JP2019138268A - 冷媒圧縮機及びそれを用いた冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性が高く、高効率の冷媒圧縮機を提供する。【解決手段】冷媒圧縮機１００は、固定子１１４および回転子１１６を有する電動要素１１０と、電動要素１１０によって駆動され、且つ、シャフト１１８を有する圧縮要素１１２と、を備え、圧縮要素１１２は、シャフト１１８の主軸部１２０の下部に設けられた内径側部材１６３と、内径側部材１６３が内側に遊嵌されている外径側部材１７２と、互いに対向する内径側部材１６３と外径側部材１７２との速度差による粘性力により上方へ潤滑油１０４を搬送する搬送手段１６５と、を有し、内径側部材１６３よりも外径側部材１７２の線膨張係数を大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒圧縮機およびそれを用いた冷蔵庫等の冷凍装置に関するものである。

近年、地球環境保護に対する要求から、家庭用冷蔵庫等の冷凍装置は、ますます省エネルギー化への動きが加速されている。

このような中にあって、従来、この種の冷凍装置に用いられている冷媒圧縮機は、高効率化のため、商用電源周波数未満の低い回転数から、商用電源周波数以上の高い回転数まで、広い範囲で運転可能となっている。これに伴い、特に冷凍装置の省エネルギー化に寄与の大きい低い回転数領域において、信頼性および効率を向上するための給油の確保が難しくなる傾向にある。

このような給油確保の課題の解消を目的として、シャフトに圧入された金属製のスリーブに、スパイラル溝を有する樹脂製の固定ピースを挿入している。また、スリーブおよび固定ピースの熱膨張を考慮して、これらの間のクリアランスを０．２〜０．４ｍｍとしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−０６８２４２号公報

以下、図面を参照しながら、従来技術の冷媒圧縮機について説明する。図９は、従来の冷媒圧縮機の縦断面図であり、図１０は、図９の要部拡大図である。

図９および図１０において、密閉容器２の底部には潤滑油４が貯留されている。圧縮機本体６は、サスペンションスプリング８によって密閉容器２に対し弾性的に支持されている。

圧縮機本体６は、電動要素１０および圧縮要素１２を備えている。電動要素１０は、固定子１４および回転子１６から構成されている。圧縮要素１２は、電動要素１０の上方に配設されている。

圧縮要素１２のシャフト１８は、主軸部２０と、主軸部２０の上側に延出する偏心軸部２２とを備えている。主軸部２０は、シリンダブロック２４に形成された主軸受２６に回転自在に軸支されるとともに、回転子１６に嵌装されている。

また、シリンダブロック２４は、円筒状で、且つ、穴部を有するシリンダ３４を備えている。ピストン３６は、シリンダ３４内に往復自在に挿入されるとともに、コンロッド３８を介して偏心軸部２２と連結されている。

また、主軸部２０には、下部の粘性ポンプ４０および上部の第二の粘性ポンプ５２が形成されている。この粘性ポンプ４０の上部に主軸部２０が連接され、第二の粘性ポンプ５２が連通孔５０を介して粘性ポンプ４０に接続されている。

主軸部２０の下部には円筒中空部４２が形成され、円筒中空部４２内には、円筒状のスリーブ４４が配置されている。更に、スリーブ４４内に固定ピース４６が配置されている。固定ピース４６は、支持部材４８により回転方向および上下方向の遊動を拘束されている。支持部材４８は、線材で形成されており、両端が固定子１４に取り付けられ、固定ピース４６の下端に設けられた取り付け孔（図示せず）に係止されている。

スリーブ４４は、略円筒形で、上下面は開放した形状をなし、金属材料で形成されている。固定ピース４６は、ＰＰＳなどの樹脂材料で形成され、外周面にはスパイラル溝４７が設けられている。これにより、固定ピース４６とスリーブ４４との間で、潤滑油４が流通する粘性ポンプ４０を形成している。

また、第二の粘性ポンプ５２は、主軸部２０の表面に形成されるらせん状の給油溝５４と、これに対向する主軸受２６とから構成されている。

電動要素１０に通電されると、回転子１６の回転に伴ってシャフト１８も回転する。偏心軸部２２が旋回運動することで、コンロッド３８により連結されたピストン３６が往復運動し、シリンダ３４内で冷媒ガスを圧縮する。冷媒ガスを圧縮する際の荷重は、コンロッド３８を介して偏心軸部２２へ作用し、主軸部２０と、主軸受２６の内周面で形成されるすべり軸受とで支持している。

そして、上記シャフト１８の回転により粘性ポンプ４０、連通孔５０および第二の粘性ポンプ５２を経由して、圧縮要素１２の各部へ潤滑油４が供給され、潤滑を行う。

金属製のスリーブ４４と合成樹脂製の固定ピース４６とでは、材料による線膨張係数の違いにより熱膨張による寸法変化が異なる。この場合、スリーブ４４よりも固定ピース４６の方が線膨張係数は大きい。このため、温度が高くなるほど、粘性ポンプ４０のクリアランス（即ち、スリーブ４４と固定ピース４６との間の径方向の隙間）は小さくなる。よって、１５０℃における熱膨張を考慮してクリアランスを維持できるように、常温での直径のクリアランスを０．２ｍｍ以上に確保している。

しかしながら、従来の構成では、周囲温度が低く冷凍装置への負荷が小さいときには、冷媒圧縮機は低回転で運転されることが多い。この場合、冷媒圧縮機の温度は低く、粘性ポンプ４０のクリアランスが大きい状態になる。

粘性ポンプ４０のクリアランスが大きいほど、スパイラル溝４７内の潤滑油４に作用する粘性力が小さくなり、粘性ポンプ４０により搬送される潤滑油４の量（即ち、給油量）が低下する。このため、給油量の低下により冷媒圧縮機の潤滑が悪化し、冷媒圧縮機の効率および信頼性が低下するという課題を有していた。

また、周囲温度が高く冷凍装置への負荷が大きいときは、冷媒圧縮機は高回転で運転される。この場合、冷媒圧縮機の温度は高く、粘性ポンプ４０のクリアランスが小さい状態になる。この結果、クリアランスが大きい場合に比べ、粘性ポンプ４０で生じる粘性摩擦が大きくなり、冷媒圧縮機への入力が増加することで、冷媒圧縮機の効率が低下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、低回転運転時の給油量を確保するとともに、高回転運転時の入力を低減することにより、冷媒圧縮機の効率を向上し、且つ、高い信頼性を持つ冷媒圧縮機とそれを用いた冷凍装置を提供することを目的とする。

本発明に係る冷媒圧縮機は、上記目的を達成するために、固定子および回転子を有する電動要素と、前記電動要素によって駆動され、且つ、シャフトを有する圧縮要素と、を備え、前記圧縮要素は、シャフトの主軸部の下部に設けられた内径側部材と、前記内径側部材が内側に遊嵌されている外径側部材と、互いに対向する前記内径側部材と前記外径側部材との速度差による粘性力により上方へ潤滑油を搬送する搬送手段と、を有し、前記内径側部材よりも前記外径側部材の線膨張係数が大きい。

これにより、温度が低い低回転運転時は、クリアランスが小さいので給油量が増加する。このため、十分な給油を行うことができ、また、シール不足を防止する。よって、性能が向上するとともに、摩耗の発生を防止することができる。

また、温度が高い高回転運転時は、クリアランスが大きく、入力が低下するので、圧縮機の効率を向上することができる。

本発明に係る冷媒圧縮機は、低回転運転時における給油量を確保するとともに、高回転運転時の入力を低減することにより、冷媒圧縮機の効率向上および信頼性確保を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機の縦断面図 同実施の形態に係る給油機構の構成を示す部分断面図 図３（ａ）および図３（ｂ）は、同実施の形態に係る外径側部材の外観図 同実施の形態に係る温度に対するクリアランスを示す特性図 同実施の形態に係る回転数に対するクリアランスを示す特性図 同実施の形態に係る回転数に対する給油量比率を示す特性図 同実施の形態に係る回転数に対する粘性損失比率を示す特性図 本発明の実施の形態２に係る冷凍装置の概略断面図 従来の冷媒圧縮機の縦断面図 従来の粘性ポンプの部分拡大図

第１の発明に係る冷媒圧縮機は、固定子および回転子を有する電動要素と、前記電動要素によって駆動され、且つ、シャフトを有する圧縮要素と、を備え、前記圧縮要素は、前記シャフトの主軸部の下部に設けられた内径側部材と、前記内径側部材が内側に遊嵌されている外径側部材と、互いに対向する前記内径側部材と前記外径側部材との速度差による粘性力により上方へ潤滑油を搬送する搬送手段と、を有し、前記内径側部材よりも前記外径側部材の線膨張係数が大きい。

これにより、温度が低い低回転運転時は、クリアランスが小さく、給油量が増加するので、十分な給油を行うことができる。このため、シール不足を防止し、性能を向上するとともに、摩耗の発生を防止することができる。

また、温度が高い高回転運転時は、クリアランスが大きく、入力が低下するので、圧縮機の効率を向上することができる。

従って、低回転運転時における給油量を確保するとともに、高回転運転時の入力を低減する。よって、冷媒圧縮機の効率向上および信頼性確保を図ることができる。

第２の発明に係る冷媒圧縮機では、第１の発明に係る冷媒圧縮機において、前記搬送手段は、前記内径側部材および前記外径側部材のいずれかの部材に設けられたらせん状の溝を有していてもよい。

これにより、溝の断面形状および傾斜角度を適正化する。このため、必要な給油量を確保することができ、冷媒圧縮機の効率と信頼性を確保することができる。

第３の発明に係る冷媒圧縮機では、第１または第２の発明に係る冷媒圧縮機において、前記内径側部材は、前記シャフトと一体に形成されていてもよい。

これにより、別途部品を取り付ける必要がなく、製造コストを低減することができる。

第４の発明に係る冷媒圧縮機では、第１〜３のいずれかの発明に係る冷媒圧縮機において、前記内径側部材は、前記主軸部の摺動部の外径と同じ寸法の外径を有してもよい。

これにより、内径側部材を主軸部外径と同時に研磨することができるので、製造コストが低減できる。また、内径側部材の精度が向上するので、最小クリアランスを小さくでき、給油量を増やすことができる。

第５の発明に係る冷媒圧縮機では、第１〜第４のいずれかの発明に係る冷媒圧縮機において、前記内径側部材の外周面にらせん溝が設けられていてもよい。

これにより、らせん溝の加工が容易であり、製造コストを低減できる。

第６の発明に係る冷媒圧縮機では、第１〜第５のいずれかの発明に係る冷媒圧縮機において、前記外径側部材は、合成樹脂で形成されていてもよい。

これにより、外径側部材は、鉄等の金属で形成されるシャフトと線膨張係数の差が大きい。このため、高回転運転時における冷媒圧縮機への入力を低減する効果が顕著である。

第７の発明に係る冷媒圧縮機では、第１〜第６の発明のいずれかの発明に係るに係る冷媒圧縮機において、前記外径側部材は、固定子に掛止されていてもよい。

これにより、外径側部材は合成樹脂で形成されるので、掛止部を固定子の巻線に近接配置しても、短絡の恐れが無い。よって、冷媒圧縮機を小型化できるとともに、信頼性を向上することができる。

第８の発明に係る冷媒圧縮機は、第１〜第７のいずれかの発明に係る冷媒圧縮機において、商用電源周波数よりも小さい回転数を含む複数の回転数で運転されていてもよい。

これにより、低回転運転時の給油量確保と、高回転運転時の入力低減との効果が顕著である。

第９の発明に係る冷凍装置は、第１〜第８のいずれかの発明の冷媒圧縮機を用いている。

冷媒圧縮機の効率が高いので、冷凍装置の消費電力を低減することができる。また、信頼性の高い冷媒圧縮機を用いたことにより、冷凍装置の信頼性も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、本発明の実施の形態１に係る冷媒圧縮機の縦断面図である。図２は、同実施の形態に係る給油機構の構成を示す部分断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、同実施の形態に係る外径側部材の外観図である。図４は、同実施の形態に係る温度に対するクリアランスを示す特性図である。図５は、同実施の形態に係る単位時間当たりの回転数（以下、単に、回転数と称する。）に対するクリアランスを示す特性図である。図６は、同実施の形態に係る回転数に対する給油量比率を示す特性図である。図７は、同実施の形態に係る回転数に対する粘性損失比率を示す特性図である。

図１から図３（ｂ）において、この冷媒圧縮機１００では、密閉容器１０２の底部に潤滑油１０４が貯留されているとともに、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内に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。また、潤滑油１０４は、冷媒圧縮機１００の消費電力を低減するため、粘度グレードがＶＧ８以下、望ましくは、ＶＧ５程度の粘度の低いものが使用されている。

圧縮機本体１０６は、電動要素１１０、および、これによって駆動される圧縮要素１１２を備えている。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、固定子１１４および回転子１１６を備え、例えば、突極集中巻方式のＤＣブラシレスモータである。固定子１１４は、鋼板を積層した鉄心の複数の磁極歯に、絶縁材１１５を介して巻線（図示せず）を直接、巻回して形成されている。この固定子１１４の巻線は電源端子１１３を経由して冷媒圧縮機１００外のインバータ回路（図示せず）と導線により接続されている。回転子１１６は、固定子１１４の内周側に配置された永久磁石（図示せず）を内蔵している。電動要素１１０は、商用電源周波数より小さい回転数を含む複数の回転数で駆動される。

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、垂直方向に配置され、主軸部１２０とクランクアーム１２１と偏心軸部１２２とを備えている。クランクアーム１２１は、主軸部１２０の上部に配置され、下面にスラスト面を有している。偏心軸部１２２は、クランクアーム１２１の上面から延出し、主軸部１２０と平行に設けられている。また、主軸部１２０には回転子１１６が焼嵌めなどの方法で固定されている。

シリンダブロック１２４は、円筒形であり、且つ、円柱形の内部空間の周囲を取り囲む内面を有する主軸受１２６を備えている。主軸受１２６に主軸部１２０が回転自在な状態で挿入されることで、主軸部１２０の摺動部１２０ａ、１２０ｂと主軸受１２６がすべり軸受を形成するため、シャフト１１８が支持されている。そして、圧縮要素１１２は、偏心軸部１２２に作用した荷重を偏心軸部１２２の下側に配置された主軸部１２０と主軸受１２６とで支持する片持ち軸受の構成になっている。

また、シリンダブロック１２４は、円筒状であり、且つ、円柱形の穴部を有するシリンダ１３４を備えている。ピストン１３６がシリンダ１３４に往復自在に挿入されている。そして、コンロッド１３８は、偏心軸部１２２とピストン１３６とを連結している。

シリンダ１３４の端面にはバルブプレート１５６が取り付けられている。バルブプレート１５６は、シリンダ１３４およびピストン１３６とともに圧縮室１５８を形成している。さらに、バルブプレート１５６を覆って蓋をするようにシリンダヘッド１６０が固定されている。吸入マフラ１６２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１６０に取り付けられている。

次に、給油機構１３０について説明する。

シャフト１１８は、主軸部１２０の外周面の下部に、主軸部１２０と一体に形成された内径側部材１６３を備えている。内径側部材１６３の外周面には、上方へ潤滑油１０４を搬送する搬送手段１６５としての、第１のらせん溝１６４が設けられている。また、シャフト１１８は、主軸部１２０の上部に第２のらせん溝１６６を備えている。さらに、主軸部１２０の内部には、傾斜穴１６８および連通孔１７０が備えられている。傾斜穴１６８は、クランクアーム１２１の上面に開口し、第１のらせん溝１６４の上端に連通している。連通孔１７０は、傾斜穴１６８と第２のらせん溝１６６の下端とを連通している。また、シャフト１１８は、鋳鉄で形成されている。

図１および図２に示すように、内径側部材１６３はシャフト１１８と一体に形成したものであるため、別途部品を取り付ける必要がなく、製造コストを低減することができる。また、主軸部１２０は、第１のらせん溝１６４を設けた部分および第２のらせん溝１６６を設けた部分も含め、摺動部１２０ａおよび摺動部１２０ｂと同じ寸法の外径を有している。このため、内径側部材１６３の外周面を主軸部１２０の外周面と同時に研磨することができるので、製造コストが低減できるとともに、内径側部材１６３の精度を向上することができる。

図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、外径側部材１７２は、内径側に円柱状空間１７３を有する円筒部１７４と、円筒部１７４から外径側へ延出する２本のアーム部１７６とを備えている。円柱状空間１７３の上方は開放されており、下方には下端面１７８が設けられている。また、下端面１７８の中心には孔部１８０が設けられ、孔部１８０が円柱状空間１７３と外部とを連通している。

図１および図２に示すように、外径側部材１７２の下端は、密閉容器１０２の底部に貯留された潤滑油１０４に浸漬し、孔部１８０は潤滑油１０４に開口している。図２から図３（ｂ）に示すように、外径側部材１７２の円柱状空間１７３に、主軸部１２０の下部に設けた内径側部材１６３が挿入されることで、第１のらせん溝１６４と外径側部材１７２が近接対向し、粘性ポンプ１４０が形成されている。内径側部材１６３と外径側部材１７２のクリアランスは、たとえば、０．１ｍｍである。なお、０．１ｍｍ以下のさらに小さなクリアランスも選択可能である。また、外径側部材１７２はＰＰＳなどの合成樹脂で形成されている。鋳鉄で形成されるシャフト１１８の線膨張係数が１．０５×１０⁵であるのに対し、外径側部材１７２の線膨張係数が１．１１×１０⁴と、シャフト１１８の線膨張係数の１０倍程度大きい。

また、アーム部１７６が固定子１１４の樹脂製の絶縁材１１５に設けた孔部に挿入されている。これにより、外径側部材１７２は、回転方向および上下方向の遊動を拘束されている。

主軸部１２０に設けた第２のらせん溝１６６と、これと対向する主軸受１２６とから第２の粘性ポンプ１５２が形成されている。そして、外径側部材１７２の孔部１８０から、粘性ポンプ１４０、傾斜穴１６８、連通孔１７０および第２の粘性ポンプ１５２に至る一連の給油機構１３０が形成されている。

以上のように構成された冷媒圧縮機１００について、以下、その動作および作用を説明する。

電源端子１１３から電動要素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。

シャフト１１８の回転に伴い、シャフト１１８の偏心軸部１２２は偏心回転する。この偏心回転は、コンロッド１３８によって、シリンダ１３４内におけるピストン１３６の往復運動に変換される。これにより、圧縮室１５８が容積変化することで、密閉容器１０２内の冷媒ガスは圧縮室１５８内に吸入されて圧縮される。

この圧縮動作時、圧縮室１５８の冷媒ガスによる圧縮荷重は、ピストン１３６およびコンロッド１３８を介して、シャフト１１８の偏心軸部１２２に作用する。

シャフト１１８の主軸部１２０の摺動部１２０ａ、１２０ｂが主軸受１２６と微小な隙間を介して対向している。シャフト１１８は、この隙間に潤滑油１０４が介在することですべり軸受を構成し、偏心軸部１２２に作用した圧縮荷重を支持している。

次に、給油機構１３０の作用効果について説明する。

密閉容器１０２の底部の潤滑油１０４は、孔部１８０から外径側部材１７２の内部の円柱状空間１７３に流入する。外径側部材１７２の中心に設けた孔部１８０から円柱状空間１７３に潤滑油１０４が流入することで、潤滑油１０４には遠心力が作用し、給油量を増やすことができる。

シャフト１１８の回転に伴い、主軸部１２０と一体に形成された内径側部材１６３が回転することで、内径側部材１６３と外径側部材１７２との間において外径側部材１７２の内部の潤滑油１０４に速度差が生じる。この結果、第１のらせん溝１６４内の潤滑油１０４に粘性力が作用するので、潤滑油１０４が第１のらせん溝１６４内を上昇する。なお、潤滑油１０４に作用する粘性力の大きさは、溝の断面形状および傾斜角度により調整可能である。従って、搬送手段１６５として第１のらせん溝１６４を用い、この溝の断面形状および傾斜角度を適正化することで、必要な給油量を確保することができ、冷媒圧縮機１００の効率と信頼性を確保することができる。

第１のらせん溝１６４内を上昇し、第１のらせん溝１６４の上端に至った潤滑油１０４は、傾斜穴１６８へ流入し、傾斜穴１６８を上昇する。さらに、潤滑油１０４は、傾斜穴１６８から分岐する連通孔１７０から第２のらせん溝１６６の下端へ至る。なお、潤滑油１０４に混入した冷媒ガスが給油機構１３０に滞留すると、給油を阻害する可能性がある。ただし、傾斜穴１６８内で遠心力により潤滑油１０４と冷媒ガスとが分離される。これにより、潤滑油１０４は連通孔１７０へ流れる。また、冷媒ガスは、傾斜穴１６８を上昇し、クランクアーム１２１の上面の傾斜穴１６８の開口部１６８ａから密閉容器１０２内の空間へ放出される。

さらに、第２のらせん溝１６６内の潤滑油１０４は、主軸部１２０と主軸受１２６との速度差による粘性力により、第２のらせん溝１６６内を上昇する。そして、潤滑油１０４は、さらに上部の圧縮要素１１２の各部に供給され、潤滑を行う。

次に、上記構成の冷媒圧縮機１００の給油機構１３０の特性について、図４から図７を用いて説明する。ここで、冷媒圧縮機１００の比較として用いた従来の冷媒圧縮機は、金属製の円筒形のスリーブと、スリーブの内側に配置される合成樹脂の固定ピースとからなる粘性ポンプ（従来の粘性ポンプ）を備えている。

まず、図４の温度に対するクリアランスの変化について、従来の粘性ポンプでは、合成樹脂の固定ピースの方がスリーブよりも線膨張係数が大きい。このため、温度が高くなるほど、スリーブと固定ピースとの隙間は小さくなる。具体的には、常温（２０℃）で組み立てる際に、径方向のクリアランスを０．２ｍｍとした。これにより、１５０℃まで温度上昇しても、クリアランスが０にはならず、固着等の問題が起きることの無いように、従来の粘性ポンプを設計した。

これに対し、冷媒圧縮機１００の粘性ポンプ１４０では、外径側部材１７２がＰＰＳなどの合成樹脂で形成され、その線膨張係数が１．１１×１０⁴であり、内径側部材１６３が鋳鉄で形成され、その線膨張係数が１．０５×１０⁵である。このため、外径側部材１７２の方が内径側部材１６３よりも線膨張係数は大きいので、温度が上昇するほどクリアランスが大きくなる。常温（２０℃）で組み立てる際に、径方向のクリアランスを従来よりも小さい０．１ｍｍとしても、温度上昇に伴いクリアランスが小さくなることは無い。よって、内径側部材１６３と外径側部材１７２とが固着することが無い。

周囲温度が高く冷凍装置に対する負荷が大きいほど、冷媒圧縮機の温度は上昇する。そこで、一般的な運転状態における冷媒圧縮機の回転数と温度との関係を用いて計算した、回転数に対する冷媒ポンプのクリアランスを図５に示す。この結果から、従来の冷媒圧縮機では、回転数が少ないほど冷媒ポンプのクリアランスが大きく、回転数が多くなるほどクリアランスが小さくなる傾向である。これに対し、冷媒圧縮機１００では、回転数が少ないほど粘性ポンプ１４０のクリアランスが小さく、回転数が多くなるほどクリアランスが大きくなる傾向を示す。

図６は、図５に示したクリアランスに基づき計算した、回転数に対する給油量の特性である。冷媒圧縮機１００と従来の冷媒圧縮機とのいずれにおいても、回転数が上昇するにつれて、給油量は増加する傾向である。ただし、低い回転数の領域では粘性ポンプ１４０による給油量は従来の粘性ポンプよりも多い。逆に、高回転数の領域では、粘性ポンプ１４０による給油量は従来の粘性ポンプよりも少ない。

従って、給油量が不足しやすい低回転数領域において、従来の粘性ポンプよりも粘性ポンプ１４０は、クリアランスが小さく、給油量が多い。このため、冷媒圧縮機１００では、十分な給油を行うことができ、シール不足を防止し、性能を向上するとともに、摩耗の発生を防止することができる。一方、高回転数領域においては低回転数領域に比べ給油量の絶対量が多い。このため、粘性ポンプ１４０のように若干給油量が従来の粘性ポンプより低下しても、冷媒圧縮機１００において給油不足となる恐れは無い。

図７に示すように、粘性ポンプにおける粘性損失は、回転数が多いほど大きくなる。この粘性損失が大きい高回転数領域において、粘性ポンプ１４０の粘性損失は従来の粘性ポンプよりも低いため、冷媒圧縮機１００への入力を従来よりも低減し、効率を向上することができる。

なお、本実施の形態では、内径側部材１６３の外周面は主軸部１２０外周面と同時に研磨されている。このため、加工精度が良好であり、クリアランスをさらに小さくすることができるので、冷媒圧縮機１００の低回転時における給油量をさらに増やすことができる。

また、内径側部材１６３の外周面に第１のらせん溝１６４を設けたので、第１のらせん溝１６４を第２のらせん溝１６６と同様の方法で加工することができる。よって、これらの溝の加工を容易に行うことができるため、製造コストを低減できる。

また、外径側部材１７２は、合成樹脂であるＰＰＳで形成されるため、鋳鉄で形成されるシャフト１１８との線膨張係数の差が大きくなる。これにより、単に温度上昇に伴いクリアランスが小さくなることによる固着を防止するだけではなく、高回転数の運転時におけるクリアランスを積極的に大きくする。このため、粘性損失が低減できるので、入力低減の効果が顕著である。

さらに、外径側部材１７２は合成樹脂で形成され、合成樹脂で形成されるアーム部１７６が固定子１１４に掛止される。これにより、掛止部であるアーム部１７６を固定子１１４の巻線に近接配置しても、短絡の恐れが無い。このため、絶縁のための距離を確保する必要が無く、冷媒圧縮機１００を小型化できるとともに、短絡による故障を防止できるので信頼性を向上することができる。

なお、本実施の形態では外径側部材１７２に、合成樹脂であるＰＰＳを用いた。ただし、外径側部材１７２は、これ以外のＰＢＴ、ＰＡＩおよびＰＥＥＫなどの他の合成樹脂であってもよい。また、外径側部材１７２には、鉄よりも線膨張係数の大きいアルミなどの金属を用いてもよい。

また、内径側部材１６３はシャフト１１８と一体に形成したが、別部品を取り付けてもよい。

また、本実施例では、第１のらせん溝１６４を内径側部材１６３に設けたが、外径側部材１７２の内面に設けてもよい。さらに、速度差による粘性力により上方へ潤滑油１０４を搬送する搬送手段１６５として、らせん溝を用いたが、これ以外の突起および凹部など、粘性力により潤滑油１０４を搬送できる構成であれば、同様の効果を得ることができることはいうまでもない。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２に係る冷凍装置としての冷蔵庫を示す概略断面図である。

図８において、冷蔵庫本体となる断熱箱体２６２は断熱壁を備えている。断熱壁は、断熱空間に断熱体２６８の原液を注入し、断熱空間に断熱体２６８が発泡充填されることにより形成される。断熱空間は、ＡＢＳなどの樹脂体を真空成型した内箱２６４と、プリコート鋼板などの金属材料を用いた外箱２６６との間の内部空間により構成されている。断熱体２６８には、例えば硬質ウレタンフォーム、フェノールフォームおよびスチレンフォームなどが用いられる。発泡材としてハイドロカーボン系のシクロペンタンを用いると、地球温暖化防止の観点でさらによい。

断熱箱体２６２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。断熱箱体２６２は、上から順に、冷蔵室２７０と、並べて設けた引出し式の切替室２７２および製氷室２７４と、引出し式の野菜室２７６と引出し式の冷凍室２７８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。断熱扉は、上から順に、冷蔵室２７０用の回転扉２８０、切替室２７２用の引出し扉２８２、製氷室２７４用の引出し扉２８４、野菜室２７６用の引出し扉２８６、冷凍室２７８用の引出し扉２８８である。

また、断熱箱体２６２の外箱２６６は、天面後方を窪ませた凹み部２９０を備えている。

冷凍サイクルは、冷媒圧縮機２９２と、凝縮器（図示せず）と、減圧器であるキャピラリ２９４と、水分除去を行うドライヤ（図示せず）と、蒸発器２９８と、吸入配管３００とを環状に接続して構成されている。冷媒圧縮機２９２は、凹み部２９０に弾性支持されて配設されている。凝縮器は、断熱箱体２６２の側面などに設けられている。蒸発器２９８は、野菜室２７６および冷凍室２７８の背面であって、冷却ファン２９６の近傍に配置されている。

ここで、上記冷媒圧縮機２９２には、実施の形態１で説明した冷媒圧縮機１００を用いている。

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２７０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２７２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２７４は、独立の氷保存室であり、自動製氷装置（図示せず）を備えて、氷を自動的に作製、貯留するものである。製氷室２７４は、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２７６は、冷蔵室２７０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。野菜室２７６は、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２７８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、例えば−３０℃および−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。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２６８が、内箱２６４および外箱２６６と一体となるように、これらの間の断熱空間に発泡充填されて、断熱壁を形成することが可能である。このような断熱体２６８は、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倍の断熱性能を発揮することができる。よって、断熱体２６８の断熱壁により構成される仕切りを薄型化でき、断熱箱体２６２の収納容積を拡大することができる。

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冷媒圧縮機２９２が所定の圧縮動作を行う。これにより、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２９４で減圧されて低温低圧の液冷媒となり、蒸発器２９８に至る。

冷却ファン２９６の動作により、蒸発器２９８内の冷媒ガスは、庫内の空気と熱交換されて、蒸発気化される。そして、熱交換された低温の冷気は、ダンパ（図示せず）などで分配され、各室を冷却する。

以上のような動作を行う冷蔵庫の冷媒圧縮機２９２は、実施の形態１で説明したように構成されている。これにより、冷媒圧縮機２９２の温度が低く、低回転数で運転される時は、粘性ポンプ１４０のクリアランスが小さく給油量が増加するので、冷媒圧縮機２９２において粘性ポンプ１４０は十分な給油を行うことができる。従って、冷媒圧縮機２９２におけるシール不足を防止し、冷媒圧縮機２９２の性能を向上するとともに、摩耗の発生を防止することができる。

また、冷媒圧縮機２９２の温度が高く、高回転数で運転される時は、粘性ポンプ１４０のクリアランスが大きく、入力が低減される。このため、冷媒圧縮機２９２の効率を向上することができる。

従って、低回転数で運転される際の給油量を確保し、冷媒圧縮機２９２の効率を向上し、信頼性を確保するとともに、高回転数で運転される際の入力を低減し、冷媒圧縮機２９２の効率が向上する。このため、冷凍機器の消費電力を低減することができるとともに、冷凍機器の信頼性も向上することができる。

以上のように本発明は、冷媒圧縮機の効率と信頼性を向上し、冷凍装置の消費電力低減と信頼性向上を図ることができ、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、業務用冷凍冷蔵庫およびその他の冷凍装置等に広く適用できる。

１００ 冷媒圧縮機
１１０ 電動要素
１１２ 圧縮要素
１１４ 固定子
１１６ 回転子
１１８ シャフト
１２０ 主軸部
１２０ａ、１２０ｂ 摺動部
１６３ 内径側部材
１６４ 第１のらせん溝
１６５ 搬送手段
１７２ 外径側部材
２９２ 冷媒圧縮機

Claims (9)

1. 固定子および回転子を有する電動要素と、
   前記電動要素によって駆動され、且つ、シャフトを有する圧縮要素と、を備え、
   前記圧縮要素は、
   前記シャフトの主軸部の下部に設けられた内径側部材と、
   前記内径側部材が内側に遊嵌されている外径側部材と、
   互いに対向する前記内径側部材と前記外径側部材との速度差による粘性力により上方へ潤滑油を搬送する搬送手段と、を有し、
   前記内径側部材よりも前記外径側部材の線膨張係数が大きい、冷媒圧縮機。
2. 前記搬送手段は、前記内径側部材および前記外径側部材のいずれかの部材に設けられたらせん状の溝を有している、請求項１に記載の冷媒圧縮機。
3. 前記内径側部材は、前記シャフトと一体に形成されている、請求項１または２に記載の冷媒圧縮機。
4. 前記内径側部材は、前記主軸部の摺動部の外径と同じ寸法の外径を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
5. 前記内径側部材の外周面にらせん溝が設けられた、請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
6. 前記外径側部材は、合成樹脂で形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
7. 前記外径側部材は、前記固定子に掛止されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
8. 商用電源周波数よりも小さい回転数を含む複数の回転数で運転される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の冷媒圧縮機を備えている、冷凍装置。

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