JP4485090B2

JP4485090B2 - スクロール式流体機械

Info

Publication number: JP4485090B2
Application number: JP2001078743A
Authority: JP
Inventors: 正則杉本; 宏之三原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-03-19
Also published as: JP2002276572A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気圧縮機、真空ポンプ等に用いて好適なスクロール式流体機械にに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スクロール式流体機械は、下部側が冷却、潤滑用の油液を溜める油槽となったケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールとを備えたものが知られている。
【０００３】
また、スクロール式流体機械には、ケーシングの油槽内に溜った油液を吸込口から吸込み、該油液を冷却、潤滑を必要とする部位、例えば旋回スクロールと駆動軸との間に設けられた旋回軸受、ケーシングと旋回スクロールとの摺動面等に供給する油液供給手段を備えたものがある（例えば、特開平５−４４４０２号公報、特開平５−４４６６８号公報等）。
【０００４】
この種の従来技術によるスクロール式流体機械では、電動モータ等によって駆動軸を回転駆動し、旋回スクロールを固定スクロールに対し一定の偏心寸法をもって旋回運動させることにより、固定スクロールの外周側に設けた吸込口から空気等の流体を吸込みつつ、この流体を固定スクロールと旋回スクロールとの間に画成される圧縮室内で順次圧縮し、固定スクロールの中心部に設けた吐出口から圧縮流体を外部に向けて吐出する。
【０００５】
また、スクロール式流体機械の運転時には、油液供給手段が油槽に溜った油液を吸込み、この油液を旋回軸受、摺動面等に供給する。そして、旋回軸受等に供給された油液は、これらを冷却、潤滑した後にケーシング内を流れ落ちて油槽に戻される。
【０００６】
さらに、スクロール式流体機械は、油槽の周囲に冷却風を供給しており、各部を冷却して温度上昇した状態で油槽に戻された油液を冷却風によって冷却している。これにより、油液供給手段は、油槽内で冷却された油液を旋回軸受、摺動面等に供給することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術によるスクロール式流体機械は、旋回軸受、ケーシングと旋回スクロールとの摺動面等を冷却した油液は、旋回スクロールの背面側を流れて油槽に戻される。また、油液供給手段は、例えば旋回スクロールの旋回動作を利用して油液の吸込動作と吐出動作を行なう構成となっており、旋回スクロールの外周側近傍に配置されている。
【０００８】
このため、油槽に戻される油液は、油液供給手段の吸込口近傍に流れ落ちることになる。従って、油液供給手段は、油槽に戻されたばかりで温度の高い油液を吸込むことになるから、旋回軸受等の冷却効率が低下してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、油槽に戻された油液を油液供給手段に吸込まれるまでに効率よく冷却することができ、冷却、潤滑を必要とする部位に冷えた油液を供給できるようにしたスクロール式流体機械を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるスクロール式流体機械は、下部側が冷却、潤滑用の油液を溜める油槽となったケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、前記ケーシングの油槽内に溜った油液を吸込み該油液を冷却、潤滑を必要とする部位に供給する油液供給手段とを備えている。
【００１１】
そして、上述した課題を解決するために、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、油槽内には、その底面から油液中に突出し、油液の流れ方向に沿って延びる複数枚の油冷却フィンと、油液供給手段の吸込側を構成すると共に該油冷却フィン間に位置する吸込口を有する吸込管と、該吸込管の吸込口に各油冷却フィンを通過した油液を導くため、前記各油冷却フィンの上側を覆った蓋板とを設けたことにある。
【００１２】
このように構成したことにより、油槽内に戻された油液は、各油冷却フィン間を該各油冷却フィンに沿って流通する。このときに、蓋板は、各油冷却フィンの上側を覆っているから、上層部にある高温の油液が各油冷却フィン間に流入するのを防止でき、各油冷却フィン間を通って冷却された油液だけを吸込管の先端部に形成された吸込口に導くことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態によるスクロール式流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１４】
まず、図１ないし図５は本発明の第１の実施の形態を示し、１はスクロール式空気圧縮機の外枠を形成するケーシングで、該ケーシング１は、軸線が水平状態となるように横置きに配置されている。そして、ケーシング１は、後述のモータケース２、油槽３およびスラスト受６によって構成され、モータケース２内には後述の電動モータ８が内蔵されている。
【００１５】
２はケーシング１のモータケースで、該モータケース２は、前，後方向（水平方向）に延びる略円筒状の筒部２Ａと、該筒部２Ａの前側に取付けられた前蓋部２Ｂと、前記筒部２Ａの後側に取付けられた後蓋部２Ｃとによって大略構成されている。
【００１６】
３はモータケース２の下部側に設けられた油槽で、該油槽３は、後述のスラスト受６との間で冷却、潤滑用の油液を溜める油液収容空間として形成されている。そして、油槽３は、図２に示すようにモータケース２の筒部２Ａ下部側から略ハ字状に延びた左側板３Ａ，右側板３Ｂと、該側板３Ａ，３Ｂの下端を左，右方向に延びて連結した底板３Ｃとによって大略構成されている。
【００１７】
４，４，…は油槽３の底板３Ｃ上面に設けられた複数枚の油冷却フィンで、該各油冷却フィン４は、油槽３内の油液の熱を外部に逃がし、この油液を冷却するものである。また、各油冷却フィン４は、図３、図４に示す如く、油液の流れ方向に沿うように前，後方向に延びて上向きに突出し、左，右方向に所定の間隔で並行に配設されている。
【００１８】
５，５，…は油槽３の底板３Ｃ下面に下向きに突出して設けられた複数枚の放熱フィンで、該各放熱フィン５は、各油冷却フィン４等から伝わる熱を冷却風中に放出するものである。そして、各放熱フィン５は、後述する冷却ファン３４からの冷却風の流通方向に沿って前，後方向に延び、左，右方向に所定の間隔で並行に配設されている。
【００１９】
６はケーシング１を構成し、モータケース２の前側に設けられた環状のスラスト受で、該スラスト受６は、モータケース２、油槽３の前側に一体的に設けられている。そして、スラスト受６の内周側には、前側に向けて環状凹部６Ａが形成され、該環状凹部６Ａ内には、後述する旋回スクロール１５の鏡板１５Ａが配設されている。そして、スラスト受６の環状凹部６Ａには、前記鏡板１５Ａと摺接する環状の摺接面６Ｂが形成され、該摺接面６Ｂは、旋回スクロール１５に作用するスラスト荷重を鏡板１５Ａとの間で受承する構成となっている。
【００２０】
７はケーシング１のスラスト受６に設けられた固定スクロールで、該固定スクロール７は、円板状に形成され中心が後述する駆動軸１１の軸線と一致するように配設された鏡板７Ａと、該鏡板７Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部７Ｂと、前記鏡板７Ａの外周側からラップ部７Ｂを取囲むように軸方向に突出した筒部７Ｃと、該筒部７Ｃの開口端外周から径方向外側に突出してスラスト受６に固定して取付けられたフランジ部７Ｄとにより構成されれている。また、固定スクロール７の鏡板７Ａ背面側には、上，下方向に延びる複数の放熱フィン７Ｅ，７Ｅ（２枚のみ図示）が立設されている。
【００２１】
８はケーシング１のモータケース２内に設けられた電動モータで、該電動モータ８は、モータケース２の筒部２Ａ内周側に固定して設けられた固定子９と、該固定子９の内周側に回転可能に配置された回転子１０と、後述の駆動軸１１とによって構成されている。そして、電動モータ８は、回転子１０が駆動軸１１の外周側に固定され、外部からの給電によって回転子１０が固定子９に対して回転することにより駆動軸１１を駆動するものである。
【００２２】
１１は外周側に回転子１９が固定して取付けられた電動モータ８の駆動軸で、該駆動軸１１は、ケーシング１内を軸方向（前，後方向）に延びて設けられ、先端側がモータケース２の前蓋部２Ｂに玉軸受１２を介して回転可能に支持され、基端側が後蓋部２Ｃに玉軸受１３を介して回転可能に支持されている。そして、駆動軸１１の先端側には、クランク１１Ａが軸方向に突出して設けられ、該クランク１１Ａは、その軸線が駆動軸１１の軸線に対して一定寸法だけ偏心している。
【００２３】
また、１４は駆動軸１１のクランク１１Ａ外周側に取付けられたバランスウエイトで、該バランスウエイト１４は、クランク１１Ａに取付けられた後述の旋回スクロール１５に対して駆動軸１１の回転バランスをとるものである。
【００２４】
１５はケーシング１内で駆動軸１１に旋回可能に設けられた旋回スクロールで、該旋回スクロール１５は、円板状に形成された鏡板１５Ａと、該鏡板１５Ａの表面に立設された渦巻状のラップ部１５Ｂとによって大略構成されている。また、旋回スクロール１５の鏡板１５Ａには、その背面中央に位置してボス部１５Ｃが突設され、該ボス部１５Ｃは、旋回軸受１６を介して駆動軸１１のクランク１１Ａに回転可能に取付けられている。そして、鏡板１５Ａは、その前面側が固定スクロール７のフランジ部７Ｄに摺接すると共に、背面側（裏面側）はスラスト受６に摺接する摺接面１５Ｄとなっている。
【００２５】
そして、旋回スクロール１５は、固定スクロール７のラップ部７Ｂに対し例えば１８０度だけずらして重なり合うように配設され、両者のラップ部７Ｂ，１５Ｂ間には複数の圧縮室１７，１７，…が画成される。そして、スクロール式空気圧縮機の運転時には、固定スクロール７の外周側に設けた吸込口（図示せず）から外周側の圧縮室１７内に空気を吸込みつつ、この空気を旋回スクロール１５が駆動軸１１によって旋回運動する間に各圧縮室１７内で順次圧縮し、最後に中心側の圧縮室１７から固定スクロール７の中心に設けた吐出口１８を介して外部に圧縮空気を吐出する。
【００２６】
１９は油槽３内の油液を冷却、潤滑を必要とする部位、例えばスラスト受６の摺接面６Ｂ、旋回軸受１６等に供給する油液供給手段としての油液供給装置で、該油液供給装置１９は、後述の吸込通路２０、給油ポンプ２２、吐出通路２３、吸込管２５等によって大略構成されている。
【００２７】
２０はスラスト受６に設けられた吸込通路で、該吸込通路２０は、一端側が後述する吸込管２５を介して油槽３内の油液中に開口し、他端側は給油ポンプ２２内に連通している。また、吸込通路２０の途中には、油液中に混入した摩耗粉、破片等の異物を捕らえるストレーナ２１が設けられている。
【００２８】
２２はスラスト受６と旋回スクロール１５との間に位置して設けられた給油ポンプで、該給油ポンプ２２は、例えば図５に示す如く、スラスト受６の摺接面６Ｂ側に凹設された旋回子収容凹部２２Ａと、該旋回子収容凹部２２Ａから離間してスラスト受６の摺接面６Ｂに凹設された凹窪部２２Ｂと、該凹窪部２２Ｂと旋回子収容凹部２２Ａとの間に位置して前記摺接面６Ｂ側に設けられたガイド溝２２Ｃと、旋回スクロール１５の摺接面１５Ｄから旋回子収容凹部２２Ａに向けて突設された旋回子２２Ｄと、旋回スクロール１５の摺接面１５Ｄから前記凹窪部２２Ｂ内に向けて突設された駆動突起２２Ｅと、前記ガイド溝２２Ｃ内にスライド可能に設けられたスライド板２２Ｆとによって大略構成されている。また、スライド板２２Ｆは、両端側が旋回子２２Ｄと駆動突起２２Ｅとに摺接し、旋回子収容凹部２２Ａ内を吸込通路２０に連通する吸込室Ａと吐出通路２３に連通する吐出室Ｂとに画成している。
【００２９】
２３は旋回スクロール１５の鏡板１５Ａ内部に径方向に設けられた吐出通路で、該吐出通路２３は、その一端側が給油ポンプ２２の油溜め２２Ｇを介して吐出室Ｂに連通し、他端側はスラスト受６の摺接面６Ｂと旋回スクロール１５の摺接面１５Ｄとの間に開口している。また、吐出通路１６の長さ方向中間部は旋回スクロール１５のボス部１５Ｃ内に開口している。
【００３０】
２４は駆動軸１１のクランク１１Ａからバランスウエイト１４に亘って設けられた戻し通路で、該戻し通路２４は、旋回スクロール１５のボス部１５Ｃ内に吐出された油液の一部をケーシング１内に吐出し、油槽３内に戻すものである。
【００３１】
２５は油槽３内に設けられ、油液供給装置１９の吸込通路２０の一部をなす吸込管で、該吸込管２５は、後述の平行管部２６、直交管部２７および開口管部２８Ａ〜２８Ｊによって構成されている。
【００３２】
２６は基端側が吸込通路２０の一端部に連通してスラスト受６に取付けられたパイプ材からなる平行管部で、該平行管部２６の先端側は、図３に示す如く、油冷却フィン４に沿ってほぼ平行となるように油槽３内を後側に延びている。
【００３３】
２７は平行管部２６の先端部に接続して設けられた直交管部で、該直交管部２７は、油冷却フィン４と直交するように平行管部２６から左側に屈曲して延びた長尺な箱型形状をなしている。また、直交管部２７は、各油冷却フィン４の端部に嵌合して位置決めされている。
【００３４】
次に、２８Ａ〜２８Ｊは直交管部２７に設けられた複数本の開口管部で、該各開口管部２８Ａ〜２８Ｊは、それぞれ平行管部２６の先端部で折返すように直交管部２７の前面板２７Ａから前方に延びている。そして、各開口管部２８Ａ〜２８Ｊは、各油冷却フィン４間にそれぞれ位置している。また、各開口管部２８Ａ〜２８Ｊは、油液を吸込むときの抵抗が、流通抵抗の大きな左側で小さくなり、流通抵抗の小さな右側で大きくなるように、右側の開口管部２８Ａから左側の開口管部２８Ｊに向け吸込口が段階的に小さくなっている。これにより、各開口管部２８Ａ〜２８Ｊは、それぞれの吸込口から各油冷却フィン４間の油液をほぼ均等に吸込むことができる。
【００３５】
次に、２９は各油冷却フィン４を上側から覆うように設けられた蓋板で、該蓋板２９は、油冷却フィン４間を流通する油液と上層部の油液とを画成している。また、蓋体２９は、図３、図４に示す如く、各油冷却フィン４の前端部から直行管部２７の前面板２７Ａまで延び、各油冷却フィン４の上端部に当接する平板部２９Ａと、該平板部２９Ａの左，右両側から下向きに延びた側板部２９Ｂ，２９Ｂとによって大略構成されている。そして、蓋板２９は、各側板部２９Ｂによって左，右両端部の油冷却フィン４，４を挟むようにして取付けられている。
【００３６】
そして、蓋板２９は、各油冷却フィン４間を流通して冷却された油液に上層部の熱い油液が混入するのを防止し、吸込管２５に冷却された油液だけを導くものである。また、蓋板２９は、各油冷却フィン４間を流通する油液に上層部の油液が混入するのを防止することにより、各油冷却フィン４間を流通する油液の流速を速くすることができるから、油液と油冷却フィン４との温度差を大きくし、放熱効率を高めることができる。
【００３７】
なお、３０，３１はケーシング１等を上側から覆うように設けられた前，後の上側ダクト（図１参照）、３２，３３はケーシング１等を下側から覆うように設けられた前，後の下側ダクトで、これら各ダクト３０，３１，３２，３３は、駆動軸１１の基端側に設けられた冷却ファン３４からの冷却風をケーシング１、油槽３、固定スクロール７等に導き、これらを外側から冷却するものである。
【００３８】
本実施の形態によるスクロール式空気圧縮機は上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。
【００３９】
まず、電動モータ８により駆動軸１１を回転させ、旋回スクロール１５を旋回させると、固定スクロール７のラップ部７Ｂと旋回スクロール１５のラップ部１５Ｂとの間に画成された圧縮室１７，１７，…が連続的に縮小する。これにより、固定スクロール７の吸込口から吸込んだ外気を各圧縮室１７で順次圧縮しつつ、この圧縮空気を固定スクロール８の吐出口１８から外部の空気タンク(図示せず)等に貯留させる。
【００４０】
また、運転時には油液供給装置１９の給油ポンプ２２が駆動されるから、油槽３内の油液は、吸込管２５、吸込通路２０を通じて給油ポンプ２２内に吸込まれつつ、吐出通路２３からスラスト受６の摺接面６Ｂ、旋回軸受１６等の給油部位に供給される。そして、これらの給油部位を潤滑、冷却した油液は戻し通路２４を通じて油槽３内に戻される。
【００４１】
さらに、各部を冷却して温度上昇した状態で油槽３内に戻された油液は、各油冷却フィン４間を流通する間に、その熱が油冷却フィン４、底板３Ｃ、放熱フィン５等を介して冷却ファン３４による冷却風に放出されるから、油液供給装置１９は、吸込管２５から冷却された油液を吸込むことができる。
【００４２】
また、各油冷却フィン４は、上側が蓋板２９によって覆われているから、該蓋体２９は、各油冷却フィン４間を流通して冷却された油液に上層部の熱い油液が混入するのを防止でき、吸込管２５に冷却された油液だけを吸込ませることができる。
【００４３】
かくして、本実施の形態によれば、油槽３内には、複数枚の油冷却フィン４の上側を覆うように蓋板２９を設けているので、各油冷却フィン４間を流通する油液と上層部の油液とを画成することができる。これにより、各油冷却フィン４間を流通して冷却された油液に上層部の熱い油液が混入するのを防止することができる。
【００４４】
この結果、油液供給装置１９の吸込管２５には、冷却された油液だけを吸込ませることができるから、スラスト受６の摺接面６Ｂ、旋回軸受１６等の給油部位に冷えた油液を供給することができ、これら給油部位を確実に冷却することができる。
【００４５】
また、蓋板２９は、各油冷却フィン４間を流通する油液の流速を速くすることができるから、油液と油冷却フィン４との温度差を大きくして放熱効率を高めることができ、油温を低くすることができる。
【００４６】
次に、図６は本発明の第２の実施の形態を示している。本実施の形態の特徴は、吸込管をＬ字状に折曲げた１本のパイプ材によって形成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４７】
４１は第１の実施の形態による吸込管２５に代えて用いられた本実施の形態による吸込管で、該吸込管４１は、１本のパイプ材をＬ字状に折曲げることによって形成されている。そして、吸込管４１は、油冷却フィン４に沿ってほぼ平行に延びる平行管部４１Ａと、該平行管部４１Ａの先端部で油冷却フィン４と直交するように左側に屈曲して延びた直交管部４１Ｂとを備えている。また、直交管部４１Ｂには、各油冷却フィン４間に開口する複数個の吸込口４１Ｃ，４１Ｃ，…が穿設されている。
【００４８】
かくして、このように構成された本実施の形態においても、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができるが、特に、本実施の形態では、吸込管４１を１本のパイプ材によって形成しているから、構成を簡略化することができ、製造コストを低減することができる。
【００４９】
なお、第１の実施の形態では、蓋体２９は、平板部２９Ａと左，右の側板部２９Ｂ，２９Ｂとによって構成し、各側板部２９Ｂによって左，右両端部の油冷却フィン４，４を挟んで取付けるものとして説明したが、本発明はこれに限らず、例えば蓋板を１枚の平板によって構成し、ねじ止め、溶接等の手段を用いて各油冷却フィン４上に取付ける構成としてもよい。この構成は第２の実施の形態にも同様に適用することができるものである。
【００５０】
また、各実施の形態では、ケーシング１に電動モータ８を内蔵したスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば外部の動力源によって駆動軸を回転駆動する形式のスクロール式空気圧縮機に適用してもよい。
【００５１】
また、各実施の形態では、油槽３に設けられた油冷却フィン４は、互いに並行して延びる構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば油冷却フィンを吸込口に向けて放射状に延びるように配設してもよい。
【００５２】
さらに、各実施の形態では、スクロール式流体機械としてスクロール空気圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、例えば真空ポンプ、冷媒圧縮機等にも広く適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１の発明によれば、油槽内には、その底面から油液中に突出し、油液の流れ方向に沿って延びる複数枚の油冷却フィンと、油液供給手段の吸込側を構成すると共に該油冷却フィン間に位置する吸込口を有する吸込管と、該吸込管の吸込口に各油冷却フィンを通過した油液を導くため、前記各油冷却フィンの上側を覆った蓋板とを設けている。従って、油槽内に戻された油液を各油冷却フィン間を該各油冷却フィンに沿って流通させることができる。このときに、蓋板は、各油冷却フィンの上側を覆うことにより、上層部にある高温の油液が各油冷却フィン間に流入するのを防止することができるから、各油冷却フィン間を通って冷却された油液だけを吸込管の先端部に形成された吸込口に導くことができる。
【００５４】
この結果、油液供給手段には、冷却された油液だけを吸込ませることができるから、冷却、潤滑を必要とする部位に冷えた油液を供給することができ、これら給油部位を確実に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に適用されるスクロール式空気圧縮機を示す縦断面図である。
【図２】上側ダクト、下側ダクトを取外した状態でケーシング、電動モータ、各フィン、蓋板等を図１中の矢示II−II方向から拡大してみた横断面図である。
【図３】油槽の底板、各フィン、吸込管、蓋板を拡大して示す断面斜視図である。
【図４】油槽の底板、各フィンと蓋板とを分解した状態で示す分解斜視図である。
【図５】給油ポンプを図１中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた要部拡大断面図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態による吸込管を油槽の底板、各フィン、蓋板と一緒に示す断面斜視図である。
【符号の説明】
１ケーシング
３油槽
３Ｃ底板
４油冷却フィン
７固定スクロール
１１駆動軸
１１Ａクランク
１５旋回スクロール
１７圧縮室
１９油液供給装置（油液供給手段）
２０吸込通路
２２給油ポンプ
２３吐出通路
２５，４１吸込管
２９蓋板

Claims

下部側が冷却、潤滑用の油液を溜める油槽となったケーシングと、該ケーシングに設けられた固定スクロールと、前記ケーシングに回転可能に設けられた駆動軸と、前記ケーシング内で該駆動軸の先端側に旋回可能に設けられ固定スクロールとの間に複数の圧縮室を画成する旋回スクロールと、前記ケーシングの油槽内に溜った油液を吸込み該油液を冷却、潤滑を必要とする部位に供給する油液供給手段とを備えてなるスクロール式流体機械において、
前記油槽内には、その底面から油液中に突出し、油液の流れ方向に沿って延びる複数枚の油冷却フィンと、前記油液供給手段の吸込側を構成すると共に該油冷却フィン間に位置する吸込口を有する吸込管と、該吸込管の吸込口に前記各油冷却フィンを通過した油液を導くため、前記各油冷却フィンの上側を覆った蓋板とを設けたことを特徴とするスクロール式流体機械。