(57)【要約】【課題】重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、耐久性に優れ高信頼性及び高い性能を有する密閉型二段圧縮式圧縮機を提供する。【解決手段】本密閉型二段圧縮式圧縮機は、低段側圧縮部３及び高段側圧縮部４にボールジョイント式ピストン３２、４２を使用し、密閉ケース２内を低段側圧縮部３から吐出された中間圧冷媒又は高段圧縮部４から吐出された高圧冷媒雰囲気とし、少なくとも低段側圧縮部３のボールジョイント式ピストン３２のボール部３３ａと球座３２ｃ間に設けられたバッファリング３４をパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥあるいは架橋ＰＴＦＥで形成する。【選択図】  図１
2005083334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉ケース内に、冷媒を吸込んで１段目の圧縮をなす低段側圧縮部およびこの低段側圧縮部により圧縮され吐出された冷媒を吸込んで２段目の圧縮をなし吐出する高段側圧縮部とを備えるとともに、前記低段側圧縮部及び高段側圧縮部にボールジョイント式ピストンを使用し、前記密閉ケース内を低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒又は高段圧縮部から吐出された高圧冷媒雰囲気とした密閉型二段圧縮式圧縮機において、少なくとも前記低段側圧縮部のボールジョイント式ピストンのボール部と球座間に設けられたバッファリングをパープルオロアルコキシ基を有するポリテトラフルオロエチレン樹脂で形成したことを特徴とする密閉型二段圧縮式圧縮機。
【請求項２】
密閉ケース内に、冷媒を吸込んで１段目の圧縮をなす低段側圧縮部およびこの低段側圧縮部により圧縮され吐出された冷埠を吸込んで２段目の圧縮をなし吐出する高段側圧縮部とを備えるとともに、前記低段側圧縮部及び高段側圧縮部にボールジョイント式ピストンを使用し、前記密閉ケース内を低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒又は高段圧縮部から吐出された高圧冷媒雰囲気とした密閉型二段圧縮式圧縮機において、少なくとも前記ボールジョイント式ピストンのボール部と球座間に設けられたバッファリングを架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂で形成したことを特徴とする密閉型二段圧縮式圧縮機。
【請求項３】
前記バッファリングは、ガラス繊維又はカーボン繊維を１０重量％以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の密閉型二段圧縮式圧縮機。
【請求項４】
前記バッファリングは、その圧縮弾性率が１０００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の密閉型二段圧縮式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型二段圧縮式圧縮機に係わり、特にボールジョイント式ピストンのボールと球座間に設けられたバッファリングの改良を図った密閉型二段圧縮式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式コンプレッサのボールジョイント式ピストンのボール部と球座間に設けられるバッファリングは、１シリンダ型あるいは２シリンダ型のレシプロ式コンプレッサ共にクリープ特性や耐摩耗性はやや低いが摩擦係数の小さなポリテトラフルオロエチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥと略記する。）の単独重合体が使用されている。図７に示すように、これは、従来の１段圧縮式レシプロ式コンプレッサ６１が、圧力ＰＬの圧縮前の低圧吸込ガスで密閉ケース２内が満たされているため、コネクティングロッド３３の先端のボール部３３ａが受ける力は、ピストン３２の圧縮面３２ａと密閉ケース２内に面している反圧縮面３２ｂに働く差圧により決まるすなわち圧縮行程時には、圧縮面３２ａの方が密閉ケース２内より高い圧力となるためピストン３２はボール部３３ａに押し付けられ、反対に吸引行程時には、圧縮面３２ｂは吸込ガスの通路抵抗などにより密閉ケース２内よりわずかに圧力ｄＰだけ下がるが、バッファリング３４Ｏには大きな力は加わらないため軟らかく変形し易いＰＴＦＥでも問題がない。
【０００３】
これに対し、図８に示すように、２段圧縮式レシプロ式コンプレッサ６２では、密閉ケース２内の圧力の影響を受け、密閉ケース２内が低圧段で圧縮された中間圧ＰＭの吐出ガスで満たされる場合や、高圧段で圧縮された吐出ガスで満たされる場合のように、吸込ガスの圧力ＰＬが、密閉ケース内部のガスの圧力より低くなった場合には、吸込行程時、ピストン３２の圧縮面３２ａと密閉ケース２内に面している反圧縮面３２ｂに働く差圧（負荷）（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）が発生するため、ボール部３３ａはバッファリング３４Ｏに押し付けられる。このバッファリング３４Ｏには十分な潤滑油が供給されにくいため、バッファリング３４ＯとしてＰＴＦＥが使用されていると、バッファリング３４Ｏに摩耗が発生し易くなり、また、温度や負荷によってはクリープが発生することがあり、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転時に耐久性が劣り信頼性上問題があった。
【０００４】
なお、特許文献１及び特許文献２には、ボールジョイント式ピストン圧縮機のピストンのボール部と球座間にパッキンを設けることが開示されているが、このパッキンでは、摩耗が発生し易く、温度や負荷によってはクリープが発生することがあり、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転時に耐久性が劣り信頼性上の問題が残る。
【特許文献１】特開平３−１３０５８５号公報（第２頁下段右欄第１６行〜第３頁左欄第５行、第２図）
【特許文献２】特開２００３−８３２４７号公報（段落［００４５］、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、耐久性に優れ高信頼性及び高性能を有する密閉型二段圧縮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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、密閉ケース内に、冷媒を吸込んで１段目の圧縮をなす低段側圧縮部およびこの低段側圧縮部により圧縮され吐出された冷媒を吸込んで２段目の圧縮をなし吐出する高段側圧縮部とを備えるとともに、前記低段側圧縮部及び高段側圧縮部にボールジョイント式ピストンを使用し、前記密閉ケース内を低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒又は高段圧縮部から吐出された高圧冷媒雰囲気とした密閉型二段圧縮式圧縮機において、少なくとも前記低段側圧縮部のボールジョイント式ピストンのボール部と球座間に設けられたバッファリングをパープルオロアルコキシ基を有するポリテトラフルオロエチレン樹脂で形成したことを特徴とする密閉型二段圧縮式圧縮機が提供される。これにより、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、耐久性に優れ高信頼性及び高性能を有する密閉型二段圧縮式圧縮機が実現される。
【０００７】
また、本発明の他の態様によれば、密閉ケース内に、冷媒を吸込んで１段目の圧縮をなす低段側圧縮部およびこの低段側圧縮部により圧縮され吐出された冷埠を吸込んで２段目の圧縮をなし吐出する高段側圧縮部とを備えるとともに、前記低段側圧縮部及び高段側圧縮部にボールジョイント式ピストンを使用し、前記密閉ケース内を低段側圧縮部から吐出された中間圧冷媒又は高段圧縮部から吐出された高圧冷媒雰囲気とした密閉型二段圧縮式圧縮機において、少なくとも前記ボールジョイント式ピストンのボール部と球座間に設けられたバッファリングを架橋ポリテトラフルオロエチレン樹脂で形成したことを特徴とする密閉型二段圧縮式圧縮機が提供される。これにより、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、耐久性に優れ高信頼性及び高性能を有する密閉型二段圧縮式圧縮機が実現される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機によれば、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、耐久性に優れ高信頼性及び高性能を有する密閉型二段圧縮式圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の縦断面図であり、図２はその横断面図である。
【００１１】
図１及び図２に示すように、本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機１は、密閉ケース２と、この密閉ケース２内に、冷媒を吸込んで１段目の圧縮を行う低段側圧縮部３及びこの低段側圧縮部３により圧縮され吐出された冷媒を吸込んで２段目の圧縮を行う高段側圧縮部４と、低段側圧縮部３及び高段側圧縮部４を駆動する電動機部５を有し、低段側圧縮部３が、密閉ケース２に設けられた吸込管２ａを介して例えば冷蔵庫の冷凍室用蒸発器から吸込んだ低圧冷媒を中間圧に圧縮して密閉ケース２内に吐出し、密閉ケース２内に吐出された中間圧の冷媒および中間圧吸込管２ｃを介して冷蔵庫の冷蔵室用蒸発器から吸い込んだ中間圧の冷媒を高段側圧縮部４に吸込み高圧に圧縮して、吐出管２ｂを介して機外に吐出するようになっている。
【００１２】
電動機部５の上方に取付けられたフレーム６には、低段側圧縮部３及び高段側圧縮部４が一体に設けられている。
【００１３】
低段側圧縮部３は、吸込口３１ａ及び吐出口３１ｂを有するシリンダ３１ｃが設けられたシリンダブロック３１と、シリンダ３１ｃに圧縮室３１ｄが形成されるようにシリンダ３１ｃ内を往復動するピストン３２と、このピストン３２とクランクシャフト５１をボールジョイント式により結合するコネクティングロッド３３を有している。このコネクティングロッド３３の一端には、ピストン３２の圧縮面３２ａと反対側の反圧縮面３２ｂに設けられた球座３２ｃに可動的に結合されるボールジョイント用のボール部３３ａが形成され、その他端には、クランクシャフト５１のクランク部５１ａが回転自在に嵌合されるリング形状の結合部３３ｂが形成されている。さらに、図３に示すように、ピストン３２の球座３２ｃとコネクティングロッド３３のボール部３３ａ間には、バッファリング３４が設けられている。
【００１４】
このバッファリング３４は、パーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥあるいは架橋ＰＴＦＥで形成されている。
【００１５】
パーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥは、摩擦係数がＰＴＦＥよりも大きいが、耐クリープ性と耐摩耗性が高い。これを用いることにより、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、圧縮機は耐久性に優れ高信頼性及び高性能を有する。
【００１６】
また、架橋ＰＴＦＥは、ＰＴＦＥの約１／１０４（ｍｍ３／Ｎ・ｍ）の比摩耗量であり、圧縮クリープは約１／２に向上する。これを用いることにより、摺動を伴う高い負荷にも安定した運転ができて、信頼性が向上し、しかも、摩擦係数はＰＴＦＥよりは大きいが、それでもかなり小さいので、摩擦抵抗を増加させることなく、圧縮機の高効率を維持できる。
【００１７】
また、バッファリング３４に用いられるパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥあるいは架橋ＰＴＦＥに、ガラス繊維あるいはカーボン繊維を１０重量％以下含有させるのが好ましく、５重量％にすることがより好ましい。１０重量％以下にすることにより、高い信頼性が得られる。ガラス繊維あるいはカーボン繊維を加えたパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥあるいは架橋ＰＴＦＥの単品の摩耗摺動試験では、ＰＴＦＥの約１／２の摩耗量に抑えることができ、圧縮機に組み込んだ場合でも、重負荷など過酷な試験にも耐えることが実証された。充填量を１０重量％以下とすることで、材料の弾性係数を極端に上げずにすむためボール部をかしめるとき強くかしめる必要が無くなり、従来のＰＴＦＥと同等の時間でなじませることができ、運転時間の早い時期に所定の性能が得られるようになり省エネルギーとなる。充填量が１０重量％を超えると、摩耗量が増加し、さらに、材料の弾性係数が上がり、ボール部をかしめるとき強くかしめる必要があり、従来のＰＴＦＥ以上になじませるのに長時間を要する。
【００１８】
また、ガラス繊維あるいはカーボン繊維を１０重量％以下含有させたパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥ又は架橋ＰＴＦＥは、耐摩耗性に優れるため、潤滑油が僅かでも高い信頼性を確保でき、また相手材を選定することにより摺動損失の低減が図れ効率向上になる。
【００１９】
さらに、バッファリングの圧縮弾性率を１０００ＭＰａ以下とすることにより、バッファリングを介してボール部をかしめたとき小さい力でボール面に密着させることができるため、組み立て直後であっても運転時にバッファリングの面で負荷を支えることができるので面圧を低減できる。弾性係数が大きいとバッファリングをボール部に密着させるために大きなかしめ力が必要になり、この場合運転時の摺動損失が大きくなるため効率の低下を招く。また、かしめたときバッファリングの密着性が悪いとボール部と局部的な摺動となるため面圧が上がり局部的な摩耗が発生することになる。この摩耗した個所が種々の運転時に隙間の発生に繋がるので、ボール部とバッファリングにいわゆるガタが発生し、ボール部がバッファリングに衝撃力を伴って接触するようになるため極端な場合にはボール部が外れ圧縮できなくなることもある。従って、圧縮弾性率を１０００ＭＰａ以下とすると小さなかしめ力でボール面に密着させることができるため局部的な摩耗を防止できるようになり、高い信頼性を確保できる。
【００２０】
また、高段側圧縮部４は、低段側圧縮部３と同様の構造を有し、低段側圧縮部３とクランクシャフト５１に対して軸対称に配置されており、高段側圧縮部４は、吸込口４１ａ及び吐出口４１ｂを有するシリンダ４１ｃが設けられたシリンダブロック４１と、シリンダ４１ｃ内に圧縮室４１ｄが形成されるように往復動するピストン４２と、このピストン４２とクランクシャフト５１を結合するコネクティングロッド４３を有している。このコネクティングロッド４３の一端には、ピストン４２に設けられた球座４２ｃに可動的に結合されるボール部４３ａが形成され、その他端には、クランクシャフト５１のクランク部５１ａが回転自在に嵌合される円弧形状に結合部４３ｂが形成されている。
【００２１】
さらに、ピストン４２の球座４２ｃとコネクティングロッド４３のボール部４３ａ間には、バッファリング４４が設けられており、このバッファリング４４はパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥあるいは架橋ＰＴＦＥである。なお、図１中、符号２ｃは中間圧力冷媒吸込管である。
【００２２】
次に本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機を用いた冷媒の圧縮方法について説明する。
【００２３】
図１及び図２に示すように、クランクシャフト５１が反時計方向に回転した場合、ピストン３２が上死点から下死点に移動する吸込行程で冷媒ガスは吸引される。このとき、冷媒は吸込管２ａを介して低段側圧縮部３の吸込孔３１ａを介して低段側圧縮室３１ｄに吸引され、圧縮行程によって圧縮されて中間圧力ＰＭとなって、密閉ケース２内に吐出される。
【００２４】
図５に示すように、上記低段側圧縮部３の吸込行程において、冷凍サイクルから圧縮室３１ｄに至る通路抵抗のため、低段側圧縮室３１ｄの圧力は、冷凍サイクル圧力ＰＬより通路抵抗分の圧力ｄＰだけ低下して、（ＰＬ−ｄＰ）となり、液冷媒が冷凍サイクルから帰還した場合には、この通路抵抗は大きくなる。
【００２５】
低段側の吸込行程でピストン３２の圧縮面３２ａには圧力（ＰＬ−ｄＰ）がかかり、圧力が中間圧ＰＭである密閉ケース２内に面している反圧縮面３２ｂには中間圧ＰＭがかかりるので、ピストン３２に働く差圧（負荷）は（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）となる。この差圧（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）によって、ピストン３２は上死点に向けて引張力を受ける。この引張力は差圧（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）に加えピストン３２とシリンダ３１ｃ間の摺動損失、さらにピストン３２に働く慣性力（実験では１０ｋｇｆを超える力が働く）により、ピストン３２は上死点方向（図２の右方向）に力を受け、クランクシャフト５１が反時計方向に回転するとき、クランクシャフト５１は、図２中左方向へ動くためボール部３３ａとバッファリング３４とが押し付けられる。しかもボール部３３ａはクランクシャフト５１が偏心しているため、その偏心量に伴う分回転運動する。
【００２６】
上記差圧（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）は定常運転時、さらに、ＯＮ−ＯＦＦのような過渡運転時には大きくなるためバッファリング３４に加わる負荷が大きくなる。さらに、差圧（ＰＭ＋ｄＰ−ＰＬ）、摺動抵抗、慣性力が加わるためバッファリング３４には大きな負荷が加わることになる。
【００２７】
従って、バッファリング３４は、ボール部３３ａによって摺動を伴った状態で負荷を受けるため、これに耐える必要がある。さらに、バッファリング３４に求められる特性としては、冷媒圧縮時に圧縮室３１ｄが高温になりピストン３２が高温になるため、耐熱性に優れる必要があることと、ピストン３２の球座３２ｃによりかしめられているため、所定の弾性率が要求される。そこで、バッファリングには、上述のような特性を有するパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥ又は架橋ＰＴＦＥが必要となる。このいずれかを用いることにより、バッファリングに摩耗やへたりが無く、圧縮機は耐久性に優れ、高信頼性及び高性能を有する。
【００２８】
さらに、図６に示すように、高段側圧縮部４については、吸込行程で密閉ケース２内の中間圧ＰＭのガスを吸込むため、圧縮室４１ｄの吸込圧力は通路抵抗圧力ｄＰだけ低下して、（ＰＭ−ｄＰ）となり、ピストン４２の圧縮面４２ａには圧力（ＰＭ−ｄＰ）がかかり、圧力が中間圧ＰＭである密閉ケース２内に面している反圧縮面４２ｂには中間圧ＰＭがかかり、ピストン４２に働く差圧（負荷）は吸込抵抗に起因する圧力ｄＰとなり、直接的な大きな差圧は発生しない。
【００２９】
従って、高段側圧縮部４のバッファリング４４は、上記低段側圧縮部３のバッファリング３４と同様に、パーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥ又は架橋ＰＴＦＥにするのが好ましいが、経済性を考慮すれば、従来のバッファリングと同様に単独重合体のＰＴＦＥを用いてもよい。
【００３０】
なお、高段側圧縮部の吸込行程において、ピストンの慣性力が大きくなることがあるが、慣性力はピストンの質量、速度などが影響するので、高段側圧縮部は圧縮負荷が大きくなる場合、圧縮による変形など無いように強度を保つ必要があり、この場合、ピストン肉厚を厚くするなど質量が増える傾向にある。慣性力は質量に比例するためバッファリングに加わる負荷が増える。従って、この場合には、高段側圧縮部のバッファリングも、上記低段側圧縮部のバッファリングと同様に、パーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥ又は架橋ＰＴＦＥにする必要がある。
【００３１】
但し、高段側圧縮部及び低段側圧縮部のバッファリングを同一特性にする必要はなく、両者に異なる特性を持たせる場合には、色分けすることにより、組み立て時、誤採用がなく便利である。また、低段側圧縮部の圧縮比あるいは高段側圧縮部の圧縮比の設定の仕方によって、低段側圧縮部のシリンダボアと低段側圧縮部のシリンダボアを適宜設定することができるのは勿論である。
【００３２】
上記のように本実施形態の密閉型二段圧縮式圧縮機によれば、密閉ケース内の中間圧又は高圧の冷媒ガスによって、低段側圧縮部のピストンに大きな差圧がかかり、摺動抵抗、慣性力が加わるためバッファリングには大きな負荷が加わるが、バッファリングはパーフルオロアルコキシ基を有するＰＴＦＥ又は架橋ＰＴＦＥであるので、重負荷運転時や過酷な過渡運転条件で運転した後もバッファリングに摩耗やへたりが無く、圧縮機は耐久性に優れ高信頼性及び高性能を確保できる。
【００３３】
また、バッファリングはガラス繊維又はカーボン繊維を１０重量％以下含有するので、バッファリングを介してボール部をかしめたとき小さい力でボール部面に密着させることができ、組み立て直後であっても運転時にバッファリングの面で負荷を支えることができて、面圧の低減が可能となり、さらに、バッファリングはその圧縮弾性率が１０００ＭＰａ以下であるので、小さなかしめ力でボール部面に密着させることができるため、局部的な摩耗を防止でき、高い信頼性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態の縦断面図。
【図２】本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態の横断面図。
【図３】本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態のピストン部分の縦断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視の断面図。
【図５】本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態の低段側圧縮部の吸込行程を示す縦断面図。
【図６】本発明に係わる密閉型二段圧縮式圧縮機の一実施形態の高段側圧縮部の吸込行程を示す縦断面図。
【図７】従来の密閉型一段圧縮式圧縮機の低段側圧縮部の吸込行程を示す縦断面図。
【図８】従来の密閉型二段圧縮式圧縮機の低段側圧縮部の吸込行程を示す縦断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１…密閉型二段圧縮式圧縮機、２…密閉ケース、３…低段側圧縮部、４…高段側圧縮部、５…電動機部、３２…ピストン、３２ｃ…球座、３３…コネクティングロッド、３３ａ…ボール部、３４…バッファリング、４２…ピストン、４２ｃ…球座、４３…コネクティングロッド、４３ａ…ボール部、４４…バッファリング。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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