JP2017008809A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダのピストンに対する摺動部分の交換性を向上した密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】正面視で略円形の開口を持つシリンダ５ａ内側に設けられ、該シリンダに取付自在の略円筒形のシリンダブッシュ５０を備える圧縮機であって、前記シリンダブッシュが圧入により前記シリンダ内側に取付けられている。
【選択図】図１０

Description

本発明は圧縮機に関する。

関連する技術として特許文献１が知られている。特許文献１は、シリンダーボアの内壁を交換できるような構造にて設置されている摩擦材を開示している。また、摩擦材はその外周面がスプリング部材の内周面に接着されて固定されている（要約）。

特開２００８−１５１１０６号公報

特許文献１に記載の摩擦材は、スプリング部材を採用しているため、構造が複雑化し、コストが高くなったり破損する可能性が高くなるおそれがある。

上記課題に鑑みてなされた本発明は、正面視で略円形の開口を持つシリンダ内側に設けられ、該シリンダに取付自在の略円筒形のシリンダブッシュを備える圧縮機であって、前記シリンダブッシュが圧入により前記シリンダ内側に取付けられていることを特徴とする。

実施例１の密閉型圧縮機の縦断面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 実施例１の圧縮室の要部拡大断面図。 実施例２の圧縮室の要部拡大断面図。 図４に示すシリンダブシュを説明する斜視図。 実施例２の圧縮室の要部拡大断面図。 図６に示すシリンダブシュを説明する斜視図。 ロッドの別方式の拡大断面図。 Ｖ２/Ｖ１とシリンダブッシュ面取の関係図。 実施例２のシリンダブッシュとシリンダの取付図。 実施例２のシリンダ段付きの拡大断面図。 冷蔵庫の正面図。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同一の説明は繰り返さない。

図１は本発明の実施例１の密閉型圧縮機１００の縦断面図であり、図２は図１の密閉型圧縮機１００の平面図である。

密閉型圧縮機１００は、密閉容器１内に電動要素２と圧縮要素３を収納している。

電動要素２は、ステータ２ａとロータ２ｂを有する。ロータ２ｂにはクランク軸８が取り付けられており、電力を供給してロータ２ｂを回転させると、この回転力が伝わりクランク軸８が回転する。クランク軸８は、主軸８ａと、主軸８ａの上部に、主軸８ａを中心にした偏心回転運動が可能な偏心軸８ｂを有する。

圧縮要素３は、例えば鋳鉄または鉄系材料からなるシリンダブロック５を有する。シリンダブロック５には、シリンダ５ａ、フレーム部５ｂ、軸受部５ｃが成形されている。圧縮要素３は、フレーム部５ｂの下部に固定されたステータ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。なお、シリンダ５ａと偏心軸８ｂの間にはバランスウエイト９が設けられており、シリンダ５ａとバランスウエイト９の間には、圧縮室１２の開口近傍に連通する空隙が位置している。

密閉型圧縮機１００は、シリンダ５ａに対して、例えば圧入により固定された略円筒形のシリンダブッシュ５０内の一端側をピストン７が往復運動する所謂レシプロ式である。連結手段であるロッド６は、一端が偏心軸８ｂに連結され、他端がピストン７に連結している。なお、ロッド６は、円筒形状の偏心軸８ｂに嵌合する大端軸受部と、ピストン７に嵌合するボールジョイント部を有している。ピストン７への取付は、公知のピストンピンを採用しても良い。

偏心軸８ｂの偏心回転力は、ロッド６によりピストン７の往復動力に変換されて伝達する。これにより、ピストン７がシリンダブッシュ５０のボアを往復運動するようになっている。ピストン７はシリンダブッシュ５０に所定の隙間、例えば直径の差で１０μｍ程度の隙間寸法で遊嵌できる。

シリンダブッシュ５０の他端側は、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によって閉塞されており、シリンダヘッド１０、シリンダブッシュ５０及びピストン７が圧縮室１２を構成している。圧縮室１２内では、ピストン７の往復運動に同期して吸入弁及び吐出弁が開閉する。冷媒は、順次圧縮室１２内に吸入され、ピストン７がシリンダヘッド１０に近づくことで圧縮される。圧縮された冷媒は、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。潤滑油４は、主軸８ａ外周に形成されたスパイラル溝８ｄを介して上方に導かれる。潤滑油４の一部は、大端軸受部及びボールジョイント部の潤滑を行い、他の一部は偏心軸８ｂの上端部に設けた潤滑油放射孔８ｂｂ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とシリンダブッシュ５０との間の潤滑及びシールが主に行われる。

冷媒は、密閉容器１内外に連通する吸込パイプ１６を通って、密閉容器１内に流入する。冷媒はその後、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内の吐出室に吐出され、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を通過する。これにより、密閉容器１外部の冷凍サイクルに流出するようになっている。

図３は実施例１の圧縮室の要部拡大断面図である。シリンダブッシュ５０は、例えば炭素材料で形成できる。炭素材料は層状結晶構造を有しており、自己潤滑性があるため、凝着を抑制し、また、摺動音の低減が可能である。炭素材料の動摩擦係数は０．１〜０．２程度であり、鋳鉄または鉄系材料の動摩擦係数０．３〜０．５と比較し低い。また、炭素材料の線膨張係数は５×１０^−６／Ｋ程度と、鋳鉄または鉄系材料の線膨張係数１２×１０^−６／Ｋに比較し低いことから、シリンダブッシュ５０の温度上昇による膨張量を抑制することができる。すなわち、ピストン７とシリンダブッシュ５０間の隙間寸法の変化が抑制されるため、例えば常温における隙間寸法を小さくできる。

本実施例のようにシリンダブッシュを形成すると、ピストン７とシリンダブッシュ５０の直径隙間寸法δ、ピストン直径φＤについて、３．８×１０^−５≦δ/φＤ≦３．８×１０^−４とすることが可能になる。摺動損失と洩れ損失の関係の観点から、圧縮機効率を改善できる。

実施例２の構成は、以下の点を除いて実施例１と同様にできる。図４は実施例２の圧縮室の要部拡大断面図である。本実施例のシリンダブッシュ５０は、金属板５０ｂの内側に銅系焼結合金属層５０ａを丸め成形した巻きブッシュである。銅系焼結合金属層５０ａは、潤滑性及び耐磨耗性に優れるため、密閉型圧縮機１００の性能を向上できる。

図５は、シリンダブッシュ５０の製作方法を説明する説明図である。シリンダブッシュ５０は、銅系焼結合金属層５０ａを表面に有する金属板５０ｂを、銅系焼結合金属層５０ａが内側になるように巻き成形して作られる。

図６，７に示すように、シリンダブッシュ５０は、銅系焼結合金属層５０ａに代えて、ＰＴＦＥ系樹脂を含浸させた表層５０ｃを採用してもよい。ピストン７に摺動する表層５０ｃは、好ましくは青銅粉末５０ｆを備える多孔質焼結層５０ｅを金属板５０ｂ側に含む。この場合、シリンダブッシュ５０は、最外層から順に金属板５０ｂ、青銅粉末製多孔質焼結層５０ｅ、ＰＴＦＥ系樹脂層５０ｄを有する。

ＰＴＦＥ系樹脂層５０ｄは銅系焼結金属層５０ａよりも摩擦係数が低く、摺動損失を低減できる。また、青銅粉末５０ｆを備える多孔質焼結層５０ｅを備えることで、耐摩耗性が向上する。即ち、異種材料による複合層により各々の材料特性を利用することで、密閉型圧縮機１００の効率と信頼性を向上できる。

また、シリンダブッシュ５０を組み込んだシリンダブロック５の製造方法については、機械加工工数の多いシリンダブロック５の最終工程で、シリンダブッシュ５０を圧入、焼嵌等によりシリンダブロック５に組付をした後に、内径の研磨、およびシリンダヘッド１０の取り付け面の研削を行う。ここで、シリンダブッシュ５０の内径寸法が大きく加工され、ピストン７との隙間寸法値の管理外となった場合においても、シリンダブッシュ５０のみを交換し、再度機械加工することでシリンダブロック５を棄損しないで済む。即ち、シリンダブロック５の再利用が可能となり、省資源で安価な密閉型圧縮機を提供することができる。

また、内径加工時に発生するバリ、カエリを除去するための面取りまたはＲ形状を、シリンダブッシュ５０のシリンダヘッド１０側(上死点側)の内径上端に設けると、圧縮室内に非圧縮空間が生じる。一般的に非圧縮空間が大きくなると体積効率の低下や圧縮機効率の低下を招くと考えられる。具体的には、非圧縮空間には、ピストン７が上死点に至った際に圧縮室より吐出されない冷媒ガスは、次の吸い込み工程において、いわゆる断熱変化で膨張するものと考えると、（圧力）ｘ（体積）／（温度）＝一定となるように膨張する。このとき、冷蔵庫などの冷凍サイクルでの使用を考慮すると、一例として圧力は、圧縮機の運転圧縮比最大で約２０倍、温度変化は、絶対温度の比で、１００℃（３７０Ｋ）→−２０℃（２５０Ｋ）とした場合で、約２／３倍程度を想定すると、体積変化は、この逆数となるため、約１３倍程度となることが想定される。すなわち、吐出されなかった冷媒が膨張し、新たな冷媒の吸い込みを阻害することを意味している。このため、シリンダブッシュ５０のシリンダヘッド１０側(上死点側)の内径上端にＣ面取りまたはＲ形状を設けて、シリンダブッシュ５０の内径に当たる円筒面よりも外周側に生じる上記非圧縮体積Ｖ２と圧縮室容積Ｖ１の比Ｖ２／Ｖ１を多くとも１％以内とすることで、体積効率の低下や圧縮機効率の低下を防ぐことができる。あるいは上記比率によらず、Ｃ０．１以内、あるいはＲ０．１以内の角部加工とすることで、上記非圧縮容積Ｖ２の増加を抑制する方法でも良い。

なお、先述した非圧縮空間を小さくする方法として、シリンダブッシュ５０をシリンダに組み付けた後にシリンダのシリンダヘッド１０取付面(上死点側の面)を加工することにより、シリンダブッシュ５０の端面の高さをシリンダヘッド１０の取り付け面と略合致させることができ、シリンダヘッド１０とのシール性を向上させることができる。

図１０に本実施例のシリンダ５とシリンダブッシュ５０の組み付け方法概要図を示し、組み付け方法について説明する。シリンダブッシュ５０をシリンダ５へ組み付ける際に、シリンダブッシュ５０の外周端面の折損やシリンダブッシュ５０にひずみ変形が生じる場合がある。例えば面取り５１をシリンダブッシュ５０端面の外周側やシリンダ５内径側に設けることで組み付けが容易となる。この面取り５１によれば更に、運転中、局所的にシリンダブッシュにピストン荷重を受けた際、シリンダブッシュ５０が比較的自由に変形できるため局所面圧を低減し信頼性が向上できる。面取り５１は、ロッド６側、ヘッドカバー１１側の何れに設けても良い。

図１１にシリンダ段付き５ｄの拡大断面図を示す。シリンダ段付き５ｄは、シリンダ５の内径を狭めるようにシリンダ５内径に突出した部分で、シリンダブッシュ５０がピストン７の往復動方向に移動することを抑制する。シリンダ段付き５ｄはシリンダ５について、ロッド６側に設けられている。シリンダブッシュ５０は上死点側をシリンダヘッドで塞がれており、運転中、圧縮室１２と密閉容器１内の圧力差やピストン７から、シリンダブッシュ５０が下死点方向に移動しようとする荷重を受ける。このため、シリンダ段付き５ｄを設けることにより、シリンダブッシュ５０が段付きの位置以上に移動することがなく、信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することができる。さらに、シリンダ５にシリンダブッシュ５０を組み付ける際、シリンダ段付きがシリンダブッシュ５０の位置決めとなるため、ブッシュ５０の組み付け寸法管理が容易になり、安価な密閉型圧縮機を提供することができる。

シリンダ段付き５ｄによって、またはこれと同様にして、シリンダブッシュ５０の組み付け位置を管理するために、シリンダブロック５のシリンダブッシュ５０組み付け穴に突起を設けて、組み付け寸法の管理をしてもよい。具体的にはシリンダブッシュ５０の外径よりも小さな径の段付き円環状の、又は単数若しくは複数の突起を備えた形状とすることで、ストッパーとしてもよい。円環状であれば、シリンダブッシュ５０に与える圧力を小さくできるため破損を抑制でき、突起状であれば、突起以外の部分から冶具を利用してシリンダブッシュ５０の取付又は取り外しの作業を行い易くできる。なお、シリンダ段付き５ｄは、円環状のうち略０°に亘る空隙を備えた略円環状であっても良い。この場合、この空隙を介して例えば針状の冶具を用いてシリンダブッシュ５０の取付や取り外し作業を行い易くできる。

シリンダ段付き５ｄを突起状とする場合、シリンダブッシュ５０の円環継ぎ目５２がシリンダ段付き５ｄに接触することを抑制できる位置に設けると好ましい。例えば、シリンダ５の正面視（軸線方向からの観察）において、シリンダブッシュ５０の軸心及びシリンダ段付き５ｄが通る直線と、シリンダブッシュ５０の軸心及び円環継ぎ目５２を通る直線と、が為す角度が３０°以上又は４５°以上であると好ましい。

シリンダブッシュ５０の交換作業において、シリンダブッシュ５０の内径側に挿入し、冶具の表面が外径側に拡大し密着するような手段を用いて抜き取ってもよいが、さらに抜き取りが容易にできるように、シリンダ段付き５ｄに示す段付き形状部の径あるいは高さはシリンダブッシュの内径よりも低くなる部分を備えるようにし、シリンダブッシュ５０の端部を押して、抜き取ってもよい。

シリンダ段付き５ｄ又は上述したストッパーは、丸め形成にて作成したシリンダブッシュ５０の端部（図７中、軸方向に延びる切れ目状の部分）への接触が抑制できる位置に取付けると好ましい。例えば、ストッパーを突起で形成し、シリンダブッシュ５０の端部が、突起に対して４５°若しくは６０°以上又は略９０°若しくは略１８０°以上の角度を為すように設けると好ましい。

本発明の圧縮機１００は、図１２に例示する冷蔵庫２００等、種々公知の機器に採用できる。

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
５ｄ 段付き
６ ロッド（コンロッド）
６ａ ロッド（スコッチヨーク）
７ ピストン
８ クランク軸
８ａ 主軸
８ｂ 偏心軸
８ｂｂ 潤滑油放射孔
８ｃ オイルポンプ
８ｄ スパイラル溝
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
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 シリンダブッシュ
５０ａ 銅系焼結合金属層
５０ｂ 金属板
５０ｃ ＰＴＦＥ系樹脂を含浸させた表層
５０ｄ ＰＴＦＥ系樹脂層
５０ｅ 青銅焼結層
５０ｆ 青銅粉末
１００ 密閉型圧縮機
２００ 冷蔵庫

Claims (5)

1. 正面視で略円形の開口を持つシリンダ内側に設けられ、該シリンダに取付自在の略円筒形のシリンダブッシュを備える圧縮機であって、
   前記シリンダブッシュが圧入により前記シリンダ内側に取付けられていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記シリンダの一端側に設けたシリンダヘッドと、
   前記シリンダの他端側に設けた段付きと、を有し、
   該段付きは、前記シリンダの正面視について、前記シリンダの他端側の何れかの部分の内寸を、前記シリンダブッシュの外径又は内径より小さくすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 板状の部材を巻き形成する工程を含んで製造される前記シリンダブッシュは、円環継ぎ目を有しており、
   前記段付きは、突起状であり、
   前記シリンダの正面視において、前記シリンダブッシュの軸心及び前記段付きが通る直線と、前記シリンダブッシュの軸心及び前記円環継ぎ目を通る直線と、が為す角度が３０°以上であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮機。
4. 前記シリンダブッシュは、外周端面に面取り形状を有することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の圧縮機。
5. 前記シリンダブッシュは、潤滑性及び耐摩耗性を有する青銅粉末製多孔質焼結層及びＰＴＦＥ系樹脂を含浸させた表面層を内側に有する円筒形の金属板を備え、
   前記シリンダブッシュ内側を往復動するピストンを備え、
   該ピストン及び前記シリンダブッシュの直径隙間寸法をδ、前記ピストンの直径をφＤとすると、δ/φＤが３．８×１０^−５≦δ/φＤ≦３．８×１０^−４の範囲内にあることを特徴とした、請求項１乃至４何れか一項に記載の圧縮機。

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