JP4687581B2

JP4687581B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP4687581B2
Application number: JP2006173353A
Authority: JP
Inventors: 浩業明石
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2006-06-23
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2026-06-23
Also published as: JP2008002371A

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型圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力の低減のための高効率化や、低騒音化、並びに高信頼性化が望まれている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、スラストボールベアリングを採用して、効率を向上させたものがある（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、図５は、要部分解斜視図である。図４、図５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１０は、回転子３を固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心軸部１２を有する。シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５と主軸受２０を有する。ピストン２３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１２との間を連結手段２４とピストンピン２５によって連結されている。

シャフト１０の主軸部１１と偏心軸部１２の間の主軸部１１側には主軸部１１の軸心と略直角に環状の上ワッシャ着座面２７が形成され、主軸受２０の上端には主軸受２０の軸心と略直角に環状の下ワッシャ着座面２８が形成されている。これらの上ワッシャ着座面２７と下ワッシャ着座面２８の間には、シャフト１０を支持するため、ボール３０と上ワッシャ３１及び下ワッシャ３２とからなるスラストボールベアリング３５が装着される。上ワッシャ３１及び下ワッシャ３２は平板で形成されている。

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１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることでピストン２３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。

シャフト１０と回転子３の重量はスラストボールベアリング３５で支えられると共に、シャフト１０の回転時はボール３０が上ワッシャ３１と下ワッシャ３２の間で転がるために回転が滑らかになる。回転時において、上ワッシャ３１は上ワッシャ着座面２７に密着して上ワッシャ着座面２７と同時に回転し、下ワッシャ３２は下ワッシャ着座面２８に密着して静止している。このスラストボールベアリング３５を用いることによって、シャフト１０を回転させるトルクはスラストすべり軸受けに比べて小さくなるため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができる。従って、入力が低減して、高効率とすることができる。
特開２００５−１２７３０５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、同じ設計仕様のものにおいて騒音や効率がばらつくことが有った。そこで、特に騒音の大きい密閉型圧縮機を解体して調査したところ、上ワッシャ３１や下ワッシャ３２の一部に剥離現象が発生する兆候が見られた。

更に各部品の機械加工精度と騒音、効率との相関を調べた結果、上ワッシャ着座面２７と主軸部１１の軸心との直角度が悪い場合や、下ワッシャ着座面２８と主軸受２０の軸心との直角度が悪い場合に、上記現象が発生し、また騒音や効率が悪化することを見出した。

すなわち、上ワッシャ着座面２７と主軸部１１の直角度が悪い場合や、下ワッシャ着座面２８と主軸受２０の直角度が悪い場合に、上ワッシャ３１と下ワッシャ３２とが平行にならず、ボール３０が入る隙間に不均一が生じるために各ボール３０に均等に荷重がかからず隙間の狭い部分を通過するボール３０に荷重が集中し、ボール３０、上ワッシャ３１及び下ワッシャ３２に過度な繰り返し応力がかかって疲労による剥離などの損傷が生じ、騒音や効率、さらには信頼性が低下する可能性があるということが判明したのである。

また、回転を滑らかにするためにシャフト１０がわずかに上下できるように上ワッシャ着座面２７と下ワッシャ着座面２８の隙間は余裕を持って形成されている。そのため、密閉型圧縮機の輸送時等に外部から加えられる振動によってシャフト１０が上下してボール３０に衝撃的な荷重がかかり、ボール３０、上ワッシャ３１及び下ワッシャ３２に打痕などの損傷が生じ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、ボールの片当たりや衝撃荷重を緩和して、低騒音、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、上ワッシャあるいは下ワッシャの少なくとも一方のボールに接触する側の面が弾性支持されたことを特徴とするものであり、上ワッシャ着座面と主軸部の直角度が悪い場合や、下ワッシャ着座面と主軸受の直角度が悪い場合に、ワッシャにおけるボールの軌道部が変位することで精度誤差を吸収し、上ワッシャと下ワッシャの隙間がほぼ均一に保たれるために特定のボールに荷重が集中することなく、各ボールに荷重が分散されてボールの片当たりを緩和するとともに、ボールに衝撃荷重がかかった場合でも弾性支持されたワッシャが衝撃を緩和する作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、各ボールに荷重が分散されてボールの片当たりが緩和され、かつ輸送時等にボールにかかる衝撃的な荷重が緩和されるので、低騒音、高効率で高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。

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とを有したシャフトと、略円筒形の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手段と、前記シリンダブロックに形成され前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シャフトに設けられ
前記主軸部の軸心と略直角に設けられた上ワッシャ着座面と、前記主軸受に設けられ前記主軸受の軸心と略直角に設けられた下ワッシャ着座面と、前記上ワッシャ着座面と下ワッシャ着座面の間に設けられたスラストボールベアリングを備え、前記スラストボールベアリングは複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部と、前記ボールの上下に各々配設される上ワッシャおよび下ワッシャを備え、前記上ワッシャ着座面と上ワッシャとの間、または前記下ワッシャ着座面と下ワッシャとの間の少なくとも一方に、弾性部材を介在し、さらに、前記弾性部材により、前記主軸部を、前記上ワッシャあるいは下ワッシャの前記ボールに接触しない側の面におけるボールの軌道を除く位置で弾性支持したもので、上ワッシャ着座面と主軸部の直角度が悪い場合や、下ワッシャ着座面と主軸受の直角度が悪い場合に、ワッシャにおけるボールの軌道部が変位することで精度誤差を吸収し、上ワッシャと下ワッシャの隙間がほぼ均一に保たれるために特定のボールに荷重が集中することなく、各ボールに荷重が分散されてボールの片当たりを緩和するとともに、輸送時等にボールに衝撃荷重がかかった場合でも弾性支持されたワッシャが衝撃を緩和するため、低騒音、高効率で高信頼性の密閉型圧縮機を提供することができる。

さらに、前記上ワッシャ着座面と上ワッシャとの間あるいは下ワッシャ着座面と下ワッシャとの間の少なくとも一方に弾性部材を設ける構成であるため、上ワッシャや下ワッシャは従来と同じものが使用できて弾性部材のみを追加すればよいので、製造や組み立てを容易にすることができる。

また、前記上ワッシャあるいは下ワッシャの前記ボールに接触しない側の面におけるボールの軌道を除く位置で弾性支持するため、上ワッシャあるいは下ワッシャそのものの変形もボールの片当たり抑制や衝撃荷重の緩和に利用できるため、低騒音、高効率で高信頼性の効果をさらに有効に得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弾性部材が耐熱性の高分子材料で形成されたものであり、高温条件下でも弾性部材が劣化することがないため、請求項１に記載の発明の効果をさらに安定して得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、潤滑油の粘度範囲
をＶＧ３〜ＶＧ８の範囲としたもので、摺動部での損失を低減できるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに高効率にすることができる。

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縦断面図、図２は、同実施の形態の密閉型圧縮機の要部断面図、図３は、同実施の形態の密閉型圧縮機の要部分解斜視図である。

図１から図３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内に潤滑油１０６を貯溜する。シャフト１１０は、回転子１０３を固定した主軸部１１１と、主軸部１１１の上部に配設され主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心軸部１１２とを有する。

シリンダブロック１１４は、略円筒形の圧縮室１１６を有し、主軸部１１１を軸支する主軸受１２０が固定されている。ピストン１２６は、シリンダブロック１１４の圧縮室１１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１２との間を連結手段１２７とピストンピン１２８によって連結されている。

シャフト１１０の主軸部１１１と偏心軸部１１２の間の主軸部１１１側には主軸部１１１の軸心と略直角に上ワッシャ着座面１３１が環状に形成され、主軸受１２０の上端には主軸受１２０の軸心と略直角に下ワッシャ着座面１３２が環状に形成されている。これらの上ワッシャ着座面１３１と下ワッシャ着座面１３２の間には、シャフト１１０を支持するため、複数のボール１３５と、ボール１３５を保持するホルダー部１３６と、ボール１３５の上下に各々配設される上ワッシャ１３８及び下ワッシャ１３９とからなるスラストボールベアリング１４０が装着されている。下ワッシャ着座面１３２と下ワッシャ１３９との間には弾性部材１４５が設けられている。弾性部材１４５は下ワッシャ１３９よりも内外径を大きく形成しているために、下ワッシャ１３９のボール１３５に接触しない側の面は外周側のみが環状に弾性部材１４５によって支持されている。また、弾性部材１４５は耐熱性の高分子材料であるＰＡ６６（６６ナイロン）で形成されている。

本密閉型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り、潤滑油１０６の粘度はＶＧ５である。

電動要素１０４の回転子１０３はシャフト１１０を回転させ、偏心軸部１１２の回転運動が連結手段１２７を介してピストン１２６に伝えられることでピストン１２６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。

シャフト１１０と回転子１０３の重量はスラストボールベアリング１４０で支えられると共に、シャフト１１０の回転時はボール１３５が上ワッシャ１３８と下ワッシャ１３９の間で転がるために回転が滑らかになる。このスラストボールベアリング１４０を用いることによって、シャフト１１０を回転させるトルクはスラストすべり軸受けに比べて小さくなるため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができる。従って、入力が低減して、高効率とすることができる。

このとき、上ワッシャ１３８は上ワッシャ着座面１３１に密着して上ワッシャ着座面１３１と同時に回転し、下ワッシャ１３９は弾性部材１４５に密着し、弾性部材１４５は下ワッシャ着座面１３２に密着して静止している。

下ワッシャ着座面１３２の主軸受１２０軸心に対する直角度が悪い場合、すなわち下ワッシャ着座面１３２の傾きが大きい場合は、上ワッシャ着座面１３１と下ワッシャ着座面１３２との隙間が従来の仕様では不均衡になる。

しかしながら、本実施の形態では弾性部材１４５が変形し、さらに片持ち状に支持されたワッシャが弾性変形して傾斜することで、下ワッシャ１３９におけるボール１３５の軌道部が変位して精度誤差を吸収するため、上ワッシャ着座面１３１と下ワッシャ着座面１３２との隙間の不均衡が緩和されて、隙間は均一に近くなる。この作用により、特定のボール１３５に荷重が集中することなく、各ボール１３５に荷重が分散されてボール１３５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１３２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。

さらに、輸送時等にボール１３５に衝撃荷重がかかった場合でも弾性支持された下ワッシャ１３９のボール１３５側の面がわずかに上下することによって衝撃を緩和するため、ボール３０、上ワッシャ３１及び下ワッシャ３２に打痕などの損傷が生じにくくなり、低騒音、高効率で高信頼性にすることができる。

また、上ワッシャ１３８や下ワッシャ１３９は従来と同様の平板状のものが使用でき、弾性部材１４５のみを追加すればよいので、製造や組み立てを容易にすることができる。

更に、弾性部材１４５は、耐熱性の高分子材料で形成されているので、高温条件下でも弾性部材１４５が劣化することがなく、さらに安定して低騒音、高効率で高信頼性にすることができる。

また、潤滑油１０６の粘度はＶＧ５と低粘度であるため、摺動部での損失を低減でき、さらに高効率にすることができる。

なお、本実施の形態において、弾性部材１４５はＰＡ６６の材料で形成したが、例えば、同じナイロン系のＰＡ４６（４６ナイロン）や、耐熱性のゴムなどの材料を用いても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態において、下ワッシャ１３９のボール１３５に接触する側の面を弾性支持する手段として、弾性部材１４５を用いたが、弾性部材１４５を用いずに上ワッシャ１３８あるいは下ワッシャ１３９の形状を平板ではなく上下方向に弾性を持つ形状、例えば断面がコの字型になった形状、に形成しても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、ボールの片当たりが緩和されて低騒音、高効率、高信頼性が可能となるので、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適用できる。

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密閉型圧縮機の要部断面図同実施の形態における密閉型圧縮機の要部分解斜視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要部分解斜視図

符号の説明

１０１密閉容器
１０４電動要素
１０５圧縮要素
１０６潤滑油
１１０シャフト
１１１主軸部
１１２偏心軸部
１１４シリンダブロック
１１６圧縮室
１２０主軸受
１２６ピストン
１２７連結手段
１３１上ワッシャ着座面
１３２下ワッシャ着座面
１３５ボール
１３８上ワッシャ
１３９下ワッシャ
１４０スラストボールベアリング
１４５弾性部材

Claims

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とを有したシャフトと、略円筒形の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手段と、前記シリンダブロックに形成され前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シャフトに設けられ前記主軸部の軸心と略直角に設けられた上ワッシャ着座面と、前記主軸受に設けられ前記主軸受の軸心と略直角に設けられた下ワッシャ着座面と、前記上ワッシャ着座面と下ワッシャ着座面の間に設けられたスラストボールベアリングを備え、前記スラストボールベアリングは複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部と、前記ボールの上下に各々配設される上ワッシャおよび下ワッシャを備え、前記上ワッシャ着座面と上ワッシャとの間、または前記下ワッシャ着座面と下ワッシャとの間の少なくとも一方に、弾性部材を介在し、さらに、前記弾性部材により、前記主軸部を、前記上ワッシャあるいは下ワッシャの前記ボールに接触しない側の面におけるボールの軌道を除く位置で弾性支持した密閉型圧縮機。
前記弾性部材が耐熱性の高分子材料で形成された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記潤滑油の粘度を、ＶＧ３〜ＶＧ８の範囲とした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。