JP2011163177A - 往復動型圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスケットの面圧を向上させてシール性を確保し、圧縮効率を向上することの可能な往復動型圧縮機を提供する。
【解決手段】シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装され、シリンダボア(26)と連通する連通孔(28a)が形成されるとともに、所定箇所を肉抜きして肉抜き孔(28c)が形成されたシール部(28b)を有するガスケット(28)とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、往復動型圧縮機に係り、詳しくは二酸化炭素冷媒を圧縮する密閉型の往復動型圧縮機に関するものである。

この種の往復動型圧縮機は、シリンダブロックにシリンダボアが一体に形成され、シリンダボア内にはピストンが往復可能に収容されている。また、シリンダボアをシールするシリンダガスケットが配設され、シリンダボアの開口を閉じるように、吸入弁を有する吸入弁形成板、吐出弁を有するバルブプレート、及び吸入室と吐出室とが形成されたシリンダヘッドが固定されている。そして、ピストンの往復運動に伴い吸入弁及び吐出弁が開閉されて、冷媒の吸入、圧縮、及び吐出の一連のプロセスが行われる。

ところで、このような往復動型圧縮機では、吸入、圧縮、及び吐出の一連のプロセスにより圧力の変動があるため、各部材の空間に冷媒ガスが溜まると圧力差が発生してシール部材に様々な悪影響を及ぼし、結果として圧縮に必要なシール性が確保できないという問題がある。
そこで、冷媒ガスを溜めないために、吸入弁形成板に連通路を形成し、シリンダボアから漏洩した冷媒ガスを吸入通路へ導く構成が開示されている（特許文献１参照）。

特開平１０−１９６５３６号公報

ところで、このような往復動型圧縮機では、シール性を確保するためにガスケットの面圧を向上させることが重要であり、面圧を向上させる方法の１つとしてガスケットの面積をより縮小することが挙げられる。
この点、上記特許文献１では、ガスケットに吸入通路及びシリンダボアの開口縁と対応する透孔を設けており、これにより必然的にガスケットの面積が縮小している。

しかしながら、このように吸入通路及び透孔を設けるだけでは、面積を十分に縮小できているとはいえず、面圧向上には不十分であるという問題がある。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、ガスケットの面圧を向上させてシール性を確保し、圧縮効率を向上することの可能な往復動型圧縮機を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、請求項１の往復動型圧縮機は、吸入した作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を吐出する往復動型圧縮機であって、シリンダブロックと、前記シリンダブロックに形成されたシリンダボアと、前記シリンダボア内に収容されたピストンの駆動機構による前記シリンダボア内での往復運動に伴い前記シリンダボア内に吸入される作動流体を外部から流入させる吸入室と、前記ピストンの往復運動に伴い前記シリンダボア内で圧縮された作動流体を外部に吐出させる吐出室とが形成されたシリンダヘッドと、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に介装され、所定箇所を肉抜きして肉抜き孔が形成されたシール部を有するガスケットとを備えたことを特徴とする。

請求項２の往復動型圧縮機では、請求項１において、前記シリンダヘッドと前記ガスケットとの間に介挿され、前記吸入室に連通する吸入孔と前記吐出室に連通する吐出孔とが穿設されたバルブプレートと、該バルブプレートと前記シリンダヘッドとの間に介装され、前記吐出室の周囲をシールするシール部が形成された第２ガスケットと、前記ガスケット及び前記第２ガスケットがそれぞれ介装された前記シリンダブロックと前記バルブプレートと前記シリンダヘッドとを締結して固定する締結部材とをさらに備え、前記肉抜き孔は、前記締結部材の締結方向でみて前記第２ガスケットと重なり合わない部分を肉抜きして形成されることを特徴とする。

請求項３の往復動型圧縮機では、請求項１または２において、前記ガスケットのシール部には、前記肉抜き孔の内周部に形成される空間と前記ガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする。
請求項４の往復動型圧縮機では、請求項１または２において、前記ガスケットに面する前記シリンダブロックの一面には、前記肉抜き孔と前記ガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする。

請求項５の往復動型圧縮機では、請求項３または４において、前記バルブプレートと前記ガスケットとの間に介挿され、前記吸入孔を開閉する吸入弁が形成された吸入弁形成板をさらに備え、該吸入弁形成板側の前記バルブプレートの一面は、研磨されて平滑に形成されていることを特徴とする。

請求項１の往復動型圧縮機によれば、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装され、シリンダブロックに形成されたシリンダボアと連通する連通孔が形成されたガスケットは、所定箇所に肉抜きして肉抜き孔が形成されたシール部が形成されている。
これにより、ガスケットの面積が縮小されるので、ガスケットにかかる面圧が向上し、シリンダボア周囲をシールするガスケットのシール性を向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

請求項２の往復動型圧縮機によれば、シリンダヘッドとガスケットとの間に介挿されたバルブプレートとシリンダヘッドとの間に吐出室の周囲をシールする第２ガスケットが介装されて締結部材により固定されており、肉抜き孔は締結部材の締め付け方向でみてガスケットと第２ガスケットとが重なり合わない部分を肉抜きして形成されるので、ガスケットの面積がより縮小される。

従って、ガスケットにかかる面圧がより向上するので、シリンダボア周囲のシール性をより向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。
また、ガスケット及び第２ガスケットのシール部は重合部を有するので、締結部材による押圧力が重合部を介してシリンダブロックまで伝わることにより、ガスケットのシール性をより向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

請求項３の往復動型圧縮機によれば、ガスケットのシール部には肉抜き孔の内周部とガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が設けられているので、組み付け時に肉抜き孔にエアが残留する場合でもエアを連通路によりガスケット外周部の空間へ逃がすことにより、吸入圧及び吐出圧による圧力の変動或いはガスケット周りの温度変化による肉抜き孔の内周部とガスケットの外周部間における圧力差の発生を抑え、周囲の部品への悪影響を防止することができる。従って、全体のシール性を確保することができ、圧縮効率を向上させることができる。

請求項４の往復動型圧縮機によれば、ガスケットに面するシリンダブロックの一面に、肉抜き孔とガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が形成されているので、肉抜き孔にエアが残留する場合でもエアを連通路によりガスケット外周部の空間へ逃がすことにより、吸入圧及び吐出圧による圧力の変動或いはガスケット周りの温度変化による肉抜き孔の内周部とガスケットの外周部間における圧力差の発生を抑え、周囲の部品への悪影響を防止し、全体のシール性を確保することができ、圧縮効率を向上させることができる。

請求項５の往復動型圧縮機によれば、バルブプレートとガスケットとの間に介挿された吸入弁形成板側に面するバルブプレートの一面は研磨されて平滑に形成されているので、バルブプレートと吸入弁形成板は平滑な金属面でシールされる。そして、ガスケットに形成された肉抜き孔の内周部とガスケットの外周部とが連通されているので肉抜き孔のエアを外周部の空間へ逃がすことができ、吸入圧及び吐出圧により圧力が変動し或いはガスケット周りの温度変化による肉抜き孔の内周部とガスケットの外周部間における圧力差の発生を抑え、肉抜き孔に対応する吸入弁形成板の変形を防止することができ、シール性を確保することができ、圧縮効率を向上させることができる。

本発明の実施形態に係る往復動型圧縮機の縦断面図である。 図１の圧縮機構の要部拡大図である。 図２の分解構成図である。 図３のシリンダガスケットの拡大図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１には、本発明に係る密閉型の往復動型圧縮機（以下、圧縮機）１の縦断面図を示す。圧縮機１はレシプロ圧縮機やピストン圧縮機と称される容積式圧縮機に分類され、例えば自動販売機に組み込まれた図示しない冷凍サイクルの構成機器として使用される。
冷凍サイクルは、圧縮機１の作動流体としての冷媒が循環する経路を備え、冷媒には、例えば非可燃性の自然冷媒である二酸化炭素冷媒が用いられる。

図１に示すように、圧縮機１は密閉容器２を備え、密閉容器２内には、電動モータ４と、電動モータ４の駆動力が伝達される圧縮機構６とが収容されている。
電動モータ４は、給電により磁界を発生するステータ８と、ステータ８で発生した磁界により回転するロータ１０とから構成され、ロータ１０はステータ８の内側の同軸上に配置され、後述するクランクシャフト１４の主軸部２４に焼き嵌め固定されている。ステータ８には、密閉容器２に固定された電装部１２、及び図示しないリード線を介して圧縮機１外から給電される。

図１に示すように、シリンダブロック１６にはステータ８がフレーム３６を介してボルト固定され、フレーム３６は密閉容器２に固定されている。
詳しくは、電動モータ４及び圧縮機構６はフレーム３６の下側の台座部３８にて支持され、フレーム３６は台座部３８にて密閉容器２に固定されている。一方、フレーム３６の上側の円筒部４０においては、その内周面４０ａに主軸部２４の軸受４２が配置され、円筒部４０の上端面４０ｂにはロータ１０のスラスト荷重を受けるスラストレースまたはスラストワッシャ等の軸受４４が配置されている。

圧縮機構６は、クランクシャフト１４、シリンダブロック１６、ピストン１８、コネクティングロッド２０等から構成され、クランクシャフト１４は偏心軸部２２と主軸部２４とから構成される。
詳しくは図２、３に示すように、シリンダブロック１６には、シリンダボア２６が一体に形成され、シリンダボア２６の開口を閉じるように、シリンダブロック１６側から順にシリンダガスケット（ガスケット）２８、吸入弁形成板２９、バルブプレート３０、ヘッドガスケット（第２ガスケット）３２、及びシリンダヘッド３４が透孔３１を介してボルト（締結部材）３５によって押圧固定されている。ここで、シリンダガスケット２８及びヘッドガスケット３２は薄く伸ばした鉄基材に弾性ゴム部材をコーティングして形成されており、厚さは例えば０．３ｍｍである。

図２に示すように、バルブプレート３０は冷媒の吸入孔４６と吐出孔４８とを備え、吸入孔４６、吐出孔４８は吸入弁形成板２９に形成された吸入弁５０、バルブプレート３０のヘッドガスケット３２側に固定された吐出弁５２によってそれぞれ開閉される。
シリンダヘッド３４は冷媒の吸入室５４、吐出室５６を備え、ピストン１８の圧縮行程において吐出弁５２が開くことにより、吐出室５６は吐出孔４８を介してシリンダボア２６と連通する。一方、ピストン１８の吸入工程において吸入弁５０が開くことにより、吸入室５４は吸入孔４６を介してシリンダボア２６と連通する。

このように構成された圧縮機構６において、図３に図２の分解構成図を示すように、シリンダガスケット２８には、シリンダブロック１６に形成されたシリンダボア２６と連通する連通孔２８ａが形成され、シリンダボア２６の周囲をシールするとともにシリンダボア２６に設けられた透孔３１の周囲をシールするシール部２８ｂが形成される。
シール部２８ｂはボルト３５の押圧が均等にかかるように肉抜きして形成されている。具体的には、シリンダガスケット２８には、シリンダガスケット２８及びヘッドガスケット３２を重なり合わせた時に、ボルト３５の締め付け方向でみて重なり合わない部分を肉抜きするようにして、肉抜き孔２８ｃが形成されている。

そして、図４にシリンダガスケット２８の拡大図を示すように、シール部２８ｂのうち肉抜き孔２８ｃより圧縮機構６周辺の空間５７側の部分には、肉抜き孔２８ｃと空間５７とを連通する連通路２８ｄが設けられている。
図３に戻り、吸入弁形成板２９に形成された吸入弁５０には、バルブプレート３０に設けられた吐出孔４８と連通する連通孔５０ａが穿設されている。

バルブプレート３０の吸入弁形成板２９側の一面は研磨されて平滑に形成されており、吸入弁形成板２９はバルブプレート３０に密着してシールされている。また、図示しないが、バルブプレート３０のヘッドガスケット３２側の他面には、吐出弁５２がボルトにより貫通孔５１を介して吸入弁形成板２９、シリンダガスケット２８とともにシリンダブロック１６に固定されている。

ヘッドガスケット３２には、バルブプレート３０に形成された吸入孔４６とシリンダヘッド３４に形成された吸入室５４とに連通する連通孔３２ａと、バルブプレート３０に形成された吐出孔４８とシリンダヘッド３４に形成された吐出室５６とに連通する連通孔３２ｂとが形成されている。そして、シリンダヘッド３４に設けられた吐出室５６の周囲をシールするとともに、シリンダヘッド３４に形成された透孔３１の周囲をシールするシール部３２ｃが形成される。

また、図１、２に示すように、密閉容器２には、吸入パイプ５８と吐出パイプ６０とが固定され、吸入及び吐出パイプ５８、６０の一端はシリンダヘッド３４の吸入室５４と吐出室５６とにそれぞれ接続されている。吸入パイプ５８及び吐出パイプ６０の他端は、図示しない吸入マフラ、吐出マフラを介して冷凍サイクルに接続され、これらマフラは圧縮機１と冷凍サイクルとの間を流れる冷媒の脈動及び騒音を低減している。

コネクティングロッド２０には、一端にクランクシャフト１４の偏心軸部２２が回転自在に連結される大端部６２が設けられ、他端にピストン１８が往復動自在に連結される小端部６４が設けられている。小端部６４はピストン１８にピストンピン６６にて連結され、ピストンピン６６は固定ピン６８によってピストン１８から抜け止め措置が施されている。

この状態においてクランクシャフト１４が回転すると、コネクティングロッド２０がピストンピン６６を支点として偏心軸部２２の偏心回転と連動して揺動運動し、コネクティングロッド２０の揺動運動に連動してピストン１８がシリンダボア２６内を往復運動する。
密閉容器２内には冷媒の主として吐出圧力が作用し、密閉容器２の内底部２ａには、軸受４２、４４といった、電動モータ４及び圧縮機構６の各摺動部を潤滑する潤滑油が少量貯留されている。

クランクシャフト１４内には偏心軸部２２の下端面２２ａの略軸心位置から主軸部２４の中途にかけて油路７０が穿孔されている。油路７０の下端にはオイルパイプ７２が嵌合され、オイルパイプ７２の先端は傾斜部７４を経て密閉容器２内の内底部２ａに形成された断面視凹状の油溜め部７６まで延びている。

以下、このように構成された本発明に係る往復動型圧縮機の作用について説明する。
圧縮機１では、ステータ８に給電することによって主軸部２４に固定されたロータ１０が回転され、ひいてはクランクシャフト１４が回転され、コネクティングロッド２０を介しピストン１８がシリンダボア２６内で往復運動する。そして、このピストン１８の往復運動により、冷凍サイクルからシリンダボア２６へ冷媒が吸入され、この冷媒はシリンダボア２６で圧縮され、さらに冷凍サイクルへ吐出される。

詳しくは、シリンダボア２６内の圧力が冷媒の吸入圧力以下になると、シリンダボア２６内の圧力と吸入室５４内の圧力との差に応じて吸入弁５０が開く。そして、冷凍サイクルの冷媒は、吸入パイプ５８を経て吸入室５４に導かれ、吸入孔４６を経てシリンダボア２６内に吸入される。
次に、ピストン１８がシリンダボア２６の容積を減少する方向に動作し、シリンダボア２６内の冷媒が圧縮され、シリンダボア２６内の圧力が冷媒の吐出圧力を超えると、シリンダボア２６内の圧力と吐出室５６内の圧力との差により吐出弁５２が開く。そして、圧縮された冷媒は、吐出孔４８を経て吐出室５６に導かれ、吐出パイプ６０を経て冷凍サイクルに吐出される。

このようにピストン１８がシリンダボア２６内を往復運動することにより冷媒は圧縮されるが、上述したように、シリンダガスケット２８は、シリンダガスケット２８にかかるボルト３５の押圧が均等になるように肉抜きしたシール部２８ｂが形成され、さらにヘッドガスケット３２との重合部以外を肉抜きした肉抜き孔２８ｃが形成されている。これにより、シリンダガスケット２８は形成された肉抜き孔２８ｃにより面積が縮小され、シリンダガスケット２８が受ける面圧が向上することにより、シール性を向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

また、シリンダガスケット２８はヘッドガスケット３２と重なり合うシール部２８ｂを有しているので、ボルト３５でシリンダガスケット２８、吸入弁形成板２９、バルブプレート３０、ヘッドガスケット３２、及びシリンダヘッド３４を押圧固定した時に、シリンダガスケット２８のシール部２８ｂとヘッドガスケット３２のシール部３２ｃとが吸入弁形成板２９及びバルブプレート３０を介して重なり合うこととなる。これにより、シリンダブロックにボルト３５による押圧力が確実に伝わりシリンダガスケット２８の面圧を向上させることができるので、シリンダガスケット２８のシール性をより向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

さらに、肉抜き孔２８ｃには、空間５７と連通する連通路２８ｄが設けられていることにより、組み付け時に肉抜き孔２８ｃにエアが残留する場合でも連通路２８ｄからエアを空間５７へ抜くことができるので、特に二酸化炭素冷媒を使用することにより他の冷媒よりも高圧になる吸入圧や吐出圧による圧力の変動やシリンダガスケット２８周りの温度変化により空間５７と肉抜き孔２８ｃの内周部とで圧力差が生じてしまうことが防止される。これにより、冷媒の吸入圧や吐出圧が作用し或いはシリンダガスケット２８周りの温度変化が生じても吸入弁形成板２９の肉抜き孔２８ｃに対応する部分が圧力差により変形してしまうことを防止することができ、吸入弁形成板２９とバルブプレート３０とのシール性が低下してしまうことを防止することができるとともに、シリンダガスケット２８の面圧が確保されることによりシール性を向上させることができ、圧縮効率を向上させることができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態ではシリンダガスケット２８に連通路２８ｄを形成したが、肉抜き孔２８ｃのエアを空間５７へ抜くことができればよく、シリンダガスケット２８に面した側のシリンダブロック１６の一面または吸入弁形成板２９の一面に肉抜き孔２８ｃから空間５７へ連通する連通路を形成してもよい。

また、上記実施形態では、電動の往復動型圧縮機を例に説明したが、電動には限られない。
また、上記実施形態では密閉型の往復動型圧縮機を例に説明したが、開放型の往復動型圧縮機にも適用可能である。

１ 圧縮機
２６ シリンダボア
２８ シリンダガスケット（ガスケット）
２８ａ 連通孔
２８ｂ シール部
２８ｃ 肉抜き孔
２８ｄ 連通路
２９ 吸入弁形成板
３０ バルブプレート
３２ ヘッドガスケット（第２ガスケット）
３２ｃ シール部
３４ シリンダヘッド

Claims (5)

1. 吸入した作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を吐出する往復動型圧縮機であって、
   シリンダブロックと、
   前記シリンダブロックに形成されたシリンダボアと、
   前記シリンダボア内に収容されたピストンの駆動機構による前記シリンダボア内での往復運動に伴い前記シリンダボア内に吸入される作動流体を外部から流入させる吸入室と、前記ピストンの往復運動に伴い前記シリンダボア内で圧縮された作動流体を外部に吐出させる吐出室とが形成されたシリンダヘッドと、
   前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間に介装され、所定箇所を肉抜きして肉抜き孔が形成されたシール部を有するガスケットと、
   を備えたことを特徴とする往復動型圧縮機。
2. 前記シリンダヘッドと前記ガスケットとの間に介挿され、前記吸入室に連通する吸入孔と前記吐出室に連通する吐出孔とが穿設されたバルブプレートと、
   該バルブプレートと前記シリンダヘッドとの間に介装され、前記吐出室の周囲をシールするシール部が形成された第２ガスケットと、
   前記ガスケット及び前記第２ガスケットがそれぞれ介装された前記シリンダブロックと前記バルブプレートと前記シリンダヘッドとを締結して固定する締結部材とをさらに備え、
   前記肉抜き孔は、前記締結部材の締結方向でみて前記第２ガスケットと重なり合わない部分を肉抜きして形成されることを特徴とする、請求項１に記載の往復動型圧縮機。
3. 前記ガスケットのシール部には、前記肉抜き孔の内周部に形成される空間と前記ガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の往復動型圧縮機。
4. 前記ガスケットに面する前記シリンダブロックの一面には、前記肉抜き孔と前記ガスケットの外周部の空間とを連通する連通路が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の往復動型圧縮機。
5. 前記バルブプレートと前記ガスケットとの間に介挿され、前記吸入孔を開閉する吸入弁が形成された吸入弁形成板をさらに備え、
   該吸入弁形成板側の前記バルブプレートの一面は、研磨されて平滑に形成されていることを特徴とする、請求項３または４に記載の往復動型圧縮機。

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