JP2007092603A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入マフラからの冷媒ガスの漏れに起因する騒音の発生を防止する。
【解決手段】バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０を備える吸入マフラ付バルブプレート１４８は、バルブプレート部１３８がシリンダヘッド１４６とともにシリンダ１３６端面を蓋するように配置され、吸入マフラ部１５０は内部に消音空間１５４を有し、密閉容器１０１内空間およびシリンダ１３６と連通しており、バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０の少なくとも一部が樹脂で一体に成型され、バルブプレート部１３８の線膨張係数は４×１０^−５／℃以下であるもので、別部材の弾性体を用いなくても、バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０の間からの冷媒ガスの漏れを防止するので、安価でかつ騒音を低くすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に家庭用の電気冷凍冷蔵庫などに使用される密閉型圧縮機に関するものである。

近年、地球環境に対する要求はますます強まってきており、冷蔵庫やその他の冷凍サイクル装置等においても、特に高効率化、低騒音化が強く要望されている。

従来、この種の密閉型圧縮機としては、樹脂製の吸入マフラを用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

以下、図面を参照しながら上記従来の密閉型圧縮機を説明する。

図３は特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の縦断面図、図４は従来の吸入マフラの断面図を示したものである。

図３、図４において、密閉容器１の底部にはオイル２を貯留しており、圧縮機本体４はサスペンションスプリング６によって密閉容器１に対して弾性的に支持されている。

圧縮機本体４は、電動要素１０と、電動要素１０の上方に配設される圧縮要素２０から構成されている。電動要素１０は、固定子１２および回転子１４から構成されている。

圧縮要素２０のクランクシャフト２２は、主軸２４及び偏心軸２６から構成されており、主軸２４はブロック２８の軸受部３０に回転自在に軸支されるとともに、回転子１４が固定されている。さらに、クランクシャフト２２は主軸２４の表面に設けたらせん状の溝などからなる給油機構３２を備えている。

また、ピストン３４は、ブロック２８に一体に形成されたシリンダ３６に往復自在に挿入されており、シリンダ３６はバルブプレート３８とともに圧縮室４０を形成する。ピストン３４に取り付けられたピストンピン４２が、コンロッド４４に回転自在に挿入されると共に、コンロッド４４に偏心軸２６が回転自在に挿入されることで、コンロッド４４は偏心軸２６とピストン３４を連結している。

さらに、シリンダ３６の端面に鉄製のボルト（図示せず）により締め付け固定されたバルブプレート３８と、バルブプレート３８を蓋するシリンダヘッド４６により、吸入マフラ５０および弾性を有する板ばね５２が挟持されている。吸入マフラ５０は、ＰＢＴなどの樹脂で成型され、内部にほぼ四角形形状の消音空間５４と、消音空間５４と密閉容器１内の空間を連通する入口管（図示せず）と、消音空間５４と圧縮室４０を連通する出口管５８を有している。また、シリンダヘッド４６は、アルミダイカストにより形成されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下にその動作を説明する。

電動要素１０に通電されると、固定子１２に発生する回転磁界により、回転子１４はクランクシャフト２２とともに回転する。主軸２４の回転により、偏心軸２６の偏心運動がコンロッド４４及びピストンピン４２を介してピストン３４に伝えられ、ピストン３４はシリンダ３６内で往復動する。密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）より戻った冷媒ガスは、吸入マフラ５０を経由して圧縮室４０内へ導入され、圧縮室４０内でピストン３４により圧縮され、圧縮された冷媒ガスは密閉容器１外の冷凍サイクル（図示せず）へ送出される。

この際、吸入マフラ５０は、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する騒音を低減すると共に、熱伝達の少ない樹脂で形成されることで冷媒ガスの加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。さらに、吸入マフラ５０はＰＢＴなどの樹脂で形成されているが、線膨張係数が５×１０^−５／℃程度であるため、アルミダイカストで形成されるシリンダヘッド４６の線膨張係数約２．４×１０^−５／℃にくらべ大きい。この結果、運転時の冷媒ガス圧縮に伴う温度上昇による熱膨張は、シリンダヘッド４６に比べ吸入マフラ５０の方が大きくなるが、板ばね５２の弾性力により吸入マフラ５０の出口管５８はバルブプレート３８に押着固定されるので、出口管５８とバルブプレート３８の間に隙間ができることを防止し、ガスの漏れによる騒音を防ぐことができるとともに、振動による吸入マフラ５０のがたつきを防止している。
特開２００３−６５２３０号公報

しかしながら、上記従来の構成では吸入マフラ５０を安定して固定するため、別部品である板ばね５２が必要となり、製造コストを増加させるという課題があった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、板ばね５２のような別部品を用いず、安価で、騒音の低い密閉型圧縮機を実現することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、密閉容器と、前記密閉容器に収納される電動要素と圧縮要素とを備え、前記圧縮要素は、クランクシャフトと、シリンダを形成するブロックと、ピストンと、バルブプレート部と吸入マフラ部を備える吸入マフラ付バルブプレートとを有し、前記吸入マフラ付バルブプレートは、前記バルブプレート部がシリンダヘッドとともに前記シリンダ端面を蓋するように配置され、前記吸入マフラ部は内部に消音空間を有し、前記密閉容器内空間および前記シリンダと連通しており、前記バルブプレート部と前記吸入マフラ部の少なくとも一部が樹脂で一体に成型され、前記バルブプレート部の線膨張係数は４×１０^−５／℃以下であるもので、別部材の弾性体を用いなくても、バルブプレート部と吸入マフラ部の間からの冷媒ガスの漏れを防止するので、安価でかつ騒音を低くするという作用を有する。

本発明の密閉型圧縮機は、安価で、騒音を低くすることができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器と、前記密閉容器に収納される電動要素と圧縮要素とを備え、前記圧縮要素は、クランクシャフトと、シリンダを形成するブロックと、ピストンと、バルブプレート部と吸入マフラ部を備える吸入マフラ付バルブプレートとを有し、前記吸入マフラ付バルブプレートは、前記バルブプレート部がシリンダヘッドとともに前記シリンダ端面を蓋するように配置され、前記吸入マフラ部は内部に消音空間を有し、前記密閉容器内空間および前記シリンダと連通しており、前記バルブプレート部と前記吸入マフラ部の少なくとも一部が樹脂で一体に成型され、前記バルブプレート部の線膨張係数は４×１０^−５／℃以下であるもので、別部材の弾性体を用いなくても、バルブプレート部と吸入マフラ部の間からの冷媒ガスの漏れを防止するので、安価でかつ騒音を低くすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、バルブプレート部およびシリンダヘッド部が締結手段によりシリンダに固定され、前記締結手段は線膨張係数１．５×１０^−５／℃以上の材料で形成したもので、締結手段による締結力が温度により変化することでガス漏れ等が生じることを防止し、効率を向上できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、バルブプレート部の吐出リードが配設される位置に比べ、周囲の板厚を厚くしたもので、バルブプレート部の変形を小さくし、耐久性を保持しながら死容積を小さくし、効率を向上できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３いずれか一項に記載の発明において、バルブプレート部と吸入マフラ部は異なる樹脂材料により形成したもので、耐熱性の高い高価な材料の使用量を少なくすることで、材料コストを低減することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、インバータにより駆動され、商用周波数より高い周波数を含む複数の回転数で運転されるもので、高回転運転時にリードバルブが高速で動作し、バルブプレート部と衝突しても、樹脂製のバルブプレート部は減衰が大きく、バルブの衝突による騒音を低減できる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、バルブプレート部及び吸入マフラ部は、少なくとも一部が発泡成型により製造されるもので、複雑な形状であっても、ヒケやソリを防止することができるので寸法精度を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における密閉型圧縮機の縦断面図である。図２は、吸入マフラ付バルブプレートの拡大図である。

図１および図２において、密閉容器１０１内底部にオイル１０２を貯留するとともに、電動要素１１０と、これによって駆動される圧縮要素１２０とからなる圧縮機本体１０４を収容し、例えばＲ６００ａなどの温暖化係数の低い炭化水素系の冷媒を充填している。また密閉容器１０１には電動要素１１０に電源を供給するための電源端子１０８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、鉄心の磁極歯に絶縁材を介して巻線が直接巻回して形成される固定子１１２と、固定子１１２の内径側に配置され、永久磁石を鉄心内に配置した回転子１１４とを備える突極集中巻き方式のＤＣブラシレスモータであり、固定子１１２の巻線が電源端子１０８を経由してインバータ駆動回路（図示せず）と導線により接続されている。

また、電動要素１１０は、インバータ駆動により、２０ｒ／ｓｅｃから８０ｒ／ｓｅｃの間の複数の周波数で運転を行う。

次に圧縮要素１２０について説明する。

圧縮要素１２０は電動要素１１０の上方に配設されている。

圧縮要素１２０を構成するクランクシャフト１２２は、主軸１２４及び偏心軸１２６を備えるとともに、主軸１２４の表面に設けたらせん状の溝などからなる給油機構１３２を備えている。給油機構１３２は、オイル１０２に浸漬される主軸１２４の下端から偏心軸１２６の上端まで連通している。ブロック１２８には主軸１２４を回転自在に軸支する軸受部１３０およびシリンダ１３６を備える。

吸入マフラ付バルブプレート１４８は、バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０を備え、個々に成型した複数の合成樹脂部品を、超音波溶着などの方法で一体に結合して、形成されている。

ピストン１３４はシリンダ１３６に往復自在に挿入されており、シリンダ１３６の端面に配設されるバルブプレート部１３８とともに圧縮室１４０を形成する。ピストン１３４に取り付けられたピストンピン１４２が、コンロッド１４４に回転自在に挿入されると共に、コンロッド１４４に偏心軸１２６が回転自在に挿入されることで、コンロッド１４４は偏心軸１２６とピストン１３４を連結している。

吸入マフラ部１５０は、内部に消音空間１５４を形成し、一端が消音空間１５４に開口し、他端が密閉容器１０１内に開口する入口管１５６と、一端が消音空間１５４に開口し、他端が圧縮室１４０に連通する出口管１５８とを有している。

吸入マフラ部１５０は主にガラス繊維を添加した結晶性樹脂であるＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）などの合成樹脂で形成されている。ＰＢＴの線膨張係数は、約５×１０^−５／℃である。

また、吸入マフラ部１５０は超臨界発泡成型により製造されており、ほぼ全体にわたり気泡径１〜５０マイクロメートルの微細な気泡が内在している。

また、バルブプレート部１３８は、吸入マフラ部１５０の出口管１５８の一部と一体となっている。バルブプレート部１３８は、線膨張係数が４×１０^−５／℃以下とＰＢＴよりも熱膨張が少ない樹脂で形成され、さらに望ましくは、線膨張係数３×１０^−５／℃以下であり、具体的には線膨張係数が約２．２×１０^−５／℃である、ガラス繊維などで強化したＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で形成されている。ＰＰＳは、吸入マフラ部１５０に用いたＰＢＴよりも高価であるものの、線膨張係数が金属に近く、耐熱温度がＰＢＴの１２０〜１４０℃に対して２００〜２４０度と高い。

シリンダヘッド１４６は、アルミダイカストで形成され、吸入マフラ付バルブプレート１４８や吸入リード１６２、ガスケット１６４とともに、アルミ製のボルトである締結手段１７０によりブロック１２８に固定されている。

アルミ製のボルトである締結手段１７０の線膨張係数は約２．４×１０^−５／℃であり、シリンダヘッド１４６およびバルブプレート部１３８とほぼ等しい。

シリンダヘッド１４６は、バルブプレート部１３８との間に吐出チャンバー１７２を構成している。吐出チャンバー１７２内のバルブプレート部１３８の表面に設けた凹部には、圧縮室１４０と吐出チャンバー１７２を連通する吐出ポート孔１７６が開口しており、吐出ポート孔１７６を覆うように凹部の底に吐出リード１７４が収納されている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

インバータ駆動回路より電動要素１１０に通電されると、固定子１１２に発生する磁界により回転子１１４はクランクシャフト１２２とともに回転する。主軸１２４の回転に伴い、偏心軸１２６は偏心回転し、この偏心運動はコンロッド１４４を介して往復運動に変換され、ピストン１３４をシリンダ１３６内で往復運動させることで密閉容器１０１内の冷媒ガスを圧縮室１４０内に吸入し、圧縮する圧縮動作を行う。

この圧縮動作に伴う吸入行程において、密閉容器１０１内の冷媒ガスは、吸入マフラ部１５０を介して圧縮室１４０内に間欠的に吸入され、圧縮された後、高温高圧の冷媒ガスは吐出チャンバー１７２や吐出配管（図示せず）などを経由して密閉容器１０１外の既知の冷凍サイクル（図示せず）へ送られる。吸入マフラ部１５０は、入口管１５６、出口管１５８、消音空間１５４で膨張型マフラを構成しており、間欠的な冷媒ガスの吸入により発生する騒音を低減する。また、吸入マフラ部１５０は、金属などに比べ大幅に熱伝達の少ないＰＢＴで形成され、冷凍サイクルから戻った温度の低い冷媒ガスの加熱を防止し、性能の低下を防いでいる。

また、バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０は、複数の樹脂部品を超音波溶着などの方法で接合して一体の吸入マフラ付バルブプレート１４８を形成しているので、従来のような板ばね等の別部品を用いなくても、温度変化に伴ってバルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０の間や、その他の隙間から冷媒ガスが漏れることは無く、安価である上に、騒音の発生を防止し、吸入ガスの温度上昇の防止により効率を向上することができる。

締結手段１７０を締め付けることにより、バルブプレート部１３８およびシリンダヘッド１４６が圧縮され、締結手段１７０は引っ張られた状態で、シリンダ１３６に固定されており、常にシリンダ１３６とバルブプレート部１３８、バルブプレート部１３８とシリンダヘッド１４６が密着するような力が作用している。

ところが、締結手段１７０よりもバルブプレート部１３８の線膨張係数が著しく大きいと、運転時に圧縮室で発生する熱によりバルブプレート部１３８が熱膨張しても、バルブプレート部１３８を挟持しているシリンダヘッド１４６とシリンダ１３６の間隔の拡大幅はこれよりも小さく、バルブプレート部１３８が押しつぶされて厚さが薄くなるような塑性変形が生じる。この結果、温度が低下したときに締結手段１７０による圧縮力が作用しなくなり、バルブプレート部１３８とシリンダヘッド１４６の当接面からの高圧の冷媒ガスが漏れることが懸念される。ところが、バルブプレート部１３８はＰＰＳで形成され、ＰＢＴなどの他の樹脂に比べ線膨張係数が小さく、熱膨張が比較的小さいので、温度変化による熱膨張に対しても塑性変形が発生しない。従って、常に締結手段１７０による締結力が作用するので、シリンダヘッド１４６やバルブプレート部１３８の隙間からの冷媒ガスの漏れを防止し、騒音の発生や効率の低下を防止できる。

また、締結手段１７０はアルミ製のボルトを用いているので、アルミ製のシリンダヘッド１４６やＰＰＳを用いたバルブプレート部１３８とともに、線膨張係数がすべてほぼ２×１０^−５／℃であるので、熱膨張の大きさがほとんど同じになり、従来のような鉄製のボルトで締結した場合に比べ締結力が温度により変化することが無い。従って、熱膨張の大きさの違いによる変形や隙間の発生を防止できるので、確実に騒音の発生や性能の低下を防止できる。

また、シリンダヘッド１４６に用いたＰＰＳは、吸入マフラ部１５０に用いたＰＢＴよりも耐熱温度が高く、冷媒ガスの圧縮熱によって加熱されても変形を防止できる。また、ＰＰＳとＰＢＴは線膨張係数が異なるが、超音波溶着により強固に接合されているので、熱膨張により隙間が生じ、騒音が大きくなることを防止している。また、隙間が発生することがないため、多量のオイルが吸入マフラ部１５０内に流入して密閉型圧縮機の性能が低下することを防止する。

さらに、吸入マフラ部１５０はＰＢＴを超臨界発泡成型により成型されているが、超臨界発泡成型においては溶融した樹脂に浸透性の高い超臨界状態の窒素や炭酸ガスを注入するので、金型内での溶融樹脂の流動性が向上する。さらに、流動性が向上することで成型時の圧力や温度を低くすることができ、成型品に発生する応力が小さくなるため金型から取り出した後の変形（ソリ）を防止できるとともに、ガスによる圧力が作用しているため、樹脂が固まる際に縮み、樹脂の表面に凹みができるヒケを防止できるので寸法精度が向上し、歩留まりが良くなるので生産性が向上する。

また、吸入マフラ部１５０は、発泡成型により樹脂内に気泡を内在するので、発泡成型を行わない場合に比べて断熱性が向上する。従って、吸入マフラ部１５０内での冷媒ガス加熱を防止できるので、密閉型圧縮機の性能が向上する。

さらに、樹脂を発泡して成型することで、樹脂材料の使用量が減少するので材料コストを低減できる。

また、バルブプレート部１３８は樹脂で形成されており、高回転時に吐出リード１７４や吸入リード１６２が高い速度でバルブプレート部１３８に衝突しても、金属製のバルブプレートに比べ衝突音が減衰されやすく、騒音が小さい。また、金属製のバルブプレートに比べて材料の硬度が低いので、吐出リード１７４や吸入リード１６２への衝撃が軽減され、また傷つきを防止できるので、吐出リード１７４や吸入リード１６２の破損を防止することができる。

また、吐出リード１７４はバルブプレート部１３８のシリンダヘッド１４６側の面に設けた凹部に収納されており、吐出リード１７４と圧縮室１４０を連通する吐出ポート孔１７６におけるバルブプレート部１３８の厚さが小さく、吐出ポート孔１７６内の容積が小さくなる。従って、バルブプレート部１３８の板厚を大きくして十分な強度を確保しながら、上死点における圧縮室１４０の容積である死容積を小さくできるので、再膨脹による能力低下を防止できる。

なお、締結手段１７０にはアルミ製のボルトを用いたが、リベットなど他の締結方法であっても、温度変化に関わらず確実にバルブプレートを固定しながら、冷媒ガスの漏れを防止することができ、性能の低下を防止できる。

さらに、締結手段の材料は、線膨張係数が１．５×１０^−５／℃以上であるアルミ以外の金属や樹脂、例えば亜鉛やＰＰＳなどを用いても、樹脂製のバルブプレート部１３８やアルミ製のシリンダヘッド１４６との熱膨張の違いを、小さくできるので、冷媒の漏れを防止し、性能の低下を防止できる。

以上のように、本発明の密閉式圧縮機は、板ばねのような別部品を用いずに吸入マフラおよびバルブプレートからの冷媒ガスの漏れを防止し、安価で、騒音の低い密閉型圧縮機を実現することができる。

なお、吸入マフラ付バルブプレート１４８について、バルブプレート部１３８と吸入マフラ部１５０を個々に成型し超音波溶着などの方法で一体に結合して形成したもので説明したが、吸入マフラ付バルブプレート１４８は、全てを一体に成型したものでも同様の効果が得られることは言うまでも無い。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、圧縮機の性能を安定させ、騒音を低減できるので、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、自動販売機やその他の冷凍装置等に広く適用できる。

本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態における吸入マフラ付バルブプレートの拡大図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の吸入マフラの断面図

符号の説明

１０１ 密閉容器
１１０ 電動要素
１２０ 圧縮要素
１２２ クランクシャフト
１２８ ブロック
１３４ ピストン
１３６ シリンダ
１３８ バルブプレート部
１４６ シリンダヘッド
１４８ 吸入マフラ付バルブプレート
１５０ 吸入マフラ部
１５４ 消音空間
１７０ 連結手段
１７４ 吐出リード

Claims (6)

1. 密閉容器と、前記密閉容器に収納される電動要素と圧縮要素とを備え、前記圧縮要素は、クランクシャフトと、シリンダを形成するブロックと、ピストンと、バルブプレート部と吸入マフラ部を備える吸入マフラ付バルブプレートとを有し、前記吸入マフラ付バルブプレートは、前記バルブプレート部がシリンダヘッドとともに前記シリンダ端面を蓋するように配置され、前記吸入マフラ部は内部に消音空間を有し、前記密閉容器内の空間および前記シリンダと連通しており、前記バルブプレート部と前記吸入マフラ部の少なくとも一部が樹脂で一体に成型され、前記バルブプレート部の線膨張係数は４×１０^−５／℃以下である密閉型圧縮機。
2. バルブプレート部およびシリンダヘッドが締結手段によりシリンダに固定され、前記締結手段は線膨張係数１．５×１０^−５／℃以上の材料で形成される請求項１に記載の密閉型圧縮機。
3. バルブプレート部の吐出リードが配設される位置に比べ、周囲の板厚が厚い請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
4. バルブプレート部と吸入マフラ部は異なる樹脂材料により形成される請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
5. インバータにより商用周波数より高い周波数を含む、複数の回転数で運転される請求項１から４いずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
6. バルブプレート部及び吸入マフラ部は、少なくとも一部が発泡成型により製造される請求項１から５いずれか一項に記載の密閉型圧縮機。

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