密封式压缩机的制作方法

专利名称：密封式压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及冰箱、室内空调装置等使用的密封式压缩机，尤其涉及具有往复运动的活塞的密封式压缩机。
背景技术：
在具有往复运动的活塞的密封式压缩机中，使用的结构是由连杆连结曲轴与活塞，将旋转运动的旋转轴的运动转换为往复运动。其中，作为活塞与连杆的连结构造，已知有如专利文献1所记载的由向心轴承连结的构造。
专利文献1中的构造为，在活塞与连杆的连结部使用有活塞销，形成该活塞销成为轴的轴承构造来连结两者。
另外，作为活塞与连杆的另一连结构造，已知有如专利文献2及专利文献3的由球面轴承连结的所谓球窝接头(ball joint)构造。作为形成球窝接头构造来连结的结构，已知有如专利文献2的通过对设于活塞的内球面进行塑性加工而成型的构造。另外，在专利文献3中，一同削除活塞的内球面的一部分与连杆的外球面的一部分，将连杆的外球部分插入活塞的内球部后旋转活塞，来连结连杆与活塞。
另外，在专利文献2中，对球窝接头构造的球面承受座实施渗氮处理及磷酸锰被膜处理的两方或一方，球面使用了高碳铬钢材。在专利文献4中表示有烧结成形以球窝接头式连结的活塞的例子。
专利文献1日本特开2004-27969号公报专利文献2日本特开2003-214343号公报专利文献3日本特开2003-184751号公报专利文献4日本特开昭64-69862号公报在上述的以往例子中，专利文献1中由活塞销进行活塞与连杆的连结，但该连结构造将插入到活塞侧的活塞销作为轴部，在连杆侧具有轴承部。因此，若活塞侧的轴倾向于连杆侧的轴承而被插入，则有时会产生与滑动相关的问题。即，活塞销与连杆之间的滑动部变为局部，此时，由于两者的接触面压力也变得过大，因此因滑动部的磨损等还能够引起可靠性的降低。在专利文献1中，稳定了润滑油的供给实现了可靠性的提高，但并未解决因轴承构造而产生的滑动部的局部化本身。
另一方面，专利文献2及专利文献3采用了通过球窝接头方式连结活塞与连杆的构造。根据球窝接头方式的连结，不会如专利文献1那样活塞销与连杆之间的滑动、磨损产生问题。
专利文献2中的结构为，由于通过塑性加工使设置于活塞的球座成型，因此不会产生如上述那样的问题，但活塞与连杆之间的滑动可能产生问题。即，为了确保连结状态，在闭合球座部分的方向进行加工，因此供给连结部的润滑油的通路变窄，存在润滑油无法充分地流动的情况。因此，存在无法充分地确保润滑油流入、流出于连结部分，引起球面轴承部的温度上升及损伤的可能性。
与此相对，专利文献3中的构造为具有切去了连杆的球体部的一部分的平面部的构造，在将连杆的球体部插入到活塞侧的球座内后通过使球体部旋转来连结两者。该结构能够确保用于供给润滑油的空间，但若球体部与活塞相对地旋转，则出现连结脱开的问题。因此，专利文献3中具有旋转限制部件来防止连结的解除，但在例如专利文献2的图12所示的构造的旋转限制部件中，存在旋转限制部件即制动器(stopper)与活塞滑动而产生噪音的可能性。另外，在图13及图15的构造中，由于是只由摩擦力保持制动器的构造，因此在运转中作用有活塞旋转的力时摩擦力产生变化，存在连杆的制动器脱开的可能性。
另外，如专利文献2那样，在球面(球)使用了高碳铬钢材时，由于高碳铬钢材的硬度高，因此加工性产生了问题。即，追求不仅耐磨损性高，加工性也优良的材料。此外，在使用了这种硬度高的材料时，在专利文献2中因加工性的问题难以使连杆一体成形。因此，为了使成为与活塞的连结部分的球面的形状接近于正圆，需要分别成形杆部与球体部，之后连接两者的工序。此时，出现了生产效率降低的情况。
另一方面，若使球体部分与杆部分勉强地一体地形成，则难以维持球体部分的精度，因此，不仅在活塞滑动面容易产生损失，还有可能引起由摩损的进行而造成的可靠性的降低。

发明内容
本发明是为了解决如上述的以往例中产生的问题而提出的发明，目的在于在通过球面轴承连结活塞与杆的球窝接头方式的密封式压缩机中，提供确保可靠性、或降低滑动损失提高效率的压缩机。
为了达到上述目的，本发明的密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，利用连杆通过球窝接头构造连结由电动机驱动的曲轴与活塞，在所述密封式压缩机中，本发明的球窝接头构造由设置于活塞的内球面、设置于连杆的球体部、以及与活塞及连杆不同的部件即旋转限制部构成，旋转限制部被安装于活塞，限制活塞与连杆的相对的旋转。
另外，为了达到上述目的，本发明的密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，所述密封式压缩机具有曲轴，其传导来自电动机的旋转力；活塞，其在该曲轴侧开口并在该开口内具有内球面；和连杆，其一端为与所述内球面连接的球体部，另一端为与曲轴连接的轴承部，并具有连接这两端的杆部，所述内球面形成为水平方向的圆弧的中心角大于铅直方向的圆弧的中心角，所述球体部具有尺寸小于所述内球面的水平方向的开口尺寸的小尺寸部，所述内球面与所述球体部通过球窝接头构造连结，在所述密封式压缩机中，在与所述小尺寸部相面对的位置具有旋转限制部，所述旋转限制部限制连杆与活塞之间的相对的旋转，该旋转限制部被安装于所述活塞，并且在所述相对的旋转时，可与所述球体部的所述小尺寸部接触。
另外，在上述的密封式压缩机中，所述小尺寸部由相互平行的平面部形成，使该平面部之间的尺寸具有与具有小于所述圆弧的直径的尺寸的部分相同的尺寸，所述旋转限制部形成为具有与所述平面部相面对的平面形状的凸形状。
另外，在所述旋转限制部与活塞的开口内的内周面之间具有弹性部，旋转限制部由来自该弹性部的弹性力保持。
另外，这些弹性部及旋转限制部被设置为由单一部件构成的防脱部件的一部分，该防脱部件具有朝向活塞的开口内的内周面延伸的延伸部，该延伸部的端部通过进入到设在活塞内周面的槽内而被保持。
另外，所述弹性部的与活塞的内周面接触的外周面为曲面状，且该弹性部为沿着活塞的内周面的形状的弹簧部件。
另外，所述弹性部及所述旋转限制部被配置于连杆的上方及下方的两侧，上方的旋转限制部与下方的旋转限制部之间的尺寸大于所述小尺寸部，弹性部对这些旋转限制部在夹持球体部的方向上产生力。
另外，构成弹性部的弹簧部件由配置在活塞的内周面的周方向上的多个弹簧构成。
另外，位于上方的弹性部及旋转限制部、与位于下方的弹性部及旋转限制部之间由支承部连接，由单一部件构成这些弹性部、旋转限制部及支承部。
另外，防脱部件的延伸部设置于支承部。
此外，为了达到上述目的，本发明的球窝接头构造由设置于所述活塞的内球面、和设置于所述连杆的球体部构成，由利用氧化膜进行了封孔处理的铁系烧结材料形成所述内球面与所述球体部。
并且，由进一步实施了渗氮处理的铁系烧结材料形成所述内球面与所述球体部，或由利用氧化膜实施了封孔处理与渗氮处理的铁系烧结材料形成所述球体部。
另外，在上述的任一个的密封式压缩机中，所述旋转限制部的硬度大于所述球体部的表面硬度。
另外，所述连杆以维氏硬度计算，内部的硬度低于接近表面的部分的硬度。
另外，使用烃类制冷剂作为由所述压缩机构压缩的制冷剂，并且使用酯类合成油作为润滑油。
根据本发明，能够提供可降低球窝接头部的滑动损失，提高了效率的压缩机。


图1是本发明的一实施方式的密封式压缩机的纵剖面图；图2是活塞的内侧构造的详细图；图3是图2的A-A剖面图；图4是图2的B-B剖面图；图5是连杆的立体图；图6是防脱部件的立体图；图7是表示活塞与连杆的组装状态的立体图；图8是表示连杆的球体部与旋转限制部接触了的状态的图；图9是连杆与活塞的连结部分的横剖面图；图10是在支承部设置了延伸部的防脱部件的立体图；图11是连杆与活塞的连结部分的纵剖面图；图12是活塞材料及连杆材料的磨损试验结果；图13是活塞材料及连杆材料的硬度测量结果；图14是表示活塞材料及连杆材料的深度与硬度的关系的测量结果。
图中，1-汽缸；2-连杆；2a-球体部；2a′-交界部；4-活塞；4a-活塞的内球面；4c-槽；7-曲轴；10-防脱部件；10a-第一弹性部；10b-第二弹性部；10c-支承部；10d-旋转限制部；10d′-凸形状部；10e-延伸部。
具体实施例方式
以下，结合附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是本发明的一实施方式的密封式压缩机的纵剖面图。本实施例的密封式压缩机是往复型压缩机，活塞4在汽缸1内往复运动而构成压缩机构，其中所述汽缸1由设置于密闭容器内的轴承部1a及框架1b一体成形。在框架1b的下部，作为电动机，装备有构成电动机的定子5及转子6，在从曲轴7的旋转中心偏心的位置设有曲柄销7a。
曲轴7贯通框架的轴承部1a从框架1b的下部向上部延伸，曲柄销7a被设置成位于框架1b的上方侧。曲轴7的下部与转子6直接连结，曲轴7利用电动机的动力旋转。曲柄销7a与活塞4之间由连杆2连结，形成活塞4经由曲柄销7a及连杆2进行往复运动的结构。
即，本实施例的密封式压缩机以如下结构作为前提，即，在密闭容器内收纳有汽缸1、活塞4等压缩机构和电动机等电动部，通过曲轴7传递来自电动机的旋转力。对于连杆2与活塞4的连结构造在后面叙述，活塞4在曲轴7侧开口，在该开口内具有内球面。
下面结合图2～图4对活塞4进行说明。图2是活塞4的内侧构造的详细图，是从曲轴7侧观察活塞4的图。本实施例的活塞4在曲轴7侧开口，在开口内部的里侧具有内球面4a。图3是图2的A-A剖面图，图4是图2的B-B剖面图。
图2如上所述，是从曲轴7侧观察活塞4的图，在活塞4安装于密封式压缩机的状态下，图2的上下方向与图1的密封式压缩机的上下方向一致。另外，图2的左右方向成为在图1中连结近前侧与里侧的水平的方向。因此，图3是表示从活塞4的上侧或下侧观察水平面的剖面即A-A剖面的状态的图，图4是表示从活塞4的左侧或右侧观察铅直方向的剖面即B-B剖面的状态的图。另外，在图3中，图中的下侧成为活塞4的里侧，在图4中，图中的右侧成为活塞4的里侧。
活塞4的内球面4a，如后所述是构成轴承构造的部分，该轴承构造容纳设在连杆2的前端部的球体部的外球面，在A-A剖面中形成为由大于等于180°的角度包围连杆2的外球面的形状。因此，连杆2的外球面由活塞4的内球面4a包围保持，连结连杆2与活塞4。另一方面，在B-B剖面中形成为由小于等于180°的角度包围连杆2的外球面的形状，从而在B-B剖面中形成为滑动面积小于A-A剖面的构造。
于是，由于形成了使内球面4a的水平方向(A-A剖面)的圆弧的中心角形成为大于铅直方向(B-B剖面)的圆弧的中心角的构造，因此成为形成了在上下方向上滑动面积小的截面的球窝接头构造。因此，润滑油容易流通，另外，润滑油的流通路径自身也变短，润滑油容易流入及流出于连结部，从而能够降低因滑动而引起的磨损等。另外，由于在内球面4a的里侧存在凹部，因此能够进一步缩小滑动面。
另外，从图2～图4可以明确，在位于活塞4的内周部的里侧的内球面4a的上方或/及下方存在空间，在该空间配置防脱部件10。对于防脱部件10及其安装状态在后面叙述。
下面，结合图5对与活塞4连结的连杆2进行说明。本实施例的连杆2是将与活塞4的内球面4a连接的球体部2a作为一端，将另一端作为与曲轴7连接的轴承部，具有连接这两端的杆部2c的构造，图5是具备该构造的连杆2的立体图。
如图所示，连杆2具有插入活塞4的内球面4a的球体部2a、插入曲柄销7a的向心轴承部2b、及连接球体部2a与向心轴承部2b的杆部2c，球体部2a的外球面形成为切去球体的一部分的构造。
该切去球体的一部分的部分成为小于球体的外径尺寸的小尺寸部，利用该小尺寸部连结连杆2与活塞4。对于两者的连结在后面叙述。在本实施例中通过相互平行的平面部形成小尺寸部分，该两个平面部之间的尺寸成为小于球体的外径尺寸(即，圆弧的直径)的小尺寸部的尺寸。
于是，由于形成了在外球面2a的一侧与另一侧具有平面部的结构，因此即使连结活塞4与连杆2，润滑油的流通路径也短，另外，由于润滑油容易流动，因此形成能够向滑动部分供给润滑油的构造。
对于连结连杆2与活塞4，利用设置于连杆2的外球面2a的平面部。如图3所示，活塞4的内球面4a形成为由大于等于180°的角度包围连杆2的外球面2a的形状，在A-A剖面中的内球面4a的开口尺寸L成为小于外球面2a的外径的尺寸。另一方面，外球面2a的两个平面部间的尺寸设定为小于内球面4a的开口尺寸L。该开口尺寸L的部分是用于插入连杆2的球体部的间隙，上述的小尺寸部表示小于该开口尺寸L的部分。
在本实施例中，基本平行地设置有设置于外球面2a的两个平面部，由此能够将两平面部插入到内球面4a的开口内。在连杆2插入了活塞4的内球面4a内之后，使连杆2与活塞4相对地旋转，连结两者。此外，在本实施例中，形成了在外球面2a设置了两个平面部的结构，但并非必须限定于此，也可以将小于内球面4a的开口尺寸L的尺寸部分设在外球面2a以连结两者。
这样连结的连杆2与活塞4，若没有两者的相对旋转则由于内球面4a的开口尺寸小于球体部2a的外径，因此不会脱落，另外，能够缩小滑动部。
但是，若因冲击等某些作用、两者相对地旋转，则由于连杆2与活塞4的连结被解除，因此在本实施例中，为了防止连结断开而装备有防脱部件10。
结合图6及图7对防脱部件10进行说明。图6是本实施例的防脱部件10的立体图，图7是表示组装防脱部件10并被连结的活塞4与连杆2的状态的立体图。此外，本实施例的防脱部件10形成为兼有作为防止连杆2与活塞4的相对旋转的旋转限制部件的作用的形状，其特征之一是不仅被固定在连杆2侧，还被固定在活塞4侧。
在设置旋转限制部件时，如本实施例那样考虑固定在活塞4侧的方式和固定在连杆2侧的方式，但在本实施例中如上所述采用了固定在活塞4侧的方式。在密封式压缩机的运转状态下，将曲轴7的旋转运动经由连杆2变换为活塞4的往复运动，压缩汽缸1内的制冷剂。即，在往复型压缩机中，相对于活塞4进行往复运动，连杆2进行活塞4的往复运动的方向和与其垂直的方向的复合的运动。因此，在活塞4侧设置有旋转限制部件的情况与设置于连杆2侧的情况相比较，固定不易断开，可实现可靠性的提高。
另外，在活塞4往复一周期的期间，活塞4与连杆2之间的相对的位置关系经常变化。在此，若在连杆2侧设置旋转限制部件，则旋转限制部件在活塞4的开口内部中位置经常变化，容易招致滑动面的增加。由于滑动面的增加还可以成为异常声响的原因，因此存在也容易招致可靠性和质量的降低的问题。在本实施例中，在活塞4侧具备旋转限制部件，因此解决了这些各问题。
如图6所示，本实施例的防脱部件(且旋转限制部件。以下相同)10具有第一弹性部10a、第二弹性部10b、连接这两个弹性部的支承部10c、及限制连杆2的相对旋转的旋转限制部10d。在这些各个部分中，第一弹性部10a及第二弹性部10b与活塞4的开口内部的内周部接触，防脱部件10由弹性力支承。对于防脱部件10安装在连杆2和活塞4上的状态在后面叙述。
旋转限制部10d是在连杆2与活塞4要相对地旋转时，形成用于限制该情况的壁的部分，这些壁相互相面对地设置。在安装了连杆2的状态下，设置于连杆2的球体部2a的平面部与各个旋转限制部10d相面对配置。在本实施例中，由平面部形成比设置于球体部2a的内球面4a的开口尺寸L小的尺寸部分，因此旋转限制部10d具有基本成为平面的部分，另外，将相互相面对的两旋转限制部10d设置成大致平行。对于旋转限制部10d的形状在后面叙述。
图7是表示安装了该防脱部件10的状态的立体图。若安装防脱部件10，则产生第一弹性部10a挤压活塞4的内周部4b的力，利用摩擦力将防脱部件10固定在活塞4的开口内部。同样地使第二弹性部10b也与内周部4b接触，防脱部件10被牢固地固定在活塞4的开口内部。于是，两弹性部10a、10b对旋转限制部10d在夹持球体部2a的方向上产生力。
通过这样固定防脱部件10，能够形成活塞4在汽缸1内旋转，即使连杆2与活塞4要相对地旋转，连杆2也不至于达到从活塞4脱落的位置的结构。原因是相互相面对的旋转限制部10d间的距离小于球体部2a的外径，因此若连杆2与活塞4要相对地旋转，则球体部2a的外球面必然与旋转限制部10d接触使得旋转受到限制。
另外，在本实施例中，由作为弹簧构造的第一弹性部10a及第二弹性部10b对形成壁的旋转限制部10d进行固定，因此，即使在旋转限制部10d与连杆2的球体部2a碰撞的情况下，也能够防止两者的过度的变形。另外，在安装防脱部件10时，也能够避免使活塞4的内球面4a或连杆2的球体部2a产生变形，从而可实现球窝接头构造。
另外，由于旋转限制部10d仅仅只形成有壁，因此在压缩机的通常的运转状态下，不会与连杆2滑动。因此，能够抑制由两者的摩擦而引起的损失或异常声响的产生。
此外，由于构成弹性部10a、10b的弹簧部件在活塞的内周面的周方向上配置了多个，因此不仅可稳定地保持旋转限制部10d的安装状态，还提高了防脱部件10的安装容易度。此外，由于弹性部10a、10b形成为沿着活塞4的内周面4b的曲面形状，因此可进一步稳定地保持旋转限制部10d。
另外，位于上方的弹性部10a及旋转限制部10d、与位于下方的弹性部10b及旋转限制部10d之间由支承部10c连接，因为由一个部件构成了这些弹性部10a、10b、旋转限制部10d及支承部10c，因此能够实现安装状态的维持与安装容易度的提高。
图8是表示连杆2的球体部2a与旋转限制部10d接触了的状态的图，图8(a)是表示接触状态的主视图，图8(b)是接触时的立体图。若连杆2与活塞4相对地旋转，则球体部2a与旋转限制部10d接触。此时，旋转限制部10d成为壁，通过限制过度的旋转来防止活塞4从连杆2脱开。另外，由于旋转限制部10d被弹性部10a、10b弹性地支承，因此即使在连杆2与活塞4急剧地旋转了的情况下，也降低球体部2a与旋转限制部10d碰撞时的冲击，防止破损。
如图8所示，本实施例的旋转限制部10d在球体部2侧形成为凸形状，该凸形状部10d′进入活塞4的内球面4a的上方侧的开口。另外，内球面4a的下方侧的开口也与上方侧相同地、以凸形状部进入的方式安装有防脱部件10。具有这种旋转限制部10d的作用如以下所述。
若旋转限制部10d没有如上述那样的凸形状部10d′而是形成整体一样的平面形状，则在发生了活塞4与连杆2的相对的旋转时，与旋转限制部10d最初接触的是球体部2a的圆弧部分与平面部的交界部2a′。由于该部分相当于圆弧与平面的棱线，因此若与旋转限制部10d强烈地碰撞，则存在旋转限制部10d或交界部2a′产生破损的情况。另外，若旋转限制部10d是单纯的平面形状，则还有在抵接时容易产生变形的问题。
在本实施例中，形成具有凸形状部10d′的结构而解决了这些问题。但是，仅仅只具备凸形状部10d′虽有助于旋转限制部10d的强度的提高，但因形状或高度会首先交界部2a′与旋转限制部10d相碰撞。因此，本实施例的凸形状部10d′形成为，在活塞4与连杆2相对地旋转时，最初与球体部2a的平面部相接触。作为其具体的结构，被设定成与凸形状部10d′相面对的连杆球体部2a的平面部的宽度大于凸形状部10d′的上端部的宽度。
于是，通过使旋转限制部10d能够与球体部2a的小尺寸部即平面部相接触，不仅可实现旋转限制部10d、进而作为防脱部件10整体的强度的提高，还能够降低因碰撞等引起的连杆2的破损。
此外，如图8所示，凸形状部10d′不是堵塞球体部2a与防脱部件10之间的结构，而是在两者之间设置空间，确保用于润滑油的流入、流出的间隙。
此外，在本构造中，第一弹性部10a与第二弹性部10b由支承部10c连接，保持旋转限制部10d、10d间的距离。支承部10c相互地连接两旋转限制部的近前侧，但在与连杆2侧的球体部2a碰撞时存在产生问题的情况。即，若过度地作用向活塞4的轴方向的旋转力，则存在产生连杆2的球体部2a与旋转限制部10d接触、碰撞，弹性部10a或10b被压入，两旋转限制部10d的里侧开放的现象的情况。
此时，由于无法彻底保持如上述那样的防脱部件10与连杆2的关系，因此防脱部件10容易从活塞4脱开。因此，具有如以下所示的方式将防脱部件10固定在活塞4的内部。
图9是连杆2与活塞4的连结部分的横剖面图，该剖面相当于连结了两者的状态下的图2的A-A剖面。结合图9对防脱部件10的形状及活塞4的形状进行说明。该例中的防脱部件10具有从支承部10c向活塞4的内周面侧延伸的延伸部10e。延伸部10e的端部向活塞4的开口侧弯曲而形成，该弯曲的朝向只要与弹性部10a、10b反向即可。即，相对于比支承部10c更位于活塞4内的里侧的弹性部10a、10b，延伸部10e的端部向活塞4的开口侧弯曲。另外，只要是弯曲形状满足上述的条件，且延伸部10e的端部插入到设置于活塞4的内周面的槽4c的构造即可，并不特别限定。
另外，在延伸部10e的端部插入了槽4c的状态下，由于延伸部10e的前端部与槽4c的肩部接触，因此根据延伸部10e的弯曲形状及防脱部件10的脱落方向的关系，延伸部10e的前端部成为支承，能够抑制从活塞4脱落。另一方面，在安装防脱部件10时，若延伸部10e的端部被压入到槽4c的位置，则两者简单地卡合，也能够使安装性良好。因此，即使在力作用于防脱部件10从活塞4脱落的方向时，也能够抑制该情况，从而能够防止活塞4与连杆2的连结脱开。
图10是将延伸部10e设置于支承部10c的防脱部件10的立体图。如图所示，延伸部10e被设置在两旋转限制部10d的恰好中间的位置。延伸部10e与弹性部10a、10b同样也具有弹性力，在安装防脱部件10时，在压入到活塞4的开口内的状态下，对活塞4的内周面施加弹性力。若延伸部10e弯曲、被压入到槽4c位置，则延伸部10e的前端部被插入到槽4c内。
在延伸部10e的前端部被插入槽4c，防脱部件10已被安装于活塞4的状态下，在槽4c内延伸部10e不必对活塞4内周面施加弹性力。但是，在本实施例中，即使在安装了防脱部件10的状态下，也以对活塞4内周面施加弹性力的方式进行安装。通过这样安装防脱部件10，能够有效地防止防脱部件10从活塞4脱落。
上述的例子表示了在支承部10c设置延伸部10e，延伸部10e的端部与槽4c卡合的情况，图11是表示在弹性部10a、10b装备了向活塞4的内周面侧延伸的延伸部10e的例子的图。图10是该例子中的连杆2与活塞4的连结部分的纵剖面图，该剖面相当于连结了两者的状态下的图2的B-B剖面。
这些例子由于延伸部10e的端部被插入到槽4c中，因此即使在力作用于防脱部件10从活塞4脱落的方向时，延伸部10e也与槽4c卡合，延伸部10e的端部成为支承，从而能够抑制防脱部件10从活塞4脱落。因此，能够维持连杆2与活塞4的连结状态，且能够形成有助于确保可靠性的构造。
另外，在图11的例子中，由于在弹性部10a、10b具有延伸部10e，因此起到如下的作用。在该例子中，由于第一弹性部10a及第二弹性部10b被配置在隔着连杆2的球体部2a与旋转限制部10d而相面对的位置，因此从活塞4内的中心侧朝向活塞4的外侧，依次排列有球体部2a、旋转限制部10d、第一弹性部10a(或第二弹性部10b)、延伸部10e、槽4c。因此，即使球体部2a与旋转限制部10d碰撞，也不易作用有向延伸部10e与槽4c的卡合脱开的方向的力，从而能够形成防脱部件10不易脱落的结构。
以下，在表示这些实施例的另一个例子的同时，说明对这些构造的效果进行研究的结果。在此，将球窝接头构造的球体部2a的半径设为6.495mm、内球面4a的半径设为6.505mm的情况作为一个例子进行说明。此外，在球窝接头构造中，球体部2a的直径小于活塞4侧的内球面4a的直径的情况自不必说，润滑油在因该直径的差异而产生的间隙部分流入及流出，进行两部件之间的润滑。另外，由于两者的中心位置并非总是存在于同一位置，因此特别在活塞4的内部的最里部设置有凹部(参照图9、图11等)。该凹部起到润滑油的储油部的作用，例如，如图9或图11所示，也可以形成在连杆2的内部设置润滑油的供给孔并与凹部相连通的构造。
另外，作为图3所示的剖面的内球面4a的角度，将从活塞4的轴心的角度θ41设为97°，将图4所示的角度θ42设为34°。通过这样规定θ41及θ42，相比于A-A剖面，B-B剖面的润滑油的流通路径缩短大约1/3，另外，与将内球面4a遍及整面地设为97°的情况相比，形成了大约三倍地增加了流过球窝接头构造的润滑油的油量的结构。
此外，将设在活塞4的内周面的槽4c设为宽度1mm、深度1mm的矩形，且在活塞4的内周一样地设置成环状。
在将具有这种具体的构造的球窝接头构造使用于密封式压缩机时，获得了球窝接头构造不会脱开且能够维持良好的滑动性的结果。该结果对于如图9及图10所示的防脱部件、如图11所示的防脱部件都同样，可确认具有上述的各构造有助于压缩机的效率、可靠性的提高。
如以上那样，根据本发明的各实施例，能够避免使球窝接头构造的内球面及外球面变形、而简单地进行组装。再者，通过切去球窝接头机构部分的内球侧与外球侧的一部分，减少滑动面积，另外，使润滑油的移动变得容易。
因此，能够降低密封式压缩机的运转时的滑动损失、有助于效率的提高，并且能够抑制因异常声响的产生而引起的噪音等。
另外，由于能够抑制球窝接头构造的连结的解除，因此能够提供具有高可靠性的密封式压缩机。
下面，对构成球窝接头机构部的活塞4与连杆2的材质进行说明。在本实施例中，成为球窝接头的滑动部的球体部2a及活塞4的内球面4a是由通过氧化物膜进行了封孔处理的铁系烧结材料制成的。具体为，在原料粉末的烧结后加工成适当形状，通过进行水蒸气处理通过生成于空孔表面的氧化物膜对内部及表面的空孔进行封孔，使得润滑油膜不容易通过空孔而被排出。如后所述，由水蒸气处理形成的封孔部的氧化物还具有提高烧结材料的强度的效果。
图12表示对于活塞4及连杆2所使用的材料，利用环块(ring on block)摩擦试验机进行了滑动试验的结果。在本试验中，设滑动速度为1.01m/s，试验负荷为123.5N。滑动试验使用了烧结材料1和烧结材料2，这些各烧结材料的含碳量不同(参照图12的※栏)。旋转片与固定片的组合包括实施了利用水蒸气的氧化膜处理的情况，此外还包括实施了渗氮处理的情况，作为旋转片与固定片的组合，对No.1～No.5的各组合进行试验，测定了磨损量。
观察图中所示的试验结果，在使用了只有固定片实施了氧化膜处理的烧结材料的No.1及No.2中，可知旋转片的磨损量较多。另一方面，在使用了旋转片与固定片的两方实施了氧化膜处理的烧结材料的No.3、No.4、No.5中获得了磨损量较少的结果。根据该结果，活塞4及连杆2通过使用利用水蒸气进行了封孔处理的烧结材料，能够较小地抑制磨损量。
图13表示进行了烧结材料的洛氏B标度表观硬度测定的结果。若对照图12中磨损量较少的材料的组合，则可知以洛氏B标度计算、是旋转片的硬度相比于固定片的硬度相等或高出10左右的组合。根据这种组合，能够降低因磨损而容易产生问题的连杆2的磨损量。
根据这些图12及图13的结果，作为活塞4及连杆2的材料使用的是对烧结材料进行了氧化膜处理的材料。
作为更加具体的例子，作为活塞4的材料使用实施了氧化膜处理的Fe-Cu-C系烧结材料，另外，作为连杆2的材料使用实施了氧化膜处理的Fe-Cu-C系烧结材料，使用这些活塞4及连杆2制作了如图1所示的密封式压缩机。在该密封式压缩机的运转旋转数为每分钟4900转，输出压力为1.6Mpa的状态下运转30天，球窝接头构造部未产生异常的磨损，得到了能够维持良好的滑动性的结果。
作为第二个例子，制造如下这样的密封式压缩机即、作为活塞4的材料使用实施了氧化膜处理的Fe-Cu-C系烧结材料，作为连杆2的材料使用实施了氧化膜处理及渗氮处理的Fe-Cu-C系烧结材料，在运转旋转数为每分钟4900转，输出压力为1.6Mpa的状态下运转30天，球窝接头构造部未产生异常的磨损，得到了能够维持良好的滑动性的结果。
作为第三个例子，制造如下这样的密封式压缩机即、作为活塞4的材料使用实施了氧化膜处理及渗氮处理的Fe-Cu-C系烧结材料，作为连杆2的材料使用实施了氧化膜处理及渗氮处理的Fe-Cu-C系烧结材料，在运转旋转数为每分钟4900转，输出压力为1.6Mpa的状态下运转30天，在该情况下球窝接头构造部也未产生异常的磨损，得到了能够维持良好的滑动性的结果。
针对这三个例子以下加以考察。图14是表示活塞材料及连杆材料的深度与硬度的关系的测量结果。如图所示，设距离各材料的表面的深度为横轴，设维氏硬度HV为纵轴，由此表示材料的深度与硬度的关系。作为烧结材料1的(A)例，使用的是如下的材料对在烧结后通过水蒸气处理由生成于空孔表面的氧化膜对内部及表面的空孔进行了封孔的材料、进一步实施了渗氮处理。(B)例表示不实施氧化膜处理而实施了渗氮处理的材料，(C)例表示进行了氧化膜处理而不进行渗氮处理的例子。
另外，烧结材料2的(α)例子是实施了氧化膜处理及渗氮处理的材料，(β)例表示实施了氧化膜处理而不实施渗氮处理的例子。这些渗氮处理通过渗氮处理温度约为500～600℃的一般气体盐浴渗氮来进行。
从图14可以明确，相对于通过水蒸气处理生成了氧化膜的材料，若进一步实施渗氮处理则硬度提高。因此，连杆2使用的烧结材料最好是利用水蒸气进行了封孔处理，进而实施了渗氮处理。此时，活塞4也可使用实施了渗氮处理的烧结材料(上述的第三例)，但为避免表面彼此成为同种材料，活塞4也可不实施渗氮处理(上述的第二例)。
另一方面，在不进行水蒸气的封孔处理而实施了渗氮处理的情况下，如图14所示，经由烧结材料内的微孔硬化至内部，作为材料整体而脆化。因此，因连杆2的破损等，容易引起可靠性的降低。
在本实施例中，接近表面的部分为了确保耐磨损性而保持足够的硬度，但是以维氏硬度来看，内部的硬度低于接近表面的部分，从而得到韧性优异的连杆2。为此，通过水蒸气处理在进行了封孔处理之后实施渗氮处理，由此可提供可靠性优异的密封式压缩机。
此外，替代上述的渗氮处理，进行渗碳处理或渗硫渗氮处理也能够期待同样的效果。
为了进行如上述的表面处理，在制造中需要如下的尺寸上的考虑。即，在制造连杆2时，首先在原料粉末的烧结后加工成适当形状。此时，需要使连杆2的成为球体部2a的部分的直径小于完成时的活塞4的内球面4a的直径。相反地，需要使活塞4的成为内球面4a的部分的直径大于完成时的连杆2的球体部2a的直径。之后，进行水蒸气处理等，使得球体部2a的直径仅增大相应的量，内球面4a的直径仅减小相应的量。
下面对防脱部件10进行说明。连杆2通过使表面硬度小于防脱部件10、实现可靠性的进一步提高。如图8所示，连杆2的球体部2a与防脱部件10接触的部分是设置于球体部2a的平面部，该平面部在通常的运转状态下不是与活塞4的内球面4a相滑动的部分。因此，即使平面部有若干量的磨损，与活塞4的滑动关系也没有大的变化。
另一方面，防脱部件10因与球体部2a的接触而磨损，若旋转限制部10d的厚度变薄，则防脱部件10破损，存在活塞4与连杆2的连结被解除的情况。此时，作为密封式压缩机的功能被损坏，成为了故障的原因。在本实施例中，防脱部件10通过使用具有比连杆2的表面硬度高的硬度的SUS301-1/4H，实现了可靠性的提高。
以上说明的本实施例的密封式压缩机在实际运转时，需要留意滑动部分的温度不要变得过高。原因是滑动部温度过度的上升会促进磨损，其结果将引起可靠性的降低。特别是在使用了实施了表面处理的烧结材料的本实施例的情况下，为了防止温度过度的上升引起的可靠性的降低，使运转时的滑动部分的温度处于150℃以下。进行与上述的第一例～第三例相同的试验，运转之后，在使滑动部分的温度处于150℃以下时，球窝接头构造部未产生异常的磨损，得到了能够维持良好的滑动性的结果。
另外，对实际运转时使用的润滑油进行说明。如上述的实施例那样，为了在使用了实施了利用水蒸气的封孔处理(氧化膜处理)或渗氮处理的烧结材料的活塞4及连杆2的表面保持油膜，作为润滑油，使用在氮化膜表面吸附力良好的酯类合成油较为有效。为了保持供给到滑动部的润滑油的油膜，封孔处理是必须的，若使用与氮化膜亲和性良好的酯类合成油则不仅降低滑动损失，还能够抑制异常磨损。
作为一个例子，若制冷剂使用烃类的R600a(异丁烷)，润滑油使用酯类合成油，则球窝接头构造部未产生异常的磨损，得到了能够维持良好的滑动性的结果。此外，即使混合矿物油与酯类合成油用作润滑油，也能够维持良好的滑动性，相比于只将矿物油用作润滑油的情况，能够获得高的可靠性。
根据上述的实施例，由于能够抑制球窝接头构造的内球面及外球面产生的异常磨损，因此能够确保密封式压缩机的长期可靠性。另外，还能够实现密封式压缩机动作时的滑动损失的降低，其结果有助于提高密封式压缩机的效率。因此，可提供高可靠性、适于省电的密封式压缩机。
权利要求
1.一种密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，利用连杆通过球窝接头构造连结由所述电动机驱动的曲轴与活塞，该密封式压缩机的特征在于，所述球窝接头构造由设置于所述活塞的内球面、设置于所述连杆的球体部、以及与所述活塞及所述连杆不同的部件即旋转限制部构成，所述旋转限制部被安装于所述活塞，限制与所述连杆的相对的旋转。
2.一种密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，所述密封式压缩机具有曲轴，其传导来自所述电动机的旋转力；活塞，其在该曲轴侧开口并在该开口内具有内球面；和连杆，其一端为与所述内球面连接的球体部，另一端为与所述曲轴连接的轴承部，并具有连接这两端的杆部，所述内球面形成为水平方向的圆弧的中心角大于铅直方向的圆弧的中心角，所述球体部具有尺寸小于所述内球面的水平方向的开口尺寸的小尺寸部，所述内球面与所述球体部通过球窝接头构造连结，该密封式压缩机的特征在于，在与所述小尺寸部相面对的位置具有旋转限制部，所述旋转限制部限制所述连杆与所述活塞之间的相对的旋转，该旋转限制部被安装于所述活塞，并且在所述相对的旋转时，可与所述小尺寸部接触。
3.根据权利要求2所述的密封式压缩机，其特征在于，所述小尺寸部由相互平行的平面部形成，使该平面部之间的尺寸具有与具有小于圆弧的直径的尺寸的所述部分相同的尺寸，所述旋转限制部形成为具有与所述平面部相面对的平面形状的凸形状。
4.根据权利要求2所述的密封式压缩机，其特征在于，在所述旋转限制部与所述活塞的开口内的内周面之间具有弹性部，所述旋转限制部由来自所述弹性部的弹性力保持。
5.根据权利要求4所述的密封式压缩机，其特征在于，所述弹性部及所述旋转限制部作为由单一部件构成的防脱部件的一部分而被设置，该防脱部件具有朝向活塞的开口内的内周面延伸的延伸部，所述延伸部的端部通过进入到设在所述内周面的槽内而被保持。
6.根据权利要求4所述的密封式压缩机，其特征在于，所述弹性部是如下这样的弹簧部件，即，其与所述活塞的内周面接触的外周面是曲面状、且是沿着所述内周面的形状。
7.根据权利要求5所述的密封式压缩机，其特征在于，所述弹性部及所述旋转限制部被配置于所述连杆的上方及下方的两侧，上方的旋转限制部与下方的旋转限制部之间的尺寸大于所述小尺寸部，所述弹性部对所述旋转限制部在夹持所述球体部的方向上产生力。
8.根据权利要求6所述的密封式压缩机，其特征在于，所述弹簧部件由配置在所述活塞的内周面的周方向上的多个弹簧构成。
9.根据权利要求7所述的密封式压缩机，其特征在于，具有支承部，所述支承部连接位于上方的弹性部及旋转限制部与位于下方的弹性部及旋转限制部之间，由单一部件构成这些弹性部、旋转限制部及支承部。
10.根据权利要求9所述的密封式压缩机，其特征在于，所述延伸部设置于所述支承部。
11.一种密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，利用连杆通过球窝接头构造连结由所述电动机驱动的曲轴与活塞，该密封式压缩机的特征在于，所述球窝接头构造由设置于所述活塞的内球面、和设置于所述连杆的球体部构成，所述内球面与所述球体部是利用氧化膜进行了封孔处理的铁系烧结材料。
12.根据权利要求11所述的密封式压缩机，其特征在于，所述球体部是实施了利用氧化膜的封孔处理与渗氮处理的铁系烧结材料。
13.根据权利要求12所述的密封式压缩机，其特征在于，所述内球面是进一步进行了渗氮处理的铁系烧结材料。
14.根据权利要求1～10中任一项所述的密封式压缩机，其特征在于，所述内球面使用利用氧化膜进行了封孔处理的铁系烧结材料，所述球体部使用实施了利用氧化膜的封孔处理与渗氮处理的铁系烧结材料，所述旋转限制部的硬度大于所述球体部的表面硬度。
15.根据权利要求11～13中任一项所述的密封式压缩机，其特征在于，所述连杆以维氏硬度计算，内部的硬度低于接近表面的部分的硬度。
16.根据权利要求11～13中任一项所述的密封式压缩机，其特征在于，使用烃类制冷剂作为由所述压缩机构压缩的制冷剂，并且使用酯类合成油作为润滑油。
17.根据权利要求14所述的密封式压缩机，其特征在于，所述连杆以维氏硬度计算，内部的硬度低于接近表面的部分的硬度。
18.根据权利要求14所述的密封式压缩机，其特征在于，使用烃类制冷剂作为由所述压缩机构压缩的制冷剂，并且使用酯类合成油作为润滑油。
全文摘要
提供一种降低滑动损失并提高了效率的压缩机。该密封式压缩机，在密闭容器内收纳压缩机构及电动机，利用连杆(2)通过球窝接头构造连结由电动机驱动的曲轴(7)与活塞(4)，在该密封式压缩机中，球窝接头构造由设在活塞(4)上的内球面(4a)；设在连杆(2)上的球体部(2a)；和作为与活塞(4)及连杆(2)不同的部件的旋转限制部(10d)构成，旋转限制部(10d)安装在活塞(4)侧而非连杆(2)侧，限制活塞(4)与连杆(2)的相对的旋转。另外，活塞(4)与连杆(2)使用了利用氧化膜进行了封孔处理的铁系烧结材料。
文档编号F04B39/00GK1916408SQ20061011008
公开日2007年2月21日 申请日期2006年7月31日 优先权日2005年8月3日
发明者野崎务, 三品将利, 佐藤真一, 长尾智大, 中岛昌一 申请人:日立空调·家用电器株式会社