JP4759862B2 - 密閉型電動圧縮機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍・冷蔵装置、あるいはルームエアコンに使用される密閉型電動圧縮機に関するものである。更に詳しくは、密閉容器内に貯留した潤滑油をクランクシャフトの回転による遠心力を利用して構成される密閉型電動圧縮機内の回転摺動部への給油・潤滑システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、本発明が関わる家庭用の冷凍冷蔵庫やルームエアコン等に用いられる密閉型電動圧縮機は、消費電力の低減や静音化が強く求められている。消費電力の低減や静音化を図る上で、インバーター駆動による圧縮機の低速回転化（例えば、家庭用冷蔵庫の場合、毎分１８００ｒ／ｍｉｎ程度）が進んできている。
【０００３】
一方、密閉型電動圧縮機の潤滑油のポンプシステムは、密閉容器底部に滞留した潤滑油を上方の摺動部へ持ち上げるため、シャフトの回転による遠心力を利用したものが多い。ところが、この遠心力は、シャフトの回転速度の二乗に比例するため、回転が低くなるほどオイルを汲み上げるための力が小さくなることから、上記低速回転化に対して大きな課題となってくる。
【０００４】
以下、従来の技術を説明する。
【０００５】
従来の密閉型電動圧縮機としては、特公昭６２−４４１０８号公報に示されているものがある。図１５は、従来例１の密閉型電動圧縮機の縦断面図である。図１５において、圧縮機本体ａは、密閉容器ｂ内に収納されており、フレームｃを中核に、下部に電動機ｄ、上部に圧縮機構部ｅを配置している。ｆはクランクシャフトであり、フレームｃの軸受部ｇ内に貫挿され、外径部は電動機ｄの回転子ｈに固着される一方、圧縮機構部ｅとは偏芯軸ｉを介してピストンｊのスライダーｋと係合し、周知の圧縮動作を行う。
【０００６】
クランクシャフトの内部には、その下端より比較的小径の傾斜した傾斜孔ｌが軸受部ｇの下端まで延びており、横孔ｍにより、クランクシャフトｆの外周に開口している。クランクシャフトｆの軸受部ｇ内に位置する部分には、スパイラル溝ｎが形成され、その下端は、横孔ｍと連通し、上端は、偏芯軸ｉに設けた縦孔ｏの下端がスラスト軸受摺動面ｐに開口し、かつ同時に横孔ｑに交わるように、換言すれば、クランクシャフト表面に孔の一部が直接開口する構成を呈している。
【０００７】
図１６は、図１５の要部断面図である。クランクシャフトｆの回転により、傾斜孔ｌ内の潤滑油ｗは、遠心力により周知の放物線状の自由表面をなす。クランクシャフトｆ下端の傾斜孔ｌの開口面から吸込まれた潤滑油ｘは、クランクシャフトｆの回転による遠心力により、上方へ揚がる支流ｙと、傾斜孔ｌの下端近傍でスリップし、傾斜孔ｌの開口面から傾斜孔ｌ外へ逃げ出す支流ｚに分流される。この支流ｚは、傾斜孔ｌの開口面から吸込まれる潤滑油ｘと合流し、再度傾斜孔ｌ内に流入するようなショートサーキットを呈している。
【０００８】
また、別の従来の密閉型電動圧縮機としては、ＵＳＰ５７０７２２０号公報に示されているものがある。図１７は、従来例２の密閉型電動圧縮機のオイルポンプの断面図である。図１７において、中空円筒状のクランクシャフト５１ｄ下部に嵌合させたクランクシャフトの外径よりも大きい放射ノズル５１ｂと、放射ノズル５１ｂの下部に形成された円筒状ノズル５１ａと、放射ノズル５１ａを内包するように固定されたチューブスリーブ固定子５１ｅと、放射ノズル５１ａとチューブスリーブ固定子５１ｅとで構成された空間５１ｆと、空間５１ｆまで揚がってきた潤滑油を更に上方へ揚げるために、クランクシャフト５１ｄの中空部分と連通した横孔５１ｇと、縦孔５１ｈにて構成されている。
【０００９】
更に、他の従来の密閉型電動圧縮機として、ＷＯ００／０１９４９公報に示されているものがある。図１８は、従来例３の密閉型電動圧縮機のオイルポンプの断面図である。図１８において、中空円筒状のクランクシャフト５２ａと、クランクシャフト５２ａの下端に嵌合されたスリーブ５２ｃと、スリーブ５２ｃ内面に位置し、外周表面にスパイラル溝を施された固定子５２ｄと、固定子５２ｄがクランクシャフト５２ａの回転に追従しないように固定する固定部材５２ｂと、固定部材５２ｂとステータ５２ｆを接続する接続部５２ｈから構成された機械ポンプ方式である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１の機構においては、下端から直接斜め上方に延びた傾斜孔ｌ内の潤滑油は、圧縮機下部に貯溜された潤滑油ｗの油面位置よりわずかに上方の位置において、直ちに傾斜孔ｌ内面の外周側のみに潤滑油が遠心力により、偏きされるため、潤滑油の上昇力の点では良好である。しかしながら、クランクシャフトｆ下端の傾斜孔ｌの開口面から吸込まれた矢印に示す潤滑油ｘは、遠心力により上方へ揚がる矢印に示す支流ｙと、傾斜孔ｌの開口面から傾斜孔ｌ外へ流出する矢印に示す支流ｚに分流され、この支流ｚは、傾斜孔ｌの開口面から吸込まれる潤滑油ｘと合流し、再度傾斜孔ｌ内に流入するようなショートサーキットを繰り返しており、傾斜孔ｌ内への潤滑油ｗの流入量損失の主要因となっている。更に、クランクシャフトｆの回転速度が低くなるほど遠心力は小さくなるので、傾斜孔ｌ外へ流出する支流ｚの割合が増加して、十分な潤滑油量を上方の摺動部に搬送させることができないといった欠点があった。
【００１１】
また、従来例２の機構においては、圧縮機下部の潤滑油中に浸漬している円筒状ノズル５１ａから汲み上げられた潤滑油が放射ノズル５１ｂに流入されると、放射ノズル５１ｂの半径の二乗からクランクシャフト５１ｄの半径の二乗を差し引いた分の大きな遠心力が作用するため、比較的多量の潤滑油が空間５１ｆに達する。しかしながら、空間５１ｆからクランクシャフト５１ｄの中空部に流入させるための横孔５１ｇについては、遠心力の働く方向とは逆向きに潤滑油を流入させる仕組みであることから、横孔５１ｇ内で潤滑油の乱流現象が生じ、上方へ到達する給油量は不安定になる欠点があった。しかも、構成は複雑で、部品点数が他の従来例に比べて多くなることで、コストが上がり、また、組立作業にも手間がかかるといった欠点があった。
【００１２】
更に、従来例３の機構においては、外周表面にスパイラル溝が施された固定子５２ｄと回転するスリーブ５２ｃとの間で、潤滑油の粘性作用により、潤滑油がスパイラル溝に沿って上方へ汲み上げていくといった機械的なオイルポンプ方式を採用している。低速域（１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎ）での給油油量の確保という観点では確実性が高い方法であるが、しかしながら、その構造は遠心力によるオイルポンプ方式に比べて極めて複雑で、部品点数も多くなるため、高価であり、また組立作業性も悪いという欠点があった。
【００１３】
本発明は、従来の問題点をなくすもので、省エネルギーのために、低回転時においても、必要量の潤滑油を効率良く汲み上げ、かつ如何に簡素な構成で、安価で、組立作業性が良いポンプシステムを得ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、クランクシャフトの主軸部の下部に形成され、下方から上方にかけて外側へ傾斜した傾斜通路と、主軸部の下端に形成し、前記傾斜通路の断面より小さな径の吸込み穴を中心部に設けた絞り部と、スパイラル溝の下端と前記傾斜通路を連通させる下部連通部とからなるオイルポンプを備え、さらに前記クランクシャフトの主軸部の直径に対する前記クランクシャフトの主軸部の最下端から下部連通部の中心までの距離の比率をＥとし、前記クランクシャフトの主軸部の半径に対する前記クランクシャフトの主軸部の軸芯から傾斜経路の外径までの最大長さの比率をＦとした時、前記Ｅと前記Ｆの関係を、
Ｆ≧０．１６６Ｅ ^２ −０．６８３Ｅ＋１．４４
としたものであり、絞り部で囲まれたクランク下端の潤滑油は主軸部の回転による遠心力を受け、絞り部が遠心力によって発生する下向きの力を受け止めることで上向きの力が増加し、傾斜通路内を上方へ移動する。さらに傾斜通路の傾斜がより潤滑油の揚程を有効に引き上げることで、大きなオイル搬送力を得ることができる、といった作用を有する。
【００１５】
また、前記比率Ｅと比率Ｆの関係を、
Ｆ≧０．１６６Ｅ ^２ −０．６８３Ｅ＋１．４４
としたことにより、各諸元が最適化されることで遠心力を最大限に活用したオイルポンプとなり、回転速度が低い場合でも大きなオイル搬送力を得ることができる、といった作用を有する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、少なくとも１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎの間の運転周波数を含む運転がされる密閉型圧縮機とすることで、圧縮機の入力が小さく抑えられ、安定した給油と相まって、低い消費電力が得られるといった作用を有する。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記絞り部を、前記クランクシャフトの下端に設けた拡管部に円形状のキャップを挿入係止することで構成したものであり、直材費も安く、かつキャップの位置ずれが起きること無く組立ができるという作用を有する。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路の直径と、前記絞り部の中心部に設けた吸込み穴の直径との比を１：０．２５〜０．５としたものであり、低速域での給油量を最大に維持した状態で、高速域での給油量を増減できるオイルポンプとなり、各運転周波数に対して、適切な給油量を得ることができる、といった作用を有する。
【００１９】
請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路内に平板状のディバイダーを挿入係止したたものであり、傾斜通路内でのオイルスリップを抑制するので、特に低速回転時に安定した給油を確保することができるという作用を有する。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ディバイダーを、上下対称形状とし、端部の略中央に略半月状の切欠を有し、長手方向の略中央の幅を端部に比べてわずかに大きくした圧入部を形成したものであり、ディバイダーの両端部に設けた略半月状の切欠により、ディバイダーの特に下端が傾斜通路より小さい吸込み穴を中心部に設けた絞り部の中心とずれても、前記絞り部の分割された２個の流入口の開口比が変わることがなく、かつ長手方向の中央付近の幅を大きくすることにより、ディバイダーの挿入圧力方向がなく、かつディバイダーの湾曲が極めて少なく組立性が向上するといった作用を有する。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記傾斜通路の直径を、拡管部上端から段階的に少なくとも１回以上径小化するとともに、段差を有する前記傾斜通路とし、かつ前記拡管部の上端から１段目の前記傾斜通路の深さを前記ディバイダーの高さと同じとしたものであり、傾斜通路を複数に分けて加工できることで加工精度が向上し、また拡管部内にキャップを嵌め込む際に、ディバイダーの下端面にキャップが接触して負荷が掛かっても、ディバイダーの上端面のへりが、傾斜通路の段差によって固定されており、ディバイダーの位置ずれが起きること無く組立ができるという作用を有する。
【００２２】
請求項８に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路の上端に円錐部を形成するとともに、前記下部連通部の少なくとも一部が前記円錐部と交わっているもので、クランクシャフトの下部連通部上方における肉厚を厚くすることができ、この部位にて食破れ（スパイラル溝の底部が破れて大きな穴が生じる現象。肉厚が薄い時に発生する。）の発生を防止する作用を有する。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路から前記主軸部の外周面へ連通するガス抜き連通部を、前記シリンダブロックに形成した軸受部の下端面とロータ上端面との間に形成される隙間に開口するように設けたものであり、油面位置から前記ガス抜き連通部の中心までの高さ方向の距離が大きく取れることで、前記ガス抜き連通部からの潤滑油の流出量が減り、上方へ汲み上げられる潤滑油量が相対的に増加するといった作用を有する。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による密閉型電動圧縮機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による密閉型電動圧縮機の断面図である。図２は、同実施の形態のクランクシャフトの要部拡大断面図である。また、図３は、同実施の形態の動作状況を示す図２相当の要部断面図である。
【００２６】
１は上下密閉容器２内にステータ３ａとロータ３ｂからなる電動モータ３と、圧縮機構４をシリンダブロック５にて一体化したコンプレッサユニット６を収納した密閉型電動圧縮機である。７は主軸部７ａをシリンダブロック５の軸受部８に枢止したクランクシャフトであり、上端の偏芯軸７ｂにはコンロッド１０の大端部が連結され、小端部には、ピストンピン１１によりシリンダ１２内で摺動するピストン１３が連結してある。１４は吸入孔、吸入バルブ、吐出孔、吐出バルブ（いずれも図示せず）を備えたバルブプレート、１５は内部に吸入室、吐出室（いずれも図示せず）を区分けしたシリンダヘッドで、１６は吸入マフラーである。３０は、密閉容器２下部に貯溜された潤滑油である。
【００２７】
２９は潤滑油の吸込み孔であり、１７はクランクシャフト７の下端に形成し、比較的小径の吸込み穴２９を中心部に設けた絞り部である。１９は絞り部１７より斜めに、かつ上方に延びた傾斜通路であり、その内径内に絞り部１７の中心を含むように構成されている。さらに、その傾斜通路１９の上端は、軸受部８下方に達するように、かつクランクシャフト７の外周面に接近するように配列してある。２０はスパイラル溝であり、下部連通部２１にて傾斜通路１９と連通する。スパイラル溝２０の上端は、偏芯軸７ｂ内の偏芯通路２３に上部連通部２４にて連通してある。
【００２８】
Ｙはクランクシャフト７の主軸部７ａの直径であり、Ｈはクランクシャフト７の主軸部７ａの最下端から下部連通部２１の中心までの高さである。クランクシャフト７の主軸部７ａの直径Ｙに対するクランクシャフト７の主軸部７ａの最下端から下部連通部２１の中心までの高さＨの比率をＥ（Ｅ＝Ｈ／Ｙ）とする。更に、Ｐはクランクシャフト７の主軸部７ａの半径であり、Ｒはクランクシャフト７の主軸部軸芯から傾斜経路１９の外径までの最大長さである。クランクシャフト７の主軸部７ａの半径Ｐに対するクランクシャフト７の主軸部軸芯から傾斜経路１９の外径までの最大長さＲの比率をＦ（Ｆ＝Ｒ／Ｐ）とする。
【００２９】
以上のような構成において、次に動作を説明する。クランクシャフト７の回転により、傾斜通路１９内の潤滑油３０は、遠心力により周知の放物線状の自由表面をなす。吸込み穴２９より流入する矢印に示す潤滑油Ａは、遠心力により上方へ揚がる矢印に示す支流Ｂと、傾斜通路１９の壁面にてスリップする矢印に示す支流Ｃに分流される。この支流Ｃは、絞り部１７の壁面にて反射し、支流Ｂに合流するといったショートサーキットを繰り返すが、従来例のような、一旦傾斜経路１９内に流入した潤滑油３０が傾斜通路１９外へ流出することは回避されるので、傾斜通路１９内への潤滑油３０の流入量損失を顕著に抑制できる。即ち、遠心力によって発生する下向きの力を絞り部１７が受け止めることで、従来に比べて上向きの力が増加して、潤滑油３０は傾斜通路１９内を上方へ移動する。
【００３０】
次に、図４は、本発明者らが行った同一の直径をもつクランクシャフトを用いて、給油量と比率Ｅの相関を計測して得たデータである。比率Ｆをパラメータとして、運転周波数は１２００ｒ／ｍｉｎ一定の結果を表示してある。尚、使用した潤滑油はエステル油であり、粘度は１０〜１５ｍｍ^２／ｓのものを用いた。図４から明らかなように、いずれの比率Ｆにおいても、比率Ｅが増加するに伴って給油量は減少する傾向が確認される。潤滑油３０を上方へ揚げるためには、潤滑油３０に作用する遠心力による上向きの力が、重力やスリップによる下向きの力に打ち勝つことが必須条件であり、前記比率Ｅが小さいほどオイル搬送力が強い。更に、図４から、比率Ｆが大きくなるに伴って給油量が多くなる傾向も確認される。これは、比率Ｆが大きいほど、傾斜通路１９内の潤滑油３０に作用する遠心力が大きくなるためであり、当然、比率Ｆが１に近くなるほどオイル搬送力は強い。
【００３１】
図４において、４０ａは給油限界線Ａであり、本発明者らのこれまでの知見から、クランクシャフト７の上方への給油量が４０ｍＬ／ｍｉｎ未満になると、摺動部位への潤滑油３０の供給が不十分となり、摩耗が発生する可能性がある。
【００３２】
図５は、図４の結果を基にして、運転周波数１２００ｒ／ｍｉｎにおいて、４０ｍＬ／ｍｉｎの給油量が確保できる比率Ｅと比率Ｆの関係を示したものである。
【００３３】
４０ｂは運転周波数１２００ｒ／ｍｉｎにおいて給油量を４０ｍＬ／ｍｉｎ確保できる給油境界線Ｂであり、式（２）で表される。４０ｃは給油境界線Ｂよりも上位にあって、給油量を４０ｍＬ／ｍｉｎ以上確保できる給油十分領域Ｃであり、式（１）で表される。一方、４０ｄは給油境界線Ｂよりも下位にあって、給油量が４０ｍＬ／ｍｉｎ未満となる給油不十分領域Ｄであり、式（３）で表される。
【００３４】
Ｆ≧０．１６６Ｅ^２−０．６８３Ｅ＋１．４４ …（１）
Ｆ＝０．１６６Ｅ^２−０．６８３Ｅ＋１．４４ …（２）
Ｆ＜０．１６６Ｅ^２−０．６８３Ｅ＋１．４４ …（３）
以上、図５の結果から、給油量として４０ｍＬ／ｍｉｎを確保するためには、比率Ｅと比率Ｆが、前記式（１）を満たした設計にすれば良いことがわかる。
【００３５】
また、図６は、本発明者が行った同一の直径をもつクランクシャフト７を利用して、従来例１と本発明の実施の形態１におけるクランクシャフト７の回転数と給油量の相関を計測して得たデータである。ここで、実施の形態１のクランクシャフト７の諸元は、比率Ｅの範囲を２〜３とし、比率Ｆの範囲を０．７７〜０．９とした上で、比率Ｅと比率Ｆの関係が、前記式（１）を満たしているものである。図１５に示す従来例１に比べて、本発明の実施の形態１が優れており、低速域（１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎ）でも、摺動部の潤滑に十分必要な給油量を確保することができる。しかも低速運転が可能となることにより、安定した給油と相まって、圧縮機の入力が小さく抑えられ、低い消費電力を得ることができる。
【００３６】
尚、本実施の形態１においては、比率Ｅの範囲を２〜３としているが、比率Ｅが２未満の場合、クランクシャフト７下部に装着されるロータ３ｂの嵌合長さ（現状１０〜２０ｍｍ程度）に対する余裕度が殆ど無く、現実的な設計とは言えない。一方、比率Ｅが３よりも大きくなると、揚程が高くなり、低速域（１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎ）での給油量が十分に確保できなくなる。
【００３７】
また、本実施の形態１においては、比率Ｆの範囲を０．７７〜０．９としているが、比率Ｆの範囲が０．７７未満の場合、オイル搬送力に必要な遠心力が得られず、低速域（１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎ）での給油量が十分に確保できなくなる。一方、０．９より大きい場合、クランクシャフト７の外周表面と傾斜通路１９の間の肉厚が１ｍｍ未満となり、圧縮荷重が負荷された場合、肉厚が薄い部分にて欠けや割れが発生する可能性がある。
【００３８】
故に、低速域においても圧縮運転可能なクランクシャフト７の給油システムを設計するためには、比率Ｅの範囲を２〜３とし、比率Ｆの範囲を０．７７〜０．９とした上で、比率Ｅと比率Ｆの関係の前記式（１）を適用することが望ましい。
【００３９】
また、通常、ピストン１３、シリンダ１２にて構成される圧縮機構４の温度は、クランクシャフト７の偏芯軸７ｂ上端より飛散する潤滑油３０の温度に比べて高い。このことから、本発明の実施の形態１によれば、圧縮機構４に降りかかる潤滑油３０の増加により、圧縮機構４の冷却作用が十分に発揮されるので、摺動表面の摩耗を抑制して信頼性が高くなると共に、圧縮機構４に吸入されるガスの温度上昇も抑制されるので、密閉型電動圧縮機の効率向上も図れる。
【００４０】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２によるクランクシャフトの要部拡大断面図である。図８は、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線における同実施の形態のクランクシャフトの断面図である。
【００４１】
１８はクランクシャフト７の下端に形成した拡管部であり、１９は拡管部１８の上端より斜めに、かつ上方に延びた傾斜通路であり、その内径内に拡管部１８の中心を含むように、かつその外周面の下端の一部が拡管部１８に内接するが如く近接して位置している。また、拡管部１８の内周部の直径を、傾斜通路１９の直径よりも大きめに形成しているため、段差３２が構成されている。３１は潤滑油３０を吸込むための吸込み穴２９を中央部に設け、普通鋼材等の打抜きにより形成された平板円板形状からなるキャップであり、拡管部１８の内周面に挿入係止されている。１７は拡管部１８、吸込み穴２９を設けたキャップ３１を総称した絞り部である。
【００４２】
Ｕは傾斜通路１９の直径であり、Ｘは絞り部１７の中心部に設けた吸込み穴２９の直径である。傾斜通路１９の直径Ｕに対する絞り部１７の中心部に設けた吸込み穴２９の直径Ｘの比率をＧ（Ｇ＝Ｘ／Ｕ）とする。
【００４３】
本発明の実施の形態２では、キャップ３１の材質をＳＳやＳＫ材に代表される普通鋼材とし、鋼材の打抜きによりキャップ３１を円形状に形成して、拡管部１８の内周に圧入にて嵌め込んでいるために安価で作業性が良い。また、拡管部１８の直径と傾斜通路１９の直径との違いによる段差により、キャップ３１を圧入する際に、キャップ３１の位置ずれが起きること無く、安定して組立することが可能である。
【００４４】
尚、キャップ３１の材質については、普通鋼材以外に、安価な非鉄金属やプラスチック材等を使用しても同様の効果が得られる。
【００４５】
次に、図９は本発明者らが行った同一の直径をもつクランクシャフトを利用して、給油量と比率Ｇの相関を計測して得たデータである。比率Ｅを２．６、比率Ｆを０．８２とし、運転周波数として、１２００ｒ／ｍｉｎと４３２０ｒ／ｍｉｎの２条件を代表値とした結果を表示してある。尚、使用した潤滑油はエステル油であり、粘度は１０〜１５ｍｍ^２／ｓのものを用いた。４０ｅは比率Ｇが０．２５となる線であり、４０ｆは比率Ｇが０．５となる線である。この図から、いずれの運転周波数においても、比率Ｇが０．２５である線４０ｅと０．５である線４０ｆの範囲内に給油量が最大となるポイントがあることが確認される。また、運転周波数が１２００ｒ／ｍｉｎの場合、比率Ｇが０．２５〜０．５の範囲内では、給油量の差は殆ど無いのに対し、運転周波数が４３２０ｒ／ｍｉｎの場合では、比率Ｇが０．４３付近にて明らかな最大ピークを呈することが確認される。
【００４６】
絞り部１７の中央部に形成された吸込み孔２９の直径が大きくなるに伴い、低速、高速いずれにおいても給油量が減少する要因は、遠心力によって発生する下向きの力を受け止める能力が低下して、傾斜通路１９内への潤滑油３０の流入量損失が増加しているためと考える。
【００４７】
一方、運転周波数が４３２０ｒ／ｍｉｎの場合、比率Ｇが０．４３よりも小さくなるに伴って給油量が顕著に低下する要因は、高速回転により遠心力が強く作用するので潤滑油３０を上方へ揚げるオイル搬送力が高く、吸込み孔２９から吸込まれる潤滑油３０の量が、上方へ揚げられる潤滑油３０の量に追従できていないことによるものと考える。本発明者らの実験によると、このような比率Ｇが小さくなるに伴って給油量が顕著に減少する傾向は、運転周波数が３０００ｒ／ｍｉｎ以上で確認された。逆に低速域では、吸込み孔２９から吸込まれる潤滑油３０の量は比較的少ないので、上方へ揚げられる潤滑油３０の量に追従できる範囲が広く、比率Ｇの範囲が広くなったと考えられる。このような低速域での給油量がフラットとなる比率Ｇの範囲を有する現象は１８００ｒ／ｍｉｎ以下で確認された。
【００４８】
以上のことから、本発明の実施の形態２によれば、傾斜通路１９の直径と絞り部１７の中心部に設けた吸込み穴２９の直径との比を１：０．２５〜０．５としたものであり、低速域での給油量を最大に維持した状態で、高速域での給油量を増減できるオイルポンプが可能となる。特に、高速域において、クランクシャフト７の上方にある、偏芯軸７ｂの上端面から吐出される潤滑油３０の量が顕著に多くなると、密閉容器２の板厚や材質形状、あるいはシリンダブロック５の形状等によっては、潤滑油３０のはねかけによる騒音が問題になる可能性がある。しかしながら、本実施の形態２によれば、適切な比率Ｇを０．２５〜０．５の範囲内から選定することにより、各運転周波数に対して適切な給油量を設定して、特に高速域での潤滑油３０のはねかけによる騒音問題を防止することが可能である。
【００４９】
（実施の形態３）
図１０は、本発明の実施の形態３によるクランクシャフトの要部拡大断面図である。図１１は、同実施の形態のディバイダーの斜視図であり、図１２は、図１０のＩＶ部の拡大断面図である。
【００５０】
１８はクランクシャフト７の下端に形成した拡管部であり、１９は拡管部１８の上端より斜めに、かつ上方に延びた傾斜通路であり、その内径内に拡管部１８の中心を含むように、かつその外周面の下端の一部が拡管部１８に内接するが如く近接して位置している。２６は傾斜通路１９内に圧入固定した薄平板状からなるディバイダーで、上下端には略半月状の切欠２７を有し、上下の方向性がなくなるように上下対称に形成してある。２８は略中間位置をわずかに幅広に形成した圧入部である。また、傾斜通路１９は、その直径を拡管部１８の上端から段階的に少なくとも１回以上僅小径化して、２段以上の段差を有しており、１９ａは傾斜通路の直径としては最大となる傾斜通路１段目であり、１９ｂは傾斜通路１段目１９ａと２段目の境に該当する傾斜通路内段差である。傾斜通路１段目１９ａの高さは、ディバイダー２６の高さと同等となるように構成されている。
【００５１】
傾斜経路１９内に流入した潤滑油３０は、クランクシャフト７の回転に応じて回転しながら上方へ揚がっていくが、潤滑油３０のもつ粘性は、傾斜通路１９内での回転方向に対して逆向きの抵抗力として作用するので、傾斜通路１９内の潤滑油３０の回転速度は、実際のクランクシャフト７の回転速度よりも遅くなる傾向を示す。特に、低速域（１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎ）では、モータ発熱や摺動発熱による潤滑油３０の温度上昇量が小さく、潤滑油３０の粘度、及び粘性は、比較的高い状態で維持されるので、回転速度の差はより大きくなる。このようなクランクシャフト７と傾斜通路１９内の潤滑油３０の回転速度の差は、オイル搬送力の低下に大きな影響を及ぼす。
【００５２】
そこで、本発明の実施の形態３によれば、傾斜経路１９内に挿入係止されたディバイダー２６の攪拌による潤滑油３０の掻き揚げ作用を併用して、オイル搬送力を向上させることにより、傾斜通路１９内に流入した潤滑油３０の回転速度を、実際のクランクシャフト７の回転速度にほぼ同期させて、低速域であっても十分な給油量を上方へ揚げることが可能となる。
【００５３】
また、ディバイダー２６の両端部に設けた略半月状の切欠き２７により、ディバイダー２６の、特に下端が傾斜通路１９より小さい吸込み穴２９を中心部に設けた絞り部１７の中心とずれても、絞り部１７の分割された２個の流入口の開口比が変わることがなく、かつ長手方向の中央付近の幅を大きくすることにより、ディバイダー２６の挿入圧力方向がなく、かつディバイダー２６の湾曲が極めて少なく組立ができ、作業性を良くすることが可能となる。
【００５４】
また、傾斜通路１９の直径を拡管部１８上端から段階的に少なくとも１回以上僅小径化して、２段以上の段差を有する傾斜通路１９とし、かつ拡管部１８の上端から１段目の傾斜通路１９ａの深さをディバイダー２６の高さと同じとすることにより、拡管部１８内にキャップ３１を嵌め込む際に、ディバイダー２６の下端面にキャップ３１が接触して負荷が掛かっても、ディバイダー２６の上端面のへり２６ａが、傾斜通路の段差１９ｂによって、ディバイダーの位置ずれが発生すること無く組立が可能となる。
【００５５】
（実施の形態４）
図１３は、本発明の実施の形態４による密閉型電動圧縮機の要部拡大断面図である。
【００５６】
７はクランクシャフトであり、１９は傾斜通路である。３３は傾斜通路１９の上端に形成された円錐部であり、３３ａは円錐部３３の稜線部分である。２１は傾斜通路１９内の潤滑油を更に上方へ揚げるための下部連通部である。
【００５７】
ここで、潤滑油の揚程を有効に引き上げ、低速域での給油量を確保するために、傾斜通路１９は、クランクシャフト７の下方から上方へかけてクランクシャフト７の外周側に傾斜している。そのため、下部連通部２１を傾斜通路１９の側内壁面に貫通させる構成にした場合、傾斜通路１９の最上端部分、並びに円錐部３３は、必然的に下部連通部２１よりも上方に位置するために、その部分の肉厚が最も薄くなることになる。従って、下部連通部２１を起点に、上方へスパイラル溝（図示せず）の加工を施すと、スパイラル溝の最頂部と傾斜通路１９の最上端、並びに円錐部３３との間で食破れ（スパイラル溝の最頂部が破れて大きな穴が生じる現象。肉厚が薄い時に発生。）が発生する可能性がある。
【００５８】
しかしながら、本発明の実施の形態４によれば、下部連通部２１、あるいは下部連通部２１の一部が、傾斜通路１９の上端の円錐部３３の稜線部分３３ａに形成されるために、低速域での給油量を確保した上で、更に、クランクシャフト７の下部連通部２１の上方における肉厚が確保され、スパイラル溝の加工を施しても、この部位における食破れの発生を防止し、製造工程上のロスコストを低減させることが可能となる。
【００５９】
（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５によるクランクシャフトの要部拡大断面図である。
【００６０】
７はクランクシャフト、８はシリンダブロックの軸受部であり、３ｂはクランクシャフト７に焼嵌されたロータである。１９はクランクシャフト７内に施された傾斜通路であり、２５はシリンダブロックの軸受部８とロータ３ｂの上端面との間に形成される隙間位置に、傾斜通路１９からクランクシャフト７の外周面へ連通するガス抜き連通部である。
【００６１】
本発明の実施の形態５によれば、傾斜通路１９内に滞留するガスによるチョークが生じて潤滑油が上方へ揚がり難くなるような給油不全現象を防止するべく、傾斜通路１９内に滞留するガスをガス抜き連通部２５から、軸受部８の下端とロータ３ｂの上端面で構成される隙間を通って効果的に放出することができると共に、油面位置からガス抜き連通部の中心までの高さが十分に確保されているので、ガス抜き連通部からの潤滑油の流出量の割合が減少し、摺動部の潤滑に寄与する十分な給油量を確保することが可能となる。
【００６２】
尚、本実施の形態５によるガス抜き連通部の少なくとも一部が、クランクシャフト７の主軸部と軸受部８にて構成される摺動部に掛かっているが、ガス抜き連通部２５のクランクシャフト７外周側への出口孔２５ａに面取りを施すことにより、シリンダブロックの軸受部８とクランクシャフト７外周面にて構成されるジャーナル軸受部にて、油膜切れを防止することができる。
【００６３】
更に、傾斜通路１９内のガス抜き作用とジャーナル軸受部の油膜切れ防止の両観点から、出口孔２５ａの直径はφ３〜６ｍｍとし、その面取り角度は９０〜１２０°とすることが望ましい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明は、主軸部の下部に形成され、下方から上方にかけて外側へ傾斜した傾斜通路と、前記主軸部の下端に形成し、前記傾斜通路の断面より小さな径の吸込み穴を中心部に設けた絞り部と、スパイラル溝の下端と前記傾斜通路を連通させる下部連通部とからなるオイルポンプを備え、さらに前記クランクシャフトの主軸部の直径に対する前記クランクシャフトの主軸部の最下端から下部連通部の中心までの距離の比率をＥとし、前記クランクシャフトの主軸部の半径に対する前記クランクシャフトの主軸部の軸芯から傾斜経路の外径までの最大長さの比率をＦとした時、前記Ｅと前記Ｆの関係を、
Ｆ≧０．１６６Ｅ ^２ −０．６８３Ｅ＋１．４４
としたものであり、絞り部で囲まれたクランク下端の潤滑油は、主軸部の回転による遠心力を受け、絞り部が遠心力によって発生する下向きの力を受け止めることで、上向きの力が増加し、傾斜通路内を上方へ移動する。さらに傾斜通路の傾斜がより潤滑油の揚程を有効に引き上げることで、大きなオイル搬送力を得ることができる。
【００６５】
また、クランクシャフトの主軸部の直径に対するクランクシャフトの主軸部の最下端から下部連通部の中心までの距離の比率をＥとし、クランクシャフトの主軸部の半径に対するクランクシャフトの主軸部の軸芯から傾斜経路の外径までの最大長さの比率をＦとして、比率Ｅと比率Ｆの関係を
Ｆ≧０．１６６Ｅ ^２ −０．６８３Ｅ＋１．４４
としたものであり、各諸元が最適化されることで遠心力を最大限に活用したオイルポンプとなり、回転速度が低い場合でも大きなオイル搬送力を得ることができる。
【００６６】
更に、低速域から高速域にかけて、給油量が顕著に増加するため、摺動部の摩耗を低減し、信頼性を向上させることができる。しかも、ピストン、シリンダのクリアランスへの潤滑油の流入量も比例して増加することから、ピストン、シリンダのクリアランスにおける潤滑油によるオイルシール性が発揮され、圧縮負荷時の冷媒ガスのリーク量を減少して冷凍能力が増加し、密閉型電動圧縮機の効率向上も可能となる。更に、その構成は簡素であり、安価なインバータ駆動の密閉型電動圧縮機の提供も可能である。
【００６７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、少なくとも１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎの間の運転周波数を含む運転がされる密閉型圧縮機とすることで、圧縮機の入力が小さく抑えられ、安定した給油と相まって、低い消費電力を得ることができる。
【００６８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記絞り部を、前記クランクシャフトの下端に設けた拡管部に、円形状のキャップを挿入係止することで構成したものであり、直材費も安く、かつキャップの位置ずれが起きること無く組立ができる。
【００６９】
更に、キャップの材質については、普通鋼材や、安価な非鉄金属やプラスチック材等を使用しても同様の効果が得られる。
【００７０】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路の直径と、前記絞り部の中心部に設けた吸込み穴の直径との比を１：０．２５〜０．５としたものであり、低速域での給油量を最大に維持した状態で、高速域での給油量を増減できるオイルポンプとなり、各運転周波数に対し、適切な給油量を設定して、特に高速域での潤滑油のはねかけによる騒音問題を防止することができる。
【００７１】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路内に平板状のディバイダーを挿入係止したものであり、傾斜通路内でのオイルスリップを抑制するので、特に低速回転時に安定した給油を確保することができる。
【００７２】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記ディバイダーを、上下対称形状とし、端部の略中央に略半月状の切欠を有し、長手方向の中央の幅を端部に比べてわずかに大きくした圧入部を形成したものであり、ディバイダーの両端部に設けた略半月状の切欠により、ディバイダーの特に下端が傾斜通路より小さい吸込み穴を中心部に設けた絞り部の中心とずれても、前記絞り部の分割された２個の流入口の開口比が変わることがなく、かつ長手方向の中央付近の幅を大きくすることにより、ディバイダーの挿入圧力方向がなく、かつディバイダーの湾曲が極めて少なく、組立性を向上することができる。
【００７３】
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、前記傾斜通路の直径を拡管部上端から段階的に少なくとも１回以上径小化するとともに、段差を有する前記傾斜通路とし、かつ前記拡管部の上端から１段目の前記傾斜通路の深さをディバイダーの高さと同じとしたものであり、傾斜通路を複数に分けて加工できることで加工精度が向上し、また、拡管部内にキャップを嵌め込む際に、ディバイダーの下端面にキャップが接触して負荷が掛かっても、ディバイダーの上端面のへりが、傾斜通路の段差によって固定されており、ディバイダーの位置ずれが起きること無く組立ができる。
【００７４】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路の上端に円錐部を形成するとともに、前記下部連通部の少なくとも一部が前記円錐部と交わっているもので、低速域での給油量を確保した上で、なおかつクランクシャフトの下部連通部上方における肉厚を厚くすることができ、この部位にて食破れ（スパイラル溝の底部が破れて大きな穴が生じる現象。肉厚が薄い時に発生する。）の発生を防止することができる。
【００７５】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の発明において、前記傾斜通路から前記主軸部の外周面へ連通するガス抜き連通部を、前記シリンダブロックに形成した軸受部の下端面とロータ上端面との間に形成される隙間に開口するように設けたものであり、油面位置から前記ガス抜き連通部の中心までの高さ方向の距離が大きく取れることで前記ガス抜き連通部からの潤滑油の流出量が減り、上方へ汲み上げられる潤滑油量を相対的に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１による密閉型電動圧縮機の断面図
【図２】 同実施の形態のクランクシャフトの要部拡大断面図
【図３】 同実施の形態の動作状況を示す図２相当の要部断面図
【図４】 同実施の形態を含め、かつ比率Ｆをパラメータとした、給油量と比率Ｅの相関特性図
【図５】 図４を基にした比率Ｅと比率Ｆの相関特性図
【図６】 同実施の形態及び従来例１の回転数と給油量の相関特性図
【図７】 本発明の実施の形態２によるクランクシャフトの要部拡大断面図
【図８】 図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線における同実施の形態のクランクシャフトの断面図
【図９】 同実施の形態も含めた給油量と比率Ｇの相関特性図
【図１０】 本発明の実施の形態３によるクランクシャフトの要部拡大断面図
【図１１】 同実施の形態のディバイダーの斜視図
【図１２】 図１０のＩＶ部における同実施の形態の拡大断面図
【図１３】 本発明の実施の形態４によるクランクシャフトの要部拡大断面図
【図１４】 本発明の実施の形態５による密閉型電動圧縮機の要部拡大断面図
【図１５】 従来例１の密閉型電動圧縮機の縦断面図
【図１６】 図１５の要部断面図
【図１７】 従来例２の密閉型電動圧縮機のオイルポンプの要部拡大断面図
【図１８】 従来例３の密閉型電動圧縮機のオイルポンプの要部拡大断面図
【符号の説明】
２ 密閉容器
３ 電動モータ
３ａ ステータ
３ｂ ロータ
４ 圧縮機構部
５ シリンダブロック
７ クランクシャフト
７ａ 主軸部
７ｂ 偏芯軸
９ オイルポンプ
１２ シリンダ
１３ ピストン
１７ 絞り部
１９ 傾斜通路
２０ スパイラル溝
２１ 下部連通部
３０ 潤滑油

Claims (9)

1. 密閉容器内に潤滑油を貯溜すると共にステータとロータからなる電動モータによって駆動される圧縮要素を収容し、主軸部及び偏芯軸から構成され、スパイラル溝を介して前記偏芯軸に連通するオイルポンプを内蔵し、前記潤滑油に下端部が浸漬したクランクシャフトと、前記クランクシャフトの主軸部を軸支すると共に圧縮室を有するシリンダブロックと、前記圧縮室内で往復運動するピストンと、前記クランクシャフトの偏芯軸と前記ピストンを連結する連結手段とを前記圧縮要素の構成に含むとともに、前記オイルポンプを、前記主軸部の下部に形成され、下方から上方にかけて外側へ傾斜した傾斜通路と、前記主軸部の下端に形成し、前記傾斜通路の断面より小さな径の吸込み穴を中心部に設けた絞り部と、前記スパイラル溝の下端と前記傾斜通路を連通させる下部連通部を具備する構成とし、さらに前記クランクシャフトの主軸部の直径に対する前記クランクシャフトの主軸部の最下端から下部連通部の中心までの距離の比率をＥとし、前記クランクシャフトの主軸部の半径に対する前記クランクシャフトの主軸部の軸芯から傾斜経路の外径までの最大長さの比率をＦとした時、前記Ｅと前記Ｆの関係を、
   Ｆ≧０．１６６Ｅ ^２ −０．６８３Ｅ＋１．４４
   とした密閉型電動圧縮機。
2. 少なくとも１２００〜１８００ｒ／ｍｉｎの間の運転周波数を含む運転がされる請求項１に記載の密閉型電動圧縮機。
3. 前記絞り部を、前記クランクシャフトの下端に円板状のキャップを挿入係止することで構成した請求項１または２に記載の密閉型電動圧縮機。
4. 前記傾斜通路の直径と、前記絞り部の中心部に設けた吸込み穴の直径との比を１：０．２５〜０．５とした請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
5. 前記傾斜通路内に平板状のディバイダーを挿入係止した請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
6. 前記ディバイダーを、上下対称形状とし、端部の略中央に略半月状の切欠を有し、長手方向の略中央の幅を端部に比べてわずかに大きくした圧入部を形成した請求項５に記載の密閉型電動圧縮機。
7. 前記傾斜通路の直径を、拡管部上端から段階的に少なくとも１回以上径小化するとともに、段差を有する前記傾斜通路とし、かつ前記拡管部の上端から１段目の前記傾斜通路の深さを前記ディバイダーの高さと同じとした請求項５または６に記載の密閉型電動圧縮機。
8. 前記傾斜通路の上端に円錐部を形成するとともに、前記下部連通部の少なくとも一部が前記円錐部と交わっている請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。
9. 前記傾斜通路から前記主軸部の外周面へ連通するガス抜き連通部を、前記シリンダブロックに形成した軸受部の下端面とロータ上端面との間に形成される隙間に開口するように設けた請求項１から３のいずれか１項に記載の密閉型電動圧縮機。

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