JP5126007B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、主に家庭用冷蔵庫等に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、家庭用冷蔵庫等において、省エネルギーの観点から、高効率化を図った密閉型圧縮機の要望が高まっている。そのため、潤滑油の低粘度化や摺動面積の削減による粘性抵抗の低減などの対応が図られているが、いずれも密閉型圧縮機を構成する摺動部材の潤滑状態は厳しくなる方向にある。

以下、図面を参照しながら上記従来技術の密閉型圧縮機について説明する。なお、以下の説明において、上下の関係は密閉型圧縮機を正規の姿勢に設置した状態を基準とする。

図１３は従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図１４は従来の密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の要部断面図、図１５は従来の密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図である（図１４、図１５は特許文献１を参照）。

図１６は別の従来の密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の要部断面図、図１７は従来の密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図である（図１６、図１７は特許文献２を参照）。

従来の密閉型圧縮機としては、密閉容器２内に電動要素３と圧縮要素４をシリンダブロック５にて一体化したコンプレッサユニット６を収納している。

電動要素３は回転子２６と固定子２７で構成されている。クランクシャフト７の主軸部３０は軸受部８に軸支され、主軸部３０の下方には回転子２６が固定されている。主軸部３０の上端のフランジ３１から鉛直方向上方に突出した偏芯軸部３２にはコンロッド１１の大端部１１ａが連結されており、小端部１１ｂには、ピストンピン１２を介してシリンダブロック５に形成された圧縮室１３内で往復摺動するピストン１４が連結されている。

軸受部８の上端面には、フランジ３１のフランジ下端面３３を介して、クランクシャフト７と回転子２６の荷重を支持するスラスト摺動部４０が形成されている。特許文献１に示される密閉型圧縮機の場合では、クランクシャフト７のフランジ下端面３３とスラスト摺動部４０はいずれも平面で略平行関係にある。また、特許文献２の場合では、クランクシャフト７のフランジ下端面３３は平面であるのに対し、スラスト摺動部６０はその全周が軸受部８の軸中心８ａに向かって上り勾配となるような略円錐台形状をなしており、クランクシャフト７や回転子２６の荷重を略円錐台形状の稜線部６０ｂで支えている。

密閉容器２の底部には、潤滑油２０が貯留されており、クランクシャフト７の下端に設けられた給油コーン１９が潤滑油２０中に開口している。

以上のように構成された密閉型圧縮機において、以下その動作を説明する。

電動要素３の固定子２７に通電がなされると、回転子２６が固定されたクランクシャフト７が回転する。クランクシャフト７には、主軸部３０の下方内部に設けられた給油孔通路（図示せず）、および上方外周に設けられたスパイラル溝１７、偏芯軸部３２の上端に連通する偏心通路孔２１からなるオイルポンプ機構が内蔵されており、回転による遠心力と潤滑油２０の粘性により密閉容器２の底部に貯留している潤滑油２０が吸上げられ、スラスト摺動部４０を含む全ての摺動部位に潤滑ならびに冷却を目的として潤滑油２０が供給される。また、クランクシャフト７の偏芯軸部３２の回転は、コンロッド１１によりピストン１４の往復運動に変換され、圧縮室１３の容積が拡大、縮小されることで冷媒１５の吸入、圧縮が行われる。
特開２００１−２９５７６６号公報 特開昭６０−８５２７８号公報

しかしながら、特許文献１に示される従来の構成の密閉型圧縮機を家庭用冷凍冷蔵庫の冷却システムに適用した場合、スラスト摺動部４０に局所的な摩耗が発生することがある。

発明者らの実機試験によれば、密閉型圧縮機を側方から見て、圧縮室１３とは反対側（以下、反圧縮室１３側という）のスラスト摺動部４０の外周端部（図中、点で網掛けした領域４０ａ）に局所的な凝着摩耗が発生し易いことを確認している。更に、スラスト摺動部４０に局所的な摩耗が生じると、相対するフランジ下端面３３には全周に亘るスジ状の凝着摩耗が発生することも確認している。

一方、特許文献２の構成の場合では、前述の特許文献１の構成に見られたような外周端部の局所的な凝着摩耗は緩和される傾向にあるものの、稜線部６０ｂの反圧縮室１３側（図中、点で網掛けした領域６０ａ）に部分的に凝着摩耗が発生し易いことを確認している。

上述のいずれの場合もフランジ下端面３３とスラスト摺動部４０，６０が、限定された狭い領域で接触摺動することで片当り摩耗が発生したと考えられる。上記の摩耗が進行すると、密閉型圧縮機の入力損失の増加や、起動性の低下につながるという可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、スラスト摺動部の片当り摩耗を防止して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、スラスト摺動部は、圧縮室側の第１スラスト摺動面と、反圧縮室側の第２スラスト摺動面を備え、少なくとも第２スラスト摺動面は軸受部の軸中心から反圧縮室側にかけて圧縮室の軸中心から離れる方向に傾いていることで、クランクシャフトがピストンの圧縮行程時に軸受部内で反圧縮室側へ傾斜したときに、スラスト摺動部は傾斜面同士で摺動することで、片当り摩耗や傷つきを防止できる。

本発明の密閉型圧縮機のスラスト摺動部は傾斜面同士で摺動することで、片当り摩耗や傷つきを防止するので、信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できるという効果が得られる。

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、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、主軸部と偏芯軸部を備え前記主軸部に前記回転子が固定されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸部を軸支することで片持ち軸受を形成した軸受部と、略円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、前記偏芯軸部と前記ピストンとを連結するコンロッドとを備え、前記軸受部は、前記クランクシャフトと前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部を有し、前記スラスト摺動部は、前記圧縮室側の第１スラスト摺動面と、反圧縮室側の第２スラスト摺動面を備え、少なくとも前記第２スラスト摺動面は前記軸受部の軸中心から反圧縮室側にかけて前記圧縮室の軸中心から離れる方向に傾いているもので、クランクシャフトがピストンの圧縮行程時に軸受部内で反圧縮室側へ傾斜したときに、スラスト摺動部は傾斜面同士で摺動することで、片当り摩耗や傷つきを防止できるので、信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

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、第１スラスト摺動面が、軸受部の軸中心から圧縮室側にかけて前記圧縮室の軸中心から離れる方向に傾いているもので、クランクシャフト１回転中で、クランクシャフトが軸受部内で圧縮室側へ傾いたときに、スラスト摺動部は傾斜面同士で摺動することで、片当り摩耗や傷つきを防止できるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

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、第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面は、軸受部の軸中心を中心として、圧縮室の軸中心方向からクランクシャフト１回転中で、クランクシャフトの回転方向に傾斜しているもので、クランクシャフト１回転中で、クランクシャフトが特に大きく傾く方向と、第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面の圧縮室の軸中心方向からの傾斜の方向を合わせることで、クランクシャフトが大きく傾いたときに、フランジ下端面とスラスト摺動部を傾斜面同士で摺動させて面圧を効果的に分散して、片当りによる摩耗や傷つきを防止できるので、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面は、軸受部の軸中心を中心として、圧縮室の軸中心方向から５から４５ｄｅｇの範囲でクランクシャフトの回転方向に傾斜しているもので、密閉型圧縮機の圧力条件に応じて、第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面の圧縮室の軸中心方向からの適正な傾斜角度を選択することで、面圧を効果的に分散して片当り摩耗を防止できるので、請求項３に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、軸受部とクランクシャフトのクリアランスに基づく前記軸受部の軸中心に対する前記クランクシャフトの傾きの絶対値をαとし、圧縮室の軸中心に対する第２スラスト摺動面の傾きの絶対値をβとしたとき、前記αと前記βとが下記（数１）を満足する関係にあるもので、密閉型圧縮機の圧力条件に応じて、クランクシャフトが大きく傾いたときに、フランジ下端面とスラスト摺動部を傾斜面同士で摺動させて面圧を効果的に分散できるように、圧縮室の軸中心に対する第２スラスト摺動面の傾きの絶対値βの適正値を選択することで、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、αの絶対値を、１．０×１０^−２から４．３×１０^−２ｄｅｇの範囲としたもので、家庭用冷蔵庫や自動販売機などの冷凍冷蔵機器に一般的に採用されている密閉型圧縮機の諸元に応じてαの絶対値を導き出し、圧縮室の軸中心に対する第２スラスト摺動面の傾きの絶対値βを選択することで、スラスト摺動部の面圧を効果的に分散して局所的な摩耗を防止できるので、請求項５に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性が高い家庭用冷蔵庫や自動販売機などの冷凍冷蔵機器用の密閉型圧縮機を提供することができる。

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は同実施の形態における密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の構成拡大図、図３は同実施の形態における密閉型圧縮機の主軸部と軸受部の構成拡大図、図４は同実施の形態における密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面ならびに側面図である。

図１に示すように、密閉型圧縮機の密閉容器１０２には冷媒１１５としてイソブタン（Ｒ６００ａ）を充填するとともに、潤滑油１２０として比較的低粘度の鉱油を貯留している。電動要素１０３は、シリンダブロック１０５の下方に固定された固定子１２７と、クランクシャフト１０７の主軸部１３０の下方に固定された回転子１２６とから構成される。

圧縮要素１０４について、図１から図４を用いて以下に説明する。

クランクシャフト１０７は、フランジ１３１と、フランジ１３１の鉛直下方に突出した主軸部１３０と鉛直上方に突出した偏芯軸部１３２とから構成されており、主軸部１３０の下端には主軸部１３０より小径の給油コーン１１９が潤滑油１２０中に開口している。

軸受部１０８は主軸部１３０を回転自在に軸支しており、その軸受長さＬ（主軸部１３０を軸支する軸受部１０８の全長）は５０ｍｍである。摺動部の嵌め合い寸法として軸受部１０８と主軸部１３０の軸クリアランスＣ（軸受部１０８の内径Ｄｂ−主軸部１３０の外径Ｄｓ）を２０μｍとした。ここで、軸受部１０８の軸中心１０８ａに対するクランクシャフト１０７の傾きの絶対値αを下記（数２）から求めると、２．３９×１０^−２ｄｅｇとなる。

このように、クリアランスＣのためにクランクシャフト１０７は軸受部１０８内で傾くように設計されている。

偏芯軸部１３２には、コンロッド１１１の大端部１１１ａが連結され、小端部１１１ｂには、ピストンピン１１２を介して、シリンダブロック１０５に形成された圧縮室１１３内で往復摺動するピストン１１４が連結されている。

軸受部１０８の上端面に、クランクシャフト１０７のフランジ下端面１３３を介してクランクシャフト１０７や回転子１２６の荷重を支持するスラスト摺動部１４０が構成される。スラスト摺動部１４０は、圧縮室１１３側の第１スラスト摺動面１５１と、反圧縮室１１３側の第２スラスト摺動面１５２を備えている。

第２スラスト摺動面１５２は軸受部１０８の軸中心１０８ａから反圧縮室１１３側にかけて圧縮室１１３の軸中心１１３ａから離れる方向に傾くように形成されている。一方、第１スラスト摺動面１５１は軸受部１０８の軸中心１０８ａに対し略垂直な平面に形成されており、クランクシャフト１０７のフランジ下端面１３３とは略平行関係にある。

詳細を図３、図４に示す。スラスト摺動部１４０を上方ならびに側方から見て、圧縮室１１３の軸中心１１３ａ方向直下を０ｄｅｇ、１８０ｄｅｇとすると、反圧縮室１１３側の第２スラスト摺動面１５２は、クランクシャフト１０７の回転方向に１００ｄｅｇから２８０ｄｅｇの位置に形成されている。

また、圧縮室１１３の軸中心１１３ａに対する第２スラスト摺動面１５２の傾きの絶対値であるβを２．１×１０^−２ｄｅｇとした。一方の圧縮室１１３側の第１スラスト摺動面１５１は、クランクシャフト１０７の回転方向に２８０ｄｅｇから３６０ｄｅｇとならびに０ｄｅｇから１００ｄｅｇの位置に形成されている。

第１スラスト摺動面１５１ならびに第２スラスト摺動面１５２は、軸受部１０８の軸中心１０８ａを中心として、圧縮室１１３の軸中心１１３ａ方向からクランクシャフト１０７の回転方向に１０ｄｅｇ傾斜している。ここで、図中の傾斜角度θがそれに該当する。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、その動作を説明する。

電動要素１０３に通電がなされると、密閉型圧縮機を上方から見て回転子１２６が右回り（時計回り）に回転し、これに伴ってクランクシャフト１０７が回転する。クランクシャフト１０７には主軸部１３０の下方内部に設けられた給油孔通路（図示せず）、スパイラル溝１１７、及び偏心通路孔１２１からなるオイルポンプ機構が内蔵されており、回転による遠心力と潤滑油１２０の粘性により、密閉容器１０２の底部の潤滑油１２０は、吸上げられてスラスト摺動部１４０を含む全摺動部位に供給される。

偏芯軸部１３２の回転運動はコンロッド１１１とピストンピン１１２を通してピストン１１４に伝えられ、コンロッド１１１はピストンピン１１２に対し揺動し、ピストン１１４は圧縮室１１３内を往復運動する。このピストン１１４の往復運動により、密閉容器１０２内の冷媒１１５は、圧縮室１１３内に吸引された後に圧縮されて、密閉容器１０２外へと繰り返し吐出される。

次に、圧縮行程後期から吸入行程前期におけるスラスト摺動部１４０の接触状態について図５、図６を用いて説明する。尚、図５は同実施の形態の圧縮室内の圧力変化図、図６は同実施の形態の圧縮行程後期でのスラスト摺動部の挙動概念図である。

ピストン１１４が上死点にある場合のクランクシャフト１０７の回転角度を０ｄｅｇとすると、クランクシャフト１０７の回転角度が２７０ｄｅｇ付近から圧縮室１１３内の圧力は急激に増加して、上死点の３６０ｄｅｇ（０ｄｅｇ）付近で最大値に達した後、圧縮室１１３内の圧力は減少に転じるが、３０ｄｅｇ付近までは比較的高い状態が保持される。

このように圧縮行程後期から吸入行程前期にかけてピストン１１４に高い圧力がかかり、コンロッド１１１を介して偏芯軸部１３２に対し略垂直方向の力Ｐが作用する。このとき、軸受部１０８と主軸部１３０の軸クリアランスＣに相当する分だけクランクシャフト１０７は反圧縮室１１３側に大きく傾斜する。

ここで、従来の構成にて摩耗が発生した要因について図５、図６から次のように考察する。

図１４、図１５の特許文献１に示すようなクランクシャフト７のフランジ下端面３３とスラスト摺動部４０が略平行平面関係にある場合、上死点付近でクランクシャフト７のフランジ下端面３３が反圧縮室１３側に大きく傾くと、フランジ下端面３３とスラスト摺動部４０が反圧縮室１３側で接触する。

このときの接触領域はほぼ点状で極めて小さく、面圧は非常に高くなるため、この接触領域にて油膜が破断し、金属接触した状態で摺動することで凝着摩耗が発生したと考えられる。また、このような凝着摩耗痕は摺動初期の段階では点状であるが、摺動時間の経過に伴い、図１５の領域４０ａに示すように、摩耗が進行して摩耗範囲が広がったと推定する。

更に、軸受部８のスラスト摺動部４０に形成された局所的な凝着摩耗痕を起点として、相手側（回転側）のフランジ下端面３３外周縁の全周に亘って摩耗や傷つきが発生したと考えられる。

また、図１６、図１７の特許文献２に示すような場合も同様に、上死点付近でクランクシャフト７のフランジ下端面３３が反圧縮室１３側に大きく傾くと、フランジ下端面３３とスラスト摺動部６０が反圧縮室１３側で接触する。

このとき、フランジ下端面３３は、略円錐台形状のスラスト摺動部６０の稜線部６０ｂと接触するので、前述の特許文献１に比べると接触状態はある程度緩和されるが、線状にて接するので、スラスト摺動部６０に負荷される荷重を十分に分散することができず、稜線部６０ｂの反圧縮室１３側を起点として、部分的な摩耗が発生したと考える。

以上のことから、スラスト摺動部４０，６０の摩耗の主たる要因は、上死点付近でクランクシャフト７のフランジ下端面３３が反圧縮室１３側に大きく傾いたときに、フランジ下端面３３とスラスト摺動部４０が反圧縮室１３側で片当りした状態で摺動したためと考える。

ここで、発明者らが本実施の形態を用いた実機試験を行った結果、スラスト摺動部１４０に限定された狭い領域に凝着摩耗が発生していないことを確認している。

これは、スラスト摺動部１４０に、軸受部１０８の軸中心１０８ａから反圧縮室１１３側にかけて圧縮室１１３の軸中心１１３ａから離れる方向に傾いている第２のスラスト摺動面１５２を備えたことで、上死点付近でフランジ下端面１３３が大きく傾いたときに、フランジ下端面１３３とスラスト摺動部１４０が傾斜面同士で接するので、スラスト摺動部１４０に負荷される荷重を分散し、片当り摩耗を抑制したものと考える。

加えて、クランクシャフト１０７の一回転中のフランジ下端面１３３とスラスト摺動部１４０のすべり方向（図１０中のクランクシャフト１０７の回転方向）の隙間の変化に伴って、油膜のくさび効果による油膜圧力が発現し、スラスト摺動部１４０の潤滑状態がより向上したものと推察される。

更に、本実施の形態によれば、上死点近傍でクランクシャフト１０７が特に大きく傾く方向と、第１スラスト摺動面１５１および第２スラスト摺動面１５２の圧縮室１１３の軸中心方向からの傾斜の方向（傾斜角度θ）を合わせることで、クランクシャフト１０７が大きく傾いたときに、フランジ下端面１３３とスラスト摺動部１４０を傾斜面同士で摺動させて面圧を効果的に分散して片当り摩耗を抑制させていると考える。

第２スラスト摺動面１５２に関し、本実施の形態では傾斜角度θを１０ｄｅｇとしている。傾斜角度θは、発明者らの実機試験の結果では、５から４５ｄｅｇの範囲内であればスラスト摺動部１４０の潤滑状態が改善するとともに、また、圧縮室１１３内の圧力が高いほど、傾斜角度θは小さい方がより改善するとの結果を得ている。密閉型圧縮機＊の諸元や圧力条件に応じて、前述の範囲内で最適な値を選択することが望ましい。

また、本実施の形態では、圧縮室１１３の軸中心に対する第２スラスト摺動面１５２の傾きの絶対値βを２．１×１０^−２ｄｅｇとしている。これは軸受部１０８の軸中心１０８ａに対するクランクシャフト１０７の傾きの絶対値αが２．３９×１０^−２ｄｅｇであり、これに０．９を掛けて導出している。

発明者らの実機試験にて、βは上記（数１）の範囲内にすることでスラスト摺動部１４０の摺動状態を改善することができ、圧縮室１１３内の圧力が高いほどαに近い値にすべきとの結果を得ている。密閉型圧縮機の諸元や圧力条件に応じて、前述の範囲内で最適な値を選択することが望ましい。

尚、家庭用冷凍冷蔵庫等に使用される密閉型圧縮機の場合、軸受部１０８の軸受長さＬは４０〜５５ｍｍ、軸クリアランスＣは１０〜３０μｍにて構成されているのが一般的である。それら諸元に応じてαの絶対値を導き出し、圧縮室１１３の軸中心に対する第２スラスト摺動面１５２の傾きの絶対値βを選択することで、スラスト摺動部１４０の面圧を効果的に分散して局所的な摩耗を防止できるので、信頼性が高い家庭用冷蔵庫や自販機などの冷凍冷蔵機器用の密閉型圧縮機を提供することができる。

以上のように、本実施の形態により、スラスト摺動部１４０は、圧縮室１１３側の第１スラスト摺動面１５１と、反圧縮室１１３側の第２スラスト摺動面１５２を備え、少なくとも第２スラスト摺動面１５２は軸受部１０８の軸中心１０８ａから反圧縮室１１３側にかけて圧縮室１１３の軸中心１１３ａから離れる方向に傾いているもので、クランクシャフト１０７がピストン１１４の圧縮行程時に軸受部１０８内で反圧縮室１１３側へ傾斜しても、スラスト摺動部１４０は面での摺動を維持することで、面圧を効果的に分散させて片当り摩耗を防止できるので、信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

また、図１６、図１７の特許文献２のような構成では、密閉型圧縮機の出荷や輸送時において上下方向の振動が密閉型圧縮機に加わるような場合、常にスラスト摺動部６０の稜線部６０ｂや内径エッジ部６０ｃといった非常に小さい接触領域で振動を受け止めることになる。

このため、これら接触領域にて衝撃や疲労によるチッピングの発生の可能性がある。ところが、本実施の形態では、スラスト摺動部１４０に設けられた二つの面（第１スラスト摺動面１５１、第２スラスト摺動面１５２）で受けとめることもできるので、チッピングの可能性が低減できる。

（実施の形態２）
図７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８は、同実施の形態における密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の構成拡大図、図９は同実施の形態における密閉型圧縮機の主軸部と軸受部の構成拡大図、図１０は同実施の形態における密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面ならびに側面図である。

図７に示すように、密閉型圧縮機の密閉容器２０２には冷媒２１５としてイソブタン（Ｒ６００ａ）を充填するとともに、潤滑油２２０として比較的低粘度の鉱油を貯留している。電動要素２０３は、シリンダブロックの下方に固定された固定子２２７と、クランクシャフト２０７の主軸部２３０の下方に固定された回転子２２６とから構成される。

圧縮要素２０４について、図７から図１０を用いて以下に説明する。

クランクシャフト２０７は、フランジ２３１と、フランジ２３１の鉛直下方に突出した主軸部２３０と鉛直上方に突出した偏芯軸部２３２とから構成されており、主軸部２３０の下端には主軸部２３０より小径の給油コーン２１９が潤滑油２２０中に開口している。軸受部２０８は主軸部２３０を回転自在に軸支しており、その軸受長さ（主軸部２３０を軸支する軸受部２０８の全長）は５０ｍｍである。

摺動部の嵌め合い寸法として軸受部２０８と主軸部２３０の軸クリアランスＣ（軸受部２０８の内径Ｄｂ−主軸部２３０の外径Ｄｓ）を２０μｍとした。ここで、軸受部２０８の軸中心２０８ａに対するクランクシャフト２０７の傾きの絶対値αを上記（数２）で求めると、２．３９×１０^−２ｄｅｇとなる。

このように、クリアランスＣのためにクランクシャフト２０７は軸受部２０８内で傾くように設計されている。

偏芯軸部２３２には、コンロッド２１１の大端部２１１ａが連結され、小端部２１１ｂには、ピストンピン２１２を介して、シリンダブロック２０５に形成された圧縮室２１３内で往復摺動するピストン２１４が連結されている。

軸受部２０８の上端面に、クランクシャフト２０７のフランジ下端面２３３を介してクランクシャフト２０７や回転子２２６の荷重を支持するスラスト摺動部２４０が構成される。スラスト摺動部２４０は、圧縮室２１３側の第１スラスト摺動面２５１と、反圧縮室２１３側の第２スラスト摺動面２５２を備えている。

第２スラスト摺動面２５２は軸受部２０８の軸中心２０８ａから反圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾くように形成されている。一方、第１スラスト摺動面２５１は軸受部２０８の軸中心２０８ａから圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾くように形成されている。

詳細を図９、図１０に示す。スラスト摺動部２４０を上方ならびに側方から見て、圧縮室２１３の軸中心２１３ａ方向を０ｄｅｇ，１８０ｄｅｇとすると、反圧縮室２１３側の第２スラスト摺動面２５２は、クランクシャフト２０７の回転方向に１００ｄｅｇから２８０ｄｅｇの位置に形成されている。

また、圧縮室２１３の軸中心２１３ａに対する第２スラスト摺動面２５２の傾きの絶対値であるβは２．１×１０^−２ｄｅｇとした。一方の圧縮室２１３側の第１スラスト摺動面２５１は、クランクシャフト２０７の回転方向に２８０から３６０ｄｅｇの位置と、０ｄｅｇから１００ｄｅｇの位置に形成されている。圧縮室２１３の軸中心２１３ａに対する第１スラスト摺動面２５１の傾きの絶対値であるβ１は１．４×１０^−２ｄｅｇとした。

尚、第１スラスト摺動面２５１ならびに第２スラスト摺動面２５２は、軸受部２０８の軸中心２０８ａを中心として、圧縮室２１３の軸中心２１３ａ方向からクランクシャフト２０７の回転方向に１０ｄｅｇ傾斜している。ここで、図中の傾斜角度θがそれに該当する。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、その動作を説明する。

電動要素２０３に通電がなされると、密閉型圧縮機を上方から見て回転子２２６が右回り（時計回り）に回転し、これに伴ってクランクシャフト２０７が回転する。クランクシャフト２０７には主軸部２３０の下方内部に設けられた給油孔通路（図示せず）、スパイラル溝２１７、及び偏心通路孔２２１からなるオイルポンプ機構が内蔵されており、回転による遠心力と潤滑油２２０の粘性により、密閉容器２０２の底部の潤滑油２２０は、吸上げられてスラスト摺動部２４０を含む全摺動部位に供給される。

偏芯軸部２３２の回転運動はコンロッド２１１とピストンピン２１２を通してピストン２１４に伝えられ、コンロッド２１１はピストンピン２１２に対し揺動し、ピストン２１４は圧縮室２１３内を往復運動する。このピストン２１４の往復運動により、密閉容器２０２内の冷媒２１５は、圧縮室２１３内に吸引された後に圧縮されて、密閉容器２０２外へと繰り返し吐出される。

次に、圧縮行程後期から吸入行程前期におけるスラスト摺動部２４０の接触状態について図１１、図１２を用いて説明する。尚、図１１は同実施の形態の圧縮室２１３内の圧力変化図、図１２は同実施の形態の圧縮行程後期でのスラスト摺動部２４０の挙動概念図である。

ピストン２１４が上死点にある場合のクランクシャフト２０７の回転角度を０ｄｅｇとすると、クランクシャフト２０７の回転角度が２７０ｄｅｇ付近から圧縮室２１３内の圧力は急激に増加して、上死点の３６０ｄｅｇ（０ｄｅｇ）付近で最大値に達した後、圧縮室２１３内の圧力は減少に転じるが、３０ｄｅｇ付近までは比較的高い状態が保持される。

このように圧縮行程後期から吸入行程前期にかけてピストン２１４に高い圧力がかかり、コンロッド２１１を介して偏芯軸部２３２に対し略垂直方向の力Ｐが作用する。このとき、軸受部２０８と主軸部２３０の軸クリアランスＣに相当する分だけクランクシャフト２０７は反圧縮室２１３側に大きく傾斜する。

ここで、発明者らが本実施の形態を用いた実機試験を行った結果によれば、スラスト摺動部２４０に限定された狭い領域に凝着摩耗が発生していないことを確認している。

これは、スラスト摺動部２４０に、軸受部２０８の軸中心２０８ａから反圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾いている第２のスラスト摺動面２５２を備えたことで、上死点付近でフランジ下端面２３３が大きく傾いたときに、フランジ下端面２３３とスラスト摺動部２４０が傾斜面同士で接するので、スラスト摺動部２４０に負荷される荷重を分散し、片当り摩耗を抑制したものと考える。

また、本実施の形態では、圧縮室２１３の軸中心に対する第２スラスト摺動面２５２の傾きの絶対値βを２．１×１０^−２ｄｅｇとしている。これは軸受部２０８の軸中心２０８ａに対するクランクシャフト２０７の傾きの絶対値αが２．３９×１０^−２ｄｅｇであり、これに０．９を掛けて導出している。発明者らの実機試験にて、βは上記（数１）の範囲内にすることがスラスト摺動部２４０の摺動状態を改善することができ、圧縮室２１３内の圧力が高いほどαに近い値にすべきとの結果を得ている。密閉型圧縮機の諸元や圧力条件に応じて、前述の範囲内で最適な値を選択することが望ましい。

図１１の吸入行程後期から圧縮行程前期のように圧力Ｐが低く推移する行程では、クランクシャフト２０７が軸受部２０８内で圧縮室２１３側へやや傾くことがある。これは例えば圧縮室２１３内の急激な減圧により逆向きの圧力Ｐが作用することが挙げられる。この事象によって、スラスト摺動部２４０の圧縮負荷側に擦れによる傷つきが発生する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態では、軸受部２０８の軸中心２０８ａから圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾いている第１のスラスト摺動面２５１を備えたことで、フランジ下端面２３３とスラスト摺動部２４０が傾斜面同士で接するので、スラスト摺動部２４０に負荷される荷重を分散し、局所的な擦れによる傷つきを防止することができたと考える。

本実施の形態では、圧縮室２１３の軸中心２１３ａに対する第１スラスト摺動面２５１の傾きの絶対値β１を１．４×１０^−２ｄｅｇとしている。これは、軸受部２０８の軸中心２０８ａに対するクランクシャフト２０７の傾きの絶対値α（２．３９×１０^−２ｄｅｇ）に０．６を掛けて導出している。吸入行程後期から圧縮行程前期のように圧力Ｐが低い場合は、クランクシャフト２０７が軸受部２０８内で傾いたとしても小さいと考えられる。従って、β１はβに比べて小さく設定する方が望ましい。

加えて、クランクシャフト２０７の一回転中のフランジ下端面２３３とスラスト摺動部２４０のすべり方向の隙間の変化に伴って、油膜のくさび効果による油膜圧力が発現し、スラスト摺動部２４０の潤滑状態がより向上したものと推察される。

以上のように、本実施の形態により、スラスト摺動部２４０は、圧縮室２１３側の第１スラスト摺動面２５１と、反圧縮室２１３側の第２スラスト摺動面２５２を備え、第１スラスト摺動面２５１は、軸受部２０８の軸中心２０８ａから圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾いている。

第２スラスト摺動面２５２は軸受部２０８の軸中心２０８ａから反圧縮室２１３側にかけて圧縮室２１３の軸中心２１３ａから離れる方向に傾いているもので、クランクシャフト２０７が一回転中に軸受部２０８内で反圧縮室２１３側へ傾いたときも、またクランクシャフト２０７の一回転中に圧縮室２１３側に傾いたときでも、スラスト摺動部は局所的な接触による摺動を回避し、面同士で摺動させることで、片当り摩耗や傷つきを防止できるので、信頼性が高い密閉型圧縮機を提供できる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は信頼性が高いため、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自動販売機等の冷凍サイクルを用いた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 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の構成拡大図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の主軸部と軸受部の構成拡大図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮室内の圧力変化図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮行程後期でのスラスト摺動部の挙動概念図 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スラスト摺動部近傍の構成拡大図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の主軸部と軸受部の構成拡大図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮室内の圧力変化図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮行程後期でのスラスト摺動部の挙動概念図 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摺動部近傍の要部断面図 従来の密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図 従来の密閉型圧縮機のスラスト摺動部近傍の要部断面図 従来の密閉型圧縮機の軸受部のスラスト摺動面の上面図ならびに側面図

符号の説明

１０２，２０２ 密閉容器
１０３，２０３ 電動要素
１０４，２０４ 圧縮要素
１０５，２０５ シリンダブロック
１０７，２０７ クランクシャフト
１０８，２０８ 軸受部
１０８ａ，２０８ａ 軸受部の軸中心
１１１，２１１ コンロッド
１１３，２１３ 圧縮室
１１３ａ，２１３ａ 圧縮室の軸中心
１１４，２１４ ピストン
１２０，２２０ 潤滑油
１２６，２２６ 回転子
１２７，２２７ 固定子
１３０，２３０ 主軸部
１３２，２３２ 偏芯軸部
１４０，２４０ スラスト摺動部
１５１，２５１ 第１スラスト摺動面
１５２，２５２ 第２スラスト摺動面

Claims (5)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、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、主軸部と偏芯軸部を備え前記主軸部に前記回転子が固定されたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの前記主軸部を軸支することで片持ち軸受を形成した軸受部と、略円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、前記偏芯軸部と前記ピストンとを連結するコンロッドとを備え、前記軸受部は、前記クランクシャフトと前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部を有し、前記スラスト摺動部は、前記圧縮室側の第１スラスト摺動面と、反圧縮室側の第２スラスト摺動面を備え、少なくとも前記第２スラスト摺動面は前記軸受部の鉛直方向の軸中心を通り、かつ前記圧縮室の軸中心から前記クランクシャフトの回転方向に傾斜した水平線と直行する水平方向の軸中心に対して、反圧縮室側にかけて離れる方向に傾いていることを特徴とした密閉型圧縮機。
2. 第１スラスト摺動面は、軸受部の軸中心から圧縮室側にかけて前記圧縮室の軸中心から離れる方向に傾いていることを特徴とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面は、軸受部の軸中心を中心として、圧縮室の軸中心方向からクランクシャフトの回転方向に傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 第１スラスト摺動面および第２スラスト摺動面は、軸受部の軸中心を中心として、圧縮室の軸中心方向から５から４５ｄｅｇの範囲でクランクシャフトの回転方向に傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 軸受部とクランクシャフトのクリアランスに基づく前記軸受部の軸中心に対する前記クランクシャフトの傾きの絶対値をαとし、圧縮室の軸中心に対する第２スラスト摺動面の傾きの絶対値をβとしたとき、前記αと前記βとが下記（数１）を満足する関係にある請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
   ０．８α＜β≦α （数１）