JP4872480B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、冷蔵庫、エアーコンディショナー等に使用される圧縮機に関するものである
。

従来、この種の圧縮機は、吐出および吸入用のバルブ装置を備えたものがある（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圧縮機を説明する。

図１１は、特許文献１に記載された従来の圧縮機を示す断面図、図１２は、従来のバルブ装置を示す分解斜視図である。

図１１、図１２において、密閉容器４１内にはオイル１０が封入されており、また、冷媒を吸入して圧縮する圧縮機構１及びそのピストン３を駆動する電動要素５が収納されている。

圧縮機構１は、吸入孔７及び吐出孔９が形成されたバルブプレート１１をシリンダ１３の端部に取り付け、さらにシリンダヘッド１５を取り付けて構成されている。

バルブプレート１１には吐出孔９が形成されるとともに、吐出孔９と同心にリング状の平坦面で構成される吐出弁座面２３が形成されている。

また、バルブプレート１１には、吸入孔７が形成されるとともに、吸入孔７と同心にリング状の平坦面で構成される吸入弁座面２５が形成されている。

吐出リード弁１９は、片側を支点として弾性変形し、吐出弁座面２３を開閉することで断続的に吐出孔９が開閉される。

吸入リード弁１７は、片側を支点として弾性変形し、吸入弁座面２５を開閉することで断続的に吸入孔７が開閉される。

リテーナ２１は、吐出リード弁１９の開閉時、リフト量を規制するよう形成されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は、電動要素５に供給され、電動要素５の回転子２７を回転させる。

回転子２７は、クランクシャフト２９を回転させ、偏心部３１の偏心運動が連結手段のコンロッド３３からピストンピン３５を介してピストン３を駆動することで、ピストン３はボアー３７内を往復運動する。

サクションチューブ３９を通して密閉容器４１内に導かれた冷媒は、サクションマフラー４３から吸入孔７を通ってボアー３７内で連続して圧縮され、吐出孔９からシリンダヘッド１５へと吐出される。

この際、吐出リード弁１９は、片側を支点として弾性変形し、吐出弁座面２３を開閉することで断続的に吐出孔９に衝突し、また、吸入リード弁１７は、片側を支点として弾性変形し、吸入弁座面２５を開閉することで断続的に吸入孔７に衝突するが、吐出リード弁１９と吐出弁座面２３との間、および吸入リード弁１７と吸入弁座面２５との間に介在す
るオイル１０がダンパーとなり、この衝撃を和らげている。
特開２００１−３２７７３号公報

しかしながら、上記従来のバルブ装置の構成では、高温時にオイル粘度が低下し、オイルの保持力が低下した場合、オイル切れが発生し、ダンパー効果が十分に得られない可能性があった。その結果、リードにかかる衝撃荷重が高まり、リードが破損する可能性があった。

一方、オイル保持を安定させるため、弁座面を広くしてリードの衝撃荷重を低減させようとすると、通常温度時にリードと弁座のオイルによる粘性抵抗が増大し、リードが開くタイミングが遅延し、効率が大幅に低下するという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、高効率と高信頼性を両立させた圧縮機を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明の圧縮機は、弁座面におけるリード弁の先端側の面積を、リード弁の反先端側の面積より大きくしたもので、リードの衝撃荷重が大きいリード弁の先端側に位置する弁座面において、リード弁と弁座面との衝突による衝撃荷重が低減されるとともに、リードの衝撃荷重が小さいリード抑え部側の弁座面積を小さくする事で、リード弁と弁座面との粘着力を小さくおさえる事ができ、リード弁の開き遅れを防止することができるという作用を有する。

本発明の圧縮機は、リード先端側の弁座面の面積を大きくし、リード抑え部側の弁座面の面積を小さくする事で、高効率と信頼性を両立した圧縮機を提供することができる。

請求項１に記載の発明は、密閉容器内にオイルを貯留するとともに、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮機構を収容し、前記圧縮機構は吸入、圧縮行程で開閉するバルブ装置を備え、前記バルブ装置の少なくとも一つを、連通孔と、前記連通孔の外周に形成された弁座面と、前記弁座面を開閉する片持ちのリード弁を備える構成とし、さらに、前記弁座面の外周形状を円形にするとともに、前記弁座面における前記リード弁の先端側の面積を、前記リード弁の反先端側の面積より大きくしたもので、リードの衝撃荷重が大きい部分を広い面積で構成しているため、リード弁と弁座面との衝突による衝撃荷重が低減されるとともに、リードの衝撃荷重が小さいリード抑え部側の弁座面積を小さくする事で、リード弁と弁座面との粘着力を小さくおさえる事ができ、リード弁の開き遅れを防止することができる。その結果、圧縮機の高効率と信頼性を両立することができる。

請求項２に記載の発明は、前記弁座面の内周形状を円形にしたものであり、請求項１に記載の発明に加えてさらに、バルブ装置を製造するにあたって、加工性が良く生産性が向上することができる。

請求項３に記載の発明は、前記弁座面の内周側にＲ面取りを施したものであり、リード弁と弁座面の接触が線接触から面接触となり、衝撃荷重が低減される。そのため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに信頼性を低下させずに運転することができる。

請求項４に記載の発明は、前記密閉容器内に封入する冷媒として、塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒を用いるとともに、前記冷媒と相溶性があるオイルを用いたものであり、請求項１から３のいずれか一項に記載の発明の効果に加えて、さらにオイルに冷媒が溶解してオイル粘度が低下しても、信頼性を低下させずに運転することができる。

請求項５に記載の発明は、前記電動要素は、少なくとも電源周波数よりも高い回転数を含む運転周波数で駆動されるものであり、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、リードの衝撃荷重が大きくなる高速回転においても信頼性を低下させずに運転することができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における圧縮機の断面図、図２は、同実施の形態における吸入バルブ装置の縦断面図、図３は、同実施の形態における吸入バルブ装置の要部詳細図、図４は、同実施の形態における吸入バルブ装置の平面図、図５は、同実施の形態における吸入バルブ装置の吸入リード弁の平面図である。

図１から図５において、密閉容器１０１は、固定子１０３、および回転子１０４からなる電動要素１０５とこれによって駆動される圧縮機構１０６を収容している。密閉容器１０１に封入される冷媒は、塩素及びフッ素を含まない炭化水素冷媒等である。

密閉容器１０１内には、冷媒と相溶性のあるオイル１０８が貯留されている。オイル１０８は、炭化水素冷媒と相溶性のある鉱油で、粘度は、５〜１０センチストークスのものを用いる。

サクションチューブ１５０は、密閉容器１０１に固定されるとともに、装置の１次側（図示せず）に接続され、流体（図示せず）を密閉容器１０１内に導く。

次に、圧縮機構１０６の詳細を以下に説明する。

電動要素１０５は、固定子１０３および回転子１０４からなり、７０Ｈｚといった少なくとも電源周波数より高い回転数を含む任意の複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式モータで構成されている。

クランクシャフト１１０は、回転子１０４を圧入固定した主軸部１１２および主軸部１１２に対し、偏心して形成された偏心部１１３からなる。

シリンダーブロック１１５には固定子１０３が固定され、略円筒形のボアー１２２が形成されるとともに、主軸部１１２を軸支する軸受け部１３３を有している。

ボアー１２２に遊嵌されたピストン１３５は、ピストンピン１３６を介して偏心部１１３との間を連結手段であるコンロッド１４０によって連結されている。ボアー１２２の端面は、バルブプレート１４５で封止されている。

ヘッド１４６は、高圧室を形成し、バルブプレート１４５の反ボアー１２２側に固定される。

サクションマフラー１５２は、バルブプレート１４５とヘッド１４６に挟持される。

バルブプレート１４５のヘッド１４６側には、吐出バルブ装置（図示せず）が形成されている。またバルブプレート１４５には、連通孔１５６が穿設されており、ボアー１２２
側の連通孔１５６の周囲には、吸入弁座面１５５が形成され、吸入リード弁１５７と共に吸入バルブ装置１６０を構成する。

バルブプレート１４５は、焼結金属材料で形成され、吸入弁座面１５５は、焼結金型で形成されている。

吸入リード弁１５７は、板ばね材からなり、支点部分を支点として片側が弾性変形することによって吸入弁座面１５５を開閉する。

吸入弁座面１５５は、外周形状、内周形状ともに円形をなすとともに、その中心は互いに吸入リード弁１５７の長手方向にオフセットされている。その結果、吸入リード弁１５７の先端側に対応する先端側弁座面１５７ａの面積は、吸入リード弁１５７の反先端側に対応する反先端側弁座面１５７ｂの面積より大きくなっている。

また吸入弁座面１５５の外周側、内周側の周端部は、それぞれ全周に渡ってＲ面取り１６３が施されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は、電動要素１０５に供給され、電動要素１０５の回転子１０４を回転させる。

回転子１０４は、クランクシャフト１１０を回転させ、偏心部１１３の偏心運動が連結手段のコンロッド１４０からピストンピン１３６を介してピストン１３５を駆動する。これにより、ピストン１３５はボアー１２２内を往復運動する。サクションチューブ１５０を通して密閉容器１０１内に導かれた流体は、サクションマフラー１５２から吸入バルブ装置１６０を介して吸入され、ボアー１２２内で連続して圧縮される。

この連続して圧縮される際に、吸入リード弁１５７は、開閉動作時に吸入弁座面１５５に連続して衝突する。

この際、吸入リード弁１５７の先端側の方が、開閉速度が速いため、吸入弁座面１５５への衝突速度も速い。

しかしながら、本実施の形態においては、吸入リード弁１５７の先端側に対応する先端側弁座面１５７ａの面積が、吸入リード弁１５７の反先端側に対応する反先端側弁座面１５７ｂの面積より大きくなっているため、吸入リード弁１５７の先端側は、広い面積で受け止められる。その結果、吸入リード弁１５７が先端側弁座面１５７ａと衝突する際に生ずる衝撃荷重は低減され、小さくなる。

その結果、吸入リード弁１５７の破損を防ぐことができる。

一方、衝撃荷重が小さい吸入リード弁１５７の反先端側弁座面１５７ｂの面積を、先端側弁座面１５７ａより小さくする事により、吸入リード弁１５７との接触面積を小さくすることができる。

その結果、オイル１０８による粘着抵抗を小さくすることができ、吸入リード弁１５７の開き遅れが小さくなり、圧縮機の体積効率が向上し、高い効率を実現できる。

よって高効率と信頼性を両立した圧縮機を実現することができる。

また、吸入バルブ装置１６０の吸入弁座面１５５は、外周形状および内周形状ともに単純な円形の構成としており、バルブプレート１４５は、焼結金属材料で形成され、吸入弁座面１５５は、焼結金型で形成されている。その結果、焼結金型の吸入弁座面１５５を形成する部分の造型が容易で生産性を高めることができる。

また、バルブプレート１４５に吸入弁座面１５５を機械加工等で形成する場合にも、吸入弁座面１５５を旋盤やフライス盤といった汎用設備で加工形成することが出来、設備投資を小さく抑えることができる。

また、吸入バルブ装置１６０の吸入弁座面１５５の外周側及び内周側は、Ｒ面取り１６３が施されていることから、吸入弁座面１５５の外周側や内周側のエッジと吸入リード弁１５７とが当たることがなくなり、吸入リード弁１５７と吸入弁座面１５５の接触が線接触から面接触となる。そのため、接触面積の増加に伴い衝撃荷重が低減されることから、吸入リード弁１５７の破損を回避することができ、信頼性を向上することができる。

さらに、密閉容器１０１に封入される冷媒は、塩素及びフッ素を含まない炭化水素冷媒等であり、密閉容器１０１内には、冷媒と相溶性のあるオイル１０８が貯留されている。

その結果、炭化水素系冷媒と相溶性のあるオイル１０８の組み合わせにより、オイル１０８に冷媒が溶解してオイル粘度が低下しても、吸入弁座面１５５の面積は、吸入リード弁１５７の反先端側よりも先端側の方が広い面積を保有する構成となり、その結果、吸入リード弁１５７の荷重が大きい部分の衝撃荷重が低減される。

よって、高い信頼性を得ることができる。

さらに、電動要素１０５が、７０Ｈｚといった任意の複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式モータで構成されていることから、高速回転で運転される際に吸入リード弁１５７の衝撃荷重は更に増加し、吸入リード弁１５７の耐力は厳しくなる。

しかしながら本実施の形態においては、吸入リード弁１５７の先端側に対応する先端側弁座面１５７ａの面積を、吸入リード弁１５７の反先端側に対応する反先端側弁座面１５７ｂの面積より大きく形成しているので、吸入リード弁１５７の先端側の衝撃荷重が低減される。

その結果、高速回転においても吸入リード弁１５７の破損を防ぐことができ、信頼性を低下せずに運転することができる。

よって、高速回転においても信頼性を低下せずに運転することができる。

なお、本実施の形態では往復動式圧縮機を例示して説明したが、他の圧縮方式や移送ポンプであっても同様の作用、効果が得られることはいうまでもない。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における圧縮機の断面図、図７は、同実施の形態における吐出バルブ装置の縦断面図、図８は、同実施の形態における吐出バルブ装置の要部詳細図、図９は、同実施の形態における吐出バルブ装置の平面図、図１０は、同実施の形態における吐出バルブ装置の吐出リード弁の平面図である。

図６から図１０において、密閉容器２０１は、固定子２０３、および回転子２０４から
なる電動要素２０５とこれによって駆動される圧縮機構２０６を収容している。

密閉容器２０１に封入される冷媒は、塩素及びフッ素を含まない炭化水素冷媒等である。

密閉容器２０１内には、冷媒と相溶性のあるオイル２０８が貯留されている。オイル２０８は、炭化水素冷媒と相溶性のある鉱油で、粘度は、５〜１０センチストークスのものを用いる。

サクションチューブ２５０は、密閉容器２０１に固定されるとともに、装置の１次側（図示せず）に接続され、流体（図示せず）を密閉容器２０１内に導く。

次に、圧縮機構２０６の詳細を以下に説明する。

電動要素２０５は、固定子２０３および回転子２０４からなり、７０Ｈｚといった少なくとも電源周波数より高い回転数を含む任意の複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式モータで構成されている。

クランクシャフト２１０は、回転子２０４を圧入固定した主軸部２１２および主軸部２１２に対し、偏心して形成された偏心部２１３からなる。

シリンダーブロック２１５には固定子２０３が固定され、略円筒形のボアー２２２が形成されるとともに、主軸部２１２を軸支する軸受け部２３３を有している。

ボアー２２２に遊嵌されたピストン２３５は、ピストンピン２３６を介して偏心部２１３との間を連結手段であるコンロッド２４０によって連結されている。ボアー２２２の端面は、バルブプレート２４５で封止されている。

ヘッド２４６は、高圧室を形成し、バルブプレート２４５の反ボアー２２２側に固定される。

サクションマフラー２５２は、バルブプレート２４５とヘッド２４６に挟持される。

バルブプレート２４５のボアー２２２側には、吸入バルブ装置（図示せず）が形成されている。

また、バルブプレート２４５には、連通孔２５６が穿設されており、ヘッド２４６側の連通孔２５６のヘッド２４６の周囲には、吐出弁座面２８０が形成され、吐出リード弁２８３と共に吐出バルブ装置２９０を構成する。バルブプレート２４５は、焼結金属材料で形成され、吐出弁座面２８０は、焼結金型で形成されている。

吐出リード弁２８３は、板ばね材からなり、支点部分を支点として片側が弾性変形することによって吐出弁座面２８０を開閉する。

吐出弁座面２８０は、外周形状、内周形状ともに円形をなすとともに、その中心は互いに吐出リード弁２８３の長手方向にオフセットされている。その結果、吐出リード弁２８３の先端側に対応する先端側弁座面２５７ａの面積は、吐出リード弁２８３の反先端側に対応する反先端側弁座面２５７ｂの面積より大きくなっている。

また吐出弁座面２８０の外周側、内周側の周端部は、それぞれ全周に渡ってＲ面取り２
６３が施されている。

以上のように構成された圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。

商用電源（図示せず）から供給される電力は、電動要素２０５に供給され、電動要素２０５の回転子２０４を回転させる。

回転子２０４は、クランクシャフト２１０を回転させ、偏心部２１３の偏心運動が連結手段のコンロッド２４０からピストンピン２３６を介してピストン２３５を駆動する。これにより、ピストン２３５はボアー２２２内を往復運動する。サクションチューブ２５０を通して密閉容器２０１内に導かれた流体は、サクションマフラー２５２から吸入バルブ装置（図示せず）を介して吸入され、ボアー２２２内で連続して圧縮される。

この連続して圧縮された流体は、吐出バルブ装置２９０から連続的にヘッド２４６の高圧室へと吐出される。この際、吐出リード弁２８３は、開閉動作を繰り返し、吐出弁座面２８０に連続して衝突する。

この際、吐出リード弁２８３の先端側の方が、開閉速度が速いため、吐出弁座面２８０への衝突速度も速い。

しかしながら、本実施の形態においては、吐出リード弁２８３の先端側に対応する先端側弁座面２５７ａの面積が、吐出リード弁２８３の反先端側に対応する反先端側弁座面２５７ｂの面積より大きくなっているため、吐出リード弁２８３の先端側は、広い面積で受け止められる。その結果、吐出リード弁２８３が先端側弁座面２５７ａと衝突する際に生ずる衝撃荷重は低減され、小さくなる。その結果、吐出リード弁２８３の破損を防ぐことができる。

一方、衝撃荷重が小さい吐出リード弁２８３の反先端側弁座面２５７ｂの面積を、先端側弁座面２５７ａより小さくする事により、吐出リード弁２８３との接触面積を小さくすることができる。

その結果、オイル２０８による粘着抵抗を小さくすることができ、吐出リード弁２８３の開き遅れが小さくなり、圧縮機の体積効率が向上し、高い効率を実現できる。

よって高効率と信頼性を両立した圧縮機を実現することができる。

また、吐出バルブ装置２９０の吐出弁座面２８０は、外周形状および内周形状ともに単純な円形の構成としており、バルブプレート２４５は、焼結金属材料で形成され、吐出弁座面２８０は、焼結金型で形成されている。その結果、焼結金型の吐出弁座面２８０を形成する部分の造型が容易で生産性を高めることができる。

また、バルブプレート２４５に吐出弁座面２８０を機械加工等で形成する場合にも、吐出弁座面２８０を旋盤やフライス盤といった汎用設備で加工形成することが出来、設備投資を小さく抑えることができる。

また、吐出バルブ装置２９０の吐出弁座面２８０の外周側及び内周側は、Ｒ面取り２６３が施されていることから、吐出弁座面２８０の外周側や内周側のエッジと吐出リード弁２８３とが当たることがなくなり、吐出リード弁２８３と吐出弁座面２８０の接触が線接触から面接触となる。そのため、接触面積の増加に伴い衝撃荷重が低減されることから、吐出リード弁２８３の破損を回避することができ、信頼性を向上することができる。

さらに、密閉容器２０１に封入される冷媒は、塩素及びフッ素を含まない炭化水素冷媒等であり、密閉容器２０１内には、冷媒と相溶性のあるオイル２０８が貯留されている。

その結果、炭化水素系冷媒と相溶性のあるオイル２０８の組み合わせにより、オイル２０８に冷媒が溶解してオイル粘度が低下しても、吐出弁座面２８０の面積は、吐出リード弁２８３の反先端側よりも先端側の方が広い面積を保有する構成となり、その結果、吐出リード弁２８３の荷重が大きい部分の衝撃荷重が低減される。

よって、高い信頼性を得ることができる。

さらに、電動要素２０５が、７０Ｈｚといった任意の複数の運転周波数で駆動されるインバーター駆動式モータで構成されていることから、高速回転で運転される際に吐出リード弁２８３の衝撃荷重は更に増加し、吐出リード弁２８３の耐力は厳しくなる。

しかしながら本実施の形態においては、吐出リード弁２８３の先端側に対応する先端側弁座面２５７ａの面積を、吐出リード弁２８３の反先端側に対応する反先端側弁座面２５７ｂの面積より大きく形成しているので、吐出リード弁２８３の先端側の衝撃荷重が低減される。

その結果、高速回転においても吐出リード弁２８３の破損を防ぐことができ、信頼性を低下せずに運転することができる。

よって、高速回転においても信頼性を低下せずに運転することができる。

なお、本実施の形態では往復動式圧縮機を例示して説明したが、他の圧縮方式や移送ポンプであっても同様の作用、効果が得られることはいうまでもない。

以上のように、本発明にかかる圧縮機は、高効率且つ騒音が低く、耐久寿命が長い圧縮機を備えることが可能となるので、エアーコンディショナー、冷凍冷蔵装置等に用いられる密閉型圧縮機にも適用できる。

本発明の実施の形態１における圧縮機の断面図 同実施の形態における吸入バルブ装置の縦断面図 同実施の形態における吸入バルブ装置の要部詳細図 同実施の形態における吸入バルブ装置の平面図 同実施の形態における吸入バルブ装置の吸入リード弁の平面図 本発明の実施の形態２における圧縮機の断面図 同実施の形態における吐出バルブ装置の縦断面図 同実施の形態における吐出バルブ装置の要部詳細図 同実施の形態における吐出バルブ装置の平面図 同実施の形態における吐出バルブ装置の吐出リード弁の平面図 従来の圧縮機の断面図 従来のバルブ装置の分解斜視図

１０１，２０１ 密閉容器
１０６，２０６ 圧縮機構
１０８，２０８ オイル
１５５ 吸入弁座面
１５６，２５６ 連通孔
１５７ 吸入リード弁
１５７ａ，２５７ａ 先端側弁座面
１５７ｂ，２５７ｂ 反先端側弁座面
１６０ 吸入バルブ装置
１６３，２６３ Ｒ面取り
２８０ 吐出弁座面
２８３ 吐出リード弁
２９０ 吐出バルブ装置

Claims (5)

1. 密閉容器内にオイルを貯留するとともに、電動要素と、前記電動要素によって駆動される圧縮機構を収容し、前記圧縮機構は吸入、圧縮行程で開閉するバルブ装置を備え、前記バルブ装置の少なくとも一つを、連通孔と、前記連通孔の外周に形成された弁座面と、前記弁座面を開閉する片持ちのリード弁を備える構成とし、さらに、前記弁座面の外周形状を円形にするとともに、前記弁座面における前記リード弁の先端側の面積を、前記リード弁の反先端側の面積より大きくした圧縮機。
2. 前記弁座面の内周形状を円形にした請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記弁座面の内周側にＲ面取りを施した請求項１または２に記載の圧縮機。
4. 前記密閉容器内に封入する冷媒として、塩素およびフッ素を含まない炭化水素冷媒を用いるとともに、前記冷媒と相溶性があるオイルを用いた請求項１から３のいずれか一項に記載の圧縮機。
5. 前記電動要素は、少なくとも電源周波数よりも高い回転数を含む運転周波数で駆動される請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
   

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