JPH09112441A - 容積型ポンプ及び圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容積型ポンプにおいて、構造を簡単化すると
ともにシール性を向上し、液体の上方に気体が存在して
も液体ポンプとして使用可能とすること。 【解決手段】 外周円筒面１４ａと該外周円筒面に両端
が開口する半径方向内周円筒面１４ｂとを持ち前記外周
円筒面の中心軸まわりに回転する駆動シャフト１４と、
駆動シャフト１４を嵌挿するハウジング部材２８と、駆
動シャフト１４の内周円筒面１４ｂに挿入される外周面
２６ｄと該外周面の中心軸と直交する摺動ガイド部２６
ａを有するピストン部材２６と、摺動ガイド部２６ａに
嵌入するキー部２７ａと外周円筒面とを有する従動シャ
フト部材２７と、従動シャフト部材の外周円筒面を駆動
シャフトに対し偏心して支持する軸受部材とを構成要素
に持ち、駆動シャフトと前記ハウジング部材と前記ピス
トン部材とで囲まれた作動空間の容積をピストン部材の
往復運動により変化させて流体を移送する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は容積型ポンプに係
り、特に冷凍空調用の圧縮機の給油ポンプとして好適な
容積型ポンプに関し、また該容積型ポンプを有する圧縮
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】給油ポンプ等に使用される容積型ポンプ
には、図６に記載されているトロコイドポンプ等がある
が、その作動室を形成する各シール部ＳＬには曲面と曲
面との近接によるシール部すなわち線シール部を含む構
造であった。

【０００３】また、冷凍空調用圧縮機等では容積型ポン
プの代わりに、主軸の回転を利用した遠心ポンプを用い
ているものもあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】容積型ポンプは通常液
体を昇圧して移送するものであるが、たとえば冷凍空調
用圧縮機の給油ポンプとして使用されている場合、圧縮
機の起動時に吸入通路側が気体である作動冷媒ガスにな
っていると、まず吸入通路の冷媒ガスを吐出側に排除し
て吸入通路内の圧力を減圧し、液体である潤滑油を下方
から容積型ポンプの位置まで吸い上げなければならな
い。すなわち、容積型ポンプはガスの雰囲気中でも吸入
側と吐出側の間に差圧を発生して維持する能力が要求さ
れ、その内部の作動室のシール部で吐出側から吸入側へ
ガスが漏れるのを防止するシール性能が要求される。

【０００５】この要求に対して作動室のシール部が図６
に示すような従来技術の線シール部であるとガスの漏れ
方向のシール部長さが微小であるので、上記のシール性
能を確保するのが困難になるという問題があった。ま
た、線シール部のシール隙間を小さくしてシール性能を
向上しようとすると、特異な曲線形状を持つポンプ部品
を高精度に加工する必要があり、製造コストが上昇する
という問題があった。

【０００６】一方、容積型ポンプの代わりに遠心ポンプ
を用いた場合には、その給油する力となる遠心力が主軸
回転速度の２乗に比例するため、低速運転時に給油がで
きなくなるという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、作動室のシール部におい
て液体よりも漏れ易いガスに対しても優れたシール性能
を持ち、低速運転時にも確実に流量を確保できる容積型
ポンプを安価に提供する事である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記本発明の目的は、外
周円筒面と該外周円筒面に両端が開口する半径方向内周
円筒面とを持ちそれ自身が前記外周円筒面の中心軸まわ
りに回転する駆動シャフトと、前記駆動シャフトの外周
円筒面と微小な隙間を持って配置される内周円筒面を有
するハウジング部材と、前記駆動シャフトの内周円筒面
に進退自在に挿入される外周面と該外周面の中心軸と直
角方向の摺動ガイド部を有するピストン部材と、前記ピ
ストン部材の摺動ガイド部に進退自在に嵌入するキー部
と外周円筒面とを有する従動シャフト部材と、前記従動
シャフト部材の外周円筒面を前記駆動シャフトの回転軸
と平行で偏心した位置で回転自在に支持する軸受部材と
により、容積型ポンプを構成する事により達成される。

【０００９】

【作用】上記の課題を解決するための手段の容積型ポン
プでは、駆動シャフトが回転すると、駆動シャフトの半
径方向内周円筒面に挿入されているピストン部材が回転
し、ピストン部材の摺動ガイド部に当接するキー部が回
転駆動されて従動シャフト部材が回転する。上記の駆動
シャフトと従動シャフト部材との間はそれぞれに対して
１方向で互いに直角方向に摺動出来るピストン部材によ
り連結されて一種のオルダム継手を構成しているので、
駆動シャフトと従動シャフト部材の回転軸は互いに偏心
していても無理なく回転が伝えられるが、その際ピスト
ン部材は両シャフト部材に対して前記偏心の大きさに対
応した振幅で往復運動を繰り返す事になる。

【００１０】特に、ピストン部材が駆動シャフトに対し
て往復運動を繰り返すと、ピストン部材の両頭部のピス
トン部材、駆動シャフト、ハウジング部材で囲まれた２
つの密閉空間の容積が周期的に増減を繰り返すので、こ
れを作動室として容積型ポンプを構成する事が出来る。
例えば、駆動シャフトの半径方向内周円筒面の開口部
は、前記作動室の容積の増減に連動してハウジング部材
の内周円筒面上を回転移動するので、容積が増加してい
る間に前記開口部と連通するハウジング部材の内周円筒
面部分に吸入ポートを、容積が減少している間に前記開
口部と連通するハウジング部材の内周円筒面部分に吐出
ポートをそれぞれ形成すれば、流体を吸入ポートから吸
入して吐出ポートから吐出する容積型ポンプが構成され
る。

【００１１】上記の容積型ポンプの作動室のシール部
は、全て円筒面同士の組合せによるシール部であり、流
体の漏れ方向に有限のシール長さを持つ面シール部とな
るため、ガスに対しても優れたシール性能が得られる。
また、それらのシール部を構成するのは全て単純な円筒
面であり、高精度な加工を安価で行なう事が容易であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図７、
図１〜図５により説明する。図７は空調機用の圧縮機の
全体構造を示す断面図、図１は本発明の第１の実施形態
として空調機用の圧縮機の給油用に本発明の容積型ポン
プを搭載した圧縮機の全体構造を示す断面図、図２は図
１における容積型ポンプ部分の拡大図、図３は図２の容
積型ポンプの作動原理の説明図、図４は容積型ポンプ内
の潤滑油の流れを説明する断面図( Ａ−Ａ) 、図５は本
発明の第２の実施形態の圧縮機の全体構造を示す断面図
である。

【００１３】図７に空調機用の圧縮機として、スクロー
ルタイプの圧縮機の断面構造図を示し構造動作を説明す
る。密閉容器１内に、圧縮機構部２と電動機３が収納さ
れている。圧縮機構部２は固定スクロール４と旋回スク
ロール５を互いにラップを内側にしてかみ合わせて密閉
空間（圧縮室）９が形成される。固定スクロール４は、
円板状の底板４ａと、これに直立しインボリュートある
いはこれに近似の曲線に形成されたラップ４ｂとからな
り、その中心部に吐出口１０、外周部に吸入口７を備え
ている。旋回スクロール５は円板状の台板５ａと、固定
スクロールのラップ４ｂと同様な形状に形成されたラッ
プ５ｂと、円板状の台板５ａの反ラップ側に形成された
ボス５ｃとからなっている。

【００１４】フレーム１１は中央部に軸受部１１ａを形
成し、この軸受部に駆動シャフト１５が支承され、駆動
シャフト先端の偏心軸１５ａは、上記ボス５ｃに相対的
な回転運動が可能なように挿入されている。またフレー
ム１１には固定スクロールの台板４ｃが複数本のボルト
によって固定され、旋回スクロール５はリング部及びキ
ー部よりなるオルダムリング１２等の自転防止機構を介
してフレーム１１に支承され、固定スクロール４に対し
て自転せずに旋回運動のみをするように構成されてい
る。駆動シャフト１５には下部に電動機３が直結されて
いる。

【００１５】上記構造のスクロール圧縮機では、電動機
３に直結された駆動シャフト１５の回転により偏心軸１
５ａが偏心回転することにより、ボス５ｃを介し、旋回
スクロール５が旋回運動する。この旋回運動により、圧
縮室９は次第に中心に移動して、容積が減少する。低圧
の冷媒ガスは、密閉容器１を貫通して固定スクロール４
の吸入口７に接続された吸入管１７を経て吸入室８に入
り、上記のように圧縮室内で圧縮され圧力を高め、中央
の吐出口１０から吐出室１ａに吐出される。吐出口１０
が開口する吐出室１ａは、圧縮機構部２と密閉容器１間
に設けられたガス通路１８ａ、ガスの流れを制限する仕
切り板１８と密閉容器１間に設けられたガス通路１８ｂ
を介して、モータ室１ｂと連通し、密閉容器１を貫通す
る吐出管１９より吐出される。

【００１６】給油の流れについて以下に示す。油溜り部
１Ｃに溜められた潤滑油１３は、駆動シャフト１５の下
部に取付けられた給油管２１より吸い上げられる。その
際、駆動シャフト１５内を貫通する給油通路２２は、油
溜り部１Ｃ側は駆動シャフト１５の軸中心付近に開口
し、偏心軸１５ａ側は駆動シャフト１５の軸中心に対し
て偏心した位置に開口している。駆動シャフト１５の回
転速度が十分大きい場合には給油通路２２内の潤滑油に
作用する遠心力により、前記の給油管２１より潤滑油を
吸い上げ、下部軸受２４や給油通路２２を通じてフレー
ム１１の軸受部１１ａ及び旋回スクロール５のボス部５
Ｃ内の軸受部５ｄを潤滑した後、排出通路２３及び排出
管２０等から圧縮機内の密閉空間内に排出され、再度油
溜り部１Ｃに溜められる。

【００１７】図１は、図７に示すスクロール圧縮機に本
発明の容積型ポンプを搭載した第１の実施形態を示す。
また図２に、図１における容積型ポンプ部分の拡大図を
示す。容積型ポンプ２５は、そのハウジング２８が駆動
シャフト１４を電動機３の下側で支承する下部軸受２４
ａを兼ねており、容積型ポンプ２５の全体が固定板３３
に固定されて半径方向位置と回転方向位置に動かない様
になっている。ハウジング部材２８の内周円筒面で駆動
シャフト１４を軸受支持して、その半径方向位置を規制
する構造である。また、駆動シャフト１４内の給油通路
２２ａは駆動シャフト１４の軸中心線上を貫通してい
る。

【００１８】図２に図１における容積型ポンプの拡大図
を示す。外周円筒面１４ａを有する駆動シャフト１４に
はその下端部に半径方向内周円筒面１４ｂが形成されて
おり、容積型ポンプにおける駆動シャフトを兼ねてい
る。駆動シャフトの内周円筒面１４ｂには、外周面２６
ｄ及び該外周面の中心軸と直交する摺動ガイド部２６ａ
を有するピストン部材２６が進退自在に挿入されてい
る。外周面２６ｄの平面形状は図３に示される如く一部
円形とされることが製作上好ましいがその他の形状とし
てもよい。ピストン部材２６の摺動ガイド部２６ａに従
動シャフト部材２７のキー部２７ａが嵌入又は係合し、
従動シャフト部材２７はハウジング２８にボルト３０で
固定されたエンドプレート３４により偏心した位置で回
転自在に支持されている。図示例ではエンドプレート３
４はハウジングと互いに別部材で形成した上でボルト３
０により一体固定されているが、両者は一体形成しても
よい。駆動シャフト１４が回転すると、駆動シャフトの
外周円筒面１４ａに両端が開口する半径方向内周円筒面
１４ｂに挿入されているピストン部材２６が回転し、キ
ー部２７ａを介して従動シャフト部材２７が回転する。
駆動シャフト１４と従動シャフト部材２７の回転軸は互
いに偏心しているが、上記の駆動シャフト１４と従動シ
ャフト部材２７との間はそれぞれに対して１方向で互い
に直角方向に摺動出来るピストン部材２６により連結さ
れて一種のオルダム継手を構成しているので、無理なく
回転が伝えられる。その際ピストン部材２６は駆動シャ
フトと従動シャフト部材２７のそれぞれに対して相対的
に前記偏心の大きさに対応した振幅（回転軸同士の偏心
量の２倍）で往復運動を繰り返す事になる。

【００１９】図３（図２の断面Ｂ−Ｂ）で、図２の容積
型ポンプの作動原理を説明する。駆動シャフト１４の回
転により、ピストン部材２６が駆動シャフト１４の半径
方向内周円筒面１４ｂ内において往復運動を繰り返す
と、ピストン部材２６の両頭部２６ｂ、２６ｃ、駆動シ
ャフト１４の半径方向内周円筒面１４ｂ、ハウジング部
材２８の円周円筒面２８ａで囲まれた２つの密閉空間２
９ａ、２９ｂの容積が周期的に増減を繰り返すので、こ
れを作動室として容積型ポンプを構成する事が出来る。
更に駆動シャフト１４の半径方向内周円筒面１４ｂの開
口部は、前記作動室の容積の増減に連動してハウジング
部材２８の内周円筒面２８ａ上を回転移動するので、容
積が増加している間に前記開口部と連通するハウジング
部材の内周円筒面部分に吸入ポート２８ｂを、容積が減
少している間に前記開口部と連通するハウジング部材の
内周円筒面部分に吐出ポート２８ｃをそれぞれ形成すれ
ば、流体を吸入ポート２８ｂから吸入して吐出ポート２
８ｃから吐出する容積型ポンプが構成される。

【００２０】また、図３における断面Ａ−Ａを示す図４
において、圧縮機の密閉容器１の底部の油溜め部１ｃに
溜められた潤滑油１３は、エンドプレート３４の吸入通
路３４ａを経由してハウジング部材２８の吸入通路３１
より前記吸入ポート２８ｂに流入し、密閉空間２９ａ、
２９ｂを通り、吐出ポート２８ｃより吐出通路２８ｄ、
駆動シャフト１４の下部隙間、ピストン部材２６の円筒
面の周囲を経由して給油通路２２ａより各軸受部に給油
される。

【００２１】図５に本発明の第２の実施形態の容積型ポ
ンプを搭載した空調機用スクロール圧縮機の断面図を示
す。容積型ポンプ２５ａは、半径方向位置は駆動シャフ
ト１４によって規制され、回転方向は締結ボルト３２に
より固定板３３に取り付けられ位置決めされている。容
積型ポンプ２５ａは、駆動シャフト１４が回転する際に
各軸受部の隙間及び回転に伴う変形による半径方向の微
小な移動に倣って位置移動が可能なように、ハウジング
部材２８と締結ボルト３２及び固定板３３との間に隙間
ＧＡ、ＧＢを持たせてある。

【００２２】以上各実施形態においては本発明による容
積型ポンプは、縦型のスクロール圧縮機に適用した例で
説明したが、本発明はこれに限られることなく、横型の
スクロール圧縮機や、ロータリ型又はレシプ型圧縮機等
の各種ポンプに適用でき、インバータ駆動の圧縮機に適
用した場合に良好な機能を発揮し、また圧縮機以外、例
えばエンジンのオイルポンプ等に適用したり気体ポンプ
としても使用することができる。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の容積型ポ
ンプは、その作動室のシール部は、全て円筒面同士の組
合せによるシール部であり、流体の漏れ方向に有限のシ
ール長さを持つ面シール部となるため、ガスに対しても
優れたシール性能が得られ、圧縮機の起動時等に吸入通
路側が気体である作動冷媒ガスになっている場合でも、
吸入通路の冷媒ガスを吐出側に排除して吸入通路内の圧
力を減圧し、液体である潤滑油を下方から容積型ポンプ
の位置まで吸い上げることが可能となり、確実なポンプ
能力が確保できる。また、それらのシール部を構成する
のは全て単純な円筒面とすることで、高精度な加工を安
価で行なう事が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の容積型ポンプを搭載
したスクロール圧縮機の断面図

【図２】本発明の第１の実施形態の容積型ポンプ部分の
拡大図

【図３】前記容積型ポンプの作動原理の説明図

【図４】前記容積型ポンプの拡大図

【図５】本発明の第２の実施形態のスクロール圧縮機の
断面図

【図６】従来のトロコイドポンプの断面図

【図７】本発明を説明するための空調機用スクロール圧
縮機の断面図

【符号の説明】

１…密閉容器 ２…圧縮機構部 ３…電動機 ４…固定
スクロール ５…旋回スクロール ７…吸入口 ９…圧
縮室 １０…吐出口 １１…フレーム １２…オルダム
リング １３…潤滑油 １４、１５…駆動シャフト １
７…吸入管 １９…吐出管 ２０…排出管 ２２、２２
ａ、２２ｂ…給油通路 ２３…排出通路 ２４、２４ａ…下部軸受 ２５、２５ａ…容積型給油ポ
ンプ ２６…ピストン ２７…従動シャフト ２８…ハウジング ３０…ボルト
３２…締結ボルト ３３…固定板 ３４…エンドプレ
ート

フロントページの続き (72)発明者 東條健司 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 水野隆夫 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 富田好勝 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内 (72)発明者 松永睦憲 静岡県清水市村松390番地 株式会社日立 製作所空調システム事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外周円筒面と該外周円筒面に両端が開口
   する半径方向内周円筒面とを持ちそれ自身が前記外周円
   筒面の中心軸まわりに回転する駆動シャフトと、前記駆
   動シャフトの外周円筒面と微小な隙間を持って配置され
   る内周円筒面を有するハウジング部材と、前記駆動シャ
   フトの内周円筒面に進退自在に挿入される外周面と該外
   周面の中心軸と直角方向の摺動ガイド部を有するピスト
   ン部材と、前記ピストン部材の摺動ガイド部に進退自在
   に嵌入するキー部と外周円筒面とを有する従動シャフト
   部材と、前記従動シャフト部材の外周円筒面を前記駆動
   シャフトの回転軸と平行で偏心した位置で回転自在に支
   持する軸受部材とを構成要素に持ち、前記駆動シャフト
   と前記ハウジング部材と前記ピストン部材とで囲まれた
   作動空間が、前記駆動シャフトが前記ピストン部材を介
   して前記従動シャフト部材を回転させる際に前記ピスト
   ン部材が前記駆動シャフトの半径方向内周円筒面内で進
   退運動を行なう事によって容積を周期的に変化させる事
   を利用して、作動流体の移送を行なう事を特徴とする容
   積型ポンプ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の容積型ポンプにおいて、
   ハウジング部材の内周円筒面には、駆動シャフトの回転
   に伴い円周方向に移動する半径方向内周円筒面の開口部
   と作動室の容積が増大している間連通する部分に吸入ポ
   ートを設け、前記半径方向内周円筒面の開口部と作動室
   の容積が減少している間連通する部分に吐出ポートを設
   けた事を特徴とする容積型ポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の容積型ポンプに
   おいて、ハウジング部材と従動シャフト部材の軸受部材
   とは互いに別部材を一体に固定されるか一体形成されて
   おり、それらの一体化部材の半径方向位置は駆動シャフ
   トによって規制され、前記一体化部材の回転方向位置が
   固定された他の静止部材により規制されている事を特徴
   とする容積型ポンプ。
4. 【請求項４】 請求項１または２記載の容積型ポンプに
   おいて、ハウジング部材と軸受部材とは一体に固定され
   ており、それらの一体化部材の半径方向位置と回転方向
   位置は固定された他の静止部材により規制されており、
   前記ハウジング部材の内周円筒面で駆動シャフトの半径
   方向位置を規制する構造である事を特徴とする容積型ポ
   ンプ。
5. 【請求項５】 駆動用モータと、これにより回転駆動さ
   れる主軸と、その主軸の回転により作動ガスを圧縮する
   圧縮機構部とからなる圧縮機において、主軸の外周円筒
   面に両端が開口する半径方向内周円筒面を主軸端部に形
   成してこれを駆動シャフトとし、該駆動シャフトを構成
   部品とする請求項３の容積型ポンプを形成し、該容積型
   ポンプにより各摺動部に潤滑油を供給する構造である事
   を特徴とする圧縮機。
6. 【請求項６】 駆動用モータと、これにより回転駆動さ
   れる主軸と、その主軸の回転により作動ガスを圧縮する
   圧縮機構部とからなる圧縮機において、主軸は圧縮機構
   部と反対側の端部を軸受で回転自在に支持されており、
   前記軸受の内周円筒面の延長部で表面を覆われた主軸の
   外周円筒面に両端が開口する半径方向内周円筒面を主軸
   端部に形成してこれを駆動シャフトとし、前記軸受の内
   周円筒面の延長部をハウジング部材とし、これらを構成
   部品とする請求項４の容積型ポンプを形成し、該容積型
   ポンプにより各摺動部に潤滑油を供給する構造である事
   を特徴とする圧縮機。