JP4617656B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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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、この種の密閉型圧縮機は、高信頼性を前提とした消費電力の低減や静音化が強く望まれている。こうした中、インバーター駆動による圧縮機の低回転化や潤滑油の低粘度化が進んできており、それらに伴う課題として給油確保や摺動部の信頼性確保が挙げられる。これらの課題に対し、従来の密閉型圧縮機としては、給油改善を行ったものがある(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縦断面図を示すものである。図6に示すように、密閉容器1内には、固定子2と回転子3からなる電動要素4と、電動要素4によって駆動される圧縮要素5を収容し、密閉容器1内に潤滑油6を貯溜する。シャフト7は、回転子3を圧入固定した主軸部8および主軸部8に対し偏心して形成された偏心軸部9を有する。シリンダブロック14は、略円筒形の圧縮室15を有するとともに主軸部8を軸支する主軸受16を有している。主軸部8の外周には、主軸受16の上部並びに下部と摺動する摺動部17と、主軸受16と摺動しない非摺動部18が形成されている。ピストン19は、シリンダブロック14の圧縮室15に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部9との間を連結手段20によって連結されている。
シャフト7の内部には給油通路30,31が設けられると共に、主軸部8の外周には下端が給油通路30の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト7の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した螺旋溝32が形成されている。螺旋溝32の上端は給油通路31の下端近傍と連通している。主軸部8の下端部には一端が潤滑油6中に開口し、他端が給油通路30と連通したオイルコーン33が固定されている。
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4の回転子3はシャフト7を回転させ、偏心軸部9の回転運動が連結手段20を介してピストン19に伝えられることでピストン19は圧縮室15内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム(図示せず)から圧縮室15内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。
一方、オイルコーン33はシャフト7の回転によりポンプ作用をするようになっている。オイルコーン33のポンプ作用により、密閉容器1底部の潤滑油6は給油通路30を介して上方に上げられる。給油通路30の上部に至った潤滑油6は、螺旋溝32へと導入される。螺旋溝32はシャフト7回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、潤滑油6には新たに上方向への大きな搬送力が働く。潤滑油6は、螺旋溝32内を上方へ上げられると共にシャフト7の摺動部17へ供給される。螺旋溝32上端に至った潤滑油6は給油通路31へと導入され、偏心軸部9等の摺動部に供給され潤滑を行う。
特開2000−110723号公報
しかしながら、上記従来の構成では、オイルコーン33により潤滑油6と共に吸い上げられた微小なゴミは、遠心力により給油通路30の外周側を上昇し、給油通路30の上端付近で更に外周側にある螺旋溝32の下端付近に遠心力により振り出される。即ち、潤滑油6の流れの向きが約90度変わり水平方向となるため、微小なゴミは遠心力と重力により、螺旋溝32の下端付近に溜まりやすくなる。螺旋溝32の下端付近に微小なゴミが溜
まると、シャフト7の摺動部17と主軸受16の狭い隙間に噛み込み易く、入力増加による効率低下や、摺動部17の傷つきによる信頼性が低下するという課題を有していた。
また、電源周波数以下の低速の運転周波数でインバーター駆動される場合は、微小なゴミは螺旋溝32の下端付近で遠心力により外周側に振り出される際に、潤滑油6の流速が遅いため重力により螺旋溝32の下端部により一層滞留しやすくなり、更にシャフト7の摺動部17と主軸受16の狭い隙間に噛み込み易くなるため、上記課題は更に増大する。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、潤滑油の供給量を十分確保し、かつ摺動部のゴミ噛みを激減して効率と信頼性が高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、主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部を備え、溝部の下端を主軸受と摺動しない非摺動部に設けたものであり、これによって潤滑油と共に吸い上げられた微小なゴミが螺旋状の溝部の下端付近に溜まって主軸部の非摺動部と主軸受との隙間に入り込んでも、非摺動部の隙間は大きいため微小なゴミが噛み込むことを激減することができるという作用を有する。
本発明の密閉型圧縮機は、入力増加による効率低下や、摺動部の傷つきや摩耗による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
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電動要素と、前記電動要素の上部に配置され、かつ前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部を有したシャフトと、前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部と、前記溝部と前記主軸受の内周で形成された粘性ポンプ部とを備えるとともに、前記シャフトに、前記主軸受と摺動する摺動部と前記主軸受と摺動しない非摺動部を設け、さらに、前記非摺動部を、前記摺動部を挟むように配置し、前記溝部の下端を前記摺動部より下側でかつ最下部の非摺動部に設け、また、前記溝部の上端を前記摺動部より上側でかつ最上部の非摺動部に設けた構成としたもので、潤滑油と共に吸い上げられた微小なゴミが螺旋状の溝部の下端付近および上端付近に溜まって主軸部の非摺動部と主軸受との隙間に入り込んでも、非摺動部の隙間は大きいため微小なゴミが噛み込むことが殆ど無く、入力増加による効率低下や、摺動部の傷つきや摩耗による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
また、前記溝部の下端を主軸部と主軸受とが摺動する摺動部より下側でかつ最下部の非摺動部に設けたことにより、潤滑油と共に吸い上げられた微小なゴミが溝部の下端付近に溜まって主軸部の非摺動部と主軸受との隙間に入り込んでも、非摺動部の隙間は大きいため微小なゴミを噛み込むことが殆ど無く、さらに非摺動部の下方には隙間の狭い摺動部がないため、微小なゴミは重力により主軸受下部から排出される。さらに、密閉容器底部の潤滑油から溝部の下端までの揚程(距離)を低くすることができるため、同じ回転数であれば給油量が増加し、また低速回転でも給油が可能となる。従って、微小なゴミが非摺動部に殆ど噛み込むことがなく排出されると共に、安定した給油量を確保できるため、効率と信頼性を更に高くすることができる。さらに、前記圧縮要素を、前記電動要素の上方に配置したことにより、前記非摺動部から排出されたゴミが圧縮要素に降り注ぐことがなく、圧縮要素部における摺動部の傷つきや摩耗による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に、更に、溝部の下端を設けた非摺動
部の主軸部と主軸受との直径隙間を0.05〜0.40mmとしたものであり、非摺動部の隙間が大き過ぎる場合に比べて潤滑油が主軸受下端から下方に漏れにくくなり、非摺動部より上方の主軸部や偏心軸部等の摺動部への給油を十分に行うことができる。また、非摺動部の隙間が小さすぎる場合に比べて、非摺動部内の潤滑油の粘性摩擦による入力を小さくできる。従って、請求項1に記載の発明の効果に加えて、非摺動部より上方の摺動部への十分な給油と粘性摩擦の入力低減を両立することができ、効率と信頼性を高くすることができる。
請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明に、更に、偏心軸部を挟んで主軸部と同軸上に設けた副軸部と、前記副軸部を軸支する副軸受を備えたものであり、従来のような主軸受だけの場合では、主軸部の非摺動部を主軸受の上部と下部に設けると、シャフトの傾きを規制する主軸部の摺動部の上端と下端との距離が短くなってシャフトの傾きが大きくなり、偏心軸部やピストンの摺動部にこじりが生じるため、主軸部の摺動部の上端と下端の距離はできるだけ長くする必要があった。しかし本発明では、副軸受がシャフトの傾きを根本的に規制するために、主軸受だけの場合に比べて主軸部の摺動部の上端と下端の距離を小さくすることができ、溝部の下端に加えて上端も摺動部から外すことができる。そのため、請求項1または2に記載の発明の効果に加えて、上側の摺動部でもゴミ噛みを激減することができ、摺動部の傷つき等による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明に、更に、主軸部と主軸受との摺動部を一箇所としたものであり、従来のように摺動箇所が二箇所以上ある場合は摺動部の端部が四箇所以上になり、摺動部の端部で摺動部と軸受の間の油圧が逃げやすく、油膜が形成されにくくなるが、本発明のように摺動部を一箇所とすることにより摺動部の端部が二箇所となるため、摺動部と軸受の間の油圧が逃げにくく油膜が形成されやすくなる。従って、請求項3に記載の発明の効果に加えて、摺動箇所が最少となり摺動部の総長さも小さくできるので、摺動損失が低減し、効率が向上する。
請求項5に記載の発明は、請求項1から4に記載の発明に、更に、少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバーター駆動するものであり、低い運転周波数による圧縮負荷の低減ができるため、請求項1から4に記載の発明の効果に加えて、密閉型圧縮機の入力が低下でき、冷蔵庫等の冷凍サイクルでの消費電力量が低減される。
以下、本発明の参考例および実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この参考例および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。
参考例1
図1は、本発明の参考例1における密閉型圧縮機の縦断面図、図2は、同参考例1の要部断面図である。
図1、図2において、密閉容器101内には、固定子102と回転子103からなる電動要素104と、電動要素104によって駆動される圧縮要素105を収容し、密閉容器101内には潤滑油106が貯溜されている。シャフト107は、回転子103を圧入固定した主軸部108と、主軸部108に対し偏心して形成された偏心軸部109を有する。シリンダブロック115は、略円筒形の圧縮室116を有するとともに主軸部108を軸支する主軸受117を有している。ピストン121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109との間を連結手段122によって連結されている。
シャフト107の内部には給油通路123,124が設けられると共に、主軸部108の外周には下端が給油通路123の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト107の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した溝部125が形成されている。溝部125と主軸受117の内周で粘性ポンプ部126が形成されている。溝部125の上端は給油通路124の下端近傍と連通している。主軸部108の下端部には、一端が潤滑油106中に開口し他端が給油通路123と連通したオイルコーン127が固定されている。主軸部108の外周は主軸受117と摺動する摺動部130,131と、主軸受117と摺動しない非摺動部132,133が形成されている。この摺動部130,131と非摺動部132,133は、シャフト107の軸方向において交互の配置となるように形成されている。溝部125の下端は摺動部130より下側の最下部の非摺動部133に設けられている。溝部125の下端を設けた非摺動部133の主軸部108と主軸受117との直径隙間は0.05〜0.40mmになっている。また、主軸部108の摺動部130,131と主軸受117との直径隙間は一般的な値である0.02mm前後になっている。そして、非摺動部133は、図2に示すように、僅かに主軸受117の下端からはみ出している。
尚、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのR134aやR600aに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の高い潤滑油と組み合わせてある。
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、作用を説明する。
電動要素104の回転子103はシャフト107を回転させ、偏心軸部109の回転運動が連結手段122を介してピストン121に伝えられることで、ピストン121は圧縮室116内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム(図示せず)から圧縮室116内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。
一方、オイルコーン127と給油通路123はシャフト107の回転によりポンプ作用を有するようになっている。このポンプ作用により、密閉容器101底部の潤滑油106は給油通路123を介して上方に上げられる。次に、給油通路123の上部に至った潤滑油106は、溝部125へと導入される。溝部125はシャフト107回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、粘性ポンプ部126として作用し、潤滑油106には新たに上方向への大きな搬送力が働く。潤滑油106は、溝部125内を上方へ上げられると共にシャフト107の摺動部130,131へ供給される。溝部125上端に至った潤滑油106は給油通路124へと導入され、偏心軸部109等の摺動部に供給され潤滑を行う。
この給油作用において、潤滑油106と共に吸い上げられた微小なゴミが、溝部125の下端付近に溜まって主軸部108の非摺動部133と主軸受117との隙間に入り込んでも、非摺動部133の隙間は大きいため噛み込むことが殆ど無く、さらに重力により主軸受117下部から排出される。さらに、密閉容器101底部の潤滑油106から溝部125の下端までの揚程(距離)を低くすることができるため、同じ回転数でも給油量が増加する。また、溝部125の下端部が非摺動部133にあり、比較的大きな面積となる下端部の穴が摺動部130に存在しないため、摺動部130で油圧が逃げにくく油膜が形成され易くなり、摺動部130と主軸受117の金属接触を防ぐことができる。
従って、微小なゴミが殆ど主軸受117内から排出されると共に、安定した給油量を確保できるため、入力増加による効率低下や、摺動部の傷つきや摩耗による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
更に、下側の非摺動部133の隙間が大き過ぎる場合に比べて潤滑油106が主軸受117下端から下方に漏れにくくなり、非摺動部133より上方の主軸部108や偏心軸部109の摺動部への給油を十分に行うことができる。また、非摺動部133の隙間が小さすぎる場合に比べて、非摺動部133内の潤滑油106の粘性摩擦による入力を小さくできる。すなわち、非摺動部133より上方の主軸部108や偏心軸部109の摺動部への十分な給油と、非摺動部133内の潤滑油106の粘性摩擦による入力低減を両立することができ、効率と信頼性を高くすることができる。
また、電源周波数以下の低速の運転周波数でインバーター駆動される場合は、微小なゴミは溝部125の下端付近で遠心力により外周側に振り出される際に、潤滑油6の流速が遅いため重力により溝部125の下端部により一層滞留しやすいものの、微小なゴミが噛み込むやすい低速運転でもゴミ噛みを激減でき、さらに、密閉容器101底部の潤滑油106から溝部125の下端までの揚程(距離)が低いため、低速運転が可能となる。そのため、低い運転周波数による圧縮負荷の低減によって密閉型圧縮機の入力が低下して、冷蔵庫等の冷凍サイクルでの消費電力量が低減される。
尚、上述した構成による作用は、冷媒の他、それに組み合わされる潤滑油の種類を問わず、普遍的である。
(実施の形態
図3は、本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図、図4は、同実施の形態の要部断面図である。尚、参考例1と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、従来の密閉型圧縮機と対比して説明する場合は、図6の符号を用いて説明する。
図3において、圧縮要素201は電動要素104によって駆動される。シャフト202は、回転子103を圧入固定した主軸部203、主軸部203に対し偏心して形成された偏心軸部204、並びに偏心軸部204を挟んで主軸部203と同軸上に設けた副軸部205を有する。副軸部205を軸支する副軸受206は、シリンダブロック207に設けられている。
シャフト202の内部には給油通路208,209が設けられると共に、主軸部203の外周には下端が給油通路208の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト202の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した溝部210が形成されている。溝部210の上端は給油通路209の下端近傍と連通している。溝部210と主軸受211の内周で粘性ポンプ部212が形成されている。主軸部203の外周は主軸受211と摺動する摺動部213,214と、主軸受211と摺動しない非摺動部215,216,217が形成されている。この摺動部213,214と非摺動部215,216,217は、シャフト202の軸方向において交互の配置となるように形成されている。溝部210の下端は摺動部213より下側の最下部の非摺動部215に設けられており、上端は摺動部214より上側の非摺動部217に設けられている。そして、非摺動部215は、図4に示すように、僅かに主軸受211の下端からはみ出している。
溝部210の下端を設けた非摺動部215と主軸受211との直径隙間は、0.05〜0.40mmになっている。また、主軸部203の摺動部213,214と主軸受211との直径隙間は一般的な値である0.02mm前後になっている。
尚、本圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのR134aやR600aに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性のある潤滑油と組み合わせてある。
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。
図6に示す従来の密閉型圧縮機のような主軸受16だけの場合では、螺旋溝32の上端と下端をそれぞれ設けるために、主軸部8の非摺動部18を主軸受16の上部と下部に設けると、シャフトの傾きを規制する主軸部16の摺動部の上端と下端との距離が短くなってシャフト7の傾きが大きくなり、偏心軸部9やピストン19の摺動部にこじりが生じやすくなるため、主軸部8の摺動部の上端と下端の距離はできるだけ長くする必要があった。
本実施の形態では、副軸受206がシャフト202の傾きを根本的に規制するために、主軸受211だけの場合に比べて主軸部203の摺動部213と摺動部214との間隔を小さくすることができ、溝部210の下端に加えて上端も摺動部214から外すことができる。そのため、上側の摺動部214でもゴミ噛みを激減することができ、摺動部213,214の傷つき等による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることができる。
また、従来は微小なゴミが噛みやすい低速運転でも本実施の形態ではゴミ噛みを激減でき、さらに、密閉容器101底部の潤滑油106から溝部210の下端までの揚程(距離)が低いため、低速運転が可能となる。そのため、低い運転周波数による圧縮負荷の低減によって密閉型圧縮機の入力が低下して、冷蔵庫等の冷凍サイクルでの消費電力量が低減される。
尚、上述した構成による作用は、冷媒の他、それに組み合わされる潤滑油の種類を問わず、普遍的である。
(実施の形態
図5は、本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図である。尚、本実施の形態における密閉型圧縮機の基本構成は実施の形態と同じであり、同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、従来の密閉型圧縮機と対比して説明する場合は、図6の符号を用いて説明する。
図5において、シャフト301は、主軸部302、主軸部302に対し偏心して形成された偏心軸部303、並びに偏心軸部303を挟んで主軸部302と同軸上に設けた副軸部304を有する。主軸部302の外周は主軸受211と摺動する唯一の摺動部305と、主軸受211と摺動しない非摺動部306,307,308が形成されている。すなわち、主軸部302で摺動する箇所は摺動部305の一箇所のみである。溝部310の下端は主軸受211下側の最下部の非摺動部306に設けられており、上端は摺動部305より上側の非摺動部308に設けられている。そして、非摺動部306は、図5に示すように、僅かに主軸受211の下端からはみ出している。
また、摺動部305より下側の非摺動部のうち、下側の非摺動部306の主軸受211との直径隙間は約0.20mmであり、上側の非摺動部307の直径隙間の約0.50mmより小さくなっている。
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
図6に示す従来の密閉型圧縮機のように摺動部17が二箇所ある場合は摺動部17の端部が四箇所になり、摺動部17の端部で摺動部17と主軸受16の間の油圧が逃げやすく、油膜が形成されにくくなるが、本実施の形態のように摺動部305を一箇所とすることにより摺動部305の端部が二箇所となるため、摺動部305と主軸受211の間の油
圧が逃げにくく油膜が形成されやすくなる。従って、摺動箇所が最少となり摺動部305の総長さも小さくできるので、摺動損失が低減し、効率が向上する。
また、下側の非摺動部306と主軸受211との隙間が小さいため、非摺動部306より上方に供給された潤滑油106が非摺動部306より下方に漏れにくくなり、上方の主軸部302や偏心軸部303等の摺動部への給油を十分に行うことができる。また、非摺動部307の隙間が十分に大きいため、非摺動部307内の潤滑油106の粘性摩擦による入力を十分に小さくできる。すなわち、非摺動部306より上方の主軸部302や偏心軸部303等の摺動部への十分な給油と、非摺動部307内の潤滑油106の粘性摩擦による入力低減を両立することができ、効率と信頼性をさらに高くすることができる。
なお、上述した構成による作用は、冷媒の他それに組み合わされる潤滑油の種類を問わず、普遍的である。
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、入力増加による効率低下や、摺動部の傷つきや摩耗による信頼性低下を防ぎ、効率と信頼性を高くすることが可能となるので、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展開できる。
本発明の参考例1における密閉型圧縮機の縦断面図 参考例1の要部断面図 本発明による実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態の要部断面図 本発明による実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図
101 密閉容器
104 電動要素
105,201 圧縮要素
106 潤滑油
107,202,301 シャフト
108,203,302 主軸部
109,204,303 偏心軸部
117,211 主軸受
125,210,310 溝部
126,212,312 粘性ポンプ部
130,131,213,214,305 摺動部
132,133,215,216,217,306,307,308 非摺動部
205,304 副軸部
206 副軸受

Claims (5)

  1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と、前記電動要素の上部に配置され、かつ前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部を有したシャフトと、前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部と、前記溝部と前記主軸受の内周で形成された粘性ポンプ部とを備えるとともに、前記シャフトに、前記主軸受と摺動する摺動部と前記主軸受と摺動しない非摺動部を設け、さらに、前記非摺動部を、前記摺動部を挟むように配置し、前記溝部の下端を前記摺動部より下側でかつ最下部の非摺動部に設け、また、前記溝部の上端を前記摺動部より上側でかつ最上部の非摺動部に設けた密閉型圧縮機。
  2. 溝部の下端を設けた非摺動部の主軸部と主軸受との直径隙間が0.05〜0.40mmである請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3. 偏心軸部を挟んで主軸部と同軸上に設けた副軸部と、前記副軸部を軸支する副軸受を備えた請求項1または2に記載の密閉型圧縮機。
  4. 主軸部と主軸受との摺動部が一箇所である請求項3に記載の密閉型圧縮機。
  5. 少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバーター駆動される請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の密閉型圧縮機。
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