JP2012197767A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】連続運転時で保持器が摩耗し、運転停止及び起動時保持器の下面と下レースの上面が全面接触して保持器と下レースの摩擦抵抗が増加するのを防止し、入力の低い密閉型圧縮機を実現する。
【解決手段】保持器１５４の外周側壁１６４に、保持器１５４の下面１６２と下レース１５８の上面１５９とが全面接触するのを防止する脚部１７０が一体で形成されたＣリング１６８が装着され、保持器１５４の摩耗時、保持器１５４はＣリング１６８の脚部１７０により下レース１５８の上面１５９で支持され、起動時保持器１５４と下レース１５８との全面接触を回避することにより、保持器１５４と下レース１５８間の摩擦抵抗が増えるのを防ぎ、保持器１５４の下面１６２が摩耗し強度が劣化するのを防止できるので入力の増加を抑え、信頼性を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

従来、この種の密閉型圧縮機は、効率向上を目的にシャフトと軸受の間にスラストボールベアリングを採用し、摺動ロスを低減したものがある（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、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の正面断面図、図７は、従来の密閉型圧縮機の運転時の要部断面拡大図、図８は、従来の密閉型圧縮機における長時間運転後の運転停止時の要部断面拡大図を示すものである。

図６乃至図８において、密閉容器１内には、電動要素２とこの電動要素２により回転駆動される圧縮要素４がそれぞれ収納され、底部にオイル６を貯留している。電動要素２と圧縮要素４は一体に組み立てられ、複数のコイルばね（図示せず）により、密閉容器１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素４は、主軸部１０とツバ部１２を介して形成された偏心軸部１４を備えたシャフト１６と、圧縮室２０を形成するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２に設けられ、かつシャフト１６を支持する軸受２６と、圧縮室２０内で往復運動するピストン２８と、ピストン２８と偏心軸部１４を連結するコンロッド３０と、ツバ部１２の下面３１と軸受２６の上端面３２の間に配設したスラストボールベアリング３４を備え、レシプロ式圧縮機を構成している。

シャフト１６は、一端が密閉容器１内のオイル６に浸漬した給油機構３６と、この給油機構３６によって汲み上げられたオイル６の一部を、主軸部１０の上端面３２に供給する給油溝３８を有している。

電動要素２は、シリンダブロック２２の下方に固定された固定子４０と、主軸部１０に焼嵌め等で固定された回転子４２とから構成されている。

スラストボールベアリング３４は、ＳＵＪ２等の軸受鋼でできた複数のボール５２と、ボール５２を保持する樹脂製の保持器５４と、ボール５２の上下に各々配設された上レース５６および下レース５８を有している。ボール５２は、保持器５４に設けたボール格納部６０の中で保持され、上レース５６の下面６４と下レース５８の上面６６に接し回転しながら転がる。

ボール５２とボール格納部６０との間には、ボール５２がボール格納部６０の中で自由に転がれるように微小隙間（図示せず）が設けてあり、保持器５４と下レース５８の間にも、保持器５４の下面６２と下レース５８の上面６６とが接触しないように微小隙間（図示せず）が設けてある。

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２に外部電源（図示せず）より通電がされると、回転子４２が回転しこれに伴ってシャフト１６が回転する。これに伴い、偏心軸部１４の運動がコンロッド３０を介し
てピストン２８に伝わり、ピストン２８は圧縮室２０内で往復運動を行い、圧縮要素４が所定の圧縮動作を行う。このときシャフト１６の給油機構３６は、オイル６を汲み上げ、各摺動部（図示せず）を潤滑し、その一部は、給油溝３８から上端面３２に供給され、スラストボールベアリング３４を潤滑する。

スラストボールベアリング３４は、回転子４２とシャフト１６の自重による鉛直下方の荷重をボール５２により点接触で支持し、ツバ部１２の下面３１と軸受２６の上端面３２の間に生じる摩擦力を低減する。そのため、密閉型圧縮機の入力を低減し、効率を向上する。

特開２００５−１２７３０５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ボール５２が保持器５４のボール格納部６０中で摺動しながら回転するため、運転時間が長くなると、ボール５２とボール格納部６０との間の摺動回数が過度に増えてボール格納部６０が摩耗し、ボール格納部６０の直径が徐々に広がる。ボール格納部６０の直径が広がっても運転時は、保持器５４とボール５２が共にシャフト１６を中心に回転しているため、保持器５４より比重の大きなボール５２に大きな遠心力が発生し、ボール５２がボール格納部６０の外周壁面を、外側に向かって遠心力で押さえながら回転するため、保持器５４は下レース５８の上面６６を浮上して回転する。

しかし運転停止時は、図８に示すように、ボール格納部６０の直径が広がっているため、ボール５２の表面の一部に掛かり保持できなくなり、ボール格納部６０は、下レース５８の上面６６へずれ落ち、保持器５４の下面６２と下レース５８の上面６６が全面接触する。

また、下レース５８の上面６６にオイルが残っている場合、オイル６の表面張力によって保持器５４と下レース５８は吸着する。この状態で密閉型圧縮機が起動すると、保持器５４は、ボール５２に遠心力が発生し、ボール５２がボール格納部６０の外周壁を外側に向かって遠心力で押し、保持器５４が下レース５８の上面６６を浮上するまで下レース５８と摺動しながら回転する。

その結果、起動初期、保持器５４と下レース５８の摩擦抵抗が増え、入力が増加するという課題を有していた。また、起動毎に保持器５４と下レース５８が摺動するため、保持器５４の下面６２が摩耗し、保持器５４の強度が劣化するという課題も有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ボール格納部６０の直径が広がり、運転停止時、保持器５４がボール５２の表面の一部に掛かり保持できなくなり、下レース５８の上面６６へずれ落ちても、保持器５４の下面６２と下レース５８の上面６６との全面接触を防止するものである。その結果、保持器５４と下レース５８との間の摩擦抵抗が増えるのを防ぎ、保持器５４の下面６２の摩耗の発生を抑制し、入力の増加を抑えた高効率で高信頼性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、保持器の外周側壁に、Ｃリングを装着し、このＣリングに、保持器の下面と下レースの上面が全面接触するのを防
止する脚部を、下レース側へ延出して設けたものである。

これにより、運転時間が長くなってボール格納部が摩耗し、ボール格収納部の直径が広がっても、保持器は、保持器の外周側壁に装着したＣリングの脚部により、下レースの上面で支持され、運転停止時および起動時の保持器とレースとの全面接触を防止することができる。その結果、保持器と下レースの摩擦抵抗が増えるのを防ぐことができ、保持器の下面の摩耗に伴う保持器の強度劣化を防止することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、保持器の外周側壁に装着した脚部が一体で形成されたＣリングにより、運転停止時および起動時の保持器の下面とレースの上面との全面接触を防止するため、保持器と下レースの摩擦抵抗が増えるのを防ぐことができ、入力の増加を抑え、保持器の強度劣化を防止して耐久性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の正面断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の運転時の要部断面拡大図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の保持器の斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のＣリングの斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の長時間運転後の運転停止時の要部断面拡大図 従来の密閉型圧縮機の正面断面図 従来の密閉型圧縮機の運転時の要部断面拡大図 従来の密閉型圧縮機の長時間運転後における運転停止時の要部断面拡大図

第１の発明は、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、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部を備えたシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに設けられ、かつ前記シャフトを支持する軸受と、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コンロッドと、前記ツバ部と前記軸受の上端面との間に配設したスラストボールベアリングを備える構成とし、前記スラストボールベアリングを、複数のボールと、前記ボールを保持する樹脂製の保持器と、前記ボールの上下に各々配設された上レースおよび下レースを備える構成とし、さらに、前記保持器の外周側壁に、前記下レース側へ突出する脚部を設けたＣリングを装着したものである。

かかる構成とすることにより、長期運転に伴ってボール格納部が摩耗し、ボール各納部の直径が広がっても、保持器は、保持器の外周側壁に装着したＣリングの脚部により、下レースの上面で支持され、保持器とレースとの全面接触が防止される。

その結果、運転開始時における保持器と下レースの摩擦抵抗を小さくし、保持器の下面の摩耗の促進を抑制することができる。したがって、保持器の強度劣化を防止することができる、また、摩擦抵抗に伴う入力の増加を抑え、信頼性を向上させることができる。

さらに、Ｃリングは、前記保持器から脱着可能なため、密閉型圧縮機が保持器のボール格納部が摩耗しやすい条件下で使われる時（例えば、高温条件下、低粘度オイルでの使用条件下、あるいはスラストボールベアリングにかかる荷重が大きい条件下）には、Ｃリングを装着し、また、密閉型圧縮機が保持器のボール格納部の摩耗しにくい条件下で使われる時には、Ｃリングを装着せずに使用することができるため、用途等に対応した密閉型圧
縮機の生産性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記保持器の外周側壁に、前記Ｃリングを固定する溝を全周に亘って形成したものである。

かかる構成とすることにより、前記Ｃリングの保持器の外周側壁への装着に際し、位置決めが簡単にでき、作業性がよく生産性が向上し、また保持器にＣリングを装着した時の上下のずれを防止できるため、運転停止時および起動時の保持器と下レースとの全面接触を確実に防止することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記Ｃリングを、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス材等のバネ鋼で形成したものである。

かかることにより、前記Ｃリングの脚部を曲げ加工等の作業で一体に形成でき、プレス等のコストの高い生産設備が不要で設備投資が低く抑えられ、生産性を向上させることができる。また、バネ鋼でＣリングが形成されるため、Ｃリングの円周方向に弾性が確保され保持器への固定を確実にして、信頼性を向上させることができる。

第４の発明は、第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記脚部の下レース側の先端をＲ形状としたものである。

かかることにより、脚部と下レースの接触を点接触とするので、前記Ｃリングの脚部と下レースの摩擦抵抗を減らすことができ、さらに入力の増加を抑え、効率を向上させることができる。

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正面断面図、図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の運転時の要部断面拡大図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の保持器の斜視図、図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のＣリングの斜視図、図５は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の長時間運転後の運転停止時の要部断面拡大図である。

図１乃至図５において、密閉容器１０１内には、電動要素１０２とこの電動要素１０２により回転駆動される圧縮要素１０４がそれぞれ収納され、底部にオイル１０６を貯留している。電動要素１０２と圧縮要素１０４は、一体に組み立てられ、複数のコイルばね１０８によって密閉容器１０１内に弾性的に支持されている。

次に、圧縮要素１０４の主な構成について説明する。

シャフト１１０は、主軸部１１２と、ツバ部１１４を介して偏心軸部１１６を設けている。また、シャフト１１０は、下端１３６に、密閉容器１０１内に貯留したオイル１０６に連通した給油機構１３８を有し、主軸部１１２に給油機構１３８によって汲み上げられたオイル１０６の一部を上端面１３４に導く給油溝１４０を有している。

シリンダブロック１２０は、鋳物で鋳造され、円筒状の圧縮室１２２とシャフト１１０の主軸部１１２を鉛直方向に支持する軸受１２４が形成されている。ピストン１２６は、圧縮室１２２内に往復自在に嵌入されている。ピストン１２６と偏心軸部１１６は、コン
ロッド１２８で連結されている。

スラストボールベアリング１３０は、ツバ部１１４の下面１３２と軸受１２４の上端面１３４の間に配設されている。

電動要素１０２は、シリンダブロック１２０の下方に固定された固定子１４２と主軸部１１２に焼嵌め等で固定された回転子１４４とから構成されている。

スラストボールベアリング１３０は、ＳＵＪ２等の軸受鋼でできた複数のボール１５２と、ボール１５２を保持するナイロン等の樹脂で成型された保持器１５４と、ボール１５２の上下に各々配設された上レース１５６および下レース１５８を有している。ボール１５２は、保持器１５４に設けたボール格納部１６０の中で保持され、上レース１５６の下面１５７と下レース１５８の上面１５９に接して回転しながら転がる。

ボール１５２とボール格納部１６０の間には、ボール１５２がボール格納部１６０の中で自由に転がれるように、微小隙間（図示ぜず）が設けてあり、保持器１５４と下レース１５８の間にも、保持器１５４の下面１６２と下レース１５８の上面１５９とが接触しないように微小隙間（図示せず）が設けてある。

保持器１５４の外周側壁１６４には、保持器１５４の高さの半分の位置に、全周に亘って断面が半円状の溝１６６が形成されている。その溝１６６には、保持器１５４の下面１６２と下レース１５８の上面１５９とが全面接触するのを防止するＣリング１６８が装着されている。

Ｃリング１６８は、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス材等のバネ鋼で曲げ成型され、一部が切断されていることから、円周方向への広がりが可能となっている。また、Ｃリング１６８円周の３箇所には、均等に脚部１７０が下レース１５８側に突出するように一体に設けてある。脚部１７０の先端１７２は、Ｒ形状１７４に加工され、下レース１５８の上面１５９との接触時、点接触して摩擦抵抗を低減することができる。

脚部１７０の高さＨは、ボール１５２の直径をＤ、保持器１５４の肉厚をＴとした場合に、次式で計算される寸法に設定されている。

Ｈ＜Ｄ／２−Ｔ／２
この寸法設定により、運転時、脚部１７０が下レース１５８の上面１５９と接触するのを回避することができる。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

電動要素１０２に外部電源（図示せず）より通電がされると、回転子１４４が回転し、これに伴ってシャフト１１０が回転し、偏心軸部１１６の運動がコンロッド１２８を介してピストン１２６に伝わる。これにより、ピストン１２６は、圧縮室１２２内で往復運動を行い、圧縮要素１０４が所定の圧縮動作を行う。

このときシャフト１１０の給油機構１３８は、オイル１０６を汲み上げ、各摺動部（図示せず）を潤滑し、その一部は給油溝１４０から上端面１３４に供給され、スラストボールベアリング１３０を潤滑する。

スラストボールベアリング１３０は、回転子１４４とクランクシャフト１１０の自重による鉛直下方の荷重を、ボール１５２によって点接触で支持し、ツバ部１１４の下面１３
２と軸受１２４の上端面１３４の間に生じる摩擦力を低減させる。その結果、密閉型圧縮機の入力を低減し、効率を向上する。

密閉型圧縮機の連続運転時間が長くなると、ボール１５２とボール格納部１６０との間の摺動回数が過度に増えてボール格納部１６０が摩耗し、ボール格納部１６０の直径が徐々に広がる。

運転時は、ボール格納部１６０の直径が広がっても、保持器１５４とボール１５２が共にシャフト１１０を中心に回転しているため、保持器１５４より比重の大きなボール１５２には大きな遠心力が発生し、ボール１５２は、ボール格納部６０の外周壁面を外側に向かって押さえながら回転する。そのため保持器１５４は、下レース１５８の上面１５９を浮上して回転する。

運転停止時では、図５に示すように、保持器１５４は、ボール格納部１６０の直径が広がっているため、ボール１５２の表面の一部に掛かり保持されなくなり、下レース１５８の上面１５９へすべり落ちようとする。しかし、本実施の形態１においては、保持器１５４の外周側壁１６４に、Ｃリング１６８が装着され、そのＣリング１６８には、円周の３箇所において均等に、脚部１７０を設けている。その脚部１７０は、先端１７２がＲ形状１７４であり、下レース１５８側に突出しているため、保持器１５４は、下レース１５８に全面接触することなく、下レース１５８の上面１５９において、Ｃリング１６８の脚部１７０により支持されている。しかも、脚部１７０の先端１７２は、Ｒ形状１７４のため、下レース１５８の上面１５９と点接触している。その結果、起動時、保持器１５４と下レース１５８との間の摩擦抵抗を小さく抑えることができ、保持器１５４の下面１６２が摩耗し、保持器１５４の強度が劣化するのを防止することができる。その結果、入力の増加を抑えた高効率で、高信頼性の密閉型圧縮機を実現することができる。

また、保持器１５４の外周側壁１６４には、Ｃリング１６８を固定する溝１６６が、全周に亘って設けられているので、Ｃリング１６８を保持器１５４の外周側壁１６４に装着するとき、Ｃリング１６８が溝１６６に嵌り込んで保持器１５４に固定される。その結果、Ｃリング１６８装着時の位置決めが簡単にでき、作業性がよく、生産性を向上させることができる。またＣリング１６８の装着時の上下のずれを防止できるため、運転停止時、および起動時の保持器１５４と下レース１５８との全面接触を確実に防止できるので、さらに信頼性を向上させることができる。

さらに、Ｃリング１６８は、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス材等のバネ鋼で形成されているので、曲げ加工で脚部１７０を一体に形成でき、プレス等のコストの高い生産設備が不要で設備投資を低く抑えることができ、生産性を向上させることができる。その上、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス材等はバネ鋼であるため、Ｃリング１６８の円周方向に弾性が確保され、確実に保持器に固定されるので、さらに信頼性を向上させることができる。

また、Ｃリング１６８は脱着可能なため、密閉型圧縮機が保持器１５４のボール格納部１６０が摩耗しやすい条件下（例えば、高温条件下、低粘度オイルでの使用条件下、およびスラストボールベアリングにかかる荷重が大きい条件下）で使われる密閉型圧縮機の場合には、Ｃリング１６８を装着した仕様とし、保持器１５４のボール格納部１６０が摩耗しにくい条件下で使われる密閉型圧縮機の場合には、Ｃリング１６８を装着しない仕様とすることができ、用途に応じた密閉型圧縮機の生産性を向上させることができる。

なお、本実施の形態１においては、Ｃリング１６８に３箇所の脚部１７０を均等に形成したが、４箇所以上でも同じ効果得ることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、長期使用においても、摩擦抵抗の増加を抑制したスラストボールベアリングを備えているため、信頼性を高め、また、長期使用に亘って入力の増加を抑えるので、自販機、冷凍ショーケース、除湿機などの用途にも適用できる。

１０１ 密閉容器
１０２ 電動要素
１０４ 圧縮要素
１０６ オイル
１１０ シャフト
１１２ 主軸部
１１４ ツバ部
１１６ 偏心軸部
１２０ シリンダブロック
１２２ 圧縮室
１２４ 軸受
１２６ ピストン
１２８ コンロッド
１３０ スラストボールベアリング
１３４ 上端面
１４２ 固定子
１４４ 回転子
１５２ ボール
１５４ 保持器
１５６ 上レース
１５８ 下レース
１５９ 上面
１６２ 下面
１６４ 外周側壁
１６６ 溝
１６８ Ｃリング
１７０ 脚部
１７２ 先端
１７４ Ｒ形状

Claims (4)

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、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部を備えたシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記シリンダブロックに設けられ、かつ前記シャフトを支持する軸受と、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コンロッドと、前記ツバ部と前記軸受の上端面との間に配設したスラストボールベアリングを備える構成とし、前記スラストボールベアリングを、複数のボールと、前記ボールを保持する樹脂製の保持器と、前記ボールの上下に各々配設された上レースおよび下レースを備える構成とし、さらに、前記保持器の外周側壁に、前記下レース側へ突出する脚部を設けたＣリングを装着した密閉型圧縮機。
2. 前記保持器の外周側壁に、前記Ｃリングを固定する溝を全周に亘って形成した請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記Ｃリングを、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス材等のバネ鋼で形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記脚部の下レース側の先端をＲ形状とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。