JP2005146971A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型圧縮機に関し、騒音を低減することを目的とする。
【解決手段】密閉容器１０１内に収納され往復運動するピストン１０２を含んだ電動圧縮要素１０３と、電動圧縮要素１０３を弾性的に支持するコイルバネ１０４と、コイルバネ１０４の密閉容器１０１側および電動圧縮要素１０３側の少なくとも一方にコイルバネ１０４を保持する発泡樹脂スナブバー１０５ａを備えたもので、材料の摺動損失に加えて気泡内のガスと気泡周囲の材料との摩擦により振動エネルギーを吸収することで、機械振動の減衰効果が高くなり、騒音や振動を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機のスナブバーの改良に関するものである。

近年、冷凍冷蔵装置等に使用される密閉型圧縮機は運転による騒音が低いことが強く望まれている。

従来、この種の密閉型圧縮機は、樹脂製のスナブバーを用いて密閉容器内に電動圧縮要素を支持することにより、電動圧縮要素の運転に起因する振動が密閉容器に伝達することを抑制し、密閉容器から放射される騒音を低減したものがある（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５は、従来の密閉型圧縮機の断面図であり、図６は図５におけるＡ部の拡大断面図である。

図５、図６において、モーター７は固定子６と可動子８とから構成され、往復運動するピストン２を収納する電動圧縮要素３および電動圧縮要素３の固定子６は、密閉容器１内において、コイルバネ４により弾性的に支持されている。

ここで、コイルバネ４は組立性を容易にするため、密閉容器１側のシェルスナブバー５ｂにより圧入挿嵌され密閉容器１に取り付けられている。

また、コイルバネ４は固定子６を含む電動圧縮要素３をコイルバネ４に確実に収めるため、樹脂スナブバー５ａに遊嵌され弾性的に支持されており、樹脂スナブバー５ａは、かしめにより固定子６に固着されたスナブバーピン９に、圧入固定されている。

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。

電動圧縮要素３は、冷却システム（図示せず）から戻る低温低圧の冷媒ガスをピストン２の往復運動により圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとして再び冷却システム（図示せず）へ送り出すことで冷凍冷蔵装置を冷却する。

ここで、ピストン２が往復運動することにより発生する機械振動のうち、低周波の振動成分は、電動圧縮要素３を弾性的に支持しているコイルバネ４により吸収され、また、高周波の振動成分は樹脂スナブバー５ａの材料自身が振動する（振動損失）ことで吸収される。その結果、密閉容器１への振動伝達を抑制し、騒音振動を低減することができる。
特開２００１−７３９４７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、樹脂スナブバー５ａが均質な固体樹脂材料で構成されているため振動の内部減衰効果が小さく、密閉容器１への振動伝達を十分に減衰しきれないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、機械振動の減衰効果が高く、騒音振動が小さい密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

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、スナブバーを発泡樹脂にて成形したもので、樹脂材料の振動損失に加え、発泡樹脂内に形成される気泡内のガスと気泡周囲の樹脂材料との摩擦によって振動エネルギーを吸収することにより、樹脂スナブバー内部での振動の内部減衰が従来以上に高まるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、機械振動の減衰効果が高く、騒音振動が小さい密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器と、前記密閉容器内に収納され往復運動するピストンを含んだ電動圧縮要素と、前記電動圧縮要素を弾性的に支持するコイルバネと、前記コイルバネの前記密閉容器側および前記電動圧縮要素側の少なくとも一方に前記コイルバネを保持するスナブバーを備え、前記スナブバーを発泡樹脂にて成形したもので、樹脂材料の振動損失に加えて気泡内のガスと気泡周囲の材料との摩擦による振動エネルギーの吸収により振動の内部減衰が高まるため、機械振動の減衰効果が高く、騒音振動を低減することができる。

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、コイルバネが発泡樹脂にて成形したスナブバーに遊嵌されたもので、コイルバネと樹脂スナブバー間の遊嵌部での摩擦によって生じる振動エネルギーを気泡内のガスと気泡周囲の材料との摩擦により効果的に吸収するため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに機械振動の減衰効果が高く、騒音振動を低減することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、発泡樹脂の気泡径を５０μｍ以下としたもので、発泡樹脂内に形成される気泡径を小さくかつ気泡数が増えることにより振動エネルギーの吸収効果が高まるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに機械振動の減衰効果が高く、騒音振動を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、発泡樹脂の発泡倍率を１．２倍以上としたもので、気泡内のガスと気泡周囲の材料との摩擦による振動エネルギーの吸収作用を高めることにより、さらに顕著な振動の内部減衰効果を得られるため、請求項１から３に記載の発明の効果に加えて、さらに機械振動の減衰効果が高く、騒音振動を低減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、発泡樹脂の材料を結晶性の樹脂としたもので、結晶性樹脂の特徴として耐薬品性が高く冷媒や潤滑油への樹脂材料の溶解度が小さくなるため、請求項１から４に記載の発明の効果に加えて、さらに圧縮機の信頼性が向上し安定した運転を行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、発泡樹脂の表面に気泡が存在しないスキン層を形成したもので、スナブバーの表面を気泡が存在しない無垢の樹脂とすることで、コイルバネと樹脂スナブバー間の摩擦係数を小さくすることができ、請求項１から５に記載の発明の効果に加えて、さらに摩擦による樹脂スナブバーの摩耗を軽減し、耐摩耗性を高めることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、電動圧縮要素がインバータ方式により商用電源周波数未満の回転数を含む複数の回転数にて駆動されるもので、電動圧縮要素の低回転化に伴って回転変動やピストンの往復運動に伴う往復振動が増大しコイルバネと発泡樹脂スナブバー間での摩擦により高周波域での振動が大きくなると共に、インバータ方式のモーターから発生する高調波成分によって電動圧縮要素が高周波な振動成分を持つ場合においても、材料自身の振動損失に加えて発泡樹脂スナブバー内部に形成された気泡と気泡周囲の樹脂材料との摩擦により振動エネルギーを吸収するため、請求項１から６に記載の発明の効果に加えて、密閉容器へ伝達する高周波な振動成分を低減する効果がより顕著なものとなる。

請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれか一項に記載の発明において、圧縮する冷媒がＲ６００ａであり、Ｒ１３４ａの場合と比較して同等冷凍能力を得るために気筒容積を大きくするためにピストンが大きくなり、ピストンの往復運動に伴う電動圧縮要素の振動が増大し、コイルバネと発泡樹脂スナブバー間での摩擦により高周波域での振動が大きくなる場合においても、材料自身の振動損失に加えて発泡樹脂スナブバー内部に形成された気泡と気泡周囲の樹脂材料との摩擦により振動エネルギーを吸収するため、請求項１から７に記載の発明の効果に加えて、冷媒を地球環境にやさしいＲ６００ａとする場合においても、高周波な振動成分の密閉容器への伝達を低減する効果が顕著なものとなり、機械振動の減衰効果が高く、騒音振動を低減することができる。

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断面図、図２は図１のＡ部の拡大断面図である。図３は同実施の形態における発泡樹脂スナブバーの拡大断面図である。図４は同実施の形態における超臨界発泡成形機の構成概略図である。

図１から図４において、往復運動するピストン１０２を収納する電動圧縮要素１０３および電動圧縮要素１０３の固定子１０６は、密閉容器１０１内において、コイルバネ１０４により弾性的に支持されている。

一方、電動圧縮要素１０３のモーターは、インバータ方式により商用電源周波数未満の回転数を含む複数の回転数にて駆動されると共に、冷媒には自然冷媒であるＲ６００ａを用いている。

ここで、コイルバネ１０４は組立性を容易にするため、密閉容器１０１側のシェルスナブバー１０５ｂにより圧入挿嵌され密閉容器１０１に取り付けられている。

また、固定子１０６を含む電動圧縮要素１０３をコイルバネ１０４に確実に収めるため、コイルバネ１０４に遊嵌された発泡樹脂スナブバー１０５ａにより弾性的に支持されており、発泡樹脂スナブバー１０５ａは、かしめにより固定子サポート１１０に固着されたスナブバーピン１０９に圧入固定されている。

発泡樹脂スナブバー１０５ａは、主にガラス繊維を添加した結晶性樹脂であるポリブチレンテレフタレートなどの合成樹脂で形成されている。１００℃以上の耐熱温度を確保するためガラス繊維を添加しているが、この添加したガラス繊維が気泡核となるため、ポリブチレンテレフタレートは発泡成形に適した材料であるといえる。

さらに、発泡樹脂スナブバー１０５ａは、超臨界発泡成形（詳細は後述する）により成形されており、気泡径１〜５０μｍの微細な気泡１５０が１０⁹〜１０¹⁵ｃｅｌｌｓ／ｃｍ³程度の高密度で形成されている。そのため、最小板厚が１〜３ｍｍ程度の薄肉の板厚寸法においてもその内部に５０μｍ程度以下の微細な気泡１５０を発泡倍率１．２倍以上で形成することができ、表面近傍には気泡を内包しない無垢のスキン層１５１が形成される。

なお、上述した発泡倍率は、同一の体積において、発泡した樹脂に対する発泡していない樹脂の質量比を意味している。

ここで、本実施の形態の発泡樹脂スナブバー１０５ａを成形するために用いる超臨界発泡成形機１５９は、図４に示すように、原料挿入部１６０と、溶解射出部１６１と、金型部１６２と、金型部の駆動や冷却温度などを制御する制御部１６３と、超臨界ガス発生部１６４とから構成されており、環境負荷物質であるアゾ化合物やフロンなどの発泡剤を用いる化学発泡成形法に比べ、気泡径が小さく高密度な発泡が可能であることと、二酸化炭素や窒素などの不活性ガスを用いるため環境にやさしい発泡成形ができることに特徴がある。

以下、超臨界発泡成形機１５９を用いた発泡樹脂の成形プロセスについて説明する。

まず、ポリブチレンテレフタレートの原料ペレットを原料挿入部１６０に投入する。投入した原料ペレットは、溶融射出部１６１にて約２５０℃以上の温度で溶融される。一方、超臨界ガス発生部１６４にて超臨界状態となった物理発泡剤の二酸化炭素または窒素は、溶解射出部１６１に注入され高圧の液として樹脂原料と混合される。その後、溶融射出部１６１に内蔵されたスクリューにより溶融した原料と共に超臨界状態の発泡剤が金型部１６２に射出される。

そして、金型部１６２への注入時に起こる急激な体積変化や温度変化により超臨界状態の発泡剤がガス化し気泡が形成される。この時、制御部１６３において原料や発泡剤の射出量や射出温度および金型部１６２の温度などを調節して成形時の温度と圧力をコントロールすることにより、発泡樹脂の気泡密度や気泡径を任意に調整することができる。

さらに、この成形時に、気泡１５０の成形圧力により樹脂内部から金型に向かって圧力がかかるため、金型近傍の樹脂原料は金型に向かって押し付けられ気泡が形成されないスキン層１５１ができる。

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。

電動圧縮要素１０３は冷却システム（図示せず）から戻る低温低圧の冷媒ガスをピストン１０２の往復運動により圧縮し、高温高圧の冷媒ガスとして再び冷却システム（図示せず）へ送り出すことで冷凍冷蔵装置を冷却する。

ここで、ピストン１０２が往復運動することにより電動圧縮要素１０３から機械振動が発生する。ここで、低周波の振動成分は固有振動数が低く弾性的に支持しているコイルバネ１０４により吸収される。

一方、高周波の振動成分は、発泡樹脂スナブバー１０５ａの材料自身が振動することによる材料の振動損失に加えて、気泡１５０内のガスと気泡１５０周囲の材料との摩擦により振動エネルギーを吸収することができる。そのため、振動の内部減衰を高めることができ、密閉容器１０１への高周波の振動成分の伝達を大幅に抑制することができるため、密閉容器１０１の騒音や振動を格段に低減する効果がある。

さらに、コイルバネ１０４と発泡樹脂スナブバー１０５ａとは遊嵌されているためにこの遊嵌部で摩擦が生じる。この摩擦によって生じる振動エネルギーを気泡内のガスと気泡周囲の発泡樹脂材料との摩擦により効果的に吸収するため、機械振動の減衰効果が高くなり騒音や振動をさらに低減することができる。

具体的な効果として、無垢の樹脂材料と比較して発泡倍率１．２倍程度で、可聴域の音響透過損失を１〜２ｄＢ低減することができる。

特に、本実施例の形態では、自然冷媒であるＲ６００ａを使用しているためＲ１３４ａの場合と比較して、冷媒の特性差のために気筒容積が大きくなるため、ピストン１０２が大きく重くなる傾向にあると共に、商用電源周波数未満の低回転数にて運転されるため、ピストン１０２の往復運動に伴う電動圧縮要素１０３の振動が増大し、コイルバネ１０４と発泡樹脂スナブバー１０５ａ間での摩擦による高周波域での振動が大きくなる。

上述した電動圧縮要素１０３の振動について、詳細に説明する。

電動圧縮要素１０３の振動は、ピストン１０２の往復運動の反作用として、電動圧縮要素１０３に加振力が加わるために引き起こされ、この加振力の大きさは、ピストン１０２の加速度と質量の積に等しい。従って、ピストン１０２の質量が重いほど電動圧縮要素１０３の振動が増大する。

さらに、コイルバネ１０４で電動圧縮要素１０３の振動系は、コイルバネのバネ定数と電動圧縮要素１０３の質量の関係から固有振動数を持ち、通常、固有振動数は概ね１０Ｈｚ前後であることが多い。そのため、低速回転で運転周波数が電動圧縮要素１０３とコイルバネ１０４からなる振動系の固有振動数に近づいてくるために、電動圧縮要素１０３の振動が増大する。

上述した要因以外にも、インバータ方式のモーター１０７から発生する高調波成分により、電動圧縮要素１０３の高周波域での振動が大きくなる。

しかしながら、本現象に対して材料自身の振動損失に加えて発泡樹脂スナブバー１０５ａ内部に形成された気泡１５０と気泡１５０周囲の樹脂材料との摩擦により振動エネルギーを吸収することにより、密閉容器１０１へ伝達される高周波の振動成分を低減することができ、騒音や振動を低減することができる。

一方、発泡樹脂スナブバー１０５ａは超臨界発泡成形されており、気泡径１〜５０μｍの微細な気泡が１０⁹〜１０¹⁵ｃｅｌｌｓ／ｃｍ³程度の高密度で形成されるため、無垢の樹脂材料と比較して微細な気泡群によって形成される内部構造により、樹脂材料の使用量そのものを削減しても機械的強度は材料の使用量削減ほど劣化することがない。そのため、機械的強度が低下することなく、樹脂材料の使用量を削減することができ部品のコストを低減する効果がある。具体的には、本実施例では発泡倍率を１．２倍以上とすることで、樹脂材料の使用量を２０％以上削減することができる。

また、発泡樹脂スナブバー１０５ａは結晶性樹脂であるポリブチレンテレフタレートを用いているため耐薬品性が強く、冷媒や潤滑油に樹脂が溶融することが殆どないため、樹脂が溶解して摺動部の潤滑状態を悪化させたり冷凍サイクルを閉塞させてしまうといった不具合を防止でき、高い信頼性を確保し圧縮機を安定的に運転することができる。

また、図３に示すように発泡樹脂スナブバー１０５ａの表面は気泡１５０を内包しない無垢のスキン層で覆われている。そのため、発泡樹脂スナブバー１０５ａの表面だけを無垢の樹脂とすることで、コイルバネ１０４と発泡樹脂スナブバー１０５ａ間の摩擦係数を小さくすることができ、摩擦による発泡樹脂スナブバー１０５ａの摩耗を軽減し、耐摩耗性を高めることができる。

なお、本実施例では発泡樹脂スナブバー１０５ａの全体を発泡樹脂としたが、コイルバネ１０４との摩擦が生じる部分だけ部分的に発泡することでも同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では発泡方法として超臨界発泡技術を用いたが、化学発泡剤を用いた一般的な化学発泡によっても発泡樹脂スナブバー１０５ａを成形することは可能である。但し、この場合には、気泡径は約１００μｍの大きさであり、気泡密度は約１０⁷ｃｅｌｌｓ／ｃｍ³程度となるため、超臨界発泡成形と比較すると、気泡径が大きく気泡密度が小さくなるという特徴がある。そのため、超臨界発泡成形の場合と同様の振動の減衰効果を得るためには、発泡樹脂スナブバー１０５ａの最小板厚を３〜５ｍｍ程度以上とする必要があり、若干の大型化となる。しかしながら、一般的な化学発泡のほうが発泡成形機が簡素なため低コストで製造できるという利点を有しており、目的に応じて採用が可能である。

また、本実施例では発泡樹脂スナブバー１０５ａの材料としてポリブチレンテレフタレートを用いたが、射出成形にて発泡成形できかつ耐摩耗性に優れた材料としてポリエーテルエーテルケトンやポリフェニレンサルファイドなどを使用することで、さらに耐摩耗性を高めることができるため、圧縮機を長期間に渡り安定に運転することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は騒音振動を低減することが可能となるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の断面図 図１のＢ部の拡大断面図 本発明の実施の形態における樹脂スナブバーの拡大断面図 本発明の実施の形態における超臨界発泡成形機の構成概略図 従来の密閉型圧縮機の断面図 図５のＡ部の拡大断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ ピストン
１０３ 電動圧縮要素
１０４ コイルバネ
１０５ａ 発泡樹脂スナブバー
１５０ 気泡
１５１ スキン層

Claims (8)

1. 密閉容器と、前記密閉容器内に収納され往復運動するピストンを含んだ電動圧縮要素と、前記電動圧縮要素を弾性的に支持するコイルバネと、前記コイルバネの前記密閉容器側および前記電動圧縮要素側の少なくとも一方に前記コイルバネを保持するスナブバーを備え、前記スナブバーを発泡樹脂にて成形した密閉型圧縮機。
2. コイルバネが発泡樹脂にて成形したスナブバーに遊嵌された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 発泡樹脂の気泡径を５０μｍ以下とした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 発泡樹脂の発泡倍率を１．２倍以上とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 発泡樹脂の材料を結晶性の樹脂とした請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 発泡樹脂の表面に気泡が存在しないスキン層を形成した請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 電動圧縮要素がインバータ方式により商用電源周波数未満の回転数を含む複数の回転数にて駆動される請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
8. 圧縮する冷媒がＲ６００ａである請求項１から７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

Images