JP4146244B2 - 往復動式圧縮機の吸入バルブ - Google Patents

Description

本発明は、往復動式圧縮機の吸入バルブに係るもので、詳しくは、ガスが流動するガス流路を開閉する過程で発生する応力が、局部に集中されず、且つ均一に分布されるようにして、応答性を優秀にし得る往復動式圧縮機の吸入バルブに関するものである。

一般に、圧縮機は流体を圧縮する機器であって、ガスを圧縮する方式によって回転式圧縮機、スクロール圧縮機及び往復動式圧縮機に大別される。

前記往復動式圧縮機は、直線状往復駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の駆動力を受けてガスを圧縮する圧縮機構部と、を含んで構成されている。
又、前記往復動式圧縮機は、前記電動機構部に電流が印加されると、その電動機構部で発生する直線状往復駆動力が前記圧縮機構部に伝達され、その圧縮機構部で冷媒を吸入、圧縮及び吐出させる。

図1は従来往復動式圧縮機の圧縮機構部を示した図であり、図示されたように、往復動式圧縮機の圧縮機構部は、内部に圧縮空間Pを形成する貫通穴11が穿孔形成されたシリンダー10と、該シリンダー10の貫通穴11に直線状運動自在に挿合され、その内部に中空流路Fが貫通形成されたピストン20と、前記シリンダー10の端部に貫通穴11を覆蓋して結合される吐出バルブ組立体30と、から構成される。

又、前記ピストン20は、所定長さの本体部21の前方にヘッド部22が形成され、前記本体部21の他方側に電動機構部と連結される連結部23が形成される。

又、前記ピストン20に貫通形成されて冷媒が流動される中空流路Fは、前記本体部21の中央横方向に穿孔形成されたガス通路24と、該ガス通路24と連通して前記ヘッド部22の内部に穿孔形成される一つの吸入孔25と、から構成される。

又、前記ピストンのヘッド部22の先方端面Sに前記吸入孔25を開閉することで、前記中空流路Fに流動する冷媒を調節する吸入バルブ40が装着される。

又、前記吐出バルブ組立体30は、シリンダー10の端部を覆蓋して結合された吐出カバー31と、該吐出カバー31の内部に挿合されて、シリンダー10の貫通穴11及びピストン20により形成される圧縮空間Pを開閉する吐出バルブ32と、該吐出バルブ32を弾性的に支持するバルブスプリング33と、から構成される。

このような従来往復動式圧縮機の圧縮機構部は、前記電動機構部の直線状駆動力がピストン20に伝達されると、該ピストン20がシリンダー10の内部で直線状往復運動をするようになる。

前記過程で、図2に示したように、前記ピストン20が下死点a方向に移動すると、圧力差により吐出バルブ32がシリンダー10の端部に接触され、圧縮空間Pを塞ぐと共に、ピストン20に結合された吸入バルブ40が屈曲されて前記吸入孔25を開放し、前記ピストン20の中空流路Fを通して冷媒が流動しながらシリンダー10の圧縮空間Pに吸入される。

次いで、前記ピストン20が下死点aから上死点bに移動すると、圧力差により吸入バルブ40が元状態に復帰して、前記中空流路の吸入孔25が塞がれた状態で、シリンダー10の圧縮空間Pに吸入された冷媒を圧縮し、次いで、そのピストン20が上死点bに達すると、吐出バルブ32が開放されることで圧縮された冷媒が吐出される。このような過程が反復されることでガスが圧縮される。

一方、前記ピストン20の先方端面Sに装着されて、そのピストン20の動く時に発生する圧力差により反復して屈曲又は元状態に復帰することで、前記中空流路Fを開閉する吸入バルブ40は、冷媒の吸入及び圧縮のために、バルブの応答性が優秀であるべきで、且つ、破損を防止するために、応力集中が最小化されるべきである。

現在、開発進行中の前記往復動式圧縮機の吸入バルブ40は、図3に示したように、前記ピストンのヘッド部22の先方端面Sと相応する薄い円形板に形成されるが、該円形板の中間部分に固定点41が形成され、該固定点41を基準に、その円形板の一部が屈曲（ベンディング）されるように、所定幅を有して切開された曲線状の切開溝Cが切削形成される。

また、切開曲線状の前記切開溝Cは、前記固定点41を囲むように円状に形成される内側円形曲線部42と、内側円形曲線部に対して外部に開放可能に円状に形成される外側円形曲線部43と、から構成される。

従って、前記吸入バルブ40は、前記切開溝の内側円形曲線部42及び外側円形曲線部43によって、固定点41側の固定領域部44と、固定領域部との反対側の開閉領域部45と、から構成される。

且つ、前記開閉領域部45は、一つのカンチレバー状に形成され、その開閉動きを円滑にするために、内側円形曲線部42の内側先方端に行くほど幅が小さく形成される。

又、前記吸入バルブ40は、前記開閉領域部45がピストン20の中空流路Fを塞ぐように、前記ピストン20の端面に位置した状態で、その固定点41がピストンの先方端面Sに熔接されてピストン20に固定結合される。

このように結合された吸入バルブ40は、前記ピストン20が往復運動をすることで発生する圧力差により、固定点41が固定された状態で、その開閉領域部45が屈曲又は伸ばされて、前記中空流路Fを開閉するようになる。

然し、このような吸入バルブは、ピストン20の中空流路Fを開閉する開閉領域部45がカンチレバー状に形成されるため、その開閉領域部45が屈曲又は元位置に復帰される開閉過程で、図4に示したように、前記開閉領域部45を形成する切開溝Cの内側先方端の前記開閉領域部45の首部に集中的に応力が作用することで、持続的に開閉作用が進行している時、又は、過度に開閉領域部45が開放される時、バルブの破損を誘発するという不都合な点があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもので、ガスが流動するガス流路を開閉する過程で発生する応力が局部に集中されず、均一に分布されるようにして、応答性を優秀にし得る往復動式圧縮機の吸入バルブを提供することを目的とする。

このような目的を達成するため、本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブにおいては、往復動式モータの駆動力を受けて、シリンダーで直線状往復運動をするピストンの先方端面に固定結合される固定領域部と、所定面積を有して前記ピストンに穿孔形成される中空流路Fを開閉する一つの開閉部と、該開閉部に固定領域部を連結し、該固定領域部を固定点にして、その開閉部を所定変位区間内で動作させる複数のアーム部と、を含んで構成され、前記開閉部の動作により発生する応力が前記複数のアーム部に分散されることを特徴とする。

以下、本発明の実施の形態に対し、図面に基づいて説明する。
まず、前記往復動式圧縮機は、直線状往復駆動力を発生する電動機構部と、該電動機構部の駆動力を受けてガスを圧縮する圧縮機構部と、を含んで構成され、前記電動機構部は、往復動式モータにより構成される。

図5は本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブが装着された圧縮機構部を示した図であり、図示されたように、前記圧縮機構部は、内部に圧縮空間Pを形成する貫通穴11が形成されたシリンダー10と、該シリンダー10の貫通穴11に直線状運動自在に挿合されると共に、その内部に中空流路Fが形成されたピストン20と、前記シリンダー10の端部に貫通穴11を覆蓋して結合され、その貫通穴11を開閉する吐出バルブ組立体30と、から構成される。

又、前記シリンダーの貫通穴11、ピストン20及び吐出バルブ組立体30により圧縮空間Pが形成される。

又、前記ピストン20は、所定長さの本体部21の一方側にヘッド部22が形成され、前記本体部21の他方側に電動機構部に連結される連結部23が形成される。

又、前記ピストン20を貫通して冷媒が流動される中空流路Fは、前記本体部21の中間で所定深さを有して形成されるガス通路26と、該ガス通路26と連通して前記ヘッド部22の内部に穿孔形成される吸入孔27と、から構成される。

又、前記ピストンの先方端面であるピストンのヘッド部22の先方端面Sには、前記中空流路Fの吸入孔27を開閉する薄板の吸入バルブ50が装着される。

又、所定面積を有して形成された吸入バルブ50は、図6に示したように、前記ピストンの先方端面Sに固定結合される円状の固定部51と、該固定部51の周囲から拡大され、所定面積を有して前記ピストン20の中空流路Fを開閉する一つの開閉部52と、該開閉部52から継続延長されて、前記固定部51を中心に円の両方側に円弧状に形成されることで、開閉部52を所定変位区間内で動作させる複数のアーム部53、54と、から構成される。

且つ、前記アーム部53、54は、前記固定部51の中心と開閉部52の中心とを連結する連結線上を基準に、両方側に対称して形成される。

即ち、円状の固定部51が形成され、該固定部51の両方側に所定幅及び長さの円弧状の第1、2アーム部53、54がそれぞれ拡大して延長形成され、それら第1、2アーム部53、54に引き続いて、所定面積を有する一つの開閉部52が形成される。

又、第1、2アーム部53、54は、所定幅に形成されるが、それら第1、2アーム部53、54の幅は、前記開閉部52に行くほど広く又は狭く形成される。

又、前記固定部51、第1、2アーム部53、54及び開閉部52の外側面が一つの円状をなし、その円状の外径は、前記ピストン20の先方端面Sの外径より小さく形成される。

又、前記固定部51、第1、2アーム部53、54及び開閉部52の各内側面により一つの閉鎖空間が形成されるが、前記固定部51は、前記ピストン20の先方端面Sにボルト締め又は熔接により固定結合される。

又、前記開閉部52及び第1、2アーム部53、54は、図7に示したように、第1変形例として、前記ピストン20の先方端面Sからシリンダー10の先方端面に、所定量変位された間隙dを屈曲形成することもできる。

且つ、前記ピストン20の先方端面Sに固定結合される吸入バルブ50の固定部51は、前記ピストン20の先方端面Sの中心で固定結合されることが好ましい。

又、前記ピストン20のヘッド部22に形成される吸入孔27は複数形成され、前記吸入バルブ50の開閉部52は、それら複数の吸入孔27を塞ぎ得るほどの面積を有して形成される。

即ち、前記中空流路Fは、ピストンの本体部に形成されたガス通路26と、該ガス通路26から継続して、ピストン20のヘッド部22に穿孔形成される複数の吸入孔27とから構成されるが、図面には、3個の吸入孔27が示されている。

又、第2変形例として、図8に示したように、前記吸入孔27の周縁は、ラウンディングにより面取り(C)することもできる。

又、前記固定部51の第3変形例として、図9に示したように、ボルト締め又は熔接により固定される固定面51aと、該固定面51aから両方側に延長して形成された各アーム部53、54と、それらアーム部53、54に対応して前記固定面51aの両方側に拡大された羽面51bと、から構成することもできる。

又、第4変形例として、前記開閉部52を、図10に示したように、前記ピストン20の先方端面Sに形成される中空流路Fの吸入孔27の形状に対応して、その外側に切り取られたカッティング部Dを形成することもできる。

又、第5変形例として、前記開閉部52を、図11に示したように、前記ピストン20の先方端面Sに形成される中空流路Fの吸入孔27の形状に対応して、その内側に切り取られたカッティング部Dを形成することもできる。

又、本発明に係る吸入バルブの他の実施形態として、図12に示したように、所定面積を有して、前記ピストン20の先方端面Sに固定結合される固定部51と、所定面積を有して、前記ピストン20の中空流路Fを開閉する一つの開閉部52と、それら開閉部52と固定部51とを連結し、該固定部51を中心に、前記開閉部52を所定変位区間内で動作させるように形成された4個のアーム部53と、を含んで構成することもできる。

又、本発明に係る吸入バルブの又他の実施形態として、図13に示したように、二つのガス吸入孔27が穿孔形成されたピストン20の先方端面Sに装着されるとき、それら二つの吸入孔27を開閉する二つの開閉部52、52'と、前記ピストン20の先方端面Sに固定結合される固定部51と、前記二つの開閉部52、52'をそれぞれ連結する二つのアーム部53、54と、がそれぞれ一体に形成されるように構成することもできる。

これらの図中、未説明の符号30は吐出バルブ組立体、31は吐出カバー、32は吐出バルブ、33はバルブスプリングをそれぞれ示したものである。

以下、このように構成された本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの動作及び作用効果に対して説明する。

まず、前記ピストン20が電動機構部の駆動力を受けてシリンダー10の内部で直線状往復運動をすると、前記ピストン20の端部に結合された吸入バルブ50が圧力差により反復して屈曲又は伸ばされ、冷媒が前記ピストン20の中空流路Fであるガス通路26及び吸入孔27を通してシリンダーの圧縮空間Pに吸入、圧縮及び吐出される過程が反復される。

前記過程で、前記吸入バルブ50が圧力差により前記ピストン20の先方端面Sに形成された中空流路Fの吸入孔27を開放すると、前記吸入バルブ50の固定部51により固定支持された状態で、複数のアーム部53、54及び開閉部52が屈曲されて吸入孔27が開放される。

且つ、前記吸入バルブ50が圧力差により前記ピストン20の先方端面Sに形成された中空流路Fの吸入孔27を閉鎖する場合は、前記吸入バルブ50の固定部51により固定支持された状態で、複数のアーム部53、54及び開閉部52が復帰されて吸入孔27を塞ぐようになる。

一方、前記吸入バルブ50は、その固定部51により固定された状態で、カンチレバー状の複数のアーム部53、54が屈曲又は元状態に復帰されて応力が発生し、該応力は、複数のアーム部53、54に均一に分布されて、一つのアーム部53、54に過度な応力を集中的に作用せずに、均一に分布されるようになる。且つ、それら複数のアーム部53、54は対称的に形成されることで、その応力分布が更に均一に分布される。

又、前記吸入バルブ50の開閉部52及び複数のアーム部53、54は、初期状態でピストン20の先方端面Sと所定の変位dを有することで、吸入孔27の開閉運動が円滑になって、バルブの応答性が良くなる。

又、前記吸入バルブ50の固定部51は固定面51a及び羽面51bにより形成されることで、内部空間が減少するため、圧縮空間の死体積(dead volume)を減少して圧縮性能を向上することができる。

又、前記吸入バルブ50を開閉するピストン20の吸入孔27が複数切削形成されるため、バルキング(bulking)現象を防止することで、バルブの破損を防止し得るようになる。

このとき、前記バルキング現象とは、前記ピストン20が圧縮行程の上死点に到達する過程で大きい圧力が吸入バルブ50に作用するが、このとき、前記ピストン20の吸入孔27により、吸入バルブ50の開閉部52が前記ピストンの内側に吸い込まれる現象をいう。

又、前記吸入孔27が複数の小さな穴で形成されるため、一つの大きい穴で形成される場合より、吸入バルブ50の圧力による変形量が小さいため、吸入バルブ50の破損を防止することができる。

又、前記吸入孔27の吸入バルブ50と接する周縁が面取りすることで、バルキング現象の発生時、吸入孔27の周縁部位により吸入バルブ50が損傷される現象を防止することができる。

又、前記吸入バルブの開閉部52の外側に、吸入孔27の形状に従って切り取りを行うため、シリンダーの圧縮空間P、即ちシリンダーの貫通穴の内周面と前記吸入バルブ50の開閉部52間に間隔を確保するようになって、バルブの初期開放時にも、冷媒が圧縮空間Pに円滑に吸入されることで、冷媒の吸入量を増加することができる。

以上説明したように、本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブは、往復動式モータの駆動力を受けて、ピストンがシリンダーの内部で直線状往復運動することで、圧力差により屈曲又は元位置に復帰されて冷媒ガスを吸入する過程で、そのバルブに作用する応力が均一に分布すると共に、バルキング現象を最小化することで、破損を防止して製品の信頼性を向上し得るという効果がある、

且つ、バルブの応答性が優秀になると共に、シリンダーの圧縮空間に冷媒の吸入が円滑に行われることで、冷媒の圧縮性能を向上し得るという効果がある。

従来往復動式圧縮機の圧縮機構部を示した断面図である。 従来往復動式圧縮機の圧縮機構部の動作状態を示した断面図である。 現在開発中の往復動式圧縮機の吸入バルブを示した斜視図である。 従来往復動式圧縮機の吸入バルブの応力分布状態を示した正面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの一実施形態が装着された圧縮機構部を示した断面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブ及びピストンヘッド部を示した斜視図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの第1変形例を示した一部断面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの第2変形例を示した一部断面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの第3変形例を示した一部正面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの第4変形例を示した一部正面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの第5変形例を示した一部正面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの他の実施形態を示した正面図である。 本発明に係る往復動式圧縮機の吸入バルブの又他の実施形態を示した正面図である。

Claims (7)

1. 往復動式モータの駆動力を受けて、シリンダーの内部で直線状往復運動を行うピストンの先方端面に固定結合される１つの固定部と、
   前記ピストンの先方端面に貫通形成される複数の吸入孔を個別に開閉する複数の開閉部と、
   前記１つの固定部と前記複数の開閉部とを個別に連結し、前記固定部を固定点にして前記開閉部を所定変位区間内で個別に動作させる複数のアーム部とを含み、
   前記固定部を基準に前記開閉部の反対側で前記固定部と前記アーム部とが連結され、前記アーム部が曲面に形成される特徴とする往復動式圧縮機の吸入バルブ。
2. 前記二つのアーム部は、前記固定部の中心と開閉部の中心とを連結する連結線上を基準に、両方側に対称して形成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。
3. 前記固定部は、所定面積を有して、ボルト締め又は熔接により固定される固定面と、該固定面の両方側に継続延長されて複数のアーム部により形成された羽面と、から構成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。
4. 前記ピストンの先方端面は、前記中空流路の一部分として、前記開閉部により開閉される複数の吸入孔が穿孔形成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。
5. 前記各吸入孔の周縁は、ラウンディング又は斜線により面取りすることを特徴とする請求項４記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。
6. 前記開閉部、固定部及びアーム部により形成される外径は、前記ピストンの先方端面の外径より小さく形成されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。
7. 前記固定部は、前記ピストンの先方端面の中心に固定されることを特徴とする請求項１記載の往復動式圧縮機の吸入バルブ。

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