JP2012167629A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転動作するシャフトのツバ部の摺動損失低減と磨耗性向上を実現させる高効率の密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】ツバ部１１２とスラスト面１２２との間に波ワッシャ１２１を備え、波ワッシャ１２１は、バネ定数を、シャフト１１０を境に圧縮室１１６と反対側の領域Ａが圧縮室１１６側の領域Ｂよりも大となるように形成され、かつスラスト面１２２とも当接するように配置され、さらに、スラスト面１２２との回転を規制する回転規制手段１２５を設けた構成としている。その結果、ツバ部１１２と波ワッシャ１２１との接触面の摺動面積を低減でき、ツバ部１１２の傾きもなく、円滑な回転が確保され、摺動性も良好となり、高効率の密閉型圧縮機を得ることができる。
【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、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用される密閉型圧縮機は、高い信頼性が求められている。従来の密閉型圧縮機としては、シャフトの中に給油機構を内蔵した方式で信頼性を高めたものがある（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技術の密閉型圧縮機について説明する。

図７は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。

図７において、密閉容器１内に、固定子１８と回転子８からなる電動要素４と、その上部に圧縮要素２を配置している。圧縮要素２を構成するシリンダブロック３の軸受部６内には、シャフト７が貫挿され、シャフト７の外周部には回転子８が固着され、偏心軸部９を介してピストン１０のスライダー１１と係合している。シャフト７の内部には、下端で潤滑油１７に開口した遠心ポンプ１２が形成されている。

シャフト７の軸受部６内に位置する部分には、シャフト７が正回転することにより、潤滑油１７を上方へ導く方向にリードを有する螺旋溝１４を刻設してある。螺旋溝１４は、下端が連通孔１３を介して遠心ポンプ１２に連通しており、上端はシリンダブロック３の軸受部６上端に設けた面取りとシャフト７との隙間より形成される環状油溝１６に連通している。

偏心軸部９に設けた給油通路１５は、下端が環状油溝１６に連通開口し、上端は密閉容器１内の空間に開口している。

以上のように構成された従来の密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１８に通電されると回転子８が回転駆動され、それに伴いシャフト７が回転し、偏心軸部９とスライダー１１を介して係合しているピストン１０が往復運動することで、周知の圧縮動作が行われる。

この際、潤滑油１７は、シャフト７の下端から遠心ポンプ１２内に作用する遠心力によって上昇し、連通孔１３から螺旋溝１４へと供給され、螺旋溝１４によって上方への搬送力が付勢される。このとき、潤滑油１７は軸受部６とシャフト７の摺動面に油膜を形成し、金属接触を避けることにより摩耗を防いでいる。

そして、さらに上方へと搬送された潤滑油１７は、環状油溝１６に供給され、給油通路１５を経て一部の潤滑油１７は、密閉容器１内の空間に放出される。そして、一部の潤滑油１７は、圧縮要素２へと導かれ、圧縮要素２の各摺動部に油膜を形成し、金属接触を避けることにより、摩耗を防ぐようにして信頼性を高めている。

特公昭６２−４４１０８号公報

しかしながら、上記従来の構成では、シャフトのツバ部と軸受部の上端との摺動面が面接触となっているため、摺動損失が大きくなるという可能性を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、摺動損失を低減し、高効率な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、シャフトの主軸部を軸支する主軸受と、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シャフトに形成されたツバ部と、主軸受の上部に形成されたスラスト面とを備え、ツバ部とスラスト面との間に、波ワッシャを備え、前記波ワッシャにおける前記シャフトを境に圧縮室と反対側となる領域のバネ定数を、該波ワッシャにおける圧縮室側の領域のバネ定数よりも大となるように形成し、さらに、前記波ワッシャに、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。

かかることにより、ツバ部と波ワッシャの摺動抵抗を小さくし、摺動損失を低減することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、ツバ部と波ワッシャの摺動損失を低減することができることから、高効率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の波ワッシャの正面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の波ワッシャの斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮荷重変化図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の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

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、前記主軸部に設けられたツバ部と、前記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を具備する構成とし、前記主軸受の上部に、前記ツバ部と対向するスラスト面を設け、さらに、前記ツバ部と前記スラスト面の間に、前記ツバ部と前記スラスト面に当接する波ワッシャを設け、前記波ワッシャにおける前記シャフトを境に圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、該波ワッシャにおける圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成し、さらに、前記波ワッシャに、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。

かかる構成とすることにより、前記ツバ部と波ワッシャとの接触面を、前記波ワッシャの山部のみとすることができ、その結果、摺動面積を低減できる。また波ワッシャのバネ
定数を、シャフトを境に圧縮室と反対側の領域Ａのバネ定数が、圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成しているため、圧縮動作時における圧縮工程後半で水平方向の最大圧縮荷重が偏心軸部に作用しても、波ワッシャにおける圧縮室と反対側の領域Ａのバネ定数が大きいことより、シャフトのツバ部の傾きを抑制することができる。その結果、シャフトとスラスト面および主軸受側面との局所的な摩擦も抑制でき、円滑な回転が確保され、摺動性も良好となることから、高効率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、前記波ワッシャの表面に、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施したものである。

かかる構成とすることにより、低摩擦係数及び耐摩耗性が向上し、さらに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となるように配設したものである。

かかる構成とすることにより、前記電動要素の通電時において、磁気吸引力によって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。その結果、前記回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重を軽減することができ、圧縮機の摺動損失を抑制し、圧縮機の効率と信頼性を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。

かかる構成とすることにより、例えば、波ワッシャ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、前記ツバ部と波ワッシャにおける摺動部の摺動状態が厳しくなるが、シャフトを境に圧縮室と反対側の領域Ａのバネ定数を、圧縮室側の領域Ｂよりも大となるように形成してシャフトのツバ部の傾きを抑制し、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の波ワッシャの正面図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の波ワッシャの斜視図、図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大断面図、図５は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮荷重変化図、図６は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の電動要素の要部拡大断面図である。

図１から図６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を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。

波ワッシャ１２１は、山部１２３と谷部１２４が交互に形成された形状であり、その表面に、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングが施されている。そして、ツバ部１１２と、主軸受１１７の上端面であるスラスト面１２２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。

また、波ワッシャ１２１は、ツバ部１１２と当接するように配置され、圧縮室１１６と反対側に位置する領域Ａのバネ定数が、圧縮室１１６側の領域Ｂのバネ定数より大きくなるように形成されている。具体的には、図２に示すように、領域Ａにおいて波形を形成する反圧縮室１１６側の波数、すなわち波ワッシャ１２１の山部１２３と谷部１２４の数を、領域Ｂにおける波数より多く形成している。さらに、波ワッシャ１２１には、スラスト面１２２に形成された凹部（図示せず）に嵌合し、スラスト面１２２との回転を規制する回転規制手段１２５が外周へ突出して設けられている。

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６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１２６に対し、回転子１０４の回転子磁気中心１２７が若干下方となるように相対位置を配設している。

また、電動要素１０５は、インバータ制御によって複数の回転数で運転されるもので、高域においては、６０Ｈｚ以上の回転周波数で運転することができ、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、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、冷媒ガスが、冷却システム（図示せず）から圧縮室１１６内へ吸入され、ここで圧縮された後、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及び波ワッシャ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、波ワッシャ１２１は、スラスト面１２２との間において回転しないように回転規制手段１２５を設けているため、波ワッシャ１２１のバネ定数の大小の位置関係は変わることがない。

したがって、圧縮動作時における圧縮工程の後半で、水平方向の最大圧縮荷重が偏心軸部１１３に作用しても、波ワッシャ１２１における圧縮室１１６の反対側である領域Ａのバネ定数が大きいことにより、シャフト１１０及びシャフト１１０のツバ部１１２は傾くことがない。その結果、シャフト１１０のツバ部１１２とスラスト面１２２との磨耗がな
く、また、シャフト１１０と主軸受１１７の側面との磨耗がないため、常時円滑な回転が確保され、摺動性も良好となる。

また、波ワッシャ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することで、さらに高い信頼性を得ることができる。

さらに、電動要素１０５は、固定子１０３の垂直方向の固定子磁気中心１２６に対し、回転子１０４の垂直方向の回転子磁気中心１２７が下方となるように回転子１０４を配設しているため、通電時に、磁気吸引力によって回転子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する。その結果、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。

したがって、ツバ部１１２と波ワッシャ１２１にかかる垂直方向の荷重が低減し、摺動損失を低下することができる。

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、高域では少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数、例えば８０Ｈｚで回転されるものである。波ワッシャ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と波ワッシャ１２１との間における摺動部の摺動状態が厳しくなるが、シャフト１１０のツバ部１１２が傾くことがないように、波ワッシャ１２１における圧縮室１１６と反対側の領域Ａのバネ定数を大きく形成している。これに加えて、波ワッシャ１２１の表面に窒化処理やＣｒＮ及びＴｉＮコーティングを施し、さらに固定子磁気中心１２６と回転子磁気中心１２７をずらすことで、垂直方向の荷重を低減する構成としている。その結果、ツバ部１１２と波ワッシャ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、ツバ部と波ワッシャ部の摺動損失を低減し、高い信頼性を得られることから、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 波ワッシャ
１２２ スラスト面
１２３ 山部
１２４ 谷部
１２５ 回転規制手段
１２６ 固定子磁気中心
１２７ 回転子磁気中心
Ａ 領域
Ｂ 領域

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、前記主軸部に設けられたツバ部と、前記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を具備する構成とし、前記主軸受の上部に、前記ツバ部と対向するスラスト面を設け、さらに、前記ツバ部と前記スラスト面の間に、前記ツバ部と前記スラスト面に当接する波ワッシャを設け、前記波ワッシャにおける前記シャフトを境に圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、該波ワッシャにおける圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成し、さらに、前記波ワッシャに、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密閉型圧縮機。
2. 前記波ワッシャの表面に、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とな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。