JP2013024064A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストン側圧を軽減することで信頼性，エネルギー効率を改善することができる密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトに設けられた偏心部とピストンとがコンロッドによって連結される密閉型圧縮機において、前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、前記ピストンに設けられる内球面と、フレームと一体に設けられて内部を前記ピストンが往復動する圧縮室と、前記内球面に包持され前記ピストンとボールジョイント機構によって連結される前記コンロッドの球体部とを備え、前記球体部の重心位置が前記圧縮室の中心線よりも反回転方向側に位置するように配置する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、密閉型圧縮機に関する。

近年、家庭用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密閉型圧縮機は、地球環境に対する要求から省エネ化への動きが加速されており、なおかつ高い信頼性や低騒音化が求められている。従来の密閉型圧縮機としては、ピストンクランク機構からなる往復動式の密閉型圧縮機が一般的である。この中で、ピストンとコンロッドの連結構造としては、特許文献１に記載のようにラジアル軸受により連結される構造が知られている。特許文献１は、ピストンとコンロッドとの連結部にピストンピンを用いており、このピストンピンが軸となるような軸受構造として両者が連結される構造となっている。

また、ピストンとコンロッドの他の連結構造としては、特許文献２のように球面軸受により連結されるいわゆるボールジョイント構造が知られている。ボールジョイント構造として連結されるものとしては、特許文献２のようにピストンに設けられる内球面を塑性加工により成形した構造が知られている。

特開２０１０−７７８６１号公報 特開２００３−２１４３４３号公報

上述の従来例のうち、特許文献１はピストンとコンロッドの連結をピストンピンによって行っているが、この連結構造はピストン側に挿入されるピストンピンを軸部とし、コンロッド側に軸受部を有している。したがって、ピストン側の軸がコンロッド側の軸受に傾いて挿入されると摺動に関して問題が生じる場合があった。すなわち、ピストンピンとコンロッドの間の摺動部が局所的になり、このとき、両者の接触面圧も過大となるため、摺動部の摩耗等によって信頼性の低下を招くことにもなり得る。

一方、特許文献２はボールジョイント方式によってピストンとコンロッドを連結する構造を採用している。ボールジョイント方式の連結によれば、特許文献１のようにピストンピンとコンロッドとの間の摺動，摩耗は問題となることはない。

しかしながら上記従来のような配置では、圧縮時にはピストンが側圧を受けるために、圧縮室との摺動ロスが大きくなり、入力が増大し、摺動による摩耗が発生する。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信頼性及びエネルギー効率が高い密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトに設けられた偏心部とピストンとがコンロッドによって連結される密閉型圧縮機において、前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、前記ピストンに設けられる内球面と、フレームと一体に設けられて内部を前記ピストンが往復動する圧縮室と、前記内球面に包持され前記ピストンとボールジョイント機構によって連結される前記コンロッドの球体部とを備え、前記球体部の重心位置が前記圧縮室の中心線よりも反回転方向側に位置するように配置する。

本発明によれば、信頼性及びエネルギー効率が高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図。 従来の密閉型圧縮機における要部拡大断面図。 本発明の一実施形態における密閉型圧縮機の要部拡大断面図。 本発明の実施例に係る冷蔵庫の縦断面図。

本発明は、密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトに設けられた偏心部とピストンとがコンロッドによって連結される密閉型圧縮機において、前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、前記ピストンに設けられる内球面と、フレームと一体に設けられて内部を前記ピストンが往復動する圧縮室と、前記内球面に包持され前記ピストンとボールジョイント機構によって連結される前記コンロッドの球体部とを備え、前記球体部の重心位置が前記圧縮室の中心線よりも反回転方向側に位置するように配置する。

これにより、ピストンが圧縮室内を往復運動する際に発生する摺動損失を低減することができる。さらに、起動時において起動負荷を軽減することができることで電動要素のトルクを軽減でき、エネルギー効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図、図２は従来の密閉型圧縮機における要部拡大断面図、図３は本発明の一実施形態における密閉型圧縮機の要部拡大断面図である。本実施例の密閉型圧縮機は、密閉容器内に設けられた軸受部１ａ及びフレーム１ｂと一体に成形された圧縮室１内をピストン４が往復動して機械要素を構成するレシプロ型の圧縮機である。フレーム１ｂの下部には、電動要素として、電動機を構成する固定子５及び回転子６が備えられており、クランクシャフト３の回転中心から偏心した位置に、クランクピン３ａが設けられている。

クランクシャフト３は、フレームの軸受部１ａに貫通してフレーム１ｂの下部から上部へ延伸しており、クランクピン３ａがフレーム１ｂの上方側に位置するように設けられている。クランクシャフト３の下部は回転子６と直結しており、電動機の動力によってクランクシャフト３は回転する。クランクピン３ａとピストン４との間はコンロッド２で連結されており、クランクピン３ａ及びコンロッド２を介してピストン４が往復動する構成となっている。

すなわち、本実施例の密閉型圧縮機は、密閉容器内に圧縮室１，ピストン４等の機械要素と、電動機等の電動要素が収納されており、クランクシャフト３によって電動要素からの回転力を伝える構成を前提としている。クランクシャフト３に設けられた偏心部とピストン４とがコンロッド２によって連結されており、クランクシャフト３を軸支する軸受部１ａと、ピストン４に設けられる内球面４ａと、フレーム１ｂと一体に設けられて内部をピストン４が往復動する圧縮室１と、内球面４ａに包持されピストン４とボールジョイント機構によって連結されるコンロッド２の球体部２ａとを備える。

なお、クランクシャフト３の回転によって、密閉容器内に貯留した潤滑油が上方へと導かれ、クランクシャフト３の上方位置に設けられた開口より潤滑油が噴出する構造となっている。クランクシャフト３の下端部に設けられた筒状の給油ピース７の遠心力を利用して潤滑油を上昇させ、クランクシャフト３の上端部から潤滑油が噴出する。

次に、図２，図３は従来及び本実施形態の圧縮工程をそれぞれ示しており、コンロッド２がピストン４を押す力Ｆ₁及びその分力をそれぞれ、ピストン４を圧縮室１の軸心方向に移動させる力Ｆ₂と、ピストン４を圧縮室１の壁面に押しつける側圧Ｆ₃として示している。また、コンロッド２がピストン４を押す力Ｆ₁とピストン４を圧縮室１の軸心方向に移動させる力９によって形成される角度をαとしている。

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。

電動要素に通電すると、電動要素が起動して回転子６が時計回りに回転せしめられ、この回転子６と一体にクランクシャフト３が回転し、偏心部の運動がコンロッド２からピストン４を経てピストン４を圧縮室１内で往復運動させることで冷媒ガス（図示せず）が繰り返し圧縮される。

この際、本実施例では図３に示すように、圧縮室１の中心線は球体部２ａの重心位置Ｇが反回転方向側にδだけオフセットされるように配置している。図２の従来例のように、圧縮室１の中心線が球体部２ａの重心位置Ｇを通るように配置するときに比べて、図３の本実施例では、ピストン４を押す力Ｆ₁とピストン４を圧縮室１の軸心方向に圧縮させる力Ｆ₂により、形成される角度αを小さくすることができる。

ピストン４を押す力Ｆ₁の分力のうち、ピストン４を圧縮室１の壁面に押しつける側圧Ｆ₃の大きさは、ピストン４を押す力Ｆ₁の正弦であるため、角度αを小さくすることで、ピストン４を圧縮室１の壁面に押しつける側圧Ｆ₃も同様に小さくすることができる。

ここで、ピストン４と圧縮室１の壁面との摺動部のうち、側圧Ｆ₃によってピストン４が圧縮室１の壁面に押し付けられる摺動部ｂにおける摺動損失に注目してみると、摺動部ｂに作用する側圧Ｆ₃が小さくなるために面圧も小さくなり、その結果、摺動部ｂにおける摺動損失を低減することができる。そのため、ピストン４が圧縮室１内を往復運動する際に発生する摺動損失を低減することができるとともに、さらに、起動時において起動負荷を軽減することができることで電動要素のトルクを軽減でき、エネルギー効率を向上させることができる。

また、摺動部ｂの面圧を低減することで摺動部ｂに発生する摩耗を低減することができるので、高い信頼性を得ることができる。

次に図４に示す冷蔵庫８について説明する。冷蔵庫８は圧縮機９と、圧縮機９に接続された吐出配管１０と、凝縮器１１と、減圧器であるキャピラリ１２と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、庫内ファン１３の近傍に配置した蒸発器１４と、吸入配管１５を環状に接続して構成される冷凍サイクルを箱本体１６に内蔵しており、この冷凍サイクルにより生成された冷気を吐出し、貯蔵室１７内の温度を低下させ、食品などの冷凍，冷蔵保管する。図４では、冷凍サイクルの構成を冷蔵庫本体の外側に簡略化して示したが、実際には冷蔵庫本体の内側に配設されている。

上記の圧縮機を冷蔵庫に適用することにより、圧縮機の起動時における起動負荷を軽減でき、停止／駆動の細かな制御が要求される冷蔵庫の省電力化が達成でき、冷蔵庫内の冷却効率を向上させることができる。

１ 圧縮室
１ａ 軸受部
１ｂ フレーム
２ コンロッド
２ａ 球体部
３ クランクシャフト
３ａ クランクピン
４ ピストン
５ 固定子
６ 回転子
７ 給油ピース
８ 冷蔵庫
９ 圧縮機
１０ 吐出配管
１１ 凝縮器
１２ キャピラリ
１３ 庫内ファン
１４ 蒸発器
１５ 吸入配管
１６ 箱本体
１７ 貯蔵室

Claims (1)

1. 密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトに設けられた偏心部とピストンとがコンロッドによって連結される密閉型圧縮機において、
   前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、前記ピストンに設けられる内球面と、フレームと一体に設けられて内部を前記ピストンが往復動する圧縮室と、前記内球面に包持され前記ピストンとボールジョイント機構によって連結される前記コンロッドの球体部とを備え、
   前記球体部の重心位置が前記圧縮室の中心線よりも反回転方向側に位置するように配置されたことを特徴とする密閉型圧縮機。