JP5244141B2 - 密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、往復運動するピストンを有する密閉型圧縮機及びこれを用いた冷蔵庫に関する。

従来の密閉型圧縮機として例えば特開２００４-３００９３２号公報に示されたものが知られている。
この従来技術に開示された密閉型圧縮機は底部にオイル溜めを有する密閉容器内に電動要素および圧縮要素と、前記電動要素の回転力を圧縮要素に伝える回転軸とが収納されている。この回転軸の下端にはオイル溜めのオイル中に浸漬したオイルピックアップが設けられている。前記電動要素は固定子と回転子とから構成され、前記回転子は前記回転軸に挿着されている。

また、従来の密閉型圧縮機として例えば特開２００７-１３２２６１号公報に示されたものが知られている。この従来技術に開示された密閉型圧縮機はオイルが貯留された密閉容器内に固定子および回転子からなる電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素とが収納されている。前記回転子は中空のスリーブを介して前記シャフトに固定された構造となっている。

特開２００４-３００９３２号公報 特開２００７-１３２２６１号公報

しかしながら特許文献１、特許文献２に記載された構造を適用した場合、次のような課題があった。

近年、圧縮機の運転速度の範囲は広がる傾向にある。
特に冷蔵庫に用いられる圧縮機の場合、冷蔵庫の消費電力量の低減による省エネ運転を目的に、圧縮機の運転範囲の下限を低速化する傾向にある。これは冷蔵庫の断熱技術の進歩により、圧縮機の運転速度を低速化しても庫内の温度を低温に維持することが出来るようになったためである。圧縮機の運転速度が低速化すると、摺動部における動力損失が低減するために、結果として冷蔵庫の消費電力量を低減することができる。

以上の背景の中、特許文献１に記載された構造の場合、オイル溜めのオイルは摺動部の潤滑のために、オイルピックアップおよび回転軸の回転によって生じる遠心力によって、回転子と回転軸との挿着位置よりも上方に揚げる必要がある。ところが冷蔵庫の省エネ運転のため圧縮機の運転速度が低速になっていた場合には、オイルピックアップ及び回転軸の回転によって生じる遠心力が小さくなり、十分にオイルを揚げることができず摺動部の潤滑が不十分になる恐れがあった。

一方、特許文献２に記載された構造の場合、下端が密閉容器内のオイルに浸漬したシャフトの回転によって生じる遠心力により、スリーブ上方にまでオイルを揚げなくてはならない。ところが圧縮機の運転速度が低速の場合には、オイルピックアップ及び回転軸の回転によって生じる遠心力が小さいために、十分にオイルを揚げることができず摺動部の潤滑が不十分になる恐れがあった。

本発明の目的は、低速運転時においても効果的に潤滑油を汲み上げて摺動部に給油することができる密閉型圧縮機を提供することにある。

上記目的は、底部に潤滑油が貯留した密閉容器内に収納された電動要素及び圧縮要素と、前記電動要素の回転力を前記圧縮要素に伝えるクランクシャフトと、前記密閉容器の内壁に弾性支持されたステータと、このステータの内壁から所定の間隙をもって前記クランクシャフトに固定されたロータと、前記潤滑油を吸い上げるために前記クランクシャフトに設けられた給油ピースと、この給油ピースと連通して前記クランクシャフトの外周で開口する連通穴とを備えた密閉型圧縮機において、前記給油ピースを兼ねた連結部材を前記クランクシャフトに固定し、この連結部材の外周に前記ロータを、内周に前記圧縮要素の軸受部を位置させるとともに、前記連結部材は前記ロータコア下端よりも下方で前記クランクシャフトに固定され、前記クランクシャフトの連通穴と前記軸受部の下端部は前記ロータコアの下端と油面との間若しくは油中に位置することにより達成される。

また上記目的は、前記連結部材下端は前記クランクシャフト下端よりも下に位置すると同時に、前記密閉容器内に貯留する潤滑油に浸漬することにより達成される。

また上記目的は、前記連結部材の下端は前記クランクシャフト下端よりも下に位置し、かつ前記密閉容器内に貯留する潤滑油に浸漬することにより達成される。

また上記目的は、前記連結部材と前記ロータとは圧入により締結されていることにより達成される。

また上記目的は、前記連結部材と前記ロータとは焼き嵌めにより締結されていることにより達成される。

本発明によれば、低速運転時においても効果的に潤滑油を汲み上げて摺動部に給油することができる密閉型圧縮機を提供できる。

本発明の一実施例を備えた密閉型圧縮機の縦断面図である。 本発明の密閉型圧縮機に搭載されたクランクシャフトの側面図である。 本発明のクランクシャフトにバランスウェイトと連結部とロータを組みつけた状態の断面図である。 本発明の密閉型圧縮機に搭載されたクランクシャフトの要部断面図である。 潤滑油の油面から連通穴下端までの距離と最低給油回転数の関係を示すグラフである。 密閉型圧縮機の運転速度とＣＯＰの関係を示す図である。 一般的な密閉型圧縮機の縦断面図である。 図７に示した密閉型圧縮機の要部拡大断面図である。 本発明の圧縮機が搭載される冷蔵庫の断面図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
なお、本発明の一実施例を説明する前に、本発明との比較例として一般的な密閉型圧縮機を図７と図８で説明する。

図７は一般的な密閉型圧縮機の断面図であり、図８は図７の密閉型圧縮機に搭載されるクランクシャフトの要部断面図である。
図７、図８において、密閉型圧縮機５０は圧縮要素２０と電動要素３０とを密閉容器３内の上下に配置している。この圧縮要素２０と電動要素３０はクランクシャフト７で連結され、圧縮要素２０はレシプロ方式となっている。圧縮要素２０及び電動要素３０は密閉容器３内にてコイルスプリング等で弾性的に支持されている。

電動要素３０はフレーム１bの下方に配置され、ステータ５及びロータ６を備えている。ロータ６は電磁鋼板を積層したロータコア６aからなる構造となっている。ステータ５はフレーム１bに固定され、ロータ６はクランクシャフト７に直接圧入によって固定されている。クランクシャフト７の上端部には回転中心から偏心したクランクピン７ａが設けられている。

クランクシャフト７は軸受部１ａを貫通してフレーム１bの下方から上方へ延伸されている。クランクピン７ａはフレーム１bの上方側に位置するように設けられている。クランクシャフト７の下部にはロータ６が結合しており、電動要素３０の動力によってクランクシャフト７は回転する。

圧縮要素２０はシリンダ室を形成するシリンダ１とシリンダ室内を往復動するピストン４と、このピストン４を駆動するコネクティングロッド２と、シリンダ１端面に組み立てられる吐出弁装置４０と、吐出室空間を形成するヘッドカバー１７とを備えている。シリンダ１は軸受部１ａ及びフレーム１bを一体に成形している。ピストン４はコネクティングロッド２を介してクランクピン７ａに連結され、クランクピン７ａの偏心回転によりシリンダ室内を往復運動する。電動要素３０の動力によってクランシャフト７は回転してシリンダ１内に供給された冷媒はピストン４の往復動によって圧縮される。圧縮されたガス冷媒は圧縮機外部に連通する吐出管へと送られる。

図８に示すように、クランクシャフト７の下端には給油ピース２１が設けられており、密閉容器３内に貯留する潤滑油３５に浸漬するように設置されている。

さて、この種密閉型圧縮機は回転するクランクシャフト７によって給油ピースも回転して潤滑油が給油ピース内に吸引されて上昇する。上昇した潤滑油は遠心力によって下部連通穴７ｃ（以下、連通穴７ｃという）から軸受部１ａ側に供給されることになる。

ところが低速回転運転時においては潤滑油３５に与えられる遠心力が小さいために、形成される油面の放物線形状が緩やかなものとなる。これにより密閉容器３内に貯留する潤滑油３５の油面から中繰り穴７b内における放物線状の油面の端点までの距離が小さくなる。この距離が、密閉容器３内に貯留する潤滑油３５の油面から連通穴７c下端までの距離Ｈよりも小さくなってしまうと潤滑油３５が連通穴７cに達しないために、摺動部へ潤滑油３５を給油することができなくなってしまうという不都合が生じる。

一方、この種密閉型圧縮機はロータ６下端位置がクランクシャフト７とロータ６との当接位置上端よりも低い位置にある構造をとっている。したがって、図８に示すようにクランクシャフト７とロータ６の圧入しろがあるために軸受部１aの下端とロータコア６aの下端を近づけることができない。そのため、少なくとも連通穴７cはロータコア６a下端位置よりもクランクシャフト７とロータ６の圧入しろ分上方に位置する事となってしまう。

ところで、上述したように近年の省電力化によって圧縮機の回転速度が極端に低速回転となってきているため、潤滑油の供給が乏しくなってきている。つまり、図７に示すように通常回転のクランクシャフト７であるとシャフト内の油面が遠心力によって大きく湾曲するため連通穴７ｃに到達して軸受部１ａに潤滑油を供給することができる。ところが低速回転運転であると図８のような油面の変形がなく潤滑油の供給ができなくなってしまう。

そこで本発明の発明者らは連結部材を介してロータをクランクシャフトに固定することを考えた結果、以下のような実施例を得た。

以下、本発明の実施例を図にしたがって説明する。

図１は本実施形態の密閉型圧縮機の縦断面図である。
なお、図７、図８で説明した同一符号は同一物であるので、その説明は省略する。

図１において、クランクシャフト７の下部は連結部材２４を介してロータ６が結合されている。このクランクシャフト７は電動要素３０の動力により回転する。連結部材２４の下端は底板穴２６aが設けられた底板２６がはめこまれており、密閉容器３内に貯留する潤滑油３５に浸漬するように設置される。

圧縮要素２０はシリンダ室を形成するシリンダ１とシリンダ室内を往復動するピストン４と、このピストン４を駆動するコネクティングロッド２と、シリンダ１端面に組み立てられる吐出弁装置４０と、吐出室空間を形成するヘッドカバー１７とを備えている。シリンダ１は軸受部１ａ及びフレーム１bを一体に成形している。ピストン４はコネクティングロッド２を介してクランクピン７ａに連結され、クランクピン７ａの偏心回転によりシリンダ室内を往復運動する。

シリンダ１内に供給された冷媒はピストン４の往復動によって圧縮され、圧縮されたガス冷媒は圧縮機外部に連通する吐出管へと送られる。

ロータ６は連結部材２４のロータ圧入部２４eに圧入若しくは焼き嵌めにより固定され、連結部材２４はシャフト当接部２４cにおいて圧入によりクランクシャフト７に固定される。

ロータ６の回転に伴い連結部材２４が回転すると、中空部２４b内の潤滑油３５には遠心力が加わり、潤滑油３５はクランクシャフト７の下端に設けられた中繰り穴７b内を上昇し、さらには連通穴７cへと運ばれる。この時、中空部２４bおよび中繰り穴７b内の油面は図４に示すように放物線形状となる。

次に低速運転時における給油限界について図４、図６、図７を用いて説明する。

本実施例においては、ロータ６が連結部材２４のロータ圧入部２４eに圧入固定されており、連結部材２４とクランクシャフト７は、連結部材２４のシャフト当接部２４cの円筒壁面を介して圧入により結合している。そして図４に示すように潤滑油３５の油面からシャフト当接部２４c上端までの距離は潤滑油３５の油面からロータコア６aの下端までの距離より小さくなる構造をとっている。そのためクランクシャフト７を軸支する軸受部１aの下端を、図７に示すようなロータ６をクランクシャフト７に直接圧入固定している従来構造よりも下に配置することが可能な構造となっている。軸受部１aの下端を従来構造よりも下方向に延伸させることで、連通穴７cをより潤滑油３５の油面に近い位置に設置することが可能な構造となり、本実施例ではロータコア６a下端から連通穴７cまでの距離を従来構造よりも短くすることが出来る。その結果、潤滑油３５の油面から連通穴７c下端までの距離Ｈを短くすることが可能となるため、図６に示すように最低給油回転数を下げることが可能となる。

次に図１、図２、図３を用いて密閉型圧縮機の給油構造について説明する。
図２は本発明の密閉型圧縮機に搭載されたクランクシャフトの側面図である。

図３は本発明のクランクシャフトにバランスウェイトと連結部とロータを組みつけた状態の断面図である。

図４は本発明の密閉型圧縮機に搭載されたクランクシャフトの要部断面図である。

図１、図２、図３、図４において、連結部材２４は図３に示すようにリベット２７を通じてロータ６と連結し、シャフト当接部２４cにてクランクシャフト７と圧入により連結されている。ロータ６の回転に伴い連結部材２４が回転すると図４に示すように、中空部２４b内の潤滑油３５に遠心力が加わって中空部２４b内および中繰り穴７b内の油面は放物線状となる。すると潤滑油３５はクランクシャフト７の下端に設けられた中繰り穴７b内を上昇し、さらには連通穴７cへと運ばれる。

連通穴７cへと到達した潤滑油３５は図２に示したスパイラル溝７dへと導入される。スパイラル溝７dの壁面とフレーム軸受部１a（図１に示す）の壁面とで形成される潤滑油通路においては、クランクシャフト７の回転による壁面移動に伴い、潤滑油３５が粘性の効果で壁面に引きずられスパイラル溝７d内を上昇する。この時、同時に潤滑油３５は軸受部１aを潤滑することになる。

図２に示したスパイラル溝７d内を上昇した潤滑油３５は図３に示した上部連通穴７eに達すると、再びクランクシャフト７の回転に伴う遠心力によってピン部中繰り７fへと搬送される。ピン部中繰り７fにはピン部下連通穴７gが設けられており、ピン部下連通穴７gに達した潤滑油３５は図１に示すように、コネクティングロッド連通穴２aを通じてコネクティングロッド２とピストン４との摺動部に供給されて潤滑する構造になっている。

連通穴７ｃの位置はロータコア６aの下端と油面とのほぼ中央部分に位置するように構成されている。連結部材２４とクランクシャフト７は連結部材２４のシャフト当接部２４cにて圧入により結合されている。

そして図４に示すように、潤滑油３５の油面からシャフト当接部２４c上端までの距離は潤滑油３５の油面からロータコア６aの下端までの距離よりも小さくなるような構造となっている。そのため、クランクシャフト７を軸支する軸受部１aの下端をロータコア６aの下端よりも下に配置することが可能な構造となっている。

軸受部１aの下端をロータコア６aの下端よりも下にすることで、連通穴７cをより潤滑油３５の油面に近い位置に設置することが可能な構造となっているため、本実施例ではロータコア６a下端から連通穴７cまでの距離を従来構造よりも短くすることが出来る。

次に、低速運転時における給油限界について図５を用いて説明する。
図５は潤滑油３５の油面から連通穴７c下端までの距離と最低給油回転数の関係を示すグラフである。
図５において、図４に示したように中空部２４b内およびクランクシャフト７に設けられた中繰り穴７bにおいては、潤滑油３５はクランクシャフト７の回転によって与えられる遠心力により放物線状の油面を形成される。これによって連通穴７cに到達させることができる。

そのため、低速回転運転時では図５に示すように密閉容器３内に貯留する潤滑油３５の油面から連通穴７c下端までの距離Ｈ（図８に示す）が小さいほど最低給油回転数が小さくなる傾向にある。

一方、密閉容器３内に貯留する潤滑油３５の油面からロータコア６aの下端までの距離を小さくすると高速運転時においてロータ６の下端が油面と接触し、潤滑油３５を大きく掻き混ぜる恐れがある。ロータ６の下端が潤滑油３５を掻き混ぜると、動力損失が発生するため好ましくない。そのためロータ６下端と油面は掻き混ぜ防止のために所定の距離をおく必要がある。

図６は密閉型圧縮機５０の運転速度とＣＯＰの関係を示す図である。
ここでＣＯＰとは冷凍能力を密閉型圧縮機５０への入力で除法することによって密閉型圧縮機５０の効率（成績係数）を示す値のことである。
運転速度を低速化すると、摺動部における動力損失が低減するために図６に示すようにＣＯＰが向上する。よって本実施例によれば密閉型圧縮機５０の効率を向上し、冷蔵庫６０の消費電力を低減することが可能である。

図９は本発明の密閉型圧縮機が搭載される冷蔵庫の断面図である。
図９において、冷蔵庫本体６１は冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５により構成される。なお、冷蔵室６２、上段冷凍室６３、下段冷凍室６４、野菜室６５の位置関係は図９の構成に限定されるものではない。

密閉型圧縮機５０から吐出された冷媒は冷蔵庫６０内に設けられた凝縮器（図示せず）、減圧機構（図示せず）を通過し、冷却器６６で冷蔵庫内の熱を吸収して再び圧縮機内へと戻される。この密閉型圧縮機５０、凝縮器、減圧機構及び冷却器６６からなる冷凍サイクルにはプロパンやイソブタンなどの炭化水素系の冷媒が封入されている。

本実施例によれば、図７で説明した一般的な密閉型圧縮機ではクランクシャフト７とロータ６の圧入しろを１０mmとしたのに対し、本実施例では連通穴７cの位置を図７の密閉型圧縮機よりも約１０mm下げることができた。これにより、密閉型圧縮機５０の最低運転速度を約２００min-１低速化することが可能となった。

以上のごとく、本発明は、底部に潤滑油が貯留した密閉容器内に収納された電動要素及び圧縮要素と、前記電動要素の回転力を前記圧縮要素に伝えるクランクシャフトと、前記密閉容器の内壁に弾性支持されたステータと、このステータの内壁から所定の間隙をもって前記クランクシャフトに固定されたロータと、前記潤滑油を吸い上げるために前記クランクシャフトに設けられた給油ピースと、この給油ピースと連通して前記クランクシャフトの外周で開口する連通穴とを備えた密閉型圧縮機において、前記給油ピースを兼ねた連結部材を前記クランクシャフトに固定し、この連結部材の外周に前記ロータを、内周に前記圧縮要素の軸受部を位置させるとともに、前記連結部材は前記ロータコア下端よりも下方で前記クランクシャフトに固定され、前記クランクシャフトの連通穴と前記軸受部の下端部は前記ロータコアの下端と油面との間若しくは油中に位置するようにしたものである。

また本発明は、前記連結部材下端は前記クランクシャフト下端よりも下に位置すると同時に、前記密閉容器内に貯留する潤滑油に浸漬するようにしたものである。

また本発明は、前記連結部材の下端は前記クランクシャフト下端よりも下に位置し、かつ前記密閉容器内に貯留する潤滑油に浸漬するようにしたものである。

また本発明は、前記連結部材と前記ロータとは圧入により締結されているようにしたものである。

また本発明は、前記連結部材と前記ロータとは焼き嵌めにより締結されているようにしたものである。

１…シリンダ、１ａ…軸受部、１b…フレーム、２…コネクティングロッド、２a…コネクティングロッド連通穴、３…密閉容器、４…ピストン、５…ステータ、６…ロータ、６a…ロータコア、７…クランクシャフト、７ａ…クランクピン、７b…中繰り穴、７c…連通穴、７d…スパイラル溝、７e…上部連通穴、７f…ピン部中繰り、７g…ピン部下連通穴、１７…ヘッドカバー、２０…圧縮要素、２１…給油ピース、２１a…給油ピース先端穴、２４…連結部材、２４a…フランジ部、２４b…中空部、２４c…シャフト当接部、２４e…ロータ圧入部、２５…バランスウェイト、２６…底板、２６a…底板穴、２７…リベット、３０…電動要素、３５…潤滑油、４０…吐出弁装置、５０…密閉型圧縮機、６０…冷蔵庫、６１…冷蔵庫本体、６２…冷蔵室、６３…上段冷凍室、６４…下段冷凍室、６５…野菜室、６６…冷却器。

Claims (6)

1. 底部に潤滑油が貯留した密閉容器内に収納された電動要素及び圧縮要素と、前記電動要素の回転力を前記圧縮要素に伝えるクランクシャフトと、前記密閉容器の内壁に弾性支持されたステータと、このステータの内壁から所定の間隙をもって前記クランクシャフトに固定されたロータと、前記潤滑油を吸い上げるために前記クランクシャフトに設けられた給油ピースと、この給油ピースと連通して前記クランクシャフトの外周で開口する連通穴とを備えた密閉型圧縮機において、
   前記給油ピースを兼ねた連結部材を前記クランクシャフトに固定し、この連結部材の外周に前記ロータを、内周に前記圧縮要素の軸受部を位置させるとともに、
   前記連結部材は前記ロータ下端よりも下方で前記クランクシャフトに固定され、前記クランクシャフトの連通穴と前記軸受部の下端部は前記ロータの下端と油面との間若しくは油中に位置することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記連結部材の下端は前記クランクシャフト下端よりも下に位置し、かつ前記密閉容器内に貯留する潤滑油に浸漬することを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記連結部材と前記ロータとはリベットにより締結されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記連結部材と前記ロータとは圧入により締結されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
5. 請求項１記載の密閉型圧縮機において、
   前記連結部材と前記ロータとは焼き嵌めにより締結されていることを特徴とする密閉型圧縮機。
6. 請求項１乃至６に記載の密閉型圧縮機を搭載した冷蔵庫。

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