(57)【要約】  【課題】密閉型圧縮機において、スラストボールベアリングを構成する下ワッシャの内径がシャフトの主軸部の外径に接触して摩耗粉が発生し各摺動部の摩耗を引き起こす可能性があった。  【解決手段】ボール１３３と当接する電動圧縮要素１０９のスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂを局所的に高い硬度とすることで、スラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂに半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素１０９と接触することを防止することができ、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に、電動要素と圧縮要素とを備えた電動圧縮要素を収容し、前記電動要素は固定子と回転子を備え、前記圧縮要素は、主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部とを有し前記回転子が固定されたシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シャフトの回転に伴い容積を変化させる圧縮室とを備え、前記シャフトや前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部に複数のボールを配設し、前記ボールと当接する前記電動圧縮要素の前記スラスト摺動部は局所的に硬度が高い密閉型圧縮機。
【請求項２】
ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は、シャフトのツバ部と主軸受である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は、回転子と主軸受である請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
電動圧縮要素のスラスト摺動部とボールとの硬度の差がＨＲＣ１０以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は、焼入れまたは窒化処理の表面硬化処理を施した請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は、溶射を施した請求項１から請求項４のいずれか一項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、主に家庭用冷蔵庫に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、効率向上を目的にスラストボールベアリングを採用した密閉型圧縮機において、ボールの上下に配設されるワッシャは、シャフトや軸受に対して自由に回転できるとしたものがある（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、従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図６は、従来の密閉型圧縮機における転がり軸受の要部を示す拡大図である。
【０００５】
図５、図６において、密閉容器１は、冷媒３が充填されており、電動要素５と圧縮要素７とを備えた電動圧縮要素９を収容するとともに、冷凍機油１１を貯留している。
【０００６】
電動要素５は固定子１３と回転子１５からなり、固定子１３は外部電源（図示せず）と繋がっている。
【０００７】
圧縮要素７は、回転子１５が固定されたシャフト１７と、シャフト１７の主軸部１９を軸支する主軸受２１と、シャフト１７の回転に伴い容積を変化させる圧縮室２３とを備えている。
【０００８】
主軸受２１と回転子１５の間には転がり軸受２５を備え、転がり軸受２５は複数のボール２７と、ボール２７の上下に各々配設される上ワッシャ２９および下ワッシャ３１を有している。
【０００９】
以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。
【００１０】
固定子１３に外部電源より通電がされると、回転子１５はシャフト１７と共に回転する。これに伴い圧縮室２３で冷媒３が圧縮される。
【００１１】
転がり軸受２５は、回転子１５とシャフト１７の自重による垂直方向の荷重を支持し、回転子１５と主軸受２１の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、圧縮機の入力値を低減し、効率を向上させる。
【特許文献１】特開昭６１−５３４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成では、上ワッシャ２９は回転子１５とボール２７に挟まれて配設され、下ワッシャ３１はボール２７と主軸受２１に挟まれて配設されているだけであり、固定はされていない。そのため、組立時や輸送中の衝撃等で上ワッシャ２９や下ワッシャ３１がずれたり、圧縮機の運転中に上ワッシャ２９や下ワッシャ３１がずれたりして、上ワッシャ２９や下ワッシャ３１がシャフト１７の外周や回転子に接触する可能性があった。
【００１３】
上ワッシャ２９や下ワッシャ３１がシャフト１７の外周や回転子１５に接触した際には、シャフト１７、上ワッシャ２９、下ワッシャ３１、回転子１５等から摩耗粉が発生し、この摩耗粉が摺動部に入り込み、入力が増加したり信頼性が低下したりする可能性があるといった課題を有していた。また、接触により騒音が増大する可能性がある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、効率が高く信頼性が高い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】
本発明の密閉型圧縮機は、スラスト摺動部に複数のボールを配設し、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は局所的に硬度が高いもので、スラスト摺動部に半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素と接触することを防止することができ、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができ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、スラスト摺動部に複数のボールを配設し、ボールと当接するスラスト摺動部は局所的に硬度が高いので、スラスト摺動部の信頼性を高めることができる。
【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、電動要素と圧縮要素とを備えた電動圧縮要素を収容し、前記電動要素は固定子と回転子を備え、前記圧縮要素は、主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部とを有し前記回転子が固定されたシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シャフトの回転に伴い容積を変化させる圧縮室とを備え、前記シャフトや前記回転子の重力方向の荷重を支持するスラスト摺動部に複数のボールを配設し、前記ボールと当接する前記電動圧縮要素の前記スラスト摺動部は局所的に硬度が高いもので、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部を局所的に高硬度にすることで、スラスト摺動部に半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素と接触することを防止することができ、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができるため、効率が高く信頼性が高い密閉型圧縮機を提供することができる。
【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、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部はシャフトのツバ部と主軸受としたもので、ワッシャがシャフトや主軸受と接触することを防止することができるとともに、圧縮要素より振動の低い電動要素がコイルばねで密閉容器内に弾性支持されており、圧縮要素の振動がコイルばねを介して密閉容器へ伝達することを防止することができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに振動を低減することができる。
【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、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部は回転子と主軸受としたもので、ワッシャが回転子や主軸受と接触することを防止することができるとともに、ボールが周囲を回転子に囲まれて回転子と主軸受を転動するため、転動する際に発生する騒音が回転子で遮音されるため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに騒音を低減することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、電動圧縮要素のスラスト摺動部とボールとの硬度の差をＨＲＣ１０以下としたもので、スラスト摺動部やボールの摩耗を抑制することができるので、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに摩耗を抑制し高い信頼性を得ることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部に焼入れまたは窒化処理の表面硬化処理を施したもので、高周波焼入れやレーザー焼入れ、マスキングによる窒化処理などにより局所的にスラスト摺動部のボールと当接する部分の硬度を高くすることができるので、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、複雑な形状でも局所的に硬度を高めることができ、摩耗を抑制し高い信頼性を得ることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、ボールと当接する電動圧縮要素のスラスト摺動部に溶射を施したもので、溶射によりスラスト摺動部のボールと当接する部分の硬度を局所的に高くすることができるので、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、比較的安価な方法で摩耗を抑制し高い信頼性を得ることができる。
【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縦断面図、図２は、同実施の形態の密閉型圧縮機におけるスラスト摺動部の要部拡大図である。
【００２５】
図１、図２において、密閉容器１０１は、冷媒１０３が充填されており、電動要素１０５と圧縮要素１０７とを備えた電動圧縮要素１０９を収容するとともに、底部に冷凍機油１１１を貯留している。
【００２６】
電動要素１０５は固定子１１３と回転子１１５とからなり、固定子１１３は外部電源（図示せず）と繋がっている。
【００２７】
圧縮要素１０７は、主軸部１１７とツバ部１１９を介して形成された偏心軸部１２１とを有するシャフト１２３と、シャフト１２３の主軸部１１７を軸支する主軸受１２５と、圧縮室１２７内を往復動するピストン１４０と、偏心軸部１２１とピストンを連結するコンロッド１４１を備えている。
【００２８】
また、シャフト１２３の主軸部１２５には、回転子１１５が固定されている。
【００２９】
シャフト１２３や回転子１１５の自重による垂直方向の荷重を支持するスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂには転がり軸受１３１を備え、転がり軸受１３１は複数のボール１３３を有している。
【００３０】
このボール１３３の材料は軸受鋼を用いている。
【００３１】
回転子１１５は積層鋼板となっており、回転子１１５の一部でありボール１３３に当接するスラスト摺動部１２９ａは窒化処理された合金工具鋼の鋼板を用いている。
【００３２】
主軸受１２５にはアルミニウム合金が用いられており、主軸受１２５の一部でありボール１３３に当接するスラスト摺動部１２９ｂにはニッケル系合金を溶射している。
【００３３】
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。
【００３４】
固定子１１３に外部電源より通電がされると、回転子１１５はシャフト１２３とともに回転し、回転運動がコンロッド１４１によってピストン１４０の往復運動に変換され、ピストン１４０が圧縮室１２７内を往復動する。このピストン１４０の往復動に伴って、圧縮室１２７内に冷媒１０３が吸入され圧縮される。
【００３５】
このとき、転がり軸受１３１のボール１３３は、回転子１１５とシャフト１２３の自重による垂直荷重を支持し、回転子１１５と主軸受１２５の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、圧縮機の入力値を低減し、効率を向上させることができる。
【００３６】
ボール１３３は、回転子１１５のスラスト摺動部１２９ａと主軸受１２５のスラスト摺動部１２９ｂの間を転動するため、回転子１１５の回転に追従せず遅れて回転する。そのため、スラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂとボール１３３は繰返し接触応力を受ける。
【００３７】
シャフト１２３や回転子１１５の自重による垂直方向の荷重を支持し、上記接触応力を受けるボール１３３とスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂには、高い信頼性が要求される。
【００３８】
その信頼性を確保するために、ボール１３３には焼入れ処理された軸受鋼を用い、ボール１３３の表面硬度はＨＲＣ６２となっている。ボール１３３は全体の表面がスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂとの接触応力を受けるため、硬度を高くしている。
【００３９】
また、回転子１１５のスラスト摺動部１２９ａについては、スラスト摺動部１２９ａの鋼板のみを窒化処理された合金工具鋼を用いることで高硬度化を図っている。回転子１１５は電動要素１０５の効率向上の観点から、電磁鋼板を使用することは不可欠であり、スラスト摺動部１２９ａの鋼板のみを合金工具鋼を用いることで、スラスト摺動部１２９ａの高硬度化と電動要素１０５の高効率化の両立を実現している。
【００４０】
そのため、転がり軸受１３１において、回転子１１５のスラスト摺動部１２９ａとボール１３３とはどちらも高硬度化されているため、圧縮機の運転中において転がり軸受１３１における摩耗の発生といった信頼性上の問題を解決することができる。
【００４１】
さらに、スラスト摺動部１２９ａに半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素１０９と接触することが無く、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができる。
【００４２】
また、主軸受１２５のスラスト摺動部１２９ｂについては、アルミニウム合金でできた主軸受１２５のうち、スラスト摺動部１２９ｂのみを高硬度のニッケル系合金を溶射により接着することで、シャフト１２３の主軸部１１７との摺動部の硬度をあげることなく、スラスト摺動部１２９ｂの局所的な高硬度化を図っている。
【００４３】
主軸受１２５はシャフト１２３の主軸部１１７と摺動するため、その材料選定の観点からも、単純に主軸受１２５全体を高硬度にすることはできないが、主軸受１２５のスラスト摺動部１２９ｂのみを高硬度にすることで、スラスト摺動部１２９ｂの高硬度化と主軸部１１７と摺動を考慮した主軸受１２５の材料選定、硬度選定の両立を実現している。
【００４４】
そのため、転がり軸受１３１において、主軸受１２５のスラスト摺動部１２９ｂとボール１３３とはどちらも高硬度化されているため、圧縮機の運転中において転がり軸受１３１における摩耗の発生といった信頼性上の問題を解決することができる。
【００４５】
さらに、スラスト摺動部１２９ｂに半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素１０９と接触することが無く、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができる。
【００４６】
また、回転子１１５のスラスト摺動部１２９ａと主軸受１２５のスラスト摺動部１２９ｂの硬度はＨＲＣ６０としており、ボール１３３との硬度差がＨＲＣで２となっているため、ボール１３３との接触応力に十分耐えることができ、ボール１３３とスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂ間での摩耗を抑制することができる。
【００４７】
なお、ボール１３３とスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂとの高度差がＨＲＣで１０以下であれば信頼性を確保でき、１０を超えると極端に摩耗が増加することを確認している。
【００４８】
また、ボール１３３は周囲を回転子１１５に囲まれるように配置されており、ボール１３３が転動する際に発生する騒音を回転子１１５により遮音されるため、騒音を低減することができる。
【００４９】
従って本実施の形態によれば、スラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂがシャフト１２３の主軸部１１７に接触することがなく、ボール１３３とスラスト摺動部１２９ａ，１２９ｂ間の摩耗を抑制することができるので、効率が高く低騒音で信頼性が高い密閉型圧縮機を実現できる。
【００５０】
（実施の形態２）
図３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、図４は、同実施の形態の密閉型圧縮機におけるスラスト摺動部の要部拡大図である。
【００５１】
図３、図４において、密閉容器２０１は、冷媒２０３が充填されており、電動要素２０５と圧縮要素２０７とを備えた電動圧縮要素２０９を収容するとともに、底部に冷凍機油２１１を貯留している。
【００５２】
電動圧縮要素２０９は複数のコイルばね２１２により密閉容器２０１内に弾性的に支持されている。
【００５３】
電動要素２０５は固定子２１３と回転子２１５とからなり、固定子２１３は外部電源（図示せず）と繋がっている。
【００５４】
圧縮要素２０７は、主軸部２１７とツバ部２１９を介して形成された偏心軸部２２１とを有するシャフト２２３と、シャフト２２３の主軸部２１７を軸支する主軸受２２５と、圧縮室２２７内を往復動するピストン２４０と、偏心軸部２２１とピストンを連結するコンロッド２４１を備えている。
【００５５】
また、シャフト２２３の主軸部２１７には、回転子２１５が固定されている。
【００５６】
シャフト２２３や回転子２１５の自重による垂直方向の荷重を支持するスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂには転がり軸受２３１を備え、転がり軸受２３１は複数のボール２３３を有している。
【００５７】
このボール２３３の材料は軸受鋼を用いている。
【００５８】
シャフト２２３および主軸受２２５には鋳鉄が用いられており、各々のボール２３３が当接するスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂはレーザー焼入れにより表面硬化処理が施されている。
【００５９】
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。
【００６０】
固定子２１３に外部電源より通電がされると、回転子２１５はシャフト２２３とともに回転し、回転運動がコンロッド２４１によってピストン２４０の往復運動に変換され、ピストン２４０が圧縮室２２７内を往復動する。このピストン２４０の往復動に伴って、圧縮室２２７内に冷媒２０３が吸入され圧縮される。
【００６１】
このとき、転がり軸受２３１のボール２３３は、回転子２１５とシャフト２２３の自重による垂直荷重を支持し、シャフト２２３のツバ部２１９と主軸受２２５の間に生じる摩擦力を低減させることができるため、圧縮機の入力値を低減し、効率を向上させることができる。
【００６２】
ボール２３３は、ツバ部２１９のスラスト摺動部２２９ａと主軸受２２５のスラスト摺動部２２９ｂの間を転動するため、回転子２１５の回転に追従せず遅れて回転する。そのため、スラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂとボール２３３は繰返し接触応力を受ける。
【００６３】
シャフト１２３や回転子１１５の自重による垂直方向の荷重を支持し、上記接触応力を受けるボール２３３とスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂには、高い信頼性が要求される。
【００６４】
その信頼性を確保するために、ボール２３３には焼入れ処理された軸受鋼を用い、ボール２３３の表面硬度はＨＲＣ６２となっている。ボール２３３は全体の表面がスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂとの接触応力を受ける可能性があるため、硬度を高くしている。
【００６５】
また、シャフト２２３および主軸受２２５のスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂについては、レーザー焼入れ処理を行うことで高硬度化を図っている。シャフト２２３および主軸受２２５は鋳鉄が用いられており、シャフト２２３および主軸受２２５全体を焼入れしてしまうと、脆くなり割れが発生してしまうが、レーザー焼入れ処理により、スラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂの表面を局所的に高硬度にすることで、スラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂの高硬度化とシャフト２２３や主軸受２２５の割れ防止の両立を実現している。
【００６６】
そのため、転がり軸受において、主軸受２２５のスラスト摺動部２２９ｂとボール２３３とはどちらも高硬度化されているため、圧縮機の運転中において転がり軸受２３１における摩耗の発生といった信頼性上の問題を解決することができる。
【００６７】
さらに、スラスト摺動部２２９ｂに半径方向に移動可能なワッシャを使用しないために、ワッシャが電動圧縮要素２０９と接触することが無く、摩耗の発生や騒音の増大を防止することができる。
【００６８】
また、シャフト２２３のツバ部２１９および主軸受２２５のスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂの硬度はＨＲＣ５７としており、ボール２３３との硬度差がＨＲＣで５となっているため、ボール２３３との接触応力に十分耐えることができ、ボール２３３とスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂ間での摩耗を抑制することができる。
【００６９】
なお、ボール２３３とスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂとの高度差がＨＲＣで１０以下であれば信頼性を確保でき、１０を超えると極端に摩耗が増加することを確認している。
【００７０】
また、圧縮室２２７内で冷媒が圧縮されるために振動が高い圧縮要素２０７ではなく電動要素２０５がコイルばね２１２に弾性支持されており、圧縮要素２０７の振動が密閉容器２０１に伝達することを防止することができるため、密閉容器２０１の振動を低減することができる。
【００７１】
従って本実施の形態によれば、スラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂがシャフト２２３の主軸部２１７に接触することがなく、ボール２３３とスラスト摺動部２２９ａ，２２９ｂ間の摩耗を抑制することができるので、効率が高く低騒音、低振動で信頼性が高い密閉型圧縮機を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、高い効率および信頼性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】
【００７３】
【図１】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
【図２】同実施の形態の密閉型圧縮機におけるスラスト摺動部の要部拡大図
【図３】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
【図４】同実施の形態の密閉型圧縮機におけるスラスト摺動部の要部拡大図
【図５】従来の密閉型圧縮機の縦断面図
【図６】従来の密閉型圧縮機の転がり軸受の要部拡大図
【符号の説明】
【００７４】
１０１，２０１  密閉容器
１０５，２０５  電動要素
１０７，２０７  圧縮要素
１０９，２０９  電動圧縮要素
１１３，２１３  固定子
１１５，２１５  回転子
１１７，２１７  主軸部
１１９，２１９  ツバ部
１２１，２２１  偏心軸部
１２３，２２３  シャフト
１２５，２２５  主軸受
１２７，２２７  圧縮室
１２９ａ，１２９ｂ，２２９ａ，２２９ｂ  スラスト摺動部
１３３，２３３  ボール
【図１】
2008309058.tif 000003
【図２】
2008309058.tif 000004
【図３】
2008309058.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008309058.tif 000007
【図６】
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