JP6204759B2 - 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。

近年、この種の密閉型圧縮機は、低コスト化を実現した上での消費電力の低減が強く望まれている。低コスト化の課題としては生産性の向上が挙げられ、消費電力低減の課題としては摺動特性の改善が挙げられる。これらの課題に対し、従来の密閉型圧縮機としては、ピストンの外形形状を改善することによりピストンとシリンダー間の摺動損失を低減して、高効率化したものがある（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７は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機に用いるピストンの斜視図を示すものである。図７において、ピストン１は、外周面２にシリンダーの内周面と密着するように形成されたシール面部３と、シリンダーの内周面の一部分と密着するように形成されたピストン１の運動方向にほぼ平行に伸びる少なくとも２つの案内面部４と、シリンダーの内周面と密着しない除去部５とを備え、ピストン１の円筒中心軸６と案内面部４の２つの境界エッジ４ａ、４ｂとをピストン半径方向に結ぶ線のなす角度が４０°以下、好ましくは３０°以下である。

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。

運転中、ピストン１は往復運動している。下死点付近においてピストン１はスカート側の一部がシリンダーから外に出る。そしてピストン１がシリンダーに入るとき、案内面部４により案内されるため、スムーズにシリンダーに入ることができる。

米国特許第６９２８９２１号明細書

しかしながら、上記従来の構成では、除去部５を設けているのでピストン１の外周のシール面部３よりスカート側は円筒形でなく段差が存在する。これにより、加工時に回転する研磨砥石が断続的に当たり、ピストンの姿勢が安定しないので 、例えばセンターレスの研磨機が使用できず生産性が低くなる、あるいは部品精度が確保し難く、効率が低くな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、生産性が高く、効率の高い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のピストンは、トップ側の外周面の略全周にシール部を形成し、スカート側の外周面の略全周に前記シール部と略同一半径のガイド部を形成し、その状態で前記シール部とガイド部を含めた外周面を研磨加工し、その後に前記ガイド部を除去して製作している。

これによって、ピストンの外周面を研磨する際、例えばセンターレス研磨を行っても研磨砥石がシール部とガイド部に連続的に当たるため、研磨時のピストンはがたついたり、
ぶれたりすることが無く、姿勢が安定する。そのため、センターレス研磨による連続加工が可能となり、生産性を良くすることができる。また、研磨時のピストンの姿勢が安定するために研磨の加工精度が良くなり、ピストン外周面の真円度や面粗度等が良くなるので、密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストンとシリンダー間の摺動損失が低減すると共に、ピストンとシリンダー間の冷媒の漏れが低減し、効率が良くなる。

また、本発明の密閉型圧縮機は、ピストンのスカート側の端面が加工面である。

これによって、スカート側を加工により除去してピストンを製作する際に、除去する長さを変更するだけで長さの違うピストンを製作することができる。従って、長さの違うピストンを生産する時でも途中まで同じ加工ができるので、生産性が向上する。

本発明の密閉型圧縮機は、ピストンの外周面の研磨を行う際、例えばセンターレス研磨による連続加工が可能となるので、生産性が高く、効率の高い密閉型圧縮機にすることができる。

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 同実施の形態のピストンの側面図 同実施の形態のピストンの上面図 （ａ）同実施の形態のピストンの加工前の側面図（ｂ）同実施の形態のピストンの研磨前後の側面図（ｃ）同実施の形態のピストンの加工完了品の側面図 同実施の形態のピストンのセンターレス研磨の方法を示す模式図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機のピストンの側面図 従来の密閉型圧縮機のピストンの斜視図

第１の発明は、密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダーを備えたブロックと、前記シリンダー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部と、前記ブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受とを備え、前記ピストンは、トップ側の外周面の略全周にシール部を形成し、スカート側の外周面の略全周に前記シール部と略同一半径のガイド部を形成し、その状態で前記シール部とガイド部を含めた外周面を研磨加工し、その後に前記ガイド部を除去して製作することを特徴としている。

これにより、ピストンの外周面を研磨する際、例えばセンターレス研磨を行っても研磨砥石がシール部とガイド部に連続的に当たるため、研磨時のピストンはがたついたり、ぶれたりすることが無く、姿勢が安定する。そのため、センターレス研磨等による連続加工が可能となり、生産性を良くすることができる。また、研磨時のピストンの姿勢が安定するために研磨の加工精度が良くなり、ピストン外周面の真円度や面粗度等が良くなるので、密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストンとシリンダー間の摺動損失が低減すると共に、ピストンとシリンダー間の冷媒の漏れが低減し、効率が良くなる。

第２の発明は、第１の発明において、ピストン外周面の研磨加工前に、シール部とガイド部の間に全周にわたり前記シール部より小さい半径を有する窪み部を形成し、ピストン外周面の研磨加工後に前記窪み部を切断して前記ガイド部を除去して製作することを特徴としている。

これにより、切断する際の切断部付近に生じる塑性変形やバリが窪み部に収まり、研磨を行った外周面に塑性変形による真円度の悪化やバリが発生しない。そのため、ピストンが密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストンとシリンダー間の摺動損失が低減すると共に、ピストンとシリンダー間の冷媒の漏れが低減し、効率が良くなる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、ピストンの外周面の研磨加工前に、シール部とガイド部の間に前記シール部と略同一半径を有する延長部と、前記シール部より小さい半径を有する中抜き部を形成したものである。そのため、製作されたピストンの外周部の面積を小さくすることができ、密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストンとシリンダー間の摺動損失が低減して、効率が良くなる。

第４の発明は、第１から第３のいずれか１つの発明において、ピストンのトップ側の端面に突起部を設けたものである。突起部による重量のアンバランスにより、通常であれば研磨時のピストンの姿勢が不安定になり易いが、本発明の加工方法であれば研磨時のピストンの姿勢が安定するため、研磨の加工精度の改善効果が大きく、効率の改善効果が大きい。

第５の発明は、密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダーを備えたブロックと、前記シリンダー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部と、前記ブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受とを備え、前記ピストンのスカート側の端面が加工面である。

すなわち、スカート側を加工により除去してピストンを製作する際に、除去する長さを変更するだけで長さの違うピストンを製作することができる。従って、長さの違うピストンを生産する時でも途中まで同じ加工ができるので、生産性が向上する。

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、同実施の形態のピストンの側面図、図３は、同実施の形態のピストンの上面図である。図４（ａ）は、同実施の形態のピストンの加工前の側面図、図４（ｂ）は、同実施の形態のピストンの研磨前後の側面図、図４（ｃ）は、同実施の形態のピストンの加工完了品の側面図である。図５は、同実施の形態のピストンのセンターレス研磨の方法を示す模式図である。

図１、図２、図３、図４、図５において、密閉容器１０１内には潤滑油１０２が貯溜され、固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６が収容される。シャフト１１０は、回転子１０４を固定した主軸部１１１と、主軸部１１１の上部に配設され主軸部１１１に対し偏心して形成された偏心軸部１１２を有している。

ブロック１１４は、シリンダー１１５を有し、主軸部１１１を軸支する主軸受１２０が形成されている。ピストン１２６は、ブロック１１４のシリンダー１１５内に往復摺動自在に挿入されて圧縮室１１６を形成し、偏心軸部１１２との間を連結部１２８によって連結されている。

スラストボールベアリング１３２は、シャフト１１０とブロック１１４の間に設けられ、シャフト１１０を鉛直方向に支持している。

シャフト１１０には給油通路１３４が設けられると共に、主軸部１１１の下端部は、潤滑油１０２中に浸漬し、給油通路１３４は潤滑油１０２中に開口している。

ピストン１２６は、トップ側の外周面の略全周にシール部１３０を形成し、スカート側の外周面の略全周にシール部１３０と略同一半径のガイド部１３１を形成し、その状態でシール部１３０とガイド部１３１を含めた外周面を研磨加工し、その後にガイド部１３１を除去して製作している。

また、ピストン外周面の研磨加工前に、シール部１３０とガイド部１３１の間に全周にわたりシール部１３０より小さい半径を有する窪み部１３５を形成し、ピストン外周面の研磨加工後に窪み部１３５を切断してガイド部１３１を除去して製作している。

さらに、ピストン１２６の外周面の研磨加工前に、シール部１３０とガイド部１３１の間にシール部１３０と略同一半径を有する延長部１３６と、シール部１３０より小さい半径を有する中抜き部１３７を形成している。

本実施の形態において、密閉型圧縮機に使用される冷媒は、オゾン破壊係数がゼロのＲ１３４ａやＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒等であり、それぞれ相溶性の高い潤滑油１０２と組み合わせてある。また、潤滑油１０２の粘度は、低粘度のＶＧ５グレードである。

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１０５の回転子１０４はシャフト１１０を回転させ、偏心軸部１１２の回転運動が連結部１２８を介してピストン１２６に伝えられることでピストン１２６はシリンダー１１５内を往復運動する。それにより、冷媒は冷却システム（図示せず）から圧縮室１１６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。

シャフト１１０と回転子１０４の重量はスラストボールベアリング１３２で支えられるとともに、シャフト１１０の回転時はスラストボールベアリング１３２により回転が滑らかになり、スラスト軸受での損失を小さくすることができる。

密閉容器１０１内に貯溜された潤滑油１０２は、シャフト１１０の回転と共に給油通路１３４を介して主軸部１１１や偏心軸部１１２、さらにピストン１２６等へ供給され、各部の潤滑を行う。

次に、ピストン１２６の製作方法について説明する。加工前のピストン素材１４０は、図４（ａ）に示すように円筒形であり、通常、焼結金属あるいは鋳鉄等で成形される。

次に、図４（ｂ）に示すように、トップ側の外周面の略全周にシール部１３０を形成し、スカート側の外周面の略全周にシール部１３０と略同一半径のガイド部１３１を形成し、シール部１３０とガイド部１３１の間に全周にわたりシール部１３０より小さい半径を有する窪み部１３５を形成し、シール部１３０とガイド部１３１の間にシール部１３０と略同一半径を有する延長部１３６と、シール部１３０より小さい半径を有する中抜き部１３７を形成するように加工を行う。

従って、この状態の加工途中のピストン１４２において、シール部１３０、ガイド部１
３１、延長部１３６は略同一半径であり、それらより、窪み部１３５と中抜き部１３７は半径が小さく、段差がついている。

次に、その状態のピストン１４２のシール部１３０、ガイド部１３１、延長部１３６の外周面の面粗度を向上させ、狙いの直径に微調整するためにセンターレス研磨を行う。センターレス研磨は、図５に示すように、ピストン１４２を支持刃１４６の上に乗せて、回転する研磨砥石１４４と調整砥石１４５の間に挟みこみ、ピストン１４２を回転させながら外周面を研磨する方法である。センターレス研磨は、円筒研磨のような研削盤へのピストン１４２の取り付けが不要で、連続的にピストン１４２が研磨できるため、生産性が良い。

このセンターレス研磨を行う際、ピストン１４２は研磨砥石１４４がシール部１３０とガイド部１３１に連続的に当たるため、研磨時のピストン１４２はがたついたり、ぶれたりすることが無く、姿勢が安定する。そのため、研磨の加工精度が良くなり、ピストン外周面の真円度や面粗度等が良くなる。

研磨加工が終わったピストン１４２は、その後、窪み部１３５が切断されてガイド部１３１が除去され、図４（ｃ）に示す最終の形状のピストン１２６に製作される。窪み部１３５を切断する際の切断部付近に生じる塑性変形やバリは窪み部１３５に収まり、研磨を行ったシール部１３０や延長部１３６に塑性変形による真円度の悪化やバリが発生しない。

従って、この方法で製作されたピストン１２６はシール部１３０や延長部１３６の外周面の真円度や面粗度等が良いので、密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストン１２６とシリンダー１１５間の摺動損失が低減すると共に、ピストン１２６とシリンダー１１５間の冷媒の漏れが低減し、効率が良くなる。

また、ピストン１２６は、中抜き部１３７が形成されているので、外周部の面積を小さくすることができ、ピストン１２６とシリンダー１１５間の摺動損失が低減して、効率が良くなる。

また、ピストン１２６のスカート側の端面１５０は加工面である。すなわち、スカート側を加工により除去してピストン１２６を製作する際に、除去する長さを変更するだけで長さの違うピストンを製作することができる。従って、長さの違うピストンを生産する時でも途中まで同じ加工ができるので、生産性が向上する。

なお、ピストン１２６とシリンダー１１５間の冷媒の漏れが低減し、効率が良くなるという効果は、漏れが発生しやすいＶＧ５グレード以下の低粘度の潤滑油１０２を使用した場合や、インバータ運転による３０ｒ／ｓ以下の低い回転数での運転時において顕著であり、本発明による効果を有効に活用できる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機のピストンの側面図である。尚、実施の形態１と同一構成については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

図６において、ピストン２２６のトップ側の端面には突起部２２７が設けられている。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。

突起部２２７はピストン２２６の上死点において吐出穴に入り込むように形成されており、吐出穴のデッドボリュームを低減する目的で、従来から使用されている。

この突起部２２７による重量のアンバランスにより、通常であれば研磨時のピストンの姿勢が不安定になり易いが、実施の形態１の加工方法であれば研磨時のピストンの姿勢が安定するため、研磨の加工精度の改善効果が大きい。すなわち、シール部１３０や延長部１３６の外周面の真円度や面粗度等の改善効果が大きいので、密閉型圧縮機に組み込まれたときのピストン２２６とシリンダー１１５間の摺動損失が低減すると共に、ピストン２２６とシリンダー１１５間の冷媒の漏れが低減し、効率の改善効果が大きい。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、生産性が高く、効率向上が可能となるので、冷蔵庫以外に自販機や空調機器の用途にも適用できる。

１０１ 密閉容器
１０２ 潤滑油
１０３ 固定子
１０４ 回転子
１０５ 電動要素
１０６ 圧縮要素
１１０ シャフト
１１１ 主軸部
１１２ 偏心軸部
１１４ ブロック
１１５ シリンダー
１２０ 主軸受
１２６、１４２、２２６ ピストン
１２８ 連結部
１３０ シール部
１３１ ガイド部
１３５ 窪み部
１３６ 延長部
１３７ 中抜き部
１５０ 端面
２２７ 突起部

Claims (4)

1. 密閉容器内に、固定子と回転子を備える電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記圧縮要素を潤滑する潤滑油とを備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸部と偏心軸部とを有するシャフトと、シリンダーを備えたブロックと、前記シリンダー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部と、前記ブロックに設けられ前記主軸部を軸支する主軸受とを備え、
   前記ピストンは、トップ側の外周面の略全周にシール部を形成し、スカート側の外周面の略全周に前記シール部と略同一半径のガイド部を形成し、前記シール部と前記ガイド部を含めた外周面を研磨加工し、その後に前記ガイド部を除去して形成されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記ピストン外周面の研磨加工前に、前記シール部と前記ガイド部の間に全周にわたり前記シール部より小さい半径を有する窪み部を形成し、前記ピストン外周面の研磨加工後に前記窪み部を切断して前記ガイド部を除去して形成することを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記ピストンの外周面の研磨加工前に、前記シール部と前記ガイド部の間に前記シール部と略同一半径を有する延長部と、前記シール部より小さい半径を有する中抜き部を形成した請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記ピストンのトップ側の端面に突起部を設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。