(57)【要約】  【課題】主に自動販売機などの冷凍サイクルに用いられ、自然冷媒である二酸化炭素を圧縮対象流体とする全密閉型往復動式圧縮機に関し、信頼性が高く、効率の良い全密閉型往復動式圧縮機を提供する。  【解決手段】吸入パイプ１５７を固定した密閉容器１４１の中に二酸化炭素を圧縮する圧縮機構部１３１を収納し、圧縮機構部１３１が、圧縮室１１１を形成するシリンダ１１３と、シリンダ１１３内を往復動するピストン１１９と、シリンダ１１３の開口端を封止すると共に、吸入孔１６５を備えたバルブプレート１２３と、吸入孔１６５を開閉する吸入バルブリード１２５とを備え、吸入パイプ１５７と吸入孔１６５とを連結する吸入路１６１を形成したことにより、吸入冷媒の温度を低減できるので、圧縮機の信頼性向上および効率向上が図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入パイプを固定した密閉容器の中に二酸化炭素を圧縮する圧縮機構部を収納し、前記圧縮機構部は、圧縮室を形成するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの開口端を封止すると共に、吸入孔を備えたバルブプレートと、前記吸入孔を開閉する吸入バルブリードとを備え、前記吸入パイプと前記吸入孔とを連結する吸入路を形成した全密閉型往復動式圧縮機。
【請求項２】
圧縮機構部は密閉容器の中にバネによって弾性的に支持された請求項１に記載の全密閉型往復動式圧縮機。
【請求項３】
シリンダを一体に形成したブロックと、偏芯軸とその両側に同軸上に配置された主軸および副軸とを備えたクランクシャフトと、ピストンと前記偏芯軸とを連結する連結手段と、前記ブロックに形成され前記主軸と前記副軸を軸支する主軸受と副軸受とを備えた請求項１または２に記載の全密閉型往復動式圧縮機。
【請求項４】
主軸受と副軸受の少なくとも一方が主軸および副軸の軸方向に嵌入されることでブロックに固定された請求項３に記載の全密閉型往復動式圧縮機。
【請求項５】
連結手段が、偏芯軸と摺動する大端孔を形成する大端部を備え、前記大端部が複数に分割された請求項３または４に記載の全密閉型往復動式圧縮機。
【請求項６】
連結手段のピストンとの連結部にボールジョイントを用いた請求項１から５のいずれか一項に記載の全密閉型往復動式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に自動販売機などの冷凍サイクルに用いられ、自然冷媒である二酸化炭素を圧縮対象流体とする全密閉型往復動式圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷蔵庫や自動販売機などの冷凍サイクルにおいては、圧縮機での液圧縮を防ぐために、蒸発器と圧縮機の間にアキュムレータを設け、ガス冷媒と液冷媒を分離して圧縮機にガス冷媒のみを還流させる構成を採る。冷媒に二酸化炭素を用いた場合においても、同様にアキュムレータを使用する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下、図面を参照しながら上記従来の冷凍サイクルを説明する。
【０００４】
図１０は、特許文献１に記載された従来の冷凍サイクルの冷媒回路図である。
【０００５】
図１０に示すように、冷凍サイクル１は、圧縮機２と、ガスクーラ３と、内部熱交換器５と、膨張弁７と、蒸発器９と、アキュムレータ１１とを環状に接続して構成されている。
【０００６】
以上のように構成された冷凍サイクル１について、以下その動作を説明する。
【０００７】
圧縮機２で圧縮された高温高圧のガス冷媒は、ガスクーラ３で放熱し温度を下げた後、内部熱交換器５でさらに温度を下げ、膨張弁７に流入する。そして、膨張弁７で減圧され、低温低圧の液冷媒または気液混合冷媒となり、蒸発器９で気化した後、アキュムレータ１１内でガス冷媒と液冷媒に分離され、ガス冷媒のみが内部熱交換器５に送られ温度を上げて、圧縮機２に還流し、再び圧縮されて吐出される。
【０００８】
ここで、内部熱交換器５は、ガスクーラ３から流出した冷媒と、アキュムレータ１１から流出した冷媒とを熱交換させるので、蒸発器９入口の冷媒のエンタルピを下げることができ、冷却能力の向上が図れると共に、仮にアキュムレータ１１から液冷媒が流出したとしても、冷媒を気化させることができるので、圧縮機２での液圧縮の発生を低減することができる。
【０００９】
また、一般的に冷蔵庫や自動販売機に使用されるフロン系や炭化水素系冷媒用の圧縮機は、吸入冷媒の温度が多少高くなったとしても、冷媒の特性上、吐出冷媒の温度が比較的低いことから、液圧縮を防ぐために、過熱度を十分に取ったガス冷媒を吸入する構成を採用していることが多い。
【００１０】
例えば、一般的に冷凍サイクルに用いられている圧縮機構部とモータ部とを低圧型の密閉容器の中に収納した全密閉型圧縮機の場合、冷凍サイクルから還流した冷媒を一旦密閉容器の中に開放し、モータ部の発熱により温められた冷媒をシリンダ内へ吸入させる。
【００１１】
しかしながら、吸入冷媒の温度を上げすぎると、圧縮される冷媒の密度が小さくなり、体積効率が低下すると共に、特に二酸化炭素冷媒を使用した場合は、フロン系や炭化水素系冷媒と比較して吐出冷媒の温度が非常に高くなるため、圧縮機の潤滑材が劣化するという課題があった。
【００１２】
そこで、これに対処する方法として、冷凍サイクルから還流した冷媒を密閉容器の中に開放せずに直接圧縮室内へ導入する圧縮機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１３】
以下、図面を参照しながら上記従来の圧縮機を説明する。
【００１４】
図１１は、特許文献２に記載された従来の往復動式圧縮機の縦断面図である。
【００１５】
図１１に示すように、従来の圧縮機２０は、偏芯軸２１と主軸２３とを備えたクランクシャフト２５と、主軸２３を軸支する主軸受２７と圧縮室２９を形成するシリンダ３１とを一体に形成したブロック３３と、偏芯軸２１と摺動する大端孔を形成する大端部３５を備えると共に他端にボールジョイント３７を用いてピストン３９を連結した偏芯軸２１とピストン３９との連結手段４１と、吸入孔（図示せず）を備え、ボルト４２によりブロック３３に取り付けられ、シリンダ３１の開口端を封止するバルブプレート４３と、吸入孔を開閉する吸入バルブリード（図示せず）とからなる片持ち軸受構造の圧縮機構部４５と、クランクシャフト２５に固定されたロータ４７と、ステータ４９とからなるモータ部５１とを備えている。
【００１６】
さらに、圧縮機２０は、モータ部５１とオイル５３とが、ケース５５とブロック３３とによって形成された密閉空間５６に収納され、冷凍サイクルから還流した冷媒が吸入孔を経て直接圧縮室２９に導入される構造とした半密閉型圧縮機である。
【００１７】
また、連結手段４１は、大端部３５を有する大端側ロッド５７と、ボールジョイント３７を有するボール側ロッド５９とに分割されており、圧縮機構部４５を組み立てる際には、まず、主軸受２７にクランクシャフト２５を取り付け、その後、偏芯軸２１に取り付けられた大端側ロッド５７と、バルブプレート４３側のシリンダ３１の開口端から通されたピストン３９を備えたボール側ロッド５９とを接合することにより、圧縮機構部４５が形成される。
【００１８】
以上のように構成された圧縮機２０について、以下その動作を説明する。
【００１９】
まず、圧縮機２０は、ステータ４９に電流を流して磁界を発生させ、クランクシャフト２５に固定されたロータ４７を回転させることで、偏芯軸２１に回転自在に取り付けられた連結手段４１を介して、ピストン３９がシリンダ３１内を往復動する。そして、このピストン３９の往復動により、冷媒の圧縮室２９への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
【００２０】
ここで、従来の圧縮機２０は、冷凍サイクルから還流した冷媒が圧縮室２９に直接導入されることにより、吸入冷媒がモータ部５１の発熱によって加熱されにくく、温度が低く密度の大きい冷媒を圧縮室２９内に吸入させることができるので、吐出冷媒の温度を低減し、オイル５３の劣化を低減することができると共に、体積効率の向上が図れる。
【特許文献１】特公平７−１８６０２号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０２６５４７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、上記従来の圧縮機２０の構成では、半密閉型圧縮機であるため、例えば、長期間運転を続ける間にボルト４２により取り付けられたバルブプレート４３とブロック３３の取り付け面から冷媒が微量ずつながら大気中に漏洩し、冷凍サイクル内の冷媒が減少して性能が低下してしまう可能性があった。
【００２２】
また、上記従来の圧縮機２０の構成では、冷凍サイクルから液冷媒が大量に圧縮機に戻ってきた場合に、直接圧縮室２９内へ液冷媒が流入し、液圧縮を起こすが、液圧縮によってピストン３９に過大な荷重が加わると、圧縮機２０のような片持ち軸受構造では、クランクシャフト２５が大きく傾き、ピストン３９やクランクシャフト２５がシリンダ３１や主軸受２７に片当りすることで、異常磨耗や傷つきが発生し、圧縮機２０が故障する可能性を有していた。
【００２３】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、信頼性が高く、効率の良い全密閉型往復動式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】
【００２４】
上記従来の課題を解決するために、本発明の全密閉型往復動式圧縮機は、吸入パイプを固定した密閉容器の中に二酸化炭素を圧縮する圧縮機構部を収納し、吸入パイプと吸入孔とを連結する吸入路を形成したもので、冷媒の大気中への漏洩を抑制すると共に、吸入冷媒の温度を低減するという作用を有する。
【００２５】
また、偏芯軸とその両側に同軸上に配置された主軸および副軸とを備えたクランクシャフトを有し、ブロックに形成された主軸受と副軸受で、主軸と副軸を軸支したもので、過大な荷重がピストンに加わったとしても、クランクシャフトが傾くことを抑制するという作用を有する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の全密閉型往復動式圧縮機は、冷媒の大気中への漏洩を抑制することで、性能低下を抑制すると共に、吸入冷媒の温度を低減することで、圧縮機の信頼性および効率の向上が図れる。
【００２７】
また、ピストンに過大な荷重がかかった場合でも、クランクシャフトの傾きを抑制することで、ピストンやクランクシャフトの片当りによる異常磨耗や傷つきを低減し、さらに圧縮機の信頼性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
請求項１に記載の発明は、吸入パイプを固定した密閉容器の中に二酸化炭素を圧縮する圧縮機構部を収納し、前記圧縮機構部は、圧縮室を形成するシリンダと、前記シリンダ内を往復動するピストンと、前記シリンダの開口端を封止すると共に、吸入孔を備えたバルブプレートと、前記吸入孔を開閉する吸入バルブリードとを備え、前記吸入パイプと前記吸入孔とを連結する吸入路を形成したもので、前記圧縮機構部から冷媒が漏洩したとしても前記密閉容器により、大気中へ冷媒が漏洩して冷凍サイクルから冷媒が減少することを抑制できるので、性能の低下を抑制することができると共に、冷凍サイクルから還流した冷媒を前記密閉容器内に開放することなく、直接前記吸入孔に導入することにより、吸入冷媒の温度を低減できるので、体積効率を向上させることができ、さらに、吐出冷媒の温度を低減し、潤滑材の劣化を低減できることから、信頼性が高く、効率の良い全密閉型往復動式圧縮機を提供することができる。
【００２９】
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、圧縮機構部は密閉容器の中にバネによって弾性的に支持されたもので、前記圧縮機構部で発生した振動を前記バネによって減衰させることができるので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減できる。
【００３０】
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、シリンダを一体に形成したブロックと、偏芯軸とその両側に同軸上に配置された主軸および副軸とを備えたクランクシャフトと、ピストンと前記偏芯軸とを連結する連結手段と、前記ブロックに形成され前記主軸と前記副軸を軸支する主軸受と副軸受とを備えたもので、液圧縮など過大な荷重が前記ピストンに加わったとしても、前記クランクシャフトが傾くことを抑制でき、ピストンやクランクシャフトの片当りによる異常磨耗や傷つきを低減できるので、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００３１】
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、主軸受と副軸受の少なくとも一方が主軸および副軸の軸方向に嵌入されることでブロックに固定されたもので、ロッドを分割しなくても組立てが可能になるので、連結手段の長さ寸法のバラツキが低減でき、ピストンのトップクリアランスの管理が容易になると共に、液圧縮など過大な荷重が前記ピストンに加わったとしても、前記主軸受と前記副軸受の少なくとも一方が前記ブロックに対して、前記主軸および前記副軸の軸方向に嵌入されることで、荷重方向と垂直に設けられた嵌入部で荷重を受けることができるので、前記主軸受および前記副軸受がずれて前記ピストンのトップクリアランスが大きくなることを抑制できると共に、前記主軸受および前記副軸受と前記ブロックとの固定部材に加わる荷重を低減することができるので、請求項３に記載の発明の効果に加えてさらに圧縮機の効率向上と信頼性向上が図れる。
【００３２】
請求項５に記載の発明は、請求項３または４に記載の発明において、連結手段が、偏芯軸と摺動する大端孔を形成する大端部を備え、前記大端部が複数に分割されたもので、前記連結手段が分割された前記大端部を有することで、クランクシャフトに前記大端部を嵌入するための細径部を設ける必要がなくなるため、前記クランクシャフトの偏芯軸の両側に配置された主軸受と副軸受との距離を狭めることができるので、請求項３または４に記載の発明の効果に加えてさらに耐荷重性を向上することができると共に、圧縮機の高さを低減し小型化が図れる。
【００３３】
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、連結手段のピストンとの連結部にボールジョイントを用いたもので、小径ピストンを使用しても連結部にかかる面圧を低減することができると共に、前記ピストンの片当りによる異常磨耗の発生を低減できるので請求項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圧縮機の信頼性向上が図れる。
【００３４】
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。
【００３５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図、図２は同実施の形態における全密閉型往復動式圧縮機の平面断面図、図３は図２のＡ−Ａ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図、図４は図１におけるピストンと連結手段の要部拡大図である。
【００３６】
図１から図３において、本実施の形態の全密閉型往復動式圧縮機は、密閉容器１４１内底部に潤滑材としてのオイル１３９を貯留すると共に、バネ１４３によって弾性的に支持された圧縮機構部１３１とモータ部１３７とを収納している。
【００３７】
圧縮機構部１３１は、クランクシャフト１０７、ブロック１１５、ピストン１１９、連結手段１２１等で構成されている。
【００３８】
また、モータ部１３７は、ブロック１１５にボルト（図示せず）によって固定されたステータ１３５と、ステータ１３５の内側の同軸上に配置されクランクシャフト１０７に焼き嵌め固定されたロータ１３３とで構成されている。
【００３９】
ここで、クランクシャフト１０７は、偏芯軸１０１とその両側に同軸上に配置された主軸１０３と副軸１０５とで構成されていると共に、偏芯軸１０１と副軸１０５との間には細径部１５３が設けられている。
【００４０】
また、ブロック１１５は、圧縮室１１１を形成するシリンダ１１３と、副軸１０５を軸支する副軸受１０９とが一体に形成されている。
【００４１】
さらに、ピストン１１９はシリンダ１１３内を往復動するように取り付けられている。
【００４２】
また、吸入孔１６５と吐出孔１６７とを備えたバルブプレート１２３と、吸入孔１６５を開閉する吸入バルブリード１２５と、吐出孔１６７を開閉する吐出バルブリード１２７と、シリンダヘッド１２９とが、共にボルト１５５によって、シリンダ１１３の開口端を封止するようにブロック１１５に固定されている。
【００４３】
さらに、ブロック１１５には、ブロック１１５とは別部材で構成された主軸１０３を軸支する主軸受１１７が、主軸１０３の軸方向に嵌入されて、ボルト１５１により固定されている。
【００４４】
また、図４に示したように、連結手段１２１は、一端に大端孔を形成する大端部１４５を備えると共に、他端に小端孔を形成する小端部１４９を備えている。
【００４５】
大端部１４５は、クランクシャフト１０７の副軸１０５側から嵌入し、細径部１５３を経由して、偏芯軸１０１に取り付けられ、大端孔で偏芯軸１０１と摺動する。
【００４６】
ここで、クランクシャフト１０７に細径部１５３を設けることによって、本実施の形態のように、偏芯軸１０１とロータ１３３との間に配置されるように主軸受１１７を取り付け、その後、ロータ１３３をクランクシャフト１０７に焼き嵌め固定し、主軸受１１７をブロック１１５に固定する方法を採用しても、偏芯軸１０１に連結手段１２１を取り付けることを可能にした。
【００４７】
また、小端部１４９は、ピストン１１９と連結手段１２１とを連結するようにピストンピン１４７が嵌入され、小端孔でピストンピン１４７と摺動する。
【００４８】
さらに、密閉容器１４１には吸入パイプ１５７と吐出パイプ１５９とが固定され、それぞれが冷凍サイクル（図示せず）に接続している。
【００４９】
なお、吸入冷媒の温度上昇を低減するために、吸入パイプ１５７と冷凍サイクルを構成する蒸発器（図示せず）とがアキュムレータ等を介さずに直結されている。
【００５０】
また、図３に示したように、シリンダヘッド１２９には、吸入パイプ１５７と連結する吸入路１６１と、吐出パイプ１５９と連結する吐出路１６３とが形成されている。
【００５１】
ここで、圧縮機の起動停止に伴い、圧縮機構部１３１が大きく変位したとしても、吸入路１６１や吐出路１６３が折損しないように、吸入路１６１の一部を全密着したバネで形成した。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、吸入路１６１の一部を全密着したバネで形成したが、四フッ化エチレン樹脂チューブなどの柔軟性を有した部材で形成しても良い。
【００５３】
また、本実施の形態においては、シリンダヘッド１２９に吸入路１６１と吐出路１６３とを形成したが、バルブプレート１２３に吸入路１６１と吐出路１６３とを形成しても良く、その場合は、吐出バルブリード１２７がバルブプレート１２３内に埋設される。
【００５４】
また、冷媒には二酸化炭素を使用する。
【００５５】
以上のように構成された全密閉型往復動式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５６】
全密閉型往復動式圧縮機は、ステータ１３５に電流を流して磁界を発生させ、クランクシャフト１０７に固定されたロータ１３３を回転させることで、偏芯軸１０１に回転自在に取り付けられた連結手段１２１を介して、ピストン１１９がシリンダ１１３内を往復動する。そして、このピストン１１９の往復動により、冷媒の圧縮室１１１への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
【００５７】
ここで、本実施の形態のような往復動式圧縮機は、吸入バルブリード１２５と吐出バルブリード１２７とによって、吸入行程と圧縮行程が区切られることから、ロータリ式やスクロール式と比較して漏れ損失が少なく、特に高低圧間の圧力差が大きい二酸化炭素を冷媒とした場合、体積効率の向上に有利である。
【００５８】
また、圧縮機構部１３１とモータ部１３７とを密閉容器１４１内に収納する全密閉型としたことにより、長期間運転を続ける間にボルト１５５により取り付けられた吸入バルブリード１２５や、バルブプレート１２３や、吐出バルブリード１２７や、シリンダヘッド１２９の間に隙間ができ、冷媒が微量ずつ漏洩したとしても、冷凍サイクル内の冷媒が減少することを抑制できるので、性能低下を抑制することができる。
【００５９】
さらに、二酸化炭素冷媒は従来のフロン系や炭化水素系冷媒に比べ、運転時の圧力が高いため、ピストン１１９に加わる荷重が大きくなる。そのため、圧縮機構部１３１で発生する振動が大きくなる。
【００６０】
そこで、本実施の形態のように、圧縮機構部１３１およびモータ部１３７をバネ１４３によって密閉容器１４１内に弾性的に支持することにより、圧縮機外へ伝播する振動を減衰させることができるので、圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
【００６１】
次に、吸入冷媒の温度の影響について説明する。
【００６２】
図５は、本実施の形態における圧縮機を用いた冷凍サイクルのモリエル線図である。
【００６３】
図５において、縦軸は圧力Ｐ、横軸はエンタルピｈを示しており、図中には飽和曲線、等温度曲線および等密度曲線がプロットされている。
【００６４】
また、図中には、過熱度を十分に取った場合の理論冷凍サイクルとしてＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａを示し、過熱度を液戻りが発生しない程度まで下げた場合の理論冷凍サイクルとしてＥ−Ｆ−Ｃ−Ｄ−Ｅを示している。
【００６５】
ここで、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示したように、アキュムレータや内部熱交換器を用いたり、一般的なフロン系や炭化水素系冷媒用の往復動圧縮機のように密閉容器の中に一旦冷凍サイクルから還流した冷媒を開放したりして過熱度を十分に取った場合は、圧縮室へガス化した冷媒を吸入させることができるので、運転中の液戻りを低減することができる。
【００６６】
しかしながら、吸入冷媒の密度が小さくなるため、冷媒の質量循環量が減少してしまい体積効率が低下する。さらには、吐出冷媒の温度が高くなり、圧縮室１１１内の温度が上昇することから、圧縮室１１１内に供給されたオイルの温度が上昇し、オイルが劣化する。
【００６７】
一方、Ｅ−Ｆ−Ｃ−Ｄ−Ｅで示したように、アキュムレータを備えない冷凍サイクルと直結する吸入路１６１をシリンダヘッド１２９に備えた場合、吸入冷媒がモータ部１３７等の発熱によって加熱されにくく、冷凍サイクルから還流した低温の冷媒を直接圧縮室１１１内へ導くことができる。
【００６８】
その結果、理論冷凍サイクルにおいて点Ｂから点Ｆへ吐出冷媒の温度を低減することができると共に、低温の吸入冷媒によって圧縮室１１１内を効果的に冷却することができるので、圧縮室１１１内へ供給されたオイルの温度上昇を抑え、オイルの劣化を低減することができる。
【００６９】
ここで、本実施の形態のような全密閉型圧縮機においては、圧縮機構部１３１とモータ部１３７とが密閉容器１４１内に収納されているため、圧縮機構部１３１やモータ部１３７からの発熱が密閉容器１４１から放熱されにくく、圧縮機構部１３１やモータ部１３７の温度上昇が大きくなりやすいため、特に本実施の形態による構成が吐出冷媒の温度低減および圧縮室１１１内の冷却に効果的である。
【００７０】
さらに、密度の大きい冷媒を圧縮室１１１に吸入させることができるので、冷媒の質量循環量が増加し、体積効率を向上させることができる。
【００７１】
なお、本実施の形態においては、潤滑材としてオイルを使用したが、グリスや固体潤滑材を使用しても良く、当然ながら、グリスや固体潤滑材においても吐出冷媒の温度を低減することは、劣化低減に有効的である。
【００７２】
次に、オイルの挙動について説明する。
【００７３】
オイル１３９は、クランクシャフト１０７の回転に伴い、クランクシャフト１０７上部へ吸い上げられながら、主軸受１１７、大端部１４５、副軸受１０９、シリンダ１１３へ供給され、摺動部の潤滑材として機能する。
【００７４】
シリンダ１１３内へ供給されたオイルは、冷凍サイクルへ吐出される冷媒と共に、微量ずつではあるが冷凍サイクルへ持ち出され、蒸発器などの冷凍サイクルを構成する部品に滞留する。そして、圧縮機が一旦停止し再起動した場合に、圧縮機へ大量のオイルが戻ってくることになる。
【００７５】
ここで、冷凍サイクルから直接冷媒を圧縮室１１１へ導く構造としたことにより、冷凍サイクルに持ち出されたオイル１３９や蒸発器で蒸発しきれなかった液冷媒が圧縮室１１１へ流入し、液圧縮を起こす。この際、偏芯軸１０１には、ピストン１１９からの過大な荷重がかかる。
【００７６】
しかしながら、本実施の形態においては、クランクシャフト１０７の偏芯軸１０１の両側に備えられた主軸１０３と副軸１０５を、それぞれ主軸受１１７と副軸受１０９とで軸支した両持ち軸受構造としたことで、クランクシャフト１０７が傾くことを抑制することができるので、ピストン１１９やクランクシャフト１０７が摺動部に片当りして異常磨耗や傷つきが発生することを低減でき、圧縮機の信頼性を向上することができる。
【００７７】
なお、冷凍サイクルにアキュムレータが備わっていた場合においても、圧縮機が一旦停止し再起動すると、アキュムレータに滞留していた液冷媒やオイルが一気に圧縮室１１１へ流入し、液圧縮が起きることもあり、こうした場合においても、本実施の形態の構成によって同様の効果が得られる。
【００７８】
さらに、吐出圧力が非常に高圧となる二酸化炭素冷媒を使用した場合、ピストン１１９に加わる荷重は通常の圧縮動作中においても大きいと共に、二酸化炭素冷媒は体積能力が一般的に自動販売機などの冷凍サイクルに用いられる冷媒と比較して非常に大きいので、気筒容積を小さくする必要があり、クランクシャフト１０７が傾いてピストン１１９のトップクリアランスが大きくなると、著しく体積効率が悪化してしまう。
【００７９】
しかしながら、本実施の形態においては、両持ち軸受構造により、クランクシャフト１０７の傾きを抑制し、ピストン１１９のトップクリアランスを所定の値に維持できるので、体積効率の向上が図れる。
【００８０】
また、主軸受１１７をブロック１１５と別部材で構成することにより、連結手段１２１とピストン１１９とをあらかじめ連結させた状態で、圧縮機を組み立てることができ、偏芯軸１０１からピストン１１９の先端までの長さ寸法を精度良く出すことができるので、ピストン１１９のトップクリアランスを管理することが容易になり、性能のバラツキを低減することができる。
【００８１】
さらに、主軸受１１７がブロック１１５に主軸１０３の軸方向に嵌入されて、ボルト１５１により固定されたことで、ピストン１１９に加わった荷重を荷重方向と垂直に設けられた嵌入部で受けることができる。
【００８２】
その結果、主軸受１１７とブロック１１５とを締結しているボルト１５１に加わる荷重を低減することができるので、ボルト１５１の破損やクランクシャフト１０７がずれてピストン１１９のトップクリアランスが大きくなることを抑制することができ、圧縮機の信頼性を向上させると共に、効率の低下を抑制することができる。
【００８３】
なお、本実施の形態においては、主軸受１１７のみをブロック１１５とは別部材で構成し固定したが、副軸受１０９をブロック１１５とは別部材で構成し、副軸受１０９のみ、もしくは主軸受１１７および副軸受１０９の両方を、主軸１０３および副軸１０５の軸方向にブロック１１５へ嵌入し固定しても良く、いずれの場合においても本実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８４】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図、図７は同実施の形態における全密閉型往復動式圧縮機の平面断面図、図８は図７のＢ−Ｂ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図、図９は図６のＣ−Ｃ線における連結手段の断面図である。
【００８５】
図６から図８において、本実施の形態の全密閉型往復動式圧縮機は、密閉容器２４１内底部に潤滑材としてのオイル２３９を貯留すると共に、バネ２４３によって弾性的に支持された圧縮機構部２３１とモータ部２３７とを収納している。
【００８６】
圧縮機構部２３１は、クランクシャフト２０７、ブロック２１５、ピストン２１９、連結手段２２１等で構成されている。
【００８７】
また、モータ部２３７は、ブロック２１５にボルト（図示せず）によって固定されたステータ２３５と、ステータ２３５の内側の同軸上に配置されクランクシャフト２０７に焼き嵌め固定されたロータ２３３とで構成されている。
【００８８】
ここで、クランクシャフト２０７は、偏芯軸２０１とその両側に同軸上に配置された主軸２０３と副軸２０５とで構成されている。
【００８９】
また、ブロック２１５は、圧縮室２１１を形成するシリンダ２１３と、副軸２０５を軸支する副軸受２０９とが一体に形成されている。
【００９０】
さらに、ピストン２１９はシリンダ２１３内を往復動するように取り付けられている。
【００９１】
また、吸入孔２６１と吐出孔２６３とを備えたバルブプレート２２３と、吸入孔２６１を開閉する吸入バルブリード２２５と、吐出孔２６３を開閉する吐出バルブリード２２７と、シリンダヘッド２２９とが、共にボルト２５２によって、シリンダ２１３の開口端を封止するようにブロック２１５に固定されている。
【００９２】
さらに、ブロック２１５には、ブロック２１５とは別部材で構成された主軸２０３を軸支する主軸受２１７が、主軸２０３の軸方向に嵌入されて、ボルト２５１により固定されている。
【００９３】
また、図９に示したように、連結手段２２１は、一端に大端孔を形成する大端部２４５を備えると共に、他端にボールジョイント２４７によりピストン２１９を連結している。
【００９４】
さらに、大端部２４５は、略半円状に分割されたロッド２４８と終端２４９とからなり、偏芯軸２０１を挟み込むようにボルト２５０で締結され、大端孔で摺動する。
【００９５】
さらに、密閉容器２４１には吸入パイプ２５３と吐出パイプ２５５とが固定され、それぞれが冷凍サイクル（図示せず）に接続している。
【００９６】
なお、吸入冷媒の温度上昇を低減するために、吸入パイプ２５３と冷凍サイクルを構成する蒸発器（図示せず）とがアキュムレータ等を介さずに直結されている。
【００９７】
また、図８に示したように、シリンダヘッド２２９には、吸入パイプ２５３と連結する吸入路２５７と、吐出パイプ２５５と連結する吐出路２５９とが形成されている。
【００９８】
ここで、圧縮機の起動停止に伴い、圧縮機構部２３１が大きく変位したとしても、吸入路２５７や吐出路２５９が折損しないように、吸入路２５７の一部を全密着したバネで形成した。
【００９９】
なお、本実施の形態においては、吸入路２５７の一部を全密着したバネで形成したが、四フッ化エチレン樹脂チューブなどの柔軟性を有した部材で形成しても良い。
【０１００】
また、本実施の形態においては、シリンダヘッド２２９に吸入路２５７と吐出路２５９とを形成したが、バルブプレート２２３に吸入路２５７と吐出路２５９とを形成しても良く、その場合は、吐出バルブリード２２７がバルブプレート２２３内に埋設される。
【０１０１】
また、冷媒には二酸化炭素を使用する。
【０１０２】
以上のように構成された全密閉型往復動式圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【０１０３】
全密閉型往復動式圧縮機は、ステータ２３５に電流を流して磁界を発生させ、クランクシャフト２０７に固定されたロータ２３３を回転させることで、偏芯軸２０１に回転自在に取り付けられた連結手段２２１を介して、ピストン２１９がシリンダ２１３内を往復動する。そして、このピストン２１９の往復動により、冷媒の圧縮室２１１への吸入と圧縮および冷凍サイクルへの吐出が繰り返される。
【０１０４】
ここで、本実施の形態のような往復動式圧縮機は、吸入バルブリード２２５と吐出バルブリード２２７とによって、吸入行程と圧縮行程が区切られることから、ロータリ式やスクロール式と比較して漏れ損失が少ないので、特に高低圧間の圧力差が大きい二酸化炭素を冷媒とした場合、体積効率の向上に有利である。
【０１０５】
また、圧縮機構部２３１とモータ部２３７とを密閉容器２４１内に収納する全密閉型としたことにより、長期間運転を続ける間にボルト２５２によって取り付けられた吸入バルブリード２２５や、バルブプレート２２３や、吐出バルブリード２２７や、シリンダヘッド２２９の間に隙間ができ、冷媒が微量ずつ漏洩したとしても、冷凍サイクル内の冷媒が減少することを抑制できるので、性能の低下を抑制することができる。
【０１０６】
さらに、二酸化炭素は従来のフロン系や炭化水素系冷媒に比べ、運転時の圧力が高いため、ピストン２１９に加わる荷重が大きくなる。そのため、圧縮機構部２３１で発生する振動が大きくなる。
【０１０７】
そこで、本実施の形態のように、圧縮機構部２３１およびモータ部２３７をバネ２４３によって密閉容器２４１内に弾性的に支持することにより、圧縮機外へ伝播する振動を減衰させることができるので、圧縮機の振動および振動に起因する騒音を低減することができる。
【０１０８】
次に、吸入冷媒の温度の影響について、実施の形態１において示した図５を用いて説明する。
【０１０９】
図５において、縦軸は圧力Ｐ、横軸はエンタルピｈを示しており、図中には飽和曲線、等温度曲線および等密度曲線がプロットされている。
【０１１０】
また、図中には、過熱度を十分に取った場合の冷凍サイクルとしてＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａを示し、過熱度を液戻りが発生しない程度まで下げた場合の冷凍サイクルとしてＥ−Ｆ−Ｃ−Ｄ−Ｅを示している。
【０１１１】
ここで、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａで示したように、アキュムレータや内部熱交換器を用いたり、一般的なフロン系や炭化水素系冷媒用の往復動圧縮機のように密閉容器の中に一旦冷凍サイクルから還流した冷媒を開放したりして過熱度を十分に取った場合は、圧縮室へガス化した冷媒を吸入させることができるので、運転中の液戻りを低減することができる。
【０１１２】
しかしながら、吸入冷媒の密度が小さくなるため、冷媒の質量循環量が減少してしまい体積効率が低下する。さらには、吐出冷媒の温度が高くなり、圧縮室２１１内の温度が上昇することから、圧縮室２１１内に供給されたオイルの温度が上昇し、オイルが劣化する。
【０１１３】
一方、Ｅ−Ｆ−Ｃ−Ｄ−Ｅで示したように、アキュムレータを備えない冷凍サイクルと直結する吸入路２５７をシリンダヘッド２２９に備えた場合、吸入冷媒がモータ部２３７等の発熱によって加熱されにくく、冷凍サイクルから還流した低温の冷媒を直接圧縮室２１１内へ導くことができる。
【０１１４】
その結果、理論冷凍サイクルにおいて点Ｂから点Ｆへ吐出冷媒の温度を低減することができると共に、低温の吸入冷媒によって圧縮室２１１内を効果的に冷却することができるので、圧縮室２１１内へ供給されたオイルの温度上昇を抑え、オイルの劣化を低減することができる。
【０１１５】
ここで、本実施の形態のような全密閉型圧縮機においては、圧縮機構部２３１とモータ部２３７とが密閉容器２４１内に収納されているため、圧縮機構部２３１やモータ部２３７からの発熱が密閉容器２４１から放熱されにくく、圧縮機構部２３１やモータ部２３７の温度上昇が大きくなりやすいため、特に本実施の形態による構成が吐出冷媒の温度低減および圧縮室２１１内の冷却に効果的である。
【０１１６】
さらに、密度の大きい冷媒を圧縮室２１１に吸入させることができるので、冷媒の質量循環量が増加し、体積効率を向上させることができる。
【０１１７】
なお、本実施の形態においては、潤滑材としてオイルを使用したが、グリスや固体潤滑材を使用しても良く、当然ながら、グリスや固体潤滑材においても吐出冷媒の温度を低減することは、劣化低減に有効的である。
【０１１８】
次に、オイルの挙動について説明する。
【０１１９】
オイル２３９は、クランクシャフト２０７の回転に伴い、クランクシャフト２０７上部へ吸い上げられながら、主軸受２１７、大端部２４５、副軸受２０９、シリンダ２１３へ供給され、摺動部の潤滑材として機能する。
【０１２０】
シリンダ２１３内へ供給されたオイルは、冷凍サイクルへ吐出される冷媒と共に、微量ずつではあるが冷凍サイクルへ持ち出され、蒸発器などの冷凍サイクルを構成する部品に滞留する。そして、圧縮機が一旦停止し再起動した場合に、圧縮機へ大量のオイルが戻ってくることになる。
【０１２１】
ここで、冷凍サイクルから直接冷媒を圧縮室２１１へ導く構造としたことにより、冷凍サイクルに持ち出されたオイル２３９や蒸発器で蒸発しきれなかった液冷媒が圧縮室２１１へ流入し、液圧縮を起こす。この際、偏芯軸２０１にはピストン２１９からの過大な荷重がかかる。
【０１２２】
しかしながら、本実施の形態においては、クランクシャフト２０７の偏芯軸２０１の両側に備えられた主軸２０３と副軸２０５を、それぞれ主軸受２１７と副軸受２０９とで軸支した両持ち軸受構造としたことで、クランクシャフト２０７が傾くことを抑制できるので、ピストン２１９やクランクシャフト２０７が摺動部に片当りして異常磨耗や傷つきが発生することを低減でき、圧縮機の信頼性を向上することができる。
【０１２３】
なお、冷凍サイクルにアキュムレータが備わっていた場合においても、圧縮機が一旦停止し再起動すると、アキュムレータに滞留していた液冷媒やオイルが一気に圧縮室２１１へ流入し、液圧縮が起きることもあり、こうした場合においても、本実施の形態の構成によって同様の効果が得られる。
【０１２４】
さらに、吐出圧力が非常に高圧となる二酸化炭素冷媒を使用した場合、ピストン２１９に加わる荷重は通常の圧縮動作中においても大きく、かつ、二酸化炭素冷媒は体積能力が一般的に自動販売機などの冷凍サイクルに用いられる冷媒と比較して非常に大きいので、気筒容積を小さくする必要があり、クランクシャフト２０７が傾いてピストン２１９のトップクリアランスが大きくなると、著しく体積効率が悪化してしまう。
【０１２５】
しかしながら、本実施の形態においては、両持ち軸受構造により、クランクシャフト２０７の傾きを抑制し、ピストン２１９のトップクリアランスを所定の値に維持できるので、体積効率の向上が図れる。
【０１２６】
また、小気筒容積にした場合、ピストン２１９と連結手段２２１との連結部にかかる面圧が増加するため、連結部の破損により圧縮機が故障する可能性があるが、本実施の形態においては、ピストン２１９と連結手段２２１との連結にボールジョイント２４７を用いたので、連結部にかかる面圧を低減することができ、圧縮機の信頼性を向上することができる。
【０１２７】
なお、実施の形態１に記載したようにピストンピン１４７を用いた連結方法でも、連結手段１２１の厚みを厚くするなどの工夫をすれば、連結部が破損することはないが、ボールジョイント２４７を用いるほうが、より設計しやすくなると共に、ピストン２１９がピストンピン１４７により拘束を受けないため、ピストン２１９とシリンダ２１３の摺動損失を低減することができるので、効率向上が図れる。
【０１２８】
また、主軸受２１７をブロック２１５と別部材で構成することにより、連結手段２２１とピストン２１９とをあらかじめ連結させた状態で、圧縮機を組み立てることができ、偏芯軸２０１からピストン２１９の先端までの長さ寸法を精度良く出すことができるので、ピストン２１９のトップクリアランスを管理することが容易になり、性能のバラツキを低減することができる。
【０１２９】
なお、本実施の形態では、連結手段２２１の大端部２４５を略半円に分割したことにより、連結手段２２１を偏芯軸２０１に取り付けるときに、クランクシャフト２０７の副軸２０５から嵌入する必要がなくなることから、実施の形態１に記載した細径部１５３を設ける必要がなくなる。
【０１３０】
そのため、副軸受２０９と主軸受２１７との距離を狭めることができるので、クランクシャフト２０７のたわみを抑制し、ピストン２１９に加わる荷重を効果的に副軸受２０９と主軸受２１７とで受けることができるので、耐荷重性を向上させることができる。
【０１３１】
そのうえ、クランクシャフト２０７の長さを短くすることができるので、圧縮機の高さを低減して小型化を図ることができる。
【０１３２】
また、主軸受２１７がブロック２１５に主軸２０３の軸方向に嵌入されて、ボルト２５１により固定されたことで、ピストン２１９に加わった荷重を荷重方向と垂直に設けられた嵌入部で受けることができる。
【０１３３】
その結果、主軸受２１７とブロック２１５とを締結しているボルト２５１に加わる荷重を低減することができるので、ボルト２５１の破損やクランクシャフト２０７がずれてピストン２１９のトップクリアランスが大きくなることを抑制することができ、圧縮機の信頼性を向上させると共に、効率の低下を抑制することができる。
【０１３４】
なお、本実施の形態においては、主軸受２１７のみをブロック２１５とは別部材で構成し固定したが、副軸受２０９をブロック２１５とは別部材で構成し、副軸受２０９のみ、もしくは主軸受２１７および副軸受２０９の両方を、主軸２０３および副軸２０５の軸方向にブロック２１５へ嵌入し固定しても良く、いずれの場合においても本実施の形態と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３５】
以上のように、本発明にかかる全密閉型往復動式圧縮機は、冷媒の大気中への漏洩を抑制することで、性能低下を抑制すると共に、吸入冷媒の温度を低減することで、圧縮機の信頼性および効率の向上が図れ、さらにピストンに過大な荷重がかかった場合でも、クランクシャフトの傾きを抑制することで、ピストンやクランクシャフトの片当りによる異常磨耗や傷つきを低減し、圧縮機の信頼性を向上することができるので、自動販売機に限らず、冷凍冷蔵庫やエアーコンディショナやその他の冷媒装置に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】本発明の実施の形態１における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態における全密閉型往復動式圧縮機の平面断面図
【図３】図２のＡ−Ａ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図
【図４】図１におけるピストンと連結手段の要部拡大図
【図５】同実施の形態における圧縮機を用いた冷凍サイクルのモリエル線図
【図６】本発明の実施の形態２における全密閉型往復動式圧縮機の縦断面図
【図７】同実施の形態における全密閉型往復動式圧縮機の平面断面図
【図８】図７のＢ−Ｂ線におけるシリンダヘッド周辺の断面図
【図９】図６のＣ−Ｃ線における連結手段の断面図
【図１０】従来の冷凍サイクルの冷媒回路図
【図１１】従来の往復動式圧縮機の縦断面図
【符号の説明】
【０１３７】
１０１，２０１  偏芯軸
１０３，２０３  主軸
１０５，２０５  副軸
１０７，２０７  クランクシャフト
１０９，２０９  副軸受
１１１，２１１  圧縮室
１１３，２１３  シリンダ
１１５，２１５  ブロック
１１７，２１７  主軸受
１１９，２１９  ピストン
１２１，２２１  連結手段
１２３，２２３  バルブプレート
１２５，２２５  吸入バルブリード
１３１，２３１  圧縮機構部
１４１，２４１  密閉容器
１４３，２４３  バネ
１４５，２４５  大端部
１５７，２５３  吸入パイプ
１６１，２５７  吸入路
１６５，２６１  吸入孔
２４７  ボールジョイント
２４８  ロッド
２４９  終端
【図１】
2008095589.tif 000003
【図２】
2008095589.tif 000004
【図３】
2008095589.tif 000005
【図４】
2008095589.tif 000006
【図５】
2008095589.tif 000007
【図６】
2008095589.tif 000008
【図７】
2008095589.tif 000009
【図８】
2008095589.tif 000010
【図９】
2008095589.tif 000011
【図１０】
2008095589.tif 000012
【図１１】
2008095589.tif 000013