JP2009510298A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

オイルポンプで吸い上げられ偏芯軸部の開口部に供給されたオイルは偏芯軸部の上端面を外周まで流れて、エッジ部から概ね半径方向に飛散し、シリンダやピストンの摺動部に降りかかるため、シリンダやピストンなどを冷却すると共に、シリンダとピストンの摺動部に油膜が形成され、摺動部の金属接触を抑制し、摺動部の摩耗や圧縮機の入力が高くなることを防ぐことができる。

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる圧縮機に関するものである。

従来この種の圧縮機としては、シリンダ部へオイルを供給する機構を備えたものがある（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技術の圧縮機について説明する。

図６は特許文献１に記載された従来の圧縮機を側面から見た縦断面図、図７は従来の圧縮機の平面断面図、図８は従来の圧縮機の正面から見た縦断面図、図９は従来の圧縮機の吸入マフラの要部断面図である。

図６、図７、図８および図９において、密閉容器１内の底部にはオイル２を貯留するとともに、空間内に冷媒ガス３を充填している。

電動要素４は、固定子５および回転子６から構成される。圧縮要素７は、偏芯軸部８と主軸部９を有するクランクシャフト１０、シリンダ１１および主軸受１２を有したシリンダブロック１３、ピストン１４、コンロッド１５から構成される。クランクシャフト１０には、回転子６が嵌めた状態に備えられている。そしてクランクシャフト１０は、オイルポンプ１７を備え、主軸受１２内で回転する。ここでオイルポンプ１７は、少なくとも下端をオイル２に浸漬し、偏芯軸部８の上端面から密閉容器１内にオイル２を飛散させる開口部１６を有している。

ピストン１４は、略円筒形のシリンダ１１に往復摺動自在に挿入され、偏芯軸部８との間をコンロッド１５によって連結されている。シリンダ１１の開口端面を封止するバルブプレート１８は、吸入バルブ（図示せず）の開閉によりシリンダ１１と連通する吸い込みポート１９を備えている。

連通流路２０を形成するシリンダヘッド２１は、バルブプレート１８を介してシリンダ１１の反対側に固定されている。

吸入マフラ２５は、密閉容器１内に開口された冷媒ガス３の吸入通路である尾管２６と、消音空間２７とから構成され、連通流路２０の一端に結合されている。

オイル溜め２８は、尾管２６の密閉容器１内の開口部に凹状に設けられている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素４によってクランクシャフト１０の回転がコンロッド１５に伝わりピストン１４が往復運動する。その往復運動により外部冷却回路（図示せず）から流れてきた冷媒ガス３は、一旦密閉容器１内に開放されてから尾管２６を介して吸入マフラ２５内の消音空間２７に開放される。その後冷媒ガス３は、連通流路２０、バルブプレート１８の吸い込みポート１９を介してシリンダ１１内に間欠的に吸入される。シリンダ１１内に吸入された冷媒ガス３は、ピストン１４により圧縮され、再び外部冷却回路（図示せず）へと吐出される。

電動要素４によってクランクシャフト１０が回転すると、密閉容器１内底部に貯留するオイル２は、オイルポンプ１７によりクランクシャフト１０内を押し上げられる。オイル２は主軸部９、偏芯軸部８の摺動部を潤滑した後、偏芯軸部８のオイルポンプ１７の開口部１６から密閉容器１内に飛散し、シリンダ１１に降りかかると共に、その一部がオイル溜め２８に溜まる。図６中に、オイルポンプ１７の開口部１６から密閉容器１内に飛散するオイル２の軌跡を矢印で示す。

また、偏芯軸部８の回転により、コンロッド１５を介してピストン１４がシリンダ１１内を往復運動し、吸込、圧縮、吐出行程を順次繰り返す。ピストン１４の吸込行程では、密閉容器１内の空間内に充填する冷媒ガス３が尾管２６の先端から吸い込まれる。

その際にオイル溜め２８内のオイル２が、冷媒ガス３とともに尾管２６の先端から吸い込まれ、吸入マフラ２５、連通流路２０、バルブプレート１８の吸い込みポート１９を介してシリンダ１１内に給油され、ピストン１４とシリンダ１１の摺動部を潤滑する。

しかしながら上記従来の構成では、オイルポンプ１７の開口部１６から排出されるオイル２の飛散方向は、クランクシャフト１０の回転速度やオイル２の粘度などによって変化して不安定である。そのため、オイル２がシリンダ１１に降りかからず、シリンダ１１とピストン１４の摺動部に給油されず金属接触を起こし摩耗が発生する可能性があった。

また、オイルポンプ１７の開口部１６から飛散するオイル２の飛散方向が運転条件などによって変化して不安定であるため、密閉容器１内に飛散したオイル２がオイル溜め２８内に溜まらない場合があった。その場合は、オイル２がオイル溜め２８内からシリンダ１１内に供給されないため、バルブプレート１８と吸入バルブのシール性が低下し、冷凍能力や効率が低下する可能性があった。
特開平６−２９４３８０号公報

本発明は、密閉容器内にオイル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、圧縮要素は偏芯軸部および主軸部を有し偏芯軸部の上端面に開口部を有するオイルポンプを備えたクランクシャフトと、シリンダおよび主軸受を有したシリンダブロックと、シリンダ内において往復運動するピストンと、シリンダに連通する消音空間を形成した吸入マフラとを備え、偏芯軸部は、その上面外周に上端面と鋭角をなすエッジ部を備えた構成である。

オイルポンプにより吸い上げられ偏芯軸部の開口部に供給されたオイルは、偏芯軸部の上端面を外周まで流れて、偏芯軸部の端部の鋭角のエッジ部から概ね半径方向に飛散する。そのため、オイルが圧縮機の運転条件にほとんど影響を受けず直線的にシリンダやピストンの摺動部に降りかかり、シリンダやピストンなどを冷却すると共に、シリンダとピストンの摺動部に油膜が形成される。その結果、摺動部の金属接触を抑制し、摺動部の摩耗や圧縮機の入力が高くなることを防ぎ、効率が高く信頼性が高い圧縮機を提供することができる。

以下、本発明による圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態における圧縮機の側面から見た縦断面図、図２は同実施の形態における圧縮機の平面断面図、図３は同実施の形態におけるクランクシャフトの要部断面図、図４は同実施の形態の形態における吸入マフラの要部断面図、図５は図４のＡ−Ａ線における吸入マフラの断面図である。

図１、図２、図３、図４、および図５において、密閉容器１０１内にはオイル１０２を貯溜するとともに、冷媒ガス１０３が充填されている。

電動要素１１０は、固定子１１１および回転子１１２から構成される。

圧縮要素１１３は、電動要素１１０で駆動されるクランクシャフト１１６と、シリンダ１１７および主軸受１１８を有したシリンダブロック１１９、ピストン１２０、コンロッド１２１とを備え、レシプロ式の圧縮機構を形成している。

ピストン１２０は、シリンダ１１７に往復摺動自在に挿入され、コンロッド１２１によって偏芯軸部１２４と連結されている。

クランクシャフト１１６は、偏芯軸部１２４と主軸部１２５とを備え、回転子１１２が嵌めた状態に備えられて主軸受１１８内において回転する。そして、クランクシャフト１１６に設けられたオイルポンプ１２６は、主軸部１２５にオイル流路１２８を備え、少なくとも下端がオイル１０２に浸漬して回転している。

偏芯軸部１２４の上端面１３３に位置するオイルポンプ１２６の開口部１３１には、面取り部１３２が設けられている。

偏芯軸部１２４は、上面外周に上端面１３３と鋭角をなすエッジ部１３０を有し、エッジ部１３０の外径Ｅはコンロッド１２１と摺動する偏芯軸部１２４の外径よりも小さい寸法により形成されている。図３において、エッジ部１３０が上端面１３３となす鋭角を角度αで示す。

シリンダ１１７の開口端面を封止するバルブプレート１３５は、吸入バルブ（図示せず）の開閉によりシリンダ１１７と連通する吸い込みポート１３６を備えている。

連通流路１３７を形成するシリンダヘッド１３８は、バルブプレート１３５を介してシリンダ１１７の反対側に固定されている。

吸入マフラ１４０は、シリンダブロック１１９に一体に形成されている。また吸入マフラ１４０は、吸入マフラ１４０の外側に向かって曲率０を超える値により凸部をなし湾曲する天面１４２と、天面１４２に設けたオイル吸い込み孔１４３と、消音空間１４４と、尾管１４５とを備えている。そして、吸入マフラ１４０は、連通流路１３７および吸い込みポート１３６を介して、消音空間１４４およびシリンダ１１７と連通する。吸入マフラ１４０の尾管１４５は、一端が密閉容器１０１内に開口され、他端が消音空間１４４に開口されて、密閉容器１０１内の冷媒ガス１０３を消音空間１４４内に導く吸入通路を構成している。

また、オイル吸い込み孔１４３は、天面１４２の略頂上に孔が設けられ、密閉容器１０１内空間と吸入マフラ１４０の消音空間１４４とを連通する貫通穴である。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

クランクシャフト１１６の回転がコンロッド１２１に伝わりピストン１２０が往復運動することにより、外部冷却回路（図示せず）から導かれた冷媒ガス１０３は一旦密閉容器１０１内に開放された後、尾管１４５を介して吸入マフラ１４０内の消音空間１４４に導かれる。その後、冷媒ガス１０３は連通流路１３７、バルブプレート１３５の吸い込みポート１３６を介してシリンダ１１７内に間欠的に吸入される。シリンダ１１７内に吸入された冷媒ガス１０３は、ピストン１２０で圧縮され、再び外部冷却回路（図示せず）へと吐出される。

電動要素１１０によってクランクシャフト１１６が回転すると、密閉容器１０１内底部に貯留するオイル１０２は、オイルポンプ１２６によりクランクシャフト１１６内を押し上げられる。そしてオイル１０２は、オイル流路１２８を通り、オイルポンプ１２６の上端面１３３の開口部１３１に到達する。

オイル１０２は開口部１３１に到達した際に、真上ではなく面取り部１３２に沿って斜め方向に押し出され、ほとんどのオイル１０２が遠心力により偏芯軸部１２４の上端面１３３を伝わって外周部まで流れた後に、端部の鋭角のエッジ部１３０から概ね半径方向に飛び出す。図１及び図３中に、エッジ部１３０から密閉容器１０１内に飛散するオイル１０２の軌跡を矢印で示す。

その結果、オイル１０２がクランクシャフト１１６の回転数やオイル１０２の粘度といった運転条件などの影響をほとんど受けず、オイルポンプ１２６の開口部１３１に到達した殆どのオイル１０２が直線的にシリンダ１１７やピストン１２０の摺動部に降りかかる。そのため、シリンダ１１７やピストン１２０などを十分に冷却することができるとともに、シリンダ１１７とピストン１２０の摺動部に油膜が十分に形成される。そして摺動部の金属接触が抑制され、摺動部の摩耗や圧縮機の入力が高くなることを防ぐことにより、効率が高く信頼性が高い圧縮機とすることができる。

上記構成において偏芯軸部１２４は、その外周に上端面１３３と鋭角をなすエッジ部１３０を備えている。ここでエッジ部１３０と、上端面１３３とのなす角度が鋭角でなく直角や鈍角であった場合には、エッジ部１３０に導かれたオイル１０２は半径方向に飛散せず、水平方向に対して斜め下方に飛散することを確認している。エッジ部１３０と、上端面１３３とのなす角度が鋭角でなく直角や鈍角の場合には、オイル１０２の表面張力などによって半径方向に飛散する力が阻害されたものと推察される。

また、密閉容器１０１の温度が低くオイル１０２の粘度が高い場合や、５０Ｈｚ運転といった回転数が低くオイルポンプ１２６のポンプ力が小さくなる場合には、オイル１０２は上方へ飛散することが難しくなる。逆に密閉容器１０１の温度が高くオイル１０２の粘度が低い場合や、６０Ｈｚといった回転数が高くオイルポンプ１２６のポンプ力が大きくなる場合には、オイル１０２の飛散する高さは高くなりがちである。しかしながら、上記構成とすることにより以下の点を確認している。すなわちオイル１０２は、その粘度やクランクシャフト１１６の回転数などの運転条件にかかわらず、鋭角のエッジ部１３０から概ね半径方向に飛散し、直線的にシリンダ１１７やピストン１２０の摺動部に降りかかり、その降りかかる位置がほとんど変化しない。

また、オイルポンプ１２６の開口部１３１に面取り部１３２が設けることにより、面取り部１３２が無い場合と比べて、開口部１３１に到達したオイル１０２は真上ではなく斜め方向に押し出される。そのため、ほとんどのオイル１０２が上方に飛散するのではなく、遠心力により偏芯軸部１２４の上端面１３３を伝わって外周部まで流れるという格段の効果があることも確認している。

しかしながら、面取り部１３２を設けなくても、開口部１３１に到達したオイル１０２のうち偏芯軸部１２４の上端面１３３を伝わって外周部まで流れたオイル１０２は、エッジ部１３０から概ね半径方向に飛散し、直線的にシリンダ１１７やピストン１２０の摺動部に降りかかる効果があることも確認している。

また、吸入マフラ１４０の天面１４２は、エッジ部１３０から概ね半径方向に飛散したオイル１０２が直接当たる位置に配設されるとともに、オイル吸い込み孔１４３が設けられている。そのため、オイル１０２は、圧縮機の運転中天面１４２に継続的に降りかかり、天面１４２表面に油膜を形成する。

また、吸入マフラ１４０の天面１４２は、曲率０を超える値により凸部をなしており、天面１４２表面に飛散して付着したオイル１０２は天面１４２表面に溜まることなく、天面１４２に表面張力で薄く広がり、油膜を形成することができる。そして、オイル吸い込み孔１４３は、この略一定の厚さに薄く広がった油膜から、孔の内周長に応じた一定量のオイル１０２を吸入マフラ１４０内の負圧によって吸い込むことができる。

このオイル吸い込み孔１４３の近傍の油膜のオイル１０２が、オイル吸い込み孔１４３から吸入マフラ１４０内に吸い込まれることにより、消音空間１４４、連通流路１３７、バルブプレート１３５の吸い込みポート１３６を介して、シリンダ１１７内へ安定して給油される。

その結果、オイル１０２がシリンダ１１７内に多量に入ることを防止することができるので、ピストン１２０がオイル１０２を多量に含んだ冷媒ガス１０３を圧縮することが無い。そのためピストン１２０にかかる不要な負荷の増加を防ぎ、圧縮機の入力が高くなるのを防止でき、かつバルブプレート１３５と吸入バルブのシール性を向上できるので効率を向上できる。

また、圧縮機の組立時において、コンロッド１２１を偏芯軸部１２４に挿入する際に、エッジ部１３０はコンロッド１２１と摺動する偏芯軸部１２４の外径より小さいので、コンロッド１２１内周の摺動面が偏芯軸部１２４のエッジ部１３０に接触することを防止できる。そのため、コンロッド１２１の摺動面が偏芯軸部１２４のエッジ部１３０により傷付けられることを防止でき、品質ならびに信頼性を向上させる。

従って、信頼性、効率、品質の高い圧縮機を提供できる。

なお、本発明の実施の形態においては、エッジ部１３０をクランクシャフト１１６と一体成形した例により説明したが、別体として成形しても一体成形した場合と同じ形状であれば、本発明の実施の形態同様の効果を得ることができる。

また、圧縮機の組立時において、エッジ部１３０とコンロッド１２１とが万一接触してもコンロッド１２１の摺動面が傷付かないようにするために、エッジ部１３０に僅かな面取りを施してもオイル飛散効果を維持することができる。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は信頼性および効率が高く、家庭用冷蔵庫を始めとして、除湿機やショーケース、自販機等、冷凍サイクルを用いたあらゆる用途に適用できる。

本発明の実施の形態における圧縮機の側面から見た縦断面図 同実施の形態における圧縮機の平面断面図 同実施の形態におけるクランクシャフトの要部断面図 同実施の形態における吸入マフラの要部断面図 図４のＡ−Ｂ線における吸入マフラの断面図 従来の圧縮機の側面から見た縦断面図 従来の圧縮機の平面断面図 来の圧縮機の正面から見た縦断面図 従来の圧縮機の吸入マフラの要部断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ オイル
１０３ 冷媒ガス
１１３ 圧縮要素
１１６ クランクシャフト
１１７ シリンダ
１１８ 主軸受
１１９ シリンダブロック
１２０ ピストン
１２１ コンロッド
１２４ 偏芯軸部
１２５ 主軸部
１２６ オイルポンプ
１３０ エッジ部
１３１ 開口部
１３２ 面取り部
１３３ 上端面
１４０ 吸入マフラ
１４２ 天面
１４３ オイル吸い込み孔
１４４ 消音空間

Claims (5)

1. 密閉容器内にオイル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、
   前記圧縮要素は偏芯軸部および主軸部を有し前記偏芯軸部の上端面に開口部を有するオイルポンプを備えたクランクシャフトと、
   シリンダおよび主軸受を有したシリンダブロックと、
   前記シリンダ内において往復運動するピストンと、
   前記シリンダに連通する消音空間を形成した吸入マフラとを備え、
   前記偏芯軸部は、その上面外周に前記上端面と鋭角をなすエッジ部を備えた圧縮機。
2. 前記オイルポンプの前記上端面の前記開口部に面取り部を設けた請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記偏芯軸部と前記ピストンとを連結するコンロッドを備え、前記エッジ部の寸法は前記コンロッドと摺動する前記偏芯軸部の外径より小さい請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記吸入マフラは、前記エッジ部から飛散するオイルが直接当たる位置にオイル吸い込み孔を設けた請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記吸入マフラの天面は曲率０を超える値の凸部をなし、前記天面の頂上付近に前記オイル吸い込み孔を設けた請求項４に記載の圧縮機。

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