(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸の回転運動を直線往復運動に切り換えるコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドによってシリンダーブロックの内部で直線往復運動するピストンと、前記ピストンにより共振運動させられる共振手段と、を含む往復動型圧縮機において、
前記共振手段は冷媒と接触してシリンダー内部で冷媒を圧縮、吸入する補助ピストンと、該補助ピストンと前記ピストンとの間に介在されピストンの往復運動周波数と同一な振動数を有する共振体として空圧スプリングを含むことを特徴とする往復動型圧縮機。
【請求項２】
前記ピストンと補助ピストンには両ピストンの離脱を防止するための締結手段が取り付けられたことを特徴とする請求項１記載の往復動型圧縮機。
【請求項３】
前記締結手段はピストンに取り付けられた締結管と補助ピストンに取り付けられた締結棒であることを特徴とする請求項２記載の往復動型圧縮機。
【請求項４】
前記締結管と締結棒の先端には互いに脱離を防止するための係止突起が設けられることを特徴とする請求項３記載の往復動型圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧縮機に関するもので、特に、シリンダー内でピストンの往復運動によって吸入、圧縮過程が行われ、冷媒の吸入と吐き出し性能が向上された往復動型圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、圧縮機は冷蔵庫や空気調和機のような冷凍空調装置の内部装置の一つとして、蒸発器を通過した低温、低圧の作動流体を吸入した後シリンダーで圧縮させて高温、高圧の状態で吐き出す役割を果たす。
【０００３】
以下、添付の図面を参照して冷蔵庫などに取り付けられた一般の往復動型圧縮機の構成に対して概略的に説明する。
図８に示すように、前記往復動型圧縮機は、上部シェル２と下部シェル４により密閉されたケース６と、該ケース６内に設けられ電流が印加されると回転力を発生する電動部８と、前記電動部の回転力によって冷媒を圧縮する圧縮部１０とから構成される。
【０００４】
前記電動部８は電流が印加されて電磁気力を発生するステータ８ａと、前記ステータの電磁気力によって回転力を発生するローター８ｂとからなり、前記圧縮部１０は前記ローター８ｂにより回転駆動されるクランク軸１２と、前記クランク軸の回転運動を直線往復運動に転換させるコネクティングロッド１４と、前記コネクティングロッドによってシリンダーブロック１６の内部で冷媒を圧縮するピストン１８とから構成される。
前記コネクティングロッド１４は一端が前記クランクシャフト１２の上端部に形成された偏心ピン１２ａにピン結合され、他端が前記ピストン１８にピン結合されていて、前記クランクシャフト１２の回転運動を直線往復運動に切り換えるようになっている。
【０００５】
このような構成の圧縮機の作動過程を要約すれば、前記ピストン１８がクランクシャフト１２の回転運動を受けてシリンダー内部で往復直線運動しながら、蒸発器(図示略)から流れ込んだ低温、低圧の冷媒を吸入、圧縮、吐き出す過程を経て高温、高圧の冷媒に変換させて凝縮器（図示略）へ送る。
【０００６】
以下、図９を参照して前記の吸入、圧縮、吐き出し時のピストン作動過程を説明する。
図９は従来の往復動型の圧縮機における吸入系と吐き出し系の概略的な構成を示すものである。
図面の通り電動部（図８参照）から回転力が与えられたクランク軸１２は偏心ピン１２ａを回転させ、前記回転力がスリーブ１２ｂを経てコネクティングロッド１４へ伝えられ、前記コネクティングロッド１４に固定されたピストン１８がシリンダーブロック１６内で往復直線運動を行う。
【０００７】
ピストン１８が上死点から下死点へ移動するときシリンダー１７内部の圧力が吸入マフラー２０の圧力より低くなって吸入バルブ２２が開き、吸入マフラー２０の圧力が等しくなる時まで冷媒がシリンダー１７内へ流れ込むことになる。以後、ピストン１８が下死点から上死点へ移動することになるとシリンダー１７内部の圧力が高くなり冷媒が圧縮される。この内部圧力が上昇して吐き出しバルブ２４を付勢している吐き出しスプリング（図示略）の弾性力より大きくなると吐き出しバルブ２４が開くことになり、これを介して高圧の冷媒がシリンダーから吐き出し室２６へ吐き出される。
【０００８】
図１０は、スリーブ１２ｂとコネクティングロッド１４によって決められる前記ピストン１８の時間に対する変位と速度を数学的にモデリングした結果を示したグラフであり、図１１は前記ピストン１８の変位によって速度が変化する過程を示したグラフである。
図１０に示したように経時によってピストン１８の位置Ｐはシリンダー内で制限的に往復運動を行うことになって上死点と下死点を往復しながらサイン曲線形態を成し、ピストン１８の速度も経時によってピストンの位置Ｐと９０°の位相差でサイン曲線形態に移動する。
【０００９】
図１１は前記ピストンの位置と速度間の関係をより明らかにするグラフであって、ピストンは上死点と下死点との中心から上死点側へやや傾いている地点を通る時の速度が最大となることが分かる。
図１２は前記ピストンの吸入と圧縮過程時の圧力と体積との関係に対するグラフを示したもので、理想的な条件に比べて示した。図から分かるように冷媒吐き出し時、理想的な吐き出し圧力より過剰圧力に冷媒をを吐き出すことによって無駄な損失が発生する。
図１１と図１２に示すように従来の圧縮機では圧縮過程においてピストンの速度が不均一となり上死点付近で速度と圧力が大きくなって過圧損失の主な原因となっていた。
【００１０】
また、吸入過程においては相対的に下死点直前の速度勾配が小さくなりて冷媒を吸入する力が弱められて冷媒吸入量が減少することになり、これによって円滑な圧縮効果及び圧縮機の性能が低下されるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ピストンに共振体を取り付けて圧縮過程において上死点に至る時の速度勾配を減らして圧縮された冷媒の吐き出し時の過圧損失を防止することができる往復動型圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は吸入過程において下死点に至る時の速度勾配を高めて冷媒流入量を増加させることによって、圧縮性能を向上することができる往復動型圧縮機を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明は、クランク軸の回転運動を直線往復運動に切り換えるコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドによってシリンダーブロックの内部で直線往復運動するピストンと、前記ピストンにより共振運動させられる共振手段と、を含む往復動型圧縮機において、前記共振手段は冷媒と接触してシリンダー内部で冷媒を圧縮、吸入する補助ピストンと、該補助ピストンと前記ピストンとの間に介在されピストンの往復運動周波数と同一な振動数を有する共振体として空圧スプリングを含む構成からなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明による往復動型圧縮機の圧縮部の断面を示す概略的な構成図で、図２は図１の圧縮部をＺ矢印方向から見た構成図である。
図１を参照すれば、前記実施形態の圧縮部はクランク軸の回転運動を直線往復運動に切り換えるコネクティングロッドと、前記コネクティングロッドによってシリンダーブロックの内部において直線往復運動するピストンと、前記ピストンを共振運動させる共振手段とを含む構成からなる。
【００１７】
より詳細に説明すると、ローター（図８参照）の回転力を受けたクランク軸１２の上端に偏心ピン１２ａが取り付けられ、前記偏心ピン１２ａの外周にはベアリングの役割を果たすスリーブ１２ｂが覆われている。前記スリーブ１２ｂにはコネクティングロッド１４が連結されてピストン３２にクランク軸１２の回転力を伝える。前記コネクティングロッド１４の先端にはクランク軸１２の回転力を直接的に受けるピストン３２が固定設置されており、前記ピストン３２には共振手段として、共振体であるコイルスプリング３４と補助ピストン３６とが取り付けられている。
【００１８】
以下図１と図２を参照して圧縮部の構成を更に詳しく説明する。
本発明のピストン３２には付加的に補助ピストン３６が備えられる。前記補助ピストン３６は実際に冷媒と接触して冷媒を圧縮し吸入する部分であって、ピストン３２と締結手段３３によって連結されている。前記締結手段３３はピストン３２に固設された締結管３３ａと、補助ピストン３６に固設された締結棒３３ｂから成される。
【００１９】
前記締結管３３ａは一側がピストン３２に固定され、他側は開放され前記の補助ピストン３６の締結棒３３ｂが挿入される。前記締結棒３３ｂは断面が円形の棒であって、一側が補助ピストン３６に固定付着され他側が前記締結管３３ａに挿入される。
【００２０】
締結管３３ａの内部には共振体であるコイルスプリング３４が内蔵され、締結棒３３ｂはコイルスプリング３４と接触する。締結管３３ａの先端と締結棒３３ｂの先端には相互間の離脱防止のために係止突起３３ａ１、３３ｂ１を形成してピストン３２と補助ピストン３６間の最大変位を制限する。又、ピストン３２と補助ピストン３６間の最小変位は締結棒３３ｂが完全に締結管３３ａに挿入された時、即ち、締結管３３ａの先端が補助ピストン３６に接触してそれ以上近接できない時である。
【００２１】
以下、前記の圧縮部においてピストン３２、締結手段３３及び共振手段の作動に対して説明する。
前記コイルスプリング３４と補助ピストン３６の固有振動数はピストン３２の往復運動周波数と同一である。即ち、補助ピストン３６の固有振動数はローターの回転数と同一で、ピストン３２の往復運動と等しい振動数で共振往復運動を行う。
前記往復システムをモデリングした図面を図３に示し、これを下記式で表す。
【００２２】
【数１】
0003723463.tif 000002
Ｋ：共振体の弾性計数
Ｍ：補助ピストンの質量
【００２３】
図から分かるように、ピストン３２の位置Ｐは従来圧縮機のピストンのようにサイン曲線の形態に運動し、この運動によって加振される補助ピストン３６の運動も同様にサイン曲線の形態に運動することになる。
ピストン３２の往復運動周波数にスプリング３４補助ピストン３６の固有振動数が合わせている時に補助ピストン３６の共振挙動Ｑは式８のような形態に現れる。
但し、γは圧縮と吸入による変位減衰比となり、位相差は固有振動数と減衰比の関数に現れる。即ち、圧縮及び吸入による減衰程度に鑑みると補助ピストン３６は式８の変位と式９の速度を有して運動する。
【００２４】
前記ピストン３２と補助ピストン３６及び共振体、即ち、コイルスプリング３４の作動過程を図４に示す。
図面を参照すれば、圧縮過程の初期にはピストン３２の速度によってスプリング３４が圧縮され補助ピストン３６の変位はピストン３２の変位に比べて小さいが圧縮過程の後半へ進むほどスプリング３４が伸張されてピストン３２の変位量に比べて補助ピストン３６の変位量が大きくなって結局圧縮過程の全般に亘ってピストン３６の速度は時間に対して大きな変化を起こすことなく一定の速度で圧縮できることになる。
【００２５】
吸入過程の初期にはピストン３２の速度を追うことが出来ず、補助ピストン３６の速度が大きくないが、下死点に至る吸入過程の後半へ進むほどスプリング３４が圧縮されて吸入速度が早まるので下死点直前に補助ピストン３６の速度がピストンの速度を追い越すことになる。これによって従来に比べて速度が増加するので流入される冷媒の流量が増加する。
このようにスプリング３４と補助ピストン３６をピストン３２に取り付けることによってより均一な速度で圧縮されて過圧損失が減ることになり、吸入過程で下死点近所の速度を増加させてより多量の冷媒を吸入することによって圧縮機性能が高まることになる。
【００２６】
図５には補助ピストン３６の変位速度に関するグラフとして従来グラフに対比して示した。
図面で点線部分は従来のピストンシステムにおける変位−速度グラフであり、実線にて示した部分が本発明に係わる補助ピストン３６の変位−速度グラフである。
従来のピストンによってのみ圧縮、吸入する時と、本発明の共振手段によって圧縮、吸入する時とを比較して説明する。
【００２７】
従来、圧縮過程時には上死点へ進むほど急に速度が増加して吐き出される冷媒に過圧を加えているが、本発明においては速度を均一にして無駄なエネルギーの損失を防止することができるようにした。
【００２８】
又、従来は吸入過程において下死点に至る頃速度が急に下がって冷媒吸入量を多量に確保することができなかったが、本発明では下死点付近における吸入速度を保持させて冷媒を多量に吸入することによって圧縮機の効率を高めることができる。
【００２９】
図６には本発明に係わる往復動型圧縮機において共振体を用いた他の実施形態を示す。
図６に示したピストンシステムはピストン４２と補助ピストン４６とからなるが、共振を発生させる手段として空気圧４４を用いており、この空気圧４４が前記の実施形態のスプリング３４のような作用を行って前記と同様に圧縮、吸入過程時、速度勾配を均一にして冷媒の流入量を高める。
【００３０】
前記ピストン４２と補助ピストン４６は締結手段４３によって締結され、前記締結手段の構造は図１の一実施形態と類似に締結管４３ａ、締結棒４３ｂ、係止突起４３ａ１、４３ｂ１が取り付けられて最大変位を制限することができる。
【００３１】
図７には前記共振体をピストンに取り付けることなくコネクティングロッドに取り付けた他の例を示す。
図を参照すると、前記実施形態のコネクティングロッド５４は２つの部材に分離されていることが分かる。
前記コネクティングロッド５４はスリーブ１２ｂに結合されているスリーブ側部５４ａと、ピストン６０に結合されたピストン側部５４ｂと、スリーブ側部５４ａとピストン側部５４ｂとの間の空間に挿入されている共振体としてコイルスプリング６４がある。
【００３２】
コネクティングロッド５４の分離された二つの部材５４ａ、５４ｂ間の最大変位及び最小変位を制限することは二つの部材を共通に包んでいる継手管５６として、前記継手管５６は断面が円形であり、内径が前記コネクティングロッド５４の外径より大きくてコネクティングロッド５４が内部へ挿入され得る。コネクティングロッド５４の分離された二つの部材５４ａ、５４ｂは継手管５６の外側へ離脱できないように係止突起５４ａ１、５４ｂ１が取り付けられて最大変位を制限する。
【００３３】
また、前記継手５６の中央には内側へ突出部５６ｃが形成されてコネクティングロッド５４のスリーブ側部５４ａとピストン側部５４ｂが圧縮時係止突起の役割を果たして最小変位を制限することができる。前記継手５６は二つの部材間の最大、最小変位を制限する役割を果たすのみならず、二つの部材が続いて同一軸上に位置できるようにする役割を果たす。
【００３４】
前記実施形態は全て共振体６４としてコイルスプリングの他に板スプリングなどの弾性体を加えることができ、特に図６に示している空気圧スプリングを採用することも望ましい。
【００３５】
前記図７の実施形態においても前記の実施形態と同様に、圧縮過程及び吸入過程の時、速度が均一になり吸入過程時下死点付近でピストンの速度が早まって既存より更に多量の冷媒が流入される。
【００３６】
【発明の効果】
コネクティングロッド或いはピストンにスプリングのような共振装置を取り付けて冷媒を圧縮する過程において過剰圧力の損失を防止し、冷媒を吸入する過程で吸入圧力を高めてシリンダーへ供給する流量を増加させ、吸入過程と圧縮過程時の速度勾配を均一になるようにして圧縮機の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による往復動型圧縮機の一実施形態で圧縮部の断面を示す構成図である。
【図２】図１における圧縮部をＺ矢印方向から見た構成図である。
【図３】本発明による往復動型圧縮機の一実施形態の圧縮部のピストンシステムを概略的にモデリングした構成図である。
【図４】吸入、圧縮過程時前記ピストンのシステムの動作を順次に示す断面図である。
【図５】本発明に係わる補助ピストンと従来のピストンとの変位−速度比較グラフである。
【図６】本発明に係わる圧縮部の他の実施形態として空気圧を用いた共振装置を使用した圧縮部を示す断面図である。
【図７】本発明による往復動型圧縮機の他の実施形態として、コネクティングロッドに共振体を設置した圧縮機の圧縮部を示す断面図である。
【図８】従来の往復動型圧縮機の概略的な断面図である。
【図９】従来の往復動型圧縮機において吸入系と吐き出し系を概略的に示す構成図である。
【図１０】従来のピストンの時間に対する位置と速度を示すグラフである。
【図１１】従来のピストンの変位−速度グラフである。
【図１２】シリンダー内における従来のピストンの圧力−体積グラフである。
【符号の説明】
１２…クランク軸
１４，５４…コネクティングロッド
１６…シリンダーブロック
１７…シリンダー
３２，４２，６０…ピストン
３３…締結手段
３４，６４…コイルスプリング
３６，４６…補助ピストン
４４…空気圧
５６…継手管
【図１】
0003723463.tif 000003
【図２】
0003723463.tif 000004
【図３】
0003723463.tif 000005
【図４】
0003723463.tif 000006
【図５】
0003723463.tif 000007
【図６】
0003723463.tif 000008
【図７】
0003723463.tif 000009
【図８】
0003723463.tif 000010
【図９】
0003723463.tif 000011
【図１０】
0003723463.tif 000012
【図１１】
0003723463.tif 000013
【図１２】
0003723463.tif 000014