JP2007077896A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】振動が低く、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供する。
【解決手段】カウンターウエイト１７１は偏芯軸部１１３の上端部１１９に嵌着する固着部１７２とピストン１４１が下死点に位置したときにピストン１４１側に張り出すように形成した略半円状のウエイト部１７３を有し、ウエイト部１７３を固着部１７２に対して反主軸側にオフセットしたもので、カウンターウエイト１７１とピストン１４１が干渉することなく偏芯軸部１１３の長さを小さくできて偏芯軸部１１３の重量を軽くすることができるので偏芯軸部１１３の回転運動により発生する遠心力を小さくできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用される冷媒圧縮機に関するものである。

従来の冷媒圧縮機としては、振動を低減するために、クランクシャフトの偏芯部の上端部にカウンターウエイトを取り付けたものが一般的である（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冷媒圧縮機を説明する。

図７は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機の断面図である。図８は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機のカウンターウエイトの斜視図である。

図７、図８において、密閉容器１には冷媒Ｒ１３４ａ（図示せず）およびオイル２が封入されるとともに、圧縮要素３と、圧縮要素３を駆動する電動要素４が収納されている。

圧縮要素３を構成するブロック５にはシリンダー６が形成され、ピストン７がシリンダー６内に往復自在に挿入されている。

クランクシャフト８は電動要素４に固定されている主軸部９およびコンロッド１０の大端部１１に嵌挿されている偏芯軸部１２から成りブロック５の軸受け部２１に軸支されている。クランクシャフト８の主軸部９内部にはオイルポンプ３１を形成する傾斜孔１３を設けてあり、主軸部９の外周に設けたオイルポンプ３１を形成する螺旋溝１４の下端に開口している。

偏芯軸部１２には螺旋溝１４と連通するオイル経路１５を設けてあり、オイル経路１５は偏芯軸部１２の上端面１６で開口している。コンロッド１０は大端部１１と小端部５１を備えている。ピストンピン２０はピストン７に固定されており、小端部５１はピストンピン２０に嵌挿され、大端部１１は偏芯軸部１２に嵌挿されている。

カウンターウエイト４２は同一平面上に配置された固着部４３と略半円状のウエイト部４４からなり鉄板で一体成形されている。固着部４３は偏芯軸部１２の上端部４１に固着されていてウエイト部４４はピストン７が下死点に来たときにはピストン７の上方に張り出すように形成されている。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４に電気が供給されることで電動要素４はクランクシャフト８を回転駆動し、偏芯軸部１２の回転運動がコンロッド１０を介してピストン７を駆動しピストン７はシリンダー６内を往復運動することで冷媒Ｒ１３４ａ（図示せず）は連続して圧縮される。

この圧縮動作を行なう際、ピストン７が往復運動を行なうことにより、不平衡力である往復動慣性力が生じ、偏芯軸部１２が回転運動することによっても遠心力が生じる。この往復動慣性力と遠心力に対して、ピストン７と偏芯軸部１２の逆位相となるようにカウンターウエイト４２を設けることで釣り合わせ、ピストン７の往復動慣性力と偏芯軸部１２の遠心力をカウンターウエイト４２の慣性力で相殺することにより振動を減少させている。
特開２０００−２１３４６２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、カウンターウエイト４２の慣性力を大きくするためにカウンターウエイト４２はピストン７が下死点に来たときにはピストン７の上方に張り出すように形成しなければならず、そのためにカウンターウエイト４２の固着部４３を固着する上端部４１を有する偏芯軸部１２はカウンターウエイト４２のウエイト部４４とピストン７が干渉しないように十分に長いものでなければならなかった。よって偏芯軸部１２は重くなり、遠心力を大きくして振動を増加させていた。特に冷媒が炭化水素系冷媒の場合ではＲ１３４ａ冷媒に比べて圧縮機吸い込み体積当たりの冷凍能力が小さく、このことからＲ１３４ａ冷媒と同一の冷凍能力を得るにはピストン７により押しのけ容積をＲ１３４ａ冷媒時に比べて大きくする必要がある。通常ピストン７の押しのけ容積を大きくするにはピストン７の外径および偏芯軸部１２の偏芯量を大きくするが、いずれにしてもピストン７の往復動慣性力を大きくすることになり冷媒圧縮機の振動を増加させていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、振動の低い冷媒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、本発明の冷媒圧縮機は、カウンターウエイトを偏芯軸部の上端部に嵌着する固着部とピストンが下死点に位置したときにピストン側に張り出すように形成したウエイト部を有し、ウエイト部を前記固着部に対して反主軸側にオフセットしたことにより偏芯軸部の長さを小さくしてカウンターウエイトを偏芯軸部に嵌着できるので、偏芯軸部の重量が軽くなり偏芯軸部が発生させる遠心力を小さくできるという作用を有する。

本発明の冷媒圧縮機は、カウンターウエイトを偏芯軸部の上端部に嵌着する固着部とピストンが下死点に位置したときにピストン側に張り出すように形成したウエイト部を有し、ウエイト部を前記固着部に対して反主軸側にオフセットしたことで、振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、主軸部および偏芯軸部を有し、前記主軸部が略鉛直方向に配置されるクランクシャフトと、シリンダーを形成するブロックと、前記シリンダー内を往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結するコンロッドと、前記偏芯軸部の上端部に固着したカウンターウエイトを備え、前記カウンターウエイトは前記偏芯軸部の前記上端部に嵌着する固着部と前記ピストンが下死点に位置したときに前記ピストン側に張り出すように形成したウエイト部を有し、前記ウエイト部を前記固着部に対して反主軸側にオフセットしたもので、偏芯軸部の長さを小さくしても、カウンターウエイトをピストンが下死点に位置したときにでも前記ピストン側に張り出すようにできる。偏芯軸部の長さが小さいということは、偏芯軸部の重量も軽いものとなり偏芯軸部の回転運動により発生する遠心力を小さくできるので、振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。

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、偏芯軸部の上端面が前記ピストンの上面と略同一高さにあることにより、上端面より排出するオイルはピストンに飛散し易くなり、オイルをピストンに十分に供給できるので、さらに冷媒圧縮機の信頼性を高くすることがでる。

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、炭化水素系冷媒を用いたもので、冷媒が炭化水素系冷媒の場合では、ピストンの外径が大きいものか、偏芯軸部の偏芯量の大きいものかのどちらかになりピストンの往復動慣性力が大きくなるが、偏芯軸部の長さを小さくしても、カウンターウエイトをピストンが下死点に位置したときにでもピストン側に張り出すようにできる。偏芯軸部の長さが小さいということは、偏芯軸部の重量も軽いものとなり偏芯軸部の回転運動により発生する遠心力を小さくできるので、炭化水素系冷媒を用いたものにおいても冷媒圧縮機の振動を小さくすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、カウンターウエイトを鉄板にすることにより固着部とウエイト部をプレス加工で一体成形できるので、さらに生産性の高い冷媒圧縮機を実現できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、カウンターウエイトを焼結材にすることにより固着部とウエイト部を一体成形できるので、さらに生産性の高い冷媒圧縮機を実現できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、インバーターによって複数の運転周波数で駆動される電動機を使用した場合において低回転時におけるピストンと偏芯軸部が発生させる往復動慣性力と遠心力をカウンターウエイトが発生させる慣性力だけでは相殺でききらない場合でも、偏芯軸部の重量を軽くすることができ、偏芯軸部で発生する遠心力を小さくできるので、インバーターによって複数の運転周波数で駆動される電動機冷媒圧縮機においても振動を低くすることができる。

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における冷媒圧縮機のピストン下死点時の断面図、図２は同実施の形態における冷媒圧縮機のピストン上死点時の要部断面図、図３は同実施の形態における冷媒圧縮機のピストン上死点時の要部平面図、図４は同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの斜視図、図５は同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの平面図、図６は同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの断面図である。

図１から図６において、密閉容器１０１内には回転子１０２と固定子１０３よりなる電動要素１０４と、電動要素１０４の上方に構築され電動要素１０４によって駆動される圧縮要素１０５を収納するとともに、底部にはオイル１０６が貯留され冷媒としてＲ６００ａ（図示せず）が封入されている。

電動要素１０４と圧縮要素１０５はともに密閉容器１０１に収容されスプリング１０７で支持されている。

密閉容器１０１に固定したターミナル１０８は電気（図示せず）を連絡するものでリード線１０９を通して電動要素１０４に電気を供給する。ターミナル１０８にはインバーター制御回路２０１が結線され、インバーター制御回路２０１には商用電源２０２が供給されている。

次に、圧縮要素１０５の詳細を以下に説明する。

クランクシャフト１１１は回転子１０２を圧入固定した主軸部１１２および主軸部１１２に対して偏芯して形成された偏芯軸部１１３を有している。偏芯軸部１１３にはカウンターウエイト１７１を固着する上端部１１９とオイル経路１１４とオイル経路１１４が開口する上端面１１５、主軸部１１２にはオイルポンプ１１８を形成する傾斜孔１１６が設けられると共に、主軸部１１２の外周には下端が傾斜孔１１６の上端近傍と連通し、上方に向かってクランクシャフト１１１の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設したオイルポンプ１１８を形成する螺旋溝１１７が配設されている。螺旋溝１１７上端はオイル経路１１４の下端近傍と連通している。主軸部１１２の傾斜孔１１６の下端は、オイル１０６中に開口している。上端面１１５はピストン１４１のピストン上端面１４５と同水準位置に配設されている。

ブロック１３１は略円筒形のシリンダー１３２を有するとともに主軸部１１２を軸支する軸受け部１３３を有し、電動要素１０４の上方に形成されている。

ピストン１４１は、ブロック１３１のシリンダー１３２に往復摺動自在に挿入されている。ピストン１４１は偏芯軸部１１３の軸心と平行に穿設したピストンピン孔１４２を有し、ピストンピン孔１４２には中空円筒状のピストンピン１４３が嵌入され、ピストンピン１４３は中空円筒状のロックピン１４４によってピストン１４１に固定されている。

コンロッド１５１は、大端部１６１を偏芯軸部１１３に、小端部１６３をピストンピン１４３に嵌入することで偏芯軸部１１３とピストン１４１とを連結している。

カウンターウエイト１７１はプレス加工で一体成形された鉄板で造られており固着部１７２とウエイト部１７３とアーム部１７４からなる。固着部１７２は上端部１１９の外径より若干小さい内径を持つ略円筒形状をしていて上端部１１９に圧入固定されている。ウエイト部１７３は固着部１７２に対して反主軸部側にオフセットされていてピストン１４１が下死点に位置したときにピストン１４１側に張り出すように略半円状に形成されており、ピストン１４１の上方に位置するように配置されている。アーム部１７４は固着部１７２に対して略鉛直方向に立ち上がった一対のもので固着部１７２とウエイト部１７３を連結している。なお、カウンターウエイト１７１は焼結材で一体成形されていてもよい。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源２０２から供給される電力はインバーター制御回路２０１を通してターミナル１０８に送られ、リード線１０９により電動要素１０４に供給され、電動要素１０４の回転子１０２を任意の回転数で回転させる。回転子１０２はクランクシャフト１１１を回転させ、偏芯軸部１１３の偏芯運動がコンロッド１５１を介してピストン１４１を駆動することでピストン１４１はシリンダー１３２内を往復運動し冷媒Ｒ６００ａ（図示せず）を連続して圧縮する。

このとき冷媒Ｒ６００ａはＲ１３４ａ冷媒に比べて圧縮機吸い込み体積当たりの冷凍能力が小さく、このことからＲ１３４ａ冷媒と同一の冷凍能力を得るにはピストン１４１により押しのけ容積をＲ１３４ａ冷媒時に比べて２倍近く大きくする必要があので、ピストン１４１の径を１．２倍程大きくし、偏芯軸部１１３の主軸部１１２に対する偏芯量も１．２倍程大きくしている。このため従来の冷媒圧縮機に比べて、ピストン１４１がシリンダー１３２内を往復運動するときに発生させる往復動慣性力は遥かに大きなものとなり、大きなアンバランス成分が生ずる。

しかしながら本実施の形態においてはカウンターウエイト１７１のウエイト部１７３が固着部１７２に対して反主軸部側にオフセットしているのでピストン１４１の上方に大きく張り出すことができ、ピストン１４１にウエイト部１７３が干渉することなくウエイト部１７３の重量を増やすことができている。その結果、ピストン１４１がシリンダー１３２内を往復運動するときに発生する大きなアンバランス成分をウエイト部１７３の慣性力で相殺することができる。

さらに、カウンターウエイト１７１のウエイト部１７３は固着部１７２に対して反主軸部側にオフセットしているので偏芯軸部１１３の上端面１１５をピストン上端面１４５と同一水準位置まで低くすることができている。よって従来のカウンターウエイト４２を使用する場合と比べて偏芯軸部１１３の重量は軽いものとなっていて、偏芯軸部１１３が発生させる遠心力も従来の形状に比べて小さいものとすることができ、偏芯軸部１１３が発生させる遠心力の和は従来のカウンターウエイトを使用するときと比べて小さいものとなっている。

従ってピストン１４１が発生させるアンバランス成分、すなわちピストン１４１の往復動慣性力と偏芯軸部１１３が発生させる遠心力の和をカウンターウエイト１７１の慣性力で効果的に相殺することができ、極めて振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。

特にインバーター駆動による低回転運転時ではピストン１４１の往復運動が遅くなり往復動慣性力の発生周期も大きくなり、また偏芯軸部１１３の回転運動も遅くなり遠心力の発生周期も大きくなるので、それらの発生周期と完全に逆位相となるようにカウンターウエイト１７１を設けることは回転速度が遅くなるほど難しくなる。

本実施の形態の冷媒圧縮機は偏芯軸部１１３の重量を軽くできているのと、カウンターウエイト１７１のウエイト部１７３の重量を重くできているので従来のカウンターウエイト４２を使用しているのと比べて上記低回転運転時においてもアンバランス成分を効果的に相殺することができ、極めて振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。

一方、傾斜孔１１６はクランクシャフト１１１の回転で遠心力によりポンプ作用を有するようになっている。このポンプ作用により、密閉容器１０１底部のオイル１０６は傾斜孔１１６を介して上方に上げられる。傾斜孔１１６の上部に至ったオイル１０６は、螺旋溝１１７へと導入される。螺旋溝１１７はクランクシャフト１１１の回転方向と逆向きに働く慣性力と同方向に傾斜していることから、粘性ポンプとして作用し、オイル１０６には新たに上方向への搬送力が働く。螺旋溝１１７上端に至ったオイル１０６はオイル経路１１４へと導入され、上端面１１５より飛散する。

このときウエイト部１７３を固着部１７２に対して反主軸側にオフセットすることにより、偏芯軸部１１３の上端面１１５の高さ方向の位置とピストン上端面１４５の高さ方向の位置はほぼ同じ位置に配置することができので、上端面１１５より飛散したオイル１０６はピストン上端面１４５に直接散布され、ピストン１４１に十分な給油がなされるため、高い信頼性を確保することができる。

また、カウンターウエイト１７１を鉄板や焼結材で形成することにより、鋳型や成型金型で成型加工できるので、固着部１７２とウエイト部１７３とアーム部１７４とを一体成形できることとなり大量の生産がし易くなる。よって生産性の高いカウンターウエイト１７１を実現することができる。

なお、必要に応じてカウンターウエイト１７１のウエイト部１７３上面にさらにウエイトを積層することで、さらに効果的にアンバランス成分を相殺できるよう、間勢力の調整ができる。

以上のように、本発明にかかる冷媒圧縮機は、容易に信頼性を高くすることが可能となるので、冷蔵庫に加えてエアーコンディショナーや自販機の冷媒圧縮機の用途にも好適である。

本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機のピストン下死点時の断面図 同実施の形態における冷媒圧縮機のピストン上死点時の要部断面図 同実施の形態における冷媒圧縮機のピストン上死点時の要部平面図 同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの斜視図 同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの平面図 同実施の形態における冷媒圧縮機のカウンターウエイトの断面図 従来の冷媒圧縮機の断面図 従来の冷媒圧縮機のカウンターウエイトの斜視図

符号の説明

１１１ クランクシャフト
１１２ 主軸部
１１３ 偏芯軸部
１１５ 上端面
１１９ 上端部
１３１ ブロック
１３２ シリンダー
１４１ ピストン
１５１ コンロッド
１７１ カウンターウエイト
１７２ 固着部
１７３ ウエイト部
２０１ インバーター制御回路

Claims (6)

1. 主軸部および偏芯軸部を有し、前記主軸部が略鉛直方向に配置されるクランクシャフトと、シリンダーを形成するブロックと、前記シリンダー内を往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏芯軸部とを連結するコンロッドと、前記偏芯軸部の上端部に固着したカウンターウエイトを備え、前記カウンターウエイトは前記偏芯軸部の前記上端部に嵌着する固着部と前記ピストンが下死点に位置したときに前記ピストン側に張り出すように形成したウエイト部を有し、前記ウエイト部を前記固着部に対して反主軸側にオフセットした冷媒圧縮機。
2. 前記偏芯軸部の上端面が前記ピストンの上面と略同一高さにある請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 炭化水素系冷媒を用いた請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. カウンターウエイトは鉄板からなる請求項１に記載の冷媒圧縮機。
5. カウンターウエイトは焼結材からなる請求項１に記載の冷媒圧縮機。
6. インバーターによって複数の運転周波数で駆動される電動機を備えた請求項１に記載の冷媒圧縮機。

Images