專利名稱：密閉型壓縮機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種密閉型壓縮機。
背景技術：
在冰箱等的冷凍循環中，使用將壓縮機要件和電動機要件收容在密閉容器內而形成的密閉型壓縮機。專利文獻1所述的往復式壓縮機中，具有作為壓縮機要件的壓縮缸和活塞，利用電動機要件的動力使活塞往復運動，從而，將壓縮缸內的冷媒壓縮。這種往復式壓縮機的曲軸與活塞的連接，有一種連接方式是利用球窩接頭。專利文獻1中，公布了利用球窩接頭連接的往復式壓縮機，著眼于活塞的上止點位置與缸面的間隔(齒頂間隙)尺寸、下止點位置的活塞、相對于壓縮缸的軸方向最小接觸長度和壓縮缸直徑的關系，謀求適用于使用異丁烷(R600a)的冷卻循環。
專利文獻1特開2003-214342號公報關于這種利用球窩接頭機構的往復式壓縮機，用附圖進行說明。圖5是表示現有的往復式壓縮機的圖。往復式壓縮機，是在底部蓄留潤滑油的密閉容器內部通過彈簧等彈性體9支撐并收容壓縮機主體的結構，壓縮機主體是通過在形成有用以能夠旋轉地支承曲軸7的軸承部的機架8的上下分別配置由定子1、轉子2構成的電動機要件和由壓縮缸3、活塞4、缸蓋5、罩蓋6等構成的壓縮機要件而構成的。利用由電動機要件進行的旋轉驅動，活塞4在壓縮缸3內往復運動，依次重復冷媒的吸入、壓縮、排出工序。
為了抑制在活塞4和壓縮缸3的滑動中由于金屬彼此接觸而造成的接觸面磨損，而在活塞外周面和壓縮缸內面之間設置適宜的間隙尺寸，用以形成利用從曲軸7的曲柄銷7a飛散的潤滑油而產生的油膜，一邊維持活塞外周面和壓縮缸內面之間的密封性一邊進行活塞的往復運動。
被密封在活塞外周面和壓縮缸內面之間的部分的面積對該間隙尺寸和密封性的關系有很大影響。活塞和壓縮缸由油膜密封的部分的面積，若過于減少，則有面壓增加、可靠性降低，或者密封性下降而使被壓縮的冷媒從活塞和壓縮缸之間泄漏到壓縮機容器內部，而有冷凍能力下降的傾向。反之，若過于增加該面積，則能夠確保可靠性和冷凍能力但有滑動損失增加的傾向。
為此，從以前就關于密閉型壓縮機的活塞的外周面形狀，進行了在外周面局部設置槽和凹部等各種研究，以使在活塞與壓縮缸之間積極地引入潤滑油，直到活塞的缸蓋側前端都形成充足的油膜，在活塞外周面的槽或凹部在壓縮缸內外進出之際，將潤滑油引入壓縮缸和活塞之間。
不過，最近，提高壓縮機效率的要求更加高漲，作為提高效率的一種方法是必須降低壓縮機的輸入，不過只要在上述壓縮缸外周面局部設置槽和凹部等，就很難謀求充分提高效率。
發明內容
本發明，即是鑒于上述課題而產生的，其目的在于提供一種充分確保冷凍能力及可靠性同時降低壓縮機機械損失、降低壓縮機輸入、提高壓縮機效率(COP)的壓縮機。
為了實現上述目的，本發明是在密閉容器內收容著壓縮機主體而形成的密閉型壓縮機，壓縮機主體由與潤滑油一起由用以吸入冷媒氣體并壓縮的壓縮機要件和旋轉驅動該壓縮機要件的電動機要件構成，本發明中，采用的構成是上述壓縮機要件具備與曲軸的旋轉驅動聯動的在壓縮缸內往復運動的活塞，在該活塞外周面具有在從上述曲軸側端部到活塞中間位置的范圍內延伸的階梯部。
根據上述構成，能夠確保冷凍能力和可靠性，并降低由于壓縮缸-活塞間的滑動而造成的機械損失。
另外，上述壓縮機要件具有與曲軸的旋轉驅動聯動的在壓縮缸內往復運動的活塞，采用R600a作為冷媒氣體而使上述壓縮缸及上述活塞的面壓減小、且在上述活塞外周面具備與壓縮缸內面不接觸的階梯部而減小上述活塞與上述壓縮缸的接觸面積。
采用R600a作為冷媒氣體使壓縮缸及活塞的面壓減小，從而，能夠減小活塞與壓縮缸的接觸面積。因此，實現能夠降低機械損失的構成。
另外，壓縮機要件，由球窩接頭機構構成，其所具有的在壓縮缸內往復運動的活塞與具有大致球狀前端的連桿連接，上述活塞通過上述連桿與曲軸的曲柄銷的偏心運動聯動而在壓縮缸內往復運動，在上述活塞的外周面具有在從上述曲軸側的端部到活塞中間位置的范圍內延伸的階梯部，在上述活塞的下止點位置，使上述階梯部的上述活塞側的端部位置比上述壓縮缸的開口靠近上述曲軸側。
如此，利用球窩接頭機構連接曲軸和活塞時，從由曲軸旋轉運動產生的方向性與由活塞往復運動產生的方向性的關系來看，是一種容易在壓縮缸內發生活塞的所謂一端接觸的構成，而通過使階梯部比活塞開口靠近旋轉軸側，從而，有效防止一端接觸而能夠進行穩定的運轉。
另外，不只是球窩接頭機構，還通過使上述階梯部的上述活塞側的端部位置，在上述活塞的下止點位置比上述壓縮缸的開口靠近上述曲軸側，從而，能夠由階梯部整體接受潤滑油，能夠有效地進行壓縮缸與活塞間的潤滑油供給。
另外，具備上述任意構成的密閉型壓縮機，以一定深度遍及上述活塞整個外周一樣地設置階梯部。根據這種構成，當然能提高COP，還能維持加工上的尺寸精度。
另外，具備上述任意構成的密閉型壓縮機，使階梯部的深度為200μm以下。通過使階梯部的深度為200μm以下，從而能夠在活塞和壓縮缸間充足地形成階梯部的油膜，同時由于減小階梯差因而能夠從階梯部到活塞前端順暢地潤滑。從而，不會引起接觸面的油膜不連貫，能夠確保可靠性。
根據本發明，能夠提供一種確保冷凍能力及可靠性、且降低壓縮機機械損失、降低壓縮機輸入、提高壓縮機效率(COP)的壓縮機。
圖1是本發明的一實施方式的壓縮機的整體構成圖。
圖2是圖1所示的符號4(活塞)的本發明的說明圖。
圖3是表示本發明的壓縮機的特性的說明圖。
圖4是表示本實施例的壓縮缸、活塞部分的構成的圖。
圖5是現有的壓縮機的整體構成圖。
圖中，1-定子；2-轉子；3-壓縮缸；4-活塞；4a-階梯部；5-缸蓋；6-罩蓋；7-曲軸；7a-曲柄銷；8-機架；9-彈性體；10-連桿。
具體實施例方式
下面，對圖示的本發明的一實施方式進行說明。圖1是表示本實施例的壓縮機的整體構成的圖。
本實施例的壓縮機，是在底部蓄留潤滑油的密閉容器內部通過彈簧等彈性體9支撐并收容壓縮機主體的結構，壓縮機主體通過在形成用以能夠旋轉地支承曲軸7的軸承部的機架8的上下分別配置由定子1、轉子2構成的電動機要件和由壓縮缸3、活塞4、缸蓋5、罩蓋6等構成的壓縮機要件而構成的。
該結構的密閉型壓縮機的壓縮機構，若利用上述電動機要件旋轉驅動曲軸7，則通過壓縮機要件的曲柄銷7a的偏心運動，通過連桿10，活塞4在壓縮缸3內往復運動，依次反復冷媒的吸入、壓縮、排出工序。當重復冷媒的吸入、壓縮、排出工序時，為了使活塞4在壓縮缸3內滑動，壓縮缸3的內周面與活塞4外周面之間的間隙尺寸和密封性很重要。
即，要求間隙尺寸和壓縮缸3內的密封性，適于以蓄留在密閉容器內底部的石油作為潤滑油，隨著由電動機要件進行的曲軸7的旋轉運動，使從底部抽起的潤滑油從曲柄銷7a部飛散，在壓縮缸3和活塞4的滑動面內形成油膜。
利用圖2，關于本實施例的活塞4的方式進行說明。圖2是表示圖1中構成的活塞4的本實施例的方式的圖。本實施例的活塞4，在活塞4外周面具有在從曲軸7側的端部到活塞4的中間位置的范圍內延伸的階梯部4a。如圖2所示，全長L的活塞中，階梯部4a遍及活塞的整個外周方向360度設置，階梯部的長度L1、深度d(mm)的尺寸分別為L×0.2≤L1≤L×0.4、d≤200μm。
由于該L1尺寸的大小不同，如后所述，壓縮機效率發生變化，本實施例中，能夠實施提高壓縮機效率的階梯部4a尺寸為L1。還有，L1＝0的情況是現有的活塞。
下面，關于階梯部4a和壓縮機效率的關系進行說明。圖3是表示本實施例的活塞階梯尺寸L1與壓縮機效率的關系的圖。該圖3，是關于L1尺寸和壓縮機效率的關系，變化L1尺寸時測量效率的結果，分別以L1尺寸為0時(即圖3所示的沒有階梯部4a的現有例活塞的情況)的活塞與壓縮缸的滑動損失、壓縮機輸入、冷凍能力作為100表示。隨著階梯部長度L1的增加，滑動損失和壓縮機輸入到某一增加范圍之前降低，而若超過某一范圍則反而顯示出增加的傾向。
還有，關于圖3的實驗結果進行考察，到某一增加范圍之前隨著接觸面積減少而損失降低，而若過于減少接觸面積則面壓增加，成為油膜形成不足的要因，意味著接觸阻力反而增加。另外，過于減小接觸面積的情況下，可靠性也降低。另外，在冷凍能力上，相對于到某一范圍前的接觸面積不發生變化，而超過某一范圍若過于減少，則壓縮室中的冷媒從活塞和壓縮缸間的間隙泄漏而降低冷凍能力。
從該結果可知，若L1尺寸大于0.6，則COP急劇降低，從而，為了維持比現有例高的效率，而必須使L1尺寸為0.6以下。通過形成這樣的L1尺寸，從而，能夠謀求提高COP，有助于節能。
不過，若L1尺寸為0.5以上，則壓縮機的冷凍能力有降低傾向，從而，在例如必須高負載運轉的情況下，高負載運轉時間延長，根據情況，結果產生與節能相反的效果。從而，使L1尺寸小于0.5很重要。通過使L1尺寸小于0.5(即，設在從與缸蓋6相反一側的端面到中間位置的范圍內)，從而，能夠確保冷凍能力且減小輸入，更有助于節能。
如上可知，出于輸入的降低和冷凍能力的確保、可靠性的確保兩方面的考慮，根據實驗結果確定了作為L1尺寸的適宜范圍為L×0.2≤L1≤L×0.4是與最能提高壓縮機效率(COP)相關的。
另外，使階梯部4a的深度d尺寸為d≤200μm的范圍，因而，能夠在活塞和壓縮缸間充足地形成階梯部的油膜，同時，由于減小階梯差，因而油能夠順暢地從階梯部到活塞前端進行潤滑，因此，不會發生接觸面的油膜不連貫，能夠確保可靠性。
關于階梯部4a深度，由活塞和壓縮缸之間的間隙性和密封性的關系確定，隨著缸徑r的變化而上述傾向不會有很大不同。另外，關于階梯部4a尺寸L1，也因其與活塞尺寸L的關系表現出上述傾向，隨著活塞尺寸L本身變化而不會有很大變化。
為此，本實施例中，以提高COP為目的，從圖3所示結果，如下確定壓縮缸、活塞部分的各數據。若利用圖4進行說明，則使本實施例的壓縮缸3的內徑r為26.2mm、壓縮缸深度w為30.5mm、壓縮缸尺寸L為22mm、階梯部4a的尺寸L1為6mm、活塞4的行程s為18mm、活塞4的上止點位置的間隙(齒頂間隙)為0.04mm以下，冷媒采用R600a，使用石油作為潤滑油。還有，圖4是表示本實施例的壓縮缸、活塞部分的構成的圖，表示活塞4位于下止點位置的情況。
如圖4所示，活塞4從曲軸7一側端部配備的階梯部4a的壓縮缸3一側端部的階梯位置4b，形成在活塞4的下止點位置中的比壓縮缸開口靠外側。從而，在下止點位置，能夠由階梯部4a整體接觸從曲軸側飛散的潤滑油和從上方滴下的潤滑油，當在壓縮缸3內周面和活塞4外周之間供給潤滑油時，能夠有效地利用階梯部4a。
另外，如上所述，由于使階梯中4a的深度d尺寸為d≤200μm的范圍，從而，能夠在活塞和壓縮缸間充足地形成由階梯部4a接受的油膜。
再有，本實施例中，活塞4從曲軸7側端部配備的階梯部4a的壓縮缸3一側端部的階梯位置4b，形成在活塞4的下止點位置中的比壓縮缸開口靠外側，據此，能夠進行壓縮機的穩定運轉。例如，在下止點位置，在階梯位置4b位于壓縮缸內的情況、利用球窩接頭機構與曲軸連接的本實施例的情況下，壓縮缸3內周面還同時具有活塞4往復運動的導向作用。從而，在階梯部4a的階梯位置4b在下止點位置位于壓縮缸3開口內側的情況下，活塞4的往運動(冷媒壓縮方向)開始時，容易發生以階梯位置4b為支點的活塞4的旋轉運動，成為的所謂一端接觸的原因。本實施例防止這個，有助于穩定運轉和提高可靠性。
下面，關于上述本實施例的效果加以考察。作為壓縮機的輸入降低方法之一是降低滑動部的機械損失。其中降低活塞與壓縮缸的滑動損失對降低壓縮機輸入有效。從而，現有作為用以降低活塞和壓縮缸的滑動損失的設計方法，通過提高由油膜產生的潤滑性和提高部件的尺寸精度等降低摩擦阻力，是基本的方法之一。
為了比起由這種現有的基本方法帶來的潤滑油供給結構的改良和尺寸精度的提高，更能夠獲得降低效果，發現比現有方法大幅度地削減活塞和壓縮缸的接觸面積非常有效，本實施例中，著眼于在活塞外周面設置與壓縮缸不接觸的階梯部，比起現有方法大幅度地削減活塞與壓縮缸的接觸面積從而降低滑動損失。
這樣，通過使用具備階梯部的活塞，從而能夠降低由摩擦阻力造成的滑動損失，實現壓縮機的輸入降低。
不過，作為這種情況的課題，若過寬地設置階梯部，則接觸面積過小而使面壓增加，會擔心促進滑動部的磨損和冷媒從活塞和壓縮缸間泄漏而降低壓縮機的冷凍能力等。另外，若使階梯部過深，則擔心階梯部表面的油膜不能遍及活塞外周面的整個區域而引起接觸面上的油膜不連貫。
為此，在密閉容器內與潤滑油一起收容著將由用以吸入冷媒氣體并壓縮的壓縮機要件和旋轉驅動該壓縮機要件的電動機要件構成的壓縮機主體與而形成的密閉型壓縮機，本實施例中，是在與曲軸旋轉驅動聯動地在壓縮缸內往復運動的活塞的外周面設置與壓縮缸內面不接觸的階梯部，且使階梯中的長度為活塞全長的20％～40％。另外，使階梯部的深度為200μm以下。
根據這種構成，沒有由于具有階梯部而造成的不合理現象，能夠實現壓縮機的輸入降低。
另外，通過以一定深度在從缸蓋相反側的活塞端面到活塞中間位置的范圍內的全周上設置階梯部4a，從而，能夠形成單純形狀的階梯部4a，還能夠維持加工上的尺寸精度。
另外，本實施例如以上所說明的，相對于活塞和壓縮缸上面壓小的壓縮機而言特別適合。從而，代替在現有冰箱用壓縮機中廣泛使用的冷媒氣體HFC-134a而使用最近成為主流的冷媒氣體R600a的壓縮機中，由于冷媒壓力降低、面壓小，因而本構成非常有效。換言之，通過使用R600a作為冷媒氣體而減小壓縮缸3及活塞4上的面壓，且在活塞4外周面配備與活塞3內面不接觸的階梯部4a，從而，能夠減小活塞4與壓縮缸3的接觸面積，關系到提高效率。
另外，作為壓縮方式，采用在壓縮缸內往復運動的活塞與具有大致球狀前端的連桿連結、上述活塞通過上述連桿與曲軸的曲柄銷的偏心運動聯動而在壓縮缸內往復運動的球窩接頭機構構成的壓縮機(圖1為圖示球窩接頭機構的壓縮機構成圖的一例)，是在使曲軸旋轉運動成為活塞往復運動時，隨著曲軸的旋轉方向而容易發生活塞側面的一端接觸等的結構，必須使活塞和壓縮缸的間隙始終保持為最佳，不過，本實施例中由于具備如上所述結構，因此，能夠解決這些問題點。從而，在具有球窩接頭壓縮機構的壓縮機中本構成非常有效。
權利要求
1.一種密閉型壓縮機，是在密閉容器內收容壓縮機主體而構成的密閉型壓縮機，其中該壓縮機主體由壓縮機要件和電動機要件構成，該壓縮機要件用于與潤滑油一起吸入并壓縮冷媒氣體，該電動機要件用于驅動該壓縮機要件旋轉，其特征在于上述壓縮機要件具備與曲軸旋轉驅動聯動地在壓縮缸內往復運動的活塞，在該活塞外周面具有在從上述曲軸一側的端部到活塞中間位置的范圍內延伸的階梯部。
2.一種密閉型壓縮機，是在密閉容器內收容壓縮機主體而構成的密閉型壓縮機，其中該壓縮機主體由壓縮機要件和電動機要件構成，該壓縮機要件用于與潤滑油一起吸入并壓縮冷媒氣體，該電動機要件用于驅動該壓縮機要件旋轉，其特征在于上述壓縮機要件具備與曲軸的旋轉驅動聯動地在壓縮缸內往復運動的活塞，采用R600a作為冷媒氣體而減小加在上述壓縮缸及上述活塞上的面壓，并且，在上述活塞外周面具備與壓縮缸內面不接觸的階梯部而減小上述活塞與上述壓縮缸的接觸面積。
3.一種密閉型壓縮機，是在密閉容器內收容壓縮機主體而構成的密閉型壓縮機，其中該壓縮機主體由壓縮機要件和電動機要件構成，該壓縮機要件用于與潤滑油一起吸入并壓縮冷媒氣體，該電動機要件用于驅動該壓縮機要件旋轉，其特征在于壓縮機要件由球窩接頭機構構成，該球窩接頭機構具有在壓縮缸內往復運動的活塞，上述活塞與具有大致球狀前端的連桿連接，并經由上述連桿而與曲軸的曲柄銷的偏心運動聯動地在壓縮缸內往復運動，在上述活塞的外周面具有在從上述曲軸一側的端部到活塞中間位置的范圍延伸的階梯部，在上述活塞的下止點位置，使上述階梯部的上述活塞一側的端部位置比上述壓縮缸的開口更靠近上述曲軸一側。
4.根據權利要求1或2所述的密閉型壓縮機，其特征在于在上述活塞的下止點位置，上述階梯部的上述活塞一側的端部位置比上述壓縮缸的開口更靠近上述曲軸一側。
5.根據權利要求1～4中任意一項所述的密閉型壓縮機，其特征在于上述階梯部以一定深度遍及上述活塞整個外周一樣設置。
6.根據權利要求1～5中任意一項所述的密閉型壓縮機，其特征在于上述階梯部的深度為200μm以下。
全文摘要
一種通過降低在壓縮缸內往復運動的活塞的機械損失、降低壓縮機輸入從而提高效率的密閉型壓縮機。這種密閉型壓縮機是在密閉容器內收容壓縮機主體而形成的，壓縮機主體由與潤滑油一起由用以吸入冷媒氣體并壓縮的壓縮機要件(3、4、5、6)和旋轉驅動該壓縮機要件的電動機要件(1、2)構成，壓縮機要件具備與曲軸(7)的旋轉驅動聯動的在壓縮缸(3)內往復運動的活塞(4)，在該活塞(4)外周面具有在從曲軸(7)側端部到活塞中間位置的范圍內延伸的階梯部。
文檔編號F04B39/00GK1786470SQ200510091738
公開日2006年6月14日 申請日期2005年8月17日 優先權日2004年12月10日
發明者佐藤真一, 小野利明, 別役健二, 三品將利, 長尾智大 申請人:日立家用電器公司