JP2004124834A

JP2004124834A - 密閉型ロータリ圧縮機

Info

Publication number: JP2004124834A
Application number: JP2002290733A
Authority: JP
Inventors: Masashi Miyougahara; 茗ヶ原　将史; Yoshinori Shirafuji; 白藤　好範
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】圧縮荷重が作用することによる軸受内でのクランクシャフトの撓み変形に対処するのに、クランクシャフトを偏芯部側から先端側へ向かって先細となるテーパ加工を施す例があるが、クランクシャフトの外径が小さくなり、剛性が弱くなり、かえって撓み量が大きくなる。
【解決手段】主軸受７が溝柔構造７ａを有し、また、主軸受７の内径部７ｂを下段部分７ｃと半径方向に偏芯させた上段部分７ｄに分かれた２段構造にすることにより、ガス荷重の作用したクランクシャフト３が主軸受７内で撓み変形をする際のクランクシャフト３の片当たりを防止する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は冷凍空調装置に用いられる密閉型ロータリ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
密閉型ロータリ圧縮機のシリンダ内で冷媒を圧縮することによって、圧縮荷重がクランクシャフトに作用し、クランクシャフトは撓み変形をするが、これに対する従来の対策としては、例えば、クランクシャフトをクランクシャフト偏芯部側から先端側へ向かって先細となるテーパ加工を施すことで、クランクシャフトが撓み変形した際に、撓み方向のクランクシャフト軸受外径と主軸受内径の隙間が一定になるようにしてクランクシャフトの片当たりを防止するという対策例がある。（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、主軸受先端の内径部に別部品のブッシュを組込み、ブッシュをクランクシャフトと共に撓ませるという対策例がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８４８２７号公報（第４頁、第５頁、図１）
【特許文献２】
特開平２−８１９９３号公報（第２頁、第３頁、第１図、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１においては、クランクシャフトにテーパ加工を施して外径を小さくすると、クランクシャフトの剛性が弱くなり撓み量が大きくなる。さらに、クランクシャフト外径部のテーパ加工は精密な加工精度が必要とされるためコストアップにつながるなどの問題がある。
また、特許文献２においては、別部品のブッシュを組込む場合は、部品点数が増えることでコストアップにつながるといった問題がある。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題を解消するためになされたものであり、圧縮荷重の作用したクランクシャフトが主軸受内で撓み変形をする際のクランクシャフトの片当たりを防止し、信頼性が高く、寿命の長い密閉型ロータリ圧縮機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る密閉型ロータリ圧縮機は、クランクシャフトを軸支する主軸受及び副軸受間のシリンダ内で、クランクシャフトの偏心部に取付けたピストンを回転させ圧縮作用を行う圧縮機構部と、主軸受に対してシリンダと軸方向で反対側に配置され、クランクシャフトを回転させる電動要素部とを密閉容器内に収納した密閉型ロータリ圧縮機において、
シリンダ内の圧縮荷重によりクランクシャフトが撓み変形するのに対応して、シリンダ側の主軸受が撓み変形し、また、主軸受の電動機側の内径部の内径中心が、シリンダ側の内径部の内径中心に対して、電動機側の内径部におけるクランク軸の撓み変形方向に所定量偏芯したものである。
【０００８】
また、この発明に係る密閉型ロータリ圧縮機は、シリンダ内の圧縮荷重によりクランクシャフトが撓み変形するのに対応して、シリンダ側の主軸受がクランクシャフトとの片当りを緩和するように撓み変形し、また、主軸受の電動機側の内径部は、シリンダ側の主軸受の撓み変形側と反対側で、クランクシャフトとの隙間を大きくしたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の密閉型ロータリ圧縮機の実施の形態１について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機の縦断面図、図２は、同じくシリンダの横断面図、図３は、同じく圧縮荷重によるクランクシャフトの撓み変形状態を説明する図であり、図３（ａ）は、柔構造溝のない場合であり、図３（ｂ）は、柔構造溝のある場合である。図４は、この発明の実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機の主軸受の縦断面図である。
【００１１】
これらの図において、密閉型ロータリ圧縮機は、固定子１と回転子２からなる電動機である電動要素部と、電動機により回転するクランクシャフト３、シリンダ５、シリンダ５内を回転するクランクシャフト３の偏芯部３ｂに取付けられたピストン６、シリンダ５内の開口部を封じてクランクシャフト３を支持する主軸受７と副軸受８、ベーン１２等からなる圧縮機構部とで構成される。これらの電動要素部と圧縮機構部は、密閉容器１０内に収納されている。
また、クランクシャフト３は、偏芯部３ｂ、偏芯部３ｂに続く電動機側の長軸３ａ、副軸受８側の短軸３ｃから成り、主軸受７は回転子２が焼嵌められたクランクシャフト３を片持ち支持している。
更に、密閉容器１０には、冷媒を吸入する吸入パイプ４及び圧縮冷媒を圧縮機外に出す吐出パイプ１１が取付けられている。
【００１２】
主軸受７及び副軸受８には、クランクシャフト３の撓み変形に応じて軸受内径を微小変形可能とする溝であって、主軸受７、副軸受８のクランクシャフト３が貫通する部分である内径部７ｂ、８ｂから外側に少し離れた所に、シリンダ５側の端部の開口から軸方向に、かつ、軸周に倣うように円周状に形成された主軸受７の柔構造溝７ａ、副軸受８の柔構造溝８ａが加工されている。この溝７ａ、８ａの軸方向の長さは、クランクシャフト３の撓み変形に対応できる所定の長さであり、また、内径部７ｂ、８ｂからの距離は繰返しの変形に耐え、かつ微小変形可能となる弾性が維持できる範囲で決定される。
【００１３】
主軸受７の内径部７ｂは、シリンダ側の内径部７ｃである下段部と電動機側の内径部７ｄである上段部とから成る２段構造であり、これらの内径部７ｃ、７ｄは互いに半径方向に偏芯しており、互いの直径は同じ直径Ｄである。偏芯方向は、クランクシャフト３の撓み変形方向であり、偏芯量は所定の量ｅである。
【００１４】
次に、密閉型ロータリ圧縮機の動作を説明する。
固定子１の発生する回転磁界により回転子２が回転し、その駆動トルクがクランクシャフト３に作用することで、密閉容器１０に固定されたシリンダ５の内径空間内でピストン６が偏芯回転運動を行う。これにより図２に示すシリンダ５とピストン６とベーン１２と主軸受７と副軸受８で構成される圧縮室９内に吸入パイプ４から冷媒ガスが吸入され圧縮後、主軸受７の吐出孔７ｂ及び副軸受８の吐出孔８ｂから密閉容器１０内に吐出され、密閉容器１０の上部に設けられた吐出パイプ１１から冷媒回路内に流出する。この際、圧縮室９で冷媒ガスが圧縮され、圧縮荷重がクランクシャフト３に作用し、それによりクランクシャフト３は撓み変形する。
【００１５】
図２、図３に示すように、シリンダ５内での圧縮工程では、クランクシャフト３の偏芯部３ｂには圧縮室９内の圧縮冷媒により圧縮荷重がかかる。このため、クランクシャフト３（長軸３ａ、短軸３ｂ）は、主軸受７及び副軸受８のシリンダ５側の端部である根元を支点として撓み変形する。
この変形方向は、図２のシリンダ５の断面において、シリンダ５の内径中心Ｏを中心とし、ベーン１２方向を角度０度とし、反時計方向にクランクシャフト３の偏芯部３ｂが回転するとした際（図２で矢印で示す、反時計方向に角度も計測する）、クランクシャフト３の偏芯部３ｂに作用する圧縮荷重方向は角度９０度〜１８０度方向であるため、クランクシャフト３の長軸３ａの圧縮荷重による撓み変形方向は、反対側の角度２７０度〜３６０度方向となる。
【００１６】
クランクシャフト３は主軸受７及び副軸受８の根元を支点として撓み変形をするため、クランクシャフト３の長軸３ａ及びクランクシャフト３の短軸３ｃの根元部分の片当たりが強くなり、場合によってはクランクシャフト３の焼付きを起こすこともある。それを防止するため主軸受７の下端部及び副軸受８の上端部に、クランクシャフト３の撓み変形に応じて軸受内径が微小変形可能な柔構造溝７ａ、８ａを設けることにより、主軸受７及び副軸受８の根元自体も撓み変形させ、クランクシャフト３の長軸３ａ及びクランクシャフト３の短軸３ｃの根元部分の片当たりを弱める効果がある。
【００１７】
更に、図３により、圧縮荷重によるクランクシャフト３の撓み変形状態を説明する。
クランクシャフト３は、ピストン６が受ける圧縮荷重により撓み変形をしながら回転するが、それによりクランクシャフト３の長軸３ａの根元部分の片当たりが大きくなるため、主軸受７及び副軸受８に柔構造溝７ａ、８ａを施すことにより主軸受７及び副軸受８の根元自体も撓み変形させ、クランクシャフト３の長軸３ａ及びクランクシャフト３の短軸３ｃの根元部分の片当たりを弱める効果がある。
即ち、主軸受７及び副軸受８に柔構造溝７ａ、８ａを設けることにより、主軸受７及び副軸受８のシリンダ側の主軸受７及びシリンダ側の副軸受８も撓み変形し、クランクシャフト３の片当たりを緩和する。
【００１８】
しかし、柔構造溝加工の無い軸受を用いた際のクランクシャフト３の撓み角をα、柔構造溝加工のある軸受を用いた際のクランクシャフト３の撓み角をβとするとそれらの関係はα＜βとなり、柔構造溝加工を施すことによりクランクシャフト３の撓み角は大きくなる。
【００１９】
クランクシャフト３の撓み角は大きくなることで、主軸受７及び副軸受８の先端部に相当するクランクシャフト３のクリアランスは小さくなり、特に、軸受長が長い主軸受７の主軸受７の先端部に相当するクランクシャフト３の長軸３ａの片当たりは大きくなる。
【００２０】
この時、図４に示すように主軸受７は、クランクシャフト３の長軸３ａの軸心から所定の偏芯量ｅだけ偏芯させた電動機側の内径部である内径上段部７ｄと偏芯していないシリンダ側の内径部である内径下段部７ｃとを設けた内径２段構造であるため、クランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形した際の主軸受７とクランクシャフト３の長軸３ａとの間に十分なクリアランスが保てるようにでき、摺動部の局部的な潤滑不良による摩耗を小さくして信頼性を向上できる。
【００２１】
主軸受７の２段構造の内径加工は、主軸受７の先端側（電動機側）から必要とする長さを加工した後に、反対側（シリンダ側）から残りの内径部７ｂを加工する、もしくはその逆の工程となるため、加工工具の逃し部である内径拡大部７ｆが必要となる。
【００２２】
クランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形をした際に、クランクシャフト３の長軸３ａと電動機側の内径部７ｄのクリアランスを十分に保たせるために電動機側の内径部７ｄを偏芯加工する方向は、圧縮荷重の負荷による変形が大きくなる方向とし、図２に示すシリンダ５の断面において、ベーン１２の位置を基準とした際のクランクシャフト３の回転方向に測って、角度２７０度〜３６０度の範囲方向とする。即ち、この角度方向の範囲は、圧縮荷重によりクランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形する方向とほぼ一致する。
【００２３】
電動機側内径部７ｄを加工する軸方向深さは主軸受７の先端側（電動機側）から軸受長の２０％以下とすることで、クランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形した際の電動機側内径部７ｄへの片当たりを弱くすることができる。
【００２４】さらに、主軸受７とシリンダ５はシリンダ側の内径部７ｃの内径中心とシリンダ５の内径中心Ｏを同心に組立てることにより、電動機側の内径部７ｄの内径中心はクランクシャフト３の回転方向に角度２７０度〜３６０度の範囲でシリンダ５の内径中心Ｏに対して半径方向に偏芯するため、クランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形をした際に、クランクシャフト３の長軸３ａと電動機側の内径部７ｄのクリアランスが十分に保つことができ、摺動部の局部的な潤滑不良による摩耗を小さくして信頼性を向上できる。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機は、密閉容器１０内に電動要素部と、柔構造溝加工の施された主軸受７と副軸受８を有する圧縮要素部とで構成されており、主軸受７の内径部７ｂはシリンダ側内径部７ｃと電動機側内径部７ｄで半径方向に偏芯させた互いに同じ直径の２段構造になっているため、クランクシャフト３による摺動部の局部的な軸受面圧の上昇を防ぎ、潤滑不良による摩耗を小さくして信頼性を向上できる。
【００２６】
実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２の密閉型ロータリ圧縮機について図面を参照して説明する。図５は、この発明の実施の形態２の密閉型ロータリ圧縮機の縦断面図、図６は、同じく主軸受の横断面図である。本実施の形態では、主軸受７の内径部７ｂのシリンダ側の内径部７ｃと電動機側の内径部７ｄとの内径が、電動機側の内径部７ｄの内径の方が大きい。その他の点は実施の形態１と同じであり、説明を省略する。
【００２７】
図５、図６に示すように、主軸受７の内径部７ｂの２段構造の電動機側の内径部７ｄとシリンダ側の内径部７ｃとは、実施の形態１と同じく偏芯量ｅで、同方向に偏芯している。
動作及び作用効果も実施の形態１の場合と同様である。
但し、本実施の形態では、実施の形態１において、主軸受７の内径部７ｂがシリンダ側の内径部７ｃと電動機側の内径部７ｄと同じ直径で、偏芯させた場合においてもクランクシャフト３の片当たりの改善が不充分である場合にも有効となる。
【００２８】
本発明の実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機は、主軸受７の電動機側の内径部７ｄとシリンダ側の内径部７ｃとは同じ直径とするか、又は電動機側の内径部７ｄの直径がシリンダ側の内径部７ｃの直径よりも大きくし、偏芯量は主軸受７のシリンダ側の内径部７ｃとクランクシャフト３とのクリアランス量以下としているので、クランクシャフト３は回転時に大きく振動することがなく、片当たりを防止できる。
【００２９】
また、本発明の実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機においては、主軸受７とシリンダ５とは、主軸受７のシリンダ側の内径部７ｃの内径中心とシリンダ５の内径中心とを同心とし、主軸受７の電動機側の内径部７ｄの内径中心がシリンダ５の内径中心に対して半径方向に偏芯しているので、クランクシャフト３は回転時に大きく振動することがなく、片当たりを防止できる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態の密閉型ロータリ圧縮機は、主軸受７の電動機側の内径部７ｄの内径中心を半径方向に偏芯させる方向は、シリンダ５の断面において、ベーン１２の位置を基準として、クランクシャフト３の回転方向に角度２７０度〜３６０度の範囲であるので、圧縮荷重に対応した有効なクランクシャフト３の片当たり防止策となる。
【００３１】
本実施の形態の主軸受７の柔構造溝７ａは、クランクシャフト３の長軸３ａの全軸周に倣って形成する必要はなく、圧縮荷重がかかる範囲に軸周に倣って形成してもよい。また、柔構造溝７ａ、８ａは、溝形状のものでなくてもよく、要するに偏芯部３ｂに圧縮荷重が作用時に、クランクシャフト３が撓み変形し、主軸受７及び副軸受８のシリンダ側の端部との片当たりを緩和するために、主軸受７及び副軸受８がシリンダ側で変形するものであればよい。
また、電動機側の内径部７ｄには、その内径中心を偏芯させずに、クランクシャフト３の長軸３ａが撓み変形する角度範囲に、先端部に開口するクランクシャフト３の長軸３ａとの広げた隙間を形成しても良い。更にこの隙間は、先端部の開口部側に隙間が大きくなるようにしても良い。
【００３２】
前記の実施の形態の図１、図５の密閉型ロータリ圧縮機を２シリンダタイプであったが、１シリンダタイプでも同じである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の密閉型ロータリ圧縮機は、シリンダ内の圧縮荷重によりクランクシャフトが撓み変形するのに対応して、シリンダ側の主軸受が撓み変形し、また、主軸受の電動機側の内径部の内径中心が、シリンダ側の内径部の内径中心に対して、電動機側の内径部におけるクランク軸の撓み変形方向に所定量偏芯した。
また、本発明の密閉型ロータリ圧縮機は、シリンダ内の圧縮荷重によりクランクシャフトが撓み変形するのに対応して、シリンダ側の主軸受がクランクシャフトとの片当りを緩和するように撓み変形し、主軸受の電動機側の内径部は、シリンダ側の主軸受の撓み変形側と反対側で、クランクシャフトとの隙間を大きくした。
そこで、圧縮荷重の作用したクランクシャフトが主軸受内で撓み変形をする際のクランクシャフトの片当たりを防止し、信頼性が高く、寿命の長い密閉型ロータリ圧縮機を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の密閉型ロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシリンダの横断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１の密閉型ロータリ圧縮機の圧縮荷重によるクランクシャフトの撓み変形状態を説明する図である。
【図４】本発明の実施の形態１の主軸受の縦断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２の密閉型ロータリ圧縮機の縦断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２の主軸受の縦断面図である。
【符号の説明】
１、２　電動機、３　クランクシャフト、３ｂ　クランクシャフトの偏芯部、５　シリンダ、６　ピストン、７　主軸受、７ｃ　シリンダ側の内径部、７ｄ　電動機側の内径部、８　副軸受、１０　密閉容器、１２　ベーン、ｅ　偏芯量、Ｏ　シリンダの内径中心。

Claims

クランクシャフトを軸支する主軸受及び副軸受間のシリンダ内で、前記クランクシャフトの偏心部に取付けたピストンを回転させ圧縮作用を行う圧縮機構部と、前記主軸受に対して前記シリンダと軸方向で反対側に配置され、前記クランクシャフトを回転させる電動要素部とを密閉容器内に収納した密閉型ロータリ圧縮機において、
前記シリンダ内の圧縮荷重により前記クランクシャフトが撓み変形するのに対応して、前記シリンダ側の主軸受が撓み変形し、
また、前記主軸受の前記電動機側の内径部の内径中心が、前記シリンダ側の内径部の内径中心に対して、前記電動機側の内径部における前記クランク軸の撓み変形方向に所定量偏芯したことを特徴とする密閉型ロータリ圧縮機。
クランクシャフトを軸支する主軸受及び副軸受間のシリンダ内で、前記クランクシャフトの偏心部に取付けたピストンを回転させ圧縮作用を行う圧縮機構部と、前記主軸受に対して前記シリンダと軸方向で反対側に配置され、前記クランクシャフトを回転させる電動要素部とを密閉容器内に収納した密閉型ロータリ圧縮機において、
前記シリンダ内の圧縮荷重により前記クランクシャフトが撓み変形するのに対応して、前記シリンダ側の主軸受が前記クランクシャフトとの片当りを緩和するように撓み変形し、
また、前記主軸受の電動機側の内径部は、前記シリンダ側の主軸受の撓み変形側と反対側で、前記クランクシャフトとの隙間を大きくしたことを特徴とする密閉型ロータリ圧縮機。
前記主軸受の前記電動機側の内径部と前記シリンダ側の内径部とは同じ直径とするか、もしくは前記電動機側の内径部の直径が前記シリンダ側の内径部の直径よりも大きくし、偏芯量は前記主軸受の前記シリンダ側の内径部とクランクシャフトとのクリアランス量以下であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型ロータリ圧縮機。
前記主軸受と前記シリンダとは、前記主軸受のシリンダ側の内径部の内径中心と前記シリンダの内径中心とを同心とし、前記主軸受の電動機側の内径部の内径中心が前記シリンダの内径中心に対して半径方向に偏芯していることを特徴とした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の密閉型ロータリ圧縮機。
前記主軸受の前記電動機側の内径部の内径中心を半径方向に偏芯させる方向は、前記シリンダの断面において、ベーン位置を基準として、クランクシャフトの回転方向に角度２７０度〜３６０度の範囲であることを特徴とする請求項１、請求項３又は請求項４に記載の密閉型ロータリ圧縮機。