JP2007292019A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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Abstract

【課題】固定子と回転子の隙間寸法が安定し、信頼性が高く、高い効率を備えた密閉型圧縮機を提供するものである。
【解決手段】シリンダブロック125にすべり軸受け160を設け、シャフト140の主軸部154を軸支し、副軸部152と副軸受け保持部163との間にラジアル転がり軸受け165が嵌装され、副軸受け保持部163は圧縮室123側に押圧してシリンダブロック125に固定されることにより、固定子110と回転子112の隙間寸法を安定させることができるものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。
従来、効率向上を目的に転がり軸受けを採用した密閉型圧縮機において、ラジアル転がり軸受けを軸受けの上下端に配したものがある(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5は、特許文献1に記載された従来の密閉型圧縮機を示す断面図、図6は、要部拡大図である。
図5、図6において、密閉容器1は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器3と下容器5から形成されている。
密閉容器1は、巻線7を保有する固定子10と回転子12からなる電動要素14と、電動要素14によって駆動される圧縮要素16を収容し、冷媒ガス(図示せず)が密閉容器1内に封入され、オイル20が密閉容器1底部に貯溜されている。
次に圧縮要素16について説明する。
圧縮要素16は、主軸部22と偏芯軸部23とを有するシャフト25と、固定子10の下方に固定され、圧縮室35を形成するシリンダブロック38と、シリンダブロック38に設けられシャフト25を支持する軸受け44と、軸受け44の上下端に取り付けられたラジアル転がり軸受け50、51と、内輪53、54と、外輪56、57と転動体59、60とシリンダブロック38内で往復運動するピストン62と、ピストン62と偏芯軸部23とを連結する連結手段65を備え、レシプロ式の圧縮機構を形成している。
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10の巻線7に外部電源より通電がされると、回転子12はシャフト25と共に回転する。これに伴い偏芯軸部23の偏芯運動は連結手段65を介してピストン62を圧縮室35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。
特開昭63−5186号公報
しかしながら、上記従来の構成では、ラジアル転がり軸受け50、51は、内輪53、54、外輪56、57と転動体59、60との間の遊び量であるラジアル隙間を持ち、そのラジアル隙間のため、固定子10と回転子12の隙間寸法に偏りが生じるので、回転子12への磁気吸引力のアンバランスにより圧縮動作の反作用である荷重が増加し、電動要素の入力が増加するという課題を有していた。
またピストン62の圧縮方向に対し片側の軸支持である片持ち構造となるため、モーメントの作用により、圧縮動作の反作用である荷重より大きな荷重がラジアル転がり軸受け50、51にかかるため、ラジアル転がり軸受け50、51の寿命低下を招き、信頼性を確保することが難しいという課題を有していた。
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高効率で高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
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、シリンダブロックにすべり軸受けを設け、主軸部を軸支するとともに、シリンダブロックに副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保できるという作用、および圧縮動作の反作用である荷重を主軸部と副軸部で分散して受けるという作用を有する。
本発明の密閉型圧縮機は、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重をシャフトの主軸部と副軸部へ分散して受けるので、高効率で高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。
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、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重をシャフトの主軸部と副軸部へ分散して受けるので、高効率で高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において副軸受け保持部を圧縮室側に押圧してシリンダブロックに固定したもので、圧縮作用の反作用である荷重をシャフトの主軸部と副軸部でより分散して受けるため、シャフトの主軸部と副軸部への偏荷重を抑えるので、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高めることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明においてシャフトの主軸部のすべり軸受けに軸支される部位に少なくとも1つ以上の細径部を設けたもので、シャフトの主軸部の摺動損失が減少するので、入力を減らすことができるため、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらに効率を高くすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明においてシャフトの偏芯軸部と主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設したもので、シャフトの主軸部のスラスト面の摺動損失が減少するので、入力を減らすことができるため、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらに効率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シャフトに給油装置を形成し、前記給油装置に連通するとともに副軸受け保持部上端面より上方の位置に開口するオイル吐出孔を副軸部に設けたもので、シリンダブロックに固定された副軸受け保持部及びシャフトの副軸部の間に嵌装されたラジアル転がり軸受けには、直接的なオイル供給がなされないため、給油量は微量となり、オイル抵抗が小さくなり、入力を減らすことができるため、請求項1に記載の発明の効果に加えてさらに効率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断面図、図2は、同実施の形態における要部拡大図である。
図1、図2において、密閉容器101は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器103と下容器105から形成されている。
密閉容器101は、巻線107を保有する固定子110と回転子112からなる電動要素114と、電動要素114によって駆動される圧縮要素116を収容し、冷媒ガス(図示せず)が密閉容器101内に封入され、オイル120が密閉容器101底部に貯溜されている。
次に圧縮要素116について説明する。
圧縮要素116は、略円筒形の圧縮室123を形成するシリンダブロック125と、シリンダブロック125内を往復摺動自在に挿入されるピストン127と、圧縮室123の開口端部に取り付けられた吸入リード、吐出リード(図示せず)を備えたバルブプレート132と、バルブプレート132を覆うシリンダヘッド134とを備えている。
ピストン127は、連結手段136によりシャフト140と連結されている。
バルブプレート132は、圧縮室123の開口端面を封止し、吸入リードの開閉により圧縮室123と連通する吸入孔143を備えている。
シリンダヘッド134は、高圧室145を形成し、バルブプレート132を介して圧縮室123の反対側に吸入孔143に連通するマフラー147と共に固定されている。
シャフト140は、偏芯軸部150と偏芯軸部150を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部152および主軸部154とを有している。
シリンダブロック125は、すべり軸受け160を備え、主軸部154を軸支する。副軸受け保持部163は、副軸部152を軸支し、シリンダブロック125に固定され、副軸受け保持部163と副軸部152との間にラジアル転がり軸受け165が嵌装されている。
ここで本実施の形態においては、主軸部154とすべり軸受け160との隙間寸法は10〜15μmである。また、ラジアル転がり軸受け165の持つ内輪166、外輪167と転動体168との間のラジアル方向の遊び量であるラジアル隙間の寸法は14〜28μmである。
副軸受け保持部163は圧縮室123側の方向へ副軸部152に押圧してシリンダブロック125に固定されている。その結果、ピストン127の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン127の圧縮方向に対し偏芯軸部150を中心にした両持ち構造が形成されている。
またシャフト140は、主軸部154のすべり軸受け160に軸支される部位に少なくとも1つ以上の細径部169を設け、細径部169はすべり軸受け160に軸支される部位と部位に挟まれる位置に配しており、摺動部は細径部169を挟んですべり軸受け160の上端側と下端側に形成されている。偏芯軸部150と主軸部154の間にはすべり軸受け160の上端面と摺動するツバ部170を形成する。
さらにシャフト140は給油装置176を形成し、給油装置176に連通するとともに副軸受け保持部上端面178より上方の位置に開口するオイル吐出孔180を副軸部152に設ける。
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110の巻線107に外部電源より通電がされると、回転子112はシャフト140と共に回転する。それにより偏芯軸部150の偏芯運動は連結手段136を介してピストン127を圧縮室123内で往復運動させる。
それに伴いマフラー147からバルブプレート132の吸入孔143を通り、吸入リードの開閉により圧縮室123に吸入された密閉容器101内の冷媒ガスは、圧縮され、バルブプレート132の吐出リードの開閉により、シリンダヘッド134の高圧室145へと吐出される所定の圧縮動作を行う。
圧縮動作を行う際、ピストン127から偏芯軸部150にかかる荷重の反力はすべり軸受け160およびラジアル転がり軸受け165にほぼ均等にかかり、副軸部152側の荷重は摺動抵抗の小さなラジアル転がり軸受け165が受けるので、副軸部152の摺動損失が減少するため、入力が減少する。よって効率を高くする効果を得ることができる。
また、すべり軸受け160と主軸部154の隙間寸法は、ラジアル転がり軸受け165の内輪166、外輪167と転動体168との間の遊び量であるラジアル隙間よりも狭小に設定できるため、固定子110と回転子112の所定の隙間寸法を均一に確保できる。そのため、固定子110と回転子112の隙間寸法が狭い方で強まる磁気吸引力によって生ずる、すべり軸受け160とラジアル転がり軸受け165への反圧縮方向への荷重の増加を防ぐ。よって摺動損失の増加を防ぎ、その結果入力が減少することで密閉型圧縮機の効率を高くする効果を得ることができる。
また、副軸受け保持部163は圧縮室123側の方向へ副軸部152に押圧してシリンダブロック125に固定されている。その結果、ピストン127の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン127の圧縮方向に対し偏芯軸部150を中心にした両持ち構造が形成されているので、圧縮動作を行う際、ピストン127から偏芯軸部150にかかる荷重の反力はすべり軸受け160およびラジアル転がり軸受け165にほぼ均等にかかるため、従来の片持ち構造の荷重よりラジアル転がり軸受け165にかかる荷重を低減できる。その結果すべり軸受け160とラジアル転がり軸受け165の寿命を高め、よって信頼性を高めることができる。
また、シャフト140の主軸部154のすべり軸受け160に軸支される部分に、すべり軸受け160と摺動しない細径部169が設けられているので、主軸部154とすべり軸受け160との摺動損失が減少し、密閉型圧縮機の効率を高くする効果が得られる。
さらに細径部169はすべり軸受け160に軸支される部位と部位に挟まれる位置に配しており、摺動部は細径部169を挟んですべり軸受け160の上端側と下端側に形成されているので、摺動部の基線長を長く取ることになり、シャフト140が主軸部154とすべり軸受け160との隙間によって傾く角度を小さく抑えることができる。その結果、すべり軸受け160の局所への荷重が集中することによるすべり軸受け160の局所部摩耗を減らすことができ、高い信頼性を得ることができる。
また、シャフト140の回転に伴い、密閉容器101内のオイル120はシャフト140の給油装置176を通り、オイル吐出孔180から排出される。この際、オイル吐出孔180は副軸受け保持部上端面178より上方の位置に開口し、シャフト140の回転運動による遠心力でオイル120は水平方向に吐出されるので、吐出されたオイル120は直接的にラジアル転がり軸受け165へ供給されることが無い。ラジアル転がり軸受け165へのオイル供給はオイル吐出孔180から遠心力で放散され、密閉容器101内の冷媒ガス雰囲気中でミスト状となったオイル120がラジアル転がり軸受け165へ付着することでなされる。その結果ラジアル転がり軸受け165の回転運動のオイル抵抗が小さくなり、入力が減少することで、密閉型圧縮機の効率を高くすることができる。
なお、本実施の形態において、ラジアル転がり軸受け165はラジアルボール軸受けとしたが、ラジアル転がり軸受け165はラジアルころ軸受けとしてもよい。
ラジアル転がり軸受け165をラジアルころ軸受けとすると大きな荷重に耐えられ、圧縮荷重の大きな使用条件でも高い信頼が得られる。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2における密閉型圧縮機の断面図、図4は、同実施の形態における要部拡大図である。
図3、図4において、密閉容器201は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器203と下容器205から形成されている。
密閉容器201は、巻線207を保有する固定子210と回転子212からなる電動要素214と、電動要素214によって駆動される圧縮要素216を収容し、冷媒ガス(図示せず)が密閉容器201内に封入され、オイル220が密閉容器201底部に貯溜されている。
次に圧縮要素216について説明する。
圧縮要素216は、略円筒形の圧縮室223を形成するシリンダブロック225と、シリンダブロック225内を往復摺動自在に挿入されるピストン227と、圧縮室223の開口端部に取り付けられた吸入リード、吐出リード(図示せず)を備えたバルブプレート232と、バルブプレート232を覆うシリンダヘッド234とを備えている。
ピストン227は、連結手段236によりシャフト240と連結されている。
バルブプレート232は、圧縮室223の開口端面を封止し、吸入リードの開閉により圧縮室223と連通する吸入孔243を備えている。
シリンダヘッド234は、高圧室245を形成し、バルブプレート232を介して圧縮室223の反対側に吸入孔243に連通するマフラー247と共に固定されている。
シャフト240は、偏芯軸部250と偏芯軸部250を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部252および主軸部254とを有している。
シリンダブロック225は、すべり軸受け260を備え、主軸部254を軸支する。副軸受け保持部263は、副軸部252を軸支し、シリンダブロック225に固定され、副軸受け保持部263と副軸部252との間にラジアル転がり軸受け265が嵌装されている。
ここで本実施の形態においては、主軸部254とすべり軸受け260との隙間寸法は10〜15μmである。また、ラジアル転がり軸受け265の持つ内輪266、外輪267と転動体268との間のラジアル方向の遊び量であるラジアル隙間の寸法は14〜28μmである。
副軸受け保持部263は圧縮室223側の方向へ副軸部252に押圧してシリンダブロック225に固定されている。その結果、ピストン227の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン227の圧縮方向に対し偏芯軸部250を中心にした両持ち構造が形成されている。
またシャフト240は、主軸部254のすべり軸受け260に軸支される部位に少なくとも1つ以上の細径部269を設け、細径部269はすべり軸受け260に軸支される部位と部位に挟まれる位置に配しており、摺動部は細径部269を挟んですべり軸受け260の上端側と下端側に形成される。
偏芯軸部250と主軸部254の間にはツバ部270を形成するとともに、ツバ部270とすべり軸受け上端面272の間にスラスト転がり軸受け274を配設する。
さらにシャフト240は給油装置276を形成し、給油装置276に連通するとともに副軸受け保持部上端面278より上方の位置に開口するオイル吐出孔280を副軸部252に設ける。
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210の巻線207に外部電源より通電がされると、回転子212はシャフト240と共に回転する。それにより偏芯軸部250の偏芯運動は連結手段236を介してピストン227をシリンダブロック225内で往復運動させる。それに伴いマフラー247からバルブプレート232の吸入孔243を通り、吸入リードの開閉により圧縮室223に吸入された密閉容器201内の冷媒ガスは、圧縮され、バルブプレート232の吐出リードの開閉により、シリンダヘッド234の高圧室245へと吐出される所定の圧縮動作を行う。
圧縮動作を行う際、ピストン227から偏芯軸部250にかかる荷重の反力はすべり軸受け260およびラジアル転がり軸受け265にほぼ均等にかかり、副軸部252側の荷重は摺動抵抗の小さなラジアル転がり軸受け265が受けるので、副軸部252の摺動損失が減少するため、入力が減少する。よって効率を高くする効果を得ることができる。
また、すべり軸受け260と主軸部254の隙間寸法は、ラジアル転がり軸受け265の内輪266、外輪267と転動体268との間の遊び量であるラジアル隙間よりも狭小に設定できるため、固定子210と回転子212の所定の隙間寸法を均一に確保できる。そのため、固定子210と回転子212の隙間寸法が狭い方で強まる磁気吸引力によって生ずる、すべり軸受け260とラジアル転がり軸受け265への反圧縮方向への荷重の増加を防ぐ。よって摺動損失の増加を防ぎ、その結果入力が減少することで密閉型圧縮機の効率を高くする効果を得ることができる。
また、副軸受け保持部263は圧縮室223側の方向へ副軸部252に押圧してシリンダブロック225に固定されている。その結果、ピストン227の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン227の圧縮方向に対し偏芯軸部250を中心にした両持ち構造が形成されているので、圧縮動作を行う際、ピストン227から偏芯軸部250にかかる荷重の反力はすべり軸受け260およびラジアル転がり軸受け265にほぼ均等にかかるため、従来の片持ち構造の荷重よりラジアル転がり軸受け265にかかる荷重を低減できる。その結果すべり軸受け260とラジアル転がり軸受け265の寿命を高め、よって信頼性を高めることができる。
また、シャフト240の主軸部254のすべり軸受け260に軸支される部分に、すべり軸受け260と摺動しない細径部269が設けられているので、主軸部254とすべり軸受け260との摺動損失が減少し、密閉型圧縮機の効率を高くする効果が得られる。
さらに細径部269はすべり軸受け260に軸支される部位と部位に挟まれる位置に配しており、摺動部は細径部269を挟んですべり軸受け260の上端側と下端側に形成されているので、摺動部の基線長を長く取ることになり、シャフト240が主軸部254とすべり軸受け260との隙間によって傾く角度を小さく抑えることができる。その結果、すべり軸受け260の局所への荷重が集中することによるすべり軸受け260の局所部摩耗を減らすことができ、高い信頼性を得ることができる。
また、スラスト転がり軸受け274には、回転子212とシャフト240の自重による垂直荷重が常時発生するため、密閉型圧縮機が運転している間も回転子212とシャフト240の自重による垂直方向の荷重を常に受けることになり、従来の滑り軸受では極めて大きな摺動ロスが発生する。本実施の形態によれば上記スラスト荷重に対し転がり軸受けが受けることで摺動抵抗が減り、密閉型圧縮機の効率を大きく向上させることができる。
一方、前述したようにシャフト240が主軸部254とすべり軸受け260との隙間によって傾く角度を小さく抑えることができるので、主軸部254に対するツバ部270およびすべり軸受け上端面272の直角度が高い精度で得られるため、スラスト転がり軸受け274の転動体の転がり面に対する片当りを防ぐことができ、高い信頼性を得ることができる。
さらに、シャフト240の回転に伴い、密閉容器201内のオイル220はシャフト240の給油装置276を通り、オイル吐出孔280から排出される。この際、オイル吐出孔280は副軸受け保持部上端面278より上方の位置に開口し、シャフト240の回転運動による遠心力でオイル220は水平方向に吐出されるので、吐出されたオイル220は直接的にラジアル転がり軸受け265へ供給されることが無い。ラジアル転がり軸受け265へのオイル供給はオイル吐出孔280から遠心力で放散され、密閉容器201内の冷媒ガス雰囲気中でミスト状となったオイル220がラジアル転がり軸受け265へ付着することでなされる。その結果ラジアル転がり軸受け265の回転運動のオイル抵抗が小さくなり、入力が減少することで、密閉型圧縮機の効率を高くすることができる。
なお、本実施の形態において、ラジアル転がり軸受け265はラジアルボール軸受けとしたが、ラジアル転がり軸受け265はラジアルころ軸受けとしてもよい。
ラジアル転がり軸受け265をラジアルころ軸受けとすると大きな荷重に耐えられ、圧縮荷重の大きな使用条件でも高い信頼が得られる。
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、高効率および信頼性の高いものを備えることが可能となるので、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断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 本発明の実施の形態2における密閉型圧縮機の断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 従来の密閉型圧縮機における断面図 従来の密閉型圧縮機における要部拡大図
符号の説明
101,201 密閉容器
110,210 固定子
112,212 回転子
114,214 電動要素
116,216 圧縮要素
123,223 圧縮室
125,225 シリンダブロック
127,227 ピストン
136,236 連結手段
140,240 シャフト
150,250 偏芯軸部
152,252 副軸部
154,254 主軸部
160,260 すべり軸受け
163,263 副軸受け保持部
165,265 ラジアル転がり軸受け
169,269 細径部
170,270 ツバ部
176,276 給油装置
178,278 副軸受け保持部上端面
180,280 オイル吐出孔
272 すべり軸受け上端面
274 スラスト転がり軸受け

Claims (5)

  1. 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、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装した密閉型圧縮機。
  2. 副軸受け保持部を圧縮室側に押圧してシリンダブロックに固定した請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. シャフトの主軸部のすべり軸受けに軸支される部位に少なくとも1つ以上の細径部を設けた請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  4. シャフトの偏芯軸部と主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設した請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  5. シャフトに給油装置を形成し、前記給油装置に連通するとともに副軸受け保持部上端面より上方の位置に開口するオイル吐出孔を副軸部に設けた請求項1に記載の密閉型圧縮機。
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