JP5045521B2 - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Description

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

近年、家庭用冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用される密閉型圧縮機は高効率で且つ高い信頼性が求められている。

従来の密閉型圧縮機としては、給油通路を改善し、オイルをより確実にピストン上部に投射することで、効率と信頼性を改善したものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図６は従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。図７は従来の密閉型圧縮機の上部拡大平面断面図である。

図６から図７において、密閉容器１内部の密閉容器内空間２には、固定子３と永久磁石を内蔵した回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６と、密閉容器１内下部に貯溜したオイル７を収容する。

電動要素５はインバーター（図示せず）によって２０ｒｐｓ未満の運転周波数および８０ｒｐｓ以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。

また、密閉容器内空間２の冷媒には、温暖化係数の低い自然冷媒として代表的な炭化水素系冷媒Ｒ６００ａを用いている。

シリンダー１６を有するブロック１５は略円筒形の圧縮室１７を有するとともに、クランクシャフト８の主軸部９を軸支する主軸受１８を有している。

シリンダー１６には、クランクシャフト８の偏心軸部１０との間を連結手段２０によって連結されたピストン１９が往復摺動自在に挿入されている。

クランクシャフト８の偏心軸部１０は、主軸部９に対し偏心して形成されており、主軸部９には回転子４が圧入固定されている。

クランクシャフト８に形成された給油手段８ａは、一端がオイル７中に開口し他端が粘性ポンプ１２と連通する傾斜ポンプ１１と、粘性ポンプ１２の他端で密閉容器内空間２へと上方に開口した連結孔１３と、連結孔１３から偏心軸部１０の外周に連通するオイル放出路１４とから構成されている。

オイル放出路１４は、一端が内開口部１４ａにおいて連結孔１３内に開口し、他端が外開口部１４ｂにおいて偏心軸部１０の外周に開口している。内開口部１４ａは偏心軸部１０が主軸部９に対して偏心している偏心方向に形成されている。

外開口部１４ｂは、内開口部１４ａから偏心軸部１０の軸心へ向かう方向に対して、クランクシャフトの回転方向Ｄと逆向きに角度θの方向に形成されている。

偏心軸部１０の外開口部１４ｂ近傍には、オイル放出路１４の延出方向に対して略垂直となる面を備えた面取り部１４ｃが加工または鋳抜きで予め形成されており、オイル放出路１４は通常、面取り部１４ｃからドリルによって穿設される。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素５の回転子４はクランクシャフト８を回転させ、偏心軸部１０の回転運動が連結手段２０を介してピストン１９に伝えられることでピストン１９は圧縮室１７内を往復運動する。これにより、冷却システム（図示せず）からの冷媒ガスは圧縮室１７内へ吸入・圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出されるといったサイクルを繰返す。

この際、クランクシャフト８の回転により、傾斜ポンプ１１内のオイル７は遠心力により上方へと汲み上げられ、粘性ポンプ１２を介し各摺動部への給油を施した後、偏心軸部１０内周に設けられた連結孔１３に汲み上げられる。

そしてオイル７は、連結孔１３の上端およびオイル放出路１４から、Ｎで示す放出軌跡を描いて全周方向に放出される。

この際、連結孔１３内では偏心軸部１０の回転に伴う遠心力によりオイル７は偏心方向に偏在しているが、内開口部１４ａは偏心軸部１０が主軸部９に対して偏心している偏心方向に開口しているので、偏在したオイル７は内開口部１４ａから確実にオイル放出路１４へと流れ込む。

そして外開口部１４ｂは内開口部１４ａから偏心軸部１０の軸心へ向かう方向に対して、クランクシャフトの回転方向Ｄと逆向きに角度θの方向に形成されているため、オイル７の投射開始位置が少し遅れることになり、ピストン１９が下死点近傍に位置してシリンダー１６から露出した状態において、オイル７がピストン１９の上面に散布されることになる。

その結果、ピストン１９とシリンダー１６との間に十分な量のオイル７を給油することができ、ピストン１９に設けられた給油溝２１にオイル７が溜められてシール性が高まることで体積効率が上がり、密閉型圧縮機の効率が向上する。

また、同時に十分な給油が得られることでピストン１９とシリンダー１６間での摩耗を減少させることができる。
特開２００７−１００６７０号公報

しかしながら、従来の構成においては、連結孔１３にあるオイル７に作用する遠心力が低下する低速運転時には、オイル７の水平方向へ飛散する速度が遅くなるため重力により落下することでピストン１９の上面より低い位置に散布され、潤滑状態が悪くなり、信頼性が低下する可能性があった。

また、給油量が増加する高速時には、連結孔１３の上方でオイル７が略鉛直方向上向きに飛散してしまってピストン１９の上面へ給油されず、信頼性が低下する可能性があるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、運転速度が変化してもオイルを確実にピストンの上面へ飛散させることで、高い信頼性を備えた密閉型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、本発明の密閉型圧縮機は、一端が給油通路に連通し、他端が偏心軸部の軸心から法線方向に向かって密閉容器内に開口するオイル放出路を偏心軸部に設け、オイル放出路は、主軸部の軸心に対する偏心軸部の軸心の偏心方向から、偏心軸部の円周方向にずれた位置に設けたので、給油量の少ない低速運転時にはピストンよりも高い位置である給油通路の上端から潤滑油が飛散し、重力により落下してもピストンの上面へ確実に給油し、さらに給油量の多い高速運転時にはオイル放出路からと、給油通路の上端の両方からオイルが略水平方向へ飛散するので、ピストンの上面へ確実に給油するという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、ピストンとシリンダー間を潤滑できることができるので、高い信頼性を確保することができる。

本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部とを有したシャフトと、円筒形の圧縮室を備えたブロックと、前記ブロックに形成され前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段とを備え、前記シャフトに下端が前記潤滑油に連通し上端が前記偏心軸部の上部で前記密閉容器内に開口した給油通路を設けるとともに、一端が前記給油通路に連通し、他端が前記偏心軸部の軸心から法線方向に向かって前記密閉容器内に開口するオイル放出路を前記偏心軸部に設け、前記オイル放出路は、前記主軸部の軸心に対する前記偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の円周方向にずれた位置に設け、前記電動要素は少なくとも電源周波数未満の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動されるとしたもので、給油量の少ない低速運転時にはピストンよりも高い位置にある給油通路の上端から潤滑油が飛散し、重力により落下してもピストンの上面へ確実に給油し、一方で給油量の多い高速運転時にはオイル放出路からと、給油通路の上端の両方から潤滑油が略水平方向へ飛散するので、ピストンの上面へ確実に給油し、ピストンとシリンダー間を潤滑できることができるので、信頼性を高くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、オイル放出路は、主軸部の軸心に対する偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の回転方向にずれた位置に設けた第一オイル放出路と、前記偏心軸部の反回転方向にずれた位置に設けた第二オイル放出路とを備えたもので、高速運転時には潤滑油が第一オイル放出路と第二オイル放出路の両方から放出し、ピストンの動きに対して異なるタイミングで飛散させることができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、ピストンの上部の広い範囲に給油し、潤滑状態を良くできるのでさらに信頼性を高くすることができ、摺動損失を低減できるので効率を高くすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、オイル放出路は、主軸部の軸心に対する偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の円周方向に１０°〜５０°の範囲でずれた位置に設けたもので、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、気筒容積が異なる等で偏心量が異なる場合でも、潤滑油をピストンがシリンダーから出るタイミングに合わせて飛散させることができ、また、給油通路の上端への給油量を確保した上でオイル放出路から飛散させる量をコントロールすることができるので、運転可能な回転数を低くすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、オイル放出路は、ピストンの上部とほぼ同一高さに設けられたとしたもので、ピストンの上部とシャフトの偏心軸部の高さを近づけて設定することができるので、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、密閉容器の高さを低く設定することができ、密閉型圧縮機の高さを低くすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、潤滑油の粘度がＶＧ３〜ＶＧ８としたものであり、ピストンとシリンダー間のシール性が悪くなりやすい低粘度の潤滑油を用いた場合でも冷媒の漏れを低減できるので、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに冷媒の漏れを低減しつつ摺動損失を低減することができるので、効率を良くすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、圧縮要素が吸入し圧縮する冷媒が炭化水素系冷媒であるとしたもので、フロン系冷媒と比較してピストンの外径が大きくなる冷媒を用いた場合でも、シール性を確保して冷媒の漏れを低減できるので、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらに効率を良くすることができる。

以下、本発明による密閉型圧縮機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この発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大縦断面図である。図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機のシャフトの斜視断面図である。図４と図５は、同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大平面断面図である。

図１から図５おいて、密閉容器１０１内に潤滑油１０２を貯留するとともに、電動要素１０３と圧縮要素１０４とで構成された電動圧縮要素１０５を収容する。また、密閉容器１０１内は冷媒１０６で満たされている。

電動要素１０３は、回転子１１１と固定子１１２とで構成されており、インバーター（図示せず）により、少なくとも電源周波数未満の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。

圧縮要素１０４は、略鉛直方向に配設され回転子１１１を固定した主軸部１１３と、偏心軸部１１４とを備えたシャフト１１５を備える。

さらに、圧縮要素１０４は、シャフト１１５の主軸部１１３を軸支する主軸受１１６と圧縮室１１７を形成するシリンダー１１８とを備えたブロック１１９と、連結手段１２０と、シリンダー１１８内を往復動するピストン１２１とを備えている。

シャフト１１５には、下端１３１が潤滑油１０２に連通し、上端１３２が偏心軸部１１４の上端で密閉容器１０１内に開口した給油通路１３３を設けられている。

さらに、一端１３４が給油通路１３３に連通し、他端１３５が偏心軸部１１４の軸心（図３中の軸心Ａ）から法線方向に向かって密閉容器１０１内に開口するオイル放出路１３６を偏心軸部１１４に設けている。

オイル放出路１３６として、主軸部１１３の軸心（図３中の軸心Ｂ）に対する偏心軸部１１４の軸心の偏心方向（図３中の矢印Ｃ）から、偏心軸部１１４の円周方向の回転方向（上方から見て時計周り方向）へずれた位置に設けた第一オイル放出路１３６ａと、偏心軸部１１４の反回転方向（反時計回り方向）にずれた位置に設けた第二オイル放出路１３６ｂとを備えている。

第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂは、主軸部１１３の軸心に対する偏心軸部１１４の軸心の偏心方向から、偏心軸部１１４の円周方向に１０°〜５０°の範囲であるそれぞれ回転方向へ３０°（図３，図４中のα）と反回転方向へ３０°（図３，図４中のβ）ずれた位置に設けており、ピストン１２１の上部１４１とほぼ同一高さの位置に設けている。

潤滑油１０２の粘度はＶＧ３〜ＶＧ８の低粘度油であり、圧縮要素１０４が吸入し圧縮する冷媒１０６には炭化水素系冷媒であるＲ６００ａを用いている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

電動要素１０３の回転子１１１はシャフト１１５を上方から見て時計周りに回転させ、偏心軸部１１４の回転運動が連結手段１２０を介してピストン１２１に伝えられることでピストン１２１はシリンダー１１８を往復運動する。それにより、冷媒１０６は冷却システム（図示せず）から圧縮室１１７内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。

その際、シャフト１１５が回転することで給油通路１３３の下端１３１は遠心力により傾斜ポンプとして働き、潤滑油１０２を上方へと給油する。従って遠心力の小さい低速運転時には給油量は少なくなり、高速運転時には給油量は多くなる。

従って低速運転時には、図４に示すように、潤滑油１０２は第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの円周方向の間の給油通路１３３の内壁面に沿って上方へ移動するため、オイル放出路１３６からは飛散せず、ピストン１２１の上部１４１よりも高い位置である給油通路１３３の上端１３２から潤滑油１０２が飛散し、重力により落下してもピストン１２１の上部１４１へ確実に給油し、ピストン１２１とシリンダー１１８間を潤滑することができるので、信頼性を高くすることができる。

ここで、この潤滑油１０２の挙動について詳細に説明する。

運転時において、給油通路１３３内の潤滑油１０７は、主軸部１１３の軸心（図３中の軸心Ｂ）に対する偏心軸部１１４の軸心の偏心方向（図３中の矢印Ｃ及び図４中の矢印Ｃ）を中心として円周方向に集積するが、低速運転時においては遠心力が小さいために給油量が少なくなり、給油通路１３３内の潤滑油１０７はあまり円周方向には広がらない。

そのため、給油通路１３３内の潤滑油１０７は、第一オイル放出路１３６ａや第二オイル放出路１３６ｂまで円周方向に広がることはなく連通しないため、図４中の矢印Ｃと中心として、第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの円周方向の間の給油通路１３３の内壁面に集積し、上方へ移動する。

また、一方で高速運転時には、図５に示すようにオイル放出路１３６と、給油通路１３３の上端１３２との両方に潤滑油１０２を分流することで、給油通路１３３の上端１３２への給油量を減らして上端１３２での潤滑油１０２に作用する上向きの力を抑制できるので、潤滑油１０２を略水平方向へ飛散させることができるので、ピストン１２１の上部１４１へ確実に給油し、ピストン１２１とシリンダー１１８間を潤滑できることができるので、信頼性を高くすることができる。

低速運転時と同様に、高速運転時のこの潤滑油１０２の挙動について詳細に説明する。

運転時において、給油通路１３３内の潤滑油１０７は、主軸部１１３の軸心（図３中の軸心Ｂ）に対する偏心軸部１１４の軸心の偏心方向（図３中の矢印Ｃ及び図４中の矢印Ｃ）を中心として円周方向に集積するが、高速運転時においては遠心力が大きいために給油量が多くなり、給油通路１３３内の潤滑油１０７は比較的広く円周方向に広がって集積する。

そのため、給油通路１３３内の潤滑油１０７は、第一オイル放出路１３６ａや第二オイル放出路１３６ｂまで円周方向に広がり、一部連通することになる。

そして、第一オイル放出路１３６ａからは放出軌跡Ｅのように潤滑油が放出され、第二オイル放出路１３６ｂからは放出軌跡Ｆのように潤滑油が放出され、第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの円周方向の間の内壁面に集積して上方へ移動した潤滑油は、低速運転時と同様に、放出軌跡Ｇのように潤滑油が放出される。

このように、第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂを設けたので、ピストン１２１の動きに対して異なるタイミングで両方のオイル放出路１３６から放出し飛散させることができるので、ピストン１２１の上部１４１の広い範囲に給油し、潤滑状態を良くできるので、さらに信頼性を高く、また摺動損失が低減できるので効率を高くすることができる。

また、密閉型圧縮機の気筒容積が異なる等で偏心軸部１１４の主軸部１１３からの偏心量が異なり、シャフト１１５の回転位置とピストン１２１がシリンダー１１８から露出するタイミングとが異なる場合でも、偏心軸部１１４の軸心の偏心方向から偏心軸部１１４の円周方向にずれて設ける第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの角度（図３，図４中のα，β）を１０°〜５０°の範囲で調整し設けることで、密閉型圧縮機の気筒容積が異なる等で偏心軸部１１４のピストン１２１がシリンダー１１８から露出するタイミングに合わせて潤滑油１０２をピストン１２１に向けて放出することができる。

また、第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの円周方向の間の内壁面に集積して上方へ移動した潤滑油は、低速運転時と同様に、放出軌跡Ｇのように潤滑油が放出されるため、給油通路１３３の上端１３２への給油量を確保した上でオイル放出路１３６から飛散させる量をコントロールすることができるので、運転可能な回転数を低くすることができ、冷蔵庫などの省エネ運転を実現することができる。

また、オイル放出路１３６はピストン１２１の上部１４１とほぼ同一高さに設けたので、ピストン１２１の上部１４１とシャフト１１５の偏心軸部１１４の高さを近づけて設定することができるので、密閉容器１０１を低く設定することができるので、密閉型圧縮機の高さを低くすることができる。

また、ピストン１２１とシリンダー１１８間のシール性が悪くなりやすい低粘度の潤滑油１０２を用いた場合でも、冷媒１０６の漏れを低減しつつ摺動損失を低減することができるので、さらに効率を高くすることができる。

また、ピストン１２１の外径がフロン系冷媒と比較して大きくなる炭化水素系冷媒を用いた場合でも、シール性を確保して冷媒１０６の漏れを低減できると共にピストン１２１とシリンダー１１８間に潤滑油１０２を多く供給できるので、さらに効率を高くすることができる。

なお、オイル放出路１３６は第一オイル放出路１３６ａと第二オイル放出路１３６ｂの２つを設けたが、偏心軸部１１４の異なる高さおよび位置に複数個設けても同様の効果が得られることはいうまでもない。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、冷蔵庫以外にも自販機や空調機器の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大縦断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機のシャフトの斜視断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大平面断面図 同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大平面断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の要部拡大平面断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ 潤滑油
１０３ 電動要素
１０４ 圧縮要素
１０６ 冷媒
１１３ 主軸部
１１４ 偏心軸部
１１５ シャフト
１１６ 主軸受
１１７ 圧縮室
１１９ ブロック
１２０ 連結手段
１２１ ピストン
１３３ 給油通路
１３６ａ 第一オイル放出路
１３６ｂ 第二オイル放出路

Claims (6)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部とを有したシャフトと、円筒形の圧縮室を備えたブロックと、前記ブロックに形成され前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受と、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段とを備え、前記シャフトに下端が前記潤滑油に連通し上端が前記偏心軸部の上部で前記密閉容器内に開口した給油通路を設けるとともに、一端が前記給油通路に連通し、他端が前記偏心軸部の軸心から法線方向に向かって前記密閉容器内に開口するオイル放出路を前記偏心軸部に設け、前記オイル放出路は、前記主軸部の軸心に対する前記偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の円周方向にずれた位置に設け、前記オイル放出路は第一オイル放出路と、第二オイル放出路を有し、前記第一オイル放出路と前記第二オイル放出路とは前記偏心軸部の前記連結手段よりも上方に備えられ、前記電動要素は少なくとも電源周波数未満の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される密閉型圧縮機。
2. オイル放出路は、主軸部の軸心に対する偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の回転方向にずれた位置に設けた第一オイル放出路と、前記偏心軸部の反回転方向にずれた位置に設けた第二オイル放出路とを備えた請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. オイル放出路は、主軸部の軸心に対する偏心軸部の軸心の偏心方向から、前記偏心軸部の円周方向に１０°〜５０°の範囲でずれた位置に設けた請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. オイル放出路は、ピストンの上部とほぼ同一高さに設けられた請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 潤滑油の粘度がＶＧ３〜ＶＧ８である請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 圧縮要素が吸入し圧縮する冷媒が炭化水素系冷媒である請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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