JP2008038690A - 冷媒圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの質量を軽減して、振動の低い冷媒圧縮機を提供することを目的とする。
【解決手段】圧縮室１２３内で往復運動する円筒形のピストン１２６の中空部１６１に、ピストン１２６の軸心に向かって突出したリブ１６３をピン孔１６２の近傍に設けるとともに、リブ１６３のピストン１２６の軸心方向から見た幅をピストンピン１４２の直径より小さくすることにより、ピストン１２６の質量を軽くすることができ、ピストン１２６がシリンダ１２４内を往復運動することにより発生する往復動慣性力を小さくできるので、不平衡力を低減でき振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍冷蔵庫や自動販売機、エアコン等の冷凍サイクル装置に使用される冷媒圧縮機に関するものである。

従来の冷媒圧縮機としては、振動を低減するために、回転子にバランスウエイトを取り付けたものが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の冷媒圧縮機を説明する。

図６は、特許文献１に記載された従来の冷媒圧縮機の断面図である。図７は、特許文献１に記載された従来のピストンの斜視図である。図８は、特許文献１に記載された従来のピストンの斜視断面図である。

図６、図７、図８において、密閉容器１内には、底部にオイル２を貯留するとともに、冷媒Ｒ１３４ａ（図示せず）を封入し、電動要素３とこの電動要素３により駆動される圧縮要素４とが複数のスプリング５によって弾性的に保持されている。

圧縮要素４は、シリンダ６と軸受け部７を形成するブロック８と、シリンダ６内に往復自在に嵌入されたピストン９と、軸受け部７に軸支され外周に螺旋溝１０を有する主軸部１１及びその下方に形成された偏芯部１２からなるクランクシャフト１３と、ピストン９のピン孔１４に固定された略円筒形のピストンピン１５と、偏芯部１２に嵌挿する大端部１６とピストンピン１５に嵌挿する小端部１７を有し偏芯部１２とピストンピン１５とを連結する連結手段１８と、偏芯部１２の下端に配置された給油管１９とを備えている。

ピストン９は連結手段１８の小端部１７を収納し、ピン孔１４に嵌入され小端部１７に嵌挿されるピストンピン１５を配設する中空部２０を有している。

電動要素３は、ブロック８の上方に固定され巻線３０を施した固定子３１と、クランクシャフト１３の主軸部１１に焼嵌め等で固定された回転子３２から構成され、回転子３２にはバランスウエイト３３が鉄板を積層することにより配置されている。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作を説明する。

電動要素３に通電されることで回転子３２は回転し、回転子３２はクランクシャフト１３を回転駆動し、偏芯部１２の回転運動が連結手段１８を介してピストン９を駆動し、ピストン９がシリンダ６内を往復運動することで冷媒Ｒ１３４ａ（図示せず）は連続して圧縮される。

この圧縮動作を行なう際、ピストン９が往復運動を行なうことにより、不平衡力である往復動慣性力が生じる。また偏芯部１２が回転運動することによって遠心力も生じる。この往復動慣性力と遠心力に対して、ピストン９と偏芯部１２の逆位相となるようにバランスウエイト３３を設けることで釣り合わせ、ピストン９の往復動慣性力と偏芯部１２の遠心力をバランスウエイト３３の慣性力で相殺することにより振動を減少させている。
特開平８−２７０５６２号公報

しかしながら、上記従来の構成では、ピストン９の往復運動を回転するバランスウエイト３３で完全に釣合わすことはできず不平衡力が生じる。この不平衡力を小さくするにはピストン９を軽量化しなければならないがピストン９の質量を減らす為に中空部２０を大きくすると圧縮加重に対してピン孔１４だけではピストンピン１５を支えられなかった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、振動が低い冷媒圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の冷媒圧縮機は、ピストンの中空部に、ピストンの軸心に向かって突出したリブをピン孔の近傍に設けるとともに、リブのピストンの軸心方向から見た幅をピストンピンの直径より小さくすることにより、ピストンの質量を軽くすることができ、ピストンが発生させる往復動慣性力を小さくできるという作用を有する。

本発明の冷媒圧縮機は、往復動慣性力を小さくできるので、振動の低い冷媒圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、主軸部および偏芯部を有するクランクシャフトと、圧縮室を形成するシリンダと、前記圧縮室内で往復運動し反圧縮室側に中空部を形成した円筒形のピストンと、前記ピストンに設けたピン孔に嵌入され前記中空部に配設された略円筒形のピストンピンと、前記偏芯部と前記ピストンピンを連結する連結手段とを有する圧縮要素を備え、前記ピストンは前記中空部に、前記ピストンの軸心に向かって突出したリブを前記ピン孔の近傍に設けるとともに、前記リブの前記ピストンの軸心方向から見た幅を前記ピストンピンの直径より小さくしたもので、ピストンの質量を軽くすることができ、ピストンが発生させる往復動慣性力を小さくできるので、冷媒圧縮機の振動を低くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、密閉容器内に圧縮要素と前記圧縮要素の上側に配設され前記圧縮要素を駆動する電動要素を弾性的に収納したもので、振動発生源であるピストンと偏芯部を有する圧縮要素を複数のスプリングによって弾性的に保持していても、ピストンの質量を軽くすることができ、ピストンが発生させる往復動慣性力を小さくできるので、冷媒圧縮機の振動を低くすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、炭化水素系冷媒を用いたもので、冷媒が炭化水素系冷媒の場合では、ピストンの外径が大きくなるが、ピストンの質量を軽くすることができ、ピストンが発生させる往復動慣性力を小さくできるので、冷媒圧縮機の振動を低くすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ピストンを焼結材で形成することによりリブを一体成形できるので、冷媒圧縮機を安価にすることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明において、インバーターによって複数の運転周波数で駆動される電動機を使用した場合において低回転時におけるピストンが発生させる往復動慣性力は、ピストンの質量を軽くすることができるので小さくなり、冷媒圧縮機の振動を低くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図、図２は同実施の形態におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視図、図３は同実施の形態におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視断面図、図４は同実施の形態におけるピストンの圧縮室方向よりの斜視断面図、図５は同実施の形態における要部構成部品の分解斜視図である。

図１から図５において、密閉容器１０１内には電動要素１０２と、電動要素１０２の下方に構築され電動要素１０２によって駆動される圧縮要素１０３を収納するとともに、底部にはオイル１０４が貯留され、冷媒としてＲ６００ａ（図示せず）が封入されている。また圧縮要素１０３を構成するブロック１０５を、密閉容器１０１の下部に固着した複数のスプリング１０６の上端で支持することにより電動要素１０２と圧縮要素１０３を弾性的に保持している。

電動要素１０２は、巻線１１１を施した固定子１１２と内部に磁石１１３が配設された回転子１１４から構成されており、インバーター回路（図示せず）によって、商用電源周波数より低い運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。回転子１１４は鉄板を積層して構成されたバランスウエイト１１５を固着していて、クランクシャフト１２１の主軸部１２２に焼嵌め等で固定されている。

圧縮要素１０３は、圧縮室１２３を形成するシリンダ１２４と軸受け部１２５からなるブロック１０５とシリンダ１２４内に往復自在に嵌入されたピストン１２６と軸受け部１２５に軸支され外周に螺旋溝１２７を有する主軸部１２２及びその下方に形成された偏芯部１２８からなるクランクシャフト１２１と偏芯部１２８とピストン１２６を連結する連結手段１２９と偏芯部下端１３０に配置された給油管１３１とを備えている。

連結手段１２９は、偏芯部１２８に嵌合される大端部１４１と、ピストンピン１４２と嵌合される小端部１４３と、大端部１４１と小端部１４３を接続する連結部１４４を有している。

ピストン１２６は、反圧縮室側１６０に形成した中空部１６１と、往復動方向に垂直の方向に設けたピン孔１６２を有しており、また本実施の形態においては鉄系の焼結材で金型によって形成されている。

また、中空部１６１にはピストン１２６の軸心に向かって突出した一対のリブ１６３がピン孔１６２近傍に形成されている。リブ１６３はピン孔１６２を挟んで圧縮室側リブ１６４と反圧縮室側リブ１６５からなり、ピン孔１６２のピン穴内径面１７０と同一面となる圧縮室側リブ面１７１と反圧縮室側リブ面１７２を有している。

また、リブ１６３はピストン１２６の軸心方向から見た幅Ｄをピストンピン１４２の直径Ｃより小さい寸法にしており、具体的にはＤはＣに対して約０．５倍程度の寸法にしている。

略円筒形のピストンピン１４２は、ピン穴内径面１７０および圧縮室側リブ面１７１と反圧縮室側リブ面１７２に接するようにピン孔１６２に嵌入され固定されており、連結手段１２９の小端部１４３が中空部１６１でピストンピン１４２に嵌合されている。

以上のように構成された冷媒圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバーター回路から電動要素１０２に通電されると、回転子１１４は任意の回転数で回転する。回転子１１４はクランクシャフト１２１を回転させ、偏芯部１２８の偏芯運動が連結手段１２９とピストンピン１４２を介してピストン１２６に伝わることでピストン１２６はシリンダ１２４内で往復運動を行い、冷媒Ｒ６００ａ（図示せず）を連続して圧縮する。

この際、ピストン１２６の往復運動の力は回転運動するバランスウエイト１１５の力で釣合わせるようにしているが、ピストン１２６の往復運動の力を完全に相殺することができずに不平衡力が生ずる。しかしながら本実施の形態においてはピストン１２６の中空部１６１にピストン１２６の軸心方向から見た幅Ｄをピストンピン１４２の直径Ｃより小さい寸法にしたリブ１６３を形成することで、ピストン１２６の中空部１６１の空間容積を極めて大きくとることができ、相対的にピストン１２６の質量を大幅に軽くすることができる。 その結果、上記不平衡力を大幅に低減でき、冷媒圧縮機の振動を大幅に低減することができる。

一方、ピストン１２６の往復運動による慣性力やピストン１２６が冷媒ガスを圧縮する際にピストン１２６にかかる圧縮力はピストンピン１４２を介してピン孔１６２に伝わる。本実施の形態においてはピストンピン１４２はピン穴内径面１７０および圧縮室側リブ面１７１と反圧縮室側リブ面１７２に接するようにピン孔１６２に嵌入され固定されており、ピストン１２６からピストンピン１４２にかかる荷重を低い面圧で受けることができ、ピストンピン１４２の耐加重性を十分に確保することができる。

さらに、本実施の形態においてはＲ１３４ａといった冷媒に較べて吸い込み体積当たりの冷凍能力が小さい冷媒Ｒ６００ａを用いているが、冷媒Ｒ６００ａはＲ１３４ａ冷媒に比べて圧縮機吸い込み体積当たりの冷凍能力が小さく、このことからＲ１３４ａ冷媒と同一の冷凍能力を得るにはピストン１２６による押しのけ容積をＲ１３４ａ冷媒時に比べて２倍近く大きくする必要があるので、ピストン１２６の径を１．２倍程大きくし、偏芯部１２８の主軸部１２２に対する偏芯量も１．２倍程大きくしている。

従って元々ピストン１２６の質量が大きく、またピストン１２６の往復運動による慣性力も大きいため、不平衡力が大きく振動が高い冷媒Ｒ６００ａ用の冷媒圧縮機においては、ピストン１２６の質量をより軽くできるため、前記不平衡力を大幅に低減でき、更に冷媒圧縮機の振動を低減することができる。

特にインバーター駆動の低回転運転時ではピストン１２６の往復運動が遅くなり往復動慣性力の発生周期も大きくなるため、回転運動するバランスウエイト１１５の力で相殺できない不平衡力が増加する。従ってピストン１２６の質量をより軽くし前記不平衡力を低減することで振動を低減する改善効果は更に大きくなる。

また振動発生源であるピストン１２６と偏芯部１２８を有する圧縮要素１０３を複数のスプリング１０６によって弾性的に保持していてもピストン１２６の質量を軽くすることができ、ピストン１２６の往復運動により発生する慣性力を小さくできるので不平衡力を低減できて密閉容器１０１へ伝達される振動も低いものとなる。

ピストン１２６は焼結材で形成されており成型金型で成型加工できるので、ピストン１２６の中空部１６１にリブ１６３を一体成形できることとなり大量の生産が容易である。よって生産性が高く、安価にピストン１２６を造ることができる。

以上のように、本発明にかかる冷媒圧縮機は、容易に振動を低くすることが可能となるので、冷蔵庫に加えてエアーコンディショナーや自販機の冷媒圧縮機の用途にも展開できる。

本発明の実施の形態１における冷媒圧縮機の断面図 同実施の形態におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視図 同実施の形態におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視断面図 同実施の形態におけるピストンの圧縮室方向よりの斜視断面図 同実施の形態における要部構成部品の分解斜視図 従来の冷媒圧縮機の断面図 従来の冷媒圧縮機におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視図 従来の冷媒圧縮機におけるピストンの反圧縮室方向よりの斜視断面図

符号の説明

１０３ 圧縮要素
１２１ クランクシャフト
１２２ 主軸部
１２３ 圧縮室
１２４ シリンダ
１２６ ピストン
１２８ 偏芯部
１２９ 連結手段
１４２ ピストンピン
１６１ 中空部
１６２ ピン孔
１６３ リブ

Claims (5)

1. 主軸部および偏芯部を有するクランクシャフトと、圧縮室を形成するシリンダと、前記圧縮室内で往復運動し反圧縮室側に中空部を形成した円筒形のピストンと、前記ピストンに設けたピン孔に嵌入され前記中空部に配設された略円筒形のピストンピンと、前記偏芯部と前記ピストンピンを連結する連結手段とを有する圧縮要素を備え、前記ピストンは前記中空部に、前記ピストンの軸心に向かって突出したリブを前記ピン孔の近傍に設けるとともに、前記リブの前記ピストンの軸心方向から見た幅を前記ピストンピンの直径より小さくした冷媒圧縮機。
2. 密閉容器内に圧縮要素と前記圧縮要素の上側に配設され前記圧縮要素を駆動する電動要素を弾性的に収納した請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 炭化水素系冷媒を用いた請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. ピストンは焼結材からなる請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
5. インバーター駆動方式である請求項１から３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。

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