(57)【要約】【課題】冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を提供する。【解決手段】本密閉型圧縮機は、冷媒としてプロパンを用い、密閉容器内の圧縮機構部が、回転軸と一体に設けたクランクピンからコンロッドを延在させるとともに、このコンロッドとシリンダ内に収容されるピストンとを連結するボールジョイント機構部は、コンロッドの端部に一体的に設けられるボールと、ピストンに設けられボールを摺動自在に抱持するボール受け座とからなり、ピストンの直径をＤ、ボールジョイント機構部のボールの直径をｄとしたとき、Ｄ／ｄ＜２．０の関係に設定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部を収容し、冷媒としてプロパンを用いるとともに、前記圧縮機構部が回転軸と一体に設けたクランクピンからコンロッドを延在させるとともに、このコンロッドとシリンダ内に収容されるピストンとをボールジョイント機構部を介して連結する密閉型圧縮機において、
前記ボールジョイント機構部は、前記コンロッドの端部に一体的に設けられるボールと、前記ピストンに設けられ前記ボールを摺動自在に抱持するボール受け座を具備し、
前記ピストンの直径をＤ、ボールジョイント機構部のボールの直径をｄとしたとき、Ｄ／ｄ＜２．０の関係に設定することを特徴とする密閉型圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンの素材として炭素を０．０８％〜０．２０％含む炭素鋼線材を用いるとともに、
ボールジョイント機構部を構成するボールは、素材としてクロムを０．５％〜２．０％含む高炭素クロム鋼材を使用した玉軸受用鋼球であり、硬さがＨＲＣ６０〜７０、真球度が２．０以下、表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備えた冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置に係り、特にボールジョイント機構部を改良したボールジョイント型の密閉型圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に家庭用冷蔵庫の冷凍サイクルに用いられる冷媒は、イソブタンが現在主流である。
【０００３】
このイソブタンは自然冷媒であり、オゾン層破壊係数がゼロで温暖化係数も極めてゼロに近く、地球環境保護の面で優れた冷媒である。
【０００４】
しかしながら、イソブタンの沸点は−１１．６℃であるため、冷凍サイクルでの蒸発温度をあまり下げることができず、低温下での性能の劣化という問題がある。
【０００５】
近年、家庭用冷蔵庫は、大型化により冷却能力の増大と、冷凍食品の普及による冷却温度を現状以上に下げて保存する、いわゆる深冷技術や急速冷凍などの冷却性能の一層の改善が、技術課題として取り上げられている。
【０００６】
このような課題解決の方策として、冷媒にプロパンを用いることが考えられる。このプロパンはイソブタン同様自然冷媒であり、オゾン層破壊係数がゼロで温暖化係数も極めてゼロに近く、地球環境保護の面で優れた冷媒である。また、沸点は−４２．１℃とイソブタンに比べてかなり低く、冷凍サイクルにおける蒸発温度を低く設定でき、低温下での冷却性能を向上させることができる。
【０００７】
さらに、冷媒の特性上から圧縮機は、その冷凍能力に関わる気筒容積を半分以下にでき、イソブタンと同一能力では圧縮機の小型化が可能となり、また、イソブタンと同一気筒容積では大きなディメンジョンの変更なしに大能力化が可能となる。
【０００８】
すなわち、プロパンを用いた圧縮機はイソブタンの圧縮機と同程度の大きさで大出力化が可能となり、上述した冷蔵庫の大型化や深冷、急速冷凍などの冷却性能の改善に大きく貢献することができる。
【０００９】
一方、冷媒にイソブタンを用いた場合とプロパンを用いた場合には、圧縮機構部（ボールジョイント機構部）にかかる圧力（負荷）が大きく異なる。
【００１０】
すなわち、冷媒がイソブタンの場合には、吐出圧力１．０ＭＰａ、吸込圧力０．０５ＭＰａであるのに対して、冷媒がプロパンの場合には、吐出圧力２．５ＭＰａ、吸込圧力０．１ＭＰａであり、イソブタンに比べて吐出圧力と吸込圧力との圧力差が大きくなり、ボールジョイント機構部にかかる圧力が大きく異なる。
【００１１】
特許文献１には、ボールジョイント機構部を備え、冷媒にイソブタンを用いるボールジョイント型の密閉型圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に記載の密閉型圧縮機に冷媒としてプロパンを用いると、ボールジョイント機構部にかかる圧力に耐え切れず、信頼性に欠ける。
【特許文献１】特開２００３−２１４３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【００１４】
また、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置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】
上述した目的を達成するため、本発明に係る密閉型圧縮機は、密閉容器内に圧縮機構部と、この圧縮機構部を駆動する電動機部を収容し、冷媒としてプロパンを用いるとともに、前記圧縮機構部が回転軸と一体に設けたクランクピンからコンロッドを延在させるとともに、このコンロッドとシリンダ内に収容されるピストンとをボールジョイント機構部を介して連結する密閉型圧縮機において、前記ボールジョイント機構部は、前記コンロッドの端部に一体的に設けられるボールと、前記ピストンに設けられ前記ボールを摺動自在に抱持するボール受け座を具備し、前記ピストンの直径をＤ、ボールジョイント機構部のボールの直径をｄとしたとき、Ｄ／ｄ＜２．０の関係に設定することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記密閉型圧縮機と、凝縮器と、膨張装置と、蒸発器とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る密閉型圧縮機によれば、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を提供することができる。
【００１８】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置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】
【００１９】
本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機及びこれを用いた冷凍サイクル装置について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明に係る密閉型圧縮機の縦断面図及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図である。
【００２１】
本発明に係る冷凍サイクル１は、冷蔵庫に用いられ、本発明の密閉型圧縮機１０、凝縮器２と、膨張装置３および蒸発器４を配管接続されて構成され、冷媒としてプロパンが使用され、密閉型圧縮機１０で圧縮された高圧のプロパンガスは、凝縮器２で凝縮され、膨張装置３で減圧され、蒸発器４で蒸発するサイクルが繰り返される。
【００２２】
本発明の密閉型圧縮機１０は密閉ケース１１を備え、この密閉ケース１１内の高さ方向ほぼ中間部には、フレーム１２がスプリング１２ａにより弾性支持される。
【００２３】
フレーム１２の上側には圧縮機構部１３が配され、下側には電動機部１４が配される。
【００２４】
圧縮機構部１３は、レシプロ式圧縮機構が採用され、フレーム１２の中心部に沿って軸受孔１２ｂが設けられ、回転軸１５が回転自在に嵌め込まれる。
【００２５】
この回転軸１５の上端部には、フレーム１２上面に摺動自在に載る鍔部１５ａが一体に設けられ、さらに鍔部１５ａの上部には、回転軸１５の中心とは所定量偏心する中心をもったクランクピン１５ｂが連設される。
【００２６】
これにより、回転軸１５が回転駆動されると、鍔部１５ａはフレーム１２上面において摺接状態で回転しかつ、クランクピン１５ｂが回転軸１５中心の周囲に沿って偏心回転する。
【００２７】
一方、圧縮機構部１３は、フレーム１２上面に配され、軸方向を水平に向けたシリンダ１６を備える。このシリンダ１６の内部は、ピストン１７が往復動自在に収容されるシリンダ室１８となっている。
【００２８】
ピストン１７には、コンロッド１９の一端がボールジョイント機構部２０を介して連結され、コンロッド１９の他端には、クランクピン１５ｂに回転自在に嵌め合うリング状の大端部２１が設けられる。
【００２９】
図２に示すように、ボールジョイント機構部２０は、コンロッド１９のシリンダ側端部に一体に設けられたボール２２と、ピストン１７の内側に一体に設けられたボール受け座２３からなり、このボール受け座２３は、ボール２２を回動自在に抱持する。この抱持はボール受け座２３のかしめ（塑性変形）加工で、かしめ部２３ａを設けて行なう。
【００３０】
これにより、クランクピン１５ｂの偏心回転にともない、コンロッド１９がボールジョイント機構部２０を支点として揺動運動をなすことができ、ピストン１７はシリンダ１６内において往復運動する。
【００３１】
ここで、ピストン１７の直径をＤ、ボール２２の直径をｄとしたとき、Ｄ／ｄ＜２．０の関係に設定する。これにより、ボールジョイント機構のボールとボール受け座摺動部の信頼性が向上する。
【００３２】
また、ピストン１７の素材として炭素を０．０８％〜０．２０％含む炭素鋼線材を用いるのが好ましい。これにより、ピストンの製造が容易になる。
【００３３】
さらに、ボール２２は、素材としてクロムを０．５％〜２．０％含む高炭素クロム鋼材を使用した玉軸受用鋼球であり、硬さがＨＲＣ６０〜７０、真球度が２．０以下、表面粗さＲａが０．１μｍ以下であるのが好ましい。これにより、ボールおよびボール受け座摺動部の耐摩耗性が向上する。
【００３４】
また、ピストン１７は、冷間鍛造で成形した後、窒化処理するのが好ましい。これにより、ボール受け座の摺動部が向上する。
【００３５】
また、ピストン１７のボール受け座２３に対して、冷間鍛造で成形し、窒化処理した後に、リン酸マンガン処理および二硫化モリブデン処理の両方、もしくは、いずれか一方の処理を施すのが好ましい。これにより、ボール受け座の摺動部の耐摩耗性が向上するとともに、摺動損失が低減し性能が向上する。
【００３６】
さらに、図１に示すように、シリンダ１６の開口端は、弁機構２５によって閉塞され、かつバルブカバー２６で覆われる。バルブカバー２６には、内部を二分する仕切り部が設けられ、その一方空間は吸込み室となし、他方空間は吐出室となっている。
【００３７】
弁機構２５は、吸込み口と、吐出口を備えた弁板が設けられ、それぞれの吸込み口と、吐出口は吸込み弁と吐出弁によって開閉される。そして、吸込み口は吸込み室と対向し、吐出口は吐出室に対向する。
【００３８】
また、電動機部１４は、回転軸１５のフレーム１２から下方に突出する部位に嵌着されるロータ２７と、このロータ２７の周面と狭小の間隙を存する内周面を備え、フレーム１２から適宜な手段で垂設固定されるステータ２８とからなる。
【００３９】
次に本実施形態の密閉型圧縮機の圧縮運転について説明する。
【００４０】
図３に示すように、回転中心ｃ１とする回転軸１５の回転に伴い、クランクピン１５ｂは偏心回転し、クランクピン１５ｂの中心すなわち偏心中心ｃ２は偏心量を回転半径とする円形の回転軌跡Ｌを描く。クランクピン１５ｂに大端部２１を外嵌したコンロッド１９は、クランクピン１５ｂの偏心回転により揺動運動をなし、ボールジョイント機構部２０においては、ボール２２とボール受け座２３とが互いに摺動する。
【００４１】
ボールジョイント機構２０によりコンロッド１９に連結されたピストン１７は、クランクピン１５ｂの揺動回転に伴いシリンダ室１８内で往復運動し、圧縮室の容積変化をなし、冷媒を吸込み、圧縮し、吐出する。
【００４２】
この圧縮過程において、ピストン１７の圧縮面（トップ面）に荷重（Ｆ）がかかり、その力はピストン１７を介してボールジョイント機構部２０に作用する。
【００４３】
この種のレシプロ式圧縮機構では、摺動部の信頼性の評価として、荷重を受ける面積で除した値、すなわち、荷重に対する摺動面にかかる面圧があげられる。
【００４４】
一般的に、ボールジョイント機構部２０に対する評価として、ボールジョイント機構部２０にかかる面圧があげられ、この面圧が増大すると摺動部の信頼性は低下する。
【００４５】
本ボールジョイント機構２０では、最大荷重（Ｆ）は、ピストン圧縮面の面積に吐出圧力と吸込圧力の差を乗じた値となり、算出式は次のとおりである。  
［数１］
Ｆ＝（π／４）×Ｄ２×（Ｐｄ−Ｐｓ）
【００４６】
一方、ボールジョイント部の受け面積（Ｓ）をボール投影面積とすると、算出式は次のとおりである。  
［数２］
Ｓ＝（π／４）×ｄ２
よって、面圧（Ｐ）の算出式は、次のとおりとなる。
【００４７】
［数３］
Ｐ＝Ｆ／Ｓ＝Ｆ＝（Ｄ／ｄ）２×（Ｐｄ−Ｐｓ）
ただし、Ｄ：ピストン直径、Ｐｄ：吐出圧力、Ｐｓ：吸込圧力、ｄ：ボール直径
上記の式より、面圧は、（Ｄ／ｄ）の二乗に比例し、ＰｄとＰｓの圧力差に比例することがわかる。
【００４８】
レシプロ式圧縮機構では、冷媒がイソブタンの場合、吐出圧力１．０ＭＰａ、吸込圧力０．０５ＭＰａであるのに対して、プロパンの場合、吐出圧力２．５ＭＰａ、吸込圧力０．１ＭＰａと、イソブタンに比べて圧力差が大きくなり、ボールジョイント機構部にかかる圧力が大きくことなる。
【００４９】
本実施形態の密閉型圧縮機１は、ボールジョイント機構部にかかる圧力が大きくなるにもかかわらず、図４に示すように耐磨耗性に優れる。
【００５０】
図４は本実施形態の密閉型圧縮機を用い、（Ｄ／ｄ）を変化させ、ボール受け座の磨耗量を調べた（Ｄ／ｄ）−磨耗量の特性図である。
【００５１】
図４からもわかるように、冷媒にプロパンを用い、吐出圧力と吸込圧力の圧力差が大きくても、（Ｄ／ｄ）＜２．０では、磨耗量が小さく安定した値に抑えられる。
【００５２】
本実施形態に係る密閉型圧縮機によれば、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機が実現する。
【００５３】
また、本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒にプロパンを用いても信頼性があるボールジョイント型の密閉型圧縮機を備えた冷凍サイクル装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る密閉型圧縮機の縦断面図及びこれを用いた冷凍サイクル装置の概念図。
【図２】本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機に用いるボールジョイント機構部の縦断面図。
【図３】本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機に用いる圧縮機構部の動作説明図。
【図４】本発明の一実施形態に係る密閉型圧縮機を用いた（Ｄ／ｄ）−磨耗量の特性図。
【符号の説明】
【００５５】
１…冷凍サイクル、２…凝縮器、３…膨張装置、４…蒸発器、１０…密閉型圧縮機、１１…密閉ケース、１２…フレーム、１２ａ…スプリング、１２ｂ…軸受孔、１３…圧縮機構部、１４…電動機部、１５…回転軸、１５ａ…鍔部、１５ｂ…クランクピン、１６…シリンダ、１７…ピストン、１８…シリンダ室、１９…コンロッド、２０…ボールジョイント機構部、２１…大端部、２２…ボール、２３…ボール受け座、２３ａ…かしめ部、２５…弁機構、２６…バルブカバー、２７…ロータ、２８…ステータ。
【図１】
2009144655.tif 000003
【図２】
2009144655.tif 000004
【図３】
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【図４】
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