(57)【要約】【課題】最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの材料コストを低減すること。【解決手段】回転子２ｂの端面に設置したバランスウエイト１ａ、１ｂを、外径および内径が前記回転子２ｂと同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角を１２０°〜１６０°とする。これにより、最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの厚みをできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくすることで、その材料コストを低減することができる。【選択図】図１
2006057457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の端面に、この回転子が圧入固定されたクランク軸全体の回転バランスをとるためのバランスウエイトを設置し、このバランスウエイトを、外径および内径が前記回転子と同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角が１２０°〜１６０°であることを特徴とするバランスウエイト。
【請求項２】
材質を黄銅とした請求項１に記載のバランスウエイト。
【請求項３】
請求項１または２に記載のバランスウエイトを用いた圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機の回転子に設置されるバランスウエイト、およびそれを用いた冷凍空調機器などに使用される圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的なバランスウエイトを、以下に図面とともに説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図４は、特許文献１に記載された従来のバランスウエイトであり、回転子２ｂの端面に正バランスウエイト６ａおよび副バランスウエイト６ｂ（図示せず）が設置されている。これらバランスウエイト６ａ、６ｂは、外径および内径が前記回転子２ｂと同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角が１８０°である。
【０００４】
また、図５は、上記従来のバランスウエイトを用いた圧縮機の例である。
【０００５】
図５において、密閉容器３内部に、電動機部２と、圧縮機構部４とが設置されている。前記電動機部２は、固定子２ａと、回転子２ｂとからなり、この回転子２ｂに圧入固定されたクランク軸５によって、前記圧縮機構部４へ回転力が伝達される。前記クランク軸５には、偏心軸部５ａ、およびこの偏心軸部５ａに回転自在に挿入されたピストン７が設けられており、クランク軸５の回転にともなって、圧縮作用が行われる。また、前記回転子２ｂの上下端面には、正バランスウエイト６ａおよび副バランスウエイト６ｂがそれぞれ設置されている。
【０００６】
上記構成において、クランク軸５が回転すると、偏心軸部５ａおよびピストン７が設けられているために、不釣り合い力が生じるが、このクランク軸５とともに回転する回転子２ｂの端面に設けられているバランスウエイト６ａ、６ｂが、前記不釣り合い力を打ち消すような釣り合い量にそれぞれ設定されているので、不釣り合い力による振動は生じない。
【特許文献１】特開昭６３−２１５８９３号公報（３頁、第３図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記従来の構成において、正バランスウエイト６ａおよび副バランスウエイト６ｂのそれぞれの釣り合い量（＝バランスウエイトの重心半径と質量の積）は、前記偏心軸部５ａおよびピストン７の不釣り合い量を打ち消すような最適な値としている。
【０００８】
ここで、正バランスウエイト６ａに着目し、その最適な釣り合い量Ｇとなる厚みｔは、以下のように求めることができる。
【０００９】
それぞれ、Ｒ：バランスウエイトの外側半径、ｒ：バランスウエイトの内側半径、α：バランスウエイトの中心角（ｒａｄ）、ρ：バランスウエイト材質の比質量としたとき、バランスウエイトの重心半径ｙは、
【００１０】
【数１】
2006057457.tif 000003
バランスウエイトの質量ｍは、
【００１１】
【数２】
2006057457.tif 000004
であるので、
【００１２】
【数３】
2006057457.tif 000005
より、
【００１３】
【数４】
2006057457.tif 000006
ここで、従来の構成におけるバランスウエイトの外側半径Ｒおよび内側半径ｒは、電動機部あるいは圧縮機構部の寸法により制限される。また、バランスウエイトの最適な釣り合い量Ｇおよびバランスウエイト材質の比質量ρは固定された値である。
【００１４】
従って、バランスウエイトの厚みｔは、前記式４より、バランスウエイトの中心角αがπ（ｒａｄ）、すなわち、１８０°のときに最も薄くなり、その厚みｔｍｉｎは、
【００１５】
【数５】
2006057457.tif 000007
となる。そのため、従来の構成におけるバランスウエイトの中心角αは、１８０°に設定されている。
【００１６】
一方、バランスウエイトの質量ｍは、前記式４を前記式２に代入して、
【００１７】
【数６】
2006057457.tif 000008
となる。従って、バランスウエイトの質量ｍは、バランスウエイトの中心角αが小さいほど小さくすることができる（ただし、α＞０）。
【００１８】
バランスウエイトの材料には、回転子の一部を構成するアルミダイキャストを延長させたものや、冷延鋼板を重ねたものなどが用いられる他に、特に大きな質量が必要なバランスウエイトにおいては、比較的その比質量が大きな黄銅が用いられる。当然、バランスウエイトの質量が小さいほど、その材料コストも低くすることができるが、前記従来の構成においては、バランスウエイトの中心角αを１８０°としているために、前記式６で求まるバランスウエイトの質量ｍ’は、必然的に、
【００１９】
【数７】
2006057457.tif 000009
で決定されていた。従って、バランスウエイトの材料コストも低減することはできなかった。
【００２０】
なお、バランスウエイトの中心角αが１８０°のときの、バランスウエイトの重心半径ｙ’は、数式１より、
【００２１】
【数８】
2006057457.tif 000010
となる。
【００２２】
なお、上記説明においては、正バランスウエイトについて説明したが、副バランスウエイトについてもまったく同様である。
【００２３】
また、密閉容器３の底部には、オイル溜め８が設けられており、圧縮機の運転にともなって、前記密閉容器３内部にオイルがミスト状に飛散し、バランスウエイト６ａ，６ｂの回転方向端面で撹拌されることにより、運転条件などによっては、圧縮機外部へのオイル吐出量が増加したり、回転抵抗による入力増加といった原因になる場合もあった。そのため、バランスウエイトの厚みはできるだけ薄い方が望ましい。
【００２４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、バランスウエイトを、外径および内径が回転子と同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角を１８０°より小さな限定した範囲内の角度にすることにより、最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの厚みをできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくすることで、その材料コストを低減したバランスウエイトおよびそれを用いた圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記従来の課題を解決するために、本発明は、バランスウエイトを、外径および内径が回転子と同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角が１２０°〜１６０°としたものである。
【００２６】
これにより、最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの厚みをできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくすることで、その材料コストを低減することができる。
【００２７】
また、バランスウエイトの中心角を１２０°〜１６０°の範囲内にすることにより、バランスウエイトの厚みを中心角が１８０°のときの最も薄い場合に比べて最大でも約１５％程度の増加に抑えることができ、かつバランスウエイトの質量も約１０％以上低減することができるので、バランスウエイトの材料コストも低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のバランスウエイトは、最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの厚みをできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくす
ることで、その材料コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
第１の発明は、回転子の端面に、この回転子が圧入固定されたクランク軸全体の回転バランスをとるためのバランスウエイトを設置し、このバランスウエイトを、外径および内径が前記回転子と同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角が１２０°〜１６０°とすることにより、中心角が１８０°のときの最も薄い場合に対して、バランスウエイトの厚みの増加をできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくすることができる。これにより、バランスウエイトの材料コストを低減することができる。
【００３０】
第２の発明は、第１の発明のバランスウエイトにおいて、その材料を黄銅としているので、第１の発明による作用効果に加えて、材料の比質量が比較的大きいために、バランスウエイトの厚みをより薄くすることができる。
【００３１】
第３の発明は、第１または第２の発明におけるバランスウエイトを用いた圧縮機であり、この構成によれば、前記第１または前記第２で説明した作用効果に加えて、バランスウエイトの厚みの増加を抑えているので、バランスウエイトの回転方向端面で撹拌されることによりオイル吐出量の増加や、回転抵抗による入力増加といった影響もできるだけ低く抑えることができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３３】
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明のバランスウエイトおよびそれを用いた圧縮機の一例である。図１および図２において、前記従来の技術と同じ構成要素については、同一の符号を用い、その説明を省略する。
【００３４】
図１および図２において、回転子２ｂの端面に正バランスウエイト１ａおよび副バランスウエイト１ｂが設置されている。また、回転子２ｂには、偏心軸部５ａが設けられたクランク軸５が圧入固定されている。
【００３５】
前記バランスウエイト１ａおよび１ｂは、それぞれクランク軸５全体の回転バランスをとるような釣り合い量に設定されており、その釣り合い量は、前記偏心軸部５ａおよびピストン７の不釣り合い量、および前記偏心軸部５ａ、ピストン７、バランスウエイト１ａ、１ｂそれぞれの重心距離によって必然的に決まる。このため、クランク軸５の回転によって発生する不釣り合い力による振動は生じない。
【００３６】
ここで、前記バランスウエイト１ａに着目して説明すれば、その外径および内径が前記回転子２ｂと同心の円環の一部をなす形状であり、かつその中心角を１３０°としている。
【００３７】
この場合、バランスウエイトの質量は、数式６より、
【００３８】
【数９】
2006057457.tif 000011
となるので、数式７で示したバランスウエイトの中心角が１８０°のときの質量ｍ’に比
べて、
【００３９】
【数１０】
2006057457.tif 000012
となり、バランスウエイトの質量を約２０％小さくできる。従って、質量にほぼ比例するバランスウエイトの材料コストも約２０％低減することができる。
【００４０】
上記中心角が１３０°のときの、バランスウエイトの重心半径ｙ１は、前記数式１、数式８より、
【００４１】
【数１１】
2006057457.tif 000013
となるので、数式３より、その釣り合い量Ｇ１は、
【００４２】
【数１２】
2006057457.tif 000014
であり、釣り合い量は変わらない。
【００４３】
なお、この場合、バランスウエイトの厚みｔ１は、数式４より、
【００４４】
【数１３】
2006057457.tif 000015
となり、バランスウエイトの中心角が１８０°のときの最も厚みが薄い場合に比べて厚くなるが、その厚みの増加は、わずか約１０％ほどである。従って、バランスウエイトの回転方向端面で撹拌されることによりオイル吐出量の増加や、回転抵抗による入力増加といった影響もできるだけ低く抑えることができる。
【００４５】
上記説明においては、正バランスウエイト１ａについて説明したが、副バランスウエイト１ｂについても同様の作用効果を得ることができる。
【００４６】
なお、図３は、本発明におけるバランスウエイトの中心角αに対するバランスウエイトの重心半径ｙ、質量ｍ、厚みｔおよび釣り合い量Ｇを、バランスウエイトの中心角が１８０°のときを１００％とした相対値を示したグラフである。
【００４７】
上記本発明の第１の実施の形態においては、バランスウエイトの中心角を１３０°としたが、中心角が１２０°〜１６０°の範囲内であれば、ほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【００４８】
図３に示すグラフより、バランスウエイトの中心角がおおむね１６０°より大きくなれば、バランスウエイトの質量ｍが増加するため、その材料コストも増える。また、中心角がおおむね１２０°より小さくなれば、バランスウエイトの厚みｔが急激に厚くなるので、バランスウエイトの回転方向端面で撹拌されることによるオイル吐出量の増加や、回転
抵抗による入力増加といった影響も無視できなくなる可能性がある。従って、バランスウエイトの中心角が１２０°〜１６０°の範囲が最適である。
【００４９】
（実施の形態２）
本発明第２の実施の形態は、実施の形態１に加えて、バランスウエイトの材質を黄銅としたものである。
【００５０】
例えば、特に大きな質量が必要なバランスウエイトでは、その材料にアルミダイキャスト（平均的な比質量＝２．７ｇ／立方ｃｍ）や冷延鋼板（同７．９／立方ｃｍ）などを用いる場合に比べて、比質量が大きい（同８．４ｇ／立方ｃｍ）ため、バランスウエイトの厚みをより薄くすることができる。
【００５１】
従って、バランスウエイトの厚み増加により、バランスウエイトの回転方向端面で撹拌されることによりオイル吐出量の増加や、回転抵抗による入力増加を一層低く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係るバランスウエイトおよび圧縮機は、最適なバランスウエイトの釣り合い量を保持しつつ、バランスウエイトの厚みをできるだけ抑えるとともに、バランスウエイトの質量を小さくすることで、その材料コストを低減することができるので、空気調和装置や冷蔵庫などの冷凍機器を始めとして、ヒートポンプ式給湯器などの用途にも適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１における正バランスウエイトの平面図
【図２】本発明の実施の形態１のバランスウエイトを用いた圧縮機の一例の断面図
【図３】本発明におけるバランスウエイトの中心角に対する重心半径、質量、厚みおよび釣り合い量の相対値を示したグラフ
【図４】従来のバランスウエイトの斜視図
【図５】従来のバランスウエイトを用いた圧縮機の断面図
【符号の説明】
【００５４】
１ａ  正バランスウエイト
１ｂ  副バランスウエイト
２    電動機部
２ｂ  回転子
５    クランク軸
【図１】
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【図２】
2006057457.tif 000017
【図３】
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【図４】
2006057457.tif 000019
【図５】
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