(57)【要約】  圧縮機構（３０）の主軸受（３３）の内周面には、クランク軸（５０）を介して冷凍機油（２５）が供給されることで油膜が形成されている。副軸受（３４）よりも電動機に近い位置に設けられている主軸受（３３）は、回転子のふれまわりに伴うクランク軸（５０）の撓みの影響を大きく受けるが、その撓みに対して油膜の流体潤滑を適切に保てるような構成になっている。具体的には、主軸受（３３）の上端部（８１）の内周面（８２）が湾曲していることで主軸受（３３）の上端部（８１）の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている。
2017098567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
底部に冷凍機油が貯留された容器と、
前記容器に収納された電動機と、
前記冷凍機油の給油路と前記電動機の回転軸とを形成するクランク軸と、
前記容器の内部で前記電動機の下方に配置され、前記クランク軸を介して伝達される前記電動機の回転力によって駆動される圧縮機構であり、前記クランク軸が嵌められ、前記クランク軸を介して前記容器の底部から前記冷凍機油が供給されることで内周面に油膜が形成される軸受を、前記電動機側に有する圧縮機構と
を備え、
前記軸受の上端部の内周面が湾曲していることで前記軸受の上端部の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている圧縮機。
【請求項２】
前記軸受の下端部の内周面が傾斜していることで前記軸受の下端部の内径が下方に向かって徐々に大きくなっている請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記軸受の上端部の内周面が湾曲している部分である湾曲部の垂直距離が、前記軸受の下端部の内周面が傾斜している部分である傾斜部の垂直距離と同じであり、前記軸受の上端部の縦断面における前記湾曲部の内周面の形状が、前記傾斜部の垂直距離と同じ長さの半径を持つ円弧である請求項２に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記軸受の上端部の内周面が湾曲している部分である湾曲部と前記クランク軸との隙間の最大幅が、前記軸受の下端部の内周面が傾斜している部分である傾斜部と前記クランク軸との隙間の最大幅よりも広い請求項２に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記軸受の上端部の内周面が湾曲している部分である湾曲部の垂直距離が０．１ミリメートル以上２．０ミリメートル以下である請求項１又は２に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記圧縮機構は、前記軸受である主軸受を、前記電動機側に有し、前記クランク軸が嵌められ、前記クランク軸を介して前記容器の底部から前記冷凍機油が供給されることで内周面に油膜が形成される副軸受を、前記電動機側と逆側に有する請求項１から５のいずれか１項に記載の圧縮機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧縮機を備える冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機及び冷凍サイクル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧縮機用ジャーナル軸受のブッシュ材の軸方向両端部に円弧状のクラウニングを設ける技術がある（例えば、特許文献１参照）。この技術では、肉厚が３．５ミリメートルの環状ポリイミド系樹脂のブッシュ材の両端部に、幅が３ミリメートル以上５ミリメートル以下で、半径が５００ミリメートルよりも大きい円弧部を、クラウニングとして形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８９１６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、密閉型圧縮機は、密閉容器と、冷媒を圧縮する圧縮機構と、圧縮機構を駆動する電動機とを備える。圧縮機構と電動機は、いずれも密閉容器に収納され、互いにクランク軸によって連結されている。クランク軸は、偏心軸部と、主軸部と、副軸部とからなる。圧縮機構は、シリンダと、偏心軸部に嵌められるローリングピストンと、主軸部を支持する軸受である主軸受と、副軸部を支持する軸受である副軸受とからなる。シリンダの内部空間であるシリンダ室には、偏心軸部とローリングピストンとが収納されている。ローリングピストンの外周面とシリンダの内周面との間には、作動室が形成されている。クランク軸が電動機の回転子によって回転させられると、偏心軸部が偏心回転させられ、ローリングピストンもシリンダ室内で偏心回転する。ローリングピストンの偏心回転によって、作動室の容積が変化し、作動室に吸入された冷媒が圧縮される。【０００５】
密閉容器の底部には、冷凍機油が貯留されている。この冷凍機油が、クランク軸に形成された給油路を介して吸い上げられ、クランク軸と軸受との間隙に満たされることにより、クランク軸と軸受との間に油膜が形成される。軸受は、油膜の流体潤滑によってクランク軸に接触せずにクランク軸を支持する。【０００６】
密閉型圧縮機を小型化及び大容量化するためには、クランク軸の直径を維持したまま、電動機の出力を増加させる必要がある。電動機の出力を増加させるには、電動機コア巾を大きくすることが有効である。しかし、電動機コア巾を大きくすると、回転子の重量増大及び重心位置上昇により、回転子のふれまわりが大きくなる。回転子のふれまわりは、クランク軸の撓みの要因となる。【０００７】
特許文献１に記載の構成では、電動機が圧縮機構の下方に設けられているが、密閉型圧縮機には、電動機が圧縮機構の上方に設けられているものもある。そのような密閉型圧縮機では、回転子のふれまわりに伴い、クランク軸が主軸部の上端部を支点として撓む。クランク軸の直径を維持したまま、電動機コア巾を大きくすると、クランク軸の剛性は変わらないため、回転子のふれまわりが大きくなるほど、主軸部の上端部を支点としたクランク軸の撓みが増大する。その結果、油膜の流体潤滑が阻害され、主軸受の上端部が主軸部に接触して主軸受の上端部又は主軸部にスカッフが発生するおそれがある。【０００８】
本発明は、圧縮機において、クランク軸の撓みが増大しても、電動機側の軸受の上端部がクランク軸に接触しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る圧縮機は、
底部に冷凍機油が貯留された容器と、
前記容器に収納された電動機と、
前記容器の内部で前記電動機の下方に配置され、前記クランク軸を介して伝達される前記電動機の回転力によって駆動される圧縮機構であり、前記クランク軸が嵌められ、前記クランク軸を介して前記容器の底部から前記冷凍機油が供給されることで内周面に油膜が形成される軸受を、前記電動機側に有する圧縮機構とを備え、
前記軸受の上端部の内周面が湾曲していることで前記軸受の上端部の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、電動機側の軸受の上端部の内周面が湾曲していることで当該軸受の上端部の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている。このため、本発明によれば、クランク軸の撓みが増大しても、当該軸受の上端部がクランク軸に接触しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図。
【図２】実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の回路図。
【図３】実施の形態１に係る圧縮機の縦断面図。
【図４】実施の形態１に係る圧縮機の圧縮機構のＡ−Ａ断面図。
【図５】実施の形態１に係る圧縮機の圧縮機構及びクランク軸の一部の縦断面図。
【図６】実施の形態１に係る圧縮機のクランク軸の軸方向位置と油膜負荷容量との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一又は相当する部分については、その説明を適宜省略又は簡略化する。装置、機器、器具、部品等の構成について、その材質、形状、大きさ等は、本発明の範囲内で適宜変更することができる。
【００１３】
実施の形態１．
本実施の形態に係る装置及び機器の構成、本実施の形態に係る機器の動作、本実施の形態に係る機器の構成要素の詳細な構成、本実施の形態の効果を順番に説明する。
【００１４】
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１及び図２を参照して、本実施の形態に係る装置である冷凍サイクル装置１０の構成を説明する。
【００１５】
図１は、冷房運転時の冷媒回路１１を示している。図２は、暖房運転時の冷媒回路１１を示している。
【００１６】
冷凍サイクル装置１０は、本実施の形態では、空気調和機であるが、冷蔵庫、ヒートポンプサイクル装置といった空気調和機以外の装置であってもよい。
【００１７】
冷凍サイクル装置１０は、冷媒が循環する冷媒回路１１を備える。冷凍サイクル装置１０は、さらに、圧縮機１２と、四方弁１３と、室外熱交換器である第１熱交換器１４と、膨張弁である膨張機構１５と、室内熱交換器である第２熱交換器１６とを備える。圧縮機１２と、四方弁１３と、第１熱交換器１４と、膨張機構１５と、第２熱交換器１６は、冷媒回路１１に接続されている。
【００１８】
圧縮機１２は、冷媒を圧縮する。四方弁１３は、冷房運転時と暖房運転時とで冷媒の流れる方向を切り換える。第１熱交換器１４は、冷房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。即ち、第１熱交換器１４は、圧縮機１２により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第１熱交換器１４は、暖房運転時には蒸発器として動作し、室外空気と膨張機構１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。膨張機構１５は、凝縮器で放熱した冷媒を膨張させる。第２熱交換器１６は、暖房運転時には凝縮器として動作し、圧縮機１２により圧縮された冷媒を放熱させる。即ち、第２熱交換器１６は、圧縮機１２により圧縮された冷媒を用いて熱交換を行う。第２熱交換器１６は、冷房運転時には蒸発器として動作し、室内空気と膨張機構１５で膨張した冷媒との間で熱交換を行って冷媒を加熱する。
【００１９】
冷凍サイクル装置１０は、さらに、制御装置１７を備える。
【００２０】
制御装置１７は、具体的には、マイクロコンピュータである。図１及び図２では、制御装置１７と圧縮機１２との接続しか示していないが、制御装置１７は、圧縮機１２だけでなく、冷媒回路１１に接続された各要素に接続される。制御装置１７は、各要素の状態を監視したり、制御したりする。
【００２１】
冷媒回路１１を循環する冷媒としては、Ｒ３２冷媒、Ｒ２９０（プロパン）冷媒、Ｒ４０７Ｃ冷媒、Ｒ４１０Ａ冷媒、Ｒ７４４（ＣＯ２）冷媒、Ｒ１２３４ｙｆ冷媒等、任意の冷媒を使用することができる。
【００２２】
図３を参照して、本実施の形態に係る機器である圧縮機１２の構成を説明する。
【００２３】
図３は、圧縮機１２の縦断面を示している。なお、図３において、断面を表すハッチングは省略している。
【００２４】
圧縮機１２は、本実施の形態では、密閉型圧縮機である。圧縮機１２は、具体的には、１シリンダのロータリ圧縮機であるが、２シリンダ以上のロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、或いは、レシプロ圧縮機であってもよい。
【００２５】
圧縮機１２は、容器２０と、圧縮機構３０と、電動機４０と、クランク軸５０とを備える。
【００２６】
容器２０は、具体的には、密閉容器である。容器２０の底部には、冷凍機油２５が貯留されている。容器２０には、冷媒を吸入するための吸入管２１と、冷媒を吐出するための吐出管２２とが取り付けられている。
【００２７】
電動機４０は、容器２０に収納されている。具体的には、電動機４０は、容器２０の内側上部に設置されている。電動機４０は、本実施の形態では、集中巻のモータであるが、分布巻のモータであってもよい。
【００２８】
圧縮機構３０は、容器２０に収納されている。具体的には、圧縮機構３０は、容器２０の内側下部に設置されている。即ち、圧縮機構３０は、容器２０の内部で電動機４０の下方に配置されている。
【００２９】
電動機４０と圧縮機構３０は、クランク軸５０によって連結されている。クランク軸５０は、冷凍機油２５の給油路と電動機４０の回転軸とを形成している。
【００３０】
冷凍機油２５は、クランク軸５０の回転に伴い、クランク軸５０の下部に設けられたオイルポンプによって汲み上げられ、圧縮機構３０の各摺動部へ供給され、圧縮機構３０の各摺動部を潤滑する。冷凍機油２５としては、合成油であるＰＯＥ（ポリオールエステル）、ＰＶＥ（ポリビニルエーテル）、ＡＢ（アルキルベンゼン）等が使用される。
【００３１】
圧縮機構３０は、クランク軸５０を介して伝達される電動機４０の回転力によって駆動されることで冷媒を圧縮する。この冷媒は、具体的には、吸入管２１に吸入された低圧のガス冷媒である。圧縮機構３０で圧縮された高温かつ高圧のガス冷媒は、圧縮機構３０から容器２０内に吐出される。
【００３２】
クランク軸５０は、偏心軸部５１と、主軸部５２と、副軸部５３とからなる。これらは、軸方向において主軸部５２、偏心軸部５１、副軸部５３の順に設けられている。即ち、偏心軸部５１の軸方向一端側に主軸部５２、偏心軸部５１の軸方向他端側に副軸部５３が設けられている。偏心軸部５１、主軸部５２及び副軸部５３は、それぞれ円柱状である。主軸部５２と副軸部５３は、互いの中心軸が一致するように、即ち、同軸に設けられている。偏心軸部５１は、中心軸が主軸部５２及び副軸部５３の中心軸からずれるように設けられている。主軸部５２及び副軸部５３が中心軸周りに回転すると、偏心軸部５１は偏心回転する。
【００３３】
以下では、電動機４０の詳細を説明する。
【００３４】
電動機４０は、本実施の形態では、ブラシレスＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ・Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータであるが、誘導電動機等、ブラシレスＤＣモータ以外のモータであってもよい。
【００３５】
電動機４０は、固定子４１と、回転子４２とを備える。
【００３６】
固定子４１は、円筒状であり、容器２０の内周面に接するように固定されている。回転子４２は、円柱状であり、固定子４１の内側に幅が０．３ミリメートル以上１．０ミリメートル以下の空隙を介して設置されている。
【００３７】
固定子４１は、固定子鉄心４３と、巻線４４とを備える。固定子鉄心４３は、鉄を主成分とする、厚さが０．１ミリメートル以上１．５ミリメートル以下の複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメ又は溶接等により固定して製作される。固定子鉄心４３は、外径が容器２０の中間部の内径よりも大きく、容器２０の内側に焼き嵌めされて固定されている。巻線４４は、固定子鉄心４３に巻かれている。具体的には、巻線４４は、固定子鉄心４３に絶縁部材を介して集中巻で巻かれている。巻線４４は、芯線と、芯線を覆う少なくとも１層の被膜とからなる。本実施の形態において、芯線の材質は、銅である。被膜の材質は、ＡＩ（アミドイミド）／ＥＩ（エステルイミド）である。絶縁部材の材質は、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）である。なお、芯線の材質は、アルミニウムであってもよい。絶縁部材の材質は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＦＥＰ（テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、又は、フェノール樹脂であってもよい。巻線４４には、図示していないリード線の一端が接続されている。
【００３８】
回転子４２は、回転子鉄心４５と、図示していない永久磁石とを備える。回転子鉄心４５は、固定子鉄心４３と同じように、鉄を主成分とする、厚さが０．１ミリメートル以上１．５ミリメートル以下の複数枚の電磁鋼板を一定の形状に打ち抜き、軸方向に積層し、カシメ又は溶接等により固定して製作される。永久磁石は、回転子鉄心４５に形成された複数の挿入孔に挿入されている。永久磁石は、磁極を形成する。永久磁石としては、フェライト磁石、又は、希土類磁石が使用される。
【００３９】
回転子鉄心４５の平面視中心には、クランク軸５０の主軸部５２が焼き嵌め又は圧入される軸孔が形成されている。図示していないが、回転子鉄心４５の軸孔の周囲には、軸方向に貫通する複数の貫通孔が形成されている。それぞれの貫通孔は、後述する吐出マフラ３５から容器２０内の空間へ放出されるガス冷媒の通路の１つとなる。
【００４０】
図示していないが、電動機４０が誘導電動機として構成される場合には、回転子鉄心４５に形成された複数のスロットにアルミニウム又は銅等で形成される導体が充填又は挿入される。そして、導体の両端をエンドリングで短絡したかご形巻線が形成される。
【００４１】
容器２０の頂部には、インバータ装置等の外部電源と接続する端子２４が取り付けられている。端子２４は、具体的には、ガラス端子である。本実施の形態において、端子２４は、溶接により容器２０に固定されている。端子２４には、前述したリード線の他端が接続されている。これにより、端子２４と電動機４０の巻線４４とが電気的に接続されている。
【００４２】
容器２０の頂部には、さらに、軸方向両端が開口した吐出管２２が取り付けられている。圧縮機構３０から吐出されるガス冷媒は、容器２０内の空間から吐出管２２を通って外部の冷媒回路１１へ吐出される。
【００４３】
以下では、図３だけでなく図４も参照して、圧縮機構３０の詳細を説明する。
【００４４】
図４は、図１のＡ−Ａ線、即ち、クランク軸５０の軸方向と垂直な平面で圧縮機構３０を切断した場合の切断面を示している。なお、図４において、断面を表すハッチングは省略している。
【００４５】
圧縮機構３０は、シリンダ３１と、ローリングピストン３２と、主軸受３３と、副軸受３４と、吐出マフラ３５とを備える。
【００４６】
シリンダ３１の内周は、平面視円形である。シリンダ３１の内部には、平面視円形の空間であるシリンダ室６１が形成されている。シリンダ３１の外周面には、冷媒回路１１からガス冷媒を吸入するための吸入口が設けられている。吸入口から吸入された冷媒は、シリンダ室６１で圧縮される。シリンダ３１は、軸方向両端が開口している。
【００４７】
ローリングピストン３２は、リング状である。よって、ローリングピストン３２の内周及び外周は、平面視円形である。ローリングピストン３２は、シリンダ室６１内で偏心回転する。ローリングピストン３２は、ローリングピストン３２の回転軸となるクランク軸５０の偏心軸部５１に摺動自在に嵌められている。
【００４８】
シリンダ３１には、シリンダ室６１につながり、半径方向に延びるベーン溝６２が設けられている。ベーン溝６２の外側には、ベーン溝６２につながる平面視円形の空間である背圧室６３が形成されている。ベーン溝６２内には、シリンダ室６１を低圧の作動室である吸入室と高圧の作動室である圧縮室とに仕切るためのベーン６４が設置されている。ベーン６４は、先端が丸まった板状である。ベーン６４は、ベーン溝６２内で摺動しながら往復運動する。ベーン６４は、背圧室６３に設けられたベーンスプリングによって常にローリングピストン３２に押し付けられている。容器２０内が高圧であるため、圧縮機１２の運転が開始すると、ベーン６４の背圧室６３側の面であるベーン背面に容器２０内の圧力とシリンダ室６１内の圧力との差による力が作用する。このため、ベーンスプリングは、主に容器２０内とシリンダ室６１内の圧力に差がない圧縮機１２の起動時に、ベーン６４をローリングピストン３２に押し付ける目的で使用される。
【００４９】
主軸受３３は、側面視逆Ｔ字状である。主軸受３３は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも上の部分である主軸部５２に摺動自在に嵌められている。クランク軸５０の内部には、給油路となる貫通孔５４が軸方向に沿って設けられており、主軸受３３と主軸部５２との間には、この貫通孔５４を介して吸い上げられた冷凍機油２５が供給されることで油膜が形成されている。主軸受３３は、シリンダ３１のシリンダ室６１及びベーン溝６２の上側を閉塞している。即ち、主軸受３３は、シリンダ３１内の２つの作動室の上側を閉塞している。
【００５０】
副軸受３４は、側面視Ｔ字状である。副軸受３４は、クランク軸５０の偏心軸部５１よりも下の部分である副軸部５３に摺動自在に嵌められている。副軸受３４と副軸部５３との間には、クランク軸５０の貫通孔５４を介して吸い上げられた冷凍機油２５が供給されることで油膜が形成されている。副軸受３４は、シリンダ３１のシリンダ室６１及びベーン溝６２の下側を閉塞している。即ち、副軸受３４は、シリンダ３１内の２つの作動室の下側を閉塞している。
【００５１】
主軸受３３と副軸受３４は、それぞれボルト等の締結具３６によってシリンダ３１に固定され、ローリングピストン３２の回転軸であるクランク軸５０を支持している。主軸受３３は、主軸受３３と主軸部５２との間の油膜の流体潤滑によって主軸部５２に接触せずに主軸部５２を支持している。副軸受３４は、主軸受３３と同様に、副軸受３４と副軸部５３との間の油膜の流体潤滑によって副軸部５３に接触せずに副軸部５３を支持している。
【００５２】
図示していないが、主軸受３３には、シリンダ室６１で圧縮された冷媒を冷媒回路１１に吐出するための吐出口が設けられている。吐出口は、シリンダ室６１がベーン６４によって吸入室と圧縮室とに仕切られているときに圧縮室につながる位置にある。主軸受３３には、吐出口を開閉自在に閉塞する吐出弁が取り付けられている。吐出弁は、圧縮室内のガス冷媒が所望の圧力になるまで閉じ、圧縮室内のガス冷媒が所望の圧力になると開く。これにより、シリンダ３１からのガス冷媒の吐出タイミングが制御される。
【００５３】
吐出マフラ３５は、主軸受３３の外側に取り付けられている。吐出弁が開いたときに吐出される高温かつ高圧のガス冷媒は、一旦吐出マフラ３５に入り、その後吐出マフラ３５から容器２０内の空間に放出される。なお、吐出口及び吐出弁は、副軸受３４、或いは、主軸受３３と副軸受３４との両方に設けられていてもよい。吐出マフラ３５は、吐出口及び吐出弁が設けられている軸受の外側に取り付けられる。
【００５４】
容器２０の横には、吸入マフラ２３が設けられている。吸入マフラ２３は、冷媒回路１１から低圧のガス冷媒を吸入する。吸入マフラ２３は、液冷媒が戻る場合に液冷媒が直接シリンダ３１のシリンダ室６１に入り込むことを抑制する。吸入マフラ２３は、シリンダ３１の外周面に設けられた吸入口に吸入管２１を介して接続されている。吸入口は、シリンダ室６１がベーン６４によって吸入室と圧縮室とに仕切られているときに吸入室につながる位置にある。吸入マフラ２３の本体は、溶接等により容器２０の側面に固定されている。
【００５５】
本実施の形態において、シリンダ３１、主軸受３３及び副軸受３４の材質は、焼結鋼であるが、ねずみ鋳鉄又は炭素鋼であってもよい。ローリングピストン３２の材質は、クロム等を含有する合金鋼である。ベーン６４の材質は、高速度工具鋼である。
【００５６】
図示していないが、圧縮機１２がスイング式のロータリ圧縮機として構成される場合には、ベーン６４が、ローリングピストン３２と一体に設けられる。クランク軸５０が駆動されると、ベーン６４は、ローリングピストン３２に回転自在に取り付けられた支持体の溝に沿って往復運動する。ベーン６４は、ローリングピストン３２の回転に従って揺動しながら半径方向へ進退することによって、シリンダ室６１の内部を圧縮室と吸入室とに区画する。支持体は、横断面が半円形状の２個の柱状部材で構成される。支持体は、シリンダ３１の吸入口と吐出口との中間部に形成された円形状の保持孔に回転自在に嵌められる。
【００５７】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
図３及び図４を参照して、本実施の形態に係る機器である圧縮機１２の動作を説明する。圧縮機１２の動作は、本実施の形態に係る冷媒圧縮方法に相当する。
【００５８】
端子２４からリード線を介して電動機４０の固定子４１に電力が供給される。これにより、固定子４１の巻線４４に電流が流れ、巻線４４から磁束が発生する。電動機４０の回転子４２は、巻線４４から発生する磁束と、回転子４２の永久磁石から発生する磁束との作用によって回転する。回転子４２の回転によって、回転子４２に固定されたクランク軸５０が回転する。クランク軸５０の回転に伴い、圧縮機構３０のローリングピストン３２が圧縮機構３０のシリンダ３１のシリンダ室６１内で偏心回転する。シリンダ３１とローリングピストン３２との間の空間であるシリンダ室６１は、ベーン６４によって吸入室と圧縮室とに分割されている。クランク軸５０の回転に伴い、吸入室の容積と圧縮室の容積とが変化する。吸入室では、徐々に容積が拡大することにより、吸入マフラ２３から低圧のガス冷媒が吸入される。圧縮室では、徐々に容積が縮小することにより、中のガス冷媒が圧縮される。圧縮され、高圧かつ高温となったガス冷媒は、吐出マフラ３５から容器２０内の空間に吐出される。吐出されたガス冷媒は、さらに、電動機４０を通過して容器２０の頂部にある吐出管２２から容器２０の外へ吐出される。容器２０の外へ吐出された冷媒は、冷媒回路１１を通って、再び吸入マフラ２３に戻ってくる。
【００５９】
＊＊＊詳細な構成の説明＊＊＊
図５を参照して、本実施の形態に係る機器の構成要素である主軸受３３の詳細な構成を説明する。
【００６０】
図５は、圧縮機構３０及びクランク軸５０の一部の縦断面を示している。なお、図５において、断面を表すハッチングは省略している。
【００６１】
前述したように、圧縮機構３０は、主軸受３３を、電動機４０側に有し、副軸受３４を、電動機４０側と逆側に有する。主軸受３３及び副軸受３４のそれぞれには、クランク軸５０が嵌められている。具体的には、主軸受３３に主軸部５２が摺動自在に嵌められ、副軸受３４に副軸部５３が摺動自在に嵌められている。主軸受３３及び副軸受３４のそれぞれの内周面には、クランク軸５０を介して容器２０の底部から冷凍機油２５が供給されることで油膜が形成されている。主軸受３３及び副軸受３４は、油膜の流体潤滑によってクランク軸５０に接触せずにクランク軸５０を支持している。
【００６２】
主軸受３３は、平板状の固定部７１と、円筒状の軸受部７２とを有する。固定部７１は、前述した締結具３６でシリンダ３１の上側に固定されている。軸受部７２は、固定部７１から、シリンダ３１とは逆方向、即ち、回転子４２の方向に立ち上がっている。軸受部７２の軸方向両端には、開口が設けられている。これらの開口同士をつなぐ空間には、一方の開口から他方の開口へ貫通するように、主軸部５２が挿入されている。
【００６３】
副軸受３４は、主軸受３３と同様に、平板状の固定部７３と、円筒状の軸受部７４とを有する。固定部７３は、前述した締結具３６でシリンダ３１の下側に固定されている。軸受部７４は、固定部７３から、シリンダ３１とは逆方向、即ち、容器２０の底部の方向に立ち上がっている。軸受部７４の軸方向両端には、開口が設けられている。これらの開口同士をつなぐ空間には、一方の開口から他方の開口へ貫通するように、副軸部５３が挿入されている。
【００６４】
本実施の形態では、電動機４０が圧縮機構３０の上方に設けられている。そのため、回転子４２のふれまわりが大きくなるほど、主軸部５２の上端部を支点としたクランク軸５０の撓みが増大する。この撓みによって、主軸受３３と主軸部５２との間に形成された油膜の流体潤滑が阻害されると、主軸受３３の上端部８１が主軸部５２に接触して主軸受３３の上端部８１又は主軸部５２にスカッフが発生するおそれがある。したがって、主軸受３３と主軸部５２との少なくともいずれかが、回転子４２のふれまわりが大きくなっても油膜の流体潤滑を適切に保てるような構成になっている必要がある。
【００６５】
主軸部５２の直径を大きくして主軸部５２の剛性を高めれば、回転子４２のふれまわりに伴うクランク軸５０の撓みを低減することができる。しかし、圧縮機１２を小型化及び大容量化するためには、主軸部５２の直径を維持したまま、電動機コア巾を大きくすることが望ましい。そのため、本実施の形態では、主軸受３３の構成を工夫することで油膜の流体潤滑の維持を図っている。即ち、本実施の形態では、副軸受３４よりも電動機４０に近い位置に設けられている主軸受３３が、回転子４２のふれまわりに伴うクランク軸５０の撓みの影響を大きく受けるが、その撓みに対して油膜の流体潤滑を適切に保てるような構成になっている。具体的には、主軸受３３の上端部８１の内周面８２が湾曲していることで主軸受３３の上端部８１の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている。この構成によれば、主軸受３３の上端部８１におけるバリ発生防止の効果も得られる。
【００６６】
本実施の形態では、主軸受３３の下端部８３の内周面８４が傾斜していることで主軸受３３の下端部８３の内径が下方に向かって徐々に大きくなっている。即ち、主軸受３３の下端部８３の内周部が面取りされている。この構成によれば、主軸受３３の下端部８３におけるバリ発生防止の効果が得られる。
【００６７】
主軸受３３の上端部８１の内周面８２が湾曲している部分である湾曲部８５の垂直距離Ｄ１は、０．１ミリメートル以上２．０ミリメートル以下であることが望ましい。湾曲部８５の垂直距離を３ミリメートル以上に延長すると、低回転数で圧縮機１２が運転している場合等、クランク軸５０の撓みが小さいときには、湾曲部８５とクランク軸５０との隙間５５が広いために油膜が有効に作用しない範囲が拡大する。その結果、実質的な軸受長さが減少してしまい、主軸受３３の上端部８１又は主軸部５２にスカッフが発生するおそれがある。同じ理由から、主軸受３３の下端部８３の内周面８４が傾斜している部分である傾斜部８６の垂直距離Ｄ２も、０．１ミリメートル以上２．０ミリメートル以下であることが望ましい。
【００６８】
本実施の形態では、湾曲部８５の垂直距離Ｄ１が傾斜部８６の垂直距離Ｄ２と同じである。主軸受３３の上端部８１の縦断面における湾曲部８５の内周面８２の形状は、傾斜部８６の垂直距離Ｄ２と同じ長さの半径を持つ円弧である。このような円弧形状を採用することで、図６に示すように、傾斜部８６と同じ面取りを採用するよりも油膜負荷容量を確保することができる。よって、クランク軸５０が大きく撓んだときに、油膜の流体潤滑を維持することができる。また、前述したように、円弧形状を採用した湾曲部８５の垂直距離Ｄ１を０．１ミリメートル以上２．０ミリメートル以下とすることで、実質的な軸受長さを確保することができる。よって、クランク軸５０が撓んでいないときにも、油膜の流体潤滑を維持することができる。
【００６９】
傾斜部８６とクランク軸５０との隙間５６は、油膜の流体潤滑を維持しやすくするために、なるべく狭くすることが望ましい。一方、湾曲部８５とクランク軸５０との隙間５５は、クランク軸５０が大きく撓んだときの金属接触を避けられる程度に広くする必要がある。したがって、湾曲部８５とクランク軸５０との隙間５５の最大幅Ｗ１は、傾斜部８６とクランク軸５０との隙間５６の最大幅Ｗ２よりも広いことが望ましい。
【００７０】
＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、主軸受３３の上端部８１の内周面８２が湾曲していることで主軸受３３の上端部８１の内径が上方に向かって徐々に大きくなっている。このため、本実施の形態によれば、主軸部５２の上端部を支点としたクランク軸５０の撓みが増大しても、主軸受３３の上端部８１が主軸部５２に接触しにくくなる。よって、主軸受３３の上端部８１又は主軸部５２におけるスカッフの発生を防止することができる。
【００７１】
小型かつ高出力の空気調和機を製作するためには、圧縮機１２に、小型で、排除容積の大きい圧縮機構３０が必要となる。また、地球環境保護のため、使用が提案されている冷媒のうち、低圧縮条件で使用される冷媒は、冷媒回路１１内での循環量を増加させないと、従来の冷媒と同じポテンシャルが得られない。よって、そのような冷媒を使用するためにも、排除容積の大きい圧縮機構３０が必要となる。
【００７２】
排除容積の拡大方法として、圧縮機構３０のシリンダ数を増やす方法がある。しかし、シリンダ数を増やす場合、圧縮機１２が軸方向、即ち、高さ方向に伸長されるので、小型化が難しくなる。また、シリンダ数の増加により、圧縮機構３０の構造が複雑となり、部品点数が増加し、信頼性確保のための設計負荷が増大し、コストが上昇する。
【００７３】
圧縮機１２の大きさを維持するか或いは小さくし、排除容積を拡大するためには、圧縮機構３０のシリンダ室６１の内径とクランク軸５０の直径を維持したまま、クランク軸５０の偏心軸部５１の偏心量を大きくすることが最適である。排除容積に応じた電動機４０の出力向上のため、電動機コア巾を大きくすることが有効である。
【００７４】
しかし、クランク軸５０の直径を維持したまま、電動機コア巾を大きくすると、回転子４２の重量増大及び重心位置上昇により、回転子４２のふれまわりが大きくなる。クランク軸５０の剛性は変わらないため、回転子４２のふれまわりが大きくなるほど、主軸部５２の上端部を支点としたクランク軸５０の撓みが増大する。この撓みによって、油膜の流体潤滑が阻害されると、主軸受３３の上端部８１が主軸部５２に接触して主軸受３３の上端部８１又は主軸部５２にスカッフが発生するおそれがある。
【００７５】
本実施の形態では、主軸受３３の回転子４２に近い上端のみに円弧形状の湾曲部８５が設けられている。その円弧の半径は、主軸受３３の回転子４２から遠い下端の面取りと同じ長さ、望ましくは、０．１ミリメートル以上２．０ミリメートル以下である。よって、クランク軸５０が大きく撓んだときに、面取りよりも油膜負荷容量を確保することができる。また、クランク軸５０が撓んでいないときにも、実質的な軸受長さを確保することができる。したがって、本実施の形態によれば、主軸受３３の上端部８１又は主軸部５２のスカッフを防止することができる。
【００７６】
本実施の形態では、回転子４２の片側のみに軸受が設けられている。そのため、軸受の回転子４２に近い側では、クランク軸５０の撓み量が大きく、軸受の回転子４２から遠い側では、クランク軸５０の撓み量が小さい。したがって、副軸受３４よりも電動機４０に近い位置に設けられている主軸受３３の回転子４２に近い側の端のみに円弧形状を採用し、回転子４２から遠い側の端は面取りでとどめることで、好適な主軸受３３を実現できる。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態では、主軸部５２の上端部を支点としたクランク軸５０の撓みが増大しても油膜負荷容量を確保することができるとともに、実質的な軸受長さを確保することができる。したがって、主軸受３３の先端部及び実質長さ部分のいずれの潤滑性も低下せず、スカッフを防止することができる。これにより、高性能で、信頼性が高い圧縮機１２を得ることができる。
【００７８】
＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、主軸受３３の下端部８３に傾斜部８６が設けられているが、傾斜部８６はなくてもよい。即ち、主軸受３３の下端部８３の内周部は、面取りされていなくてもよい。
【００７９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態を部分的に実施しても構わない。具体的には、この実施の形態の説明において装置又は機器の構成要素として説明するもののうち、いずれか１つのみを採用してもよいし、いくつかの任意の組み合わせを採用してもよい。なお、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１０  冷凍サイクル装置、１１  冷媒回路、１２  圧縮機、１３  四方弁、１４  第１熱交換器、１５  膨張機構、１６  第２熱交換器、１７  制御装置、２０  容器、２１  吸入管、２２  吐出管、２３  吸入マフラ、２４  端子、２５  冷凍機油、３０  圧縮機構、３１  シリンダ、３２  ローリングピストン、３３  主軸受、３４  副軸受、３５  吐出マフラ、３６  締結具、４０  電動機、４１  固定子、４２  回転子、４３  固定子鉄心、４４  巻線、４５  回転子鉄心、５０  クランク軸、５１  偏心軸部、５２  主軸部、５３  副軸部、５４  貫通孔、５５  隙間、５６  隙間、６１  シリンダ室、６２  ベーン溝、６３  背圧室、６４  ベーン、７１  固定部、７２  軸受部、７３  固定部、７４  軸受部、８１  上端部、８２  内周面、８３  下端部、８４  内周面、８５  湾曲部、８６  傾斜部。
【図１】
2017098567.tif 000003
【図２】
2017098567.tif 000004
【図３】
2017098567.tif 000005
【図４】
2017098567.tif 000006
【図５】
2017098567.tif 000007
【図６】
2017098567.tif 000008
【国際調査報告】
2017098567.tif 000009
2017098567.tif 000010
2017098567.tif 000011
2017098567.tif 000012