(57)【要約】【課題】回転軸を軸支する軸受部材を通過する潤滑油の飛散を防止し、ロータの回転負荷を軽減することで、消費電力を低減させることのできる流体機械を提供すること。【解決手段】密閉されたハウジング(2)内の下側に電動機(4)、上側にスクロールユニット(6)が配設され、当該電動機及び圧縮ユニットを連結する回転軸(8)が主軸受(80)を介して主軸フレーム(70)により軸支されている圧縮機(1)であって、主軸受を、主軸フレームから電動機のロータ(30)上面近傍まで延びた基材部(82)、及び当該基材部の内周面に形成され回転軸と摺動自在に当接する摺動部(84)とから構成する。【選択図】図３
2009203912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉された容器内に設けられ、上下に延びた回転軸と、
前記回転軸に一体に設けられたロータ、及び該ロータの外周に位置し前記容器に固定されたステータからなり、通電によりロータ及び回転軸を回転させる電動機と、
前記容器内で前記電動機より上側に設けられ、前記回転軸の回転に伴い作動流体の吸引、圧縮、吐出を行う圧縮ユニットと、
前記容器内で前記電動機及び前記圧縮ユニットの間に配設され、軸受部材を介して前記回転軸を回転自在に軸支するフレーム部材とを備えた流体機械であって、
前記軸受部材は、前記フレーム部材から前記ロータ上面近傍まで延びた基材部、及び該基材部の内周面に形成され前記回転軸と摺動自在に当接する摺動部とからなり、該基材部より内側を潤滑油が流通するものであることを特徴とする流体機械。
【請求項２】
前記軸受部材は、前記基材部の外周面とフレーム部材との当接部分に対応した部分に摺動部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の流体機械。
【請求項３】
さらに、底面が前記ロータ上面に固定され、筒部が前記基材部より大径であり上端が該基材部の下端よりも僅かに上方に位置する有底筒形状をなすカバー部材を備えることを特徴とする請求項１または２記載の流体機械。
【請求項４】
さらに、前記回転軸の外周面に、軸方向に沿って少なくとも前記フレーム部材から前記ロータ上面近傍まで延びた溝部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の流体機械。
【請求項５】
前記溝部は前記回転軸の軸方向に対して螺旋状に形成されていることを特徴とする請求項４記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体機械に係り、詳しくは回転軸を支持する軸受部材の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体機械として、密閉容器内の下側に配設された電動機と上側に配設された圧縮ユニットが回転軸を介して連結され、電動機により回転軸を回転させることで圧縮ユニットを駆動して冷媒を圧縮する圧縮機がある。
当該圧縮機では、密閉容器内の下部に潤滑油が貯留されており、回転軸内の油路を通して圧縮ユニットに潤滑油が供給される。そして、当該圧縮ユニットを潤滑後の潤滑油は、圧縮ユニットを支持するとともに軸受部材を介して回転軸を軸支するフレーム部材から当該軸受部材を通って電動機側に向かう。
【０００３】
しかし、軸受部材を通過した潤滑油は回転軸の回転による遠心力により当該回転軸から飛散する。
これにより、圧縮ユニットと電動機との間で潤滑油が充満してしまい、当該潤滑油が冷媒に混入されたり、貯油室に良好に戻らないという問題がある。
このため、電動機のロータ（回転子）の上面にフレーム部材（支持フレーム）の軸受部材まで覆う有底筒状のカバー部材（オイルガイド）を設けた圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−１７０１９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示された技術のように、軸受部材まで覆うために支持フレームまで延びたカバー部材を設けると、ロータの回転負荷の負荷が増し、電動機の消費電力が増加するという問題がある。
また、カバー部材内に充満した潤滑油が、当該カバー部材内に配設されたバランスウェイト等の部材と衝突することでも、ロータの回転負荷が増加し、電動機の消費電力が増加する。
【０００５】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、回転軸を軸支する軸受部材を通過する潤滑油の飛散を防止し、ロータの回転負荷を軽減することで、消費電力を低減させることのできる流体機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した目的を達成するために、請求項１の流体機械では、密閉された容器内に設けられ、上下に延びた回転軸と、前記回転軸に一体に設けられたロータ、及び該ロータの外周に位置し前記容器に固定されたステータからなり、通電によりロータ及び回転軸を回転させる電動機と、前記容器内で前記電動機より上側に設けられ、前記回転軸の回転に伴い作動流体の吸引、圧縮、吐出を行う圧縮ユニットと、前記容器内で前記電動機及び前記圧縮ユニットの間に配設され、軸受部材を介して前記回転軸を回転自在に軸支するフレーム部材とを備えた流体機械であって、前記軸受部材は、前記フレーム部材から前記ロータ上面近傍まで延びた基材部、及び該基材部の内周面に形成され前記回転軸と摺動自在に当接する摺動部とからなり、該基材部より内側を潤滑油が流通するものであることを特徴としている。
【０００７】
請求項２の流体機械では、請求項１において、前記軸受部材は、前記基材部の外周面とフレーム部材との当接部分に対応した部分に摺動部が形成されていることを特徴としている。
請求項３の流体機械では、請求項１または２において、さらに、底面が前記ロータ上面に固定され、筒部が前記基材部より大径であり上端が該基材部の下端よりも僅かに上方に位置する有底筒形状をなすカバー部材を備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項４の流体機械では、請求項１乃至３のいずれかにおいて、さらに、前記回転軸の外周面に、軸方向に沿って少なくとも前記フレーム部材から前記ロータ上面近傍まで延びた溝部を備えることを特徴としている。
請求項５の流体機械では、請求項４において、前記溝部は前記回転軸の軸方向に対して螺旋状に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明の請求項１の流体機械によれば、密閉された容器内の下側に電動機、上側に圧縮ユニットが配設され、当該電動機及び圧縮ユニットを連結する回転軸が軸受部材を介してフレーム部材により軸支されている流体機械であって、軸受部材を、フレーム部材から電動機のロータ上面近傍まで延びた基材部、及び当該基材部の内周面に形成され回転軸と摺動自在に当接する摺動部とから構成し、当該基材部より内側を潤滑油が流通するものとする。
【００１０】
つまり、軸受部材の基材部がフレーム部材からロータ上面近傍まで回転軸を覆い、回転軸の遠心力による潤滑油の飛散を防止することができる。
これにより、フレーム部材から電動機までの間における潤滑油の充満を抑制し、ロータ上面に設けられたバランスウェイト等の部材との衝突を軽減させることができ、ロータの回転負荷を減少させることができる。
【００１１】
以上のことから、回転軸を軸支する軸受部材を通過するオイルの飛散を防止し、ロータの回転抵抗を軽減することで、電動機の消費電力を低減させることができる。
請求項２の流体機械によれば、前記軸受部材について、前記基材部の外周面とフレーム部材との当接部分に対応した部分に摺動部を形成する。
これにより、摺動部と回転軸とが当接する面積を最小限に抑え、回転軸を回転させるロータの回転負荷の増加を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の流体機械によれば、底面が前記ロータ上面に固定され、前記基材部より大径で上端が該基材部の下端よりも僅かに上方に位置する有底筒形状をなすカバー部材を備える。
つまり、ロータ上面近傍まで延びた基材部の下端よりも僅かに上方まで延ばしたカバー部材を設けることで、基材部の下端とロータ上面との間から出る潤滑油の飛散を防止することができる。
【００１３】
また、当該カバー部材ロータ上面から上方に僅かに延ばした形状でよいことから、ロータの回転負荷の増加を最小限に抑制させることができる。
請求項４の流体機械によれば、回転軸の外周面に、軸方向に沿って少なくとも前記フレーム部材から前記ロータ上面近傍まで延びた溝部を形成する。
つまり、潤滑油が溝部に沿って流れ、当該潤滑油は回転軸の回転により溝部の壁から周方向の力も受けることとなり、遠心力による飛散が抑制される。
【００１４】
請求項５の流体機械によれば、溝部を螺旋状に形成することで遠心力を利用して、より円滑に潤滑油を流通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１乃至３を参照すると、図１には本発明に係る流体機械の実施形態であるスクロール型圧縮機の全体断面図、図２には図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３には図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図がそれぞれ示されている。
圧縮機１（流体機械）は、冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機等の冷凍回路に組み込まれるスクロール型圧縮機である。当該冷凍回路は、作動流体の一例である二酸化炭素（ＣＯ２）冷媒（以下、冷媒と称する）が循環する経路を備え、当該経路に介装される圧縮機１は冷媒を吸入して圧縮した後、経路下流側に向けて吐出するものである。
【００１６】
圧縮機１は、主として、密閉されたハウジング（密閉容器）２、当該ハウジング２内の下側に配設された電動機４、上側に配設されたスクロールユニット６（圧縮ユニット）、並びに当該電動機４及びスクロールユニット６を連結する回転軸８から構成されている。
詳しくは、ハウジング２は、上下に延びた円筒状の胴部１０の上側及び下側に上蓋１２及び下蓋１４が気密に嵌合されている。そして、胴部１０外周の上部には上記冷媒が循環する経路上流側を形成する吸入管１６が接続されており、上蓋には上下貫通し経路上流側の下流側を形成する吐出管１８が設けられている。
【００１７】
また、ハウジング２内の下部には副軸フレーム２０により区画された貯油室２２が形成されており、当該貯油室２２内にはオイル（潤滑油）が貯留されている。そして、副軸フレーム２０には複数の適宜位置に、導入孔２０ａが穿設されている。
また、副軸フレーム２０の上面視中央部には、回転軸８の下端を回転自在に軸支する副軸受２４が設けられている。
【００１８】
さらに、当該副軸受２０の下部にはオイルポンプ２６が設けられており、当該オイルポンプ２６は、吸引管２８を介して貯油室２２からオイルを吸引し、回転軸８内の回転軸油路８ａへオイルを供給する機能を有している。
回転軸８は上下方向に延びており、当該回転軸８の外周下部には、電動機４が設けられている。
【００１９】
電動機４は、回転軸８の外周に設けられたロータ３０、及び当該ロータ３０の外周に配設されたステータ３２から構成されている。
ロータ３０は、永久磁石を有しており、回転軸８と一体に回転するよう設けられている。また当該ロータ３０の適宜位置には上下方向に貫通したロータ油路３０ａが形成されている。
【００２０】
ステータ３２は、外周がハウジング２の胴部１０の内周に圧入固定されている。また当該ステータ３２の外周の一部には上下に延びるステータ冷媒通路３２ａが形成されている。そして、当該ステータ３２内部には円周方向にコイル３４が並設されている。
このような構成の電動機４は、ステータ３２のコイル３４に通電されることで、当該コイル３４の磁界の回転に伴いロータ３０及び回転軸８を回転させる機能を有している。
【００２１】
一方、回転軸８の上部、即ち電動機４の上方には、スクロールユニット６が設けられている。
当該スクロールユニット６は、回転軸８と連結された可動渦巻体４０、及び当該可動渦巻体４０の上方に配設された固定渦巻体４２から構成されている。
可動渦巻体４０は、可動鏡板４４と、当該可動鏡板４４の上面から上方に延び上面視においてインボリュート曲線を形成する可動渦巻ラップ４６とを有している。また、可動鏡板４４の下面中央には下方に筒状に突出したボス部４４ａが形成されている。そして、当該ボス部４４ａは偏心軸受４８を介して、回転軸８の上端部分において軸心から偏心した偏心軸部８ｂに回転自在に支持されている。
【００２２】
固定渦巻体４２は、下部が上記可動渦巻ラップ４６を覆う固定鏡板５０と、当該固定鏡板５０の下面から上記可動渦巻ラップ４６と対応し上面視においてインボリュート曲線を形成するよう下方に延びた固定渦巻ラップ５２とを有している。また、当該固定鏡板５０には、固定渦巻ラップ５２の外周部分から外周方向に延び、上記吸入管１６と連通する吸入孔５４と、上面視中央部にて上下に貫通した吐出孔５６が穿設されている。さらに、当該固定鏡板５０の外周部分の２箇所に、上下方向に延びた固定渦巻体冷媒通路５８ａ、５８ｂが形成されている。
【００２３】
また、固定鏡板５０の上面には、当該固定鏡板５０上面を覆い、上面視略中央部から外周側に亘って凸形状に膨出した吐出室６０を形成する吐出ヘッド６２が設けられている。吐出室６０内には、固定鏡板５０上面に固定され、吐出孔５６の開閉を行う吐出弁６４が設けられている。
このように構成されたスクロールユニット６では、可動渦巻体４０が回転軸８の回転に伴い公転運動することで、可動渦巻ラップ４６が固定渦巻ラップ５２と協働し、径方向外側から中心に向けて移動しつつ容積を減少させる圧縮室が形成される。つまり、吸入管１６からの冷媒が吸入孔５４を通して当該圧縮室に吸入され、圧縮された冷媒が吐出孔５６を通して吐出室６０に吐出されるよう構成されている。
【００２４】
また、当該スクロールユニット６は主軸フレーム７０（フレーム部材）に支持されている。
当該主軸フレーム７０は、下方に向かうにつれ段階的に径の縮小した筒形状をなしており、上部外周の一部が胴部１０内周に圧入固定されているとともに、上部外周部分の下面が上記電動機４のステータ３０上面に載置された連結部材７２により支持されている。なおに、当該主軸フレーム７０の上部外周には上下に延び、上記固定鏡板５０の固定渦巻体冷媒通路５８ａ、５８ｂと連通する主軸フレーム冷媒通路７０ａ、７０ｂが形成されている。また、連結部材７２には、一側の主軸フレーム冷媒通路７０ａと連通された連結冷媒通路７２ａが形成されている。
【００２５】
そして、主軸フレーム７０は、上部外周の上面が上記スクロールユニット６の固定鏡板の下面外周と当接されており、内部の台座部７４が可動鏡板４４の下面と摺動可能に当接されている。なお、当該台座部７４には、可動鏡板４４の外周縁下面部分に設けられた自転阻止ピン４４ｂの係合する自転阻止溝７６が形成されている。さらに、当該台座部７４の当該自転阻止溝７４より内周側部分にはシーリング７８が設けられている。
【００２６】
また、主軸フレーム７０の下部においては、回転軸８が主軸受８０（軸受部材）を介して回転自在に軸支されている。
当該主軸受８０は、外周面上部が主軸フレーム７０の下部に圧入固定された基材部８２と、当該基材部８２の内周面上部において所謂すべり軸受けのコーティングが施され回転軸８と摺動可能に当接した摺動部８４とから構成されている。
【００２７】
詳しくは、基材部８２は、上記主軸フレーム７０から上記電動機４のロータ３０の上面近傍まで延びた円筒状をなしている。つまり、当該基材部８２は摺動部８４からロータ３０上面近傍まで回転軸８を覆っている。
そして、図３に示すように、回転軸８の外周部分には、主軸受８０の上端からロータ３０上部まで、軸方向に対し螺旋状に延びた螺旋溝８６（溝部）が形成されている。
【００２８】
一方、ロータ３０の上面には、上記主軸受８０の基材部８２よりも大径であり、上方に開放した有底筒状のロータカバー８８（カバー部材）が設けられている。
当該ロータカバー８８の筒部８８ａ上端は上記主軸受８０の基材部８２の下端より若干上方まで延びている。
また、当該ロータカバー８８内の一部、即ち主軸受８０の基材部８２外周からロータカバー８８の筒部８８ａとの間の一部には、上面視円弧状のバランスウエイト９０が設けられている。
【００２９】
ロータカバー８６及びバランスウエイト９０はそれぞれロータ３０を上下に貫通したかしめピン９２により固定されている。より詳しくは、図２に示すように、ロータカバー８６の上面視において底面８６ｂの４箇所、そのうち２箇所はバランスウエイト９０とともに、当該かしめピン９０により固定されている。なお、ロータ３０のロータ油路３０ａは上面視において３箇所穿設されている。
【００３０】
つまり、上記主軸受８０の基材部８２の下端は、ロータカバー８６の底部８６ｂと僅かな隙間を有しており、当該隙間から回転軸８の径方向外側は、バランスウェイト９０及びロータカバー８６の筒部８６ａにより覆われている。
以下このように構成された本発明に係る流体機械の作用について説明する。
圧縮機１は、電動機４のステータ３２のコイル３４に通電することでロータ３０とともに回転軸８が回転し、当該回転に伴いスクロールユニット６の可動渦巻体４０が公転運動して、冷媒の吸引、圧縮、吐出が行われる。なお、当該実施形態では、回転軸８は上面視反時計回りに回転するものとする。
【００３１】
ここで、当該圧縮機１内における冷媒の流れについて説明する。
図１の破線矢印で示すように、冷媒は吸入管１６から、スクロールユニット６の固定鏡板５０の吸入孔５４を通り圧縮室に吸入される。当該圧縮室では上面視中央に向け移動しつつ容積が減少し、所定圧力以上となった冷媒は吐出弁６４が開放されることで吐出孔５６を通して吐出室６０へと吐出される。
【００３２】
さらに、当該圧縮された冷媒は吐出室６０から、一側の固定渦巻体冷媒通路５８ａ、主軸フレーム冷媒通路７０ａ、連結冷媒通路７２ａ、ステータ３２のコイル３４内を通って下方へと流れ、当該ステータ３２の下面と副軸フレーム２０との間を経て上方へ折り返し、ステータ冷媒通路３２ａ、他側の主軸フレーム冷媒通路７０ｂ、固定渦巻体冷媒通路５８ｂを通って、吐出管１８へと吐出される。
【００３３】
圧縮機１内でこのような経路で流通する冷媒は、その過程で当該冷媒中に含まれるオイルが分離され、上記冷凍回路にオイルが吐出されることが防止される。また、冷媒から分離されたオイルは副軸フレーム２０の導入孔２０ａを通して貯油室２２に戻される。
次に、当該圧縮機１内におけるオイルの流れについて説明する。
図１の実線矢印で示すように、貯油室２２内に貯留されているオイルは、オイルポンプ２６により吸引されて回転軸油路８ａを通して上昇する。回転軸８の上端まで達したオイルの可動渦巻体４０及び固定渦巻体４２を潤滑する。
【００３４】
また一部のオイルは偏心軸受４８を潤滑し、主軸受８０では、回転軸８の螺旋溝８８を通ることで摺動部８４を潤滑しつつ下方へと流れる。
このとき、回転軸８の回転による遠心力により、当該回転軸外周を通るオイルは回転軸８の径方向に飛散するが、ロータ３０上面の近傍まで延長された主軸受８０の基材部８２により阻止され、当該基材部８２に沿ってロータ３０の近傍まで落ちる。
【００３５】
そして、オイルはロータ３０近傍、即ちロータカバー８６の底面８６ｂと基材部８２との間の隙間から径方向外側に流れる。ここでは、ロータカバー８８の筒部８８ａによりオイルが外側へ飛散することは抑制され、当該オイルはロータ油路３０ａを通り下方へ流れ、副軸フレーム２０の導入孔２０ａを通って貯留室２２に戻る。
以上のように、主軸フレーム７０に設けられている主軸受８０の基材部８２が主軸フレーム７０からロータ３０上面近傍まで延びた構成をなしていることで、当該基材部８２が回転軸８の大部分を覆い、当該回転軸８の遠心力によるオイルの飛散を防止することができる。
【００３６】
また、ロータカバー８８により基材部８２の下端とロータカバー８２上面との間から出る潤滑油の飛散も防止することができる。
これらのことから、主軸フレーム７０から電動機４までの間におけるオイルの充満を抑制し、ロータ３０上面に設けられたバランスウェイト９０等の部材との衝突を減少させることができ、ロータ３０の回転負荷を軽減させることができる。
【００３７】
また、ロータカバー８８は、ロータ３０上面から上方に僅かに延ばした形状でよく、当該ロータ３０の回転負荷の増加を最小限に抑制させることができる。
なお、主軸受８０の摺動部８４は、基材部８２の外周面と主軸フレーム７０との当接部分に対応した一部分に形成されていることから、摺動部８４と回転軸８との当接面積を最小限に抑え、これによってもロータ３０の回転負荷の増加を抑制されている。
【００３８】
また、回転軸８の外周に螺旋溝８６が形成されていることで、当該螺旋溝８６に沿ってオイルが円滑に下方へと流れることとなるとともに、当該オイルは回転軸８の回転により螺旋溝８６の壁から周方向の力も受けることとなり、遠心力による飛散が抑制される。
このように本発明に係る流体機械では、回転軸８を軸支する主軸受８０を通過するオイルの飛散を防止し、ロータ３０の回転抵抗を軽減することで、電動機４の消費電力を低減させることができる。
【００３９】
以上で本発明に係る流体機械の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態の回転軸８の螺旋溝８６は主軸受８０の上端からロータ３０上部まで延びたものであるが、当該螺旋溝はこの形態に限るものではなく、ロータの下部まで、またはロータより下方まで延びていても構わない。そして、当該螺旋溝がロータ下方まで連通している場合には、当該螺旋溝を介してもオイルが下方へと流れることとなり、飛散するオイルの量を減らすことができる。
【００４０】
また、当該回転軸に形成される溝は螺旋状のものに限られず、例えば軸方向に沿って直線状に形成された溝であっても構わない。
また、上記実施形態では流体機械として冷凍空調装置やヒートポンプ式給湯機等の冷凍回路に組み込まれる二酸化炭素冷媒を使用した密閉型のスクロール圧縮機について説明しているが、本発明は当該圧縮機に限るものではなく、他の作動流体を使用したものや、スクロールユニット６ではなく密閉型のハウジング内で冷媒の吸入から吐出の一連のプロセスを実施し、冷媒の吐出圧が作用する潤滑油がハウジング内を循環するのであれば、他の圧縮機構や膨張機等でも構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る流体機械の実施形態であるスクロール型圧縮機の全体断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  圧縮機（流体機械）
１０  ハウジング（容器）
４  電動機
６  スクロールユニット（圧縮ユニット）
８  回転軸
３０  ロータ
３０ａ  ロータ油路
７０  主軸フレーム（フレーム部材）
８０  主軸受（軸受部材）
８２  基材部
８４  摺動部
８６  螺旋溝
８８  ロータカバー（カバー部材）
８８ａ  筒部
８８ｂ  底部
９０  バランスウエイト
【図１】
2009203912.tif 000003
【図２】
2009203912.tif 000004
【図３】
2009203912.tif 000005