(57)【要約】【課題】商用周波数以上の運転周波数で駆動した場合の吐出リード欠けを防止し、高い信頼性を備えた密閉型圧縮機と、高い信頼性を確保した冷凍装置を提供する。【解決手段】弁座部１３１を開閉する頭部１３２を有する吐出リード１３３をバルブプレート１２４に固定するとともに、弁座部１３１の外周部１３４に対して頭部１３２の外周部１３５が半径方向距離で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成したので、冷媒の流れが乱れることを抑制するとともに、頭部１３２と弁座部１３１の衝突時の応力集中を防止でき、信頼性を高くすることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉容器内に潤滑油を貯溜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要素を収容し、前記圧縮要素はピストンが往復動する圧縮室と、前記圧縮室の端部に設けられたバルブプレートと、前記バルブプレートの反圧縮室側に形成した吐出弁装置とを備え、前記電動要素は少なくとも電源周波数以上の複数の運転周波数で駆動される密閉型圧縮機であって、前記吐出弁装置は、前記圧縮室内に連通する吐出孔と、前記吐出孔の反圧縮室側に環状に形成された弁座部とを前記バルブプレートに形成し、板ばね材からなり前記弁座部を開閉する頭部を有する吐出リードを前記バルブプレートに固定するとともに、前記弁座部の外周部に対して前記頭部の外周部が半径方向に僅かに大きく形成された密閉型圧縮機。
【請求項２】
弁座部の外周部に対して吐出リードの頭部の外周部が半径方向距離で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成された請求項１に記載の密閉型圧縮機。
【請求項３】
電動要素は少なくとも７６Ｈｚ以上の運転周波数で駆動される請求項１または２に記載の密閉型圧縮機。
【請求項４】
圧縮要素が吸入し圧縮する冷媒は炭化水素系冷媒であり、気筒容積が１１ｃｍ３以上である請求項１から３のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項５】
吐出リードの頭部は弁座部のみと接触しており、前記弁座部の面積と吐出孔の断面積との比が２０から２３％の範囲である請求項１から４のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項６】
吐出リードを形成する板ばね材は、クロムを１１から１７％含む鋼である請求項１から５のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項７】
潤滑油の粘度がＶＧ３からＶＧ８である請求項１から６のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載の密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷蔵庫、ショーケースなどの冷蔵、冷凍装置や空気調和装置に用いられる密閉型圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、冷蔵庫、ショーケースなどの冷蔵、冷凍装置や空気調和装置に使用される密閉型圧縮機は、冷凍能力制御を目的とした低速から高速までの可変速運転と、同時に省エネルギーのために高効率と、高い信頼性が求められている。
【０００３】
一般的な密閉型圧縮機は、電動要素の回転子の回転により、圧縮要素のクランクシャフトが回転され、このクランクシャフトの偏心運動がコンロッドにより水平運動に変換され、ピストンが圧縮室内部で往復運動する。この際、ピストンが後退する動作により、冷媒ガスが冷却システムから吸入弁装置を介して圧縮室内部に吸入され、このように吸入された冷媒ガスはピストンの前進運動により圧縮され、吐出弁装置を介して冷却システムに供給される。
【０００４】
従来の密閉型圧縮機としては、圧縮室の開口端を封止するように吐出弁装置が装着されたものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
このような密閉型圧縮機において、圧縮室の開口端を封止するように装着される吐出弁装置は効率向上に大きな影響を及ぼす。以下、図面を参照しながら、従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置について説明する。
【０００６】
図６は、特許文献１に記載された従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の断面図、（ａ）は吸入行程の状態図、（ｂ）は圧縮行程の状態図である。具体的には、（ａ）はピストンの吸入行程における吐出リードバルブの状態を示す図であり、（ｂ）はピストンの圧縮行程における吐出リードバルブの状態を示す図である。
【０００７】
図６において、バルブプレート９１は、圧縮室（図示せず）の開口端に装着されるもので、圧縮室から冷媒ガスを吐き出させるための吐出孔９２と、吐出孔９２が凹部の略中央に位置するように反圧縮室側に形成された凹陥部９３と、吐出孔９２の周縁部に形成された弁座部９４及び吐出孔９２から離隔して形成された台座部９５とを備えている。
【０００８】
凹陥部９３の内部には、吐出リードバルブ９６とスプリングリード９７とが順に装入され、これらの一端９８ａをストッパ９８が固定的に保持し、他端９８ｂをストッパ９８が移動可能に支持している。このうち、吐出リードバルブ９６は一端９８ａにバルブ固定部９６ａを、他端９８ｂに自由端となるバルブ可動部９６ｂを有し、バルブ固定部９６ａが台座部９５に隣接して配置され、バルブ可動部９６ｂが弁座部９４に載置されている。
【０００９】
スプリングリード９７は一端９８ａにスプリング固定部９７ａを、他端９８ｂにスプリング可動部９７ｂを有し、スプリング固定部９７ａは吐出リードバルブ９６のバルブ固定部９６ａに重ねられ、スプリング可動部９７ｂはバルブ可動部９６ｂの延長上に配置されている。ストッパ９８は、その一端９８ａによって吐出リードバルブ９６のバルブ固定部９６ａ及びスプリングリード９７のスプリング固定部９７ａを圧接して保持し、その他端９８ｂによってスプリングリード９７のスプリング可動部９７ｂを支持している。
【００１０】
以上のように、バルブプレート９１を含めて、吐出リードバルブ９６、スプリングリー
ド９７、ストッパ９８などにより、吐出弁装置１００を構成している。
【００１１】
以上のように構成された密閉型圧縮機の吐出弁装置について、以下その動作を説明する。
【００１２】
吸入行程においては、（ａ）に示すように、吐出リードバルブ９６のバルブ可動部９６ｂが弁座部９４上で吐出孔９２を閉鎖して、冷媒ガスが圧縮室に流入することを阻止する。
【００１３】
圧縮行程においては、（ｂ）に示すように、圧縮ガスの圧力が吐出孔９２を通してバルブ可動部９６ｂに加わるため、バルブ可動部９６ｂが押し上げられて冷媒ガスの吐出が行われ、吐出リードバルブ９６が開いている間は弁座部９４とバルブ可動部９６ｂの間を冷媒ガスが流れる。
【特許文献１】特開平９−１０５３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記従来の吐出弁装置１００の構成では、商用周波数以上の運転周波数で駆動した場合には、吐出リードバルブ９６が閉じる瞬間に吐出リードバルブ９６と弁座部９４との衝突力が大きくなり、吐出リードバルブ９６に欠けが発生してしまう可能性があるという課題を有していた。
【００１５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、吐出リードバルブの欠けに対する耐力を向上させ、商用周波数以上の運転周波数で駆動した場合でも高い信頼性を備えた密閉型圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の密閉型圧縮機は、吐出弁装置は、圧縮室内に連通する吐出孔と、吐出孔の反圧縮室側に環状に形成された弁座部とをバルブプレートに形成し、板ばね材からなり弁座部を開閉する頭部を有する吐出リードをバルブプレートに固定するとともに、弁座部の外周部に対して頭部の外周部が半径方向距離で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成されていることを特徴とするもので、吐出リードが開いている間の冷媒の流れの乱れを抑制するとともに、吐出リードが閉じる瞬間に吐出リードの頭部と弁座部の衝突により発生する応力の集中を避けることができるという作用を有する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の密閉型圧縮機は、吐出リードの応答性を確保するとともに、吐出リードが欠けることを防止して信頼性を高くすることができ、この密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置の信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
請求項１に記載の発明は、密閉容器内に潤滑油を貯溜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要素を収容し、前記圧縮要素はピストンが往復動する圧縮室と、前記圧縮室の端部に設けられたバルブプレートと、前記バルブプレートの反圧縮室側に形成した吐出弁装置とを備え、前記電動要素は少なくとも電源周波数以上の複数の運転周波数で駆動される密閉型圧縮機であって、前記吐出弁装置は、前記圧縮室内に連通する吐出孔と、前記吐出孔の反圧縮室側に環状に形成された弁座部とを前記バルブプレートに形成し、板ばね材からなり前記弁座部を開閉する頭部を有する吐出リードを前記バルブプレートに固定するとともに、前記弁座部の外周部に対して前記頭部の外周部が半径方向に
僅かに大きく形成されたもので、吐出リードが開いている間の冷媒の流れの乱れを抑制し応答性を確保するとともに、吐出リードが閉じる瞬間に吐出リードの頭部と弁座部の衝突により発生する応力の集中を避けることができるため、吐出リードが欠けることを防止して信頼性を高くすることができる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁座部の外周部に対して吐出リードの頭部の外周部が半径方向距離で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成されたもので、請求項１に記載の発明の効果に加えてさらに、吐出する冷媒の流れの乱れを抑制し応答性を確保するとともに、吐出リードの頭部と弁座部の衝突により発生する応力の集中を避けることができるため、吐出リードが欠けることを防止して信頼性を高くすることができる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、電動要素は少なくとも７６Ｈｚ以上の運転周波数で駆動されるとしたもので、吐出行程が大幅に短くなることで吐出リードと弁座部に大きな衝突力が発生し易い場合にも信頼性を高くすることができるため、請求項１または２に記載の発明の効果に加えてさらに、高速回転を用いて冷凍能力制御範囲を広くすることができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、請求項１または３に記載の発明において、圧縮要素が吸入し圧縮する冷媒は炭化水素系冷媒であり、気筒容積が１１ｃｍ３以上であるとしたもので、請求項１または３に記載の発明の効果に加えてさらに、炭化水素系冷媒を用いることで気筒容積が大きくなり、吐出リードが開いている間の冷媒の流れの乱れが発生し易くなる場合でも、応答性を確保することができ効率を高くすることができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか一項に記載の発明において、吐出リードの頭部は弁座部のみと接触しており、前記弁座部の面積と吐出孔の断面積との比が２０から２３％の範囲であるとしたもので、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、吐出リードと弁座部の間から圧縮室内に冷媒が逆流するのを防止と吐出リードの信頼性を両立することができる。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明において、吐出リードを形成する板ばね材は、クロムを１１から１７％含む鋼であるとしたもので、請求項１から５のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、高速回転では吐出リード近傍温度は高くなるが、高温下においても吐出リードの耐力をさらに高くすることができるので、さらに信頼性を高くすることができる。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明において、潤滑油の粘度がＶＧ３からＶＧ８であるとしたもので、請求項１から６のいずれか一項に記載の発明の効果に加えてさらに、低粘度の潤滑油を用いることで、吐出リードの頭部と弁座部の間に介在する潤滑油によるダンピング効果が低くなるが、信頼性を高くすることができるので、さらに摺動損失を低減することができ効率を高くできる。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、請求項１から７のいずれかの一項の密閉型圧縮機を搭載したものであり、効率が高く信頼性の高い冷凍装置を提供することができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図、図２は、同実施の形態における密閉型圧縮機の上面図、図３は、同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出弁装置の分解斜視図、図４は、同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出弁装置の断面図である。図５は、同実施の形態における吐出リードの頭部における特性図である。
【００２８】
図１から図４おいて、密閉容器１０１内に潤滑油１０２を貯留するとともに、電動要素１０３と電動要素１０３の上方に配置された圧縮要素１０４とで構成された電動圧縮要素１０５を収容する。また、密閉容器１０１内は冷媒１０６で満たされている。圧縮要素１０４が吸入し圧縮する冷媒１０６は炭化水素系冷媒としてのＲ６００ａであり、気筒容積は１２ｃｍ３に設定し１１ｃｍ３以上であり、潤滑油１０２の粘度はＶＧ３からＶＧ８の低粘度油である。
【００２９】
電動要素１０３は、回転子１１１と固定子１１２とで構成されており、インバーター（図示せず）により、少なくとも電源周波数以上の運転周波数を含む複数の運転周波数で駆動される。電動要素１０３を駆動する最高運転周波数は８０Ｈｚとしており、７６Ｈｚ以上の運転周波数で駆動する。
【００３０】
圧縮要素１０４は、略鉛直方向に配設され回転子１１１を固定した主軸部１１３と偏心軸部１１４と給油機構１１５とを備えたシャフト１１６と、シャフト１１６の主軸部１１３を軸支する主軸受１１７と圧縮室１１８を形成するシリンダー１１９を備えたブロック１２０と、連結手段１２１と、シリンダー１１９内を往復動するピストン１２２と、圧縮室１１８の端部１２３に設けられたバルブプレート１２４と、バルブプレート１２４の反圧縮室側１２５に形成した吐出弁装置１２６とを備えている。
【００３１】
吐出弁装置１２６は、圧縮室１１８内に連通する吐出孔１３０と、吐出孔１３０の反圧縮室側１２５に環状に形成された弁座部１３１とをバルブプレート１２４に形成し、クロムを１１から１７％含む鋼である板ばね材からなり、弁座部１３１を開閉する頭部１３２を有する吐出リード１３３をバルブプレート１２４に固定するとともに、弁座部１３１の外周部１３４に対して吐出リード１３３の頭部１３２の外周部１３５が半径方向距離（図４中の寸法Ａ）で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成されている。
【００３２】
なお、弁座部１３１の外周部１３４の直径（図４中の寸法Ｂ）は７．２ｍｍとし、頭部１３２の外周部１３５は、弁座部１３１の外周部１３４に対して半径方向の距離（図４中の寸法Ａ）で０．７ｍｍ大きく形成し、直径（図４中の寸法Ｃ）を８．６ｍｍとしている。
【００３３】
また、吐出リード１３３の頭部１３２は弁座部１３１のみと接触しており、弁座部１３１の面積と吐出孔１３０の断面積との比が２０から２３％の範囲である。なお、吐出孔１３０の内径（図４中の寸法Ｄ）は４．６ｍｍ、断面積は略６６ｍｍ２とし、弁座部１３１の面積は略１４ｍｍ２として面積の比を略２１％としている。
【００３４】
以上のように構成された密閉型圧縮機について、以下その動作、作用を説明する。
【００３５】
電動要素１０３の回転子１１１はシャフト１１６を回転させ、偏心軸部１１４の回転運動が連結手段１２１を介してピストン１２２に伝えられることでピストン１２２はシリンダー１１９を往復運動する。それにより、冷媒１０６は冷却システム（図示せず）から圧縮室１１８内へ吸入、圧縮された後、吐出弁装置１２６を介して再び冷却システムへと吐き出される。
【００３６】
シャフト１１６に形成された給油機構１１５によって潤滑油１０２が上方に汲み上げら
れ、主軸受１１７と主軸部１１３との摺動面などに供給されるとともに、偏心軸部１１４の端部１２７に形成された飛散孔（図示せず）から密閉容器１０１内の全周方向へ水平に飛散してピストン１２２にも供給されて、それぞれ潤滑を行う。
【００３７】
吐出弁装置１２６の動作について説明すると、吸入行程では吐出リード１３３の頭部１３２は弁座部１３１上で吐出孔１３０を閉鎖して、圧縮された冷媒１０６が圧縮室１１８に流入することを阻止する。
【００３８】
圧縮行程の後半においては、圧縮室１１８内の圧力が吐出孔１３０を通して吐出リード１３３の頭部１３２に加わるため、頭部１３２が押し上げられて冷媒１０６の吐出が行われ、圧縮室１１８内の圧力が下がると吐出リード１３３の頭部１３２は弁座部１３１と再び接触し、吐出孔１３０を閉鎖する。
【００３９】
図５は、弁座部１３１の外周部１３４に対する吐出リード１３３の頭部１３２の外周部１３５と半径方向の距離の関係を示す特性図であり、実験によって得られた吐出リード１３３の疲労限度比率との関係と、リード押し上げ力係数との関係を示す線図である。
【００４０】
ここで、リード押し上げ力係数とは、吐出リード１３３の頭部１３２に加わる力を圧縮室１１８内とバルブプレート１２４の反圧縮室側１２５との圧力差で割った係数である。
【００４１】
冷媒１０６の流れが乱れることにより、リード押し上げ力係数は低下し、吐出リード１３３の応答性を示す係数である。
【００４２】
電源周波数以上の運転周波数で駆動される場合には、実験的に頭部１３２の挙動を測定したところ、冷媒１０６の吐出が行われてから吸入行程に入るまでの時間が短く、吐出リード１３３が閉じる前に吸入行程に入り圧縮室１１８内の圧力も早く下がる。そのため、吐出リード１３３が閉じる瞬間に吐出リード１３３の頭部１３２と弁座部１３１の衝突力が大きくなると推定できる。
【００４３】
従来の密閉型圧縮機の弁座部１３１の外周部１３４に対する頭部１３２の外周部１３５との半径方向距離は一般的に応答性を良くするため、小さく設計されているので、衝突力が応力波として頭部１３２の外周部１３５の近傍を伝播し集中することで大きな応力が発生し易くなる。
【００４４】
一方、本発明の密閉型圧縮機は、弁座部１３１の外周部１３４に対して頭部１３２の外周部１３５が半径方向距離で０．６ｍｍ以上の範囲としているので、応力波が頭部１３２の外周部１３５近傍で分散して応力集中することを避けることができるため、図５に示すように吐出リード１３３の疲労限度を大幅に高くすることができる。
【００４５】
また、弁座部１３１の外周部１３４に対して頭部１３２の外周部１３５の半径方向距離を大きくする程、リード押し上げ力係数は低下していき、吐出リード１３３の応答性が若干低下するが、実験的に密閉型圧縮機の効率が低下しなかったのはリード押し上げ力係数が０．８５以上の範囲であり、図５に示すように弁座部１３１の外周部１３４に対する頭部１３２の外周部１３５との半径方向の距離を０．９ｍｍ以下としている。
【００４６】
以上のように、弁座部１３１の外周部１３４に対して頭部１３２の外周部を半径方向の距離で０．６から０．９ｍｍの範囲で大きく形成することで、吐出リード１３３が開いている間の冷媒１０６の流れにおいて乱れを抑制して応答性を確保するとともに、吐出リード１３３が欠けることを防止して信頼性を高くすることができる。
【００４７】
また、電動要素１０３を７６Ｈｚ以上の運転周波数で駆動すると、吐出行程が大幅に短くなることで吐出リード１３３と弁座部１３１との衝突力の発生が特に大きくなるが信頼性を高くすることができるため、高速回転での運転が可能となり、密閉型圧縮機の冷凍能力制御範囲を広くすることができる。
【００４８】
また、炭化水素系冷媒を用いることで、フロン系冷媒を用いた場合と比べて気筒容積が大きくなり、１１ｃｍ３以上の大きな気筒容積で、電源周波数以上の運転周波数で駆動される場合には、大幅に冷媒１０６の流速が増加し、吐出リード１３３が開いている間の冷媒１０６の流れが乱れ易くなる場合でも、応答性を確保することができ効率を高くすることができる。
【００４９】
また、弁座部１３１の面積を小さくすることで頭部１３２でのむち打ち現象による衝突力を抑制できるといわれているが、吐出リード１３３と弁座部１３１の間から冷媒１０６のリークを検討した結果、弁座部１３１の面積と吐出孔１３０の断面積との比が２０から２３％の範囲とすることで、吐出リード１３３と弁座部１３１の間から圧縮室１１８内に冷媒１０６が逆流の防止と吐出リード１３３の信頼性を両立することができる。
【００５０】
また吐出リード１３３を形成する板ばね材は、クロムを１１から１７％含む鋼であるとしたもので、高速回転では冷媒１０６が圧縮室１１８内で急速に圧縮されるため高温になり、吐出リード１３３近傍は高温になり、従来品では吐出リード１３３の耐力が低下してしまう可能性が、発明品は高温下における吐出リード１３３の耐力をさらに高くすることができるので、さらに信頼性を高くすることができる。
【００５１】
また、ピストン１２２に供給された潤滑油１０２や密閉容器１０１内に飛散している潤滑油１０２を吸入することで、弁座部１３１に潤滑油１０２が供給される。この弁座部１３１の潤滑油１０２は吐出リード１３３が閉じる瞬間に吐出リード１３３の頭部１３２と弁座部１３１の衝突力を抑制するダンピング効果がある。
【００５２】
また、粘度がＶＧ３からＶＧ８といった低粘度の潤滑油１０２を用いることで、吐出リード１３３の頭部１３２と弁座部１３１の間に介在する潤滑油１０２によるダンピング効果が低くなり易いが、本発明品の構成とすることで信頼性を高くすることができるので、さらに摺動損失を低減でき効率を高くできる。
【００５３】
また、上記特性を備えた密閉型圧縮機を搭載した冷凍装置は、効率が高く、高い信頼性を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
以上のように、本発明にかかる密閉型圧縮機は、吐出リードの応答性を確保するとともに、吐出リードが欠けることを防止して信頼性を高くすることができるため、冷蔵庫以外にも自販機や空調機器の用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１における密閉型圧縮機の縦断面図
【図２】同実施の形態における密閉型圧縮機の上面図
【図３】同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出弁装置の分解斜視図
【図４】同実施の形態における密閉型圧縮機の吐出弁装置の断面図
【図５】同実施の形態における吐出リードの頭部における特性図
【図６】従来の密閉型圧縮機の吐出弁装置の断面図（ａ）吸入行程の状態図（ｂ）圧縮行程の状態図
【符号の説明】
【００５６】
１０１  密閉容器
１０２  潤滑油
１０３  電動要素
１０４  圧縮要素
１０６  冷媒
１１８  圧縮室
１２２  ピストン
１２３  端部（圧縮室）
１２４  バルブプレート
１２６  吐出弁装置
１３０  吐出孔
１３１  弁座部
１３２  頭部
１３３  吐出リード
１３４  弁座部の外周部
１３５  頭部の外周部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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