JP2012041879A - 密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンとシリンダ間の潤滑油保持性を向上させて圧縮機の効率と信頼性を向上できる密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。
【解決手段】密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素を備え、前記圧縮要素はピストン及びシリンダを有し、前記電動要素で駆動されるクランク軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油中に浸し、前記クランク軸の下端部に設けたオイルポンプの遠心力で前記潤滑油を上昇させ、前記クランク軸の上部に偏心して形成した偏心軸の給油穴から噴出する前記潤滑油を前記シリンダと前記ピストンの間に供給する密閉型圧縮機において、前記シリンダに設けた潤滑油供給部と、前記ピストンに設けた潤滑油保持部とを有し、前記潤滑油供給部から前記潤滑油保持部に潤滑油が供給される際に、前記潤滑油保持部における冷媒ガスの滞留を抑制するガス抜き部を前記シリンダに備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫に関する。

従来、密閉型圧縮機のシリンダとピストン間に形成される摺動面への給油構造は、例えば特許文献１に記載されているように、シリンダの上面に切り欠き部を設け、この切り欠き部に向けて駆動軸から潤滑油を飛ばしてピストンに潤滑油を飛散させ、シリンダとピストンの間の摺動面に油を供給している。

特開２００６−２８３７７０号公報

上述した特許文献１の密閉型圧縮機においては、クランクシャフトを回転駆動することで、潤滑油を吸引し、クランクシャフト上部の偏心軸からシリンダブロックに設けた切り欠き部に向けて潤滑油を噴射させるとともに、ピストン外周の環状の給油溝がこの切り欠き部から出るように設定したことで、常にピストンが下死点の時に給油溝に潤滑油が溜まり、圧縮時（上死点）にピストンとシリンダとの間に潤滑油を供給させている。

しかしながら、この給油構造では次のような課題があった。シリンダブロックに設けた切り欠き部に開口するピストン外周の環状給油溝は一部分だけで、溝の大部分はシリンダブロックで閉鎖されているため、環状給油溝内にガスが存在した場合、このガスの逃げがないことから、この給油溝内に十分に油を取り込むことが難しかった。

また、ピストンとシリンダ間への給油は、潤滑油がシリンダの切り欠き部の側面に到達している間だけであり、回転軸の一回転中に常に給油するものではなく、給油時間が短いものとなっている。

さらに、シリンダの上壁を半円弧状に大きく切り欠いているため、切り欠き加工のためのコストが増加するとともに、ピストンのシール幅が減少しシリンダとピストンで形成される圧縮室から圧縮冷媒がシリンダ外側の密閉容器内空間に漏れやすくなっている。

従って、ピストンとシリンダ間における油膜形成が不十分となり、シール性が低下し圧縮室からの圧縮ガスの漏れ量が増加し、圧縮機の効率が低下するとともにピストンとシリンダ間摺動部の潤滑性が低下して圧縮機の信頼性が低下しやすいといった問題がある。

そこで本発明は、ピストンとシリンダ間の潤滑油保持性を向上させて圧縮機の効率と信頼性を向上できる密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素を備え、前記圧縮要素はピストン及びシリンダを有し、前記電動要素で駆動されるクランク軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油中に浸し、前記クランク軸の下端部に設けたオイルポンプの遠心力で前記潤滑油を上昇させ、前記クランク軸の上部に偏心して形成した偏心軸の給油穴から噴出する前記潤滑油を前記シリンダと前記ピストンの間に供給する密閉型圧縮機において、前記シリンダに設けた潤滑油供給部と、前記ピストンに設けた潤滑油保持部とを有し、前記潤滑油供給部から前記潤滑油保持部に潤滑油が供給される際に、前記潤滑油保持部における冷媒ガスの滞留を抑制するガス抜き部を前記シリンダに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、ピストンとシリンダ間の潤滑油保持性を向上させて圧縮機の効率と信頼性を向上できる密閉型圧縮機及びこれを備えた冷蔵庫を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本実施形態に係る密閉型圧縮機の搭載された冷蔵庫の縦断面図である。 ピストン下死点位置付近の要部拡大断面図である。 ピストン上死点位置付近の要部拡大断面図である。 主軸中心からシリンダ側を見た、シリンダブロック側面図である。 図６におけるシリンダボア内壁に形成された潤滑油供給部を示す斜視図である。 本実施形態に係る密閉型圧縮機のシリンダブロック外観斜視図である。 本実施形態に係るピストンの潤滑油保持性を説明する、図４のＢ−Ｂ断面模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る密閉型圧縮機の要部拡大断面図である。 図１０におけるシリンダ内壁に貫通して形成された給油孔位置を示す斜視図である。

（実施形態１）
以下、本発明の第１の実施の形態を、図１から図９を用いて詳細に説明する。最初に図１，図２，図３にて全体構成を説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は本実施形態に係る密閉型圧縮機の搭載された冷蔵庫の縦断面図である。

図３において、本実施形態の密閉型圧縮機５０は冷蔵庫６０に搭載されている。冷蔵庫本体６１は、冷却器６６を備え、温暖化係数の小さい自然冷媒Ｒ６００ａを用いている。また、冷蔵室６２，上段冷凍室６３，下段冷凍室６４，野菜室６５からなる庫内空間を有し、密閉型圧縮機５０と冷却器が冷媒配管で連結されて、冷凍サイクル（図示せず）を動作させることにより冷却される。

本実施形態の密閉型圧縮機５０は、密閉容器１内にステータ２ａとロータ２ｂからなる電動要素２と圧縮要素３を収納している。圧縮要素３は、軸受部５ｃとフレーム部５ｂが一体に成形されたシリンダブロック５に形成されたシリンダ５ａ内を、コンロッド６によりクランク軸８の偏心軸８ｂに連結されたピストン７が往復運動する所謂レシプロ式である。クランク軸８は、シリンダブロック５の軸受部５ｃに回転自在に嵌められた主軸８ａの下部で電動要素２のロータ２ｂに固定される。圧縮要素３は、フレーム部５ｂの下部に固定された電動要素２のステータ２ａを介してコイルスプリングにより密閉容器１の底部に弾性的に支持されている。

電動要素２のロータ２ｂが回転することによってクランク軸８が回転し、偏心軸８ｂ偏心回転して偏心軸８ｂに連結されたコンロッド６を介し、ピストン７がシリンダ５ａのボア内を往復運動するようになっている。

シリンダ５ａの上端部は、吸入弁及び吐出弁（図示せず）が組み込まれたシリンダヘッド１０によって閉塞され、ピストン７との間に圧縮室１２を構成している。圧縮室１２内では、ピストン７の往復運動によって冷媒が吸入，圧縮され、吐出弁から吐出される構造となっている。

なお、クランク軸８の回転によって、密閉容器１内の底部に貯留された潤滑油４は、クランク軸８の下端に取り付けられたオイルポンプ８ｃの遠心ポンプ作用で引き上げられる。そして、主軸８ａ外周に形成されたスパイラル溝を介して上方に導かれ、さらに偏心軸８ｂに回転自在に嵌合されたコンロッド６の大端軸受部及びピストン７と連結しているボールジョイント部の潤滑を行い、偏心軸８ｂの上端に取り付けられたバランスウエイト９を一部貫通する形で設けられた潤滑油放射孔８ｂｂから噴射され、最後に偏心軸８ｂの上端部から周囲に噴射される。この噴射された潤滑油４により、ピストン７とシリンダ５ａとの間の潤滑及びシールが主に行われる。

密閉容器１内に接続された吸込パイプ１６を通って流入した冷媒は、プラスチック製の吸込サイレンサ１７を通ってシリンダ５ａの圧縮室１２内に入る。ここで圧縮された冷媒は、シリンダヘッド１０からヘッドカバー１１内の吐出室に入り、ここからシリンダブロック５に一体で成形された吐出サイレンサ１８を通り、吐出管１９を介して吐出パイプ２０より外部の冷凍サイクルに流出するようになっている。

次に、ピストンとシリンダボア間の給油構造を図４から図９を用いて詳細に説明する。図４はピストン下死点位置付近の要部拡大断面図、図５はピストン上死点位置付近の要部拡大断面図、図６は主軸中心からシリンダ側を見たシリンダブロック側面図、図７は図６におけるシリンダボア内周に形成された潤滑油供給部を示す斜視図、図８は本実施形態に係る密閉型圧縮機のシリンダブロック外観斜視図、図９は本実施形態に係るピストンの潤滑油保持性を説明する図４のＢ−Ｂ断面模式図である。

本実施形態のピストン７の外周には、潤滑油保持部として２本の環状溝１５が形成されている。シリンダ５ａの内周面とピストン７の外周面との間は摺動面となっており、シリンダ５ａのボア内径はピストン７の外径よりも、通常、直径すき間で約１０μｍ大きく形成されている。環状溝１５は、ピストン７外周面から約５０μｍにわたって凹設されており、この溝内空間に潤滑油を保持するようになっている。この環状溝１５の幅と深さ寸法により潤滑油４の保持量が決まる。溝深さ約５０μｍの場合、幅寸法は約１mmであるが、これらの寸法関係は任意に設定可能である。

また、シリンダ５ａの外周上面部には、仕切り壁１３ａによりクランク軸８の偏心軸８ｂより飛散する潤滑油４を受ける油溜まり部１３が設けられており、油溜まり部１３の底面がクランク軸８側に向けて傾斜させることにより、シリンダとピストン７の摺動面に潤滑油を供給するようになっている。

このピストン７が下死点近傍に位置する時には、図４に示すように、ピストン７の下側の環状溝１５は、シリンダ５ａの主軸側端面に面取り角度を変えて二段階に設けられた面取り５ａａを介して密閉容器１内空間に全面開口しており、ピストン７の上（頂部）側の環状溝１５は、シリンダ５ａの上部内壁に形成された潤滑油供給部のテーパ溝１４を介して密閉容器１内空間に開口するようになっている。クランク軸８の回転により汲み上げられた潤滑油４は、偏心軸８ｂの潤滑油放射孔８ｂｂから噴射され、潤滑油放射孔８ｂｂと略同一高さに位置するテーパ溝１４を通ってピストン７の上側の環状溝１５に供給される。図７の符号１５′は、ピストン７の上側の環状溝１５の下死点近傍での溝幅位置を二点鎖線で示し、テーパ溝１４に連通する様子を示している。

ピストン７が上死点近傍に位置する時には、図５に示すように、テーパ溝１４はシリンダ５ａのボア内空間に開口し、シリンダ上部の油溜まり部１３に溜まっていた潤滑油４がシリンダ５ａのボア内に流入する。

ピストン７が下死点から上死点に移動する圧縮行程では、ピストン７の２本の環状溝１５内に保持された潤滑油４によりピストンとシリンダ間の潤滑・シール性が良好に保たれることになる。

本実施形態の給油構造では、図６から図８に示すように、油供給部であるテーパ溝１４とともに、シリンダ５ａの主軸側端部側面を一部削除して下死点近傍でピストン７の上側の環状溝１５に連通する連通部１４ａが形成されている。これによって潤滑油保持部である環状溝１５内への潤滑油の取り込みを確実にしている。

この作用を図９の模式図により説明する。符号Ｃ１はシリンダとピストン摺動部のクリアランスで約５μｍ、符号Ｃ２は環状溝１５の深さで約５０μｍである。潤滑油供給部であるテーパ溝１４から環状溝１５に流入した潤滑油は、連通部１４ａが環状溝１５に連通していることにより、環状溝１５内にガスが存在する状態でも連通部１４ａがガスの逃がし口となって排出されやすくなる。

これにより、環状溝１５内にガスが滞留して潤滑油の流入を阻害するベーパーロック現象を防止することができ、矢印で図示するように溝内全域に潤滑油４を行き渡らすことができることから、ピストン７の潤滑油保持性を高めることができる。

なお、連通部１４ａは、偏心軸８ｂに嵌合されたコンロッド６をシリンダ５ａ内に導入できる位置に形成されており、コンロッド６の小端部でピストン７と連結し、圧縮要素５の組み立てにも併用されている。本実施形態では、潤滑油供給部としてシリンダ５ａの内周壁を一部カットして形成するテーパ溝１４としたが、本発明はこれに限定されるものではなくテーパ溝でなく平行溝や断面円筒形状でなく断面Ｖ溝でもかまわない。

（実施形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態について、図１０，図１１を用いて説明する。本実施形態は、潤滑油供給部の形状をシリンダ内周面の一部に形成したテーパ溝に代えて、より簡便に加工が可能な給油穴構造を採用したものである。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る密閉型圧縮機の要部拡大断面図、図１１は、図１０におけるシリンダに形成された給油孔位置を示す斜視図である。

本実施形態では、シリンダ５ａの外周上面部に形成された油溜まり部１３からシリンダ壁を貫通する給油孔３０が形成されている。この給油孔３０の位置は、ピストン７が下死点近傍に位置する時にピストン７の上側の環状溝１５に連通するように形成されている。図１１の符号１５′は、ピストン７の上側の環状溝１５の下死点近傍での溝幅位置を二点鎖線で示し、給油孔３０と連通する様子を示している。

本実施形態においても基本的なピストンとシリンダボア間の給油機能は第１の実施形態と同様に実現される。潤滑油供給部が単純な穴加工で構成されることから、加工工数が短縮され圧縮機のコスト低減に寄与することができる。

以上詳細に説明した実施形態では、ピストンとシリンダ間における油膜形成が確実となり、シール性が向上し、特に漏れの影響が大きいインバータによる回転数制御圧縮機における低速運転時の圧縮機効率を向上することができるとともに圧縮機の信頼性も向上した密閉型圧縮機を提供することができる。

また、本発明の密閉型圧縮機を適用するシステムとしては、冷蔵庫に限らず冷凍空調用途ではルームエアコンや冷凍機等のシステムに適用することも可能であり、これらの機器のシステム効率を大幅に改善することができる。

１ 密閉容器
２ 電動要素
２ａ ステータ
２ｂ ロータ
３ 圧縮要素
４ 潤滑油
５ シリンダブロック
５ａ シリンダ
５ｂ フレーム部
５ｃ 軸受部
６ コンロッド
７ ピストン
８ クランク軸
８ａ 主軸
８ｂ 偏心軸
８ｂａ 給油溝
８ｂｂ 潤滑油放射孔
８ｃ オイルポンプ
９ バランスウエイト
１０ シリンダヘッド
１１ ヘッドカバー
１２ 圧縮室
１３ 油溜まり部
１３ａ 仕切り壁
１４ テーパ溝
１４ａ 連通部
１５ 環状溝
１６ 吸込パイプ
１７ 吸込サイレンサ
１８ 吐出サイレンサ
１９ 吐出管
２０ 吐出パイプ
３０ 給油孔
５０ 密閉型圧縮機
６０ 冷蔵庫
６１ 冷蔵庫本体
６２ 冷蔵室
６３ 上段冷凍室
６４ 下段冷凍室
６５ 野菜室
６６ 冷却器

Claims (7)

1. 密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素を備え、前記圧縮要素はピストン及びシリンダを有し、前記電動要素で駆動されるクランク軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油中に浸し、前記クランク軸の下端部に設けたオイルポンプの遠心力で前記潤滑油を上昇させ、前記クランク軸の上部に偏心して形成した偏心軸の給油穴から噴出する前記潤滑油を前記シリンダと前記ピストンの間に供給する密閉型圧縮機において、
   前記シリンダに設けた潤滑油供給部と、前記ピストンに設けた潤滑油保持部とを有し、前記潤滑油供給部から前記潤滑油保持部に潤滑油が供給される際に、前記潤滑油保持部における冷媒ガスの滞留を抑制するガス抜き部を前記シリンダに備えたことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素を備え、前記圧縮要素はピストン及びシリンダを有し、前記電動要素で駆動されるクランク軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油中に浸し、前記クランク軸の下端部に設けたオイルポンプの遠心力で前記潤滑油を上昇させ、前記クランク軸の上部に偏心して形成した偏心軸の給油穴から噴出する前記潤滑油を前記シリンダと前記ピストンの間に供給する密閉型圧縮機において、
   前記ピストン外周面に環状溝を有し、前記シリンダの前記クランク軸側端面に２か所以上の連通部を設け、該連通部は前記ピストンが下死点近傍に位置する場合に前記環状溝と連通し、前記ピストンが上死点近傍に位置する場合にシリンダボア内周に連通することを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 前記シリンダ上面に油溜り部を構成する仕切り壁を設け、前記油溜り部の底面は前記クランク軸側に向けて下方に傾斜させたことを特徴とする、請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
4. 前記潤滑油供給部は前記シリンダの前記クランク軸側端面における上部シリンダ内壁に形成したテーパ溝とし、前記ガス抜き部を前記潤滑油供給部よりも下方に設けたことを特徴とする、請求項１記載の密閉型圧縮機。
5. 前記連通部を前記シリンダの前記クランク軸側端面における上部シリンダ内壁に設けたことを特徴とする、請求項２記載の密閉型圧縮機。
6. 電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバータ駆動される、請求項１又は２記載の密閉型圧縮機。
7. 密閉型圧縮機と、該密閉型圧縮機と冷媒配管で連結された冷却器と、を備えた冷蔵庫において、
   前記密閉型圧縮機は、密閉容器内に収納した圧縮要素及び電動要素を備え、前記圧縮要素はピストン及びシリンダを有し、前記電動要素で駆動されるクランク軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油中に浸し、前記クランク軸の下端部に設けたオイルポンプの遠心力で前記潤滑油を上昇させ、前記クランク軸の上部に偏心して形成した偏心軸の給油穴から噴出する前記潤滑油を前記シリンダと前記ピストンの間に供給して、
   前記ピストン外周面に環状溝を有し、前記シリンダの前記クランク軸側端面に２か所以上の連通部を設け、該連通部は前記ピストンが下死点近傍に位置する場合に前記環状溝と連通し、前記ピストンが上死点近傍に位置する場合にシリンダボア内周に連通することを特徴とする冷蔵庫。

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