JP2007291996A - 密閉型回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受が最も大きな負荷を受ける部分に新鮮な潤滑油を確実に供給することができるので、信頼性の高めることが可能となる。
【解決手段】回転駆動部２０と圧縮機構部３０を主軸受３２と副軸受３３とによって軸支持される回転軸５０を介して連結し、転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８を設けた密閉型回転式圧縮機１０において、回転軸５０にその一端面から軸芯に沿って設けられ、密閉ケース１１内底部の潤滑油を導入する給油孔５５と、一端が給油孔５５に開口するとともに他端が回転軸５０の外周面に開口し、転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８に潤滑油を供給する油供給孔５７ａ〜５７ｄを設け、油供給孔５７ａ〜５７ｄは、転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８が大きな負荷を受けるときに、負荷を受ける方向に向かって開口するように形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置に関し、特に回転軸との回転摺動部に設けられた転がり軸受への効果的な潤滑油の供給を行うことで信頼性を向上できるものに関する。

従来、主軸受と回転軸の主軸部との間、副軸受と回転軸の副軸部との間及び上記圧縮機構部のシリンダ室内を偏心回転するローラと回転軸のクランク軸部との間等の回転摺動部に転がり軸受を設けた密閉型回転式圧縮機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。圧縮機の回転摺動部に転がり軸受を設けることにより、摺動抵抗を減少し、成績係数を向上することが可能である。
特開平５−２５６２８３号公報 特開２００１−３２３８８６号公報

上述した密閉型回転式圧縮機では、次のような問題があった。すなわち、回転摺動部の信頼性を向上するためには、転がり軸受であっても十分な潤滑が必要であるが、転がり軸受部への潤滑油の供給については十分ではなかった。

そこで本発明は、回転摺動部に転がり軸受を設けた場合であっても、転がり軸受分への効果的な潤滑油の供給を行い、信頼性を向上できる密閉型回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の密閉型回転式圧縮機及び冷凍サイクル装置は次のように構成されている。

（１）底部に潤滑油を貯留した密閉ケース内に電動機部と、シリンダ室を形成するシリンダとシリンダ室内を偏心回転するローラとローラの回転に伴って往復動するペーンとを有する圧縮機構部とを収納するとともに、上記電動機部と圧縮機構部を主軸受と副軸受とによって軸支持される回転軸を介して連結し、上記主軸受と回転軸の主軸部との間、上記副軸受と回転軸の副軸部との間及び上記ローラと回転軸のクランク軸部との間の少なくとも１ケ所に転がり軸受を設けた密閉型回転式圧縮機において、上記回転軸にその一端面から軸芯に沿って設けられ、密閉ケース内底部の潤滑油を導入する給油孔と、一端が上記給油孔に開口するとともに他端が回転軸の外周面に開口し、上記転がり軸受に潤滑油を供給する油供給孔を設け、上記油供給孔は、上記転がり軸受が大きな負荷を受けるときに、負荷を受ける方向に向かって開口するように形成されていることを特徴とする。

（２）上記密閉型回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、回転摺動部に転がり軸受を設けた場合であっても、転がり軸受分への効果的な潤滑油の供給を行い、信頼性を向上できる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る冷凍サイクル装置１及び冷凍サイクル装置１に組み込まれた密閉型回転式圧縮機１０を示す縦断面図、図２〜図５は密閉型回転式圧縮機に組み込まれた転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔の位置関係を示す断面図、図６〜９は密閉型回転式圧縮機に組み込まれた転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔の位置関係を示す断面図である。

冷凍サイクル装置１は、冷媒を凝縮する凝縮器２と、この凝縮器２に接続された膨張装置３と、この膨張装置３に接続され、冷媒を気化する蒸発器４と、この蒸発器４の出口側に接続された密閉型回転式圧縮機１０とを備えている。

密閉型回転式圧縮機１０は、シングルタイプのローリングピストン形圧縮機であり、密閉ケース１１を有している。密閉ケース１１内には、上部側に設けられた回転駆動部２０と、下部側に設けられた圧縮機構部３０とが収容されており、回転駆動部２０と圧縮機構部３０とは、回転軸５０を介して連結されている。密閉型回転式圧縮機１０は、回転軸５０が鉛直方向に沿って設けらている縦置型のものである。

回転駆動部２０は、例えばブラシレスＤＣモータが用いられていて、密閉ケース１１の内面に固定されるステータ２１と、このステータ２１の内側に所定の間隙を存して配置され、回転軸５０に嵌着されるロータ２２とを備えている。回転駆動部２０は、外部の電源供給部（不図示）に接続され、電力の供給を受けている。

圧縮機構部３０は、シリンダ３１と、このシリンダ３１を挟持する主軸受３２及び副軸受３３とを備え、主軸受３２側に設けられたバルブカバー３４とともにボルト３５にてネジ止めされている。主軸受３２には吐出弁３６が設けられている。

主軸受３２及び副軸受３３は、それぞれ転がり軸受３２ａ，３３ａにより回転軸５０を支持している。

主軸受３２には、筒状の延長部３７が設けられ、延長部３７と回転軸５０との間に転がり軸受３８が設けられている。シリンダ３１には、シリンダ室４０と、このシリンダ室４０に連通するベーン溝４１（図２参照）が設けられている。ベーン溝４１には、ベーン４２がシリンダ室４０に対して突没自在に収容されるとともにコイルバネ４３により、シリンダ室４０側に付勢されている。シリンダ３１内には、後述する偏心ローラ５４が偏心配置されており、この偏心ローラ５４の外周面にベーン４２の先端部を当接させることにより吸込室Ｖ側と圧縮室Ｃ側とに区画されている。

回転軸５０は、円柱状の軸本体５１と、この軸本体５１のシリンダ室４０に対応する位置に設けられたクランク軸部５２と、このクランク軸部５２の外周には転がり軸受５３を介して偏心ローラ５４が嵌合される。

回転軸５０の中心部には転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８，５３やシール部等へ潤滑油を供給するための給油孔５５が設けられており、給油孔５５内には、潤滑油を吸い上げるための羽根ポンプ５６が挿入されている。給油孔５５から外周面にかけて油供給孔５７ａ〜５７ｄが設けられている。油供給孔５７ａ〜５７ｄは、その一端が給油孔５５に開口するとともに他端が回転軸５０の外周面に開口している。したがって、回転軸５０の回転に伴って給油孔５５内に吸い上げられた潤滑油は、油供給孔５７ａ〜５７ｄにより各転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８，５３に給油される。

このように構成された冷凍サイクル装置１では、次のように運転される。すなわち、回転駆動部２０に電力が供給され、回転軸５０が回転駆動され、圧縮機構部３０が駆動される。

圧縮機構部３０では、偏心ローラ５４がシリンダ室４０内で偏心回転を行う。ベーン４２がコイルバネ４３によって常に弾性的に押圧付勢されるところから、ベーン４２の先端縁が偏心ローラ５４周壁に摺接してシリンダ室４０内を吸込室Ｖと圧縮室Ｃに二分する。偏心ローラ５４のシリンダ室４０内周面転接位置とベーン溝４１が一致し、ベーン４２が最も後退した状態で、このシリンダ室４０の空間容量が最大となる。冷媒ガスはシリンダ室４０に吸込まれ、充満する。

偏心ローラ５４の偏心回転にともなって、偏心ローラ５４のシリンダ室４０内周面に対する転接位置が移動し、シリンダ室４０の区画された圧縮室Ｃの容積が減少する。すなわち、先にシリンダ室４０に導かれた冷媒ガスが徐々に圧縮される。回転軸５０が継続して回転され、シリンダ室４０における圧縮室Ｃの容量がさらに減少して冷媒ガスが圧縮され、所定圧まで上昇したところで吐出弁３６が開放する。高圧ガスはバルブカバー３４を介して密閉ケース１１内に吐出され充満する。そして、密閉ケース１１から吐出される。

密閉ケース１１から吐出された高圧ガスは、凝縮器２に導かれて凝縮液化し、膨張装置３で断熱膨張し、蒸発器４で熱交換空気から蒸発潜熱を奪って冷房作用をなす。そして、蒸発したあとの冷媒はシリンダ室４０に吸込まれて上述の経路を循環する。

図２〜図５は密閉型回転式圧縮機１０に組み込まれた転がり軸受５３における圧縮負荷と油供給孔５７ｃとの位置関係を示す断面図である。

圧縮機の運転条件等によって多少異なるものの、密閉型回転式圧縮機では一般的に、クランク軸部５２の偏心方向が、ベーン４２側にあるときを基準位置（０°）として、約１８０°回転したときに圧縮室Ｃの圧力が吐出圧力に達する。

転がり軸受５３には、圧縮室Ｃの圧力と吸込室Ｖの圧力と圧力差による負荷が加わる。すなわち、上記圧力差により、偏心ローラ５４が圧縮室Ｃ側から吸込室Ｖ側に押され、その力が転がり軸受５３に作用する。

上記差圧による力Ｆは、
Ｆ＝Ｐｃ・Ａａ−Ｐｓ・Ａｂ …（１）
で表される。但し、Ｐｃ：圧縮室Ｃの圧力、Ａｃ：圧縮室Ｃに面する偏心ローラ５４の表面積、Ｐｓ：吸込室Ｖの圧力、Ａｓ：吸込室Ｖ面する偏心ローラ５４の表面積を示している。

上記差圧が最大となるのは、圧縮室Ｃの圧力が吐出圧力にあるときであり、また、圧縮室Ｃの圧力が吐出圧力にあるときに、圧縮室Ｃに面する偏心ローラ５４の表面積が一番大きいのは、クランク軸部５２の偏心方向が、基準位置から約１８０°回転したときである。したがって、転がり軸受５３が最も大きな負荷を受けるのは、クランク軸部５２の偏心方向が基準位置から１８０°の位置あるとき（図４）であり、また、その位置は、図４中二点鎖線Ｑで示すように圧縮室Ｃ側に面する部分、すなわち、クランク軸部５２の偏心方向が基準位置から１８０°回転したときに、約２１０°〜３３０°の範囲である。

したがって、図２に示す位置に油供給孔５７ｃを形成することにより、適正なタイミングで、適正な位置に潤滑油を供給することができる。

なお、油供給孔５７ｃの出口は、転がり軸受５３の上部に開口している。したがって、重力により、より確実に転がり軸受５３の最も大きな負荷を受ける部分に新鮮な潤滑油を供給することができる。

図６〜９は密閉型回転式圧縮機１０に組み込まれた転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８における圧縮負荷と油供給孔５７ａ，５７ｂ，５７ｄとの位置関係を示す断面図である。

転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８にも、上述した転がり軸５３と同様に圧縮室Ｃの圧力と吸込室Ｖの圧力と圧力差による負荷が加わる。すなわち、上記圧力差により、回転軸５０が転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８に強く押し付けられる。転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８が最も大きな負荷を受けるタイミングは転がり軸受５３と同じであるが、位置は転がり軸受５３の場合と１８０°ずれた位置、すなわち、クランク軸部５２の偏心方向が基準位置から１８０°回転したときに、約３０°〜１５０°の範囲である。

したがって、図６に示す位置に油供給孔５７ａ，５７ｂ，５７ｄを形成することにより、適正なタイミングで、適正な位置に潤滑油を供給することができる。

なお、油供給孔５７ａ，５７ｂ，５７ｄの出口は、転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８の上部に開口している。したがって、重力により、より確実に転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８の最も大きな負荷を受ける部分に新鮮な潤滑油を供給することができる。

このように構成された密閉型回転式圧縮機１０によれば、転がり軸受が最も大きな負荷を受ける部分に新鮮な潤滑油を確実に供給することができるので、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

図１０は、本発明の第２の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機６０を示す縦断面図である。図１０において図１と同一機能部分には同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

密閉型回転式圧縮機６０では、回転軸５０のシャフト中心の給油孔５５の入口に面し、副軸受３３の開口部に、フィルタ６１が設けられている。また、密閉ケース１１の底面であって、副軸受３３の開口部に面して、永久磁石６２が取り付けられている。

このように構成された密閉型回転式圧縮機６０によれば、フィルタ６１及び永久磁石６２が設けられていることにより、回転軸５０の給油孔５５に磨耗粉等鉄系等の異物が混入した潤滑油を吸い上げることを防止でき、より清浄な潤滑油を各転がり軸受３２ａ，３３ａ，３８，５３に供給することができる。

したがって、本第２の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機６０によれば、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

図１１は本発明の第３の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機１００を示す縦断面図、図１２〜図１５は密閉型回転式圧縮機１００に組み込まれた転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９，１６４，１６６における圧縮負荷と油供給孔１７１ａ〜１７１ｈの位置関係を示す断面図である。

密閉型回転式圧縮機１００は、ツインタイプのローリングピストン形圧縮機であり、密閉ケース１０１を有している。密閉ケース１０１内には、上部側に設けられた回転駆動部１２０と、下部側に設けられた圧縮機構部１３０とが収容されており、回転駆動部１２０と圧縮機構部１３０とは、回転軸１６０を介して連結されている。

回転駆動部１２０は、例えばブラシレスＤＣモータが用いられていて、密閉ケース１０１の内面に固定されるステータ１２１と、このステータ１２１の内側に所定の間隙を存して配置され、回転軸１６０に嵌着されるロータ１２２とを備えている。回転駆動部１２０は、外部の電源供給部（不図示）に接続され、電力の供給を受けている。

圧縮機構部１３０は、第１シリンダ１３１及び第２シリンダ１３２と、これら第１シリンダ１３１及び第２シリンダ１３２に挟持された中間仕切板１３９とを備えている。冷媒は中間仕切板１３９に形成した吸込み通路１３９ａから第１シリンダ１３１及び第２シリンダ１３２に吸込まれるようになっている。

さらに、第１シリンダ１３１及び第２シリンダ１３２は、主軸受１３３及び副軸受１３４により挟持され、主軸受１３３側に設けられたバルブカバー１３５とともにボルト１３６にてネジ止めされている。

主軸受１３３及び副軸受１３４は、それぞれ転がり軸受１３３ａ，１３４ａにより回転軸１６０を支持している。主軸受１３３には吐出弁１３３ｂ、副軸受１３４には吐出弁１３４ｂが設けられている。

主軸受１３３には、筒状の延長部１３８が設けられ、延長部１３８と回転軸１６０との間に転がり軸受１３９が設けられている。第１シリンダ１３１には、第１シリンダ室１４０と、この第１シリンダ室１４０に連通するベーン溝１４１（図１２参照）が設けられている。ベーン溝１４１には、ベーン（不図示）が第１シリンダ室１４１に対して突没自在に収容されるとともにコイルバネ（不図示）により、第１シリンダ室１４１側に付勢されている。シリンダ３１内には、後述する偏心ローラ１６５が偏心配置されており、この偏心ローラ１６５の外周面にベーンの先端部を当接させることにより吸込室Ｖと圧縮室Ｃとに区画されている。

第２シリンダ１３２には、第２シリンダ室１５０と、この第２シリンダ室１５０に連通するベーン溝１５１（図１２参照）が設けられている。ベーン溝１５１には、ベーン（不図示）が第２シリンダ室１５０に対して突没自在に収容されるとともにコイルバネ（不図示）により、第２シリンダ室１５０側に付勢されている。第２シリンダ１３２内には、後述する偏心ローラ１６７が偏心配置されており、この偏心ローラ１６７の外周面にベーンの先端部を当接させることにより吸込室Ｖと圧縮室Ｃとに区画されている。

回転軸１６０は、円柱状の軸本体１６１を備え、この軸本体１６１の第１シリンダ室１４１に対応する位置には第１クランク軸部１６２、第２シリンダ室１５１に対応する位置には第２クランク軸部１６３とが設けられている。第１クランク軸部１６２と第２クランク軸部１６３の偏心方向は、互いに１８０°異なっている。

第１クランク軸部１６２の外周には転がり軸受１６４を介して偏心ローラ１６５が一体に形成され、第２クランク軸部１６３の外周には転がり軸受１６６を介して偏心ローラ１６７が一体に形成されている。

なお、本実施例では、偏心ローラ１６５と転がり軸受１６４の外輪及び偏心ローラ１６７と転がり軸受１６６の外輪とを一体形成して、部品点数、組立工数の削減、圧縮機の小型化を図っているが、密閉型回転式圧縮機１０と同様に、それぞれ別体に形成しても構わない。

回転軸１６０の中心部には転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９，１６４，１６６やシール部等へ潤滑油を供給するための給油孔１７０が設けられており、給油孔１７０内には、潤滑油を吸い上げるための羽根ポンプ（不図示）が挿入されている。給油孔１７０から外周面にかけて油供給孔１７１ａ〜１７１ｈが設けられている。油供給孔１７１ａ〜１７１ｈは、その一端が給油孔１７０に開口するとともに他端が回転軸１６０の外周面に開口している。したがって、回転軸１６０の回転に伴って給油孔１７０内に吸い上げられた潤滑油は、油供給孔１７１ａ〜１７１ｈにより各転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９，１６４，１６６に給油される。

本第３の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機１００においても、上述した密閉型回転式圧縮機１０と同様に回転駆動され、冷凍サイクル装置１が機能する。

次に、油供給孔１７１ａ〜１７１ｈの設けられている位置について説明する。密閉型回転式圧縮機１００においても、油供給孔１７１ａ〜１７１ｈの出口を、転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９，１６４，１６６が最も大きな負荷を受ける部分の近傍に設けることが好ましい。特に、ツインタイプにおいては、圧縮機が２つあるため、回転軸１６０は１回転中に２回負荷のピークを受ける。

転がり軸受１６４に潤滑油を供給する油供給孔１７１ｅの位置、及び、転がり軸受１６６に潤滑油を供給する油供給孔１７１ｆの位置は、図２〜図５で示したものと同様の原理で決定される。そして、第１クランク軸部１６２と第２のクランク軸部１６３の偏心方向が互いに１８０°異なっていることから、油供給孔１７１ｅと油供給孔１７１ｆの位置も１８０°異なっている。

一方、第１クランク軸部１６２と第２クランク軸部１６３の偏心方向が互いに１８０°異なっていることから、転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９は、負荷が大きくなるタイミングが２回生じる。すなわち、第１のクランク軸部１６２と第２のクランク軸部１６３それぞれの偏心方向がべーン方向にあるときを基準として、１８０°回転したときに、約３０°〜１５０°の範囲である。

したがって、回転軸１６０には、各転がり軸受１３３ａ，１３４ａ，１３９に対応して、それぞれ２つずつ油供給孔１７１ａ，１７１ｂ、１７１ｃ，１７１ｄ、１７１ｇ，１７１ｈが設けられている。油供給孔１７１ａ、１７１ｃ、１７１ｇは、図６〜図９と同様の位置に設けられ、油供給孔１７１ｂ、１７１ｄ、１７１ｈは、それぞれ油供給孔１７１ａ、１７１ｃ、１７１ｇから１８０°ずれた位置となる。

このように構成された密閉型回転式圧縮機１００によれば、転がり軸受が最も大きな負荷を受ける部分に新鮮な潤滑油を確実に供給することができるので、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機を示す縦断面図。 同密閉型回転式圧縮機に組み込まれた転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同密閉型回転式圧縮機に組み込まれた転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 本発明の第２の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機を示す縦断面図。 本発明の第３の実施の形態に係る密閉型回転式圧縮機を示す縦断面図。 同密閉型回転式圧縮機に組み込まれた転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。 同転がり軸受における圧縮負荷と油供給孔との位置関係を示す断面図。

符号の説明

１０，６０，１００…密閉型回転式圧縮機、２０，１２０…回転駆動部、３０，１３０…圧縮機構部、３２，１３３…主軸受、３３，１３４…副軸受、５０，１６０…回転軸、３２ａ，３３ａ，３８，１３３ａ，１３４ａ，１３９，１６４，１６６…転がり軸受、５５，１６１…給油孔，５７ａ〜５７ｄ，１７１ａ〜１７１ｈ…油供給孔。

Claims (5)

1. 底部に潤滑油を貯留した密閉ケース内に電動機部と、シリンダ室を形成するシリンダとシリンダ室内を偏心回転するローラとローラの回転に伴って往復動するペーンとを有する圧縮機構部とを収納するとともに、上記電動機部と圧縮機構部を主軸受と副軸受とによって軸支持される回転軸を介して連結し、上記主軸受と上記回転軸との間、上記副軸受と上記回転軸との間及び上記ローラと回転軸のクランク軸部との間の少なくとも１ケ所に転がり軸受を設けた密閉型回転式圧縮機において、
   上記回転軸にその一端面から軸芯に沿って設けられ、密閉ケース内底部の潤滑油を導入する給油孔と、
   一端が上記給油孔に開口するとともに他端が回転軸の外周面に開口し、上記転がり軸受に潤滑油を供給する油供給孔を設け、
   上記油供給孔は、上記転がり軸受が大きな負荷を受けるときに、負荷を受ける方向に向かって開口するように形成されていることを特徴とする密閉型回転式圧縮機。
2. 上記密閉型回転式圧縮機は、上記回転軸を鉛直方向に設けた縦置き型であり、上記油供給孔は、上記転がり軸受の上方に開口していることを特徴とする請求項１記載の密閉型回転式圧縮機。
3. 上記ローラと上記回転軸のクランク軸部との間に転がり軸受を設けるとともに、上記油供給孔は、上記クランク軸部の偏心方向が上記べーン方向にあるときを基準として、１８０°回転したときに、２１０°〜３３０°の方向に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の密閉型回転式圧縮機。
4. 上記主軸受と上記回転軸との間及び上記副軸受と上記回転軸との間の少なくとも１ヶ所に転がり軸受を設けるとともに、
   上記油供給孔は、上記クランク軸部の偏心方向が上記べーン方向にあるときを基準として、１８０°回転したときに、３０°〜１５０°の方向に向かって開口していることを特徴とする請求項１記載の密閉型回転式圧縮機。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型回転式圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えたことを特徴とする冷凍サイクル装置。

Images