JP5228812B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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、従来の密閉型圧縮機の分解斜視図である。

図９および図１０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レース着座面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レース着座面２８が形成されている。これらの上レース着座面２７と下レース着座面２８の間には、シャフト１０を支持するため、ボール３０と上レース３１及び下レース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。上レース３１及び下レース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で支えられるとともに、シャフト１０の回転時はボール３０が上レース３１と下レース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、上レース３１は上レース着座面２７に密着して上レース着座面２７と同時に回転し、下レース３２は下レース着座面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に比べて小さくなるため、スラスト軸受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、上レース３１や下レース３２の一部に剥離現象が発生する兆候が見られた。

これは、圧縮工程において圧縮荷重をピストン２３が受けると、連結手段２４とピストンピン２５によって連結されたシャフト１０の偏心軸部１２にも圧縮荷重がかかるため、シャフト１０は主軸部１１とシリンダブロック１４の主軸受２０とのクリアランス内で傾く。

そのため、上レース３１と下レース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、上レース３１及び下レース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。

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、下レースが着座するスラスト面は、転走するボールの軌道よりも主軸受の軸心側にのみ配設されたことを特徴とするものであり、圧縮工程において圧縮荷重がピストンにかかり、シャフトが傾いた際、シャフトの傾きにならって下レースも傾くことで、ボールの軌道における上レースと下レース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作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、下レースが着座するスラスト面は、転走するボールの軌道よりも主軸受の軸心側にのみ配設させたことにより、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、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連結手段と、前記シリンダブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、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スラスト面に配設さ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、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た上レースと下レースとを備え、前記下レースが着座する前記スラスト面は、転走する前記ボールの軌道よりも前記主軸受の軸心側にのみ配設されたことを特徴とするもので、圧縮工程において圧縮荷重をピストンが受け、連結手段によって連結されたシャフトの偏心軸部にも圧縮荷重がかかり、シャフトが主軸部とシリンダブロックの主軸受とのクリアランス内で傾いた際、シャフトの傾きにならって下レースも傾くことで、ボールの軌道における上レースと下レース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。

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、スラスト面は、転走するボールのピッチ円の直径よりも外径が小さいスラストレースで形成されたものであり、スラスト面の高い面粗度が容易に得られるので、シリンダブロックの加工時間が短縮できるなど、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに生産性が高い。

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、スラスト面に下レースの回転を規制する回転規制手段を設けたもので、下レースがボールの転走に伴って回転するのを防ぐことで、ボールが回転せずにすべることを抑止するので、ボールや上レースや下レースが損傷することを防止できるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、回転規制手段は、下レースの外周部に設けられた半径方向に突出した下レース突起部と、スラスト面に設けられ前記下レース突起部を係止する軸受切り欠き部を備えたもので、ボールが回転せずにすべることを抑止するので、請求項３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５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、回転規制手段は、スラスト面の外周部に設けられた軸受突起部と、下レースの外周部に設けられ前記軸受突起部に係止される下レース切り欠き部を備えたもので、ボールが回転せずにすべることを抑止するので、請求項３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６に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、スラストボールベアリングのボールの表面硬度は、上レースおよび下レースの表面硬度よりも高くしたもので、ボールが上レースおよび下レースの軌道面より先に摩耗することを防止することができるので、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに信頼性を向上させることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、潤滑油の粘度がＶＧ３〜ＶＧ８であるもので、摺動部での損失を低減できるため、請求項１から６のいずれか一項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、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図、図３は同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図、図４は同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図である。

図１から図４において、密閉容器１０１内には潤滑油１０２が貯溜され、固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６が収容される。シャフト１１０は、回転子１０４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１２８によって連結されている。

シリンダブロック１１４の主軸受１２０の上端には主軸受１２０の軸心と略直角にスラスト面１３０が環状に形成されている。このスラスト面１３０に、シャフト１１０を支持するため、複数のボール１３４と、ボール１３４を保持するホルダー部１３３と、ボール１３４の上下に各々配設される上レース１３５及び下レース１３６とからなるスラストボールベアリング１３２が装着されている。

下レース１３６が着座するスラスト面１３０は、転走するボール１３４のピッチ円１４６よりもシリンダブロック１１４の主軸受１２０の軸心側にのみ配置されている。ピッチ円１４６とは、ボール１３４の重心の転送する軌跡であり、その直径は図２においてφＤ１である。

すなわち、転走するボール１３４の重心位置の垂直方向下方には、スラスト面１３０が存在していない構成である。

下レース１３６は外周部に半径方向に突出した下レース突起部１５０を備え、シリンダブロック１１４のスラスト面１３０は、下レース１３６の下レース突起部１５０が嵌合する軸受切り欠き部１５１を備えている。

下レース１３６の下レース突起部１５０とシリンダブロック１１４のスラスト面１３０の軸受切り欠き部１５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段１４５を構成している。

ボール１３４は、耐摩耗性の高い浸炭焼き入れされた軸受鋼で形成され、表面硬度はＨＲＣ６０〜７０の範囲内である。

また、上レース１３５および下レース１３６は耐摩耗性の高い熱処理された炭素鋼で形成され、表面硬度はＨＲＣ５８〜６８の範囲内である。ボール１３４の表面硬度は上レース１３５および下レース１３６の表面硬度よりもわずかに高く設定されている。

また、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１０２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。

電動要素１０５の回転子１０４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１２８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１０４の重量はスラストボールベアリング１３２で支えられるとともに、シャフト１１０の回転時はボール１３４が上レース１３５と下レース１３６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１３２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に比べて小さくなるため、スラスト軸受での損失を小さくすることができる。従って、入力が低減し高効率化を実現することができる。

次に、圧縮工程において圧縮荷重をピストン１２６が受けると、連結手段１２８によって連結されたシャフト１１０の偏心軸部１１２にも圧縮荷重がかかる。その際、シャフト１１０の主軸部１１１とシリンダブロック１１４の主軸受１２０とのクリアランスの寸法でシャフト１１０は自由度があるので、偏心軸部１１２が反圧縮方向に傾き得る。

偏心軸部１１２が反圧縮方向に傾いた際、上レース１３５、ボール１３４、下レース１３６と荷重が作用するが、下レース１３６が着座するスラスト面１３０は、転走するボール１３４のピッチ円１４６よりもシリンダブロック１１４の主軸受１２０の軸心側にのみ配置されているので、シャフト１１０の傾きにならって、下レース１３６も傾くことで、スラストボールベアリング１３２全体が比較的容易に傾くことができる。

それにより、ボール１３４の軌道において上レース１３５と下レース１３６の隙間はほぼ一定となるため、シャフト１１０と回転子１０４の重量はボール１３４にほぼ均等にかかり、ボール１３４の片当たりが無く、滑らかに回転するので、ボール１３４、上レース１３５及び下レース１３６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るのを防止するので、高い信頼性を得ることができる。

次に、図３に示すように、下レース１３６の下レース突起部１５０とシリンダブロック１１４のスラスト面１３０の軸受切り欠き部１５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段１４５を構成することにより、下レース１３６の回転を防ぐことで、下レース１３６とシリンダブロック１１４のスラスト面１３０とが摺動し擦れることが無くなり、接触部に摩耗が発生することがない。

特に、比較的硬度が低く摩耗が発生しやすいスラスト面１３０において、摩耗を防止することができる。

また、潤滑油の粘度はＶＧ３〜ＶＧ８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、図３に示すように、下レース１３６の下レース突起部１５０とシリンダブロック１１４のスラスト面１３０の軸受切り欠き部１５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段１４５を設けている。

しかし、他の回転規制手段として、図４に示すように、下レース１３６の下レース切り欠き部１５６と、シリンダブロック１１４のスラスト面１３０の軸受突起部１５５とを嵌合して組み立て、回転規制手段１７０を構成しても同様の効果が得られる。

（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、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図、図７は同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図、図８は同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図である。

図５から図８において、密閉容器２０１内には潤滑油２０２が貯溜され、固定子２０３と回転子２０４からなる電動要素２０５と、電動要素２０５によって駆動される圧縮要素２０６が収容される。シャフト２１０は、回転子２０４を固定した主軸部２１１と、主軸部２１１の上部に配設され主軸部２１１に対し偏心して形成された偏心軸部２１２とを有する。

シリンダブロック２１４は、略円筒形の圧縮室２１６を有し、主軸部２１１を軸支する主軸受２２０が固定されている。ピストン２２６は、シリンダブロック２１４の圧縮室２１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部２１２との間を連結手段２２８によって連結されている。

シリンダブロック２１４の主軸受２２０の上端には主軸受２２０の軸心と略直角にスラストレース２４０からなるスラスト面２３０が環状に形成されている。このスラスト面２３０に、シャフト２１０を支持するため、複数のボール２３４と、ボール２３４を保持するホルダー部２３３と、ボール２３４の上下に各々配設される上レース２３５及び下レース２３６とからなるスラストボールベアリング２３２が装着されている。

下レース２３６が着座するスラストレース２４０の外径（φＤ）は、転走するボール２３４のピッチ円２４６の直径よりも小さく構成されている。ピッチ円２４６とは、ボール２３４の重心の転送する軌跡であり、その直径は図６においてφＤ２である。

下レース２３６は外周部に半径方向に突出した下レース突起部２５０を備え、シリンダブロック２１４のスラスト面２３０は、下レース２３６の下レース突起部２５０が嵌合する軸受切り欠き部２５１を備えている。

下レース２３６の下レース突起部２５０とシリンダブロック２１４のスラスト面２３０の軸受切り欠き部２５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段２４５を構成している。

ボール２３４は、耐摩耗性の高い浸炭焼き入れされた軸受鋼で形成され、表面硬度はＨＲＣ６０〜７０の範囲内である。また、上レース２３５および下レース２３６は耐摩耗性の高い熱処理された炭素鋼で形成され、表面硬度はＨＲＣ５８〜６８の範囲内である。ボール２３４の表面硬度は上レース２３５および下レース２３６の表面硬度よりもわずかに高く設定されている。

また、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２０２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。

電動要素２０５の回転子２０４はシャフト２１０を回転させ、偏心軸部２１２の回転運動が連結手段２２８を介してピストン２２６に伝えられることでピストン２２６は圧縮室２１６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２１６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２１０と回転子２０４の重量はスラストボールベアリング２３２で支えられるとともに、シャフト２１０の回転時はボール２３４が上レース２３５と下レース２３６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２３２を用いることによって、シャフト２１０を回転させるトルクはスラストすべり軸受に比べて小さくなるため、スラスト軸受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、高効率を実現することができる。

次に、圧縮工程において圧縮荷重をピストン２２６が受けると、連結手段２２８によって連結されたシャフト２１０の偏心軸部２１２にも圧縮荷重がかかる。その際、シャフト２１０の主軸部２１１とシリンダブロック２１４の主軸受２２０とのクリアランスの寸法でシャフト２１０は自由度があるので、偏心軸部２１２が反圧縮方向に傾き得る。

偏心軸部２１２が反圧縮方向に傾いた際、上レース２３５、ボール２３４、下レース２３６と荷重が作用するが、下レース２３６が着座するスラストレース２４０からなるスラスト面２３０は、転走するボール２３４のピッチ円２４６よりもシリンダブロック２１４の主軸受２２０の軸心側にのみ配置されているので、シャフト２１０の傾きにならって、下レース２３６も傾くことで、スラストボールベアリング２３２全体が比較的容易に傾くことができる。

それにより、ボール２３４の軌道において上レース２３５と下レース２３６の隙間はほぼ一定となるため、シャフト２１０と回転子２０４の重量はボール２３４にほぼ均等にかかり、ボール２３４の片当たりが無く、滑らかに回転するので、ボール２３４、上レース２３５及び下レース２３６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るのを防止するので、高い信頼性を得ることができる。

さらに、スラストレース２４０を用いることで、シリンダブロック２１４の加工精度を高める必要がないので、加工効率が上昇し高い生産性が得られる。

次に、図７に示すように、下レース２３６の下レース突起部２５０とシリンダブロック２１４のスラスト面２３０の軸受切り欠き部２５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段２４５を構成することにより、下レース２３６の回転を防ぐことで、下レース２３６とシリンダブロック２１４のスラスト面２３０とが摺動し擦れることが無くなり、接触部に摩耗が発生することがない。

また、潤滑油の粘度はＶＧ３〜ＶＧ８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、図７に示すように、下レース２３６の下レース突起部２５０とシリンダブロック２１４のスラスト面２３０の軸受切り欠き部２５１は嵌合して組み立てられ、回転規制手段２４５を設けている。

しかし、他の回転規制手段として、図８に示すように、下レース２３６の下レース切り欠き部２５６と、シリンダブロック２１４のスラスト面２３０の軸受突起部２５５とを嵌合して組み立て、回転規制手段２７０を構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分解斜視図 同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図 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 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分解斜視図 同実施の形態における密閉型圧縮機の分解斜視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の分解斜視図

符号の説明

１０１，２０１ 密閉容器
１０２，２０２ 潤滑油
１０３，２０３ 固定子
１０４，２０４ 回転子
１０５，２０５ 電動要素
１０６，２０６ 圧縮要素
１１０，２１０ シャフト
１１１，２１１ 主軸部
１１２，２１２ 偏心軸部
１１４，２１４ シリンダブロック
１１６，２１６ 圧縮室
１２０，２２０ 主軸受
１２６，２２６ ピストン
１２８，２２８ 連結手段
１３０，２３０ スラスト面
１３２，２３２ スラストボールベアリング
１３３，２３３ ホルダー部
１３４，２３４ ボール
１３５，２３５ 上レース
１３６，２３６ 下レース
１４５，１７０，２４５，２７０ 回転規制手段
１４６，２４６ ピッチ円
１５０，２５０ 下レース突起部
１５１，２５１ 軸受切り欠き部
１５５，２５５ 軸受突起部
１５６、２５６ 下レース切り欠き部
２４０ スラストレース

Claims (7)

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、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、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連結手段と、前記シリンダブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、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スラスト面に配設さ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、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た上レースと下レースとを備え、前記下レースが着座する前記スラスト面は、転走する前記ボールの軌道よりも前記主軸受の軸心側にのみ配設されたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. スラスト面は、転走するボールのピッチ円の直径よりも外径が小さいスラストレースで形成された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. スラスト面に下レースの回転を規制する回転規制手段を設けた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 回転規制手段は、下レースの外周部に設けられた半径方向に突出した下レース突起部と、スラスト面に設けられ前記下レース突起部を係止する軸受切り欠き部を備えた請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 回転規制手段は、スラスト面の外周部に設けられた軸受突起部と、下レースの外周部に設けられ前記軸受突起部に係止される下レース切り欠き部を備えた請求項３に記載の密閉型圧縮機。
6. スラストボールベアリングのボールの表面硬度は、上レースおよび下レースの表面硬度よりも高い請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 潤滑油の粘度がＶＧ３〜ＶＧ８である請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。