JP5257502B2

JP5257502B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP5257502B2
Application number: JP2011246063A
Authority: JP
Inventors: 昭彦窪田; 誠吾柳瀬; 篤成瀬; 究渡部
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-07-11
Also published as: JP2012036905A

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等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７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８は図７の要部拡大図である。

図７、図８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状の給油溝３２を有する主軸部３４と、その下方に形成された偏芯軸部３６を備えており、偏芯軸部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、偏芯軸部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状の給油溝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に焼嵌め等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、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とを備えており、上レース６６は回転子５４のボア平面５８と接しており、下レース６８は主軸受２６のスラスト面２８と接している。

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が回転し、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に伝えられることで、ピストン２４は圧縮室２２内で往復運動を行い、圧縮要素４が所定の圧縮動作を行う。

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）を潤滑し、その一部は螺旋状の給油溝３２からスラスト面２８に供給されスラストボールベアリング６０を潤滑する。

シャフト３０と回転子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の間で転がるため、シャフト３０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。そのため、スラスト軸受での損失を小さくすることができ、入力が低減して、高効率とすることができる。

特開昭６１−５３４７４号公報

しかしながら、上記従来の構成では、密閉型圧縮機を長く運転した場合に、上レース６６、上レース６６が接しているボア平面５８、および上レース６６の内径側のシャフト３０が、摺動して摩耗したり擦れ傷が付いたりする可能性があった。

また、上レース６６、ボア平面５８、およびシャフト３０の摺動や擦れ傷、摩耗に起因して、圧縮機の入力が増加して効率が低下したり、摩耗粉が潤滑油６とともに各摺動部に導かれて信頼性が低下したりする可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、スラストボールベアリング６０において、上レース６６とボア平面５８の接触部における摺動および上レース６６内径とシャフト３０外径との摺動を防止し、上レース６６とボア平面５８の接触部における摩耗および上レース６６内径とシャフト３０外径における摩耗の発生を抑制し、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、上レースとシャフトとが一体に回転するように、上レースとシャフトとの間に止め部を設けたもので、起動時や長期の運転時においても、上レースとシャフトが一体に回転するため、上レースとボア平面との間ですべりが発生するのを防止することができるので、上レースとボア平面との接触部において、摺動による入力の増加や摩耗を抑制することができるという作用を有する。

また、上レースとシャフト間においてもすべりが発生するのを防止することができるので、上レース内径とシャフト外径においても、摺動による入力の増加や摩耗の発生を抑制
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、上レースとシャフトとが一体に回転するように、上レースとシャフトとの間に止め部を設けたもので、上レースとボア平面との摺動による摩耗と、上レースとシャフトとの摺動による摩耗の発生を抑制することができ、入力の増加を抑えた高効率で信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

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拡大図同実施の形態における密閉型圧縮機のシャフトの斜視図同実施の形態における密閉型圧縮機の上レースの斜視図本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機のシャフトの斜視図同実施の形態における密閉型圧縮機の上レースの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拡大図

第１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有し、前記圧縮要素は、偏心軸部と主軸部とを有し前記回転子が固定されたシャフトと、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機構と、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、前記主軸受に備えられたスラストボールベアリングとを有し、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レースおよび下レースとを備え、前記上レースと前記シャフトとが一体に回転するように、前記上レースと前記シャフトとの間に止め部を設けた、もので、起動時や長期の運転時においても、上レースとシャフトが一体に回転するため、上レースとボア平面との間や上レースとシャフト間ですべりが発生するのを防止することができるので、上レースとボア平面との接触部および上レース内径とシャフト外径において、摺動による入力の増加や摩耗を抑制することができるので、入力の増加を抑えた高効率で信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第２の発明は、前記止め部は、凸設部と、前記凸設部と嵌合する凹設部とから構成されるもので、主軸受に組み立てられたシャフトの主軸部に回転子を焼嵌め等により固定する工程において、主軸受のスラスト面に、下レース、スラストボールベアリング、そして上レースの内周部の凸設部をシャフトの凹設部に嵌合させながら挿入し、最後に回転子の焼嵌め作業を行うことでき、組立作業が容易で作業効率が良くなり、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに作業時間の短縮ができ、生産性がよい。

第３の発明は、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転走面より先に摩耗することを防止することができるので、さらにボールの摩耗に起因して上レースおよび下レースの転走面が傷ついたり摩耗したりすることを防止することができ、スラストボールベアリングの信頼性を向上させることができる。

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は図１の要部拡大図、図３は図１のシャフトの斜視図、図４は図１の上レースの斜視図である。

図１から図４において、密閉容器１０１内には、固定子１５１と回転子１５２とからなる電動要素１０２と、この電動要素１０２により回転駆動される圧縮要素１０４とがそれぞれ収納され、底部に潤滑油１０６を貯留している。電動要素１０２と圧縮要素１０４は一体に組み立てられて圧縮機構１０８を形成し、この圧縮機構１０８は、複数のコイルばね（図示せず）により密閉容器１０１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素１０４を構成するシリンダブロック１２０には、円筒状の圧縮室１２２が形成され、ピストン１２４が圧縮室１２２内に往復自在に嵌入されている。シリンダブロック１２０の上部には主軸受１２６が固定され、主軸受１２６の上方には、スラスト面１２８が形成されている。

シャフト１３０は、主軸受１２６に鉛直方向に軸支され外周に螺旋状の給油溝１３２を有する主軸部１３４と、その下方に形成された偏芯軸部１３６を備えており、偏芯軸部１３６の下端１３８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１４２が圧入され、偏芯軸部１３６とピストン１２４とは連結機構１４４によりで連結されている。

給油管１４２は、一端が偏芯軸部１３６の下端１３８から螺旋状の給油溝１３２に連通し、給油管１４２の下端開口部１４６が主軸部１３４の中心軸線１４８の延長線上に湾曲し潤滑油１０６中に開口している。

電動要素１０２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１２０の上方にボルト（図示せず）で固定され、巻線１５０を備えた固定子１５１と、シャフト１３０の主軸部１３４に焼嵌め等で固定された回転子１５２とから構成されている。

電磁鋼鈑で積層された回転子１５２の下部１６２の凹部であるカウンターボア１６４内には、中心軸線１４８と略直角に設けられた環状のボア平面１６６が形成され、アルミニウムで鋳造された主軸受１２６の端部１２７には中心軸線１４８と略直角に設けられた環状のスラスト面１２８が形成されている。

カウンターボア１６４内のボア平面１６６とスラスト面１２８との間には、シャフト１３０や回転子１５２の自重を支持するため、スラストボールベアリング１７０が配設されている。

スラストボールベアリング１７０は、複数のボール１７２と、ボール１７２を保持するホルダー部１７４と、ボール１７２の上下に各々配設された上レース１７６と下レース１７８とを備えている。上レース１７６は回転子１５２のボア平面１６６と接しており、下レース１７８は主軸受１２６のスラスト面１２８と接している。

ボール１７２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１７６および下レース１７８は回転子１５２を形成している電磁鋼鈑や主軸受１２６を形成しているアルミニウムの鋳物よりも表面硬度が高く、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１７２の表面硬度は上レース１７６および下レース１７８の表面硬度よりもわずかに高く設定されている。

上レース１７６は、内周部の一部が直線となった凸設部１８０を備え、シャフト１３０の主軸部１３４は外周に上レース１７６の凸設部１８０が嵌合する平面状の凹設部１８２を備えている。

上レース１７６の凸設部１８０とシャフト１３０の凹設部１８２は嵌合して組み立てられ、止め部１８４を構成している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

電動要素１０２に外部電源（図示せず）より通電がされると、回転子１５２が回転し、これに伴ってシャフト１３０が回転し、偏芯軸部１３６の回転運動が連結機構１４４を介してピストン１２４に伝えられることでピストン１２４は、圧縮室１２２内で往復運動を行い、圧縮要素１０４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１２２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１４２は、一端が偏芯軸部１３６の下端１３８に圧入され、下端開口部１４６が主軸部１３４の中心軸線１４８の延長線上に湾曲しているため、シャフト１３０の回転とともに遠心力により潤滑油１０６を汲み上げ、各摺動部を潤滑し、その一部は螺旋状の給油溝１３２からスラスト面１２８に供給されスラストボールベアリング１７０を潤滑する。

シャフト１３０と回転子１５２の重量はスラストボールベアリング１７０で支えられるとともに、シャフト１３０が回転する際にはボール１７２が上レース１７６と下レース１７８の間で転がるため、シャフト１３０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。そのため、スラスト軸受での損失を小さくすることができ、入力が低減して、高効率とすることができる。

次に上レース１７６とシャフト１３０との間に止め部１８４を設けることにより、上レース１７６とボア平面１６６との摺動による摩耗と、上レース１７６とシャフト１３０との摺動による摩耗の発生を抑制するメカニズムについて説明する。

上レース１７６の内周部に設けた凸設部１８０と、シャフト１３０の外周部に設けた凹設部１８２とが嵌合されていることから、上レース１７６は回転子１５２およびシャフト１３０と完全に同期して回転するため、上レース１７６とシャフト１３０および回転子１５２のボア平面１６６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、比較的硬度の低く摩耗が発生しやすいボア平面１６６において、摩耗を防止することができる。

さらに、ボア平面１６６の平面度の値が大きく精度の悪いものほど、止め部１８４のない従来の密閉型圧縮機ではボア平面１６６が摩耗していたが、止め部１８４を設けることにより、ボア平面１６６の平面度の精度を高めることなく、ボア平面１６６の摩耗を防止することができた。

これは、ボア平面１６６の平面度が悪く傷等が付いていると、上レース１７６とボア平面１６６との接触面積が小さくなり、摩擦係数が低下し、起動時や運転時において上レース１７６がシャフト１３０の回転に同期して回らずにすべりが発生していたと推測される
従来の欠点を、解決することができたためであると考えられる。

さらに、ボア平面１６６の傾きが大きいものほど、止め部１８４のない従来の密閉型圧縮機では上レース１７６内周のシャフト１３０の外表面に擦れ傷が付き、最悪の場合には摩耗していたが、止め部１８４を設けることにより、ボア平面１６６の傾きを改善することなく、シャフト１３０の外表面の擦れ傷、摩耗を防止することができた。

これは、ボア平面１６６がわずかでも傾いていると、上レース１７６はシャフト１３０の外表面に当接し、そのため上レース１７６がシャフト１３０の回転に同期して回らず、上レース１７６の内周とシャフト１３０外表面とが摺動し、硬度の低いシャフト１３０が摩耗していたと推測される従来の欠点を、解決することができたためであると考えられる。

さらに、上レース１７６とシャフト１３０および回転子１５２のボア平面１６６の間に回転による擦れが発生しないことから、入力の損失が小さくて効率が高く、騒音も静かである。

また、上レース１７６の表面硬度は回転子１５２のボア平面１６６の表面硬度よりも高く、下レース１７８の表面硬度は主軸受１２６のスラスト面１２８の表面硬度よりも高くしているが、上レース１７６と下レース１７８は薄板形状であることから、熱処理等により容易に表面硬度を確保することができ、生産性が高く安価に製造することができる。

そして、回転子１５２のボア平面１６６や主軸受１２６のスラスト面１２８の平面度が悪い場合でも、上レース１７６と下レース１７８の硬度が高いので、上レース１７６と下レース１７８がボア平面１６６やスラスト面１２８に沿って変形することを防止することができ、スラストボールベアリング１７０のボール１７２との接触部である上レース１７６と下レース１７８の平面を確保することができる。

その結果、ボール１７２が転走する上レース１７６と下レース１７８が摩耗することを防止することができ、信頼性を向上させることができる。

また、ボール１７２と上レース１７６および下レース１７８は高い表面硬度を有しており、優れた耐摩耗性を有している。さらに、ボール１７２の表面硬度は上レース１７６および下レース１７８の表面硬度よりもわずかに高く設定されており、ボール１７２が転走する上レース１７６および下レース１７８よりも先に摩耗することを防止することができる。

そのため、ボール１７２の表面が荒れて上レース１７６および下レース１７８の転走面を傷付けたり摩耗させたりすることを防止することができ、加速度的に上レース１７６および下レース１７８の表面が摩耗することがない。

次に、スラストボールベアリング１７０の組み立てについて説明する。

本実施の形態１における止め部１８４は、上レース１７６の内周部に設けた凸設部１８０と、凸設部１８０と嵌合するようにシャフト１３０に設けた凹設部１８２とから構成されている。

そのため、主軸受１２６に一体に組み立てられたシャフト１３０の主軸部１３４に回転子１５２を焼嵌め等により固定させる工程において、主軸受１２６のスラスト面１２８に、下レース１７８、複数のボール１７２を保持したホルダー部１７４、そして上レース１
７６の内周部の凸設部１８０をシャフト１３０の凹設部１８２に嵌合させながら挿入し、最後に回転子１５２をシャフト１３０の主軸部１３４に焼嵌め作業を行うことで組み立てができ、複雑な組み立て治具や複雑な手順などはなく、組み立て作業が容易で作業効率が良く、生産性がよい。

なお、シャフト１３０と上レース１７６の止め部１８４については、他の実施例も考えられる。

（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シャフトの斜視図、図６は同実施の形態における密閉型圧縮機の上レースの斜視図である。なお、上記実施の形態１と同一構成については同一符号を付している。

図５および図６に示すように、シャフト１３０と上レース１７６の止め部１８５について、シャフト１３０の主軸部１３４の外周に設けた螺旋状の給油溝１３２を延長して凹設部１８６として兼用し、シャフト１３０の凹設部１８６と嵌合するように上レース１９０の内周部に設けた凸設部１８８で構成することもできる。

以上、上レース１７６が回転子１５２、シャフト１３０と完全に同期して回転することの有効性について述べたが、同様に下レース１７８と主軸受１２６の間に止め部１８４，１８５を構成することによって、下レース１７８と主軸受１２６のスラスト面１２８の擦れや摺動を回避し、摩耗を防止して信頼性を向上させるとともに、擦れや摺動に伴う入力の損失を低減し高効率化を図り、騒音を小さくするために有効である。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、上レースとシャフトとが一体に回転するように、上レースとシャフトとの間に止め部を設けたことで、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ので、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る。

１０１密閉容器
１０２電動要素
１０４圧縮要素
１０６潤滑油
１２０シリンダブロック
１２２圧縮室
１２４ピストン
１２６主軸受
１２８スラスト面
１３０シャフト
１３４主軸部
１３６偏芯軸部
１４４連結機構
１５１固定子
１５２回転子
１６６ボア平面
１７０スラストボールベアリング
１７２ボール
１７４ホルダー部
１７６，１９０上レース
１７８下レース
１８０，１８８凸設部
１８２，１８６凹設部
１８４，１８５止め部

Claims

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とを有し、前記圧縮要素は、偏心軸部と主軸部とを有し前記回転子が固定されたシャフトと、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機構と、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、前記主軸受に備えられたスラストボールベアリングとを有し、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レースおよび下レースとを備え、前記上レースと前記シャフトとが一体に回転するように、前記上レースと前記シャフトとの間に止め部を設けた密閉型圧縮機。
前記止め部は、凸設部と、前記凸設部と嵌合する凹設部とから構成される請求項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または２に記載の密閉型圧縮機。