JP2007187034A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型圧縮機において、回転子内に配設されるスラストボールベアリング周辺にオイルが滞留し粘性抵抗が生じて、ボールの回転を阻害し十分な入力低減効果が得られない。
【解決手段】スラストボールベアリング１３１のボール部の下端位置を回転子１１３下端より下に位置させることでオイル１０３の密閉容器１０１内への排出を良くし、スラストボールベアリング１３１周辺にオイル１０３が滞留することを防いだため、粘性抵抗が生じず、高い入力低減効果を得ることができる密閉型圧縮機を提供できるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に家庭用冷蔵庫に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

従来、効率向上を目的にスラストボールベアリングを採用した密閉型圧縮機において、スラストボールベアリングは、固定子に同軸的な回転子に設けられたカウンタ孔内にあって軸受部の端面に係合したものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図６は従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図７は従来の密閉型圧縮機の要部断面拡大図を示すものである。

図６、図７において、密閉容器１内には冷媒２を充填するとともに、オイル３を貯留している。

電動要素１１は、外部電源（図示せず）と繋がっている固定子１２と、固定子１２の内側と所定の間隙を有して配置された回転子１３から構成されている。

圧縮要素２１は、主軸部２２ａと偏芯軸部２２ｃとを有するクランクシャフト２２と、固定子１２の下方に固定され、圧縮室２３ａを形成するシリンダブロック２３と、シリンダブロック２３に嵌合されクランクシャフト２２を支持する軸受部２４と、圧縮室２３ａ内で往復運動するピストン２５と、ピストン２５と偏芯軸部２２ｃとを連結する連結手段２６とでレシプロ式の圧縮機構を形成している。

回転子１３の鉄心１３ｆには軸受部２４が埋設されるようにカウンタ孔１３ａを設け、カウンタ孔１３ａ内の上端面となるカウンタ端面１３ｂと軸受部２４の上端面２４ａとの間にはスラストボールベアリング３１がカウンタ孔１３ａ内に収納される位置に配設される。

スラストボールベアリング３１は金属からなる複数のボール３２と、ボール３２を保持するホルダー部３３と、ボール３２の上下に各々配設される上ワッシャ３４および下ワッシャ３５から形成されている。

クランクシャフト偏心軸部２２ｃ下端には遠心ポンプを構成する給油管４０が取り付けられ主軸部２２ａに設けられた給油経路２２ｄと連通している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１２に外部電源より通電がされると、回転子１３はクランクシャフト２２と共に回転する。これに伴い偏芯軸部２２ｃの偏芯運動は連結手段２６を介してピストン２５を圧縮室２３ａ内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。

給油管４０は密閉容器１内に貯留したオイル３を吸い上げて摺動部へ供給することで各摺動部を潤滑する。

スラストボールベアリング３１は、回転子１３とクランクシャフト２２の自重による垂直荷重を支持し、回転子１３と軸受部２４の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、密閉型圧縮機の入力値を低減し、効率を向上する。
特開昭６１−５３４７４号公報

しかしながら、上記従来の構成にて実験による性能測定を行ったがスラストボールベアリング３１を用いることでの摺動ロスの低減効果が設計値よりかなり小さい結果となった。

そこでその原因究明のための詳細な分析を実施した結果、スラストボールベアリング３１部の抵抗が高いということが分かった。更にクランクシャフト２２の主軸部２２ａに設けられた給油経路２２ｄを通じて回転子１３のカウンタ端面１３ｂまで供給されるオイル３がスラストボールベアリング３１外周と回転子１３のカウンタ部側面１３ｄの距離が近接しているために、回転子１３の鉄心１３ｆに軸受部２４を埋設するように設けられたカウンタ孔１３ａ内に滞留していることを発見した。

つまり、この滞留したオイル３が粘性抵抗となってボール３２の回転を阻害し、期待される入力低減効果が得られない可能性があるということを見出したのである。

上記従来の課題を解決するために本発明の密閉型圧縮機は、スラストボールベアリング３１のボール３２の下端位置を回転子１３のコア端面１３ｃより下側に位置することで給油管４０より吸い上げられたオイル３がクランクシャフト２２の主軸部２２ａに設けられた給油経路２２ｄを通じて回転子１３のカウンタ端面１３ｂまでに供給されてもスラストボールベアリング３１の周囲が開放されているため過剰なオイル３が滞留しないので、ボール３２の回転を妨げることがないので入力低減効果が得られるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、滞留したオイルによって発生する粘性抵抗によってボールの回転が妨げられないので、効率の良い密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、主軸部と偏心軸部とを有するクランクシャフトと、固定子の下方に固定され、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに嵌合され前記クランクシャフトを支持する軸受部と、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段と、回転子のコア端面と軸受部の上端面との間にボールの下端位置が回転子の下端より下側に位置するように配設されたスラストボールベアリングを備え、レシプロ式の圧縮機構を形成したもので、回転子のカウンタ端面までオイルが供給された際、ボールと保持器の隙間から密閉容器内に開放されるためボールの周辺に過剰にオイルが滞留することが無く、粘性抵抗によるボールの回転阻害が少なくなり入力値を低減できるので、効率の良い圧縮機を提供することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、クランクシャフトに設けられた給油経路からなる給油経路の上開口端をボール部の下端位置より下側に設けたもので、オイルはボールと保持器の下側隙間から密閉容器内に開放されるため回転子のカウンタ端面に過剰なオイルが給油されることを防ぐので、粘性抵抗によるボールの回転阻害が少なくなり入力値を低減できるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに効率の良い圧縮機を提供することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、スラストボールベアリングはボールの上下に各々配設される上ワッシャおよび下ワッシャを備え、軸受部のスラスト面と前記下ワッシャとの間に、前記軸受部の内周側から外周側に向かう溝を形成したことで軸受部の溝を通して過剰なオイルが排出されるため、ボール部への過剰なオイル供給を制限することができ、粘性抵抗によるボールの回転阻害が少なくなり入力値を低減できるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに効率の良い圧縮機を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、スラストボールベアリングはボールの上下に各々配設される上ワッシャおよび下ワッシャを備え、クランクシャフト外周面の下ワッシャと対向する位置に、給油経路に連通するリング溝を設けたことでボール部へ均一にオイル供給ができるため、請求項１に記載の発明の効果に加えて信頼性を高くすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、回転子に永久磁石を内蔵したもので、スラストボールベアリングが回転子に内蔵される磁石から位置が離れているため、磁性体からなるボールが磁化されにくく、金属磨耗粉などのごみを寄せ付けないので、請求項１に記載の発明の効果に加えて信頼性を高くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面拡大図、図３は同実施の形態の密閉型圧縮機の軸受部の一例を示す図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内には冷媒１０２を充填するとともに、オイル１０３を貯留している。

電動要素１１１は、外部電源（図示せず）と繋がっている固定子１１２と、固定子１１２の内側と所定の間隙を有して配置された回転子１１３から構成されている。

圧縮要素１２１は、主軸部１２２ａと偏芯軸部１２２ｃとを有するクランクシャフト１２２と、固定子１１２の下方に固定され、圧縮室１２３ａを形成するシリンダブロック１２３と、シリンダブロック１２３に嵌合されクランクシャフト１２２を支持する軸受部１２４と、圧縮室１２３ａ内で往復運動するピストン１２５と、ピストン１２５と偏芯軸部１２２ｃとを連結する連結手段１２６とを備えレシプロ式の圧縮機構を形成している。

回転子１１３の鉄心１１３ｆにはカウンタ孔１１３ａを設け、カウンタ孔１１３ａ内の上端面となるカウンタ端面１１３ｂと軸受部１２４の上端面１２４ａとの間にはスラストボールベアリング１３１が配設される。

スラストボールベアリング１３１は複数のボール１３２と、ボール１３２を保持するホルダー部１３３と、ボール１３２の上下に各々配設される上ワッシャ１３４および下ワッシャ１３５を有しており、ボール１３２の下端位置が回転子１１３のコア端面１１３ｃより下側に位置するように配設されている。

クランクシャフト１２２の偏心軸部１２２ｃ下端には遠心ポンプを構成する給油管１４０が取り付けられ、主軸部１２２ａに上開口端１２２ｅがボール１３２の下端位置より下側に位置するように設けられた給油経路１２２ｄと連通している。

軸受部１２４の上端面１２４ａの表面には複数の浅い半円筒形状の溝１２４ｂが軸受部１２４の内周側から外周側に向かって一定の間隔で設けられている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１１２に外部電源より通電がされると、回転子１１３はクランクシャフト１２２と共に回転する。これに伴い偏芯軸部１２２ｃの偏芯運動は連結手段１２６を介してピストン１２５を圧縮室１２３ａ内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。

スラストボールベアリング１３１は、回転子１１３とクランクシャフト１２２の自重による垂直荷重を支持し、回転子１１３と軸受部１２４の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、密閉型圧縮機の入力値を低減し、効率を向上させる。

この際、密閉容器１０１内に貯留したオイル１０３は給油管１４０によって吸い上げられ、各摺動部へ供給されることで各摺動部を潤滑する。また、オイル１０３はクランクシャフト１２２の主軸部１２２ａに設けられた給油経路１２２ｄを通り上開口端１２２ｅから密閉容器１０１内に排出される。

密閉容器１０１内に排出されるオイル１０３の一部はボール１３２とボールの上下に各々配設される上ワッシャ１３４および下ワッシャ１３５に給油される。

この際、スラストボールベアリング１３１のボール１３２の下端位置を回転子１１３のコア端面１１３ｃより下側に位置するように配設したことにより、スラストボールベアリング１３１外周と回転子１１３のカウンタ部側面１１３ｄの距離より、スラストボールベアリング１３１外周とアルミエンドリング１１３ｅとの距離のほう大きいため、上開口端１２２ｅから排出されるオイル１０３はカウンタ孔１１３ａに滞留することなくスムースに密閉容器１０１内に排出される。

その結果、ボール１３２の回転が阻害されないので、粘性抵抗による摺動損失は小さくなり密閉型圧縮機の効率が向上する。

一方、クランクシャフト１２２の主軸部１２２ａに設けられた給油経路１２２ｄの上開口端１２２ｅがスラストボールベアリング１３１のボール１３２の下端位置より下側に位置するように設けられたことで、回転子１１３のカウンタ端面１１３ｂまでオイル１０３が到達せず、スラストボールベアリング１３１内部に開放されるため、よりスムースにオイル１０３が排出され、さらに効率を向上させることができる。

また、軸受部１２４に軸受部１２４の内周側から外周側に向かって切り欠き形状または半円筒形状の溝１２４ｂが一つ以上一定の間隔一つ以上の溝１２４ｂを設けることで給油管１４０から吸い上げられたオイル１０３は溝１２４ｂから一定の割合分が排出されることになる。これによってクランクシャフト１２２の主軸部１２２ａに設けられた給油経路１２２ｄを通り、スラストボールベアリング１３１内部に開放されるオイル１０３の量をコントロールすることができ、より適正な量のオイル１０３をスラストボールベアリング１３１に供給することができ、さらに効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態では回転子１１３の鉄心１１３ｆにカウンタ孔１１３ａを設けたが、カウンタ孔１１３ａの深さをゼロにする、すなわち、カウンタ孔１１３ａそのものを無くしても同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図、図５は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面拡大図である。

図４、図５において、密閉容器２０１内には冷媒２０２を充填するとともに、オイル２０３を貯留している。

電動要素２１１は、外部電源（図示せず）と繋がっている固定子２１２と、固定子２１２の内側と所定の間隙を有して配置された回転子２１３から構成されている。

圧縮要素２２１は、主軸部２２２ａと偏芯軸部２２２ｃとを有するクランクシャフト２２２と、固定子２１２の下方に固定され、圧縮室２２３ａを形成するシリンダブロック２２３と、シリンダブロック２２３に嵌合されクランクシャフト２２２を支持する軸受部２２４と、圧縮室２２３ａ内で往復運動するピストン２２５と、ピストン２２５と偏芯軸部２２２ｃとを連結する連結手段２２６と、回転子２１３のカウンタ端面２１３ｂと軸受部２２４の上端面２２４ａとの間にボール２３２の下端位置が回転子２１３のコア端面２１３ｃより下側に位置するように配設されたスラストボールベアリング２３１を備えレシプロ式の圧縮機構を形成している。

回転子２１３の鉄心２１３ｆにはカウンタ孔２１３ａを設け、カウンタ孔２１３ａ内の上端面となるカウンタ端面２１３ｂと軸受部２２４の上端面２２４ａとの間にはスラストボールベアリング２３１が配設される。

スラストボールベアリング２３１は複数のボール２３２と、ボール２３２を保持するホルダー部２３３と、ボール２３２の上下に各々配設される上ワッシャ２３４および下ワッシャ２３５から構成されており、ボール２３２の下端位置が回転子２１３のコア端面２１３ｃより下側に位置するように配設されている。ボール２３２は鋼球等の磁性体から形成されている。

鉄心２１３ｆは複数の平板形で同極性の永久磁石２９３を山形状に挿入配置して回転子磁極の一つの極を形成し、回転子全体で２極の回転子磁極を形成している。また、鉄心２１３ｆの外周近傍にはアルミからなる２次導体を形成しており、電動要素２１１は始動時に誘導電動機として始動し同期回転数近くで同期運転に移る同期モーターを形成している。

クランクシャフト２２２の偏心軸部２２２ｃ下端には遠心ポンプを構成する給油管２４０が取り付けられ、給油経路２２２ｄと連通している。

クランクシャフト２２２の外周面には、下ワッシャ２３５と対向する位置に、給油経路２２２ｄに連通するリング溝２３０を全周に渡って凹設している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子２１２に外部電源（図示せず）より通電がされることで始動時に誘導電動機として始動し回転子２１３は回転を始める。そして回転子２１３が加速され最大トルクを超え同期速度近くまで回転を上げ同期引込みトルクに達した時に、瞬時に同期速度に引き込まれ同期電動機として定常運転を継続する。

回転子２１３の回転に伴いが回転し、偏芯軸部２２２ｃの偏芯運動は連結手段２２６を介してピストン２２５を圧縮室２２３ａ内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。

この際、密閉容器２０１内に貯留したオイル２０３は給油管２４０によって吸い上げられ、各摺動部へ供給されることで各摺動部を潤滑する。また、オイル２０３はクランクシャフト２２２の主軸部２２２ａに設けられた給油経路２２２ｄを通り上開口端２２２ｅから密閉容器２０１内に排出される。

密閉容器２０１内に排出されるオイル２０３の一部はボール２３２とボールの上下に各々配設される上ワッシャ２３４および下ワッシャ２３５に給油される。

この際、スラストボールベアリング２３１のボール２３２の下端位置を回転子２１３のコア端面２１３ｃより下側に位置するように配設したことにより、スラストボールベアリング２３１外周と回転子２１３のカウンタ部側面２１３ｄの距離より、スラストボールベアリング２３１外周とアルミエンドリング２１３ｅとの距離のほう大きいため、上開口端２２２ｅから排出されるオイル２０３はカウンタ孔２１３ａに滞留することなくスムースに密閉容器２０１内に排出される。

その結果、ボール２３２の回転が阻害されないので、粘性抵抗による摺動損失は小さくなり、スラストボールベアリング２３１は、回転子２１３とクランクシャフト２２２の自重による垂直荷重を支持し、回転子２１３と軸受部２２４の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、密閉型圧縮機の入力値を低減し、効率を向上することができる。

さらに回転子２１３を形成する鉄心２１３ｆに内蔵された永久磁石２９３によって、スラストボールベアリング２３１のボール２３２が磁化される可能性があるが、回転子の鉄心２１３ｆに内蔵された永久磁石２９３よりボール２３２が離れて位置することから磁化されにくい。その結果、ボール２３２に鉄粉などのゴミを吸着しなくなり信頼性が向上する。

ここで、同期電動機は誘導電動機に比べ、回転子２１３が同期引込みトルクに達した瞬間に同期速度に引き込まれるが、この際回転が瞬時に加速される。こういった状態下では、通常のスラスト軸受では潤滑性が損なわれ、過酷な摺動状態になりやすい。

しかしながら、本実施の形態によればスラストボールベアリング２３１が、回転子２１３とクランクシャフト２２２の自重による垂直荷重を支持し、回転子２１３と軸受部２２４の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、摩耗が起こりにくく、高い信頼性が得られる。

更に本実施の形態においてはクランクシャフト２２２の外周面には下ワッシャ２３５と対向する位置に、給油経路２２２ｄに連通するリング溝２３０をクランクシャフト２２２の主軸部２２２ａの全周に渡って凹設していることで、複数のボール２３２へのオイル供給が均一にされるため、僅かなオイル量でもボール２３２と上ワッシャ２３４および下ワッシャ２３５との摩耗が起こりにくく、高い信頼性が得られる。

なお、本実施の形態においては同期電動機を例示したが、インバータ駆動方式の圧縮機においては高回転時に給油能力が上がるため、さらにスラストボールベアリング２３１内にオイル２０３が滞留しやすくなる。

しかしながら本実施の形態では上開口端２２２ｅから排出されるオイル２０３はカウンタ孔２１３ａに滞留することなくスムースに密閉容器２０１内に排出される。

その結果、ボール２３２の回転が阻害されないので、インバータ駆動方式の圧縮機においても粘性抵抗による摺動損失は小さくなり効率が向上する。

なお、本実施の形態では回転子２１３の鉄心２１３ｆにカウンタ孔２１３ａを設けたが、カウンタ孔２１３ａの深さをゼロにする、すなわち、カウンタ孔２１３ａそのものを無くしても同様の作用効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、高効率で信頼性の高いもので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面拡大図 同実施の形態における密閉型圧縮機の軸受部の斜視図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面拡大図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の要部断面拡大図

符号の説明

１０１，２０１ 密閉容器
１０３，２０３ オイル
１１１，２１１ 電動要素
１１２，２１２ 固定子
１１３，２１３ 回転子
１１３ｂ，２１３ｂ カウンタ端面
１１３ｃ，２１３ｃ コア端面
１２１，２２１ 圧縮要素
１２２，２２２ クランクシャフト
１２２ｅ，２２２ｅ 上開口端
１２２ａ，２２２ａ 給油経路
１２４，２２４ 軸受部
１２４ａ，２２４ａ 上端面
１２４ｂ 溝
１３１，２３１ スラストボールベアリング
１３２，２３２ ボール
１３３，２３３ ホルダー部
１３４，２３４ 上ワッシャ
１３５，２３５ 下ワッシャ
２３０ リング溝
２９３ 永久磁石

Claims (5)

1. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに、固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素の下方に配置され前記電動要素によって駆動される圧縮要素を前記密閉容器内に収容し、前記圧縮要素は前記回転子を固定したクランクシャフトと、前記クランクシャフトを支える軸受部を備え、前記クランクシャフトと前記軸受部との少なくとも一方には一端が前記オイルに連通し前記軸受部の上端面に至る給油経路を形成するとともに、前記回転子のカウンタ端面と前記軸受部の上端面との間には複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部とを備えたスラストボールベアリングを配設し、前記ボールの下端位置を前記回転子の下端面より下側に位置させた密閉型圧縮機。
2. クランクシャフトの給油経路の上開口端をボール部の下端位置より下側に設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. スラストボールベアリングはボールの上下に各々配設される上ワッシャおよび下ワッシャを備え、軸受部のスラスト面と前記下ワッシャとの間に、前記軸受部の内周側から外周側に向かう溝を形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
4. クランクシャフト外周面の下ワッシャと対向する位置に、給油経路に連通するリング溝を設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
5. 回転子は永久磁石を内蔵した請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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