JP5120200B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

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。

従来、スラストボールベアリングを用いた圧縮機としては、主軸受の上部管状延長部の周囲に転がり軸受を配置したものがある（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、従来の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１０は、従来の密閉型圧縮機の支持部材の斜視図を示したものである。

図８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８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、荷重が作用する偏心軸部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表面に設けた螺旋状の溝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４６とともに圧縮室４８を形成する。さらに、バルブプレート４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド５０が固定されている。

吸入マフラ５２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５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリングについて説明する。

図９において、主軸受２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面６０と、スラスト面６０よりさらに上方に延長され、主軸部２０に対向する内面を有する管状延長部６２とを有している。

そして、管状延長部６２の外径側に、上レース６４、ホルダー部６８に保持されたボール６６、下レース７０、および支持部材７２からなるスラストボールベアリング７６が配置されている。

上レース６４および下レース７０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６８は環状の形状をなし、周方向に設けた複数の穴部にボール６６を転動自在に収納している。

支持部材７２は、図１０に示すとおり、環状の金属板に下側突起７２ａ，７２ｂと、上側突起７２ｃ，７２ｄを設けたものである。これらの突起は同じ半径の曲面で形成され、下側突起７２ａ，７２ｂの頂点を結ぶ線と、上側突起７２ｃ，７２ｄの頂点を結ぶ線とが直角になるように配置されている。

そして、スラスト面６０の上に、支持部材７２、下レース７０、ボール６６、上レース６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース６４の上面にシャフト１８のフランジ部７４が着座している。そして、支持部材７２は、下側突起７２ａ，７２ｂが線接触の状態でスラスト面６０と接し、上側突起７２ｃ，７２ｄが線接触の状態で下レース７０と接している。

以上のように構成された圧縮機について、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５２を経由して圧縮室４８内へ導入され、圧縮室４８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（図示せず）へ送出される。

また、シャフト１８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。

次に、スラストボールベアリング７６について説明する。

スラストボールベアリング７６は、ボール６６が上レース６４と下レース７０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、近年高効率化を目的に採用されることが増えてきている。
特表２００５−５００４７６号公報

しかしながら、上記従来の構成では、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７６全体に大きな荷重が作用し、ボール６６と上レース６４および下レース７０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、輸送時などの振動などの大きな外力が作用した場合でもボールベアリングの塑性変形を防止し、高効率で低騒音、かつ信頼性の高い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の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、下レースまたは上レースとスラスト面との間に、重力方向の弾性力を備えた支持部材を配設したもので、大きな外力が作用した場合でも支持部材が変形することで、ボールと上レースおよ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するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、大きな外力が作用した場合でも支持部材が変形することで、ボールと上レースおよび下レースの接触荷重が大きくなることを抑制し、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で維持できるので、高効率で、低騒音かつ信頼性の高い圧縮機を実現することができる。

本発明は、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設けら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、前記下レースまたは前記上レースと前記スラスト面との間に、重力方向の弾性力を備えた支持部材を配設したもので、大きな外力が作用した場合でも支持部材が変形することで、ボールと上レースおよ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、効率向上と騒音低減、信頼性向上を達成することができる。

また、本発明は、支持部材の一部の弾性変形が大きくなると、他の一部の弾性変形が小さくなることで、スラスト面に対してスラストボールベアリングが傾斜することを可能としたものであり、シャフトが主軸受に対して傾斜した場合でも、上レースと下レースの平行をより確実に維持することができ、一部のボールに作用する荷重が大きくなることによるスラストボールベアリングの損傷を防止するので、高い信頼性を得ることができる。

また、本発明は、シャフトの重力方向下方の移動を制限する移動制限手段を備え、前記シャフトに重力方向下方に大きな荷重が作用した際に前記移動制限手段が機能するもので、大きな外力が作用した場合でも、移動制限手段で荷重を支持して、ボールと上レースおよび下レースの接触荷重が極端に増大することを防止することができ、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、効率向上と騒音低減、信頼性向上を達成することができる。

また、本発明は、耐荷重を超える荷重がスラストボールベアリングに作用する前に、移動制限手段が機能するもので、耐荷重を超える荷重がスラストボールベアリングに作用す
ることがないので、さらに確実に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、効率向上と騒音低減、信頼性向上を達成することができる。

また、本発明は、支持部材は環状の波ワッシャであり、上レース側に突出し前記上レースと当接する複数の上凸部と、スラスト面側に突出し前記スラスト面と当接する複数の下凸部とを備え、前記上凸部と前記下凸部は円周方向に交互に配設するもので、波ワッシャ上下の面とスラスト面及び下レースが確実に接することで、上レースと下レースの平行を維持し、一部のボールに作用する荷重が大きくなることを防止することができ、さらに信頼性が向上するとともに、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、ボールと上レースおよ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、信頼性を向上し、さらに構造が簡単で小型化が容易になる。

また、本発明は、支持部材は、同一形状の波ワッシャを複数重ねて形成されるもので、支持部材を小型化に構成することができるとともに、接触荷重の大きさに応じて最適に構成し、高い信頼性を得ることができる。

また、本発明は、支持部材は、弾性体を周方向に複数配置して形成するもので、複数の弾性体を用いることで変形による局所的な応力集中を避けた設計が容易になり、繰り返しの変形に対する耐久性を高めることができとともに、複数の弾性体の変形により、上レースと下レースの平行を維持し、一部のボールに作用する荷重が大きくなることを防止することができ、さらに高い信頼性を得ることができる。

また、本発明は、支持部材は、流体を充填し柔軟性を有する環状のチューブで形成するもので、擦れなどによる騒音の発生を防止することができるとともに、チューブの変形による局所的な応力集中を避けた設計が容易になり、繰り返しの変形に対する耐久性を高めることができとともに、チューブの変形により、上レースと下レースの平行を維持し、一部のボールに作用する荷重が大きくなることを防止することができ、さらに高い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である。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は密閉型圧縮機の支持部材の外観図である。

図１および図２において、密閉容器１０２内底部に潤滑油１０４を貯留するとともに、圧縮機本体１０６がサスペンションスプリング１０８により密閉容器１０２内で内部懸架されている。また、密閉容器１０２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とからなり、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、薄板を積層した鉄心に銅製の巻線が巻かれて形成される固定子１１４と、固定子１１４の内径側に配置される回転子１１６とを備え、固定子１１４の巻線が電源端子１１３を経由して圧縮機外の電源（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。

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。

また、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、両端に設けた穴部がそれぞれピストン１３０に取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。

シリンダ１３４端面にはバルブプレート１４６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１４８を形成する。さらに、バルブプレート１４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１５０が固定されている。吸入マフラ１５２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１５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリング１７６の構成について説明する。

主軸受１２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面１６０と、スラスト面１６０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管状延長部１６２とを有している。

そして、管状延長部１６２の上側に上レース１６４が配置され、管状延長部１６２の外径側かつ上レース１６４の下側に、ホルダー部１６８に保持されたボール１６６、下レース１７０、および支持部材１７２が配置され、スラストボールベアリング１７６が構成されている。

上レース１６４および下レース１７０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、かつ表面は平滑に仕上げられている。

ホルダー部１６８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、ボール１６６が転動自在に収納される複数の穴部を有している。

図３に示すように、支持部材１７２は、バネ用鋼の薄い平板を成型して成型される環状の波ワッシャであり、上側に突出する３箇所の上凸部１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃと、下側に突出する３箇所の下凸部１７２ｄ，１７２ｅ，１７２ｆとを備え、前記上凸部と前記下凸部は円周方向に交互に配設され、上凸部１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃと下凸部１７２ｄ，１７２ｅ，１７２ｆの間は、なめらかな曲線で接続されている。

そして、スラスト面１６０の上に、支持部材１７２、下レース１７０、ボール１６６、上レース１６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース１６４の上面にシャフト１１８のフランジ部１７４が着座している。

従って、支持部材１７２はスラスト面１６０と下凸部１７２ｄ，１７２ｅ，１７２ｆの３箇所で接し、下レース１７０と上凸部１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃの３箇所で接するように構成される。

密閉型圧縮機に組み付けると、支持部材１７２には下レース１７０を介して、シャフト１１８や回転子１１６などの荷重が作用し、さらに運転時には電動要素１１０の軸方向の推力を受ける。支持部材１７２は重力方向にバネ性を有しており、この荷重により自然長に比べ、高さが低くなるが、この状態で、上レース１６４と管状延長部１６２の先端１６２ａには隙間ｄができるように、各寸法と支持部材１７２のばね定数は選択されている。

そして、隙間ｄを介して対向する上レース１６４と管状延長部１６２の先端１６２ａにより、移動制限手段１７８が形成される。

また、当初の組立状態から隙間ｄだけさらに支持部材１７２が変形した場合のバネ力を、スラストボールベアリング１７６の耐荷重より小さくなるよう隙間ｄは選択されている。

また、支持部材１７２に偏った荷重が作用すると、荷重の大きい側では下向きの変位が大きくなり、これ以外の部分では変位は少なくなるので、支持部材１７２の上に配置された下レース１７０は荷重の方向に応じて傾斜可能である。

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、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１４８が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒を圧縮室１４８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１５２を介して圧縮室１４８内に間欠的に吸入され、圧縮室１４８内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管などを経由して密閉容器１０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト１１８下端は潤滑油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により圧縮要素１１２各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

次に、スラストボールベアリング１７６の動作、作用について説明する。

スラストボールベアリング１７６は、同じ大きさのボール１６６を、平らな上レース１６４と下レース１７０の間に複数配置して、それぞれを点接触の状態で転がるようにすることで、摩擦を非常に小さくするものであり、摺動損失の低減により圧縮機の効率が向上できる。

スラストボールベアリング１７６に作用する荷重は、シャフト１１８や回転子１１６の質量や、電動要素１１０の軸方向の推力であり、その大きさは一般的な冷蔵庫用の密閉型圧縮機では１０〜２０Ｎ程度と小さい。

一般にボールベアリングのボールとレースの接触荷重には適正値が存在する。これは、接触荷重が小さすぎるとボールとレースの間に十分な摩擦力が働かず、すべりが生じた結果、表面に損傷をあたえる。逆に、接触荷重が大きくなりすぎると、ボールとレースの接触点での応力が高くなり、接触部の疲労破壊や、極端に荷重が大きい場合には塑性変形を生じるなどの問題が発生するためである。

従って、ボールの接触荷重が適正になるように、荷重条件に応じてボールの径や個数などの諸元が選択される。このため、接触荷重が、設計で想定した荷重条件を大きく逸脱する場合には、寿命が著しく低下するなどの問題が発生する。

ボール１６６の接触荷重が設計を大きく逸脱する場合として、二通りの理由が考えられる。

第１には、上レース１６４と下レース１７０の平行が保たれない場合である。

すなわち、片持ち軸受の構成では、シャフト１１８は圧縮による荷重などにより、主軸部１２０と主軸受１２６の隙間の範囲でわずかに傾斜し得る構成であり、わずかな傾斜によっても、ボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触が不均一となりうる。

しかしながら、支持部材１７２により、支持部材１７２に着座する下レース１７０は、スラスト面１６０に対して任意の方向に傾斜可能であり、上レース１６４と下レース１７０は平行な状態を維持できるため、各ボール１６６へ作用する荷重を均等にすることができ、一部のボール１６６に大きな荷重が作用したり、逆に荷重が小さくなったりすることによる寿命の低下を防止できる。

第２には、密閉型圧縮機に外力が加わる場合である。

これは、例えば輸送時などの振動により衝撃的な荷重がスラストボールベアリング１７６に作用した場合であるが、支持部材１７２は重力方向に変形する弾性を有しているので、支持部材１７２が変形することで、ボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触部での荷重増加を緩和し、接触部が陥没するなどの塑性変形の発生を防止することができる。

さらに、シャフト１１８の下向きの変位が大きくなり、支持部材１７２の変形が大きくなると次第にボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触部での荷重も増加するが、変位量が上レース１６４と管状延長部１６２の先端１６２ａの隙間ｄと等しくなると、上レース１６４と管状延長部１６２の先端１６２ａが接触することで形成される、移動制限手段１７８を備えるため、これ以上支持部材１７２は変形することはなく、ボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触部での荷重もこれ以上増加することはない。

さらに、隙間ｄだけ変形したときの支持部材１７２のバネ力を、スラストボールベアリング１７６の耐荷重より小さくしているので、スラストボールベアリング１７６の破損防止をより確実にできる。

以上のように、支持部材１７２を用いることで、シャフト１１８の傾きによる荷重の偏りや、外力によるスラストボールベアリング１７６への荷重増大が生じても、ボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触荷重を適正な範囲に維持し、接触部での摩耗や塑性変形のない、良好な摺動状態を維持し、信頼性の低下を防止できる。また、スラストボールベアリング１７６の摺動状態が良好に維持されることで、摩擦の増加が少なく性能向上効果を維持できる。

また、ボール１６６と上レース１６４および下レース１７０の接触部の表面の損傷や、接触荷重が不安定になることによる騒音振動の発生を防止し、低騒音を維持できる。

なお、本実施例では、上側に突出する３箇所の上凸部１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃと、下側に突出する３箇所の下凸部１７２ｄ，１７２ｅ，１７２ｆとを備えた例で説明したが、上凸部と下凸部をそれぞれ４箇所以上備えても同様に実施可能である。

また、支持部材に１枚の平板で形成される波ワッシャを使用したが、必要な荷重の大きさによっては、複数枚の波ワッシャを重ねて形成される支持部材を用いることで、スラスト荷重が大きい場合に、相対的に剛性の大きい波ワッシャを複数使用することでも、比較的小さな支持部材で、上レース１６４と下レース１７０の平行を維持することができる。

また、本実施例ではスラスト面３６０の軸受としてスラストボールベアリング１７６を用いたが、これ以外のコロなどを用いた他の転がり軸受を用いても同様の効果が得ることができる。

また、本実施例では、圧縮要素１１２を電動要素１１０の上側に配置したが、圧縮要素を電動要素の下側としても良い。この場合、通常スラストボールベアリングは回転子と主軸受上端の間に配置される。

（実施の形態２）
図４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である。図５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である。

図４および図５において、密閉容器２０２内底部に潤滑油２０４を貯留するとともに、圧縮機本体２０６がサスペンションスプリング２０８により密閉容器２０２内で内部懸架されている。また、密閉容器２０２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２０６は、電動要素２１０と、これによって駆動される圧縮要素２１２とからなり、密閉容器２０２には電動要素２１０に電源を供給するための電源端子２１３が取り付けられている。

まず、電動要素２１０について説明する。

電動要素２１０は、薄板を積層した鉄心に銅製の巻線が巻かれて形成される固定子２１４と、固定子２１４の内径側に配置される回転子２１６とを備え、固定子２１４の巻線が電源端子２１３を経由して圧縮機外の電源（図示せず）と導線により接続されている。

次に圧縮要素２１２について説明する。

圧縮要素２１２は電動要素２１０の上方に配設されている。

圧縮要素２１２を構成するシャフト２１８は、主軸部２２０と、主軸部２２０と平行な偏心軸部２２２を備えている。また、主軸部２２０には回転子２１６が固定されている。

シリンダブロック２２４は、円筒形の内面を有する主軸受２２６を備え、主軸受２２６に主軸部２２０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２１２は、偏心軸部２２２に作用した荷重を偏心軸部２２２の下側に配置された主軸部２２０と主軸受２２６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２１８は主軸部２２０表面に設けた螺旋状の溝などからなる給油機構２２８を備えている。

また、シリンダブロック２２４は円筒状の穴部であるシリンダ２３４を備えており、ピストン２３０がシリンダ２３４に往復自在に挿入されている。

また、連結手段２３６は、両端に設けた穴部がそれぞれピストン２３０に取付けられたピストンピン２３８と偏心軸部２２２に嵌挿されることで、偏心軸部２２２とピストン２３０と連結している。

シリンダ２３４端面にはバルブプレート２４６が取り付けられ、シリンダ２３４およびピストン２３０とともに圧縮室２４８を形成する。さらに、バルブプレート２４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド２５０が固定されている。吸入マフラ２５２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２５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリング２７６の構成について説明する。

主軸受２２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面２６０と、スラスト面２６０よりさらに上方に延長され、主軸部に対向する内面を有する管状延長部２６２とを有している。

そして、管状延長部２６２の上側に上レース２６４が配置され、管状延長部２６２の外径側かつ上レース２６４の下側に、ホルダー部２６８に保持されたボール２６６、下レース２７０、および支持部材２７２が配置され、スラストボールベアリング２７６が構成されている。

上レース２６４および下レース２７０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、かつ表面は平滑に仕上げられている。

ホルダー部２６８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、ボール２６６が転動自在に収納される複数の穴部を有している。

支持部材２７２は、弾性体を周方向に複数配置したもので、具体的にはコイルバネを４個９０度間隔で配置したものである。

そして、スラスト面２６０の上に、支持部材２７２、下レース２７０、ボール２６６、上レース２６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース２６４の上面にシャフト２１８のフランジ部２７４が着座している。

圧縮機に組み付けると、支持部材２７２には下レース２７０を介して、シャフト２１８や回転子２１６などの荷重が作用し、さらに運転時には電動要素２１０の軸方向の推力を受ける。支持部材２７２は重力方向にバネ性を有しており、この荷重が作用して、自然長に比べ高さが低い状態で、支持部材２７２を構成する各コイルバネはそれぞれスラスト面２６０と下レース２７０に接しており、この状態で、上レース２６４と管状延長部２６２の先端２６２ａには隙間ｄができるように、各寸法と支持部材２７２のばね定数は選択されている。

そして、隙間ｄを介して対向する上レース２６４と管状延長部２６２の先端２６２ａにより、移動制限手段２７８が形成される。

また、支持部材２７２に偏った荷重が作用すると、荷重の大きい側のコイルバネの変形が大きくなり、これと反対側のコイルバネの変形が少なくなり、自然長に近づくので、支持部材２７２の上に配置された下レース２７０は荷重の方向に応じて傾斜可能である。

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、作用を説明する。

電源端子２１３より電動要素２１０に通電されると、固定子２１４に発生する磁界により回転子２１６はシャフト２１８とともに回転する。主軸部２２０の回転に伴う偏心軸部２２２の偏心回転は、連結手段２３６により変換され、ピストン２３０をシリンダ２３４内で往復運動させる。そして、圧縮室２４８が容積変化することで、密閉容器２０２内の冷媒を圧縮室２４８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２０２内の冷媒は、吸入マフラ２５２を介して圧縮室２４８内に間欠的に吸入され、圧縮室２４８内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管などを経由して密閉容器２０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト２１８下端は潤滑油２０４に浸漬しており、シャフト２１８が回転することにより、潤滑油２０４は給油機構２２８により圧縮要素２１２各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

次に、スラストボールベアリング２７６の動作、作用について説明する。

スラストボールベアリング２７６は、同じ大きさのボール２６６を、平らな上レース２６４と下レース２７０の間に複数配置して、それぞれを点接触の状態で転がるようにすることで、摩擦を非常に小さくするものであり、摺動損失の低減により密閉型圧縮機の効率が向上できる。

スラストボールベアリング２７６に作用する荷重は、シャフト２１８や回転子２１６の質量や、電動要素２１０の軸方向の推力であり、その大きさは一般的な冷蔵庫用の密閉型圧縮機では１０〜２０Ｎ程度と小さい。

一般にボールベアリングのボールとレースの接触荷重には適正値が存在する。これは、接触荷重が小さすぎるとボールとレースの間に十分な摩擦力が働かず、すべりが生じた結果、表面に損傷をあたえる。逆に、接触荷重が大きくなりすぎると、ボールとレースの接触点での応力が高くなり、接触部の疲労破壊や、極端に荷重が大きい場合には塑性変形を生じるなどの問題が発生するためである。

従って、ボールの接触荷重が適正になるように、荷重条件に応じてボールの径や個数などの諸元が選択される。このため、接触荷重が、設計で想定した荷重条件を大きく逸脱する場合には、寿命が著しく低下するなどの問題が発生する。

ボール２６６の接触荷重が設計を大きく逸脱する場合として、二通りの理由が考えられる。

第１には、上レース２６４と下レース２７０の平行が保たれない場合である。

片持ち軸受の構成では、シャフト２１８は圧縮による荷重などにより、主軸部２２０と主軸受２２６の隙間の範囲でわずかに傾斜し得る構成であり、わずかな傾斜によっても、ボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触が不均一となりうる。

しかしながら、支持部材２７２により、支持部材２７２に着座する下レース２７０はスラスト面２６０に対して任意の方向に傾斜可能であり、上レース２６４と下レース２７０は平行な状態を維持できるため、各ボール２６６へ作用する荷重を均等にすることができ、一部のボール２６６に大きな荷重が作用したり、逆に荷重が小さくなったりすることによる寿命の低下を防止できる。

第２には、密閉型圧縮機に外力が加わる場合である。

これは、例えば輸送時などの振動により衝撃的な荷重がスラストボールベアリング２７６に作用した場合であるが、支持部材２７２は重力方向に変形する弾性を有しているので、支持部材２７２が変形することで、ボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触部での荷重増加を緩和し、接触部が陥没するなどの塑性変形の発生を防止することができる。

さらに、シャフト２１８の下向きの変位が大きくなり、支持部材２７２の変形が大きくなると次第にボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触部での荷重も増加するが、変位量が上レース２６４と管状延長部２６２の先端２６２ａの隙間ｄと等しくなると、上レース２６４と管状延長部２６２の先端２６２ａが接触することで形成される、移動制限手段２７８を備えるため、これ以上支持部材２７２は変形することはなく、ボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触部での荷重もこれ以上増加することはない。

さらに、隙間ｄだけ変形したときの支持部材２７２のバネ力を、スラストボールベアリング２７６の耐荷重より小さくすることで、スラストボールベアリング２７６の破損防止をより確実にできる。

さらに、支持部材２７２を構成する弾性体として複数のコイルバネを用いることで、繰り返しの変形に対しても、発生する応力に比較的偏りが少なく、疲労破壊が起こりにくいので、耐久性を高めることが可能となる。

以上のように、支持部材２７２を用いることで、シャフト２１８の傾きによる荷重の偏りや、外力によるスラストボールベアリング２７６への荷重増大が生じても、ボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触荷重を適正な範囲に維持し、接触部での摩耗や塑性変形のない、良好な摺動状態を維持し、信頼性の低下を防止できる。また、スラストボールベアリング２７６の摺動状態が良好に維持されることで、摩擦の増加が少なく性能向上効果を維持できる。

また、ボール２６６と上レース２６４および下レース２７０の接触部の表面の損傷や、接触荷重が不安定になることによる騒音振動の発生を防止し、低騒音を維持できる。

なお、本実施例では、支持部材２７２としてコイルバネを４個９０度間隔で配置した例で説明したが、コイルバネを５個以上配置しても同様に実施可能であり、また、等間隔に配置せずに作用する荷重の偏りに応じて支持部材２７２を配置しても良い。

また、支持部材２７２としてコイルバネを採用した例で説明したが、スラストボールベアリング２７６に作用する荷重に対して弾性体とて弾性力を備える他の構造であっても同様に実施可能である。

また、圧縮要素２１２を電動要素２１０の上側に配置したが、圧縮要素を電動要素の下側としても良い。この場合、通常スラストボールベアリングは回転子と主軸受上端の間に配置される。

（実施の形態３）
図６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である。図７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である。

図６および図７において、密閉容器３０２内底部に潤滑油３０４を貯留するとともに、圧縮機本体３０６がサスペンションスプリング３０８により密閉容器３０２内で内部懸架されている。また、密閉容器３０２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３０６は、電動要素３１０と、これによって駆動される圧縮要素３１２とからなり、密閉容器３０２には電動要素３１０に電源を供給するための電源端子３１３が取り付けられている。

まず、電動要素３１０について説明する。

電動要素３１０は、薄板を積層した鉄心に銅製の巻線が巻かれて形成される固定子３１４と、固定子３１４の内径側に配置される回転子３１６とを備え、固定子３１４の巻線が電源端子３１３を経由して圧縮機外の電源（図示せず）と導線により接続されている。

次に圧縮要素３１２について説明する。

圧縮要素３１２は電動要素３１０の上方に配設されている。

圧縮要素３１２を構成するシャフト３１８は、主軸部３２０と、主軸部３２０と平行な偏心軸部３２２を備えている。また、主軸部３２０には回転子３１６が固定されている。

シリンダブロック３２４は、円筒形の内面を有する主軸受３２６を備え、主軸受３２６に主軸部３２０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３１２は、偏心軸部３２２に作用した荷重を偏心軸部３２２の下側に配置された主軸部３２０と主軸受３２６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３１８は主軸部３２０表面に設けた螺旋状の溝などからなる給油機構３２８を備えている。

また、シリンダブロック３２４は円筒状の穴部であるシリンダ３３４を備えており、ピストン３３０がシリンダ３３４に往復自在に挿入されている。

また、連結手段３３６は、両端に設けた穴部がそれぞれピストン３３０に取付けられたピストンピン３３８と偏心軸部３２２に嵌挿されることで、偏心軸部３２２とピストン３３０と連結している。

シリンダ３３４端面にはバルブプレート３４６が取り付けられ、シリンダ３３４およびピストン３３０とともに圧縮室３４８を形成する。さらに、バルブプレート３４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド３５０が固定されている。吸入マフラ３５２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３５０に取り付けられている。

次に、スラストボールベアリング３７６の構成について説明する。

主軸受３２６は、軸心と直角な平面部であるスラスト面３６０と、スラスト面３６０よりさらに上方に延長され、主軸部３２０に対向する内面を有する管状延長部３６２とを有している。

そして、管状延長部３６２の上側に上レース３６４が配置され、管状延長部３６２の外径側かつ上レース３６４の下側に、ホルダー部３６８に保持されたボール３６６、下レース３７０、および支持部材３７２が配置され、スラストボールベアリング３７６が構成されている。

上レース３６４および下レース３７０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、かつ表面は平滑に仕上げられている。

ホルダー部３６８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、ボール３６６が転動自在に収納される複数の穴部を有している。

支持部材３７２は、柔軟性を有する環状のチューブに、液体を充填して形成したもので、具体的にはゴムなどの柔軟性がある素材で形成されたチューブにオイルを封入したものである。

そして、スラスト面３６０の上に、支持部材３７２、下レース３７０、ボール３６６、上レース３６４の順に互いに接した状態で積み重なり、上レース３６４の上面にシャフト３１８のフランジ部３７４が着座している。

密閉型圧縮機に組み付けると、支持部材３７２には下レース３７０を介して、シャフト３１８や回転子３１６などの荷重が作用し、さらに運転時には電動要素３１０の軸方向の推力を受ける。支持部材３７２は重力方向にバネ性を有しており、荷重が作用した状態で、上レース３６４と管状延長部３６２の先端３６２ａには隙間ｄができるように、各寸法と支持部材３７２のばね性は選択されている。

そして、隙間ｄを介して対向する上レース３６４と管状延長部３６２の先端３６２ａにより、移動制限手段３７８が形成される。

また、支持部材３７２に偏った荷重が作用すると、荷重の大きい側の変形が大きくなり、これと反対側の変形が少なくなることで、支持部材３７２の上に配置された下レース３７０は荷重の方向に応じて傾斜可能である。

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、作用を説明する。

電源端子３１３より電動要素３１０に通電されると、固定子３１４に発生する磁界により回転子３１６はシャフト３１８とともに回転する。主軸部３２０の回転に伴う偏心軸部３２２の偏心回転は、連結手段３３６により変換され、ピストン３３０をシリンダ３３４内で往復運動させる。そして、圧縮室３４８が容積変化することで、密閉容器３０２内の冷媒を圧縮室３４８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３０２内の冷媒は、吸入マフラ３５２を介して圧縮室３４８内に間欠的に吸入され、圧縮室３４８内で圧縮された後、高温高圧の冷媒は吐出配管などを経由して密閉容器３０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト３１８下端は潤滑油３０４に浸漬しており、シャフト３１８が回転することにより、潤滑油３０４は給油機構３２８により圧縮要素３１２各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

次に、スラストボールベアリング３７６の動作、作用について説明する。

スラストボールベアリング３７６は、同じ大きさのボール３６６を、平らな上レース３６４と下レース３７０の間に複数配置して、それぞれを点接触の状態で転がるようにすることで、摩擦を非常に小さくするものであり、摺動損失の低減により密閉型圧縮機の効率が向上できる。

スラストボールベアリング３７６に作用する荷重は、シャフト３１８や回転子３１６の質量や、電動要素３１０の軸方向の推力であり、その大きさは一般的な冷蔵庫用の密閉型圧縮機では１０〜２０Ｎ程度と小さい。

一般にボールベアリングのボールとレースの接触荷重には適正値が存在する。これは、接触荷重が小さすぎるとボールとレースの間に十分な摩擦力が働かず、すべりが生じた結果、表面に損傷をあたえる。逆に、接触荷重が大きくなりすぎると、ボールとレースの接触点での応力が高くなり、接触部の疲労破壊や、極端に荷重が大きい場合には塑性変形を生じるなどの問題が発生するためである。

従って、ボールの接触荷重が適正になるように、荷重条件に応じてボールの径や個数などの諸元が選択される。このため、接触荷重が、設計で想定した荷重条件を大きく逸脱する場合には、寿命が著しく低下するなどの問題が発生する。

ボール１６６の接触荷重が設計を大きく逸脱する場合として、二通りの理由が考えられる。

第１には、上レース３６４と下レース３７０の平行が保たれない場合である。

片持ち軸受の構成では、シャフト３１８は圧縮による荷重などにより、主軸部３２０と主軸受３２６の隙間の範囲でわずかに傾斜し得る構成であり、わずかな傾斜によっても、ボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触が不均一となりうる。

しかしながら、支持部材３７２により、支持部材３７２に着座する下レース３７０はスラスト面３６０に対して任意の方向に傾斜可能であり、上レース３６４と下レース３７０は平行な状態を維持できるため、各ボール３６６へ作用する荷重を均等にすることができ、一部のボール３６６に大きな荷重が作用したり、逆に荷重が小さくなったりすることによる寿命の低下を防止できる。

第２には、密閉型圧縮機に外力が加わる場合である。

これは、例えば輸送時などの振動により衝撃的な荷重がスラストボールベアリング３７６に作用した場合であるが、支持部材３７２は重力方向に変形する弾性を有しているので、支持部材３７２が変形することで、ボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触部での荷重増加を緩和し、接触部が陥没するなどの塑性変形の発生を防止することができる。

さらに、シャフト３１８の下向きの変位が大きくなり、支持部材３７２の変形が大きくなると次第にボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触部での荷重も増加するが、変位量が上レース３６４と管状延長部３６２の先端３６２ａの隙間ｄと等しくなると、上レース３６４と管状延長部３６２の先端３６２ａが接触することで形成される、移動制限手段１７８を備えるため、これ以上支持部材３７２は変形することはなく、ボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触部での荷重もこれ以上増加することはない。

さらに、支持部材３７２は柔軟性を有する環状のチューブに、液体を充填して形成したもので減衰が大きいので、支持部材３７２の変形に伴う擦れ音などの騒音発生が起こりにくい。また、スラストボールベアリング３７６で発生した摺動音も減衰されやすいため、圧縮機の騒音を低くできる。

以上のように、支持部材３７２を用いることで、シャフト３１８の傾きによる荷重の偏りや、外力によるスラストボールベアリング３７６への荷重増大が生じても、ボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触荷重を適正な範囲に維持し、接触部での摩耗や塑性変形のない、良好な摺動状態を維持し、信頼性の低下を防止できる。また、スラストボールベアリング３７６の摺動状態が良好に維持されることで、摩擦の増加が少なく性能向上効果を維持できる。

また、ボール３６６と上レース３６４および下レース３７０の接触部の表面の損傷や、接触荷重が不安定になることによる騒音振動の発生を防止し、低騒音を維持できる。

なお、本実施例では、圧縮要素３１２を電動要素３１０の上側に配置したが、圧縮要素を電動要素の下側としても良い。この場合、通常スラストボールベアリングは回転子と主軸受上端の間に配置される。

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、性能と信頼性を向上できるので、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。

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 同実施の形態における密閉型圧縮機の支持部材の外観図 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 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 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ボールベアリングの要部拡大図 従来の密閉型圧縮機の支持部材の斜視図

符号の説明

１０２，２０２，３０２ 密閉容器
１０４，２０４，３０４ 潤滑油
１１０，２１０，３１０ 電動要素
１１２，２１２，３１２ 圧縮要素
１１４，２１４，３１４ 固定子
１１６，２１６，３１６ 回転子
１１８，２１８，３１８ シャフト
１２０，２２０，３２０ 主軸部
１２２，２２２，３２２ 偏心軸部
１２４，２２４，３２４ シリンダブロック
１２６，２２６，３２６ 主軸受
１３０，２３０，３３０ ピストン
１３６，２３６，３３６ 連結手段
１４８，２４８，３４８ 圧縮室
１６０，２６０，３６０ スラスト面
１６４，２６４，３６４ 上レース
１６６，２６６，３６６ ボール
１６８，２６８，３６８ ホルダー部
１７０，２７０，３７０ 下レース
１７２，２７２，３７２ 支持部材
１７２ａ，１７２ｂ，１７２ｃ 上凸部
１７２ｄ，１７２ｅ，１７２ｆ 下凸部
１７６，２７６，３７６ スラストボールベアリング
１７８，２７８，３７８ 移動制限手段

Claims (6)

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設けら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、前記下レースまたは前記上レースと前記スラスト面との間に、重力方向の弾性力を備えた支持部材を配設し、前記シャフトの重力方向下方の移動を制限する移動制限手段を備え、耐荷重を超える荷重が前記スラストボールベアリングに作用する前に、前記移動制限手段が機能することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 支持部材の一部の弾性変形が大きくなると、他の一部の弾性変形が小さくなることで、スラスト面に対してスラストボールベアリングが傾斜することを可能とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 支持部材は環状の波ワッシャであり、下レース側に突出し前記下レースと当接する複数の上凸部と、スラスト面側に突出し前記スラスト面と当接する複数の下凸部とを備え、前記上凸部と前記下凸部は円周方向に交互に配設された請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 支持部材は、同一形状の波ワッシャを複数重ねて形成される請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 支持部材は、弾性体を周方向に複数配置して形成される請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
6. 支持部材は、流体を充填し柔軟性を有する環状のチューブで形成される請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。