JP4615583B2 - 容積形圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、容積形圧縮機に係り、特に、油を貯留した貯油部から作動流体を圧縮する圧縮室に注入した油を、圧縮後の作動流体から分離して貯油部に戻す返油手段を備えた容積形圧縮機に関する。
従来、圧縮室のシール性向上及び圧縮室形成要素間の潤滑性改善のために、貯油部に貯留された油を圧縮室へ注入するとともに、圧縮された作動流体から油を分離して返油手段により再び貯油部に戻すことが知られている。
返油手段の具体的構成としては、例えば特許文献1に記載されているように、返油室に貯留する分離油に油よりも比重の小さいフロート弁体を浮かべ、貯留油量に応じたフロート弁体の上下動により返油室と貯油部との連通路を開閉することが知られている。
特開2006−70871号公報
特許文献1には、フロート弁体は油よりも小さい比重の物質からなるという説明がなされているが、油よりも比重が小さく、かつ圧縮された作動流体の高温高圧環境下で化学的に安定な物質を見つけるのは容易ではない。
この点、冷媒サイクル内で用いる市販の油分離器(ダンフォス社製、OUB1など)に搭載されているように、昇圧空間内で作動流体から分離した分離油を低圧空間に戻すために密閉された中空構造のフロートを用いることが知られており、特許文献1に記載のフロート弁体に中空フロートを採用することが考えられる。
しかしながら、高圧域で中空フロートを用いる際には、中空部と外部との圧力差でフロートがつぶれないような耐圧設計が必須であるため、比較的肉厚の厚い金属材料などで中空フロートを形成する必要がある。その一方で、中空フロートは油に浮くための浮力を確保する必要があり、比重が大きく自重の大きい金属材料を用いて必要な浮力を確保するためには、中空フロートの体格を大きくせざるを得ない。このようにして中空フロートを有する返油手段が大型化する結果、圧縮機ケーシング内に返油手段を組込むことが困難となる場合が生じるため、返油手段の小型化が望まれている。
そこで、本発明は、容積形圧縮機における返油手段を小型化すること課題とする。また、返油手段を小型化しつつ信頼性を高めることを他の課題とする。
本発明の容積形圧縮機は、作動流体を圧縮する圧縮室を構成する圧縮室構成部と、圧縮室へ供給する油を貯留する貯油部と、圧縮室構成部で圧縮されて吐出された作動流体から油を分離する油分離手段と、この油分離手段によって分離された分離油を貯油部へ戻す返油手段と、これらの圧縮室構成部、貯油部、油分離手段、及び返油手段を内蔵するケーシングとを備えており、返油手段が、油分離手段から油連通路を介して導かれた分離油を一時的に溜める返油室と、この返油室底部に溜まった返油室滞留油に浮かせる中空フロートと、この中空フロートにより返油室と貯油部との連通部を開閉する弁部とを有して構成される。
上記課題を解決するため、中空フロートは、中空部と返油室の作動流体域とを連通するフロート均圧路が形成されてなることを特徴とする。
すなわち、中空フロートにフロート均圧路を形成することにより、中空部と返油室の作動流体域との差圧を無視できるので、耐圧設計を考慮する必要がなくなる。したがって、例えば比重が油に近い樹脂性材料などを素材にして、しかも肉厚を薄くして中空フロートを形成することができるので、中空フロートの自重は小さくなる。その結果、中空フロートの体格を小型化することができ、返油手段を小型化することができる。
本発明の容積形圧縮機のように、中空フロートにフロート均圧路を形成した場合、フロート均圧路から中空部へ油が浸入するおそれがある。仮に中空部へ油が大量に貯留するとフロートの浮力を確保できなくなり、信頼性が損なわれるおそれがある。
そこで、本発明は、フロート均圧路を通って中空部へ浸入する油量を抑制したり、或いは中空部へ油が一旦浸入したとしても外部へ吐出したりして、中空部へ浸入する正味の油量を抑制するフロート浸入油抑制手段を備えることにより、返油手段を小型化しつつ信頼性を高めることができる。フロート浸入油抑制手段は、具体的には、以下の態様により実現される。
例えば、油分離手段が、作動流体を旋回させて遠心分離によって油を分離する遠心分離室と、この遠心分離室の中央部に配置されて油が分離された作動流体が内側を通流する分離リングとを有して構成され、遠心分離室の作動流体域と返油室の作動流体域とを連通する作動流体連絡路が設けられる場合に、作動流体連絡路の遠心分離室側の作動流体域側の開口を分離リングの内側の作動流体域に形成する。
これによれば、分離リングの内側は外側に比べて、作動流体中の油含有率が低いため、主として作動流体連通路を介して導かれた作動流体で満たされる返油室作動流体域の油含有率が低下する。この結果、フロート均圧路が開口する返油室作動流体域内の作動流体に含まれる油が少ないため、作動流体がフロート均圧路から流入しても、それに伴う油の浸入は極めてわずかとなる。
作動流体連絡路の遠心分離室側の作動流体域側の開口を分離リングの内側の作動流体域に形成するのは一例であるが、要するに、遠心分離室の油含有率の少ない作動流体が返油室の作動流体域に流れるように作動流体連通路を形成することにより、返油室の作動流体域の油含有率が低下して中空部へ浸入する油量を抑制することができる。
また、例えば、フロート均圧路の返油室の作動流体域側の開口を中空フロートの頂部など油が浸入し難い場所に形成することにより、中空部へ浸入する油量を抑制することができる。
また、例えば、フロート均圧路の中空部側の開口を中空部の底部に形成することにより、仮に中空部に油が浸入したとしても、これを中空フロート外部に排出すことができる。つまり、実際に圧縮機を運転した場合、吐出圧力はある程度変動しているため、中空部の圧力と返油室の作動流体域の圧力とが均一になるように、常時、作動流体がフロート均圧路を出入りしている。したがって、仮に、油がフロート均圧路から中空部へ浸入して底部に溜まったとしても、中空部側の開口を中空部の底部に形成することにより、中空部からフロート外部に作動流体を吐出する時に、底に溜まった油を同時に排出することができる。
また、例えば、中空フロートのフロート均圧路の返油室の作動流体域側の開口の周囲に、上部に向けて突出する突出部を形成するなど、中空部へ油が浸入し難い構造を適宜採用することができる。
また、例えば、何らかの原因により返油室に滞留する油の油面が異常上昇した場合に中空部に油が浸入するのを防ぐために、返油室の天面のフロート均圧路の返油室の作動流体域側の開口に対向する位置に弾性を有する封止体を設けて、油面上昇時にフロート均圧路に蓋をするような構成を適宜採用することができる。
本発明によれば、容積形圧縮機における返油手段を小型化することができる。また、返油手段を小型化しつつ信頼性を高めることができる。
以下、本発明を適用してなる容積形圧縮機の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一機能部品については同一符号を付して重複説明を省略する。また、本発明は、以下の各実施形態に限定されるものではなく、それぞれの実施形態を必要に応じて適宜に組み合わせて用いることができる。
(第1実施形態)
本発明を、ケーシング内が吸込圧力となるスクロール圧縮機に適用した第1実施形態を図1〜図15及び図21を用いて説明する。まず、本実施形態のスクロール圧縮機の全体構成、その機能及び動作に関して図1を参照しながら説明する。図1は本発明の第1実施形態に係わるスクロール圧縮機の縦断面図である。
スクロール圧縮機1は、作動流体を圧縮する圧縮室構成部10と、この圧縮室構成部10を駆動する圧縮室駆動部であるクランクシャフト6及び当該クランクシャフト6の回転駆動源となるモータ7、また、クランクシャフト6を軸支する軸受23、24、25と、それら軸受23、24、25へ給油する内接歯車型の給油ポンプ30と、吐出油を分離して貯油室へ返す吐出油分離返油部40と、圧縮室構成部10、圧縮室駆動部、軸受23、24、25、給油ポンプ30及び吐出油分離返油部40を収納したケーシング8とを主要構成要素として備えている。
このスクロール圧縮機1は、クランクシャフト6が縦に配置され、上から吐出油分離返油部40、圧縮室構成部10、モータ7及び給油ポンプ30の順に配置された縦型スクロール圧縮機である。
ケーシング8は、内部空間を吸込圧力にすると共に、当該内部空間に油を貯留する貯油部125を設けている。ケーシング8は、上ケーシング8b、シリンダケーシング8a及び底ケーシング8cとからなっている。
圧縮室構成部10は、固定鏡板2bとそれに立設する固定渦巻体2aとを有する固定スクロール2と、旋回鏡板3bとそれに立設する旋回渦巻体3aとを有する旋回スクロール3と、両スクロール2、3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100と、旋回スクロール3の背面に設けられ吸込圧力より高く吐出圧力より低い中間圧力空間となる背圧室110とを備えている。
固定スクロール2は、固定渦巻体2aと、固定鏡板2bと、その周囲にあって固定渦巻体2aの歯先とほぼ同一の面を取付面とする取付部2cとを主な構成部としている。固定鏡板2bには、過圧縮や液圧縮を回避する圧縮ばねと弁板とばね押さえとからなるバイパス弁22と、中央付近の吐出口2dとが設けられる。
それらの上部を覆うようにして吐出油分離返油シリンダ55をねじ固定し、吐出室120を形成すると共に、後述するような要素を装着した上で、その上部へさらに突出した吐出パイプ52を有する吐出カバー51をねじ固定し、油分離室90及び返油室95が形成される。さらにまた、取付部2cの側面には作動流体を吸込む吸込口2eが設けられる。
旋回スクロール3は、旋回渦巻体3aと旋回鏡板3bとよりなり、旋回鏡板3bの背面中央に旋回軸受23が設けられる。フレーム4の中央に主軸受24が設けられ、この主軸受24にクランクシャフト6が挿入される。そして、クランクシャフト6の上部の偏心したピン部6aが旋回軸受23へ挿入され、旋回スクロール3がフレーム4に装着される。ここで、旋回スクロール3の自転防止のために、フレーム4との間にオルダムリング5が係合される。
次いで、旋回渦巻体3aと固定渦巻体2aとが噛合うように、旋回スクロール3の上方から固定スクロール2が被せられ、固定スクロール2の取付部2cがフレーム4にねじ固定される。これにより、両渦巻体3a、2a間に概略閉じた空間である複数の圧縮室100と、吸込口2eと通じる吸込室105が形成されると共に、旋回スクロール3の背面に背圧室110が形成される。さらに、ピン部6aの上面に旋回軸受室115が形成される。そして、フレーム4より下方に突出するクランクシャフト6にロータ7aが固定される。
以上のように形成したサブアセンブリのロータ7aがシリンダケーシング8aに固定配置されたステータ7b内に挿入され、サブアセンブリのフレーム4がシリンダケーシング8aに固定される。これによってモータ7が形成される。
また、シリンダケーシング8aの下部には副軸受支持板50が固定されており、サブアセンブリの組み込みによって副軸受支持板50の下方にクランクシャフト6の下端部が突出される。この突出したクランクシャフト6の下端部に、ボールブッシュ25aとそれを保持するボールホルダ25bとからなる副軸受25が装着され、このボールホルダ25bが副軸受支持板50に固定される。この副軸受25の下部に、給油ポンプ30が副軸受25と一体化して形成されている。さらに、シリンダケーシング8a側面の吸込口2eに対向する位置に、吸込パイプ53が固定される。
次いで、上ケーシング8bに溶接されたハーメチック端子54の内部端子にモータ7からの電線を接続した上で、上ケーシング8bがシリンダケーシング8aに溶接される。さらに、吐出パイプ52が上ケーシング8bにロウ付けされる。そして、シリンダケーシング8aの底に底ケーシング8cが溶接されて配置され、上ケーシング8b、シリンダケーシング8a及び底ケーシング8cによりケーシング8が形成される。これにより、ケーシング8の下部が油を溜める貯油部125となる。
次に、スクロール圧縮機1の詳細構成及び動作を、作動流体の流れと油の流れの観点で、主に図1から図4、及び、図12から図15、図21を参照しながら説明する。図2Aは図1のM部の詳細拡大図、図2Bは図2Aの要部拡大図、図3は図1のN部の詳細拡大図、図4は図1の旋回スクロールの平面図である。また、図12は図1のP部の詳細拡大図、図13は図12のF−F断面図、図14は図1のQ部の詳細拡大図、図15は図12のS部の拡大図である。そして、図21はフロート弁体の拡大縦断面図である。
まず、作動流体の流れを中心に説明する。吸込パイプ53からケーシング8内へ入ってケーシング8内を吸込圧力とした作動流体は、吸込口2eを通って吸込室105内へ入る。そこで、モータ7を駆動源とす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。これにより、吸込室105の作動流体は、圧縮室100に閉じ込められ、その後、体積が縮小しつつ中央側へ移送される。このようにして、吐出圧まで昇圧された作動流体は吐出口2dまたはバイパス弁22から吐出室120へ吐出される。
次に、作動流体は、図12,13で示すように、吐出拡大室90aから吐出連絡穴90bを経て吐出油分離返油シリンダ55の内部空間上部へ流れ、ノズル状の吹き出し路90cにより、油分離室90の内壁面に沿う方向に油分離室90へ吐出される。そして、作動流体は、油分離室90内を旋回しながら下方へ流れ、油分離室90の中央に配する分離リング90dの内側に設けた吐出パイプから圧縮機外へ吐出される。油分離室90は、作動流体中に主としてミスト状態で混入する油(後述)を、遠心分離作用によって、油分離室90の内壁面に付着させ、作動流体の油含有率を低減させる。
ここで、吹き出し路90cを、同一の幅とすれば、加工が容易となり製造コスト低減の効果がある。また、吹き出し路90cを水平ではなくわずかに下向きに傾斜させてもよい。これにより、油分離室90の内壁面に沿って一周してきた作動流体が吹き出し路90cから新たに油分離室90へ流入する作動流体の流れと合流することを抑制するため、合流により発生する流れの乱れを低減し、油分離効率を向上できるという効果がある。
吹き出し路90cをわずかに下向きに傾斜させるとともに、吐出カバー51で吹き出し路90cの上面を覆う部分に、傾斜した突出部を設け、吹き出し路90cの上下方向の幅が同一となるようにしてもよい。これにより、作動流体の流れが上下方向にも拡大しないため、作動流体流れの乱れが低減し、油分離効率が一層向上するという効果がある。
次に、油の流れを中心に説明する。貯油部125に溜まっている油は、クランクシャフト6の回転で駆動される給油ポンプ30により、クランクシャフト6を軸方向に貫通する給油穴である給油縦穴6bを通って、下部から上部へ圧送される。給油ポンプまわりの説明は後述することとし、まず、給油ポンプにより圧送された油の経路について説明する。
まず、第1の給油路は、副軸受給油横穴6gを経由して副軸受25に給油する副軸受給油路である。そして、第2の給油路は、主軸受給油横穴6cから主軸受溝6dを通って主軸受24に給油した後に背圧室110へ流入する、流路抵抗の極めて小さい主軸受給油路である(図3参照)。また、第3の給油路は、旋回軸受室115から旋回軸受溝6eを通って旋回軸受23に給油した後に背圧室110へ流入する、流路抵抗の極めて小さい旋回軸受給油路である。これら第2及び第3の給油路は、背圧室110へ流入する背圧室流入路と見なすことができる。
この背圧室流入路から背圧室110へ流入した油は、背圧室110内で動くオルダムリング5や旋回スクロール3の突起部で撹拌され、そこに溶解する作動流体のガス化を促進して圧力が急上昇する。この結果、背圧制御弁26は、背圧室110の圧力である背圧が吸込圧力よりも高くなり、圧縮室100内の圧縮流体による固定スクロール2から旋回スクロール3を引離そうとする引離力に対抗した引付力を、旋回スクロール3へ迅速に付加することができる。これにより、通常の運転継続時はもとより起動直後においても、旋回スクロール3が固定スクロール2へ確実に押付けられ、圧縮動作が確実に安定持続する。
しかし、背圧を高くしすぎると、両スクロール2、3間に作用する付勢力が増大して摺動損失による圧縮性能低下を起こす。このため、背圧が上昇しすぎた時に背圧室110から油や作動流体を抜くための、背圧室110と貯油部125に繋がるケーシング内部空間とを連通する背圧室流出路135が設けられている。そして、その流出路135の途中に、背圧と吸込圧力(ケーシング内部空間の圧力)の差が所定値を超えると開制御する背圧制御弁26が設けられている。
背圧制御弁26は、圧縮された弁ばね26b、弁板26c、弁キャップ26dを有し、前記所定値は、弁ばね26bの圧縮量に対応し、概略一定の値である。この背圧制御は、空調サイクルの圧縮機として用いるような場合、上述したバイパス弁22と共に用いることで、極めて広範囲な運転条件下で最適な背圧設定を実現し、圧縮性能を向上する効果を奏する。
最後の第4の給油路は、旋回軸受室115から旋回鏡板3b内の鏡板横穴3cを経由し、絞りを伴う吸込室細孔3dで吸込室105に流入する、絞り作用を有する吸込室給油路130である(図3、図4参照)。ここで、鏡板横穴3cは、旋回鏡板3bの側面から穴加工を施すため、側面開口を止め栓で封止する。吸込室給油路130により吸込室105へ流入した油は、作動流体とともに圧縮室100へ入り、圧縮室100のシール性を向上させて漏れ抑制を実現し、圧縮性能を向上させるという効果を奏する。このため、吸込室給油路130は、圧縮室給油手段となっている。
また、この油は、軸受を経由しないために、低温であり、吸込室105内の流体を加熱することが無く、体積効率の低下を回避し、圧縮性能を向上させるという効果がある。また、後述するように、吸込室細孔3dで減圧するため、油中の作動流体の気化によって、油は、吸込室105へ霧状に流入する。よって、この油は圧縮室100での漏れの流れに乗り易くなり、シール性が一層向上するという効果を奏する。さらに作動流体の気化によって気化熱が油から奪われるために、油の温度が低下する。このため、吸込室105内の流体を冷却することができるため、圧縮性能を向上させることができるとともに、作動流体の比容積を小さくできるため、体積効率が向上するという効果を奏する。
以上の如く、吸込室105へ流入した油は、圧縮室100のシール性向上効果を奏した後、吐出口2dやバイパス弁22より作動流体とともに吐出室120へ吐出される。この後の油は、作動流体の流れの説明箇所で記述した如く(図12,13参照)、作動流体とともに、吐出拡大室90a、吐出連絡穴90b、吹き出し路90cを経て、油分離室90へ吐出され、さらに、油分離室90内で作動流体から遠心分離されて、油分離室90の円周内壁に付着する。
この付着した油は、作動流体から受ける粘性力と重力により、壁面伝いに下方へ移動し、油分離室90の底面である円錐底面90eに至る。この底面は、円錐状となっているため、油は底面中央に集り、傾斜する底面溝90fによって、油連通路75へ導かれ、油分離室90よりも低い位置に底面を持つ返油室95の下部へ流入する。
また、確実に作動流体域となる油分離室90の上部と返油室95の上部(返油室作動流体域95a)を繋ぐ作動流体連通路85が設けられている(図15参照)。この作動流体連通路85は、油分離室90と返油室95内の作動流体圧力を同一とする均圧作用を起こすため、油分離室90と返油室95内の油面高さは同一となる。
ここで、返油室95には、油に浮かぶフロート70aとその下部に設けたフロート弁部70bを一体化したフロート弁体70ab(後で、図21により詳細に説明)、そしてフロート弁部70bで開度調整を行うフロート穴70c、から構成されるフロート弁70が設けられている(図12参照)。
このフロート穴70cは、固定スクロール2に設ける固定返油路80aとフレーム4に設けるフレーム返油溝80bを繋いで形成される返油路80に連なる(図14参照)。この返油路80の出口は吸込圧力であるケーシング8の内部空間であるため、フロート弁70は、返油室95の圧力である吐出圧力と吸込圧力を仕切る弁となる。この結果、フロート70aにかかるフロート下向き力は、吸込圧力と吐出圧力の差圧に伴う力(差圧力と称する)と、フロート弁体70abにかかる重力の和となる。(但し、差圧力に関しては、弁の構成により、ほとんど無視できる場合もある。)
上記フロート弁70を設けた返油室95に流入した油は、一旦返油室95に溜まる(返油室に溜まった油を、これ以後、返油室滞留油95bと称する)。フロート弁体70abが返油室滞留油95bに浸かる体積の増大につれて、フロート上向き力である浮力が増大するため、返油室滞留油95bがある油面高さになった時点で、フロート上向き力はフロート下向き力を超え、フロート弁体70abは浮き上がりはじめる。これによって、フロート弁部70bとフロート穴70cの間に隙間が生じ、フロート弁70が開口する。
フロート弁70の開口により、返油室滞留油95bは返油路80へ流出し、オイルリング56とケーシング内壁の間、さらに、モータ7のステータ7bの各所に設けた穴や隙間を通って、最終的にケーシング下部の貯油部125へ戻る。フロート弁の開口後、滞留油面が低下し、フロート70aにかかる浮力が減少したら、フロート弁70は再び閉口し、再び、返油室滞留油95bが溜まり始める。
以上のようなメカニズムを繰り返すことにより、返油室95内の返油室滞留油95bは、返油室内において概略一定の油面高さを保持する。このように、返油室滞留油95bは常時一定の油面を保つため、吐出圧力の作動流体が作動流体連通路85と返油路80を通って低圧側のケーシング内空間へ吹き抜けることを阻止できる。その結果、このような作動流体の流れの圧縮機内短絡による圧縮機性能の大幅な低下を回避する効果もある。ところで、油分離室90内の油面高さは、前述した通り、作動流体連通路85の均圧作用によって、返油室95内の油面高さと同一となる(図15参照)。
次に、給油ポンプについての説明を行なう。上述したように、給油ポンプ30は、吸込圧力である貯油部125内の油及びそこに溶解する作動流体を、吸込圧力よりも高い背圧まで昇圧した上で、副軸受25、主軸受24、旋回軸受23、吸込室105及び背圧室110へ供給する役目を担う。
このように、給油ポンプ30は、油の移送とともに昇圧の役目も担うため、ポンプ仕事量が多くなり、スクロール圧縮機1の圧縮性能向上には、給油ポンプ30の性能向上が特に重要となる。本実施形態では、ポンプ要素を互いに押付けあってシール隙間を低減し、漏れを抑制して性能を向上する方策を採用するものである。これにより、本実施形態では、ポンプ構成要素の形状及び寸法精度の向上に伴う加工コストの増大を抑制しつつ、給油ポンプ30の性能向上を実現するものである。
以上のような動作を実現する給油ポンプ30を、図2A、図2B、図5〜図11を用いて具体的に説明する。図5は図2AのL−L断面図、図6は図2Aの給油ポンプ30のベースプレート30dの平面図、図7は図2Aの給油ポンプ30のインナーロータ30aの斜視図、図8は図2Aの給油ポンプ30のアウターロータ30bの斜視図、図9は図2Aの両ロータ30a、30bの底面の圧力域の説明図、図10は図2Aの両ロータ30a、30bにかかる押上げ力の説明図、図11は図2Aの給油ポンプ30の吐出圧領域の説明図である。
まず、給油ポンプ30の構成について説明する。給油ポンプ30は、外歯歯車であるインナーロータ30aとそれよりも歯数が一枚多い内歯歯車であるアウターロータ30bとを噛合い要素とする内接歯車ポンプである。
インナーロータ30aは、通常のインナーロータと異なり、外歯歯車を形成するインナーロータ歯形部30a1と、このインナーロータ歯形部30a1の上サイド面に同一物で一体に形成され且つアウターロータ30bの上サイド面側に突出された端板部30a2とから構成された端板付きのインナーロータである(図7参照)。端板部30a2は、インナーロータ歯形部30a1の上サイド面(インナーロータ歯形部30a1と端板部30a2との境界面)とアウターロータ30bの上サイド面とを覆うカバーを構成している。
このインナーロータ30aがクランクシャフト6の下端に突出する給油ポンプ軸部6fへ装着される。ここで、インナーロータ30aがクランクシャフト6と一体的に回転するように、インナーロータ30aにD形状の装着穴30jを設け、対する給油ポンプ軸部6fにカット面を設ける(図5及び図7参照)。なお、給油ポンプ軸部6fはクランクシャフト6の主軸部分より段部を有して細く形成されている。この段部にインナーロータ30aの上面が当接する。
そして、もう一方のアウターロータ30bは、ボールホルダ25bと一体化したポンプシリンダ30c内へインナーロータ30aと噛合うように装着され、インナーロータ30aの中心(クランクシャフト6の中心)に対して偏心した位置に回転自在に配置される。ボールホルダ25bとポンプシリンダ30cとはハウジング28を構成している。そして、両ロータ30a、30bの下サイド面を覆うようにベースプレート30dが配置される。
このベースプレート30dは、ポンプシリンダ30cの下面に密着して配置され、ボルトにより固定される。このベースプレート30dには、両ロータ30a、30bと対向する面にポンプ吸込溝30e及びポンプ吐出溝30fが形成される(図6参照)。ポンプ吸込溝30eには貫通穴であるポンプ吸込穴30gが開口している。
ポンプ吸込溝30e及びポンプ吐出溝30fは、ポンプ室140の容積縮小による圧縮作用を用いないために、ポンプ室140の容積が拡大する側と縮小する側の各々全体に渡る細長い溝部を有する形状とする。このため、ポンプ室140とポンプ吸込溝30e及びポンプ吐出溝30fとの位置合わせが必要になり、ベースプレート30dとポンプシリンダ30c(ボールホルダ25b)に各々位置決め穴30h、30iを設け(図6及び図5参照)、組立て時の位置合わせ基準とする。ここで、各二個の位置決め穴30h、30iは、180度対向とせず、吸込側と吐出側を逆にする組立てミスを回避する構成としてある。
次に、給油ポンプ30の動作を説明する。スクロール圧縮機1の運転に伴うクランクシャフト6の回転(図5中の矢印の向き)で、インナーロータ30aが回転し、アウターロータ30bもそれにつれて回転する。これに伴って、両ロータ30a、30bの噛合いで隔成した図5で示す複数のポンプ室140は、ポンプ吸込溝30e側で容積を拡大するため、ポンプ吸込穴30gから貯油部125の油を吸い込む。
そして、ポンプ室140は、ポンプ吐出溝30f側で容積を縮小するため、給油縦穴6bへ油を移送する。ところが、この給油縦穴6bへ送られた油は前記した主軸受24や旋回軸受23を経由する絞りを伴わない流路で背圧室110へ入るため、給油ポンプ30は吸込圧力の油を背圧まで昇圧する役目を担う。つまり、給油ポンプ30は、油を給油縦穴6bへ単に移送するのではなく、昇圧を伴う圧送を行う。
このため、両ロータ30a、30bのサイド面に隙間があると、背圧となる吐出側から吸込圧力の吸込側へ圧力差による漏れが発生し、給油ポンプ30の能力が低下してしまう。これに対する従来の一般的な対策として、消費エネルギーが大きい大容量の給油ポンプを搭載するか、加工コストが増大する高精度ポンプ要素で漏れを抑制した高性能の給油ポンプを搭載するかのいずれかが考えられていた。
前者はスクロール圧縮機のエネルギー効率を大幅に低下させるため、本実施形態では、後者の対策をさらに改善して、漏れを抑制して給油ポンプの性能向上を図ることを、加工コスト増大を抑制しながら実現したものである。
この加工コスト増大を抑制しつつ給油ポンプ性能を向上する手段を以下に説明する。漏れ抑制策の基本的指針は、漏れ流路断面積の縮小、すなわち、漏れ流路を構成する要素のクリアランスを縮小することである。しかし、クリアランスを縮めすぎると、ポンプ構成要素間の局部的な干渉が起きて摺動損失の増大を招き、給油ポンプの性能を逆に低下させてしまうおそれがある。このため、ポンプ構成要素間の局部的な干渉を起こさないでクリアランスを縮める必要がある。
本実施形態では、給油ポンプ30の構成要素であるインナーロータのサイド面に端板部30a2を付けたインナーロータ30aとし、インナーロータ30aをクランクシャフト6のスラスト力で付勢することにより、端板部30a2をアウターロータ30b側へ付勢しつつ運転するようにしたものである。ここで、図5に示すように、端板部30a2の外縁は、両ロータ間で形成するポンプ室140を全て覆うように設けられている。
また、アウターロータ30bの歯形部の厚さ(図8参照)をインナーロータ30aの歯形部の厚さ(図7参照)よりわずか厚くする(図2B参照)。なお、図2Bでは、説明のためにクリアランスを強調して図示してあり、実際のインナーロータ側のクリアランスレベルは10〜100μm程度である。この結果、アウターロータの上サイド面側は端板部30a2と密着摺動し、下サイド面側はベースプレート30dと密着摺動することとなり、アウターロータ30bのサイドクリアランスをほぼ0にすることが可能となる。
これより、アウターロータ30bのサイドクリアランスにおける漏れを大幅に抑制することが可能となる。従って、両ロータ30a、30bの歯形精度を高めることなく給油ポンプ30の性能が大幅に向上するため、加工コストの低減とスクロール圧縮機1のエネルギー効率向上を同時に実現できる。
また、インナーロータ30aはクランクシャフト6とアウターロータ30bに挟まれ、アウターロータ30bは、インナーロータ30aの端板部30a2とベースプレート30dに挟まれるため、両ロータ30a、30bの軸方向位置が確定する。このため、両ロータ30a、30b周囲の圧力変動が大きな運転条件下でも、給油ポンプの性能を安定化でき、給油信頼性を向上するという効果がある。
次に、インナーロータ30aのアウターロータ30bへの付勢力について説明する。この付勢力は、一般的に述べると、クランクシャフト6とその下端部に設けた両ロータ部を一体としてみた立体図形において、その表面を面素に分割し、その法線ベクトル(微小面素の面積を大きさとする)とクランクシャフト軸方向で上向きの単位ベクトルの内積にその部分の圧力を掛けた値を、全表面で積分して求めることができる。
図1及び図2から明らかなように、本実施形態の場合、主軸受24を境にして、クランクシャフト6の上部全てに背圧がかかり、下部には、両ロータ底面以外は全て吸込圧力がかかっている。圧力基準を吸込圧力におけば、インナーロータ30aがアウターロータ30b側へ付勢するためには、吸込圧力からの上まわり分を次の(式1)と定義すると、(式2)であることが必要である。
ΔP(p)≡p−(吸込圧力) …………………………(式1)
ΔP(背圧)×(クランクシャフト主軸部断面積)>
(噛合う両ロータ底面の吸込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)−
(噛合う両ロータ底面の吸込圧力以上の圧力による力)…(式3)
ここで、噛合う両ロータ底面の吸込圧力以上の圧力による力は、次の(式4)となる。
噛合う両ロータ底面の吸込圧力以上の圧力による力=
ΣΔP(p)×(圧力p領域面積) … (式4)
付勢力を求めるには、上記した如く、(式4)の計算が必要となるが、これを厳密に計算するには、両ロータ底面の圧力分布の見積もり及びその見積もり値を用いた積分計算が必要となり、極めて面倒である。
そこで、上述した(式4)の簡易的な計算法を以下に提案する。まず、噛合う両ロータ底面で圧力が確定する領域を求める。本実施形態の場合を図9に示す。この図9は、両ロータ底面を下方から見上げた図である。給油ポンプ30の吐出油が存在する領域(クロスハッチング部)は背圧領域、給油ポンプ30の吸込油が存在する。
領域(一方向ハッチング部)は吸込圧力領域と確定する。ここで、図9に明示されていないが、アウターロータ30bの外周部は吸込圧力となっている。それは、給油ポンプ背面空間145が、ボールブッシュ25aとボールホルダ25bの間に隙間が存在するためである(図2A参照)。この給油ポンプ背面空間145は、給油ポンプ30の上サイド面側に位置する空間であり、本実施形態では端板部30a2に面する空間である。
次に、圧力が確定しない領域(図9のハッチングのない領域)の圧力の見積もりを以下のように行う。給油ポンプ30からの油流出口である給油縦穴6bの中心から引いた半直線を考え、上記した圧力確定領域との交点を調べる。そして、圧力未確定領域を横切る線分で両端が異なる圧力確定領域となるもの(半直線R1の場合にはR11、半直線R2の場合にはR22)の中点を求め、それを、吸込圧力と背圧の境界とみなす。一方、圧力未確定領域を横切る線分で両端が同一圧力確定領域となるもの(半直線R1の場合にはR12、半直線R2の場合にはR21)は、全て両端における圧力と同一の圧力領域とみなす。以上のような手順により、圧力未確定領域を、背圧領域と吸込圧力領域に分割する。
本実施形態の場合の分割状況を図10に示す。図10中の粗いハッチング部が、圧力未確定領域を上記手順で分割した領域であり、このうちのクロスハッチング部が背圧領域、そして、一方向ハッチング部が吸込圧力領域となる。以上のように、背圧領域と吸込領域に二分割した結果、(式4)は、以下のように簡略化され、容易に計算が可能となる。
噛合う両ロータ底面の吸込圧力以上の圧力による力
=ΣΔP(p)×(圧力p領域面積)
=ΔP(背圧)×(背圧領域面積)+ΔP(吸込圧力)×(吸込圧力領域面積)
=ΔP(背圧)×(背圧領域面積)
(∵ΔP(吸込圧力)=0) … (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’)
本実施形態の付勢判定を、(式2’)により行う。両ロータ底面の背圧領域は、図11で示す領域(これは、図8の細かいクロスハッチング部と粗いクロスハッチング部を合わせた領域)である。この領域の面積は、クランクシャフト主軸部断面積よりも小さくなることが計算より分かる。よって、インナーロータ30aはアウターロータ30bに付勢し、両ロータ30a、30bのサイドクリアランスを低減する。
また、付勢力は、(式3’)から求めることができるが、本実施形態は背圧制御弁26を用いているため、この式中のΔP(背圧)は、背圧制御弁26の弁ばね26bの圧縮量に対応する前記所定値そのものとなる。よって、背圧制御弁26による背圧制御方式との組み合わせにより、如何なる運転条件においても、付勢力を常時一定の値に確保することが可能となる。このため、如何なる運転条件においても、インナーロータ30aをアウターロータ30bへ安定して付勢することが可能となり、給油ポンプ30の高性能を安定して実現でき、延いてはその給油ポンプ30を搭載するスクロール圧縮機1の高性能とともに高い給油信頼性を実現できる。
次に、本実施形態の容積形圧縮機の特徴部である返油室95内のフロート弁体70abを、図21を用いて説明する。フロート弁体70abは、フロート70aとして、フロート中空部70a1を有する中空フロート構造を採用しているが、そのフロート中空部70a1とその外側領域である返油室95の返油室作動流体域とを連通するフロート均圧路70a2が設けられることを特徴としている。また、フロート弁部70bは、樹脂製フロート70aと一体化して樹脂製の弁芯70b2とその表面に固定された金属製のニードル錐70b1からなる。
このフロート均圧路70a2を設けた結果、フロート内外の圧力差が無くなり、耐圧設計が不要となる。よって、フロートの材料に材料強度を要求する必要がなくなり、金属材料以外の、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)で代表される樹脂材料で製作することができる。
この結果、比重も油に近い材料で、耐圧性を要求されないことから、肉厚の薄い中空体構造で小形のフロートを実現でき、フロート70aのコンパクト化を極めることが可能となる。また、PBTやPPSは熱可塑性を有するために型成型が可能となり、製造コストが低減する効果もある。さらにPBTの場合、ガラス繊維強化が可能であるため、ガラス繊維強化を行うと、肉厚の極めて薄いフロートを製作することが可能となる。これにより、一層自重の軽いフロートを実現できるため、フロートを一層小型化できるという効果がある。
これにより、フロート弁を構成要素とする返油手段を小型化して容積形圧縮機に内蔵できるため、圧縮機関連要素を一体化でき、使い勝手の高い容積形圧縮機を実現できるという効果がある。また、返油手段を、補器として、容積形圧縮機の外部に設ける場合でも、補器がコンパクトになり、装置全体のレイアウトの自由度が増大するという効果もある。また、当然、軽量化を図ることもできる。
ここで、フロート均圧路70a2のフロート外側開口部(返油室95の作動流体域側の開口)は、フロート70aの上面(頂部)に設けられている。これは、図21で示すように、通常の返油室滞留油95bの油面から一番離れた位置にフロート外側開口部を設けるためである。
よって、例え、何らかの要因で油面が上昇しても、フロート均圧路70a2からフロート中空部70a1へ油が進入する可能性は低く、フロート動作を長期間にわたって確実に実現できるという効果がある。以上より、フロート均圧路70a2をフロート上面に設けることは、フロート均圧路70a2を通ってフロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、基本的なフロート浸入油抑制手段となる。
また、前記した通り、作動流体連通路85を設けているために(図15参照)、返油室95と油分離室90の圧力が常に等しくなり、返油室95内の返油室滞留油95bと油分離室90の油面に差は生じない。よって、図21で示すように返油室滞留油95bは概略一定の高さに安定して保持されるため、返油室の作動流体域に開口するフロート均圧路70a2から油が浸入する危険性は低くなる。よって、フロート動作を長期間にわたって確実に実現できるという効果がある。
以上より、作動流体連通路85を設けることは、フロート均圧路70a2を通ってフロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、フロート浸入油抑制手段となる。本実施形態では、油分離室90と返油室95の間の連通路を、油連通路75と作動流体連通路85の2本に別けたが、返油室滞留油95bの油面高さに設置する一本の連通路としてもよい。
なお、ニードル錐70b1は、ステンレス製とするが、同程度の硬度を有する材料で代替が可能である。また、ニードル錐70b1は弁芯70b2にアウトサート成型する。しかし、それに限らず、両者を接着してもよい。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態のスクロール圧縮機について図16を用いて説明する。図16は本発明の第2実施形態のスクロール圧縮機における油分離室90及び返油室95の主要部拡大断面図(図1のP部拡大図である図12のS部拡大図)である。この第2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。
この第2実施形態は、作動流体域となる油分離室90の上部と返油室作動流体域95aを繋ぐ作動流体連通路85の油分離室側の開口を、分離リング90dの内側に設けたものである。この作動流体連通路85は、分離リング側連通路85aと返油室側連通路85bを吐出カバー51上面に設けた凹部と一旦繋ぎ、その凹部に連通路キャップ85cを被せて実現するものである。
分離リング90dの内側は外側に比べて、作動流体中の油含有率が低いため、主として作動流体連通路85からの作動流体で満たされる返油室作動流体域95aの油含有率が低下する。この結果、フロート均圧路70a2が開口する返油室作動流体域95a内の作動流体に含まれる油が少ないため、作動流体がフロート均圧路70a2から流入しても、それに伴う油の浸入は極めてわずかとなる。これより、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つであることがわかる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態のスクロール圧縮機について図17及び図18を用いて説明する。図17は本発明の第3実施形態のスクロール圧縮機における油分離室90及び返油室95の主要部拡大断面図(図1のP部拡大図である図12のS部拡大図)、図18は、吐出油分離返油シリンダ55上面の返油室付近拡大図である。この第3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。
この第3実施形態は、作動流体域となる油分離室90の上部と返油室作動流体域95aを繋ぐ作動流体連通路85を、吐出油分離返油シリンダ55の上面に加工する作動流体連通溝85dで形成したものである。
これにより、斜めの穴加工が不要となり、加工コストが低減するという効果がある。また、極めて浅い溝加工も可能であるため、流路抵抗が大きい作動流体連通路85を実現できる。
これにより、作動流体の流速が極めて大きいために不規則に変動する油分離室90の圧力の変動分が返油室95に伝わらないため、返油室95内の返油室滞留油95bの油面が安定化する。よって、返油室滞留油95bの波立ちに伴う油ミストの発生が抑制され、返油室作動流体域95aの油含有率の上昇が抑制できる。
この結果、フロート均圧路70a2が開口する返油室作動流体域95a内の作動流体に含まれる油が少ないままとなり、作動流体がフロート均圧路70a2から流入しても、それに伴う油の浸入は極めてわずかとなる。これより、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つであることがわかる。
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態のスクロール圧縮機について図19を用いて説明する。図19は本発明の第4実施形態のスクロール圧縮機における吐出油分離返油シリンダ55上面の返油室付近拡大図である。この第4実施形態は、次に述べる点で第3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3実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第4実施形態は、作動流体域となる油分離室90の上部と返油室作動流体域95aを繋ぐ作動流体連通路85として、吐出油分離返油シリンダ55の上面に加工する連通溝とし、その油分離室側の開口を、吹き出し路90cの後方近傍に設ける吹出口近傍作動流体連通路85eとしたものである。言い換えれば、油分離室の作動流体域側の開口が油分離室の側壁面の作動流体が旋回吐出される吐出口を起点とする旋回方向の終点部に形成されるものである。
吹出口近傍作動流体連通路85eの油分離室側口付近には、油分離室90の内壁に沿ってほぼ一周した作動流体だけがあるため、油分離がある程度終了して、油含有率の低い作動流体がある場所となっている。よって、主として吹出口近傍作動流体連通路85eからの作動流体で満たされる返油室作動流体域95aの油含有率が低下する。
この結果、フロート均圧路70a2が開口する返油室作動流体域95a内の作動流体に含まれる油が少ないため、作動流体がフロート均圧路70a2から流入しても、それに伴う油の浸入はわずかとなる。これより、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つであることがわかる。
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態のスクロール圧縮機について図20を用いて説明する。図20は本発明の第5実施形態のスクロール圧縮機における吐出油分離返油シリンダ55上面の返油室付近拡大図である。この第5実施形態は、次に述べる点で第4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4実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第5実施形態は、作動流体域となる油分離室90の上部と返油室作動流体域95aを繋ぐ作動流体連通路85として、吐出油分離返油シリンダ55の上面に加工する連通溝とし、その返油室との繋がり方向を円筒形の返油室内壁に沿った方向とする返油室接線方向作動流体連通路85fとしたものである。言い換えれば、作動流体連通路85の返油室の作動流体域側の開口が油分離室から流入される作動流体が返油室の側壁面に沿って流れるように形成されているものである。
作動流体が返油室95に流入すると、その流れは返油室95の内壁に沿った流れとなる。よって、作動流体中の油が遠心分離されて、返油室内壁に付着する。この結果、フロート均圧路70a2が開口する返油室作動流体域95aの油含有率はなお一層低下するため、作動流体がフロート均圧路70a2から流入しても、それに伴う油の浸入はごくわずかとなる。これより、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減できるため、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つであることがわかる。
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態のスクロール圧縮機について図22を用いて説明する。図22は本発明の第6実施形態のスクロール圧縮機におけるフロート弁体拡大縦断面図である。この第6実施形態は、次に述べる点で第1乃至第5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乃至第5実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第6実施形態は、返油室95内のフロート弁体70abに設けるフロート均圧路70a2を、フロート均圧パイプ70a9によって、フロート内空間であるフロート中空部70a1に延在させ、そのフロート均圧パイプ70a9下端をフロート中空部70a1の底部付近とするものである。
すなわち、フロート均圧パイプ70a9によって、フロート均圧路70a2のフロート内側開口部(フロート均圧路の中空部側の開口)を、フロート中空部70a1の底部に設けるものである。言い換えれば、フロート均圧路70a2は、中空フロートの頂部に形成された返油室の作動流体域側の開口から中空部の底部に形成された中空部側の開口まで延在して形成されたフロート均圧パイプ70a9で構成されている。
実際に圧縮機を運転した場合、一定の吐出圧力となるように通常レベルの制御をかけたとしても、0.001MPa程度の変動(ゆれ)を1分間程度の短時間でさえ抑え込むことは困難である。起動停止を含む運転状態が変化する場合は、数MPaの圧力変動は容易に起る。つまり、油の比重を1とみなすと、油ヘッドにして10cm〜数千cmの吐出圧力変動が常時発生している。
この結果、フロート弁体70ab内部空間であるフロート中空部70a1の圧力が、吐出圧力と連動するフロート弁体70ab外部空間である返油室作動流体域95aの圧力と均一化するように、常時、作動流体がフロート均圧路70a2を出入する。つまり、フロート弁体70abは、フロート均圧路70a2で呼吸動作を行う。
本実施形態において、仮に、油がフロート均圧路70a2からフロート中空部70a1へ浸入し、フロート均圧パイプ70a9の下端を越えて溜まった場合を考える。前記したように、フロート弁体70abは呼吸動作を行うため、作動流体を吐出す時に、フロート中空部70a1の底に溜まった油を同時に排出する動作が生じる。この排出動作に要する圧力差は、フロート均圧パイプ70a9の長さだけの油ヘッドであるが、圧縮機の大きさから考えて数cmから10cm程度であり、前記した圧力変動値で十分足りることがわかる。
この結果、たとえ、油がフロート均圧路70a2からフロート中空部70a1へ浸入しても、図22で示すように、フロート均圧パイプ70a9の下端まで油を排出できるため、フロート動作をほぼ永久に実現できるという効果がある。
以上より、フロート均圧路70a2のフロート内側開口部をフロート内空間であるフロート中空部70a1の底部付近に設けることは、吐出圧力変動に伴うフロート均圧路70a2での呼吸動作を活用してフロート中空部70a1への浸入油を排出できるため、新たな動力も不要なために低コストで有効なフロート浸入油抑制手段となる。
さらに、フロート均圧路70a2のフロート内側開口部をフロート中空部70a1の底部付近に設けるための具体的構成として、フロート中空部70a1に延在しフロート中空部70a1底部付近まで延長するフロート均圧パイプ70a9のみを設けて実現できるため、構成が極めて単純であり、一層低コストで有効なフロート浸入油抑制手段となる。また、前記フロート中空部70a1の底面を円錐凹状とするすり鉢状底面70a10とすることにより、排出できる油量が多くなって、残留する油量が非常に少量となる。この結果、油排出後のフロート70a重量を小さくできるので、フロート弁の一層の小型化を図ることができるという効果がある。
(第7実施形態)
次に、本発明の第7実施形態のスクロール圧縮機について図23を用いて説明する。図23は本発明の第7実施形態のスクロール圧縮機におけるフロート弁体拡大縦断面図である。この第7実施形態は、次に述べる点で第6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6実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第7実施形態は、返油室95内のフロート弁体70abに設けるフロート均圧路70a2を、フロート均圧パイプ70a9によって、フロート内空間であるフロート中空部70a1の下方まで延在させ、さらに、その下端に、自在に曲がるフロート均圧チューブ70a14を接続し、そのフロート均圧チューブ70a14下端をフロート中空部70a1の底部付近とするものである。
すなわち、フロート均圧パイプ70a9とフロート均圧チューブ70a14によって、フロート均圧路70a2のフロート内側開口部を、フロート中空部70a1の底部に設けるものである。言い換えれば、フロート均圧路70a2は、中空フロートの頂部に形成された返油室の作動流体域側の開口から中空部の底部に形成された前記中空部側の開口まで延在して、少なくとも中空部側の開口部が変形自在なチューブで形成されている。
また、加工性を考えて、フロート均圧パイプ70a9をフロートの上部と一体化したフロート上部体70a12と、フロートの下部(フロート弁部70bを含む)のフロート下部体70a13とし、両者を接着または圧着してフロート弁体70abを製作するものである。
フロート均圧チューブ70a14を採用したことにより、フロート均圧路70a2のフロート内側開口部を、部品の寸法精度を向上させることなく、容易に、フロート中空部70a1の底部に最接近させることが可能となる。この結果、残留する油量が一層少量となり、油排出後のフロート70a重量を小さくできるので、フロート弁の一層の小型化を図ることができるという効果がある。また、フロート弁体70abを2分割したので、型製作が容易となり、加工コストの低減を図ることができるという効果がある。
(第8実施形態)
次に、本発明の第8実施形態のスクロール圧縮機について図24を用いて説明する。図24は本発明の第8実施形態のスクロール圧縮機におけるフロート弁体拡大縦断面図である。この第8実施形態は、次に述べる点で第7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7実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第8実施形態は、フロート均圧パイプをフロート上部体70a12から切り離すとともに、フロート下部体70a13から切り離したフロート弁部70bと一体化し、フロート均圧路70a2のすり鉢状底面付近の側面に底部穴70a16を設けたフロート中心軸70a15を採用したものである。そして、このフロート中心軸70a15をステンレス等の金属で構成し、フロート弁部70bはステンレスのみからなる構成としたものである。
言い換えれば、フロート均圧路70a2は、フロート弁部70bから中空フロートの頂部に形成された返油室の作動流体域側の開口まで延在して形成されるとともに、中空部の底部に中空部側の開口が形成された構成されている。
フロート弁体70abに心棒が通るため、全体の剛性を高くすることが容易となる。よって、フロート上部体70a12及フロート下部体70a13の肉厚をさらに薄くでき、フロート70aのさらなる軽量化が実現でき、フロート弁の一層の小型化を図ることができるという効果がある。
(第9実施形態)
次に、本発明の第9実施形態のスクロール圧縮機について図25を用いて説明する。図25は本発明の第1乃至第8実施形態のスクロール圧縮機におけるフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。この第9実施形態は、次に述べる点で第1乃至第8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乃至第8実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第9実施形態は、フロート均圧路70a2の外側開口部付近をフロート70a上面から突出させたものである。フロート表面に付着する油が、返油室95内の作動流体の流れにより、フロート均圧路70a2の外側開口部に至ることを抑制できるため、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減でき、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。
(第10実施形態)
次に、本発明の第10実施形態のスクロール圧縮機について図26を用いて説明する。図26は本発明の第1乃至第9実施形態のスクロール圧縮機におけるフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。この第10実施形態は、次に述べる点で第1乃至第9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乃至第9実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第10実施形態は、フロート均圧路70a2の外側開口部周囲に溌油性皮膜70a5を設けたものである。これによれば、フロート表面に付着する油が、返油室95内の作動流体の流れによりフロート均圧路70a2の外側開口部に近づくと、溌油性皮膜によって球状の油となり、接触角が大きくなるため、フロート表面から離脱しやすくなる。
このため、フロート表面を伝って、フロート均圧路70a2の外側開口部に至る油を抑制できるため、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減でき、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。このような溌油性を有する皮膜には、例えば、シリコーン(シリカケトン)皮膜がある。
(第11実施形態)
次に、本発明の第11実施形態のスクロール圧縮機について図27を用いて説明する。図27は本発明の第1乃至第10実施形態のスクロール圧縮機におけるフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。この第11実施形態は、次に述べる点で第1乃至第10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乃至第10実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第11実施形態は、フロート均圧路70a2の外側開口部周囲に、返油室作動流体域95a内の油ミストよりも小さく作動流体の分子よりも大きい多数の穴を備えた多孔性膜70a6を張るものである。
これにより、作動流体を通して均圧化を実現しつつ、油を通さないため、フロート中空部70a1へ浸入する油を無くすことができ、フロート動作をほぼ永久に持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。このような特性を有する膜には、例えば、シリコーン(シリカケトン)ゴムがある。この多孔性膜70a6は、フロート均圧路70a2の外側開口部を覆うようにして、フロート表面に接着する。ただ、接着できない場合には、ビス70a8を用いた固定体70a7で固定してもよい。
(第12実施形態)
次に、本発明の第12実施形態のスクロール圧縮機について図28を用いて説明する。図28は本発明の第12実施形態のスクロール圧縮機における返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。この第12実施形態は、次に述べる点で第1乃至第11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乃至第11実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第12実施形態は、返油室95の上面を構成する吐出カバー51のフロート均圧路70a2の外側開口部と対向する箇所に、ゴム状の弾性体からなる封止体60を設けるものである。
これにより、何らかの原因で返油室滞留油95bの油面が異常上昇した時、フロート70aが吐出カバー51と接触するまで上昇した段階で、フロート均圧路70a2の外側開口部が前記した封止体60により閉塞される。つまり、フロート均圧路閉塞手段を構成している。
フロート均圧路70a2の外側開口部が封止体60により閉塞された段階では、フロート弁体70abは返油室滞留油95bに浮かんでいるため、返油室滞留油95bの油面は、フロート均圧路70a2の外側開口部の高さまで上昇しておらず、油はフロート中空部70a1へ浸入してはいない。つまり、異常な油面上昇が生じ始めた段階で、予防的にフロート均圧路70a2を閉塞するため、フロート弁体70abが油に埋没して、フロート中空部70a1が油で満杯になるような最悪の場合に至ることを回避できる。
以上より、フロート中空部70a1へ浸入する油を低減でき、フロート動作を長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。本実施形態では、フロート均圧路70a2を突出させているため、確実に均圧路が閉塞されるという効果がある。
(第13実施形態)
次に、本発明の第13実施形態のスクロール圧縮機について図29を用いて説明する。図29は本発明の第13実施形態のスクロール圧縮機における返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。この第13実施形態は、次に述べる点で第12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12実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第13実施形態は、返油室95の上面を構成する吐出カバー51のフロート均圧路70a2と対向する箇所に、金属またはプラスチック製の栓付封止体61を設け、その栓部61aをフロート均圧路70a2に挿入するものである。そして、栓部61aはテーパ形状としたものである。言い換えれば、封止体にフロート均圧路に挿入される下向き凸状の栓部を形成したものである。
これにより、何らかの原因で返油室滞留油95bの油面が異常上昇した時、フロート70aが吐出カバー51と接触するまで上昇した段階で、フロート均圧路70a2の外側開口部が前記した封止体60により閉塞されるとともに、径の大きい栓部61aがフロート均圧路70a2に挿入され、径隙間を狭める。
つまり、フロート均圧路70a2の径隙間もつまるために、一層確実なフロート均圧路閉塞手段を実現できる。以上より、フロート中空部70a1へ浸入する油を一層低減でき、フロート動作を一層長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。また、栓部61aが、フロート弁体70abの上下動のガイドの役目も担うため、フロート弁のスムースな開閉動作を実現するという効果もある。
(第14実施形態)
次に、本発明の第14実施形態のスクロール圧縮機について図30を用いて説明する。図30は本発明の第14実施形態のスクロール圧縮機における返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。この第14実施形態は、次に述べる点で第13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13実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第14実施形態は、栓付封止体61とフロート70aの間に圧縮つるまきばね64を設けるものである。これにより、返油室滞留油95bの油面が何らかの原因で異常上昇した時、フロート70aが吐出カバー51と接触するまで上昇した段階で、フロート均圧路70a2の外側開口部の封止体60による閉塞と、径の大きい栓部61aがフロート均圧路70a2に挿入されることによる径隙間の狭小、そして、圧縮つるまきばね64の圧縮による流路の狭まりで、さらに一層確実なフロート均圧路閉塞手段を実現できる。
以上より、フロート中空部70a1へ浸入する油を一層低減でき、フロート動作を一層長期間に渡って持続できるという効果がある。すなわち、フロート浸入油抑制手段の一つとなる。また、何らかの原因で返油室滞留油95bが無くなった時、フロート弁体70abの姿勢が不安定となることを防ぎ、フロート弁70が閉じなくなるのを回避できるという効果もある。
(第15実施形態)
次に、本発明の第15実施形態のスクロール圧縮機について図31を用いて説明する。図31は本発明の第15実施形態のスクロール圧縮機における返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。この第15実施形態は、次に述べる点で第14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14実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第15実施形態は、栓付封止体が、吐出カバー51に固定されていない可動栓付封止体62そして栓部62aとするものである。これにより、吐出カバー51の位置決めが不要となり、組立て性を向上する効果がある。
(第16実施形態)
次に、本発明の第16実施形態のスクロール圧縮機について図32を用いて説明する。図32は本発明の第16実施形態のスクロール圧縮機における返油室のフロート弁体側面図である。この第16実施形態は、次に述べる点で第1乃至第15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乃至第15実施形態と同一であるので、重複する説明を省略する。
この第16実施形態は、フロート弁体70abの側面で、少なくとも通常の返油室滞留油95bの油面高さまで伸びる浅い複数の縦溝70a17を設けるものである。そして、この縦溝70a17は、フロート70aの上面までは延びていないものである。これにより、フロート70aの側面が対向する返油室95の内壁に油の凝縮力で密着する危険性を低減できるため、フロート動作を確実にできる効果がある。
なお、本実施形態では、容積形圧縮機の一例としてスクロール圧縮機を挙げて説明したが、これに限らず、例えば往復形、ロータリー形、スクリュー形などの圧縮機にも本発明を適用することができる。また、本実施形態では、貯油部が作動流体の吐出圧力よりも低い圧力域に設置される例を挙げたが、これに限らず、中空フロートにより分離油を貯油部へ戻す返油手段を備えた圧縮機に適用することができる。
本発明の第1〜16実施形態に係るスクロール圧縮機の縦断面図である。 図1のM部の詳細拡大図である。 図2Aの要部拡大図である。 図1のN部の詳細拡大図である。 図1の旋回スクロールの平面図である。 図2AのL−L断面図である。 図2Aの給油ポンプのベースプレートの平面図である。 図2Aの給油ポンプのインナーロータの斜視図である。 図2Aの給油ポンプのアウターロータの斜視図である。 図2Aの両ロータの底面の圧力域の説明図である。 図2Aの両ロータにかかる押上げ力の説明図である。 図2Aの給油ポンプ30の吐出圧領域の説明図である。 図1のP部の詳細拡大図である。 図12のF−F断面図である。 図1のQ部の詳細拡大図である。 図12のS部の拡大図である。 本発明の第2実施形態に係るスクロール圧縮機の図12S部の拡大図である。 本発明の第3実施形態に係るスクロール圧縮機の図12S部の拡大図である。 本発明の第3実施形態に係るスクロール圧縮機の吐出油分離返油シリンダ上面の返油室付近拡大図である。 本発明の第4実施形態に係るスクロール圧縮機の吐出油分離返油シリンダ上面の返油室付近拡大図である。 本発明の第5実施形態に係るスクロール圧縮機の吐出油分離返油シリンダ上面の返油室付近拡大図である。 本発明の第1実施形態に係るスクロール圧縮機のフロート弁体の拡大縦断面図である。 本発明の第6実施形態に係るスクロール圧縮機のフロート弁体の拡大縦断面図である。 本発明の第7実施形態に係るスクロール圧縮機のフロート弁体の拡大縦断面図である。 本発明の第8実施形態に係るスクロール圧縮機のフロート弁体の拡大縦断面図である。 本発明の第9実施形態に係るスクロール圧縮機のフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。 本発明の第10実施形態に係るスクロール圧縮機のフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。 本発明の第11実施形態に係るスクロール圧縮機のフロートのフロート均圧路外側開口部拡大断面図(図21〜図24のU部拡大図)である。 本発明の第12実施形態に係るスクロール圧縮機の返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。 本発明の第13実施形態に係るスクロール圧縮機の返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。 本発明の第14実施形態に係るスクロール圧縮機の返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。 本発明の第15実施形態に係るスクロール圧縮機の返油室のフロート均圧路外側開口部周辺拡大断面図(図12のV部拡大図)である。 本発明の第16実施形態に係るスクロール圧縮機の返油室のフロート弁体側面図である。
符号の説明
1 スクロール圧縮機
2d 吐出口
2e 吸込口
6 クランクシャフト
7 モータ
8 ケーシング
10 圧縮室構成部
30 給油ポンプ
40 吐出油分離返油部
52 吐出パイプ
53 吸込パイプ
60 封止体
61a 栓部
70a フロート
70b フロート弁部
70ab フロート弁体
70c フロート穴
70 フロート弁
70a1 フロート中空部
70a2 フロート均圧路
70a5 溌油性皮膜
70a6 多孔性膜
70a9 フロート均圧パイプ
70a14 フロート均圧チューブ
70a16 底部穴
75 油連通路
80 返油路
85 作動流体連通路
90 油分離室
95 返油室
100 圧縮室
105 吸込室
110 背圧室
120 吐出室
125 貯油部

Claims (17)

  1. 作動流体を圧縮する圧縮室を構成する圧縮室構成部と、前記圧縮室へ供給する油を貯留する貯油部と、前記圧縮室構成部で圧縮されて吐出された作動流体から油を分離する油分離手段と、該油分離手段によって分離された分離油を前記貯油部へ戻す返油手段と、前記圧縮室構成部、前記貯油部、前記油分離手段、及び前記返油手段を内蔵するケーシングとを備え、
    前記返油手段は、前記油分離手段から油連通路を介して導かれた前記分離油を一時的に溜める返油室と、該返油室底部に溜まった返油室滞留油に浮かせる中空フロートと、該中空フロートにより前記返油室と前記貯油部との連通部を開閉する弁部とを有して構成される容積形圧縮機であって、
    前記中空フロートは、中空部と前記返油室の作動流体域とを連通するフロート均圧路が形成されてなることを特徴とする容積形圧縮機。
  2. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記油分離手段は、前記作動流体を旋回させて遠心分離によって油を分離する遠心分離室と、該遠心分離室の中央部に配置されて油が分離された作動流体が内側を通流する分離リングとを有して構成されるとともに、前記遠心分離室の作動流体域と前記返油室の作動流体域とを連通する作動流体連絡路が設けられ、
    前記作動流体連絡路は、前記遠心分離室側の作動流体域側の開口が前記分離リングの内側の作動流体域に形成されてなる容積形圧縮機。
  3. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記油分離手段は、前記作動流体を旋回させて遠心分離によって油を分離する遠心分離室を有して構成されるとともに、前記遠心分離室の作動流体域と前記返油室の作動流体域とを連通する作動流体連絡路が設けられ、
    前記作動流体連絡路は、前記遠心分離室の作動流体域側の開口が遠心分離室の側壁面の前記作動流体が旋回吐出される吐出口を起点とする旋回方向の終点部に形成されてなる容積形圧縮機。
  4. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記油分離手段は、前記作動流体を旋回させて遠心分離によって油を分離する遠心分離室を有して構成されるとともに、前記遠心分離室の作動流体域と前記返油室の作動流体域とを連通する作動流体連絡路が設けられ、
    前記作動流体連絡路は、前記返油室の作動流体域側の開口が前記遠心分離室から流入される作動流体が前記返油室の側壁面に沿って流れるように形成されてなる容積形圧縮機。
  5. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路は、前記返油室の作動流体域側の開口が前記中空フロートの頂部に形成されてなる容積形圧縮機。
  6. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路は、前記中空部側の開口が前記中空部の底部に形成されてなる容積形圧縮機。
  7. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記中空部の底部は円錐凹状に形成され、前記フロート均圧路は、前記中空部側の開口が前記円錐凹状底面の円錐頂部に形成されてなる容積形圧縮機。
  8. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路は、前記中空フロートの頂部に形成された前記返油室の作動流体域側の開口から前記中空部の底部に形成された前記中空部側の開口まで延在して形成された均圧パイプで構成されてなる容積形圧縮機。
  9. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路は、前記中空フロートの頂部に形成された前記返油室の作動流体域側の開口から前記中空部の底部に形成された前記中空部側の開口まで延在して、少なくとも前記中空部側の開口部が変形自在なチューブで形成されてなる容積形圧縮機。
  10. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路は、前記弁部から前記中空フロートの頂部に形成された前記返油室の作動流体域側の開口まで延在して形成されるとともに、前記中空部の底部に前記中空部側の開口が形成された均圧パイプで構成されてなる容積形圧縮機。
  11. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記中空フロートの前記フロート均圧路の前記返油室の作動流体域側の開口の周囲には、上部に向けて突出する突出部が形成されてなる容積形圧縮機。
  12. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記中空フロートの前記フロート均圧路の前記返油室の作動流体域側の開口の周囲面に溌油処理が施された溌油処理部が形成されてなる容積形圧縮機。
  13. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路の前記返油室の作動流体域側の開口に、前記返油室の作動流体域内の油ミストよりも小さく作動流体の分子よりも大きい多数の穴が形成された多孔性部材が設けられてなる容積形圧縮機。
  14. 請求項1の容積形圧縮機であって、
    前記返油室滞留油の油面が設定値よりも上昇した時に前記フロート均圧路を閉じるフロート均圧路閉塞手段が設けられてなる容積形圧縮機。
  15. 請求項14の容積形圧縮機であって、
    前記フロート均圧路閉塞手段は、前記返油室の天面の前記フロート均圧路の前記返油室の作動流体域側の開口に対向する位置に設けられた弾性を有する封止体で構成されてなる容積形圧縮機。
  16. 請求項15の容積形圧縮機であって、
    前記封止体は、前記フロート均圧路に挿入される下向き凸状の栓部を有して形成されてなる容積形圧縮機。
  17. 容積を縮小して作動流体を圧縮する圧縮室を構成する圧縮室構成部と、該圧縮室構成部を駆動して前記圧縮室の縮小動作を行わせる圧縮室駆動部と、前記圧縮室で圧縮された作動流体が導かれる吐出室と、前記圧縮室構成部、前記圧縮室駆動部、及び前記吐出室を内蔵するとともに、内部空間が前記吐出室の吐出圧力よりも低い圧力に保持されたケーシングとを備え、
    前記ケーシングの内部空間には、油を貯留する貯油部と、該貯油部の油を前記圧縮室へ導く圧縮室給油手段が設けられ、
    前記吐出室には、前記圧縮室給油手段で圧縮室へ供給されて前記作動流体とともに前記吐出室に導かれた油を前記作動流体から分離する油分離手段と、該油分離手段によって分離された分離油を前記貯油部へ戻す返油手段が設けられ、
    前記返油手段は、前記油分離手段から油連通路を介して導かれた前記分離油を一時的に溜める返油室と、該返油室と前記貯油部を連通する返油路と、前記返油室底部に溜まった返油室滞留油に浮かせる中空フロートと、該中空フロートの上下動に連動し前記返油路の開閉を行う弁部とを有して構成される容積形圧縮機であって、
    前記中空フロートは、中空部と前記返油室の作動流体域である返油室作動流体域とを連通するフロート均圧路が形成されてなることを特徴とする容積形圧縮機。
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