JP4243805B2 - 流体圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、油通路を有する回転軸を備えた流体圧縮機に係わり、特に冷凍、空調用の冷媒圧縮機、空気やその他の流体圧縮機に好適なものである。
従来の流体圧縮機としては、例えば特開2001−349291号公報(特許文献1)に示されたものがある。特許文献1の第1図に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、回転軸を前記電動機より上方で支持する主軸受と、回転軸を電動機より下方で支持する副軸受と、密閉容器の底部に貯留する油を圧縮機構部および軸受へ油通路を通して供給する容積形ポンプ部とを備えている。
そして、回転軸は、電動機のロータに固着された主軸部と、この主軸部の上端部に偏心して設けられ圧縮機構部に連結されたクランク部と、主軸部の下端部に設けられ副軸受で支持された小径の副軸受支持部とを一体に有している。なお、回転軸の副軸受支持部を小径化するのは、副軸受で副軸受支持部を精度よく軸支することができるからである。さらには、回転軸の油通路は副軸受支持部の下端からクランク部の上端まで延びる小径の穴で回転軸と同心に形成されている。
従来の流体圧縮機の他の例としては、特開平2−245492号公報(特許文献2)に示されたスクロール圧縮機がある。特許文献2の第1図〜第3図に係るスクロール圧縮機は、密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、回転軸を支持する上部主軸受部と、密閉容器の底部に貯留する油を圧縮機構部および軸受へ油通路を通して供給する遠心形ポンプ部(キャップ)とを備えている。
そして、回転軸は、電動機のロータに固着された主軸部と、この主軸部の上端部に偏心して設けられ圧縮機構部に連結されたクランクピンと、主軸部の下端部に同径に設けられて電動機より下方に突出された部分とを一体に有している。また、回転軸の油通路は、下端から上部に延びる第1の油通路と、この第1の油通路の平面内で連通されると共にクランクピンの上端まで延びる小径の第2の油通路と有して構成されている。また回転軸下端に取り付けられる遠心形ポンプには、ポンプ内部を二分するポンプ羽根がポンプ内面に固定されている。
特開2001−349291号公報(第1図)
特開平2−245492号公報(第1図〜第3図)
上記特許文献1のものでは、容積形ポンプ部を用いて給油量を確保するようにしているが、容積形ポンプ部を用いたものは遠心形ポンプ部を用いたものに比較して一般に高価になるという問題がある。
特許文献2のスクロール圧縮機のものは、遠心形ポンプ部を用いているので安価な構造となり、さらに遠心形ポンプ内部に遠心ポンプ内部を二分するポンプ羽根を設け、圧縮機起動時の遠心ポンプ内部の油に働く遠心作用を強化し給油量を確保しているが、ポンプ羽根を遠心ポンプ部の内部に圧入して製作しているので、遠心ポンプが高速で回転するとポンプ羽根が、遠心ポンプ内部ですべり十分な給油ができなくなる恐れがあった。
本発明の目的は、安価な構造で給油量を十分に確保することができ、信頼性の優れた流体圧縮機を得ることにある。
前記目的を達成するために、本発明は、密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、前記回転軸を前記電動機より上方で支持する主軸受と、前記回転軸を前記電動機より下方で支持する副軸受と、前記密閉容器の底部に貯留する油を前記圧縮機構部および前記軸受へ前記油通路を通して供給する遠心形のポンプ部とを備えた流体圧縮機において、前記ポンプ部は前記回転軸の下端部に取り付けられた筒状のポンプ部材と、このポンプ部材内に配置されたポンプ羽根とを備えて構成され、前記ポンプ部材は、前記回転軸の下端部に取り付けられる部分と、そこから下方に延びて流路断面が小さくなる部分とから構成されると共に、前記流路断面が小さくなる部分は球面形状に形成されてその下端部には楕円形状に構成された給油穴が設けられ、前記ポンプ羽根の下端部には、前記楕円形状の給油穴の短径より幅の大きい突起部が形成され、この突起部が前記楕円形状給油穴に内挿されることにより、ポンプ羽根がポンプ部材と一体となり回転するように構成したものである。
なお、上記ポンプ部材下端部に設けられた給油穴の形状を、線状の切欠きに形成し、前記ポンプ羽根の下端部には、前記線状切欠きの給油穴を構成する短辺より幅の大きい突起部を形成して、この突起部が前記線状切欠きの給油穴に内挿されて固定される構成としても良い。
また、上記ポンプ部材下端部に設けられた給油穴の形状を、偶数の辺から構成される多角形状に形成し、前記ポンプ羽根の下端部に形成された突起部が前記多角形状に形成された給油穴の対角を構成する部分に内挿して係合されることにより、ポンプ羽根がポンプ部材と一体となり回転するように構成しても良い。
本発明の流体圧縮機によれば、安価な構造で給油量を十分に確保することができ、信頼性の優れたものとすることができる。
以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
本発明の第1実施例のスクロール圧縮機を、図1および図2を用いて説明する。図1は本発明の第1実施例のスクロール圧縮機の縦断面図、図2は図1のスクロール圧縮機の回転軸下部およびポンプ部の断面図である。
スクロール圧縮機1は、圧縮機構部2と駆動部3とを密閉容器700内に収納して構成されている。本実施例では、上から圧縮機構部2、駆動部3及び油溜り730の順に配設されており、回転軸300を介して圧縮機構部2と駆動部3が連結されている縦型スクロール圧縮機である。
圧縮機構部2は、固定スクロール100と旋回スクロール200とフレーム400を基本要素として構成されている。フレーム400は密閉容器700に固定され、転がり軸受401を配設する部材を構成している。固定スクロール100は、台板101と渦巻き状ラップ102と吸込口103と吐出口104とを基本構成部分として構成され、フレーム400にボルト405により固定されている。ラップ102は台板101の一側に垂直に立設されている。旋回スクロール200は、台板201と渦巻き状ラップ202とボス203と背圧穴とを基本構成部分として構成されている。ラップ202は台板201の一側に垂直に立設されている。ボス203は台板201の他側(反ラップ側)に垂直に突出して形成されている。旋回スクロール200は、鋳鉄やアルミニュームなどを材料とする鋳物から各構成部分を加工することにより形成されている。
固定スクロール100と旋回スクロール200を噛み合わせて構成した圧縮室130は、旋回スクロール200が旋回運動することによりその容積が減少する圧縮動作が行われる。この圧縮動作では、旋回スクロール200の旋回運動に伴って、作動流体が吸入管711および吸入口103を経由して圧縮室130へ吸込まれ、吸込まれた作動流体が圧縮行程を経て固定スクロール100の吐出口104から密閉容器700内に吐出され、さらに吐出管701を経由して密閉容器700から吐出される。これによって、密閉容器700内の空間は吐出圧力に保たれる。
密閉容器700は、上キャップ710及び下キャップ720を有している。上キャップ710及び下キャップ720は密閉容器の中央筒部に対して外側に被せるように嵌合され、その嵌合端部が溶接トーチにより斜め下方および斜め上方から加熱されて溶着される。密閉容器700の底面には脚部721が取り付けられている。
また、密閉容器700の側面にはハーメ端子702及び端子カバー703が設けられ、電動機600に電力を供給できるようになっている。ハーメ端子702は、密閉容器700を貫通して設けられ、ステータ601のエンドコイルとフレーム400との間に位置してバランスウェイト407の最大外径部407aに対向している。
また、ハーメ端子702と反対側の密閉容器700の側面には、吐出管701が密閉容器700を貫通して設けられ、ステータ601のエンドコイルとフレーム400との間に位置してバランスウェイト407の最大外径部407aに対向している。
旋回スクロール200を旋回駆動する駆動部3は、ステータ601及びロータ602からなる電動機600と、回転軸300と、旋回スクロール200の自転防止機構の主要部品であるオルダム継手500と、フレーム400と、転がり軸受401、803と、ボス203とを基本要素として構成されている。
回転軸300は主軸部302とクランクピン301と副軸受支持部303とを一体に備えて構成されている。転がり軸受401,803は回転軸300の主軸部302および副軸受支持部303を回転自在に係合する回転軸支持部を構成する。ボス203は、回転軸300のクランクピン301を回転軸方向であるスラスト方向に移動可能にかつ回転自在に係合するように、旋回スクロール200に備えられている。
転がり軸受401は電動機600の上側に配置され、副軸受部800の主要部を構成する転がり軸受(副軸受)803は電動機600の下側に配置されている。密閉容器700に固定された下フレーム801にハウジング802がボルト805を介して固定されている。ハウジング802に転がり軸受803が上方から挿入され、その上方からさらにハウジングカバー804が取り付けられている。
ポンプ部900は、回転軸300の下端部に設けられている。ポンプ部900は、ポンプ部材901とポンプ羽根902から成っている。ポンプ部材901は、回転軸300の下端部に取り付けられる部分と、それから下方に延びて流路断面が小さくなる部分とから構成されている。換言すれば、ポンプ部材901は、上部円筒部901aと下部円錐部901bとから構成されている。上部円筒部901aの上端部が回転軸300の下端部に嵌合されて固着されている。ポンプ部材901の下部円錐部901bの下端部には開口が設けられている。ポンプ羽根902は、ポンプ部材901の内面形状と同一の外形を有しており、ポンプ部材901内に圧入されている。すなわち、ポンプ羽根902はポンプ部材901内の上部から下端開口部まで延びるように配置されている。
回転軸300と共に回転されるポンプ部900内の遠心効果により、ポンプ部下端から密閉容器700の底部の油溜り730に貯留する油を吸い込み、回転軸300内に形成されている油通路311へ油を供給する構造となっている。
オルダム継手500は、旋回スクロール200の台板201の背面に配設されている。オルダム継手500に形成した直交する2組のキー部分の1組がフレーム400に構成したオルダム継手500の受け部であるキー溝を滑動し、残りの1組が旋回スクロールラップ202の背面側に構成したキー溝を滑動する。これによって、旋回スクロール200はスクロールラップ202の立設する方向である軸線方向に垂直な面内を固定スクロール100に対して自転せずに旋回運動する。
圧縮機構部2は、電動機600に連結した回転軸300の回転によりクランクピン301が偏心回転すると、旋回スクロール200がオルダム継手500の自転防止機構により固定スクロール100に対し自転せずに旋回運動を行い、ガスを吸入管711および吸入口103を介してスクロールラップ102および202で形成される圧縮室130に吸入する。旋回スクロール200の旋回運動により、圧縮室130は中央部へ移動しながら容積を減少してガスを圧縮し、圧縮ガスを吐出口104より吐出室に吐出する。吐出室に吐出されたガスは、圧縮機構部3および電動機600の周囲を循環したのち吐出管701から圧縮機外へ放出される。
なお、旋回スクロール200の台板201には、圧縮室130と旋回背面の背圧室411とを連通させる背圧穴が設けられており、背圧室411の圧力を吸入圧力と吐出圧力の中間の圧力(中間圧力)に保っている。旋回スクロール200の背面側に構成される背圧室411は、旋回スクロール200とフレーム400と固定スクロール100とで囲まれて形成される空間である。したがって、フレーム400は背圧室411を形成する部材を兼ねている。
フレーム400の溝409に設けられたシールリング410は背圧室411への吐出ガス流入を防いでいる。旋回スクロール200は背圧室411の中間圧力とシールリング410の内側に作用する吐出圧力との合力で固定スクロール100に押し付けられている。
ここで、シールリング410の内径は転がり軸受401の外径より小さくなっている。このような構成を採用できるようにするために、本実施例では、転がり軸受401をフレーム400の回転駆動手段側からフレーム400へ挿入し、挿入した転がり軸受401をフレームカバー403で固定する構成となっている。フレームカバー403にはスラスト軸受402が設けられている。フレームカバー403はフレーム400と別体に形成されている。フレームカバー403はフレーム400にボルト406により固定されている。このようにボルト固定とすることで、フレームカバー403とフレーム400との間隙を的確にシールできることから、給油経路からの油漏れを抑制することができる。なお、フレームカバー403は、フレーム400の内側に挿入されて転がり軸受401を押さえる部分と、フレーム400の回転駆動手段側端面に当接してこれに固定される部分とから構成されている。
バランスウェイト407は、転がり軸受401より電動機側で回転軸300に設けられている。本実施例ではバランスウェイト407は回転軸300とは別体に形成されて回転軸300に圧入されて固着されているが、バランスウェイト407が回転軸300と一体に形成されて設けられていてもよい。バランスウェイト407の最大外径部407aはステータ601のコイルエンドの端面側に突出して設けられ、コイルエンドの内径より大径となっている。
金属製のバランスウェイトカバー404は、底壁と側壁とからなる筒状に形成され、バランスウェイト407の最大外径部407aの外周を覆って設けられている。このバランスウェイトカバー404はフレームカバー403の共締めでフレーム400へボルト406にて固定されている。バランスウェイトカバー404の側壁は、吐出管701とバランスウェイト407の最大外径部407aとの間に設けられると共に、ハーメ端子702とバランスウェイト407の最大外径部407aとの間に設けられることとなる。
このようにして、バランスウェイトカバー404は、フレーム400とステータ601のエンドコイルの端面との間の空間を閉鎖している。すなわち、バランスウェイト407の最大外径部407aの外方空間は、バランスウェイトカバー404によって実質的に閉鎖されている。
次に、給油経路について説明する。回転軸300が回転されると、ポンプ部900により油溜り730の油が回転軸内の油通路311に送られる。油通路311に送られた油の一部は横穴312を通って転がり軸受である副軸受803に流れた後、油溜り730に戻る。油通路311を通ってクランクピン301の上部に到達した油は旋回軸受210を通り、さらには転がり軸受401へ流れる。転がり軸受401を潤滑した油は、その殆どが排油パイプ408を通り、油溜り730に戻る。転がり軸受401を潤滑した油の一部は、フレームカバー403と回転軸300との間の隙間を通ってバランスウェイト407に至り、バランスウェイト407で飛散されるが、バランスウェイトカバー404の側壁404bの内面に付着されて回収され、電動機600へ流下するなどして油溜り730に戻る。
また、旋回スクロール200のボス203の端面には給油ポケット(図示せず)が設けられており、旋回スクロール200が旋回運動することにより、前記給油ポケットがシールリング410の外側と内側を往復し、旋回軸受210と軸受401の間にある油の一部を背圧室411に搬送する。搬送された油はオルダム継手500に給油された後、固定スクロールの鏡板面105と旋回スクロール200の台板201の摺動面に給油される。
背圧室411に搬送された油は、旋回スクロール台板201に形成され、前記背圧室411と圧縮途中の中間圧縮室130とを連通する背圧穴(図示せず)を通って、或いは鏡板摺動面の微小隙間を通って、圧縮室130に流入する。圧縮室130に流入した油は圧縮された冷媒ガスと共に吐出口104から吐出され、密閉容器700内で冷媒ガスと分離され油溜り730に戻る。
また回転軸300は、電動機600のロータ602に固着された主軸部302と、この主軸部302の上端部に偏心して設けられ圧縮機構部2に連結されたクランクピン301と、主軸部302の下端部に設けられ副軸受(転がり軸受)803で支持された小径の副軸受支持部303とを一体に有しているので、回転軸300に必要な強度を確保しつつ、副軸受803で副軸受支持部303を精度よく支持することができる。
本実施例によれば、遠心形ポンプ部としているので、容積形ポンプ部と比較して安価なものとすることができる。しかも、ポンプ羽根902がポンプ部材901の下端部まで延びているので、油溜り730の油量が少なくなってもポンプ部材901の下端まで配置された遠心ポンプ羽根902の効果により油供給能力が十分に発揮できるため、信頼性の高いポンプ機構を得ることができる。
本実施例を図2用いて詳細に説明する。図2は図1に示すポンプ部900付近の詳細説明図である。図において、(a)はポンプ部の縦断面図、(b)はポンプ部に設けられたポンプ羽根の側面図、(c)は(a)図のA−A線矢視断面図である。
この図に示すように、ポンプ部900を構成するポンプ部材901の回転軸300への結合部と反対側は、球面形状(半球面形状)に形成されている。このように、球面形状に構成することにより、この部分を円錐形状や円筒形状に構成したものと比較し、ポンプ部材900内壁の回転軸300軸心に対する傾きが大きいため、大きな遠心ポンプ効果を得ることができ、安定した油供給能力が得られる。このため、より給油能力においてより信頼性の高いポンプ機構を構成できる。
ポンプ部材901内に配置され、ポンプ部材901と共に回転するポンプ羽根902は、回転軸300と一体となって駆動されるポンプ部材901内の流体の慣性力を受け、回転軸の回転方向とは逆方向の力を受ける。ポンプ羽根902に作用する回転方向と逆方向の力を支持するため、本実施例では次の構造をとっている。即ち、ポンプ部材901の下端部の球面形状部分には楕円形状の給油穴901aが形成され、また、ポンプ羽根902下端には、前記給油穴901aの楕円形状穴の短径より大きな幅を有する突起部902aが形成され、このポンプ羽根902をポンプ部材901内に圧入すると共にその突起部902aを楕円形状給油穴に内挿するように構成している。前記突起部902aはポンプ羽根902のストッパ兼回り止め部材として機能し、ポンプ羽根902を確実に支持でき、単純且つ安価な構造でポンプ部900の信頼性を高めることができる。
本発明の第2実施例を図3用いて説明する。図3は図2に相当する図で、(a)はポンプ部の縦断面図、(b)はポンプ部に設けられたポンプ羽根の側面図、(c)はポンプ部を下方から見た底面図である。
この実施例では、ポンプ部材901の下端部に、直線状の切欠きに形成された給油穴901aが設けられ、一方、ポンプ羽根902の下端部には前記直線状切欠きの給油穴を構成する短辺より幅の大きい突起部902aが形成され、この突起部902aが直線状切欠きの給油穴901aに内挿されて固定されている。このように構成しても、ポンプ羽根902は確実に支持されるから、ポンプ羽根をポンプ部材901と一体となって回転させることができ、単純且つ安価な構造でポンプ部の信頼性を高めることができる。なお、給油穴901aの形状は直線状に限らず、曲線や折線などの線状に構成しても同様の効果が得られる。
本発明の第3実施例を図4用いて説明する。図4も図2に相当する図で、(a)はポンプ部の縦断面図、(b)はポンプ部に設けられたポンプ羽根の側面図、(c)はポンプ部を下方から見た底面図である。
この実施例では、ポンプ部材901に多角形(この実施例では四角形或いはひし形)状の給油穴901aが設けられ、一方、ポンプ羽根902の下端部には突起部902aが設けられ、この突起部902aが多角形状に形成された給油穴901aの対角を構成する部分に内挿して係合されている。このような構造としても上記実施例と同様に、ポンプ羽根902は確実に支持されるから、ポンプ羽根をポンプ部材901と一体となって回転させることができ、単純且つ安価な構造でポンプ部の信頼性を高めることができる。なお、突起部902aを多角形状給油穴901aの対角に嵌装するためには、多角形は偶数の辺から構成されるもの(四角形や六角形等)にすると良い。
本発明の第1実施例を示すスクロール圧縮機の縦断面図である。 図1に示すポンプ部付近の詳細説明図である。 本発明の第2実施例を示すもので、図2に相当するポンプ部付近の詳細説明図である。 本発明の第3実施例を示すもので、図2に相当するポンプ部付近の詳細説明図である。
符号の説明
1…スクロール圧縮機、2…圧縮機構部、3…駆動部、100…固定スクロール、101…台板、102…ラップ、103…吸入口、104…吐出口、105…鏡板面、130…圧縮室、200…旋回スクロール、201…台板、202…ラップ、203…ボス、210…旋回軸受、300…回転軸、301…クランクピン、302…主軸部、303…副軸受支持部、310…ポンプ継手、311a…第1の油通路、311b…第2の油通路、312…横穴、400…フレーム、401…転がり軸受、402…スラスト軸受、403…フレームカバー、404…バランスウェイトカバー、404a…底壁、404b…側壁、404c…ボルト挿通用穴、404d…平坦部、405…ボルト、406…ボルト、407…バランスウェイト、407a…最大外径部、408…排油パイプ、410…シールリング、411…背圧室、500…オルダム継手、600…電動機、601…ステータ、602…ロータ、700…密閉容器、701…吐出管、702…ハーメ端子、703…端子カバー、710…上キャップ、711…吸入管、720…下キャップ、721…脚部、730…油溜り、800…副軸受部、801…下フレーム、802…ハウジング、803…転がり軸受(副軸受)、804…ハウジングカバー、805…ボルト、900…ポンプ部、901…ポンプ部材、901a…上部円筒部、901b…下部円すい部、902…ポンプ羽根。

Claims (3)

  1. 密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、前記回転軸を前記電動機より上方で支持する主軸受と、前記回転軸を前記電動機より下方で支持する副軸受と、前記密閉容器の底部に貯留する油を前記圧縮機構部および前記軸受へ前記油通路を通して供給する遠心形のポンプ部とを備えた流体圧縮機において、
    前記ポンプ部は前記回転軸の下端部に取り付けられた筒状のポンプ部材と、このポンプ部材内に配置されたポンプ羽根とを備えて構成され、
    前記ポンプ部材は、前記回転軸の下端部に取り付けられる部分と、そこから下方に延びて流路断面が小さくなる部分とから構成されると共に、前記流路断面が小さくなる部分は球面形状に形成されてその下端部には楕円形状に構成された給油穴が設けられ、
    前記ポンプ羽根の下端部には、前記楕円形状の給油穴の短径より幅の大きい突起部が形成され、この突起部が前記楕円形状給油穴に内挿されることにより、ポンプ羽根がポンプ部材と一体となり回転するように構成されていることを特徴とする流体圧縮機。
  2. 密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、前記回転軸を前記電動機より上方で支持する主軸受と、前記回転軸を前記電動機より下方で支持する副軸受と、前記密閉容器の底部に貯留する油を前記圧縮機構部および前記軸受へ前記油通路を通して供給する遠心形のポンプ部とを備えた流体圧縮機において、
    前記ポンプ部は前記回転軸の下端部に取り付けられた筒状のポンプ部材と、このポンプ部材内に配置されたポンプ羽根とを備えて構成され、
    前記ポンプ部材は、前記回転軸の下端部に取り付けられる部分と、そこから下方に延びて流路断面が小さくなる部分とから構成されると共に、前記流路断面が小さくなる部分は球面形状に形成されてその下端部には線状の切欠きに形成された給油穴が設けられ、
    前記ポンプ羽根の下端部には、前記線状切欠きの給油穴を構成する短辺より幅の大きい突起部が形成され、この突起部が前記線状切欠きの給油穴に内挿されて固定されることにより、ポンプ羽根がポンプ部材と一体となり回転するように構成されていることを特徴とする流体圧縮機。
  3. 密閉容器内に、流体を圧縮する圧縮機構部と、この圧縮機構部に連結されると共に油通路を有する回転軸と、この回転軸を駆動する電動機と、前記回転軸を前記電動機より上方で支持する主軸受と、前記回転軸を前記電動機より下方で支持する副軸受と、前記密閉容器の底部に貯留する油を前記圧縮機構部および前記軸受へ前記油通路を通して供給する遠心形のポンプ部とを備えた流体圧縮機において、
    前記ポンプ部は前記回転軸の下端部に取り付けられた筒状のポンプ部材と、このポンプ部材内に配置されたポンプ羽根とを備えて構成され、
    前記ポンプ部材は、前記回転軸の下端部に取り付けられる部分と、そこから下方に延びて流路断面が小さくなる部分とから構成されると共に、前記流路断面が小さくなる部分は球面形状に形成されてその下端部には偶数の辺から構成される多角形状に形成された給油穴が設けられ、
    前記ポンプ羽根の下端部には突起部が形成され、この突起部が前記多角形状に形成された給油穴の対角を構成する部分に内挿して係合されることにより、ポンプ羽根がポンプ部材と一体となり回転するように構成されていることを特徴とする流体圧縮機。
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