JP2013100797A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンおよびコンロッド小端部の潤滑性を向上させ、信頼性と効率を向上させる。
【解決手段】オイル溜め部２１０に貯留された潤滑油１１８の中の金属粉等を、吸着手段２１８によって除去し、その潤滑油１１８を、規制した位置に配設された第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６を通じて、ピストン１４４やコンロッド１４７の小端部１４９に供給する。これにより、ピストン１４４やコンロッドの小端部１４９の摺動部の摩耗を防止するとともに、潤滑性を向上し、信頼性と効率を向上することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵装置等に用いられる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、並びに高信頼性化が望まれている。

一般に、この種の密閉型圧縮機は、シリンダブロックに設けられた圧縮室内を往復運動するピストンに対し、シャフトの上部からピストンの上面部と背面部に設けられた給油経路へ潤滑油を飛散させる給油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の密閉型圧縮機について説明する。

図５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６は、図５における要部拡大図である。

図５、図６において密閉容器２内には、回転子１１と巻線５を保有する固定子８とを有した電動要素１４と、この電動要素１４によって回転駆動される圧縮要素１７とがそれぞれ収納され、底部に潤滑油２０を貯留している。

圧縮要素１７は、主軸部２３とツバ部２６を介して形成された偏芯軸部２９を備えたシャフト３２と、圧縮室３５を形成するシリンダブロック３８と、シリンダブロック３８に設けられ、シャフト３２を軸支する主軸受４１と、圧縮室３５内で往復運動するピストン４４と、ピストン４４と偏芯軸部２９とを連結する連結機構４７とを備え、レシプロ式圧縮機を形成している。

シャフト３２は、一端が密閉容器２内に貯留した潤滑油２０に浸漬した給油機構５０と、給油機構５０によって汲み上げられた潤滑油２０の一部を、シャフト３２の上端面５３に供給する給油経路５６を有している。

ピストン４４は、内面に球座８８と後端部に円筒状のカシメ部９０を有し、カシメ部９０の周面とピストン４４の周面に、それぞれ給油孔７１、７２を設け、給油孔７１、７２とは相対向する位置に形成されている。

連結機構４７は、前面をピストン４４の球座８８に当接し、後面をカシメ部９０のカシメによりピストン４４に連結したボールジョイント６２として機能している。また、連結機構４７は、ボール部５９を一端に接続し、他端に円筒体９４を有する連接棒９６を備えている。この連接棒９６の円筒体９４は、シャフト３２の偏芯軸部２９に嵌挿され、偏芯軸部２９とピストン４４とが連結機構４７により連結されている。

また、電動要素１４は、シリンダブロック３８の下方に固定された固定子８と、主軸部２３に焼嵌め等で固定された回転子１１とから構成されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素１４に電気が供給されることで回転子１１とともにシャフト３２が回転し、偏芯軸部２９の偏芯運動が連結機構４７を介してピストン４４に伝わることでピストン４４
は圧縮室３５内で往復運動を行い、冷媒（図示せず）を吸入し、圧縮する。

このとき、シャフト３２の給油機構５０から給油経路５６への遠心力により汲み上げられた潤滑油２０は、主軸部２３を潤滑した後、偏芯軸部２９の上端面５３からシャフト３２の回転に伴って飛散し、ピストン４４の周面やカシメ部９０及びその周辺に付着する。

付着した潤滑油２０は、給油孔７１、７２を介して、連結機構４７とピストン４４との摺動部６５に供給される。

その結果、圧縮室３５とピストン４４との摺動部に潤滑油が供給されるとともに、連結機構４７のボール部５９とピストン４４との摺動部にも潤滑油が供給され、ボールジョイント６２の摩耗を低減するとともに、潤滑特性の向上を図っている。

また、潤滑油中の金属粉等を除去する手段として磁石を備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。

実公平４−５０４６９号公報 特開２０１０−０８４５８５号公報

しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機の運転時において、潤滑油２０はシャフト３２の回転に伴い、遠心ポンプ作用によって給油経路５６へ汲み上げられ、その後、偏芯軸部２９の上端面５３から回転方向に飛散させている。

したがって、回転方向に飛散される潤滑油２０のうち、ピストン４４方向へ飛散するのは、一回転中の限られた狭い角度だけである。また、シャフト３２の回転数の低下等により給油機構５０の遠心ポンプ作用が低下した際には、潤滑油の飛散量や飛散距離が低下するため、給油量が不足して連結機構４７のボール部５９と摺動部６５であるボールジョイント６２の潤滑性が低下するとともに、潤滑油中に含まれた金属粉等が摺動部に入り込んで摺動部を傷付け、摩耗が促進され、信頼性が低下する可能性があ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、高い信頼性と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、圧縮室の上部に設けられたオイル溜め部と、ピストンとコンロッド小端部の摺動部とを連通し、規制された位置に配設された給油孔を備え、さらに給油孔近傍に金属粉等を吸着させる吸着手段を設けたもので、オイル溜め部に溜まった潤滑油中に含まれる金属粉等を除去し、潤滑油のみを給油孔を通じて、安定してピストンとコンロッド小端部へ供給することができるため、ピストンとコンロッド小端部の摺動部へ確実に油膜を形成することができ、ピストンとコンロッド小端部の摺動部の摩耗を防止する効果が得られる。

本発明の密閉型圧縮機は、圧縮室の上部のシリンダブロックに設けたオイル溜め部と、ピストンとコンロド小端部の摺動部とを連通し、規制された位置に配設された給油孔と、
給油孔近傍に設けた金属粉等を吸着させる吸着手段とを備えたもので、ピストンとコンロッド小端部の摺動への安定した給油を行うことにより、ピストンとコンロッド小端部の摺動部の信頼性を向上させることができる。

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１における密閉型圧縮機の要部拡大図 同実施の形態１における密閉型圧縮機の吸着手段の斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のクランク角と荷重の関係図 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拡大図

請求項１に記載の発明は、潤滑油が貯溜された密閉容器内に、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の下方に配置され、かつ前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、偏芯軸部および前記回転子が固定される主軸部を備えたシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストン外周に形成されたオイル溝と、前記ピストンと前記偏芯軸部を連結するコンロッドと、前記ピストンと前記コンロッドを連結するピストンピンと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受を備える構成とし、さらに、前記シリンダブロックの上方に、オイル溜め部と、前記圧縮室と前記オイル溜め部を連通する第一の給油孔と第二の給油孔を設け、前記第一の給油孔と第二の給油孔を、規制位置に配設したものである。

即ち、ピストンが圧縮室内にて往復運動する際に、ピストンの速度が０（零）に近くなる、換言するとピストンが下死点近傍に移動した時に、ピストンの外周に設けられたオイル溝と連通する位置に、第一の給油孔を配設することにより、第一の給油孔の開口端とピストンの外周に設けられたオイル溝とが連通している時間を長く確保することができ、前記ピストンの外周に設けられたオイル溝に潤滑油が供給されやすくなる。

また、コンロッド小端部とピストンを回転自在に連結しているピストンピンの外周とコンロッド小端部の内周に対し、圧縮負荷が掛かる側の間に隙間ができる時に、この隙間と連通するように第二の給油孔の開口端を配設することにより、前記コンロッド小端部内周とピストンピン外周との圧縮負荷が掛かる側の隙間へさらに潤滑油を供給することができる。

その結果、第一の給油孔及び第二の給油孔を規制した位置に配設することにより、ピストンとコンロッド小端部への給油量がさらに増加するため、高い信頼性と効率を確保するという作用を有する。

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、前記第一の給油孔および前記第二の給油孔近傍に金属粉等を吸着させる吸着手段を設けたものである。

かかることにより、オイル溜め部に溜められた潤滑油中に、金属粉等が混入されている場合においても、前記第一、第二の給油孔のオイル溜め部側の開口端の近傍に吸着手段を設けることにより、金属粉等を吸着手段によって除去することができる。

その結果、金属粉等を除去した潤滑油が給油孔を通じて圧縮室内に導かれ、ピストンとコンロッド小端部へ供給されるため、ピストンとコンロッド小端部の摺動部へ確実に油膜を形成することができる。したがって、ピストンとコンロッド小端部の摺動部の摩耗を防止し、摺動部の潤滑性を向上させることから、信頼性と効率を向上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２に記載の発明において、前記回転子を、少なくとも電源周波数以外の運転周波数で回転するようにしたものである。

これによって、前記シャフトから飛散して潤滑油が届く距離が短くなる電源周波数未満の運転周波数においても、潤滑油を第一、第二の給油孔を通じて安定してピストンやコンロッド小端部の摺動部に供給することができ、摺動部の摩耗を防止してさらに高い信頼性と効率を確保することができる。

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、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の要部拡大図、図３は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の吸着手段の斜視図、図４は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機のクランク角と荷重の関係図である。

図１から図４において、密閉容器１０２内には、回転子１０４と巻線１０６を保有する固定子１０８とからなり、インバータ電源装置（図示せず）によって駆動される電動要素１１４と、この電動要素１１４によって回転駆動される圧縮要素１１６とがそれぞれ収納され、底部に潤滑油１１８を貯留している。

圧縮要素１１６は、主軸部１２３とツバ部１２６を介して形成された偏芯軸部１２９を備えたシャフト１３２と、圧縮室１３５を形成するシリンダブロック１３８と、シャフト１３２を軸支する主軸受１４１と圧縮室１３５内で往復運動するピストン１４４と、ピストン１４４と偏芯軸部１２９とを連結するコンロッド１４７と、コンロッド１４７にはピストンピン１４８を介してピストン１４４と連結され、小端部１４９と偏芯軸部１２９と連結される大端部１５０を備え、ピストンピン１４８の外周面にはオイル通路１５１を形成している。

シャフト１３２は、偏芯軸部１２９の先端に鋼管で形成された給油機構１５２が圧入固定され、偏芯軸部１２９の先端から主軸部１２３の下端１５４まで鉛直上方に中空の孔１５６が設けられ、主軸部１２３の下端から主軸部１２３の上方まで主軸部１２３の外周面に沿って螺旋状に螺旋溝１６０が形成されている。

螺旋溝１６０は主軸部１２３の下端で中空の孔１５６と連通することで給油経路１６２を形成している。

主軸受１４１は、アルミダイキャストや鋳物等の摺動性の良い材料で形成され、下端にフランジ部１６４と、上端にスラスト部１６６とが形成され、外周面１６７はスラスト部１６６からフランジ部１６４にかけて外径が広がる略ラッパ形状を有し、フランジ部１６４はシリンダブロック１３８にボルト１６８により締結固定されている。

ピストン１４４の外周１７４には、常時、密閉容器１０２の空間１７６および圧縮室１３５と連通しないオイル溝１７８が形成されている。

シリンダブロック１３８の圧縮室１３５の上部にオイル溜め部２１０が形成され、さらに、一端がオイル溜め部２１０の底部に開口し、他端が圧縮室１３５に開口した第一の給油孔２１４と第二の給油孔２１６が形成されている。第一の給油孔２１４および第二の給
油孔２１６におけるオイル溜め部２１０側の開口端の近傍には、金属粉等を吸着させる吸着手段２１８が配設されている。吸着手段としては、磁石がある。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作と作用を説明する。

電動要素１１４にインバータ電源から電気が供給されることで、シャフト１３２が回転し、偏芯軸部１２９の回転運動によりコンロッド１４７を介してピストン１４４が圧縮室１３５内で往復運動を行い、冷媒（図示せず）を圧縮室１３５内に吸入し、圧縮する。

このとき、密閉容器１０２の底部に貯留した潤滑油１１８は、給油機構１５２の下端から偏芯軸部１２９内の中空の孔１５６を通り、主軸部１２３の下端まで遠心力によって汲み上げられる。

主軸部１２３の下端で主軸部１２３の外周面にまで導かれた潤滑油１１８は、シャフト１３２の回転により、主軸部１２３の下端から上方まで螺旋溝１６０に沿って上昇し、主軸部１２３と主軸受１４１との摺動部を潤滑する。

主軸部１２３の上方まで汲み上げられた潤滑油１１８は、主軸受１４１のスラスト部１６６から飛散し、主軸受１４１の外周面１６７を伝わって流れ、オイル溜め部２１０に貯留される。

オイル溜め部２１０に貯留された潤滑油１１８は、吸着手段２１８である磁石によって金属粉等が除去され、潤滑油１１８のみが第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６を通って圧縮室１３５側に導かれる。

圧縮室１３５側に導かれた潤滑油１１８は、ピストン１４４の外周に設けられたオイル溝１７８およびコンロッド１４７の小端部１４９の内周とピストンピン１４８の外周との隙間に供給される。

オイル溝１７８に供給された潤滑油１１８は、ピストン１４４の外周の潤滑をするとともに、圧縮室１３５の内周とピストン１４４の外周との隙間を、潤滑油１１８によってシールすることにより、圧縮室１３５内にて圧縮された冷媒が密閉容器１０２内の空間１７６に漏れることを低減する。

また、コンロッド１４７の小端部１４９の内周とピストンピン１４８の外周との隙間に供給された潤滑油１１８は、コンロッド１４７の小端部１４９の内周とピストンピン１４８の外周との潤滑を行う。

以上のようにスラスト部１６６から飛散した潤滑油１１８は、主軸受１４１の外周を伝わってシリンダブロック１３８に設けられたオイル溜め部２１０に貯留される。このとき、規制した位置に、第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６を設けたもので、第一の給油孔２１４の位置は、ピストン１４４が圧縮室１３５内にて往復運動する際に、ピストン１４４の摺動速度が０（零）に近くなるピストン１４４が下死点近傍に移動した時に、ピストン１４４外周に設けられたオイル溝１７８と連通する位置配設している。これにより、第一の給油孔２１４の開口端とピストン１４４の外周に設けられたオイル溝１７８とが連通している時間が長くなり、さらにピストン１４４の外周に設けられたオイル溝１７８に潤滑油１１８が供給されやすくなる。

さらに、ピストン１４４が圧縮室１３５内を往復運動することにより、クラック角０度から１８０度の吸入行程と、クランク角１８０から３６０度の圧縮行程を経て冷媒を高温
高圧の状態にし、システムに排出される。

圧縮行程の終了時には、ピストン１４４が上死点に位置され、ピストン１４４との衝突を回避するために、ピストン１４４のトップ側にわずかな隙間を設けていることから、圧縮室１３５にはわずかの容積が残る。このときに、残留された高温高圧の冷媒が吸入行程の開始と共に、高温高圧の冷媒が膨張しながらピストン１４４を下死点側に押し付ける。またこのとき、ピストンピン１４８はコンロッド１４７の小端部１４９の下死点側に押し付けられるため、ピストンピン１４８とコンロッド１４７の小端部１４９の下死点側の隙間がなくなる。ただし、高温高圧の冷媒の膨張によるピストン１４４押し付け荷重は、吸入行程の進行に伴って低減されるとともに、ピストン１４４の慣性力により押し付け荷重が０（零）となり、ピストンピン１４８と小端部１４９の下死点側に隙間が発生する。

この隙間が発生するのは、クランク角で約３０度から８０度のときである。したがって、小端部１４９の下死点側の摺動部が通過するクランク角約３０から８０度の位置に第二の給油孔２１６の位置を配設することにより、コンロッド１４７の小端部１４９とピストン１４４を回転自在に連結しているピストンピン１４８の外周とコンロッド１４７の小端部１４９の内周に対し、圧縮負荷が掛かる側の間に隙間ができる時に、第二の給油孔２１６の開口端がその隙間に連通する。その結果、コンロッド１４７の小端部１４９内周とピストンピン１４８外周との圧縮負荷が掛かる側の隙間に更に潤滑油１１８が供給されやすくなる。

よって、第一の給油孔２１４及び第二の給油孔２１６を、規制した位置に配設することにより、ピストン１４４とコンロッド１４７の小端部１４９への給油量がさらに増加するため、高い信頼性と効率を確保することができる。

また、第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６近傍に金属粉等を吸着させる吸着手段を設けたもので、オイル溜め部２１０に貯留された潤滑油１１８中には、金属粉等が含まれている可能性があり、この金属粉等を含んだ潤滑油１１８が第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６を通じて摺動部に供給されると、潤滑油１１８に含まれた金属粉等により摺動部が傷付けられ、摩耗の原因となる可能性がある。

したがって、オイル溜め部２１０と圧縮室１３５内を連通させる第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６のオイル溜め部２１０側の開口端の近傍に、吸着手段２１８である磁石を設けることで、金属粉等は吸着手段２１８である磁石によって除去される。その結果、金属粉等が除去された潤滑油１１８が第一の給油孔２１４および第二の給油孔２１６を通じて圧縮室１３５内に導かれ、ピストン１４４とコンロッド１４７の小端部１４９へ供給されるため、ピストン１４４とコンロッド１４７の小端部１４９の摺動部に確実に油膜を形成することができる。したがって、ピストン１４４とコンロッド１４７の小端部１４９の摺動部の摩耗を防止し、摺動部の潤滑性を向上させることから、信頼性と効率を向上させることができる。

なお、本実施の形態１においては、金属粉等の吸着手段として磁石を用いたが、メッシュを用いても同様の効果が得られる。

また、インバータ電源装置により、電源周波数以外の運転周波数の運転にともなってシャフト１３２の回転数および遠心力が減少し、給油機構１５２から給油経路１６２への潤滑油１１８の量が減少して密閉容器１０２内に飛散する潤滑油１１８の量が減少し、あるいは、シャフト１３２から飛散する潤滑油１１８の到達距離が短くなった場合においても、密閉容器１０２内に飛散した潤滑油１１８を、オイル溜め部２１０へ効率よく集めて溜めることができる。したがって、オイル溜め部２１０に溜まった潤滑油１１８を、安定し
てピストン１４４やコンロッド１４７の小端部１４９の摺動部に確実に油膜を形成することができ、摺動部の摩耗を防止し、信頼性を向上させることができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、オイル溜め部に貯留された潤滑油中の金属粉等を吸着手段により除去し、潤滑油のみを規制した位置に配設された第一の給油孔および第二の給油孔を通じてピストンやコンロッドの小端部に供給することができる。そのため、ピストンやコンロッドの小端部の摺動部の摩耗を防止するとともに、潤滑性を向上することができ、高い信頼性と効率向上が得られることから、エアーコンディショナーや冷凍冷蔵装置等の冷凍機器の用途にも適用することができる。

１０２ 密閉容器
１０４ 回転子
１０８ 固定子
１１４ 電動要素
１１６ 圧縮要素
１１８ 潤滑油
１２３ 主軸部
１２９ 偏芯軸部
１３２ シャフト
１３５ 圧縮室
１３８ シリンダブロック
１４１ 主軸受
１４４ ピストン
１４７ コンロッド
１４８ ピストンピン
１７８ オイル溝
２１０ オイル溜め部
２１４ 第一の給油孔
２１６ 第二の給油孔
２１８ 吸着手段

Claims (3)

1. 潤滑油が貯溜された密閉容器内に、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の下方に配置され、かつ前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素を、偏芯軸部および前記回転子が固定される主軸部を備えたシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストン外周に形成されたオイル溝と、前記ピストンと前記偏芯軸部を連結するコンロッドと、前記ピストンと前記コンロッドを連結するピストンピンと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受を備える構成とし、さらに、前記シリンダブロックの上方に、オイル溜め部と、前記圧縮室と前記オイル溜め部を連通する第一の給油孔と第二の給油孔を設け、前記第一の給油孔と第二の給油孔を、規制位置に配設した密閉型圧縮機。
2. 前記第一の給油孔および前記第二の給油孔近傍に金属粉等を吸着させる吸着手段を設けた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記回転子を、少なくとも電源周波数以外の運転周波数で回転するようにした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。