における主吐出部４５、副吐出部４６，４７の各吐出孔４５ｂ，４６ｂ，４７ｂは、いずれもシリンダ４０の内周面４１における開口の形状が円形であるものとして説明したが、本発明に係る各吐出部（吐出孔）の開口の形状は、この形態のものに限定されるものではなく、矩形状を始めとして如何なる形状をも採用することができる。ただし、加工の容易性の観点からは、吐出部（吐出孔）の形状は円形であることが好ましい。

（実施形態２）
図１，２は本発明に係る第２の気体圧縮機の一実施形態である電動ベーンロータリコンプレッサ１００′（以下、単にコンプレッサ１００′という。）をも表すものであり、この実施形態２のコンプレッサ１００′の前提となる構成は、実施形態１のコンプレッサ１００と同じである。

すなわち、実施形態２のコンプレッサ１００′は、副吐出部４６の設置位置の差異を除いて、実施形態１のコンプレッサ１００と同じ構成である。

したがって、実施形態２のコンプレッサ１００′についての説明は、実施形態１のコンプレッサ１００の説明との重複をさけるため、上述した差異以外の構成およびその構成による作用・効果についての説明は省略し、差異に関わる構成、および差異に関わる構成による作用・効果についてのみ行うものとする。

本実施形態２のコンプレッサ１００′は、ロータ５０の回転方向Ｗへの回転により、図８に示すように、圧縮室４３の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１が主吐出部４５の吐出孔４５ｂの、内周面４１上での中心４５ｍを通過したとき、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの、内周面４１上での中心４６ｍが、圧縮室４３における回転方向Ｗの上流側のベーン５８の前面５８ａの延長線Ｌ２よりも回転方向Ｗの下流側に配置されるような位置に、副吐出部４６の吐出孔４６ｂが形成されている。

なお、本実施形態２のコンプレッサ１００′における各吐出部４５，４６の各吐出孔４５ｂ，４６ｂの内周面４１上における形状は円形であるが、本発明に係る第２の気体圧縮機においては、吐出部（吐出孔）の開口の形状は円形に限定されるものではなく、矩形や三角形を始めとして、如何なる形状のものをも採用することができる。

この場合、ベーンの前面や後面の延長線との位置関係の比較対象となる吐出部（吐出孔）の「中心」としては、その吐出部（吐出孔）の、シリンダの内周面上における開口形状（矩形や三角形を始めとした種々の形状）の「重心」が適用される。

以上のように構成された実施形態２のコンプレッサ１００′によれば、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの開口面積の略１／２となる開口の中心および主吐出部４５の吐出孔４５ｂの開口面積の略１／２となる開口の中心が、いずれも、１つの圧縮室４３を仕切る２つのベーン５８，５８の内側の面の間（上流側のベーン５８の前面５８ａと下流側のベーン５８の後面５８ｂとの間）の範囲に含まれるような位置関係で副吐出部４６の吐出孔４６ｂが設置されているため、圧縮室４３の回転方向Ｗの下流側のベーン５８の後面５８ｂの延長線Ｌ１が、副吐出部４６の吐出孔４６ｂの全体を通過した段階（図３（ａ）の状態）からその延長線Ｌ１が主吐出部４５の吐出孔４５ｂの全体を通過する段階（図３（ｂ）の状態）までの期間中）に、その圧縮室４３の内部の冷媒ガスＧが吐出圧力を超える過圧縮になりそうになっても、その圧縮室４３から、副吐出部４６の吐出孔４６ｂおよび主吐出部４５の吐出孔４５ｂのうち少なくとも一方から、十分な広さの開口を通って、圧縮室４３から冷媒ガスＧを主吐出部４５の吐出チャンバ４５ａ乃至副吐出部４６の吐出チャンバ４６ａに円滑に、かつ途切れることなく吐出させることができる。

上述した実施形態１，２および変形例１，２の各コンプレッサ１００，１００′においては、ベーン５８を５枚有するものとして説明したが、本発明に係る各気体圧縮機はこの形態に限定されるものではなく、ベーンの数は２枚、３枚、４枚、６枚等適宜選択可能であり、そのように選択された枚数のベーンを適用した気体圧縮機によっても、上述した実施形態とコンプレッサ１００，１００′と同様の作用・効果を得ることができる。

２０ フロントサイドブロック
３０ リヤサイドブロック
４０ シリンダ
４２ シリンダ室
４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ 圧縮室
４５ 主吐出部（吐出部）
４６，４７ 副吐出部（吐出部）
４８ 近接部
４９ 遠隔部
５０ ロータ
５１ 回転軸
５８ ベーン
５８ａ 前面
５８ｂ 後面
６０ 圧縮機本体
７０ サイクロンブロック
１００，１００′ 電動ベーンロータリコンプレッサ（気体圧縮機）
Ｇ 冷媒ガス（気体）
Ｌ１，Ｌ２ 延長線
Ｒ 冷凍機油
Ｓ 広さ，面積
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，ＳＡ１，ＳＡ２，ＳＡ３ 開口面積
Ｗ 回転方向

Claims (3)

1. ハウジングの内部に圧縮機本体を収容した気体圧縮機において、
   前記圧縮機本体は、回転軸と一体的に回転する略円柱状のロータと、前記ロータを、前記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し、所定の吐出部が設けられたシリンダと、前記ロータの外周面から前記シリンダの内周面に向けて突出自在に設けられた複数の板状のベーンと、前記ロータおよび前記シリンダの両端を塞ぐ２つのサイドブロックとを備え、
   前記ベーンは、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、圧縮および前記吐出部からの吐出を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、前記ロータの外周面と前記シリンダの内周面とが最も遠い遠隔部が前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面とが最も近接する近接部の前記ロータの回転中心を挟んで対向する位置よりも前記回転方向の上流側に偏った非対称に設定され、
   前記吐出部の、前記ロータの回転方向上流側に、前記圧縮室の内部の気体の圧力が吐出圧力に達したとき、前記圧縮室の内部の気体を吐出させる副吐出部が１つ以上形成され、
   前記ロータの回転により、前記圧縮室における前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記副吐出部の全体を通過した段階から前記延長線が前記吐出部の全体を通過する段階までの期間は常に、前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面と前記回転方向上流側のベーンの前記圧縮室に向いた面との間の範囲で開口した前記副吐出部の一部または全部の開口面積と前記吐出部の一部または全部の開口面積との合計が、前記吐出部と前記副吐出部とのうち小さい方の全体の開口面積以上の広さとなるように、前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記吐出部に重なっているか又は前記吐出部の下流側の縁部に接しているとき、前記回転方向上流側のベーンの前記圧縮室に向いた面の延長線が前記副吐出部に重なっているか又は前記副吐出部の上流側の縁部に接する位置に、前記副吐出部が形成されていることを特徴とする気体圧縮機。
2. 前記期間のうち特定の期間においては、１つの圧縮室における前記回転方向下流側のベーンの前記圧縮室に向いた面と前記回転方向上流側のベーンの前記圧縮室に向いた面との間の範囲で、前記副吐出部の全部と前記吐出部の全部とが同時に開口するような位置に、前記副吐出部が形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. 前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面とが最も近接する近接部が、前記シリンダの内周面と前記ロータの外周面とが最も離れた遠隔部から、前記ロータの回転方向下流側に向けて角度２７０［度］以上の位置に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の気体圧縮機。