JP6425160B2 - 振動型圧縮機 - Google Patents

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Description

本発明は、主として自動車に搭載される冷蔵庫に適用される振動型圧縮機に関し、特に、シリンダブロックと、このシリンダブロックのシリンダ孔に往復動自在に嵌装されてシリンダ孔内にポンプ室を画成するピストンと、このピストンに往復振動を付与する振動源と、前記ポンプ室に隣接する吐出室と、ピストンに設けられる吸入ポートと、ピストンの往復動に応じて前記吸入ポート及びポンプ室間を開閉して、吸入ポートからポンプ室への一方向への気体の流れを生じさせる吸入弁と、ピストンの往復動に応じて前記ポンプ室及び吐出室間を開閉して、ポンプ室から吐出室への一方向への気体の流れを生じさせる吐出弁とを備える振動型圧縮機の改良に関する。
かゝる振動型圧縮機は、下記特許文献1に開示されているように、知られている。
特開2011−94568号公報
従来のかゝる振動型圧縮機では、吐出弁を、ポンプ室を囲むようにシリンダブロックの端面に形成される弁座と、この弁座に着座し得る剛性弁板と、この剛性弁板を前記弁座との着座方向に付勢する閉じばねとで構成している。こうしたものでは、ピストンの往復動により吐出弁が開閉するときは、剛性弁が弁座を振動的に叩くことになり、これが騒音の一因になっている。
本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、吐出弁の開閉時、発生する騒音を大幅に低減することができ、しかもピストンが圧縮行程時、オーバストロークしても、ピストンによる吐出弁の突き上げを許容して、故障を回避し得るようにした前記振動型圧縮機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シリンダブロックと、このシリンダブロックのシリンダ孔に往復動自在に嵌装されてシリンダ孔内にポンプ室を画成するピストンと、このピストンに往復振動を付与する振動源と、前記ポンプ室に隣接する吐出室と、ピストンに設けられる吸入ポートと、ピストンの往復動に応じて前記吸入ポート及びポンプ室間を開閉して、吸入ポートからポンプ室への一方向への気体の流れを生じさせる吸入弁と、ピストンの往復動に応じて前記ポンプ室及び吐出室間を開閉して、ポンプ室から吐出室への一方向への気体の流れを生じさせる吐出弁装置とを備える振動型圧縮機において、前記吐出弁装置を第1及び第2吐出弁より構成し、前記第1吐出弁を、前記ポンプ室を囲むようにシリンダブロックの端面に形成される弁座と、この弁座に着座し得る剛性弁板と、この剛性弁板を前記弁座との着座方向に付勢する閉じばねとで構成し、前記第2吐出弁を、前記剛性弁板の中心部に設けられて前記ポンプ室及び吐出室間を連通する弁孔と、前記剛性弁板の外端面側で前記弁孔を開閉する弾性弁板とで構成し、その弾性弁板を、前記剛性弁板の外周部に固定される環状の支持部と、前記剛性弁板の外端面側で前記弁孔を開閉する弁部と、この弁部と同心の円弧状をなして前記支持部及び弁部間を連結する複数の弾性腕部と、これら弾性腕部の両側に設けられ、前記弁部の開き時、前記弁孔及び吐出室間を導通させるスリットとで構成し、前記弾性弁板の開弁圧力を、前記剛性弁板の開弁圧力よりも低く設定し、前記閉じばねの付勢力により、前記支持部を前記剛性弁板に押圧固定したことを第1の特徴とする。尚、前記振動源は、後述する本発明の実施形態中の駆動コイル19に対応する。
また本発明は、第の特徴に加えて、シリンダブロックの端部外周に摺動可能に嵌合するガイド部材に、前記弁座と協働して前記剛性弁板及び弾性弁板を挟持し得る内向き鍔部を設け、前記閉じばねの付勢力により、前記ガイド部材を前記剛性弁板及び弾性弁板と共に前記弁座側に付勢したことを第の特徴とする。
本発明の第1の特徴によれば、ピストンの通常の往復行程時には、第2吐出弁の弾性弁板の開閉により、ポンプ室から吐出室へと冷媒ガスを送ることができる。しかも、その弾性弁板は、第1吐出弁の剛性弁板の外周部に固定される環状の支持部と、剛性弁板の外端面側で剛性弁板の弁孔を開閉する弁部と、この弁部と同心の円弧状をなして支持部及び弁部間を連結する複数の弾性腕部と、これら弾性腕部の両側に設けられ、前記弁部の開き時、前記弁孔及び吐出室間を導通させるスリットとで構成されるので、弾性弁板の弁部は慣性重量が小さいことから、剛性弁板への着座音が極めて小さく、吐出弁装置の静粛性を確保することができる。しかも弁部の開き時、弁孔を通過した気体は、弁部に当たった後、弁部と同心の円弧状をなすスリットから吐出室に移行することで、放射状に広がることになるため、気体に含まれる潤滑オイルを遠心分離することができる。
ピストンが圧縮行程時、オーバストロークした場合には、第1吐出弁の剛性弁板がピストンにより閉じばねの付勢力に抗して押し開けられ、ピストンのオーバストロークが許容され、剛性弁板に支持部を固定される弾性弁板が損傷を受けることもない。
また、弾性弁板の支持部の剛性弁板への固定に、第1吐出弁の閉じばねを使用することで、弾性弁板の支持部の固定構造を簡素化することができる。
の特徴によれば、ピストンが圧縮行程時にオーバストロークして、剛性弁板を突き上げた場合には、ガイド部材がシリンダブロックに対して摺動することにより、ガイド部材に支持される剛性弁板及び弾性弁板の姿勢を安定させることができる。
本発明の第1実施形態に係る振動型圧縮機の縦断側面図。 図1の2部拡大図。 図2の3矢視拡大図。 吸入弁の作用図。 図2の5−5線断面図。 吸入弁の弁板の第1変形例を示す、図3との対応図。 吸入弁の弁板の第2変形例を示す、図3との対応図。 本発明の第2実施形態に係る振動型圧縮機の縦断側面図。 図8の9部拡大図。 図8の10−10線断面図。
本発明の実施の形態を添付図面に基づいて以下に説明する。
先ず、図1〜図5に示す本発明の第1実施形態の説明より始める。図1において、本発明の振動型圧縮機Cは、例えばトラック、バス等の車両等に搭載される冷蔵庫のコンプレッサとして庫体の適所に設置される。この振動型圧縮機Cは、筒状容器1と、この筒状容器1に収容される圧縮機本体2とを備えており、筒状容器1の下部に設置用のブラケット3が固着される。
圧縮機本体2は、円筒状のヨーク4と、このヨーク4の一端にそれを閉塞するように結合されてヨーク4の内部に同心状に配置されるコアポール5と、ヨーク4の他端にそれを閉塞するように結合されるエンドプレート6とを備えており、コアポール5の外周には、永久磁石7が付設される。
またコアポール5の中心部にはシリンダブロック10が配置される。このシリンダブロック10は、その外周から第1取り付けフランジ11を張り出しており、この第1取り付けフランジ11がコアポール5の端面に固着されることで、シリンダブロック10はコアポール5に固定される。また第1取り付けフランジ11の外端面には、シリンダブロック10と同軸に並ぶシリンダヘッド12の第2取り付けフランジ13がガスケット14を介して接合される。
シリンダブロック10のシリンダ孔15には中空円筒状のピストン17が摺動自在に嵌装される。このピストン17は、シリンダヘッド12と反対側の外端部をシリンダ孔15から突出させており、その外端部には、コイル支持体18を介して駆動コイル19が連結される。
コイル支持体18は、ヨーク4及び永久磁石7間に配置される円筒状のボビン18aと、このボビン18aの一端に連なる端壁18bと、この端壁18bにインサート結合された支持板18cとよりなっており、その支持板18cがピストン17の外端部に圧入及び溶接等により固着され、ボビン18aの外周には駆動コイル19が巻装される。ボビン18aは、ヨーク4及び永久磁石7間で軸方向に往復動するようになっている。端壁18bには、その内外を連通する複数の通孔20が設けられる。
また端壁18bと、エンドプレート6及びシリンダブロック10との各間には左右一対の共振ばね21が介装され、これら共振ばね21はコイルばねよりなっており、圧縮方向に所定のセット荷重が付与される。こうして前記駆動コイル19はピストン17に一体的に連結されると共に、一対の共振ばね21により支持される。
シリンダ孔15には、ピストン17によりポンプ室23が画成される。またピストン17の中空部は、ヨーク4内に開口する吸入ポート24とされ、この吸入ポート24及びポンプ室23間に吸入弁25が配設される。またシリンダヘッド12には、ポンプ室23に隣接する吐出室26が設けられ、これらポンプ室23及び吐出室26間に吐出弁装置27が配設される。
図2及び図3に示すように、吸入弁25は、弁座部材30及び弾性弁板31より構成される。ピストン17のポンプ室23に臨む頭部側において、ピストン17の内周面に環状突起32が形成される。またピストン17の頭部の端面には、環状突起32を底面とする凹部33が形成され、この凹部33に弁座部材30が収容される。弁座部材30には、その中心部に弁孔34が設けられると共に、前記環状突起32の内周側を貫通する円筒状のかしめ部35が設けられ、そのかしめ部35を半径方向外方にかしめて、このかしめ部35と弁座部材30とで環状突起32を挟持することで、弁座部材30は環状突起32に固着される。
弾性弁板31は薄鋼板製であって、弁座部材30の外周部に固着される環状の支持部31aと、前記弁孔34を開閉する弁部31bと、この弁部31bと同心の円弧状をなして支持部31a及び弁部31b間を連結する複数本(図示例では2本)の弾性腕部31cと、これら弾性腕部31cの両側に設けられ、弁部31bの開き時、弁孔34及びポンプ室23間を導通させるスリット31dとで構成される。支持部31aには、放射状に延びる複数の固定片36が延設され、これら固定片36により弁座部材30の外周部を抱き込むことにより、支持部31aは弁座部材30に固着される。
図2及び図5に示すように、吐出弁装置27は第1及び第2吐出弁38,39より構成される。第1吐出弁38は、ポンプ室23を囲むようにシリンダブロック10の端面に形成される弁座40と、この弁座40に着座し得る剛性弁板41と、吐出室26に縮設されて剛性弁板41を弁座40との着座方向に付勢する閉じばね42とで構成される。
第2吐出弁39は、剛性弁板41の中心部に設けられてポンプ室23及び吐出室26間を連通する弁孔45と、剛性弁板41の外端面側で弁孔45を開閉する薄鋼板製の弾性弁板46とで構成され、その弾性弁板46は薄鋼板製であって、剛性弁板41の外周部に前記閉じばね42の付勢力により押圧固定される環状の支持部46aと、剛性弁板41の外端面側で弁孔45を開閉する弁部46bと、この弁部46bと同心の円弧状をなして前記支持部46a及び弁部46b間を連結する複数本(図示例では2本)の弾性腕部46cと、これら弾性腕部46cの両側に設けられ、弁部46bの開き時、弁孔45及び吐出室26間を導通させるスリット46dとで構成される。而して、弾性弁板46の開弁圧力は、剛性弁板41の開弁圧力よりも低く設定される。
再び図1において、筒状容器1の一端壁には、冷蔵庫のエバポレータの出口側に接続される低圧管48と、冷蔵庫のコンデンサの入口に接続される高圧管49が取り付けられる。低圧管48の内端は筒状容器1内に開口しており、低圧管48を通過した冷媒ガスは筒状容器1内に解放され、そして前記第1及び第2取り付けフランジ11,13に固定される連通管50に流入し、さらにシリンダブロック10及びコアポール5間の筒状通路51を経てコイル支持体18の内側に移り、端壁18bの通孔20、圧縮機本体2内を経てピストン17の吸入ポート24に至るようになっている。
一方、高圧管49は、筒状容器1に固定される第1端部49aと、前記第2取り付けフランジ13に固定される第2端部49bと、これら第1及び第2端部49a,49b間を連結する螺旋状の可撓中間部49cとで構成され、その第2端部49bは、前記第1及び第2取り付けフランジ11,13間の連通路52を介して前記吐出室26と連通する。
次に、この実施例の作用について説明する。
駆動コイル19に交番電流を流すと、その交番電流の極性に応じてピストン17が駆動コイル19と共に左右に往復動し、このピストン17の往復動は左右の共振ばね21により増幅される。こうして増幅されたピストン17の往復動、即ち吸入行程(図1では右動行程)と吐出行程(図1では左動行程)を繰り返し、その吸入行程では、ポンプ室23の吸入作用により吸入弁25が開弁して、低圧管48から吸入ポート24に到達した冷媒ガスがポンプ室23に吸入され、次の吐出行程では、ポンプ室23の吐出作用により弾性弁板46が開弁して、ポンプ室23の冷媒ガスが吐出室26に吐出され、そして高圧管49へと圧送される。
ところで、吸入弁25は、ピストン17の頭部端面の凹部33に収容、固着される弁座部材30と、ピストン17の頭部端面と共に略一平面を形成するように弁座部材30に固着される弾性弁板31とで構成されるので、ピストン17の頭部にはデッドスペースが殆どなくなり、ピストン17の圧縮行程時、ポンプ室23の体積効率を効果的に高めることができ、したがってポンプ効率の向上を図ることができる。
またこの吸入弁25の弾性弁板31は、弁座部材30の外周部に固着される環状の支持部31aと、弁座部材30の弁孔34を開閉する弁部31bと、この弁部31bと同心の円弧状をなして支持部31a及び弁部31b間を連結する複数の弾性腕部31cと、これら弾性腕部31cの両側に設けられ、前記弁部31bの開き時、前記弁孔34及びポンプ室23間を導通させるスリット31dとで構成されるので、弁部31bは慣性重量が小さいことから、弁座部材30への着座音が極めて小さく、吸入弁25の静粛性を確保することができる。しかも弁部31bの開き時、図4に示すように、弁孔34を通過した冷媒ガスは、弁部31bに当たった後、弁部31bと同心の円弧状をなすスリット31dからポンプ室23に移行することで、放射状に広がることになるため、冷媒ガスに含まれる潤滑オイルをシリンダ孔15内周面に衝突、付着分離させることができると共に、その潤滑オイルによりシリンダ孔15内側面のピストン17との摺動部の潤滑を行うことができる。
また弁座部材30には、ピストン17の内周面より突出した環状突起32の内周側を貫通する円筒状のかしめ部35が形成され、このかしめ部35を半径方向外方にかしめて、このかしめ部35と弁座部材30とで環状突起32を挟持することで、弁座部材30は、ピストン17に固着されるので、弁座部材30の取り付け部がポンプ室23側に突出することを防ぎ、ポンプ室23の体積効率の向上に寄与し得る。
また弾性弁板31においては、支持部31aの外周から半径方向に突出する複数の固定片36が延設され、これら固定片36により前記弁座部材30の外周部を抱き込むことにより、支持部31aは弁座部材30に固着されるので、弾性弁板31の取り付け部がポンプ室23側に突出することを防ぎ、これもポンプ室23の体積効率の向上に寄与し得る。
一方、吐出弁装置27は第1及び第2吐出弁38,39より構成され、第2吐出弁39の弾性弁板46の開弁圧力は、第1吐出弁38の剛性弁板41の開弁圧力よりも低く設定されるので、ピストン17の通常の往復行程時には、弾性弁板46の開閉により、ポンプ室23から吐出室26へと冷媒ガスを送ることができる。しかも、弾性弁板46は、剛性弁板41の外周部に閉じばね42の付勢力により押圧固定される環状の支持部46aと、剛性弁板41の外端面側で弁孔45を開閉する弁部46bと、この弁部46bと同心の円弧状をなして支持部46a及び弁部46b間を連結する複数の弾性腕部46cと、これら弾性腕部46cの両側に設けられ、弁部46bの開き時、弁孔45及び吐出室26間を導通させるスリット46dとで構成されるので、弁部46bは慣性重量が小さいことから、剛性弁板41への着座音が極めて小さく、吐出弁装置27の静粛性を確保することができる。
また第1吐出弁38は、ポンプ室23を囲むようにシリンダブロック10の端面に形成される弁座40と、この弁座40に着座し得る剛性弁板41と、吐出室26に縮設されて剛性弁板41を弁座40との着座方向に付勢する閉じばね42とで構成されるので、ピストン17が圧縮行程時、オーバストロークした場合には、剛性弁板41がピストン17により閉じばね42の付勢力に抗して押し開けられ、ピストン17のオーバストロークが許容される。その際、弾性弁板46は、閉じばね42の付勢力により剛性弁板41に密着保持されるので、損傷を受けることもない。
また弾性弁板31の支持部31aの剛性弁板41への固定に、第1吐出弁38の閉じばね42が使用されるので、弾性弁板31の支持部31aの固定構造を簡素化することができる。
図6及び図7は、吸入弁25の弾性弁板31の第1及び第2変形例を示すもので、図6の第1変形例では、支持部31a及び弁部31b間を連結する弾性腕部31cを、弁部31bの周囲に等間隔で並ぶ3本とし、図7の第2変形例では、弾性腕部31cを、弁部31bの周囲に等間隔で並ぶ4本としたものである。このような弾性弁板31の変形例は、第2吐出弁39の弾性弁板46にも適用することができる。
次に、図8〜図10に示す本発明の第2実施形態について説明する。
振動型圧縮機Cの筒状容器1は、バレル1aと、その両端に結合される左右一対のキャップ1bとよりなっており、そのバレル1aには、その内部を二分する隔壁55と、この隔壁55の両端面より突出する左右一対の筒状コアポール56とが一体に形成される。これらコアポール56の内周には、同軸状に配置される左右一対のシリンダブロック10がボルト57によりそれぞれ固着される。また一対のコアポール56の外周面には左右一対の永久磁石7がヨーク58を介して固定される。
一対のシリンダブロック10のシリンダ孔15には、頭部を互いに対向させる左右一対のピストン17が嵌装され、これらピストン17の後端には、一対の永久磁石7を囲繞する一対の駆動コイル19を支持する一対のコイル支持体59が連結される。また一対のコイル支持体59は、共振ばね60を介して筒状容器1に支持される。図10に示すように、共振ばね60は、中間部が湾曲した帯状をなす複数の板ばねで構成され、その外周側端部は、バレル1a及びキャップ1b間に挟持される。
各ピストン17の頭部には、前実施形態と同様構成の吸入弁25が取り付けられる。また各シリンダブロック10の前端部には吐出弁装置27が取り付けられ、吐出室26は、コアポール56内に左右のシリンダブロック10を囲むように共通に設けられる。
吐出弁装置27は、前実施形態と同様に第1及び第2吐出弁38,39よりなっているが、第1吐出弁38において、前実施形態とは次のように相違する。即ち、図9に明示するように、各シリンダブロック10の前端部外周にガイド部材61が摺動可能に嵌合され、このガイド部材61に、シリンダブロック10の弁座40と協働して剛性弁板41及び弾性弁板46を挟持し得る内向き鍔部61aが設けられる。そして左右のガイド部材61は、共通の閉じばね42付勢力により、それぞれ対応する剛性弁板41及び弾性弁板46と共に弁座40側に付勢される。
バレル1aの隔壁55には、エバポレータの出口に連なる共通の低圧通路62が設けられ、この低圧通路62を通った冷媒ガスは、隔壁55の左右両側へ分かれて左右のピストン17内側の吸入ポート24に達するようになっている。
また隔壁55には、吐出室26に開口すると共に、コンデンサの入口に連なる共通の高圧通路63が設けられる。
尚、図8〜図10中、前記第1実施形態と対応する部分には同一の参照符号を付して、重複する説明を省略する。
而して、左右の駆動コイル19に逆位相の交番電流を流すと、左右のピストン17が対応する駆動コイル19と共に、互いに反対方向に往復動し、各ピストン17の往復動は、対応する共振ばね60により増幅される。その際、左右のピストン17は、互いに反対方向に移動するので、左右のピストン17の慣性力が互いに打ち消し合うことになり、振動型圧縮機Cの振動を効果的に低減することができる。
そして各ピストン17の吸入行程では、前実施形態の場合と同様にポンプ室23の吸入作用により吸入弁25が開弁して、低圧通路62から吸入ポート24に到達した冷媒ガスがポンプ室23に吸入され、次の吐出行程では、ポンプ室23の吐出作用により吐出弁装置27の第2吐出弁39が開弁して、ポンプ室23の冷媒ガスが吐出室26に吐出され、そして高圧通路63へと圧送される。
各ピストン17が圧縮行程時にオーバストロークして、剛性弁板41を突き上げた場合には、ガイド部材61がシリンダブロック10に対して摺動するので、ガイド部材61に支持される剛性弁板41及び弾性弁板46の姿勢を安定させることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、吸入弁25の弾性弁板31の複数の固定片36を円周状連続した環状の固定壁として、これを全周にわたり弁座部材30の裏側にかしめて支持部31aを弁座部材30に固着することもできる。
C・・・・・振動型圧縮機
10・・・・シリンダブロック
15・・・・シリンダ孔
17・・・・ピストン
19・・・・振動源(駆動コイル)
23・・・・ポンプ室
24・・・・吸入ポート
25・・・・吸入弁
26・・・・吐出室
27・・・・吐出弁装置
38・・・・第1吐出弁
39・・・・第2吐出弁
40・・・・弁座
41・・・・剛性弁板
42・・・・閉じばね
45・・・・弁孔
46・・・・弾性弁板
46a・・・支持部
46b・・・弁部
46c・・・弾性腕部
46d・・・スリット
61・・・・ガイド部材
61a・・・内向き鍔部

Claims (2)

  1. シリンダブロック(10)と、このシリンダブロック(10)のシリンダ孔(15)に往復動自在に嵌装されてシリンダ孔(15)内にポンプ室(23)を画成するピストン(17)と、このピストン(17)に往復振動を付与する振動源(19)と、前記ポンプ室(23)に隣接する吐出室(26)と、ピストン(17)に設けられる吸入ポート(24)と、ピストン(17)の往復動に応じて前記吸入ポート(24)及びポンプ室(23)間を開閉して、吸入ポート(24)からポンプ室(23)への一方向への気体の流れを生じさせる吸入弁(25)と、ピストン(17)の往復動に応じて前記ポンプ室(23)及び吐出室(26)間を開閉して、ポンプ室(23)から吐出室(26)への一方向への気体の流れを生じさせる吐出弁装置(27)とを備える振動型圧縮機において、
    前記吐出弁装置(27)を第1及び第2吐出弁(38,39)より構成し、前記第1吐出弁(38)を、前記ポンプ室(23)を囲むようにシリンダブロック(10)の端面に形成される弁座(40)と、この弁座(40)に着座し得る剛性弁板(41)と、この剛性弁板(41)を前記弁座(40)との着座方向に付勢する閉じばね(42)とで構成し、前記第2吐出弁(39)を、前記剛性弁板(41)の中心部に設けられて前記ポンプ室(23)及び吐出室(26)間を連通する弁孔(45)と、前記剛性弁板(41)の外端面側で前記弁孔(45)を開閉する弾性弁板(46)とで構成し、その弾性弁板(46)を、前記剛性弁板(41)の外周部に固定される環状の支持部(46a)と、前記剛性弁板(41)の外端面側で前記弁孔(45)を開閉する弁部(46b)と、この弁部(46b)と同心の円弧状をなして前記支持部(46a)及び弁部(46b)間を連結する複数の弾性腕部(46c)と、これら弾性腕部(46c)の両側に設けられ、前記弁部(46b)の開き時、前記弁孔(45)及び吐出室(26)間を導通させるスリット(46d)とで構成し、前記弾性弁板(46)の開弁圧力を、前記剛性弁板(41)の開弁圧力よりも低く設定し、前記閉じばね(42)の付勢力により、前記支持部(46a)を前記剛性弁板(41)に押圧固定したことを特徴とする振動型圧縮機。
  2. 請求項に記載の振動型圧縮機において、
    シリンダブロック(10)の端部外周に摺動可能に嵌合するガイド部材(61)に、前記弁座(40)と協働して前記剛性弁板(41)及び弾性弁板(46)を挟持し得る内向き鍔部(61a)を設け、前記閉じばね(42)の付勢力により、前記ガイド部材(61)を前記剛性弁板(41)及び弾性弁板(46)と共に前記弁座(40)側に付勢したことを特徴とする振動型圧縮機。
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