JP2012082782A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト転がり軸受を使用したインバータ圧縮機の高回転でのレースや転動体の摩耗あるいは剥離を防止し、性能と信頼性を向上した密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】主軸受１２６の上端に上側スラストベアリング１４８と、主軸受１２６の下端に下側スラストベアリング１７０を備え、主軸受１２６と上側スラストベアリング１４８と下側スラストベアリング１７０と上下方向にバネ性を有する弾性部材１６２を積み重ね、これをシャフト１１８のフランジ部１２１と回転子１１６の間に挟持し、適切なアキシアル荷重を付加することで、レースや転動体の摩耗や剥離を防止し、性能と信頼性を向上した密閉型圧縮機を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に電気冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクルに使用される密閉型圧縮機に関するものである。

近年、電気冷凍冷蔵庫に用いら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、スラストベアリングに転がり軸受を採用して、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８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９は、同密閉型圧縮機を構成する主軸受部の分解斜視図である。

図７において、密閉容器２の底部には潤滑油４を貯留しており、圧縮機本体６はサスペンションスプリング（図示せず）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、主軸部２０の上端に設けたフランジ部２１と、フランジ部２１の上面より延出する偏心軸部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、圧縮荷重を受ける偏心軸部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。

また、シャフト１８は、主軸部２０内部に設けた傾斜穴などからなる給油機構２８を備えている。

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ている。また、連結手段３６は、両端に設けた穴部がそれぞれピストン３０に取り付けられたピストンピン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とを連結している。

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４０とともに圧縮室４２を形成する。さらに、バルブプレート４０を覆って蓋をするようにシリンダヘッド４４が固定されている。

吸入マフラ４６は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド４４に取り付けられている。

次に、スラストベアリング５０について説明する。

主軸受２６は、図９に示すように、上端面に軸心と直角な平面部であるスラスト面５２を有している。

そして、スラスト面５２の上部に、上レース５４と、ホルダー部５８に保持された鋼球である転動体５６と、下レース６０とからなるスラストベアリング５０が配置されている。

上レース５４および下レース６０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５８は、環状の形状をなし、周方向に設けた複数の穴部に転動体５６を転動自在に収納している。

そして、スラスト面５２の上に、下レース６０、転動体５６、上レース５４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース５４の上面にシャフト１８のフランジ部２１が着座している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下に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は、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４６を経由して圧縮室４２内へ導入され、圧縮室４２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出される。

また、シャフト１８の下端は、潤滑油４に浸漬しており、シャフト１８が回転することにより、潤滑油４は、給油機構２８により圧縮要素１２各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

スラストベアリング５０は、転動体５６と上レース５４と下レース６０に点接触の状態で転がる転がり軸受であり、シャフト１８や回転子１６の自重などの垂直方向のアキシアル荷重を支持しながら回転が可能である。転がり軸受は、一般的に用いられている滑り軸受の形式のスラストベアリングより摩擦が少なく、入力を低減して効率を向上することができる。

特開２００５−１２７３０５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、電源周波数を超える周波数で回転するインバータ圧縮機に、同様のスラストベアリング５０を採用する際において、電源周波数を超える高速回転時に上レース５４や下レース６０に剥離や摩耗の兆候が見られた。

この兆候は、回転数が高くなるほど顕著に現れ、また、近年インバータ圧縮機用の電動要素の主流となりつつあり、小型で回転子が非常に軽量な集中巻き型の電動要素の方が分布巻き型より顕著であることが分かった。

一般にベアリングを使用する際には、転動体５６と、上レース５４および下レース６０が転がり状態を維持し、滑りが生じないような接触荷重を与えることが必要となっている
。この接触荷重は、転動体の直径などのベアリングの諸元や使用回転数によって定まり、ベアリングの回転数の２乗に比例すると考えるのが一般的である。この考え方に基づくと、商用電源周波数で駆動される場合と比較して、回転数８０ｒ／ｓでは６０ｒ／ｓの１．７倍、５０ｒ／ｓの２．６倍のアキシアル荷重が必要となることになる。

ところが、集中巻き型の電動要素を用いたインバータ圧縮機では、インダクションモータを用いた一定速の圧縮機よりも、回転子やシャフトの重量が軽く、アキシアル荷重が逆に小さくなる傾向にあり、上記のインバータ圧縮機の高回転時の上レース５４や下レース６０に発生する剥離や摩耗の原因は、アキシアル荷重の不足が原因と予測される。

したがって、上記従来の構成では、インバータ圧縮機でスラストベアリング５０を採用した場合、高速運転時にアキシアル荷重の不足により、スラストベアリングの剥離や摩耗が発生するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、軽量な回転子を使用し、高速運転を行う場合でも、スラストベアリングに適正なアキシアル荷重を与えることで、転動体が上レースと下レースとの間で転動する際の滑りを防止し、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制した密閉型圧縮機を実現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、スラスト面とフランジ部の間に配設された転がり軸受である上側スラストベアリングと、主軸受の下端と回転子の間に配設された転がり軸受である下側スラストベアリングと、フランジ部と上側スラストベアリングの間、上側スラストベアリングとスラスト面の間、主軸受の下端と下側スラストベアリングの間、下側スラストベアリングと回転子の間の少なくとも一箇所に配置され、かつ上下方向にバネ性を有する弾性部材が、上下方向に積み重なり、シャフトのフランジ部と回転子の間に挟持されたもので、回転子などが軽量化し、また高速運転を行う場合でも、回転子の自重に加えて弾性部材のばね力により、スラストベアリングに適正なアキシアル荷重を与えることで、上レースと下レースとの間で転動体が滑ることなく転がる状態を維持できるので、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を防止するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、軽量な回転子を使用し、高速運転を行う場合でも転動体が上レースと下レースとの間で確実に転動し、滑りの発生を防止するので、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を防止し、信頼性を向上することができる。

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１における密閉型圧縮に採用された上側スラストベアリングの要部拡大図 同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された下側スラストベアリングの要部拡大図 同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された上側スラストベアリングのホルダー部の上面図 同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された下側スラストベアリングのホルダー部の上面図 （ａ）は同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された弾性部材の上面図、（ｂ）は同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された弾性部材の側面図 同実施の形態１における密閉型圧縮に採用可能な調心ワッシャーの斜視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機を構成するシリンダブロック部の分解斜視図

第１の発明は、潤滑油を貯留した密閉容器内に、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素を収容し、さらに、前記圧縮要素を、前記回転子が固定された主軸部とフランジ部を介して形成された偏心軸部を有するシャフトと、シリンダを備えたシリンダブロックと、前記シリンダ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形成され、かつ前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受の上部に設けられたスラスト面を備えた構成とし、さらに、前記スラスト面と前記フランジ部の間に配設され、かつ転動体が上レースと下レースで挟持された転がり軸受で構成される上側スラストベアリングと、前記主軸受の下端と前記回転子の間に配設され、かつ転動体が上レースと下レースで挟持された転がり軸受で構成される下側スラストベアリングと、上下方向にバネ性を有し、かつ前記主軸部が貫通する円環状の弾性部材を設け、前記弾性部材を、前記フランジ部と前記上側スラストベアリングの間、および／または前記上側スラストベアリングと前記スラスト面の間、および／または前記主軸受の下端と前記下側スラストベアリングの間、および／または前記下側スラストベアリングと前記回転子の間の少なくとも一箇所に配置した密閉型圧縮機である。

かかる構成とすることにより、前記上側スラストベアリングと前記下側スラストベアリングと前記弾性部材が、上下方向に積み重なり、前記フランジ部と前記回転子との間に挟持された構成が得られる。したがって、軽量な回転子を使用して高速運転を行う場合でも、スラストベアリングに適正なアキシアル荷重を与えることができ、転動体が上レースと下レースとの間で転動する際の滑りを防止することができる。その結果、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制し、信頼性を向上することができる。

第２の発明は、第１の発明の電動要素を、商用周波数以上の周波数を含む複数の周波数で駆動するようにしたものである。

かかる構成とすることにより、特に回転子が軽量である突極集中巻き方式ＤＣブラシレスモータを使用して高速運転を行う場合、回転子の軽量化に伴ってスラストベアリングにかかるアキシアル荷重は小さくなる一方、回転速度が高いため、転動体とレースが非常に滑りやすい状態になるが、前記弾性部材のバネ力により適正なアキシアル荷重がスラストベアリングに作用する。その結果、第１の発明に記載の効果に加えてさらに、転動体とレースの滑りを防止し、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制することができ、密閉型圧縮機の信頼性を向上することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記電動要素の回転子に、前記主軸部を中心とする所定の径の凹部で形成され、かつ前記主軸受の下部を収納するカウンターボアを設け、さらに、前記下側スラストベアリングの転動体の径を、前記上側スラストベアリングの転動体の径より小さくしたものである。

かかる構成とすることにより、前記上側スラストベアリングに比べてアキシアル荷重の小さい下側スラストベアリングにおいて、転動体が上レースと下レースの間で転動する際の滑りを防止することができる。その結果、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制し、信頼性を向上することができるとともに、前記回転子に設けたカウンターボアの内径や深さを小さくすることができ、電動要素の効率が必要以上に低下することを防止することができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか一つの発明において、前記下側スラストベアリングの転動体の個数を、前記上側スラストベアリングの転動体の個数より少なくしたものである。

かかる構成とすることにより、前記上側スラストベアリングに比べてアキシアル荷重の小さい下側スラストベアリングにおいて、転動体が上レースと下レースとの間で転動する際の滑りを防止することができ、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制して摺動部の信頼性を向上することができる。これに加えて、前記転動体の個数を少なくすることで、ホルダー部に設ける穴部の個数を減らすことができ、ホルダー部の剛性を向上することができる。その結果、前記下側スラストベアリングが、前記シャフトへの固定時に高温になる回転子の近傍に配置されても、熱によるホルダー部の変形を抑制することができ、かかる変形による不具合の発生を防止することができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれか一つの発明において、前記下側スラストベアリングの転動体の軌道径を、前記上側スラストベアリングの転動体の軌道径より小さくしたものである。

かかる構成とすることにより、前記上側スラストベアリングに比べてアキシアル荷重の小さい下側スラストベアリングにおいて、転動体が上レースと下レースとの間で転動する際の滑りを防止することができ、スラストベアリングの剥離や摩耗の発生を抑制して摺動部の信頼性を向上することができる。これに加えて、前記下側スラストベアリングの軌道径が小さくなることで転動体の転動する距離が短くなり、下側スラストベアリングの耐久性を向上することができる。

第６の発明は、第１から第５のいずれか一つの発明において、前記上側スラストベアリングを、前記主軸受の上部に設けた軸受延長部の外径側に配置したものである。

かかる構成とすることにより、前記主軸受の長さを長くすることができる。その結果、前記圧縮機構の近傍で主軸受が圧縮荷重を受けることとなり、主軸受が受ける荷重を軽減することができる。その結果、主軸受に作用する摩擦を軽減し、耐久性を向上することができる。

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、本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された上側スラストベアリングの要部拡大図である。図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された下側スラストベアリングの要部拡大図である。図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された上側スラストベアリングのホルダー部の上面図である。図５は、同実施の形態１における密閉型圧縮に採用された下側スラストベアリングのホルダー部の上面図である。図６（ａ）は、同実施の形態１における密閉型圧縮機に採用された弾性部材の上面図、図６（ｂ）は、同実施の形態１における密閉型圧縮機に採用された弾性部材の側面図である。図７は、同実施の形態１における密閉型圧縮に採用可能な調心ワッシャーの斜視図
図１、図２、図３において、密閉容器１０２の内部には、底部に潤滑油１０４が貯留され、また、圧縮機本体１０６がサスペンションスプリング１０８を介して密閉容器１０２内に懸架されている。また、密閉容器１０２内には、温暖化係数の低い冷媒であるＲ６００ａ（イソブタン）が充填されている。

圧縮機本体１０６は、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１１２で構成され、密閉容器１０２には、電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１１３が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、鋼板を積層した鉄心の複数の磁極歯に絶縁材を介して巻線を直接巻回した固定子１１４と、固定子１１４の内径側に配置された永久磁石を内蔵する回転子１１６を備えた突極集中巻方式のＤＣブラシレスモータであり、固定子１１４の巻線が電源端子１１３を経由して密閉型圧縮機外の電源（図示せず）と導線により接続されている。

次に圧縮要素１１２について説明する。

圧縮要素１１２は、電動要素１１０の上方に配設されている。そして、圧縮要素１１２を構成するシャフト１１８は、主軸部１２０と、主軸部１２０の上端のフランジ部１２１と、フランジ部１２１の上面から延出し、主軸部１２０と平行な偏心軸部１２２を備えている。また、主軸部１２０には回転子１１６が固定されている。

シリンダブロック１２４は、円筒形の内面を有する主軸受１２６を備え、主軸受１２６に主軸部１２０が回転自在な状態で挿入され、支持されている。そして、圧縮要素１１２は、偏心軸部１２２に作用した荷重を、偏心軸部１２２の下側に配置された主軸部１２０と主軸受１２６で支持する片持ち軸受の構成になっている。

また、シャフト１１８は、主軸部１２０表面に設けた螺旋状の溝などからなる給油機構１２８を備えている。

さらに、シリンダブロック１２４は、円筒状の穴部であるシリンダ１３４を備えており、ピストン１３０がシリンダ１３４に往復自在に挿入されている。

また、連結手段１３６は、両端に設けた穴部（図示せず）がそれぞれピストン１３０に取り付けられたピストンピン１３８と偏心軸部１２２に嵌挿されることで、偏心軸部１２２とピストン１３０と連結している。

したがって、シャフト１１８の回転に伴う偏心軸部１２２の回転運動が連結手段１３６によって往復運動に変換され、ピストン１３０は往復運動を行う。

シリンダ１３４の端面には、バルブプレート１４０が取り付けられ、シリンダ１３４およびピストン１３０とともに圧縮室１４２を形成する。さらに、バルブプレート１４０を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１４４が固定されている。吸入マフラ１４６は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド１４４に取り付けられている。

次に、上側スラストベアリング１４８の構成について図２を参照しながら説明する。

主軸受１２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面１５２と、スラスト面１５２よりさらに上方に延長され、主軸部１２０に対向する内面を有する軸受延長部１５３を有している。

そして、軸受延長部１５３の上側に上レース１５４が配置され、軸受延長部１５３の外径側で、かつ上レース１５４の下側に、ホルダー部１５８に保持された玉軸受用鋼球であ
る転動体１５６と下レース１６０が配置され、上側スラストベアリング１４８が構成されている。

また、下レース１６０の下側とスラスト面１５２との間に、上下方向に弾性変形可能な弾性部材１６２が配置されている。

弾性部材１６２の形状は、具体的には図６に示すように、環状の薄板に凹凸をつけた形状であり、１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃの３箇所が上方に凸、１６２ｄ、１６２ｅ、１６２ｆの３箇所が下方に凸の形状をなしている。

次に、下側スラストベアリング１７０の構成について説明する。

下側スラストベアリング１７０は、主軸受１２６の下側に、上レース１７２、ホルダー部１７６に保持された玉軸受用鋼球である転動体１７４、下レース１７８の順で配置された構成となっている。そして、下レース１７８が回転子１１６の内部に設けたスラスト部１８０（図３）に接している。

そして、上側スラストベアリング１４８、弾性部材１６２、主軸受１２６、下側スラストベアリング１７０の一連の部品が上下方向に積み重なり、かつ弾性部材１６２が自然長より圧縮された状態で、シャフト１１８を構成するフランジ部１２１のスラスト面１２１ａと、シャフト１１８に固定された回転子１１６のスラスト部１８０とで挟持された状態で組み立てられている。

また、上側スラストベアリング１４８と下側スラストベアリング１７０において、上レース１５４、上レース１７２および下レース１６０、下レース１７８は環状で金属製の平板であり、望ましくは熱処理を行ったバネ鋼などで形成され、上下の面が平行で、且つ表面は平滑に仕上げられている。

ホルダー部１５８、ホルダー部１７６は、ポリアミドなどの樹脂材料で形成され、環状の形状をなし、それぞれに転動体１５６、転動体１７４が転動自在に収納される複数の穴部（図示せず）を有している。

図４に示すように、上側スラストベアリング１４８のホルダー部１５８の周方向に配置された１２個の穴部（図示せず）には、それぞれ転動体１５６が配置されている。また、図５に示すように、下側スラストベアリング１７０のホルダー部１７６の周方向に配置された６個の穴部（図示せず）には、それぞれ転動体１７４が配置されている。また、それぞれの転動体１５６、１７４が上下レースと転動する際の接触点の軌跡を一点鎖線で示しており、各軌跡の直径である軌道径は、上側スラストベアリング１４８ではｄｕであり、下側スラストベアリング１７０ではｄｌである。

図４に示す通り、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６の軌道径ｄｕは、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の軌道径ｄｌより大きい。また、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６の個数は１２個と、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の個数よりも多い。さらには、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６の直径ｔｕは、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の直径ｔｌよりも大きい。

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。

電源端子１１３より電動要素１１０に通電されると、固定子１１４に発生する磁界により、回転子１１６は、シャフト１１８とともに回転する。主軸部１２０の回転に伴う偏心
軸部１２２の偏心回転は、連結手段１３６により往復運動に変換され、ピストン１３０をシリンダ１３４内で往復運動させる。そして、圧縮室１４２が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒を圧縮室１４２内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０２内の冷媒は、吸入マフラ１４６を介して圧縮室１４２内に間欠的に吸入され、圧縮室１４２内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管（図示せず）などを経由して密閉容器１０２から冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト１１８の下端が潤滑油１０４に浸漬しており、シャフト１１８が回転することにより、潤滑油１０４は、給油機構１２８によって主軸部１２０と主軸受１２６を給油したのち、フランジ部１２１、偏心軸部１２２を経由してピストン１３０などの各摺動部へ供給されるが、この過程で上側スラストベアリング１４８、および下側スラストベアリング１７０へも潤滑油１０４が供給される。

上側スラストベアリング１４８は、それぞれ同じ直径ｔｕの転動体１５６を、平らな上レース１５４と下レース１６０の間に１２個配置し、また、下側スラストベアリング１７０も同様に、直径ｔｌの転動体１７４を上レース１７２と下レース１７８の間に６個配置して、それぞれを点接触の状態で転がるようにしている。その結果、摩擦を非常に小さくすることができ、摺動損失の低減に伴って電動要素１１０の入力を低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

上側スラストベアリング１４８において、転動体１５６と上レース１５４および下レース１６０に作用する垂直方向のアキシアル荷重は、シャフト１１８と回転子１１６の質量に伴った重力による荷重に加え、弾性部材１６２のバネ力が加わるため、シャフト１１８や回転子１１６の質量にかかわらず最適な荷重を選択することができ、転動体１５６と上レース１５４、下レース１６０との滑りを防止し、転がり状態を維持できるので、摩耗や剥離等の発生を防止し、信頼性を確保（向上）することができる。

しかも、各転動体１５６が滑りを起こさないために必要なアキシアル荷重を確保するために、転動体１５６の個数を極端に減らす必要がないため、圧縮荷重がシャフト１１８に作用し、上側スラストベアリング１４８に偏荷重が作用した場合でも、一部の転動体１５６に荷重が集中することによる損傷の発生を防止し、信頼性を維持することができる。

さらに、密閉型圧縮機を輸送する際などにおいて、落下などが起きると、圧縮機が床面と衝突した際に回転子１１６などの質量に伴う慣性力を受け止めるために、上側スラストベアリング１４８には一時的に非常に大きなアキシアル荷重が加わることになる。その結果、上レース１５４および下レース１６０と転動体１５６との接触点で陥没などの塑性変形が発生し、信頼性に悪影響を与える場合がある。

ところが、本実施の形態１の場合は軽量な回転子１１６を用いながら、弾性部材１６２のバネ力により適切なアキシアル荷重を確保しているので、落下時に発生するアキシアル荷重が軽減され、輸送などの際にも損傷が起こりにくく、信頼性を維持した密閉型圧縮機とすることができる。

また、本実施の形態１は、電動要素１１０として突極集中巻方式のＤＣブラシレスモータを用いた、インバータ駆動の密閉型圧縮機であり、商用周波数以上の周波数を含む複数の周波数で駆動されるものである。

一般に、スラストベアリングを使用する際には、転動体１５６が、上レース１５４と下
レース１６０の間で転がり状態を維持し、滑りが生じないような接触荷重を与えることが必要であり、この接触荷重は、転動体の直径などのスラストベアリングの諸元や使用回転数によって定まり、ベアリングの回転数の２乗に比例すると考えるのが一般的である。

すなわち、商用電源周波数で駆動される場合と比較して、回転数８０ｒ／ｓでは６０ｒ／ｓの１．７倍、５０ｒ／ｓの２．６倍のアキシアル荷重が必要になることとなる。

したがって、回転子１１６の重量が軽いＤＣブラシレスモータを用い、８０ｒ／ｓといった高速運転を行う場合は、回転子１１６の自重によるアキシアル荷重が小さく、転動体１５６が上レース１５４と下レース１６０との間で転動する際に非常に滑りが生じやすい状態にあり、信頼性の観点から厳しい状態になっていると考えられる。

ところが本実施の形態１では、自重によるアキシアル荷重に加えて、弾性部材１６２によるバネ力を併用することで、転動体１５６に適正なアキシアル荷重を与えることができる。

その結果、電源周波数以上の周波数で駆動される高速運転時でも転動体１５６と上レース１５４、下レース１６０との滑りを防止し、転がり状態を維持できるので、摩耗や剥離等の発生を防止し、信頼性の低下を抑制する効果が顕著である。

一方、図３において、下側スラストベアリング１７０（上レース１７２および下レース１７８の間）に作用するアキシアル荷重は、弾性部材１６２のバネ力のみが作用するため、上側スラストベアリング１４８に比べて小さい。そのため、上側スラストベアリング１４８と同じ諸元のスラストベアリングを使用すると、アキシアル荷重が不足して滑りが起こりやすくなるが、本実施の形態１においては、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の直径を、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６より小さくしている。

以下、転動体の直径とアキシアル荷重の関係について説明する。

鋼球である転動体と平板であるレースは、点接触しており、微視的には接触点で弾性変形が起きている。そして、その面積は、転動体の半径の１／３乗に比例する。また、この接触点での平均面圧は球の半径の−２／３乗に比例する。

滑りが生じないためには、接触点での面圧を一定値以上とする必要があり、球の半径を小さくするほど接触面圧は大きくなることから、同じアキシアル荷重の場合は転動体の径が小さいほど滑りが生じにくくなる。

したがって、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の直径を上側スラストベアリング１４８の転動体１５６より小さくすることで、アキシアル荷重が小さくても、転動体１７４の転動する際の滑りを生じにくくすることができ、転がり状態が維持できるので、摩耗や剥離等の発生を防止することができる。

しかも、転動体１７４の直径を小さくすることで、下側スラストベアリング１７０を、上下方向の高さ寸法、および径方向の幅寸法を小さくすることができ、下側スラストベアリング１７０を小型化できる。そのため、回転子１１６内に、主軸受１２６の下端を収納するために設けた凹部であるカウンターボア１１６ａの内径ｄｍや深さｈｍを小さくすることができ、電動要素１１０の効率低下を防止することができる。

また本実施の形態１では、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６が１２個に対して、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４を６個と少なくすることで、転動体
１７４一個当りの接触荷重を増やし、転動時の滑りを防止するようにしている。したがって、下側スラストベアリング１７０の信頼性を向上することができる。

しかも、回転子１１６は、シャフト１１８へ焼嵌めで固定されるので、焼嵌めの際には高温になり、回転子１１６の近傍に配置されている下側スラストベアリング１７０も温度が上昇する。ところが、下側スラストベアリング１７０のホルダー部１７６は、転動体１７４を収納するための穴部の数が少なく、剛性が高いので、熱によるホルダー部１７６自身の変形を軽減することができる。その結果、ホルダー部１７６の変形に伴い、ホルダー部１７６が他部品と接触するなどして生じる欠け・割れなどの発生を防止することができる。

また、下側スラストベアリング１７０の転動体１７４の軌道径ｄｌを、上側スラストベアリング１４８の転動体１５６の軌道径ｄｕより小さくすることで、転動体の転がり速度を小さくして滑りの発生を防止することができ、下側スラストベアリング１７０の信頼性を向上することができるとともに、下側スラストベアリング１７０を径方向に小型化できるため、回転子１１６内に設けたカウンターボア１１６ａの内径ｄｍを小さくできるので、電動要素１１０の効率低下を防止することができる。

また、上側スラストベアリング１４８を、軸受延長部１５３の外側に配置することで、主軸受１２６の長さが短くなることはなく、ピストン１３０等の圧縮機構の近くでシャフト１１８に作用する荷重を支持できるので、主軸受１２６が支持する荷重を軽減し、摺動損失を低減することができる。

なお、本発明の実施の形態１においては、弾性部材１６２を、上側スラストベアリング１４８の下側と主軸受１２６に形成されたスラスト面１５２の間に設けたが、フランジ部１２１と上側スラストベアリング１４８の間、あるいは、主軸受１２６の下端先端と下側スラストベアリング１７０の間、さらには、下側スラストベアリング１７０と回転子１１６に設けたカウンターボア１１６ａの水平面部（下レース１７８が載置されている面）の間のいずれかに設けても同じ効果が得られる。

また、弾性部材１６２を、上側スラストベアリング１４８と下側スラストベアリング１７０のそれぞれに隣接して複数個配置してもよい。この場合、既に説明したアキシアル荷重を付加する効果に加え、シャフト１１８がわずかに傾斜した場合でも、上下のスラストベアリング１４８、１７０の各転動体１５６、１７４に均等に荷重を付与することができる、所謂調心の効果を得ることができ、転動体１５６、１７４や上下のレース１５４、１６０、１７２、１７８の損傷の発生を防止することができる。

また、弾性部材１６２を上側スラストベアリング１４８に隣接して設けた上で、傾きを吸収する部材を下側スラストベアリング１７０に隣接して設けてもよい。その傾きを吸収する部材の具体例としては、図７に示すように、上下面に各２箇所の凸部２０１、２０２が形成され、直交する２軸Ｘ、Ｙの方向に転動が可能な調心ワッシャー２００などが使用できる。この場合も、シャフト１１８がわずかに傾斜した場合でも、上下のスラストベアリング１４８、１７０の各転動体１５６、１７４へ均等にアキシアル荷重を付与することができ、損傷の発生を防止することができる。

また、本発明の実施の形態１では転がり軸受の転動体として鋼球を使用したが、代わりに略円筒形状のコロを用いても同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、スラストベアリングを用いて、長期に
亘り性能と信頼性の低下を抑制できるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

１０２ 密閉容器
１０４ 潤滑油
１１０ 電動要素
１１２ 圧縮要素
１１４ 固定子
１１６ 回転子
１１８ シャフト
１２０ 主軸部
１２１ フランジ部
１２２ 偏心軸部
１２４ シリンダブロック
１２６ 主軸受
１３０ ピストン
１３４ シリンダ
１３６ 連結手段
１４８ 上側スラストベアリング
１５２ スラスト面
１５３ 軸受延長部
１５６ 転動体
１６２ 弾性部材
１７０ 下側スラストベアリング
１７４ 転動体

Claims (6)

1. 潤滑油を貯留した密閉容器内に、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素を収容し、さらに、前記圧縮要素を、前記回転子が固定された主軸部とフランジ部を介して形成された偏心軸部を有するシャフトと、シリンダを備えたシリンダブロックと、前記シリンダ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形成され、かつ前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受の上部に設けられたスラスト面を備えた構成とし、さらに、前記スラスト面と前記フランジ部の間に配設され、かつ転動体が上レースと下レースで挟持された転がり軸受で構成される上側スラストベアリングと、前記主軸受の下端と前記回転子の間に配設され、かつ転動体が上レースと下レースで挟持された転がり軸受で構成される下側スラストベアリングと、上下方向にバネ性を有し、かつ前記主軸部が貫通する円環状の弾性部材を設け、前記弾性部材を、前記フランジ部と前記上側スラストベアリングの間、および／または前記上側スラストベアリングと前記スラスト面の間、および／または前記主軸受の下端と前記下側スラストベアリングの間、および／または前記下側スラストベアリングと前記回転子の間の少なくとも一箇所に配置した密閉型圧縮機。
2. 前記電動要素を、商用周波数以上の周波数を含む複数の周波数で駆動するようにした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記電動要素の回転子に、前記主軸部を中心とする所定の径の凹部で形成され、かつ前記主軸受の下部を収納するカウンターボアを設け、さらに、前記下側スラストベアリングの転動体の径を、前記上側スラストベアリングの転動体の径より小さくした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記下側スラストベアリングの転動体の個数を、前記上側スラストベアリングの転動体の個数より少なくした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記下側スラストベアリングの転動体の軌道径を、前記上側スラストベアリングの転動体の軌道径より小さくした請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記上側スラストベアリングを、前記主軸受の上部に設けた軸受延長部の外径側に配置した請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。