JP4416701B2

JP4416701B2 - 密閉形圧縮機

Info

Publication number: JP4416701B2
Application number: JP2005167630A
Authority: JP
Inventors: 務野崎; 将利三品; 真一佐藤
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-06-08
Also published as: JP2006342691A

Description

本発明は、冷蔵庫、ルームエアコン等に用いられる密閉形圧縮機に関し、特に、往復運動するピストンを有する密閉形圧縮機に関する。

従来、圧縮機のシリンダとピストンの間に形成される摺動面への給油構造は、特許文献１のように、シリンダ内周面とピストン外周面との隙間へ潤滑油を導くために、シリンダの駆動軸側の内周の径を大きくし、ピストンがシリンダに入るときに、ピストンに付着した潤滑油が摺動面に入りやすくした形式が知られている。また、特許文献２のようにシリンダの上壁を円弧状に切り欠いた切り欠き部を設け、この切り欠いた部分に向けて駆動軸から潤滑油を飛ばしてピストンに潤滑油を付着させる形式が知られている。いずれの形式においても駆動軸の先端から油を飛散させ、シリンダとピストンの間の摺動面に油を供給している。

特開2002-70742号公報特開2003-65236号公報

従来より、往復動式の密閉形圧縮機においては、シリンダの内周面とピストンの外周面との間に潤滑油を供給して摺動部を潤滑させる構造が採られている。上記の従来技術は、いずれも密閉容器内に貯留した潤滑油をクランクシャフトの回転によって引き上げられ、クランクシャフトの上方位置からシリンダ及びピストン位置へと噴出、飛散されることによって摺動部へ潤滑油を供給させている。

しかしながら、従来の給油構造ではそれぞれ次のような課題があった。

特許文献１に記載された給油構造では、クランクシャフトから噴出される潤滑油を受ける部分が、運転時に往復動するピストンの外周面であるため、例えば、ピストンが上死点近傍にあり、完全にシリンダ内部に隠れた場合には、駆動軸の上端部から噴出した潤滑油がシリンダに到達しても、シリンダとピストンの間の摺動面に供給される潤滑油の量が少なくなる可能性が生じ、摺動面に対する潤滑油の安定的な供給が図れない場合がある。

また、特許文献２に記載された給油構造では、シリンダを切り欠いているため、シリンダとピストンで形成される圧縮室から圧縮冷媒がシリンダ外側空間に漏れやすくなる可能性があり、これを避けるために圧縮室を切り欠き部よりも奥側に余裕を持って形成すると摺動面自体が大きくなってしまうだけではなく、装置の大型化を招くことにもなり得る。

本発明は、上記従来の課題を解決しようとするもので、シリンダとピストンの間に確実に潤滑油を供給し、圧縮機の能力向上を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動される駆動軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油の中に浸し、前記駆動軸の下端部に設けた筒状の給油ピースの遠心力を利用して前記潤滑油を上昇させ、前記駆動軸の上端部から噴出する前記潤滑油をシリンダとピストンから形成される摺動面に供給する密閉形圧縮機において、本発明は、シリンダ上面に底面が前記駆動軸側に向けて下方に傾斜した油だまり部を備え、該油だまり部の駆動軸側端面に２mm以上の範囲で円弧状に下方に傾斜した傾斜部を有し、前記傾斜部の駆動軸側端部の傾きが水平面に対して５度以上とした。

また、上記のいずれかの密閉形圧縮機において、前記油だまり部の幅を前記シリンダ内径よりも小さく形成し、シリンダの開口よりも外側へ潤滑油が滴下することを阻み、シリンダとピストンの摺動面に潤滑油を効果的に供給できる構成とした。

また、上記のいずれかの密閉形圧縮機において、前記駆動部の上端部の高さを前記油だまり部の高さよりも高く形成し、駆動軸から油だまり部へ潤滑油を供給しやすい構成とした。

本発明によれば、シリンダとピストンの間に潤滑油を供給し、圧縮機の能力向上に寄与することができる。

以下、本発明の実施形態をそれぞれ図に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る密閉形圧縮機の縦断面図である。図１では、密閉容器内の軸受１ａとフレーム１ｂと一体に成形されたシリンダブロック１に形成されたシリンダ内を、コンロッド２によりクランクシャフト７に結合されたピストン４が往復動して圧縮要素を構成する本実施例のレシプロ形圧縮機が示されている。フレーム１ａの下部には、電動機を構成するステータ５およびロータ６が取り付けられている。クランクシャフト７の回転中心より偏心した位置に、クランクピン７ａがある。このクランクシャフト７は、フレーム１ｂと一体成形の軸受け部１ａに貫通して取り付けられている。このクランクシャフト７とロータ６とは直結していて、電動機が回転することによって、クランクシャフト７が回転し（ここでは、後述のように時計回りに回転するものとする）、クランクピン７ａに連結されたコンロッド３を介し、ピストン４がシリンダ内で往復動する。シリンダの奥側はバルブプレート１２によって閉塞されており、シリンダ１内の冷媒はピストン４の往復動によって吸入、圧縮され、図示しない吐出弁から吐出される構造となっている。

なお、クランクシャフト７の回転によって、密閉容器内に貯留した冷凍機油が上方へと導かれ、クランクシャフト７の上方位置に設けられた開口より潤滑油が噴出する構造となっている。具体的には、クランクシャフト７の下端部に設けた筒状の給油ピースの遠心力を利用して潤滑油を上昇させ、クランクシャフト７の上端部から潤滑油が噴出する構造としている。

次にシリンダ及びピストンについて図２を用いて詳細に説明する。図２は圧縮要素部を拡大した縦断面図である。本実施例で使用したシリンダブロック１はクランクシャフト７を支持する軸受部１ａと電動機に支持されるフレーム１ｂと一体である構造とした。また、電動機とフレーム１ｂを挟んで反対側にはシリンダが位置しており、シリンダの開口面で偏心回転するクランクピンとコンロッド３を介して連結されたピストン４がシリンダ内を往復動する構成となっている。また、本実施例では、図に示すように、ピストン４は上死点位置でピストン４がシリンダ内に収まる構成となっている。

シリンダの内周面とピストン４の外周面との間は摺動面となっており、シリンダの内径はピストン４の外径よりも若干大きく形成されている。これらの両面の間には、後述するように潤滑油が供給され、ピストン４の奥側に形成される圧縮空間がシールされ、ピストン４の往復動によって冷媒の吸込み、圧縮、吐出が行われる。そして、ピストン４が挿入されるシリンダのボア部１ｃの端面を吸入弁１１及びバルブプレート１２により閉塞する構造とした。

図３は、本実施例のシリンダブロック１の外観斜視図である。上述のようにこのシリンダブロック１は、シリンダ、クランクシャフト７を支持する軸受部１ａ、及びフレーム１ｂを一体構造としているが、これに限られるものではなく、これらを別体構造としても差し支えない。また、シリンダ１の上側壁の外周部分となるシリンダ外周上面部には、クランクシャフト７より飛散する潤滑油を受けて、シリンダとピストン４の摺動面へと供給するための油だまり部１ｄが設けられている。

図４は、図２に示すシリンダとクランクシャフト７とピストン４とコンロッド２の組立状態における位置関係を示す図である。本実施例においてはシリンダブロック１のボア部１ｃの上部に設けた油だまり部１ｄのクランクシャフト７側端部１ｅは、クランクシャフト７に近い部分ほど高さが低くなるように傾斜させる形状としている。具体的には、油だまり部１ｄはシリンダ外周上面部の一部を凹ませた凹形状となっており、この凹形状部はシリンダ開口面側が低くなるように傾斜しており、ピストンの往復方向と直交する水平方向には傾斜のない形状としている。また、この凹形状部はシリンダ開口面側以外の周囲が段形状で囲まれており、また、図３の斜視図からもわかるとおり、凹形状幅がシリンダの内径よりも小さく形成されている。

このように、シリンダ幅方向には傾斜のない構造とすることによって、油だまり部１ｄ上の潤滑油をシリンダ幅方向へ移動することを防ぐことができる。また、周囲が段形状によって囲まれた凹形状部としたため、段形状によって囲まれた方向への潤滑油の滴下を阻むことができる。また、凹形状幅をシリンダ内径よりも小さく形成することによって、シリンダ１の開口よりも外側へ潤滑油が滴下することを阻み、シリンダとピストン４の摺動面に潤滑油を効果的に供給できる。さらに、シリンダ開口面側を低くすることによって、油だまり部１ｄからシリンダ開口面側へと潤滑油を導くことができる。なお、この凹形状幅の具体的な寸法等については後述する。

次に、油だまり部１ｄ上の潤滑油に負荷される外力について図５を用いて説明する。本実施例の油だまり部１ｄは平坦部１ｆと傾斜部１ｅにより形成され、傾斜部１ｅ上にある潤滑油２０は傾斜部に沿ってクランクシャフト７側に流れ落ちる力が負荷される。また、傾斜部１ｅの端部１ｈには、潤滑油が端部１ｈから落下することを防ぐ方向に潤滑油の表面張力が発生する。したがって傾斜部に沿ってクランク軸７側に流れ落ちる力が潤滑油の表面張力よりも大きくなるように傾斜部１ｅの端部１ｈにおける接線方向の角度、傾斜部１ｅの幅Ｗを設定する必要がある。本実施例では端部１ｈでの接線の角度を３０度、傾斜部１ｅの幅Ｗを５ｍｍに設定した。さらに、平坦部１ｆの角度θを１度として潤滑油の流れ落ちる力を増加させた。

油だまり１ｄの位置とクランクシャフト７の位置の関係について図６を用いて説明する。クランクシャフト７の下端部より吸い込まれた潤滑油２０はクランクシャフト７の内部に発生する遠心力によりクランクシャフト７の上端部７ａまで持ち上げられ、クランクシャフト７上端部７ａ及びバランスウェイト８の上面８ａで遠心力によりクランクシャフト７の周囲に飛散される。ここで、飛散される潤滑油の軌跡２０ａに着目すると、潤滑油２０ａには重力のみが作用する。従って潤滑油は水平方向には等速運動、垂直方向には重力による等加速度運動となり、図６に示す軌跡２０ａとなる。したがって、クランクシャフト７の上端部７ａの高さ位置は油たまり部１ｄの平坦部１ｆより高くすることが望ましい。

潤滑油の水平方向の軌跡２０ａを図７及び図８を用いて説明する。クランクシャフト７から飛散した潤滑油はクランクシャフト７先端から離れた後、水平方向に働く力はないため、潤滑油の軌跡２０ａは図７に示すように、クランクシャフト７の回転中心Ｏとクランクシャフトの最も偏心した部分Ａを結ぶ直線となる。なお、このクランクシャフトの最も偏心した部分Ａとは、本実施例においては、回転中心Ｏとクランクピンの中心とを結ぶ直線の延長上に位置し、クランクピン中心を挟んで回転中心Ｏの反対側のクランクピン部である。

したがって、クランクシャフト７が右回りに回転する場合、図７のように回転中心Ｏとクランクシャフトの最も偏心した部分Ａを結ぶ直線が油だまりの端部Ｅ_１と一致する回転角（第一の回転角）のときから、図８のように回転中心Ｏとクランクシャフトの最も偏心した部分Ａを結ぶ直線が油だまりの端部Ｅ_２と一致する回転角（第二の回転角）のときまでに噴出する潤滑油が油だまり１ｄに向けて運動する。

上記の第一の回転角と第二の回転角との間の角度が本実施例における潤滑に適した角度であり、この角度∠Ｅ_２ＯＥ_１が確保されることによって、図７もしくは図８の状態で潤滑油が油だまり１ｄに到達すれば、油だまり１ｄに潤滑油を溜め、シリンダのボア部１ｃとピストン４の間の摺動部に確実に潤滑油２０を供給できる。一方、潤滑油の挙動はクランクシャフト７の回転による遠心力と重力により決まるため、クランクシャフト７の回転数が低いときは、クランクシャフト７から飛散する潤滑油の水平方向の速度が遅くなり、油だまり１ｄに到達できない場合がある。本実施例においては図４に示す、クランクシャフト先端７ａと油だまり１ｄのクランクシャフト側端部１ｈの高低差Ｈを３．７ｍｍ設け、クランクシャフト７と油だまり１ｄの端部１ｈの距離Ｄを９．４ｍｍとした。潤滑油の供給の面からみると、高低差Ｈは３ｍｍ以上確保することが望ましく、また、距離Ｄは１０ｍｍ以下とすることが望ましい。このように高低差Ｈと距離Ｄを設定することによって、クランクシャフトの回転数が毎分１０００回転のときに潤滑油が確実に油だまり１ｄに到達するようにした。したがって、圧縮機を低速回転とした場合であっても摺動部の潤滑を可能としている。

以上のように油だまり部１ｄに溜まる潤滑油が確実にピストン４に到達する構造とすることにより、ピストン４とシリンダのボア部１ｃの摺動面に十分な潤滑油が入るため、ピストン４及びシリンダ１のボア部１ｃの磨耗を低減することができる。

より具体的な形態としては、油だまり部１ｄの駆動軸側端面に２ｍｍ以上の範囲で円弧状に下方に傾斜した傾斜部を有し、この傾斜部の駆動軸側端部の傾きが水平面に対して５度以上であることが望ましく、油だまり部１ｄの傾斜部１ｅの半径を３ｍｍの円弧とし、平坦部１ｆの角度を１度とした給油構造を密閉型圧縮機に用いた場合、良好な結果を得た。

ただし、本発明はこれに限られるものではなく、油だまり部の底面の傾斜面は円弧状に傾斜する面でも平面でも構わない。異なる実施形態として、傾斜部１ｅを角度３０度の平坦面とした給油構造を密閉型圧縮機に用いた場合においても良好な結果を得た。

これらの構成により、油だまりに溜まる潤滑油が、潤滑油自身の有する表面張力によって油だまり部１ｄ上に止まり続けることを抑制して、シリンダとピストンの間の摺動面に連続的に供給され、圧縮機の性能を向上することができる。

これまで述べたように、これらの各実施例によれば、シリンダボアとピストンにより構成される摺動面に十分な潤滑油が供給されるため、圧縮機動作時の摺動損失が低減され、圧縮機の効率を向上することができる。また、シリンダボアとピストンの接触面圧を低減でき、シリンダボアとピストンの磨耗が発生しないため、圧縮機の信頼性を向上することができる。

本発明の実施形態に係る密閉形圧縮機の縦断面図。圧縮要素部を拡大した縦断面図。本実施例のシリンダブロックの外観斜視図。各給油構造の関係を示す図。潤滑油が供給された油だまり部を示す断面図。油だまり部への潤滑油の供給状態を示す縦断面図。油だまり部への潤滑油の供給状態を示す上面図。油だまり部への潤滑油の供給状態を示す上面図。

符号の説明

１…シリンダブロック、１ａ…軸受部、１ｂ…フレーム部、１ｃ…ボア部、１ｄ…油だまり部、１ｅ…油だまりの傾斜部、１ｆ…油だまりの平坦部、２…コンロッド、４…ピストン、７…クランクシャフト、７ａ…クランクシャフトの上端面、８…バランスウェイト、８ａ…バランスウェイトの上面、１１…吸入弁、１２…バルブプレート、２０…潤滑油、２０ａ…飛散する潤滑油の軌跡。

Claims

密閉容器内に圧縮要素及び電動要素を収納し、前記電動要素で駆動される駆動軸の下端部を前記密閉容器に貯留された潤滑油の中に浸し、前記駆動軸の下端部に設けた筒状の給油ピースの遠心力を利用して前記潤滑油を上昇させ、前記駆動軸の上端部から噴出する前記潤滑油をシリンダとピストンから形成される摺動面に供給する密閉形圧縮機において、
シリンダ上面に底面が前記駆動軸側に向けて下方に傾斜した油だまり部を備え、該油だまり部の駆動軸側端面に２mm以上の範囲で円弧状に下方に傾斜した傾斜部を有し、前記傾斜部の駆動軸側端部の傾きが水平面に対して５度以上であることを特徴とする密閉型圧縮機。
前記油だまり部の幅を前記シリンダ内径よりも小さく形成したことを特徴とする請求項１に記載の密閉形圧縮機。
前記駆動部の上端部の高さを前記油だまり部の高さよりも高くしたことを特徴とする請求項１に記載の密閉形圧縮機。