JP2009085125A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動損失が小さく高効率でかつ高信頼性の密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】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、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、圧縮要素は、回転子が固定されるとともに、一端が潤滑油中に連通し圧縮要素に潤滑油を供給する給油機構を備えたクランクシャフトと、クランクシャフトの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１０５と、圧縮室内を往復動するピストンとを備え、クランクシャフトや回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部に、非摺動部となるスラスト非摺動面１５２を偏在させたもので、摺動面の面積が減るため、摺動損失を低減ができる。また、潤滑油がスラスト非摺動面１５２から、スラスト摺動面１５１に供給されやすくなり、摩耗が低減し、高効率で信頼性の高い密閉型圧縮機を提供できる。
【選択図】図２

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。また、高効率とともに、信頼性が高く、生産性の良い密閉型圧縮機の要望も大きい。

従来の密閉型圧縮機としては、スラスト摺動部の潤滑特性の向上を目的としたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下図面を参照しながら従来の密閉型圧縮機について説明する。

図１８は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図であり図１９は、従来の密閉型圧縮機のスラスト摺動部の要部断面図である。

密閉型圧縮機１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。シリンダブロック５の軸受部８にてクランクシャフト７を軸支し、上端のフランジ９から突出した偏芯軸１０には、コネクティングロッド１１の大端部１１ａが連結され、小端部１１ｂには、ピストンピン１２を介して圧縮室１３内で摺動するピストン１４が連結されている。

フランジ９の下端面は、シャフトスラスト面１５となっている。また、軸受部８の上端面は、軸受部スラスト面１６となっており、シャフトスラスト面１５と軸受部スラスト面１６とでスラスト摺動部１７を構成している。

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、クランクシャフト７より小径の給油コーン１９が潤滑油２０中に開口している。

クランクシャフト７の内部にはシャフト内給油通路２３が設けられ、また偏芯軸１０の内部には偏芯通路１８が設けられており、給油コーン１９、シャフト内給油通路２３、偏芯通路１８等で、給油機構２４が構成されている。

クランクシャフト７のフランジ９に設けられた給油経路２５は、フランジ９の上端面からシャフトスラスト面１５に連通しており、軸受部スラスト面１６の内周側には、テーパー部２１が設けられている。

また、電動要素３は、回転子２６と固定子２７で構成している。

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と回転子２６が固着されているクランクシャフト７が回転する。クランクシャフト７の偏芯軸１０の回転は、コネクティングロッド１１により往復運動に変換され、小端部１１ｂとピストンピン１２を介してピストン１４がシリンダブロック５の圧縮室１３内を往復運動し、圧縮室１３の容積が拡大、縮小されることにより冷媒ガスの吸入、圧縮が行われる。

クランクシャフト７や電動要素３の回転子２６等の自重や、ピストン１４が受ける圧力により、コネクティングロッド１１と偏芯軸１０を介してスラスト摺動部１７に作用する荷重を支えている。

次に、スラスト摺動部１７などの各摺動部への潤滑油の供給について説明する。

クランクシャフト７に設けられた給油コーン１９から吸い上げられた潤滑油２０は、シャフト内給油通路２３等の給油機構２４を介して、軸受部スラスト面１６の内部に設けられたテーパー部２１に貯えられる。

テーパー部２１に貯えられた潤滑油２０の一部は、偏芯軸１０の上部及び側面に設けられた孔（図示せず）から密閉容器２内に排出され、コネクティングロッド１１やピストン１４などに飛散して供給され、残りの潤滑油２０はスラスト摺動部１７に供給される。

また、クランクシャフト７のフランジ９に飛散して降りかかった潤滑油２０は、給油経路２５を通ってスラスト摺動部１７に到達する。

以上のように、クランクシャフト７の回転にともなって、潤滑油２０がスラスト摺動部１７に供給される。
特開２００１−２９５７６６号公報

しかしながら、上記従来のような構成は、シャフトスラスト面１５と軸受部スラスト面１６の摺動で発生する損失を低減するために、シャフトスラスト面１５や、軸受部スラスト面１６の遠心方向の幅を狭くし摺動面積を低減しようとすると面圧が上がってスラスト面の摩耗が増大し、特に圧縮室１３内の圧力が高い上死点近傍において、反圧縮室１３側のスラスト摺動部１７に多大な面圧が作用するため、反圧縮室１３側のシャフトスラスト面１５や軸受部スラスト面１６の摩耗が多くなるといった課題を有しており、摺動損失を低減しながら、かつ信頼性を確保することが困難であるという課題を有している。

本発明は、上記課題を解決するもので、スラスト摺動部で発生する損失を低減するとともに、圧縮荷重やクランクシャフト等の荷重により増大する摩耗を抑制し、摺動損失を低減することで高効率化を図るとともに、スラスト摺動部１７の摩耗を低減することで信頼性も十分に確保できる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、本発明の圧縮機は、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、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、圧縮要素は、回転子が固定されるとともに、一端が潤滑油中に連通し圧縮要素に潤滑油を供給する給油機構を備えたクランクシャフトと、クランクシャフトの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、圧縮室内を往復動するピストンとを備え、クランクシャフトや回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部に、非摺動部となるスラスト非摺動面を偏在させたものであり、スラスト摺動面の総面積が減少し、摺動損失を低減することができるとともに、潤滑油がスラスト非摺動面からスラスト摺動面に供給されやすくなり、さらにスラスト摺動面に作用する荷重を適切に分配することができるので、スラスト摺動面における摺動損失の低減効果と摩耗の低減効果の両低減効果を備えるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、スラスト摺動部において、スラスト荷重を適切に分配できるよう偏在させるとともに摺動面積を減少させることができるため、摺動損失の減少による高効率化と摩耗低減による信頼性の向上の両立が可能な密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項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るとともに、一端が前記潤滑油中に連通し前記圧縮要素に前記潤滑油を供給する給油機構を備えたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの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を備え、前記クランクシャフトや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に、非摺動部となるスラスト非摺動面を偏在させたもので、スラスト摺動面が受ける荷重を適切に分配できるよう偏在させるとともに摺動面積を減少させることができるので、スラスト摺動部における摺動損失の低減効果と摩耗の低減効果の両立を図ることができ、摺動損失の減少による高効率化と摩耗低減による信頼性の向上の両立が可能な密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、スラスト摺動部は、摺動部であるスラスト摺動面とスラスト非摺動面とを円周方向に交互に配置したもので、スラスト摺動部の半径方向の摺動部幅を狭くして摺動面積を低減した場合、円周方向の摺動としては線接触に近づいて摩耗が加速されて信頼性が低下するが、円周方向にスラスト摺動面とスラスト非摺動面を交互に配置してスラスト摺動部の摺動面積を低減することで、円周方向の摺動としては線接触に近づくことなく面接触を保つことができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性を確保しながら、摺動損失の低減による高効率化を図ることができる。

本発明の請求項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、ピストンが上死点近傍にあるときに、スラスト摺動部において、主軸部の軸中心に対して反圧縮室側よりも圧縮室側により多くのスラスト非摺動面を設けたもので、ピストンが上死点近傍にある場合、圧縮負荷によりクランクシャフトが軸受とのクリアランス内で傾くとともに、クランクシャフトが撓むために、スラスト摺動部において、圧縮側と比べて反圧縮室側の摺動面により大きな荷重が作用するが、反圧縮側において非摺動面は少なく摺動面が多くなるように摺動面が偏在しているので、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに、大きな荷重が作用する反圧縮室側（負荷側）の面圧が軽減されて摩耗が減り、信頼性を確保するとともに摺動損失を低減し、高効率で且つ高い信頼性を確保することができる。

本発明の請求項４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、スラスト非摺動面は、クランクシャフトに備えた給油機構と連通したもので、給油機構からスラスト非摺動面へ潤滑油が潤沢に供給され、ひいてはスラスト摺動部への潤滑油の供給が安定して行われるので、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、スラスト摺動部の潤滑状態を良好に維持することができ、高い信頼性を確保することができる。

本発明の請求項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、スラスト摺動面とスラスト非摺動面との段差が１０μｍから０．２ｍｍの範囲であるもので、スラスト非摺動面に供給され排出された潤滑油の一部がスラスト摺動面を確実に供給されて潤滑することができ、さらに残りの潤滑油は、クランクシャフトの偏芯部を通ってコネクティングロッドや偏芯部の上端から密閉容器内面、シリンダブロック、ピストン等に供給されるので、各摺動部に適切に潤滑油を分配し供給することができるため、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、スラスト摺動部のみならず各摺動部の潤滑状態を良好に維持することができ、高い信頼性を確保することができる。

さらに、段差が１０μから０．１ｍｍの範囲では、プレス加工により段差を設けることが可能であり、段差が０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲では、鋳抜きにより段差を形成することが可能であるので、非常に簡便な方法で非摺動面の形成を行うことが可能であり、高い生産性が得られる。

本発明の請求項６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、給油機構から潤滑油が供給される潤滑油溜め部をシリンダブロックに形成するとともに、スラスト摺動部の少なくとも一部が前記潤滑油溜め部で囲われているもので、潤滑油溜め部に潤滑油が溜められるため、潤滑油溜め部で囲われたスラスト摺動部の少なくとも一部が常に潤滑油に浸漬されているので、スラスト摺動部での潤滑油の枯渇が発生することを防止することができるとともに、スラスト摺動部が潤滑油で冷却され局所的な温度上昇も発生しにくくなり、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、スラスト摺動部の潤滑状態を良好に維持することができ、低粘度の潤滑油を使用しても十分高い信頼性を確保することができる。

本発明の請求項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、固定子に対して回転子の軸心方向の位置をずらし、前記回転子に生じる磁気吸引力でクランクシャフトや前記回転子の重力方向の荷重の少なくとも一部を支持するもので、回転子と固定子との間で磁気吸引力が作用し、クランクシャフトに固着された回転子に鉛直上方に引き上げる力が作用するため、スラスト摺動部に作用する荷重が軽減され、スラスト摺動部に作用する面圧が減少するため、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、信頼性を確保するとともに摺動損失を低減し、高効率で且つ高い信頼性を確保することができる。

本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明において、スラスト摺動部の縁部に、Ｃ面取り、Ｒ面取り、または傾斜したクラウニングを形成したもので、Ｃ面取り、Ｒ面取り、または傾斜したクラウニングにより、スラスト非摺動面からスラスト摺動面へ潤滑油をスムーズで確実に供給することができ、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、スラスト摺動面の潤滑状態が安定し、信頼性を確保するとともに摺動損失を低減することができる。

本発明の請求項９に記載の発明は、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明において、スラスト摺動面に、潤滑油を貯留する保油部を凹設したもので、圧縮機の起動初期などで、潤滑油がスラスト摺動面に到達する迄の間も、凹部に保持された潤滑油によりスラスト摺動面の潤滑が確保され、請求項１から８のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、起動初期等の過酷な状態においても摩耗発生が低減され、信頼性を確保することができる。

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。また、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、同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図、図４は、図３のＡ−Ａ線における断面図、図５は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図、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である。

また図７は、同実施の形態における圧縮機入力の特性図、図８は、同実施の形態における圧縮機入力および最大摩耗量の特性図、図９は、同実施の形態の密閉型圧縮機における給油量の特性図である。

図１から図６において、密閉型圧縮機は、密閉容器１０２内に電動要素１０３と圧縮要素１０４をシリンダブロック１０５にて一体化したコンプレッサユニット１０６とを収納している。

シリンダブロック１０５の軸受部１０８にてクランクシャフト１０７を軸支し、上端のフランジ１０９から突出した偏芯軸１１０には、コネクティングロッド１１１の大端部１１１ａが連結され、小端部１１１ｂには、ピストンピン１１２を介して圧縮室１１３内で摺動するピストン１１４が連結されている。

フランジ１０９の下端面は、シャフトスラスト面１１５となっている。また、軸受部１０８の上端面は、軸受部スラスト面１１６となっており、シャフトスラスト面１１５と軸受部スラスト面１１６とでスラスト摺動部１１７を構成している。

密閉容器１０２の底部には、潤滑油１２０が貯留されており、クランクシャフト１０７の下端に設けられた、クランクシャフト１０７より小径の給油コーン１１９が潤滑油１２０中に開口している。

クランクシャフト１０７の内部にはシャフト内給油通路１２３が設けられ、また偏芯軸１１０の内部には偏芯通路１１８が設けられており、給油コーン１１９、シャフト内給油通路１２３、偏芯通路１１８等で、給油機構１２４が構成されている。また、軸受部スラスト面１１６の内周側には、テーパー部１２１が設けられている。

回転子１２６は、クランクシャフト７の主軸部１４０に圧入や焼嵌めなどの方法によって固着されている。固定子１２７は、巻線１４１に通電されることによって回転磁界を発生し、回転子１２６を回転させる。

クランクシャフト１０７と回転子１２６等の重量は、シャフトスラスト面１１５と軸受部スラスト面１１６からなるスラスト摺動部１１７で受けている。

スラスト摺動部１１７は、円周方向に交互に配置したスラスト摺動面１５１とスラスト非摺動面１５２とから形成されている。本実施の形態では、スラスト非摺動面１５２は、軸受部スラスト面１１６側に形成されている。スラスト非摺動面１５２は主軸部１４０の軸中心に対し、圧縮室１１３側が多くなるように形成している。また、スラスト非摺動面１５２は、クランクシャフト１０７に備えた給油機構１２４と螺旋溝１５５の上端部１５６で連通している。

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。

固定子１２７の巻線１４１に通電がなされると、回転磁界の発生によって回転子１２６、クランクシャフト１０７が回転する。クランクシャフト１０７の回転により、偏芯軸１１０の偏芯運動は、コネクティングロッド１１１を介して直線運動に変換され、ピストン１１４が圧縮室１１３内で冷媒ガスの吸入、圧縮を行う。

クランクシャフト１０７は、スラスト摺動部１１７でクランクシャフト１０７と回転子１２６等の重量を受ける。

また、ピストン１１４が上死点へ向かう圧縮時は、特に上死点近傍で、ピストン１１４が冷媒ガスの大きな圧力を受けるが、この圧力は、最終的に、クランクシャフト１０７の主軸部１４０が、軸受部１０８の接触部との間で受けるとともに、スラスト摺動部１１７が受けることになる。

スラスト摺動部１１７が受ける荷重は、クランクシャフト１０７の主軸部１４０が軸受部１０８とのクリアランス内で偏芯軸１１０側が反圧縮室１１３側に傾くことから、主軸部１４０の軸中心に対し、反圧縮室１１３側の方により大きな荷重が作用することになる。

スラスト摺動部１１７は、クランクシャフト１０７や回転子１２６の重量を支持することによる荷重とピストン１１４が受ける冷媒ガスの圧力による荷重を受けており、スラスト摺動部１１７で摺動損失が発生する。

この摺動損失を小さくするためには、スラスト摺動部１１７の面積を少なくすれば良いが、スラスト摺動部１１７の半径方向の幅を小さくすることで面積を減少すると、スラスト摺動部１１７は線接触に近づく。

このとき、冷媒ガスの圧力によりかかる荷重は、非常に細い幅のスラスト摺動部１１７が受けることになり、面圧が非常に高くなってしまう。また、スラスト摺動部１１７の幅が細くなることによって、油膜も形成されにくくなり、部分的な油膜切れを起すことで、より線接触状態に近くなってしまう。

しかし、本実施の形態の構成のスラスト摺動部１１７は、円周方向にスラスト摺動面１５１とスラスト非摺動面１５２を交互に形成しているので、半径方向の幅は広くすることができ、線接触状態とはならない。

また、スラスト非摺動面１５２が円周方向に複数個あるので、スラスト非摺動面１５２に流れ出た潤滑油１２０がよりスラスト摺動面１５１に供給されやすくなり油膜形成が容易となるので、より線接触になることを防止することができ、スラスト摺動部１１７の油膜切れを軽減することができる。

さらに、スラスト非摺動面１５２は、軸受部１０８の軸芯を通る平面１６０に対して、圧縮室１１３側のスラスト非摺動面１５２を反圧縮室１１３側のスラスト非摺動面１５２より多く設けて偏在させているので、反圧縮室１１３側のスラスト摺動面１５１は、十分面積広く保つことができ、ピストン１１４が冷媒ガスを圧縮することにより発生する反圧縮室１１３側のスラスト荷重を低い面圧で受けることができ、摺動損失の低減による高効率化と信頼性の確保を両立することができる。

図７は、スラスト非摺動面１５２を設けない状態、すなわちスラスト摺動面１５１の面積比率が１００％の状態から、同一のシリンダブロック１０５に加工を追加することによって、図３に示すような仕様で、スラスト非摺動面１５２を段階的に設け、最大６０％のスラスト非摺動面１５２、すなわちスラスト摺動面１５１の面積比率が４０％の状態まで変化させ、圧縮機の能力の実測結果との関係を示したスラスト摺動面積比率に対する圧縮機入力の特性図である。

なお、実測した圧縮機の能力には若干のばらつきがあったため、能力が一定となるように入力を換算しグラフ化している。

図７よりわかるように、スラスト摺動面１５１の減少とともに摺動損失は低下するために圧縮機入力が低下し、スラスト摺動面積比率で約５０％までは減少していく結果が得られている。

図８は、図３に示すような仕様で、スラスト非摺動面１５２とスラスト摺動面１５１の比率をそれぞれ５０％と一定とし、その上で、スラスト非摺動面１５２の形成を反圧縮室１１３側と圧縮室１１３側を同じ５０％とした場合から、圧縮室１１３側のスラスト非摺動面１５２の比率を８０％にまで増やして試作し、実測した圧縮機入力との関係を実線（近似線）で示すとともに、信頼性試験条件でのスラスト摺動面１５１の最大摩耗量の計測結果から、最大摩耗量を点線（近似線）で示した特性図である。

図８より、スラスト非摺動面１５２を、圧縮室１１３側に７０％前後形成することによって、スラスト摺動面１５１の摩耗量を最小化することができ、また、圧縮機入力で評価できる摺動損失は、スラスト非摺動面１５２を、圧縮室１１３側に６５％前後形成することによって、最小化することが確認できる。

圧縮機入力の最小化と摩耗量低減の両立の観点から見ると、スラスト非摺動面１５２を、圧縮室１１３側に５５％から７５％の範囲、より最適には、６５から７０％形成することが入力損失低減による高効率化とスラスト摺動面１５１の摩耗量低減による信頼性の向上の観点から最適である。

次に、スラスト摺動面１５１への給油と、クランクシャフト１０７の偏芯軸１１０、コネクティングロッド１１１、ピストン１１４などの各摺動部への給油と、スラスト非摺動面１５２の深さの関係について説明する。

図９は、スラスト摺動面１５１に対するスラスト非摺動面１５２の深さと、各部位の潤滑油１２０の給油量を示した特性図である。

各部位とは、スラスト摺動部１１７からの流出量と、クランクシャフト１０７の偏芯軸１１０とコネクティングロッド１１１の隙間およびコネクティングロッド１１１内部の給油孔（図示していない）からの流出量と、偏芯軸１１０の上端からの流出量である。

スラスト摺動部１１７から流出する潤滑油１２０は、スラスト摺動部１１７の潤滑やシリンダブロック１０５の冷却などに用いられ、コネクティングロッド１１１と偏芯軸１１０の隙間から流出する潤滑油１２０は、コネクティングロッド１１１と偏芯軸１１０の潤滑に用いられ、偏芯軸１１０の上端から流出する潤滑油１２０は、シリンダブロック１０５の圧縮室１１３とピストン１１４の潤滑や冷却に用いられ、潤滑向上による損失や摩耗の低減、冷却による性能や信頼性の向上に用いられる。

スラスト摺動部１１７やピストン１１４周辺に供給される潤滑油１２０は、およそ３０ｍｌ／分以上あればよいことが発明者等の検討でわかっており、検討結果からすると、スラスト非摺動面１５２の深さは、１０μｍから０．２ｍｍに設定するのが適切である。

例えば、ピストン１１４や圧縮室１１３周辺を重点的に冷却したい場合は、前記した範囲内で、スラスト摺動部１１７からの流出を減少させるためにスラスト非摺動面１５２の深さを浅くすればよい。

また、スラスト非摺動面１５２の深さの適正値は、その加工方法とも関連する。

スラスト非摺動面１５２の段差（深さ）が１０μｍから０．１ｍｍの範囲では、スラスト非摺動面１５２をプレスすることによってスラスト非摺動面１５２を形成する方法が容易である。

スラスト非摺動面１５２の段差（深さ）が０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲では、スラスト非摺動面１５２に鋳物やアルミ合金などの製造段階で適切な段差を形成しておき、スラスト摺動面１５１の仕上げ加工を行う際に、０．０５ｍｍから０．２ｍｍの範囲に加工する方法が容易である。

いずれの方法もスラスト非摺動面１５２を形成するための特別な加工工数を必要としないので生産性が非常に良い。

次に、スラスト摺動部１１７への給油について説明する。

前述したようにクランクシャフト１０７には、下方から、給油コーン１１９、シャフト内給油通路１２３、螺旋溝１５５、偏芯通路１１８等からなる給油機構１２４が形成されており、螺旋溝１５５の上端部１５６は、テーパー部１２１を介してスラスト非摺動面１５２と連通しており、導かれた潤滑油１２０は、スラスト非摺動面１５２から流出する。

スラスト非摺動面１５２に供給された潤滑油１２０は、スラスト摺動部１１７の回転によって、スラスト摺動面１５１に連続的に安定して供給され、スラスト摺動面１５１の油膜形成が安定し、信頼性が向上する。

次に、スラスト摺動部１１７への給油を更に安定させる仕様について説明する。

特に、摺動損失を低減する観点から、低粘度の潤滑油１２０を使う場合、低粘度になるほど、潤滑油１２０は蒸発しやすくなり、各摺動部での部分的な金属接触によって発生する局部的温度上昇によって蒸発し、局部的な潤滑油１２０の枯渇が起こる可能性も高くなる。

また、潤滑油１２０の供給が不足してスラスト摺動部１１７の冷却が不足すると、スラスト摺動部１１７の温度が上がり、潤滑油１２０の粘度が下がりすぎることによる摺動潤滑の弊害も起こる可能性もある。

これらの課題に対して、シリンダブロック１０５に、スラスト摺動部１１７のスラスト摺動面１５１の近傍まで潤滑油１２０が溜まるように潤滑油溜め部１６５を形成することで、常に潤滑油溜め部１６５に潤滑油１２０が保持されて、スラスト摺動部１１７に常に潤滑油１２０が供給されるとともに、スラスト摺動部１１７が冷却される。

また、スラスト摺動部１１７のスラスト非摺動面１５２は、常に潤滑油１２０で満たされているので、スラスト摺動面１５１への潤滑油１２０の供給も安定する。

また、前述したように、スラスト非摺動面１５２の段差を小さくし、スラスト摺動部１１７からの給油量（潤滑油１２０の流出量）を少なくした場合でも、潤滑油１２０は、安定して確保され、摺動損失の低減による高効率化と信頼性の向上効果が得られる。

また、潤滑油溜め部１６５は、シリンダブロック１０５の鋳造時に形成すればよいので、生産性が非常に良い。

また、スラスト摺動部１１７を構成するスラスト摺動面１５１の縁部に面取り部１７０を形成しているため、スラスト非摺動面１５２からスラスト摺動面１５１への潤滑油１２０の供給は、よりスムーズになるので、スラスト摺動面１５１の潤滑状態はより安定し、摺動損失の低減効果と信頼性の向上をより向上することができる。

以上のように、本実施の形態１による密閉型圧縮機は、摺動損失の低減による高効率化が達成できるとともに、スラスト摺動面の摩耗が少なく信頼性が高く、さらに生産性も非常に良い。

尚、本実施の形態１では、スラスト非摺動面１５２を軸受部スラスト面１１６に形成したが、シャフトスラスト面１１５に同様な思想のもとにスラスト非摺動面１５２を形成したり、また軸受部スラスト面１１６とシャフトスラスト面１１５の両面に同様な思想の基にスラスト非摺動面１５２を形成したりしても同様な効果が得られる。

（実施の形態２）
図１０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１１は、同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図、図１２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図、図１３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図、図１４は、同実施の形態における磁気推力と圧縮機入力を示す特性図である。

図１０から図１４において、密閉型圧縮機は、密閉容器２０２内に電動要素２０３と圧縮要素２０４をシリンダブロック２０５にて一体化したコンプレッサユニット２０６とを収納している。

シリンダブロック２０５の軸受部２０８にてクランクシャフト２０７を軸支し、上端のフランジ２０９から突出した偏芯軸２１０には、コネクティングロッド２１１の大端部２１１ａが連結され、小端部２１１ｂには、ピストンピン２１２を介して圧縮室２１３内で摺動するピストン２１４が連結されている。

フランジ２０９の下端面は、シャフトスラスト面２１５となっている。また、軸受部２０８の上端面は、軸受部スラスト面２１６となっており、シャフトスラスト面２１５と軸受部スラスト面２１６とでスラスト摺動部２１７を構成している。

密閉容器２０２の底部には、潤滑油２２０が貯留されており、クランクシャフト２０７の下端に設けられた、クランクシャフト２０７より小径の給油コーン２１９が潤滑油２２０中に開口している。

クランクシャフト２０７の内部にはシャフト内給油通路（図示せず）が設けられ、また偏芯軸２１０の内部には偏芯通路２１８が設けられており、給油コーン２１９、シャフト内給油通路（図示せず）、偏芯通路２１８等で、給油機構２２４が構成されている。

回転子２２６は、クランクシャフト２０７の主軸部２４０に圧入や焼嵌めなどの方法によって固着されている。固定子２２７は、巻線２４１に通電されることによって回転磁界を発生し、回転子２２６を回転させる。クランクシャフト２０７と回転子２２６等の重量は、シャフトスラスト面２１５と軸受部スラスト面２１６からなるスラスト摺動部２１７で受けている。

スラスト摺動部２１７は、円周方向に交互に配置したスラスト摺動面２５１とスラスト非摺動面２５２とから形成されている。本実施の形態では、スラスト非摺動面２５２は、軸受部スラスト面２１６側に形成されている。スラスト非摺動面２５２は主軸部２４０の軸中心に対し、圧縮室２１３側が多くなるように形成している。また、スラスト非摺動面２５２は、クランクシャフト２０７に備えた給油機構２２４と螺旋溝２５５の上端部で連通している。

図１３において、２７０は固定子２２７の磁気中心線を示し、２７１は回転子２２６の磁気中心線を示している。

高さ方向の寸法Ｈは、固定子２２７の磁気中心線２７０と回転子２２６の磁気中心線２７１との差であり、寸法Ｈだけ回転子２２６の磁気中心が固定子２２７よりも鉛直方向（スラスト荷重の作用方向）の下方にある。

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。

固定子２２７の巻線２４１に通電がなされると、回転磁界の発生によって回転子２２６、クランクシャフト２０７が回転する。クランクシャフト２０７の回転により、偏芯軸２１０の偏芯運動は、コネクティングロッド２１１を介して直線運動に変換され、ピストン２１４が圧縮室２１３内で冷媒ガスの吸入、圧縮を行う。

クランクシャフト２０７は、スラスト摺動部２１７でクランクシャフト２０７と回転子２２６等の重量を受ける。

また、ピストン２１４が上死点へ向かう圧縮時は、特に上死点近傍で、ピストン２１４が冷媒ガスの大きな圧力を受けるが、この圧力は、最終的に、クランクシャフト２０７の主軸部２４０が、軸受部２０８の接触部との間で受けるとともに、スラスト摺動部２１７が受けることになる。

スラスト摺動部２１７が受ける荷重は、クランクシャフト２０７の主軸部２４０が軸受部２０８とのクリアランス内で偏芯軸２１０側が反圧縮室２１３側に傾くことから、主軸部２４０の軸中心に対し、反圧縮室２１３側の方により大きな荷重が作用することになる。

スラスト摺動部２１７は、クランクシャフト２０７や回転子２２６の重量を支持することによる荷重とピストン２１４が受ける冷媒ガスの圧力による荷重を受けており、スラスト摺動面２１７で摺動損失が発生する。

この摺動損失を小さくするためには、スラスト摺動部２１７の面積を少なくすれば良いが、スラスト摺動部２１７の遠心方向の幅を小さくすることで面積を減少すると、スラスト摺動部２１７は線接触に近づく。

このとき、冷媒ガスの圧力によりかかる荷重は、非常に細い幅のスラスト摺動部２１７が受けることになり、面圧が非常に高くなってしまう。また、スラスト摺動部２１７の幅が細くなることによって、油膜も形成されにくくなり、部分的な油膜切れを起すことで、より線接触状態に近くなってしまう。

しかし、本実施の形態の構成のスラスト摺動部２１７は、円周方向にスラスト摺動面２５１とスラスト非摺動面２５２を交互に形成しているので、半径方向の幅は広くすることができ、線接触状態とはならない。

また、スラスト非摺動面２５２が円周方向に複数個あるので、スラスト非摺動面２５２に流れ出た潤滑油２２０がよりスラスト摺動面２５１に供給されやすくなり油膜形成が容易となるので、より線接触になることを防止することができ、スラスト摺動部２１７の油膜切れを軽減することができる。

さらに、スラスト非摺動面２５２は、軸受部２０８の軸芯を通る平面２６０に対して、圧縮室２１３側のスラスト非摺動面２５２を反圧縮室２１３側のスラスト非摺動面２５２より多く設けて偏在させているので、反圧縮室２１３側のスラスト摺動面２５１は、十分面積を広く保つことができ、ピストン２１４が冷媒ガスを圧縮することにより発生する反圧縮室２１３側のスラスト荷重を低い面圧で受けることができ、摺動損失の低減による高効率化と信頼性の確保を両立することができる。

回転子２２６の磁気中心線２７１は、固定子２２７の磁気中心線２７０よりも鉛直下方に約０．５ｍｍから２ｍｍの範囲（寸法Ｈ）となるように構成しており、回転子２２６には、固定子２２７から鉛直上方の力が作用している。

図１４は、回転子２２６の磁気中心線２７１と固定子２２７の磁気中心線２７０とのずれ（寸法Ｈ）を横軸とし、縦軸には、回転子２２６の磁気中心線２７１と固定子２２７の磁気中心線２７０とのずれによる理論計算による磁気推力（重力方向を正）と、発明者等の実測結果に基づく密閉型圧縮機の入力を縦軸にとり、磁気中心のずれと理論推力、入力の関係を示したグラフである。

なお、寸法Ｈは、回転子２２６の磁気中心線が固定子２２７の磁気中心線より鉛直上方にある場合を正としている。

この磁気による推力が負である場合、回転子２２６やクランクシャフト２０７の重力を支える力として作用することになる。

また、密閉型圧縮機の入力の実測には、図１２に示す仕様のスラスト摺動部２１７を用いており、スラスト摺動面２５１とスラスト非摺動面２５２の面積比率は同じ５０％、全スラスト非摺動面２５２の面積に対する圧縮室２１３側のスラスト非摺動面２５２の面積比率は６５％、スラスト非摺動面２５２の深さは、０．０５ｍｍに設定している。

図１４からわかるように、寸法Ｈが、−０．５ｍｍ以下の範囲で、大きな入力低減効果が得られている。

但し、図示していないが、−２ｍｍ以下にした場合、磁気中心がずれるために、電動要素２０３の効率の悪化が起こり、逆に入力が増加することがわかっており、−２ｍｍから−０．５ｍｍの範囲に設定することが望ましい。

以上のように、スラスト摺動部２１７において、スラスト摺動面２５１とスラスト非摺動面２５２とを偏在させて形成する上に、さらに回転子２２６の軸心方向の位置をずらすことで回転子２２６に磁気推力（磁気吸引力）を作用させ、この磁気推力によって回転子２２６やクランクシャフト２０７の重力等の重力方向の荷重の一部を支持することができる。

そのため、スラスト摺動部２１７の摺動面に作用する荷重を低減でき、圧縮機の入力低減効果による効率向上が得られるとともに、スラスト摺動部２１７の信頼性も向上させることができる。

また、回転子２２６と固定子２２７の磁気中心をずらすことは、部品の追加も無く容易に行うことができ、生産性も良い。

（実施の形態３）
図１５は、本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の縦断面図、図１６は、同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図、図１７は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図である。

尚、図１７中に示す矢印は、軸受部スラスト面３１６と相対するシャフトスラスト面３１５の回転方向を示している。

図１５から図１７において、密閉型圧縮機は、密閉容器３０２内に電動要素３０３と圧縮要素３０４をシリンダブロック３０５にて一体化したコンプレッサユニット３０６とを収納している。

シリンダブロック３０５の軸受部３０８にてクランクシャフト３０７を軸支し、上端のフランジ３０９から突出した偏芯軸３１０には、コネクティングロッド３１１の大端部３１１ａが連結され、小端部３１１ｂには、ピストンピン３１２を介して圧縮室３１３内で摺動するピストン３１４が連結されている。

フランジ３０９の下端面は、シャフトスラスト面３１５となっている。また、軸受部３０８の上端面は、軸受部スラスト面３１６となっており、シャフトスラスト面３１５と軸受部スラスト面３１６とでスラスト摺動部３１７を構成している。

密閉容器３０２の底部には、潤滑油３２０が貯留されており、クランクシャフト３０７の下端に設けられた、クランクシャフト３０７より小径の給油コーン３１９が潤滑油３２０中に開口している。

クランクシャフト３０７の内部にはシャフト内給油通路（図示せず）が設けられ、また偏芯軸３１０の内部には偏芯通路３１８が設けられており、給油コーン３１９、シャフト内給油通路（図示せず）、偏芯通路３１８等で、給油機構３２４が構成されている。

回転子３２６は、クランクシャフト３０７の主軸部３４０に圧入や焼嵌めなどの方法によって固着されている。固定子３２７は、巻線３４１に通電されることによって回転磁界を発生し、回転子３２６を回転させる。クランクシャフト３０７と回転子３２６等の重量は、シャフトスラスト面３１５と軸受部スラスト面３１６からなるスラスト摺動部３１７で受けている。

スラスト摺動部３１７は、円周方向に交互に配置したスラスト摺動面３５１とスラスト非摺動面３５２とから形成されている。本実施の形態では、スラスト非摺動面３５２は、軸受部スラスト面３１６側に形成されている。スラスト非摺動面３５２は主軸部３４０の軸中心に対し、圧縮室３１３側が多くなるように形成している。また、スラスト非摺動面３５２は、クランクシャフト３０７に備えた給油機構３２４と螺旋溝３５５の上端部で連通している。

スラスト摺動面３５１には、凹設した保油部３６１が形成されており、保油部３６１は導入溝３６３と溜め部３６２とを備えている。

保油部３６１の導入溝３６３は、摺動する相手部材であるシャフトスラスト面３１５の反回転方向に開口するとともに溜め部３６２に連通している。

また、保油部３６１はプレス加工などにより形成され、深さは、１０μｍから０．１ｍｍの範囲で形成されている。

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。

固定子３２７の巻線３４１に通電がなされると、回転磁界の発生によって回転子３２６、クランクシャフト３０７が回転する。クランクシャフト３０７の回転により、偏芯軸３１０の偏芯運動は、コネクティングロッド３１１を介して直線運動に変換され、ピストン３１４が圧縮室３１３内で冷媒ガスの吸入、圧縮を行う。

クランクシャフト３０７は、スラスト摺動部３１７でクランクシャフト３０７と回転子３２６等の重量を受ける。

また、ピストン３１４が上死点へ向かう圧縮時は、特に上死点近傍で、ピストン３１４が冷媒ガスの大きな圧力を受けるが、この圧力は、最終的に、クランクシャフト３０７の主軸部３４０が、軸受部３０８の接触部との間で受けるとともに、スラスト摺動部３１７が受けることになる。

スラスト摺動部３１７が受ける荷重は、クランクシャフト３０７の主軸部３４０が軸受部３０８とのクリアランス内で偏芯軸３１０側が反圧縮室３１３側に傾くことから、主軸部３４０の軸中心に対し、反圧縮室３１３側の方により大きな荷重がかかることになる。

スラスト摺動部３１７は、クランクシャフト３０７や回転子３２６の重量を支持することによる荷重とピストン３１４が受ける冷媒ガスの圧力による荷重を受けており、スラスト摺動面３１７で摺動損失が発生する。

この摺動損失を小さくするためには、スラスト摺動部３１７の面積を少なくすれば良いが、スラスト摺動部３１７の遠心方向の幅を小さくすることで面積を減少すると、スラスト摺動部３１７は線接触に近づく。

このとき、冷媒ガスの圧力によりかかる荷重は、非常に細い幅のスラスト摺動部３１７が受けることになり、面圧が非常に高くなってしまう。また、スラスト摺動部３１７の幅が細くなることによって、油膜も形成されにくくなり、部分的な油膜切れを起すことで、より線接触状態に近くになってしまう。

しかし、本実施の形態の構成のスラスト摺動部３１７は、円周方向にスラスト摺動面３５１とスラスト非摺動面３５２を交互に形成しているので、半径方向の幅は広くすることができ、線接触とはならない。

また、スラスト非摺動面３５２が円周方向に複数個あるので、スラスト非摺動面３５２に流れ出た潤滑油３２０がよりスラスト摺動面３５１に供給されやすくなり油膜形成が容易となるので、より線接触になることを防止することができ、スラスト摺動部３１７の油膜切れを軽減することができる。

さらに、スラスト非摺動面３５２は、軸受部３０８の軸芯を通る平面３６０に対して、圧縮室３１３側のスラスト非摺動面３５２を反圧縮室３１３側のスラスト非摺動面３５２より多く設けて偏在させているので、反圧縮室３１３側のスラスト摺動面３５１は、十分面積を広く保つことができ、ピストン３１４が冷媒ガスを圧縮することにより発生する反圧縮室３１３側のスラスト荷重を低い面圧で受けることができ、摺動損失の低減による高効率化と信頼性の確保を両立することができる。

また、スラスト摺動面３５１を潤滑する潤滑油は、クランクシャフト３０７の回転にともなって粘性抵抗により回転方向に流動する。スラスト摺動面３５１には、摺動する相手部材であるシャフトスラスト面３１５の反回転方向に開口する導入溝３６３があるため、潤滑油３２０は、導入溝３６３から溜め部３６２へと流れ込み、溜め部３６２に保油される。

これにより、スラスト摺動面３５２の保油部３６１に常に潤滑油３２０が保持され、特に密閉型圧縮機の起動初期などで、クランクシャフト３０７の給油機構３２４により密閉容器３０２の底面の潤滑油３２０がスラスト摺動面３５１に到達する迄の間も、溜め部３６２に保持された潤滑油３２０により、スラスト摺動面３５１の潤滑が確保され、起動初期の過酷な状態においても摩耗発生が低減され、信頼性を確保することができる。

なお、導入溝３６３と溜め部３６２とを備えた保油部３６１は、スラスト摺動面３５１の面積を大きく減少させ程度に設けることで、スラスト摺動面３５１においてスラスト荷重に対する面圧が大きく増大することはない。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、高効率化と高信頼性の両立を図れるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

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 同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 図３のＡ−Ａ線における断面図 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要部断面図 同実施の形態の密閉型圧縮機における圧縮機入力の特性図 同実施の形態の密閉型圧縮機における圧縮機入力および最大摩耗量の特性図 同実施の形態の密閉型圧縮機における給油量の特性図 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 同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図 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縦断面図 同実施の形態の密閉型圧縮機における磁気推力と圧縮機入力を示す特性図 本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態の密閉型圧縮機におけるシリンダブロックの下面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図 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の要部断面図

符号の説明

１０２，２０２，３０２ 密閉容器
１０３，２０３，３０３ 電動要素
１０４，２０４，３０４ 圧縮要素
１０５，２０５，３０５ シリンダブロック
１０７，２０７，３０７ クランクシャフト
１０８，２０８，３０８ 軸受部
１１３，２１３，３１３ 圧縮室
１１４，２１４，３１４ ピストン
１１７，２１７，３１７ スラスト摺動部
１２０，２２０，３２０ 潤滑油
１２４，２２４，３２４ 給油機構
１２６，２２６，３２６ 回転子
１２７，２２７，３２７ 固定子
１４０，２４０，３４０ 主軸部
１５１，２５１，３５１ スラスト摺動面
１５２，２５２，３５２ スラスト非摺動面
１６５ 潤滑油溜め部
３６１ 保油部

Claims (9)

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るとともに、一端が前記潤滑油中に連通し前記圧縮要素に前記潤滑油を供給する給油機構を備えたクランクシャフトと、前記クランクシャフトの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を備え、前記クランクシャフトや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に、非摺動部となるスラスト非摺動面を偏在させた密閉型圧縮機。
2. スラスト摺動部は、摺動部であるスラスト摺動面とスラスト非摺動面とを円周方向に交互に配置した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. ピストンが上死点位置近傍にあるときに、スラスト摺動部において、主軸部の軸中心に対して反圧縮室側よりも圧縮室側により多くのスラスト非摺動面を設けた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. スラスト非摺動面は、クランクシャフトに備えた給油機構と連通した請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. スラスト摺動面とスラスト非摺動面との段差が１０μｍから０．２ｍｍの範囲である請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 給油機構から潤滑油が供給される潤滑油溜め部をシリンダブロックに形成するとともに、スラスト摺動部の少なくとも一部が前記潤滑油溜め部で囲われている請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 固定子に対して回転子の軸心方向の位置をずらし、前記回転子に生じる磁気吸引力でクランクシャフトや前記回転子の重力方向の荷重の少なくとも一部を支持する請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
8. スラスト摺動部の縁部に、Ｃ面取り、Ｒ面取り、または傾斜したクラウニングを形成した請求項１から７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
9. スラスト摺動面に、潤滑油を貯留する保油部を凹設した請求項１から８のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。