JP6190698B2 - 密閉形圧縮機及びこれを適用した冷蔵庫 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫や空気調和装置（エアコンディショナー）等の家電用冷凍システムに搭載される密閉形圧縮機、及びこの密閉形圧縮機を適用した冷蔵庫に関する。

近年の家電用冷凍システムでは、高効率化の要求が高くなっており、それに搭載される密閉形圧縮機についても、高効率化を具現するために商用電源周波数未満の低い運転周波数帯から商用電源周波数以上の高い運転周波数帯までの広領域な周波数帯域で運転可能なタイプのものが適用されている。

ところが、係る密閉形圧縮機では、高効率化に影響する低い運転周波数帯の周波数領域において、運転上で信頼性及び効率を満足するための給油の確保が難しくなる傾向にある。こうした傾向を対策して給油確保する目的で提案された周知技術として、簡単で信頼性が高く、低コスト手段の使用を通じて、約８００ｍｉｎ^−１程度の低動作速度でも効果的にオイルフローを確実に行うことができる「密閉式圧縮機のオイルポンプ」（特許文献１参照）、或いはポンプ本体と支持又は固定ロッドとの間の間欠接触によって高回転速度での圧縮機の運転による望ましくない騒音を発生させず、ポンプ本体をポンプのロータに対して回転的にロックしてクランク軸に直角な半径方向に移動する自由によって、オイルポンプの管状スリーブの内側に同心に取り付けることができるようにした「冷凍圧縮機のオイルポンプ用の取付け装置」（特許文献２）等が挙げられる。

因みに、一般的な冷蔵庫用の密閉形圧縮機は、圧縮要素と電動要素とを有し、クランクシャフト下部に形成した粘性ポンプにより摺動部へ給油を行っており、具体的にはスリーブと固定ピースとの間に構成されるスパイラル溝等の第１の粘性ポンプにより潤滑油（オイル）を汲み上げ、それを第２の粘性ポンプを介してクランクシャフトの摺動部に送り、軸受け部を潤滑する構造となっている。その際、吸い上げられた潤滑油は、クランクシャフトの中心部にある空洞部で潤滑油中に含まれるガス冷媒が分離され、潤滑油は給油孔へ、ガス冷媒はクランクシャフトの中心部からピストン側まで貫通するガス通し孔へ移送され、所謂クランクシャフトの中心部にある空洞部が気液分離室となっている。

これに対し、上述した特許文献１の密閉式圧縮機では、クランクシャフトの下端部にスリーブを設け、このスリーブ内にブラケットに支持された溝付き部材（固定ピース）を固設し、溝付き部材の外表面とスリーブの内表面との間のオイルをスリーブの回転に伴って粘性ポンプ作用で上昇させるようにした粘性給油機構を採用している。

また、特許文献２の冷凍圧縮機では、管状スリーブの内部に固定ロッドで支持されたポンプ本体を設け、この管状スリーブの内面に設けられた螺旋溝を設け、ポンプ本体が管状スリーブの回転によって潤滑油を螺旋溝を伝って上昇させるようにした粘性給油機構を採用している。

特表２００２―５１９５８９号公報 特表２０１２−５０５３３１号公報

上述した特許文献１及び特許文献２では、何れもクランクシャフトの回転によって回転するスリーブの壁面と共に粘性を有する潤滑油も回転させることで潤滑油を固定ピースのスパイラル溝に沿って吸い上げ、吸い上げられた潤滑油がクランクシャフトの中心部から外周側壁に通じる給油孔を通って主軸受側に送られた後、クランクシャフトの外周の螺旋溝を通って主軸受部分を潤滑することになるが、こうした構造であればクランクシャフトの中心部にある空洞部に固定ピース（特許文献１ではオイル吸い上げ部材、特許文献２では管状のポンプ本体が該当する）が取り付けられているため、冷媒ガスの分離が不十分となり、冷却効果の低下を来す虞がある。

特に最近の冷凍システムを搭載した冷蔵庫では省電力化が叫ばれ、インバータ駆動回路を使って密閉形圧縮機の回転数を８００〜４３００ｍｉｎ^−１の範囲で制御しており、例えば冷蔵庫の庫内に大量の食品が収納された場合や、夏場の高温時には圧縮機を高速回転させて庫内を急速に冷却するようになっている。このときの高速回転によって庫内温度が安定したら密閉形圧縮機の回転数を８００ｍｉｎ^−１の低速回転とすることによって大幅な省電力を図ることができる。

ところが、密閉形圧縮機の回転数を通常回転数より高い回転数３６００ｍｉｎ^−１以上で運転を行うと、クランクシャフトによる潤滑油の吸い上げ量が極端に増え、本来冷媒ガスだけが通るべきガス通し孔に潤滑油が流れてガス通し孔を塞いでしまい、ガス抜きに支障を生じて新たな潤滑油の供給ができなくなる場合もあることが分かった。特に高速回転４３００ｍｉｎ^−１が行われた場合には、潤滑油の供給不足が生じて軸受け側に潤滑油が回らずに摺動部を損傷させてしまう問題が生じる。

こうした高速回転で運転された場合、上述した一般的な冷蔵庫用の家電用冷凍システムに搭載される密閉形圧縮機であれば、クランクシャフトの中心部にある空洞部（気液分離室）の容積一つをとっても、分離室容積の形態となっていると潤滑油が分離室より溢れ出し、本来冷媒ガスだけが通るべきガス通し孔に潤滑油が流れてしまうことによりガス通し孔を塞いでしまう等の問題を生じる。

また、特許文献１の構造では、粘性ポンプ上部には汲み上げた潤滑油を給油穴を通してクランクシャフト表面に送油するための分離室に相当するものが設けられているが、基本構造として気液分離室の仕様が明確でないため、以下に示すような機能上の支障を来す虞がある。具体的に云えば、クランクシャフト内部空間の高さ寸法が明確でないため、圧縮機の回転数を通常よりも上げた場合に粘性ポンプが汲み上げた潤滑油を適正に分離できるかが不明である、内部空間の上部に形成されている堰が気液分離の役目を確実に果たしているかが不明である、例えば気液分離室が潤滑油で溢れた状態となると堰が全く機能しなくなってしまう、更にこのような状態では潤滑油中に溶け込む冷媒ガスを冷却用に戻すことができないために多量に冷媒が潤滑油中に溶け込んだときには冷媒不足を生じてしまうといった問題や、冷媒ガスが軸受け側に流入してしまい、潤滑油が途切れ、摺動部に損傷を与えてしまうという問題が生じる。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、固定ピースを備えていても潤滑油からの冷媒ガスの高効率な分離を可能とし、圧縮機能を高めて冷凍システムでの冷却性能の向上に寄与し得る密閉形圧縮機及びそれを適用した冷蔵庫を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明は、潤滑油を貯留する密閉容器内の主軸受によって回転支持され、外周に回転子を取り付けたクランクシャフトと、密閉容器内とクランクシャフトの円筒中空部とが連通するように当該クランクシャフトに設けられたガス通し孔と、主軸受の内径部と円筒中空部とが連通するためにクランクシャフトに設けられた連通孔と、クランクシャフトの円筒中空部の下部に圧入された中空のスリーブと、スリーブ内にクリアランスを有して取り付けられると共に、表面が螺旋状の凹凸形状の固定ピースと、を備え、クランクシャフトの回転に伴うスリーブと固定ピースとによる粘性ポンプ作用によって潤滑油を汲み上げて円筒中空部内の油分離空間となる気液分離室で液体とミスト状態を含む気体とに分離し、当該液体を連通孔を通して摺動部に供給すると共に、当該気体をガス通し孔を通して圧縮要素へ供給する密閉形圧縮機であって、圧縮機回転数は、インバータ駆動回路により７００〜４８００ｍｉｎ ^−１ の範囲で制御されており、スリーブの上縁部と連通孔の下端部との間に固定ピースの上端部が位置され、気液分離室は、圧縮機回転数が７００〜４８００ｍｉｎ ^−１ の範囲の場合の粘性ポンプ作用による潤滑油の汲み上げに伴って室内に溜められる当該潤滑油がガス通し孔側に溢れ出ない容積を持つ大きさに設定されていることを特徴とする。

本発明の密閉形圧縮機によれば、上記構成により、気液分離室の容積が十分に確保され、圧縮機回転数が高くても気液分離室の堰で液体潤滑油から分離された液体がガス通し孔側に流れるのを適確に抑制するため、潤滑油に対する液体とミスト状態を含む気体との分離が効率良く行われ、汲み上げた潤滑油が軸受け側に回らずに摺動部を損傷させてしまうことがなく、圧縮動作が円滑に行われる。

本発明の実施例１に係る密閉形圧縮機の基本構造を縦方向で一部断面にして内部を露呈させて示した図である。 図１の要部を拡大して一部破断させて示した図である。 図２中に含まれる粘性ポンプの細部構成を拡大して示した斜視図である。 図３に示す粘性ポンプとその支持部材との電動要素及び圧縮要素に対する組み付け構造を説明するために電動要素を逆さ状態にして示した斜視図である。 図４に示す組み付け構造における粘性ポンプの支持部材とインシュレータとの配置関係を支えばねを取り外して電気コネクタを接続した状態で別方向から示した斜視図である。 図２中の粘性ポンプとスリーブとのクランクシャフト内への取り付け時のスリーブ下端に対する粘性ポンプの下端の突出位置の関係を説明するために要部を一部断面にして示した図である。

以下に、本発明の密閉形圧縮機について、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る密閉形圧縮機の基本構造を縦方向で一部断面にして内部を露呈させて示した図である。図２は、図１の要部を拡大して一部破断させて示した図である。この密閉形圧縮機は、密閉容器１内には潤滑油（オイル）２を貯留すると共に、冷媒３が充填されている他、シリンダ５を形成するフレーム７、シリンダ５内を往復自在に嵌入されたピストン６、フレーム７の主軸受８に軸支される主軸部９及び偏芯部１０からなるクランクシャフト１２等から構成された圧縮要素４と、図示されないインバータ駆動回路と繋がる固定子１４及び図示されない永久磁石を内蔵し、主軸部９に固定された回転子１５から構成されてフレーム７の下方に固定されたインバータ駆動用の電動要素１３と、を備えている。

このうち、偏芯部１０はピストン６を連結するコンロッド１１を有しており、圧縮要素
４は支えばね２０により固定子１４を介して密閉容器１内に弾性的に支持され、レシプロ
式の圧縮機構を構成している。電動要素１３は、インバータ駆動回路によって少なくとも
回転数７００ｍｉｎ−１を含む複数の運転周波数で駆動される。クランクシャフト１２の
主軸部９には第１の粘性ポンプ１６ａと連通孔１７とを介して連接された第２の粘性ポン
プ１６ｂが形成され、潤滑油２が主軸受８、ピストン６、シリンダ５等の各部に給油され
る。

次に、図２を参照すれば、密閉容器１内とクランクシャフト１２の円筒中空部とが連通するようにクランクシャフト１２にはガス通し孔２９が設けられると共に、主軸受８の内径部と円筒中空部とが連通するように連通孔１７が設けられ、クランクシャフト１２の円筒中空部の下部には中空のスリーブ１９が圧入され、スリーブ１９内にはクリアランスを有して螺旋状に形成されたボス部２３とその周囲のスパイラル溝２５（第１の給油溝２６と呼ばれても良い）とにより表面が螺旋状の凹凸形状の固定ピース２１が取り付けられている。ここでは、クランクシャフト１２の回転に伴うスリーブ１９と固定ピース２１とによる第１の粘性ポンプ１６ａの粘性ポンプ作用によって潤滑油２を汲み上げてクランクシャフト１２の円筒中空部内の油分離空間となる気液分離室１８で液体とミスト状態を含む気体（冷媒３のガス）とに分離し、液体を連通孔１７を通して摺動部に供給すると共に、気体をガス通し孔２９を通して圧縮要素４へ供給する。

気液分離室１８は、圧縮機回転数が通常時よりも多い場合の第１の粘性ポンプ１６ａの粘性ポンプ作用による潤滑油２の汲み上げに伴って室内に溜められる潤滑油２から分離された液体がガス通し孔２９側に溢れ出ないように容量が増大されると共に、室内に設けた堰３３（具体的には下方の大堰３３ａ、上方の小堰３３ｂ）により液体がガス通し孔２９側へ流れるのを堰き止めて抑制する構造となっている。ガス通し孔２９は、気液分離室１８の上部に形成された堰３３を経由して分離されて流れた気体を密閉容器１内の圧縮要素４側に供給するものである。連通孔１７は、クランクシャフト１２の円筒中空部内の気液分離室１８の下部に設けられてクランクシャフト１２の外周側に設けられた第２の給油溝３０による第２の粘性ポンプ１６ｂに液体を供給するものである。給油孔２８は、第２の粘性ポンプ１６ｂで汲み上げられた液体が流れ込む通路であり、給油孔２８を通った液体は偏芯部１０の孔から圧縮要素４の上部に吹き出される。因みに、固定ピース２１に設けたスパイラル溝２５の途中位置に設けられたゴミ捕集用溝２７は、スパイラル溝２５を通して給油される潤滑油２中のゴミを捕集するためのものである。気液分離室１８におけるスリーブ１９の上縁部と連通孔１７の下端部との間に形成される干渉部１８ａは、第１の粘性ポンプ１６ａと気液分離室１８との間で圧力を下げる減圧用の役割を持つ。

以下は、第１の粘性ポンプ１６ａと第２の粘性ポンプ１６ｂとの関係を説明する。第１の粘性ポンプ１６ａは、クランクシャフト１２の下部に形成された気液分離室１８及びスリーブ１９、更にはクランクシャフト１２の軸心と同軸上に挿入される固定ピース２１、この固定ピース２１の回転方向、上下方向の遊動を拘束する支持部材２２（詳細は後述する）等により構成されている。ここでの支持部材２２は、両端が固定子１４に取り付けられたインシュレータの支持部（後述する図４中のインシュレータ３２、支持部３２ａ）に挿入され、略中央部分が固定ピース２１の端部の突起部３４に設けられた貫通孔２４を貫通してその内壁面で係止されている。

この固定ピース２１の取り付け位置は、クランクシャフト１２の円筒中空部によって形成された気液分離室１８と主軸受８とを連通するためにクランクシャフト１２の側壁に設けられた連通孔１７と重ならない位置となっている。仮に重なる位置とすれば、連通孔１７は固定ピース２１のスパイラル溝２５を形成するためのボス部２３で閉塞されること、即ちクランクシャフト１２が回転する都度、連通孔１７が固定ピース２１のボス部２３によって閉塞されることになる。

スリーブ１９は略円筒形で上下面が開口したキャップ状の形状を成し、比較的高い精度が出易い金属材料から成っている。これに対し、固定ピース２１は耐冷媒、耐潤滑油性を有する熱伝導性の低いプラスチック材料、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＥＥＫ等から形成される場合を例示できる。固定ピース２１の外周に設けられたスパイラル溝２５は、スリーブ１９との間で潤滑油２が流通する第１の粘性ポンプ１６ａを形成するものである。尚、主軸受８はフレーム７に固設されるか、或いはフレーム７と一体に形成されて固定されるものである。主軸部９の外表面に形成された断面形状が台形の第２の給油溝３０は、第２の粘性ポンプ１６ｂを形成するものである。

以下に、係る構成の密閉形圧縮機の給油動作を説明する。電動要素１３に通電されると回転子１５が回転し、これに伴ってクランクシャフト１２が回転して圧縮要素４は所定の圧縮動作を行う。クランクシャフト１２の回転によってスリーブ１９も回転することで潤滑油２が攪拌されて第１の粘性ポンプ１６ａで汲み上げられる。汲み上げられた潤滑油２は、クランクシャフト１２の連通孔１７を切り替え点として、第２の粘性ポンプ１６ｂとなる第２の給油溝３０を流れて主軸受８や給油孔２８を通って偏芯部１０の孔から圧縮要素４の上部等を潤滑することになる。このとき、固定ピース２１に設けたスパイラル溝２５の途中に位置されるゴミ捕集用溝２７によって、スパイラル溝２５を通して給油される潤滑油２中のゴミが捕集される。

第１の粘性ポンプ１６ａの構成について、クランクシャフト１２の円筒中空部には気液分離室１８が形成されており、この気液分離室１８の下方にはスリーブ１９がクランクシャフト１２への圧入により取り付けられているが、その圧入代は通常５ｍｍ程度である。ここで、スパイラル溝２５中を上昇する潤滑油２は、回転の途中でゴミ捕集用溝２７に出会うことになるが、通常潤滑油２中に入ったゴミの重量は潤滑油２と比較べて重いため、ゴミには遠心力が強く働いてスリーブ１９に内接しながら上昇し、上昇の途中でゴミ捕集用溝２７に入って留め置かれる仕組みとなっている。このようにして、潤滑油２は浄化されることになる。

クランクシャフト１２に設けられた連通孔１７は、固定ピース２１の外周に設けられたスパイラル溝２５で作られる第１の給油溝２６による第１の粘性ポンプ１６ａを上昇する潤滑油２をクランクシャフト１２の外表面側に設けた第２の給油溝３０による第２の粘性ポンプ１６ｂ側に移す働きを担う。また、固定ピース２１のスパイラル溝２５等により気液分離室１８に持ち込まれた潤滑油２を含むミスト状態の冷媒３のガスは、クランクシャフト１２に設けたガス通し孔２９を通してピストン６、シリンダ５等に吹き付けられ、これらの各部の潤滑及び冷却に供せられる。更に、第２の給油溝３０による第２の粘性ポンプ１６ｂを上昇した潤滑油２は、主軸受８を潤滑した後、給油孔２８を介して圧縮要素４の上部に吹き出され、ピストン６、シリンダ５等の各部の潤滑及び冷却に供される。

ところで、クランクシャフト１２の連通孔１７は、上述したように固定ピース２１のボ
ス部２３によって塞がれると、主軸受８の摺動部への潤滑油２の供給量が減少してしまっ
たり、或いは固定ピース２１のクランクシャフト１２の軸方向の寸法が長ければその分、
気液分離室１８の同方向での寸法が短くなって容積が小さくなり、冷媒３のガス分離効果
が低下してしまうという問題が生じる。

そこで、本発明では第１の粘性ポンプ１６ａに係る潤滑油２の供給量と冷媒３のガスの供給量とについて種々検討した結果、固定ピース２１とクランクシャフト１２との構造を工夫すれば、気液分離室１８の容積を大きくして気液分離機能を改善し、係る問題を解決できることを見出した。

以下は、図３〜図６を参照してその改善策を具体的に説明する。但し、図３は、図２中に含まれる第１の粘性ポンプ１６ａの細部構成を拡大して示した斜視図である。図４は、図３に示す第１の粘性ポンプ１６ａとその支持部材２２との電動要素１３及び圧縮要素４に対する組み付け構造を説明するために電動要素１３を逆さ状態にして示した斜視図である。図５は、図４に示す組み付け構造における第１の粘性ポンプ１６ａの支持部材２２とインシュレータ３２との配置関係を支えばね２０を取り外して電気コネクタ３２ｂを接続した状態で別方向から示した斜視図である。図６は、図２中の第１の粘性ポンプ１６ａとスリーブ１９とのクランクシャフト１２内への取り付け時のスリーブ下端１９ａに対する第１の粘性ポンプ１６ａ下端の突出位置（突出寸法Ｈ）の関係を説明するために要部を一部断面にして示した図である。

まず図３を参照すれば、図２でも説明したように固定ピース２１の外周には螺旋状のボス部２３の周囲にスパイラル溝２５が形成され、このスパイラル溝２５の第１の給油溝２６による第１の粘性ポンプ１６ａが構成されている。また、固定ピース２１の先端の突起部３４には支持部材２２の略中央部分が貫通されて係止される貫通孔２４が設けられている。ここでの固定ピース２１は、突起部３４、ボス部２３、スパイラル溝２５を含め、樹脂により一体成型されている。因みに、スリーブ１９はクランクシャフト１２に圧入されて固定されており、固定ピース２１は回転するスリーブ１９に対して上下方向及び回転方向で当らないよう支持部材２２等により位置出しされている。例えば、図６を参照すれば、スリーブ下端１９ａに対する第１の粘性ポンプ１６ａ（固定ピース２１）下端の突出位置（突出寸法Ｈ）は１．０ｍｍ前後が確保されており、固定ピース２１がスリーブ１９の軸方向に１．０ｍｍ前後動いたとしても、固定ピース２１がスリーブ１９やクランクシャフト１２に当たらないように設定されている。これにより、図６に示される固定ピース２１は、図２に示した固定ピース２１の位置よりやや下方に移動した状態となっている。

また、図６に示される通り、スリーブ１９の上縁部と連通孔１７の下端部との間に固定ピース２１の上端部が位置されるようにすることで、連通孔１７と固定ピース２１とが高さ方向でラップしない位置関係にしている。これは、連通孔１７と固定ピース２１とが高さ方向でラップした位置関係であると、クランクシャフト１２が回転したとき、固定ピース２１のスパイラル溝２５の外径となるボス部２３と連通孔１７の入口との間の寸法が小さくなり、潤滑油２が流れ難くなり流量が減る虞や、固定ピース２１が傾いたときにボス部２３により連通孔１７が塞がれる虞があるためである。そこで、固定ピース２１の上端部を連通孔１７の下端部よりも下方に位置させ、連通孔１７と固定ピース２１とが高さ方向でラップしない位置関係とした。

即ち、第１の粘性ポンプ１６ａでは、固定ピース２１の上端部がスリーブ１９の上縁部よりも上方に突出すると共に、連通孔１７の下端部よりも下方に位置されている。また、気液分離室１８の内径はスリーブ１９の内径のよりも大きくなっている。クランクシャフト１２及びスリーブ１９の回転に伴い、潤滑油２は第１の粘性ポンプ１６ａにおけるスリーブ１９の内周面と固定ピース２１の外表面との間を上昇する。これにより、低速回転で遠心力が低下した場合でも、潤滑油２を粘性的に引き上げることができ、低速回転時でも安定して搬送できる。

更に、スリーブ１９の上端よりも上昇した潤滑油２は、スリーブ１９の上端部と連通孔１７の下端部との間に形成される干渉部１８ａに開放される。この干渉部１８ａは、気液分離室１８の内周面の径（図６の構造の場合にはクランクシャフト１２の円筒中空部の内周面の径と等しい）と固定ピース２１のボス部２３の外表面の径との間の寸法をスリーブ１９の内周面の径と固定ピース２１のボス部の外表面の径との間の寸法よりも大きくすることで形成されるものである。尚、干渉部１８ａは、気液分離室１８の内周面の径がクランクシャフト１２の円筒中空部の内周面の径よりも大きく、スリーブ１９の内周面の径が気液分離室１８の内周面の径より小さい場合の別な構造（この場合、クランクシャフト１２の円筒中空部の内周面の径とスリーブ１９の内周面の径との関係は規定されない）であっても、同様に形成することができる。

そこで、第１の粘性ポンプ１６ａ内を上昇した潤滑油２が高圧である第１の粘性ポンプ１６ａから開放されて低圧である気液分離室１８に放出されると、圧力が急激に下がり、潤滑油２が気液分離室１８で液体と気体とに分離されずにガス通し孔２９側へ流れる虞があるが、ここでの干渉部１８ａは第１の粘性ポンプ１６ａと気液分離室１８との間で圧力を下げるように作用する。因みに、潤滑油２に加わる圧力の大きさは、第１の粘性ポンプ１６ａ＞干渉部１８ａ＞気液分離室１８の関係を持つ。これにより、高速回転で潤滑油２が勢い良く引き上げられた場合であっても、干渉部１８ａにより圧力を徐々に低下させることができ、気液分離室１８で安定して液体と気体とに分離することができる。因みに、上述した別な構造における干渉部１８ａは、潤滑油２が連通孔１７に流れる直前に位置しているため、連通孔１７への潤滑油２の流れ込みが円滑になり、しかも連通孔１７の上部に位置する気液分離室１８が段差部となるため、減圧作用も加えられてガス通し孔２９への潤滑油２が流れるのを抑制する効果がある。

その他、スリーブ下端１９ａ及び固定ピース２１下端の位置は、図１を参照すれば、衝撃や加振、或いは転倒を想定し、そうした場合にも密閉容器１の底と接触しないように設定されている。固定ピース２１を支える支持部材２２に設ける貫通孔２４の中心位置もスリーブ下端１９ａより３〜４ｍｍの位置とされている。なお、こうした寸法であれば、支持部材２２については、外径寸法が１．０〜２．０ｍｍの範囲のワイヤー材を用いることが好ましい。更に、図１に示されるスリーブ１９の潤滑油２の油面に対する浸かり量は、油面最大低下時においても油面に浸かっているように初期浸かり量を設定しておくものである。

次に、図４を参照すれば、電動要素１３は、上述したようにインバータ駆動回路と繋がる固定子１４、並びに永久磁石を内蔵してクランクシャフト１２に固定された回転子１５から構成され、固定子１４と回転子１５との間には巻線３１が取り付けられている。この巻線３１はインシュレータ３２を介して固定子１４に固定されている。回転子１５にはクランクシャフト１２が圧入されており、このクランクシャフト１２の先端に取り付けられたスリーブ１９及び固定ピース２１が回転子１５から突出している。また、固定ピース２１先端の突起部３４の貫通孔２４には支持部材２２が挿入されている。支持部材２２の両端部は略コ字状に折り曲げられた略コ字状部２２ａとなっており、インシュレータ３２に設けられた支持部３２ａの孔に略コ字状部２２ａが挿入される。この支持部３２ａは樹脂製のインシュレータ３２と一体的に形成されている。固定子１４の４隅箇所にそれぞれ取り付けられた支えばね２０は、固定子１４を介して圧縮要素４を密閉容器１内に弾性的に支持するものである。

ここでのインシュレータ３２は略円筒形状となっており、円筒部を一周するように巻線３１が形成されている。この巻線３１の一部には図５に示されるように電気コネクタ３２ｂが延出して設けられる。この電気コネクタ３２ｂの周辺には巻線３１間を接続する渡り線支持部３２ｃがインシュレータ３２の一部に一体的に形成されている。また、この渡り線支持部３２ｃを避けた位置には巻線３１を遮蔽するような立ち上がり壁３２ｄがインシュレータ３２と一体的に形成されている。因みに、インシュレータ３２に設けられた支持部３２ａは、電気コネクタ３２ｂと渡り線支持部３２ｃとを避けた位置であって、立ち上がり壁３２ｄを対角方向で接続する位置に設けられている。

係る構造では、支持部材２２の取り付け位置を電気コネクタ３２ｂと渡り線支持部３２ｃとを避けた邪魔にならない位置としているため、圧縮機回転によって振動する支持部材２２が巻線３１と接触することが回避され、圧縮機を長期使用しても巻線３１を形成するコイルを傷付けたり、断線することが防止される。

更に、図２を参照し、第１の粘性ポンプ１６ａの上部に形成された気液分離室１８及びその室内に設けた堰３３（大堰３３ａ、小堰３３ｂ）の機能について説明する。

気液分離室１８は、クランクシャフト１２を中繰りして形成された円筒中空部の上部であって、第１の粘性ポンプ１６ａの上部に形成され、第１の粘性ポンプ１６ａで汲み上げられた気液混合流体の潤滑油２をミスト状態を含む気体と液体とに分離し、液体は連通孔１７を通して第２の粘性ポンプ１６ｂ側に送り、気体はガス通し孔２９を通して圧縮要素４側に送る働きをするものである。

従来構造の密閉形圧縮機における気液分離室では、容積が小さく、圧縮機回転数を可変的に７００〜４８００ｍｉｎ^−１の範囲で制御させることを考慮していないので、例え堰を持つ構造であってもそれが気液分離に活用されているとは云えず、圧縮機回転数が通常より多い場合に液体によりガス通し孔２９が埋まる対策が考慮されていない。即ち、従来構造の気液分離室は、そのクランクシャフト１２の軸方向での高さ寸法が実施例１の気液分離室１８の高さ寸法の場合の約１／３であるため、圧縮機回転数が通常より多い場合には当然気液分離室は潤滑油２で一杯となってしまい、ガス通し孔２９の途中まで気液混合状態の潤滑油２で埋まってしまう。こうした場合、気液分離室内の内圧が高まり潤滑油２が汲み上げられるのを阻害してしまい、粘性ポンプの給油性能が大幅に落ち、クランクシャフト１２の摺動部及び圧縮要素４側に供給される給油性能も落ちるばかりでなく、潤滑油２中の冷媒３のガスが分離されないために摺動部の潤滑性能が悪化して摺動機能も劣化してしまう。結果として、圧縮機回転数が通常より多い場合には気液分離室が十分にその役目を果たすことができるとは云えない構造のものとなっている。

これに対し、実施例１に係る密閉形圧縮機の気液分離室１８は、圧縮機回転数が通常より多い上述した７００〜４８００ｍｉｎ^−１の範囲の場合の潤滑油２の汲み上げに伴って室内に溜められる潤滑油２の液体がガス通し孔２９から溢れ出ない容積を持つ大きさに設定されているため、室内が気体や気体を含む潤滑油２で埋まって内圧を高めることにより、第１の粘性ポンプ１６ａの給油作用を損ねることがない上、室内の上部に設けた堰３３により潤滑油２の液体がガス通し孔２９側へ流れるのを堰き止めて抑制するため、気液分離機能が高められる構造となっている。

更に、図２を参照すれば、堰３３は、気液分離室１８における側壁と天井壁との合わせ部を利用して形成されると共に、気液分離室１８の上部側に設けられてガス通し孔２９に繋がる構造となっている。具体的に云えば、気液分離室１８における天井壁と側壁との合わせ部を用いて形成する大堰３３ａ、小堰３３ｂの壁間角度については、それぞれ１２０度の場合を示している。また、大堰３３ａは気液分離室１８本体のクランクシャフト１２の軸方向に対する径をそのまま利用し、小堰３３ｂは気液分離室１８本体よりも径が狭く、ガス通し孔２９よりも大きい径でガス通し孔２９に繋がる通路を利用して形成されている。尚、ここでの堰３３の形成に要する壁間角度は、１２０度とする以外にも、例えば９０度以下、９１度、１５０度等で形成する場合を例示でき、気液分離室１８本体の形状寸法を考慮して適宜設定することが可能である。

上述した第１の粘性ポンプ１６ａの潤滑油２の汲み上げでは、スリーブ１９の回転に伴って固定ピース２１のスパイラル溝２５を上昇する潤滑油２の一部は拘束が解放されて干渉部１８ａを経由して気液分離室１８に到達し、気液分離室１８で冷媒３のガスを分離し、連通孔１７を通して液体を第２の粘性ポンプ１６ｂ側に送出すると共に、気液分離室１８で放出された冷媒３のガスは密度差で室内を上昇してガス通し孔２９側に向かう。このとき、連通孔１７に送出されずに気液分離室１８に蓄積された潤滑油２は、遠心力で側壁を上昇して天井壁と側壁とが合わさる大堰３３ａ、小堰３３ｂに到達し、これらの大堰３３ａ、小堰３３ｂの各壁に衝突して液体のガス通し孔２９側への流れが堰き止められる。

因みに、実施例１に係る密閉形圧縮機について、スリーブ１９は、上述したように比較的熱変形の少ない金属等で形成されているが、固定ピース２１の方はプラスチック材料、例えばＰＰＳ、ＰＢＴ、ＰＫＥＫ等を型成形したものである。実施例１では、金属製のスリーブ１９と樹脂製の固定ピース２１とを組み合わせることを大きな特徴としており、特許文献１や特許文献２ではスリーブと固定ピースとは何れも樹脂製であることが好ましいとする趣旨とは異なり、少なくともスリーブ１９については金属製であることを必要としている。その理由は、スリーブ１９が樹脂性であった場合、金属製のクランクシャフト１２にスリーブ１９を強引に圧入しようとするとスリーブ１９が破損してしまう可能性があるからであり、各本実施例のようにスリーブ１９を金属製としていればクランクシャフト１２に対して容易に圧入することが可能となる。

また、固定ピース２１を型成形した場合、割り型の合わせ方によっては、スパイラル溝２５にバリが発生してしまうことがあり、このバリが潤滑油２の流れの障害となってしまう。このため、固定ピース２１の製作法、或いは割型の合わせ位置を工夫して、スパイラル溝２５にバリを発生させないようにすることが必要である。バリを出さないことにより、生産性及びコスト的に極めて有利な固定ピース２１を作製することができる。

何れにせよ、実施例１に係る密閉形圧縮機によれば、クランクシャフト１２の回転に伴うスリーブ１９と固定ピース２１とによる第１の粘性ポンプ１６ａの粘性ポンプ作用によって潤滑油２を汲み上げてクランクシャフト１２の円筒中空部内の気液分離室１８で液体とミスト状態を含む気体（冷媒３のガス）とに分離して液体を連通孔１７を通して摺動部に供給すると共に、気体をガス通し孔２９を通して圧縮要素４の上部に供給する際、気液分離室１８において、圧縮機回転数が通常時よりも多い場合の第１の粘性ポンプ１６ａの粘性ポンプ作用による潤滑油２の汲み上げに伴って室内に溜められる潤滑油２の液体がガス通し孔２９側に溢れ出ないように容積を増大させた構造としており、しかも室内の上部に設けた堰３３（大堰３３ａ、小堰３３ｂ）により潤滑油２の液体がガス通し孔２９側へ流れるのを堰き止めて抑制する。

即ち、実施例１に係る密閉形圧縮機では、気液分離室１８の容積が十分に確保され、圧縮機回転数が高くても気液分離室１８の堰３３（大堰３３ａ、小堰３３ｂ）で潤滑油２がガス通し孔２９から流れ出すのを適確に抑制するため、潤滑油２に対する液体とミスト状態を含む気体との分離が効率良く行われ、汲み上げた潤滑油２が軸受け（主軸受８）側に回らずに摺動部を損傷させてしまうことがない。この結果、固定ピース２１を備えていても潤滑油２からの冷媒ガスの高効率な分離が可能となり、高速回転時にも圧縮機内で潤滑油２と冷媒３のガスとの分離が安定化されて圧縮動作が円滑に行われるために冷凍システムでの冷却性能が向上し、係る冷凍システムを冷蔵庫へ適用すれば冷却性能及び信頼性の向上に寄与し得る。

因みに、こうした密閉形圧縮機を含む冷凍システムを冷蔵庫へ搭載する場合には、例えば特開２０１３−６８１１２号公報で図７を参照して説明されている構成をそのまま適用できるので、ここでは詳述しない。

尚、実施例１に係る密閉形圧縮機の気液分離室１８については、堰３３の構造を含め、潤滑油２の液体の粘性が水よりも高いことを考慮し、潤滑油２の液体がガス通し孔２９側へ流れるのを防止する機能を持たせることができれば、他の形態の構造も適用できる。例えば、堰をガス通し孔２９に繋がる通路以外、気液分離室１８本体内に形成する場合等を例示できるので、本発明の密閉形圧縮機は実施例１で開示した形態に限定されない。

１ 密閉容器
２ 潤滑油（オイル）
３ 冷媒
４ 圧縮要素
５ シリンダ
６ ピストン
７ フレーム
８ 主軸受
９ 主軸部
１０ 偏芯部
１１ コンロッド
１２ クランクシャフト
１２ａ 下方先端部
１３ 電動要素
１４ 固定子
１５ 回転子
１６ 第１の粘性ポンプ
１６ｂ 第２の粘性ポンプ
１７ 連通孔
１８ 気液分離室
１９ スリーブ
２０ 支えばね
２１、２１ａ〜２１ｃ 固定ピース
２２ 支持部材
２２ａ 略コ字状部
２３ ボス部
２４、２４ａ〜２４ｃ 貫通穴
２５ スパイラル溝
２６ 第１の給油溝
２７ ごみ捕集溝
２８ 給油孔
２９ ガス通し孔
３０ 第２の給油溝
３３ 堰
３３ａ 大堰
３３ｂ 小堰
３４、３４ａ〜３４ｂ 突起部

Claims (4)

1. 潤滑油を貯留する密閉容器内の主軸受によって回転支持され、外周に回転子を取り付けたクランクシャフトと、前記密閉容器内と前記クランクシャフトの円筒中空部とが連通するように当該クランクシャフトに設けられたガス通し孔と、前記主軸受の内径部と前記円筒中空部とが連通するために前記クランクシャフトに設けられた連通孔と、前記クランクシャフトの前記円筒中空部の下部に圧入された中空のスリーブと、前記スリーブ内にクリアランスを有して取り付けられると共に、表面が螺旋状の凹凸形状の固定ピースと、を備え、前記クランクシャフトの回転に伴う前記スリーブと前記固定ピースとによる粘性ポンプ作用によって前記潤滑油を汲み上げて前記円筒中空部内の油分離空間となる気液分離室で液体とミスト状態を含む気体とに分離し、当該液体を前記連通孔を通して摺動部に供給すると共に、当該気体を前記ガス通し孔を通して圧縮要素へ供給する密閉形圧縮機であって、
   圧縮機回転数は、インバータ駆動回路により７００〜４８００ｍｉｎ−１の範囲で制御されており、前記スリーブの上縁部と前記連通孔の下端部との間に前記固定ピースの上端部が位置され、前記気液分離室は、前記圧縮機回転数が７００〜４８００ｍｉｎ−１の範囲の場合の前記粘性ポンプ作用による前記潤滑油の汲み上げに伴って室内に溜められる当該潤滑油が前記ガス通し孔側に溢れ出ない容積を持つ大きさに設定されていることを特徴とする密閉形圧縮機。
2. 請求項１記載の密閉形圧縮機において、前記気液分離室は、前記液体が前記ガス通し孔側へ流れるのを抑制する堰が室内に設けられており、前記堰は、前記気液分離室における側壁と天井壁との合わせ部を利用して形成されると共に、当該気液分離室の上部側に設けられて前記ガス通し孔に繋がる構造であることを特徴とする密閉形圧縮機。
3. 請求項１記載の密閉形圧縮機において、前記連通孔は、前記気液分離室の下部に設けられて前記クランクシャフトの外周側に設けられた別の粘性ポンプに前記液体を供給するものであり、前記ガス通し孔は、前記気体を前記気液分離室の上部から前記密閉容器内の圧縮要素側に供給するものであることを特徴とする密閉形圧縮機。
4. 請求項１〜３の何れか１項記載の密閉形圧縮機を搭載した冷凍システムを具備したことを特徴とする冷蔵庫。