JP2001323881A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来の吐出弁装置は、弁体の動作による弁体と
弁ガイドの間の空間の膨張・収縮で、内部の吐出ガスが
膨張・収縮するため、弁体の押し上げ力の増加，吐出工
程終了時における弁体の閉じ遅れ等、吐出弁の追従性に
ついて、十分な配慮がなされていなかった。 【解決手段】上記課題は、弁ガイドに貫通穴を設け、弁
体と吐出室を連通させることにより、弁体が動作すると
きに、弁体と吐出室の間の空間内部の吐出ガス・潤滑油
等の流体の圧縮・膨張を防止し、吐出弁の追従性を良好
なものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は主に冷凍・空調装置
に用いられる圧縮機に係り、特に圧縮機の吐出弁装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍・空調装置に用いられている
ロータリ圧縮機は、密閉容器内に固定子及び回転子を有
する電動要素と、この電動要素によって駆動される圧縮
要素が収納され、圧縮要素はクランク軸の偏心部に自転
自在に嵌合されたローラが、クランク軸の回転によって
シリンダ内を偏心回転運動し、このローラに押圧された
ベーンによりシリンダ内を吸入室と圧縮室に区画され、
吸入パイプより吸入された作動流体（冷媒ガス）を圧縮
し、圧縮されたガスはこの圧縮要素に配設された吐出弁
装置を通って密閉容器内に吐き出され、吐出パイプより
外部の冷凍サイクルに吐出される。

【０００３】ここで、吐出弁装置としては平板形状のリ
ード弁形式の吐出弁が一般的に使用されており、圧縮さ
れた作動流体が流出する吐出ポートの上端部をこの吐出
弁の一端が閉塞するように配設され、この吐出弁の他端
は弁変位を規制するストッパを介して圧縮要素に固定さ
れており、弁の開閉は吐出ポート内外の圧力差によって
自動的に行われるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように構成された
ロータリ圧縮機の吐出弁装置において、圧縮機の性能上
問題となるのが吐出ポート部の容積、すなわち、すき間
容積で、この部分に存在する作動流体は圧縮機の吐出工
程終了時にも排出されずに残るため死容積となる。ここ
に残った高温高圧の冷媒ガスはやがて低圧の吸入室内に
膨張し、ロータリ圧縮機の場合はこの膨張のエネルギは
有効に回収されないため動力損失（以後、再膨張損失と
略称する）となり、圧縮機の性能低下を引き起こしてい
た。この再膨張損失は圧縮機の工程容積に占めるすき間
容積の比率が大きい程、また、吸入圧力と吐出圧力の比
で表される圧縮機の運転圧力比が高い程大きくなる。例
えば、家庭用冷蔵庫に用いられているロータリ圧縮機の
場合には、この再膨張損失によって約５％断熱効率が低
下していた。

【０００５】この問題点に対して、リード弁形式の吐出
弁装置でロータリ圧縮機のすき間容積縮小を図った公知
技術として、特開昭59−180097号公報，実開昭60−2159
0 号公報がある。また、すき間容積を零にする吐出弁装
置としてはUSP5346373号公報，特開平8−319973号公報
がある。

【０００６】特開昭59−180097号公報および実開昭60−
21590 号公報に開示されたロータリ圧縮機の吐出弁装置
は、いずれも吐出ポート部の厚みを薄肉化しすき間容積
を縮小するもので、強度上あるいは圧縮機の信頼性上か
ら薄肉化には限界があり、大幅なすき間容積縮小はでき
なかった。

【０００７】また、USP5346373号公報に開示された圧縮
機の吐出弁装置は、球面形状の弁体とし、吐出ポートの
弁シートもこの弁体と同一の球面形状にしてすき間容積
を零にするものだが、弁体と弁シートは面接触密封とな
り弁体の作動室側有効受圧面積の減少および圧縮機に使
用されている潤滑油の粘性等により弁体の押し上げ力が
増加し、過圧縮損失が増加する問題があった。また、圧
縮機の高速運転時には吐出工程終了時における弁体の閉
じ遅れ等の吐出弁の追従性が重要になってくるが、この
点について十分な配慮がなされていなかった。

【０００８】また、特開平8−319973 号公報に開示され
たロータリ圧縮機の吐出弁装置は、吐出ポート部のすき
間容積をほぼ零にしているが、弁体の動作により弁体と
弁ガイドとの間の空間が膨張・収縮し、内部のガス・潤
滑油などの流体が膨張・収縮し、弁体の動作抵抗となる
ため、弁体の押し上げ力の増加，吐出工程終了時におけ
る弁体の閉じ遅れ等の吐出弁の追従性について、十分な
配慮がなされていなかった。

【０００９】本発明の目的は、吐出ポート部のすき間容
積をほぼ零にでき、かつ吐出弁の密封性，追従性の良好
な圧縮機の吐出弁装置およびこれを備えた圧縮機を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の圧縮機の吐出弁装置は、弁体と弁シートを
各々異なる回転曲面形状にして線接触密封を保ちながら
吐出ポート部のすき間容積をほぼ零にすることで再膨張
損失を低減し、弁体の軽量化及び弁体を弁シートに付勢
するばねの非線形ばね特性化により過圧縮損出の低減及
び各種運転条件に対する吐出弁の追従性の向上を行い、
更に弁ガイドに貫通穴を設けることで弁体と弁ガイドの
空間にある吐出ガス等が弁体の動作により圧縮されるこ
とを防止したことを特徴とする。

【００１１】

【発明の実施の形態】第１に、弁体を球面形状、弁シー
トを円錐台形状というように弁体と弁シートを各々異な
る回転曲面形状にすることにより両者の接触は円形の線
接触となり、線接触密封を保ちながら吐出ポート部のす
き間容積をほぼ零にすることができ、弁体の作動室側有
効受圧面積も拡大するため弁体の押し上げ力も小さくな
り過圧縮損失が軽減される。

【００１２】第２に、弁体を耐熱樹脂材料で形成するこ
とにより、軽量化を図って弁体の応答性を良くするとと
もに、弁体を弁シートに付勢するばねをばね変位の増加
とともにばね定数が増加する非線形ばね特性を有するよ
うにすることにより、吐出工程開始時には小さな力で弁
体を押し上げることができ過圧縮損失が軽減され、かつ
吐出工程終了時には大きなばね力が働くため弁体の弁シ
ートへの戻りを迅速にでき弁体の閉じ遅れおよびこれに
伴う漏れ損失を防止できる。

【００１３】第３に、弁体の動作方向を規制する弁ガイ
ドに貫通穴を設け、弁体が所定の方向のみに動作し、吐
出ガスの流路の流路抵抗を最小にするとともに、弁ガイ
ドと弁体の間の空間にある吐出ガス等を圧縮・膨張させ
ずに弁体が動作するため、吐出工程時の吐出弁の追従性
を良好にできる。

【００１４】以上により、吐出ポート部のすき間容積に
よる再膨張損失をほぼ零にしてかつ密封性，追従性の良
好な圧縮機の吐出弁装置およびこれを備えた圧縮機を提
供することができる。

【００１５】（実施例１）以下、本発明を図に示す実施
例によって詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明の吐出弁装置を備えた揺動ピ
ストン型圧縮機の一部の縦断面図、図２及び図３は図１
の吐出弁装置の拡大図で、図２は吐出弁閉状態、図３は
吐出弁開状態である。図４は図１のＡ−Ａ断面図であ
り、クランク軸を９０度ずつ回転させた場合の図４にお
ける各部品の動きの説明図、図５は本発明の吐出弁装置
に用いられている弁体の拡大図、図６は図２のＢ−Ｂ断
面図、図７は吐出弁装置に用いられているコイルばねの
特性図である。

【００１７】図１及び図２において、１は密閉容器で、
固定子２及び回転子３からなる電動要素と、この電動要
素によって駆動される圧縮要素が収納されている。圧縮
要素は、シリンダ４，シリンダ４の両端開口を閉塞する
主軸受５と副軸受６，クランク軸８，クランク軸８の偏
心部８ａに自転自在に嵌合されたピストン９，ピストン
９を揺動させるためのシュー１０、およびピストン９に
押圧されシリンダ４内に形成される作動室７からなる。

【００１８】１１は密閉容器１の底部に貯溜されている
潤滑油、１２は副軸受６の端板に配設された本発明の吐
出弁装置、１３は吐出ポート、１４は吐出室１５を形成
する吐出カバーである。また、吐出弁装置１２は、弁体
１６，弁シート１７，弁体１６を弁シート１７に付勢す
るコイルばね１８，弁体１６の運動を案内し、かつ弁体
１６の変位方向を規制する弁ガイド１９，コイルばね１
８及び弁ガイド１９を固定する弁押え２０から構成され
ている。

【００１９】弁体１６は耐熱樹脂材料の射出成形等によ
り形成され、吐出ポート１３内に入り込みこれを閉塞す
る円錐台形状のシール部１６ａと弁ガイド１９に案内さ
れるガイド部１６ｂを有している。弁シート１７は吐出
ポート１３の周囲に一体的に形成されており、その断面
形状は半径Ｒの円弧でこの円弧を吐出ポート１３の中心
軸の周りに回転させた回転曲面形状になっている。ま
た、コイルばね１８は同一素線径でピッチがｐ１からｐ
２に徐々に変化させ（ｐ１＜ｐ２）、コイル直径をｄ１
からｄ２に徐々に変化させている（ｄ１＜ｄ２）。

【００２０】揺動ピストン型圧縮機の圧縮動作を図４に
より説明する。図４は圧縮機駆動用モータの回転子３が
９０°ずつ回転した時のローラ９ａとこれに一体になっ
たベーン９ｂの運動を示した図である。電動要素に通電
されると、回転子３の回転によりクランク軸８が駆動さ
れ、偏心部８ａに嵌合されたピストン９のローラ９ａに
公転運動が与えられる。ローラ９ａは一体となったベー
ン９ｂが常にシリンダ４の孔部４ｂの中心線方向を向く
ようにクランク軸８の偏心部８ａの中心廻りに図４の面
内で若干の角度だけ揺動運動を行いながらその中心が公
転運動をする。

【００２１】ベーン９ｂはシリンダ４の孔部４ｂの中心
軸方向の進退運動と中心軸廻りの揺動運動を行うが、ベ
ーン９ｂとシリンダ４の孔部４ｂとの間の隙間のシール
はシュー１０が挿入される事により保たれる。従って、
シリンダ４，ローラ９ａ，ベーン９ｂおよび主軸受５，
副軸受６によりシリンダ４内の作動室７が吸入室と圧縮
室に仕切られ、吸入パイプ（図示せず）より吸入室内に
吸入された作動流体（冷媒ガス）は圧縮室で圧縮され、
圧縮されたガスは吐出ポート１３から吐出弁装置１２を
通って吐出室１５に入り、その後密閉容器１内に吐き出
され、ここから外部の冷凍サイクル（図示せず）に吐出
される。

【００２２】なお、ガスの経路は、吸入パイプ（図示せ
ず）から一旦密閉容器１内に入り、その後、吸入室内に
吸入され、圧縮室で圧縮され、吐出ポート１３から吐出
弁装置１２を通って吐出室１５に入り、その後吐出パイ
プ（図示せず）を通り外部の冷凍サイクルに吐出される
場合もある。

【００２３】次に、本発明の吐出弁装置１２の動作につ
いて説明する。図２は、吐出弁閉状態、すなわち、吸
入，圧縮工程における吐出弁の状態を表している。この
とき弁体１６の吐出室１５側は吐出ガスの雰囲気になっ
ており高圧の吐出圧力がかかっている。一方、弁体１６
の作動室７側の吐出ポート１３内は吸入，圧縮工程にあ
る作動室７に連通しているため吐出圧力よりも低い圧力
になっている。したがって弁体１６には両者の圧力差に
よって作動室７側に押しつける力が作用している。この
力により弁体１６の円錐台形状のシール部１６ａは弁シ
ート１７に押しつけられ、接触部が円形の線接触密封が
保たれている。

【００２４】圧縮工程が進み作動室７内の圧力が上昇し
吐出圧力よりも大きな圧力になると、今度は、弁体１６
には圧力差によって吐出室１５側に押す力が作用する。
この流体力により弁体１６は図３のように押し上げら
れ、作動室７で圧縮された冷媒ガスは吐出ポート１３を
通って吐出される。吐出工程が終了すると、弁体１６は
コイルばね１８のばね力によって押し戻され、再び図２
の吐出弁閉状態になる。以上の動作が一定速圧縮機では
通常１６〜２０ｍｓに１回といった高速で繰り返されて
いる。インバータを搭載した可変速圧縮機ではこれが約
７ｍｓに１回とさらに高速となる。

【００２５】ここで、本発明の吐出弁装置１２は弁体１
６と弁シート１７を各々異なる回転曲面形状にすること
により両者は円形に線接触し、線接触密封状態を保ちな
がら吐出ポート部のすき間容積をほぼ零にすることがで
き再膨張損失をほぼ零にできる。また、弁体１６の作動
室７側有効受圧面積も吐出ポート１３の入口断面積より
大きくなるため弁体１６を押す為に必要な差圧も小さく
なり過圧縮損失が軽減される。また、弁体１６を耐熱樹
脂材料で成形しているため、軽量となり弁体１６の応答
性が良くなる。

【００２６】また、弁押え２０に固定した弁ガイド１９
により、弁体１６の動作方向が、吐出ポート１３入口平
面に対して常に垂直方向とし、弁体１６と弁シート１７
の接触が常に円形の線接触になるようにし、コイルばね
１８の形状誤差，吐出弁装置１２の組立て誤差，重力等
の影響により生じる弁体１６の動作方向の異常の矯正を
行う。

【００２７】弁ガイド１９には貫通穴１９ａを設け、更
に弁押え２０の中央に貫通穴２０ａを設け、弁体１６の
左右の圧力差及び流体力により吐出室１５側に押し付け
られるときに、弁体のガイド部１６ｂと弁ガイド１９で
形成される空間２１が狭くなり、空間２１内部の圧力が
上昇し、弁体１６の動作の妨げとなることを防止した。
また、弁ガイド１９は弁体１６の変位を規制するストッ
パの機能も備えている。

【００２８】さらに、弁体１６を弁シート１７に付勢す
るコイルばね１８のピッチ及びコイル径を変化させるこ
とにより、図７に示すような非線形ばね特性を有するよ
うにしたため、吐出工程開始時には小さな力Ｆ１で弁体
１６を吐出室１５側に押すことができ過圧縮損失が軽減
され、かつ吐出工程終了時には大きなばね力Ｆ２が働く
ため弁体１６の弁シート１７への戻りを迅速にでき弁体
１６の閉じ遅れおよびこれに伴う漏れ損失を防止するこ
とができる。

【００２９】以上により、吐出ポート部のすき間容積に
よる再膨張損失をほぼ零にしてかつ密封性，追従性の良
好な圧縮機の吐出弁装置およびこれを備えた揺動ピスト
ン型圧縮機を提供することができる。なお、実施例では
副軸受６の端板に吐出弁装置１２を配設したが、主軸受
５の端板あるいはシリンダ４の側壁に吐出弁装置１２を
配設しても、本発明と同様の効果を奏することができ
る。また、実施例では揺動ピストン型圧縮機として一つ
のシリンダの圧縮機を例に挙げて説明したが、本発明は
これ以外に二つ以上のシリンダをもつ揺動ピストン型圧
縮機にも適用することができる。

【００３０】（実施例２）図８は本発明の吐出弁装置１
２の他の実施形態を示す吐出弁装置１２の縦断面図であ
る。本実施例では、弁ガイド１９の穴が実施例１の貫通
穴１９ａの場合と異なり、穴が軸方向の穴１９ｂと一つ
以上の径方向の穴１９ｃから形成されている場合であ
る。実施例２は、実施例１のように弁押え２０の形状に
より中央に穴２０ａを設けることができない場合に実施
する。これにより、弁体１６のシール部１６ａの密封性
が向上でき、密封性，追従性のより良好な圧縮機の吐出
弁装置を提供できる。

【００３１】（実施例３）図９は本発明の吐出弁装置を
備えたスクロール圧縮機の一部の縦断面図である。スク
ロール圧縮要素は、固定スクロール２５，旋回スクロー
ル２６，旋回スクロール２６を駆動するクランク軸８，
旋回スクロール２６の自転防止機構であるオルダムリン
グ２７，クランク軸８を軸支するフレーム２８からな
る。固定スクロール２５に形成された吐出ポート２９の
上部に本発明の吐出弁装置１２が配設されている。

【００３２】スクロール圧縮機の圧縮動作は以下のよう
に行われる。電動要素に通電されると、回転子３の回転
によりクランク軸８を駆動し、オルダムリング２７の作
用で自転を拘束された旋回スクロール２６は固定スクロ
ール２５に対して公転旋回運動し、両者のラップ（渦巻
体）が噛み合って複数の作動室７を形成し、吸入パイプ
３０から吸入された冷媒ガスはこの作動室７内で圧縮さ
れ、圧縮されたガスは吐出ポート２９から吐出弁装置１
２を通って吐出室１５に入り、その後密閉容器１内に吐
き出され、吐出パイプ(図示せず）から外部の冷凍サイ
クル(図示せず）に吐出される。

【００３３】スクロール圧縮機はラップ内部で圧縮され
る圧力比が一定の、定圧力比タイプの圧縮機だが、本発
明の吐出弁装置１２を備えることにより運転圧力比より
もラップの設計圧力比（ラップ巻き数に比例）を小さく
しても不足圧縮損失が無く、吐出ポートに起因する再膨
張損失を無くすことができる。したがって、ラップ巻き
数の大幅な縮小が可能となり、例えば、圧力比が４程度
の空調用のスクロールを２倍以上の圧力比となる冷凍用
のスクロールとして高効率で使用することが可能とな
り、両者の部品共用化が図れ、大幅なコスト低減が実現
できる。本発明はこれ以外にロータリ圧縮機，レシプロ
圧縮機にも適用することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、吐出ポート部のすき間
容積をほぼ零にでき、かつ吐出弁の密封性，追従性の良
好な圧縮機の吐出弁装置およびこれを備えた揺動ピスト
ン型圧縮機，スクロール圧縮機，ロータリ圧縮機，レシ
プロ圧縮機を提供することができるので、これら圧縮機
の高性能化及び低コスト化が達成される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吐出弁装置を備えた揺動ピストン型圧
縮機の一部の縦断面図。

【図２】本発明の吐出弁装置の閉状態の説明図。

【図３】本発明の吐出弁装置の開状態の説明図。

【図４】図１のＡ−Ａ断面図。

【図５】本発明に用いられている弁体の断面図。

【図６】図２のＢ−Ｂ断面図。

【図７】本発明の吐出弁装置に用いられているコイルば
ねの特性図。

【図８】本発明の吐出弁装置の他の実施例を示す縦断面
図。

【図９】本発明の吐出弁装置を備えたスクロール圧縮機
の一部の縦断面図。

【符号の説明】

１…密閉容器、２…固定子、３…回転子、４…シリン
ダ、５…主軸受、６…副軸受、７…作動室、８…クラン
ク軸、８ａ…クランク軸の偏心部、９…ピストン、９ａ
…ローラ、９ｂ…ベーン、１０…シュー、１１…潤滑
油、１２…吐出弁装置、１３…吐出ポート、１４…吐出
カバー、１５…吐出室、１６…弁体、１６ａ…弁体のシ
ール部、１６ｂ…弁体のガイド部、１７…弁シート、１
８…コイルばね、１９…弁ガイド、１９ａ…弁ガイドの
貫通穴、１９ｂ…弁ガイドの軸方向穴、１９ｃ…弁ガイ
ドの径方向の穴、２０…弁押え、２０ａ…弁押えの貫通
穴、２１…弁体と弁ガイドの間に形成される空間、２５
…固定スクロール、２６…旋回スクロール、２７…オル
ダムリング、２８…フレーム、２９…吐出ポート、３０
…吸入パイプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内周面を持つシリンダと、前記シリンダの
   内周面の両端部を閉塞する複数のサイドプレートと、前
   記シリンダと前記複数のサイドプレートとに囲まれた空
   間の中でその外周面が前記シリンダの内周面と常に微小
   な隙間を維持しながら公転運動をするローラと、前記ロ
   ーラに公転運動を与える駆動機と、前記シリンダの内周
   面と前記ローラ外周面と前記複数のサイドプレートとに
   より囲まれた密閉空間を複数の密閉空間に仕切るベーン
   とを含み、前記ローラの公転運動に伴い前記複数の密閉
   空間のそれぞれの容積が変化する事を利用して気体の圧
   縮を行う、前記ベーンと前記ローラとは、前記ベーンの
   平行な二平面と前記ローラ外周面の中心軸とが互いに平
   行となる状態で一体成形され、そのベーン部分を前記シ
   リンダの内周面の外側に前記内周面の中心軸と平行な中
   心軸を持って形成した孔部に挿入し、前記ベーン部分と
   前記孔部との間に前記ベーンの平面部に滑動可能に当接
   する平面部と前記孔部の内周面に滑動可能に当接する外
   周面とを有する滑動部材を組み込んだ揺動ピストン型圧
   縮機において、 圧縮要素の吐出ポートを開閉する回転曲面形状の弁体
   と、前記弁体が当接して線接触密封をなす回転曲面形状
   の弁シートと、前記弁体を前記弁シートに付勢するばね
   と、前記弁体の傾きを規制する弁ガイドと、前記弁体の
   変位を規制するストッパを備えたことを特徴とする圧縮
   機。