WO2018030414A1 - 密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

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WO2018030414A1
WO2018030414A1 PCT/JP2017/028797 JP2017028797W WO2018030414A1 WO 2018030414 A1 WO2018030414 A1 WO 2018030414A1 JP 2017028797 W JP2017028797 W JP 2017028797W WO 2018030414 A1 WO2018030414 A1 WO 2018030414A1
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WO
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piston
outer peripheral
peripheral surface
hermetic compressor
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/028797
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
飯田　登
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B39/00—Component parts, details, or accessories, of pumps or pumping systems specially adapted for elastic fluids, not otherwise provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B37/00

Definitions

  • the present invention relates to a hermetic compressor with reduced piston sliding loss and a refrigeration apparatus using the same.
  • FIGS. 8 is a longitudinal sectional view of a conventional hermetic compressor
  • FIG. 9 is an external view of a piston used in the conventional hermetic compressor
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part around a cylinder of the conventional hermetic compressor. It is.
  • the lubricating oil 4 is stored at the bottom of the sealed container 2, and the compressor body 6 is elastically supported by the suspension container 8 with respect to the sealed container 2.
  • the compressor main body 6 includes an electric element 10 and a compression element 12 disposed above the electric element 10.
  • the electric element 10 includes a stator 14 and a rotor 16.
  • the shaft 18 of the compression element 12 includes a main shaft portion 20 and an eccentric shaft portion 22 extending above the main shaft portion 20, and the main shaft portion 20 is rotatably supported by a main bearing 26 of the cylinder block 24.
  • the rotor 16 is fitted and fixed.
  • the shaft 18 is provided with an oil supply mechanism 30 that supplies the lubricating oil 4 at the bottom of the sealed container 2 to the upper end of the eccentric shaft portion 22 via the spiral groove 28 on the outer surface of the main shaft portion 20 and the like.
  • the cylinder block 24 includes a cylindrical cylinder 34, and a piston 36 is reciprocally inserted therein and is connected to the eccentric shaft portion 22 by a connecting means 23.
  • a seal portion 37, an outer peripheral surface portion 40, and a lower step surface 39 are provided on the outer peripheral surface of the piston 36 in order from the cylinder head 50 side.
  • the seal portion 37 is a sliding surface formed in a cylindrical shape so as to have a small clearance with respect to the inner diameter surface of the cylinder 34.
  • the outer peripheral surface portion 40 is a sliding surface that has the same radius as the seal portion 37 and is continuously provided on the rear side of the seal portion 37.
  • a sliding portion is formed by the seal portion 37 and the outer peripheral surface portion 40 and the inner peripheral surface of the cylinder 34.
  • the lower step surface 39 is a cut-out portion provided to have a smaller radius than the outer peripheral surface portion 40, and can be regarded as a “step (surface)” that is one step lower when the outer peripheral surface portion 40 is viewed as an upper step surface (patent).
  • Document 1 describes “concave part”).
  • the shaft 18 when the electric element 10 is energized, the shaft 18 also rotates as the rotor 16 rotates, and the compression element 12 performs a predetermined compression operation.
  • the piston 36 moves smoothly in the cylinder 34 by being guided by the outer peripheral surface portion 40 when moving from the bottom dead center to the top dead center.
  • the sliding area can be reduced, the sliding resistance between the piston 36 and the cylinder 34 can be reduced, and the sliding loss can be reduced.
  • the piston 36 receives the compression load of the refrigerant gas, and the shaft 18 is strongly pushed in the opposite direction of the piston 36 via the connecting means 23. 18 bends. As a result, a force that greatly tilts the piston 36 in the vertical direction acts.
  • the force that largely tilts the piston 36 in the vertical direction is mainly received by the outer peripheral surface portion 40, but when the boundary edge 41 is moved to the center side of the piston 36 with respect to the longitudinal direction of the compressor, the width of the outer peripheral surface portion 40 is reduced.
  • the inclination of the piston 36 increases, and the gap between the seal portion 37 of the piston 36 and the cylinder 34 increases.
  • the refrigerant gas leaking from the top dead center side to the bottom dead center side through the gap between the seal portion 37 of the piston 36 and the cylinder 34 increases, and the refrigeration capacity decreases.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a hermetic compressor having improved efficiency and refrigeration capacity while maintaining reliability, and a refrigeration apparatus using the same.
  • a hermetic compressor stores lubricating oil in a hermetic container, and is disposed above the electric element, including an electric element including a stator and a rotor.
  • a compression element comprising: a shaft having a main shaft portion to which the rotor is fixed, an eccentric shaft portion, and an oil supply mechanism; a main bearing and a cylinder for supporting the main shaft portion of the shaft; A piston block inserted in the cylinder so as to be able to reciprocate, and a connecting means for connecting the piston and the eccentric shaft portion.
  • the sliding loss of the piston without reducing the width of the outer peripheral surface portion and increasing the area of the lower step surface. Therefore, the sliding loss can be reduced only by a simple configuration in which a group of recesses are provided, and efficiency can be achieved. Moreover, since it is not necessary to enlarge the area of a lower stage surface, it becomes difficult to incline a piston to an up-down direction with respect to a cylinder. Thereby, leakage of the refrigerant gas can be suppressed, and a decrease in volumetric efficiency can be prevented. Moreover, when the piston is tilted, the surface pressure generated in the outer peripheral surface portion is reduced, so that local wear can be reduced.
  • the scattered lubricating oil can be stored in the group of recesses of the outer peripheral surface portion from the upper end of the eccentric shaft portion, the lubricating oil can be satisfactorily supplied from the group of recesses to the outer peripheral surface portion or the seal portion.
  • the sliding surfaces constituting the sliding portion (the outer peripheral surface portion of the piston, the seal portion, the inner peripheral surface of the cylinder) can be lubricated satisfactorily. The occurrence of wear can be prevented. As a result, a hermetic compressor with high reliability and high efficiency and refrigeration capacity can be obtained.
  • FIG. 2 is a top cross-sectional view of the hermetic compressor in Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part around a cylinder at a bottom dead center in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a side view illustrating an example of a piston in the first embodiment.
  • FIG. 6 is a characteristic diagram showing a load acting on a side surface of the piston in the first embodiment. It is a side view which shows the modification of the piston with which the hermetic compressor which concerns on Embodiment 1 of this indication is provided.
  • It is a schematic sectional drawing of the freezing apparatus which concerns on Embodiment 2 of this indication.
  • It is a longitudinal cross-sectional view of the conventional hermetic compressor. It is an external view which shows the piston of the conventional hermetic compressor. It is principal part sectional drawing which shows the cylinder periphery of the conventional hermetic compressor.
  • a hermetic compressor stores lubricating oil in a hermetically sealed container, and houses an electric element including a stator and a rotor, and a compression element disposed above the electric element,
  • the compression element includes a shaft having a main shaft portion to which the rotor is fixed, an eccentric shaft portion, and an oil supply mechanism, a cylinder block including a main bearing and a cylinder that support the main shaft portion of the shaft, and the cylinder And a connecting means for connecting the piston and the eccentric shaft portion, and a cylindrical surface that forms a sliding surface on the outer peripheral surface of the piston.
  • a seal portion an outer peripheral surface portion positioned behind the seal portion, having the same radius as the seal portion, supporting a side pressure applied to the piston, and a lower stage formed so as to have a smaller radius than the outer peripheral surface portion;
  • the sliding loss of the piston without reducing the width of the outer peripheral surface portion and increasing the area of the lower step surface. Therefore, the sliding loss can be reduced only by a simple configuration in which a group of recesses are provided, and efficiency can be achieved. Moreover, since it is not necessary to enlarge the area of a lower stage surface, it becomes difficult to incline a piston to an up-down direction with respect to a cylinder. Thereby, leakage of the refrigerant gas can be suppressed, and a decrease in volumetric efficiency can be prevented. Moreover, when the piston is tilted, the surface pressure generated in the outer peripheral surface portion is reduced, so that local wear can be reduced.
  • the scattered lubricating oil can be stored in the group of recesses of the outer peripheral surface portion from the upper end of the eccentric shaft portion, the lubricating oil can be satisfactorily supplied from the group of recesses to the outer peripheral surface portion or the seal portion.
  • the sliding surfaces constituting the sliding portion (the outer peripheral surface portion of the piston, the seal portion, the inner peripheral surface of the cylinder) can be lubricated satisfactorily. The occurrence of wear can be prevented. As a result, a hermetic compressor with high reliability and high efficiency and refrigeration capacity can be obtained.
  • the reaction in the plurality of concave portions formed in the outer peripheral surface portion of the piston when the direction in which the piston is pressed by the connecting means when the piston moves toward the top dead center is the load side, the reaction in the plurality of concave portions formed in the outer peripheral surface portion of the piston.
  • the load side area ratio may be 1.2 times higher than the load side area ratio.
  • the area ratio corresponding to the magnitude of the load acting in the side surface direction of the piston with the compression action is selected.
  • the depth of the group of the concave portions in the piston may be configured such that the distal end side of the piston is deepest and gradually becomes shallower as the distance from the distal end side of the piston increases.
  • a large amount of lubricating oil scattered from the upper end of the eccentric shaft portion can be stored in the deepest portion of the recess.
  • the depth of the recesses gradually decreases as the distance from the tip end side of the piston increases.
  • the wedge effect can be generated in the outer peripheral surface portion of the piston. Therefore, the lubrication action on the side surface of the piston can be increased, the sliding loss of the outer peripheral surface portion of the piston can be reduced, and the wear of the sliding surface can be prevented, and the efficiency of the hermetic compressor And reliability can be improved more effectively.
  • the hermetic compressor having the above-described configuration may have a configuration in which the surface of the piston is subjected to a surface treatment including a synthetic resin as a component.
  • the durability of the piston is improved by the surface treatment including the synthetic resin, the sliding area can be reduced and the sliding loss can be reduced.
  • the damage can be prevented even if the pressure on the side surface of the piston increases under high load conditions, the reliability of the hermetic compressor can be further improved.
  • the electric element may be driven by an inverter circuit at a plurality of rotation speeds.
  • the refrigeration apparatus according to the present disclosure has a configuration using the hermetic compressor having the above configuration.
  • the efficiency and reliability of the hermetic compressor are high, the power consumption of the refrigeration apparatus can be reduced and the reliability can be enhanced.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a hermetic compressor according to a first embodiment of the present disclosure
  • FIG. 2 is a top sectional view of the hermetic compressor according to the first embodiment
  • FIG. 3 is a first embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of the main part around the cylinder at the bottom dead center in FIG. 4,
  • FIG. 4 is a side view of the piston in the same embodiment, and
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing a load acting on the piston side face in the same embodiment is there.
  • the hermetic compressor 210 stores the lubricating oil 104 inside the hermetic container 102 and also uses R600a (isobutane) which is a refrigerant gas having a low warming coefficient. ) Is filled.
  • R600a isobutane
  • a compressor body 106 is suspended in the sealed container 102 by a suspension spring 108.
  • the compressor body 106 includes an electric element 110 and a compression element 112 driven by the electric element 110, and a power supply terminal 113 for supplying power to the electric element 110 is attached to the sealed container 102.
  • the compression element 112 disposed above the electric element 110 includes a shaft 118, a cylinder block 124, a piston 136, a connecting means 123, and the like.
  • the shaft 118 includes a main shaft portion 120 and an eccentric shaft portion 122 extending from the upper end of the main shaft portion 120 and parallel to the main shaft portion 120, and the lubricating oil 104 stored at the bottom in the sealed container 102 is supplied to the lower end of the main shaft portion 120. To the upper end of the eccentric shaft part 122 is provided.
  • the oil supply mechanism 130 is configured by a helical groove 128 formed on the outer surface of the main shaft portion 120.
  • the cylinder block 124 includes a main bearing 126, and the main shaft portion 120 of the shaft 118 is inserted into and supported by the main bearing 126 in a rotatable state.
  • the cylinder block 124 includes a cylinder 134 that is a cylindrical hole portion, and a piston 136 is reciprocally inserted into the cylinder 134.
  • the connecting means 123 connects the eccentric shaft portion 122 and the piston 136 by inserting the piston pins 143 (see FIG. 2) in which the holes provided at both ends are respectively attached to the piston 136 and the eccentric shaft portion 122. is doing.
  • a valve plate 146 is attached to the end face of the cylinder 134, and a compression chamber 148 is formed together with the cylinder 134 and the piston 136.
  • a load applied to the piston 136 acts on the eccentric shaft portion 122 via the connecting means 123, and the load acting on the eccentric shaft portion 122 is converted to the eccentric shaft portion 122.
  • the structure is a cantilever bearing supported by a main shaft portion 120 and a main bearing 126 arranged on the lower side.
  • the cylinder head 150 is fixed to the cylinder 134 so as to cover the valve plate 146 and cover it.
  • a suction muffler 152 formed of a resin such as polybutylene terephthalate (PBT) and having a sound deadening space inside is attached below the cylinder head 150.
  • PBT polybutylene terephthalate
  • the electric element 110 includes a stator 114 fixed below the cylinder block 124 and a rotor 116 disposed on the inner diameter side of the stator 114 and fixed to the main shaft 120 by a method such as shrink fitting.
  • the stator 114 is formed by winding a winding (not shown) directly around a plurality of magnetic pole teeth of an iron core in which steel plates are laminated via an insulating material, and the rotor 116 is a permanent magnet (not shown). ) Is built-in.
  • the winding of the stator 114 is connected to an inverter circuit (not shown) existing outside the hermetic compressor 210 via the power supply terminal 113 by a conducting wire, whereby the hermetic according to the first embodiment is sealed.
  • the mold compressor 210 is driven at a plurality of rotational speeds.
  • the piston 136 is provided with a seal portion 137, an outer peripheral surface portion 140, and a lower step surface 139 in order from the cylinder head 150 side on the outer peripheral surface thereof.
  • the seal portion 137 is a sliding surface formed in a cylindrical shape so as to have a small clearance with respect to the inner peripheral surface of the cylinder 134.
  • the outer peripheral surface portion 140 is a sliding surface that has the same radius as the seal portion 137 and is continuously provided on the rear side from the seal portion 137.
  • a sliding portion is formed by the seal portion 137 and the outer peripheral surface portion 140 and the inner peripheral surface of the cylinder 134.
  • the lower step surface 139 is a missing portion provided so that the radius is smaller than that of the outer peripheral surface portion 140.
  • the lower step surface 139 can be referred to as a “step (surface)” that is one step lower when the outer peripheral surface portion 140 is viewed as the upper step surface.
  • a step or a step is formed on the outer periphery of the piston 136, and the outer surface 140 is an “upper surface” having the same radius as the seal 137, and the radius is larger than that of the outer surface 140.
  • a lower step surface 139 (or step surface or stepped surface) configured to be smaller is formed.
  • the outer peripheral surface portion 140 when viewed from the outer peripheral side surface of the piston 136, the outer peripheral surface portion 140 has a substantially trapezoidal shape, and the seal portion 137 side (front side of the piston 136). However, the width gradually decreases toward the opposite side (rear side of the piston 136).
  • an outer peripheral surface portion 140 having the same shape is also formed on the side surface of the piston 136 that is opposite to the paper surface as viewed from FIG. 3 or FIG.
  • the lower step surface 139 is provided on the outer periphery of the piston 136 other than the seal portion 137 and the outer peripheral surface portion 140.
  • each recess 142 has an elliptical shape that is long in the reciprocating direction of the piston 136, and its depth is about 0.2 mm on average, but is not particularly limited.
  • the plurality of concave portions 142 are arranged in a zigzag shape, and in this example, an elliptical shape. As shown in FIG. 4, the plurality of concave portions 142 are formed on the outer peripheral surface portion 140 and are not formed on the lower step surface 139.
  • the area ratio of the dimple-shaped recess group 144 provided in the outer peripheral surface portion 140 is not particularly limited, but in the first embodiment, it may be configured to be different on the left and right when viewed from above the hermetic compressor 210. Specifically, when the piston 136 moves from the bottom dead center toward the top dead center and compresses the refrigerant gas, the piston 136 is pressed against the inner wall of the cylinder 134 by the connecting means 123, and a load is applied to the sliding surface. This direction (downward direction in FIG. 2) is referred to as “load side”, and the opposite side (upward direction in FIG. 2) of this “load side” is referred to as “anti-load side”.
  • the area ratio A of the dimple-shaped recess group 144 with respect to the outer peripheral surface portion 140 on the load side is lower than the area ratio B of the dimple-shaped recess group 144 of the outer peripheral surface portion 140 on the anti-load side.
  • the area ratio B on the anti-load side can be about 1.6 times the area ratio A on the load side, but the area ratio is of course not limited to this value.
  • the depths of the respective concave portions 142 constituting the dimple-shaped concave portion group 144 may be the same or different.
  • the concave portion 142 located on the distal end side of the piston 136 is deepest, and the depth of the concave portion 142 is gradually decreased as the distance from the distal end side of the piston 136 increases.
  • the outer peripheral surface of the piston 136 may be subjected to a surface treatment containing a synthetic resin as a component.
  • the synthetic resin used for the surface treatment is not particularly limited. Specifically, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyamideimide (PAI) blended with a solid lubricant such as graphite or molybdenum disulfide, polyether ether, and the like. Examples include so-called engineering plastics such as ketones (PEEK). These engineering plastics are excellent from the viewpoints of heat resistance, chemical resistance, and resistance to sliding.
  • the rotor 116 When the electric element 110 is energized from the power supply terminal 113, the rotor 116 is rotated together with the shaft 118 in the direction of the arrow by the magnetic field generated in the stator 114.
  • the eccentric rotation of the eccentric shaft portion 122 accompanying the rotation of the main shaft portion 120 is converted by the connecting means 123 to reciprocate the piston 136 in the cylinder 134. Then, when the volume of the compression chamber 148 is changed, the refrigerant gas in the sealed container 102 is sucked into the compression chamber 148 and then compressed.
  • the force exerted on the piston 136 that is largely tilted in the vertical direction is mainly received by the outer peripheral surface portion 140, and the outer peripheral surface portion 140 is provided with a dimple-shaped concave portion group 144 constituted by a plurality of concave portions 142, so that its sliding area Can be reduced. Therefore, the sliding loss generated in the outer peripheral surface portion 140 can be reduced.
  • the boundary edge 141 is moved to the center side of the piston 136 with respect to the longitudinal direction of the compressor on the outer peripheral surface portion 140 of the piston 136, in other words, the width of the outer peripheral surface portion 140 is reduced. Therefore, an increase in the angle at which the piston 136 tilts can be suppressed. Therefore, since the gap between the seal portion 137 of the piston 136 and the cylinder 134 does not increase, an increase in the amount of refrigerant gas that leaks from the top dead center side to the bottom dead center side of the piston 136 can be prevented, and a decrease in refrigeration capacity can be suppressed.
  • the inclination angle of the piston 136 does not increase, the surface pressure in the vicinity of the boundary edge 141 of the piston 136 does not increase, local wear can be suppressed, input is reduced and efficiency is prevented while lowering reliability. Can be improved.
  • an acting force is applied to the piston 136 through the connecting means 123 that connects the eccentric shaft portion 122 and the piston pin 143, and the piston 136 is pressed against the side surface of the cylinder 134. That is, since the piston 136 reciprocates against the pressure of the compression chamber 148 and the inertial force of the piston 136, the acting force acting on the piston 136 acts obliquely with respect to the axial direction of the cylinder 134. The piston 136 is pressed against the side surface of the cylinder 134.
  • FIG. 5 is a characteristic diagram showing a state of a load in which the piston 136 is pressed against the side surface of the cylinder 134 during one rotation of the main shaft 120, in which the upper direction indicates the load side load and the lower direction indicates the anti-load side load.
  • the characteristic indicated by the broken line is the load when driven at a low rotational speed under normal operating pressure conditions, and the solid line indicates the load when driven at a high rotational speed under high operating pressure conditions. ing.
  • the side pressure load applied to the piston 136 varies depending on the operating pressure conditions and the number of rotations, the mass of parts such as the piston 136, the offset amount of the shafts of the cylinder 134 and the main bearing 126, etc. It is often larger than the load side. In the case of the high pressure and high rotation speed condition indicated by the solid line in FIG. 5, the ratio of the maximum value of the load on each of the load side and the opposite load side is approximately 1.6: 1.
  • the area ratio A on the load side and the area ratio B on the anti-load side are not particularly limited, but as one preferred configuration example, the area ratio B on the anti-load side is The structure which is large at least between 1.2 times and 2 times the area ratio A on the side can be mentioned.
  • the area ratio B is 1.2 times or less, although it depends on the configuration of the hermetic compressor 210 or usage conditions, the effect of reducing sliding loss may be reduced. If the area ratio B is twice or more, although it depends on the configuration of the hermetic compressor 210 or the use conditions, the surface pressure on the anti-load side may increase excessively.
  • the area ratio B on the anti-load side can be within a range of about 1.6 times ⁇ 10% of the area ratio A on the load side. Within this range, the surface pressure when the maximum load is applied can be made equal, so that the sliding area can be minimized while ensuring the durability.
  • the refrigerant gas in the sealed container 102 is intermittently sucked into the compression chamber 148 via the suction muffler 152, compressed in the compression chamber 148, and then high-temperature and high-pressure refrigerant.
  • the gas is sent to the refrigeration cycle (not shown) from the sealed container 102 via the discharge pipe 149 and the like.
  • the lubricating oil 104 stored at the bottom of the sealed container 102 is conveyed upward from the lower end of the shaft 118 and scattered from the tip of the eccentric shaft portion 122.
  • a part of the scattered lubricating oil 104 adheres to the respective concave portions 142 constituting the dimple-shaped concave portion group 144 in the piston 136 exposed to the outside of the cylinder 134 near the bottom dead center. Thereafter, with the reciprocating motion of the piston 136, the dimple-shaped recess group 144 is pulled back into the cylinder 134, so that the lubricating oil 104 lubricates the sliding surfaces of the piston 136 and the cylinder 134 more reliably.
  • the sealing portion 137 maintains the airtightness of the compression chamber 148 in good condition, and in particular, the lubrication state of the outer peripheral surface portion 140 to which a large load acts can be improved, thereby preventing the occurrence of wear. , Reliability can be improved.
  • each of the concave portions 142 constituting the dimple-shaped concave group 144 is not particularly limited, but as described above, the depth located at the distal end side of the piston 136 is the deepest and is separated from the distal end side of the piston 136. Can be made shallower sequentially.
  • the lubricating oil 104 with the piston 136 adhering to the recess 142 near the bottom dead center causes a wedge effect when the piston 136 moves to the top dead center with the reciprocating motion of the piston 136.
  • the surface portion 140 can be more reliably lubricated. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of wear by improving the lubrication state of the outer peripheral surface portion 140 where the load acts particularly, and to improve the reliability.
  • the shape of the recess 142 is elliptical, but the shape of the recess 142 is not limited to this.
  • the recess 142 may be a perfect circle, a rectangle, or a triangle. The same effect can be obtained regardless of the shape of the recess 142. If the shape of the recess 142 is long in the direction along the sliding direction of the piston 136 (such as an elliptical shape shown in FIG. 4), the lubricating effect tends to be enhanced.
  • the surface of the piston 136 is subjected to a surface treatment including a synthetic resin as a component.
  • a surface treatment including a synthetic resin as a component it is preferable that the surface of the piston 136 is subjected to a surface treatment including a synthetic resin as a component.
  • FIG. 6 is a side view showing a piston 160 having another configuration included in the hermetic compressor 210 according to the first embodiment.
  • the piston 6 is provided with a seal portion 164, an outer peripheral surface portion 166, and a lower step surface 162 in this order from the cylinder head 150 side in the same manner as the piston 136 described above.
  • the lower step surface 162 is formed on the upper side surface and the lower side surface of the piston 160 so as to communicate with the space in the sealed container 102 at least near the bottom dead center.
  • the outer peripheral surface portion 166 is formed between the lower step surface 162 of the upper side surface and the lower side surface.
  • the outer peripheral surface portion 166 when viewed from the outer peripheral side surface of the piston 160, the outer peripheral surface portion 166 extends over the entire outer periphery of the piston 160 on the rear side of the piston 160 (opposite side of the seal portion 164). On the other hand, the width of the outer peripheral surface portion 166 is gradually narrowed and connected to the seal portion 164 as it goes to the seal portion 164 side (the front side of the piston 160).
  • the shape of the outer peripheral surface portion 140 shown in FIG. 3 or FIG. 4 is a trapezoidal shape in which the upper base is located on the rear side of the piston 160 and the lower base is located on the front side, but the outer peripheral surface portion 166 shown in FIG. It has a trapezoidal shape with an upper base located on the front side and a lower base located on the rear side, and both the upper and lower base sides extend over the entire outer periphery (the upper base side is connected to the seal portion 164). It has a shape like this. Therefore, as described above, the lower step surface 162 is provided on the outer periphery of the piston 160 at positions that become the upper side surface and the lower side surface. Further, the lower step surface 162 of either the upper side surface or the lower side surface has a shape in which the rear side of the piston 160 is narrowed and the front side is widened.
  • a dimple-like recess group 169 is formed on the outer peripheral surface portion 166 (as shown in FIG. 6 by surrounding it with a dotted line) as in the piston 136 described above.
  • the same effect as the first embodiment can be obtained.
  • refrigerant gas leakage between the piston 160 and the cylinder 134 can be reduced, and sliding efficiency can be reduced to improve efficiency.
  • wear of the seal portion 164 or the outer peripheral surface portion 140 of the piston 160 can be prevented to improve reliability.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a refrigeration apparatus according to Embodiment 2 of the present disclosure.
  • a heat insulating box 180 injects a heat insulating body 186 to be foam-filled into a space constituted by an inner box 182 obtained by vacuum molding a resin body such as ABS and an outer box 184 using a metal material such as a pre-coated steel plate. It has a thermal insulation wall.
  • a heat insulator 186 for example, a hard urethane foam, a phenol foam, a styrene foam, or the like is used.
  • Use of hydrocarbon-based cyclopentane as the foaming material is better from the viewpoint of preventing global warming.
  • the heat insulation box 180 is divided into a plurality of heat insulation sections, and has a structure in which the upper part is a revolving door type and the lower part is a drawer type. From the top, there are a refrigerator compartment 188, a drawer type switching chamber 190 and an ice making room 192 arranged side by side, a drawer type vegetable room 194, and a drawer type freezer room 196.
  • Each heat insulation section is provided with a heat insulation door through a gasket. From the top are the refrigerating room rotary door 198, the switching room drawer door 200, the ice making room drawer door 202, the vegetable room drawer door 204, and the freezer compartment drawer door 206. Moreover, the outer box 184 of the heat insulation box 180 is provided with the recessed part 208 which dented the top surface back.
  • the refrigeration cycle includes a hermetic compressor 210 elastically supported in the recess 208, a condenser (not shown) provided on the side surface of the heat insulating box 180, a capillary 212 as a decompressor, and moisture removal.
  • a dryer (not shown), an evaporator 216 provided with a cooling fan 214 in the vicinity of the back of the vegetable compartment 194 and the freezing compartment 196, and a suction pipe 218 are connected in an annular shape.
  • the hermetic compressor 210 has the configuration described in the first embodiment.
  • the refrigerator compartment 188 is normally set at 1 to 5 ° C. with a lower limit of the temperature at which it does not freeze for refrigerated storage.
  • the temperature setting of the switching room 190 can be changed by the user's setting, and the temperature can be set to a predetermined temperature from the freezer temperature zone to the refrigeration / vegetable room temperature zone.
  • the ice making chamber 192 is an independent ice storage chamber, and is equipped with an automatic ice making device (not shown) to automatically produce and store ice. Although it is a freezing temperature zone for storing ice, it can be set at a freezing temperature of ⁇ 18 ° C. to ⁇ 10 ° C., which is relatively higher than the freezing temperature zone because ice storage is intended.
  • the vegetable room 194 is often set to 2 ° C. to 7 ° C., which is the same or slightly higher temperature as the refrigerator room 188. It is possible to maintain the freshness of leafy vegetables for a long period of time as the temperature is lowered so as not to freeze.
  • the freezing room 196 is normally set at ⁇ 22 to ⁇ 18 ° C. for frozen storage, but may be set at a low temperature of ⁇ 30 or ⁇ 25 ° C., for example, to improve the frozen storage state.
  • Each chamber is divided by a heat insulating wall in order to efficiently maintain different temperature settings, but it is possible to integrally foam and fill with a heat insulating body 186 as a method for improving the heat insulating performance at a low cost.
  • a heat insulating member such as polystyrene foam
  • the heat insulating performance can be increased by about twice, and the storage volume can be increased by thinning the partition.
  • the cooling operation is started and stopped by a signal from a temperature sensor (not shown) and a control board according to the set temperature in the storage.
  • the hermetic compressor 210 performs a predetermined compression operation according to the instruction of the cooling operation, and the discharged high-temperature and high-pressure refrigerant gas radiates heat by a condenser (not shown) to be condensed and liquefied, and is depressurized by the capillary 212. It becomes a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant and reaches the evaporator 216.
  • cooling fan 214 By the operation of the cooling fan 214, heat is exchanged with the air in the cabinet, the refrigerant gas in the evaporator 216 is evaporated, and the low-temperature cold air after the heat exchange is distributed by a damper (not shown) or the like. Cooling is performed.
  • the refrigeration apparatus according to the second embodiment operates as described above, but the hermetic compressor included in the refrigeration apparatus has the configuration described in the first embodiment. Therefore, since the sliding loss of the hermetic compressor is reduced and the efficiency is improved, the power consumption of the refrigeration apparatus can be reduced. Moreover, since the reliability of the hermetic compressor according to Embodiment 1 is improved, the reliability of the refrigeration apparatus can also be improved.
  • the present disclosure provides a hermetic compressor with high efficiency and refrigeration capacity while improving reliability by reducing the sliding area of the piston and reliably supplying the sliding surface. Can be provided. Therefore, the present invention can be widely applied not only to household electric refrigerator-freezers but also to air conditioners, vending machines, other refrigeration apparatuses, and hermetic compressors.

Abstract

密閉型圧縮機は、ピストン（１３６）の外周面に、摺動面を形成する円筒状のシール部（１３７）と、シール部（１３７）の後方に位置し、シール部（１３７)と同じ半径を有し、ピストン（１３６）にかかる側圧を支持する外周面部（１４０）と、この外周面部（１４０）よりも半径が小さくなるように形成される下段面（１３９）と、が設けられている。外周面部（１４０）には、複数の凹部（１４２）が一群となって形成されている。これにより、シール部（１３７）以外の外周面部（１４０）に設けられた凹部（１４２）によって摺動面積が縮小される。これにより、摺動損失の低減を図ることができ、密閉型圧縮機の効率を向上し、冷凍装置の冷凍能力を向上させることができる。

Description

密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置
　本発明はピストンの摺動損失を低減した密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置に関する。
　近年、地球環境保護に対する要求から、家庭用冷凍装置はますます省エネ化への動きが加速されている。それゆえ、家庭用冷凍装置に用いる密閉型圧縮機もその効率を上げることが強く要望されている。
　このような中にあって、従来の冷凍装置用の密閉型圧縮機では、効率を向上させるために、圧縮室を摺動するピストンの側面の一部に、外周面から見て中心部に向かった凹んだ段差面を形成する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような段差面をピストンの外周に形成することにより、ピストンの摺動面積が低減される。それゆえ、摺動損失が低減して効率の向上が可能になる。
　このような従来の密閉型圧縮機について、図８～図１０を参照して説明する。図８は、従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図９は従来の密閉型圧縮機に用いているピストンの外観図、図１０は従来の密閉型圧縮機のシリンダ周辺の要部断面図である。
　図８から図１０において、密閉容器２の底部には潤滑油４が貯留されており、圧縮機本体６はサスペンションスプリング８によって密閉容器２に対し弾性的に支持されている。
　圧縮機本体６は、電動要素１０と、この電動要素１０の上方に配設された圧縮要素１２から構成されている。
　電動要素１０は、固定子１４および回転子１６とから構成されている。圧縮要素１２のシャフト１８は、主軸部２０と、主軸部２０の上側に延出する偏心軸部２２を備えており、主軸部２０はシリンダブロック２４の主軸受２６に回転自在に軸支されるとともに、回転子１６が嵌装固定されている。
　また、シャフト１８は密閉容器２底部の潤滑油４を主軸部２０外表面のらせん溝２８などを経由して偏心軸部２２上端へと供給する給油機構３０を備えている。また、シリンダブロック２４は円筒状のシリンダ３４を備えており、ピストン３６が往復自在に挿入され、偏心軸部２２との間を連結手段２３によって連結されている。
　ピストン３６の外周面には、シリンダヘッド５０側より順に、シール部３７、外周面部４０および下段面３９が設けられている。シール部３７はシリンダ３４の内径面に対して小さなクリアランスとなるように円筒状に形成された摺動面である。外周面部４０はシール部３７と同じ半径を有し、シール部３７より後方側に連続して設けた摺動面である。シール部３７および外周面部４０とシリンダ３４の内周面とで摺動部が形成される。下段面３９は外周面部４０より半径が小さくなるように設けられた欠除部分であり、外周面部４０を上段面として見れば一段下となる「段落ち（面）」と見なすことができる（特許文献１では「凹部」と記載）。
　以上のような構成を有する、従来の密閉型圧縮機は、電動要素１０に通電されると、回転子１６の回転に伴ってシャフト１８も回転し、圧縮要素１２は所定の圧縮動作を行う。
　ピストン３６は、下死点から上死点に向かう際、外周面部４０により案内されることにより、スムースにシリンダ３４内を動く。
　ここで、ピストン３６は、下段面３９が設けられているので摺動面積を縮小でき、ピストン３６とシリンダ３４との摺動抵抗が減り、摺動損失を低減することができる。
特表２００４－５０１３２０号公報
　上記従来の構成では、さらに摺動損失を低減するために、下段面３９と外周面部４０との間の境界エッジ４１を図１０における圧縮機の縦方向に対してピストン３６の中心側に移動させて、下段面３９の面積を拡大することが考えられる。しかしながら、このような下段面３９の面積の拡大は、ピストン３６の側面に形成される外周面部４０の幅を狭くするために以下のような課題が生じる。それゆえ、摺動損失の更なる低減を図ることが困難であった。
　すなわち、圧縮機は、下死点から上死点へ向かう圧縮行程において、冷媒ガスの圧縮荷重をピストン３６が受け、連結手段２３を介してシャフト１８がピストン３６の反対方向へ強く押され、シャフト１８がたわむ。その結果、ピストン３６を上下方向に大きく傾ける力が働くことになる。
　ピストン３６を上下方向に大きく傾ける力は、主に外周面部４０で受けるが、境界エッジ４１を圧縮機の縦方向に対してピストン３６の中心側に移動させて外周面部４０の幅を狭くすると、ピストン３６の傾きが大きくなり、ピストン３６のシール部３７とシリンダ３４の隙間が拡大する。その結果、ピストン３６のシール部３７とシリンダ３４の隙間を介して、ピストン３６の上死点側から下死点側へと漏れる冷媒ガスが増加し、冷凍能力が低下する。
　また、傾斜角度の増大に伴い、ピストン３６の境界エッジ４１付近における面圧が増大するため、局所的な摩耗を生じ、信頼性低下を引き起こす他、入力増化に伴う効率低下も生じる。
　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って、信頼性を維持しつつ、効率と冷凍能力を高めた密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る密閉型圧縮機は、上記の課題を解決するために、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素とを収容し、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給油機構とを有するシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受とシリンダとを備えたシリンダブロックと、前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段とを備えており、前記ピストンの外周面には、摺動面を形成する円筒状のシール部と、前記シール部の後方に位置し、前記シール部と同じ半径を有し、前記ピストンにかかる側圧を支持する外周面部と、当該外周面部よりも半径が小さくなるように形成される下段面と、が設けられており、前記外周面部には、複数の凹部が一群となるように形成されている構成である。
　前記構成によれば、外周面部の幅を狭めて下段面の面積を拡大することなく、ピストンの摺動面積の縮小を図ることができる。それゆえ、一群の凹部を設けるという簡素な構成のみで摺動損失の低減を図ることができ、効率化を達することができる。また、下段面の面積を拡大しなくてもよいため、ピストンがシリンダに対して上下方向に傾きにくくなる。これにより、冷媒ガスの漏れを抑制でき、体積効率の低下を防止することができる。しかもピストンの傾斜時には、外周面部に生じる面圧が低減されるので、局部的な摩耗を低減することができる。
　また、偏心軸部の上端より、飛散した潤滑油を外周面部の一群の凹部に貯留させることができるので、これら一群の凹部から外周面部またはシール部に潤滑油を良好に供給することができる。これにより、摺動部を構成する摺動面（ピストンの外周面部、シール部、シリンダの内周面）を良好に潤滑することができるので、シール作用をより確実にするとともに、荷重支持部の摩耗の発生を防止することができる。その結果、信頼性が高く、効率と冷凍能力の高い密閉型圧縮機とすることができる。
　本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、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。
　本発明では、以上の構成により信頼性を維持しつつ、効率と冷凍能力を高めた密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することができる、という効果を奏する。
本開示の実施の形態１に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 実施の形態１における密閉型圧縮機の上面断面図である。 実施の形態１における下死点でのシリンダ周辺の要部断面図である。 実施の形態１におけるピストンの一例を示す側面図である。 実施の形態１におけるピストンの側面に作用する荷重を示す特性図である。 本開示の実施の形態１に係る密閉型圧縮機が備えるピストンの変形例を示す側面図である。 本開示の実施の形態２に係る冷凍装置の概略断面図である。 従来の密閉型圧縮機の縦断面図である。 従来の密閉型圧縮機のピストンを示す外観図である。 従来の密閉型圧縮機のシリンダ周辺示す要部断面図である。
　本開示に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素とを収容し、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給油機構とを有するシャフトと、前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受とシリンダとを備えたシリンダブロックと、前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段とを備えており、前記ピストンの外周面には、摺動面を形成する円筒状のシール部と、前記シール部の後方に位置し、前記シール部と同じ半径を有し、前記ピストンにかかる側圧を支持する外周面部と、当該外周面部よりも半径が小さくなるように形成される下段面と、が設けられており、前記外周面部には、複数の凹部が一群となるように形成されている構成である。
　前記構成によれば、外周面部の幅を狭めて下段面の面積を拡大することなく、ピストンの摺動面積の縮小を図ることができる。それゆえ、一群の凹部を設けるという簡素な構成のみで摺動損失の低減を図ることができ、効率化を達することができる。また、下段面の面積を拡大しなくてもよいため、ピストンがシリンダに対して上下方向に傾きにくくなる。これにより、冷媒ガスの漏れを抑制でき、体積効率の低下を防止することができる。しかもピストンの傾斜時には、外周面部に生じる面圧が低減されるので、局部的な摩耗を低減することができる。
　また、偏心軸部の上端より、飛散した潤滑油を外周面部の一群の凹部に貯留させることができるので、これら一群の凹部から外周面部またはシール部に潤滑油を良好に供給することができる。これにより、摺動部を構成する摺動面（ピストンの外周面部、シール部、シリンダの内周面）を良好に潤滑することができるので、シール作用をより確実にするとともに、荷重支持部の摩耗の発生を防止することができる。その結果、信頼性が高く、効率と冷凍能力の高い密閉型圧縮機とすることができる。
　前記構成の密閉型圧縮機においては、前記ピストンが上死点に向かう際に、連結手段により前記ピストンが押圧される方向を負荷側とすると、前記ピストンの外周面部に形成した複数の凹部における反負荷側の面積率は、負荷側の面積率に比べて１．２倍高い構成であってもよい。
　前記構成によれば、圧縮作用に伴いピストンの側面方向に作用する荷重の大きさに応じた面積率を選択することになる。これにより、信頼性を確保しながら摺動面積をより小さくすることができるので、摺動損失を低減し、効率を向上することができる。
　前記構成の密閉型圧縮機においては、前記ピストンにおける一群の前記凹部の深さはピストンの先端側を最も深くして、前記ピストンの先端側から離れるに従って順次、浅くした構成であってもよい。
　前記構成によれば、偏心軸部の上端より飛散した潤滑油を凹部の最深部に多く貯留することができる。しかも、ピストンが下死点から上死点に移動する際には、ピストンの先端側から離れるに従って凹部の深さが順次浅くなっている。これにより、ピストンの外周面部にくさび効果を発生させることができる。そのため、ピストンの側面への潤滑作用を増大させることができ、ピストンの外周面部の摺動損失の低減を図ることができるとともに、摺動面の摩耗の発生を防止し、密閉型圧縮機の効率と信頼性をより効果的に向上させることができる。
　前記構成の密閉型圧縮機においては、前記ピストンの表面に合成樹脂を成分に含む表面処理を施した構成であってもよい。
　前記構成によれば、合成樹脂を含む表面処理によりピストンの耐久性が向上するので、摺動面積を小さくして摺動損失を低減することができる。しかも、高荷重条件でピストン側面の面圧が高くなっても損傷を防止することができるので、密閉型圧縮機の信頼性をさらに向上することができる。
　前記構成の密閉型圧縮機においては、前記電動要素はインバータ回路により複数の回転数で駆動する構成であってもよい。
　前記構成によれば、信頼性が高く効率の良い運転を広範囲において行うことができる。すなわち、低回転数の運転でピストンへの潤滑油の供給が低下しても複数の凹部に潤滑油を貯留することができる。これにより、これら凹部から外周面部またはシール部へ潤滑油が供給されるので、摺動面を良好に潤滑してシール作用をより確実にすることができる。しかも、荷重支持部の摩耗の発生を防止することができるので、低回転から高回転に至る全域において信頼性及び効率の高い運転が可能となる。
　本開示に係る冷凍装置は、前記構成の密閉型圧縮機を用いた構成である。
　これにより、密閉型圧縮機の効率及び信頼性が高いので、冷凍装置の消費電力を低減することができるとともに、信頼性も高いものとすることができる。
　以下、本開示の代表的な実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図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。
　（実施の形態１）
　［密閉型圧縮機の構成例］
　図１は、本開示の実施の形態１に係る密閉型圧縮機の縦断面図であり、図２は同実施の形態における密閉型圧縮機の上面断面図であり、図３は同実施の形態における下死点でのシリンダ周辺の要部断面図であり、図４は同実施の形態におけるピストンの側面図であり、図５は同実施の形態におけるピストン側面に作用する荷重を示す特性図である。
　図１～図４に示すように、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機２１０は、密閉容器１０２の内部に潤滑油１０４を貯留するとともに、温暖化係数の低い冷媒ガスであるＲ６００ａ（イソブタン）が充填されている。そして、密閉容器１０２内には圧縮機本体１０６がサスペンションスプリング１０８により懸架されている。
　圧縮機本体１０６は、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１１２とからなり、密閉容器１０２には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１１３が取り付けられている。
　電動要素１１０の上方に配設された圧縮要素１１２は、シャフト１１８とシリンダブロック１２４とピストン１３６と連結手段１２３等で構成されている。
　シャフト１１８は、主軸部１２０と、主軸部１２０上端から延出し、主軸部１２０と平行な偏心軸部１２２とからなり、密閉容器１０２内の底部に貯留された潤滑油１０４を主軸部１２０の下端から偏心軸部１２２の上端まで供給する給油機構１３０を備えている。
　給油機構１３０は、主軸部１２０の外表面に形成された、らせん溝１２８などによって構成されている。
　シリンダブロック１２４は主軸受１２６を備え、この主軸受１２６にシャフト１１８の主軸部１２０を回転自在な状態で挿入して支持している。
　また、シリンダブロック１２４は円筒状の孔部であるシリンダ１３４を備えており、このシリンダ１３４にピストン１３６が往復自在に挿入されている。
　連結手段１２３は、両端に設けた孔部がそれぞれピストン１３６に取り付けられたピストンピン１４３（図２参照）と、偏心軸部１２２に嵌挿されることで、偏心軸部１２２とピストン１３６とを連結している。
　また、シリンダ１３４の端面には、バルブプレート１４６が取り付けられ、シリンダ１３４およびピストン１３６とともに圧縮室１４８を形成している。ここで、圧縮要素１１２は、冷媒ガスを圧縮する際にピストン１３６にかかる荷重が連結手段１２３を介して、偏心軸部１２２に作用し、この偏心軸部１２２に作用した荷重を偏心軸部１２２の下側に配置された主軸部１２０と主軸受１２６で支持する片持ち軸受の構造になっている。
　またシリンダ１３４は、バルブプレート１４６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１５０が固定されている。
　さらに、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などの樹脂で成形され、内部に消音空間を形成した吸入マフラ１５２がシリンダヘッド１５０の下に取り付けられている。
　電動要素１１０はシリンダブロック１２４の下方に固定された固定子１１４と、固定子１１４の内径側に配設され、かつ主軸部１２０に焼嵌めなどの方法で固定された回転子１１６とで構成されたＤＣブラシレスモータである。なお、固定子１１４は鋼板を積層した鉄心の複数の磁極歯に絶縁材を介して巻線（図示せず）を直接、巻回して構成されており、回転子１１６は永久磁石（図示せず）を内蔵している。
　また、固定子１１４の巻線が電源端子１１３を経由して密閉型圧縮機２１０の外部に存在するインバータ回路（図示せず）と導線により接続されることによって、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機２１０は複数の回転数で駆動される。
　次に図３を用いてピストン１３６の構成について詳述する。ピストン１３６は、その外周面に、シリンダヘッド１５０側より順に、シール部１３７、外周面部１４０および下段面１３９が設けられている。
　シール部１３７は、シリンダ１３４の内周面に対して小さなクリアランスとなるように円筒状に形成された摺動面である。外周面部１４０は、シール部１３７と同じ半径を有し、シール部１３７より後方側に連続して設けた摺動面である。シール部１３７および外周面部１４０とシリンダ１３４の内周面とで摺動部が形成される。下段面１３９は外周面部１４０より半径が小さくなるように設けた欠除部分である。
　この下段面１３９は、外周面部１４０を上段面として見れば一段下となる「段落ち（面）」ということができる。別の表現とすれば、ピストン１３６の外周には段差または段落ちが形成されており、シール部１３７と同じ半径を有する「上段面」である外周面部１４０と、この外周面部１４０よりも半径が小さくなるように構成される下段面１３９（あるいは段差面または段落ち面）が形成されていることになる。
　外周面部１４０の形状に注目すると、図３または図４に示すように、ピストン１３６の外周の側面から見たときには、外周面部１４０は略台形状であり、シール部１３７側（ピストン１３６の前側）が幅広くその反対側（ピストン１３６の後側）に向かって徐々に幅が狭くなる形状となっている。図示しないが、図３または図４から見て紙面反対側となるピストン１３６の側面にも同形状の外周面部１４０が形成されている。図３または図４に示す構成では、下段面１３９は、シール部１３７および外周面部１４０以外となるピストン１３６の外周に設けられていることになる。
　ここで、外周面部１４０には、ディンプル状の凹部１４２が複数設けられており、ディンプル状凹部群１４４が形成されている（図４では点線により囲んで図示）。すなわち、外周面部１４０には、複数の窪み状の凹部１４２が一群となるように（ディンプル状凹部群１４４となるように）形成されている。それぞれの凹部１４２は、例えば図４に示すようにピストン１３６の往復方向に長い楕円形状であり、その深さは平均で０．２ｍｍ程度となっているが特に限定されない。本実施の形態１では、複数の凹部１４２は千鳥状に配置され、この例では楕円形状となっている。なお、図４に示すように、複数の凹部１４２は、外周面部１４０に形成され、下段面１３９には形成されていない。
　また、外周面部１４０に設けられるディンプル状凹部群１４４の面積率は特に限定されないが、本実施の形態１では、密閉型圧縮機２１０の上部から見て左右で異なるように構成してもよい。具体的には、ピストン１３６が下死点から上死点に向かって移動し冷媒ガスを圧縮する際に、ピストン１３６が連結手段１２３によりシリンダ１３４の内壁に押圧されて、摺動面に負荷がかかる方向（図２における下向き方向）を「負荷側」とし、この「負荷側」の反対側（図２における上向き方向）を「反負荷側」とする。好ましい構成例としては、負荷側における外周面部１４０に対するディンプル状凹部群１４４の面積率Ａは、反負荷側における外周面部１４０のディンプル状凹部群１４４の面積率Ｂより低くる構成が挙げられる。
　例えば、本実施の形態１では、反負荷側における面積率Ｂは、負荷側における面積率Ａの約１．６倍とすることができるが、もちろんこの面積比はこの数値に限定されない。また、ディンプル状凹部群１４４を構成するそれぞれの凹部１４２の深さは、同一であってもよいが、異なっていてもよい。本実施の形態１では、ピストン１３６の先端側に位置する凹部１４２を最も深くして、ピストン１３６の先端側から離れるに従って、凹部１４２の深さを順次浅くなるように構成している。
　ピストン１３６の外周面は、合成樹脂を成分に含む表面処理を施していてもよい。表面処理に用いられる合成樹脂は特に限定されないが、具体的には、例えば、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等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）等のいわゆるエンジニアリングプラスチックを挙げることができる。これらエンジニアリングプラスチックは、耐熱、耐薬品性、摺動時の耐力の観点から優れている。
　［密閉型圧縮機の動作例および作用］
　以上のような構成を有する、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機２１０について、以下その動作、作用を説明する。
　電源端子１１３より電動要素１１０に通電されると、固定子１１４に発生する磁界により回転子１１６はシャフト１１８とともに図２の矢印の方向に回転する。主軸部１２０の回転に伴う偏心軸部１２２の偏心回転は、連結手段１２３により変換され、ピストン１３６をシリンダ１３４内で往復運動させる。そして、圧縮室１４８が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒ガスを圧縮室１４８内に吸入した後、圧縮する圧縮動作を行う。
　ここで、この圧縮行程においてピストン１３６が下死点から上死点へ向かう際、冷媒ガスの圧縮荷重をピストン１３６が受け、連結手段１２３を介してシャフト１１８がピストン１３６の反対方向へ強く押されることで、シャフト１１８がたわむ。その結果、ピストン１３６を上下方向に大きく傾ける力が働くことになる。
　上記ピストン１３６に働く上下方向に大きく傾ける力は、主に外周面部１４０で受けるが、外周面部１４０は、複数の凹部１４２で構成されるディンプル状凹部群１４４を設けているため、その摺動面積を減らすことができる。そのため、外周面部１４０に発生する摺動損失を低減することができる。
　また、図４に示すように、ピストン１３６の外周面部１４０に境界エッジ１４１を圧縮機の縦方向に対してピストン１３６の中心側に移動、換言すると外周面部１４０の幅を狭くするようなことをしていないので、ピストン１３６が傾斜する角度の増大を抑制することができる。したがって、ピストン１３６のシール部１３７とシリンダ１３４の隙間が大きくならないので、ピストン１３６の上死点側から下死点側へと漏れる冷媒ガスの量の増加を防ぎ、冷凍能力の低下を抑制できる。
　さらにまた、前記ピストン１３６の傾斜角度が増大しないので、ピストン１３６の境界エッジ１４１付近における面圧が増大せず、局所的な摩耗を抑制でき、信頼性低下を防ぎつつ、入力を低減して効率を向上することができる。
　また、圧縮動作を行う際、偏心軸部１２２とピストンピン１４３とを連結する連結手段１２３を介してピストン１３６に作用力が働き、シリンダ１３４の側面にピストン１３６が押し付けられる。すなわち、ピストン１３６は圧縮室１４８の圧力やピストン１３６の慣性力に抗して往復動するため、前記ピストン１３６に働く作用力はシリンダ１３４の軸方向に対して斜め方向に働き、この分力によりピストン１３６はシリンダ１３４の側面に押し付けられることになる。
　図５は、主軸部１２０の一回転中にピストン１３６がシリンダ１３４側面へ押し付けられる荷重の状況を示す特性図であり、図中上方向が負荷側荷重、下方向が反負荷側荷重を示す。また、破線で示した特性は、通常の運転圧力条件における低回転数で駆動された場合の荷重であり、実線は高い運転圧力条件における高回転数で駆動された場合の条件での荷重を示している。
　このピストン１３６にかかる側圧荷重は、運転圧力条件や回転数、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が、一般的には負荷側の荷重が反負荷側より大きい場合が多い。図５の実線で示した高圧力高回転数条件の場合、負荷側と反負荷側それぞれの荷重の最大値の比率はおよそ１．６：１である。
　したがって、ディンプル状凹部群１４４において、負荷側の面積率Ａと反負荷側の面積率Ｂと大きさは特に限定されないものの、一つの好ましい構成例としては、反負荷側の面積率Ｂは、負荷側の面積率Ａの少なくとも１．２倍から２倍の間で大きくなっている構成を挙げることができる。
　面積率Ｂが１．２倍以下であれば、密閉型圧縮機２１０の構成または使用条件にもよるが、摺動損失の低減効果が少なくなる可能性がある。面積率Ｂが２倍以上であれば、密閉型圧縮機２１０の構成または使用条件にもよるが、反負荷側の面圧が上昇し過ぎる可能性がある。
　また、より好ましく構成例としては、ディンプル状凹部群１４４において、反負荷側の面積率Ｂは、負荷側の面積率Ａの約１．６倍±１０％の範囲内を挙げることができる。この範囲内であれば、最大荷重が作用した場合の面圧を同等とすることができるので、耐久性を確保しながら摺動面積を最小にすることができる。
　なお、圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０２内の冷媒ガスは、吸入マフラ１５２を介して圧縮室１４８内に間欠的に吸入され、圧縮室１４８内で圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスは吐出配管１４９などを経由して密閉容器１０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。
　また、シャフト１１８の回転に伴う給油機構１３０の作用により、密閉容器１０２底部に貯留された潤滑油１０４は、シャフト１１８下端より上方へ搬送され、偏心軸部１２２先端より飛散する。
　ここで、上記飛散した潤滑油１０４の一部は、下死点付近でシリンダ１３４の外部へ露出したピストン１３６におけるディンプル状凹部群１４４を構成するそれぞれの凹部１４２に付着する。その後、ピストン１３６の往復運動に伴い、ディンプル状凹部群１４４がシリンダ１３４内へ引き戻されることで、潤滑油１０４はピストン１３６とシリンダ１３４の摺動面をより確実に潤滑することになる。その結果、シール部１３７にて圧縮室１４８の気密性を良好に維持するとともに、特に荷重が大きく作用する外周面部１４０の潤滑状態を良好なものとすることができるので、摩耗の発生を防止し、信頼性を向上することができる。
　また、ディンプル状凹部群１４４を構成するそれぞれの凹部１４２の深さは、特に限定されないが、前記の通り、ピストン１３６の先端側に位置するものを最も深くして、ピストン１３６の先端側から離れるに従って、順次浅くすることができる。これにより、ピストン１３６が下死点付近で凹部１４２に付着した潤滑油１０４は、その後、ピストン１３６の往復運動に伴い、ピストン１３６が上死点に移動する際に、くさび効果が発生して外周面部１４０をより確実に潤滑することができる。したがって、特に荷重が大きく作用する外周面部１４０の潤滑状態を良好なものとして摩耗の発生を防止し、信頼性を向上することができる。
　なお、本実施例の形態１では、図４に示すように、それぞれ凹部１４２の形状を楕円形状としているが、凹部１４２の形状はこれに限定されない。例えば、凹部１４２は、真円であってもよいし、長方形状であってもよいし、三角形状で会ってもよい。凹部１４２の形状はどのような形状であっても同様の効果が得られる。凹部１４２の形状が、ピストン１３６の摺動方向に沿った方向に長い形状であれば（図４に示す楕円形状等）、潤滑効果を高められる傾向にある。
　また、前記の通り、ピストン１３６の表面には、合成樹脂を成分に含む表面処理を施していることが好ましい。これにより、摺動面積が小さくてもさらに摺動損失を低減することができる。その結果、入力を低減することができて、効率を向上することができる。さらに、運転圧力が高い条件などで摺動面の面圧が高くなっても表面処理により損傷を防止することができるので、信頼性を向上することもできる。
　［変形例］
　図６は、本実施の形態１に係る密閉型圧縮機２１０が備える他の構成のピストン１６０を示す側面図である。
　図６に示すピストン１６０は、前述したピストン１３６と同様に、その外周面に、シリンダヘッド１５０側から順に、シール部１６４、外周面部１６６および下段面１６２が設けられている。下段面１６２は、ピストン１６０の上側面および下側面に、少なくとも下死点付近で密閉容器１０２内の空間と連通するように形成されている。また、外周面部１６６は、上側面および下側面の下段面１６２の間に形成されている。
　外周面部１６６の形状に注目すると、ピストン１６０の外周の側面から見たときには、外周面部１６６は、ピストン１６０の後側（シール部１６４の反対側）でピストン１６０の外周全体に及んでいる。これに対して、シール部１６４側（ピストン１６０の前側）に向かうに伴い、外周面部１６６の幅が徐々に狭くなってシール部１６４につながっている。
　言い換えれば、図３または図４に示す外周面部１４０形状は、ピストン１６０の後側に上底が位置し前側に下底が位置する台形状であったが、図６に示す外周面部１６６は、前側に上底が位置し後側に下底が位置するような台形状であって、上底側および下底側のいずれも外周全体に広がっている（上底側はシール部１６４につながっている）ような形状となっている。それゆえ、下段面１６２は、前記の通り、ピストン１６０の外周のうち上側面および下側面となる位置に設けられていることになる。また、上側面および下側面のいずれの下段面１６２においても、ピストン１６０の後側が狭くなり前側が広くなるような形状となっている。
　図６に示すピストン１６０では、前述したピストン１３６と同様に、外周面部１６６にディンプル状凹部群１６９が形成されている（図６でも点線により囲んで図示）。これにより、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。その結果、ピストン１６０とシリンダ１３４と間の冷媒ガスの漏れを低減し、かつ摺動損失を低減して効率を向上させることができる。しかも、ピストン１６０のシール部１６４または外周面部１４０の摩耗の発生を防止して信頼性を向上させることができる。その結果、効率および冷凍能力の高い密閉型圧縮機２１０およびそれを用いた冷凍装置を提供することができる。
　（実施の形態２）
　図７は本開示の実施の形態２に係る冷凍装置の概略断面図である。
　図７において、断熱箱体１８０はＡＢＳなどの樹脂体を真空成型した内箱１８２とプリコート鋼板などの金属材料を用いた外箱１８４とで構成された空間に発泡充填する断熱体１８６を注入してなる断熱壁を備えている。断熱体１８６は例えば硬質ウレタンフォームやフェノールフォームやスチレンフォームなどが用いられる。発泡材としてはハイドロカーボン系のシクロペンタンを用いると、温暖化防止の観点でさらによい。
　断熱箱体１８０は複数の断熱区画に区分されており、上部を回転扉式、下部を引出し式とする構成をとっている。上から冷蔵室１８８、並べて設けた引出し式の切替室１９０および製氷室１９２と、引出し式の野菜室１９４と、引出し式の冷凍室１９６となっている。
　各断熱区画にはそれぞれ断熱扉がガスケットを介して設けられている。上から冷蔵室回転扉１９８、切替室引出し扉２００、製氷室引出し扉２０２、野菜室引出し扉２０４、冷凍室引出し扉２０６である。また、断熱箱体１８０の外箱１８４は、天面後方を窪ませた凹み部２０８を備えている。
　冷凍サイクルは前記凹み部２０８に弾性支持して配設した密閉型圧縮機２１０と、断熱箱体１８０側面などに設けた凝縮器（図示せず）と、減圧器であるキャピラリ２１２と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、野菜室１９４と冷凍室１９６の背面で冷却ファン２１４を近傍に配置して設けた蒸発器２１６と、吸入配管２１８とを環状に接続して構成されている。そして、密閉型圧縮機２１０は前述した実施の形態１で説明した構成を有している。
　以上のように構成された冷凍装置について、以下その動作、作用を説明する。
　まず各断熱区画の温度設定と冷却方式について説明する。冷蔵室１８８は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常１～５℃で設定されている。
　切替室１９０はユーザーの設定により温度設定を変更可能であり、冷凍室温度帯から冷蔵、野菜室温度帯まで所定の温度設定にすることができる。
　また、製氷室１９２は独立の氷保存室であり、図示しない自動製氷装置を備えて、氷を自動的に作製、貯留するものである。氷を保存するために冷凍温度帯であるが、氷の保存が目的であるために冷凍温度帯よりも比較的高い－１８℃～－１０℃の冷凍温度で設定されることも可能である。
　野菜室１９４は冷蔵室１８８と同等もしくは若干高い温度設定の２℃～７℃とすることが多い。凍らない程度で低温にするほど葉野菜の鮮度を長期間維持することが可能である。
　冷凍室１９６は冷凍保存のために通常－２２～－１８℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、例えば－３０や－２５℃の低温で設定されることもある。
　各室は異なる温度設定を効率的に維持するために断熱壁によって区分されているが、低コストでかつ断熱性能を向上させる方法として断熱体１８６で一体に発泡充填することが可能である。発泡スチロールのような断熱部材を用いるのに比べて約２倍の断熱性能とすることができ、仕切りの薄型化による収納容積の拡大などができる。
　次に冷凍サイクルの動作について説明する。
　庫内の設定された温度に応じて温度センサ（図示せず）および制御基板からの信号により冷却運転が開始および停止される。冷却運転の指示により密閉型圧縮機２１０が所定の圧縮動作を行い、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器（図示せず）にて放熱して凝縮液化し、キャピラリ２１２で減圧されて低温低圧の液冷媒となり蒸発器２１６に至る。
　冷却ファン２１４の動作により、庫内の空気と熱交換されて蒸発器２１６内の冷媒ガスは蒸発気化され、熱交換された低温の冷気をダンパ（図示せず）などで分配することで各室の冷却が行われる。
　本実施の形態２に係る冷凍装置は、以上のような動作を行うが、この冷凍装置が備える密閉型圧縮機は、実施の形態１で説明した構成を有している。それゆえ、密閉型圧縮機の摺動損失が低減し効率が向上するので、冷凍装置の消費電力を低減することができる。また、実施の形態１に係る密閉型圧縮機は、その信頼性が向上しているので、冷凍装置の信頼性も向上することができる。
　上記説明から、当業者にとっては、本開示の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本開示を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本開示の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
　以上のように、本開示は、ピストンの摺動面積を縮小しながら、摺動面の給油を確実に行うことで、信頼性を向上させつつ、効率及び冷凍能力の高い密閉型圧縮機およびそれを用いた冷凍装置を提供することができる。したがって、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等やその密閉型圧縮機に広く適用できる。
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
１１８　シャフト
１２０　主軸部
１２２　偏心軸部
１２３　連結手段
１２４　シリンダブロック
１２６　主軸受
１３０　給油機構
１３４　シリンダ
１３６，１６０　ピストン
１３７　シール部
１３９，１６２　下段面
１４０，１６６　外周面部
１４２，１６８　凹部
１４４，１６９　ディンプル状凹部群
２１０　密閉型圧縮機
 
 

Claims (6)

  1. 　密閉容器内に潤滑油を貯溜するとともに、固定子と回転子を備えた電動要素と、前記電動要素の上方に配置された圧縮要素とを収容し、
    　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給油機構とを有するシャフトと、
    　前記シャフトの前記主軸部を軸支する主軸受とシリンダとを備えたシリンダブロックと、
    　前記シリンダの内部に往復動可能に挿設されたピストンと、
    　前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段とを備えており、
    　前記ピストンの外周面には、
    　摺動面を形成する円筒状のシール部と、
    　前記シール部の後方に位置し、前記シール部と同じ半径を有し、前記ピストンにかかる側圧を支持する外周面部と、
    　当該外周面部よりも半径が小さくなるように形成される下段面と、
    が設けられており、
    　前記外周面部には、複数の凹部が一群となるように形成されていることを特徴とする、
    密閉型圧縮機。
  2. 　前記ピストンが上死点に向かう際に、前記連結手段により前記ピストンが押圧される方向を負荷側とすると、
    　前記ピストンの外周面部に形成した複数の凹部における反負荷側の面積率は、が負荷側の面積率に比べ１．２倍以上高いことを特徴とする、
    請求項１に記載の密閉型圧縮機。
  3. 　一群の前記凹部の深さは、前記ピストンの先端側を最も深くして、当該ピストンの先端側から離れるに従って、順次、浅くなることを特徴とする、
    請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
  4. 　ピストンの表面に合成樹脂を成分に含む表面処理を施していることを特徴とする、
    請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
  5. 　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ことを特徴とする、
    請求項１から４のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機。
  6. 　請求項１から５のいずれか１項に記載の密閉型圧縮機を用いた冷凍装置。
     
     
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