JP2015155674A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ピストンの上死点位置における、吸入バルブの先端とピストンの先端面との接触を回避し、高い信頼性を維持しつつ、効率の高い密閉型圧縮機を提供する。
【解決手段】ピストン１２３のバルブプレート１４３と対向する先端面１５９に、突起１６３を設け、突起１６３はピストン１２３が上死点に位置するときにバルブプレート１４３の吐出孔１５１へ挿入するように形成するとともに、ピストン１２３の先端面１５９には、帯状（直線状）の溝１６１を設け、溝１６１はピストンの先端面１５９における吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａとの対向位置から、先端面１５９における吐出孔１５１との対向位置に向かって延びるように形成した構成である。これにより、吸入バルブ先端とピストン先端面との接触を回避しつつ、効率の高い密閉型圧縮機とすることができる。
【選択図】図２

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。

従来、この種の密閉型圧縮機は、ピストンの先端面に突起を設け、ピストンが上死点に位置した時、前記突起がバルブプレートの吐出孔に侵入し、圧縮室内に残留する作動流体の量を極力少なくして、効率を向上させている（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について説明する。

図１９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２０は、同文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の圧縮要素の要部拡大断面図である。

図１９および図２０において、密閉容器１は吸入管２を配設され、底部に潤滑油３を貯溜するとともに、冷媒ガス（図示せず）を吸入して圧縮する為の圧縮要素５と、圧縮要素５を駆動する回転子７と固定子９とからなる電動要素１１とで構成した圧縮機本体１３をばね等の弾性体１５を介して支持して収容している。

ピストン１７は、略円筒形のシリンダブロック１９に往復摺動自在に挿入され、クランクピン２１との間を連結手段であるコンロッド２３によって連結されている。

クランクピン２１は、回転子７に圧入固定されたクランク軸２５に偏心して形成されている。

シリンダブロック１９の開口端面を封止するバルブプレート２７は、吸入バルブ２９の開閉によりシリンダブロック１９と連通する吸込みポート３１と、図２０に示す吐出弁３３と吐出弁座３５とからなる吐出弁装置３７の開閉によりシリンダブロック１９と連通する吐出ポート３９と、を備えており、圧縮室４３を形成している。

高圧室（図示せず）を形成するシリンダヘッド４５は、バルブプレート２７を介してシリンダブロック１９の反対側に固定されている。

ピストン１７は、図２０に示すように、その圧縮室側端面４１に、圧縮室側端面４１から順に円錐台形状突起部４７と円錐台形状突起部４７に連続する円筒形状突起部４９とからなる凸部５１を有し、かつ、バルブプレート２７の吐出ポート３９はピストン１７の凸部５１に対応する形状を有している。

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。

電動要素１１の回転子７の回転によってクランク軸２５が回転駆動されると、クランクピン２１の偏芯運動によりコンロッド２３を介してピストン１７がシリンダブロック１９の圧縮室４３内を往復運動して所定の圧縮動作を行う。

そして、ピストン１７の吐出行程では、圧縮室４３内の圧縮された冷媒ガス（図示せず）が吐出ポート３９を通って吐出弁装置３７の開閉により高圧室（図示せず）へと吐出される。

この時、吐出ポート３９の冷媒ガス流路断面積は、吐出ポート３９を通って吐出される冷媒ガス（図示せず）の流量が多い吐出弁装置３７の開閉の初期においては大きいが、流量が小さくなる終期においてはピストン１７の圧縮室側端面４１から順に形成された円錐台形状突起部４７と円筒形状突起部４９とからなる凸部５１が吐出ポート３９に入り込むため吐出ポート３９の冷媒ガス流路断面積は徐々に小さくなり、圧縮された冷媒ガスの排出効率が良く、冷媒圧縮機の効率が高いものとなる。

すなわち、ピストン１７の上死点において、吐出ポート３９に残留する冷媒ガスは次の吸入行程において再膨張するため、吸入する冷媒ガスの量が少なくなり損失となる。しかしながら、上記ピストン１７の圧縮室側端面４１に、圧縮室側端面４１から順に円錐台形状突起部４７と円錐台形状突起部４７に連続する円筒形状突起部４９とからなる凸部５１が設けてあるからこの凸部５１が吐出ポート３９に入り込んで吐出ポート３９に残留する冷媒ガスの量を低減させてごく僅かとなものとし、再膨張による損失が小さく、冷媒圧縮機の効率が高くなるのである。

特開２０１０−９０７０５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、凸部５１の体積を大きくし、ピストン１７の上死点における圧縮室４３内に残留する冷媒ガスをさらに低減した場合、吸入工程で吸入バルブ２９の先端とピストン１７の圧縮室側端面４１が接触し、異常音やバルブ欠けが発生するといった信頼性面での課題があった。また従来技術は、圧縮機の効率向上効果が期待できるものの、突起部に向かって流れる冷媒ガスの流れに乱れが生じる等、幾つかの改善の余地が残るものでであった。

本発明は、このような点に鑑みてなしたもので、信頼性が高く、かつ効率が高い密閉型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、本発明の密閉型圧縮機は、ピストンにおけるバルブプレートと対向する先端面には、突起が設けられていて、突起はピストンが上死点に位置するときにバルブプレートの吐出孔へ挿入するように形成されており、さらに、前記バルブプレートと対向するピストンの先端面に、先端面の外周縁部から吐出孔との対向位置を通過し、さらに吸入バルブの先端部との対向位置に向かって延びる所定幅の溝を形成した構成としてある。

これによって、ピストンが上死点に位置したときの吸入バルブの先端とピストンの先端面との接触を回避しつつ、所定幅の溝により、冷媒ガスを吐出孔に効率的に導くことができ、高い信頼性を維持しつつ、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

本発明の密閉型圧縮機は、ピストンの上死点位置における、吸入バルブの先端とピストンの先端面との接触を回避し、信頼性を向上させ、さらに、電動圧縮機の効率を向上させることができる。

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１における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態１における密閉型圧縮機のバルブプレートの要部拡大図 （ａ）〜（ｄ）同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図 （ａ）〜（ｄ）は同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図 本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図 同実施の形態２における密閉型圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態２における密閉型圧縮機のバルブプレートの要部拡大図 （ａ）〜（ｄ）同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図 （ａ）〜（ｄ）は同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図 本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の縦断面図 同実施の形態３における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図 同実施の形態３における密閉型圧縮機のピストンの斜視図 同実施の形態３における密閉型圧縮機のバルブプレートの要部拡大図 （ａ）〜（ｄ）同実施の形態３における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図 （ａ）〜（ｄ）は同実施の形態３における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図 従来の密閉型圧縮機の縦断面図 従来の密閉型圧縮機の圧縮要素の要部拡大断面図

第１の発明は、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素が収容されている密閉容器を備え、前記圧縮要素は、圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、かつ、圧縮室内外を連通する吸入孔と吐出孔が形成されているバルブプレートと、前記バルブプレートの吸入孔を開閉する吸入バルブとを備え、前記ピストンの前記バルブプレートと対向する先端面には、突起が設けられていて、前記突起は、前記ピストンが上死点に位置するときにバルブプレートの吐出孔へ挿入するように形成されており、さらに、前記ピストン先端面にはその外周縁部から前記バルブプレートの吐出孔との対向位置を通過し、吸入バルブ先端部との対向位置に向かって延びる所定幅の溝が形成された構成としてある。

これにより、ピストンが下死点から上死点へ動作する圧縮行程時において、前記吐出孔から離れた圧縮室の内周面近く（ピストン先端面の外周縁部）に位置する作動流体を、溝によってピストンの先端面における吐出孔との対向位置へ導き、溝の先端部によって吐出孔へと効率的に導くことができる。

さらに、ピストンが上死点から下死点へ動作する吸入行程時において、前記吸入バルブの先端と、前記ピストンの先端面が接近した場合でも、溝によって吸入バルブの先端と、ピストンの先端面の接触を回避することができ、異常音やバルブ欠けが発生することのない信頼性の高いものとすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明のピストンの先端面の所定幅の溝はその中心軸がピス
トンの中心点を通る構成としたもので、さらに効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明のピストンはその先端面の幅を、吐出孔側が狭く、吸入バルブ先端側が広くなる台形状で、その台形の中心軸は、ピストンの中心点を通る構成としたものであり、さらに効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

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における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図、図３は、同実施の形態１における密閉型圧縮機のピストンの斜視図、図４は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の圧縮要素の要部拡大図である。図５（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図６（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図である。

図１から図３に示すように、密閉容器１０１は底部にオイル１０３を貯留し、さらに作動流体１０５として、冷媒が封入されている。

また、密閉容器１０１は、鉄板の絞り成型によって形成されていて、吸入管１０７及び吐出管１０９を備えている。吸入管１０７は、密閉容器１０１を貫通するように設けられていて、その上流端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、その下流端が密閉容器１０１内に連通している。吐出管１０９は、密閉容器１０１を貫通するように設けられていて、その上流端が吐出マフラー（図示せず）と連通し、その下流端が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続されている。

また、密閉容器１０１内には、圧縮要素１１１と、この圧縮要素１１１を駆動する電動要素１１３を備える圧縮機本体１１５が収納されている。圧縮機本体１１５は、サスペンションスプリング１１７によって、密閉容器１０１に対して弾性的に支持されている。

圧縮要素１１１は、クランクシャフト１１９、シリンダブロック１２１、ピストン１２３、連結手段１２５等で構成されている。クランクシャフト１１９は、主軸１２７と偏芯軸１２９とで構成されている。

電動要素１１３は、シリンダブロック１２１の下方にボルト（図示せず）によって固定されたステータ１３１と、ステータ１３１の内側に配置され、主軸１２７に焼き嵌めて、固定されたロータ１３３で構成されている。

シリンダブロック１２１には、圧縮室１３５を形成するシリンダ１３７と主軸１２７を回転自在に軸支する軸受部１３９が一体に形成されている。

また、図２に示すように、シリンダ１３７の端面には、吸入バルブ１４１、バルブプレート１４３、及びシリンダヘッド１４５が、この順で配置されていて、ヘッドボルト１４７によって、シリンダ１３７の端面を封止するように固定されている。バルブプレート１４３には、圧縮室１３５内外を連通する吸入孔１４９と吐出孔１５１が設けられている。吸入バルブ１４１は、吸入孔１４９を開閉するように構成されている。また、シリンダヘッド１４５は、バルブプレート１４３を覆うように構成されている。

また、バルブプレート１４３におけるシリンダヘッド１４５と対向する面には、吐出孔１５１を開閉する吐出バルブ１５３が固定されている。そして、バルブプレート１４３とシリンダヘッド１４５によりヘッド空間１５５が形成されている。また、図１に示すように、バルブプレート１４３とシリンダヘッド１４５の間には、吸入マフラー１５７が把持されて固定されている。

さらに、図３に示すように、ピストン１２３におけるバルブプレート１４３と対向するピストン１２３の先端面１５９には、突起１６３が設けられていて、突起１６３は、ピストン１２３が上死点に位置するときにバルブプレート１４３の吐出孔１５１へ挿入するように形成されている。さらに先端面１５９には、帯状（直線状）の溝１６１が設けられている。図２、図３に示すように、溝１６１は、先端面１５９における吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａとの対向位置から、先端面１５９における吐出孔１５１との対向位置に向かって延びるように設けられている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

密閉型圧縮機は、ステータ１３１に電流を流して磁界を発生させ、主軸１２７に固定されたロータ１３３を回転させることで、クランクシャフト１１９が回転する。これに伴い、偏芯軸１２９に回転自在に取り付けられた連結手段１２５を介して、ピストン１２３がシリンダ１３７内を往復運動する。

そして、このピストン１２３の往復運動に伴い、作動流体１０５は吸入マフラー１５７を介して圧縮室１３５内へ吸入され、圧縮された後、吐出孔１５１から吐出され、ヘッド空間１５５、吐出管１０９を経て冷凍サイクル（図示せず）へと流れる。

次に、図５、図６を参照しながら圧縮機本体１１５による作動流体１０５の吸入、圧縮、吐出行程について説明する。

図５（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図６（ａ）〜（ｄ）は同実施の形態１における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図で、それぞれ（ａ）は吸入行程の途中を、（ｂ）は吸入行程の終了（下死点近傍）を、（ｃ）は圧縮行程の途中を、（ｄ）は吐出行程（上死点近傍）をそれぞれ示している。

吸入行程において、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、ピストン１２３が圧縮室１３５の容積を増加する矢印ｘ方向に動作することにより、圧縮室１３５内の作動流体１０５が膨張し、圧縮室１３５内の圧力が低下する。そして、圧縮室１３５内の圧力が、吸入マフラー１５７内の圧力を下回ると、圧縮室１３５内の圧力と吸入マフラー１５７内の圧力との差により、吸入バルブ１４１が開く。これに伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体１０５が、吸入管１０７から密閉容器１０１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー１５７を経て、圧縮室１３５内に流入する。

その後、圧縮行程において、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、ピストン１２３の動作が、下死点から圧縮室１３５の容積が減少する矢印ｙ方向に転じると、圧縮室１３５内の圧力は上昇し、圧縮室１３５内の圧力と吸入マフラー１５７内の圧力との差によって、吸入バルブ１４１が閉じる。これに伴い、圧縮室１３５は閉塞され、ピストン１２３がさらに圧縮室１３５の容積が減少する方向に動作することで、図５（ｃ）、図６（ｃ）に示すように、作動流体１０５は圧縮され、所定の圧力にまで昇圧される。

そして、吐出行程において、圧縮室１３５内の作動流体１０５の圧力が上昇し、バルブ
プレート１４３とシリンダヘッド１４５により形成されているヘッド空間１５５内部の圧力より高くなると、図５（ｄ）、図６（ｄ）に示すように、圧力差によって吐出バルブ１５３が開き始める。その結果、圧縮室１３５内部の作動流体１０５は、吐出孔１５１を通過し、ヘッド空間１５５へ流出する。

そして、作動流体１０５は、ヘッド空間１５５から吐出マフラー（図示せず）を経由し、吐出管１０９より冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと流れる。

圧縮室１３５内部の圧力が、ヘッド空間１５５内の圧力を下回ると、吐出バルブ１５３は閉じ、これに伴って圧縮室１３５は閉塞され、ピストン１２３が下死点方向に移動して再び吸入行程に移行する。

ここで、ピストン１２３の上死点位置において、ピストン１２３とバルブプレート１４３の間には、両者の干渉を回避するためのクリアランスが形成されており、圧縮室１３５には微小な容積が残在する。

すなわち、この微小な容積によって圧縮室１３５の内部には作動流体１０５が残留することとなる。この残留した作動流体１０５は吐出されないため、吸入行程では、この残留する作動流体１０５が膨張した後、新たに吸入マフラー１５７から吸入孔１４９を経て流入する作動流体１０５が混合され、圧縮されることとなる。この新たに吸入マフラー１５７から吸入孔１４９を経て作動流体１０５が流入する際の、吸入バルブ１４１が開く動作を説明する。

まず、従来の構成であると、ピストン１２３とバルブプレート１４３の間の、両者の干渉を回避するためのクリアランスを小さくしたり、突起１６３の体積を大きくしたりすることによって、圧縮室１３５の微小な容積を減らし、電動圧縮機の効率を向上させようとした場合、吸入行程で、残留する作動流体１０５が膨張し、新たに吸入マフラー１５７から吸入孔１４９を経て作動流体１０５が流入するまでの時間が極めて短くなり、図４のＡ領域において、吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａと、ピストン１２３の先端面１５９とが図６（ａ）のように接触し、騒音が発生したり、吸入バルブ１４１が欠けたりするといった信頼性面での課題があった。

しかしながら、本実施の形態１における圧縮機では、ピストン１２３の先端面１５９に溝１６１を設け、しかも、この溝１６１を、先端面１５９における吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａとの対向位置から、先端面１５９における吐出孔１５１との対向位置に向かって延びるような構成としている。これにより、吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａと、ピストン１２３の先端面１５９が接近した場合でも、図５（ａ）のように、溝１６１によって吸入バルブ１４１の吸入バルブ先端１４１ａと、ピストン１２３の先端面１５９の接触を回避することができ、さらに溝１６１によって圧縮された作動流体１０５を可能な限り吐出孔１５１から吐出させることができ、従来以上に信頼性が高く、効率の高い密閉型圧縮機とすることができる。

（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における密閉型圧縮機の縦断面図、図８は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図、図９は、同実施の形態２における密閉型圧縮機のピストンの斜視図、図１０は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮要素の要部拡大図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図１２（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図である。

この実施の形態２は、ピストン先端面の所定幅の溝の中心軸が、ピストンの中心点を通る構成としたものであり、その他の構成は前記実施の形態１と同様であるが、同一部分には２００番台の同一番号を付記して説明していく。

図７から図９に示すように、密閉容器２０１は底部にオイル２０３を貯留し、さらに作動流体２０５として、冷媒が封入されている。

また、密閉容器２０１は、鉄板の絞り成型によって形成されていて、吸入管２０７及び吐出管２０９を備えている。吸入管２０７は、密閉容器２０１を貫通するように設けられていて、その上流端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、その下流端が密閉容器２０１内に連通している。吐出管２０９は、密閉容器２０１を貫通するように設けられていて、その上流端が吐出マフラー（図示せず）と連通し、その下流端が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続されている。

また、密閉容器２０１内には、圧縮要素２１１と、この圧縮要素２１１を駆動する電動要素２１３を備える圧縮機本体２１５が収納されている。圧縮機本体２１５は、サスペンションスプリング２１７によって、密閉容器２０１に対して弾性的に支持されている。

圧縮要素２１１は、クランクシャフト２１９、シリンダブロック２２１、ピストン２２３、連結手段２２５等で構成されている。クランクシャフト２１９は、主軸２２７と偏芯軸２２９とで構成されている。

電動要素２１３は、シリンダブロック２２１の下方にボルト（図示せず）によって固定されたステータ２３１と、ステータ２３１の内側に配置され、主軸２２７に焼き嵌めて、固定されたロータ２３３で構成されている。

シリンダブロック２２１には、圧縮室２３５を形成するシリンダ２３７と主軸２２７を回転自在に軸支する軸受部２３９が一体に形成されている。

また、図８に示すように、シリンダ２３７の端面には、吸入バルブ２４１、バルブプレート２４３、及びシリンダヘッド２４５が、この順で配置されていて、ヘッドボルト２４７によって、シリンダ２３７の端面を封止するように固定されている。バルブプレート２４３には、圧縮室２３５内外を連通する吸入孔２４９と吐出孔２５１が設けられている。吸入バルブ２４１は、吸入孔２４９を開閉するように構成されている。また、シリンダヘッド２４５は、バルブプレート２４３を覆うように構成されている。

また、バルブプレート２４３におけるシリンダヘッド２４５と対向する面には、吐出孔２５１を開閉する吐出バルブ２５３が固定されている。そして、バルブプレート２４３とシリンダヘッド２４５によりヘッド空間２５５が形成されている。また、図７に示すように、バルブプレート２４３とシリンダヘッド２４５の間には、吸入マフラー２５７が把持されて固定されている。

さらに、ピストン２２３におけるバルブプレート２４３と対向するピストン２２３の先端面２５９には、突起２６３が設けられていて、突起２６３は、ピストン２２３が上死点に位置するときにバルブプレート２４３の吐出孔２５１へ挿入するように形成されている。さらに先端面２５９には、帯状（直線状）の溝２６１が設けられている。

図９に示すように、この溝２６１は、先端面２５９における吸入バルブ２４１の吸入バルブ先端２４１ａとの対向位置から、先端面２５９における吐出孔２５１との対向位置に向かって延びるように設けられており、さらに、この実施の形態２ではその溝２６１の中
心軸はピストン２２３の中心点を通るようにして幅広に設けられている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

密閉型圧縮機は、ステータ２３１に電流を流して磁界を発生させ、主軸２２７に固定されたロータ２３３を回転させることで、クランクシャフト２１９が回転する。これに伴い、偏芯軸２２９に回転自在に取り付けられた連結手段２２５を介して、ピストン２２３がシリンダ２３７内を往復運動する。

そして、このピストン２２３の往復運動に伴い、作動流体２０５は吸入マフラー２５７を介して圧縮室２３５内へ吸入され、圧縮された後、吐出孔２５１から吐出され、ヘッド空間２５５、吐出管２０９を経て冷凍サイクル（図示せず）へと流れる。

次に、図１１、図１２を参照しながら圧縮機本体２１５による作動流体２０５の吸入、圧縮、吐出行程について説明する。

図１１（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図１２（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図で、それぞれ（ａ）は吸入行程の途中を、（ｂ）は吸入行程の終了（下死点近傍）を、（ｃ）は圧縮行程の途中を、（ｄ）は吐出行程（上死点近傍）をそれぞれ示している。

吸入行程において、図１１（ａ）、図１２（ａ）に示すように、ピストン２２３が圧縮室２３５の容積を増加する矢印ｘ方向に動作することにより、圧縮室２３５内の作動流体２０５が膨張し、圧縮室２３５内の圧力が低下する。そして、圧縮室２３５内の圧力が、吸入マフラー２５７内の圧力を下回ると、圧縮室２３５内の圧力と吸入マフラー２５７内の圧力との差により、吸入バルブ２４１が開く。これに伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体２０５が、吸入管２０７から密閉容器２０１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー２５７を経て、圧縮室２３５内に流入する。

その後、圧縮行程において、図１１（ｂ）、図１２（ｂ）に示すようにピストン２２３の動作が、下死点から圧縮室２３５の容積が減少する矢印ｙ方向に転じると、圧縮室２３５内の圧力は上昇し、圧縮室２３５内の圧力と吸入マフラー２５７内の圧力との差によって、吸入バルブ２４１が閉じる。これに伴い、圧縮室２３５は閉塞され、ピストン２２３がさらに圧縮室２３５の容積が減少する方向に動作することで、図１１（ｃ）、図１２（ｃ）に示すように、作動流体２０５は圧縮され、所定の圧力にまで昇圧される。

そして、吐出行程において、圧縮室２３５内の作動流体２０５の圧力が上昇し、バルブプレート２４３とシリンダヘッド２４５により形成されているヘッド空間２５５内部の圧力より高くなると、図１１（ｄ）、図１２（ｄ）に示すように、圧力差によって吐出バルブ２５３が開き始める。その結果、圧縮室２３５内部の作動流体２０５は、吐出孔２５１を通過し、ヘッド空間２５５へ流出する。

そして、作動流体２０５は、ヘッド空間２５５から吐出マフラー（図示せず）を経由し、吐出管２０９より冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと流れる。

圧縮室２３５内部の圧力が、ヘッド空間２５５内の圧力を下回ると、吐出バルブ２５３は閉じ、これに伴って圧縮室２３５は閉塞され、ピストン２２３が下死点方向に移動して再び吸入行程に移行する。

ここで、ピストン２２３の上死点位置において、ピストン２２３とバルブプレート２４３の間には、両者の干渉を回避するためのクリアランスが形成されており、圧縮室２３５には微小な容積が残在する。

すなわち、この微小な容積によって圧縮室２３５の内部には作動流体２０５が残留することとなる。この残留した作動流体２０５は吐出されないため、吸入行程では、この残留する作動流体２０５が膨張した後、新たに吸入マフラー２５７から吸入孔２４９を経て流入する作動流体２０５が混合され、圧縮されることとなる。この新たに吸入マフラー２５７から吸入孔２４９を経て作動流体２０５が流入する際の、吸入バルブ２４１が開く動作を説明する。

まず、従来の構成であると、ピストン２２３とバルブプレート２４３の間の、両者の干渉を回避するためのクリアランスを小さくしたり、突起２６３の体積を大きくしたりすることによって、圧縮室２３５の微小な容積を減らし、電動圧縮機の効率を向上させようとした場合、吸入行程で、残留する作動流体２０５が膨張し、新たに吸入マフラー２５７から吸入孔２４９を経て作動流体２０５が流入するまでの時間が極めて短くなり、図１０のＢ領域において、吸入バルブ２４１の吸入バルブ先端２４１ａと、ピストン２２３の先端面２５９とが、図１２（ａ）のように接触し、騒音が発生したり、吸入バルブ２４１が欠けたりするといった信頼性面での課題があった。

しかしながら、本実施の形態２における圧縮機では、ピストン２２３の先端面２５９に溝２６１を設け、しかも、この溝２６１を、先端面２５９における吸入バルブ２４１の吸入バルブ先端２４１ａとの対向位置から、先端面２５９における吐出孔２５１との対向位置に向かって延びるようにし、さらに、溝２６１の中心軸はピストン２２３の中心点を通るような構成として幅広なものとしている。これにより、吸入バルブ２４１の吸入バルブ先端２４１ａと、ピストン２２３の先端面２５９が接近した場合でも、図１１（ａ）のように、溝２６１によって吸入バルブ２４１の吸入バルブ先端２４１ａと、ピストン２２３の先端面２５９の接触を回避することができ、さらに幅広な溝２６１によって圧縮された作動流体２０５を可能な限り吐出孔２５１からさらに効率よく吐出させることができ、従来以上に信頼性が高く、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における密閉型圧縮機の縦断面図、図１４は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の圧縮要素の分解斜視図、図１５は、同実施の形態３における密閉型圧縮機のピストンの斜視図、図１６は、同実施の形態３における密閉型圧縮機の圧縮要素の要部拡大図である。図１７（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態３における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図１８（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態３における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図である。

この実施の形態３は、ピストン先端面の幅を、吐出孔側が狭く、吸入バルブ先端側が広くなる台形状で、その台形の中心軸は、ピストンの中心点を通る構成としたものであり、その他の構成は実施の形態１と同様であるが、同一部分には３００番台の同一番号を付記して説明していく。

図１３から図１５に示すように、密閉容器３０１は底部にオイル３０３を貯留し、さらに作動流体３０５として、冷媒が封入されている。

また、密閉容器３０１は、鉄板の絞り成型によって形成されていて、吸入管３０７及び吐出管３０９を備えている。吸入管３０７は、密閉容器３０１を貫通するように設けられ
ていて、その上流端が冷凍サイクルの低圧側（図示せず）に接続され、その下流端が密閉容器３０１内に連通している。吐出管３０９は、密閉容器３０１を貫通するように設けられていて、その上流端が吐出マフラー（図示せず）と連通し、その下流端が冷凍サイクルの高圧側（図示せず）に接続されている。

また、密閉容器３０１内には、圧縮要素３１１と、この圧縮要素３１１を駆動する電動要素３１３を備える圧縮機本体３１５が収納されている。圧縮機本体３１５は、サスペンションスプリング３１７によって、密閉容器３０１に対して弾性的に支持されている。

圧縮要素３１１は、クランクシャフト３１９、シリンダブロック３２１、ピストン３２３、連結手段３２５等で構成されている。クランクシャフト３１９は、主軸３２７と偏芯軸３２９とで構成されている。

電動要素３１３は、シリンダブロック３２１の下方にボルト（図示せず）によって固定されたステータ３３１と、ステータ３３１の内側に配置され、主軸３２７に焼き嵌めて、固定されたロータ３３３で構成されている。

シリンダブロック３２１には、圧縮室３３５を形成するシリンダ３３７と主軸３２７を回転自在に軸支する軸受部３３９が一体に形成されている。

また、図１４に示すように、シリンダ３３７の端面には、吸入バルブ３４１、バルブプレート３４３、及びシリンダヘッド３４５が、この順で配置されていて、ヘッドボルト３４７によって、シリンダ３３７の端面を封止するように固定されている。バルブプレート３４３には、圧縮室３３５内外を連通する吸入孔３４９と吐出孔３５１が設けられている。吸入バルブ３４１は、吸入孔３４９を開閉するように構成されている。また、シリンダヘッド３４５は、バルブプレート３４３を覆うように構成されている。

また、バルブプレート３４３におけるシリンダヘッド３４５と対向する面には、吐出孔３５１を開閉する吐出バルブ３５３が固定されている。そして、バルブプレート３４３とシリンダヘッド３４５によりヘッド空間３５５が形成されている。また、図１３に示すように、バルブプレート３４３とシリンダヘッド３４５の間には、吸入マフラー３５７が把持されて固定されている。

さらに、ピストン３２３におけるバルブプレート３４３と対向するピストン３２３の先端面３５９には、突起３６３が設けられていて、突起３６３は、ピストン３２３が上死点に位置するときにバルブプレート３４３の吐出孔３５１へ挿入するように形成されている。

さらにこの実施の形態３ではピストン３２３の先端面３５９には、台形状の溝３６１が設けられている。図１５に示すように、溝３６１は、先端面３５９における吸入バルブ３４１の先端３４１ａとの対向位置から、先端面３５９における吐出孔３５１との対向位置に向かって延びるように設けられており、さらに、溝３６１は吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端３４１ａとの対向位置側が広くなる台形状で、その台形の中心軸は、ピストンの中心点を通るように設けられている。

以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作を説明する。

密閉型圧縮機は、ステータ３３１に電流を流して磁界を発生させ、主軸３２７に固定されたロータ３３３を回転させることで、クランクシャフト３１９が回転する。これに伴い、偏芯軸３２９に回転自在に取り付けられた連結手段３２５を介して、ピストン３２３が
シリンダ３３７内を往復運動する。

そして、このピストン３２３の往復運動に伴い、作動流体３０５は吸入マフラー３５７を介して圧縮室３３５内へ吸入され、圧縮された後、吐出孔３５１から吐出され、ヘッド空間３５５、吐出管１０９を経て冷凍サイクル（図示せず）へと流れる。

次に、図１７、図１８を参照しながら圧縮機本体３１５による作動流体３０５の吸入、圧縮、吐出行程について説明する。

図１７（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態３における密閉型圧縮機の動作を説明する模式図、図１８（ａ）〜（ｄ）は、同実施の形態２における密閉型圧縮機の動作効果を説明するための対比説明用模式図で、いずれも（ａ）は吸入行程の途中を、（ｂ）は吸入行程の終了（下死点近傍）を、（ｃ）は圧縮行程の途中を、（ｄ）は吐出行程（上死点近傍）をそれぞれ示している。

吸入行程において、図１７（ａ）、図１８（ａ）に示すように、ピストン３２３が圧縮室３３５の容積を増加する矢印ｘ方向に動作することにより、圧縮室３３５内の作動流体３０５が膨張し、圧縮室３３５内の圧力が低下する。そして、圧縮室３３５内の圧力が、吸入マフラー３５７内の圧力を下回ると、圧縮室３３５内の圧力と吸入マフラー３５７内の圧力との差により、吸入バルブ３４１が開く。これに伴い、冷凍サイクルから戻った温度の低い作動流体３０５が、吸入管３０７から密閉容器３０１内に一旦開放され、その後、吸入マフラー３５７を経て、圧縮室３３５内に流入する。

その後、圧縮行程において、図１７（ｂ）、図１８（ｂ）に示すようにピストン３２３の動作が、下死点から圧縮室３３５の容積が減少する矢印ｙ方向に転じると、圧縮室３３５内の圧力は上昇し、圧縮室３３５内の圧力と吸入マフラー３５７内の圧力との差によって、吸入バルブ３４１が閉じる。これに伴い、圧縮室３３５は閉塞され、ピストン３２３がさらに圧縮室３３５の容積が減少する方向に動作することで、図１７（ｃ）、図１８（ｃ）に示すように、作動流体３０５は圧縮され、所定の圧力にまで昇圧される。

そして、吐出行程において、圧縮室３３５内の作動流体３０５の圧力が上昇し、バルブプレート３４３とシリンダヘッド３４５により形成されているヘッド空間３５５内部の圧力より高くなると、図１７（ｄ）、図１８（ｄ）に示すように、圧力差によって吐出バルブ３５３が開き始める。その結果、圧縮室３３５内部の作動流体３０５は、吐出孔３５１を通過し、ヘッド空間３５５へ流出する。

そして、作動流体３０５は、ヘッド空間３５５から吐出マフラー（図示せず）を経由し、吐出管３０９より冷凍サイクルの高圧側（図示せず）へと流れる。

圧縮室３３５内部の圧力が、ヘッド空間３５５内の圧力を下回ると、吐出バルブ３５３は閉じ、これに伴って圧縮室３３５は閉塞され、ピストン３２３が下死点方向に移動して再び吸入行程に移行する。

ここで、ピストン３２３の上死点位置において、ピストン３２３とバルブプレート３４３の間には、両者の干渉を回避するためのクリアランスが形成されており、圧縮室３３５には微小な容積が残在する。

すなわち、この微小な容積によって圧縮室３３５の内部には作動流体３０５が残留することとなる。この残留した作動流体３０５は吐出されないため、吸入行程では、この残留する作動流体３０５が膨張した後、新たに吸入マフラー３５７から吸入孔３４９を経て流
入する作動流体３０５が混合され、圧縮されることとなる。この新たに吸入マフラー３５７から吸入孔３４９を経て作動流体３０５が流入する際の、吸入バルブ３４１が開く動作を説明する。

まず、従来の構成であると、ピストン３２３とバルブプレート３４３の間の、両者の干渉を回避するためのクリアランスを小さくしたり、突起３６３の体積を大きくしたりすることによって、圧縮室３３５の微小な容積を減らし、電動圧縮機の効率を向上させようとした場合、吸入行程で、残留する作動流体３０５が膨張し、新たに吸入マフラー３５７から吸入孔３４９を経て作動流体３０５が流入するまでの時間が極めて短くなり、図１６のＣ領域において、吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端３４１ａと、ピストン３２３の先端面３５９とが図１８（ａ）のように接触し、騒音が発生したり、吸入バルブが欠けたりするといった信頼性面での課題があった。

しかしながら、本実施の形態３における圧縮機では、ピストン３２３の先端面３５９に溝３６１を設け、しかも、この溝３６１を、先端面３５９における吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端３４１ａとの対向位置から、先端面３５９における吐出孔３５１との対向位置に向かって延びるようにし、さらに、溝３６１は吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端３４１ａとの対向位置側が広くなる台形状で、その台形の中心軸は、ピストンの中心点を通るような構成としている。これにより、吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端２３１ａと、ピストン３２３の先端面３５９が接近した場合でも、図１７（ａ）のように、溝３６１によって吸入バルブ３４１の吸入バルブ先端３４１ａと、ピストン３２３の先端面３５９の接触を回避することができ、さらに台形状の溝３６１によって圧縮された作動流体３０５を吐出孔３５１に向かってスムースに案内して吐出孔２５１からさらに効率よく吐出させることができ、従来以上に信頼性が高く、効率の高い密閉型圧縮機を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、信頼性が高く、かつ効率が高いので、冷蔵庫はもちろん、冷凍ショーケース、除湿機エアーコンディショナーや自動販売機などの密閉型圧縮機として幅広く適用することができる。

１０１、２０１、３０１ 密閉容器
１０３、２０３、３０３ オイル
１０５、２０５、３０５ 作動流体
１０７、２０７、３０７ 吸入管
１０９、２０９、３０９ 吐出管
１１１、２１１、３１１ 圧縮要素
１１３、２１３、３１３ 電動要素
１１５、２１５、３１５ 圧縮機本体
１１７、２１７、３１７ サスペンションスプリング
１１９、２１９、３１９ クランクシャフト
１２１、２２１、３２１ シリンダブロック
１２３、２２３、３２３ ピストン
１２５、２２５、３２５ 連結手段
１２７、２２７、３２７ 主軸
１２９、２２９、３２９ 偏芯軸
１３１、２３１、３３１ ステータ
１３３、２３３、３３３ ロータ
１３５、２３５、３３５ 圧縮室
１３７、２３７、３３７ シリンダ
１３９、２３９、３３９ 軸受部
１４１、２４１、３４１ 吸入バルブ
１４１ａ、２４１ａ、３４１ａ 吸入バルブ先端
１４３、２４３、３４３ バルブプレート
１４５、２４５、３４５ シリンダヘッド
１４７、２４７、３４７ ヘッドボルト
１４９、２４９、３４９ 吸入孔
１５１、２５１、３５１ 吸入孔
１５３、２５３、３５３ 吐出バルブ
１５５、２５５、３５５ ヘッド空間
１５７、２５７、３５７ 吸入マフラー
１５９、２５９、３５９ 先端面
１６１、２６１、３６１ 溝
１６３、２６３、３６３ 突起

Claims (3)

1. 電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮要素と、前記電動要素と前記圧縮要素が収容されている密閉容器を備え、前記圧縮要素は、前記圧縮室を形成するシリンダブロックと、前記圧縮室内を往復運動するピストンと、前記圧縮室の開口端を閉塞するように配置され、かつ、前記圧縮室内外を連通する吐出孔が形成されているバルブプレートと、前記バルブプレートの吸入孔を開閉する吸入バルブとを備え、前記ピストンの前記バルブプレートと対向する先端面には、突起が設けられていて、前記突起は、前記ピストンが上死点に位置するときに前記バルブプレートの吐出孔へ挿入するように形成され、前記ピストンにおける前記バルブプレートと対向する先端面には、その先端面の外周縁部から前記バルブプレートの吐出孔との対向位置を通過し、さらに吸入バルブ先端部との対向位置に向かって延びる所定幅の溝が設けられている密閉型圧縮機。
2. 前記溝は、その中心軸がピストンの中心点を通る構成とした請求項１記載の密閉型圧縮機。
3. 前記溝は、吐出孔側が狭く、吸入バルブ先端側が広くなる台形状で、その台形の中心軸は、ピストンの中心点を通る構成とした請求項１記載の密閉型圧縮機。

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