JP2015040471A - 密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】低速運転時の給油性能を向上して、摺動損失を低減した密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫を提供する。【解決手段】密閉容器１内の圧縮要素３及び電動要素２と、電動要素２により回転運動するクランク軸８と、密閉容器１内の下部に貯留した潤滑油４と、を備え、クランク軸８の下部円筒形状部８ｇと、下部円筒形状部８ｇに圧入された円筒部材１９と、下部円筒形状部８ｇの内壁と円筒部材１９の外壁との間の挿入部材２０と、を備え、下部円筒形状部８ｇと挿入部材２０との直径方向の隙間と、円筒部材１９と挿入部材２０との直径方向の隙間は異なる大きさである。【選択図】図４

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫に関する。

従来、家庭用冷蔵庫に使用されている小容量の密閉型圧縮機では、冷蔵庫の断熱性能向上に伴い、インバータ制御による圧縮機の低速運転化が図られてきている。冷蔵庫用の密閉型圧縮機の効率向上と摺動部の信頼性向上のために、低速運転時の摺動部への安定した潤滑油の供給が求められている。密閉型圧縮機の低速運転時に、十分な潤滑油を供給するための構造として、遠心ポンプに代わって、低速運転時にも安定したポンプ能力が得られやすい粘性ポンプを備えたものがある。

例えば、特開２０１２−１８０７９６号公報（特許文献１）においては、シャフトに形成された円筒空洞部内に同軸上にかつ回転自在に挿入される挿入部を有し、円筒空洞部と挿入部の間に潤滑油が上昇する向きに螺旋溝が設けられており、粘性ポンプとしての機能を果たしている。粘性ポンプの上部には、遠心ポンプが設けられている。

特開２０１２−１８０７９６号公報

しかし、特許文献１では、摺動損失を軽減するために、粘性ポンプの上部に遠心ポンプを設けている。粘性ポンプにより上昇した潤滑油は、シャフト中心部に設けられた給油口を通過して、遠心ポンプに到達する。この構成では、潤滑油は遠心力を受けているため、シャフト中心部の給油口を通過する潤滑油量はわずかとなる。

そこで本発明は、低速運転時の給油性能を向上して、摺動損失を低減した密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫を提供する。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、密閉容器内の圧縮要素及び電動要素と、前記電動要素により回転運動するクランク軸と、前記密閉容器内の下部に貯留した潤滑油と、を備え、前記クランク軸の下部円筒形状部と、前記下部円筒形状部に圧入された円筒部材と、前記下部円筒形状部の内壁と前記円筒部材の外壁との間の挿入部材と、を備え、前記下部円筒形状部と前記挿入部材との直径方向の隙間と、前記円筒部材と前記挿入部材との直径方向の隙間は異なる大きさであることを特徴とする。

本発明によれば、低速運転時の給油性能を向上して、摺動損失を低減した密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図である。 図１のＡ-Ａ断面に相当する、密閉型圧縮機の横断面図である。 本実施形態に係る給油機構を模式的に表す要部拡大図である。 本実施形態に係る給油機構を模式的に示す要部拡大断面図である。 本実施形態に係るクランク軸の断面構造を模式的に示す要部拡大断面図である 本発明の第２の実施形態に係るシャフトを模式的に示す要部拡大断面図である 本発明の第３の実施形態に係るシャフトを模式的に示す要部拡大断面図である 円筒部材１９と挿入部材２０との直径隙間を変えたときの、給油量の計算結果である 本実施形態に係る密閉型圧縮機の搭載された冷蔵庫の縦断面図である。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

以下、本発明の第１の実施の形態を、図１から図５を用いて詳細に説明する。まず、図１、図２にて密閉型圧縮機の全体構成を説明する。図1は、本発明の第１の実施形態に係る密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、図１の密閉型圧縮機の蓋を外し、上方から見た上面図である。

本実施形態の密閉型圧縮機５０は、密閉容器１内にステータ２ａとロータ２ｂからなる電動要素２と、圧縮要素３を収納している。圧縮要素３は、ラジアル軸受５ｃとフレーム部５ｂが一体のシリンダブロック５に形成されたシリンダ５内を、コンロッド６によりクランク軸８の偏心軸８ｂに連結されたピストン７が往復運動する、いわゆるレシプロ式である。シリンダブロック５のラジアル軸受５ｃには、クランク軸８下部が回転自在に嵌められており、クランク軸８はクランク軸８下部でロータ２ｂに固定されている。圧縮要素３はフレーム部５ｂの下部に固定したステータ２ａを介して、コイルスプリングにより密閉容器１の底部に弾性的に支持されている。ロータ２ｂが回転することによってクランク軸８が回転し、偏心軸８ｂが偏心回転することで、ピストン７がシリンダ５ａ内の空洞部を往復運動するようになっている。

シリンダ５ａ内の空洞部は、吸入弁及び吐出弁（図示せず）が組み込まれたシリンダヘッド１０によって閉塞され、ピストン７との間に圧縮作動室１２を構成している。シリンダヘッド１０には、内部に吐出室１１ａが形成されたヘッドカバー１１が、４箇所の締付ボルト１３によってシリンダブロック５に固定されている。吸入サイレンサ１５は、吸込経路における作動流体の圧力脈動を減衰させて騒音を低減するもので、シリンダブロック５のフレーム部５ｂの上部に位置している。

次に圧縮機内部の冷媒経路について説明する。

密閉容器１に接続された吸込パイプ１４を通って流入した冷媒は、プラスチック製の吸入サイレンサ１５内を通過し、シリンダヘッド１０の吸込弁からシリンダ５ａの圧縮作動室１２内に入る。圧縮作動室１２内ではピストン７の往復運動によって冷媒が吸入、圧縮され、吐出弁から吐き出される構造になっている。圧縮された冷媒は、シリンダヘッド１０の吐出弁からヘッドカバー１１内の吐出室（図示せず）に入り、ここからシリンダブロック５に一体で成形された吐出サイレンサ１６を通り、吐出管１７を介して吐出パイプ１８より外部の冷凍サイクルに流出するようになっている。

次に、本実施形態の特徴である給油機構を、図２から図５を用いて詳細に説明する。図２は本実施形態に係る、給油機構を模式的に示す要部拡大図を示し、図３は本実施形態に係る、クランク軸およびクランク軸下部の給油機構の断面図を示し、図４は本実施形態に係る、クランク軸下部の断面構造を模式的に示す要部拡大断面図である。

本実施形態によれば、圧縮要素は、回転運動するクランク軸８と、シャフト８の下部に形成された下部円筒形状部８ｇの内側に圧入された円筒部材１９を有している。円筒部材１９の内側には挿入部材２０が挿入してある。

挿入部材２０は、例えばポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）などの樹脂で構成している。挿入部材２０の外表面は、潤滑油が通過するための螺旋溝２０ｂを有している。螺旋溝２０ｂの断面積は、加工のしやすさを考慮し、台形になっている。また、挿入部材２０は、その底面に孔の開いた凸部２０ａを有しており、その孔に針金２１を通し、ステータ２ａに配置されている。これにより、挿入部材２０は、クランク軸８の回転時にもクランク軸８と一体となって回転することはない。

圧縮機が稼働すると、ロータ（図示せず）の回転に伴い、クランク軸８が回転する。クランク軸８の回転によって、クランク軸８の下方に圧入された円筒部材１９と、挿入部材２０とに生じる速度差により、円筒部材１９と挿入部材２０の間隙にある潤滑油には粘性力が働き、潤滑油は挿入部材２０外表面の螺旋溝２０ｂに沿って、挿入部材２０と円筒部材１９との間隙を通過し、クランク軸８の内部を上昇する。

クランク軸８内部を上昇した潤滑油は、クランク軸８の中央部に設けてある、クランク軸外表面との連通孔８ｃへ運ばれる。

連通孔８ｃを介して、クランク軸外表面とラジアル軸受５ｃの間隙に到達した潤滑油は、クランク軸外表面と、ラジアル軸受５ｃとに生じる速度差により、粘性力が働く。粘性力により、潤滑油は、クランク軸外表面のらせん溝８ｅに沿って、クランク軸の上方へ導かれる。その後、潤滑油は、クランク軸外表面にある連通穴８ｆを通過し、再びクランク軸８内部に入る。クランク軸８内部に入った潤滑油は、クランク軸８外周に形成された螺旋溝８ｃを介して上方に導かれ、偏心軸８ｂに回転自在に嵌合されたコンロッド６とピストン７とを連結している、ボールジョイント部の潤滑を行う。さらに、偏心軸８ｂの上端に取り付けられたバランスウエイト（図示せず）を一部貫通する形で設けられた孔（図示せず）から噴射され、最後に偏心軸８ｂの上端部から周囲に噴射される。主にこの噴射された潤滑油４により、ピストン７とシリンダ５ａとの間の潤滑及びシールが行われる。

潤滑油が通過する、円筒部材１９と挿入部材２０との水平方向の間隙が小さすぎると、挿入部材２０の僅かな偏心により、円筒部材１９と片当たりが起こり、摺動損失が大きくなる可能性がある。逆に円筒部材１９と挿入部材２０との間隙が大きすぎると、円筒部材１９と挿入部材２０の隙間を通して軸方向に逆流する漏れ量が増加する。漏れ量が増加すると、クランク軸８の上部への潤滑油の供給量が減少してしまい、圧縮機内の摺動部への十分な給油ができない可能性がある。

しかし本実施形態によれば、片当たりを防ぎながらも、油漏れを少なくするために、クランク軸８下端部の下部円筒形状部８ｇと挿入部材２０との直径方向の隙間は、円筒部材１９と挿入部材２９との直径方向の隙間よりも大きくなるように設定されている。

図７は、円筒部材１９と挿入部材２０との直径隙間を変えたときの、給油量の計算結果である。円筒部材１９と挿入部材２０との直径隙間は、図７及び密閉型圧縮機における実験の結果を基に、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに設定されている。

また、挿入部材２０が長いと、クランク軸８の内壁と摺動面積が増える。さらに、挿入部材外表面の螺旋溝２０ｂの凸部が連通穴８ｃを塞いでいる間は、挿入部材２０により連通孔８ｃへの経路を狭めてしまうため、潤滑油が通過しづらい。

しかし本実施形態によれば、挿入部材２０の上端は、潤滑油が通過する連通孔８ｃと同じ高さか、連通孔８ｃより下方に位置するような長さとしている。これにより、クランク軸８の内壁と挿入部材２０との摺動面積が、必要以上に大きくならないようにしている。さらに挿入部材２０の螺旋溝２０ｂに沿って上昇した潤滑油は、挿入部材２０に潤滑油経路を塞がれることなく、連通穴８ｃへ容易に達することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る密閉型圧縮機によれば、密閉容器１内の圧縮要素３及び電動要素２と、電動要素２により回転運動するクランク軸８と、密閉容器１内の下部に貯留した潤滑油４と、を備え、クランク軸８の下部円筒形状部８ｇと、下部円筒形状部８ｇに圧入された円筒部材１９と、下部円筒形状部８ｇの内壁と円筒部材１９の外壁との間の挿入部材２０と、を備え、下部円筒形状部８ｇと挿入部材２０との直径方向の隙間と、円筒部材１９と挿入部材２０との直径方向の隙間は異なる大きさである。

これにより、安価でかつ簡便な構造で、低速運転時にも摺動部に十分な給油が可能であり、摺動損失を軽減することで圧縮機の効率と信頼性をともに向上できる。

次に、第２実施形態に係る密閉型圧縮機の構造について図５を用いて説明する。

本実施形態は、第１実施形態と異なる点は、挿入部材２０の外表面ではなく、クランク軸８の内表面に螺旋溝８ｆ、円筒部材内表面に螺旋溝１９ａを有している点である。また、実施例１と同様、クランク軸８下端には円筒部材１９が装着されている。

クランク軸８の回転とともに、挿入部材２０の外表面と、クランク軸８の内表面の、速度差により粘性力が発生する。発生した粘性力により、挿入部材２０とクランク軸８との間隙にある潤滑油は、クランク軸８の内表面にあるらせん溝８ｆを介して、上昇する。

本実施形態においても、クランク軸８（下部円筒形状部８ｇ）と挿入部材２０との隙間と、円筒部材１９と挿入部材２０との隙間は異なっている。これにより、第１の実施形態と同様に、円筒部材１９及びクランク軸８と、挿入部材２０との片当たりを防ぎながらも、クランク軸８（下部円筒形状部８ｇ）と挿入部材２０との隙間及び円筒部材１９と挿入部材２０との隙間からの油漏れを防ぐことができる。

これにより、安価でかつ簡便な構造で、低速運転時にも摺動部に十分な給油が可能であり、摺動損失を軽減することで圧縮機の効率と信頼性をともに向上できる。

次に、第３実施形態に係る密閉型圧縮機の構造について図６を用いて説明する。

本実施形態は、第１実施形態と異なる点は、クランク軸８下端の内部ではなく、外表面に円筒部材１９が圧入してある点である。

クランク軸８下端の挿入部材２０は、円筒部材１９が圧入してある箇所の径を拡大しており、これにより挿入部材２０と円筒部材１９との間隙の大きさを調整している。

クランク軸８の回転とともに、挿入部材２０の外表面と、クランク軸８（下部円筒形状部８ｇ）の内表面の、速度差により粘性力が発生する。発生した粘性力により、挿入部材２０とクランク軸８との間隙にある潤滑油は、クランク軸８の外表面にある螺旋溝を介して、上昇する。

本実施形態においても、クランク軸８（下部円筒形状部８ｇ）と挿入部材２０との隙間と円筒部材１９と挿入部材２０との隙間は異なっており、円筒部材１９およびクランク軸８と、挿入部材２０との片当たりを防ぎながらも、クランク軸８と挿入部材２０との隙間および円筒部材１９と挿入部材２０との隙間からの油漏れを防ぐことができる。

さらに本実施形態においては、挿入部材２０下部の潤滑油経路の径が拡大しているため、潤滑油に遠心力が働きやすくなっている。

これにより、潤滑油が効果的にクランク軸内部を上昇する。これにより安価でかつ簡便な構造で、低速運転時にも摺動部に十分な給油が可能であり、摺動損失を軽減することで圧縮機の効率と信頼性をともに向上できる。

図８は、第１〜第３の実施形態に係る密閉型圧縮機の搭載された冷蔵庫の縦断面図である。

図８において、本実施形態の密閉型圧縮機５０は、冷却器６６を備え、温暖化係数の小さい自然冷媒Ｒ６００ａを用いた冷蔵庫６０に搭載され、冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５からなる庫内空間は密閉型圧縮機５０の駆動により冷凍サイクル（図示せず）を動作させることにより冷却される。

近年、インバータ制御の搭載や冷蔵庫の断熱性能向上により、圧縮機回転速度の低速化が進んでいる。しかし圧縮機回転速度の低速化は、給油能力の低下に繋がる恐れがある。

以上詳細に説明した実施形態では、回転数制御圧縮機における低速運転時および高速運転時の両方において、潤滑油を効率よく安定して汲み上げ、摺動部に十分な給油を行い、圧縮機効率を向上することができるとともに圧縮機の信頼性も向上した密閉型圧縮機を提供することができる。

また、密閉型圧縮機を適用するシステムとしては、冷蔵庫に限らず冷凍空調用途ではルームエアコンや冷凍機等のシステムに適用することも可能であり、これらの機器のシステム効率を大幅に改善することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…密閉容器、２…電動要素、２ａ…ステータ、２ｂ…ロータ、３…圧縮要素、４…潤滑油、５ａ…シリンダ、７…ピストン、８…クランク軸、８ａ…偏心軸、８ｂ…連通孔、８ｃ…螺旋溝、８ｄ…連通孔、８ｅ…ピン部、８ｆ…螺旋溝、８ｇ…下部円筒形状部、１９…円筒部材、１９ａ…螺旋溝、２０…挿入部材、２０ａ…凸部、２０ｂ…螺旋溝、２１…針金、５０…密閉型圧縮機、６０…冷蔵庫

Claims (5)

1. 密閉容器内の圧縮要素及び電動要素と、前記電動要素により回転運動するクランク軸と、前記密閉容器内の下部に貯留した潤滑油と、を備え、
   前記クランク軸の下部円筒形状部と、
   前記下部円筒形状部に圧入された円筒部材と、
   前記下部円筒形状部の内壁と前記円筒部材の外壁との間の挿入部材と、を備え、
   前記下部円筒形状部と前記挿入部材との直径方向の隙間と、前記円筒部材と前記挿入部材との直径方向の隙間は異なる大きさであることを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 前記下部円筒形状部と前記挿入部材との直径方向の隙間は０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記挿入部材の上端は、前記クランク軸の側部の連通孔と同じ高さか、該連通孔より下方に位置することを特徴とする、請求項１記載の密閉型圧縮機。
4. 前記挿入部材の外表面には、潤滑油経路である螺旋溝を有しており、前記螺旋溝の断面が台形であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか記載の密閉型圧縮機。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の密閉型圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫