JP2014234763A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高い運転周波数で運転される場合でも、スラストボールベアリングへの給油を確実にして給油不足となるのを防止する。
【解決手段】密閉型圧縮機は、密閉容器内底部に潤滑油を貯溜すると共に、電動要素と圧縮要素を収容し、圧縮要素は、主軸部と偏心軸部とを有するクランクシャフト、シリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランクシャフトの主軸部を支持する主軸受１１及びクランクシャフトを軸方向に支持するスラストボールベアリング１２などを備える。このスラストボールベアリング１２は、ボール１２ａと、該ボールを保持する保持器１２ｂと、上レース１２ｃと、下レース１２ｄを備え、また保持器の回転遠心方向側に配設され、スラストボールベアリングに供給される潤滑油を保持するための軸方向の壁部２１ａを有する油捕集手段２１が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等の冷凍サイクルに搭載される密閉型圧縮機に関し、特に往復動形の密閉型圧縮機に好適なものである。

近年の冷凍冷蔵装置などは高効率化の要求が高く、この高効率化のために冷凍冷蔵装置などに搭載される密閉型圧縮機は、商用電源周波数未満の低い運転周波数から商用電源周波数以上の高い運転周波数までの広領域となるようにその運転範囲が拡大されてきている。また、前記密閉型圧縮機におけるクランクシャフトを軸方向に支持するスラスト軸受は、従来は滑り軸受であったが、最近では転がり軸受であるスラストボールベアリングが多く採用され、摺動損失低減が進められてきている。このため、前記スラストボールベアリング使用による信頼性及び摺動損失低減効果（効率向上）を満足するように、このスラストボールベアリングへの給油が重要になる。

なお、この種の従来技術としては、特開２０１０−１０１２７８号公報（特許文献１）に記載されているものなどがある。この特許文献１には、密閉容器内に潤滑油を貯溜すると共に、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クランクシャフトと、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コンロッドと、前記シリンダブロックに設けられ前記主軸部を支持する主軸受と、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、保持器（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該ボールの軌道面となる平板の上レースと下レースとを有する密閉型圧縮機が記載されている。

また、この特許文献１のものには、前記クランクシャフトの下端を前記密閉容器内の潤滑油に浸漬し、このクランクシャフトが回転することにより、潤滑油を圧縮要素の各部に供給して摺動部の潤滑を行う給油構造が記載されている。

特開２０１０−１０１２７８号公報

上記特許文献１のものでは、前記クランクシャフトと、前記シリンダブロックに設けた軸受部（前記主軸受及び前記スラストボールベアリングの部分）との径方向及び軸方向の隙間から、潤滑油は前記スラストボールベアリングに供給され、このスラストボールベアリングに供給される潤滑油は、前記クランクシャフトと、上レース及び保持器の回転による遠心力により外周方向へ排出される。

このため、遠心力が大きくなる商用電源周波数以上の高い運転周波数領域で運転される場合、遠心力が小さくなる商用電源周波数未満の低い運転周波数領域での運転に比べて、ボールと上レース及び下レースとの摺動に必要な冷凍機油が外周方向へ排出され易い。従って、前記スラストボールベアリングへの給油不足を招き易くなり、信頼性低下や効率低下を引き起こすという課題があった。
なお、商用電源周波数で運転される場合であっても、商用電源周波数が高い場合には、同様に遠心力の影響により信頼性及び効率の低下を招く。

本発明の目的は、高い運転周波数で運転される場合でも、クランクシャフトを軸方向に支持するスラストボールベアリングへの給油を確実にして給油不足となるのを防止し、これによって高信頼性及び高効率化を図ることのできる密閉型圧縮機を得ることにある。

上記課題を解決するために、本発明は、密閉容器内底部に潤滑油を貯溜すると共に、固定子と回転子を備えた電動要素と、この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クランクシャフトと、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コンロッドと、前記シリンダブロックに設けられ前記クランクシャフトの主軸部を支持する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設され、前記クランクシャフトを軸方向に支持するスラストボールベアリングを備える密閉型圧縮機において、前記スラストボールベアリングは、ボールと、該ボールを保持する保持器と、該保持器の上方に配設された上レースと、該保持器の下方に配設された下レースとを備え、前記スラストボールベアリングの保持器の回転遠心方向側に配設され、前記スラストボールベアリングに供給される潤滑油を保持するための軸方向の壁部を有する油捕集手段を設けていることを特徴とする。

本発明によれば、高い運転周波数で運転される場合でも、クランクシャフトを軸方向に支持するスラストボールベアリングへの給油を確実にして給油不足となるのを防止することができ、これによって高信頼性及び高効率化を図ることのできる密閉型圧縮機を得ることができる効果がある。

本発明の密閉型圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図。 本発明の密閉型圧縮機の実施例２を示す縦断面図。 図３に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図。 一般的な密閉型圧縮機を示す縦断面図。 図５に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図。

以下、本発明の密閉型圧縮機の具体的実施例を図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示す。

本発明の実施例１を説明する前に、まず、一般的な密閉型圧縮機の構成を、図５及び図６を用いて説明する。図５は一般的な密閉型圧縮機を示す縦断面図、図６は図５に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図である。

図５において、１は密閉容器で、この密閉容器１内の底部には潤滑油（冷凍機油）が貯留されている。また、この密閉容器１内には、回転子３ａ及び固定子３ｂを備えた電動要素３と、この電動要素３によって駆動される圧縮要素４が収容されている。

前記圧縮要素４は、前記回転子３ａが固定された主軸部５ａと偏心軸部（ピン部）５ｂを有するクランクシャフト５、圧縮工程が行われる圧縮室６を形成するためのシリンダ７などを備えたシリンダブロック８、前記圧縮室６内で往復運動するピストン９、このピストン９と前記偏心軸部５ｂとを連結するコンロッド１０、前記シリンダブロック８に設けられ、前記クランクシャフト５の主軸部５ａを支持する主軸受１１、この主軸受１１のスラスト面側に配設され、前記クランクシャフト５を軸方向に支持するスラストボールベアリング（スラスト軸受）１２などにより構成されている。

１３は前記シリンダ７の端部に設けられたバルブプレートで、このバルブプレート１３は前記シリンダブロック８に固定されている。また、前記シリンダブロック８と前記バルブプレート１３との間には吸入バルブ（図示せず）が設けられている。

前記ピストン６は、コンロッド１０を介してクランクシャフト５の偏心軸部５ｂに連結され、軸受部（主軸受１１及びスラストボールベアリング１２）に支持されている前記クランクシャフト５が前記電動要素３により回転すると、前記偏心軸部５ｂ及びコンロッド８を介して前記ピストン９は往復運動する。このピストン９の往復運動により圧縮動作（圧縮工程）が行われるように構成されている。

この圧縮動作中、シリンダ７とピストン９、ピストン９とコンロッド１０、コンロッド１０とクランクシャフト５、クランクシャフト５と前記軸受部など、それぞれの摺動部の摺動面には潤滑油が供給されて油膜が形成され、摺動面での金属接触を防止して、圧縮機の信頼性を確保するようにしている。

次に、上記各摺動部に潤滑油を供給するための給油構造について説明する。
前記クランクシャフト５下部には遠心オイルポンプ通路１４が設けられており、この遠心オイルポンプ通路１４により密閉容器１底部の潤滑油（冷凍機油）２が吸い上げられる。この吸い上げられた潤滑油２は、クランクシャフト５に形成された下オイルポンプ孔１５を通り、クランクシャフト５の外周面に形成され粘性オイルポンプとなるスパイラル溝１６を通過した後、前記下オイルポンプ孔１５に対して上方向に位置した上オイルポンプ孔１７に到達する。ここから、潤滑油は、前記偏心軸部５ｂ内に形成された給油穴１８に導かれ、この給油穴１８の上端１８ａや該給油穴１８と連通するように形成した径方向給油穴１８ｂなどから、シリンダ７との摺動面となるピストン９の外周上面９ａなどに、放射状に飛散され、これによって各摺動面の潤滑が行なわれる。

また、上記のように構成された給油経路の途中において、クランクシャフト５と軸受部との軸方向及び径方向の隙間から前記スラストボールベアリング１２への給油も行なわれる。

このスラストボールベアリング１２の部分の構成を図６に示す要部拡大図により説明する。スラストボールベアリング１２は、ボール１２ａ、該ボール１２ａを保持する保持器（ホルダー部）１２ｂ、該保持器１２ｂの上方に配設され前記ボール１２ａの軌道面となる上レース１２ｃ、前記保持器１２ｂの下方に配設され前記ボール１２ａの軌道面となる下レース１２ｄを備えている。なお、１９は、前記下レース１２ｄと前記主軸受１１のスラスト面２０との間に設けられ、前記スラストボールベアリング１２を支持する調心部材である。

このように構成された密閉型圧縮機においては、上記スラストボールベアリング１２への給油が、商用電源周波数未満の低い運転周波数帯域でクランクシャフト５が回転される場合に比べ、商用電源周波数以上の高い運転周波数領域でクランクシャフト５が駆動される場合、クランクシャフト５、上レース１２ｃ及び保持器１２ｂの回転により、給油される潤滑油に大きな遠心力が作用する。このため、前記スラストボールベアリング１２に給油された潤滑油がスラストボールベアリング１２の部分に保持されずに回転遠心方向（径方向）に排出されてしまい、スラストボールベアリング１２の部分の摺動に必要な潤滑油量が不足（給油不足）し易い構造となっている。

スラストボールベアリング１２が給油不足になると、密閉型圧縮機の信頼性及び効率を低下させる要因となる。そこで、本発明の密閉型圧縮機の実施例１では図１及び図２に示す構成としている。以下、本発明の実施例１を、図１及び図２を用いて説明する。

図１は本発明の密閉型圧縮機の実施例１を示す縦断面図、図２は図１に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図である。また、これらの図１及び図２において、上述した図５及び図６と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、密閉型圧縮機としての基本構成は同一である。従って、シリンダ７とピストン９、ピストン９とコンロッド１０、コンロッド１０とクランクシャフト５、クランクシャフト５と軸受部（主軸受１１やスラストボールベアリング１２）などの各摺動部に潤滑油を供給するための給油構造については図１及び図２に示すものも、上述した図５及び図６に示したものと同一であるので、同一部分についての説明は省略する。

即ち、遠心オイルポンプを用いた給油経路は、図５に示すものと同様に、密閉容器１底部の潤滑油（冷凍機油）は、遠心オイルポンプ通路１４から吸い上げられ、下オイルポンプ孔１５を通り、粘性オイルポンプとなるスパイラル溝１６を通過した後、前記下オイルポンプ孔１４に対して上方向に位置した上オイルポンプ孔１７に到達する。ここから、潤滑油は、前記偏心軸部５ｂ内に形成された給油穴１８に導かれ、この給油穴１８の上端１８ａや径方向給油穴１８ｂなどから、シリンダ７との摺動面となるピストン９の外周上面９ａなどに放射状に飛散され、これによって各摺動面の潤滑が行なわれる。
また、上記給油経路の途中において、クランクシャフト５と軸受部との径方向及び軸方向の隙間から前記スラストボールベアリング１２への給油も行なわれる。

本実施例における前記スラストボールベアリング１２の部分の構成を図２に示す要部拡大図により説明する。スラストボールベアリング１２は、図５に示したものと同様に、ボール１２ａ、該ボール１２ａを保持する保持器（ホルダー部）１２ｂ、該保持器１２ｂの上方に配設され前記ボール１２ａの軌道面となる上レース１２ｃ、前記保持器１２ｂの下方に配設され前記ボール１２ａの軌道面となる下レース１２ｄを備えている。また、前記スラストボールベアリング１２を支持する調心部材１９も、前記下レース１２ｄと前記主軸受１１のスラスト面２０との間に設けられている。

本実施例においては、前記スラストボールベアリング１２に給油された潤滑油がスラストボールベアリング１２の部分に保持されずに遠心方向（径方向）に排出されてしまうのを防止するために、この遠心方向に排出される潤滑油を捕集するための油捕集部（油捕集手段）２１を備えている。この油捕集部２１は、前記スラストボールベアリング１２の保持器１２ｂの回転遠心方向側に配設され、前記スラストボールベアリング１２に供給される潤滑油を保持するための軸方向の壁部を有するものである。

即ち、本実施例においては、図２に示すように、前記油捕集部２１は、前記スラストボールベアリング１２の下レース１２ｄを外径方向に延ばすと共に更に軸方向に曲げて軸方向の壁部２１ａを形成することにより構成され、この軸方向の壁部２１ａは、前記下レース１２ｄを前記保持器１２ｂの回転遠心方向側まで延長して形成されている。

このように構成することにより、クランクシャフト５、上レース１２ｃ及び保持器１２ｂの回転により、スラストボールベアリング１２に給油される潤滑油に大きな遠心力が作用しても、前記油捕集部２１の軸方向の壁部２１ａにより、前記潤滑油が遠心方向（径方向）に排出されてしまうのを抑制することができる。従って、スラストボールベアリング１２の部分の摺動に必要な潤滑油量を確保し、給油不足となるのを防止することができるので、高い運転周波数で運転される場合であっても、密閉型圧縮機の信頼性を確保し、また軸受部の摺動損失を低減できるので、高効率化を図ることもできる。

以上のように、本実施例においては、運転周波数の変化に影響がなく回転しない下レース１２ｄを外径方向に延ばすと共に更に軸方向に曲げて環状形状に形成した壁部２１ａを有する油捕集部２１を備えているので、この油捕集部２１により保持器１２ｂから回転遠心方向に排出される潤滑油を捕集することができる。これにより商用電源周波数以上の高い運転周波数領域でもスラストボールベアリング１２への給油が円滑となり、潤滑に必要な給油量の潤滑油をスラストボールベアリング１２部に保持することができ、高信頼性で高効率な密閉型圧縮機を得ることができる。

なお、本実施例では、下レース１２ｄに設けた前記油捕集部２１の軸方向の壁部２１ａを、保持器１２ｂに保持されているボール１２ａの高さ以上となる位置まで設けている。具体的には、図２に示すように、本実施例では、前記油捕集部２１の軸方向の壁部２１ａは、前記上レース１２ｃの径方向部分まで設けられている。

前記油捕集部２１の軸方向の壁部２１ａをこのように構成することにより、遠心方向に流れる潤滑油をより効率的に捕集することが可能になり、より多くの潤滑油をスラストボールベアリング１２部に確保することが可能となるから、より高信頼性でより高効率な密閉型圧縮機とすることができる。

本発明の密閉型圧縮機の実施例２を図３及び図４により説明する。図３は本発明の密閉型圧縮機の実施例２を示す縦断面図、図４は図３に示すスラストボールベアリング部を拡大して示す要部拡大図である。また、これらの図３及び図４において、上述した図１、図２、図５及び図６と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分であり、密閉型圧縮機としての基本構成は同一である。従って、クランクシャフト５と軸受部（主軸受１１やスラストボールベアリング１２）などの各摺動部に潤滑油を供給するための給油構造については図３及び図４に示すものも、上述した図１、図２、図５及び図６に示したものと同一であるので、同一部分についての説明は省略する。

即ち、本実施例２の図３に示す密閉型圧縮機における遠心オイルポンプによる給油構造や給油経路は、上記図１や図５に示すものと同様であり、また、上記給油経路の途中において、クランクシャフト５と軸受部との径方向及び軸方向の隙間から前記スラストボールベアリング１２への給油も同様に行なわれる。

本実施例２においても、前記スラストボールベアリング１２に給油された潤滑油がスラストボールベアリング１２の部分に保持されずに回転遠心方向（径方向）に排出されてしまうのを防止するために、この回転遠心方向に排出される潤滑油を捕集するための油捕集手段が備えられている。また、本実施例２における油捕集手段は、下レース１２ｄと調心部材１９との間に、前記下レース１２ｄとは別部材で構成された油捕集部材２２を設けて構成したものである。以下、この構成を図４に示す要部拡大図により説明する。

上記実施例１においては、油捕集手段を、下レース１２ｄを外径方向に延ばすと共に更に軸方向に曲げて環状形状に形成した壁部２１ａを有する油捕集部２１を備えた構成としたものであるが、本実施例２における油捕集手段は、図４に示すように、前記下レース１２ｄとは別部材で構成された油捕集部材２２を設けているものである。

即ち、スラストボールベアリング１２の下レース１２ｄについては、上記図５に示した下レース１２ｄに使用されているものと同様のものを使用し、この下レース１２ｄの下部と調心部材１９との間に、下レース１２ｄとは別部材の油捕集部材２２を設け、この油捕集部材２２の外径側に潤滑油を捕集するための軸方向の壁部２２ａを備えた構造としたものである。

前記油捕集部材２２を更に詳しく説明する。この油捕集部材２２は、前記下レース１２ｄと調心部材１９との間に配設された底面部２２ｂと、この底面部２２ｂの外径側から更に軸方向に曲げて形成された環状形状で軸方向の壁部２２ａにより構成され、この軸方向の壁部２２ａは前記保持器１２ｂの回転遠心方向側まで延長して配設されている。

また、上記実施例１と同様に、本実施例２においても、前記油捕集部材２２の軸方向の壁部２２ａは、前記保持器１２ｂに保持されているボール１２ａの高さ以上となる位置まで（具体的には、図４に示すように、前記上レース１２ｃの径方向部分まで）設けられている。

このように、油捕集手段としての油捕集部材２２を前記下レース１２ｄとは別部材として設けることにより、スラストボールベアリング１２の摺動部としての材質（例えば、ＳＡＥ規格のＳＡＥ１０７５やＪＩＳ規格のＳＫ８５など）及び板厚（例えば１．２ｍｍ）などの構造強度の制約が少なくなる。従って、前記油捕集部材２２を、より安価で、より製作し易い材質の材料で構成することが可能となる。

以上説明したように、本実施例２によれば、油捕集手段を、前記下レース１２ｄとは別部材となる油捕集部材２２を用いて構成しているので、油捕集手段（油捕集部材２２）の板厚を薄くすることが可能となり、下レース１２ｄに油捕集部２１を一体形成する上記実施例１の場合と比較して、下レース１２ｄの加工性及び寸法精度を確保し易くなる。また、下レース１２ｄとは別部材で構成された油捕集部材２２は摺動面を持たないから、安価で加工性の良い材料を使用することができ、しかも上記実施例１と同様に、広い運転範囲、或いは高速回転される密閉型圧縮機の信頼性及び効率を向上させることができる。

なお、前記油捕集部材２２は、本実施例では、前記下レース１２ｄと調心部材１９との間に配設する例を示したが、前記油捕集部材２２は前記下レース１２ｄや調芯部材１９に固定しても、或いは主軸受１１やシリンダブロック８などの静止部材に固定するようにしても良く、前記スラストボールベアリング１２部に供給される潤滑油を保持することができる構成であれば良い。

以上説明した本発明の各実施例によれば、スラストボールベアリング１２の保持器１２ｂの回転遠心方向側に配設されて、前記スラストボールベアリング１２に供給される潤滑油を保持するための軸方向の壁部２１ａまたは２２ａを有する油捕集手段（油捕集部２１または油捕集部材２２）を設けている。これにより、商用電源周波数以上の高い運転周波数で運転される場合でも、クランクシャフト５を軸方向に支持するスラストボールベアリング１２への給油を確実にして給油不足となるのを防止することができ、油膜形成に必要な潤滑油を確保できる。従って、スラストボールベアリング１２部での金属接触による異常摩耗や入力増加を防止することができ、高信頼性で高効率な密閉型圧縮機を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。更に、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：密閉容器、２：潤滑油（冷凍機油）、
３：電動要素、３ａ：回転子、３ｂ：固定子、
４：圧縮要素、
５：クランクシャフト、５ａ：主軸部、５ｂ：偏心軸部、
６：圧縮室、７：シリンダ、
８：シリンダブロック、
９：ピストン、９ａ：外周上面、
１０：コンロッド、
１１：主軸受、
１２：スラストボールベアリング、１２ａ：ボール、１２ｂ：保持器（ホルダー部）、
１２ｃ：上レース、１２ｄ：下レース、
１３：バルブプレート、
１４：遠心オイルポンプ通路、
１５：下オイルポンプ孔、１６：スパイラル溝、１７：上オイルポンプ孔、
１８：給油穴、１８ａ：給油穴の上端、１８ｂ：径方向給油穴、
１９：調心部材、２０：スラスト面、
２１：油捕集部（油捕集手段）、２１ａ：壁部、
２２：油捕集部材（油捕集手段）、２２ａ：壁部、２２ｂ：底面部。

Claims (5)

1. 密閉容器内底部に潤滑油を貯溜すると共に、固定子と回転子を備えた電動要素と、この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クランクシャフトと、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コンロッドと、前記シリンダブロックに設けられ前記クランクシャフトの主軸部を支持する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設され、前記クランクシャフトを軸方向に支持するスラストボールベアリングを備える密閉型圧縮機において、
   前記スラストボールベアリングは、ボールと、該ボールを保持する保持器と、該保持器の上方に配設された上レースと、該保持器の下方に配設された下レースとを備え、
   前記スラストボールベアリングの保持器の回転遠心方向側に配設され、前記スラストボールベアリングに供給される潤滑油を保持するための軸方向の壁部を有する油捕集手段を設けている
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１に記載の密閉型圧縮機において、前記油捕集手段は、前記スラストボールベアリングの下レースを、前記保持器の回転遠心方向側まで延長して前記軸方向の壁部を形成することにより構成していることを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項１に記載の密閉型圧縮機において、前記油捕集手段は、前記下レースとは別部材の油捕集部材で構成され、前記下レースと静止部材との間に固定される固定部と、この固定部から延長され前記保持器の回転遠心方向側で軸方向に延びる軸方向の壁部を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の密閉型圧縮機において、前記油捕集手段の軸方向の壁部は、前記ボールの高さ以上となる位置まで設けられていることを特徴とする密閉形圧縮機。
5. 請求項４に記載の密閉型圧縮機において、前記油捕集手段の軸方向の壁部は、前記上レースの径方向部分の位置まで設けられていることを特徴とする密閉型圧縮機。

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