JP5195224B2

JP5195224B2 - 密閉型圧縮機

Info

Publication number: JP5195224B2
Application number: JP2008245827A
Authority: JP
Inventors: 康司林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2013-05-08
Anticipated expiration: 2028-09-25
Also published as: JP2010077861A

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、地球環境に対する要求から省エネ化への動きが加速されており、なおかつ高い信頼性や低騒音化が求められている。

従来の密閉型圧縮機としては、ピストンクランク機構からなる往復動式の密閉型圧縮機が一般的である（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技術の往復動式の密閉型圧縮機について説明する。

図５は従来の往復動式の密閉型圧縮機の縦断面図であり、図６は従来の往復動式の密閉型圧縮機の横断面図である。

図５、図６において密閉容器１内には電動要素２と電動要素２により回転駆動される圧縮機構３がそれぞれ収容される。電動要素２と圧縮機構３は一体的に組み立てられ、複数の支持スプリング４により密閉容器１内に弾性支持される。支持スプリング４は密閉容器１内の周方向に沿って適宜間隔をおいて複数個配設される。

電動要素２はプレート状固定子鉄心を積層して構成される固定子５と、この固定子５に回転自在に収容される回転子６とを有する。

クランクシャフト７は主軸部９と偏心部１０を備えることで形成されている。主軸部９には回転子６が軸装されるとともに圧縮機構３のすべり軸受構造の軸受部１１に回転自在に支持される。

電動要素２により主軸部９を介して駆動される圧縮機構３は、ブロック１２により形成された圧縮室１４内を摺動自在に設けられるピストン１５と、このピストン１５をクランクシャフト７の偏心部１０に連結するコネクティングロッド１６と、図示しない吸込弁および吐出弁を備えたバルブプレート１７と、このバルブプレート１７を外側から覆うシリンダヘッド１８とを有する。

ピストン１５には偏心部１０の軸心と平行となるように、コネクティングロッド１６と接続するピストンピン１９が配設されている。ピストンピン１９の軸線は圧縮室１４の軸線を通るように配設し、圧縮室１４の軸線は主軸部９の軸線と交差するように配設してある。

以上のように構成された往復動式の密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素２に通電すると、電動要素２が起動して回転子６が回転せしめられ、この回転子６と一体にクランクシャフト７が回転し、偏心部１０の運動がコネクティングロッド１６からピストンピン１９を経てピストン１５を圧縮室１４内で往復運動させることで冷媒ガス（図示せず）が連続して圧縮される。
特開２０００−２９１５４８号公報

しかしながら上記従来のような配置では、圧縮時にはピストン１５が側圧を受けるために、圧縮室１４との摺動ロスが大きくなり、入力が増大し、摺動による摩耗が発生するという課題を有していた。また、ピストンピン１９の軸線が圧縮室１４の軸線上にあると、上死点で圧縮工程から吸入工程に移る際に、ピストン１５の動きが不安定になり、ピストン１５が圧縮室１４に衝突を繰り返し、騒音を発生させ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、信頼性、エネルギー効率が高く、かつ低騒音の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、圧縮室の軸心に対して軸心が主軸部の反回転方向側に位置するように、ピストンピンが配置されたものであり、ピストン側圧を軽減することで信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができる。

本発明の密閉型圧縮機は信頼性、エネルギー効率が高く、かつ低騒音の密閉型圧縮機を提供することができるという効果が得られる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と前記圧縮機構を駆動する電動要素を収容し、前記圧縮機構は、主軸部及び偏心部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、圧縮室を形成するブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、軸心が前記主軸部及び前記偏心部の軸心と平行となるように前記ピストンに配設されたピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンとを連
結するコネクティングロッドとを備え、前記圧縮室の軸心に対して軸心が前記主軸部の反回転方向側に位置するように、前記ピストンピンが配置され、ピストンは反圧縮室側に開口する空洞部を備え、前記空洞部の開口端部において、主軸部の回転方向側よりも反回転方向側の方が前記空洞部の開口が大きいもので、ピストン側圧を軽減することで信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができるという効果が得られる。
また、ピストンピン軸心が圧縮室軸芯に対し、主軸部の反回転方向側に配しているために、コネクティングロッドとピストンのクリアランスが小さくなることによる、ピストンとコネクティングロッドの接触を防止しつつ、ピストン側圧を軽減することで信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができるという効果が得られる。

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、圧縮室の軸心と軸受部の軸心とが互いに交差するように、前記圧縮室及び前記軸受部が配置されたものであり、ピストン側圧を軽減することで、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができるという効果が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、軸受部の軸心に対して圧縮室の軸心が主軸部の反回転方向側に位置するように、前記圧縮室及び前記軸受部が配置されたものであり、圧縮室の軸心を主軸部の反回転方向側に位置させることで、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに側圧を軽減させることができ、信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができるという効果が得られる。

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、ピストンにピストンピンを挿入する挿入部を設け、前記挿入部の少なくとも一端に前記挿入部に垂直な平面部を設けたもので、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さらに前記ピストンに前記ピストンピン挿入部を加工する際の、加工ツール先端の逃げを回避することができ、加工精度を良好にしつつ、ピストン側圧を軽減することで信頼性、エネルギー効率を改善し、かつ騒音を低減することができるという効果が得られる。

以下、本発明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、図２は同実施の形態における密閉型圧縮機の水平断面図、図３は同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大断面図、図４は同実施の形態における密閉型圧縮機のピストン空洞部拡大図である。

図１、図２、図３、図４において密閉容器１０１内には電動要素１０２と電動要素１０２により回転駆動される圧縮機構１０３がそれぞれ収容される。電動要素１０２と圧縮機構１０３は一体的に組み立てられ、複数の支持スプリング１０４により密閉容器１０１内に弾性支持される。支持スプリング１０４は密閉容器１０１内の周方向に沿って適宜間隔をおいて複数個配設される。

電動要素１０２はプレート状固定子鉄心を積層して構成される固定子１０５とこの固定子１０５に回転自在に収容される回転子１０６とを有する。

クランクシャフト１０７は主軸部１０９と偏心部１１０を備えることで形成されている。主軸部１０９には回転子１０６が軸装されるとともに圧縮機構１０３のすべり軸受構造の軸受部１１１に回転自在に支持される。

電動要素１０２により主軸部１０９を介して駆動される圧縮機構１０３は、ブロック１１２により形成された圧縮室１１４を有し、圧縮室１１４の軸線は主軸部１０９の軸線と互いに交差するように配設してある。また、圧縮室１１４内を摺動自在に設けられるピストン１１５と、このピストン１１５をクランクシャフト１０７の偏心部１１０に連結するコネクティングロッド１１６と、図示しない吸込弁および吐出弁を備えたバルブプレート１１７と、このバルブプレート１１７を外側から覆うシリンダヘッド１１８とを有する。

ピストン１１５には、コネクティングロッド１１６を内部に組み込むためのピストン空洞部１３５が設けられ、偏心部１１０の軸心１３０と平行になるように、コネクティングロッド１１６と接続するピストンピン１１９がピストン空洞部１３５内に配設されている。

ピストン空洞部１３５は開口端部１３６において、主軸部１０９の回転方向側１３５ａよりも反回転方向側１３５ｂの方がピストン空洞部１３５の開口が大きく構成しており、ピストン１１５の側部の肉厚は、主軸部１０９の反回転方向側よりも回転方向側を厚く構成している。

ピストンピン１１９の軸中心１３２は、圧縮室１１４の軸心１３１に対して主軸部１０９の反回転方向側に、δだけオフセット（平行移動）されて配置されている。さらに、ピストン１１５にはピストンピン１１９の挿入部に垂直な平面部１２０を設けている。

図３は圧縮工程を示しており、コネクティングロッド１１６がピストン１１５を押す力１２１及び、その分力をそれぞれ、ピストン１１５を圧縮室１１４の軸心方向に移動させる力１２２と、ピストン１１５を圧縮室１１４の壁面に押しつける側圧１２３として示している。

また、コネクティングロッド１１６がピストン１１５を押す力１２１とピストン１１５を圧縮室１１４の軸心方向に移動させる力１２２によって形成される角度をαとしている。また、圧縮室１１４内の冷媒ガス（図示せず）がピストン１１５を反圧縮室１１４の方向に押し戻す力をＦとしている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素１０２に通電すると、電動要素１０２が起動して回転子１０６が時計回りに回転せしめられ、この回転子１０６と一体にクランクシャフト１０７が回転し、偏心部１１０の運動がコネクティングロッド１１６からピストンピン１１９を経てピストン１１５を圧縮室１１４内で往復運動させることで冷媒ガス（図示せず）が連続して圧縮される。

この際、ピストンピン１１９の軸中心１３２は圧縮室１１４の軸心１３１に対して主軸部１０９の反回転方向側に、δだけオフセットされているので、ピストンピン１１９の軸中心１３２が圧縮室１１４の軸心１３１にあるときに比べ、ピストン１１５を押す力１２１とピストン１１５を圧縮室１１４の軸心方向に圧縮させる力１２２により形成される角度αを小さくすることができる。

ピストン１１５を押す力１２１の分力のうち、ピストン１１５を圧縮室１１４の壁面に押しつける側圧１２３の大きさは、ピストン１１５を押す力１２１の正弦であるため、角度αを小さくすることで、ピストン１１５を圧縮室１１４の壁面に押しつける側圧１２３も同様に小さくすることができる。

ここで、ピストン１１５と圧縮室１１４の壁面との摺動部のうち、側圧１２３によってピストン１１５が圧縮室１１４の壁面に押しつけられる摺動部１３３における摺動損失に注目してみると、摺動部１３３に作用する側圧１２３が小さくなるために面圧も小さくなり、その結果、摺動部１３３における摺動損失を低減することができる。

そのため、ピストン１１５が圧縮室１１４内を往復運動する際に発生する摺動損失を低減することができるとともに、さらに、起動時において起動負荷を軽減することができることで電動要素１０２のトルクを軽減でき、エネルギー効率を向上させることができる。

また、摺動部の面圧を低減することで摺動部に発生する摩耗を低減することができるので、高い信頼性を得ることができる。

さらに、ピストン１１５に作用する圧縮室１１４の軸心１３１に平行な力に注目すると、ピストン１１５を反圧縮室１１４の方向に押し戻す力をＦとピストン１１５を圧縮室１１４の軸心方向に圧縮させる力１２２とが存在するが、ピストンピン１１９の軸中心１３２は圧縮室１１４の軸心１３１に対して主軸部１０９の反回転方向側にδだけオフセットされていることで、力１２２と力Ｆとは平行であるものの作用点は交わらない。

そのため、圧縮行程において、ピストン１１５には図３における時計回りの回転モーメントが常に作用することになり、ピストン１１５がピストンピン１１９の軸中心１３２回りに挙動が不安定となることなく安定させることができ、ピストン１１５と圧縮室１１４の接触や衝突などにより発生する振動や騒音を防止することができ、また良好な摺動状態を維持することができる。

さらに、ピストン１１５の外周部に、ピストンピン１１９の挿入部１３４に垂直な平面部１２０を設けていることで、ピストンピン１１９の挿入部１３４を加工する際の、加工ツール先端がピストン１１５外周の所定位置の逃げてしまうことを回避することができ、加工精度を良好にすることが可能となる。

また、ピストン空洞部１３５は開口端部１３６において、ピストン空洞部１３５の開口は、主軸部１０９の回転方向側１３５ａよりも反回転方向側１３５ｂの方が大きく構成されており、ピストン１１５の側部肉厚は、主軸部１０９の反回転方向側よりも回転方向側を厚くすることができる。

そのため、ピストン１１５の側圧が作用する回転方向側の側部の剛性を高めることで変形を低減し、変形による局所的な摺動を低減し摩耗を防止することができる。

さらに、側圧が作用しない主軸部１０９の反回転方向のピストン１１５の側部は肉厚を薄くすることが可能であり、ピストン空洞部１３５の開口を大きくすることで、ピストン空洞部１３５とコネクティングロット１１６の接触を回避することができる。

また、本実施の形態においては圧縮機構１０３を電動要素１０２の上に配置した往復動式の密閉型圧縮機を例示したが、圧縮機構１０３を電動要素１０２の下に配置したものにおいても同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明の密閉型圧縮機は信頼性が高く、高効率で消費電力が少なく、騒音が低くすることが可能となるため、家庭用冷蔵庫を初めとして、除湿機やショーケース、自販機等、冷凍サイクルを用いたあらゆる用途にも適用できる。

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同実施の形態における密閉型圧縮機の水平断面図同実施の形態における密閉型圧縮機の要部拡大断面図同実施の形態における密閉型圧縮機のピストン空洞部拡大図従来の往復動式の密閉型圧縮機の縦断面図従来の往復動式の密閉型圧縮機の横断面図

符号の説明

１０１密閉容器
１０２電動要素
１０３圧縮機構
１０７クランクシャフト
１０９主軸部
１１０偏心部
１１１軸受部
１１２ブロック
１１４圧縮室
１１５ピストン
１１６コネクティングロッド
１１９ピストンピン
１２０平面部
１３４挿入部
１３５ピストン空洞部
１３６開口端部

Claims

密閉容器内に冷媒ガスを圧縮する圧縮機構と前記圧縮機構を駆動する電動要素を収容し、前記圧縮機構は、主軸部及び偏心部を有するクランクシャフトと、前記クランクシャフトを軸支する軸受部と、圧縮室を形成するブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、軸心が前記主軸部及び前記偏心部の軸心と平行となるように前記ピストンに配設されたピストンピンと、前記偏心部と前記ピストンピンとを連結するコネクティングロッドとを備え、前記圧縮室の軸心に対して軸心が前記主軸部の反回転方向側に位置するように、前記ピストンピンが配置され、ピストンは反圧縮室側に開口する空洞部を備え、前記空洞部の開口端部において、主軸部の回転方向側よりも反回転方向側の方が前記空洞部の開口が大きいことを特徴とする密閉型圧縮機。
圧縮室の軸心と軸受部の軸心とが互いに交差するように、前記圧縮室及び前記軸受部が配置された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
軸受部の軸心に対して圧縮室の軸心が主軸部の反回転方向側に位置するように、前記圧縮室及び前記軸受部が配置された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
ピストンにピストンピンを挿入する挿入部を設け、前記挿入部の少なくとも一端に前記挿入部に垂直な平面部を設けた請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。