JP2013133757A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高速運転を行う場合でも、スラストボールベアリング１７６の支持部材１７２をばね要素とした上下方向の共振振動を回避して、密閉型圧縮機の騒音や振動の増大を抑制する。
【解決手段】支持部材の下方に環状の薄板を配設したもので、主軸受のスラスト面と環状の薄板の間に潤滑油が浸透することで潤滑油膜による減衰効果を持たせたものであり、密閉型圧縮機が高速運転を行う場合でも、シャフトが上下方向に共振することがないため、密閉型圧縮機の騒音や振動の増加を防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクルシステムに用いられる密閉型圧縮機に関する。

従来、この種の密閉型圧縮機は、主軸受の上部管状延長部の周囲に転がり軸受を配置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特許文献１に記載の従来の密閉型圧縮機を説明する。図４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である。図５は、従来の密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの要部拡大図である。図４〜５において、密閉容器２の底部には潤滑油４を貯留しており、圧縮機本体６はサスペンションスプリング８によって密閉容器２に対して弾性的に支持されている。

圧縮機本体６は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素１２から構成されている。電動要素１０は、固定子１４および回転子１６とから構成されている。

圧縮要素１２のシャフト１８は、主軸部２０と偏心軸部２２を備えており、主軸部２０はシリンダブロック２４の主軸受２６に回転自在に軸支されるとともに、回転子１６が固定されている。荷重が作用する偏心軸部２２に対して、偏心軸部２２の下側に配置された主軸部２０と主軸受２６で支持する片持ち軸受の構成となっている。

また、シャフト１８は主軸部２０表面に設けた螺旋状の溝２８ａなどからなる給油機構２８を備えている。

ピストン３０は、シリンダブロック２４に形成された略円筒形の内面を有するシリンダ３４に往復自在に挿入される。また、連結部３６は、両端に設けた穴部がそれぞれピストン３０に取付けられたピストンピン３８と偏心軸部２２に嵌挿されることで、偏心軸部２２とピストン３０とを連結している。

シリンダ３４およびピストン３０は、シリンダ３４の開口端面に取り付けられるバルブプレート４６とともに圧縮室４８を形成する。さらに、バルブプレート４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド５０が固定されている。

吸入マフラ５２は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリングについて説明する。主軸受２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面６０と、スラスト面６０よりさらに上方に延長され、主軸部２０に対向する内面を有する管状延長部６２とを有している。

管状延長部６２の外径側には上から順に、上レース６４、ホルダー部６８に保持されたボール６６、下レース７０、および支持部材７２からなるスラストボールベアリング７６がスラスト面６０の上に配置されている。

上レース６４および下レース７０は環状で金属製の平板であり、表と裏の面が平行である。また、ホルダー部６８は環状の形状をなし、周方向に設けた複数の穴部にボール６６
を転動自在に収納している。

支持部材７２は、弾性力を備えた金属板に下側突起７２ａ、７２ｂと、上側突起７２ｃ、７２ｄを設けたものである。これらの突起は同じ半径の曲面で形成され、下側突起７２ａ、７２ｂの頂点を結ぶ線と、上側突起７２ｃ、７２ｄの頂点を結ぶ線とが直角になるように配置されている。

スラスト面６０の上に配置されたスラストボールベアリング７６の上面にはシャフト１８のフランジ部７４が着座している。また支持部材７２は、下側突起７２ａ、７２ｂが線接触の状態で潤滑油４と接し、上側突起７２ｃ、７２ｄが線接触の状態で下レース７０と接している。

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。電動要素１０に通電されると、固定子１４に発生する回転磁界により、回転子１６は主軸部２０とともに回転する。主軸部２０の回転により、偏心軸部２２が偏心運動し、偏心軸部２２の偏心運動が連結部３６を介してピストン３０に伝えられ、ピストン３０はシリンダ３４内で往復動する。

密閉容器２外の冷凍サイクル（図示せず）より戻った冷媒は、吸入マフラ５２を経由して圧縮室４８内へ導入され、圧縮室４８内でピストン３０により圧縮され、圧縮された冷媒は密閉容器２から冷凍サイクル（図示せず）へ送出される。

また、シャフト１８の下端は潤滑油４に浸漬しており、シャフト１８が回転することにより、潤滑油４は給油機構２８により主軸部２０の潤滑を行い、その後、軸方向隙間７８からスラストボールベアリング７６への給油と圧縮要素１２各部に供給され、各摺動部の潤滑を行う共にスラストボールベアリング７６への給油後の潤滑油４はスラスト面６０を潤沢にさせた後、シリンダブロック２４の潤滑油排出穴７７から下方に排出される。

次に、スラストボールベアリング７６の動作について説明する。スラストボールベアリング７６は、ボール６６が上レース６４と下レース７０に点接触の状態で転がる転がり軸受であり、シャフト１８や回転子１６の自重などの垂直方向の荷重を支持しながら回転が可能である。転がり軸受は、一般的に用いられている滑り軸受の形式のスラストベアリングより摩擦が少なく、近年高効率化を目的に採用されることが増えてきている。

また、スラストボールベアリング７６は、下レース７０の下方に配設され弾性力を備えた支持部材７２を有するので、各ボール６６に不均一に荷重がかかることを防止できる。従って、接触荷重の不均一が原因で効率や信頼性に悪影響を及ぼすことがなく、電動要素１０の入力が低減して、高効率で高信頼性の密閉型圧縮機とすることができる。

特表２００５−５００４７６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、商用電源周波数を超える周波数で高速回転するインバータモータ搭載の密閉型圧縮機での運転時において、スラストボールベアリングの支持部材をばね要素としてシャフトが上下方向に共振し、圧縮機の騒音や振動が増大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、高速運転を行う場合でも、スラストボールベアリングの支持部材がばね要素としてシャフトが上下方向に共振するのを回避することができ、騒音や振動の低い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、主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングとを備え、スラストボールベアリングは、ホルダー部に保持された複数の転動体であるボールと、ボールの上下にそれぞれ配設された上レースおよび下レースと、ボールおよび下レースの下方に配設された弾性力を有する支持部材と支持部材の下方に環状の薄板を配設したもので、主軸受のスラスト面と環状の薄板の間に潤滑油が浸透することで潤滑油膜による減衰効果を持たせたもので密閉型圧縮機が高速運転を行う場合でもシャフトは上下方向に共振することを抑制できるため、密閉型圧縮機の騒音や振動の増加を防止できる。

本発明の密閉型圧縮機は、高速運転を行う場合でも、スラストボールベアリングの支持部材をばね要素としてシャフトが上下方向に共振することを回避できるので、密閉型圧縮機の騒音や振動の低い密閉型圧縮機を実現することができる。

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 同実施の形態におけるスラストベアリングの要部拡大図 同実施の形態におけるシャフト系の共振特性図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機のスラストベアリングの要部拡大図

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、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とを連結する連結部と、前記シリンダブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングとを備え、前記スラストボールベアリングは、ホルダー部に保持された複数のボールと、前記ボールの上下にそれぞれ配設された上レースおよび下レースと、前記ボールの下方に配設された弾性力を有する支持部材と支持部材の下方に環状の薄板を配設したもので、主軸受のスラスト面と環状の薄板の間に潤滑油が浸透することで潤滑油膜による減衰効果を持たせたものであり、密閉型圧縮機が高速運転を行う場合でも、シャフトが上下方向に共振することがないため、密閉型圧縮機の騒音や振動の増加を防止できる。

請求項２に記載の発明は請求項１に記載の密閉型圧縮機の環状の薄板を複数枚配設させたもので複数の環状の薄板間に潤滑油が浸透することでさらに減衰効果を増加させたものでシャフトが上下方向に共振することがなく、請求項１に記載の発明の効果に加えて圧縮機の騒音増大や振動増大を防止できる。

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である。図２は、同実施
の形態における密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの要部拡大図である。

図１〜２において、同実施の形態の密閉型圧縮機は、密閉容器１０２の内底部に潤滑油１０４を貯留するとともに、圧縮機本体１０６がサスペンションスプリング１０８により密閉容器１０２内で内部懸架されている。

また、密閉容器１０２には、温暖化係数の低い冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）が充填されている。

圧縮機本体１０６は、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１１２とからなり、密閉容器１０２には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１１３が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。電動要素１１０は、薄板を積層した鉄心に銅製の巻線が巻かれて形成される固定子１１４と、固定子１１４の内径側に配置される回転子１１６とを備えている。固定子１１４の巻線は、電源端子１１３を経由して圧縮機外の電源（図示せず）と、導線により接続されている。

次に圧縮要素１１２について説明する。圧縮要素１１２は電動要素１１０の上方に配設されている。圧縮要素１１２を構成するシャフト１１８は、軸径ｄなる主軸部１２０と、主軸部１２０と平行な偏心軸部１２２を備えている。また、主軸部１２０には回転子１１６が固定されており、シャフトアッシー１１８ａを構成している。

シリンダブロック１２４は、円筒形の内面を有する主軸受１２６を備え、主軸受１２６に主軸部１２０が回転自在な状態で挿入され、支持されている。圧縮要素１１２は、偏心軸部１２２に作用した荷重を偏心軸部１２２の下側に配置された主軸部１２０と主軸受１２６で支持する片持ち軸受の構成になっている。

また、シャフト１１８は主軸部１２０表面に設けた螺旋状の溝１２８ａなどからなる給油機構１２８を備えている。また、シリンダブロック１２４は円筒状の穴部であるシリンダ３４を備えており、ピストン１３０がシリンダ１３４に往復自在に挿入されている。

また、連結部１３６は、両端に設けた穴部が、それぞれピストン１３０に取付けられたピストンピン１３８と偏心軸部１２２とに嵌挿されることで、偏心軸部１２２とピストン１３０と連結している。

シリンダ１３４端面にはバルブプレート１４６が取り付けられ、シリンダ１３４およびピストン１３０とともに圧縮室１４８を形成する。さらに、バルブプレート１４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１５０が固定されている。吸入マフラ１５２は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド１５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリングとしてのスラストボールベアリング１７６の構成について説明する。図３において、スラストボールベアリング１７６は、主軸受１２６のスラスト面１６０に配設されている。主軸受１２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面１６０と、スラスト面１６０よりさらに上方に延長され、主軸部１２０に対向する内面を有する管状延長部１６２とを有している。

管状延長部１６２の上側に上レース１６４が配置され、管状延長部１６２の外径側かつ上レース１６４の下側に、ホルダー部１６８に保持された複数の転動体としてのボール１
６６、下レース１７０、支持部材１７２および金属製からなる環状の薄板１８０が配置されている。上レース１６４、ボール１６６、ホルダー部１６８、下レース１７０、支持部材１７２および環状の薄板１８０により、スラストボールベアリング１７６が構成されている。

上レース１６４および下レース１７０は環状で金属製の平板であり、望ましくは熱処理を行ったバネ鋼などで形成され、上下の面が平行で、かつ表面は平滑に仕上げられている。ホルダー部１６８は、ポリアミドなどの樹脂材料で形成され、環状の形状をなし、ボール１６６が転動自在に収納される複数の穴部を有している。

支持部材１７２は、バネ用鋼の薄い平板を成型して成型される環状の波ワッシャである。支持部材１７２は、上側に突出する２箇所の上凸部１７２ｃ、１７２ｄと、下側に突出する２箇所の下凸部１７２ａ，１７２ｂとを備えており、上下方向にばね定数を持つ弾性を有している。上凸部１７２ｃ，１７２ｄと下凸部１７２ａ，１７２ｂは、円周方向に交互に配設されている。また、上凸部１７２ｃ，１７２ｄと下凸部１７２ａ，１７２ｂの間は、なめらかな曲線で接続されている。

スラスト面１６０の上に、環状の薄板１８０、支持部材１７２、下レース１７０ボール１６６、上レース１６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース１６４の上面にシャフト１１８のフランジ部１７４が着座している。

スラスト面１６０には機械加工による５０μｍ以下程度の平面度の面が構成され、環状の薄板１８０と部分的に微細な隙間１８１を有し着座している。

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、作用を説明する。電源端子１１３より電動要素１１０に通電されると、固定子１１４に発生する磁界により回転子１１６はシャフト１１８とともに回転する。主軸部１２０の回転に伴う偏心軸部１２２の偏心回転は、連結部１３６により変換され、ピストン１３０をシリンダ１３４内で往復運動させる。そして、圧縮室１４８が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒を圧縮室１４８内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０２内の冷媒は、吸入マフラ１５２を介して圧縮室１４８内に間欠的に吸入され、圧縮室１４８内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管などを経由して密閉容器１０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト１１８下端は潤滑油１０４に浸漬しており、シャフト１１８が回転することにより、潤滑油１０４は給油機構１２８により主軸部１２０の潤滑を行い、その後、軸方向隙間１７８からスラストボールベアリング１７６への給油と圧縮要素１１２各部に供給され、各摺動部の潤滑を行う共にスラストボールベアリング１７６への給油後の潤滑油１０４はスラスト面１６０を潤沢にさせた後、環状の薄板１８０の隙間１８１に潤滑油１０４が浸透しシリンダブロック１２４の潤滑油排出穴１７７から下方に排出される。

次に、スラストボールベアリング１７６の動作、作用について説明する。
スラストボールベアリング１７６は、同じ大きさのボール１６６を、平らな上レース１６４と下レース１７０の間に複数配置して、それぞれを点接触の状態で転がるようにすることで、摩擦を非常に小さくするものである。これにより、摺動損失の低減により圧縮機の効率が向上できる。

また、スラストボールベアリング１７６は密閉型圧縮機に組付けると、支持部材１７２
には下レース１７０を介して、シャフト１１８や回転子１１６などの荷重が作用する。さらに運転時には電動要素１１０の軸方向の推力を受ける。そのため、支持部材１７２は重力方向にバネ性を有しているので、この荷重により自然長に比べ、高さが低くなるが、この状態で、支持部材１７２に偏った荷重が作用すると、荷重の大きい側では下向きの変位が大きくなり、これ以外の部分では変位は少なくなることよりシャフト１１８の回転中に加振を受ける。この加振は得に高速回転するインバータモータ搭載した密閉型圧縮機での運転時に大きくなり、支持部材１７２を共振させシャフト１１８を上下に共振させる可能性があるがスラスト面１６０と環状の薄板１８０の隙間１８１に潤滑油１０４が浸透し潤滑油膜による減衰効果が発生する。具体的には図４の破線は本実施のシャフト系の共振特性を示し実線は従来例の共振特性であり、本実施例の減衰効果を示す。

以上によりシャフト１１８の上下方向の共振は減衰効果により回避することができ、密閉型圧縮機の騒音や振動増加を防止できる。

また、環状の薄板１８０は複数枚設置する場合、環状の薄板１８０間の平面の微小うねり間に潤滑油が浸透し、さらなる減衰効果が発生することよりシャフト１１８の上下方向の共振をより回避することができ密閉型圧縮機の騒音や振動増加を防止できる。

本発明によれば、高速運転を行う場合でも、スラストボールベアリングの波ワッシャをばね要素としてシャフトが上下方向に共振することを回避でき、密閉型圧縮機の騒音や振動の抑制を可能としたもので、エアーコンディショナーや自動販売機等の冷凍サイクルを用いた機器に用いられる密閉型圧縮機に幅広く適用することができる。

１０２ 密閉容器
１０４ 潤滑油
１１０ 電動要素
１１２ 圧縮要素
１１４ 固定子
１１６ 回転子
１１８ シャフト
１２０ 主軸部
１２２ 偏心軸部
１２４ シリンダブロック
１２６ 主軸受
１３０ ピストン
１３６ 連結部
１４８ 圧縮室
１７６ スラストボールベアリングけ
１６８ ホルダー部
１６６ ボール（転動体）
１６４ 上レース
１７０ 下レース
１７２ 支持部材
１７２ａ，１７２ｂ 下凸部
１７２ｃ，１７２ｄ 上凸部
１８０ 環状の薄板

Claims (2)

1. 密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、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とを連結する連結部と、前記シリンダブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングとを備え、前記スラストボールベアリングは、ホルダー部に保持された複数のボールと、前記ボールの上下にそれぞれ配設された上レースおよび下レースと、前記ボールの下方に配設されたばね性を有する支持部材とを備え、前記支持部材と前記主軸受のスラスト面の間に環状の薄板を配設したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 環状の薄板は支持部材と主軸受のスラスト面の間に複数配設した請求項１に記載の密閉型圧縮機。

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