JP2009121316A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】油ポンプにおいて無駄な潤滑油の吸入を削減することにより、油ポンプ給油能力を向上させてポンプ損失の発生の抑制を可能とする、密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】給油溝１４ｂは、上下端部において開放する連通溝ではなく、クランク軸２６の下端部側において、軸受部１４ａの途中領域にまでしか設けられていない。その結果、下部軸受１４Ａに給油された潤滑油は、その一部が油溜め部に排出されることがなく、下部軸受１４Ａに給油された潤滑油の全量が下部軸受１４Ａに給油されることとなる。
【選択図】図２

Description

この発明は、密閉型圧縮機に関し、より特定的には、密閉型圧縮機の構造の改良に関するものである。

＜ロータリー圧縮機の全体構成＞
図６を参照して、ロータリー圧縮機の全体構成を説明する。なお、図６は、ロータリー圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。ケーシング１の下端側には、作動流体を吸入圧縮する圧縮要素７が吸入管５ａ，５ｂに対応して配置されているとともに、その上方には圧縮要素７を作動させる駆動要素８が内部空間のほぼ全域を占めるように配置されている。ケーシング１の下端部分における下蓋４により規定される内部空間においては、潤滑油Ｏを貯溜する油溜め部９が形成され、その他の空間においては圧縮作動流体を貯溜する貯溜空間１０が形成されている。

＜圧縮要素７＞
圧縮要素７は、上下二段にシリンダ室が配置される構成を有し、ミドルプレート１８を挟んで、横断面形状が円形のシリンダ室１１ａを有する上部シリンダ１２ａおよび，横断面形状が円形のシリンダ室１１ｂを有する下部シリンダ１２ｂを備え、この上部シリンダ１２ａの上両面および下部シリンダ１２ｂの下面側には、中央にボス状の軸受部１３ａを有する上部軸受１３と、同じく中央にボス状の軸受部１４ａを有する下部軸受１４とが複数本のボルト１５で締結されることにより、シリンダ室１１ａ，１１ｂを密閉状態としている。

上部シリンダ１２ａおよび下部シリンダ１２ｂは、ケーシング１内に水平状態に支持されている。上部軸受１３には吐出口１３ｃが設けられるとともに、上部軸受１３の軸受部１３ａ周りには、軸受部１３ａとの間において円環状の隙間を設けるようにして、フロントマフラー１６が上部軸受１３に固定されている。また、下部軸受１４には吐出口１４ｃが設けられるとともに、下部軸受１４の軸受部１４ａ周りには、油溜め部９と吐出空間とを区画するリアマフラー１７が、下部軸受１４に固定されている。

上部シリンダ１２ａおよび下部シリンダ１２ｂのそれぞれのシリンダ室１１ａ，１１ｂには上部ピストン１９ａおよび下部ピストン１９ｂが配置されている。この上部ピストン１９ａおよび下部ピストン１９ｂは、クランク軸２６の偏心部２０ａ，２０ｂの外周に配置されている。

＜駆動要素８＞
駆動要素８は、ステータ２４とロータ２５とで構成された電動モータを備え、ステータ２４はケーシング１の中間筒体２の内壁面に固定支持されている。ロータ２５はステータ２４の内側に周方向に所定の隙間をあけて同心円状に配置されている。ロータ２５の内側にはクランク軸２６の上半部分が軸心回りに回転一体に装着され、クランク軸２６の下半部分は上部軸受１３および下部軸受１４の両軸受部１３ａ，１４ａに回転可能に嵌挿支持されている。

クランク軸２６には軸心方向に延びる油通路２６ａが形成され、クランク軸２６の下端には遠心式の油ポンプ２７が装着されている。油ポンプ２７は油溜め部９の潤滑油Ｏに常時浸漬され、クランク軸２６の回転に応じて潤滑油Ｏを油通路２６ａに吸い上げ、クランク軸２６に設けられた複数の潤滑油供給孔２６ｂから、圧縮要素７および駆動要素８の各摺動箇所に、潤滑油が供給される。

ここで、図７および図８を参照して、下部軸受１４の軸受部１４ａへの潤滑油の供給について説明する。なお、図７は、下部軸受１４のみを軸受部１４ａ側から見た状態を示す斜視図であり、図８は、下部軸受１４の縦断面図である。図７に示すように、下部軸受１４の軸受部１４ａの内周面には、上端部から下端部にかけてクランク軸２６の軸心方向に対して並行に連通溝１４ｃが設けられる。クランク軸２６に設けられた潤滑油給油口２６ｂから吐出される潤滑油（Ｆ１）は、クランク軸２６の外表面を伝わりながら連通溝１４ｃを介して、軸受部１４ａとクランク軸２６の摺動面との間に供給される（Ｆ２）。

図８に示すように、連通溝１４ｃは、上下端部が開放した溝であるため、潤滑油供給孔２６ｂから吐出される潤滑油（Ｆ１）の全てが、軸受部１４ａとクランク軸２６の摺動面との間に供給されるのではなく、一部（Ｆ３）は、潤滑油としては用いられることなく油溜め部９に排出される。

しかし、油ポンプ２７においては、各摺動箇所に必要な潤滑油量に加えて、潤滑油としては用いられることなく油溜め部９に排出される潤滑油量も吸入する必要があるため、無駄なポンプ損失が発生していた。なお、図４に示すようなロータリー圧縮機を開示する文献としては、下記特許文献１に掲載されるものが挙げられる。また、ロータリー圧縮機給油系の技術を開示する文献としては、下記非特許文献１に掲載されるものが挙げられる。
特開２００４−３２４６５２号公報 伊藤隆英、外４名、「ロータリ圧縮機給油系の研究」、三菱重工技報、三菱重工業株式会社、平成４（１９９２）年９月、Ｖｏｌ．２９、Ｎｏ．５、p.４５８―４６２

この発明が解決しようとする課題は、密閉型圧縮機に採用される下部軸受において、下部軸受に設けられる給油溝が、上下端部が開放した連通溝であることから、下部軸受には給油されずに油溜め部に排出されるだけの潤滑油が存在するにも関わらず、油溜め部に排出されるだけの潤滑油も油ポンプにおいて吸入する必要があるため、無駄なポンプ損失が発生する点にある。したがって、この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、油ポンプにおいて無駄な潤滑油の吸入を削減することにより、油ポンプ給油能力を向上させてポンプ損失の発生の抑制を可能とする、密閉型圧縮機を提供することにある。

この発明に基づいた密閉型圧縮機においては、密閉容器の内部に、圧縮要素と駆動要素とが収容され、クランク軸と、上記クランク軸の偏心部の外周に配置されるピストンと、上記ピストンを配置するシリンダ室を規定するシリンダと、上記クランク軸を軸支持するための軸受部を有し、上記クランク軸の軸方向側から上記シリンダおよび上記ピストンを挟み込む上部軸受および下部軸受とを備える密閉型圧縮機であって、以下の構成を備えている。

上記クランク軸の下端部に設けられ、上記クランク軸の回転に応じて、上記密閉容器の下端部分の油溜め部に貯留された潤滑油を、上記クランク軸の軸心方向に延びるように設けられた油通路に吸い上げて圧縮要素および駆動要素の各摺動箇所に潤滑を供給するための油ポンプと、上記下部軸受の上記軸受部の摺動面に設けられ、上記クランク軸の外表面に潤滑油を供給するため、上記クランク軸の軸方向に沿って延びる給油溝とを備えている。

また、上記給油溝の一端側は、上記シリンダ側の端面において開放し、上記給油溝の他端側は、上記クランク軸の下端部側において閉塞されている。

この発明に基づいた密閉型圧縮機によれば、下部軸受に設けられる給油溝は、上下端部において開放する連通溝ではなく、クランク軸の下端部側において、給油溝が閉塞されている。その結果、下部軸受に給油された潤滑油は、その一部が油溜め部に排出されることはなく、下部軸受に給油された潤滑油の全量が下部軸受には給油されることとなる。

その結果、油ポンプにおいて無駄な潤滑油の吸入を削減することにより、油ポンプの給油能力を向上させてポンプ損失の発生の抑制が可能となる。

以下、本発明に基づいた密閉型圧縮機の各実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、本実施の形態における密閉型圧縮機の一例として、上記背景技術において示したロータリー圧縮機に本願発明を適用した場合について説明する。

なお、本実施の形態におけるロータリー圧縮機の基本的構成は、図６を用いて説明した上下二段にシリンダ室が配置されるロータリー圧縮機の構造と同様に、密閉容器であるケーシング１の内部に、圧縮要素７と駆動要素８とが収容され、クランク軸２６と、前記クランク軸２６の偏心部２０ａ，２０ｂの外周に配置される上部ピストン１９ａおよび下部ピストン１９ｂと、この上部ピストン１９ａおよび下部ピストン１９ｂを配置するシリンダ室１１ａ，１１ｂを規定する上部シリンダ１２ａおよび下部シリンダ１２ｂと、クランク軸２６を軸支持するための軸受部１３ａ，１４ａとを有している。

また、クランク軸２６の軸方向側から上部シリンダ１２ａ、上部ピストン１９ａ、下部シリンダ１２ｂ、および、下部ピストン１９ｂを挟み込む、上部軸受１３および下部軸受１４を備えている。

さらに、クランク軸２６の下端部には、クランク軸２６の回転に応じて、ケーシング１の下端部分の油溜め部９に貯留された潤滑油Ｏを、クランク軸２６の軸心方向に延びるように設けられた油通路２６ａに吸い上げて圧縮要素７および駆動要素８の各摺動箇所に潤滑を供給するための油ポンプ２７が設けられている。

したがって、以降の説明においては、図６を用いて説明したロータリー圧縮機の構造と同一または相当部分については、同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないこととし、本発明の特徴的構成部分のみを詳細に説明することとする。

図１および図２を参照して、本実施の形態におけるロータリー圧縮機の特徴的部分について説明する。なお、図１は、本実施の形態におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受１４Ａのみを軸受部１４ａ側から見た状態を示す斜視図であり、図２は、下部軸受１４Ａの縦断面図である。

図１に示すように、下部軸受１４Ａの軸受部１４ａの内周面には、給油溝１４ｂが設けられている。この給油溝１４ｂの一端側は、シリンダ１２ｂ側（図６参照）の端面において開放し、給油溝１４ｂの他端側は、クランク軸２６の下端部側において、軸受部１４ａの途中領域まで設けられている。

クランク軸２６に設けられた潤滑油給油口２６ｂ（図６参照）から吐出される潤滑油（Ｆ１）は、クランク軸２６の外表面を伝わりながら給油溝１４ｂを介して、軸受部１４ａとクランク軸２６の摺動面との間に供給される（Ｆ２）こととなる。

ここで、図２に示すように、給油溝１４ｂは、下端部において開放する連通溝ではなく、クランク軸２６の下端部側において、軸受部１４ａの途中領域にまでしか設けられていない。その結果、給油溝１４ｂは、クランク軸２６の下端部側において閉塞された状態となるため、下部軸受１４Ａに給油された潤滑油は、その一部が油溜め部９（図６参照）に排出されることがなく、下部軸受１４Ａに給油された潤滑油の全量が下部軸受１４Ａに給油されることとなる。なお、図１においては、給油溝１４ｂが、クランク軸２６の下端部側において、軸受部１４ａの途中領域にまでしか設けられない構成を示しているが、図７に示す連通溝１４ｃと同様に、クランク軸２６の上端部から下端部にかけて溝を設けた場合には、溝の下端部にプレート部材等の別部材を配設することにより、給油溝の下端部側を閉塞させる構造の採用も可能である。

図３に、図８に示した背景技術における下部軸受１４を採用した場合の、各摺動箇所への給油量（cc/min)と、本実施の形態における下部軸受１４Ａを採用した場合の、各摺動箇所への潤滑油の給油量（cc/min)とを示す。上部軸受（Ａ１）、上部ピストン１９ａ（Ａ２）、および、下部ピストン１９ｂ（Ａ３）への潤滑油の給油量（cc/min)は、背景技術および本実施の形態に変化はない。

しかし、下部軸受（Ａ４）への潤滑油の給油量（cc/min)は、背景技術に比較して本実施の形態においては、大きく給油量（cc/min)を削減している。これは、上記したように、本実施の形態における下部軸受１４Ａにおいては、給油された潤滑油は、その一部が油溜め部９（図６参照）に排出されることがなく、下部軸受１４Ａに給油された潤滑油の全量が下部軸受１４に給油されることから、油ポンプ２７により不要な潤滑油の吸い上げが回避されたからである。

ここで、給油溝１４ｂに示すように給油溝１４ｂを軸受部１４ａの下端部側で閉塞した場合の軸受性能への影響について、＜軸受損失＞の観点、および、＜軸受の冷却性能＞の観点から考察する。

＜軸受損失＞について
軸受の信頼性にかかわる給油量の問題で最も重要なのは、冷却性能である。発生する軸受損失によって油温がいくら上昇するかを見積もることで冷却性能を推定することが可能である。Ｌを軸受全長、ｒを軸受半径、μを油の粘度、ｕをすべり速度、Ｃをクリアランス、δを油膜隙間とすると、軸受損失Ｗは下記（式１）で表すことができる。この（式１）においては、軸受全長Ｌ、軸受半径ｒ、油の粘度μ、すべり速度ｕを定数と考えれば、油膜隙間δがゼロに近づくと急激に軸受損失Ｗが大きくなることを示している。

Ｗ＝[２πＬｒμｕ^２]÷[Ｃ（１−λ^２）^１／２]・・・（式１）
（ただし、λ＝１−（δ／Ｃ））
＜軸受の冷却性能＞について
給油溝の長さを短くした場合、軸受への給油量は線形で変化するものとし、また、その場合の油膜隙間も給油量に比例し線形で変化するものとした場合、給油溝の長さを短くすると給油量が減り、それに伴って油膜隙間が小さくなり軸受損失が増大する。ただし、軸受損失は上記（式１）で示されるように、油膜隙間が微小になった場合に急激に大きくなる傾向を持っている。したがって、油膜隙間が微小になった場合には、大きくなった軸受損失を少ない潤滑油で冷却することになるために軸受の温度上昇は著しくなる。

ここで、図４および図５を参照して、給油溝の長さ（Ｘ）の軸受全長（Ｌ）に対する比（Ｘ／Ｌ）と軸受の温度上昇の関係について説明する。なお、図４は、下部軸受１４Ａの寸法関係を示す断面図であり、図５は、Ｘ／Ｌと軸受の温度上昇（℃）との関係を示す図である。図５に示すように、Ｘ／Ｌが０．４から１の間においては、軸受温度は約２０度以下を保ち、Ｘ／Ｌが．２から０．４の間においても約４０度以下である。しかし、Ｘ／Ｌが０．２以下になると、油膜隙間が小さくなり軸受損失が増大する結果、冷却性能が大きく低下する。したがって、Ｘ／Ｌは、０．２から０．８の間、好ましくは、０．６から０．８が好ましいといえる。

なお、上記実施の形態においては、シリンダが上下２段の場合のロータリー圧縮機に本発明を適用した場合について説明しているが、シリンダが１段の場合のロータリー圧縮機への適用も可能である。また、本発明に基づく構造は、ロータリー圧縮機だけでなく、その他の同様の圧縮要素構造を有する密閉型圧縮機に広く採用することが可能である。

したがって、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明に基づいた実施の形態におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受のみを軸受部側から見た状態を示す斜視図である。 本発明に基づいた実施の形態におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受の縦断面図である。 背景技術における下部軸受を採用した場合の各摺動箇所への給油量と、本実施の形態における下部軸受を採用した場合の各摺動箇所への潤滑油の給油量とを示す図である。 本発明に基づいた実施の形態におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受の寸法関係を示す断面図である。 本発明に基づいた実施の形態におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受の、Ｘ／Ｌと軸受の温度上昇（℃）との関係を示す図である。 背景技術におけるロータリー圧縮機の全体構成を示す縦断面図である。 背景技術におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受のみを軸受部側から見た状態を示す斜視図である。 背景技術におけるロータリー圧縮機に採用される下部軸受の縦断面図である。

符号の説明

１ ケーシング、４ 下蓋、５ａ，５ｂ 吸入管、７ 圧縮要素、８ 駆動要素、９ 油溜め部、１０ 貯溜空間、１１ａ，１１ｂ シリンダ室、１２ａ 上部シリンダ、１２ｂ 下部シリンダ、１３ 上部軸受、１３ａ 軸受部、１３ｃ，１４ｃ 吐出口、１４Ａ 下部軸受、１４ａ 軸受部、１４ｂ 給油溝、１４ｃ 連通溝、１５ ボルト、１６ フロントマフラー、１７ リアマフラー、１８ ミドルプレート、１９ａ 上部ピストン、１９ｂ 下部ピストン、２４ ステータ、２５ ロータ、２６ａ 油通路、２６ｂ 潤滑油供給孔、２７ 油ポンプ、Ｏ 潤滑油。

Claims (3)

1. 密閉容器(1)の内部に、圧縮要素(7)と駆動要素(8)とが収容され、クランク軸(26)と、前記クランク軸(26)の偏心部(20a,20b)の外周に配置されるピストン(19a,19b)と、前記ピストン(19a,19b)を配置するシリンダ室(11a,11b)を規定するシリンダ(12a,12b)と、前記クランク軸(26)を軸支持するための軸受部(13a,14a)を有し、前記クランク軸(26)の軸方向側から前記シリンダ(12a,12b)および前記ピストン(19a,19b)を挟み込む上部軸受(13)および下部軸受(14)とを備える、密閉型圧縮機であって、
   前記クランク軸(26)の下端部に設けられ、前記クランク軸(26)の回転に応じて、前記密閉容器(1)の下端部分の油溜め部(9)に貯留された潤滑油(O)を、前記クランク軸(26)の軸心方向に延びるように設けられた油通路(26a)に吸い上げて圧縮要素７および駆動要素８の各摺動箇所に潤滑を供給するための油ポンプ(27)と、
   前記下部軸受(14)の前記軸受部(14a)の摺動面に設けられ、前記クランク軸(26)の外表面に潤滑油を供給するため、前記クランク軸(26)の軸方向に沿って延びる給油溝(14b)と、
   を備え、
   前記給油溝(14b)の一端側は、前記シリンダ(12b)側の端面において開放し、前記給油溝(14b)の他端側は、前記クランク軸(26)の下端部側において閉塞されている、密閉型圧縮機。
2. 前記給油溝(14b)の他端側は、前記軸受部(14a)の途中領域まで設けられている、請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前期給油溝(14b)の長さをＸ、前記軸受部(14a)の軸受全長をＬとした場合、Ｘ／Ｌの値が、０．２から１．０の間に設定される、請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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