JP4871382B2 - 密閉型圧縮機及びそれを用いた冷蔵または冷凍装置 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びそれを用いた冷蔵または冷凍装置に関するものである。本発明の冷蔵・冷凍装置は冷蔵庫、冷凍庫、冷凍冷蔵庫及びショーケース等を含むものである。

近年、冷蔵庫用に代表される圧縮機では、冷却性能向上のための高性能化、容積効率の向上のための小型化、並びに低騒音化・低コスト化・高信頼性化等が要求されている。従来の冷蔵庫用圧縮機としては、レシプロ式密閉型圧縮機が広く用いられている。

従来のレシプロ式密閉型圧縮機として、例えば特開２００３−１８４７５１号公報（特許文献１）に示された密閉型圧縮機がある。

この密閉型圧縮機は、図１０に示すように、密閉容器２１内に電動機２２と圧縮機構部２３を収納して構成されている。この圧縮機構部２３は、クランクシャフト２５の偏心部２６、コネクティングロッド２９、ピストン２８及びシリンダ２７などから構成されている。偏心部２６は、フレーム２４に軸支されたクランクシャフト２５の上端に偏心回転するように設けられている。シリンダ２７内を往復摺動するピストン２８は、コネクティングロッド２９を介して偏心部２６と連接されている。そして、コネクティングロッド２９とピストン２８とは、図１１に示すように、ボールジョイント３０によって連接されている。

コネクティングロッド２９は、球体部３１と、偏心部２６と連接するリング部３２と、両端にこれら３１、３２を固接する連接棒（ロッド部）３３とからなる。ピストン２８には、コネクティングロッド２９の球体部３１を嵌合する球座３４が設けられ、球体部３１に固接された連接棒３３が球座３４に対して揺動自在となるように連接されている。球座３４の奥側には、加工の都合上で設けられる凹部３５を有している。

そして、ピストン２８の往復動に伴いコネクティングロッド２９を揺動運動せしめるため、ピストン２８とコネクティングロッド２９とを連接しているボールジョイント３０は、図１２に示すように、僅かな隙間ｅを設けた構成となっている。すなわち、球座３４の内径と球体部３１の外径とが全く同じ寸法では、球座３４と球体部３１とを摺動させることができないため、球座３４の内面の直径Ｄと球体部３１の外面の直径ｄと隙間ｅとの関係は、次の式（１）で表される。

Ｄ＝ｄ＋２・ｅ …（１）

偏心部２６の上面に開口された油供給穴から潤滑油を飛散させ、球体部３１と球座３４との間の入口側に潤滑油を供給し、隙間ｅに潤滑膜を形成するようになっている。

特開２００３−１８４７５１号公報

従来の密閉型圧縮機において、圧縮運転の吸気工程時に球体部３１が隙間ｅの入口側に移動され（図１３参照）、圧縮運転の圧縮工程時に球体部３１が隙間ｅの奥側に移動される（図１４参照）。この圧縮工程時に、シリンダ２７内を高圧に圧縮するため、球体部３１が球座３４の奥側に強く押しつけられ、これにより球座３４の奥側に形成された凹部３５の角部と球体部３１の外球面部とが接触することとなり、その接触部分に極めて大きな接触応力が加えられる。これによって、この接触摺動部における球座３４及び球体部３１が異常摩耗を起こし、圧縮機の信頼性が著しく低下するという問題があることが判った。

本発明の目的は、ピストンの球座とコネクティングロッドの球体部との接触応力を低減することができ、信頼性に優れた密閉型圧縮機及びそれを用いた冷蔵または冷凍装置を提供することにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、電動機の回転力を伝えるクランクシャフトと、シリンダ内を往復動するように配置され、クランクシャフト側に内球面部を有する球座を備えたピストンと、前記球座の内球面部の直径より小さい直径の外球面部を有して前記球座に接続される球体部を一端に備えると共に、前記クランクシャフトに嵌合されるリング部を他端に備えるコネクティングロッドと、を有する密閉型圧縮機において、前記球座の奥側中心部に凹部が形成され、該凹部及びその外側の部分に対面する位置であって、前記球体部の先端側部分に前記外球面部より縮小する縮小面部を形成したものである。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記縮小面部を前記外球面部の曲率半径より小さな曲率半径を有する球面を介して形成したこと。

また、本発明の第２の態様は、電動機からの回転力を伝えるクランクシャフトと、シリンダ内を往復摺動するように配置された、内球面部を有する球座を形成したピストンと、一端に前記球座に接続させるための外球面部を有する球体部を、他端に前記クランクシャフトに嵌合させるためのリング部を、連結部を用いて連結したコネクティングロッドとを備えた密閉型圧縮機であって、前記球体部の先端部に対向する位置の前記球座に凹部が形成され、前記内球面部と前記外球面部との間に間隙が形成され、前記外球面部の曲率半径が前記球体部の先端部で大なるものである。
係る本発明の第２の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）曲率半径の異なるふたつの外球面部が交わる連続部であって、該連続部の曲率半径が前記ふたつの外球面部のいずれかの曲率半径よりも小さいこと。
（２）前記間隙は前記球座の凹部に向かって大なること。

また、本発明の第３の態様は、前記第１及び第２の態様の密閉型圧縮機を冷蔵または冷凍手段として用いた冷蔵または冷凍装置である。

本発明によれば、ピストンの球座とコネクティングロッドの球体部との接触応力を低減することができ、信頼性に優れた密閉型圧縮機及びそれを用いた冷蔵または冷凍装置を提供することができる。

本発明の第１実施例のレシプロ式密閉型圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機構部の一部を示す断面平面図である。 図１の圧縮機構部に用いられるピストンの断面図である。 図１の圧縮機構部に用いられるコネクティングロッドの平面図である。 図１のボールジョイント部の断面図である。 図５のＡ部拡大図である。 図５のボールジョイント部の加工方法を示す断面図である。 本発明の第２実施例のレシプロ式密閉型圧縮機のボールジョイント部の縦断面図である。 図８に用いられるコネクティングロッドの球体部の断面図である。 従来のレシプロ式密閉型圧縮機の縦断面図である。 図１０の圧縮機構部の一部を示す断面平面図である。 図１１のボールジョイント部の一部を拡大して示す断面図である。 図１１のボールジョイント部の吸入工程時における断面模式図である。 図１１のボールジョイント部の圧縮工程時における断面模式図である。

以下、本発明の複数の実施例について図を用いて説明する。各実施例の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施例）

まず、本発明の第１実施例を図１から図６を用いて説明する。

本実施例のレシプロ式密閉型圧縮機の全体構成に関して、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施例のレシプロ式密閉型圧縮機の縦断面図、図２は図１の圧縮機構部の一部を示す断面平面図である。本実施例のレシプロ式密閉型圧縮機は冷凍冷蔵庫に用いられるものであるが、前述したように冷蔵・冷凍装置に適用できる。

密閉容器１２の内部に、ロータ９及びステータ１１を備えた電動機１６と、圧縮機構部１７が設けられている。フレーム４は電動機１６や圧縮機構部１７を密閉容器１２内で支持するものである。クランクシャフト８は、電動機１６のロータ９を固定し、フレーム４に支持されている。クランクシャフト８の上端には偏心部３が設けられている。偏心部３とピストン５との間を結ぶボールジョイント部１４は、シリンダ５に対してピストン１を往復駆動させるために設けられ、ピストン１の球座１ａとコネクティングロッド２の球体部２ａとにより構成される。球座１ａはクランクシャフト側に開口する球面部で形成されている。コネクティングロッド２は、連接棒２ｂと、連接棒２ｂの一端に固接した球体部２ａと、連接棒２ｂの他端に固接したリング部２ｃと、を備える。リング部２ｃは、偏心部３に摺動可能に嵌合されている。また、コネクティングロッド２には、給油孔２ｄが形成されている。この給油孔２ｄは、球体部２ａ、連接棒２ｂ及びリング部２ｃを貫通して形成され、偏心部３に形成された油供給穴１５に連通されている。

前述のように、冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機は、密閉容器１２内に電動機１６と圧縮機構部１７が収納されている。この圧縮機構部１７は、フレーム４に軸支されたクランクシャフト５の上端側に配置され、偏心回転する偏心部３と、シリンダ５内を往復摺動するピストン１と、偏心部３に連接するリング２ｃとピストン８に連接する球体部２ａとを連接棒２ｂで一体に固接したコネクティングロッド２と、から構成されている。そして、コネクティングロッド２とピストン１とは、球体部２ａとピストン１の球座１ａとを組み合わせたボールジョイント部１４によって連接されている。

ピストン１はフレーム４上に設置されたシリンダ５の中に往復自在に設置されている。ピストン１の球座１ａには、球体部２ａを介してコネクティングロッド２が揺動自在に取り付けられている。コネクティングロッド２のリング部２ｂはクランクシャフト８の偏心部３に軸受けを介し回転自在に取り付けられている。密閉容器１２内にスプリング１０を介して取り付けられているステータ１１とロータ９からなる電動機１６の回転力は、クランクシャフト８に伝えられ、その偏心部８によってコネクティングロッド２を介しピストン１をシリンダ５内で往復運動させる。シリンダ５にはバルブプレート６を介しシリンダヘッド７が取り付けられており、ピストン１の往復動作に同期しバルブ（図示せず）が開閉することにより、密閉容器１２外から導かれた流体を圧縮する。

ピストン１とシリンダ５との間や、コネクティングロッド２と偏心部３との間や、クランクシャフト８とフレーム４の軸受け部との間や、球座１ａと球体部２ａとの間などの摺動部位は、圧縮機の運転時には密閉容器１２内に溜められている潤滑油（図示せず）によって潤滑される。潤滑油は、クランクシャフト８の内部に軸全長に亘り連通するように形成された油供給穴１５を介して、密閉容器１２の下部から汲み上げられ、摺動部位に供給される方法が採られている。潤滑油の汲み上げには、強制的にトロコイドポンプを追加する方法や、クランクシャフト８の回転力を遠心ポンプとして作用させ給油する方法等がある。本実施例では、遠心ポンプが用いられている。

次に、本実施例のボールジョイント部１４を構成するピストン１及びコネクティングロッド２の具体的構造に関して、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は図２に用いられるピストン１の中央断面図、図４は図２に用いられるコネクティングロッド２の平面図である。

図３に示すように、ピストン１の球座１ａの奥側の中央部には、球座１ａを加工する際に必要な凹部１ｂが設けられている。この凹部１ｂは、球座１ａを加工する工具の逃げ部を構成するものである。球座１ａの入口側には、開口部１ｃが設けられている。また、球座１ａの入口側には、球体部２ａを挿入する挿入口となる挿入溝１ｄが設けられている。挿入溝１ｄは、その底部が球座１ａの最大外径の位置まで延び、ピストン１の中心線に対して左右対称に設けられている。図４に示すように、コネクティングロッド２の球体部２ａは、球形から上下方向のある範囲を除去された、平面カット部２ａ１を有する。この平面カット部２ａ１はリング部２ｃの端面上下と平行に、すなわち上下面平行に形成されている。

ピストン１の挿入溝１ｄと球体部２ａの平面カット部２ａ１との位置を合わせ、球体部２ａを挿入溝１ｄを通して挿入した後、ピストン１とコネクティングロッド２を略直角分、回転させる。これにより、球体部２ａは、その直径より小さい開口部１ｃとの連接で抜けることがなくなり、ボールジョイント部１３が完成する。

次に、本実施例のボールジョイント部１４の摺動部位の接触応力を小さくできる構造及び製造方法に関して、図５から図７を参照しながら説明する。図５は図２に用いられるボールジョイント部１４の断面平面図、図６は図５のＡ部拡大図、図７は図５の拡大面部１ａ２の製作方法を示す図である。

球座１ａは、図５に示すように、奥側の凹部１ｂと入口側の開口部１ｃとの間に配置され、内球面部１ａ１と拡大面部１ａ２とから構成されている。内球面部１ａ１は、球座１ａの主要な受圧面を形成する部分であり、図６に示すように直径Ｄの球面で構成されている。拡大面部１ａ２は、球座１ａの奥側部分に内球面部１ａ１より僅かに拡大するように形成されている。この拡大面部１ａ２は、内球面部１ａ１の円弧面から接線方向に凹部１ｂ側に（中心部側に）延びるテーパ面を有している。本実施例では、このテーパ面が拡大面部１ａ２の全体をなしている。従って、凹部１ｂの外側に全周に亘って拡大面が形成されることとなる。一方、球体部２ａの外球面部２ａ２は直径ｄの球面で構成されている。球体部２ａの外球面部２ａ２は、球座１ａの内球面部１ａ１との間に従来と同様に隙間ｅが形成されると共に、球座１ａの拡大面部１ａ２との間にかかる隙間ｅより徐々に大きくなる隙間が形成される。

奥側の凹部１ｂと入口側の開口部１ｃとの間に内球面部１ａ１を加工した後に、図７に示すように、加工具１８の回転軸心をピストン１の軸心に対して傾斜させてピストン１及び加工具１８を異なる速度で共に回転した状態で、加工具１８を内球面部１ａ１の奥側に押しつけて球座１ａの奥側部分に内球面部１ａ１より拡大する拡大面部１ａ２を形成する。加工具１８の外形面は、球座１ａの最終形状と同一の形状をしている。このようにして簡単にピストン１の球座１ａを製作することができる。なお、図７における点線は、内球面部１ａ１の仮想円弧部を示すものである。

本実施例では、球座１ａの内球面部１ａ１と球体部２ａの外球面部２ａ２との間に隙間ｅを有しているので、この隙間ｅに潤滑油を供給して球座１ａと球体部２ａとを滑らかに摺動させることができる。また、圧縮運転の圧縮工程時に球体部２ａが隙間ｅの奥側に移動されて球座１ａの奥側に強く押しつけられても、球座１ａの奥側部分に内球面部１ａ１より拡大する拡大面部１ａ２を形成しているので、凹部１ｂの角部に接触することを防止でき、球座１ａと球体部２ａとの接触応力を低減することができる。これによって、摺動面の耐摩耗性を向上することができ、信頼性の優れたレシプロ式密閉型圧縮機が得られる。さらには、拡大面部１ａ２に内球面部１ａ１の円弧面より接線方向に拡大するテーパ面を設けているので、拡大面部１ａ２における接触応力の集中を球体部２ａが揺動運動してもより確実に防止することができ、より一層の信頼性向上を図ることができる。

（第２実施例）

次に、本発明の第２実施例について図８及び図９を用いて説明する。図８は本発明の第２実施例のレシプロ式密閉型圧縮機のボールジョイント部１４の断面図、図９は図８のコネクティングロッド２の球体部２ａの断面図である。この第２実施例は、次に述べる点で第１実施例と相違するものであり、その他の点については第１実施例と基本的には同一である。

この第２実施例では、コネクティングロッド２の球体部２ａはその先端側部分に外球面部２ａ２より縮小する縮小面部２ａ３を形成すると共に、ピストン１の球座１ａは拡大面部を有しない内球面部１ａ１で形成している。この第２実施例においても、圧縮運転の圧縮工程時に球体部２ａが隙間ｅの奥側に移動されて球座１ａの奥側に強く押しつけられても、凹部１ｂの角部に線接触することを防止でき、球座１ａと球体部２ａとの接触応力を低減することができる。

また、この第２実施例の縮小面部２ａ３は、全体が外球面部２ａ２より大きな曲率半径で形成されると共に、外球面部２ａ２への連続部が外球面部２ａ２より小さな曲率半径で形成されている。この連続部は外球面部２ａ２の円弧面に接線となるように形成されている。係る構成により、拡大面部１ａ２における接触応力の集中を球体部２ａが揺動運動してもより確実に防止することができ、より一層の信頼性向上を図ることができる。

１…ピストン、１ａ…球座、１ａ１…内球面部、１ａ２…拡大面部、１ｂ…凹部、１ｃ…開口部、１ｄ…挿入溝、２…コネクティングロッド、２ａ…球体部、２ａ１…平面カット部、２ａ２…外球面部、２ｂ…連接棒、２ｃ…リング部、２ｄ…コネクティングロッドの逃げ、３…偏心部、４…フレーム、５…シリンダ、６…バルブプレート、７…シリンダヘッド、８…クランクシャフト、９…ロータ、１０…スプリング、１１…ステータ、１２…密閉容器、１３…加工具、１４…ボールジョイント部、１５…油供給穴、１６…電動機、１７…圧縮機構部、１８…加工具。

Claims (6)

1. 電動機の回転力を伝えるクランクシャフトと、
   シリンダ内を往復動するように配置され、クランクシャフト側に内球面部を有する球座を備えたピストンと、
   前記球座の内球面部の直径より小さい直径の外球面部を有して前記球座に接続される球体部を一端に備えると共に、前記クランクシャフトに嵌合されるリング部を他端に備えるコネクティングロッドと、を有する密閉型圧縮機において、
   前記球座の奥側中心部に凹部が形成され、該凹部及びその外側の部分に対面する位置であって、前記球体部の先端側部分に前記外球面部より縮小する縮小面部を形成したことを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記縮小面部を前記外球面部の曲率半径より小さな曲率半径を有する球面を介して形成したことを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 電動機からの回転力を伝えるクランクシャフトと、
   シリンダ内を往復摺動するように配置された、内球面部を有する球座を形成したピストンと、
   一端に前記球座に接続させるための外球面部を有する球体部を、他端に前記クランクシャフトに嵌合させるためのリング部を、連結部を用いて連結したコネクティングロッドとを備えた密閉型圧縮機であって、
   前記球体部の先端部に対向する位置の前記球座に凹部が形成され、前記内球面部と前記外球面部との間に間隙が形成され、前記外球面部の曲率半径が前記球体部の先端部で大なることを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 曲率半径の異なるふたつの外球面部が交わる連続部であって、該連続部の曲率半径が前記ふたつの外球面部のいずれかの曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記間隙は前記球座の凹部に向かって大なることを特徴とする請求項３に記載の密閉型圧縮機。
6. 請求項１または３に記載された密閉型圧縮機を冷蔵または冷凍手段として用いたことを特徴とする冷蔵または冷凍装置。

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