JP2012167628A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト部の摺動損失低減及び耐磨耗性向上を一つの部品で構成し、高効率、高信頼性で低コストの密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】スラストリング１２１は、ツバ部１１２と当接するように配置され、かつツバ部１１２と線接触となるように全周にわたって略半球状部１２３に形成されるとともに、スラスト面１２２との回転を規制する回転規制手段１２４を設けたものであり、ツバ部１１２とスラストリング１２１の略半球状部１２３とが、線接触のみで接することから、摺動面積が低減でき、高効率の密閉型圧縮機とし、また、摺動低減を、一つの構成部品で形成したため、低コストとなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉形圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力低減のための高効率化が進められている。従来から高効率化の手段として、スラスト軸受部の摺動損失を低減する手段の一つとして、スラストボールベアリングが採用されてきている。

従来この種の密閉型圧縮機としては、ボールの上下をワッシャで挟み、高分子材料の保持器を用いた構成のスラストボールベアリングを用いて、高効率化を図ったものがある（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の縦断面図、図６は、従来の密閉型圧縮機の要部分解斜視図である。

図５、図６に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３とを備えた電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５を収容し、密閉容器１内に潤滑油６を貯溜する。シャフト１０は、回転子３を固定した主軸部１１および主軸部１１に対し、偏心して形成された偏心軸部１２を有する。

シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５と主軸受２０を有する。ピストン２３は、シリンダブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１２との間を連結手段２４とピストンピン２５によって連結されている。

シャフト１０の主軸部１１と偏心軸部１２の間の主軸部１１側には主軸部１１の軸心と略直角に環状の上ワッシャ着座面２７が形成され、主軸受２０の上端には主軸受２０の軸心と略直角に環状の下ワッシャ着座面２８が形成されている。

これらの上ワッシャ着座面２７と下ワッシャ着座面２８の間には、スラストボールベアリング２９が設けられ、シャフト１０と回転子３の重力方向の荷重を支持している。

スラストボールベアリング２９は、複数のボール３０と、ボール３０を保持するナイロンに代表される高分子材料で形成された保持器３１と、ボール３０の上下に各々配設される上ワッシャ３２及び下ワッシャ３３とで構成される。上ワッシャ３２及び下ワッシャ３３は焼入れされた鉄の平板で形成されている。

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。

電動要素４の回転子３は、シャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることで、ピストン２３は、圧縮室１５内を往復運動する。

それにより、冷媒ガスが冷却システム（図示せず）から圧縮室１５内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

シャフト１０と回転子３の重量は、スラストボールベアリング２９で支えられ、シャフト１０の回転時は、ボール３０が上ワッシャ３２と下ワッシャ３３の間で転がるために、シャフト１０が滑らかに回転する。

シャフト１０の回転時において、上ワッシャ３２は、上ワッシャ着座面２７に密着し、下ワッシャ３３は、下ワッシャ着座面２８に密着している。また、保持器３１は、遠心力によりボール３０が飛び出さないようにボール３０を保持している。

このスラストボールベアリング２９を用いることによって、シャフト１０を回転させるトルクが小さくなるため、スラスト軸受での損失を小さくすることができる。

従って、上記従来の構成は、入力が低減して、高効率とすることができる。

また、別の従来の密閉型圧縮機として、摺動面及び反摺動面に凹凸を設け、摺動面積を低減させることで、摺動損失を低減させるものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１２７３０５号公報 特開２００７−２８６５５０号公報

しかしながら、上記従来の構成では、スラストボールベアリングが、複数のボールと、ボールを保持する保持器と、ボールの上下に各々配設された上ワッシャと、下ワッシャとの４部品で構成されていることから、組み立て性及びコスト、強度が不足し、片当たりする可能性がある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、高効率で低コストの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、シャフトに形成され、かつ回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重を支持するツバ部と、主軸受の上部に配設されたスラスト面を備え、ツバ部とスラスト面との間に、スラストリングを備え、前記スラストリングを、前記ツバ部と当接するように配置し、かつ前記ツバ部と線接触となるように全周にわたり略半球状に形成するとともに、該スラストリングに、前記スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けたものである。

これによって、一つの構成部品で、ツバ部との摺動損失を低減する作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、スラスト部の摺動損失を低減し、構成部品が一つであることから、高効率で低コストの密閉型圧縮機を提供することができる。

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１における密閉型圧縮機を構成するスラストリングの正面図 同実施の形態１におけるスラストリングの図２のＡ−Ａ線による断面図 同実施の形態１における電動要素の要部拡大断面図 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分解斜視図

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、前記回転子が固定された主軸部と、ツバ部を介して形成された偏心軸部を有するシャフトと、円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、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を連結する連結機構と、前記シリンダブロックに形成され、かつ前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受の上部に形成され、かつ前記ツバ部と対向するスラスト面を具備する構成とし、さらに、前記ツバ部と前記スラスト面の間に、スラストリングを設け、前記スラストリングを、前記ツバ部と当接するように配置し、かつ該ツバ部と線接触となるように全周にわたり略半球状に形成し、さらに、該スラストリングに、スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けたものである。

これによって、前記ツバ部と前記スラストリングの略半球状部とが線接触のみで接することから、摺動面積が低減でき、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。さらに、一つの構成部品で形成されていることから、低コストの密閉型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に記載の発明において、前記スラストリングの表面に、窒化処理、ＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施したものである。

これによって、低摩擦係数及び耐摩耗性が向上することから、さらに摺動損失が低減でき、高効率で高い信頼性を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記電動要素の回転子を、前記固定子の磁気中心に対し、該回転子の磁気中心の相対位置が下方にずれるように配設したものである。

これによって、前記電動要素の通電時に、磁気吸引力により前記回転子に固定されたシャフトを上方に引き上げる力が作用するため、前記回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重が低減され、圧縮機の効率をさらに高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記電動要素を、インバータによって、複数の運転周波数で駆動するようにしたものである。

これによって、前記スラストリングの摺動速度が大きくなる６０Ｈｚ以上での周波数で運転した場合に、前記ツバ部と前記スラストリングとの摺動部の摺動状態が厳しくなるが、前記スラストリング全周の略半球状部を、前記ツバ部と線接触させ、必要に応じて表面に窒化処理やＣｒＮ及びＴｉＮコーティングを施し、さらに、磁気中心をずらせて垂直方向の圧縮荷重を低減することにより、前記ツバ部とスラストリングの摩耗を低減し、圧縮機の信頼性をさらに高めることができる。

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１における密閉型圧縮機を構成するスラストリングの正面図、図３は、同実施の形態１におけるスラストリングの図２のＡ−Ａ線による断面図、図４は、同実施の形態１における電動要素の要部拡大断面図である。

図１から図４において、密閉容器１０１内には、底部に潤滑油１０２を貯溜するとともに、固定子１０３と回転子１０４とを備えた電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動され、電動要素１０５の上方に配設された圧縮要素１０６を収容している。

圧縮要素１０６を構成するシャフト１１０は、回転子１０４が焼嵌め固定された主軸部１１１と、ツバ部１１２を介して主軸部１１１に対し、偏心して形成された偏心軸部１１３と、シャフト１１０の内部に形成された給油機構１１４を具備した構成となっている。

シリンダブロック１１５は、略円筒形の圧縮室１１６を有し、主軸部１１１を軸支する主軸受１１７が形成されている。ピストン１１８は、シリンダブロック１１５の圧縮室１１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１３との間を連結機構１１９とピストンピン１２０によって連結されている。

スラストリング１２１は、ツバ部１１２と主軸受１１７の上端面であるスラスト面１２２との間に配設され、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重を支持している。

スラストリング１２１は、ツバ部１１２と当接するように配置され、ツバ部１１２と線接触となるように、全周にわたり略半球状部１２３に形成されているとともに、スラスト面１１２との回転を規制する回転規制手段１２４を設けている。

スラストリング１２１は、回転規制手段１２４が、主軸受１１７のスラスト面１２２に設けられた凹部（図示せず）に嵌合することにより、回転しないように構成されている。

また、スラストリング１２１の表面には、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティング（図示せず）が施されている。

電動要素１０５は、固定子１０３のコアに設けたティース部に、巻き線を集中巻きした集中巻き型の電動要素１０５である。また、図４に示すように、電動要素１０５を構成する固定子１０３の固定子磁気中心１２５に対し、回転子１０４の回転子磁気中心１２６の相対位置を下方にずらすように配設している。

また、電動要素１０５は、インバータ制御により、複数の回転周波数で運転される。特に、高域の回転数では、少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転され、最高回転数は８０Ｈｚとなっている。

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、作用を説明する。

電動要素１０５への通電により、回転子１０４は、シャフト１１０を回転させ、これに伴って偏心軸部１１３の回転運動が連結機構１１９を介してピストン１１８に伝えられる。その結果、ピストン１１８は、圧縮室１１６内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは、冷却システム（図示せず）から圧縮室１１６内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐出される。

この際、シリンダブロック１１５に形成されたスラスト面１２２、及びスラストリング１２１とツバ部１１２には、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重が作用する。

ここで、スラストリング１２１は、スラスト面１２２との回転を規制する回転規制手段１２４を設けているため、スラスト面１２２との間においては、摺動しない。したがって、スラストリング１２１において、摺動抵抗は発生しないが、ツバ部１１２とスラストリング１２１との間で摺動抵抗が発生する。ところが、スラストリング１２１のツバ部１１２と接する側を、略半球状部１２３としたことにより、ツバ部１１２とスラストリング１２１の略半球状部１２３が線接触となり、摺動抵抗が低減される。

また、摺動の低減構成を、一つの構成部品で形成することができるため、高効率で、かつ低コストの密閉型圧縮機を提供することができる。

さらに、スラストリング１２１の表面に、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施すことにより、低摩擦と高硬度により耐摩耗性が向上し、ツバ部１１２とスラストリング１２１に形成された略半球状部１２３との摺動損失をさらに低減して、高効率で高い信頼性を得ることができる。

また、電動要素１０５は、固定子１０３の垂直方向の固定子磁気中心１２５に対し、回転子の垂直方向の回転子磁気中心１２６の相対位置を下方にずらすように回転子１０４を配設している。したがって、通電時において、磁気吸引力により、回転子１０４に固定されたシャフト１１０を上方に引き上げる力が作用し、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重が低減される。

その結果、ツバ部１１２とスラストリング１２１に設けられた略半球状部１２３にかかる垂直方向の荷重が低減し、さらに高い信頼性を得ることができる。

また、電動要素１０５は、インバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子１０４は、高域の周波数においては少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数、例えば８０Ｈｚで回転される。このように、スラストリング１２１の摺動速度が大きくなる８０Ｈｚでの周波数で運転した場合は、ツバ部１１２とスラストリング１２１との摺動部の摺動状態が厳しくなるが、スラストリング１２１全周の略半球状部１２３を、ツバ部１１２と線接触させ、さらに表面に窒化処理やＣｒＮ及びＴｉＮコーティングを施し、さらに固定子磁気中心１２５と回転子磁気中心１２６をずらすことによって、垂直方向の荷重を低減しているため、ツバ部１１２とスラストリング１２１の摩耗を低減し、信頼性を高める効果が顕著となり、高い信頼性を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、スラスト部の摺動損失を低減し、高い信頼性と低コストが得られることから、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の密閉型圧縮機の用途にも適用できる。

１０１ 密閉容器
１０２ 潤滑油
１０３ 固定子
１０４ 回転子
１０５ 電動要素
１０６ 圧縮要素
１１０ シャフト
１１１ 主軸部
１１２ ツバ部
１１３ 偏心軸部
１１５ シリンダブロック
１１６ 圧縮室
１１７ 主軸受
１１８ ピストン
１１９ 連結機構
１２１ スラストリング
１２２ スラスト面
１２３ 略半球状部
１２４ 回転規制手段
１２５ 固定子磁気中心
１２６ 回転子磁気中心

Claims (4)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子とを備えた電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、前記回転子が固定された主軸部と、ツバ部を介して形成された偏心軸部を有するシャフトと、円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、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を連結する連結機構と、前記シリンダブロックに形成され、かつ前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受の上部に形成され、かつ前記ツバ部と対向するスラスト面を具備する構成とし、さらに、前記ツバ部と前記スラスト面の間に、スラストリングを設け、前記スラストリングを、前記ツバ部と当接するように配置し、かつ該ツバ部と線接触となるように全周にわたり略半球状に形成し、さらに、該スラストリングに、スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けた密閉型圧縮機。
2. 前記スラストリングの表面に、窒化処理、ＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記電動要素の回転子を、前記固定子の磁気中心に対し、該回転子の磁気中心の相対位置が下方にずれるように配設した請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記電動要素を、インバータによって、複数の運転周波数で駆動するようにした請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。