JP2014034898A - 密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫またはエアコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】上レースと回転子のボア平面の接触部における摺動による摩耗防止並びに上レースの内径とシャフトの外径における摩耗発生を防止すること。
【解決手段】固定子５２と回転子５４とによって駆動される圧縮要素は、回転子５４が締結されたシャフト３０と、リンダブロック２０と、往復運動するピストン２４と、シリンダブロック２０に固定されシャフトを軸支する主軸受２６と、回転子５４の下部窪み部５６の水平面５８と主軸受２６のスラスト面２８との間に設けられたスラストボールベアリング６０と、を備え、スラストボールベアリング６０は、ボール６２の上下に各々配設される上レース６６及び下レース６８と、を備え、上レース６６と、回転子５４の下部窪み部５６の垂直面Ａと、の間に、互いに嵌合する止め部８４を設けること。止め部は、上レースの外周部に設けた凸設部と、回転子の下部窪み部垂直面に設けた凹部と、からなり互いに嵌合する。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫、エアコンディショナ、冷蔵ショーケース等の冷凍サイクルを有する装置に使用される密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫またはエアコンディショナに関する。

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。この種の密閉型圧縮機の従来技術として、例えば特許文献１には、効率向上を目的としてスラストボールベアリングを採用し、シリンダブロック内で往復移動するピストンを駆動するシャフトが、主軸受に対して自由に回転できるような構造が開示されている。

この特許文献１の開示された技術について図６〜図８を参照しながら説明する。図６は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の要部を示す縦断面図であり、図７は図６に示すシャフトの斜視図であり、図８は図６に示す上レースの斜視図である。

図６〜図８において、密閉型圧縮機の密閉容器内には、固定子と回転子１５２とからなる電動要素と、この電動要素により回転駆動される圧縮要素とが収納され、その底部に潤滑油を貯留している。ピストンを有する圧縮要素のシリンダブロックの上部には主軸受１２６が固定され、主軸受１２６の上方にはスラスト面１２８が形成されている。

シャフト１３０は、外周に螺旋状給油溝１３２を有する主軸部１３４と、その下方に形成された偏芯軸部１３６を備えており、偏芯軸部１３６の下端１３８には給油管１４２が圧入され、偏芯軸部１３６とピストンとは連結機構により連結されている。

回転子１５２の下部１６２に形成された窪み部であるカウンターボア（ｃｏｕｎｔｅｒ ｂｏｒｅ；座ぐり）１６４内には、中心軸線１４８と略直角方向に設けられた環状のボア平面１６６が形成され、主軸受１２６の端部１２７には中心軸線１４８と略直角方向に設けられた環状のスラスト面１２８が形成されている。

カウンターボア１６４内のボア平面１６６と主軸受１２６のスラスト面１２８との間には、シャフト１３０や回転子１５２の自重を支持するため、スラストボールベアリング１７０が配設されている。

スラストボールベアリング１７０は、複数のボール１７２と、ボール１７２を保持するホルダー部１７４と、ボール１７２の上下に各々配設された上レース１７６と下レース１７８とを備えている。上レース１７６は回転子１５２のボア平面１６６と接しており、下レース１７８は主軸受１２６のスラスト面１２８と接している。

以上説明した密閉型圧縮機は、特許文献１に記載された従来技術の基本的構成を示すものであり、後述する図１に示す本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機と共通する構成である。

そこで、特許文献１に記載された従来技術における上レース１７６は、図８に示すように、内周部の一部が直線となった凸設部１８０を備え、シャフト１３０の主軸部１３４は外周に上レース１７６の凸設部１８０が嵌合する平面形状の凹部１８２を備えている（図７を参照）。上レース１７６の平面形状の凸設部１８０とシャフト１３０の平面形状凹部１８２は嵌合して組み立てられ、止め部１８４を構成している。この止め部１８４によって、上レース１７０はシャフト１３０と一体的に回転する。

シャフト１３０と回転子１５２の重量はスラストボールベアリング１７０で支えられるとともに、シャフト１３０が回転する際にはボール１７２が上レース１７６と下レース１７８の間で転がるため、シャフト１３０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り、スラスト軸受での損失を小さくでき、電動要素への供給電力が低減して高効率としている。また、シャフト１３０の回転とともに遠心力並びに傾斜している給油管１４２により密閉容器底部の潤滑油を汲み上げ、潤滑油は螺旋状の給油溝１３２からスラスト面１２８に供給されスラストボールベアリング１７０を潤滑する。

特開２０１２−３６９０５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された上レース１７６とシャフト１３０との間に止め部１８４を設ける構成には次のような課題がある。即ち、シャフト１３０の外周部に平面形状凹部１８２を形成するためには、そのための加工が新たに追加する工程となりコストアップの要因になる。また、シャフト１３０と回転子１５２とは圧入若しくは焼き嵌め等の手段で強固に締結されており、シャフト１３０の外周に平面形状凹部１８２が存在すると、この凹部１８２が上記の強固な締結に逃げを設けることに繋がり、シャフト１３０の外周と回転子１５２の内周の接触面積が逃げによって減少することになり、締結力が低下する懸念がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、シャフトと回転子との締結力を損なうことなく、上レースと回転子のボア平面の接触部における摺動による摩耗防止並びに上レースの内径とシャフトの外径における摩耗発生を防止し、電動要素への供給電力の増加を抑えた高効率で高信頼性の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。
密閉容器内には、潤滑油を溜める貯油室と、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前記電動要素の下方に配置された圧縮要素と、が収容され、前記圧縮要素は、偏心軸部と主軸部とを有し前記回転子が締結されたシャフトと、圧縮室を有する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機構と、前記シリンダブロックに固定され前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記回転子の下部窪み部（カウンタボア）の水平面（ボア平面）と前記主軸受のスラスト面との間に設けら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、複数のボールと、前記ボールを保持するホルダー部と、前記ボールの上下に各々配設される上レース及び下レースと、を備え、前記上レースと、前記シャフトに締結された回転子の前記下部窪み部（カウンタボア）の垂直面（カウンタボアの内周部）と、の間に、互いに嵌合する止め部を設ける構成とする。

また、前記密閉型圧縮機において、前記止め部は、前記上レースの外周部に設けた凸設部と、前記回転子の下部窪み部垂直面（カウンタボアの内周部）に設けた凹部と、からなり、前記上レースの凸設部と前記回転子の凹部とが嵌合する構成とする。さらに、前記上レースは、その外周部に設けた前記凸設部と、前記上レースの中心軸を通る前記凸設部と反対側の外周部に設けた凹設部と、を有し、前記凸設部と前記凹設部とは対応する逆の形状を有し、前記凸設部と前記凹設部とは、長尺鋼板を用いた順送型プレスの型抜きで同時形成した構成とする。

本発明によれば、上レースとシャフトとが一体に回転するように、上レースと回転子との間に止め部を設けることによって、上レースと回転子のボア平面との摺動による摩耗防止と、上レースとシャフトとの摺動による摩耗発生を防止することができる。引いては、電動要素への供給電力の増加を抑えて高効率で信頼性を高めることができる。

本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機の基本的構成を示す縦断面図である。 本実施形態に係る密閉型圧縮機の主要部を示す縦断面図である。 本実施形態に関する回転子における下部に形成された窪み部であるカウンタボアを示す斜視図である。 本実施形態に係る密閉型圧縮機におけるスラストボールベアリングの上レースの構造を示す斜視図である。 本実施形態に関するスラストボールベアリングの上レースの型抜き製造工程を示す説明図である。 特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の主要部を示す縦断面図である。 図６に示すシャフトの詳細構造を示す斜視図である。 図６に示す上レースの斜視図である。

本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機について、図１〜図５を参照しながら以下説明する。図１において、まず、本実施形態に係る密閉型圧縮機の基本的構成を説明する。密閉容器１内には、固定子５２と回転子５４とからなる電動要素２と、電動要素２により回転駆動される圧縮要素４と、がそれぞれ収納され、底部に潤滑油６を貯留している。電動要素２と圧縮要素４は一体に組み立てられて圧縮機構８を形成し、圧縮機構８は密閉容器１内に弾性的に支持されている。

圧縮要素４を構成するシリンダブロック２０には、円筒状の圧縮室２２が形成され、ピストン２４が圧縮室２２内に往復自在に嵌入されている。シリンダブロック２０の上部には主軸受２６が固定され、主軸受２６の上方にはスラスト面２８（図２参照）が形成されている。

シャフト３０は、主軸受２６に鉛直方向に軸支され外周に螺旋状の給油溝３２を有する主軸部３４と、その下方に形成された偏芯軸部３６を備えており、偏芯軸部３６の下端３８に給油管４２が圧入され、偏芯軸部３６とピストン２４とは連結機構４４により連結されている。

電動要素２が外部電源により通電されると、回転子５４が回転し、これに伴ってシャフト３０が回転し、偏芯軸部３６の回転運動が連結機構４４を介してピストン２４に伝えられる。ピストン２４は、圧縮室２２内で往復運動を行い、圧縮要素４が所定の圧縮動作を行う。この圧縮動作により、冷媒ガスは冷却システムから圧縮室２２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。

給油管４２は、一端が偏芯軸部３６の下端３８から螺旋状の給油溝３２に連通し、給油管４２の下端開口部４６が主軸部３４の中心軸線４８の延長線上に湾曲し潤滑油６中に開口している。給油管４２は、一端が偏芯軸部３６の下端３８に圧入され、下端開口部４６が主軸部３４の中心軸線４８の延長線上に湾曲しているため、シャフト３０の回転とともに遠心力により潤滑油６を汲み上げ、各摺動部を潤滑し、その一部は螺旋状の給油溝３２からスラスト面２８に供給されスラストボールベアリング６０を潤滑する。

電動要素２はインダクションモータで形成され、シリンダブロック２０の上方にボルト固定され、巻線５０を備えた固定子５２と、シャフト３０の主軸部３４に焼嵌め等で固定された回転子５４と、から構成されている。

電磁鋼鈑で積層された回転子５４の下部５５の凹部（窪み部）を形成するカウンターボア５６内には、中心軸線４８と略直角に設けられた環状のボア平面５８が形成され（図２を参照）、主軸受２６の端部２７には中心軸線４８と略直角に設けられた環状のスラスト面２８が形成されている。

カウンターボア５６内のボア平面５８と主軸受２６上方のスラスト面２８との間には、シャフト３０と回転子５４の自重を支持するため、スラストボールベアリング６０が配設されている。スラストボールベアリング６０は、複数のボール６２と、ボール６２を保持するホルダー部６４と、ボール６２の上下に各々配設された上レース６６及び下レース６８と、を備えている。上レース６６は回転子５４のボア平面５８と接しており、下レース６８は主軸受２６のスラスト面２８と接している。

上レース６６には外周部に凸設部８０が設けられており、回転子５４のカウンタボア（窪み部）５６の内周部Ａには上レースの凸設部８０が嵌合する縦溝状の凹部８２が設けられている。上レース６６の凸設部８０と回転子５４の凹部８２は嵌合して組み立てられ、止め部８４を構成している。図３と図４に示す図示例では、凸設部８０と凹部８２は断面が略円弧形状となっているが、この形状に限らず、嵌まり合う両者が略矩形形状であってもよい。また、外周部に凹部を設けて上レース６６を下レース６８と同形状とし、且つカウンタボア５６の内周部に当該外周部凹部に嵌合する突設部を設けても良い。

図３は、図２に示す回転子５４、スラストボールベアリング６０、主軸受け２６の関連構造の内で、回転子５４の構造を斜視図として示している。図２と図３において、カウンタボア５６（窪み部）の内周部をＡで示し、内周部Ａに設けた凹部８２をＢで示し、回転子５４の最下部における中心軸線４８と略直角に設けられた底面をＣで示している。図３に示す見取図は、見易くするために、図２の断面図とその上下が逆になっている。

シャフト３０と回転子５４の重量はスラストボールベアリング６０で支えられるとともに、シャフト３０が回転する際にはボール６２が上レース６６と下レース６８の間で転がるため、シャフト３０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。そのため、スラスト軸受での損失を小さくすることができ、電動要素２への供給電力が低減して、高効率とすることができる。

次に、本実施形態に係る密閉型圧縮機の特徴の１つである、上レース６６と回転子５４との間に止め部８４を設けることにより、上ース６６とボア平面５８との摺動による摩耗を防止し、上レース６６とシャフト３０との摺動による摩耗の発生を防止するメカニズムについて説明する。

図２と図４に示すように、上レース６６の外周部に設けた凸設部８０と、回転子５４の内周部に設けた凹部８２とが嵌合されていることから、上レース６６は回転子５４及びシャフト３０と完全に同期して回転するため、上レース６６とシャフト３０及び回転子５４のボア平面５８とが摺動し擦れることが無くなり、接触部に摩耗が発生することがない。 次に、図３に示す回転子１５２について述べる。回転子５４のカウンタボア５６の内周部には上レースの凸設部８０が嵌合する縦溝状の凹部８２を備えている。この縦溝状の凹部８２は、回転子５４を製造する際に電磁鋼板を積層する工程内で、同時に凹部８２を打ち抜いて形成するので、止め部８４を構成するために、新たな別の工程を追加する必要がない。すなわち、カウンタボア５６の内周部に凹部８２を形成する箇所においても、凹部を形成しない箇所においても、同様に内径を型抜きすることには変わりはないので、凹部８２のための追加工程は必要としないのである。

さらに、図４に示す上レース６６の製造について、図５を参照しながら説明する。上レース６６には止め部８４を構成する凸設部８０と、凸設部８０とは上レース６６の中心を通る延長線上の外周部反対側に凹設部８１と、を設けている。凹設部８１を設けている理由は、上レース６６を製作する工程で、コイルに巻かれた長尺の鋼板８５の素材を順送型プレスで型抜きして製作することが一般に行われ、凸設部８０と凹設部８１の部位を同時に型抜きしてできる形状になっている。長尺鋼板においてプレス型抜きされた或る上レースの凸設部８０に対して、当該或る上レースに隣接する上レースでは凹設部８１が対応して製作されることになる。上レース６６に凸設部８０を設けることにより外形の寸法が多少大きくなるが、当該凸設部８０に対応して凹設部８１を設けることによって、製造工程における鋼板素材の歩留まりの低下を避ける（端材を抑制する）ことができる。

以上のように、本実施形態に係る密閉型圧縮機は、構造が簡易で且つ製造工程を少なくして、コストアップを抑制し、シャフトと回転子の締結力を損わないで、上レースとシャフトとが一体に回転するように、上レースと回転子との間に止め部を設けたことで、供給電力の増加を抑えた高効率で高信頼性の密閉型圧縮機とすることができるので、自販機、冷凍ショーケース、除湿機などの用途にも適用できる。

１ 密閉容器
２ 電動要素
４ 圧縮要素
６ 潤滑油
２０ シリンダブロック
２２ 圧縮室
２４ ピストン
２６ 主軸受
２８ スラスト面
３０ シャフト
３４ 主軸部
３６ 偏芯軸部
４４ 連結機構
４８ 中心軸線
４９ 回転子エンドリング
５２ 固定子
５４ 回転子
５５ 回転子下部
５６ カウンタボア（回転子の窪み部又は凹部）
５８ ボア平面
６０ スラストボールベアリング
６２ ボール
６４ ホルダー部
６６ 上レース
６８ 下レース
８０ 凸設部
８１ 凹設部
８２ 凹部
８４ 止め部
８５ 長尺鋼板
１７６ 上レース
１７８ 下レース
１８０ 上レースの平面形状凸設部
１８２ シャフトの平面形状凹部
１８４ 止め部

Claims (6)

1. 密閉容器内には、潤滑油を溜める貯油室と、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前記電動要素の下方に配置された圧縮要素と、が収容され、
   前記圧縮要素は、偏心軸部と主軸部とを有し前記回転子が締結されたシャフトと、圧縮室を有する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機構と、前記シリンダブロックに固定され前記シャフトを軸支する主軸受と、前記回転子の下部窪み部の水平面と前記主軸受のスラスト面との間に設けら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、複数のボールと、前記ボールを保持するホルダー部と、前記ボールの上下に各々配設される上レース及び下レースと、を備え、
   前記上レースと、前記シャフトに締結された回転子の前記下部窪み部の垂直面と、の間に、前記上レースと前記回転子を嵌合する止め部を設ける
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１において、
   前記止め部は、前記上レースの外周部に設けた凸設部と、前記回転子の下部窪み部の垂直面に設けた凹部と、からなり、
   前記上レースの凸設部と前記回転子の凹部とが嵌合する
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項２において、
   前記上レースは、その外周部に設けた前記凸設部と、前記上レースの中心軸を通る前記凸設部と反対側の外周部に設けた凹設部と、を有し、
   前記凸設部と前記凹設部とは対応する逆の形状を有し、
   前記凸設部と前記凹設部とは、長尺鋼板を用いた順送型プレスの型抜きで同時形成したものである
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つの請求項において、
   前記嵌合する止め部の形状は、略円弧状又は略矩形状であることを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項１において、
   前記上レースと下レースは、その外周部に凹設部を有する同一形状をもち、
   前記回転子の前記下部窪み部の垂直面に、前記上レースの外周部の前記凹設部に嵌合する突設部を設ける
   ことを特徴とする密閉型圧縮機。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つの請求項に記載された密閉型圧縮機が冷凍サイクル中の圧縮機として使用された冷蔵庫又はエアコンディショナ。

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