JP5833724B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、遠心分離式のオイル分離器を備えた圧縮機に関し、特に、遠心分離器を設けたことに伴う部品点数の増加を抑えることが可能な圧縮機に関する。

従来、遠心分離器が設けられている圧縮機として、例えば、特許文献１や特許文献２に示される構成が知られている。
このうち、特許文献１に示される圧縮機は、スクロール圧縮機に関するもので、作動流体を吸入圧縮する圧縮機構が、フロントハウジングに固定された固定スクロール（固定部）、及び固定スクロールに対して可動（旋回）する可動スクロール（可動部）により構成され、可動スクロールを、フロントハウジングに回転可能に配設されたシャフトにより旋回駆動し、可動スクロールの旋回とともに、両スクロールによって形成される作動室の体積を拡大縮小することにより冷媒を吸入圧縮するようにしている。そして、フロントハウジングに固定スクロールを介して固定されたリアハウジングには、圧縮機構の吐出ポートから吐出される冷媒から潤滑油を分離する遠心分離型のオイル分離器が設けられている。

このオイル分離器は、リアハウジング内に駆動軸と直交する方向に円柱状の空間に形成された分離室と、分離室内に圧入されて同軸状に配設された略円筒状の分離管（セパレータパイプ）とを有して構成され、分離室の円周内壁面には圧縮機構から吐出される冷媒を分離室内に導く導入孔が形成され、また、底面には分離された潤滑油を貯油室に排出する排出孔が形成されている。
また、同公報には、オイル分離器の分離室を固定スクロール（固定部）に一体として形成し、冷媒を、リアハウジング側に開いた導入孔から分離室に導入し、分離された潤滑油を同じくリアハウジング側に開いた排出孔から貯油室へ排出し、また、吐出配管を固定スクロールに接続するようにした構成も開示されている。

さらに、特許文献２に示される圧縮機は、ベーン型圧縮機に関するもので、カムリング（シリンダ）と、このカムリング内に回転可能に収納されると共にシャフトに固定されたロータと、このロータに設けられた複数のベーン溝に挿入されるベーンと、カムリングのリア側端面に固定されるリアサイドブロックと、カムリングのフロント側端面及び外周面を包囲するシェル状に形成されると共にリアサイドブロックに嵌合するフロントサイドブロックとを有して構成され、リアサイドブロックには、シリンダのフランジ部に形成された通孔よりも下流側に、吐出ガスに混在する潤滑オイルを分離するための前記と同様の構成を有する遠心分離式のオイル分離器が駆動軸と直交する方向に設けられている。

特開２００１−２９５７６７号公報 特開２００９−１５６２３１号公報

しかしながら、前者の構成においては、圧縮機構を構成する固定部材やこの固定部材に固定されたリアハウジングにオイル分離器が設けられるが、分離室が駆動軸に直交する方向に形成されるため、分離室の径方向外側端が開口することとなる。このため、分離管を別部品として開口端側より分離室内に圧入して取り付けねばならず、オイル分離器を設けたことに伴い部品点数が多くなる不都合がある。また、分離管が別部材で構成されているため、分離管と分離室のそれぞれの寸法管理や、分離管の圧入位置の管理なども必要となるものであった。

また、後者の構成においては、カムリングのリア側端面に固定されるリアサイドブロックは、カムリングに当接するサイドブロック部と、これに組み付けられるヘッド部とを有して構成され、このリアサイドブロックに設けられるオイル分離器はヘッド部に設けられ、分離管は別体をなしている。この構成においても、オイル分離室が駆動軸に直交する方向に形成されるため、オイル分離室の径方向外側端が開口することとなる。この例においては、円柱状の空間に形成されたオイル分離室の下開口端はプラグ（蓋部材）により閉塞される構成となっているため、オイル分離器を設けたことに伴い、部品点数は多くなるものであった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、遠心分離式のオイル分離器を備えた圧縮機において、オイル分離器を設けたことに伴う部品点数の増加を回避することが可能な圧縮機を提供することを主たる課題としている。

上記課題を達成するために、本発明者らは、遠心分離式のオイル分離器を設けるに当たり、別部材を設ける必要がない構成について鋭意検討を重ねた結果、圧縮室を構成する基本部材に遠心分離機を設ければ、部品点数を削減できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明に係る圧縮機は、シャフトの回動に伴い可動する可動部材と、前記可動部材と共に圧縮室を構成する固定部材とを備え、前記可動部材の動きに伴い前記圧縮室に流入される作動流体を圧縮する構成において、前記固定部材は、前記可動部材を収容するシリンダ部と、このシリンダ部に一体化されたリアサイドブロック部とを有して構成されており、前記可動部材と前記固定部材の一部又は全部は、前記シリンダ部のフロント側端面に当接するフロントサイドブロック部とこのフロントサイドブロック部よりリア側へ延設された筒部とが一体に形成されたシェル部材に収容され、前記リアサイドブロック部に、前記圧縮室で圧縮された作動流体を導入して含有オイルを分離させるオイル分離器を一体に形成し、前記オイル分離器は、圧縮室で圧縮された作動流体を導入するオイル分離室を備え、前記オイル分離室の下側は、前記リアサイドブロック部の外周面に開口し、このオイル分離室の下側開口端は、前記シェル部材の筒部により覆われていることを特徴としている。

したがって、可動部材と共に圧縮室を構成する固定部材のサイドブロック部にオイル分離器が一体に形成されているので、オイル分離器を設けるために部品点数の増大を抑えることが可能となる。また、圧縮室からオイル分離器までの距離も短くできるため、圧縮機の軸方向寸法を従来に比べて短くすることが可能となる。
また、サイドブロック部に一体に形成されたオイル分離器のオイル分離室は、下側開口端がハウジングを構成するシェル部材によって覆われるので、ハウジングを構成するシェル部材がオイル分離室の開口端を覆う蓋部材として代用されることになり、オイル分離器を設けたことに伴い、部品点数が増加することがなくなる。

また、前記オイル分離器を、前記オイル分離室と、このオイル分離室に導入された作動流体を旋回させるために前記オイル分離室に収容される分離筒とを備えて構成し、前記オイル分離室と前記分離筒を、前記リアサイドブロック部に一体に形成するとよい。

このような構成によれば、オイル分離室および分離筒が固定部材のリアサイドブロック部に一体に形成されるので、オイル分離器を設けたことに伴い、部品点数が増加することがなくなる。

尚、前記オイル分離室は、その下端部をオイル排出路を介してオイル貯留室に連通させるようにするとよい。
ここで、オイル排出路としては、前記固定部材と前記シェル部材との間に形成される隙間で構成するようにしても、固定部材に形成された溝又は孔で構成するようにしてもよい。

したがって、このような構成によれば、オイル分離室の下端部とオイル貯留室との連通状態を固定部材とシェル部材との間に形成される隙間の大きさや固定部材に形成される溝又は孔の形状を調節することで調節可能となるので、オイル貯留室に貯留されたオイルの乱れを抑えてオイル供給の安定化を図ることが可能となる。

また、オイル分離室は、シャフトの軸方向に対して略直交する方向に延設されると共にその軸線が鉛直線に対して斜めに傾斜させるようにしてもよい。
このような構成によれば、オイル分離室の軸線が鉛直線に対して斜めに形成されているため、オイル排出路の位置がオイル液面に対して相対的に高い位置となり、オイル排出孔が液面に浸ってオイルが排出できなくなる事象を回避することが可能となる。

さらに、オイル分離室を、下方の開口端に向かうにつれて径が大きくなるように形成するとよい。このような構成においては、オイル分離室やオイル分離管を鋳造により一体に形成するようにした場合でも、鋳型を容易に外すことが可能となる。

以上述べたように、本発明によれば、シャフトの回動に伴い可動する可動部材と、この可動部材と共に圧縮室を構成する固定部材とを備え、この固定部材を、可動部材を収容するシリンダ部とこのシリンダ部に一体化されたリアサイドブロック部とを有して構成される場合において、リアサイドブロック部にオイル分離器を一体に設けたので、部品点数を低減させることが可能となる。

また、可動部材と固定部材の一部又は全部をシリンダ部のフロント側端面に当接するフロントサイドブロック部とこのフロントサイドブロック部よりリア側へ延設された筒部とが一体に形成されたシェル部材に収容し、リアサイドブロック部に、圧縮室で圧縮された作動流体を導入して含有オイルを分離させるオイル分離器を一体に形成し、このオイル分離器のオイル分離室の下側をリアサイドブロック部の外周面に開口し、このオイル分離室の下側開口端をシェル部材の筒部により覆う構成としたので、オイル分離室を覆う閉塞部材が不要となり、オイル分離器を設けたことによる部品点数の増加もなくなる。

さらに、オイル分離器を、圧縮室で圧縮された作動流体を導入するオイル分離室と、導入された作動流体を旋回させるためにオイル分離室に収容される分離筒とを備えて構成する場合は、オイル分離室と分離筒をリアサイドブロック部に一体に形成すれば、オイル分離器を設けた場合でも新たな部材が不要となる。

そして、オイル分離器のオイル分離室を、シャフトの軸方向に対して略直交する方向に延設されると共にその軸線が鉛直線に対して斜めに傾斜するように形成すれば、オイル分離室の下端部に形成されるオイル排出路をオイル液面より高い位置に配置することが可能になり、オイル分離室からのオイルの排出が良好となる。
ここで、オイル排出路を固定部材とシェル部材との間に形成された隙間、又は、固定部材に形成された溝もしくは孔で構成すれば、隙間の大きさや溝又は孔の形状を調節することで、オイル分離室の下端部とオイル貯留室との連通状態を調節でき、オイル貯留室内のオイルの乱れを抑えてオイル供給の安定化を図ることが可能となる。

さらに、オイル分離室を下側開口端に向かうにつれて径を徐々に大きくすれば、オイル分離器を鋳造にて一体成型する場合に鋳型が外しやすくなり、鋳造成型が容易となる。

図１は、本発明に係る圧縮機の構成例を示す図であり、（ａ）は吐出経路やオイル分離器が現れるように切断された側断面を示す図であり、（ｂ）は吸入経路やオイル貯留室が現れるように切断された側断面を示す図である。 図２は、図１に示す圧縮機の各所の断面を示す図であり、（ａ）は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図を示し、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線で切断した断面図を示し、（ｃ）は図１のＣ−Ｃ線で切断した断面図を示す。 図３は、本発明に係る圧縮機の一部切り欠きの斜視図であり、（ａ）はリア側から見たシェル部材を一部切り欠いた状態を示す図であり、（ｂ）はリア側から見たシェル部材の一部、及び、固定部材とこれに形成されたオイル分離器の一部を切り欠いた状態を示す図であり、（ｃ）はオイル分離器の部分で切断した固定部材を示す 図である。 図４（ａ）は、図１に示す圧縮機のＣ−Ｃ線で切断した他の構成例を示す断面図であり、図４（ｂ）は、圧縮機のリア側から見たシェル部材の一部、及び、固定部材とこれに形成されたオイル分離器の一部を切り欠いた他の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。

図１乃至図３において、冷媒を作動流体とする冷凍サイクルに適したベーン型圧縮機が示されている。このベーン型圧縮機は、シャフト１の回動に伴い可動する可動部材２と、前記可動部材２と共に圧縮室３を構成する固定部材４と、可動部材２及び固定部材４を収容するハウジングを構成するシェル部材５とを備えている。

固定部材４は、可動部材２を収容するシリンダ部４ａと、このシリンダ部４ａのリア側に続いて一体に形成されたリアサイドブロック部４ｂとを有して構成されている。

可動部材２は、固定部材４のシリンダ部４ａに回転可能に収容され、シャフト１に固定されたロータ２ａと、このロータ２ａに設けられたベーン溝６に挿入されるベーン２ｂとを有して構成されている。

シェル部材５は、シリンダ部４ａのフロント側端面に当接するフロントサイドブロック部５ａと、シリンダ部４ａ及びリアサイドブロック部４ｂの外周面を包囲するように形成された筒部５ｂとを有して構成されている。

シャフト１は、シェル部材５のフロントサイドブロック部５ａと固定部材４のリアサイドブロック部４ｂにプレーンベアリングを介して回転可能に支持されている。シェル部材５には、作動流体（冷媒ガス）の吸入口７および吐出口８と、吸入口７に連通し、固定部材４のシリンダ部４ａに形成された凹部９と共に構成される吸入空間（低圧空間）１０が形成されている。また、固定部材４のシリンダ部４ａとシェル部材５の筒部５ｂとにより後述する吐出空間（高圧空間）１１が画成され、この吐出空間１１は、固定部材４のリアサイドブロック部４ｂに形成されたオイル分離器１４を介して吐出口８に連通している。

シリンダ部４ａにより囲まれた空間とロータ２ａとの断面は真円状に形成され、シリンダ部４ａの軸中心とロータ２ａの軸中心とは、ロータ２ａの外周面とシリンダ部４ａの内周面とが周方向の一箇所で当接するようにずらして設けられ（シリンダ部の内径とロータ２ａの外径との差の１／２だけずらして設けられ）、シリンダ部４ａの内周面とロータ２ａの外周面との間には圧縮空間１３が画成されている。この圧縮空間１３はベーン２ｂによって仕切られて複数の圧縮室３が形成され、各圧縮室３の容積はロータ２ａの回転によって変化するようになっている。

シェル部材５は、フロントサイドブロック部５ａに一体化されたボス部５ｃに、シャフト１に回転動力を伝達するためのプーリ１５が回転自在に外装され、このプーリ１５から電磁クラッチ１６を介して回転動力がシャフト１に伝達されるようになっている。

また、固定部材４のシリンダ部４ａは、その両端部に径方向に突出するフランジ部４ｃ．４ｄが形成されている。フロント側のフランジ部４ｃは、シェル部材５の内周形状に合わせた形状に形成されており、シェル部材５の内側に嵌入されてフロントサイドブロック部５ａの端面に当接され、また、リア側のフランジ部４ｄも、シェル部材５の内周形状に合わせた形状に形成されており、シェル部材５の内側に嵌入されてオーリング等のシール部材によりシェル部材との間が気密よくシールされている。

シリンダ部４ａの周面には、圧縮空間１３に対応して吸入空間１０に連通する吸入ポート１７と、吐出空間１１と連通する吐出ポート１８が設けられている。したがってシリンダ部４ａをシェル部材５に嵌入させると、吸入空間１０は、吸入ポート１７を介して圧縮室３に連通し、シリンダ部４ａの外周面と筒部５ｂの内周面との間には、両側端がフランジ部４ｃ．４ｄによって画成された吐出空間１１が形成され、この吐出空間１１が吐出ポート１８を介して圧縮室３に連通可能となっている。そして、吐出ポート１８は、吐出空間１１に収容される吐出弁１９により開閉されるようになっている。

この吐出空間１１は、シリンダ部４ａの吐出ポート１８の近傍に突設された隔壁２０を境にして吐出弁１９が設けられている部位からシリンダ部４ａのほぼ全周に亘って設けられ、隔壁２０に対して吐出ポート１８が設けられている側とは反対側において、フランジ部４ｄに形成された通孔２１を介して以下述べるオイル分離器１４に連通している。

オイル分離器１４は、固定部材４のリアサイドブロック部４ｂに一体に形成されているもので、フランジ部４ｄに形成された通孔２１に連通する円柱状の空間に形成されたオイル分離室２２を備え、このオイル分離室２２に固定部材４（リアサイドブロック部４ｂ）と一体に形成された略円筒状の分離筒（セパレータパイプ）２３を同軸上の配設して構成されている。

オイル分離室２２は、前記シャフト１の軸方向に対して略直交する方向に延設されると共にその軸線が鉛直線に対して斜めに傾斜するように形成されており、上端部は、分離筒２３を介して前記シェル部材５の吐出口８に連通し、下端部は、リアサイドブロック部４ｂの側面に開口されている。そして、このオイル分離室２２の下端部の開口部は、シェル部材５の筒部５ｂにより覆われている。この例において、筒部５ｂは、リアサイドブロック部４ｂの全体が収容される程度に軸方向に延設されており、オイル分離室２２は、圧縮機の軸方向の前後においてリアサイドブロック部４ｂの周方向の設けられたオーリング等のシール部材によりシェル部材５の筒部５ｂとの間が気密よくシールされている。

また、オイル分離室２２の下側開口端（オイル分離室２２を画成する円筒壁の下端）は、シェル部材５の筒部５ｂで覆われている。固定部材４とシェル部材５（より具体的には、固定部材４のリアサイドブロック部４ｂとシェル部材５の筒部５ｂ）の間には、所定の間隔（０．１〜０．２ｍｍ）に設定された隙間２４が形成されており（図２（ｃ）においては、誇張して記載されている）、この隙間２４により、オイル分離室２２の下端部とオイル貯留室２５とを連通するオイル排出路が構成されている。

したがって、オイル分離室２２に流入した作動流体は、このオイル分離室２２に収容された分離筒２３の周りを旋回し、その過程で混在しているオイルが分離され、オイルが分離された吐出ガスを、分離筒２３を介して吐出口８に送出するようにしている。また、分離されたオイルは、オイル分離室２２の下端部に連通するように固定部材４とシェル部材５との間に形成された隙間２４を介して固定部材４の底部に形成されたオイル貯留室２５に溜められ、その後、オイル供給通路３０を介して、オイル貯留室２５と各潤滑部分との圧力差により、各潤滑部分へ供給されるようになっている。

以上の構成において、図示しない動力源からの回転動力がプーリ１５及び電磁クラッチ１６を介してシャフト１に伝達され、ロータ２ａが回転すると、吸入口７から吸入空間１０に流入した作動流体が吸入ポート１７を介して圧縮空間１３に吸入される。圧縮空間内のベーン２ｂによって仕切られた圧縮室３の容積はロータ２ａの回転に伴って変化するので、ベーン２ｂ間に閉じ込められた作動流体は圧縮され、吐出ポート１８から吐出弁１９を介して吐出空間１１に吐出される。吐出空間１１に突出された作動流体は、シリンダ部４ａの外周面に沿って（シェル部材５の筒部５ｂの内周面に沿って）周方向に移動し、シリンダ部４ａの周囲をほぼ一周してフランジ部４ｄに形成された通孔２１を介してリアサイドブロック部４ｂに一体形成されたオイル分離器１４のオイル分離室２２に導入される。その後、作動流体は、オイル分離室内を旋回する過程でオイルが分離され、分離筒２３を通って吐出口８から外部回路へ吐出され、分離されたオイルは、オイル分離室２２の下端に形成された隙間２４を介してオイル貯留室２５に導かれる。

したがって、吐出ポート１８から吐出された作動流体は、固定部材４のシリンダ部４ａとシェル部材５の筒部５ｂとの間に形成された吐出空間１１を、吐出ポート１８が臨む部位から通孔２１が臨む部位にかけて移動する過程で吐出ガスの圧力脈動が低減され、さらに、フランジ部４ｄの通孔２１を介してのみオイル分離器１４のオイル分離室２２へ導かれるので、この通孔２１を通過する過程で吐出ガスの圧力脈動が低減され、さらに、オイル分離器１４を通過する過程においても圧力脈動が低減され、オイルが分離された脈動の少ない状態で吐出口８から送出される。

また、上述の圧縮機においては、シャフト１の回動に伴い可動する可動部材２（ロータ２ａ、ベーン２ｂ）を収容するシリンダ部４ａとリアサイドブロック部４ｂとが一体に形成されて可動部材２と共に圧縮室３を構成する固定部材４が構成され、この固定部材４をフロントサイドブロック部５ａと筒部５ｂが一体に形成されたシェル部材５に収容するようにしているので、圧縮機の部品点数を削減することが可能となる。しかも、オイル分離器１４を固定部材４のリアサイドブロック部４ｂに一体に形成し、オイル分離室２２の下端開口部をシェル部材５の筒部５ｂをリアサイドブロック部４ｂのリア側端部まで覆うように延長させることで覆うようにしたので、オイル分離室２２を覆う閉塞部材が不要となり、オイル分離器１４を設けたことによる部品点数の増加もなくなる。

このため、オイル分離器１４をリアサイドブロック部４ｂに一体に設けて部品点数を削減できるので、製造コストを低減することが可能になると共に、圧縮室の軸方向の寸法を従来のオイル分離器を備えたベーン型圧縮機に比べて短くすることが可能となる。

また、オイル分離室２２は、鉛直方向に対して斜めに形成され、下端部に形成された隙間２４を介して、分離されたオイルがオイル貯留室２５へ導かれるので、オイル分離室２２からのオイルの排出がオイル貯留室２５に溜まるオイルによって妨げられることがなくなり、また、隙間２４の間隔を適切に調節することでオイル貯留室２５に貯留されるオイルの乱れを抑え、オイル供給の安定化を図ることが可能となる。
さらに、オイル分離室２２は、下方に向かうほど（開口端に向かうほど）径が大きく形成されているので、固定部材４をオイル分離器１４と共に鋳造にて一体に成型する場合において、鋳型を容易に外すことが可能となり、鋳造成型が容易となる。

尚、上述の構成においては、オイル分離室２２の下端部とオイル貯留室２５とを連通するオイル排出路を、固定部材４とシェル部材５との間に形成される隙間２４によって構成する例を示したが、オイル分離室２２の下端部に形成されるオイル排出路を、図４に示されるように、固定部材４に形成された溝２４’又は、図示しない孔によって構成するようにしてもよい。このような構成によっても、溝２４’や孔の形状を調節することによって、オイル貯留室２５に貯留されたオイルの乱れを抑えてオイル供給の安定化を図ることが可能となる。

また、ベーン型圧縮機に適用した例を示したが、ハウジングに固定された固定スクロール（固定部材）と、固定スクロールに対して可動（旋回）する可動スクロール（可動部材）とを有し、可動スクロールを、ハウジングに回転可能に配設されたシャフトにより旋回駆動し、可動スクロールの旋回とともに、両スクロールによって形成される圧縮室の体積を拡大縮小することにより冷媒を吸入圧縮するスクロール型圧縮機に対して、固定部材に遠心分離型のオイル分離器を設ける場合に上述した構成を採用してもよい。また、上述の構成においては、シリンダ部４ａと一体をなすリアサイドブロック部４ｂにオイル分離器１４を設け、これをシェル部材５に収容する構成例について説明したが、シリンダ部と一体をなすフロントサイドブロック部にオイル分離器を設け、これをシェル部材に収容する構成において、上述と同様の構成を採用してもよい。

１ シャフト
２ 可動部材
３ 圧縮室
４ 固定部材
５ シェル部材
１４ オイル分離器
４ａ シリンダ部
４ｂ リアサイドブロック部
５ａ フロントサイドブロック部
５ｂ 筒部
２２ オイル分離室
２３ 分離筒
２４ 隙間
２４’ オイル排出孔
３０ オイル供給通路

Claims (4)

1. シャフトの回動に伴い可動する可動部材と、前記可動部材と共に圧縮室を構成する固定部材とを備え、前記可動部材の動きに伴い前記圧縮室に流入される作動流体を圧縮する圧縮機において、
   前記固定部材は、前記可動部材を収容するシリンダ部と、このシリンダ部に一体化されたリアサイドブロック部とを有して構成されており、
   前記可動部材と前記固定部材の一部又は全部は、前記シリンダ部のフロント側端面に当接するフロントサイドブロック部とこのフロントサイドブロック部よりリア側へ延設された筒部とが一体に形成されたシェル部材に収容され、
   前記リアサイドブロック部に、前記圧縮室で圧縮された作動流体を導入して含有オイルを分離させるオイル分離器を一体に形成し、
   前記オイル分離器は、圧縮室で圧縮された作動流体を導入するオイル分離室を備え、前記オイル分離室の下側は、前記リアサイドブロック部の外周面に開口し、このオイル分離室の下側開口端は、前記シェル部材の筒部により覆われていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記オイル分離器は、前記オイル分離室と、このオイル分離室に導入された作動流体を旋回させるために前記オイル分離室に収容される分離筒とを備えて構成され、前記オイル分離室と前記分離筒は、前記リアサイドブロック部に一体に形成されていることを特徴する請求項１記載の圧縮機。
3. 前記オイル分離室は、前記シャフトの軸方向に対して略直交する方向に延設されると共にその軸線が鉛直線に対して斜めに傾斜されていることを特徴とする請求項１又は２記載の圧縮機。
4. 前記オイル分離室は、前記下側開口端に向かうにつれて径が徐々に大きく形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧縮機。
   
   

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