(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体を圧縮する圧縮機構部と、その機構部を駆動したり、あるいは機構部から出力を取り出す回転軸と、機構部および回転軸の円滑な作動のために少なくとも３ヶ所の摺動部とを有し、該摺動部を潤滑する潤滑流体を貯える潤滑流体貯蔵室を有する容積形流体機械において、
前記回転軸に、前記潤滑流体貯蔵室に浸漬し、第１の摺動部に潤滑流体を供給すると共に、前記回転軸に設けた潤滑流体導路を介して潤滑流体を供給する第１の潤滑流体ポンプを設け、
前記回転軸に、所定の揚程を置いて前記潤滑流体導路を介して供給された潤滑流体を昇圧して該第２の摺動部に潤滑流体を供給する第２の潤滑流体ポンプを設け、および
前記回転軸に、第３の摺動部にまたはその近傍に位置して、前記潤滑流体導路を介して供給された潤滑流体を昇圧して該第３の摺動部に潤滑流体を、第２の潤滑流体ポンプへの潤滑流体の供給に直列にして供給する第３の潤滑流体ポンプを設け、
前記第１の潤滑流体ポンプには、前記回転軸に回転方向に設けた溝と回転軸の軸受内面とで形成される溝部が形成され、
前記溝部は、前記圧縮機構が発生させる荷重を受ける方向である軸受荷重方向を０°として、軸受内面の６０°から３３０°の範囲に亘って設けられて、前記溝部を有する軸受が前記０°の軸受荷重方向に発生する荷重を受ける軸受機能と第２の潤滑流体ポンプへ潤滑流体を供給する潤滑流体導路への給油ポンプ機能を備えることを特徴とする容積形流体機械。
【請求項２】
請求項１において、
前記双方の潤滑流体ポンプは、それぞれの軸受の軸受部の一部に形成した非容積形ポンプであることを特徴とする容積形流体機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷蔵庫及び冷凍・空調用に用いられる冷媒圧縮機を始めとして空気圧縮機，真空ポンプ，ヘリウム圧縮機等のガス圧縮機や、それと反対の動作を行う膨張機、あるいは流体ポンプ等に用いられる容積形流体機械に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術について、スクロール圧縮機を例に説明する。特開平6−81792号公報に示されるスクロール圧縮機は圧縮機内油溜付近に設けられた螺旋溝を備えたポンプにより軸受等の摺動部へ給油を行っていた。また、特開平8−303364 号公報に示されるスクロール圧縮機では容積形ポンプにより、特開平9−32760号公報に示されるスクロール圧縮機ではシャフトの回転による遠心力を利用した遠心ポンプにより給油を行っていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術ではいずれも軸受等の摺動部分への給油を貯油室近傍に設けられた１つの給油ポンプにより行っている。そのため、複数個ある軸受で必要とされる給油量を１つの給油ポンプで満たすように給油ポンプの能力を決めなければならず、信頼性確保のため、必要以上の給油能力を有するポンプを備えることが多かった。そのため、特に高速回転時には給油過多となり、余分な油の噛み込みによる動力増大により性能が低下するという問題があった。
【０００４】
また、給油ポンプ自身の損失動力が大きいため、機械損失動力が増大し、性能低下の原因となっていた。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、高速回転時の給油過多となることを防止し、機械損失動力を少なくすることのできる容積形流体機械を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受を潤滑する潤滑油を移送するポンプ装置を前記軸受の一部または近傍に設けられた非容積形ポンプである潤滑流体ポンプとし、シャフトを回転支持する全ての軸受に対して設けることにより、摺動部に対応して潤滑流体ポンプを配設したことを特徴とする。
【０００７】
これにより、軸受の潤滑に必要な潤滑油量は夫々の軸受自身のポンプ作用により供給させることができ、各ポンプ装置は次の軸受までの揚程を確保するだけの能力があればよいことになり、ほぼ理想の軸受給油特性を実現しつつ、且つ各ポンプ装置の動力損失を大幅に低減することができる。
【０００８】
尚、ポンプには流体容積を区切って加圧することによって送出する容積形ポンプと遠心ポンプ，粘性ポンプなどのように流体容積を区切ることなく連続して送出する非容積ポンプがある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の実施例を、図１乃至図４に基づいて説明する。この例は直径が、５mmから１０００mm程度のものであり、ケース内部が吸込圧となる、低圧チャンバ方式のスクロール圧縮機１００である。図１は圧縮機の縦断面図、図２は副軸受断面図、図３は副軸受部分の分解斜視図、図４は旋回，主軸受部分の分解斜視図である。
【００１０】
図において、１は密閉容器、２は密閉容器１内の上端寄りに配置された非旋回スクロール部材、３は非旋回スクロール部材２の下側に設けられて非旋回スクロール２と係合して圧縮室３３を形成する旋回スクロール部材（揺動スクロール）、３１は密閉容器１内の下端に設けられた油槽、３ｅは密閉容器１内に設けられた旋回軸で、旋回スクロール部材と一体としてされてその下側に配置されている。
【００１１】
１７は密閉容器１内に設けられて旋回軸３ｅの下側に配置されたモーターで、旋回スクロール部材を駆動し下端が油槽すなわち貯油室５に配置された回転軸すなわちシャフト８，ロータ１５，ステータ１６及びコイル１８によって構成されている。８ａはシャフト８の軸線に沿って貫通して配置された給油孔すなわち潤滑流体導路、４１はバッフルプレートで、環状をなしシャフト８の下端部に配置されて油槽３１を覆い、かつ周縁部が密閉容器１内周壁面に装着されて返油孔４２が設けられている。
【００１２】
回転軸８には、後述するように少なくとも３つの潤滑流体ポンプ１０１，102,１０３が設けられ、それぞれの潤滑流体ポンプは近傍の３つの摺動部への潤滑流体の供給を行う。各ポンプは、次のポンプまでの揚程を確保するものとされ、それで十分とされる低揚程に設定される。
【００１３】
旋回スクロール部材３は、鏡板上面にスクロールラップとオルダム溝、その下面にスラスト面と旋回軸３ｅを設ける。非旋回スクロール部材２は、鏡板下面にスクロールラップと回転止めを立設する。そして、吐出穴２ｄを開口される。また、鏡板上面の周囲に一本または複数の均圧孔２ｉで吐出空間と通じる溝を設け、溝には弾性体から成る断面がコの字状をしたリングシール２２を挿入する。
【００１４】
このような前記非旋回スクロール部材２の吐出穴２ｄの上部に、逆流抑制弁２４を設置する。これは、過圧縮抑制及び液圧縮回避のためのバイパス弁，圧縮機停止時に発生する旋回スクロール逆転防止のための逆止弁、及び、不足圧縮抑制のための吐出弁の役割を担う。
【００１５】
オルダムリング５は、一面に非旋回側突起部が設けられ、もう一方の面には旋回側突起部が設けられる。
【００１６】
円筒形状の非旋回ホルダ６は、中央の穴に張り出して前記非旋回スクロール部材２を支持する。また、中心軸を中心として１８０度対向で２個の放射溝が設けられ、これが前記非旋回スクロール部材２の回転止めと前記オルダムリング５の非旋回側突起がスライドするオルダム溝の役目を担う。
【００１７】
フレーム４は、上面の外周部に前記非旋回ホルダ６を取り付け、内周部に前記旋回スクロール部材３の支持面となるスラスト軸受４ａが設けられる。また、このフレーム４を軸方向に貫通して吸込ガスを流す１個または複数の吸込口４ｅを設ける。これは、フレーム外周の切欠きでもよいし、前記非旋回ホルダ６に設けてもよい。中央部にはシャフトを回転支持する主軸受４ｄを設ける。この主軸受４ｄと前記スラスト軸受４ａの間からフレーム４の外周面に通じる油排出路を設け、その途中に背圧弁１０を形成する。
【００１８】
回転軸すなわちシャフト８には内部にシャフト給油孔８ａと主軸受給油孔８ｂが設けられる。また、その上部には径の拡大した主軸部８ｈがあり、そこに旋回軸受８ｆが設けられる。ここには前記旋回軸３ｅ組み合わさり、ジャーナル軸受を形成する。旋回軸受８ｆ内周面には給油螺旋溝８ｊが設けられており、旋回軸受８ｆはこの給油螺旋溝８ｊにより、軸受として機能するとともに、給油ポンプとしても動作する。また、主軸部８ｈはフレームに設けられた主軸受４ｄに組み合わさり、ジャーナル軸受を形成する。この主軸部８ｈの外周面には前記主軸受給油孔８ｂの出口から給油螺旋溝８ｉが設けられる。この給油螺旋溝８ｉにより、主軸受４ｄは軸受として機能するとともに、給油ポンプとしても動作する。
【００１９】
モータ１７はロータ１５とステータ１６により形成され、ステータ１６は外周部に油をケースの底に流し落とすためのステータ溝１６ａを設ける。
【００２０】
摺動部の１つである副軸受９は、シャフト外周面に形成された油溝９ａと円筒状の軸受ブッシュ９ｂと端面シール部材９ｃから成る。この油溝９ａには、シャフト回転方向前縁に貯油室３１（潤滑流体貯蔵室）に通じる給油路９ｄが、また、シャフト回転方向後縁にシャフト給油孔８ａとが連通しており、給油路９ｄにより貯油室より油を副軸受９にまで油を吸い上げ、シャフト回転により発生するシャフト外周面の油溝９ａと円筒状の軸受ブッシュ９ｂとの壁面の相対速度に起因する粘性力により油をシャフト給油孔８ａに吐出する。いわゆる粘性ポンプ機能を有する。このため、副軸受９は給油ポンプとして動作する。また、シャフト外周面と軸受ブッシュ９ｂとの側面からの油漏れを防止するために端面シール部材９ｃを設けている。
【００２１】
ケース１９は、ハーメチック端子１３及び吐出パイプ２５及び吸込パイプ１４が溶接またはロウ付けされており、ケース１９の下部には、前記副軸受９が固定されている。
【００２２】
以上の構成によって、本発明は、作動流体を圧縮あるいは移送するか、または作動流体から力学的エネルギーを取り出す機構部と、その機構部を駆動したり、あるいは機構部から出力を取り出す回転軸と、機構部および回転軸の円滑の作動のために少なくとも２ヵ所の摺動部とを有し、該摺動部を潤滑する潤滑流体を貯える潤滑流体貯蔵室を有する容積形流体機械において、前記回転軸に、前記潤滑流体貯蔵室に浸漬し、第１の摺動部に潤滑流体を供給すると共に、前記回転軸に設けた潤滑流体導路を介して潤滑流体を供給する第１の潤滑流体ポンプを設け、前記回転軸に、所定の揚程を置いて前記潤滑流体導路を介して供給された潤滑流体を昇圧して該第２の摺動部に潤滑流体を供給する第２の潤滑流体ポンプを設けた容積形流体機械を提供する。
【００２３】
前記第１の潤滑流体ポンプは、前記回転軸に回転方向に設けた溝と回転軸の軸受内面とで形成される溝部によって形成され、溝部の一方は前記潤滑流体貯蔵室に開口し、他方は前記潤滑流体導路に連通する。
【００２４】
本発明は、作動流体を圧縮あるいは移送するか、または作動流体から力学的エネルギーを取り出す機構部と、その機構部を駆動したり、あるいは機構部から出力を取り出す回転軸と、機構部および回転軸の円滑の作動のために少なくとも３ヵ所の摺動部とを有し、該摺動部を潤滑する潤滑流体を貯える潤滑流体貯蔵室を有する容積形流体機械において、前記回転軸に、前記潤滑流体貯蔵室に浸漬し、第１の摺動部に潤滑流体を供給すると共に、前記回転軸に設けた潤滑流体導路を介して潤滑流体を供給する第１の潤滑流体ポンプを設け、前記回転軸に、所定の揚程を置いて前記潤滑流体導路を介して供給された潤滑流体を昇圧して該第２の摺動部に潤滑流体を供給する第２の潤滑流体ポンプを設け、および前記回転軸に、第３の摺動部にまたはその近傍に位置して、前記潤滑流体導路を介して供給された潤滑流体を昇圧して該第３の摺動部に潤滑流体を供給する第３の潤滑流体ポンプを設けた容積形流体機械を提供する。
【００２５】
次に、動作を説明する。
【００２６】
まず、圧縮ガスの流れに関して説明する。前記モータ１７を回転させて前記シャフト８を回転させ、前記オルダムリング５で自転を防止しながら前記旋回スクロール部材３を旋回運動させる。前記吸込パイプ１４を通してケース内部に満たされるガスが、前記吸込口４ｅを通って吸込室３５に流入し、圧縮室３３に閉じ込み圧縮されて、前記吐出穴２ｄから吐出され、前記吐出パイプ２５を通って圧縮機外部に出る。また、同時に前記均圧孔２ｉによって前記リングシール２２内は吐出圧となるため、これによって前記非旋回スクロール部材２は前記旋回スクロール部材３に押し付けられる。また、吐出圧は前記リングシール２２によってシールされるため、圧縮機のケース内部の圧力は全域で吸込圧となる。
【００２７】
前記吐出穴２ｄの出口には、前記逆流抑制弁２４が設けられている。これは中立の位置では吐出穴２ｄ上部の円錐面から離れる位置とする。この結果、過圧縮運転や適正圧力比運転時には、ガスは逆流抑制弁２４を押し上げずに吐出できるため、吐出流路抵抗が小さく、また、不足圧縮運転時には圧縮ガスの逆流による流体力により逆流抑制弁２４が前記吐出穴２ｄを塞ぐように動く。このように、吐出弁の必要な場合のみ、吐出弁が現れる構造である。また、圧縮機停止における逆流に対しても、同様に流体力により逆流抑制弁２４が前記吐出穴２ｄを塞ぐため、前記旋回スクロール部材３の逆転を抑制できる。
【００２８】
次に、油の流れについて説明する。図２および図３は第１の摺動部および第１の潤滑流体ポンプの機構を示す。前記貯油室３１の油は、前記シャフト８の下端に設けられた給油路９ｄにより前記副軸受９に吸い上げられ、副軸受９から吐出された油が前記シャフト給油孔８ａに入る。ここで、わずかな油が、前記軸受ブッシュ９ｂの上面とシャフト端面の隙間を通って、シャフトスラスト面９ｅを給油、端面のシールを行う。
【００２９】
副軸受９内では、給油路９ｄより油溝９ａに油が入り、シャフト外周面とその外側に位置する軸受内周面との相対速度により油はせん断される。このとき、油自身の粘性により、シャフト回転に伴って油はシャフト回転方向に移動するため、結果として油は油溝９ａ内をシャフト回転方向に向かって移送される。油溝９ａのもう一方の端部は前記シャフト給油孔８ａに連通しているため、油はシャフト給油孔８ａ内に流入し、油を移送する粘性ポンプのポンプ作用が行われる。
【００３０】
図４は第２および第３の摺動部および第２の潤滑流体ポンプおよび第３の潤滑流体ポンプを示す。
【００３１】
前記シャフト給油孔８ａに入った油はシャフト給油孔内を上昇し、他の摺動部である前記主軸受４ｄと前記旋回軸受８ｆを給油する。このうち一部は前記主軸受給油孔８ｂに入って主軸受４ｄを給油するが、前記主軸部８ｈには前記給油螺旋溝８ｉが設けられ、このねじポンプ作用により主軸受への給油量が決まる。また、前記旋回軸受８ｆには前記給油螺旋溝８ｊが設けられ、このねじポンプ作用により旋回軸受への給油量が決まる。
【００３２】
これら旋回軸受，主軸受の給油を行った油は、一部は前記スラスト軸受４ａを潤滑し、残りは前記背圧弁１０より前記フレーム側面に排出される。排出された油は、その後前記円筒ケース２１の内壁を伝って下方に流れ、前記ステータ外周溝１６ａを通って、最終的に前記貯油室３１に戻る。前記背圧弁１０は旋回スクロール部材３の下側圧力（背圧）を前記フレーム４の側面の圧力である吸込み圧よりも一定値高い圧力に制御するための機構で、これにより背圧をわずかに上昇させ、スラスト面３ｄでのスラスト荷重低減を図っている。また、前記スラスト軸受４ａを潤滑した油は、その後前記吸込室３５へ流れ込み、圧縮室３３での隙間シールに用いられ、吐出ガスとともに排出される。
【００３３】
ここで、前記副軸受９は軸受と給油ポンプを兼た構造をしており、シャフト下部での軸受として作用するとともに、給油ポンプとしても機能させることができる。そのため、図３に示すように前記油溝９ａすなわち溝部は前記副軸受９に作用する荷重方向を０度とし、回転方向に正の方向に座標をとるとき、軸受部の一部、例えば６０度乃至３３０度の範囲に設けている。この範囲に油溝９ａを設けた場合、油溝の設けられていない０度乃至６０度および３３０度乃至３６０度の範囲がシャフトに作用する荷重によって発生する圧力発生領域となるため、その負荷を支持することが出来るようになり、副軸受９は軸受と給油ポンプの両方の機能が出来るようになる。従って、従来軸受損失とともに給油ポンプ動力も機械損失の一員となっていたのが、ポンプ動力のみとなり、余分な損失を低減できる効果がある。しかも給油ポンプ構造が軸受とほぼ同一のため、軸受損失並みの低損失の給油ポンプとなり、そのため、給油ポンプのない容積形流体機械とほぼ同等の機械損失を得ることができる。
【００３４】
更に、前記旋回軸受８ｆおよび主軸受４ｄも副軸受と同様に軸受と給油ポンプを兼ねた構造となっており、軸受として作用するとともに、給油ポンプとして動作する。これらはそれぞれに軸受部に作用する荷重方向を０度とし、回転方向に正の方向に回転座標をとるとき、前記給油螺旋溝８ｉ，８ｊはともに６０度乃至３３０度の範囲に設けている。この範囲に前記給油螺旋溝８ｉ，８ｊを設けた場合、油溝の設けられていない０度乃至６０度および３３０度乃至３６０度の範囲がシャフトに作用する荷重によって発生する圧力発生領域となるため、その負荷を支持することができるようになり、前記旋回軸受８ｆおよび主軸受４ｄは軸受と給油ポンプの両方の機能ができるようになる。
【００３５】
更に、ここで前記副軸受９による給油能力は副軸受９から旋回軸受８ｆまでの揚程を稼ぐだけの能力とする。すなわち副軸受部給油ポンプは主軸受部給油ポンプ、および旋回軸受部給油ポンプへの呼び水用として用いる。前記主軸受４ｄおよび旋回軸受８ｆでは夫々の軸受自身のポンプ作用および給油螺旋溝８ｉ，給油螺旋溝８ｊによるねじポンプ作用により主軸受および旋回軸受への給油量を決める。給油ポンプをこのようにシャフト貯油室側端部より主軸受４ｄおよび旋回軸受８ｆに向かって直列で連通させる構成とすることにより、各給油ポンプは次の給油ポンプまでの呼び水用としてのみ機能させ、最終的に軸受で必要となる給油量は軸受自身のポンプ作用およびねじポンプ作用により確保する。その結果、軸受には回転数によらず、常に必要量のみの給油量が供給でき、且つポンプ能力は次の軸受までの揚程分だけにとどめることができるので、大幅なポンプ動力損失の低減が可能となる。
【００３６】
例えば、第１の潤滑流体ポンプの発生圧力Ｐは、第２あるいは第３の潤滑流体ポンプまでの距離をＬとし、流体の密度をρ、重力をｇとしたときに、Ｐ＝（１〜１.５）Ｌρｇの範囲にすれば充分なポンプ能力が確保される。
【００３７】
更に、軸受では低速域から高速域までほぼ理想の給油特性が得られるので、従来問題となっていた高速回転における給油過多を防止でき、余分な油の噛み込みによる動力増大、更には低速回転時における給油不足による摺動部の潤耗，焼き付きという問題を解決することができる。これにより、容積形流体機械の性能が向上し、信頼性を高めることができる。
【００３８】
また、ポンプ装置を軸受の一部として設けているため、従来技術の問題点であった給油ポンプ自身の動力損失が軸受損失とほぼ同一となるので、給油ポンプ動力損失の低減が可能となり、性能向上が図れる。
【００３９】
更に、形状が単純な給油ポンプであるため、部品点数が少なく、加工が容易であり、低コスト，高信頼性の容積形流体機械が得られる。
【００４０】
以上ここでは、軸受の一部に設けられた給油ポンプ装置として副軸受には粘性ポンプ，主軸受および旋回軸受にはネジポンプを用いたが、他の非容積形ポンプを夫々の軸受に組み合わせても効果は同様である。即ち、軸受自身のポンプ作用により給油を行うためには潤滑油を貯蔵する貯油室から給油ポンプ装置を通って軸受までの給油路が常に開放されている必要があり、そのため、遠心ポンプを用いても同様に構成が可能となる。
【００４１】
以上のように、本発明は、作動流体を圧縮あるいは移送するか、または作動流体から力学的エネルギーを取り出す機構部と、その機構部を駆動したり、あるいは機構部から出力を取り出す回転軸と、機構部および回転軸の円滑の作動のために少なくとも２ヵ所の摺動部とを有し、該摺動部を潤滑する潤滑流体を貯える潤滑流体貯蔵室を有する容積形流体機械において、前記回転軸に摺動部に対応する形で潤滑流体ポンプが設けられてそれぞれの潤滑流体ポンプはそれぞれの摺動部へ潤滑流体の供給を行うものであって、前記潤滑流体貯蔵室に浸漬する第１の潤滑流体ポンプは、第２の潤滑流体ポンプまでの揚程を確保すれば十分な圧力Ｐ＝(１〜１.５）Ｌρｇ（Ｌは双方のポンプ距離、ρは流体の密度、ｇは重力）に設定される容積形流体機械を提供する。
【００４２】
第２の摺動部までの揚程は前記第２の潤滑流体ポンプによって確保され、前記第１の潤滑流体ポンプの揚程と前記第２の潤滑流体ポンプの揚程とは独立した揚程とされる。
【００４３】
次に、第二の実施例を、図５を用いて説明する。基本的な圧縮機の構成，動作等は図１に示すスクロール圧縮機と同じであり、副軸受部分の分解斜視図を示している。本実施例では副軸受９の油溝９ａに連通する給油路９ｄをシャフト内部に中心から外周方向へ斜めに連通させた穴として形成している。これにより給油路９ｄ自身も遠心ポンプとして作用し、副軸受９への油の吸い上げを確実に行うことができる。ただし、この給油路９ｄでのポンプ能力としては副軸受９までの揚程を稼ぐだけの能力とする。すなわち副軸受９への呼び水用として用いる。これは、貯油室から副軸受までの揚程が大きい場合、あるいは軸受間の揚程が大きい場合に必要となり、軸受への給油を確実にする効果がある。本実施例では副軸受の前方に遠心ポンプを１つ設けた構造となっているが、夫々の軸受の間に遠心ポンプを複数個設けてもよい。
【００４４】
以上の実施例では、本発明の説明を密閉形の低圧チャンバ方式スクロール圧縮機を例にして説明したが、高圧チャンバ方式スクロール圧縮機や、スクロール型以外の圧縮機，ポンプ，膨張機等の容積形流体機械に適用した場合にもその効果は同様である。また、軸受潤滑流体として油等を用いた場合でなく、作動流体そのものを潤滑に用いる軸受でも同様である。
【００４５】
【発明の効果】
第１の潤滑流体ポンプのそれぞれの揚程を小さくすることが出来、例えばそれぞれの揚程を加えた値は従来の単一方式のポンプの揚程に比べて小さくすることができ、従って、本発明によれば、高性能で且つ、低コスト，高信頼性の容積形流体機械を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例の縦断面図。
【図２】本発明の第一の実施例に係る副軸受部の縦断面図。
【図３】本発明の第一の実施例に係る副軸受部の分解斜視図。
【図４】本発明の第一の実施例に係る旋回軸受部および主軸受部の分解斜視図。
【図５】本発明の第二の実施例に係る副軸受部の分解斜視図。
【符号の説明】
２…非旋回スクロール部材、３…旋回スクロール部材、４…フレーム、４ｄ…主軸受、５…オルダムリング、８…シャフト、８ｆ…旋回軸受、９…副軸受、
１７…モータ、１９…ケース、３１…貯油室、１００…容積形流体機械、１０１，１０２，１０３…潤滑流体ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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