(57)【要約】  【課題】起動及び停止時の吐出経路に生じる最大応力を低減することで、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供する。  【解決手段】吐出経路１０８は、密閉容器側の端部である第１固定端１３２と圧縮要素部側の端部である第２固定端１３４とを有し、第１固定端１３２の近傍に圧縮要素部の回転中心軸と略平行に垂設されたＵ字形状のトラップ部１３５を有するとしたもので、起動及び停止する時に電動圧縮要素部が回転方向へ振れ回った場合でも、トラップ部１３５が変位することで吐出経路１０８に生じる最大応力を低減し、吐出経路１０８が疲労破断を起すことを防止することができるので、信頼性を高くすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に電動要素部と前記電動要素部によって駆動される圧縮要素部とで構成された電動圧縮要素部を複数の支持用ばねによって弾性的に支持し、前記圧縮要素部から前記密閉容器外に圧縮された冷媒を導出する吐出経路を備え、前記吐出経路は、前記密閉容器側の端部である第１固定端と前記圧縮要素部側の端部である第２固定端とを有し、前記第１固定端の近傍に前記圧縮要素部の回転中心軸と略平行に垂設されたＵ字形状のトラップ部を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
吐出経路は、密閉容器に固定された吐出管と、第１固定端が前記吐出管に挿入固定され、第２固定端が圧縮要素部に固定された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
密閉型圧縮機の動作時において、第２固定端の近傍に発生する最大応力はトラップ部に発生する最大応力よりも小さく設定された請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
圧縮要素部は電動要素部の上方に配置され、吐出経路のトラップ部は上方に開口した開口部を有し、前記開口部は前記圧縮要素部の上部に配置され、Ｕ字形状の底部は支持用ばね近傍に配置された請求項３に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
吐出経路は鋼管で形成され、圧縮要素部を電動要素部の回転軸回りに５度回転させた場合に、前記吐出経路のトラップ部に発生する最大応力が１２０ＭＰａ以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
電動要素部の回転軸を中心とする回転方向の吐出経路のばね定数が４００〜５００Ｎ／ｍである請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項７】
冷媒はＲ１３４ａであり、ピストンの外径が２２ｍｍ以上である請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍冷蔵庫等の冷凍サイクルに用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用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密閉型圧縮機は、高い信頼性が求められている。
【０００３】
従来の密閉型圧縮機としては、応力集中を避けることで吐出経路の破損を防止して、信頼性を改善したものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。
【０００５】
図４は従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図５は従来の密閉型圧縮機の平面断面図である。
【０００６】
図４または図５において、密閉容器１内に電動要素部２と電動要素部２によって駆動される圧縮要素部３とで構成された電動圧縮要素部５を収容し、複数の支持用ばね６によって弾性的に支持されている。
【０００７】
圧縮要素部３は、主軸部１０及び主軸部１０に対し偏心して形成された偏心軸部１１を有したクランクシャフト１２と、シリンダー１３を有するブロック１４とを有しており、ブロック１４は略円筒形の圧縮室１５を有するとともに主軸部１０を軸支する主軸受１６を有している。
【０００８】
また、シリンダー１３には、偏心軸部１１との間を連結手段１７によって連結されたピストン１８が往復摺動自在に挿入されている。
【０００９】
さらに、圧縮要素部３から密閉容器１外に圧縮された冷媒を導出する吐出経路１９を備えており、吐出経路１９はクランプ２０で圧縮要素部３にねじ２１を介して固定されている。そして、クランプ２０は、吐出経路１９の固定部２２を通り、ピストン１８の往復方向と略平行に伸びる鉛直平面（図５中のＡ−Ａ平面）上の位置に設けられている。
【００１０】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。
【００１１】
電動要素部２はクランクシャフト１２を回転させ、偏心軸部１１の回転運動が連結手段１７を介してピストン１８に伝えられることでピストン１８は圧縮室１５内を往復運動する。これにより、冷却システム（図示せず）からの冷媒は圧縮室１５内へ吸入及び圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出されるといったサイクルを繰返す。
【００１２】
この際、電動圧縮要素部５には冷媒の圧縮仕事に伴い、往復および回転運動による振動が発生する。吐出経路１９の固定部２２とクランプ２０の配置をピストン１８の往復方向と略一致させることでばね力のアンバランスを減らし、吐出経路１９に応力が集中することを防止し、振動による折れを防止することができる。
【特許文献１】特開平５−６５８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の構成においては、起動及び停止する際に電動圧縮要素部５が大きく回転方向と半回転方向に交互に振れ回ることで吐出経路１９の固定部２２およびクランプ２０近傍に大きな応力が生じる。そして、密閉型圧縮機が起動および停止を繰返すことで吐出経路１９が疲労破断を起してしまう可能性があった。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、吐出経路に生じる最大応力を低減することで、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吐出経路は密閉容器側の端部である第１固定端と電動要素部側の端部である第２固定端とを有し、第１固定端の近傍に電動要素部の回転中心軸と略平行に垂設されたＵ字形状のトラップ部を有するので、起動及び停止する時に電動圧縮要素部が電動要素部の回転軸回りに大きく振れ回った場合でも、トラップ部が変位することで吐出経路に生じる最大応力を低減するという作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の密閉型圧縮機は、吐出経路における応力集中を防止し、吐出経路における疲労破断を防止することができるので、信頼性を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の請求項１に記載の発明は、密閉容器内に電動要素部と前記電動要素部によって駆動される圧縮要素部とで構成された電動圧縮要素部を複数の支持用ばねによって弾性的に支持し、前記圧縮要素部から前記密閉容器外に圧縮された冷媒を導出する吐出経路を備え、前記吐出経路は、前記密閉容器側の端部である第１固定端と前記圧縮要素部側の端部である第２固定端とを有し、前記第１固定端の近傍に前記圧縮要素部の回転中心軸と略平行に垂設されたＵ字形状のトラップ部を有することを特徴とするとしたもので、起動及び停止する時に電動圧縮要素部が電動要素部の回転軸回りに大きく振れ回った場合でも、トラップ部が変位することで吐出経路に生じる最大応力を低減し、吐出経路が疲労破断を起すことを防止することができるので、信頼性を高くすることができる。
【００１８】
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、吐出経路は、密閉容器に固定された吐出管と、第１固定端が前記吐出管に挿入固定され、第２固定端が圧縮要素部に固定されたもので、請求項１に記載の発明の効果に加えて、吐出管に挿入固定することでトラップ部を回転方向の荷重に対するばねを容易に形成できるので、生産性を高くすることができる。
【００１９】
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、密閉型圧縮機の動作時において、第２固定端の近傍に発生する最大応力はトラップ部に発生する最大応力よりも小さく設定されたもので、第２固定端のろう付けや溶接等の固定方法に依らず第２固定端での疲労破断を防止することができるので、請求項１または２に記載の発明の効果に加えて、さらに吐出経路の寿命を長くすることができ、信頼性を高くすることができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、圧縮要素部は電動要素部の上方に配置され、吐出経路のトラップ部は上方に開口した開口部を有し、前記開口部は前記圧縮要素部の上部に配置され、Ｕ字形状の底部は支持用ばね近傍に配置されたとしたもので、トラップ部のＵ字形状の底部を振れ回り量の小さい位置に配置することで、電動圧縮要素部が上下方向に傾いて振れ回っても、密閉容器と接触することを防止できるので、請求項３に記載の発明の効果に加えてさらに、騒音の発生を防止することができるとともに、信頼性を良くすることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、吐出経路は鋼管で形成され、圧縮要素部を電動要素部の回転軸回りに５度回転させた場合に、前記吐出経路のトラップ部に発生する最大応力が１２０ＭＰａ以下であるとしたものであり、起動及び停止時に発生する最大応力を鋼管の疲労限度以下とすることができるので、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、吐出経路の寿命を大幅に長くすることができ、信頼性を高くすることができる。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、電動要素部の回転軸を中心とする回転方向の吐出経路のばね定数を４００〜５００Ｎ／ｍとしたもので、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、吐出経路のばね定数を支持用ばねの横ばね定数に近い値とすることで振れ回った際の荷重を吐出経路と支持用ばねで分散して受け、吐出経路に発生する最大応力を低くすることができ、さらに信頼性を良くすることができる。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、冷媒はＲ１３４ａであり、ピストンの外径が２２ｍｍ以上であるとしたもので、気筒容積が大きくなり停止時に大きな回転ブレーキトルクが発生する振れ回り量が特に大きくなる場合にも吐出経路に発生する最大応力を低くすることができるので、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、気筒容積が大きく電動圧縮要素部の振れ回り量の大きい密閉型圧縮機の信頼性を高くすることができる。
【００２４】
以下、本発明による密閉型圧縮機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。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の平面断面図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出経路の斜視図である。
【００２６】
図１から図３において、密閉容器１０１内に潤滑油１０２を貯留するとともに、電動要素部１０３と電動要素部１０３の上方に配置された圧縮要素部１０４とで構成された電動圧縮要素部１０５を収容する。また、密閉容器１０１内は冷媒１０６で満たされており、電動圧縮要素部１０５は複数である４本の支持用ばね１０７によって弾性的に支持されており、圧縮要素部１０４から密閉容器１０１外に圧縮された冷媒１０６を導出する吐出経路１０８を備えている。
【００２７】
電動要素部１０３は、回転子１１１と固定子１１２とで構成されており、インバーター（図示せず）により、少なくとも電源周波数未満の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。
【００２８】
圧縮要素部１０４は、略鉛直方向に配設され回転子１１１を固定した主軸部１１３と偏心軸部１１４を備えたシャフト１１５と、シャフト１１５の主軸部１１３を軸支する主軸受１１６と圧縮室１１７を形成するシリンダー１１８を備えたブロック１１９と、連結手段１２０と、シリンダー１１８内を往復動するピストン１２１とを備えている。
【００２９】
吐出経路１０８は、密閉容器１０１側の端部である第１固定端１３２と、圧縮要素部１０４側の端部である第２固定端１３４とを有し、第１固定端１３２の近傍に電動圧縮要素部１０５の回転中心軸と略平行に垂設されたＵ字形状のトラップ部１３５を有している。
【００３０】
また、吐出経路１０８は鋼管で形成され、密閉容器１０１に固定された吐出管１４１に第１固定端１３２が挿入されてろう付けにより固定され、また、第２固定端１３４が圧縮要素部１０４の吐出室カバー１４２にブレージングして接合し固定されている。
【００３１】
吐出経路１０８は、密閉型圧縮機の動作時において、第２固定端１３４の近傍に発生する最大応力はトラップ部１３５に発生する最大応力よりも小さく設定されている。また、圧縮要素部１０４を電動要素部１０３の回転軸回りに５度回転させた場合に、トラップ部１３５に発生する最大応力が１２０ＭＰａ以下に設計されており、電動要素部１０３の回転軸を中心とする回転方向の吐出経路１０８のばね定数は４００〜５００Ｎ／ｍの範囲である約４８０Ｎ／ｍに設計されている。なお、支持用ばね１０７は、横方向ばね定数は約４６０Ｎ／ｍに設定されている。
【００３２】
トラップ部１３５は上方に開口した開口部１５１を有し、開口部１５１は圧縮要素部１０４の上部に配置され、Ｕ字形状の底部１５２は支持用ばね１０７近傍に配置されている。
【００３３】
圧縮要素部１０４が吸入し圧縮する冷媒１０６はＲ１３４ａを用いており、ピストン１２１の外径は２２ｍｍであり、圧縮室１１７の容積は約８ｃｃとしている。
【００３４】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３５】
電動要素部１０３の回転子１１１はシャフト１１５を回転させ、偏心軸部１１４の回転運動が連結手段１２０を介してピストン１２１に伝えられることでピストン１２１はシリンダー１１８を往復運動する。それにより、冷媒１０６は冷却システム（図示せず）から圧縮室１１７内へ吸入、圧縮された後、再び冷却システムへと吐き出される。
【００３６】
密閉型圧縮機の起動時には、回転子１１１と固定子１１２間の相互回転トルクが発生し、その反力により、電動圧縮要素部１０５は回転方向と反回転方向に交互に振れ回る。
【００３７】
次に密閉型圧縮機の電源が切れて停止する際について説明すると、回転子１１１と固定子１１２間の相互回転トルクが消滅するが、回転子１１１は慣性力によって回転を続け、圧縮行程に入った際に圧縮室１１７内で内圧が発生することでピストン１２１が押し戻される。このピストン１２１の反力によって、回転子１１１の回転は停止する。
【００３８】
その結果、回転子１１１の回転エネルギーはシャフト１１５、連結手段１２０、ピストン１２１を経て、圧縮要素部１０４へと伝達される。この振れ回りのエネルギーによって、電動圧縮要素部１０５は回転方向と反回転方向に交互に振れ回りながら支持用ばね１０７と吐出経路１０８のばね力によって、動きを規制され次第に減衰しながら静止する。
【００３９】
この際、電動圧縮要素部１０５が電動要素部１０３の回転軸を中心に大きく振れ回ることで第２固定端１３４も振れ回り、吐出経路１０８に荷重が作用して応力が発生する。ばねとして作用するトラップ部１３５が第１固定端１３２の近傍に位置しているために吐出経路１０８の他の部分よりも変位するので、吐出経路１０８に生じる最大応力を低減し、吐出経路１０８が疲労破断を起すことを防止することができるので、信頼性を高くすることができる。
【００４０】
また、吐出経路１０８は、第１固定端１３２が吐出管１４１に挿入固定されているので、トラップ部１３５を電動圧縮要素部１０５の回転中心軸と略平行に容易に垂設でき、回転方向の荷重に対するばねを容易に形成できるので、生産性を高くすることができる。
【００４１】
また、第２固定端１３４の近傍に発生する最大応力はトラップ部１３５に発生する最大応力よりも小さく設定しているので、第２固定端１３４を固定するために、ろう付けや溶接などの際の熱により材料特性が変化して破損し易くなっても、第２固定端１３４近傍での疲労破断を防止して第２固定端１３４近傍の吐出経路１０８の寿命を長くすることができ、固定方法に依らずさらに信頼性を高くすることができる。
【００４２】
また、トラップ部１３５の開口部１５１は圧縮要素部１０４の上部に配置され、Ｕ字形状の底部１５２は支持用ばね１０７近傍に配置されているので、底部１５２を振れ回り量の小さい位置に配置することで、電動圧縮要素部１０５が上下方向に傾いて振れ回った際にも、底部１５２の振れ回り量は小さく密閉容器１０１と接触することを防止できるので、騒音の発生を防止することができる。
【００４３】
ここで、起動及び停止時における電動圧縮要素部１０５の最大の振れ回り量を考えると、停止時のピストン１２１の反力により発生する振れ回りが最大となることが高速度カメラ等を用いた実験により確認されている。
【００４４】
またこの振れ回り量は、ピストン１２１の反力に影響する吐出圧力と吸入圧力が高くなるほど、そしてピストン１２１の外径が大きいほど回転子１１１の回転は急激に停止するため、振れ回り量が大きくなる。冷凍冷蔵庫で使用する際の圧力範囲や冷凍能力から停止時のトルクを計算し予測される最大の振れ回り量は電動要素部１０３の回転軸回りに約５度と推定される。
【００４５】
従って、吐出経路１０８は鋼管で形成され、圧縮要素部１０４を電動要素部１０３の回転軸回りに５度回転させた場合に、トラップ部１３５に発生する最大応力を１２０ＭＰａ以下とすることにより、起動及び停止時に発生する最大応力を鋼管の疲労限度以下とすることができるので、寿命を大幅に長くでき、さらに信頼性を高くすることができる。
【００４６】
また、電動要素部１０３の回転軸を中心とする回転方向の吐出経路１０８のばね定数を４００〜５００Ｎ／ｍとしたもので、吐出経路１０８のばね定数を支持用ばね１０７の横ばね定数に近い値とすることで振れ回った際の荷重を吐出経路１０８と支持用ばね１０７で分散して受け、吐出経路１０８に発生する最大応力を低くすることができ、さらに信頼性を良くすることができる。
【００４７】
また、冷媒はＲ１３４ａであり、ピストンの外径が２２ｍｍ以上であるとしたもので、気筒容積が大きくなると停止時に大きな回転ブレーキトルクが発生するので、振れ回り量が特に大きくなるが、吐出経路１０８に発生する最大応力を低くすることができるので、気筒容積が大きく電動圧縮要素部１０５の振れ回り量の大きい密閉型圧縮機の信頼性を高くすることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態において、冷媒はＲ１３４ａであり、ピストンの外径が２２ｍｍ以上として説明したが、冷媒を炭化水素系冷媒のＲ６００ａとし、Ｒ１３４ａ冷媒と飽和温度、圧力の差からピストンの外径が２７ｍｍ以上としても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、起動及び停止する時に電動圧縮要素部が電動要素部の回転軸回りに大きく振れ回った場合でも、トラップ部が変位することで吐出経路に生じる最大応力を低減し、吐出経路が疲労破断を起すことを防止することができ、信頼性を高くすることができるので、冷蔵庫以外にも自販機や空調機器の用途にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態における密閉型圧縮機の平面断面図
【図３】同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出経路の斜視図
【図４】従来の密閉型圧縮機の縦断面図
【図５】従来の密閉型圧縮機の平面断面図
【符号の説明】
【００５１】
１０１  密閉容器
１０３  電動要素部
１０４  圧縮要素部
１０５  電動圧縮要素部
１０６  冷媒
１０７  支持用ばね
１０８  吐出経路
１３２  第１固定端
１３４  第２固定端
１３５  トラップ部
１４１  吐出管
１５１  開口部
１５２  底部
【図１】
2010048090.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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