(57)【要約】　　　（修正有）【課題】低速運転の際にも冷凍機潤滑油を円滑に供給することができ、圧縮機内の各種運動部材の摩耗及び摩擦を減少させ且つ内部発生熱を冷却することが可能な容積型オイルポンプを提供する。【解決手段】中心孔５２内に軸部５１と共に回転し、その中心部には貫通孔１１が穿設され、貫通孔の入口側には送出流体ダイオード１３が備えられ、外周面には傾斜した閉曲線グルーブが設けられる挿入部材１０と、上下にスライドしながら円筒空間部２０ａの容積を変化させると共に下部がオイル貯蔵部４０の冷凍機潤滑油内に浸漬し、下部面の孔２１には吸入流体ダイオード２２が備えられ、外周面には係合突部２３が形成され、内周面には閉曲線グルーブ１４に係合する突起部２４が形成されるピストン２０と、ピストン２０の外面に周接して所定の固定部に固定され、内周面には係合突部２３に係合する直線状の係合溝が形成されるピストンガイドとからなる。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の軸部に穿設される中心孔内に挿設される容積型オイルポンプにおいて、
前記中心孔内へオイル供給孔の形成高さまで押し込まれて軸部と共に回転し、中心部には貫通孔が穿設され、前記貫通孔の出口側には環状の突片が形成され、前記貫通孔の入口側には送出流体ダイオードが備えられ、外周面に傾斜した閉曲線溝が設けられる挿入部材と、
前記挿入部材の外周面に沿って上下にスライドしながら円筒空間部の容積を変化させると共に下部がオイル貯蔵部の冷凍機潤滑油内に浸漬し、下部面の孔には吸入流体ダイオードが備えられ、外周面には係合突部が形成され、内周面には前記傾斜した閉曲線溝に係合する突起部が形成されるピストンと、
前記ピストンの外周側に嵌装されて所定の固定部に固定され、内周面には前記係合突部が係合する直線状の係合溝が形成されるピストンガイドとからなることを特徴とする容積型オイルポンプ。
【請求項２】
前記送出流体ダイオード及び吸入流体ダイオードは、それぞれ円筒部と円錐部が一体化されたノズル形状を有することを特徴とする請求項１記載の容積型オイルポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、容積型オイルポンプに関し、さらに詳しくは、冷蔵庫または空気調節器等の冷凍空調機器で使用される容積型冷媒圧縮機において運転速度が変動しても十分な冷凍機潤滑油を含浸させることが可能な容積型オイルポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、冷凍空調機器に使用される冷媒圧縮機において、冷凍機潤滑油の供給手段としては、クランク軸の回転力を利用する遠心式オイルポンプが軸内部に配設される。
【０００３】
以下、添付図に基づいて従来の遠心式オイルポンプを詳細に説明する。
【０００４】
図１は従来の遠心式オイルポンプ１００のオイルキャップ１１０及びプロペラ１２０を示す。
【０００５】
図１及び図２に示すように、従来の遠心式オイルポンプ１００は、一般的に、冷媒圧縮機のクランク軸１５０の軸部１５１の下端に設置され、その下端部は冷凍機潤滑油が適正のレベルで貯蔵されたオイル貯蔵部１３０に浸漬する。
【０００６】
前記クランク軸１５０は、軸部１５１の内部には遠心式オイルポンプ１００が挿入されて配設される中心孔１５２が形成され、前記中心孔１５２の上端部には軸部１５１の円周面にまで貫通しているオイル供給孔１５３が形成され、前記オイル供給孔１５３から上部のクランクピン１５５まで軸部１５１の円周面に沿ってオイルを供給するための潤滑油溝１５４が形成される。
【０００７】
従来の遠心式オイルポンプ１００は、円筒部１１１及び円錐部１１２からなるオイルキャップ１１０と、前記円錐部１１２に挿設される円錐形のプロペラ１２０とからなる。
【０００８】
前記クランク軸１５０が回転すると、前記クランク軸１５０の中心孔１５２の下部に挿入されたオイルポンプ１００も共に回転し、オイル貯蔵部１３０の冷凍機潤滑油がオイルキャップ１１０の入口に流入する。このように流入した冷凍機潤滑油は、プロペラ１２０及び中心孔１５２の回転による遠心力によってオイル供給孔１５３まで吸い込まれて上昇する。前記オイル供給孔１５３まで上昇した冷凍機潤滑油は、クランク軸１５０とジャーナルベアリング間の相対回転運動によって潤滑油溝１５４に沿って上昇し続けてクランクピン１５５に供給された後、圧縮機シェルの内部で飛散して各運動部材の摩擦面を潤滑させる。
【０００９】
さらに、クランク軸１５０が回転すると、前記クランク軸１５０の下部に備えられるオイルポンプ１００も共に回転することになり、これによるオイルポンプ１００内のプロペラ１２０及び中心孔１５２の回転は中心孔１５２の内部に流入した冷凍機潤滑油を吸い上げるポンピング力を発生させる。
【００１０】
しかし、上述した従来のオイルポンプ１００及び中心孔１５２から構成されるクランク軸１５０のオイルポンピング機能は、その大部分が、クランク軸１５０の回転による遠心力によって発生するので、クランク軸１５０の回転速度が低下すると、オイルポンピングの揚程が急激に低下する。従って、圧縮機が低速で運転される場合には、冷凍機潤滑油の円滑な供給が行われないので、各運動部材の摩耗が激しくなり、圧縮機内の摩擦熱及びモータ放出熱の冷却が行われず、圧縮機の運転に致命的な損傷をもたらすという問題点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、かかる問題点を解決するためのものであり、その目的は、低速及び高速運転が可能な可変速運転冷媒圧縮機において、低速運転の際にも冷凍機潤滑油を円滑に供給することができ、結果として圧縮機内の各種運動部材の摩耗及び摩擦を減少させ、且つ内部発生熱を冷却することが可能な容積型オイルポンプを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明に係る容積型オイルポンプは、クランク軸の軸部に穿設される中心孔内に挿設される容積型オイルポンプにおいて、前記中心孔内へオイル供給孔の形成高さまで押し込まれて軸部と共に回転し、中心部には貫通孔が穿設され、前記貫通孔の出口側には環状の突片が形成され、前記貫通孔の入口側には送出流体ダイオードが備えられ、外周面に傾斜した閉曲線溝が設けられる挿入部材と、前記挿入部材の外周面に沿って上下にスライドしながら円筒空間部の容積を変化させると共に下部がオイル貯蔵部の冷凍機潤滑油内に浸漬し、下部面の孔には吸入流体ダイオードが備えられ、外周面には係合突部が形成され、内周面には前記傾斜した閉曲線溝に係合する突起部が形成されるピストンと、前記ピストンの外周側に嵌装されて所定の固定部に固定され、内周面には前記係合突部が係合する直線状の係合溝が形成されるピストンガイドとからなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図に基づいて本発明に係る容積型オイルポンプを詳細に説明する。
【００１４】
図３は、冷媒圧縮機のクランク軸５０に取り付けられた本発明に係る容積型オイルポンプの断面図である。
【００１５】
図３に示すように、本発明に係る容積型オイルポンプ１は、冷媒圧縮機のクランク軸５０の軸部５１に穿設される中心孔５２内に挿入されて軸部５１と共に回転する挿入部材１０と、この挿入部材１０の外周側に嵌装されて上下にスライドしながら円筒空間部（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｓｐａｃｅ）２０ａの容積を変化させるピストン２０と、このピストン２０に外周側に嵌装されて電動部の固定子（図示せず）等の圧縮機内の固定部に固定され、ピストンの上下運動を案内するピストンガイド３０とを備える。
【００１６】
具体的には、本発明に係る容積型オイルポンプ１は、中心孔５２内へオイル供給孔５３が形成される高さまで押し込まれて軸部５１と共に回転し、中心部には貫通孔１１が穿設され、この貫通孔１１の出口側には環状の突片１２が形成され、貫通孔１１の入口側には送出流体ダイオード１３が備えられ、外周面に沿って傾斜した閉曲線溝１４が形成される挿入部材１０と、この挿入部材１０の外周側に嵌装されて上下にスライドしながら円筒空間部２０ａの容積を変化させると共に下部がオイル貯蔵部４０の冷凍機潤滑油内に浸漬し、下部面の孔２１には吸入流体ダイオード２２が備えられ、外周面には係合突部２３が形成され、内周面には傾斜した閉曲線溝１４に係合する突起部２４が形成されるピストン２０と、ピストン２０の外周側に嵌装されて電動部の固定子等の圧縮機内の固定部に固定され、内周面には前記係合突部２３に係合する直線状の係合溝３１が形成されるピストンガイド３０とを有する。
【００１７】
次に、本発明に係る容積型オイルポンプ１を構成するそれぞれの構成要素について詳細に説明する。
【００１８】
図４は、本発明に係る容積型オイルポンプ１の挿入部材１０を示す。
【００１９】
挿入部材１０は、図４に示すように、冷媒圧縮機のクランク軸５０の中心孔５２内にオイル供給孔５３が形成された高さまで押し込まれて軸部５１と共に回転し、その中心部には貫通孔１１が穿設される。ここで、オイル供給孔５３は、クランク軸５０の円周上の少なくとも一箇所に設けられる。貫通孔１１の出口側には環状の突片１２が形成され、貫通孔１１の入口側には送出流体ダイオード１３が備えられる。この送出流体ダイオード１３は、後述するように、正方向及び逆方向のそれぞれ異なる流体抵抗係数を与えるものであり、正方向及び逆方向の流体の流れを制御するものである。また、挿入部材１０の外周囲には、傾斜した閉曲線グルーブ１４が形成される。
【００２０】
貫通孔１１は、所定の直径で挿入部材１０の下端面から上端面まで貫通するもので、冷凍機潤滑油の移動通路を形成する。
【００２１】
貫通孔１１の上端出口側には、内周縁が所定の長さだけ延長された環状の突片１２が形成される。前記環状の突片１２は、クランク軸５０の中心孔５２と貫通孔１１との間に一種の隔壁を形成し、冷凍機潤滑油が貫通孔１１を通して逆流することを防止する役割をする。
【００２２】
また、貫通孔１１の下端入口側には送出流体ダイオード１３が備えられる。この送出流体ダイオード１３は、冷凍機潤滑油がピストン２０の内部から貫通孔１１へ送り出される際の流動抵抗を、冷凍機潤滑油が貫通孔１１からピストン２０の内部へ逆流する際の流動抵抗より小さくすることにより、冷凍機潤滑油の送出方向の流れを円滑にする役割をする。ここで、送出流体ダイオード１３は、円筒部１３ａと円錐部１３ｂが一体化されたノズル形状を有することが好ましい。
【００２３】
挿入部材１０の外周に形成される傾斜した閉曲線溝１４は、挿入部材１０の回転運動を、ピストン２０の上下往復運動に変換する役割をする。このとき、前記閉曲線溝１４の最高点と最低点の高低差がピストン２０の行程距離になる。また、閉曲線溝１４は、回転運動を上下往復運動に円滑に変換できるように、挿入部材１０の全周に亘り、曲線状に形成されている。
【００２４】
図５は、本発明に係る容積型オイルポンプ１のピストン２０を示す。
【００２５】
ピストン２０は、挿入部材１０上下にスライドしながら円筒空間部２０ａの容積を変化させると共に下部がオイル貯蔵部４０の冷凍機潤滑油内に浸漬する。また、ピストン２０の下部面の孔２１には吸入流体ダイオード２２が備えられ、外周面には係合突部２３が形成され、内周面には前記傾斜した閉曲線溝１４に係合する突起部２４が形成される。この吸入流体ダイオード２２は、後述するように、正方向及び逆方向のそれぞれ異なる流体抵抗係数を与えるものであり、正方向及び逆方向の流体の流れを制御するものである。
【００２６】
中空の円筒状に形成される前記ピストン２０は、前記挿入部材１０の外周側に嵌装されることにより、その内部に円筒空間部２０ａを形成する。円筒空間部２０ａは、ピストン２０の上下往復運動によって容積が変化する。この容積変化によって冷凍機潤滑油の吸入送出が行われる。
【００２７】
ピストン２０の下部面に穿設される孔２１は、常にオイル貯蔵部４０の冷凍機潤滑油の最初の流入口として作用し、図５に示されるように、中心から所定の距離だけ偏心して形成されることが好ましい。
【００２８】
孔２１には円筒空間部２０ａの内側に吸入流体ダイオード２２が配設される。この吸入流体ダイオード２２は、冷凍機潤滑油がオイル貯蔵部４０から円筒空間部２０ａへ送り出される際の流動抵抗を、冷凍機潤滑油の円筒空間部２０ａからオイル貯蔵部４０へ逆流する際の流動抵抗より小さくし、冷凍機潤滑油の吸入方向の流れを円滑にする役割をする。ここで、吸入流体ダイオード２２は円筒部２２ａと円錐部２２ｂが一体化されたノズル形状を有することが好ましい。
【００２９】
前記ピストン２０の外周面には係合突部２３が形成される。この係合突部２３は、ピストン２０のピストンガイド３０に対する挿入位置を規制して嵌合させる役割をする。
【００３０】
前記ピストン２０の内周面には突起部２４が形成されるが、前記突起部２４は前記挿入部材１０の傾斜した閉曲線溝１４に係合される。
【００３１】
図６は、本発明に係る容積型オイルポンプ１の流体ダイオード１３、２２を示す。
【００３２】
図６に示すように、前記送出流体ダイオード１３は、円筒部１３ａ及び円錐部１３ｂが一体化されたノズル形状に形成される。この形状により、送出流体ダイオード１３は、冷凍機潤滑油がピストン２０の内部から貫通孔１１へ送り出される際の流動抵抗を、冷凍機潤滑油が貫通孔１１からピストン２０の内部へ逆流する際の流動抵抗より小さくすることができ、冷凍機潤滑油が送出方向に流れるように円滑にする役割をする。
【００３３】
また、図６に示すように、前記吸入流体ダイオード２２は、円筒部２２ａと円錐部２２ｂが一体化されたノズル形状に形成される。この形状により、前記吸入流体ダイオード２２は、冷凍機潤滑油がオイル貯蔵部４０から円筒空間部２０ａへ送り出される際の流動抵抗を、冷凍機潤滑油が円筒空間部２０ａからオイル貯蔵部４０へ逆流する際の流動抵抗より小さくすることができ、冷凍機潤滑油が吸入方向に流れるように円滑にする役割をする。
【００３４】
図７は、本発明に係る容積型オイルポンプ１のピストンガイド３０を示す。
【００３５】
図７に示すように、ピストンガイド３０は、ピストン２０の外周側に嵌装して電動部の固定子（図示せず）等の圧縮機内の固定部に固定されることにより、ピストン２０の上下往復運動をガイドする役割をするもので、その内周面にはピストン２０に設けた係合突部２３が係合する係合溝３１が軸方向に直線状に設けられている。
【００３６】
ピストン２０は、係合突部２３が直線状の係合溝３１に係合することによって回転が規制され、上下の直線方向の往復運動を行う。
【００３７】
次に、本発明に係る容積型オイルポンプ１の全体作動を説明する。
【００３８】
冷媒圧縮機の運転と共に回転子（図示せず）の内部に押し込まれたクランク軸５０の軸部５１が回転するのに伴い、軸部５１の中心孔５２に押し込まれた挿入部材１０は、軸部５１と同一の速度で回転する。この時、ピストン２０は、一方では前記挿入部材１０の外周面に形成される。このピストン２０は、傾斜した閉曲線グルーブ１４に係合された突起部２４によって回転力を受ける。また、他方では電動部の固定子（図示せず）等の圧縮機内の固定部に固定されたピストンガイド３０の内周面に設けられた直線状の係合溝３１に係合された係合突部２３の拘束によって上下直線往復運動だけ行う。
【００３９】
前記ピストン２０が下方に移動する場合には、ピストン２０の内部空間、即ち円筒空間部２０ａの容積が増加し、圧力が減少する。従って、この圧力が減少した空間を満たすために、吸入流体ダイオード２２及び送出流体ダイオード１３を介して外部から冷凍機潤滑油がピストン２０の円筒空間部２０ａに流入する。
【００４０】
逆に、前記ピストンが上方に移動する場合には、ピストン２０の円筒空間部２０ａの容積が減少し、ピストン２０の円筒空間部２０ａの冷凍機潤滑油が吸入流体ダイオード２２及び送出流体ダイオード１３を介して外部に流出する。
【００４１】
このような場合、流体ダイオード１３、２２の特性により、吸入流体ダイオード２２を介して円筒空間部２０ａに流入する流量は、吸入流体ダイオード２２を介して外部に流出する流量より多くなる。また、逆に送出ダイオード１３を介して貫通孔に流出する流量は、流出流体ダイオード１３を介して逆に円筒空間部２０ａに流入する流量より多くなる。
【００４２】
図８は、本発明に係る容積型オイルポンプ１の吸入流体ダイオード２２及び送出流体ダイオード１３の流体抵抗特性を測定した実験結果を示すダイアグラムを示す。
【００４３】
流体ダイオード１３、２２の両端の圧力差をΔＰにすると、これにより発生する冷凍機潤滑油の流動の方向が流体ダイオード１３、２２の円筒部１３ａ、２２ａから円錐部１３ｂ、２２ｂ側に発生する場合、即ち正方向では、
【００４４】
【数１】
2004076718.tif 000003
【００４５】
その反対の流動方向、即ち逆方向では、
【００４６】
【数２】
2004076718.tif 000004
【００４７】
で表現される。ここで、流体抵抗係数ζ＋及びζ−はそれぞれ正方向流動時の流体抵抗係数と逆方向流動時の流体抵抗係数を示す。図８に示されている実験結果によれば、吸入流体ダイオード２２の正方向流動時の流体抵抗係数ζｓ＋は約０．４であり、吸入流体ダイオード２２の逆方向流動時の流体抵抗係数ζｓ−は約１．４である。また、送出ダイオード１３の正方向流動時の流体抵抗係数ζｄ＋は約０．４であり、送出流体ダイオード１３の逆方向流動時の流体抵抗係数ζｄ−は約１．０である。前記実験結果に基づいて、吸入流体ダイオード２２の正方向流動時の流体抵抗係数ζｓ＋は、吸入流体ダイオード２２の逆方向流動時の流体抵抗係数ζｓ−より相当小さいことが分かる。これと同様に、送出流体ダイオード１３の正方向流動時の流体抵抗係数ζｄ＋は、送出流体ダイオード１３の逆方向流動時の流体抵抗係数ζｄ−より相当小さいことが分かる。ここで、添字ｓは吸入流体ダイオード２２を、添字ｄは送出流体ダイオード１３を示す。つまり、流体ダイオード１３、２２の両端に同一の圧力差が与えられる場合、正方向流動が逆方向流動よりさらに容易であって、逆方向流動時より正方向流動時に一層多くの冷却機油の流出が発生する。
【００４８】
従って、上述したような方向性を有する流体ダイオード１３、２２を備えたオイルポンプ１において、ピストン２０の上下往復運動は、一定量の冷凍機潤滑油をオイル貯蔵部４０からピストン２０の吸入流体ダイオード２２及び挿入部材１０の送出流体ダイオード１３を介してクランク軸５０の軸部５１内の中心孔５２へ移送する。
【００４９】
図９は、同一の圧縮機運転速度に対して従来の遠心式オイルポンプ１００を使用する場合の冷凍機潤滑油の供給流量と本発明に係る容積型オイルポンプ１を使用する場合の冷凍機潤滑油の供給流量とを比較したダイアグラムを示す。
【００５０】
図９に示すように、従来の遠心式オイルポンプ１００を使用する場合、運転速度１８００ｒｐｍ以下では全く冷凍機潤滑油の供給が行われないが、本発明に係る容積型オイルポンプ１を使用する場合、１０００ｒｐｍ領域でも冷凍機潤滑油の供給が行われる。
【００５１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る容積型オイルポンプは、低速運転の下でも冷凍機潤滑油を円滑に供給することができ、よって、圧縮機内の各種運動部材の摩耗及び摩擦を減少させ且つ内部発生熱を冷却することができる卓越した効果を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の遠心式オイルポンプを含む冷媒圧縮機のクランクシャフトを示す断面図である。
【図２】従来の遠心式オイルポンプのオイルギャップ及びプロペラを示す図である。
【図３】冷媒圧縮機のクランク軸に取り付けられた本発明に係る容積型オイルポンプを示す断面図である。
【図４】本発明に係る容積型オイルポンプの挿入部材の側面図である。
【図５】本発明に係る容積型オイルポンプのピストンを示す断面図及び平面図である。
【図６】本発明に係る容積型オイルポンプの流体ダイオードを示す概略断面図である。
【図７】本発明に係る容積型オイルポンプのピストンガイドを示す断面図である。
【図８】本発明に係る容積型オイルポンプの流体ダイオードの流体抵抗特性を測定した実験結果を示す特性図である。
【図９】従来の遠心式オイルポンプに対する本発明に係る容積型オイルポンプの冷凍機潤滑油の供給流量を比較する特性図である。
【符号の説明】
１０　挿入部材、　１１　貫通孔、　１２　環状の突片　、１３　送出流体ダイオード、　１３ａ　円筒部、　１３ｂ　円錐部、　１４　閉曲線溝、　２０　ピストン、　２０ａ　円筒空間部、　２１　下部面の孔、　２２　吸入流体ダイオード、　２２ａ　円筒部、　２２ｂ　円錐部、　２３　係合突部、　２４　突起部、　３０　ピストンガイド、　３１　直線状の係合溝、　４０　オイル貯蔵部
【図１】
2004076718.tif 000005
【図２】
2004076718.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004076718.tif 000011
【図８】
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【図９】
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