ベーンロータリ圧縮機
【課題】 従来のベーンロータリ圧縮機では、シリンダ内の作動室から吐出孔を介してシリンダ外へ圧縮された高圧冷媒を吐出するときすべての高圧冷媒を吐出する前に吐出弁が吐出孔を閉鎖するので、吐出孔内に高圧冷媒が残留し、次の吐出動作を行う作動室が連通したとき吐出孔内に残る高圧冷媒が作動室に逆流し再膨張・再圧縮され効率低下を招くという課題があった。
【解決手段】 この発明は、圧縮要素内の作動室と吐出孔とを連通する吐出流路上に作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたものである。
【解決手段】 この発明は、圧縮要素内の作動室と吐出孔とを連通する吐出流路上に作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベーンロータリ圧縮機の吐出構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止対策のため、地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、以下ＧＷＰという）の低い冷媒の使用が検討されている。しかしながら、低ＧＷＰ冷媒は従来の冷媒より動作圧力が低い冷媒が多く、冷凍サイクル内の冷媒循環量が多く必要となる。冷凍サイクルの循環量を制御する圧縮機としては大きな押しのけ量が必要となり、圧縮要素部分の大型化が必須であった。これに対して、低ＧＷＰ冷媒の使用が進んでいるカーエアコンなどでは動作圧力が低い冷媒を使用し省スペースを実現できるベーンロータリ圧縮機が使用されている。
【０００３】
従来のベーンロータリ圧縮機は、内部空間を有するシリンダと、シリンダの内部空間内で回転運動する円柱形のロータと、ロータと一体化されロータに回転力を伝達するシャフトと、ロータに設けられ、その先端がシリンダ内面に当接しながらロータの回転とともにシリンダ内を摺動するベーンとで、構成され、シリンダ、ロータ、ベーンで形成される作動室に低圧空間から吸入孔を介して冷媒を吸入し、ロータの回転とともに作動室内で冷媒を圧縮し、作動室から高圧空間に吐出孔を介して吐出するものである。
【０００４】
高圧空間側に開口している吐出孔の開口部には、板状のバルブにて構成された吐出弁が設けられている。吐出弁は、作動室内の圧力が高圧空間の圧力以上となると、作動室内と高圧空間との差圧によって板状のバルブが吐出孔を開き作動室内と高圧空間とを連通して圧縮した冷媒を高圧空間へ吐出させ、作動室内の圧力が高圧空間の圧力以下となると、作動室内と高圧空間との差圧によって板状のバルブが吐出孔を閉鎖し高圧空間と作動室内とを仕切って圧縮された冷媒の作動室への逆流を防いでいる（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、吐出弁は高圧空間から作動室へ冷媒が逆流することを防ぐ一方、作動室から吐出孔を介して冷媒をすべて吐出する前に、吐出孔を閉鎖するので、作動室内の高圧冷媒が吐出され空になっても吐出孔内に高圧冷媒が残留する。そのため、吐出孔内から作動室へ逆流する冷媒があり損失となる場合がある。その対策として、吐出孔の高圧空間側開口部に高圧空間と吐出孔とを開閉する第一の吐出弁と、吐出孔内に吐出孔と作動室とを開閉する第二の吐出弁を備えたものもある。第一の吐出弁は従来同様の板状のバルブにて構成され板状のバルブが吐出孔を開閉する。一方、第二の吐出弁は球体にて構成され作動室側に開口した吐出孔の開口部にその球体が係止されることで吐出孔を閉鎖し、その球体が開口部から離れることによって吐出孔は開かれる。これによって、吐出孔内から作動室へ冷媒が逆流することを抑制できる。（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１２５１９０号公報（第２頁、第７図）
【特許文献２】特開２００３−１２０５６３号公報（第２頁、第７図）
【特許文献３】特開２００４−１５６５７１号公報（第５−８頁、第２−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のベーンロータリ圧縮機では、作動室から吐出孔を介して冷媒を吐出するときすべての冷媒を吐出する前に吐出弁が吐出孔を閉鎖するので、作動室内の高圧冷媒が吐出され空になっても吐出孔内に高圧冷媒が残留する。すなわち、吐出孔の容積分が高圧空間へ吐出しきれない高圧冷媒を残すデッドボリュームとなる。そのため、吐出動作終了後、このデッドボリュームである吐出孔と次の吐出動作を行う作動室が連通すると、次の作動室はまだ圧縮段階で作動室内部の冷媒は圧力が高まっていないため、吐出孔内に残る高圧冷媒が連通した作動室に逆流し、再膨張・再圧縮されることになる。すなわち、デッドボリュームに残った高圧冷媒により、再膨張損失を発生し、入力増加による効率低下を招くという課題があった。
また、デッドボリュームの容積を小さくするために、吐出孔のシリンダ外面から内面まで連通する長さを短くしようとしても、作動室では高圧ガスを生成するので、シリンダは強度維持のために一定の肉厚が必要であり、吐出孔のシリンダ外面から内面まで連通する長さを短くはできない。また、吐出孔の径を小さくしてデッドボリュームを小さくすると、吐出孔を通過する高圧冷媒の流路抵抗を増加させ効率低下となり、吐出孔の径を小さくすることはできない。よって、吐出孔の内容積を小さくすることに課題があった。
【０００８】
また、特許文献３のようにデッドボリュームの対策のため、第二の吐出弁を設けた場合、第二の吐出弁は弁を開くにあたって球体の質量分だけ余分な力が必要である。すなわち、高圧空間の圧力あるいは吐出孔内の圧力と球体の質量によって球体が吐出孔側から作動室側の開口部の係止部に押さえつけられているので、作動室の圧力が球体を押し戻す圧力となったときに吐出孔が連通する。ゆえに、吐出弁の開口に球体の質量分だけ余分な力が必要であるという課題があった。また、球体の質量を小さくすると、球体の体積も小さくなり、球体を係止しているシリンダ内周面の開口部も小さくなるため、吐出孔を通過する冷媒に対して流路抵抗が増加し、圧力損失となるという課題があった。そのため、作動室と高圧空間との差圧と、球体の質量と、吐出孔の開口部の開口面積をもとに開閉条件を設計する必要があり、設計が複雑であるという課題があった。
また、球体を開口部に係止するため開口部より大きな直径の球体が設けられており、作動室から高圧空間へ吐出する際には、吐出孔流路内で球体が流路の障害となる。すなわち球体が吐出孔を流れる冷媒に干渉し吐出孔の流路抵抗となり、大きな圧力損失が発生するという課題もあった。
また、吐出孔内に設けられた球体は、吐出弁の開口とともに吐出孔内を自由に動き回るが、可動範囲が大きいため、再び閉鎖される場合、閉鎖までの動作遅れが生じ、冷媒の吐出、逆流防止の動作が十分にできないという課題があった。第二の吐出弁の動作を補うために、吐出孔のシリンダ外周面側の開口部に第一の吐出弁を設ける必要があり、吐出弁を２重に備えなければならないという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、圧縮要素内の作動室から圧縮要素外の高圧空間へ圧縮された高圧冷媒を吐出するとき、作動室から高圧空間に至る流路上に残留した高圧冷媒が冷媒を圧縮中の作動室へ逆流し再膨張・再圧縮されることを防止した高効率な圧縮機を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、低圧空間から冷媒を吸入し、圧縮し、高圧空間へ吐出する圧縮要素を有したベーンロータリ圧縮機において、圧縮要素は、ほぼ円筒形状の内周面にて形成された内部空間を有するシリンダと、内部空間に収納され内部空間内で回転運動を行うほぼ円筒形状の外周面を有するローラと、ローラを有しローラに回転力を伝達するシャフトと、シャフトを支持しシリンダの内部空間の両端の開口部を閉塞する２つの軸受と、ローラに設けられローラの外周面からシリンダの内周面に向かって突き出されローラの外周面とシリンダの内周面と軸受けにて形成される空間を複数の作動室に仕切る板状のベーンと、シリンダに設けられ低圧空間から作動室へ冷媒を吸入する吸入孔と、シリンダに設けられ作動室から高圧空間へ冷媒を吐出する吐出孔と、吐出孔が開口されるとともにローラの外周面とシリンダの内周面と軸受けにて形成され作動室と連通する吐出流路と、シリンダに設けられ吐出流路を形成するシリンダの内周面に開口部を有する吐出弁溝と、吐出弁溝と高圧空間とを連通し高圧空間から高圧冷媒を導く吐出弁背圧流路と、吐出弁溝に往復摺動自在に収納され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁と、を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のベーンロータリ型圧縮機は、圧縮要素内の作動室と吐出孔とを連通する吐出流路上に作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたので、圧縮要素内の作動室から圧縮要素外の高圧空間へ圧縮された高圧冷媒を吐出するとき、作動室から高圧空間に至る流路上に残留した高圧冷媒が冷媒を圧縮中の作動室へ逆流し再膨張・再圧縮されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁の斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷媒回路図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮工程図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第一の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第二の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁の斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第一の説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第二の説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝の角度を変えた形態の圧縮要素部の横断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝を変えた形態の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁を変えた形態の説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝を変えた形態の説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の組立図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮工程図である。
【図２１】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明におけるベーンロータリ圧縮機全体の縦断面図、図２は図１に示すベーンロータリ圧縮機のＤ−Ｄ線での圧縮要素部の横断面図を示す。また、図３は図２に示す圧縮要素部の吐出弁周辺を拡大した部分拡大図である。また、図４は図３に示す吐出弁の斜視図である。
【００１４】
図１にて、密閉型のベーンロータリ圧縮機の全体構成を説明する。
図１のベーンロータリ圧縮機１００は、上部容器１ａと下部容器１ｂとで構成される密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮要素１０と、圧縮要素１０を駆動する電動要素４０とが収納されている。圧縮要素１０と電動要素４０とは回転軸すなわちシャフト２で連結され、圧縮要素１０は密閉容器１の下部に、電動要素４０は密閉容器１の上部に配置されることで構成されている。
このような構成にて、電動要素４０によって駆動された圧縮要素１０が密閉容器１外から直接冷媒を吸入し、圧縮後、密閉容器１を介して密閉容器１外へ吐出する。
なお、図１は、密閉容器１内が高圧雰囲気となる例を示しているが、密閉容器１内が低圧雰囲気である構成でも構わない。すなわち、密閉容器１外から密閉容器１を介して圧縮要素１０に吸入され、圧縮後、圧縮要素１０から直接密閉容器１外へ排出されるものであっても構わない。また、エンジン駆動など、他の構成に適用しても構わないが、ここでは、家庭用・産業用に多く使われている密閉容器型にて説明していく。
また、図１は、圧縮要素１０が密閉容器１の下部に、電動要素４０が密閉容器１の上部に配置されたものを示したが、圧縮要素１０と電動要素４０とが左右に配置されたものや、圧縮要素１０が密閉容器１の上部に、電動要素４０が密閉容器１の下部に配置されたものであっても構わない。
【００１５】
密閉容器１の底部には、冷凍機油３が貯留されており、圧縮要素１０の下部に設けられた給油機構によって、圧縮要素１０の各摺動部へ給油される。これにより、圧縮要素１０の機械的潤滑作用を確保している。
【００１６】
密閉容器１の外部には、気液分離のためのアキュムレータ１０１が備えられている。アキュムレータ１０１は吸入管４によって密閉容器１内の圧縮要素１０に接続され、アキュムレータ１０１から圧縮要素１０に冷媒が吸入される。また、密閉容器１の上部には吐出管５が設けられており、圧縮要素１０にて圧縮された冷媒は吐出管５を介して密閉容器１外に吐出される。なお、密閉容器１外に吐出された冷媒は密閉容器１外に設けられた冷媒回路を循環して再びアキュムレータ１０１を介して圧縮要素１０に戻る。
【００１７】
図５は、圧縮機１００を搭載した空調機の冷媒回路の例である。図５の冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機１００およびアキュムレータ１０１と、冷媒を凝縮する凝縮器２０１と、冷媒を減圧する減圧器２０２と、冷媒を蒸発させる蒸発器２０３とを配管にて環状に接続して構成されている。圧縮機１００にて圧縮された高圧冷媒は、凝縮器２０１に送られる。凝縮器２０１に送られた冷媒は、凝縮器２０１にて空気と熱交換を行い、凝縮され、減圧器２０２に送られる。次に、減圧器２０２に送られた冷媒は減圧され、低圧冷媒となり、蒸発器２０３に送られる。さらに、蒸発器２０３に送られた冷媒は、蒸発器２０３にて空気と熱交換を行い、蒸発され、アキュムレータ１０１を介して再び圧縮機１００に戻る。なお、このとき、凝縮器２０１では熱交換として空気に放熱を行い、蒸発器２０３では空気から吸熱を行う。凝縮器２０１が室内側に設けられ、蒸発器２０３が室外側に設けられると、室内は暖房され、凝縮器２０１が室外側に設けられ、蒸発器２０３が室内側に設けられると、室内は冷房される。これらの動作は、図示しない四方弁などによって、循環方向を変えることもできるため、暖房・冷房を切り替えた動作も可能である。
【００１８】
次に、電動要素４０について説明する。電動要素４０は、密閉容器１の内周に固定された固定子４１と、固定子４１の内側に配設された回転子４２とによって構成された、例えば、ブラシレスＤＣモータである。
【００１９】
固定子４１は、固定子鉄心４３、絶縁部材４４、コイル４５から構成されている。コイル４５にはリード線４６が接続されており、リード線４６は密閉容器１に設けられたガラス端子４７に接続される。ガラス端子４７にはリード線４６を介してコイル４５に通電させる外部電源が接続される。コイル４５は、固定子鉄心４３に複数設けられたティースに絶縁部材４４を介して回転軸方向すなわち上下方向に巻き付けられた巻き線の集合体である。コイル４５の巻き線部分はティースとティースとの間に形成されるスロットにほぼ隙間無く収納されている。このような構成によって、外部電源がコイル４５に通電すると、コイル４５が磁束を発生し、固定子鉄心４３上に複数の磁極を生成する。
なお、固定子鉄心４３は、薄板電磁鋼板を打抜いた鉄心シートを積層することで形成され、密閉容器１に焼嵌めによって固定されている。
また、密閉容器１内は冷媒が循環する流路であり、電動要素部もこの冷媒流の中に晒され、外部電源は商用電源あるいは商用電源以上の高電圧を発生させコイル４５に印加する。したがって、コイル４５は、絶縁被膜を施した銅線やアルミ線などが用いられ、絶縁部材は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などによって形成されている。
【００２０】
回転子４２は、固定子４１と同様に薄板電磁鋼板を打抜いた鉄心シートを積層し構成された回転子鉄心４８と、回転子鉄心４８の外周側表面付近に磁石挿入孔が設けられている。その磁石挿入孔にはフェライト磁石や希土類磁石などの永久磁石が挿入され、回転子４２上の磁極を形成する。
なお、永久磁石はフェライト磁石や希土類磁石などを単一使用しても、フェライト磁石と希土類磁石を、２種類以上、混在使用しても構わない。また、磁石挿入孔は回転子鉄心４８の外周側表面付近と説明したが、永久磁石の磁力調整のため回転子鉄心４８の外周側表面から所定の距離を設けた回転子鉄心４８の内周側に設けても構わない。また、回転子鉄心４８に磁石挿入孔を設けず回転子鉄心４８の外周表面に貼り付けても構わない。
回転子鉄心４８の両端面には、永久磁石の飛散を防止するため、磁石挿入孔を閉塞する端板あるいはバランスウエイトが固定されている。圧縮要素１０では吸入、圧縮、吐出など、それぞれの工程に必要な回転トルクの違いにより回転トルク変位が生じる。バランスウエイトは、回転トルク変位によって生じる回転子４２の回転運動のむらを修正するために取付けられるもので、必要な場合のみ取り付けられている。なお、図１は、取り付けられていない例である。
回転子鉄心４８の中心には、シャフト２の外径より小さい内径のシャフト穴が設けられている。シャフト２をそのシャフト穴に焼嵌めることにより、回転子鉄心４８がシャフト２に固定される。これによって、回転子４２はシャフト２と一体になって回転可能となり、電動要素４０の回転力はシャフト２を介して伝達される。
固定子４１と回転子４２との間には、エアギャップ４９と呼ばれる径方向の隙間が全周に渡ってほぼ均一に設けられている。固定子４１から回転子４２へ伝わる磁束はこのエアギャップ４９を介して伝達されるので、エアギャップ４９を広げると電動要素４０の効率が低下する。そのため、できるだけ狭く構成している。同時に、エアギャップ４９は圧縮要素１０から吐出された冷媒が吐出管５に向かって流れる流路にもなっているので、狭すぎると電動要素４０の下方の圧縮要素１０から吐出された高圧冷媒が密閉容器１の上方の吐出管５に流れ込みにくくなる。これを補うため、回転子４２には、回転子４２の軸方向に連通する複数の風穴が設けられている場合もある。
【００２１】
以上のような構成によって、電動要素４０は、回転子４２の永久磁石が作る磁束と固定子４１のコイル４５が作る磁束とが作用しあって、回転子４２を回転させ、回転力をシャフト２へ伝達する。
【００２２】
なお、電動要素４０は、ブラシレスＤＣモータを一例として説明したが、回転子４２に永久磁石を使わない、例えば、誘導電動機であっても構わない。誘導電動機の固定子の構成については、ブラシレスＤＣモータとほぼ同じであるが、回転子は永久磁石の代わりに二次コイルが設けられており、固定子側のコイルが二次コイルに磁束を誘導して回転する仕組みである。
一般的には、回転子側に電気的な作用を発生させずに、永久磁石にて磁束を発生させるブラシレスＤＣモータの方が家庭用として多く用いられている。なぜなら、回転子側の電気回路によって損失を発生させない分、高効率となるためである。
【００２３】
また、ブラシレスＤＣモータの場合、外部電源として、商用電源を直結して使用することはできず、回転子４２の永久磁石が作る磁束の方向すなわちＮ極・Ｓ極に合わせて、固定子４１側のコイル４５が作る磁束の方向すなわち電流が流れる方向を切り替える機能を有した外部電源が必要である。つまり、外部電源が通電する方向を切り替えることによって、固定子４１側の磁束の方向が切り替わり、回転子４２の永久磁石が反発あるいは吸引され、回転子４２は回転させられる。したがって、一般的に外部電源には、通電する方向を切り替える、すなわち、印加する電圧や流す電流の周波数及びその値を変えることができる周波数変換装置が用いられる。周波数変換装置は、一般的にトランジスタなどの半導体で構成された装置で、印加する電圧や流す電流の方向を切り替える速度及びそれを繰り返す速度を自由に変えられる他、通電する電流を増減するためにも印加する電圧を増減させ、ブラシレスＤＣモータの回転数すなわち回転速度と発生トルクを自由に制御することができる。これによって、きめ細かな速度調整を行い、より高効率な圧縮機運転を実現させている。
なお、可変周波数・可変電圧型の外部電源をブラシレスＤＣモータに適用するように説明してきたが、誘導電動機に対して用いても構わない。誘導電動機においても、可変周波数・可変電圧制御によって、きめ細かな速度調整を行い、より高効率な圧縮機運転を実現できる。
なお、誘導電動機に対しては、速度制御やトルク制御を必要としなければ、外部電源に一定周波数、一定電圧の電源を用いても構わない。
【００２４】
次に圧縮要素１０について説明する。圧縮要素１０は、ほぼ円筒形状の内周面を有するシリンダ１１と、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の軸方向の両端開口部を閉塞する上軸受１３および下軸受１４と、上軸受１３および下軸受１４によって支持されるシャフト２と、シャフト２に設けられローラ１５と、ローラ１５に設けられたベーン１６ａ、１６ｂによって構成されている。また、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面と上軸受１３および下軸受１４とによってほぼ円筒形状のシリンダ室１２が形成されるとともに、ローラ１５がシリンダ室１２に収納されている。さらに、シリンダ１１、上軸受１３、下軸受１４、ローラ１５、ベーン１６ａ、１６ｂによって、シリンダ室１２内に作動室を形成している。
【００２５】
図２にて圧縮要素１０の詳細を説明していく。シリンダ１１は、その内部にほぼ円筒形状の内周面１１ａを有している。そのシリンダ内周面１１ａの両端開口部のうち上部側は上軸受１３にて、下部側は下軸受１４がそれぞれ閉塞している。そして、シリンダ内周面１１ａと上軸受１３および下軸受１４とによってシリンダ１１の内部にシリンダ室１２を有している。
上軸受１３および下軸受１４は、断面がほぼＴ字状で、シリンダ１１に接する部分がほぼ円板状であり、シリンダ１１側の端面はほぼ平面状になっており、ボルトにてシリンダ１１に固定されている。
そして、上軸受１３は密閉容器１の内周面に溶接などによって固定され、圧縮要素１０全体が密閉容器１に固定、支持されている。なお、固定されるのは、下軸受１４であっても、シリンダ１１であっても構わない。
【００２６】
シャフト２には、図１のように軸方向の中央部に、ローラ１５がシャフト２の中心軸と同軸軸上に嵌合もしくは一体成形され設けられている。ローラ１５の両側にはシャフト２の回転軸部２ａ、２ｂが形成され、シャフト２の回転軸部２ａ、２ｂは上軸受１３および下軸受１４によって回転自在に支持されている。
【００２７】
シリンダ室１２には、シャフト２に設けられシリンダ室１２の容積より小さいほぼ円柱形のローラ１５が収納されている。ローラ１５の回転の中心（ア）であるシャフト２は、ほぼ円筒形状のシリンダ室１２の中心（イ）から偏心した位置に設けられ、ローラ１５のほぼ円筒形状の外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとが最近接点（ウ）を有している。そして、シャフト２によってローラ１５は回転摺動させられる。なお、最近接点（ウ）では、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとは接触せず、その互いの距離を保ち微小隙間を形成しているが、微小隙間は圧縮要素１０に供給される冷凍機油３によってシールされ塞がれている。なお、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａは、シリンダ室１２およびシリンダ室１２内に形成される作動室を構成する。
【００２８】
ローラ１５には、図２のようにローラ外周面１５ａに開口部を有するベーン溝１７ａ、１７ｂが設けられている。ベーン溝１７ａ、１７ｂには、ほぼ直方体形状（板形状）をしたベーン１６ａ、１６ｂがベーン溝１７ａ、１７ｂの開口部からシリンダ内周面１１ａに向かって突き出せるように摺動自在に設けられている。開口部から突き出されたベーン１６ａ、１６ｂの先端は、シリンダ内周面１１ａに当接され、シリンダ室１２を仕切るため、ベーン１６ａ、１６ｂの軸方向の長さもローラ１５あるいはシリンダ１１の軸方向の長さとほぼ同じ長さで構成されている。また、ベーン溝１７ａ、１７ｂも、そのベーン１６ａ、１６ｂを収納するため、ローラ１５の軸方向の全長に渡る溝として構成されている。
【００２９】
ベーン溝１７ａ、１７ｂの開口部と反対側には、ベーン１６ａ、１６ｂとベーン溝１７ａ、１７ｂとで形成されたベーン背圧空間１８ａ、１８ｂが設けられている。ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂは、上軸受１３あるいは下軸受１４の少なくとも一方に設けられたベーン背圧流路（図示しない）と連通している。ベーン背圧流路は、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂと密閉容器１の高圧空間と連通させるとともに、高圧空間の高圧冷媒をベーン背圧空間１８ａ、１８ｂに導く。ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂに導かれた高圧冷媒はベーン１６ａ、１６ｂをベーン溝１７ａ、１７ｂ内からベーン溝１７ａ、１７ｂ外すなわちローラ１５の外側へ押し出す。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂはベーン溝１７ａ、１７ｂから外れることはないが、ベーン１６ａ、１６ｂの先端がほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａに当接される。
【００３０】
ベーン１６ａ、１６ｂは、ほぼ直方体の板状であり、シリンダ内周面１１ａ側に位置するベーン先端部は外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の半径より小さな半径で構成されている。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂの先端はほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａと径方向では１点、軸方向では線上で接するように当接され、摩擦が抑制されている。
【００３１】
このような構成にて、ベーン１６ａ、１６ｂは、シリンダ内周面１１ａに当接し、シリンダ室１２内に形成される作動室を吸入側の作動室（吸入室）１２ａと吐出側の作動室（圧縮室）１２ｂとに仕切っている。そして、ベーン１６ａ、１６ｂは、ローラ１５の回転にともない、シリンダ内周面１１ａに当接されながらシリンダ室１２内をベーン１６ａ、１６ｂの先端がシリンダ内周面１１ａに沿って移動する。なお、ローラ１５の回転の中心（ア）がシリンダ１１の中心（イ）に対して偏心しているので、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離はシリンダ内周面１１ａの位置によって異なる。そのため、ベーン１６ａ、１６ｂがローラ１５から押し出される量すなわち長さはローラ１５の回転とともに変化させる必要がある。そこで、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂの冷媒圧力がベーン溝１７ａ、１７ｂから押し出すベーン１６ａ、１６ｂの長さをローラ１５の回転とともに制御している。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂはベーン溝１７ａ、１７ｂ内で往復摺動することになる。
【００３２】
なお、ベーン１６ａ、１６ｂはこのような構成のため、作動室１２ａ、１２ｂからベーン１６ａ、１６ｂにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適である。このような低圧冷媒種類の冷媒であれば、ベーン１６ａ、１６ｂ及びベーン溝１７ａ、１７ｂの強度上の問題もなく使用できる。
【００３３】
また、ベーン背圧流路には、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂ内の冷媒圧力を調整する背圧調整機構を設けベーン１６ａ、１６ｂがシリンダ内周面１１ａに当接される力を調整している場合もある。
【００３４】
なお、これ以降、ベーン１６ａ、１６ｂがシリンダ内周面１１ａと接触する位置は、ほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａとの最近接点（ウ）を０ｄｅｇとし、図２中ローラ１５の回転方向に合わせて時計回りに１周３６０ｄｅｇにて説明する。例えば、図２のベーン１６ａが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は０ｄｅｇ、ベーン１６ｂが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は１８０ｄｅｇである。
【００３５】
また、図２の状態は、ベーン１６aの先端が０ｄｅｇ近傍にあり、０ｄｅｇ近傍のローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離は最短であるため、ベーン１６aの先端がローラ外周面１５ａとほぼ同位置すなわちベーン１６ａ全体がベーン溝１７ａに収納された状態となる。同様に、１８０ｄｅｇ近傍にあるベーン１６ｂは、１８０ｄｅｇ近傍のローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離が最長であるため、ベーン１６ｂの先端がローラ外周面１５ａから最大に押し出された位置すなわちベーン１６ｂがベーン溝１７ｂから最大に押し出された状態である。
【００３６】
シリンダ１１には、吸入孔１９および吐出孔２０が、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点（ウ）を挟んで設けられている。吸入孔１９の一方は、吸入管４と連通し、他方はシリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に開口している。また、吐出孔２０も同様に、一方はシリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に、他方はシリンダ１１外面すなわち密閉容器１内に開口している。
なお、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部には、その開口部とつながったシリンダ内吸入空間１９ａが設けている。シリンダ内吸入空間１９ａは、シリンダ１１に設けられた径方向の溝状の空間であり、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部とシリンダ室１２とを連通させている。この構成によって、シリンダ内吸入空間１９ａは吸入孔１９からシリンダ室１２への流路を広げる役目を果たしている。
また、吐出孔２０から吐出された冷媒は、上軸受１３に設けられた穴あるいは密閉容器１と上軸受１３との間の隙間から上方に通過し、吐出管５に向かって流れる。
【００３７】
また、シリンダ１１には、吐出弁溝２１、吐出弁背圧流路２２が設けられており、図３にて、その詳細を説明していく。なお、図３は、図２のＡ部分を拡大したものである。
【００３８】
シリンダ１１には、シリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に開口部を有する吐出弁溝２１が設けられている。吐出弁溝２１は、吐出孔２０の近傍であって、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。すなわち、吐出弁溝２１は、吐出孔２０に対して最近接点（ウ）が配置されている側と反対側に配置されている。これにより、ベーン１６ａあるいは１６ｂの先端が最近接点（ウ）から吸入孔１９を経て、シリンダ内周面１１ａを摺動して進む進行方向に対して吐出孔２０の手前、冷媒が吐出孔２０へ向かう上流側に配置されることになる。なお、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路は、シリンダ内周面１１ａあるいは吐出弁溝２１の開口部とローラ外周面１５ａとの間に形成された、作動室１２ｂから吐出孔２０までの流路である。なお、吐出流路も上軸受１３と下軸受１４にて上下が閉塞されている。
【００３９】
吐出弁溝２１は、断面がほぼ円形状でシリンダ室１２の軸方向すなわちシャフト２の軸方向と同じ方向に貫通するほぼ円筒形状の溝である。なお、吐出弁溝２１の軸方向とシリンダ室１２の軸方向がほぼ平行となるように吐出弁溝２１は設けられている。吐出弁溝２１には、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３がシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って設けられている。また、吐出弁溝開口部２３には、吐出弁溝受部２４が設けられている。
吐出弁溝２１には、図４（ａ）に示すように軸方向の長さは吐出弁溝２１とほぼ同じであり軸方向と直角方向の断面積は吐出弁溝２１より若干小さい全体がほぼ円柱形状の吐出弁２５が回動及び往復運動自在に挿入されている。吐出弁２５は、吐出弁溝２１にその全体をすべて収納することができる大きさであるとともに、吐出弁溝２１は、吐出弁２５が吐出弁溝開口部２３側へ押し出されたとき、吐出弁溝受部２４が吐出弁２５の一部をシリンダ室１２に突き出した状態で係止する構造である。ただし、吐出弁溝開口部２３は吐出弁２５の直径より小さく構成されているので、吐出弁２５は吐出弁溝２１から外れることはない。また、吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を高くするため、吐出弁２５に対して吐出弁溝２１を若干大きくするだけで吐出弁溝２１に対する吐出弁２５の可動範囲を狭く構成している。
吐出弁２５及び吐出弁溝２１は、吐出弁２５の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向すなわちローラ１５の中心であるシャフト２に向かうように設けられている。
【００４０】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５は、吐出弁２５のほぼ円筒形状の外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、所定の距離を保っている。すなわち、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０に供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。なお、シリンダ室１２を仕切るために、吐出弁２５の軸方向の長さもシリンダ１１あるいはローラ１５の軸方向の長さとほぼ同じ長さであり、吐出弁溝２１と吐出弁溝開口部２３もシリンダ１１の軸方向の全長に渡って形成されている。
【００４１】
なお、図４（ａ）では、吐出弁２５は中実形状であってほぼ円柱形状のものを示したが、図４（ｂ）の吐出弁２５ａのように中空形状であってほぼ円筒形状のものでも構わない。ほぼ円筒形状の方が質量は小さく、吐出弁２５ａを移動させるために必要な力が小さくて済む。また、吐出弁２５は吐出弁２５の端面と上軸受１３、下軸受１４とが摺動部となり、摩擦を発生する。吐出弁２５はほぼ円柱形状であるが、吐出弁２５ａはほぼ円筒形状のため、吐出弁２５ａの端面と上軸受１３、下軸受１４との接触面積も小さく、摩擦も小さい。よって、吐出弁２５ａは摺動抵抗も小さく、小さな力で移動でき、吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を良くすることもできる。
また、吐出弁２５ａは中が中空ではなく、別の材料で埋めていても構わない。中空部分を埋める材料や量によって吐出弁２５ａの質量を調整し、吐出弁２５ａを移動させるために必要な力を調整できる。すなわち、吐出弁２５ａの応答性や移動条件を調整できる。
【００４２】
また、吐出弁２５あるいは２５ａをアルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁２５あるいは２５ａの吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を上げることができる。
【００４３】
また、吐出弁２５が吐出弁溝２１内を往復運動するため、吐出弁２５と吐出弁溝２１の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を長くすることができる。
【００４４】
また、図３のシリンダ１１には、シリンダ１１の外部の密閉容器１内の高圧空間と吐出弁溝２１とを連通する吐出弁背圧流路２２が設けられている。吐出弁背圧流路２２は、吐出弁溝２１に高圧空間の高圧冷媒を導く。吐出弁背圧流路２２によって導かれた高圧冷媒は吐出弁２５をシリンダ室１２内へ押し出すように作用する。押し出された吐出弁２５はシリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。したがって、吐出孔２０は、常に高圧空間と連通しており、吐出孔２０内も高圧雰囲気となっている。
なお、作動室１２ｂの冷媒圧力が所定の圧力となったとき、吐出弁２５が吐出弁溝２１に押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。作動室１２ｂの冷媒圧力と吐出弁２５の開閉移動の関係は、次の動作のところで、詳細説明する。
なお、吐出弁背圧流路２２は孔形状であっても、溝形状であっても構わない。また、吐出弁背圧流路２２は複数の孔形状や溝形状から構成されていても構わない。孔形状や溝形状あるいはそれらの数によって、吐出弁溝２１内に流れ込む高圧冷媒のタイミングを調整し、吐出弁２５の応答速度や吐出弁溝受部２４に作用する応力を制御できる。
【００４５】
次に圧縮機全体の動作について説明する。
圧縮機１００に通電を行うと、電動要素４０の回転子４２は回転を行い、回転子４２に嵌合されたシャフト２を回転させる。さらにシャフト２はシャフト２に嵌合されている圧縮要素１０のローラ１５に回転力を伝達しを回転させる。ローラ１５の回転によって、ローラ１５のベーン溝１７ａ、１７ｂに設けられたベーン１６ａ、１６ｂもシリンダ室１２内を移動する。
【００４６】
ベーン１６ａ、１６ｂのベーン背圧室１８ａ、１８ｂには背圧調整機構あるいは高圧空間から直接、ベーン背圧流路を介して高圧冷媒が流入されている。ベーン背圧室１８ａ、１８ｂの内部圧力とローラ１５の回転による遠心力によってベーン１６ａ、１６ｂは、図２のようにシリンダ内周面１１ａに当接される。すなわち、ベーン１６ａ、１６ｂはシリンダ内周面１１ａに当接された状態でローラ１５の回転とともにシリンダ１１内を摺動しながら移動する。
ベーン１６ａ、１６ｂは図２のようにシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａによって囲まれた空間、すなわち、作動室１２ａ、１２ｂを形成する。なお、作動室１２ａ、１２ｂは、その上下を上軸受１３、下軸受１４によって閉鎖されている。
【００４７】
また、図２の状態では、作動室１２ａに吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部がつながっており、作動室１２ａに吸入孔１９を介して冷媒が流入している。ベーン１６ａ、１６ｂは、ローラ１５によって、最近接点（ウ）から吸入孔１９を通過して吐出孔２０に向かって移動し、吐出孔２０を通過して、また最近接点（ウ）に戻る、時計回りの回転移動を行っている。図６は、図２の状態からローラ１５を時計回りに回転移動している状態を示した図であり、これによってベーンロータリ圧縮機１００が吸入から吐出まで行う工程を、図６を用いて説明する。
【００４８】
図６（ａ）と図２とは、同じ状態の図であり、吸入孔１９側にある作動室１２ａは、吸入孔１９と連通し、アキュムレータ１０１側から冷媒を吸入している工程である。
図６（ｂ）は、図６（ａ）からローラ１５が時計回りに回転した状態である。ベーン１６ａは、吸入孔１９周辺のシリンダ内周面１９ｂに当接されるので、シリンダの径方向設けられた溝状のシリンダ内吸入空間１９ａには進入できない。よって、ベーン１６ａが吸入孔１９を通り過ぎても、作動室１２ａはシリンダ内吸入空間１９ａを介して吸入孔１９と連通したままであり、吸入動作が継続されている。
図６（ｃ）の状態は、ローラ１５が約９０ｄｅｇ回転し、ベーン１６ａによって作動室１２ａとシリンダ内吸入空間１９ａとが閉鎖された状態である。すなわち、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ａ、１６ｂとで形成されている状態である。よって、作動室１２ａと吸入孔１９と連通が終了し、吸入動作の工程が終了する。また、この状態以降から、圧縮動作の工程が開始される。
図６（ｄ）は、さらにローラ１５が回転し作動室１２ａの内容積が徐々に小さくなり、圧縮動作が継続されている。
図６（ｅ）はベーン１６ｂが吐出弁２５と接した状態で、図６（ｆ）はベーン１６ｂが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動した状態である。これ以降、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ａと吐出弁２５とで形成される。
さらに、ローラ１５が回転すると、図６（ａ）の状態となるが、図６（ｆ）にて作動室１２ａと指示していたものは、図６（ａ）では作動室１２ｂに相当するため、作動室１２ｂの動作として説明していく。また、ローラ１５の回転とともに圧縮動作が進むため、図６（ａ）の作動室１２ｂは、内部の冷媒圧力が上昇していき、所定の圧力すなわち吐出圧となると、吐出弁２５が動作するようになる。図７、８を用いて、その動作の詳細を説明していく。
【００４９】
図７は、図６（ａ）と同じく、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖した状態である。図８は、図６（ｂ）（ｃ）と同じく、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路が開口された状態である。
【００５０】
図７、８にて、吐出弁２５に働く外力と開閉動作について説明する。まず、吐出弁２５には、吐出弁背圧流路２２から導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５を押す力が働いている。吐出弁２５が往復運動する方向、すなわち吐出弁溝２１からローラ１５の中心（ア）（シャフト２の中心）に向かう方向をＸ軸とし、吐出弁２５に吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ働く力をＦ１ｘとする。Ｆ１ｘはＸ軸方向に働く力である。
また、吐出弁２５には作動室１２ｂ内の冷媒圧力によって作動室１２ｂ側から吐出弁２５を押す力Ｆ２ｚが働いている。このＦ２ｚのうち、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＸ軸方向成分の力をＦ２ｘとする。
また同様に、吐出弁２５には吐出孔２０側の冷媒圧力によって吐出孔２０側から吐出弁２５を押す力Ｆ３ｚが働いている。このＦ３ｚのうち、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＸ軸方向成分の力をＦ３ｘとする。
なお、吐出弁２５は吐出弁溝２１に沿った方向以外には動かないので、Ｘ軸方向以外の外力は、相殺あるいは吸収されて消滅する。
【００５１】
吐出弁２５が吐出弁溝２１内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５をＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘと吐出弁２５を逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力とで決まる。
Ｆ１ｘがＦ２ｘとＦ３ｘの合力より大きい場合、すなわち、Ｆ１ｘ＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５は吐出弁溝開口部２３にある吐出弁溝受部２４に押圧されローラ１５のローラ外周面１５ａと吐出弁２５の外周面とで作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖している。
【００５２】
ローラ１５が回転し図８の状態に進むと、作動室１２ｂ内の冷媒の圧縮が進み、冷媒圧力が上昇する。作動室１２ｂ内の冷媒圧力が所定の圧力まで達し、Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力がＦ１ｘより大きくなった場合、すなわち、Ｆ１ｘ＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５は吐出弁溝２１の中に押し戻され、吐出弁２５とローラ外周面１５ａとの間に流路が形成され、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通する。作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通することによって、作動室１２ｂ内の圧縮された高圧冷媒が、吐出孔２０を介してシリンダ１１の外に吐出される。
【００５３】
さらにローラ１５が回転し図６（ｆ）のようにベーン１６ｂが吐出弁２５の位置を通過し作動室１２ｂがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａの接近により消失すると、作動室１２ｂから冷媒の吐出動作の工程が終了する。また、吐出弁２５には、圧縮開始状態の作動室１２ａが接し、Ｆｘ２の力が小さくなるので、吐出弁２５はシリンダ室１２に押し出され、再び作動室から吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。
【００５４】
以上のような工程で、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０は吐出動作を行っている。そして、圧縮機１００は、圧縮要素１０にて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
【００５５】
ところで、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５がなく、吐出孔２０のシリンダ１１外面側開口部に従来通りの吐出弁が備えられている場合、吐出動作の工程にて、吐出孔２０の内容積分が高圧空間へ吐出しきれない高圧冷媒を残すデッドボリュームとなる。例えば、図６（ｆ）の吐出孔２０をベーン１６ｂが通過するまでは、同様の吐出動作が行われているが、図６（ａ）のように吐出孔２０をベーン（図６（ａ）では１６ａのベーンに相当する）が通過すると、シリンダ１１外面の吐出弁はシリンダ１１外側とシリンダ室１２側（図６（ａ）では作動室１２ｂ）との差圧のため吐出孔２０をシリンダ１１外面側で閉鎖し、吐出孔２０に高圧冷媒が取り残されることになる。この高圧冷媒が取り残された吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室が連通すると、次の作動室はまだ圧縮段階で作動室内部の冷媒は圧力が高まっていないため、吐出孔２０内に残る高圧冷媒が作動室１２ｂへ逆流し、再膨張・再圧縮されることになる。すなわち、デッドボリュームに残った高圧冷媒により、再膨張損失を発生し、入力増加による効率低下を招いている。
【００５６】
これに対して、本実施の形態では、シリンダ１１外面側開口部に吐出弁は設けず、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５を設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。すなわち、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に配置した吐出弁２５によって、吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、作動室１２ｂへの高圧冷媒が逆流し発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留したが、吐出孔２０は常に高圧空間と連通しているので、吐出孔２０と吐出弁２５が高圧冷媒の吐出動作の妨げることも防止できる。これにより、吐出孔２０が、吐出動作終了後にデッドボリュームとなることを防止することができる。
また、吐出弁２５は作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとで閉鎖する一方、吐出弁２５はシリンダ１１の吐出弁溝２１に押し戻されることで流路を開口する。吐出弁２５が吐出流路を開口したとき、従来のデッドボリューム対策のように作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路の冷媒の流れに吐出弁２５が干渉することがないので、吐出流路において吐出動作時の圧力損失を改善することができる。
【００５７】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
【００５８】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【００５９】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーンや吐出弁溝受部に強度的な問題は無く使用できる。
【００６０】
また、図２では、ベーンは２個構成のものを示したが、ベーンは２個以上あっても構わない。その場合は、ベーンの個数に応じて作動室を複数に仕切ることができる。また、ベーンが１個であっても作動室は形成され、圧縮動作可能である。このように、ベーンロータリ圧縮機はシリンダやローラなどの部品を追加し圧縮要素部を大型化することなく作動室を増やすことができ、省スペースにて押しのけ量を増加させることが可能である。
【００６１】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【００６２】
また、吐出弁がシリンダ室側に押し出された際に、吐出弁の外周面とローラの外周面が接触せず、微小隙間を形成するとしたが、吐出弁の外周面とローラの外周面が接触しても構わない。吐出弁が回動可能であるためローラの外周面と接触しても摺動損失は小さく、吐出孔側から作動室側への高圧冷媒の逆流を防ぐことができる。ゆえに、耐摩耗性も改善し圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００６３】
また、ベーンが吐出弁に接触しても、吐出弁が回動可能であるため摺動損失を小さくでき、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。
【００６４】
また、従来のデットボリューム対策では、吐出孔内に設けられた吐出弁の可動範囲が大きいことから、吐出弁の動作遅れが生じ、高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒もあった。しかし、吐出弁溝に対する吐出弁の可動範囲を狭くし、吐出弁溝内での往復運動の応答性を改善したので、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができるようになった。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができる。
さらに、この吐出弁動作遅れに伴い、吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁を設けていたが、別の吐出弁は不要となり、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【００６５】
また、吐出弁は、中空形状であってほぼ円筒形状とすることによって、摺動抵抗も小さく、小さな力で移動でき、応答性を良くすることもできる。また、吐出弁をアルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、移動する力を変えることができるため、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００６６】
また、図２〜８では、吐出弁の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面の法線方向となるように設けられた例にて説明してきたが、必ずしも、吐出弁の往復運動の方向はローラ外周面の法線方向でなくても構わない。例えば、吐出弁の往復運動の方向はほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向すなわちシリンダ室１２の中心を向いていても構わない。吐出弁の往復運動の方向を変えることによって、シリンダ室から吐出弁溝の方向に働く合力の成分比を変えることができる。すなわち、作動室側から働く力と吐出孔側から働く力の合力の比率を調整することができ、吐出弁の開閉条件を調整することができる。
【００６７】
実施の形態２．
実施の形態１では、吐出弁を円柱形状のものとし、シリンダの外面から吐出弁背圧流路を介して吐出弁溝に高圧空間の高圧冷媒を導き、吐出弁を吐出弁溝から押し出し作動室と吐出孔とを連通し作動室から吐出孔へ向かって冷媒が流れる吐出流路を閉鎖していた。しかし、吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室側へ押し出す力は吐出弁背圧流路から導かれる高圧空間の冷媒圧力に依存している。高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていないと、吐出弁溝からシリンダ室側へ押し出す力も十分ではない場合がある。そこで、吐出弁溝内に付勢手段であるスプリングを配置し、吐出弁溝を押し出す力を補った例を実施の形態２として説明する。
【００６８】
図９は、図２と同様、図１の圧縮機１００の圧縮要素部をＤ−Ｄ線で切断した横断面図である。図９において、図２と同一符号で示すものは、図２と同一あるいは同様の部品である。図１０は、図９の吐出弁２５ｂと吐出孔２０の周辺すなわちＢ周辺を拡大したものであり、図１０にて詳細を説明していく。
【００６９】
図１０では、図２、３と同様に、吐出弁溝２１ｂは、シリンダ１１に設けられたシリンダ室１２の軸方向に貫通する溝であり、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３ｂを有する。吐出弁溝開口部２３ｂもシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って形成されている。吐出弁溝開口部２３ｂには、吐出弁溝受部２４ｂが設けられている。吐出弁溝２１ｂには図１１のような軸方向の長さは吐出弁溝２１とほぼ同じで全体がほぼ直方体形状の吐出弁２５ｂが、往復運動自在に挿入されており、吐出弁２５ｂは、吐出弁溝開口部２３ｂ側へ押し出されたとき、吐出弁２５ｂの一部をシリンダ室１２に突き出す状態で吐出弁溝受部２４ｂに係止される。
吐出弁２５ｂ及び吐出弁溝２１ｂは、吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向すなわちローラ１５の中心であるシャフト２に向かうように設けられている。なお、吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向すなわちシリンダ１１の中心に向かうように、吐出弁２５ｂと吐出弁溝２１ｂが設けられていても構わない。
また、吐出弁溝２１ｂの配置も図２、３と同様であり、吐出孔２０の近傍であって、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。すなわち、吐出弁溝２１ｂは、吐出孔２０に対して最近接点（ウ）が配置されている側と反対側に配置されている。
【００７０】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５ｂは、吐出弁２５ｂの外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、微小隙間が形成され、圧縮要素１０に供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれる。これによって、吐出弁２５ｂの外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。なお、吐出弁２５ｂの軸方向の長さもシリンダ１１あるいはローラ１５の軸方向の長さとほぼ同じ長さであり、吐出弁溝２１ｂと吐出弁溝開口部２３ｂもシリンダ１１の軸方向の全長に渡って形成されている。
【００７１】
吐出弁溝２１ｂには吐出弁背圧流路２２ｂが設けられており、シリンダ１１の外部にある密閉容器１内の高圧空間と吐出弁溝２１ｂとを連通している。吐出弁背圧流路２２ｂは、吐出弁溝２１ｂに高圧空間の高圧冷媒を導き、導かれた高圧冷媒は吐出弁２５ｂをシリンダ室１２内へ押し出すように作用する。押し出された吐出弁２５ｂはシリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。
なお、作動室１２ｂの冷媒圧力が、所定の圧力となったとき、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂに押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開く。
【００７２】
吐出弁２５ｂは、図１１に示すように、全体がほぼ直方体形状であり、吐出弁溝開口部２３ｂから押し出されるローラ外周面１５ａ側の面すなわち吐出弁２５ｂの先端が半円柱形状となっている。
なお、先端は半円柱形状ではなく、直方体の角部すなわち面と面との接続部にＲを設けた形状であっても構わない。先端が半円柱形状の場合、吐出弁２５ｂの半円柱形状外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとは、径方向では１点、軸方向では線上の最接近ポイントにて流路を閉鎖する。直方体形状では、最近接ポイントが面にて形成され、より広い範囲で漏れなく流路を閉鎖できる。
また、吐出弁２５ｂの押し出される先端部分の反対側と吐出弁溝２１ｂとの間には付勢手段であるスプリング２６が設けられている。スプリング２６の端面の一方は、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対側の面に接し、他方は吐出弁２５ｂの吐出弁溝開口部２３ｂから押し出される側と反対側の面に接している。スプリング２６の端面それぞれは吐出弁溝２１ｂ、吐出弁２５ｂに必ずしも固定されている必要はない。また、スプリング２６の力を十分に伝達させるためには、吐出弁溝２１ｂおよび吐出弁２５ｂのスプリング２６が接する箇所は、平面となっていることが望ましい。また、ほぼ直方体形状の吐出弁２５ｂを押し出すため、スプリング２６は複数設けても構わない。複数設け吐出弁２５ｂの両端側を押圧し、吐出弁溝２１ｂを平行に移動させることができる。
このような構成にて、スプリング２６は、吐出弁２５ｂを吐出弁溝開口部２３ｂからシリンダ室１２に押し出す作用を補っている。
【００７３】
次に動作について説明する。圧縮機全体の動作や圧縮機の吸入から吐出までの工程動作はほぼ同じである。作動室に冷媒を吸入後、作動室内の冷媒を圧縮中の工程である図６（ａ）の作動室１２ｂの状態から説明する。実施の形態１同様、所定の圧力すなわち吐出圧となり、吐出弁２５ｂが動作する工程である。なお、同様に、図１２、１３にて説明する。
【００７４】
図１２は、図７同様、吐出弁２５ｂが作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖した状態である。図１２は、図８同様、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通し、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路が開口された状態である。
図１２、１３にて、吐出弁２５ｂに働く外力と開閉動作について説明する。図中では、吐出弁２５が往復運動の方向すなわち吐出弁溝２１ｂからローラ１５の中心（ア）（シャフト２の中心）に向かう方向をＸ軸としている。また、吐出弁２５ｂに働く力Ｆ１ｘ、Ｆ２ｘ、Ｆ３ｘは、図７、８と同じである。これらに加えて、吐出弁２５ｂには、スプリング２６によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ押すＸ軸方向の力Ｆ５ｘが働いている。
【００７５】
図７、８同様、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５ｂをＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘとＦ５ｘとの合力および吐出弁２５ｂを逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘとの合力で決まる。
吐出弁２５ｂをＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘとＦ５ｘとの合力がＦ１ｘとＦ５ｘとの合力と逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力より大きい場合、すなわち、（Ｆ１ｘ＋Ｆ５ｘ）＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出弁溝開口部２３ｂにある吐出弁溝受部２４ｂに押圧されローラ１５の外周面と吐出弁２５ｂの外周面とで作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖する。
【００７６】
ローラ１５が回転し図１３の状態に進むと、作動室１２ｂ内の冷媒の圧縮が進み、冷媒圧力が上昇する。作動室１２ｂ内の冷媒圧力が所定の圧力まで達し、Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力がＦ１ｘとＦ５ｘとの合力より大きくなった場合、すなわち、（Ｆ１ｘ＋Ｆ５ｘ）＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出弁溝２１ｂの中に押し戻され、吐出弁２５ｂとローラ外周面１５ａとの間に流路が形成され、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通する。作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通することによって、作動室１２ｂ内の圧縮された高圧冷媒が、吐出孔２０を介して吐出される。
【００７７】
さらにローラ１５が回転し図６（ｆ）のようにベーン１６ｂが吐出弁２５ｂの位置を通過し作動室１２ｂが消失すると、作動室１２ｂから冷媒の吐出が終了する。また、吐出弁２５ｂには、圧縮開始状態の作動室１２ａが接し、Ｆｘ２の力が小さくなるので、吐出弁２５ｂはシリンダ室１２側に押し出され、再び作動室から吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖する。
【００７８】
以上のような工程で、吐出弁２５ｂが作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０は吐出動作を行っている。そして、圧縮機１００は、圧縮要素１０にて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
【００７９】
本実施の形態も実施の形態１同様、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路上に吐出弁２５ｂを設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。これにより、吐出孔２５と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、そのとき発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０は常に高圧空間と連通し、吐出孔内に高圧空間に吐出できない高圧冷媒が残留することを防止できる。
【００８０】
一方、実施の形態１のような構成の場合、吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室へ押し出す力は吐出弁背圧流路から導かれる高圧空間の冷媒圧力に依存している。圧縮機の始動時のように高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていないとき、高圧空間から導かれる冷媒が吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室へ押し出す力も十分ではない場合がある。押し出す力が十分ではない場合、作動室から吐出孔へ向かい流れる吐出流路を十分に閉鎖することはできず、高圧空間から吐出孔を介して作動室へ冷媒が流れ込み再膨張損失となる。
これに対して、実施の形態２では吐出弁溝２１ｂ内に付勢手段であるスプリング２６を設け、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合であっても、スプリング２６の力で、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２へ押し出すことができる。これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を確実に閉鎖することができ、再膨張損失による効率の低下を防止することができる。
【００８１】
なお、高圧空間の冷媒圧力が不十分であることは圧縮機始動時以外にも、圧縮機の電動要素４０を外部電源に周波数変換装置を使用し、可変速で制御している場合などでも発生する。周波数変換装置は、印加する電圧の周波数と電圧値を可変させ、圧縮機の電動要素４０を、例えば０回転／秒から２００回転／秒程度まで可変させることが可能である。圧縮機を低速に回転させることにより冷媒回路の冷媒循環量を減少させ冷凍能力を抑制したり、高速に回転させることにより冷媒回路の冷媒循環量を増加させ冷凍能力を拡大させたりする。特に、省エネ化が進んでいるが家庭用の製品の場合、ブラシレスＤＣモータを使用するケースが多く、商用電源では駆動できないブラシレスＤＣモータには周波数変換装置すなわちインバータが必須であり、このような冷媒循環量の制御も当然のように行っている。これに対して、圧縮機の電動要素４０を２０回転／秒以下程度の低速回転で運転した場合、高圧空間へ高圧冷媒を送り出す速度が遅いので高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧とならない。そのような場合でも、スプリング２６の補助力にて作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を確実に閉鎖することができる。
【００８２】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
さらに、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出弁に設けた付勢手段によって、作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を確実に閉鎖することができ、再膨張損失による効率の低下を防止することができる。
【００８３】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、吐出弁に付勢手段を設けたとしても作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【００８４】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、吐出弁に付勢手段を設けたとしてもベーンや吐出弁溝受部に強度的な問題は無く使用できる。
【００８５】
また、ベーンは１個以上あれば作動室を形成できるとともに、複数のベーンを備えれば複数の作動室に仕切ることができる。したがって、圧縮要素部を大型化することなく作動室を増し、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる。
【００８６】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【００８７】
また、付勢手段を設けることにより、吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性はさらに向上し、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができる。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができ、従来のデットボリューム対策で必要であった吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁は不要となる。よって、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【００８８】
また、吐出弁は、アルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００８９】
また、吐出弁の往復運動の方向を変え、吐出弁の開閉条件を調整することも可能である。図９〜１３では吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向あるいはほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向であったが、図１４は吐出弁２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向以外に向けたもの、すなわち、ローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たせたものである。また、図１５は図１４のＣ周辺を拡大した拡大図である。
【００９０】
図１５において、吐出弁２５ｂが往復運動する方向をＹ軸とする。そして、吐出弁背圧流路２２ｂから導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５ｂを押すＹ軸方向の力をＦ１ｙとする。
また、スプリング２６によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ押すＹ軸方向の力をＦ５ｙとする。
また、吐出弁２５ｂに作動室１２ｂ側から働く力をＦ２ｚのうち、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押すＹ軸方向の力をＦ２ｙとする。
また同様に、吐出弁２５ｂに吐出孔２０側から働く力をＦ３ｚのうち、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＹ軸方向の力をＦ３ｙとする。
図１５でも、図１２、１３同様に、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５ｂをＹ軸方向に押す力Ｆ１ｙとＦ５ｙとの合力および吐出弁２５ｂを逆方向に押す力Ｆ２ｙとＦ３ｙとの合力で決まり、（Ｆ１ｙ＋Ｆ５ｙ）＞（Ｆ２ｙ＋Ｆ３ｙ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出流路を閉鎖し、（Ｆ１ｙ＋Ｆ５ｙ）＜（Ｆ２ｙ＋Ｆ３ｙ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出流路を開口する。
【００９１】
しかしながら、図１５のように吐出弁２５ｂが往復運動する方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して吐出孔２０側に傾かせた場合、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押す力の合力はＦ２ｙの成分が大きくなり、作動室１２ｂ側から働く力すなわち作動室１２ｂの冷媒圧力が主体となって、吐出弁を開閉させる。
【００９２】
このように吐出弁２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たる調整することによって、吐出弁を開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件をより柔軟に調整することもできる。
【００９３】
また、吐出弁２５ｂは、吐出弁２５ｂの先端と反対側の面にスプリング２６が当接される。そのスプリング２６の当接面が平面であるため、吐出弁２５ｂの当接される面も平面である方が吐出弁２５ｂに応力を伝達し易い。したがって、吐出弁２５ｂは直方体形状としてきた。しかしながら、吐出弁２５ｂは吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒によって動かされ、スプリング２６はその吐出弁２５ｂの移動を補助するものである。そのため、スプリング２６から吐出弁２５ｂに加えられる力も、大きな力でなくても良いので、実施の形態１同様、吐出弁を円柱形状あるいは円筒形状として、スプリング２６と吐出弁との当接面が面同士で無い状態であっても構わない。
【００９４】
図１６は、円柱形状の吐出弁２５あるいは円筒形状の吐出弁２５ａを使用して、スプリング２６にて押し出す力を補助している例である。図２、図９と同様の部品は同じ符号で表している。吐出弁溝２１ｂ内には、円柱形状の吐出弁２５あるいは円筒形状の吐出弁２５ａが収納されており、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対側にはスプリング２６が収納され、スプリング２６によって吐出弁２５あるいは２５ａが吐出弁溝開口部２３ｂに押す構成である。吐出弁溝２１ｂには、吐出弁背圧流路２２ｂが連通しており、高圧空間の高圧冷媒が吐出弁背圧流路２２ｂを介して流入し吐出弁２５あるいは２５ａを吐出弁溝開口部２３ｂ側に押す。これによって、吐出弁溝開口部２３ｂから吐出弁２５の一部がシリンダ室１２に押し出されるが、流入する高圧冷媒の圧力が十分でない場合には、スプリング２６が吐出弁２５あるいは２５ａを押す力を補助する。
【００９５】
これによって、図９と同様に高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を確実に閉鎖できる効果が得られると同時に、スプリング２６と吐出弁２５あるいは２５ａとはわずかな接触面積で接触することで、図２同様、回動自在に設けられた状態となる。したがって、吐出弁２５あるいは２５ａがベーン１６ａ、１６ｂと接触しても回動して摩擦が減少する効果が得られ、摺動損失の少ない圧縮機が得られる。
【００９６】
また、図１６の場合、図１４同様、図１７のように吐出弁２５あるいは２５ａ及び吐出弁溝２１ｂを設ける方向すなわち吐出弁２５あるいは２５ａの往復運動の方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たせて設けることも可能である。これによって、吐出弁を開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件も柔軟に調整できる。
【００９７】
また、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝開口部２３ｂからシリンダ室１２に押し出されるときには、吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒の圧力でも押し出されているので、必ずしもスプリング２６は吐出弁２５あるいは２５ｂに当接されていなくとも構わない。
【００９８】
例えば、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対面にスプリング２６の端面の一方が固定され、他方は、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内に押し戻されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂと接し、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に所定量以上押し出されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂから離れスプリング２６の付勢力が零になるようにする。すなわち、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に押し出され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路の吐出弁溝開口部２３ｂ近傍の流路断面積を半分以上閉鎖すると、スプリング２６は吐出弁２５あるいは２５ｂから離れスプリング２６の付勢力が無くなる構成とした場合でも、吐出弁２５あるいは２５ｂは吐出流路を閉鎖することが可能である。スプリング２６が所定量以上、吐出弁２５あるいは２５ｂを押し出す補助を行えば、吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒の圧力で、吐出弁２５あるいは２５ｂを押し出すことができるためである。なお、吐出流路の流路断面積とは、シリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとの間の空間をシャフト２の中心あるいはシリンダ１１の中心を通る面で切断した時の断面の面積である。
【００９９】
このように構成することによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝受部２４ｂに押圧されるとき、スプリング２６の力が加えられないため、吐出弁溝受部２４ｂに余分な強度を持たせる必要がなくなり、より信頼性の高い圧縮機が得られる。
【０１００】
また、吐出弁が円柱形状あるいは円筒形状の場合、スプリング２６の端面と吐出弁２５が接触することがなく、吐出弁２５はより自由に回動することができ、摩擦、摺動損失が少ない効率の高い圧縮機が得られる。
【０１０１】
実施の形態３．
実施の形態１、２では、ベーンがシリンダの内周面に当接されながら移動する接触方式のベーンロータリ圧縮機において、作動室と吐出孔とを連通し作動室から吐出孔へ向かって冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を設けたものについて説明した。これに対し、ベーンロータリ圧縮機の仕組みには、ベーンがシリンダの内周面に当接されず、所定の距離を置いて移動する非接触方式のものもある。そのようなベーンロータリ圧縮機でも、実施の形態１、２と同様、作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を設け吐出孔の内容積がデットボリュームとなることを防ぐこともできる。
図１８、１９にてベーンがシリンダの内周面に当接されない場合のベーンロータリ圧縮機について説明していく。
【０１０２】
図１８は、図１の圧縮機１００の圧縮要素部を組み立てた場合の組み立て図である。図１９は、圧縮要素部を組み立てた後の断面図である。なお、図２、図９と同一符号で示すものは、図２、図９と同一あるいは同様の部品である。
圧縮要素１０ａは、図２、図９と同様に、ほぼ円筒形状の内周面を有するシリンダ１１と、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の軸方向の両端開口部を閉塞する上軸受１３および下軸受１４と、上軸受１３および下軸受１４によって支持されるシャフト２と、シャフト２に設けられたローラ１５と、ローラ１５に設けられたベーン１６ｃ、１６ｄによって構成されている。シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面と上軸受１３および下軸受１４とによってほぼ円筒形状のシリンダ室１２が形成されるとともに、ローラ１５がシリンダ室１２に収納されていることは、図２、図９と同じである。さらに、シリンダ１１、上軸受１３、下軸受１４、ローラ１５、ベーン１６ｃ、１６ｄによって、シリンダ室１２内に作動室を形成することも同じである。
【０１０３】
上軸受１３および下軸受１４は、断面がほぼＴ字状で、シリンダ１１に接する部分はほぼ円板状である。
上軸受１３のシリンダ１１側の端面には、シリンダ１１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部（図示しない）が形成されている。ベーンアライナ保持部には後述するベーンアライナ２７ａ、２７ｃが勘入される。また、上軸受１３の中央部は図２、９と同様に円筒状の軸受部が設けられており、この軸受部にてシャフト２の回転軸部２ａを回転自在に支持する。
同様に、下軸受１４のシリンダ１１側の端面には、シリンダ１１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部２８が形成されている。ベーンアライナ保持部２８には後述するベーンアライナ２７ｂ、２７ｄが勘入される。また、下軸受１４の中央部は図２、９と同様に円筒状の軸受部が設けられており、この軸受部にてシャフト２の回転軸部２ｂを回転自在に支持する。
なお、上軸受１３、下軸受１４はボルトにてシリンダ１１に固定されている。
【０１０４】
シャフト２には、図２、図９と同様に、ローラ１５がシャフト２の中心軸と同軸軸上に嵌合もしくは一体成形され設けられている。
【０１０５】
また、図１９に示すように、図２、図９と同様、シリンダ室１２に収納されるローラ１５の回転の中心（ア）は、ほぼ円筒形状のシリンダ室１２の中心（イ）から偏心した位置に設けられ、ローラ１５のほぼ円筒形状の外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとが最近接点（ウ）を有している。そして、シャフト２によってローラ１５は回転摺動させられる。なお、最近接点（ウ）では、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとは接触せず、その互いの距離を保ち微小隙間を形成しているが、微小隙間は圧縮要素１０ａに供給される冷凍機油３によってシールされ塞がれている。なお、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａは、シリンダ室１２およびシリンダ室１２内に形成される作動室を構成する。
【０１０６】
ローラ１５には、図１８のように断面がほぼ円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部２９ａ、２９ｂおよびベーン逃がし部３０ａ、３０ｂが形成されている。また、ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとは連通しており、ブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとは連通している。また、図１８のようにベーン１６が２枚配置される場合は、ブッシュ保持部２９ａおよびベーン逃がし部３０ａと、ブッシュ保持部２９ｂおよびベーン逃がし部３０ｂと対称の位置に配置されている。
ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間にベーン１６ｃが挿入され、ブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間にベーン１６ｄが挿入される。
【０１０７】
ベーン１６ｃ、１６ｄは、ほぼ直方体の板状であり、シリンダ１１の内周面側に位置するベーン先端部は外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ内周面１１ａの半径すなわちシリンダ室１２の半径とほぼ同等の半径で構成されている。ベーン１６ｃ、１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側となる部分と反対側には、部分リング形状のベーンアライナ２７ａ〜２７ｄが設けられている。ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄはベーン１６ｃ、１６ｄと一体成形されたものでも、溶接や接着、嵌合されたものであっても構わない。
【０１０８】
３１ａ〜３１ｄは、ほぼ半円柱状のブッシュであり、３１ａと３２ｂ、３１ｃと３２ｄ、の一対で構成される。ブッシュ３１ａ〜３１ｄは、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａ、２９ｂに勘入され、ブッシュ３１ａ、３２ｂの内側に板状のベーン１６ｃが、ブッシュ３１ｃ、３２ｄの内側に板状のベーン１６ｄが、ローラ１５に対して回動自在かつほぼ法線方向に往復移動可能に保持される。
【０１０９】
なお、ベーンアライナ２７ａは、ベーン１６ｃのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の上軸受１３側の面に設けられ、ベーンアライナ２７ｂは、ベーン１６ｃのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の下軸受１４側の面に設けられている。ベーンアライナ２７ｃは、ベーン１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の上軸受１３側の面に設けられ、ベーンアライナ２７ｄは、ベーン１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の下軸受１４側の面に設けられている。これによって、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間にベーン１６ｃ、１６ｄを挿入したとき、ローラ１５の上軸受１３および下軸受１４側の端面にベーンアライナ２７ａ〜２７ｄが突き出た形状となり、上軸受１３および下軸受１４のベーンアライナ保持部（２８のみ図示）に回動可能に嵌合される。
【０１１０】
このような構成により、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａの内径と同心のベーンアライナ保持部とベーンアライナ２７ａ〜２７ｄとに規制され、ローラ１５の回転とともに、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ室１２の中心軸を中心に回転運動が行われる。すなわち、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端がシリンダ内周面１１ａに沿って移動する。
【０１１１】
また、ベーン１６ｃ、１６ｄは、ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄとベーンアライナ保持部により、シリンダ内周面１１ａの法線方向に規制され、シリンダ室１２の中心軸からベーン１６ｃ、１６ｄのシリンダ外周面１１ａ側に位置するベーン１６ｃ、１６ｄの先端までの距離はシリンダ室１２の半径より短くなるように、ベーン１６ｃ、１６ｄの径方向の長さは設けられている。
よって、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端とシリンダ内周面１１ａとは接触せず、所定の距離を保ちながら回動する。すなわち、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端とシリンダ内周面１１ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０ａに供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ室１２を仕切ることができる。ベーン１６ｃ、１６ｄの先端面はシリンダ内周面１１ａに対しほぼ同じ角度で移動するので、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端面とシリンダ内周面１１ａとは広い面同士にて微小隙間を形成されるため、冷凍機油３によるシールがさらに容易である。
【０１１２】
一方、ローラ１５はシリンダ室１２内で偏心した位置で回転しているため、ベーン１６ｃ、１６ｄは、シリンダ内周面１１ａに向く方向によっては、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間から突き出したり、収納されたりしながら、移動している。すなわち、ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間内で往復摺動することになる。
【０１１３】
なお、ベーン１６ｃ、１６ｄは、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間と、ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄおよびベーンアライナ保持部によって、シリンダ室１２内での位置と方向が決められるので、実施の形態１、２のようにベーン背圧空間によって、ベーン溝からベーンを押し出す構造は有していない。よって、背圧調整機構やベーン背圧流路などもない。
【０１１４】
次に、図１９にて、吐出弁２５周辺の説明を行っていく。
なお、図１９において、図２、９同様、ベーン１６ｃ、１６ｄがシリンダ内周面１１ａと接触する位置は、ほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａとの最近接点を０ｄｅｇとし、時計回りに１周３６０ｄｅｇとして、ベーン１６ｃが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は０ｄｅｇ、ベーン１６ｄが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は１８０ｄｅｇである。０ｄｅｇ近傍のときは、ベーン１６ｃ全体がローラ１５に収納された状態となり、１８０ｄｅｇ近傍にあるベーン１６ｄは、ベーン１６ｂがローラ１５から最大に突き出された状態である。
【０１１５】
また、吸入孔１９および吐出孔２０は、図２、９同様、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点を挟んで設けられている。
また、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部には、その開口部とつながったシリンダ内吸入空間１９ａが設けているが、図２、９と異なり、シリンダ１１の軸方向に貫通した空間である。ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａに接触する構造ではないので、図２、９のようにシリンダ内吸入空間１９ａとシリンダ室１２の間にシリンダ内周面が存在しなくても動作に支障はない。
【０１１６】
シリンダ１１には、図２と同様、断面がほぼ円形状でシリンダ室１２の軸方向に貫通するほぼ円筒形状の吐出弁溝２１と、シリンダ１１の外の高圧空間から吐出弁溝２１へ連通させる吐出弁背圧流路２２が設けられており、吐出弁溝２１には、吐出弁溝２１より若干小さいほぼ円柱形状の吐出弁２５が回動および往復運動自在に収納されている。吐出弁溝２１には、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３がシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って設けられている。また、吐出弁溝２１は、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。吐出弁背圧流路２２から流入する高圧空間の高圧冷媒によって、吐出弁溝２１の吐出弁２５は吐出弁溝開口部２３側へ押し出され、吐出弁溝開口部２３に設けられた吐出弁溝受部２４に吐出弁２５の一部をシリンダ室１２に突き出した状態で係止される。
なお、吐出弁２５と吐出弁溝２１は、吐出弁２５の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向あるいはほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向に設けられている。
【０１１７】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５は、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、所定の距離を保ち、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０ａに供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。
【０１１８】
このような構成で、実施の形態１同様、吐出弁背圧流路２２によって導かれた高圧冷媒によって、吐出弁２５をシリンダ室１２内へ押し出し、シリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。また、作動室１２ｂの冷媒圧力が所定の圧力となったとき、吐出弁２５が吐出弁溝２１に押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。
【０１１９】
次に動作について説明する。図２０は、この圧縮要素１０ａの吸入から吐出までの工程を表したものである。
【０１２０】
図２０（ａ）は、吸入孔１９側にある作動室１２ａは、吸入孔１９と連通し、冷媒を吸入している工程である。なお、このときの作動室１２ａは、シリンダ内周面１１ａと、ローラ外周面１５ａと、ベーン１６ｄと、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点とで仕切られ形成されている。
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）からローラ１５が時計回りに回転した状態である。ベーン１６ｃは、シリンダ内周面１１ａと所定の距離を持って移動しているので、吸入孔１９から離れた位置を移動している。よって、ベーン１６ｃの位置に関わらず、作動室１２ａはシリンダ内吸入空間１９ａを介して吸入孔１９と連通したままであり、吸入動作が継続されている。
図２０（ｃ）は、ローラ１５が約９０ｄｅｇ回転し、ベーン１６ｃによって作動室１２ａとシリンダ内吸入空間１９ａとが閉鎖された状態である。すなわち、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ｃ、１６ｄとで形成されている状態である。よって、作動室１２ａと吸入孔１９と連通が終了し、吸入動作の工程が終了する。また、この状態以降から、圧縮動作の工程が開始される。
図２０（ｄ）はベーン１６ｄが吐出弁２５と接した状態で、図２０（ａ）はベーン１６ｄが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動した状態である。なお、これ以降、図２０（ｄ）で作動室１２ａと指示していたものは、図２０（ａ）では、作動室１２ｂとなり、ベーン１６ｄと指示していたものはベーン１６ｃ、ベーン１６ｃと指示していたものはベーン１６ｄ、となるので、これを用いて説明を行っていく。
ベーン１６ｃが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動したことにより、作動室１２ｂはシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ｄと吐出弁２５とで形成される。そして、このまま、図２０（ｂ）、（ｃ）と進むことによって、作動室１２ｂは圧縮を進め、吐出弁２５が開いて、吐出動作になる。
【０１２１】
吐出弁２５の開閉動作については、実施の形態１と同じで、吐出弁にかかる外力によって、開閉する。すなわち、吐出弁背圧流路２２から導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５を押す力Ｆ１ｘと、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＦ２ｘと、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押す力をＦ３ｘによって、開閉される。すなわち、Ｆ１ｘ＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖し、Ｆ１ｘ＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。
【０１２２】
以上のような工程で、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０ａは吐出動作を行い、圧縮機１００は、圧縮要素１０ａにて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
そして、実施の形態１同様、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５を設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。これにより、吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、そのとき発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０は常に高圧空間と連通し、吐出孔２０内に高圧空間に吐出できない高圧冷媒が残留することを防止できる。
【０１２３】
一方、実施の形態１では、ベーンはシリンダ内周面１１ａに当接するため、吐出弁２５、吐出弁溝開口部２３、吐出弁溝受部２４に接触し摺動する。そのため、吐出弁溝受部２４のような比較的薄肉形状となる部分にも外力を与え、強度上の考慮が必要になる。これに対して、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａと接触しない非接触方式のため、シリンダ１１の内周面の一部である吐出弁溝開口部２３、吐出弁溝受部２４にも接触せず、薄肉形状部分の強度にも支障はない。例えば、吐出弁溝開口部２３や吐出弁溝受部２４をシリンダ内周面１１ａよりシリンダ１１の外周側へ広げて、ベーン１６ｃ、１６ｄが接触しない構造を設けるような必要はない。
また、吐出弁２５もローラ１５外周面１５ａと接触しない非接触方式であり、ベーン１６ｃ、１６ｄが吐出弁２５を通過する際、通過する速度などの条件によっては、ベーン１６ｃ、１６ｄと吐出弁２５は接触することなく通過することもできる。なお、お互いに接触したとしても、吐出弁は回動自在のため、摩擦抵抗も少なく、ベーン１６ｃ、１６ｄと吐出弁２５との摺動損失は少ない。
【０１２４】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
さらに、ベーンおよび吐出弁を非接触方式とすることにより、ベーンと吐出弁の接触を回避できる。あるいは接触したとしても吐出弁の回動により摩擦抵抗を小さくし、シリンダ内周面の薄肉形状部分に支障を与えず、摺動損失が少ない圧縮機を得ることができる。
【０１２５】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、ベーンが非接触方式であっても作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【０１２６】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーンが非接触方式であったとしても強度的な問題は無く使用できる。
【０１２７】
また、ベーンは１個以上あれば作動室を形成できるとともに、複数のベーンを備えれば複数の作動室に仕切ることができる。したがって、圧縮要素部を大型化することなく作動室を増し、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる。
【０１２８】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【０１２９】
また、吐出弁は、アルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【０１３０】
また、従来のデットボリューム対策では、吐出弁の可動範囲の大きさから、吐出弁の動作遅れが生じていた。これに対し、吐出弁溝に対する吐出弁の可動範囲を狭くし、吐出弁溝内での往復運動の応答性を改善したので、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができるようになった。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができる。
よって、この吐出弁動作遅れに伴い、吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁を設けていたが、別の吐出弁は不要であり、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【０１３１】
また、図２１のように、図１８の形態に、実施の形態２同様、直方体形状の吐出弁２５ｂと付勢手段であるスプリング２６とを設けても構わない。付勢手段を設けることにより、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出流路を閉鎖することができる。さらに、付勢手段により、吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性はさらに向上し、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができる。
【０１３２】
また、図２２のように、円柱形状あるいは円筒形状の吐出弁２５にスプリング２６を設けたものであっても構わない。これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５とスプリング２６とはわずかな接触面積で接触している状態なので、吐出弁２５は回動自在であり、吐出弁２５がベーン１６ｃ、１６ｄと接触しても回動して摩擦が減少する効果が得られる。
【０１３３】
また、吐出弁の往復運動の方向を変え、吐出弁の開閉条件を調整することも可能である。例えば、図２３、２４のように、吐出弁２５あるいは２５ｂの往復運動の方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して吐出孔２０側に傾かせた場合、吐出弁２５あるいは２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押す力の合力は作動室１２ｂ側の成分が大きくなり、作動室１２ｂ側から働く力すなわち作動室１２ｂの冷媒圧力が主体となって、吐出弁２５あるいは２５ｂを開閉させることができる。すなわち、吐出弁２５あるいは２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たる調整することによって、吐出弁２５あるいは２５ｂを開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件をより柔軟に調整することもできる。
【０１３４】
また、図２１〜２４は、スプリング２６と吐出弁２５あるいは２５ｂとが当接され、常に吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂ側に押されている状態であったが、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂからシリンダ室１２に押し出されるときには、スプリング２６が必ずしも吐出弁２５あるいは２５ｂと接触していなくとも構わない。すなわち、当接されていなくとも良い。
すなわち、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂと反対面にスプリング２６の端面の一方が固定され、他方は吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内に押し戻されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂと接し、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に所定量以上押し出されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂから離れるように構成する。
これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝受部２４ｂに押圧されるとき、スプリング２６の力が加えられないため、吐出弁溝受部２４ｂに余分な強度を持たせる必要がなくなり、より信頼性の高い圧縮機が得られる。
また、吐出弁が円柱形状あるいは円筒形状の場合、スプリング２６と吐出弁２５が接触することがなく、吐出弁２５はより自由に回動することができ、摩擦、摺動損失が少ない効率の高い圧縮機が得られる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 密閉容器
１ａ 上部容器
１ｂ 下部容器
２ シャフト
２ａ，２ｂ 回転軸部
３ 冷凍機油
４ 吸入管
５ 吐出管
１０，１０ａ 圧縮要素
１１ シリンダ
１１ａ シリンダ内周面
１２ シリンダ室
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 作動室
１３ 上軸受
１４ 下軸受
１５ ローラ
１５ａ ローラ外周面
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ ベーン
１７ａ，１７ｂ ベーン溝
１８ａ，１８ｂ ベーン背圧室
１９ 吸入孔
１９ａ シリンダ内吸入空間
１９ｂ シリンダ内周面
２０ 吐出孔
２１，２１ｂ 吐出弁溝
２２，２２ｂ 吐出弁背圧流路
２３，２３ｂ 吐出弁溝開口部
２４，２４ｂ 吐出弁溝受部
２５，２５ａ，２５ｂ 吐出弁
２６ スプリング
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ ベーンアライナ
２８ ベーンアライナ保持部
２９ａ，２９ｂ ブッシュ保持部
３０ａ，３０ｂ ベーン逃がし部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ ブッシュ
４０ 電動要素
４１ 固定子
４２ 回転子
４３ 固定子鉄心
４４ 絶縁部材
４５ コイル
４６ リード線
４７ ガラス端子
４８ 回転子鉄心
４９ エアギャップ
１００ 圧縮機
１０１ アキュムレータ
２０１ 凝縮器
２０２ 減圧器
２０３ 蒸発器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ベーンロータリ圧縮機の吐出構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止対策のため、地球温暖化係数（Ｇｌｏｂａｌ Ｗａｒｍｉｎｇ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ、以下ＧＷＰという）の低い冷媒の使用が検討されている。しかしながら、低ＧＷＰ冷媒は従来の冷媒より動作圧力が低い冷媒が多く、冷凍サイクル内の冷媒循環量が多く必要となる。冷凍サイクルの循環量を制御する圧縮機としては大きな押しのけ量が必要となり、圧縮要素部分の大型化が必須であった。これに対して、低ＧＷＰ冷媒の使用が進んでいるカーエアコンなどでは動作圧力が低い冷媒を使用し省スペースを実現できるベーンロータリ圧縮機が使用されている。
【０００３】
従来のベーンロータリ圧縮機は、内部空間を有するシリンダと、シリンダの内部空間内で回転運動する円柱形のロータと、ロータと一体化されロータに回転力を伝達するシャフトと、ロータに設けられ、その先端がシリンダ内面に当接しながらロータの回転とともにシリンダ内を摺動するベーンとで、構成され、シリンダ、ロータ、ベーンで形成される作動室に低圧空間から吸入孔を介して冷媒を吸入し、ロータの回転とともに作動室内で冷媒を圧縮し、作動室から高圧空間に吐出孔を介して吐出するものである。
【０００４】
高圧空間側に開口している吐出孔の開口部には、板状のバルブにて構成された吐出弁が設けられている。吐出弁は、作動室内の圧力が高圧空間の圧力以上となると、作動室内と高圧空間との差圧によって板状のバルブが吐出孔を開き作動室内と高圧空間とを連通して圧縮した冷媒を高圧空間へ吐出させ、作動室内の圧力が高圧空間の圧力以下となると、作動室内と高圧空間との差圧によって板状のバルブが吐出孔を閉鎖し高圧空間と作動室内とを仕切って圧縮された冷媒の作動室への逆流を防いでいる（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、吐出弁は高圧空間から作動室へ冷媒が逆流することを防ぐ一方、作動室から吐出孔を介して冷媒をすべて吐出する前に、吐出孔を閉鎖するので、作動室内の高圧冷媒が吐出され空になっても吐出孔内に高圧冷媒が残留する。そのため、吐出孔内から作動室へ逆流する冷媒があり損失となる場合がある。その対策として、吐出孔の高圧空間側開口部に高圧空間と吐出孔とを開閉する第一の吐出弁と、吐出孔内に吐出孔と作動室とを開閉する第二の吐出弁を備えたものもある。第一の吐出弁は従来同様の板状のバルブにて構成され板状のバルブが吐出孔を開閉する。一方、第二の吐出弁は球体にて構成され作動室側に開口した吐出孔の開口部にその球体が係止されることで吐出孔を閉鎖し、その球体が開口部から離れることによって吐出孔は開かれる。これによって、吐出孔内から作動室へ冷媒が逆流することを抑制できる。（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１２５１９０号公報（第２頁、第７図）
【特許文献２】特開２００３−１２０５６３号公報（第２頁、第７図）
【特許文献３】特開２００４−１５６５７１号公報（第５−８頁、第２−３図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のベーンロータリ圧縮機では、作動室から吐出孔を介して冷媒を吐出するときすべての冷媒を吐出する前に吐出弁が吐出孔を閉鎖するので、作動室内の高圧冷媒が吐出され空になっても吐出孔内に高圧冷媒が残留する。すなわち、吐出孔の容積分が高圧空間へ吐出しきれない高圧冷媒を残すデッドボリュームとなる。そのため、吐出動作終了後、このデッドボリュームである吐出孔と次の吐出動作を行う作動室が連通すると、次の作動室はまだ圧縮段階で作動室内部の冷媒は圧力が高まっていないため、吐出孔内に残る高圧冷媒が連通した作動室に逆流し、再膨張・再圧縮されることになる。すなわち、デッドボリュームに残った高圧冷媒により、再膨張損失を発生し、入力増加による効率低下を招くという課題があった。
また、デッドボリュームの容積を小さくするために、吐出孔のシリンダ外面から内面まで連通する長さを短くしようとしても、作動室では高圧ガスを生成するので、シリンダは強度維持のために一定の肉厚が必要であり、吐出孔のシリンダ外面から内面まで連通する長さを短くはできない。また、吐出孔の径を小さくしてデッドボリュームを小さくすると、吐出孔を通過する高圧冷媒の流路抵抗を増加させ効率低下となり、吐出孔の径を小さくすることはできない。よって、吐出孔の内容積を小さくすることに課題があった。
【０００８】
また、特許文献３のようにデッドボリュームの対策のため、第二の吐出弁を設けた場合、第二の吐出弁は弁を開くにあたって球体の質量分だけ余分な力が必要である。すなわち、高圧空間の圧力あるいは吐出孔内の圧力と球体の質量によって球体が吐出孔側から作動室側の開口部の係止部に押さえつけられているので、作動室の圧力が球体を押し戻す圧力となったときに吐出孔が連通する。ゆえに、吐出弁の開口に球体の質量分だけ余分な力が必要であるという課題があった。また、球体の質量を小さくすると、球体の体積も小さくなり、球体を係止しているシリンダ内周面の開口部も小さくなるため、吐出孔を通過する冷媒に対して流路抵抗が増加し、圧力損失となるという課題があった。そのため、作動室と高圧空間との差圧と、球体の質量と、吐出孔の開口部の開口面積をもとに開閉条件を設計する必要があり、設計が複雑であるという課題があった。
また、球体を開口部に係止するため開口部より大きな直径の球体が設けられており、作動室から高圧空間へ吐出する際には、吐出孔流路内で球体が流路の障害となる。すなわち球体が吐出孔を流れる冷媒に干渉し吐出孔の流路抵抗となり、大きな圧力損失が発生するという課題もあった。
また、吐出孔内に設けられた球体は、吐出弁の開口とともに吐出孔内を自由に動き回るが、可動範囲が大きいため、再び閉鎖される場合、閉鎖までの動作遅れが生じ、冷媒の吐出、逆流防止の動作が十分にできないという課題があった。第二の吐出弁の動作を補うために、吐出孔のシリンダ外周面側の開口部に第一の吐出弁を設ける必要があり、吐出弁を２重に備えなければならないという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のよう課題を解決するためになされたもので、圧縮要素内の作動室から圧縮要素外の高圧空間へ圧縮された高圧冷媒を吐出するとき、作動室から高圧空間に至る流路上に残留した高圧冷媒が冷媒を圧縮中の作動室へ逆流し再膨張・再圧縮されることを防止した高効率な圧縮機を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、低圧空間から冷媒を吸入し、圧縮し、高圧空間へ吐出する圧縮要素を有したベーンロータリ圧縮機において、圧縮要素は、ほぼ円筒形状の内周面にて形成された内部空間を有するシリンダと、内部空間に収納され内部空間内で回転運動を行うほぼ円筒形状の外周面を有するローラと、ローラを有しローラに回転力を伝達するシャフトと、シャフトを支持しシリンダの内部空間の両端の開口部を閉塞する２つの軸受と、ローラに設けられローラの外周面からシリンダの内周面に向かって突き出されローラの外周面とシリンダの内周面と軸受けにて形成される空間を複数の作動室に仕切る板状のベーンと、シリンダに設けられ低圧空間から作動室へ冷媒を吸入する吸入孔と、シリンダに設けられ作動室から高圧空間へ冷媒を吐出する吐出孔と、吐出孔が開口されるとともにローラの外周面とシリンダの内周面と軸受けにて形成され作動室と連通する吐出流路と、シリンダに設けられ吐出流路を形成するシリンダの内周面に開口部を有する吐出弁溝と、吐出弁溝と高圧空間とを連通し高圧空間から高圧冷媒を導く吐出弁背圧流路と、吐出弁溝に往復摺動自在に収納され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁と、を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明のベーンロータリ型圧縮機は、圧縮要素内の作動室と吐出孔とを連通する吐出流路上に作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より小さいとき高圧冷媒にて吐出弁溝の開口部からローラの外周面に向かって押し出され、作動室内の冷媒圧力が高圧冷媒の圧力より大きいとき作動室内の冷媒圧力にて吐出弁溝内に押し戻される吐出弁を備え、吐出流路を吐出弁溝の開口部から押し出された吐出弁の外周面とローラの外周面とによって閉じ、吐出弁が吐出弁溝に押し戻されることによって開くようにしたので、圧縮要素内の作動室から圧縮要素外の高圧空間へ圧縮された高圧冷媒を吐出するとき、作動室から高圧空間に至る流路上に残留した高圧冷媒が冷媒を圧縮中の作動室へ逆流し再膨張・再圧縮されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁の斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る冷媒回路図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮工程図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第一の説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第二の説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁の斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第一の説明図である。
【図１３】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁に加わる力の第二の説明図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝の角度を変えた形態の圧縮要素部の横断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝を変えた形態の吐出弁周辺の部分拡大図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁を変えた形態の説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁溝を変えた形態の説明図である。
【図１８】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の組立図である。
【図１９】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮要素部の横断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の圧縮工程図である。
【図２１】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２２】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２３】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【図２４】この発明の実施の形態３に係るベーンロータリ圧縮機の吐出弁構造を変えた形態の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１は本発明におけるベーンロータリ圧縮機全体の縦断面図、図２は図１に示すベーンロータリ圧縮機のＤ−Ｄ線での圧縮要素部の横断面図を示す。また、図３は図２に示す圧縮要素部の吐出弁周辺を拡大した部分拡大図である。また、図４は図３に示す吐出弁の斜視図である。
【００１４】
図１にて、密閉型のベーンロータリ圧縮機の全体構成を説明する。
図１のベーンロータリ圧縮機１００は、上部容器１ａと下部容器１ｂとで構成される密閉容器１内に、冷媒を圧縮する圧縮要素１０と、圧縮要素１０を駆動する電動要素４０とが収納されている。圧縮要素１０と電動要素４０とは回転軸すなわちシャフト２で連結され、圧縮要素１０は密閉容器１の下部に、電動要素４０は密閉容器１の上部に配置されることで構成されている。
このような構成にて、電動要素４０によって駆動された圧縮要素１０が密閉容器１外から直接冷媒を吸入し、圧縮後、密閉容器１を介して密閉容器１外へ吐出する。
なお、図１は、密閉容器１内が高圧雰囲気となる例を示しているが、密閉容器１内が低圧雰囲気である構成でも構わない。すなわち、密閉容器１外から密閉容器１を介して圧縮要素１０に吸入され、圧縮後、圧縮要素１０から直接密閉容器１外へ排出されるものであっても構わない。また、エンジン駆動など、他の構成に適用しても構わないが、ここでは、家庭用・産業用に多く使われている密閉容器型にて説明していく。
また、図１は、圧縮要素１０が密閉容器１の下部に、電動要素４０が密閉容器１の上部に配置されたものを示したが、圧縮要素１０と電動要素４０とが左右に配置されたものや、圧縮要素１０が密閉容器１の上部に、電動要素４０が密閉容器１の下部に配置されたものであっても構わない。
【００１５】
密閉容器１の底部には、冷凍機油３が貯留されており、圧縮要素１０の下部に設けられた給油機構によって、圧縮要素１０の各摺動部へ給油される。これにより、圧縮要素１０の機械的潤滑作用を確保している。
【００１６】
密閉容器１の外部には、気液分離のためのアキュムレータ１０１が備えられている。アキュムレータ１０１は吸入管４によって密閉容器１内の圧縮要素１０に接続され、アキュムレータ１０１から圧縮要素１０に冷媒が吸入される。また、密閉容器１の上部には吐出管５が設けられており、圧縮要素１０にて圧縮された冷媒は吐出管５を介して密閉容器１外に吐出される。なお、密閉容器１外に吐出された冷媒は密閉容器１外に設けられた冷媒回路を循環して再びアキュムレータ１０１を介して圧縮要素１０に戻る。
【００１７】
図５は、圧縮機１００を搭載した空調機の冷媒回路の例である。図５の冷媒回路は、冷媒を圧縮する圧縮機１００およびアキュムレータ１０１と、冷媒を凝縮する凝縮器２０１と、冷媒を減圧する減圧器２０２と、冷媒を蒸発させる蒸発器２０３とを配管にて環状に接続して構成されている。圧縮機１００にて圧縮された高圧冷媒は、凝縮器２０１に送られる。凝縮器２０１に送られた冷媒は、凝縮器２０１にて空気と熱交換を行い、凝縮され、減圧器２０２に送られる。次に、減圧器２０２に送られた冷媒は減圧され、低圧冷媒となり、蒸発器２０３に送られる。さらに、蒸発器２０３に送られた冷媒は、蒸発器２０３にて空気と熱交換を行い、蒸発され、アキュムレータ１０１を介して再び圧縮機１００に戻る。なお、このとき、凝縮器２０１では熱交換として空気に放熱を行い、蒸発器２０３では空気から吸熱を行う。凝縮器２０１が室内側に設けられ、蒸発器２０３が室外側に設けられると、室内は暖房され、凝縮器２０１が室外側に設けられ、蒸発器２０３が室内側に設けられると、室内は冷房される。これらの動作は、図示しない四方弁などによって、循環方向を変えることもできるため、暖房・冷房を切り替えた動作も可能である。
【００１８】
次に、電動要素４０について説明する。電動要素４０は、密閉容器１の内周に固定された固定子４１と、固定子４１の内側に配設された回転子４２とによって構成された、例えば、ブラシレスＤＣモータである。
【００１９】
固定子４１は、固定子鉄心４３、絶縁部材４４、コイル４５から構成されている。コイル４５にはリード線４６が接続されており、リード線４６は密閉容器１に設けられたガラス端子４７に接続される。ガラス端子４７にはリード線４６を介してコイル４５に通電させる外部電源が接続される。コイル４５は、固定子鉄心４３に複数設けられたティースに絶縁部材４４を介して回転軸方向すなわち上下方向に巻き付けられた巻き線の集合体である。コイル４５の巻き線部分はティースとティースとの間に形成されるスロットにほぼ隙間無く収納されている。このような構成によって、外部電源がコイル４５に通電すると、コイル４５が磁束を発生し、固定子鉄心４３上に複数の磁極を生成する。
なお、固定子鉄心４３は、薄板電磁鋼板を打抜いた鉄心シートを積層することで形成され、密閉容器１に焼嵌めによって固定されている。
また、密閉容器１内は冷媒が循環する流路であり、電動要素部もこの冷媒流の中に晒され、外部電源は商用電源あるいは商用電源以上の高電圧を発生させコイル４５に印加する。したがって、コイル４５は、絶縁被膜を施した銅線やアルミ線などが用いられ、絶縁部材は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などによって形成されている。
【００２０】
回転子４２は、固定子４１と同様に薄板電磁鋼板を打抜いた鉄心シートを積層し構成された回転子鉄心４８と、回転子鉄心４８の外周側表面付近に磁石挿入孔が設けられている。その磁石挿入孔にはフェライト磁石や希土類磁石などの永久磁石が挿入され、回転子４２上の磁極を形成する。
なお、永久磁石はフェライト磁石や希土類磁石などを単一使用しても、フェライト磁石と希土類磁石を、２種類以上、混在使用しても構わない。また、磁石挿入孔は回転子鉄心４８の外周側表面付近と説明したが、永久磁石の磁力調整のため回転子鉄心４８の外周側表面から所定の距離を設けた回転子鉄心４８の内周側に設けても構わない。また、回転子鉄心４８に磁石挿入孔を設けず回転子鉄心４８の外周表面に貼り付けても構わない。
回転子鉄心４８の両端面には、永久磁石の飛散を防止するため、磁石挿入孔を閉塞する端板あるいはバランスウエイトが固定されている。圧縮要素１０では吸入、圧縮、吐出など、それぞれの工程に必要な回転トルクの違いにより回転トルク変位が生じる。バランスウエイトは、回転トルク変位によって生じる回転子４２の回転運動のむらを修正するために取付けられるもので、必要な場合のみ取り付けられている。なお、図１は、取り付けられていない例である。
回転子鉄心４８の中心には、シャフト２の外径より小さい内径のシャフト穴が設けられている。シャフト２をそのシャフト穴に焼嵌めることにより、回転子鉄心４８がシャフト２に固定される。これによって、回転子４２はシャフト２と一体になって回転可能となり、電動要素４０の回転力はシャフト２を介して伝達される。
固定子４１と回転子４２との間には、エアギャップ４９と呼ばれる径方向の隙間が全周に渡ってほぼ均一に設けられている。固定子４１から回転子４２へ伝わる磁束はこのエアギャップ４９を介して伝達されるので、エアギャップ４９を広げると電動要素４０の効率が低下する。そのため、できるだけ狭く構成している。同時に、エアギャップ４９は圧縮要素１０から吐出された冷媒が吐出管５に向かって流れる流路にもなっているので、狭すぎると電動要素４０の下方の圧縮要素１０から吐出された高圧冷媒が密閉容器１の上方の吐出管５に流れ込みにくくなる。これを補うため、回転子４２には、回転子４２の軸方向に連通する複数の風穴が設けられている場合もある。
【００２１】
以上のような構成によって、電動要素４０は、回転子４２の永久磁石が作る磁束と固定子４１のコイル４５が作る磁束とが作用しあって、回転子４２を回転させ、回転力をシャフト２へ伝達する。
【００２２】
なお、電動要素４０は、ブラシレスＤＣモータを一例として説明したが、回転子４２に永久磁石を使わない、例えば、誘導電動機であっても構わない。誘導電動機の固定子の構成については、ブラシレスＤＣモータとほぼ同じであるが、回転子は永久磁石の代わりに二次コイルが設けられており、固定子側のコイルが二次コイルに磁束を誘導して回転する仕組みである。
一般的には、回転子側に電気的な作用を発生させずに、永久磁石にて磁束を発生させるブラシレスＤＣモータの方が家庭用として多く用いられている。なぜなら、回転子側の電気回路によって損失を発生させない分、高効率となるためである。
【００２３】
また、ブラシレスＤＣモータの場合、外部電源として、商用電源を直結して使用することはできず、回転子４２の永久磁石が作る磁束の方向すなわちＮ極・Ｓ極に合わせて、固定子４１側のコイル４５が作る磁束の方向すなわち電流が流れる方向を切り替える機能を有した外部電源が必要である。つまり、外部電源が通電する方向を切り替えることによって、固定子４１側の磁束の方向が切り替わり、回転子４２の永久磁石が反発あるいは吸引され、回転子４２は回転させられる。したがって、一般的に外部電源には、通電する方向を切り替える、すなわち、印加する電圧や流す電流の周波数及びその値を変えることができる周波数変換装置が用いられる。周波数変換装置は、一般的にトランジスタなどの半導体で構成された装置で、印加する電圧や流す電流の方向を切り替える速度及びそれを繰り返す速度を自由に変えられる他、通電する電流を増減するためにも印加する電圧を増減させ、ブラシレスＤＣモータの回転数すなわち回転速度と発生トルクを自由に制御することができる。これによって、きめ細かな速度調整を行い、より高効率な圧縮機運転を実現させている。
なお、可変周波数・可変電圧型の外部電源をブラシレスＤＣモータに適用するように説明してきたが、誘導電動機に対して用いても構わない。誘導電動機においても、可変周波数・可変電圧制御によって、きめ細かな速度調整を行い、より高効率な圧縮機運転を実現できる。
なお、誘導電動機に対しては、速度制御やトルク制御を必要としなければ、外部電源に一定周波数、一定電圧の電源を用いても構わない。
【００２４】
次に圧縮要素１０について説明する。圧縮要素１０は、ほぼ円筒形状の内周面を有するシリンダ１１と、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の軸方向の両端開口部を閉塞する上軸受１３および下軸受１４と、上軸受１３および下軸受１４によって支持されるシャフト２と、シャフト２に設けられローラ１５と、ローラ１５に設けられたベーン１６ａ、１６ｂによって構成されている。また、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面と上軸受１３および下軸受１４とによってほぼ円筒形状のシリンダ室１２が形成されるとともに、ローラ１５がシリンダ室１２に収納されている。さらに、シリンダ１１、上軸受１３、下軸受１４、ローラ１５、ベーン１６ａ、１６ｂによって、シリンダ室１２内に作動室を形成している。
【００２５】
図２にて圧縮要素１０の詳細を説明していく。シリンダ１１は、その内部にほぼ円筒形状の内周面１１ａを有している。そのシリンダ内周面１１ａの両端開口部のうち上部側は上軸受１３にて、下部側は下軸受１４がそれぞれ閉塞している。そして、シリンダ内周面１１ａと上軸受１３および下軸受１４とによってシリンダ１１の内部にシリンダ室１２を有している。
上軸受１３および下軸受１４は、断面がほぼＴ字状で、シリンダ１１に接する部分がほぼ円板状であり、シリンダ１１側の端面はほぼ平面状になっており、ボルトにてシリンダ１１に固定されている。
そして、上軸受１３は密閉容器１の内周面に溶接などによって固定され、圧縮要素１０全体が密閉容器１に固定、支持されている。なお、固定されるのは、下軸受１４であっても、シリンダ１１であっても構わない。
【００２６】
シャフト２には、図１のように軸方向の中央部に、ローラ１５がシャフト２の中心軸と同軸軸上に嵌合もしくは一体成形され設けられている。ローラ１５の両側にはシャフト２の回転軸部２ａ、２ｂが形成され、シャフト２の回転軸部２ａ、２ｂは上軸受１３および下軸受１４によって回転自在に支持されている。
【００２７】
シリンダ室１２には、シャフト２に設けられシリンダ室１２の容積より小さいほぼ円柱形のローラ１５が収納されている。ローラ１５の回転の中心（ア）であるシャフト２は、ほぼ円筒形状のシリンダ室１２の中心（イ）から偏心した位置に設けられ、ローラ１５のほぼ円筒形状の外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとが最近接点（ウ）を有している。そして、シャフト２によってローラ１５は回転摺動させられる。なお、最近接点（ウ）では、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとは接触せず、その互いの距離を保ち微小隙間を形成しているが、微小隙間は圧縮要素１０に供給される冷凍機油３によってシールされ塞がれている。なお、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａは、シリンダ室１２およびシリンダ室１２内に形成される作動室を構成する。
【００２８】
ローラ１５には、図２のようにローラ外周面１５ａに開口部を有するベーン溝１７ａ、１７ｂが設けられている。ベーン溝１７ａ、１７ｂには、ほぼ直方体形状（板形状）をしたベーン１６ａ、１６ｂがベーン溝１７ａ、１７ｂの開口部からシリンダ内周面１１ａに向かって突き出せるように摺動自在に設けられている。開口部から突き出されたベーン１６ａ、１６ｂの先端は、シリンダ内周面１１ａに当接され、シリンダ室１２を仕切るため、ベーン１６ａ、１６ｂの軸方向の長さもローラ１５あるいはシリンダ１１の軸方向の長さとほぼ同じ長さで構成されている。また、ベーン溝１７ａ、１７ｂも、そのベーン１６ａ、１６ｂを収納するため、ローラ１５の軸方向の全長に渡る溝として構成されている。
【００２９】
ベーン溝１７ａ、１７ｂの開口部と反対側には、ベーン１６ａ、１６ｂとベーン溝１７ａ、１７ｂとで形成されたベーン背圧空間１８ａ、１８ｂが設けられている。ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂは、上軸受１３あるいは下軸受１４の少なくとも一方に設けられたベーン背圧流路（図示しない）と連通している。ベーン背圧流路は、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂと密閉容器１の高圧空間と連通させるとともに、高圧空間の高圧冷媒をベーン背圧空間１８ａ、１８ｂに導く。ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂに導かれた高圧冷媒はベーン１６ａ、１６ｂをベーン溝１７ａ、１７ｂ内からベーン溝１７ａ、１７ｂ外すなわちローラ１５の外側へ押し出す。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂはベーン溝１７ａ、１７ｂから外れることはないが、ベーン１６ａ、１６ｂの先端がほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａに当接される。
【００３０】
ベーン１６ａ、１６ｂは、ほぼ直方体の板状であり、シリンダ内周面１１ａ側に位置するベーン先端部は外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の半径より小さな半径で構成されている。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂの先端はほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａと径方向では１点、軸方向では線上で接するように当接され、摩擦が抑制されている。
【００３１】
このような構成にて、ベーン１６ａ、１６ｂは、シリンダ内周面１１ａに当接し、シリンダ室１２内に形成される作動室を吸入側の作動室（吸入室）１２ａと吐出側の作動室（圧縮室）１２ｂとに仕切っている。そして、ベーン１６ａ、１６ｂは、ローラ１５の回転にともない、シリンダ内周面１１ａに当接されながらシリンダ室１２内をベーン１６ａ、１６ｂの先端がシリンダ内周面１１ａに沿って移動する。なお、ローラ１５の回転の中心（ア）がシリンダ１１の中心（イ）に対して偏心しているので、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離はシリンダ内周面１１ａの位置によって異なる。そのため、ベーン１６ａ、１６ｂがローラ１５から押し出される量すなわち長さはローラ１５の回転とともに変化させる必要がある。そこで、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂの冷媒圧力がベーン溝１７ａ、１７ｂから押し出すベーン１６ａ、１６ｂの長さをローラ１５の回転とともに制御している。これによって、ベーン１６ａ、１６ｂはベーン溝１７ａ、１７ｂ内で往復摺動することになる。
【００３２】
なお、ベーン１６ａ、１６ｂはこのような構成のため、作動室１２ａ、１２ｂからベーン１６ａ、１６ｂにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適である。このような低圧冷媒種類の冷媒であれば、ベーン１６ａ、１６ｂ及びベーン溝１７ａ、１７ｂの強度上の問題もなく使用できる。
【００３３】
また、ベーン背圧流路には、ベーン背圧空間１８ａ、１８ｂ内の冷媒圧力を調整する背圧調整機構を設けベーン１６ａ、１６ｂがシリンダ内周面１１ａに当接される力を調整している場合もある。
【００３４】
なお、これ以降、ベーン１６ａ、１６ｂがシリンダ内周面１１ａと接触する位置は、ほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａとの最近接点（ウ）を０ｄｅｇとし、図２中ローラ１５の回転方向に合わせて時計回りに１周３６０ｄｅｇにて説明する。例えば、図２のベーン１６ａが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は０ｄｅｇ、ベーン１６ｂが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は１８０ｄｅｇである。
【００３５】
また、図２の状態は、ベーン１６aの先端が０ｄｅｇ近傍にあり、０ｄｅｇ近傍のローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離は最短であるため、ベーン１６aの先端がローラ外周面１５ａとほぼ同位置すなわちベーン１６ａ全体がベーン溝１７ａに収納された状態となる。同様に、１８０ｄｅｇ近傍にあるベーン１６ｂは、１８０ｄｅｇ近傍のローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの対向する距離が最長であるため、ベーン１６ｂの先端がローラ外周面１５ａから最大に押し出された位置すなわちベーン１６ｂがベーン溝１７ｂから最大に押し出された状態である。
【００３６】
シリンダ１１には、吸入孔１９および吐出孔２０が、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点（ウ）を挟んで設けられている。吸入孔１９の一方は、吸入管４と連通し、他方はシリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に開口している。また、吐出孔２０も同様に、一方はシリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に、他方はシリンダ１１外面すなわち密閉容器１内に開口している。
なお、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部には、その開口部とつながったシリンダ内吸入空間１９ａが設けている。シリンダ内吸入空間１９ａは、シリンダ１１に設けられた径方向の溝状の空間であり、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部とシリンダ室１２とを連通させている。この構成によって、シリンダ内吸入空間１９ａは吸入孔１９からシリンダ室１２への流路を広げる役目を果たしている。
また、吐出孔２０から吐出された冷媒は、上軸受１３に設けられた穴あるいは密閉容器１と上軸受１３との間の隙間から上方に通過し、吐出管５に向かって流れる。
【００３７】
また、シリンダ１１には、吐出弁溝２１、吐出弁背圧流路２２が設けられており、図３にて、その詳細を説明していく。なお、図３は、図２のＡ部分を拡大したものである。
【００３８】
シリンダ１１には、シリンダ内周面１１ａすなわちシリンダ室１２に開口部を有する吐出弁溝２１が設けられている。吐出弁溝２１は、吐出孔２０の近傍であって、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。すなわち、吐出弁溝２１は、吐出孔２０に対して最近接点（ウ）が配置されている側と反対側に配置されている。これにより、ベーン１６ａあるいは１６ｂの先端が最近接点（ウ）から吸入孔１９を経て、シリンダ内周面１１ａを摺動して進む進行方向に対して吐出孔２０の手前、冷媒が吐出孔２０へ向かう上流側に配置されることになる。なお、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路は、シリンダ内周面１１ａあるいは吐出弁溝２１の開口部とローラ外周面１５ａとの間に形成された、作動室１２ｂから吐出孔２０までの流路である。なお、吐出流路も上軸受１３と下軸受１４にて上下が閉塞されている。
【００３９】
吐出弁溝２１は、断面がほぼ円形状でシリンダ室１２の軸方向すなわちシャフト２の軸方向と同じ方向に貫通するほぼ円筒形状の溝である。なお、吐出弁溝２１の軸方向とシリンダ室１２の軸方向がほぼ平行となるように吐出弁溝２１は設けられている。吐出弁溝２１には、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３がシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って設けられている。また、吐出弁溝開口部２３には、吐出弁溝受部２４が設けられている。
吐出弁溝２１には、図４（ａ）に示すように軸方向の長さは吐出弁溝２１とほぼ同じであり軸方向と直角方向の断面積は吐出弁溝２１より若干小さい全体がほぼ円柱形状の吐出弁２５が回動及び往復運動自在に挿入されている。吐出弁２５は、吐出弁溝２１にその全体をすべて収納することができる大きさであるとともに、吐出弁溝２１は、吐出弁２５が吐出弁溝開口部２３側へ押し出されたとき、吐出弁溝受部２４が吐出弁２５の一部をシリンダ室１２に突き出した状態で係止する構造である。ただし、吐出弁溝開口部２３は吐出弁２５の直径より小さく構成されているので、吐出弁２５は吐出弁溝２１から外れることはない。また、吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を高くするため、吐出弁２５に対して吐出弁溝２１を若干大きくするだけで吐出弁溝２１に対する吐出弁２５の可動範囲を狭く構成している。
吐出弁２５及び吐出弁溝２１は、吐出弁２５の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向すなわちローラ１５の中心であるシャフト２に向かうように設けられている。
【００４０】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５は、吐出弁２５のほぼ円筒形状の外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、所定の距離を保っている。すなわち、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０に供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。なお、シリンダ室１２を仕切るために、吐出弁２５の軸方向の長さもシリンダ１１あるいはローラ１５の軸方向の長さとほぼ同じ長さであり、吐出弁溝２１と吐出弁溝開口部２３もシリンダ１１の軸方向の全長に渡って形成されている。
【００４１】
なお、図４（ａ）では、吐出弁２５は中実形状であってほぼ円柱形状のものを示したが、図４（ｂ）の吐出弁２５ａのように中空形状であってほぼ円筒形状のものでも構わない。ほぼ円筒形状の方が質量は小さく、吐出弁２５ａを移動させるために必要な力が小さくて済む。また、吐出弁２５は吐出弁２５の端面と上軸受１３、下軸受１４とが摺動部となり、摩擦を発生する。吐出弁２５はほぼ円柱形状であるが、吐出弁２５ａはほぼ円筒形状のため、吐出弁２５ａの端面と上軸受１３、下軸受１４との接触面積も小さく、摩擦も小さい。よって、吐出弁２５ａは摺動抵抗も小さく、小さな力で移動でき、吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を良くすることもできる。
また、吐出弁２５ａは中が中空ではなく、別の材料で埋めていても構わない。中空部分を埋める材料や量によって吐出弁２５ａの質量を調整し、吐出弁２５ａを移動させるために必要な力を調整できる。すなわち、吐出弁２５ａの応答性や移動条件を調整できる。
【００４２】
また、吐出弁２５あるいは２５ａをアルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁２５あるいは２５ａの吐出弁溝２１内での往復運動の応答性を上げることができる。
【００４３】
また、吐出弁２５が吐出弁溝２１内を往復運動するため、吐出弁２５と吐出弁溝２１の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を長くすることができる。
【００４４】
また、図３のシリンダ１１には、シリンダ１１の外部の密閉容器１内の高圧空間と吐出弁溝２１とを連通する吐出弁背圧流路２２が設けられている。吐出弁背圧流路２２は、吐出弁溝２１に高圧空間の高圧冷媒を導く。吐出弁背圧流路２２によって導かれた高圧冷媒は吐出弁２５をシリンダ室１２内へ押し出すように作用する。押し出された吐出弁２５はシリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。したがって、吐出孔２０は、常に高圧空間と連通しており、吐出孔２０内も高圧雰囲気となっている。
なお、作動室１２ｂの冷媒圧力が所定の圧力となったとき、吐出弁２５が吐出弁溝２１に押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。作動室１２ｂの冷媒圧力と吐出弁２５の開閉移動の関係は、次の動作のところで、詳細説明する。
なお、吐出弁背圧流路２２は孔形状であっても、溝形状であっても構わない。また、吐出弁背圧流路２２は複数の孔形状や溝形状から構成されていても構わない。孔形状や溝形状あるいはそれらの数によって、吐出弁溝２１内に流れ込む高圧冷媒のタイミングを調整し、吐出弁２５の応答速度や吐出弁溝受部２４に作用する応力を制御できる。
【００４５】
次に圧縮機全体の動作について説明する。
圧縮機１００に通電を行うと、電動要素４０の回転子４２は回転を行い、回転子４２に嵌合されたシャフト２を回転させる。さらにシャフト２はシャフト２に嵌合されている圧縮要素１０のローラ１５に回転力を伝達しを回転させる。ローラ１５の回転によって、ローラ１５のベーン溝１７ａ、１７ｂに設けられたベーン１６ａ、１６ｂもシリンダ室１２内を移動する。
【００４６】
ベーン１６ａ、１６ｂのベーン背圧室１８ａ、１８ｂには背圧調整機構あるいは高圧空間から直接、ベーン背圧流路を介して高圧冷媒が流入されている。ベーン背圧室１８ａ、１８ｂの内部圧力とローラ１５の回転による遠心力によってベーン１６ａ、１６ｂは、図２のようにシリンダ内周面１１ａに当接される。すなわち、ベーン１６ａ、１６ｂはシリンダ内周面１１ａに当接された状態でローラ１５の回転とともにシリンダ１１内を摺動しながら移動する。
ベーン１６ａ、１６ｂは図２のようにシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａによって囲まれた空間、すなわち、作動室１２ａ、１２ｂを形成する。なお、作動室１２ａ、１２ｂは、その上下を上軸受１３、下軸受１４によって閉鎖されている。
【００４７】
また、図２の状態では、作動室１２ａに吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部がつながっており、作動室１２ａに吸入孔１９を介して冷媒が流入している。ベーン１６ａ、１６ｂは、ローラ１５によって、最近接点（ウ）から吸入孔１９を通過して吐出孔２０に向かって移動し、吐出孔２０を通過して、また最近接点（ウ）に戻る、時計回りの回転移動を行っている。図６は、図２の状態からローラ１５を時計回りに回転移動している状態を示した図であり、これによってベーンロータリ圧縮機１００が吸入から吐出まで行う工程を、図６を用いて説明する。
【００４８】
図６（ａ）と図２とは、同じ状態の図であり、吸入孔１９側にある作動室１２ａは、吸入孔１９と連通し、アキュムレータ１０１側から冷媒を吸入している工程である。
図６（ｂ）は、図６（ａ）からローラ１５が時計回りに回転した状態である。ベーン１６ａは、吸入孔１９周辺のシリンダ内周面１９ｂに当接されるので、シリンダの径方向設けられた溝状のシリンダ内吸入空間１９ａには進入できない。よって、ベーン１６ａが吸入孔１９を通り過ぎても、作動室１２ａはシリンダ内吸入空間１９ａを介して吸入孔１９と連通したままであり、吸入動作が継続されている。
図６（ｃ）の状態は、ローラ１５が約９０ｄｅｇ回転し、ベーン１６ａによって作動室１２ａとシリンダ内吸入空間１９ａとが閉鎖された状態である。すなわち、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ａ、１６ｂとで形成されている状態である。よって、作動室１２ａと吸入孔１９と連通が終了し、吸入動作の工程が終了する。また、この状態以降から、圧縮動作の工程が開始される。
図６（ｄ）は、さらにローラ１５が回転し作動室１２ａの内容積が徐々に小さくなり、圧縮動作が継続されている。
図６（ｅ）はベーン１６ｂが吐出弁２５と接した状態で、図６（ｆ）はベーン１６ｂが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動した状態である。これ以降、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ａと吐出弁２５とで形成される。
さらに、ローラ１５が回転すると、図６（ａ）の状態となるが、図６（ｆ）にて作動室１２ａと指示していたものは、図６（ａ）では作動室１２ｂに相当するため、作動室１２ｂの動作として説明していく。また、ローラ１５の回転とともに圧縮動作が進むため、図６（ａ）の作動室１２ｂは、内部の冷媒圧力が上昇していき、所定の圧力すなわち吐出圧となると、吐出弁２５が動作するようになる。図７、８を用いて、その動作の詳細を説明していく。
【００４９】
図７は、図６（ａ）と同じく、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖した状態である。図８は、図６（ｂ）（ｃ）と同じく、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路が開口された状態である。
【００５０】
図７、８にて、吐出弁２５に働く外力と開閉動作について説明する。まず、吐出弁２５には、吐出弁背圧流路２２から導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５を押す力が働いている。吐出弁２５が往復運動する方向、すなわち吐出弁溝２１からローラ１５の中心（ア）（シャフト２の中心）に向かう方向をＸ軸とし、吐出弁２５に吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ働く力をＦ１ｘとする。Ｆ１ｘはＸ軸方向に働く力である。
また、吐出弁２５には作動室１２ｂ内の冷媒圧力によって作動室１２ｂ側から吐出弁２５を押す力Ｆ２ｚが働いている。このＦ２ｚのうち、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＸ軸方向成分の力をＦ２ｘとする。
また同様に、吐出弁２５には吐出孔２０側の冷媒圧力によって吐出孔２０側から吐出弁２５を押す力Ｆ３ｚが働いている。このＦ３ｚのうち、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＸ軸方向成分の力をＦ３ｘとする。
なお、吐出弁２５は吐出弁溝２１に沿った方向以外には動かないので、Ｘ軸方向以外の外力は、相殺あるいは吸収されて消滅する。
【００５１】
吐出弁２５が吐出弁溝２１内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５をＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘと吐出弁２５を逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力とで決まる。
Ｆ１ｘがＦ２ｘとＦ３ｘの合力より大きい場合、すなわち、Ｆ１ｘ＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５は吐出弁溝開口部２３にある吐出弁溝受部２４に押圧されローラ１５のローラ外周面１５ａと吐出弁２５の外周面とで作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖している。
【００５２】
ローラ１５が回転し図８の状態に進むと、作動室１２ｂ内の冷媒の圧縮が進み、冷媒圧力が上昇する。作動室１２ｂ内の冷媒圧力が所定の圧力まで達し、Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力がＦ１ｘより大きくなった場合、すなわち、Ｆ１ｘ＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５は吐出弁溝２１の中に押し戻され、吐出弁２５とローラ外周面１５ａとの間に流路が形成され、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通する。作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通することによって、作動室１２ｂ内の圧縮された高圧冷媒が、吐出孔２０を介してシリンダ１１の外に吐出される。
【００５３】
さらにローラ１５が回転し図６（ｆ）のようにベーン１６ｂが吐出弁２５の位置を通過し作動室１２ｂがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａの接近により消失すると、作動室１２ｂから冷媒の吐出動作の工程が終了する。また、吐出弁２５には、圧縮開始状態の作動室１２ａが接し、Ｆｘ２の力が小さくなるので、吐出弁２５はシリンダ室１２に押し出され、再び作動室から吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。
【００５４】
以上のような工程で、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０は吐出動作を行っている。そして、圧縮機１００は、圧縮要素１０にて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
【００５５】
ところで、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５がなく、吐出孔２０のシリンダ１１外面側開口部に従来通りの吐出弁が備えられている場合、吐出動作の工程にて、吐出孔２０の内容積分が高圧空間へ吐出しきれない高圧冷媒を残すデッドボリュームとなる。例えば、図６（ｆ）の吐出孔２０をベーン１６ｂが通過するまでは、同様の吐出動作が行われているが、図６（ａ）のように吐出孔２０をベーン（図６（ａ）では１６ａのベーンに相当する）が通過すると、シリンダ１１外面の吐出弁はシリンダ１１外側とシリンダ室１２側（図６（ａ）では作動室１２ｂ）との差圧のため吐出孔２０をシリンダ１１外面側で閉鎖し、吐出孔２０に高圧冷媒が取り残されることになる。この高圧冷媒が取り残された吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室が連通すると、次の作動室はまだ圧縮段階で作動室内部の冷媒は圧力が高まっていないため、吐出孔２０内に残る高圧冷媒が作動室１２ｂへ逆流し、再膨張・再圧縮されることになる。すなわち、デッドボリュームに残った高圧冷媒により、再膨張損失を発生し、入力増加による効率低下を招いている。
【００５６】
これに対して、本実施の形態では、シリンダ１１外面側開口部に吐出弁は設けず、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５を設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。すなわち、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に配置した吐出弁２５によって、吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、作動室１２ｂへの高圧冷媒が逆流し発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留したが、吐出孔２０は常に高圧空間と連通しているので、吐出孔２０と吐出弁２５が高圧冷媒の吐出動作の妨げることも防止できる。これにより、吐出孔２０が、吐出動作終了後にデッドボリュームとなることを防止することができる。
また、吐出弁２５は作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとで閉鎖する一方、吐出弁２５はシリンダ１１の吐出弁溝２１に押し戻されることで流路を開口する。吐出弁２５が吐出流路を開口したとき、従来のデッドボリューム対策のように作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路の冷媒の流れに吐出弁２５が干渉することがないので、吐出流路において吐出動作時の圧力損失を改善することができる。
【００５７】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
【００５８】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【００５９】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーンや吐出弁溝受部に強度的な問題は無く使用できる。
【００６０】
また、図２では、ベーンは２個構成のものを示したが、ベーンは２個以上あっても構わない。その場合は、ベーンの個数に応じて作動室を複数に仕切ることができる。また、ベーンが１個であっても作動室は形成され、圧縮動作可能である。このように、ベーンロータリ圧縮機はシリンダやローラなどの部品を追加し圧縮要素部を大型化することなく作動室を増やすことができ、省スペースにて押しのけ量を増加させることが可能である。
【００６１】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【００６２】
また、吐出弁がシリンダ室側に押し出された際に、吐出弁の外周面とローラの外周面が接触せず、微小隙間を形成するとしたが、吐出弁の外周面とローラの外周面が接触しても構わない。吐出弁が回動可能であるためローラの外周面と接触しても摺動損失は小さく、吐出孔側から作動室側への高圧冷媒の逆流を防ぐことができる。ゆえに、耐摩耗性も改善し圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００６３】
また、ベーンが吐出弁に接触しても、吐出弁が回動可能であるため摺動損失を小さくでき、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。
【００６４】
また、従来のデットボリューム対策では、吐出孔内に設けられた吐出弁の可動範囲が大きいことから、吐出弁の動作遅れが生じ、高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒もあった。しかし、吐出弁溝に対する吐出弁の可動範囲を狭くし、吐出弁溝内での往復運動の応答性を改善したので、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができるようになった。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができる。
さらに、この吐出弁動作遅れに伴い、吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁を設けていたが、別の吐出弁は不要となり、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【００６５】
また、吐出弁は、中空形状であってほぼ円筒形状とすることによって、摺動抵抗も小さく、小さな力で移動でき、応答性を良くすることもできる。また、吐出弁をアルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、移動する力を変えることができるため、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００６６】
また、図２〜８では、吐出弁の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面の法線方向となるように設けられた例にて説明してきたが、必ずしも、吐出弁の往復運動の方向はローラ外周面の法線方向でなくても構わない。例えば、吐出弁の往復運動の方向はほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向すなわちシリンダ室１２の中心を向いていても構わない。吐出弁の往復運動の方向を変えることによって、シリンダ室から吐出弁溝の方向に働く合力の成分比を変えることができる。すなわち、作動室側から働く力と吐出孔側から働く力の合力の比率を調整することができ、吐出弁の開閉条件を調整することができる。
【００６７】
実施の形態２．
実施の形態１では、吐出弁を円柱形状のものとし、シリンダの外面から吐出弁背圧流路を介して吐出弁溝に高圧空間の高圧冷媒を導き、吐出弁を吐出弁溝から押し出し作動室と吐出孔とを連通し作動室から吐出孔へ向かって冷媒が流れる吐出流路を閉鎖していた。しかし、吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室側へ押し出す力は吐出弁背圧流路から導かれる高圧空間の冷媒圧力に依存している。高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていないと、吐出弁溝からシリンダ室側へ押し出す力も十分ではない場合がある。そこで、吐出弁溝内に付勢手段であるスプリングを配置し、吐出弁溝を押し出す力を補った例を実施の形態２として説明する。
【００６８】
図９は、図２と同様、図１の圧縮機１００の圧縮要素部をＤ−Ｄ線で切断した横断面図である。図９において、図２と同一符号で示すものは、図２と同一あるいは同様の部品である。図１０は、図９の吐出弁２５ｂと吐出孔２０の周辺すなわちＢ周辺を拡大したものであり、図１０にて詳細を説明していく。
【００６９】
図１０では、図２、３と同様に、吐出弁溝２１ｂは、シリンダ１１に設けられたシリンダ室１２の軸方向に貫通する溝であり、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３ｂを有する。吐出弁溝開口部２３ｂもシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って形成されている。吐出弁溝開口部２３ｂには、吐出弁溝受部２４ｂが設けられている。吐出弁溝２１ｂには図１１のような軸方向の長さは吐出弁溝２１とほぼ同じで全体がほぼ直方体形状の吐出弁２５ｂが、往復運動自在に挿入されており、吐出弁２５ｂは、吐出弁溝開口部２３ｂ側へ押し出されたとき、吐出弁２５ｂの一部をシリンダ室１２に突き出す状態で吐出弁溝受部２４ｂに係止される。
吐出弁２５ｂ及び吐出弁溝２１ｂは、吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向すなわちローラ１５の中心であるシャフト２に向かうように設けられている。なお、吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向すなわちシリンダ１１の中心に向かうように、吐出弁２５ｂと吐出弁溝２１ｂが設けられていても構わない。
また、吐出弁溝２１ｂの配置も図２、３と同様であり、吐出孔２０の近傍であって、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。すなわち、吐出弁溝２１ｂは、吐出孔２０に対して最近接点（ウ）が配置されている側と反対側に配置されている。
【００７０】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５ｂは、吐出弁２５ｂの外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、微小隙間が形成され、圧縮要素１０に供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれる。これによって、吐出弁２５ｂの外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。なお、吐出弁２５ｂの軸方向の長さもシリンダ１１あるいはローラ１５の軸方向の長さとほぼ同じ長さであり、吐出弁溝２１ｂと吐出弁溝開口部２３ｂもシリンダ１１の軸方向の全長に渡って形成されている。
【００７１】
吐出弁溝２１ｂには吐出弁背圧流路２２ｂが設けられており、シリンダ１１の外部にある密閉容器１内の高圧空間と吐出弁溝２１ｂとを連通している。吐出弁背圧流路２２ｂは、吐出弁溝２１ｂに高圧空間の高圧冷媒を導き、導かれた高圧冷媒は吐出弁２５ｂをシリンダ室１２内へ押し出すように作用する。押し出された吐出弁２５ｂはシリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。
なお、作動室１２ｂの冷媒圧力が、所定の圧力となったとき、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂに押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開く。
【００７２】
吐出弁２５ｂは、図１１に示すように、全体がほぼ直方体形状であり、吐出弁溝開口部２３ｂから押し出されるローラ外周面１５ａ側の面すなわち吐出弁２５ｂの先端が半円柱形状となっている。
なお、先端は半円柱形状ではなく、直方体の角部すなわち面と面との接続部にＲを設けた形状であっても構わない。先端が半円柱形状の場合、吐出弁２５ｂの半円柱形状外周面とほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとは、径方向では１点、軸方向では線上の最接近ポイントにて流路を閉鎖する。直方体形状では、最近接ポイントが面にて形成され、より広い範囲で漏れなく流路を閉鎖できる。
また、吐出弁２５ｂの押し出される先端部分の反対側と吐出弁溝２１ｂとの間には付勢手段であるスプリング２６が設けられている。スプリング２６の端面の一方は、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対側の面に接し、他方は吐出弁２５ｂの吐出弁溝開口部２３ｂから押し出される側と反対側の面に接している。スプリング２６の端面それぞれは吐出弁溝２１ｂ、吐出弁２５ｂに必ずしも固定されている必要はない。また、スプリング２６の力を十分に伝達させるためには、吐出弁溝２１ｂおよび吐出弁２５ｂのスプリング２６が接する箇所は、平面となっていることが望ましい。また、ほぼ直方体形状の吐出弁２５ｂを押し出すため、スプリング２６は複数設けても構わない。複数設け吐出弁２５ｂの両端側を押圧し、吐出弁溝２１ｂを平行に移動させることができる。
このような構成にて、スプリング２６は、吐出弁２５ｂを吐出弁溝開口部２３ｂからシリンダ室１２に押し出す作用を補っている。
【００７３】
次に動作について説明する。圧縮機全体の動作や圧縮機の吸入から吐出までの工程動作はほぼ同じである。作動室に冷媒を吸入後、作動室内の冷媒を圧縮中の工程である図６（ａ）の作動室１２ｂの状態から説明する。実施の形態１同様、所定の圧力すなわち吐出圧となり、吐出弁２５ｂが動作する工程である。なお、同様に、図１２、１３にて説明する。
【００７４】
図１２は、図７同様、吐出弁２５ｂが作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖した状態である。図１２は、図８同様、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通し、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路が開口された状態である。
図１２、１３にて、吐出弁２５ｂに働く外力と開閉動作について説明する。図中では、吐出弁２５が往復運動の方向すなわち吐出弁溝２１ｂからローラ１５の中心（ア）（シャフト２の中心）に向かう方向をＸ軸としている。また、吐出弁２５ｂに働く力Ｆ１ｘ、Ｆ２ｘ、Ｆ３ｘは、図７、８と同じである。これらに加えて、吐出弁２５ｂには、スプリング２６によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ押すＸ軸方向の力Ｆ５ｘが働いている。
【００７５】
図７、８同様、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５ｂをＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘとＦ５ｘとの合力および吐出弁２５ｂを逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘとの合力で決まる。
吐出弁２５ｂをＸ軸方向に押す力Ｆ１ｘとＦ５ｘとの合力がＦ１ｘとＦ５ｘとの合力と逆方向に押す力Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力より大きい場合、すなわち、（Ｆ１ｘ＋Ｆ５ｘ）＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出弁溝開口部２３ｂにある吐出弁溝受部２４ｂに押圧されローラ１５の外周面と吐出弁２５ｂの外周面とで作動室１２ｂと吐出孔２０とを仕切り、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖する。
【００７６】
ローラ１５が回転し図１３の状態に進むと、作動室１２ｂ内の冷媒の圧縮が進み、冷媒圧力が上昇する。作動室１２ｂ内の冷媒圧力が所定の圧力まで達し、Ｆ２ｘとＦ３ｘの合力がＦ１ｘとＦ５ｘとの合力より大きくなった場合、すなわち、（Ｆ１ｘ＋Ｆ５ｘ）＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出弁溝２１ｂの中に押し戻され、吐出弁２５ｂとローラ外周面１５ａとの間に流路が形成され、作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通する。作動室１２ｂと吐出孔２０とが連通することによって、作動室１２ｂ内の圧縮された高圧冷媒が、吐出孔２０を介して吐出される。
【００７７】
さらにローラ１５が回転し図６（ｆ）のようにベーン１６ｂが吐出弁２５ｂの位置を通過し作動室１２ｂが消失すると、作動室１２ｂから冷媒の吐出が終了する。また、吐出弁２５ｂには、圧縮開始状態の作動室１２ａが接し、Ｆｘ２の力が小さくなるので、吐出弁２５ｂはシリンダ室１２側に押し出され、再び作動室から吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を閉鎖する。
【００７８】
以上のような工程で、吐出弁２５ｂが作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０は吐出動作を行っている。そして、圧縮機１００は、圧縮要素１０にて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
【００７９】
本実施の形態も実施の形態１同様、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路上に吐出弁２５ｂを設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。これにより、吐出孔２５と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、そのとき発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０は常に高圧空間と連通し、吐出孔内に高圧空間に吐出できない高圧冷媒が残留することを防止できる。
【００８０】
一方、実施の形態１のような構成の場合、吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室へ押し出す力は吐出弁背圧流路から導かれる高圧空間の冷媒圧力に依存している。圧縮機の始動時のように高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていないとき、高圧空間から導かれる冷媒が吐出弁を吐出弁溝からシリンダ室へ押し出す力も十分ではない場合がある。押し出す力が十分ではない場合、作動室から吐出孔へ向かい流れる吐出流路を十分に閉鎖することはできず、高圧空間から吐出孔を介して作動室へ冷媒が流れ込み再膨張損失となる。
これに対して、実施の形態２では吐出弁溝２１ｂ内に付勢手段であるスプリング２６を設け、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合であっても、スプリング２６の力で、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２へ押し出すことができる。これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を確実に閉鎖することができ、再膨張損失による効率の低下を防止することができる。
【００８１】
なお、高圧空間の冷媒圧力が不十分であることは圧縮機始動時以外にも、圧縮機の電動要素４０を外部電源に周波数変換装置を使用し、可変速で制御している場合などでも発生する。周波数変換装置は、印加する電圧の周波数と電圧値を可変させ、圧縮機の電動要素４０を、例えば０回転／秒から２００回転／秒程度まで可変させることが可能である。圧縮機を低速に回転させることにより冷媒回路の冷媒循環量を減少させ冷凍能力を抑制したり、高速に回転させることにより冷媒回路の冷媒循環量を増加させ冷凍能力を拡大させたりする。特に、省エネ化が進んでいるが家庭用の製品の場合、ブラシレスＤＣモータを使用するケースが多く、商用電源では駆動できないブラシレスＤＣモータには周波数変換装置すなわちインバータが必須であり、このような冷媒循環量の制御も当然のように行っている。これに対して、圧縮機の電動要素４０を２０回転／秒以下程度の低速回転で運転した場合、高圧空間へ高圧冷媒を送り出す速度が遅いので高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧とならない。そのような場合でも、スプリング２６の補助力にて作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい流れる吐出流路を確実に閉鎖することができる。
【００８２】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
さらに、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出弁に設けた付勢手段によって、作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を確実に閉鎖することができ、再膨張損失による効率の低下を防止することができる。
【００８３】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、吐出弁に付勢手段を設けたとしても作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【００８４】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、吐出弁に付勢手段を設けたとしてもベーンや吐出弁溝受部に強度的な問題は無く使用できる。
【００８５】
また、ベーンは１個以上あれば作動室を形成できるとともに、複数のベーンを備えれば複数の作動室に仕切ることができる。したがって、圧縮要素部を大型化することなく作動室を増し、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる。
【００８６】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【００８７】
また、付勢手段を設けることにより、吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性はさらに向上し、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができる。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができ、従来のデットボリューム対策で必要であった吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁は不要となる。よって、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【００８８】
また、吐出弁は、アルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【００８９】
また、吐出弁の往復運動の方向を変え、吐出弁の開閉条件を調整することも可能である。図９〜１３では吐出弁２５ｂの往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向あるいはほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向であったが、図１４は吐出弁２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向以外に向けたもの、すなわち、ローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たせたものである。また、図１５は図１４のＣ周辺を拡大した拡大図である。
【００９０】
図１５において、吐出弁２５ｂが往復運動する方向をＹ軸とする。そして、吐出弁背圧流路２２ｂから導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５ｂを押すＹ軸方向の力をＦ１ｙとする。
また、スプリング２６によって吐出弁溝２１ｂ側からシリンダ室１２側へ押すＹ軸方向の力をＦ５ｙとする。
また、吐出弁２５ｂに作動室１２ｂ側から働く力をＦ２ｚのうち、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押すＹ軸方向の力をＦ２ｙとする。
また同様に、吐出弁２５ｂに吐出孔２０側から働く力をＦ３ｚのうち、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＹ軸方向の力をＦ３ｙとする。
図１５でも、図１２、１３同様に、吐出弁２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内をどちらの方向に移動するかは、吐出弁２５ｂをＹ軸方向に押す力Ｆ１ｙとＦ５ｙとの合力および吐出弁２５ｂを逆方向に押す力Ｆ２ｙとＦ３ｙとの合力で決まり、（Ｆ１ｙ＋Ｆ５ｙ）＞（Ｆ２ｙ＋Ｆ３ｙ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出流路を閉鎖し、（Ｆ１ｙ＋Ｆ５ｙ）＜（Ｆ２ｙ＋Ｆ３ｙ）の場合、吐出弁２５ｂは吐出流路を開口する。
【００９１】
しかしながら、図１５のように吐出弁２５ｂが往復運動する方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して吐出孔２０側に傾かせた場合、吐出弁２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押す力の合力はＦ２ｙの成分が大きくなり、作動室１２ｂ側から働く力すなわち作動室１２ｂの冷媒圧力が主体となって、吐出弁を開閉させる。
【００９２】
このように吐出弁２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たる調整することによって、吐出弁を開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件をより柔軟に調整することもできる。
【００９３】
また、吐出弁２５ｂは、吐出弁２５ｂの先端と反対側の面にスプリング２６が当接される。そのスプリング２６の当接面が平面であるため、吐出弁２５ｂの当接される面も平面である方が吐出弁２５ｂに応力を伝達し易い。したがって、吐出弁２５ｂは直方体形状としてきた。しかしながら、吐出弁２５ｂは吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒によって動かされ、スプリング２６はその吐出弁２５ｂの移動を補助するものである。そのため、スプリング２６から吐出弁２５ｂに加えられる力も、大きな力でなくても良いので、実施の形態１同様、吐出弁を円柱形状あるいは円筒形状として、スプリング２６と吐出弁との当接面が面同士で無い状態であっても構わない。
【００９４】
図１６は、円柱形状の吐出弁２５あるいは円筒形状の吐出弁２５ａを使用して、スプリング２６にて押し出す力を補助している例である。図２、図９と同様の部品は同じ符号で表している。吐出弁溝２１ｂ内には、円柱形状の吐出弁２５あるいは円筒形状の吐出弁２５ａが収納されており、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対側にはスプリング２６が収納され、スプリング２６によって吐出弁２５あるいは２５ａが吐出弁溝開口部２３ｂに押す構成である。吐出弁溝２１ｂには、吐出弁背圧流路２２ｂが連通しており、高圧空間の高圧冷媒が吐出弁背圧流路２２ｂを介して流入し吐出弁２５あるいは２５ａを吐出弁溝開口部２３ｂ側に押す。これによって、吐出弁溝開口部２３ｂから吐出弁２５の一部がシリンダ室１２に押し出されるが、流入する高圧冷媒の圧力が十分でない場合には、スプリング２６が吐出弁２５あるいは２５ａを押す力を補助する。
【００９５】
これによって、図９と同様に高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を確実に閉鎖できる効果が得られると同時に、スプリング２６と吐出弁２５あるいは２５ａとはわずかな接触面積で接触することで、図２同様、回動自在に設けられた状態となる。したがって、吐出弁２５あるいは２５ａがベーン１６ａ、１６ｂと接触しても回動して摩擦が減少する効果が得られ、摺動損失の少ない圧縮機が得られる。
【００９６】
また、図１６の場合、図１４同様、図１７のように吐出弁２５あるいは２５ａ及び吐出弁溝２１ｂを設ける方向すなわち吐出弁２５あるいは２５ａの往復運動の方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たせて設けることも可能である。これによって、吐出弁を開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件も柔軟に調整できる。
【００９７】
また、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝開口部２３ｂからシリンダ室１２に押し出されるときには、吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒の圧力でも押し出されているので、必ずしもスプリング２６は吐出弁２５あるいは２５ｂに当接されていなくとも構わない。
【００９８】
例えば、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３ｂと反対面にスプリング２６の端面の一方が固定され、他方は、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内に押し戻されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂと接し、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に所定量以上押し出されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂから離れスプリング２６の付勢力が零になるようにする。すなわち、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に押し出され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路の吐出弁溝開口部２３ｂ近傍の流路断面積を半分以上閉鎖すると、スプリング２６は吐出弁２５あるいは２５ｂから離れスプリング２６の付勢力が無くなる構成とした場合でも、吐出弁２５あるいは２５ｂは吐出流路を閉鎖することが可能である。スプリング２６が所定量以上、吐出弁２５あるいは２５ｂを押し出す補助を行えば、吐出弁背圧流路２２ｂからの高圧冷媒の圧力で、吐出弁２５あるいは２５ｂを押し出すことができるためである。なお、吐出流路の流路断面積とは、シリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとの間の空間をシャフト２の中心あるいはシリンダ１１の中心を通る面で切断した時の断面の面積である。
【００９９】
このように構成することによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝受部２４ｂに押圧されるとき、スプリング２６の力が加えられないため、吐出弁溝受部２４ｂに余分な強度を持たせる必要がなくなり、より信頼性の高い圧縮機が得られる。
【０１００】
また、吐出弁が円柱形状あるいは円筒形状の場合、スプリング２６の端面と吐出弁２５が接触することがなく、吐出弁２５はより自由に回動することができ、摩擦、摺動損失が少ない効率の高い圧縮機が得られる。
【０１０１】
実施の形態３．
実施の形態１、２では、ベーンがシリンダの内周面に当接されながら移動する接触方式のベーンロータリ圧縮機において、作動室と吐出孔とを連通し作動室から吐出孔へ向かって冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を設けたものについて説明した。これに対し、ベーンロータリ圧縮機の仕組みには、ベーンがシリンダの内周面に当接されず、所定の距離を置いて移動する非接触方式のものもある。そのようなベーンロータリ圧縮機でも、実施の形態１、２と同様、作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を設け吐出孔の内容積がデットボリュームとなることを防ぐこともできる。
図１８、１９にてベーンがシリンダの内周面に当接されない場合のベーンロータリ圧縮機について説明していく。
【０１０２】
図１８は、図１の圧縮機１００の圧縮要素部を組み立てた場合の組み立て図である。図１９は、圧縮要素部を組み立てた後の断面図である。なお、図２、図９と同一符号で示すものは、図２、図９と同一あるいは同様の部品である。
圧縮要素１０ａは、図２、図９と同様に、ほぼ円筒形状の内周面を有するシリンダ１１と、シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面の軸方向の両端開口部を閉塞する上軸受１３および下軸受１４と、上軸受１３および下軸受１４によって支持されるシャフト２と、シャフト２に設けられたローラ１５と、ローラ１５に設けられたベーン１６ｃ、１６ｄによって構成されている。シリンダ１１のほぼ円筒形状内周面と上軸受１３および下軸受１４とによってほぼ円筒形状のシリンダ室１２が形成されるとともに、ローラ１５がシリンダ室１２に収納されていることは、図２、図９と同じである。さらに、シリンダ１１、上軸受１３、下軸受１４、ローラ１５、ベーン１６ｃ、１６ｄによって、シリンダ室１２内に作動室を形成することも同じである。
【０１０３】
上軸受１３および下軸受１４は、断面がほぼＴ字状で、シリンダ１１に接する部分はほぼ円板状である。
上軸受１３のシリンダ１１側の端面には、シリンダ１１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部（図示しない）が形成されている。ベーンアライナ保持部には後述するベーンアライナ２７ａ、２７ｃが勘入される。また、上軸受１３の中央部は図２、９と同様に円筒状の軸受部が設けられており、この軸受部にてシャフト２の回転軸部２ａを回転自在に支持する。
同様に、下軸受１４のシリンダ１１側の端面には、シリンダ１１の内径と同心であるリング溝状のベーンアライナ保持部２８が形成されている。ベーンアライナ保持部２８には後述するベーンアライナ２７ｂ、２７ｄが勘入される。また、下軸受１４の中央部は図２、９と同様に円筒状の軸受部が設けられており、この軸受部にてシャフト２の回転軸部２ｂを回転自在に支持する。
なお、上軸受１３、下軸受１４はボルトにてシリンダ１１に固定されている。
【０１０４】
シャフト２には、図２、図９と同様に、ローラ１５がシャフト２の中心軸と同軸軸上に嵌合もしくは一体成形され設けられている。
【０１０５】
また、図１９に示すように、図２、図９と同様、シリンダ室１２に収納されるローラ１５の回転の中心（ア）は、ほぼ円筒形状のシリンダ室１２の中心（イ）から偏心した位置に設けられ、ローラ１５のほぼ円筒形状の外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとが最近接点（ウ）を有している。そして、シャフト２によってローラ１５は回転摺動させられる。なお、最近接点（ウ）では、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとは接触せず、その互いの距離を保ち微小隙間を形成しているが、微小隙間は圧縮要素１０ａに供給される冷凍機油３によってシールされ塞がれている。なお、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａは、シリンダ室１２およびシリンダ室１２内に形成される作動室を構成する。
【０１０６】
ローラ１５には、図１８のように断面がほぼ円形で軸方向に貫通するブッシュ保持部２９ａ、２９ｂおよびベーン逃がし部３０ａ、３０ｂが形成されている。また、ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとは連通しており、ブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとは連通している。また、図１８のようにベーン１６が２枚配置される場合は、ブッシュ保持部２９ａおよびベーン逃がし部３０ａと、ブッシュ保持部２９ｂおよびベーン逃がし部３０ｂと対称の位置に配置されている。
ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間にベーン１６ｃが挿入され、ブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間にベーン１６ｄが挿入される。
【０１０７】
ベーン１６ｃ、１６ｄは、ほぼ直方体の板状であり、シリンダ１１の内周面側に位置するベーン先端部は外側に円弧形状に形成され、その円弧形状の半径は、シリンダ内周面１１ａの半径すなわちシリンダ室１２の半径とほぼ同等の半径で構成されている。ベーン１６ｃ、１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側となる部分と反対側には、部分リング形状のベーンアライナ２７ａ〜２７ｄが設けられている。ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄはベーン１６ｃ、１６ｄと一体成形されたものでも、溶接や接着、嵌合されたものであっても構わない。
【０１０８】
３１ａ〜３１ｄは、ほぼ半円柱状のブッシュであり、３１ａと３２ｂ、３１ｃと３２ｄ、の一対で構成される。ブッシュ３１ａ〜３１ｄは、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａ、２９ｂに勘入され、ブッシュ３１ａ、３２ｂの内側に板状のベーン１６ｃが、ブッシュ３１ｃ、３２ｄの内側に板状のベーン１６ｄが、ローラ１５に対して回動自在かつほぼ法線方向に往復移動可能に保持される。
【０１０９】
なお、ベーンアライナ２７ａは、ベーン１６ｃのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の上軸受１３側の面に設けられ、ベーンアライナ２７ｂは、ベーン１６ｃのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の下軸受１４側の面に設けられている。ベーンアライナ２７ｃは、ベーン１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の上軸受１３側の面に設けられ、ベーンアライナ２７ｄは、ベーン１６ｄのシリンダ内周面１１ａ側と反対側の端部の下軸受１４側の面に設けられている。これによって、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間にベーン１６ｃ、１６ｄを挿入したとき、ローラ１５の上軸受１３および下軸受１４側の端面にベーンアライナ２７ａ〜２７ｄが突き出た形状となり、上軸受１３および下軸受１４のベーンアライナ保持部（２８のみ図示）に回動可能に嵌合される。
【０１１０】
このような構成により、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａの内径と同心のベーンアライナ保持部とベーンアライナ２７ａ〜２７ｄとに規制され、ローラ１５の回転とともに、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ室１２の中心軸を中心に回転運動が行われる。すなわち、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端がシリンダ内周面１１ａに沿って移動する。
【０１１１】
また、ベーン１６ｃ、１６ｄは、ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄとベーンアライナ保持部により、シリンダ内周面１１ａの法線方向に規制され、シリンダ室１２の中心軸からベーン１６ｃ、１６ｄのシリンダ外周面１１ａ側に位置するベーン１６ｃ、１６ｄの先端までの距離はシリンダ室１２の半径より短くなるように、ベーン１６ｃ、１６ｄの径方向の長さは設けられている。
よって、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端とシリンダ内周面１１ａとは接触せず、所定の距離を保ちながら回動する。すなわち、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端とシリンダ内周面１１ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０ａに供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ室１２を仕切ることができる。ベーン１６ｃ、１６ｄの先端面はシリンダ内周面１１ａに対しほぼ同じ角度で移動するので、ベーン１６ｃ、１６ｄの先端面とシリンダ内周面１１ａとは広い面同士にて微小隙間を形成されるため、冷凍機油３によるシールがさらに容易である。
【０１１２】
一方、ローラ１５はシリンダ室１２内で偏心した位置で回転しているため、ベーン１６ｃ、１６ｄは、シリンダ内周面１１ａに向く方向によっては、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間から突き出したり、収納されたりしながら、移動している。すなわち、ブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間内で往復摺動することになる。
【０１１３】
なお、ベーン１６ｃ、１６ｄは、ローラ１５のブッシュ保持部２９ａとベーン逃がし部３０ａとが連通した空間およびブッシュ保持部２９ｂとベーン逃がし部３０ｂとが連通した空間と、ベーンアライナ２７ａ〜２７ｄおよびベーンアライナ保持部によって、シリンダ室１２内での位置と方向が決められるので、実施の形態１、２のようにベーン背圧空間によって、ベーン溝からベーンを押し出す構造は有していない。よって、背圧調整機構やベーン背圧流路などもない。
【０１１４】
次に、図１９にて、吐出弁２５周辺の説明を行っていく。
なお、図１９において、図２、９同様、ベーン１６ｃ、１６ｄがシリンダ内周面１１ａと接触する位置は、ほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａとほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａとの最近接点を０ｄｅｇとし、時計回りに１周３６０ｄｅｇとして、ベーン１６ｃが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は０ｄｅｇ、ベーン１６ｄが接触するシリンダ内周面１１ａの位置は１８０ｄｅｇである。０ｄｅｇ近傍のときは、ベーン１６ｃ全体がローラ１５に収納された状態となり、１８０ｄｅｇ近傍にあるベーン１６ｄは、ベーン１６ｂがローラ１５から最大に突き出された状態である。
【０１１５】
また、吸入孔１９および吐出孔２０は、図２、９同様、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点を挟んで設けられている。
また、吸入孔１９のシリンダ内周面１１ａ側開口部には、その開口部とつながったシリンダ内吸入空間１９ａが設けているが、図２、９と異なり、シリンダ１１の軸方向に貫通した空間である。ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａに接触する構造ではないので、図２、９のようにシリンダ内吸入空間１９ａとシリンダ室１２の間にシリンダ内周面が存在しなくても動作に支障はない。
【０１１６】
シリンダ１１には、図２と同様、断面がほぼ円形状でシリンダ室１２の軸方向に貫通するほぼ円筒形状の吐出弁溝２１と、シリンダ１１の外の高圧空間から吐出弁溝２１へ連通させる吐出弁背圧流路２２が設けられており、吐出弁溝２１には、吐出弁溝２１より若干小さいほぼ円柱形状の吐出弁２５が回動および往復運動自在に収納されている。吐出弁溝２１には、シリンダ室１２に開口した吐出弁溝開口部２３がシリンダ内周面１１ａの軸方向全長渡って設けられている。また、吐出弁溝２１は、作動室１２ｂと吐出孔２０とを連通し作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かって冷媒が流れる吐出流路のシリンダ１１に配置されている。吐出弁背圧流路２２から流入する高圧空間の高圧冷媒によって、吐出弁溝２１の吐出弁２５は吐出弁溝開口部２３側へ押し出され、吐出弁溝開口部２３に設けられた吐出弁溝受部２４に吐出弁２５の一部をシリンダ室１２に突き出した状態で係止される。
なお、吐出弁２５と吐出弁溝２１は、吐出弁２５の往復運動の方向がほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向あるいはほぼ円筒形状のシリンダ内周面１１ａの法線方向に設けられている。
【０１１７】
シリンダ室１２に押し出された吐出弁２５は、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切る。ただし、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとは接触せず、所定の距離を保ち、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとの間には微小隙間が形成される。微小隙間は圧縮要素１０ａに供給されている冷凍機油３によってシールされ塞がれているため、吐出弁２５の外周面とローラ外周面１５ａとでシリンダ室１２を仕切ることができる。
【０１１８】
このような構成で、実施の形態１同様、吐出弁背圧流路２２によって導かれた高圧冷媒によって、吐出弁２５をシリンダ室１２内へ押し出し、シリンダ室１２内の作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖する。また、作動室１２ｂの冷媒圧力が所定の圧力となったとき、吐出弁２５が吐出弁溝２１に押し戻され、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。
【０１１９】
次に動作について説明する。図２０は、この圧縮要素１０ａの吸入から吐出までの工程を表したものである。
【０１２０】
図２０（ａ）は、吸入孔１９側にある作動室１２ａは、吸入孔１９と連通し、冷媒を吸入している工程である。なお、このときの作動室１２ａは、シリンダ内周面１１ａと、ローラ外周面１５ａと、ベーン１６ｄと、ローラ外周面１５ａとシリンダ内周面１１ａとの最近接点とで仕切られ形成されている。
図２０（ｂ）は、図２０（ａ）からローラ１５が時計回りに回転した状態である。ベーン１６ｃは、シリンダ内周面１１ａと所定の距離を持って移動しているので、吸入孔１９から離れた位置を移動している。よって、ベーン１６ｃの位置に関わらず、作動室１２ａはシリンダ内吸入空間１９ａを介して吸入孔１９と連通したままであり、吸入動作が継続されている。
図２０（ｃ）は、ローラ１５が約９０ｄｅｇ回転し、ベーン１６ｃによって作動室１２ａとシリンダ内吸入空間１９ａとが閉鎖された状態である。すなわち、作動室１２ａがシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ｃ、１６ｄとで形成されている状態である。よって、作動室１２ａと吸入孔１９と連通が終了し、吸入動作の工程が終了する。また、この状態以降から、圧縮動作の工程が開始される。
図２０（ｄ）はベーン１６ｄが吐出弁２５と接した状態で、図２０（ａ）はベーン１６ｄが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動した状態である。なお、これ以降、図２０（ｄ）で作動室１２ａと指示していたものは、図２０（ａ）では、作動室１２ｂとなり、ベーン１６ｄと指示していたものはベーン１６ｃ、ベーン１６ｃと指示していたものはベーン１６ｄ、となるので、これを用いて説明を行っていく。
ベーン１６ｃが吐出弁２５の吐出孔２０側へ移動したことにより、作動室１２ｂはシリンダ内周面１１ａとローラ外周面１５ａとベーン１６ｄと吐出弁２５とで形成される。そして、このまま、図２０（ｂ）、（ｃ）と進むことによって、作動室１２ｂは圧縮を進め、吐出弁２５が開いて、吐出動作になる。
【０１２１】
吐出弁２５の開閉動作については、実施の形態１と同じで、吐出弁にかかる外力によって、開閉する。すなわち、吐出弁背圧流路２２から導かれた高圧冷媒によって吐出弁溝２１側からシリンダ室１２側へ吐出弁２５を押す力Ｆ１ｘと、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押すＦ２ｘと、吐出弁２５をシリンダ室１２側から吐出弁溝２１側へ押す力をＦ３ｘによって、開閉される。すなわち、Ｆ１ｘ＞（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖し、Ｆ１ｘ＜（Ｆ２ｘ＋Ｆ３ｘ）の場合、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開口する。
【０１２２】
以上のような工程で、吐出弁２５が作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路を開閉することで、圧縮要素１０ａは吐出動作を行い、圧縮機１００は、圧縮要素１０ａにて吸入、圧縮、吐出の工程を繰り返し、冷媒回路中に冷媒を循環させていく。
そして、実施の形態１同様、作動室１２ｂから吐出孔２０へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁２５を設けることにより、吐出動作終了後、吐出孔２０がデッドボリュームとなることを防止できる。これにより、吐出孔２０と次に吐出動作を行う作動室１２ｂとの流路を閉鎖し、吐出孔２０から作動室１２ｂへの高圧冷媒の逆流を防止できる。そして、そのとき発生する再膨張損失を防ぎ、入力増加による効率低下を抑制できる。
また、吐出孔２０は常に高圧空間と連通し、吐出孔２０内に高圧空間に吐出できない高圧冷媒が残留することを防止できる。
【０１２３】
一方、実施の形態１では、ベーンはシリンダ内周面１１ａに当接するため、吐出弁２５、吐出弁溝開口部２３、吐出弁溝受部２４に接触し摺動する。そのため、吐出弁溝受部２４のような比較的薄肉形状となる部分にも外力を与え、強度上の考慮が必要になる。これに対して、ベーン１６ｃ、１６ｄはシリンダ内周面１１ａと接触しない非接触方式のため、シリンダ１１の内周面の一部である吐出弁溝開口部２３、吐出弁溝受部２４にも接触せず、薄肉形状部分の強度にも支障はない。例えば、吐出弁溝開口部２３や吐出弁溝受部２４をシリンダ内周面１１ａよりシリンダ１１の外周側へ広げて、ベーン１６ｃ、１６ｄが接触しない構造を設けるような必要はない。
また、吐出弁２５もローラ１５外周面１５ａと接触しない非接触方式であり、ベーン１６ｃ、１６ｄが吐出弁２５を通過する際、通過する速度などの条件によっては、ベーン１６ｃ、１６ｄと吐出弁２５は接触することなく通過することもできる。なお、お互いに接触したとしても、吐出弁は回動自在のため、摩擦抵抗も少なく、ベーン１６ｃ、１６ｄと吐出弁２５との摺動損失は少ない。
【０１２４】
以上のように、吐出孔近傍の吐出孔上流すなわち作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路上に吐出弁を配置し、この吐出流路を開閉することで、吐出孔の内容積に残った高圧冷媒が作動室に逆流し、逆流した冷媒が再膨張・再圧縮され、再膨張損失による圧縮機入力が増加し、効率が低下することを抑制した圧縮機を得ることができる。
また、吐出動作終了後、吐出孔内に高圧空間へ吐出できない高圧冷媒が残留することも回避でき、体積効率の悪化を防止できる。
さらに、ベーンおよび吐出弁を非接触方式とすることにより、ベーンと吐出弁の接触を回避できる。あるいは接触したとしても吐出弁の回動により摩擦抵抗を小さくし、シリンダ内周面の薄肉形状部分に支障を与えず、摺動損失が少ない圧縮機を得ることができる。
【０１２５】
また、従来のデッドボリューム対策では、吐出孔内に吐出弁が設けられていたので、吐出弁を開いた場合、吐出弁が流路を流れる冷媒に干渉し流路抵抗を悪化させていたが、本実施の形態では吐出弁はシリンダ側に設けられた吐出弁溝に押し戻され開くので、ベーンが非接触方式であっても作動室から高圧空間へ吐出される高圧冷媒を妨げるものはなく、吐出動作時の大きな圧力損失を改善することができる。
【０１２６】
また、ベーンは、作動室からベーンにかかる力が小さい、動作圧力の低い冷媒が好ましく、吐出弁溝受部も比較的薄肉形状となるため、吐出弁溝受部にかかる力も小さい方が好ましいため、動作圧力の低い冷媒の方が好適である。例えば、標準沸点が−４５℃以上の冷媒が好適であり、Ｒ６００ａ（イソブタン）、Ｒ６００（ブタン）、Ｒ２９０（プロパン）、Ｒ１３４ａ、Ｒ１５２ａ、Ｒ１６１、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ１２３４ｙｆ、Ｒ１２３４ｚｅ等の冷媒であれば、ベーンが非接触方式であったとしても強度的な問題は無く使用できる。
【０１２７】
また、ベーンは１個以上あれば作動室を形成できるとともに、複数のベーンを備えれば複数の作動室に仕切ることができる。したがって、圧縮要素部を大型化することなく作動室を増し、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる。
【０１２８】
よって、動作圧力の低い冷媒を用いても、省スペースにて押しのけ量を増加させることができる圧縮機を得ることができる。
【０１２９】
また、吐出弁は、アルミニウム、チタン等の軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金の合金材料を使用すれば、一層軽量となるため、更に慣性力が下がり吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性を上げることができる。
また、応答性以外にも吐出弁の質量を変えることにより、開閉条件も調整することができる。
また、吐出弁が吐出弁溝内を往復運動するため、吐出弁と吐出弁溝の少なくとも一方の表面に耐摩耗性のコーティングを施すことで、摩耗を低減し、摩耗粉等を生じにくく、圧縮機の寿命を向上させることができる。
【０１３０】
また、従来のデットボリューム対策では、吐出弁の可動範囲の大きさから、吐出弁の動作遅れが生じていた。これに対し、吐出弁溝に対する吐出弁の可動範囲を狭くし、吐出弁溝内での往復運動の応答性を改善したので、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができるようになった。これにより、吐出弁の動作遅れにより発生する高圧空間から作動室へ逆流する高圧冷媒も抑制することができる。
よって、この吐出弁動作遅れに伴い、吐出孔のシリンダ外面側に別の吐出弁を設けていたが、別の吐出弁は不要であり、吐出弁を２箇所設置する必要もなく、省スペースで安価な圧縮要素部を有する圧縮機を構成することができる。
【０１３１】
また、図２１のように、図１８の形態に、実施の形態２同様、直方体形状の吐出弁２５ｂと付勢手段であるスプリング２６とを設けても構わない。付勢手段を設けることにより、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出流路を閉鎖することができる。さらに、付勢手段により、吐出弁の吐出弁溝内での往復運動の応答性はさらに向上し、吐出動作終了後の流路閉鎖を動作遅れなく行うことができる。
【０１３２】
また、図２２のように、円柱形状あるいは円筒形状の吐出弁２５にスプリング２６を設けたものであっても構わない。これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも、吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５とスプリング２６とはわずかな接触面積で接触している状態なので、吐出弁２５は回動自在であり、吐出弁２５がベーン１６ｃ、１６ｄと接触しても回動して摩擦が減少する効果が得られる。
【０１３３】
また、吐出弁の往復運動の方向を変え、吐出弁の開閉条件を調整することも可能である。例えば、図２３、２４のように、吐出弁２５あるいは２５ｂの往復運動の方向をほぼ円筒形状のローラ外周面１５ａの法線方向に対して吐出孔２０側に傾かせた場合、吐出弁２５あるいは２５ｂをシリンダ室１２側から吐出弁溝２１ｂ側へ押す力の合力は作動室１２ｂ側の成分が大きくなり、作動室１２ｂ側から働く力すなわち作動室１２ｂの冷媒圧力が主体となって、吐出弁２５あるいは２５ｂを開閉させることができる。すなわち、吐出弁２５あるいは２５ｂの往復運動の方向をローラ外周面１５ａあるいはシリンダ内周面１１ａの法線方向に対して周方向に一定の傾きを持たる調整することによって、吐出弁２５あるいは２５ｂを開閉させる高圧空間と作動室との冷媒の圧力条件をより柔軟に調整することもできる。
【０１３４】
また、図２１〜２４は、スプリング２６と吐出弁２５あるいは２５ｂとが当接され、常に吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂ側に押されている状態であったが、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂからシリンダ室１２に押し出されるときには、スプリング２６が必ずしも吐出弁２５あるいは２５ｂと接触していなくとも構わない。すなわち、当接されていなくとも良い。
すなわち、吐出弁溝２１ｂの吐出弁溝開口部２３あるいは２３ｂと反対面にスプリング２６の端面の一方が固定され、他方は吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝２１ｂ内に押し戻されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂと接し、吐出弁２５あるいは２５ｂの一部がシリンダ室１２に所定量以上押し出されたときには吐出弁２５あるいは２５ｂから離れるように構成する。
これによって、高圧空間の冷媒圧力が十分に高圧となっていない場合でも作動室から吐出孔へ向かい冷媒が流れる吐出流路を閉鎖することができるとともに、吐出弁２５あるいは２５ｂが吐出弁溝受部２４ｂに押圧されるとき、スプリング２６の力が加えられないため、吐出弁溝受部２４ｂに余分な強度を持たせる必要がなくなり、より信頼性の高い圧縮機が得られる。
また、吐出弁が円柱形状あるいは円筒形状の場合、スプリング２６と吐出弁２５が接触することがなく、吐出弁２５はより自由に回動することができ、摩擦、摺動損失が少ない効率の高い圧縮機が得られる。
【符号の説明】
【０１３５】
１ 密閉容器
１ａ 上部容器
１ｂ 下部容器
２ シャフト
２ａ，２ｂ 回転軸部
３ 冷凍機油
４ 吸入管
５ 吐出管
１０，１０ａ 圧縮要素
１１ シリンダ
１１ａ シリンダ内周面
１２ シリンダ室
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 作動室
１３ 上軸受
１４ 下軸受
１５ ローラ
１５ａ ローラ外周面
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ ベーン
１７ａ，１７ｂ ベーン溝
１８ａ，１８ｂ ベーン背圧室
１９ 吸入孔
１９ａ シリンダ内吸入空間
１９ｂ シリンダ内周面
２０ 吐出孔
２１，２１ｂ 吐出弁溝
２２，２２ｂ 吐出弁背圧流路
２３，２３ｂ 吐出弁溝開口部
２４，２４ｂ 吐出弁溝受部
２５，２５ａ，２５ｂ 吐出弁
２６ スプリング
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ ベーンアライナ
２８ ベーンアライナ保持部
２９ａ，２９ｂ ブッシュ保持部
３０ａ，３０ｂ ベーン逃がし部
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ ブッシュ
４０ 電動要素
４１ 固定子
４２ 回転子
４３ 固定子鉄心
４４ 絶縁部材
４５ コイル
４６ リード線
４７ ガラス端子
４８ 回転子鉄心
４９ エアギャップ
１００ 圧縮機
１０１ アキュムレータ
２０１ 凝縮器
２０２ 減圧器
２０３ 蒸発器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧空間から冷媒を吸入し、圧縮し、高圧空間へ吐出する圧縮要素を有したベーンロータリ圧縮機において、
前記圧縮要素は、
ほぼ円筒形状の内周面にて形成された内部空間を有するシリンダと、
前記内部空間に収納され前記内部空間内で回転運動を行うほぼ円筒形状の外周面を有するローラと、
前記ローラを有し前記ローラに回転力を伝達するシャフトと、
前記シャフトを支持し前記シリンダの前記内部空間の両端の開口部を閉塞する２つの軸受と、
前記ローラに設けられ前記ローラの前記外周面から前記シリンダの前記内周面に向かって突き出され前記ローラの前記外周面と前記シリンダの前記内周面と前記軸受けにて形成される空間を複数の作動室に仕切る板状のベーンと、
前記シリンダに設けられ前記低圧空間から前記作動室へ冷媒を吸入する吸入孔と、
前記シリンダに設けられ前記作動室から前記高圧空間へ冷媒を吐出する吐出孔と、
前記吐出孔が開口されるとともに前記ローラの前記外周面と前記シリンダの前記内周面と前記軸受けにて形成され前記作動室と連通する吐出流路と、
前記シリンダに設けられ前記吐出流路を形成する前記シリンダの前記内周面に開口部を有する吐出弁溝と、
前記吐出弁溝と前記高圧空間とを連通し前記高圧空間から高圧冷媒を導く吐出弁背圧流路と、
前記吐出弁溝に往復摺動自在に収納され、前記作動室内の冷媒圧力が前記高圧冷媒の圧力より小さいとき前記高圧冷媒にて前記吐出弁溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出され、前記作動室内の冷媒圧力が前記高圧冷媒の圧力より大きいとき前記作動室内の冷媒圧力にて前記吐出弁溝内に押し戻される吐出弁と、
を備え、
前記吐出流路を前記吐出弁溝の前記開口部から押し出された前記吐出弁の外周面と前記ローラの前記外周面とによって閉じ、前記吐出弁が前記吐出弁溝に押し戻されることによって開くことを特徴とするベーンロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記吐出弁は、ほぼ円柱形状あるいはほぼ円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記吐出弁は、前記吐出弁と前記吐出弁溝との間に付勢手段を有し、前記付勢手段にて前記吐出溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出されることを特徴とする請求項２に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記吐出弁は、前記ローラの前記外周面側に位置する前記吐出弁の先端がほぼ半円柱形状を有する直方体形状であるとともに、前記吐出弁と前記吐出弁溝との間に付勢手段を有し、前記付勢手段にて前記吐出溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出されることを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記吐出弁の前記付勢手段は、吐出流路を所定の断面積以上閉鎖すると、前記吐出弁に対する前記付勢手段の付勢力が無くなるように構成したことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記吐出弁は、前記吐出弁溝の前記開口部から前記吐出弁が押し出されたとき、前記吐出弁の外周面と前記ローラの前記外周面との間に所定の隙間を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項７】
前記ベーンは、前記シリンダの前記内周面側に位置する前記ベーンの先端が前記シリンダの前記内周面に当接しながら前記シリンダの前記内周面に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項８】
前記ベーンは、前記シリンダの前記内周面側に位置する前記ベーンの先端が前記シリンダの前記内周面との間に所定の隙間を保ちながら前記シリンダの前記内周面に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項９】
前記吐出弁の往復方向が前記ローラの前記外周面の法線方向あるいは前記シリンダの前記内周面の法線方向となるように前記吐出弁と前記吐出弁溝とが設けられたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１０】
前記吐出弁の往復方向に前記ローラの前記外周面の法線方向あるいは前記シリンダの前記内周面の法線方向対して周方向に一定の傾きを有するように前記吐出弁と前記吐出弁溝とを設け、前記吐出弁が開閉する冷媒の圧力条件を前記傾きによって調整していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１１】
前記吐出弁がアルミニウム、チタン等の任意の材料からなる軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金等の合金材料からなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１２】
前記吐出弁の表面と前記吐出弁溝の内周面の少なくともいずれか一方に耐摩耗性のコーティングがされていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１３】
前記冷媒に、標準沸点が−４５℃以上の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１】
低圧空間から冷媒を吸入し、圧縮し、高圧空間へ吐出する圧縮要素を有したベーンロータリ圧縮機において、
前記圧縮要素は、
ほぼ円筒形状の内周面にて形成された内部空間を有するシリンダと、
前記内部空間に収納され前記内部空間内で回転運動を行うほぼ円筒形状の外周面を有するローラと、
前記ローラを有し前記ローラに回転力を伝達するシャフトと、
前記シャフトを支持し前記シリンダの前記内部空間の両端の開口部を閉塞する２つの軸受と、
前記ローラに設けられ前記ローラの前記外周面から前記シリンダの前記内周面に向かって突き出され前記ローラの前記外周面と前記シリンダの前記内周面と前記軸受けにて形成される空間を複数の作動室に仕切る板状のベーンと、
前記シリンダに設けられ前記低圧空間から前記作動室へ冷媒を吸入する吸入孔と、
前記シリンダに設けられ前記作動室から前記高圧空間へ冷媒を吐出する吐出孔と、
前記吐出孔が開口されるとともに前記ローラの前記外周面と前記シリンダの前記内周面と前記軸受けにて形成され前記作動室と連通する吐出流路と、
前記シリンダに設けられ前記吐出流路を形成する前記シリンダの前記内周面に開口部を有する吐出弁溝と、
前記吐出弁溝と前記高圧空間とを連通し前記高圧空間から高圧冷媒を導く吐出弁背圧流路と、
前記吐出弁溝に往復摺動自在に収納され、前記作動室内の冷媒圧力が前記高圧冷媒の圧力より小さいとき前記高圧冷媒にて前記吐出弁溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出され、前記作動室内の冷媒圧力が前記高圧冷媒の圧力より大きいとき前記作動室内の冷媒圧力にて前記吐出弁溝内に押し戻される吐出弁と、
を備え、
前記吐出流路を前記吐出弁溝の前記開口部から押し出された前記吐出弁の外周面と前記ローラの前記外周面とによって閉じ、前記吐出弁が前記吐出弁溝に押し戻されることによって開くことを特徴とするベーンロータリ圧縮機。
【請求項２】
前記吐出弁は、ほぼ円柱形状あるいはほぼ円筒形状であることを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項３】
前記吐出弁は、前記吐出弁と前記吐出弁溝との間に付勢手段を有し、前記付勢手段にて前記吐出溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出されることを特徴とする請求項２に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項４】
前記吐出弁は、前記ローラの前記外周面側に位置する前記吐出弁の先端がほぼ半円柱形状を有する直方体形状であるとともに、前記吐出弁と前記吐出弁溝との間に付勢手段を有し、前記付勢手段にて前記吐出溝の前記開口部から前記ローラの前記外周面に向かって押し出されることを特徴とする請求項１に記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項５】
前記吐出弁の前記付勢手段は、吐出流路を所定の断面積以上閉鎖すると、前記吐出弁に対する前記付勢手段の付勢力が無くなるように構成したことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項６】
前記吐出弁は、前記吐出弁溝の前記開口部から前記吐出弁が押し出されたとき、前記吐出弁の外周面と前記ローラの前記外周面との間に所定の隙間を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項７】
前記ベーンは、前記シリンダの前記内周面側に位置する前記ベーンの先端が前記シリンダの前記内周面に当接しながら前記シリンダの前記内周面に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項８】
前記ベーンは、前記シリンダの前記内周面側に位置する前記ベーンの先端が前記シリンダの前記内周面との間に所定の隙間を保ちながら前記シリンダの前記内周面に沿って移動することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項９】
前記吐出弁の往復方向が前記ローラの前記外周面の法線方向あるいは前記シリンダの前記内周面の法線方向となるように前記吐出弁と前記吐出弁溝とが設けられたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１０】
前記吐出弁の往復方向に前記ローラの前記外周面の法線方向あるいは前記シリンダの前記内周面の法線方向対して周方向に一定の傾きを有するように前記吐出弁と前記吐出弁溝とを設け、前記吐出弁が開閉する冷媒の圧力条件を前記傾きによって調整していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１１】
前記吐出弁がアルミニウム、チタン等の任意の材料からなる軽金属材料、またはアルミニウム基合金、チタン基合金等の合金材料からなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１２】
前記吐出弁の表面と前記吐出弁溝の内周面の少なくともいずれか一方に耐摩耗性のコーティングがされていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【請求項１３】
前記冷媒に、標準沸点が−４５℃以上の冷媒を用いたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載のベーンロータリ圧縮機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【公開番号】特開２０１３−７２４２９（Ｐ２０１３−７２４２９Ａ）
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１４６４３（Ｐ２０１１−２１４６４３）
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２２日（２０１３．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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