JP2019002306A - 密閉型圧縮機およびこれを用いた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクティングロッドとピストンピンの間の潤滑性を向上した密閉型圧縮機及びこれを備える機器を提供する。【解決手段】潤滑油を貯留した密閉容器と、往復動可能でピストンピンを設けたピストンと、ピストンピンの軸方向に延在するピストンピン軸方向潤滑油通路と、ピストンピンの周方向に延在するピストンピン周方向溝と、を有する密閉型圧縮機。【選択図】 図１

Description

本発明は、密閉型圧縮機およびこれを用いた機器に関する。

関連する密閉型圧縮機として例えば特開平７−２２４７６１号公報に示されたものが知られている。この密閉型圧縮機はピストンとクランクシャフトを備えたレシプロ圧縮機であり、コネクティングロッドとピストンの連結にピストンピンを用いた構成となっている。ピストンピン５９の圧縮負荷のかからない位置に摺動方向と直交するように配設した油溝３を配するとともに（段落００１８、図３，４）、クランクシャフト５４を軸支する軸受５５の摺動部とシリンダボア部５６を連通する油穴１を有している。

特開平７−２２４７６１号公報

特許文献１は、ピストンピンとコネクティングロッド間の潤滑はピストンピンの軸方向に設けられた油溝３のみで行う構成であるために、ピストンピン周方向には潤滑油が十分に行き届かない虞がある。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、潤滑油を貯留した密閉容器と、往復動可能でピストンピンを設けたピストンと、前記ピストンピンの軸方向に延在するピストンピン軸方向潤滑油通路と、前記ピストンピンの周方向に延在するピストンピン周方向溝と、を有する密閉型圧縮機である。

実施例１の圧縮機の縦断面図である。 実施例１の圧縮機のシリンダ近傍の断面図斜視図である。 実施例１の圧縮機のシリンダ近傍の断面図である。 実施例１の圧縮機のピストンの上面図である。 実施例２のピストンピン斜視図である。 実施例３のピストンピン斜視図である。 実施例３のピストンピンの側面図である。 実施例４のピストンピン斜視図である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

図１は、本実施例の密閉型圧縮機５０の縦断面図、図２は本実施例の密閉型圧縮機５０のシリンダ１近傍の断面斜視図、図３は本実施例の密閉型圧縮機５０のシリンダ１近傍の断面図であり、潤滑油の流れ方向を説明するものである。図４は本実施例の密閉型圧縮機５０のピストン４の上面図である。図３中の太線矢印は潤滑油の供給される方向を示す。
密閉型圧縮機５０は、電動要素３０、圧縮要素２０、及び潤滑油３５を密閉容器３内に収納している。

［電動要素３０］
密閉型圧縮機５０は、ステータ５及びロータ６からなる電動要素３０を有している。
ステータ５とロータ６とは、シリンダ１、ピストン４、コネクティングロッド２、及びピストンピン４３より下側に位置している。

ステータ５には巻線が巻回されており、巻線に電流を流して電動要素３０を駆動させるとロータ６が回転運動を始める。ロータ６はクランクシャフト７に接続しており、ロータ６が回転運動すると、クランクシャフト７はロータ６と共に回転運動を行う。

［圧縮要素２０］
密閉型圧縮機５０は、クランクシャフト７、コネクティングロッド２、ピストン４及びピストンピン４３、シリンダ１並びにシリンダブロック１７からなる圧縮要素２０を有している。

［クランクシャフト７］
クランクシャフト７の下端は密閉容器３内の下部に貯留する潤滑油３５に浸っており、上端にはクランクシャフト７の回転軸とは異なる位置（回転軸から偏心した位置）に設けられたクランクピン７ａが配されている。このため、クランクシャフト７が回転すると、クランクピン７ａはクランクシャフト７の回転軸周りを公転する（偏心運動する）。また、クランクシャフト７は、クランクシャフト７の回転に伴って潤滑油３５をクランクピン７ａに汲み上げることができる。潤滑油を汲み上げる構成は種々公知のものを採用できるが、その一例としては潤滑油３５側に円柱状の空洞を設けることを挙げられる。クランクシャフト７が回転すると、空洞内の潤滑油３５がクランクシャフト７との摩擦によって回転運動し、その遠心力が潤滑油３５を汲み上げることができる。その他の例としては、クランクシャフト７の外周又はクランクシャフト７の外周に対向する静止軸受にらせん状の溝を設けることが挙げられる。軸又は軸受壁面とらせん溝内の潤滑油３５との間には、クランクシャフト７の回転時、速度差に起因する摩擦が生じる。この摩擦力を駆動力として、らせん溝内の潤滑油がらせん溝に沿って上昇する。

クランクピン７ａは、クランクシャフト７から繋がる中空のピン部中繰り７ｆを有しており、クランクシャフト７の回転によって上昇した潤滑油は、ピン部中繰り７ｆ内にまで達する。ピン部中繰り７ｆにはクランクピン７ａの外周面と繋がる通路が配されており、潤滑油の一部はクランクピン７ａのうち後述する大端部２ｂとの間に供給され、他の一部はクランクピン７ａ上端側から噴出して後述するピストン凹部４ａなどに供給される。

［コネクティングロッド２］
コネクティングロッド２は、中空円環の形状の大端部２ｂ及び小端部２ｃと、これら円環を繋ぐ棒状の腕部２ｄとを有している。大端部２ｂにはクランクシャフト７のクランクピン７ａが嵌合し、これによって大端部２ｂとクランクピン７ａが接続する。小端部２ｃにはピストン４に挿入されたピストンピン４３が嵌合し、これによって小端部２ｃとピストン４とが接続する。腕部２ｄはピストン４の下死点側の開口を介して大端部２ｂと小端部２ｃとを繋いでいる。

このように、クランクピン７ａが大端部２ｂの円環内に位置し、ピストンピン４３が小端部２ｃの円環内に位置している。クランクピン７ａ、ピストンピン４３はそれぞれ略円筒形状であり、大端部２ｂ及び小端部２ｃそれぞれの円環内周（内のり）の径に比してやや小さい。このため、クランクピン７ａ及びピストンピン４３は大端部２ｂ及び小端部２ｃそれぞれに略嵌合するとともに、比較的自由に動くことができる。

腕部２ｄ内には、大端部２ｂの内周と小端部２ｃの内周とを繋ぐ連通穴２ａが配されている。連通穴２ａには、ピン部中繰り７ｆに配されているとクランクピン７ａの外周面とを繋ぐ通路から、クランクピン７ａの外周面と大端部２ｂとの間に潤滑油が供給される。この潤滑油は、さらに連通穴２ａを通って小端部２ｃへ供給され、小端部２ｃとピストンピン４３との間を潤滑する。

［ピストンピン４３及びピストン４］
円筒状の形状を有するピストン４は、シリンダ１内を摺動可能に配されている。このため、ピストン４の運動方向はシリンダ１に設けられた円筒状の空間に限定されており、クランクピン７ａの公転に伴って、コネクティングロッド２はピストンピン４３を軸にして揺動運動を行う。このようにして、クランクピン７ａの公転運動をピストン４のシリンダ１内における往復運動に変換することとなる。本実施例におけるピストン４の往復動方向は、略水平方向である。

ピストンピン４３の形状は、上下方向に軸を有する略円筒形状である。ピストンピン４３は、周方向の油溝であるピストンピン周方向溝４３ａと、軸方向の油溝であるピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂを有している。ピストンピン周方向溝４３ａは、小端部２ｃの内周に対向する位置に設けられており、ピストンピン周方向溝４３ａはピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと交差している。本実施例では、ピストンピン周方向溝４３ａは、ピストンピン４３の周方向まわり１周に亘っている。このように１周丁度にすると加工上好ましいが、１周未満にしても良いし、らせん状に形成して１周超にしてもよい。

ピストン４上面には、ピストン４外周面よりも低くなっている（凹んでいる）ピストン凹部４ａが設けられている。ピストン凹部４ａは、ピストンピン４３が挿入されるピストンピン挿入穴４ｂの周囲に設けられている。ピストン凹部４ａは、ピストン４が少なくとも下死点に位置する間は、シリンダ１から一部又は全部が露出することができる。本実施例ではピストン凹部４ａの形状を略矩形形状としているが、その形状は特に限定されない。ピストン４上面に降り注いだ潤滑油の一部は、ピストン凹部４ａに捕集され、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂに流入することができる。ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂの上端は、ピストン４の上面視で観察可能である。すなわち、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂは、ピストン４の上面に繋がっている（連通している）。

連通穴２ａを通過した潤滑油は、小端部２ｃの内周に供給され、ピストンピン周方向溝４３ａおよびピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂのうち、主にピストンピン周方向溝４３ａに供給される。これにより、ピストンピン４３と小端部２ｃとの間が潤滑される。この潤滑油はさらに、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂによって上方向や下方向に案内され、ピストンピン４３とピストン４との間も潤滑する。

また、ピン部中繰り７ｆの上端から遠心力によって周囲に飛散した潤滑油の一部は、ピストン凹部４ａに供給される。ピストン凹部４ａは油溜めとしての機能を有し、ピストン凹部４ａに到達した潤滑油は、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂを通ってピストンピン４３とピストン４との潤滑を行うことができる。

［シリンダ１］
シリンダ１は、ピストン４が摺動する円筒状の空間が形成された部材である。シリンダ１の一端にはシリンダブロック１７が配されており、他端には往復摺動可能にピストン４が配されている。

シリンダヘッド１０には吸入穴と吐出穴（図示せず）とが設けられており、ピストン４が往復動すると、これらを通じてシリンダ１内へ冷媒を吸入したりシリンダ１内からの圧縮冷媒の吐出を行うことができる。

［潤滑油の供給］
連通穴２ａを通過した潤滑油は、小端部２ｃに向かい、ピストンピン周方向溝４３ａに達する。また、ピン部中繰り７ｆの上端より飛散した潤滑油の一部はピストン４やシリンダ１の上面に降りかかる。シリンダ１上面に降りかかった潤滑油の一部はピストン４の上面に滴下してピストン凹部４ａに集まり、ピストン凹部４ａと連通するピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂのうち、ピストンピン周方向溝４３ａよりも上側に位置する上側溝４３ｂ１によって案内されて下方へと流れる。

小端部２ｃとピストンピン４３との間の潤滑は、連通穴２ａを通過した潤滑油とピストン４又はシリンダ１の上面に降りかかった潤滑油との双方によりなされる。この際、ピストンピン周方向溝４３ａは上側溝４３ｂ１と繋がっているため、両者の間の潤滑油の行き来が行われやすい。
ピストンピン周方向溝４３ａによって小端部２ｃ付近に給油可能ではあるが、小端部２ｃのうち上下方向に離れた領域への給油は、不足しやすい。本実施例のように上側溝４３ｂ１を設けることで、連通孔２ａを通過した潤滑油とピストン４又はシリンダ１の上面に降りかかった潤滑油との双方により、ピストンピン周方向溝４３ａから上方向に離れた領域への給油が可能となるから、潤滑性が向上する。

さらに本実施例では、ピストンピン周方向溝４３ａは、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂのうち、ピストンピン周方向溝４３ａより下側に位置する下側溝４３ｂ２とつながっている。このため、連通穴２ａを通過した潤滑油とピストン４又はシリンダ１の上面に降りかかった潤滑油との双方は、ピストン４の下面へと給油されるため、ピストン４の下面とシリンダ１間の潤滑性を向上することができる。
上側溝４３ｂ１と下側溝４３ｂは、本実施例のように両方が設けられていることが好ましいが、片方のみでもよい。

本実施例では、上側溝４３ｂ１と下側溝４３ｂ２とは、ピストンピン周方向溝４３ａの同一の点を起点としているが、異なる点を起点としても良い。すなわち、本実施例では、ピストンピン周方向溝４３ａとピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂの交点は、４つの方向に溝が延びる点として形成されているが、３つの方向に溝が延びる点として形成されても良い。

なお、本実施例では、ピストンピン周方向溝４３ａをピストンピン４３に設けたが、小端部２ｃに設けても良い。すなわち、小端部２ｃとピストンピン４３との間に空隙が生じればよい。

本実施例の密閉型密閉型圧縮機５０は、冷蔵庫、空気調和器、冷凍サイクル等、さまざまな機器に適用できる。

本実施例の構成は、次の点を除き実施例１と同様にできる。図５は本実施例のピストンピン４３の斜視図である。ピストンピン４３には実施例１と同様にピストンピン周方向溝４３ａが形成されているが、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂに代えて又は追加して、ピストンピン４３の軸方向にピストンピン軸方向平面カット４３ｃが形成されている。ピストンピン軸方向平面カット４３ｃは、軸方向略円形のピストンピン４３の円の一部を弦として切り取って加工したものである。このピストンピン４３を図４に示したピストン４に組み込むと、ピストンピン挿入穴４ｂの内周面とピストンピン軸方向平面カット４３ｃとの隙間により、ピストンピン４３の軸方向に潤滑油が通過可能な給油経路ができあがる。この給油経路は、実施例１に示したピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと同様の機能、効果を奏することができる。

本実施例の構成は、次の点を除き実施例１又は２と同様にできる。図６は本実施例のピストンピン４３の斜視図である。ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと水平面とのなす角度θが、実施例１では略９０度であったが、本実施例では９０度ではなく、鋭角又は鈍角を成している。

図７は密閉型圧縮機５０の運転時にピストンピン４３に加わる荷重位置について説明する概略図である。図中の破線は、組み付け時において小端部２ｃとピストンピン４３とが重なる領域の端部位置を示している。コネクティングロッド２はピストンピン４３まわりに揺動可能に嵌合されているため、小端部２ｃの内のりの径は、ピストンピン４３の外径よりも若干大きい。そのため、密閉型圧縮機５０の運転時はピストンピン４３と小端部２ｃは線接触となる。このときの線接触位置の一例をピストンピン負荷線４３ｄとして図７に示した。この線接触位置は、ピストン４の位置やコネクティングロッド２の位置、密閉型圧縮機５０の運転条件によって変動するものの、ピストンピン負荷線４３ｄはピストンピン４３の軸方向と略平行である特徴を持つ。

本実施例では、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと水平面とのなす角度θが９０度ではない、すなわちピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂとピストンピン４３の軸方向とが平行でないため、どの位置にピストンピン負荷線４３ｄがきても、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと略一致するような事態となることを抑制できる。すなわち、ピストンピン負荷線４３ｄとピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂとが線接触となることを抑制できる。ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂとピストンピン負荷線４３ｄが一致して線接触となった場合、溝部分では油膜圧力が低く、軸を保持できないため、摺動状況が悪化する虞が生じる。しかし本実施例では、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂとピストンピン負荷線４３ｄとの接触を方向が平行にならないようにできるので、両者の接触をたかだか点接触程度に限定できるため、潤滑性の悪化を低減することができる。

また、小端部２ｃとピストンピン４３との相対運動は揺動運動となる。そのため、密閉型圧縮機５０の運転中は、ピストンピン負荷線４３ｄはピストンピン４３の外周面を広い範囲で移動する。そのため、潤滑性向上のためにはピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂは複数本設けることが望ましい。

θの値としては、２０度以上８０度以下が好ましく、また、後述する組付け精度などを考慮すると、３０度以上６０度以下が好ましい。

なお、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂと「水平面」とのなす角度をθとして説明したが、これは、ピストンピン負荷線４３ｄの向きの決まり方に鑑みてこのように説明したものである。ピストンピン負荷線４３ｄは、クランクピン７ａの公転運動をコネクティングロッド２によってピストン４の往復運動に変換する際に生じる力によるものであり、クランクピン７ａの公転軸の向きやコネクティングロッド２とクランクピン７ａやピストンピン４３との接続の角度によって或る程度変動し得る。しかし通常、クランクピン７ａの公転軸、クランクピン７ａと大端部２ｂとの接続による揺動軸、及びピストンピン４３と小端部２ｃとの接続による揺動軸の向きは、それぞれ上下方向に平行になるように設計される。この場合、ピストンピン負荷線４３ｄは「水平面」に直交することになるため、上記のように説明したものである。すなわち、組付けの精度によっては「水平面」から或る程度ずれた角度をθとみなす必要が生じることがある。このため、「水平面」を基準に保ちつつθの値を上記の範囲に収めたり、或いは、θの範囲を上記に保ちつつ「水平面」に代えて、クランクピン７ａの公転軸に直交する仮想の平面としても良い。

本実施例の構成は、次の点を除き実施例１乃至３の何れかと同様にできる。図８は本実施例のピストンピン４３の斜視図である。本実施例では、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂが複数本形成されており、そのうちの１組（２本）以上が交わって交点を成しているものである。本実施例では、これらの交点はピストンピン周方向溝４３ａに重なっているが、重なっていなくても良い。

小端部２ｃとピストンピン４３との相対運動（揺動運動）が小さい場合においては、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂ内の潤滑油の流れる方向は主に重力によって支配されるため、図３に示したとおり、下方向に向かって流れる。一方、小端部２ｃとピストンピン４３との相対運動（揺動運動）が大きい場合においては、壁面摩擦による潤滑油駆動力が支配的となり、潤滑油がピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂの交点に集まる流れと、交差点から離れる流れが形成される。この時、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂの交差点では必ずそれぞれのピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂから流れてくる潤滑油が衝突するため、流体力学的な動圧が発生し、大きな油膜圧力が発生する。そのため、軸保持力が向上することで、摺動状況が改善される。

なお、ここでいう「交点」とは、ピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂ又はピストンピン周方向溝４３ａ、好ましくはピストンピン軸方向潤滑油通路４３ｂが、少なくとも３つ又は４つの方向に延びる点をいうものと解釈することができる。すなわち、本実施例のように「Ｘ」字形に延びても良いし、「λ」字形に延びても良い。

１…シリンダ、２…コネクティングロッド、２ａ…連通穴、２ｂ…大端部、２ｃ…小端部、２ｄ…腕部、３…密閉容器、４…ピストン、４ａ…ピストン凹部、４ｂ…ピストンピン挿入穴、５…ステータ、６…ロータ、７…クランクシャフト、７ａ…クランクピン、７f…ピン部中繰り、１７…ヘッドカバー、２０…圧縮要素、３０…電動要素、３５…潤滑油、４３…ピストンピン、４３ａ…ピストンピン周方向溝、４３ｂ…ピストンピン軸方向潤滑油通路、４３ｃ…ピストンピン軸方向平面カット、４３ｄ…ピストンピン負荷線、５０…密閉型圧縮機

Claims (7)

1. 潤滑油を貯留した密閉容器と、
   往復動可能でピストンピンを設けたピストンと、
   前記ピストンピンの軸方向に延在するピストンピン軸方向潤滑油通路と、
   前記ピストンピンの周方向に延在するピストンピン周方向溝と、を有する密閉型圧縮機。
2. 回転自在で潤滑油を汲み上げることができるクランクシャフトと、
   前記クランクシャフトの回転軸周りに公転するクランクピンと、
   前記クランクピン及び前記ピストンにそれぞれ嵌合する大端部及び小端部と、該大端部及び該小端部を繋ぐ腕部と、を有するコネクティングロッドと、を有し、
   前記大端部から前記小端部に向かって設けた連通穴を有し、
   前記ピストンの上面は、下死点に位置する場合に少なくとも一部がシリンダから露出し、
   前記潤滑油の一部は前記連通穴を通り、他の一部は前記ピストンの上面に降りかかることができることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記ピストンピン軸方向潤滑油通路は、前記ピストンの上面に連通し、かつ、前記ピストンピン周方向溝に繋がっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記ピストンピン軸方向潤滑油通路は、前記ピストンピン周方向溝より上側に位置する上側潤滑油通路と、前記ピストンピン周方向溝より下側に位置する下側潤滑油通路と、を有し、
   前記上側溝及び前記下側溝の一方又は両方は、前記ピストンピン周方向溝に繋がっていることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記ピストンピン軸方向潤滑油通路は、水平面に対して鋭角又は鈍角を成すことを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記ピストンピン軸方向潤滑油通路を２つ以上有し、
   前記ピストンピン軸方向潤滑油通路のうち少なくとも２つが交点を成すことを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 請求項１乃至６何れか一項に記載の密閉型圧縮機を有する機器。

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