JP2013096351A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】インバータ駆動の密閉型圧縮機における低速回転時の潤滑油の粘度上昇による効率低下を防止すると共に、高速回転時の放熱を促進することで、効率と信頼性を向上した密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】シャフト１１８に、主軸部１２０や偏心軸部１２２の摺動部に潤滑油１０４を供給する第１の給油通路１８２と、シャフトが高速回転する場合にのみ、潤滑油を密閉容器１０２内空間に放出する第２の給油通路１８４を設けることにより、低い回転数のときは密閉容器内の空間へ潤滑油を飛散させず、潤滑油の粘度の上昇を抑制し、効率を向上する。また、高い回転数のときは第２の給油経路により潤滑油を密閉容器内へ飛散させ、放熱を促進して潤滑油の劣化や摩耗を防止し、信頼性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫などの冷凍サイクルシステムに用いられる密閉型圧縮機に関する。

従来、この種の密閉型圧縮機は、シリンダの偏心軸側端面から所定寸法のシリンダ内径を大きく形成することで、シリンダとピストンの潤滑部に供給される潤滑油の量を増やし、潤滑性およびシール性を向上したものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、シリンダの偏心軸側の径が拡大したテーパー形状にすることで、摺動損失を低減する構成を用いたものがある（例えば、特許文献２参照）。

図６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、図７（ａ）は、同特許文献記載された圧縮機部要部断面図、（ｂ）は、同図（ａ）のＸ部の拡大図である。

図６、図７において、密閉容器１の内部には、電動機２と、この電動機２によりシャフト３を介して駆動される圧縮機部７が設けられている。圧縮機部７は、シャフト３に設けられた偏心軸３ａの回転運動を、スライダー４とピストン５のクロススライド部５ａを介して往復運動に変換し、シリンダ６内をピストン５が往復運動するスコッチヨーク型で構成されている。

シリンダ６には、その側部に弁座板８を介して吐出マフラ９が備えられ、冷媒ガスの吸入と吐出径路が形成されている。また、密閉容器１の底部には、圧縮機部７の摺動部と、これを駆動するシャフト３の軸受摺動部１４を潤滑するための冷凍機油１５を貯留している。そして、シャフト３の下端部に設けられた遠心ポンプ１６により冷凍機油１５を汲み上げて、先ず軸受１４との摺動部へ給油し、更にシャフト３と偏心軸３ａとの内径に備えた給油孔１８を通して上方に位置する圧縮機部７に給油する構成としている。

圧縮機部７に給油された冷凍機油１５は、偏心軸３ａの外径に導かれ、スライダー４の内径及び外径の摺動部を潤滑した後、ピストン５とスライダー４の往復運動によって摺動部の末端から周囲に飛散する。さらに、スライダー４に給油して残った余分の冷凍機油１５は、偏心軸３ａの上端で開放された給油孔１８から飛散する。

この飛散した冷凍機油１５の一部は、往復運動するピストン５の外周面に油滴となって付着することで、ピストン５の外周面とシリンダ６の内周面との摺動部を潤滑すると共に、この摺動部の隙間をシールしている。

図７に示すように、シリンダ６は、偏心軸３ａ側の端面から所定寸法Ａ（特許文献１で提示されている寸法Ａは１０ｍｍ）以内のシリンダ６の内径を拡大して油溜り１１を形成している。

これにより給油孔１８の上端から飛散し、油滴となってピストン５の摺動部上面に付着した冷凍機油１５は、ピストン５が上死点へ移動する圧縮行程でピストン５とシリンダ６間の隙間に入り込み、潤滑する。この時隙間から溢れた冷凍機油１５は、油溜り１１に貯油される。

次に、ピストン５が下死点へ移動する吸入行程では、油溜り１１に貯留された冷凍機油
１５は、ピストンの摺動部全体に満遍なく付着する。そのため、ピストン５が往復運動を行うことでシリンダ６とピストン５の間の隙間全周に亘って給油することが可能になり、シール性と潤滑特性の改善が図れる。

図８は、特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機のシリンダの形状を示す部分断面図である。

図８において、シリンダ６は、圧縮室４０側から、反圧縮室４０側に向けて、径がＤｔからＤｂに拡大するテーパー形状を有しており、ピストン５は、ピストンピン５とコンロッド４３を介してシャフト３側にＣｂ／２拡大する構成となっている。これによりピストン５とシリンダ６との摺動長さが短くなり、摺動損失が低減できる。また、シャフト側から供給された潤滑油がピストン５とシリンダ６の隙間に入り込み、シール性や潤滑性が改善される。

特許文献１と２における構成の違いは、シャフト３の回転運動をピストン５の往復運動へ運動伝達する機構の差異であり、特許文献１がスコッチヨーク型、特許文献２がピストン・コンロッド型である。これらは、レシプロ型往復動圧縮機であることについては同じであり、シリンダ６、及びピストン５に関わる構成・効果も同じである。

以上のように構成された従来のピストン５は、シリンダ６の内摺面との接触面積を低減することで、摺動損失を少なくし、密閉型圧縮機の入力を低減することで高効率化する効果を有している。

特開２００２−７０７４２号公報 特開２００２−８９４５０号公報

しかしながら、上記従来の構成は、冷凍機油をピストンとシリンダ間へ十分に供給し、ピストンとシリンダ部の摺動損失を低減することはできるが、ピストンが下死点、すなわち、シャフト側に近づくにつれて、シリンダ内でのピストンの実質的な支持長さが短くなるとともに、シリンダ内での往復動方向以外の可動範囲が大きくなるため、挙動が不安定になる課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ピストンの挙動不安定を改善し、ピストンとシリンダの上下部分での片当りを防止し、騒音の増加を抑え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、円筒形孔部で、ピストンが下死点に位置する時、ピストンと接する円筒形孔部の内面の一部に凹部を設けたものである。

かかる構成とすることにより、シリンダの摺動面積を低減して摺動損失を低減できる。また、ピストンが下死点に位置するとき、すなわち反圧縮側に最大に位置する配置となった場合でも、円筒形孔部の一部のみ凹部となっているため、ピストンの実質的な支持長さを長く保持し、シリンダ内での往復動方向以外の可動範囲を抑制できる。そのため、ピストンと円筒形孔部の内面の摺動面のこじり力を低減でき、ピストンの姿勢のふらつきを抑
制し、ピストンの略円筒形の端の円筒形孔部の内摺面への片当りを抑制することができる。その結果、騒音が低減されに、信頼性の高い圧縮機を得ることができる。

本発明の密閉型圧縮機は、ピストンの略円筒形の端が円筒形孔部の内面と片当りすることによって発生する騒音や摩耗の発生を抑制することができるので、騒音が低減されるとともに、信頼性の高い圧縮機を提供できる。

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要部縦断面図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のシリンダ摺動面の展開図 同実施の形態１における図２のＡ−Ａ矢視の断面図 同実施の形態１における図２の要部拡大図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 （ａ）従来の密閉型圧縮機の要部断面図、（ｂ）同図（ａ）のＸ部の拡大図 従来の異なる密閉型圧縮機の要部断面図

第１の発明は、底部に潤滑油を貯留する密閉容器と、前記密閉容器内に配置された電動機構と、前記電動機構によって駆動される圧縮機構を備え、前記圧縮機構を、前記電動機構によって回転駆動される主軸部と、前記主軸部に形成された偏心軸部とを有するシャフトと、圧縮室を構成する円筒形孔部と、前記主軸部を回転可能に支持する軸受部とを有し、かつ前記円筒形孔部の軸心と前記軸受部の軸心が直交するように前記円筒形孔部と前記軸受部が配置されたシリンダブロックと、前記円筒形孔部に挿入されて往復動するピストンと、前記偏心軸部と前記ピストンを連結するコンロッドと、前記潤滑油を前記円筒形孔部に供給する給油手段を具備する構成とし、さらに、前記円筒形孔部における前記ピストンが下死点に位置した状態において、前記ピストンに接する前記円筒形孔部の内面の一部に、凹部を形成したものである。

かかる構成とすることにより、前記ピストンが下死点に位置する時、ピストンと円筒形孔部の摺動面積を低減することができるため、摺動損失を低減することができる。また、ピストンが下死点に位置するとき、すなわち反圧縮側に最大に位置する配置となった場合でも、円筒形孔部の一部のみ凹部となっているため、ピストンの実質的な支持長さを長く保持できるとともに、シリンダ内での往復動方向以外の可動範囲を抑制することができる。そのため、ピストンと円筒形孔部の内面の摺動面のこじり力を低減でき、ピストンの姿勢のふらつきを抑制することができる。したがって、ピストンの略円筒形の端の円筒形孔部の内周面との片当りが防止され、騒音が低減されるとともに、信頼性の高い圧縮機を提供できることとなる。

第２の発明は、第１の発明において、前記ピストンが下死点に位置するとき、前記凹部における円筒形孔部の内面の略水平方向の両面がピストンと接するように形成したものである。

かかることにより、電動機の回転力がピストンの往復運動に変換される際、ピストンの水平方向の側圧荷重が増大する運転条件においても、円筒形孔部の摺動面が略水平方向に形成されたピストンの水平方向の荷重を支持するため、ピストン側圧荷重によるこじり力を低減できるとともに、ピストンの水平方向挙動が過大となることを抑制することができ、信頼性を向上することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記円筒形孔部の凹部を、前記ピストンが接する円筒形孔部の鉛直下方以外に設けたものである。

かかることにより、特にピストンが下死点に位置する場合において、往復運動する可動部品の重心が円筒形孔部の摺動面から外に出て重力の影響で鉛直下方向のモーメント力が作用する場合においても、円筒形孔部の摺動面の少なくとも鉛直下方に摺動部が形成されているため、ピストンの鉛直上下方向のこじり力を低減できるとともに、ピストンの上下方向の挙動が安定し、圧縮機の信頼性を向上することができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、前記円筒形孔部の凹部を、ピストンの側圧荷重が作用する摺動部の面積が、対向する摺動部の面積より大きくなるように設けたものである。

かかることにより、ピストン側圧荷重を受ける摺動部の面圧を低減することができ、過大な面圧に起因するピストンの部分片当りを回避することができる。その結果、騒音の増大や摩耗等の信頼性の低下を防止することができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、前記円筒形孔部の凹部を、ピストンの往復動方向に対して非平行形状となる摺動部を形成するように設けたものである。

かかることにより、摺動部の境界である縁部が往復動方向に対して非平行であるために、潤滑油を供給する稜線の長さが長く形成される。その結果、ピストンの往復運動に伴って凹部の縁部から摺動部へ供給される潤滑油の供給量を増大し、ピストンの局所的な部分片当りの頻度を抑制することができる。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明において、前記摺動部と、凹部との境界である縁部の断面形状が、円筒形孔部の軸方向表面に対して摺動部側から４５°以下の傾斜角度、もしくは同等の曲面形状を有する形状としたものである。

かかることにより、凹部に貯留された潤滑油をスムーズに潤滑摺動部に供給できるとともに、縁部と潤滑摺動部の境界においては、微視的にはくさび膜効果により油膜圧力が生じることで、ピストンの部分片当りの頻度を低減し、騒音の増大や摩耗等の信頼性の低下を防止することができる。

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本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縦断面図、図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の要部縦断面図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のシリンダ摺動面の展開図、図４は、同実施の形態１における図２のＡ−Ａ矢視の断面図、図５は、同実施の形態１における図２の要部拡大図である。

図１乃至図５において、密閉型圧縮機３００は、密閉容器３０１の内部下方に配置された電動機構３０２と、この電動機構３０２によりシャフト３３７を介して駆動される圧縮機構３０７が上方に設けられている。圧縮機構３０７は、シャフト３３７に設けられた偏心軸部３０３ａの回転運動を、コンロッド３０４の小端孔３０４ａとピストン３０５のピストンピン孔３０５ａに挿入されたピストンピン３０５ｂを介してピストン３０５の運動を往復運動に変換する。したがって、ピストン３０５は、円筒形孔部３０６内を往復運動
する。

シャフト３３７は、シリンダブロック３３１に形成された軸受部３３４とシャフト３３７の主軸部３４０が隙間を介して回転する。

シリンダブロック３３１には、その側部に弁座板４０８を介してシリンダヘッド４０９が備えられ、冷媒ガス４１１の吸入と吐出径路４１９が形成されている。

また、密閉容器３０１の底部には、密閉型圧縮機３００の各摺動部と、軸受摺動部４１４を摺動潤滑するための潤滑油４１５が貯留されている。潤滑油４１５は、主軸部３４０の下端部に設けられた給油手段４１６によって汲み上げられ、先ず軸受摺動部４１４へ給油され、さらに偏心軸部３０３ａとの内径に備えた給油孔４１８を通して上方に位置する圧縮機構３０７に給油される。

圧縮機構３０７に給油された潤滑油４１５は、偏心軸部３０３ａの外径に導かれ、コンロッド３０４の内径の摺動部を潤滑した後、偏心軸部３０３ａの上部から周囲に飛散し、ピストン３０５とシリンダブロック３３１の円筒形孔部３０６にも供給され、ピストン３０５によって圧縮された冷媒ガス４１１が圧縮室３５３から過剰に漏れることがないようにシールしている。

次に、円筒形孔部３０６の内面について説明する。

シリンダブロック３３１の円筒形孔部３０６の内面３０６ａは、ピストン３０５の外周面３０５ｃと摺動する圧縮室摺動部５００と、下死点側に設けられた凹部５１０によって形成された第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄを有している。

凹部５１０により形成された第１摺動部５０１ａと第２摺動部５０１ｂは、略水平方向に対向して配置され、ピストンの側圧荷重が作用する第１摺動部の面積が、第２摺動部の面積より大きく形成されている。

また、同じく凹部５１０により形成された第３摺動部５０１ｃと第４摺動部５０１ｄは、略鉛直方向に対向して配置され、鉛直下方に位置する第３摺動部は、対向する第４摺動部より面積が大きく形成されている。

さらに、第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄは、それぞれ、凹部５１０との境界である両側縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１１ｄが、ピストンの往復動方向に対して非平行形状となっている。

また、各摺動部から凹部５１０への境界である縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１１ｄの断面形状は、円筒形孔部３０６の軸方向表面に対して３０°の傾斜角度を有する傾斜した面となっている。

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。

密閉型圧縮機３００の電動機構３０２に通電されると、シャフト３３７が回転し、偏心軸部３０３ａの運動がコンロッド３０４を介してピストン３０５に伝わることで、ピストン３０５は、圧縮室３５３内を往復運動する。シリンダブロック３３１の円筒形孔部３０６の中をピストン３０５が往復運動することにより、圧縮室３５３の容積が変化し、冷媒ガス４１１の吸入と圧縮が行われる。

シリンダブロック３３１の円筒形孔部３０６は、その内面３０６ａの下死点側に円周方向外側に窪んだ凹部５１０を有しており、ピストン３０５の外周面３０５ｃと、凹部５１０は非接触となっている。これにより、ピストン３０５と円筒形孔部３０６との摺動面積は小さくなり、摺動の損失を低減し、効率を向上することができる。

しかし、一般に、摺動面積が小さくなると、ピストン３０５が円筒径孔部３０６内で安定した姿勢を保つことが難しくなり、ピストン３０５の部分片当りや、摩耗の起点となって信頼性などの課題を発生する可能性がある。

この課題を解決するために、本実施の形態１の仕様は、第１摺動部５０１ａと第２摺動部５０１ｂが、ピストン３０５の挙動の左右方向の側圧摺動の安定を図り、さらに第３摺動部５０１ｃと第４摺動部５０１ｄが、上下方向での安定を図ることで、ピストン３０５の挙動を安定させることができる。その結果、騒音が低減されるとともに、信頼性の高い圧縮機を提供できることとなる。

次に、給油・潤滑について説明する。

給油手段４１６により、ピストン３０５と円筒形孔部３０６に安定的に潤滑油４１５を供給する方法は、種々提案されているが、本実施の形態１の構成においても同様に潤滑油４１５の供給を行っており、特に、ピストン３０５と円筒形孔部３０６内の圧縮室摺動部５００、第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄには、十分に潤滑油４１５が供給されている。

また、ピストン３０５は、下死点側に位置する場合においても第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄに保持されることによって、上下左右の挙動が安定するとともに、安定した潤滑油４１５の供給により、潤滑油４１５の介在を確保した上で、ピストン３０５と円筒形孔部３０６が部分片当りすることがなく、また、不安定挙動による局部当たりを起こすことなく運動ができる。

さらに、第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄについて、各対向位置にある第１摺動部５０１ａと第２摺動部５０１ｂ摺動部および、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄの面積の大きさについて、それぞれ側圧荷重の大きい第１摺動部５０１ａと、重力の影響を受ける第３摺動部５０１ｃを大きく形成することにより、上下左右４箇所の摺動部の面圧が均等化される。したがって、ピストン３０５と円筒形孔部３０６が部分的に片当りすることがなく、また、不安定挙動による局部の当たりが防止できる。

さらに、凹部５１０は、図３に示すように、矢印Ｙで示すピストン３０５の往復動方向に対してその両側が、ラインＬ１、Ｌ２で示すように非平行形状となる第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄを形成している。したがって、摺動部の境界である両側縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１１ｄが往復動方向に対して非平行であることから、潤滑油４１５を供給する稜線距離は長く形成されている。そのため、ピストン３０５の往復動に伴い、潤滑油を第１摺動部５０１ａ、第２摺動部５０１ｂ、第３摺動部５０１ｃ、第４摺動部５０１ｄの摺動面に巻き込んで供給することができる。すなわち、凹部５１０の両側縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１１ｄから各摺動部への給油量が実質的に増大する。その結果、ピストン３０５の局所的な部分片当りの頻度を抑制することができる。

また、凹部５１０と各摺動部の境界である両側縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１
１ｄの断面形状を、図５に示すように円筒形孔部３０６の軸方向表面に対して３０度の傾斜角度を有する曲面とすることにより、凹部５１０に貯留された潤滑油４１５をスムーズに潤滑摺動部に供給することができる。特に、両側縁部５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ５１１ｄと潤滑摺動部の境界においては、微視的に、くさび膜効果によって油膜圧力が生じるため、ピストン３０５の往復動で避け得ない部分片当りの頻度を低減し、騒音の増大や摩耗等の信頼性の低下を防止することができる。

これによって、ピストン３０５の略円筒形の端が円筒形孔部３０６の内面３５５と部分的に片当りを生じ、これによって発生する騒音や、その部分が起点となって起こる摩耗の発生を抑制することができ、信頼性の高い圧縮機を提供できることとなる。

このような構成は、ピストン・コンロッド型の密閉型圧縮機のみならず、他の方式の密閉型圧縮機にも応用展開でき、高効率と低騒音、信頼性の向上を図ることができる。

３００ 密閉型圧縮機
３０１ 密閉容器
３０２ 電動機構
３０３ａ 偏心軸部
３０４ コンロッド
３０５ ピストン
３０６ 円筒形孔部
３０７ 圧縮機構
３３１ シリンダブロック
３３７ シャフト
３４０ 主軸部
３３４ 軸受部
３５３ 圧縮室
４１５ 潤滑油
４１６ 給油手段
５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｃ、５０１ｄ 摺動部
５１０ 凹部
５１１ａ、５１１ｂ、５１１ｃ、５１１ｄ 縁部

Claims (6)

1. 潤滑油を貯留した密閉容器内に、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダを備えたシリンダブロックと、前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段と、前記シリンダブロックに形成され、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シャフトに具備された給油機構とを備えた構成とし、前記給油機構を、前記主軸部や前記偏心軸部の摺動部に前記潤滑油を供給する第１の給油経路と、前記シャフトが所定の回転数以上で回転する場合にのみ、前記潤滑油が前記密閉容器内空間に放出されるように前記シャフトの上端まで前記潤滑油を搬送する第２の給油経路を備える構成とした密閉型圧縮機。
2. 前記給油機構を、前記シャフトの下端より、前記第１の給油経路と前記第２の給油経路との分岐に至る第３の給油経路を備える構成とし、さらに、前記第３の給油経路にポンプ機能を設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記第１の給油経路を、前記主軸部の表面に設けたらせん溝が含まれる構成とした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記第２の給油経路を、前記主軸部の中心軸に対して偏心した貫通穴とした請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記円筒形孔部の凹部を、ピストンの往復動方向に対して非平行形状となる摺動部を形成するように設けた請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記摺動部と、凹部との境界である縁部の断面形状が、円筒形孔部の軸方向表面に対して摺動部側から４５°以下の傾斜角度、もしくは同等の曲面形状を有する形状とした請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。