JP6893487B2 - 圧縮機及びこれを有する機器 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機及びこれを有する機器に関する。

特許文献１は、ピストンピン５９に油溝３を設けた構成を開示している（図４）。

特開平７−２２４７６１号公報

ピストンピン式のピストンがシリンダ内を往復動するとき、往復動に伴って音が発生することがある。特に、ピストンピンに油溝のような凹部を設けた場合、その凹部の配置次第で音が大きくなるところ、特許文献１はこの点について何ら検討していない。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、
ピストンと、
小端部が該ピストン内に位置するコンロッドと、
該ピストン及び前記小端部内に挿通されて、前記ピストンに前記コンロッドを取付けるピストンピンと、を有し、
前記小端部と前記ピストンピンとは、隙間を挟んで相対的に回転自在であり、
前記ピストンピンは、該ピストンピンの軸方向両端に亘って軸方向に真っ直ぐに延在する軸方向凹部を有する圧縮機であって、
前記ピストンピンの側面において、前記軸方向凹部として、周方向の２つの異なる位置に第１軸方向凹部と第２軸方向凹部とが設けられ、かつ、
前記第１軸方向凹部は、前記ピストンピンの中心に対して前記ピストンの往復動の直交方向に配置されているとともに、
前記第２軸方向凹部は、前記ピストンピンの軸方向視において、前記ピストンピンの中心を中心にして前記第１軸方向凹部を１８０°回転させた凹部禁止領域を除いた範囲の位置で、かつ、前記第１軸方向凹部よりも上死点方向側に近い位置に、配置されていることを特徴とする。

実施例１の圧縮機のピストン、ピストンピン、コンロッド、及び固定ピンのＹ方向断面図 実施例１のピストンピンの側面図 上側は実施例１のシリンダ内を往復動するピストンのＺ方向視図、下側はピストンピンの拡大図 実施例１の圧縮工程時のコンロッドを含むＺ方向断面図 実施例１の吸入工程時のコンロッド１３を含むＺ方向断面図

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

（ピストン１１まわりの構成の概要）
本実施例では、ピストン１１の往復動方向をＸ方向（圧縮時におけるピストン１１の移動方向（圧縮方向、上死点方向）が−Ｘ方向、吸入時におけるピストン１１の移動方向（吸入方向、下死点方向）が＋Ｘ方向）、ピストンピンの軸方向をＺ方向、Ｘ及びＺ方向に直交する方向をＹ方向とする。
図１は本実施例の圧縮機のピストン１１、ピストンピン１２、コンロッド１３、及び固定ピン１４のＹ方向断面図である。図２はピストンピン１２の側面図である。図３のうち上側は本実施例のシリンダ１９内を往復動するピストン１１のＺ方向視図である。図３のうち下側はピストンピン１２の拡大図である。

圧縮機は、ピストン１１、ピストンピン１２、コンロッド１３、固定ピン１４、シリンダ１９を有する。ピストン１１は、シリンダ１９内を往復動するよう構成されている。

ピストンピン１２は、ピストン１１のＺ方向に貫通して設けられた孔内に配されており、軸方向中央側がコンロッド１３の小端部１３１の円環内に位置し、軸方向両端側がピストン１１の孔の内面に接している。これにより、ピストンピン１２は、ピストン１１と小端部１３１とを回転自在に固定している。
ピストンピン１２は、Ｘ方向に延在する固定横孔１２１と、側面Ｚ方向に延在する軸方向凹部１２２と、側面周方向に延在する周方向凹部１２３を有している。

コンロッド１３は、両端それぞれを形成する中空円環の小端部１３１と大端部１３２と、これらを結ぶ棒状の部分を有する。大端部１３２には、例えば冷蔵庫向けの圧縮機構造として公知の、偏心回転（公転）運動するシャフト（不図示）が配されている。シャフトの公転中心にはスパイラル溝が配されたクランクシャフトが配されている。圧縮機底部に貯留された潤滑油は、クランクシャフトの回転に伴い汲み上げられ、公知の構成によってピストン１１やピストンピン１２に供給される。

固定ピン１４は、固定横孔１２１及びピストン１１のうち固定横孔１２１の延長線上部分に設けられている孔に差し込まれている。固定ピン１４はＸ方向に略平行である。

（凹部１２２の配置）
本実施例のピストンピン１２は、軸方向凹部１２２として、第１軸方向凹部１２２１と第２軸方向凹部１２２２とを有している。第２軸方向凹部１２２２は，図３に示すようなピストンピン１２の軸方向視において、第１軸方向凹部１２２１をピストンピン中心Ｃを中心として１８０°回転させた位置を除く領域に形成されている。すなわち，第１軸方向凹部１２２１の吸入側端部１２２１ｓとピストンピン中心Ｃとを通る直線Ｌ１および，第１軸方向凹部１２２１の圧縮側端部１２２１ｄとピストンピン中心Ｃとを通る直線Ｌ２とで挟まれ，ピストンピン中心Ｃに対して第１軸方向凹部１２２１と反対側のピストンピン１２表面上の凹部禁止領域に，第２軸方向凹部１２２２はかからないものとする。

（コンロッド１３の揺動）
ピストン１１が往復動するに際しては、コンロッド１３は、大端部１３２内に配されてシャフトの回転運動と、ピストンピン１２により回転自在に固定された小端部１３１とに起因して、ピストンピン１２を中心とした揺動運動が行われる。

図４は本実施例の圧縮工程時のコンロッド１３を含むＺ方向断面図である。コンロッド１３は、本実施例では圧縮工程時、ピストンピン１２を中心にして反時計回りＤ１に揺動する。これにより、第１軸方向凹部１２２１内に存在する潤滑油は小端部１３１とピストンピン１２との相対運動に引きずられて，吸入側端部１２２１ｓ側に流れようとする。ピストンピン１２と小端部１３１内径面との間には，回転自在に双方を繋ぎとめる理由から，軸受隙間（ピストンピン１２外径と小端部１３１内径の径方向隙間）が設けられているが，この軸受隙間は、第１軸方向凹部１２２１底面と小端部１３１内径面との隙間よりも狭いために，第１軸方向凹部１２２１内で発生した潤滑油の周方向Ｄ１への流れは、吸入側端部１２２１ｓにおいてせき止められる。潤滑油流れがせき止められた際には，潤滑油流れの運動量の一部が圧力となる（動圧）。そのため，コンロッド１３の揺動運動に伴って，第１軸方向凹部１２２１内には潤滑油の動圧に基づく油膜反力が発生する。その反力方向はピストンピン中心Ｃに対して第１軸方向凹部１２２１とは反対方向である。本実施例のように、第１軸方向凹部１２２１が中心Ｃから−Ｙ方向に位置する場合、反力方向は、＋Ｙ方向である。

ここでピストンピン１２に加わる外力の力学的バランスを考える。図１に示したように，ピストンピン１２の軸方向両端部はピストン１１と接続しており，ピストン１１に加わる圧縮荷重はピストンピン１２の軸方向両端部に伝達される。また，ピストンピン１２の軸方向中央付近はコンロッド１３の小端部１３１が接続しており，ピストン１１から伝達された圧縮荷重は小端部１３１にて受けることとなる。すなわち圧縮工程時でピストンピン１２に加わる力は，ピストンピン１２の軸方向両端部に対する略＋Ｘ方向への圧縮荷重と，ピストンピン１２の軸方向中央付近に対する略−Ｘ方向への圧縮反力となる。なお、小端部１３１にて受ける圧縮反力は，大端部１３２に接続されて大端部１３２を公転させる（大端部１３２の外側に位置する点を軸として回転させる）クランクシャフト（図示せず）の回転トルクに起因する力である。この圧縮反力を受ける周方向範囲は、上述のようにピストンピン１２から略−Ｘ方向であるから、図４に例示するような領域Ｒ１の角度領域として表現できる。こうしたシリンダ１９内のガス圧縮に伴う外力（圧縮荷重）の他に，ピストンピン１２には前述したような軸方向凹部１２２での潤滑油の流れに起因する動圧効果による油膜反力を受ける。

なお，軸方向凹部１２２内では、潤滑油の運動に起因する動圧効果による油膜反力が発生するが，ピストンピン１２と小端部１３１との間に隙間があるため，固体接触による軸支ができない。そのため，例えば図４に例示する領域Ｒ１内に軸方向凹部１２１，１２２を設けた場合，軸方向凹部１２１，１２２では圧縮荷重を支えられないから、領域Ｒ１のうち、軸方向凹部１２１，１２２を除く領域に力が集中する（もし、領域Ｒ１の全部に軸方向凹部１２１，１２２が設けられると、例えば軸方向凹部の端部近傍に力が集中する）。このため、ピストンピン１２のごく一部の領域の面圧が高くなり，ピストンピン１２と小端部１３１との間の摺動状況が過酷となり信頼性上好ましくない。

また、ピストンピン１２の小端部１３１内における運動を考える。すでに説明したとおり，ピストンピン１２と小端部１３１の間には軸受隙間が設けられているため，ピストンピン１２が外力を受けると，ピストンピン１２は軸受隙間を挟んで小端部１３１に対して相対的に運動することとなる。ここでピストンピン１２に軸方向凹部１２２を設けた場合，軸方向凹部１２２と小端部１３１内径面との半径方向隙間が拡大する（半径方向で軸受隙間が拡大する）。ピストンピン１２と小端部１３１の半径隙間を過剰に拡大すると，ピストンピン１２の半径方向の運動を大きく許容することとなり，ピストンピン１２と小端部１３１の衝突に基づく騒音増大や，小端部１３１の半径隙間内におけるピストンピン１２の運動が，ピストン１１がシリンダ１９内周面に衝突振動を繰り返すピストンスラップ現象を引き起こし，騒音を増大させる虞が生じる。

本実施例においては，第２軸方向凹部１２２２は，第１軸方向凹部１２２１をピストンピン中心Ｃを中心として１８０°回転させた凹部禁止領域を除く領域に形成されている。そのため，第１軸方向凹部１２２１において発生した油膜反力は，第２軸方向凹部１２２２が存在しないピストンピン１２の外周面（すなわち第１軸方向凹部１２２１をピストンピン中心Ｃを中心として１８０°回転させた位置）で受けることができる。仮に本実施例と異なり，この油膜反力を受ける領域に第２軸方向凹部１２２２が存在する場合，第２軸方向凹部１２２２と小端部１３１との半径方向隙間は，第２軸方向凹部１２２２外側における半径方向隙間と比して大きくなるため，前述したメカニズムによりピストンピン１２が小端部１３１内で運動できる自由度が高くなり，騒音増大の要因となる。また，角度領域Ｒ１に軸方向凹部１２２を設けた場合と同様の理屈で，第２軸方向凹部１２２２周辺の面圧が増大する虞があるため，信頼性上好ましくない。

このため、本実施例では上記のように、領域Ｒ１を避けて凹部１２２を配し、一方の凹部１２２１に対して中心Ｃを中心として１８０°回転させた凹部禁止領域を除く領域に他方の凹部１２２２を配することで、ピストンピン１２と小端部１３１との間に潤滑油を供給する凹部を配しつつも、音の低減が可能となる。領域Ｒ１としては、例えば、ピストンピン１２の軸方向視において、中心Ｃを起点として＋Ｘ軸方向に延びる仮想の半直線を基線として例えば±４５°内に収まる領域とするのが好ましい。

図５は本実施例の吸入工程時のコンロッド１３を含むＺ方向断面図である。コンロッド１３は、本実施例では吸入工程時、ピストンピン１２を中心にして時計回りＤ２に揺動する。これにより、図４における説明と同様に、第１軸方向凹部１２２１に存在する潤滑油は圧縮側端部１２２１ｄに向けて動かされるため、潤滑油により圧縮側端部１２２１ｄからピストンピン１２中心に向けて圧力が生じる。

また、同様に圧縮方向側に凹部禁止領域Ｒ２が設定される。しかし、凹部禁止領域Ｒ２にかかる力は、ピストン１１の吸入工程時に付加されるものであるから、凹部禁止領域Ｒ１に付加される力より小さい。このため、凹部１２２１，１２２２は−Ｘ方向に偏らせることができる。すなわち、凹部１２２１，１２２２間の周方向離間長さは、本実施例のように、ピストンピン１２の中心Ｃから見て圧縮方向側（−Ｘ方向側）よりも吸引方向側（＋Ｘ方向側）の方が長いことが好ましい。このように、凹部禁止領域Ｒ２の範囲は、凹部禁止領域Ｒ１の範囲より狭い。

（シリンダ１９からの力）
別実施例として、必ずしも原理は明らかではないが凹部１２２１，１２２２は、中心Ｃを起点として±Ｙ方向に延びる仮想の半直線それぞれを基線として、±５°の範囲に収まる領域を除く領域に設けると好ましい。ピストンピン１２は、ピストン１１の往復動に伴い小端部１３１からＹ方向への力を受けてピストン１１に押圧される。このため、Ｙ方向の力を受けるべき領域に凹部が存在すると潤滑油に力が伝達されて大きな音が発生すると思われる。

（その他）
また、本実施例では２つの凹部１２２１，１２２２を設けたが、潤滑に支障がなければ、簡易に、１つの凹部のみを配することで、中心Ｃを中心にして凹部１２２１を１８０°回転させた凹部禁止領域に別の凹部が位置しないようにしても良い。

本実施例の圧縮機は、冷蔵庫など種々の機器に適用できる。

１１ ピストン
１２ ピストンピン
１２１ 固定横孔
１２２ 軸方向凹部
１２２１ 第１軸方向凹部
１２２２ 第２軸方向凹部
１２３ 周方向凹部
１３ コンロッド
１３１ 小端部
１３２ 大端部
１４ 固定ピン
１９ シリンダ

Claims (5)

1. ピストンと、
   小端部が該ピストン内に位置するコンロッドと、
   該ピストン及び前記小端部内に挿通されて、前記ピストンに前記コンロッドを取付けるピストンピンと、を有し、
   前記小端部と前記ピストンピンとは、隙間を挟んで相対的に回転自在であり、
   前記ピストンピンは、該ピストンピンの軸方向両端に亘って軸方向に真っ直ぐに延在する軸方向凹部を有する圧縮機であって、
   前記ピストンピンの側面において、前記軸方向凹部として、周方向の２つの異なる位置に第１軸方向凹部と第２軸方向凹部とが設けられ、かつ、
   前記第１軸方向凹部は、前記ピストンピンの中心に対して前記ピストンの往復動の直交方向に配置されているとともに、
   前記第２軸方向凹部は、前記ピストンピンの軸方向視において、前記ピストンピンの中心を中心にして前記第１軸方向凹部を１８０°回転させた凹部禁止領域を除いた範囲の位置で、かつ、前記第１軸方向凹部よりも上死点方向側に近い位置に、配置されていることを特徴とする圧縮機。
2. 前記軸方向凹部は、前記ピストンピンの軸方向視において、前記ピストンピンの中心を起点として、前記ピストンの下死点方向に延びる仮想の半直線を基線として±４５°内に収まる領域を除く領域にその全部が位置することを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記軸方向凹部は、前記ピストンピンの軸方向視において、前記ピストンピンの中心を起点として、前記ピストンの往復動方向及び前記ピストンピンの軸方向に直交する２つの方向それぞれに延びる仮想の半直線それぞれを基線として、±５°内に収まる領域を除く領域にその全部が位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。
4. ピストンと、
   小端部が該ピストン内に位置するコンロッドと、
   該ピストン及び前記小端部内に挿通されて、前記ピストンに前記コンロッドを取付けるピストンピンと、を有し、
   前記小端部と前記ピストンピンとは、隙間を挟んで相対的に回転自在であり、
   前記ピストンピンは、該ピストンピンの軸方向両端に亘って軸方向に真っ直ぐに延在する軸方向凹部を有する圧縮機であって、
   前記ピストンピンの側面において、前記軸方向凹部として、周方向の２つの異なる位置に第１軸方向凹部と第２軸方向凹部とが設けられ、かつ、
   前記第１軸方向凹部は、前記ピストンピンの中心に対して前記ピストンの往復動の直交方向に配置されているとともに、
   前記第２軸方向凹部は、前記ピストンピンの軸方向視において、前記ピストンピンの中心を中心にして前記第１軸方向凹部を１８０°回転させた凹部禁止領域を除いた範囲の位置で、かつ、前記第１軸方向凹部よりも上死点方向側に近い位置に、配置されており、
   前記第１軸方向凹部と前記第２軸方向凹部との間の周方向の離間長さは、前記ピストンピンの中心から見て上死点方向側よりも下死点方向側の方が長いことを特徴とする圧縮機。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の圧縮機を有する機器。

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