JP7185683B2 - オイルポンプを備えた機械及びこのような機械を始動する方法 - Google Patents

Description

本発明は、オイルポンプを備えた機械に関する。

例えばオイルフリー式スクリュー圧縮機、オイルフリー式（スクリュー）送風機、又はオイルフリー式ターボ圧縮機のような高速回転機械は、多くの場合、ボール軸受及び歯車を使用することが知られている。

高速回転時、軸受及び歯車は、油圧損失及び過熱さえもたらす場合がある過大なオイルではなく、一方で不十分な潤滑及び過熱をもたらす場合がある過小なオイルではない、適量のオイル潤滑を必要とする。

この理由からオイルジェット潤滑が利用され、これには、まさに潤滑が必要な場所に指向した非常に精密なボアを用いるノズルが使用される。

対象となる場所は、軸受に関してはレーストラック、歯車に関してはギヤ歯である。

ノズルには、濾過及び冷却されかつ適正な圧力で供給されるオイルを供給する必要がある。この理由から、機械内にオイル回路が設けられる場合が多く、オイル回路は、典型的に、オイルリザーバ、オイルポンプ、オイルクーラー、オイルフィルタ、及び相互接続パイプを備え、相互接続パイプは、機械の他の部品に一体化することができ又はそうしなくても良い。また、最小圧力バルブ、バイパス、油圧センサ、及び温度センサが設けられる場合も多い。

このオイルポンプは重要な役割を果たし、やがてノズルへ供給されるオイルが不足すると、潤滑不足によって軸受及び／又は歯車の損傷又は故障が引き起こされることになる。

別個のモータによって駆動されるオイルポンプを用いることができる。

利点は、オイルポンプを制御できることであるが、欠点は、別個のモータ及び制御手段、又は運転ユニットが必要になることである。

これはより高価であるだけでなく、機械の寸法も大きくなり、さらに維持管理が必要であり故障する可能性のある追加の構成要素を伴う。

従って、機械の構成要素を駆動するモータを使用して同様にオイルポンプを駆動することは非常に興味深い。これは、機械の運転時にオイルポンプが常に動作可能であることを保証する。

適切なオイルポンプは、歯車ポンプ、ジロータポンプなどの内接歯車ポンプ、及びロータリーベーンポンプである。

米国特許第３，９９５，９７８号にはジロータポンプが説明されている。

このようなポンプは、機械の構成要素を駆動するモータの速度で駆動される場合、適切なポンプ幅、及び／又は歯又はベーンの数を選択することで、適正量のオイルをポンプ送給するように設計することができ、オイルポンプは、モータ軸上に直接取り付けることができ、非常に小型、頑丈であり効率が良く費用効果の高い機械がもたらされる。

しかしながら、オイルポンプがモータ軸上に直接取り付けられるこのような取り付け方式の欠点は、結果的にオイルポンプを機械の相当高い場所に取り付けて、従ってオイルリザーバに対して持ち上げる必要があるという事実である。

これは、始動時、最初にオイルポンプがこれをオイルリザーバに接続する吸引チューブから空気を排出して、その後にリザーバからオイルを吸引してポンプ送給する必要があることを意味する。

これは、オイルポンプ内に何らかのオイルがすでに存在する場合に上手く機能し、オイルポンプの始動時、このオイルは、周りに飛び散り、ポンプ内の隙間をシールするのを助け、即座にオイルポンプの吸引力を最適にする。

従って、オイルポンプの組み立て時、少量のオイルをオイルポンプに加える場合が多い。

しかしながら、ポンプの組み立てから長時間経過後の初回始動時には、この最初のオイル量はすでに部分的に又は完全に蒸発している可能性があり、結果的にオイルポンプを適切に始動させるにはもはや不十分である。

米国特許第３，８５９，０１３号にはオイルポンプが説明されており、オイルポンプとオイルリザーバとの間の吸入パイプ中にサイフォン様構造体の一種が設けられており、これによって少量のオイルがオイルリザーバ近くで吸入パイプ内に閉じ込められたままになることが保証される。しかしながら、始動時、オイルポンプは、オイルをサイフォンから吸い出し得る前に、依然として大量の空気を取り込む必要がある。

米国特許第３，９９５，９７８号明細書 米国特許第３，８５９，０１３号明細書

本発明は、前述の又は他の欠点のうちの少なくとも１つに対する解決策を提供することを目的とする。

本発明の対象は機械であり、この機械は、機械要素と、オイルポンプと、機械要素とオイルポンプを駆動するモータと、を備え、オイルポンプは、ロータを有する軸を備え、オイルポンプは、機械の１又は２以上の軸受又は他の構成要素を潤滑及び／又は冷却するために、オイルリザーバから入口導管を通ってオイルをモータ及び／又は機械要素に通じるノズルにポンプ送給するようになっており、入口導管内には、オイルポンプの近くで、ダムが設けられており、ダムは、オイルポンプの軸の中心軸の高さ（Ａ）から、２で除算したオイルポンプのロータの最小径（Ｂ）を差し引いたものよりも高い。

これは、機械が停止した状態で、相当量のオイルがオイルポンプ内、及びオイルポンプとダムとの間の入口導管内に残留するので、機械の（再）始動時にオイルポンプの全ての内部キャビティをオイルで湿潤することができ、オイルポンプの吸引力が即座に非常に高くなるのを保証する利点がある。

このように、機械の（再）始動時にオイルの流れが迅速かつ円滑に始まる。

好ましくは、ダムの高さ（Ｄ）は、オイルポンプの軸の中心軸の高さ（Ａ）から、２で除算したオイルポンプの軸の直径（Ｅ）を差し引いたものより小さい。

これは、オイルポンプの軸を通じたオイル漏れを防止することができ、及び／又はこの軸の追加のシールが必要ないようにすることができる。

また、本発明は、本発明の機械を始動する方法に関し、本方法は、
－オイルポンプの下流でオイルポンプよりも高いオイル回路にオイルを注入するステップと、
－その後、モータを始動するステップと、
を含む。

このように、機械の始動時に常に潤滑剤の一部が存在することになり、オイルポンプの吸引力が向上し、オイル回路が始動することができ、オイルポンプ、及びオイルポンプとダムとの間の入口導管がオイルで満たされる。

これは、良好な機械の最初の始動を保証するのに特に好都合である。

オイルよりも高分子量の低揮発性の潤滑剤、オイル、グリース等を使用することができ、例えば、灯油、ワセリン、真空グリースを挙げることができる。

本発明の特性を最適に示す目的で、以下に、本発明のオイルポンプを備えた機械及びこの機械を始動する方法に一部の好ましい実施形態が、添付図面を参照して例示的で非限定的に説明される。

本発明による機械の概略図である。 図１のモータ及びオイルポンプをより詳細に示す概略図である。 図２の矢印Ｆ３に従う図であり、ポンプのハウジングが部分的に切り取られている。 図３のＦ４で示された部位を詳細に示す図である。 図４の別の実施形態を示す図である。

図１に示す機械１は、この場合圧縮機装置１である。しかしながら、機械１が真空ポンプ装置又は膨張装置であることは排除されない

圧縮機装置１は、主に、ガス圧縮用の圧縮機要素２、モータ３、オイルポンプ４、オイルリザーバ５、及びオイル回路６を備える。

モータ３は、圧縮機要素２及びオイルポンプ４の両方を直接駆動することができる。図２は、モータ軸７がオイルポンプ４を直接駆動できることを示す。

オイル回路６は、オイルポンプ４が、入口導管８を通じてオイルリザーバ５からのオイルをポンプ送給するのを可能にし、その後、オイルはオイル回路６のパイプ９を通じてノズルに送ることができ、ノズルは、機械１の１又は２以上の軸受又は他の部品を潤滑及び／又は冷却するためにモータ３及び／又は圧縮機要素２の特定の場所に通じる。

オイルポンプ４が圧縮機要素２のモータ３で駆動される場合、オイルポンプ４はオイルリザーバ５よりも相当高い高さに配置されることになる。これは、オイルリザーバ５からオイルポンプ４まで延びる入口導管８が比較的長いこと意味する。

オイルポンプ４は、内部にステータ１１及びロータ１２が取り付けられたハウジング１０を備える。ロータ１２は、モータ軸７で駆動される軸１３に取り付けられる。

オイルポンプ４は「ジロータ」形式であるが、このことは本発明では重要ではない。

ハウジング１０は、入口導管８が接続したオイル用の入口１４と、ポンプ送給オイル用の出口１５とを備える。

図３では入口１４及び出口１５が明確に視認できる。

図４に示すように、ダム１６は、オイルポンプ４の近くで、入口導管８の中に設けられている。

本明細書では、「ダム１６」は、モータ３が停止した状態で、所定量のオイルが、ダム１６で閉鎖された又は隔離されたキャビティ１７内に残留し得ることを保証することができる構造体を意味する。

本明細書では、「オイルポンプ４の近くで」は、上記の残留オイルが、オイルポンプ４が始動するとオイルがオイルポンプ４によって即座にポンプ送給できるように、所定の場所に残留できるという事実を意味する。

これは、例えば、この残留オイルは、少なくとも部分的にオイルポンプ４内に位置することができること、又はこの残留オイルは、おおよそオイルポンプ４の入口１４に位置することができることを意味する。

また、図３は、ダムが、オイルポンプ４の軸１３の中心軸１８の高さＡからオイルポンプ４のロータ１２の最小径Ｂの半分を差し引いたもよりも高いことを明示する。

ダム１６を少なくともこの最小高さ（ラインＣで示す）と同じ高さにすることで、十分なオイルが、ダム１６とオイルポンプ４との間の、入口導管８内のダムによって閉鎖又は隔離されたキャビティ１７内に残留することができ、これにより、オイルポンプ４の内部キャビティは、始動時に即座に湿潤させることができる。この内部キャビティがオイルで即座に湿潤されることで、ロータ１２及びステータ１１は、オイルで即座にシールされることになるので、オイルポンプ４の吸引力は、即座に最大になる。

この場合、好ましくは、ダム１６の高さＤは、オイルポンプ４の軸１３の中心軸１８の高さＡからオイルポンプ４の軸１３の直径Ｅの半分を差し引いたものよりも小さい。

ダム１６がこの最小高さ（ラインＦで示す）よりも高い場合、残留オイルの高さは、オイルポンプ４の軸１３の底部よりも高くなるであろう。これにより、オイルはオイルポンプ４の軸１３に沿って外に漏洩する可能性があり、及び／又はこれを防止するためにオイルポンプ４の軸１３上にシールを設ける必要がある。

ダム１６の最小及び最大高さＤ以外に、この場合、好ましくは、ダム１６は、オイルポンプ４の中及びオイルポンプ４とダム１６との間の入口導管８の中に収容できるオイル量が、オイルポンプ４の１回排出量の最小でも２倍であるように設計される。

この利点は、オイルポンプ４の始動時に、オイルポンプ４及び入口導管８の中に即座に十分なオイルが存在することであり、内部キャビティを即座に湿潤させることができるだけでなく、所定量のオイルを即座にくみ上げるか又は出口１５を通じてオイル回路６に、続いて潤滑及び／又は冷却が必要な機械１の部品にポンプ送給することができる。

図３及び４のダム１６が、オイルポンプ４のロータ１２及びステータ１１に向かって傾斜する斜面として設計されているにもかかわらず、ダム１６は違ったように設計することは排除されない。

図５には別の形態が示されており、ダム１６は階段形であり、いわば階段１９又は段部が入口導管８に取り付けられている。

本実施形態は、ダム１６とオイルポンプ４との間のキャビティ１７内により多くのオイルが残留するという利点を有するが、吸い上げられる間にオイルが言うなれば階段１９に沿って流れ落ちる可能性があり、望ましくない乱流をもたらす可能性があるという欠点も有している。図３及び４の実施形態において、オイルは、言うなれば、ダム１６から下向きに流れる又は進むことになる。

機械１の動作は非常に単純で以下の通りである。

機械１の始動前に好ましくは、
－オイルをオイルポンプ４の下流でオイルポンプ４よりも高いオイル回路６の中に注入するステップと、
－その後、モータ３を始動するステップと、
が続く。

注入されたオイルは、オイルポンプ４に流入し、オイルポンプ４と、ダム１６とオイルポンプ４との間のキャビティ１７内の入口導管８の両方をダム１６の高さＤまで満たす。

その後、モータ３が始動すると、圧縮機要素２及びオイルポンプ４が駆動されることになり、この時点でオイルポンプ４及びキャビティ１７の中に位置する注入オイルは、オイルポンプ４がオイルを即座にくみ上げて、これをオイル回路６まで送り得ることを保証することになるので、圧縮機要素２は、機械１が始動した時点から即座に必要なオイルを供給する。

もしくは、モータ３の始動前に、まずオイルよりも揮発性の低い潤滑剤をオイルポンプ４の内部キャビティに注入することも可能である。

この方法は、好ましくは機械１が組み立てられる際に適用され、機械１が最初に始動されるときに揮発性の低い潤滑剤がオイルポンプ４の中に存在している。

もちろん、両方の方法を組み合わせることは排除されず、機械が最初に始動されるときに低揮発性物質が注入され、その後、機械１が再始動されるときにオイル回路６にオイルが注入される。

モータ３が始動するとすぐに、オイルポンプ４は、入口導管８を通じてオイルリザーバ５からオイルを即座にポンプ送給することができる。

その後、圧送オイルは、出口１５を通ってオイルポンプ４から出ることになり、最後にはオイル回路６に行き着き、ここでオイルは、圧縮機要素２及び／又はモータ３の潤滑及び／又は冷却されることになる様々な構成要素内の様々なノズルに送られる。

従って、圧縮機要素２は、モータ３及び機械１が始動した時点から即座にオイルが供給されることになり、かくしてその効果的な動作を保証する。

機械１が、オイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７内にオイルが存在するか否かを検知できるセンサを備えることは排除されない。

本発明によれば、このセンサは、何らかの形式のオイルレベルセンサとすることができるが、油圧センサ又は油温センサとすることもできる。

このようなセンサを備える機械１を始動する前に、好ましくは、オイルポンプ４とダム１６との間の入口導管８内にオイルが検出された後でモータ３のみが始動する。

オイルが検出されない場合、機械１は始動しないが、代わりに、例えば、ユーザに対して警報が発せられる。

センサ及び機械１を始動するこの方法は、前述の方法と組み合わせ得ることは明らかである。この方法は、オイルポンプ４とダム１６との間の入口導管８内にオイルが存在しない状態で、機械１が始動する可能性を阻むための追加の安全機構をもたらすことができる。

また、機械１が、オイルリザーバ５と、オイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７との間に接続部を備えることも可能であり、接続部は、オイルリザーバ５から、オイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７にオイルを移送するように設けられる。

これは、例えば、手動で又は電気的に作動可能な小型ポンプを利用して実現することができる。

機械１がこのような接続部を備える場合、機械１を始動するために以下の方法を採用することができる。
－オイルを、オイルリザーバ５からオイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７に移送し、
－その後、モータ３を始動する。

もちろん、これは、機械１が、ダム１６とオイルポンプ４との間の入口導管８内にオイルが存在するか否かを検知するセンサを備えることも排除しない。

この場合、始動時に、オイル無しが検出されると、小型ポンプを作動させることで、オイルリザーバ５からオイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７へオイルを移送するための信号がユーザに与えられることになり、この小型ポンプが電気式の場合、オイルがオイルリザーバ５からオイルポンプ４とダム１６との間のキャビティ１７に移送されるのを保証するために、小型ポンプは機械１により自動的に始動され、その後、モータ３は問題無く始動することができる。

本発明は、実施例として記載されかつ図示された実施形態に限定されるものではなく、オイルポンプを備えた機械及びこの機械を始動する方法は、本発明の範疇を逸脱することなく様々な形態及び寸法で実現することができる。

１ 機械
２ 機械要素
３ モータ
４ オイルポンプ
８ 入口導管
１２ ロータ
１３ 軸
１６ ダム
１８ 中心軸
Ａ 高さ
Ｂ 最小径

Claims (9)

1. 機械要素（２）と、オイルポンプ（４）と、前記機械要素（２）と前記オイルポンプ（４）を駆動するモータ（３）と、を備える機械であって、
   前記オイルポンプ（４）は、ロータ（１２）を有する軸（１３）を備え、
   前記オイルポンプ（４）は、前記機械の１又は２以上の軸受又は他の構成要素を潤滑及び／又は冷却するために、オイルリザーバ（５）から入口導管（８）を通ってオイルを、前記モータ（３）及び／又は前記機械要素（２）に通じるノズルにポンプ送給するようになっており、
   前記入口導管（８）内には、前記オイルポンプ（４）の近くで、ダム（１６）が設けられており、前記ダム（１６）は、前記オイルポンプ（４）の軸（１３）の中心軸（１８）の高さ（Ａ）から、２で除算した前記オイルポンプ（４）の前記ロータ（１２）の最小径（Ｂ）を差し引いたものよりも高く、
   前記機械（１）は、前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間にオイルが存在するか否かを検知できるセンサを備える、機械。
2. 前記ダム（１６）の高さ（Ｄ）は、前記オイルポンプ（４）の前記軸（１３）の前記中心軸（１８）の高さ（Ａ）から、２で除算した前記オイルポンプ（４）の前記軸の直径（Ｅ）を差し引いたものより小さい、請求項１に記載の機械。
3. 前記ダム（１６）は、前記オイルポンプ（４）の中、及び前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間の入口導管（８）の中に見出し得るオイル量は、前記オイルポンプ（４）の１回排出量の最小でも２倍であるようなものである、請求項１又は２に記載の機械。
4. 前記機械（１）は、前記オイルリザーバ（５）と、前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間のキャビティ（１７）との間の接続部を備え、前記接続部は、ポンプを備え、前記オイルリザーバ（５）から、前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間のキャビティ（１７）に向かってオイルを移送する、請求項１から３のいずれか一項に記載の機械。
5. 前記機械（１）は、圧縮機装置、真空ポンプ装置、又は膨張装置である、請求項１から４のいずれか一項に記載の機械。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の機械（１）を始動する方法であって、前記方法は、
   －前記オイルポンプ（４）の下流で前記オイルポンプ（４）よりも高いオイル回路（６）にオイルを注入するステップと、
   －その後、前記モータ（３）を始動するステップと、
   を含む、方法。
7. 請求項１から５のいずれか一項に記載の機械（１）を始動する方法であって、前記方法は、
   －前記オイルポンプ（４）の内部キャビティ内にオイルよりも揮発性の低い潤滑剤を注入するステップと、
   －その後、前記モータ（３）を始動するステップと、
   を含む、方法。
8. 請求項１から５のいずれか一項に記載の機械（１）を始動する方法であって、前記モータ（３）は、前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間の前記入口導管（８）の中にオイルが検出された後に始動される、方法。
9. 請求項４に記載の機械（１）を始動する方法であって、前記方法は、
   －前記オイルリザーバ（５）から、前記接続部を通って前記オイルポンプ（４）と前記ダム（１６）との間の前記キャビティ（１７）にオイルを移送するステップと、
   －その後、前記モータ（３）を始動するステップと、
   を含む、方法。

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