(57)【要約】【課題】回転動作するシャフトのツバ部の摺動損失低減と磨耗性向上を実現させる高効率の密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】ツバ部１１２とスラスト面１２１との間にはリング１２２とスプリング１２３を備え、リングをツバ部と全周面でのみ当接するように配置し、スプリングは、圧縮室１１６と反対位置側のバネ定数が大となるように形成されたスプリング舌部１２５でリングと当接し、かつスラスト面１２１とも当接し、かつスラスト面との回転を規制する回転規制手段１２６を設けたもので、ツバ部とリング１２２の摺動面積が低減でき、ツバ部が傾かないため、円滑な回転が確保され、摺動性も良好となる。【選択図】図１
2013011218.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、前記圧縮要素は前記回転子が固定された主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部とを有したシャフトと、円筒形の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機構と、前記シリンダブロックに形成され、かつ前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記回転子と前記シャフトの自重による垂直方向の荷重を支持する前記シャフトに形成された前記ツバ部と前記主軸受の上部に配設されたスラスト面とを備え、前記ツバ部と前記スラスト面との間にはリングとスプリングを備え、前記リングは前記ツバ部と当接するように配置されるとともに、前記スプリングを固定する固定手段を有し、かつ前記スプリングは前記シャフトを介して前記圧縮室と反対位置側のバネ定数が大となるように形成されたスプリング舌部で前記リングと当接し、前記固定手段で前記リングに固定され、かつ前記スラスト面とも当接するように配置されるとともに、前記スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けた密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記リングのツバ部と当接する側を、前記リングの全周にわたり略半球状に形成した略半球部を有する請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
前記リングの表面に、窒化処理、ＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施した請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
前記電動要素は、固定子の磁気中心に対し、回転子の磁気中心の相対位置を下方にずらすように回転子を配設した請求項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】
前記電動要素は、インバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子は、少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転される請求項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、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉形圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用される密閉型圧縮機には、高い信頼性が求められている。従来の密閉型圧縮機としては、シャフトの中に給油機構を内蔵した方式で高信頼性を高めたものがある（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技術の密閉型圧縮機について説明する。
【０００４】
図１１は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。図１１において、密閉容器１内に、固定子１８と回転子８からなる電動要素４と、その上部に圧縮要素２を配置している。圧縮要素２を構成するシリンダブロック３の軸受部６内には、シャフト７が貫挿され、シャフト７の外周部には回転子８が固着され、偏心軸部９を介してピストン１０のスライダー１１と係合している。シャフト７の内部には、下端で潤滑油１７に開口した遠心ポンプ１２が形成されている。
【０００５】
シャフト７の軸受部６内に位置する部分には、シャフト７が正回転に伴い、潤滑油１７を上方へ導く方向にリードを有する螺旋溝１４が刻設してある。螺旋溝１４は、下端が連通孔１３を介して遠心ポンプ１２に連通しており、上端がシリンダブロック３の軸受部６上端に設けた面取りとシャフト７との隙間より形成される環状油溝１６に連通している。
【０００６】
偏心軸部９に設けた給油通路１５は、下端が環状油溝１６に連通開口し上端は、密閉容器１内の空間に開口している。
【０００７】
以上のように構成された従来の密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。
【０００８】
固定子１８に通電されると回転子８が回転駆動され、それに伴いシャフト７が回転する。この回転に伴い、偏心軸部９とスライダー１１を介して係合しているピストン１０が往復運動することで、周知の圧縮動作が行われる。
【０００９】
この際、潤滑油１７は、シャフト７の下端から遠心ポンプ１２内に作用する遠心力によって上昇し、連通孔１３から螺旋溝１４へと供給され、螺旋溝１４によって上方への搬送力が付勢される。このとき、潤滑油１７は、軸受部６とシャフト７の摺動面に油膜を形成し、金属接触を避けることにより摩耗を防いでいる。
【００１０】
そして、さらに上方へと搬送された潤滑油１７は、環状油溝１６に供給され、給油通路１５を経て一部の潤滑油１７は、密閉容器１内の空間に放出され、一部の潤滑油１７は、圧縮要素２へと導かれ、圧縮要素２の各摺動部に油膜を形成し、金属接触を避けることにより、摩耗を防ぐようにして信頼性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特公昭６２−４４１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記従来の構成は、シャフト７のツバ部と軸受部６の上端との摺動面全体が面接触となっているため、摺動損失が大きくなるという課題を有していた。また、別の従来の密閉型圧縮機として、特開２００７−２８６５５０号に記載の摺動面及び反摺動面に凹凸を設けて、摺動面積を低減させることで摺動損失を低減させるものが知られているが、強度が不足し片当たりする可能性を有していた。
【００１３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、摺動損失を低減し、高効率な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】
【００１４】
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、シャフトの主軸部を軸支する主軸受と、回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重を支持するシャフトに形成されたツバ部と主軸受の上部に配設されたスラスト面とを備え、ツバ部とスラスト面との間にリングとスプリングを備え、リングをシャフトのツバ部と当接するように配置するとともに、スプリングを固定する固定手段を有し、かつスプリングはシャフトを介して圧縮室と反対位置側のバネ定数が大となるように形成されたスプリング舌部でリングと当接し、かつ固定手段でリングに固定され、かつスラスト面とも当接するように配置されるとともに、スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けたものである。
【００１５】
かかることにより、摺動面の強度不足や片当たりをすることなくツバ部と摺動するリング部との摺動抵抗を小さくし、摺動損失を低減する作用としたものである。
【００１６】
したがって、回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重を支持するツバ部とスラスト面を備え、スラスト面上部に配設されたスラストワッシャーは、３つ以上の突起部が形成され、かつ突起部のツバ部との接触面が、軸中心から外側へ向かうにつれて接触面積が大きく形成され、かつスラストワッシャーは、スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けられた１つの構成部品で、ツバ部との摺動損失を低減する作用を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の密閉型圧縮機は、摺動面の強度不足や片当たりをすることなく、ツバ部と摺動するリング部との摺動抵抗を小さくし、摺動損失を低減することができることから、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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１におけるリングスラストワッシャーの正面図
【図３】同実施の形態１におけるリングの断面図
【図４】同実施の形態１におけるリングの正面裏面図
【図５】同実施の形態１におけるスプリングの正面図
【図６】同実施の形態１における電動要素スプリングの断面図
【図７】同実施の形態１における略半球状に成形されたリングの断面図
【図８】同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大断面図
【図９】同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮荷重変化図
【図１０】同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大断面図
【図１１】従来の密閉型圧縮機の縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
請求項１に記載の発明は、
密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子とを備えた電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、圧縮要素は回転子が固定された主軸部とツバ部を介して形成された偏心軸部とを有したシャフトと、円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内で往復運動するピストンと、ピストンと偏心軸部とを連結する連結機構と、シリンダブロックに形成され、かつシャフトの主軸部を軸支する主軸受と、回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重を支持するシャフトに形成されたツバ部と主軸受の上部に配設されたスラスト面とを備え、ツバ部とスラスト面との間にはリングとスプリングを備え、リングはツバ部と当接するように配置されるとともに、スプリングを固定する固定手段を有し、かつスプリングはシャフトを介して圧縮室と反対位置側のバネ定数が大となるように形成されたスプリング舌部でリングと当接し、固定手段でリングに固定され、かつスラスト面とも当接するように配置されるとともに、スラスト面との回転を規制する回転規制手段を設けたものである。
【００２０】
これによって、ツバ部とリングとの接触面はリングの全周面のみとなることから、従来技術品より摺動面積が低減でき、かつ圧縮動作時における圧縮工程後半で水平方向の最大圧縮荷重が偏心軸部に作用しても、反圧縮室側のリング舌部のバネ定数が大きいことにより、シャフトのツバ部が傾くことがないため、シャフトのツバ部との片当たり及び強度不足につながることがなく、シャフトのツバ部とスラスト面、および主軸受側面との摩擦もほとんどなく、円滑な回転が確保され、摺動性も良好となることから、高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００２１】
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、リングのツバ部と当接する側を、リングの全周にわたり略半球状に形成した略半球部を有する構成としたものである。
【００２２】
かかることにより、ツバ部とリングの略半球状部とが線接触のみで接し、さらなる摺動面積の低減が可能となることから、請求項１に記載の発明の効果に加えて更に高い信頼性を得ることができる。
【００２３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、リングの表面に、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施したものである。
【００２４】
かかることにより、低摩擦係数及び耐摩耗性が向上することから、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて更に更に摺動損失が低減でき、高効率で更に高い信頼性を得ることができる。
【００２５】
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、電動要素は、固定子の磁気中心に対し回転子の磁気中心の相対位置を下方にずらすように回転子を配設したものである。
【００２６】
かかることにより、磁気吸引力によって回転子に固定されたシャフトを上方に引き上げる力が作用するため、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の効果に加えて、回転子とシャフトの自重による垂直方向の荷重が低減されることから、更に高い信頼性を得ることができる。
【００２７】
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、電動要素はインバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子は少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転されるものである。
【００２８】
かかることにより、例えば、回転子をリングの摺動速度が大きくなる８０Ｈｚでの周波
数で運転した場合に、ツバ部とリングの摺動部の摺動状態が厳しくなるが、シャフトを介して圧縮室と反対位置側のスプリング舌部のバネ定数が大となるように形成し、更にリングのツバ部と当接する側をリングの全周にわたり略半球状に形成し、更に表面に窒化処理やＣｒＮ及びＴｉＮコーティングを施し、更に磁気中心をずらすことで、垂直方向の圧縮荷重を低減することにより、ツバ部とリングの摺動面の摩耗を低減し、信頼性を高める効果が顕著となり、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、高速運転での信頼性を得ることができる。
【００２９】
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。
【００３０】
（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１におけるリングの正面図、図３は、同実施の形態１におけるリングの図２のＡ−Ａ線による断面図、図４は、同実施の形態１におけるリングの裏面図、図５は、同実施の形態１におけるスプリングの正面図、図６は、同実施の形態１におけるスプリングの図５のＢ−Ｂ線による断面図、図７は、同実施の形態１における略半球状に成形されたリングの断面図、図８は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大断面図、図９は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮荷重変化図、図１０は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の電動要素の要部拡大断面図である。
【００３１】
図１から図１０において、密閉容器１０１内には、潤滑油１０２を貯溜するとともに、固定子１０３と回転子１０４とを備えた電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動され、電動要素１０５の上方に配設された圧縮要素１０６を収容する。
【００３２】
圧縮要素１０６を構成するシャフト１１０は、回転子１０４を焼嵌め固定された主軸部１１１と、ツバ部１１２を介して主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心軸部１１３と、シャフト１１０の内部に給油機構１１４を構成している。
【００３３】
シリンダブロック１１５は、略円筒形の圧縮室１１６を有し、主軸部１１１を軸支する主軸受１１７が形成されている。ピストン１１８は、シリンダブロック１１５の圧縮室１１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１３との間を連結機構１１９とピストンピン１２０によって連結されている。
【００３４】
シャフト１１０のツバ部１１２と主軸受１１７の上端面であるスラスト面１２１との間には、リング１２２とスプリング１２３が配設され、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重を支持する。
【００３５】
リング１２２は、ツバ部１１２と当接するように配置されるとともに、スプリング１２３を固定する固定手段１２４を有している。また、スプリング１２３は、シャフト１１０を介して圧縮室１１６と反対位置側のバネ定数が大となるように形成されたスプリング舌部１２５がリング１２２の固定手段１２４と当接することにより、リング１２２に固定され、かつスラスト面１２１とも当接するように配置されている。さらに、スプリング１２３は、スラスト面１２１との回転を規制する回転規制手段１２６を設けている。
【００３６】
電動要素１０５は、固定子１０３のコアに設けたティース部に巻き線を集中巻きした集中巻き型の電動要素１０５である。
【００３７】
また、電動要素１０５を構成する固定子１０３の固定子磁気中心１２７に対し、回転子１０４の回転子の磁気中心１２８の相対位置を、下方にずらすように配設している。
【００３８】
さらに、電動要素１０５は、インバータ制御により複数の回転数で少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数で回転される運転をすることができ、最高回転数は８０Ｈｚとなっている。
【００３９】
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。
【００４０】
電動要素１０５の回転子１０４は、シャフト１１０を回転させ、偏心軸部１１３の回転運動が連結機構１１９を介してピストン１１８に伝えられる。これに伴い、ピストン１１８は圧縮室１１６内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは、冷却システム（図示せず）から圧縮室１１６内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐出される。
【００４１】
この際、シリンダブロック１１５に形成されたスラスト面１２１及びリング１２２とスプリング１２３及びツバ部１１２には、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重Ｆ２が作用する。
【００４２】
ここで、リング１２２は、固定手段１２４によりスプリング１２３に固定されており、かつスプリング１２３は、スラスト面１２１との回転を規制する回転規制手段１２６を設けているため、スラスト面１２１とスプリング１２３間では摺動しない。したがって、摺動抵抗は発生しないが、ツバ部１１２とリング１２２との間で摺動抵抗が発生するものの、ツバ部１１２とリング１２２との接触面は、リング１２２の全周面のみとなることから摺動抵抗が低減される。
【００４３】
さらに、スプリング１２３は、回転せずにスラスト面１２１に係合していることから、スプリング１２３のバネ定数大小の位置関係は変わることはない。したがって、圧縮動作時における圧縮工程の後半で、水平方向の最大圧縮荷重Ｆ１が偏心軸部１１３に作用しても、圧縮室１１６とシャフト１１０を介して反対側のスプリング１２３のバネ定数が大きいことにより、シャフト１１０及びシャフト１１０のツバ部１１２は傾くことがない。そのため、シャフト１１０のツバ部１１２との片当たり、及び強度不足につながることがなく、またシャフト１１０のツバ部１１２とスラスト面１２１との磨耗がなく、さらに、シャフト１１０と主軸受１１７側面との磨耗がないため、円滑な回転が常時確保され、摺動性も良好となる。
【００４４】
また、リング１２２のツバ部１１２と当接する側を、リング１２２の全周にわたり略半球状に形成したことにより、ツバ部１１２とリング１２２の略半球状部１２９とが線接触のみで接することから、さらなる摺動面積の低減が可能となり、摺動性がさらに向上する。
【００４５】
また、リング１２２の表面に、窒化処理やＣｒＮ、ＴｉＮ等のセラミックコーティングを施すことにより、低摩擦と高硬度によって耐摩耗性が向上することで、さらに摺動損失を低減でき、高効率で高い信頼性を得ることができる。
【００４６】
さらに、電動要素１０５は、固定子１０３の垂直方向の固定子磁気中心１２７に対し、回転子１０４の垂直方向の回転子磁気中心１２８の相対位置を下方にずらすように回転子１０４を配設したことにより、磁気吸引力によって回転子１０４に固定されたシャフト１１０を上方に引き上げる力が作用する。その結果、回転子１０４とシャフト１１０の自重による垂直方向の荷重が低減される。
【００４７】
したがって、ツバ部１１２とリング１２２、及びスプリング１２３にかかる垂直方向の荷重が低減することにより、更に高い信頼性を得ることができる。
【００４８】
また、電動要素１０５は、インバータによって複数の運転周波数で駆動され、回転子１０４は、少なくとも６０Ｈｚ以上の回転周波数、例えば８０Ｈｚで回転される。その結果、リング１２２の摺動速度が大きくなる８０Ｈｚでの周波数で運転した場合に、ツバ部１１２とリング１２２との摺動部の摺動状態が厳しくなるが、リング１２２に係合するスプリング１２３を、シャフト１１０のツバ部１１２が傾くことがないようにシャフト１１０を介して圧縮室１１６側と反対位置側のスプリング舌部１２５のバネ定数を大きくなるように形成し、さらに、ツバ部１１２とリング１２２の略半球状部１２９とが線接触のみで接するように配置し、さらに、表面に窒化処理やＣｒＮ及びＴｉＮコーティングを施し、さらに、固定子の磁気中心１２７と回転子の磁気中心１２８をずらすことで、垂直方向の荷重を低減することにより、ツバ部１１２とリング１２２の摩耗を低減し、信頼性を高める効果が顕著となり、高い信頼性を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、ツバ部とリング部の摺動損失を低減し、高い信頼性を得られることから、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の密閉型圧縮機の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１  密閉容器
１０２  潤滑油
１０３  固定子
１０４  回転子
１０５  電動要素
１０６  圧縮要素
１１０  シャフト
１１１  主軸部
１１２  ツバ部
１１３  偏心軸部
１１５  シリンダブロック
１１６  圧縮室
１１７  主軸受
１１８  ピストン
１１９  連結機構
１２１  スラスト面
１２２  リング
１２３  スプリング
１２４  固定手段
１２５  スプリング舌部
１２６  回転規制手段
１２７  固定子の磁気中心
１２８  回転子の磁気中心
１２９  略半球状部
【図２】
2013011218.tif 000003
【図３】
2013011218.tif 000004
【図４】
2013011218.tif 000005
【図９】
2013011218.tif 000006
【図１】
2013011218.tif 000007
【図５】
2013011218.tif 000008
【図６】
2013011218.tif 000009
【図７】
2013011218.tif 000010
【図８】
2013011218.tif 000011
【図１０】
2013011218.tif 000012
【図１１】
2013011218.tif 000013