JP2013104328A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型圧縮機において、シャフトの１回転中における上ワッシャの傾きの変化に伴うスラストボール軸受けの特定のボールの接触応力の増大を簡単な構成で抑制して、低騒音化、高効率化及び高信頼性化を図ること。
【解決手段】密閉型圧縮機は、圧縮要素６、電動要素５、クランクシャフト８、フレーム７及びスラストボールベアリング５０を備える。スラストボールベアリング５０は、上ワッシャ５１、下ワッシャ５２及びこれらの間に配置された複数のボール５２を有する。下ワッシャ５２は、クラックシャフト８が１回転する間に変化する上ワッシャ５１の傾きに対応するように、ボール５３の接触する側の面を円弧状面で形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機に係り、特に、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース等の冷蔵・冷凍装置に用いられるレシプロ式の密閉型圧縮機に好適なものである。

近年、係る冷蔵・冷凍装置に用いられる密閉型圧縮機には、消費電力の低減のための高効率化、低騒音化、並びに高信頼性化が望まれている。

従来の密閉型圧縮機として、スラストボールベアリングを採用した特許文献１（特開２００８−３８６９１号公報）の実施の形態２に記載されたものが案出されている。以下、この特許文献１の実施の形態２に記載された密閉型圧縮機について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７は特許文献１の実施の形態２に記載された密閉型圧縮機の縦断面図（特許文献１の図７と同じ）、図８は図７のボールベアリング部の拡大図（特許文献１の図９と同じ）である。

密閉容器２０１内には、固定子２０２及び回転子２０３からなる電動要素２０４と、電動要素２０４によって駆動される圧縮要素２０５とが収容されている。密閉容器２０１内の底部には潤滑油２０６が貯溜されている。シャフト２１０は、回転子２０３を固定した主軸部２１１と、この主軸部２１１に対し偏心して形成された偏心軸部２１２とを有する。シリンダブロック２１４は、略円筒形のシリンダ室２１６を有し、主軸部２１１を軸支する主軸受２２０が固定されている。ピストン２２６は、シリンダブロック２１４のシリンダ室２１６に往復動自在に挿入されている。偏心軸部２１２とピストン２２６とは、連結手段２２７及びピストンピン２２８を介して連結されている。電動要素２０４を駆動してシャフト２１０を回転させると、偏心軸部２１２の偏心回転運動が連結手段２２７及びピストンピン２２８によりピストン２２５の往復運動に変換され、ピストン２２６がシリンダ室２１６内で往復動される。このピストン２２６往復動により、冷媒ガスがシリンダ室２１６に吸入され、圧縮されて吐出される。

シャフト２１０の主軸部２１１と偏心軸部２１２との間の主軸部側には、主軸部２１１の軸心と略直角に環状の上ワッシャ着座面２３１が形成されている。主軸受２２０の上端面には、主軸受２２０の軸心と略直角に環状の下ワッシャ着座面２３２が形成されている。上ワッシャ着座面２３１と下ワッシャ着座面２３２との間には、シャフト２１０を支持するため、複数のボール２３５と、ボール２３５を保持するホルダー部２３６と、ボール２３５の上下に各々配設された上ワッシャ２３８及び下ワッシャ２３９とからなるスラストボールベアリング２４０が装着されている。下ワッシャ２３２は、平板を傘状に形成し、ボール２３５に接触する上面を外周に向かって低くなるように傾斜させている。

スラストボールベアリング２４０の上ワッシャ２３８は、圧縮機の運転時に、シャフト２１０の回転に同期して回転する。ボール２３５と上ワッシャ２３８とが点接触しているため、上ワッシャ２３８の回転に伴い、ボール２３５が自転すると共に、下ワッシャ２３９の上を周方向に公転する。ボール２３５はホルダー部２３６に回転可能に支持されており、ボール２３５の公転運動に伴ってホルダー部２３６も周方向に公転運動する。

係る従来の密閉型圧縮機では、主軸受２２０の軸心に対する下ワッシャ着座面２３２の直角度が悪く、例えば上ワッシャ着座面２３１と下ワッシャ着座面２３２の隙間が左側で狭く右側で広くなった場合でも、下ワッシャ２３９の上面が外周に向かって低く傾斜しているため、左側のボール２３５には下ワッシャ２３９の傾斜面と上ワッシャ着座面２３１との隙間が広い左方向に移動しようとする力が働き、ボール２３５とホルダー部２３６が一体となって左方向に移動して、隙間が周方向でほぼ均一になる位置で各ボール２３５が安定して回転するようになる。即ち、ボール２３５の公転による軌道輪が下ワッシャ２３９に対して左側にずれた位置になり、この軌道輪における上ワッシャ２３８と下ワッシャ２３９の隙間がほぼ均一に保たれるために、特定のボール２３５に荷重が集中することなく、各ボール２３５に荷重が分散されてボール２３５の片当たりが緩和され、滑らかに回転する。従って、機械加工や組み立ての精度等のばらつきにより、下ワッシャ着座面２３２が傾いたときでも、安定して低騒音、高効率で高信頼性にすることができる。

なお、引用文献１には、下ワッシャ２３９のボール２３５に上面を外周に向かって高くなるように傾斜させても同様の効果が得られること、上ワッシャ２３８の下面のみを外周に向かって傾斜させても、上ワッシャ２３８と下ワッシャ２３９の両方の面を傾斜させても同様の効果が得られること、が記載されている。

特開２００８−３８６９１号公報

しかしながら、係る従来の密閉型圧縮機では、機械加工や組み立ての精度等のばらつきによりワッシャ着座面２３１、２３２が傾いている場合のボール２３５の片当たりについて配慮されているものの、上ワッシャ着座面２３１の傾きがシャフト２１０の１回転中に変化することに伴うボール２３５と上ワッシャ２３８及び下ワッシャ２３９との接触応力の変化については配慮されていない。以下に、上ワッシャ着座面２３１の傾きがシャフト２１０の１回転中に変化することに伴うボール２３５と上ワッシャ２３８及び下ワッシャ２３９との接触応力の変化による片当たりについて説明する。

シャフト２１０の偏心軸部２１２の偏心運動が連結手段２２７によりピストン２２６の往復運動に変換され、ピストン２２６がシリンダ室２１６内で往復動されることにより、冷媒ガスがシリンダ室２１６に吸入され、圧縮される。この冷媒ガスの吸入、圧縮作用に伴ってピストン２２６に加えられる力をシャフト２１０の偏心軸部２１２で受けるため、シャフト２１０は主軸部２１１と主軸受２２０との隙間やシャフト２１０の弾性変形によって傾く。このシャフト２１０が傾くことに伴って上ワッシャ着座面２３１及び上ワッシャ２３８も傾く。

係るシャフト２１０及び上ワッシャ着座面２３１の傾きは、シャフト２１０の１回転の中で変化する。即ち、ピストン２２６による冷媒ガスの吸入、圧縮はピストン２２６の１往復で１回（換言すれば、シャフト２１０の１回転中に１回）行われ、シリンダ室２１６内の圧力はシャフト２１０の１回転中で変化する。従って、冷媒ガスの吸入、圧縮作用に伴って偏心軸部２１２が受ける力は、シャフト２１０の１回転中に、その大きさが変化すると共に、その方向も変わる。このため、シャフト２１０、上ワッシャ着座面２３１及び上ワッシャ２３８の傾きはシャフト２１０の１回転の中で変化する。

この変化において、冷媒ガスの吸入が終了してピストン２２６が下死点にある状態（換言すれば、冷媒ガスの吸入、圧縮作用による力をシャフト２１０の偏心軸部２１２が受けず、シャフト２１０、上ワッシャ着座面２３１及び上ワッシャ２３８が傾いていない状態）から上ワッシャ２３８が傾いて行く移動軌跡について説明する。ピストン２２６が下死点にある状態で、シリンダ室２１６から最も遠くに位置するボール（特定のボール）２３５と接触している上ワッシャ２３８の点を移動軌跡の開始点とする。この開始点からシャフト２１０（上ワッシャ着座面２３１）が回転して上ワッシャ２３８が傾いて行く際の特定のボール２３５に対して上ワッシャ２３８が接触しようとする点が反ピストン側へ低く傾いて行く移動軌跡について説明する。開始点からシャフト２１０が回転すると、冷媒ガスが圧縮され、圧縮作用に伴う力を偏心軸部２１２が受け、シャフト２１０が主軸部２１１と主軸受２２０との隙間やシャフト２１０及び主軸受２２０の弾性変形によってシャフト２１０が傾き、これに伴って上ワッシャ着座面２３１及び上ワッシャ２３８が傾く。この上ワッシャ２３８が傾く際の上記点の移動軌跡は、開始点を含む径方向の垂直な面から見て、外周下方に低くなる凸状の円弧状移動軌跡となることが分かった。係る円弧状移動軌跡は、圧縮作用による最大の力を偏心軸部２１２が受けた際に、最も外周側で最も低い位置になる。

上記従来の密閉型圧縮機では、下ワッシャ２３９の上面が平坦面で外周に向かって低くなるように傾斜させているので、この傾斜平坦面と円弧状移動軌跡との上下方向の間隔（上下の隙間）が均等でなく、外周側で狭くなる。このため、円弧状移動軌跡の外周側で、特定のボール２３５の接触応力が増大し、特定のボール２３５と上ワッシャ２３８及び下ワッシャ２３９との摩擦が大きくなって、騒音の発生及び磨耗損失による圧縮機の効率の低下を招くと共に、特定のボール２３５及びその移動軌跡を成す上下のワッシャ２３８、２３９が損傷して信頼性の低下を招くおそれがあった。特に、円弧状移動軌跡の最外周位置で上下間隔が最も小さくなるため、この位置での特定のボール２３５の接触応力が最も大きくなる。また、シリンダ室２１６より最も遠い特定のボール２３５に対する円弧状移動軌跡の最外周が当該特定のボール２３５の両側のボール２３５に対する円弧状移動軌跡の最外周よりも低くなるため、シリンダ室２１６より最も遠い特定のボール２３５の接触応力がその円弧状移動軌跡の最外周位置で最も高くなる。そして、ピストン２２６による冷媒ガスの吸入、圧縮はシャフトの回転中に繰り返されるので、前記円弧状移動軌跡は繰り返される移動軌跡となる。

本発明の目的は、シャフトの１回転中における上ワッシャの傾きの変化に伴うスラストボール軸受けの特定のボールの接触応力の増大を簡単な構成で抑制して、低騒音化、高効率化及び高信頼性化を図ることができる密閉型圧縮機を提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明では、シリンダ室を設けたシリンダ、前記シリンダ室を往復動するピストン、及びクランクシャフトの偏心軸部の偏心回転運動を前記ピストンの往復運動に変換する連結機構を有する圧縮要素と、前記圧縮要素の下方に配置され、固定子及び回転子を有する電動要素と、前記回転子に固定された主軸部、前記主軸部の上端に設けられた鍔部、及び前記鍔部から上方に延び且つ前記主軸部の軸心に対して偏心して設けられた前記偏心軸部を有する前記クランクシャフトと、前記主軸部を軸支する主軸受を有するフレームと、前記フレームの上面と前記鍔部の下面との間に設置され、前記鍔部の下面側に配置された上ワッシャ、前記主軸受の上面側に配置された下ワッシャ、及び前記上ワッシャと前記下ワッシャとの間に周方向に複数配置されたボールを有するスラストボールベアリングと、前記圧縮要素、前記電動要素、前記クランクシャフト、前記フレーム、及び前記スラストボールベアリングを収納した密閉容器と、を備えた密閉型圧縮機において、前記クラックシャフトが１回転する間に変化する前記上ワッシャの傾きに対応するように前記下ワッシャの前記ボールの接触する側の面を円弧状面で形成したことにある。

係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記クランクシャフトが１回転する間に、前記シリンダ室から最も遠くに位置する前記ボールに対して接触しようとする前記上ワッシャの点の移動軌跡と前記下ワッシャの円弧状面との上下方向の間隔を半径方向でほぼ均等にした。
（２）前記フレームは垂直に延びる筒状部を有し、前記主軸受は前記筒状部内周面に形成した滑り軸受で構成され、前記下ワッシャの円弧状面の曲率半径は前記滑り軸受の軸長よりも小さいこと。
（３）前記下ワッシャの円弧状面の曲率半径の中心位置を前記滑り軸受の軸心にほぼ一致させたこと。
（４）前記フレームは前記筒状部の上面内周部から上方に突出する円環状の内周突部を有し、前記内周突部の内周面は前記滑り軸受の上部を形成したこと。
（５）前記下ワッシャは前記内周突部の外周面外側に配置すると共に当該内周突部の外周面を位置決めとして用いたこと。
（６）前記密閉容器はその底部に潤滑油を貯留しており、前記フレームは前記筒状部の上端外周部から外方に延びる水平部と前記水平部の上面外周部から上方に突出する円環状の外周突部を有し、前記下ワッシャは前記内周突部の外周面と前記水平部の上面と前記外周突部の内周面とで形成される円環状の凹部内に配置され、前記クランクシャフトは前記密閉容器の底部の潤滑油を前記圧縮要素の摺動部及び前記凹部内に配置された下ワッシャと前記ボールとの接触部に供給する給油経路を有すること。
（７）前記フレームは、前記凹部内に供給された潤滑油の油面が前記下ワッシャと前記ボールとの接触部より高い位置に形成されるように、前記凹部内の潤滑油を排出する排油通路を有すること。
（８）前記下ワッシャは、前記円弧状面を有する第１部材と、前記第１部材を弾性的に支持する第２部材とを有すること。

係る本発明の密閉型圧縮機によれば、シャフトの１回転中における上ワッシャの傾きの変化に伴うスラストボール軸受けの特定のボールの接触応力の増大を簡単な構成で抑制して、低騒音化、高効率化及び高信頼性化を図ることができる密閉型圧縮機をすることができる。

本発明の第１実施形態のレシプロ式の密閉型圧縮機の縦断面図である。 図１の密閉型圧縮機のスラストボールベアリング部の拡大縦断面図である。 図１の密閉型圧縮機におけるクランクシャフトが傾いた時の要部及びスラストボールベアリング部の拡大縦断面図である。 図１の密閉型圧縮機におけるクランクシャフトが傾いていない時と傾いた時とを対比した要部縦断面図である。 図１の密閉型圧縮機と比較例におけるボール部に生じる最大接触応力の計算結果を示す特性図である。 本発明の第２実施形態の密閉型圧縮機の要部縦断面図である。 従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。 図７の密閉型圧縮機のスラストボールベアリングを含むその周辺部の拡大図である。

以下、本発明の複数の実施の形態を図面を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。なお、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のレシプロ式の密閉型圧縮機を図１から図５を用いて説明する。本実施形態の密閉型圧縮機は、冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫、冷蔵ショーケース、冷凍ショーケース等の冷蔵・冷凍装置に適用可能であるが、以下の説明では、冷凍冷蔵庫の冷凍サイクルに用いられる場合について説明する。

本実施形態の密閉形圧縮機の全体構成に関して図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態のレシプロ式の密閉型圧縮機の縦断面図、図２は図１の密閉型圧縮機のスラストボールベアリング部の拡大縦断面図である。

密閉容器１内には、圧縮要素６と、電動要素５と、クランクシャフト８と、フレーム７と、スラストボールベアリング５０と、潤滑油２とが主要構成要素して収容されている。密閉容器１の側面に吸込管（図示せず）が接続され、密閉容器１内に開口されている。この吸込管は冷凍サイクルの蒸発器に連通されている。密閉容器１の側面に吐出管３２が接続されている、吐出管３２の一側はシリンダヘッド１６に接続され、吐出管３２の他側は冷凍サイクルの凝縮器に連通されている。これらによって、密閉容器１内が運転中に吸込み圧力とされる低圧チャンバ方式となっている。密閉容器１内底部には、潤滑油２が貯留されている。

圧縮要素６は、水平に延びるシリンダ室１３ａを設けたシリンダ１３と、このシリンダ１３の一側に配置されたバルブシート１５及びシリンダヘッド１６と、シリンダ室１３ａを往復動するピストン２５と、クランクシャフト８の偏心軸部８ｃの偏心回転運動をピストン２５の往復運動に変換する連結機構２０と、を備えている。シリンダ１３は、フレーム７と一体に鋳物で形成されている。

シリンダ室１３ａは水平方向の両側が開口されており、その一側はピストン２５で閉塞され、その他側はバルブシート１５及びシリンダヘッド１６で閉塞されている。バルブシート１５及びシリンダヘッド１６は、シリンダ１３の反クランク軸側にボルト等により固定されている。バルブシート１５は、吸入穴、吸入バルブ、吐出穴、吐出バルブ（何れも図示せず）を備えている。シリンダヘッド１６は、内部を吸入室、吐出室（何れも図示せず）に区割りしている。

ピストン２５は、シリンダ室１３ａ内に往復動可能に挿入されると共に、偏心軸部８ｃ側に開口する球座２６を有している。

連結機構２０は、本実施形態では、コネクティングロッドで構成されているので、連結機構２０をコネクティングロッド２０と称することもある。コネクティングロッド２０は、偏心軸部８ｃに回転可能に嵌合された大端部であるリング部２０ａと、ピストン２５の球座２５ａに揺動可能に接合された小端部である球体部２０ｂと、を連接棒２０ｃで繋いで構成されている。リング部２０ａ、連接棒２０ｃ及び球体部２０ｂは一体に形成されている。また、連接棒２０ｃは、垂直な偏心軸部８ｃに対して直角に水平方向に直線状に延びている。

コネクティングロッド２０には、給油経路の一部を構成する給油穴２０ｄが形成されている。この給油穴２０ｄは、リング部２０ａ、連接棒２２０ｃ及び球体部２２０ｂを貫通して形成され、偏心軸部８ｃに形成された給油穴に連通されている。

電動要素５は、電機子鉄心及び巻き線からなる固定子３と、この固定子３内に回転可能に配置された回転子４とを備えている。圧縮要素６と電動要素５とは概略上下に配置されている。そして、電動要素５は、クランクシャフト８を介して圧縮要素６を駆動する。固定子３は、コイルバネ３１を介して密閉容器１の底部に支持されている。

クランクシャフト８は、回転子４に固定されて垂直に延びる主軸部８ａと、主軸部８ａの上端に設けられた鍔部８ｂと、鍔部８ｂから上方に延び且つ主軸部８ａの軸心に対して偏心して設けられた偏心軸部８ｃと、主軸部８ａの下端部に取り付けられたオイルポンプ１８とを備えている。主軸受７ｇ内に位置する主軸部８ａの外周面には、クランクシャフト８内の給油穴に連通されたスパイラル溝８ｅが形成されている。

フレーム７は、固定子３の上に載置され、固定されている。このフレーム７は、垂直に延びる筒状部７ａと、この筒状部７ａの上面内周部分から上方に突出する円環状の内周突部７ｂと、筒状部７ａの上端外周部分から外方に延びる円環状の水平部７ｃと、この水平部７ｃの上面外周部分から上方に突出する円環状の外周突部７ｄとを備えている。

ここで、内周突部７ｂの外周面と水平部７ｃの上面（下ワッシャ着座面７ｅ）と外周突部７ｄの内周面とにより、円環状の凹部７ｆが形成されている。この凹部７ｆ内に供給された潤滑油の油面が下ワッシャ５２とボール５３との接触部より高い位置に形成されるように、凹部７ｆ内の潤滑油を排出する排油通路（図示せず）がフレーム７に設けられている。係る構成によって、下ワッシャ５２とボール５３との接触部を確実に潤滑することができると共に、ボール５３の回転により潤滑油を上ワッシャ５１の接触部に確実に導くことができる、
また、フレーム７は、主軸部８ａを軸支する主軸受７ｇを構成する円筒内周面を有する。この円筒内周面は、筒状部７ａの円筒内周面と、内周突部７ｂの円筒内周面とで構成されている。換言すれば、主軸受７ｂは、筒状部７ａの円筒内周面と、内周突部７ｂの円筒内周面とで構成された滑り軸受である。主軸受７ｇは主軸部８ａをラジアル方向で軸支するものである。このように、内周突部７ｂの円筒内周面で主軸受７ｇの上部を形成することにより、主軸受７ｇの下端位置を高くすることができるので、その分だけ圧縮機全体の高さ寸法を小さくすることができる。

スラストボールベアリング５０は、フレーム７の上面の下ワッシャ着座面７ｅ（図２参照）と鍔部８ｂの下面の上ワッシャ着座面８ｄ（図２参照）との間に設置され、クランクシャフト８に加わるスラスト荷重を支持するものである。このスラスト荷重は、冷媒ガスの吸入、圧縮時の反力、クランクシャフト８、回転子２１の自重、及び電動要素５の磁気推力などからなっている。このスラストボールベアリング５０は、鍔部８ｂの上ワッシャ着座面８ｄ側に配置された上ワッシャ５１と、フレーム７の下ワッシャ着座面７ｅ側に配置された下ワッシャ５２と、上ワッシャ５１と下ワッシャ５２との間に周方向に複数配置されたボール５３と、ボール５３を保持する保持器５４とを備えている。

ここで、上ワッシャ５１は、クランクシャフト８の主軸部８ａの外周面外側に配置され、この主軸部８ａによって位置決めされている。上ワッシャ５１の内径は下ワッシャ５２の内径より小さく、上ワッシャ５１の外径は下ワッシャ５２の外径とほぼ同一になっている。上ワッシャ５１はその下面に円環状の凹溝５１ａを有している。この凹溝５１ａは、ボール５３の半径より若干大きい半径の円弧溝面で形成されており、ボール５３の上部を収納している。係る構成によって、上ワッシャ５１をボール５３の上に容易に位置決めして載置できる。なお、ボール５３は凹溝５１ａ内で点接触される。

下ワッシャ５２のボール５３の接触する側の面は、クラックシャフト８が１回転する間に変化する上ワッシャ５１の傾きに対応するように凸の円弧状面で形成されている。具体的には、クランクシャフト８が１回転する間に、シリンダ室１３から最も遠くに位置するボール５３に対して接触しようとする上ワッシャ５１の点の移動軌跡と下ワッシャ５２の円弧状面との上下方向の間隔（上下の隙間）を半径方向でほぼ均等にしてある。また、下ワッシャ５２の円弧状面の曲率半径Ｒ（図３参照）は、滑り軸受で構成された主軸受７ｇの軸長Ｌ（図３参照）よりも小さく、軸長Ｌの１／２よりも大きく設定されている。本実施形態では、下ワッシャ２の円弧状面は曲率半径が４３ｍｍの球面形状であり、主軸受７ｇの軸長Ｌは４５ｍｍに設定されている。さらには、下ワッシャ５２の円弧状面の曲率半径の中心位置は、主軸受７ｇの軸心にほぼ一致させてある。

下ワッシャ５２はフレーム７の内周突部７ｂの外周面外側に配置されている。これによって、下ワッシャ５２は、ボール５３との接触位置の直径を従来例よりも大きくすることができるので、ボール５３の数を増やして各ボール５３の接触応力の負担分を軽減することができる。また、下ワッシャ５２は、フレーム７の内周突部７ｂの外周面によって位置決めされている。これによって、下ワッシャ５２の位置決め径を従来例より小さくすることができるので、下ワッシャ５２の位置決め精度を向上することができる。

保持器５４は、円周上に且つ等間隔に複数の円形の保持穴を有しており、各ボール３を各保持穴内に上下動可能で且つ回転可能に配置している。本実施形態では、ボール５３及び保持穴の数はそれぞれ１２であり、ボール５３の外径は３．１７５ｍｍに設定されている。

以上のように構成された密閉形圧縮機の基本的動作について、以下に説明する。

電動要素５の回転子４が回転されると、これに伴ってクランクシャフト８が回転される。それによる偏心軸部８ｃの偏心回転運動によって、偏心軸部８ｃとコネクティングロッド２０のリング部２０ａとが回転摺動され、コネクティングロッド２０の連接棒２０ｃを介して球体部２０ｂとピストン２５の球座２６とが揺動摺動される。これによって、ピストン２５はシリンダ１３の球体部挿入用切欠き１３ａ内を往復運動し、冷媒ガスがシリンダヘッド１６及びバルブシート１５を通してシリンダ室１３ａ内に吸入され、シリンダ室１３ａ内で圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出管３２を通して密閉容器１の外部の凝縮器に吐出される。

一方、クランクシャフト８の回転に伴って、密閉容器１の底部の潤滑油２は、オイルポンプ１８によって、クランクシャフト８の給油穴に供給され、この給油穴からコネクティングロッド２０の給油穴２０ｄ、クランクシャフト８の外周面のスパイラル溝８ｅなどを通して各摺動部に供給される。これらの摺動部には、ピストン２５とシリンダ１３との間や、リング部２０ａと偏心軸部８ｃとの間や、球体部２ａと球座１ａとの間や、主軸部８ａと主軸受７ｇとの間や、ボール５３と下ワッシャ５２との間などの摺動部位が含まれる。

次に、クランクシャフト８が傾く動作及びスラストボールベアリング５０の動作について、図１〜図４を参照しながら以下に説明する。図３は図１の密閉型圧縮機におけるクランクシャフトが傾いた時の要部及びスラストボールベアリング部の拡大縦断面図、図４は図１の密閉型圧縮機におけるクランクシャフトが傾いていない時と傾いた時とを対比した要部縦断面図である。なお、図４（Ａ）はクランクシャフトが傾いていない時の要部断面図、図４（Ｂ）はクランクシャフトが最も傾いた時の要部断面図である。

クランクシャフト８の偏心軸部８ｃの偏心運動がコネクティングロッド２０によりピストン２５の往復運動に変換され、ピストン２５がシリンダ室１３ａ内で往復動されることにより、冷媒ガスがシリンダ室１３ａに吸入され、圧縮される。この冷媒ガスの吸入、圧縮作用に伴ってピストン２５に加えられる力を偏心軸部８ｃで受けるため、クランクシャフト８は主軸部８ａと主軸受７ｇとの隙間やクランクシャフト８の弾性変形によって傾く。このクランクシャフト８が傾くことに伴って上ワッシャ着座面８ｄ及び上ワッシャ５１も傾く。

係るクランクシャフト８及び上ワッシャ着座面８ｄの傾きは、クランクシャフト８の１回転の中で変化する。即ち、ピストン２５による冷媒ガスの吸入、圧縮はピストン２５の１往復で１回（換言すれば、クランクシャフト８の１回転中に１回）行われ、シリンダ室１３ａ内の圧力はクランクシャフト８の１回転中で変化する。従って、冷媒ガスの吸入、圧縮作用に伴って偏心軸部８ｃが受ける力は、クランクシャフト８の１回転中に、その大きさが変化すると共に、その方向も変わる。このため、クランクシャフト８、上ワッシャ着座面８ｄ及び上ワッシャ５１の傾きはクランクシャフト８の１回転の中で変化する。

この変化において、冷媒ガスの吸入が終了してピストン２５が下死点にある状態（換言すれば、冷媒ガスの吸入、圧縮作用による力を偏心軸部８ｃが受けず、クランクシャフト８、上ワッシャ着座面８ｄ及び上ワッシャ５１が傾いていない状態）から上ワッシャ５１が傾いて行く移動軌跡の場合について具体的に説明する。

ピストン２５が下死点にある状態で、シリンダ室１３ａから最も遠くに位置するボール（図３に示すボール）を特定のボール５３とし、この特定のボール５３と接触している上ワッシャ２３８の点を移動軌跡の開始点とし、この開始点からクランクシャフト８、上ワッシャ着座面８ｄ及び上ワッシャ５１が回転して上ワッシャ５１が傾いて行く際の特定のボール２３５に対して上ワッシャ５１が接触しようとする点が反ピストン側へ低く傾いて行く移動軌跡について説明する。なお、この特定のボール２３５に対して上ワッシャ５１が接触しようとする点は、本実施形態では、特定のボール２３５に対して上ワッシャ５１が接触する点と同じとなる。

開始点からクランクシャフト８が回転すると、冷媒ガスが圧縮され、圧縮作用に伴う力を偏心軸部８ｃが受け、クランクシャフト８が主軸部８ａと主軸受７ｇとの隙間や、クランクシャフト８及びフレーム７の弾性変形によってクランクシャフト８が傾き、これに伴って上ワッシャ着座面８ｄ及び上ワッシャ５１が傾く。なお、主軸部８ａと主軸受７ｇとの隙間によるクランクシャフト８の傾きよりもクランクシャフト８及びフレーク７の弾性変形によるクランクシャフト８の傾きの方がかなり大きくなることが分かった。

この上ワッシャ５１が傾く際の上記点の移動軌跡は、開始点を含む径方向の垂直な面から見て、外周下方に低くなる凸状の円弧状移動軌跡となる。係る円弧状移動軌跡は、圧縮作用による最大の力を偏心軸部７ｃが受けた際に、最も外周側で最も低い位置になる。冷媒を圧縮する行程では、バブルシート１５の吐出弁が開く直前にピストン２５及び偏心軸部７ｃに最大荷重が発生する。このときのクランクシャフト８、フレーム７及びスラストボールベアリング５０の状態を図３及び図４（Ｂ）に示す。最大荷重を受けたとき、クランクシャフト８は、非加圧時の軸心に対する傾きθ（図３参照）となるように軸心が傾く。なお、図３及び図４（Ｂ）では、理解を容易にするために傾きを誇張して表現してある。

本実施形態では、下ワッシャ５２のボール５３の接触する側の面（上面）は、クラックシャフト８が１回転する間に変化する上ワッシャ５１の傾きに対応するように円弧状面で形成されているので、この円弧状面と円弧状移動軌跡との上下方向の間隔（上下の隙間）は、従来例に比較して均等となる。これによって、クランクシャフト８の１回転中に上ワッシャ５１の傾きが変化することに伴う特定のボール５３の接触応力の増大が抑制された状態で特定のボール５３が外周側に滑らかに移動されるので、特定のボール５３と上ワッシャ５１及び下ワッシャ５１との摩擦を小さくできる。これによって、摩擦による騒音及び損失を低減でき、圧縮機の効率向上を図ることができると共に、信頼性の向上を図ることができる。

特に、クランクシャフト８が１回転する間に、シリンダ室１３から最も遠くに位置するボール５３に対して接触しようとする上ワッシャ５１の点の移動軌跡と下ワッシャ５２の円弧状面との上下方向の間隔（上下の隙間）を半径方向でほぼ均等にしてあるので、顕著な低騒音化、効率の向上及び信頼性の向上を図ることができる。

また、クランクシャフト８及びフレーム７の弾性変形によるクランクシャフト８の傾きは主軸受７ｇの下端の軸心位置を中心にして傾き、主軸部８ａと主軸受７ｇとの隙間によるクランクシャフト８の傾きは主軸受７ｇの上下方向の中間の軸心位置を中心にして傾く。本実施形態では、下ワッシャ５２の円弧状面の曲率半径Ｒを滑り軸受で構成された主軸受７ｇの軸長Ｌよりも小さく設定し、下ワッシャ５２の円弧状面の曲率半径の中心位置を主軸受７ｇの軸心にほぼ一致させたことにより、下ワッシャ５２の円弧状面の設計を容易にしつつ、クランクシャフト８の１回転中に上ワッシャ５１の傾きが変化することに伴う特定のボール５３の接触応力の増大を確実に抑制することができる。

次に、図５を参照しながら、本実施形態のスラストボールベアリング５０に加わる荷重Ｗ（Ｎ）に対する最大接触応力Ｐ（ＧＰａ）の特性６１を比較例の特性６２と対比して説明する。なお、比較例は、その下ワッシャの上面が平坦面である点にて本実施形態と相違し、その他の点では同一である。

図５における本実施形態の特性６１と比較例の特性６２とを比較して明らかなように、本実施形態のスラストボールベアリング５０の最大接触応力は、１０００Ｎの荷重が発生した時でも、比較例よりも約１／２に軽減できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。図６は本発明の第２実施形態の密閉型圧縮機の要部縦断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、下ワッシャ５２が第１部材である第１下ワッシャ５２Ａと第２部材である第２下ワッシャ５２Ｂとで構成されている。第１下ワッシャ５２Ａは、第１実施形態における下ワッシャ５２と同一構造であり、ボール５３に接触する側の面が上ワッシャ５１の傾きに対応するように凸の円弧状面で形成されている。第２下ワッシャ５２Ｂは、第１下ワッシャ５２Ａの下面と下ワッシャ着座面７ｅとの間に配置されており、第１下ワッシャ５２Ａを弾性的に支持している。

係る第２下ワッシャ５２Ｂを設けたことにより、スラストボールベアリング５０に異常な荷重が加わった場合や、クランクシャフト８の１回転中における円弧状移動軌跡と第１下ワッシャ５２Ａの円弧状面との上下隙間が均等でない状態が生じた場合に、特定のボール５３の接触応力の増大を抑制することができる。また、この第２実施形態は、第１下ワッシャ５２Ａ自身に弾性を持たせて第２下ワッシャ５２Ｂを省略する場合に比較して、ボール５３に接触する側の円弧状面の確保と適切な弾性の確保とを両立することができる。

１…密閉容器、２…潤滑油、３…固定子、４…回転子、５…電動要素、６…圧縮要素、７…フレーム、７ａ…筒状部、７ｂ…内周突部、７ｃ…水平部、７ｄ…外周突部、７ｅ…下ワッシャ着座面、７ｆ…凹部、７ｇ…主軸受、８…クランクシャフト、８ａ…主軸部、８ｂ…鍔部、８ｃ…偏心軸部、８ｄ…上ワッシャ着座面、８ｅ…スパイラル溝、１３…シリンダ、１３ａ…シリンダ室、１５…バルブシート、１６…シリンダヘッド、１８…オイルポンプ、２０…連結機構（コネクティングロッド）、２０ａ…リング部、２０ｂ…球体部、２０ｃ…連接棒、２０ｄ…給油穴、２５…ピストン、２５ａ…球座、３１…コイルバネ、３２…吐出管、５０…スラストボールベアリング、５１…上ワッシャ、５１ａ…凹溝、５２…下ワッシャ、５２Ａ…第１下ワッシャ、５２Ｂ…第２下ワッシャ、５３…ボール、５４…保持器。

Claims (12)

1. シリンダ室を設けたシリンダ、前記シリンダ室を往復動するピストン、及びクランクシャフトの偏心軸部の偏心回転運動を前記ピストンの往復運動に変換する連結機構を有する圧縮要素と、
   前記圧縮要素の下方に配置され、固定子及び回転子を有する電動要素と、
   前記回転子に固定された主軸部、前記主軸部の上端に設けられた鍔部、及び前記鍔部から上方に延び且つ前記主軸部の軸心に対して偏心して設けられた前記偏心軸部を有する前記クランクシャフトと、
   前記主軸部を軸支する主軸受を有するフレームと、
   前記フレームの上面と前記鍔部の下面との間に設置され、前記鍔部の下面側に配置された上ワッシャ、前記主軸受の上面側に配置された下ワッシャ、及び前記上ワッシャと前記下ワッシャとの間に周方向に複数配置されたボールを有するスラストボールベアリングと、
   前記圧縮要素、前記電動要素、前記クランクシャフト、前記フレーム、及び前記スラストボールベアリングを収納した密閉容器と、を備えた密閉型圧縮機において、
   前記クラックシャフトが１回転する間に変化する前記上ワッシャの傾きに対応するように前記下ワッシャの前記ボールの接触する側の面を円弧状面で形成したこと特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１において、前記クランクシャフトが１回転する間に、前記シリンダ室から最も遠くに位置する前記ボールに対して接触しようとする前記上ワッシャの点の移動軌跡と前記下ワッシャの円弧状面との上下方向の間隔を半径方向でほぼ均等にしたことを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項２において、前記フレームは垂直に延びる筒状部を有し、前記主軸受は前記筒状部内周面に形成した滑り軸受で構成され、前記下ワッシャの円弧状面の曲率半径は前記滑り軸受の軸長よりも小さいことを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項３において、前記下ワッシャの円弧状面の曲率半径の中心位置を前記滑り軸受の軸心にほぼ一致させたことを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項４において、前記フレームは前記筒状部の上面内周部から上方に突出する円環状の内周突部を有し、前記内周突部の内周面は前記滑り軸受の上部を形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
6. 請求項５において、前記下ワッシャは前記内周突部の外周面外側に配置すると共に当該内周突部の外周面を位置決めとして用いたことを特徴とする密閉型圧縮機。
7. 請求項６において、前記密閉容器はその底部に潤滑油を貯留しており、前記フレームは前記筒状部の上端外周部から外方に延びる水平部と前記水平部の上面外周部から上方に突出する円環状の外周突部を有し、前記下ワッシャは前記内周突部の外周面と前記水平部の上面と前記外周突部の内周面とで形成される円環状の凹部内に配置され、前記クランクシャフトは前記密閉容器の底部の潤滑油を前記圧縮要素の摺動部及び前記凹部内に配置された下ワッシャと前記ボールとの接触部に供給する給油経路を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
8. 請求項７において、前記フレームは、前記凹部内に供給された潤滑油の油面が前記下ワッシャと前記ボールとの接触部より高い位置に形成されるように、前記凹部内の潤滑油を排出する排油通路を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
9. 請求項８において、前記下ワッシャは、前記円弧状面を有する第１部材と、前記第１部材を弾性的に支持する第２部材とを有することを特徴とする密閉型圧縮機。
10. 請求項１において、前記フレームは前記筒状部の上面内周部から上方に突出する円環状の内周突部を有し、前記内周突部の内周面は前記滑り軸受の上部を形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
11. 請求項１において、前記密閉容器はその底部に潤滑油を貯留しており、前記フレームは前記筒状部の上端外周部から外方に延びる水平部と前記水平部の上面外周部から上方に突出する円環状の外周突部を有し、前記下ワッシャは前記内周突部の外周面と前記水平部の上面と前記外周突部の内周面とで形成される円環状の凹部内に配置され、前記クランクシャフトは前記密閉容器の底部の潤滑油を前記圧縮要素の摺動部及び前記凹部内に配置された下ワッシャと前記ボールとの接触部に供給する給油経路を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
12. 請求項１において、前記下ワッシャは、前記円弧状面を有する第１部材と、前記第１部材を弾性的に支持する第２部材とを有することを特徴とする密閉型圧縮機。

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