JP4019205B2

JP4019205B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP4019205B2
Application number: JP35881097A
Authority: JP
Inventors: 泰民野澤; 明彦石山
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2017-12-26
Also published as: JPH11190276A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷蔵庫やルームエアコン等に使用される密閉型圧縮機に係り、特に、回転軸受部にかかる荷重を圧縮過程において低減することができるスコッチヨーク式ピストン往復機構を有する密閉型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の密閉型圧縮機のスライダ機構を、図９および図１０を用いて説明する。図９は圧縮機の縦断面図、図１０はスライダの斜視図である。図９において、フレーム７の上部に圧縮部を構成するシリンダ９とピストン１０を設置し、下部に電動機要素を構成するステータ４とロータ５が設置されている。また、クランクシャフト６には、回転中心軸６ａから偏心した位置に軸心６ｃのある偏心軸６ｂが一体形成され、偏心軸６ｂがスライダ８の貫通孔に貫通している。このクランクシャフト６は、フレーム７の回転軸受部７ａを貫挿してロータ５と直結され、ロータ５の回転に伴い、ピストン１０のスライド管１０ａの内径を摺動するスライダ８を介して、ピストン１０を往復運動させる構造である。
また、図１０に示すように、スライダ８は左右対称な形状をしており、中央部にはクランクシャフト偏心軸６ｂの貫通する貫通孔８ａを有し、スライダ８の重心は、偏心軸６ｂの軸心６ｃ上に存在している。
この種の圧縮機の公知例には実公昭６２−４０１３３号公報がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
図１１に、上記従来例の圧縮時における力の状態図を示す。図１１において、ガス圧縮荷重Ｆｇによりクランクシャフト６が傾き、フレーム７の軸受部７ａの上端部７ｂおよび下端部７ｃに、局部的にクランクシャフト６が当接し、油膜切れの状態になり異常な磨耗を引き起こす場合がある。そのため、圧縮過程においてシリンダ内圧力が上昇し、ピストン先端に大きなガス圧縮による荷重がクランクシャフト偏心軸６ｂへかかったとき、荷重を低減し軸受部にかかる荷重を減らす必要がある。この方法として、ピストンおよびスライダの重量を増やすことが挙げられる。
【０００４】
しかし、この方法では、ピストンが上死点に位置するクランクシャフトの角度を０度、下死点に位置するときの角度を１８０度とし、吸い込み過程を０〜１８０度、圧縮過程を１８０〜３６０度としたとき、最大荷重のかかるクランクシャフト角３３０度付近から３６０度においての荷重を低減することはできるかも知れないが、下死点付近におけるガス荷重の小さいときに、慣性力がクランクシャフト偏心軸６ｂに大きく働き、このことにより、上死点から下死点までにかかる荷重の平均値は増加し、軸受部の荷重が増し、電動機の入力を増大させ、結局、密閉型圧縮機の信頼性を低下させるという欠点があった。
【０００５】
本発明の目的は、密閉型圧縮機において、ピストンおよびスライダの重量を増加することなく、最大荷重のかかる圧縮過程で、クランクシャフト偏心軸および軸受けにかかる荷重を低減し、密閉型圧縮機の信頼性を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を以下のように達成する。
基本的に、スライド管と前記スライド管内を移動可能なスライダとを有し、前記スライダはクランクシャフトの偏心軸に設けられ、前記スライド管はシリンダ内を往復可能なピストンに設けられ、前記クランクシャフトの回転により前記ピストンが往復動するスコッチヨーク式ピストン往復機構を備えた密閉型圧縮機において、前記スライダの重心が、前記クランクシャフトの偏心軸の軸心から離れていることを特徴とするものである。すなわち、スライダ重心を偏心軸の軸心から離すことにより、クランクシャフトを回転させたときのスライダの慣性力が増加し、このスライダ慣性力をガス圧縮方向に対して逆方向に作用させることができ、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重を低減できる。また、この場合において、前記ピストンの圧縮過程で、前記クランクシャフトの中心軸と前記スライダの重心とを結ぶ最小距離を、前記クランクシャフトの中心軸から前記偏心軸の軸心までの最小距離よりも長くすることができる。これによれば、スライダ重心位置の方が、偏心軸の軸心に較べて、クランクシャフトの回転中心軸から遠くなるので、ガス圧縮による荷重の向きに対して逆の方向に、スライダの慣性力を大きく作用させることができる。さらに、この場合において、前記クランクシャフトの回転角度が、前記ピストンの上死点を０度、下死点を１８０度、吸込過程を０〜１８０度、圧縮過程を１８０〜３６０度としたとき、前記圧縮過程のうち２７０〜３６０度の過程で、前記クランクシャフトの中心軸と前記スライダの重心とを結ぶ最小距離を、前記クランクシャフトの中心軸から前記偏心軸の軸心までの最小距離よりも長くすることができる。これによれば、ガス圧縮荷重が増大するクランクシャフト角２７０〜３６０度で、クランクシャフト回転中心軸からスライダ重心までの距離が長くなっており、慣性力はスライダ質量と距離と回転角速度の２乗の積であるので、重心までの距離が長くなることにより、クランクシャフト回転角２７０〜３６０度において、ガス圧縮荷重の反対方向に大きく慣性力を増加させるため、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分の力の最大値を低減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、従来例と同一構造部分は同一符号を付す。
図１および図２は、本発明の一実施形態を示した図で、図１は、本実施形態におけるスライダ１の重心位置２と、従来のスライダの重心位置３の相違を図示した平面図、図２は、図１の実施形態のスライダ１の斜視図である。これらの図に示すように、本実施形態では、スライダ１の中央部に形成された貫通孔１ａに、クランクシャフトの偏心軸６ｂが貫通しているが、スライダ１は質量の一部が除去された重量調整部１ｂを有しており、スライダ重心位置２はスライダ中央部からずれて位置し、偏心軸軸心６ｃからもずれて配置されている。なお、従来公知のスライダ重心位置３は、偏心軸軸心６ｃと一致させている。
【０００８】
図３は、吸い込み過程を０〜１８０度とし、圧縮過程を１８０〜３６０度としたときのスライダ重心位置の軌跡を示している。すなわち、軌跡Ｂは、従来公知のスライダ重心位置３がクランクシャフト回転中心軸６ａを中心に回転移動する軌跡である。軌跡Ａは本実施形態の場合を示し、圧縮過程において、クランクシャフト回転中心軸６ａと、スライダ重心位置２とを結ぶ最小距離が、クランクシャフト回転中心軸６ａと偏心軸軸心６ｃまでの最小距離よりも長くなる位置に、スライダ重心位置２を配置し、スライダ重心位置２をクランクシャフト回転中心軸６ａを中心に回転移動したときの軌跡を示したものである。
【０００９】
図４は、クランクシャフト角０〜３６０度におけるシリンダ内ガス圧縮によるピストン先端にかかる荷重の変化を表したグラフである。
図５は、本実施形態におけるスライダ重心が、図３に示す軌跡Ａを描く場合、縦軸にピストンの圧縮による荷重の方向を正方向として、本実施形態による発明品と従来品の慣性力のピストン往復方向成分の比較を表したグラフである。
図６は、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分を、本発明品と従来品とを比較して、縦軸方向をガス圧縮による荷重の方向として示したものである。
図７は、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分と、ピストン往復方向に対する垂直方向成分との合力について、本発明品と従来品との比較を、縦軸方向をガス圧縮による荷重の方向として示したものである。
【００１０】
次いで、これらの図を参照して図１の実施形態を説明する。
図１の実施形態によると、スライダの重心位置２を、ピストン１０の往復方向に対して、直角左方向およびピストン往復方向シリンダ側に、それぞれ本実施形態では５ｍｍほど、ずらして配置したことにより、クランクシャフト６が時計回りに回るとき、図３に示すように、ガス圧縮荷重が増大するクランクシャフト回転角が２７０〜３６０度（図４参照）で、クランクシャフト回転中心軸６ａからスライダ重心２までの距離が、クランクシャフト回転中心軸６ａから偏心軸軸心６ｃまでの距離より長くなっている。慣性力はスライダ質量と距離と回転角速度の２乗の積であるから、重心までの距離が長くなることにより、クランクシャフト回転角２７０〜３６０度において、慣性力は増大することになる。
【００１１】
このことは、図５に示すように、本発明品と従来品との慣性力の比較においても明らかで、圧縮過程において、従来品と比べて本発明品は、ガス圧縮荷重のかかる方向とは反対の向きに、大きく慣性力を増加させているのがわかる。したがって、ガス圧縮荷重に対して逆方向の力を増やすことになり、図６に示すように、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分の力の最大値を低減することができる。
【００１２】
図７において、クランクシャフト偏心軸にかかるピストン往復方向の力と、ピストン往復方向に垂直な方向の力の合力は、スライダ慣性力を増すことにより、圧縮過程においてピストン往復方向の荷重は減るが、ピストン往復方向に垂直な方向の慣性力成分においては増すことが言える。ガス圧縮荷重の小さい吸い込み過程時に慣性力が支配的になり、吸い込み過程においては、本発明品の方が従来品よりもクランクシャフト偏心軸にかかる荷重が増えているが、しかし、最大荷重のかかる圧縮過程時においては、スライダ慣性力のピストン往復方向成分が有効に働き、荷重を低下させており、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重の平均値は、本実施形態による発明品おいて、約６.７％程度、低減されている。
【００１３】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
図８は、本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態は、基本的形状は従来のスライダ（図１０参照）と同様であるが、クランクシャフト偏心軸６ｂを通す貫通孔１ａの位置を、ピストン往復方向に対して垂直な方向に移動したものである。このとき、スライダの重心位置２は、従来のスライダの重心位置３を境にして貫通孔１ａ（偏心軸軸心６ｃ）とは反対側にある。
【００１４】
本例によれば、クランクシャフト６の回転を時計回りとし、最大のガス圧縮荷重が働く範囲は、図３に示す２７０〜３６０度の範囲で、この範囲において、スライダ慣性力が大きくなるように、クランクシャフト回転中心軸６ａとスライダ重心位置２との距離が、クランクシャフト回転中心軸６ａとクランクシャフト偏心軸軸心６ｃとを結ぶ最小距離より、長くなるようにスライダ２を配置する。これにより、圧縮過程におけるガス圧縮荷重に逆向きの力として働く慣性力を増加させることができるので、クランクシャフト偏心軸６ｂにかかる荷重の最大値および平均値は低下し、密閉型圧縮機の信頼性を向上させることができる。また、本実施形態はスライダの貫通孔を移動しただけで、加工作業を追加することはないので、コストの上昇につながることはない。
【００１５】
なお、本発明において、偏心軸軸心からスライダ重心をずらす方法は、上記実施形態に限定されるものではない。スライダの取付位置を偏心軸軸心に対してずらす方法や、スライダ自体を非対称に加工する方法や、スライダの一部に質量を付加や削減する方法など、種々の方法がある。
【００１６】
上述のとおり本発明は、クランクシャフト回転中心軸を中心とする回転運動を行うと、スライダには回転中心軸を中心とする慣性力が生じ、この慣性力のピストン往復方向の荷重成分と、ピストンの慣性力とは、圧縮過程の大きなガス圧縮荷重がかかるときに、ガス圧縮荷重と逆の方向に加わり、クランクシャフト偏心軸にかかる荷重を緩和させる作用があることに着目してなされたものである。このような知見によって、クランクシャフトの荷重による傾きが抑制され、軸受にかかる荷重が低減し、信頼性の向上した密閉型圧縮機が創案されたのである。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、スコッチヨーク式ピストン往復機構を備えた密閉型圧縮機において、クランクシャフト偏心軸とスライダ重心位置とをずらしたことにより、ガス圧縮により発生する最大荷重に対し、クランクシャフトおよび軸受けにかかる荷重が従来より低減され、そのため、密閉型圧縮機の信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるスライダの斜視図である。
【図３】従来と本実施形態のそれぞれのスライダの重心位置の軌跡を示す図である。
【図４】ガス圧縮による荷重の変化を示す図である。
【図５】本実施形態と従来におけるスライダ慣性力のピストン往復方向成分の比較を示す図である。
【図６】本実施形態と従来におけるクランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分の比較を示す図である。
【図７】本実施形態と従来におけるクランクシャフト偏心軸にかかる荷重のピストン往復方向成分とピストン往復方向に垂直な方向の成分との合力の比較を示す図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す図である。
【図９】従来の密閉型圧縮機を示す縦断面図である。
【図１０】従来のスライダを示す図である。
【図１１】圧縮による荷重によりクランクシャフトが傾く様子を示す図である。
【符号の説明】
１本発明におけるスライダ
１ａ貫通孔
１ｂ重量調整部
２本発明におけるスライダ重心位置
３従来例におけるスライダ重心位置
４ステータ
５ロータ
６クランクシャフト
６ａクランクシャフト回転中心軸
６ｂクランクシャフト偏心軸
６ｃクランクシャフト偏心軸軸心
７フレーム
７ａ軸受部
７ｂ軸受上端部
７ｃ軸受下端部
８スライダ
８ａ貫通孔
９シリンダ
１０ピストン
１０ａスライド管
Ａ本発明におけるスライダ重心が描く軌跡
Ｂ従来例におけるスライダ重心が描く軌跡

Claims

スライド管と前記スライド管内を移動可能なスライダとを有し、前記スライダはクランクシャフトの偏心軸に設けられ、前記スライド管はシリンダ内を往復可能なピストンに設けられ、前記クランクシャフトの回転により前記ピストンが往復動するスコッチヨーク式ピストン往復機構を備えた密閉型圧縮機において、
前記スライダは、該スライダの重心が前記クランクシャフトの偏心軸の軸心から離して形成され、前記ピストンの圧縮過程で、前記クランクシャフトの中心軸と前記スライダの重心とを結ぶ最小距離が、前記クランクシャフトの中心軸から前記偏心軸の軸心までの最小距離よりも長いことを特徴とする密閉型圧縮機。
請求項１に記載の密閉型圧縮機において、
前記クランクシャフトの回転角度が、前記ピストンの上死点を０度、下死点を１８０度、吸込過程を０〜１８０度、圧縮過程を１８０〜３６０度としたとき、前記圧縮過程のうち２７０〜３６０度の過程で、前記クランクシャフトの中心軸と前記スライダの重心とを結ぶ最小距離が、前記クランクシャフトの中心軸から前記偏心軸の軸心までの最小距離よりも長いことを特徴とする密閉型圧縮機。