JP2007292016A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動部の面圧の均一化を図り、かつ加工性の良い圧縮機を提供する。
【解決手段】主軸部１２２または偏心軸部１２３の少なくとも一方の摺動部の受圧面積を荷重に応じて変化させることで面圧の均衡化を図ったもので、軸外周面を回転しながら加工ツールを移動させることができ、加工性が良好であり、圧縮荷重の変化に対応し摺動部における面圧を最適化できるので、主軸受け部１４０及びコンロッド１２６の大端部１２７で発生する摺動損失を低減でき、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に家庭用冷蔵庫に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

従来、摺動損失の低減を目的に主軸受けに主軸と相対する摺動面の面圧差が一定となるように凹部を設けることにより摺動面積を小さくしたものがある（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密閉型圧縮機を説明する。

図９は従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図１０は従来の密閉型圧縮機の要部断面図を示すものである。

図９、図１０において、密閉容器１内には冷媒２を充填するとともに、オイル３を貯留している。

電動要素１１は、外部電源（図示せず）と繋がっている固定子１２と、固定子１２の内側と所定の間隙を有して配置された回転子１３から構成されている。

圧縮要素２１は、主軸部２２と偏心軸部２３とを有するクランクシャフト２５と、固定子１２の上方に固定され、圧縮室３０を形成するシリンダブロック３３と、シリンダブロック３３と一体に形成され、クランクシャフト２５を支持する主軸受け部４０と、圧縮室３０内で往復運動するピストン５５と、ピストン５５と偏心軸部２３とを連結するコンロッド２６とでレシプロ式の圧縮機構を形成している。

クランクシャフト２５下端には遠心ポンプを構成する給油孔６０が設けられ主軸部２２に設けられた給油経路２８と連通している。

主軸受け部４０の内側面には主軸部２２と相対する摺動面に加わる面圧の低い部分に凹部４１が設けられ主軸部２２とは直接摺動しない構成となっている。

コンロッド２６の大端部２７はクランクシャフト２５の偏心軸部２３に嵌合し、大端部２７の内側面には偏心軸部２３と相対する摺動面に加わる面圧の低い部分に凹部２４が設けられ偏心軸部２３とは直接摺動しない構成となっている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１２に外部電源より通電がされると、回転子１３はクランクシャフト２５と共に回転する。これに伴い偏心軸部２３の偏心運動はコンロッド２６を介してピストン５５を圧縮室３０内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。

また、クランクシャフト２５下端に設けられた遠心ポンプを構成する給油孔６０は密閉容器１内に貯留したオイル３を吸い上げて摺動部へ供給することで各摺動部を潤滑する。

圧縮行程においてピストン５５に加わる圧縮荷重で主軸を傾けるように力が発生する。その結果として摺動部４０ａには大きな荷重が発生し、対向する摺動部４０ｂには小さな荷重が加わる。主軸受け部４０の内側面に設けられた凹部４１は荷重の小さい摺動部４０ｂの摺動面積を摺動部４０ａに比較して小さくし、またコンロッド２６の大端部２７に設けられた凹部２４は荷重の小さい摺動部２７ｂの摺動面積を摺動部２７ａに比較して小さくし、摺動部の面圧が一定となるように配置してあることで摺動損失を低減させることができるため、密閉型圧縮機の入力値を低減し、効率を高めている。
特開昭６２−１１８０７４号公報

しかしながら、上記従来の構成では凹部４１、凹部２４は主軸受け部４０及びコンロッド２６の大端部２７の内側面に連続的に変化した形状を中ぐり盤などにより主軸受け部４０および大端部２７の内部を回転するバイトを用いて加工する必要があり、クランクシャフト２５の一回転中における圧縮荷重の変化に対応した連続的な形状を加工することが困難であった。したがって面圧の変化に対応しきれず、充分に摺動損失の低減ができない可能性があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、効率の高い密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

主軸部または偏心軸部の少なくとも一方の摺動部の受圧面積を荷重に応じて変化させることで面圧の均衡化を図ったもので、軸外周面を回転しながらＮＣなどの一般機械を用いて、開放された空間から加工ツールを移動させることができ、加工ツールの動きを調整しながら切削するといった複雑な加工をクランクシャフトの主軸部に容易に施すことができ、圧縮荷重の変化に対応し摺動部における面圧を低減できるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、主軸受け部及び大端部で発生する摺動損失を低減できるので効率の高い密閉型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、主軸部および偏心軸部を有するクランクシャフトと、圧縮室を形成するとともに前記クランクシャフトの主軸部を軸支する主軸受け部を形成したシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部を連結するコンロッドを有する圧縮機構を備え、前記主軸部または偏心軸部の少なくとも一方の摺動部の受圧面積を荷重に応じて変化させることで面圧の均衡化を図ったもので、軸部に非摺動部を形成するのでＮＣなどの一般機械を用いて開放された空間から加工ツールを移動させることができ、加工ツールの動きを調整しながら切削するといった複雑な加工をクランクシャフトの主軸部に容易に施すことができ、圧縮荷重の変化に対応し摺動部における面圧を低減できるので、主軸受け部及び大端部で発生する摺動損失を低減できるので効率の高い密閉型圧縮機を提供できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、クランクシャフトの主軸または偏心軸の少なくとも一方の軸方向の摺動長さを連続的に変化させたもので、圧縮荷重の変化により正確に対応した摺動部により面圧を低減でき、主軸受け及び大端部で発生する摺動損失を低減できるので請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに効率の高い密閉型圧縮機を提供できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明に加えて、クランクシャフトの摺動部の少なくともクランクシャフトの回転方向に対して、０度を含まない角度を有する端部に面取りを設けたことで、摺動部の端部の傾斜から主軸または偏心部が回転したときにオイルが主軸または偏心部の摺動部へさらに浸入しやすくなり、主軸と主軸受け部及び偏心部とコンロッドの大端部との相対する摺動面への給油性が向上し、潤滑性がよくなるので摺動部の磨耗を防ぐことで、請求項２に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項２記載の発明に加えて、クランクシャフトの主軸の摺動部を主軸受けの上端近傍と下端近傍の少なくとも２箇所に設けたことで、基線長が長くとれクランクシャフトの傾きを防げるので固定子と回転子とのエアギャップが正確に出るので、エネルギー変換効率が良くなるので請求項２に記載の発明の効果に加えて効率の良い密閉型圧縮機を提供することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２から４のいずれか一項に記載の発明において、クランクシャフトは少なくとも商用電源周波数より低い運転周波数で駆動されることで、商用電源周波数より低い運転周波数での駆動時には通常運転時より給油量が減少するが、主軸と主軸受け部及び偏心部とコンロッドの大端部との相対する摺動面への給油性が向上し、潤滑性がよくなるので摺動部の磨耗を防ぐことで、請求項２から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

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）
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、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図である。図３は図２におけるＡ−Ａ線断面図、図４は図２におけるＢ−Ｂ線断面図、図５は図２におけるＣ−Ｃ線断面図である。また、図６および図７は同実施の形態における密閉型圧縮機の主軸部拡大図である。図８は同実施の形態におけるクランクシャフトの回転により主軸および偏心軸部にかかる荷重の変化を示したグラフである。

図１から図８において、密閉容器１０１内には冷媒１０２を充填するとともに、オイル１０３を貯留している。

電動要素１１１は、固定子１１２と、固定子１１２の内側と所定の間隙を有して配置され永久磁石を内蔵した回転子１１３から構成されている。

電動要素１１１はインバータ（図示せず）によって２０ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。

圧縮要素１２１は、主軸部１２２と偏心軸部１２３を有するクランクシャフト１２５と、固定子１１２の上方に固定され、圧縮室１３０を形成するシリンダブロック１３３と、シリンダブロック１３３と一体または別体に形成されクランクシャフト１２５を支持する主軸受け部１４０と、圧縮室１３０内で往復運動するピストン１５５と、ピストン１５５と偏心軸部１２３とを連結するコンロッド１２６とでレシプロ式の圧縮機構を形成している。

クランクシャフト１２５下端には遠心ポンプを構成する給油孔１６０が設けられ主軸部１２２に設けられた給油経路１２８と連通している。

主軸部１２２の外周面には、主軸受け部１４０の上端近傍の摺動面に圧縮行程において最大荷重が発生する付近（図３中のＬ）に軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ａを設け、最小荷重が発生する付近（図３中のＭ）に摺動長を短くした摺動部１２２ｂが設けている。摺動部１２２ａの面積（図３中のＬの範囲における面積）は、摺動部１２２ｂの面積（図３中のＭの範囲における面積）の約１５倍の面積になるようにしている。

また、主軸受け部１４０の下端近傍に位置する主軸部１２２の外周面には、主軸受け部１４０の上端近傍と主軸部１２２の軸対称に、圧縮行程において最大荷重が発生する付近（図４中のＮ）に軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ｃを設け、最小荷重が発生する付近（図４中のＰ）に摺動長を短くした摺動部１２２ｄを設けている。摺動部１２２ｃの面積（図４中のＮの範囲における面積）は摺動部１２２ｄの面積（図４中のＰの範囲における面積）の約６倍の面積になるようにしている。

偏心軸部１２３の外周面には、コンロッド１２６の大端部１２７の上端近傍と下端近傍の摺動面に最大荷重が発生する付近（図５中のＱ）において摺動長を長くした摺動部１２３ａが設けられ、最小荷重が発生する付近（図５中のＲ）にて摺動長を短くした摺動部１２３ｂを設けている。摺動部１２３ａの面積（図５中のＱの範囲における面積）は摺動部１２３ｂの面積（図５中のＲの範囲における面積）の約８倍の面積になるようにしている。

主軸部１２２には軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ａの端部と軸方向の摺動長を短くした摺動部１２２ｂの端部が連続的に変化するように設けられており、また軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ｃの端部と軸方向の摺動長を短くした摺動部１２２ｄの端部を連続的に変化するように設けているので、摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄの端部にはクランクシャフト１２５の回転方向に対し傾斜した部分、すなわち回転方向に対し０度より大きな角度（図６及び図７中の角度Ｋ）を有したエリアが出来ている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

固定子１１２にインバータにより通電がされると回転子１１３はクランクシャフト１２５と共に、図３、図４、図５に示したＮの方向に回転する。これに伴い偏心軸部１２３の偏心運動はコンロッド１２６を介してピストン１５５を圧縮室１３０内で往復運動させ、吸入ガスを圧縮する所定の圧縮動作を行う。

クランクシャフト１２５下端に嵌合された遠心ポンプを構成する給油孔１６０は密閉容器１０１内に貯留したオイル１０３を吸い上げて摺動部へ供給することで各摺動部を潤滑する。

ここでクランクシャフト１２５に加わる荷重について説明する。図２及び図７において、ピストン１５５の上死点を０度とし、０〜１８０度は吸入（膨張）行程で、１８０〜３６０度は圧縮行程である。ピストン１５５に発生する荷重Ｆ１は、圧縮行程後半の３３０度から１０度付近において最大となり、コンロッド１２６を介してクランクシャフト１２５に伝わる。

この時、偏心軸部１２３は圧縮室１３０側にあり、コンロッド１２６の大端部１２７と摺動部１２３ａとが荷重を受け摺動する。また、摺動部１２３ａで受けた荷重は、主軸受け部１４０の上端近傍にかかる荷重Ｆ２と下端近傍にかかる荷重Ｆ３に分解され、主軸受け部１４０の上端近傍の摺動部１２２ａと、主軸受け部１４０の下端近傍の摺動部１２２ｃが荷重を受けて摺動する。

図８に各々荷重Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３の一圧縮行程における荷重変化を示しており、２３０度を過ぎた辺りから荷重が急増し、２７０度辺りでピークとなることが分かる。

一方、ピストン１５５に発生する荷重Ｆ１は、吸入行程の４０度から１８０度付近では負圧になっており１８０度から２７０度付近で最小となる。この時、偏心軸部１２３は圧縮室１３０の反対側にあり、コンロッド１２６の大端部１２７と摺動部１２３ｂとが荷重を受け摺動する。また、摺動部１２３ｂで受けた荷重は、上記と同様に分解され主軸受け部１４０の上端近傍の摺動部１２２ｂと、主軸受け部１４０の下端近傍の摺動部１２２ｄが荷重を受けて摺動する。

したがって摺動部１２２ａと摺動部１２２ｂで受ける面圧および摺動部１２２ｃと摺動部１２２ｄで受ける面圧はほぼ等しくなる。但し、主軸受け部１４０の上端近傍と下端近傍における荷重の変化が異なることから上端近傍と下端近傍で摺動長を変える必要が有るが、従来の構成では加工が困難であった。

本実施の形態ではＮＣなどの一般機械を用いて開放された空間から加工ツールを移動させることで、加工ツールの動きを調整しながら切削するといった複雑な加工をクランクシャフト１２５の主軸部１２２に容易に施すことができる。その結果、クランクシャフト１２５の一回転中における圧縮荷重の変化に対応し摺動部における面圧を最適化できるために、主軸受け部１４０及び大端部１２７で発生する摺動損失が低減され、高効率化が実現できる。

また偏心軸部１２３の外周面には、コンロッド１２６の大端部１２７の上端近傍と下端近傍の摺動面に最大荷重が発生する付近（図５中のＱ）において摺動長を長くした摺動部１２３ａが設けられ、最小荷重が発生する付近（図５中のＲ）にて摺動長を短くした摺動部１２３ｂを設けており上記と同様の効果が得られる。

さらに主軸部１２２の外周面に主軸受け部１４０の上端近傍の摺動面に圧縮行程において最大荷重が発生する付近（図３中のＬ）に軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ａと最小荷重が発生する付近（図３中のＭ）に摺動長を短くした摺動部１２２ｂを連続的に変化するように設けられており、かつ主軸受け部１４０の下端近傍に位置する主軸部１２２の外周面には、主軸受け部１４０の上端近傍と主軸部１２２の軸対称に、圧縮行程において最大荷重が発生する付近（図４中のＮ）に軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ｃと最小荷重が発生する付近（図４中のＰ）に摺動長を短くした摺動部１２２ｄを連続的に変化するように設けていることで、圧縮荷重の変化により正確に対応した摺動部を形成することができる。その結果、クランクシャフト１２５の一回転中における圧縮荷重の変化に対応し摺動部における面圧をさらに最適化でき、主軸受け部１４０及び大端部１２７で発生する摺動損失を低減できるので、高効率化が実現できる。

また偏心軸部１２３の外周面には、コンロッド１２６の大端部１２７の上端近傍と下端近傍の摺動面に最大荷重が発生する付近（図５中のＱ）において摺動長を長くした摺動部１２３ａと、最小荷重が発生する付近（図５中のＲ）にて摺動長を短くした摺動部１２３ｂを連続的に変化するように設けており上記と同様の効果が得られる。

さらに主軸部１２２の外周面に主軸受け部１４０の上端近傍と下端近傍に相対する摺動面に摺動部１２２ａ、１２２ｂを設けていることにより、主軸部１２２の基線長が長く取れることから、圧縮行程におけるピストン１５５に加わる荷重によりクランクシャフト１２５に荷重がかかったときにおいてもクランクシャフト１２５の傾きを防げるので、固定子１１２と回転子１１３とのエアギャップが狂いにくくなる。その結果、電動要素１１１のエネルギー変換効率が良くなるので高効率化が実現できる。

ここで、主軸部１２２には軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ａの端部と軸方向の摺動長を短くした摺動部１２２ｂの端部が連続的に変化するように設けられており、また軸方向の摺動長を長くした摺動部１２２ｃの端部と軸方向の摺動長を短くした摺動部１２２ｄの端部を連続的に変化するように設けているので、摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄの端部にはクランクシャフト１２５の回転方向に対し傾斜した部分、すなわち回転方向に対し０度より大きな角度（図６及び図７中の角度Ｋ）を有したエリアが出来る。

クランクシャフト１２５が回転すると給油孔１６０より吸い上げられたオイル１０３は、給油経路１２８を通り非摺動部１２４に供給される。この際、回転方向に対し０度より大きな角度（図６及び図７中の角度Ｋ）を有したエリアの端部はクランクシャフト１２５の回転に伴って非摺動部１２４に存在するオイル１０３に衝突することで摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄにオイル１０３を取り込む。

本実施の形態においては摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄの端部に面取り１２２ｅを設けていることで、オイル１０３は更にスムーズに摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄへと浸入する。その結果、摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄと、これら摺動部と相対する主軸受け部１４０との間で極めて良好な潤滑性が得られる。その結果、摺動部の磨耗を防ぎ高い信頼性を得ることができるのである。

なお面取り１２２ｅはＣ面取りであってもＲ面取りであっても同様の効果があるのはいうまでもない。

また偏心軸部１２３の外周面に設けられた摺動部１２３ａ，１２３ｂにおいても上記と同様の効果が得られる。

また電動要素１１１は永久磁石を内蔵した回転子１１３を有し、インバータによってクランクシャフト１２５は２０ｒｐｓ未満の運転周波数をふくむ商用電源周波数より低い運転周波数で駆動すると同時にクランクシャフト１２５の下端に設けられた給油孔１６０より給油経路１２８をとおり主軸部１２２の摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄへ給油されるオイル１０３の量が通常運転時にくらべて減少する。

しかしながら本実施の形態においては、主軸部１２２に設けられた摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄの端部に面取り１２２ｅを設けていることで、オイル１０３は更にスムーズに摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄへと浸入する。その結果、摺動部１２２ａ、１２２ｂおよび摺動部１２２ｃ、１２２ｄと、これら摺動部と相対する主軸受け部１４０との間で極めて良好な潤滑性が得られる。その結果、クランクシャフト１２５が商用電源周波数より低い運転周波数で駆動した場合においても摺動部の磨耗を防ぎ高い信頼性を得ることができるのである。

なお、上記において主軸部１２２、偏心軸部１２３には荷重がかかるとしているが圧縮荷重のみでなくピストン１５５の慣性力および冷媒の再膨張による力を考慮して主軸部１２２に設けた摺動部１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃ、１２２ｄ及び偏心軸部１２３に設けた摺動部１２３ａ、１２３ｂの面積を決めることでより摺動面の面圧が均衡化され、摺動部長さを最適化できる。

また、本実施の形態では片持ち構造の圧縮機としているが、副軸構造をもった両持ち軸受け構造の圧縮機において副軸部にかかる荷重に応じ摺動部の面積を決めることにより同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、効率が良く加工性が良いので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

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 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部断面図 図２におけるＡ−Ａ線断面図 図２におけるＢ−Ｂ線断面図 図２におけるＣ−Ｃ線断面図 同実施の形態における主軸部上端拡大図 同実施の形態における主軸部下端拡大図 同実施の形態におけるクランクシャフトの回転における荷重変化図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の要部断面図

符号の説明

１２２ 主軸部
１２２ａ，１２２ｂ，１２２ｃ，１２２ｄ 摺動部
１２２ｅ 面取り
１２３ 偏心軸部
１２３ａ，１２３ｂ 摺動部
１２５ クランクシャフト
１２６ コンロッド
１３０ 圧縮室
１３３ シリンダブロック
１４０ 主軸受け部
１５５ ピストン

Claims (5)

1. 主軸部および偏心軸部を有するクランクシャフトと、圧縮室を形成するとともに前記クランクシャフトの主軸部を軸支する主軸受け部を形成したシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部を連結するコンロッドを有する圧縮機構を備え、前記主軸部または偏心軸部の少なくとも一方の摺動部の受圧面積を荷重に応じて変化させることで面圧の均衡化を図った密閉型圧縮機。
2. クランクシャフトの主軸部または偏心軸部の少なくとも一方の軸方向の摺動長さを連続的に変化させた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. クランクシャフトの摺動部の少なくともクランクシャフト回転方向に対して、０度を含まない角度を有する端部に面取りを設けた請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. クランクシャフトの主軸部の摺動部を主軸受部の上端近傍と下端近傍の少なくとも２箇所に設けた請求項２に記載の密閉型圧縮機。
5. クランクシャフトは少なくとも商用電源周波数より低い運転周波数で駆動される請求項２から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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