JP2015010490A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部の油膜が形成されやすくして、摺動部の幅低減や潤滑油の低粘度化を図り、高効率の密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】主軸部１１１の外周に刻設した螺旋状である溝部１３５の上端を非摺動部１４０の範囲内に設け、溝部１３５が第１の摺動部１４１に無いものである。これにより、第１の摺動部１４１の面積を広く確保でき、主軸受１２０との間の潤滑油によって発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。そのため、更なる高効率化のための第１の摺動部１４１の幅低減や潤滑油の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫やショーケース、自販機等の冷凍装置に用いられる密閉形圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機は、高信頼性を前提とした消費電力の低減や静音化が強く望まれている。こうした中、インバーター駆動による圧縮機の低回転化や潤滑油の低粘度化が進んできており、それらに伴う課題として、給油確保や摺動部の信頼性確保が挙げられる。

これらの課題に対し、従来の密閉型圧縮機としては、給油改善を行ったものがある（例えば、特許文献１参照）。

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。

図６は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図を示すものである。

図６に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３からなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５と、を収容し、密閉容器１内に、潤滑油６を貯溜する。シャフト７は、回転子３を圧入固定した主軸部８および主軸部８に対し偏心して形成された偏心軸部９を有する。ブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５を有するとともに、主軸部８を軸支する主軸受１６を有している。主軸部８の外周には、主軸受１６の上部並びに下部と摺動する摺動部１７と、主軸受１６と摺動しない非摺動部１８が形成されている。ピストン１９は、ブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部９との間を連結部２０によって連結されている。

シャフト７の内部には給油通路３０、３１が設けられるとともに、主軸部８の外周には下端が給油通路３０の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト７の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した螺旋溝３２が形成されている。螺旋溝３２の上端は給油通路３１の下端近傍と連通している。主軸部８の下端部には一端が潤滑油６中に開口し、他端が給油通路３０と連通したオイルコーン３３が固定されている。

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。

電動要素４の回転子３はシャフト７を回転させ、偏心軸部９の回転運動が連結手段２０を介してピストン１９に伝えられることで、ピストン１９は圧縮室１５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１５内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

一方、オイルコーン３３はシャフト７の回転によりポンプ作用をするようになっている。オイルコーン３３のポンプ作用により、密閉容器１の底部の潤滑油６は、給油通路３０を介して上方に汲み上げられる。給油通路３０の上部に至った潤滑油６は、螺旋溝３２へと導入される。螺旋溝３２はシャフト７回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、潤滑油６には新たに上方向への大きな搬送力が働く。潤滑油６は、螺旋溝３２内を上方へ上げられるとともに、シャフト７の摺動部１７へ供給される。螺旋溝３２の上端に至った潤滑油６は、給油通路３１へと導入され、偏心軸部９等の摺動部に供給され、潤滑を行う。

特開２０００−１１０７２３号公報

しかしながら、前記従来の構成では、螺旋溝３２の一部は、主軸部８の摺動部１７内に形成されているため、摺動部１７の面積の一部が、螺旋溝３２により摺動しない部分となり、主軸受１６と摺動する実質の摺動面積が小さくなる。そのため、螺旋溝３２が摺動部１７内に形成されていない場合に比べて、油膜圧力の発生能力が小さくなり、更なる高効率化のための摺動幅の低減や潤滑油の低粘度化ができないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、油膜圧力の発生能力を向上して、高効率の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前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、ピストンを駆動するシャフトの主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部と、前記溝部と前記主軸受の内周で形成された粘性ポンプとを備え、前記主軸部は、前記主軸受と摺動しない非摺動部と、前記主軸受と摺動し、かつ前記非摺動部の上側に位置する第１の摺動部および下側に位置する第２の摺動部とを備え、前記溝部はその上端を前記非摺動部の範囲内に設けたものである。

これにより、溝部が第１の摺動部に無い構成となるので、第１の摺動部の面積を広く確保でき、主軸受との間の潤滑油により発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。

本発明の密閉型圧縮機は、摺動部の信頼性を確保した上で、更なる高効率化のための第１の摺動部の幅低減や潤滑油の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。

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 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部断面図 本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部断面図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の要部断面図 本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の要部断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図

第１の発明は、密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、前記シャフトの偏芯軸部と連結部を介して連係させたピストンと、前記ピストンが往復運動する圧縮室を有したブロックと、前記ブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部と、前記溝部と前記主軸受の内周で形成された粘性ポンプとを備え、前記主軸部は、前記主軸受と摺動しない非摺動部と、前記主軸受と摺動し、かつ前記非摺動部の上側に位置する第１の摺動部および下側に位置する第２の摺動部とを備え、前記溝部はその上端を前記非摺動部の範囲内に設けたものである。

これにより、溝部が第１の摺動部に無い構成となるので、第１の摺動部の面積を広く確保でき、主軸受との間の潤滑油により発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。そのため、更なる高効率化のための第１の摺動部の幅低減や潤滑油の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。

第２の発明は、第１の発明において、主軸部の第１の摺動部の外周に、溝部より幅が狭く、第１の摺動部の上下に連通する給油溝を設けたものである。

これにより、主軸部の非摺動部の潤滑油を第１の摺動部に供給しやすくなるため、第１の摺動部の安定した油膜形成が可能になり、安定した高効率向上効果が得られる。この際、給油溝は第１の摺動部に給油するための最小限の幅にすることができるので、第１の摺動部の摺動面積は給油溝によって小さくなるが、その低下幅は小さく抑えることができる。そのため、従来のように、螺旋溝が摺動部にある場合に比べて、摺動面積を大きく確保できる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転するものである。

これにより、摺動部の油膜が形成されにくくなる低速回転時や、摺動部へ掛かる荷重が大きくなる高速回転時においても、摺動部の油膜形成がされやすく、高効率化の改善効果が大きい。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明において、潤滑油の粘度がＶＧ３〜ＶＧ８となっているものである。

これにより、第１の摺動部の油膜切れが発生しやすい低粘度の潤滑油において、第１から第３のいずれか１つの発明の効果が得られるため、改善効果が大きい。

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。

（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、図３は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部断面図、図２は図３の状態からクランクシャフトの回転角度が１／４回転分進んだ位置の図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内には潤滑油１０２が貯溜され、固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６と、が収容される。シャフト１１０は、回転子１０４を固定した主軸部１１１と、主軸部１１１の上部に配設され主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心軸部１１２と、を有している。

ブロック１１４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１２０が形成されている。ピストン１２６は、ブロック１１４の圧縮室１１６に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１２との間を連結部１２８によって連結されている。

スラストボールベアリング１３２は、シャフト１１０とブロック１１４の間に設けられ、シャフト１１０を鉛直方向に支持している。

シャフト１１０の下端内部には給油経路１３４が設けられるとともに、主軸部１１１の下端部は、潤滑油１０２中に浸漬し、給油経路１３４は潤滑油１０２中に開口している。

主軸部１１１の外周には下端が給油経路１３４の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト１１０の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した溝部１３５が形成されている。溝部１３５と主軸受１２０の内周で粘性ポンプ１３６が形成されている。

シャフト１１０の内部には、主軸部１１１の上部から偏心軸部１１２に貫通する給油通路１３８が設けられ、給油通路１３８下端近傍と溝部１３５の上端近傍は連通している。

主軸部１１１は、主軸受１２０と摺動しない非摺動部１４０と、主軸受１２０と摺動し、かつ非摺動部１４０の上側に位置する第１の摺動部１４１および下側に位置する第２の摺動部１４２とを備え、溝部１３５の上端１４４を非摺動部１４０に設けている。

すなわち、この密閉型圧縮機では、溝部１３５の形成を、非摺動部１４０の範囲内までとし、その上方に位置する第１の摺動部１４１には偏心軸部１１２まで貫通する給油通路１３８を貫通形成して、従来は螺旋状溝部が形成されていた第１の摺動部１４１の外周には、溝部１３５を設けない構成としている。

加えて、本実施の形態では、主軸部１１１の第１の摺動部１４１の外周に、溝部１３５より幅が狭く、第１の摺動部１４１の上下に連通する給油溝１４５を設けている。

電動要素１０５は、商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転することができる。

本実施の形態において、密閉型圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａや、Ｒ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の高い潤滑油１０２と組み合わせてある。また、潤滑油１０２の粘度は、低粘度のＶＧ５グレードである。

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。

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１１２の回転運動が連結部１２８を介してピストン１２６に伝えられることで、ピストン１２６は圧縮室１１６内を往復運動する。それにより、冷媒は冷却システム（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き出される。

シャフト１１０と回転子１０４の重量は、スラストボールベアリング１３２で支えられるとともに、シャフト１１０の回転時は、スラストボールベアリング１３２により回転が滑らかになり、スラスト軸受での損失を小さくすることができる。

密閉容器１０１内に貯溜された潤滑油１０２は、シャフト１１０の回転により生じる遠心力により、シャフト１１０下部に設けられた給油経路１３４によって、主軸部１１１の下部から螺旋状の溝部１３５の下端まで汲み上げられる。

溝部１３５は、シャフト１１０の回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、粘性ポンプ１３６として作用し、潤滑油１０２には新たに上方向への大きな搬送力が働く。潤滑油１０２は、溝部１３５内を上方へ上げられるとともに、シャフト１１０の第２の摺動部１４２へ供給され、潤滑を行う。

溝部１３５の上端１４４に至った潤滑油１０２の多くは、断面積の大きい給油通路１３８へと導入されて上方へ上げられ、偏心軸部１１２やピストン１２６等の摺動部に供給され、各部の潤滑を行う。

一方、溝部１３５の上端１４４に至った潤滑油１０２の一部は、給油溝１４５に導入されて第１の摺動部１４１に供給され潤滑を行うとともに、給油溝１４５の上端から排出された潤滑油１０２はスラストボールベアリング１３２に供給される。

この一連の給油作用において、上方にあるピストン１２６等へ多くの潤滑油１０２を供給するために、潤滑油１０２の流れの主流は、給油経路１３４、溝部１３５、給油通路１３８となるように、それらの断面積を大きくする必要がある。

一方、支流である給油溝１４５は、第１の摺動部１４１とスラストボールベアリング１３２のみに給油するだけでいいので、最小限の幅、あるいは断面積にすることができる。そのため、第１の摺動部１４１の摺動面積は給油溝１４５によって小さくはなるが、その低下幅は小さく抑えることができる。そのため、従来のように幅の大きな螺旋溝が摺動部にある場合に比べて、摺動面積を大きく確保できる。

このように、幅の広い溝部１３５が第１の摺動部１４１に無い構成なので、第１の摺動部１４１の摺動面積を広く確保でき、主軸受１２０との間の潤滑油１０２により発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。

そのため、更なる高効率化のための第１の摺動部１４１の幅低減や潤滑油１０２の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転するものであり、第１の摺動部１４１の油膜が形成されにくくなる低速回転時や、第１の摺動部１４１へ掛かる荷重が大きくなる高速回転時においても、第１の摺動部１４１の油膜形成がされやすく、高効率化の改善効果が大きい。

潤滑油１０２の粘度はＶＧ５の低粘度であり、第１の摺動部１４１の油膜切れが発生しやすい低粘度の潤滑油１０２においても油膜が形成されやすく、改善効果が大きい。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の要部断面図である。実施の形態１と同じ構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図４において、シャフト２０１の主軸部２０２の上部に位置する第１の摺動部１４１には、その外周に、溝部１３５より幅が狭く、第１の摺動部１４１の上下に連通する給油溝２０３を設けている。給油溝２０３は、溝部１３５の上端１４４に対して、主軸部２０２の円周方向にずれた位置に配置している点で、実施の形態１と異なる。

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。

密閉容器１０１内に貯溜された潤滑油１０２は、実施の形態１と同様に、各部に供給されて潤滑を行う。その給油作用の中で、溝部１３５の潤滑油１０２は、非摺動部１４０内にも漏れており、非摺動部１４０と主軸受１２０の隙間は、潤滑油１０２が充満している。非摺動部１４０内の潤滑油１０２は、給油溝２０３に導入されて第１の摺動部１４１に供給され潤滑を行うとともに、給油溝２０３の上端から排出された潤滑油１０２はスラストボールベアリング１３２に供給される。

給油溝２０３は、第１の摺動部１４１とスラストボールベアリング１３２のみに給油するだけでいいので、最小限の幅、あるいは断面積にすることができる。

また、給油溝２０３は、主軸受１２０の荷重の掛かり難い位置に構成しているので、主軸受１２０との間の潤滑油１０２により発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。

そのため、更なる高効率化のための第１の摺動部１４１の幅低減や潤滑油１０２の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の要部断面図である。実施の形態１と同じ構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５において、シャフト３０１の主軸部３０２の上部に位置する第１の摺動部１４１には、その外周に、溝部１３５より幅が狭く、第１の摺動部１４１の上下に連通する給油溝３０３を設けている。給油溝３０３は、溝部１３５の上端１４４に対して主軸部３０２の円周方向にずれた位置に配置し、上方に向かってシャフト１１０の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設している点で、実施の形態１と異なる。

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。

密閉容器１０１内に貯溜された潤滑油１０２は、実施の形態１と同様に、各部に供給されて潤滑を行う。その給油作用の中で、溝部１３５の潤滑油１０２は、非摺動部１４０内にも漏れており、非摺動部１４０と主軸受１２０の隙間は、潤滑油１０２が充満している。非摺動部１４０内の潤滑油１０２の一部は、給油溝３０３に導入される。給油溝３０３はシャフト１１０の回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、粘性ポンプとして作用し、潤滑油１０２には新たに上方向への搬送力が働き、給油溝３０３による給油作用は安定する。

そのため、第１の摺動部１４１の潤滑と、給油溝３０３の上端から排出された潤滑油１０２によるスラストボールベアリング１３２の潤滑は安定する。

給油溝３０３は、第１の摺動部１４１とスラストボールベアリング１３２のみに給油するだけでいいので、最小限の幅、あるいは断面積にすることができる。また、給油溝３０３は主軸受１２０の荷重の掛かり難い位置に構成しているので、主軸受１２０との間の潤滑油１０２により発生する油膜圧力が逃げにくく、油膜が形成されやすくなる。

そのため、更なる高効率化のための第１の摺動部１４１の幅低減や潤滑油１０２の低粘度化が可能となり、高効率にすることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、主軸部の油膜が形成されやすくなり、効率向上が可能となるので、冷蔵庫以外に、ショーケース、自販機、ヒートポンプ給湯器、空調機器等の各種冷凍装置に幅広く適用できる。

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、２０１、３０１ シャフト
１１１、２０２、３０２ 主軸部
１１２ 偏心軸部
１１４ ブロック
１１６ 圧縮室
１２０ 主軸受
１２６ ピストン
１２８ 連結部
１３４ 給油経路
１４０ 非摺動部
１４１ 第１の摺動部
１４２ 第２の摺動部
１３５ 溝部
１３６ 粘性ポンプ
１３８ 給油通路
１４４ 上端
１４５、２０３、３０３ 給油溝

Claims (4)

1. 密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、前記シャフトの偏芯軸部と連結部を介して連係させたピストンと、前記ピストンが往復運動する圧縮室を有したブロックと、前記ブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受と、前記主軸部の外周に刻設した少なくとも一部が螺旋状である溝部と、前記溝部と前記主軸受の内周で形成された粘性ポンプとを備え、前記主軸部は、前記主軸受と摺動しない非摺動部と、前記主軸受と摺動し、かつ前記非摺動部の上側に位置する第１の摺動部および下側に位置する第２の摺動部とを備え、前記溝部はその上端を前記非摺動部の範囲内に設けた密閉型圧縮機。
2. 前記主軸部の前記第１の摺動部の外周に、前記溝部より幅が狭く、前記第１の摺動部の上下に連通する給油溝を設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 商用電源周波数未満の回転数を含む複数の運転周波数で運転する請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記潤滑油の粘度が、ＶＧ３〜ＶＧ８である請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。