JP2018035729A - 密閉型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】高次の振動モードに対する曲げ剛性を増加することで、振動・騒音を低減する。【解決手段】側面と底面とをつなぐ異なる曲率を持つ接続面４から形成された密閉容器１８を備えた密閉型圧縮機において、側面、底面及び接続面４のいずれか一つ以上の面に複数のリブを略円周上に配置する。また、リブは略円周上の内側から外側に向けて、放射状に延在する形状を含んでいる。また、リブの放射状に延在する部分の延在方向が、複数のリブのそれぞれで異なる方向である。【選択図】図９

Description

本発明は、密閉型圧縮機に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１が知られている。特許文献１は電動圧縮要素を収納すると共に冷媒を充填する密閉ケースであって、前記密閉ケースは天面及び底面と、前記天面及び前記底面より大きな曲率を有する側面と、前記天面及び前記底面と前記側面とを繋ぐ接続面とを備えるとともに、前記接続面に、内側に凸となるリブを形成した密閉ケースである。

特開２００４−３３２６８９号公報

上記従来の構成では、底面と側面を繋ぐ接続面にリブを形成することで、密閉ケースの剛性を高め、振動・騒音を低減させている。しかしながら、剛性強化は部分的かつ限定的である為、密閉ケース底面の曲率半径が大きく平面形状に近い場合や、密閉ケースの肉厚が薄い場合は、密閉ケースを構成する部材の曲げ剛性が低く、特許文献１に記載のリブを形成するだけでは剛性が不足する恐れがある。

そこで本発明は、高次の振動モードに対する曲げ剛性を増加することで、振動・騒音を低減することを目的とする。

上記課題を解決する為に、本発明の密閉型圧縮機は側面と底面を有し、前記側面と前記底面とをつなぐ異なる曲率を持つ接続面から形成された密閉容器を備えた密閉型圧縮機において、前記側面、前記底面及び前記接続面のいずれか一つ以上の面に複数のリブを略円周上に配置する。

本発明によれば、高次の振動モードに対する曲げ剛性を増加することで、振動・騒音を低減することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１における密閉型圧縮機の縦断面図。 本発明の実施例１における密閉容器の縦断面図。 従来の密閉容器の振動モードを模式的に示す断面図。 従来の密閉容器の高次振動モードを模式的に示す縦断面図。 従来の密閉容器の長軸を節とする高次振動モードを模式的に示す平面図。 従来の密閉容器の短軸を節とする高次振動モードを模式的に示す平面図。 従来の密閉容器の底面の拡大縦断面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面に形成されたリブ形状の拡大縦断面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面の平面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面の平面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面に平行に配置された放射状のリブ断面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面に平行に配置された放射状のリブ同士の隙間の断面図。 本発明の実施例１における密閉容器底面に延在方向が異なるよう配置された放射状のリブ断面図。 本発明の実施例２における密閉容器底面の平面図。 本発明の実施例２における密閉容器底面の平面図。

以下、本発明における密閉型圧縮機の実施例について、図面を参照しながら説明する。

まず、密閉型圧縮機３９の構造について説明する。図１は、本発明の実施例１における密閉型圧縮機３９の縦断面図であり、図２は、実施例１の密閉容器１８の縦断面図である。密閉容器１８は、上容器１６と下容器１７とで構成されており、上容器１６と下容器１７は溶接により密閉結合されている。上容器１６には、天面１と側面３の一部が形成されており、下容器１７には、底面２と側面３の一部が形成されている。また、底面２と側面３は、接続面４で繋がれている。

電動圧縮機４０は、密閉容器１８に格納されており、密閉容器１８内には、下方に配置された電動モータ１９と、上方に配置された圧縮要素２０を一体化した電動圧縮要素３８がスプリングなどの弾性部材１５を介して支持されている。電動モータ１９は、ロータ１１と、ステータ１２で構成されている。また、圧縮要素２０は、シリンダ１０と、軸受に支持されたクランクシャフト７と、クランクシャフト７の偏心部とピストン９とを連結したコンロッド８などから形成されている。圧縮要素２０には吸入パイプ１３と、吐出パイプ１４が連結しており、吸入パイプ１３と吐出パイプ１４は溶接により密閉容器１８に固定されている。また、圧縮要素２０と電動圧縮要素３８は弾性部材１５により密閉容器１８の底部に固定されている。

次に、以上のように構成された密閉型圧縮機３９においてその動作を説明する。
ピストン９とクランクシャフト７はコンロッド８によって連結されている。ロータ１１の回転運動によってクランクシャフト７が回転することに伴い、ピストン９がシリンダ１０内で往復運動して、吸入パイプ１３から導かれた気体がシリンダ１０内へ導かれる。そして、ピストン９の圧縮作用により気体が圧縮され、吐出パイプ１４から排出される。

次に、図３〜図６と図１６を用いて密閉型圧縮機３９の振動・騒音について説明する。図３は従来の密閉容器の振動モードを示す断面図であり、図４は従来の密閉容器の高次振動モードを示す縦断面図であり、図５は従来の密閉容器の長軸を節とする高次モードの等値線を示す平面図であり、図６は従来の密閉容器の短軸を節とする高次振動モードの等値線を示す平面図である。図５と図６の等値線は、振動の振幅度合いを示しており、円の中心に近づくほど振幅が大きくなる。

圧縮要素２０の往復運動により電動圧縮要素３８に大きな振動が発生し、弾性部材１５または吸入パイプ１３、吐出パイプ１４を介して密閉容器１８を加振することとなる。また、吸入パイプ１３と吐出パイプ１４内で圧力脈動が発生し、吸入パイプ１３と吐出パイプ１４を介して密閉容器１８を加振することとなる。

密閉容器１８が加振されると、密閉容器１８の形状にもよるが、曲率半径の大きい天面１や底面２などの曲率半径の大きい面２９で振動するモードが発生しやすい。例として、図３に示す振動モードが密閉容器１８で剛性の高い接続面４を節として発生する。また、図４に示す、底面２の略中心部３１を節とする高次振動モードが図３に示す振動モードよりもより高い周波数で発生する。図５と図６に示される等値線は、振動モードの振幅度を示している。図５に示す通り、略楕円形の密閉容器１８の長軸３２と接続面４を節とする高次振動モードが発生する。また、図６で示す通り、略楕円形の密閉容器１８の短軸３３と接続面４を節とする高次振動モードも発生する。また、図５と図６に示す振動モードは、計算上、４ｋＨｚあたりで応答する為、人間の聴感覚が高い周波数である。なお、１〜８ｋＨｚの聴感覚の中でも、特に４ｋＨｚが高い。こういった観点から、密閉容器１８における固有周波数の低減を図る必要がある。

次に、振動と騒音の関係を説明する。密閉型圧縮機３９が内部の電動圧縮要素３８によって加振されて振動する。その密閉容器１８の振動が、周囲の空気を加振することで、周囲の空気が振動し、空気の圧力として人の耳に届く。

次に、図３から図８を用いてリブ２４の配置場所について説明する。図７は従来の密閉容器底面の拡大縦断面図であり、図８は実施例１における密閉容器底面に形成されたリブ形状の拡大縦断面図である。ここで、問題となっている振動モードは下容器４の底面部で発生している為、底面の断面図のみを用いて近似的に振動のメカニズムとその解決法を示す。

図３に示すような振動モードが発生している場合、図７で表すと、底面２の曲率半径の大きい面２９のｙ軸中心線上２７に対し、垂直な応力で表される。図５で表されている断面２８には曲げ応力がかかっている。そのため、曲げ応力が発生する断面２８のｙ軸中心線２７に向かってｘ軸リブ中心線４３を境に断面２８のｘ軸リブ中心線４３より片方は圧縮され、断面２８のｘ軸リブ中心線４３よりもう片方は引っ張りの応力が生じる。この断面２８に対する応力を低減することで、振動を低減することができ、応力を低減する為には断面二次モーメントを増大させる事が効果的である。

図５において、曲率半径の大きい面２９の断面での応力はσ＝Ｍｙ／Ｉで表される。ここで、σは断面での応力、Ｍは曲げモーメント、ｙは肉厚、Iは断面二次モーメントである。ｘ軸中心線２６ａは、ｘ軸中心線２６ａより上部と下部の断面積が等しい位置である。ここで、断面二次モーメントを増大させるにはｙ方向を増加させることが効果的である。しかし、密閉容器１８の肉厚増加は、重量増加、材料費増加に結び付く為、圧縮機の製品価値の観点から好ましくない。そこで、断面２８のｙ軸中心線上２７に垂直にかかる応力を低減する為、図８のようにリブ２４を形成することで、ｘ軸中心線２６ｂが図５のｘ軸中心線２６ａより高い位置になり、その結果、断面二次モーメントを増大させることができ、曲げ剛性が増加する。しかしながら、リブ２４のｙ軸中心線２７で切った断面を見た場合、断面二次モーメントは増大していない。その為、断面２８に応力がかかる場合においては、曲げ剛性は向上しない。加えて、引っ張りによる伸び方向の変形量が大きいｙ軸中心線上２７付近では、リブを形成したことによってたわみが生じているため、伸び方向に対しては剛性が低下してしまう。

そのため、図４に示す密閉容器１８の断面に対して垂直方向と水平方向両方の応力が大きい密閉容器１８の中心部３１にはリブ２４を設けず、水平方向の応力が小さい接続面４に対しリブ２４を設けることで、密閉容器１８の固有周波数の低周波数化を防ぐ。

また、図９に示すように、接続面４に略円周上に複数のリブ２４を配置することで、図３のような接続面４を節とする振動モードのみならず、図５と図６に示す長軸３２と短軸３３を節とする高次振動モードに対して断面二次モーメントを大きくすることができる。
その結果、接続面４の曲げ剛性を増加させることができ、振動・騒音を低減することができる。しかし、図９のようなリブをプレスによる加工で形成した場合、鋼板に応力がかかるため鋼板が伸び、板厚が減少する。そのため、板厚減少による低剛性化よりも、断面二次モーメント増加による剛性強化が大きくなるよう最適化を図らなければならない。

また、側面３と底面２を繋ぐ接続面４を有する密閉容器１８の下容器１７に対して、リブ２４は図９のように円周上に長手方向が底面から側面に放射状に延在する。これにより、図８のｙ軸中心線２７方向に対する断面二次モーメントが増大し、曲げ剛性を向上する。そして、リブ２４の伸びによる剛性低下を防ぎ、振動・騒音を低減する。

なお、リブ２４は、接続面４にのみ設けることに限定されず、接続面４に隣接する側面及び底面のいずれか一つ以上の面に設ける構成であっても良い。これにより、高次の振動モードに対する曲げ剛性を増加することで、振動・騒音を低減することができる。

また、図９の平面で見た場合、略楕円形の密閉容器１８の底面に対し、長軸３２と短軸３３を節とする高次振動モードにおいて、略楕円形の長軸と短軸にリブ２４を形成すると、密閉容器１８の剛性が増す。密閉容器１８の中央付近を避けるため、リブ２４を略円周上に形成する。

図１１は実施例１における、平行に配置された放射状のリブ断面図（図９の線４１で切った縦断面）であり、図１２は実施例１における、平行に配置された放射状のリブ同士の隙間の断面図（図９の線３６で切った縦断面）であり、図１３は、実施例１における、延在方向が異なるよう配置された放射状のリブ断面図（図１０の線３７で切った断面図）である。なお、図１１での中心線４２ｂ、図１２での中心線４２ａと図１３での中心線４２ｃは説明のために極端に上下方向に移動させている。

図９のように、円周に複数のリブ２４を並べて配置した場合、図１１のようにリブを配置した個所の断面高さ中心線４２ｂは、図１２の断面高さ中心線４２ａよりも高い。その結果、断面二次モーメントが増大している。しかし、リブ同士の隙間の線３６で切った断面で見た場合、図１２のように断面高さ中心線４２ａは、放射状のリブを形成していない時と同じである。そのため、断面二次モーメントが増大せず、剛性も増加しないため、線３６を節とした高次モードが発生しやすい。そのため、図１０のようにリブ２４の放射状に延在する部分の延在方向（あるリブ２４と底面中央を通る仮想直線）が、複数のリブ２４において、すべて異なる方向になるよう形成する。換言すると、どの縦断面で見ても、少なくともリブ２４の一部が含まれる構成としている。これにより、リブ２４延在方向に平行なリブ２４の形成を防ぐ。そのため、放射方向の断面で見た場合、図１３のような断面が形成され、断面高さ中心線４２ｃは図１１の状態よりも低いが、図１２の状態よりも高くなる。その結果、断面二次モーメントが増大し、リブ２４同士に生じる隙間を節とする振動モードに対して固有周波数の高周波数化を図ることができ、振動・騒音を低減することができる。

なお、下容器１７に限らず、上容器１６の天面１と側面３の接続部に、下容器１７と同様にリブを配置することで、上容器１６で同様に発生する振動モードにも対応することができる。

また、リブ２４の高さは、電動圧縮要素３８に接触しない程度が望ましい。また、この実施例ではリブ２４を内側に凸になるよう形成したが、外側に凸になるよう形成しても同様の結果が得られる。更に、内側と外側の凸を組み合わせることで、更に断面二次モーメントが強化され、より曲げ剛性が強化される。

以上より、密閉型圧縮機は側面と底面を有し、前記側面と前記底面とをつなぐ異なる曲率を持つ接続面から形成された密閉容器を備えた密閉型圧縮機において、前記側面、前記底面及び前記接続面のいずれか一つ以上の面に複数のリブを略円周上に配置する。これにより、高次の振動モードに対する曲げ剛性を増加することで、振動・騒音を低減することができる。

尚、異曲面が天面１、側面３、底面２及び接続面４などに形成されている場合、本実施例のリブ構造を円周上に配置しなくても適応することができる。

次に、図１４と図１５を用いて実施例２を説明する。尚、図１４において図１〜図１３と同一符号は同一部品を示し、再度の説明は省略する。図１４は、実施例２における密閉容器の底面の平面図であり、図１５は実施例２における密閉容器の底面の断面図である。第１の実施例では、密閉型圧縮機３９において、底面が略楕円形の密閉容器１８の接続部４に複数のリブ２４が放射状に延在し、リブ２４の延在方向が、複数のリブ２４において、すべて異なる方向になるよう形成し、リブ２４の延在方向に平行なリブ２４が形成されないようにしている。一方、実施例２では、底面が略楕円形の密閉容器１８に対し、長軸３２上の底面と接続面４の領域の片側（図示右側の接続面４）にリブ２４を形成した。更に、略楕円形の密閉容器１８に対して、短軸３３の側面と底面と接続面の領域の片側（図示上側の接続面４）にリブ２４を形成した点が第１の実施例と比較した場合の変更点である。

図１４に示す通り、実施例２では、複数のリブ２４が放射状に延在し、下容器１７の接続部４の曲げ剛性を強化し、振動・騒音を低減するという点では実施例１と同じである。

実施例１では、リブの個数、リブの幅、またはリブ同士の間隔によっては、略楕円形の密閉容器１８に対し長軸３２と短軸３３にリブ２４が形成されない可能性がある。そのため、長軸３２と短軸３３を節とする図５と図６のような振動モードが発生した場合、節部分での断面二次モーメントが増大していない為、剛性が強化されない。

そこで本実施例では、略楕円形の密閉容器１８に対し、長軸３２上の側面と底面と接続面４の領域の片側にリブ２４を形成した。更に、略楕円形の密閉容器１８に対し短軸３３の側面と底面と接続面４の領域の片側にリブ２４を形成したことによって、振動の節である部分の断面二次モーメントを確実に増大し、図５や図６に示すような振動モードに対する剛性が増す。その結果、略楕円形の長軸３２と短軸３３を節とする振動モードに対して、確実に密閉容器１８の剛性を高め、振動・騒音を低減することができる。

また、プレス加工の制約上、もしくは密閉容器１８内の電動圧縮要素３８との干渉上、図１４のようにリブ同士の角度のみを変更してリブ２４を形成することができない場合は、図１５のように、リブ幅が異なるように形成することも可能である。

なお、密閉容器１８が上下左右非対称である場合も適応することができる。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明する為に詳細に説明したものであり、説明した必ずしもすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。本発明は、冷蔵庫用圧縮機のみならず、空気圧縮機などにも転用することができる。これら冷蔵庫等に本実施例の密閉型圧縮機を適用することで、冷蔵庫の低騒音化、低振動化が実現でき、製品としての性能を向上することができる。

４ 接続部
１８ 密閉容器
２４ リブ
３２ 長軸
３３ 短軸
３９ 密閉型圧縮機

Claims (4)

1. 側面と底面を有し、前記側面と前記底面とをつなぐ異なる曲率を持つ接続面から形成された密閉容器を備えた密閉型圧縮機において、前記側面、前記底面及び前記接続面のいずれか一つ以上の面に複数のリブを略円周上に配置することを特徴とする密閉型圧縮機。
2. 請求項１に記載の密閉型圧縮機において、前記リブは前記略円周上の内側から外側に向けて、放射状に延在する形状を含んでいることを特徴とする密閉型圧縮機。
3. 請求項２に記載の密閉型圧縮機において、前記リブの放射状に延在する部分の延在方向が、前記複数のリブのそれぞれで異なる方向であることを特徴とする密閉型圧縮機。
4. 請求項３に記載の密閉型圧縮機において、前記底面が略楕円形の前記密閉容器に対し長軸線上の前記側面と前記底面と前記接続面の領域の片側に前記リブが形成されており、前記略楕円形の短軸の前記側面と前記底面と前記接続面の領域の片側に前記リブを形成することを特徴とする密閉型圧縮機。

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