JP2005155438A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉型圧縮機のピストンに関し、低速運転時の振動を低減する。
【解決手段】密閉容器１０２内に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電動要素２０６と、電動要素２０６によって駆動する圧縮要素２０８とを収容し、圧縮要素２０８はシリンダー２４２内を往復動するピストン２５０を備え、ピストン２５０は少なくとも一部がアルミまたはアルミ合金によって形成されることにより、ピストン２５０を軽量化し、ピストン２５０の往復動に伴う加振力を低減することで、振動を低減し、特に低速運転における振動を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は電気冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等に使用されるインバーター制御方式の密閉型圧縮機に関するものである。

近年、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等において、低振動化の必要性が高まっている。

特に、インバーター制御により運転回転数を可変速する方式の往復動式の密閉型圧縮機においては、低速回転により消費電力を低減することができる反面、低速運転時の振動が大きくなることが課題となっている。

従来の密閉型圧縮機としては、Ｒ６００ａを主体とする冷媒を用い、かつ振動を小さくするための改善をしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図８から図９を参照しながら、上記従来の密閉型圧縮機について説明する。

図８は従来の密閉型圧縮機の側面図である。

図８において、密閉容器１０２内には、下方に配置された電動要素１０６と、上方に配置された圧縮要素１０８を一体化した電動圧縮要素１１０が、サスペンションスプリング１１２を介して支持されて収容される。また、この密閉型圧縮機は温暖化係数の低い炭化水素系冷媒であるＲ６００ａを圧縮する。

電動要素１０６は、永久磁石を内蔵するロータ１２０と、ステータ１２２で構成されている。

次に圧縮要素１０８の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト１３０は、ロータ１２０を圧入固定した主軸１３２および主軸１３２に対し偏心して形成された偏心軸１３４を有するとともに、バランスウェイト部１３６を主軸１３２と偏心軸１３４の間に有している。

ブロック１４０は、略円筒形のシリンダー１４２を有するとともに主軸１３２を軸支する軸受部１４４を有し、電動要素１０６の上方に形成されている。

ピストン１５０は、鉄などの金属で形成され、シリンダー１４２に往復動自在に挿入されることで、シリンダー１４２との間に圧縮室１５２を形成している。また、ピストン１５０は偏心軸１３４との間を連結手段１５４によって連結されている。

バランスウェイト１６０は、鉄板を積層して形成され、ロータ１２０の上面に固定される。バルブプレート１６２は、シリンダー１４２の端面１４２ａに、高圧室を形成するシリンダヘッド１６４、ＰＢＴなどの樹脂で成型される吸入マフラー１６６と共に取り付けられている。

サスペンションスプリング１１２は、図８の断面を中心に４箇所に設けてあり、密閉容器１０２に固定されたスナブバー１７０および電動要素１０６のステータ１２２に固定されたスナブバー１７２の間に嵌装されている。

密閉容器１０２には、ハーメチックターミナル１７４や吸入管１７６、吐出管１７８が溶接等により固定されている。吸入管１７６と吐出管１７８は冷却システムの低圧側と高圧側（図示せず）にそれぞれ接続されている。

インバーター装置１８０は、ハーメチックターミナル１７４を介して、ステータ１２２と接続される。インバーター装置１８０をコントロールする制御回路１８２は、商用電源１８４に接続されている。

なお、一般に密閉型圧縮機の消費電力は運転周波数が低いほど小さくなるが、同時に冷凍能力も低下する。また一方で、周囲温度などの条件によって必要な冷凍能力は変化するため、適切な運転周波数も変化する。このため、インバーター装置は商用電源の周波数に対しその半分程度から商用電源の周波数を超える程度までの間で複数の出力周波数が予め設定され、例えば周囲温度などに基づいて必要な冷凍能力に応じた適切な出力周波数を選択する。

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。

商用電源１８４から供給される電力は制御回路１８２、インバーター装置１８０を介して電動要素１０６に供給され、ロータ１２０を所定の回転数で回転させる。ロータ１２０はクランクシャフト１３０を回転させ、偏心軸１３４の偏心運動が連結手段１５４を介してピストン１５０に伝えられることで、ピストン１５０はシリンダー１４２内を往復運動する。

冷媒は、冷却システム（図示せず）から吸入管１７６を通して密閉容器１０２内に導かれた後、吸入マフラー１６６から吸入され、圧縮室１５２内で連続して圧縮され、吐出管１７８より冷却システムへ再び吐き出される。

またこの際、ピストン１５０がシリンダー１４２内で往復運動することで不平衡な振動エネルギーが発生するが、この振動エネルギーをバランスウェイト部１３６およびバランスウェイト１６０によって打ち消している。
特開２００３−３９５８号公報

しかしながら、上記従来の構成のような単気筒の圧縮機では、往復運動による振動をバランスウェイトで完全に打ち消すことは不可能である。この理由を以下に説明する。

ピストンの往復運動の反作用として発生する慣性力の方向は一定で、正負に変化するのみであるのに対し、バランスウェイトに作用する遠心力の方向はバランスウェイトの回転に伴い常に回転している。従って、上死点および下死点では、遠心力はピストン１５０の慣性力と反対向きに作用し、電動圧縮要素１１０への加振力を小さくするように作用する。ところが上死点と下死点以外の位置では、慣性力と遠心力のベクトルの方向は異なるため、慣性力と遠心力を足し合わせてもいずれかの方向に不釣合いを生じる。

このように振動の発生が避けられない上に、冷媒Ｒ６００ａを用いた密閉型圧縮機においては、冷媒物性の違いにより冷媒Ｒ１３４ａを用いた圧縮機に比べ同等の冷凍能力を実現するために概ね倍の気筒容積が必要となるため、偏心軸１３４の偏心量およびピストン１５０の外径が、従来広く使用されてきた冷媒Ｒ１３４ａを用いた密閉型圧縮機に比べ遥かに拡大されている。この結果、ピストン１５０の質量の増加やピストン１５０の振幅も増加により、往復運動によって発生する振動エネルギーも大きくなる。

しかも、近年の冷蔵庫が断熱性能の向上に伴い、密閉型圧縮機の低回転化による省エネ効果がますます大きくなってきているにもかかわらず、２０ｒ／ｓｅｃ未満といった極端に低い運転周波数では、密閉型圧縮機の振動が急激に増加してしまうため、密閉型圧縮機の低回転化による省エネ効果を得る上での大きな課題になっていた。

図９に、運転周波数に対する密閉型圧縮機の振動特性を示している。図９は、横軸に運転周波数を、縦軸に密閉型圧縮機の密閉容器のピストン往復方向の振幅を示しており、この結果から、運転周波数が低くなるほど振幅が増加し、２７Ｈｚ周辺では４０マイクロメートル以下の振幅であるにもかかわらず、１５Ｈｚ以下では急激に振幅が大きくなり１００マイクロメートルを上回っていることが分かる。以下、その理由について詳述する。

密閉容器１０２内に固定されたサスペンションスプリング１１２およびこれによって支持される電動圧縮要素１１０の振動系は、サスペンションスプリング１１２のバネ定数と電動圧縮要素１１０の質量の関係から固有振動数を持つ。バネ定数が小さいほど振動を伝えにくくなるが、サスペンションスプリング１１２に要求される剛性との関係等である程度の剛性が必要となり、通常、固有振動数は本背景技術同様、概ね１０Ｈｚ前後であることが多い。

すなわち、図９において１５Ｈｚ以下で急激に振幅が大きくなっているのは、電動圧縮要素１１０の運転周波数が電動圧縮要素１１０とサスペンションスプリング１１２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１１０の振動がサスペンションスプリング１１２を介して密閉容器１０２に伝わりやすくなってくるためである。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、低速運転における振動を低減した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、シリンダーを形成するブロックと、シリンダー内を往復動するピストンとを備え、ピストンは少なくとも一部がアルミまたはアルミ合金を用いて形成されたものであり、ピストンを軽量化することで往復振動による加振力を軽減するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、低ピストンの往復動による加振力が小さくなるため、振動を低減することができ、特に低速運転における振動を低減した密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に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電動要素と、前記電動要素によって駆動する圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、前記クランクシャフトを回転自在に軸支するとともにシリンダーを形成するブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結する連結手段を備え、前記ピストンは少なくとも一部がアルミまたはアルミ合金によって形成したもので、鉄に比べ比重の小さい軽金属を用いることでピストンが軽量化され、ピストンの往復動による加振力が小さくなるため、振動を低減することができ、特に低速運転における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に記載の発明の運転周波数は、さらに２０ｒ／ｓｅｃ未満の運転周波数を含むもので、回転数を低くすることで摺動損失が小さくなるため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、入力を低減して高い効率を得ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明の運転周波数は、さらに最低回転数に対する最高回転数の比が３以上としたもので、負荷の大きい条件では高速運転するため、請求項１および２に記載の発明の効果に加えて、高速運転により高い冷凍能力を実現し、高い冷凍能力が必要な高負荷時にも必要な冷凍能力が得ることができ、冷却サイクルの負荷変動に対応することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明の圧縮する冷媒を、Ｒ６００ａとしたもので、冷媒特性の違いによりＲ１３４ａ冷媒に比べピストンの外径や振幅が大きくなっても、比重の小さい軽金属を用いることでピストンが軽量化され、ピストンの往復動による加振力が小さくなるため、請求項１から３に記載の発明の効果に加えて、ピストンの外径や振幅が大きく、気筒容積が大きくなっても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１項に記載の発明のシリンダーは、アルミまたはアルミ合金で形成されたもので、運転に伴って温度が変化してもシリンダーとピストンの線膨張係数が同じであるため、半径方向の隙間をほぼ一定に保つことができるため、シリンダーとピストンの半径方向の隙間を小さく設計することで、ピストンとシリンダーの間の気密を保持するため、請求項１から４に記載の発明の効果に加えて、運転に伴って温度が変化しても、圧縮された冷媒が圧縮室からピストン背面へ漏洩することを防止でき、高い効率を得ることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５のピストンあるいはシリンダーの少なくとも一方に、ニッケル、クロムなどのメッキやＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、カーボン等のコーティングのいずれかの表面処理を行ったもので、ピストンとシリンダーの摺動面において、アルミ同士が金属接触することを防止でき、凝着や摩耗の発生を防止し、高い信頼性を得ることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の発明に、さらにピストンリングを用いたものであり、アルミまたはアルミ合金で形成されるピストンの線膨張係数は鉄製のシリンダーよりも大きいため、高温時でもピストンとシリンダーの半径方向の最小限の隙間を維持するように設計した結果、冷時にピストンとシリンダーとの変形方向の隙間が大きくなるが、その際にもピストンリングがピストンとシリンダー間の気密を保持できるため、請求項１から４に記載の発明の効果に加えて、運転に伴って温度が変化しても、圧縮された冷媒が圧縮室からピストン背面へ漏洩することを防止でき、高い効率を得ることができる。

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。また、従来と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

（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側面図、図２は、同実施の形態におけるピストンとピストンリングの分解斜視図、図３はピストンリングの周辺を示す要部断面図である。また、図４は密閉型圧縮機の振幅の特性図である。

図１から図３において、密閉容器１０２内には、下方に配置された電動要素２０６と、上方に配置された圧縮要素２０８を一体化した電動圧縮要素２１０がサスペンションスプリング１１２を介して支持されて収容される。

クランクシャフト２３０は、ロータ１２０を圧入固定した主軸２３２、および主軸２３２に対し偏心して形成された偏心軸２３４を有している。また、偏心軸２３４の上端には、バランスウェイト２３８が取り付けられている。ブロック２４０は、鋳鉄を鋳造して形成され、シリンダー２４２と軸受部２４４を備えている。

ピストン２５０はアルミで形成され、シリンダー２４２に往復動自在に挿入され、シリンダー２４２とピストン２５０よって圧縮室２５２が形成されている。ピストン２５０と偏心軸２３４はコネクティングロッド方式の連結手段２５４にて連結されている。

ピストンリング２５６，２５８は、円周上の１箇所に斜めの切れ目２５６ａ，２５８ａがある環状の形状をなし、ＰＴＦＥ（フッ素樹脂）を主成分とする樹脂で形成される。ピストン２５０はシリンダー２４２に対向する外周面に環状溝２５０ａ，２５０ｂを有し、ピストンリング２５６，２５８は、それぞれ環状溝２５０ａ，２５０ｂ内に配置されている。

電動要素２０６は、インバーター装置（図示せず）により、最低回転数が１７ｒ／ｓｅｃで、最高回転数を７５ｒ／ｓｅｃとし、運転周波数比を４倍以上とした広範囲な運転を行う。

また、この密閉型圧縮機は温暖化係数の低い炭化水素系冷媒の代表的な冷媒であるＲ６００ａを圧縮する。Ｒ６００ａはＲ１３４ａに比べ密度が低いため、Ｒ１３４ａと同等の冷凍能力をＲ６００ａで得るためには、ガスの状態で約２倍の体積の冷媒を循環させる必要がある。従って、気筒容積を大きくするために、偏心軸２３４の偏心量およびピストン２５０の外径は大きくなっている。

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、作用を説明する。

電動要素２０６によりクランクシャフト２３０が回転し、偏心軸２３４の偏心運動が連結手段２５４により、ピストン２５０の往復運動に変換される。ピストン２５０の往復運動の反作用として、電動圧縮要素２１０には加振力が加わり、この加振力の大きさはピストン２５０の加速度と質量の積と等しい。

ところが、ピストン２５０は比重が３弱のアルミで形成されており、比重が約７である鉄に比べて半分以下であり、ピストン２５０の軽量化が可能である。この結果、鉄を用いた場合に比べピストン２５０の質量が約４０％に軽量化でき、往復運動による加振力も約４０％に低減できる。

図４は、運転周波数を変化させた時の、密閉型圧縮機の振動特性の実測値を示している。図４において、横軸は運転周波数、縦軸は密閉容器のピストン往復方向の振幅を示している。また、破線で示す従来の密閉型圧縮機は鉄製のピストンを用いており、実線で示す本発明による密閉型圧縮機のピストンはアルミを用いており、ともにＲ６００ａ用の諸元で比較している。図４の結果から、本発明による密閉式圧縮機の振動は、鉄などで形成されたピストンを使用した従来に比べて概ね半減し、運転周波数１７Ｈｚでも約５０マイクロメートルと実用上問題ない程度まで低減されていることが実験で確認している。

なお、既に説明したように、冷媒にＲ６００ａを用いた場合、Ｒ１３４ａに比べ約２倍の気筒容積が必要になるため、ピストン２５０の外径や偏心軸２３４の偏心量が大きくなるので、ピストン２５０の質量や加速度が大きくなり、ピストン２５０の往復運動の反作用として作用する加振力も大きくなり、振動が大きくなりやすい。従って、ピストン２５０の軽量化による振動低減の効果は、冷媒にＲ６００ａを用いた場合に顕著であり、２０ｒ／ｓｅｃ未満といった非常に低い周波数においても、ピストン２５０の軽量化により加振力を低減することで、振動を小さくすることができる。

また、ピストン２５０に用いられるアルミの線膨張係数は２．３×１０^-5／Ｋであるのに対して、シリンダー２４２に用いられる鉄の線膨張係数は、１．２×１０^-5／Ｋであり、ピストン２５０の線膨張係数の方がシリンダー２４２の線膨張係数より大きく、温度が高いほどピストン２５０とシリンダー２４２の隙間は小さくなる。

そのため、最も高温になる運転条件でも、ピストン２５０とシリンダー２４２の半径方向の隙間が無くなることでシリンダー２４２とピストン２５０が密着して圧縮機が停止することを防止し、ピストン２５０とシリンダー２４２の半径方向の隙間を確保するためには、冷時において、シリンダー２４２内径とピストン２５０外径との間に、半径形方向の大きな隙間を設けておく必要がある。例えば、シリンダー２４２とピストン２５０の線膨張係数の差が１×１０^-5／Ｋ、冷時に対する高温時の温度上昇幅を１００Ｋとすると、直径３０ｍｍに対して３０マイクロメートル程度の隙間が必要となり、鉄同士で通常設計する場合の隙間に対して、３倍以上程度大きくする必要がある。

ピストン２５０とシリンダー２４２の半径方向の隙間が大きい場合、圧縮した冷媒が、圧縮室２５２からピストン２５０背面の密閉容器１０２内空間に漏れて性能が低下するが、ピストンリング２５６，２５８を用いることで、シリンダー２４２とピストン２５０の間の漏れを防止し、性能の低下を防止することができる。

以下、ピストンリングの動作、作用について、詳細に説明する。なお、ピストンリング２５６について図３を用いて説明するが、ピストンリング２５８についても同様である。

ピストン２５０の外径はシリンダー２４２に対して小さめであるのに対して、ピストンリング２５６，２５８の外径はシリンダー２４２の内径とほぼ同じか、押し付け力が働くようにシリンダー２４２の内径よりやや大きいものが選択される。そして、シリンダー２４２内の圧縮室２５２では冷媒を圧縮しているため、圧縮室２５２内の圧力はピストン２５０の背面側よりも高いので、ピストンリング２５６，２５８には図３の白矢印で示すように冷媒の圧力による押し付け力が作用し、シリンダー２４２壁面とピストン２５０の環状溝２５０ａ，２５０ｂの壁面に押し付けられる。

さらに、ピストンリング２５６，２５８には斜めの切れ目２５６ａ，２５８ａがあり、外径が変化することができるため、ピストンリング２５６，２５８自体の熱膨張の影響を受けずにシリンダー２４２に密着することができる。しかも、ピストンリング２５６，２５８には圧力による押し付け力が作用し、切れ目２５６ａ，２５８ａの部分も密着するので、切れ目２５６ａ，２５８ａからの漏れも防止できる。

従って、ピストンリング２５６，２５８により、シリンダー２４２とピストン２５の半径方向の隙間は常に小さく保たれるため、シリンダー２４２内の圧縮室２５２から密閉容器１０２内空間への冷媒の漏れを少なくすることができ、性能の低下を防止できる。

さらに、シリンダー２４２の材料である鉄との動摩擦係数が金属や他の樹脂に比べて低いＰＴＦＥをピストンリングの材料に用いることで、ピストンリング２５６，２５８とシリンダー２４２の間の摩擦係数が小さくなるので、ピストンリング２５６，２５８とシリンダー２４２間の摺動損失を小さくすることができ、高い効率を得ることができる。

また、運転周波数の可変幅を大きくとり、密閉型圧縮機の冷凍能力範囲を大とすることで、冷蔵庫等への適用時に使用負荷に適した冷凍能力を設定できるので省電力化が図れる。即ち、断熱性能の向上した近年の冷蔵庫筐体においては、安定運転時は少ない冷凍能力で筐体を冷却可能であるので、最低回転数の１７ｒ／ｓｅｃを用いることで、軸受部などの摺動速度が低くなり摺動損失を極端に小さくできるので、消費電力を低減することができるとともに、電源投入時や扉開閉、除霜後などのように一時的に発生する高い冷凍能力が必要な条件においては、最高周波数の７５ｒ／ｓｅｃを用いることで負荷を乗り越えることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、ピストンの軽量化により振動を低減でき、特に低速運転でも振動を低減することができる。さらに、運転における温度変化が生じても、ピストンとシリンダーと隙間を介して、圧縮室の冷媒が漏洩することを防止でき、高い効率を得ることができる。また、冷蔵庫における消費電力を低減できるとともに、高負荷運転も問題なく乗り越えて使用することができる。

なお、本実施の形態では、ピストンリングを２個用いたが、ピストンリングを１個あるいは３個以上用いても良い。

また、本発明ではピストンをアルミで形成したが、これ以外のチタニウム、マグネシウム、ジュラルミンなどの比重の軽い軽金属としても同様の効果が得られることはいうまでもない。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２による密閉型圧縮機の側面図である。

なお、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図５において、密閉容器１０２内には、下方に配置された電動要素２０６と、上方に配置された圧縮要素３０８を一体化した電動圧縮要素３１０が、サスペンションスプリング１１２を介して支持されて、収容される。

鋳鉄で形成されるブロック３４０は孔部３４０ａを有し、シリンダー３４２はアルミで形成され、一方にフランジ部３４２ａを有する円筒形状をなし、ブロック３４０の孔部３４０ａに挿入される。また、シリンダー３４２とブロック３４０の孔部３４０ａの間には弾性部材３４６が配置されている。弾性部材３４６は、アルミなどの金属に比べ剛性が低く、柔軟性に富む素材が望ましく、例えばゴムなどの素材で形成される。

ピストン３５０は、シリンダー３４２に挿入され、圧縮室３５２を形成している。ピストン３５０はシリンダー３４２と同様にアルミで形成され、シリンダー３４２とピストン３５０の線膨張係数はほぼ等しい。また、ピストン３５０の表面には、厚み５ミクロン程度のＮｉ−Ｃｏ−Ｐなどからなる皮膜がメッキにより付加されている。さらに、ピストン３５０と偏心軸２３４はコネクティングロッド方式の連結手段２５４にて連結されている。

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、作用を説明する。

電動要素２０６によりクランクシャフト２３０が回転し、偏心軸２３４の偏心運動が連結手段２５４により、ピストン３５０の往復運動に変換される。ピストン３５０の往復運動の反作用として、電動圧縮要素３１０には加振力が加わり、この加振力の大きさはピストン３５０の加速度と質量の積と等しい。

以上のような本実施の形態において、ピストン３５０の質量低減による加振力および振動の低減に関する説明は、実施の形態１と同様であるため省略する。

シリンダー３４２は、弾性部材３４６によりブロック３４０内に保持されているが、鋳鉄で形成されるブロック３４０の線膨張係数は、アルミで形成されるシリンダー３４２の線膨張係数よりも小さいため、運転による温度上昇に伴う熱膨張もブロック３４０の孔部３４０ａの内径の増加より、シリンダー３４２の外径の増加は大きくなる。その結果、孔部３４０ａの内径と、シリンダー３４２の外径との間の隙間は温度が高いほど狭くなる。ところが、シリンダー３４２とブロック３４０の間には弾性部材３４６が配置され、弾性部材３４６の剛性はシリンダー３４２やブロック３４０より十分に低く、なおかつ柔軟性を有しているため、温度変化に伴うシリンダー３４２とブロック３４０の熱膨張、熱収縮が妨げられることはない。

また、運転中の温度変化に伴い、シリンダー３４２とピストン３５０は熱膨張、熱収縮するが、ともにアルミで形成されており線膨張係数が等しいので、シリンダー３４２とピストン３５０の間の半径方向の隙間は基本的に変化しない。このため、半径方向の隙間を小さく設計することで、圧縮室３５２からの漏れを防止することができる。

また、ピストンの表面はＮｉ−Ｃｏ−Ｐメッキによる皮膜が形成されているので、アルミ同士が直接摺動して、金属接触が生じることで凝着による摩耗が発生することはなく、高い信頼性を得ることができる。

さらに、シリンダー３４２は、ブロック３４０に対して柔軟な弾性部材３４６で支持されているので、シリンダー３４２と軸受部２４４と直角度や、クランクシャフト２３０の主軸２３２と偏心軸２３４の平行度、連結手段３５４の大端と小端の平行度などの寸法を厳密に管理しなくても、ピストン３５０にシリンダー３４２が柔軟に追従するので、ピストン３５０とシリンダー３４２がこじることによる局所的な摩耗の発生や摩擦による損失の増大を防止することができる。

従って、ピストンとシリンダーをともにアルミで形成することで、ピストンの軽量化により振動を低減でき、特に低速運転でも振動を低減することができる。また、運転における温度変化が生じても、ピストンとシリンダーと隙間を介して、圧縮室の冷媒が漏洩することを防止でき、高い効率を得ることができる。さらにピストンの表面はメッキによる皮膜が形成されているので、アルミ同士が直接摺動して、金属接触が生じることで凝着による摩耗が発生することはなく、高い信頼性を得ることができる。

なお本実施の形態では、ピストンの表面に皮膜を設けたが、シリンダー表面に皮膜を設けても同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、表面に皮膜を設ける方法は、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）やテフロン(登録商標）、二硫化モリブデン、アルマイトなどのコーティングや、クロムメッキ等の表面処理を用いてもよい。

（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３による密閉型圧縮機の側面図である。

なお、実施の形態１および２と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図６において、密閉容器１０２内には、下方に配置された電動要素２０６と、上方に配置された圧縮要素４０８を一体化した電動圧縮要素４１０が、サスペンションスプリング１１２を介して支持されて、収容される。

アルミで形成されるブロック４４０の上面に、アルミで形成されたシリンダー４４２が取り付けられている。

ピストン４５０は、シリンダー４４２に挿入され、圧縮室４５２を形成している。ピストン４５０はシリンダー４４２と同様にアルミで形成され、シリンダー４４２とピストン４５０の線膨張係数はほぼ等しい。また、ピストン４５０の表面には、厚み５ミクロン程度のＮｉ−Ｃｏ−Ｐなどからなる皮膜がメッキにより付加されている。さらに、ピストン４５０と偏心軸２３４は、ピストン４５０側にボールジョイントを有する連節棒からなる連結手段４５４にて連結されている。

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、作用を説明する。

電動要素２０６によりクランクシャフト２３０が回転し、偏心軸２３４の偏心運動が連結手段４５４により、ピストン４５０の往復運動に変換される。ピストン４５０の往復運動の反作用として、電動圧縮要素４１０には加振力が加わり、この加振力の大きさはピストン４５０の加速度と質量の積と等しい。

以上のような本実施の形態において、ピストン４５０の質量低減による加振力および振動の低減に関する説明は、実施の形態１と同様であるため省略する。

また、運転中の温度変化に伴い、シリンダー４４２とピストン４５０は熱膨張、熱収縮するが、ともにアルミで形成されており線膨張係数が等しいので、シリンダー４４２とピストン４５０の間の半径方向の隙間は変化しない。このため、隙間を小さく設計することで、圧縮室４５２からの漏れを防止することができる。

また、ピストン４５０の表面は、Ｎｉ−Ｃｏ−Ｐメッキによる皮膜が形成されているので、アルミ同士が直接摺動して、金属接触が生じることで凝着による摩耗が発生することはなく、高い信頼性を得ることができる。

また、ブロック４４０とシリンダー４４２が別部品で構成されているので、予め一体に組み立てられたピストン４５０と連結手段４５４を、クランクシャフト２３０の偏心軸２３４に取り付けた後にシリンダー４４２を取り付けることで、容易に組み立てることが可能である。

さらに連結手段４５４はボールジョイントを有するので、シリンダー４４２と軸受部２４４と直角度などの寸法を厳密に管理しなくても、ピストン４５０がシリンダー４４２に柔軟に追従する。さらに、シリンダー４４２とクランクシャフト２３０の線膨張係数が異なっていることにより、熱膨張に伴って軸受部２４４とシリンダー４４２の直角の位置関係に狂いが生じても、ボールジョイントにより吸収することができる。従って、ピストン４５０とシリンダー４４２がこじることによる局所的な摩耗の発生や摩擦による損失の増大を防止することができる。

従って、ピストンをアルミで形成することで、ピストンの軽量化により振動を低減でき、特に低速運転でも振動を低減することができる。また、運転における温度変化が生じても、ピストンとシリンダーと隙間を介して、圧縮室の冷媒が漏洩することを防止でき、高い効率を得ることができる。さらに、ピストンとシリンダーがこじることによる局所的な摩耗の発生や摩擦による損失の増大を防止することができる。

（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４による密閉型圧縮機の側面図である。

なお、実施の形態１ないし３と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図７において、密閉容器１０２内には、下方に配置された電動要素２０６と、上方に配置された圧縮要素５０８を一体化した電動圧縮要素５１０が、サスペンションスプリング１１２を介して支持されて、収容される。

鋳鉄で形成されるブロック５４０の上面に、アルミで形成されたシリンダー５４２が取り付けられている。

Ｔ字型の形状をなすピストン５５０と偏心軸２３４は、スコッチヨーク方式の連結手段５５４で連結されている。即ち、Ｔ字の縦棒に相当する部分５５０ａがシリンダー５４２に挿入され圧縮室５５２を形成するとともに、ピストン５５０のＴ字の横棒に相当する管部５５０ｂは中空の筒状になっており、偏心軸２３４に回転自在に取り付けられたスライダ５５４ａが往復動自在に収納されている。

ピストン５５０は、シリンダー５４２と同様にアルミで形成され、シリンダー５４２とピストン５５０の線膨張係数はほぼ等しい。また、ピストン５５０の表面には、厚み５ミクロン程度のＮｉ−Ｃｏ−Ｐなどからなる皮膜がメッキにより付加されている。

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、作用を説明する。

電動要素２０６によりクランクシャフト２３０が回転し、偏心軸２３４の偏心運動が連結手段５５４により、ピストン５５０の往復運動に変換される。ピストン５５０の往復運動の反作用として、電動圧縮要素５１０には加振力が加わり、この加振力の大きさはピストン５５０の加速度と質量の積と等しい。

以上のような本実施の形態において、ピストン５５０の質量低減による加振力および振動の低減に関する説明は、実施の形態１と同様であるため省略する。

また、運転中の温度変化に伴い、シリンダー５４２とピストン５５０は熱膨張、熱収縮するが、ともにアルミで形成されており線膨張係数が等しいので、シリンダー５４２とピストン５５０の間の半径方向の隙間は変化しない。このため、隙間を小さく設計することで、圧縮室５５２からの漏れを防止することができる。

また、ピストンの表面はＮｉ−Ｃｏ−Ｐメッキによる皮膜が形成されているので、アルミ同士が直接摺動して、金属接触が生じることで凝着による摩耗が発生することはなく、信頼性を高くすることができる。

連結手段５５４はスコッチヨーク式の連結になっているため、偏心軸２３４とピストン５５０往復軸、さらに管部５５０ｂの３軸に関する回転を許容することができ、シリンダー５４２と軸受部２４４と直角度などの寸法を厳密に管理しなくても、ピストン５５０がシリンダー５４２に柔軟に追従するので、ピストン５５０とシリンダー５４２がこじることによる局所的な摩耗の発生や摩擦による損失の増大を防止することができる。また、コネクティングロッドなどを用いた他の連結方法より部品点数が少なく、組立てが容易である。

また、ブロック５４０とシリンダー５４２が別部品で構成されているので、ピストン５５０と連結手段５５４を、クランクシャフト２３０の偏心軸２３４に取り付けた後にシリンダー５４２を取り付けることで、容易に組み立てることが可能である。

従って、ピストンをアルミで形成することで低速運転時の振動を低減できる上に、ピストンとシリンダーの間からの漏れを防止し、効率を向上することができる。さらに、部品点数が少なく、組立ても容易となる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、特に低速運転時の振動を低減することが可能となるので、冷凍ショーケース、除湿機エアーコンディショナーや自動販売機などに用いられる密閉型圧縮機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の側面図 同実施の形態のピストンおよびピストンリングの分解斜視図 同実施の形態のピストンリングの要部断面図 同実施の密閉型圧縮機の振幅の特性図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の側面図 本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の側面図 本発明の実施の形態４における密閉型圧縮機の側面図 従来の密閉型圧縮機の側面図 従来の密閉型圧縮機の振幅の特性図

符号の説明

１０２ 密閉容器
２０６，３０６ 電動要素
２０８，３０８，４０８，５０８ 圧縮要素
２３０ クランクシャフト
２３２ 主軸
２３４ 偏心軸
２４０，３４０，４４０，５４０ ブロック
２４２，３４２，４４２，５４２ シリンダー
２５０，３５０，４５０，５５０ ピストン
２５４，４５４，５５４ 連結手段
２５６，２５８ ピストンリング

Claims (7)

1. 密閉容器内に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電動要素と、前記電動要素によって駆動する圧縮要素とを収容し、前記圧縮要素は主軸および偏心軸を備えたクランクシャフトと、前記クランクシャフトを回転自在に軸支するとともにシリンダーを形成するブロックと、前記シリンダー内を往復動するピストンと、前記偏心軸と前記ピストンを連結する連結手段を備え、前記ピストンは少なくとも一部がアルミまたはアルミ合金によって形成される密閉型圧縮機。
2. ２０ｒ／ｓｅｃ未満の運転周波数を含む請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 最低回転数に対する最高回転数の比が３以上である請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 圧縮する冷媒がＲ６００ａ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。
5. シリンダーがアルミまたはアルミ合金で形成される請求項１から４のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
6. ピストンあるいはシリンダーの少なくとも一方に、ニッケル、クロムなどのメッキや、ＰＴＦＥ、二硫化モリブデン、カーボン等のコーティングのいずれかの表面処理を行った請求項５に記載の密閉型圧縮機。
7. ピストンリングを用いた請求項１から６のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。