JP2018035727A - 圧縮機およびこれを備えた冷蔵庫 - Google Patents

Abstract

【課題】高さ寸法を抑制しつつ効果的に給油量を高めた圧縮機およびこれを備えた冷蔵庫を提供する。
【解決手段】圧縮要素２０は、シリンダ２１と、シリンダ２１内において往復動することで冷媒を圧縮するピストン２２と、電動要素３０によって偏心回転するクランクシャフト２３と、クランクシャフト２３の偏心部２３ｐとピストン２２とを回転可能に連結するコネクティングロッド２５と、ピストン２２とコネクティングロッド２５とを回転可能に連結するピストンピン２９と、クランクシャフト２３を軸支するラジアル軸受２６と、を備え、クランクシャフト２３の主軸２３ａの上端で径方向に突出するフランジ部２３ｂの厚さが４ｍｍ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機およびこれを備えた冷蔵庫に関する。

レシプロ型の圧縮機は、電動機の動力でクランクシャフトを偏心回転させてピストンを往復運動させることで、冷媒を圧縮する機構を有している。そして、近年、冷蔵庫の省電力化（高効率化）が求められるに伴い、圧縮機も同様に高効率化が求められている。このため、圧縮機は、商用電源周波数未満の低い運転周波数から商用電源周波数以上の高い周波数まで、広領域において運転が可能となっている。低い運転周波数による圧縮機の運転が長時間継続すれば、その分省電力に繋がるため、圧縮機を低速運転させることは冷蔵庫の省電力化にとって極めて重要である。しかし、圧縮機を低速運転化すると、シリンダとピストンの間に供給される潤滑油の量が低下する可能性がある。そこで、低速運転時においても潤滑油を効率良く供給する技術として、特許文献１などが提案されている。

特開２０１５−２０６２６９号公報

しかし、上記特許文献１に記載の技術では、圧縮機全体の高さ寸法を抑制しつつ効果的に給油量を高めることは困難である。

本発明は、前記従来の問題を解決するものであり、高さ寸法を抑制しつつ効果的に給油量を高めた圧縮機およびこれを備えた冷蔵庫を提供することを目的とする。

本発明は、圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する容器と、を備える圧縮機において、前記圧縮要素は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動することで冷媒を圧縮するピストンと、前記電動要素によって偏心回転するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏心部と前記ピストンとを回転可能に連結するロッドと、前記クランクシャフトを支持する軸受と、を備え、前記クランクシャフトの主軸の上端で径方向に突出するフランジ部の厚さが４ｍｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、高さ寸法を抑制しつつ効果的に給油量を高めた圧縮機およびこれを備えた冷蔵庫を提供できる。

本実施形態の圧縮機を示す縦断面図である。 本実施形態の圧縮機を示す横断面図である。 圧縮機における干渉率を求める際のクリアランスによる各傾斜角度の位置寸法を示す説明図である。 干渉率とＣＯＰの関係を示すグラフである。 干渉率と主軸長／ロッドピッチとの関係を示すグラフである。 本実施形態の圧縮機を搭載した冷蔵庫の概略断面図を示し、（ａ）は圧縮機を下部に配置した構成、（ｂ）は圧縮機を上部に配置した構成である。

以下、本発明の実施形態に係る圧縮機１００について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の圧縮機を示す縦断面図である。

図１に示すように、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内において往復動することで冷媒を圧縮するピストン２２と、電動要素３０によって偏心回転するクランクシャフト２３（クランク軸）と、クランクシャフト２３の偏心部２３ｐとピストン２２とを連結するコネクティングロッド２５（ロッド）と、クランクシャフト２３を支持するラジアル軸受２６（軸受）およびスラスト軸受２７（軸受）と、を備えて構成されている。

シリンダ２１は、クランクシャフト２３（主軸２３ａ）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Ｏ１は、クランクシャフト２３の軸方向（中心軸Ｏ）に対して直交する向きに構成されている。また、シリンダ２１の軸方向Ｏ１の外周側の端部にはヘッドカバー２８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とピストン２２とヘッドカバー２８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２８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（不図示）が設けられている。

ピストン２２は、コネクティングロッド２５の小端部２５ａ（ピストン２２側の端部）とピストンピン２９を介して連結されている。すなわち、ピストン２２には、上下方向に貫通する連結孔２２ａと、コネクティングロッド２５の小端部２５ａが挿入される凹部２２ｂと、が形成されている。

クランクシャフト２３は、主軸２３ａと、主軸２３ａの上端において径方向に突出するフランジ部２３ｂと、主軸２３ａの中心軸Ｏから偏心した位置に形成される偏心部２３ｐと、を備えて構成されている。主軸２３ａの中心軸Ｏは、偏心部２３ｐの回転中心軸と平行になるように設定されている。また、クランクシャフト２３の下端部は、下ケース３ｎの近傍まで延びている。偏心部２３ｐが中心軸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。

主軸２３ａは、鉛直方向に延在する円柱形状を呈するものであり、ラジアル軸受２６によって回転自在に支持されている。また、主軸２３ａの中心軸Ｏ（軸方向）は、ラジアル軸受２６の軸方向と平行になるように構成されている。

フランジ部２３ｂは、バランスウエイトと兼用する構造となっている。バランスウエイトは、圧縮要素２０が駆動したときの振動を低減する機能を有している。このように、バランスウエイトが主軸２３ａと偏心部２３ｐとの間に位置することにより、圧縮要素２０の高さ寸法を低減でき、圧縮機１００の小型化に寄与できる。

また、クランクシャフト２３の主軸２３ａには、軸方向の下端面から上方に向けて凹形状の中繰り穴２３ｃが形成され、主軸２３ａ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の上面に向けて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。

偏心部２３ｐには、軸方向の上端面から下方に向けて凹形状の中繰り穴２３ｆが形成されている。中繰り穴２３ｆの上面からの深さは、偏心部２３ｐの軸方向の長さよりも短く形成されている。また、中繰り穴２３ｆは、らせん溝２３ｅの上端部と、連通孔２３ｇを介して連通している。

主軸２３ａの中空部には、固定軸部材２３ｈが挿入されている。固定軸部材２３ｈは、固定具２３ｉ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２３ｈの外周面には、固定軸らせん溝２３ｊが形成されている。この固定軸らせん溝２３ｊ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（主軸２３ａ）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２３ｊ内を上昇するようになっている。

フレーム２４は、略水平方向に延びるベース２４ａを有し、シリンダ２１がベース２４ａの上部に位置している。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２６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。

コネクティングロッド２５（ロッド）は、ピストン２２とクランクシャフト２３とを連結する部材であり、小端部２５ａと、大端部２５ｂ（偏心部２３ｐ側の端部）と、を有している。小端部２５ａには、ピストンピン２９が挿通される円形の連結孔２５ａ１が上下方向に貫通して形成されている。大端部２５ｂには、偏心部２３ｐが挿通される円形の連結孔２５ｂ１が上下方向に貫通して形成されている。

小端部２５ａの連結孔２５ａ１の軸方向は、ピストンピン２９の軸方向と平行になるように構成されている。大端部２５ｂの連結孔２５ｂ１の軸方向は、偏心部２３ｐの軸方向と平行になるように構成されている。

ラジアル軸受２６は、クランクシャフト２３の主軸２３ａ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２６は、上下方向に貫通する貫通孔２６ｂを有している。また、ラジアル軸受２６は、主軸２３ａの一部を支持している。すなわち、ラジアル軸受２６の上端２６ａは、フランジ部２３ｂの略下端に位置し、ラジアル軸受２６の下端２６ｃは、中繰り穴２３ｃの高さ方向の略中央に位置している。

スラスト軸受２７は、ベース２４ａの貫通孔２６ｂの開口縁部に円形溝状に形成された凹部２４ｃに配置されている。このスラスト軸受２７は、一組の軌道板２７ａ，２７ｂと、保持器２７ｃと、転動体２７ｄとで構成されている。クランクシャフト２３のフランジ部２３ｂと凹部２４ｃとの間に配置されている。

下側に位置する軌道板２７ａは、リング形状を呈し、凹部２４ｃの底面２４ｃ１に接するように配置されている。上側に位置する軌道板２７ｂは、リング形状を呈し、フランジ部２３ｂの下面２３ｂ１に接するように配置されている。

ピストンピン２９は、ピストン２２の連結孔２２ａと小端部２５ａの連結孔２５ａ１の双方に挿通されることで、ピストン２２とコネクティングロッド２５とを回転可能に連結する。また、ピストンピン２９の軸方向（図示上下方向）は、ピストン２２の連結孔２２ａの軸方向と平行になるように構成されている。

中繰り穴２３ｃを上昇した潤滑油（冷凍機油）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２７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（主軸２３ａ）とラジアル軸受２６との間を潤滑するとともに、連通孔２３ｇを通って、偏心部２３ｐの中繰り穴２３ｆに向けて流れ込み、コネクティングロッド２５の周辺を潤滑する。なお、スラスト軸受２７などを潤滑した潤滑油は、フレーム２４に形成された孔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（主軸２３ａ）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２６の長さ（軸受長）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、圧縮室側と反圧縮室側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それぞれ設けられ、密閉容器３が計４本のコイルバネ９で支持されるように構成されている（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外面が凹み形状となることで構成されている。また、段差部３ａは、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の上端面には、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よりも上側に位置している。なお、潤滑油の油面４０は、潤滑油がロータ３１と浸からないように、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。また、クランクシャフト２３（主軸２３ａ）の下端および固定軸部材２３ｈの下端が油面４０よりも下方に位置している。

図２は、本実施形態の圧縮機を示す横断面図である。なお、図２では、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６参照）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２８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、凝縮器（不図示）、減圧装置（不図示）を通って冷却器６６（図４参照）に送られる。

このように構成された圧縮機１００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、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、圧縮要素２０および電動要素３０を含む内部機構部の振れ角を小さくできる。また、コイルバネ９の位置を、シリンダ２１の外周側に配置することで、前記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。このように、内部機構部の振動を抑制できることで、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）を小さくできる。その結果、密閉容器３を小さくでき、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を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、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、圧縮機１００の高さが高くなるのを抑制でき、圧縮機１００の小型化を図ることが可能になる。

ここで、圧縮機１００全体の高さ寸法を抑制しつつ効果的に給油量を高めるためのクランクシャフト２３の構造について説明する。まず、発明者らは圧縮機１００の構成部材のさまざまな部分を薄型化して強度的に問題がないかを試行錯誤して検討したところ、フランジ部２３ｂについては、薄型化の余地があることが分かった。そして、従来は７〜９ｍｍ程度あったフランジ部２３ｂの厚さを、４ｍｍ未満（望ましくは２ｍｍ以上３ｍｍ以下）とすることで、シリンダ２１とピストン２２の間へ供給される潤滑油の量が効果的に増加することを見出した。以下、その原理について述べる。

フランジ部２３ｂの厚さを小さくすると、シリンダ２１の断面積を小さくしなくても、シリンダ２１全体を低い位置に移動できる。すなわち、スラスト軸受２７の底面位置（図１のＳ）とシリンダ２１の軸中心位置（図１のＯ１）との距離を小さくできる。その結果、シリンダ２１の上端高さが低くなるため、中繰り穴２３ｆから飛散した潤滑油がピストン２２の上面に到達し易くなる。特に、本実施形態の圧縮機１００は、インバータ駆動回路を用いて、回転速度を例えば８００〜４３００ｒｐｍの範囲で制御しているが、８００ｐｍのような低速運転のときでも給油量が確保できるので、信頼性と効率の高い圧縮機を実現することが可能である。また、シリンダ２１全体を低い位置に設置できるので、圧縮機１００全体の高さ寸法も小さくなる（１３０ｍｍ以下）。さらに、シリンダ２１とスラスト軸受２７との距離を小さくすることで、主軸２３ａに加わるモーメントによる負荷が低減でき、主軸２３ａでの摩耗を抑制する効果もある。

ここで、クランクシャフト２３の偏心量（主軸２３ａの軸中心位置と偏心部２３ｐの軸中心位置との距離）が大きいと、強度を保つためにフランジ部２３ｂを厚くする必要が生じる。しかし、クランクシャフト２３の偏心量を９ｍｍ以下にすれば、フランジ部２３ｂを上述のように薄型化することが容易となる。

次に、圧縮機１００のロッドピッチＰと主軸長Ｌの関係を決定する手段について図３ないし図５を参照して説明する。図３は、圧縮機における干渉率を求める際のクリアランスによる各傾斜角度の位置寸法を示す説明図、図４は、干渉率とＣＯＰの関係を示すグラフ、図５は、干渉率と主軸長／ロッドピッチとの関係を示すグラフである。なお、図３は、各クリアランスによる傾斜角度を分かり易くするために模式的に図示している。

ところで、圧縮機のＣＯＰ（Coefficient Of Performance）を決める要因の一つとして、干渉率を挙げることができる。この干渉率は、以下の式（１）によって求めることができる。なお、以下の式（１）の説明では、クランクシャフトをシャフトと称し、コネクティングロッドをロッドと称し、シリンダとラジアル軸受をフレームと称する。また、α，β，γ，δ（いずれも不図示）は、幾何公差による傾斜角度であり、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅは、クリアランスによる傾斜角度である。また、α〜δについては、実際に使用した各部品の径寸法を括弧書きで記載している。

干渉率＝（α＋β＋γ＋δ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ＋Ｅ）・・・（１）
α：クランクシャフトの平行度による傾斜角度（主軸φ１８−偏心部φ１５．９）
β：ロッドの平行度による傾斜角度（大端部φ１５．９−小端部φ９．５）
γ：ピストンの直角度による傾斜角度（外径φ２５．４−連結孔φ９．５）
δ：フレームの直角度による傾斜角度（シリンダφ２５．４−ラジアル軸受φ１８）
Ａ：フレーム（ラジアル軸受） − シャフト（主軸）
Ｂ：クランクシャフト（偏心部） − ロッド（大端部）
Ｃ：ロッド（小端部） − ピストンピン
Ｄ：ピストンピン − ピストン
Ｅ：ピストン − フレーム（シリンダ）
αは、クランクシャフト２３における主軸２３ａと偏心部２３ｐとの平行度であり、一例として、主軸２３ａの直径（外径）を１８ｍｍとし、偏心部２３ｐの直径（外径）を１５．９ｍｍとしたものである。βは、コネクティングロッド２５における小端部２５ａと大端部２５ｂとの平行度であり、一例として、大端部２５ｂの連結孔２５ｂ１の直径を１５．９ｍｍとし、小端部２５ａの連結孔２５ａ１の直径を９．５ｍｍとしたものである。γは、ピストン２２における円筒部分の外径とピストンピン２９が挿入される連結孔２２ａとの直角度であり、一例として、外径を２５．４ｍｍとし、連結孔２２ａの直径（外径）を９．５ｍｍとしたものである。δは、フレーム２４におけるシリンダ２１の軸方向（図示左右方向）とラジアル軸受２６の軸方向（図示上下方向）との直角度であり、一例として、シリンダ２１の内径を２５．４ｍｍとし、ラジアル軸受２６の直径（内径）を１８ｍｍとしたものである。

図３に示すように、Ａは、クランクシャフト２３の主軸２３ａとラジアル軸受２６との間のクリアランスによって、主軸２３ａがラジアル軸受２６内で傾いたときの傾斜角度である。Ｂは、コネクティングロッド２５の大端部２５ｂとクランクシャフト２３の偏心部２３ｐとの間のクリアランスによって、偏心部２３ｐが大端部２５ｂ内で傾いたときの傾斜角度である。Ｃは、コネクティングロッド２５の小端部２５ａとピストンピン２９との間のクリアランスによって、ピストンピン２９が小端部２５ａ内で傾いたときの傾斜角度である。Ｄは、ピストンピン２９とピストン２２の連結孔２２ａとの間のクリアランスによって、ピストンピン２９が連結孔２２ａ内で傾いたときの傾斜角度である。Ｅは、ピストン２２とフレーム２４のシリンダ２１との間のクリアランスによって、ピストン２２がシリンダ２１内で傾いたときの傾斜角度である。

そして、図３に示す傾斜角度Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅから、ｔａｎＡ、ｔａｎＢ、ｔａｎＣ、ｔａｎＤ、ｔａｎＥを求めると、以下の式（２）〜（６）で表すことができる。なお、式（２）〜（６）に記載の「×１０００」は、クリアランスの単位がマイクロメートルであるため、単位系をミリメートルに合わせるためのものである。

ｔａｎＡ＝ＣＬａ／（Ｌａ×１０００）・・・（２）
ｔａｎＢ＝ＣＬｂ／（Ｌｂ×１０００）・・・（３）
ｔａｎＣ＝ＣＬｃ／（Ｌｃ×１０００）・・・（４）
ｔａｎＤ＝ＣＬｄ／（Ｌｄ×１０００）・・・（５）
ｔａｎＥ＝ＣＬｅ／（Ｌｅ×１０００）・・・（６）
なお、ＣＬａは、ラジアル軸受２６の軸方向の端部（下端）において主軸２３ａとラジアル軸受２６とが離間する距離であり、Ｌａは、主軸２３ａが摺動するラジアル軸受２６の摺動長である。ＣＬｂは、大端部２５ｂの軸方向の端部（上端）において偏心部２３ｐと大端部２５ｂとが離間する距離であり、Ｌｂは、偏心部２３ｐが摺動する大端部２５ｂの摺動長である。ＣＬｃは、小端部２５ａの軸方向の端部（下端）においてピストンピン２９と小端部２５ａとが離間する距離であり、Ｌｃは、ピストンピン２９が摺動する小端部２５ａの摺動長である。ＣＬｄは、ピストン２２の軸方向に直交する方向の端部（上端）においてピストン２２の連結孔２２ａとピストンピン２９とが離間する距離であり、Ｌｄは、ピストンピン２９が摺動する連結孔２２ａの摺動長である。ＣＬｅは、ピストン２２の軸方向の端部においてシリンダ２１とピストン２２とが離間する距離であり、Ｌｅは、ピストン２２が摺動するシリンダ２１の摺動長である。

前記した式（２）〜（６）からＡ〜Ｅを求めると、以下の式（７）〜（１１）となる。

Ａ＝ａｒｃｔａｎ（ＣＬａ／（Ｌａ×１０００）・・・（７）
Ｂ＝ａｒｃｔａｎ（ＣＬｂ／（Ｌｂ×１０００）・・・（８）
Ｃ＝ａｒｃｔａｎ（ＣＬｃ／（Ｌｃ×１０００）・・・（９）
Ｄ＝ａｒｃｔａｎ（ＣＬｄ／（Ｌｄ×１０００）・・・（１０）
Ｅ＝ａｒｃｔａｎ（ＣＬｅ／（Ｌｅ×１０００）・・・（１１）
このように、各傾斜角度Ａ〜Ｅをまとめて表すと、以下に示す式（１２）となる。

ａｒｃｔａｎ（各クリアランス／（摺動長×１０００））・・・（１２）
ところで、前記した式（１）から得られた干渉率と、ＣＯＰとの関係を検討したところ、図４に示すように、干渉率が低くなるほど、ＣＯＰが高くなる関係が得られることが確認された。よって、図４に示す関係から、干渉率を求めることで、圧縮機１００のＣＯＰを高められることが確認された。

そこで、クランクシャフト２３の長さに関係のある式（１）の傾斜角度Ａ以外の数字を固定値とし、主軸長Ｌ（図１参照）の長さを変化させたときの、主軸長ＬとロッドピッチＰ（図１参照）の比（Ｌ／Ｐ）と、干渉率との関係について複数プロットしたものを図５に示す。なお、本実施形態での主軸長Ｌは、図１に示すように、クランクシャフト２３の主軸２３ａの上端、換言するとフランジ部２３ｂの下面２３ｂ１から、ラジアル軸受２６の下端までの長さを意味する。ロッドピッチＰは、図１に示すように、コネクティングロッド２５の小端部２５ａの回転中心ｃ１と大端部２５ｂの回転中心ｃ２とを結ぶ距離を意味する。よって、主軸長Ｌを短くすることにより、Ｌ／Ｐ（主軸長／ロッドピッチ）が小さくなり、主軸長Ｌを長くすることにより、Ｌ／Ｐが大きくなる。

図５に示すように、Ｌ／Ｐが大きくなるにつれて、干渉率が高くなることが確認された。また、Ｌ／Ｐが１．１近辺において変曲点が存在することが確認された。すなわち、Ｌ／Ｐが１．１以下の場合には、干渉率が直線Ｓ１に沿って変化し、Ｌ／Ｐが１．１を超える場合には、干渉率が直線Ｓ２に沿って変化することが確認された。このように、Ｌ／Ｐが１．１以下の場合には、干渉率を低くしつつ、主軸長Ｌを短くできる。なお、Ｌ／Ｐが１．１を超える場合には、干渉率が高くなるとともに主軸長Ｌが長くなる。このように、Ｌ／Ｐを１．１以下に設定することで、クランクシャフト２３を短くして圧縮機１００の小型化が可能になるとともに、圧縮機１００の性能を確保して動作不良を防止することが可能になる（クランクシャフト２３がロックするのを防止できる）。また、これまで、主軸長Ｌを短くすることは（圧縮機１００を小型化することは）、軸受荷重が大きくなるため、これまで積極的に採用されてこなかった。しかし、主軸長Ｌを短縮化したとしても、Ｌ／Ｐを１．１以下に設定することで、軸受荷重の増加に伴う軸受荷重の増加を許容することができ、圧縮機１００としての性能を確保しつつ小型化することが可能になることが確認された。

また、圧縮機１００の性能向上を目的とするために、ピストン２２とコネクティングロッド２５との連結方式をボールジョイントからピストンピン方式に変更すると、高い寸法精度が要求される。しかし、主軸長Ｌを短くすると、クランクシャフト２３の傾き角度が大きくなるので、幾何公差の精度を緩和することができる。また、主軸長Ｌを短くすることで、クランクシャフト２３の固定軸部材２３ｈが挿入される中繰り穴２３ｃが形成される空間が狭くなる。この空間が狭くなることで、円筒状の薄肉部分の領域もクランクシャフトが長い場合に比べて狭くなるので、その分クランクシャフト２３の剛性を高めることができる。クランクシャフト２３の撓み変形を抑えられることで、クランクシャフト２３を短くして圧縮機１００を小型化したとしても圧縮機１００としての性能を確保できる。

また、本実施形態では、圧縮機１００において、小端部２５ａの軸方向の高さをＨとしたときに（図１参照）、主軸長Ｌを高さＨの３〜５倍にすることで、ピストンピン２９の軸方向と主軸２３ａの軸方向（中心軸Ｏ）との平行度の精度を緩和することが可能になる。よって、クランクシャフト２３を短くして圧縮機１００を小型化したとしても、圧縮機１００としての性能を確保できる。

図６は、本実施形態の圧縮機を搭載した冷蔵庫の概略断面図を示し、（ａ）は圧縮機を下部に配置した構成、（ｂ）は圧縮機を上部に配置した構成である。

図６（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に分けて構成したものである。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６（ａ）の限りではない。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。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６（ｂ）に示すように、冷蔵庫６０Ｂは、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。

ところで、従来のように背の高い圧縮機を適用すると、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。

なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しつない範囲において種々変更することができる。例えば、本実施形態では、ピストン２２とコネクティングロッド２５とをピストンピン２９で連結した場合を例に挙げて説明したが、ピストンピン２９に限定されるものではなく、ボールジョイント方式を採用してもよい。

３ 密閉容器
９ コイルバネ
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
２３ａ 主軸
２３ｂ フランジ部
２３ｐ 偏心部
２４ フレーム
２４ａ ベース
２４ｂ 貫通孔
２４ｃ 凹部
２４ｄ 延出部
２５ コネクティングロッド（ロッド）
２５ａ 小端部
２５ａ１ 連結孔
２５ｂ 大端部
２５ｂ１ 連結孔
２６ ラジアル軸受（軸受）
２７ スラスト軸受
２８ ヘッドカバー
２９ ピストンピン
３０ 電動要素
３１ ロータ
３２ ステータ
１００ 圧縮機
Ａ〜Ｅ 傾斜角度
Ｈ 小端部の高さ
Ｌ 主軸長
Ｐ ロッドピッチ
Ｑ２ 圧縮機室側
Ｑ３ 反圧縮機室側

Claims (4)

1. 圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する容器と、を備える圧縮機において、
   前記圧縮要素は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動することで冷媒を圧縮するピストンと、前記電動要素によって偏心回転するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏心部と前記ピストンとを回転可能に連結するロッドと、前記クランクシャフトを支持する軸受と、を備え、
   前記クランクシャフトの主軸の上端で径方向に突出するフランジ部の厚さが４ｍｍ以下であることを特徴とする圧縮機。
2. 圧縮要素と、前記圧縮要素を駆動する電動要素と、前記圧縮要素および前記電動要素を収容する容器と、を備える圧縮機において、
   前記圧縮要素は、シリンダと、前記シリンダ内において往復動することで冷媒を圧縮するピストンと、前記電動要素によって偏心回転するクランクシャフトと、前記クランクシャフトの偏心部と前記ピストンとを回転可能に連結するロッドと、前記クランクシャフトを支持する軸受と、を備え、
   前記クランクシャフトの偏心量が９ｍｍ以下であり、前記クランクシャフトの主軸の上端で径方向に突出するフランジ部の厚さが４ｍｍ以下であることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１または２に記載の圧縮機において、
   前記圧縮要素は、前記クランクシャフトを軸支するフレームを備え、
   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電動要素が配置され、
   前記フレームは、弾性部材を介して前記容器に支持され、
   前記弾性部材は、前記シリンダの外周側に位置していることを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の圧縮機を備えたことを特徴とする冷蔵庫。

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