JP6637863B2 - 密閉型圧縮機及びこれを搭載した機器 - Google Patents

Description

本発明は、密閉型圧縮機及びこれを搭載した機器に関する。

圧縮機等の機器を小形に構成することは、従来から広く知られる課題である。
特許文献１は、上部に圧縮機要素１３が、電動機要素１４が下部に設けられ、密閉容器１２内においてバネらしき物によって圧縮機要素１３及び電動機要素１４の間の構造物（フレーム）が弾性支持されている構成を開示している。

特開昭６２−１４７０６５号公報

特許文献１は、上下方向に延在するバネらしき物を、電動要素等の下方ではなく左右側に配置することで、圧縮機の上下寸法の小形化に寄与し得る。しかし、バネ（弾性体）らしき物を電動要素の下方に接続させた場合は、圧縮機要素や電動機要素から発生した振動は、振動源（ピストン及びシリンダ）、フレーム、電動機要素のステータ、及び弾性体を伝ってから密閉容器１２に伝わる。一方、バネらしき物をフレームに接続させると、振動は、電動機要素のステータを介さずに密閉容器１２に伝達されることになる。すなわち、振動を減衰させる物として、ステータが与える影響がなくなり、振動の減衰がなされ難くなるとともに、ステータ以外の構成（フレームや弾性体）による影響が相対的に大きくなる。振動を減衰させるには、伝達経路に設けられる構造物の質量及び／又は剛性を高くすることが好ましい。

本発明は、特に上下寸法が小型で、振動を低減可能な密閉型圧縮機を提供することを目的とする。

上記事情に鑑みた本発明は、
振動源となるピストン及びシリンダを備える圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動しステータを備える電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する密閉容器と、フレームと、を備える密閉型圧縮機において、
前記フレームの上側に前記シリンダが配置され、前記フレームの下側に前記ステータが配置され、
前記フレームは、少なくとも、前記圧縮要素側及び前記圧縮要素側の反対側それぞれに２つ以上ずつ設けられた弾性部材を介して前記密閉容器に支持され、
前記弾性部材は、前記フレームの下面に接続し、
前記フレームは、前記弾性部材に接続し、下方に向かって突出する突起部と、前記密閉容器の上ケースに向かって突出する上突起部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、小型で振動を低減可能な密閉型圧縮機を提供できる。

本実施形態の密閉型圧縮機を示す縦断面図である。 本実施形態の密閉型圧縮機を示す横断面図である。 密閉型圧縮機の作用効果を説明する模式図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較例である。 本実施形態の密閉型圧縮機を搭載した冷蔵庫の概略断面図を示し、（ａ）は密閉型圧縮機を冷蔵庫の下部に配置した構成、（ｂ）は密閉型圧縮機を冷蔵庫の上部に配置した構成である。 軸受内損失と（軸受長／軸径）との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る密閉型圧縮機１００について、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の密閉型圧縮機を示す縦断面図である。
図１に示すように、密閉型圧縮機１００は、圧縮要素２０および電動要素３０を密閉容器３内に配置して構成されたいわゆるレシプロ圧縮機である。圧縮要素２０および電動要素３０は、密閉容器３内において複数のコイルバネ９（弾性部材）を介して弾性的に支持されている。密閉容器３は、略上半分の外郭を構成する上ケース３ｍと略下半分の外郭を構成する下ケース３ｎとが溶接などで接合され、内部に圧縮要素２０および電動要素３０を収容する空間を有している。

圧縮要素２０は、シリンダ２１と、このシリンダ２１内においてピストン２２を往復動させることで冷媒を圧縮するクランクシャフト２３と、このクランクシャフト２３を軸支するラジアル軸受２５と、を備えている。ラジアル軸受２５（軸受）は、シリンダ２１およびフレーム２４と一体に形成されている。クランクシャフト２３は、スラスト軸受２６を介してフレーム２４に回転自在に支持されている。

フレーム２４は、略水平方向に延びるベース２４ａを有している。シリンダ２１がベース２４ａの上部に位置している。ベース２４ａの下面側には、コイルバネ９に接続する突起部２４ｅが下方向に突出しており、ベース２４ａと一体で形成されている。ベース２４ａは、例えばＦＣ２００等の鋳鉄を採用できる。また、ベース２４ａの上面側には、上ケース３ｍに向けて突出する上突起部２４ｕがベース２４ａと一体で形成されている。上突起部２４ｕは、例えば、クランクシャフト２３の上端やシリンダ２１の上端と略同等又はこれより高い位置にまで突出させても良い。このようにして、フレーム２４の領域を拡げ、質量を確保している。なお、フレーム２４の厚み（上下寸法）は、質量の観点からは厚い方が好ましく、剛性の観点からは全域に亘って均一な厚みが好ましい。本発明者の試行に依れば、例えば、最薄の部分が１１ｍｍ以上、最厚の部分が２３ｍｍ以下とすると、好ましいバランスが得られる。

また、フレーム２４の略中央部には、鉛直方向下方に（下ケース３ｎの底面に向けて）延びる円筒形状のラジアル軸受２５が形成されている。また、フレーム２４は、シリンダ２１の一部を構成している。

シリンダ２１は、クランクシャフト２３の中心軸Ｏよりも径方向の外側の偏った位置に形成されている。また、シリンダ２１の軸方向の外周側の端部にはヘッドカバー２７が取り付けられ、反対側の端部にはピストン２２が挿入されている。このように、シリンダ２１とヘッドカバー２７とピストン２２とによって、圧縮室（シリンダ室）Ｑ１が構成されている。なお、シリンダ２１とヘッドカバー２７との間には、冷媒を吸気する際に開く吸気弁、圧縮した冷媒を吐出する際に開く吐出弁を備えた弁開閉機構が設けられている。

ラジアル軸受２５は、クランクシャフト２３が軸支されるすべり軸受によって構成されている。また、ラジアル軸受２５は、フレーム２４に形成された貫通孔２４ｂによって構成されている。スラスト軸受２６は、ベース２４ａの上面の貫通孔２４ｂの周囲に円形溝状に形成された凹部２４ｃに配置されている。

コネクティングロッド２２ａの大径側の端部２２ｂは、後記するクランクピン２３ａと連結され、コネクティングロッド２２ａの小径側の端部２２ｃは、ピン２２ｄを介してピストン２２と連結されている。

クランクシャフト２３の上端部には、クランクピン２３ａが形成され、クランクピン２３ａがクランクシャフト２３の回転中心軸Ｏから偏心した位置に形成されている。また、クランクシャフト２３の下端部は、下ケース３ｎの近傍に位置している。クランクピン２３ａが回転中心軸Ｏに対して偏心回転することで、ピストン２２がシリンダ２１内を往復運動するようになっている。

また、クランクシャフト２３は、貫通孔２４ｂの上方において、回転中心軸Ｏに対して直交する方向（水平方向）に延びるフランジ部２３ｂを有している。

また、クランクシャフト２３には、軸方向の下端から上方に向けて凹形状の中繰り穴２３ｃが形成され、クランクシャフト２３内に中空部を有するように構成されている。また、クランクシャフト２３には、中繰り穴２３ｃの上端からフランジ部２３ｂの上面に貫通する上部連通孔２３ｄが形成されている。

また、クランクシャフト２３の外周面には、らせん溝２３ｅがフランジ部２３ｂの近傍まで形成されている。らせん溝２３ｅの上端部は、クランクピン２３ａに形成された凹形状のピン部中繰り穴２３ｆと、ピン部連通孔２３ｇを介して連通している。

クランクシャフト２３の中空部には、固定軸部材２８が挿入されている。固定軸部材２８は、図示しない固定具によって、クランクシャフト２３の回転時においても回転しないように固定されている。固定軸部材２８の外周面には、固定軸らせん溝２８ａが形成されている。この固定軸らせん溝２８ａの壁面と中繰り穴２３ｃの壁面とでらせん状の潤滑油通路が形成され、クランクシャフト２３の回転による壁面移動に伴い、潤滑油が粘性の効果で壁面に引きずられて固定軸らせん溝２８ａ内を上昇するようになっている。

中繰り穴２３ｃを上昇した潤滑油は、上部連通孔２３ｄを通ってフランジ部２３ｂ上に吹き出して、スラスト軸受２６を潤滑する。また、クランクシャフト２３のらせん溝２３ｅを上昇した潤滑油は、クランクシャフト２３とラジアル軸受２５との間を潤滑するとともに、ピン部連通孔２３ｇを通って、クランクピン２３ａのピン部中繰り穴２３ｆに向けて流れ込み、コネクティングロッド２２ａの周辺を潤滑する。なお、スラスト軸受２６などを潤滑した潤滑油は、孔２４ｓ（図２参照）を介して、密閉容器３の底に戻るように構成されている。

電動要素３０は、フレーム２４の下側（ベース２４ａの下方）に配置され、ロータ３１およびステータ３２を含んで構成されている。

ロータ３１は、電磁鋼板を積層したロータコアを備えて構成され、クランクシャフト２３の下部に圧入などによって固定されている。また、ロータ３１は、半径Ｒが厚み（軸方向の高さ）Ｔ１よりも大きい扁平形状である。また、ロータ３１の厚み（軸方向の高さ）Ｔ１は、ラジアル軸受２５の長さ（軸受長）Ｌの略半分程度に設定されている。

ステータ３２は、ロータ３１の外周に配置され、円筒状のステータコアとこのステータコアの内周に形成された複数のスロットとからなる鉄心３２ａと、鉄心３２ａに絶縁体（図示せず）を介して巻回されたコイル３２ｂとを備えて構成されている。また、鉄心３２ａは、図１の縦断面視において、径方向の長さＬ１が厚み（軸方向の高さ）Ｔ２よりも長い扁平形状である。コイル３２ｂも、図１の縦断面視において、径方向の長さが厚み（軸方向の高さ）よりも長い経扁平形状である。また、鉄心３２ａの厚み（軸方向の高さ）Ｔ２は、ロータ３１の厚み（軸方向の高さ）Ｔ１と同程度になるように構成されている。このように、ロータ３１を扁平にした場合、ステータ３２の径も広げて扁平形状にすることで、ロータ３１を回転させるためのトルクをかせぐことができる。

このようにして圧縮要素２０および電動要素３０が設けられたフレーム２４は、密閉容器３内において複数のコイルバネ９，９を介して弾性支持されている。また、圧縮要素２０および電動要素３０は、運転時に振動したときに、密閉容器３の内壁面に接触しないように、所定のクリアランスＣＬが予め設定された状態で設計されている。

コイルバネ９は、圧縮要素２０の一部を構成するシリンダ２１の側（圧縮機室側Ｑ２、図１の左側）と、シリンダ２１の側とは反対側（反圧縮機室側Ｑ３、図１の右側）に設けられている。なお、本実施形態では、コイルバネ９が、圧縮室側Ｑ２と反圧縮機室側Ｑ３のそれぞれにおいて、図１の紙面に直交する方向の手前側と奥側に計４本設けられている（図２参照）。なお、すべてのコイルバネ９は、いずれも同一の形状およびばね特性を有している。このように、コイルバネ９を単一種類にすることで、コイルバネ９が異種混在する場合の配置ミスを防止できる。ただし、コイルバネ９の本数は、４本に限定されるものではなく、３本であってもよく、５本以上であってもよい。

また、フレーム２４は、シリンダ２１よりも外周側（径方向外側）に延びる延出部２４ｄを有している。この延出部２４ｄは、ステータ３２よりも外周側に延びている。また、延出部２４ｄの下面には、コイルバネ９の上部に嵌合して保持する突起部２４ｅが形成されている。

また、フレーム２４は、延出部２４ｄとは反対側においても、延出部２４ｄと同程度に延びる延出部２４ｆを有している。この延出部２４ｆも、ステータ３２よりも外周側に延びている。また、延出部２４ｆの下面には、コイルバネ９の上部に嵌合して保持する突起部２４ｇが形成されている。 密閉容器３の底面には、ステータ３２の外周側において、密閉容器３内に突出するように盛り上がる段差部３ａが形成されている。この段差部３ａは、下ケース３ｎの底面の一部と側面の一部とが合わさって凹み形状となることで構成されている。また、段差部３ａは、少なくともその一部が、上面視でコイルバネ９の少なくとも一部と重なっており、コイルバネ９の位置と対応する位置に設けられている。また、段差部３ａの上端には、コイルバネ９の下部が嵌合して保持する突起部３ｂが形成されている。突起部３ｂは、ロータ３１の下面３１ａよりも上方に位置している。なお、潤滑油の油面４０は、ロータ３１が潤滑油に浸からないように、ロータ３１の下面３１ａよりも下側に位置するように構成されている。

図２は、本実施形態の密閉型圧縮機を示す横断面図である。なお、図２では、密閉型圧縮機１００内の冷媒の流れについて説明する。

図２に示すように、冷蔵庫の冷却器６６（図４参照）から戻って、密閉容器３を貫通して接続された吸入パイプ３ｅから導入された冷媒は、吸入サイレンサ４１の吸入口（不図示）から吸入された後、ヘッドカバー２７などを介して圧縮室Ｑ１（図１参照）に導入される。また、圧縮室Ｑ１においてピストン２２によって圧縮された冷媒は、吐出室空間（不図示）を通って、フレーム２４に形成された吐出サイレンサ４２ａ，４２ｂおよびパイプ３ｆを通って、吐出パイプ３ｇから冷却器６６（図４参照）に送られる。

図３は、密閉型圧縮機の作用効果を説明する模式図であり、（ａ）は本実施形態、（ｂ）は比較例である。

図３（ｂ）に示す比較例では、フレーム１２４の上下に圧縮要素１２０と電動要素１３０が配置され、電動要素１３０がコイルバネ９０，９０を介して密閉容器９０内に弾性支持されている。この場合、内部機構部（圧縮要素１２０および電動要素１３０）の重心がコイルバネ９０，９０の上端よりも上方に位置するため、運転時に両矢印方向に振動したときに、振れ角ｂが大きくなる。これに対して、図３（ａ）に示す実施形態では、フレーム２４の上部に圧縮要素２０、下部に電動要素３０が配置され、フレーム２４がコイルバネ９，９を介して密閉容器３内に弾性支持されている。この場合、運転時の圧縮要素２０と電動要素３０がそれぞれ両矢印方向に振動するが、フレーム２４の高さ位置（コイルバネ９，９の上端と同程度の位置）に重心が位置するため、振れ角ａ（＜ｂ）が小さくなる。

このように、密閉型圧縮機１００では、フレーム２４の上側に圧縮要素２０、フレーム２４の下側に電動要素３０を配置して、フレーム２４が弾性支持されることで、内部機構部の振動を低減することが可能になる。さらに、圧縮要素２０の振動をコイルバネ９を介して密閉容器３に伝えるフレーム２４の板厚を増加させることで、内部機構部の振動をさらに効果的に抑えることができる。

また、実施形態では、比較例に比べて振動を低減して振れ角ａを小さくできることで、内部機構部（圧縮要素２０および電動要素３０）と密閉容器３との間のクリアランスＣＬ（図１参照）を短くできる。その結果、密閉容器３を小さくでき、密閉型圧縮機１００の小型化を図ることが可能になる。

また、各段差部３ａの下部には、密閉容器３を弾性支持するゴム座１０が設けられている（図１参照）。このゴム座１０は、密閉容器３の下ケース３ｎに固定されたプレート１１に支持されている。また、ゴム座１０は、鉛直方向（上下方向）においてコイルバネ９と重なる位置に配置されている。

このように段差部３ａを形成して、段差部３ａにコイルバネ９を配置することにより、コイルバネ９が潤滑油に浸からない高さに設置することが可能になるので、コイルバネ９が潤滑油内で振動する際に生じていた騒音を防止でき、密閉型圧縮機１００の静穏化を図ることが可能になる。また、ゴム座１０を段差部３ａの下部に配置することで、ゴム座１０が密閉容器３の下ケース３ｎから下方に大きく出っ張るのを防止できるので、密閉型圧縮機１００の高さが高くなるのを抑制でき、密閉型圧縮機１００の小型化を図ることが可能になる。

ところで、圧縮機室側Ｑ２にはシリンダ２１やピストン２２などの重量物が配置されているため、反圧縮機室側Ｑ３（圧縮機室側とは反対側）に比べて重量が重くなり、コイルバネ９に作用する荷重が大きくなる。すなわち、圧縮機室側Ｑ２のコイルバネ９にかかる荷重と、反圧縮機室側Ｑ３のコイルバネ９にかかる荷重とが異なる値になる。この場合、例えばコイルバネ９の種類を同じにし、かつ、双方のコイルバネ９の下端について、これらコイルバネ９の下端に当接する面の高さを同じにすると、圧縮機室側Ｑ２の沈み込み量（縮み量）が多くなり、運転前の初期状態において内部機構部（圧縮要素２０および電動要素３０）が傾いた状態になる。また、密閉容器３と内部機構部との間には、運転時の振動（傾き）を考慮してクリアランス（余裕度）が設けられている。しかし、当接する面の高さを同じにすると、密閉容器３内に内部機構部が衝突する虞があるため、クリアランスを大きく確保する必要性が生じ、圧縮機が大型化する。

そこで、本実施形態では、より荷重がかかる圧縮機室側Ｑ２（シリンダ２１側、図１の左側）のコイルバネ９の下端が当接する当接面３ｃの高さｈ１は、比較的荷重がかからない反圧縮機室側Ｑ３（図１の右側）のコイルバネ９の下端が当接する当接面３ｄの高さｈ２よりも高くなるように構成しされている。当接面３ｃの高さｈ１と当接面３ｄの高さｈ２の差分は、コイルバネ９で支持したときに、運転前の初期状態において内部機構部が水平状態となる値に設定される。

このように、密閉型圧縮機１００では、当接面３ｃの高さｈ１を当接面３ｄの高さｈ２よりも高くしておくことにより、運転前の初期状態において、内部機構部を水平な状態で支持することが可能になるので、運転時の内部機構部の傾きを小さく抑えることができる。その結果、密閉容器３と内部機構部との間におけるクリアランスＣＬ（図１参照）を小さく設定することが可能になり、密閉型圧縮機１００の小型化を実現することが可能になる。当接面３ｃ，３ｄを調整することで、すべてのコイルバネ９を、同一（形状および特性）の種類のもので構成し得るから、コイルバネ９の組み付け工程において取り違え等を防止できる。

なお、当接面３ｃの高さと当接面３ｄの高さとを調整することに代えて又は追加して、フレーム２４の延出部２４ｄ，２４ｆの下面の高さについて、圧縮機室側Ｑ２の延出部２４ｄの高さ位置が反圧縮機室側Ｑ３の延出部２４ｆの高さ位置より高くなるようにしてもよい。すなわち、大荷重となる圧縮機室側Ｑ２のコイルバネ９の自然長における上端位置が小荷重となる反圧縮機室側Ｑ１のコイルバネ９の自然長における上端位置よりも高くなるようにすることができる。こうすることでも内部機構部の傾きを小さく抑えることができる。

図４は、本実施形態の密閉型圧縮機を搭載した機器の一例である冷蔵庫の概略断面図を示し、（ａ）は密閉型圧縮機を下部に配置した構成、（ｂ）は密閉型圧縮機を上部に配置した構成である。

図４（ａ）に示すように、冷蔵庫６０Ａは、冷蔵庫本体６１を複数の収納室６２，６３，６４，６５に分けて構成されている。例えば、収納室６２は冷蔵室、収納室６３は上段冷凍室、収納室６４は下段冷凍室、収納室６５は野菜室である。なお、各収納室６２，６３，６４，６５の位置関係は図４（ａ）の限りではない。密閉型圧縮機１００は、収納室６５の引出し６５ａの奥側下部（冷蔵庫本体６１の背面側の最下端）の機械室に配置されている。密閉型圧縮機１００から吐出された冷媒は、冷蔵庫６０Ａ内に設けられた凝縮器（不図示）、減圧機構（不図示）を通り、冷却器６６で冷蔵庫内の熱を吸収して、再び密閉型圧縮機１００内へと戻される。

ところで、従来のように背の高い密閉型圧縮機を適用すると、機械室の容積を大きくする必要があるため、収納室６５に収納される引出し６５ａの容量が小さくなる（浅い引出しになる）。そこで、本実施形態の密閉型圧縮機１００を適用した冷蔵庫６０Ａを採用することで、機械室の容積を小さくすることができ、機械室の天井面の高さ位置を低くできるので、収納室６５の奥側の庫内容量を拡大することが可能になる。

また、図４（ｂ）に示すように、冷蔵庫６０Ｂは、密閉型圧縮機１００が収納室６２の奥側上部（冷蔵庫本体６１の背面側最上端）の機械室に配置されている。

また、従来のように背の高い密閉型圧縮機を適用すると、密閉型圧縮機が発生する振動が大きいので、冷蔵庫本体に伝達される振動も大きくなる。そこで、本実施形態の密閉型圧縮機１００を適用した冷蔵庫６０Ｂを採用することで、前記した構造によって振動を低減できるので、冷蔵庫本体６１に伝わる振動を抑制することが可能になる。また、小型の密閉型圧縮機１００を適用することで、収納室６２の庫内容量を拡大することも可能になる。

図５は、圧縮機の運転中における周波数と音圧レベルの関係を表すグラフである。フレームの板厚を増加させることにより、コイルバネ９を介し密閉容器３に伝わる圧縮要素の振動が、広い周波数に亘って減衰できていることが確認できる。

よって、本実施形態では、高さを抑制した（扁平な）圧縮機を実現するべく、フレームの板厚を上げることで質量及び剛性を上げ、騒音・振動を抑制した。圧縮機を単に小形化（例えば扁平化）すると、圧縮機の質量が小さくなり、振動の減衰能力が低下する。このため、圧縮機の容積を低下させるよう設計する場合、質量自体は極力維持されるように留意することが好ましい。本実施形態では、高さ寸法を１３０ｍｍ以下に抑えつつ、質量は７．３ｋｇ以上としている。なお、本実施形態の密閉型圧縮機の内容積（密閉容器３の内容積）は１３００ｍＬ以下である。なお、フレーム２４の厚みは、最薄の部分で１１ｍｍ以上、好ましくは１３ｍｍ以上、より好ましくは１５ｍｍ以上である。

３ 密閉容器
３ａ 段差部
９ コイルバネ（弾性部材）
１０ ゴム座
２０ 圧縮要素
２１ シリンダ
２２ ピストン
２３ クランクシャフト
２４ フレーム
２４ａ ベース
２４ｂ 貫通孔
２４ｃ 凹部
２４ｄ 延出部
２５ ラジアル軸受（軸受）
２６ スラスト軸受
３０ 電動要素
３１ ロータ
３２ ステータ
１００ 密閉型圧縮機

Claims (3)

1. 振動源となるピストン及びシリンダを備える圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動しステータを備える電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する密閉容器と、フレームと、を備える密閉型圧縮機において、
   前記フレームの上側に前記シリンダが配置され、前記フレームの下側に前記ステータが配置され、
   前記フレームは、少なくとも、前記圧縮要素側及び前記圧縮要素側の反対側それぞれに２つ以上ずつ設けられた弾性部材を介して前記密閉容器に支持され、
   前記弾性部材は、前記フレームの下面に接続し、
   前記フレームは、前記弾性部材に接続し、下方に向かって突出する突起部と、前記密閉容器の上ケースに向かって突出する上突起部と、を有することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 当該密閉型圧縮機の重心の高さ位置は、前記フレームの高さ位置の範囲に在ることを特徴とする請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. 請求項１又は２に記載の密閉型圧縮機を搭載した機器。

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