WO2014115530A1 - 密閉型圧縮機および冷蔵庫 - Google Patents

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WO2014115530A1
WO2014115530A1 PCT/JP2014/000256 JP2014000256W WO2014115530A1 WO 2014115530 A1 WO2014115530 A1 WO 2014115530A1 JP 2014000256 W JP2014000256 W JP 2014000256W WO 2014115530 A1 WO2014115530 A1 WO 2014115530A1
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extension
hermetic compressor
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稲垣 耕
小林 正則
雄 原木
石田 貴規
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パナソニック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hermetic compressor and a refrigerator in which a piston reciprocates in an internal space of a cylinder.
  • a hermetic compressor shown in Patent Document 1 has been proposed as an energy saving measure.
  • a cylindrical cylinder chamber is provided in the cylinder.
  • An oil supply hole is provided in the upper wall of the cylinder, and the inside and outside of the cylinder chamber communicate with each other through the oil supply hole.
  • An annular groove is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical piston.
  • the piston reciprocates in the cylinder chamber.
  • the oil supply hole communicates with the annular groove.
  • the oil supply hole communicates with the cylinder chamber.
  • the lubricating oil passes through the oil supply hole and fills the gap between the outer peripheral surface of the piston and the inner peripheral surface of the cylinder chamber. With this lubricating oil, lubrication between the piston and the cylinder chamber and sealing of the cylinder chamber are performed.
  • the hermetic compressor shown in Patent Document 1 has improved lubricity and compression efficiency, but there is still room for improvement in sliding loss.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a hermetic compressor and refrigerator that improve lubricity and compression efficiency and reduce sliding loss. .
  • a hermetic compressor includes an electric element including a stator and a rotor that rotates with respect to the stator, a compression element that is driven by the electric element, the electric element, and An airtight container that contains the compression element and stores lubricating oil, and the compression element includes a main shaft to which the rotor is fixed, and an eccentric shaft that is eccentric with respect to the main shaft.
  • the piston has a cylindrical seal portion that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder, and an arc surface having a radius equal to the seal portion, and is spaced apart in the circumferential direction.
  • Two extension portions extending axially from the bottom dead center side to a bottom dead center side extending from the extension portion, and a cylindrical collection portion having a radius smaller than that of the seal portion. .
  • the present invention has an effect that it is possible to realize a hermetic compressor and refrigerator that improve lubricity and compression efficiency and reduce sliding loss.
  • the present inventors have found that by using a piston having a seal part, an extension part, and a collection part, which will be described later, it is possible to improve lubricity and compression efficiency and reduce sliding loss. It was.
  • the present invention has been made based on this finding.
  • a hermetic compressor includes an electric element including a stator and a rotor that rotates with respect to the stator, a compression element that is driven by the electric element, the electric element, and An airtight container that contains the compression element and stores lubricating oil, and the compression element includes a main shaft to which the rotor is fixed, and an eccentric shaft that is eccentric with respect to the main shaft.
  • the piston has a cylindrical seal portion that is in sliding contact with the inner peripheral surface of the cylinder, and an arc surface having a radius equal to that of the seal portion, and is spaced from the seal portion in the circumferential direction. And two extensions extending in the axial bottom dead center direction, the extending to the bottom dead center side of the extended portion, and has a a collecting portion of the cylindrical radius is smaller than the sealing portion.
  • the piston when the piston is at bottom dead center, at least a part of the collecting portion may be exposed outside the cylinder.
  • the collection part is formed over the entire circumference of the piston on the bottom dead center side with respect to the extension part. May be.
  • the length of the extension in the axial direction is not less than 1/3 of the width of the extension in the circumferential direction. It may be the following.
  • the length of the extension may be equal to the width of the extension.
  • a hermetic compressor according to a sixth aspect of the present invention is the hermetic compressor according to any one of the first to fifth aspects, further comprising a pin for connecting the coupling portion and the piston, wherein the length of the extension portion is the pin It may be 1 ⁇ 2 or more and 3/2 or less of the diameter.
  • the length of the extension is longer than the length of the seal portion, and the central angle of the arc of the extension is 40 degrees or more and 90 degrees or less may be sufficient.
  • the hermetic compressor according to an eighth aspect of the present invention provides the hermetic compressor according to any one of the first to seventh aspects, wherein when the piston moves toward top dead center, the connecting portion causes the piston to move to the inner peripheral surface side of the cylinder. If the direction pushed to the load side is the opposite direction to the load side and the opposite direction is the anti-load side, the width of one of the two extension portions on the load side is the other on the anti-load side It may be at least 1.2 times the width of the extension.
  • the piston is provided with a lubricating oil intake formed by an inclined surface between the extension portion and the collection portion. It may further have a part.
  • a hermetic compressor according to a tenth aspect of the present invention provides the hermetic compressor according to any one of the first to ninth aspects, wherein the circumferential edge of the extension part and the edge of the bottom dead center side of the seal part are connected.
  • the corner may be an arcuate portion that is curved in an arc.
  • the radius of the rounded portion may be 25% or more and 50% or less of the width of the extension portion.
  • the seal portion may be provided with an annular groove.
  • the piston in any one of the first to twelfth aspects, may be subjected to a surface treatment including a synthetic resin.
  • the length of the inner peripheral surface of the cylinder in the axial direction is different at a portion facing the extension portion. It may be longer than this part.
  • At least a part of the inner peripheral surface of the cylinder has a radius at the bottom dead center side with respect to the top dead center side.
  • a large taper shape may be used.
  • the electric element may be driven at a plurality of rotation speeds by an inverter circuit.
  • the refrigerator according to the seventeenth aspect of the present invention includes any one of the first to sixteen hermetic compressors.
  • a direction parallel to the main axis of the shaft is referred to as the up-down direction
  • a direction parallel to the central axis of the internal space of the cylinder is referred to as the front-rear direction
  • a direction perpendicular to the up-down direction and the front-rear direction is referred to as the left-right direction.
  • the front-rear direction the top dead center side of the piston is referred to as the front side
  • the bottom dead center side of the piston is referred to as the rear side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a hermetic compressor 100 according to the first embodiment.
  • 2 is a cross-sectional view showing the hermetic compressor 100 cut in a direction perpendicular to the main shaft 120 of FIG.
  • the hermetic compressor 100 includes a compressor main body 106 and a hermetic container 102 that accommodates the compressor main body 106.
  • the compressor main body 106 discharges the refrigerant gas from the hermetic container 102 at a high temperature and high pressure. It is a device to do.
  • the sealed container 102 is filled with lubricating oil 104 and refrigerant gas.
  • the lubricating oil 104 is used to lubricate the operation of the compression element 112 and is stored at the bottom of the sealed container 102.
  • As the refrigerant gas for example, hydrocarbon-based R600a (isobutane) having a low global warming potential is used.
  • the sealed container 102 is provided with a power supply terminal 113 connected to the electric element 110 of the compressor body 106.
  • An inverter power supply (not shown) is connected to the power supply terminal 113.
  • the compressor body 106 includes an electric element 110 and a compression element 112 driven thereby.
  • the compressor body 106 is elastically supported by a suspension spring 108, for example.
  • the electric element 110 has a stator 114 and a rotor 116, and for example, a salient pole concentrated winding type DC brushless motor is used.
  • the rotor 116 has a cylindrical shape and has a cylindrical space inside.
  • the rotor 116 is disposed inside the stator 114 and incorporates a permanent magnet (not shown).
  • the stator 114 is formed by arranging a plurality of components in a substantially cylindrical shape. Each component has an iron core in which thin steel plates are laminated, and a copper winding is wound around a plurality of magnetic pole teeth provided on the iron core via an insulating material.
  • This winding is continuous in all components, and the end thereof is connected to an inverter circuit (not shown) outside the hermetic compressor 100 via a power supply terminal 113 by a conducting wire.
  • the inverter circuit By the inverter circuit, the rotor 116 is driven at a plurality of rotational speeds with respect to the stator 114.
  • the compression element 112 is disposed above the electric element 110.
  • the compression element 112 includes a shaft 118, a cylinder block 124, a piston 136, a connecting portion 144, and an oil supply mechanism 130.
  • the shaft 118 includes a main shaft 120 and an eccentric shaft 122.
  • the lower part of the main shaft 120 is inserted and fixed in a cylindrical space of the rotor 116 of the electric element 110. Further, the lower end portion of the main shaft 120 protrudes downward from the rotor 116 and is immersed in the lubricating oil 104 at the bottom of the sealed container 102.
  • the eccentric shaft 122 extends from the upper end of the main shaft 120, and the shaft does not coincide with the axis of the main shaft 120 and is provided in parallel.
  • the oil supply mechanism 130 is a mechanism that is provided on the main shaft 120 and supplies the lubricating oil 104 to the sliding portion of the compression element 112.
  • Examples of the oil supply mechanism 130 include a centrifugal pump (not shown) and a spiral groove 128.
  • the centrifugal pump is composed of an inclined hole or the like provided in the main shaft 120, and pumps the lubricating oil 104 from the lower end opening of the inclined hole as the main shaft 120 rotates.
  • the spiral groove 128 extends spirally upward on the outer peripheral surface of the main shaft 120 between the outer peripheral surface of the main shaft 120 and the inner peripheral surface of the main bearing 126.
  • the lower end of the spiral groove 128 communicates with the upper end opening of the inclined hole of the centrifugal pump, and the upper end communicates with the vicinity of the sliding portion of the eccentric shaft 122.
  • the cylinder block 124 has a main bearing 126 extending in the up-down direction and a cylinder 134 extending in the front-rear direction.
  • the main bearing 126 includes a cylindrical through-hole extending in the vertical direction.
  • the main shaft 120 is inserted into the through hole in a rotatable state.
  • the main bearing 126 supports the main shaft 120 in the radial direction on its inner peripheral surface.
  • the main bearing 126 supports the load acting on the eccentric shaft 122 together with the main shaft 120.
  • the cylinder 134 has a cylindrical inner space (columnar inner space).
  • the columnar internal space extends in the front-rear direction and is surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder 134.
  • a valve plate 146 is attached to the front end surface of the cylinder 134.
  • a front side portion of the cylindrical internal space is closed by a valve plate 146.
  • a cylinder head 150 is fixed to the front end surface of the cylinder 134 so as to cover the valve plate 146.
  • a suction muffler 152 is attached between the valve plate 146 and the cylinder head 150.
  • the suction muffler 152 is molded from a resin such as PBT (polybutylene terephthalate), and reduces the inflow sound of the refrigerant gas flowing from the suction pipe 153 by the internal silencing space.
  • a slot portion 172 is provided on the upper portion of the cylinder 134.
  • the slot portion 172 is a notch cut in the direction (axial direction) along the central axis of the cylinder 134 from the rear end 170 at the upper part of the cylinder 134.
  • the front portion of the piston 136 is inserted into the columnar inner space of the cylinder 134 so as to be able to reciprocate.
  • a compression chamber 148 surrounded by the inner peripheral surface of the cylinder 134, the piston 136 and the valve plate 146 is formed in the cylindrical inner space.
  • the rear part of the piston 136 is connected to the connecting part 144.
  • the connecting portion 144 is provided with holes at both ends.
  • a piston pin 143 attached to the piston 136 is fitted in the hole at one end.
  • An eccentric shaft 122 is fitted in the hole at the other end. Thereby, the connecting portion 144 connects the eccentric shaft 122 and the piston 136.
  • FIG. 3A is a view of the piston 136 inserted into the cylinder 134 as viewed from above.
  • FIG. 3B is a view of the piston 136 inserted into the cylinder 134 as viewed from the right side. 3A and 3B, the cylinder 134 is cut so as to pass through its central axis so that the positional relationship between the cylinder 134 and the piston 136 is easily understood.
  • FIG. 4 is a view showing the piston 136.
  • the right view of FIG. 4 is a view of the piston 136 viewed from the right side.
  • the left view of FIG. 4 is a cross-sectional view showing the piston 136 cut along the straight line L1 of the right view of FIG.
  • the piston 136 has a substantially cylindrical shape, and has a diameter of 20 to 26 mm and a length of 65 to 105% of the diameter, for example.
  • the piston 136 has a front surface on the front side (top dead center side), a rear surface on the rear side (bottom dead center side), and an outer peripheral surface between the front surface and the rear surface.
  • the piston 136 is provided with a seal portion 160, an extension portion 162, and a collection portion 164.
  • the piston 136 has a vertical hole portion 136a and a horizontal hole portion 136b therein.
  • the seal portion 160 has a cylindrical shape and is provided on the front side of the piston 136.
  • the length F of the seal portion 160 in the direction along the central axis of the piston 136 (axial direction) is 20 to 40% of the diameter of the piston 136, for example.
  • the radius of the seal portion 160 is set slightly smaller than the radius of the inner peripheral surface of the cylinder 134. For this reason, a gap is formed between the outer peripheral surface of the seal portion 160 and the inner peripheral surface of the cylinder 134. This gap is filled with the lubricating oil 104, and the compression chamber 148 is sealed with the lubricating oil 104.
  • the seal portion 160 is in slidable contact (slidable contact) with the inner peripheral surface of the cylinder 134 via the lubricating oil 104. Therefore, the seal portion 160 is a sliding portion that slides while contacting the inner peripheral surface of the cylinder 134 via the lubricating oil 104.
  • An annular groove 138 is provided in the seal portion 160.
  • two annular grooves 138 are arranged in parallel with a gap therebetween.
  • the annular groove 138 extends over the entire circumference of the seal portion 160 in a direction perpendicular to the axis of the piston 136.
  • the width dimension and the depth dimension of the annular groove 138 are, for example, 0.5 mm.
  • FIGS. 2 and 3B when the piston 136 is located at the bottom dead center, a part of the annular groove 138 is exposed from the slot portion 172 to the outside of the cylinder 134.
  • the annular groove 138 may be one or may not be provided.
  • the extension portion 162 is provided on the rear side of the seal portion 160 and extends in the axial direction of the piston 136.
  • the front end of the extension portion 162 is connected to the rear end of the seal portion 160, and the extension portion 162 is continuous from the seal portion 160.
  • the rear end of the extension 162 is formed perpendicular to the central axis of the piston 136. Both edges in the circumferential direction of the extension 162 are parallel to each other. Therefore, the shape of the extension 162 viewed from the left-right direction is a rectangle or a square.
  • the extension part 162 has an arc surface having a radius equal to that of the seal part 160. That is, the extension part 162 and the seal part 160 are connected to each other at the same circumferential surface. For this reason, the extension part 162 forms a gap filled with the lubricating oil 104 with the seal part 160 and the inner peripheral surface of the cylinder 134. Therefore, the extension part 162 is a sliding part that slides in contact with the inner peripheral surface of the cylinder 134 via the lubricating oil 104.
  • Two extension portions 162 are provided at intervals in the circumferential direction of the piston 136.
  • the two extension parts 162 are provided symmetrically with respect to the central axis of the piston 136, and are respectively arranged on the left side and the right side in the cylindrical internal space.
  • the central angle of the arc of the extension 162, that is, the angle ⁇ with respect to the central axis of the piston 136 is, for example, not less than 40 degrees and not more than 90 degrees, and preferably not less than 40 degrees and not more than 60 degrees. In this embodiment, the angle ⁇ is set to 42 degrees.
  • the length G of the extension 162 in the axial direction of the piston 136 can be set as appropriate. Specifically, it can be set as follows. That is, the length G of the extension 162 is not less than 1/3 and not more than 3 of the width A of the extension 162 in the circumferential direction of the piston 136. Preferably, the length G of the extension 162 is not less than 1/2 and not more than 2 of the width A of the extension 162. Furthermore, it is preferable that the extension 162 is a square or a substantially square, and the length G of the extension 162 is 0.7 to 1.3 of the width A of the extension 162, and the length G of the extension 162 is More preferably, it is equal to the width A of the extension 162.
  • the length G of the extension 162 is not less than 1/2 and not more than 3/2 of the diameter of the piston pin 143. Further, the length G of the extension portion 162 is longer than the length F of the seal portion 160. The length G of the extension 162 is 30 to 50% of the diameter of the piston 136, for example.
  • a corner portion that is a connecting portion between the circumferential edge of the extension 162 and the end (rear end) on the bottom dead center side of the seal portion 160 is formed by a rounded portion 161 that is curved in an arc.
  • the radius R of the rounded portion 161 is 25% or more and 50% or less of the width A of the extension portion 162.
  • the radius R is 30% or more and 35% or less of the width A.
  • the collection part 164 is provided on the rear side of the seal part 160 and extends rearward of the extension part 162 in the axial direction of the piston 136.
  • the collection part 164 is a part (a part whose diameter is reduced) recessed from the seal part 160 and the extension part 162. That is, the collection part 164 has a substantially cylindrical part on the rear side of the extension part 162 and a substantially semi-cylindrical part between the two extension parts 162.
  • the former collecting portion 164 is formed over the entire circumference of the piston 136. Further, both radii are smaller than the seal portion 160.
  • the gap interval between the collection portion 164 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 is wider than the gap interval between the seal portion 160 and the extension portion 162 and the inner peripheral surface of the cylinder 134. Therefore, the collection part 164 is not a sliding part but a non-sliding part.
  • a cylindrical stepped portion 164a is formed at the rear end of the collecting portion 164.
  • the radius of the stepped portion 164a is smaller than the other portion of the collecting portion 164, and a step is provided between the stepped portion 164a and the other portion. Therefore, the gap between the stepped portion 164a and the inner peripheral surface of the cylinder 134 is wider than other portions.
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a part of the piston 136 and the cylinder 134.
  • a lubricating oil drawing-in part 163 is provided between the extension part 162 and the collection part 164.
  • the lubricating oil lead-in part 163 is formed with an inclined surface, and the inclination thereof is gentle, and the angle ⁇ is, for example, 45 degrees or less.
  • an inclined portion is provided between the seal portion 160 and the collection portion 164.
  • the inclined portion is a gently inclined surface, and the angle is, for example, 45 degrees or less.
  • the vertical hole 136 a is provided in the collecting part 164 on the rear side of the seal part 160, and is arranged between the two extension parts 162.
  • the vertical hole 136a extends in a direction perpendicular to the axial direction of the piston 136, and penetrates the piston 136 in the vertical direction.
  • the lateral hole 136b is a space that is flat in the vertical direction, extends in the axial direction of the piston 136, and opens at the rear surface of the piston 136.
  • the piston pin 143 has a cylindrical shape and is inserted into the vertical hole 136a. For this reason, the extension 162 extends from the center of the piston pin 143 to the rear.
  • the piston 136 is formed of, for example, an iron-based sintered material and is covered with a manganese phosphate coating.
  • the diameter of the piston pin 143 is, for example, 25 to 45% of the diameter of the piston 136.
  • a power source such as a commercial power source provided outside the sealed container 102 is connected to the power terminal 113 of the sealed container 102. Accordingly, AC power is supplied from the external power source to the electric element 110, and the rotor 116 is rotated by a magnetic field generated in the stator 114 in the electric element 110. At the same time, the main shaft 120 fixed to the rotor 116 rotates, and the eccentric shaft 122 connected to the main shaft 120 rotates eccentrically in the direction indicated by the arrow in FIG.
  • Rotational motion of the eccentric shaft 122 is converted into reciprocating motion by the connecting portion 144, and the piston 136 reciprocates in the cylindrical inner space of the cylinder 134.
  • the volume of the compression chamber 148 blocked by the piston 136 changes.
  • the piston 136 moves in the direction in which the volume increases, the refrigerant gas flows into the sealed container 102 from the suction pipe 153 and is sucked into the compression chamber 148 through the suction muffler 152.
  • the piston 136 moves in a direction in which the volume decreases, the refrigerant gas is compressed in the compression chamber 148, and then becomes high-temperature and high-pressure and is sent to the refrigeration cycle (not shown) via the discharge pipe 154. .
  • the lubricating oil 104 is pumped up by a pump portion below the main shaft 120, and is supplied to each sliding portion of the compression element 112 through the oil supply mechanism 130 by centrifugal force and viscous force. The At this time, a part of the lubricating oil 104 is sprinkled from the upper part of the eccentric shaft 122. Thereby, the friction and wear of each sliding part are reduced.
  • the connecting portion 144 converts the rotational motion of the eccentric shaft 122 to reciprocate the piston 136.
  • the connecting portion 144 moves the piston 136 against the pressure in the compression chamber 148 and the inertial force of the piston 136.
  • a load oblique to the axial direction of the cylinder 134 acts on the piston 136.
  • the piston 136 is pressed against the inner peripheral surface of the cylinder 134 by the lateral force of this load.
  • the seal part 160 and the extension part 162 are provided on the right side part and the left side part of the piston 136. For this reason, the load in the left-right direction with respect to the piston 136 is supported by the seal portion 160 and the extension portion 162.
  • the collecting part 164 is formed over the entire circumference of the piston 136. Therefore, the area where the collecting portion 164 receives the dispersed lubricating oil 104 is large, and the lubricating oil 104 can be received from a wide range of directions. For this reason, the collection part 164 can receive the lubricating oil 104 more efficiently.
  • the gap between the stepped portion 164 a of the collecting portion 164 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 is wider than the other portions of the collecting portion 164.
  • the lubricating oil 104 of the collecting section 164 moves to the narrower gap with the inner peripheral surface of the cylinder 134 in the lubricating oil drawing section 163.
  • the lubricating oil 104 moves to the extension portion 162 via the lubricating oil drawing portion 163.
  • the lubricating oil 104 can promptly advance through the lubricating oil retracting portion 163. As a result, the lubricating oil 104 is smoothly supplied to the extension portion 162.
  • the corner portions of the extension portion 162 and the seal portion 160 are formed by rounded portions 161 that are curved in an arc shape. For this reason, the shape of the piston 136 by the grinding process is stabilized. In addition, the piston 136 can be smoothly inserted into the cylindrical inner space of the cylinder 134 when the hermetic compressor 100 is assembled. Therefore, the productivity of the hermetic compressor 100 is improved.
  • the radius R of the rounded portion 161 is set to 25 to 50% of the width A of the extended portion 162. For this reason, the lubricating oil 104 traveling between the two extension portions 162 is supplied not only to the seal portion 160 but also to the extension portion 162.
  • the radius R of the rounded portion 161 shown in FIG. 6A is less than 25% of the width A.
  • the lubricating oil 104 advances in parallel to the extension 162 as indicated by the dashed arrow. For this reason, most of the lubricating oil 104 between the two extension portions 162 is supplied to the seal portion 160.
  • the radius R of the rounded portion 161 is larger than 50% of the width A, the distance between the collection portion 164 and the center of the extension portion 162 becomes longer. Therefore, in either case, the lubricating oil 104 is not sufficiently supplied from the collection part 164 to the center of the extension part 162 where a large load acts, and the lubricity may be lowered.
  • the radius R of the rounded portion 161 shown in FIG. 6B is 25% or more and 50% or less of the width A.
  • the traveling direction of the lubricating oil 104 is bent by the rounded portion 161 as indicated by the dashed arrow.
  • the lubricating oil 104 between the two extension parts 162 moves to the seal part 160 and the extension part 162.
  • the lubricating oil 104 is sufficiently supplied between the seal portion 160 and the extension portion 162 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 (FIG. 3A). Therefore, the lubricity between them is maintained, and friction and wear can be suppressed.
  • the length G of the extension 162 is longer than the length F of the seal 160, and the center angle ⁇ of the arc of the extension 162 is set to 40 degrees or more.
  • FIG. 7A is a view of the piston 136 inserted into the cylindrical inner space of the cylinder 134 as viewed from the right side.
  • the cylinder 134 is cut through its axis so that the positional relationship between the cylinder 134 and the piston 136 is easily understood.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view showing the cylinder 134 and the piston 136 cut along the straight line L2 of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view showing the cylinder 134 and the piston 136 cut along a straight line L3 in FIG. 7A.
  • the gap between the fixie 136 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 is expressed larger than actual.
  • the piston 136 can be slightly tilted in the cylindrical inner space of the cylinder 134.
  • the length of the back side of the seal part 160 of the piston 136 (the diameter of the collection part 164) is smaller than the length in the left-right direction (diameter of the extension part 162). . Therefore, the piston 136 is more easily inclined in the vertical direction than in the horizontal direction.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the central angle ⁇ of the extension 162 and the inclination angle of the piston 136.
  • the horizontal axis represents the central angle ⁇ (degrees) of the arc of the extension 162.
  • the vertical axis represents the inclination of the piston 136 when the upper part I at the front end of the seal part 160 and the lower parts J and K at the rear end of the extension part 162 contact the inner peripheral surface of the cylinder 134.
  • the inclination angle IM is an inclination of the piston 136 when the upper part I at the front end of the seal part 160 and the lower part M at the rear end of the seal part 160 hit the inner peripheral surface of the cylinder 134.
  • the piston 136 When the length G (G / F) of the extension 162 with respect to the length F of the seal portion 160 is 1 or more and the center angle ⁇ is 40 degrees or more, the piston 136 The inclination is smaller than the inclination angle IM. That is, the contact angle between the piston 136 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 is smaller than when the lower part M hits the inner peripheral surface of the cylinder 134. Thus, friction and wear between the piston 136 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 can be suppressed. As a result, the sliding loss in the reciprocating motion of the piston 136 can be reduced.
  • the length G of the extension 162 is set to be not less than 1/2 and not more than 3/2 of the diameter of the piston pin 143. Thereby, the lubricity can be maintained while suppressing the sliding loss of the piston 136.
  • the piston 136 and the connecting portion 144 are connected by the piston pin 143.
  • the piston pin 143 is usually disposed just behind the seal portion 160 because the piston 136 becomes longer and heavier as the distance from the seal portion 160 increases. Therefore, if the length G of the extension 162 is equal to or greater than 1 ⁇ 2 of the diameter of the piston pin 143, the extension 162 is provided at a portion of the piston 136 that sandwiches the center of the piston pin 143 from the left-right direction. Thereby, the extension part 162 can support the piston pin 143 which is an action point of a load from the left-right direction. For this reason, even if the sliding area of the piston 136 is reduced, the piston 136 does not easily tilt in the left-right direction, and the piston 136 can reciprocate stably. As a result, the sliding loss of the piston 136 can be reduced.
  • the extension portion 162 can receive the load in the left-right direction of the piston 136 more reliably.
  • the length G of the extension part 162 is 1/3 or more and 3 or less of the width A of the extension part 162, preferably 1/2 or more and 2 or less, and more preferably 0.7 or more and 1.3 or less. Or less preferably, equal to the width A of the extension 162. As described above, the length G of the extension portion 162 is determined with respect to the width A of the extension portion 162, whereby the sliding loss of the piston 136 can be suppressed.
  • FIG. 9 shows the length G and width A of the extension 162 when the upper part I of the front end of the seal part 160 and the lower parts J and K of the rear end of the extension 162 hit the inner peripheral surface of the cylinder 134. It is a graph which shows the relationship.
  • the horizontal axis represents the length G of the extension 162 with respect to the diameter of the piston 136.
  • the vertical axis represents the width A of the extension 162 with respect to the diameter of the piston 136.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the length G of the extension 162 and the loss.
  • the horizontal axis represents the length G of the extension 162 with respect to the diameter of the piston 136.
  • the vertical axis represents viscous friction (viscosity resistance) accompanying the reciprocating motion of the piston 136 and energy loss (sliding loss) due to solid contact.
  • the extension portion 162 when the length G of the extension portion 162 is shortened, the extension portion 162 is not disposed in the portion of the piston 136 that sandwiches the piston pin 143 that is the point of action of the load from the right side and the left side. As a result, the extension 162 cannot sufficiently support the load in the left-right direction, and the piston 136 directly contacts the inner peripheral surface of the cylinder 134 without the lubricating oil 104 interposed therebetween. As a result, as shown in FIG. 10, the solid contact between the piston 136 and the inner peripheral surface of the cylinder 134 increases, and the energy loss due to this increases.
  • the electric element 110 is driven at a plurality of rotation speeds by the inverter circuit.
  • the piston 136 is reduced in weight by providing the piston 136 with the seal portion 160, the extension portion 162, and the collection portion 164. For this reason, a vibration can be reduced and a load can be reduced.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a hermetic compressor 100 according to the second embodiment.
  • 12 is a cross-sectional view showing the hermetic compressor 100 cut in a direction perpendicular to the main shaft 120 of FIG.
  • FIG. 13A is a view of the piston 136 inserted into the cylinder 134 as viewed from above.
  • FIG. 13B is a view of the piston 136 inserted into the cylinder 134 viewed from the right side. 13A and 13B, the cylinder 134 is cut so as to pass through its central axis so that the positional relationship between the cylinder 134 and the piston 136 is easily understood.
  • the cylinder 134 is formed in an arc whose rear end 170 is curved around the axis of the main bearing 126 (FIG. 11).
  • the shaft 118 and the connecting portion 144 are prevented from colliding with the cylinder 134.
  • the cylinder 134 has a straight portion 166 and a tapered portion 168 as shown in FIGS. 13A and 13B. For this reason, at least a part of the inner peripheral surface of the cylinder 134 is located at the bottom dead center side of the piston 136 (the inner peripheral surface on the rear side of the cylinder 134) from the top dead center side (the front inner peripheral surface of the cylinder 134). ) Has a large taper shape.
  • the straight portion 166 is provided on the front side of the cylinder 134, and the diameter of the inner peripheral surface of the cylinder 134 is constant without changing in the axial direction.
  • the tapered portion 168 is provided behind the straight portion 166, and the diameter of the inner peripheral surface of the cylinder 134 increases toward the rear side. For example, the diameter of the rear end of the tapered portion 168 is about 20 to 30 ⁇ m larger than the diameter of the straight portion 166.
  • the gap between the inner peripheral surface of the straight portion 166 and the piston 136 is narrow, the sealing property of the compression chamber 148 can be maintained.
  • the gap between the inner peripheral surface of the tapered portion 168 and the piston 136 is wide, the viscous friction can be suppressed and the sliding loss of the piston 136 can be reduced.
  • the length of the inner peripheral surface of the cylinder 134 in the axial direction is longer at the part facing the extension 162 than at the other part. That is, the inner peripheral surface of the cylinder 134 is formed such that the right length D and the left length E thereof are longer than the lower length C. The right length D and the left length E are set so that the extension 162 is positioned in the cylindrical inner space of the cylinder 134 when the piston 136 is at the bottom dead center.
  • the extension 162 can always support the load in the left-right direction with respect to the piston 136. Further, since the extension portion 162 does not pass through the rear end of the cylinder 134, damage to the extension portion 162 due to passage, increased friction and wear, generation of noise due to collision, and separation of the surface treatment of the piston 136 are prevented. be able to.
  • extension portion 162 is lengthened, it is not necessary to lengthen the entire cylinder 134 so that the extension portion 162 does not come out of the cylinder 134. As a result, the required length of the extension portion 162 can be sufficiently secured while suppressing an increase in the size of the cylinder block 124.
  • the outer peripheral surface of the piston 136 is subjected to a surface treatment including a synthetic resin.
  • a synthetic resin a resin excellent in terms of heat resistance, chemical resistance and sliding strength, for example, so-called engineering plastic is used.
  • engineering plastic for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamideimide (PAI) blended with a solid lubricant such as graphite and molybdenum disulfide, and polyetheretherketone (PEEK) can be mentioned. Since the durability of the piston 136 is improved by this surface treatment, the sliding loss can be reduced even if the sliding area is reduced. Moreover, even if the surface pressure of the side surface of the piston 136 increases under a high load condition, the piston 136 can be prevented from being damaged.
  • FIG. 14 is a view showing the piston 136.
  • the right view of FIG. 14 is a view of the piston 136 viewed from the right side.
  • the left view of FIG. 14 is a view of the piston 136 viewed from the left side.
  • the central view of FIG. 14 is a cross-sectional view showing the piston 136.
  • the widths of the two extension parts 162 are different from each other.
  • a force is applied to the piston 136 against the inner peripheral surface of the cylinder 134 by the connecting portion 144.
  • This load is applied to the right side of the piston 136 when the piston 136 moves from the bottom dead center toward the top dead center.
  • the direction in which the piston 136 is pushed toward the inner peripheral surface of the cylinder 134 by this load is referred to as the load side, and the opposite direction to the load side is referred to as the anti-load side.
  • the extension 162 positioned on the load side is referred to as a first extension 162A
  • the extension 162 positioned on the non-load side is referred to as a second extension 162B.
  • the center angle ⁇ of the first extension 162A is larger than the center angle ⁇ of the second extension 162B.
  • the center angle ⁇ of the first extension 162A is 42 degrees
  • the center angle ⁇ of the second extension 162B is 26 degrees.
  • the width A of the first extension 162A is wider than the width B of the second extension 162B.
  • the width A is 1.2 times to 2.0 times the width B, and preferably 1.6 times the width B.
  • FIG. 15 is a graph showing a load acting on the piston 136 when the main shaft 120 makes one rotation.
  • the horizontal axis represents the rotation angle of the main shaft 120.
  • the vertical axis indicates the load applied to the load side portion and the anti-load side portion of the piston 136.
  • the solid line shows the load under conditions of high operating pressure and high speed.
  • the broken line indicates the load under the conditions of normal operating pressure and low speed.
  • the load applied to the load side portion and the anti-load side portion of the piston 136 varies depending on the operating pressure condition, the rotational speed, the mass of parts such as the piston 136, the offset amount of the shafts of the cylinder 134 and the main bearing 126, and the like.
  • the load on the load side portion is larger than that on the anti-load side portion.
  • the ratio of the maximum load on the load side portion to the maximum load on the non-load side portion is approximately 1.6: 1.
  • the width A of the first extension 162A is set wider than the width B of the second extension 162B.
  • the surface pressure of the first extension portion 162A and the surface pressure of the second extension portion 162B can be made equal. Accordingly, the piston 136 can be sufficiently supported by each of the extension parts 162A and 162B while the area of each of the extension parts 162A and 162B is kept as small as possible. As a result, sliding loss can be reduced.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the refrigerator 178.
  • the hermetic compressor 100 according to the first embodiment is provided in the refrigerator 178 as the hermetic compressor 210.
  • the hermetic compressor 100 according to the second embodiment can be provided in the refrigerator 178 as the hermetic compressor 210. In this case, the same effects as those of the second embodiment are obtained.
  • the refrigerator 178 includes a heat insulating box 180 having a heat insulating space therein, and a door attached to the heat insulating box 180 so that the heat insulating space can be opened and closed.
  • the surface of the heat insulation box 180 to which the door is attached is referred to as a front surface, and the opposite surface is referred to as a back surface.
  • the heat insulation box 180 has a vertically long, substantially rectangular parallelepiped shape, and includes a heat insulation wall that forms a heat insulation space therein and a plurality of heat insulation spaces (five in this embodiment) 188, 190, 192, 194. And a partition plate partitioned into 196.
  • the five heat-insulating space portions 188, 190, 192, 194, and 196 are divided into four stages in the vertical direction, and the heat-insulating space part in the second stage from the top is further divided into two in the left-right direction.
  • the first heat insulation space portion from the top is the refrigerator compartment 188
  • the second heat insulation space portion from the top is the switching chamber 190 and the ice making room 192
  • the third heat insulation space portion is the vegetable room 194.
  • the fourth-stage heat-insulating space is used as the freezer compartment 196.
  • These heat insulating space portions 188, 190, 192, 194, and 196 are connected to each other by a duct (not shown), and a damper (not shown) is provided in the duct.
  • the air in each heat insulation space part can move mutually by this duct, and the air volume of this air is adjusted by the damper.
  • temperature sensors are arranged in all or part of the heat insulating space portions 188, 190, 192, 194, 196.
  • the heat insulating box 180 includes an inner box 182 and an outer box 184 provided outside the inner box 182.
  • the inner box 182 is formed by vacuum molding a resin body such as ABS.
  • the inner box 182 forms an inner surface of a heat insulating wall that defines a heat insulating space and a partition plate.
  • the outer box 184 is formed of a metal material such as a pre-coated steel plate and forms the outer surface of the heat insulating wall.
  • a heat insulating body 186 is integrally foamed and filled in the space between the inner box 182 and the outer box 184 to form a heat insulating box 180. Thereby, a heat insulation wall and a partition plate are formed simultaneously and integrally.
  • a foamed plastic such as rigid urethane foam, phenol foam or styrene foam is used.
  • this foam material for example, hydrocarbon-based cyclopentane is used from the viewpoint of preventing global warming.
  • the heat insulating box body 180 is provided with a recessed portion 208 in which a part of each of the back surface and the upper surface is recessed, and the hermetic compressor 210 is elastically supported by the recessed portion 208.
  • a condenser (not shown) and a dryer (not shown) for removing moisture are disposed on the side surface of the heat insulating box 180 and the like.
  • a capillary 212 which is a decompressor and an evaporator 216 are arranged on the back surface of the heat insulating box 180.
  • a cooling fan 214 and an evaporator 216 are arranged on the back of the vegetable compartment 194 and the freezing compartment 196 in the heat insulation box 180.
  • the hermetic compressor 210, the condenser, the capillary 212, and the evaporator 216 are annularly connected by a pipe 218 to constitute a refrigeration cycle.
  • the heat insulation box 180 is provided with a control device (not shown), and a temperature sensor disposed in each heat insulation space is connected to the control device.
  • a hermetic compressor 210, a condenser, a dryer, a capillary 212, an evaporator 216, a cooling fan 214, and an evaporator 216 are connected to the control device. And a control apparatus controls these based on a detected value with a temperature sensor.
  • the five doors 198, 200, 202, 204, and 206 are insulated boxes so as to cover the front surfaces of the respective insulated space portions 188, 190, 192, 194, and 196 in the insulated box body 180 so that they can be opened and closed. It is attached to the body 180.
  • the refrigerating room 188 is provided with a rotary door 198, and the remaining switching room 190, ice making room 192, vegetable room 194 and freezing room 196 are provided with drawer doors 200, 202, 204 and 206, respectively.
  • the rotary door 198 and the drawer doors 200, 202, 204, and 206 are formed by attaching a decorative board to a heat insulating material such as foamed polystyrene. Gaskets are disposed between the doors 198, 200, 202, 204, 206 and the heat insulating box 180, whereby the airtightness of the heat insulating space portions 188, 190, 192, 194, 196 is maintained.
  • the control device starts and stops the cooling operation based on detection signals from the respective temperature sensors.
  • the working fluid is compressed by the reciprocating motion of the piston 136 (FIG. 1) in the hermetic compressor 210, becomes high temperature and high pressure, and is sent from the discharge pipe 154 to the refrigeration cycle through the pipe 218.
  • This high-temperature and high-pressure gaseous working fluid is condensed and liquefied when heat is released by the condenser.
  • the liquid working fluid is decompressed by the capillary 212 to a low temperature and a low pressure, and reaches the evaporator 216.
  • each vegetable compartment 194 and freezer compartment 196 is moved by the cooling fan 214, and heat exchange is performed between the air and the low-temperature working fluid in the evaporator 216.
  • the working fluid that has reached a high temperature evaporates and returns to the hermetic compressor 210 through the pipe 218.
  • the cooled air is distributed to each heat insulation space portion 188, 190, 192 by a duct.
  • each heat insulation space portion 188, 190, 192, 194, 196 is adjusted to an appropriate temperature.
  • the refrigerator compartment 188 has a temperature that does not freeze for refrigerated storage, for example, 1 ° C to 5 ° C.
  • the switching chamber 190 is set to a temperature that can be changed by the user, and becomes this set temperature. This set temperature can be set to a predetermined temperature from the temperature zone of the freezer compartment 196 to the temperature zone of the refrigerator or the vegetable compartment 194, for example.
  • the ice making chamber 192 includes an automatic ice making device (not shown), and automatically creates and stores ice. Since this purpose is to preserve the ice, the temperature of the ice making chamber 192 is adjusted to a temperature that is relatively higher than the freezing temperature range, for example, ⁇ 18 ° C. to ⁇ 10 ° C.
  • the vegetable room 194 is adjusted to a temperature equal to or slightly higher than that of the refrigerator room 188, for example, 2 ° C to 7 ° C. The lower this temperature is, the more fresh the leaf vegetables in the vegetable compartment 194 can be maintained.
  • the freezer compartment 196 is normally adjusted to ⁇ 22 to ⁇ 18 ° C. for frozen storage. However, it may be adjusted to a low temperature such as ⁇ 30 ° C. or ⁇ 25 ° C. in order to improve the frozen storage state.
  • the piston 136 having the seal portion 160, the extension portion 162, and the collection portion 164 reciprocates in the cylindrical inner space of the cylinder 134.
  • the lubricity and compression efficiency of the piston 136 are improved, and the sliding loss is reduced.
  • the power consumption of the refrigerator 178 can be reduced and the reliability can be improved.
  • the partition plate is foam-filled integrally with the heat insulating wall in the heat insulating box 180, cost reduction and heat insulating performance can be improved. Since the partition plate produced in this way has about twice the heat insulation performance as compared with the heat insulating member of polystyrene foam, the partition plate can be made thinner, and the heat insulation space can be expanded accordingly.
  • the piston 136 may be subjected to the surface treatment according to the second embodiment.
  • the inner peripheral surface of the cylinder 134 may be formed in a tapered shape according to the second embodiment.
  • the width of the load-side extension 162 may be wider than that on the anti-load side.
  • the length of the inner peripheral surface of the cylinder 134 at the portion facing the extension 162 may be longer than the other portions.
  • the corners of the extension 162 and the seal 160 may be formed by the rounded portion 161 according to the first embodiment.
  • the lubricating oil drawing-in portion 163 according to the first embodiment may be provided between the extension portion 162 and the collection portion 164.
  • the stepped portion 164a according to the first embodiment may be provided at the rear end portion of the collecting portion 164.
  • the partition plate and the heat insulation wall are integrally formed in the heat insulation box 180, but the partition plate and the heat insulation wall may be provided separately.
  • the hermetic compressor 100 is provided in the refrigerator 178.
  • the hermetic compressor 100 is used in an apparatus using a refrigeration cycle (heat pump cycle) such as an air conditioner or a vending machine.
  • the hermetic compressor and refrigerator of the present invention are useful as a hermetic compressor and refrigerator that improve lubricity and compression efficiency and reduce sliding loss.

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Abstract

 密閉型圧縮機(100)は、電動要素(110)、圧縮要素(112)および密閉容器(102)を備える。前記圧縮要素は、シャフト(118)、シリンダブロック(124)、ピストン(136)、連結部(144)および給油機構(130)を備える。前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部(160)と、前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、かつ、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる2つの延長部(162)と、前記延長部よりも下死点側に延び、かつ、前記シール部より半径が小さい円柱形状の捕集部(164)と、を有している。

Description

密閉型圧縮機および冷蔵庫
 本発明は、ピストンがシリンダの内部空間で往復運動する、密閉型圧縮機および冷蔵庫に関する。
 省エネルギー対策として、たとえば、特許文献1に示す密閉型圧縮機が提案されている。この密閉型圧縮機では、シリンダ内に円柱形状のシリンダ室が備えられている。このシリンダの上壁に給油孔が設けられ、給油孔によってシリンダ室の内外が連通されている。また、円柱形状のピストンの外周面に環状溝が形成されている。
 このような密閉型圧縮機において、ピストンがシリンダ室内を往復運動している。ピストンが下死点に位置しているときは、給油孔が環状溝に連通する。一方、ピストンが上死点に位置しているときは、給油孔がシリンダ室内に連通する。これにより、潤滑油が、給油孔を通り、ピストンの外周面とシリンダ室の内周面との間の隙間を満たしている。この潤滑油により、ピストンとシリンダ室との間の潤滑、および、シリンダ室の密閉が行われる。
特開2009-197684号公報
 上記特許文献1に示す密閉型圧縮機では、潤滑性および圧縮効率の向上が図られているが、摺動損失に未だ改善の余地があった。
 本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減を図った密閉型圧縮機および冷蔵庫を提供することを目的としている。
 本発明のある態様に係る密閉型圧縮機は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、内部空間を有するシリンダを含むシリンダブロックと、前記内部空間で往復運動するピストンと、前記ピストンおよび前記偏心軸を連結する連結部と、を備え、前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部と、前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、かつ、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる2つの延長部と、前記延長部よりも下死点側に延び、かつ、前記シール部より半径が小さい円柱形状の捕集部と、を有している。
 本発明は、潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減を図った密閉型圧縮機および冷蔵庫の実現が可能であるという効果を奏する。
 本発明の上記目的、他の目的、特徴、および利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明の実施の形態1に係る密閉型圧縮機を示す断面図である。 図1の主軸に対して垂直な方向に切断した密閉型圧縮機を示す断面図である。 図1のシリンダに挿入されたピストンを上方から視た図である。 図1のシリンダに挿入されたピストンを右側から視た図である。 図1のピストンを示す図である。 図1のピストンおよびシリンダの一部を拡大した断面図である。 アール部を設けていないピストンを示す図である。 アール部を設けた、図1のピストンを示す図である。 図1のシリンダに挿入されたピストンを右側から視た図である。 図7Aの直線L2で切断したシリンダおよびピストンを示す断面図である。 図7Aの直線L3で切断したシリンダおよびピストンを示す断面図である。 図7Aのピストンの傾斜角度と延長部の中心角αとの関係を示すグラフである。 図7Aの延長部の長さGと延長部の幅Aとの関係を示すグラフである。 図7Aの延長部の長さGと損失との関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態2に係る密閉型圧縮機を示す断面図である。 図11の主軸に対して垂直な方向に切断した密閉型圧縮機を示す断面図である。 図11のシリンダに挿入されたピストンを上方から視た図である。 図11のシリンダに挿入されたピストンを右側から視た図である。 図11のピストンを示す図である。 図11の主軸が1回転する際にピストンに加わる荷重を示すグラフである。 本発明の実施の形態3に係る冷蔵庫を示す断面図である。
 (本発明の基礎となった知見)
 本発明者らは、ピストンおよびシリンダに関して、潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減について検討した。ピストンが往復運動する際の摺動損失は、ピストンの摺動面積が広いほど大きくなる。特許文献1の密閉型圧縮機では、円柱形状のピストンの外周面の全体が摺動面となるため、ピストンの摺動損失が大きくなってしまう。
 一方、ピストンの外周面の面積を狭くするため、ピストンの軸方向の長さを単に短くすることも考えられる。この場合、シリンダ室におけるピストンの傾きが大きくなり、ピストンとシリンダ室との接触摩擦が増え、潤滑性が低下してしまう。また、ピストンの外周面とシリンダ室の内周面との間の隙間の長さが短くなる。このため、潤滑油が切れて、シリンダ室の密閉性が維持できず、圧縮効率が低下するおそれがある。
 そこで、本発明者等は、後述するシール部、延長部および捕集部を有するピストンを用いることにより、潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減を実現することができることを見出した。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
 第1の本発明に係る密閉型圧縮機は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、内部空間を有するシリンダを含むシリンダブロックと、前記内部空間で往復運動するピストンと、前記ピストンおよび前記偏心軸を連結する連結部と、を備え、前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部と、前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、かつ、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる2つの延長部と、前記延長部よりも下死点側に延び、かつ、前記シール部より半径が小さい円柱形状の捕集部と、を有している。
 第2の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1の発明において、前記ピストンが下死点にあるとき、前記捕集部の少なくとも一部が前記シリンダの外に露出していてもよい。
 第3の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1または第2の発明において、前記捕集部は、前記延長部よりも下死点側において、前記ピストンの全周に亘って形成されていてもよい。
 第4の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~3のいずれか1つの発明において、軸方向の前記延長部の長さは、周方向の前記延長部の幅の1/3以上3以下であってもよい。
 第5の本発明に係る密閉型圧縮機は、第4の発明において、前記延長部の長さは、前記延長部の幅と等しくてもよい。
 第6の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~5のいずれか1つの発明において、前記連結部と前記ピストンとを接続するピンをさらに備え、前記延長部の長さは、前記ピンの直径の1/2以上3/2以下であってもよい。
 第7の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~6のいずれか1つの発明において、前記延長部の長さは、前記シール部の長さより長く、前記延長部の円弧の中心角が、40度以上90度以下であってもよい。
 第8の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~7のいずれか1つの発明において、前記ピストンが上死点に向かう際に、前記連結部により前記ピストンが前記シリンダの内周面側へ押される方向を負荷側とし、前記負荷側の反対方向を反負荷側とすると、2つの前記延長部のうち、前記負荷側にある一方の延長部の幅が、前記反負荷側にある他方の延長部の幅の1.2倍以上であってもよい。
 第9の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~8のいずれか1つの発明において、前記ピストンは、前記延長部と前記捕集部との間に傾斜面で形成される潤滑油引込部をさらに有していてもよい。
 第10の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~9のいずれか1つの発明において、前記延長部の周方向の縁部と前記シール部の下死点側の縁部とを接続する隅部が、弧状に湾曲するアール部であってもよい。
 第11の本発明に係る密閉型圧縮機は、第10の発明において、前記アール部の半径が前記延長部の幅の25%以上50%以下であってもよい。
 第12の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~11のいずれか1つの発明において、前記シール部に環状溝が設けられていてもよい。
 第13の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~12のいずれか1つの発明において、前記ピストンに合成樹脂を含む表面処理が施されていてもよい。
 第14の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~13のいずれか1つの発明において、前記シリンダの内周面の軸方向の長さは、前記延長部に対向する部分の方が他の部分よりも長くてもよい。
 第15の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~14のいずれか1つの発明において、前記シリンダの内周面の少なくとも一部は、上死点側よりも下死点側の半径が大きいテーパー形状であってもよい。
 第16の本発明に係る密閉型圧縮機は、第1~15のいずれか1つの発明において、前記電動要素がインバータ回路により複数の回転数で駆動されていてもよい。
 第17の本発明に係る冷蔵庫は、第1~16のいずれか1つの密閉型圧縮機を備えている。
 以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。なお、シャフトの主軸に平行な方向を上下方向と称し、シリンダの内部空間の中心軸に平行な方向を前後方向と称し、上下方向および前後方向に垂直な方向を左右方向と称する。また、前後方向において、ピストンの上死点側を前側と称し、ピストンの下死点側を後側と称する。
 (実施の形態1)
  <密閉型圧縮機の構成>
 図1は、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100を示す断面図である。図2は、図1の主軸120に対して垂直な方向に切断した密閉型圧縮機100を示す断面図である。図1および図2に示すように、密閉型圧縮機100は、圧縮機本体106およびこれを収容する密閉容器102を備え、圧縮機本体106によって冷媒ガスを高温高圧状態にして密閉容器102から吐出する装置である。
 密閉容器102には潤滑油104および冷媒ガスが封入されている。潤滑油104は、圧縮要素112における作動の潤滑に用いられ、密閉容器102の底部に貯留されている。冷媒ガスとしては、たとえば、地球温暖化係数の低い炭化水素系のR600a(イソブタン)などが用いられる。密閉容器102には、圧縮機本体106の電動要素110に接続された電源端子113が設けられている。電源端子113にインバータ電源(図示せず)が接続されている。
 圧縮機本体106は、電動要素110と、これにより駆動される圧縮要素112とで構成されている。圧縮機本体106は、たとえば、サスペンションスプリング108によって弾性的に支持されている。
 電動要素110は、固定子114および回転子116を有し、たとえば、突極集中巻方式のDCブラシレスモータが用いられる。回転子116は、円柱形状であって、内部に円柱状空間を有している。回転子116は、固定子114の内側に配置され、永久磁石(図示せず)を内蔵している。固定子114は、複数の構成部分が略円筒形状に並べられて形成されている。各構成部分は、薄い鋼板を積層した鉄心を有し、鉄心に設けられた複数の磁極歯に絶縁材を介して銅製の巻線が巻かれている。この巻き線は全ての構成部分において連続し、その端部は電源端子113を経由して密閉型圧縮機100外のインバータ回路(図示せず)と導線により接続されている。インバータ回路によって、回転子116は、固定子114に対して複数の回転数で駆動される。
 圧縮要素112は、電動要素110の上方に配設されている。圧縮要素112は、シャフト118、シリンダブロック124、ピストン136、連結部144および給油機構130を備えている。シャフト118は、主軸120および偏心軸122により構成されている。
 主軸120は、その下部が電動要素110の回転子116の円柱状空間に挿入されて固定されている。さらに、主軸120の下端部は、回転子116から下方へ突き出し、密閉容器102の底部の潤滑油104に浸漬している。また、偏心軸122は、主軸120の上端から延び、その軸が主軸120の軸と一致せずに平行に設けられている。
 給油機構130は、主軸120に設けられ、潤滑油104を圧縮要素112の摺動部に供給する機構である。給油機構130として、たとえば、遠心ポンプ(図示せず)および螺旋溝128が挙げられる。遠心ポンプは、主軸120の内部に設けた傾斜穴などからなり、主軸120の回転に伴って傾斜穴の下端開口から潤滑油104を汲み上げる。螺旋溝128は、主軸120の外周面と主軸受126の内周面との間において主軸120の外周面上で螺旋状に上方に延びている。螺旋溝128は、その下端が遠心ポンプの傾斜穴の上端開口と連通し、上端が偏心軸122の摺動部の近傍へ通じている。
 シリンダブロック124は、上下方向に延びる主軸受126および前後方向に延びるシリンダ134を有している。主軸受126は、その内部に上下方向に延びる円柱状の貫通孔を含む。この貫通孔に主軸120が回転可能な状態で挿入されている。主軸受126はその内周面で主軸120を径方向に支持している。また、主軸受126は主軸120と共に偏心軸122に作用した荷重を支えている。
 シリンダ134は、円柱形状の内部空間(円柱状内部空間)を有している。円柱状内部空間は、前後方向に延び、シリンダ134の内周面で囲まれている。シリンダ134の前端面にバルブプレート146が取り付けられている。円柱状内部空間の前側部分は、バルブプレート146により塞がれている。また、バルブプレート146を覆うように、シリンダヘッド150がシリンダ134の前端面に固定されている。このバルブプレート146とシリンダヘッド150との間に吸入マフラ152が取り付けられている。吸入マフラ152は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)などの樹脂で成型され、内部の消音空間により吸入管153から流入する冷媒ガスの流入音を低減している。
 図2に示すように、シリンダ134の上部にスロット部172が設けられている。スロット部172は、シリンダ134の上部においてその後端170からシリンダ134の中心軸に沿った方向(軸方向)に切込まれた切欠きである。
 ピストン136は、その前部がシリンダ134の円柱状内部空間に往復可能に挿入されている。これにより、円柱状内部空間に、シリンダ134の内周面、ピストン136およびバルブプレート146によって囲まれた圧縮室148が形成される。
 ピストン136の後部が連結部144に接続されている。連結部144は、その両端部のそれぞれに穴部が設けられている。一方端部の穴部に、ピストン136に取り付けられたピストンピン143が嵌められている。また、他方端部の穴部に偏心軸122が嵌められている。これにより、連結部144は、偏心軸122とピストン136とを連結している。
  <ピストンの構成>
 図3Aは、シリンダ134に挿入されたピストン136を上方から視た図である。図3Bは、シリンダ134に挿入されたピストン136を右側から視た図である。図3Aおよび図3Bでは、シリンダ134とピストン136との位置関係が分かりやすいように、シリンダ134がその中心軸を通るように切断されている。図4は、ピストン136を示す図である。図4の右図は、右側から視たピストン136の図である。図4の左図は、図4の右図の直線L1において切断されたピストン136を示す断面図である。
 図3A~図4に示すように、ピストン136は、略円柱形状であって、たとえば、その直径が20~26mmであって、長さが直径の65~105%である。ピストン136は、その表面に、前側(上死点側)にある前面、後側(下死点側)にある後面、および、前面と後面との間にある外周面を有している。また、ピストン136には、シール部160、延長部162および捕集部164が設けられている。さらに、ピストン136は、その内部に、縦穴部136aおよび横穴部136bを有している。
 シール部160は、円柱形状であって、ピストン136の前側に設けられている。ピストン136の中心軸に沿った方向(軸方向)におけるシール部160の長さFは、たとえば、ピストン136の直径の20~40%である。シール部160の半径は、シリンダ134の内周面の半径より少し小さく設定されている。このため、シール部160の外周面は、シリンダ134の内周面との間に隙間を形成する。この隙間に潤滑油104が満たされて、潤滑油104により圧縮室148が密閉される。また、シール部160は、潤滑油104を介してシリンダ134の内周面にスライド自在に接している(摺接している)。よって、シール部160は、潤滑油104を介してシリンダ134の内周面に接しながら摺動する摺動部である。
 環状溝138がシール部160に設けられている。この実施の形態では、2本の環状溝138が間隔を開けて平行に配されている。環状溝138は、ピストン136の軸に対して垂直な方向に、シール部160の全周に亘って延びている。環状溝138の幅寸法および深さ寸法は、たとえば、0.5mmである。図2および図3Bに示すように、ピストン136が下死点に位置する際、環状溝138の一部がスロット部172からシリンダ134の外へ露出する。なお、環状溝138は、1本であってもよいし、設けられていなくてもよい。
 延長部162は、図3A~図4に示すように、シール部160より後側に設けられ、ピストン136の軸方向に延びている。延長部162の前端がシール部160の後端に接続し、延長部162は、シール部160から連続している。延長部162の後端は、ピストン136の中心軸に対して垂直に形成されている。延長部162の周方向の両縁部は互いに平行である。したがって、左右方向から視た延長部162の形状は、長方形または正方形になる。
 延長部162は、シール部160に等しい半径の円弧面を有している。すなわち、延長部162およびシール部160は、互いの周面が面一に接続されている。このため、延長部162は、シール部160と共に、シリンダ134の内周面との間に潤滑油104が満たされる隙間を形成する。よって、延長部162は、潤滑油104を介してシリンダ134の内周面に接しながら摺動する摺動部である。
 延長部162は、ピストン136の周方向に間隔を開けて、2つ設けられる。2つの延長部162は、ピストン136の中心軸に対して対称に設けられ、円柱状内部空間において左側および右側にそれぞれ配置されている。延長部162の円弧の中心角、つまり、ピストン136の中心軸に対する角度αは、たとえば、40度以上90度以下であり、好ましくは、40度以上60度以下である。この実施の形態では、角度αは42度に設定されている。
 ピストン136の軸方向における延長部162の長さGは、適宜設定することができる。具体的には次のように設定できる。すなわち、延長部162の長さGは、ピストン136の周方向における延長部162の幅Aの1/3以上3以下である。好ましくは、延長部162の長さGは、延長部162の幅Aの1/2以上2以下である。さらに、延長部162が正方形または略正方形になる、延長部162の長さGが延長部162の幅Aの0.7以上1.3以下であることが好ましく、延長部162の長さGが延長部162の幅Aと等しいことがさらに好ましい。また、延長部162の長さGは、ピストンピン143の直径の1/2以上3/2以下である。さらに、延長部162の長さGは、シール部160の長さFより長い。延長部162の長さGは、たとえば、ピストン136の直径の30~50%である。
 延長部162の周方向の縁部とシール部160の下死点側の端部(後端)との接続部分である隅部が、弧状に湾曲するアール部161で形成されている。このアール部161の半径Rは、延長部162の幅Aの25%以上50%以下である。好ましくは、半径Rは、幅Aの30%以上35%以下である。
 捕集部164は、シール部160よりも後側に設けられ、ピストン136の軸方向に延長部162よりも後側へ延びている。捕集部164は、シール部160および延長部162より窪んだ部分(縮径された部分)である。つまり、捕集部164は、延長部162より後側にある略円柱形状の部分と、2つの延長部162との間にある略半円柱形状の部分とを有している。前者の捕集部164は、ピストン136の全周に亘って形成されている。また、両者の半径は、シール部160より小さい。このため、捕集部164とシリンダ134の内周面との間の隙間の間隔は、シール部160および延長部162とシリンダ134の内周面との間の隙間の間隔よりも広い。よって、捕集部164は、摺動部でなく、非摺動部である。
 捕集部164の後端に、円柱形状の段差部164aが形成されている。段差部164aの半径は捕集部164の他の部分より小さく、段差部164aと他の部分との間に段差が設けられている。したがって、この段差部164aとシリンダ134の内周面との間の隙間の間隔は、他の部分よりさらに広くなっている。
 図5は、ピストン136およびシリンダ134の一部を拡大した断面図である。図5に示すように、延長部162と捕集部164との間に潤滑油引込部163が設けられている。潤滑油引込部163は、傾斜面で形成されており、その傾きは緩やかであって、その角度γは、たとえば、45度以下である。また、図4の右図に示すように、シール部160と捕集部164との間に、傾斜部が設けられている。この傾斜部は、緩やかな傾斜面であり、その角度は、たとえば、45度以下である。
 縦穴部136aは、図4に示すように、シール部160の後側の捕集部164に設けられており、2つの延長部162の間に配されている。縦穴部136aは、ピストン136軸方向に垂直な方向に延び、ピストン136を上下方向に貫通している。横穴部136bは、上下方向に偏平な空間であって、ピストン136の軸方向に延び、ピストン136の後面にて開口している。
 ピストンピン143は、図3Aおよび図4に示すように、円柱形状であって、縦穴部136aに挿入されている。このため、延長部162は、ピストンピン143の中心より後方まで延びている。ピストン136は、たとえば、鉄系の焼結材で形成され、燐酸マンガン皮膜で覆われている。ピストンピン143の直径は、たとえば、ピストン136の直径の25~45%である。
 連結部144とピストン136とを連結する際、横穴部136bに連結部144の一方端部を挿入する。これにより、一方端部の穴部が縦穴部136aに一致する。このため、縦穴部136aにピストンピン143を挿入すると、ピストンピン143は連結部144の穴部を通る。よって、連結部144とピストン136とが接続される。
  <密閉型圧縮機の動作>
 図1に示すように、密閉容器102の電源端子113に、密閉容器102の外部に設けられた商用電源などの電源(図示せず)が接続される。これにより、外部電源から電動要素110に交流電力が供給され、電動要素110において固定子114に発生する磁界によって回転子116が回転する。これと共に、回転子116に固定されている主軸120が回転し、主軸120に連結されている偏心軸122が図2の矢印に示す方向に偏心回転する。
 この偏心軸122の回転運動は連結部144により往復運動に変換されて、ピストン136がシリンダ134の円柱状内部空間で往復運動する。ピストン136の動きに応じてピストン136で塞がれた圧縮室148の容積が変化する。この容積が増加する方向にピストン136が移動すると、冷媒ガスは吸入管153から密閉容器102内に流入し、吸入マフラ152を介して圧縮室148内に吸入される。一方、容積が減少する方向にピストン136が移動すると、冷媒ガスは、圧縮室148内で圧縮された後、高温高圧となって吐出管154を経由して冷凍サイクル(図示せず)へ送られる。
 また、主軸120が回転することにより、潤滑油104は、主軸120の下部のポンプ部により汲み上げられ、遠心力および粘性力で給油機構130を通って、圧縮要素112の各摺動部へ供給される。このとき、潤滑油104の一部は、偏心軸122の上部から振り撒かれる。これにより、各摺動部の摩擦や摩耗が低減されている。
  <作用および効果>
 連結部144は、偏心軸122の回転運動を変換して、ピストン136を往復運動させている。この際、圧縮室148の圧力およびピストン136の慣性力に抗して連結部144はピストン136を運動させる。このため、シリンダ134の軸方向に対して斜めの荷重がピストン136に作用する。この荷重の左右方向の分力によってピストン136がシリンダ134の内周面に押さえ付けられる。これに対して、シール部160および延長部162がピストン136の右側部分および左側部分に設けられている。このため、シール部160および延長部162においてピストン136に対する左右方向の荷重が支えられる。この結果、シール部160および延長部162以外の部分、つまり、シール作用や荷重支持に寄与しない部分のピストン136の摺動面積を削減することができる。よって、ピストン136の摺動損失の低減が図られる。
 また、ピストン136が下死点に位置する際、環状溝138の一部がスロット部172からシリンダ134の外部へ露出している。この際、偏心軸122(図1)の上部から散布された潤滑油104は、スロット部172を介して環状溝138に供給される。また、シリンダ134の上部に付着した潤滑油104も、スロット部172を介して環状溝138に供給される。この環状溝138の潤滑油104は、ピストン136の往復運動に伴ってシール部160の全体に与えられる。これにより、シリンダ134の内周面とシール部160との間に潤滑油104が充填される。よって、圧縮室148が密閉されるため、冷媒ガスが圧縮室148から漏れることが防がれ、密閉型圧縮機100の圧縮効率の向上が図られる。また、シール部160の潤滑性の向上が図られる。
 さらに、図3Aに示すように、ピストン136が下死点にある際、捕集部164の少なくとも一部がシリンダ134の外に露出する。このため、偏心軸122(図1)の上部から散布された潤滑油104が捕集部164に付着する。この潤滑油104は、ピストン136がシリンダ134の円柱状内部空間に挿入される際に、捕集部164から延長部162およびシール部160に供給される。よって、これらの潤滑性の向上および圧縮効率の向上がさらに図られる。
 また、捕集部164がピストン136の全周に亘って形成されている。よって、散布された潤滑油104を捕集部164が受ける面積は広く、かつ、広い範囲の方向からの潤滑油104を受けることができる。このため、捕集部164は潤滑油104をより効率的に受けることができる。
 さらに、捕集部164の段差部164aとシリンダ134の内周面との間の隙間の間隔が、捕集部164の他の部分より広くなっている。これにより、隙間の入口が広くなるため、捕集部164に付着した潤滑油104を隙間へ円滑に供給することができる。
 さらに、ピストン136の往復運動に伴い、図5に示すように、捕集部164の潤滑油104は、潤滑油引込部163においてシリンダ134の内周面との隙間が狭い方へ移動する。これにより、潤滑油104は、潤滑油引込部163を介して延長部162へ移動する。この際、潤滑油引込部163の傾きが小さいため、潤滑油104は潤滑油引込部163を速やかに進むことができる。この結果、潤滑油104が延長部162に円滑に供給される。
 また、図4の右図に示すように、延長部162とシール部160との隅部が、弧状に湾曲するアール部161で形成されている。このため、研磨加工によるピストン136の形状が安定する。しかも、密閉型圧縮機100の組み立て時に、ピストン136をシリンダ134の円柱状内部空間にスムーズに挿入することができる。したがって、密閉型圧縮機100の生産性が向上する。
 このアール部161の半径Rは、延長部162の幅Aの25~50%に設定されている。このため、2つの延長部162の間を進む潤滑油104は、シール部160のみでなく、延長部162にも供給される。
 すなわち、図6Aに示すアール部161の半径Rは、幅Aの25%未満である。この場合、潤滑油104は、破線の矢印に示すように、延長部162に平行に進む。このため、2つの延長部162の間の潤滑油104はほとんどシール部160に供給される。また、アール部161の半径Rが幅Aの50%より大きくなれば、捕集部164と延長部162の中心との距離が長くなる。よって、どちらの場合においても、大きな荷重が作用する延長部162の中心に捕集部164から潤滑油104が十分に供給されなくなり、潤滑性が低下してしまうおそれがある。
 一方、図6Bに示すアール部161の半径Rは、幅Aの25%以上50%以下である。この場合、潤滑油104の進行方向が、破線の矢印に示すように、アール部161により曲げられる。このため、2つの延長部162の間にある潤滑油104は、シール部160および延長部162に移動する。これにより、シール部160および延長部162とシリンダ134(図3A)の内周面との間に潤滑油104が十分に供給される。よって、これらの間の潤滑性が維持され、摩擦および摩耗を抑制することができる。
 図4に示すように、延長部162の長さGがシール部160の長さFより長く、かつ、延長部162の円弧の中心角αが40度以上に設定されている。これにより、ピストン136がシリンダ134の円柱状内部空間を往復運動する際、ピストン136とシリンダ134の内周面との接触角度を小さくすることができる。よって、ピストン136とシリンダ134の内周面との間の摩擦を抑え、ピストン136の摺動損失を低減することができる。
 具体的には、図7Aは、シリンダ134の円柱状内部空間に挿入されたピストン136を右側から視た図である。図7Aでは、シリンダ134とピストン136との位置関係が分かりやすいように、シリンダ134はその軸を通るように切断されている。図7Bは、図7Aの直線L2で切断したシリンダ134およびピストン136を示す断面図である。図7Cは、図7Aの直線L3で切断したシリンダ134およびピストン136を示す断面図である。なお、説明の便宜上、図7A~図7Cでは、ピスト136とシリンダ134の内周面との隙間を実際より大きく表現している。
 図7Aに示すように、ピストン136とシリンダ134の内周面との間に隙間があるため、ピストン136はシリンダ134の円柱状内部空間でわずかに傾くことができる。また、図7Bに示すように、ピストン136のシール部160より後ろ側の部分は、上下方向の長さ(捕集部164の直径)が左右方向の長さ(延長部162の直径)より小さい。よって、ピストン136は左右方向に比べて上下方向に傾き易い。
 ピストン136が上下方向に最大角度で傾くと、図7Cに示すシール部160の前端の上部Iがシリンダ134の内周面に当たり、図7Bに示す延長部162の後端の下部JおよびKがシリンダ134の内周面に当たる。
 図8は、延長部162の中心角αとピストン136の傾斜角度との関係を示すグラフである。横軸は延長部162の円弧の中心角α(度)を表している。縦軸は、シール部160の前端の上部Iおよび延長部162の後端の下部J、Kがシリンダ134の内周面に接触したときのピストン136の傾きを表している。傾斜角度IMは、シール部160の前端の上部Iおよびシール部160の後端の下部Mがシリンダ134の内周面に当たるときのピストン136の傾きである。
 図8に示すように、シール部160の長さFに対する延長部162の長さG(G/F)が1以上であって、かつ、中心角αが40度以上である場合、ピストン136の傾きは傾斜角度IMより小さくなる。つまり、下部Mがシリンダ134の内周面に当たるときに比べて、ピストン136とシリンダ134の内周面との接触角度が小さくなる。これより、ピストン136とシリンダ134の内周面との間の摩擦および摩耗を抑制することができる。この結果、ピストン136の往復運動における摺動損失を低減することができる。
 延長部162の長さGは、ピストンピン143の直径の1/2以上3/2以下に設定される。これにより、ピストン136の摺動損失を抑えながら、潤滑性を維持することができる。
 つまり、図3Aに示すようにピストン136と連結部144はピストンピン143により接続されている。このため、連結部144からピストン136に対する左右方向の荷重はピストンピン143に作用する。このピストンピン143の位置は、シール部160から離れるほど、ピストン136が長くなって重くなるため、通常、シール部160のすぐ後ろに配される。よって、延長部162の長さGがピストンピン143の直径の1/2以上であれば、延長部162は、ピストンピン143の中心を左右方向から挟むピストン136の部分に設けられる。これにより、延長部162は、荷重の作用点であるピストンピン143を左右方向から支持することができる。このため、ピストン136の摺動面積を狭くしても、ピストン136が左右方向へ傾斜し難く、ピストン136が安定して往復運動することができる。この結果、ピストン136の摺動損失を低減することができる。
 また、延長部162の長さGはピストンピン143の直径の3/2以下であるため、延長部162は、ピストン136の左右方向の荷重をさらに確実に受けることができる。
 延長部162の長さGは、延長部162の幅Aの1/3以上3以下であって、好ましくは、1/2以上2以下であって、さらに好ましくは、0.7以上1.3以下であって、さらに好ましくは、延長部162の幅Aと等しい。このように、延長部162の長さGが延長部162の幅Aに対して定められることにより、ピストン136の摺動損失を抑えることができる。
 具体的には、図9は、シール部160の前端の上部Iおよび延長部162の後端の下部JおよびKがシリンダ134の内周面に当たるときの、延長部162の長さGと幅Aとの関係を示すグラフである。横軸は、ピストン136の直径に対する延長部162の長さGを表している。縦軸は、ピストン136の直径に対する延長部162の幅Aを表している。図10は、延長部162の長さGと損失との関係を示すグラフである。横軸は、ピストン136の直径に対する延長部162の長さGを表す。縦軸は、ピストン136の往復運動に伴う粘性摩擦(粘性抵抗)や固体接触によるエネルギー損失(摺動損失)を表している。
 図9に示すように、上部Iおよび下部J、Kがシリンダ134の内周面に当たる場合、延長部162の長さGが長くなるほど延長部162の幅Aが狭くなる。これにより、ピストン136に作用する荷重を延長部162が十分に支えることができず、図10に示すように、延長部162の長さGが長くなるほど粘性摩擦によるエネルギー損失が大きくなる。
 一方、延長部162の長さGが短くなると、荷重の作用点であるピストンピン143を右側および左側から挟むピストン136の部分に延長部162が配されない。これにより、延長部162が左右方向の荷重を十分に支えることができず、ピストン136がシリンダ134の内周面に潤滑油104を介さずに直接に接触する。この結果、図10に示すように、ピストン136とシリンダ134の内周面との固体接触が増え、これによるエネルギー損失が大きくなる。
 これに対して、上記の通り延長部162の長さGを延長部162の幅Aに対して定めることにより((1/3)≦(G/A)≦3)、粘性摩擦によるエネルギー損失および固体接触によるエネルギー損失の増加を抑制することができる。したがって、ピストン136の摺動損失の低減を図ることができる。
 電動要素110がインバータ回路により複数の回転数で駆動される。これにより、低速回転数で電動要素110が駆動される場合における振動、および、高速回転数で電動要素110が駆動される場合における慣性力によってピストン136に加わる荷重の増加が懸念される。これに対して、ピストン136にシール部160、延長部162および捕集部164を設けることにより、ピストン136の軽量化が図られている。このため、振動を低減し、かつ、荷重を軽減することができる。
 (実施の形態2)
 図11は、実施の形態2に係る密閉型圧縮機100を示す断面図である。図12は、図11の主軸120に対して垂直な方向に切断した密閉型圧縮機100を示す断面図である。図13Aは、シリンダ134に挿入されたピストン136を上方から視た図である。図13Bは、シリンダ134に挿入されたピストン136を右側から視た図である。図13Aおよび図13Bでは、シリンダ134とピストン136との位置関係が分かりやすいように、シリンダ134がその中心軸を通るように切断されている。
 シリンダ134は、図12および図13Aに示すように、その後端170が主軸受126(図11)の軸心を中心として湾曲する円弧で形成されている。このように後端170は前方に引っ込んでいるため、シャフト118および連結部144がシリンダ134に衝突することが防止されている。
 シリンダ134は、図13Aおよび図13Bに示すように、ストレート部166およびテーパー部168を有している。このため、シリンダ134の内周面の少なくとも一部は、ピストン136の上死点側(シリンダ134の前側の内周面)よりピストン136の下死点側(シリンダ134の後側の内周面)の半径が大きいテーパー形状になっている。ストレート部166は、シリンダ134の前側に設けられ、シリンダ134の内周面の直径が軸方向に変化せずに一定である。テーパー部168は、ストレート部166の後方に設けられ、シリンダ134の内周面の直径が後側に向かって拡大する。たとえば、テーパー部168の後端の直径は、ストレート部166の直径より20~30μm程度大きくなっている。
 このように、ストレート部166の内周面とピストン136との間の隙間を狭いため、圧縮室148の密閉性を保持することができる。一方、テーパー部168の内周面とピストン136との間の隙間が広いため、粘性摩擦を小さく抑え、ピストン136の摺動損失を低減することができる。
 軸方向のシリンダ134の内周面の長さは、延長部162に対向する部分の方が他の部分より長い。すなわち、シリンダ134の内周面は、その右側の長さDおよび左側の長さEが、下側の長さCより長く形成されている。この右側の長さDおよび左側の長さEは、ピストン136が下死点にあるときに、延長部162がシリンダ134の円柱状内部空間に位置するように設定される。
 これにより、ピストン136が下死点に位置していても、延長部162がシリンダ134の外部に露出しない。このため、ピストン136の延長部162がシリンダ134から出ないように、延長部162の長さGを極端に短くする必要がない。よって、延長部162は、ピストン136に対する左右方向の荷重を常に支持することができる。また、延長部162がシリンダ134の後端を通過しないため、通過による延長部162の損傷、摩擦や摩耗の増大、衝突に起因する騒音の発生、および、ピストン136の表面処理の剥離を防止することができる。
 一方、延長部162を長くしても、延長部162がシリンダ134から出ないように、シリンダ134全体を長くする必要がない。この結果、シリンダブロック124の大型化を抑えつつ、延長部162の必要な長さを十分に確保することができる。
 ピストン136の外周面には、合成樹脂を含む表面処理が施されている。合成樹脂には、耐熱、耐薬品性および摺動時の耐力の観点から優れた樹脂、たとえば、いわゆるエンジニアリングプラスチックが用いられる。エンジニアプラスチックとしては、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、黒鉛やニ硫化モリブデンなどの固体潤滑材を配合したポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)が挙げられる。この表面処理により、ピストン136の耐久性が向上するため、摺動面積を小さくしても摺動損失を低減することができる。また、高荷重条件でピストン136の側面の面圧が高くなっても、ピストン136の損傷を防止することができる。
 図14は、ピストン136を示す図である。図14の右図は、右側から視たピストン136の図である。図14の左図は、左側から視たピストン136の図である。図14の中央図は、ピストン136を示す断面図である。
 図14に示すように、2つの延長部162の幅が互いに異なる。具体的には、図12の矢印に示す方向に偏心軸122が回転する場合、ピストン136は連結部144によりシリンダ134の内周面に押し付けられる力(荷重)が作用する。この荷重は、ピストン136が下死点から上死点に向かって移動する際に、ピストン136の右側に加わる。この荷重によってピストン136がシリンダ134の内周面側へ押される方向を負荷側と称し、負荷側の反対方向を反負荷側と称する。
 図14に示すように、負荷側に位置する延長部162を第1延長部162Aと称し、反負荷側に位置する延長部162を第2延長部162Bと称する。第1延長部162Aの中心角αは、第2延長部162Bの中心角βより大きい。たとえば、第1延長部162Aの中心角αは42度であり、第2延長部162Bの中心角βは26度である。また、第1延長部162Aの幅Aは、第2延長部162Bの幅Bより広い。たとえば、幅Aは、幅Bの1.2倍以上2.0倍以下であって、好ましくは、幅Bの1.6倍である。
 図15は、主軸120が1回転する際にピストン136に作用する荷重を示すグラフである。横軸は、主軸120の回転角度を表している。縦軸は、ピストン136の負荷側部分および反負荷側部分に加わる荷重を示している。実線は、高い運転圧力・高速回転数の条件における荷重を示している。破線は、通常の運転圧力・低速回転数の条件における荷重を示している。
 ピストン136の負荷側部分および反負荷側部分に加わる荷重は、運転圧力条件や回転速度、ピストン136など部品の質量、シリンダ134と主軸受126の軸のオフセット量などによって変化する。ただし、図15に示すように、一般的に、負荷側部分の荷重が反負荷側部分より大きくなる。実線で示す場合、負荷側部分の最大荷重と反負荷側部分の最大荷重との比は、およそ1.6:1である。
 これに対して、第1延長部162Aの幅Aを、第2延長部162Bの幅Bより広く設定している。このため、負荷側部分の荷重が反負荷側部分より大きくても、第1延長部162Aの面圧と第2延長部162Bの面圧とを同等にすることができる。これにより、各延長部162A、162Bの面積をできる限り小さく抑えながら、各延長部162A、162Bでピストン136を十分に支えることができる。この結果、摺動損失を低減することができる。
 (実施の形態3)
 図16は、冷蔵庫178を示す断面図である。なお、この実施の形態では、実施の形態1に係る密閉型圧縮機100が密閉型圧縮機210として冷蔵庫178に備えられている。ただし、実施の形態2に係る密閉型圧縮機100を密閉型圧縮機210として冷蔵庫178に備えることもできる。この場合、実施の形態2と同様の作用効果を奏する。
 図16に示すように、冷蔵庫178は、内部に断熱空間を有する断熱箱体180と、断熱空間を開閉可能に断熱箱体180に取り付けられた扉とにより構成されている。なお、扉が取り付けられた断熱箱体180の面を正面とし、その対向する面を背面と称する。
 断熱箱体180は、縦長の略直方体形状であって、内部に断熱空間を形成する断熱壁と、断熱空間を複数(この実施の形態では5つ)の断熱空間部分188、190、192、194、196に区切る仕切り板とを含んでいる。5つの断熱空間部分188、190、192、194、196は、上下方向に4段に分けられており、上から2段目の断熱空間部分は左右方向にさらに2つに分けられている。たとえば、上から1段目の断熱空間部分は冷蔵室188として、上から2段目の2つの断熱空間部分は切替室190および製氷室192として、3段目の断熱空間部分は野菜室194として、4段目の断熱空間部分は冷凍室196として用いられている。これらの断熱空間部分188、190、192、194、196は、ダクト(図示せず)により互いに接続されており、このダクト内にはダンパ(図示せず)が設けられている。このダクトによって各断熱空間部分の空気は互いに移動可能であって、この空気の風量はダンパにより調整されている。また、断熱空間部分188、190、192、194、196の全てまたは一部に温度センサ(図示せず)が配置されている。
 断熱箱体180は、内箱182と、内箱182の外側に設けられた外箱184とにより構成されている。内箱182は、ABSなどの樹脂体を真空成型により成形される。内箱182は、断熱空間を画定する断熱壁の内面と、仕切り板とを成す。外箱184は、プリコート鋼板などの金属材料により形成され、断熱壁の外面を成す。この内箱182と外箱184との間の空間に断熱体186が一体的に発泡充填されて、断熱箱体180が作られる。これにより、断熱壁と仕切り板とが同時かつ一体的に形成される。なお、断熱体186には、たとえば硬質ウレタンフォーム、フェノールフォームまたはスチレンフォームなどの発泡プラスチックが用いられている。この発泡材には、温暖化防止の観点から、たとえば、ハイドロカーボン系のシクロペンタンが用いられる。
 断熱箱体180には、その背面および上面の各一部を窪ませた凹み部208が設けられ、凹み部208に密閉型圧縮機210が弾性的に支持されている。また、断熱箱体180の側面などに、凝縮器(図示せず)や水分除去を行うドライヤ(図示せず)が配置されている。さらに、断熱箱体180の背面に、減圧器であるキャピラリ212や、蒸発器216が配置されている。断熱箱体180内の野菜室194および冷凍室196の背面に冷却ファン214および蒸発器216が配置されている。これらの、密閉型圧縮機210、凝縮器、キャピラリ212および蒸発器216が配管218により環状に接続されて、冷凍サイクルが構成されている。また、断熱箱体180には制御装置(図示せず)が設けられており、この制御装置には各断熱空間部分に配置された温度センサが接続されている。さらに、制御装置には、密閉型圧縮機210、凝縮器、ドライヤ、キャピラリ212、蒸発器216、冷却ファン214および蒸発器216が接続されている。そして、制御装置は温度センサにより検出値に基づいてこれらを制御する。
 断熱箱体180内の各断熱空間部分188、190、192、194、196の正面を開閉可能に覆うように、この実施の形態では、5つの扉198、200、202、204、206が断熱箱体180に取り付けられている。冷蔵室188には回転扉198が設けられ、残る切替室190、製氷室192、野菜室194および冷凍室196には引出し扉200、202、204、206がそれぞれ設けられている。これらの回転扉198および引出し扉200、202、204、206は、発泡スチロールなどの断熱材に化粧板が貼り付けられて形成されている。各扉198、200、202、204、206と断熱箱体180との間にはガスケットが配置され、これにより各断熱空間部分188、190、192、194、196の気密性が保持されている。
 次に、上述した冷蔵庫178における冷凍サイクルの動作について説明する。制御装置は、各温度センサからの検出信号に基づいて冷却運転を開始および停止する。冷却運転が開始されると、密閉型圧縮機210においてピストン136(図1)の往復運動により作動流体が圧縮され、高温高圧となって吐出管154から配管218により冷凍サイクルへ送られる。この高温高圧の気体状の作動流体は、凝縮器にて放熱すると凝縮し液化する。この液体状になった作動流体は、キャピラリ212で減圧されて低温低圧となって、蒸発器216に至る。ここで、冷却ファン214により、各野菜室194および冷凍室196の空気が移動し、この空気と蒸発器216内の低温の作動流体とが熱交換する。これにより、高温になった作動流体は蒸発気化して、配管218を通り密閉型圧縮機210に戻る。一方、冷却された空気はダクトにより各断熱空間部分188、190、192に分配される。この際、ダンパにより各断熱空間部分188、190、192に分配される流量が調節されるため、各断熱空間部分188、190、192、194、196は適温に調節される。
 たとえば、冷蔵室188は、冷蔵保存のために凍らない温度、たとえば1℃~5℃になる。切替室190は、ユーザーより変更可能な温度に設定されており、この設定温度になる。この設定温度は、たとえば、冷凍室196の温度帯から冷蔵や野菜室194の温度帯まで所定の温度に設定され得る。製氷室192は、自動製氷装置(図示せず)を備え、氷を自動的に作製および貯留する。この氷の保存が目的であるため、冷凍温度帯よりも比較的高い、たとえば、-18℃~―10℃に製氷室192の温度が調節される。野菜室194は、冷蔵室188と同等もしくは若干高い温度、たとえば、2℃~7℃に調節される。この温度が凍らない程度で低いほど、野菜室194内の葉野菜の鮮度が長期間維持され得る。冷凍室196は、冷凍保存のために通常-22~-18℃に調節されている。ただし、冷凍保存状態の向上のため、たとえば-30℃や-25℃の低温に調節されてもよい。
 この冷凍サイクルの動作において、密閉型圧縮機210では、シール部160、延長部162および捕集部164を有するピストン136がシリンダ134の円柱状内部空間を往復運動する。これにより、ピストン136の潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減が図られている。この結果、冷蔵庫178の消費電力の低減、および、信頼性の向上を実現することができる。
 また、断熱箱体180において仕切り板が断熱壁と一体に発泡充填されていることにより、低コスト化および断熱性能の向上が図られる。このようにして作成された仕切り板は発泡スチロールの断熱部材に比べて約2倍の断熱性能を有することから、仕切り板の薄型化ができ、これに伴い断熱空間を拡大することができる。
  (その他の実施例)
 実施の形態1において、ピストン136に実施の形態2に係る表面処理が施されてもよい。また、実施の形態1において、シリンダ134の内周面が実施の形態2に係るテーパー形状に形成されていてもよい。さらに、実施の形態1において、実施の形態2と同様に、負荷側の延長部162の幅が反負荷側より広く形成されていてもよい。実施の形態1において、実施の形態2と同様に、延長部162に対向する部分のシリンダ134の内周面の長さが、他の部分より長く形成されていてもよい。
 実施の形態2において、延長部162とシール部160との隅部が、実施の形態1に係るアール部161で形成されていてもよい。また、実施の形態2において、延長部162と捕集部164との間に、実施の形態1に係る潤滑油引込部163が設けられていてもよい。さらに、実施の形態2において、捕集部164の後端部に、実施の形態1に係る段差部164aが設けられていてもよい。
 実施の形態3では、断熱箱体180において仕切り板および断熱壁が一体的に形成されていたが、仕切り板および断熱壁が別々に設けられていてもよい。また、実施の形態3では、密閉型圧縮機100は冷蔵庫178に設けられたが、エアーコンディショナーや自動販売機等の冷凍サイクル(ヒートポンプサイクル)を用いた機器に用いられる。
 本発明の密閉型圧縮機および冷蔵庫は、潤滑性および圧縮効率の向上、ならびに、摺動損失の低減を図った密閉型圧縮機および冷蔵庫等として有用である。
 100 密閉型圧縮機
 102 密閉容器
 104 潤滑油
 110 電動要素
 112 圧縮要素
 114 固定子
 116 回転子
 120 主軸
 122 偏心軸
 118 シャフト
 124 シリンダブロック
 126 主軸受
 130 給油機構
 134 シリンダ
 136 ピストン
 138 環状溝
 144 連結部
 148 圧縮室
 160 シール部
 162 延長部
 164 捕集部
 170 端面
 210 密閉型圧縮機

Claims (17)

  1.  固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、
     前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
     前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、を備え、
     前記圧縮要素は、
     前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、
     前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、内部空間を有するシリンダを含むシリンダブロックと、
     前記内部空間で往復運動するピストンと、
     前記ピストンおよび前記偏心軸を連結する連結部と、を備え、
     前記ピストンは、
     前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部と、
     前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、かつ、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる2つの延長部と、
     前記延長部よりも下死点側に延び、かつ、前記シール部より半径が小さい円柱形状の捕集部と、を有している、密閉型圧縮機。
  2.  前記ピストンが下死点にあるとき、前記捕集部の少なくとも一部が前記シリンダの外に露出している、請求項1に記載の密閉型圧縮機。
  3.  前記捕集部は、前記延長部よりも下死点側において、前記ピストンの全周に亘って形成されている、請求項1または2に記載の密閉型圧縮機。
  4.  軸方向の前記延長部の長さは、周方向の前記延長部の幅の1/3以上3以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  5.  前記延長部の長さは、前記延長部の幅と等しい、請求項4に記載の密閉型圧縮機。
  6.  前記連結部と前記ピストンとを接続するピンをさらに備え、
     前記延長部の長さは、前記ピンの直径の1/2以上3/2以下である、請求項1~5のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  7.  前記延長部の長さは、前記シール部の長さより長く、
     前記延長部の円弧の中心角が、40度以上90度以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  8.  前記ピストンが上死点に向かう際に、前記連結部により前記ピストンが前記シリンダの内周面側へ押される方向を負荷側とし、前記負荷側の反対方向を反負荷側とすると、
     2つの前記延長部のうち、前記負荷側にある一方の延長部の幅が、前記反負荷側にある他方の延長部の幅の1.2倍以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  9.  前記ピストンは、前記延長部と前記捕集部との間に傾斜面で形成される潤滑油引込部をさらに有している、請求項1~8のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  10.  前記延長部の周方向の縁部と前記シール部の下死点側の縁部とを接続する隅部が、弧状に湾曲するアール部である、請求項1~9のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  11.  前記アール部の半径が前記延長部の幅の25%以上50%以下である、請求項10に記載の密閉型圧縮機。
  12.  前記シール部に環状溝が設けられている、請求項1~11のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  13.  前記ピストンに合成樹脂を含む表面処理が施されている、請求項1~12のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  14.  前記シリンダの内周面の軸方向の長さは、前記延長部に対向する部分の方が他の部分よりも長い、請求項1~13のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  15.  前記シリンダの内周面の少なくとも一部は、上死点側よりも下死点側の半径が大きいテーパー形状である、請求項1~14のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  16.  前記電動要素がインバータ回路により複数の回転数で駆動される、請求項1~15のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
  17.  請求項1~16のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を備えている、冷蔵庫。
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