(57)【要約】  【課題】永久磁石を内蔵した回転子を備え、インバーター装置により２種類以上の特定の周波数で駆動される密閉型圧縮機において、高い効率を実現する。  【解決手段】シリンダブロック１２５にすべり軸受け１６０を設け、シャフト１４０の主軸部１５４を軸支し、副軸部１５２と副軸受け保持部１６３との間にラジアル転がり軸受け１６５が嵌装され、副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側に押圧してシリンダブロック１２５に固定されることにより、固定子１０６と回転子１０７の隙間寸法を安定させることができる。【選択図】図１
2008050994.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に固定子と永久磁石を内蔵した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を収容し、前記電動要素は、インバーター装置により２種類以上の特定の周波数で駆動され、前記圧縮要素は、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装した密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記副軸受け保持部を前記圧縮室側に押圧して前記シリンダブロックに固定した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記固定子はコアに形成されたティースに巻線が直接的に巻回されている集中巻き型で形成された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記シャフトの前記偏芯軸部と前記主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
前記スラスト転がり軸受けのスラスト用転動体を非磁性体とした請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒を使用した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、効率向上を目的に転がり軸受けを採用した密閉型圧縮機において、ラジアル転がり軸受けを軸受けの上下端に配したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
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。
【０００４】
図５は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を示す断面図、図６は、要部拡大図である。
【０００５】
図５、図６において、密閉容器１は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器３と下容器５から形成されている。
【０００６】
密閉容器１は、巻線７を保有する固定子１０と回転子１２からなる電動要素１４と、電動要素１４によって駆動される圧縮要素１６を収容し、冷媒ガス（図示せず）が密閉容器１内に封入され、オイル２０が密閉容器１底部に貯溜されている。
【０００７】
次に圧縮要素１６について説明する。
【０００８】
圧縮要素１６は、主軸部２２と偏芯軸部２３とを有し、給油装置２４が形成されたシャフト２５と、固定子１０の下方に固定され、圧縮室３５を形成するシリンダブロック３８と、シリンダブロック３８に設けられシャフト２５を支持する軸受け４４と、軸受け４４の上下端に取り付けられたラジアル転がり軸受け５０、５１と、内輪５３、５４と、外輪５６、５７とラジアル用転動体５９、６０とシリンダブロック３８内で往復運動するピストン６２と、ピストン６２と偏芯軸部２３とを連結する連結手段６５を備え、レシプロ式の圧縮機構を形成している。
【０００９】
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。
【００１０】
固定子１０の巻線７に外部電源より通電がされると、回転子１２はシャフト２５と共に回転する。これに伴い偏芯軸部２３の偏芯運動は連結手段６５を介してピストン６２を圧縮室３５内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。
【特許文献１】特開昭６３−５１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、ラジアル転がり軸受け５０、５１は、内輪５３、５４、外輪５６、５７とラジアル用転動体５９、６０との間の遊び量であるラジアル隙間を持ち、そのラジアル隙間のため、固定子１０と回転子１２の隙間寸法に偏りが生じている。その中で、密閉型圧縮機の起動時は、給油装置２４より供給されるオイル２０はまだラジアル転がり軸受け５０、５１に到達しておらず、ラジアル転がり軸受け５０、５１の潤滑は残留した付着オイルによって行われることになり、極めて不安定な潤滑状態となっている。
【００１２】
特に近年、更なる省エネを目的として使用され始めたインバーター装置は、回転子１２に永久磁石が挿入配置され、固定子１０の巻線７に外部電源より通電される起動の前から、回転子１２は回転子磁極を形成するので、回転子１２への磁気吸引のアンバランスが働くことで、混合潤滑から境界潤滑での過酷な摺動状態となる。以降、密閉型圧縮機が起動停止を繰り返すことにより、ラジアル転がり軸受け５０、５１の寿命低下を招き、信頼性を確保することが難しいという課題を有していた。
【００１３】
またピストン６２の圧縮方向に対し片側の軸支持である片持ち構造となるため、モーメントの作用により、圧縮動作の反作用である荷重より大きな荷重がラジアル転がり軸受け５０、５１にかかるため、ラジアル転がり軸受け５０、５１の寿命低下を招き、信頼性を確保することが難しいという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高い信頼性を備えた密閉型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】
【００１５】
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は、シリンダブロックにすべり軸受けを設け、主軸部を軸支するとともに、シリンダブロックに副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保できるという作用、および圧縮動作の反作用である荷重を主軸部と副軸部で分散して受けるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の密閉型圧縮機は、固定子と回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重をシャフトの主軸部と副軸部へ分散して受けるので、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
請求項１に記載の発明は、密閉容器内に固定子と永久磁石を内蔵した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を収容し、前記電動要素は、インバーター装置により２種類以上の特定の周波数で駆動され、前記圧縮要素は、偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部および主軸部とを有したシャフトと、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内に摺動自在に挿入されたピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結する連結手段を備え、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記副軸部を軸支する副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間にラジアル転がり軸受けを嵌装したもので、前記固定子と前記回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、また圧縮動作の反作用である荷重を前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部へ分散して受けるので、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。
【００１８】
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、前記副軸受け保持部を前記圧縮室側に押圧して前記シリンダブロックに固定したもので、圧縮作用の反作用である荷重をシャフトの前記主軸部と前記副軸部でより分散して受けるため、前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部への偏荷重を抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高めることができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記固定子はコアに形成されたティースに巻線が直接的に巻回されている集中巻き型で形成されたもので、前記固定子の積厚は極端に低く設計されるため、前記副軸部の揚程を低くできるので、ラジアル転がり軸受けへの給油が早くなり、起動時の給油不足による金属接触の過酷な摺動状態を短時間に抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高めることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記シャフトの前記偏芯軸部と前記主軸部の間にツバ部を形成するとともに、前記ツバ部とすべり軸受け上端面の間にスラスト転がり軸受けを配設したもので、前記シャフトの前記ツバ部と前記すべり軸受け上端面の摩擦係数を小さく抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて効率を高くすることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記スラスト転がり軸受けのスラスト用転動体を非磁性体としたたもので、前記スラスト転がり軸受けの摺動部に鉄粉などのゴミの吸着を抑えるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を高くすることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒を使用したものであり、炭化水素系冷媒は冷媒がオイルに溶け込む量が多いため始動時に発泡しガスを吸って給油阻害を起こしやすくなるとともにインバーター駆動式の密閉型電動圧縮機において、商用電源周波数未満の周波数での運転で、給油されるオイルの量が少なくなった場合や、起動直後、摺動部へのオイルが供給されていない場合に、摺動部の潤滑状態は悪化するにもかかわらず、請求項１から請求項４に記載の対策により、前記シリンダブロックにすべり軸受けを設け、前記シャフトの前記主軸部を軸支するとともに、前記シリンダブロックに前記シャフトの前記副軸部を軸支する前記副軸受け保持部を設け、前記副軸受け保持部と前記副軸部との間に前記ラジアル転がり軸受けを嵌装することで、前記固定子と前記回転子の所定の隙間寸法を均一に確保し、圧縮動作の反作用である荷重を前記シャフトの前記主軸部と前記副軸部へ分散して受けることで、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を実現できる。
【００２３】
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。
【００２４】
（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断面図、図２、図３、図４は、同実施の形態における要部拡大図である。
【００２５】
図１から図４において、密閉容器１０１は、鉄板の絞り成型によって形成された上容器１０３と下容器１０５から形成されている。
【００２６】
密閉容器１０１は、固定子１０６と回転子１０７からなる電動要素１０８と、電動要素１０８によって駆動される圧縮要素１０９を収容し、塩素及びフッ素を含まない炭化水素系冷媒ガス（図示せず）が密閉容器１０１内に封入され、オイル１１０が密閉容器１０１底部に貯溜されている。
【００２７】
次に電動要素１０８について説明する。
【００２８】
電動要素１０８は固定子１０６と回転子１０７からなる。回転子１０７は積層された電磁鋼板によって形成された鉄心１１１を備え、板状の永久磁石１１２を外周近傍に内蔵しＩＰＭ型（インテリアパーマネントマグネット型）の回転子１０７を形成している。固定子１０６はコア１１３に形成されたティース１１４に巻線１１５が直接的に巻回されている集中巻き型で形成されている。また固定子１０６はインバーター装置１２０と結線されている。
【００２９】
制御回路１２１はインバーター装置１２０をコントロールするものであり、商用電源１２２は制御回路１２１、及びインバーター装置１２０に結線されている。
【００３０】
次に圧縮要素１０９について説明する。
【００３１】
圧縮要素１０９は、略円筒形の圧縮室１２３を形成するシリンダブロック１２５と、シリンダブロック１２５内を往復摺動自在に挿入されるピストン１２７と、圧縮室１２３の開口端部に取り付けられた吸入リード、吐出リード（図示せず）を備えたバルブプレート１３２と、バルブプレート１３２を覆うシリンダヘッド１３４とを備えている。
【００３２】
ピストン１２７は、連結手段１３６によりシャフト１４０と連結されている。
【００３３】
バルブプレート１３２は、圧縮室１２３の開口端面を封止し、吸入リードの開閉により圧縮室１２３と連通する吸入孔１４３を備えている。
【００３４】
シリンダヘッド１３４は、高圧室１４５を形成し、バルブプレート１３２を介して圧縮室１２３の反対側に吸入孔１４３に連通するマフラー１４７と共に固定されている。
【００３５】
シャフト１４０は、偏芯軸部１５０と偏芯軸部１５０を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部１５２および主軸部１５４とを有している。
【００３６】
シリンダブロック１２５は、すべり軸受け１６０を備え、主軸部１５４を軸支する。副軸受け保持部１６３は、副軸部１５２を軸支し、シリンダブロック１２５に固定され、副軸受け保持部１６３と副軸部１５２との間にラジアル転がり軸受け１６５が嵌装されている。
【００３７】
ここで本実施の形態においては、主軸部１５４とすべり軸受け１６０との隙間寸法は１０〜１５μｍである。また、ラジアル転がり軸受け１６５の持つ内輪１６６、外輪１６７とラジアル用転動体１６８との間のラジアル方向の遊び量であるラジアル隙間の寸法は１４〜２８μｍである。
【００３８】
副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側の方向へ副軸部１５２に押圧してシリンダブロック１２５に固定されている。その結果、ピストン１２７の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン１２７の圧縮方向に対し偏芯軸部１５０を中心にした両持ち構造が形成されている。
【００３９】
偏芯軸部１５０と主軸部１５４の間にはツバ部１７０を形成するとともに、ツバ部１７０とすべり軸受け上端面１７２の間にスラスト用転動体１７３を備えたスラスト転がり軸受け１７４を配設する。
【００４０】
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。
【００４１】
商用電源１２２から供給される電力は制御回路１２１、インバーター装置１２０を介して電動要素１０８に供給され電動要素１０８の回転子１０７を任意の回転数で回転させる。その際、回転子１０７はシャフト１４０と共に回転する。それにより偏芯軸部１５０の偏芯運動は連結手段１３６を介してピストン１２７をシリンダブロック１２５内で往復運動させる。それに伴いマフラー１４７からバルブプレート１３２の吸入孔１４３を通り、吸入リードの開閉により圧縮室１２３に吸入された密閉容器１０１内の冷媒ガスは、圧縮され、バルブプレート１３２の吐出リードの開閉により、シリンダヘッド１３４の高圧室１４５へと吐出される所定の圧縮動作を行う。
【００４２】
ここで、電動要素１０８はインバーター装置１２０により、高負荷時には高周波数で駆動され、低負荷時には低周波数で駆動されるので、省エネルギーの密閉型圧縮機を提供できる。
【００４３】
一方、電動要素１０８の回転子１０７は鉄心１１１に永久磁石１１２を内蔵しているため、固定子１０６と回転子１０７の隙間寸法に偏りがあると、回転子１０７への磁気吸引のアンバランスにより、隙間寸法の狭い方へと磁気吸引力が働く。
【００４４】
この吸引力は永久磁石１１２によるものなので、固定子１０６の巻線１１５に外部電源より通電がなされていない間も常に働いている。つまり密閉型圧縮機が運転を停止ししている間、すなわちラジアル転がり軸受け１６５に給油がなされない間も常にラジアル用転動体１６８と、内輪１６６、外輪１６７は相互に荷重が働き、金属接触を起している状態となる。
【００４５】
この状態から密閉型圧縮機が起動を繰り返すことになるため、ラジアル用転動体１６８と、内輪１６６、外輪１６７は金属接触から境界潤滑状態を繰り返すこととなり、その結果、ラジアル転がり軸受け１６５の寿命低下を招き、信頼性を確保することが難しかった。
【００４６】
しかしながら本実施の形態によれば、すべり軸受け１６０と主軸部１５４の隙間寸法は、ラジアル転がり軸受け１６５の内輪１６６、外輪１６７とラジアル用転動体１６８との間の遊び量であるラジアル隙間よりも狭小に設定できるため、固定子１０６と回転子１０７の所定の隙間寸法をより均一に維持できる。
【００４７】
そのため、固定子１０６と回転子１０７の隙間寸法の偏りを極めて小さく抑えることができ、磁気吸引力によるラジアル転がり軸受け１６５のラジアル用転動体１６８と内輪１６６、外輪１６７との荷重を小さくできる。その結果、信頼性の高い密閉型圧縮機を実現できる。
【００４８】
さらに、固定子１０６の巻線１１５は突極集中巻きで形成されるため、固定子１０６の積厚は極端に低くできる。その結果、オイル１１０の油面から副軸部１５２までの楊程が低くなるので、密閉型圧縮機が起動してからラジアル転がり軸受け１６５への給油がなされるまでの時間が短くなる。つまり、起動時の給油不足による金属接触の過酷な摺動状態を短時間に抑えることができることになり、信頼性の高い密閉型圧縮機を実現できる。
【００４９】
また、副軸受け保持部１６３は圧縮室１２３側の方向へ副軸部１５２に押圧してシリンダブロック１２５に固定されている。その結果、ピストン１２７の圧縮負荷側のラジアル隙間はほぼゼロとなり、ピストン１２７の圧縮方向に対し偏芯軸部１５０を中心にした両持ち構造が形成されているので、圧縮動作を行う際、ピストン１２７から偏芯軸部１５０にかかる荷重の反力はすべり軸受け１６０およびラジアル転がり軸受け１６５にほぼ均等にかかるため、従来の片持ち構造の荷重よりラジアル転がり軸受け１６５にかかる荷重を低減できる。その結果すべり軸受け１６０とラジアル転がり軸受け１６５の寿命を高め、よって信頼性を高めることができる。
【００５０】
また、スラスト転がり軸受け１７４には、回転子１０７とシャフト１４０の自重による垂直荷重が常時発生するため、密閉型圧縮機が運転している間も回転子１０７とシャフト１４０の自重による垂直方向の荷重を常に受けることになり、従来の滑り軸受では極めて大きな摩擦抵抗が発生する。本実施の形態によれば上記スラスト荷重に対しスラスト転がり軸受け１７４が受けることで摩擦抵抗が減少し、高効率の密閉型圧縮機を得ることができる。
【００５１】
さらに、スラスト転がり軸受け１７４の転動体を非磁性体材料、例えばセラミクスにて形成することにより、回転子１０７に組み込まれた永久磁石１１２によって、スラスト転がり軸受け１７４が磁化されることが無く、鉄粉などのゴミの吸着を抑えるので信頼性は更に向上する。
【００５２】
なお、本実施の形態において、ラジアル転がり軸受け１６５はラジアルボール軸受けとしたが、ラジアル転がり軸受け１６５はラジアルころ軸受けとしてもよい。
【００５３】
ラジアル転がり軸受け１６５をラジアルころ軸受けとすると大きな荷重に耐えられ、圧縮荷重の大きな使用条件でも高い信頼が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、信頼性の高いものを備えることが可能となるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の断面図
【図２】同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図
【図３】同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図
【図４】同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大図
【図５】従来の密閉型圧縮機における断面図
【図６】従来の密閉型圧縮機における要部拡大図
【符号の説明】
【００５６】
１０１  密閉容器
１０６  固定子
１０７  回転子
１０８  電動要素
１０９  圧縮要素
１１２  永久磁石
１１３  コア
１１４  ティース
１１５  巻線
１２０  インバーター装置
１２３  圧縮室
１２５  シリンダブロック
１２７  ピストン
１３６  連結手段
１４０  シャフト
１５０  偏芯軸部
１５２  副軸部
１５４  主軸部
１６０  すべり軸受け
１６３  副軸受け保持部
１６５  ラジアル転がり軸受け
１７０  ツバ部
１７２  すべり軸受け上端面
１７３  スラスト用転動体
１７４  スラスト転がり軸受け
【図１】
2008050994.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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