JP2013124640A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラストボールベアリングの摺動性と磨耗性を向上させることにより、高効率でかつ高信頼性を実現する密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】下レース１２３とスラスト面１１８との間に、重力方向の弾性力を備えた波ワッシャ１２４を設け、波ワッシャ１２４におけるシャフト１０７を境に圧縮室１１２と反対側となる領域Ａのバネ定数を、波ワッシャ１２４における圧縮室１１２側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成したことにより、圧縮工程後半で最大圧縮荷重が偏心軸部１１０に作用しても、圧縮室１１２と反対側の波ワッシャ１２４の領域Ａのバネ定数が大きいこととなり、シャフト１０７の傾きが抑えられ、ボール１２２と上レース１２０、下レース１２３との片当たりや磨耗を低減でき円滑な回転が確保され、摺動性も良好となる。
【選択図】図４

Description

本発明は、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、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機は、消費電力の低減のための高効率化や低騒音化、並びに高信頼性が求められている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、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技術の密閉型圧縮機について説明する。

図５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６は、従来の密閉型圧縮機の分解斜視図である。

図５および図６に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３とからなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５と、を収容し、密閉容器１内に潤滑油６を貯溜する。

シャフト１０は、回転子３を固定した主軸部１１、および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心軸部１２を有する。

シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５と主軸受２０とを有する。

ピストン２３は、シリンダブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１２との間を連結手段２４とピストンピン２５によって連結されている。

シャフト１０の主軸部１１と偏心軸部１２の間の主軸部１１側には、主軸部１１の軸心と略直角に環状の上レース着座面２７が形成され、主軸受２０の上端には主軸受２０の軸心と略直角に環状の下レース着座面２８が形成されている。

これらの上レース着座面２７と下レース着座面２８の間には、シャフト１０を支持するため、ボール３０と上レース３１及び下レース３２とからなるスラストボールベアリング３５が装着される。

上レース３１及び下レース３２は平板で形成されている。

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。

電動要素４の回転子３は、シャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることで、ピストン２３は圧縮室１５内を往復運動する。

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１５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１０と回転子３の重量は、スラストボールベアリング３５で支えられるとともに、シャフト１０の回転時は、ボール３０が上レース３１と下レース３２の間で転がるために回転が滑らかになる。

回転時において、上レース３１は上レース着座面２７に密着して上レース着座面２７と同時に回転し、下レース３２は下レース着座面２８に密着して静止している。

このスラストボールベアリング３５を用いることによって、シャフト１０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ため、スラスト軸受での損失を小さくすることができる。従って、入力が低減して高効率とすることができる。

特開２００５−１２７３０５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、圧縮工程において圧縮荷重をピストンが受けると、連結手段とピストンピンによって連結されたシャフトの偏心軸部にも圧縮荷重がかかるためシャフトが傾く。その結果、上レースと下レースが平行にならず、ボールが入る隙間に不均一が生じるために、各ボールに均等に荷重がかからず隙間の狭い部分を通過するボールに荷重が集中し、ボール、上レース及び下レースに過度な繰り返し応力がかかって疲労による剥離などの損傷が生じ、騒音や効率、さらには信頼性が低下する可能性があるという課題を有していた。

また、別の従来の密閉型圧縮機として、特表２００５−５００４７６号公報に記載の、下レースとスラスト間に支持部材を配設したスラストボールベアリング仕様で、高効率、高信頼性を実現させるものが知られている。これは、輸送時の振動など密閉型圧縮機全体に大きな外力が作用した場合、スラストボールベアリング全体に大きな荷重が作用し、ボールと上レース及び下レースの接触部で陥没などの塑性変形が生じ、この変形が原因で効率や騒音、信頼性に悪影響を及ぼす可能性を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、シャフトの偏心軸部に圧縮荷重がかかってもシャフトの傾きを小さくし、かつ、スラストボールベアリング全体に外力が加わってもボールと上下レース接触部で円滑な摺動を実現させることにより、高効率、かつ、高信頼性を有する密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前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、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、を収容し、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、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手段と、前記シリンダブロックに形成され前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングと、を備え、前記スラストボールベアリングは、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備え、前記下レースと前記スラスト面との間に、前記下レースと前記スラスト面に当接する重力方向の弾性力を備えた波ワッシャを設け、前記波ワッシャにおける前記シャフトを境に前記圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、前記波ワッシャにおける前記圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成したものである。

これにより、シャフトの傾きを抑えることが可能となり、ボールの片当たり、磨耗等が発生する可能性が少なく、摺動抵抗を小さくすることができる。また、大きな外力が作用した場合、波ワッシャが変形することで、ボールと上レース、下レースの接触荷重が大きくなることを抑制し、スラストボールベアリングの塑性変形を防止できる。

本発明の密閉型圧縮機は、シャフトの偏心軸部に圧縮荷重がかかってもシャフトの傾きを小さくすることができ、かつ、スラストボールベアリング全体に外力が加わっても、ボールと上下レース接触部で円滑な摺動が可能となることから、高効率で、かつ、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 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拡大図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の波ワッシャの正面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の波ワッシャの斜視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の分解斜視図

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、固定子と回転子と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た主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内で往復運動するピストンと、ピストンと偏心軸部とを連結する連結手段と、シリンダブロックに形成され主軸部を軸支する主軸受と、主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングとを備え、スラストボールベアリングは、ホルダー部に保持された複数のボールと、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備え、下レースとスラスト面との間に、下レースとスラスト面に当接する重力方向の弾性力を備えた波ワッシャを設け、波ワッシャにおけるシャフトを境に圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、前記波ワッシャにおける圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成したものである。これにより、圧縮工程後半で最大圧縮荷重が偏心軸部に作用しても、圧縮室と反対側の波ワッシャの領域Ａのバネ定数が大きいことより、シャフトの傾きが抑えられるために、ボールと上レース、下レースとの片当たりや磨耗もほとんどなく円滑な回転が確保され、摺動性も良好となる。さらに、大きな外力が作用した場合でも、波ワッシャが変形することで、ボールと上レース及び下レースの接触荷重が大きくなることを抑制し、スラストボールベアリングの塑性変形を防止して、スラストボールベアリングの摺動を良好な状態に維持することで、効率向上と信頼性向上を達成することができる。

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、前記電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動され、前記回転子は少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転されるものである。これにより、例えば８０Ｈｚで回転されるもので、摺動速度が大きくなる８０Ｈｚでの周波数で運転した場合に、ボールと上レース、下レースと摺動部の摺動状態が厳しくなる。しかし、重力方向の弾性力を波ワッシャに備え、シャフトを境に圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成したことにより、シャフトの傾きを小さくしてボールとレース間の圧縮荷重のかかり方を均一化するようにしているため、ボールの片あたりやレースとの摺動面の磨耗を低減し、信頼性を高める効果が顕著となり、請求項１に記載の発明の効果に加えて、高速運転での信頼性を得ることができる。

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拡大図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の波ワッシャの正面図、図４は、同実施の形態における密閉型圧縮機の波ワッシャの斜視図である。

図１から図４において、密閉容器１０１内には、潤滑油１０２を貯溜するとともに、固定子１０３と回転子１０４とを備えた電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動され電動要素１０５の上方に配設された圧縮要素１０６と、を収容している。

圧縮要素１０６を構成するシャフト１０７は、内部に給油機構１０８を有し、主軸部１０９と、主軸部１０９と平行な偏心軸部１１０と、を備えている。また主軸部１０９には回転子１０４が固定されている。

シリンダブロック１１１は、略円筒形の圧縮室１１２を有し、主軸部１０９を軸支する主軸受１１３が形成されている。ピストン１１４は、シリンダブロック１１１の圧縮室１１２に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１０との間を連結手段１１５とピストンピン１１６によって連結されている。

次に、スラストボールベアリング１１７の構成について説明する。

主軸受１１３は、軸心と直角な平面部であるスラスト面１１８よりさらに上方に延長され、主軸部１０９に対向する内面を有する管状延長部１１９とを有している。

管状延長部１１９の上側に上レース１２０が配置され、管状延長部１１９の外径側かつ上レース１２０の下側に、ホルダー部１２１に保持されたボール１２２、下レース１２３及び波ワッシャ１２４が配置され、スラストボールベアリング１１７が構成されている。

波ワッシャ１２４は、山部１２５と谷部１２６が交互に形成された形状であり、下レース１２３とスラスト面１１８の間に配設され、シャフト１０７や回転子１０４などの垂直方向の荷重を支持している。

さらに、波ワッシャ１２４は重力方向のバネ性を有しており、かつ圧縮室１１２とシャフト１０７を境に反対側に位置する領域Ａのバネ定数が、圧縮室１１２側の領域Ｂのバネ定数より大きくなるように形成されている。

具体的には、図３に示すように、領域Ａにおいて波形を形成する反圧縮室１１２側の波数、すなわち、波ワッシャ１２４の山部１２５と谷部１２６の数を、領域Ｂにおける波数より多く形成している。

電動要素１０５は、固定子１０３のコアに設けたティース部に巻き線を集中巻きした集中巻き型である。

また、電動要素１０５は、インバータ制御により複数の回転数で少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転される運転をすることができ、最高回転数は８０Ｈｚとなっている。

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１０５の回転子１０４は、シャフト１０７を回転させ、偏心軸部１１０の回転運動が連結手段１１５を介してピストン１１４に伝えられることでピストン１１４は圧縮室１１２内を往復運動する。

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１１２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。また、シャフト１０７下端は潤滑油１０２に浸漬しており、シャフト１０７が回転することにより、潤滑油１０２は給油機構１０８により圧縮要素１０６各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

シャフト１０７と回転子１０４の重量は、スラストボールベアリング１１７で支えられるとともに、シャフト１０７の回転時は、ボール１２２が上レース１２０と下レース１２３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１１７を用いることによって、シャフト１０７を回転させるトルクは、例えば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。従って、入力が低減して、高効率を実現することができる。

次に、圧縮工程において、圧縮荷重をピストン１１４が受けると、連結手段１１５によって連結されたシャフト１０７の偏心軸部１１０にも圧縮荷重がかかる。

その際に、シャフト１０７の主軸部１０９とシリンダブロック１１１の主軸受１１３とのクリアランスの寸法でシャフト１０７は自由度があるので、偏心軸部１１０が反圧縮方向に傾くが、下レース１２３とスラスト面１１８との間に、下レース１２３とスラスト面１１８に当接する重力方向の弾性力を備えた波ワッシャ１２４を設け、波ワッシャ１２４におけるシャフト１０７を境に圧縮室１１２と反対側となる領域Ａのバネ定数を、波ワッシャ１２４における圧縮室１１２側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成した。

これにより、圧縮工程後半で最大圧縮荷重が偏心軸部１１０に作用しても、圧縮室１１２と反対側の波ワッシャ１２４の領域Ａのバネ定数が大きいことより、シャフト１０７の傾きが抑えられるために、ボール１２２と上レース１２０、下レース１２３との片当たりや磨耗もほとんどなく円滑な回転が確保され、摺動性も良好となる。

また、例えば、輸送時などの振動により大きな外力がスラストボールベアリング１１７作用した場合でも、重力方向の弾性力を備えた波ワッシャ１２４が変形することで、ボール１２２と上レース１２０及び下レース１２３の接触荷重が大きくなることを抑制し、スラストボールベアリング１１７の塑性変形を防止して、スラストボールベアリング１１７の摺動を良好な状態に維持することで、効率向上と信頼性向上を達成することができる。

電動要素１０５は、インバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子１０４は少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数、例えば８０Ｈｚで回転される。これにより、摺動速度が大きくなる８０Ｈｚでの周波数で運転した場合に、ボール１２２と上レース１２０、下レース１２３との摺動部の摺動状態が厳しくなる。しかしながら、重力方向の弾性力を波ワッシャ１２４に備え、シャフト１０７を境に圧縮室１１２と反対側となる領域Ａのバネ定数を、圧縮室１１２側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成した。これにより、シャフト１０７の傾きを小さくしてボール１２２と下レース１２３間の圧縮荷重のかかり方を均一化するようにしているため、ボール１２２の片あたりや下レース１２３との摺動面の磨耗を低減し、信頼性を高める効果が顕著となり、高速運転での信頼性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、スラストボールベアリングを用いて、効率がよく、かつ摺動を良好な状態で維持させるとともに、信頼性を向上させることが可能となるので、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置や自動販売機の密閉型圧縮機の用途にも適用できる。

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
１０７ シャフト
１０９ 主軸部
１１０ 偏心軸部
１１１ シリンダブロック
１１２ 圧縮室
１１３ 主軸受
１１４ ピストン
１１５ 連結手段
１１７ スラストボールベアリング
１１８ スラスト面
１２０ 上レース
１２１ ホルダー部
１２２ ボール
１２３ 下レース
１２４ 波ワッシャ

Claims (2)

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、を収容し、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、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手段と、前記シリンダブロックに形成され前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸受のスラスト面に配設されたスラストボールベアリングと、を備え、前記スラストボールベアリングは、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備え、前記下レースと前記スラスト面との間に、前記下レースと前記スラスト面に当接する重力方向の弾性力を備えた波ワッシャを設け、前記波ワッシャにおける前記シャフトを境に前記圧縮室と反対側となる領域Ａのバネ定数を、前記波ワッシャにおける前記圧縮室側の領域Ｂのバネ定数よりも大となるように形成した密閉型圧縮機。
2. 前記電動要素は、インバータによって複数の運転周波数で駆動され、前記回転子は少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転される請求項１に記載の密閉型圧縮機。