JP2016017501A - 密閉型圧縮機および冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】ボールジョイント構造を用いた圧縮機において、ピストンとシリンダ間の摺動損失を低減し、性能を向上した密閉型圧縮機およびこれを用いた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】コンロッド１３６に対するピストン１２８の回転を制限する回転規制部材１５６を備えたボールジョイント構造１５０を用いて、コンロッド１３６に連結されたピストン１２８において、シリンダ１３０の内周面に摺接する摺動部１６４の形状が、鉛直方向に比べ水平方向の投影面積が大きくなるように形成され、ピストン１２８側面方向の荷重を安定的に支持しながら、ピストン１２８とシリンダ１３０間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減することで、効率を向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボールジョイントを用い、摺動損失を低減した密閉型圧縮機およびこれを搭載した冷蔵庫に関するものである。

従来、この種の密閉型圧縮機にはボールジョイント構造の組み立て性の向上と摺動損失の低減を図ったものがある（例えば、特許文献１参照）。また、シリンダの下死点側に設けた第１の切欠き部に対し、対向する位置に第２の切欠き部を設けたものがある（例えば、特許文献２参照）。

まず、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機を説明する。

図９は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図１０は、ピストンおよびコンロッドの断面図である。図１１は、図１０のＡ−Ａ断面図である。

図９において、密閉容器２内底部には、潤滑油４が貯留されている。圧縮機本体６は、固定子１４と回転子１６を備える電動要素１０と、電動要素１０の上方に配置される圧縮要素１２と、からなり、サスペンションスプリング８で支持されて、密閉容器２内に収容されている。ここで、電動要素１０は、突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータを構成しており、固定子１４は鉄心の磁極歯に絶縁材を介して巻線を直接巻回して形成される。

圧縮要素１２を構成するシャフト１８は、主軸２０と、主軸２０上端のフランジ部４２から上方に延出し、主軸２０に対して偏心して形成された偏心軸２２と、を有し、下端から上端に至る給油機構４６を備えている。シリンダブロック２４は、略円筒形のシリンダ３０と軸受２６とを有している。シャフト１８の主軸２０は、軸受２６に回転自在に挿入され、偏心軸２２に作用する荷重を下側の主軸２０および偏心軸２２にて軸支する、片持ち軸受の構成になっている。また、軸受２６の上端面がシャフト１８のフランジ部４２と当接して、スラスト滑り軸受を形成している。

次に、図１０、図１１を用いて、ピストン２８およびコンロッド３６の構成について説明する。

ピストン２８は、コンロッド３６とボールジョイント構造５０で連結され、偏心軸２２とピストン２８が連結されている。ボールジョイント構造５０は、ピストン２８に設けられる内球面５２と、コンロッド３６に設けられる球体部５４と、回転規制部材５６と、を有し、球体部５４と内球面５２は、わずかな隙間を介して対向している。

回転規制部材５６は、弾性部５８と回転規制部６０とを有する。

回転規制部材５６は、弾性部５８によりピストン２８の内面に対して弾性的に掛止されることで、回転規制部６０は球体部５４の両側に互いに平行となるように設けた平面部６２と当接する。これにより、回転規制部材５６は、コンロッド３６に対するピストン２８の回転を制限している。

ピストン２８は、シリンダ３０に往復自在に挿入されている。ピストン２８の外周の摺動部６４は、円筒状のシール部６６からなり、シリンダ３０とわずかな隙間を介して対向している。シール部６６は、ピストン２８の上死点側の端面より、少なくとも内球面５２
より後方の範囲まで延長されている。

また、ピストン２８は、シリンダ３０と、シリンダ３０の端面に配設されるバルブプレート３２とともに、圧縮室３４を形成する。また、吸入マフラ４０は、バルブプレート３２とシリンダヘッド３８に挟持されることで固定されている。

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、作用を説明する。

電動要素１０に通電されると、固定子１４に発生する磁界により回転子１６はシャフト１８とともに回転する。主軸２０の回転に伴い、偏心軸２２は偏心回転する。

この際、ボールジョイント構造５０は、コンロッド３６の球体部５４と、ピストン２８の内球面５２が摺動することで、ピストン２８に対してコンロッド３６が回転する。この回転の方向は、平面部６２の法線軸周りの回転であり、回転規制部材５６によって許容される方向であるので、ピストン２８はコンロッド３６に対して、抵抗を受けることなく回転することができる。

なお、ボールジョイント構造５０が、これ以外の方向に回転する場合は、回転規制部材５６の回転規制部６０とコンロッド３６の平面部６２が接触するので、回転の大きさに応じた反力が作用することで、回転が規制される。

この結果、偏心軸２２の偏心運動はコンロッド３６を介してピストン２８の往復運動に変換され、ピストン２８をシリンダ３０内で往復運動させることで密閉容器２内の冷媒ガスを圧縮室３４内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

ピストン２８の外周面のシール部６６は、圧縮室３４内で圧縮された高圧の冷媒ガスが漏れ出ることが無いように、シリンダ３０に対する隙間が小さく設定されている。

また、ピストン２８には、コンロッド３６を介してピストン２８の往復方向に対して斜めの方向の荷重が作用する。コンロッド３６からの荷重は、ボールジョイント構造５０を介してピストン２８に伝わり、ピストン２８をシリンダ３０の側面に押し付けるが、シール部６６が内球面５２の中心より後方まで延長されているので、面圧が高くなりすぎることによる摩擦の増大や、片当りによる摩擦の発生を低減することができ、荷重を安定して支持することができる。

また、シャフト１８の下端は、潤滑油４に浸漬しており、シャフト１８が回転することにより、潤滑油４は給油機構４６により圧縮要素１２の各部に供給され、摺動部の潤滑を行う。

片持ち軸受の構成ではシャフト１８は、コンロッド３６から伝わった圧縮荷重により主軸２０と軸受２６の隙間の範囲でわずかに傾斜する。この結果、シャフト１８が傾くことにより、コンロッド３６も傾斜することになる。ボールジョイント構造５０の回転規制部材５６により、この方向の回転は規制されているものの、シャフト１８の傾き程度の小さな角度であれば、ボールジョイント構造５０により傾きを吸収できる。従って、ピストン２８のシール部６６とシリンダ３０の摺動部などでコジリが発生して、摩擦による損失が増大したり、摩耗が発生することを抑制できる。

次に、特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機を説明する。

図１２は、特許文献２に記載された従来の密閉型圧縮機のシリンダブロックの斜視図で
ある。

図１２において、シリンダブロック２４は、シリンダ３０と軸受２６とを備えており、シリンダ３０の下死点側の、シリンダ３０の１／２の高さを含む水平位置に第１の切欠き部７６ａを設け、さらに、第１の切欠き部７６ａと対向する位置に設けた第２の切欠き部７６ｂが設けられている。

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、作用を説明する。

密閉型圧縮機の組み立ての際には、偏心軸２２にコンロッド３６を挿入した後、コンロッド３６を回転させて、切欠き部７６ａもしくは切欠き部７６ｂより、球体部５４をシリンダ３０内へ位置させることができる。

また、シリンダ３０の対称な位置に切欠き部７６ａ、７６ｂを設けることで、油膜のアンバランスによる片あたりを防止できる。

特開２０１２−１１７４６７号公報 特開２０１３−０９６３４９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、冷媒ガスの漏れを防止するため、ピストン２８のシール部６６とシリンダ３０の隙間が小さい上に、シール部６６は、内球面５２の中心より後方まで延長されている。このため、圧縮動作に伴う、ピストン２８をシリンダ３０の側面に押し付ける荷重に対して、面圧を低く維持し、安定して支持できる。しかしながら、シール部６６の面積が広いため、ピストン２８の往復運動に伴い、大きな粘性摩擦が生じ、入力が増加し、圧縮機の効率が低下するという課題を有していた。

また、切欠き部７６ａ，７６ｂをシリンダ３０の１／２の高さを含む水平位置に設けることで、ピストン２８をシリンダ３０の側面に押し付ける荷重により、ピストン２８が切欠き部７６ａ、７６ｂのエッジ部と擦れ、摩耗が発生するという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ピストンとシリンダの間の摺動損失を低減し、効率を向上させた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、圧縮室を有するシリンダを含むシリンダブロックと、前記圧縮室で往復運動するピストンと、前記ピストンおよび前記偏心軸を、ボールジョイント構造を用いて連結するコンロッドと、を備え、前記ボールジョイント構造は、前記ピストンに設けた内球面と、前記コンロッドに設けた球体部とを遊嵌するとともに、前記コンロッドに対する前記ピストンの前記ピストン中心軸周りの回転を制限する回転規制部材とを有し、前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する摺動部を有しており、前記摺動部は、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の投影面積が大きくなるように形成されるものである。

これにより、ピストン側面方向の荷重を安定的に支持しながら、ピストンとシリンダ間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減できるという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、ピストンとシリンダ間の摺動損失を低減することで、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態におけるピストンおよびコンロッドの断面図 図２のＢ−Ｂ断面図 同実施の形態におけるピストン外観図 同実施の形態における組み立て方法を示す模式図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態におけるピストン外観図 本発明の実施の形態３における冷蔵庫の概略断面図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来のピストンおよびコンロッドの断面図 図１０のＡ−Ａ断面図 従来のシリンダブロックの斜視図

第１の発明の密閉型圧縮機は、固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、を備え、前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、圧縮室を有するシリンダを含むシリンダブロックと、前記圧縮室で往復運動するピストンと、前記ピストンおよび前記偏心軸を、ボールジョイント構造を用いて連結するコンロッドと、を備え、前記ボールジョイント構造は、前記ピストンに設けた内球面と、前記コンロッドに設けた球体部とを遊嵌するとともに、前記コンロッドに対する前記ピストンの前記ピストン中心軸周りの回転を制限する回転規制部材とを有し、前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する摺動部を有しており、前記摺動部は、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の投影面積が大きくなるように形成されるものである。

これにより、ピストン側面方向の荷重を安定的に支持しながら、ピストンとシリンダ間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減でき、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の密閉型圧縮機において、前記ピストンの前記摺動部は、前記シリンダの内周面に摺接する円筒形状のシール部と、前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、かつ、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の前記摺動部の投影面積が大きくなるように、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる２つの延長部とを備えるものである。

これにより、ピストンの摺動部の面積を大幅に低減し、摺動損失が低減できるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の密閉型圧縮機において、前記ピストンの前記摺動部
は、前記シリンダの内周面に摺接する円筒形状のシール部と、前記シール部に等しい半径の円弧面を有し、前記シール部から軸方向の下死点側に延び、かつ、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の前記摺動部の投影面積が大きくなるように、周方向に間隔を開けて複数の凹陥部を設けたスカート部とを備えるものである。

これにより、ピストンの摺動部の面積を低減し、摺動損失が低減できるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。さらに、ピストンの摺動部の形状が全長にわたってほぼ円筒形状であるため、ピストンの研磨加工が安定し、外径形状の精度が向上できるので、圧縮室からの漏れを低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第４の発明は、特に、第１から３のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、前記ピストンの前記摺動部に、環状溝を有するものである。

これにより、摺動部の全周にわたって潤滑油を供給できるので、潤滑油のシール作用により、圧縮室からの冷媒ガスの漏れを低減できるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

第５の発明は、特に、第１から４のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、前記シリンダの下死点側に鉛直方向の少なくとも一方に切欠き部を設けたものである。

これにより、切欠き部から滴下した潤滑油が摺動部に供給されるので、潤滑油のシール作用により、圧縮室からの冷媒ガスの漏れを低減できるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。また、ピストンから荷重が作用しない位置に切欠き部を設けることで、摩擦や摩耗の発生を防止し、密閉型圧縮機の効率と信頼性を向上することができる。

第６の発明は、第１から５のいずれかの発明の密閉型圧縮機において、前記ピストンの上死点側の端面に突起を設けたものである。

これにより、吐出ポートに対応する位置に設けた突起により、冷媒ガスの吐出時の流れを整え、効率を向上するとともに、死容積を削減し、体積効率を向上することで、冷凍能力を向上することができる。

第７の発明は、冷蔵庫に第１から６のいずれかの発明の密閉型圧縮機を用いたものである。

これにより、密閉型圧縮機の効率が高いので、冷蔵庫の消費電力を低減することができるとともに、密閉型圧縮機の信頼性が向上するので、冷蔵庫の信頼性を向上することができる。

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。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は、ピストンとコンロッドの断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。図４は、ピストンの外観図である。図５は、ピストンおよびコンロッドの組み立て方法を示す模式図である。

図１から３において、密閉容器１０２の内底部に潤滑油１０４を貯留するとともに、圧縮機本体１０６がサスペンションスプリング１０８により密閉容器１０２内で内部懸架さ
れている。また、密閉容器１０２には、温暖化係数の低い冷媒ガスであるＲ６００ａ（イソブタン）が充填されている。

圧縮機本体１０６は、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１１２と、からなり、密閉容器１０２には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１１３が取り付けられている。

まず、電動要素１１０について説明する。

電動要素１１０は、鋼板を積層した鉄心の複数の磁極歯に絶縁材を介して巻線（図示せず）を直接巻回した固定子１１４と、固定子１１４の内径側に配置された永久磁石（図示せず）を内蔵した回転子１１６と、を備えた突極集中巻方式のＤＣブラシレスモータである。

固定子１１４の巻線は、電源端子１１３を経由して密閉型圧縮機外のインバータ回路（図示せず）と導線により接続され、複数の回転数で電動要素１１０は駆動される。

次に、圧縮要素１１２について説明する。

圧縮要素１１２は、電動要素１１０の上方に配設されている。

圧縮要素１１２を構成するシャフト１１８は、主軸１２０と、主軸１２０上端のフランジ部１４２から上方に延出し、主軸１２０と平行な偏心軸１２２と、を備えている。また、主軸１２０には回転子１１６が焼嵌めで固定されている。

シリンダブロック１２４は、円筒形の内面を有する軸受１２６を備えている。軸受１２６に主軸１２０が回転自在な状態で挿入されることでシャフト１１８が支持されている。そして、圧縮要素１１２は、偏心軸１２２に作用した荷重を偏心軸１２２の下側に配置された主軸１２０と軸受１２６で支持する片持ち軸受の構成になっている。

また、シャフト１１８は、主軸１２０の下端が密閉容器１０２の内底部に貯留された潤滑油１０４に浸漬しており、主軸１２０の外表面の螺旋溝１４４などからなり、シャフト１１８の下端から上端に至る給油機構１４６を備えている。

シリンダブロック１２４は、円筒状の穴部であるシリンダ１３０を備えており、シリンダ１３０の下死点側上部には、切欠き部１７６を設けている。シリンダ１３０の内部には、ピストン１２８が往復自在に挿入されている。

シリンダ１３０の端面には、吸入ポート１４８および吐出ポート１４９を備えたバルブプレート１３２が取り付けられ、シリンダ１３０およびピストン１２８とともに圧縮室１３４を形成する。さらに、バルブプレート１３２を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１３８が固定されている。吸入マフラ１４０は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部に消音空間を形成し、シリンダヘッド１３８に取り付けられている。

ここで、ピストン１２８およびコンロッド１３６について説明する。

ピストン１２８の外周面の先端部分はシリンダ１３０の内周面と微小すきまを介して対向し、気密を維持するとともに、荷重を支持する摺動部１６４を形成する。

また、ピストン１２８のスカート部に形成された非摺動部１６５は、摺動部１６４より
０．３ｍｍ程度半径が小さく、シリンダ１３０との隙間が大きく、粘性摩擦が小さくなっている。

摺動部１６４は、先端の環状の部分であるシール部１６６と、シール部１６６と等しい半径の円弧面を有し、シール部１６６より軸方向の下死点側に延びる延長部１６８と、からなる。

延長部１６８が、ピストン１２８の略水平方向の両側に配置されることで、図４に示すように、ピストン１２８の半径方向の投影面積で比較すると、鉛直方向に比べ水平方向の摺動部１６４の投影面積が大きくなっている。

また、シール部１６６には環状溝１７４が設けられている。

環状溝１７４は、幅、深さとも、０．２〜０．６ｍｍ程度の細い溝を２本設けており、ピストン１２８が下死点に位置するときに、切欠き部１７６を介してシリンダ１３０の外部へ露出するような位置に配置されている。

ピストン１２８の上死点側の端面１７８の吐出ポート１４９と対応する位置に、突起１８０を設けている。

コンロッド１３６は、穴部１３７に偏心軸１２２が嵌挿されるとともに、ピストン１２８とコンロッド１３６が、ボールジョイント構造１５０によって連結されることにより、偏心軸１２２とピストン１２８とを連結している。

ボールジョイント構造１５０は、ピストン１２８に設けられる内球面１５２と、コンロッド１３６に設けられる球体部１５４と、回転規制部材１５６と、を有し、球体部１５４と内球面１５２は、わずかな隙間を介して対向している。回転規制部材１５６は、弾性力により回転規制部材１５６を保持する弾性部１５８と、ピストン１２８とコンロッド１３６との間の回転を規制する回転規制部１６０を有する。

回転規制部１６０は、弾性部１５８により、回転規制部材１５６は、ピストン１２８に対して弾性的に掛止され、回転規制部１６０は球体部１５４の両側に互いに平行となるように設けた平面部１６２の片側と当接することで、コンロッド１３６に対して、ピストン１２８がピストン１２８の中心軸に関する回転を制限している。

次に、図５を用いてコンロッド１３６とピストン１２８の組み付け方法を説明する。

まず、コンロッド１３６の穴部１３７を偏心軸１２２に嵌挿する。この際、コンロッド１３６の先端の球体部１５４は切欠き部１７６を通って、シリンダ１３０内部へ移動する。

次に、ピストン１２８を正規の方向から９０度回転した方向で、シリンダ１３０に挿入し、コンロッド１３６の球体部１５４をピストン１２８の内球面１５２内へ挿入する。その後、ピストン１２８を９０度回転させることで、球体部１５４と内球面１５２は継合される。

さらに、コンロッド１３６の平面部１６２の上下に回転規制部材１５６を挿入することで、ボールジョイント構造１５０の組み立てが完了する。この状態では、ピストン１２８は回転することが無いので、ピストン１２８がコンロッド１３６から外れることはない。

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、作用を説明する。

電源端子１１３より電動要素１１０に通電されると、固定子１１４に発生する磁界により回転子１１６はシャフト１１８とともに回転する。主軸１２０の回転に伴う偏心軸１２２の偏心回転は、コンロッド１３６により変換され、ピストン１２８をシリンダ１３０内で往復運動させる。そして、圧縮室１３４が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒ガスを圧縮室１３４内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０２内の冷媒ガスは、吸入マフラ１４０、吸入ポート１４８を介して圧縮室１３４内に間欠的に吸入され、圧縮室１３４内で圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスは吐出ポート１４９、吐出配管１４７などを経由して密閉容器１０２からの冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。

また、シャフト１１８の回転に伴う給油機構１４６の作用により、密閉容器１０２の底部に貯留された潤滑油１０４は、シャフト１１８の下端より螺旋溝１４４などを経由して上方へ搬送され、偏心軸１２２の先端より飛散する。なお、飛散した潤滑油１０４の一部は、シリンダブロック１２４に付着し、切欠き部１７６を経由してピストン１２８へ供給される。そして、ピストン１２８へ供給された潤滑油１０４は、環状溝１７４により摺動部１６４の全周にわたって供給されることで、シール作用が向上し、圧縮室１３４からの冷媒ガスの漏れを低減し、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

また、従来（例えば、特許文献２）のように、水平方向ではなく、ピストン１２８から荷重が作用しない、シリンダ１３０の下死点側鉛直方向上方に、切欠き部１７６を設けている。これにより、切欠き部１７６のエッジ部とピストン１２８の摺動部１６４が局所的に接触することによる摩擦や摩耗の発生を防止し、密閉型圧縮機の効率と信頼性を向上することができる。

また、圧縮動作の際、シャフト１１８の偏心軸１２２には、ピストン１２８からコンロッド１３６を介して圧縮荷重が作用する。そして、主軸１２０と軸受１２６との隙間内で、シャフト１１８はわずかに傾斜する。この結果、偏心軸１２２に取り付けられたコンロッド１３６も傾斜する。ボールジョイント構造１５０が回転規制部材１５６により、この方向の回転は規制されているものの、シャフト１１８の傾き程度の小さな角度であれば、ボールジョイント構造１５０により傾きを吸収できる。従って、ピストン１２８とシリンダ１３０で、こじりが発生して、摩擦による損失が増大したり、摩耗が発生することを抑制できる。従って、摺動損失による密閉型圧縮機の効率の低下や、摩耗発生による信頼性低下を防止することができる。

ピストン１２８の摺動部１６４と、シリンダ１３０の内面との間には、隙間に介在する潤滑油１０４により粘性摩擦力が作用するが、摺動部１６４は、気密を維持するためのシール部１６６と、側荷重を支持する延長部１６８と、で構成される。これにより、環状の摺動部１６４を用いる場合に比べ、摺動部１６４の面積を大幅に低減できるので、ピストン１２８とシリンダ１３０間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減でき、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

一方、コンロッド１３６よりピストン１２８に荷重が作用する側の摺動部１６４は、延長部１６８により荷重方向である側面方向の投影面積が大きいので、面圧を低く維持できるので、油膜が破断して摩擦が増大することが防止できる。また、延長部１６８を設けることで、摺動部１６４の幅が広くなるので、荷重を安定的に支持することができるので、局所的な接触による摩擦の増大を防止できる。

ここで、鉛直方向の摺動部１６４の投影面積は水平方向に比べ小さいが、この方向に作用する荷重は小さいため、粘性摩擦の低減効果により損失を低減することができる。また、ピストン１２８は延長部１６８があるため、左右方向には傾きにくいが、上下方向には傾きやすい構成になっている。このため、切欠き部１７６を設けたために、加工の際にシリンダ１３０の下死点側の円筒形状がわずかに変形した場合でも、ピストン１２８が傾きやすいことで、ピストン１２８とシリンダ１３０の間に、こじりが発生しにくく、摩擦による損失の増大を防止することができる。

また、一般的なボールジョイント構造ではピストンが回転自在となるため、バルブプレートと突起が干渉するため、ピストン端面に突起を設けることができないのが一般的であった。

しかしながら、回転規制部材１５６を備えたボールジョイント構造１５０を用いることで、ピストン１２８の回転を防止でき、吐出ポート１４９に対して突起１８０の位置が変化しないので、バルブプレート１３２と突起１８０が干渉することはない。

従って、本実施の形態のように突起１８０を設けることにより、冷媒ガスが吐出ポートから吐出されるときの流れを整え、効率を向上するとともに、上死点での圧縮室１３４の容積である死容積を削減し、体積効率を向上することで、冷凍能力を向上することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の第２の実施の形態における密閉型圧縮機の縦断面図である。図７は、同実施の形態のピストンの外観図である。

図６、図７において、ピストン２２８の外周面の先端部分は、シリンダ１３０内周面と微小すきまを介して対向し、気密を維持するとともに荷重を支持する、摺動部２６４を形成する。

摺動部２６４は、先端の環状の部分であるシール部２６６と、シール部２６６から軸方向の下死点側に延び、シール部２６６と等しい半径の円弧面を有し、複数の凹陥部２７０を設けたスカート部２７２と、からなる。

スカート部２７２の凹陥部２７０は、ピストン２２８の半径方向の投影面積で比較すると、鉛直方向に比べ水平方向の摺動部２６４の投影面積が大きくなるように、周方向に間隔を開けて設けられている。また、スカート部２７２の下死点側の端部は円周方向に連続した摺動部２６４が形成されている。

また、凹陥部２７０は、摺動部２６４より０．３ｍｍ程度半径が小さく、シリンダ２３０との隙間が大きく、粘性摩擦が小さい非摺動部になっている。

また、シール部２６６には環状溝２７４が設けられている。

環状溝２７４は、幅、深さとも、０．２〜０．６ｍｍ程度の細い溝を２本設けており、ピストン２２８が下死点に位置するときに、切欠き部１７６を介してシリンダ１３０の外部へ露出するような位置に配置されている。

ピストン２２８の上死点側の端面２７８の吐出ポート１４９と対応する位置に、突起２８０を設けている。

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、作用を説明する。

圧縮動作に伴い、ピストン２２８は、シリンダ１３０内で往復運動する。

その際に、ピストン２２８の摺動部２６４と、シリンダ１３０の内面との間には、隙間に介在する潤滑油１０４により粘性摩擦力が作用するが、摺動部２６４は、気密を維持するためのシール部１６６と、側荷重を支持するスカート部２７２と、で構成される。これにより、環状の摺動部２６４を用いる場合に比べ、摺動部２６４の面積を大幅に低減できるので、ピストン２２８とシリンダ１３０間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減でき、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

さらに、ピストン２２８は、上死点側と下死点側の両端で全周にわたって摺動部が存在する円筒に近い形状である。これにより、ピストン２２８の製造の際に、研磨加工が安定するので、外径形状の精度が向上する。従って、圧縮室から、ピストン２２８とシリンダ１３０の隙間を介して漏れる冷媒ガスを低減できるので、密閉型圧縮機の効率を向上することができる。

なお、本実施の形態では、凹陥部２７０を略半円形としたが、これ以外、例えば、楕円形や四角形としてもよい。

また、本実施の形態では、凹陥部２７０は二箇所としたが、三箇所以上としてもよい。

また、本実施の形態では、切欠き部１７６をシリンダ１３０の下死点側上方のみに設けたが、上下二箇所に設けることで、上下の凹陥部２７０それぞれで、飛散した潤滑油を捕集できるので、摺動部２６４の潤滑状態が良化し、シール性も向上するので、密閉型圧縮機の効率をさらに向上することができる。

（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３における冷蔵庫の概略断面図を示すものである。

図８において、断熱箱体３０２はＡＢＳなどの樹脂体を真空成型した内箱３０４とプリコート鋼板などの金属材料を用いた外箱３０６とで構成された空間に発泡充填する断熱体３０８を注入してなる断熱壁を備えている。断熱体３０８はたとえば硬質ウレタンフォームやフェノールフォームやスチレンフォームなどが用いられる。発泡材としてはハイドロカーボン系のシクロペンタンを用いると、温暖化防止の観点でさらによい。

断熱箱体３０２は複数の断熱区画に区分されており上部を回転扉式、下部を引出し式とする構成をとってある。上から冷蔵室３１０、並べて設けた引出し式の切替室３１２および製氷室３１４と、引出し式の野菜室３１６と引出し式の冷凍室３１８となっている。

各断熱区画にはそれぞれ断熱扉がガスケットを介して設けられている。上から冷蔵室回転扉３２０、切替室引出し扉３２２、製氷室引出し扉３２４、野菜室引出し扉３２６、冷凍室引出し扉３２８である。

また、断熱箱体３０２の外箱３０６は、天面後方を窪ませた凹み部３３０を備えている。

冷凍サイクルは、実施の形態１または実施の形態２で説明した密閉型圧縮機３３２を凹み部３３０に弾性支持して配設し、断熱箱体３０２側面などに設けた凝縮器（図示せず）と、減圧器であるキャピラリ３３４と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、野菜室
３１６と冷凍室３１８の背面で冷却ファン３３６を近傍に配置して設けた蒸発器３３８と、吸入配管３４０とを環状に接続して構成されている。

以上のように構成された冷蔵庫について、以下その動作、作用を説明する。

まず、各断熱区画の温度設定と冷却方式について説明する。冷蔵室３１０は冷蔵保存のために凍らない温度を下限に通常１〜５℃で設定されている。

切替室３１２は、ユーザーの設定により温度設定を変更可能であり、冷凍室温度帯から冷蔵、野菜室温度帯まで所定の温度設定にすることができる。また、製氷室３１４は独立の氷保存室であり、図示しない自動製氷装置を備えて、氷を自動的に作製、貯留するものである。氷を保存するために冷凍温度帯であるが、氷の保存が目的であるために冷凍温度帯よりも比較的高い−１８℃〜−１０℃の冷凍温度で設定されることも可能である。

野菜室３１６は、冷蔵室３１０と同等もしくは若干高い温度設定の２℃〜７℃とすることが多い。凍らない程度で低温にするほど葉野菜の鮮度を長期間維持することが可能である。

冷凍室３１８は、冷凍保存のために通常−２２〜−１８℃で設定されているが、冷凍保存状態の向上のために、たとえば−３０や−２５℃の低温で設定されることもある。

各室は異なる温度設定を効率的に維持するために断熱壁によって区分されているが、低コストでかつ断熱性能を向上させる方法として断熱体３０８で一体に発泡充填することが可能である。発泡スチロールのような断熱部材を用いるのに比べて約２倍の断熱性能とすることができ、仕切りの薄型化による収納容積の拡大などができる。

次に、冷凍サイクルの動作について説明する。

庫内の設定された温度に応じて温度センサ（図示せず）および制御基板からの信号により冷却運転が開始および停止される。冷却運転の指示により密閉型圧縮機３３２が所定の圧縮動作を行い、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、凝縮器（図示せず）にて放熱して凝縮液化し、キャピラリ３３４で減圧されて低温低圧の液冷媒となり蒸発器３３８に至る。

冷却ファン３３６の動作により、庫内の空気と熱交換されて蒸発器３３８内の冷媒ガスは蒸発気化され、熱交換された低温の冷気をダンパ（図示せず）などで分配することで各室の冷却が行われる。

以上のような動作を行う冷蔵庫の密閉型圧縮機３３２として、本発明の実施の形態１または実施の形態２における密閉型圧縮機を搭載することにより、回転規制部材を有するボールジョイント構造を用いてピストンとコンロッドを連結し、ピストンは、ピストンの半径方向において、鉛直方向に比べ水平方向の投影面積が大きくなるように形成することで、ピストン側面方向の荷重を安定的に支持しながら、ピストンとシリンダ間の粘性摩擦に起因する摺動損失を低減することができる。

従って、密閉型圧縮機の効率が向上するので、冷蔵庫の消費電力を低減することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は効率を向上することができるので、家庭用電気冷凍冷蔵庫に限らず、エアーコンディショナー、自動販売機やその他の冷凍装置等
に広く適用できる。

１０２ 密閉容器
１０４ 潤滑油
１１０ 電動要素
１１２ 圧縮要素
１１４ 固定子
１１６ 回転子
１１８ シャフト
１２０ 主軸
１２２ 偏心軸
１２４ シリンダブロック
１２６ 軸受
１２８、２２８ ピストン
１３０、２３０ シリンダ
１３２ バルブプレート
１３４ 圧縮室
１３６ コンロッド
１５０ ボールジョイント構造
１５２ 内球面
１５４ 球体部
１５６ 回転規制部材
１６４、２６４ 摺動部
１６６、２６６ シール部
１６８ 延長部
１７４、２７４ 環状溝
１７６ 切欠き部
１７８、２７８ 端面
１８０、２８０ 突起
２７０ 凹陥部
２７２ スカート部
３３２ 密閉型圧縮機

Claims (7)

1. 固定子と、前記固定子に対して回転する回転子と、を含む電動要素と、
   前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、
   前記電動要素および前記圧縮要素を収容し、かつ、潤滑油を貯留している密閉容器と、
   を備え、
   前記圧縮要素は、前記回転子が固定された主軸、および、前記主軸に対して偏心した偏心軸を含むシャフトと、前記主軸を回転可能に支持している軸受、および、圧縮室を有するシリンダを含むシリンダブロックと、前記圧縮室で往復運動するピストンと、前記ピストンおよび前記偏心軸を、ボールジョイント構造を用いて連結するコンロッドと、
   を備え、
   前記ボールジョイント構造は、前記ピストンに設けた内球面と、前記コンロッドに設けた球体部とを遊嵌するとともに、前記コンロッドに対する前記ピストンの前記ピストン中心軸周りの回転を制限する回転規制部材とを有し、
   前記ピストンは、前記シリンダの内周面に摺接する摺動部を有しており、前記摺動部は、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の投影面積が大きくなるように形成される密閉型圧縮機。
2. 前記ピストンの前記摺動部は、前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部と、前記シール部と等しい半径の円弧面を有し、かつ、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の前記摺動部の投影面積が大きくなるように、周方向に間隔を開けて前記シール部から軸方向の下死点側に延びる２つの延長部と、を備える請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 前記ピストンの前記摺動部は、前記シリンダの内周面に摺接する円柱形状のシール部と、前記シール部と等しい半径の円弧面を有し、前記シール部から軸方向の下死点側に延び、かつ、鉛直方向に比べ水平方向で、前記ピストンの半径方向の前記摺動部の投影面積が大きくなるように、周方向に間隔を開けて複数の凹陥部を設けたスカート部と、を備える請求項１に記載の密閉型圧縮機。
4. 前記ピストンの前記摺動部に、環状溝を有する請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. 前記シリンダの下死点側に鉛直方向の少なくとも一方に切欠き部を設けた請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. 前記ピストンの上死点側の端面に突起を設けた請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を用いた冷蔵庫。
   

Images