(57)【要約】【課題】密閉型圧縮機の小型化が更に進むとき、または、密閉型圧縮機の大きさを維持したまま、より大きな気筒容積の大きな密閉型圧縮機が必要となるとき、小型化を損なうことなく、低振動の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。【解決手段】バランスウェイト１２２とピストン１２０が接近する区間においてにバランスウェイト１２２の外周とピストン１２０との距離が略一定となる外周形状で構成することで、限られた空間の中で大きな慣性力を有するバランスウェイト１２２を設けることが出来る。【選択図】図１
2005069123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に冷媒を封入するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部を有したシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段と前記シャフトに形成したバランスウエイトとを備え、前記バランスウェイトはその水平延長上に前記ピストンが位置するとともに前記バランスウェイトと前記ピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンとの距離が略一定となるようにした密閉型圧縮機。
【請求項２】
シャフトの偏心量をｓ、連結手段のピッチ長さをＬ、ピストンと前記連結手段との連結部と前記ピストンの前記連結手段側端部の距離であるスカート長をＣとし、バランスウェイトと前記ピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンの間との距離をαとし、前記主軸部の軸心を原点とするとき、前記バランスウェイトの外周形状が（数１）（数２）の座標で表される形状である請求項１記載の密閉型圧縮機。
【数１】
2005069123.tif 000007
【数２】
2005069123.tif 000008
【請求項３】
バランスウェイトとピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンとの距離を２ｍｍ以下とした請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
バランスウェイトは焼結合金または鉄板のプレス加工で形成された請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
冷媒はＲ６００ａ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】
主軸部と同軸状に設けた副軸部と、前記副軸部を軸支する副軸受とを備えるとともに、前記副軸部の偏心軸部側端部にバランスウェイトを設けた請求項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】
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インバーター駆動される請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項８】
運転周波数には少なくとも３０Ｈｚ以下の運転周波数を含む請求項７に記載の密閉型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の冷凍サイクルに接続される密閉形圧縮機の低振動化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、家庭用冷凍冷蔵庫等の冷凍装置に使用される密閉型圧縮機については、小型化や静音化・低振動化が強く望まれている。こうした中、オゾン破壊係数がゼロであるＲ６００ａに代表される温暖化係数の低い自然冷媒である炭化水素系冷媒への移行が進んでいる。また、主な振動源であるピストンと釣り合いを取るためにバランスウェイトを用いるという方法は、振動を低減する要素技術として有効である。
【０００３】
従来のこのバランスウェイトを使用した密閉型圧縮機としては、外形が略円弧状であるバランスウェイトをクランクシャフトに備えることによって、圧縮機構部の不釣り合い力を調整するようなものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下、図面を参照しながら、上述した従来の密閉型圧縮機について説明する。
【０００５】
図５は従来の圧縮機の縦断面図である。
【０００６】
図６は従来の圧縮機の平面断面図である。
【０００７】
図５、図６において、密閉容器１内には、冷媒２が充満しており、巻線部３ａを保有する固定子３と回転子４からなる電動要素５と、電動要素５によって駆動される圧縮要素６をサスペンションスプリング７によって弾性的に収容されている。シャフト１０は、回転子４を圧入固定した主軸部１１および主軸部１１に対し偏心して形成された偏心部１２を有し、偏心部１２の上方には外周部が主軸部１１の軸心を中心とした略円弧状であるバランスウェイト２２が固定されている。シリンダブロック１６は、略円筒形の圧縮室１７を有し、ピストン２０はシリンダブロック１６の圧縮室１７に往復摺動自在に挿入されており、連結手段２１によって偏心部１２と連結されている。
【０００８】
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を説明する。
【０００９】
電動要素５の回転子４はシャフト１０を回転させ、偏心部１２の回転運動が連結手段２１を介してピストン２０に伝えられることでピストン２０は圧縮室１７内を往復運動する。それにより、冷媒ガスは冷却システム（図示せず）から圧縮室１７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。
【００１０】
この圧縮作用を行う際、ピストン２０が往復運動を行うことにより、不平衡力である往復動慣性力が生じる。この往復動慣性力を、ピストン２０と逆位相となるようにバランスウェイト２２を設けることで釣り合わせ、水平方向におけるピストン２０の往復動慣性力はある程度相殺される。
【特許文献１】特開２０００−２１３４６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、圧縮機の全高を低くするためピストン２０の水平延長上にバランスウエイト２２を配置した場合、ピストン２０の下死点でバランスウエイト２２とピストン２０が最も接近するが、この干渉を避けるようにバランスウエイト２２の外形を略円弧状のまま設計するとバランスウェイト２２は十分な大きさの慣性力を得ることができず、その結果ピストン２０の往復動慣性力を十分に相殺しきれず、密閉型圧縮機の振動が大きくなってしまうといった欠点があった。
【００１２】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、ピストン２０の水平延長上にバランスウエイト２２を配置したうえで、大きな慣性力を有するバランスウエイト２２を備えた低振動の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】
【００１３】
上記課題を解決するため、密閉容器内に冷媒を封入するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部を有したシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段と前記シャフトに形成したバランスウエイトとを備え、前記バランスウェイトはその水平延長上に前記ピストンが位置するとともに前記バランスウェイトと前記ピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンとの距離が略一定となるように構成することで、ピストンのシャフト側の空間を有効活用し、ピストンの水平延長上にバランスウエイトを配置しても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来るため、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の密閉型圧縮機によれば、ピストンのシャフト側の空間を有効活用することによって、ピストンの水平延長上にバランスウエイトを配置しても、限られた空間の中で大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来、ピストンの往復動慣性力を十分に相殺できるため、密閉型圧縮機の振動を低減出来るという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
請求項１に記載の発明は、密閉容器内に冷媒を封入するとともに電動要素と前記電動要素によって駆動される圧縮要素を収容し、前記圧縮要素は偏心軸部と主軸部を有したシャフトと、圧縮室を備えたシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記ピストンと前記偏心軸部とを連結する連結手段と前記シャフトに形成したバランスウエイトとを備え、前記バランスウェイトはその水平延長上に前記ピストンが位置するとともに前記バランスウェイトと前記ピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンとの距離が略一定となるように構成することで、ピストンのシャフト側の空間を有効活用し、ピストンの水平延長上にバランスウエイトを配置しても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来るため、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００１６】
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、シャフトの偏心量をｓ、連結手段のピッチ長さをＬ、ピストンと前記連結手段との連結部と前記ピストンの前記連結手段側端部の距離であるスカート長をＣとし、バランスウェイトと前記ピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンの間との距離をαとし、前記主軸部の軸心を原点とするとき、前記バランスウェイトの外周形状が（数１）（数２）の座標で表される形状で構成することで、ピストンのシャフト側の空間を有効活用することによって、ピストンの水平延長上にバランスウエイトを配置しても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００１７】
【数１】
2005069123.tif 000003
【００１８】
【数２】
2005069123.tif 000004
【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、バランスウェイトとピストンが接近する区間において前記バランスウェイトの外周と前記ピストンとの距離を２ｍｍ以下としたものであり、請求項１または２に記載の発明の作用に加えて、部品寸法精度のバラツキを考慮しても充分な設計品質を得ることができるという作用を有する。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の発明において、前記バランスウェイトは焼結合金または鉄板のプレス加工で形成されるものであり、請求項１から３に記載の発明の作用に加えて、焼結加工やプレス加工のような寸法精度が金型精度とほぼ同等のものが得られる加工を施すことによって、金型精度を管理することで仕上がり精度を管理することができ、高い寸法精度を得ることでバランスウエイトの形状のばらつきを小さくできるという作用を有する。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４に記載の発明において、前記冷媒はＲ６００ａであり、請求項１から４に記載の発明の作用に加えて、冷凍能力が低く相対的に大きなピストンを備えたものにおいても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを得ることが出来、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５に記載の発明において、前記偏心軸部を前記主軸部と上下に挟むように前記主軸部と同軸状に設けた副軸部を有する前記シャフトと、前記シリンダブロックに備えられ前記副軸部を軸支する副軸受と、前記副軸部の前記偏心軸部側端部と、前記主軸部の前記偏心軸部側端部に前記バランスウェイトで構成することで、請求項１から５に記載の発明の作用に加えて、信頼性は高いが全高が高くなりやすい両持軸受のものにおいても、全高を上げることなく、十分な慣性力を有するバランスウェイトを得ることが出来、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００２３】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６に記載の発明において、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インバーター駆動されるものであり、圧縮機を支持する支持部材の固有値に近づく為に共振によって振動が増幅され大きくなってしまうような低い運転周波数においても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明に、更に、電源周波数未満の運転周波数には少なくとも３０Ｈｚ以下の運転周波数を含むものであり、圧縮機を支持する支持部材の固有値に近づく為に共振によって振動が増幅され大きくなってしまうような低い運転周波数においても、大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けることが出来、ピストンの往復動慣性力を効果的に相殺できるという作用を有する。
【００２５】
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。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図である。
【００２７】
図２は、同実施の形態の平面断面図である。
【００２８】
図３は、同実施の形態の要部拡大図である。
【００２９】
図４は、同実施の形態の要部モデル図である。
【００３０】
図１、図２、図３、図４において、密閉容器１０１内にはＲ６００ａからなる冷媒１０２が封入され、固定子１０３と回転子１０４からなる電動要素１０５と、電動要素１０５によって駆動される圧縮要素１０６がサスペンションスプリング１０７を介して弾性的に収容される。電動要素１０５は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インバーター駆動される。また密閉容器１０１はグロメット１２６によって支持されている。
【００３１】
シャフト１１０は、回転子１０４を圧入固定した主軸部１１１、および、主軸部１１１に対して偏心して形成された偏心軸部１１２と、主軸部１１１と同軸に設けられた副軸部１１３と、偏心軸部１１２と副軸部１１３の間を接続するジョイント部１１４と、副軸部１１３下部にシャフト１１０と同一材料で作成されたバランスウェイト１２２を有し、バランスウェイト１２２の水平延長上にピストン１２０が位置する。
【００３２】
シリンダブロック１１６は、略円筒形の圧縮室１１７を有するとともに上方に副軸部１１３を軸支する副軸受１１９を有し、下方に主軸部１１１を軸支する主軸受１１８がネジ１２３により固着されている。ピストン１２０はシリンダブロック１１６の圧縮室１１７に往復摺動自在に挿入され、偏心軸部１１２と連結手段１２１によって連結されている。
【００３３】
なお、シャフト１１０の偏心量をｓ、連結手段１２１のピッチ長さをＬ、ピストン１２０と連結手段１２１との連結部１２５とピストン１２０の連結手段１２１側端部の距離であるスカート長をＣとし、バランスウェイト１２２とピストン１２０が接近する区間においてバランスウェイト１２２の外周とピストン１２０の間に設ける距離αとし、主軸部の軸心１１１ａを原点とするとき、バランスウェイト１２２の外周形状は（数１）（数２）の座標で表される。
【００３４】
例えば、シャフト１１０の偏心量ｓを１０ｍｍ、連結手段１２１のピッチ長さＬを３７．３ｍｍ、ピストン１２０のスカート長Ｃを９．９ｍｍとし、バランスウェイト１２２の外周とピストン１２０の間に設ける距離αを１．５ｍｍとするとき、バランスウェイト１２２の外周形状は（数３）（数４）の座標で表される一義的な形状となる。
【００３５】
【数３】
2005069123.tif 000005
【００３６】
【数４】
2005069123.tif 000006
【００３７】
以上のような構成によって、バランスウェイト１２２とピストン１２０が接近する区間において、バランスウェイト１２２の外周とピストン１２０の間に設ける距離を常に一定の１．５ｍｍに保つことができ、ピストン１２０のシャフト１１０側の空間を有効活用することによって、ピストン１２０の水平延長上にバランスウエイト１２２を配置しても、大きな質量を有するバランスウェイト１２２を設けることが出来る。
【００３８】
なお、バランスウエイト１２２の回転によって得られる慣性力の大きさは偏心軸部１１２の軸心１１２ａからバランスウエイト１２２の重心までの距離とバランスウエイト１２２の質量の積に比例するものであり、本実施の形態によると従来の技術で説明したような外形が略円弧形状のバランスウエイト２２に、さらに慣性力を付加することができるため、ピストン１２０の往復動慣性力を十分に相殺でき、圧縮機の小型化を損なうことなく振動を低減することが出来るものである。
【００３９】
また、従来一般的に使用されていた冷媒であるＲ１３４ａの密度と比較して本実施の形態で用いた冷媒であるＲ６００ａの密度は０．６倍程度と小さい為にＲ１３４ａと同じ冷凍能力を得るためには気筒容積は１．７倍程度に大きくなり、これに伴って、ピストン１２０の質量も大幅に大きくなる場合においても、限られた空間の中で大きな慣性力を有するバランスウェイト１２２を設けることが出来るため、ピストン１２０の往復動慣性力を十分に相殺でき、圧縮機の振動を低減出来る。
【００４０】
また、高効率化を実現するため両持軸受を採用していることで、片持軸受に比べて全高が高くなる傾向があるにもかかわらず、ピストン１２０の水平延長上にバランスウエイト１２２を配置し、限られた空間の中で大きな慣性力を有するバランスウェイト１２２を設けることすることで、全高をあまり上げることなく充分な慣性力を有するバランスウェイト１２２を得ることが出来る。よって、圧縮機の小型化を損なうことなく、高効率で低振動の圧縮機を提供することができる。
【００４１】
なお、バランスウェイト１２２をシャフト１１０と別体形成する場合は、焼結成型やプレス加工のような、寸法精度が金型精度に近いものが得られる工法を用いることで、高い寸法精度のバランスウエイトを得ることが出来る。その結果、更にバランスウェイト１２２の外周と前記ピストン１２０の距離αを小さくすることが出来るため、限られた空間の中で更に大きな慣性力を有するバランスウェイト１２２を設けることが出来るため、圧縮機の振動をより低減することが出来る。
【００４２】
なお、両持軸受を採用する場合においては、別体形成したバランスウェイト１２２を副軸部１１３の下部に、ボルトまたはリベットを用いて固着すると、簡単に組み立てることができ、圧縮機の製造コストを下げることができる。
【００４３】
また、本実施の形態においてはシリンダブロック１１６と主軸部１１１を軸支する主軸受１１８を、ネジ１２３によって固着する仕様としたが、シリンダブロック１１６に主軸受１１８を一体に形成した場合でも同様の効果が得られる。
【００４４】
また、連結手段１２１のピストン１２０と連結する小端側は、環状形状としたが、球状のボールジョイント方式を用いた場合でも同様の効果が得られる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、バランスウェイト１２２は水平延長上にピストン１２０が位置し、バランスウェイト１２２とピストン１２０が接近する区間において前記バランスウェイト１２２の外周とピストン１２０との距離が略一定となる外周形状であるが、バランスウェイト１２２の外周の一部に、切欠きや窪みを設けるといった形状ものにおいても、本発明とほぼ同等の効果が得られるのはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、ピストンの水平延長上に、限られた空間の中で大きな慣性力を有するバランスウェイトを設けてピストンの往復動慣性力を十分に相殺できるため、密閉型圧縮機の振動を低減でき、電気冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の冷凍サイクルに接続される低振動型の密閉形圧縮機として幅広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１による密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態による密閉型圧縮機の平面断面図
【図３】同実施の形態による密閉型圧縮機の要部拡大図
【図４】同実施の形態による密閉型圧縮機の要部モデル図
【図５】従来の圧縮機の縦断面図
【図６】従来の圧縮機の平面断面図
【符号の説明】
【００４８】
１０１    密閉容器
１０２    冷媒
１０５    電動要素
１０６    圧縮要素
１１０    シャフト
１１１    主軸部
１１１ａ    主軸部の軸心
１１２    偏心軸部
１１２ａ    偏心軸部の軸心
１１３    副軸部
１１６    シリンダブロック
１１７    圧縮室
１１９    副軸受
１２０    ピストン
１２１    連結手段
１２２    バランスウェイト
１２５    連結部
Ｓ    シャフトの偏心量
Ｌ    連結手段のピッチ長さ
Ｃ    ピストンのスカート長
α    バランスウエイトの外周とピストンとの距離
【図１】
2005069123.tif 000009
【図２】
2005069123.tif 000010
【図３】
2005069123.tif 000011
【図４】
2005069123.tif 000012
【図５】
2005069123.tif 000013
【図６】
2005069123.tif 000014