JP3193599B2

JP3193599B2 - 往復動圧縮機

Info

Publication number: JP3193599B2
Application number: JP21892395A
Authority: JP
Inventors: 光司山本; 明彦石山; 茂也川南
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1995-08-28
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JPH0968165A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷蔵庫やル−ムエアコ
ンなどに用いて好適な往復動圧縮機に係り、特に、信頼
性を高め、騒音を低減することができるようにした往復
動圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の往復動圧縮機の一例を示す
縦断面図であって、１は密閉容器、２は電動機部、２ａ
は固定子、２ｂは固定子、３は圧縮要素部、４はバネ、
５は潤滑油、６はクランク軸、６ａは偏心部、６ｃは縦
穴、７はフレーム、７ａは主軸受、８はピストン、９は
スライダ、１０はシリンダ、１１は吸い込み弁、１２は
弁座板、１３は吐出弁、１４はカバー体、１４ａは吐出
室、１５は吐出パイプ、１７は圧縮室である。

【０００３】同図において、密閉容器１内に電動機部２
と圧縮要素３とがクランク軸６で連結されて縦方向に配
列収納され、ばね４を介して密閉容器１に弾性支持され
ている。クランク軸６は、フレーム７の内径側にこのフ
レーム７と一体に設けられ、かつ、内径面が円筒の内径
面と同様のすべり軸受である主軸受７ａによって支持さ
れている。

【０００４】圧縮要素３はスコッチヨ−クタイプと呼ば
れる往復動式のものであり、クランク軸６の上端部に形
成されている偏心部６ａに嵌合されたスライダ９が往復
運動する管部を一体に有するピストン８と、このピスト
ン８を往復運動させるシリンダ１０と、シリンダ１０の
端面に順に設けられた吸込弁１１，弁座板１２，吐出弁
１３と、シリンダ１０内の圧縮室１７と吐出弁１３を介
して連通しカバ−体１４によって形成された吐出室１４
ａと、この吐出室１４ａから密閉容器１外に伸びる吐出
パイプ１５とによって構成されている。

【０００５】密閉容器１の底部に潤滑油５を貯溜してお
り、クランク軸６が回転すると、その遠心力により、こ
の潤滑油５がクランク軸６の内部に設けられた縦穴６ｃ
を通って吸い上げられ、主軸受７ａや偏心部６ａなどに
供給されるとともに、偏心部６ａの上部開口からその上
部空間に噴霧状に吹き上げられ、ピストン８の外径など
に供給される。このようにして、各部の給油が行なわれ
る。

【０００６】電動機部２は固定子２ａと回転子２ｂとか
らなり、固定子２ａはフレ−ム７に固定され、回転子２
ｂはクランク軸６に焼嵌めされている。

【０００７】電動機部２によってクランク軸６が回転す
ると、シリンダ１０内でピストン８が横方向に往復運動
し、図面上右方向に移動してシリンダ１０内の圧縮室１
７の容積が増大すると、この圧縮室１７内が負圧となっ
て吸込弁１１が開く。密閉容器１内には、図示しない吸
込パイプから冷媒ガスが吸い込まれて充満しており、吸
込弁１１が開くことにより、この密閉容器１内の冷媒ガ
スが圧縮室１７内に吸い込まれる。

【０００８】次に、ピストン８が下死点に達して図面上
左方への運動に変わると、吸込弁１１が閉じ、圧縮室１
７の容積が減少して冷媒ガスの圧力が上昇する。この冷
媒ガスの圧力が吐出圧力に達すると、吐出弁１３が開
き、ピストン８が上死点に達するまでこの冷媒ガスを吐
出室１４ａに吐出する。吐出された冷媒ガスは吐出パイ
プ１５を通って密閉容器１外へ導かれる。

【０００９】以上のような冷媒ガスの吸込，圧縮，吐出
工程がクランク軸６の回転により繰り返えされる。

【００１０】なお、上記のような往復動圧縮機を用いる
冷蔵庫では、冷凍サイクルの冷媒としてＣＦＣ１２など
のフロンが用いられてきたが、オゾン層破壊の問題か
ら、塩素元素を含むＣＦＣやＨＣＦＣの冷媒使用が規制
されつつあり、オゾン層を破壊する塩素元素を含まない
代替冷媒ＨＦＣなどが検討されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な動作においては、圧縮室１７内の圧力と密閉容器１内
の吸込圧力の差圧がピストン８に加わり、シリンダ１０
内のビストン８の移動方向に集中荷重Ｆが働くものと考
えられ、この荷重がスライダ９を介してクランク軸６の
偏心部６ａに作用し、クランク軸６のジャ−ナル部を介
して主軸受７ａに作用する。この集中荷重は、吸込圧力
をほぼ一定と考えると、圧縮室１７の圧力上昇に比例し
て大きくなり、クランク軸６の回転角に対して図７に示
すように変化し、圧縮室１７内での冷媒ガスの圧力が吐
出圧力Ｋに達したときに最大Ｆｍａｘとなる。

【００１２】このように、圧縮要素部３では、クランク
軸６の１回転毎に荷重Ｆがほぼ０からＦｍａｘまで変化
する片振り荷重を受け、単相式の誘導電動機の場合で
は、１秒間に電源周波数にほぼ近い回数の繰返し荷重を
受けることになる。また、圧縮室１７内の圧力変化に伴
い、シリンダ１０や弁座板１２などの構造部材も繰返し
荷重を受ける。

【００１３】往復動圧縮機では、クランク軸６の支持部
は主軸受７ａのみの片持ち構造であるのが一般的であ
る。このため、上記の繰返し荷重により、クランク軸６
は偏心回転を行ない、主軸受７ａで異常な片当りが生ず
ることになる。特に、代替冷媒を使用する場合には、一
般に、従来使用されていたフロンとの物性の違いから、
吸込圧力と吐出圧力との差圧の増大や冷凍能力低下に伴
う押除量の増加が必要となり、これにより、クランク軸
６やフレ−ム７などの部材に加わる繰返し荷重が従来の
冷媒を使用した場合よりも増大して、構成部材の疲労破
壊強度に対して配慮する必要が生じてきた。

【００１４】また、クランク軸６にたわみがあったり、
クランク軸６が主軸受７ａに対して傾いて設置されたり
した場合でも、同様に、この主軸受７ａで異常な片当り
が生ずる。

【００１５】このような負荷荷重の増加などへの対応の
一例として、材質改善による疲労破壊強度対策がある。
即ち、圧縮要素部に用いられる材料としては、ねずみ鋳
鉄を使用することが多いが、その場合の材質の改善とし
て、ねずみ鋳鉄における片状黒鉛を球状化した球状黒鉛
鋳鉄とし、切欠き効果を小さくして強度向上できること
が知られている。しかし、このようにすると、硬度も高
くなって加工性の低下が著しく、また、黒鉛を球状化す
るために、セリウムやマグネシウムなどを添加するなど
製造工程を厳しく管理する必要がある。

【００１６】なお、特開平５−７１４８８号公報に示さ
れるような粒界割れを起こすなどの問題や、改善後もさ
らに表面処理の選択に制限がある。

【００１７】また、材料を鋼種に変更する場合には、相
手材とのなじみ性の関係から大幅な構造変更となる場合
もあり、同様に、生産性の低下を招くという問題があっ
た。

【００１８】さらに、クランク軸６の支持が片持ち構造
であるために、圧縮要素部３の軸系固有振動数は２００
〜８００Ｈｚにピ−クが存在している。そして、さら
に、電源周波数の偶数倍に発生する電磁振動との共振な
どにより、１０００Ｈｚ以下の低周波音を増加させてい
た。

【００１９】本発明の目的は、かかる問題を解消し、簡
単な構成でもって負荷荷重の増加に対応することがで
き、かつ、騒音を低減することができるようにした往復
動圧縮機を提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電動機部に関して圧縮要素部とは反対側
にクランク軸を支持する副軸受としてのすべり軸受を設
け、クランク軸の外径面が接する該すべり軸受の内径面
に自動調心機能を持たせる。

【００２１】また、本発明は、電動機部に関して圧縮要
素部とは反対側にクランク軸を支持するすべり軸受を設
け、該すべり軸受が、該クランク軸の外径面に内径面が
接する第１の軸受部材と、該第１の軸受部材の外径面に
内径面が接して自動調心機能を保持させる第２の軸受部
材とからなるようにする。

【００２２】さらに、本発明は、上記すべり軸受の材質
を型成形できる焼結合金あるいは樹脂材とする。

【００２３】

【作用】クランク軸の下端を軸支する副軸受（即ち、上
記すべり軸受）は、自動調心機能を持つため、その中心
軸が軸支するクランク軸の中心軸と一致するように、調
心動作を行なう。このため、クランク軸は副軸受内で自
由な姿勢をとることが可能となる。そこで、クランク軸
が傾いて組み立てられたり、運転中にクランク軸が変形
したりしても、自動調心機能により異常な片当りを防止
できる。

【００２４】また、上記副軸受を設けたことにより、圧
縮要素部の固有振動数が高周波側に移動し、電源周波数
から遠ざかる。これにより、電磁振動との共振などの影
響が小さくなるため、１０００Ｈｚ以下の低周波音を低
減させることができる。

【００２５】さらに、また、上記副軸受の材質を型成形
できる焼結合金あるいは樹脂材とすることにより、高精
度の仕上げ加工を省略することができる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面により説明す
る。図１は本発明による往復動圧縮機の第１の実施例を
示す縦断面図であって、１９は副軸受、１９ａは内径
面、２０は軸受支えであり、図７に対応する部分には同
一符号を付けて重複する説明を省略する。

【００２７】同図において、電動機部２に関し圧縮要素
部３とは反対側（反圧縮要素部側）のクランク軸６の下
端部付近がすべり軸受である副軸受１９によって支持さ
れている。即ち、このクランク軸６はフレーム７と一体
の主軸受部７ａと副軸受１９とによって支持されてい
る。かかる副軸受１９は軸受支え２０に取り付けられて
いる。

【００２８】軸受支え２０は、それを電動機部２側から
みた平面図である図２（ａ）及び図２（ａ）の分断線Ａ
−Ａからみた縦断面図（即ち、図１と同様の断面図）で
ある図２（ｂ）から明らかなように、ほぼ四角筒状をな
す壁部２０ａの上端４隅に内部方向に突出した平面状の
取付部２０ｃが形成され、また、この壁部２０ａの下端
４辺から内部に突出して板状の保持部２０ｄが形成さ
れ、これら４個の保持部２０ｄにより、壁部２０ａの中
央部で軸受支持部２０ｂが保持される構造をなしてい
る。

【００２９】ここで、軸受支持部２０ｂは、図２（ｂ）
の下方からみて、壁部２０ａの内部の方向に窪んだ形状
をなしており、その窪み内に平面状の軸受取付部２０ｅ
が形成され、そこに副軸受１９が取り付けられる。ま
た、この軸受取付部２０ｅの中央部に、クランク軸６
（図１）の直径よりもわずかに大きく、かつ副軸受１９
（図１）の外形よりも小さい直径のクランク軸貫入孔２
０ｆが設けられている。

【００３０】軸受取付部２０ｅに副軸受１９が取り付け
られた軸受支え２０は、取付部２０ｃが電動機部２の固
定子２ａの下面部に取り付けられることにより、図１に
示すように、電動機部２に固定され、軸受支持部２０ｂ
のクランク軸貫入穴２０ｆをクランク軸６が貫入して副
軸受１９によって支持される。

【００３１】このように、クランク軸６をフレーム７の
軸受部７ａと副軸受１９とで支持するため、シリンダ１
０の動作によってクランク軸６に上記のような繰返し荷
重が加わっても、クランク軸６の偏心回転を抑えること
ができ、フレーム７の軸受部７ａでのクランク軸６の異
常な片当りが生じなくなる。

【００３２】また、副軸受１９でのクランク軸６の外径
面と接する内径面１９ａは、トーラス（ドーナツ状の環
状体）の内径面と同様の形状、即ち、クランク軸６の中
心線を含む任意の平面での断面形状がクランク軸６側に
突出した円弧状をなすものである。

【００３３】このため、クランク軸６でのかかる副軸受
１９で支持される部分の姿勢は、円筒状をなす軸受で支
持される部分のように姿勢が一意的に規制されるもので
はなく、ある程度の自由度である。即ち、クランク軸６
の中心軸がこの副軸受１９の中心軸に対して傾いていて
も、この副軸受１９はクランク軸６を、これが回転した
状態でも、正常に支持する自動調心機能を有している。

【００３４】かかる自動調心機能により、圧縮機の組立
でクランク軸６が傾いた状態で取り付けられ（勿論、こ
の傾きはわずかである）、かかる状態で回転しても、副
軸受１９はかかるクランク軸６を正常に支持することが
できるし、また、回転するクランク軸６にたわみがあっ
ても（勿論、このたわみはわずかである）、同様に支持
することができる。このため、クランク軸６のたわみや
取付け姿勢に対する精度が緩和され、圧縮機の組立が容
易となる。また、この副軸受１９では、クランク軸６の
片当たりというものがない。

【００３５】このようにして、この実施例では、筒状を
なすフレーム７の軸受部７ａでのクランク軸６の片当り
を防止することができるとともに、クランク軸６の姿勢
によらず、副軸受１９でこのクランク軸６を支持するこ
とができ、信頼性や組立性の向上を図ることができる。

【００３６】副軸受１９の材質は、型成形のできる焼結
合金あるいは樹脂材となっている。これにより、副軸受
１９は、高精度の仕上げ加工を省略できるので、コスト
の低減を図ることができる。

【００３７】また、圧縮要素部３の固有振動数が、副軸
受１９を設けたことにより、高周波側に移動して電源の
周波数から遠ざかることになる。これにより、電磁振動
との共振などの影響が小さくなるため、１０００Ｈｚ以
下の低周波音が低減する。

【００３８】図３はかかる効果を示す図であって、横軸
に１／３オクターブで表示する測定周波数を、縦軸に副
軸受１９を設けたことにより低減した音圧レベルの減衰
特性を示している。

【００３９】同図において、８００Ｈｚ，１０００Ｈｚ
が若干ながら増加しているが、６３０Ｈｚ以下におい
て、顕著な騒音低減の減衰特性を示し、副軸受１９の設
置の効果が現われている。

【００４０】なお、副軸支え２０は鋼板からなり、高精
度な鋼板の冷間塑性加工で成形されたものであって、短
時間の成形が可能である。

【００４１】かかる副軸支え２０の電動機部２の固定子
２ａへの取付けは、電動機部２の固定子２ａをフレ−ム
７にボルトで締結する際、電動機部２の固定子２ａのコ
イルを包込むように一緒に固定され、この場合、大きな
面積をもって当接する平面状の取付部２０ｃが設けられ
ているため、安定な状態で取り付けることが容易であ
る。

【００４２】副軸受１９をクランク軸６の副軸受部に取
り付け、副軸支持部２０ｂの軸受取付部２０ｅに装着す
る。しかる後、副軸受１９の構成部材の芯出しを行なっ
て、副軸受１９をこの軸受取付部２０ｅに溶接またはボ
ルトなどにて締結して固定する。

【００４３】なお、この第１の実施例では、副軸受１９
の内径面１９ａをトーラスの外径面と同様のものとした
が、これのみに限るものではなく、この内径面１９ａが
クランク軸６の長手方向に沿う曲面であって、クランク
軸の軸心に向かって凸状となる曲面であればよい。ま
た、全体が曲面でなくとも、クランク軸６が接する部分
だけ曲面とし、他の部分は平面となるようにしてもよ
い。図４はその例を２つ示している。

【００４４】図５は本発明による往復動圧縮機の第２の
実施例を示す縦断面図であって、１９’は副軸受であ
り、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する
説明を省略する。

【００４５】同図において、副軸受１９’は二重構造を
なし、クランク軸６を支持する面と自動調心機能を奏す
る面とを有している。これ以外の点については、図１に
示した第１の実施例と同様である。

【００４６】図６はこの副軸受１９の構造とその２つの
状態とを示す縦断面図であって、６ｃはクランク軸６の
中心線、１９’ａ，１９’ｂは軸受部材、１９’ａ１は
軸受部材１９’ａの内径面、１９’ａ２は軸受部材１
９’ａの外径面、１９’ｂ１は軸受部材１９’ｂの内径
面、１９’ｃは軸受部材１９’ｂの中心線であり、図５
に対応する部分には同一符号を付けている。

【００４７】同図において、副軸受１９’は内径側に軸
受部材１９’ａ、内径側に軸受部材１９’ｂが配列され
た二重構造をなしており、軸受部材１９’ａは、その内
径面１９’ａ１が円筒内面をなしてクランク軸６を支持
し、外径面１９’ａ２がトーラスの外径面をなしてい
る。また、軸受部材１９ｂは、その内径面１９’ｂ１が
トーラスの内径面をなしており、この内径面１９’ｂ１
と軸受部材１９’ａの外径面１９’ａ２の曲率が等しく
互いに摺動可能に接触している。

【００４８】かかる副軸受１９’は、外側の軸受部材１
９’ｂまでが軸受支え２０での軸受支持部２０ｂで支持
されており、軸受部材１９’ａが軸受部材１９’ｂに対
して状態が変化しても、この軸受部材１９’ａが軸受支
持部２０ｂに突き当たらないようにしている。

【００４９】図６（ａ）はクランク軸６の中心線６ｃが
軸受部材１９’ｂの中心線１９’ｃと一致している場合
の副軸受１９’の状態を示すものであって、この場合に
は、軸受部材１９’ａは水平に保たれている。なお、ク
ランク軸６は軸受部材１９’ａの内径面１９’ａ１に摺
動して回転する。

【００５０】図６（ｂ）はクランク軸６が軸受部材１
９’ａの中心軸１９’ｃに対してθだけ傾いたときの状
態を示すものであって、この場合には、軸受部材１９’
ａは同じ角度だけ軸受部材１９’ｂに対して傾く。即
ち、互いに接触した軸受部材１９’ａの外径面１９’ａ
２と軸受部材１９’ｂの内周面１９’ｂ１とは、軸受部
材１９’ａの内径面１９’ａ１が常にクランク軸６と平
行になるように、自動調心機能を有しており、クランク
軸６が傾くと、その傾き角度だけ軸受部材１９’ａが副
軸受１９’ｂに対して傾くことになる。

【００５１】このようにして、この実施例においても、
クランク軸６が副軸受内１９’で自由に姿勢をかえるこ
とができ、図１で示した第１の実施例と同様に、組立性
の向上を図ることができるし、信頼性の向上や騒音の低
減という優れた効果が得られる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
クランク軸が２つの軸受でほぼ両端部が支持されるもの
であるから、圧縮要素部の動作によって繰返し荷重がク
ランク軸に加わっても、これら軸受部でのクランク軸の
片当たりを防止できるし、組立時のクランク軸の傾きを
吸収して同軸度の精度を向上させ、また、運転中のクラ
ンク軸６の下端曲がりも吸収して、クランク軸の片当た
りを防止でき、信頼性を高めるとともに、騒音を低減す
るという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による往復動圧縮機の第１の実施例を示
す縦断面図である。

【図２】図１における軸受支えの詳細を示す図である。

【図３】図１に示した実施例の効果を示す特性図であ
る。

【図４】図１における副軸受の他の具体例を示す断面図
である。

【図５】本発明による往復動圧縮機の第２の実施例を示
す縦断面図である。

【図６】図５における副軸受のクランク軸に対する状態
の例を示す図である。

【図７】従来の往復動圧縮機の一例を示す縦断面図であ
る。

【図８】図７におけるピストンに作用する力の変化を示
す線図である。

【符号の説明】

１密閉容器２電動機部３圧縮要素部４ばね５潤滑油６クランク軸６ａ偏心部７フレ−ム７ａ主軸受部８ピストン９スライダ１０シリンダ１１吸込弁１２弁座板１３吐出弁１４カバ−体１４ａ吐出室１５吐出パイプ１７圧縮室１９，１９’ 副軸受１９ａ内径面１９’ａ，１９’ｂ軸受部材１９’ａ１内径面１９’ａ２外径面１９’ｂ１内径面２０副軸支え

フロントページの続き (56)参考文献特開平３−233179（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 39/00 103 F04B 39/00 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】密閉容器内に電動機部と圧縮要素とがク
ランク軸で連結されて配設され、かつ、該電動機部と該
圧縮要素とが圧縮コイルばねによって弾性的に支持され
てなる往復動圧縮機において、該電動機部に関して圧縮要素とは反対側に、クランク軸
を支持するすべり軸受を設け、該すべり軸受は、該クランク軸の外径面に接して自動調
心機能を保持させる内径面を有することを特徴とする往
復動圧縮機。
【請求項２】請求項１において、前記すべり軸受の内径面がトーラスの内径面とほぼ同等
の形状をなしていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項３】請求項１において、前記すべり軸受の内面の前記クランク軸の中心線を含む
任意の平面状での断面形状が、少なくとも前記クランク
軸が接する部分で前記クランク軸側に突出したなめらか
な曲線状をなしていることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項４】密閉容器内に電動機部と圧縮要素とがク
ランク軸で連結されて配設され、かつ、該電動機部と該
圧縮要素とが圧縮コイルばねによって弾性的に支持され
てなる往復動圧縮機において、該電動機部に関して圧縮要素とは反対側に、クランク軸
を支持するすべり軸受を設け、該すべり軸受は、該クランク軸の外径面に内径面が接す
る第１の軸受部材と、該第１の軸受部材の外径面に内径
面が接して自動調心機能を保持させる第２の軸受部材と
からなることを特徴とする往復動圧縮機。
【請求項５】請求項４において、前記第１の軸受部材の外径面がトーラスの内径面とほぼ
同等の形状をなし、これに接する前記第２の軸受部材の
内径面がトーラスの外径面とほぼ同等の形状をなすこと
を特徴とする往復動圧縮機。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記すべり軸受の材質を型成形できる材質としたことを
特徴とする往復動圧縮機。
【請求項７】請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記すべり軸受の材質を焼結合金としたことを特徴とす
る往復動圧縮機。
【請求項８】請求項１〜５のいずれか１つにおいて、前記すべり軸受の材質を樹脂材としたことを特徴とする
往復動圧縮機。
【請求項９】請求項１〜５のいずれか１つにおいて、フロン規制対応の冷媒を用いたことを特徴とする往復動
圧縮機。