JP4760910B2

JP4760910B2 - 密閉型圧縮機およびその製造方法

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Publication number: JP4760910B2
Application number: JP2008529809A
Authority: JP
Inventors: 誠吾柳瀬; 昭彦窪田; 篤成瀬; 究渡部; 浩業明石; 洋一郎中村
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-12-01
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: EP1974142A1; WO2008069285A1; US20100158721A1; KR20080083334A; JP2009521633A

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置などに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫など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は、効率向上を目的にスラストボールベアリングを採用し、シャフトが主軸受に対して自由に回転できる構造にしたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

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９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１０は図９の要部拡大図である。

図９および図１０において、密閉容器１内には、固定子５２と回転子５４とからなる電動要素２と、この電動要素２により回転駆動される圧縮要素４とがそれぞれ収納され、底部に潤滑油６を貯留している。電動要素２と圧縮要素４とは一体に組み立てられて圧縮機構８を形成し、この圧縮機構８は、複数のコイルばね（図示せず）により密閉容器１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素４を構成するシリンダブロック２０には、円筒状の圧縮室２２が形成され、ピストン２４が圧縮室２２内に往復自在に嵌入されている。シリンダブロック２０の上部には主軸受２６が固定され、主軸受２６の上方には、スラスト面２８が形成されている。

シャフト３０は、主軸受２６に鉛直方向に軸支され外周に螺旋溝３２を有する主軸部３４と、その下方に形成された偏心軸部３６とを備えている。また、この偏心軸部３６の下端３８に形成された給油孔（図示せず）にパイプ状の給油管４２が圧入され、偏心軸部３６とピストン２４とは連結機構４４により連結されている。

給油管４２は、一端が給油孔から螺旋溝３２に連通し、下端開口部４６が潤滑油６中に開口している。

電動要素２は、シリンダブロック２０の上方に固定され、巻線５０を施した固定子５２と、シャフト３０の主軸部３４に焼嵌めなどで固定された回転子５４とから構成されている。

回転子５４の下部５５の凹部であるカウンターボア５６内にはボア平面５８が形成され、主軸受２６の上端にはスラスト面２８が形成されている。これらカウンターボア５６内のボア平面５８とスラスト面２８との間には、シャフト３０を支持するためのスラストボールベアリング６０が配設されている。

スラストボールベアリング６０は、複数のボール６２と、ボール６２を保持するホルダー部６４と、ボール６２の上下に各々配設された上レース６６と下レース６８とを備えている。そして、上レース６６はボア平面５８と接しており、下レース６８はスラスト面２８と接している。

スラストボールベアリング６０のホルダー部６４は、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸を重縮合させてつくるポリマー（以下、「ポリマーＡ」とする）にて形成されている。

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２に外部電源より通電がされると回転子５４が回転し、これに伴ってシャフト３０が回転する。そして、偏芯軸部３６の回転運動が連結機構４４を介してピストン２４に伝えられる。そして、ピストン２４が圧縮室２２内で往復運動を行うことにより、圧縮要素４は所定の圧縮動作を行う。

このことにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室２２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。

このときに給油管４２は、遠心力により潤滑油６を汲み上げ、各摺動部（図示せず）を潤滑する。そして、潤滑油６の一部は、螺旋溝３２からスラスト面２８に供給されてスラストボールベアリング６０を潤滑する。

したがって、シャフト３０および回転子５４の重量はスラストボールベアリング６０で支えられると共に、シャフト３０の回転時はボール６２が上レース６６と下レース６８の間で転がる。このことにより、スラストボールベアリング６０で支えてシャフト３０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。そのために、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができ、入力を低減することができるので、圧縮動作を高効率で行うことができる。

また、上記従来の密閉型圧縮機のうち上記で説明した密閉型圧縮機と異なる他の密閉型圧縮機について図面を参照しながら説明する。

図１１は特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図１２は図１１の要部拡大図である。

図１１および図１２において、密閉容器１０２内には、固定子１０４と回転子１０６とからなる電動要素１０８と、この電動要素１０８により回転駆動される圧縮要素１１０とがそれぞれ収納されている。そして、密閉容器１０２内の底部には潤滑油１１２が貯留されている。また、電動要素１０８と圧縮要素１１０とは一体に組み立てられて圧縮機構１１４を形成している。なお、この圧縮機構１１４は、複数のコイルばね１１６により密閉容器１０２内に弾性的に支持されている。

圧縮要素１１０は、主軸部１２０とツバ部１２２を介して形成された偏心軸部１２４を備えたシャフト１２６と、圧縮室１３０を形成するシリンダブロック１３２と、シリンダブロック１３２に設けられシャフト１２６を支持する主軸受１３４とを備えている。そして、圧縮要素１１０は、圧縮室１３０内で往復運動するピストン１３６と、ピストン１３６と偏心軸部１２４とを連結する連結機構１３８とをさらに備えている。そして、シャフト１２６のツバ部１２２の下部１３９に設けられ、主軸部１２０の軸心１４０と略直角に設けられた上レース着座面１４２と、主軸受１３４の上部に設けられ主軸受の軸心１４０と略直角に設けられた上端面１４４と、上レース着座面１４２と上端面１４４との間に設けられたスラストボールベアリング１４６をさらに備え、レシプロ式圧縮機を形成している。

また、シャフト１２６は、一端が密閉容器１０２内に貯留した潤滑油１１２に連通した給油機構１５０と、主軸部１２０に給油機構１５０によって汲み上げられた潤滑油１１２の一部を上端面１４４に供給する給油溝１５２を有している。

ここで、電動要素１０８は、シリンダブロック１３２の下方に固定された固定子１０４と主軸部１２０に焼嵌めなどで固定された回転子１０６とから構成されている。

そして、スラストボールベアリング１４６は、図１２に示すように複数のボール１６０と、ボール１６０を保持するホルダー部１６２と、ボール１６０の上下に各々配設された上レース１６４と下レース１６６とを備えている。そして、上レース１６４はツバ部１２２の上レース着座面１４２と接しており、下レース１６６は上端面１４４と接している。

このスラストボールベアリング１４６のホルダー部１６２は、特許文献１においても記載されているヘキサメチレンジアミンとアジピン酸とを重縮合させてつくるポリマーＡにて形成されている。

電動要素１０８に外部電源（図示せず）より通電がされると、回転子１０６が回転しこれに伴ってシャフト１２６が回転する。そして、偏心軸部１２４の運動が連結機構１３８を介してピストン１３６に伝わる。このことにより、ピストン１３６は圧縮室１３０内で往復運動を行うことにより、圧縮要素１１０は所定の圧縮動作を行う。

このことにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１３０内へ吸入されて圧縮されたのちに、再び冷却システムへと吐き出される。

このときにシャフト１２６の給油機構１５０は、潤滑油１１２を汲み上げて各摺動部（図示せず）を潤滑する。さらに潤滑油１１２の一部は給油溝１５２から上端面１４４に供給されてスラストボールベアリング１４６を潤滑する。

したがって、シャフト１２６および回転子１０６の重量は、スラストボールベアリング１４６で支えられると共に、シャフト１２６の回転時はボール１６０が上レース１６４と下レース１６６との間で転がる。このことにより、スラストボールベアリング１６０で支えてシャフト１２６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。そのために、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができ、入力を低減することができるので、圧縮動作を高効率で行うことができる。

しかしながら、特許文献１および特許文献２により示される上記従来の構成では、例えば連続運転時間が長いといった、密閉容器１、１０２内の温度が上昇する過酷な運転において、入力が増大することがある。そこで、入力の大きい密閉型圧縮機を解体して原因を調査したところ、上レース６６、１６４および下レース６８、１６６のボール６２、１６０が転がる軌道面側に付着物が発生しており、潤滑油６、１１２中にも浮遊物が発生していた。

この付着物及び浮遊物の成分を分析した結果、これらの成分はスラストボールベアリング６０、１４６のホルダー部６４、１６２の成分と一致した。このことにより、この付着物及び浮遊物がホルダー部６４、１６２から溶出している低重合物（以下、「オリゴマ」とする）であることが判明した。

また、ホルダー部６４、１６２を密閉された密閉容器中に冷媒および潤滑油とともに入れて高温に加温したシールドチューブ試験を行った。このシールドチューブ試験においても、上記の付着物及び浮遊物の成分分析の結果と同様に潤滑油中にオリゴマが溶出することを確認した。

一方、例えば連続運転時間が短い、すなわち密閉容器１、１０２内の温度が高くなっていない運転条件で運転された密閉型圧縮機では、入力が増大することはなく、上述したようなオリゴマは発生していないことが分かった。このことにより、オリゴマが発生することにより、密閉型圧縮機の入力が増大することを見出した。

すなわち、密閉型圧縮機の運転時、上レース６６、１６４および下レース６８、１６６の軌道面側に付着したオリゴマが抵抗となってボール６２、１６０が転がりにくくなると考えられる。また、密閉型圧縮機の入力が増加するとともに、潤滑油６、１１２中の溶出したオリゴマが給油管４２や給油機構１５０を介して潤滑油６、１１２とともに吸い上げられる。このようなことが起こると、シャフト３０、１２６および主軸受２６、１３４などの各摺動部にオリゴマが付着するために摺動抵抗が増加する。その結果、発熱量が増加して密閉容器１、１０２内の温度が高くなって、さらには密閉型圧縮機の信頼性が低下する可能性があるということが判明した。
特開昭６１−５３４７４号公報特開２００５−１２７３０５号公報

本発明は、上記問題点を解決し、密閉圧縮機内の温度が上昇する運転においてもホルダー部からのオリゴマの発生を抑制し、入力の増加を抑えた高効率で高信頼性の密閉型圧縮機を提供するものである。

すなわち、本発明の密閉型圧縮機は、スラストボールベアリングのホルダー部がジアミノブタンとアジピン酸との重縮合によるポリマー（以下、「ポリマーＢ」とする）を材料として形成されている。ここでホルダー部を形成するポリマーＢは、耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れているため、運転条件などによりホルダー部の温度が上昇しても、ホルダー部からオリゴマが溶出するのを防ぐことができる。したがって、潤滑油によって溶出したオリゴマが上レースおよび下レースの軌道面側に付着することがなく、ボールが転がりにくくなるのを防止することができる。

その結果、本発明の密閉型圧縮機は、密閉型圧縮機の温度が上昇する過酷な条件下においても潤滑油によって溶出したオリゴマが上レースおよび下レースの軌道面側に付着物として堆積することがなく、オリゴマの付着により発熱することもないので、入力の増加を抑えることができ高効率で高信頼性の密閉型圧縮機を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。以下の図面においては、構成をわかりやすくするためにそれぞれの寸法は拡大して示している。さらに、同じ要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（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は図１の要部拡大図である。

図１および図２において、密閉容器２０１内には、固定子２５１と回転子２５２とからなる電動要素２０２と、この電動要素２０２により回転駆動される圧縮要素２０４とがそれぞれ収納され、底部には潤滑油２０６を貯留している。

また、電動要素２０２と圧縮要素２０４とは一体に組み立てられて圧縮機構２０８を形成している。なお、この圧縮機構２０８は、複数のコイルばね（図示せず）により密閉容器２０１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素２０４を構成するシリンダブロック２２０には、円筒上の圧縮室２２２が形成され、ピストン２２４が圧縮室２２２内に往復自在に嵌入されている。シリンダブロック２２０の上部には主軸受２２６が固定され、主軸受２２６の上方には、スラスト面２２８が形成されている。

シャフト２３０は、主軸受２２６に鉛直方向に軸支され外周に螺旋溝２３２を有する主軸部２３４と、その下方に形成された偏心軸部２３６を備えている。そして、偏心軸部２３６の下端２３８に形成された給油孔（図示せず）に鋼管で成形された給油管２４２が圧入され、偏心軸部２３６とピストン２２４とは連結機構２４４により連結されている。

給油管２４２は、一端が偏心軸部２３６の下端２３８から螺旋溝２３２に連通し、給油管２４２の下端開口部２４６が主軸部２３４の中心軸線２４８の延長線上に湾曲し潤滑油２０６中に開口している。

電動要素２０２は、商用電源に接続するだけで回転運動が得られる取り扱い易いインダクションモータで形成され、シリンダブロック２２０の上方にボルト（図示せず）で固定されている。そして、電動要素２０２は、巻線２５０を備えた固定子２５１と、シャフト２３０の主軸部２３４に焼嵌めなどで固定された回転子２５２とから構成されている。

図３は本実施の形態１における回転子２５１の縦断面図で、図４は本実施の形態１における回転子２５１の平面断面図である。

図３および図４に示すように回転子２５２は、積層された鉄板のロータコア２５４の外周側に均等に配置されたスロット２５６にアルミバー２５８を入れて、このアルミバー２５８の両端をアルミニウムの短絡環Ａ２６０、短絡環Ｂ２６１で短絡したかご形に構成されている。

図１から図３に示すように回転子２５２に主軸受２２６の一部を入れ込みオーバラップさせ、かつ回転子２５２の下部２６２に凹部であるカウンターボア２６４を設けることにより、シャフト２３０の長さが短くなり密閉容器２０１の高さが低く抑えられている。

回転子２５２の下部２６２の凹部であるカウンターボア２６４内には、中心軸線２４８と略直角に設けられた環状のボア平面２６６が形成されている。そして、主軸受２２６の上端には中心軸線２４８と略直角に設けられた環状のスラスト面２２８が形成されている。このカウンターボア２６４内のボア平面２６６とスラスト面２２８との間には、シャフト２３０を支持するためにスラストボールベアリング２７０が配設されている。スラストボールベアリング２７０は、少なくとも一部がカウンターボア２６４内に入り込んでいるため、その周囲はカウンターボア２６４の内壁面２６８で囲まれ、上方は袋小路状態となっている。

スラストボールベアリング２７０は、複数のボール２７２と、ボール２７２を保持するホルダー部２７４と、ボール２７２の上下に各々配設された上レース２７６と、下レース２７８とを備えている。なお、上レース２７６はボア平面２６６と接しており、下レース２７８はスラスト面２２８と接している。

ボール２７２は、耐摩耗性の高い浸炭焼き入れされた軸受け鋼で形成され、上レース２７６および下レース２７８も同様に耐摩耗性の高い熱処理された炭素鋼で形成されている。また、スラストボールベアリング２７０のホルダー部２７４は、ジアミノブタンとアジピン酸を重縮合させてつくるポリマーＢにて形成されている。

このポリマーＢは、アミド結合の間に４個のメチレン基が規則正しく配列した構造になっており、結晶化速度が速く結晶化度も高い。具体的には、結晶化度は４０〜４５％程度であり、耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れている。

また、本実施の形態１で説明した密閉型圧縮機の製造方法は、構成部品を組み立てて完成品にする完成品工程と、完成品である密閉型圧縮機の内部を乾燥させる組立工程とを含んでいる。この組立工程において、密閉型圧縮機は、１５０℃以上の温度に加熱された恒温炉内で一定時間加熱されている。このことにより、ポリマーＢにて形成されているスラストボールベアリング２７０のホルダー部２７４は、その機械的な特性などが熱的に安定な状態とすることができる。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

図１から図４に示すように電動要素２０２に外部電源（図示せず）により通電がされると、回転子２５２が回転し、これに伴ってシャフト２３０が回転する。そして、偏心軸部２３６の回転運動が連結機構２４４を介してピストン２２４に伝えられることによりピストン２２４は、圧縮室２２２内で往復運動を行い、圧縮要素２０４が所定の圧縮動作を行う。

これにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室２２２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。

このとき給油管２４２は、一端が偏心軸部２３６の下端２３８に圧入され、下端開口部２４６が主軸部２３４の中心軸線２４８の延長線上に湾曲しているため、シャフト２３０の回転とともに遠心力により潤滑油２０６を汲み上げる。そして、潤滑油２０６は各摺動部を潤滑し、その一部は螺旋溝２３２からスラスト面２２８に供給されスラストボールベアリング２７０を潤滑する。

シャフト２３０と回転子２５２の重量はスラストボールベアリング２７０で支えられるとともに、シャフト２３０の回転時はボール２７２が上レース２７６と下レース２７８との間で転がるため、シャフト２３０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。そのため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができ、入力を低減することができるので、高効率とすることができる。

次に、スラストボールベアリング２７０に係わる熱について説明する。

密閉型圧縮機の運転時には、例えば連続運転時間が長くなると電動要素２０２は、インダクションモータで形成されているので、固定子２５１の巻線２５０と回転子２５２のアルミバー２５８と両端の短絡環Ａ２６０と短絡環Ｂ２６１とに電流が流れ続ける。したがって、固定子２５１と回転子２５２の温度は、永久磁石を備えた回転子の場合に比べて高温まで上昇する。

また、運転負荷が大きければ大きいほど、電動要素２０２に流れる電流値も大きくなり、同様に固定子２５１と回転子２５２の温度が上昇する。

上述した固定子２５１の熱は、直接的に圧縮要素２０４や潤滑油２０６に伝導する、または冷媒ガスを介して密閉容器２０２に伝達され、密閉型圧縮機の各部の温度が上昇する。

スラストボールベアリング２７０は、上記圧縮要素２０４、固定子２５１および回転子２５２などの温度上昇に伴って温度が上昇する。さらに、スラストボールベアリング２７０は、螺旋溝２３２から潤滑のために供給された高温で粘度の低い潤滑油２０６にもさらされる。

そのうえ、スラストボールベアリング２７０の一部が回転子２５２のカウンターボア２６４内に配置されて周囲を内壁面２６８で囲まれている。したがって、スラストボールベアリング２７０の上方は袋小路状態で、下方は固定子２５１、主軸受２２６およびシリンダブロック２２０などにより取り囲まれた閉空間に近い小空間となっているので、スラストボールベアリング２７０やその周囲の冷媒ガスは他の構成部品などに放熱しにくいために、さらに温度が上昇する。

スラストボールベアリング２７０を構成するホルダー部２７４も、上記理由によって温度が上昇し、さらに上レース２７６と下レース２７８との間に挟まれて放熱しにくいために温度が上昇する。

このホルダー部２７４は、耐熱性、耐油性、耐冷媒性の優れたポリマーＢにより形成されている。このことにより、上述した通り、放熱されにくく温度が上昇するカウンターボア２６４内にホルダー部２７４の一部が配置されても、ホルダー部２７４からオリゴマが溶出するのを防ぐことができた。そして、潤滑油２０６によって溶出したオリゴマが上レース２７６および下レース２７８の軌道面側に付着するのを防ぐことができることを実験により確認した。

また、潤滑油２０６中にオリゴマが溶出しないため、給油管２４２を介して潤滑油２０６とともに吸い上げられて、シャフト２３０と主軸受２２６などの各摺動部にオリゴマが付着することがない。その結果、スラストボールベアリング２７０において摺動抵抗が増加することがなく、信頼性が向上することを確認した。

以上の結果は、ホルダー部２７４がポリマーＢにより形成された場合には、高温になった際にでも耐熱性、耐油性、耐冷媒性の優れたポリマーＢ分子の運動が抑えられるのでホルダー部２７４からオリゴマが溶出するのを防ぐことができるためであると考えられる。その結果、オリゴマが上レース２７６および下レース２７８の軌道面側に付着物として堆積することがなく、潤滑油２０６中に浮遊物として浮遊することもないと考えられる。

以上のように、スラストボールベアリング２７０からのオリゴマの溶出を防止することで、ボール２７２が転がりにくくなるのを防止するとともに、シャフト２３０と主軸受２２６などの各摺動部に付着して摺動抵抗が増大することを防止することができる。その結果、入力の増加を抑えた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。

また、スラストボールベアリング２７０の少なくとも一部が、回転子２５２の凹部であるカウンターボア２６４内に配置されたり、電動要素２０２にインダクションモータを用いたりした構成において、連続運転時間が長い、または運転負荷が大きいなどの運転条件などによりスラストボールベアリング２７０の温度が高温にまで上昇しても、ホルダー部２７４がポリマーＢにより形成されているためにオリゴマの抽出を防止することができる。したがって、このようなスラストボールベアリング２７０を用いると入力の増加を抑えた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。

また、密閉型圧縮機は、密閉容器２０１内に水分が混入していると、圧縮要素２０４や密閉容器２０１の内側に錆びが発生し耐久性が劣化する。また、密閉型圧縮機は、冷却システムに組み込まれて運転されると、冷媒ガスとともに排出された水分が冷却システム内で凍り冷却システムを閉鎖して、冷却不良が発生する場合がある。このような問題が発生することを防止するために、密閉型圧縮機の密閉容器内の水分を除去する目的で、組立工程において、構成部品を組み立てて完成品にする完成品工程ののちに密閉型圧縮機を加熱して乾燥させる乾燥工程を実施する必要がある。

しかし、ホルダー部２７４は耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れたポリマーＢにより形成されているため、密閉型圧縮機を乾燥させる乾燥工程において、１５０℃以上の温度で加熱されてホルダー部２７４の雰囲気温度が１５０℃以上の高温にまで上昇しても、熱劣化によるホルダー部２７４の変形を防止できる。したがって、ホルダー部２７４は、１５０℃以上の加熱温度で一定時間加熱された部材を使用してもよく、密閉型圧縮機内に組み込まれたホルダー部２７４を１５０℃以上の加熱温度で加熱してもよい。

このような方法とすることにより、ホルダー部２７４の変形に伴う、入力の損失による効率の低下、騒音の増大、信頼性の低下といった課題の発生を防止することができる。

さらに、ホルダー部２７４の雰囲気温度が少なくとも１５０℃以上となる乾燥炉で密閉型圧縮機を短時間で加熱乾燥できるので、組立工程における生産性を向上させることができる。

同様に、密閉型圧縮機のスラストボールベアリング２７０の雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転される場合においても、ホルダー部２７４が１５０℃以上の温度に上昇するものの、ホルダー部２７４は耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れたポリマーＢにより形成されているため、ホルダー部２７４からオリゴマが溶出することを防ぐことができる。すなわち、スラストボールベアリング２７０は、雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転されるものを用いてもよく、スラストボールベアリング２７０が組み込まれた密閉型圧縮機を雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転してもよい。

なお、本実施の形態１では、スラストボールベアリング２７０の温度が高温にまで上昇する場合として、連続運転時間が長い、あるいは運転負荷が大きいといった場合を例に説明した。しかしながら、この場合以外の他のスラストボールベアリング２７０の温度が高温にまで上昇する状況であれば、他の状況においても同様に実施可能であり、ホルダー部２７４からのオリゴマの溶出を防止することができる。

また、電動要素２０２が永久磁石を用いたモータで構成されている場合であっても、インダクションモータと比べて発熱は小さいものの、同様の作用および効果が得られることは言うまでもない。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図、図６は図５の要部拡大図である。

図５および図６において、密閉容器３０２内には、固定子３０４と回転子３０６とからなる電動要素３０８と、この電動要素３０８により回転駆動される圧縮要素３１０とがそれぞれ収納され、底部には潤滑油３１２を貯留している。

また、電動要素３０８と圧縮要素３１０とは一体に組み立てられて圧縮機構３１４を形成している。なお、この圧縮機構３１４は、複数のコイルばね３１６により密閉容器３０２内に弾性的に支持されている。

次に圧縮要素３１０の主な構成について説明する。

圧縮要素３１０を構成するシリンダブロック３２０には、円筒上の圧縮室３２２が形成され、ピストン３２４が圧縮室３２２内に往復自在に嵌入されている。シリンダブロック３２０の下部には主軸受３２６が形成され、主軸受３２６の上部には、スラスト溝３２８が形成されている。

スラスト溝３２８の下底には、主軸受３２６の軸心３３０と略直角に設けられた上端面３３２が形成され、その周囲は内壁面３３４で囲まれている。

シャフト３４０には、軸部３４２とツバ部３４４を介して偏心軸部３４６が形成されている。主軸部３４２は、主軸受３２６に鉛直方向に軸支され、一端が密閉容器３０２内に貯留した潤滑油３１２に連通した給油機構３５０と、主軸部３４２に給油機構３５０によって汲み上げられた潤滑油３１２の一部を上端面３３２に供給する給油溝３５２とを有している。そして、偏心軸部３４６とピストン３２４は連結機構３５４で連結されている。

電動要素３０８は、商用電源に接続するだけで回転運動が得られる取り扱い易いインダクションモータで形成されている。そして、電動要素３０８は、シリンダブロック３２０の下方にボルト（図示せず）で固定され巻線３６０を備えた固定子３０４と、シャフト３４０の主軸部３４２に焼嵌めなどで固定された回転子３０６とから構成されている。

図７は本実施の形態２における回転子３０６の縦断面図で、図８は本実施の形態２における回転子３０６の平面断面図である。

図７および図８に示すように回転子３０６は、積層された鉄板のロータコア３６２の外周側に均等に配置されたスロット３６４にアルミバー３６６を入れ両端をアルミニウムの短絡環Ａ３６８、短絡環Ｂ３７０で短絡したかご形に構成されている。

シャフト３４０のツバ部３４４の下部３８０には、主軸部３４２の軸心３３０と略直角に設けられた上レース着座面３８２が形成されている。そして、上レース着座面３８２と主軸受３２６の上端面３３２との間には、シャフト３４０を支持するためにスラストボールベアリング３８４が配設されている。スラストボールベアリング３８４は、主軸部３４２のスラスト溝３２８内に入り込み、スラストボールベアリング３８４の外周の外側面３８５の少なくとも一部は、スラスト溝３２８の内壁面３３４の少なくとも一部で周囲が囲まれ、下方は袋小路状態となっている。

スラスト溝３２８内にスラストボールベアリング３８４の少なくとも一部を入れ込むことにより、偏心軸部３４６の位置を低く抑えることができる。このことにより、密閉容器３０２の高さを低く抑えることができる。

また、スラスト溝３２８においてスラストボールベアリング３８４の外側の一部が、スラスト溝３２８および主軸受３２６の一部で囲われるため、スラストボールベアリング３８４での騒音をスラスト溝３２８外に伝達することが低減される。このこととともに、スラスト溝３２８がオイル溜まりの役目を果たすことにより、スラスト溝３２８は、スラストボールベアリング３８４への給油を円滑に行うことができる構造となっている。

スラストボールベアリング３８４は、複数のボール３８６と、ボール３８６を保持するホルダー部３８８と、ボール３８６の上下に各々配設された上レース３９０と下レース３９２とを備えている。なお、上レース３９０は上レース着座面３８２と接しており、下レース３９２は上端面３３２と接している。

ボール３８６は、耐摩耗性の高い浸炭焼き入れされた軸受け鋼で形成され、上レース３９０および下レース３９２も同様に耐摩耗性の高い熱処理された炭素鋼で形成されている。また、スラストボールベアリング３８４のホルダー部３８８は、ジアミノブタンとアジピン酸を重縮合させてつくるポリマーＢにて形成されている。

このポリマーＢは、実施の形態１において説明したようにアミド結合の間に４個のメチレン基が規則正しく配列した構造になっており、結晶化速度が速く結晶化度も高い。具体的には、結晶化度は４０〜４５％程度であり、耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れている。

また、本実施の形態２で説明した密閉型圧縮機の製造方法は、構成部品を組み立てて完成品にする完成品工程と、完成品である密閉型圧縮機の内部を乾燥させる組立工程とを含んでいる。この組立工程において、密閉型圧縮機は、１５０℃以上の温度に加熱された恒温炉内で一定時間加熱されている。このことにより、ポリマーＢにて形成されているスラストボールベアリング３８４のホルダー部３８８は、その機械的な特性などが熱的に安定な状態とすることができる。

図５から図８に示すように電動要素３０８に外部電源（図示せず）により通電がされると、回転子３０６が回転し、これに伴ってシャフト３４０が回転する。そして、偏心軸部３４６の回転運動が連結機構３５４を介してピストン３２４に伝えられることによりピストン３２４は、圧縮室３２２内で往復運動を行い、圧縮要素３１０が所定の圧縮動作を行う。

これにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室３２２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。

このときシャフト３４０は、主軸部３４２の給油機構３５０により潤滑油３１２を汲み上げる。そして、この潤滑油３１２は各摺動部を潤滑し、その一部は給油溝３５２から上端面３３２に供給されスラストボールベアリング３８４を潤滑する。

シャフト３４０の重量は、スラストボールベアリング３８４で支えられるとともに、シャフト３４０の回転時はボール３８６が上レース３９０と下レース３９２の間で転がるため、シャフト３４０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。そのため、スラスト軸受けでの損失を小さくすることができ、入力を低減することができるので、高効率とすることができる。

次に、スラストボールベアリング３８４に係わる熱について説明する。

密閉型圧縮機の運転時には、例えば連続運転時間が長くなると電動要素３０８は、インダクションモータで形成されているので、固定子３０４の巻線３６０と回転子３０６のアルミバー３６６と両端の短絡環Ａ３６８と短絡環Ｂ３７０とのに電流が流れ続ける。したがって、固定子３０４と回転子３０６の温度は、永久磁石を備えた回転子と比べて高温まで上昇する。

また、運転負荷が大きければ大きいほど、電動要素３０８に流れる電流値も大きくなり、同様に固定子３０４と回転子３０６の温度が上昇する。

上述した固定子３０４の熱は、直接的に圧縮要素３１０や潤滑油３１２に伝導する、または冷媒ガスを介して密閉容器３０２に伝達され、密閉型圧縮機の各部の温度が上昇する。

スラストボールベアリング３８４は、上記圧縮要素３１０、固定子３０４、回転子３０６などの温度上昇に伴って温度が上昇する。さらに、スラストボールベアリング３８４は、給油溝３５２から潤滑のために供給された高温で粘度の低い潤滑油３１２にもさらされる。

そのうえ、スラストボールベアリング３８４の一部は主軸受３２６のスラスト溝３２８内に配置されている。そして、スラストボールベアリング３８４の外側面３８５の周囲は、スラスト溝３２８の内壁面３３４で囲まれるとともに下方は袋小路状態となり、上方はツバ部３４４およびシリンダブロック３２０などにより取り囲まれた閉空間に近い小空間となっている。このような構成となっているために、スラストボールベアリング３８４やその周囲の冷媒ガスは放熱しにくいために、さらに温度が上昇する。

スラストボールベアリング３８４を構成するホルダー部３８８も、上記理由によって温度が上昇し、さらに上レース３９０と下レース３９２との間に挟まれて放熱しにくいために温度が上昇する。

このホルダー部３８８を耐熱性、耐油性、耐冷媒性の優れたポリマーＢにより形成している。このことにより、上述した通り、放熱されにくく温度が上昇するスラスト溝３２８内にホルダー部３８８の一部が配置されても、ホルダー部３８８からオリゴマが溶出するのを防ぐことができた。そして、潤滑油３１２によって溶出したオリゴマが上レース３９０および下レース３９２の軌道面側に付着するのを防ぐことができることを実験により確認した。

また、潤滑油３１２中にオリゴマが溶出しないため、給油機構３５０を介して潤滑油３１２とともに吸い上げられて、シャフト３４０と主軸受３２６などの各摺動部にオリゴマが付着することがない。その結果、スラストボールベアリング３８４において摺動抵抗が増加することがなく、信頼性が向上することを確認した。

以上の結果は、ホルダー部３８８がポリマーＢにより形成された場合は、高温になった際にでも耐熱性、耐油性、耐冷媒性の優れたポリマーＢ分子の運動が抑えられるのでホルダー部３８８からオリゴマが溶出するのを防ぐことができるためであると考えられる。その結果、オリゴマが上レース３９０および下レース３９２の軌道面側に付着物として堆積することがなく、潤滑油３１２中に浮遊物として浮遊することもないと考えられる。

以上のように、スラストボールベアリング３８４からのオリゴマの溶出を防止することで、ボール３８６が転がりにくくなるのを防止するとともに、シャフト３４０と主軸受３２６などの各摺動部に付着して摺動抵抗が増大することを防止することができる。その結果、入力の増加を抑えた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。

また、スラストボールベアリング３８４の少なくとも一部が、主軸受３２６のスラスト溝３２８内に配置されたり、電動要素３０８にインダクションモータを用いたりした構成において、連続運転時間が長い、または運転負荷が大きいなどの運転条件などによりスラストボールベアリング３８４の温度が高温にまで上昇しても、ホルダー部３８８がポリマーＢにより形成されているためにオリゴマの抽出を防止することができる。したがって、このようなスラストボールベアリング３８４を用いると入力の増加を抑えた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。

また、密閉型圧縮機は、密閉容器３０２内に水分が混入していると、圧縮要素３１０や密閉容器３０２の内側に錆びが発生し耐久性が劣化する。また、密閉型圧縮機は、冷却システムに組み込まれて運転されると、冷媒ガスとともに排出された水分が冷却システム内で凍り冷却システムを閉鎖して、冷却不良が発生する場合がある。このような問題が発生することを防止するために、密閉型圧縮機の密閉容器内の水分を除去する目的で、組立工程において、構成部品を組み立てて完成品にする完成品工程ののちに密閉型圧縮機を加熱して乾燥させる乾燥工程を実施する必要がある。

しかし、ホルダー部３８８は耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れたポリマーＢにより形成されているため、密閉型圧縮機を乾燥させる乾燥工程において、１５０℃以上の温度で加熱されてホルダー部３８８の雰囲気温度が１５０℃以上の高温にまで上昇しても、熱劣化によるホルダー部３８８の変形を防止できる。したがって、ホルダー部３８８は、１５０℃以上の加熱温度で一定時間加熱された部材を使用してもよく、密閉型圧縮機内に組み込まれたホルダー部３８８を１５０℃以上の加熱温度で加熱してもよい。

このような方法とすることにより、ホルダー部３８８の変形に伴う、入力の損失による効率の低下、騒音の増大、信頼性の低下といった課題の発生を防止することができる。

さらに、ホルダー部３８８の雰囲気温度が少なくとも１５０℃以上となる乾燥炉で密閉型圧縮機を短時間で加熱乾燥できるので、組立工程における生産性を向上させることができる。

同様に、密閉型圧縮機のスラストボールベアリング３８４の雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転される場合においても、ホルダー部３８８が１５０℃以上の温度に上昇するものの、ホルダー部３８８は耐熱性、耐油性、耐冷媒性に優れたポリマーＢにより形成されているため、ホルダー部３８８からオリゴマが溶出することを防ぐことができる。すなわち、スラストボールベアリング３８４は、雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転されるものを用いてもよく、スラストボールベアリング３８４が組み込まれた密閉型圧縮機を雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転してもよい。

なお、本実施の形態２では、スラストボールベアリング３８４の温度が高温にまで上昇する場合として、連続運転時間が長い、あるいは運転負荷が大きいといった場合を例に説明した。しかしながら、この場合以外の他のスラストボールベアリング３８４の温度が高温にまで上昇する状況であれば、他の状況においても同様に実施可能であり、ホルダー部３８８からのオリゴマの溶出を防止することができる。

また、スラストボールベアリング３８４の外側の一部が、シリンダブロック３２０の一部で囲われていても、同様の作用、効果が得られることは言うまでもない。

また、電動要素３０８が永久磁石を用いたモータで構成されている場合であっても、インダクションモータと比べて発熱は小さいものの、同様の作用および効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、ホルダー部をジアミノブタンとアジピン酸の重縮合によるポリマーにより形成したことにより、入力の増加を抑えた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。したがって、冷凍冷蔵庫などの冷凍装置をはじめ、自販機、冷凍ショーケース、除湿機などの用途にも適用でき有用である。

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本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大図本発明の実施の形態１における回転子の縦断面図本発明の実施の形態１における回転子の平面断面図本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の要部拡大図本発明の実施の形態２における回転子の縦断面図本発明の実施の形態２における回転子の平面断面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拡大図従来の他の密閉型圧縮機の縦断面図従来の他の密閉型圧縮機の要部拡大図

符号の説明

２０１，３０２密閉容器
２０２，３０８電動要素
２０４，３１０圧縮要素
２０６，３１２潤滑油
２０８，３１４圧縮機構
２２０，３２０シリンダブロック
２２２，３２２圧縮室
２２４，３２４ピストン
２２６，３２６主軸受
２２８スラスト面
２３０，３４０シャフト
２３２螺旋溝
２３４，３４２主軸部
２３６，３４６偏心軸部
２３８下端
２４２給油管
２４４，３５４連結機構
２４６下端開口部
２４８中心軸線
２５０，３６０巻線
２５１，３０４固定子
２５２，３０６回転子
２５４，３６２ロータコア
２５６，３６４スロット
２５８，３６６アルミバー
２６０，３６８短絡環Ａ
２６１，３７０短絡環Ｂ
２６２，３８０下部
２６４カウンターボア
２６６ボア平面
２６８，３３４内壁面
２７０，３８４スラストボールベアリング
２７２，３８６ボール
２７４，３８８ホルダー部
２７６，３９０上レース
２７８，３９２下レース
３１６コイルばね
３２８スラスト溝
３３０軸心
３３２上端面
３４４ツバ部
３５０給油機構
３５２給油溝
３８２上レース着座面
３８５外側面

Claims

密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、固定子と回転子と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、主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、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機構と、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、複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部とを備え、前記ホルダー部は、ジアミノブタンとアジピン酸との重縮合によるポリマーにより形成され、さらに、前記ホルダー部は、１５０℃以上の加熱温度で一定時間加熱された部材からなる密閉型圧縮機。
前記シャフトは、前記回転子が前記主軸部に焼嵌め固定され、前記スラストボールベアリングは、前記回転子と前記主軸部との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記スラストボールベアリングの少なくとも一部が、前記回転子の凹部であるカウンターボアに配置された請求項２に記載の密閉型圧縮機。
前記シャフトは、前記偏心軸部が前記主軸部とツバ部を介して形成されており、前記スラストボールベアリングは、前記ツバ部と前記主軸受の上端面との間に配設された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
前記スラストボールベアリングの外側の少なくも一部が、前記シリンダブロックまたは前記主軸受の少なくとも一部で囲われている請求項４に記載の密閉型圧縮機。
前記電動要素がインダクションモータである請求項１から５のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
前記スラストボールベアリングは、雰囲気温度が１５０℃以上の温度で一定時間運転される請求項１から６のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
密閉容器内に潤滑油を貯留するとともに、固定子と回転子と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、主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、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機構と、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複数のボールと前記ボールを保持するホルダー部とを備えた密閉型圧縮機の製造方法において、前記電動要素および前記圧縮要素をそれぞれの構成部材から組み立てたのちに一体化して前記密閉型圧縮機として完成品にする完成品工程と、前記完成品を加熱して乾燥させる乾燥工程とを含む組立工程を備え、前記ホルダー部はジアミノブタンとアジピン酸との重縮合によるポリマーにより形成され、前記乾燥工程において前記ホルダー部が１５０℃以上の温度で加熱される密閉型圧縮機の製造方法。