JP2007032562A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転軸の軸方向荷重を支持するように回転軸と転がり接触しているスラスト軸受の潤滑構造を改善し、製品の信頼性を向上させる密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】 底面にオイルだめが形成される密閉容器と、前記密閉容器内に配置され、中空部を有するフレームと、前記中空部を貫通するように前記フレームに回転自在に設置され、前記オイルだめのオイルを上部に導くオイル流路アレイを有する回転軸と、前記中空部上端の軸受設置溝に設置され、前記回転軸の軸方向荷重を支持するように該回転軸に転がり接触するスラスト軸受と、を備える。前記オイル流路アレイは、前記スラスト軸受にオイルの少なくとも一部を供給するように構成される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、密閉型圧縮機に係り、より詳細には、回転軸の軸方向荷重を支持するように、スラスト軸受が回転軸と転がり接触している密閉型圧縮機に関する。

一般に、密閉型圧縮機は、空気調和機や冷蔵庫などの冷凍サイクルに採用され、冷媒のような流体を圧縮し供給する機能を担う装置で、外観を形成する密閉容器、冷媒を圧縮する圧縮部、及び冷媒の圧縮動力を提供する駆動部を備える。ここで、圧縮部及び駆動部は、密閉容器内に設置される。

しかしながら、かかる従来の密閉型圧縮機は、オイル供給構造の使用により、スラスト軸受下部側の中空部と回転軸との間や、圧縮部の摩擦部位のような特定部位へのオイル供給はできるのに対し、回転軸の荷重が実質的にかかるスラスト軸受へのオイル供給は不十分であった。その結果、圧縮機を長時間使用すると、スラスト軸受を構成する上部及び下部スラスト座金とボールが摩耗し、回転軸の円滑な回転を阻害し、さらにはこの摩耗により主として発生する粉塵がスラスト軸受に積もり、該スラスト軸受による摩擦低減効果を低下させ、結果として圧縮機の信頼性低下を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、回転軸の軸方向荷重を支持するように回転軸と転がり接触しているスラスト軸受への潤滑構造を改善し、製品の信頼性を向上させることができる密閉型圧縮機を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、底面にオイルだめが形成される密閉容器と、前記密閉容器内に配置され、中空部を有するフレームと、前記中空部を貫通するように前記フレームに回転自在に設置され、前記オイルだめのオイルを上部に導くオイル流路アレイを有する回転軸と、前記中空部上端の軸受設置溝に設置され、前記回転軸の軸方向荷重を支持するように該回転軸に転がり接触するスラスト軸受と、を備えてなり、前記オイル流路アレイは、前記スラスト軸受にオイルの少なくとも一部を供給するように構成されたことを特徴とする密閉型圧縮機を提供する。

本発明による密閉型圧縮機によれば、回転軸に形成されたオイル流路アレイに沿って上部へ導かれるオイルが、回転軸の軸方向荷重を支持するように回転軸と転がり接触しているスラスト軸受側に直接伝達されるため、スラスト軸受への潤滑が大幅に改善され、その結果、スラスト軸受を通じた回転軸の円滑な回転が長期間持続可能になり、製品の信頼性が向上するという効果が得られる。

以下、本発明に係る密閉型圧縮機の好適な実施形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

まず、説明の便宜上、密閉型圧縮機において、圧縮部と駆動部はそれぞれ、フレーム１１の上部と下部側に配置されるとする。圧縮部は、フレーム１１の上部一側に、内部空間が圧縮室を形成するように設けられたシリンダーと、圧縮室内で直線往復運動し冷媒を圧縮するピストン１５とを備える。該駆動部は、フレーム１１の下部に連結される固定子１２と、該固定子１２の内側に設けられ、固定子１２と電気的に相互作用する回転子１３と、を備える。

そして、フレーム内には、駆動部の駆動力を圧縮部へ伝達するように回転軸２０が設置され、この回転軸２０は、フレーム１１の中空部１１ａに回転自在に挿設される。

ここで、回転軸２０の下端は、フレームの中空部の下部へ延びて回転子１３に圧入固定され回転子１３と共に回転する。回転軸２０の偏心軸部２２は、ピストンとコンロッド１８を介して連結され、回転軸２０の回転運動をピストン１５の直線往復運動に転換させる。

また、回転軸２０の偏心軸部２２とフレーム１１間の回転軸２０の周りには、回転軸の軸方向荷重を支持するように回転軸と転がり接触する、リング形状の上部及び下部スラスト座金３１，３２と、上部及び下部スラスト座金の間に介支されるボール３３とからなるスラスト軸受３０が設置され、このスラスト軸受３０が設置されるよう、フレーム１１は、中空部１１ａの上端にリング形状の軸受設置溝１１ｂを備える。

このような構造により、固定子１２と回転子１３の電気的な相互作用で回転軸２０が回転すると、コンロッド１８を介して回転軸２０の偏心部に連結されたピストン１５がシリンダーの圧縮室１４ａ内部で直線往復運動して冷媒を圧縮し、この冷媒の圧縮動作時に、回転軸２０の軸方向荷重は、回転軸と転がり接触しているスラスト軸受３０の使用によって支持される。

また、圧縮機には、上記のような冷媒圧縮動作時に、回転軸２０及び圧縮部の各摩擦部位へオイルを供給し潤滑及び冷却作用を行うためのオイル供給構造が提供される。このオイル供給構造において、密閉容器１０の底面には所定のオイルが貯蔵されるオイルだめ１９が形成され、回転軸２０の下端には、オイルだめ１９のオイルを上部に吸い上げるためのオイルピックアップ手段４０が結合され、回転軸にはオイルピックアップ手段４０によって吸い上げられたオイルを、回転軸２０と中空部１１ａとの間及び圧縮部へ導くためのオイル流路アレイが形成される。

オイル流路アレイは、中空部下部の回転軸内部に形成される第１オイル流路と、回転軸と中空部との間を潤滑するように、第１オイル流路と連通し、スラスト軸受下部の中空部側の回転軸外面に螺旋溝状に形成された第２オイル流路と、第２オイル流路と連通し、再び回転軸の内部を通って回転軸の上端まで延設された第３オイル流路と、を備えて構成される。

したがって、冷媒の圧縮動作時に回転軸が回転すると、まず、オイルだめのオイルはオイルピックアップ手段によって第１オイル流路を経て第２オイル流路を通りつつ回転軸とフレームの中空部間を潤滑及び冷却させ、第２オイル流路を通過したオイルは続いて第３オイル流路を通って回転軸の上端へ噴射され圧縮部側に伝達されることで、ピストン１５とコンロッド１８との連結部などを潤滑及び冷却させ、このオイルは最終的にオイルだめ１９に回収される。回収されたオイルは、複数のオイル流路を通過しつつ回転軸２０及び圧縮部の各摩擦部位を潤滑及び冷却させるのに反復使用される。

本発明による密閉型圧縮機は、図１に示すように、上部容器１０ａと下部容器１０ｂが相互結合されてなる密閉容器１０を備える。

密閉容器１０の一側及び他側には、外部冷媒の流入のための吸入管１０ｃ及び密閉容器１０内部で圧縮された冷媒を外部へ吐出させるための吐出管１０ｄがそれぞれ設置される。また、密閉容器１０の内部にはフレーム１１が設置され、このフレーム１１の上部と下部には冷媒の圧縮動作を行う圧縮部と冷媒の圧縮動力を提供する駆動部がそれぞれ配設される。

ここで、駆動部は、電流の印加によって所定の電磁気力を発生させるように外側に固定される固定子１２と、固定子１２との電気的な相互作用で回転するように固定子１２の内側に設けられる回転子１３と、を備え、圧縮部は、フレーム１１の上部一側にフレーム１１と一体に形成され、内部に圧縮室１４ａが形成されたシリンダーブロック１４と、圧縮室１４ａの内部で直線往復運動をしながら冷媒を圧縮するピストン１５と、圧縮室１４ａを密閉するようにシリンダーブロック１４の一側に結合され、冷媒吐出室１６ａと冷媒吸入室１６ｂとが画設されているシリンダーヘッド１６と、シリンダーブロック１４とシリンダーヘッド１６との間に介在され、冷媒吸入室１６ｂから圧縮室１４ａへ吸入されるか、圧縮室１４ａから冷媒吐出室１６ａへ吐出される冷媒の流れを断続するバルブ装置１７と、を備えて構成される。また、フレーム１１は、中央の中空部１１ａが形成され、この中空部１１ａに回転軸２０が回転自在に挿入され駆動部の駆動力を圧縮部へ伝達する。

図２を参照すると、回転軸２０は、上部がフレーム１１の中空部１１ａに回転自在に支持され、下部が駆動部の回転子１３の中央に圧入され回転軸２０が回転子１３と共に回転できる下側のメイン軸部２１と、回転軸２０の上端を形成するようにメイン軸部２１の上部に、メイン軸部２１に対して偏心して設けられた偏心軸部２２と、偏心軸部２２による回転不釣り合いを補償するように、偏心軸部２２とメイン軸部２１との間に設けられたウェイトバランス部２３と、を備えて構成される。ここで、偏心軸部２２は、ウェイトバランス部２３と共に偏心部を形成し、偏心軸部２２と圧縮部のピストン１５との間には、回転軸２０の回転運動をピストン１５の直線往復運動に変換するコンロッド１８が連結され、よって、ピストン１５が圧縮室１４ａ内部で直線往復運動可能になる。

また、回転軸２０の偏心部とフレーム１１間のメイン軸部２１の上端外側には、回転軸２０の軸方向荷重を支持するように回転軸２０と転がり接触するリング形状の上部及び下部スラスト座金３１，３２と、上部及び下部スラスト座金３１，３２間に介支されるボール３３とからなるスラスト軸受３０が設置され、このスラスト軸受３０の設置のために、中空部１１ａ上端のフレーム１１にはリング形状の軸受設置溝１１ｂが形成される。

このような構成により、電源の印加によって固定子１２と回転子１３との電気的な相互作用にて回転子１３と共に回転軸２０が回転すると、回転軸２０の偏心軸部２２とコンロッド１８を介して連結されたピストン１５が、圧縮室１４ａ内部で直線往復運動をし、これにより、吸入管１０ｃと冷媒吸入室１６ｂを通って圧縮室１４ａへ冷媒が流入する。この流入した冷媒は、圧縮室１４ａ内で圧縮された後、冷媒吐出室１６ａと吐出管１０ｄを通って密閉容器１０の外部へ放出され、この回転軸２０の回転時に、回転軸２０の軸方向荷重は、回転軸２０と転がり接触しているスラスト軸受３０の使用によって支持される。

一方、本発明による密閉型圧縮機には、上記のような冷媒圧縮動作時に回転軸２０及び圧縮部の摩擦部位とスラスト軸受３０側にオイルを供給し、潤滑及び冷却を行うためのオイル供給構造が提供される。このオイル供給構造は、密閉容器１０の底面に形成され、所定のオイルが貯蔵されるオイルだめ１９と、回転軸２０の下端に結合され、オイルだめ１９のオイルを上部に吸い上げるオイルピックアップ手段４０とを備えてなる。

オイルピックアップ手段４０は、上下端が開放され、下端がオイルだめ１９に浸るように形成された円筒形のオイルピックアップ部材４１と、オイルピックアップ部材４１の内部に設置され、回転軸２０の回転時にオイルだめ１９中のオイルを上部にくみ上げるオイルピックアップブレード４２と、を備えて構成され、回転軸２０には、このようなオイルピックアップ手段４０によって上部に吸い上げられたオイルを、回転軸２０と圧縮部の摩擦部位の他、スラスト軸受３０側にも導くためのオイル流路アレイ５０が形成される。

オイル流路アレイ５０は、中空部１１ａ下部のメイン軸部２１の内部に形成される第１オイル流路５１と、メイン軸部２１と中空部１１ａ間を潤滑するように、第１オイル流路５１と連通し、スラスト軸受３０下部の中空部１１ａ側のメイン軸部２１外面に螺旋状溝で形成される第２オイル流路５２と、第２オイル流路５２と連通し、再び回転軸２０の内部を通って第２オイル流路５２上端側のメイン軸部２１から偏心軸部２２の上端まで延設された第３オイル流路５３と、スラスト軸受３０側のメイン軸部２１外部と通じるように、第３オイル流路５３からメイン軸部２１の外面に放射状に分岐される直線穴からなる分岐流路５４と、を備えて構成される。

また、第１オイル流路５１の上端と第２オイル流路５２の下端との間と、第２オイル流路５２の上端と第３オイル流路５３の下端との間には、これらの間を連通させるための第１連通穴５５ａと第２連通穴５５ｂがそれぞれ形成され、回転軸２０の回転時に遠心力を受けてオイルをより有効に上昇させるように、第１オイル流路５１は、上部側がメイン軸部２１の軸心Ｃからそれるように、上部側に行くほど漸次偏心部側に傾いて形成され、第３オイル流路５３もまた、メイン軸部２１の軸心Ｃから偏心部側へ偏って形成される。

ここで、メイン軸部２１の軸心に対して偏心した第３オイル流路５３から分岐する分岐流路５４は、第３オイル流路５３がメイン軸部２１外面に近接していることから、メイン軸部２１外面側からの簡単なパンチング加工によっても形成可能である。

このようなオイル供給構造により、冷媒の圧縮動作に際して回転軸２０が回転すると、まず、オイルだめ１９のオイルはオイルピックアップ手段４０のポンピング力によって上部に吸い上げられ、このように吸い上げられたオイルは、まず第１オイル流路５１を経て第２オイル流路５２を通過しつつスラスト軸受３０下部側のメイン軸部２１とフレーム１１の中空部１１ａ間を潤滑及び冷却させ、第２オイル流路５２を通過するオイルの一部は、引き続き第３オイル流路５３を通って偏心軸部２２の上端に噴射されつつ圧縮部側に伝達され、ピストン１５とコンロッド１８との連結部などを潤滑及び冷却させ、第３オイル流路５３を通過する残りのオイルは、分岐流路５４を通ってスラスト軸受３０側に直接伝達され、スラスト軸受３０を潤滑及び冷却する。

このように、オイル流路アレイ５０に沿って上部に導かれるオイルが、スラスト軸受３０に直接伝達されると、圧縮機を長時間使用しても、スラスト軸受３０を構成する上部及び下部スラスト座金３１，３２とボール３３の摩耗が最小限に抑えられるため、スラスト軸受３０による回転軸２０の円滑な回転が持続可能になる。なお、上部及び下部スラスト座金３１，３２とボール３３とが多少摩耗しながら少量の粉塵を生じても、この粉塵が、スラスト軸受３０へ直接伝達されるオイルによってスラスト軸受３０に積もらずに除去されるため、摩耗粉塵によるスラスト軸受３０の回転力低減が抑えられる。

その後、分岐流路５４や第３オイル流路５３の上端から流れ出たオイルは、その自重によりオイルだめ１９に回収される。この回収されたオイルは、再びオイル流路アレイ５０に沿って回転軸２０、圧縮部及びスラスト軸受３０に供給され、潤滑及び冷却動作を繰り返す。

一方、分岐流路５４を通ってスラスト軸受３０へ供給されるオイル量を大きくするためには、分岐流路５４が回転軸２０の回転時に遠心力が最大となる方向に形成されるように、分岐流路５４を第３オイル流路５３からメイン軸部２１の軸心Ｃ方向と反対する方向に分岐しなければならない。

しかしながら、分岐流路５４を通じたオイルの供給量が過大になると、第２オイル流路５２から第３オイル流路５３へ導かれる大部分のオイルが、分岐流路５４を通ってスラスト軸受３０へ供給され、分岐流路５４上部側の第３オイル流路５３には伝達されないこともあり、この場合には、第３オイル流路５３の上端から圧縮部へオイルが円滑に供給されず、圧縮部側の潤滑及び冷却が困難となる恐れがある。したがって、分岐流路５４は、メイン軸部２１の軸心Ｃと第３オイル流路５３とを連結する直線と交差する方向に分岐され、圧縮部へのオイル供給に好ましくない影響を及ぼすことなくスラスト軸受３０へオイルを直接伝達することが好ましい。

なお、分岐流路５４がメイン軸部２１の軸心Ｃと第３オイル流路５３とを連結する直線と交差する方向に分岐するとしても、この分岐流路５４の分岐方向が、メイン軸部２１の軸心Ｃと反対する方向に多少近接する場合には、分岐流路５４へオイル供給が集中する現象を效果的に防止できなく、逆に、分岐流路５４の分岐方向がメイン軸部２１の軸心Ｃ方向に形成される場合には、分岐流路５４を通じたオイル供給それ自体が困難となる。したがって、第３流路から分岐される分岐流路５４の分岐方向は、図３及び図４に示すように、メイン軸部２１の軸心Ｃ方向に反対する方向とメイン軸部２１の軸心Ｃ方向との略中間程度の方向とすることがより好ましい。

もちろん、分岐流路５４へオイル供給が集中するのを抑えた状態であっても、いったん分岐流路５４に伝達されたオイルは、スラスト軸受３０に效果的に伝達されることがスラスト軸受３０に対する潤滑改善により有利となる。

したがって、他の実施例を示す図５のように、分岐流路５４’は、狭い通路を通る際に流体の速力が増加するというベルヌーイ原理が適用されるようにテーパー状に形成しても良い。すなわち、分岐流路５４’を第３オイル流路５３側の入口からメイン軸部２１外面側の出口へ行くほど直径が狭まるように形成すると、分岐流路５４’の出口側オイルの流速が増大し、スラスト軸受３０側へのオイル供給がより円滑になる。

しかも、さらに他の実施例を示す図６のように、分岐流路５４”を出口の高さが入口の高さよりも高くなるように傾斜して形成すると、第３オイル流路５３に沿って上部へ導かれていたオイルが、分岐流路５４”に流入する過程で急激に方向転換されることがなく、よって、分岐流路５４”に沿って流動するオイルの流動抵抗が低減する。

本発明による密閉型圧縮機の全体的な構造を示す側断面図である。 本発明による密閉型圧縮機における回転軸を示す部分側断面図である。 本発明による密閉型圧縮機の回転軸を拡大して示す斜視図で、一部を断面図で示している。 本発明による密閉型圧縮機における回転軸の分岐流路を示す平断面図である。 本発明による密閉型圧縮機における回転軸の分岐流路の他の実施例を示す側断面図である。 本発明による密閉型圧縮機における回転軸の分岐流路のさらに他の実施例を示す側断面図である。

符号の説明

１１ フレーム
１１ａ 中空部
１１ｂ 軸受設置溝
２０ 回転軸
２１ メイン軸部
２２ 偏心軸部
２３ ウェイトバランス部
３０ スラスト軸受
３１ 上部スラスト座金
３２ 下部スラスト座金
３３ ボール
５０ オイル流路アレイ
５１ 第１オイル流路
５２ 第２オイル流路
５３ 第３オイル流路
５４，５４’，５４” 分岐流路

Claims (10)

1. 底面にオイルだめが形成される密閉容器と、
   前記密閉容器内に配置され、中空部を有するフレームと、
   前記中空部を貫通するように前記フレームに回転自在に設置され、前記オイルだめのオイルを上部に導くオイル流路アレイを有する回転軸と、
   前記中空部上端の軸受設置溝に設置され、前記回転軸の軸方向荷重を支持するように該回転軸に転がり接触するスラスト軸受とを備えてなり、
   前記オイル流路アレイは、前記スラスト軸受にオイルの少なくとも一部を供給するように構成されたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記回転軸は、
   前記中空部を貫通して下部に延びる下側のメイン軸部と、
   前記メイン軸部に対して偏心するように上端に形成される偏心軸部、及び前記偏心軸部による回転不釣り合いを補償するように前記偏心軸部とメイン軸部との間に設けられるウェイトバランス部からなる偏心部とを備え、
   前記オイル流路アレイは、
   前記中空部下部のメイン軸部内部に形成される第１オイル流路と、
   前記第１オイル流路と連通するように前記スラスト軸受下部の中空部側の前記メイン軸部外面に形成される第２オイル流路と、
   前記スラスト軸受側の前記メイン軸部及び前記偏心部の内部に形成される第３オイル流路と、
   前記第３オイル流路へ導かれたオイルの一部を前記スラスト軸受に伝達するように、前記第３オイル流路から分岐し前記スラスト軸受側のメイン軸部外部と通じるように形成された分岐流路とを備えることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記分岐流路は、直線穴の形態に形成され、
   前記第３オイル流路は、前記メイン軸部の軸心から偏って形成され、
   前記分岐流路は、前記メイン軸部の軸心と前記第３オイル流路とを連結する直線と交差する方向に分岐されることを特徴とする請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記分岐流路は、前記第３オイル流路側の入口よりも前記メイン軸部外面側の出口の高さが高くなるように傾斜して形成されたことを特徴とする請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記分岐流路は、前記第３オイル流路側の入口から前記メイン軸部外面側の出口へ行くほど直径が狭まるようにテーパー状に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記分岐流路は、直線穴の形態に形成され、
   前記第３オイル流路は、前記メイン軸部の軸心から偏って形成され、
   前記分岐流路は、前記メイン軸部外面側からパンチング加工によって形成されたことを特徴とする請求項２に記載の密閉型圧縮機。
7. 内部にオイルだめが配される密閉容器と、
   前記密閉容器内に配置され、中空部を有するフレームと、
   前記フレームに挿入されるように構成された回転軸と、
   前記オイルだめからオイルを導くように構成された少なくとも一つのオイル流路と、
   前記回転軸の荷重を支持するように該回転軸に接触するように構成されたスラスト軸受とを備えてなり、
   前記少なくとも一つのオイル流路は、前記スラスト軸受にオイルの少なくとも一部を供給するように構成されたことを特徴とする密閉型圧縮機。
8. 前記回転軸は、前記中空部の少なくとも一部を貫通するように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の密閉型圧縮機。
9. 前記少なくとも一つのオイル流路は、オイル流路アレイを形成する複数のオイル流路を含むことを特徴とする請求項７に記載の密閉型圧縮機。
10. 前記回転軸は、
    前記中空部の少なくとも一部を貫通するように構成されたメイン軸部と、
    前記メイン軸部の上側に、該メイン軸部に対して偏心して配置される偏心軸部と、
    前記回転軸の回転動作の不釣り合いを補償するように構成されたウェイトバランス部とを備えることを特徴とする請求項７に記載の密閉型圧縮機。

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