JP4431160B2 - 流体機械 - Google Patents
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Description
また、第6の手段として、前記第5の手段において、前記回転ポンプ吐出流路は、前記インナーピストンの前記ベースプレート側端面に設けられる、回転ポンプ吐出溝とした。
前記ポンプケーシングは、前記ポンプシリンダと、前記アウターロータの各サイド面に配置され前記ポンプ室を覆う、前記シャフト軸端部と対向するベースプレートと、前記ベースプレートに対向して前記インナーピストンまたは前記アウターロータまたは前記シャフトと一体的に回動する、回動カバーとからなる。
また、第10の手段として、前記第9の手段において、前記回動カバーは、相対的に回動する前記インナーピストンまたは前記アウターロータへ付勢すべく、付勢力を設定した。
また、第14の手段として、前記第11の手段において、前記背圧室の圧力である背圧を吸込み圧力よりも概略一定の値だけ高くする背圧制御手段を設けた。
以下、本発明の第1の実施形態について、図1乃至図8を用いて説明する。本実施形態は、流体機械のうち、作動流体に圧力エネルギーを与える圧縮機であり、エネルギー授受機構は圧縮機構部10となっている。そして、その圧縮機構部10はスクロール部材からなる、スクロール圧縮機1である。図1は縦断面図、図2は給油ポンプの縦断面図(図1のM部で、図3のL1−L1断面)、図3は給油ポンプの横断面図(図2のK−K断面)、図4は給油ポンプの図2と異なる縦断面図(図3のL2−L2断面)、図5はベースプレートの平面図、図6はベースプレートの中央部拡大図、図7は給油ポンプの部品展開斜視図、図8は給油ポンプの動作説明図である。最初に、スクロール圧縮機1の全体構成と動作を主として図1を用いて説明し、その後、給油ポンプ30の構成と動作を説明する。
まず、作動流体の流れを中心に説明する。作動流体は、吸込パイプ53から吸込口2eを通って圧縮機構部10へ入る。この中へ入った作動流体は、まず吸込室105内へ入る。そこで、モータ7によるクランクシャフト6の回転で、旋回スクロール3が旋回運動し、両渦巻体2a、3aの間に圧縮室100が形成される。
まず、ポンプ室を、図3により説明する。ポンプ室140は、インナーピストン30aをポンプ溝30b1へ隙間嵌合し、ポンプ溝30b1を仕切ることで同時に二つ形成される。図3は、インナーピストン30aがポンプ溝30b1の端に来て、形成されるポンプ室140の一つが容積0となった場合である。
次に、本発明の第2実施形態について、インナーピストン30aの縦断面図である図9と、アウターロータ30bの縦断面図である図10を用いて説明する。給油ポンプ30のポンプ室形成要素である、インナーピストン30aとアウターロータ30bの表面に、なじみ層を設ける以外は、第1実施形態と同様なので、なじみ層に関連する説明のみ行い、その他の説明は省略する。このなじみ層は、表面側になじみの容易ななじみ容易層30a3、30b3、その奥に、なじみが困難ではあるがある程度のなじみが可能ななじみ困難層30a2、30b2からなる。
次に、本発明の第3の実施形態について、給油ポンプ30の縦断面図(図1のM部)である図11を用いて説明する。給油ポンプ軸部が別体化して、別体給油ポンプ軸部6f‘、別体給油ポンプ偏心部6f’1となり、それに関連して、カバー30c2の内径が縮小する以外は、前記第1や第2の実施形態と同様なので、別体給油ポンプ軸部6f、カバー30c2の説明のみ行い、他の説明は省略する。給油ポンプ30は、カバー30c2をクランクシャフト6下端にあてがってから、別体給油ポンプ軸部6fをクランクシャフト6に固定配置する。この方法は、圧入が一般的であるが、その場合には、副軸受の軸部が拡大するために、その拡大を考慮した軸受隙間を予め設定しておく。他の方法としては、通電して溶着させる方法や接着が考えられる。
次に、本発明の第4の実施形態について、給油ポンプ30の横断面図(図2のKK断面)である図12を用いて説明する。インナーピストンの外周面に平面部30aas、30aadを設け、そこをポンプ溝30b1の仕切り箇所とする、平面付インナーピストン30aaとする以外は、前記第1乃至第3の実施形態と同様なので、平面付インナーピストン30aaの説明のみ行い、他の説明は省略する。これにより、ポンプ室140の仕切り箇所のシール性が向上し、漏れが抑制されて、給油ポンプ30の性能が向上するという効果がある。
次に、本発明の第5の実施形態について、給油ポンプ30の縦断面図(図1のM部)である図13を用いて説明する。給油ポンプ偏心部とインナーピストンが一体化し、クランクシャフト6に対して一体的に回転するように、Dカット面等の回り止め手段を講じた、回転規制インナーピストン30a‘と、それを保持する同軸給油ポンプ軸部6f’‘を設ける以外は、前記第3の実施形態と同様なので、回転規制インナーピストン30a‘、同軸給油ポンプ軸部6f’‘の説明のみ行い、他の説明は省略する。加工コストの高い偏心軸がなくなるため、コストが低減する圧縮機を実現できるという効果がある。
次に、本発明の第6の実施形態について、回転規制インナーピストン30a‘の斜視図である図14、ベースプレート30c1の内面平面図である図15、及び、ポンプ動作の説明図である16を用いて説明する。ポンプ吐出流路を、ベースプレート30c1の内面から無くして(図15参照)、回転規制インナーピストン30a’の溝である回転ポンプ吐出溝30d‘とする(図14参照)以外は、第五の実施形態と同様なので、ポンプ吐出流路に関する説明のみ行い、他の説明は省略する。ここで、図16のポンプ動作説明図は図13のK−K断面の変化を表しており、その表現法は、図8と同様であるため、図の構成の説明、ポンプ室の説明は省略する。
本発明の第7実施形態のスクロール圧縮機501を図17から図21を用いて説明する。本実施形態は、ケーシング内の圧力を吸込み圧力とする、いわゆる低圧チャンバタイプのスクロール圧縮機であり、チャンバ内が低圧となる構成及びそれに関する機能や動作は、ケーシング内の圧力を吐出圧力とする高圧チャンバタイプのスクロール圧縮機である第1実施形態と大きく異なる。一方、給油ポンプの動作は、その軸方向の隙間管理を除いて、第1実施形態と同様である。このため、まず、低圧チャンバに関する構成や機能や動作に関する点を、図17、図18を用いて詳細に説明し、次に、給油ポンプの軸方向隙間管理について、図19〜図23を用いて説明することとし、その他の点は概ね省略する。
ΔP(p)≡p−(吸込み圧力)…(式1)
ΔP(背圧)×(クランクシャフト主軸部断面積)>
(噛合い部材底面の吸込み圧力以上の圧力による力)…(式2)
この場合、付勢力は次の(式3)となる。
付勢力=ΔP(背圧)×(クランクシャフト主軸部断面積)−
(噛合い部材底面の吸込み圧力以上の圧力による力)…(式3)
ここで、噛合い部材底面の吸込み圧力以上の圧力による力は、噛合い部材底面の圧力分布で確定しないシール領域を、背圧領域と吸込み圧力領域に分割することにより、(式4)となる。
噛合い部材底面の吸込み圧力以上の圧力による力
=ΔP(背圧)×(背圧領域面積)…(式4)
この(式4)を(式2)及び(式3)に代入して、目的とする付勢判定式と付勢力計算式が以下のように導出される。
(クランクシャフト主軸部断面積)>
(両ロータ底面の背圧領域面積)…(式2’)
付勢力=ΔP(背圧)×{(クランクシャフト主軸部断面積)
−(両ロータ底面の背圧領域面積)}…(式3’)
本実施形態の背圧領域は、インナーピストン30aの旋回位置で異なるが、最も付勢判定が厳しい吐出領域が最大となる場合(図8の(9))でも、背圧領域(図22のクロスハッチング)は、クランクシャフト主軸部断面積よりも小さい。これより、インナーピストン30aはアウターロータ30bへ常時付勢し、噛合い部材(30a、30b)のサイドクリアランスが低減する。
次に、本発明の第8の実施形態について、なじみ後の噛合い部材(インナーピストン30aとアウターロータ30b)の拡大縦断面図である図23を用いて説明する。インナーピストン30aと回動カバー30xの表面に、なじみ層を設ける以外は、第7実施形態と同様なので、なじみ層に関連する説明のみ行い、その他の説明は省略する。このなじみ層は、表面側になじみの容易ななじみ容易層30a3、その奥に、なじみが困難ではあるがある程度のなじみが可能ななじみ困難層30a2からなる。本実施形態は、なじみ処理剤が母材表面を侵食して、そこから滲出した母材がなじみ処理剤と反応しつつ表面に析出して形成したなじみ容易層と、侵食された部分がなじみ処理剤と反応して形成されたなじみ困難層の場合である。
次に、本発明の第9実施形態について図24を用いて説明する。図24は、給油ポンプ部(図17のM2部)の縦断面図である。この第9実施形態は、次に述べる点で第1実施形態と相違するものであり、その他の点については第1実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
次に、本発明の第10実施形態について図25を用いて説明する。本実施形態は、コギングトルクのあるモータ7を使い、クランクシャフトの回転と同期するインナーピストン30aの旋回角とアウターロータ30bの偏心方向が一致する時に、モータ7のコギングトルクが概ね極大となるよう、モータ7と給油ポンプ30を配置する。そして、それ以外は第1実施形態または第7実施形態と同様であるので、その他の説明は省略する。
Claims (15)
- 作動流体に対して圧力または流速に伴う力学的エネルギーの変化を与えるエネルギー授受機構と、前記エネルギー授受機構に対して回転動力の授受を行うシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受と、前記エネルギー授受機構、前記シャフト及び前記軸受を収納したケーシングとを備え、前記ケーシングは、その内部空間に前記軸受に供給する油を貯留する貯油部を設け、前記シャフトは、その一端に前記軸受へ前記油を供給するための給油穴を開口し、前記貯油部から吸込んだ油を前記給油穴へ吐出する給油ポンプを設ける、流体機械において、
前記給油ポンプは、前記シャフトの回転中心軸に対して旋回半径Eで旋回するインナーピストンと、
前記シャフトの回転中心に対して偏心量Eで回転フリーに支持され前記インナーピストンを隙間嵌合するポンプ溝が穿設されるアウターロータと、
前記ポンプ溝を前記インナーピストンで仕切って形成される二個のポンプ室を前記ケーシングの内部空間と隔成するポンプケーシングと、
前記ポンプ室のうちで容積が拡大する吸込ポンプ室と前記貯油部を繋ぐポンプ吸込流路と、
前記ポンプ室のうちで容積が縮小する吐出ポンプ室と前記給油穴を繋ぐポンプ吐出流路と、
を設け、
前記ポンプケーシングは、前記アウターロータの外周を回転フリーに支持するポンプシリンダと、
微小隙間を介しつつ前記アウターロータの両サイド面を挟んで前記ポンプ室を覆う、シャフト軸端部と対向するベースプレートと前記ベースプレートに対向するカバーとからなり、
前記ポンプ吐出流路は、ポンプ吐出掘込み、及び、前記ポンプ吐出掘込みと前記ベースプレート内面上で前記給油穴を覆う穴カバー部とを繋ぐポンプ吐出溝からなり、
前記ポンプ吐出掘込みは、前記ベースプレート内面上で、前記吸込ポンプ室の掃引領域をはずれ、かつ、前記吐出ポンプ室の掃引領域を含む位置に設け
前記ポンプ吐出溝は、前記ベースプレート内面上で、前記吐出ポンプ室が吐出完了した時の前記ポンプ吐出掘込み側仕切り箇所を含む位置に設けること、を特徴とする流体機械。 - 請求項1に記載の流体機械において、前記ポンプ吐出溝は、前記吐出ポンプ室の吐出完了時に、前記ポンプ吐出溝を横切る前記ポンプ溝の縁部長さが、吸込み完了した吸込ポンプ室側よりも吐出完了した吐出ポンプ室側を大きくとる位置に設けられることを特徴とする流体機械。
- 作動流体に対して圧力または流速に伴う力学的エネルギーの変化を与えるエネルギー授受機構と、前記エネルギー授受機構に対して回転動力の授受を行うシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受と、前記エネルギー授受機構、前記シャフト及び前記軸受を収納したケーシングとを備え、前記ケーシングは、その内部空間に前記軸受に供給する油を貯留する貯油部を設け、前記シャフトは、その一端に前記軸受へ前記油を供給するための給油穴を開口し、前記貯油部から吸込んだ油を前記給油穴へ吐出する給油ポンプを設ける、流体機械において、
前記給油ポンプは、前記シャフトの回転中心軸に対して旋回半径Eで旋回するインナーピストンと、
前記シャフトの回転中心に対して偏心量Eで回転フリーに支持され前記インナーピストンを隙間嵌合するポンプ溝が穿設されるアウターロータと、
前記ポンプ溝を前記インナーピストンで仕切って形成される二個のポンプ室を前記ケーシングの内部空間と隔成するポンプケーシングと、
前記ポンプ室のうちで容積が拡大する吸込ポンプ室と前記貯油部を繋ぐポンプ吸込流路と、
前記ポンプ室のうちで容積が縮小する吐出ポンプ室と前記給油穴を繋ぐポンプ吐出流路と、
を設け、
前記ポンプケーシングは、前記アウターロータの外周を回転フリーに支持するポンプシリンダと、
微小隙間を介しつつ前記アウターロータの両サイド面を挟んで前記ポンプ室を覆う、シャフト軸端部と対向するベースプレートと前記ベースプレートに対向するカバーとからなり、
前記インナーピストンは、前記シャフトと一体的に回転し、
前記ポンプ吐出流路は、前記インナーピストンに、前記吐出ポンプ室を臨むインナーピストンの外周面と、内周側に設けられる前記給油穴またはそれと連通する空間領域を繋ぐ、回転ポンプ吐出流路とすることを特徴とする流体機械。 - 請求項3に記載の流体機械において、前記回転ポンプ吐出流路は、前記吐出ポンプ室が吐出完了した時の前記ポンプ吸込掘込み側仕切り箇所を含む位置に設けること、を特徴とする流体機械。
- 請求項4に記載の流体機械において、前記回転ポンプ吐出流路は、前記吐出ポンプ室の吐出完了時に、前記回転ポンプ吐出流路のインナーピストン外周側開口部が、吸込み完了した吸込ポンプ室よりも吐出完了した吐出ポンプ室側へより多く臨む位置に設けられることを特徴とする流体機械。
- 請求項5に記載の流体機械において、前記回転ポンプ吐出流路は、前記インナーピストンの前記ベースプレート側端面に設けられる、回転ポンプ吐出溝とすること、を特徴とする流体機械。
- 作動流体に対して圧力または流速に伴う力学的エネルギーの変化を与えるエネルギー授受機構と、前記エネルギー授受機構に対して回転動力の授受を行うシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受と、前記エネルギー授受機構、前記シャフト及び前記軸受を収納したケーシングとを備え、前記ケーシングは、その内部空間に前記軸受に供給する油を貯留する貯油部を設け、前記シャフトは、その一端に前記軸受へ前記油を供給するための給油穴を開口し、前記貯油部から吸込んだ油を前記給油穴へ吐出する給油ポンプを設ける、流体機械において、
前記給油ポンプは、前記シャフトの回転中心軸に対して旋回半径Eで旋回するインナーピストンと、
前記シャフトの回転中心に対して偏心量Eで回転フリーに支持され前記インナーピストンを隙間嵌合するポンプ溝が穿設されるアウターロータと、
前記ポンプ溝を前記インナーピストンで仕切って形成される二個のポンプ室を前記ケーシングの内部空間と隔成するポンプケーシングと、
前記ポンプ室のうちで容積が拡大する吸込ポンプ室と前記貯油部を繋ぐポンプ吸込流路と、
前記ポンプ室のうちで容積が縮小する吐出ポンプ室と前記給油穴を繋ぐポンプ吐出流路と、
を設け、
前記エネルギー授受機構をスクロール圧縮機構とし、
前記スクロール圧縮機構の渦巻体巻始め箇所が離れるタイミングで、前記給油ポンプの吐出量が最大となるように、前記給油ポンプの回転位相を設定したことを特徴とする流体機械。 - 作動流体に対して圧力または流速に伴う力学的エネルギーの変化を与えるエネルギー授受機構と、前記エネルギー授受機構に対して回転動力の授受を行うシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受と、前記エネルギー授受機構、前記シャフト及び前記軸受を収納したケーシングとを備え、前記ケーシングは、その内部空間に前記軸受に供給する油を貯留する貯油部を設け、前記シャフトは、その一端に前記軸受へ前記油を供給するための給油穴を開口し、前記貯油部から吸込んだ油を前記給油穴へ吐出する給油ポンプを設ける、流体機械において、
前記給油ポンプは、前記シャフトの回転中心軸に対して旋回半径Eで旋回するインナーピストンと、
前記シャフトの回転中心に対して偏心量Eで回転フリーに支持され前記インナーピストンを隙間嵌合するポンプ溝が穿設されるアウターロータと、
前記ポンプ溝を前記インナーピストンで仕切って形成される二個のポンプ室を前記ケーシングの内部空間と隔成するポンプケーシングと、
前記ポンプ室のうちで容積が拡大する吸込ポンプ室と前記貯油部を繋ぐポンプ吸込流路と、
前記ポンプ室のうちで容積が縮小する吐出ポンプ室と前記給油穴を繋ぐポンプ吐出流路と、
を設け、
前記ポンプケーシングは、前記アウターロータの外周を回転フリーに支持するポンプシリンダと、
微小隙間を介しつつ前記アウターロータの両サイド面を挟んで前記ポンプ室を覆う、シャフト軸端部と対向するベースプレートと前記ベースプレートに対向するカバーとからなり、
前記ポンプケーシングは、前記ポンプシリンダと、
前記アウターロータの各サイド面に配置され前記ポンプ室を覆う、前記シャフト軸端部と対向するベースプレートと、
前記ベースプレートに対向して前記インナーピストンまたは前記アウターロータまたは前記シャフトと一体的に回動する、回動カバーとからなることを特徴とする流体機械。 - 請求項8に記載の流体機械において、前記回動カバーは、前記インナーピストンまたは前記アウターロータまたは前記シャフトと一体化することを特徴とする流体機械。
- 請求項9に記載の流体機械において、前記回動カバーは、相対的に回動する前記インナーピストンまたは前記アウターロータへ付勢すべく、付勢力を設定することを特徴とする流体機械。
- 請求項10に記載の流体機械において、前記ケーシングは、内部空間を吸込み圧力にするとともに
前記エネルギー授受機構を、鏡板とそれに立設する渦巻体とを有する固定スクロールと、
鏡板とそれに立設する渦巻体とを有する旋回スクロールと、前記両スクロールを噛み合わせて形成され容積が縮小することにより作動流体を圧縮する圧縮室と、前記旋回スクロールの背面に設けられ吸込み圧力より高く吐出圧力より低い中間圧力となる背圧室とを備えたスクロール圧縮機構とし、
前記付勢力を、前記シャフトの前記旋回スクロール側端部にかかる中間圧力を発生源とするシャフトスラスト力とすることを特徴とする流体機械。 - 請求項11に記載の流体機械において、前記シャフトは、前記給油ポンプと軸受ホルダとの間でかつ前記ハウジングの内面に形成される給油ポンプ背面空間と、前記給油穴と、を連通する給油ポンプ背圧導入路を設けたことを特徴とする流体機械。
- 請求項10に記載の流体機械において、前記回動カバー、前記インナーピストン及び前記アウターロータのスラスト力を受ける少なくとも一つの面になじみ皮膜を形成したことを特徴とする流体機械。
- 請求項11に記載の流体機械において、前記背圧室の圧力である背圧を吸込み圧力よりも概略一定の値だけ高くする背圧制御手段を設けたことを特徴とする流体機械。
- 作動流体に対して圧力または流速に伴う力学的エネルギーの変化を与えるエネルギー授受機構と、前記エネルギー授受機構に対して回転動力の授受を行うシャフトと、前記シャフトを軸支する軸受と、前記エネルギー授受機構、前記シャフト及び前記軸受を収納したケーシングとを備え、前記ケーシングは、その内部空間に前記軸受に供給する油を貯留する貯油部を設け、前記シャフトは、その一端に前記軸受へ前記油を供給するための給油穴を開口し、前記貯油部から吸込んだ油を前記給油穴へ吐出する給油ポンプを設ける、流体機械において、
前記給油ポンプは、前記シャフトの回転中心軸に対して旋回半径Eで旋回するインナーピストンと、
前記シャフトの回転中心に対して偏心量Eで回転フリーに支持され前記インナーピストンを隙間嵌合するポンプ溝が穿設されるアウターロータと、
前記ポンプ溝を前記インナーピストンで仕切って形成される二個のポンプ室を前記ケーシングの内部空間と隔成するポンプケーシングと、
前記ポンプ室のうちで容積が拡大する吸込ポンプ室と前記貯油部を繋ぐポンプ吸込流路と、
前記ポンプ室のうちで容積が縮小する吐出ポンプ室と前記給油穴を繋ぐポンプ吐出流路と、
を設け、
前記回転動力の発生源であるモータをコギングトルクを有するものとし、前記クランクシャフトの回転と同期する前記インナーピストンの旋回角と前記アウターロータの偏心方向が一致する時に、前記モータのコギングトルクが極大となるように、前記モータと前記給油ポンプを配置することを特徴とする流体機械。
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