JP2007040137A

JP2007040137A - 往復動型圧縮機

Info

Publication number: JP2007040137A
Application number: JP2005223669A
Authority: JP
Inventors: Akira Inoue; 陽井上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】シリンダ内でのピストンの傾きを防ぎ、シリンダとピストンとのこじりによる偏摩耗を防止し、信頼性の向上を図る。
【解決手段】コンロッド１１４の大端部１１６とクランクシャフトの偏心部とが摺動する大端摺動面１１９、またはコンロッド１１４の小端部１３０とピストンピンとが摺動する小端摺動面１３１のうち少なくともひとつの摺動面に弾性潤滑材としてフッ素樹脂１３２をコーティングすることにより、クランクシャフトが傾きコンロッド１１４を介してピストンピンまで傾くことをフッ素樹脂１３２の弾性変形により吸収し、シリンダ内でピストンが傾くことを防ぐことで信頼性の向上を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は主に冷蔵庫等の冷凍装置に用いられる往復動型圧縮機の信頼性の向上に関するものである。

従来の往復動型圧縮機としては、シリンダに案内孔を設け、そこを通る冷凍機油をコンロッド上に滴下させ、コンロッドに沿ってシリンダ内に供給し、ピストンとの潤滑を行うものがある（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往復動型圧縮機を説明する。

図３は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を示す断面図、図４は従来の密閉型圧縮機における要部構成要素の断面図である。

図３、図４において、密閉容器１には冷媒ガス（図示せず）および冷凍機油２が封入されるとともに、圧縮要素３およびこれを駆動する電動要素４が収容されている。

圧縮要素３と電動要素４とは密閉容器１の内部に支持装置５を介して弾性的に支持されている。

また、圧縮要素３は略円筒形のシリンダ６を形成するブロック７と、シリンダ６内を往復動するピストン８、ピストンピン９、クランクシャフト１０、コンロッド１２、ブロック７に固定されクランクシャフト１０を支持する軸受部１３等により構成されている。

ピストンピン９はピストン８に固定され、コンロッド１２の小端部１４に嵌挿される。

クランクシャフト１０は電動要素４に固定されている主軸部１５およびコンロッド１２の大端部１６に嵌挿されている偏心部１７から構成されている。

偏心部１７の下端には圧縮要素３の各摺動部に遠心力によって冷凍機油２を供給する給油管１８が取り付けられている。

主軸部１５の表面には給油管１８より供給された冷凍機油２が容易に上向き流動できるように給油溝１９が形成されている。

シリンダ６には垂直方向に貫通して上面と下面とを連通させる案内孔２０が形成されており、これに応じて軸受部１３のフランジ２２には連通孔２４が垂設されている。

案内孔２０はそこを通る冷凍機油２がコンロッド１２上に滴下するよう位置決めされており、コンロッド１２上に滴下した冷凍機油２はコンロッド１２に沿ってシリンダ６内に供給される。

以上のように構成された往復動型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４に電力が供給されることで電動要素４はクランクシャフト１０を回転駆動し、偏心部１７の回転運動がコンロッド１２を介してピストン８を駆動し、ピストン８はシリンダ６内を往復運動することで冷媒ガス（図示せず）は連続して圧縮される。

クランクシャフト１０の回転運動に伴って、偏心部１７の下端に取り付けられた給油管１８は遠心力によって給油ポンプとして働き、冷凍機油２の大部分は主軸部１５の表面に形成された給油溝１９に沿って上昇し、主軸部１５と軸受部１３とを潤滑した後、軸受部１３上端部から排出される。排出された冷凍機油２は軸受部１３外表面に沿って流動し、フランジ２２に形成された連通孔２４、シリンダ６に形成された案内孔２０を通りコンロッド１２上に滴下する。

コンロッド１２上に滴下した冷凍機油２は、コンロッド１２に沿ってシリンダ６内に供給され、シリンダ６とピストン８を潤滑する。
特開平１０−１５９７３３号公報

しかしながら、上記従来の構成では、クランクシャフト１０や軸受部１３の機械加工精度が悪い場合や、軸受部１３によりクランクシャフト１０の主軸部１５を軸支する片持ち軸受方式においては、ピストンピン９を介してコンロッド１２と連結されたピストン８がシリンダ６内で傾くことによりこじりを生じ、ピストン６が偏摩耗を起こす可能性があるという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、シリンダとピストンとのこじりによるピストンの偏摩耗を防ぎ、信頼性が高い往復動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、本発明の往復動型圧縮機は、コンロッドの大端部とクランクシャフトの偏心部とが摺動する大端摺動面、またはコンロッドの小端部とピストンピンとが摺動する小端摺動面のうち少なくともひとつの摺動面に弾性潤滑材をコーティングしたもので、弾性潤滑材が弾性変形することによりシリンダ内でのピストンの傾きを吸収することができるという作用を有する。

本発明の往復動型圧縮機は、シリンダ内でのピストンの傾きを防ぎ、ピストンの偏摩耗を防止することができるので信頼性を向上させることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷凍機油を貯溜するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、略鉛直方向に配設され主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトを支持する軸受部と、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ピストンと、前記ピストンに軸心が前記偏心部と平行となるよう配設されたピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンを連結するコンロッドとを備え、前記コンロッドは前記偏心部に嵌挿された大端部と、前記ピストンピンに嵌挿された小端部とを備え、前記大端部と前記偏心部とが摺動する大端摺動面、または前記小端部と前記ピストンピンとが摺動する小端摺動面のうち少なくともひとつの摺動面に弾性潤滑材をコーティングしたもので、弾性潤滑材が弾性変形することによりシリンダ内でのピストンの傾きを吸収することができるため、ピストンの偏摩耗を防ぎ信頼性の向上を図ることができる。

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、軸受部によりクランクシャフトの主軸部を軸支することで片持ち軸受を形成したものであり、ピストンに加わる圧縮荷重により変形するクランクシャフトの傾きが、コンロッド、ピストンピンを介してピストンに伝わるが、弾性潤滑材が弾性変形することによりシリンダ内でのピストンの傾きを吸収することができるため、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、軸受構成に拘わらず信頼性の向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、弾性潤滑材は、フッ素樹脂としたものであり、固体潤滑材としての効果が得られるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに、摺動損失の増加を防止することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、冷媒としてＨＣ冷媒を、冷凍機油として前記冷媒と相溶性を有する油を使用するものであり、冷媒が発泡し油膜切れを起こす可能性がある場合においてもフッ素樹脂による潤滑効果を得ることができるため、請求項３に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性の向上を図ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、商用電源周波数以下の回転数で駆動する例えばインバータ駆動方式の往復動型圧縮機において、低速回転による遠心ポンプ能力が低下し、油膜切れを起こす可能性がある場合においてもフッ素樹脂による潤滑効果を得ることができるため、請求項３に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性の向上を図ることができる。

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１における往復動型圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態における往復動型圧縮機に用いられるコンロッドの断面図である。

図１、図２において、密閉空間を形成する密閉容器１０１には圧縮要素１０２および圧縮要素１０２を駆動する電動要素１０３が収容されており、底部に冷凍機油１０４を貯留している。

圧縮要素１０２と電動要素１０３とは密閉容器１０１の内部に支持装置１０５を介して弾性的に支持されている。また、密閉容器１０１の空間には冷媒ガス（図示せず）が封入されている。冷媒ガスは、好ましくは近年の環境問題に対応した特定フロン対象以外の冷媒ガスで例えば自然冷媒であるＲ６００ａ等であり、冷凍機油１０４はＲ６００ａと相溶性があるパラフィン系鉱油である。電動要素１０３は、ステータ１０７と、ロータ１０８とから構成されている。

次に圧縮要素１０２について説明する。

鉄製のクランクシャフト１１０はロータ１０８に固定されている主軸部１１２およびアルミニウム製のコンロッド１１４の大端部１１６に嵌挿されている偏心部１１８から構成されており、大端部１１６と偏心部１１８とは大端摺動面１１９を形成している。

略円筒形のシリンダ１２０を形成するブロック１２１にはクランクシャフト１１０の主軸部１１２を軸支するアルミニウム製の軸受部１２２が固定されている。

シリンダ１２０にはピストン１２４を収納し、ピストン１２４と偏心部１１８とはコンロッド１１４によって連結されている。

偏心部１１８の下端には圧縮要素１０２の各摺動部に遠心力によって冷凍機油１０４を供給する給油管１２６が取り付けられている。鉄製のピストンピン１２８はピストン１２４に固定され、コンロッド１１４の小端部１３０に嵌挿されており、小端部１３０とピストンピン１２８とは小端摺動面１３１を形成している。

小端部１３０の小端摺動面１３１には弾性潤滑材としてフッ素樹脂１３２がコーティングされている。本実施の形態ではフッ素樹脂１３２としてポリ四フッ化エチレンを用いており、これを小端摺動面１３１に３０μｍの厚みでコーティングすることでコーティング層を形成している。

電動要素１０３は、インバータ回路等によって商用電源周波数より低い運転周波数含む複数の回転数にて駆動される。

以上のように構成された往復動型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

ステータ１０７に電力が供給されるとロータ１０８が電源周波数以下の回転数、例えば４０回転で回転駆動する。同時に、ロータ１０８に主軸部１１２で一体固定されたクランクシャフト１１０も回転駆動する。

クランクシャフト１１０の回転駆動が偏心部１１８にて大端部１１６に嵌挿されているコンロッド１１４を介して往復運動に変換され、小端部１３０に嵌挿されているピストンピン１２８を介し遊挿されているピストン１２４が略円筒形のシリンダ１２０内で往復運動することで冷媒ガスは連続して圧縮される。

このとき、ピストン１２４に加わる圧縮荷重は、コンロッド１１４を挟んでピストンピン１２８と偏心部１１８とが押し合うように作用し、クランクシャフト１１０や軸受部１２２の機械加工精度が悪い場合や、軸受部１２２により主軸部１１２を軸支する片持ち軸受構成では、ピストン１２４に加わる圧縮荷重によりロータ１０８に一体固定されたクランクシャフト１１０が傾き、コンロッド１１４を介してピストンピン１２８まで傾くことになる。

しかしながら本実施の形態においては、コンロッド１１４の小端部１３０の小端摺動面１３１にコーティングしたフッ素樹脂１３２が弾性変形してその傾きを吸収することができる。従って、ピストン１２４がシリンダ１２０内で傾く力を緩和することができるので、ピストン１２４の傾きが小さくなり、こじりによるピストン１２４の偏摩耗を防止し、信頼性を向上させることができる。

また、冷媒と相溶性を有する冷凍機油１０４を使用しているため、冷凍機油１０４内に溶け込んだ冷媒が発泡すると大端摺動面１１９や小端摺動面１３１において油膜切れが発生する。このとき、摺動面の一部は金属材料とフッ素樹脂１３２の摺動となるが、フッ素樹脂１３２が有する潤滑効果により摩擦係数の増大を防ぎ、摺動損失の増加を防止するとともに信頼性を向上させることができる。

さらに、商用電源周波数より低い運転周波数時には、遠心ポンプ機構からの冷凍機油１０４の供給量が減少するために、大端摺動面１１９や小端摺動面１３１では安定して油膜が形成されにくく、摺動面の一部で油膜切れが発生する。このとき、摺動面の一部は金属材料とフッ素樹脂１３２の摺動となるが、フッ素樹脂が有する潤滑効果により摩擦係数の増大を防ぎ、摺動損失の増加を防止するとともに信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態において、フッ素樹脂１３２のコーティングはコンロッド１１４の小端部１３０へ施しているが、ピストンピン１２８さらには大端摺動面１１９のいずれかにコーティングを施してもよい。

本実施の形態では、フッ素樹脂１３２のコーティング層の厚さを３０μｍとしたが、好ましくは２０μｍから５０μｍの範囲である。

以上のように、本発明にかかる往復動型圧縮機は、信頼性の向上を図ることができるので、自販機等の冷凍サイクルに使用される往復動型圧縮機等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における往復動型圧縮機の断面図同実施の形態における往復動型圧縮機のコンロッドの断面図従来の往復動型圧縮機の断面図従来の往復動型圧縮機の要部構成要素の断面図

符号の説明

１０１密閉容器
１０２圧縮要素
１０４冷凍機油
１１０クランクシャフト
１１２主軸部
１１４コンロッド
１１６大端部
１１８偏心部
１１９大端摺動面
１２０シリンダ
１２１ブロック
１２２軸受部
１２４ピストン
１２８ピストンピン
１３０小端部
１３１小端摺動面
１３２フッ素樹脂

Claims

密閉容器内に冷凍機油を貯溜するとともに冷媒ガスを圧縮する圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は、略鉛直方向に配設され主軸部および偏心部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトを支持する軸受部と、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ピストンと、前記ピストンに軸心が前記偏心部と平行となるよう配設されたピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンを連結するコンロッドとを備え、前記コンロッドは前記偏心部に嵌挿された大端部と、前記ピストンピンに嵌挿された小端部とを備え、前記大端部と前記偏心部とが摺動する大端摺動面、または前記小端部と前記ピストンピンとが摺動する小端摺動面のうち少なくともひとつの摺動面に弾性潤滑材をコーティングしたことを特徴とする往復動型圧縮機。
軸受部によりクランクシャフトの主軸部を軸支することで片持ち軸受を形成した請求項１に記載の往復動型圧縮機。
弾性潤滑材は、フッ素樹脂である請求項１または請求項２に記載の往復動型圧縮機。
冷媒としてＨＣ冷媒を、冷凍機油として前記冷媒と相溶性を有する油を使用することを特徴とする請求項３に記載の往復動型圧縮機。
商用電源周波数以下の回転数で駆動する請求項３に記載の往復動型圧縮機。