JP2009062954A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油をピストン等への摺動部へ直接的に滴下することにより安定して確実に給油し、高信頼性で高効率の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】シャフト１１３に給油通路１３７を設け、給油通路１３７に連通し副軸部１１９の軸心から副軸受１２５との摺動部に開口する連通孔１４５と、連通孔１４５が開口する副軸部１１９の外周部に油溝を設けるとともに、副軸受１２５内部にピストン１２９等の摺動部へ導くオイル通路１５１の一部を形成し、シャフト１１３回転中に給油通路１３７とオイル通路１５１とを連通させることにより、給油通路１３７を通って連通孔１４５よりオイル通路１５１内に導入された潤滑油１１１を直接的にピストン１２９等の摺動部へ滴下されるため、シャフト１１３の回転数や潤滑油１１１の粘度が変化した場合でも安定して確実に潤滑油１１１を給油することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。

近年、冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、消費電力の低減のための高効率化や、低騒音化、並びに高信頼性化が望まれている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、ピストン等への給油方法を改善し、効率や信頼性を向上させたものがある（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４は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図５は、同従来の密閉型圧縮機の要部断面図である。図４、図５に示すように、密閉容器１内には、固定子２と回転子３からなる電動要素４と、電動要素４によって駆動される圧縮要素５を収容し、密閉容器１内に潤滑油６を貯溜する。シャフト１０は、回転子３を固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心軸部１２を有する。シリンダブロック１４は、略円筒形の圧縮室１５と主軸受２０を有する。シリンダブロック１４の上壁に切り欠いた形でスロット２１が設けられている。ピストン２３は、シリンダブロック１４の圧縮室１５に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１２との間を連結手段２４とピストンピン２５によって連結されている。

シャフト１０の内部には給油通路３０が設けられると共に、主軸部１１の外周には下端が給油通路３０の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト１０の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した螺旋溝３２が形成されている。螺旋溝３２の上端は給油通路３３の下端近傍と連通している。偏心軸部１２内の給油通路３３と偏心軸部１２外表面を連通するオイル飛散孔４０がスロット２１とほぼ同じ高さで、略水平方向に設けられている。主軸部１１の下端部には一端が潤滑油６中に開口し、他端が給油通路３０と連通したオイルコーン４１が固定されている。

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。

電動要素４の回転子３はシャフト１０を回転させ、偏心軸部１２の回転運動が連結手段２４を介してピストン２３に伝えられることでピストン２３は圧縮室１５内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１５内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

オイルコーン４１はシャフト１０の回転によりポンプ作用をするようになっている。オイルコーン４１のポンプ作用により、密閉容器１底部の潤滑油６は給油通路３０を介して上方に上げられる。給油通路３０の上部に至った潤滑油６は、螺旋溝３２へと導入される。螺旋溝３２はシャフト１０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、潤滑油６には新たに上方向への大きな搬送力が働く。

潤滑油６は、螺旋溝３２内を上方へ上げられると共にシャフト１０の摺動部へ供給される。螺旋溝３２上端に至った潤滑油６は偏心軸部１２の給油通路３３へと導入され、遠心力によりオイル飛散孔４０から水平方向に全周に飛散し、残りの潤滑油６は偏心軸部１２上端部より飛散する。オイル飛散孔４０から飛散した潤滑油６の一部はスロット２１に当たりピストン２３やピストンピン２５等の潤滑を行う。従って、各摺動部に十分な潤滑油６が供給できるため、高信頼性かつ高効率とすることができる。
特開２０００−１４５６３７号公報

しかしながら、上記従来の構成では、シャフト１０の回転により汲み上げられた潤滑油６は、ピストン２３等の摺動部へ密閉容器１内を飛散することで間接的に供給されるため、特に低速回転の運転時やオイル飛散孔４０の内径が比較的大きい場合には、オイル飛散孔４０内の潤滑油６に作用する遠心力が小さくなり、オイル飛散孔４０から飛散する潤滑油６が水平方向に飛ばずに重力により水平方向よりやや下向きに飛んだり、潤滑油６の粘性の影響でスロット２１以外の方向に飛んだりして、スロット２１に安定して当たらなくなり、ピストン２３やシリンダブロック１４等の摺動部へ安定して給油ができなくなるという課題を有していた。

ピストン２３とシリンダブロック１４間の摺動部に潤滑油６が不足した場合、摺動部では金属接触が起こり摺動に起因する騒音が増大する。また、圧縮室１５からの冷媒ガスの漏れ量が多くなり冷凍能力や効率が低下したり、ピストン２３とシリンダブロック１４の摺動部が潤滑不良となり摩耗が発生したりするといった信頼性低下を引き起こす原因となるという課題を有していた。

また、オイル飛散孔４０内の潤滑油６に十分な遠心力を作用するために、オイル飛散孔４０の内径を小さくする場合は、オイル飛散孔４０を加工する工具が細くなるために折れやすくなり、工具寿命が短く、また加工速度も速く出来ないことから生産性が悪く、コストが高くな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、ピストン等の摺動部へ安定して潤滑油を供給し、高信頼性で高効率の密閉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、本発明の密閉型圧縮機は、シャフトに、下端が潤滑油に連通し上端がシャフトの上部で密閉容器内に開口した給油通路を設け、一端が給油通路に連通し副軸部の軸心から略法線方向に向かって他端が副軸部と副軸受との摺動部に開口する連通孔と、連通孔が開口する副軸部の外周部に円周方向に延設された油溝とを設けるとともに、副軸部に導かれた潤滑油をピストンの摺動面へと導くオイル通路の一部を副軸受内部に形成し、シャフトの回転中に給油通路とオイル通路とが連通するものであり、給油通路を通って副軸部まで汲み上げられた潤滑油が、連通孔より油溝を介してオイル通路内に導入され、直接的にピストンやピストンピンへ滴下されるため、シャフトの回転数や潤滑油の粘度が変化した場合でも安定して確実に多くの潤滑油を摺動部に供給することができるので、高信頼性で高効率の密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、潤滑油をピストン等への摺動部へ直接的に滴下することにより安定して確実に給油できるので、高信頼性で高効率の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部及び主軸部とを有したシャフトと、略円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され、前記シャフトの前記副軸部を軸支する副軸受と、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芯軸とを連結する連結手段とを備え、前記シャフトに、下端が前記潤滑油に連通し上端が前記シャフトの上部で前記密閉容器内に開口した給油通路を設け、一端が前記給油通路に連通し前記副軸部の軸心から略法線方向に向かって他端が前記副軸部と前記副軸受との摺動部に開口する連通孔と、前記連通孔が開口する副軸部の外周部に円周方向に延設された油溝とを設けるとともに、前記副軸部に導かれた前記潤滑油を前記ピストンの摺動面へと導くオイル通路の一部を前記副軸受内部に形成し、前記シャフトの回転中に前記給油通路と前記オイル通路とが連通するもので、油溝がシャフト一回転中にオイル通路と連通する期間を長くすることで、連通孔より油溝内に排出された潤滑油の多くをオイル通路に導くことができ、直接的にピストンやピストンピンへ滴下されるため、シャフトの回転数や潤滑油の粘度が変化した場合でも安定して確実に多くの潤滑油を摺動部に供給することができるので、高信頼性で高効率の密閉型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、油溝は連通孔の開口部から反回転方向に延設されたもので、開口部より油溝内に排出された潤滑油は、シャフトの回転に伴って連通孔近傍に停滞することなく油溝内を移動し、オイル通路へと導かれるため、請求項１に記載の発明の効果に加え、さらに潤滑油の摺動部への供給量を増加させることができる。

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、油溝は反負荷側に設けられたもので、副軸部と副軸受との摺動における負荷時の受圧面積を大きくすることができるので、請求項１または請求項２に記載の発明の効果に加えて、面圧を低く抑えることで、副軸部と副軸受の摺動部の局所的な摺動を防止することができ、摺動損失増大を抑制するとともに摺動部の信頼性を高めることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、副軸受内部に形成したオイル通路は、副軸部と副軸受との摺動部からピストン側が低くなるように傾斜したもので、オイル通路に導かれた潤滑油は特別な搬送力を得なくとも重力によりピストンやピストンピンに向かって流すことが出来るとともに、密閉型圧縮機本体が水平方向に対して傾斜して設置された場合においても、オイル通路内に導入された潤滑油を傾斜により逆流することなく確実にピストン方向に向かって速やかに流すことができるので、請求項１から請求項３いずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに安定してピストン等の摺動部に潤滑油を供給することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、オイル通路は、シリンダブロックのピストン上部に設けた凹部と、前記凹部の底部からピストンの上部に開口する給油連通孔とをさらに備えたもので、圧縮の停止中はピストンによって給油連通孔はほぼ塞がれているため、凹部や給油通路内に潤滑油を保持することができ、その潤滑油を圧縮機の起動と同時にピストンやピストンピンなどの摺動部へ供給が開始されるため、潤滑油が不足しがちな圧縮機の起動時からピストンとシリンダブロックなどの摺動部に安定して潤滑油を供給することできるので、圧縮室からの冷媒ガスの漏れ量を低減できるとともに、摺動部の金属接触を低減できるため請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、圧縮機の起動時から、冷凍能力の低下を防止することができるとともに、摺動部の摩耗や騒音の増大を防ぐことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明において、少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバータ駆動されるもので、低い運転周波数による運転により圧縮負荷を低減し消費電力量を抑えることができるので、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに消費電力を抑えた効率の高い運転をすることができる。

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、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機のシャフト斜視図である。

図１、図２、図３において、密閉容器１０１内には、固定子１０３と回転子１０５からなる電動要素１０７と、電動要素１０７によって駆動される圧縮要素１０９を収容し、密閉容器１０１の底部に潤滑油１１１を貯溜する。

シャフト１１３は、回転子１０５を固定した主軸部１１５と、主軸部１１５の上部に配設され主軸部１１５に対し偏心して形成された偏心軸部１１７と、偏心軸部１１７の上部に波右折され偏心軸部１１７を挟んで主軸部１１５と同軸上に設けた副軸部１１９を有する。

シリンダブロック１２１は、略円筒形の圧縮室１２３、主軸部１１５を軸支する主軸受１２４、並びに副軸部１１９を軸支する副軸受１２５を有する。

ピストン１２９は、シリンダブロック１２１の圧縮室１２３に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１７との間を連結手段１３３とピストンピン１３５によって連結されている。

シャフト１１３の内部には給油通路１３７が設けられると共に、主軸部１１５の外周には下端が給油通路１３７の上端近傍と連通し、上方に向かってシャフト１１３の反回転方向に傾斜しながら螺旋状に刻設した螺旋溝１３９が形成されている。螺旋溝１３９の上端は給油通路１３７の下端近傍と連通している。給油通路１３７は偏心軸部１１７、副軸部１１９内を通って副軸部１１９上端部に開口している。

主軸部１１５の下端部には一端が潤滑油１１１中に開口し、他端が給油通路１３７と連通したオイルコーン１４１が固定されている。オイルコーン１４１はシャフト１１３の回転によりポンプ作用をするようになっている。シャフト１１３の副軸部１１９の上部には回転のアンバランスを小さくするためのバランスウェイト１４３が固定されている。

シャフト１１３の副軸部１１９には、一端が給油通路１３７に連通し、副軸部１１９の軸心から略法線方向に向かって他端が副軸部１１９と副軸受１２５との摺動部に開口する連通孔１４５が設けられている。

連通孔１４５が開口する副軸部１１９の外周部には、円周方向に延設された油溝１４９が形成されており、油溝１４９は連通孔１４５の開口部から反回転方向、且つ反負荷側に延設されている。

また副軸受１２５の内部には、オイル通路１５１の一部が形成されており、シャフト１１３の一回転中に少なくとも一回は給油通路１３７がオイル通路１５１と連通するようになっている。

オイル通路１５１は、副軸部１１９と副軸受１２５との摺動部からピストン１２９側に向かって低くなるように傾斜している。具体的には、圧縮機本体の設置後の傾斜よりも大きくすることが望ましく、５度以上の角度が付いている。

オイル通路１５１の一方は、圧縮室１２３の上方のシリンダブロック１２１に突出形成して設けられた凹部１２７に開口しており、凹部１２７の底部にはピストン１２９の上部まで開口する給油連通孔１３１が設けられている。

また凹部１２７の底部は水平方向に対してピストン１２９トップ側が低くなるように下方に傾斜している。具体的には、密閉型圧縮機本体の設置後の傾斜よりも大きくすることが望ましく、５度以上の角度が付いている。

尚、本密閉型圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の高い潤滑油１１１と組み合わせてある。

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。

電動要素１０７の回転子１０５はシャフト１１３を回転させ、偏心軸部１１７の回転運動が連結手段１３３を介してピストン１２９に伝えられることでピストン１２９は圧縮室１２３内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１２３内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

密閉容器１０１底部の潤滑油１１１は、オイルコーン１４１のポンプ作用により、給油通路１３７を介して上方に汲み上げられる。給油通路１３７の上部に至った潤滑油１１１は、螺旋溝１３９へと導入される。螺旋溝１３９はシャフト１１３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、潤滑油１１１には新たに上方向への大きな搬送力が働く。

潤滑油１１１は、螺旋溝１３９内を上方へ上げられるとともに、シャフト１１３の摺動部へ供給される。螺旋溝１３９上端に至った潤滑油１１１は偏心軸部１１７と副軸部１１９の給油通路１３７へと導入され、潤滑油１１１の一部は遠心力に従い連通孔１４５を通って副軸部１１９の外周部へと排出され、残りの潤滑油１１１は副軸部１１９上端部より飛散する。

連通孔１４５を通って副軸部１１９の外周部へと導かれた潤滑油１１１は、副軸部１１９の外周部に設けた連通孔１４５が開口する油溝１４９内に導かれる。

ここで、副軸部１１９の外周部に、油溝１４９を円周方向に延設させたことで、シャフト１１３一回転中において油溝１４９とオイル通路１５１とが連通する期間が長くなり、多くの潤滑油１１１をオイル通路１５１に導くことができるため、潤滑油１１１の摺動部への供給量を増加させることができる。

また、油溝１４９をシャフト１１３の反回転方向に延設させたことで、潤滑油１１１はシャフト１１３の回転に伴って連通孔１４５近傍に停滞することなく、油溝１４９内を移動し、オイル通路１５１へと導くことができ、潤滑油１１１の供給量をさらに増加させることができる。

また、油溝１４９を反負荷側に設けたことによって、副軸部１１９と副軸受１２５との摺動における負荷時の受圧面積を大きくすることができるため、面圧を低く抑えることができることで、副軸部１１９と副軸受１２５の摺動部の局所的な摺動を防止することができ、摺動損失増大を抑制するとともに、摺動部の信頼性を高めることができる。

オイル通路１５１に導かれた潤滑油１１１は、特別な搬送力を得なくとも重力により傾斜に沿ってピストン１２９やピストンピン１３５に向かって流れ、オイル通路１５１の開口端から圧縮室１２３上部に設けた凹部１２７へ排出される。

本実施の形態では、オイル通路１５１の傾斜角度を、圧縮機本体設置後の傾斜角度よりも大きくしたことで、オイル通路１５１に導かれた潤滑油１１１を逆流させることなく、確実にピストン１２９方向に向かって速やかに流すことができる。

凹部１２７へ排出された潤滑油１１１は、底部に備えた給油連通孔１３１を介して、直接ピストン１２９やピストンピン１３５等の摺動部へ滴下されることにより、確実且つ安定的に摺動部へ給油を行うことができる。

本実施の形態では、凹部１２７の底部をピストン１２９トップ側が低くなるような傾斜にしたことによって、凹部１２７に排出された直後の滴下前の潤滑油１１１は重力により傾斜に沿ってピストン１２９のトップ側に集まりやすくなるため、トップ側の滴下量を増やすことができる。

その結果、圧縮行程で潤滑油１１１がピストン１２９とシリンダブロック１２１間に入り込みやすくなり、シール性の向上により圧縮室１２３からの冷媒ガスの漏れ量を低減できたことによって、体積効率を向上させることができ、密閉型圧縮機の運転効率を改善することができる。

この効率改善効果は、特に冷媒ガスの漏れ量が大きくなりやすいインバータによる低速回転域において著しく、この低速回転域における効率を飛躍的に向上させることができる。

また、圧縮の停止中は、ピストン１２９によって給油連通孔１３１はほぼ塞がれているため、給油通路１３７内及び凹部１２７に潤滑油１１１を保持させることができる。その潤滑油１１１が、起動と同時にピストン１２９やピストンピン１３５へ供給が開始されるため、潤滑油１１１が不足しがちな圧縮機の起動時からピストン１２９とシリンダブロック１２１などの摺動部に安定して潤滑油１１１を供給できるようになるため、摺動部の金属接触が減り騒音や摩耗の増大を防止でき、より高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供することができる。

また圧縮機の起動時から給油は、ピストン１２９とシリンダブロック１２１間のシール性も向上させ、圧縮室１２３からの冷媒ガスの漏れ量を低減できるので、冷凍能力の低下を防止した効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

また本実施の形態では、直接的な滴下によって摺動部へ給油を行うため、副軸部１１９上部に潤滑油１１１を飛散させるための別部品を新たに追加する必要は無いので、副軸部１１９を長くする必要もなく、密閉型圧縮機の高さを低く抑えることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、潤滑油をピストン等への摺動部へ直接的に滴下することにより安定して確実に給油させることができるので、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置の密閉型圧縮機の用途にも展開できる。

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 同実施の形態における密閉型圧縮機のシャフト斜視図 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

１０１ 密閉容器
１０７ 電動要素
１０９ 圧縮要素
１１１ 潤滑油
１１３ シャフト
１１５ 主軸部
１１７ 偏心軸部
１１９ 副軸部
１２１ シリンダブロック
１２３ 圧縮室
１２４ 主軸受
１２５ 副軸受
１２７ 凹部
１２９ ピストン
１３１ 給油連通孔
１３３ 連結手段
１３７ 給油通路
１４５ 連通孔
１４９ 油溝
１５１ オイル通路

Claims (6)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏芯軸部と前記偏芯軸部を挟んで上下に同軸状に設けた副軸部及び主軸部とを有したシャフトと、略円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記シリンダブロックに固定されるか又は一体に形成され、前記シャフトの前記副軸部を軸支する副軸受と、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芯軸とを連結する連結手段とを備え、前記シャフトに、下端が前記潤滑油に連通し上端が前記シャフトの上部で前記密閉容器内に開口した給油通路を設け、一端が前記給油通路に連通し前記副軸部の軸心から略法線方向に向かって他端が前記副軸部と前記副軸受との摺動部に開口する連通孔と、前記連通孔が開口する前記副軸部の外周部に円周方向に延設された油溝とを設けるとともに、前記副軸部に導かれた前記潤滑油を前記ピストンの摺動面へと導くオイル通路の一部を前記副軸受内部に形成し、前記シャフトの回転中に前記給油通路と前記オイル通路とが連通する密閉型圧縮機。
2. 油溝は連通孔の開口部から反回転方向に延設された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 油溝は反負荷側に設けられている請求項１または請求項２に記載の密閉型圧縮機。
4. 副軸受内部に形成したオイル通路は、副軸部と前記副軸受との摺動部からピストン側が低くなるように傾斜している請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. オイル通路は、シリンダブロックのピストン上部に設けた凹部と、前記凹部の底部から前記ピストンの上部に開口する給油連通孔とをさらに備えた請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 少なくとも電源周波数以下の運転周波数を含む複数の運転周波数でインバータ駆動される請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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