(57)【要約】【課題】レシプロ式密閉型圧縮機において、コネクティングロッドとクランクシャフトとの摺動抵抗を軽減し、摺動面の信頼性を向上させる【解決手段】ピストンとコネクティングロッドとクランクシャフトとを備えるレシプロ式密閉型圧縮機である。コネクティングロッドのピストン側の端部は、ピストンと球面座を介して連結しており、コネクティングロッドのクランクシャフト側の端部には、円筒状の貫通穴がある。クランクシャフトは、円筒状の偏心部を備え、偏心部は、コネクティングロッドの貫通穴に嵌め込まれている。コネクティングロッドのクランクシャフト側の端部と、クランクシャフトの偏心部との連結部には、貫通穴の開口部に近いほど隙間が大きくなっている部分がある。貫通穴の内壁には、コネクティングロッドの心間距離に応じた円弧形状を付与してもよい。【選択図】  図５
2010007483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンとコネクティングロッドとクランクシャフトとを備え、
前記コネクティングロッドの前記ピストン側の端部は、前記ピストンと球面座を介して連結しており、
前記コネクティングロッドの前記クランクシャフト側の端部には、円筒状の貫通穴があり、
前記クランクシャフトは、円筒状の偏心部を備え、当該偏心部は、前記貫通穴に嵌め込まれており、
前記コネクティングロッドの前記クランクシャフト側の端部と、前記クランクシャフトの前記偏心部との連結部には、前記貫通穴の開口部に近いほど隙間が大きくなっている部分がある
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記コネクティングロッドの前記クランクシャフト側の端部には、前記貫通穴の開口部に近いほど当該貫通穴の内径が大きくなっている部分がある
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記偏心部には、前記貫通穴の開口部に近いほど外径が小さくなっている部分がある、
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記貫通穴の内壁は、断面形状が円弧状である曲面を備える
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項５】
請求項４に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記貫通穴の内壁には、溝が形成されており、
前記曲面は、前記溝の幅に応じてずらした位置を曲率半径の中心とした円弧形状である
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記偏心部は、
断面形状が円弧状である曲面を備える
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項７】
請求項４に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記貫通穴の内壁の曲面は、
Ｒ＝Ｌ−Ｄ／２
（ただし、Ｌは、前記球面座の中心と前記クランクシャフト側端部の貫通穴の内径部の中心との距離であり、Ｄは、前記内径部の直径である）
により定まる半径の円弧よりも小さい曲率半径から成る曲面である、
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項８】
請求項６に記載のレシプロ式密閉型圧縮機であって、
前記クランクシャフトの偏心部の曲面は、
Ｒ＝Ｌ−Ｄ／２
（ただし、Ｌは、前記球面座の中心と前記クランクシャフト側端部の貫通穴の内径部の中心との距離であり、Ｄは、前記内径部の直径である）
により定まる半径の円弧よりも小さい曲率半径から成る曲面である
ことを特徴とするレシプロ式密閉型圧縮機。
【請求項９】
請求項２に記載のレシプロ式密閉型圧縮機の製造方法であって、
前記コネクティングロッドのクランクシャフト側の端部の貫通穴の内壁の加工において、
内径直径方向をx軸方向とし、内径長手方向をz軸方向としたときにx、ｚ軸に直交するｙ軸方向に砥石軸を傾斜させたまま、x軸方向に砥石を切り込むことによりコネクティングロッドの貫通穴の内壁に曲面形状を形成する
ことを特徴としたレシプロ式密閉型圧縮機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家庭用冷蔵庫、ショーケース等の冷蔵・冷凍装置に用いられるレシプロ式密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式密閉型圧縮機では、密閉容器内に、電動機と圧縮機構部とが収納されている（特許文献１参照）。圧縮機構部は、フレームに軸支されたクランクシャフトの上端に、偏心回転する偏心部を有する。シリンダ内を往復摺動するピストンは、コネクティングロッドを介して偏心部と連結している。
【０００３】
また、レシプロ式密閉型圧縮機の中には、コネクティングロッドとピストンとが、ボールジョイントを介して連結しているものがある。この構造は、連結部に球面座を用いていることから、フレーム、すなわちクランクシャフトのジャーナル部の軸心とピストンの往復動を司るシリンダの軸心との間に誤差が生じても、球面座が自在に揺動、調芯することによって、ピストンのレシプロ運動が妨げられず、滑らかに運動させることができる。
【特許文献１】特公平２−３６７９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のようなボールジョイントを用いるレシプロ式圧縮機では、コネクティングロッドとクランクシャフトの偏心部との連結部位の摺動信頼性が乏しく、また摺動抵抗が大きいため圧縮効率が低下することがある。特に、ボールジョイントを用いるコネクティングロッドは、傾きが生じやすく、連結部位においてエッジ接触となり、摺動性が低下しやすい。
【０００５】
本発明は、ピストンとコネクティングロッドとの連結にボールジョイントを採用しているレシプロ式密閉型圧縮機において、コネクティングロッドとクランクシャフトの偏心部との連結部の摺動信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明では、コネクティングロッドの内径部とクランクシャフトの偏心部との連結部において、接触応力が小さくなるような形状とする。
【０００７】
例えば、本発明のレシプロ式密閉型圧縮機は、ピストンとコネクティングロッドとクランクシャフトとを備える。そして、前記コネクティングロッドの前記ピストン側の端部は、前記ピストンと球面座を介して連結している。前記コネクティングロッドの前記クランクシャフト側の端部には、円筒状の貫通穴がある。前記クランクシャフトは、円筒状の偏心部を備え、当該偏心部は、前記貫通穴に嵌め込まれている。前記コネクティングロッドの前記クランクシャフト側の端部と、前記クランクシャフトの前記偏心部との連結部には、前記貫通穴の開口部に近いほど隙間が大きくなっている部分がある。
【０００８】
前記貫通穴の内壁の加工においては、内径直径方向をx軸方向とし、内径長手方向をz軸方向としたときにx、ｚ軸に直交するｙ軸方向に砥石軸を傾斜させたまま、x軸方向に砥石を切り込むことによりコネクティングロッドの貫通穴の内壁に曲面形状を付与することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ピストンとコネクティングロッドとの連結にボールジョイントを採用しているレシプロ式密閉型圧縮機において、コネクティングロッドとクランクシャフトの偏心部との連結部の摺動信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。
【００１１】
図１は、レシプロ式密閉型圧縮機の断面図である。図２は、コネクティングロッド２の周辺の概略図である。図３（Ａ），（Ｂ）は、往復動の反転時のコネクティングロッド２の動作を示した図である
冷凍サイクルに用いられるレシプロ式密閉型圧縮機は、密閉容器（圧力チャンバ）１２内に、電動機１６と圧縮機構部１７とが設けられている。電動機１６と圧縮機構部１７は、フレーム４に支持されている。電動機１６は、ロータ９及びステータ１１を備える。圧縮機構部１７は、ピストン１と、シリンダ５と、クランクシャフト８と、コネクティングロッド２と、等からなる。
【００１２】
ピストン１は、フレーム４上に設置されたシリンダ５の中に往復可能に設置されている。ピストン１は、球面座１ａを備える。球面座１ａは、コネクティングロッド２側に凹んで開口した球面で形成されている。
【００１３】
クランクシャフト８は、フレーム４に支持されている。クランクシャフト８の上端には、円筒形状の偏心部３が設けられている。
【００１４】
コネクティングロッド２は、棒部材２ｂと、棒部材２ｂの一端に結合した球体部２ａと、棒部材２ｂの他端に結合したリング部２ｃと、を備える。
【００１５】
球体部２ａは、ピストン１の球面座１ａに嵌め込まれており、ボールジョイント１４を構成する。このボールジョイント１４により、ピストン１をシリンダ５に対して往復駆動させることができる。
【００１６】
リング部２ｃには、円筒状の貫通穴２ｈがある。この貫通穴２ｈに、クランクシャフト８の偏心部３が嵌め合わされている。偏心部３は、内径部（貫通穴２ｈの内壁部）３ｄに対して、摺り動くことができる。リング部２ｃは、偏心部３の円筒軸を中心に回転可能である。
【００１７】
密閉容器１２内にスプリング１０を介して取り付けられているステータ１１とロータ９からなる電動機１６の回転力は、クランクシャフト８に伝えられ、上端の偏心部３によってコネクティングロッド２を介し、ピストン１をシリンダ５内で往復運動させる。
【００１８】
シリンダ５には、バルブプレート６を介し、シリンダヘッド７が取り付けられている。ピストン１の往復動作に同期し、バルブ（図示せず）が開閉することにより、密閉容器１２外から導かれた流体が圧縮される。
【００１９】
ピストン１とシリンダ５との間や、コネクティングロッド２と偏心部３との間や、クランクシャフト８とフレーム４の軸受け部との間や、球面座１ａと球体部２ａとの間などの摺動部位は、圧縮機の運転時には密閉容器１２内に溜められている潤滑油（図示せず）によって潤滑される。
【００２０】
潤滑油は、クランクシャフト８の内部に軸全長に亘り連なって形成された油供給穴（不図示）を介して、密閉容器１２の下部から汲み上げられ、摺動部位に供給される方法が採られている。潤滑油の汲み上げには、強制的にトロコイドポンプを追加する方法や、クランクシャフト８の回転力を遠心ポンプとして作用させ給油する方法等がある。本実施例では、遠心ポンプが用いられている。
【００２１】
上記の通り、コネクティングロッド２とピストン１とは、ボールジョイント１４を介して連結されている。したがって、フレーム４、すなわちクランクシャフト８のジャーナル部の軸心とピストン１の往復動を司るシリンダ５の軸心との間に誤差が生じても、球面座１ａが自在に揺動、調芯することによってピストン１のレシプロ運動を妨げず、滑らかに運動する。
【００２２】
このようなレシプロ式圧縮機においては、摺動部の信頼性向上、及び圧縮機の高効率化のため、相対的に運動するあらゆる部位の摺動抵抗を低減することが肝要である。
【００２３】
しかし、球面座を用いた圧縮機では、コネクティングロッド２とクランクシャフト８の偏心部３とが接する部位において、摺動信頼性が乏しく、また摺動抵抗が大きいため圧縮機の効率が低下してしまう場合がある。下記に具体的に説明する。
【００２４】
球面座を用いたレシプロ式圧縮機では、ピストンの往復動の反転時にコネクティングロッド２の内径部２ｄは、図３に示すような状態で運動する。すなわち、軸心の傾き（製造上の誤差）とクランクシャフト８の偏心量とで決まる寸法だけ、図中の上下方向Ｘに往復運動する。
【００２５】
図４は、コネクティングロッド２と偏心部３との嵌合クリアランスによりコネクティングロッド２が偶力を受けることを説明する図である。
【００２６】
レシプロ式圧縮機の停止時には潤滑油の供給が行われないため、図４に示すように、組立のための嵌合クリアランス等の範囲で、コネクティングロッド２は、重力により、図中矢印Ｅに示した方向に偶力を受け傾いている。特に、球体部２ａとリング部２ｃとの重さの違いにより、バランスが崩れ、傾きが大きくなりやすい。
【００２７】
運転開始時には、図４のようにコネクティングロッド２の内径部２ｄのエッジとクランクシャフト８の偏心部３とが接触しており、運転開始と共に潤滑油が供給されるまではエッジ部分が摺動することになる。
【００２８】
通常の運転時には嵌合部（偏心部３と内径部２ｄとの間）に潤滑油が供給され油膜が形成されているため、エッジが接触することはない。しかし、ピストンの反転時には、すなわちピストンの上死点及び下死点ではロッドに加わっている力の方向が逆転するため、エッジ接触となったり、潤滑油膜が途切れたりする場合がある。そして、ピストンの往復動の反転時に過大な力が嵌合部に発生し、摺動抵抗が増大し、圧縮機の効率低下や摺動面の焼き付き等が発生する場合がある。
【００２９】
このため、球面座を用いたレシプロ式圧縮機では、クランクシャフト８の偏心部３とコネクティングロッド２の内径部２ｄとの摺動部が異常摩耗を起こして性能の劣化が起こったり、圧縮機のモータが停止してしまうような不具合を生じたりすることがある。
【００３０】
そこで、本発明が適用された実施形態では、摺動部位の形状を、接触応力が小さくなるように構成し、この問題を解決する。
【００３１】
具体的には、本発明が適用された実施形態では、コネクティングロッド２のリング部２ｃと、クランクシャフト８の偏心部３との連結部を、リング部２ｃの貫通穴ｈの開口部に近いほど、隙間が大きくなるように構成する。
【００３２】
以下に、具体的な実施例を説明する。
【００３３】
＜第１の実施例＞
図５は、コネクティングロッド２の周辺の模式図である。図示するように、コネクティングロッド２のリング部２ｃの内径部２ｄ（貫通穴２ｈの内壁部分）は、断面（円筒軸を含む平面による断面）が円弧形状の曲面である。すなわち、コネクティングロッド２の内径部２ｄは、貫通穴２ｈの開口部に近いほど内径が大きくなっている。
【００３４】
その曲面は、
Ｒ＝Ｌ−Ｄ／２
Ｌ：球体部２ａの中心（球面座１ｃの中心）とリング部２ｃの内径部２ｄの中心との距離
Ｄ：リング部２ｃの内径部２ｄの直径
により定まる半径の円弧よりも小さい曲率半径から成る。なお、Ｌは、球体部２ａの中心と、リング部２ｃの中央付近の最も肉厚の部分の内径部２ｄの中心との距離、とすることができる。Ｄは、リング部２ｃの中央付近の最も肉厚の部分の直径とすることができる。
【００３５】
具体的には、クランクシャフト８の偏心部３の直径、およびコネクティングロッド２のリング部２ｃの中央付近の内径部２ｄの直径を、それぞれ１４ｍｍとし、内径部２ｄの長さ（貫通穴２ｈの長さ）を１４ｍｍとし、内径部２ｄの円弧形状のＲ（曲率半径）を３３ｍｍに設定した。
【００３６】
このコネクティングロッド２を用いた圧縮機は、内径部２ｄに円弧形状を付与していないコネクティングロッドを用いた圧縮機（図４を参照）と比較して、摺動部の信頼性が高く、圧縮機の効率も良好であった。
【００３７】
＜製造方法＞
図６を用いて、図５で示したコネクティングロッド２のリング部２ｃの内径部２ｄの形成方法について説明する。
【００３８】
この形成方法（（Ａ）〜（Ｃ））では、内径部２ｄを中心に回転させるチャック機構（図示せず）に、コネクティングロッド２を把持させ、回転させる。一方、同様に回転する砥石１３を、コネクティングロッド２の内径部２ｄに押し当て、研削する。このとき、一般的な内面研削加工と異なり、切り込む方向に対し砥石軸をθだけ傾けて研削加工する。
【００３９】
この方法によれば、図６に示すように、傾き角θに応じた曲線形状で内径を加工することが可能である。この方法では、コネクティングロッド２の内径部２ｄの円弧形状をＲ(z)とすると、砥石の直径をρ、コネクティングロッド２の内径寸法をＲ0、砥石軸の傾き角をθにおいて、加工できる円弧形状は
曲率半径Ｒ(z)=ρ＋((Ｒ0−ρ）2＋z2tan2θ)1/2
で表すことができる。
【００４０】
図７は、砥石直径１２ｍｍ、コネクティングロッド２の内径部２ｄの直径を１４ｍｍとしたときに加工できる円弧形状と、内径部２ｄの位置との関係を示した例である。すなわち本方式によると、単に砥石軸を傾斜させるだけで、必要な円弧形状を設定可能であり、所望の円弧形状を備えたコネクティングロッドを簡便に生産することが可能となる。なお、コネクティングロッド以外の部品の製造方法、組み立て手順は、公知の通りである。
【００４１】
＜第２の実施例＞
図８は、第２の実施例にかかるコネクティングロッド２の周辺の模式図である。この実施例では、クランクシャフト８の偏心部３を、中央部が膨らんだ樽型としている。すなわち、偏心部３は、貫通穴２ｈの開口部に近いほど外径が小さくなっている。こうすることで、リング部２ｃと偏心部３との嵌合部において、開口部に近いほど隙間が大きくなるようにすることができる。
【００４２】
具体的には、偏心部３の外径部（偏心部３の外壁で構成される円筒部分）は、断面（円筒軸を含む平面による断面）が円弧状となるような曲面を備える
その曲面は、
Ｒ＝Ｌ−Ｄ／２
Ｌ：球体部２ａ（球面座１ａ）の中心とリング部２ｃの内径部２ｄの中心との距離
Ｄ：リング部２ｃの内径部２ｄの直径
により定まる半径の円弧よりも小さい曲率半径から成る。なお、Ｌは、球体部２ａの中心と、リング部２ｃの中央付近の最も肉厚の部分の内径部２ｄの中心との距離、とすることができる。Ｄは、リング部２ｃの中央付近の最も肉厚の部分の直径とすることができる。
【００４３】
かかる偏心部３を備えたクランクシャフト８を用いたレシプロ式圧縮機は、第１の実施例と同様に、摺動信頼性が高く、圧縮機の効率も良好であった。
【００４４】
＜第３の実施例＞
図９は、第３の実施例にかかるコネクティングロッド２の断面図である。この実施例では、コネクティングロッド２のリング部２ｃの内径部２ｄに、給油のための溝２ｅが設けられている。溝２ｅは、リング部２ｃの内径部２ｄのほぼ中央に内壁に沿って形成されたリング状の凹みである。かかる場合においても、内径部２ｃと偏心部３とのエッジ接触を回避するのが望ましい。ただし、上記第１の実施形態と少し異なり、溝２ｅの幅に合わせ、内径部２ｄに付与する円弧形状のＲの中心を、溝幅Ｗの１／２だけ、円筒軸と平行方向にずれた位置とする。図９の例では、溝２ｅより上側の内径部２ｃの断面円弧は、その曲率半径の中心Ｏｕが、上側にＷ／２だけ、球体部２ａの中心Ｏからずれている。また、溝２ｅより下側の内径部２ｃの断面円弧は、その曲率半径の中心Ｏｄが、下側にＷ／２だけ、球体部２ａの中心Ｏからずれている。なお、曲率半径の範囲については、第１の実施形態と同様である。
【００４５】
このコネクティングロッド８を用いた圧縮機は、内径部に給油溝を設けつつも円弧形状を付与していない従来のコネクティングロッドを用いた圧縮機と比較して、摺動部の信頼性が高く、圧縮機の効率も良好であった。
【００４６】
以上、いくつかの実施例により本願発明について説明した。なお、本願発明は、上記実施例に限定されず、さまざまな変形が可能である。
【００４７】
例えば、第１の実施例（または第３の実施例）と第２の実施例とを組み合わせてもよい。すなわち、リング部２ｃの内径部２ｄに断面円弧状の曲面を形成するとともに、クランクシャフト８の偏心部３にも断面円弧状の曲面を形成してもよい。このようにしても、内径部２ｄと偏心部３との間のエッジ接触を効果的に回避することができる。
【００４８】
また、内径部２ｄや偏心部３に付与する曲面は、厳密な円弧状である必要はない。内径部２ｄにおいては、貫通穴２ｈの開口方向に向けて、内径を徐々に大きくした形状であればよい。例えば、断面が、角を丸めたテーパ形状となるものであってもよい。偏心部３においては、貫通穴２ｈの開口方向に向けて、外径を徐々に小さくした形状であればよい。例えば、断面が、角を丸めたテーパ形状となるものであってもよい。
【００４９】
本発明は球面座を用いたレシプロ式圧縮機の摺動信頼性を安価に向上させる技術であり、冷蔵庫、冷凍庫に限らず、類似の製品全般に対して利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】レシプロ式密閉型圧縮機の断面図。
【図２】コネクティングロッド周辺の概略図。
【図３】コネクティングロッドの運動状態を説明する図。
【図４】コネクティングロッドの接触状態を示す図。
【図５】第１の実施例の構成図。
【図６】コネクティングロッド内径部の製造方法を示す図。
【図７】砥石軸傾斜角度とコネクティングロッドの内径部の円弧形状との関係を示す図。
【図８】第２の実施例の構成図。
【図９】第３の実施例の構成図。
【符号の説明】
【００５１】
１…ピストン
１ａ…球面座
２…コネクティングロッド
２ａ…球体部
２ｂ…棒部材
２ｃ…リング部
２ｄ…内径部
２ｈ…貫通穴
８…クランクシャフト
３…偏心部
４…フレーム
５…シリンダ
６…バルブプレート
７…シリンダヘッド
８…クランクシャフト
９…ロータ
１０…スプリング
１１…ステータ
１２…圧力チャンバ
１３…加工工具（砥石）
１４…ボールジョイント部
【図１】
2010007483.tif 000003
【図２】
2010007483.tif 000004
【図３】
2010007483.tif 000005
【図４】
2010007483.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010007483.tif 000008
【図７】
2010007483.tif 000009
【図８】
2010007483.tif 000010
【図９】
2010007483.tif 000011