JP6329418B2 - 容積型ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、容積型ポンプに関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００４−３１６５３７号公報（特許文献１）がある。この公報には、「底部に潤滑油を貯留する油溜りを有した密閉容器と、前記密閉容器内に収納された圧縮機構部および電動機部と、前記圧縮機構部と前記電動機部とを上下に連結する回転軸と、前記電動機部の上下両側で前記回転軸を支持する主軸受および副軸受と、前記副軸受を支持する副軸受支持部材と、前記副軸受支持部材に取付けられ且つ前記回転軸により駆動される給油ポンプとを備え、
前記回転軸は前記給油ポンプから供給される潤滑油を前記副軸受に供給する給油経路を有し、
前記副軸受支持部材および前記給油ポンプは、前記回転軸の周囲に前記副軸受に連通する内部空間を形成すると共に、この内部空間と前記油溜りを連通する通路を有する圧縮機。」と記載されている（請求項１参照）。

特開２００４−３１６５３７号公報

特許文献１は副軸受への給油量を確保し高信頼性とするために、圧縮機下部に給油ポンプを設けたものであるが、給油ポンプの給油効率や信頼性については特に考慮されていなかった。一般的に給油ポンプを構成するインナロータ及びアウタロータとポンプカバーとの間は、各部品の寸法公差を考慮して隙間を持って設計されている。この隙間が大きいと、油の漏れが発生し、給油効率が低下する。

一方、運転条件によっては回転軸の振れ周り（傾斜）が発生し、給油ポンプの機構部を構成するインナロータとアウタロータが傾斜することで、インナロータ及びアウタロータとポンプカバーの間の隙間が減少する。給油効率向上のためこの隙間を小さくしすぎると、インナロータ及びアウタロータとポンプカバーが接触し、ポンプカバーが摩耗することによる信頼性低下を招く。

そこで、本発明はインナロータおよびアウタロータと、ポンプカバーの間の隙間をなくし、給油効率を向上した上で、接触の際の摩耗量を低減し信頼性を向上した給油ポンプを有するスクロール圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、「電動機により回転軸を介して駆動されるインナロータと、
前記インナロータと噛み合いインナロータの回転に伴い回転するアウタロータと、
前記インナロータおよびアウタロータを回転自在に支持するポンプケースと、
前記インナロータと前記アウタロータと前記ポンプケースにより区切られる吸込室および吐出室の気密を保つポンプカバーと、
により構成され、
前記電動機によりインナロータが駆動されることで、流体を前記吸込室から前記吐出室に移送し、供給する容積型ポンプにおいて、
前記ポンプカバーを、回転軸の軸方向に移動自在とし、前記ポンプカバーを支持する弾性体と、
前記弾性体を支持するカバー押さえを有すること」を特徴とする。

本発明によれば、インナロータおよびアウタロータと、ポンプカバーの間の隙間をなくし、漏れを低減することで、給油効率の高い容積型ポンプを提供できる。 また、運転条件によっては回転軸の傾斜に伴い両ロータが傾斜してポンプカバーに接触する可能性があるが、その際にはポンプカバーが押し上げられ、摩耗を回避できるため、圧縮機の信頼性を向上することができる。

本実施例のスクロール圧縮機の縦断面図。 本願の給油ポンプの構成を示す図。 波ワッシャを用いた際の本実施例の構成を示す図。 本願の構成を用いない給油ポンプの構成を示す図。 カバー押さえに回り止め、ハウジングにガイド部を設けた際の本実施例の構成を示す図。 ハウジングとカバー押さえを一体とした際の本実施例の構成を示す図。 本実施例において用いる波ワッシャの図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

本実施例は、冷凍用や空調用などの冷凍サイクルに使用される冷媒圧縮機、或いは空気やその他のガスを圧縮するガス圧縮機に適用される、容積型ポンプに関するものである。以下においては、適用製品として、スクロール圧縮機を一例として説明する。まず、スクロール圧縮機の基本的な構造について説明する。
図１は本実施例のスクロール圧縮機の縦断面図である。図に示すように、固定スクロール（固定スクロール部材）７は、円板状の固定側平板部７ａ（台板）と、この固定側平板部７ａの上に渦巻き状に立設された第１ラップ７ｂと、固定側平板部７ａの外周側に位置し、第１ラップ７ｂの先端面と連続する鏡板面を有して第１ラップ７ｂを囲む支持部７ｄとを有する。

第１ラップ７ｂが立設された固定側平板部７ａの表面は、第１ラップ７ｂの間にあるため歯底７ｃと呼ばれる。また、支持部７ｄが、旋回スクロール（旋回スクロール部材）８の旋回側平板部８ａ（鏡板）と接する面は、固定スクロール７の鏡板面７ｅとなっている。固定スクロール７は、その支持部７ｄがボルト等によりフレーム１７に固定され、固定スクロール７と一体となったフレーム１７は溶接等の固定手段により密閉容器９に固定されている。

旋回スクロール８は、固定スクロール７に対向して配置され、固定スクロール７の第１ラップ７ｂと旋回スクロール８の第２ラップ８ｂとが噛み合わされて、フレーム１７内に旋回可能に設けられている。旋回スクロール８は、円板状の旋回側平板部８ａ、この旋回側平板部８ａの表面である歯底８ｃから渦巻き形状を保持して立設される第２ラップ８ｂ、及び旋回側平板部８ａの背面中央に設けられたボス部８ｄとを有する。また、旋回側平板部８ａの外周部の、固定スクロール７と接する表面が、旋回スクロール８の鏡板面８ｅとなっている。第２ラップ８ｂと第１ラップ７ｂとが噛み合いながら、固定スクロール７に対して旋回することにより圧縮室１３の容積が縮小し、圧縮室１３内の冷媒が圧縮される。

密閉容器９は、固定スクロール７と旋回スクロール８からなるスクロール部、電動機部１６（１６ａ：回転子、１６ｂ：固定子）及び潤滑油５３などを内部に収納した構造となっている。電動機部１６の回転子１６ａと一体に固定された回転軸１０は、フレーム１７に主軸受５を介して回転自在に支持され、固定スクロール７の中心軸線と同軸となっている。

回転軸１０の先端にはクランク部１０ａが設けられており、このクランク部１０ａは旋回スクロール８のボス部８ｄに設けられた旋回軸受１１に挿入され、旋回スクロール８は回転軸１０の回転に伴い旋回可能に構成されている。旋回スクロール８の中心軸線は固定スクロール７の中心軸線に対して所定距離だけ偏心した状態となる。また、旋回スクロール８の第２ラップ８ｂは、固定スクロール７の第１ラップ７ｂに周方向に所定角度だけずらして重ね合わせられている。１２は、旋回スクロール８を固定スクロール７に対して、自転しないように拘束しながら相対的に旋回運動させるためのオルダムリングである。

電動機部１６により回転軸１０を回転駆動すると、回転軸１０のクランク部１０ａから旋回軸受１１を介して旋回スクロール８に伝えられ、旋回スクロール８は固定スクロール７の中心軸線を中心に、所定距離の旋回半径をもって旋回運動する。

旋回スクロール８の旋回運動によって、各第１ラップ７ｂ、第２ラップ８ｂの間にできる圧縮室１３は中央に連続的に移動し、その移動に従って圧縮室１３の容積が連続的に縮小する。これにより、吸込ポート１４から吸込まれた流体（例えば、冷凍サイクルを循環する冷媒ガス）を各圧縮室１３内で順次圧縮し、圧縮された流体は吐出ポート１５から密閉容器上部の吐出空間５４に吐出される。吐出された流体は、吐出空間５４から密閉容器９内の電動機室５２に入り、吐出パイプ６から圧縮機外、例えば冷凍サイクルに供給される。

潤滑油５３は密閉容器９の底に貯留されており、回転軸１０の下端には容積型の給油ポンプ２１を設けている。回転軸１０の回転とともに給油ポンプ２１も回転させ、潤滑油５３をポンプケース２２に設けた潤滑油吸込口２５から吸入して、給油ポンプ２１の吐出口２８から吐出する。吐出された潤滑油５３は回転軸１０に設けた油通路３を通って上部へ供給される。潤滑油５３の一部は、回転軸１０に設けた横穴２４を通って副軸受２３を潤滑し、密閉容器底部に戻る。その他大部分の潤滑油５３は、油通路３を通って回転軸１０のクランク部１０ａ上部に達し、クランク部１０ａに設けた油溝５７を通って旋回軸受１１を潤滑する。そして旋回軸受１１の下部に設けた主軸受５を潤滑した後、排油穴２６ａ及び排油パイプ２６ｂを通って密閉容器底部へ戻る。

以下、本実施例の容積型ポンプの詳細を説明する。まず、図４を用いて本発明を適用していない場合の容積型ポンプの課題について説明する。図４において給油ポンプ２１は、電動機１６により回転軸１０を介して駆動されるインナロータ９２と、インナロータ９２と噛み合いインナロータ９２の回転に伴い回転するアウタロータ９３と、インナロータ９２およびアウタロータ９３を回転自在に支持するポンプケース２２とを備える。給油ポンプ２１の吸込室９５と吐出室９６は、インナロータ９２とアウタロータ９３と、ポンプケース２２と、ポンプカバー９４により形成される。

給油ポンプ２１は、下フレーム５８に固定されるハウジング９７と結合具９１により固定される。そして、電動機部１６によりインナロータ９２が駆動されることで、潤滑油５３を吸込室９５から吐出室９６に移送し、回転軸の中央に連通した油通路３を介し主軸受５、旋回軸受１１、副軸受２３などの摺動部に供給する。

ここで、図４ではインナロータ９２及びアウタロータ９３とポンプカバー９４との間は、各部品の寸法公差を考慮して隙間９８を持って設計されている。この隙間９８により油の漏れが発生することで給油効率の低下を招く。しかし、給油効率向上のためこの隙間を小さくしすぎると、運転条件によっては回転軸１０の傾斜に伴いインナロータ９２およびアウタロータ９３が傾斜してポンプカバー９４に接触する可能性があり、この際にポンプカバー９４が摩耗することによる信頼性低下を招く。そこで、以下においてはインナロータ９２およびアウタロータ９３と、ポンプカバー９４の間の隙間をなくし、給油効率を向上した上で、接触の際の摩耗を低減し信頼性を向上した給油ポンプ２１の構造について説明する。

図２は本実施例の容積型ポンプの構造を示す図である。図４に示した構成と同様の役割を果たす構成については、同様の符号を付しておりすでに説明しているので詳細な説明は省略する。本実施例の給油ポンプ２１はポンプカバー９４とインナロータ９２およびアウタロータ９３の隙間を一定の間隔に保つため、ポンプカバー９４を支持する弾性体１０１と、弾性体１０１を支持し、ポンプケース２２に固定されるカバー押さえ１０２を有することを特徴とするものである。また、図４においてはカシメなどの手段によりポンプケース２２にポンプカバー９４を固定する構造となっていたが、本実施例のポンプケース２２はポンプカバー９４が上下に自在に動けるように支持するのみでポンプカバー９４を完全に固定する構造とはなっていない。

本実施例の構成によれば図４の構成により生じていた隙間９８をなくし、油の漏れを低減することで給油効率を向上できる。また、回転軸１０の振れ周り（傾斜）によりインナロータ９２とアウタロータ９３が傾斜し、ポンプカバー９４と接触すると、ポンプカバー９４を押し上げる向きに力が発生し、弾性体１０１は上方向に縮み、ポンプカバー９４はインナロータ９２とアウタロータ９３の傾斜に追従する。これによりポンプカバー９４を固定する場合と比べポンプカバー９４に局所的にかかる面圧を低減し、摩耗を抑制する。

従って、本実施例によれば、インナロータ９２およびアウタロータ９３とポンプカバー９４との油の漏れ、摩耗を低減した給油ポンプ２１を有するスクロール圧縮機を提供することができる。

ここで、回転軸１０が振れ回る際、回転軸１０は軸と直行する平面の全周にわたるすべての方向に傾斜しうる。傾斜に対し、インナロータ９２およびインナロータ９２と噛み合うアウタロータ９３は回転軸１０に追従して傾斜するため、インナロータ９２およびアウタロータ９３も回転軸１０と同様にすべての方向に傾斜する可能性がある。例えば、弾性体１０１としてポンプカバー９４に回転軸１０を中心として対極にある２箇所のばね部材を用いたとすると、２箇所のばね部材間の方向に対しての傾斜には弾性力が働くが、その他の方向の傾斜に対してはばね部材間の方向の傾斜と比較し弾性力が弱まる。すると、インナロータ９２およびアウタロータ９３の傾斜への追従性が弱まり、隙間９８が増大することにより、高圧の吐出室９６から低圧の吸込室９５への油の漏れが増大し、給油ポンプ２１の給油効率が低下する。

そこで、上記した弾性体１０１はポンプカバー９４を全周にわたって支持する構造であることが望ましい。例えば、図３のような構成で、図７に示すような環状の波ワッシャが用いられる。この波ワッシャは、バネ鋼により形成されており、その厚み方向において上方および下方のそれぞれに交互に湾曲している。

弾性体１０１はポンプカバー９４を全周にわたって支持する構造であるため、すべての方向の傾斜を抑制するように弾性力を発揮する。従って、上記構成によれば、すべての方向の傾斜に対し弾性力を発揮することで、隙間９８の増大を抑制し、高圧の吐出室９６から低圧の吸込室９５への油の漏れを低減し、給油ポンプ２１の給油効率を向上することができる。波ワッシャであれば単一の部品で弾性体１０１を構成できるため、生産性を向上することができる。

なお、弾性体１０１として上記した波ワッシャの代わりに、３つ以上の弾性部材、例えばバネ部材で構成したものを用いてもよい。あるいは、回転軸１０より直径の大きい一つのバネ部材で弾性体１０１を構成してもよい。

また、ポンプカバー９４はカバー押さえ１０２に回転自由に支持されているが、本実施例の構成でポンプカバー９４が回転すると、弾性体１０１、カバー押さえ１０２との間に摩擦が発生し、ポンプカバー９４、弾性体１０１、カバー押さえ１０２が摩耗する。

そこで、ポンプカバー９４は上下移動自由かつ回転が拘束されるように支持されることが望ましい。例えば、図５のようにポンプカバー１００に回り止め１０４を、ポンプケース２２に回り止め部となるガイド１０５を設ける。つまり、ポンプカバー１００に回り止め部となる１つまたは複数の突起（回り止め１０４）を設けるとともに、ポンプケース２２に回り止め１０４に対向する位置に上下方向に回り止め１０４をガイドする１つまたは複数のガイド部を有することで、ポンプカバー１００はポンプケース２２に対して回転方向に拘束されつつ、上下方向には自由に移動できる。従って、上記構成によれば、ポンプカバー１００、弾性体１０１、カバー押さえ１０２の間の摩耗を抑えることができる。

さらに、図６に示すようにカバー押さえ１０２をハウジング９７と一体に形成することにより、生産性を向上することができる。このハウジング９７は副軸受２３を支持する固定部材であり、下フレーム５８に固定される。

また、ポンプカバー９４にリン酸マンガン処理やＤＬＣ処理などの表面処理を施すことにより、摩耗に対する耐力が向上し、信頼性の高い給油ポンプを提供できる。

３ 油通路
５ 主軸受
６ 吐出パイプ
７ 固定スクロール（７ａ：固定側平板部、７ｂ：第１ラップ、７ｃ：歯底、７ｄ：支持部、７ｅ：鏡板面）
８ 旋回スクロール（８ａ：旋回側平板部、８ｂ：第２ラップ、８ｃ：歯底、８ｄ：ボス部、８ｅ：鏡板面）
９ 密閉容器
１０ 回転軸（１０ａ：クランク部）
１１ 旋回軸受
１２ オルダムリング
１３ 圧縮室
１４ 吸込ポート
１５ 吐出ポート
１６ 電動機部（１６ａ：回転子、１６ｂ：固定子）
１７ フレーム
１８ 背圧室
２０ 吸込室
２１ 給油ポンプ
２３ 副軸受
３０ 穴
５２ 電動機室
５３ 潤滑油
９２ インナロータ
９３ アウタロータ
９４ ポンプカバー
１０１ 弾性体
１０２ カバー押さえ

Claims (8)

1. 電動機により回転軸を介して駆動されるインナロータと、
   前記インナロータと噛み合い前記インナロータの回転に伴い回転するアウタロータと、
   前記インナロータおよび前記アウタロータを回転自在に支持するポンプケースと、
   前記インナロータと前記アウタロータと前記ポンプケースにより区切られる吸込室および吐出室の気密を保つポンプカバーと、
   により構成され、
   前記回転軸は、前記電動機の主軸受及び副軸受により支持され、
   前記電動機により前記インナロータが駆動されることで、流体を前記吸込室から前記吐出室に移送し、供給する容積型ポンプにおいて、
   前記ポンプカバーを、前記回転軸の軸方向に移動自在とし、前記ポンプカバーを支持する弾性体と、
   前記弾性体を支持するカバー押さえと、を有し、
   前記カバー押さえは、前記副軸受を支持する固定部材と一体に形成されることを特徴とする容積型ポンプ。
2. 請求項１に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記弾性体は、前記ポンプカバーを全周にわたって支持する構造であることを特徴とする容積型ポンプ。
3. 請求項２に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記弾性体として波ワッシャを用いることを特徴とする容積型ポンプ。
4. 請求項１に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記弾性体は、３つ以上の弾性部材から構成され、
   これらの弾性部材は、前記ポンプカバーの外周側の異なる位置に取り付けられることで、前記ポンプカバーを支持する構造であることを特徴とする容積型ポンプ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記ポンプカバーに回り止め部を有することを特徴とする容積型ポンプ。
6. 請求項５に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記ポンプカバーに回り止め部となる１つまたは複数の突起を設け、前記ポンプケースに回り止め部に対向する位置に上下方向に回り止め部をガイドする１つまたは複数のガイド部を有することを特徴とする容積型ポンプ。
7. 請求項１〜４の何れか一項に記載の容積型ポンプにおいて、
   前記ポンプカバーにリン酸マンガン処理やＤＬＣ処理などの表面処理を施したことを特徴とする容積型ポンプ。
8. 流体を密閉する密閉容器と、
   前記密閉容器内に配置され、流体を圧縮する圧縮機構部と、
   前記密閉容器内に配置され、前記圧縮機構部を駆動する固定子および回転子からなる電動機と、
   前記圧縮機構部と前記電動機とを連結し、回転力を伝達する回転軸と、
   前記回転軸を支持する軸受と、
   前記密閉容器の底部に位置する油貯留部と、
   前記軸受に供給する給油ポンプと、
   を備えた圧縮機において、
   前記給油ポンプは、請求項１〜４の何れか一項に記載の容積型ポンプであることを特徴とする圧縮機。