(57)【要約】  本発明は、潤滑油穴（２４）を含む周辺フランジ（３）によって偏心ピン（２）に接続される主軸（２１）を備える交互式圧縮機のクランク軸（１）で、潤滑油穴（２４）は前記偏心ピン（２）および主軸本体（２１）の少なくとも一部まで伸び、前記穴（２４）の端部の一方は、前記偏心ピン（２）の円筒状表面（２ａ）上にあるクランク軸（１）に関する。このタイプの穴を使用して、本発明により、偏心量が大きくても非常に小さい直径（結果として、粘性損失が小さい）を有する軸を使用することができ、そのことにより優れた油ポンピング能力および機械的強度が維持される。
2013545025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交互式圧縮機用クランク軸（１）にして、偏心ピン（２）に接続される主軸（２１）と、前記偏心ピン（２）および主軸本体（２１）の少なくとも一部まで伸びる潤滑油穴（２４）とを備えるクランク軸（１）であって、前記穴（２４）の端部の一方は偏心ピン（２）の円筒状表面（２ｂ）上にあり、前記穴（２４）は、主軸（２１）の中心線を通る形状軸を含まず主軸（２１）および偏心ピン（２）の中心線によって規定される平面Ｐに対して角度「Ｂ」で回転された平面Ｂ−Ｂ内に含まれ、主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）に対する穴（２４）の内表面の４．０ｍｍの最大半径方向深さ「Ｅ」を確保することを特徴とする、クランク軸（１）。
【請求項２】
１．００ｍｍの最小壁厚さ（「ｅｓｐ．１」および「ｅｓｐ．２」）を有する穴を使用することを特徴とする、請求項１に記載のクランク軸（１）。
【請求項３】
前記主軸（２１）が、偏心ピン（２）に直接接続されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のクランク軸（１）。
【請求項４】
前記主軸（２１）が、周辺フランジ（３）を使用して偏心ピン（２）に接続されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のクランク軸（１）。
【請求項５】
穴（２４）の他端部が、主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）上にあることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のクランク軸（１）。
【請求項６】
穴（２４）の他端部が、主軸本体（２１）の内部にあり、相補的形状穴（２５）が前記端部を主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）に前記端部を接続することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のクランク軸（１）。
【請求項７】
穴（２４）の他端部が、完全にまたは部分的に周辺フランジ（３）の軸方向表面（３ａ）で終端することを特徴とする、請求項４に記載のクランク軸（１）。
【請求項８】
偏心ピン（２）に接続される主軸（２１）と、前記偏心ピン（２）および主軸本体（２１）の少なくとも一部まで伸びる潤滑油穴（２１）とを備えるクランク軸（１）を有する交互式圧縮機であって、前記穴（２４）の端部の一方は偏心ピン（２）の円筒状表面（２ｂ）上にあり、前記穴（２４）は、主軸（２１）の中心線を通る形状軸を含まず主軸（２１）および偏心ピン（２）の中心線によって規定される平面Ｐに対して角度「Ｂ」で回転された平面Ｂ−Ｂ内に含まれ、主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）に対する穴（２４）の内表面の４．０ｍｍの最大半径方向深さ「Ｅ」を確保することを特徴とする、交互式圧縮機。
【請求項９】
１．００ｍｍの最小壁厚さ（「ｅｓｐ．１」および「ｅｓｐ．２」）を有する穴を使用することを特徴とする、請求項８に記載の交互式圧縮機。
【請求項１０】
前記主軸（２１）が、偏心ピン（２）に直接接続されることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の交互式圧縮機。
【請求項１１】
前記主軸（２１）が、周辺フランジ（３）を使用して偏心ピン（２）に接続されることを特徴とする、請求項８または請求項９に記載の交互式圧縮機。
【請求項１２】
穴（２４）の他端部が、主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）上にあることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれかに記載の交互式圧縮機。
【請求項１３】
穴（２４）の他端部が、主軸本体（２１）の内部にあり、相補的形状穴（２５）が前記端部を主軸本体（２１）の円筒状表面（２１ａ）に接続することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載の交互式圧縮機。
【請求項１４】
穴（２４）の他端部が、完全にまたは部分的に周辺フランジ（３）の軸方向表面（３ａ）で終端することを特徴とする、請求項１１に記載の交互式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良された油穴を有する交互式冷却用圧縮機用のクランク軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮には、所定の流体量の圧力を冷凍サイクルを実行するのに必要な圧力まで上昇させる機能がある。
【０００３】
図１は、交互式冷却用圧縮機の可動アセンブリの主要部品の概略図であり、ここでは、電気モータの回転運動をプランジャの交互運動に変換するのにコネクティングロッド／クランク系が使用される。
【０００４】
したがって、図１では、主軸（または軸本体）１がフランジ３によって偏心ピン２に接続されている。偏心ピン２は、コネクティングロッド４によって、シリンダブロック６のシリンダ６ａ内で移動するプランジャ５に接続される。アセンブリは、電気モータ７によって駆動され、軸１または電気モータ７のロータ７ａに固定されたポンプ８が潤滑油９をアセンブリに供給する。
【０００５】
冷凍産業は、冷却用圧縮機の性能への関心が高い。実際に、この性能を向上させるために多くの作業や研究が行われており、主に、圧縮機のラジアル軸受で生じるような可動部品の機械損失を低減することが目的である。
【０００６】
ラジアル軸受の機械損失は、部品の表面同士の接触と潤滑油によって生じる粘性摩擦とによって発生する。
【０００７】
軸の表面と軸受との接触によって生じる損失は、以下の式で表わされる。
Ｐｏｔ＝Ｆａ×ω×Ｒ、ここでＦａ＝μ×Ｎであり、
この場合、
Ｐｏｔ＝摩擦損失、
Ｆａ＝摩擦力、
ω＝相対角速度、
Ｒ＝軸の半径、
μ＝動的摩擦係数、
Ｎ＝垂直力である。
【０００８】
（軸と軸受との相対運動により潤滑油のせん断作用が生じることで発生する）粘性摩擦損失は、以下の式で表わされる。
Ｐｏｔ：ｃｔｅ×ｆ（ω）×（η×ω２×Ｒ３×Ｌ）／ｃ
この場合、
Ｐｏｔ＝摩擦損失、
ω＝表面間の相対角速度、
η＝潤滑油の粘度、
Ｒ＝軸の半径、
Ｌ＝軸受の有効幅、
ｃ＝表面間の半径方向隙間、
ε＝軸／軸受偏心比である。
【０００９】
これらの機械損失を低減するために、現況技術では、摩擦を低減するために部品の形状の変更を含む対策が周知である。このタイプの対策の中で、軸と偏心ピンの直径を小さくする可能性について言及する。
【００１０】
粘性損失の減少は軸の半径の３乗に比例するので、軸受の直径を小さくすることは、軸受の機械損失を低減するための最も興味深い代替対策の１つである。
【００１１】
しかし、主軸本体と偏心ピンの直径をこのように連続的に小さくすることに関して、いくつかの技術的な問題がある。例えば、
（ａ）慣性モーメントが小さくなり、その結果、軸の強度が低下する、
（ｂ）軸の直径が小さくなるために、油の遠心ポンピング能力が低下し、油の遠心分離の最大半径が小さくなる、
（ｃ）軸本体と偏心ピンとの間の遷移領域で油のポンピング能力が低下する。
【００１２】
（ａ）に関する問題を軽減するために、例えば、機械的強度がより高い材料、例えば、ノジュラー鋳鉄または鋼鉄でクランク軸を製造することができる。
【００１３】
（ｂ）に関する問題に対しては、例えば、米国特許第６４１６２９６（Ｂ１）号明細書に提案されている対策を用いることで上述の問題を克服することができる。
【００１４】
（ｃ）に関する問題に対しては、実際には、主として偏心ピンの偏心量が大きい場合に、（軸本体と偏心ピンとの間で油の移送を担う）油穴を機械加工するのに利用できる空間が著しく制限されるので、主軸と偏心ピンの直径を小さくすることには技術的に限界がある。
【００１５】
当業者に周知の軸穴は、通常、図２および図３に示されるような２つの主な構造を有する。
【００１６】
図２の構造は、偏心ピン２を形成するシリンダの面２ａに始まり、主軸本体１の中心に向かって伸び、軸１の形状軸に対して横断方向の穴１１に達する穴１０を備える。
【００１７】
この構造には、油のポンピング工程に関して限界がある。それは、主軸の潤滑油溝から偏心ピンに油を移送するために、油は軸の回転によって生じる遠心力と反対の方向である軸本体の中心に向かって流される必要があるからである。したがって、前記構造では、偏心ピンに移送される油の量は、油が遠心力に逆らって送られる最大半径方向深さ「Ｅ」（半径方向の穴１１の深さ）に反比例する。
【００１８】
図３に示されている構造では、偏心ピン２の穴は、主軸本体１の潤滑油溝１２（通常、圧縮機の油溜めから油を送り出す工程の一部で使用される表面溝を形成する螺旋状溝）と直接連結する位置で終端する。この構造は、遠心力と反対方向に油を送り出す工程に関連する前記問題を解消するが、軸方向の軸受がフラットである場合により優れた性能を示す。この軸受が機械的封止の働きをして、軸本体の潤滑油溝がラジアル軸受ブロックで覆われていない場合に、油が完全に軸から排出されてしまうのを防ぐ。すなわち、この構造は、前記軸方向の軸受が、動作の遠心力によって軸から排出される油の漏れを防ぐまたは制限する時に効果がある。
【００１９】
上述の対策を基本として、設計において若干変更を加えた対策はあるが、軸と偏心ピンの１４ｍｍ未満の直径および８．０ｍｍより大きい偏心量を組み合わせた場合に、これらの穴や穴の加工の形状の複雑さが増大する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
本発明の目的は、実質的に偏心ピンの偏心量を制限することなく、また偏心ピンとプランジャに送り出される油の量を最小限に制限することなく、クランク軸の寸法を大幅に小さくすることができる穴を有する冷却用圧縮機軸を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の上述の目的は、冷却用圧縮機用クランク軸にして、通常は、偏心ピンに接続され、前記偏心ピンおよび主軸本体の少なくとも一部まで伸びる潤滑油穴を有する主軸（または軸本体）備えるクランク軸であって、穴の端部の一方は偏心ピンの円筒状表面上にあり、穴の中心は、主軸本体の中心線を通る形状軸を含まず主軸本体と偏心ピンの中心線によって規定される平面Ｐに対して角度「Ｂ」で回転された平面Ｂ−Ｂ内に含まれ、この構造から、油のポンピング能力を最小限度で制限し、適切な壁厚さを有する穴が形成されたクランク軸を使用することで達成される。本発明の好適な実施形態では、主軸と偏心ピンとは、通常、軸方向の軸受を形成する（また、通常、つり合いおもりの質量を組み込んだ）周辺フランジによって接続される。しかし、本発明の代替形態では、主軸本体は、周辺フランジを使用しないで偏心ピンに直接接続される。
【００２２】
さらに、本発明の好適な実施形態では、穴の他端部は、円筒状軸本体の表面上にある。しかし、代替形態では、穴の他端部は軸本体内部にあり、相補的形状の穴がこの端部を円筒状軸本体表面に接続する。別の代替形態では、穴の他端部は、全体が周辺軸方向シートフランジの表面にある、または軸方向シートと、該表面の一部に溝が形成された円筒状軸本体表面との間の領域にある。
【００２３】
また、本明細書に示されているいずれの対策も、偏心ピンが２軸受クランク軸の２つの軸受間に配置されているクランク軸に適している。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】交互式冷却圧縮機の可動アセンブリの主要部品を示す概略図である。
【図２】偏心ピンが配置された従来の圧縮機のクランク軸の端部の断面図である。
【図３】偏心ピンが配置された別のタイプの従来の圧縮機クランク軸の端部の断面図である。
【図４】本発明の好適な実施形態の圧縮機クランク軸の上面図である。
【図５】本発明の好適な実施形態の偏心ピンが配置された図４の圧縮機軸の端部の断面図である。
【図６】本発明の代替形態の偏心ピンが配置された圧縮機軸の端部の断面図である。
【図７】本発明の代替形態の圧縮機クランク軸の上面図である。
【図８】本発明の代替形態の偏心ピンが配置された図７の圧縮機軸の端部の断面図である。
【図９】軸の油漏れ（ポンピング能力）を測定した実験結果を示したグラフであり、軸本体表面に対して潤滑油穴２４の最大深さ（「Ｅ」）が変化した場合の結果を示したグラフである。
【図１０】穴２４が軸本体に対して固定された状態で、偏心ピンの４つの異なる偏心量の技術的検討の結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
次に、図面に示された実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。本発明の原理は、任意のタイプ、サイズ、または構造の交互式圧縮機にも適用可能であるものとする。
【００２６】
図４および図５は、本発明の好適な実施形態のクランク軸を示しており、図４は偏心ピンが配置された軸の端部の上面図であり、図５は部分断面図である。
【００２７】
これらの図面からわかるように、本発明のクランク軸１は、周辺フランジ３によって偏心ピン２に接続される主軸２１を備える。
【００２８】
しかし、当然、このフランジは必ずしも必要ではなく、本発明の他の実施形態では、主軸は偏心ピンに直接接続されてもよい。これらのタイプの軸の構造は、現況技術で周知であり、その機能についてはすでに説明した。
【００２９】
現況技術の穴を使用した対策に関する問題および欠点を回避するために、本発明のクランク軸１は、図４および図５からわかるように、端部がピン２の円筒状表面２ｂで始まり（または、使用される機械加工技術に応じて、終端する）、主クランク軸２１の本体の円筒状表面２１ａで終端する（または、使用される機械加工技術に応じて、始まる）穴２４を備える。
【００３０】
螺旋状潤滑油溝（図示せず）が、主軸２１の円筒状表面２１ａに形成される。前記潤滑油溝は当業者には周知であるので、本明細書では詳細に説明しない。
【００３１】
図４および図５に示された好適な実施形態では、穴２４は、主軸２１の円筒状表面２１ａに対する穴２４の内表面の最大深さ「Ｅ」を最小限に抑えるために、主軸２１の中心線を通る形状軸を含まず、主軸２１および偏心ピン２の中心線によって規定される平面Ｂに対して角度「Ｂ」回転された平面Ｂ−Ｂ内にある。
【００３２】
したがって、最大深さ「Ｅ」を最小限に抑える（または最小半径「Ｒ１」を最大にする）ことで、前記主軸２１から偏心ピン２への油の流れの制限がより小さくなる。
【００３３】
したがって、本発明の穴の構造を使用することで穴２４の位置において高い柔軟性が達成される。最大半径方向深さ「Ｅ」（４．０ｍｍ未満）は、偏心量「Ａ」、穴２４の直径「Ｆ」、主軸２１およびクランク軸１の偏心ピン２の直径の寸法を考えた場合、角度「Ｂ」と角度「Ｄ」（「Ｄ」は、偏心ピンの表面２ｂの穴２４の開始位置の角度である）とを正確に組み合わせることで得られる。
【００３４】
油の流量に対して最小半径「Ｒ１」を大きくする（または最大半径方向深さ「Ｅ」を小さくする）ことで得られる利点は図面から明らかであり、最大半径方向深さ「Ｅ」の減少と油流量の増加とは反比例する。
【００３５】
穴２４を正確に機械加工するために、本発明の好適な実施形態によれば、掘削工具を偏心ピンの中心に対して角度「Ｄ」から挿入しなければならず、平面Ｂ−Ｂでは、穴２４は、主軸２１の中心線に対して角度「Ｔ」で傾斜する。これらの角度（「Ｄ」および「Ｔ」）は以下によって規定される。
偏心ピンの偏心量「Ａ」、
偏心ピン２および主軸２１の直径、および
主軸２１および偏心ピン２の表面の穴の入口と終端との間の軸方向距離（高さ「Ｈ」＋高さ「Ｃ」）。
【００３６】
偏心ピン２の円筒状表面２ｂの穴の入口は、約４５°の角度「Ｉ」を使用し、角度「Ｂ」と組み合わせて、以下のような軸を使用した場合でも、前記穴が十分な壁厚さ（図５では、１．０ｍｍを超える「ｅｓｐ１」「ｅｓｐ２」）になる領域に前記穴を配置することができる。それは、
軸本体および偏心ピンの直径が１４．０ｍｍ未満であり、
穴の直径「Ｆ」が２．５ｍｍ以上であり、
偏心量が１２．００ｍｍ以上であり、
軸方向シートを形成する周辺フランジの厚さが薄い軸である。
【００３７】
同じ装置内で異なる偏心量の軸が製造されることを考慮して、前記穴２４を機械加工するのに必要な製造工程を分析すると、所定範囲の偏心量「Ａ」に対して軸本体２１の穴２４の定位置を維持することで、この製造工程を簡略化することができる（機械類の準備または設定の時間の削減）。
【００３８】
図４に示されるように、角度「Ｂ」および最小半径「ＲＯ」を一定に維持することで、角度「Ｄ」で規定される偏心ピンの表面２ｂの穴２４の開始位置は、偏心量「Ａ」に伴って変わるようになる。図８は、異なる偏心量（偏心量６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ）の位置を示している。
【００３９】
図６は、本発明の代替形態を示しており、穴２４は、全体がクランク軸１の主軸２１を通る穴ではない。その意味では、図６は、図４の実施形態に示されている断面Ｂ−Ｂに対応する断面図のクランク軸である。
【００４０】
この場合、穴２４を主軸２１の表面の螺旋状溝とつなぐ相補的形状穴２５が使用される。
【００４１】
前記相補的形状穴２５は、図６に示されるように、主軸２１の表面に対して垂直にすることができる、または別のタイプの適切な方向に向けることができる。
【００４２】
さらに、別の実施形態では、図７および図８に示されるように、穴２４は、図３に示されている潤滑油穴の終端部と同じように、完全にまたは部分的に周辺フランジ３の軸方向表面３ａで終端してもよい。最小半径「Ｒ１」が主軸２１の本体の半径「Ｒｃ」より大きいので、最大深さ「Ｅ」は０になり、その結果、最小厚さ「ｅｓｐ．２」を確保する必要がなくなる。
【００４３】
穴２４が主軸本体に部分的に達する特定の構造では、前記穴２４はこの領域に完全に形成されず、前記穴２４は主軸本体２１の円筒状表面２１ａ上に（半円筒状）溝を形成するように通り、この溝は前記軸に垂直に配置される螺旋状潤滑油溝に直接接続される。
【００４４】
また、本発明は、主軸本体の端部の一方に偏心ピンが軸方向に配置されたクランク軸に適用できるだけでなく、偏心ピンが２軸受クランク軸の２つの軸受間に配置されたクランク軸でも使用できる。
【００４５】
本発明により、圧縮機クランク軸の穴の高い設計柔軟性が得られ、本発明により、
軸壁の厚さ（「ｅｓｐ．１」および「ｅｓｐ．２」）を厚くすることで、油ポンピング工程に適した最大半径方向深さ「Ｅ」を確保でき、
軸受荷重の外側の領域（動圧状況における、潤滑膜に大きな圧力が生じる領域）に穴の入口と終端とを配置し、
機械加工工程を簡略化（機械加工の準備または設定の時間の削減）することにより、所定範囲の偏心量「Ａ」に対して軸本体２１に対する穴２４の定位置が維持される。
【００４６】
実際に、本発明は、非常に小さい直径を有し（その結果、粘性損失が小さく）、大きい偏心量（１２．０ｍｍ以上）を有することで、優れた油ポンピング能力および機械的強度を維持し、製造しやすいクランク軸の使用を提案している。
【００４７】
当然、図面に基づいた上述の説明は、単に本発明のクランク軸の可能な実施形態についての説明であり、本発明の範囲は、以下の請求項によって規定されるものとする。
【図１】
2013545025.tif 000003
【図２】
2013545025.tif 000004
【図３】
2013545025.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013545025.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013545025.tif 000011
【図１０】
2013545025.tif 000012
【国際調査報告】
2013545025.tif 000013
2013545025.tif 000014