JP2009509076A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

圧縮機は、開口端部と内壁とを有するシリンダと、シリンダ内に往復自在に挿入されたピストンと、シリンダの開口端部を封止して吸入孔と吐出孔が設けられたバルブプレートと、吸入孔を開閉する、シリンダとバルブプレートの間に保持された吸入リードと、シリンダの開口端部と吸入リードとの間に配設されたガスケットとを備える。吸入リードは、吸入孔を開閉するヘッド部と、ヘッド部を弾性的に支持するアーム部と、アーム部に接続されてシリンダの開口端部とバルブプレートの間で保持された基部とを有する。基部は、シリンダの内壁からシリンダの外に向かって遠ざかった境界端で保持される。境界端は基部に生じる曲げ応力の等応力線に一致する形状を有する。この圧縮機の吸入リードは破損しにくく高い信頼性を有する。

Description

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の冷却装置に用いられる圧縮機に関する。

図５は特開２００１−２２１１６１号公報に記載されている従来の圧縮機５０１の概略図である。図６は、図５に示す圧縮機５０１の線６−６における断面図である。シリンダブロック１にはシリンダ２２が形成されており、ピストン３がシリンダ２２内に往復自在に挿入されている。シリンダ２２の開口端部にはこれを封止するようバルブプレート４４が配設されている。薄板状のバネ鋼からなる吸入リード５がバルブプレート４４とシリンダ２２の開口端部との間に挟持されている。ガスケット６６がシリンダ２２の開口端部と吸入リード５との間に配設されている。

バルブプレート４４には吸入孔７と吐出孔８が形成されている。吸入リード５は吸入孔７を開閉するヘッド部９と、ヘッド部９の先に突設した突出部１０と、ヘッド部９を弾性的に支持するアーム部１１と、アーム部１１をシリンダ２２に固定する基部１２とで形成されている。すなわち、吸入リード５は基部１２でガスケット６６に固定されている。吸入リード５が変位した際、境界端１３を境に動く部分５Ａと動かない部分５Ｂとに分けられる。境界端１３はシリンダ２２に沿った形状を有する。

シリンダ２２の内壁には突出部１０を受けるストッパー部１４が設けられている。

圧縮機５０１の動作を説明する。ピストン３がシリンダ２２内を往復動する。吸入行程時にはシリンダ２２内の圧力が下がり吸入リード５が開いて吸入孔７から冷媒がシリンダ２２内に吸入される。吐出行程時にはシリンダ２２内の圧力が上がり吸入リード５が閉じ吸入孔７を塞ぎ、吐出孔８から冷媒がシリンダ２２外へ吐出される。

吸入リード５が開く際、突出部１０とストッパー部１４が接触し吸入リード５のたわみを制限することで、吸入リード５に生ずる応力をコントロールしている。

従来の圧縮機５０１では、液バック現象が生じて吸入リード５が大きく変位した際に、境界端１３の両端に応力が集中して吸入リード５が破損される場合がある。

圧縮機は、開口端部と内壁とを有するシリンダと、シリンダ内に往復自在に挿入されたピストンと、シリンダの開口端部を封止して吸入孔と吐出孔が設けられたバルブプレートと、吸入孔を開閉する、シリンダとバルブプレートの間に保持された吸入リードと、シリンダの開口端部と吸入リードとの間に配設されたガスケットとを備える。吸入リードは、吸入孔を開閉するヘッド部と、ヘッド部を弾性的に支持するアーム部と、アーム部に接続されてシリンダの開口端部とバルブプレートの間で保持された基部とを有する。基部は、シリンダの内壁からシリンダの外に向かって遠ざかった境界端で保持される。境界端は基部に生じる曲げ応力の等応力線に一致する形状を有する。

この圧縮機の吸入リードは破損しにくく高い信頼性を有する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機１００１の概略図である。図２は、図１に示す圧縮機１００１の線２−２における断面図である。シリンダブロック１０１には円筒形状のシリンダ１０２が形成されている。ピストン１０３はシリンダ１０２内でシリンダ１０２の内壁１０２Ｂに沿って往復自在に挿入されている。シリンダ１０２の開口端部１０２Ａには開口端部１０２Ａを封止するバルブプレート１０４が配設されている。薄板状のバネ鋼からなる吸入リード１０５はバルブプレート１０４とガスケット１０６との間に挟持されている。ガスケット１０６がシリンダ１０２の開口端部１０２Ａと吸入リード１０５との間に配設されている。吸入リード１０５はガスケット１０６に接触している。ガスケット１０６はシリンダ１０２の開口端部１０２Ａに接触している。バルブプレート１０４には吐出孔１０８と２つの円形の吸入孔１０７が設けられている。吸入リード１０５は吸入孔１０７を開閉するヘッド部１０９と、ヘッド部１０９を弾性的に支持するアーム部１１１と、アーム部１１１をシリンダ１０２に固定する基部１１２とで形成されている。ガスケット１０６はゴムがコーティングされた紙よりなり、弱い弾性を有している。

吸入リード１０５は変形、変位して吸入孔１０７を開閉する。吸入リード１０５はガスケット１０６とバルブプレート１０４に挟まれて保持されている。吸入リード１０５は吸入孔１０７を開閉するために変位する部分１０５Ａと、ガスケット１０６に接触して変位しない部分１０５Ｂとを有する。境界端１１３は吸入リード１０５の部分１０５Ａ、１０５Ｂの境界に位置して吸入リード１０５を部分１０５Ａ、１０５Ｂに区分する。境界端１１３は吸入リード１０５の基部１１２に位置している。吸入リード１０５は２つの吐出孔１０８の間を通っている。

境界端１１３はシリンダ１０２の内壁１０２Ｂから外に向かう方向Ｔ１でシリンダ１０２より遠ざかった位置にセットバックして設けられている。基部１１２は境界端１１３で保持される。吸入リード１０５が撓んで変形すると、等応力線１２０Ａ〜１２０Ｃで分布する応力が発生する。境界端１１３は基部１１２に生ずる曲げ応力の等応力線１２０Ｃに一致する形状を有し、図２に示す境界端１１３は円弧形状を有する。

シリンダ１０２の内壁１０２Ｂから境界端１１３までの距離Ｄ１すなわちセットバック量と、円弧形状の半径Ｒ１は、吸入リード１０５が最大量変位した際に開口端部１０２Ａに吸入リード１０５が接触しないように設定される。

圧縮機１００１の動作を説明する。

ピストン１０３がシリンダ１０２内を往復動することで、吸入行程時にはシリンダ１０２内の圧力が下がる。これにより、吸入孔１０７内とシリンダ１０２内の圧力差が生じ、吸入リード１０５のヘッド部１０９に力が加わる。その結果、吸入リード１０５が基部１１２を支点にアーム部１１１が湾曲するよう内へ開くことで吸入孔１０７から冷媒をシリンダ１０２内に吸入する。吐出行程時にはシリンダ１０２内の圧力が上がり吸入リード１０５が吸入孔１０７を塞ぎ、吐出孔１０８から吐出バルブを介して冷媒をシリンダ１０２外へ吐出する。

圧縮機１００１の冷凍性能を向上させるには、吸入孔１０７の開口面積を大きくして吸入抵抗を低減する方法が有効である。吸入孔１０７の開口面積を大きくすると、吸入孔１０７を開閉するヘッド部１０９は必然的に大きくなる。大きいヘッド部１０９に対しアーム部１１１を極端に細くしてしまうと、吸入リード１０５が変位した際にアーム部１１１にねじれが発生し、その結果破損する場合がある。

一方、アーム部１１１がヘッド部１０９と同等の幅を有する場合には、吸入リード１０５自身の剛性が高くなりすぎてしまい、吸入リード１０５の変位が小さくなり、吸入抵抗が大きくなってしまう。さらに、基部１１２の幅を大きくすると、吸入リード１０５の変位する部分１０５Ａの実質長さが短くなり、境界端１１３の両端に応力が集中し、基部１１２を破損させる場合がある。

また、吸入リード１０５の実質長さを大きくするためにガスケット１０６を単にシリンダ１０２の内壁１０２Ｂからシリンダ１０２の外に向かう方向Ｔ１に遠ざけてセットバックさせると、シリンダ１０２の開口端部１０２Ａと吸入リード１０５とが接触し、破損する場合がある。これを防ぐために、基部１１２と対向するシリンダ１０２の開口端部１０２Ａに、傾斜した逃げ部を設けることが考えられる。この場合は、ピストン１０３が上死点に位置する時に、バルブプレート１０４とシリンダ１０２の内壁１０２Ｂとピストン１０３で形成される空間であるクリアランスボリュームが増加し、圧縮機の冷凍能力が低下する。

実施の形態による圧縮機１００１では、アーム部１１１は上記のねじれを抑制できる幅を有する。ガスケット１０６はシリンダ１０２の外に向かう方向Ｔ１に向かってシリンダ１０２の内壁１０２Ｂから遠ざけられてセットバックされる。基部１１２を保持する境界端１１３は基部１１２に生ずる曲げ応力の等応力線１２０Ｃに一致する形状、実施の形態では円弧形状を有する。この構成により、吸入リード１０５の基部１１２の一部に曲げ応力が集中することを防ぐことができ、破損しにくい信頼性の高い吸入リード１０５を備えた圧縮機１００１が得られる。

圧縮機１００１では、吸入リード１０５は最大限変位した際にも、シリンダ１０２の開口端部１０２Ａに吸入リード１０５が接触しないので、吸入リード１０５の変形、破損が発生しにくくなる。

境界端１１３は基部１１２に生ずる曲げ応力の等応力線１２０Ｃに一致する形状である円弧形状を有するので、境界端１１３がシリンダ１０２の内壁１０２Ｂからシリンダ１０２の外部へ向かって遠ざかってセットバックされて形成されるシリンダ１０２と境界端１１３との間の空間の容積を必要最小限に抑えることができる。したがって、クリアランスボリュームを最小限に抑え、クリアランスボリュームの増加による圧縮機の冷凍性能の低下を抑えられる。

圧縮機１００１では２つの円形の吸入孔１０７により開口面積の合計を大きくしている。１つの円形の吸入孔で開口面積を大きくしてもその吸入孔を通過する冷媒の吸入抵抗を低減することができるが、吐出行程時、吸入孔の内側とシリンダ１０２内の圧力差により吸入リード１０５のヘッド部１０９に生ずる応力が大きくなり、吸入リード１０５の変形、破損が発生する懸念がある。

実施の形態による圧縮機１００１では、面積の小さい２つの吸入孔１０７を設けることで、開口面積を大きくしつつ、吸入リード１０５のヘッド部１０９に生ずる応力を小さく抑えることができる。したがって、冷凍能力が高く、高効率でかつ吸入リード１０５が破損しにくい高い信頼性を有する圧縮機１００１が得られる。

実施の形態では、ガスケット１０６はゴムをコーティングした紙よりなるが、ゴムをコーティングしていない紙より形成してもよく、また、繊維と充填材とゴムとを混合したゴム材料より形成してもよい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における圧縮機１００２の概略図である。図４は、図３に示す圧縮機１００２の線４−４における断面図である。シリンダブロック２０１には円筒形状のシリンダ２０２が形成されている。ピストン２０３はシリンダ２０２内でシリンダ２０２の内壁２０２Ｂに沿って往復自在に挿入されている。シリンダ２０２の開口端部２０２Ａには開口端部２０２Ａを封止するバルブプレート２０４が配設されている。薄板状のバネ鋼からなる吸入リード２０５はバルブプレート２０４とガスケット２０６との間に挟持されている。ガスケット２０６がシリンダ２０２の開口端部２０２Ａと吸入リード２０５との間に配設されている。吸入リード２０５はガスケット２０６に接触している。ガスケット２０６はシリンダ２０２の開口端部２０２Ａに接触している。バルブプレート２０４には非円形の吸入孔２０７と２つの吐出孔２０８が設けられている。吸入リード２０５は、吸入孔２０７を開閉するヘッド部２０９と、ヘッド部２０９の先に突出する突出部２１０と、ヘッド部２０９を弾性的に支持するアーム部２１１と、アーム部２１１をシリンダ２０２に固定する基部２１２とで形成されている。アーム部２１１には孔２１１Ａが設けられている。ガスケット２０６は、繊維と充填材とゴムとを混合したゴム材料よりなり、弱い弾性を有している。

吸入リード２０５は変形、変位して吸入孔２０７を開閉する。吸入リード２０５は、ガスケット２０６とシリンダ２０２のバルブプレート２０４に挟まれて保持されている。吸入リード２０５は、吸入孔２０７を開閉するために変位する部分２０５Ａと、ガスケット２０６に接触して変位しない部分２０５Ｂとを有する。境界端２１３は吸入リード２０５の部分２０５Ａ、２０５Ｂの境界に位置して吸入リード２０５を部分２０５Ａ、２０５Ｂに区分する。境界端２１３は吸入リード２０５の基部２１２に位置している。

境界端２１３はシリンダ２０２の内壁２０２Ｂからシリンダ２０２の外周に向かう方向Ｔ２でシリンダ２０２より遠ざかった位置にセットバックして設けられている。基部２１２は境界端２１３で保持される。吸入リード２０５が撓んで変形すると、等応力線２２０Ａ〜２２０Ｃで分布する応力が発生する。境界端２１３は基部２１２に生ずる曲げ応力の等応力線２２０Ｃに一致する形状を有し、図４に示す境界端２１３は円弧形状を有する。

シリンダ２０２の内壁２０２Ｂから境界端２１３までの距離Ｄ２すなわちセットバック量と、円弧形状の半径Ｒ２は、吸入リード２０５が最大量変位した際に開口端部２０２Ａに吸入リード２０５が接触しないように設定される。

シリンダ２０２の開口端部２０２Ａには、内壁２０２Ｂからシリンダ２０２の外に向かう方向Ｔ３に延びる凹部よりなるストッパー部２１４が形成されている。吸入リード２０５の突出部２１０は、吸入リード２０５が開く際、ストッパー部２１４に接触し吸入リード２０５の特にヘッド部２０９とアーム部２１１のたわみを制限している。

圧縮機１００２の動作を説明する。

ピストン２０３がシリンダ２０２内を往復動することで、吸入行程時にはシリンダ２０２内の圧力が下がる。これにより、吸入孔２０７内とシリンダ２０２内の圧力差が生じ、吸入リード２０５のヘッド部２０９に力が加わる。その結果、吸入リード２０５が基部２１２を支点にアーム部２１１が湾曲するよう内へ開くことで吸入孔２０７から冷媒をシリンダ２０２内に吸入する。吐出行程時にはシリンダ２０２内の圧力が上がり吸入リード２０５が吸入孔２０７を塞ぎ、吐出孔２０８から吐出バルブを介して冷媒をシリンダ２０２外へ吐出する。

吸入行程時に吸入リード２０５が開く際、突出部２１０が凹部であるストッパー部２１４に接触することで、吸入リード２０５の変位量を規制している。これにより、吸入リード２０５のたわみを制限することができ、吸入リード２０５に発生する応力を低減することができる。

アーム部２１１の外形最小幅Ｗ１と基部２１２の幅Ｗ２と、アーム部２１１の外形最小幅Ｗ１の位置から基部２１２までの距離Ｌ１と、ガスケット２０６の境界端２１３の円弧形状の半径Ｒ２と、境界端２１３に発生する応力との関係を検討した。その結果、
０．４５≦２０Ｌ１／（Ｒ２×（Ｗ２−Ｗ１））≦１．８０
を満足することで、境界端２１３は基部２１２に生ずる曲げ応力の等応力線２２０Ｃに近い形状、実施の形態２では円弧形状となることを確認した。この式により、破損しにくい信頼性の高い吸入リード２０５を備えた圧縮機１００２が容易に得られる。

実施の形態２においては、アーム部２１１の外形最小幅Ｗ１を８ミリメートル、基部２１２の幅Ｗ２を１２ミリメートル、アーム部２１１の外形最小幅Ｗ１の位置から基部２１２までの距離Ｌ１を７ミリメートル、境界端２１３の円弧形状の半径Ｒ２を３０ミリメートルとしている。

実施の形態２による圧縮機１００２では、吸入リード２０５のアーム部２１１に孔２１１Ａが設けられている。孔２１１Ａにより、アーム部２１１のヘッド部２０９側でのたわみ量を大きくすることができ、吸入孔２０７の開口面積を大きくすることができて吸入孔２０７から冷媒を吸入しやすくなり、そのうえアーム部２１１の基部２１２のたわみ量を小さくすることができて基部２１２での応力を小さくすることができるので、圧縮機１００２の冷凍能力や効率、信頼性を向上させることができる。

シリンダ２０２の内壁２０２Ｂから境界端２１３までの距離Ｄ２すなわちセットバック量と、円弧形状の半径Ｒ２は、吸入リード２０５が最大量変位した際に開口端部２０２Ａに吸入リード２０５が接触しないように設定される。これにより、シリンダ２０２の開口端部２０２Ａと吸入リード２０５が接触しないので、吸入リード２０５は変形、破損しにくくなる。

境界端２１３は基部２１２に生ずる曲げ応力の等応力線２２０Ｃに一致する形状である円弧形状を有するので、境界端２１３がシリンダ２０２の内壁２０２Ｂからシリンダ２０２の外部へ向かって遠ざかってセットバックされて形成されるシリンダ２０２と境界端１１３との間の空間の容積を必要最小限に抑えることができる。したがって、バルブプレート２０４とシリンダ２０２の内壁２０２Ｂとピストン１０３で形成される空間であるクリアランスボリュームを最小限に抑え、クリアランスボリュームの増加による圧縮機の冷凍性能の低下を抑えられる。

実施の形態２では吸入孔２０７は非円形状を有し、これにより吸入孔２０７の開口面積を大きくしている。大きな開口面積を有する円形状の吸入孔では、吐出行程時、吸入孔内とシリンダ２０２内の圧力差により吸入リード２０５のヘッド部２０９にかかる荷重が大きくなり、ヘッド部２０９が変形、破損する懸念がある。非円形状の吸入孔２０７により、ヘッド部２０９にかかる荷重によるたわみを低減することができる。したがって、大きな開口面積を有する吸入孔２０７を有し、かつヘッド部２０９に生じる応力を小さくすることのできる吸入リード２０５を有するので、圧縮機１００２は大きな冷凍能力と高い効率と高い信頼性を有する。

なお、実施の形態２において、ガスケット２０６は繊維と充填材とゴムとを混合したゴム材料よりなるが、ゴムをコーティングした紙より形成されてもよく、また、ゴムをコーティングしていない紙より形成されてもよい。

なお、実施の形態２による吸入リード２０５や境界端２１３の寸法や形状、吸入孔２０７の形状、吸入リード２０５の突出部２１０やストッパー部２１４は、図１と図２に示す実施の形態１による圧縮機１００１にも適用でき、同様の効果を有する。

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。

本発明による圧縮機の吸入リードは破損しにくく高い信頼性を有する。したがって、この圧縮機は、冷蔵庫、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等の冷却装置に用いられる圧縮機の他に、真空ポンプや空気圧縮機等の弁構造にも適用できる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の概略図 図１に示す圧縮機の線２−２における断面図 本発明の実施の形態２における圧縮機の概略図 図３に示す圧縮機の線４−４における断面図 従来の圧縮機の概略図 図５に示す圧縮機の線６−６における断面図

符号の説明

１０２ シリンダ
１０２Ａ 開口端部
１０２Ｂ 内壁
１０３ ピストン
１０４ バルブプレート
１０５ 吸入リード
１０６ ガスケット
１０７ 吸入孔
１０８ 吐出孔
１０９ ヘッド部
１１１ アーム部
１１２ 基部
１２０Ｃ 等応力線
２０２ シリンダ
２０２Ａ 開口端部
２０２Ｂ 内壁
２０３ ピストン
２０４ バルブプレート
２０５ 吸入リード
２０６ ガスケット
２０７ 吸入孔
２０８ 吐出孔
２０９ ヘッド部
２１０ 突出部
２１１ アーム部
２１２ 基部
２２０Ｃ 等応力線

Claims (7)

1. 開口端部と内壁とを有するシリンダと、
   前記シリンダ内に前記シリンダの前記内壁に沿って往復自在に挿入されたピストンと、
   前記シリンダの前記開口端部を封止し、吸入孔と吐出孔が設けられたバルブプレートと、
   前記吸入孔を開閉する、前記シリンダの前記開口端部と前記バルブプレートの間に保持された吸入リードと、
   前記シリンダの前記開口端部と前記吸入リードとの間に配設されたガスケットと、
   を備え、
   前記吸入リードは、
   前記吸入孔を開閉するヘッド部と、
   前記ヘッド部を弾性的に支持するアーム部と、
   前記アーム部に接続されて前記シリンダの前記開口端部と前記バルブプレートの間で保持された基部と、
   を有し、
   前記基部は、前記シリンダの前記内壁から前記シリンダの外に向かって遠ざかった境界端で保持され、
   前記境界端は前記基部に生じる曲げ応力の等応力線に一致する形状を有する、圧縮機。
2. 前記境界端は円弧形状を有し、
   前記アーム部の外形最小幅Ｗ１と、前記基部の幅Ｗ２と、前記アーム部の外形最小幅Ｗ１の位置から前記基部までの距離Ｌ１と、前記境界端の円弧形状の半径Ｒ２は、
   ０．４５≦２０Ｌ１／（Ｒ２×（Ｗ２−Ｗ１））≦１．８０
   を満たす、請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記境界端は円弧形状を有し、
   前記境界端と前記シリンダの前記内壁との距離と前記境界端の前記円弧形状の半径は、前記吸入リードが変位した際に前記シリンダの前記開口端部に前記吸入リードが接触しないように設定されている、請求項１に記載の圧縮機。
4. 前記吸入リードは前記ヘッド部に接続された突出部をさらに有し、形成するとともに、
   前記シリンダの前記内壁には前記突出部に接触する凹部が形成された、請求項１に記載の圧縮機。
5. 前記バルブプレートには、前記吸入リードにより開閉する別の吸入孔がさらに設けられた、請求項１に記載の圧縮機。
6. 前記吸入孔は非円形である、請求項１に記載の圧縮機。
7. 前記アーム部は前記ヘッド部より狭い幅を有する、請求項１に記載の圧縮機。

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