JP2013050075A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンが上下方向に傾斜することを抑制し、信頼性が高く、効率の高い密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】ピストン１３４は、ピストンピン１３５を嵌入するピストンピン穴１４２を備え、ピストンピン穴１４２は、ピストン１３４の鉛直方向の下側外周面１４３に貫通しない構成としたことにより、ピストン１３４とシリンダ１３１間の摺動を、面接触による摺動とすることができる。その結果、局所的な摺動による摺動ロスや摩耗を低減し、ピストンの不安定挙動を抑制し、密閉型圧縮機の信頼性と効率を高くすることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷蔵庫、ショーケースなどの冷蔵、冷凍装置や空気調和装置に用いられる密閉型圧縮機に関する。

近年、この種の密閉型圧縮機は、信頼性を確保した上での消費電力の低減が求められている。その課題のひとつとしてピストンとシリンダ間の摺動損失の低減と信頼性の確保が挙げられる。

この課題に対し、従来の密閉型圧縮機としては、ピストンとシリンダ間への給油を改善することにより摺動特性を改善して、信頼性を高くし、高効率化したものがある（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４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図であり、図５は、従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。

図４および５に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３とを備えた電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５とが収容され、さらに、密閉容器１内の底部に潤滑油６が貯留されている。シャフト１０は、主軸部１１と、この主軸部１１と一体運動するようにその一端に偏心して形成された偏心軸部１２とを有し、このうち、主軸部１１が回転子３の軸心に固定されている。

シリンダブロック１４は、互いに一定の位置に固定されるように配置された略円筒形のシリンダ１５と、軸受部２０とを有している。シリンダ１５にはピストン２３が往復動可能に挿設されている。

ピストン２３には、ピストンピン孔２４が設けられ、偏心軸部１２と平行になるようにピストンピン２５がピストンピン孔２４に嵌入されて装着されている。ピストンピン孔２４は、下死点近傍ではシリンダ１５から出る位置に設定されている。軸受部２０は、シャフト１０の主軸部１１における偏心軸部１２側の端部を軸支することによって片持ち軸受を形成している。

コンロッド２６は、大端穴部２８と、小端穴部２９と、ロッド部３０とで構成されており、大端穴部２８は偏心軸部１２に嵌装され、小端穴部２９はピストンピン２５に連結され、これによって偏心軸部１２とピストン２３とが連結される。

シャフト１０の内部には給油通路３５が設けられ、この給油通路３５の偏心軸部１２側の端部で密閉容器１内に開放されている。また、主軸部１１の下端部３６は、給油通路３５に潤滑油６が所定の深さまで浸入するように延出している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素４の回転子３は、シャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が、コンロッド２６を介して、ピストン２３に伝えられ、これによって、ピストン２３はシリンダ１５内を往復運動する。ピストン２３の往復運動により、冷却システム（図示せず）から
冷媒ガスがシリンダ１５内へ吸入され、ここで圧縮された後、再び冷却システムに吐き出される。

給油通路３５の下端部３６は、シャフト１０の回転によってポンプ作用をするようになっており、このポンプ作用により、密閉容器１の底部の潤滑油６は、給油通路３５を通って、上方に汲み上げられる。給油通路３５の上部に至った潤滑油６は、偏心軸部１２側の端部から遠心力により密閉容器１内の全周方向へ水平に飛散し、その一部はピストンピン２５やピストン２３などに供給されて潤滑を行う。

特開２００７−１６６６９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ピストン２３とシリンダ１５間に給油され潤滑されるが、吸入行程の後半から圧縮行程の前半にかけて、ピストン２３は、シリンダ１５との間のクリアランスとピストンピン孔２４によるピストン２３の外周面４２からの窪み３７が存在するため、シリンダ１５に対して上下方向に傾く。

ピストン２３の最大に傾斜する角度は、ピストン２３のトップ側面４０の縁４１と、ピストン２３の外周面４２からの窪み３７の縁、すなわちピストン２３の外周面４２とピストンピン孔２４がなす楕円状縁部４３とシリンダ１５の下死点側のエッジ部４４の下側とで決定される。その際、エッジ部４４で金属接触することによって摩耗を起こしやすくなり、またピストンピン孔２４の楕円状縁部４３とシリンダ１５の下死点側のエッジ部４４の接触位置が変化してピストン２３の傾斜する角度が変化するので、ピストン２３の挙動が不安定になることで摺動ロスが高くなる可能性があるという課題があった。

上記課題の対策としてシリンダ１５の下死点側を延長し、ピストンピン孔２４をシリンダ１５から出なくすることでピストン２３の傾きを抑制することが考えられる。かかる対策は、シャフト１０とシリンダ１５の干渉を避けるために密閉型圧縮機の外形寸法が大型化したり、シリンダブロック１４の重量が増加したりしてコストが高くなってしまう。また別の対策として、ピストン２３の外形を大きくし、偏心軸部１２の主軸部１１に対する偏心量を小さくすることで、同様にピストン２３の傾きを抑制することも考えられるが、ピストン２３とシリンダ１５間のクリアランスからの冷媒の漏れが増加するため、体積効率が悪化して効率が低下してしまう。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、局所的な摺動による摺動ロスおよび摩耗を低減し、またピストンの上下方向の傾斜する角度変化を抑制し、ピストンの不安定挙動を抑制して、信頼性が高く、効率の高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のピストンは、ピストンピンを嵌入するピストンピン穴を備え、ピストンピン穴を、ピストンの鉛直方向の下側外周面には貫通しないようにしたものである。

これによってピストンの下側外周面と、シリンダの下死点側のエッジ部とが面で摺動することができ、ピストンのシリンダに対する上下方向の傾斜を抑制して局所的な摺動による摺動ロスや摩耗を低減することができる。また、ピストンピン穴を貫通させないことでピストンの重心をトップ面側下側に設定することができ、ピストンの不安定挙動を抑制で
きる。

本発明の密閉型圧縮機は、往復動するピストンの不安定な挙動を抑制し、信頼性と効率を高くすることができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの側面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンとピストンピンの分解斜視図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の要部断面図

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、略鉛直方向に配設された主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内を往復動する略円筒形のピストンと、略円筒形のピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンとを連結するコンロッドとを備えた構成とし、前記ピストンの外周面の一部に、前記ピストンピンを嵌入するピストンピン穴を設け、前記ピストンピン穴の深さを、前記ピストンピンが相対する外周面に貫通しない深さとしたものである。

かかることにより、ピストンの下側外周面と、シリンダの下死点側のエッジ部との摺動関係を、面での摺動とすることができる。その結果、ピストンのシリンダに対する上下方向の傾斜を抑制し、局所的な摺動による摺動ロスや摩耗を低減することができる。また、ピストンピン穴を貫通させないことでピストンの重心をトップ面側下側に設定することができ、ピストンの不安定挙動を抑制することが可能となり、信頼性と効率を高くすることができる。

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、前記ピストンの少なくとも上側外周面に、ピストンのトップ面に連通しない凹部を形成したものである。

かかることにより、ピストンとシリンダ間の冷媒の漏れをトップ面側の外周面で抑制し、凹部で粘性抵抗を少なくすることができ、さらに効率を高くすることができる。

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、前記凹部を、前記ピストンのスカート側面に連通せず、前記凹部を平面展開した時の形状において、前記スカート側の形状が前記ピストンのスカート側面との平行線を形成しない形状を含むものである。

かかることにより、加工時にピストンのトップ側およびスカート側の略円筒形の外周面により、回転する研磨砥石を安定させ、生産性を高めることができる。また、ピストンの下側外周面とシリンダの下死点側のエッジ部との接触荷重を、接触面積を変化させることで抑制し、ピストンの上側外周面に飛散した潤滑油をピストンのトップ面側の外周面に導くことができる。その結果、摺動ロスや摩耗を更に低減することとなり、圧縮機の効率を高くすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記シリンダの形状を、上死点に位置する側から下死点に位置する側に向かって内径寸
法が増大するように形成されたテーパ部を備える形状としたものである。

かかることにより、下死点近傍でのピストンとシリンダ間のクリアランスが広くなり、ピストンの傾くことのできる角度が大きくなり、ピストンが特に不安定になり易い場合でも、ピストンの挙動を安定させ、効率を高く、騒音の発生を抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ピストンピン穴の貫通しない側の端部に、円錐傾斜面を形成し、前記ピストンピンの先端に、前記円錐傾斜面に対応する面取り部を形成したものである。

かかることにより、ピストンピンを、円錐傾斜面と面取り部を接触させて嵌入し、固定することができるため、ピストンの外周面とピストンピンの軸心の直角度を良くすることとなり、生産性を高めることができる。

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における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機のピストンの側面図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機のピストンとピストンピンの分解斜視図である。

図１から３において、密閉容器１０１内には、固定子１０２と回転子１０３からなる電動要素１０４と、この電動要素１０４によって駆動される圧縮機構１０５が配置されている。さらに、密閉容器１０１内には、潤滑油１０６が貯留され、冷媒（図示せず）が封入されている。電動要素１０４は、制御回路（図示せず）等を用いることで、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ー駆動できる構成となっている。

本圧縮機に使用される冷媒は、温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒のＲ６００ａで、相溶性があり、かつ低粘度油であるＶＧ１０からＶＧ５の潤滑油１０６と組み合わせてある。

クランクシャフト１１０は、回転子１０３を圧入固定した主軸部１１１、主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心部１１２が略鉛直方向に配設されている。主軸部１１１の内部に給油手段１２０が形成され、一端が潤滑油１０６中に開口し、他端が偏心部１１２の上端で開口している。

ブロック１３０は、略円筒形のシリンダ１３１を有するとともに主軸部１１１を軸支する主軸受１３２を有している。シリンダ１３１は、上死点に位置する側から下死点に位置する側に向かって内径寸法が増大するように形成されたテーパ部１３３を備えている。

ピストン１３４は、略円筒形であり、ブロック１３０のシリンダ１３１に往復摺動自在に挿入されている。そして、ピストンピン１３５を介してコンロッド１３６により、偏心部１１２と連結されている。

ピストン１３４は、その外周表面に、ピストンピン１３５を嵌入するピストンピン穴１４２を備えており、ピストンピン穴１４２は、ピストン１３４の鉛直方向の下側外周面１４３へ貫通しないようにその深さが設定されている。また、ピストン１３４の外周面には、上側外周面１４６から下側外周面１４３におけるピストンピン穴１４２と対向する部位を除く所まで延出し、かつピストン１３４のトップ面１４４に連通しない凹部１４５が形
成されている。また、凹部１４５は、ピストン１３４のスカート側面１４７に連通せず、凹部１４５を平面展開した時の形状において、スカート側の形状の一部がピストン１３４のスカート側面１４７と平行線を形成しない形状となるようなＲ形状としている。凹部１４５のトップ側の縁は、トップ面１４４から円筒方向に７〜８ｍｍの位置に構成し、凹部１４５の深さは、ピストン１３４の外周面１４８から０．１〜０．５ｍｍとしている。

ピストンピン穴１４２の貫通しない側の端部１５０は、円錐傾斜面１５１が形成されている。また、ピストンピン１３５は、その先端に、円錐傾斜面１５１に対応する面取り部１５２を形成している。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０４の回転子１０３は、クランクシャフト１１０を回転させ、偏心部１１２の回転運動が、コンロッド１３６とピストンピン１３５を介して、ピストン１３４に伝えられ、これによって、ピストン１３４はシリンダ１３１内を往復運動する。ピストン１３４の往復運動により、冷却システム（図示せず）から冷媒ガスがシリンダ１３１内へ吸入され、圧縮された後、再び冷却システムに吐出される。

給油手段１２０は、クランクシャフト１１０の回転に伴う遠心力により、ポンプ作用を行う構成となっている。このポンプ作用により、密閉容器１０１の底部の潤滑油１０６は、上方に汲み上げられる。偏心部１１２の上端に至った潤滑油１０６は、遠心力により密閉容器１０１内の全周方向へ水平に飛散し、その一部はピストンピン１３５やピストン１３４の上側外周面１４６などに供給され、適宜の潤滑を行う。

上記ピストン１３４の往復動作において、本実施の形態１における構成は、ピストンピン穴１４２を、ピストン１３４の鉛直方向の下側外周面１４３に貫通しないように形成しているため、吸入行程の後半から圧縮行程の前半にかけて、ピストン１３４のシリンダ１３１に対する傾きは、シリンダ１３１との間のクリアランスによるもののみとなり、大幅に従来品と比べて小さくなる。

その結果、ピストン１３４の下側外周面１４３と、シリンダ１３１の下死点側のエッジ部（図１中のＡ）とは面で摺動することとなり、局所的な摺動による摺動ロスや摩耗が低減された状態となる。また、ピストンピン穴１４２を貫通させないことで、ピストン１３４の重心をトップ面１４４側下側に設定することができる。その結果、ピストン１３４が上下方向に傾く不安定挙動を抑制することが可能となり、信頼性と効率を高くすることができる。

さらに、トップ面１４４に連通しない凹部１４５を、少なくともピストン１３４の上側外周面１４６に形成しているので、ピストン１３４とシリンダ１３１間の冷媒の漏れをトップ面１４４側の外周面１４８で抑制し、凹部１４５で粘性抵抗を少なくすることができ、さらに効率を高くすることができる。

また、ピストン１３４を製造過程で研磨する際において、スカート側面１４７から凹部１４５のスカート側の縁、凹部１４５のトップ側の縁からトップ面１４４の略円筒形のピストンの外周面１４８に沿って移動、回転する砥石（図示せず）は、その移動、回転に際し、凹部１４５の影響が受けにくく、安定した動作となる。その結果、研磨加工が安定して行え、大量生産に対応したセンターレスのスルー研磨機を用いても、精度良く加工でき、生産性を高くすることができる。

さらに、ピストン１３４の下側外周面１４３とシリンダ１３１の下死点側のエッジ部（
図１中のＡ）との接触荷重を、接触面積を増加させることで抑制でき、ピストン１３４の上側外周面１４６に飛散した潤滑油１０６を、ピストン１３４のトップ面１４４側の外周面１４８に導くことができるので、摺動ロスや摩耗を更に低減することとなり、効率を高くすることができる。

また、ピストン１３４とシリンダ１３１間の粘性損失を低減する目的で、シリンダ１３１を、上死点に位置する側から下死点に位置する側に向かって内径寸法が増大するように形成されたテーパ部１３３を備えた形状とした場合、下死点近傍でのピストン１３４とシリンダ１３１間のクリアランスが広くなる。その結果、ピストン１３４の傾くことのできる角度が大きくなり、ピストン１３４が特に不安定になり易い形状となるが、かかる構成においても、ピストン１３４の下側外周面１４３とシリンダ１３１の下死点側のエッジ部とが面摺動するため、ピストン１３４の挙動を安定させることとなり、更に効率を高く、騒音の発生を抑制することができる。

また、ピストンピン穴１４２は貫通していないため、ピストンピン穴１４２の貫通しない側の内径を精度良く製造しにくくなるが、ピストンピン穴１４２に円錐傾斜面１５１を設け、ピストンピン１３５の先端に、円錐傾斜面１５１に対応する面取り部１５２を設けることにより、ピストンピン１３５を、円錐傾斜面１５１と面取り部１５２の接触嵌入によって固定することができる。その結果、ピストン１３４の外周面１４８とピストンピン１３５の軸心の直角度を精度良くすることができ、生産性を高くすることができる。

なお、吸入し圧縮する冷媒ガスは、炭化水素系冷媒としてのＲ６００ａとしたが、フロンＲ１３４ａとしても同様の効果が得られる。

以上のように、本発明の圧縮機は、往復動するピストンの不安定な挙動を抑制し、信頼性と効率を高くすることができるもので、冷蔵庫以外にも自販機や空調機器の用途にも適用することができる。

１０１ 密閉容器
１０４ 電動要素
１０５ 圧縮要素
１０６ 潤滑油
１１０ クランクシャフト
１１１ 主軸部
１１２ 偏心部
１３０ ブロック
１３１ シリンダ
１３３ テーパ部
１３４ ピストン
１３５ ピストンピン
１３６ コンロッド
１４２ ピストンピン穴
１４３ 下側外周面
１４４ トップ面
１４５ 凹部
１４６ 上側外周面
１４７ スカート側面
１５０ 貫通しない側の端部
１５１ 円錐傾斜面
１５２ 面取り部

Claims (5)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、略鉛直方向に配設された主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、シリンダを形成するブロックと、前記シリンダ内を往復動する略円筒形のピストンと、略円筒形のピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンとを連結するコンロッドとを備えた構成とし、前記ピストンの外周面の一部に、前記ピストンピンを嵌入するピストンピン穴を設け、前記ピストンピン穴の深さを、前記ピストンピンが相対する外周面に貫通しない深さとした密閉型圧縮機。
2. 前記ピストンの少なくとも上側外周面に、ピストンのトップ面に連通しない凹部を形成した請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記凹部を、前記ピストンのスカート側面に連通せず、前記凹部を平面展開した時の形状において、前記スカート側の形状が前記ピストンのスカート側面との平行線を形成しない形状を含む請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記シリンダの形状を、上死点に位置する側から下死点に位置する側に向かって内径寸法が増大するように形成されたテーパ部を備える形状とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記ピストンピン穴の貫通しない側の端部に、円錐傾斜面を形成し、前記ピストンピンの先端に、前記円錐傾斜面に対応する面取り部を形成した請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。