JP2013096349A - 密閉形圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】密閉形圧縮機において、ピストンがシリンダ内で片当たりをするのを抑制し、入力増加による性能低下や摩耗を防止すること。
【解決手段】密閉容器１内に圧縮機部６及び電動機部５を収納し、電動機部５で駆動される駆動軸９に設けられた偏心部１０とピストン２５とがロッド２２によって連結される密閉形圧縮機において、ピストン２５に設けた球座２６と、球座２６に包持されピストン２５とボールジョイント機構によって連結されるロッド２２の球体部２４と、ピストン２５が内部を往復動するシリンダ室１３ｂとを備え、シリンダ室１３ｂの壁面に第１の切欠き１３ａ及び第２の切欠き１３ｃを対向して形成した。
【選択図】 図３ａ

Description

本発明は、冷蔵庫やエアコンディショナー、ショーケース等に使用される密閉形圧縮機に関するものである。

従来の密閉形圧縮機として、特開２００６−３７７１６号公報がある（特許文献１）。

特許文献１には、主軸及び偏心軸を有するクランク軸と、前記主軸を軸支するベアリング部とシリンダ室を有するシリンダ部とを一体に形成したフレームと、前記シリンダ室内に往復動可能に挿入されると共に偏心軸側に球座を有するピストンと、前記偏心軸に嵌合されたリング部と前記球座に接合された球体部とを連接棒で繋いでなるロッドと、前記シリンダ部の側壁部に設けられた球体部挿入用切欠きと、前記球体部は上下両側に設けられた平面部とを備えたことが記載されている。

特開２００６−３７７１６号公報

従来技術の密閉形圧縮機では、切欠きをシリンダ側面の片側に設け、ロッドの組付けを可能とし、且つ切欠きは必要最小限にすることで、ピストンとの接触面積が減ることを避け、シール性を確保して、洩れにくくする構造にしている。

しかしながら、切欠き側はピストンとシリンダとの間の油膜が切れる一方、反対側は油膜が切れないことから、ピストンの両側面の油膜がアンバランスになりやすく、ピストンがシリンダ内で片当たりをする原因となり、入力増加による性能低下やこじりによる摩耗の原因になり得る。

特に近年の圧縮機においては、運転回転数を低速化させることで、圧縮機を搭載した製品の省電力化の効果が高められる。このため、近年の圧縮機に求められるのは、冷凍サイクルを備えた製品に必要な最小の冷凍能力を維持した上で、入力をできる限り低減させて高効率化を図ることである。従来技術の圧縮機では、シール性を高めるために切欠きを片側の側壁だけに設けていることで、上述したようにピストンが片当たりしやすくなって、入力増加を招く構造になっている。圧縮機を搭載する製品の省電力効果を高めるために、運転回転数を低速化させた場合には、洩れの影響が少なくなることでシール性の効果がほとんど得られなくなる反面、入力増加の影響が高くなり、性能が低下してしまう。

そこで本発明は、ピストンがシリンダ内で片当たりをするのを抑制し、入力増加による性能低下や摩耗を抑制した密閉形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、密閉容器内に圧縮機部及び電動機部を収納し、前記電動機部で駆動される駆動軸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形圧縮機において、前記ピストンに設けた球座と、該球座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、前記ピストンが内部を往復動するシリンダ室とを備え、該シリンダ室の壁面に第１の切欠き及び第２の切欠きを対向して形成した。

本発明によれば、ピストンがシリンダ内で片当たりをするのを抑制し、入力増加による性能低下や摩耗を抑制できる密閉型圧縮機を提供できる。

本実施例の密閉形圧縮機の縦断面図。 図１の密閉形圧縮機の要部断面図。 図１の密閉形圧縮機に用いるシリンダの第一の形状例を示す斜視図。 図１の密閉形圧縮機に用いるシリンダの第二の形状例を示す斜視図。 図１の密閉形圧縮機に用いるロッドの形状例を示す斜視図。 図１の密閉形圧縮機に用いるピストンの形状例を示す側断面図と正面図。 図１の密閉形圧縮機の圧縮機構部の組立て方法を示す平断面図。 図１の密閉形圧縮機の圧縮機構部の組立て方法を示す平断面図。

以下、本発明による一実施例の密閉形圧縮機について、図面を参照しながら説明する。

まず、本実施例の密閉形圧縮機の全体構成に関して図１を参照しながら説明する。図１は本実施例の密閉形圧縮機の縦断面図である。

密閉容器１内には、電動機部５と、圧縮機部６とが収容され、底部には、潤滑油２が貯留されている。

フレーム７は、シリンダ室１３ｂを有するシリンダ部１３とベアリング部７ｂとを一体に形成している。シリンダ室１３ｂの水平方向の両側が開口されており、その一側はピストン２５で閉塞され、その他側はバルブシート１５及びシリンダヘッド１６で閉塞されている。

クランク軸８は、主軸９及び偏心軸１０から構成されている。主軸９の上部はフレーム７のベアリング部７ｂに軸支されている。主軸９の中央部には回転子４が固定され、主軸９の下端部にはオイルポンプ１８が設置されている。オイルポンプ１８は、スパイラル溝１９を含む給油経路を介して偏心軸１０の上端に連通される。このオイルポンプ１８の下端は潤滑油２中に開口されている。

シリンダ部１３の反クランク軸側には、バルブシート１５及びシリンダヘッド１６がボルト等により固定されている。バルブシート１５は、吸入孔、吸入バルブ、吐出孔、吐出バルブ（何れも図示せず）を備えている。シリンダヘッド１６は、内部を吸入室、吐出室（何れも図示せず）に区割りしている。シリンダヘッド１６には吸入マフラー１７が接続されている。この吸入マフラー１７は、その一側がシリンダヘッド１６の吸入室に連通するように接続され、その他側が密閉容器１内に開口されている。

次に、図２から図７を参照しながら、ロッド２２、ピストン２５及びシリンダ部１３に関して説明する。

ロッド２２は、偏心軸１０の偏心運動をピストン２５の往復運動に変換するためのものであり、図２及び図４に示すように、偏心軸１０に嵌合された大端部であるリング部２３と、球座２６に揺動可能に接合された小端部である球体部２４とを連接棒２２ａで繋いで構成されている。リング部２３、連接棒２２ａ及び球体部２４は一体に形成されている。
また、ロッド２２は、リング部２３、ロッド２２及び球体部２４の高さ方向の肉厚がほぼ同じに形成され、偏心軸１０に対して水平方向に直線状に延びている。

リング部２３は、偏心軸１０に回動可能に嵌合され、偏心軸１０の偏心回転運動に伴って移動される。球体部２４は基本形状が球座２６にほぼ一致する球形状であり、その上下両側に平面部２４ａが形成されている。この平面部２４ａは、リング部２３の軸心に交差する面に平行な平面で形成されている。換言すれば、平面部２４ａは、連接棒２２ａの延びる方向に平行な平面で形成されている。

ピストン２５は、図２及び図５に示すように、シリンダ室２３ｂ内に往復動可能に挿入されると共に、偏心軸１０側に開口する球座２６を有している。球座２６には球体部２４が摺動自在に接する。球座２６の開口には、球体部２４の平面部２４ａの厚さより若干幅広で且つ球体部２４の最大外径部を通すことができる球体挿入溝２７が形成されている。

シリンダ部１３には、図３ａ、図６及び図７に示すように、球体部２４をシリンダ室１３ｂ側に挿入するための球体部挿入用の第１の切欠き１３ａと、第１の切欠き１３ａと対向して反対側に位置するシリンダ側面に、第２の切欠き１３ｃとが形成されている。第１の切欠き１３ａは球体部２４の平面部２４ａの厚さより若干大きな高さを有してシリンダ部１３の側壁部に形成されている。この第１の切欠き１３ａは、具体的には、水平に延びる略Ｕ字状に形成されている。換言すれば、シリンダ部１３は、その側面の片側に、球体部２４の平面部２４ａが通過するに足る幅と深さ寸法の略Ｕ字状の球体部を挿入するための第１の切欠き１３ａが形成され、さらに、第１の切欠き１３ａと反対側に位置するシリンダ側壁部に、第２の切欠き１３ｃが形成されている。ここで、第１の切欠き１３ａの奥部は、図６に示すように、第１の切欠き１３ａから偏心軸１０の軸心が最も離れた状態で、偏心軸１０の軸心を回転中心として球体部２４を回転させた場合の先端回転軌跡より僅かに外方に位置するように形成されている。

これら第１の切欠き１３ａ、第２の切欠き１３ｃは、シリンダ室１３ｂの１／２の高さ位置を含む左右壁面の対称位置に形成され、第２の切欠き１３ｃの大きさは第１の切欠き１３ａとほぼ同じ面積となる形状に合わせてある。その形状は、第１の切欠き１３ａと同じ略Ｕ字状で対称形状に形成すればよいが、必ずしも形状を一致させるものではなく、例えば半円状であってもよい。

尚、第２の切欠き１３ｃの奥部の位置は、第１の切欠き１３ａの奥部の位置と同じか、主軸９寄りの位置にするとよい。何故ならば、第２の切欠き１３ｃの水平方向の長さが長くなるほどピストン２５とシリンダ室１３ｂのシール長さが短くなり、洩れやすくなって性能が低下するためである。

また、第２の切欠き１３ｃは、図３ａに示すようにシリンダ部１３の外壁と内壁を貫通させる形態（第１の切欠き１３ａと同等の形態）と、図３ｂに示すようにシリンダ部１３の外壁と内壁を貫通させずに内壁側に凹部を形成する形態がある。第２の切欠き１３ｃを図３ｂの凹部の形態とした場合は、潤滑油が凹部に溜まりやすくなる利点が得られることから、図３ａの貫通の形態よりもさらに潤滑性の向上が期待できる。偏心軸１０から飛散されて給油される潤滑油は、シリンダ室１３ｂの第２の切欠き１３ｃが位置する方の側面内壁に向かう方向に給油されることから、第２の切欠き１３ｃを図３ｂの凹部の形態にすることで、給油された潤滑油をシリンダ室１３ｂの外側に逃がさずに凹部に溜めて潤滑性を向上させることができる。尚、第２の切欠き１３ｃの成形方法としては、切削加工の他、型で成形してもよく、あらゆる公知の製造方法を採用することができる。また、切欠きの面は型の成形面のままでもよく、必ずしも仕上げ加工を行う必要性はない。さらに、第２の切欠き１３ｃは、潤滑油を貯留及び循環させて、シリンダ室１３ｂの潤滑性能を向上する構成であれば、図３ａ、図３ｂの形状に限定されるものではなく、あらゆる形状を包含するものである。

次に、密閉形圧縮機の組立て方法を図３、図６及び図７を参照しながら説明する。

まず、図３に示すように、第１の切欠き１３ａと第２の切欠き１３ｃをシリンダ部１３の側壁部に形成したフレーム７を製作する。このフレーム７のシリンダ部１３のシリンダ室１３ｂ内の奥側に、図６に示すようにピストン２５を挿入する。

次いで、フレーム７のベアリング部７ｂにクランク軸８の主軸９を挿入して軸支する。
さらに、図６の破線に示すように、シリンダ部１３とロッド２２の球体部２４が干渉しないところで、ロッド２２のリング部２３を偏心軸１０に嵌合する。

次いで、図６の白抜き矢印に示すように、ロッド２２を回動させて球体部２４を第１の切欠き１３ａ内を通過させ、球体部２４をシリンダ室１３ｂ内に位置させる。この回動時には、第１の切欠き１３ａから偏心軸１０の軸心が最も離れた状態で、ロッド２２を回動させる。

次いで、球体挿入溝２７が図６に示すように横に向いた状態で、ピストン２５を図７の白抜き左向き矢印に示すように球体部側に移動して球座２６に球体部２４を接合する。そして、ピストン２５を図７の白抜き回転矢印に示すように回転させ、球体部２４と球座２６とが係止するようにボールジョイントの円弧部を組み合わせて、シリンダ部１３とロッド２２とピストン２５との組立てが完了する。なお、往復運転中にピストン２５が軸方向に自在に回転し、ボールジョイント部が外れ、ピストン２５の往復運動が不能になるおそれがあるため、ピストン２５の回転を阻止する別部材のストッパ機構（図示せず）が設けられている。

以上のように構成された密閉形圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動機部５の回転子４が回転されると、これに伴ってクランク軸８が回転される。それによる偏心軸１０の偏心回転運動によって、偏心軸１０とロッド２２のリング部２３が回転摺動され、ロッド２２の連接棒２２ａを介して球体部２４とピストン２５の球座２６とが摺動される。これによって、ピストン２５はシリンダ室１３ｂ内を往復運動し、冷媒ガスが吸込み管２１を通して密閉容器１内に導かれ、この冷媒ガスは吸入マフラー１７の開口部から吸入され、シリンダ室１３ｂ内で圧縮される。圧縮された冷媒は、吐出管を通して密閉容器１の外部に吐出される。

一方、クランク軸８の回転に伴って、オイルポンプ１８によって潤滑油２は吸引され、スパイラル溝１９から上方に導かれ、連通穴２０を経て偏心軸の潤滑油放出穴１０ｂから、ピストン２５とシリンダ部１３へ噴射され、ピストン２５とシリンダ部１３間の潤滑とシールが行われる。

ここで、切欠きをシリンダ側面の片側だけに設けた従来の圧縮機においては、切欠き側はピストンとシリンダとの間の油膜が切れる一方、反対側は油膜が切れないことから、ピストンの両側面の油膜がアンバランスになりやすく、ピストンがシリンダ内で片当たりをする原因となり、入力増加による性能低下やこじりによる摩耗の原因になり得る欠点を有していた。そこで本実施例では、第１の切欠きと水平方向に対称のシリンダ壁面の位置に第２の切欠きを設けることにより、ピストンがシリンダ内で片当たりをしない密閉形圧縮機を提供することができる。これにより、入力増加による性能低下やこじりによる摩耗を防止できる密閉型圧縮機を提供することができる。尚、上述の作用効果を得るためには、第１の切欠きと第２の切欠きをシリンダの側面の位置に設ける他、シリンダの上下の対称の位置に設けてもよい。

また、本実施形態で説明した圧縮機で冷媒を圧縮して、この圧縮機により圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器により凝縮された冷媒を減圧する減圧装置と、この減圧装置により減圧された冷媒を蒸発させる冷却器とを冷媒配管で接続した冷凍サイクルを、冷蔵庫や空気調和機等の冷凍装置に適用することで、冷却効率を向上することができる。

１ 密閉容器
２ 潤滑油
３ 固定子
４ 回転子
５ 電動機部
６ 圧縮機部
７ フレーム
７ｂ ベアリング部
８ クランク軸
９ 主軸（駆動軸）
１０ 偏心軸（偏心部）
１３ シリンダ部
１３ａ 第１の切欠き
１３ｂ シリンダ室
１３ｃ 第２の切欠き
１５ バルブシート
１６ シリンダヘッド
１７ 吸入マフラー
１８ オイルポンプ
１９ スパイラル溝
２０ 連通穴
２１ 吸込み管
２２ ロッド
２２ａ 連接棒
２３ リング部
２４ 球体部
２４ａ 平面部
２５ ピストン
２６ 球座
２７ 球体挿入溝

Claims (5)

1. 密閉容器内に圧縮機部及び電動機部を収納し、前記電動機部で駆動される駆動軸に設けられた偏心部とピストンとがロッドによって連結される密閉形圧縮機において、
   前記ピストンに設けた球座と、該球座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ロッドの球体部と、前記ピストンが内部を往復動するシリンダ室とを備え、該シリンダ室の壁面に第１の切欠き及び第２の切欠きを対向して形成したことを特徴とする密閉形圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉形圧縮機において、前記第１の切欠きと前記第２の切欠きは、前記シリンダ室の１／２の高さ位置を含む該シリンダ室の壁面に形成されたことを特徴とする密閉形圧縮機。
3. 請求項１記載の密閉形圧縮機において、前記球体部には上下に平面部が設けられており、前記第１の切欠きは前記平面部の厚さより大きな高さを有し、前記第１の切欠きから前記偏心部が最も離れた状態で該偏心部を回転中心として前記球体部を回転させた場合、該球体部の先端の回転軌跡より前記第１の切欠きの奥部が外方に位置することを特徴とする密閉形圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、前記第２の切欠きの面積は、前記第１の切欠きの面積と等しくなるように又は対称形状に形成されていることを特徴とする密閉形圧縮機。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、前記第２の切欠きは、前記第１の切欠きと対称位置に形成されていることを特徴とする密閉形圧縮機。