JP5142585B2 - 密閉形圧縮機及び冷蔵庫 - Google Patents

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Description

本発明は、密閉形圧縮機及び冷蔵庫に関する。
密閉容器内に電動機と圧縮機構部とが収納される密閉形圧縮機においては、往復運動するピストンを有するレシプロ式圧縮機が知られている。圧縮機構部は、クランクシャフトの一端とピストンとがコネクティングロッドで連結して構成される。クランクシャフトの他端には、回転子が取り付けられており、この回転子の外側にはコイル部を有する固定子が取り付けられている。
この構成により、クランクシャフトの回転運動を往復運動に変換して、圧縮動作を行う。そして、内部をピストンが往復移動するシリンダ部を有し、このシリンダ部の開口を塞ぐようにバルブプレートが設けられる。バルブプレートには吐出孔が備えられ、バルブプレートのシリンダ部側とは反対側に設けられた吐出弁で開閉する構造が一般に用いられている。
圧縮機の吐出構造として、従来、特許文献１または２に記載されたものがある。
特許文献１では、吐出弁の開度を規制するバッカーバルブ（制振部材）が、吐出弁の開放方向に屈曲形成された構成について述べている。
特許文献２では、吐出リード（吐出弁）よりも長いスプリングリード（制振部材）を有する構成について述べている。
特開平６−２１３１５９号公報 特開平１０−２５９７８４号公報
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、吐出弁と略同様の固定端と自由端を有する片持ち梁形状の制振部材が、直接、吐出弁の上に載置される。これにより、吐出弁が硬くなり、圧縮冷媒が吐出されるときのシリンダ内部圧力が高くなるおそれがある。さらに、圧縮機の消費電力が高くなるおそれがある。
特許文献２に記載の制振部材は、吐出弁を吐出ポートに押し付ける位置までの動作範囲がない。これにより、圧縮冷媒の吐出完了時に、吐出ポートが閉じないおそれがある。
本発明は、上記従来の課題を解決するものである。本発明の目的は、圧縮冷媒の吐出時のシリンダ内圧力を低減し、かつ、吐出完了時に吐出弁が吐出口を閉じる性能を向上させた圧縮機を提供することである。
上記目的を達成するために、本発明の態様の密閉形圧縮機は、密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出弁部上の前記制振板の片持ち梁部及び／又は該片持ち梁部の端部に設けられた制振部に孔部を有することを特徴とする。
また、密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出口は所定間隔で２箇所設けられ、前記制振板の片持ち梁部の幅は、前記２箇所の吐出口の最外端部同士の間隔よりも小さいことを特徴とする。
また、密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記制振板の片持ち梁部は略Ａ字状であり、２箇所の固定部を備えたことを特徴とする。
また、密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドによって連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備えた密閉型圧縮機において、前記シリンダの開口部を塞ぐように設けられるバルブプレートと、前記バルブプレート上に設けられ馬蹄形状の吐出弁部を備える吐出弁板と、前記吐出弁板上に設けられ片持ち梁部を備える制振板と、前記吐出弁板と前記制振板の間に設けられる第一の板状部材と、前記制振板上に設けられ前記制振板の動作範囲を規制する板状のストッパと、前記制振板と前記ストッパの間に設けられる第二の板状部材とを備え、前記吐出弁板の馬蹄形状部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出弁部上の前記制振板の片持ち梁部及び／又は該片持ち梁部の端部に設けられた制振部に孔部を有することを特徴とする。

また、前記バルブプレートは窪み部を有し、前記窪み部に吐出口が設けられ、前記吐出口は前記窪み部よりも隆起した吐出弁シート面を有し、前記吐出口上に前記吐出弁部が設置され、前記吐出弁部上に前記片持ち梁部の端部に設けられた制振部が設置されることを特徴とする。
また、前記吐出弁板と前記制振板は夫々厚さが０.３mm 以下であることを特徴とする。
また、前記吐出弁部と前記制振板との間に０.３mm 以下の隙間を形成されるように前記第一の板状部材が配設されることを特徴とする。
また上記いずれかに記載の密閉形圧縮機が冷蔵庫に設けられたことを特徴とする。
本発明によれば、圧縮冷媒の吐出時のシリンダ内圧力を低減し、かつ、吐出完了時に吐出弁が吐出口を閉じる性能を向上させた圧縮機を提供することができる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、本発明に係る一実施例の密閉形圧縮機の縦断面図である。本実施例の密閉形圧縮機は、密閉容器内の中央部にクランクシャフト７が設けられ、クランクシャフト７の主軸部がフレーム１ｂの下方から上方へ延在している。クランクシャフト７の上部には、クランクピン７ａが主軸部２５と一体に、かつ回転軸から偏心するように形成されている。また、クランクピン７ａはフレーム１ｂの上部に配設されている。
フレーム１ｂは、シリンダ１と一体に形成されており、シリンダ１内をピストン４が往復動して、圧縮要素を構成する。本実施例では、フレーム１ｂとシリンダ１は一体構造としているが、これに限られるものではなく、これらを別体構造としてもよい。フレーム
１ｂの下部には、電動要素として、電動機を構成するロータ６がクランクシャフト７の主軸部の外周に配設され、さらにロータ６の外周にはステータ５が配設されている。クランクシャフト７の下部はロータ６と直結しており、電動機の動力によってクランクシャフト７は回転する。クランクピン７ａとピストン４との間はコネクティングロッド２で連結されており、クランクピン７ａ及びコネクティングロッド２を介してピストン４がシリンダ１内を往復摺動する構成となっている。さらに好ましくは、クランクピン７ａとピストン４は、ピストン４の内部の内球面とコネクティングロッド２の球体面とがボールジョイント構造で連結されている。
すなわち、本実施例の密閉形圧縮機は、密閉容器内にシリンダ１，ピストン４等の圧縮要素と、電動機等の電動要素が収納されており、クランクシャフト７によって電動要素からの回転運動をピストン４へ往復運動として伝える構成を前提としている。
シリンダ１内に供給された冷媒は、ピストン４の往復運動によって圧縮される。圧縮されたガス冷媒は、バルブプレート３に設けられた吐出ポート３ａを経由し、シリンダヘッド側に連通する図示しない吐出管へと送られる。吐出管へと送られた冷媒は、凝縮器，減圧機構、及び蒸発器を経て、再び圧縮機へと戻される。すなわち、冷凍サイクルが形成される。
密閉容器内には、冷凍機油（潤滑油）が溜められており、クランクシャフト７の回転運動による遠心ポンプ作用で上方に汲み上げられ、圧縮要素各部へと送られるように構成される。
また、この冷凍装置は、プロパン（Ｒ２９０）やイソブタン（Ｒ６００ａ）等、炭化水素系の冷媒（ＨＣ冷媒）を使用している。
次に、吐出ポート３ａの近傍の構造について、図２と図３を用いて説明する。図２は、フレーム１ｂとヘッドカバーの間に設置される部品を組立順に配列した斜視図である。図３は、フレーム１ｂとヘッドカバーの間に設置される部品の、組立時の断面図である。
フレーム１ｂとヘッドカバーの間に配置される部品は、フレーム側から順に吸入弁板
１０，バルブプレート３，吐出弁板１１，第一の板状部材１２，制振板１３，第二の板状部材１４，板状のストッパ１５である。これらの部品は、ヘッドカバーと共にシリンダ１にボルトで固定される。
すなわち、吐出弁板１１と制振板１３の間には、第一の板状部材１２が介在するため、吐出弁１１ａと制振板１３との間に隙間ができる。この隙間は、組立時の締め付け力で第一の板状部材１２が変形して、小さくなることが考えられるが、少なくとも吐出弁板１１と制振板１３との間に隙間ができるように構成する。
なお、第一の板状部材１２は第二の板状部材１４に比べて薄厚の構成とする。
バルブプレート３は窪み部を有する。本実施例では窪み部を略馬蹄形状（略Ｕ字状）としているが、これに限るものではない。この窪み部には、吐出口３ａが設けられる。
吐出口３ａの外周には、吐出弁シート面３ｂが設けられている。吐出弁シート面３ｂは円環状に形成されており、窪み部よりも隆起している。すなわち、吐出弁シート面３ｂは、窪み部よりも吐出弁１１ａとの距離が近くなるように構成される。これにより、吐出弁板１１が吐出弁シート面３ｂと接触するので、吐出弁板１１とバルブプレート３の接触面積を小さくできる。
次に、吐出口３ａを圧縮冷媒が通過するときのシリンダ１内の圧力変化を、図４を用いて説明する。ピストン４がバルブプレート３側に接近し、シリンダ１内圧力が上昇すると、吐出弁板１１の吐出弁１１ａで仕切られる前後の空間に圧力差(シリンダ内外の圧力差)が生じる。これにより、吐出弁１１ａはバルブプレート３から離れる方向に反る。具体的に、シリンダ１内からは、吐出弁１１ａを開かせる方向の力が生じる。一方、吐出弁11ａと吐出弁シート面３ｂとの間に生じる潤滑油による表面張力と、吐出弁１１ａのバネ力の合力が、吐出弁１１ａを閉じる方向の力として生じる。すなわち、吐出弁１１ａを閉じる方向の力よりも、開く方向の力が大きくなると、吐出弁１１ａがバルブプレート３から離れる方向（吐出弁１１ａが開く方向）に反る。
その後、シリンダ１内の圧力上昇は緩やかになり、やがて低下する。吐出口３ａを圧縮冷媒が通過している間、吐出弁１１ａは通過する圧縮冷媒の流体力により開く方向に変形している。そして、圧縮冷媒の流体力が減ると、吐出弁１１ａの反り量（リフト量）が減り、圧縮冷媒の流路が狭くなる。すなわち、冷媒が流れにくくなり、これに伴ってシリンダ１内の圧力が上昇するため、再び吐出弁１１ａが開く。この動作を繰返し、ピストン４が上死点に来ると、圧縮冷媒の流れが止まり、吐出弁１１ａに作用する力がなくなり、吐出弁１１ａが吐出ポート３ａを塞ぐ。
ここで、ピストン４が上死点の位置のとき、吐出弁１１ａの反り量が大きいと、吐出弁１１ａが吐出口３ａを塞ぐまでの時間が長くなる。そのため、吐出配管内の圧縮冷媒がシリンダ内に逆流し、圧縮機の効率が低下する。したがって、吐出弁１１ａと制振板１３の間の隙間ができるだけ少なくなるように構成する。これにより、ピストン４が上死点近傍の位置に来たときに、吐出弁１１ａを吐出ポート３ａに近づけることができ、すばやく塞ぐことができる。
一方、吐出弁１１ａと制振板１３が常に接触する構成だと、吐出弁１１ａに作用する閉じ方向の力は、吐出弁１１ａと吐出弁シート面３ｂの間の表面張力と、吐出弁１１ａのバネ力と、制振板１３のバネ力の、３力の合力となる。これにより、シリンダ内の圧力が上昇して、圧縮機の効率が低下するおそれがある。そこで本構成は、吐出弁板１１と制振板１３の間に板状部材１２を介在させることで、吐出弁１１と制振板１３の間に所定の隙間が形成される構造とした。
次に、吐出弁１１ａと制振板１３の位置関係について図５を用いて説明する。図５は、吐出弁１１ａが開いたときの吐出弁１１ａと制振板１３の変形した状態を示す。吐出弁
１１ａが圧縮冷媒から開く方向の力を受けると、吐出弁１１ａは吐出弁シート面３ｂから離接するように反り、制振板１３に当接して押し上げる。このとき、制振板１３の片持ち梁部の突き出し方向と、吐出弁１１ａの馬蹄形状部の突き出し方向とは、反対になるように構成する。すなわち、制振板の片持ち梁部と吐出弁１１ａは、その固定部が互いに対向するように設置される。
特許文献１に示す従来の構成は、上記固定部が重なるように設置されている。これによると、表面張力による吐出板１１と制振板１３の吸着現象が生じる。これは、ピストンが上死点の位置の時、吐出弁がシート面に接触するまでの時間遅れの原因となる。
そこで、本実施例は図５に示すように、吐出時の吐出弁１１ａの接線と、制振板１３の接線が交わる構成とする。これにより、吐出弁１１ａの閉じ遅れを防止できる。
次に、図６を用いて制振板１３の構成について説明する。図６は、制振板１３の平面図である。制振板１３は、略中央に片持ち梁部を有する。制振板１３の自由端付近（梁先端部付近）に制振部１３ａが設けられ、この制振部１３ａが吐出弁１１ａ上に設置される。制振部１３ａは、吐出時に吐出弁１１ａと当接する。この梁先端部１３ａは孔部１３ｂを有し、吐出弁１１ａとの接触面積を小さくする。これにより、吐出弁１１ａと制振板１３の間に潤滑油が溜まったとき、表面張力による貼りつきを防止することができる。
次に、制振板１３と吐出弁１１ａと吐出口３ａの位置関係を、図７を用いて説明する。制振部１３ａの幅は、吐出口３ａの設置幅よりも狭い。図７においては、制振部１３ａの幅をｌとして、吐出口３ａの幅をｍとすると、ｍ＞ｌという関係である。
さらに、孔部１３ｂを設けることにより、吐出口３ａを完全には覆わないように構成する。もし、組立時に吐出弁１１と制振板１３の位置を取り違えたまま、圧縮機を動作させたときに、圧縮機の性能及び信頼性が低下する。すなわち、組立不良があったときに圧縮動作しない構成として、製品検査段階で組立不良を検出できる構成としたものである。なお、組立不良の検出は、圧縮機の冷媒吐出口から適当な気体による圧力を負荷して、圧力が維持するか否かで検出する。
上述のように、吐出弁１１ａの開き制御をするために、吐出弁１１ａと制振板１３との間に隙間が必要である。また、吐出弁１１ａの閉じ遅れを抑制するためにも、吐出弁11ａと制振板１３の隙間が必要であり、かつ、その隙間を小さくすることが重要である。
そこで、吐出弁１１ａと制振板１３の間に介在させる板状部材１２の厚さを０.０３mm、吐出弁板１１の厚さを０.２０３mm 、制振板１３の厚さを０.１５２mm として、直径
２.８mmの吐出口３ａを二箇所、有するように構成した。
また、吐出弁１１ａの形状は、図７に示すように、固定端１１ｂを２箇所有する、所謂、馬蹄形状として、固定端１１ｂ近傍の幅を２.９mmとした。
また、制振板１３の形状は、図７に示すように固定端１３ｃが２箇所ある形状（略Ａ字状）として、吐出冷媒の流れを乱しにくい形状とした。なお、これに限らず、固定端13ｃが１箇所であってもよい。
制振板１３の上には板状のストッパ１５が配設される。このストッパ１５は、制振板
１３の片持ち梁部の動作を制御するために設けられる。制御範囲は、第二の板状部材１４の板厚で規定されるものであり、圧縮機毎の個体差を低減することができる。
上記密閉形圧縮機によって、運転速度が毎分１２００回転から毎分４９００回転の間で実記による性能試験を行った。その結果、特定の回転数で体積効率が落ちることがなく、回転数によらず良好な効率維持ができることが確認された。
以上のように、本発明の圧縮機は、吐出弁の開き制御が容易で、閉じ遅れを防止する構成にできるので、運転効率の向上した圧縮機を提供できる。また、本発明の圧縮機を冷蔵庫に適用することで、冷蔵庫庫内の冷却効率を向上させることができる。
本発明の一実施例に係る密閉形圧縮機の縦断面図。 本発明の一実施例に係る吸込弁の構成部品の斜視図。 吐出構造の斜視図。 吐出時のシリンダ内圧力の時間変化。 組立状態で吐出弁が開いたときの断面図。 制振板の平面図。 バルブプレートと吐出弁と制振板の組立図。
符号の説明
１ シリンダ
２ コネクティングロッド
３ バルブプレート
４ ピストン
１０ 吸入弁板
１１ 吐出弁板
１２，１４ 板状部材
１３ 制振板
１３ａ 制振部

Claims (8)

  1. 密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出弁部上の前記制振板の片持ち梁部及び／又は該片持ち梁部の端部に設けられた制振部に孔部を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
  2. 密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出口は所定間隔で２箇所設けられ、前記制振板の片持ち梁部の幅は、前記２箇所の吐出口の最外端部同士の間隔よりも小さいことを特徴とする密閉形圧縮機。
  3. 密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドで連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備える密閉形圧縮機において、吐出口を有するバルブプレートと、前記吐出口上に吐出弁部を有する吐出弁板と、前記吐出弁部上に片持ち梁部を有する制振板と、前記吐出弁板と前記制振板との間に配設される板状部材とを備え、前記吐出弁部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記制振板の片持ち梁部は略Ａ字状であり、２箇所の固定部を備えたことを特徴とする密閉形圧縮機。
  4. 密閉容器内に圧縮要素と電動要素が収納され、前記電動要素で駆動されるクランクシャフトとピストンがコネクティングロッドによって連結され、前記ピストンが往復動するシリンダを備えた密閉型圧縮機において、前記シリンダの開口部を塞ぐように設けられるバルブプレートと、前記バルブプレート上に設けられ馬蹄形状の吐出弁部を備える吐出弁板と、前記吐出弁板上に設けられ片持ち梁部を備える制振板と、前記吐出弁板と前記制振板の間に設けられる第一の板状部材と、前記制振板上に設けられ前記制振板の動作範囲を規制する板状のストッパと、前記制振板と前記ストッパの間に設けられる第二の板状部材とを備え、前記吐出弁板の馬蹄形状部の固定部と前記制振板の片持ち梁部の固定部とが対向するように設けられ、前記吐出弁部上の前記制振板の片持ち梁部及び／又は該片持ち梁部の端部に設けられた制振部に孔部を有することを特徴とする密閉形圧縮機。
  5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、前記バルブプレートは窪み部を有し、前記窪み部に吐出口が設けられ、前記吐出口は前記窪み部よりも隆起した吐出弁シート面を有し、前記吐出口上に前記吐出弁部が設置され、前記吐出弁部上に前記片持ち梁部の端部に設けられた制振部が設置されることを特徴とする密閉形圧縮機。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、前記吐出弁板と前記制振板は夫々厚さが０.３mm以下であることを特徴とする密閉形圧縮機。
  7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の密閉形圧縮機において、前記吐出弁部と前記制振板との間に０.３mm以下の隙間を形成されるように前記第一の板状部材が配設されることを特徴とする密閉形圧縮機。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の密閉形圧縮機が設けられたことを特徴とする冷蔵庫。
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