JP2020033873A - 密閉形圧縮機及びこれを有する冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機の漏れ損失を抑制する。【解決手段】シリンダ内周としてのボアを前後方向に往復摺動するピストンと、ボアとピストンとの間に潤滑油を供給する給油部と、ピストンの側面に設けた溝と、を有し、溝からボアまでの長さをｈ１とし、側面からボアまでの長さをｈ０とした場合、次の（１）乃至（３）の１つ、２つ、又は３つを満たす圧縮機。（１）溝のみの深さ（ｈ１−ｈ０）は、６０μｍ以下、１．０μｍ以上。（２）比ｈ１／ｈ０は、１８．１以下、１．３以上。（３）比ｈ０／（ｈ１−ｈ０）は、５．８Ｅ−２以上、３．５以下。【選択図】図６

Description

本発明は、密閉形圧縮機及びこれを有する冷蔵庫に関する。

近年、地球環境保護に対する要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置などにおいても、インバータ制御による圧縮機の低速運転化が図られてきている。このため、圧縮機の低速運転時の一層の効率向上が求められている。

低速時に発生する主な損失として、圧縮室の冷媒がピストンとシリンダボアとの間を通って外部に漏れる漏れ損失が知られている。漏れを抑制するにはピストンとシリンダボアとの間に潤滑油を保持することが有効である。特許文献１は、ピストン７を溝２２で囲んで潤滑油の保持性能を向上させている。

特開２０１７−７５５３１号公報

潤滑油が潤沢に保持されていても、環状溝２１及び上面溝２２ａで発生する油膜圧力が低いとシリンダ５ａ内の吐出圧力によって油膜が破られシール性の低下を招き漏れ損失を抑制しにくい。この点、特許文献１は油膜圧力を向上させることについては何ら着目していない。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、
シリンダ内周としてのボアを前後方向に往復摺動するピストンと、
前記ボアと前記ピストンとの間に潤滑油を供給する給油部と、
前記ピストンの側面に設けた溝と、を有し、
前記溝から前記ボアまでの長さをｈ１とし、
前記側面から前記ボアまでの長さをｈ０とした場合、次の（１）乃至（３）の１つ、２つ、又は３つを満たす圧縮機である。
（１）溝のみの深さ（ｈ１−ｈ０）は、６０μｍ以下、１．０μｍ以上。
（２）比ｈ１／ｈ０は、１８．１以下、１．３以上。
（３）比ｈ０／（ｈ１−ｈ０）は、５．８Ｅ−２以上、３．５以下。

実施形態の密閉形圧縮機の上面図。 実施形態のピストンの上面図。 実施形態のピストンが下死点のときの要部拡大断面図。 実施形態のピストン環状溝部の拡大断面図。 実施形態の溝のみの深さを変化させた場合の負荷容量を示す数値実験表 図５の「溝のみ深さ」を横軸、「負荷容量」を縦軸にしたグラフ

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、また、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ている必要はなく、例えば、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なること、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、等を許容する。

図１は本発明の実施形態の密閉形圧縮機の上面図である。密閉形圧縮機は、密閉容器１内に弾性的に支持された圧縮要素２を有している。圧縮要素２は、軸受部５ｃとフレーム部５ｂが一体に成形されたシリンダブロック５と、シリンダブロック５に形成されたシリンダ５ａ内を往復動するピストン７とを有する。ピストン７と、モータの駆動によって回転するクランク軸８を中心として偏心回転する偏心軸８ｂとは、コンロッド６により連結されている。クランク軸８は、シリンダブロック５の軸受部５ｃに回転自在に嵌められた主軸の下部で電動要素(図示せず)のロータ(図示せず)に固定される。ピストン７の往復動方向は、ピストン７の軸方向と略平行である。シリンダブロック５の上面は、上死点側に凸の例えば弧状の切欠き部１２を有している。

クランク軸８の回転によって、密閉容器１内の底部に貯留された潤滑油(図示せず)は、クランク軸８の下端に取り付けられたオイルポンプ(図示せず)の粘性ポンプ作用で引き上げられる。偏心軸８ｂの上端に取り付けられたバランスウェイト１０を一部貫通する形で設けられた潤滑油放射孔（不図示）から潤滑油の一部が噴射され、また、他の一部が偏心軸８ｂの上端部から周囲に噴射される。噴射された潤滑油は油受け部１１に当り、切欠き部１２を伝ってピストン７の外周面２０に供給される。

図２は実施形態のピストン７の上面図である。図３は実施形態のピストン７が下死点のときの要部拡大断面図である。図４は実施形態のピストン環状溝部の拡大断面図である。
ピストン７の側面は、最上死点側のトップ側面２５と、最下死点側に位置しトップ側面２５より径寸法が小さいスカート側面２６と、トップ側面２５とスカート側面２６との間に位置し、トップ側面２５の径寸法と同一の中央側面２０と、を有する。

ピストン７の側面には、周方向１周に亘って設けられた２つの環状溝２１が設けられている。環状溝２１は、１つでもよいし３つ以上でも良い。

環状溝２１は、下死点において切欠き部１２を介して露出する位置に配されている。このため、切欠き部１２を伝ってピストン７の側周面２０に供給された潤滑油は、ピストン７が下死点に来た際は環状溝２１に供給される。漏れ損失を低減するには、単に潤滑油を環状溝２１に多く供給するだけではなく、潤滑油による油膜圧力を高く維持することが望まれる。本明細書では、ピストン７とシリンダ５ａとの間の潤滑との関係では従来注目されていなかったくさび効果に着目した。くさび効果は、側面２０，２５と溝２１との段差寸法（後述するｈ１−ｈ０）に主に依存する。

ピストン７がシリンダ５ａ内を往復動することにより、ピストン７とシリンダ５ａの内周（ボア）間に介在する潤滑油が運動する。この潤滑油が運動に伴って断面積が減少すると、くさび効果によって油膜圧力が上昇する。例えば環状溝２１に保持されている潤滑油の断面積（環状溝２１とボアとの間の往復動方向断面積）は比較的大きい。この潤滑油は、ピストン７の往復動による加速度で環状溝２１の端部に移動する。さらに環状溝２１の端部からトップ側面２５又は中央側面２０に潤滑油が移動すると、潤滑油の断面積が減少する。すなわち、潤滑油は圧縮されていき大きな圧力(油膜圧力)が発生する。油膜圧力が大きいほど、潤滑油を破断させるのに必要な力（負荷容量）が大きくなり、潤滑を安定化させることができる。

本発明者が鋭意検討した結果を説明するに際し、以下のように文字を定義する。
負荷容量：Ｗ［Ｎ］
溝２１からボアまでの長さ：ｈ１［ｍｍ］
側面２０，２５からボアまでの長さ：ｈ０［ｍｍ］
負荷容量Ｗは、ピストン７とシリンダ５ａの間の油膜が破断する力であり、くさび効果の大小に主に依存して変動する。負荷容量Ｗの値は、大きい方が好ましい。

図５は、実施形態の構成について、ｈ０を０．００３５ｍｍに固定してｈ１を色々な値にした場合の負荷容量の変化等を示す数値実験表である。図６は図５に示す「溝のみ深さ」を横軸に、「負荷容量」を縦軸にしたグラフである。

図５，６を参照すると、負荷容量は、溝のみ深さ（ｈ１−ｈ０）が２．０μｍのときにピークをとり、浅くなると急激に、深くなると緩やかに低下していく。求められる負荷容量は圧縮機の用途等に依存するが、例えば冷蔵庫用途では、負荷容量が０．１４２又は０．２４０［Ｎ］以上であることが好ましい。溝のみ深さ（ｈ１−ｈ０）を深くしていくときの低下の仕方に鑑みると、その上限値は、低下の傾きが変化する溝深さ（ｈ１−ｈ０）＝６０μｍや３３μｍにすることが顕著に好ましい。一方で下限値は、１．０μｍや２．０μｍ、３．５μｍにすることが好ましい。

また、パラメータの比に注目すると、側面２０，２５からボア５ａまでの寸法に対する、溝２１からボア５ａまでの寸法ｈ１の比ｈ１／ｈ０は、１８．１以下、１０．３以下が好ましく、１．３以上、１．６以上又は２．０以上が好ましい。

また、環状溝２１の深さ寸法（ｈ１−ｈ０）に対する、隣接する側面（本実施形態ではトップ側面２５及び中央側面２０）とボア間の空隙の寸法ｈ０の比ｈ０／（ｈ１−ｈ０）は、５．８Ｅ−２以上、１．１Ｅ−１以上が好ましく、また、３．５以下、１．８以下が好ましい。

なお、ピストン７のシリンダ５ａに対する相対自転を拘束できるピストンピン型である方が、比較的自転が自由なボールジョイント型よりもくさび効果を得やすく好ましい。また、環状溝２１の往復動方向端部は、ステップ状でもよいし、トップ側面２５又は中央側面２０に近付くにつれて潤滑油の断面積を略連続的に小さくするテーパ状にすることができる。
本実施形態の圧縮機は、冷蔵庫、空気調和機、自動販売機、その他の機器に適用できる。

１ 密閉容器
２ 圧縮要素
５ シリンダブロック
５ａ シリンダ
５ｂ フレーム部
５ｃ 軸受部
６ コンロッド
７ ピストン
８ クランク軸
８ｂ 偏心軸
１０ バランスウェイト
１１ 油受け部
１２ 切欠き部
１２ａ切欠き円弧端面
２０ 側周面
２１ 環状溝
２２ａ上面溝
２２ｂ下面溝
２５ トップ側面
２６ スカート側面
３０ クリアランス

Claims (6)

1. シリンダ内周としてのボアを前後方向に往復摺動するピストンと、
   前記ボアと前記ピストンとの間に潤滑油を供給する給油部と、
   前記ピストンの側面に設けた溝と、を有し、
   前記溝から前記ボアまでの長さをｈ１とし、
   前記側面から前記ボアまでの長さをｈ０とした場合、次の（１）乃至（３）の１つ、２つ、又は３つを満たす圧縮機。
   （１）溝のみの深さ（ｈ１−ｈ０）は、６０μｍ以下、１．０μｍ以上。
   （２）比ｈ１／ｈ０は、１８．１以下、１．３以上。
   （３）比ｈ０／（ｈ１−ｈ０）は、５．８Ｅ−２以上、３．５以下。
2. 前記（１）乃至（３）のすべてを満たすことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 次の（１’）乃至（３’）の１つ、２つ、又は３つを満たす請求項１に記載の圧縮機。
   （１’）溝のみの深さ（ｈ１−ｈ０）は、３３μｍ以下、２．０μｍ以上。
   （２’）比ｈ１／ｈ０は、１０．３以下、１．６以上。
   （３’）比ｈ０／（ｈ１−ｈ０）は、１．１Ｅ−１以上、１．８以下。
4. 前記溝は、周方向に延在し、
   往復摺動方向に隣接する側面との間に、該隣接する側面に向かうにつれて前記シリンダ内周側に近付くテーパを有す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圧縮機。
5. 前記ピストンは、ピストンピンによってコンロッドと接続していることを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の圧縮機。
6. 請求項１乃至５何れか一項に記載の圧縮機を有する冷蔵庫。

Images