JP2014141888A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】形状を不適切に設計されたリテーナを使用すると、リード弁のリフト動作の際、根元部よりも弁部の方が先にリテーナに接触するため、弁部がリテーナに接触する時の激しい衝突音や弁部の破損が発生するだけでなく、その衝撃による応力波が根元部へと伝播して根元部破損を招くこと。
【解決手段】吐出ポート１４の吐出室１６側に設けたリード弁１９によって吐出ポート１４が開閉し、リード弁１９は常に上軸受７に密着する固定部１９ａと、吐出ポート１４を閉塞して逆止する弁部１９ｂと、固定部１９ａと弁部１９ｂを連絡する根元部１９ｃとで構成され、リード弁１９のリフトを規制するリテーナ２０を備えた圧縮機であって、リード弁１９が吐出ポート１４を閉塞している状態から最大リフト状態まで変形する過程で、リード弁１９とリテーナ２０との当接範囲が固定部１９ａ側から弁部１９ｂに向かって順次連続的に拡大する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機、ブロワ、給湯機、及び冷蔵庫等に使用される圧縮機に関するものである。

従来の構成の一例として、図８から図１１のロータリ圧縮機を参照しながら説明する。

図８において、シリンダ１０１とローリングピストン１０２、図示されていないベーンを上軸受１０３と下軸受１０４で挟み込むことで吸入室と圧縮室１０５を形成し、駆動軸１０６の回転に伴ってローリングピストン１０２が回転することで圧縮動作を行う圧縮機構部１０７と、駆動軸１０６に回転力を伝える電動要素１０８とが密閉容器１０９内に収納されている。

図９および図１０は図８の上軸受１０３の正面図と断面図である。

圧縮室１０５で圧縮された冷媒ガスは上軸受１０３に設けられた吐出ポート１１０を通って圧縮機構部１０７から密閉容器１０９内部空間へと吐出される。吐出ポート１１０には逆止弁としてリード弁１１１が、そのリフト量を規制するリテーナ１１２とともに上軸受１０３にリベット固定されている。

図１１はリード弁１１１の正面図である。

リード弁１１１はリテーナ１１２とともに上軸受１０３に密着固定される固定部１１１ａと、吐出ポート１１０を開閉する弁部１１１ｂと、固定部１１１ａと弁部１１１ｂとを連絡する根元部１１１ｃとで構成される。

圧縮機構部が回転して圧縮動作を行うロータリ方式やスクロール方式では、その構成上の特徴から吐出ポート１１０での吐出冷媒ガスの流れが偏りやすく、組立ばらつき等も加わることでリード弁１１１のリフト中に長手方向を軸としたねじれが生じ、リード弁１１１の破損や騒音悪化を招く。

一方、リード弁１１１はその表裏の圧力差によってリフトを開始するため、リード弁１１１がリフト方向へ変形しやすい、すなわち、たわみ剛性が低い方が、圧縮室１０５の吐出圧力到達後のオーバーシュートが小さくなるため、圧縮機の効率は向上する。さらに、吐出ポート１１０が全閉の状態からリテーナ１１２に全面が当接する最大リフトまでの時間が短縮されるため、リード弁１１１開口部での圧力損失が低減され、効率は一層向上する。

このねじれ剛性とたわみ剛性をバランスよく設計することで信頼性、騒音、効率を両立させることができ、一般的には根元部１１１ｃの幅は固定部１１１ａや弁部１１１ｂよりも小さく設計される。

信頼性に影響を与えるねじれ剛性を損なうことなくたわみ剛性を緩和させてリフト力低減による高効率化を行う方法として、特許文献１の発明では、図１２のとおり、リード弁１１１の根元部１１１ｃにその幅方向中央部においてリード弁１１１の長手方向に長穴１１３を設け、リード弁１１１がリフトしやすくしている。

特開昭６３−５５３９１号公報

しかしながら、前記特許文献１の従来の構成では、形状を不適切に設計されたリテーナを使用すると、リード弁のリフト動作の際、根元部よりも弁部の方が先にリテーナに接触する。根元部に長穴を設けることでたわみ剛性が低下しているためリフト速度は比較的速く、弁部がリテーナに接触する時の激しい衝突音や弁部の破損が発生するだけでなく、その衝撃による応力波が根元部へと伝播して根元部破損を招くことになる。また、リード弁のリフトによる弾性エネルギーが主に根元部の最も固定部側の部分に蓄えられることで、そこでの応力集中による破損も引き起こす。これらの結果、圧縮機の騒音と信頼性が悪化するという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、リード弁が全閉状態から最大リフト状態まで変形する過程で、リード弁とリテーナとの当接範囲が固定部側から弁部に向かって順次連続的に拡大するとともに、根元部にリード弁の長手方向を長軸とする長穴を設けることにより、ねじれ剛性を維持してリード弁のポート着座時の片当りによる騒音悪化やリード弁破損を回避しながら、たわみ剛性を緩和させてポート全閉状態からのリフト初期段階におけるリード弁のリフト力低減による高効率化を実現し、たわみ剛性緩和に伴うリテーナへの激しい衝突による騒音悪化やリード弁破損も生じることのない、高効率と低騒音、高信頼性を両立する圧縮機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、請求項１記載のとおり、ポートが設けられた隔壁によって第１室と第２室が隔離され、ポートの第２室側に設けたリード弁によってポートが開閉し、リード弁は常に隔壁に密着する固定部と、ポートを閉塞して逆止する弁部と、固定部と弁部を連絡する根元部と、で構成され、前記リード弁に接触して前記第２室側に配された、前記リード弁のリフトを規制するリテーナを備えた圧縮機であって、前記固定部から前記根元部にかけて、前記リード弁の幅が略同一であり、前記根元部に前記リード弁の長手方向を長軸とする長穴を設け、前記リード弁が全閉状態から最大リフト状態まで変形する過程で、前記リード弁と前記リテーナとの当接範囲が前記固定部側から前記弁部に向かって順次連続的に拡大することを特徴とするものである。

これによって、ねじれ剛性を維持してリード弁のポート着座時の片当りによる騒音悪化やリード弁破損を回避しながら、たわみ剛性を緩和させてポート全閉状態からのリフト初期段階におけるリード弁のリフト力低減による高効率化を実現し、たわみ剛性緩和に伴うリテーナへの激しい衝突による騒音悪化やリード弁破損も生じることのない、高効率と低騒音、高信頼性を両立することが可能である。

本発明の圧縮機は、リード弁のねじれ剛性を維持して信頼性と騒音の悪化を防止しながら、たわみ剛性を緩和させてリフト力低減による高効率化が実現でき、たわみ剛性緩和に伴う信頼性と騒音の悪化も生じることがなく、高効率と低騒音、高信頼性を両立することが可能である。

本発明の実施の形態１におけるロータリ圧縮機の縦断面図 本発明の実施の形態１における上軸受の正面図 本発明の実施の形態１における吐出逆止弁の断面図 本発明の実施の形態１におけるリフト中の吐出逆止弁の断面図 本発明の実施の形態１におけるリード弁の正面図 本発明の実施の形態２におけるリード弁の正面図 本発明の実施の形態３におけるリード弁の正面図 従来の圧縮機における圧縮機の縦断面図 従来の圧縮機における上軸受の正面図 従来の圧縮機における上軸受の断面図 従来の圧縮機におけるリード弁の正面図 特許文献１の圧縮機におけるリード弁の正面図

第１の発明は、ポートが設けられた隔壁によって第１室と第２室が隔離され、ポートの第２室側に設けたリード弁によってポートが開閉し、リード弁は常に隔壁に密着する固定部と、ポートを閉塞して逆止する弁部と、固定部と弁部を連絡する根元部と、で構成され、前記リード弁に接触して前記第２室側に配された、前記リード弁のリフトを規制するリテーナを備えた圧縮機であって、前記固定部から前記根元部にかけて、前記リード弁の幅が略同一であり、前記根元部に前記リード弁の長手方向を長軸とする長穴を設け、前記リード弁が全閉状態から最大リフト状態まで変形する過程で、前記リード弁と前記リテーナとの当接範囲が前記固定部側から前記弁部に向かって順次連続的に拡大するとともに、根元部にリード弁の長手方向を長軸とする長穴を設けることにより、ねじれ剛性を維持してリード弁のポート着座時の片当りによる騒音悪化やリード弁破損を回避しながら、たわみ剛性を緩和させてポート全閉状態からのリフト初期段階におけるリード弁のリフト力低減による高効率化を実現することができる。また、たわみ剛性緩和に伴うリテーナへの激しい衝突による騒音悪化やリード弁破損も防止できる。

すなわち、高効率と低騒音、高信頼性の全てを同時に満足する高性能圧縮機を実現することが可能である。

第２の発明は、特に、第１の発明の圧縮機において、リード弁の長手方向に沿って長穴の幅を変化させることにより、ポートが全閉の状態からリテーナに全面が当接する最大リフト状態まで変形する過程において、弁部に加わる荷重とそのリフト量との関係、すなわちリード弁のリフト特性を任意に設定することができ、圧縮機の回転数やポートでの流れ等に応じた最適設計によって高効率と低騒音、高信頼性を両立することが可能である。

第３の発明は、特に、第２の発明の圧縮機において、長穴の幅を弁部側よりも固定部側の方に大きくすることにより、リフト初期の弁部に加わる荷重を小さくしてリード弁がリフトしやすくし、それ以降から最大リフト量のときには徐々に弁部に加わる荷重が大きくなってリード弁のリフトが減速されてリテーナへの衝撃を緩和して、高効率と低騒音、高信頼性を両立することが可能である。

また、リード弁がポートに着座するときの衝撃によって破損しやすい弁部付近の剛性が高く保たれるため、リード弁破損を防止し、高信頼性を実現することが可能である。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の圧縮機において、リベットやボルトに代表される締結機械要素を長穴に通してリード弁、及びリテーナを隔壁に固定することにより、リード弁の固定部に固定用の穴を別途設ける必要がなく長穴と共用できるため、リード弁の加工コストを低減し、より安価な圧縮機を実現することが可能である。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の圧縮機において、第１室が圧縮
機構部の圧縮室であり、第２室が吐出室であり、圧縮機構部がロータリ方式またはスクロール方式である。これらの圧縮方式では、吐出圧力に到達した圧縮室とその圧縮室の背後で未だ圧縮途中または吸入圧力の圧縮室とが吐出ポートに交互に臨むため、リフト中のリード弁のポート閉塞動作の際、リード弁表裏の圧力差が他の圧縮方式より比較的大きく、リード弁が吐出ポートに着座するときの衝撃力が大きくなる。また、圧縮室を形成する回転要素が吐出ポートを横切るため、吐出ポートを流れる冷媒ガスがリード弁長手方向に対して偏り、リード弁をねじる力が生じやすい。したがって、これらの圧縮方式はリード弁のねじれ剛性が低下すると即座に騒音悪化やリード弁破損を招きやすい構成であり、高効率化と低騒音、高信頼性を両立できる本発明の構成をより効果的に用いることが可能である。

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本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におけるロータリ圧縮機の縦断面図である。

図１において、密閉容器１内に電動要素２が収納されている。電動要素２の鉛直方向の駆動軸３で圧縮機構部４が駆動されるようになっている。この圧縮機構部４はシリンダ５とローリングピストン６、ベーンを上軸受７と下軸受８で挟み込むことで圧縮室９を形成して圧縮動作を行うように構成されている。シリンダ５内には、駆動軸３と一体的に構成されたクランク軸偏芯部１０が収納されており、このクランク軸偏芯部１０にローリングピストン６が回転自在に装着されている。シリンダ５には、図示されていないベーンがローリングピストン６に当接して設けられ、圧縮室９と吸入室１１とを仕切っている。シリンダ５には、吸入室１１と連通する吸入ポート１２が設けられ、吸入ポート１２にはアキュームレータ１３が接続されている。

電動要素２が付勢され、その駆動軸３が回転すると、クランク軸偏芯部１０がシリンダ５内において偏芯回転し、ローリングピストン６が図示しないベーンに当接しながら回転運動し、冷媒ガスの吸入、圧縮が繰り返される。アキュームレータ１３に吸入された低圧冷媒は、アキュームレータ１３により気液分離され、吸入ポート１２を通って吸入室１１へと吸入される。

吸入された低圧冷媒ガスは圧縮室９の容積が徐々に縮小されることによって圧縮され、上軸受７に設けられた図示されていない吐出ポート１４を通り、上軸受７とバルブカバー１５とで形成された吐出室１６に吐出後、バルブカバー１５に設けられた図示されていない穴を通って密閉容器１の内部空間に放出され、密閉容器１上部の吐出管１７から圧縮機外部へ吐出される。

図２は上軸受７の正面図であり、吐出ポート１４には圧縮された高圧冷媒ガスが逆流しないように吐出逆止弁１８が設けられている。

図３は図２における吐出逆止弁１８のＡ−Ａ断面図である。吐出逆止弁１８は吐出ポート１４を開閉させる薄板のリード弁１９と、リード弁１９が開いているときのリフトを拘束するリテーナ２０とから構成され、リベット２１で上軸受７に固定されている。リード弁１９はリテーナ２０とともに上軸受７に密着固定される固定部１９ａと、吐出ポート１４を開閉する弁部１９ｂと、それらを連絡する根元部１９ｃとで構成される。

図４はリード弁１９がリフトして吐出冷媒ガスが吐出ポート１４から吐出されている瞬間の吐出逆止弁１８のＡ−Ａ断面図である。リテーナ２０の形状は、リード弁１９が吐出
ポート１４を閉塞している状態から最大リフト状態まで変形する過程で、リード弁１９とリテーナ２０との当接範囲Ｂが固定部１９ａ側から弁部１９ｂに向かって順次連続的に拡大するように設計されており、リード弁１９がリフト中の図４では図示された範囲が当接範囲Ｂである。

図５はリード弁１９の正面図である。リード弁１９の根元部１９ｃには長手方向を長軸とする長穴２２が、固定部１９ａにはリベット２１を通す固定穴２３が設けられている。

以上のように構成されたロータリ圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

図３のようにリード弁１９が吐出ポート１４を閉塞した状態において、吐出室１６よりも圧縮室９の圧力の方が大きくなることで圧力差によってリード弁１９の弁部１９ｂが上向きに押し上げられてリフトが開始する。その後は、図４において、リード弁１９の弁部１９ｂに吐出ポート１４から噴出する吐出冷媒ガスの流れによる抗力が作用し、リード弁１９をさらに押し上げる。このとき、リード弁１９とリテーナ２０との当接範囲Ｂでのリード弁１９の弾性変形による復元力によってリード弁１９を押し下げる方向に力が作用しており、復元力が流体抗力に打ち勝った時点でリード弁１９は吐出ポート１４を閉塞する方向に戻り始める。

圧縮室９の圧力が所定の圧力に到達した瞬間からリード弁１９がある程度リフトするまでの間は吐出ポート１４からの吐出冷媒ガスの吐出が不十分であるため、圧縮室９の圧力が所定以上に上昇して圧縮動力損失を生じやすく、この「開き遅れ」を抑制することで圧縮機を高効率化することができる。

この開き遅れを抑制するためには、初期リフト段階でのリード弁１９の復元力を小さくすればよい。すなわち、リード弁１９のリフト方向のたわみ剛性を小さくすることで高効率化ができる。しかし、たわみ剛性が小さすぎるとリード弁１９のリフトが加速されやすくなり、より高い速度での吐出ポート１４への着座やリテーナ２０への衝突によってリード弁１９の破損を招きやすいため、たわみ剛性は適切に設計する必要がある。

一方、リード弁１９の組み付けばらつきによる吐出ポート１４とリード弁１９の弁部１９ｂとの中心ずれや、吐出ポート１４から流出する吐出冷媒ガスの偏った流れ等によって弁部１９ｂに作用する流体抗力に偏りが生じ、リード弁１９は長手方向を軸としてややねじれた状態でリフト動作を行う。したがって、リード弁１９には十分なねじれ剛性が必要であり、ねじれ剛性が低下すると、ねじれによる根元部１９ｃの破損や、ねじれた状態でリード弁１９が吐出ポート１４に斜めに着座したり、リテーナ２０に斜めに衝突することによる弁部１９ｂの破損や騒音悪化を招きやすい。しかし、ねじれ剛性が大きすぎるとそれに伴ってたわみ剛性も大きくなり、開き遅れによる圧縮機の効率低下を招くため、ねじれ剛性も適切に設計する必要がある。

本発明の構成では、リード弁１９のねじれ剛性に大きく影響を与えない長手方向中心軸付近に長穴２２を設けてねじれによるリード弁１９の破損や騒音悪化を防止すると同時に、たわみ剛性を緩和させてリード弁１９の開き遅れを抑制することで高効率化を実現することが可能である。

加えて、リード弁１９とリテーナ２０との当接範囲Ｂをリフトの進行とともに拡大させてリード弁１９の支点が徐々に弁部１９ｂ側へと移動していくため、リード弁１９のねじれが徐々に矯正されてねじれが解消される。したがって、リード弁１９のねじれ剛性を従来の構成よりも小さくすることができ、それに伴ってたわみ剛性をさらに緩和させて高効率化を図ることが可能である。

なお、本実施の形態では応力集中の回避と加工性を重視してリード弁１９の固定部１９ａと根元部１９ｃの幅を略同一としているが、固定部１９ａで最小限必要な幅と、ねじれ剛性とたわみ剛性が最適化された根元部１９ｃの幅とは必ずしも一致しないため、固定部１９ａと根元部１９ｃの幅を不同としても上述の効果が得られることは当然である。

（実施の形態２）
図６は、実施の形態２におけるリード弁１９の正面図である。

実施の形態１における図５に示すリード弁１９に置き換えて、図６に示すように、長穴２２の幅を弁部１９ｂ側から固定部１９ａ側にかけて徐々に拡大させたリード弁１９を用いることにより、リフト初期の当接範囲Ｂが小さいときには当接範囲Ｂでの弾性変形による復元力が図５の場合よりもさらに小さくなり、リード弁１９の開き遅れ抑制によるさらなる高効率化を実現することが可能である。

また、リード弁１９が十分リフトして当接範囲Ｂが大きくなると、当接範囲Ｂでの復元力は図５の場合と同等になるため、リード弁１９が破損しやすくなることはない。

なお、長穴２２の幅を弁部１９ｂ側から固定部１９ａ側にかけて自由に設定することで、圧縮機構部４の各部寸法や冷媒特性等に適したリード弁１９のリフト特性を実現できる。例えば、長穴２２の幅が最大となる位置を変えることでリード弁１９に作用する流体抗力と復元力が釣り合って定常的に吐出されるときのリフト量を変えることができ、圧縮機の効率と信頼性と騒音を適度にバランスさせることが可能である。

（実施の形態３）
図７は、実施の形態３におけるリード弁１９の正面図である。

実施の形態１における図５に示すリード弁１９に置き換えて、図７に示すように、リード弁１９の長穴２２を固定部１９ａまで延長し、固定穴２３と一体とすることにより、固定穴２３を別途設ける必要がなく長穴２２と共用できるため、リード弁１９の加工コストを低減し、より安価な圧縮機を実現することが可能である。

なお、吐出ポート１４の圧力変動が比較的大きく、吐出ポート１４での冷媒ガスの流れが偏りやすいロータリ方式やスクロール方式の圧縮機ではリード弁１９のねじれ剛性が低下すると即座に騒音悪化やリード弁１９破損を招きやすいことから、本発明の構成をより効果的に用いることができるが、他方式の圧縮機でも逆止弁を備えていれば同様の効果により高効率と低騒音、高信頼性の両立が可能である。例えばレシプロ方式の圧縮機でも同様の効果が得られる。

また、吸入ポート１２に逆止弁を備えた圧縮機では、吸入ポート１２での圧力変動は吐出ポート１４と比較して小さいため本発明の構成の効果量は比較的小さいものの、同様の効果が得られることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、リード弁のねじれ剛性を維持してねじれ方向の信頼性と騒音の悪化を防止しながら、たわみ剛性を緩和させてリフト力低減による高効率化が実現でき、たわみ剛性緩和に伴うリテーナへの激しい衝突による騒音悪化やリード弁破損も生じることがなく、高効率と低騒音、高信頼性を両立することが可能であり、ＨＦＣ系冷媒やＨＣＦＣ系冷媒、ＨＦＯ系冷媒、二酸化炭素等の自然冷媒を用いたエアーコンディショナーやヒートポンプ式給湯機、冷蔵庫などの用途にも適用できる。

７ 上軸受
９ 圧縮室
１４ 吐出ポート
１６ 吐出室
１９ リード弁
１９ａ 固定部
１９ｂ 弁部
１９ｃ 根元部
２０ リテーナ
２１ リベット
２２ 長穴

Claims (5)

1. ポートが設けられた隔壁によって第１室と第２室が隔離され、前記ポートの前記第２室側に設けたリード弁によって前記ポートが開閉し、前記リード弁は常に前記隔壁に密着する固定部と、前記ポートを閉塞して逆止する弁部と、前記固定部と前記弁部を連絡する根元部と、で構成され、前記リード弁に接触して前記第２室側に配された、前記リード弁のリフトを規制するリテーナを備えた圧縮機であって、
   前記固定部から前記根元部にかけて、前記リード弁の幅が略同一であり、前記根元部に前記リード弁の長手方向を長軸とする長穴を設け、前記リード弁が全閉状態から最大リフト状態まで変形する過程で、前記リード弁と前記リテーナとの当接範囲が前記固定部側から前記弁部に向かって順次連続的に拡大することを特徴とする圧縮機。
2. 前記リード弁の長手方向に沿って前記長穴の幅が変化する請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記長穴の幅は、前記弁部側よりも前記固定部側の方が大きい請求項２に記載の圧縮機。
4. リベットやボルトに代表される締結機械要素を前記長穴に通して前記リード弁、及びリテーナを前記隔壁に固定した請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧縮機。
5. 前記第１室が圧縮機構部の圧縮室であり、前記第２室が吐出室であり、前記圧縮機構部がロータリ方式またはスクロール方式である請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮機。