JP5942080B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、主に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は、シャフトの軸受装置に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、従来の密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの要部拡大図である。

図４および図５において、密閉容器２の底部には潤滑油４を貯溜しており、圧縮機本体６は、サスペンションスプリング８によって密閉容器２に対して弾性的に支持されている。

圧縮機本体６は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素１２から構成されている。電動要素１０は、固定子１４および回転子１６とから構成されている。

圧縮要素１２のシャフト１８は、主軸部２０と偏心軸部２２を備えており、主軸部２０は、シリンダブロック２４の主軸受２６に回転自在に軸支されるとともに、回転子１６が固定されている。そして、荷重が作用する偏心軸部２２に対して、偏心軸部２２の下側のみに配置された主軸部２０と主軸受２６で支持する片持ち軸受の構成となっている。

ピストン３０は、シリンダブロック２４に形成された略円筒形の内面を有するシリンダ３４に往復自在に挿入される。また、連結手段３６は、両端に設けた穴部（図示せず）が、それぞれピストン３０に取り付けられたピストンビン３８と偏心軸部２２に嵌挿されることで、偏心軸部２２とピストン３０を連結している。

シリンダ３４およびピストン３０は、シリンダ３４の開口端面に取り付けられるバルブプレート４６とともに圧縮室４８を形成する。さらに、バルブプレート４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド５０が固定されている。

吸入マフラ５２は、ＰＢＴ等の樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリング７６について説明する。

図５において、主軸受２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面６０と、スラスト面６０よりさらに上方に延長され、主軸部２０に対向する内面を有する軸受延出部６２とを有している。

そして、軸受延出部６２の外径側に、上レース６４、ホルダー部６８に保持されたボー
ル６６、下レース７０、および支持部材７２からなるスラストボールベアリング７６が配置されている。

上レース６４および下レース７０は、環状で金属製の平板であり、上下の面が平行である。また、ホルダー部６８は環状の形状をなし、周方向に設けた複数の穴部（図示せず）にボール６６を転動自在に収納している。

そして、スラスト面６０の上に、支持部材７２、下レース７０、ボール６６、上レース６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース６４の上面にシャフト１８のフランジ部７４が着座し、軸受延出部６２の上端とシャフト１８のフランジ部７４との問に、所定の軸方向隙間７８を設けている。

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１０に通電されると、固定子１４に発生する回転磁界により、回転子１６が主軸部２０とともに回転する。主軸部２０の回転により、偏心軸部２２が偏心運動し、偏心軸部２２の偏心運動が連結手段３６を介してピストン３０に伝えられ、ピストン３０はシリンダ３４内で往復動する。

密閉容器２外の冷凍サイクル（図示せず）より戻った冷媒は、吸入マフラ５２を経由して圧縮室４８内へ導入され、圧縮室４８内でピストン３０により圧縮され、圧縮された冷媒は、密閉容器２から冷凍サイクルへ送り出される。

特表２００５―５００４７６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、シリンダブロック２４の軸受延出部６２の上端６３と対向するシャフト１８の主軸部２０に圧縮荷重がかかった際に、極圧を受けて主軸部２０が摩耗し、信頼性が低下する可能性があるということが判明した。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、シャフトの主軸部の磨耗を低減し、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、前記シャフトの前記主軸部の外周における前記シリンダブロックの前記軸受延出部の軸受延出部上端と対向する位置に、前記主軸部の全周にわたって第１逃げ部を形成し、前記シャフトのシャフトスラスト面の表面における前記上レースの内周の鉛直上方と対向する位置に、第２逃げ部を形成したものであり、圧縮荷重がかかった際に、シャフトの主軸部が極圧を受けるのを防ぐ作用を有する。
また、これによって、上レースは、シャフトのシャフトスラスト面全体と当接し、スラストボールベアリングの挙動を安定させることができる。

本発明の密閉型圧縮機は、シャフトの主軸部に逃げ部加工を形成することにより、シャフトの主軸部が極圧を受けるのを防ぎ、シャフトの主軸部の摩耗を低減し、高信頼性の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 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ボールベアリングの要部断面図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機のシャフトの要部断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの要部拡大図

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、前記圧縮要素を、鉛直方向に延出した主軸部と偏心軸部を有するシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支することによって片持ち軸受を形成する主軸受と、円筒形の圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室の内部に往復動可能に挿設されたピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部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、かつ前記主軸部を軸支する前記主軸受と、前記主軸受のシリンダブロックスラスト面に配設され、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有するスラストボールベアリングと、前記下レースと前記シリンダブロックスラスト面との間に、鉛直方向に対する弾性力を備えた支持部材を備えた構成とし、さらに、前記シリンダブロックにおける前記主軸受の上部に、前記ホルダー部の内周部に延出した軸受延出部を設け、前記シャフトの前記主軸部の外周における前記シリンダブロックの前記軸受延出部の軸受延出部上端と対向する位置に、前記主軸部の全周にわたって第１逃げ部を形成し、前記シャフトのシャフトスラスト面の表面における前記上レースの内周の鉛直上方と対向する位置に、第２逃げ部を形成したものである。

したがって、第１逃げ部を形成することにより、圧縮荷重がかかった際に、シャフトの
主軸部がシリンダブロックの軸受延出部の上端により極圧を受けるのを防ぎ、シャフトの主軸部の摩耗を低減できるので、高信頼性の密隣型圧縮機を提供することができる。
また、これによって、上レースは、シャフトのシャフトスラスト面全体と当接し、スラストボールベアリングの挙動を安定させることができる。

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、前記第１逃げ部を、前記シャフトの主軸部における前記シリンダブロックの前記軸受延出部の前記軸受延出部上端と対向する位置に設け、前記主軸部の軸心の垂直方向に対して非対称としたものである。

これによって、第１逃げ加工における主軸部の軸心の垂直方向の深さを浅くできるので、シャフトの剛性が高められ、さらに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、前記第２逃げ部は、前記シャフトスラスト面の全周にわたって形成されたものである。

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、前記第１逃げ部と、前記第２逃げ部は、前記主軸部の軸心に対しての角αを４５°としたものである。

これによって、加工工程が簡素化するし、さらにコストを抑えた密関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１における密閉型圧縮機のスラストボールベアリングの要部断面図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のシャフトの要部断面図である。

図１から図３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が収容されている。

シャフト１１０は、回転子１０４を固定した主軸部１１１と、主軸部１１１の上部に配設されかつ主軸部１１１に対して偏心した位置に形成された偏心軸部１１２を有している。

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は、主軸受１２０の軸心に対して略直角で、かつ環状となるように形成されたシリンダブロックスラスト面１３０と、シリンダブロックスラスト面１３０よりさらに上方に延長され、主軸部１１１に対向する内面を有した軸受延出部１３８を有している。

そして、シャフト１１０を鉛直方向に支持するために、軸受延出部１３８の外側のシリンダブロックスラスト面１３０から上側に向かつて、支持部材１３７、下レース１３６、複数のボール１３４とボール１３４を保持するホルダー部１３３、上レース１３５の順に配置している。

これらの下レース１３６、複数のボール１３４とボール１３４を保持するホルダー部１３３、上レース１３５により、スラストボールベアリング１３２が構成されている。

さらに、支持部材１３７、下レース１３６、複数のボール１３４とボール１３４を保持するホルダー部１３３は、全て軸受延出部１３８の外側に半径方向隙間を確保して配置されている。

次に、シャフト１１０の詳細な構成について説明する。

シャフト１１０の主軸部１１１の表面には、多孔質結晶体からなる不溶解性のりん酸塩皮膜（図示せず）が形成されている。

また、シャフト１１０の主軸部１１１は、シリンダブロック１１４の軸受延出部１３８の軸受延出部上端１３９と対向する位置に、第１逃げ加工１４０を有し、第１逃げ加工１４０は、図２に示すように、主軸部１１１の軸心Ｘに対して垂直方向の線（面）Ｙを境に非対称に形成されている。

さらに、シャフト１１０のシャフトスラスト面１４８は、上レース１３５の内周の鉛直上方と対向する位置に、第２逃げ加工１４４が設けられている。

ここで、第１逃げ加工１４０と第２逃げ加工１４４は、エンドミル等の切削工具（図示せず）にて形成されるもので、その工具は、主軸部１１１の軸心に対して一定の挿入角αをもって各部位の切削を行う。本実施の形態１においては、その挿入角度αを４５°として加工している。

また、本実施の形態１において、密閉型圧縮機１００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、作用を説明する。

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。この動作により、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、ボールを用いない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。したがって、入力が低減して、高効率とすることができる。

次に、圧縮工程においてピストン１２６が圧縮荷重を受けると、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により、シャフト１１０は自由度があるので、偏心軸部１１２が微小に反圧縮方向に傾く。

それに伴い、シャフト１１０の主軸部１１１は、シリンダブロック１１４の主軸受１２０と接触する。その際、シャフト１１０の主軸部１１１は、シリンダブロック１１４の軸受延出部１３８の軸受延出部上端１３９と対向する位置に第１逃げ加工１４０を有しているので、機械加工仕上げの加工面に比べて硬度の低い、多孔質結晶体からなる不溶解性のりん酸塩皮膜が形成された主軸部１１１に、軸受延出部上端１３９が接触し、極圧を受けるのを防ぐことができる。その結果、主軸部１１１のりん酸塩皮膜の剥げや摩耗を低減し、高い信頼性を得ることができる。

また、第１逃げ加工１４０は、主軸部１１１の軸心の垂直方向に対して非対称で設けられているので、第１逃げ加工１４０の軸心方向長さに対して、垂直方向深さを浅くできる。その結果、シャフト１１０の剛性が高められ、さらに高い信頼性を得ることができる。

次に、シャフト１１０のシャフトスラスト面１４８は、上レース１３５の内周の鉛直上方と対向する位置に第２逃げ加工１４４を有しているので、上レース１３５は、シャフト１１０のシャフトスラスト面１４８全体で配接される。したがって、スラストボールベアリング１３２のホルダー部１３３とボール１３４が回転した際、上レース１３５はシャフトスラスト面１４８と密着し、シャフト１１０と一体となって挙動が安定する。これにより、密閉型圧縮機１００は、さらに高い信頼性が得られる。

また、第１逃げ加工１４０と、第２逃げ加工１４４は、シャフト１１０の主軸部１１１の軸心の垂直方向に対しての挿入角αを４５°で機械加工するため、同時加工が可能となる。その結果、加工工程が簡素化でき、リードタイムを短縮して、コストを抑えることができる。

また、上記構成からなる密閉型圧縮機１００を搭載した冷蔵庫等の冷凍装置は、冷凍装置として高い効率が得られるだけでなく、高い信頼性を確保することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧綴機は、シャフトの主軸部に逃げ加工を設け、シャフトの主軸部の摩耗を低減し、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等の用途にも適用できる。

１００ 密閉型圧縮機
１０１ 密閉容器
１０２ 潤滑油
１０３ 固定子
１０４ 回転子
１０５ 電動要素
１０６ 圧縮要素
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
１２８ 連結手段
１３０ シリンダブロックスラスト面
１３２ スラストボールベアリング
１３３ ホルダー部
１３４ ボール
１３５ 上レース
１３６ 下レース
１３７ 支持部材
１３８ 軸受延出部
１３９ 軸受延出部上端
１４０ 第１逃げ加工（第１逃げ部）
１４４ 第２逃げ加工（第２逃げ部）
１４８ シャフトスラスト面

Claims (4)

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、
   前記圧縮要素を、鉛直方向に延出した主軸部と偏心軸部を有するシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支することによって片持ち軸受を形成する主軸受と、円筒形の圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室の内部に往復動可能に挿設されたピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部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、かつ前記主軸部を軸支する前記主軸受と、前記主軸受のシリンダブロックスラスト面に配設され、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有するスラストボールベアリングと、前記下レースと前記シリンダブロックスラスト面との間に、鉛直方向に対する弾性力を備えた支持部材を備えた構成とし、
   さらに、前記シリンダブロックにおける前記主軸受の上部に、前記ホルダー部の内周部に延出した軸受延出部を設け、
   前記シャフトの前記主軸部の外周における前記シリンダブロックの前記軸受延出部の軸受延出部上端と対向する位置に、前記主軸部の全周にわたって第１逃げ部を形成し、
   前記シャフトのシャフトスラスト面の表面における前記上レースの内周の鉛直上方と対向する位置に、第２逃げ部を形成した密閉型圧縮機。
2. 前記第１逃げ部を、前記シャフトの主軸部における前記シリンダブロックの前記軸受延出部の前記軸受延出部上端と対向する位置に設け、前記主軸部の軸心の垂直方向に対して非対称とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記第２逃げ部は、前記シャフトスラスト面の全周にわたって形成された請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記第１逃げ部と、前記第２逃げ部は、前記主軸部の軸心に対しての角αを４５°とした請求項３に記載の密閉型圧縮機。
   

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