JP2008069686A

JP2008069686A - 圧縮機

Info

Publication number: JP2008069686A
Application number: JP2006247735A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Murata; 健村田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-09-13
Filing date: 2006-09-13
Publication date: 2008-03-27

Abstract

【課題】振動が小さく、生産性の高い圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト１０８の偏心部１１０に設けられた段差部１１１の基部に、固定孔１２０のテーパー状の破断面に対応したテーパー部１２５を備えたもので、バランスウエイト１１３の固定孔１２０が内径部のストレート部だけでなく、破断面のテーパー部１２５とも接触し食いつくため、固定トルクが増大し、バランスウエイト１１３が所定の位置からずれることがなく、振動の小さな圧縮機を実現することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の冷凍サイクルに接続される圧縮機の低振動化に関するものである。

近年、住宅事情による要求から家庭用冷蔵庫は、ますます低振動化への動きが高まっている。そういった中、主な振動源であるピストンと釣り合いを取るためにバランスウエイトを用いるという方法は、振動を低減する要素技術として有効である。

従来の圧縮機としては、外形が略円弧状であるバランスウエイトをシャフトに備える事によって、圧縮機構部の不釣り合い力を調整するようなものがある（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技術の圧縮機について説明する。

図５は従来の圧縮機の縦断面図であり、図６は従来のバランスウエイトの構成図である。

図５および図６において、密閉容器１内には、冷媒ガス２が充填されており、固定子３と回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６がサスペンションスプリング７によって弾性的に収容されている。

シャフト８は、回転子４に圧入固定した主軸部９と、主軸部９に対して偏心して形成した偏心部１０を有しブロック１４は、略円筒形のシリンダー１５を有し、ピストン１６はシリンダー１５に往復摺動自在に挿入されており、連結手段１７によって偏心部１０と連結されている。

シャフト８の偏心部１０の上方には、偏心部１０の外径よりも小さい段差部１１が形成されており、段差部１１には、内径が段差部１１の外径よりも小さく、かつ、主軸部９の軸心を中心とした略円弧状のバランスウエイト１３の固定孔２０が圧入固定されている。

このバランスウエイト１３の固定孔２０は鉄板をプレス加工することで形成されているため、固定孔２０にはストレート部２１とテーパー状の破断面部２２とが形成され、機械加工に比べて、固定孔２０の内径形状の精度が悪いことがある。

以上のように構成された従来の圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素５の回転子４はシャフト８を回転させ、偏心部１０の回転運動が連結手段１７を介してピストン１６に伝えられることで、ピストン１６はシリンダー１５内を往復運動する。それにより冷媒ガス２は、冷却システム（図示せず）からシリンダー１５へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

この圧縮作用を行う際、ピストン１６が往復運動することにより、不平衡力である往復動慣性力が生じる。この往復動慣性力を、ピストン１６と逆位相となるようにバランスウエイト１３を設けることで釣り合わせ、水平方向におけるピストン１６の往復動慣性力を相殺することで振動を減少させている。
特開２００２−７０７４０号公報

しかしながら上記従来の構成では、シャフト８にバランスウエイト１３の固定孔２０を固定しているが、バランスウエイト１３の固定孔２０は鉄板をプレス加工することで形成されているため、固定孔２０にはストレート部２１とテーパー状の破断面部２２とが形成され、また、固定孔２０の内径形状の精度が悪い、例えば真円度が悪いといったことがあった。

その結果、固定孔２０のテーパー状の破断面部２２は、シャフト８に食い付きにくく、実質的にはストレート部２１でのみシャフト８に固定され、シャフト８にバランスウエイト１３を固定するトルクが小さくなることがあり、また、固定孔２０の内径形状の精度が悪いほど、シャフト８にバランスウエイト１３を固定するトルクが小さくなることがあった。

この固定トルクとは、シャフト８に対してバランスウエイト１３を回転させようとする力のモーメントに釣り合い、バランスウエイト１３の回転を防止する力のモーメントである。

シャフト８にバランスウエイト１３を固定するトルクが小さいと、圧縮機の運転時にバランスウエイト１３がずれてしまうことがあり、その場合には、ピストン１６の往復運動慣性力を十分に相殺できなくなり、振動のばらつきが増え、振動そのものも大きくなるという課題を有していた。

本発明は、振動が小さく、生産性の高い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、本発明の圧縮機は、バランスウエイト固定孔が挿入固定されるシャフトの挿入部の基部に、固定孔の破断面部に対応するテーパー部を形成したもので、バランスウエイト固定孔の破断面部が、破断面部に対応するシャフトのテーパー部に食い付くため、バランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができ、圧縮機の運転時や停止時にバランスウエイトがシャフトの所定の位置からずれることを防ぐことができるので、振動のばらつきを抑え、振動そのものも低減することができるという作用を有する。

本発明の圧縮機は、鉄板をプレス加工することで形成した生産性の高いバランスウエイトを、シャフトに対して十分なトルクで固定することができ、圧縮機の運転時や停止時にバランスウエイトがずれることを防ぐことができるので、振動が小さく、生産性の高い圧縮機を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に、圧縮要素と電動要素とを有し、前記圧縮要素は、主軸部と偏心部及び前記偏心部より外径の小さい段差部とを有するシャフトと、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動するピストンと、前記ピストンと前記偏心部とを連結する連結手段と、ウエイト部と固定孔とを有するバランスウエイトと、前記バランスウエイトの固定孔が挿入固定される挿入部を有したシャフトを備え、前記固定孔は鉄板をプレス加工することで形成されストレート部とテーパー状の破断面部が形成されるとともに、前記挿入部の基部に前記破断面部に対応するテーパー部を形成したもので、バランスウエイトをシャフトに固定する際に、バランスウエイトの固定孔の破断面部と、その破断面部に対応するシャフトのテーパー部が接触して食い付くため、バランスウエイトとシャフトとの固定部の面積が増加して、バランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができ、圧縮機の運転時にバランスウエイトがシャフトの所定の位置からずれることを防ぐことができるので、振動のばらつきを抑え、振動が小さく、生産性の高い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、テーパー部の長さ寸法を固定孔の深さの０．２〜０．４５の比率としたもので、テーパー部の長さが短くて固定孔の破断面部とテーパー部が十分食い付かないことを防止でき、また、テーパー部の長さが長すぎて従来固定孔のストレート部の面積が減少し、ストレート部での食い付きが不十分となることを防止することができる。

そのため、請求項１に記載の発明の効果に加えて、固定孔の破断面部とシャフトのテーパー部との食い付きと、固定孔のストレート部での食い付きをともに確保し、確実にバランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができる。

請求項３に記載の圧縮機は、請求項１に記載の発明において、テーパー部の角度は片側で３度から１０度の範囲としたもので、鉄板をプレス加工された際に、固定孔の破断面部はテーパー角度が軸心に対して３度から１０度で形成されるため、対応するテーパー部の角度を破断面部と同じにすることにより、固定孔の破断面部とシャフトのテーパー部との食い付きを十分確保することができ、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに確実にバランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができる。

請求項４に記載の圧縮機は、請求項１に記載の発明において、固定孔は挿入部に締まり嵌めで固定されたもので、固定孔とシャフトの挿入部との固定において、軸方向の締め付け力に加えて、半径方向からの締め付け力を締まり嵌めにより付加することができ、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに確実にバランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができる。

請求項５に記載の圧縮機は、請求項４に記載の発明において、固定孔は挿入部に焼嵌めで固定されたもので、固定孔をシャフト挿入する際に、作業負荷が掛かることがないために挿入業が容易となり、請求項４に記載の発明の効果に加えて、さらに生産性を高めることができる。

請求項６に記載の圧縮機は、請求項１に記載の発明において、固定孔は挿入部に圧入で固定されたもので、固体孔の破断面部はシャフトのテーパー部に軸方向から押し付けられるため、固体孔の破断面部がシャフトのテーパー部形状に沿ってならされ、接触面積を増大することができるので、請求項４に記載の発明の効果に加えて、さらに確実にバランスウエイトをシャフトに固定するトルクを増大させることができる。

請求項７に記載の圧縮機は、請求項６に記載の発明において、挿入部にはリン酸皮膜処理がなされているもので、挿入部にリン酸皮膜処理を行うことにより、シャフトの挿入部表面の摩擦係数が低下し、バランスウエイトの固定孔を圧入する際の摩擦力を低減することができるので、請求項６に記載の発明の効果に加えて、バランスウエイトをシャフトに圧入する作業性が向上し、さらに生産性を高めることができる。

請求項８に記載の圧縮機は、請求項１に記載の発明において、バランスウエイトは熱間圧延鋼板、または冷間圧延鋼板であり、バランスウエイトを厚みのばらつきの少ない鉄板材にて成形するため、バランスウエイト自体の重量ばらつきを低減できることから、請求項１に記載の発明の効果に加えて、さらに生産性が高く、振動ばらつきが少なく振動の小さい、生産性の高い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１）
図１は本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態における要部分解図、図３は同実施の形態における要部拡大図である。

図１から図３において、密閉容器１０１内には、冷媒ガス１０２が充填されており、固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６とがサスペンションスプリング１０７によって弾性的に収容されている。

ブロック１１５は、略円筒形のシリンダー１１６を形成しており、シリンダー１１６にはピストン１１７が往復摺動自在に挿入されている。ピストン１１７は連結手段１１８によって偏心部１１０と連結されている。

シャフト１０８は、回転子１０４に圧入固定した主軸部１０９と、主軸部１０９に対して偏心して形成した偏心部１１０を有している。シャフト１０８の偏心部１１０の上方には、バランスウエイト１１３の固定孔１２０が挿入固定される挿入部である段差部１１１が形成されており、偏心部１１０よりも外径が小さい。

段差部１１１は、ストレート部１２７とテーパー部１２５とを備えており、テーパー部１２５は、段差部１１１の基部に形成されている。

テーパー部１２５の長さ寸法Ｈは、固定孔１２０の深さＴに対して、０．２〜０．４５の比率であり、角度αは片側で３から１０度の範囲で形成されている。

バランスウエイト１１３の材料は、熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板であり、固定孔１２０はプレス加工により形成されるため、固定孔１２０の断面は、ストレート部１２２とテーパー状の破断面部１２３が形成される。また、バランスウエイト１１３は、不平衡力である往復動慣性力と釣り合わせるためのウエイト部１２６を備えている。

バランスウエイト１１３の固定孔１２０のストレート部１２２の内径は、シャフト１０８の段差部１１１の外径よりも小さく、固定孔１２０の破断面部１２３とシャフト１０８のテーパー部１２５とが対応するように、バランスウエイト１１３がシャフト１０８の段差部１１１に焼嵌めにて締まり嵌め固定されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０５の回転子１０４はシャフト１０８を回転させ、偏心部１１０の回転運動が連結手段１１８を介してピストン１１７に伝えられることで、ピストン１１７はシリンダー１１６内を往復運動する。それにより冷媒ガス１０２は、冷却システム（図示せず）からシリンダー１１６へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

上記圧縮作用を行う際、ピストン１１７が往復運動を行うことによる不平衡力が生じるが、バランスウエイト１１３によって水平方向におけるピストン１１７の往復動慣性力を相殺することで振動を減少させている。

次に、バランスウエイト１１３とシャフト１０８の偏心部１１０との固定について説明する。

バランスウエイト１１３は、偏心部１１０の段差部１１１に挿入される前に、高周波誘導加熱により８００℃程度に加熱され、加熱により、固定孔１２０の径が熱膨張し段差部１１１の径よりも拡大した後、バランスウエイト１１３の下端面が偏心部１１０の上部に当接する位置まで挿入される。

挿入後、エアブラシ等を用いて冷却することにより、バランスウエイトの径が元の寸法に戻る。加熱前のバランスウエイト１１３の内径は段差部１１１の外径よりも小さいため、冷却とともにバランスウエイト１１３の内径は半径方向に縮小して締まり嵌め固定される。

このとき、段差部１１１の基部にはバランスウエイト１１３の固定孔１２０に形成されたテーパー状の破断面部１２３に対応するテーパー部１２５が形成されているため、バランスウエイト１１３のストレート部１２２と段差部１１１のストレート部１２７とが焼嵌めによる締まり嵌め固定され、さらに、バランスウエイト１１３のテーパー状の破断面部１２３と段差部１１１のテーパー部１２５とが接触し焼嵌めによる締まり嵌め固定される。

そのため、バランスウエイト１１３のストレート部１２２と段差部１１１のストレート部１２７との固定に加えて、さらに、バランスウエイト１１３のテーパー状の破断面部１２３と段差部１１１のテーパー部１２５とが固定されるため、バランスウエイト１１３と段差部１１１との接触面積を増大させることができ、摩擦抵抗力が増大し、固定トルクが増大する。

ここで、バランスウエイト１１３のテーパー状の破断面部１２３と段差部１１１のテーパー部１２５との接触について、説明する。

バランスウエイト１１３の固定孔１２０はプレス加工されるため、固定孔１２０の断面には、ストレート部１２２と概ねテーパー状の破断面部１２３とが形成され、破断面部１２３の長さ寸法ｈは、調査したところ、ばらつきがあるものの概ね固定孔１２０の深さＴに対して、０．２〜０．４５の比率であることが判明した。さらに、角度βについても調査したところ、ばらつきがあるものの概ねは片側で３から１０度の範囲で形成されていることが判明した。

そのため、バランスウエイト１１３のテーパー状の破断面部１２３に対応する段差部１１１のテーパー部１２５の形状を、固定孔１２０の深さＴに対して０．２〜０．４５の比率の長さ寸法ｈとし、さらに、片側で３から１０度の範囲の角度βとすることで、テーパー状の破断面部１２３の形状に合ったテーパー部１２５とすることができることを見出し設計している。

段差部１１１のテーパー部１２５の長さＨが０．２未満であると、固定孔１２０の破断面部１２３の長さｈの方が長くなり、固定孔１２０の破断面部１２３の一部がテーパー部１２５と接触しない。また、テーパー部１２５の長さＨが０．５以上あると、固定孔１２０のストレート部１２２と接触する段差部１１１のストレート部１２７の長さが減少する。そのため、上述した諸元としている。

以上のように構成されたバランスウエイト１１３について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０５の回転運動が停止し、偏心部１１０も停止すると、バランスウエイト１１３は慣性力１４０により回転を持続しようとする。その際、バランスウエイト１１３とシャフト１０８の段差部１１１との摩擦抵抗力が小さいと、バランスウエイト１１３が組立時に固定されていた所定の位置からずれることがある。

しかしながら、バランスウエイト１１３のストレート部１２２と段差部１１１のストレート部１２７との固定に加えて、さらに、バランスウエイト１１３のテーパー状の破断面部１２３と段差部１１１のテーパー部１２５とが固定されるため、バランスウエイト１１３と段差部１１１との接触面積を増大させることができ、摩擦抵抗力が増大することから、固定トルクが増大する。

そのため、電動要素１０５の回転運動が停止し、バランスウエイト１１３が慣性力１４０により回転を持続しようとしても、バランスウエイト１１３と段差部１１１の接触面積が増大し大きな摩擦抵抗力が得られているため、バランスウエイト１１３は組立時の所定の位置で強固に保持される。そしてその効果は、例えば停電などで回転運動が急停止した際にでも、十分発揮することができ、また電動要素１０５の回転数が可変するインバータ駆動される場合に、高速回転から低速回転に変化した際にも、同様に効果の効果が得られる。

また、圧縮要素１０６が回転運動を開始した直後は、偏心部１１０が回転してもバランスウエイト１１３は停止し続けようとする。その際、バランスウエイト１１３とシャフト１０８の段差部１１１との摩擦抵抗力が小さいと、バランスウエイト１１３が組立時に固定されていた所定の位置からずれることがある。

しかしながら、上述した通り、バランスウエイト１１３と段差部１１１の接触面積が増大し大きな摩擦抵抗力が得られているため、バランスウエイト１１３は組立時の所定の位置で強固に保持される。そしてその効果は、例えば電動要素１０５の回転数が可変するインバータ駆動される場合に、低速回転から高速回転に変化した際にも、同様効果が得られる。

従って、バランスウエイト１１３とシャフト１０８との固定面積が増加して、バランスウエイト１１３をシャフト１０８に固定するトルクを増大させることができ、圧縮機の運転時や停止時にバランスウエイトがシャフトの所定の位置からずれることを防ぐことができるので、振動のばらつきを抑え、振動が小さく、生産性の高い圧縮機を提供することができる。

さらに、バランスウエイト１１３は熱間圧延鋼板もしくは冷間圧延鋼板で形成されているが、熱間圧延鋼板もしくは冷間圧延鋼板は板厚のばらつきが少ないため、バランスウエイト１１３自体が有する慣性質量のばらつきが小さく、安定した振動低減の効果が得られる。また、固定孔１２０をプレス加工により容易に形成することができ、安価で加工性に優れる。

なお、上述した実施の形態においては、バランスウエイト１１３がシャフト１０８の段差部１１１に焼嵌めにて締まり嵌め固定されている例にて説明したが、その他の固定方法として、圧入による固定方法がある。その際には、上述した焼嵌めと同様に、バランスウエイト１１３の固定孔１２０の内径を段差部１１１の外径よりも小さくし、固定孔１２０を段差部１１１に圧入する方法である。

圧入固定においても、焼嵌めにて締まり嵌め固定と同様に、バランスウエイト１１３とシャフト１０８との固定面積が増加して、バランスウエイト１１３をシャフト１０８に固定するトルクを増大させることができ、圧縮機の運転時や停止時にバランスウエイトがシャフトの所定の位置からずれることを防ぐことができるので、振動のばらつきを抑え、振動が小さく、生産性の高い圧縮機を提供することができる。

そして、圧入による固定を行う場合に、挿入部である段差部１１１の表面にリン酸皮膜処理を行うことにより、段差部１１１表面の摩擦係数が低下し、バランスウエイト１１３の固定孔１２０を圧入する際の摩擦力を低減することができるので、バランスウエイト１１３をシャフト１０８に圧入する作業性が向上し、さらに生産性を高めることができる。

さらに、バランスウエイト１１３に強度の低い材料を用いても、強度の低い形状であっても、バランスウエイト１１３を変形させることなく、組み立てを行うことができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、高い生産性を確保しながら、振動が小さく安価な圧縮機が可能になるため、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自販機等の冷凍サイクルに用いる圧縮機に適用できる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の縦断面図同実施の形態における要部分解図同実施の形態における要部拡大図従来の圧縮機の縦断面図従来のバランスウエイトの構成図

符号の説明

１０１密閉容器
１０５電動要素
１０６圧縮要素
１０８シャフト
１０９主軸部
１１０偏心部
１１１段差部
１１３バランスウエイト
１１５ブロック
１１６シリンダー
１１７ピストン
１１８連結手段
１２０固定孔
１２２ストレート部
１２３破断面部
１２５テーパー部
１２６ウエイト部

Claims

密閉容器内に、圧縮要素と電動要素とを有し、前記圧縮要素は、主軸部と偏心部及び前記偏心部より外径の小さい段差部とを有するシャフトと、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動するピストンと、前記ピストンと前記偏心部とを連結する連結手段と、ウエイト部と固定孔とを有するバランスウエイトと、前記バランスウエイトの固定孔が挿入固定される挿入部を有したシャフトを備え、前記固定孔は鉄板をプレス加工することで形成されストレート部とテーパー状の破断面部が形成されるとともに、前記挿入部の基部に前記破断面部に対応するテーパー部を形成した圧縮機。
テーパー部の長さ寸法は、固定孔の深さの０．２〜０．４５とした請求項１に記載の圧縮機。
テーパー部の角度は、片側で３から１０度の範囲とした請求項１に記載の圧縮機。
固定孔は、挿入部に締まり嵌めで固定された請求項１に記載の圧縮機。
固定孔は、挿入部に焼嵌めで固定された請求項４に記載の圧縮機。
固定孔は、挿入部に圧入で固定された請求項４に記載の圧縮機。
挿入部にはリン酸皮膜処理がなされている請求項６に記載の圧縮機。
バランスウエイトは、熱間圧延鋼板、または冷間圧延鋼板である請求項１に記載の圧縮機。