JP7142100B2 - 冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫やエアーコンディショナー等に使用される冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置に関する。

図１２の従来の冷媒圧縮機１の概略的な断面図に示すように、従来の冷媒圧縮機１は、例えば、クランクシャフト７とクランクシャフト７の偏心軸９に接続されたピストン１５とを有する圧縮要素６、及び、クランクシャフト７を回転させる固定子３と回転子４とを有する電動要素５が、密閉容器１１に収納された構成を有する。クランクシャフト７の主軸８は、主軸受１４により軸支される。冷媒圧縮機１内の摺動部分には、冷凍機油２が供給される。

冷媒圧縮機１の駆動時には、外部からの供給電力により電動要素５の回転子４と共にクランクシャフト７が回転させられ、偏心軸９の偏心運動により、コンロッド１７及びピストンピン１６を介して、ピストン１５がシリンダボア１２内を往復運動させられる。ピストン１５は、サクションチューブ２０を介して外部から密閉容器１１内に供給される冷媒ガスを圧縮室１３内で圧縮する。冷凍機油２は、クランクシャフト７の回転に伴って給油ポンプ１０から各摺動部分に給油され、各摺動部分を潤滑すると共に、ピストン１５とシリンダボア１２との間をシールする。

近年、地球環境保護の観点から、化石燃料使用量の削減のために冷媒圧縮機の高効率化が進められている。例えば、特許文献１に開示されるように、クランクシャフト等の摺動部分の表面に不溶解性皮膜を形成することで当該摺動部分の摩耗を防止した冷媒圧縮機が開発されている。

具体的に図１２に示す例では、クランクシャフト７は主軸受１４に片持ち状態で支持されている。密閉容器１１内への冷媒ガスの吸入圧縮工程においてクランクシャフト７に径方向に作用する荷重は、最小値に対して１０倍以上変動する。この荷重の変動により、クランクシャフト７は、主軸受１４の軸線に対して軸線が傾斜した状態で振れ回ろうとするため、主軸受１４の軸線方向両端における潤滑状態が比較的厳しくなる。そこで、クランクシャフト７の主軸８の表面にリン酸塩皮膜等の不溶解性皮膜を形成し、主軸８と主軸受１４との直接的な金属接触による異常摩耗の抑制が図られている。

特開平７－２３８８８５号公報

しかしながら最近では、冷媒圧縮機の更なる高効率化が望まれており、例えば、冷媒圧縮機の回転部分における可変速回転域の拡大、低粘度冷凍機油の採用、及び、摺動部分の面積低減等の設計変更が検討されている。このような設計変更が行われた場合、摺動部分の表面に不溶解性皮膜が形成されていても、特に潤滑状態の維持が厳しいクランクシャフトの主軸の軸線方向両端等においては当該皮膜が削られ、摺動部分の摩耗が進行するおそれがある。これにより、冷媒圧縮機の耐久性及び信頼性が低下する。

そこで本発明は、摺動部分の摩耗を防止することで耐久性及び信頼性の低下を防止しながら、高効率化を図ることが可能な冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る冷媒圧縮機は、冷凍機油が貯留された密閉容器と、前記密閉容器に収容され、外部より供給される電力により駆動される電動要素と、前記密閉容器に収容されて前記冷凍機油に被着され、前記電動要素により駆動されて、外部から供給される冷媒ガスを圧縮する圧縮要素とを備え、前記圧縮要素は、長手方向に並んで配置された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、前記主軸を軸支する主軸受と、前記偏心軸を軸支する偏心軸受とを有し、前記主軸及び前記偏心軸の少なくとも一方である軸部、及び、前記主軸受及び前記偏心軸受の少なくとも一方である軸受部のいずれかには、前記軸受部の軸線方向一端側及び他端側の少なくとも一方において、前記クランクシャフトの長手方向外側から中央側に向けて径が変化することにより、前記軸部の軸線が前記軸受部の軸線に対して傾斜した状態で、前記軸部と前記軸受部とを線接触させるテーパ部が設けられ、前記軸部の直径Ｄと、前記軸部と前記軸受部との間のクリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄが、４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定され、前記軸受部の軸線方向における前記テーパ部の一端と他端との間の前記軸受部の軸線に垂直な方向の距離に相当するテーパ深さｄ_Ｂが、２．０×１０^－３ｍｍ以上の値に設定され、対応する前記軸部と前記軸受部との組み合わせにおける前記テーパ部のテーパ深さｄ_Ｂの合計値とクリアランスＣとの和である最大ギャップＧと、前記軸部の直径Ｄとの比率Ｇ／Ｄが、４．０×１０^－３以下の値に設定されている。

上記構成によれば、比率Ｃ／Ｄ、テーパ深さｄ_Ｂ、及び比率Ｇ／Ｄが上記範囲の値にそれぞれ設定されることで、軸部の直径Ｄに対して、軸部と軸受部との間の距離を適切に設定できると共に、良好な傾斜面を有するテーパ部を形成できる。これにより、軸部と軸受部との局所的な金属接触を防止して、軸部と軸受部との互いの摺動部分間に油膜が形成されるのを促進できる。よって、長期耐久性に優れ、且つ低入力で高効率な冷媒圧縮機を提供できる。

本発明の一態様に係る冷凍装置は、前記冷媒圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒を吸熱する吸熱器とを配管により環状に連結した冷媒回路を備える。

上記構成によれば、上記した冷媒圧縮機を備えることで、消費電力を低減でき、省エネルギー化を実現できると共に、長期信頼性を向上できる冷凍装置を提供できる。

本発明によれば、摺動部分の摩耗を防止することで耐久性及び信頼性の低下を防止しながら、高効率化を図ることが可能な冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置を提供できる。

第１実施形態に係る往復動式（レシプロ式）の冷媒圧縮機の概略的な断面図である。 図１の冷媒圧縮機のＥ部の拡大断面図である。 図１の冷媒圧縮機の主要部品の断面図である。 （ａ）は、図１の冷媒圧縮機の実施例と従来例との入力比を示す特性図である。（ｂ）は、図１の冷媒圧縮機の実施例と従来例とのＣＯＰ比を示す特性図である。 図１の冷媒圧縮機における圧縮荷重の作用図である。 図１の主軸が主軸受内で傾斜したときの主軸受と主軸受との各接触状態と、各接触状態で成立する関係式の相関を示す図である。 実施例及び比較例の設定範囲を示すグラフである。 第２実施形態に係る回転式（ロータリ式）の冷媒圧縮機の概略的な断面図である。 図８の冷媒圧縮機のＢ部の拡大断面図である。 図８の冷媒圧縮機のＡ－Ａ´線矢視断面図である。 第３実施形態に係る冷凍装置の模式図である。 従来の冷媒圧縮機の概略的な断面図である。

以下、図面を参照して各実施形態を説明する。
（第１実施形態）
［冷媒圧縮機］
図１は、第１実施形態に係る往復動式（レシプロ式）の冷媒圧縮機１００の概略的な断面図である。図１に示すように、冷媒圧縮機１００は、密閉容器１０１、電動要素１０６、圧縮要素１０７、及び給油ポンプ１２０を備える。密閉容器１０１内には、冷媒ガス（一例としてＲ６００ａ）が充填される。密閉容器１０１の底部には、冷凍機油１０３（一例として鉱油）が貯留されている。

電動要素１０６は、密閉容器１０１に収容されて外部からの供給電力により駆動される。電動要素１０６は、固定子１０４と回転子１０５とを有する。圧縮要素１０７は、密閉容器１０１に収容されて冷凍機油１０３に被着され、電動要素１０６により駆動されて、外部から供給される冷媒ガスを圧縮する。圧縮要素１０７は、クランクシャフト１０８、シリンダブロック１１２、ピストンピン１１５、連結部材１１７、ピストン１３２、バルブプレート１３９、及びシリンダヘッド１４０を有する。

クランクシャフト１０８は、一例として鋳鉄により構成される。クランクシャフト１０８は、上下方向に延びるように配置されている。クランクシャフト１０８は、長手方向に並んで配置された主軸１０９と偏心軸１１０とを有する。主軸１０９には回転子１０５が圧入固定される。一例として、偏心軸１１０は主軸１０９の上方に配置されている。偏心軸１１０は、主軸１０９に対して偏心して配置されている。

後述するように、冷媒圧縮機１００において、主軸１０９は、主軸受１１１により軸支され、偏心軸１１０は、偏心軸受１１９により軸支される。クランクシャフト１０８の下側には、冷凍機油１０３が供給されるように給油ポンプ１２０が設けられている。

シリンダブロック１１２は、一例として鋳鉄により構成される。シリンダブロック１１２の内部には、略円筒形のシリンダボア１１３が形成されている。シリンダボア１１３は、水平方向に延び、その一方の端部がバルブプレート１３９で封止されている。シリンダブロック１１２は、主軸１０９を軸支する主軸受１１１を有する。

ピストン１３２は、シリンダボア１１３に往復可動に挿入されている。シリンダボア１１３におけるピストン１３２とバルブプレート１３９との間の内部空間は、圧縮室１３４となっている。ピストン１３２には、ピストンピン孔１１６が形成されている。ピストンピン孔１１６には、ピストンピン１１５が回転不能に係止されている。ピストンピン１１５は、略円筒形状に形成され、偏心軸１１０と平行に配置されている。

偏心軸１１０とピストン１３２とは、連結部材１１７により連結されている。連結部材１１７は、アルミ鋳造品であり、偏心軸受１１９を有する。連結部材１１７は、ピストンピン１１５を介して、偏心軸１１０とピストン１３２とを連結している。

バルブプレート１３９のシリンダボア１１３とは反対側には、シリンダヘッド１４０が配置されている。シリンダヘッド１４０は、高圧室（図示せず）を形成し、バルブプレート１３９に固定されている。

密閉容器１０１には、サクションチューブ（図示せず）が固定されている。サクションチューブは、冷媒圧縮機１００の冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、冷媒ガスを密閉容器１０１内に導く。バルブプレート１３９とシリンダヘッド１４０とは、サクションマフラー１４２を挟持している。

冷媒圧縮機１００の駆動時には、外部から供給される商用電源等の電力が、外部のインバータ駆動回路（図示せず）を介して、電動要素１０６に供給される。これにより電動要素１０６は、複数の運転周波数によりインバータ駆動される。

電動要素１０６の回転子１０５によりクランクシャフト１０８が回転させられ、偏心軸１１０が偏心運動する。連結部材１１７は、ピストンピン１１５を介してピストン１３２をシリンダボア１１３内で往復運動させる。これにより、サクションチューブを通して密閉容器１０１内に導かれた冷媒ガスが、サクションマフラー１４２から圧縮室１３４内へ吸入され、圧縮室１３４内で圧縮される。

冷凍機油１０３は、クランクシャフト１０８の回転に伴い、給油ポンプ１２０から各摺動部分に給油され、摺動部分を潤滑する。また冷凍機油１０３は、ピストン１３２とシリンダボア１１３との間をシールする。以下、冷媒圧縮機１００の軸部と軸受部との詳細について例示する。

［軸部及び軸受部］
冷媒圧縮機１００は、主軸１０９及び偏心軸１１０の少なくとも一方である軸部、及び、主軸受１１１及び偏心軸受１１９の少なくとも一方である軸受部を備える。この軸部と軸受部とのいずれかには、軸受部の軸線方向一端側及び他端側の少なくとも一方において、クランクシャフト１０８の長手方向外側から中央側に向けて径が変化することにより、軸部の軸線が軸受部の軸線に対して傾斜した状態で、軸部と軸受部とを線接触させるテーパ部が設けられている。

また冷媒圧縮機１００では、軸部の直径Ｄと、軸部と軸受部との間のクリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄが、４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定され、軸受部の軸線方向におけるテーパ部の一端と他端との間の軸受部の軸線に垂直な方向の距離に相当するテーパ深さｄ_Ｂが、２．０×１０^－３ｍｍ以上の値に設定されている。

また冷媒圧縮機１００では、軸部及び軸受部の一方における軸受部の軸線方向両側に、一対のテーパ部が設けられている。軸部にテーパ部が設けられる場合、テーパ部の外径は、軸部の軸線方向一端から他端に向けて変化する。軸受部にテーパが設けられる場合、テーパ部の内径は、軸受部の軸線方向一端から他端に向けて変化する。

また冷媒圧縮機１００では、軸受部の軸線方向一端側のテーパ部のテーパ深さｄ_Ｂであるテーパ深さｄ_ＢＵと、軸受部の軸線方向一端側におけるテーパ部の軸受部の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＵと、軸受部の軸線方向他端側におけるテーパ部のテーパ深さｄ_Ｂであるテーパ深さｄ_ＢＬと、軸受部の軸線方向他端側におけるテーパ部の軸受部の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＬと、軸受部の軸受長さＢと、クリアランスＣとが、数１及び数２を満たしている。
［数１］
ｄ_ＢＵ／Ｗ_ＢＵ≦（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ
［数２］
ｄ_ＢＬ／Ｗ_ＢＬ≦（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ

ここで（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）は、クリアランスＣと、テーパ深さｄ_ＢＵと、テーパ深さｄ_ＢＬとの合計である最大ギャップＧに相当する。言い換えると、最大ギャップＧは、対応する軸部と軸受部との組み合わせにおけるテーパ部のテーパ深さｄ_Ｂの合計値とクリアランスＣとの和である。以下、（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）を最大ギャップＧとも称する。

次に、このような構成を有する冷媒圧縮機１００について詳細に例示する。図２は、図１の冷媒圧縮機１００のＥ部の拡大断面図である。図３は、図１の冷媒圧縮機１００の主要部品の断面図である。図１～３に示すように、主軸１０９は、上下方向に延びている。

冷媒圧縮機１００において、軸部及び軸受部のうち、軸受部の軸線方向一端側のテーパ部の表面と相対する相手側の表面には、第１摺動面が形成されている。また軸部及び軸受部のうち、軸受部の軸線方向他方側のテーパ部の表面と相対する相手側の表面には、第２摺動面が形成されている。

また冷媒圧縮機１００において、軸部及び軸受部の少なくとも一方は、軸受部の軸線方向両側に一対のテーパ部が設けられると共に、テーパ部の最大径よりも径が小さい小径部を有する。

一例として、本実施形態の冷媒圧縮機１００では、主軸１０９が、第１摺動面１５１、小径部１５２、及び第２摺動面１５３を有する。第１摺動面１５１は、主軸１０９の上部に配置されている。第２摺動面１５３は、主軸１０９の下部に配置されている。小径部１５２は、第１摺動面１５１と第２摺動面１５３との間に配置されている。

小径部１５２は、第１摺動面１５１よりも直径が小さい。主軸１０９の第２摺動面１５３が配置された部分の直径Ｄ_ＬＯは、主軸１０９の第１摺動面１５１が配置された部分の直径Ｄ_ＵＯと同等である（図５参照）。

主軸１０９を軸支する主軸受１１１は、軸線が上下方向に延びるように配置されている。主軸受１１１の内周面の上端には、テーパ部１７０Ｕが設けられている。主軸受１１１の内周面の下端には、テーパ部１７０Ｌが設けられている。即ち、本実施形態では、一対のテーパ部が、軸受部に設けられている。主軸受１１１のテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌが設けられた以外の部分の内径は、一定である。

テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌの軸線に垂直な方向から見て、テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌは、直線状、又は、連続的な曲線状の表面を有する。図２では、テーパ部１７０Ｕが、主軸受１１１の軸線方向における内側の一端１７１から外側の他端１７２との間で直線状の表面を有する構成を示しているが、テーパ部１７０Ｌも同様の構成を有する。

テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌは、主軸受１１１の内周面の全周方向にわたって形成されている。主軸受１１１の軸線方向におけるテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌの一端１７１と他端１７２との間の主軸受１１１の軸線に垂直な方向の距離に相当するテーパ深さｄ_Ｂ（ｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ）は、ここではμｍオーダの値に設定されている。

テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌの形成方法は限定されない。本実施形態のテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌは、内径１２ｍｍ、外径１６ｍｍ、及びころ直径２ｍｍのラジアルニードル軸受と微小な勾配が付与された回転軸とから構成される試作工具を、主軸受１１１の元となる軸受内に回転させながら圧入し、当該軸受の端部を変形させることで形成されている。

ここでクリアランスＣは、テーパ部がないとした場合の軸受部の内径と、軸受部の内周面と相対する軸部の部分の外径との差分に相当する。軸受部の内周面に相対する軸部の部分の外径が複数の位置で異なる場合、クリアランスＣは、テーパ部がないとした場合の軸受部の内径と、軸受部の内周面に相対する軸部の部分の最大外径との差分に相当する。

具体的には上記のように、軸部の直径Ｄ_ＬＯ，Ｄ_ＵＯが同等である場合、クリアランスＣは、テーパ部がないとした場合の軸受部の内径と、軸部の摺動面１５１，１５３が設けられた部分の外径との差分に相当する。言い換えると本実施形態では、クリアランスＣは、主軸受１１１のテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌを除いた部分の内径Ｄ_Ｉと、主軸１０９の第１，２摺動面１５１，１５３が設けられた部分の直径Ｄ_ＬＯ，Ｄ_ＵＯとの差分である。

また、軸部の直径Ｄ_ＬＯ，Ｄ_ＵＯが異なる場合、クリアランスＣは、テーパ部がないとした場合の主軸受１１１の内径と、主軸１０９の直径Ｄ_ＬＯ，Ｄ_ＵＯのうちいずれか大きい方の直径との差分とすることができる。

図２及び３に示すように、本実施形態では、一例として、主軸受１１１の軸線１１１ｃを含む平面内における主軸受１１１の端部の断面において、主軸受１１１の軸線１１１ｃに平行な方向のテーパ部１７０Ｕのテーパ幅Ｗ_ＢＵ（言い換えると、主軸受１１１の軸線方向一端側におけるテーパ部１７０Ｕの主軸受１１１の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＵ）が１０ｍｍに設定され、テーパ深さｄ_ＢＵが４．０×１０^－３ｍｍに設定されている。

また、主軸受１１１の軸線１１１ｃを含む平面内における主軸受１１１の端部の断面において、主軸受１１１の軸線１１１ｃに平行な方向のテーパ部１７０Ｌのテーパ幅Ｗ_ＢＬ（言い換えると、主軸受１１１の軸線方向他端側におけるテーパ部１７０Ｌの主軸受１１１の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＬ）が１０ｍｍに設定され、テーパ深さｄ_ＢＬが４．０×１０^－３ｍｍに設定されている。

また、主軸受１１１の軸受長さＢは、４３．５ｍｍに設定されている。主軸受１１１のテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌを除いた部分の内径Ｄ_Ｉは、１６．０２６ｍｍに設定されている。主軸１０９の第１摺動面１５１が形成された部分、及び、主軸１０９の第２摺動面１５３が形成された部分の各直径Ｄ_Ｏは、１６．０１０ｍｍに設定されている。主軸１０９と主軸受１１１との間のクリアランスＣは、１．６×１０^－２ｍｍに設定されている。

これにより、ｄ_ＢＵ／ｗ_ＢＵ、及び、ｄ_ＢＬ／ｗ_ＢＬは、いずれも４．０×１０^－４に設定されている。また（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂは、５．５×１０^－４に設定されている。即ち、ｄ_ＢＵ／ｗ_ＢＵ、及び、ｄ_ＢＬ／ｗ_ＢＬは、いずれも（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂよりも小さい関係を満たし、且つ、クリアランスＣと主軸１０９の直径Ｄ_Ｏとの比率Ｃ／Ｄ_Ｏは、１．０×１０^－３に設定されている。

ここで冷媒圧縮機１００では、対応する軸部と軸受部との組み合わせにおけるテーパ部のテーパ深さｄ_Ｂの合計値（ここでは主軸１０９と主軸受１１１との組み合わせにおける２つのテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌのテーパ深さの合計値ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）とクリアランスＣとの和である最大ギャップＧ（＝Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）と、軸部の直径Ｄ（上記例では主軸１０９の直径Ｄ_Ｏ）との比率Ｇ／Ｄが、４．０×１０^－３以下の値に設定されている。

以上のように、比率Ｃ／Ｄ、テーパ深さｄ_Ｂ（ｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ）、及び比率Ｇ／Ｄが上記範囲の値にそれぞれ設定されることで、軸部の直径Ｄに対して、軸部と軸受部との間の距離を適切に設定できると共に、良好な傾斜面を有するテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌを形成できる。これにより、軸部と軸受部との局所的な金属接触を防止して、軸部と軸受部との互いの摺動部分間に油膜が形成されるのを促進できる。よって、長期耐久性に優れ、且つ低入力で高効率な冷媒圧縮機１００を提供できる。

また冷媒圧縮機１００では、軸受部の軸受長さＢと、クリアランスＣとが、数１及び数２の関係式を満たしている。これにより、テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌの傾斜の程度が適度に小さくなるように調整されるので、冷媒圧縮機２００の駆動時に軸部が振れ回った際に、テーパ部１７０Ｕ，１７０の表面とこれに相対する軸部の表面とを互いに沿い易くすることができる（図６参照）。よって、テーパ部１７０Ｕ，１７０の表面とこれに相対する軸部の表面との間に油膜の形成を更に促し易くすることができる。

また冷媒圧縮機１００では、一例として、第１摺動面１５１がテーパ部１７０Ｕの表面と相対し、且つ、第１摺動面１５１の摺動幅Ｌ_１がテーパ部１７０Ｕのテーパ幅Ｗ_ＢＵよりも小さくされていると共に、第２摺動面１５３がテーパ部１７０Ｌの表面と相対し、且つ、第２摺動面１５３の摺動幅Ｌ_２がテーパ部１７０Ｌのテーパ幅Ｗ_ＢＬよりも小さくされている。これにより、軸部と軸受部と間の粘性抵抗が効果的に削減されている。

また冷媒圧縮機１００では、比率Ｇ／Ｄが、４．０×１０^－３以下の値に設定されている。これにより、最大ギャップＧと軸部の直径Ｄとの比率を適正化できるため、クランクシャフト１０８の軸受部内での傾斜勾配が過剰となって後述する片当たりが増大するのを防止できる。よって例えば、片当たりによりピストン１３２の先端に摩耗が生じ、摩耗部位から冷媒のリーク量が増大して冷凍能力が低下するのを防止できる。

更に冷媒圧縮機１００の軸部は、軸受部に対して摺動する表面の部分に形成された皮膜を有する。この皮膜は、軸受部の相対する表面の硬さに比べて同等以上の硬さを有している。本実施形態では、主軸１０９及び偏心軸１１０のうち少なくともいずれか（ここでは両方）が、この皮膜を有している。

皮膜の種類は限定されないが、例えば酸化皮膜が挙げられる。酸化皮膜としては、例えば、鉄の酸化物の皮膜が挙げられる。鉄の酸化物の皮膜は、例えば、リン酸塩皮膜と比較して、化学的に非常に安定であり、且つ、高い硬度を有する。酸化皮膜が形成されることで、摩耗粉の発生、及び、摩耗粉の皮膜への付着等を効果的に防止できる。よって、酸化皮膜自体の摩耗量の増加を有効に回避でき、皮膜に高い耐摩耗性を付与できる。

また皮膜は、酸化皮膜と同様に、相手材よりも硬い皮膜であればよい。また、皮膜が形成される軸部の部分の基材が鉄系材料であれば、一般的な焼入れの他、軸部の表層に炭素や窒素等を浸み込ませることで皮膜が形成されていてもよい。また、水蒸気による酸化処理、又は、水酸化ナトリウム等の水溶液に材料を浸漬させる酸化処理によって皮膜が形成されていてもよい。

また皮膜は、上記した酸化や浸炭、窒化、酸化処理等によって形成された化合物層に限定されず、例えば、冷間加工、加工硬化、固溶強化、析出強化、分散強化、結晶粒微細化等のいずれかによって、転位のすべり運動を抑制させることで基材の強化が図られた強度強化層であってもよい。また皮膜は、メッキ、溶射、ＰＶＤ、ＣＶＤ等のいずれかの被覆法により形成された処理層であってもよい。

［確認試験］
第１実施形態の冷媒圧縮機１００を実施例として作製した。また、テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌが設けられていないこと以外は冷媒圧縮機１００と同様の冷媒圧縮機を従来例として作製した。これらの冷媒圧縮機について、インバータ駆動により低速運転（運転周波数１７Ｈｚ）した場合における性能評価を行った。

図４の（ａ）は、図１の冷媒圧縮機の実施例と従来例との入力比を示す特性図である。図４の（ｂ）は、図１の冷媒圧縮機の実施例と従来例との成績係数（ＣＯＰ：Coefficient of Performance）比を示す特性図である。

成績係数とは、冷凍冷蔵機器等のエネルギー消費効率の目安（指標）として使われる係数であり、冷凍能力（Ｗ）を印加入力（Ｗ）で除した値である。図４（ａ）では、従来例の印加入力値を１００としたときの比率（入力比）を表す。図４（ｂ）では、従来例のＣＯＰ値を１００としたときの各々の比率（ＣＯＰ比）を表す。

図４（ａ），（ｂ）に示される結果から、実施例は、比較例に比べて、テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌが設けられたことによって、従来例に比して入力が低くなり、ＣＯＰが高くなることが確認された。

ここで図５は、図１の冷媒圧縮機１００における圧縮荷重の作用図である。図５では、冷媒圧縮機１００に作用する圧縮荷重を模式的に示している。実施例及び従来例の確認試験結果について、図５を参照しながら以下のように考察する。

冷媒圧縮機１００のような往復動（レシプロ）式の冷媒圧縮機では、一般に、シリンダボア１１３とピストン１３２との間に形成される圧縮室１３４内で、シリンダボア１１３の筒軸方向に生じる圧縮荷重Ｐに比べて、密閉容器１０１内の圧力が低い。偏心軸１１０に圧縮荷重Ｐが作用する一方で、主軸１０９は、単一の主軸受１１１により片持ち支持される。そのため当該冷媒圧縮機の駆動時には、伊藤らの文献（日本機械学会年次大会論文集 Vol.5-1 (2005) P.143）に示されるように、クランクシャフト１０８は、圧縮荷重Ｐの影響により主軸受１１１内で傾いた状態で振れ回っている。

これにより、圧縮荷重Ｐの分力Ｐ１が、主軸受１１１の上端部に対応する主軸１０９の部分に作用すると共に、圧縮荷重Ｐの分力Ｐ２が、主軸受１１１の下端部に対応する主軸１０９の部分に作用することで、いわゆる片当りが発生する。従来の冷媒圧縮機では、主軸１０９が主軸受１１１内で傾くと、主軸１０９と主軸受１１１との局所的な接触が生じて面圧が高くなる場合がある。運転がより低速になると、主軸１０９と主軸受１１１との間に形成される油膜の厚さが薄くなり、もしくは油膜が切れてしまう。その結果、主軸１０９と主軸受１１１との固体接触が発生して摺動損失が増加する。

これに対して本実施形態（実施例）では、主軸受１１１にテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌを設けることで、主軸１０９が主軸受１１１内で傾いたとしても、主軸受１１１の軸線に垂直な方向から見て、主軸１０９と主軸受１１１との対向面が互いに沿うように配置される。これにより、主軸１０９と主軸受１１１との局所的な金属接触が防止される。

また本実施形態（実施例）では、クリアランスＣと、テーパ深さｄ_ＢＵと、テーパ深さｄ_ＢＬとの合計値である最大ギャップＧ（＝Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）が比較的大きく確保される。これにより冷凍機油１０３の粘性抵抗が低減され、摺動損失が顕著に低減されて、冷媒圧縮機の入力が効果的に引き下げられたものと推察される。

以上の結果から、冷媒圧縮機の軸受部にテーパ部を設けることで、軸受部と軸部との局所的な金属接触を防止して耐久性の向上を図れると共に、冷媒圧縮機の性能の向上を図れることが分かった。

［評価試験］
次に、上記確認試験の結果を踏まえ、冷媒圧縮機の性能評価試験と信頼性評価試験を行い、冷媒圧縮機の性能を向上できる各数値範囲の明確化を行った。性能評価試験では、主軸と主軸受のクリアランスＣ、軸受長さＢ、主軸の直径Ｄ_Ｏ、クリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄ_Ｏ、テーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌのテーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ、並びにテーパ幅Ｗ_ＢＵ、Ｗ_ＢＬをパラメータとして用いた。また性能評価試験では、冷媒圧縮機をインバータ駆動により低速運転（運転周波数１７Ｈｚ）させた。

また信頼性評価試験では、冷媒圧縮機を高温及び高負荷断続運転モードにて１６０時間運転した後、冷媒圧縮機を分解して、摺動部品（クランクシャフトやピストン等）の摩耗を測定することにより評価を行った。

以降では、テーパ部１７０Ｕのテーパ幅Ｗ_ＢＵ及びテーパ深さｄ_ＢＵと、テーパ部１７０Ｌのテーパ幅Ｗ_ＢＬ及びテーパ深さｄ_ＢＬと、主軸受１１１の軸受長さＢと、主軸１０９と主軸受１１１のクリアランスＣとの関係をプロットしたグラフ（図７参照）において、上記した数１及び数２の関係式を満たす範囲をエリアＡ１と称し、以下の数３及び数４の関係式を満たす範囲をエリアＡ２と称する。

［数３］
ｄ_ＢＵ／Ｗ_ＢＵ＞（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ
［数４］
ｄ_ＢＬ／Ｗ_ＢＬ＞（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ

また、この各試験に際し、主軸１０９と主軸受１１１のクリアランスＣを１．６×１０^－２ｍｍに設定し、主軸受１１１の軸受長さＢを４３．５ｍｍに設定した。図６は、図１の主軸１０９が主軸受１１１内で傾斜したときの主軸１０９と主軸受１１１との各接触状態と、各接触状態で成立する関係式の相関を示す図である。図７は、実施例１，２及び比較例１，２の設定範囲を示すグラフである。表１は、実施例１，２及び比較例１，２の性能評価試験及び信頼性評価試験での評価を示している。

図７のグラフの下側横軸は、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬを示し、上側横軸は、最大ギャップＧと軸部の直径Ｄとの比率（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄを示す。図７の縦軸は、テーパ幅Ｗ_ＢＵ，Ｗ_ＢＬ示す。図７中に示した実線は、以下の数５及び数６の関係式を満たす位置を示す。
［数５］
ｄ_ＢＵ／ｗ_ＢＵ＝（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ
［数６］
ｄ_ＢＬ／ｗ_ＢＬ＝（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ

図７に示す試験では、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬが２．０×１０^－３ｍｍ以上で、且つ最大ギャップＧと軸部の直径Ｄとの比率（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄが４．０×１０^－３以下の領域において、数１及び数２の関係式を満たすように設定された冷媒圧縮機１００を実施例１とした。一方、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬが２．０×１０^－３ｍｍ以上で、且つ最大ギャップＧと軸部の直径Ｄとの比率（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄが４．０×１０^－３以下の領域において、数３及び数４の関係式を満たすように設定された冷媒圧縮機を実施例２とした。

また、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬが２．０×１０^－３ｍｍ未満の値に設定された冷媒圧縮機を比較例１とした。また、最大ギャップＧと軸部の直径Ｄとの比率（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄが４．０×１０^－３を超える値に設定された冷媒圧縮機を比較例２とした。

また、実施例１，２及び比較例１，２の軸部には、軸受部に対して摺動する表面の部分に皮膜を形成した。この皮膜として、相手側である主軸受の材質よりも硬さが低いリン酸マンガン膜、又は、相手側である主軸受の材質よりも硬さが高い鉄の酸化物膜を形成した。

表１の評価を行うに際し、テーパ部が設けられていない従来例の冷媒圧縮機の性能と、信頼性試験での摩耗結果とを基準として評価を行った。表１中の「Ａ」は、従来例よりも特性が顕著に向上したこと、即ち、圧縮機性能が向上すると共に軸部及び軸受部の摩耗が最も緩和されたとの評価を示す。「Ｂ」は、「Ａ」に次ぐ評価であり、従来例の冷媒圧縮機に比して特性がやや上回る程度であるとの評価を示す。「Ｃ」は、「Ｂ」に次ぐ評価であり、従来例の冷媒圧縮機に比して特性の向上が見られなかったとの評価を示す。

図７及び表１に示されるように、実施例１，２では、いずれも比較例１，２に比して、性能及び信頼性が共に向上することが分かった。実施例１は、実施例２よりも性能及び信頼性が高く、特に軸部の皮膜として、相手側である主軸受の材質よりも硬さが高い皮膜を形成すると、優れた圧縮機性能が得られると共に、軸部及び軸受部の摩耗が高度に緩和され、信頼性が一層高まることが分かった。

一方、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬが２．０×１０^－３ｍｍ未満の値に設定された比較例１は、エリアＡ１，Ａ２に関わらず、性能が従来例に比して向上しないことが分かった。この原因としては、比較例１では、例えば、テーパ部のテーパ深さが浅すぎたために、実施例１，２のテーパ部との形状の差異による効果が得られなかったことが考えられる。

また、比率（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄが４．０×１０^－３を超える値に設定された比較例２も、エリアＡ１，Ａ２に関わらず、性能が従来例に比して向上しないことが分かった。この原因としては、例えば、クランクシャフト１０８の軸受部内での傾斜勾配が過剰に大きくなり、片当たりが顕在化したことが考えられる。即ち比較例２では、この片当たりの顕在化により、ピストン１３２の先端に摩耗が生じ、摩耗部位から冷媒のリーク量が増大して冷凍能力が低下し、性能の向上が確認できなかったことが考えられる。

また、別に行った圧縮機信頼性試験でも、比較例２では、ピストンの先端側の端部に片当たりによると思われる摩耗が顕著に生じていることが確認されており、この考察が裏付けられている。

なお上記試験では、主軸１０９と主軸受１１１のクリアランスＣを１．６×１０^－２ｍｍに設定し、主軸受１１１の軸受長さＢを４３．５ｍｍに設定した条件での結果を示したが、比率Ｃ／Ｄを４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定した場合においても同様の効果が得られることが分かっている。

また、主軸１０９の直径Ｄ_Ｏは、適宜設定可能であるが、例えば、１０ｍｍ以上２８ｍｍ以下の範囲の値に設定できる。例えば、設定した軸部の直径Ｄに合わせて、比率Ｃ／Ｄ及び（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｄがそれぞれ適正範囲の値となるように、クリアランスＣ、テーパ深さｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ、テーパ幅Ｗ_ＢＵ、Ｗ_ＢＬを設定することが望ましい。

本実施形態の冷媒圧縮機１００では、主軸受１１１の内周面にテーパ部１７０Ｕ，１７０Ｌが設けられているが、主軸１０９の外周面にテーパ部が設けられていても、同様の効果が得られる。また、偏心軸受１１９の内周面にテーパ部を設けていてもよいし、偏心軸１１０の外周面にテーパ部を設けていてもよい。これらの場合、偏心軸１１０と偏心軸受１１９との組み合わせにおいて、比率Ｃ／Ｄ、テーパ深さ、及び比率Ｇ／Ｄは、上記した主軸１０９と主軸受１１１との組み合わせと同等に設定される。このような構成であっても、本実施形態と同様に、冷媒圧縮機の性能及び信頼性向上に寄与できる。

また本実施形態では、冷媒圧縮機１００が低速運転（一例として運転周波数１７Ｈｚ）される場合に性能が向上される効果を説明したが、商用回転数での速度における運転時や、より大きな回転数による高速運転時においても、同様の効果が得られる。

また、冷媒圧縮機の形式は往復動式（レシプロ式）に限定されず、その他の形式、例えば、ロータリ式やスクロール式等であってもよい。即ち、ロータリ式やスクロール式等の冷媒圧縮機では、シャフトの外周面と軸受の内周面から構成される摺動部（いわゆるジャーナル軸受摺動部）にテーパ部を適用しても、同様の性能及び信頼性向上の効果が得られる。以下、その他の実施形態について、第１実施形態との差異を中心に説明する。

（第２実施形態）
図８は、第２実施形態に係る回転式（ロータリ式）の冷媒圧縮機２００の概略的な断面図である。図９は、図８の冷媒圧縮機２００のＢ部の拡大断面図である。図９は、図８で破線の丸枠で囲んだＢ部（主軸受２０９の下側）の拡大断面図に相当する。図１０は、図８の冷媒圧縮機２００のＡ－Ａ´線矢視断面図である。

図８～１０に示すように、冷媒圧縮機２００は、密閉容器２０１、電動要素２０２、及び圧縮要素２０３を備える。密閉容器１０１の底部には、冷凍機油２２０が貯留されている。電動要素２０２と圧縮要素２０３とは、密閉容器２０１に収容されている。電動要素２０２は、固定子２０２ａと回転子２０２ｂとを有する。圧縮要素２０３は、クランクシャフト２０８、主軸受２０９、副軸受２１１、シリンダ２１０、及びローラ２１３を有する。

クランクシャフト２０８は、上下方向に延び、主軸２０６と、主軸２０６の途中に配置された偏心軸２１２とを有する。主軸２０６は、偏心軸２１２よりも上方において、主軸受２０９により軸支され、偏心軸２１２よりも下方において、副軸受２１１により軸支されている。主軸２０６には、電動要素２０２の回転子２０２ｂが固定されている。回転子２０２ｂの外周は、固定子２０２ａにより囲まれている。

偏心軸２１２は、上下方向に貫通するシリンダ２１０の内部に配置されている。ローラ２１３は筒状に形成されており、軸線が上下方向に延びるように配置されている。シリンダ２１０の内部において、主軸２０６と偏心軸２１２は、ローラ２１３に挿通されている。偏心軸２１２は、ローラ２１３を介して、シリンダ２１０の内周面に支持されている。本実施形態では、ローラ２１３が、偏心軸２１２の偏心軸受に相当する。冷媒圧縮機２００の駆動時において、ローラ２１３は、クランクシャフト２０８の主軸２０６の軸回りに遊星運動する。

シリンダ２１０には、水平方向に延びる貫通溝２２２が設けられている。貫通溝２２２には、軸状のベーン２１４が挿入されている。ベーン２１４の長手方向一端（先端）は、スプリング２１５及び背圧（吐出圧）により、ローラ２１３の周面２３１に押し付けられる。これにより、シリンダ２１０とローラ２１３との間の空間は、外部から冷媒ガスが吸入される吸入室２１６と、冷媒ガスが圧縮される圧縮室２１７とに区画されている。

シリンダ２１０には、更に吸入穴２０５が設けられている。吸入穴２０５には、吸入管２０４の一端が挿入されている。冷媒圧縮機２００は、吸入管２０４を介してアキュムレータ（図示せず）と繋がっている。シリンダ２１０の内周面には、吐出切欠き２１９が設けられている。

冷媒圧縮機２００の駆動時には、電動要素２０２によりクランクシャフト２０８が主軸２０６の軸回りに回転され、ローラ２１３が遊星運動（図１０では、左回転）する。これにより、吸入管２０４と吸入穴２０５とを経て、外部から吸入室２１６へ冷媒ガスが吸入される。冷媒ガスは、圧縮室２１７の内圧が上昇されることで圧縮され、吐出切欠き２１９を経て、図示しない吐出孔より密閉容器２０１内へ吐出される。

ここで、吸入室２１６と圧縮室２１７を仕切るベーン２１４は、その長手方向一端が、スプリング２１５及び背圧によりローラ２１３の周面２３１に押し付けられる。これによりベーン２１４は、ローラ２１３の周面２３１との接点で摺動しながら運動する。この運度によって、クランクシャフト２０８は、その主軸２０６の軸線に垂直な方向から圧力を受けて撓みを生じる。その結果、クランクシャフト２０８は、主軸受２０９と副軸受２１１との各クリアランス間において振れ回るように回転する。

この振れ回りにより、クランクシャフト２０８は、主軸受２０９の上端（図８では、電動要素２０２側の端部）、主軸受２０９の下端（図８では、ローラ２１３側の端部）、副軸受２１１の上端（図８では、ローラ２１３側の端部）及び、副軸受２１１の下端（図８では、クランクシャフト２０８の下端に設けられた給油部２２１側の端部）の少なくともいずれかにおいて、片当たりが生じる場合がある。この片当たりにより、摺動面にキズが発生したり、微小な摩耗粉により摺動面が切削されて摩耗する凝着摩耗が発生するおそれがある。

そこで冷媒圧縮機２００では、クランクシャフト２０８を軸支する主軸受２０９の上端にテーパ部２７０Ｕを設けると共に、主軸受２０９の下端にテーパ部２７０Ｌを設けている。更に、副軸受２１１の上端にテーパ部２８０Ｕを設けると共に、副軸受２１１の下端にテーパ部２８０Ｌを設けている。テーパ部２７０Ｕ，２８０Ｕは、テーパ部１７０Ｕに相当し、テーパ部２７０Ｌ，２８０Ｌは、テーパ部１７０Ｌに相当する。なお、図９では、各テーパ部のうちテーパ部２７０Ｌのみを図示している。

テーパ部２７０Ｕ，２７０Ｌは、主軸受２０９の内周面の全周方向にわたって形成されている。主軸受２０９の軸線方向におけるテーパ部２７０Ｕ，２７０Ｌの一端２７１と他端２７２との間の主軸受２０９の軸線に垂直な方向の距離に相当するテーパ深さｄ_Ｂ（ｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ）は、ここではμｍオーダの値に設定されている。

また、図８及び９に示すように、クランクシャフト２０８（主軸２０６）の直径Ｄと、クランクシャフト２０８（主軸２０６）と軸受部（主軸受２０９）のクリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄは、４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定されている。また、対応する軸部と軸受部との組み合わせ（ここでは主軸２０６と主軸受２０９との組み合わせ）における比率Ｇ／Ｄが、４．０×１０^－３以下の値に設定されている。

また図示しないが、クランクシャフト２０８（主軸２０６）の直径Ｄと、クランクシャフト２０８（主軸２０６）と軸受部（副軸受２１１）のクリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄも、４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定されている。

また、テーパ部２７０Ｕ，２８０Ｕのテーパ深さｄ_ＢＵ（図示せず）、及び、テーパ部２７０Ｌ，２８０Ｌのテーパ深さｄ_ＢＬのうち少なくともいずれか（ここでは両方）は、２．０×１０^－３ｍｍ以上の範囲の値に設定されている。またクランクシャフト２０８は、主軸受２０９及び副軸受２１１に対して摺動する表面の部分に形成された皮膜を有する。この皮膜は、第１実施形態の皮膜と同様のものである。

このような設定が行われることで、仮にクランクシャフト２０８が振れ回って上記片当たりが生じたとしても、クランクシャフト２０８の軸線に垂直な方向から見て、主軸２０６と主軸受２０９との対向面、及び、主軸２０６と副軸受２１１との対向面の各々が、互いに沿うように配置される。これにより、主軸２０６と主軸受２０９との間、及び、主軸２０６と副軸受２１１との局所的な金属接触が防止される。よって、冷媒圧縮機２００は、良好な摩擦摩耗特性と、高い性能及び信頼性を有している。

なお、図９に示したテーパ部２７０Ｌは、その軸線に垂直な方向から見て、連続的な曲線状の表面を有する曲線状に形成されているが、直線状の表面を有するように形成されていてもよい。また、複数のテーパ部を設ける場合、異なる形状のテーパ部を設けてもよい。また冷媒圧縮機２００は、４つのテーパ部２７０Ｕ，２７０Ｌ，２８０Ｕ，２８０Ｌを有しているが、このうち少なくとも１つのテーパ部を有していればよい。

また、上記した皮膜が形成される対象は、クランクシャフト２０８に限定されない。上記した皮膜は、冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置の構成要素のうち、いずれか（例えば部品、機器の他、ポンプやモータ等のユニット）の摺動部分に設けられていてもよい。次に、冷媒圧縮機１００，２００を用いた冷凍装置の構成について例示する。

（第３実施形態）
図１１は、第３実施形態に係る冷凍装置３００の模式図である。以下、冷凍装置３００の基本構成の概略を説明する。図１１に示すように、冷凍装置３００は、本体３０１、区画壁３０７、及び冷媒回路３０９を備える。

本体３０１は、内部に連通する開口が形成された断熱性の箱体と、箱体の開口を開閉する扉とを有する。また本体３０１は、物品が貯蔵される貯蔵空間３０３と、貯蔵空間３０３内を冷却する冷媒回路３０９が配置される機械室３０５とを有する。貯蔵空間３０３と機械室３０５とは、区画壁３０７により区画されている。貯蔵空間３０３には、送風機（図示せず）が配置されている。図１１では、箱体の一部を切り欠いて本体３０１の内部を示している。

冷媒回路３０９は、冷媒圧縮機１００，２００のいずれか、放熱器３１３、減圧装置３１５、及び吸熱器３１７を有する。冷媒圧縮機１００，２００のいずれか、放熱器３１３、減圧装置３１５、及び吸熱器３１７は、配管により環状に接続されている。

放熱器３１３は、冷媒を放熱させる。減圧装置３１５は、冷媒を減圧する。吸熱器３１７は、冷媒を吸熱する。吸熱器３１７は、貯蔵空間３０３内に配置されて冷却熱を発生させる。図１１中の矢印で示すように、吸熱器３１７の冷却熱は、送風機によって貯蔵空間３０３内を循環する。これにより、貯蔵空間３０３内の空気が撹拌され、貯蔵空間３０３内が冷却される。

以上の構成を有する冷凍装置３００は、冷媒圧縮機１００，２００のいずれかにおいて、軸部と軸受部との間の高い耐摩耗性が得られると共に、軸部と軸受部間の油膜形成を促すことで軸部と軸受部との局所的な金属接触を防止でき、高い信頼性と圧縮機性能とが得られる。これにより冷凍装置３００では、冷媒圧縮機１００，２００を備えることで、消費電力を低減でき、省エネルギー化を実現できると共に、長期信頼性を向上できる。

本発明は、各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でその構成を変更、追加、又は削除することができる。前記各実施形態は、互いに任意に組み合わせてもよく、例えば１つの実施形態中の一部の構成を、他の実施形態に適用してもよい。また本発明の範囲は、特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように本発明は、摺動部分の摩耗を防止することで耐久性及び信頼性の低下を防止しながら、高効率化を図ることが可能な冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置を提供できる優れた効果を有する。従って、この効果の意義を発揮できる冷媒圧縮機及びこれを用いた冷凍装置に本発明を広く適用すると有益である。

１００、２００ 冷媒圧縮機
１０１、２０１ 密閉容器
１０３、２２０ 冷凍機油
１０６、２０２ 電動要素
１０７、２０３ 圧縮要素
１０８、２０８ クランクシャフト
１０９，２０６ 主軸（軸部）
１１０，２１２ 偏心軸（軸部）
１１１、２０９ 主軸受（軸受部）
１１１ｃ 主軸受の軸線
１１９ 偏心軸受（軸受部）
１５１ 第１摺動面
１５２ 小径部
１５３ 第２摺動面
１７０Ｕ，１７０Ｌ，２７０Ｕ，２７０Ｌ，２８０Ｕ，２８０Ｌ テーパ部
２１１ 副軸受（軸受部）
３００ 冷凍装置
３０９ 冷媒回路
３１３ 放熱器
３１５ 減圧装置
３１７ 吸熱器
Ｂ 軸受幅
Ｃ クリアランス
Ｄ 軸部の直径
Ｄ_Ｏ 主軸の直径
Ｄ_Ｉ 主軸受の直径（内径）
ｄ_Ｂ，ｄ_ＢＵ，ｄ_ＢＬ テーパ深さ
Ｌ_１ 第１摺動面の摺動幅
Ｌ_２ 第２摺動面の摺動幅
ｗ_ＢＵ，ｗ_ＢＬ テーパ幅

Claims (8)

1. 冷凍機油が貯留された密閉容器と、
   前記密閉容器に収容され、外部より供給される電力により駆動される電動要素と、
   前記密閉容器に収容されて前記冷凍機油に被着され、前記電動要素により駆動されて、外部から供給される冷媒ガスを圧縮する圧縮要素とを備え、
   前記圧縮要素は、長手方向に並んで配置された主軸と偏心軸とを有するクランクシャフトと、
   前記主軸を軸支する主軸受と、
   前記偏心軸を軸支する偏心軸受とを有し、
   前記主軸及び前記偏心軸の少なくとも一方である軸部、及び、前記主軸受及び前記偏心軸受の少なくとも一方である軸受部のいずれかには、前記軸受部の軸線方向一端側及び他端側の少なくとも一方において、前記クランクシャフトの長手方向外側から中央側に向けて径が変化することにより、前記軸部の軸線が前記軸受部の軸線に対して傾斜した状態で、前記軸部と前記軸受部とを線接触させるテーパ部が設けられ、
   前記軸部の直径Ｄと、前記軸部と前記軸受部との間のクリアランスＣとの比率Ｃ／Ｄが、４．０×１０^－４以上３．０×１０^－３以下の範囲の値に設定され、
   前記軸受部の軸線方向における前記テーパ部の一端と他端との間の前記軸受部の軸線に垂直な方向の距離に相当するテーパ深さｄ_Ｂが、２．０×１０^－３ｍｍ以上の値に設定され、
   対応する前記軸部と前記軸受部との組み合わせにおける前記テーパ部のテーパ深さｄ_Ｂの合計値とクリアランスＣとの和である最大ギャップＧと、前記軸部の直径Ｄとの比率Ｇ／Ｄが、４．０×１０^－３以下の値に設定され、
   前記テーパ部の表面と、前記テーパ部の前記表面と相対する相手側の表面とが、前記軸線方向における前記テーパ部の内側から外側に向けて、接近するように傾斜する部分を含み、
   前記軸部と前記軸受部とは、前記テーパ部の前記表面と、前記テーパ部の前記表面と相対する前記相手側の前記表面との間において、最も近接し、
   前記軸部と前記軸受部との最も近接する位置が、前記テーパ部の前記表面のうち、最も前記クランクシャフトの長手方向外側となる位置であり、
   前記軸線方向に対する前記テーパ部の前記表面の傾斜角度が、前記軸線方向に対する前記相手側の前記表面の傾斜角度と異なっている、冷媒圧縮機。
2. 前記軸部及び前記軸受部の一方における前記軸受部の軸線方向両側に一対の前記テーパ部が設けられ、
   前記軸受部の軸線方向一端側の前記テーパ部の前記テーパ深さｄ_Ｂであるテーパ深さｄ_ＢＵと、前記軸受部の軸線方向一端側における前記テーパ部の前記軸受部の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＵと、
   前記軸受部の軸線方向他端側における前記テーパ部の前記テーパ深さｄ_Ｂであるテーパ深さｄ_ＢＬと、前記軸受部の軸線方向他端側における前記テーパ部の前記軸受部の軸線方向幅であるテーパ幅Ｗ_ＢＬと、
   前記軸受部の軸受長さＢと、前記クリアランスＣとが、数１及び数２を満たしている、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
   ［数１］
   ｄ_ＢＵ／Ｗ_ＢＵ≦（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ
   ［数２］
   ｄ_ＢＬ／Ｗ_ＢＬ≦（Ｃ＋ｄ_ＢＵ＋ｄ_ＢＬ）／Ｂ
3. 前記軸部及び前記軸受部のうち、前記軸受部の軸線方向一端側の前記テーパ部の表面と相対する相手側の表面に第１摺動面が形成され、
   前記軸部及び前記軸受部のうち、前記軸受部の軸線方向他方側の前記テーパ部の表面と相対する相手側の表面に第２摺動面が形成され、
   前記相手側の軸線に垂直な方向から見て、前記第１摺動面の前記テーパ部の表面に対する摺動幅Ｌ_１が、前記テーパ幅Ｗ_ＢＵよりも小さく、且つ、前記第２摺動面の前記テーパ部の表面に対する摺動幅Ｌ_２が、前記テーパ幅Ｗ_ＢＬよりも小さい、請求項２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記軸部、又は、前記軸受部は、前記軸受部の軸線方向両側に一対の前記テーパ部が設けられると共に、前記テーパ部の最大径よりも径が小さい小径部を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記テーパ部の軸線に垂直な方向から見て、前記テーパ部は、直線状、又は、連続的な曲線状の表面を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記軸部は、前記軸受部に対して摺動する表面の部分に形成された皮膜を有し、前記皮膜が、前記軸受部の相対する表面の硬さに比べて同等以上の硬さを有している、請求項１～５のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
7. 前記電動要素が、複数の運転周波数によりインバータ駆動される、請求項１～６のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の冷媒圧縮機と、冷媒を放熱させる放熱器と、冷媒を減圧する減圧装置と、冷媒を吸熱する吸熱器とを配管により環状に連結した冷媒回路を備える、冷凍装置。

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