JP2013122240A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンピンとコンロッドとの摺動面に充分に潤滑油を供給し、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができる冷媒圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮要素１０７は、ピストンピン１２５と、クランクピン１２７と、クランクピン１２７が摺動可能に配置されている大孔部１３７、ピストンピン１２５が摺動可能に配置されている小孔部１３１、連結棒部１３５を備えるコンロッド１３９と、を備え、連結棒部１３５には、大孔部１３７と小孔部１３１を連通するように導油孔１３３が設けられ、ピストンピン１２５の外周面には、導油孔１３３と連通するように円環状の第１溝１２３が配設され、コンロッド１３９の小孔部１３１の内周面における第１領域１７０には、ピストンピン１２５の軸心方向に延出する第２溝１２９が配設されている、冷媒圧縮機。
【選択図】図３

Description

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

冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる冷媒圧縮機としては、両端にクランクピンとピストンピンが摺動可能に配設されているコンロッドを備え、クランク軸の回転運動によるクランクピンの偏芯運動をピストンの往復運動へと変換し、圧縮作用を得るものがある。このような冷媒圧縮機では、ピストンピンとコンロッドの孔部が、圧縮時に大きな面圧（荷重）を受けて、摩耗するという課題があった。

当該課題を解決することを目的として、コンロッド内を通る給油孔と、ピストンピンのコンロッドの小端穴との摺動面に、ピストンピンの軸心方向で、かつピストンが上死点から下死点へ運動する間に給油孔と連通する位置に設けられた給油溝と、を備える密閉型圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機のピストン装置の断面図である。

図６に示すように、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機は、ピストン２と、一端に小端穴８を他端に大端穴９を有するコンロッド７と、コンロッド７内を通り、小端穴８と大端穴９とを連通する給油孔１０と、小端穴８に摺動自在に収納され、かつピストン２に固定されたピストンピン２２と、ピストンピン２２の小端穴８との摺動面上に、ピストンピン２２の軸心方向で、かつピストン２が上死点から下死点へ運動する間に給油孔１０と連通する位置に設けられた給油溝２３とから構成されている。

これにより、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機では、ピストンピン２２とコンロッド７の小端穴８との摺動部に大きな荷重のかかる圧縮行程時には、ピストンピン２２は、コンロッド７の小端穴８と給油溝２３のない部分で接触するため、摺動部の摩耗をしにくくすることができる。また、吸入行程時には、コンロッド７の給油孔１０とピストンピン２２の給油溝２３とが一致して連通し、小端穴８への給油を行うことができる。

特許第２７８３３８１号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機では、コンロッド７の給油孔１０とピストンピン２２の給油溝２３とが一致して連通するのは、わずかな時間であるため、小端穴８への給油が充分に行うことができないおそれがあった。また、小端穴８への給油が不充分であると、オイルによる冷却効果が小さくなり、給油不足による潤滑不良だけでなく、摺動部の温度上昇による潤滑不良が起こるおそれがあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、ピストンピンとコンロッドとの摺動面に充分に給油することができ、摩耗の発生を抑制し、信頼性の高い冷媒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、本発明の冷媒圧縮機は、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素が収容され、潤滑油が貯留されている密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記回転子により回転されるクランク軸に固定されているクランクピンと、円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復動するピストンと、前記クランクピンが摺動可能に配置されている大孔部、前記ピストンに設けられているピストンピンが摺動可能に配置されている小孔部、前記大孔部及び小孔部を連結する連結棒部を備えるコンロッドと、を備え、前記コンロッドの連結棒部には、前記大孔部と前記小孔部を連通するように導油孔が設けられ、前記ピストンピンの外周面には、前記導油孔と連通するように円環状の第１溝が配設され、前記コンロッドの小孔部の内周面を前記大孔部の軸心と前記小孔部の軸心を結ぶ仮想線で分割した２つの領域のうち、圧縮行程開始時における前記小孔部にかかる負荷の移動方向と反対側の領域である第１領域には、前記ピストンピンの軸心方向に延出する第２溝が配設されている。

これにより、導油孔からピストンピンに設けられている第１溝へ充分に潤滑油を供給することができる。また、第１溝と第２溝も連通していることから、第２溝へも充分に潤滑油を供給することができ、ピストンピンとコンロッドとの摺動面に充分に潤滑油を供給することができる。さらに、圧縮行程時には、ピストンピンは、コンロッドの第２溝が設けられていない部分で当接し、荷重を受けるので、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができる。

本発明の冷媒圧縮機によれば、ピストンピンとコンロッドとの摺動面に充分に潤滑油を供給することができ、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができる。

図１は、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機の側面の断面図である。 図２は、図１に示す冷媒圧縮機の要部の断面図である。 図３は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 図４は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 図５は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 図６は、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機のピストン装置の断面図である。

本発明に係る冷媒圧縮機は、固定子と回転子を備える電動要素と、電動要素によって駆動される圧縮要素と、電動要素と圧縮要素が収容され、潤滑油が貯留されている密閉容器と、を備え、圧縮要素は、回転子により回転されるクランク軸に固定されているクランクピンと、円筒形の圧縮室を備えたシリンダブロックと、圧縮室内を往復動するピストンと、クランクピンが摺動可能に配置されている大孔部、ピストンに設けられているピストンピンが摺動可能に配置されている小孔部、大孔部及び小孔部を連結する連結棒部を備えるコンロッドと、を備え、コンロッドの連結棒部には、大孔部と小孔部を連通するように導油孔が設けられ、ピストンピンの外周面には、導油孔と連通するように円環状の第１溝が配設され、コンロッドの小孔部の内周面を大孔部の軸心と小孔部の軸心を結ぶ仮想線で分割した２つの領域のうち、圧縮行程開始時における小孔部にかかる負荷の移動方向と反対側の領域である第１領域には、ピストンピンの軸心方向に延出する第２溝が配設されている。

これにより、コンロッドに配設されている第２溝を介して、ピストンピンとコンロッドの摺動部の潤滑に寄与する潤滑油を供給することができ、摺動部の潤滑性を確保して摩耗を抑制し、信頼性の高い冷媒圧縮機を提供することができる。また、圧縮行程時には、ピストンピンは第２溝が設けられていない部分で荷重を受けるので、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができる。

また、本発明に係る冷媒圧縮機では、第２溝は、第１領域のうち、コンロッドの大孔部に近い側の部分に配設されていてもよい。

これにより、ピストンピンへ効果的に潤滑油を塗布することができ、信頼性をさらに高めることができる。

さらに、本発明に係る冷媒圧縮機では、ピストンの軸心方向から見て、第２溝とコンロッドの小孔部の軸心を結ぶ線と、仮想線と、のなす角度が２０°乃至６０°であってもよい。

これにより、圧縮行程時には、ピストンピンは第２溝が設けられていない部分で荷重を受けるので、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができる。また、ピストンの吸入行程において、ピストンピンにおける圧縮行程時に荷重がかかる部分に、充分に潤滑油を供給することができる。

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本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
［冷媒圧縮機の構成］
図１は、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機の側面の断面図である。なお、図１においては、冷媒圧縮機の上下方向を図における上下方向として表している。

図１に示すように、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００は、密閉容器１０１を備えている。密閉容器１０１には、該密閉容器１０１の壁部を貫通するように、吸入管１０３が設けられている。吸入管１０３は、図示されない冷媒サイクルから供給される冷媒ガス（図示せず）が通流し、密閉容器１０１内に供給するように構成されている。

また、密閉容器１０１内の底部には、潤滑油１０５が貯留されている。さらに、密閉容器１０１の内部には、冷媒ガスを吸入して圧縮する為の圧縮要素１０７と、圧縮要素１０７を駆動する回転子１０９と固定子１１１とからなる電動要素１１３と、で構成されている圧縮機本体１１５が、ばね等の弾性体１１７を介して支持されている。

圧縮要素１０７は、クランクピン１２７とシリンダブロック１２１を備えている。クランクピン１２７は、回転子１０９に圧入固定されたクランク軸１４１に偏心するように形成されている。クランク軸１４１は、軸心が上下方向に延びるように配置されていて、軸受け１４３に回転自在に保持されている。クランクピン１２７の下端部には、潤滑油１０５にその一部が浸漬していて、その上流端が潤滑油１０５内で開口している給油管１４５が圧入固定されている。

シリンダブロック１２１は、軸心が水平方向に延びるように配置されていて、略円筒状に形成されている。ピストン１１９は、シリンダブロック１２１に往復自在に挿入されている。ピストン１１９には、円筒状のピストンピン１２５が固定されている。ピストンピン１２５は、コンロッド１３９により、クランクピン１２７と連結されている。

シリンダブロック１２１の上死点側の開口端面には、該開口端面を封止するようにバルブプレート１５５が設けられている。また、バルブプレート１５５には、該バルブプレート１５５を覆うように、高圧室（図示せず）を形成するシリンダヘッド１６１が固定されている。

バルブプレート１５５には、吸込みポートと吐出ポート（いずれも図示せず）が設けられている。吸込みポートには、その開閉により、シリンダブロック１２１の内部空間と密閉容器１０１の内部空間を連通する吸入バルブが設けられている（図示せず）。また、吐出ポートには、吐出弁と吐出弁座からなり、その開閉により、シリンダブロック１２１の内部空間と高圧室を連通する吐出弁装置（図示せず）が設けられている。

そして、シリンダブロック１２１、バルブプレート１５５、及びピストン１１９のバルブプレート１５５側端面１５７により圧縮室１５９が形成されている。

次に、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００のピストン１１９周辺の構成について、図２〜図５を参照しながら詳細に説明する。

図２は、図１に示す冷媒圧縮機の要部の断面図である。図３〜図５は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。具体的には、図３は、ピストンが下死点に位置するときのコンロッド等の状態を示し、図４は、圧縮行程時におけるコンロッド等の状態を示し、図５は、吸入行程時におけるコンロッド等の状態を示す。なお、図２においては、冷媒圧縮機の上下方向を図における上下方向として表している。また、図３〜図５においては、一部を省略している。

図２〜図５に示すように、コンロッド１３９は、一端に大孔部１３７が設けられていて、他端に小孔部１３１が設けられている。また、大孔部１３７と小孔部１３１は、仮想線１３６が水平方向に延びる棒状の連結棒部１３５により連結されている。

大孔部１３７及び小孔部１３１には、上下方向に延びる貫通孔が形成されている。大孔部１３７の貫通孔には、クランクピン１２７が摺動可能に配置されている。また、小孔部１３１の貫通孔には、ピストンピン１２５が摺動可能に配置されている。

クランクピン１２７の内部には、給油管１４５と連通するように、上下方向に延びるクランクピン縦孔１４７が設けられている。クランクピン縦孔１４７は、クランク軸１４１下部の内部に設けられているクランク軸横孔１５１と連通している。クランク軸１４１の周面には、螺旋状のクランク軸油溝１５３がクランク軸横孔１５１と連通するように設けられている。

また、クランクピン１２７の内部には、クランクピン縦孔１４７と連通するように、水平方向に延びるクランクピン横孔１４９が設けられている。コンロッド１３９の連結棒部１３５には、クランクピン横孔１４９と連通し、かつ、小孔部１３１（正確には、小孔部１３１のの貫通孔）と大孔部１３７（正確には、大孔部１３７の貫通孔）を連通するように、水平方向に延びる筒状の導油孔１３３が設けられている。より詳細には、導油孔１３３は、連結棒部１３５の中央部分に設けられていて、クランクピン１２７の軸心とピストンピン１２５の軸心を通る平面上に位置するように形成されている。なお、本実施の形態１においては、導油孔１３３が、連結棒部１３５の中央部分に設けられている態様を採用したが、これに限定されない。導油孔１３３は、連結棒部１３５の中央部分以外の部分（例えば、クランクピン１２７の軸心とピストンピン１２５の軸心を通る平面から外れた部分）に設けられていてもよい。

ピストンピン１２５の外周面には、導油孔１３３と連通するように、円環状の第１溝１２３が配設されている。また、コンロッド１３９における小孔部１３１の内周面には、ピストンピン１２５の軸心方向に延びる第２溝１２９が配設されている。すなわち、本実施の形態１においては、異なる部材（小孔部１３１の内周面とピストンピン１２５）に、互いに直交する第１溝１２３と第２溝１２９が配設されている。

具体的には、第２溝１２９は、コンロッド１３９における小孔部１３１の軸心１３０と大孔部１３７の軸心１３８を結ぶ仮想線１３６（連結棒部１３５の軸心）によって、小孔部１３１の内周面を分割した２つの領域のうち、圧縮行程開始時における小孔部１３１にかかる負荷の移動方向（図３においては、反時計回り）と反対側の領域（第１領域１７０）に配設されている。なお、本実施の形態１においては、クランクピン１２７は、時計回りに回動するものとする。また、圧縮行程時に小孔部１３１（の内周面）に最も負荷がかかる部分を負荷中心という。

より詳細には、第２溝１２９は、第１領域１７０における大孔部１３７に近い側の部分（第１部分１７１）に配設されている。換言すると、第２溝１２９は、仮想線１３６と、該仮想線１３６と直交し、かつ、軸心１３０を通過する仮想線１４０と、によって、小孔部１３１の内周面を分割した４つの部分のうち、圧縮行程開始時における小孔部１３１にかかる負荷の移動方向と反対側、かつ、大孔部１３７に近い側の部分に配設されている。

なお、通常、冷媒圧縮機において、コンロッド１３９の小孔部１３１の揺動範囲は、圧縮行程（又は吸入行程）において、ピストン１１９の下死点（又は上死点）における連結棒部１３５の軸心（仮想線１３６）を基準にした場合、１０°〜２０°程度（２０°未満）である。そして、圧縮行程時に、ピストンピン１２５に荷重がかかる部分１５０は、製造誤差等を考慮して、ピストン１１９の下死点（又は上死点）における連結棒部１３５の軸心（仮想線１３６）を基準にして、−４０°より大きく、２０°より小さい範囲となる。

このため、第２溝１２９は、圧縮行程時に、ピストンピン１２５に荷重がかかる部分１５０と対向させないようにする観点から、ピストンピン１２５の軸心方向から見て、第２溝１２９と小孔部１３１の軸心１３０を結ぶ線１３２と、仮想線１３６と、のなす角度が２０°以上であることが好ましい。また、第２溝１２９は、吸入行程時に、ピストンピン１２５に荷重がかかる部分１５０に効果的に潤滑油１０５を供給（塗布）する観点から、線１３２と仮想線１３６とのなす角度が６０°以下であることが好ましい。

［冷媒圧縮機の動作］
次に、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００の動作について、図１〜図５を参照しながら説明する。

まず、電動要素１１３の回転子１０９の回転により、クランク軸１４１が回転駆動されると、クランクピン１２７の偏芯（旋回）運動がコンロッド１３９により、直線的な往復運動に変換され、ピストン１１９がシリンダブロック１２１内を往復運動し、所定の吸入動作（吸入行程）及び圧縮動作（圧縮行程）を行う。

このとき、クランクピン１２７の先端に取り付けられた給油管１４５は、潤滑油１０５内で回転運動することに伴い、遠心ポンプ効果により、潤滑油１０５を汲み上げる。給油管１４５内に汲み上げられた潤滑油１０５は、クランクピン縦孔１４７及びクランク軸横孔１５１を通流して、クランク軸油溝１５３に供給される。

また、クランクピン縦孔１４７を通流する潤滑油１０５の一部は、クランクピン横孔１４９からコンロッド１３９の連結棒部１３５に設けられた導油孔１３３に供給される。導油孔１３３に供給された潤滑油１０５は、該導油孔１３３を通流して、ピストンピン１２５に設けられた第１溝１２３に供給され、そこから、第２溝１２９に供給される。

第２溝１２９に供給された潤滑油１０５は、コンロッド１３９及び／又はピストンピン１２５が揺動（移動）する間に、ピストンピン１２５の外周面（特に、ピストンピン１２５の圧縮行程時に荷重がかかる部分１５０）に塗布される。具体的には、吸入行程時に、コンロッド１３９及び／又はピストンピン１２５が揺動する間に、第２溝１２９が、ピストンピン１２５の圧縮行程時に荷重がかかる部分１５０に近接し、その後、離間することにより、潤滑油１０５が、ピストンピン１２５の外周面に塗布される。

［冷媒圧縮機の作用効果］
次に、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００の作用効果について、図１〜図５を参照しながら説明する。

上述したように、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００では、ピストンピン１２５の内周面に、導油孔１３３と連通するように、第１溝１２３を配設し、コンロッド１３９の小孔部１３１の内周面に第２溝１２９を配設している。これにより、特許文献１に開示されている密閉型圧縮機に比して、導油孔１３３から第１溝１２３及び第２溝１２９へ充分に潤滑油を供給することができる。

また、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００では、第１溝１２３と第２溝１２９をそれぞれ異なる部材に配設している。このため、第１溝１２３と第２溝１２９を同一部材に配設した場合に、２つの溝が交差することによって形成される、摺動方向に対して直角又は鋭角のエッジが形成されることがない。これにより、第１溝１２３と第２溝１２９を同一部材に配設した場合に比して、ピストンピン１２５又は小孔部１３１での傷又は摩耗の発生を抑制することができる。

また、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００では、圧縮行程時には、図４に示すように、第２溝１２９は、ピストンピン１２５に荷重がかかる部分１５０から離れるように移動するため、部分１５０に対抗する部分に配置されない。このため、小孔部１３１の内周面とピストンピン１２５の部分１５０との間で油膜圧力が発生しやすくなり、摩耗を抑制することができる。

さらに、本実施の形態１に係る冷媒圧縮機１００では、吸入行程時には、図５に示すように、第２溝１２９は、部分１５０に対抗する部分に近づくように移動する。このため、潤滑油１０５をピストンピン１２５の外周面（特に、ピストンピン１２５の圧縮行程時に荷重がかかる部分１５０）に塗布することができる。これにより、ピストンピン１２５と小孔部１３１の摺動部の潤滑に寄与する潤滑油を充分に供給することができ、摺動部の潤滑性を確保して摩耗を抑制することができる。

なお、線１３２と仮想線１３６とのなす角度が６０°となるように、第２溝１２９を設けた場合であっても、以下の理由から、ピストンピン１２５と小孔部１３１の摺動部分における潤滑性を確保することができる。

ピストンピン１２５の外周面における部分１５０から離れた部分に塗布された潤滑油１０５は、その一部が、次の吸入行程時に、小孔部１３１の内周面の第２溝１２９よりも部分１５０に近い側の部分に塗布される。そして、小孔部１３１の内周面に塗布された潤滑油１０５が、その次の吸入行程時に、ピストンピン１２５の外周面における部分１５０に近い部分に塗布される。このように、吸入行程及び圧縮行程を繰り返すことにより、潤滑油１０５は、順次部分１５０に向かって供給されるので、充分な潤滑効果を得ることができる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良及び他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

本発明に係る冷媒圧縮機は、ピストンピンとコンロッドとの摺動面に充分に潤滑油を供給することができ、コンロッド及びピストンピンの摩耗を抑制することができるため、有用である。

１０１ 密閉容器
１０５ 潤滑油
１０７ 圧縮要素
１０９ 回転子
１１１ 固定子
１１３ 電動要素
１１９ ピストン
１２１ シリンダブロック
１２３ 第１溝
１２５ ピストンピン
１２７ クランクピン
１２９ 第２溝
１３１ 小孔部
１３３ 導油孔
１３５ 連結棒部
１３７ 大孔部
１３９ コンロッド
１４１ クランク軸
１４７ クランクピン縦孔
１５３ クランク軸油溝
１５５ バルブプレート
１５９ 圧縮室
１６１ シリンダヘッド

Claims (3)

1. 固定子と回転子を備える電動要素と、
   前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
   前記電動要素と前記圧縮要素が収容され、潤滑油が貯留されている密閉容器と、を備え、
   前記圧縮要素は、前記回転子により回転されるクランク軸に設けられているクランクピンと、筒状のシリンダブロックの内部空間を往復動するピストンに設けられているピストンピンと、前記クランクピンが挿通されている大孔部、前記ピストンピンが回動可能に配置されている小孔部、並びに、前記大孔部及び前記小孔部を連結する連結棒部を備えるコンロッドと、を備え、
   前記コンロッドの連結棒部には、前記大孔部と前記小孔部を連通するように導油孔が設けられ、
   前記ピストンピンの外周面には、前記導油孔と連通するように円環状の第１溝が配設され、
   前記コンロッドの小孔部の内周面を前記大孔部の軸心と前記小孔部の軸心を結ぶ仮想線で分割した２つの領域のうち、圧縮行程開始時における前記小孔部にかかる負荷の移動方向と反対側の領域である第１領域には、前記ピストンピンの軸心方向に延出する第２溝が配設されている、冷媒圧縮機。
2. 前記第２溝は、前記第１領域のうち、前記コンロッドの大孔部に近い側の部分に配設されている、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記ピストンの軸心方向から見て、前記第２溝と前記コンロッドの小孔部の軸心を結ぶ線と、前記仮想線と、のなす角度が２０°乃至６０°である、請求項２に記載の冷媒圧縮機。

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